(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の操舵に応じて操向輪を転舵する転舵装置と、該転舵装置に付加する操舵方向補助トルクを発生する電動機と、前記転舵装置に加えられる手動操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、少なくとも該操舵トルク検出手段の信号に基づいて前記電動機の出力を制御する制御手段とを有する車両用操舵支援装置であって、
自車の進行方向方位角を検出する実方位角検出手段と、当該車両が走行中の道路の進路上の接線方向方位角を検出する目標方位角検出手段とを有し、前記実・目標両方位角検出手段からの信号に基づいてその偏差を減少させる向きの操舵方向補助トルクを発生するように前記電動機の出力を制御するようにしてなることを特徴とする車両用操舵支援装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記実・目標両方位角検出手段の偏差値によって前記操舵トルク検出手段からの信号を補正した信号に基づいて前記電動機の出力を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用操舵支援装置。
【請求項３】
前記実方位角検出手段は、地磁気センサであることを特徴とする請求項１若しくは２に記載の車両用操舵支援装置。
【請求項４】
前記実方位角検出手段は、ヨーレイトセンサを含むものであることを特徴とする請求項１若しくは２に記載の車両用操舵支援装置。
【請求項５】
前記実方位角検出手段の信号を前記目標方位角検出手段の信号によって補正することを特徴とする請求項４に記載の車両用操舵支援装置。
【請求項６】
前記目標方位角検出手段は、自車が走行中の道路を含む地図情報を出力する地図情報出力手段と、地図上の自車位置を検出する自車位置検出手段と、自車が走行中の地図上の道路の方位角を検出する道路方位角検出手段とから構成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車両用操舵支援装置。
【請求項７】
前記実・目標両方位角検出手段は、所定時間後の方位角を予測するものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車両用操舵支援装置。
【請求項８】
前記偏差から減算するオフセット量を車速の増大に応じて増大させる偏差オフセット量変更手段を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の車両用操舵支援装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行中の道路の進路上の接線方向の方位角を予測し、道路から逸脱しないように操舵力を発生させる車両用操舵支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ナビゲーションシステムにより得られた地図情報を基にして自車の進行方向前方のカーブの曲率を予測し、自車の現状の走行速度でそのカーブを安定に通過可能か否かを判断し、運転者の注意を促すようにする技術が特開昭６０−８９２９８号公報に開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記既知の技術は、カーブの曲率と走行速度との関係を監視し、安定走行ができなくなるおそれのある場合に警報を発するに止まり、必ずしも運転者の運転操作負担を軽減するものではない。
【０００４】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消し、運転者の運転操作負担のより一層の軽減化を達成し得る車両用操舵支援装置を提供することを目的に案出されたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明に於いては、運転者の操舵に応じて操向輪を転舵する転舵装置（手動操舵力発生手段９）と、該転舵装置に付加する操舵方向補助トルクを発生する電動機（１０）と、前記転舵装置に加えられる手動操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（１２）と、少なくとも該操舵トルク検出手段の信号に基づいて前記電動機の出力を制御する制御手段（１１）とを有する車両用操舵支援装置を、自車の進行方向方位角を検出する実方位角検出手段（１５）と、当該車両が走行中の道路の進路上の接線方向方位角を検出する目標方位角検出手段（１８）とを有し、前記実・目標両方位角検出手段からの信号に基づいてその偏差を減少させる向きの操舵方向補助トルクを発生するように前記電動機の出力を制御するようにしてなるものとした。また本発明は、実・目標両方位角検出手段の偏差値によって操舵トルク検出手段からの信号を補正した信号に基づいて電動機の出力を制御することを第２の特徴とし、実方位角検出手段が地磁気センサであることを第３の特徴とし、実方位角検出手段がヨーレイトセンサを含むものであることを第４の特徴とし、実方位角検出手段の信号を目標方位角検出手段の信号によって補正することを第５の特徴とし、目標方位角検出手段が、自車が走行中の道路を含む地図情報を出力する地図情報出力手段と、地図上の自車位置を検出する自車位置検出手段と、自車が走行中の地図上の道路の方位角を検出する道路方位角検出手段とから構成されることを第６の特徴とし、実・目標両方位角検出手段が所定時間後の方位角を予測するものであることを第７の特徴とし、更に前記偏差から減算するオフセット量を車速の増大に応じて増大させる偏差オフセット量変更手段を有することを第８の特徴とした。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【０００７】
図１は、本発明が適用される電動パワーステアリング装置を示している。この電動パワーステアリング装置は、ステアリングホイール１、該ステアリングホイール１に一体結合されたステアリングシャフト２、該ステアリングシャフト２に自在継手３ａ・３ｂを有する連結軸３を介して連結されたピニオン４、及び、ピニオン４に噛合して車幅方向に往復動し得ると共にタイロッド５を介して左右の前輪６のナックルアーム７にその両端が連結されたラック軸８からなる手動操舵力発生手段９と、この手動操舵力発生手段９に対して付加する補助操舵力を発生するべくラック軸８と同軸的に配設された電動機１０と、電動機１０の回転トルクをラック軸８の推力に変換するボールねじ機構１０ａと、電動機１０の出力を制御するための制御手段１１とからなっている。なお、ピニオン４には、ステアリングホイール１に加わる操舵トルクを検出するための手動操舵トルク検出手段１２が連結されている。
【０００８】
このパワーステアリング装置は、図２に示すように、例えば地磁気センサ等の実方位角検出手段１５により検出した車両１６の実方位角βｔ  と、後に詳述するカーナビゲーションシステム１７の情報から目標方位角検出手段１８にて得た前方の道路の方位角αｔ  との偏差ｅｒを偏差演算手段１９にて演算し、この偏差ｅｒを小さくするために電動機１０が発生するべき付加トルクＴＯ  を付加トルク決定手段２０にて演算し、ここで得られたトルク指令値に基づいて電動機駆動手段２１から電動機１０に駆動指令を与えるようになっている。
【０００９】
以上の電動機制御は、操舵に必要な力の全てを電動機１０が発生可能なようにしておき、ピニオン４に作用する手動操舵トルクを手動操舵トルク検出手段１２で検出し、手動操舵トルク値ＴＰ  が所定の値を超えた時、この値ＴＰ  に応じて電動機１０の出力を増減するように構成することにより（図２に於ける想像線で囲んだ部分）、手動操舵トルクを軽減することができる。
【００１０】
図３は、目標方位角を求めるためのカーナビゲーションシステム１７の構成を示している。このシステムは、ヨーレイトセンサ２４及び車速センサ２５の信号に基づいて自車の走行軌跡を把握する慣性航法手段２６と、ＣＤ−ＲＯＭ等を用いた地図情報出力手段２７と、走行軌跡と地図情報とを照合するマップマッチング処理手段２８と、ＧＰＳアンテナ２９からの信号に基づいて自車の位置を把握する衛星航法手段３０と、マップマッチング処理手段２８が出力する位置座標と衛星航法手段３０が出力する位置座標とに基づいて自車位置を検出する自車位置検出手段３１と、目的地入力手段３２による目的地座標と自車位置検出手段３１による自車位置座標とに基づいて目的地までの経路を検索する経路検索手段３３とを備えている。
【００１１】
経路検索手段３３で検索した自車の進路は、多数の点の集合から構成されているが、自車位置と走行速度とが分かれば、走行速度を積分することによってある時点からｔ秒後に自車が位置すると推測される地点が得られるので、この地点の道路情報に基づいて、目標方位角検出手段１８にて進路上の接線方向方位を予測することができる。なお、方位予測点は、走行速度と演算時間とを加味して定めた適宜な距離だけ前方に置けば良い。
【００１２】
他方、車両の実方位角は、地磁気センサでリアルタイムに求めるのみならず、ヨーレイトγから次式にて求めることもできる。
βｔ  ＝β０  −γ・ｔ
但し、β０  ：ある時点での車両の進行方向方位角
βｔ  ：ある時点からｔ秒後の予測される車両の進行方向方位角
なお、この場合、車体横滑り角は微小なものとして無視する。
【００１３】
このようにして求めた実方位角は、自車位置検出手段３１の自車位置情報を基にして適宜なタイミングで補正することにより、精度を高めることができる（図４参照）。
【００１４】
ここである時点からｔ秒後に通過する道路の接線の方位角をαｔ  、ある時点からｔ秒後の予測される車両の進行方向方位角をβｔ  とすると、その時点での方位角エラーｅｒｔ  は、
ｅｒｔ  ＝αｔ  −βｔ
となる。即ちこの方位角エラーｅｒｔ  値を最小とする向きのトルクを電動機１０に発生させれば良いことになる。
【００１５】
上記は自動操舵を主としたものについて述べたが、次に第２の実施例として、運転者の積極的な操舵を道路情報に応じて的確に支援する制御について図５を参照して説明する。
【００１６】
図５に於いて、付加トルク決定手段２０は、方位角エラーｅｒに対して反力トルクを設定する基礎となる反力トルクベースマップ３６と、車速Ｖに応じて反力制御を開始するエラー量を変更する車速オフセットマップ３７と、車速Ｖに応じて反力トルクのゲインを変更する車速レシオマップ３８とから構成されている。
【００１７】
先ず、予測される方位角エラーｅｒに対し、車速Ｖに応じてオフセットマップ３７から読み取られる値を減算することにより、反力制御を開始するエラー量が設定される。これにより、方位角の変動の影響が抑制され、安定した動作が行える。また本実施例に於いては、オフセットマップ３７の設定を、車速Ｖが高くなるに連れてオフセット量が大きくなるようにしたので、高速域での耐ノイズ性が高まる。
【００１８】
次に、この補正されたエラー量に応じ、反力トルクベースマップ３６によって付加反力のベーストルクが設定される。
【００１９】
更に、車速レシオマップ３８によって車速Ｖに応じたゲインを設定することにより、付加トルク指令値の最終値ＴＯ  が決まる。以上により、車速が高くなるに連れて前輪６を転舵する力が軽減されるので、前輪６が過度に転舵されることが抑制される。
【００２０】
このようにして決定された付加トルクＴＯ  を、手動操舵トルク値ＴＰ  に基づいてアシスト目標電流決定手段３９が決定した通常のパワーステアリング装置の補助トルクＴＡ  に加算することにより、道路の曲率状況に対応した最適な補助トルクが発生するように電動機１０の制御が行われる。
【００２１】
次に第３の実施例について図６を参照して説明する。図６に於いて、付加トルク決定手段２０は、方位角エラー信号ｅｒに対して手動操舵トルク検出手段１２の検出値ＴＰ  に加算する信号ＴＯ  ＝ｆ（ｅｒ）を出力するが、この信号は以下のようにして決定される。
【００２２】
図７に於いて、例えば、車両１６がＡの向きに向かっている時には、道路の接線方向方位に対する方位角エラーｅｒが（＋）となるので、たとえ手動操舵トルク信号ＴＰ  が０の時でも、方位角エラーｅｒに応じた付加トルク信号ＴＯ１が出力されるため、この信号に基づいてアシスト目標電流決定手段３９から電動機駆動信号Ｓ１  が出力される。これにより、駆動手段２１を介して電動機１０が駆動され、この場合はステアリングホイール１が時計方向に操舵され、車両１６の向きが目標方位角に近づけられる。
【００２３】
この逆に、車両１６がＢの向きに向かっている時には、方位角エラーｅｒが（−）となるので、ステアリングホイール１は反時計方向に操舵され、車両１６の向きが目標方位角に近づけられる。なお、付加トルク決定手段２０は、方位角エラー信号ｅｒがある値以上増大しても、付加トルク信号ＴＯ１はある値で頭打ちとなるようになっており、急カーブの道路では運転者と協同して操舵させるようになっている。
【００２４】
【発明の効果】
このように本発明によれば、車両の進行方向と道路の方向とを合致させる向きへの操舵トルクが発生するので、直線路ではステアリングホイールの操舵反力がいずれの方向にも大きくなるために車両の直進安定性が高まり、曲線路ではその曲率に応じて適切な転舵方向への操舵反力が小さくなるために車線追従操作性が高まる。従って、操舵時の運転者の運転操作負担を軽減する上に大きな効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される操舵装置の概略構成図。
【図２】本発明装置の全体構成を示すブロック図。
【図３】カーナビゲーションシステムの構成を示すブロック図。
【図４】車両方位角の決定に関わるブロック図。
【図５】操舵反力制御に関わる第２実施例のブロック図。
【図６】操舵反力制御に関わる第３実施例のブロック図。
【図７】方位角エラーに対する付加トルクの決定要領を説明するための概念図。
【符号の説明】
１  ステアリングホイール
２  ステアリングシャフト
３  連結軸
４  ピニオン
５  タイロッド
６  前輪
７  ナックルアーム
８  ラック軸
９  手動操舵力発生手段
１０  電動機
１１  制御手段
１２  手動操舵トルク検出手段
１５  実方位角検出手段
１６  車両
１７  カーナビゲーションシステム
１８  目標方位角検出手段
１９  変位演算手段
２０  付加トルク決定手段
２１  電動機駆動手段
２４  ヨーレイトセンサ
２５  車速センサ
２６  慣性航法手段
２７  地図情報出力手段
２８  マップマッチング処理手段
２９  ＧＰＳアンテナ
３０  衛星航法手段
３１  自車位置検出手段
３２  目的地入力手段
３３  経路検出手段
３６  反力トルクベースマップ
３７  車速オフセットマップ
３８  車速レシオマップ
３９  アシスト目標電流決定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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