JP2020168918A - 操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動操舵モードによる制御中に手動操舵モードに切り替えるべき状況が検出されたときに、適切な操舵制御を行うことが可能となる操舵装置を提供する。【解決手段】制御部２０２は、自動操舵指令値に基づき電動モータ１８を制御する自動操舵モードと、ドライバの操舵に対応した手動操舵指令値に基づき電動モータ１８を制御する手動操舵モードと、自動操舵指令値および手動操舵指令値の両方を加味した協調操舵指令値に基づき電動モータ１８を制御する協調操舵モードとを有し、自動操舵モードによる制御中に手動操舵モードに切り替えるべき状況が検出され、当該状況に到達する第１所定時間前または第１所定距離前に、ドライバに対して手動操舵要求が出力された場合、無条件にまたは所定の条件を満たしたときに協調操舵モードにより電動モータ１８を制御する。【選択図】図２

Description

この発明は、操舵装置に関する。

特許文献１には、手動操舵制御のための第１モータ電流指令値（手動操舵指令値）を出力するトルク制御部と、自動操舵制御のための目標操舵角を生成する目標操舵角生成部と、目標操舵角を補正する補正部と、自動操舵制御のための第２モータ電流指令値（自動操舵指令値）を出力する舵角制御部と、切替部とを備えた電動パワーステアリング装置が開示されている。

トルク制御部は、操舵トルクおよび車速に基づいて、第１モータ電流指令値を出力する。補正部は、目標舵角補正部と補正出力部とからなり、操舵トルクに基づいて、目標操舵角を補正する。舵角制御部は、補正部によって補正された目標操舵角、実操舵角、モータ角速度に基づいて、第２モータ電流指令値を出力する。切替部は、切替指令に基づいて、第１モータ電流指令値と第２モータ電流指令値とを切り替える。切替部からのモータ電流指令値に基づいて、モータが制御される。

つまり、特許文献１には、第１モータ電流指令値に基づいてモータが制御される手動操舵モードと、第２モータ電流指令値に基づいてモータが制御される自動操舵モードとが、切換指令に基づいて、切り替えられることが開示されている。

国際公開第２０１４／１６２７６９号

特許文献１に記載の発明では、自動操舵モードによる制御中に手動操舵モードに切り替えるべき状況が検出されたときに、操舵モードが直ちに自動操舵モードから手動操舵モードに切り替えられるおそれがある。自動操舵モードによる制御中に手動操舵モードに切り替えるべき状況が検出されたときに、ドライバの運転準備が十分にできていないにもかかわらず、操舵モードが直ちに自動操舵モードから手動操舵モードに切り替えられると、適切な操舵が行われないおそれがある。

この発明の目的は、自動操舵モードによる制御中に手動操舵モードに切り替えるべき状況が検出された場合に、ドライバが適切な操舵制御を行うことが可能となる操舵装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、転舵輪を転舵する電動モータと、前記電動モータを制御する制御部と、ドライバによる操舵を検出する検出部とを備え、前記制御部は、自動操舵指令値に基づき前記電動モータを制御する自動操舵モードと、ドライバの操舵に対応した手動操舵指令値に基づき前記電動モータを制御する手動操舵モードと、前記自動操舵指令値および前記手動操舵指令値の両方を加味した協調操舵指令値に基づき前記電動モータを制御する協調操舵モードとを有し、前記自動操舵モードによる制御中に前記手動操舵モードに切り替えるべき状況が検出され、前記状況に到達する第１所定時間前または第１所定距離前に、ドライバに対して手動操舵要求が出力された場合、無条件にまたは所定の条件を満たしたときに前記協調操舵モードにより前記電動モータを制御する操舵装置である。

この構成では、手動操舵要求が出力された場合、無条件にまたは所定の条件を満たしたときに、操舵モードが自動操舵モードから協調操舵モードに切り替えられる。操舵モードが協調操舵モードに切り替えられると、自動操舵を行いながらの手動操舵が可能となる。これにより、自動操舵モードによる制御中に手動操舵モードに切り替えるべき状況が検出された場合に、適切な操舵制御を行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明は、前記制御部は、ドライバに対して手動操舵要求が出力された場合、ドライバ覚醒度に基づいて前記手動操舵指令値を重み付けし、重み付け後の手動操舵指令値を用いた協調操舵モードにより前記電動モータを制御する、請求項１に記載の操舵装置である。
請求項３に記載の発明は、前記所定の条件が、ドライバの覚醒度が所定の閾値以上であるという条件である、請求項１または２に記載の操舵装置である。

請求項４に記載の発明は、前記制御部は、前記手動操舵要求後、前記状況に到達する第２所定時間前または第２所定距離前までにドライバによる操舵が検出されなかった場合、車両を所定の停車位置へ移動させて停止させる自動操舵指令値を生成させるための自動停止要求を出力するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の操舵装置である。

請求項５に記載の発明は、ドライバによる操作に基づき、前記電動モータの制御モードを前記手動操舵モードに切り替える切替部を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の操舵装置である。

本発明の一実施形態に係る操舵装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。 モータ制御用ＥＣＵの電気的構成を説明するためのブロック図である。 手動操舵指令値生成部の構成の一例を示すブロック図である。 操舵トルクＴ_ｄに対するアシストトルク指令値Ｔ_ａｃの設定例を示すグラフである。 指令値設定部で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。 角度制御部の構成の一例を示すブロック図である。 第２設定部の動作の概要を説明するための模式図である。 第２設定部による重み設定処理の手順の一例を説明するためのフローチャートである。 第２設定部による重み設定処理の変形例を説明するためのフローチャートである。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る操舵装置が適用された電動パワーステアリングシステムの概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリングシステム１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール（ハンドル）２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、ドライバの操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１２が配置されている。トルクセンサ１２は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルク（トーションバートルク）Ｔ_ｄを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄは、例えば、左方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、右方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクＴ_ｄの大きさが大きくなるものとする。トルクセンサ１２は、本発明の「ドライバによる操舵を検出する検出部」の一例である。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、車両の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助力（アシストトルク）を発生するための電動モータ１８と、電動モータ１８の出力トルクを増幅して転舵機構４に伝達するための減速機１９とを含む。減速機１９は、ウォームギヤ２０と、このウォームギヤ２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。

以下において、減速機１９の減速比（ギヤ比）をＮで表す場合がある。減速比Ｎは、ウォームホイール２１の回転角であるウォームホイール角θ_ｗｗに対するウォームギヤ２０の回転角であるウォームギヤ角θ_ｗｇの比（θ_ｗｇ／θ_ｗｗ）として定義される。
ウォームギヤ２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、出力軸９に一体回転可能に連結されている。

電動モータ１８によってウォームギヤ２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６にモータトルクが付与されるとともにステアリングシャフト６（出力軸９）が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォームギヤ２０を回転駆動することによって、電動モータ１８による操舵補助や転舵輪３の転舵が可能となる。電動モータ１８には、電動モータ１８のロータの回転角を検出するための回転角センサ２３が設けられている。

出力軸９（電動モータ１８の駆動対象の一例）に加えられるトルクとしては、電動モータ１８によるモータトルクと、モータトルク以外の外乱トルクとがある。モータトルク以外の外乱トルクＴ_ｌｃには、操舵トルクＴ_ｄ、路面負荷トルク（路面反力トルク）Ｔ_ｒｌ、摩擦トルクＴ_ｆ等が含まれる。
操舵トルクＴ_ｄは、ドライバによってステアリングホイール２に加えられる力や、ステアリング慣性によって発生する力等によって、ステアリングホイール２側から出力軸９に加えられるトルクである。

路面負荷トルクＴ_ｒｌは、タイヤに発生するセルフアライニングトルク、サスペンションやタイヤホイールアライメントによって発生する力、ラックアンドピニオン機構の摩擦力等によって、転舵輪３側からラック軸１４を介して出力軸９に加えられるトルクである。
摩擦トルクＴ_ｆは、出力軸９に加えられる摩擦トルクのうち、操舵トルクＴ_ｄおよび路面負荷トルクＴ_ｒｌに含まれていない摩擦トルクである。

車両には、車両の進行方向前方の道路を撮影するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ２５、自車位置を検出するためのＧＰＳ（Global Positioning System）２６、道路形状や障害物を検出するためのレーダー２７および地図情報を記憶した地図情報メモリ２８が搭載されている。車両には、さらに、ドライバを撮影するための車内カメラ２９および操舵モードを手動で切り替えるための３つのモードスイッチ３１，３２，３３が搭載されている。

操舵モードには、後述するように、手動運転によって操舵が行われる手動操舵モードと、自動運転によって操舵が行われる自動操舵モードと、手動運転および自動運転の両方に基づく操舵が可能な協調操舵モードとがある。これらの操舵モードのより具体的な定義については、後述する。
ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６、レーダー２７、地図情報メモリ２８、車内カメラ２９およびモードスイッチ３１，３２，３３は、運転支援制御や自動運転制御を行うための上位ＥＣＵ（ECU：Electronic Control Unit）２０１に接続されている。上位ＥＣＵ２０１は、ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６およびレーダー２７によって得られる情報および地図情報を元に、周辺環境認識、自車位置推定、経路計画等を行い、操舵や駆動アクチュエータの制御目標値の決定および自動操舵のための自動操舵指令値θ_ａｄａｃの設定を行う。

この実施形態では、自動操舵制御は、例えば、目標軌道に沿って車両を走行させるための制御である。自動操舵指令値θ_ａｄａｃは、車両を目標軌道に沿って自動走行させるための操舵角の目標値である。このような自動操舵指令値θ_ａｄａｃを設定する処理は、周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
また、上位ＥＣＵ２０１は、車内カメラ２９によって撮影されたドライバの画像に基づいて、ドライバの覚醒度αを判定する。本実施形態において、覚醒度αは０以上１以下の値をとる。ドライバが眠っている場合、覚醒度αは０となり、完全に目を覚ましている場合、覚醒度αは１となる。なお、上位ＥＣＵ２０１は、他の方法によってドライバの覚醒度αを判定してもよい。

また、上位ＥＣＵ２０１は、モードスイッチ３１，３２，３３の操作に応じたモード設定信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３を生成する。
さらに、上位ＥＣＵ２０１は、自動操舵モードによる制御中に手動操舵モードに切り替えるべき状況が検出されたときに、当該状況に到達する第１所定時間前または第１所定距離前に、ドライバに対して手動操舵要求ＴＯＲ（Take-Over Request）を音声または画面表示等で発生する。自動操舵モードによる制御中に手動操舵モードに切り替えるべき状況とは、例えば、自動運転可能区間から自動運転不可区間に車両が移動するような状況をいう。

上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵指令値θ_ａｄａｃ、上位ＥＣＵ２０１によって判定されるドライバ覚醒度α、上位ＥＣＵ２０１によって生成されるモード設定信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３および上位ＥＣＵ２０１によって発生される手動操舵要求ＴＯＲは、車載ネットワークを介して、モータ制御用ＥＣＵ２０２に与えられる。
トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄ、回転角センサ２３の出力信号は、モータ制御用ＥＣＵ２０２に入力される。モータ制御用ＥＣＵ２０２は、これらの入力信号および上位ＥＣＵ２０１から与えられる情報に基づいて、電動モータ１８を制御する。モータ制御用ＥＣＵ２０２は、本発明の「電動モータを制御する制御部」の一例である。

後述するように、車両を所定の停止位置へ移動させて停止させる自動操舵指令値を上位ＥＣＵ２０１に生成させるための自動停止要求Ｓ_ｓｔｏｐが、モータ制御用ＥＣＵ２０２から上位ＥＣＵ２０１に与えられる場合がある。
図２は、モータ制御用ＥＣＵ２０２の電気的構成を説明するためのブロック図である。
モータ制御用ＥＣＵ２０２は、マイクロコンピュータ５０と、マイクロコンピュータ５０によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）４１と、電動モータ１８に流れる電流（以下、「モータ電流Ｉ」という）を検出するための電流検出回路４２とを備えている。

マイクロコンピュータ５０は、ＣＰＵおよびメモリ（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなど）を備えており、所定のプログラムを実行することによって、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、手動操舵指令値生成部５１と、第１重み乗算部５２と、第２重み乗算部５３と、協調操舵指令値演算部５４と、角度制御部５５と、重み設定部５６とを含む。

手動操舵指令値生成部５１は、ドライバがステアリングホイール２を操作した場合に、当該ステアリングホイール操作に応じた操舵角（より正確には出力軸９の回転角θ）を手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとして設定するために設けられている。手動操舵指令値生成部５１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄを用いて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを生成する。

第１重み乗算部５２は、重み設定部５６によって設定される第１重みＷ_ｍｄを、手動操舵指令値生成部５１によって生成される手動操舵指令値θ_ｍｄａｃに乗算する。第２重み乗算部５２は、重み設定部５６によって設定される第２重みＷ_ａｄを、上位ＥＣＵ２０１によって設定される自動操舵指令値θ_ａｄａｃに乗算する。各重みＷ_ｍｄ，Ｗ_ａｄは、０以上１以下の値をとる。

協調操舵指令値演算部５４は、第１重み乗算部５２によって重み付けられた手動操舵指令値Ｗ_ｍｄ・θ_ｍｄａｃに、第２重み乗算部５３によって重み付けられた自動操舵指令値Ｗ_ａｄ・θ_ａｄａｃを加算して、協調操舵指令値θ_ａｃｍｄ（＝Ｗ_ｍｄ・θ_ｍｄａｃ＋Ｗ_ａｄ・θ_ａｄａｃ）を演算する。
角度制御部５５は、協調操舵指令値θ_ａｃｍｄに基づいて、電動モータ１８を角度フィードバック制御する。より具体的には、角度制御部５５は、操舵角θが協調操舵指令値θ_ａｃｍｄに近づくように、駆動回路４１を駆動制御する。

重み設定部５６は、上位ＥＣＵ２０１から与えられるモード設定信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３、手動操舵要求ＴＯＲおよびドライバ覚醒度αならびにトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄに基づいて、第１重みＷ_ｍｄおよび第２重みＷ_ａｄを設定する。重み設定部５６の詳細については、後述する。
自動操舵モードとは、自動操舵指令値θ_ａｄａｃのみに基づいて電動モータ１８が制御される操舵モードをいう。手動操舵モードとは、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃのみに基づいて電動モータ１８が制御される操舵モードをいう。協調操舵モードとは、自動操舵指令値θ_ａｄａｃと手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとの両方が加味された協調操舵指令値θ_ａｃｍｄに基づいて電動モータ１８が制御される操舵モードをいう。

言い換えれば、自動操舵モードは、第１重みＷ_ｍｄが０であり、かつ第２重みＷ_ａｄが０よりも大きいときの操舵モードである。手動操舵モードは、第１重みＷ_ｍｄが０よりも大きく、かつ第２重みＷ_ａｄが０であるときの操舵モードである。
協調操舵モードは、第１重みＷ_ｍｄが０よりも大きく、かつ第２重みＷ_ａｄが０よりも大きいときの操舵モードである。つまり、協調操舵指令値θ_ａｃｍｄとは、第１重みＷ_ｍｄが０よりも大きくかつ第２重みＷ_ａｄが０よりも大きい場合に演算された協調操舵指令値θ_ａｃｍｄを意味する。

第１モードスイッチ３１がドライバによってオンされたときに、上位ＥＣＵ２０１は、操舵モードを協調操舵モードに設定するための協調操舵モード設定信号Ｓ_１を出力する。第２モードスイッチ３２がドライバによってオンされたときに、上位ＥＣＵ２０１は、操舵モードを自動操舵モードに設定するための自動操舵モード設定信号Ｓ_２を出力する。第３モードスイッチ３３がドライバによってオンされたときに、上位ＥＣＵ２０１は、操舵モードを手動操舵モードに設定するための手動操舵モード設定信号Ｓ_３を出力する。

図３は、手動操舵指令値生成部５１の構成の一例を示すブロック図である。
手動操舵指令値生成部５１は、アシストトルク指令値設定部６１と、指令値設定部６２とを含む。
アシストトルク指令値設定部６１は、手動操作に必要なアシストトルクの目標値であるアシストトルク指令値Ｔ_ａｃを設定する。アシストトルク指令値設定部６１は、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄに基づいて、アシストトルク指令値Ｔ_ａｃを設定する。操舵トルクＴ_ｄに対するアシストトルク指令値Ｔ_ａｃの設定例は、図４に示されている。

アシストトルク指令値Ｔ_ａｃは、操舵トルクＴ_ｄの正の値に対しては正をとり、電動モータ１８から左方向操舵のための操舵補助力を発生させる。また、アシストトルク指令値Ｔ_ａｃは、操舵トルクＴ_ｄの負の値に対しては負をとり、電動モータ１８から右方向操舵のための操舵補助力を発生させる。そして、アシストトルク指令値Ｔ_ａｃは、操舵トルクＴ_ｄの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定される。

なお、アシストトルク指令値設定部６１は、操舵トルクＴ_ｄに予め設定された定数を乗算することによって、アシストトルク指令値Ｔ_ａｃを演算してもよい。
指令値設定部６２は、この実施形態では、リファレンスＥＰＳモデルを用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定する。
図５は、指令値設定部６２で用いられるリファレンスＥＰＳモデルの一例を示す模式図である。

このリファレンスＥＰＳモデルは、ロアコラムを含む単一慣性モデルである。図５において、Ｊ_ｃは、ロアコラムの慣性であり、θ_ｃはロアコラムの回転角であり、Ｔ_ｄは、操舵トルクである。ロアコラムには、操舵トルクＴ_ｄ、電動モータ１８から出力軸９に作用するトルクＮ・Ｔ_ｍおよび路面負荷トルクＴ_ｒｌが与えられる。路面負荷トルクＴ_ｒｌは、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃを用いて、次式(1)で表される。

Ｔ_ｒｌ＝−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ） …(1)
この実施形態では、ばね定数ｋおよび粘性減衰係数ｃとして、予め実験・解析等で求めた所定値が設定されている。
リファレンスＥＰＳモデルの運動方程式は、次式(2)で表される。
Ｊ_ｃ・ｄ^２θ_ｃ／ｄｔ^２＝Ｔ_ｄ＋Ｎ・Ｔ_ｍ−ｋ・θ_ｃ−ｃ（ｄθ_ｃ／ｄｔ） …(2)
指令値設定部６２は、Ｔ_ｄにトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄを代入し、Ｎ・Ｔ_ｍにアシストトルク指令値設定部６１によって設定されるアシストトルク指令値Ｔ_ａｃを代入して、式(2)の微分方程式を解くことにより、ロアコラムの回転角θ_ｃを演算する。そして、指令値設定部６２は、得られたロアコラムの回転角θ_ｃを手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとして設定する。

図６は、角度制御部５５の構成の一例を示すブロック図である。
角度制御部５５は、角度偏差演算部７１と、ＰＤ制御部７２と、電流指令値演算部７３と、電流偏差演算部７４と、ＰＩ制御部７５と、ＰＷＭ制御部７６と、回転角演算部７７と、減速比除算部７８とを含む。
回転角演算部７７は、回転角センサ２３の出力信号に基づいて、電動モータ１８のロータ回転角θ_ｍを演算する。減速比除算部７８は、回転角演算部７７によって演算されるロータ回転角θ_ｍを減速比Ｎで除算することにより、ロータ回転角θ_ｍを出力軸９の回転角（実操舵角）θに換算する。

角度偏差演算部７１は、協調操舵指令値θ_ａｃｍｄと実操舵角θとの偏差Δθ（＝θ_ａｃｍｄ−θ）を演算する。ＰＤ制御部７２は、角度偏差演算部７１によって演算される角度偏差Δθに対してＰＤ演算（比例微分演算）を行うことにより、電動モータ１８に対するトルク指令値Ｔ_ｍを演算する。
電流指令値演算部７３は、ＰＤ制御部７２によって演算されたトルク指令値Ｔ_ｍを電動モータ１８のトルク定数Ｋ_ｔで除算することにより、モータ電流指令値Ｉ_ｃｍｄを演算する。

電流偏差演算部７４は、電流指令値演算部７３によって得られたモータ電流指令値Ｉ_ｃｍｄと電流検出回路４２によって検出されたモータ電流Ｉとの偏差ΔＩ（＝Ｉ_ｃｍｄ−Ｉ）を演算する。
ＰＩ制御部７５は、電流偏差演算部７４によって演算された電流偏差ΔＩに対するＰＩ演算（比例積分演算）を行うことにより、電動モータ１８に流れるモータ電流Ｉをモータ電流指令値Ｉ_ｃｍｄに導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部７６は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路４１に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が電動モータ１８に供給されることになる。

図２に戻り、重み設定部５６の動作について説明する。
重み設定部５６は、第１設定部８１と第２設定部８２とを含む。第１設定部８１は、上位ＥＣＵ２０１から与えられるモード設定信号Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３に基づいて、第１重みＷ_ｍｄおよび第２重みＷ_ａｄを設定する。第１設定部８１は、本発明の「切替部」の一例である。第２設定部８２は、上位ＥＣＵ２０１から与えられる手動操舵要求ＴＯＲおよびドライバ覚醒度αならびにトルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄに基づいて、第１重みＷ_ｍｄおよび第２重みＷ_ａｄを設定する。

まず、第１設定部８１の動作について説明する。
協調操舵モード設定信号Ｓ_１が入力されたときには、第１設定部８１は、第１重みＷ_ｍｄおよび第２重みＷ_ａｄをそれぞれ１に設定する。自動操舵モード設定信号Ｓ_２が入力されたときには、第１設定部８１は、第１重みＷ_ｍｄを０に設定し、第２重みＷ_ａｄを１に設定する。手動操舵モード設定信号Ｓ_３が入力されたときには、第１設定部８１は、第１重みＷ_ｍｄを１に設定し、第２重みＷ_ａｄを０に設定する。

なお、第１設定部８１は、第１重みＷ_ｍｄを０から１に変更する場合に第１重みＷ_ｍｄを漸増させ、第１重みＷ_ｍｄを１から０に変更する場合に第１重みＷ_ｍｄを漸減させてもよい。同様に、第１設定部８１は、第２重みＷ_ａｄを０から１に変更する場合に第２重みＷ_ａｄを漸増させ、第２重みＷ_ａｄを１から０に変更する場合、第２重みＷ_ａｄを漸減させてもよい。

次に、第２設定部８２の動作について説明する。以下では、手動操舵要求ＴＯＲを、単にＴＯＲということにする。
まず、図７を参照して、第２設定部８２の動作の概要について説明する。
図７において、領域Ｅ_１は自動運転可能領域の一部を示し、領域Ｅ_２は自動運転不可領域の一部を示している。自動運転可能領域Ｅ_１を自動操舵モードで図７の右方向に車両１００が走行している場合、領域Ｅ_１と領域Ｅ_２との境界地点Ｂが、「自動操舵モードによる制御中に手動操舵に切り替えるべき状況」が発生する地点（以下、「手動操舵移行予定地点Ｂ」という。）となる。

ＣＣＤカメラ２５、ＧＰＳ２６およびレーダー２７によって得られる情報および地図情報を元に車両１００が手動操舵移行予定地点Ｂに近づいていることが検出されると、上位ＥＣＵ２０１は、車両１００が手動操舵移行予定地点Ｂに到達する第１所定時間Ｔ_１前または第１所定距離Ｌ_１前に、ＴＯＲを発生する。この例では、車両１００が図７の地点Ａに到達したときに、上位ＥＣＵ２０１は、ＴＯＲを発生する。

第２設定部８２は、ＴＯＲを受信すると、原則的には、第１重みＷ_ｍｄを１に設定する。これにより、操舵モードが自動操舵モードから協調操舵モードに切り替えられる。そして、車両１００が手動操舵移行予定地点Ｂに到達する第２所定時間Ｔ_２前または第２所定距離Ｌ２前までにドライバによる操舵が検出され、その後に車両１００が手動操舵移行予定地点Ｂに到達したときには、第２設定部８２は、第２重みＷ_ａｄを０に設定する。これにより、操舵モードが協調操舵モードから手動操舵モードに切り替えられる。この場合、車両１００は、例えば、図７に実線Ｒ_１で示すような経路に沿って走行する。

なお、手動操舵移行予定地点Ｂに到達する第２所定時間Ｔ_２前または第２所定距離Ｌ_２前の地点を図７にＣ（Ｃ地点）で示す。以下において、車両１００がＡ地点に到達してからからＣ地点に到達するまでに要する時間を第３所定時間Ｔ_３といい、Ａ地点からＣ地点までの距離を第３所定距離Ｌ_３という場合がある。
一方、車両１００が手動操舵移行予定地点Ｂに到達する第２所定時間Ｔ_２前または第２所定距離Ｌ_２前までにドライバによる操舵が検出されなかった場合には、第２設定部８２は、自動停止要求Ｓ_ｓｔｏｐを上位ＥＣＵ２０１に送信する。上位ＥＣＵ２０１は、自動停止要求Ｓ_ｓｔｏｐを受信すると、車両１００を路肩等に移動させて停車させるような経路を演算し、その経路に沿って車両１００を自動操舵するための自動操舵指令値θ_ａｄａｃを生成する。この場合には、車両１００は、例えば、図７に破線Ｒ_２で示すような経路に沿って走行して停止する。

この実施形態では、第２設定部８２は、ＴＯＲを受信すると、上位ＥＣＵ２０１から送信されてくるドライバの覚醒度αを監視し、ＴＯＲを受信してからドライバの覚醒度αが所定の第１閾値α_ｔｈ１以上になるまでは、第１重みＷ_ｍｄを０に維持する。そして、車両１００が手動操舵移行予定地点Ｂに到達する第２所定時間Ｔ_２前または第２所定距離Ｌ_２前までに、ドライバの覚醒度αが第１閾値α_ｔｈ１以上になったときには、第２設定部８２は、第１重みＷ_ｍｄを１に設定する。これにより、操舵モードが自動操舵モードから協調操舵モードに切り替えられる。

一方、車両１００が手動操舵移行予定地点Ｂに到達する第２所定時間Ｔ_２前または第２所定距離Ｌ_２前までに、ドライバの覚醒度αが第１閾値α_ｔｈ１以上にならなかったときには、第２設定部８２は、自動停止要求Ｓ_ｓｔｏｐを上位ＥＣＵ２０１に送信する。この場合には、前述したように、車両１００は路肩等に移動して停車するように自動操舵される。

図８は、第２設定部８２による重み設定処理の手順の一例を説明するためのフローチャートである。
上位ＥＣＵ２０１からのＴＯＲを受信すると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、操舵フラグＦをリセット（Ｆ＝０）する（ステップＳ２）。操舵フラグＦは、後述のステップＳ６によって、ドライバがハンドルを操作した（ドライバによる操舵が検出された）と判別されたときにセット（Ｆ＝１）されるフラグである。

次に、第２設定部８２は、上位ＥＣＵ２０１から送信されるドライバの覚醒度αが所定の第１閾値α_ｔｈ１以上であるか否かを判別する（ステップＳ３）。
ドライバの覚醒度αが第１閾値α_ｔｈ１以上である場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、ドライバが正常に運転を行える状態であると判別して、第１重みＷ_ｍｄを１に設定する（ステップＳ４）。これにより、操舵モードが自動操舵モードから協調操舵モードに切り替えられる。この実施形態では、第１閾値α_ｔｈ１が本発明の「所定の閾値」に相当する。

次に、第２設定部８２は、操舵フラグＦがセット（Ｆ＝１）されているか否かを判別する（ステップＳ５）。操舵フラグＦがセットされていない場合には（ステップＳ５：ＮＯ）、第２設定部８２は、ドライバがハンドルを操作したか否かを判別する（ステップＳ６）。ドライバがハンドルを操作したか否かは、この実施形態では、例えば、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄの時間的変化量に基づいて行われる。ドライバがハンドルを操作したか否かは、他の方法によって行われてもよい。

ドライバがハンドルを操作したと判別された場合には（ステップＳ６：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、操舵フラグＦをセットする（ステップＳ７）。そして、第２設定部８２は、ステップＳ１でＴＯＲを受信してから第１所定時間Ｔ_１が経過したか否かを判別する（ステップＳ８）。
ＴＯＲを受信してから第１所定時間Ｔ_１が経過していない場合には（ステップＳ８：ＮＯ）、第２設定部８２は、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ５において、操舵フラグＦがセットされていると判別された場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、つまり、既にドライバによる操舵が検出されている場合には、第２設定部８２は、ステップＳ８に移行する。
ステップＳ８において、ＴＯＲを受信してから第１所定時間Ｔ_１が経過したと判別された場合には（ステップＳ８：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、第２重みＷ_ａｄを零に設定する（ステップＳ９）。そして、第２設定部８２は、今回の重み設定処理を終了する。これにより、操舵モードが協調操舵モードから手動操舵モードに切り替えられる。

ステップＳ６において、ドライバがハンドルを操作していないと判別された場合には（ステップＳ６：ＮＯ）、第２設定部８２は、ステップＳ１でＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過したか否かを判別する（ステップＳ１０）。言い換えれば、第２設定部８２は、手動操舵移行予定地点Ｂに到達する第２所定時間Ｔ_２前に達したか否かを判別する。

ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過していなければ（ステップＳ１０：ＮＯ）、第２設定部８２は、ステップＳ５に戻る。
ステップＳ１０において、ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過したと判別された場合には（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、自動停止要求Ｓ_ｓｔｏｐを上位ＥＣＵ２０１に送信した後（ステップＳ１１）、今回の重み設定処理を終了する。この場合には、前述したように、車両１００は路肩等に移動して停車するように自動操舵される。

ステップＳ３において、ドライバの覚醒度αが第１閾値α_ｔｈ１未満であると判別された場合には（ステップＳ３：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、ステップＳ１でＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過したか否かを判別する（ステップＳ１２）。
ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過していなければ（ステップＳ１２：ＮＯ）、第２設定部８２は、ステップＳ３に戻る。

ステップＳ１２において、ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過したと判別された場合には（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、自動停止要求Ｓ_ｓｔｏｐを上位ＥＣＵ２０１に通知した後（ステップＳ１１）、今回の重み設定処理を終了する。これにより、前述したように、車両は、自動操舵によって、路肩等に誘導されて停止される。

この実施形態では、第２設定部８２がＴＯＲを受信した後、第３所定時間Ｔ_３が経過するまでに、ドライバの覚醒度αが第１閾値α_ｔｈ１以上となったという条件が満たされたときに、操舵モードが自動操舵モードから協調操舵モードに切り替えられる。これにより、自動操舵を行いながらの手動操舵が可能となる。これにより、手動操舵移行予定地点Ｂで操舵モードが手動操舵モードに切り替えられる前に、ドライバは手動運転の準備を整えることができる。

一方、ＴＯＲを受信した後、ドライバの覚醒度αが第１閾値α_ｔｈ１以上になるまでは、自動操舵のみが可能となるので、ドライバが正常に運転を行える状態ではないときに、手動操舵が行われるのを禁止することができる。そして、ドライバが正常に運転を行える状態にならないまま、第３所定時間Ｔ_３が経過したときには、自動操舵によって車両を安全な位置に誘導して停車させることができる。

また、ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過するまでにドライバの覚醒度αが第１閾値α_ｔｈ１以上となったとしても、ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過するまでにドライバによる操舵が検出されなかったときにも、自動操舵によって車両を安全な位置に誘導して停車させることができる。
なお、図８のステップＳ３およびＳ１２の処理を省略してもよい。この場合には、図８のステップＳ２の処理が行われると、第２設定部８２はステップＳ４に移行する。この場合には、ＴＯＲが受信されると、無条件に、操舵モードが協調操舵モードに設定される。

図９は、第２設定部８２による重み設定処理の変形例を説明するためのフローチャートである。
上位ＥＣＵ２０１からのＴＯＲを受信すると（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、操舵フラグＦをリセット（Ｆ＝０）する（ステップＳ２２）。
次に、第２設定部８２は、上位ＥＣＵ２０１から送信されるドライバの覚醒度αに基づいて、第１重みＷ_ｍｄを設定する（ステップＳ２３）。

第２設定部８２は、覚醒度αが大きいほど、第１重みＷ_ｍｄを大きな値に設定する。例えば、第２設定部８２は、覚醒度αを第１重みＷ_ｍｄとして設定してもよいし、所定の関係式Ｗ_ｍｄ＝Ｆ（α）に基づいて、第１重みＷ_ｍｄを設定してもよい。ステップＳ２３で設定された第１重みＷ_ｍｄが０よりも大きければ、操舵モードが協調操舵モードとなる。第１重みＷ_ｍｄが０よりも大きくなる覚醒度αの最低値を第２閾値α_ｔｈ２とすると、この変形例では、第２閾値α_ｔｈ２が本発明の「所定の閾値」に相当する。

なお、ステップＳ２３で設定される第１重みＷ_ｍｄの最小値を、０よりも大きく、かつ１よりも小さな所定値に設定してもよい。その場合には、ＴＯＲが受信されると、無条件に、操舵モードが協調操舵モードに設定される。
次に、第２設定部８２は、操舵フラグＦがセット（Ｆ＝１）されているか否かを判別する（ステップＳ２４）。操舵フラグＦがセットされていない場合には（ステップＳ２４：ＮＯ）、第２設定部８２は、ドライバがハンドルを操作したか否かを判別する（ステップＳ２５）。ドライバがハンドルを操作したか否かは、この実施形態では、トルクセンサ１２によって検出される操舵トルクＴ_ｄの時間的変化量に基づいて行われる。

ドライバがハンドルを操作したと判別された場合には（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、操舵フラグＦをセットする（ステップＳ２６）。そして、第２設定部８２は、ステップＳ２１でＴＯＲを受信してから第１所定時間Ｔ_１が経過したか否かを判別する（ステップＳ２７）。
ＴＯＲを受信してから第１所定時間Ｔ_１が経過していない場合には（ステップＳ２７：ＮＯ）、第２設定部８２は、ステップＳ２２に戻る。これにより、操舵フラグＦをリセット（Ｆ＝０）して、第１重みＷ_ｍｄがドライバの覚醒度αに基づいて再設定された後、ステップＳ２４以降の処理が再度実行される。

ステップＳ２４において、操舵フラグＦがセットされていると判別された場合には（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、つまり、既にドライバによる操舵が検出されている場合には、第２設定部８２は、ステップＳ２７に移行する。
ステップＳ２７において、ＴＯＲを受信してから第１所定時間Ｔ_１が経過したと判別された場合には（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、第２重みＷ_ａｄを零に設定する（ステップＳ２８）。そして、第２設定部８２は、今回の重み設定処理を終了する。これにより、操舵モードが協調操舵モードから手動操舵モードに切り替えられる。

ステップＳ２５において、ドライバがハンドルを操作していないと判別された場合には（ステップＳ２５：ＮＯ）、第２設定部８２は、ステップＳ２１でＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過したか否かを判別する（ステップＳ２９）。言い換えれば、第２設定部８２は、手動操舵移行予定地点Ｂに到達する第２所定時間Ｔ_２前に達したか否かを判別する。

ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過していなければ（ステップＳ２９：ＮＯ）、第２設定部８２は、ステップＳ２３に戻る。これにより、第１重みＷ_ｍｄがドライバの覚醒度αに基づいて再設定された後、ステップＳ２４以降の処理が再度実行される。
ステップＳ２９において、ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過したと判別された場合には（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、第２設定部８２は、自動停止要求Ｓ_ｓｔｏｐを上位ＥＣＵ２０１に送信した後（ステップＳ３０）、今回の重み設定処理を終了する。この場合には、前述したように、車両１００は路肩等に移動して停車するように自動操舵される。

この変形例では、第２設定部８２がＴＯＲを受信した場合には、上位ＥＣＵ２０１から送信されるドライバの覚醒度αに基づいて第１重みＷ_ｍｄが設定される。そして、第１重みＷ_ｍｄが０よりも大きくなると（覚醒度αが第２閾値α_ｔｈ２以上になると）、操舵モードが協調操舵モードに設定される。これにより、自動操舵を行いながらの手動操舵が可能となる。これにより、前述の実施形態と同様に、手動操舵移行予定地点Ｂで操舵モードが手動操舵モードに切り替えられる前に、ドライバは手動運転の準備を整えることができる。

また、この変形例では、ドライバの覚醒度αが比較的低い場合には、第１重みＷ_ｍｄは比較的小さい値に設定されるので、協調操舵指令値θ_ａｃｍｄへの手動操舵の影響を小さくすることができる。一方、ドライバの覚醒度αが比較的高い場合には、第１重みＷ_ｍｄは比較的大きい値に設定されるので、協調操舵指令値θ_ａｃｍｄへの手動操舵の影響を大きくすることができる。したがって、この変形例では、ドライバの覚醒度αに適した協調操舵を行うことができる。

また、この変形例においても、ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過するまでにドライバによる操舵が検出されなかった場合には、自動操舵によって車両を安全な位置に誘導して停車させることができる。
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。

図８のステップＳ８および図９のステップＳ２７では、第２設定部８２は、ＴＯＲを受信してから第１所定時間Ｔ_１が経過したか否かを判別しているが、車両が手動操舵移行予定地点Ｂ（図７参照）に到達したか否かを判別してもよい。
また、図８のステップＳ１０およびＳ１２ならびに図９のステップＳ２９において、第２設定部８２は、ＴＯＲを受信してから第３所定時間Ｔ_３が経過したか否か、つまり、手動操舵移行予定地点Ｂに到達する第２所定時間Ｔ_２前に達したか否かを判別している。しかし、第２設定部８２は、ＴＯＲを受信したときの車両位置Ａ（図７参照）から第３所定距離Ｌ_３だけ先のＣ地点（手動操舵移行予定地点Ｂから第２所定距離Ｌ_２だけ手前の地点）に車両が到達したか否かを判別するようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、指令値設定部６２（図３参照）は、リファレンスＥＰＳモデルに基づいて手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定しているが、指令値設定部６２は他の方法によって手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定してもよい。
例えば、指令値設定部６２は、操舵トルクＴ_ｄと手動操舵指令値θ_ｍｄａｃとの関係を記憶したマップを用いて、手動操舵指令値θ_ｍｄａｃを設定してもよい。

また、前述の実施形態では、角度制御部５５は、ＰＤ制御部７２を備えている。しかし、実操舵角θが協調操舵指令値θ_ａｃｍｄに近づくようにフィードバック制御を行えるものであれば、ＰＤ制御部７２の代わりに、ＰＩＤ制御部、ＰＩ制御部等の任意のフィードバック制御部を用いてもよい。
また、前述の実施形態では、手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部５１としては、角度指令値からなる手動操舵指令値を生成するものが用いられている。しかし、手動操舵指令値を生成する手動操舵指令値生成部として、手動操舵に必要なトルク指令値からなる手動操舵指令値を生成するものを用いてもよい。この場合、上位ＥＣＵ２０１によって生成される自動操舵指令値θ_ａｄａｃと操舵角θとに基づいて、自動操舵に必要なトルク指令値からなる自動操舵指令値を生成する自動操舵指令値生成部を設け、トルク指令値からなる手動操舵指令値と、トルク指令値からなる自動操舵指令値とに基づいて、協調操舵指令値が生成されてもよい。

また、前述の実施形態では、この発明をコラムタイプＥＰＳに適用した場合の例を示したが、この発明は、コラムタイプ以外のＥＰＳにも適用することができる。また、この発明は、ステアバイワイヤシステムにも適用することができる。
その他、この発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…電動パワーステアリング装置、３…転舵輪、４…転舵機構、１２…トルクセンサ、１８…電動モータ、５１…手動操舵指令値生成部、５２…第１重み乗算部、５３…第２重み乗算部、５４…協調操舵指令値演算部、５５…角度制御部、５６…重み設定部、８１…第１設定部、８２…第２設定部、２０１…上位ＥＣＵ、２０２…モータ制御用ＥＣＵ

Claims (5)

1. 転舵輪を転舵する電動モータと、
   前記電動モータを制御する制御部と、
   ドライバによる操舵を検出する検出部とを備え、
   前記制御部は、
   自動操舵指令値に基づき前記電動モータを制御する自動操舵モードと、
   ドライバの操舵に対応した手動操舵指令値に基づき前記電動モータを制御する手動操舵モードと、
   前記自動操舵指令値および前記手動操舵指令値の両方を加味した協調操舵指令値に基づき前記電動モータを制御する協調操舵モードとを有し、
   前記自動操舵モードによる制御中に前記手動操舵モードに切り替えるべき状況が検出され、前記状況に到達する第１所定時間前または第１所定距離前に、ドライバに対して手動操舵要求が出力された場合、無条件にまたは所定の条件を満たしたときに前記協調操舵モードにより前記電動モータを制御する操舵装置。
2. 前記制御部は、ドライバに対して手動操舵要求が出力された場合、ドライバ覚醒度に基づいて前記手動操舵指令値を重み付けし、重み付け後の手動操舵指令値を用いた協調操舵モードにより前記電動モータを制御する、請求項１に記載の操舵装置。
3. 前記所定の条件が、ドライバの覚醒度が所定の閾値以上であるという条件である、請求項１または２に記載の操舵装置。
4. 前記制御部は、前記手動操舵要求後、前記状況に到達する第２所定時間前または第２所定距離前までにドライバによる操舵が検出されなかった場合、車両を所定の停車位置へ移動させて停止させる自動操舵指令値を生成させるための自動停止要求を出力するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の操舵装置。
5. ドライバによる操作に基づき、前記電動モータの制御モードを前記手動操舵モードに切り替える切替部を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の操舵装置。

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