JP6759675B2 - ステアリング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステアリング制御装置に関する。

車両の操舵機構にモータの動力を付与することにより、運転者のステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）が知られている。たとえば、特許文献１のＥＰＳは、運転者の操舵トルクに基づき、アシスト制御の制御量を演算している。

ところで、近年の車両には、ＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance Systems：先進運転支援システム）などの運転者の運転を支援する自動操舵システムが搭載されている。このような自動操舵システムでは、運転者の操舵感の向上や自動操舵を行うために、運転者の操舵に基づく制御量や、カメラやレーダーなどの計測手段が計測する自車両の周辺環境に基づく制御量などに基づいて、ＥＰＳのモータを制御している。

特開２０１４−４０１７８号公報

ところで、自動操舵システムが車両を自動操舵している場合であっても、運転者はその自動操舵制御に対して修正を加えたいと感じるときもある。また、自動操舵システムも、より運転者の好みを反映した自動操舵を行うために、運転者がどのような操舵を行いたいか（運転者の意図）を把握して自動操舵を行うことが考えられる。このため、運転者の意図をより確実に検出する方法が求められていた。

本発明の目的は、運転者の意図をより確実に検出することができるステアリング制御装置を提供する。

上記目的を達成しうるステアリング制御装置は、操舵機構に付与される動力の発生源であるアクチュエータを、自車両の動作状態を表す状態量に基づき外部制御装置により演算される自動操舵指令値に基づいて制御するステアリング制御装置において、前記操舵機構の操舵シャフトに付与される操舵トルクを前記操舵シャフトの回転角である操舵角で微分することにより操舵特性を演算する操舵特性演算部と、前記操舵特性に基づいて、前記状態量に応じて決定される自動操舵制御の意図と運転者の意図とが一致するか否かを判定する運転者意図判定部と、を備えている。

この構成によれば、操舵トルクを操舵角で微分した微分値である操舵特性に基づいて、運転者の意図と自動操舵制御の意図とが一致するか否かを判定することにより、運転者の意図をより確実に検出することができる。たとえば操舵トルクがある閾値よりも大きいか否かに基づいて運転者の意図を検出する場合には、自動操舵制御によって運転者の意図しない操舵トルクが生じる場合もあった。このため、操舵トルクのみでは、運転者の意図を確実に検出することが困難であった。

上記のステアリング制御装置において、前記自動操舵指令値を前記操舵特性に応じて補正するための補償量を演算する補償部を有し、前記運転者意図判定部が運転者の意図と自動操舵制御の意図とが一致しない旨判定することを条件に、前記補償部は、前記自動操舵指令値を低減させるように前記補償量を演算することが好ましい。

この構成によれば、運転者の意図と自動操舵制御の意図とが一致しないとき、自動操舵指令値を操舵特性に応じて低減させることにより、より運転者の意図を自動操舵制御に反映することができる。たとえば、運転者の意図が自動操舵制御の意図と異なる場合には、自動操舵指令値を低減することにより、運転者の意図を自動操舵制御に反映しやすくできる。

上記のステアリング制御装置において、前記補償部は、前記操舵特性が正であるとき、前記操舵特性が負であるときよりも、前記自動操舵指令値を大きく低減させるように前記補償量を演算することが好ましい。

この構成によれば、操舵特性が正である場合には運転者の意図が自動操舵制御の意図よりも強いと考えられるため、操舵特性が負である場合よりも、自動操舵指令値をより大きく低減するよう補償値を演算する。このため、運転者の意図が自動操舵制御の意図よりも強いと考えられる場合には、自動操舵指令値が低減され、より運転者の意図を自動操舵制御に反映できる。

上記のステアリング制御装置によれば、前記運転者意図判定部は、運転者の複数の意図状態に対応して予め定められる操舵特性の時系列データと、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性の時系列データとをクラスタリングすることにより、運転者の意図が予め分類された複数の意図状態のうちの、いずれの意図状態であるかを判定することが好ましい。

この構成によれば、複数の意図状態に対応して予め定められる操舵特性の時系列データと、操舵特性の時系列データとをクラスタリングすることにより、運転者の意図を判定することができる。この際、操舵特性に基づいてクラスタリングを行うため、運転者の意図をより確実に検出することが可能である。

上記のステアリング制御装置によれば、前記運転者意図判定部は、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が正であるとき、運転者の意図が自動操舵制御の意図に対してより強い第１の意図状態である旨判定し、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が負であるとき、運転者の意図が第１の意図状態よりも弱い他の意図状態である旨判定することが好ましい。

この構成によれば、運転者意図判定部は、操舵特性が正であるとき第１の意図状態である旨判定し、操舵特性が負であるとき他の意図状態である旨判定できる。
上記のステアリング制御装置によれば、前記運転者意図判定部は、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が正であり、かつ操舵特性が負から正へと変化しているとき、前記他の意図状態として、運転者の意図が自動操舵制御の意図に対してより強い第２の意図状態である旨判定することが好ましい。

この構成によれば、運転者意図判定部は、操舵特性が正であり、かつ操舵特性が負から正へと変化しているとき、第２の意図状態である旨判定できる。
上記のステアリング制御装置によれば、前記運転者意図判定部は、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が負、かつ当該操舵特性の変化率が操舵開始直後に負である場合、前記他の意図状態として、運転者の意図が自動操舵制御の意図に対してより弱い第３の意図状態である旨判定し、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が負、かつ当該操舵特性の変化率が操舵開始直後に正である場合、前記他の意図状態として、運転者の意図が自動操舵制御の意図に対してより弱い第４の意図状態である旨判定することが好ましい。

この構成によれば、運転者意図判定部は、操舵特性が負かつ操舵開始直後の操舵特性の変化率が負である場合には第３の意図状態である旨判定し、操舵特性が負かつ操舵開始直後の操舵特性の変化率が正である場合には第４の意図状態である旨判定できる。このため、運転者意図判定部は、操舵開始直後の操舵特性の変化率も用いて判定することにより、より運転者の意図状態を的確に判定することができる。

上記のステアリング制御装置によれば、前記自動操舵指令値を、前記操舵角と、外部情報検出部により検出されるヨー角との差であるステアリング角偏差で微分することにより、自動操舵特性を演算する自動操舵特性演算部と、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性と、前記自動操舵特性演算部により演算される自動操舵特性との差に基づいて、前記自動操舵指令値を増減する特性差異判定部と、を備えることが好ましい。

この構成によれば、操舵特性と自動操舵特性との差に基づいて自動操舵指令値を増減することにより、運転者の意図と自動操舵制御の意図とのずれが大きいときに、より好ましい自動操舵制御を実現することができる。たとえば、運転者の意図を優先する状況下で、運転者の意図と自動操舵制御の意図とのずれが大きいとき、自動操舵指令値を低減することもできる。また、自動操舵制御の意図を優先する状況下であれば、運転者の意図と自動操舵制御の意図とのずれが大きいとき、自動操舵指令値を維持または増大させることもできる。

上記のステアリング制御装置によれば、前記操舵特性演算部は、演算される前記操舵特性の高周波成分を低減するローパスフィルタを有していることが好ましい。
この構成によれば、運転者の意図がほとんど含まれない操舵特性の高周波成分をローパスフィルタにより低減することにより、操舵特性から運転者の意図を検出する際のノイズを低減することができる。

本発明のステアリング制御装置によれば、運転者の意図をより確実に検出することができる。

各実施形態のステアリング装置の概略構成を示す構成図。 第１実施形態のステアリング装置について、そのステアリングＥＣＵの概略構成を示すブロック図。 運転者の意図を反映した自動操舵の模式図。 周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフ。 各意図状態における、時間とインピーダンスとの関係を示すグラフ。 各意図状態における、時間Ｔ０でのインピーダンスの変化量とインピーダンスとの関係を示すグラフ。 第１実施形態のステアリング装置について、運転者の意図の判定手順を示すフローチャート。 意図状態と運転者意図補償値との関係を示す図。 第２実施形態のステアリング装置について、そのステアリングＥＣＵの概略構成を示すブロック図。 他の実施形態のステアリング装置について、そのステアリングＥＣＵの概略構成を示すブロック図。 他の実施形態のステアリング装置について、運転者の意図の判定手順を示すフローチャート。

＜第１実施形態＞
以下、ステアリング制御装置を自動操舵装置（ステアリング装置）に適用した一実施形態について説明する。

図１に示すように、自動操舵装置１は、運転者のステアリングホイール１０の操作に基づいて転舵輪１５を転舵させる操舵機構２と、運転者のステアリング操作を補助する転舵アクチュエータ３と、上位ＥＣＵ３０と、ステアリングＥＣＵ４０（ステアリング制御装置）とを備えている。

操舵機構２は、ステアリングホイール１０およびステアリングホイール１０と一体回転するステアリングシャフト１１を備えている。ステアリングシャフト１１は、ステアリングホイール１０と連結されたコラムシャフト１１ａ、コラムシャフト１１ａの下端部に連結されたインターミディエイトシャフト１１ｂ、およびインターミディエイトシャフト１１ｂの下端部に連結されたピニオンシャフト１１ｃを有している。ピニオンシャフト１１ｃの下端部はラックアンドピニオン機構１３を介してラックシャフト１２に連結されている。したがって、操舵機構２では、ステアリングシャフト１１の回転運動は、ピニオンシャフト１１ｃの先端に設けられたピニオン歯と、ラックシャフト１２に形成されたラック歯からなるラックアンドピニオン機構１３を介してラックシャフト１２の軸方向（図１の左右方向）の往復直線運動に変換される。当該往復直線運動が、ラックシャフト１２の両端にそれぞれ連結されたタイロッド１４を介して左右の転舵輪１５にそれぞれ伝達されることにより、転舵輪１５の転舵角が変更される。

転舵アクチュエータ３は、ラックシャフト１２に設けられている。転舵アクチュエータ３は、ステアリング操作を補助する力の発生源であるモータ２０と、ラックシャフト１２の周囲に一体的に取り付けられるボールねじ機構２２と、モータ２０の回転軸２１の回転力をボールねじ機構２２に伝達する減速機構２３からなる。転舵アクチュエータ３は、モータ２０の回転力を減速機構２３およびボールねじ機構２２を介してラックシャフト１２の軸方向の往復直線運動に変換して、ラックシャフト１２に軸方向の力を付与することにより運転者のステアリング操作を補助する。

上位ＥＣＵ３０は、自動操舵を実行するために、ステアリングＥＣＵ４０に対するスタートトリガｔｒｉｇを生成する。また、上位ＥＣＵ３０は、舵角センサ５０および視覚センサ５２を通じて検出されるステアリング角θｍおよびヨー角θｖに基づいて、ステアリング角偏差ｄθｓを演算する。

舵角センサ５０は、コラムシャフト１１ａに設けられている。舵角センサ５０は、運転者のステアリング操作に連動するステアリングシャフト１１の回転角であるステアリング角θｍを検出する。外部検出部としての視覚センサ５２には、たとえばカメラが用いられる。視覚センサ５２は、取り込んだ車両周辺の情報に基づいてヨー角θｖを演算する。ヨー角θｖは、車両の直進方向に対する転舵輪１５の角度（転舵角）であり、たとえば道路に対する車両の相対的な方向を示している。

ステアリングＥＣＵ４０は、車両に設けられる各種のセンサ（舵角センサ５０など）の検出結果、並びに上位ＥＣＵ３０から取り込まれるスタートトリガｔｒｉｇおよびステアリング角偏差ｄθｓに基づいて、モータ２０を制御する。すなわち、ステアリングＥＣＵ４０は、各種のセンサの出力に基づいて、目標の回転力を設定し、実際の回転力が目標の回転力となるように、モータ２０に供給される電流を制御する。

つぎに、ステアリングＥＣＵ４０について詳しく説明する。
図２に示すように、上位ＥＣＵ３０は、ステアリング角偏差ｄθｓを演算するステアリング角偏差演算部３１を有している。ステアリング角偏差演算部３１は、舵角センサ５０および視覚センサ５２を通じて検出されるステアリング角θｍおよびヨー角θｖに基づいて、ステアリング角偏差ｄθｓを演算する。ステアリング角偏差ｄθｓは、ステアリング角θｍとヨー角θｖとの差であり、車両が目標とする運行軌跡と車両が実際に運行する運行軌跡との差である。

ステアリングＥＣＵ４０は、自動操舵制御部６０および運転者意図補償制御部７０を有している。自動操舵制御部６０は、ステアリング角偏差ｄθｓに基づいて、自動操舵する際にモータ２０が発生させるべきトルクの指令値である最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊（自動操舵指令値）を演算する。具体的には、自動操舵制御部６０は、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊（自動操舵指令値）を演算する自動操舵トルク指令値演算部６１と、運転者意図補償制御部７０からの出力に基づいて、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊を補償することで最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を演算する自動操舵トルク指令値補償部６２とを有している。自動操舵トルク指令値演算部６１は、次式（１）に示すように、ステアリング角偏差ｄθｓに予め定められた係数ａを乗算することにより、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊を演算する。

Ｔｍ＊＝ａ・ｄθｓ …（１）
ステアリングＥＣＵ４０は、このように演算される自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊（正確には、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊）に基づいて、モータ２０を制御することにより、車両の自動操舵を制御する。

ところで、図３に示すように、たとえば車両が障害物に衝突することを回避する自動操舵において、上位ＥＣＵ３０は、実線で表される経路Ａを辿って車両と障害物との衝突を回避させるとする。しかし、運転者はたとえば破線で表される経路Ｂを辿って障害物を回避したい場合もあるし、破線で表される経路Ｃを辿って障害物を回避したい場合もあるはずである。経路Ｂを辿るときの運転者の意図は、障害物を回避する際に隣の車線に出来る限りはみ出したくないことであると考えられる。経路Ｃを辿るときの運転者の意図は、余裕をもって障害物を回避したいことであると考えられる。このような障害物の回避をはじめとする様々な運転者の意図を把握することができれば、より運転者の意図を反映した自動操舵制御（オーバーライド制御）を実行することができる。

このため、図２に示すように、ステアリングＥＣＵ４０に運転者意図補償制御部７０が設けられている。
運転者意図補償制御部７０は、トルクセンサ５１を通じて検出される操舵トルクＴｍおよび舵角センサ５０を通じて検出されるステアリング角θｍに基づいて、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊に対する補償値である運転者意図補償値Ｇｍ＊を演算する。具体的には、運転者意図補償制御部７０は、運転者意図検出部７１、運転者意図判定部７２、および運転者意図補償値演算部７３を有している。

運転者意図検出部７１は、操舵トルクＴｍおよびステアリング角θｍに基づいて、運転者の意図がどのような状態にあるかを検出するための意図パターンを生成する。運転者意図検出部７１は、インピーダンス演算部７１ａおよびローパスフィルタ７１ｂを有している。インピーダンス演算部７１は、ステアリング角θｍに対する操舵トルクＴｍの微分値であるインピーダンスＩを演算する。インピーダンスＩは、あるステアリング角θｍだけステアリングシャフト１１を回転させるのに必要な操舵トルク、ならびにステアリングシャフト１１およびステアリングホイール１０の操舵特性（剛性）を示している。インピーダンスＩは、次式（２）で表される。

Ｉ＝ｄＴｍ／ｄθｍ …（２）
インピーダンス演算部７１ａは、一定の制御周期でインピーダンスＩの演算を実行し、演算結果であるインピーダンスＩをローパスフィルタ７１ｂに出力する。

ローパスフィルタ７１ｂは、入力されるインピーダンスＩに対してローパスフィルタ処理を行うことにより、インピーダンスＩにおける高周波成分を低減させる。ローパスフィルタ処理されたインピーダンスＩは、運転者意図判定部７２に出力される。

図４は、インピーダンスＩの周波数特性を示している。実線は、運転者が自動操舵へ介入する意図が低いときのインピーダンスＩの周波数特性を示している。破線は、運転者が自動操舵へ介入する意図が高いときのインピーダンスＩの周波数特性を示している。運転者が自動操舵へ介入する意図が低いときと高いときのいずれも、周波数Ｆ０に至るまでは周波数ｆの増大に伴い、より大きく減少し、周波数Ｆ０を超えたあとは、周波数ｆの増大に伴いインピーダンスＩはほぼ一定または微増する。なお、インピーダンスＩに対してローパスフィルタ処理を実行するのは、運転者の操作によって発生するインピーダンスＩは高周波成分側ではなく、低周波成分側に多く含まれていることが過去の知見から分かっているからである。

図２に示されるように、運転者意図判定部７２は、運転者意図検出部７１により一定の制御周期で演算されたインピーダンスＩに基づいて、インピーダンスＩの時系列データを生成する。そして、生成したデータに基づいて、運転者の自動操舵への介入意図が大きい状態にあるか否か、すなわち予め運転者の意図を分類した意図パターンのうち、いずれに該当するかを判定する。より具体的には、インピーダンスＩの時系列データと、予め分類された意図パターンとの類似度に基づいて、分類（クラスタリング）することにより、運転者の意図がいずれの意図パターンに該当するかを判定する。

運転者意図補償値演算部７３は、運転者意図判定部７２により判定された運転者意図パターンに応じて、運転者意図補償値Ｇｍ＊（第１〜第４の運転者意図補償値Ｇｍ１＊〜Ｇｍ４＊）を生成する。運転者意図補償値Ｇｍ＊は、運転者の自動操舵制御へ介入する意図が強いほど、より値の小さな運転者意図補償値Ｇｍ＊が演算される。

自動操舵トルク指令値補償部６２は、自動操舵トルク指令値演算部６１により演算された自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊に運転者意図補償値Ｇｍ＊を乗算することにより、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を演算する。すなわち、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊は、次式（３）によって表される。

Ｔｍ＊＊＝Ｔｍ＊・Ｇｍ＊ …（３）
すなわち、運転者の意図が大きいほど、より最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊の絶対値は小さくなる。自動操舵トルク指令値補償部６２は、演算される最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊に基づいて、モータ２０の動作を制御する。

つぎに、運転者の各意図状態について説明する。
まず、図５に示すように、運転者の意図を４つの意図状態に分類している。図５の横軸は時間ｔであり、縦軸はインピーダンスＩである。なお、時間ｔは、ステアリングホイール１０の回転と関係しており、時間ｔが進むほどステアリングホイール１０は回転される。ここでは、ある操舵角になる時間Ｔまでの、運転者の各意図状態でのインピーダンスＩの時間変化を示す。なお、時間ｔが「０」のとき、運転者または自動操舵制御による操舵が開始される。

２点鎖線で示される第１の意図状態は、運転者の意図が強く、自動操舵制御に対して先行するような操舵を行っている状態である。１点鎖線で示される第２の意図状態は、運転者の意図は強いが、自動操舵制御に対して出遅れた状態である。破線で示される第３の意図状態は、運転者の意図は弱いが、自動操舵制御に対して緊張や懐疑的な操舵を行っている状態である。実線で示される第４の意図状態は、運転者の意図が弱く、自動操舵制御に対して運転者が受動的な操舵を行っている状態である。これらの各意図状態に対応したインピーダンスＩの時間変化が、予め実験などに基づいて求められている。

第１の意図状態では、インピーダンスＩが操舵開始直後から正の状態であり、時間が経過するのに伴って徐々に平衡点Ｅ（Ｉ＝０）へと収束する。すなわち、第１の意図状態では、インピーダンスＩの時間に対する変化量ｄＩ／ｄｔは負（ｄＩ／ｄｔ＜０）である。第１の意図状態は、たとえば車両の進行方向に障害物があるために、運転者が自動操舵制御に介在して、当初から運転者の意図に沿った経路になるよう操舵している状態である。

第２の意図状態では、操舵開始直後のインピーダンスＩが負（Ｉ＜０）の状態から、時間が経過するにつれてインピーダンスＩが増加し、インピーダンスＩが「０」をまたいで正に変化したのちに、最終的に時間Ｔで平衡点Ｅに収束する。すなわち、操舵開始直後の時間Ｔ０では、インピーダンスＩは負であり、かつインピーダンスＩの時間に対する変化量ｄＩ／ｄｔは正（ｄＩ／ｄｔ＞０）である。なお、第２の意図状態は、たとえば車両の進行方向に障害物があるために自動操舵制御が回避しようとする際に、当初は運転者は自動操舵制御の経路が自らの意図に沿っていると考えていたが、実際は車両が運転者の意図とは異なる経路で回避しようとしているために、運転者が自動操舵に介入して運転者の意図に沿った経路で回避しようとしている状態である。すなわち、自動操舵制御の意図の通りに回避していた初期の状態と、一定時間が経過してから運転者の意図に沿った経路で回避する状態との間では、自動操舵制御に対して運転者の意図が出遅れているために、インピーダンスＩは負の値になる。しかし、運転者の意図に沿った経路になるように、運転者がその意図を介在させるために、インピーダンスＩは「０」をまたいで正の値になる。

第３の意図状態では、インピーダンスＩが操舵開始直後から負の状態であり、操舵開始から一定の時間までインピーダンスＩは減少し（負の方向に大きくなり）、一定の時間が経過してからは、平衡点Ｅに向けてインピーダンスＩが増加している。すなわち、操舵開始直後の時間Ｔ０（Ｔ０＜＜Ｔ）では、インピーダンスＩは負であり、かつインピーダンスＩの時間に対する変化量ｄＩ／ｄｔは負（ｄＩ／ｄｔ＜０）である。なお、第３の意図状態は、たとえば車両の進行方向に障害物があるために、運転者が自動操舵制御に介入しなければ障害物に接触する可能性があると考えているような状態である。運転者は自動操舵制御に対して、当初は緊張や懐疑的に反応していたが、ある程度の時間が経過しても問題が生じなかったために緊張や懐疑的な反応が和らいだことによって、このような変化が生じている。

第４の意図状態では、時間Ｔまでの全領域でインピーダンスＩは負である。また、インピーダンスＩは、時間の経過に伴って、自動操舵制御の意図と運転者の意図とが釣り合う平衡点Ｅに近づく。すなわち、第４の意図状態では、インピーダンスＩの時間に対する変化量ｄＩ／ｄｔは正（ｄＩ／ｄｔ＞０）である。なお、第４の意図状態は、たとえば車両の進行方向に障害物がないため、運転者が何ら自動操舵制御に介入する必要を感じておらず、自動操舵制御を継続すればよいと考えているような状態である。

つぎに、運転者意図判定部７２による運転者の意図の判定方法を概念的に説明する。
図６に示すように、運転者意図判定部７２は、運転者の意図が、インピーダンスＩと、時間Ｔ０でのインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔとに基づいて、第１の意図状態〜第４の意図状態のいずれの状態かを判定する。すなわち、第１の状態はインピーダンスＩが大きく（Ｉ＞閾値ｔｈ１）、時間Ｔ０でのインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが小さい（ｄＩ／ｄｔ＜閾値ｔｈ２）状態である。第２の状態はインピーダンスＩが大きく（Ｉ＞ｔｈ１のときがある）、時間Ｔ０でのインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが大きい状態である。第３の状態はインピーダンスＩが小さく、時間Ｔ０でのインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが小さい（ｄＩ／ｄｔ＜ｔｈ２）状態である。第４の状態はインピーダンスＩが小さく（Ｉ＜ｔｈ１）、時間Ｔ０でのインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが大きい（ｄＩ／ｄｔ＞ｔｈ２）状態である。

ところで、運転者の意図を予め決められた４つの状態に分けることが困難なことも考えられる。たとえば、運転者の意図が各意図状態の境界にある場合（図６中の領域Ａ１）や、運転者の意図がいずれの意図状態にも該当しないと考えられる場合（図６中の領域Ａ２）もある。しかし、たとえば図６の領域Ａ２に運転者の意図があるときは、第１〜第４の意図状態からの距離や類似度に基づいて、第１〜第４の意図状態のいずれかに分類することができる。

つぎに、運転者意図判定部７２による運転者の意図の判定処理手順を、図７のフローチャートに従って説明する。当該フローチャートの各処理は、ステアリングＥＣＵ４０（正確には、運転者意図判定部７２）により実行される。なお、運転者の意図（インピーダンスＩ）が明確に各ステップを満たさない場合も想定されるが、クラスタリングを行うことによって、そのステップを満たすくらいに類似度が高いのであれば、そのステップを満たしたと推定される。

図７のフローチャートに示すように、まず、ステアリングＥＣＵ４０は、インピーダンスＩが正か否かを判定する（ステップＳ１０）。
ステアリングＥＣＵ４０は、インピーダンスＩが正である場合（ステップＳ１のＹＥＳ）、時間Ｔ０でインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが正か否かを判定する（ステップＳ１１）。時間Ｔ０でインピーダンスＩが正である場合には、ステップＳ１での判定をより迅速に行うことができる。

ステアリングＥＣＵ４０は、時間Ｔ０でインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが正である場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、運転者の意図は第１の意図状態にある旨判定する（ステップＳ１２）。

ステアリングＥＣＵ４０は、時間Ｔ０でインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが負である場合（ステップＳ１１のＮＯ）、運転者の意図は第２の意図状態にある旨判定する（ステップＳ１３）。

つぎに、ステアリングＥＣＵ４０は、先のステップＳ１０の判定処理において、インピーダンスＩが負である場合（ステップＳ１０のＮＯ）、時間Ｔ０でインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが正か否かを判定する（ステップＳ１４）。

ステアリングＥＣＵ４０は、時間Ｔ０でインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが正である場合（ステップＳ１４のＹＥＳ）、運転者の意図は第３の意図状態にある旨判定する（ステップＳ１５）。

ステアリングＥＣＵ４０は、時間Ｔ０でインピーダンスＩの変化量ｄＩ／ｄｔが負である場合（ステップＳ１４のＮＯ）、運転者の意図は第４の意図状態にある旨判定する（ステップＳ１６）。

なお、この図７のフローチャートに係る処理は繰り返し実行される。すなわち、運転者意図検出部７１により生成されるインピーダンスＩの時系列データが、運転者の意図の判定に必要なだけ運転者意図判定部７２に蓄積される度に、新たな時間Ｔ０が設定されて運転者の意図が第１〜第４の意図状態のいずれであるかが判定される。なお、図７のステップＳ１０では、時間ＴまでにインピーダンスＩが正になる場合もインピーダンスＩが正の場合（Ｉ＞０）に含まれる。

つぎに、運転者意図補償部７３により演算される運転者意図補償値Ｇｍ＊について説明する。
図８に示すように、運転者意図補償部７３は第１の意図状態〜第４の意図状態に基づいて、これら意思状態に対応した第１〜第４の運転者意図補償値Ｇｍ１＊〜Ｇｍ４＊を演算する。なお、第１〜第４の運転者意図補償値Ｇｍ１＊〜Ｇｍ４＊は、この順にその絶対値が小さい。このため、運転者意図補償部７３は、運転者の意図がより大きいときにはより絶対値の小さな運転者意図補償値Ｇｍ＊（たとえば第１の運転者意図補償値Ｇｍ１＊）を演算する。したがって、自動操舵トルク指令値補償部６２では、より絶対値の小さな最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を演算する。

本実施形態の効果を説明する。
（１）運転者意図判定部７２は、運転者意図検出部７１によって演算されるインピーダンスＩの時間変化に基づいて、運転者の意図が第１〜第４の意図状態のいずれに該当するかを判定することにより、運転者の意図を的確に検出することができる。

（２）運転者意図補償部７３は、運転者の意図が第１〜第４の意図状態のどの意図状態に該当するかに基づいて、運転者意図補償値Ｇｍ＊を演算する。そして、自動操舵トルク指令値補償部６２において、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊と運転者意図補償値Ｇｍ＊とが乗算されることにより、運転者の意図を反映した最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊が演算される。すなわち、運転者の意図がより大きいときには、より絶対値の小さい最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊が演算されるため、運転者の意図をより自動操舵制御に反映することができる。また、運転者の意図がより小さいときには、より絶対値の大きい（通常時と変わらない）最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊が演算されるため、運転者の意図を自動操舵制御に反映することが抑制され、自動操舵制御を継続することもできる。すなわち、運転者が自動操舵制御を継続すればよいと考えているときには、自動操舵制御を継続することもできる。

（３）操舵トルクＴｍや操舵トルクＴｍの変化量に基づいて、運転者が自動操舵制御に介入する意図を判定しようとすると、特に運転者が積極的に自動操舵制御に対して介入する意図がない場合であっても、その意図を大きく見積もる可能性がある。しかし、ステアリング角θｍに対する操舵トルクＴｍの変化量であるインピーダンスＩに基づいて、運転者の意図を判定することにより、自動操舵制御によって意図せず操舵トルクＴｍが大きくなるような場合であっても、運転者の意図をより的確に判定することができる。

（４）操舵トルクＴｍおよびステアリング角θｍに基づいてインピーダンスＩを検出することにより、新たに特別な構成を設けることなく、運転者の意図を検出することができる。たとえば、運転者の意図を自動操舵制御部６０に対して直接入力するような特別な構成（スイッチやセンサなど）を設けることも考えられるが、本実施形態ではこのような構成を設けることなく、従来から車両に備わっているセンサを用いて運転者の意図を検出することができる。また、特別な構成を車両内に設ける必要がないため、搭載性や車両レイアウトが悪化することもない。

（５）運転者の意図の大きさによって自動操舵制御がオフになることがないため、運転者の意図を反映した自動操舵制御（オーバーライド制御）がほとんど終了したときであっても、運転者は再度自動操舵制御を実行するスイッチなどを操作する必要がない。すなわち、運転者の意図がより大きいときにはより絶対値の小さな最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を演算され、運転者の意図がより小さいときにはより絶対値の大きな最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊が演算されることにより、運転者の意図を反映しつつも自動操舵制御は継続される。

（６）ローパスフィルタ７１ｂによってインピーダンスＩの高周波成分が低減されることにより、運転者の意図をより的確に検出することができる。運転者の意図はインピーダンスＩのうち低周波成分に主に含まれるため、運転者の意図を検出する際に特に必要ではない高周波成分を低減することは、インピーダンスＩから運転者の意図を検出する際のノイズを低減することに繋がるからである。

＜第２実施形態＞
つぎにステアリング装置の第２実施形態について説明する。ここでは、第１実施形態との違いを中心に説明する。第２実施形態は、自動操舵制御の意図と運転者の意図との間を仲介する部分を設けることにより、自動操舵制御の意図と運転者の意図とが調和した制御を実行するためのものである。

図９に示すように、ステアリングＥＣＵ４０には、自動操舵補償制御部８０および仲介部９０が設けられている。
自動操舵補償制御部８０は、自動操舵トルク指令値演算部６１を通じて演算される自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊、およびステアリング角偏差演算部３１により演算されるステアリング角偏差ｄθｓを取り込む。自動操舵補償制御部８０は、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊およびステアリング角偏差ｄθｓに基づいて、自動操舵制御の操舵特性である自動操舵特性Ｉａを演算する自動操舵特性演算部８１を有している。自動操舵特性演算部８１は、ステアリング角偏差ｄθｓに対する自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊の微分値である自動操舵特性Ｉａ（自動操舵のインピーダンス）を演算する。すなわち、自動操舵特性Ｉａは次式（４）により演算できる。

Ｉａ＝ｄＴｍ＊／ｄ（ｄθｓ） …（４）
仲介部９０は、運転者意図検出部７１により演算されたインピーダンスＩ、および自動操舵特性演算部８１により演算された自動操舵特性Ｉａに基づいて、運転者の操舵特性と自動操舵制御の操舵特性との差である特性差異を判定する特性差異判定部９１を備えている。すなわち、特性差異判定部９１は、インピーダンスＩと自動操舵特性Ｉａとの差の大きさに基づいた特性差異補償値Ｇｓ＊を演算する。たとえば、運転者の意図を自動操舵制御の意図よりも上位とするならば、特性差異判定部９１は、インピーダンスＩと自動操舵特性Ｉａとの差が大きいほど、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を低減すべく、より絶対値の小さな特性差異補償値Ｇｓ＊を演算する。また、運転者の意図よりも自動操舵制御の意図を上位とする状況であれば、特性差異判定部９１は、インピーダンスＩと自動操舵特性Ｉａとの差が大きいほど、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を増加させるべく、より絶対値の大きな特性差異補償値Ｇｓ＊を演算する。

自動操舵トルク指令値補償部６２は、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊に運転者意図補償値Ｇｍ＊および特性差異補償値Ｇｓ＊を乗算することにより、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を演算する。すなわち、第２実施形態の最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊は、次式（５）により演算される。

Ｔｍ＊＊＝Ｔｍ＊・Ｇｍ＊・Ｇｓ＊ …（５）
本実施形態の効果を説明する。
（１）仲介部９０によってインピーダンスＩと自動操舵特性Ｉａとの差である特性差異に基づいた、特性差異補償値Ｇｓ＊が演算される。自動操舵トルク指令値補償部６２は、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊に特性差異補償値Ｇｓ＊を乗算した最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を演算する。これにより、運転者の意図と自動操舵制御の意図との差が大きいときであっても、より運転者の意図と自動操舵制御の意図とを調和させることができる。

たとえば、運転者の意図が大きい場合であっても、その運転者の意図が自動操舵制御の意図と一致しているのであれば、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を低減することなく自動操舵制御を継続することもできる。また、運転者の意図が小さい場合であっても、その運転者の意図が自動操舵制御の意図と一致していないのであれば、より運転者の意図を優先するために、より絶対値の小さな特性差異補償値Ｇｓ＊が仲介部９０により演算されることで、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊をさらに低減することもできる。

なお、各実施形態は次のように変更してもよい。以下の他の実施形態は、技術的に矛盾しない範囲において、互いに組み合わせることができる。
・各実施形態では、視覚センサ５２を用いてヨー角θｖを検出したが、これに限らない。たとえば、車両に設けられるヨー角センサの情報からヨー角θｖを検出してもよいし、ＧＰＳセンサの情報からヨー角θｖを検出してもよい。また、ヨー角θｖの代わりに、ＧＰＳセンサの情報や視覚センサ５２から車両の進行方向や車両の周辺情報を検出してもよい。たとえば、道路の白線情報などが認識できない場合であっても、車両の直進方向に対して進行方向がどの程度傾いているかを検出すればよい。

・各実施形態では、舵角センサ５０はコラムシャフト１１ａに設けられたが、これに限らない。たとえば、ステアリングホイール１０に設けられてもよいし、インターミディエイトシャフト１１ｂに設けられてもよいし、ピニオンシャフト１１ｃに設けられてもよい。

・各実施形態では、ステアリング角偏差演算部３１は上位ＥＣＵ３０に設けられたが、これに限らない。たとえば、ステアリング角偏差演算部３１はステアリングＥＣＵ４０に設けられてもよい。

・各実施形態では、図５に示される４つの意図状態が想定されたが、これに限らない。たとえば、より運転者の意図を詳しく把握するために５つ以上の意図状態を想定してもよいし、おおよその運転者の意図が把握できればよいのであれば２つまたは３つの意図状態を想定してもよい。たとえば、運転者意図判定部７２は、時間Ｔ０でのインピーダンスＩが正であるか否かに基づいて、運転者の意図が第１の意図状態か、第１の意図状態以外の他の意図状態である第２〜第４の意図状態かを判定するようにしてもよい。また、運転者意図判定部７２は、時間Ｔの間にインピーダンスＩになるときがあり、かつインピーダンスＩが負から正へと変化しているときに、第２の意図状態か、第２の意図状態以外の第１、第３、および第４の意図状態かを判定するようにしてもよい。

・各実施形態では、図６に概念的に示すように、運転者の意図を第１〜第４の意図状態のいずれかに分類したが、これに限らない。たとえば、ステアリングＥＣＵ４０は、運転者の意図が第１〜第４の意図状態に分類することが困難な場合、運転者に異常が生じたと判定して車両を路肩に止める制御に移行してもよいし、運転者意図補償制御部７０に異常が生じたと判定して自動操舵制御を停止してもよい。

・各実施形態では、図１０に示すように、自動操舵トルク指令値補償部６２に外部から補償値Ｇｔを直接入力するようにしてもよい。たとえば何らかの入力装置を設け、運転者が自らの好みに合う操舵特性に調整するために、入力装置を介して補償値Ｇｔを予め許される範囲で調整する。

・各実施形態では、運転者意図補償制御部７０には、運転者意図判定部７２および運転者意図補償部７３が設けられたが、これに限らない。たとえば、図１０に示すように、運転者意図判定部７２および運転者意図補償部７３に代わって補償値変換部７４を設けてもよい。補償値変換部７４は、入力されるインピーダンスＩ（またはインピーダンスＩの変化量など）に応じた補償値を直接演算することにより、その補償値を運転者意図補償値Ｇｍ＊として自動操舵トルク指令値補償部６２に出力する。この場合、補償値変換部７４は、運転者意図判定部および補償部である。

・各実施形態では、自動操舵トルク指令値補償部６２において、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊に運転者意図補償値Ｇｍ＊などの補償値を乗算することにより、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を演算したが、これに限らない。たとえば、自動操舵トルク指令値補償部６２は、自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊に運転者意図補償値Ｇｍ＊を加算または減算することにより、最終自動操舵トルク指令値Ｔｍ＊＊を演算してもよい。

・各実施形態では、図７に示される判定手順に沿って運転者の意図を第１〜第４の意図状態に分類したが、これに限らない。たとえば、図１１に示される判定手順に沿って運転者の意図を第１〜第４の意図状態に分類してもよい。すなわち、運転者意図判定部７２は、時間Ｔ０のときにインピーダンスＩが予め定められた閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２１）。つぎに、運転者意図判定部７２は、時間Ｔ０のときにインピーダンスＩが予め定められた閾値よりも大きい場合（ステップＳ２１のＹＥＳ）、第１の状態である旨判定する（ステップＳ２２）。運転者意図判定部７２は、時間Ｔ０のときにインピーダンスＩが予め定められた閾値よりも小さい場合（ステップＳ２１のＮＯ）、時間Ｔの間にインピーダンスＩが予め定められた閾値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２３）。運転者意図判定部７２は、時間Ｔの間にインピーダンスＩが予め定められた閾値よりも大きい場合（ステップＳ２３のＹＥＳ）、第２の意図状態である旨判定する（ステップＳ２４）。運転者意図判定部７２は、時間Ｔの間にインピーダンスＩが予め定められた閾値よりも小さい場合（ステップＳ２３のＮＯ）、時間Ｔ０で変化量ｄＩ／ｄｔが正であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。時間Ｔ０で変化量ｄＩ／ｄｔが正である場合（ステップＳ２５のＹＥＳ）、第３の意図状態である旨判定する（ステップＳ２６）。時間Ｔ０で変化量ｄＩ／ｄｔが正でない場合（ステップＳ２５のＮＯ）、第４の意図状態である旨判定する（ステップＳ２７）。

また、図７および図１１のような判定手順ではなく、クラスタ分析によってインピーダンスＩの時間変化と、予め定められた第１〜第４の意図状態との類似度に基づいて、運転者の意図がいずれの意図状態にあるかを判定してもよい。

・各実施形態では、第２の意図状態にある場合は第３の意図状態よりも運転者の意図が強いと判定していたが（図５参照）、これに限らない。すなわち、第２の意図状態と第３の意図状態を同程度の運転者の意図の強さと判定してもよい。

・各実施形態のステアリング装置は、どのようなタイプのステアリング装置であってもよい。たとえば、モータ２０の回転トルクをステアリングシャフト１１に付与するタイプのステアリング装置であってもよいし、モータ２０がラックシャフト１２と同軸に組み込まれるタイプのステアリング装置であってもよい。また、ステアリングホイール１０とラックシャフト１２とが機械的に分離されるステアバイワイヤ（ＳＢＷ）であってもよい。

１…自動操舵装置、２…操舵機構、３…転舵アクチュエータ（アクチュエータ）、１０…ステアリングホイール、１１…ステアリングシャフト（操舵シャフト）、１１ａ…コラムシャフト、１１ｂ…インターミディエイトシャフト、１１ｃ…ピニオンシャフト、１２…ラックシャフト、１３…ラックアンドピニオン機構、１４…タイロッド、１５…転舵輪、２０…モータ、２１…回転軸、２２…ボールねじ機構、２３…減速機構、３０…上位ＥＣＵ、３１…ステアリング角偏差演算部、４０…ステアリングＥＣＵ（ステアリング制御装置）、５０…舵角センサ、５１…トルクセンサ、５２…視覚センサ、６０…自動操舵制御部、６１…自動操舵トルク指令値演算部、６２…自動操舵トルク指令値補償部、７０…運転者意図補償制御部、７１…運転者意図検出部（操舵特性演算部）、７１ａ…インピーダンス演算部、７１ｂ…ローパスフィルタ、７２…運転者意図判定部、７３…運転者意図補償部（補償部）、７４…補償値変換部、８０…自動操舵補償制御部、８１…自動操舵特性演算部、９０…仲介部、９１…特性差異判定部、ａ…係数、Ａ，Ｂ，Ｃ…経路、Ａ１，Ａ２…領域、Ｅ…平衡点、Ｉ…インピーダンス（操舵特性）、Ｉａ…自動操舵特性、ｔ，Ｔ，Ｔ０…時間、Ｔｍ…操舵トルク、Ｔｍ＊…自動操舵トルク指令値（自動操舵指令値）、Ｔｍ＊＊…最終自動操舵トルク指令値（自動操舵指令値）、θｍ…ステアリング角、θｖ…ヨー角、Ｆ０…周波数、ｔｒｉｇ…スタートトリガ、ｄθｓ…ステアリング角偏差、Ｇｍ＊…運転者意図補償値（補償量）、Ｇｓ＊…特性差異補償値（補償量）、Ｇｔ＊…補償値。

Claims (9)

1. 操舵機構に付与される動力の発生源であるアクチュエータを、自車両の動作状態を表す状態量に基づき外部制御装置により演算される自動操舵指令値に基づいて制御するステアリング制御装置において、
   前記操舵機構の操舵シャフトに付与される操舵トルクを前記操舵シャフトの回転角である操舵角で微分することにより操舵特性を演算する操舵特性演算部と、
   前記操舵特性に基づいて、前記状態量に応じて決定される自動操舵制御の意図と運転者の意図とが一致するか否かを判定する運転者意図判定部と、を備えるステアリング制御装置。
2. 請求項１に記載のステアリング制御装置において、
   前記自動操舵指令値を前記操舵特性に応じて補正するための補償量を演算する補償部を有し、前記運転者意図判定部が運転者の意図と自動操舵制御の意図とが一致しない旨判定することを条件に、前記補償部は、前記自動操舵指令値を低減させるように前記補償量を演算するステアリング制御装置。
3. 請求項２に記載のステアリング制御装置において、
   前記補償部は、前記操舵特性が正であるとき、前記操舵特性が負であるときよりも、前記自動操舵指令値を大きく低減させるように前記補償量を演算するステアリング制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のステアリング制御装置において、
   前記運転者意図判定部は、運転者の複数の意図状態に対応して予め定められる操舵特性の時系列データと、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性の時系列データとをクラスタリングすることにより、運転者の意図が予め分類された複数の意図状態のうちの、いずれの意図状態であるかを判定するステアリング制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のステアリング制御装置において、
   前記運転者意図判定部は、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が正であるとき、運転者の意図が自動操舵制御の意図に対してより強い第１の意図状態である旨判定し、
   前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が負であるとき、運転者の意図が第１の意図状態よりも弱い他の意図状態である旨判定するステアリング制御装置。
6. 請求項５に記載のステアリング制御装置において、
   前記運転者意図判定部は、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が正であり、かつ操舵特性が負から正へと変化しているとき、前記他の意図状態として、運転者の意図が自動操舵制御の意図に対してより強い第２の意図状態である旨判定するステアリング制御装置。
7. 請求項５または６に記載のステアリング制御装置において、
   前記運転者意図判定部は、前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が負、かつ当該操舵特性の変化率が操舵開始直後に負である場合、前記他の意図状態として、運転者の意図が自動操舵制御の意図に対してより弱い第３の意図状態である旨判定し、
   前記操舵特性演算部により演算される操舵特性が負、かつ当該操舵特性の変化率が操舵開始直後に正である場合、前記他の意図状態として、運転者の意図が自動操舵制御の意図に対してより弱い第４の意図状態である旨判定するステアリング制御装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のステアリング制御装置において、
   前記自動操舵指令値を、前記操舵角と、外部情報検出部により検出されるヨー角との差であるステアリング角偏差で微分することにより、自動操舵特性を演算する自動操舵特性演算部と、
   前記操舵特性演算部により演算される操舵特性と、前記自動操舵特性演算部により演算される自動操舵特性との差に基づいて、前記自動操舵指令値を増減する特性差異判定部と、を備えるステアリング制御装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のステアリング制御装置において、
   前記操舵特性演算部は、演算される前記操舵特性の高周波成分を低減するローパスフィルタを有しているステアリング制御装置。

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