(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車両の走行車線を検出し、検出した走行車線に沿って自車両を追従走行させる車両の操舵制御装置であって、
自車両の走行車線情報を検出する走行車線情報検出部と、
自車両の走行状態を検出する走行状態検出部と、
前記走行車線情報検出部で検出された走行車線情報と前記走行状態検出部で検出された自車両の走行状態とに応じて、自車両から前方注視点までの前方注視点距離を設定する前方注視点距離設定部と、
自車両の操舵制御における車両挙動の安定性を調整するための安定性パラメータを設定する安定性パラメータ設定部と、
前記前方注視点距離設定部で設定された前方注視点距離と前記走行状態検出部で検出された自車両の走行状態とに基づいて、自車両を走行車線に沿って追従走行させるための第１フィードバックゲインを算出する第１フィードバックゲイン算出部と、
前記第１フィードバックゲイン算出部で算出された第１フィードバックゲインと前記安定性パラメータとに基づいて、現在点における自車両の横変位を補正するための第２フィードバックゲインを算出する第２フィードバックゲイン算出部と、
前記走行車線情報に基づいて、前記前方注視点における自車両の横変位である前方注視点横変位を算出する前方注視点横変位算出部と、
前記走行車線情報から現在点における自車両の横変位である現在点横変位を検出する現在点横変位検出部と、
前記第１フィードバックゲインと前記第２フィードバックゲインと前記前方注視点横変位と前記現在点横変位とを用いて目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出部と、
前記目標ヨーレート算出部で算出された目標ヨーレートに応じて自車両の操舵角を算出する操舵角算出部と
を備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。
【請求項２】
前記目標ヨーレート算出部は、前記前方注視点横変位と前記現在点横変位との差に前記第１フィードバックゲインを乗じた値と、前記現在点横変位に前記第２フィードバックゲインを乗じた値との和から前記目標ヨーレートを算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項３】
前記第１フィードバックゲインは前記第２フィードバックゲインより大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項４】
前記第１フィードバックゲインは、前記走行状態検出部によって自車両の走行状態として検出された自車両の速度に比例し、前記前方注視点距離の二乗に反比例することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項５】
前記走行状態検出部は自車両の走行状態として自車両の操舵トルクを検出し、
前記安定性パラメータ設定部は、前記走行状態検出部によって検出された自車両の操舵トルクが所定値より大きい場合には、運転者による操舵介入が行われたと判定して前記安定性パラメータを増大させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項６】
前記前方注視点距離設定部は、前記走行車線情報検出部によって検出された自車両が走行する道路の道路幅または車線幅に応じて前記前方注視点距離を設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項７】
前記第２フィードバックゲイン算出部は、前記現在点横変位検出部によって検出された現在点横変位が所定値以上の場合には、前記第２フィードバックゲインを低下させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項８】
前記第２フィードバックゲイン算出部は、自車両の操舵制御が開始された後の所定時間内では前記第２フィードバックゲインを低下させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両の操舵制御装置。
【請求項９】
自車両の走行車線を検出し、検出した走行車線に沿って自車両を追従走行させる操舵制御装置による車両の操舵制御方法であって、
前記操舵制御装置は、
自車両の走行車線情報と自車両の走行状態とを検出し、
検出された前記走行車線情報と前記自車両の走行状態とに応じて自車両から前方注視点までの前方注視点距離を設定し、
自車両の操舵制御における車両挙動の安定性を調整するための安定性パラメータを設定し、
設定された前記前方注視点距離と前記自車両の走行状態とに基づいて、自車両を走行車線に沿って追従走行させるための第１フィードバックゲインを算出し、
算出された前記第１フィードバックゲインと前記安定性パラメータとに基づいて、現在点における自車両の横変位を補正するための第２フィードバックゲインを算出し、
前記走行車線情報に基づいて前記前方注視点における自車両の横変位である前方注視点横変位を算出し、
前記走行車線情報から現在点における自車両の横変位である現在点横変位を検出し、
前記第１フィードバックゲインと前記第２フィードバックゲインと前記前方注視点横変位と前記現在点横変位とを用いて目標ヨーレートを算出し、
算出された前記目標ヨーレートに応じて自車両の操舵角を算出する
ことを特徴とする車両の操舵制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自車両の走行車線を検出し、検出した走行車線に沿って自車両を追従走行させる車両の操舵制御装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自車両の走行車線等の道路環境をカメラ等で検知し、操舵アクチュエータによって自動的に前輪を操舵して自車両を走行車線に追従して走行させる車両の操舵制御システムが知られている。このような車両の操舵制御システムとして、従来では特許文献１が開示されている。特許文献１では、目標ヨーレートγ*を算出する際に、前方注視点横変位Δｙｓ、車速Ｖ、前方注視点距離Ｌｓを用いて以下の式（１）で算出していた。
【０００３】
【数１】
0006384296.tif 000002
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８１１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の車両の操舵制御システムでは、目標軌跡の追従制御を行う際に車両がオーバーシュートすることを抑制するために減衰係数を１とする思想で設計されている。この場合、走行車線が直線であれば問題は生じないが、曲率のあるカーブ等でそのまま適用すると、目標とする走行車線へ追従制御する際の応答性が低下してしまうという問題点があった。一方で、追従制御の応答性を低下させないために前方注視点距離を小さくすると、オーバーシュート等が発生して車両制御を不安定にしてしまうという別の問題が生じる。したがって、追従制御の応答性と車両制御の安定性とを両立させることができなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みて提案されたものであり、自車両の追従制御の応答性と車両制御の安定性とを両立させることのできる車両の操舵制御装置及びその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る車両の操舵制御装置及びその方法は、自車両の走行車線情報と自車両の走行状態とを検出し、検出された走行車線情報と自車両の走行状態とに応じて前方注視点距離を設定する。そして、安定性パラメータを設定し、前方注視点距離と自車両の走行状態とに基づいて、自車両を走行車線に沿って追従走行させるための第１フィードバックゲインを算出する。また、第１フィードバックゲインと安定性パラメータとに基づいて、現在点における自車両の横変位を補正するための第２フィードバックゲインを算出する。さらに、走行車線情報に基づいて前方注視点横変位を算出し、走行車線情報から現在点横変位を検出する。そして、これらの結果から第１フィードバックゲインと第２フィードバックゲインと前方注視点横変位と現在点横変位とを用いて目標ヨーレートを算出し、算出された目標ヨーレートに応じて自車両の操舵角を算出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の車両の操舵制御装置及びその方法によれば、自車両を走行車線に沿って追従走行させるための第１フィードバックゲインと、現在点における自車両の横変位を補正するための第２フィードバックゲインとを算出し、これらを用いて目標ヨーレートを算出する。これにより、自車両を走行車線へ追従制御する際の応答性と車両制御の安定性とを両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る車両の操舵制御装置を搭載した車両の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１実施形態に係る車両の操舵制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る車両の操舵制御装置による操舵制御処理の手順を示すフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る車両の操舵制御装置による操舵制御を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態に係る車両の操舵制御装置によって操舵制御が実行された車両の挙動を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の第１実施形態に係る車両の操舵制御装置によって操舵制御が実行された車両の挙動を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の第２実施形態に係る車両の操舵制御装置による安定性パラメータの修正処理の手順を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態に係る車両の操舵制御装置による前方注視点距離の設定処理を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の第４実施形態に係る車両の操舵制御装置による第２フィードバックゲインの補正処理を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４実施形態に係る車両の操舵制御装置による第２フィードバックゲインの補正処理を説明するための図である。
【図１１】図１１は、本発明の第５実施形態に係る車両の操舵制御装置による第２フィードバックゲインの算出処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の第５実施形態に係る車両の操舵制御装置による第２フィードバックゲインの算出処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した第１〜第５実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
［第１実施形態］
［操舵制御装置を搭載した車両の構成］
図１は、本実施形態に係る操舵制御装置を搭載した車両の構成を示すブロック図である。図１に示すように、車両１００は、操舵制御装置１が実装されたコントロールユニット３と、車速センサ５と、カメラコントローラ７と、ヨーレートセンサ９と、フロントカメラ１１と、舵角センサ１３と、操舵トルクセンサ１４とを備えている。また、車両１００は、操舵機構として、前輪ＦＬ、ＦＲと、後輪ＲＬ、ＲＲと、ラック１５と、ピニオン１７と、ステアリングホイール１９と、ステアリングシャフト２１と、操舵アクチュエータ２３とを備えている。
【００１２】
ここで、操舵制御装置１は、コントロールユニット３に実装されており、図２に示すように、走行車線情報検出部３１と、走行状態検出部３３と、前方注視点距離設定部３５と、安定性パラメータ設定部３７とを備えている。さらに、操舵制御装置１は、第１フィードバックゲイン算出部３９と、第２フィードバックゲイン算出部４１と、前方注視点横変位算出部４３と、現在点横変位検出部４５と、目標ヨーレート算出部４７と、操舵角算出部４９とを備えている。各部の動作の詳細は後述する。また、操舵制御装置１は、マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサ、ＣＰＵを含む汎用の電子回路と周辺機器から構成されており、特定のプログラムを実行することにより、上述した各部として動作する。
【００１３】
コントロールユニット３は、図示しないマイクロコンピュータ等の離散化されたディジタルシステムで構成され、実装されている操舵制御装置１の機能を実現させる演算部として機能する。コントロールユニット３は、カメラコントローラ７から走行車線に対する自車両の相対横変位Ｙ（ｘ）が入力されると、操舵制御装置１を用いて、自車両がカーブを通過する際に最適な目標操舵角θｒを算出する。そして、コントロールユニット３は、操舵角センサ１３で検出された実操舵角θが目標操舵角θｒに一致するように操舵アクチュエータ２３で発生させるトルクを制御する。
【００１４】
車速センサ５は、図示しない自動変速機の出力側もしくは各車輪に取り付けられており、自車両の車速Ｖを検出してコントロールユニット３に出力する。
【００１５】
カメラコントローラ７は、例えば特開平１１−１０２４９９号公報に開示されているように、フロントカメラ１１の画像データに二値化等の処理を行うことによって自車両の近傍にある白線を検出する。そして、走行車線に対する自車両の相対横変位Ｙ（ｘ）を算出してコントロールユニット３に出力する。ここで、ｘは自車両の進行方向における前方注視点までの距離であり、例えばｘ＝０［ｍ］〜３０［ｍ］の範囲となる。前方注視点は、この範囲で複数点が設定され、カメラコントローラ７は、設定された前方注視点の数だけ相対横変位Ｙ（ｘ）を算出してコントロールユニット３へ出力する。また、この他にカメラコントローラ７は、走行車線の形状や車線幅等を検出してコントロールユニット３へ出力する。
【００１６】
ヨーレートセンサ９は、自車両に発生するヨー角速度γを検出し、コントロールユニット３に出力する。
【００１７】
フロントカメラ１１は、図１に示すように車室内のインナーミラーステー等の固定部に設置されたカメラであり、自車両の前方状況を撮像した画像データをカメラコントローラ７に出力する。
【００１８】
舵角センサ１３は、ステアリングシャフト２１の回転角から操舵角θを検出してコントロールユニット３に出力する。
【００１９】
操舵トルクセンサ１４は、ステアリングシャフト２１に設置され、運転者がステアリングホイール１９を回転させたときの操舵トルクを検出し、コントロールユニット３に出力する。
【００２０】
車両１００の操舵機構としては、一般的なラックアンドピニオン式の操舵機構が備えられている。この操舵機構は、前輪ＦＬ、ＦＲの操舵軸（タイロッド）に接続されるラック１５と、これに噛合するピニオン１７と、ステアリングホイール１９に加えられた操舵トルクでピニオン１７を回転させるステアリングシャフト２１とを備えている。また、ステアリングシャフト２１におけるピニオン１７の上部位置には操舵アクチュエータ２３が配設され、この操舵アクチュエータ２３がコントロールユニット３の駆動トルクの制御によって前輪ＦＬ、ＦＲを自動操舵する。
【００２１】
［操舵制御処理の手順］
次に、本実施形態に係る操舵制御装置１による操舵制御処理の手順を図３のフローチャートを参照して説明する。この処理は、例えば１０ｍｓｅｃ毎にタイマー割込処理によって実行される。
【００２２】
図３に示すように、まずステップＳ１０において、走行車線情報検出部３１が自車両の走行車線情報を検出し、走行状態検出部３３が自車両の走行状態を検出する。具体的に、走行車線情報検出部３１は、カメラコントローラ７で検出された前方横変位Ｙ（ｘ）や走行車線の形状、車線幅等を走行車線情報として検出して読み込む。また、走行状態検出部３３は、操舵角センサ１３で検出された操舵角θ、ヨーレートセンサ９で検出されたヨー角速度γ、車速センサ５で検出された車速Ｖ、操舵トルクセンサ１４で検出された操舵トルクＴを自車両の走行状態として検出して読み込む。
【００２３】
ステップＳ２０において、前方注視点距離設定部３５は、走行車線情報と自車両の走行状態とに応じて、図４に示す前方注視点距離ｘ１を設定する。
【００２４】
図４は、本実施形態の操舵制御処理を説明するための図であり、自車両５１が曲率半径Ｒの走行車線を走行している状態を示している。図４に示すＬは、走行車線の端部を示す白線であり、Ｓは目標走行ラインの接線である。また、ｑは前方注視点、φは現在点における自車両５１の走行車線に対するヨー角、ρは走行車線の曲率である（Ｒ＝１／ρ）。
【００２５】
図４に示すように、前方注視点距離ｘ１は、自車両５１の前方に設定された前方注視点ｑまでの距離である。この前方注視点距離ｘ１は、自車両を操舵制御する際に自車両の前方においてどれだけ離れた距離の横変位をフィードバックするかを決定するための値である。また、前方注視点距離ｘ１は、自車両のヨーレートがどの車速でも適切となるように車速Ｖに応じて決定することが好ましい。一般的には車速が高くなっても、ヨーレートの周波数特性が変化して車両挙動が不安定にならないように、車速Ｖに比例して前方注視点距離ｘ１を設定する。すなわち、車速Ｖが高くなるのに応じて、前方注視点距離ｘ１が長くなるように設定する。尚、前方注視点距離ｘ１は、ヨーレートの周波数特性を表す時定数に反比例する値に設定することで、車速Ｖが高い場合にさらに車両挙動を安定させることができる。一方、前方注視点距離ｘ１は、走行車線情報に含まれる走行車線の形状に応じて決定してもよい。例えば、自車両前方の走行車線の形状が急激に曲がるカーブである場合には前方注視点距離ｘ１を短く設定し、直線である場合には前方注視点距離ｘ１を長く設定する。
【００２６】
ステップＳ３０において、安定性パラメータ設定部３７は、自車両の操舵制御における車両挙動の安定性を調整するための安定性パラメータを設定する。この安定性パラメータは、自車両のヨーレートの減衰特性を調整するためのパラメータである。例えば、外乱によって自車両が位置ずれを起こした後における目標走行ラインへの復元時の振動特性や自車両が車線変更を行った場合のオーバーシュート特性を改善するための制御パラメータである。具体的に、本実施形態では、安定性パラメータとして減衰係数（減衰比）ζを用いており、少なくとも√２／２よりも大きい値に設定される。尚、安定性パラメータについては、毎回の処理毎に設定するのではなく予め設定された値を用いてもよく、その場合には本ステップを省略してもよい。
【００２７】
ステップＳ４０において、第１フィードバックゲイン算出部３９は、前方注視点距離ｘ１と自車両の走行状態を示す車速Ｖとに基づいて、第１フィードバックゲインＫ１を算出する。第１フィードバックゲインＫ１は、自車両を走行車線に沿って追従走行させるためのフィードバックゲインである。具体的に、第１フィードバックゲインＫ１は、式（２）で表すことができる。
【００２８】
【数２】
0006384296.tif 000003
すなわち、第１フィードバックゲインＫ１は、自車両の速度Ｖに比例し、前方注視点距離ｘ１の二乗に反比例する。式（２）の求め方については後述する。
【００２９】
次に、ステップＳ５０において、第２フィードバックゲイン算出部４１は、第１フィードバックゲインＫ１と安定性パラメータである減衰係数ζとに基づいて、第２フィードバックゲインＫ２を算出する。第２フィードバックゲインＫ２は、現在点における自車両の横変位を補正するためのフィードバックゲインである。具体的に、第２フィードバックゲインＫ２は、式（３）で表すことができる。
【００３０】
【数３】
0006384296.tif 000004
式（３）の求め方については後述する。
【００３１】
ステップＳ６０において、前方注視点横変位算出部４３は、走行車線情報に基づいて前方注視点横変位Ｙ（ｘ１）を算出する。前方注視点横変位Ｙ（ｘ１）は、図４に示すように、前方注視点距離ｘ１における走行車線に対する自車両の横変位である。前方注視点横変位Ｙ（ｘ１）は、走行車線情報である前方横変位Ｙ（ｘ）のデータ列を補完することによって算出することができる。
【００３２】
ステップＳ７０において、現在点横変位検出部４５は、走行車線情報から現在点横変位Ｙ（０）を検出する。現在点横変位Ｙ（０）は、図４に示すように、自車両の現在点における走行車線に対する横変位である。現在点横変位Ｙ（０）は、走行車線情報である前方横変位Ｙ（ｘ）のデータ列の最近傍点の値を検出すればよい。
【００３３】
ステップＳ８０において、目標ヨーレート算出部４７は、第１フィードバックゲインＫ１と第２フィードバックゲインＫ２と前方注視点横変位Ｙ（ｘ１）と現在点横変位Ｙ（０）とを用いて目標ヨーレートγrを算出する。具体的に、目標ヨーレートγrは、式（４）で表すことができる。
【００３４】
【数４】
0006384296.tif 000005
ただし、目標横変位ｙｒについては設定されていなくてもよい。すなわち、目標ヨーレートγrは、前方注視点横変位Ｙ（ｘ１）と現在点横変位Ｙ（０）との差に第１フィードバックゲインＫ１を乗算した値と、現在点横変位Ｙ（０）に第２フィードバックゲインＫ２を乗算した値の和によって算出される。
【００３５】
ステップＳ９０において、操舵角算出部４９は、目標ヨーレートγrに応じて自車両の操舵角を算出する。具体的に、操舵角算出部４９は、目標ヨーレートγrに車両ヨーレートγが追従するような目標操舵角θrを算出する。そして、舵角センサ１３で検出された実操舵角θが目標操舵角θrに追従するように操舵アクチュエータ２３の駆動トルクを制御する。これにより、自車両が走行車線に追従して走行するような操舵制御を実現することができ、本実施形態に係る操舵制御処理を終了する。
【００３６】
［第１、第２フィードバックゲインの算出方法］
次に、第１、第２フィードバックゲインＫ１、Ｋ２の算出方法について説明する。まず、走行車線の曲率をρ、現在点における走行車線に対する自車両の横変位をｙ、現在点における走行車線に対する自車両のヨー角をφ、車速をＶとすると、車両モデルは次の式（５）によって記述される。
【００３７】
【数５】
0006384296.tif 000006
また、車両前方ｘ［ｍ］の地点における走行車線に対する自車両の横変位Ｙ（ｘ）は車両の状態量を示すヨー角φと横変位ｙと道路形状を示す曲率ρを用いて式（６）によって記述される。
【００３８】
【数６】
0006384296.tif 000007
ここで、ステップＳ８０の処理で、目標ヨーレートγｒを算出する式を示す。
【００３９】
【数７】
0006384296.tif 000008
この式で得られる目標ヨーレートγｒに車両を追従させる制御を行うと、式（５）の車両モデルは、次式となる。
【００４０】
【数８】
0006384296.tif 000009
したがって、車両運動は次のような伝達関数で表すことができる。
【００４１】
【数９】
0006384296.tif 000010
一方、前方注視点横変位から目標ヨーレートを求める従来の手法では、単一のフィードバック係数を用いているので、Ｋ１＝Ｋ２となり、式（７）の目標ヨーレートγｒは式（１０）となる。
【００４２】
【数１０】
0006384296.tif 000011
このような車両制御を行う場合、制御系の運動は次の式（１１）のようになる。
【００４３】
【数１１】
0006384296.tif 000012
ここで、カーブを旋回中であっても、車両の走行ラインは車線からオフセットして走ることはできないので、式（１１）において、現在点における横変位ｙは走行車線の曲率ρに関する項が定常的にゼロである必要がある。そこで、従来の手法では、次の式（１２）がフィードバック係数を決定するための必要条件となっていた。
【００４４】
【数１２】
0006384296.tif 000013
ここで、本実施形態に係る操舵制御においても、式（９）の伝達関数でカーブを旋回中に車両の走行ラインが車線からずれないための条件は、式（１２）と同様になる。したがって、本実施形態の操舵制御における第１フィードバックゲインＫ１は式（１２）となる。また、これにより、式（９）から車両運動は式（１３）となる。
【００４５】
【数１３】
0006384296.tif 000014
この式（１３）から得られる制御系の時定数τと、安定性の指標である減衰係数ζは式（１４）のようになる。
【００４６】
【数１４】
0006384296.tif 000015
したがって、車線追従制御系の望ましい周波数特性とするために、車両挙動の安定性及びオーバーシュートの指標である減衰係数ζを設定し、式（１２）の第１フィードバックゲインＫ１を用いて第２フィードバックゲインＫ２を以下のように算出することができる。
【００４７】
【数１５】
0006384296.tif 000016
【００４８】
［第１実施形態の効果］
次に、本実施形態に係る操舵制御装置１による効果を従来と比較して説明する。
【００４９】
目標ヨーレートを求める従来の手法では、単一のフィードバック係数を用いているので、Ｋ１＝Ｋ２となり、第１フィードバックゲインＫ１は上述したように次式となる。
【００５０】
【数１６】
0006384296.tif 000017
このとき、式（１１）に示す制御系の運動は、式（１７）となる。
【００５１】
【数１７】
0006384296.tif 000018
ただし、ω１は次式で表される。
【００５２】
【数１８】
0006384296.tif 000019
ここで、制御系の時定数τと、安定性の指標である減衰係数ζは次の式（１９）のように表すことができる。
【００５３】
【数１９】
0006384296.tif 000020
走行車線に追従走行させるときの応答性を上げるためには時定数τを小さい値に設定し、応答性を下げてゆっくりとした車両挙動にする場合には時定数τを大きい値に設定すればよい。そこで、前方注視点距離ｘ１を、時定数τを用いて次の式（２０）から求めることができる。
【００５４】
【数２０】
0006384296.tif 000021
あるいは、時定数τを一定値として、式（２０）で車速に比例した前方注視点距離ｘ１を求め、式（１６）により第１フィードバックゲインＫ１を求めることもできる。
【００５５】
しかしながら、従来の手法では、前方注視点距離ｘ１をどのように選んでも減衰係数ζは式（１９）に示すように√２／２という一つの値しかとることができない。これにより、従来の手法では、図５（ａ）に示すように、車両は、漸近するべき目標軌道６１に対して必ず一旦行き過ぎてから戻って収束していくという性質、すなわちオーバーシュートする性質を解消することは困難であった。図５（ａ）に示す軌道でも、領域６３の部分でオーバーシュートしている。
【００５６】
このように、従来の手法では、運転者の介入等によって車両が走行車線から大きくずれた後に目標走行ラインに復帰する場合や、レーンチェンジや障害物を検出して回避するような場合には、応答性を良くすると、オーバーシュート量が大きくなっていた。または、応答性を良くすることにより、目標走行ラインとの交差角度が大きくなっていた。これは、目標走行ラインに交差する瞬間の車両の進行方向が走行車線から逸脱する方向になってしまうので、車両が逸脱するという不安を運転者に与えることになり、望ましい車両挙動とは言えなかった。
【００５７】
さらに、車両がカーブを走行する場合に、図６（ａ）に示すようなオーバーシュートを解消しようとして応答性を低下させると、図６（ｂ）に示すように定常偏差が残ってしまう。すなわち、目標走行ライン７１に対して車両の走行ラインがずれてしまうことになる。したがって、オーバーシュートの解消と定常偏差の解消はトレードオフの関係となっていた。
【００５８】
これに対して、本実施形態に係る操舵制御装置１では、第１フィードバックゲインＫ１は式（１６）となり、第２フィードバックゲインＫ２は次式となる。
【００５９】
【数２１】
0006384296.tif 000022
また、制御系の時定数τと、安定性の指標である減衰係数ζは次のようになる。
【００６０】
【数２２】
0006384296.tif 000023
このとき、制御系の応答の速さを示す時定数τは、式（１６）、（２１）、（２２）から式（２３）となる。
【００６１】
【数２３】
0006384296.tif 000024
これにより、前方注視点距離ｘ１を従来の手法と同じ値にすれば、時定数τは２ζ２分だけ従来より長くなるが、図５（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように曲率成分による車両の走行ラインの定常偏差をゼロにすることができる。また、時定数τを小さくして応答速度を高くしたいときには、前方注視点距離ｘ１を小さい値に設定すれば、定常偏差や減衰係数とは独立して応答速度を高くすることが可能となる。
【００６２】
このように、走行車線への応答性を上げるためには前方注視点距離ｘ１を小さい値に設定すればよく、応答性を下げてゆっくりとした車両挙動にする場合には前方注視点距離ｘ１を大きい値に設定すればよい。そして、目標走行ライン付近でのオーバーシュートを小さくするためには減衰係数ζを少なくとも√２／２より大きい値として、以下のように設定する。
【００６３】
【数２４】
0006384296.tif 000025
すなわち、第１フィードバックゲインＫ１の値を第２フィードバックゲインＫ２の値より大きな値に設定する。これにより、図５（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、応答速度を低下させずにオーバーシュートを減らすことができるので、良好な応答性と目標走行ライン付近での安定性を満足させることができる。
【００６４】
さらに、減衰係数ζをζ＞１、すなわち
【数２５】
0006384296.tif 000026
とした場合、目標位置に収束する際のオーバーシュートをゼロにする非常に安定性のよい走行制御系にすることができる。
【００６５】
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る車両の操舵制御装置１では、自車両を走行車線に沿って追従走行させるための第１フィードバックゲインＫ１と、現在点における自車両の横変位を補正するための第２フィードバックゲインＫ２とを算出する。そして、これらを用いて目標ヨーレートγｒを算出する。これにより、自車両を走行車線へ追従制御させる際の応答性と車両制御の安定性とをそれぞれ独立に制御できるので、さまざまな走行シーンや車両位置及び姿勢を乱す外乱に対しても応答性と安定性を両立させることができる。
【００６６】
また、本実施形態に係る車両の操舵制御装置１では、前方注視点横変位と現在点横変位との差に第１フィードバックゲインを乗じた値と、現在点横変位に第２フィードバックゲインを乗じた値との和から目標ヨーレートを算出する。これにより、自車両を走行車線へ追従制御させる際の応答性と車両制御の安定性とを具体的に両立させることができる。
【００６７】
さらに、本実施形態に係る車両の操舵制御装置１によれば、第１フィードバックゲインを第２フィードバックゲインより大きくするので、良好な応答性と安定性を両立させることができる。
【００６８】
また、本実施形態に係る車両の操舵制御装置１によれば、第１フィードバックゲインが自車両の速度に比例し、前方注視点距離の二乗に反比例するので、走行路がカーブであってもカーブの曲率の大小によらずに、自車両はオフセットせずに走行することができる。
【００６９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る車両の操舵制御装置について図面を参照して説明する。尚、本実施形態に係る操舵制御装置及び操舵制御装置を搭載した車両の構成は、第１実施形態と同一なので、詳細な説明は省略する。
【００７０】
［安定性パラメータの修正処理］
第１実施形態では図３のステップＳ３０において安定性パラメータを設定していたが、本実施形態では、さらに設定された安定性パラメータを運転者による操舵介入の有無に応じて修正する。
【００７１】
図７は、図３に示した操舵制御処理のステップＳ３０で実行される安定性パラメータの修正処理を説明するフローチャートである。この処理は、例えば、１０ｍｓｅｃ毎のタイマー割込処理によって実行される。
【００７２】
ステップＳ３０１において、安定性パラメータ設定部３７は、現在点横変位検出部４５で検出された現在点横変位Ｙ（０）と、操舵角センサ１３で検出された操舵角θと、操舵トルクセンサ１４で検出された操舵トルクＴとを読み込む。
【００７３】
ステップＳ３０２において、安定性パラメータ設定部３７は、操舵介入フラグの値を確認することで、現時点において運転者が操舵介入中であるか否かを判断する。具体的に、操舵介入フラグが０である場合には、運転者が操舵介入中ではないと判断してステップＳ３０７に進む。
【００７４】
この場合、ステップＳ３０７において、安定性パラメータ設定部３７は、操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｔ２よりも大きいか否かを判定する。所定値Ｔ２は、運転者が操舵介入しているか否かを判定するための閾値であり、運転者が実際に操舵介入したときの操舵トルクを測定して最適な値に予め設定されている。そして、操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｔ２より大きい場合には運転者が操舵介入していると判定してステップＳ３０８に進み、操舵介入フラグを１に更新して安定性パラメータの修正処理を終了する。また、操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｔ２以下の場合には運転者が操舵介入していないと判定して、操舵介入フラグを更新せずに安定性パラメータの修正処理を終了する。これらの場合には、安定性パラメータの修正は行われずに、図３のステップＳ３０の処理で設定された安定性パラメータの値を用いることになる。
【００７５】
一方、ステップＳ３０２において、操舵介入フラグが１である場合には、運転者が操舵介入中であると判定してステップＳ３０３に進む。
【００７６】
ステップＳ３０３において、安定性パラメータ設定部３７は、安定性パラメータζを増大させる。すなわち、現在の安定性パラメータの値よりも大きな値に修正する。図７では、特に通常は√２／２近辺に設定されている安定性パラメータの値を１に増大させる場合について例示する。このように安定性パラメータを増大させることにより、運転者による操舵介入後の自車両を目標走行ラインに復帰させる際に、自車両のオーバーシュートを抑制することができ、滑らかに自車両を目標走行ラインに復帰させることができる。特に、安定性パラメータを１に修正した場合には、自車両のオーバーシュートをなくすことができる。
【００７７】
ステップＳ３０４において、安定性パラメータ設定部３７は、操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｔ１より小さいか否かを判定する。所定値Ｔ１は、運転者が操舵介入を終了させたか否かを判定するための閾値であり、運転者による操舵介入の有無を判定した所定値Ｔ２よりも小さい値に設定されている。そして、操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｔ１以上である場合には、運転者がまだ操舵介入中であると判定して、修正した安定性パラメータを維持して操舵介入フラグを更新せずに安定性パラメータの修正処理を終了する。一方、操舵トルクＴの絶対値が所定値Ｔ１より小さい場合には、ステップＳ３０５に進む。
【００７８】
ステップＳ３０５において、安定性パラメータ設定部３７は、現在点横変位Ｙ（０）の絶対値が所定値Ｙ１より小さいか否かを判定する。所定値Ｙ１は、現在の自車両の位置が目標走行ラインから大きくずれているか否かを判定するための閾値であり、通常の操舵制御で生じる自車両の位置のずれよりも大きい値に設定されている。そして、現在点横変位Ｙ（０）の絶対値が所定値Ｙ１以上である場合には、自車両が目標走行ラインから大きくずれていると判定して、修正した安定性パラメータを維持して操舵介入フラグを１のまま更新せずに安定性パラメータの修正処理を終了する。一方、現在点横変位Ｙ（０）の絶対値が所定値Ｙ１より小さい場合には、ステップＳ３０６に進む。
【００７９】
ステップＳ３０６において、安定性パラメータ設定部３７は、運転者による操舵介入が終了し、自車両が目標走行ラインから大きくずれていないと判定して操舵介入フラグを０に更新して安定性パラメータの修正処理を終了する。
【００８０】
［第２実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る車両の操舵制御装置１では、操舵トルクが所定値より大きい場合には、運転者による操舵介入が行われたと判定して安定性パラメータを増大させる。これにより、運転者による操舵介入後の自車両を目標走行ラインに復帰させる際に、自車両のオーバーシュートを抑制することができ、滑らかに自車両を目標走行ラインに復帰させることができる。
【００８１】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る車両の操舵制御装置について図面を参照して説明する。尚、本実施形態に係る操舵制御装置及び操舵制御装置を搭載した車両の構成は、第１実施形態と同一なので、詳細な説明は省略する。
【００８２】
［前方注視点距離の設定処理］
図８は、図３に示した操舵制御処理のステップＳ２０における前方注視点距離の設定処理を説明するための図である。第１実施形態では、自車両の車速Ｖや走行車線の形状に応じて前方注視点距離ｘ１を設定する場合について説明したが、本実施形態では自車両が走行する道路の道路幅または車線幅に応じて前方注視点距離ｘ１を設定する。
【００８３】
図８に示すように、本実施形態に係る前方注視点距離設定部３５は、自車両が走行中の道路の道路幅（または車線幅）Ｗに応じて前方注視点距離ｘ１を設定する。具体的に、道路幅Ｗの値が大きくなるのに応じて前方注視点距離ｘ１の値が大きくなるように、すなわち遠くになるように設定し、道路幅Ｗの値が小さくなるのに応じて前方注視点距離ｘ１の値が小さくなるように、すなわち近くなるように設定する。そして、道路幅Ｗが所定値Ｗｍａｘより大きい場合には前方注視点距離ｘ１をｘｍａｘの一定値に設定し、道路幅Ｗが所定値Ｗｍｉｎより小さい場合には前方注視点距離ｘ１をｘｍｉｎの一定値に設定する。尚、所定値Ｗｍａｘについては一般的に広いと考えられる道路の道路幅に設定しておけばよく、所定値Ｗｍｉｎについては通常の車両の車幅程度に設定しておけばよい。
【００８４】
このように、道路幅が狭くなるのに応じて前方注視点距離ｘ１を小さくすることにより、道路幅の狭いシーンでは第１及び第２フィードバックゲインの値が大きくなり、自車両の横位置のずれ量が少ない応答性の高い操舵制御を実現することができる。また、このとき同時に安定性パラメータを任意に調整できるため、目標走行ライン付近で細かく行き来する振動成分を小さくして安定した乗り心地を実現することもできる。
【００８５】
［第３実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る車両の操舵制御装置では、自車両が走行する道路の道路幅または車線幅に応じて前方注視点距離ｘ１を設定する。これにより、道路幅が狭くて車線をはみ出すリスクの高い道路では操舵制御の応答性を高めて車線への追従性を上げ、道路幅が広くて自車両の横位置の自由度が大きい道路では操舵制御の応答性を下げてゆったりとした滑らかな操舵制御を実現することができる。
【００８６】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る車両の操舵制御装置について図面を参照して説明する。尚、本実施形態に係る操舵制御装置及び操舵制御装置を搭載した車両の構成は、第１実施形態と同一なので、詳細な説明は省略する。
【００８７】
図９は、第２フィードバックゲインを補正する処理を説明するための図である。第１実施形態では図３のステップＳ５０において第２フィードバックゲインを算出していたが、本実施形態では、第２フィードバックゲインを自車両の現在点横変位Ｙ（０）に応じて補正する。
【００８８】
図９（ａ）に示すように、本実施形態に係る安定性パラメータ設定部３７は、現在点横変位Ｙ（０）に応じて安定性パラメータを補正する。具体的に、現在点横変位Ｙ（０）が０．８［ｍ］未満の範囲では、自車両が目標走行ラインに近い位置を走行していると判断して安定性パラメータζを√２／２に設定する。そして、現在点横変位Ｙ（０）が０．８［ｍ］以上の範囲になると、自車両が目標走行ラインから外れたと判断して安定性パラメータζを１に補正する。
【００８９】
一方、大きくなった現在点横変位Ｙ（０）が低下する場合には、現在点横変位Ｙ（０）が０．４［ｍ］以下の範囲になると、自車両が目標走行ラインに十分近い位置に戻ったと判断して安定性パラメータζを再び√２／２に補正する。このように、現在点横変位Ｙ（０）が増大するときには０．８［ｍ］で安定性パラメータζを切り替え、現在点横変位Ｙ（０）が低下するときには０．４［ｍ］で切り替えている。これにより、安定性パラメータζが頻繁に切り替えられて不安定になることを防止できる。尚、０．８［ｍ］は、自車両が目標走行ラインから外れたか否かを判断するために設定された閾値であり、通常の車両の車幅の半分程度の値として設定されたものである。したがって、自車両が目標走行ラインから外れたか否かを判断できれば、その他の値であってもよい。また、０．４［ｍ］は、自車両が目標走行ラインに十分近づいたか否かを判断するために設定された閾値であり、自車両が目標走行ライン近づいたことを判断できれば、その他の値であってもよい。
【００９０】
こうして現在点横変位Ｙ（０）に応じて安定性パラメータζが補正されると、それに伴って第２フィードバックゲイン算出部４１は、図９（ｂ）に示すように第２フィードバックゲインＫ２を補正する。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、安定性パラメータζが１に補正された場合には、第２フィードバックゲインＫ２の値は第１フィードバックゲインＫ１の１／２の値に補正される。また、安定性パラメータζが√２／２に補正された場合には、第２フィードバックゲインＫ２の値は第１フィードバックゲインＫ１と等しい値に補正される。
【００９１】
したがって、本実施形態に係る第２フィードバックゲイン算出部４１は、現在点横変位Ｙ（０）が所定値以上となった場合には、自車両が目標走行ラインから外れたと判断して第２フィードバックゲインＫ２の値を低下させている。尚、本実施形態では安定性パラメータζを補正することによって第２フィードバックゲインＫ２を補正していたが、図９（ｂ）に基づいて現在点横変位Ｙ（０）の変化に応じて、直接第２フィードバックゲインＫ２を補正してもよい。
【００９２】
また、現在点横変位Ｙ（０）が所定値以上となった場合に第２フィードバックゲインＫ２の値を低下させるために、別の方法を用いてもよい。
【００９３】
例えば、図１０（ａ）に示すように、図３のステップＳ８０で算出される目標ヨーレートγｒの第２項であるＫ２Ｙ（０）の値を、現在点横変位Ｙ（０）が所定値Ｙｘ以上となる範囲で一定値になるようにしてもよい。
【００９４】
このとき、安定性パラメータζは、図１０（ｂ）に示すように現在点横変位Ｙ（０）がＹｘより小さい範囲では√２／２のまま一定となり、現在点横変位Ｙ（０）がＹｘより大きい範囲では徐々に大きい値となる。そして、現在点横変位Ｙ（０）が２×Ｙｘになると、安定性パラメータζは１になる。このとき、第２フィードバックゲインＫ２は、図１０（ｂ）に示すように現在点横変位Ｙ（０）が所定値Ｙｘより小さい範囲では第１フィードバックゲインＫ１と等しい値となり、現在点横変位Ｙ（０）が所定値Ｙｘ以上の範囲では徐々に小さい値になる。そして、現在点横変位Ｙ（０）が２×Ｙｘになったところで、第２フィードバックゲインＫ２は第１フィードバックゲインＫ１の１／２の値になる。したがって、現在点横変位Ｙ（０）が所定値以上となった場合に第２フィードバックゲインＫ２の値を低下させている。
【００９５】
［第４実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る車両の操舵制御装置では、現在点横変位Ｙ（０）が所定値以上になった場合に第２フィードバックゲインＫ２を低下させる。これにより、例えば運転者の操舵介入によって自車両が目標走行ラインからずれてしまった場合でも、自車両を目標走行ラインへ復帰させる制御が過大となって急激な車両挙動が発生することを抑制できる。
【００９６】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態に係る車両の操舵制御装置について図面を参照して説明する。尚、本実施形態に係る操舵制御装置及び操舵制御装置を搭載した車両の構成は、第１実施形態と同一なので、詳細な説明は省略する。
【００９７】
［第２フィードバックゲインの算出処理］
第１実施形態では図３のステップＳ５０において第２フィードバックゲインを算出していたが、本実施形態では、操舵制御を開始した直後では、算出した第２フィードバックゲインを補正するようにしている。
【００９８】
図１１は、図３に示した操舵制御処理のステップＳ５０で実行される第２フィードバックゲインの算出処理を説明するフローチャートである。この処理は、例えば、１０ｍｓｅｃ毎のタイマー割込処理によって実行される。
【００９９】
ステップＳ５０１において、第２フィードバックゲイン算出部４１は、操舵制御フラグと図３のステップＳ３０で設定された安定性パラメータζを読み込む。操舵制御フラグは、操舵制御が開始されると１に設定され、操舵制御中は１に維持される。そして、操舵制御が終了すると０に設定される。
【０１００】
ステップＳ５０２において、第２フィードバックゲイン算出部４１は、第１フィードバックゲインＫ１と安定性パラメータζから、第１実施形態と同様にして第２フィードバックゲインＫ２を算出する。
【０１０１】
ステップＳ５０３において、第２フィードバックゲイン算出部４１は、操舵制御フラグの値に応じて操舵制御中であるか否かを判定し、操舵制御フラグが１で操舵制御中である場合にはステップＳ５０４へ進む。一方、操舵制御フラグが０で操舵制御中でない場合には、ステップＳ５０５へ進む。
【０１０２】
ステップＳ５０４において、第２フィードバックゲイン算出部４１は、タイマーを積算して現在のタイマーの値を算出する。一方、ステップＳ５０５では、第２フィードバックゲイン算出部４１は、タイマーをゼロにクリアする。
【０１０３】
ステップＳ５０６において、第２フィードバックゲイン算出部４１は、積算されたタイマーの値に応じて補正ゲインＧを算出する。補正ゲインＧは、例えば図１２に示す補正ゲイン算出マップを用いて算出すればよい。
【０１０４】
図１２に示すように、補正ゲインＧは、タイマーの値が０から所定値Ｔｍ０の間では１より小さい値のＧｍｉｎとなり、タイマーの値が所定値Ｔｍ０から所定値Ｔｍ１の間ではＧｍｉｎから徐々に大きな値となって所定値Ｔｍ１で１となる。そして、タイマーの値が所定値Ｔｍ１以降では、補正ゲインＧは１となる。尚、補正ゲイン算出マップは、タイマーの値が増加するのに伴って単調に増加するように設定されていればよく、図１２に示すように直線的に増加するように設定してもよいし、滑らかな曲線的に増加するように設定してもよい。
【０１０５】
ステップＳ５０７において、第２フィードバックゲイン算出部４１は、ステップＳ５０２で算出した第２フィードバックゲインＫ２の値に補正ゲインＧを乗算して第２フィードバックゲインＫ２を補正する。これにより、操舵制御が開始された直後のタイマーの値が０から所定値Ｔｍ０の間では、１以下の値となる補正ゲインＧｍｉｎを乗算するので、第２フィードバックゲインＫ２の値は補正によって低下する。その後、タイマーの値が所定値Ｔｍ０から所定値Ｔｍ１の間では、補正ゲインＧの値が徐々に大きくなるので、第２フィードバックゲインＫ２の値も徐々に大きくなる。そして、タイマーの値が所定値Ｔｍ１になると、補正ゲインＧの値が１になるので、第２フィードバックゲインＫ２の値は補正されていない値となる。こうして、本実施形態に係る第２フィードバックゲインの算出処理は終了する。
【０１０６】
［第５実施形態の効果］
以上詳細に説明したように、本実施形態に係る操舵制御装置では、自車両の操舵制御を開始した後の所定時間内は第２フィードバックゲインを低下させる。これにより、操舵制御の開始直後または復帰直後において目標走行ラインからの偏差が十分に収束していない場合であっても、急に大きな目標ヨーレートが発生することを防止できる。したがって、目標走行ラインへ収束させる操舵制御を運転者の感覚に合った滑らかなものにすることができる。
【０１０７】
なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  操舵制御装置
３  コントロールユニット
５  車速センサ
７  カメラコントローラ
９  ヨーレートセンサ
１１  フロントカメラ
１３  舵角センサ
１４  操舵トルクセンサ
１５  ラック
１７  ピニオン
１９  ステアリングホイール
２１  ステアリングシャフト
２３  操舵アクチュエータ
３１  走行車線情報検出部
３３  走行状態検出部
３５  前方注視点距離設定部
３７  安定性パラメータ設定部
３９  第１フィードバックゲイン算出部
４１  第２フィードバックゲイン算出部
４３  前方注視点横変位算出部
４５  現在点横変位検出部
４７  目標ヨーレート算出部
４９  操舵角算出部
１００  車両
ＦＬ、ＦＲ  前輪
ＲＬ、ＲＲ  後輪
【図１】
0006384296.tif 000027
【図２】
0006384296.tif 000028
【図３】
0006384296.tif 000029
【図４】
0006384296.tif 000030
【図５】
0006384296.tif 000031
【図６】
0006384296.tif 000032
【図７】
0006384296.tif 000033
【図８】
0006384296.tif 000034
【図９】
0006384296.tif 000035
【図１０】
0006384296.tif 000036
【図１１】
0006384296.tif 000037
【図１２】
0006384296.tif 000038