(57)【要約】【課題】  操舵制御手段に対する運転者の依存状態を監視し車両のレーン走行支援を円滑に行なう。【解決手段】  操舵制御手段（電動パワーステアリングシステムＥＰＳ）の制御によって車両が走行レーン内を走行するように支援する車両のレーン走行支援装置において、操舵制御手段を介してステアリングホイールＳＷに伝達される操舵反力に応じた操舵信号を検出し、その検出信号に基づき、操舵反力に抗して運転者がステアリングホイールを保持するときの保舵力を推定する。車両が走行レーン内を走行するように操舵制御手段によって修正操舵を行うときの修正操舵量とそのときの保舵力との関係に基づき、操舵制御手段によるレーン走行支援制御に対する運転者の依存度を判定する。【選択図】        図１
2005125852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段を備え、該操舵制御手段の制御によって前記車両が走行レーン内を走行するように支援する車両のレーン走行支援装置において、前記操舵制御手段を介して前記ステアリングホイールに伝達される操舵反力に応じた操舵信号を検出する操舵信号検出手段と、該操舵信号検出手段の検出信号に基づき、前記操舵反力に抗して当該運転者が前記ステアリングホイールを保持するときの保舵力を推定する保舵力推定手段と、前記車両が走行レーン内を走行するように前記操舵制御手段によって修正操舵を行うときの修正操舵量とそのときの前記制御保舵力推定手段が推定した保舵力との関係に基づき、前記操舵制御手段によるレーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度を判定する依存度判定手段とを備えたことを特徴とする車両のレーン走行支援装置。
【請求項２】
前記依存度判定手段が、前記修正操舵量が所定の操舵量閾値より大であって、且つ前記保舵力が所定の保舵力閾値を下回った状態が所定時間以上継続したときに、前記操舵制御手段によるレーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度が過大と判定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項３】
前記依存度判定手段が、前記操舵制御手段による操舵量の絶対値及び分散値の少なくとも一方に基づいて前記修正操舵量を設定することを特徴とする請求項２記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項４】
前記依存度判定手段が、前記修正操舵量と前記保舵力の相関関係を表す定量値が、所定の閾値を下回った状態が所定時間以上継続したときに、前記操舵制御手段によるレーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度が過大と判定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項５】
前記依存度判定手段が、前記操舵制御手段によるレーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度が過大と判定したときには、当該運転者に対して警報する警報手段及び前記操舵制御手段による操舵制御を解除する解除手段の、少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項６】
前記操舵制御手段が電動パワーステアリングシステムを含み、前記操舵信号検出手段が前記電動パワーステアリングシステムに配設したトルクセンサを備え、該トルクセンサの検出トルクに基づき、前記保舵力推定手段が保舵力を推定するように構成したことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項７】
前記保舵力推定手段が、ステアリングモデルを有し、該ステアリングモデルに基づき前記ステアリングホイールに対する保舵力を逆演算するように構成したことを特徴とする請求項６記載の車両のレーン走行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のレーン走行支援装置に関し、特に、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段を備えた車両のレーン走行支援装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
車両のレーン走行支援装置としては、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段を備え、これを制御して車両が走行レーン内を走行するようにレーンキープアシストが基本であるが、更に、走行支援を越えて、運転者の操作とは無関係に自動的に操舵制御を行ない、車両が走行レーン内の走行を維持し得るように制御する装置も知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、自ら走行路を探索しながら、その走行路上に最適な目標経路を設定して、車両がその目標経路上を走行するように支援する車両の走行制御を行なわせることを目的とし、以下のように構成された自動走行装置が提案されている。即ち、撮像装置により車両の進行方向の領域を撮像した画像にもとづいて道路エッジを認識することにより自ら走行可能領域を探索しながら、その走行可能領域内に適切な目標経路を設定し、そのときの車両の走行状態にしたがって車両をその目標経路に合流させるための最適な制御目標量を求めて、その制御目標量に応じて車両の走行制御を行なわせる旨記載されている。
【０００４】
あるいは、下記の特許文献２には、例えばプラント、工場等の床面に安全通路を表示するため前記通路両側に標記された白線を誘導帯として使用し、特に狭隘な場所でのコーナリングが容易になし得ることを目的として、安全通路の限界を示すために床面に設けられた白線等をそのまま誘導帯として使用し、走行車の現在の方位とコーナ部の角度とから操舵量を算出してコーナリングを行うように構成された走行車の誘導装置が提案されている。
【０００５】
更に、下記の特許文献３には、運転者がハンドル操作しなくても前方の走行レーン上を外れることなく走行することができる自動車用自動操舵装置が提案されている。この特許文献３には、自動車の右側下方向の進路を撮影する撮影手段と、この撮影手段にて撮影した道路の中から隣接する走行レーンの境界を示すラインを認識する認識手段と、この認識手段にて認識したラインの基準位置からの距離を検出する距離検出手段と、この距離検出手段にて検出した距離に応じた舵角制御信号を発生する舵角制御手段と、この舵角制御手段からの舵角制御信号を受けて車両の進行方向を変化させる舵角駆動手段とを備え、前記舵角制御信号による舵角制御手段の作動にて前記距離検出手段にて検出される距離を所定値に保持せしめるようにする旨記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−４８７０４号公報
【特許文献２】特開平２−２７４０８号公報
【特許文献３】特開昭６０−３７０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献に記載の装置によれば、何れも画像によって検出した車両等の走行レーンに沿ってコーナリングを行なうことが可能とされている。この場合において、現実的な対応としては、必ずしも運転者の操作と無関係に自動的に操舵することは必要ではなく、例えば運転者によるステアリングホイールの操作に対し、車両が走行レーンの中央を維持するように操舵トルクを付加することによって、ステアリングホイールの操作負荷を軽減し、巡航運転を支援することができる。
【０００８】
しかし、このようなレーン走行支援装置においては、あくまで運転者に対しステアリングホイール操作の負担を軽減するものであって、自動運転装置ではない以上、手放し運転を許容するものではなく、過度に依存されることを制限する必要がある。また、走行支援装置を過信し、運転者の注意力が散漫になることを防止する必要もある。これに対し、例えば車両がコーナリング作動中に、運転者が所定時間以上ステアリングホイール（ハンドル）から手を離していることを検知したときには警報を行うといった対策は可能であるが、例えば直線走行中に路面の凹凸等によって操舵機構に異常な力が付与され、直線走行が困難になるような場合には、これを検出することはできない。従って、このような場合には別途対策を講ずる必要があるが、前掲の何れの特許文献にもこのような点には言及されていない。
【０００９】
このような問題に対し、運転者がステアリングホイールを保持する力（これを「保舵力」と定義する）を監視し、例えば、直線走行中の車両に対し路面の凹凸等によって修正操舵が必要となったにも拘わらず、運転者の保舵力が不足した状態が継続する場合には、運転者が操舵制御手段に依存していると判定することができる。そして、このような場合には、運転者に対して警報を行い、更には操舵制御手段による操舵制御を中断することができる。
【００１０】
そこで、本発明は、操舵制御手段の制御によって車両が走行レーン内を走行するように支援する車両のレーン走行支援装置において、運転者がステアリングホイールを保持する保舵力に基づき、操舵制御手段に対する運転者の依存状態を監視し、操舵制御手段による車両のレーン走行支援を円滑に行ない得るレーン走行支援装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を達成するため、本発明は、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段を備え、該操舵制御手段の制御によって前記車両が走行レーン内を走行するように支援する車両のレーン走行支援装置において、請求項１に記載のように、前記操舵制御手段を介して前記ステアリングホイールに伝達される操舵反力に応じた操舵信号を検出する操舵信号検出手段と、該操舵信号検出手段の検出信号に基づき、前記操舵反力に抗して当該運転者が前記ステアリングホイールを保持するときの保舵力を推定する保舵力推定手段と、前記車両が走行レーン内を走行するように前記操舵制御手段によって修正操舵を行うときの修正操舵量とそのときの前記制御保舵力推定手段が推定した保舵力との関係に基づき、前記操舵制御手段によるレーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度を判定する依存度判定手段とを備えることとしたものである。
【００１２】
前記依存度判定手段は、請求項２に記載のように、前記修正操舵量が所定の操舵量閾値より大であって、且つ前記保舵力が所定の保舵力閾値を下回った状態が所定時間以上継続したときに、前記操舵制御手段によるレーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度が過大と判定することとしてもよい。
【００１３】
前記依存度判定手段は、請求項３に記載のように、前記操舵制御手段による操舵量の絶対値及び分散値の少なくとも一方に基づいて前記修正操舵量を設定するように構成することができる。あるいは、前記依存度判定手段は、請求項４に記載のように、前記修正操舵量と前記保舵力の相関関係を表す定量値が、所定の閾値を下回った状態が所定時間以上継続したときに、前記操舵制御手段によるレーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度が過大と判定するように構成することもできる。
【００１４】
そして、請求項５に記載のように、前記依存度判定手段が前記操舵制御手段によるレーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度が過大と判定したときには、当該運転者に対して警報する警報手段及び前記操舵制御手段による操舵制御を解除する解除手段の、少なくとも一方を備えたものとするとよい。
【００１５】
上記のレーン走行支援装置において、前記操舵制御手段は、請求項６に記載のように、電動パワーステアリングシステムを含み、前記操舵信号検出手段が前記電動パワーステアリングシステムに配設したトルクセンサを備えたものとし、該トルクセンサの検出トルクに基づき、前記保舵力推定手段が保舵力を推定するように構成するとよい。前記保舵力推定手段は、請求項７に記載のように、ステアリングモデルを有し、該ステアリングモデルに基づき前記ステアリングホイールに対する保舵力を逆演算するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に記載のように構成された車両のレーン走行支援装置においては、操舵制御手段に対する運転者の依存状態を監視し得ると共に、依存度判定手段によってレーン走行支援制御に対する運転者の依存度を適切に判定することができる。
【００１７】
前記依存度判定手段は、請求項２に記載のように構成されているので、レーン走行支援制御に対する運転者の依存度を適切に判定することができる。従って、操舵制御手段に対する運転者の依存度が過大と判定されたときには、運転者に対して警報を行い、更には操舵制御手段による制御を解除することができるので、操舵制御手段による車両のレーン走行支援を円滑に行なうことができる。前記依存度判定手段において、前記修正操舵量を請求項３に記載のように設定すれば、例えば、直線走行中の車両に対し路面の凹凸等によって修正操舵が必要となったにも拘わらず、運転者の保舵力が不足した状態が継続したことも確実に判定することができる。あるいは、前記依存度判定手段を請求項４に記載のように構成することもでき、これによってもレーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度を適切に判定することができる。
【００１８】
そして、請求項５に記載のように、前記警報手段及び解除手段の少なくとも一方を備えたものとすれば、レーン走行支援制御に対する当該運転者の依存度が過大であるときには、運転者に対して警報を行い、更には操舵制御手段による制御を解除することができるので、操舵制御手段による車両のレーン走行支援を円滑に行なうことができる。
【００１９】
前記操舵制御手段は、請求項６に記載のように構成することとすれば、簡単な構成で安価な装置を提供することができる。更に、前記保舵力推定手段を請求項７に記載のように構成すれば、演算が容易で、安価な装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置の構成を示すもので、車両前方（図１の上方）には、例えばｃｃｄカメラで構成された車両前方監視用のカメラＣＭが配置されている。また、本実施形態の操舵制御手段として電動パワーステアリングシステムＥＰＳを備えている。このような電動パワーステアリングシステムＥＰＳは既に市販されており、運転者によるステアリングホイールＳＷの操作によってステアリングシャフトに作用する操舵トルク（Ｔts）を、操舵トルクセンサＴＳによって検出し、この検出操舵トルク（Ｔts）の値に応じてＥＰＳモータ（図１では図示省略）を制御し、減速ギヤ及びラックアンドピニオン（図示せず）を介して車両前方の車輪（図１では全車輪を代表してＷＨで表す）を操舵し、運転者のステアリング操作力（ハンドル操作力）を軽減するものである。
【００２１】
本実施形態では、図１に示すように、画像処理用の電子制御ユニットＥＣＵ１及び操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２を備え、両者が通信バスを介して接続されている。電子制御ユニットＥＣＵ１にはカメラＣＭが接続されており、画像信号が電子制御ユニットＥＣＵ１に入力されるように構成されている。一方、電子制御ユニットＥＣＵ２には、入力側に上記の操舵トルクセンサＴＳのほか、車両前方の車輪ＷＨの操舵角を検出する操舵角センサＳＳ、車体速度を検出する車体速度センサＶＳ、車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサＹＳ、及びＥＰＳモータの回転角を検出する回転角センサＲＳ等が接続されると共に、出力側にＥＰＳモータが接続されている。尚、車体速度センサＶＳに代えて、各車輪の車輪速度を検出する車輪速度センサ（図示せず）を備えたものとし、検出車輪速度に基づき車体速度を推定することとしてもよく、本発明の車体速度検出手段は車輪速度センサの検出車輪速度に基づき車体速度を推定する手段も含む。
【００２２】
図２は本発明のシステム構成を示すもので、画像処理システム（図２の上方）及び操舵制御システム（図２の下方）が通信バスを介して接続されている。本実施形態の画像処理システムは、画像処理用のＣＰＵ、フレームメモリ等を備えた電子制御ユニットＥＣＵ１に、カメラＣＭ、ヨーレイトセンサＹＳ、操舵角センサＳＳ及び車体速度センサＶＳが接続されている。また、本実施形態の操舵制御システムは、電動パワーステアリング制御用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた電子制御ユニットＥＣＵ２に、操舵トルクセンサＴＳ及び回転角センサＲＳが接続されると共に、モータ駆動回路ＡＣ２を介してＥＰＳモータＭＴが接続されている。更に、本実施形態では、警報用の電子制御ユニットＥＣＵ３（図１では図示省略）を介して、警報表示や音声警報を出力する警報装置ＷＡが接続されている。
【００２３】
これらの電子制御ユニットＥＣＵ１乃至ＥＣＵ３は夫々、通信用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた通信ユニットを介して通信バスに接続されており、各制御システムに必要な情報を他の制御システムから送信することができる。更に、図示は省略するが、この通信バスに、アクティブステアリングシステム、ブレーキ制御システム、スロットル制御システム等を接続し、各システム間で互いのシステム情報を共有することができるように構成することとしてもよい。また、レーン走行支援制御に対する運転者の依存度が過大であるときには上記の操舵制御システムによる制御を解除する解除システム（図示せず）を構成し、上記の通信バスに接続することとしてもよい。
【００２４】
上記のように構成されたレーン走行支援装置において、レーン走行支援（レーンキープアシスト）制御部は、図３の制御ブロック図に示すように構成されており、カメラＣＭによって撮像された画像情報が図２の電子制御ユニットＥＣＵ１にて画像処理されて走行レーンが検出される。この電子制御ユニットＥＣＵ１には、図３のレーン認識演算部Ｍ１が構成されており、ここで、走行レーン内における車両の位置（レーン位置）や走行レーンに対するヨー角が演算される。尚、画像処理による走行レーンの検出については前掲の特許文献１に記載された方法のほか、公知の何れの方法でもよい。このレーン認識演算部Ｍ１による演算結果とヨーレイトセンサＹＳ及び操舵角センサＳＳの検出信号に基づき、状態量演算部Ｍ２にて、レーン位置、ヨー角、ヨーレイト及び操舵角をファクターとする現在の車両の状態量が演算される。尚、図１に示すように、電子制御ユニットＥＣＵ１（又はＥＣＵ２）には操作スイッチＯＳが接続されており、走行支援制御は運転者による操作スイッチＯＳの操作によって開始されるように構成されている。
【００２５】
また、操舵角センサＳＳで検出された操舵角、及び車体速度センサＶＳで検出された車体速度（車速）等に基づき、目標状態量演算部Ｍ３にて目標状態量が演算され、この目標状態量と、状態量演算部Ｍ２の演算結果の現在の状態量との差が演算され、この差に基づき、フィードバック制御演算部Ｍ４にてトルク指令値が演算される。ここで、フィードバック演算は、目標状態量と現在の状態量の差にゲインを乗じた値の総和等とすることができ、この演算結果に基づき、車両を走行レーンの中央に維持し得るように、電動パワーステアリングシステムＥＰＳに対するステアリングトルク量が演算され、ＥＰＳモータＭＴのトルク指令値として操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２に送信される。
【００２６】
図２の電子制御ユニットＥＣＵ２には図３の電動パワーステアリング制御部Ｍ５が構成されており、ここで、上記演算結果のステアリングトルク量が通常のパワーステアリング制御量に加算されて、電動パワーステアリングシステムＥＰＳが制御される。尚、この制御状態は、運転者による操作スイッチＯＳの操作に応じて決定される。
【００２７】
更に、フィードバック制御演算部Ｍ４において現在の状態量と目標状態量との差に基づき目標操舵角が演算され、この演算結果に基づき依存度推定演算部Ｍ６にて運転者のレーン走行支援制御への依存状態が推定される。そして、レーン走行支援制御に対する依存度に応じて運転者への警報が出力されて過度の依存状態に対し注意喚起が行われ（警報出力部Ｍ７）、及び／又は電動パワーステアリングシステムＥＰＳによる操舵制御の解除が行われる（図３では、後者の記載を省略）。
【００２８】
上記の依存度推定演算部Ｍ６は図４に示すように構成することができる。先ず、ステアリングシステム逆モデル部６１において、本発明のステアリングモデルたる図５に示すステアリングシステムの逆モデルに基づき、操舵トルクセンサＴＳの検出操舵トルクと操舵角センサＳＳの検出操舵角に応じて、運転者の保舵力が推定演算される。即ち、図５に示すステアリングシステムモデル図から、運転者の保舵力は下記の式により逆算することができる。図５及び下記の式において、Ｔhhは運転者の保舵力、Ｔswfはステアリング摩擦トルク、Ｔtsは操舵トルク、ＪswはステアリングホイールＳＷの慣性モーメント、ωswはステアリング角速度を表す。尚、摩擦トルクＴswfや慣性モーメントＪswは省略することとしてもよい。
Ｔhh ＝ −Ｔswf −Ｔts ＋ Ｊsw・ｄωsw／ｄt
【００２９】
一方、前述のフィードバック制御演算部Ｍ４にて演算された目標操舵角に基づき、修正操舵必要性演算部６２にて修正操舵の必要性が演算される。この修正操舵の必要性は、運転者によるステアリングホイールＳＷの操作を必要とする目標操舵角であるか否かによって判定することができる。具体的には、目標操舵角の絶対値が大きな場合や分散値が大きな場合（大きな修正量が必要な場合）等がある。
【００３０】
而して、システム依存状態判定部６３において、修正操舵必要性演算部６２の演算結果に基づき修正操舵が必要と判定され、且つステアリングシステム逆モデル部６１にて運転者の保舵力が小さいと判定された状態が、所定時間継続した場合には、運転者が走行支援制御システムに依存していると判定され、依存状態を示す信号が出力される。
【００３１】
例えば、目標操舵角の絶対値に基づく依存度の判定については、運転者の保舵力Ｔhhが所定の保舵力閾値Ｃ１未満であって、目標操舵角の絶対値|δft|が所定の操舵角閾値Ｃ２より大と判定された状態（Ｔhh＜Ｃ１、且つ|δft|＞Ｃ２）が所定時間以上継続したときに依存度が過大（依存状態）と判定される。尚、目標操舵角の絶対値|δft|が所定の操舵角閾値Ｃ２より大であるということは、修正操舵量が所定の操舵量閾値より大であって、修正操舵必要性演算部６２において修正操舵が必要と判定されることを意味する。
【００３２】
また、目標操舵角の絶対値に基づく依存度の判定については、運転者の保舵力Ｔhhが所定の保舵力閾値Ｃ３未満であって、目標操舵角の分散値ｃｏｖ（δft）が所定の操舵角分散閾値Ｃ４より大と判定された状態（Ｔhh＜Ｃ３、且つｃｏｖ（δft）＞Ｃ４）が所定時間以上継続したときに依存度が過大（依存状態）と判定される。分散値を表す関数ｃｏｖは下記の［数１］式のように計算することができる。尚、下記の式においてｘバーはｘの平均値を示す。
【数１】
2005125852.tif 000003
【００３３】
更に、システム依存状態判定部６３においては、修正操舵量と保舵力の相関関係を表す定量値が、所定の閾値を下回った状態が所定時間以上継続したときに、レーン走行支援制御に対する運転者の依存度が過大と判定するように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の車両のレーン走行支援制御装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における制御態様を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態における操舵制御手段及び警報手段を含むレーン走行支援制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態における依存度推定演算の具体的構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態に供するステアリングシステムの逆モデルを示す模式図である。
【符号の説明】
【００３５】
ＳＷ    ステアリングホイール
ＷＨ    車輪
ＥＰＳ    電動パワーステアリングシステム
ＣＭ    カメラ
ＴＳ    操舵トルクセンサ
ＳＳ    車輪舵角センサ
ＹＳ    ヨーレイトセンサ
ＶＳ    車体速度センサ
ＯＳ    操作スイッチ
【図１】
2005125852.tif 000004
【図２】
2005125852.tif 000005
【図３】
2005125852.tif 000006
【図４】
2005125852.tif 000007
【図５】
2005125852.tif 000008