JP6056975B2 - 車両用操舵制御装置および車両用操舵制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、車両用操舵制御装置および車両用操舵制御方法に関するものである。
本出願は、2013年7月26日に出願された日本国特許出願の特願2013−155401に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。
本出願は、2013年7月26日に出願された日本国特許出願の特願2013−155401に基づく優先権を主張するものであり、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、上記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。
従来より、車両の操舵を自動で制御する自動操舵制御を実行可能な車両用操舵制御装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来技術では、自動操舵制御において操舵を自動で行った場合に、操舵機構が機構的な操舵可能範囲の限界点(メカニカルリミット)に達してしまい、運転者の意図に反して、操舵機構による操舵操作が突然に停止してしまい、運転者に違和感を与えてしまう場合があった。
本発明の課題は、自動操舵制御を適切に実行可能な車両用操舵制御装置を提供することである。
本発明は、自動操舵制御中に、操舵角の絶対値が第1閾値から第1閾値より大きい操舵機構が機構的な操舵可能範囲の限界点に達する操舵角となる前の間では、操舵角の絶対値が大きくなるほど電流指令値の絶対値の上限値を限界点に達する操舵角となる前でゼロになるよう小さくすることで、上記課題を解決する。
本発明によれば、操舵機構がメカニカルリミットに達する手前において、操舵角の変化を緩やかにすることができ、これにより、自動操舵制御中に、運転者の意図に反して、操舵機構による操舵操作が突然に停止することで、運転者に違和感を与えてしまうことを軽減することができる。
《第1実施形態》
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。なお、以下においては、車両に搭載され、運転者が操舵操作を行わずとも、操舵操作を自動で制御することで、車両を目標位置まで誘導することが可能な操舵制御装置を例示して、本発明を説明する。
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について説明する。なお、以下においては、車両に搭載され、運転者が操舵操作を行わずとも、操舵操作を自動で制御することで、車両を目標位置まで誘導することが可能な操舵制御装置を例示して、本発明を説明する。
図1は、本実施形態に係る操舵制御装置100を示す構成図である。本実施形態に係る操舵制御装置100は、図1に示すように、ステアリング装置10と、操舵支援制御装置20と、自動操舵制御装置30と、自動操舵制御スイッチ31と、ディスプレイ32と、電動モータ40とを備える。
ステアリング装置10は、電動パワーステアリング機能を備え、運転者によりステアリングホイール11が操作された場合に、ステアリングホイール11の操舵角に応じて、車輪(たとえば左右前輪)15を操舵する。
具体的には、ステアリング装置10のステアリングホイール11と車輪15との間の操舵系は、機械的に連結されており、ステアリングシャフト12と、ラックアンドピニオン式ギヤ機構13と、タイロッド14とを主体に構成されている。ステアリングシャフト12の上端には、ステアリングホイール11が取り付けられており、その下端には、ラックアンドピニオン式ギヤ機構13が接続されている。ステアリングシャフト12と接続するピニオンシャフトの下端には、ピニオン13aが取り付けられており、このピニオン13aは、車幅方向に延在して設けられたラック13bに噛合している。このラックアンドピニオン式ギヤ機構13により、ステアリングホイール11(ステアリングシャフト12)の回転運動が、ラック13bの直進運動(並進運動)へと変換される。ラック13bの両端には、タイロッド14を介して車輪15に設けられたナックルアーム(図示せず)が接続されており、ラック13bが直進運動(並進運動)することにより車輪15が操舵される。
トルクセンサ16は、運転者による操舵入力であるステアリングトルクを検出する。トルクセンサ16により検出されたステアリングトルクは、操舵支援制御装置20および自動操舵制御装置30に出力される。
操舵角センサ17は、ステアリングシャフト12に設けられており、ステアリングシャフト12の回転角を操舵角として検出する。操舵角センサ17により検出された操舵角は、ステアリングホイール11の操舵角に相当するものであり、本実施形態においては、ステアリングホイール11の中立位置を「0」として、右操舵時の操舵角を正の値、左操舵時の操舵角を負の値として出力する。なお、操舵角センサ17により検出された操舵角は、操舵支援制御装置20および自動操舵制御装置30に出力される。
車速センサ18は、車輪15の回転状態を検出することにより、車両15の回転状態に応じた車速パルスを出力する。たとえば、車速センサ18は、車輪の中心に取り付けられた歯車の回転を磁気センサ(不図示)によって検出することで、車速パルスを出力することができる。車速センサ18により出力された車速パルスは、操舵支援制御装置20および自動操舵制御装置30に出力される。
電動モータ40は、車載バッテリ(不図示)から供給された電力をトルクに変換する。電動モータ40に供給される電流の大きさは、後述するように、操舵支援制御装置20または自動操舵制御装置30により決定され、操舵支援制御装置20または自動操舵制御装置30により決定された電流値にて、車載バッテリから電動モータ40に電力が供給される。
そして、車載バッテリから電動モータ40に電力が供給されると、電動モータ40は、車載バッテリから供給された電流値の大きさに応じてトルクを発生し、電動モータ40で発生させたトルクを減速機19に伝達する。減速機19に伝達されたトルクは、ステアリングシャフト12の回転トルクに変換され、これにより、ステアリング装置10に、電流値に応じた操舵動力が付与されることなる。
操舵支援制御装置20は、運転者によるステアリング装置10の操舵操作を支援するための装置であり、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースを主体に構成されたマイクロコンピュータを備えている。そして、操舵支援制御装置20は、ROMに格納された制御プログラムに従って、電動モータ40の駆動を制御することで、運転者の操舵力を支援する操舵支援制御を行う。
具体的には、操舵支援制御装置20は、ステアリングトルクと、車速と、電流指令値(詳細は後述する。)との対応関係を定めた操舵支援特性に基づいて、電動モータ40に供給する電流の目標値である電流指令値を算出する。なお、以下においては、操舵支援制御装置20により算出された電流指令値を、第1電流指令値として説明する。
そして、操舵支援制御装置20は、第1電流指令値を算出した後に、算出した第1電流指令値の電流にて、車載バッテリ(不図示)から電動モータ40に電力を供給する。このように、操舵支援制御装置20は、ステアリングトルクと車速とに基づいて、電動モータ40に供給する電流の目標値を第1電流指令値として算出し、算出した第1電流指令値の電流で、車載バッテリから電動モータ40に電力を供給することで、運転者の操舵操作を支援するための操舵動力を、ステアリング装置10に付与することができる。
なお、本実施形態において、ステアリングトルクと、車速と、第1電流指令値との対応関係を定めた操舵支援特性は、マップまたは演算式の形式で、操舵支援制御装置20のROMに予め格納されている。さらに、この操舵支援特性は、ステアリングトルクが大きいほど、第1電流指令値の絶対値が大きくなり、また、車速が大きいほど、第1電流指令値の絶対値が小さくなるように設定されている。加えて、この操舵支援特性は、第1電流指令値の正負が、操舵角および操舵角速度に応じて、右方向への操舵操作のときは正の第1電流指令値となり、左方向への操舵操作のときは負の第1電流指令値となるように設定されている。
次に、自動操舵制御装置30について説明する。自動操舵制御装置30は、CPU、ROM、RAM、I/Oインターフェースから構成されたマイクロコンピュータを備えており、ROMに格納された制御プログラムに従って、電動モータ40の駆動を制御することで、ステアリング装置10の操舵操作を自動で制御する自動操舵制御を行う。
具体的には、自動操舵制御装置30は、運転者により自動操舵制御スイッチ31がオンにされた場合に、車両を目標位置に誘導するために必要な目標操舵角を算出し、電動モータ40に供給する必要がある電流の目標値を第2電流指令値として算出する。
ここで、車両を目標駐車位置まで誘導する場面における、第2電流指令値の算出方法について説明する。たとえば、本実施形態では、カメラにより撮像された映像が、インストルメントパネルに配設されたディスプレイ32の画面に表示され、運転者は、ディスプレイ32の画面に表示された映像を参照して、ディスプレイ32が備えるタッチパネルを操作することで、目標駐車位置を設定することができる。そして、運転者により目標駐車位置が設定されると、自動操舵制御装置30は、現在の車両位置と目標駐車位置との位置関係を演算し、目標駐車位置に駐車するための目標走行経路を演算する。そして、自動操舵制御装置30は、目標走行経路と現在の車両位置とに基づいて、必要な目標操舵角を演算し、この目標操舵角を達成するために必要な電動モータ40に供給する電流の値を、第2電流指令値として算出する。そして、自動操舵制御装置30により算出された第2電流指令値は、操舵支援制御装置20に出力される。
また、自動操舵制御装置30は、自動操舵制御スイッチ31がオンにされた場合に、自動操舵制御の開始信号を操舵支援制御装置20に出力する。これにより、操舵支援制御装置20は、自動操舵制御モードに切り替わり、自動操舵制御装置30により出力された第2電流指令値の電流を、電動モータ40に供給する。その結果、電動モータ40において、自動操舵制御装置30により算出された第2電流指令値の電流が、操舵トルクに変換され、ステアリング装置10に操舵力として伝達される。
また、本実施形態では、第1電流指令値と同様に、第2電流指令値の正負が、右方向への操舵操作のときは正の第2電流指令値となり、左方向への操舵操作のときは負の第2電流指令値となるように設定されている。以下においては、右操舵時における場面を例示して、第2電流指令値の制御方法について詳細に説明する。
ここで、ステアリング装置10には、ステアリング装置10の構造上の理由から、機械的・物理的に車輪15を操舵可能な限界点(以下、メカニカルリミットという)が存在する。そのため、従来では、自動操舵制御において操舵角が大きくなるように操舵操作が行われた場合に、メカニカルリミットにおいて、ステアリング装置10による操舵操作が突然に停止してしまい、運転者に違和感を与えてしまう場合があった。
そこで、本実施形態において、自動操舵制御装置30は、このような運転者の違和感を軽減するために、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する少し手前の操舵角を、第1閾値α1として設定し、自動操舵制御が開始された場合に、操舵角が第1閾値以上となったか否かを判断する。そして、自動操舵制御装置30は、操舵角が第1閾値以上となった場合には、操舵角の変化を緩やかにするために、操舵角が大きいほど第2電流指令値の上限値が小さくなるように、第2電流指令値の上限値を制御する。
なお、本実施形態において、自動操舵制御装置30は、現在の操舵角と、メカニカルリミットにおける操舵角との角度差を操舵可能角度として算出し、操舵可能角度が閾値α1未満である場合に、操舵角が第1閾値以上であると判断することで、操舵角が第1閾値以上となったか否かを判断する。また、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する操舵角は車種ごとに決定できるため、自動操舵制御装置30は、現在の操舵角に基づいて、操舵可能角度を算出することができる。
ここで、図2(A)は、右操舵時における第2電流指令値の上限値と操舵可能角度との関係を示す図である。なお、図2(A)においては、横軸に、操舵可能角度を示しており、左方向(矢印方向と反対の方向)側から右方向(矢印方向)側に向かって、操舵可能角度は小さくなっている。
図2(A)に示すように、自動操舵制御装置30は、操舵可能角度が閾値α1以上である場合には、第2電流指令値の上限値を初期値とし、操舵可能角度が閾値α1未満となった場合に、第2電流指令値の上限値の抑制を開始する。そして、操舵可能角度が、閾値α1未満であり、かつ、閾値α1よりも小さい閾値α2以上である場合には、自動操舵制御装置30は、操舵可能角度が小さいほど、第2電流指令値の上限値を小さくし、操舵可能角度が閾値α2となった場合に、第2電流指令値の上限値をゼロに設定する。
なお、操舵可能角度と第2電流指令値の上限値との対応関係は、テーブルやマップなどの形式で、自動操舵制御装置30のRAMに予め記憶されており、自動操舵制御装置30は、RAMに記憶された操舵可能角度と第2電流指令値の上限値との対応関係を参照することで、操舵可能角度に基づいて、第2電流指令値の上限値を算出することができる。
このように、本実施形態では、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する手前において、操舵角が大きくなるほど(操舵可能角度が小さくなるほど)、第2電流指令値の上限値を小さくすることで、図3(B)に示すように、第2電流指令値の実際の値を抑制することができ、これにより、図3(A)に示すように、操舵角の変化を緩やかにすることができる。また、図2(A)に示すように、操舵可能角度が閾値α2となった場合には、第2電流指令値の上限値はゼロに設定され、これにより、図3(B)に示すように、第2電流指令値の実際の値もゼロとなる。その結果、図3(A)に示すように、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する手前において、ステアリング装置10の操舵操作を停止させることができる。なお、図3(A)は、操舵可能角度の変化の一例を示す図であり、図3(B)は、第2電流指令値の変化の一例を示す図である。
たとえば、図3(B)に示す例では、目標位置に車両を誘導するために、右方向の操舵に対応する正の第2電流指令値が算出され、電動モータ40に正の第2電流指令値の電流が供給されている。これにより、ステアリング装置10に右方向への操舵力が付与され、右方向の操舵角は大きくなる。一方、操舵角が大きくなると、図3(A)に示すように、現在の操舵角とメカニカルリミットにおける操舵角との角度差である操舵可能角度は小さくなり、その結果、時刻t1において、操舵可能角度が閾値α1未満となる。
そして、時刻t1において、操舵可能角度が閾値α1未満となると、自動操舵制御装置30は、図2(A)に示すように、操舵可能角度に応じて、第2電流指令値の上限値を小さくし、これにより、図3(B)に示すように、第2電流指令値の実際の値は抑制される。さらに、操舵可能角度が閾値α2となり、第2電流指令値の上限値がゼロとなった場合には、図3(B)に示すように、第2電流指令値の実際の値はゼロとなり、これにより、図3(A)に示すように、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する前(操舵可能角度がゼロとなる前)において、ステアリング装置10の操舵が停止される。
このように、自動操舵制御装置30は、操舵角が所定の第1閾値を超えた場合(操舵可能角度が閾値α1未満となった場合)に、操舵角の変化を緩やかにすることで、ステアリング装置10が機械的・物理的なメカニカルリミットに達してしまい、運転者の意図に反して、ステアリング装置10の操舵が突然に停止してしまい、運転者に違和感を与えてしまうことを有効に防止することができる。
また、本実施形態において、自動操舵制御装置30は、操舵角の変化速度を繰り返し算出しており、操舵角の変化速度が所定の基準速度以上であるか否かを判断している。そして、自動操舵制御装置30は、操舵可能角度が閾値α1未満である場合において、操舵角の変化速度が基準速度以上となった場合には、現在の操舵方向に対応する第2電流指令値と、正負符号が逆の電流(反力電流)を電動モータ40に供給する。
ここで、図4(A)は、操舵可能角度の変化の他の例を示す図であり、図4(B)は、図4(A)に示す場面における、第2電流指令値の変化の他の例を示す図である。たとえば、図4(B)に示す例では、車両を右方向に操舵するために、正の第2電流指令値の電流が電動モータ40に供給されており、これにより、図4(A)に示すように、操舵可能角度が閾値α1未満となる。また、図4に示す例では、操舵角の変化速度が基準速度以上となっており、これにより、自動操舵制御装置30は、図4(B)に示すように、負の第2電流指令値の電流を、反力電流として電動モータ40に供給する。このように、操舵角の変化速度が基準速度以上である場合に、現在の操舵方向に対応する第2電流指令値と正負符号が逆の反力電流を電動モータ40に供給することで、第2電流指令値をゼロとした場合でも、電動モータ40の慣性力などにより、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達してしまうことを有効に防止することができる。
なお、反力電流の大きさは、特に限定されないが、操舵角の変化速度が速いほど、反力電流の電流値の絶対値を大きくすることができる。また、基準速度も、特に限定されず、たとえば、実験などにより、反力電流を電動モータ40に供給しない場合でも、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達しない操舵角の変化速度のうち、最大速度を求め、この最大速度を基準速度として設定することができる。
また、本実施形態において、自動操舵制御装置30は、図2(A)に示すように、操舵可能角度が閾値α1未満になる前、および、操舵可能速度が閾値α1未満となった後であり、かつ、操舵可能速度が閾値α1よりも小さい閾値α2となるまでの間における、第2電流指令値の上限値の制御を、第1制御として実行し、図2(B)に示すように、操舵可能角度が閾値α2になった後に、逆方向の操舵操作が行われて、操舵可能角度が閾値β1となるまでの間における、第2電流指令値の上限値の制御を、第2制御として実行する。
図2(B)に示すように、第2制御における閾値β1,β2は、図2(A)に示す、第1制御における閾値α1,α2よりも、それぞれ大きい値に設定されている。これにより、ステアリング装置10がメカニカルリミットに近づく第1制御と、ステアリング装置10がメカニカルリミットから離れる第2制御とにおいて、ヒステリシスを付与することができ、その結果、ノイズなどによる、ステアリング装置10のハンチングを有効に防止することができる。
具体的には、第2制御において、自動操舵制御装置30は、図2(B)に示すように、操舵可能角度が閾値α2よりも大きい閾値β2未満である場合には、第2電流指令値の上限値をゼロのまま設定する。また、自動操舵制御装置30は、図2(B)に示すように、操舵可能角度が閾値β2以上であり、かつ、閾値α1よりも大きい閾値β1未満である場合には、操舵可能角度が大きくなるほど、第2電流指令値の上限値を大きし、さらに、操舵可能角度が閾値β1以上となった場合に、第2電流指令値の上限値を初期値に設定する。
なお、上述した実施例では、右操舵時における場面を例示して説明したが、左操舵時における場面においても、同様の制御を行うことができる。ただし、本実施形態では、右操舵時の操舵角を正の値、左操舵時の操舵角を負の値として出力しており、また、電動モータ40に右方向の操舵力を付与する第2電流指令値を正の値、電動モータ40に右方向の左舵力を付与する第2電流指令値を負の値として出力している。そのため、左操舵時においては、右操舵時と比べて、操舵角、操舵可能角度、第2電流指令値、閾値α1,α2,β1,β2、および反力電流などの正負符号は逆となる。また、右操舵時であるか、左操舵時であるかにかかわらず、操舵角の絶対値、操舵可能角度の絶対値を用いて、第2電流指令値の絶対値の上限値を求める構成としてもよい。
また、自動操舵制御装置30は、自動操舵制御スイッチ31がオフにされた場合には、自動操舵制御の停止信号を、操舵支援制御装置20に出力する。これにより、操舵支援制御装置20が、操舵支援制御モードに切り替わり、自動操舵制御装置30により算出された第2電流指令値に基づく自動操舵制御は中止され、操舵支援制御装置20により算出された第1電流指令値に基づく操舵支援制御が開始される。また、自動操舵制御装置30は、自動操舵制御中に、運転者がステアリング操作に介入した場合にも、自動操舵制御を中止する。
次に、図5を参照して、本実施形態に係る操舵制御処理について説明する。図5は、本実施形態に係る操舵制御処理を説明するための図である。なお、以下においても、右操舵時における場面を例示して説明するが、左操舵時においても同様に実施することができる。
まず、ステップS101では、自動操舵制御装置30により、自動操舵制御が実行中であるか否かの判断が行われる。たとえば、自動操舵制御装置30は、自動操舵制御スイッチ31がオンにされており、運転者による操舵操作の介入などにより、自動操舵制御が中止されていない場合には、自動操舵制御が実行中であると判断することができる。自動操舵制御が実行中であると判断された場合には、ステップS102に進み、一方、自動操舵制御が実行中ではないと判断された場合には、ステップS101で待機する。
ステップS102では、自動操舵制御装置30により、操舵可能角度の算出が行われる。具体的には、自動操舵制御装置30は、操舵角センサ17により検出された操舵角を周期的に取得しており、操舵角センサ17から取得した最新の操舵角と、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達した場合の操舵角との角度差を、操舵可能角度として算出する。
ステップS103では、自動操舵制御装置30により、第1制御を実行しているか否かの判断が行われる。たとえば、自動操舵制御装置30は、図2(A)に示すように、操舵可能角度が閾値α1未満になる前、または、操舵可能角度が閾値α1未満となった後に、操舵可能角度が閾値α2となる前までの間は、第1制御を実施していると判断して、ステップS104に進む。一方、自動操舵制御装置30は、図2(B)に示すように、操舵可能角度が閾値α2となった後に、操舵可能角度が閾値β1となる前までの間は、第2制御を実施していると判断して、ステップS112に進む。
ステップS104では、自動操舵制御装置30により、操舵可能角度が閾値α1未満であるか否かの判断が行われる。たとえば、図2(A)に示すように、操舵可能角度が閾値α1未満である場合には、ステップS105に進み、一方、操舵可能角度が閾値α1以上である場合には、ステップS110に進む。
ステップS105では、自動操舵制御装置30により、第2電流指令値の上限値の算出が行われる。具体的には、自動操舵制御装置30は、自動操舵制御装置30のRAMに記憶された、操舵可能角度と第2電流指令値の上限値との対応関係を参照することで、ステップS102で算出された操舵可能角度に基づいて、第2電流指令値の上限値を算出することができる。また、図2(A)に示すように、自動操舵制御装置30は、操舵可能角度が閾値α2よりも大きい場合には、操舵可能角度が大きいほど、第2電流指令値の上限値を小さい値で算出し、また、操舵可能角度が閾値α2である場合には、第2電流指令値の上限値をゼロとして算出する。
ステップS106では、自動操舵制御装置30により、ステップS105で設定された第2電流指令値の上限値を超えない範囲で、第2電流指令値の算出が行われる。たとえば、自動操舵制御装置30は、目標位置までの目標走行経路と現在の車両位置とに基づいて目標操舵角を演算し、目標操舵角を達成するために電動モータ40に供給する電流の目標値を、第2電流指令値として算出する。そして、自動操舵制御装置30は、算出した第2電流指令値と、ステップS105で設定した第2電流指令値の上限値とを比較し、算出した第2電流指令値が第2電流指令値の上限値よりも大きい場合には、第2電流指令値の上限値を第2電流指令値として算出する。
ステップS107では、自動操舵制御装置30により、操舵角の変化速度の算出が行われる。たとえば、自動操舵制御装置30は、前回処理時に検出された操舵角と、今回処理時に検出した操舵角とに基づいて、操舵角の変化速度を算出することができる。
そして、ステップS108では、自動操舵制御装置30により、ステップS107で算出された操舵角の変化速度が所定の基準速度以上であるか否かの判断が行われる。操舵角の変化速度が基準速度未満である場合には、ステップS111に進み、ステップS106で算出された第2電流指令値の電流が、操舵支援制御装置20に出力される。これにより、ステップS106で算出された第2電流指令値の電流が電動モータ40に供給され、ステアリング装置10による操舵操作が行われる。そして、ステップS111で、第2電流指令値の電流が電動モータ40に供給された後は、図5に示す操舵制御処理を終了し、ステップS101に戻る。一方、操舵角の変化速度が基準速度以上である場合には、ステップS109に進む。
ステップS109では、操舵角の変化速度が基準速度以上であると判断されているため、自動操舵制御装置30により、図4(B)に示すように、操舵方向に対応する第2電流指令値と正負符号が逆の反力電流が、電動モータ40に供給される。たとえば、図4(B)に示す例では、右方向の操舵に対応する正の第2電流指令値が算出されており、そのため、自動操舵制御装置30は、負の電流値の反力電流を、電動モータ40に供給する。
また、ステップS104において、操舵可能速度が閾値α1未満ではないと判断された場合には、第2電流指令値の上限値を抑制することなく、ステップS110に進む。ステップS110では、第2電流指令値の上限値の初期値の範囲内において、第2電流指令値が算出され、続くステップS111において、ステップS110で算出された第2電流指令値の電流が、電動モータ40に供給される。
さらに、ステップS103において、第1制御が行われていないと判断された場合には、ステップS112に進み、ステップS112〜S115において、図2(B)に示すように、第2制御が行われる。
具体的には、まず、ステップS112において、自動操舵制御装置30により、図2(B)に示すように、操舵可能角度が閾値β2以上であるか否かの判断が行われる。そして、操舵可能角度が閾値β2以上である場合には、ステップS113に進み、一方、操舵可能角度が閾値β2未満である場合には、図2(B)に示すように、第2電流指令値の上限値はゼロのままとされ、図5に示す操舵制御処理を終了し、ステップS101に戻る。
ステップS113では、自動操舵制御装置30により、図2(B)に示すように、操舵可能角度と第2電流指令値の上限値との対応関係を参照して、操舵可能角度に基づいて、第2電流指令値の上限値の算出が行われる。本実施形態では、図2(B)に示すように、操舵可能角度がβ2からβ1となる範囲において、第2電流指令値の上限値がゼロから初期値へと増加するように、操舵可能角度と第2電流指令値の上限値との対応関係が定められており、自動操舵制御装置30は、この対応関係を参照して、第2電流指令値の上限値を算出する。
そして、ステップS114では、自動操舵制御装置30により、ステップS113で算出された第2電流指令値の上限値に基づいて、第2電流指令値の算出が行われる。なお、第2電流指令値の算出方法は、ステップS106と同様に行うことができる。そして、続くステップS115では、自動操舵制御装置30により、ステップS114で算出された第2電流指令値の電流が操舵支援制御装置20に出力され、これにより、ステップS114で算出された第2電流指令値の電流が電動モータ40に供給される。
そして、本実施形態では、図5に示す操舵制御処理を周期的に繰り返すことで、図2(A),(B)に示すように、操舵可能角度に応じて、第2電流指令値の上限値を制御することができ、これにより、図3(A),(B)および図4(A),(B)に示すように、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する手前で、操舵角の変化を緩やかにすることができる。
すなわち、本実施形態では、第1制御が実行されており(ステップS103=Yes)、操舵可能角度が閾値α1以上である場合には(ステップS104=No)、第2電流指令値の上限値の抑制は行われず、車両を目標位置に誘導できるように、第2電流指令値の上限値の初期値の範囲内において、第2電流指令値の算出が行われる(ステップS110)。
そして、操舵可能角度が閾値α1未満となった場合には(ステップS104=Yes)、図2(A)に示すように、操舵可能角度が小さくなるほど、第2電流指令値の上限値が小さくなるように、操舵可能角度に基づいて、第2電流指令値の上限値が算出され(ステップS105)、算出された第2電流指令値の上限値の範囲内で、第2電流指令値が算出される(ステップS106)。その結果、図3(B)に示すように、操舵可能角度が小さくなるほど、第2電流指令値は小さくなり、これにより、図3(A)に示すように、操舵角の変化は緩やかになる。
また、第1制御が実行されており(ステップS103=Yes)、操舵可能角度が閾値α1未満である場合において(ステップS104=Yes)、図4(A)に示すように、操舵角の変化速度が所定の基準速度以上である場合には(ステップS108=Yes)、図4(B)に示すように、操舵方向の第2電流指令値と正負符号が逆の反力電流が電動モータ40に供給される(ステップS109)。
さらに、図2(B)に示すように、操舵可能角度が閾値α2となった後は、第2制御が実行される(ステップS103=No)。そして、操舵可能角度が閾値β2となるまでは、図2(B)に示すように、第2電流指令値はゼロのままとされ(ステップS112=No)、操舵可能角度が閾値β2以上となった場合に、図2(B)に示すように、操舵可能角度に応じて、第2電流指令値の上限値は増加する(ステップS113)。そして、ステップS113で設定された第2電流指令値の上限値の範囲内で、目標位置に応じた第2電流指令値が算出され、これにより、自動操舵制御が行われる(ステップS114,S115)。
以上のように、本実施形態では、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達するまでの操舵可能角度が閾値α1未満となった場合に、第2電流指令値の上限値を抑制することで、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する手前で、操舵角の変化を緩やかにすることができ、これにより、自動操舵制御において、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達してしまい、運転者の意図に反して、ステアリング装置10の操舵が突然に停止し、運転者に違和感を与えてしまうことを有効に防止することができる。特に、自動操舵制御では、運転者が実際に操舵操作を行う場合と比べて、運転者がステアリング装置10による操舵が停止することを予測することが困難であり、ステアリング装置10の操舵が突然に停止した場合に、運転者に与える違和感は大きくなる。本実施形態では、自動操舵制御において、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する手前で、操舵角の変化を緩やかにすることで、運転者の違和感を軽減するという顕著な効果を奏することができる。
また、本実施形態では、操舵可能角度が閾値α1未満となった場合に、第2電流指令値そのものを抑制するのではなく、第2電流指令値の上限値を抑制することで、第2電流指令値の上限値を超えない範囲において、自動操舵制御の目標位置に応じて、第2電流指令値を適切に演算することができるため、車両を目標位置まで適切に誘導することが可能となる。
さらに、本実施形態では、操舵角の変化速度が基準速度以上である場合には、ステアリングの操舵方向に対応する第2電流指令値と正負符号が逆の電流を電動モータ40に供給することで、第2電流指令値をゼロとした場合でも、電動モータ40の慣性力などにより、ステアリング装置10がメカリミットに達してしまうことを有効に防止することができる。
加えて、本実施形態では、図2(A)に示す第1制御と、図2(B)に示す第2制御とにおいて、閾値α1,α2と閾値β1,β2との大きさをそれぞれ異ならせることで、第2電流指令値の上限値の制御に、ヒステリシスを付与することができ、これにより、ノイズなどによるハンチングを有効に防止することができる。
また、本実施形態では、図2(A)に示すように、操舵可能角度がゼロとなる前、すなわち、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する手前において、第2電流指令値の上限値をゼロにすることで、製造上の誤差により、同じ車種の車両間でメカニカルリミットに差が生じる場合でも、ステアリング装置10がメカニカルリミットに達する手前において、操舵をより確実に停止させることができ、その結果、運転者に与える違和感を軽減することができる。
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
たとえば、上述した実施形態では、第2制御における閾値β1,β2を、第1制御における閾値α1,α2よりも大きくすることで、本実施形態に係る自動操舵制御において、ヒステリシスを付与する構成を例示したが、この構成に加えて、ステアリング装置10のセルフアライニングトルクに基づいて、第2制御における閾値β1,β2を決定する構成としてもよい。具体的には、自動操舵制御装置30は、タイヤの切れ角と取り付け角とに基づいて、セルフアライニングトルクを算出することができ、セルフアライニングトルクの分だけ、第2電流指令値の上限値を大きくすることができる。これにより、ステアリング装置10のハンチングをより適切に防止することができる。
また、上述した実施形態においては、車両を駐車目標位置まで誘導する場面を例示して、本発明を説明したが、本発明は上記場面のみに適用されるものではなく、たとえば、自車両を前方車両に追従させて自動で走行させる自動走行を行う場面などにおいても適用することができる。すなわち、本発明は、自動操舵制御の目標位置として、駐車目標位置などの固定の位置を設定する場面だけではなく、前方車両の位置などの可変の位置を設定する場面においても適用することができる。
なお、上述した実施形態のステアリング装置10は本発明の操舵機構に、電動モータ40は本発明の駆動手段に、自動操舵制御装置30は本発明の検出手段および制御手段にそれぞれ相当する。
100…操舵制御装置
10…ステアリング装置
16…トルクセンサ
17…操舵角センサ
18…車速センサ
20…操舵支援制御装置
30…自動操舵制御装置
31…自動操舵制御スイッチ
32…ディスプレイ
40…電動モータ
10…ステアリング装置
16…トルクセンサ
17…操舵角センサ
18…車速センサ
20…操舵支援制御装置
30…自動操舵制御装置
31…自動操舵制御スイッチ
32…ディスプレイ
40…電動モータ
Claims (6)
- ステアリングの操舵角に応じて車輪を操舵する操舵機構と、前記操舵機構に前記車輪の操舵力を付与する駆動手段とを有する操舵装置を制御する車両用操舵制御装置において、
前記操舵角を検出する検出手段と、
車両を目標位置に誘導するために必要な目標操舵角を算出し、前記目標操舵角を達成するために必要な前記駆動手段に供給する電流の目標値を電流指令値として算出し、前記駆動手段に前記電流指令値の電流を供給することで、前記操舵機構の操舵操作を自動で制御する自動操舵制御を実行する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記自動操舵制御中に、前記検出手段により検出された前記操舵角の絶対値が所定の第1閾値から前記第1閾値より大きい前記操舵機構が機構的な操舵可能範囲の限界点に達する操舵角となる前の間では、前記操舵角の絶対値が大きくなるほど前記電流指令値の絶対値の上限値を、前記限界点に達する操舵角となる前でゼロになるよう小さくすることを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1に記載の車両用操舵制御装置において、
前記制御手段は、前記検出手段により検出された操舵角と、前記操舵機構が機構的な操舵可能範囲の限界点に達する場合の操舵角との角度差を、操舵可能角度として演算し、前記操舵可能角度の絶対値が所定の判定値未満となった場合に、前記操舵角の絶対値が前記第1閾値以上になったと判断することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1または2に記載の車両用操舵制御装置において、
前記制御手段は、前記操舵角の絶対値が前記第1閾値以上となった場合に、前記操舵角が所定の基準速度以上の速度で変化している場合には、現在の操舵方向に対応する前記電流指令値と正負符号が逆の電流を前記駆動手段に供給することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の車両用操舵制御装置において、
前記制御手段は、
前記操舵角の絶対値が前記第1閾値未満である場合には、前記電流指令値の絶対値の上限値を初期値に設定し、前記操舵角の絶対値が前記第1閾値以上であり、かつ、前記操舵角の絶対値が前記第1閾値よりも大きい第2閾値未満である場合には、前記操舵角の絶対値が大きくなるほど、前記電流指令値の絶対値の上限値を小さくし、前記操舵角の絶対値が前記第2閾値になった場合に、前記電流指令値の絶対値の上限値をゼロとする第1制御と、
前記操舵角の絶対値が前記第2閾値になった後に、前記操舵角の絶対値が前記第2閾値よりも小さい第3閾値以上である場合には、記電流指令値の絶対値の上限値をゼロのままとし、前記操舵角の絶対値が前記第3閾値未満であり、かつ、前記第3閾値よりも小さい第4閾値以上である場合には、前記操舵角の絶対値が小さいほど、前記電流指令値の絶対値の上限値を大きくし、前記操舵角の絶対値が前記第4閾値未満になった場合に、前記電流指令値の絶対値の上限値を初期値に戻す第2制御とを実行することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - 請求項4に記載の車両用操舵制御装置において、
前記制御手段は、前記操舵機構に伝達されるセルフアライニングトルクに基づいて、前記第3閾値および/または前記第4閾値を設定することを特徴とする車両用操舵制御装置。 - ステアリングの操舵角に応じて車輪を操舵する操舵機構と、前記操舵機構に前記車輪の操舵力を付与する駆動手段とを有する操舵装置の制御を行う車両用操舵制御方法において、
前記操舵角を検出し、
車両を目標位置に誘導するために必要な目標操舵角を算出し、前記目標操舵角を達成するために必要な前記駆動手段に供給する電流の目標値を電流指令値として算出し、前記駆動手段に前記電流指令値の電流を供給することで、前記操舵機構の操舵操作を自動で制御する自動操舵制御を実行し、
前記自動操舵制御中に、検出された前記操舵角の絶対値が所定の第1閾値から前記第1閾値より大きい前記操舵機構が機構的な操舵可能範囲の限界点に達する操舵角となる前の間では、前記操舵角の絶対値が大きくなるほど前記電流指令値の絶対値の上限値を、前記限界点に達する操舵角となる前でゼロになるよう小さくすることを特徴とする車両用操舵制御方法。
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