JP2020117025A - 運転支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵支援制御の実施中におけるドライバートルクを適切に検出できるようにして、手放し判定の精度を向上させる。【解決手段】 運転支援ＥＣＵ１０は、手放し判定部１０６を備えている。手放し判定部１０６は、トーションバー６１の上流側摩擦の値ＦｒＵとトーションバー６１のねじり剛性の値Ｋｔｂとに基づいて、手放し状態を想定したハンドル舵角θｈを演算する（Ｓ１１〜Ｓ１５）。手放し判定部１０６は、ハンドル舵角θｈとアシスト部舵角θａとの差分値に剛性値Ｋｔｂを乗算した値を使って、トルクセンサ６０によって検出される入力トルクＴｉを補正することにより、ドライバートルクＴｘを算出する（Ｔｘ＝Ｔｉ−Ｋｔｂ・（θｈ−θａ））。【選択図】 図６

Description

本発明は、ステアリング機構に操舵トルクを付与する操舵アクチュエータの駆動を制御して、ドライバーの操舵操作を支援する運転支援装置に関する。

従来から、例えば、操舵アクチュエータの駆動を制御して、ドライバーの操舵操作を支援する制御である操舵支援制御を実施する運転支援装置が知られている。操舵支援制御の一例として、自車両が車線の中央を走行するように操舵輪の操舵を制御する車線維持支援制御が知られている。運転支援装置は、操舵支援制御を実施する場合、例えば、電動パワーステアリング装置のアシストモータの作動を制御して、左右の操舵輪の舵角が目標舵角に追従するようにステアリング機構に操舵トルクを付与する。

こうした操舵支援制御は、自動運転制御とは異なり、あくまでも、ドライバーのハンドル操作を支援するものであって、ドライバーのハンドル操作が不要となる制御ではない。このため、例えば、特許文献１に提案された運転支援装置は、ドライバーが手放し運転をしている（操舵ハンドルから手を放している）か否かを判定する機能を備えており、ドライバーの手放し運転を検出した場合には、ドライバーに対して手放し警報を行い、更に、手放し警報の実施に関わらず手放し運転が継続した場合には、操舵支援制御を中止する。

特開２０１８−７５８４９号公報

ドライバーが手放し運転をしているか否かの判定（以下、手放し判定と呼ぶ）は、ステアリングシャフトに入力される入力トルクを検出し、この入力トルクの大きさに基づいて行われる。例えば、電動パワーステアリング装置は、ステアリングシャフトにトーションバーが設けられており、操舵ハンドルの回動操作によって捩じられるトーションバーの捩じれ角度を検出することにより入力トルクを検出する。以下、トーションバーの捩じれ角度を検出するセンサをトルクセンサと呼ぶ。

手放し判定は、トルクセンサによって検出された入力トルクを、ドライバーが操舵ハンドルを回したトルクと見做して実施される。例えば、操舵支援制御の実施中に、トルクセンサによって検出される入力トルクが手放し判定閾値よりも小さい状態が継続した場合、ドライバーが手放し運転をしていると判定される。

電動パワーステアリング装置は、トーションバーよりも操舵輪側にアシストモータが連結されている。ステアリングシャフトの先端は、操舵ハンドルに連結される。従って、アシストモータがステアリングシャフトに操舵トルクを伝達する位置は、トーションバーを挟んで操舵ハンドルとは反対側となる。このため、本来なら、アシストモータがステアリングシャフトに操舵トルクを付与しても、操舵ハンドルが把持されていなければ、トーションバーは捩じられることは無い。

しかし、ステアリング機構においては、トーションバーよりも操舵ハンドル側であっても、ステアリングシャフトの回転に対して摩擦抵抗となる摩擦体が存在する。このため、アシストモータがステアリングシャフトに操舵トルクを付与したときに、操舵ハンドルが把持されていなくても、上記の摩擦体の摩擦によって、トーションバーが捩じられてしまい、ゼロよりも大きな入力トルクが検出されてしまう。従って、手放し判定閾値を、摩擦体によって生じる摩擦トルクよりも小さな値に設定してしまうと、操舵支援制御によってアシストモータが駆動し続けるような状況においては、ドライバーが操舵ハンドルを把持していなくても、操舵ハンドルが把持されていると誤判定をしてしまう可能性がある。

このため、手放し判定閾値を、摩擦トルクよりも大きな値に設定せざるを得ず、この場合には、ドライバーが操舵ハンドルを握っていても、手放し状態であると判定されやすくなってしまう。つまり、手放し判定が過敏となってしまう。これにより、ドライバーに違和感を与えるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、操舵支援制御の実施中におけるドライバートルクを適切に検出できるようにして、手放し判定の精度を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、
ステアリング機構に操舵トルクを付与する操舵アクチュエータ（５０）と、
前記操舵アクチュエータの駆動を制御して、ドライバーの操舵操作を支援する制御である操舵支援制御を実施する操舵支援制御手段（１０，８０）と、
前記操舵アクチュエータが前記ステアリング機構に連結される位置よりも操舵ハンドル側のステアリングシャフトに設けられたトーションバーの捩じり状態を検出し、前記トーションバーの捩じり状態に基づいて、前記ステアリングシャフトに入力されたトルクである入力トルク（Ｔｉ）を検出するトルク検出手段（６０）と、
前記ステアリング機構における前記トーションバーよりも前記操舵ハンドル側の摩擦、および、前記トーションバーの剛性に基づいて、前記トルク検出手段によって検出された入力トルクを補正することにより、ドライバーが操舵ハンドルに入力したトルクであるドライバートルク（Ｔｘ）を算出する補正手段（１０６，Ｓ１１〜Ｓ１６）と、
前記操舵支援制御の実施中に、前記補正手段によって算出されたドライバートルクに基づいて、ドライバーが手放し運転をしているか否かについて判定する手放し判定手段（１０６，Ｓ１７〜Ｓ２１）と、
前記手放し判定手段によって前記ドライバーが手放し運転をしていると判定された場合に、予め設定された手放し運転対応処理を実施する手放し運転対応処理手段（１０７）と
を備えたことにある。

本発明の運転支援装置は、ステアリング機構に操舵トルクを付与する操舵アクチュエータを備えており、操舵支援制御手段が、操舵アクチュエータの駆動を制御して、ドライバーの操舵操作を支援する制御である操舵支援制御を実施する。本発明を適用できる操舵支援制御は、例えば、自車両が車線の中央を走行するように操舵輪の操舵を制御する車線維持支援制御、自車両が車線の外に逸脱しないように操舵輪の操舵を制御する車線逸脱防止支援制御、自車両が隣接車線に車線変更するように操舵輪の操舵を制御する車線変更支援制御などである。こうした操舵支援制御では、操舵アクチュエータが操舵輪を操舵するものの、ドライバーが操舵ハンドルを握っていることが要求される。

そこで、操舵制御装置は、トルク検出手段と、補正手段と、手放し判定手段と、手放し運転対応処理手段とを備えている。トルク検出手段は、操舵アクチュエータがステアリング機構に連結される位置よりも操舵ハンドル側のステアリングシャフトに設けられたトーションバーの捩じり状態を検出し、トーションバーの捩じり状態に基づいて、ステアリングシャフトに入力されたトルクである入力トルクを検出する。

ステアリング機構においては、トーションバーよりも操舵ハンドル側においても、ステアリングシャフトの回転に対して摩擦抵抗となる摩擦体が存在する。このため、操舵アクチュエータがステアリング機構に操舵トルクを付与したときに、操舵ハンドルが把持されていなくても、上記の摩擦体の摩擦によって、トーションバーが捩じられてしまい、ゼロよりも大きな入力トルクが検出されてしまう。従って、トルク検出手段によって検出される入力トルクだけでは、適正な手放し判定を行うことができない。

そこで、補正手段は、ステアリング機構におけるトーションバーよりも操舵ハンドル側の摩擦、および、トーションバーの剛性に基づいて、トルク検出手段によって検出された入力トルクを補正することにより、ドライバーが操舵ハンドルに入力したトルクであるドライバートルクを算出する。これにより、入力トルクから摩擦トルクを除外した、本来のドライバーが操舵ハンドルに入力したドライバートルクを取得することができる。

手放し判定手段は、操舵支援制御の実施中に、補正手段によって算出されたドライバートルクに基づいて、ドライバーが手放し運転をしているか否かについて判定する。従って、手放し判定の精度を向上させることができる。

手放し運転対応処理手段は、手放し判定手段によってドライバーが手放し運転をしていると判定された場合に、予め設定された手放し運転対応処理を実施する。例えば、手放し運転対応処理手段は、ドライバーに注意喚起を報知する処理、および、操舵アクチュエータによって操舵支援制御用の操舵トルクを付与することを中断させる処理の少なくとも一方を実施する。これにより、ドライバーに対して運転支援装置を過信させないようにすることができる。

この結果、本発明によれば、操舵支援制御の実施中におけるドライバートルクが適切に検出されるため、手放し判定の精度を向上させることができる。

例えば、補正手段は、前記操舵ハンドル側の摩擦の値（ＦｒＵ）、前記トーションバーの剛性値（Ｋｔｂ）、および、前記操舵アクチュエータが前記ステアリング機構に連結される位置における舵角（θａ）に基づいて、手放し状態を想定したハンドル舵角（θｈ）を推定し、前記操舵アクチュエータが前記ステアリング機構に連結される位置における舵角（θａ）と前記ハンドル舵角との差分値（θｈ−θａ）に、前記トーションバーの剛性値を乗算した値（Ｋｔｂ・（θｈ−θａ））を使って、前記トルク検出手段によって検出された入力トルク（Ｔｉ）を補正することにより、前記ドライバートルク（Ｔｘ）を算出するように構成されているとよい。

上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成要件に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は、前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

本実施形態の運転支援装置の概略システム構成図である。 車線維持支援制御に用いるパラメータを説明する図である。 車線維持支援制御に係る制御ブロック図である。 ＦＦトルクマップを表すグラフである。 ステアリング系の力学モデルを表す図である。 手放し判定ルーチンを表すフローチャートである。 変形例にかかるステアリング系の力学モデルを表す図である。 撓み角度マップを表すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態の運転支援装置の概略システム構成図である。

本実施形態の運転支援装置は、運転支援制御部１と電動パワーステアリング部３０とから構成される。運転支援制御部１は、運転支援ＥＣＵ１０を備えている。この運転支援ＥＣＵ１０は、ドライバーの運転を支援するための電子制御装置であって、マイクロコンピュータを主要部として備えている。運転支援ＥＣＵ１０は、車線維持支援制御を実施する。車線維持支援制御とは、自車両の走行位置が目標走行ライン付近に維持されるように、操舵トルクをステアリング機構４０に付与してドライバーの操舵操作を支援する制御である。運転支援ＥＣＵ１０は、車線維持支援制御を実施するにあたって、電動パワーステアリング部３０の操舵アシスト機能を利用する。尚、本明細書において、マイクロコンピュータは、ＣＰＵとＲＯＭ及びＲＡＭ等の記憶装置と等を含み、ＣＰＵはＲＯＭに格納されたインストラクション（プログラム）を実行することにより各種機能を実現するようになっている。また、ＥＣＵは、Electric Control Unitの略である。

電動パワーステアリング部３０は、操舵ハンドル４１の操舵操作により操舵輪Ｗを転舵するステアリング機構４０と、ステアリング機構４０に組み付けられ操舵アシストトルクを発生するアシストモータ５０（以下、単にモータ５０と呼ぶ）と、モータ５０を駆動するモータドライバ７０と、モータドライバ７０の作動を制御するステアリングＥＣＵ８０とを主要部として備えている。

ステアリング機構４０は、操舵ハンドル４１を上端に一体回転するように接続したステアリングシャフト４２を備える。ステアリングシャフト４２は、メインシャフト４２ａとインターミディエイトシャフト４２ｂとピニオンシャフト４２ｃとをユニバーサルジョイント４２ｄ，４２ｅで連結して構成される。ステアリングシャフト４２の下端（ピニオンシャフト４２ｃの下端）には、ピニオンギヤ４３が接続されている。ピニオンギヤ４３は、ラックバー４４に形成されたラック歯と噛合する。

ラックバー４４の両端には、それぞれ、ボールジョイント４５を介してタイロッド４６の一方端が接続される。各タイロッド４６の他方端は、ボールジョイント４７を介して、操舵輪Ｗを回転可能に支持するナックル（図示略）に接続されている。ステアリングシャフト４２の軸線回りの回転運動は、ラックバー４４の軸線方向の直線運動に変換され、このラックバー４４の直線運動によって左右の操舵輪Ｗが左右に転舵される。

ステアリングシャフト４２（メインシャフト４２ａ）には減速機構部５１を介してモータ５０が組み付けられている。モータ５０は、例えば、三相ブラシレスモータが使用される。モータ５０は、ロータの回転により減速機構部５１を介してステアリングシャフト４２(メインシャフト４２ａ）に、その中心軸周りの回転トルクを付与して、ドライバーの操舵操作をアシストする。以下、メインシャフト４２ａにおいて、モータ５０の回転トルクが伝達される部分をアシスト部Ａと呼ぶ。

モータ５０には、回転角センサ５２が設けられる。この回転角センサ５２は、モータ５０のロータの回転位置（回転角度）を表す検出信号をステアリングＥＣＵ８０に出力する。回転角センサ５２は、例えば、三相ブラシレスモータの位相制御に用いられる回転角センサが兼用される。車線維持支援制御を実施する場合には、回転角センサ５２は、操舵輪Ｗの舵角を検出するために用いられるため、以下、回転角センサ５２を舵角センサ５２と呼ぶ。

ステアリングＥＣＵ８０は、舵角センサ５２の検出信号に基づいて、舵角中立点を基準としたロータの回転角度を減速機構部５１の減速比で除算した値（つまり、メインシャフト４２ａにおけるアシスト部Ａの回転角度）を、アシスト部舵角θａとして検出する。アシスト部舵角θａは、その符号（正負）によって操舵方向が特定され、例えば、中立点よりも、左方向であれば正の値で表され、右方向であれば負の値で表される。

尚、本実施形態においては、舵角センサ５２は、モータ５０のロータの回転角度を検出するが、それに代えて、メインシャフト４２ａにおけるアシスト部Ａの回転角度を直接検出してもよい。

ステアリングシャフト４２には、トルクセンサ６０が設けられる。トルクセンサ６０は、例えば、ステアリングシャフト４２の中間部（正確には、メインシャフト４２ａにおけるアシスト部Ａよりも操舵ハンドル４１側）に介装されたトーションバー６１の捩れ角度を検出し、この捩れ角度に応じたトルク（入力トルクＴｉと呼ぶ）を表す検出信号をステアリングＥＣＵ８０に出力する。入力トルクＴｉは、その符号（正負）によってトルクの働いている方向が特定される。例えば、操舵ハンドル４１が左方向に回動操作されたときのトルクについては正の値で表され、操舵ハンドル４１が右方向に回動操作されたときのトルクについては負の値で表される。

以下、ステアリング機構４０における位置関係について、操舵ハンドル４１側を上流側と呼び、操舵輪Ｗ側を下流側と呼ぶ。従って、トーションバー６１は、アシスト部Ａよりも上流側のメインシャフト４２ａに設けられている。

ステアリングＥＣＵ８０は、マイクロコンピュータを主要部として備えている。ステアリングＥＣＵ８０は、通常のドライバーのハンドル操作時においては、ドライバーのハンドル操作に応じた最適な操舵アシストトルクが得られるように、入力トルクＴｉに基づいてモータ５０に流す目標電流を演算し、その目標電流がモータ５０に流れるようにモータドライバ７０の作動を制御する。

このようにドライバーの行ったハンドル操作に対して、ハンドル操作が軽くなるようにモータ５０を駆動する制御を操舵アシスト制御と呼ぶ。この操舵アシスト制御においては、基本的には、入力トルクＴｉが大きくなるほど増加する目標アシストトルクが設定される。

ステアリングＥＣＵ８０と運転支援ＥＣＵ１０とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）２０を介して相互に送受信可能に接続されている。ステアリングＥＣＵ８０は、運転支援ＥＣＵ１０から車線維持用トルク指令を受信した場合には、車線維持用トルク指令で特定される制御量（後述する目標操舵トルクＴ*）に基づいてモータ５０を駆動して操舵トルクを発生させる。この場合、操舵アシスト制御と違って、ドライバーの操舵操作を要することなくモータ５０が駆動される。

本実施形態の運転支援装置は、自車両を目標走行ラインに沿って走行させるようにドライバーの操舵操作を支援する機能、つまり、車線維持支援機能を備えている。本実施形態の運転支援装置は、ドライバーの操舵操作を不要とした自動運転を可能とする装置ではないため、運転支援制御（車線維持支援制御）が実施されている場合であっても、ドライバーが操舵ハンドル４１を握っていることが要求される。

運転支援ＥＣＵ１０は、ステアリングＥＣＵ８０からＣＡＮ２０を介して入力トルクＴｉおよびアシスト部舵角θａを表す情報を所定の周期で取得する。

運転支援ＥＣＵ１０には、車速センサ１１、操作スイッチ１２、カメラセンサ１３、表示器１４、および、ブザー１５が接続されている。車速センサ１１は、自車両の車速Ｖｘを表す検出信号を運転支援ＥＣＵ１０に出力する。操作スイッチ１２は、ドライバーが車線維持支援制御を実施させるか否かの選択を行うためのスイッチであり、選択信号を運転支援ＥＣＵ１０に出力する。操作スイッチ１２がオンの場合には、車線維持支援制御が実施される。

カメラセンサ１３は、車両前方を撮影し、画像処理を行うことで、道路の左右のレーンマーカー（例えば、白線）を認識する。カメラセンサ１３は、このレーンマーカーに基づいて、自車両を走行させる目標走行ラインを決定する。例えば、カメラセンサ１３は、図２に示すように、左白線ＬＬと右白線ＬＲとを認識し、この左右の白線の中央位置となる車線中央を目標走行ラインＬｄに決定する。

更に、カメラセンサ１３は、この目標走行ラインＬｄの方向と車両進行方向とのずれ角（以下、ヨー角θｙと呼ぶ）、目標走行ラインＬｄに対する車両重心位置の幅方向のずれ量（以下、オフセット量Ｄと呼ぶ）、および、目標トレースラインの曲率ａ（道路曲率ａと呼ぶ）などを演算する。道路曲率ａに変えて、道路半径Ｒ（＝１／Ｒ）を演算してもよい。カメラセンサ１３は、これらの演算結果である車線情報を運転支援ＥＣＵ１０に出力する。尚、オフセット量Ｄを表す、目標走行ラインＬｄに対する車両重心位置の幅方向のずれ量とは、車幅方向のずれ量であってもよいし、道路幅方向のずれ量であってもよい。

また、カメラセンサ１３が撮影機能のみを有する場合、運転支援ＥＣＵ１０は、上述したカメラセンサ１３の演算機能の一部または全部（即ち、画像処理、レーンマーカーの認識、目標走行ラインの決定、ヨー角θｙの算出、オフセット量Ｄの算出、および、曲率ａの算出などの一部または全部）を実行してもよい。

表示器１４は、ドライバーが運転席に着座した位置で視認できる位置に設けられ、運転支援ＥＣＵ１０から送信された支援制御情報を画面に表示する。ブザー１５は、カメラセンサ１３によってレーンマーカーを認識できなかった場合、システム異常が検出された場合において鳴動して、車線維持支援制御を実施できない状況であることをドライバーに知らせる。また、表示器１４およびブザー１５は、運転支援制御中にドライバーの手放し運転が検出された場合の注意喚起用インターフェースとして用いられる。

次に、運転支援ＥＣＵ１０の実施する車線維持支援制御について説明する。図３は、運転支援ＥＣＵ１０の実施する車線維持支援制御に係る制御ブロック図である。運転支援ＥＣＵ１０は、目標舵角演算部１０１、ＦＦトルク演算部１０２、減算部１０３、ＦＢトルク演算部１０４、合算部１０５、手放し判定部１０６、および、手放し処理部１０７を備えている。各制御ブロック１０１〜１０７は、並行して、後述する演算処理を所定の演算周期にて繰り返し実施する。また、運転支援ＥＣＵ１０は、各種の演算の実行にあたって、各種のセンサ検出値を用いるが、そのセンサ検出値は、ことわりのない限り、演算時点における最新の値である。

目標舵角演算部１０１は、カメラセンサ１３からオフセット量Ｄ、ヨー角θｙ、および、道路曲率ａを入力し、これらの入力値に基づいて、式（１）を使って目標舵角θ*を演算する。
θ*＝Ｋ１×Ｄ＋Ｋ２×θｙ＋Ｋ３×ａ ・・・（１）
ここで、Ｋ１、Ｋ２、および、Ｋ３は、それぞれ制御ゲインである。

目標舵角θ*は、自車両が目標走行ラインＬｄに沿って走行できるように設定される操舵輪Ｗの目標舵角を、ステアリング機構４０のオーバーオールギヤ比を使ってアシスト部舵角に換算した値である。

尚、目標舵角θ*の演算に関しては、上記式（１）に限るものではなく、任意の式にて実施することができる。また、例えば、制御ゲインＫ１〜Ｋ３は、車速Ｖｘなど他のパラメータに応じて設定される値とすることもできる。

目標舵角演算部１０１は、算出した目標舵角θ*をＦＦトルク演算部１０２、および、減算部１０３に供給する。

ＦＦトルク演算部１０２は、目標舵角θ*に基づいてフィードフォワード制御量であるＦＦ目標操舵トルクＴFF*を演算する。ＦＦトルク演算部１０２は、図４に示す特性のＦＦトルクマップを記憶しており、このＦＦトルクマップを参照してＦＦ目標操舵トルクＴFF*を演算する。ＦＦトルクマップは、目標舵角θ*が大きくなるに従って増加するＦＦ目標操舵トルクＴFF*を設定する特性を有している。ＦＦトルクマップには不感帯が設定されており、目標舵角θ*がゼロ近傍領域に入る場合には、ＦＦ目標操舵トルクＴFF*がゼロに設定される。尚、このＦＦトルクマップは、一例であって、例えば、不感帯が設定されていないものであってもよく、また、必ずしも、線形な特性である必要もない。

尚、図４のＦＦトルクマップは、目標舵角θ*が正の値をとる場合（つまり、左方向の目標舵角θ*が設定されている場合）のＦＦ目標操舵トルクＴFF*を表しているが、目標舵角θ*が負の値をとる場合（つまり、右方向の目標舵角θ*が設定されている場合）には、ＦＦ目標操舵トルクＴFF*の符号が負になるだけであって、その大きさ（絶対値）は、目標舵角θ*が正の値をとる場合と変わらない。

ＦＦトルク演算部１０２は、算出したＦＦ目標操舵トルクＴFF*を合算部１０５に供給する。

減算部１０３は、目標舵角演算部１０１から供給された目標舵角θ*と、舵角センサ５２によって検出されたアシスト部舵角θａとを入力し、目標舵角θ*とアシスト部舵角θａとの偏差である舵角偏差Δθ（θ*−θａ）を演算する。減算部１０３は、算出した舵角偏差ΔθをＦＢトルク演算部１０４に供給する。

ＦＢトルク演算部１０４は、舵角偏差Δθに基づいて、フィードバック制御量であるＦＢ目標操舵トルクＴFB*を演算する。ＦＢトルク演算部１０４は、例えば、舵角偏差Δθを比例項として含んだＰＩＤ制御式、ＰＩ制御式、Ｐ制御式などによりＦＢ目標操舵トルクＴFB*を演算する。

ＦＢトルク演算部１０４は、算出したＦＢ目標操舵トルクＴFB*を合算部１０５に供給する。

合算部１０５は、ＦＦトルク演算部１０２から供給されたＦＦ目標操舵トルクＴFF*、および、ＦＢトルク演算部１０４から供給されたＦＢ目標操舵トルクＴFB*を入力し、ＦＦ目標操舵トルクＴFF*とＦＢ目標操舵トルクＴFB*とを合算した値である目標操舵トルクＴ*（＝ＴFB*＋ＴFF*）を算出する。合算部１０５は、算出した目標操舵トルクＴ*を手放し処理部１０７に供給する。

手放し判定部１０６は、ドライバーが手放し運転をしているか否かについての判定(手放し判定）を行う機能部であって、ステアリングＥＣＵ８０から入力トルクＴｉとアシスト部舵角θａとを表すセンサ情報を入力し、入力トルクＴｉとアシスト部舵角θａとに基づいて手放し判定を行う。この手放し判定の手法については後述する。手放し判定部１０６は、手放し判定結果を手放し処理部１０７に供給する。

手放し処理部１０７は、手放し判定結果に基づいて、ドライバーが手放し運転をしていると判定されていない場合、合算部１０５から供給された目標操舵トルクＴ*を表す情報を含んだ車線維持用トルク指令を、ＣＡＮ２０を介してステアリングＥＣＵ８０に送信する。

ステアリングＥＣＵ８０は、車線維持用トルク指令を受信すると、車線維持用トルク指令に含まれる情報である目標操舵トルクＴ*を目標電流に変換し、モータ５０に目標電流が流れるようにモータドライバ７０の作動を制御する。モータドライバ７０には、モータ５０に流れる電流を検出する電流センサ（図示略）が設けられている。ステアリングＥＣＵ８０は、電流センサによって検出される実電流が目標電流と等しくなるようにモータドライバ７０のスイッチング素子（図示略）のデューティ比を制御する。これにより、モータ５０から目標操舵トルクＴ*が出力され、操舵輪Ｗが転舵される。この結果、自車両を目標走行ラインＬｄに沿って走行させるようにドライバーの操舵操作を支援することができる。

また、手放し処理部１０７は、手放し判定結果に基づいて、ドライバーが手放し運転をしていると判定されている場合、車線維持用トルク指令の送信を停止する。従って、車線維持用トルク指令の送信停止期間中は、車線維持支援制御が中断される。また、手放し処理部１０７は、ドライバーが手放し運転をしていると判定されて期間中、表示器１４に手放し注意喚起指令を送信する。

表示器１４は、手放し注意喚起指令を受信すると、例えば、操舵ハンドルのマークを表示パネルに点滅表示させるなど、ドライバーに対して注意喚起用の表示をする。また、手放し処理部１０７は、ドライバーが手放し運転をしていると判定されている場合、ブザー１５を鳴動させてドライバーに対して注意喚起する。こうしたことにより、ドライバーに対して運転支援装置を過信させないようにすることができる。

次に、手放し判定の方法について説明する。手放し判定部１０６は、ドライバーが操舵ハンドル４１へ入力したトルク、つまりドライバートルクに基づいて、手放し判定を行う。この場合、ドライバートルクを高精度に検出する必要があるが、トルクセンサ６０によって検出される入力トルクＴｉには、ステアリング系の摩擦による影響分が含まれているため、真のドライバートルクとは相違する。そこで、手放し判定部１０６は、ステアリング系の摩擦を考慮してドライバートルクを検出する。

＜ステアリング系の力学モデル＞
図５は、電動パワーステアリング部３０におけるステアリング系の力学モデルを表している。ステアリングシャフト４２の途中にはドライバートルクを検出するためのトーションバー６１が設けられている。力学モデルにおける符号Ｋｔｂは、トーションバー６１の剛性（ねじり剛性）を表す。また、ステアリング機構４０は、トーションバー６１の上流側および下流側の両方において操舵動作に対して摩擦力を発生する摩擦体が存在する。力学モデルにおける符号ＦｒＵは、トーションバー６１の上流側の摩擦（上流側摩擦と呼ぶ）を表し、符号ＦｒＬは、トーションバー６１の下流側の摩擦（下流側摩擦と呼ぶ）を表す。また、符号Ｋｓａｔは、セルフアライニングトルクを発生するタイヤの剛性（セルフアライニングトルク剛性と呼ぶ）を表し、符号δは、操舵輪Ｗの舵角(タイヤ舵角と呼ぶ）を表す。

モータ５０は、減速機構部５１を介してトーションバー６１の下流側位置でステアリングシャフト４２（メインシャフト４２ａ）にアシストトルクを付与する。力学モデルにおける符号Ｔａは、このアシストトルクを表す。

力学モデルにおける符号θａは、アシストトルクＴａが付与される位置におけるメインシャフト４２ａの舵角、つまり、アシスト部舵角である。アシスト部舵角θａは、舵角センサ５２によって検出されるモータ５０の回転角度を減速機構部５１の減速比で除算して算出される。また、力学モデルにおける符号θｈは、操舵ハンドル４１の舵角（ハンドル舵角と呼ぶ）である。従って、トーションバー６１が捩じられていない状態においては、アシスト部舵角θａとハンドル舵角θｈとは等しい。

ドライバートルクは、トルクセンサ６０により検出される入力トルクＴｉを、この力学モデルを使って補正することによって算出される。尚、ドライバートルクの算出に当たっては、セルフアライニングトルク剛性Ｋｓａｔ、下流側摩擦ＦｒＬ、および、タイヤ舵角δについては、使用されない。

ここで、ドライバーが操舵ハンドル４１を把持していない状態を考える。モータ５０が駆動されると、アシスト部Ａにトルクが付与され、アシスト部Ａが回転し始める。この場合、メインシャフト４２ａの上流側は、上流側摩擦ＦｒＵが働くため、アシスト部Ａが回転しても、すぐには回転しない。従って、トーションバー６１が捩れる。この場合、ドライバーが操舵ハンドル４１を把持していなくても、トルクセンサ６０には、ゼロより大きな入力トルクＴｉが検出される。

モータ５０の発生するトルクが上流側摩擦ＦｒＵ［Ｎ・ｍ］を超えると、メインシャフト４２ａの上流側も回転し始め、これと併せてハンドル舵角θｈが変化する。つまり、ハンドル舵角θｈは、アシスト部舵角θａが所定角度だけ回転した後に変化する。

例えば、アシスト部舵角θａが所定量±Δθだけ変化すると、トーションバー６１が所定量±Δθだけ捩れて、±ＫＴｂ・Δθのトルクを発生する。このとき、トルクセンサ６０は、±ＫＴｂ・Δθの大きさの入力トルクＴｉを検出する。そして、モータ５０の発生するアシストトルクが上流側摩擦ＦｒＵ［Ｎ・ｍ］を超えると、ハンドル舵角θｈが変化し始める。

従って、アシスト部舵角θａがハンドル舵角θｈに先行して変化する変化量、換言すれば、ハンドル舵角θｈが変化するために必要となるアシスト部舵角θａの変化量がわかれば、その変化量とアシスト部舵角θａ（舵角センサ５２の検出値から求められる）とに基づいてハンドル舵角θｈを推定することができる。

アシスト部舵角θａがハンドル舵角θｈに先行して変化する変化量［ｄｅｇ］は、上流側摩擦ＦｒＵ［Ｎ・ｍ］をトーションバー６１の剛性Ｋｔｂ［Ｎ・ｍ／ｄｅｇ］で除算する（ＦｒＵ／Ｋｔｂ）ことによって算出できる。

こうした力学モデルを用いて、運転支援ＥＣＵ１０は、以下のようにして、手放し状態を想定したときの現時点のハンドル舵角θｈ(推定値）を演算する。運転支援ＥＣＵ１０は、所定の短い演算周期にてハンドル舵角θｈを演算する。ここで、１演算周期前に演算されたハンドル舵角を前回ハンドル舵角θｈ(n-1)と呼ぶ。また、上流側摩擦ＦｒＵをトーションバー６１の剛性Ｋｔｂで除算した値（ＦｒＵ／Ｋｔｂ）を先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂと呼ぶ。

関係式１：（θｈ(n-1)−ＦｒＵ／Ｋｔｂ）≦θａ≦（θｈ(n-1)＋ＦｒＵ／Ｋｔｂ）が成立する場合には、運転支援ＥＣＵ１０は、ハンドル舵角θｈを、前回ハンドル舵角θｈ(n-1)と同じ値に設定する（θｈ＝θｈ(n-1)）。
関係式２：θａ＜（θｈ(n-1)−ＦｒＵ／Ｋｔｂ）が成立する場合には、運転支援ＥＣＵ１０は、ハンドル舵角θｈを、現時点のアシスト部舵角θａに先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂを加算した値に設定する（θｈ＝θａ＋ＦｒＵ／Ｋｔｂ）。
関係式３：θａ＞（θｈ(n-1)＋ＦｒＵ／Ｋｔｂ）が成立する場合には、運転支援ＥＣＵ１０は、ハンドル舵角θｈを、現時点のアシスト部舵角θａから先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂを減算した値に設定する（θｈ＝θａ−ＦｒＵ／Ｋｔｂ）。

関係式１は、アシスト部舵角θａが、前回ハンドル舵角θｈ(n-1)から先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂを減算した値以上であり、前回ハンドル舵角θｈ(n-1)に先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂを加算した値以下であるという関係を表している。この関係式１が成立するときは、操舵ハンドル４１は、回転していないと推定できる。このため、ハンドル舵角θｈは、前回ハンドル舵角θｈ(n-1)と同じ値に設定される。

関係式２は、アシスト部舵角θａが、前回ハンドル舵角θｈ(n-1)から先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂを減算した値より小さいという関係を表している。また、関係式３は、アシスト部舵角θａが、前回ハンドル舵角θｈ(n-1)に先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂを加算した値より大きいという関係を表している。この関係式２、または、関係式３が成立する場合には、操舵ハンドル４１は、回転していると推定できる。このため、ハンドル舵角θｈは、アシスト部舵角θａから先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂを差し引くことによって求められる。この場合、回転方向を考慮して符号（正負）を決めればよい。

ハンドル舵角θｈとアシスト部舵角θａとの差分（θｈ−θａ）は、トーションバー６１の捩じれ角である。従って、この差分（θｈ−θａ）にトーションバー６１の剛性Ｋｔｂを乗算した値（Ｋｔｂ・（θｈ−θａ））が、手放し状態でモータ５０を駆動した際にトーションバー６１に生じるトルクである。従って、この値（Ｋｔｂ・（θｈ−θａ））を補正値として使って、トルクセンサ６０によって検出される入力トルクＴｉを補正して、本来のドライバートルクを求めることができる。

＜手放し判定ルーチン＞
次に、運転支援ＥＣＵ１０の手放し判定部１０６の実施する手放し判定処理について説明する。図６は、手放し判定ルーチンを表すフローチャートである。手放し判定部１０６は、手放し判定ルーチンを所定の短い演算周期で繰り返し実施する。

手放し判定ルーチンが開始されると、手放し判定部１０６は、ステップＳ１１において、関係式１：（θｈ(n-1)−ＦｒＵ／Ｋｔｂ）≦θａ≦（θｈ(n-1)＋ＦｒＵ／Ｋｔｂ）が成立するか否かについて判定する。手放し判定部１０６は、関係式１が成立する場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、その処理をステップＳ１３に進めて、現時点のハンドル舵角θｈを、前回ハンドル舵角θｈ(n-1)と同じ値に設定する。尚、手放し判定ルーチンが起動された直後における前回ハンドル舵角θｈ(n-1)の値、つまり、前回ハンドル舵角θｈ(n-1)の初期値は、例えば、θａである。

一方、関係式１が成立しない場合、手放し判定部１０６は、その処理をステップＳ１２に進めて、関係式２：θａ＜（θｈ(n-1)−ＦｒＵ／Ｋｔｂ）が成立するか否かについて判定する。手放し判定部１０６は、関係式２が成立する場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、その処理をステップＳ１４に進めて、現時点のアシスト部舵角θａに先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂを加算した値を、現時点のハンドル舵角θｈに設定する（θｈ＝θａ＋ＦｒＵ／Ｋｔｂ）。

また、関係式２が成立しない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）は、関係式３が成立している。この場合、手放し判定部１０６は、その処理をステップＳ１５に進めて、現時点のアシスト部舵角θａから先行角度ＦｒＵ／Ｋｔｂを減算した値を、現時点のハンドル舵角θｈに設定する（θｈ＝θａ−ＦｒＵ／Ｋｔｂ）。

手放し判定部１０６は、ハンドル舵角θｈを演算すると、その処理をステップＳ１６に進めて、トルクセンサ６０によって検出される入力トルクＴｉを補正することにより、ドライバーが操舵ハンドル４１に入力したトルクを表すドライバートルクＴｘを算出する。ドライバートルクＴｘは、トルクセンサ６０によって検出される入力トルクＴｉから補正値（Ｋｔｂ・（θｈ−θａ））を減算することによって算出される（Ｔｘ＝Ｔｉ−Ｋｔｂ・（θｈ−θａ））。

続いて、手放し判定部１０６は、ステップＳ１７において、ドライバートルクＴｘの大きさ（｜Ｔｘ｜）が手放し判定閾値Ｔrefより小さいか否かについて判定する。ドライバートルクＴｘの大きさ（｜Ｔｘ｜）が手放し判定閾値Ｔrefより小さい場合（Ｓ１７：Ｙｅｓ）には、ドライバーが操舵ハンドル４１を把持していないと推定できる。この場合、手放し判定部１０６は、ステップＳ１８において、手放しタイマ値ｔを値「１」だけインクリメントする。手放しタイマ値ｔの初期値は、「０」である。

一方、ドライバートルクＴｘの大きさ（｜Ｔｘ｜）が手放し判定閾値Ｔref以上である場合（Ｓ１７：Ｎｏ）には、ドライバーが操舵ハンドル４１を把持していると推定できる。この場合、手放し判定部１０６は、ステップＳ２０において、手放しタイマ値ｔをゼロクリアして手放し判定ルーチンを一旦終了する。

手放し判定部１０６は、ドライバートルクＴｘの大きさ（｜Ｔｘ｜）が手放し判定閾値Ｔrefより小さい場合には、ステップＳ１９において、手放しタイマ値ｔが手放し運転確定時間ｔrefを超えたか否かについて判定する。手放しタイマ値ｔが手放し運転確定時間ｔrefを超えていない場合（Ｓ１９：Ｎｏ）、手放し判定部１０６は、手放し判定ルーチンを一旦終了する。

手放し判定部１０６は、手放し判定ルーチンを所定の演算周期で繰り返す。従って、ドライバートルクＴｘが繰り返し演算され、その都度、ドライバートルクＴｘに基づいて、ドライバーが操舵ハンドル４１を把持しているか否かの判定が行われる（Ｓ１７）。こうした処理が繰り返され、手放しタイマ値ｔが手放し運転確定時間ｔrefを超えると（Ｓ１９：Ｙｅｓ）、手放し判定部１０６は、ステップＳ２１において、ドライバーが手放し運転をしていると判定する。

このステップＳ２１の判定に基づいて、手放し判定部１０６は、「手放し運転有り」を表す手放し判定結果情報を、手放し処理部１０７に供給する。これにより、手放し処理部１０７は、上述した処理、つまり、車線維持用トルク指令の送信を停止、および、ドライバーへの注意喚起処理を実施する。

以上説明したように、本実施形態に係る運転支援装置によれば、トーションバー６１の上流側摩擦の値ＦｒＵ、トーションバー６１のねじり剛性の値Ｋｔｂ、および、アシスト部舵角θａに基づいて、手放し状態を想定したハンドル舵角θｈが演算され、このハンドル舵角θｈを使って、トルクセンサ６０によって検出される入力トルクＴｉが補正される。これにより、ドライバーが操舵ハンドル４１に入力したドライバートルクＴｘが算出される。そして、算出されたドライバートルクＴｘに基づいて、手放し判定が実施される。

従って、本実施形態に係る運転支援装置によれば、操舵支援制御の実施中におけるドライバートルクを適切に検出することができ、この結果、手放し判定の精度が向上する。

＜変形例１＞
次に、運転支援装置の変形例１について説明する。

上述したようにモータ５０のトルクは、減速機構部５１を介してステアリングシャフト４２に伝達される。こうした構成において、減速機構部５１に撓みが存在するケースが考えられる。その場合には、減速機構部５１に撓みを考慮してドライバートルクＴｘを算出しないと、手放し判定の精度が低下してしまう。そこで、この変形例１は、減速機構部５１の撓みを考慮してドライバートルクＴｘが算出されるように構成されている。

減速機構部５１に撓みが存在しているステアリング系の力学モデルは、図７のように表すことができる。実施形態における力学モデル（図５）との違いは、減速機構部５１の剛性Ｋｒｇが加わっている点である。図中において、符号θｍはモータ５０の回転角、符号Ｔｍは、モータ５０の出力トルク(モータトルクと呼ぶ）を表す。

減速機構部５１に撓みが存在する場合には、撓みが存在しない場合に比べて、撓み分だけモータ５０が余分に回転する。この撓みによってモータ５０が余分に回転する角度を、減速機構部５１の減速比を使ってアシスト部Ａの回転角度に換算した値を、撓み分角度Δθａと呼ぶ。この場合、実際のアシスト部Ａの舵角は、アシスト部舵角θａ（舵角センサ５２の検出角度をアシスト部Ａの回転角度に換算した角度）よりも撓み分角度Δθａだけ小さい値となる。

この撓み分角度Δθａは、モータトルクＴｍを減速機構部５１の剛性Ｋｒｇで除算した値を、減速機構部５１の減速比を使ってアシスト部Ａの回転角度に換算して求められる。従って、撓み分角度Δθａは、モータトルクＴｍに比例する。但し、撓み分角度Δθａは、モータトルクＴｍが所定値を超えると、それ以上増加しなくなる。このため、モータトルクＴｍと撓み分角度Δθａとの関係は、図８に示すような特性を示す。

運転支援ＥＣＵ１０は、図８に示す特性の撓み分角度マップを記憶しており、この撓み分角度マップを参照して、モータトルクＴｍに応じた撓み分角度Δθａを算出する。この場合、運転支援ＥＣＵ１０は、モータトルクＴｍを表す情報をステアリングＥＣＵ８０から取得する。運転支援ＥＣＵ１０は、次式に示すように、アシスト部舵角θａから撓み分角度Δθａを減算することにより、減速機構部５１の撓みを考慮した補正アシスト部舵角θａｏを算出する。
θａｏ＝θａ−Δθａ

この変形例１においては、手放し判定部１０６が、この補正アシスト部舵角θａｏを使って、ドライバートルクＴｘを算出し、このドライバートルクＴｘに基づいて手放し判定を行う。つまり、手放し判定部１０６は、図６の手放し判定ルーチンにおけるアシスト部舵角θａを、補正アシスト部舵角θａｏに置き換えて、手放し判定ルーチンを実施する。

この変形例１によれば、減速機構部５１に撓みが存在するステアリング機構であっても、その撓みを考慮してドライバートルクＴｘが算出されるため、高精度に手放し判定を実施することができる。

尚、この変形例１においては、運転支援ＥＣＵ１０がアシスト部舵角θａを補正して補正アシスト部舵角θａｏを算出するが、それに代えて、ステアリングＥＣＵ８０がアシスト部舵角θａを補正して補正アシスト部舵角θａｏを算出し、この補正アシスト部舵角θａｏを表す情報を運転支援ＥＣＵ１０に供給する構成であってもよい。

以上、本実施形態（変形例を含む）に係る運転支援装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、ドライバートルク｜Ｔｘ｜が手放し判定閾値Ｔrefより小さい状態が手放し運転確定時間ｔrefを超えた場合に、ドライバーが手放し運転をしていると判定するが、手放し判定方法については、種々の方法が知られており、これら公知の任意の手法を採用することができる。

また、上流側摩擦ＦｒＵは、車種に応じた固定値として与えられてもよいが、個々の車両ごとに設定されてもよい。例えば、車両工場において、個々の車両ごとに、上流側摩擦測定用のプログラムでモータ５０を駆動し、運転支援装置が備えているセンサを使ってアシスト部舵角θａと入力トルクＴｉとの関係を表すリサージュ波形を作成し、この波形の変曲点から上流側摩擦ＦｒＵを求めるようにしてもよい。

また、本実施形態の運転支援装置は、操舵支援制御として、車線維持支援制御を実施するが、車線維持支援制御に限るものでは無く、例えば、自車両が車線の外に逸脱しないように操舵輪の操舵を制御する車線逸脱防止支援制御、あるいは、自車両が隣接車線に車線変更するように操舵輪の操舵を制御する車線変更支援制御などを実施してもよい。そして、ドライバーが操舵ハンドルを把持していることが要求される操舵支援制御を実施する場合には、運転支援装置は、トルクセンサ６０によって検出される入力トルクＴｉを補正したドライバートルクＴｘを使って手放し判定を実施するように構成される。

１…運転支援制御部、１０…運転支援ＥＣＵ、１１…車速センサ、１３…カメラセンサ、１４…表示器、１５…ブザー、３０…電動パワーステアリング部、４０…ステアリング機構、５０…モータ、５１…減速機構部、５２…舵角センサ、６０…トルクセンサ、６１…トーションバー、７０…モータドライバ、８０…ステアリングＥＣＵ、１０１…目標舵角演算部、１０２…ＦＦトルク演算部、１０３…減算部、１０４…ＦＢトルク演算部、１０５…合算部、１０６…手放し判定部、１０７…手放し処理部、Ｗ…操舵輪、θａ…アシスト部舵角、θｈ…ハンドル舵角、Δθａ…撓み分角度、θａｏ…補正アシスト部舵角、Ａ…アシスト部、Ｔｉ…入力トルク、Ｔｘ…ドライバートルク、ＦｒＵ…上流側摩擦、Ｋｔｂ…トーションバーの剛性（ねじり剛性）。

Claims (1)

1. ステアリング機構に操舵トルクを付与する操舵アクチュエータと、
   前記操舵アクチュエータの駆動を制御して、ドライバーの操舵操作を支援する制御である操舵支援制御を実施する操舵支援制御手段と、
   前記操舵アクチュエータが前記ステアリング機構に連結される位置よりも操舵ハンドル側のステアリングシャフトに設けられたトーションバーの捩じり状態を検出し、前記トーションバーの捩じり状態に基づいて、前記ステアリングシャフトに入力されたトルクである入力トルクを検出するトルク検出手段と、
   前記ステアリング機構における前記トーションバーよりも前記操舵ハンドル側の摩擦、および、前記トーションバーの剛性に基づいて、前記トルク検出手段によって検出された入力トルクを補正することにより、ドライバーが操舵ハンドルに入力したトルクであるドライバートルクを算出する補正手段と、
   前記操舵支援制御の実施中に、前記補正手段によって算出されたドライバートルクに基づいて、ドライバーが手放し運転をしているか否かについて判定する手放し判定手段と、
   前記手放し判定手段によって前記ドライバーが手放し運転をしていると判定された場合に、予め設定された手放し運転対応処理を実施する手放し運転対応処理手段と
   を備えた運転支援装置。

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