JP7024372B2 - 車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置に関する。

従来、ステアバイワイヤ方式と称される車両のステアリング制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
このようなステアバイワイヤ方式のステアリング制御装置では、操舵ハンドルと転舵輪とが機械的に切り離され、操舵ハンドルの操舵量を検出し、操舵量に応じて転舵輪を転舵させるようにしている。

さらに、この従来技術は、操舵状態を検出するために、操舵ハンドルの操舵に反力を与える操作反力モータと、操舵ハンドルの操作量を検出する操作量検出手段としての操作トルクセンサおよび操作角センサとを備える。
そして、自動運転制御時に、操作トルクセンサが検出する操作トルクと、操作角センサが検出する操作角とが閾値以下の操舵状態の場合は、自動運転の転舵指令を優先する。一方、操作トルクと操作角とのいずれかが閾値を越える操舵状態の場合は、操作ハンドルの操作を優先するようにしている。

特開２００４－２２４２３８号公報

しかしながら、上記従来技術では、操舵状態を検出するために、操舵ハンドルと操作反力モータとの間に、バネ系の歪み成分を有するトルクセンサを設けている。
このため、トルクセンサを設けない場合と比較して、操舵ハンドルと操作反力モータとの間のトルク伝達性が低下する。これにより、ドライバが操舵を行った場合に、操舵ハンドルに対する操作反力モータからのトルク伝達に遅れが生じ、操舵感の低下を招くおそれがある。また、自動運転時など、操作反力モータの駆動により操舵ハンドルを操舵する場合、操作反力モータの回転角度に対し、操舵ハンドルの回転角度に遅れが生じ、制御に対する操舵ハンドルの応答性の低下を招くおそれがある。

本発明は、上記問題に着目して成されたもので、トルクセンサを用いることなく操舵状態の推定を可能とし、トルクセンサによる操舵感の低下や、制御応答性の低下を防止可能な車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置の提供を目的とする。

本開示の車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置は、
ステアリングホイールへの入力トルクから操舵角を算出するモデルの逆モデルを用いて、操舵角からステアリングホイールへの入力トルクに相当する推定実トルクを算出し、
反力モータ電流に基づいて反力モータの出力トルクである反力モータトルクを算出し、
前記推定実トルクと前記反力モータトルクとの差分から、ドライバによる前記ステアリングホイールへの操舵トルクに相当する推定ドライバ操舵トルクを算出し、
前記推定ドライバ操舵トルクと閾値との比較により前記ドライバの操舵状態を判定する。
ドライバの操舵状態を判定するとき、反力モータとステアリングホイールとのトルク伝達系で生じる機械的な摩擦トルクに基づく値であってドライバがステアリングホイールから手を放した手放し状態であることを判定する値を第１トルク閾値とする。
反力モータとステアリングホイールとのトルク伝達系で生じる機械的な摩擦トルクに、転舵角指令による転舵を許容した範囲内でのドライバの操舵トルクを加算した値を第２トルク閾値とする。
推定ドライバ操舵トルクが、第１トルク閾値以上かつ第２トルク閾値未満の状態の継続時間が所定時間以上の場合は、ドライバがステアリングホイールの保舵状態と判定する。

本開示の車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置では、トルクセンサを用いることなくドライバの操舵状態を求めることができる。したがって、ステアリングホイールと反力モータとの間のトルクセンサが不要であり、トルクセンサを設けることによる操舵感の低下や、制御応答性の低下を防止することが可能となる。加えて、推定ドライバ操舵トルクが、第１トルク閾値と第２トルク閾値の間の値であっても、高精度で保舵状態を判定できる。

実施の形態１の車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置が適用されたステアリングバイワイヤシステムを示す全体システム図である。 実施の形態１におけるドライバ操舵状態判定部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１における機械系トルク伝達モデルと、その逆モデルであるトルク算出モデルとの説明図である。 実施の形態１における推定ドライバ操舵トルクから操舵状態を判定する処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態１における推定ドライバ操舵トルクと各閾値との関係およびそれに基づく制御態様を示す制御特性図である。 実施の形態１におけるドライバの操舵状態に応じた制御処理を示すフローチャートである。

以下、本開示の車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず、構成を説明する。
実施の形態１の車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置は、ステアリングホイールの動きを電気信号に替えて左右前輪に伝えるステアリングバイワイヤシステムを搭載した車両に適用したものである。以下、実施の形態１の車両の操舵状態判定装置を含むステアリングバイワイヤシステムの構成を、「全体システムの構成」、「制御系の構成」、「ドライバ操舵状態判定部の構成」「ドライバ操舵状態判定処理」「転舵モード切替処理」に分けて説明する。

［全体システムの構成］
図１は、実施の形態１の車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置が適用されたステアリングバイワイヤシステム(以下、ＳＢＷシステムと称する)を示す。以下、図１に基づき全体システム構成を説明する。

ＳＢＷシステムは、機械系として、ステアリングホイール１と、反力モータ２と、転舵アクチュエータ３と、左前輪（転舵輪）ＦＬと、右前輪（転舵輪）ＦＲと、を備える。

また、ＳＢＷシステムは、制御系として、操転舵コントローラ４を備える。さらに、操転舵コントローラ４に転舵指令を与える自動運転コントローラ６および、この自動運転コントローラ６に、自車両の走行環境情報、走行状態情報を与えるセンサ群５を備える。
そして、操転舵コントローラ４は、反力コントロールモジュール４１と転舵角コントロールモジュール４２とドライバ操舵状態判定部４３とを備える。

以下に、構成の詳細について説明する。
反力モータ２は、三相交流モータであり、ステアリングホイール１に対し、シャフト１１を介して操舵方向へのトルクである反力モータトルクを与える。この反力モータトルクは、後述する手動転舵モードの際には、反力コントロールモジュール４１からの出力に基づいて、路面からの反力に相当する反力モータトルクを発生させる。一方、後述する自動転舵モードでは、反力コントロールモジュール４１の出力に基づいて、ステアリングホイール１に左右前輪ＦＬ，ＦＲの転舵角に応じた操舵角を与える。

なお、反力モータ２の駆動伝達系には、センサ群５の構成要素として、ステアリングホイール１の操舵角を示す信号を出力する操舵角センサ５１と、反力モータ２への反力モータ電流を検出する反力電流センサ５３が設けられている。この反力電流センサ５３が検出する電流は、反力モータ２に実際に通電される電流の値を検出してもよいし、その指令値としての制御電流の値を検出するものであってもよい。要は、反力モータ２の出力トルクに対応する電流値を検出できればよい。

転舵アクチュエータ３は、左右前輪ＦＬ，ＦＲを転舵可能なアクチュエータであり、転舵モータ３１と、ステアリングギア機構３２と、を有する。
転舵モータ３１は、三相交流モータであり、転舵角コントロールモジュール４２からの指令によって転舵トルクを発生させる。ステアリングギア機構３２は、転舵モータ３１によるピニオントルクをラック軸力に変換し、ナックルアームを回転させ、左前輪ＦＬと右前輪ＦＲの向きを変える。

また、転舵モータ３１の駆動伝達系には、センサ群５の構成要素として、転舵輪である左右前輪ＦＬ，ＦＲの転舵角に相当する信号を出力する転舵角センサ５２が設けられている。

なお、センサ群５には、上述した各センサ５１～５３の他に、走行環境、走行状態を検出するセンサとして、図示は省略するが、カメラ、レーダなどの自車両の前後の他車両や障害物、道路形状などを認識するセンサが含まれる。また、自車両の位置を検出するＧＰＳ受信機や、ジャイロセンサ、車速センサなどを含んでよい。

また、本実施の形態１では、ステアリングホイール１と左右前輪ＦＬ，ＦＲとは、機械的に切り離されているが、図において点線で示すように、シャフト１１と転舵アクチュエータ３のピニオンとを断接するステアリングクラッチ１００を設けてもよい。この場合、ステアリングクラッチ１００は、通常、解放してステアリングホイール１と左右前輪ＦＬ，ＦＲとを機械的に切り離し、必要に応じてステアリングクラッチ１００を締結して、両者を機械的に接続することができる。

［制御系の構成］
次に、実施の形態１のＳＢＷシステムにおける制御系、すなわち、操転舵コントローラ４の構成を説明する。
操転舵コントローラ４は、手動転舵モードと自動転舵モードとの２通りの制御モードにより反力モータ２および転舵モータ３１を駆動させ、左右前輪ＦＬ，ＦＲの転舵およびステアリングホイール１の操舵を含む反力トルクの制御を行う。

手動転舵モードは、いわゆるステアバイワイヤ制御モードであり、転舵角コントロールモジュール４２は、ドライバによるステアリングホイール１の操舵に応じて左右前輪ＦＬ、ＦＲを転舵させる。この場合、ステアリングホイール１の操舵角に対する左右前輪ＦＬ、ＦＲの転舵角には、車速に応じて可変となる可変ギア比を与える。

さらに、手動転舵モード時には、反力コントロールモジュール４１は、前述したように、ステアリングホイール１を操舵するドライバに対して路面反力相当の反力を与える反力モータトルクを発生させるように反力モータ２を駆動させる。

一方、自動転舵モードでは、操転舵コントローラ４は、自動運転コントローラ６から出力される転舵角指令に応じて左右前輪ＦＬ、ＦＲを転舵させるとともに、ステアリングホイール１を操舵（回動）させる。

すなわち、この自動転舵モードでは、転舵角コントロールモジュール４２は、左右前輪ＦＬ、ＦＲに転舵角指令に応じた転舵角を与えるよう転舵モータ３１に指令を出力する。
また、この自動転舵モードでは、反力コントロールモジュール４１は、ステアリングホイール１に自動運転コントローラ６から出力される転舵角指令に応じた操舵角を与えるよう反力モータ２に指令を出力する。

つまり、自動運転制御時（自動転舵モード時）には、転舵輪ＦＬ，ＦＲの転舵に応じてステアリングホイール１に操舵角を与え、その動きによりステアリングホイール１を保持するドライバに転舵の有無や転舵方向や転舵角の大きさを感覚的に報せる。

なお、自動運転コントローラ６による自動運転制御としては、いわゆる完全自動運転制御を行うものに限らず、要は転舵輪としての左右前輪ＦＬ，ＦＲの転舵を制御するものであればよく、いわゆる運転支援制御も含まれる。

ところで、本実施の形態１では、自動転舵モード時（すなわち、自動運転制御時）では、ドライバが、ステアリングホイール１を保持している保舵状態であることを必要条件としている。

なお、このステアリングホイール１の保舵状態とは、ステアリングホイール１を保持し、かつ、ステアリングホイール１に対して、自動運転コントローラ６からの転舵指令を許容する範囲の操舵トルクの入力しか行っていない状態のことをいう。
また、この自動運転コントローラ６からの転舵指令を許容する範囲の操舵トルクとは、転舵指令による転舵方向とは異なる方向へ転舵する場合（操舵介入状態）の操舵トルクには満たない大きさであり、例えば、修正舵相当の範囲の操舵トルクを含む。

また、上述の保舵状態ではない場合の操舵状態としては、実施の形態１では、２通りの操舵状態を指す。その１つは、ドライバがステアリングホイール１から手を放した手放し状態である。もう１つは、ドライバが、意図的に自動運転制御による転舵方向とは異なる方向に強制的に転舵しようとした状態であり、これを操舵介入状態という。

そして、本実施の形態１では、自動転舵モード（自動運転制御時）に、上記の保舵状態ではない場合には、上記の自動転舵モードをキャンセルして、手動転舵モードに移行する。

［ドライバ操舵状態判定部の構成］
本実施の形態１では、ドライバ操舵状態判定部４３が、上述のドライバの操舵状態が、手放し状態、保舵状態、操舵介入状態のいずれかであるかを判定するもので、以下に、その詳細について説明する。

ドライバ操舵状態判定部４３は、上記の３態様の操舵状態を判定を、ステアリングホイール１の操舵角と、反力モータ２への反力モータ電流の値とに基づいて行う。
そして、ドライバ操舵状態判定部４３は、図２に示すように、反力モータトルク算出部４３１と、推定実トルク算出部４３２と、減算部４３３と、操舵状態判定部４３４とを備える。

反力モータトルク算出部４３１は、反力電流センサ５３が検出する反力モータ電流に基づいて、反力モータ２において生じている反力モータトルクＴｍｏを算出する。
推定実トルク算出部４３２は、操舵角センサ５１の検出値（操舵角）から後述するトルク算出モデルｍｄ２（図３参照）によりステアリングホイール１の操舵系に作用しているトルクである推定操舵実トルクＴｒｅａｌを推定する。

減算部４３３は、推定ドライバ操舵トルク算出部として、推定操舵実トルクＴｒｅａｌと反力モータトルクＴｍｏとの差分を推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖとして算出する。
操舵状態判定部４３４は、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖに基づいて、ドライバの操舵状態が、上記の手放し状態、保舵状態、ドライバ操舵介入状態のいずれかを判定する。

なお、図２に示す反力コントロールモジュール４１および転舵角コントロールモジュール４２では、この操舵状態判定部４３４の出力に基づいて、自動転舵モードを継続するか、これをキャンセルして手動転舵モードに移行するかを判定する。この手動転舵モードへ移行する場合には、同時に、ドライバにこの移行を行うことを報知する。

次に、反力モータトルク算出部４３１および推定実トルク算出部４３２の詳細を、図３に基づいて説明する。
図３は、ステアリングホイール１における機械系のトルク伝達系を表す機械系トルク伝達モデルｍｄ１と、この機械系トルク伝達モデルｍｄ１の逆モデルであって推定操舵実トルクＴｒｅａｌを算出するトルク算出モデルｍｄ２とを示す。

機械系トルク伝達モデルｍｄ１は、その入力として反力モータトルクＴｍｏと、ドライバ操舵トルクＴｄｖと、メカフリクショントルク（摩擦トルク）Ｔｍｅｃとが存在する。すなわち、ステアリングホイール１の機械的伝達系では、反力モータ２による反力モータトルクＴｍｏと、ドライバの操舵によるドライバ操舵トルクＴｄｖとが入力される。さらに、ステアリングホイール１、シャフト１１（図１参照）、反力モータ２の回転時には、機械的な抵抗であるメカフリクショントルクＴｍｅｃが作用するとともに、ステアリングホイール１、シャフト１１、反力モータ２に慣性力（１/ＪｓＳ）が作用する。そして、これらの入力および作用の結果として、実際の動きとして反力モータ角速度（ｄｅｇ/ｓ）が生じ、この反力モータ角速度（ｄｅｇ/ｓ）を積分値である反力モータ角度（ｄｅｇ）が生じる。

そこで、この機械的伝達系の機械系トルク伝達モデルｍｄ１の逆モデルを用いれば、反力モータ角度（ｄｅｇ）から、ステアリングホイール１への入力トルクを求めることができる。なお、ステアリングホイール１への入力トルクは、反力モータトルクＴｍｏとドライバ操舵トルクＴｄｖとメカフリクショントルクＴｍｅｃとの合算値である。

図３において、トルク算出モデルｍｄ２は、反力モータ角度（ｄｅｇ）からドライバによる操舵トルクの推定値である推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖを算出するモデルを表している。
すなわち、このトルク算出モデルｍｄ２では、図において右側から入力される反力モータ角度（ｄｅｇ）を時間微分して反力モータ角速度（ｄｅｇ/ｓ）を取得し、さらに時間微分してステアリングホイール１の操舵系に作用するトルクを算出できる。さらに、この値から、ステアリングホイール１、シャフト１１、反力モータ２の慣性モーメント（Ｊｓ）分を積分することで、ステアリングホイール１およびシャフト１１に作用する推定操舵実トルクＴｒｅａｌを得ることができる。
このトルク算出モデルｍｄ２において、反力モータ角度（ｄｅｇ）から推定操舵実トルクＴｒｅａｌを算出する演算を行う部分が、推定実トルク算出部４３２を表す。

上記の推定操舵実トルクＴｒｅａｌには、メカフリクショントルクＴｍｅｃと、ドライバ操舵トルクＴｄｖと、反力モータトルクＴｍｏとが含まれる。したがって、推定操舵実トルクＴｒｅａｌと反力モータトルクＴｍｏを減算部４３３との差分が、ドライバ操舵トルクＴｄｖとメカフリクショントルクＴｍｅｃとの合計値であり、この値を本実施の形態１では、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖと称する。

ここで、反力モータトルクＴｍｏは、反力モータ電流（Ａ）に予め設定されたトルク定数を積算することにより求める。この演算処理を行う部分が、前述した反力モータトルク算出部４３１を表す。

［ドライバ操舵状態判定処理］
次に、操舵状態判定部４３４（図２参照）において図３に示すトルク算出モデルｍｄ２を用いて求めた推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖから、ドライバの操舵状態（手放し状態、保舵状態、操舵介入状態）を判定する処理について説明する。

ここで、ドライバ操舵状態判定処理の説明に先立ち、この処理に用いる閾値としての、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１、第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２、第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３、時間閾値ｔｌｉｍについて、図５に基づいて説明する。
第１～第３トルク閾値Ｔｌｉｍ１～３は、図５に示すように、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１＜第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２＜第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３の関係にある。

最も小さな値である第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１は、ステアリングホイール１におけるメカフリクショントルクＴｍｅｃに基づいてメカフリクショントルクＴｍｅｃ相当の値、あるいはそれよりも僅かに大きな値に設定されている。そして、この第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１は、ドライバがステアリングホイール１を保持している場合に算出される推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖの最下限よりも低い値に設定されている。
すなわち、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１は、ドライバがステアリングホイール１から手を放している場合に、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが確実にこの値未満となるように設定されている。

一方、最も大きな第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３は、自動運転制御時の反力モータ２の出力である反力モータトルクＴｍｏに抗して、ドライバが意図的に操舵を行う場合に算出される推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖの下限値相当の値に設定されている。すなわち、第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３は、ドライバが自動運転による転舵角とは異なる方向に転舵しようと操舵介入した場合には、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、この値以上となるように設定されている。

第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２は、第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３よりも小さく、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１よりも大きい値であって、ドライバが、ステアリングホイール１を保舵している（握っている）と確実に判定できる値に設定されている。すなわち、自動運転制御時（自動転舵モード時）に、ステアリングホイール１を保舵している（握っている）場合、操舵に対してある程度の抵抗となる。また、ドライバが、自動運転による転舵は許容するが、例えば、自車両が走行している車線内の位置を補正するような修正舵を加えた場合、ある程度のドライバ操舵トルクＴｄｖが発生する。そこで、第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２は、このような自動運転制御時に、ドライバがステアリングホイール１を保持ししていることで生じる抵抗や修正舵によるドライバ操舵トルクＴｄｖと判定できる値に設定されている。

さらに、時間閾値ｔｌｉｍは、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１と第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２との間の値である場合の判定精度を高めるために設定された値である。すなわち、ドライバがステアリングホイール１を保舵しているが、操舵トルクを加えていない場合、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖは、相対的に低い値となり、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１の近傍の値となる。

そこで、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１のみにより、手放し状態と保舵状態とを判定しようとした場合、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１を低く設定すると、手放し状態であるのに保舵状態と誤判定するおそれが生じる。また、逆に、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１を高く設定すると、第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２に近い値となり、保舵状態であるのに手放し状態と誤判定するおそれが生じる。

そこで、本実施の形態１では、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１は、確実に手放し状態を判定できる値に設定している。そして、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１と第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２との間の値である場合には、両閾値のみで判定せずに、その継続時間ｔに基づいて手放し状態と保舵状態とを判定する。

すなわち、本実施の形態１では、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１と第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２との間の継続時間ｔが、時間閾値ｔｌｉｍ未満の場合は手放し状態と判定し、時間閾値ｔｌｉｍ以上の場合は保舵状態と判定する。

図４は、上述した推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖと、各トルク閾値Ｔｌｉｍ１～Ｔｌｉｍ３との比較、および時間閾値ｔｌｉｍに基づくドライバ操舵状態判定の処理の流れを示すフローチャートである。なお、このドライバ操舵状態推定処理は、自動運転コントローラ６が自動運転制御を実行し、操転舵コントローラ４が自動転舵モードである場合に実行する。
最初のステップＳ１では、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２以上であるか否か判定し、第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２以上の場合はステップＳ４に進み、第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２未満の場合は、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１未満か否か判定し、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１未満の場合はステップＳ５に進み、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１以上の場合はステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２未満かつ第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１以上の状態の継続時間ｔが、時間閾値ｔｌｉｍ以上か否か判定する。そして、第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２未満かつ第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１以上の状態の継続時間ｔが、時間閾値ｔｌｉｍ未満の場合は、ステップＳ５に進む。

ステップＳ３において継続時間ｔが時間閾値ｔｌｉｍ未満の場合か、ステップＳ２において推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１未満の場合かに進むステップＳ５では、ドライバの操舵状態が、手放し状態と判定する。

一方、ステップＳ３において、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２未満かつ第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１以上の状態の継続時間ｔが時間閾値ｔｌｉｍ以上の場合には、ステップＳ６に進む。そして、このステップＳ６では、ドライバの操舵状態が保舵状態と判定する。

ステップＳ１において推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２以上の場合に進むステップＳ４では、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３以上であるか否か判定する。そして、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３以上の場合は、ステップＳ７に進む。このステップＳ７では、ドライバの操舵状態が、操舵介入状態と判定する。

一方、ステップＳ４においてＮＯとの判定、すなわち、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２以上、かつ、第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３未満の場合は、ステップＳ６に進んで、前述のようにドライバの操舵状態が保舵状態と判定する。

［転舵モード切替処理］
次に、ドライバ操舵状態判定部４３のドライバ操舵状態の判定結果に基づく操転舵コントローラ４における転舵モード切替処理について図６のフローチャートにより説明する。
最初のステップＳ１１では、ドライバ操舵状態判定部４３の判定結果が、手放し状態、保舵状態、操舵介入状態のいずれであるか判定する。そして、手放し状態の場合は、ステップＳ１２に進んで、自動転舵モードをフェードアウト解除する。この場合、モード切替の過渡期では、ステアバイワイヤ操舵指令を優先しつつ、手動転舵モードに切り替える。また、自動転舵モードをフェードアウト解除し、手動転舵モードに切り替えるにあたり、例えば、ドライバへの操舵を促す音声や表示などの報知を行いつつ、数秒間自動転舵モードを継続させた後、手動転舵モードに切り替えてもよい。

また、ステップＳ１１において、ドライバ操舵介入状態と判定した場合は、ステップＳ１４に進んで、自動転舵モードを解除し、手動転舵モードに切り替える。
一方、ステップＳ１１において、保舵状態と判定した場合は、ステップＳ１３に進んで、自動転舵モードを継続する。

（実施の形態１の作用）
次に、実施の形態１の作用を説明する。
自動運転制御時には、自動運転コントローラ６は、目標とする転舵角を演算し、操転舵コントローラ４に転舵角指令を出力する。なお、この転舵角指令は、例えば、自車両が走行する車線や道路の白線に沿って走行させるなどの所定の自動運転を実行するために演算された値である。

操転舵コントローラ４では、入力した転舵角指令に応じて、左右前輪ＦＬ，ＦＲを転舵せるとともに、ステアリングホイール１に転舵角指令に応じた操舵角を与えるように反力モータ２を駆動させる自動転舵モードで制御を行う。

なお、この場合のステアリングホイール１の操舵角は、ドライバに対して自車両の走行方向ならびに転舵を行っていることを報せるための操舵角であるため、手動操舵モードにおける操舵角と転舵角との関係（可変ギア比）とは必ずしも一致させる必要はない。

上述の自動運転制御時に、本実施の形態１では、ドライバがステアリングホイール１を保舵することを義務付けている。
すなわち、ドライバがステアリングホイール１を保舵している場合は、自動運転制御を継続し、自動転舵モードによる操転舵の制御を行う。しかしながら、ドライバがステアリングホイール１から手を放した場合には、保舵するように促す警告を行うとともに、制御モードを、自動転舵モードをフェードアウト解除しながら手動転舵モードに切り替える。すなわち、直ちに手動転舵モードに切り替えるのではなく、数秒間などの短時間、自動転舵モードを継続し、これを優先させつつ、手動転舵モードに切り替える。また、自動運転制御についても制御出力の制御への反映を中止する。

また、ドライバが、自動運転制御中に、例えば、車線変更を行う場合などのように、転舵角指令に応じた方向とは異なる方向に操舵を行う操舵介入を行った場合も、制御モードを、自動転舵モードから手動転舵モードに切り替える。

本実施の形態１では、上述のようなドライバの操舵状態、すなわち、手放し状態、保舵状態、操舵介入状態の判定を、操舵角と反力モータ電流とから算出した推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖに基づいて行う。
すなわち、図３に示すトルク算出モデルｍｄ２を用い、操舵角センサ５１が検出する操舵角と反力電流センサ５３が検出する反力モータ電流とに基づいて、推定操舵実トルクＴｒｅａｌを算出する。

さらに、この推定操舵実トルクＴｒｅａｌと反力モータトルクＴｍｏとの差分から推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖを演算する。

そして、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖからドライバの操舵状態を判定する。
具体的には、上述の推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖには、メカフリクショントルクＴｍｅｃが含まれている。そこで、この推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、メカフリクショントルクＴｍｅｃ相当の値か、それに何らかの操舵トルクが加わっているかを、閾値と比較することにより、手放し状態か否かを判定することができる。

この場合、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１よりも小さければ、即、手放し状態と判定する。この第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１は、予め分かっているメカフリクショントルクＴｍｅｃ相当の値に設定することにより、メカフリクショントルクＴｍｅｃ以上のトルクが作用していないとして、手放し状態であることを即座に判定することができる。

また、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１よりも大きいが、修正舵を加えた場合の操舵トルク（第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２）よりも小さい値の場合は、取りあえず手放し状態と判定する。

そして、この状態の継続時間ｔが所定時間（時間閾値ｔｌｉｍ）を越えて継続すれば保舵状態と判定する。
すなわち、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、メカフリクショントルクＴｍｅｃよりも僅かに高い状態が、時間閾値ｔｌｉｍを越えて継続した場合には、人為的なトルクが継続して加えられているとして、ドライバが保舵あるいは小さな力で操舵していると判定する。

さらに、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２以上、かつ、第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３未満の場合は、即、保舵状態と判定する。
このように、ステアリングホイール１に、接触センサなどを設けることなく、ドライバがステアリングホイール１の保舵状態か手放し状態かを判定することができる。
そして、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３以上の場合は、即、操舵介入状態と判定する。

上述のように、実施の形態１では、ドライバの操舵状態の判定を、演算により求めた推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖに基づいて行い、ステアリングホイール１と反力モータ２との間に、トルクセンサを設けない構造としている。

したがって、ステアリングホイール１と反力モータ２との間にトルクセンサが設けられているものと比較して、ステアリングホイール１と反力モータ２との間のトルク伝達性に優れる。このため、ＳＢＷ制御モードでは、ドライバがステアリングホイール１を操舵した場合に、ステアリングホイール１の操舵に対し反力モータ２からの反力トルクの伝達に遅れが生じにくく、操舵感の低下を招きにくい。

また、自動運転制御時には、反力モータ２の駆動によりステアリングホイール１を操舵させる場合に、反力モータ２の回転角度に対し、ステアリングホイール１の回転角度に遅れが生じにくく、制御に対するステアリングホイール１の応答性に優れる。
これにより、左右前輪ＦＬ，ＦＲの転舵と、ステアリングホイール１の動き（操舵）との整合性が高く、ドライバに対して、ステアリングホイール１の応答遅れによる違和感を与えにくい。

（実施の形態１の効果）
以下に、実施の形態１の車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置の効果を列挙する。
１）実施の形態１の車両の操舵状態判定方法は、
車両に設けられたステアリングホイール１と、
ステアリングホイール１にモータ反力トルクを与える反力モータ２と、
ステアリングホイール１から機械的に切り離された転舵輪としての左右前輪ＦＬ，ＦＲを転舵させる転舵モータ３１と、
ステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵角センサ５１と、
反力モータ２への反力モータ電流を検出する反力電流センサ５３と、
転舵モータ３１に、車両制御装置としての自動運転コントローラ６から出力される転舵角指令に応じた転舵角を左右前輪ＦＬ，ＦＲに与える指令を出力し、かつ、転舵角指令に応じた操舵角をステアリングホイール１に与える指令としての反力モータ電流を反力モータ２に出力する操転舵コントローラ４と、
を備えた車両の操舵状態判定方法であって、
ステアリングホイール１への入力トルクから操舵角を算出する機械系トルク伝達モデルｍｄ１の逆モデルとしてのトルク算出モデルｍｄ２を用いて、操舵角からステアリングホイール１への入力トルクに相当する推定操舵実トルクＴｒｅａｌを算出し、
反力電流センサ５３が検出する反力モータ電流に基づいて反力モータ２の出力トルクである反力モータトルクＴｍｏを算出し、
推定操舵実トルクＴｒｅａｌと反力モータトルクＴｍｏとの差分から、ドライバによるステアリングホイール１への操舵トルクに相当する推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖを算出し、
推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖと閾値との比較によりドライバの操舵状態を判定する車両の操舵状態判定方法とした。
したがって、ステアリングホイール１と反力モータ２との間にトルクセンサを用いることなくドライバの操舵状態を判定することができ、トルクセンサを設けることによる操舵感の低下や、制御応答性の低下を防止することが可能となる。

２）実施の形態１の車両の操舵状態判定方法は、
推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、反力モータ２とステアリングホイール１とのトルク伝達系で生じるメカフリクショントルクＴｍｅｃ相当の値であってドライバがステアリングホイール１から手を放した手放し状態であることを判定する値である第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１未満である場合に、手放し状態と判定する。
したがって、ドライバのステアリングホイール１からの手放し状態を、短時間に高精度で判定することができる。

３）実施の形態１の車両の操舵状態判定方法は、
推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、反力モータ２とステアリングホイール１とのトルク伝達系で生じるメカフリクショントルクＴｍｅｃに、転舵角指令による転舵を許容した範囲内での下限値のドライバ操舵トルクＴｄｖを加算した第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２以上の場合、ドライバがステアリングホイール１の保舵状態と判定する。
したがって、ドライバのステアリングホイール１の保舵状態を、短時間に高精度で判定することができる。

４）実施の形態１の車両の操舵状態判定方法は、
推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１以上かつ第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２未満の状態の継続時間が時間閾値ｔｌｉｍ未満の場合は、手放し状態と判定し、前記継続時間が時間閾値ｔｌｉｍ以上の場合は、保舵状態と判定する。
したがって、推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、手放し状態と保舵状態とを明確に判断できる第１トルク閾値Ｔｌｉｍ１、第２トルク閾値Ｔｌｉｍ２の間の値であっても、高精度で手放し状態と保舵状態とを判定できる。

５）実施の形態１の車両の操舵状態判定方法は、
推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖが、ドライバが転舵角指令による転舵方向とは異なる方向に意図的に転舵している判定する値である第３トルク閾値Ｔｌｉｍ３以上の場合、操舵介入状態と判定する。
したがって、ドライバが保舵状態で、さらに転舵角指令による転舵方向とは異なる方向に意図的に転舵している操舵介入状態を、短時間に判定することができる。

６）実施の形態１の車両の操舵状態判定方法は、
車両制御装置としての自動運転コントローラ６は、自車両が走行する走行環境と自車両の走行状態とに応じて自動運転制御を実行する。
したがって、自動運転コントローラ６による自動運転制御時に、ドライバの操舵状態を判定することができる。

７）実施の形態１の車両の操舵状態判定装置は、
車両に設けられたステアリングホイール１と、
ステアリングホイール１にモータ反力トルクを与える反力モータ２と、
ステアリングホイール１から機械的に切り離された転舵輪としての左右前輪ＦＬ，ＦＲを転舵させる転舵モータ３１と、
ステアリングホイール１の操舵角を検出する操舵角センサ５１と、
反力モータ２への反力モータ電流を検出する反力電流センサ５３と、
転舵モータ３１に、車両制御装置としての自動運転コントローラ６から出力される転舵角指令に応じた転舵角を左右前輪ＦＬ，ＦＲに与える指令を出力し、かつ、転舵角指令に応じた操舵角をステアリングホイール１に与える指令としての反力モータ電流を反力モータ２に出力する操転舵コントローラ４と、
ステアリングホイール１への入力トルクから操舵角を算出する機械系トルク伝達モデルｍｄ１の逆モデルとしてのトルク算出モデルｍｄ２を用いて、操舵角からステアリングホイール１への入力トルクに相当する推定操舵実トルクＴｒｅａｌを算出する推定実トルク算出部４３２と、
反力電流センサ５３が検出する反力モータ電流に基づいて反力モータ２の出力トルクである反力モータトルクＴｍｏを算出する反力モータトルク算出部４３１と、
推定操舵実トルクＴｒｅａｌと反力モータトルクＴｍｏとの差分から、ドライバによるステアリングホイール１への操舵トルクに相当する推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖを算出する推定ドライバ操舵トルク算出部としての減算部４３３と、
推定ドライバ操舵トルクｓＴｄｖと閾値との比較によりドライバの操舵状態を判定する操舵状態判定部４３４と、
を備える車両の操舵状態判定装置とした。
したがって、ステアリングホイール１と反力モータ２との間にトルクセンサを用いることなくドライバの操舵状態を判定することができ、トルクセンサを設けることによる操舵感の低下や、制御応答性の低下を防止することが可能となる。

以上、本開示の車両の操舵状態判定方法および車両の操舵状態判定装置を実施の形態に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施の形態に限られず、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施の形態では、操舵状態として、手放し状態、保舵状態、操舵介入状態を判定するものを示したが、その判定内容としては、これに限定されるものではない。具体的には、ステアリングホイールを握っているか否か、すなわち、手放し状態か保舵状態かのみを判定するようにしてもよい。この場合も、トルクセンサが不要であるとともに、ステアリングホイールにおける接触センサなどを省略することが可能である。あるいは、手放し状態のみを判定してもよい。
逆に、操舵介入状態と、保舵状態とを判定するようにしてもよい。例えば、自動運転制御時に、手放し状態を許容する場合は、手放し状態を判定しなくてもよい。
また、演算で得られた推定ドライバ操舵トルクを、他の制御に用いてもよい。

１ ステアリングホイール
２ 反力モータ
３ 転舵アクチュエータ
４ 操転舵コントローラ
６ 自動運転コントローラ（車両制御装置）
３１ 転舵モータ
４３ ドライバ操舵状態判定部
５１ 操舵角センサ
５２ 転舵角センサ
５３ 反力電流センサ
１００ ステアリングクラッチ
４３１ 反力モータトルク算出部
４３２ 推定実トルク算出部
４３３ 減算部（推定ドライバ操舵トルク算出部）
４３４ 操舵状態判定部
ＦＬ 左前輪（転舵輪）
ＦＲ 右前輪（転舵輪）
Ｔｄｖ ドライバ操舵トルク
Ｔｌｉｍ１ 第１トルク閾値
Ｔｌｉｍ２ 第２トルク閾値
Ｔｌｉｍ３ 第３トルク閾値
Ｔｍｅｃ メカフリクショントルク（摩擦トルク）
Ｔｍｏ 反力モータトルク
Ｔｒｅａｌ 推定操舵実トルク
ｍｄ１ 機械系トルク伝達モデル
ｍｄ２ トルク算出モデル
ｓＴｄｖ 推定ドライバ操舵トルク
ｔ 継続時間
ｔｌｉｍ 時間閾値

Claims (7)

1. 車両に設けられたステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールにモータ反力トルクを与える反力モータと、
   前記ステアリングホイールから機械的に切り離された転舵輪を転舵させる転舵モータと、
   前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記反力モータへの反力モータ電流を検出する電流センサと、
   前記転舵モータに、車両制御装置から出力される転舵角指令に応じた転舵角を前記転舵輪に与える指令を出力し、かつ、前記転舵角指令に応じた操舵角を前記ステアリングホイールに与える指令を前記反力モータに出力する操転舵コントローラと、
   を備えた車両の操舵状態判定方法であって、
   前記ステアリングホイールへの入力トルクから前記操舵角を算出するモデルの逆モデルを用いて、前記操舵角から前記ステアリングホイールへの入力トルクに相当する推定実トルクを算出し、
   前記電流センサが検出する前記反力モータ電流に基づいて前記反力モータの出力トルクである反力モータトルクを算出し、
   前記推定実トルクと前記反力モータトルクとの差分から、ドライバによる前記ステアリングホイールへの操舵トルクに相当する推定ドライバ操舵トルクを算出し、
   前記推定ドライバ操舵トルクと閾値との比較により前記ドライバの操舵状態を判定するとき、
   前記反力モータと前記ステアリングホイールとのトルク伝達系で生じる機械的な摩擦トルクに基づく値であって前記ドライバが前記ステアリングホイールから手を放した手放し状態であることを判定する値を第１トルク閾値とし、
   前記反力モータと前記ステアリングホイールとのトルク伝達系で生じる機械的な摩擦トルクに、前記転舵角指令による転舵を許容した範囲内での前記ドライバの操舵トルクを加算した値を第２トルク閾値とし、
   前記推定ドライバ操舵トルクが、前記第１トルク閾値以上かつ前記第２トルク閾値未満の状態の継続時間が所定時間以上の場合は、前記ドライバが前記ステアリングホイールの保舵状態と判定する
   車両の操舵状態判定方法。
2. 請求項１に記載の車両の操舵状態判定方法において、
   前記ドライバが前記転舵角指令による転舵方向とは異なる方向に意図的に転舵していることを判定する値を第３トルク閾値とし、
   前記推定ドライバ操舵トルクが、前記第２トルク閾値以上かつ前記第３トルク閾値未満の場合、前記ドライバが前記ステアリングホイールの保舵状態と判定する
   車両の操舵状態判定方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両の操舵状態判定方法において、
   前記推定ドライバ操舵トルクが、前記第１トルク閾値未満である場合に、前記手放し状態と判定する
   車両の操舵状態判定方法。
4. 請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の車両の操舵状態判定方法において、
   前記推定ドライバ操舵トルクが、前記第１トルク閾値以上かつ前記第２トルク閾値未満の状態の継続時間が前記所定時間未満の場合は、前記手放し状態と判定する
   車両の操舵状態判定方法。
5. 請求項２に記載の車両の操舵状態判定方法において、
   前記推定ドライバ操舵トルクが、前記第３トルク閾値以上の場合、操舵介入状態と判定する
   車両の操舵状態判定方法。
6. 請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の車両の操舵状態判定方法において、
   前記車両制御装置は、自車両が走行する走行環境と自車両の走行状態とに応じて自動運転を実行する装置である
   車両の操舵状態判定方法。
7. 車両に設けられたステアリングホイールと、
   前記ステアリングホイールにモータ反力トルクを与える反力モータと、
   前記ステアリングホイールから機械的に切り離された転舵輪を転舵させる転舵モータと、
   前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記反力モータへの反力モータ電流を検出する電流センサと、
   前記転舵モータに、車両制御装置から出力される転舵角指令に応じた転舵角を前記転舵輪に与える指令を出力し、かつ、前記転舵角指令に応じた操舵角を前記ステアリングホイールに与える指令を前記反力モータに出力する操転舵コントローラと、
   を備えた車両の操舵状態判定装置であって、
   前記ステアリングホイールへの入力トルクから前記操舵角を算出するモデルの逆モデルを用いて、前記操舵角から前記ステアリングホイールへの入力トルクに相当する推定実トルクを算出する推定実トルク算出部と、
   前記電流センサが検出する前記反力モータ電流に基づいて前記反力モータの出力トルクである反力モータトルクを算出する反力モータトルク算出部と、
   前記推定実トルクと前記反力モータトルクとの差分から、ドライバによる前記ステアリングホイールへの操舵トルクに相当する推定ドライバ操舵トルクを算出する推定ドライバ操舵トルク算出部と、
   前記推定ドライバ操舵トルクと閾値との比較により前記ドライバの操舵状態を判定するドライバ操舵状態判定部と、を備え、
   前記ドライバ操舵状態判定部は、
   前記反力モータと前記ステアリングホイールとのトルク伝達系で生じる機械的な摩擦トルクに基づく値であって前記ドライバが前記ステアリングホイールから手を放した手放し状態であることを判定する値を第１トルク閾値とし、
   前記反力モータと前記ステアリングホイールとのトルク伝達系で生じる機械的な摩擦トルクに、前記転舵角指令による転舵を許容した範囲内での前記ドライバの操舵トルクを加算した値を第２トルク閾値とし、
   前記推定ドライバ操舵トルクが、前記第１トルク閾値以上かつ前記第２トルク閾値未満の状態の継続時間が所定時間以上の場合は、保舵状態と判定する
   車両の操舵状態判定装置。

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