(57)【要約】【課題】車線追従性とドライバ協調性とを考慮して、運転者に違和感のない車線維持制御を行うことができる車線維持支援装置を提供する。【解決手段】運転者の操舵意思を検出していないとき、車線追従性を重視した第１の操舵角制御を行い、運転者の操舵意思を検出したとき、運転者の操舵操作が反映され易い第２の操舵角制御を行う。操舵トルクＴｈが操舵トルク閾値Ｔ０以下で、且つ操舵角偏差Δθ（＝θｒ−θｓ）が操舵角閾値Δθ０以下であるとき、運転者の操舵意思がないと判断して、第２の操舵角制御から第１の操舵角制御へ移行する。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車両が走行車線に沿って走行するように、運転者によって操舵される操舵系に付加するトルクである付加トルクを制御する車線維持支援装置において、
自車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
前記走行状態検出手段で検出した走行状態に基づいて、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な目標操舵角を算出する目標操舵角算出手段と、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記目標操舵角演算手段で算出した目標操舵角と前記操舵角検出手段で検出した操舵角との差分値である操舵角偏差を算出する操舵角偏差算出手段と、
運転者による操舵意思を検出する操舵意思検出手段と、
前記操舵意思検出手段で運転者による操舵意思を非検出であるとき、前記操舵角偏差算出手段で算出した操舵角偏差に応じて、所定の算出ゲインで、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な第１の付加トルクを算出し、当該第１の付加トルクを操舵系に付加する第１の操舵角制御を行う第１の操舵角制御手段と、
前記操舵意思検出手段で運転者による操舵意思を検出したとき、前記操舵角偏差算出手段で算出した操舵角偏差に応じて、前記第１の付加トルクの算出ゲインより小さい算出ゲインで、前記第１の付加トルクより運転者による操舵操作が反映され易い第２の付加トルクを算出し、当該第２の付加トルクを操舵系に付与する第２の操舵角制御を行う第２の操舵角制御手段と、
運転者によって前記操舵系に付加される操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、を備え、
前記操舵意思検出手段は、前記操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクが所定のトルク閾値以下で、且つ前記操舵角偏差算出手段で算出した操舵角偏差が零又は略零である所定の操舵角偏差閾値以下のとき、運転者による操舵意思を非検出とすることを特徴とする車線維持支援装置。
【請求項２】
前記走行状態検出手段は、走行車線状態、走行車線に対する自車両の位置状態、及び自車両の車速を検出し、
前記目標操舵角算出手段は、前記走行状態検出手段で検出した走行状態に基づいて目標ヨーレートを算出し、当該目標ヨーレートを実現するような目標操舵角を算出することを特徴とする請求項１に記載の車線維持支援装置。
【請求項３】
前記第２の操舵角制御手段は、前記操舵角偏差算出手段で算出した操舵角偏差が大きいほど、前記第２の付加トルクを大きく算出すると共に、前記操舵角偏差の増加量に対する前記第２の付加トルクの増加量を、当該操舵角偏差が大きいほど小さく設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の車線維持支援装置。
【請求項４】
自車両が走行車線に沿って走行するように、運転者によって操舵される操舵系に付加するトルクである付加トルクを制御する車線維持支援方法において、
自車両の走行状態に基づいて、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な目標操舵角を算出し、算出した目標操舵角と実際の操舵角との差分値である実際の操舵角偏差を算出し、運転者による操舵トルクが所定のトルク閾値より大きいか、算出した操舵角偏差が零又は略零である所定の操舵角偏差閾値より大きいとき、算出した操舵角偏差に応じて、運転者による操舵操作が反映され易い第２の付加トルクを算出し、当該第２の付加トルクを操舵系に付加する第２の操舵角制御を行い、運転者による操舵トルクが前記トルク閾値以下で、且つ算出した操舵角偏差が前記操舵角偏差閾値以下となると、前記算出した操舵角偏差に応じて、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な第１の付加トルクを算出し、当該第１の付加トルクを操舵系に付加する第１の操舵角制御を行うことを特徴とする車線維持支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自車両を走行車線内に維持する車線維持支援装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の車線維持支援装置は、走行車線に沿って走行するように操舵系に付加する付加トルクを制御する（例えば、特許文献１参照）。
ここでは、運転者による操舵意思が非検出であるときには、自車両が走行車線の所定位置を走行するように付加トルクを制御する（第１の付加トルク制御）。また、運転者による操舵意思を検出したときには、運転者による操舵操作が反映され易いように付加トルクを制御する（第２の付加トルク制御）。これにより、車線追従性とドライバ協調性と考慮して運転者に違和感のない走行を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０６２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の車線維持支援装置にあっては、運転者による操舵トルクに応じて第１の付加トルク制御と第２の付加トルク制御とを切り替える構成としている。そのため、例えば、運転者による操舵トルクが閾値を下回って第２の付加トルク制御から第１の付加トルク制御へ切り替わった際に急に付加トルクが変化し、それに伴って運転者による操舵トルクが大きくなると、再び運転者が操舵介入したと誤判断してしまう。このような操舵介入判断のハンチングは、運転者にとって不快な挙動となる。
そこで、本発明は、車線追従性とドライバ協調性とを考慮して、運転者に違和感のない車線維持制御を行うことができる車線維持支援装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明に係る車線維持支援装置は、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な目標操舵角と実操舵角との差分値である操舵角偏差を算出する。操舵意思検出手段で運転者による操舵意思を非検出であるとき、第１の操舵角制御手段は、前記操舵角偏差に応じて、所定の算出ゲインで、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な第１の付加トルクを操舵系に付加する第１の操舵角制御を行う。また、操舵意思検出手段で運転者による操舵意思を検出したとき、第２の操舵角制御手段は、前記操舵角偏差に応じて、前記第１の付加トルクの算出ゲインより小さい算出ゲインで、前記第１の付加トルクより運転者による操舵操作が反映され易い第２の付加トルクを操舵系に付加する第２の操舵角制御を行う。そして、操舵意思検出手段は、操舵トルクが所定のトルク閾値以下で、且つ前記算出した操舵角偏差が零又は略零である所定の操舵角偏差閾値以下であるとき、運転者による操舵意思を検出状態から非検出状態とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、運転者の操舵意思に応じて、異なる制御方式により付加トルクを制御するので、車線追従性とドライバ操舵操作との協調性とを考慮した適切な車線維持制御を行うことができる。また、運転者による操舵トルクが所定のトルク閾値以下で、且つ前記算出した操舵角偏差が零又は略零である所定の操舵角偏差閾値以下となったとき、運転者による操舵介入が終了したと判断して、操舵系に付加する付加トルクを第２の付加トルクから第１の付加トルクに変更する。その結果、操舵系に付加する付加トルクが第２の付加トルクから第１の付与トルクに変更された際の付加トルクの変化を抑制し、操舵系に付加されている付加トルクの変化による操舵介入判断のハンチングを防止することができる。そのため、運転者に違和感のない車線維持制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明における車線維持支援装置を適用した車両の概略構成図である。
【図２】カメラにより計測する車両状態量を説明する図である。
【図３】コントロールユニットの構成を示すブロック図である。
【図４】フリクション補償演算部の具体的構成を示す制御ブロック図である。
【図５】第１の実施形態におけるコントロールユニットで実行する車線維持制御処理手順を示すフローチャートである。
【図６】目標操舵角の算出方法を説明するための図である。
【図７】動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】制御遷移状態を示す図である。
【図９】一般的な車線維持支援装置における動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】第２の実施形態におけるコントロールユニットで実行する車線維持制御処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
《第１の実施の形態》
《構成》
図１は、本発明における車線維持支援装置を適用した車両の概略構成図である。
図中、１ＦＬは前左輪，１ＦＲは前右輪である。ステアリングギア２と、ステアリングホイール３と、ステアリングシャフト４とによって、操舵系を構成している。ステアリングギア２は、前左右輪１ＦＬ，１ＦＲに転舵角を発生する。ステアリングホイール３は、車両を操向するためにドライバが操作するものである。ステアリングシャフト４は、ステアリングホイール３とステアリングギア２とを機械的に連結する。そして、ステアリングシャフト４は、ステアリングホイール３の回転を操向輪としての前左右輪１ＦＬ，１ＦＲの操舵角として伝える。
【０００９】
また、この車両には、ステアリングシャフト４のねじれ量から、運転者によってステアリングホイール３を介して操舵系に付与される操舵トルクＴｈを検出する操舵トルクセンサ５を設ける。さらに、この車両には、ドライバが操舵したステアリングホイール３の角度（操舵角）θｓを検出する操舵角センサ６を設ける。操舵トルクセンサ５及び操舵角センサ６の検出信号は、後述するコントロールユニット１０に出力する。
【００１０】
ステアリングシャフト４には、操舵補助力（付加トルク）を付加する操舵アクチュエータ７を設ける。この操舵アクチュエータ７は、コントロールユニット１０からの制御電流指令値に応じて駆動制御する。
また、この車両には、車両前方の走行車線形状と自車両との相対位置を検出する走行位置検出センサとして、ＣＣＤカメラ８ａ及びカメラコントローラ８ｂを設ける。このカメラコントローラ８ｂでは、ＣＣＤカメラ８ａで捉えた自車両前方の撮像画像から、道路区画線等のレーンマーカを検出して走行車線を検出する。そして、その走行車線に対する自車両のヨー角Φ、走行車線中央からの横変位ｙ、走行車線の曲率ρ等を算出する（図２）。これらの検出信号はコントロールユニット１０に出力する。
【００１１】
さらに、この車両には、各車輪１ＦＬ〜１ＲＲの車輪速度Ｖｗi（ｉ＝ＦＬ〜ＲＲ）を検出する車輪速センサ９を設ける。この車輪速度Ｖｗiもコントロールユニット１０に出力する。
コントロールユニット１０は、入力した各種検出信号をもとに操舵アクチュエータ７の制御電流指令値を算出し、これを操舵アクチュエータ７へ出力する。操舵アクチュエータ７は、上記制御電流指令値に比例したトルクを発生して操舵補助力を付加する。
【００１２】
（コントロールユニットの構成）
図３は、コントロールユニット１０の構成を示す制御ブロック図である。
コントロールユニット１０は、操舵介入判断部２１と、車線維持制御部２２と、操舵角制御部２３と、フリクション補償演算部２４と、電流制御部２５と、を備える。
操舵介入判断部２１は、操舵トルクセンサ５で検出した操舵トルクＴｈと、操舵角センサ６で検出した操舵角θｓと、後述する車線維持制御部２２で算出した目標操舵角θｒとを入力する。次に、目標操舵角θｒと操舵角θｓとの差分値である操舵角偏差Δθ（＝θｒ−θｓ）を算出する。そして、操舵トルクＴｈが所定の操舵トルク閾値より大きいか、操舵角偏差Δθが所定の操舵角偏差閾値（零又は略零）より大きいとき、運転者による操舵意思があると判断する。
【００１３】
車線維持制御部２２は、カメラコントローラ８ｂで検出した走行車線情報と、車輪速センサ９で検出した車輪速度Ｖｗiから算出される自車速Ｖとを入力する。そして、自車両が走行車線中央位置を走行するために必要な目標操舵角θｒを算出する。算出した目標操舵角θｒは、操舵角制御部２３に出力する。
操舵角制御部２３は、車線維持制御部２２で算出した目標操舵角θｒと、操舵角センサ６で検出した操舵角θｓとを入力する。また、操舵角制御部２３は、操舵介入判断部２１の操舵介入判断結果も入力する。そして、操舵角制御部２３は、操舵アクチュエータ７の制御電流指令値Ｉｒを算出する。算出した制御電流指令値Ｉｒは、電流制御部２５に出力する。
【００１４】
この操舵角制御部２３は、第１操舵角制御部２３ａと第２操舵角制御部２３ｂとを備える。第１操舵角制御部２３ａは、自車両を走行車線中央に維持するような車線維持制御（第１の操舵角制御）を行うための制御電流指令値Ｉｒを算出する。また、第２操舵角制御部２３ｂは、運転者による操舵操作が反映され易い車線維持制御（第２の操舵角制御）を行うための制御電流指令値Ｉｒを算出する。
【００１５】
第１操舵角制御部２３ａ及び第２操舵角制御部２３ｂは、何れも目標操舵角θｒと実操舵角θｓとの差分値である操舵角偏差Δθに応じて、制御電流指令値Ｉｒを算出する。ここで、第２操舵角制御部２３ｂは、第１の操舵角制御における制御電流指令値Ｉｒの算出ゲインより小さいゲインで、第２の操舵角制御における制御電流指令値Ｉｒを算出する。
本実施形態では、操舵介入判断部２１で運転者の操舵意思を非検出であるとき、第１の操舵角制御部２３ａで算出した制御電流指令値Ｉｒを電流制御部２５に出力する。また、操舵介入判断部２１で運転者の操舵意思を検出したとき、第２の操舵角制御部２３ｂで算出した制御電流指令値Ｉｒを電流制御部２５に出力する。
【００１６】
フリクション補償演算部２４は、操舵トルクセンサ５で検出した運転者による操舵トルクＴｈと、操舵角センサ６で検出した操舵角θｓとを入力する。そして、タイヤから操舵系への入力や操舵装置のフリクションなどの外乱トルクを除去するためのフリクション補償電流Ｉｄを算出する。算出したフリクション補償電流Ｉｄは、電流制御部２５に出力する。
電流制御部２５は、操舵角制御部２３から出力した制御電流指令値Ｉｒからフリクション補償演算部２４から出力したフリクション補償電流Ｉｄを差し引く。そして、その結果を、最終的に操舵アクチュエータ７に印加する制御電流指令値Ｉとして操舵アクチュエータ７に出力する。
Ｉ＝Ｉｒ−Ｉｄ  ………（１）
【００１７】
（フリクション補償演算部の構成）
次に、フリクション補償演算部２４での演算処理について、より具体的に説明する。
図４は、フリクション補償演算部２４の具体的構成を示す制御ブロック図である。
操舵系の運動方程式をラプラス変換すると、次のようになる。
ω（ｓ）＝Ｐ（ｓ）（Ｉ（ｓ）＋（Ｔｄ（ｓ）＋Ｔｈ（ｓ）／Ｋｔ））  ………（２）
但し、
Ｐ（ｓ）＝Ｋｔ／（Ｊsｓ＋Ｄs）  ………（３）
である。これは、操舵系への回転操作力から操舵系の回転運動に対するモデルである。
また、各記号は、以下のパラメータを表している。
Ｊs：操舵系の慣性モーメント，
Ｄs：操舵系の粘性係数，
Ｋｔ：操舵アクチュエータのトルク定数，
ω：ステアリングシャフトの回転角速度
【００１８】
したがって、外乱トルクＴｄは、上記（３）式の操舵系モデルの逆特性を用いると、次式により求めることができる。
Ｔｄ（ｓ）＝Ｋｔ（ω（ｓ）／Ｐ（ｓ）−Ｉ（ｓ））−Ｔｈ（ｓ）  ………（４）
但し、このままでは微分項に発生するノイズによって適切な外乱推定が行えない場合がある。そこで、外乱除去の周波数帯をωｃとするローパスフィルタ
Ｌ（ｓ）＝ωｃ／（ｓ＋ωｃ）  ………（５）
を設定し、次式をもとに、フリクション、タイヤ入力を含む操舵系への全ての外乱トルクＴｄを推定する。
Ｔｄ（ｓ）＝Ｋｔ・Ｌ（ｓ）／Ｐ（ｓ）・ω（ｓ）−Ｌ（ｓ）（Ｔｈ（ｓ）＋ＫｔＩ（ｓ））  ………（６）
【００１９】
そして、次式をもとに、フリクション補償電流Ｉｄを算出する。
Ｉｄ（ｓ）＝Ｔｄ（ｓ）／Ｋｔ
＝Ｌ（ｓ）／Ｐ（ｓ）・ω（ｓ）−Ｌ（ｓ）（Ｔｈ（ｓ）／Ｋｔ＋Ｉ（ｓ））  ………（７）
【００２０】
ここで、フリクション補償電流Ｉｄの役割について説明する。
上記（１）、（２）、（７）式から操舵系の伝達関数を求めると以下のようになる。
ω（ｓ）＝Ｐ（ｓ）（ＫｔＩｒ＋Ｔｈ（ｓ）＋Ｈ（ｓ）Ｔｄ（ｓ））  ………（８）
ここで、
Ｈ（ｓ）＝１−Ｌ（ｓ）＝ｓ／（ｓ＋ωｃ）  ………（９）
である。
【００２１】
このように、外乱を除去したい周波数帯ωｃより低い周波数域において、外乱トルクＴｄ（ｓ）の操舵アクチュエータの運動への影響が除去されることがわかる。
すなわち、フリクション補償演算部２４は、制御入力と運転者操作力によって駆動されるモデルＰ（ｓ）を持つ。そして、操舵角速度ωを、そのモデルＰ（ｓ）の逆特性に通したときに求められる制御入力及び操作入力の合計の推定値と、実際の制御入力及び操作入力の合計値との差から、外乱として入力された力をフリクション推定値とする。そのため、合理的なフリクション推定の構成を与えることができ、操舵角制御部２３による操作反力だけをインフォメーションとして運転者に伝達することになる。
【００２２】
（車線維持制御処理手順）
次に、コントロールユニット１０で実行する車線維持制御処理手順について説明する。
図５は、コントロールユニット１０で実行する車線維持制御処理手順を示すフローチャートである。この車線維持制御処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行し、先ず、ステップＳ１で、コントロールユニット１０は、各種センサからの信号を読込む。
具体的には、操舵トルクＴｈ、操舵角θｓ、車輪速度Ｖｗi（ｉ＝ＦＬ〜ＲＲ）、走行車線に対する自車両のヨー角Φ、走行車線中央からの横変位ｙ、走行車線の曲率ρを読込む。
【００２３】
次にステップＳ２では、コントロールユニット１０は、車速Ｖを算出する。この車速Ｖは、車輪速センサ９ＦＬ〜９ＲＲで検出した車輪速Ｖｗiのうち、例えば、非駆動輪としての前輪の車輪速度ＶｗFL、ＶｗFRの平均値から、次式をもとに算出する。
Ｖ＝（ＶｗFL＋ＶｗFR）／２  ………（１０）
なお、例えば、車両に公知のアンチスキッド制御を行うＡＢＳ制御装置が搭載されており、このＡＢＳ制御装置によりアンチスキッド制御が行われている場合には、このアンチスキッド制御での処理過程で推定される推定車体速を車速Ｖとして用いることもできる。
また、本発明を前輪駆動車に適用した場合には、各車輪速度ＶｗFL〜ＶｗRRのうち、非駆動輪である後輪の車輪速度ＶｗRL、ＶｗRRの平均値から自車両の車速Ｖを算出すればよい。
次にステップＳ３で、コントロールユニット１０は、目標操舵角θｒを算出する。この目標操舵角θｒの算出方法としては、例えば、目標ヨーレートγｒから算出する方法を用いる。
【００２４】
図６は、目標操舵角θｒの算出方法を説明する図である。
先ず、図６に示すように、カメラコントローラ８ｂから読込んだ各種信号に基づいて、目標経路Ｍｐ上の目標点Ｐを設定する。目標点Ｐは、前方注視点において、車体軸に対して横方向へ伸ばした線と目標経路Ｍｐ上の交点として求める。
車両から前方注視点までの距離Ｌｓは、実際に走行する道路に対して適切な制御が行われるよう、小Ｒが重要な低速では小さい値に修正する。
【００２５】
目標点Ｐと車体軸との横方向の偏差ｙｓは、カメラコントローラ８ｂから読込んだ自車両の目標経路に対する横変位ｙ、ヨー角Φ、および目標経路の曲率ρを用いて次式をもとに算出する。
ｙｓ＝０．５Ｌｓ2ρ−（ｙ＋ＬｓΦ）  ………（１１）
次に、車両が目標点Ｐに到達するような経路Ｓｐを走行する場合のヨーレートγｒを、次式をもとに算出する。
γｒ＝２Ｖｙｓ／Ｌｓ2  ………（１２）
したがって、上記（１１）及び（１２）式より、車両が目標経路Ｍｐ上を走行している場合には、
γｒ＝Ｖρ  ………（１３）
となる。
【００２６】
一方、車両の実際の経路が大きく旋回内側にずれた場合には、そのずれ量に応じて、目標経路を走行する際のヨーレートに対して、次式で表す補正値γｒ０の分だけ旋回外側へ補正した値を目標ヨーレートγｒとして算出することになる。
γｒ０＝２Ｖ（ｙ＋ＬｓΦ）／Ｌｓ2  ………（１４）
車両のヨーレートが制御されて車両の横変位ｙとヨー角Φが小さくなると、上記（１４）式の補正値γｒ０が小さくなる。そのため、目標ヨーレートγｒが目標経路Ｍｐを走行する際のヨーレートに漸近し、最終的に目標経路Ｍｐ上を走行するようになる。
【００２７】
次に、前記（１２）式をもとに算出した目標ヨーレートγｒを実現するために必要な前輪の目標操舵角θｒを、下記（１５）式をもとに算出する。
θｒ＝１／（１＋ＡＶ2）・Ｌ／Ｖ・γｒ  ………（１５）
ここで、Ｌは自車両のホイールベース、Ａはステアリング特性のスタビリティファクタである。
【００２８】
このようにして、前方車線の状態と車両の運転状態とに基づいて、自車両を走行車線中央に向かって誘導するような目標操舵角θｒを算出する。
なお、下記（１６）式をもとに目標操舵角θｒを算出することもできる。
θｒ＝θｓ＋Δθｒ＝θｓ＋１／（１＋ＡＶ2）・Ｌ／Ｖ・Δγｒ  ………（１６）
ここで、Δθｒは、現在の操舵角θｓから目標操舵角θｒへの舵角の補正分（θｒ−θｓ）である。また、Δγｒは、現在のヨーレートγから目標ヨーレートγｒへのヨーレートの補正分（γｒ−γ）である。これにより、路面カントやタイヤ違いによる旋回特性変化に対応することができる。
【００２９】
次にステップＳ４では、コントロールユニット１０は、フリクション補償電流Ｉｄを算出する。先ず、上記（６）式をもとに外乱トルクＴｄを算出（推定）する。次に、推定した外乱トルクＴｄをキャンセルするのに必要なフリクション補償電流Ｉｄを、上記（７）式をもとに算出する。
次にステップＳ５では、コントロールユニット１０は、操舵介入判定フラグｆｌａｇが“１”であるか否かを判定する。この操舵介入判定フラグｆｌａｇは、運転者が意図的に操舵入力していると判断したときにｆｌａｇ＝１にセットする。また、この操舵介入判定フラグｆｌａｇは、運転者が意図的な操舵を行っていないと判断したときにｆｌａｇ＝０にリセットする。
【００３０】
そして、このステップＳ５でｆｌａｇ＝０であると判定したときにはステップＳ６に移行し、ｆｌａｇ＝１であると判定したときには後述するステップＳ１２に移行する。
ステップＳ６では、コントロールユニット１０は、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵角θｓと、前記ステップＳ３で算出した目標操舵角θｒとの偏差Δθ（＝θｒ−θｓ）を算出する。
【００３１】
次にステップＳ７では、コントロールユニット１０は、第１の操舵角制御を行うための制御電流指令値Ｉｒを算出する。ここでは、前記ステップＳ６で算出した操舵角偏差ΔθにフィードバックゲインＫ1を乗じて制御電流指令値Ｉｒを算出する。ここで行う舵角偏差のフィードバック制御は、車線維持を主たる目的とするためのものであり、運転者の操舵介入を許容し難いものとなっている。なお、制御電流指令値Ｉｒには所定の上限値を設ける。
【００３２】
次にステップＳ８では、コントロールユニット１０は、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵トルクＴｈの絶対値｜Ｔｈ｜が、予め設定した操舵トルク閾値Ｔ０を越えているか否かを判定する。そして、｜Ｔｈ｜≦Ｔ０であるときにはステップＳ９に移行し、｜Ｔｈ｜＞Ｔ０であるときには後述するステップＳ１０に移行する。
ステップＳ９では、コントロールユニット１０は、前記ステップＳ６で算出した操舵角偏差Δθの絶対値｜Δθ｜が、予め設定した操舵角偏差閾値Δθ０を超えているか否かを判定する。ここで、操舵角偏差閾値Δθ０は、零もしくは略零に設定する。そして、｜Δθ｜＞Δθ０であるときにはステップＳ１０に移行し、｜Δθ｜≦Δθ０であるときには後述するステップＳ１１に移行する。
【００３３】
ステップＳ１０では、コントロールユニット１０は、操舵介入判定フラグｆｌａｇを“１”にセットしてステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１１では、コントロールユニット１０は、次式をもとに操舵アクチュエータ７に印加する制御電流指令値Ｉを算出してから、タイマ割り込み処理を終了する。
Ｉ＝Ｉｒ−Ｉｄ  ………（１７）
また、ステップＳ１２では、コントロールユニット１０は、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵角θｓと、前記ステップＳ３で算出した目標操舵角θｒとの偏差Δθ（＝θｒ−θｓ）を算出する。
【００３４】
次にステップＳ１３では、コントロールユニット１０は、第２の操舵角制御を行うための制御電流指令値Ｉｒを算出する。ここでは、前記ステップＳ１２で算出した操舵角偏差ΔθにフィードバックゲインＫ2（＜Ｋ1）を乗じて制御電流指令値Ｉｒを算出する。ここで行う舵角偏差のフィードバック制御は、運転者が容易に操舵介入できる程度の強さとなる。すなわち、運転者が操舵介入をしたときに舵角偏差の大きさに応じて運転者が感じる操舵補助力を発生し、車両が適切な方向へ向かうように運転者の操舵操作を促すようになっている。
【００３５】
また、制御電流指令値Ｉｒには、前記ステップＳ８と同様に所定の上限値を設ける。なお、操舵角偏差Δθに対する制御電流指令値Ｉｒの増加率を、操舵角偏差Δθが大きいほど小さく設定することもできる。
次に、ステップＳ１４では、コントロールユニット１０は、前記ステップＳ１で読み込んだ操舵トルクＴｈの絶対値｜Ｔｈ｜が、操舵トルク閾値Ｔ０以下であるか否かを判定する。そして、｜Ｔｈ｜≦Ｔ０であるときにはステップＳ１５に移行し、｜Ｔｈ｜＜Ｔ０であるときには前記ステップＳ１１に移行する。
【００３６】
ステップＳ１５では、コントロールユニット１０は、前記ステップＳ１２で算出した操舵角偏差Δθの絶対値｜Δθ｜が、操舵角偏差閾値Δθ０以下であるか否かを判定する。そして、｜Δθ｜≦Δθ０であるときにはステップＳ１６に移行、｜Δθ｜＞Δθ０であるときには前記ステップＳ１１に移行する。
ステップＳ１６では、コントロールユニット１０は、操舵介入判定フラグｆｌａｇを“０”にリセットしてから、前記ステップＳ１１に移行する。
このように、｜Ｔｈ｜＞Ｔ０であるか｜Δθ｜＞Δθ０であるときには、運転者が操舵介入を行ったものと判断して第２の操舵角制御を行う。また、｜Ｔｈ｜≦Ｔ０且つ｜Δθ｜≦Δθ０であるときには、運転者が操舵介入を行っていないものと判断して第１の操舵角制御を行う。
【００３７】
《動作》
次に、第１の実施形態の動作について説明する。
図７は、本実施形態の動作を説明するためのタイミングチャートである。
第２の操舵角制御中に、運転者が操舵操作の終了動作を行ったものとする。すると、操舵トルクＴｈが徐々に減少し、図７の時刻ｔ０で｜Ｔｈ｜≦Ｔ０となる。このとき、図５のステップ１４でＹｅｓと判定するが、｜Δθ｜＞Δθ０であるため、ステップＳ１５でＮｏと判定する。そのためコントロールユニット１０は、運転者が操舵介入を継続していると判定し、第２の操舵角制御を継続する。
【００３８】
その後は、操舵トルクＴｈ＝０となっても第２の操舵角制御を引き続き行う。本実施形態では、フリクション補償演算部２４を設けている。したがって、第２の操舵角制御を継続したままでも、運転者の操舵トルクＴｈが十分に小さい場合には、フリクション補償電流Ｉｄの作用によって実操舵角θｓが目標操舵角θｒに向かって漸近（操舵角偏差Δθがゼロへ漸近）する。
【００３９】
そして、時刻ｔ１で操舵角偏差｜Δθ｜が十分小さい操舵角偏差閾値Δθ０以下となると、コントロールユニット１０は、運転者の操舵介入が終了したと判断する。このとき、ステップＳ１５でＹｅｓと判断し、ステップＳ１６に移行して操舵介入判定フラグｆｌａｇ＝０にリセットする。これにより、次の制御周期からは第１の操舵角制御に移行する。
図８は、本実施形態における制御遷移状態を示す図である。
【００４０】
この図８の矢印ａで示すように、第２の操舵角制御を行っている場合、操舵角偏差Δθが十分小さくなったところで、第１の操舵角制御による車線維持制御へ移行する。そして、その後は第１の操舵角制御を安定して行い、応答性良く目標操舵角θｒに実際の操舵角θｓが追従する。すなわち、第２の操舵角制御から第１の操舵角制御へ移行する段階において、運転者の意思に反するハンドル挙動も無く滑らかに遷移することになる。
【００４１】
ところで、一般的な車線維持支援装置では、ドライバの操舵トルクの絶対値が操舵介入終了を判断する閾値より小さくなったときに、車線維持性能を主目的とする第１の操舵角制御へ移行する。
図９は、一般的な車線維持支援装置における動作を説明するためのタイミングチャートである。この図９に示す例では、操舵介入を判断する操舵トルク閾値にヒステリシス特性を設けている。
【００４２】
第２の操舵角制御中に、時刻ｔ１０で操舵トルク｜Ｔｈ｜≦Ｔ０となると、運転者の操舵介入が終了したと判断する。そして、所定の判断時間が経過した時刻ｔ１１で、第２の操舵角制御から車線維持性能を主目的とする第１の操舵角制御へ移行する。このとき、操舵角偏差は図９（ｃ）に示すように、比較的大きな値となっている。そのため、第１の操舵角制御では、操舵角偏差をゼロへ漸近させるために大きな制御電流指令値を算出する。したがって、発生する操舵補助力も大きくなり、その結果、操舵トルクセンサで検出される操舵トルクも大きくなる。
【００４３】
すると、時刻ｔ１２で操舵トルク｜Ｔｈ｜＞Ｔ０となって、運転者が操舵介入を行ったと判断し、第１の操舵角制御から第２の操舵角制御へ移行する。このとき、実際には運転者は操舵介入動作を行っていないことから、操舵トルクＴｈは徐々に減少する。そして、時刻ｔ１３で｜Ｔｈ｜≦Ｔ０となる。これにより、時刻ｔ１４で第２の操舵角制御から第１の操舵角制御へ移行する。
【００４４】
ところが、この場合にも操舵角偏差は比較的大きな値となっていることから、第１の操舵角制御へ移行すると、再び操舵トルクＴｈが増加し、時刻ｔ１５で操舵介入判断がなされる。
このように、操舵トルクＴｈが変動し、操舵介入判断のハンチングが生じてしまう。上記のように操舵介入判断閾値にヒステリシス特性を設けても、運転者にとって好ましくない挙動が発生するタイミングが変化するだけで、根本的な解決にはならない。したがって、従来では、操舵トルクの変動が運転者に許容される程度に収まるよう、車線維持性能を下げざるを得ない場面があった。
【００４５】
これに対して、本実施形態では、操舵トルクＴｈが操舵トルク閾値Ｔ０以下で、且つ操舵角偏差Δθが操舵角偏差閾値Δθ０以下となったときに、運転者の操舵介入が終了したと判断する。これにより、上述したような操舵補助力の変化に伴う操舵トルクの変動を防止することができる。その結果、違和感の少ない操舵感と良好な車線維持性能とを両立することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、フリクション補償を行うことで、操舵トルクＴｈが十分に小さい場合には、操舵角偏差Δθがゼロに漸近するようになる。そのため、特別に操舵介入終了の判断を行わなくても、操舵角偏差Δθが十分小さい閾値Δθ０以下となったときに第１の操舵角制御へ戻すようにすればよい。これにより、操舵補助力の変化によるハンドルの挙動を伴うことなく車線維持を主目的とした操舵制御に移行することができる。
【００４７】
またこのとき、第１の操舵角制御へ移行する前に、途中で運転者が再び操舵トルクＴｈをハンドルに加えた場合には、操舵角偏差Δθはゼロへ漸近しなくなる。その結果、操舵反力特性が適切に設定された第２の操舵角制御を維持する。したがって、運転者の意図しない操舵補助力の変化が無くなり、違和感のない操舵系とすることが可能となる。
なお、図１において、ＣＣＤカメラ８ａ、カメラコントローラ８ｂ及び車輪速センサ９が走行状態検出手段を構成している。また、操舵トルクセンサ５が操舵トルク検出手段を構成し、操舵角センサ６が操舵角検出手段を構成している。
また、図５の処理において、ステップＳ３が目標操舵角算出手段を構成し、ステップＳ８〜１０及びＳ１４〜Ｓ１６が操舵意思検出手段を構成し、ステップＳ６及びＳ１２が操舵角偏差算出手段を構成している。さらに、ステップＳ７が第１の操舵角制御手段を構成し、ステップＳ１３が第２の操舵角制御手段を構成している。
【００４８】
《効果》
（１）目標操舵角算出手段は、走行状態検出手段で検出した走行状態に基づいて、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な目標操舵角を算出する。操舵角偏差算出手段は、目標操舵角演算手段で算出した目標操舵角と操舵角検出手段で検出した操舵角との差分値である操舵角偏差を算出する。第１の操舵角制御手段は、操舵意思検出手段で運転者による操舵意思を非検出であるとき、操舵角偏差算出手段で算出した操舵角偏差に応じて、所定の算出ゲインで、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な第１の付加トルクを算出し、当該第１の付加トルクを操舵系に付加する第１の操舵角制御を行う。第２の操舵角制御手段は、操舵意思検出手段で運転者による操舵意思を検出したとき、操舵角偏差算出手段で算出した操舵角偏差に応じて、第１の付加トルクの算出ゲインより小さい算出ゲインで、前記第１の付加トルクより運転者による操舵操作が反映され易い第２の付加トルクを算出し、当該第２の付加トルクを操舵系に付与する第２の操舵角制御を行う。
【００４９】
そして、操舵意思検出手段は、操舵トルク検出手段で検出した操舵トルクが所定のトルク閾値以下で、且つ操舵角偏差算出手段で算出した操舵角偏差が零又は略零である所定の操舵角偏差閾値以下のとき、運転者による操舵意思を非検出とする。
このように、運転者による操舵意思を検出し、運転者の操舵意思に応じて車線維持制御の制御方式を変更する。第１の操舵角制御では、十分な車線追従性能を実現して安定した走行を行うことができる。また、第２の操舵角制御では、運転者による操舵操作が反映され易い走行制御を行うことができ、運転者に違和感のない操舵角制御を行うことができる。
【００５０】
さらに、運転者の操舵意思がゼロになったところで車線維持制御（第１の操舵角制御）に復帰することができる。操舵意思判断に操舵角偏差を用いることで、操舵角制御の切り替えに伴って付加トルクが変動することに起因する操舵介入判断のハンチングを防止することができる。そのため、運転者の意思に忠実な操作形態を実現することができる。
【００５１】
（２）目標操舵角算出手段は、走行状態検出手段で検出した走行状態に基づいて目標ヨーレートを算出し、当該目標ヨーレートを実現するような目標操舵角を算出する。これにより、適正な目標操舵角を算出することができる。
【００５２】
（３）第２の操舵角制御手段は、操舵角偏差算出手段で算出した操舵角偏差が大きいほど、第２の付加トルクを大きく算出すると共に、操舵角偏差の増加量に対する第２の付加トルクの増加量を、当該操舵角偏差が大きいほど小さく設定する。
これにより、操舵角偏差が小さいときには、操舵角偏差の僅かな増加に対しても付加トルクを大きく発生することができる。そのため、運転者は敏感に操舵補助力を受けることになる。したがって、実際に操舵意思がある場合には、走行車線の中央位置を知らせるインフォメーションを運転者に対して伝えることができる。また、実際には操舵意思がない場合には、操舵補助力として発生される付加トルクによって車線逸脱を回避する方向に進路修正することができる。
また、操舵角偏差が大きいときには、明らかに運転者による意識的な車線逸脱であると判断して、一定値以上の操舵トルクを発生させないようにすることができる。そのため、運転者の操舵操作を適切に反映させることができ、運転者は違和感なく車線変更等を行うことができる。
【００５３】
（４）自車両の走行状態に基づいて、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な目標操舵角を算出し、算出した目標操舵角と実際の操舵角との差分値である実際の操舵角偏差を算出する。運転者による操舵トルクが所定のトルク閾値より大きいか、算出した操舵角偏差が零又は略零である所定の操舵角偏差閾値より大きいとき、算出した操舵角偏差に応じて、運転者による操舵操作が反映され易い第２の付加トルクを算出し、当該第２の付加トルクを操舵系に付加する第２の操舵角制御を行う。運転者による操舵トルクが前記トルク閾値以下で、且つ算出した操舵角偏差が前記操舵角偏差閾値以下となると、前記算出した操舵角偏差に応じて、自車両が走行車線の所定位置を走行するために必要な第１の付加トルクを算出し、当該第１の付加トルクを操舵系に付加する第１の操舵角制御を行う。
これにより、制御移行時には、運転者のどのような操舵操作状態であっても、運転者にとって不快なトルク変動を防止することができる。その結果、運転者に違和感のない車線維持制御を行うことができる。
【００５４】
《第２の実施の形態》
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、第１及び第２の操舵角制御において、操舵トルクＴｈから操舵角偏差Δθまでの動特性を任意に設定するような動的な補償器を用いるようにしたものである。
《構成》
第２の実施形態におけるコントロールユニット１０の構成は、図３に示す前述した第１の実施形態におけるコントロールユニット１０の構成と同様である。
先ず、操舵トルクＴｈから操舵角偏差Δθまでの動特性を任意に設定するような動的な補償器について説明する。
【００５５】
第１の操舵角制御部に用いる動的な補償器を、離散値系の一般的な形式で記述すると次のように書ける。
ｘ1（ｋ＋１）＝Ａ1ｘ1（ｋ）＋Ｂ1Δθ（ｋ），
Ｉｒ（ｋ）＝Ｃ1ｘ1（ｋ）＋Ｄ1Δθ（ｋ）  ………（１８）
また、第２の操舵角制御部に用いる動的な補償器を、離散値系の一般的な形式で記述すると次のように書ける。
ｘ2（ｋ＋１）＝Ａ2ｘ2（ｋ）＋Ｂ2Δθ（ｋ），
Ｉｒ（ｋ）＝Ｃ2ｘ2（ｋ）＋Ｄ2Δθ（ｋ）  ………（１９）
【００５６】
ここで、ｘ1，ｘ2は、それぞれ第１または第２の操舵角制御を行う補償器内部の状態変数である。また、Ａ1〜Ｄ1，Ａ2〜Ｄ2は、第１または第２の操舵角制御を行って閉ループ系を構成した場合に、操舵トルクＴｈから操舵角偏差Δθの応答を任意に設定するパラメータである。このＡ1〜Ｄ1，Ａ2〜Ｄ2は、スカラーまたは行列の変数または定数である。さらに、ｋは演算のステップを表し、演算周期をｄｔ、時刻ｔとすると、ｔ＝ｋ×ｄｔを満たす変数である。
【００５７】
（車線維持制御処理手順）
次に、第２の実施形態のコントロールユニット１０で実行する車線維持制御処理手順について説明する。
図１０は、第２の実施形態のコントロールユニット１０で実行する車線維持制御処理手順を示すフローチャートである。この車線維持制御処理は、図５に示す車線維持制御処理において、ステップＳ７およびＳ１３をステップＳ２１およびＳ２２にそれぞれ置換したことを除いては、図５と同様の処理を行う。したがって、図５との対応部分には同一符号を付し、処理の異なる部分を中心に説明する。
【００５８】
ステップＳ２１では、コントロールユニット１０は、次式をもとに、制御電流指令値Ｉｒと第一操舵角制御補償器状態変数ｘ1とを算出する。
Ｉｒ＝Ｃ1ｘ1＋Ｄ1Δθ，
ｘ1＝Ａ1ｘ1＋Ｂ1Δθ  ………（２０）
次にステップＳ２２で、コントロールユニット１０は、次式をもとに、制御電流指令値Ｉｒと第二操舵角制御補償器状態変数ｘ2とを算出する。
Ｉｒ＝Ｃ2ｘ2＋Ｄ2Δθ，
ｘ2＝Ａ2ｘ2＋Ｂ2Δθ  ………（２１）
【００５９】
ここで、第２の操舵角制御は、運転者が操舵介入をしたときに操舵角偏差や操舵角偏差速度に応じて、運転者が感じる操舵反力を発生させたり、ハンドルの動きをスムーズにするような電流指令値を算出したりするようになっている。そして、その操舵反力（操舵トルク）の大きさは、運転者が容易に操舵介入できる程度の強さに制限している。したがって、第１の実施形態と同様に、車両が適切な方向へ向かうように運転者の操舵操作を促すものとなる。
【００６０】
《効果》
（５）  モデルマッチング制御等により、操舵系の動特性が理想とする動特性に一致するように第２の操舵角制御を設計することができる。したがって、車線追従性とドライバ協調性とを考慮して、運転者に違和感のない車線維持制御を行う車線維持支援装置においてはさらに好適である。
《変形例》
（１）上記各実施形態においては、操舵角速度を用いてフリクション推定値を算出する場合について説明したが、操舵角度と２次のローパスフィルタとを組み合わせた構成とすることもできる。また、操舵トルクセンサがドリフトするような場合には、不感帯を設定して操舵トルクがゼロに近い範囲でフリクション補償が敏感に動作しないようにすることもできる。
【００６１】
（２）上記各実施形態においては、車線維持制御として、車両が車線の目標経路（走行車線中央位置）に沿って走行するような制御を適用する場合について説明したが、車両が車線をはみ出さないように走行する制御を適用することもできる。
（３）上記各実施形態においては、第２の操舵角制御で、制御電流指令値Ｉｒの算出ゲインを複数持つこともできる。そして、車両の走行状況（障害物の有無、隣接車線の車両の有無など）に応じて算出ゲインを変更して、制御電流指令値Ｉｒを算出するようにしてもよい。これにより、より運転者の感覚に合致した走行制御を行うことができる。
【００６２】
（４）上記各実施形態においては、第１及び第２の操舵角制御で、操舵角θｓの操舵速度をフィードバックする微分制御を付加することもできる。これにより、操舵角偏差に対する操舵反力特性を調整することができる。例えば、運転者が急にハンドルから手を離した場合でも、ハンドルの動きが穏やかになるように調整することができる。したがって、より運転者の違和感が少ない操舵特性とすることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ＦＬ，１ＦＲ  前輪
２  ステアリングギア
３  ステアリングホイール
４  ステアリングシャフト
５  操舵トルクセンサ
６  操舵角センサ
７  操舵アクチュエータ
８ａ  ＣＣＤカメラ
８ｂ  カメラコントローラ
９  車輪速センサ
１０  コントロールユニット
【図１】
2010188854.tif 000003
【図２】
2010188854.tif 000004
【図３】
2010188854.tif 000005
【図４】
2010188854.tif 000006
【図５】
2010188854.tif 000007
【図６】
2010188854.tif 000008
【図７】
2010188854.tif 000009
【図８】
2010188854.tif 000010
【図９】
2010188854.tif 000011
【図１０】
2010188854.tif 000012