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JP2018034770A - 車両用制御装置 - Google Patents

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源平 中曽根
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Abstract

【課題】より的確に運転者の操作に介入する意図を判定できる車両用制御装置を提供する。【解決手段】ECU40は、偏差演算部41と、アシスト制御部60と、介入判定切替部72を有する自動操舵制御部70と、加算器42と、電流指令値演算部43と、モータ制御信号演算部44とを有している。介入判定切替部72は、カウント量演算部82、加算器83、前回カウント量出力部85、切替判定部86、および出力切替部87を有している。カウント量演算部82は、絶対値処理部81により演算された操舵トルク絶対値|Th|に基づいて、正または負のカウント量Cを演算する。加算器83は、今回演算されたカウント量Cと、前回の演算周期までに演算された前回カウント量Coの総和である総和カウント量Caを演算する。切替判定部86は総和カウント量Caがカウント量閾値Tc以上か否かに基づいて、運転者の操舵に介入する意図を判定する。【選択図】図2

Description

本発明は、車両用制御装置に関する。
車両のステアリング装置には、自動運転の一つとして、走行中に車両が車線を逸脱することを防ぐ車線逸脱防止支援システムを備えたものがある(たとえば、特許文献1)。
特許文献1には、車線逸脱防止支援システムに係る制御の実行中に、運転者のステアリングホイールの操舵状態に応じて、車線逸脱防止支援システムに係る制御を中断することが開示されている。運転者がステアリングホイールに対して付与する操舵トルクが閾値以上の場合に、運転者には操舵に介入する意図があるものとして、車線逸脱防止支援システムに係る制御を中断し、運転者が自らの意思で転舵輪を転舵させることができるようにしている。
特開2009−214680号公報
ところで、運転者がステアリングホイールを保持していると、運転者に操舵に介入する意図がなくとも、ステアリングホイールには操舵トルクが付与されてしまう。このため、操舵トルクが閾値以上か否かに基づいて運転者の操舵に介入する意図を判定する場合、運転者の操舵に介入する意図を的確に判定できないおそれがある。たとえば、運転者には操舵に介入する意図がないにも関わらず、運転者がステアリングホイールを保持することにより発生する操舵トルクによって、誤って運転者の操舵に介入する意図が判定されるおそれがある。
本発明の目的は、より的確に運転者の操作に介入する意図を判定できる車両用制御装置を提供することにある。
上記目的を達成しうる車両用制御装置は、車両の操舵機構に対する運転者の操作によって変化する操作状態量に基づき演算される制御量である第1の成分、および車両周辺環境に基づき演算される制御量である第2の成分の少なくとも一方を用いて、前記操舵機構に対して転舵輪を転舵させる動力を発生させるアクチュエータを制御する車両用制御装置において、前記操作状態量に基づいて、運転者の操作に介入する意図があったことを判定するための指標であるカウント量を演算するカウント量演算部と、前記カウント量演算部により演算された前記カウント量と、前記カウント量演算部により過去の一定の期間に演算された前記カウント量とを加算した加算値を演算する加算値演算部と、前記加算値演算部により演算された加算値がカウント量閾値以上か否かに基づいて、運転者の操作に介入する意図または介入しない意図を判定する判定部と、前記判定部により運転者の操作に介入する意図があると判定された場合には前記第2の成分を低減し、運転者の操作に介入する意図がないと判定された場合には前記第2の成分を維持する切替部とを有する。
この構成によれば、判定部は、カウント量に加えて、過去の一定の期間演算されたカウント量を加算した加算値がカウント量閾値以上か否かに基づいて運転者の操作に介入する意図を判定している。カウント量が閾値以上か否かに基づいて運転者の操作に介入する意図を判定する場合と比べて、カウント量が継続して加算されることで加算値がカウント量閾値以上になったか否かに基づいて運転者の操作に介入する意図を判定できる分、より的確に運転者の操作に介入する意図を判定することができる。
上記の車両用制御装置において、前記カウント量演算部は、前記操作状態量の絶対値が閾値以上の場合、正のカウント量を演算し、前記操作状態量の絶対値が閾値よりも小さい場合、負のカウント量を演算し、前記加算値演算部は、加算値として、演算された前記カウント量と、過去の一定の期間に演算されたカウント量の総和を演算し、前記判定部は、前記カウント量の総和が前記カウント量閾値以上の場合、運転者の操作に介入する意図があると判定し、前記カウント量の総和が前記カウント量閾値よりも小さい場合、運転者の操作に介入する意図がないと判定することが好ましい。
この構成によれば、操作状態量の絶対値が閾値よりも大きいか小さいかに基づいて、カウント量の正負が変化する。そして、カウント量の総和がカウント量閾値よりも大きくなったときに、運転者の操作に介入する意図があると判定する。この点、たとえば操舵状態量が閾値よりも大きいか否かに基づいて運転者の操作に介入する意図を判定する場合には、操作状態量がノイズなどによって1回だけ閾値よりも大きくなってしまった場合、運転者の操作に介入する意図があるものと判定されるおそれがある。これに対し、カウント量の総和がカウント量閾値よりも大きいか否かに基づいて運転者の操作に介入する意図を判定する場合には、操作状態量が継続的に閾値よりも大きいためにカウント量の総和がカウント量閾値以上のときに運転者の操作に介入する意図があるものと判定できるので、より的確に運転者の操舵に介入する意図を判定できる。
上記の車両用制御装置において、前記加算値演算部により演算される前記カウント量の総和が負になったとき、前記カウント量の総和の下限を零とするガード処理部を有していることが好ましい。
この構成によれば、カウント量の総和が負になることが抑制されるので、運転者が操作することによりカウント量の総和がカウント量閾値を超えるまでに要する時間が短くなる。このため、より迅速に運転者の操作に介入する意図を判定できる。
上記の車両用制御装置において、前記操作状態量の絶対値が閾値近傍にあるときの前記カウント量の前記操作状態量の絶対値に対する傾きは、前記操作状態量の絶対値が前記閾値近傍にないときの前記カウント量の前記操作状態量の絶対値に対する傾きよりも小さく設定されることが好ましい。
この構成によれば、操作状態量の絶対値が閾値近傍にあるときにはカウント量の操作状態量に対する傾きが小さいために値の大きなカウント量が演算されることが抑制され、操作状態量の絶対値が閾値近傍にないときにはカウント量の操作状態量に対する傾きが大きくなるためにより値の大きなカウント量が演算される。このため、運転者が大きな操作状態量となるように操作すれば、カウント量の総和がカウント量閾値を超えるのに要する時間が短縮され、より迅速に運転者の操作に介入する意図を判定できる。
上記の車両用制御装置において、前記操作状態量は、操舵輪に付与される操舵トルクであることが好ましい。
本発明の車両用制御装置によれば、より的確に運転者の操作に介入する意図を判定できる。
車両用制御装置が搭載される車両転舵システムの概略構成図。 第1実施形態の車両用制御装置における制御ブロック図。 (a)は、第1実施形態の車両用制御装置において、操舵トルクの絶対値とカウント量との関係を示すグラフ、(b),(c)は、車両用制御装置の他の実施形態において、操舵トルクの絶対値とカウント量との関係を示すグラフ。 車両用制御装置の第2実施形態の制御ブロック図。 車両用制御装置第3実施形態の制御ブロック図。 第3実施形態の車両用制御装置において、総和カウント量とゲインとの関係を示すグラフ。 車両用制御装置の第4実施形態の制御ブロック図。
<第1実施形態>
以下、車両用制御装置の第1実施形態について説明する。
図1に示すように、車両転舵システム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、ステアリングシャフト11に動力を付与するアクチュエータ3、およびアクチュエータ3を制御する車両用制御装置としてのECU(電子制御装置)40を備えている。車両転舵システム1は、たとえば操舵機構2に対して車両の進行方向を自動的に変化させる動力を付与することにより、車両が走行する車線から逸脱することを抑制する車線逸脱防止支援システムを構成している。
操舵機構2は、運転者により操作される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と、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と、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とを有している。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。ステアリングシャフト11の回転運動は、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の軸方向の往復直線運動に変換される。この往復直線運動が、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、これら転舵輪15の転舵角が変化する。
アクチュエータ3は、操舵機構2に対して付与する動力の発生源であるモータ20を有している。モータ20の回転軸21は、減速機構22を介してコラムシャフト11aに連結されている。なお、たとえばモータ20としては、3相ブラシレスモータが採用される。減速機構22は、モータ20の回転を減速し、当該減速した回転力をコラムシャフト11aに伝達する。すなわち、ステアリングシャフト11にモータ20の回転力(トルク)が動力(転舵力)として付与されることにより、左右の転舵角が変化する。
アクチュエータ3には、モータ20の駆動を制御する車両用制御装置としてのECU40(電子制御装置)がインバータ23を介して接続されている。たとえば、インバータ23は、車両のバッテリなどの電力源とモータとの間の給電経路を開閉する複数のスイッチング素子(MOS電界効果トランジスタ)により構成されている。インバータ23は、各スイッチング素子のオンオフを切り替えることによって、モータ20へ電流を供給する。
ECU40は、車両に設けられる各種のセンサの検出結果に基づいて、インバータ23の各スイッチング素子のオンオフの切り替えを制御することによって、モータ20に供給される電流量を制御する。各種のセンサとしては、たとえば舵角センサ30、トルクセンサ31、および回転角センサ32がある。たとえば、舵角センサ30およびトルクセンサ31は、コラムシャフト11aに設けられ、回転角センサ32はモータ20に設けられている。舵角センサ30は、運転者のステアリング操作に連動するコラムシャフト11aの回転角であるステアリング角θsを検出する。トルクセンサ31は、運転者のステアリング操作に伴って生じる、コラムシャフト11aにおけるトーションバー16の上側の部分とコラムシャフト11aにおけるトーションバー16の下側の部分との捩れに基づいて、ステアリングシャフト11に付与される操舵トルクTh0を検出する。回転角センサ32は、回転軸21の回転角θmを検出する。なお、ステアリング角θsと転舵輪15の舵角との間には相関関係があるため、ステアリング角θsは転舵輪15の舵角に換算可能な角度である。
また、ECU40には、車載される上位ECU50が接続されている。上位ECU50は、車両の進行方向を自動的に変化させるべく、自動操舵制御するための制御量をECU40に通知する。
上位ECU50は、車両周辺環境検出部33を通じて検出される検出値に基づいて、自動操舵制御に用いる角度指令値θs*をECU40に対して出力する。検出値は自車両周辺の環境(路面情報および障害物など)に基づいて検出される値である。本実施形態では、車両周辺環境として、たとえば道路の白線情報が用いられる。車両周辺環境検出部33は、車両に設けられるカーナビ等のGPS、その他の車載センサ(カメラ、距離センサ、ヨーレートセンサ、レーザー等)、および車路間通信を通じて得られる検出値に基づいて、角度情報θvを演算する。角度情報θvは、たとえば、道路の白線情報に対する車両の進行方向の相対的な角度である。すなわち、角度情報θvは、車両の進行方向(白線の延びる方向)に対する転舵輪15の舵角である。そのため、転舵輪15の舵角に換算可能なステアリング角θsは、車両の実際の進行方向を示す成分となる。また、角度指令値θs*は、車両の進行方向を示す成分の目標値となる。上位ECU50は、所定周期毎に角度指令値θs*を演算し、演算した角度指令値θs*をECU40に出力する。
また、ECU40は、自動操舵モードが設定されることにより自動操舵制御を行う。ECU40は、手動操舵モードが設定される(自動操舵モードが設定されない)ことにより、運転者のステアリング操舵に応じたアシスト力を付与するアシスト制御を行う。ECU40は、自動操舵制御を実行している間、運転者による自動操舵制御へのステアリング操作の介入(操舵介入)があれば、自動操舵制御を中断して、ステアリング操作を補助する制御へと移行する。また、ECU40は、アシスト制御を実行しているとき、上位ECU50が出力する角度指令値θs*を無効化する。
つぎに、ECU40の構成を詳細に説明する。なお、ECU40は、所定のサンプリング周期で各種の状態量を検出し、これらの状態量に基づきモータ制御信号を生成する。
図2に示すように、ECU40は、偏差演算部41と、アシスト制御部60と、自動操舵制御部70と、加算器42と、電流指令値演算部43と、モータ制御信号演算部44とを有している。
偏差演算部41は、上位ECU50を通じて演算された角度指令値θs*と、舵角センサ30を通じて演算されたステアリング角θsとの差である角度偏差dθを演算する。
アシスト制御部60は、アシストトルク指令値演算部61を有している。アシストトルク指令値演算部61は、トルクセンサ31から得られる操舵トルクTh0に基づいて、モータ20に発生させるべきアシストトルク(動力)に対応した電流量の目標値である第1の成分Ta1*を演算する。
自動操舵制御部70は、自動操舵トルク指令値演算部71および介入判定切替部72を有している。
自動操舵トルク指令値演算部71は、偏差演算部41から得られる角度偏差dθに基づいて、モータ20に発生させるべき自動操舵トルク(動力)に対応した電流量の目標値である第2の成分Ta2*を演算する。
介入判定切替部72は、運転者の自動操舵への介入の度合い(操舵に介入する意図)に応じて増減される第2の成分Ta2*’を演算する。介入判定切替部72は、ローパスフィルタ80(LPF)、絶対値処理部81、カウント量演算部82(補正量演算部)、加算器83、ガード処理部84、前回カウント量出力部85、切替判定部86、および出力切替部87を有している。
ローパスフィルタ80は、トルクセンサ31を通じて検出された操舵トルクTh0をローパスフィルタ処理した値であるフィルタ処理後の操舵トルクThを演算する。ローパスフィルタ処理を行うことにより、運転者のステアリング操作によって生じたものではないと考えられる操舵トルクTh0の高周波成分が低減される。
絶対値処理部81は、ローパスフィルタ処理した操舵トルクThの絶対値である操舵トルク絶対値|Th|を演算する。
カウント量演算部82は、絶対値処理部81により演算された操舵トルク絶対値|Th|に基づいて、正または負のカウント量C(補正量)を演算する。カウント量Cは、運転者の操作に介入する意図があったことを判定するための指標である。
詳しくは、図3(a)に示すように、カウント量演算部82は、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも大きい場合には正のカウント量Cを演算し、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも小さい場合には負のカウント量Cを演算する。カウント量Cは、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも大きい場合に操舵トルク絶対値|Th|の増大に伴い正の方向へ増大し、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも小さい場合に操舵トルク絶対値|Th|の減少に伴い負の方向へ増大する。また、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttの近傍(たとえば図3(a)中の領域R内)にあるときのカウント量Cの操舵トルク絶対値|Th|に対する傾き(変化の勾配)は、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttの近傍にないときのカウント量Cの操舵トルク絶対値|Th|に対する傾きよりも小さい。すなわち、カウント量Cの操舵トルク絶対値|Th|に対する傾きは、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttから離れるほど大きくなっている。操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも十分に大きいときはほぼ確実に運転者がステアリング操作をしていると考えられるためより値の大きなカウント量Cを出力し、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Tt近傍にあるときは運転者がステアリング操作したかが定かではないためにより値の小さなカウント量Cを演算するためである。これにより、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttの近傍にあるとき、運転者の意図しないステアリング操作(たとえば手の微振動など)によって、わずかに操舵トルク絶対値|Th|が変動するだけでカウント量が変動してしまうことを抑制する。
図2に示すように、加算器83(加算値演算部)は、今回の演算周期においてカウント量演算部82により演算されたカウント量Cと、前回カウント量出力部85から出力される前回カウント量Coとの総和である総和カウント量Caを演算する。総和カウント量Caは、今回の演算周期のカウント量Cが前回カウント量Coに加算されることにより増減する。カウント量Cは、運転者の自動操舵制御へ介入する度合いが大きいほど大きい値となるため、総和カウント量Caも運転者の自動操舵制御へ介入する度合いが大きいほど大きい値となる。
ガード処理部84は、加算器83により演算された総和カウント量Caが負のとき、下限の制限を行った総和カウント量Ca’を演算する。すなわち、ガード処理部84は、加算器83により演算された総和カウント量Caが負のとき、総和カウント量Caの下限を「0」とした総和カウント量Ca’を出力する。カウント量演算部82で演算されるカウント量Cは正のみならず負のものもあるため、加算器83により演算される総和カウント量Caが負になることもありうる。
前回カウント量出力部85は、ガード処理部84を通じて演算された今回の総和カウント量Ca’を次回の演算周期で用いられる前回カウント量Coとして記憶し、次回の演算周期のときに記憶されている前回カウント量Coを加算器83へ出力する。
切替判定部86(判定部)は、ガード処理部84から取り込まれた総和カウント量Ca’およびカウント量閾値Tcに基づいて、自動操舵制御中に手動操舵制御を介入させる制御に切り替える。具体的には、切替判定部86は、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Tc以上のとき、運転者の自動操舵制御への介入する度合いが大きいと判定し、出力切替部87に、自動操舵トルク指令値演算部71により演算される第2の成分Ta2*を低減する旨通知する。また、切替判定部86は、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Tcよりも小さいとき、運転者の自動操舵制御への介入する度合いは小さい(非介入の意図)と判定し、出力切替部87に、自動操舵トルク指令値演算部71により演算される第2の成分Ta2*を低減しない旨通知する。なお、カウント量閾値Tcは、自動操舵制御の実行中に介入操作があることを判定するために実験的に定められた値である。なお、総和カウント量Caが負になると、後述の切替判定部86で行われる判定のタイムラグが大きくなってしまう。この点、ガード処理部84を設けることにより、総和カウント量Caの下限が「0」となるため、切替判定部86で行われる判定がより迅速で行われるようになる。
出力切替部87は、切替判定部86から自動操舵トルク指令値演算部71により演算される第2の成分Ta2*を低減する旨の通知を受け取ったとき、第2の成分Ta2*を低減した状態で加算器42に出力する。また、出力切替部87は、切替判定部86から自動操舵トルク指令値演算部71により演算される第2の成分Ta2*を低減しない旨の通知を受け取ったとき、第2の成分Ta2*のままに維持した状態で加算器42に出力する。
加算器42は、アシスト制御部60のアシストトルク指令値演算部61により演算された第1の成分Ta1*と、自動操舵制御部70の出力切替部87により演算された第2の成分Ta2*’との総和である総和成分Ta*を演算する。
電流指令値演算部43は、加算器42により演算された総和成分Ta*に対応した電流指令値Ia*を演算する。
モータ制御信号演算部44は、電流指令値Ia*にモータ20に供給される実電流値を追従させるべく、電流指令値Ia*と実電流値との偏差に基づく電流フィードバック制御を実行することにより、インバータ23(図1参照)に出力されるモータ制御信号を生成する。
本実施形態の作用および効果を説明する。
車両転舵システム1では、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Tc以上であるか否かに基づいて、自動操舵トルク指令値演算部71により演算される第2の成分Ta2*を増減させることにより、自動操舵制御に運転者が介入できる。操舵トルク絶対値|Th|に基づいて演算されるカウント量Cを用いて、総和カウント量Ca(Ca’)を演算するため、カウント量閾値Tcの設定を自在に行うことができる。たとえば、より迅速に運転者が介入できるようにしたい場合は、カウント量閾値Tcをより小さく設定すればよいし、より正確に運転者の介入を判定したい場合は、カウント量閾値Tcをより大きく設定すればよい。また、閾値Ttについても、操舵トルク絶対値|Th|に対するカウント量Cの関係をどのようにしたいかで、自在に設定することができる。このため、カウント量閾値Tcおよび閾値Ttを決定する際の自由度を確保できる。
これに対し、比較例として、操舵トルク絶対値|Th|が閾値よりも大きいか否かに基づいて、運転者の自動操舵制御への介入の意図を判定する場合、運転者がステアリングホイール10を保持することにより自然と発生する操舵トルクを加味して閾値Ttを決定する必要がある。操舵トルク絶対値|Th|が「0」の値と、運転者がステアリングホイール10を保持することにより発生する操舵トルク絶対値|Th|との間の領域には、閾値を設定することはできない。このため、閾値を決定する際の自由度は小さくなってしまう。
また、本実施形態では、運転者の自動操舵制御への介入の度合いが弱いために、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも十分小さい場合、操舵トルク絶対値|Th|が小さくなるほど、カウント量演算部82により演算されるカウント量Cが負の方向へ向けて大きくなる。これにより、総和カウント量Ca’はカウント量閾値Tc以上となることが抑制される。
比較例として、たとえば操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも大きいか否かに基づいて、運転者の自動操舵制御への介入の意図を判定する場合、ノイズなどの影響により一度だけカウント量Cが正に大きくなったときであっても、運転者の自動操舵制御への介入の意図が強いと判定されるおそれがある。この点、本実施形態では、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Tc以上か否かに基づいて、運転者の自動操舵制御への介入の意図を判定するため、ノイズなどの影響により一度だけカウント量Cが正に大きくなったときであっても、直ちに運転者の自動操舵制御への介入の意図が強いと判定されることが抑制される。このため、より的確に運転者の自動操舵制御への介入の意図を判定できる。
また、本実施形態では、カウント量演算部82が演算するカウント量Cが継続して正の値を出力し続けることにより、総和カウント量Caがカウント量閾値Tcを超えたときに、運転者の自動操舵制御への介入の意図があると判定していた。このため、一度だけカウント量C(操舵トルク)が閾値を超えた場合に運転者の自動操舵制御への介入の意図を判定する場合と比べて、より的確に運転者の自動操舵制御への介入の意図を判定できる。
操舵トルクTh0(操舵トルク絶対値|Th|)が閾値Ttと比べてどの程度大きいか否かに基づいて、演算されるカウント量Cの値の大きさが変動する。このため、運転者の自動操舵制御への介入の度合いが強いために、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも十分大きい場合には、操舵トルク絶対値|Th|が大きくなるほど、カウント量演算部82により演算されるカウント量Cが正の方向へ向けて大きくなる。これにより、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりもわずかに大きい程度の介入の度合いの場合と比べると、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Tcよりも大きくなるのに必要な時間が短縮されるので、より迅速かつ的確に運転者の自動操舵制御への介入の度合いを判定できる。
また、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttの近傍の場合、車両の振動などにより運転者の自動操舵制御への介入の意図と関係なしに、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttを上回ったり下回ったりするおそれがある。この場合、カウント量演算部82は、正のカウント量Cと負のカウント量Cとをランダムに演算してしまう。これにより、運転者に自動操舵制御への介入の意図がないとしても、正のカウント量Cが連続した場合には、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Tcを超えてしまい、運転者に自動操舵制御への介入の意図があると誤って判定されることも考えられる。この点、本実施形態では、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttの近傍の場合のカウント量Cの操舵トルク絶対値|Th|に対する傾きは、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttの近傍にない場合のカウント量Cの操舵トルク絶対値|Th|に対する傾きよりも小さく設定されている。このため、運転者の自動操舵制御への介入の意図と関係なしに、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttを上回ったり下回ったりしたとしても、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Tcを超えるのに要する時間がより増加するので、誤って運転者の自動操舵制御への介入の意図が判定されることを抑制できる。
<第2実施形態>
以下、車両用制御装置の第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。
図4に示すように、介入判定切替部72は、さらに、ローパスフィルタ90、絶対値処理部91、カウント量補正ゲイン演算部92、および乗算部93を有している。また、ECU40は、微分器94を有している。微分器94は、トルクセンサ31を通じて検出される操舵トルクTh0を微分することにより、操舵トルク微分値dTh0を演算する。
ローパスフィルタ90は、微分器94を通じて得られる操舵トルク微分値dTh0を、ローパスフィルタ処理した値であるフィルタ処理後の操舵トルク微分値dThを演算する。ローパスフィルタ処理を行うことにより、運転者のステアリング操作によって生じたものではないと考えられる操舵トルク微分値dTh0の高周波成分が低減される。操舵トルク微分値dTh0の高周波成分を低減するのは、運転者が操作したとは考えられないほど操舵トルクTh0の変化が急激な(操舵トルク微分値dTh0が大きい)場合、運転者が操作したとは考えられないためである。
絶対値処理部91は、ローパスフィルタ処理した操舵トルク微分値dTh0の絶対値である操舵トルク微分絶対値|dTh|を演算する。
カウント量補正ゲイン演算部92は、絶対値処理部91により演算された操舵トルク微分絶対値|dTh|に基づいて、カウント量補正ゲインGdを演算する。カウント量補正ゲインGdは、カウント量演算部82により演算されるカウント量Cを補正するために演算される。具体的には、カウント量補正ゲイン演算部92は、操舵トルク微分絶対値|dTh|が操舵トルク微分閾値Td以上のとき、カウント量Cを「0」にすべく、カウント量補正ゲインGdを「0」とする。また、カウント量補正ゲイン演算部92は、操舵トルク微分絶対値|dTh|が操舵トルク微分閾値Tdよりも小さいとき、カウント量Cをそのまま出力するべく、カウント量補正ゲインGdを「1」とする。
乗算部93は、カウント量演算部82により演算されたカウント量C、およびカウント量補正ゲイン演算部92により演算されたカウント量補正ゲインGdを乗算することにより、補正カウント量C’を演算する。
加算器83は、今回の演算周期において乗算部93により演算された補正カウント量C’と、前回カウント量出力部85から出力される前回カウント量Coとの総和である総和カウント量Caを演算する。カウント量補正ゲイン演算部92により演算されるカウント量補正ゲインGdが「0」のとき、補正カウント量C’も「0」となる。このため、総和カウント量Ca’の値は変化しない。したがって、前回カウント量出力部85は、前回値を記憶した状態に保たれる。
切替判定部86は、ガード処理部84から取り込まれた総和カウント量Ca’がカウント量閾値Tc以上のとき、運転者の自動操舵制御への介入する度合いが大きいと判定し、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Tcよりも小さいとき、運転者の自動操舵制御への介入する意図は小さいと判定し、その旨示す電流切り替えフラグを生成する。
出力切替部87は、切替判定部86から電流切り替えフラグを受け取ったとき、当該電流切り替えフラグに基づいて、第2の成分Ta2*を低減あるいは維持する。
本実施形態の作用および効果を説明する。
車両が起伏の激しい路面を走行しているとき、運転者がステアリングホイール10を保持しているだけであったとしても、運転者の自動操舵制御への介入の意図と関係なしに、より値の大きな操舵トルク絶対値|Th|が生じてしまうおそれがある。すなわち、車両が起伏の激しい路面を走行することにより、車両にはより大きな振動が伝わってしまうため、大きな操舵トルク絶対値|Th|がノイズとして瞬間的に発生してしまう。そして、より値の大きな操舵トルク絶対値|Th|が発生すると、より値の大きなカウント量Cが演算されることとなり、総和カウント量Caがカウント量閾値Tcを超えやすくなる。
この点、本実施形態の車両転舵システム1では、路面の起伏の激しさなどを含む路面状況などにより変動してしまうカウント量Cを、操舵トルク微分絶対値|dTh|に基づいて演算されるカウント量補正ゲインGdに基づいて補正している。すなわち、操舵トルク微分絶対値|dTh|が操舵トルク微分閾値Td以上である場合、カウント量補正ゲインGdを「0」とすることによりカウント量Cを「0」とする。路面状況に起因して発生してしまう操舵トルクの場合、運転者の操舵によって生じる操舵トルクと比較して、急激にその値が変化するため、その微分値である操舵トルク微分値についても急激に大きくなると考えられるためである。
そして、カウント量Cが「0」とされることにより、総和カウント量Caに、路面状況に起因してノイズとして発生してしまう操舵トルクに応じて演算されるカウント量が加算されることを抑制できる。このため、より的確に運転者の自動操舵制御への介入の意図を判定できる。
なお、カウント量補正ゲイン演算部92は、操舵トルク微分絶対値|dTh|が操舵トルク微分閾値Td以上のとき、カウント量Cを低減すべく、カウント量補正ゲインGdを「1」より小さい値としてもよい。この場合、ノイズとして発生してしまう操舵トルクに対応して演算されるカウント量の影響を抑制することができる。
<第3実施形態>
以下、車両用制御装置の第3実施形態について説明する。ここでは、第2実施形態との違いを中心に説明する。
図5に示すように、介入判定切替部72は、切替判定部86に代えて、ゲイン演算部88を有している。
ゲイン演算部88は、ガード処理部84により演算された総和カウント量Ca’に応じたゲインGを演算する。具体的には、ゲイン演算部88は、総和カウント量Ca’が大きくなるのに反比例して、より値の小さいゲインGをマップ演算する。
図6に実線で示すように、一例として、総和カウント量Ca’とゲインGとの間には、総和カウント量Ca’が大きくなるにつれて、指数関数的にゲインGの値が小さくなる関係がある。
出力切替部87は、自動操舵トルク指令値演算部71により演算される第2の成分Ta2*、およびゲイン演算部88により演算されるゲインGを乗算することにより、第2の成分Ta2*’を演算する。
本実施形態の作用および効果を説明する。
ECU40では、操舵トルクTh0に応じて演算される総和カウント量Ca’に基づいてゲインGを演算したのちに、ゲインGを第2の成分Ta2*に乗算することにより、第2の成分Ta2*’を演算している。総和カウント量Ca’は自動操舵制御に介入する意図の大きさに応じて変化するため、自動操舵制御に介入する意図の大きさに応じて、第2の成分Ta2*’を変化させることができる。
<第4実施形態>
以下、車両用制御装置の第4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。
図7に示すように、自動操舵制御部70には、介入判定切替部72に代えて異常出力判定部72aが設けられている。異常出力判定部72aは、第2の成分Ta2*が異常な出力であるかどうかを判定する。異常出力判定部72aは、介入判定切替部72と同様に、ローパスフィルタ80a、絶対値処理部81a、カウント量演算部82a、加算器83a、ガード処理部84a、前回カウント量出力部85a、切替判定部86a、および出力切替部87aを有している。
ローパスフィルタ80aには、自動操舵トルク指令値演算部71を通じて演算された第2の成分Ta2*が入力される。ローパスフィルタ80aは、第2の成分Ta2*をローパスフィルタ処理することにより、制御量Tを演算する。
絶対値処理部81aは、ローパスフィルタ80aにより得られた制御量Tの絶対値である制御量絶対値|T|を演算する。
カウント量演算部82aは、絶対値処理部81aにより演算された制御量絶対値|T|に基づいて、正または負のカウント量Ctを演算する。なお、一例としては、制御量絶対値|T|とカウント量Ctとの関係は、第1実施形態における操舵トルク絶対値|Th|とカウント量Cとの関係と同様である(図3参照)。カウント量Ctは、自動操舵制御で用いられる制御量(第2の成分Ta2*)が異常な出力でないことを判定するための指標である。
加算器83aは、今回の演算周期においてカウント量演算部82aにより演算されたカウント量Ctと、前回カウント量出力部85aから出力される前回カウント量Ctoとの総和である総和カウント量Ctaを演算する。
ガード処理部84aは、総和カウント量Ctaが負のとき、総和カウント量Ctaの下限を「0」とした総和カウント量Cta’を演算する。
前回カウント量出力部85aは、ガード処理部84aを通じて演算された今回の総和カウンターCa’を次回の演算周期で用いられる前回カウント量Coとして記憶し、次回の演算周期のときに記憶されている前回カウント量Ctoを加算器83へ出力する。
切替判定部86aは、ガード処理部84aから取り込まれた総和カウント量Cta’がカウント量閾値Ttc以上のとき、異常である旨示す異常フラグを生成し、総和カウント量Cta’がカウント量閾値Ttcより小さいとき、異常フラグを生成しない(あるいは異常でない旨示すフラグを生成する)。
出力切替部87aは、切替判定部86aから異常フラグを受け取ったとき、第2の成分Ta2*の値を「0」とし出力する。このとき、たとえば第1の成分Ta1*は、そのまま総和成分Ta*として電流指令値Ia*の演算に使用される。
本実施形態の作用および効果を説明する。
ECU40では、異常出力判定部72aによって、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Ttc以上であるか否かに基づいて、自動操舵トルク指令値演算部71により演算される第2の成分Ta2*が異常な出力でないか否かを判定できる。たとえば、自動操舵制御のなかでも、緊急回避支援および横滑り防止支援などの短時間で制御出力(第2の成分Ta2*に対応する出力)が急激に変化する制御が行われることがある。これらの制御では、その制御出力が長時間継続することは考えにくい。このため、総和カウント量Ca’がカウント量閾値Ttc以上であるか否かを判定することにより、その制御出力が閾値よりも大きい状態が一定時間継続したか否かを判定することができ、緊急回避支援および横滑り防止支援などの短時間で制御出力が変化する制御の制御出力が異常な出力でないか否かを判定できる。また、制御出力が閾値以上の状況が一定時間継続した場合に、その制御出力が異常な出力である旨検出できる。これにより、たとえば、センサを介して外部から取り込まれる信号に異常が発生した場合や、車両転舵システム1内部での演算間違い等により、意図せず生成される制御出力により、誤って制御が継続されることを抑制できる。
なお、この際に設定される閾値は、制御出力に対するカウント量の関係をどのようにしたいかで自在に設定すればよい。
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。
・カウント量演算部82で演算されるカウント量Cと操舵トルク絶対値|Th|とは、図3(b)に示される関係を有していてもよい。すなわち、カウント量Cは操舵トルク絶対値|Th|の増大に伴って単純に増加する比例関係を有していてもよい。この場合、たとえば操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttのとき、カウント量Cは「0」である。
また、カウント量演算部82で演算されるカウント量Cと操舵トルク絶対値|Th|とは、図3(c)に示される関係を有していてもよい。すなわち、カウント量Cが閾値Ttよりも小さいとき、より大きな負のカウント量Cが演算されるようにしてもよい。
・カウント量Cの操舵トルク絶対値|Th|に対する関係は、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Tt以上のときと、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも小さいときとで閾値Ttを基準に対称であってもよいし、非対称であってもよい。たとえば、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Tt以上のときの、カウント量Cの操舵トルク絶対値|Th|に対する傾きを、操舵トルク絶対値|Th|が閾値Ttよりも小さいときの、カウント量Cの操舵トルク絶対値|Th|に対する傾きよりも大きくしてもよい。
・第1〜第3実施形態では、介入判定切替部72にローパスフィルタ80が設けられたが、設けなくてもよい。この場合、絶対値処理部81は、操舵トルクTh0を直接取り込んで絶対値処理を行う。また、第2および第3実施形態では、介入判定切替部72にローパスフィルタ90が設けられたが、設けなくてもよい。また、第4実施形態では、異常出力判定部72aにローパスフィルタ80aが設けられたが、設けなくてもよい。
・第1〜第3実施形態では、介入判定切替部72に絶対値処理部81が設けられたが、設けなくてもよい。この場合、カウント量演算部82は、操舵トルクThに基づいてカウント量Cを演算する。また、第2および第3実施形態では、介入判定切替部72に絶対値処理部91が設けられたが、設けなくてもよい。また、第4実施形態では、異常出力判定部72aに絶対値処理部91が設けられたが、設けなくてもよい。
・第1〜第3実施形態では、介入判定切替部72にガード処理部84が設けられたが、設けなくてもよい。この場合、総和カウント量Caは、負の値になることもあるが、運転者が自動操舵制御に介入する意図があれば、カウント量Cが正の状態が続くため、ある程度の時間が経過すれば総和カウント量Caがカウント量閾値Tcよりも大きくなる。このため、切替判定部86は、運転者に自動操舵制御に介入する意図があると判定できる。また、第4実施形態では、異常出力判定部72aにガード処理部84aが設けられたが、設けなくてもよい。
・各実施形態では、前回カウント量出力部85(85a)により前回の総和カウント量Ca’が出力されているが、これに限らない。たとえば、前回カウント量出力部85は、前回を含む過去の一定の期間に演算されたカウント量Cの総和を出力するものであってもよい。
・車両転舵システム1は、自動操舵モードの設定が指示されている間に介入操作があった場合、自動操舵制御からアシスト制御に切り替えるように構成されていてもよい。
・上位ECU50は、角度指令値θs*の代わりに角度偏差dθをECU40に出力してもよい。この場合、偏差演算部41は上位ECU50に設けられる。そして、上位ECU50は、舵角センサ30から得られるステアリング角θsおよび車両周辺環境検出部33から得られる角度情報θvに基づいて、角度偏差dθを演算する。
・各実施形態では、ECU40は舵角センサ30からステアリング角θsを取り込んだが、これに限らない。たとえば、ECU40は、回転角センサ32から得られる回転角θmに基づいて、ステアリング角θsを算出してもよい。この場合、ECU40は、回転角センサ32の回転角θmから絶対角を算出し、これに換算係数を乗算することにより、ステアリング角θsを算出できる。これにより、舵角センサ30を省略することも可能になり、部品点数およびコストを低減することができる。
・第1の成分Ta1*の演算には、少なくとも操舵トルクTh0を用いていればよいが、操舵トルクTh0に加えて車速を用いてもよいし、さらにこれら以外の要素を加えて第1の成分Ta1*を演算してもよい。また、第2の成分Ta2*の演算には、少なくとも、車両周辺環境(角度情報θv)に基づき演算される角度指令値θs*を用いていればよく、これに加えて車速などの他の要素を用いるようにしてもよい。
・第1〜第3実施形態では、介入判定切替部72は、操舵トルクTh0に基づいて運転者の操舵に介入する意図を判定したが、これに限らない。たとえば、介入判定切替部72は、ステアリング角θsに基づいて運転者の操舵に介入する意図を判定してもよいし、電流指令値Ia*(実電流値)に基づいて運転者の操舵に介入する意図を判定してもよい。
・第4実施形態では、異常出力判定部72aは、自動操舵トルク指令値演算部71により演算される第2の成分Ta2*に基づいて、第2の成分Ta2*が異常な出力であるか否かを判定したが、これに限らない。たとえば、異常出力判定部72aは、偏差演算部41により演算される角度偏差dθに基づいて、第2の成分Ta2*が異常な出力であるか否かを判定してもよい。
・第4実施形態では、総和カウント量Ca’とゲインGとは図6の実線に示される関係を有していたが、これに限らない。たとえば、総和カウント量Ca’とゲインGとは図6に2点鎖線で示されるように、総和カウント量Ca’が増加するにつれて単純にゲインGが減少する関係を有していてもよい。
・各実施形態では、車両転舵システム1は一例として車線逸脱防止支援システムを構成したが、これに限らない。たとえば、車両転舵システム1は、駐車支援システムを構成するものであってもよいし、横滑り防止装置を構成するものであってもよいし、各種の先進運転支援システムを構成するものであってもよい。
・各実施形態では、コラムシャフト11aに動力を付与するタイプの車両転舵システム1に具体化したが、これに限らない。たとえば、ラックシャフト12に動力を付与するタイプの車両転舵システム1に具体化してもよい。
・各実施形態は、ステアバイワイヤ式の操舵装置に適用してもよい。この場合、アクチュエータ3をラックシャフト12の周辺に設けるようにすればよい。
1…車両転舵システム、2…操舵機構、3…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、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、16…トーションバー、20…モータ、21…回転軸、22…減速機構、23…インバータ、30…舵角センサ、31…トルクセンサ、32…回転角センサ、33…車両周辺環境検出部、40…ECU、41…偏差演算部、42…加算器、43…電流指令値演算部、44…モータ制御信号演算部、50…上位ECU、60…アシスト制御部、61…アシストトルク指令値演算部、70…自動操舵制御部、71…自動操舵トルク指令値演算部、72…介入判定切替部、72a…異常出力判定部、80,80a…ローパスフィルタ、81,81a…絶対値処理部、82,82a…カウント量演算部、83,83a…加算器(加算値演算部)、84,84a…ガード処理部、85,85a…前回カウント量出力部、86,86a…切替判定部(判定部)、87,87a…出力切替部(切替部)、88…ゲイン演算部、90…ローパスフィルタ、91…絶対値処理部、92…カウント量補正ゲイン演算部、93…乗算部、94…微分器、C…カウント量、Ca,Ca’…総和カウント量(加算値)、Co…前回カウント量、θm…回転角、θs…ステアリング角、θv…角度情報、dθ…角度偏差、Tc…カウント量閾値、Th,Th0…操舵トルク、Tt…閾値、θs*…角度指令値、Ia*…電流指令値、Ta*…総和成分、Ta1*…第1の成分、Ta2*,Ta2*’…第2の成分。

Claims (5)

  1. 車両の操舵機構に対する運転者の操作によって変化する操作状態量に基づき演算される制御量である第1の成分、および車両周辺環境に基づき演算される制御量である第2の成分の少なくとも一方を用いて、前記操舵機構に対して転舵輪を転舵させる動力を発生させるアクチュエータを制御する車両用制御装置において、
    前記操作状態量に基づいて、運転者の操作に介入する意図があったことを判定するための指標であるカウント量を演算するカウント量演算部と、
    前記カウント量演算部により演算された前記カウント量と、前記カウント量演算部により過去の一定の期間に演算された前記カウント量とを加算した加算値を演算する加算値演算部と、
    前記加算値演算部により演算された加算値がカウント量閾値以上か否かに基づいて、運転者の操作に介入する意図または介入しない意図を判定する判定部と、
    前記判定部により運転者の操作に介入する意図があると判定された場合には前記第2の成分を低減し、運転者の操作に介入する意図がないと判定された場合には前記第2の成分を維持する切替部とを有する車両用制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両用制御装置において、
    前記カウント量演算部は、前記操作状態量の絶対値が閾値以上の場合、正のカウント量を演算し、前記操作状態量の絶対値が閾値よりも小さい場合、負のカウント量を演算し、
    前記加算値演算部は、加算値として、演算された前記カウント量と、過去の一定の期間に演算されたカウント量の総和を演算し、
    前記判定部は、前記カウント量の総和が前記カウント量閾値以上の場合、運転者の操作に介入する意図があると判定し、前記カウント量の総和が前記カウント量閾値よりも小さい場合、運転者の操作に介入する意図がないと判定する車両用制御装置。
  3. 請求項2に記載の車両用制御装置において、
    前記加算値演算部により演算される前記カウント量の総和が負になったとき、前記カウント量の総和の下限を零とするガード処理部を有している車両用制御装置。
  4. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の車両用制御装置において、
    前記操作状態量の絶対値が閾値近傍にあるときの前記カウント量の前記操作状態量の絶対値に対する傾きは、前記操作状態量の絶対値が前記閾値近傍にないときの前記カウント量の前記操作状態量の絶対値に対する傾きよりも小さく設定される車両用制御装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の車両用制御装置において、
    前記操作状態量は、操舵輪に付与される操舵トルクである車両用制御装置。
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