JP6514631B2 - 操舵角検出装置及び操舵角検出方法 - Google Patents

Description

本発明は自動車のステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出装置及び操舵角検出方法に関するものである。

自動車の車体制御（例えば、旋回制御、駆動力制御）、操舵装置のアシスト制御、自動運転制御等を実行するためには、ステアリングホイールの操作量（操舵角）を検出することが必要である。そして、このステアリングホイール（以下、単に操舵装置と表記する）の操作量を検出するために、操舵装置の操舵角を検出する舵角センサが用いられている。

ところで、舵角センサの出力値（舵角情報）には、舵角センサ自体の構造上のばらつきや舵角センサの取り付け状態のばらつきによって、真の零点からの「ずれ」であるオフセット量が含まれている。このため、舵角センサの出力値の精度を向上するためには、このオフセット量を測定して零点補正値として求め、舵角センサの実際の出力値を零点補正値によって補正して最終的な出力値を求めるようにしている。したがって、この零点補正値を精度よく測定することが重要である。

舵角センサの零点補正値を測定して、舵角センサの実際の出力値を補正する方式としては、例えば、特開２０１４−１６９０５５号公報（特許文献1）においては、自動車が直進走行していると判定した時の、舵角センサの出力値を零点補正値として算出している。特許文献1の零点補正値の算出方法は、ヨーレイトセンサの出力値や横加速度センサの出力値が、自動車の直進走行を表す特定の値であることを条件にして算出するものである。

しかしながら、特許文献1の零点補正値の算出方法では、ヨーレイトセンサや横加速度センサが必要となる。しかも、これらのセンサの出力値は、所定の検出精度が維持されていることが前提であり、温度ドリフト等のあるセンサを使用する場合は、その補正を実施しなくてはならないという課題がある。

このような課題に対応するものとして、特開昭６１−１７０１２号公報（特許文献２）では、舵角センサの出力値をサンプリングして操舵装置の操舵角度の頻度分布を求め、最も出現頻度の高い舵角センサの出力値（最頻値）から零点補正値を算出している。この方法によれば、ヨーレイトセンサや横加速度センサを必要としないで、零点補正値を算出することができるようになる。

特開２０１４−１６９０５５号公報 特開昭６１−１７０１２号公報

特許文献２の零点補正値の算出方法は、単位走行距離毎（或いは単位時間毎）に操舵装置の操舵角を読み込むと共に操舵角の頻度を記録し、頻度が最大の操舵角を零点補正値として算出するものである。したがって、ヨーレイトセンサや横加速度センサを必要としないものである。

しかしながら、特許文献２においては、ロックツーロック量（操舵装置を左から右へ、または右から左へロックするまで回した操舵角量）に対応した舵角センサの単位検出角度毎のバッファメモリが必要となり、しかも、全てのバッファメモリから最大の頻度の操舵角を求めることが必要となる。このため、処理すべきデータ量が膨大になり、更には零点補正値を求める計算処理に多くの時間が必要となる。この結果、リアルタイムに零点補正値を計算することが難しく、実用上の制御に展開するには適さないものである。

本発明の目的は、処理すべきデータ量を削減して短い時間で零点補正値を求めることができる新規な操舵角検出装置及び操舵角検出方法を提供することにある。

本発明の特徴は、単位走行距離毎の舵角微分値が、自動車が直進走行していると見做される値の時に、舵角センサから舵角情報を検出し、検出された複数の舵角情報の最頻値、或いは平均値を零点補正値として求め、この求められた零点補正値で舵角センサからの実際の舵角情報を補正して正規の舵角情報とする、ところにある。

本発明によれば、単位走行距離毎の舵角微分値が、自動車が直進走行していると見做される値の時に、舵角センサの舵角情報を取り込んで零点補正値を求めるようにしているため、処理すべきデータ量が削減されて短い時間で零点補正値を求めることができるようになる。

零点補正値の分布状態を説明する説明図である。 舵角情報を検出する操舵角検出機能を説明する説明図である。 操舵角検出装置を使用したシステム構成の一部を示す第１の構成図である。 操舵角検出装置を使用したシステム構成の一部を示す第２の構成図である。 操舵装置の舵角情報と舵角微分値の関係を説明する説明図である。 図５Ａで取り込まれた舵角微分値の分布状態を示すヒストグラムである。 舵角（零点補正値候補）の分布状態を説明するヒストグラムである。 零点補正値及び舵角情報の算出処理を示すフローチャート図である。 ５ｍ毎にサンプリングした舵角のヒストグラムである。 ５ｍ毎の舵角微分値がほぼ０の時にサンプリングした舵角のヒストグラムである。 サンプリング回数に対する最頻値と平均値の変化状態を説明する説明図である。 標準偏差を説明するための説明図である。 標準偏差の算出処理を示すフローチャート図である。 母平均の９５％信頼区間の求め方を説明する説明図である。 ｔ分布係数の例を示す説明図である。 母平均の９５％信頼区間を利用した零点補正値及び舵角情報の算出処理を示すフローチャート図である。 図１４に示す平均値算出処理を示すフローチャート図である。 図１４に示す母平均の９５％信頼区間の算出処理を示すフローチャート図である。 異常時の信頼区間の重複度を説明する説明図である。 正常時の信頼区間の重複度を説明する説明図である。

次に、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

まず、本発明の実施形態になるヒストグラムによる零点補正値の基本的な求め方について説明する。

図１は、横軸に舵角センサの舵角微分値が約「０」（自動車が一定距離（例えば、５ｍ）だけ走行して舵角情報が変化しない状態）の時の舵角情報を零点補正値の候補として示し、縦軸にその零点補正値の候補の出現した頻度（回数）を示している。ここで、舵角中立点は、舵角センサを自動車に組み込んだ時の初期位置を中立点（第１図中の「０」で表示している）として設定している。また、（＋）は操舵装置（ステアリングホイール）を右に回転させて右に旋回する状態を示し、（−）は操舵装置を左に回転させて左に旋回する状態を示している。

この図１からわかるように、通常の走行運転時は直進走行が比較的多いため、舵角中立点付近に舵角の頻度分布のピークが出現する。したがって、図１に示す頻度分布の一番高いピークＰの値となる舵角情報である最頻値、或いは平均値を求めれば、舵角の零点補正値Δθが求められる。そして、本実施形態の一つの特徴として、自動車が所定の一定距離だけ走行して実質的に舵角情報が変化しない直進走行状態の時の舵角情報を零点補正値の候補として検出するため、処理すべきデータ量が削減されて短い時間で零点補正値を求めることができるようになる。

このような考え方に基づき、図２に示すような舵角算出機能ブロックを構成することができる。舵角センサで検出された舵角情報１０は、距離情報２０によって所定距離だけ自動車が走行するとサンプリング（検出）され、次に所定距離だけ走行した時の舵角情報の舵角微分値が求められる。舵角微分値は、例えば、自動車が５ｍだけ走行する毎の舵角の変化量である。

この舵角微分値は、操舵装置の操作がなされず、所定の操舵位置に保たれて運転されていること、或いは操舵装置の操作が行われていることを表している。例えば、直進走行を行っている場合や、一定の曲率半径の道路を旋回走行している場合は、操舵装置の操作が行われていないものであり、一方、右折や左折、及び曲率半径が変化する道路を旋回走行している場合は、操舵装置の操作が行われているものである。

そして、舵角微分値が、操舵装置の操作が行われていない状態を表していると判断されると、舵角情報が取り込まれてＲＡＭのような記憶素子に記憶される。更に、取り込まれた複数の舵角情報から最頻値、或いは平均値が求められ、初期位置からのオフセット量である零点補正値情報３０が求められる。尚、操舵装置の操作が行われている場合は、舵角情報のＲＡＭへの記憶処理は実行されないものである。

零点補正値情報３０が求まると、実際の舵角情報１０と零点補正値情報３０から最終舵角情報４０が正規の舵角情報として求められ、上述した自動車の車体制御、操舵装置のアシスト制御、自動運転制御等の制御に使用されるようになる。

したがって、舵角算出機能ブロックは図示しているように、舵角情報検出機能部、距離情報検出機能部、舵角微分値算出機能部、舵角微分値判定機能部、零点補正値算出機能部、及び最終舵角値算出機能部とから構成されることになる。

図３は第１の操舵角検出装置の構成を簡単に示したものである。操舵装置５０には舵角センサ６０が取り付けてあり、舵角センサ６０で検出された舵角情報は車両ネットワーク７０を介してコントローラ８０に伝送されている。コントローラ８０では図２に示すような機能演算が行われるものであり、コントローラ８０で演算された最終的な舵角情報は、車両ネットワーク７０を介して別の制御装置に伝送されるものである。

図４は、図３に示した操舵角検出装置と同じ機能を実行する、第２の操舵角検出装置の構成を簡単に示したものである。操舵装置５０には舵角センサが一体化されたコントローラ９０が取り付けてある。コントローラ９０では図２に示すような機能演算が行われるものであり、コントローラ９０で演算された最終的な舵角情報は、車両ネットワーク７０を介して別の制御装置に伝送されるものである。

次に本実施形態の詳細を説明する。尚、以下の説明では「舵角情報」を「舵角値」として統一して表記し、また、零点補正値が最頻値を用いて求められる場合の例を示している。

図５Ａは頻度分布が作成される様子を示しており、所定の単位走行距離だけ走行する毎に舵角値がサンプリングされる。そして、検出された舵角値の単位走行距離毎の変化量が舵角微分値として求められる。状態（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は操舵装置が操作されていない状態を示しており、状態（Ａ）、（Ｄ）は自動車が直進走行を行っている状態であり、状態（Ｂ）、（Ｃ）は自動車が一定の曲率半径で旋回走行している状態を示している。

尚、状態（Ａ）から状態（Ｂ）は右旋回している遷移状態を示し、状態（Ｂ）から状態（Ｃ）は左旋回している遷移状態を示し、状態（Ｃ）から状態（Ｄ）は再び右旋回している遷移状態を示している。

したがって、サンプリングされた舵角値の内で有効な舵角値は、舵角微分値が、操舵装置が操作されていない状態を表す状態（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の時の舵角値となる。そして、図５Ｂに示すように、これらの有効な舵角値は、所定の舵角区間毎に分類されたヒストグラムとして記憶されていく。状態（Ａ）、（Ｄ）は直進走行の状態の舵角値であり、舵角センサのオフセット値付近の舵角区間に分類され、一方、状態（Ｂ）、（Ｃ）は旋回走行の状態であり、舵角が大きい方の舵角区間に分類されるものである。

ヒストグラムは、舵角を複数に分割した舵角区間を記憶エリアに設定しておき、この舵角区分に対応する舵角値を計数して頻度値を更新して構築されている。したがって、頻度値が最も大きい舵角区間の中央値が最頻値となる。これによって、オフセット値が決まり、この時のオフセット値が零点補正値として求められる。

舵角値を単位時間毎にサンプリングすると、自動車の停車時を含むため、本実施形態では単位走行距離毎に舵角値をサンプリングし、更に単位走行距離毎に舵角値の変化量（舵角微分値）が所定値以内の時の舵角値を有効なものとしてサンプリングする。

本実施形態では、舵角センサの舵角微分値が±０.２５°以内のときにサンプリングを実施するようにしている。尚、基本的には、自動車が直進している状態を検出できれば良いので、舵角センサの舵角微分値は、±０.２５°に限定されずとも良いものである。尚、説明の都合上、以下では操舵装置が操作されていない状態を表す舵角微分値を「０」として説明を行う。

このように、舵角微分値が「０」の時に舵角値をサンプリングするため、処理すべき舵角値のデータ量を大幅に削減でき、しかも零点補正値を求める演算処理時間を短くできるので、リアルタイムで零点補正値を計算することができるようになる。

尚、状態（Ｂ）、（Ｃ）のように舵角微分値が「０」で、操舵装置を操作していないと判断された場合で有っても、舵角値の絶対値が大きいときには、ヒストグラムから削除して、データ量を減らすことも可能である。本実施形態では、舵角中立点を境にして、±１５°の範囲でヒストグラムの舵角区間を設定している。したがって、±１５°の範囲を超えた舵角値は記憶されないで、破棄されるようにしている。これによって、更にデータ量を低減し、かつ零点補正値の演算負荷を低減することができる。

次に図６に具体的なヒストグラムを説明する。本実施形態では、舵角値の単位区間を複数定め、その単位区間毎の舵角値の出現回数を頻度として計数するものである。そして、頻度が最大となる舵角値の単位舵角区間を求め、その単位区間の中央値（最頻値）を零点補正値として設定するものである。

図６において、横軸は舵角中立点「０」を境に単位舵角区間を設定しており、縦軸はこの単位舵角区間毎の舵角値の出現回数を示している。例えば、横軸の単位舵角区間として、…［−１.５〜−１.０］、［−１.０〜−０.５］、［−０.５〜０］、［０〜０.５］、［０.５〜１.０］、［１.０〜１.５］…のように単位舵角区間を定めている。舵角値候補として、例えば１.７°の舵角値が計測されたときには、区間[１.５〜２.０]に割り当て、この区間の頻度値を１つ加算するようにしている。そして、舵角値が計測される毎に候補となる舵角区間を求め、その舵角区間の頻度値を加算していくものである。

したがって、舵角区間［１.５〜２.０］の頻度値が最大のときには、零点補正値として、舵角区間の中央値である１.７５°が求められるものである。尚、舵角値候補の平均値を継続的に求めている場合には、平均値を零点補正値として求めることができる。

次に、図７を用いて上述したヒストグラムから零点補正値を求める具体的な制御フローを説明する。

≪ステップＳ１０≫
ステップＳ１０では、舵角センサから舵角を検出する。この検出タイミングは、本実施形態では自動車が５ｍ走行する毎に実行されるものである。尚、この検出タイミングは任意であり、自動車が所定距離だけ進行する毎に検出できれば良いものである。舵角センサから舵角値が得られると次のステップＳ１１に移行する。

≪ステップＳ１１≫
ステップＳ１１では、検出された舵角値から、自動車が所定距離だけ走行した時の舵角微分値が計算される。この舵角微分値は、前回で検出された舵角値と、今回で検出された舵角値の差分を舵角微分値として用いている。舵角微分値の絶対値が所定値より大きい場合は操舵装置が操作されていると見做し、舵角微分値の絶対値が所定値より小さい場合は操舵装置が操作されていないと見做すことができる。舵角微分値が求められるとステップＳ１２に移行する。

≪ステップＳ１２≫
ステップＳ１２では、ステップＳ１１で求められた舵角微分値がほぼ「０」かどうかの判断が実行される。本実施形態では舵角微分値が±０.２５°以内のときにほぼ「０」と判断している。上述したように、舵角微分値の絶対値が所定値（±０.２５°）より大きい場合は操舵装置が操作されていると見做し、舵角微分値の絶対値が所定値（±０.２５°）より小さい場合は操舵装置が操作されていないと見做すことができる。

したがって、舵角微分値がほぼ「０」と判断された場合は、自動車が直進走行状態である、或いは自動車が一定の曲率半径で旋回走行している状態であると見做すことができる。一方、舵角微分値がほぼ「０」でないと判断された場合は、操舵装置が操作されて自動車が旋回している走行状態であると見做すことができる。

ステップＳ１２で舵角微分値がほぼ「０」で有ることが判定されると、検出された舵角値は有効であるとしてステップＳ１３に移行し、舵角微分値がほぼ「０」でないことが判定されると、検出された舵角値は無効であるとしてステップＳ１５に移行する。ここで、舵角微分値がほぼ「０」とは、絶対的な「０」ではなく、上述した通り舵角微分値の絶対値が所定の閾値よりも小さい場合を意味している。また、舵角センサから検出された舵角値をフィルタリング（平滑化）してから舵角微分値を求めてステップＳ１２の判定を実施しても良いものである。そして、舵角微分値がほぼ「０」であることが判定されるとステップＳ１３に移行する。

≪ステップＳ１３≫
ステップＳ１３では、図６で説明したように、今回で検出された舵角値がどの舵角区間に該当するかを算出する。例えば、今回の舵角値が１.７°の場合は、区間[１.５〜２.０]の舵角区間に属すると見做して割り当てている。そして、今回で検出された舵角値の舵角区間が算出されるとステップＳ１４に移行する。

≪ステップＳ１４≫
ステップＳ１４では、検出された舵角値に対応する舵角区間の出現頻度に１を加算する。このように、舵角値が検出される毎に舵角区間を求め、その舵角区間の頻度値を加算して更新していくものである。この結果、図６に示すようなヒストグラムが構築されるようになる。ステップＳ１４で出現頻度の加算が実行されるとステップＳ１５に移行する。

≪ステップＳ１５≫
ステップＳ１５では、出現頻度が最大の舵角区間を求める。このステップＳ１５では、例えば、図６に示すように、舵角区間［１.５〜２.０］に最大の頻度値が現れているので、この舵角区間を出現頻度が最大の舵角区間として求める。舵角区間が求まるとステップＳ１６に移行する。
≪ステップＳ１６≫
ステップＳ１６では、最大頻度値をとる舵角区間の中央値を零点補正値として求める。図６に示すように、舵角区間［１.５〜２.０］の頻度値が最大のときには、零点補正値として、舵角区間の中央値である１.７５°が求められるものである。零点補正値が求められるとステップＳ１７に移行する。

≪ステップＳ１７≫
ステップＳ１７では、ステップＳ１３〜ステップＳ１６で得られたヒストグラムを基に標準偏差σを求める演算を実行する。この標準偏差σは図１１に示す制御フローで求めることができるが、これについては後述する。

≪ステップＳ１８≫
ステップＳ１８では、ステップＳ１６で求められた零点補正値の信頼性を判定している。零点補正値が信頼性を有していれば、舵角センサからの実際の舵角値を補正し、零点補正値が信頼性を有していなければ、舵角センサからの実際の舵角値を補正しないで、信頼性が高まるまでヒストグラムの更新を行うものである。

信頼性の評価は、標準偏差σを用いて判定されるものであり、標準偏差σが所定の標準偏差閾値内であれば信頼性があると判断し、標準偏差σが所定の標準偏差閾値外であれば信頼性がないと判断するものである。このように、信頼性の判断を行うことにより零点補正値の正確性を向上することができる。

ステップＳ１８で、標準偏差σが標準偏差閾値以内と判断されるとステップＳ１９に移行し、標準偏差σが標準偏差閾値以外と判断されると「終了」に抜ける。

≪ステップＳ１９≫
ステップＳ１９では、今回で求められた零点補正値が前回で求められた零点補正値と同じかどうかが判断される。同じ零点補正値である時は、前回の零点補正値、或いは今回の零点補正値を用いて良いので、ステップＳ２２に移行する。この場合、今回の零点補正値と前回の零点補正値の同一性の判断は、両者が一致すると見做せる程度の誤差を含んでいても同一と判断して良いものである。

一方、零点補正値が異なっている場合は、今回の零点補正値と前回の零点補正値を用いて、最終的な零点補正値を新たに求めることが必要となる。したがって、この場合はステップＳ２０に移行して零点補正値を補正する。

≪ステップＳ２０≫
ステップＳ２０では、前回の零点補正値と今回の零点補正値をフィルタリング処理することで零点補正値を補正している。フィルタリング処理は以下に示す式によって演算されている。ここで、前回の零点補正値θｃｎ-１、今回の零点補正値θｃｎ、フィルタ係数ｋ、最終零点補正値θｃｆとすると、
θｃｆ＝θｃｎ-１＋（θｃｎ-１−θｃｎ）×ｋ
という演算で最終零点補正値θｃｆを求めている。

このように、今回の零点補正値θｃｎを最終零点補正値θｃｆに置き換えて一気に更新せずに、前回の零点補正値θｃｎ-１を徐々に更新していくことによって、最終零点補正値θｃｆが急変することを抑制している。尚、フィルタ係数ｋの値は任意であり、舵角センサの仕様に応じて適切に選択することができる。この演算が終了するとステップＳ２１に移行する。

≪ステップＳ２１≫
ステップＳ２１では、ステップＳ２０で求められた最終零点補正値θｃｆを不揮発性メモリ（フラッシュメモリや電源バックアップＲＡＭ）へ格納する。尚、この格納のタイミングは、本制御フローの中で行うことなく、電源がセルフシャットダウンされる時に行っても良いものである。

このように不揮発性メモリに最終零点補正値θｃｆを記憶しているので、自動車の電源がシャットダウンされても、最終零点補正値θｃｆは消滅されることがなくなり、次回の舵角値の補正に使用することができる。もちろん、ステップＳ２０で求められた最終零点補正値θｃｆは、最終舵角値の演算のためにＲＡＭのような作業ワークエリアに記憶され、次のステップＳ２２の演算に使用されるようになっている。

≪ステップＳ２２≫
ステップＳ２２では、舵角センサから得られた実際の舵角値を最終零点補正値で補正して真の舵角値を演算する。ここで、実際の舵角値θａｃｔ、最終零点補正値θｃｆ、最終舵角値θとすると、
θ＝θａｃｔ＋θｃｆ
という演算で最終舵角値θを求めている。この演算を実行すると「終了」に抜けてこれらの処理を終了するものである。

尚、当然のことながら、次の起動タイミングが到来する毎にステップＳ１０から一連の制御ステップが実行されるものである。

次に、本実施形態による実際の舵角値の分布状態を説明する。尚、比較を行うために、直線と円弧で結ばれた周回テストコースで自動車を走行させ、（１）自動車が５ｍだけ進行した時に、舵角センサからの舵角値をサンプリングした場合の舵角値の分布状態と、（２）本実施形態のように、自動車が５ｍだけ進行し、しかも舵角センサからの舵角値の舵角微分値が「０」の時に、舵角センサからの舵角値をサンプリングした場合の舵角値の分布状態を確認した。

図８Ａは、（１）自動車が５ｍだけ進行した時に、舵角センサからの舵角値をサンプリングした場合のヒストグラムであり、図８Ｂは、（２）自動車が５ｍだけ進行し、しかも舵角センサからの舵角値の舵角微分値が「０」の時に、舵角センサからの舵角値をサンプリングした場合のヒストグラムである。これらのヒストグラムからわかるように、本実施形態によれば、舵角値のデータ量を大きく削減でき、更に短い時間で零点補正値を求めることができるようになる。また、舵角中立点を境にして、所定の範囲でヒストグラムの舵角区間を設定すれば、この所定の範囲を超えた舵角値は記憶されないで、破棄されることになる。これによってデータ量を更に低減し、かつ零点補正値の演算負荷を低減することができる。

以上は、ヒストグラムの頻度分布を用いて零点補正値を求める実施形態を説明したが、本発明では平均値を用いて零点補正値を求めることもできる。この場合、平均値は、実施例２で用いる平均値算出演算（図１５）によって求めることができる。これについては実施例２で詳細に説明する。

図９に、最頻値と平均値のサンプリング数と零点補正値の収束状況を示している。サンプリング数が増えるにしたがって零点補正値はほぼ同じ値に向かって変動が少なくなるように収束していくことがわかる。このような事実によっても、平均値を用いて零点補正値を求めることができることがわかる。

次に図７に示す制御フローで実行されるステップＳ１７の具体的な標準偏差σの求め方について説明する。尚、ステップＳ１８では、零点補正値の信頼性を判定しているものであり、零点補正値が信頼性を有していれば、舵角センサからの実際の舵角値を零点補正値によって補正することができる。このためには標準偏差σを求めることが必要である。

標準偏差σは過去からのサンプリングデータを記憶しておく必要がなく、現時点の頻度分布から計算することができる。図１０にある通り、標準偏差σは分布中心（平均値）から分布面積が約６８．３％以上の面積が信頼できる舵角値の信頼区間となる。したがって、横軸に舵角区間、縦軸に頻度（出現回数）の分布を取り、面積が約６８．３％以上になる標準偏差σを求め、求めた標準偏差σをステップＳ１８で所定の標準偏差閾値と比較して、標準偏差σが標準偏差閾値以内のときに、零点補正を実施するようにすることができる。次に、標準偏差σを求める方法を図１１に示す制御フローに基づき説明する。

≪ステップＳ３０≫
ステップＳ３０では、全ての舵角区間の頻度の総合計値（Ｓ）を求める。例えば、図１０において、舵角区間［−１.５〜−１.０］〜舵角区間［３.５〜４.０］の頻度を加算して総合計値（Ｓ）を求めるものである。総合計値（Ｓ）が求まるとステップＳ３１に移行する。

≪ステップＳ３１≫
次にステップＳ３１では、最大頻度の舵角値（ｘ）を求め、その時の頻度値（Ｔ）を求める。最大頻度の舵角値（ｘ）は平均値として見做されており、図１０において、最大頻度の舵角値（ｘ）は舵角区間［１.５〜２.０］の中央値であり、この場合は１.７５°である。また、頻度値（Ｔ）は９である。最大頻度の舵角値（ｘ）（≒平均値）と、頻度値（Ｔ）が求まるとステップＳ３２に移行する。

≪ステップＳ３２≫
ステップＳ３２では、初期値としての標準偏差σを設定する。本実施形態では舵角区間の中央値を舵角値として見做すため、舵角区間幅の１／２を初期値として設定する。このため、標準偏差σ＝舵角区間幅／２としているので、σ=０.２５°となる。標準偏差σの初期値が設定されるとステップＳ３３に移行する。

≪ステップＳ３３≫
ステップＳ３３では、最大頻度（Ｔ）が、全ての舵角区間の頻度の総合計値（Ｓ）の６８.３％以上であるかどうかを判定する。つまり、（Ｔ/Ｓ）×１００≧６８.３の判断を行なっている。この判定は、平均値±標準偏差σの範囲にすべてのデータの６８.３％が分布しているかどうかの判定を行っている。したがって、（Ｔ/Ｓ）×１００が６８.３％より大きいとステップＳ３６に移行し、（Ｔ/Ｓ）×１００が６８.３％より小さいとステップＳ３４に移行するものである。

≪ステップＳ３４≫
ステップＳ３４では、（Ｔ/Ｓ）×１００が６８.３％より小さいため、現在設定されている標準偏差σに舵角区間幅を加算して新たな標準偏差σとする。これは標準偏差σを大きくすることによって最大頻度（Ｔ）の値を大きくするためである。新たな標準偏差σを設定するとステップＳ３５に移行する。

≪ステップＳ３５≫
ステップＳ３５では、新たな標準偏差σの設定によって最大頻度（Ｔ）の値を、（Ｘ±σ）の幅の舵角区間の頻度合計値に変更して設定する。この設定が行われると再びステップＳ３３に戻り、（Ｔ/Ｓ）×１００≧６８.３％の判断を行なう。したがって、ステップＳ３４、ステップＳ３５は、ステップＳ３３で「Ｙｅｓ」判断が行われるまで繰り返されるものである。そして、（Ｔ/Ｓ）×１００が６８.３％より大きいと判断されるとステップＳ３６に移行する。

≪ステップＳ３６≫
ステップＳ３６では、更新された標準偏差σを設定して「終了」に抜けて、これらの処理を終了するものである。このように標準偏差σは、最初の初期値である「舵角区間／２」から、「舵角区間／２＋ｎ×舵角区間」の範囲で拡大されるものである。したがって、標準偏差σをもとにヒストグラムの分布が急峻であるか、或いは緩慢であるかどうかを判定できる。

そして、急峻な方がより信頼度が高いと見做せるので、図７に示すステップＳ１８で、急峻度を所定の標準偏差閾値を設定することで定義し、所定の標準偏差閾値以内に標準偏差σが存在していると、ステップＳ１６で求めた零点補正値を用いて舵角値の零点補正を実行するようにしているものである。

尚、ヒストグラムから最頻値を求める方法以外に、頻度分布の図心（横軸の図心舵角）や、舵角値の平均値を求めて舵角値の零点補正を行うことも可能である。また、舵角センサを交換する際には、舵角センサの零点補正値を消し去る必要があり、その場合は、外部の書き換え装置から車内ネットワークを経由してクリアコマンドを伝送することで、零点補正値を消し去ることができるものである。

以上述べた通り、本実施形態においては、単位走行距離毎の舵角微分値が、自動車が直進走行していると見做される値の時に、舵角センサから舵角情報を検出し、検出された複数の舵角情報の最頻値、或いは平均値を零点補正値として求め、この求められた零点補正値で舵角センサからの実際の舵角情報を補正して正規の舵角情報としている。

これによれば、単位走行距離毎の舵角微分値が、自動車が直進走行していると見做される値の時に、舵角センサの舵角情報を取り込んで零点補正値を求めるようにしているため、処理すべきデータ量が削減されて短い時間で零点補正値を求めることができるようになる。

更に、標準偏差σが所定の標準偏差閾値以内にある時に舵角値の零点補正を行うようにしているため、正確な零点補正値で舵角値を補正することができるようになる。

以上に説明した実施例１においては、標準偏差σを用いて零点補正の演算を行うタイミング判断していたので、ヒストグラム上のデータが多く蓄積しないと零点補正する機会が得られない。これに対して、本実施例は零点補正を行う機会を早期に得るため、実施例１で求めた標準偏差σから９５％の信頼区間を求め、これを利用して零点補正を早期に行うようにしたものである。

例えば、自動車の完成後や舵角センサを交換した初期状態においては、過去に求めた零点補正値が存在しない。このため、走行距離に応じて暫定の零点補正値を更新して定める方式がある。この方式であると、暫定の零点補正値の妥当性が不明であり、妥当な零点補正値とするためには、走行距離を長くする必要がある。

このように、暫定の零点補正値といえども自動車の走行が必要となり、補正条件にあてはまるまでは、零点補正値を設定できない恐れがある。そこで暫定の零点補正値を決め易くするために、補正条件を緩めてしまうと誤補正の恐れが生じるようになる。

本実施形態では、舵角の頻度分布とその頻度分布の面積から近似的な標準偏差を求めるようにしている。そして、この標準偏差から平均値（≒最頻値）を中心として９５％信頼区間を求めることができる。求められた９５％信頼区間の幅を所定の区間幅閾値と比較して、妥当な平均値かどうかを判定することができ、妥当な平均値であると判断されると零点補正を行うようにしている。

この方式によると、自動車の完成後や舵角センサの交換後に、素早く舵角の零点補正を行なうことができる。したがって、短時間で妥当な零点補正値を求めることができるので、零点補正値を学習値として不揮発性メモリに記憶させるという動作を省略することができる。

また、一般にはセンサ交換時に、書き換え装置を用いて不揮発性メモリの学習値を消し去る必要があるが、この方式では零点補正値が記憶させておく必要がないので学習値の消去作業は不要となる効果を有している。

次に、標準偏差σを元に、母平均の９５％信頼区間の具体的な求め方を図１２に基づいて説明する。尚、変数を、ｎ:サンプル数、σ:標本の標準偏差、ｍ:標本の平均値、μ:母平均、と定義する。そして、９５％信頼区間を求める計算は以下の計算式で計算することができる。
ｍ−１.９６＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）≦μ≦ｍ＋１.９６＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）…（１）
尚、上記（１）式はサンプル数ｎが３０以上のときに使用するのが望ましい。

一方、サンプル数ｎが少ないときは、上式の係数１．９６の代わりにｔ分布の係数tαを使用するのが望ましい。図１３にｔ分布の係数tαを示している。そして、ｔ分布の９５％信頼区間を求める計算は以下の計算式で計算することができる。
ｍ−ｔα＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）≦μ≦ｍ＋ｔα＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）…（２）
本実施形態では、(１)式を利用して母平均の９５％信頼区間を求めるようにしている。例えば、舵角値の標本の標準偏差σが０.９°、サンプル数ｎが３０のとき、
｜ｍ-μ｜≦１.９６＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）≒０．３２２°
と計算される。
また、９９％信頼区間で計算すると
｜ｍ−μ｜≦２.５８＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）≒０．４２４°
と計算される。したがって、仕様となる母平均が、標本平均値ｍを中心として例えば±０.５°とすると、９５％信頼区間及び９９％信頼区間はいずれも仕様を満たしていると見做される。

本実施形態では、９５％信頼区間の方が計算しやすいので、９５％信頼区間を使用している。９５％信頼区間の演算結果が母平均閾値（例えば±０.５°）より小さい時、仕様を満たしていると判断して、標本の平均値ｍを有効とする。このように９５％信頼区間を演算して、所定の母平均閾値と比較、判定することにより、平均値ｍ（＝零点補正値）を採用してよいかどうかの判断が可能となるものである。したがって、自動車の完成後、或いは舵角センサ交換後であっても、少ない走行距離（例えば、５ｍ×３０サンプリング＝１５０ｍ）で舵角値の零点補正値を求めることができる。

次に、本実施形態の具体的な制御フローを図１４乃至図１６に基づき説明する。

≪ステップＳ４０≫
ステップＳ４０では、舵角センサから検出された舵角値の平均値を算出する。平均値の演算は図１５に示した制御フローによって求められるが、この平均値の演算については後述する。この場合も舵角センサの検出タイミングは、自動車が５ｍ走行する毎に実行されるものである。平均値が演算されるとステップＳ４１に移行する。

≪ステップＳ４１≫
ステップＳ４１では、演算された平均値に対する標準偏差σの演算を実行する。標準偏差σは図１１に示した制御フローで求めることができる。この標準偏差σを求めるのは上述した（１）式で標準偏差σを用いるからである。標準偏差σが演算されるとステップＳ４２に移行する。

≪ステップＳ４２≫
ステップＳ４２では、サンプル数が３０回を超えたかどうかを判定している。これは早期に零点補正値を求めるために設定した回数であり、少ない走行距離（例えば、５ｍ×３０サンプリング＝１５０ｍ）で舵角値の零点補正値を求めるためである。このステップＳ４２でサンプリング数ｎが３０に満たない場合は「終了」に抜けて次の起動タイミングを待つことになる。一方、サンプリング数ｎが３０を超えるとステップＳ４３に移行する。

≪ステップＳ４３≫
ステップＳ４３では、平均値に対する９５％信頼区間を計算する。この計算は上述した通り、ｍ−１.９６＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）≦μ≦ｍ＋１.９６＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）の演算を行って、母平均の９５％信頼区間を求めることができる。母平均の９５％信頼区間は図１６に示した制御フローによって求められるが、この母平均の９５％信頼区間の演算については後述する。母平均の９５％信頼区間が求まるとステップＳ４４に移行する。

≪ステップＳ４４≫
ステップＳ４４では、ステップＳ４３で求められた母平均の９５％信頼区間が所定の母平均閾値の範囲内にあるかどうかを判定している。求められた母平均の９５％信頼区間が所定の母平均閾値の範囲外と判断されると「終了」に抜けて次の起動タイミングを待ち、サンプリン数ｎを増やしてデータの信頼性を高めることになる。一方、求められた母平均の９５％信頼区間が所定の母平均閾値の範囲内と判断されると、この平均値が信頼できるものと見做してステップＳ４５に移行する。

≪ステップＳ４５≫
ステップＳ４５では、得られた平均値を零点補正値として設定する。ステップＳ４５では、実施例１と同様に、ステップＳ４４で求められた零点補正値を不揮発性メモリへ格納する。また、この格納のタイミングは、本制御フローの中で行うことなく、電源がセルフシャットダウンされる時に行っても良いものである。このように不揮発性メモリに零点補正値を記憶しているので、自動車の電源がシャットダウンされても、零点補正値は消滅されることがなくなり、次回の舵角値の補正に使用することができる。もちろん、ステップＳ４４で求められた零点補正値は、最終舵角値の演算のためにＲＡＭのような作業ワークエリアに記憶され、次のステップＳ４６の演算に使用されるようになっている。零点補正値が求められるとステップＳ４６に移行する。

≪ステップＳ４６≫
ステップＳ４６では、舵角センサから得られた実際の舵角値を最終零点補正値で補正して真の舵角値を演算する。ここで、実際の舵角値θａｃｔ、零点補正値θｍ、最終舵角値θとすると、
θ＝θａｃｔ＋θｍ
という演算で最終舵角値θを求めている。この演算を実行すると「終了」に抜けてこれらの処理を終了するものである。

次に、図１４に示す制御フローで実行されるステップＳ４０の平均値の具体的な演算方法について、図１５に示す制御フローに基づき説明する。

≪ステップＳ５０≫
ステップＳ５０では、舵角センサから舵角値を検出する。本実施形態では自動車が５ｍ走行する毎に実行されるものである。このステップＳ５０は実施例１のステップＳ１０と同じである。舵角センサから舵角値が得られると次のステップＳ５１に移行する。

≪ステップＳ５１≫
ステップＳ５１では、検出された舵角値から、自動車が所定距離だけ走行した時の舵角微分値が計算される。この舵角微分値は、前回で検出された舵角値と、今回で検出された舵角値の差分を舵角微分値として用いている。舵角微分値の絶対値が所定値より大きい場合は操舵装置が操作されていると見做し、舵角微分値の絶対値が所定値より小さい場合は操舵装置が操作されていないと見做すことができる。このステップＳ５１は実施例１のステップＳ１１と同じである。舵角微分値が求められるとステップＳ５２に移行する。

≪ステップＳ５２≫
ステップＳ１２では、ステップＳ１１で求められた舵角微分値がほぼ「０」かどうかの判断が実行される。舵角微分値の絶対値が所定値より大きい場合は操舵装置が操作されていると見做し、舵角微分値の絶対値が所定値より小さい場合は操舵装置が操作されていないと見做すことができる。

ステップＳ５２で舵角微分値がほぼ「０」で有ることが判定されると、検出された舵角値は有効であるとしてステップＳ５３に移行し、舵角微分値がほぼ「０」でないことが判定されると、検出された舵角値は無効であるとしてステップＳ５５に移行する。このステップＳ５２は実施例１のステップＳ１２と同じである．そして、舵角微分値がほぼ「０」であることが判定されるとステップＳ５３に移行する。

≪ステップＳ５３≫
ステップＳ５３では、現在までサンプリングした舵角値を順次加算して積算舵角値を求める。つまり、「積算舵角値＝前回までの積算舵角値＋今回で検出された舵角値」の演算を実行して積算舵角値を算出する。この積算舵角値が求まるとステップＳ５４に移行する。

≪ステップＳ５４≫
ステップＳ５４では、前回のサンプリング数ｎに＋１を加算して、積算舵角値から平均値を導き出すための積算サンプリング数を求める。この積算サンプリング数が求まるとステップＳ５５に移行する。

≪ステップＳ５５≫
ステップＳ５５では、ステップＳ５３で求めた積算舵角値と、ステップＳ５４で求めた積算サンプリング数から平均値ｍｐを演算する。この平均値ｍｐは、「平均値ｍｐ＝積算舵角値／積算サンプリング数」の算術平均で求めることができる。平均値ｍｐが求まるとステップＳ５６に移行する。

≪ステップＳ５６≫
ステップＳ５６では、ステップＳ５５で求めた平均値ｍｐが属する舵角区間を求め、この舵角区間の中央値を真の平均値ｍとする。このステップＳ５６で求められた平均値ｍが、図１４のステップＳ４０の制御ステップで用いられるものである。

次に、図１４に示す制御フローで実行されるステップＳ４３の平均値に対する９５％信頼区間の演算方法について、図１６に示す制御フローに基づき説明する。

９５％信頼区間の演算には、ステップＳ６０で、ｍ−１.９６＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）≦μ≦ｍ＋１.９６＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）の演算を行なえば良いものである。すなわち、図１４のステップＳ４１で求めた標準偏差σと、ステップＳ４０の平均値の算出に使用したサンプリング数ｎ（図１５のステップＳ５４で求められる）から、μ＝２＊１．９６＊σ/ｓｑｒｔ（ｎ）の演算を行なえば、母平均μの幅が求められるものである。

実施例２の方式によると、実施例1の効果に加えて、自動車の完成後や舵角センサの交換後に、素早く舵角の零点補正を行なうことができる。このため、短時間で妥当な零点補正値を求めることができるので、零点補正値を学習値として不揮発性メモリに記憶させるという動作を省略することができる。

また、一般にはセンサ交換時に、書き換え装置を用いて不揮発性メモリの学習値を消し去る必要があるが、この方式では零点補正値が記憶させておく必要がないので学習値の消去作業は不要となる効果を有している。

更に、実施例２では、補正動作を迅速にできるので、舵角値を利用した車両制御アプリケーション（車線逸脱警報機能など）の動作を許可するタイミングを早めることができる。

また、実施例１及び実施例２に共通しているが、補正が完了したかどうかを運転者に通知できるようにすることができる。この場合は、図３、図４に示す車載ネットワークを利用して自動車内の車室の通知装置（表示装置、音声報知装置等）に通知すれば良いものである。

実施例１及び実施例２は零点補正値を求める具体的な方法を示したものであるが、信頼性区間を利用して舵角センサの故障や異常を判定することができる。本実施例では実施例２で説明した９５％信頼区間の重複度合を判定して舵角センサの故障や異常を判定するものである。

すなわち、サンプリングされた舵角値が変化した際には、頻度分布の信頼区間が変わる。このため、変化前の信頼区間と、変化後の信頼区間の重複を比較し、重複する信頼区間が無い場合には、全く別の要因に基づく舵角値の変化と捉えることができる。このため、このときの舵角値の変化は有意性が有ると見做すことができる。

一方、信頼区間の重複が所定の割合で認められた場合は、同じ要因に基づく舵角値の変化ととらえることができる。このため、このときの舵角値の変化は有意性が無いと見做すことができる。

したがって、信頼区間が所定の割合で重複した場合は、舵角センサが正常な状態にあると判定し、信頼区間の重複が所定割合以下、或いは重複が無い場合は舵角センサが異常や故障を生じていると判定することができる。

尚、重複度の計算は、以下の（３）式で計算することができる。ここで、重複度：Ｍｕ、重複区間の範囲：Ｍｉｎｔ、変化前の信頼区間の範囲：Ｃｉｎｔｂ、変化後の信頼区間の範囲：Ｃｉｎｔa、すると
Ｍｕ＝Ｍｉｎｔ／(Ｃｉｎｔｂ＋Ｃｉｎｔa)×１００…（３）
となる。尚、％で表すため「×１００」としている。

例えば、時間（ｔ１）の信頼区間（ｔ１）と、所定時間経過した時間（ｔ２）の信頼区間（ｔ２）における有意性の判定方法について説明する。

（１）重複がない場合
図１７には、時刻ｔ１の時の信頼区間と、時刻ｔ２の信頼区間を示している。このとき、時刻ｔ１の信頼区間と時刻ｔ２の時の信頼区間を比較すると、重複する区間がないために、（３）式で求まる重複度は０％となる。

（２）重複がある場合
図１８には、時刻ｔ１の時の信頼区間と、時刻ｔ２の信頼区間を示している。このとき、時刻ｔ１の信頼区間と時刻ｔ２の時の信頼区間を比較すると、重複する区間が夫々の区間の半分あるために、（３）式で求まる重複度は２５％となる。

したがって、図１８にあるように信頼区間が所定の割合で重複した場合は、舵角センサが正常な状態にあると判定し、図１７にあるように重複が無い場合は舵角センサが異常や故障を生じていると判定することができる。尚、正常であるという重複度の設定は任意であるが、舵角センサの仕様等によって適切な値が選択されるものである。

また、重複度の有効性を高めるために、標準偏差σが所定の値よりも大きいときには、（３）式で算出した重複度を採用しないようにすることも可能である。これによって、舵角値のオフセット値が変化している途中の標準偏差σが大きい間は、重複度の計算値を採用しないようにすることができる。重複度の演算は常時行っても良いが、比較的長い走行距離を予め定めて、その走行距離毎に演算を行っても良いものである。

更に、この重複度の判定は、実施例１や実施例２とは別の起動タイミングで実行される制御フローで行っても良いが、例えば、図１４のステップＳ４３とステップＳ４４の間に設けて異常判断を行うことができるものである。

例えば、ステップＳ４３とステップＳ４４の間に、重複度が２５％を超えているかどうかの判定を行う制御ステップを設け、重複度が２５％を超えているとステップＳ４４に移行し、重複度が２５％を超えていないと「終了」に抜けるようにすることができる。また、「終了」に抜ける前にアラームを報知したり、エラーコードを不揮発性メモリに書き込む制御ステップを設けることもできるものである。

以上述べた通り本発明は、単位走行距離毎の舵角微分値が、自動車が直進走行していると見做される値の時に、舵角センサから舵角情報を検出し、検出された複数の舵角情報の最頻値、或いは平均値を零点補正値として求め、この求められた零点補正値で舵角センサからの実際の舵角情報を補正して正規の舵角情報とする、ところにある。

これによれば、単位走行距離毎の舵角微分値が、自動車が直進走行していると見做される値の時に、舵角センサの舵角情報を取り込んで零点補正値を求めるようにしているため、処理すべきデータ量が削減されて短い時間で零点補正値を求めることができるようになる。

尚、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…舵角情報、２０…距離情報、３０…零点補正値情報、４０…最終舵角値情報、５０…操舵装置、６０…舵角センサ、７０…車両ネットワーク、８０…コントローラ。

Claims (4)

1. 操舵装置の操舵角を検出する舵角値検出手段を備えた操舵角検出装置において、
   前記舵角値検出手段は、
   前記操舵装置の舵角値を検出する舵角情報検出部と、
   前記舵角情報検出部の前記舵角値を所定走行距離毎に取り込み、前記舵角値の舵角微分値を算出する舵角微分値算出部と、
   前記舵角微分値算出部で算出された前記舵角微分値が、自動車の直進走行状態を表している値の時に、前記舵角情報検出部からの前記舵角値を取り込んで記憶する舵角微分値判定部と、
   前記舵角微分値判定部に記憶された複数の前記舵角値から前記舵角値の平均値を求める平均値算出部と、
   前記舵角微分値判定部に記憶された複数の前記舵角値の出現頻度を基に標準偏差を求める標準偏差算出手段と、
   前記標準偏差算出手段で求められた前記標準偏差を基に母平均の９５％信頼区間を求める母平均算出手段と、
   前記母平均算出手段によって算出された前記母平均が所定の母平均閾値以内かどうかを判定する母平均判定手段と、
   前記母平均判定手段によって前記母平均が前記母平均閾値以内と判定された場合に前記平均値を用いて実際の前記舵角値を補正して正規の前記舵角値を求める最終舵角値算出部と
   から構成されていることを特徴とする操舵角検出装置。
2. 請求項１に記載の操舵角検出装置において、
   前記舵角値検出手段は、
   前記平均値を求めるためのサンプル数を計数するサンプル数計数手段を備え、
   前記サンプル数計数手段によって所定のサンプル数を計数した場合に、前記母平均算出手段による前記母平均の算出が行われることを特徴とする操舵角検出装置。
3. 操舵装置に設けられた舵角値検出手段によって舵角値を検出する操舵角検出方法において、
   前記操舵装置の舵角値を検出し、
   前記舵角値を所定走行距離毎に取り込み、前記舵角値の舵角微分値を算出し、
   前記舵角微分値が、自動車の直進走行状態を表している値の時に、前記舵角値を取り込んで記憶し、
   記憶された複数の前記舵角値から前記舵角値の平均値を求め、
   記憶された複数の前記舵角値の出現頻度を基に標準偏差を求め、
   前記標準偏差を基に母平均の９５％信頼区間を求め、
   前記母平均が所定の母平均閾値以内かどうかを判定し、
   前記母平均が前記母平均閾値以内と判定された場合に前記平均値を用いて実際の前記舵角値を補正して正規の前記舵角値を求める
   ことを特徴とする操舵角検出方法。
4. 請求項３に記載の操舵角検出方法において、
   前記平均値を求めるためのサンプル数を計数し、
   所定のサンプル数を計数した場合に、前記母平均の算出が行われることを特徴とする操舵角検出方法。

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