JP7004076B2 - 操舵制御方法及び操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵制御方法及び操舵制御装置に関する。

特許文献１には、操舵角速度に応じた摩擦トルクと、操舵角速度に応じた粘性トルクと、セルフアライニングトルクとを加算して算出した目標反力トルクを付与する操舵装置が記載されている。操舵角センサから出力される所定数のパルス信号をキャンセルして摩擦トルクを「０」に設定することにより、ステアリングホイールの微小な振動に伴う変動を解消してスムーズに変化する目標反力トルクを付与する。

特開２００７‐１３７２８７号公報

ステアバイワイヤ式の転舵機構を採用する車両では、ステアリングホイールと転舵輪との間が機械的に分離されている。このため、アクチュエータで疑似的に操舵反力を発生させて操舵フィーリングを向上することができる。
しかしながら、自動操舵制御によってステアリングホイールの操舵角を制御して、そのステアリングホイールの操舵角に応じて転舵輪を制御する場合に、アクチュエータで発生させた操舵反力によって操舵角が変動し、自動操舵制御によるスムーズな操舵を阻害することがある。
本発明は、自動操舵制御によるスムーズな操舵を可能にする操舵反力をステアリングホイールに付与することを目的とする。

本発明の一態様によれば、ステアリングホイールと転舵輪との間が機械的に分離されたステアバイワイヤ式の転舵機構を備える車両の操舵制御方法が与えられる。操舵制御方法では、ステアリングホイールの操舵角を基準角度へ復帰させる復元成分と、ステアリングホイールの操舵角速度に応じた粘性成分と、操舵角速度に応じた摩擦成分と、を含んだ操舵反力を設定し、ステアリングホイールに操舵反力が発生するように、ステアリングホイールに回転トルクを付与するアクチュエータを制御し、操舵角に応じて転舵輪の転舵角を制御し、運転者がステアリングホイールを操作しているか否かを判断し、運転者がステアリングホイールを操作していない場合に、車両が走行する目標走行軌道を設定し、ステアリングホイールの操舵角が、目標走行軌道に沿って車両を走行するための目標操舵角となるようにアクチュエータを制御し、操舵反力に含まれる摩擦成分を抑制する。

本発明の一態様によれば、自動操舵制御によるスムーズな操舵を可能にする操舵反力をステアリングホイールに付与できる。
本発明の目的及び利点は、特許請求の範囲に示した要素及びその組合せを用いて具現化され達成される。前述の一般的な記述及び以下の詳細な記述の両方は、単なる例示及び説明であり、特許請求の範囲のように本発明を限定するものでないと解するべきである。

実施形態の車両制御装置の一例の概略構成図である。 車両制御装置を搭載した車両の操舵系の一例の概略構成図である。 図２の反力制御部の構成例を示すブロック図である。 復元トルク特性曲線の一例の説明図である。 目標操舵角に基づいてオフセットされた復元トルク特性曲線の説明図である。 粘性トルクの特性の一例を示す図である。 摩擦トルクの特性の一例を示す図である。 操舵角速度に応じた係数αの第１例の説明図である。 操舵角速度に応じた係数αの第２例の説明図である。 実施形態の操舵制御方法の一例のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１を参照する。車両制御装置１を搭載する車両（以下、「自車両」と表記する）は、ステアリングホイールと転舵輪との間が機械的に分離されたステアバイワイヤ式の転舵機構を備える。車両制御装置１は、転舵輪の転舵角と、ステアリングホイールに与える操舵反力を制御する。

また、車両制御装置１は、自車両の周囲の走行環境に基づいて、運転者が関与せずに自車両を自動で運転する自動運転制御や、運転者による自車両の運転を支援する運転支援制御を行う。
例えば、運転支援制御には、車線維持制御や、先行車追従制御、自動ブレーキ制御、定速走行制御などが含まれる。

車両制御装置１は、外部センサ２と、内部センサ３と、測位装置４と、地図データベース５と、通信装置６と、ナビゲーションシステム７と、走行コントローラ８と、アクセル開度アクチュエータ９と、ブレーキ制御アクチュエータ１０と、コントローラ１１と、反力アクチュエータ１２と、第１駆動回路１３と、転舵アクチュエータ１４と、第２駆動回路１５を備える。添付する図面において地図データベースを「地図ＤＢ」と表記する。

外部センサ２は、自車両の周囲環境、例えば自車両の周囲の物体を検出するセンサである。外部センサ２は、例えばカメラ１６と測距装置１７を含んでよい。
カメラ１６と測距装置１７は、自車両の周囲に存在する物体（例えば、他車両、歩行者、車線境界線や車線区分線などの白線、道路上又は道路周辺に設けられた信号機、停止線、標識、建物、電柱、縁石、横断歩道等の地物）、自車両に対する物体の相対位置、自車両と物体との間の相対距離等の自車両の周囲環境を検出する。

カメラ１６は、例えばステレオカメラであってよい。カメラ１６は、単眼カメラであってもよく、単眼カメラにより複数の視点で同一の物体を撮影して、物体までの距離を計算してもよい。また、単眼カメラによる撮像画像から検出された物体の接地位置に基づいて、物体までの距離を計算してもよい。
測距装置１７は、例えば、レーザレンジファインダ（ＬＲＦ：Laser Range-Finder）、レーダユニット、レーザスキャナユニットであってよい。
カメラ１６と測距装置１７は、検出した周囲環境の情報である周囲環境情報をナビゲーションシステム７、走行コントローラ８及びコントローラ１１へ出力する。

内部センサ３は、自車両の走行状態を検出するセンサである。内部センサ３は、例えば車速センサ１８や操舵角センサ１９を備えてよい。
車速センサ１８は、自車両の車速を検出する。操舵角センサ１９は、コラムシャフト回転角、すなわち、ステアリングホイールの操舵角θｓ（ハンドル角度）を検出する。
内部センサ３は、例えば自車両に発生する加速度を検出する加速度センサや、自車両の角速度を検出するジャイロセンサを備えてもよい。
内部センサ３は、検出した走行状態の情報である走行状態情報をナビゲーションシステム７、走行コントローラ８及びコントローラ１１へ出力する。

測位装置４は、複数の航法衛星から電波を受信して自車両の現在位置を取得し、取得した自車両の現在位置を、ナビゲーションシステム７、及び走行コントローラ８へ出力する。測位装置４は、例えばＧＰＳ（地球測位システム：Global Positioning System）受信機や、ＧＰＳ受信機以外の他の全地球型測位システム（ＧＮＳＳ：Global Navigation Satellite System）受信機を有していてもよい。

地図データベース５は、道路地図データを記憶している。
道路地図データは、車線境界線や車線区分線などの白線の形状（車線形状）や座標情報、道路や白線の高度、道路上又は道路周辺に設けられた信号機、停止線、標識、建物、電柱、縁石、横断歩道等の地物の座標情報を含む。
道路地図データは、さらに道路種別、道路の勾配、車線数、制限速度（法定速度）、道幅、合流地点の有無等に関する情報を含んでもよい。道路種別には、例えば一般道路と高速道路が含んでよい。
地図データベース５は、ナビゲーションシステム７、及び走行コントローラ８から参照される。

通信装置６は、自車両の外部の通信装置との間で無線通信を行う。通信装置６による通信方式は、例えば公衆携帯電話網による無線通信や、車車間通信、路車間通信、又は衛星通信であってよい。
ナビゲーションシステム７、走行コントローラ８及びコントローラ１１は、地図データベース５に代えて又は加えて外部の情報処理装置から、通信装置６によって道路地図データを取得してもよい。

ナビゲーションシステム７は、自車両の運転者によって地図上に設定された目的地までの経路案内を自車両の乗員に対して行う。ナビゲーションシステム７は、外部センサ２、内部センサ３、測位装置４から入力された各種情報を用いて自車両の現在位置を推定し、目的地までの経路を生成し、乗員に経路案内を行う。ナビゲーションシステム７は、その経路情報を走行コントローラ８へ出力する。

走行コントローラ８は、車線維持制御や、先行車追従制御、自動ブレーキ制御、定速走行制御などの運転支援制御や、運転者が関与せずに自車両を自動で運転する自動運転制御を行う。
例えば運転支援制御では、走行コントローラ８は、測位装置４による測位結果と、外部センサ２が検出した周囲環境と、地図データベース５の道路地図データと、内部センサ３が検出した自車両の走行状態に基づいて、自車両が走行すべき目標走行軌道を設定する。
自動運転制御では、走行コントローラ８は、ナビゲーションシステム７から出力された経路情報と、周囲環境と、道路地図データと、自車両の走行状態に基づいて、自車両が走行すべき目標走行軌道を設定する。

走行コントローラ８は、自車両が目標走行軌道に沿って走行するように、アクセル開度アクチュエータ９及びブレーキ制御アクチュエータ１０を駆動して、自車両の駆動力及び制動力を制御する。
アクセル開度アクチュエータ９は、車両のアクセル開度を制御する。ブレーキ制御アクチュエータ１０は、車両のブレーキ装置の制動動作を制御する。

また走行コントローラ８は、運転支援制御や自動運転制御が自動操舵制御を含む場合に、目標走行軌道に沿って自車両を走行させるためのステアリングホイールの目標操舵角θｔを決定する。走行コントローラ８は、目標操舵角θｔをコントローラ１１に出力する。
コントローラ１１は、転舵輪の転舵制御とステアリングホイールの反力制御を行う電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）である。
コントローラ１１は、プロセッサ２０と記憶装置２１等の周辺部品とを含む。プロセッサ２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）であってよい。
コントローラ１１は、走行コントローラ８と一体の電子制御ユニットであってもよく、別個の電子制御ユニットであってもよい。

記憶装置２１は、半導体記憶装置、磁気記憶装置及び光学記憶装置を備えてよい。記憶装置２１は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを含んでよい。
なお、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路でコントローラ１１を実現してもよい。例えば、コントローラ１１はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）等のプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）等を有していてもよい。

コントローラ１１は、ステアリングホイールの操舵角θｓと、操舵角速度Δθｓと、自車両の車速と、走行コントローラ８が決定した目標操舵角θｔに応じて、ステアリングホイールへ付与する回転トルクの指令値である指令操舵トルクＴｒを決定する。
このとき、コントローラ１１は運転者がステアリングホイールを操作したか否かを判断し、運転者がステアリングホイールを操作していない場合には、操舵角θｓが目標操舵角θｔとなるように操舵角制御トルクを決定する。

コントローラ１１は、決定した回転トルクを反力アクチュエータ１２に発生させる制御信号を第１駆動回路１３へ出力し、反力アクチュエータ１２を駆動することにより、決定した操舵反力トルクや操舵角制御トルクをステアリングホイールへ付与する。
コントローラ１１は、運転者又は反力アクチュエータ１２により操作されたステアリングホイールの操舵角θｓ及び操舵角速度Δθｓに応じて、転舵輪の転舵角の指令値である指令転舵角を決定する。
コントローラ１１は、決定した指令転舵角を第２駆動回路１５に出力し、実際の転舵角が指令転舵角となるように転舵アクチュエータ１４を駆動する。

図２を参照して、ステアバイワイヤ式の転舵機構を備える自車両の操舵系を説明する。
自車両は、操舵部３１と、転舵部３２と、バックアップクラッチ３３を備える。バックアップクラッチ３３が開放状態になると、運転者の操舵入力を受け付ける操舵部３１と、転舵輪である左右前輪３４ＦＬ、３４ＦＲを転舵する転舵部３２と、が機械的に分離される。

操舵部３１は、ステアリングホイール３１ａと、コラムシャフト３１ｂと、電流センサ３１ｃと、反力アクチュエータ１２と、第１駆動回路１３と、操舵角センサ１９とを備える。
転舵部３２は、ピニオンシャフト３２ａと、ステアリングギア３２ｂと、ラックギア３２ｃと、ステアリングラック３２ｄと、転舵アクチュエータ１４と、第２駆動回路１５と、転舵角センサ３５を備える。

また、コントローラ１１は、ステアリングホイール３１ａの操舵角θｓ及び操舵角速度Δθｓに応じて、指令転舵角を決定する転舵制御部３６と、操舵角θｓと、操舵角速度Δθｓと、車速と、走行コントローラ８が決定した目標操舵角θｔに応じて、指令操舵トルクＴｒを決定する反力制御部３７を備える。
転舵制御部３６及び反力制御部３７の機能は、例えばコントローラ１１の記憶装置２１に格納されたコンピュータプログラムを、プロセッサ２０が実行することによって実現されてよい。
反力アクチュエータ１２と、第１駆動回路１３と、コントローラ１１は、操舵制御装置を形成する。

操舵部３１のステアリングホイール３１ａは、運転者の操舵入力を受けて回転する。
コラムシャフト３１ｂは、ステアリングホイール３１ａと一体に回転する。
反力アクチュエータ１２は、例えば電動モータであってよい。反力アクチュエータ１２は、コラムシャフト３１ｂと同軸上に配置された出力軸を有する。
反力アクチュエータ１２は、第１駆動回路１３から出力される指令電流に応じて、ステアリングホイール３１ａに付与する回転トルクをコラムシャフト３１ｂに出力する。回転トルクを付与することによって、ステアリングホイール３１ａに操舵反力トルクや操舵角制御トルクを発生させる。

第１駆動回路１３は、電流センサ３１ｃが検出した反力アクチュエータ１２の駆動電流から推定される実際の操舵反力トルクと、反力制御部３７から出力される制御信号が示す指令操舵トルクＴｒとを一致させるトルクフィードバックにより、反力アクチュエータ１２へ出力する指令電流を制御する。
操舵角センサ１９は、コラムシャフト３１ｂの回転角、すなわち、ステアリングホイール３１ａの操舵角（ハンドル角度）θｓを検出する。

一方で、転舵部３２のステアリングギア３２ｂは、ピニオンシャフト３２ａの回転に応じて、左右前輪３４ＦＬ、３４ＦＲを転舵する。ステアリングギア３２ｂとして、例えば、ラック・アンド・ピニオン式のステアリングギア等を採用してよい。
転舵アクチュエータ１４は、例えばブラシレスモータ等の電動モータであってよい。転舵アクチュエータ１４の出力軸は、減速機を介してラックギア３２ｃと接続される。
転舵アクチュエータ１４は、第２駆動回路１５から出力される指令電流に応じて、左右前輪３４ＦＬ、３４ＦＲを転舵するための転舵トルクをステアリングラック３２ｄに出力する。

転舵角センサ３５は、転舵アクチュエータ１４の出力軸の回転角を検出し、検出した回転角に基づいて左右前輪３４ＦＬ、３４ＦＲの転舵角を検出する。
第２駆動回路１５は、転舵角センサ３５により検出される実際の転舵角と転舵制御部３６からの制御信号が示す指令転舵角とを一致させる角度フィードバックにより、転舵アクチュエータ１４への指令電流を制御する。

バックアップクラッチ３３は、コラムシャフト３１ｂとピニオンシャフト３２ａとの間に設けられる。そして、バックアップクラッチ３３は、解放状態になると操舵部３１と転舵部３２とを機械的に切り離し、締結状態になると操舵部３１と転舵部３２とを機械的に接続する。

図３を参照して、反力制御部３７の機能構成を説明する。
反力制御部３７は、ステアリングホイール３１ａの操舵角θｓを所定の基準角度へ復帰させる復元成分である復元トルクＴｓと、操舵角速度Δθｓに応じた粘性成分である粘性トルクＴｖと、操舵角速度Δθｓに応じた摩擦成分である摩擦トルクＴｆと、を含んだ指令操舵トルクＴｒを算出する。

復元トルクＴｓは、セルフアライニングトルク（ＳＡＴ）により操舵角θｓを所定の基準角度に復帰させる操舵反力トルクである。
走行コントローラ８による自動操舵制御により操舵角θｓを制御しない場合には、反力制御部３７は、基準角度をステアリングホイール３１ａの中立位置に設定し、操舵角θｓを中立位置へ復帰させる復元トルクＴｓを算出する。

図４Ａを参照して、自動操舵制御により操舵角θｓを制御しない場合の復元トルクＴｓ特性を説明する。操舵角θｓを示し縦軸は復元トルクＴｓを示す。
ここでは、右に旋回する操舵角θｓ、すなわち時計回りの操舵角θｓの符号をプラスとし、左に旋回する操舵角θｓ、すなわち反時計回りの操舵角θｓの符号をマイナスとする。また、反時計回りの方向の復元トルクＴｓの符号をプラスとし、時計回りの方向の復元トルクＴｓの符号をマイナスとする。
自動操舵制御により操舵角θｓを制御しない場合には、操舵角θｓがゼロのときに復元トルクＴｓがゼロになり、ゼロから時計回り方向に操舵角θｓが増大したとき反時計回りの復元トルクＴｓが発生し、ゼロから反時計回り方向に操舵角θｓが増大したとき時計回りの復元トルクＴｓが発生する。ことため、復元トルクＴｓは、ステアリングホイール３１ａを中立位置に復帰させるように働く。

一方で、走行コントローラ８による自動操舵制御により操舵角θｓを制御する場合には、反力制御部３７は、基準角度を目標操舵角θｔに設定し、操舵角θｓを目標操舵角θｔへ復帰させる復元トルクＴｓを算出する。
図４Ｂを参照して、自動操舵制御により操舵角θｓを制御する場合の復元トルクＴｓ特性を説明する。

この場合には、操舵角θｓが目標操舵角θｔであるときに復元トルクＴｓがゼロになるように復元トルクＴｓの特性曲線がオフセットされている。このため、復元トルクＴｓは、操舵角θｓを目標操舵角θｔへ復帰させるように働く。言い換えると、操舵角θｓが目標操舵角θｔとなるように反力アクチュエータ１２に回転トルクが付与され、ステアリングホイール３１ａに操舵角制御トルクが発生する。
これにより、運転者がステアリングホイール３１ａを操作しなければ、操舵角θｓが目標操舵角θｔに一致するように反力アクチュエータ１２はサーボ制御される。操舵角θｓは走行コントローラ８が決定した目標操舵角θｔとなり、自車両が目標走行軌道に沿って走行するように操舵角θｓが制御される。

次に、粘性トルクＴｖは、操舵角速度Δθｓに応じてステアリングホイール３１ａに働く操舵反力トルクの粘性成分（ダンピング成分）を模したトルクである。
粘性トルクＴｖは、例えば図５に示すような特性を有し、操舵角速度Δθｓに応じて変化する。

また、摩擦トルクＴｆは、操舵角速度Δθｓに応じてステアリングホイール３１ａに働く操舵反力の摩擦成分を模した操舵トルクである。摩擦トルクＴｆを操舵反力トルクに加えることにより、運転者からの僅かな操舵入力がステアリングホイール３１ａに加わってもステアリングホイール３１ａが動きにくくなり、ステアリングホイール３１ａを安定させることができる。

摩擦トルクＴｆは、例えば図６に示すような特性を有していてよい。操舵角速度Δθｓの絶対値が０からΔθ１まで増加すると、摩擦トルクＴｆの絶対値はピーク値Ｔｐまで増大する。操舵角速度Δθｓがピーク値Ｔｐを超えると静摩擦が動摩擦に切り替わるために摩擦トルクＴｆの絶対値は急速に減少し、その後は、操舵角速度Δθｓの絶対値が増大してもほぼ一定値となる。このように摩擦トルクＴｆは、ステアリングホイール３１ａに作用する摩擦が、静摩擦と動摩擦との間で切り替わる特性を有していてよい。

図３を参照する。図４Ａ及び図４Ｂを参照して説明したように、反力制御部３７は、自動操舵制御により操舵角θｓを制御するか否かに応じて、復元トルクＴｓの特性を切り替える。
このため、反力制御部３７は、運転者がステアリングホイール３１ａを手動で操作しているか否かを判定する操舵判定部４０を備える。

操舵判定部４０は、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されているか否かを示す第１ゲインＫを出力する。ステアリングホイール３１ａを手動で操作されている場合の第１ゲインＫの値は「０」であり、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていない場合の第１ゲインＫの値は「１」である。
例えば、操舵判定部４０は、反力アクチュエータ１２の出力と、操舵角速度Δθｓに基づいて、ステアリングホイール３１ａが手動で操作さているか否かを判定してよい。

操舵判定部４０は、電流センサ３１ｃが検出した反力アクチュエータ１２の駆動電流に基づいて反力アクチュエータ１２の出力が「０」であるかを判断してよい。また、操舵判定部４０は、操舵角θｓを微分する角速度演算部４１が出力する操舵角速度Δθｓを取得してよい。
例えば、反力アクチュエータ１２の出力及び操舵角速度Δθｓの両方が「０」である場合に、操舵判定部４０はステアリングホイール３１ａが手動で操作されていないと判断してよい。また、反力アクチュエータ１２の出力及び操舵角速度Δθｓの両方が「０」でない場合に、操舵判定部４０はステアリングホイール３１ａが手動で操作されていないと判断してよい。

一方、反力アクチュエータ１２の出力及び操舵角速度Δθｓの一方が「０」で、他方が「０」でない場合に、操舵判定部４０はステアリングホイール３１ａが手動で操作されていると判断してよい。
また例えば操舵判定部４０は、ステアリングホイール３１ａと反力アクチュエータ１２の力学モデルに基づいてステアリングホイール３１ａが手動で操作されているか否かを判定してよい。

例えば、ステアリングホイール３１ａと反力アクチュエータ１２の慣性をＪとし、反力アクチュエータ１２のトルクをＴｍとし、運転者がステアリングホイール３１ａに加える操舵トルクをＴｄとすると、操舵トルクＴｄは、Ｔｄ＝Ｊｓ^２－Ｔｍによって算出できる。ｓはラプラス演算子である。
操舵判定部４０は、操舵トルクＴｄが閾値未満のときステアリングホイール３１ａが手動で操作されていないと判断し、操舵トルクＴｄが閾値以上のときステアリングホイール３１ａが手動で操作されていると判断してよい。

また、操舵判定部４０は、ステアリングホイール３１ａに設けたタッチセンサや、車内カメラで撮像した運転者の映像に基づいて、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されているか否かを判定してよい。
例えば操舵判定部４０は、運転者がステアリングホイール３１ａを把持している場合に、操舵トルクＴｄが閾値以上のとき、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていると判断してよい。

操舵判定部４０は、これらの判断処理を組み合わせて第１ゲインＫの値を決定してもよい。例えば操舵判定部４０は、操舵角速度や反力アクチュエータ１２の出力、上記力学モデルによってステアリングホイール３１ａが手動で操作されていないと判断しても、タッチセンサや車内カメラにより運転者がステアリングホイール３１ａを手動で操作していないと判断した場合に、第１ゲインＫの値を「０」に設定してよい。

反力制御部３７は、復元トルクＴｓを算出するために、乗算器４２と、減算器４３と、軸力算出部４４と、ＳＡＴ算出部４５と、サーボ制御部４６と、乗算器４７と、加算器４８を備える。
乗算器４２は、走行コントローラ８から出力される目標操舵角θｔに第１ゲインＫを乗じる。乗算器４２は、目標操舵角θｔと第１ゲインＫの積（Ｋ×θｔ）を減算器４３へ入力する。減算器４３は、操舵角θｓから積（Ｋ×θｔ）を減じた差分（θｓ－（Ｋ×θｔ））を軸力算出部４４へ入力する。
これにより、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されている場合（Ｋ＝０）には、操舵角θｓがそのまま軸力算出部４４へ入力される。
ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていない場合（Ｋ＝１）には、操舵角θｓから目標操舵角θｔを減じた差分（すなわち、操舵角θｓを目標操舵角θｔでオフセットした角度（θｓ－θｔ））が軸力算出部４４へ入力される。

軸力算出部４４は、差分（θｓ－（Ｋ×θｔ））と自車両の車速に基づき、操舵角－軸力変換マップ（ＭＡＰ）を参照してラック軸力を推定する。
例えば、操舵角－軸力変換マップは、予め実験等で算出したコンベンショナルな操舵装置における車速毎の操舵角とラック軸力との関係を表すマップである。
軸力算出部４４は、算出結果をＳＡＴ算出部４５へ出力する。ＳＡＴ算出部４５は、軸力算出部４４が推定したラック軸力と自車両の車速に基づいてセルフアライニングトルクを算出する。

ステアリングホイール３１ａが手動で操作されている場合（Ｋ＝０）には、操舵角θｓを用いてラック軸力が推定されるので、セルフアライニングトルクは、図４Ａに示すようにステアリングホイール３１ａを中立位置に復帰させる操舵反力トルクとなる。
ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていない場合（Ｋ＝１）には、操舵角θｓを目標操舵角θｔでオフセットした角度（θｓ－θｔ）を用いてラック軸力が推定されるので、セルフアライニングトルクは、図４Ｂに示すように操舵角θｓを目標操舵角θｔに復帰させる操舵反力トルクとなる。

サーボ制御部４６は、ＳＡＴ算出部４５により目標操舵角θｔに復帰するように操舵された操舵角θｓと、目標操舵角θｔとの間に差が残っている場合に、操舵角θｓが目標操舵角θｔに一致するように反力アクチュエータ１２をサーボ制御する。
乗算器４７は、サーボ制御部４６が算出したサーボ信号と第１ゲインＫとを乗じ、その積を加算器４８へ出力する。

加算器４８は、サーボ信号と第１ゲインＫとの積と、セルフアライニングトルクの和を、復元トルクＴｓとして出力する。
このため、ステアリングホイール３１ａが手動で操作された場合（Ｋ＝０）には、復元トルクＴｓは、サーボ制御部４６が算出したサーボ信号を含まない。

反力制御部３７は、粘性トルクＴｖを算出する粘性トルク算出部４９と、摩擦トルクＴｆを算出する摩擦トルク算出部５０を備える。
粘性トルク算出部４９は、操舵角速度Δθｓに基づいて、例えば図５に示す特性を有する変換マップを用いて粘性トルクＴｖを算出してよい。
摩擦トルク算出部５０は、操舵角速度Δθｓに基づいて、例えば図６に示す特性を有する変換マップを用いて摩擦トルクＴｆを算出してよい。

自動操舵制御により操舵角θｓが制御されている状態（例えばステアリングホイール３１ａが手動で操作されていない状態）では、摩擦トルクＴｆによりステアリングホイール３１ａの動きがカクカクしたものとなり、運転者に違和感を与えてしまうことがある。またカクカクした動きが大きいと自車両の挙動に表れることがある。
これは、例えば反力アクチュエータ１２によるステアリングホイール３１ａの回転時に、滑り速度の増加とともに急激に摩擦係数が減少するときや、静摩擦から動摩擦に移る際の不連続的な摩擦低下が発生した場合に生じる。この結果、自動操舵制御によるスムーズな操舵が、摩擦トルクＴｆにより阻害されることがある。

そこで、反力制御部３７は、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていない場合に摩擦トルクＴｆを抑制する第２ゲイン（１－α×Ｋ）を算出する。
具体的には、反力制御部３７は、係数算出部５１と、乗算器５２と、減算器５３を備える。
係数算出部５１は、操舵角速度Δθｓに応じた係数αを算出する。係数αは、操舵角速度Δθｓが閾値より高い場合に「０」となる。

例えば、係数αは図７Ａに示す特性を有していてよい。操舵角速度Δθｓが第１閾値Δθ２以下の範囲では係数αは「１」であり、第１閾値Δθ２以上第２閾値Δθ３以下の範囲では係数αは「１」から「０」まで減少し、第２閾値Δθ３以上の範囲では係数αは「０」である。
係数αは図７Ｂに示す特性を有していてよい。操舵角速度Δθｓが第３閾値Δθ４未満の範囲では係数αは「１」であり、第３閾値Δθ４以上の範囲では係数αは「０」である。

乗算器５２は、第１ゲインＫと係数αの積（α×Ｋ）を算出し、減算器５３は第２ゲイン（１－α×Ｋ）を算出する。第２ゲイン（１－α×Ｋ）は、乗算器５４によって摩擦トルクＴｆに乗算される。
ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていると操舵判定部４０が判断した場合（Ｋ＝０）には第２ゲイン（１－α×Ｋ）は「１」に設定される。この結果、乗算器５４から摩擦トルクＴｆが出力される。

また、操舵角速度Δθｓが高く係数αが「０」になれば、第２ゲイン（１－α×Ｋ）は「１」にセットされる。自動操舵制御では、操舵角速度Δθｓに上限が設けてられているため、操舵角速度Δθｓが自動操舵制御の上限より高い場合には、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていると判断できるからである。
ステアリングホイール３１ａが手動で操作されると操舵角速度Δθｓは早期に増加する。このため、迅速に手動操作を検出できる。これにより、操舵判定部４０による判定に遅れがあったり、手動操作の検出を失敗しても、運転者による手動操作時に適切に摩擦トルクＴｆを付与できる。

一方で、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていないと操舵判定部４０が判断し（Ｋ＝１）、操舵角速度Δθｓが低く係数αが「０」でなければ、（α×Ｋ）が「０」にならず、乗算器５４から出力される摩擦トルクＴｆが抑制される。例えば、係数αが「１」である場合には第２ゲイン（１－α×Ｋ）は「０」に設定されるため、乗算器５４の出力は「０」になり、摩擦トルクＴｆは完全にキャンセルされる。

これにより、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されておらず、自動操舵制御により操舵角θｓを制御する状況において、ステアリングホイール３１ａに働く摩擦トルクＴｆを抑制できる。このため、自動操舵制御において、摩擦トルクＴｆによりステアリングホイール３１ａの動きがカクカクするのを抑制することができ、スムーズな転舵を可能にする操舵反力トルクを付与できる。

ここで、図７ＡのΔθ２からΔθ３までの範囲のように、操舵角速度Δθｓが高くなるほど係数αをより小さくすることにより、操舵角速度Δθｓが高いほど摩擦トルクＴｆの抑制度合いがより小さくなるように徐変できる。これにより、急に摩擦トルクＴｆの抑制が切り替わることにより操舵フィーリングの低下が損なわれるのを防止できる。

なお、ステアリングホイール３１ａの手動操作に応じて摩擦トルクＴｆの抑制を切り替える場合には第１ゲインＫに係数αを乗じたゲイン（α×Ｋ）を用い、復元トルクＴｓの切り替えには係数αを乗じない第１ゲインＫを使用するのは以下の理由による。
例えば、カーブ路を走行中に自動操舵制御でステアリングホイール３１ａが操舵され、復元トルクＴｓが、図４Ｂに示すように目標操舵角θｔでオフセットされている状況を想定する。

この状況で、運転者が誤ってステアリングホイール３１ａに触れて操舵角速度Δθｓが発生したり、一時的に自動操舵制御中に操舵角速度Δθｓが高くなったと、操舵角速度Δθｓの発生により係数αが０になることが考えられる。
第１ゲインＫに、係数αを乗じたゲイン（α×Ｋ）を用いていると、上記のような操舵角速度Δθｓの発生によって第１ゲインＫ（α×Ｋ）が０になった場合に、ステアリングホイール３１ａを手動で操作されているとの判定がなされ、カーブ路の走行中に自動操舵制御が停止してしまう虞がある。
このため、復元トルクＴｓの切り替えには係数αを乗じない第１ゲインＫを使用することで、操舵角速度Δθｓの発生では、ステアリングホイール３１ａを手動で操作されているとは判定されないようすることによって自動操舵制御が停止しないようにしている。

反力制御部３７は、復元トルクＴｓと、摩擦トルクＴｆと、粘性トルクＴｖを合計して指令操舵トルクＴｒ＝（Ｔｓ＋（１－α×Ｋ）×Ｔｆ＋Ｔｖ）を算出する加算器５５及び５６を備える。
加算器５５は、乗算器５４の出力（（１－α×Ｋ）×Ｔｆ）と粘性トルクＴｖの和（（１－α×Ｋ）×Ｔｆ＋Ｔｖ）を算出する。加算器５６は、加算器５５の出力と復元トルクＴｓとの和（Ｔｓ＋（１－α×Ｋ）×Ｔｆ＋Ｔｖ）を指令操舵トルクＴｒとして第１駆動回路１３へ出力する。

（動作）
次に、図８を参照して実施形態の操舵制御方法の一例を説明する。
ステップＳ１において走行コントローラ８は、運転支援制御又は自動運転制御の自動操舵制御において設定した目標走行軌道に沿って自車両を走行させるための目標操舵角θｔを決定する。

ステップＳ２において操舵判定部４０は、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されているか否かを判定する。ステアリングホイール３１ａが手動で操作されている場合（ステップＳ２＝Ｙ）に処理はステップＳ３へ進む。ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていない場合（ステップＳ２＝Ｎ）に処理はステップＳ４へ進む。
ステップＳ３において操舵判定部４０は、第１ゲインＫを「０」に設定する。その後に処理はステップＳ５へ進む。

ステップＳ４において操舵判定部４０は、第１ゲインＫを「１」に設定する。その後に処理はステップＳ５へ進む。
ステップＳ５において乗算器４２と、減算器４３と、軸力算出部４４と、ＳＡＴ算出部４５と、サーボ制御部４６と、乗算器４７と、加算器４８は、セルフアライニングメントトルクによる復元トルクＴｓを算出する。

ステアリングホイール３１ａが手動で操作されている場合（Ｋ＝０）には、軸力算出部４４は操舵角θｓに基づいてラック軸力を推定する。このため、セルフアライニングトルクは、ステアリングホイール３１ａを中立位置に復帰させる操舵反力トルクとなる。
ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていない場合（Ｋ＝１）には、軸力算出部４４は、操舵角θｓを目標操舵角θｔでオフセットした角度（θｓ－θｔ）を用いてラック軸力を推定する。このため、セルフアライニングトルクは、操舵角θｓを目標操舵角θｔに復帰させる操舵反力トルクとなる。

サーボ制御部４６は、操舵角θｓが目標操舵角θｔに一致するように反力アクチュエータ１２をサーボ制御する。乗算器４７及び加算器４８は、サーボ制御部４６のサーボ信号と第１ゲインＫとの積と、セルフアライニングトルクとの和を復元トルクＴｓとして算出する。
このため、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていない場合（Ｋ＝１）の復元トルクＴｓは、サーボ制御部４６のサーボ信号を含み、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されている場合（Ｋ＝０）の復元トルクＴｓは、サーボ制御部４６のサーボ信号を含まない。

ステップＳ６において粘性トルク算出部４９は、操舵角速度Δθｓに基づいて粘性トルクＴｖを算出する。また、摩擦トルク算出部５０は、操舵角速度Δθｓに基づいて摩擦トルクＴｆを算出する。
ステップＳ７において係数算出部５１は、操舵角速度Δθｓに応じた係数αを算出する。
ステップＳ８において乗算器５２及び減算器５３は、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていない場合に摩擦トルクＴｆを抑制する第２ゲイン（１－α×Ｋ）を算出する。

ステップＳ９において加算器５５及び５６は、復元トルクＴｓと、摩擦トルクＴｆと、粘性トルクＴｖを合計して指令操舵トルクＴｒ＝（Ｔｓ＋（１－α×Ｋ）×Ｔｆ＋Ｔｖ）を算出する。
ステップＳ１０において第１駆動回路１３は、反力アクチュエータ１２の駆動電流から推定される実際の操舵反力トルクと、指令操舵トルクＴｒとを一致させるトルクフィードバックにより、反力アクチュエータ１２へ出力する指令電流を制御して、反力アクチュエータ１２を駆動する。
ステップＳ１１において、転舵制御部３６は、ステアリングホイール３１ａの操舵角θｓ及び操舵角速度Δθｓに応じて指令転舵角を決定する。第２駆動回路１５は、転舵角センサ３５により検出される実際の転舵角と指令転舵角とを一致させる角度フィードバックにより、転舵アクチュエータ１４への指令電流を制御して、転舵アクチュエータ１４を駆動する。その後に処理は終了する。

（実施形態の効果）
（１）自車両は、ステアリングホイール３１ａと転舵輪３４ＦＬ及び３４ＦＲとの間が機械的に分離されたステアバイワイヤ式の転舵機構を備える。反力制御部３７は、ステアリングホイール３１ａの操舵角θｓを基準角度へ復帰させる復元トルクＴｓと、ステアリングホイール３１ａの操舵角速度Δθｓに応じた粘性トルクＴｖと、操舵角速度Δθｓに応じた摩擦トルクＴｆと、を含んだ操舵反力を設定し、ステアリングホイール３１ａに操舵反力が発生するように、ステアリングホイール３１ａに回転トルクを付与する反力アクチュエータ１２を制御する。

転舵制御部３６は、操舵角θｓに応じて転舵輪の転舵角３４ＦＬ及び３４ＦＲを制御する。操舵判定部４０は、運転者がステアリングホイール３１ａを操作しているか否かを判断する。
運転者がステアリングホイール３１ａを操作してない場合に、走行コントローラ８は、自車両が走行する目標走行軌道を設定し、反力制御部３７は、ステアリングホイール３１ａの操舵角θｓが、目標走行軌道に沿って自車両を走行するための目標操舵角となるように反力アクチュエータ１２を制御し、乗算器５４は、指令操舵トルクＴｒに含まれる摩擦トルクＴｆを抑制する。
これにより、自動操舵制御において、ステアリングホイール３１ａの動きが摩擦トルクＴｆのためにカクカクするのを抑制でき、スムーズな転舵を可能にする操舵反力トルクを付与できる。

（２）乗算器５４は、第２ゲイン（１－α×Ｋ）を摩擦トルクＴｆに乗じることにより、摩擦トルクＴｆを抑制する。係数αは、操舵角速度Δθｓが閾値より高い場合に「０」に設定されるため、操舵角速度Δθｓが閾値より高い場合に第２ゲイン（１－α×Ｋ）は「１」となり、摩擦トルクＴｆは抑制されない。
操舵角速度Δθｓが高い場合には、ステアリングホイール３１ａが手動で操作されていると考えられるので、手動による操舵フィーリングが摩擦トルクＴｆの抑制により損なわれるのを回避できる。

（３）係数算出部５１は、操舵角速度Δθｓが速いほど小さくなるように係数αを設定する。このため、操舵角速度Δθｓが速いほど、摩擦トルクＴｆの抑制度合いはより小さくように徐変する。これにより、急に摩擦トルクＴｆの抑制が切り替わることにより操舵フィーリングの低下が損なわれるのを防止できる。

（４）操舵判定部４０は、運転者がステアリングホイールを操作せずにステアリングホイールを把持している場合には第１ゲインＫを「０」に設定する。したがって摩擦トルクＴｆは抑制されない。これにより、ステアリングホイールを把持している状態から操舵が開始された時に適切に摩擦トルクＴｆを付与することができ、摩擦トルクＴｆの抑制により操舵フィーリングが損なわれるのを回避できる。

ここに記載されている全ての例及び条件的な用語は、読者が、本発明と技術の進展のために発明者により与えられる概念とを理解する際の助けとなるように、教育的な目的を意図したものであり、具体的に記載されている上記の例及び条件、並びに本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する本明細書における例の構成に限定されることなく解釈されるべきものである。本発明の実施例は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であると解すべきである。

１…車両制御装置、２…外部センサ、３…内部センサ、４…測位装置、５…地図データベース、６…通信装置、７…ナビゲーションシステム、８…走行コントローラ、９…アクセル開度アクチュエータ、１０…ブレーキ制御アクチュエータ、１１…コントローラ、１２…反力アクチュエータ、１３…第１駆動回路、１４…転舵アクチュエータ、１５…第２駆動回路、１６…カメラ、１７…測距装置、１８…車速センサ、１９…操舵角センサ、２０…プロセッサ、２１…記憶装置、３１…操舵部、３１ａ…ステアリングホイール、３１ｂ…コラムシャフト、３１ｃ…電流センサ、３２…転舵部、３２ａ…ピニオンシャフト、３２ｂ…ステアリングギア、３２ｃ…ラックギア、３２ｄ…ステアリングラック、３３…バックアップクラッチ、３４ＦＲ、３４ＦＬ…左右前輪、３５…転舵角センサ、３６…転舵制御部、３７…反力制御部、４０…操舵判定部、４１…角速度演算部、４２、４７、５２、５４…乗算器、４３、５３…減算器、４４…軸力算出部、４５…ＳＡＴ算出部、４６…サーボ制御部、４８、５５、５６…加算器、４９…粘性トルク算出部、５０…摩擦トルク算出部、５１…係数算出部

Claims (5)

1. ステアリングホイールと転舵輪との間が機械的に分離されたステアバイワイヤ式の転舵機構を備える車両の操舵制御方法であって、
   前記ステアリングホイールの操舵角を基準角度へ復帰させる復元成分と、前記ステアリングホイールの操舵角速度に応じた粘性成分と、前記操舵角速度に応じた摩擦成分と、を含んだ操舵反力を設定し、前記ステアリングホイールに前記操舵反力が発生するように、ステアリングホイールに回転トルクを付与するアクチュエータを制御し、
   前記操舵角に応じて前記転舵輪の転舵角を制御し、
   運転者が前記ステアリングホイールを操作しているか否かを判断し、
   前記運転者が前記ステアリングホイールを操作していない場合に、前記車両が走行する目標走行軌道を設定し、前記ステアリングホイールの操舵角が、前記目標走行軌道に沿って前記車両を走行するための目標操舵角となるように前記アクチュエータを制御し、前記操舵反力に含まれる前記摩擦成分を抑制する、
   ことを特徴とする操舵制御方法。
2. 前記操舵角速度が閾値より高い場合は、前記摩擦成分を抑制しないことを特徴とする請求項１に記載の操舵制御方法。
3. 前記操舵角速度が速いほど、前記摩擦成分の抑制度合いをより小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の操舵制御方法。
4. 前記運転者が前記ステアリングホイールを操作せずに前記ステアリングホイールを把持している場合に、前記摩擦成分を抑制しないことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の操舵制御方法。
5. ステアリングホイールと転舵輪との間が機械的に分離されたステアバイワイヤ式の転舵機構を備える車両の操舵制御装置であって、
   前記ステアリングホイールに回転トルクを付与するアクチュエータと、
   前記アクチュエータを駆動する駆動回路と、
   前記ステアリングホイールの操舵角を基準角度に復帰させる復元成分、前記ステアリングホイールの操舵角速度に応じた粘性成分、及び前記操舵角速度に応じた摩擦成分を含んだ操舵反力を設定し、前記ステアリングホイールに前記操舵反力を発生させる制御信号を前記駆動回路へ出力するコントローラと、を備え、
   前記コントローラは、前記操舵角に応じて前記転舵輪の転舵角を制御し、運転者が前記ステアリングホイールを操作しているか否かを判断し、前記運転者が前記ステアリングホイールを操作していない場合に、前記操舵角が、目標走行軌道に沿って前記車両を走行させるための目標操舵角となるように前記アクチュエータを制御し、前記操舵反力に含まれる前記摩擦成分を抑制することを特徴とする操舵制御装置。

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