轉向控制裝置、轉向控制系統、轉向控制方法及轉向控制程序與流程

2023-09-20 01:25:00

本發明涉及在線控轉向技術中控制方向盤的轉向控制裝置、轉向控制系統、轉向控制方法及轉向控制程序。

背景技術：

現在已開發了將方向盤和車輪在機械方面分離的線控轉向技術(SBW：Steer-By-Wire)。線控轉向不需要方向盤和車輪之間的機械接合，而根據與駕駛員的方向盤操作對應的電信號使馬達工作來控制車輪的朝向。線控轉向能夠在不平坦的路面上等使車輪持續保持駕駛員所指示的角度而無需握持方向盤。但是，由於方向盤和車輪沒有機械連接，因而從地面傳遞的與車輛的速度和/或車輪的角度對應的力不會傳遞到方向盤，使駕駛員產生不協調感而不易操作。因此，有根據車輛的速度等行駛狀態的信息對方向盤附加虛擬的力的技術(例如，專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2012－232676號公報

技術實現要素：

發明要解決的問題

另一方面，近年來開發了緊急轉向規避支持系統(Autonomous Emergency Steering System，自動應急操控系統)。緊急轉向規避支持系統是例如當在車輛的前方突然出現障礙物的情況下自動控制車輛的行駛方向來避免衝突的系統。將這樣的在自動控制車輛行駛方向的情況下與駕駛員的轉向操作無關地控制車輛行駛方向的模式稱為強制自動轉向模式。強制自動轉向模式被強制應用，與駕駛員的操作無關。

在如專利文獻1所記載的轉向控制裝置那樣使用線控轉向技術的車輛中，方向盤和車輪未進行機械連接，而以虛擬的方式向方向盤傳遞力，因而在與應用手動控制車輛的行駛方向的模式(以下，稱為手動轉向模式)同樣地對方向盤附加力時，駕駛員不能注意到已進入強制自動轉向模式。

本發明正是鑑於上述問題而完成的，其目的在於，通過方向盤通知駕駛員已應用了強制自動轉向模式的情況。

用於解決問題的手段

本發明的轉向控制裝置具有與方向盤狀態量對應地控制交通工具的行駛方向的手動轉向模式、和自動控制所述行駛方向的強制自動轉向模式，所述方向盤狀態量表示設於所述交通工具中的方向盤的操作量，所述轉向控制裝置按照所述手動轉向模式或者所述強制自動轉向模式控制附加給所述方向盤的方向盤控制量，其特徵在於，所述轉向控制裝置具有：轉向模式選擇單元，其切換所述手動轉向模式和所述強制自動轉向模式；以及方向盤控制量計算單元，其在通過所述轉向模式選擇單元選擇了所述手動轉向模式的情況下，根據表示所述交通工具的行駛狀態的信息，計算附加給所述方向盤的方向盤控制量，在通過所述轉向模式選擇單元選擇了所述強制自動轉向模式的情況下，根據表示所述行駛狀態的信息，計算與在所述手動轉向模式時計算出的方向盤控制量不同大小的方向盤控制量。

本發明的轉向控制系統具有設於交通工具中的方向盤、轉向控制單元和方向盤控制量附加單元，所述轉向控制單元具有與表示所述方向盤的操作量的方向盤狀態量對應地控制所述交通工具的行駛方向的手動轉向模式、和自動控制該行駛方向的強制自動轉向模式，所述轉向控制單元按照所述手動轉向模式或者所述強制自動轉向模式計算附加給所述方向盤的方向盤控制量，所述方向盤控制量附加單元根據在所述轉向控制單元計算出的方向盤控制量，對所述方向盤附加方向盤控制量，其特徵在於，所述轉向控制單元具有：轉向模式選擇單元，其切換所述手動轉向模式和所述強制自動轉向模式；以及方向盤控制量計算單元，其在通過所述轉向模式選擇單元選擇了所述手動轉向模式的情況下，根據表示所述交通工具的行駛狀態的信息，計算附加給所述方向盤的方向盤控制量，在通過所述轉向模式選擇單元選擇了所述強制自動轉向模式的情況下，根據表示所述行駛狀態的信息，計算與在所述手動轉向模式時計算出的方向盤控制量不同大小的方向盤控制量。

本發明的轉向控制方法的特徵在於，該轉向控制方法包括：轉向模式選擇步驟，選擇與方向盤狀態量對應地控制交通工具的行駛方向的手動轉向模式、和自動控制所述行駛方向的強制自動轉向模式，所述方向盤狀態量表示設於所述交通工具中的方向盤的操作量；方向盤控制量計算步驟，在通過所述轉向模式選擇步驟選擇了所述手動轉向模式的情況下，根據表示所述交通工具的行駛狀態的信息，計算附加給所述方向盤的方向盤控制量，在通過所述轉向模式選擇步驟選擇了所述強制自動轉向模式的情況下，根據表示所述行駛狀態的信息，計算與在所述手動轉向模式時計算出的方向盤控制量不同大小的方向盤控制量；以及方向盤控制量附加步驟，根據在所述方向盤控制量計算步驟計算出的方向盤控制量，控制對所述方向盤附加方向盤控制量的方向盤控制量附加單元。

本發明的轉向控制程序的特徵在於，該轉向控制程序使計算機執行以下步驟：轉向模式選擇步驟，選擇與方向盤狀態量對應地控制交通工具的行駛方向的手動轉向模式、和自動控制所述行駛方向的強制自動轉向模式，所述方向盤狀態量表示設於所述交通工具中的方向盤的操作量；方向盤控制量計算步驟，在通過所述轉向模式選擇步驟選擇了所述手動轉向模式的情況下，根據表示所述交通工具的行駛狀態的信息計算附加給所述方向盤的方向盤控制量，在通過所述轉向模式選擇步驟選擇了所述強制自動轉向模式的情況下，根據表示所述行駛狀態的信息計算與在所述手動轉向模式時計算出的方向盤控制量不同大小的方向盤控制量；以及方向盤控制量附加步驟，根據在所述方向盤控制量計算步驟計算出的方向盤控制量，控制對所述方向盤附加方向盤控制量的方向盤控制量附加單元。

發明效果

根據本發明，當在交通工具的行駛中切換為強制自動轉向模式的情況下，對方向盤附加與在手動轉向模式下附加的方向盤控制量不同大小的方向盤控制量，因而能夠通過方向盤使駕駛員意識到已切換為強制自動轉向模式的情況。

附圖說明

圖1是實施方式1的轉向控制系統的結構圖。

圖2是實施方式1的轉向控制系統中使用的方向盤的示例。

圖3是實施方式1的轉向控制裝置的結構圖。

圖4是實施方式1的手動轉向模式時的行駛方向量和方向盤狀態量的對應關係的示例。

圖5是用於說明方向盤狀態量再設定單元的動作的圖。

圖6是實施方式1的轉向控制系統的動作流程圖。

圖7是對實施方式2的轉向控制系統的動作進行說明的圖。

圖8是對實施方式3的轉向控制系統的效果進行說明的圖。

具體實施方式

實施方式1

下面，使用圖1～圖6說明實施方式1的轉向控制系統。圖1是實施方式1的轉向控制系統的結構圖。實施方式1的轉向控制系統由方向盤1、方向盤狀態量檢測單元2、方向盤控制量附加單元3、行駛方向控制單元4、外部信息取得單元5、車速檢測單元6a、加速度檢測單元6b、行駛方向檢測單元7及轉向控制裝置8(轉向控制單元8)構成。

方向盤1是輸入行駛方向的接口，通過由駕駛員進行操作能夠控制後述的行駛方向控制單元4。另外，方向盤1不限於汽車的方向盤。圖2是實施方式1的轉向控制系統中使用的方向盤的示例。方向盤1既可以是如圖2的(a)所示的普通的汽車的轉向輪，也可以是如圖2的(b)所示的船的舵，還可以是如圖2的(c)所示形狀的裝置。並且，方向盤1不限於這些，也可以是如圖2的(d)～(f)那樣的杆形狀及移動部件形狀的裝置。即，方向盤1隻要是能夠以旋轉量或者移動量等操作量表示駕駛員期望的行駛方向的裝置即可，其形狀及造型不限於圖2記載的樣式。在以下的說明中，以車輛為例進行說明，但本發明的轉向控制系統也能夠應用於船舶、飛機等，只要是控制行駛方向的交通工具即可。

方向盤狀態量檢測單元2是檢測由駕駛員操作的方向盤1的方向盤狀態量的單元。方向盤狀態量是表示方向盤1的操作量的信息。例如，在本實施方式的轉向控制系統搭載於汽車的情況下，如圖2的(a)所示，方向盤狀態量用信息θ[rad]表示，在該信息θ[rad]中設表示直行的方向盤狀態(中立的位置)為0，設右轉為正向。另外，在是如圖(e)(f)那樣的方向盤的情況下，用從中立的位置向右的移動距離θ[m]表示。

方向盤控制量附加單元3是依照來自後述的轉向控制裝置8的信號對方向盤1附加方向盤控制量的單元。方向盤控制量是為控制方向盤而附加的力或者轉矩。例如馬達或者如下的摩擦單元(未圖示)等相當於方向盤控制量附加單元3，該摩擦單元通過夾持與方向盤1連接的軸(未圖示)產生摩擦由此產生方向盤控制量。用來自轉向控制裝置8的信號表示的方向盤控制量是為控制方向盤而附加的力或者轉矩，但如果是摩擦單元(未圖示)則用正的值表示，如果是馬達，則按照旋轉方向表示為正負的轉矩。在是如圖2的(a)～(d)所示的旋轉式方向盤的情況下，成為以朝向遠離駕駛員的方向的矢量為軸向右旋轉的方向盤控制量為正、以朝向遠離駕駛員的方向的矢量為軸向左旋轉的方向盤控制量為負的方向盤控制量，如果是圖2的(e)(f)所示那樣的可以在左右方向上移動的方向盤，則能夠將從駕駛員觀察時附加於右側的方向盤控制量表示為正，將附加於左側的方向盤控制量表示為負。方向盤控制量附加單元3根據上述的方向盤控制量的信息對方向盤1附加方向盤控制量。另外，方向盤控制量只要能夠識別方向盤控制量附加單元3附加給方向盤1的方向盤控制量，則怎樣定義都可以。

行駛方向控制單元4是控制車輛的行駛方向的單元。並且，行駛方向控制單元4由馬達41、軸42、臂43及車輪44構成。馬達41根據來自轉向控制裝置8的信號進行驅動，在軸42的軸向上驅動該軸42。並且，車輪44經由臂43和軸42而連接，根據軸42的位移向左右改變朝向。

外部信息取得單元5是檢測車輛距周圍物體的距離、路面狀態等作為外部信息的單元。例如，由電波式測距裝置(Radio Detecting and Ranging或Radar)、光學式測距裝置(Light Detection and Ranging或LIDAR)、聲波式測距裝置(Sound Navigation and Ranging或SONAR)等測量的距周圍物體的距離的信息、或者攝像機等攝像單元拍攝的圖像信息，屬於該外部信息。另外，外部信息取得單元5也可以並用上述裝置中的多種裝置。

車速檢測單元6a是測定車輛的對地速度的單元。例如，在速度表的速度計測中使用的轉速傳感器等屬於車速檢測單元。

加速度檢測單元6b是檢測車輛的前後方向及上下方向的加速度的傳感器。

行駛方向檢測單元7是檢測由行駛方向控制單元4控制的車輛的行駛方向量的單元。在此，行駛方向量是表示由行駛方向控制單元4控制的行駛方向的變化量的信息。例如，行駛方向量是指設汽車直行時的前輪的狀態為0且右轉為正的前輪的朝向的旋轉量。

轉向控制裝置8根據從方向盤狀態量檢測單元2取得的方向盤狀態量，控制行駛方向控制單元4而變更車輛的行駛方向。並且，轉向控制裝置8根據車輛的車速、加速度、行駛方向量及方向盤狀態量等信息，控制方向盤控制量附加單元3而對方向盤1附加方向盤控制量。另外，在以下的說明中，將包括車輛的車速、加速度、行駛方向量及方向盤狀態量中的至少一項的信息統稱為行駛狀態信息。下面，使用圖3詳細說明轉向控制裝置8的結構。圖3是實施方式1的轉向控制裝置的結構圖。另外，轉向控制裝置8能夠通過利用銅線進行的電氣通信、利用光纖進行的光通信、利用天線進行的無線通信等，從各個單元取得信息，但也可以使用通過齒輪等進行機械方式的連接來計測部件的旋轉量和/或推移量的單元取得信息。

轉向控制裝置8具有轉向模式選擇單元81、行駛方向決定單元82、方向盤控制量計算單元83、偏離量計算單元84及方向盤狀態量再設定單元85。另外，圖3所示的轉向模式選擇單元81、行駛方向決定單元82、方向盤控制量計算單元83、偏離量計算單元84及方向盤狀態量再設定單元85的功能，既可以由硬體實現，也可以通過使計算機執行規定的程序來實現。

轉向模式選擇單元81是切換手動轉向模式和強制自動轉向模式的單元。手動轉向模式是對應於駕駛員對方向盤1的操作而控制行駛方向控制單元4的模式。另外，強制自動轉向模式是與駕駛員對方向盤1的操作無關地，自動控制行駛方向控制單元4的模式。關於手動轉向模式和強制自動轉向模式的切換的判定，可以考慮各種方式。作為切換判定的一例，轉向模式選擇單元81在車輛行駛中從外部信息取得單元5接收表示距周圍的障礙物的距離的外部信息，在判定為障礙物處於根據當前的車速和行駛方向量不能避開的距離中的情況下，從手動轉向模式切換為強制自動轉向模式。並且，當在從強制自動轉向模式向手動轉向模式的切換的判定中，例如通過後述的偏離量計算單元84判定為方向盤狀態量與行駛方向量取得了對應的情況下，從強制自動轉向模式切換為手動轉向模式。轉向模式選擇單元81在切換了轉向模式的情況下，將表示手動轉向模式或者強制自動轉向模式的轉向模式信息輸出給後述的行駛方向決定單元82及方向盤控制量計算單元83。根據轉向模式選擇單元81選擇手動轉向模式還是選擇強制自動轉向模式，後述的行駛方向決定單元82及方向盤控制量計算單元83的動作變化。

行駛方向決定單元82在手動轉向模式下，從方向盤狀態量檢測單元2取得方向盤狀態量，控制行駛方向控制單元4使車輛向對應的行駛方向前進。具體而言，在行駛方向決定單元82中，行駛方向量與方向盤狀態量之間的對應關係已被程序化，行駛方向決定單元82通過從方向盤狀態量檢測單元2取得方向盤狀態量的信息，能夠決定行駛方向控制單元4的行駛方向量。因此，駕駛員通過操作方向盤1使方向盤狀態量變化，能夠決定行駛方向。圖4是實施方式1的手動轉向模式時的行駛方向量與方向盤狀態量之間的對應關係的示例。圖4的(a)是方向盤狀態量與行駛方向量之間的對應關係的一例。如果設方向盤狀態量為θ、行駛方向量為φ，則θ＝f1(φ)、φ＝f1-1(θ)的關係成立。圖4的(b)是方向盤狀態量與行駛方向量之間的對應關係取決於其它參數(此處指從車速檢測單元6a得到的對地速度)而決定的情況的一例，如果設方向盤狀態量為θ、行駛方向量為φ、對地速度為v，則θ＝f2(φ，v)、φ＝f3(θ，v)的關係成立。其中，f1、f2、f3表示函數，-1表示反函數。即，行駛方向決定單元82如果從方向盤狀態量檢測單元2取得方向盤狀態量θ，則能夠決定行駛方向量φ。另外，反之，如果從行駛方向取得單元7取得行駛方向量φ，也能夠求出對應的方向盤狀態量θ。在本實施方式中，行駛方向決定單元82也可以使用取決於方向盤狀態量θ及行駛方向量φ之間的對應關係的其它n個參數。如果將這n個參數分別設為ρ1、ρ2、…、ρn，則θ＝F1(φ，ρ1，ρ2，…，ρn)、φ＝F2(θ，ρ1，ρ2，…，ρn)的關係成立。其中，F1表示根據行駛方向量計算方向盤狀態量的函數，F2表示根據方向盤狀態量計算行駛方向量的函數。例如，關於各個參數可以舉出由加速度檢測單元6b檢測出的車輛的前後方向的加速度、車輛的上下方向的加速度、或者從方向盤狀態量檢測單元2得到的方向盤狀態量等行駛狀態信息。

另一方面，行駛方向決定單元82在強制自動轉向模式下，根據從外部信息取得單元5取得的外部信息、由車速檢測單元6a檢測出的車速、或者從行駛方向控制單元4取得的行駛方向量等的行駛狀態信息，控制行駛方向控制單元4。即，在車輛行駛中，掌握距周圍的障礙物的距離並自動控制行駛方向控制單元4使得不發生碰撞。

方向盤控制量計算單元83在手動轉向模式及強制自動轉向模式下，根據行駛狀態信息決定附加給方向盤1的方向盤控制量。在手動轉向模式下，方向盤控制量計算單元83的方向盤控制量計算方法有各種方法，作為一例，方向盤控制量計算單元83從方向盤狀態量檢測單元2取得方向盤狀態量、從車速檢測單元6a取得有關車速的信息，作為行駛狀態信息，根據預先設定的對應關係，決定附加給方向盤1的方向盤控制量。該方向盤狀態量和車速以及方向盤控制量之間的關係，例如設為在方向盤狀態量越大、車速越小時，方向盤控制量越大的關係。但是，方向盤狀態量和車速以及方向盤控制量之間的關係不限於該例，只要設計者在方向盤控制量計算單元83中預先存儲某種關係即可。另外，方向盤控制量計算單元83的方向盤控制量計算方法不限於與方向盤狀態量和車速對應的方法，也可以與從車輛的偏航率檢測單元(未圖示)及加速度檢測單元6b等取得的值對應地決定方向盤控制量。方向盤控制量計算單元83將所決定的方向盤控制量的信息作為方向盤控制量信息輸出給方向盤控制量附加單元3。另外，方向盤控制量附加單元3從內部或者外部的電池(未圖示)接收與方向盤控制量信息對應的驅動電流，對方向盤1附加方向盤控制量。如上所述，方向盤控制量計算單元83在手動轉向模式時根據行駛狀態信息決定方向盤控制量，將此時決定的方向盤控制量設為τ0[Nm]。該方向盤控制量τ0是根據車輛的行駛狀態而變化的變量。

另一方面，在強制自動轉向模式下，方向盤控制量計算單元83計算與根據手動轉向模式下的方向盤控制量的計算方法計算出的方向盤控制量不同的方向盤控制量，使方向盤控制量附加單元3進行附加。在本實施方式中，方向盤控制量計算單元83計算出在手動轉向模式下計算出的方向盤控制量τ0的2倍的方向盤控制量2τ0，並使方向盤控制量附加單元3對方向盤1附加方向盤控制量。即，方向盤控制量計算單元83計算的方向盤控制量是以如下方式計算的：在手動轉向模式和強制自動轉向模式下車輛是相同行駛狀態且接收到相同的行駛狀態信息的情況下，使強制自動轉向模式的方向盤控制量成為手動轉向模式的方向盤控制量的2倍。通過這樣構成，駕駛員在從手動轉向模式切換為強制自動轉向模式時，能夠感覺到方向盤1的方向盤控制量的變化，通過方向盤1認識到已切換為強制自動轉向模式的情況。在本實施方式中，方向盤控制量計算單元83在強制自動轉向模式下，使方向盤控制量附加單元3附加手動轉向模式計算出的方向盤控制量τ0的2倍的方向盤控制量，但也可以是附加手動轉向模式計算出的方向盤控制量τ0的1/2的方向盤控制量。即使是這樣構成時，駕駛員在從手動轉向模式切換為強制自動轉向模式時，也能夠感覺到方向盤1的方向盤控制量的變化，通過方向盤1認識到已切換為強制自動轉向模式的情況。並且，在本實施方式中，在強制自動轉向模式下，只要能夠對方向盤1附加比手動轉向模式計算出的方向盤控制量τ0大或者小的方向盤控制量即可，也能夠施加無限小的方向盤控制量例如0.01τ0或者鎖定方向盤等。

偏離量計算單元84計算方向盤狀態量和行駛方向量有無偏離及偏離量。具體而言，已經敘述了在手動轉向模式下方向盤1的方向盤狀態量與行駛方向控制單元4的行駛方向量之間具有對應的關係，而在強制自動轉向模式時，行駛方向控制單元4的行駛方向量是與駕駛員的方向盤操作無關地決定的，因而不會成為如圖4所示的方向盤狀態量與行駛方向量之間的關係，方向盤狀態量與行駛方向量可能產生偏離。將該偏離的大小定義為偏離量。偏離量計算單元84計算與行駛方向檢測單元7檢測出的行駛方向量對應的方向盤狀態量、與方向盤狀態量檢測單元2取得的方向盤狀態量的偏離及偏離量，判斷有無偏離。

例如，在手動轉向模式時具有如圖4的(a)所示的方向盤狀態量θ與行駛方向量φ之間的對應關係的情況下，方向盤狀態量為θ＝f1(φ)，要計算的偏離δ及有無偏離d能夠表示為δ＝θ-f1(φ)、d＝1(|δ|≥ε)、d＝0(|δ|<ε)。其中，ε是用於根據偏離δ判定有無偏離d的閾值。關於有無偏離d，1表示有偏離，0表示沒有偏離。並且，偏離量計算單元84將有無偏離的信息輸出給轉向模式選擇單元81。由此，轉向模式選擇單元81能夠從偏離量計算單元84取得無偏離的信息，而從強制自動轉向模式切換為手動轉向模式。另外，偏離δ定義為「δ＝θ-f1(φ)」(φ：行駛方向量，θ：方向盤狀態量)，但只要能夠定量地表達偏離的程度，則可以任意定義，例如也可以將偏離δ定義為δ＝f1(φ)-θ。

方向盤狀態量再設定單元85是在強制自動轉向模式時重新設定方向盤狀態量檢測單元2的方向盤狀態量的單元。圖5是用於說明方向盤狀態量再設定單元的動作的圖。例如，圖5所示的方向盤1的方向盤狀態量是每2π[rad](360°)呈現相同的外觀。在將本實施方式的轉向控制裝置8用於搭載了這樣的方向盤1的車輛中的情況下，即使是方向盤狀態量不同的情況時，也存在方向盤1的外觀相同的情況。方向盤狀態量再設定單元85在轉向控制裝置8受到的方向盤狀態量呈相同的外觀的情況下、即在圖5的(b)的例子中方向盤旋轉了2π[rad]+θ的情況下，呈現與圖5的(a)相同的外觀，因而將在轉向控制裝置8內部的存儲單元(未圖示)中存儲的方向盤狀態量重新設定為θ。轉向控制裝置8根據重新設定的方向盤狀態量進行方向盤控制量的計算。另外，方向盤狀態量再設定單元85也能夠應用於圖2的(b)所示的方向盤1，該方向盤是每π/4[rad]呈現相同的外觀。這樣，只要是旋轉式的方向盤、且通過旋轉以特定的周期呈現相同外觀的方向盤1，就能夠應用方向盤狀態量再設定單元85的再設定。並且，方向盤狀態量再設定單元85設於轉向控制裝置8內，對從方向盤狀態量檢測單元2接收到的方向盤狀態量進行再設定，但也可以構成為設於方向盤狀態量檢測單元2內，對由方向盤狀態量檢測單元2檢測出的方向盤狀態量進行再設定。另外，在本實施方式中，方向盤狀態量的再設定根據需要應用即可，並不一定必須應用。

下面，使用圖6說明實施方式1的轉向控制系統的動作(實施方式1的程序的處理步驟)。圖6是實施方式1的轉向控制系統的動作流程圖。在以下的說明中，使用將強制自動轉向模式時的方向盤控制量設為手動轉向控制模式時的2倍的示例進行說明。

在ST1中，轉向模式選擇單元81以規定的時間間隔，從外部信息取得單元5取得外部信息、從車速檢測單元6a取得車速的信息、從方向盤狀態量檢測單元2取得方向盤狀態量，判定障礙物是否處於根據當前的車速和行駛方向量不能避開的距離內，在判定為不能避開障礙物時執行ST2的處理。另一方面，轉向模式選擇單元81在判定為能夠避開障礙物時執行ST7的處理。

在ST2中，轉向模式選擇單元81在判定為不能避開障礙物的情況下，將表示切換為強制自動轉向模式的轉向模式信息輸出給行駛方向決定單元82及方向盤控制量計算單元83。

在ST3中，行駛方向決定單元82取得表示強制自動轉向模式的轉向模式信息，自動控制車輛的行駛方向。具體而言，使用表示車輛的行駛狀態的車速、加速度、行駛方向量等行駛狀態信息，決定行駛方向，並作為行駛方向信息輸出給行駛方向控制單元4。行駛方向控制單元4根據行駛方向信息使馬達41驅動，而控制車輪44的朝向。

在ST4中，轉向控制裝置8在自動控制車輛的行駛方向的期間中，對方向盤1附加方向盤控制量。具體而言，從轉向模式選擇單元81取得了表示強制自動轉向模式的轉向模式信息的方向盤控制量計算單元83，使用表示車輛的行駛狀態的車速、加速度、行駛方向量、及方向盤狀態量等行駛狀態信息，計算手動轉向模式時的方向盤控制量τ0，再計算該值的2倍的方向盤控制量2τ0。另外，方向盤控制量等行駛狀態信息被暫時存儲在轉向控制裝置8內的存儲單元(未圖示)中。

在ST5中，方向盤控制量計算單元83將表示方向盤控制量2τ0的方向盤控制量信息輸出給方向盤控制量附加單元3。方向盤控制量附加單元3根據方向盤控制量信息對方向盤1附加方向盤控制量2τ0。

在ST6中，偏離量計算單元84根據從行駛方向檢測單元7得到的行駛方向量和從方向盤狀態量檢測單元2得到的方向盤狀態量，計算有無偏離。在偏離量計算單元84判定為有偏離的情況下，轉向控制裝置8返回到ST2的動作。另一方面，在偏離量計算單元84判定為沒有偏離的情況下，轉向控制裝置8執行ST7的動作。

在ST7中，轉向模式選擇單元81將表示手動轉向模式的轉向模式信息輸出給行駛方向決定單元82及方向盤控制量計算單元83。

在ST8中，行駛方向決定單元82從方向盤狀態量檢測單元2取得方向盤狀態量，根據如圖4所示那樣的對應關係確定行駛方向量。並且，將確定出的行駛方向量輸出給行駛方向控制單元4，使控制行駛方向量。另一方面，方向盤控制量計算單元83根據行駛狀態信息，計算方向盤控制量τ0，並作為方向盤控制量信息輸出給方向盤控制量附加單元3。方向盤控制量附加單元3根據方向盤控制量信息對方向盤1附加方向盤控制量τ0。轉向控制裝置8在以上的操作結束後返回到ST1，再次進行轉向模式的選擇。

如上所述，實施方式1的轉向控制系統當在交通工具的行駛過程中切換為強制自動轉向模式的情況下，對方向盤1附加與在手動轉向模式時附加的方向盤控制量不同大小的方向盤控制量，因而能夠使駕駛員通過方向盤意識到已切換為強制自動轉向模式的情況。

另外，在本實施方式的說明中，示出了方向盤控制量計算單元83在強制自動轉向模式下使按照手動轉向模式計算的方向盤控制量τ0成為2倍、1/2倍、0.01倍等的例子，但不限於此，只要將方向盤控制量設為與手動轉向模式時不同的量，使駕駛員能夠意識到已從手動轉向模式切換為強制自動轉向模式，則不限於這些數值。這對於以下的實施方式也一樣。

在本實施方式的說明中，轉向控制裝置8在偏離量計算單元84判定為沒有偏離的情況下，從強制自動轉向模式切換為手動轉向模式，但不限於此，也可以構成為，駕駛員按下設於車輛內的用於解除強制自動轉向模式的開關，由此從強制自動轉向模式切換為手動轉向模式，或者還可以構成為，在駕駛員進行了預先設定的方向盤操作的情況下，從強制自動轉向模式切換為手動轉向模式。另外，作為從強制自動轉向模式切換為手動轉向模式的條件，除偏離量計算單元84判定為沒有偏離以外，也能夠將被判定為將來會發生衝突的障礙物距車輛有規定距離以上的距離或者不再識別到該障礙物，作為另一個條件。在該示例的情況下，轉向模式選擇單元81根據來自外部信息取得單元5的外部信息，在判定為被判定為將來會發生衝突的障礙物距車輛有規定距離以上的距離、或者不再識別到該障礙物的情況下，選擇手動轉向模式。

另外，還可以考慮在強制自動轉向模式以外還存在多個轉向模式的情況。例如，作為上述強制自動轉向模式以外的轉向模式有任意自動轉向模式。任意自動轉向模式是如下這樣的轉向模式：通過外部信息取得單元5檢測車輛周圍的物體的位置、路面的狀態，計算使車輛避開物體並選取指向目的地的路徑所需的行駛方向量，以成為與計算出的行駛方向量具有對應關係的方向盤狀態量的方式，確定附加給方向盤1的方向盤控制量。例如，停車輔助系統(Parking Assist System)相當於任意自動轉向模式。在本發明的說明中設為，任意自動轉向模式與強制自動轉向模式不同，通過駕駛員的方向盤操作被切換為手動轉向模式。即使是在設定了該任意自動轉向模式的狀態下，也能夠切換為在本實施方式中說明的強制自動轉向模式。例如，在轉向模式選擇單元判定為未超越根據方向盤狀態量決定的行駛方向量、不能避開與物體的衝突的情況下，能夠從任意自動轉向模式切換為強制自動轉向模式。另外，在強制自動轉向模式被解除的情況下，設定為在緊鄰強制自動轉向模式之前所選擇的轉向模式即可。如果這樣構成，則例如在從任意自動轉向模式切換為強制自動轉向模式且強制自動轉向模式被解除的情況下，能夠自動切換為在緊鄰強制自動轉向模式之前所選擇的任意自動轉向模式。

另外，在本實施方式中，使手動轉向模式時的方向盤控制量和強制自動轉向模式時的方向盤控制量不同，然而當然也能夠使手動轉向模式時的方向盤控制量和強制自動轉向模式時的方向盤控制量相同。通過這樣構成，能夠使手動轉向模式時和強制自動轉向模式時的轉向感相同。

實施方式2

實施方式2的轉向控制系統的特徵在於，在強制自動轉向模式中，判定方向盤1向由偏離量計算單元84計算的偏離量增大的方向或者減小的方向中的哪一個方向旋轉，與其對應地確定附加給方向盤1的方向盤控制量。下面，說明實施方式2的轉向控制系統。另外，在以下的說明中，對與圖1及圖3所示的結構相同的部分標註相同的標號，並省略說明。

在本實施方式中，偏離量計算單元84是必須的結構。在圖3中，偏離量計算單元84在強制自動轉向模式時以規定的時間間隔計算偏離量。將計算出的偏離量輸出給方向盤控制量計算單元83。

方向盤控制量計算單元83在強制自動轉向模式時，根據從偏離量計算單元84得到的偏離量和行駛狀態信息，計算方向盤控制量信息。具體而言，方向盤控制量計算單元83取得方向盤狀態量，判定方向盤1是否向偏離量增大的方向旋轉。方向盤控制量計算單元83在判定方向盤1向偏離量增大的方向旋轉的情況下，計算以手動轉向模式計算的方向盤控制量τ0的2倍的方向盤控制量2τ0，將該方向盤控制量2τ0的信息作為方向盤控制量信息輸出給方向盤控制量附加單元3。方向盤控制量附加單元3根據方向盤控制量信息對方向盤1附加方向盤控制量。

圖7是用於說明實施方式2的轉向控制系統的動作的圖。在圖7中，(a)、(b)示出與車輛A的行駛方向對應的方向盤1的狀態。車輛A檢測出障礙物X，在強制自動轉向模式時將行駛方向變為(b)的方向。此時，與(b)中的車輛的行駛方向量對應的方向盤狀態量是(b)所示的方向盤1的朝向。但是，實際上由於駕駛員操作了方向盤1，因而方向盤1的朝向未必與(b)為相同的方向。例如，在如(c)所示那樣實際的方向盤狀態是表示直行的方向的情況下，方向盤控制量計算單元83在使方向盤1向從(c)所示的方向盤狀態成為(b)所示的方向盤狀態的方向旋轉的情況下，偏離量減小，在向相反的方向旋轉時偏離量增大。在本實施方式中，在駕駛員向從(b)的方向盤1的方向盤狀態量遠去的方向操作方向盤1使偏離量增加的情況下，附加給方向盤1的方向盤控制量成為2倍。

以下示出偏離δ、方向盤狀態量和方向盤控制量的關係例。在方向盤控制量附加單元3是馬達的情況下，設手動轉向模式時的方向盤控制量附加單元3附加的方向盤控制量為τ0[Nm]、強制自動轉向模式時的方向盤控制量為τm時，方向盤狀態量θ的一階時間微分θ』、偏離量計算單元84計算出的偏離δ、以及要附加的方向盤控制量τm的關係如下：「如果θ』<0且δ<0，則τm＝2τ0」、「如果θ』0，則τm＝τ0」、「如果θ』>0且δ0且δ>0，則τm＝-2τ0」。另一方面，在方向盤控制量附加單元3是摩擦單元的情況下，「如果θ』<0且δ<0，則τm＝2τ0」、「如果θ』0，則τm＝τ0」、「如果θ』>0且δ0且δ>0，則τm＝2τ0」。

另外，也可以構成為，方向盤控制量計算單元83取得方向盤狀態量，在方向盤1向偏離量減小的方向旋轉的情況下，計算以手動轉向模式計算的方向盤控制量τ0的1/2的方向盤控制量1/2τ0，將該方向盤控制量1/2τ0的信息作為方向盤控制量信息輸出給方向盤控制量附加單元3。

另外，本實施方式的轉向控制系統也可以構成為，僅在向偏離量增大的方向操作了方向盤1時，把手動轉向模式時的方向盤控制量τ0的2倍的值作為強制自動轉向模式時的方向盤控制量，還可以僅在向偏離量減小的方向操作了方向盤1時，把手動轉向模式時的方向盤控制量τ0的1/2作為強制自動轉向模式時的方向盤控制量。另外，也能夠應用於偏離量增大的情況及減小的情況雙方。

另外，在本實施方式的轉向控制系統中，按照方向盤1的操作方向決定比手動轉向模式時的方向盤控制量增大或者減小的方向盤控制量，但也能夠構成為，當在強制自動轉向模式時向偏離量增大的方向操作了方向盤1的情況下，附加比向方向盤1的偏離量減小的方向操作了方向盤1的情況時大的方向盤控制量。例如，也可以構成為，在強制自動轉向模式時，在向偏離量減小的方向操作了方向盤1的情況下，附加向偏離量增大的方向操作了方向盤1時的1/2的方向盤控制量，在向偏離量增大的方向操作了方向盤1的情況下，附加向偏離量減小的方向操作了方向盤1時的2倍的方向盤控制量。

這樣，實施方式2的轉向控制系統在向偏離量增大的方向操作了方向盤1的情況下，增大方向盤1的方向盤控制量，在向偏離量減小的方向操作了方向盤1的情況下，減小方向盤1的方向盤控制量，因而能夠使駕駛員知道強制自動轉向模式下控制的行駛方向。

另外，在強制自動轉向模式時，通過對方向盤1附加相對於手動轉向模式時的方向盤控制量增大或者減小的方向盤控制量，能夠使駕駛員意識到從手動轉向模式切換為強制自動轉向模式的情況。

實施方式3

下面，說明實施方式3的轉向控制系統。實施方式3的轉向控制系統的特徵在於，具有在強制自動轉向模式下檢測駕駛員是否在操作方向盤1進行轉向的轉向檢測單元(未圖示)，在未操作方向盤1的情況下，將附加給方向盤1的方向盤控制量設為零，在最後停止轉向操作時的方向盤狀態量和行駛方向量相對應的狀態下切換為手動。另外，在實施方式3的轉向控制系統的說明中，對與圖1及圖3相同的結構標註相同的標號，並省略說明。另外，在本實施方式中，在強制自動轉向模式時，以沒有通過駕駛員的方向盤操作將強制自動轉向模式解除為前提。

轉向檢測單元檢測駕駛員是否操作了方向盤1進行轉向。判定有無轉向操作的具體的單元可以是各種結構，例如安裝於方向盤1的觸摸傳感器等屬於該單元。觸摸傳感器在駕駛員觸摸到方向盤1時檢測出有轉向操作，反之檢測出沒有轉向操作。在本實施方式中，以轉向檢測單元檢測出沒有轉向操作為前提。

方向盤控制量計算單元83從轉向檢測單元取得有無轉向操作的信息，在判定為沒有轉向操作的情況下，將方向盤控制量設為零。

下面，說明本實施方式的轉向控制系統的效果。圖8是用於說明實施方式3的轉向控制系統的效果的圖。在圖8的說明中，各個(a)、(b)、(c)的方向盤狀態示出了強制自動轉向模式時的實際的方向盤狀態。如圖8所示，設為車輛A通過本實施方式的轉向控制系統檢測出障礙物X，在(a)所示的位置切換為強制自動轉向模式。接著，駕駛員在(b)的位置在想要如(b)所示向左旋轉方向盤1的時刻注意到是強制自動轉向模式，將手從方向盤1鬆開。然後，駕駛員不操作方向盤1，使自動控制車輛的行駛方向，從(b)以後開始方向盤狀態量和車輛的行駛方向量相對應的是(c)的位置。此時，偏離量計算單元84將有無偏離的信息輸出給轉向模式選擇單元81。由此，轉向模式選擇單元81從偏離量計算單元84取得沒有偏離的信息，從強制自動轉向模式切換為手動轉向模式。因此，能夠在方向盤狀態量和行駛方向量相對應的狀態下切換為手動轉向模式。因此，如果採用本實施方式的轉向控制系統，能夠確保在駕駛員最後停止轉向操作時取得了方向盤狀態量和行駛方向量的對應的狀態下切換為手動轉向模式。

另外，實施方式3的轉向控制系統也可以構成為，在通過轉向檢測單元檢測出沒有對方向盤1進行轉向操作的情況下，向使方向盤1返回到中立位置的方向附加方向盤控制量。此時，向返回到中立位置的方向附加的方向盤控制量，只要至少是在駕駛員沒有對方向盤1進行轉向操作的狀態下能夠移動的方向盤控制量(以下，設為方向盤控制量τ2)即可。通過這樣構成，具有確保在方向盤1從駕駛員最後停止轉向操作時的方向盤狀態自動返回到表示直行的方向盤狀態、車輛的行駛方向也成為直行方向的狀態下切換為手動轉向模式的效果。另外，在該例的情況下，方向盤控制量附加單元3是如馬達那樣能夠使方向盤1向右或者向左旋轉的單元。

另外，實施方式3的轉向控制系統也可以是，在通過轉向檢測單元檢測出方向盤1沒有被轉向操作的情況下，向使從偏離量計算單元84得到的偏離量減小的方向、即如圖4所示方向盤控制量和行駛方向量取得對應的方向附加方向盤控制量τ2，控制方向盤控制量。通過這樣構成，在強制自動轉向模式時，方向盤1從駕駛員最後停止轉向操作時的方向盤狀態向對應於行駛方向的方向旋轉，駕駛員能夠通過方向盤狀態認識到強制自動轉向模式下決定的行駛方向。在該例的情況下，方向盤控制量附加單元3也是如馬達那樣能夠使方向盤1向右或者向左旋轉的單元。

在本實施方式中也能夠應用方向盤狀態量再設定單元85。即，方向盤狀態量再設定單元85以使偏離量減小的方式重新設定轉向控制裝置8取得的方向盤狀態量。例如，在圖2的(a)所示的方向盤1向右旋轉3π/2[rad(弧度)]、轉向控制裝置8將方向盤1控制在方向盤1的中立位置的情況下，方向盤狀態量再設定單元85將從方向盤狀態量檢測單元2取得的方向盤狀態量3π/2[rad]重新設定為-π/2[rad]。這樣，通過應用方向盤狀態量再設定單元85，能夠減小方向盤控制量附加單元3使得方向盤1進行旋轉的旋轉量。例如，在圖2的(a)所示的方向盤1向右旋轉3π/2[rad]且轉向控制裝置8要將方向盤1控制在方向盤1的中立位置的情況下，與使方向盤1向左返回3π/2[rad]時相比，使方向盤1向右旋轉π/2[rad]時的方向盤1的旋轉量減小，能夠在短時間內減小偏離量。

另外，關於本實施方式的轉向檢測單元以觸摸傳感器為例進行了說明，但也可以構成為在方向盤1安裝發光器及受光器，如果受光器未感測到發光器發出的光，則視為有轉向操作，反之視為沒有轉向操作。或者，轉向檢測單元也可以是在駕駛員操作方向盤1時施加給方向盤1的力(駕駛員轉向量)達到閾值以上時檢測為方向盤1被轉向操作的單元。具體而言，在方向盤1是旋轉形式的轉向輪的情況下(例如圖4的(a)～(c))，如果將設右轉為正的朝向的旋轉量θ[rad]作為方向盤狀態量，將以遠離駕駛員的方向的矢量為軸右轉為正的方向盤控制轉矩τm[Nm]作為方向盤控制量，將遠離駕駛員的方向的矢量為軸右轉的朝向為正的駕駛員轉向轉矩τd[Nm]作為駕駛員轉向量，則計算出駕駛員轉向量為「τd＝I(d2θ/dt2)-τm-τf」。其中，I[kgm2]表示在方向盤1中由轉向輪及軸構成的可動部的轉動慣量，τf[Nm]表示通過方向盤的軸和/或齒輪等產生的摩擦轉矩。並且，在方向盤1是左右移動的移動部件的情況下，如果將朝右為正的位移量θ[m]作為方向盤狀態量，將朝右為正的方向盤控制力Fm[N]作為方向盤控制量，並將朝右為正的駕駛員轉向力Fd[N]作為駕駛員轉向量，則計算出駕駛員轉向量為「Fd＝m(d2θ/dt2)-Fm-Ff」。其中，m[kg]表示在方向盤1中由移動部件及與移動部件連接的部件構成的可動部的質量，Ff[N]表示通過方向盤的軸和/或齒輪等產生的摩擦力。這樣能夠實現如下的結構：計算駕駛員轉向量，如果駕駛員轉向量的大小為閾值以上，則視為有轉向操作，反之則視為沒有轉向操作。另外，在此根據τf和Ff考慮摩擦，但在摩擦的影響小至能夠忽視的程度的情況下，在上式中能夠省略τf和Ff的項。並且，通過考慮摩擦的影響在內計算方向盤控制量(τm和/或Fm)，也能夠省略上式中的τf和/或Ff的項。

在本實施方式中同樣可以應用多個轉向模式。例如構成為，在從任意自動轉向模式切換為強制自動轉向模式且偏離量計算單元84檢測出沒有偏離的情況下，將強制自動轉向模式解除，自動切換為在緊鄰強制自動轉向模式之前選擇的任意自動轉向模式。任意自動轉向模式通過駕駛員的方向盤操作被切換為手動轉向模式，因而具有在車輛的行駛方向和方向盤狀態量取得對應的狀態下駕駛員能夠在任意的時機切換為手動轉向模式的效果。另外，也可以構成為，在強制自動轉向模式時，將偏離量計算單元84檢測出沒有偏離作為切換的必須條件，根據其它條件從強制自動轉向模式切換為任意自動轉向模式。即，也可以是在強制自動轉向模式時偏離量計算單元84未檢測出沒有偏離，就不切換為任意自動轉向模式。通過這樣構成，能夠在確保安全的狀態下從強制自動轉向模式切換為任意自動轉向模式。

如上所述，實施方式3的轉向控制系統在駕駛員不再進行方向盤1的轉向操作時起將方向盤1的方向盤控制量在為零或者中立位置的方向上附加方向盤控制量，在偏離量計算單元84檢測出沒有偏離的情況下，從強制自動轉向模式切換為任意自動轉向模式，因而能夠在取得了方向盤狀態量和行駛方向量之間的對應的狀態下切換為手動轉向模式，能夠在強制自動轉向模式結束後沒有不協調感地繼續運轉。

實施方式1～3的轉向控制系統是如上這樣構成的，但在上述說明中，交通工具包括車輛、船舶、飛機等由駕駛員利用方向盤1控制方向的交通工具。

在實施方式1～實施方式3的轉向控制系統中，將方向盤狀態量設為表示方向盤1的操作量的信息，如圖2的(a)所示，將表示直行的方向盤狀態(中立的位置)設為0，並用右轉為正的朝向的信息θ[rad]表示。但是，關於方向盤狀態量，也可以是設左轉為正的朝向，將表示直行的方向盤狀態設為0，利用旋轉量的大小和表示左右的1比特的數據的組合來表示方向盤狀態量。另外，不僅包含方向盤1的旋轉量，也能夠將旋轉速度包含在方向盤狀態量中。在這種情況下，將旋轉量和旋轉量的一階時間微分的組合作為方向盤狀態量。另外，也能夠在方向盤1內部設置將旋轉運動轉換為直線運動的機構(齒輪等)，將轉換後的直線運動中的位移量作為方向盤狀態量。

在實施方式1～實施方式3的轉向控制系統中，關於行駛方向量，以表示直行的前輪的狀態為0、右轉為正的前輪的旋轉量為例進行了說明，但只要是在至少設直行為0的情況下表示車輛的行駛方向的量即可。例如，關於前輪有兩輪以上且進行前輪的朝向的旋轉量不同的控制的車輛，行駛方向量也可以設為與車輛的行駛方向的變化量一致的特定的前輪的旋轉量，也可以設為如偏航率、曲率那樣的其它物理量。另外，對於除前輪外也控制後輪的朝向的旋轉量和/或減震器的強度的車輛，也可以使用偏航率和曲率作為行駛方向量。在飛機中，控制馬達的輸出、機翼的角度、方向舵的朝向等的裝置屬於行駛方向控制單元4。在這種情況下，行駛方向量能夠使用例如偏航率等。另外，在船舶中，控制螺旋槳的朝向和船舵板的朝向的裝置屬於行駛方向控制單元4。在這種情況下，行駛方向量同樣能夠使用偏航率等。除偏航率以外，也能夠將表示直行、右轉及左轉的數據與旋轉半徑的組合作為行駛方向量。這樣，行駛方向控制單元4可以是控制車輛的行駛方向的任意結構，行駛方向量可以是表現車輛的行駛方向的變化量的任意數據。

有無偏離d使用閾值ε，根據「δ＝θ-f1(φ)、d＝1(|δ|≥ε)、d＝0(|δ|<ε)」來判定有無偏離，用被量化的規定數的數值代表方向盤狀態量，此外，也可以在此基礎上，在θ和f1(φ)是相同值的情況下計算為沒有偏離，反之則計算為有偏離，此外，也可以事先對θ和f1(φ)的組合保存有無偏離的數據圖，參照該數據圖進行計算，只要能夠表現有無偏離，怎樣定義都可以。

標號說明

1方向盤；2方向盤狀態量檢測單元；3方向盤控制量附加單元；4行駛方向控制單元；5外部信息取得單元；6a車速檢測單元；6b加速度檢測單元；7行駛方向檢測單元；8轉向控制裝置；41馬達；42軸；43臂；44車輪。