(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行中の前方道路の車線状態を検知する第１の手段と、自車の運動状態を検知する第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する第３の手段と、車両の操舵車輪を作動させる操向手段と、前記第３の手段の出力に応じて前記操向手段に第１の操舵トルクを発生させる付勢手段と、およびステアリングホィールに加えられた第２の操舵トルクを検知する操舵力検出手段とを備えると共に、前記操舵力検出手段の出力に応じてステアリングホィールに加えられた前記第２の操舵トルクを減少させる方向に前記付勢手段を駆動するように構成した車両用操舵装置において、前記車両用操舵装置は、前記操向手段に前記第１の操舵トルクを発生させるための第１の制御アルゴリズムと、前記第２の操舵トルクを減少させる方向に前記付勢手段を駆動するための第２の制御アルゴリズムとを備えると共に、前記第１の制御アルゴリズムで決定される操作量と前記第２の制御アルゴリズムで決定される操作量を加算して得られた加算操作量に基づいて前記付勢手段を駆動することを特徴とする車両用操舵装置。
【請求項２】
前記付勢手段が電動モータであることを特徴とする請求項１項記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
さらに、切替え手段を備えると共に、前記切替え手段の切替え動作によって、少なくとも前記付勢手段に前記第１の操舵トルクの発生を抑制するように構成したことを特徴とする請求項１項または２項記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
さらに、切替え手段を備えると共に、前記切替え手段の切替え動作によって前記第１および第２の制御アルゴリズムの少なくともいずれかが前記付勢手段を駆動するように実行されることを特徴とする請求項１項または２項記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記第２の制御アルゴリズムと前記第１の制御アルゴリズムが結合されて実行されるとき、前記第２の制御アルゴリズムで決定される操作量に係数を乗じて前記第１の制御アルゴリズムで決定される操作量に加算するように構成したことを特徴とする請求項１項または２項記載の車両用操舵装置。
【請求項６】
前記切替え手段が運転者によって操作されるスイッチを備えると共に、前記スイッチを介して切替えることを特徴とする請求項３項または４項記載の車両用操舵装置。
【請求項７】
前記切替え手段が車速検出手段を備えると共に、検出車速が所定値を超えないとき、前記切替え手段の入力を無効とする手段を備えたことを特徴とする請求項６項記載の車両用操舵装置。
【請求項８】
前記切替え手段が走行環境を判定する走行環境判定手段を備えると共に、所定の環境を走行中と判定されるとき、切替えることを特徴とする請求項３項または４項記載の車両用操舵装置。
【請求項９】
前記切替え手段が車速検出手段を備えると共に、検出車速が所定値を超えるとき、切り替えることを特徴とする請求項３項または４項記載の車両用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用操舵装置として、本出願人は、例えば特開平５−１９７４２３号公報において、車両などの移動体を滑らかな軌跡で目標経路に追従させる技術を提案している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来技術は車両を自動的に操縦する、いわゆる「自動運転車」に関するが、自動運転車の技術が熟成し普及する前の段階では、人が運転しつつ視覚センサやレーダなどを介して前方の道路状況を予見しつつ走行するという、マンマシーン協調型の車両用操舵装置が実現すると予想される。
【０００４】
そのようなマンマシーン協調型の車両操舵装置の一つとして、本出願人は先に特願平７−３１００７０号において、道路走行中に例えばカメラなどの視覚手段を用いてレーン（車線）と自車との関係を検知し、車両の操向装置にレーンに沿って走行するための指令を出力し、継続的にレーンに沿った走行を行わせる技術を提案している。
【０００５】
かかる概念を実用化する際に、レーン追従制御用のアクチュエータとして、操向装置として既にあまねく用いられているパワーステアリングのアクチュエータを兼用することができれば、装置全体を小型軽量に設計することができ、その信頼性も確保しやすい。
【０００６】
従って、この発明の第１の目的は、電動式パワーステアリングのアクチュエータなどをレーン追従制御のアクチュエータなどとして兼用することを可能とし、よって小型軽量で信頼性の高い車両用操舵装置を提案することにある。
【０００７】
更にまた、対象となるパワーステアリングが電動式のものであって、その制御アルゴリズムが専らソフトウエア手法を用いて実現される場合、レーン追従走行のための制御アルゴリズムと、パワーアシストとしての制御アルゴリズムとを独立に取り扱うことができれば、各々を設計管理する上で都合良く、従って開発が容易となり、実際の使用での信頼性も高くすることができる。
【０００８】
従って、この発明の第２の目的は、レーン誘導のための制御アルゴリズムと単なるパワーステアリングとしての制御アルゴリズムとを分離して記述・管理することを可能とし、よって開発を容易にすると共に、構成を簡易にして装置全体の信頼性を高めるようにした車両用操舵装置を提案することにある。
【０００９】
更にまた、レーン追従機能は概して高速道路を走行するときなどの比較的走行速度の高いときに用いられ、これに対してパワーステアリングとしての機能、言い換えればパワーアシストの機能は本質的に低速走行のときに有用である。高速走行中にはわざわざパワーアシスト量を減じて、走行中の操舵力が軽くなり過ぎないような制御を行っていることから、以上の論理は理解できよう。このような視点に立てば、レーン追従とパワーステアリング機能の２つの制御アルゴリズムは、一層の分離が可能になる。
【００１０】
従って、この発明の第３の目的は、パワーステアリング制御とレーン追従の制御とを時間的に完全に分離して管理することで、長年に渡って培われてきたパワーステアリング制御の信頼性はそのまま保持することを可能とし、よって装置全体の信頼性を一層高めるようにした車両用の操舵装置を提案することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、走行中の前方道路の車線状態を検知する第１の手段と、自車の運動状態を検知する第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する第３の手段と、車両の操舵車輪を作動させる操向手段と、前記第３の手段の出力に応じて前記操向手段に第１の操舵トルクを発生させる付勢手段と、およびステアリングホィールに加えられた第２の操舵トルクを検知する操舵力検出手段とを備えると共に、前記操舵力検出手段の出力に応じてステアリングホィールに加えられた前記第２の操舵トルクを減少させる方向に前記付勢手段を駆動するように構成した車両用操舵装置において、前記車両用操舵装置は、前記操向手段に前記第１の操舵トルクを発生させるための第１の制御アルゴリズムと、前記第２の操舵トルクを減少させる方向に前記付勢手段を駆動するための第２の制御アルゴリズムとを備えると共に、前記第１の制御アルゴリズムで決定される操作量と前記第２の制御アルゴリズムで決定される操作量を加算して得られた加算操作量に基づいて前記付勢手段を駆動する如く構成した。
【００１２】
【作用】
第３の手段の出力に応じて操向手段に第１の操舵トルクを発生させる付勢手段を備えると共に、操舵力検出手段の出力に応じてステアリングホィールに加えられた操舵トルクを減少させる方向に前記付勢手段を駆動するように構成した車両用操舵装置において、車両用操舵装置は、操向手段に第１の操舵トルクを発生させるための第１の制御アルゴリズムと、第２の操舵トルクを減少させる方向に付勢手段を駆動するための第２の制御アルゴリズムとを備えると共に、第１の制御アルゴリズムで決定される操作量と第２の制御アルゴリズムで決定される操作量を加算して得られた加算操作量に基づいて付勢手段を駆動する如く構成した、即ち、パワーステアリングのアクチュエータなどをレーン追従制御のアクチュエータなどとして兼用するようにした車両用操舵装置において、レーン追従のための制御アルゴリズムとパワーステアリングとしての制御アルゴリズムを結合して実行する如く構成したので、車両用操舵装置を小型軽量にできると共に、信頼性を高めることができ、また常にパワーステアリングが動作して操舵力をアシストすることができると共に、常にパワーステアリングが動作しているので、レーンチェンジの際にも軽い操舵力でレーンチェンジを行うことができる。
【００１３】
更に、レーン追従のための制御アルゴリズムと単なるパワーステアリングとしての制御アルゴリズムとを分離して記述・管理することを可能としたので、開発を容易にすることができる。
【００１４】
更にまた、パワーステアリング制御とレーン追従制御とを時間的に完全に分離して管理することで、長年に渡って培われてきたパワーステアリング制御の信頼性はそのまま保持することを可能としたので、装置全体の信頼性を一層高めることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１において、外側の想像線１０で表示した矩形は、この発明に係る車両用の操舵装置を搭載した車両の外形線で、操舵可能な前輪の片側１２が示される。その前輪１２を操舵する操舵機構としてラックアンドピニオン形式の操向装置１４と、その操向装置１４を操作するためのステアリングホィール１６、ステアリングホィール１６と操向装置を結合するコラム１８が示されている。
【００１７】
コラム１８上にはこれと同芯に操舵力をトルクの形で検出して電気信号に変換するトーションバー形式の操舵トルクセンサ２０と、コラムからベルトを介してその回転角度を検出して、電気信号に変換するポテンショ形式の操舵角度センサ２２が設けられる。
【００１８】
一方ラック上には後述するＣＰＵの指令を受けてラックを図で上下に駆動する電動モータ２４とボールスクリューを組み合わせた形式のアクチュエータ２６が設けられる。この操舵トルクセンサは、一般にトーションバーの捩じれ変位をポテンショで計測、アナログで出力するものが公知公用に供されている。
【００１９】
また車両走行の速度を検出して電気信号に変換する車速センサ２８と、車両の運動の内、垂直軸回りの回転速度（ヨーレイト）を検出して電気信号に変換するヨーレイトセンサ３０、及び車両室内に設けられて進行方向前方を撮像するＣＣＤカメラ３２とが設けられ、これらのセンサの電気信号を受け入れて前記モータ２４の電流値を決定するＣＰＵからなる制御ユニット３４（ＣＰＵと示す）とが設けられる。
【００２０】
図２はそのＣＰＵ（制御ユニット）の構成を詳細に示すもので、ＣＣＤカメラ３２の撮像した画像は先ず画像処理部３２ａに送られ、そこで特徴点抽出、ハフ変換などの処理が行われる。処理結果は走行可能領域認識部３２ｂに送られ、そこで走行可能な領域が探索される。その出力は、次いで目標経路設定部３２ｃに送られ、そこでこれから走行しようとしているコースの計画が策定される。これらの処理結果がＣＰＵ３４に入力される。
【００２１】
また操舵角度センサ２２はポテンショ形式で、その出力はＡ／Ｄ変換器２２ａを介してデジタル量に変換された後、ＣＰＵ３４に入力される。操舵トルクセンサ２０の出力もＡ／Ｄ変換器２０ａを通してデジタル量に変換され、ＣＰＵ３４に入力される。
【００２２】
ＣＰＵ３４はこれらの信号を入力されると、図３及び図４に示すアルゴリズムに従ってモータトルクを算出し、モータ２４を駆動する。モータに出力する経路には公知のようにＤ/ Ａ変換器２４ａとこの微弱な信号を電流値に変えるモータアンプ２４ｂとが挿入される。
【００２３】
尚、ＣＰＵは内部に計算に必要な各種のゲイン等を記憶しておく記憶装置ＲＯＭを備えており、必要に応じてＲＯＭの情報を読み出せるように構成される。レーン追従モードを運転者の意思で選択し得る、手動のスイッチSAS （Steer Assist Switch の略）３６とレーン追従走行モードが動作していることを運転者に知らせるための追従表示灯３８とが別に用意される（図１で図示省略）。
【００２４】
上記構成において、パワーステアリングの際には公知のように、ステアリングホィールに加えられた操舵トルクをトルクセンサが感知して、操舵トルクが既定の量に納まるようにモータに電流を流し、運転者の操舵力を支援する。
【００２５】
また後述の如く、レーン追従制御においては前記した従来技術に開示された如く、ＣＣＤカメラ、舵角センサ、車速センサ、ヨーレイトセンサからの情報に基づいてＣＰＵの算出した目標舵角θd に操舵角度が一致するように、モータを駆動する。更に、レーン追従制御の間にあっても、モータの出力よりも大きな操舵トルクを運転者が入力すれば、ＣＰＵの決定にも係わらず、運転者の意思通りに車両の向きを変えることができ、レーンを変更したり、障害物を回避することができる。
【００２６】
図３及び図４はこの操舵装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００２７】
尚、図示の制御においては、パワーステアリングを常に動作させるように構成した。即ち、レーン追従制御の有無に関わらず、所定の運転状態にあれば、パワーステアリング制御を行うようにした。
【００２８】
以下説明すると、図示のプログラムは機関の始動に伴ってSTEP-41 でスタートし、次いでSTEP-42 に進んで前記した各種センサの情報が読み込まれる。
【００２９】
次のSTEP-43 からSTEP-46 までがパワーステアリング用の制御アルゴリズムであり、パワーアシスト量としてのモータトルクＴ1 を算出する。
【００３０】
具体的には、STEP-43 で検出操舵力τs が基準値τo を超えているかどうかを判断し、超えていると判断されるときはSTEP-44 に進んで操舵力の方向に応じて係数γの符号を決定する。例えば、ステアリングホィール１６に加えられた操舵力が右方向であるとき正、左方向であるとき負とし、それによって＋１または−１を係数γに置き換える。
【００３１】
次いでSTEP-45 に進み、検出操舵トルクτs と上記基準値τo との差分を求め、それにゲインＫo を乗じた量をモータトルクの指令値Ｔ1 （操作量）とする。そのとき、モータの許容トルクＴmax に比べて算出トルクＴ1 が大きければ、指令値をその最大値Ｔmax に限定する。上記の係数γを用いることで、計算式を単純にすることができる。
【００３２】
他方、STEP-43 で検出操舵力が基準値τo を超えていないと判断されるときはパワーアシスト量であるトルクは不要なので、STEP-46 に進んでモータトルクＴ1 の指令値を０に設定する。
【００３３】
次いでSTEP-47 に進み、前記したSAS スイッチ３６がオンされているかどうか判断する。このスイッチがオンされていないときはSTEP-49 に進み、Ｆlag のビットから現在までにこのスイッチが押されたことがないかどうか判断する。
【００３４】
Ｆlag のビットが１ならば、以前にスイッチがオンされていたものと判断すると共に、Ｆlag のビットが０ならば以前にオンされたことがなく、パワーステアリングの機能のみ働くことを運転者が望んでいると推定される。従ってSTEP-50 に進んでモータアンプに出力すべき最終のトルクをSTEP-45 またはSTEP-46 で算出したいずれかのトルク指令値Ｔ1 と決定する。
【００３５】
これに対してSTEP-47 でSAS スイッチがオンと判断されるときはSTEP-48 に進んでＦlag のビットを１にすると共に、表示灯を点灯し、STEP-51 に進む。STEP-49 でＦlag のビットが１と判断されるときも同様である。
【００３６】
STEP-51 からSTEP-62 までの処理は、先に本出願人が提案した前記した特開平５−１９７４２３号および特願平７−３１００７０号に開示されている制御アルゴリズムに基づいている。以下、簡単に説明する。
【００３７】
先ずSTEP-51 において座標上での自車（車両Ｗとする）の傾斜角度ΘW を算出し、STEP-52 に進んで車両Ｗの現在位置を算出する。これは車両Ｗのｘ−ｙ相対座標の原点ｏのＸ−Ｙ座標成分（ＸW,ＹW ）を求めて行う。
【００３８】
続いてSTEP-53 に進んで目標点Ｐを設定する。これは目標経路Ｍをｘ−ｙ相対座標における点列として表現すると共に、車両Ｗの現在の車速Ｖでｘ軸方向に所定の予見時間Ｔだけ移動した距離ｘｐ（＝ＶＴ）をｘ座標成分とする、目標経路Ｍ上の点として設定する。
【００３９】
続いてSTEP-54 に進んで目標ヨーレートγm を算出する。
【００４０】
これは先ず、目標点到達ヨーレートγm 、即ち、車両Ｗを現在位置（原点ｏ）から目標点Ｐに到達させるための車両Ｗのヨーレートを適宜な式から求めることで行う。続いて目標点Ｐにおける車両Ｗと目標経路Ｍとの角度偏差ΔθP を求め、角度偏差ΔθP を解消するヨーレートの補正分ΔγP を求め、目標ヨーレートγP から求めたΔγP に補正係数Ｋm を乗じて得た積を減算して目標ヨーレートγP を補正することで行う。
【００４１】
補正係数Ｋm は、図示のフロー・チャートではSTEP-51 以下の処理と平行して行われるSTEP-55 で走行可能経路Ａ（前記した走行可能領域に同じ）の曲率ρ、道幅Ｄを求め、STEP-56 で曲率ρ、道幅Ｄ、車速Ｖからファジイ推論を用いて求める。
【００４２】
続いてSTEP-60 に進んで目標ヨーレートγm を生ぜしめる舵角を適宜な式を用いて目標舵角δm として算出し、STEP-61 に進んで目標舵角δm となるようにモータ２４の変位角度の目標値θD を算出し、STEP-62 に進んでモータ２４の変位が目標値θD に一致するようにフィードバック制御する。
【００４３】
続いてSTEP-63 に進み、STEP-45 またはSTEP-46 で求めたパワーステアリング制御用のモータトルク指令値Ｔ1 とレーン追従制御用のモータトルク指令値Ｔ2 とを合算し、最終的にアンプに出力するモータトルクの指令値Ｔとし、STEP-64 に進んで出力する。
【００４４】
このとき、トルク指令値Ｔ1,Ｔ2 （操作量）を対等に評価して加えても良いが、この実施の形態ではパワーステアリングとしての必要トルクＴ1 に、ある１よりも小さい係数Ｋ2 を乗じてから指令値Ｔ1 とＴ2 を加算した。その理由は、レーン追従走行の際には、レーン内の目標コースから離れるに従って操舵力が目標コースに戻すように、レーン追従用のモータトルク指令値を決定するが、パワーステアリング制御用のモータトルク指令値が大きいと、レーン追従用のモータトルクが減少し、容易にレーンから逸脱するからである。
【００４５】
次いでSTEP-65 に進んで前記したSWS スイッチ３６がオフか否か判断し、肯定されるときはSTEP-66 に進んでＦlag のビットを０にして表示灯を消灯してからSTEP-67 に進むと共に、STEP-65 で否定されるときは直ちにSTEP-67 に進む。STEP-67 では終了、具体的にはイグニッションキーがオフ( 機関が停止）したかどうか判断し、肯定されるときはSTEP-68 に進んでプログラムを終了すると共に、否定されるときはSTEP-42 に戻り、以上の処理を繰り返す。
【００４６】
上記した実施の形態では、常にパワーステアリングが動作して操舵力をアシストすることができると共に、常にパワーステアリングが動作しているので、レーンチェンジの際にも軽い操舵力でレーンチェンジを行うことができる。
【００４７】
他方、レーン追従制御も平行して行われ、運転者が大局的な操舵入力を行うだけで、自動的にレーンに追従した操舵が行われる。具体的には、上記の実施の形態ではレーン中央を走行するように目標舵角δm が決定されることから、ほぼ直線の道路で運転者はステアリングホィールを真っ直ぐに保持していた場合には画像情報に基づいた装置の出力によってレーンに沿うべく前輪は微少な操舵を与えられる。
【００４８】
また、レーンからの逸脱に対して自動的な補正が加えられ、例えば横風や路面の凹凸などに起因する外乱が加えられて車両をコースから逸脱させようとしても、元のコースに自動的に復帰するように補正が加えられるので、運転者としては上記の外乱に対して殆ど何もしないでいることができる。
【００４９】
更に、上記の実施の形態では、モータ（アクチュエータ）２４をパワーステアリング制御とレーン追従制御とに兼用するようにしたので、装置全体を小型軽量にすることができ、信頼性も向上させることができる。
【００５０】
更に、上記の実施の形態では、STEP-42 からSTEP-46 迄のパワーステアリング制御アルゴリズムと、STEP-51 からSTEP-61 迄のレーン追従制御アルゴリズムとを独立に構成したので、両者を別々に管理することができる。従って、開発・改変などが容易であると共に、間違いを犯す( 通称バグと言われるソフト記述ミス
)機会を減らすことができ、信頼性を向上させることができる。
【００５１】
次いで、この発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５２】
図５は、第２の実施の形態に係る装置の全体図である。
【００５３】
図において仮想線１１０で示されているのは、本装置を搭載した車両の外形線である。この車両は、操向車輪１１２と、これを転舵させるための操向装置１１４と、この操向装置を作動させるためのステアリングホィール１１６とを備える。ステアリングホィール１１６と操向装置とはコラム１１８を介して結合される。
【００５４】
このコラム１１８上には、操舵トルクを検知する操舵トルクセンサ１２０と、後述するＣＰＵからの指令を受けてコラムに回転トルクを与える電動モータ１２４と、モータの回転角度を検出するエンコーダからなる操舵角度センサ１２２とが設けられる。尚、モータ１２４には、それと一体となってアクチュエータ１２６を構成するウオーム形式の減速機（図示せず）が設けられる。
【００５５】
更に、ステアリングホィール１１６とコラム１１８との間には、両者を相対回転可能に結合するウオーム形式の操舵角度補正装置１３２が設けられると共に、この補正装置を駆動する電動モータ１３０と、補正角度を検出するポテンショ形式の補正角度センサ１２８とが設けられる。尚、操舵角度補正装置１３２の詳細は先に本出願人が提案した特願平７−３１００７０号に述べられている。
【００５６】
他に、車速センサ１３４、ヨーレイトセンサ１３６、ＣＣＤカメラ１３８が用意され、これらのセンサからの情報に基づいて上記２つのモータを駆動するＣＰＵ（制御ユニット）１４０を備える。
【００５７】
ここで第２の実施の形態のアクチュエータ１２６について言及すると、かかるコラム上にウォームギアを減速機に利用したアクチュエータは、主として軽量車両のパワーステアリングで公知公用に供されている。このような形式のパワーステアリングでは操舵トルクの検出を行うトルクセンサはウォームギアの近くで且つステアリングホィール側に設けられる。この実施の形態ではこのアクチュエータとトルクセンサの両方を、パワーステアリング制御用とレーン追従制御用とで兼用（共用）している。
【００５８】
図６にＣＰＵ（制御ユニット）１４０の構成を詳細に示す。第１の実施の形態との違いは、モータの駆動系が２つ用意されていること、及び補正角度センサ１２８からの信号が、ＡＤ変換器１２８ａを介してＣＰＵ１４０に入力されていることである。尚、図５で図示省略したが、第１の実施の形態と同じく  SAS スイッチ１３５とレーン追従機能が作動中であることを表示する追従表示灯１３７とが用意される。
【００５９】
図７及び図８は第２の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００６０】
前記の如く、この実施の形態ではパワーステアリングとレーン追従の２つの機能を時間的に分けて動作させ、両者を一層独立に管理できるようにした。
【００６１】
以下説明すると、STEP-161ではＦlag のビットがオンしているか否か判断する。第１の実施の形態と同様に、このＦlag は運転者がSAS スイッチをオンしたとき、そのビットをオンにセットされる。即ち、第２の実施の形態では最初にこのＦlag を参照して、運転者が追従機能を選択したか、またはパワーステアリング機能を選択したかを判断するようにした。Ｆlag のビットがオンされているときはレーン追従の機能を発揮させ、然らざる場合にはパワーステアリングの機能を発揮させる。
【００６２】
STEP-162でＦlag のビットがオンと判断されるときはSTEP-180以降に進んで前述したレーン追従制御を行うと共に、否定されるときはSTEP-162に進んでSAS スイッチがオンか否か判断し、肯定されるときはSTEP-163に進んでＦlag のビットをオンすると共に表示灯を点灯し、STEP-180以降に進む。
【００６３】
他方、STEP-162でも否定されるときはSTEP-170に進み、以下パワーステアリング制御がSTEP-177まで行われる。第２の実施の形態にパワーステアリング制御は第１の実施の形態のそれとは異なり、車速に応じてアシストの度合いを変更する、車速応動型とした。
【００６４】
この概念も公知であり、本発明の要旨をなすものではないため、以下簡潔に述べると、STEP-171でゲインＫを車速Ｖに関連付けて決定する。詳しくは、１．０から検出した車速Ｖ／上限車速Ｖ１の比を減じた値を基本値Ｋ０に乗じてゲインＫとする。尚、検出車速が上限車速以上のときはゲインＫ０を零とする。そして第１の実施の形態と同じアルゴリズムでモータトルクＴを求め、STEP-176で決定し、STEP-177でアンプ124bに出力する。
【００６５】
他方、STEP-161または162 で肯定されたときは右側のSTEP-180以降に移り、レーン追従制御を行う。即ち、レーン追従制御に必要なモータトルク指令値Ｔ1 をSTEP-181からSTEP-189において第１の実施の形態と同様に算出し、後述するSTEP-192でアンプ124bに出力する。
【００６６】
尚、第２の実施の形態では、操舵角度の補正制御も行っている。即ち、STEP-190で検出操舵トルクτs に適宜設定した係数（ゲイン）Ｋを乗じ、入力操舵トルクに比例した目標補正角度（モータ角度）αd を算出し、このαd になるようにフィードバック制御量を算出し、算出結果に基づいてモータトルク指令値Ｔ2 をSTEP-191で算出し、STEP-192に進んでモータアンプ130bに出力し、ステアリングホィール１１６内部に設けたモータ１３０などからなる操舵角度補正装置１３２を駆動し、舵角の補正を行う。
【００６７】
これは、入力操舵トルクに比例したモータ変位を与えることで、モータ機構に一種のバネの機能、換言すればコンプライアンス機能を与えるためである。尚、その詳細は本出願人が先に提案した出願に詳述されており、また本発明の要旨とは直接の関係を持たないため、これ以上の説明は省略する。
【００６８】
尚、パワーステアリング制御を行うときはSTEP-176でモータトルク指令値Ｔ２は零とした。これは図５のステアリングホィール１１６の内部に設けた操舵角度補正装置１３２がウォームギアで構成されていることによる。即ち、ウオームギアには不可逆性があるため、供給電力を停止することでステアリングホィール１１６とコラム１１８とを固着状態にすることができるからである。
【００６９】
即ち、パワーステアリングとして機能させる場合には、ステアリングホィール内部にバネ作用を行う部位があると、剛性感が低下し、操縦安定感も低下するから、ロックすることが望ましいためである。
【００７０】
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、パワーステアリング制御において必要な操舵力をアシストすると共に、レーン追従制御を可能としたことに加えて、モータ（アクチュエータ）１２４と操舵トルクセンサ１２０をパワーステアリング制御とレーン追従制御で兼用するようにしたので、装置全体を小型軽量にすることができ、信頼性を向上させることができる。
【００７１】
更に、第２の実施の形態のように舵角補正機能を付与されたレーン追従制御においては操舵トルクセンサが必要となるが、この操舵トルクセンサもパワーステアリングのトルクセンサで共用化でき、一層簡易となる。
【００７２】
更に、第２の実施の形態ではパワーステアリング制御とレーン追従制御を時間的に分けて行うようにした。言い換えれば、２つの制御概念を完全に別に管理できるように構成したので、例えばパワーステアリングの制御特性（車速応動型であると否とに関わらず）を、アルゴリズムの基本を変えることなく自在に改変することができ、一層信頼性を高くすることができる。
【００７３】
またレーン追従機能についても、パワーステアリングの制御アルゴリズムに影響を与えることなく、第１の実施の形態になかった舵角補正の機能（STEP-190, STEP-191) を追加したり削除することができるなど、改変が自在となる。更に、本出願の中では述べないが、本出願人が別に出願しているように隣接レーンを走行する他車との衝突を予防する概念も、ここに示す手法を用いれば、パワーステアリングの制御アルゴリズムに影響を与えることなく容易に組み込めことができる。
【００７４】
このように独立に各制御アルゴリズムを管理できるために、開発時に良く見られるソフトウエア記述時のバグ発生を効果的に抑えることができる。また長年に渡って蓄積されたパワーステアリングの制御ソフトをそのまま利用することができるので、開発を効率良く行うことができると共に、開発期間を短縮することができる。
【００７５】
次いで、この発明に係る装置の第３の実施の形態を説明する。
【００７６】
図９は、第３の実施の形態に係る装置のＣＰＵ（制御ユニット）２４０の全体図である。
【００７７】
従前の実施の形態と相違する点は、ナビゲーションシステム２４４が追加されたことである。ＣＰＵ２４０はナビゲーションシステム２４４からの情報を参照しつつ、自車が現在走行中の環境、例えば高速道路か否かなどを認識するように構成した。符合が２００番台である点を除くと、残余は従前の実施の形態と同様である。
【００７８】
図１０及び図１１は、第３の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００７９】
以下説明すると、STEP-252で前記したナビゲーションシステム２４４からの情報に基づいて、現在、高速道路上を走行しているか否か判断し、否定されるときはSTEP-253に進んで前記Ｆlag のビットをオフにすると共に、表示灯を消灯し、Flow-2に進む。Flow-2はパワーステアリング制御に関する。
【００８０】
他方、STEP-252で高速道路上を走行していると判断されるときはSTEP-254に進んで現在の車速Ｖが所定車速Ｖ２（例えば５０ｋｍ／ｈ）を超えているか否か判断する。そして現在の車速Ｖが所定車速Ｖ２を超えていないと判断されるときはSTEP-253以降に進んでパワーステアリング制御を行うと共に、現在の車速Ｖが所定車速Ｖ２を超えていると判断されるときはSTEP-261に進んでＦlag のビットがオンか否か判断し、肯定されるときはFlow-1に進んでレーン追従制御を行う。
【００８１】
このＦlag は従前の実施の形態と同様に、運転者がレーン追従制御を希望してSAS スイッチをオンしたとき、そのビットをオンにセットされる（図示省略）。尚、STEP-261で否定されるときはSTEP-262に進んでSAS スイッチがオンされているか否か判断し、肯定されるときはSTEP-263を経てFlow-1に進むと共に、否定されるときはFlow-2に進む。
【００８２】
尚、Flow-1,2のレーン追従制御およびパワーステアリング制御の詳細は第２の実施の形態と同様であるので、詳細な図示を省略した。
【００８３】
第３の実施の形態は上記の如く構成したことから、高速道路に入って車速Ｖが所定車速Ｖ２を超えた時点でレーン追従制御が可能となり、運転者がSAS スイッチをオンしたとき、レーン追従制御が実行される。
【００８４】
他方、一旦レーン追従制御が実行されていても、例えば車速が低下して上記した所定車速Ｖ２以下になれば、再び通常のパワーステアリング制御が行われる。高速道路から一般道路に下りたときも同様である。
【００８５】
第３の実施の形態においても、従前の実施の形態と同様にパワーステアリング制御において必要な操舵力をアシストすると共に、レーン追従制御を可能としたことに加えて、モータ（アクチュエータ）２２４と操舵トルクセンサ２２０をパワーステアリング制御とレーン追従制御で兼用するようにしたので、装置全体を小型軽量にすることができ、信頼性も向上させることができる。更に、パワーステアリング制御アルゴリズムとレーン追従制御アルゴリズムを時間的に分けて行うようにしたことから、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８６】
尚、第１の実施の形態において、STEP-63での合算処理は開示したようなパワーステアリングとレーン追従の２つのコンセプトのトルクの合算に限定されることなく、本出願人が別に出願している隣接レーンを走行する他の車両との衝突予防のための操舵力トルクの制御アルゴリズムを別に用意しておき、そこで算出されたトルクを加え合わせても良い。
【００８７】
その際には同じように衝突予防のための制御アルゴリズムを独立に構築して、衝突の危険生が生じたときのみ、そのアルゴリズムを記述したプログラムも通過するようにすれば良い。そのような処理は、開示した技術によって通常の知識を持つこの分野の技術者ならば容易に実施できるものである。
【００８８】
また、第２の実施の形態などにおいて、パワーステアリングとして機能させる場合にはステアリングホィール１１６とコラム１１８とをロックするようにしたが、ウオームギアの代わりに、平歯車を用いるときは、ステアリングホィールとコラムの間を機械的に係合・開放するクラッチ手段などを設け、パワーステアリング制御時にはクラッチで係合すれば良い。
【００８９】
尚、図５に示す第２の実施の形態においては、操向装置が１１４がマニアル式のものが示されているが、もしここで操向装置が油圧式のパワーステアリングであってもレーン追従の機能は達成することができる。そのときには、油圧によるパワーアシストがあるために、モータ１２４の容量は一段と小さなものでレーン追従を行うことができる。見方を変えて見ると、本発明によるときは、操向装置をマニアル式とし、コラム上のモータ１２４をパワーステアリング用に利用しているとも言える。
【００９０】
また、第３の実施の形態において、高速道路は単なる一例であり、将来ナビゲーションシステムが進化し、レーン追従走行が可能なまでに整備された道路が特別にナビゲーション側で区別表示できるようになれば、高速道路に拘泥することなく、適用することが可能となる。
【００９１】
また、第３の実施の形態において、SAS スイッチがオンされたことをレーン追従制御の条件としたが、発明の目的に関して述べたように、STEP-262の判断ステップを削除し、高速道路に入って車速Ｖが所定車速Ｖ２を超えた時点で直ちにレーン追従制御を実行しても良い。図１０及び図１１に示す制御アルゴリズムは一つの例示に過ぎない。
【００９２】
この発明においては上記の如く、走行中の前方道路の車線状態を検知する第１の手段（ＣＣＤカメラ３２，１３８，２３８）と、自車の運動状態を検知する第２の手段（画像処理部３２ａ，１３８ａ，２３８ａ、走行可能領域認識部３２ｂ，１３８ｂ，２３８ｂ、目標経路設定部３２ｃ，１３８ｃ，２３８ｃ）と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量δm を算出する第３の手段（ＣＰＵ３４，１４０，２４０）と、車両の操舵車輪を作動させる操向手段（操向装置１４，１１４）と、前記第３の手段の出力に応じて前記操向手段に第１の操舵トルクＴ, Ｔ2 を発生させる付勢手段（アクチュエータ２６（電動モータ２４））と、ステアリングホィール１６，１１６に加えられた第２の操舵トルクτs を検知する操舵力検出手段（操舵トルクセンサ２０，１２０，２２０）とを有し、前記操舵力検出手段の出力に応じてステアリングホィールに加えられた前記第２の操舵トルクを減少させる方向に前記付勢手段を駆動できるように構成した。尚、具体的には前記付勢手段が電動モータ２４である如く構成した。
【００９３】
更に、前記操向装置が前記第３の手段の出力に応じて駆動されるとき、前記ステアリングホィールと前記操向装置の間に介在して前記操舵力検出手段の出力に応じて相対変位する舵角補正手段（操舵角度補正装置１３２）を設ける如く構成した。
【００９４】
更に、切替え手段（SWS スイッチ３６（STEP-47, STEP-162, STEP-262, STEP-252, STEP-254) が用意され、前記切替え手段の切替え動作によって、少なくとも前記付勢手段（アクチュエータ２６（電動モータ２４））に前記第１のトルクＴ1,  Ｔ2 の発生を抑制する（STEP-47,STEP-162, STEP-262) ことができる如く構成した。
【００９５】
更に、前記操向手段（１４，１１４）に前記第１の操舵トルクδm を発生させるための第１の制御アルゴリズム（STEP-51 からSTEP-61,STEP-180からSTEP-188, Flow-1) と、前記操舵力検出手段の出力に応じてステアリングホィールに加えられた前記第２の操舵トルクτs を減少させる方向に前記付勢手段を駆動するための第２の制御アルゴリズム( STEP-43 からSTEP-46,STEP-171からSTEP-175,
Flow-2) と、切替え手段( STEP-47,STEP-162, STEP-252, STEP-254,262) とを備え、前記切替え手段の切替え動作によって前記第１及び第２の制御アルゴリズムの少なくともいずれかが前記付勢手段を駆動するように実行される如く構成した。
【００９６】
更に、前記第２の制御アルゴリズムは前記第１の制御アルゴリズムと結合されて実行されるとき、決定される操作量Ｔ2 の重みＫ1 を、個別に実行されるときに比べて相違させる( STEP-62)如く構成した。
【００９７】
更に、前記切替え手段が運転者によって操作されるスイッチ（SAS スイッチ３６，１３５，２３５）を備え、前記スイッチを介して切替える如く構成した。
【００９８】
更に、前記切替え手段が車速検出手段（車速センサ２８，１３４，２３４）を備えると共に、検出車速が所定値を超えないときは前記切替え手段の入力を無効とする手段（STEP-254) を備える如く構成した。
【００９９】
更に、前記切替え手段が走行環境を判定する走行環境判定手段（ナビゲーションシステム２４４）を備え、所定の環境を走行中と判定されるとき切替える（STEP-252) 如く構成した。
【０１００】
更に、前記切替え手段が車速検出手段を備えると共に、検出車速が所定値を超えるとき切り替える（STEP-254) 如く構成した。
【０１０１】
また、上記した実施の形態において、前方の車線情報を得るのにＣＣＤカメラを用いたが、それに限定されるべきではなく、他の手法による場合でも適用可能である。例えば近年道路側に磁気を帯びた目印を埋め込み、この磁気を頼りにレーン内を走行させる試みが提案されているが、この手法と現在よりも更に精密なナビゲーション情報が実用化されればＣＣＤカメラ情報に変えてこれらの情報を用いることができる。
【０１０２】
【発明の効果】
パワーステアリングのアクチュエータなどをレーン追従制御のアクチュエータなどとして兼用するようにした車両用操舵装置において、レーン追従のための制御アルゴリズムで決定される操作量と単なるパワーステアリングとしての制御アルゴリズムで決定される操作量を加算して得られた加算操作量に基づいてアクチュエータを駆動する如く構成したので、車両用操舵装置を小型軽量にできると共に、信頼性を高めることができ、また常にパワーステアリングが動作して操舵力をアシストすることができると共に、常にパワーステアリングが動作しているので、レーンチェンジの際にも軽い操舵力でレーンチェンジを行うことができる。また、レーン追従のための制御アルゴリズムと単なるパワーステアリングとしての制御アルゴリズムとを分離して記述・管理することを可能としたので、開発を容易にすることができる。
【０１０３】
更にまた、パワーステアリング制御とレーン追従制御とを時間的に完全に分離して管理することで、長年に渡って培われてきたパワーステアリング制御の信頼性はそのまま保持することを可能としたので、装置全体の信頼性を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１はこの発明に係る車両用操舵装置の全体を示す概略図である。
【図２】図１の装置中の制御ユニット（ＣＰＵ）の構成の詳細を示すブロック図である。
【図３】図１の装置の動作を示すフロー・チャートの前半部分を示す、前半部フロー・チャートである。
【図４】図１の装置の動作を示すフロー・チャートの後半部分を示す、後半部フロー・チャートである。
【図５】この発明の第２の実施の形態に係る装置の全体を示す概略図である。
【図６】図５の装置中の制御ユニット（ＣＰＵ）の構成の詳細を示すブロック図である。
【図７】第２の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートの前半部を示す、前半部フロー・チャートである。
【図８】第２の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートの後半部を示す、後半部フロー・チャートである。
【図９】この発明の第３の実施の形態に係る装置の制御ユニット（ＣＰＵ）の構成の詳細を示すブロック図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートの前半部を示す、前半部フロー・チャートである。
【図１１】第３の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートの後半部を示す、後半部フロー・チャートである。
【符号の説明】
１０，１１０  車両
１４，１１４  操向装置
１６，１１６  ステアリングホィール
１８，１１８  コラム
２０，１２０，２２０  操舵トルクセンサ
２２，１２２，２２２  操舵角度センサ
２４，１２４，２２４  電動モータ
２６，１２６  アクチュエータ
２８，１３４，２３４  車速センサ
３２，１３８，２３８  ＣＣＤカメラ
３４，１４０，２４０  ＣＰＵ（制御ユニット）
３６，１３５，２３５  SAS スイッチ
３８，１３７，２３７  追従表示灯
１３２  操舵角度補正装置
１３０，２３０  電動モータ
１２８，２２８  補正角度センサ
２４４  ナビゲーションシステム
【図１】
0003706669.tif 000002
【図２】
0003706669.tif 000003
【図３】
0003706669.tif 000004
【図４】
0003706669.tif 000005
【図５】
0003706669.tif 000006
【図６】
0003706669.tif 000007
【図７】
0003706669.tif 000008
【図８】
0003706669.tif 000009
【図９】
0003706669.tif 000010
【図１０】
0003706669.tif 000011
【図１１】
0003706669.tif 000012