(57)【要約】【課題】  車線変更や車線追従走行時におけるドライバの運転負荷を軽減できる車両用後輪操舵装置を提供する。【解決手段】  車両用後輪操舵装置は、カメラ１と、画像処理装置２と、操舵角センサ３と、車速センサ４と、ヨーレイトセンサ５と、プロセッサ６と、後輪操舵装置７と、を備え、プロセッサ６は、ドライバの操舵にかかわらず、車両の車線に対するヨー角を一定に保つように後輪操舵装置７を制御する。【選択図】      図１
2005324655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
後輪操舵機構を制御する後輪操舵制御手段を備えた車両用後輪操舵装置において、
車両前方の車線を認識する車線認識手段と、
車両の車線に対するヨー角を検出するヨー角検出手段と、
を設け、
前記後輪操舵制御手段は、ドライバの操舵にかかわらず、車両の車線に対するヨー角を一定に保つように後輪操舵機構を制御するヨー角維持制御を行うことを特徴とする車両用後輪操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用後輪操舵装置において、
前記後輪操舵制御手段は、低速ではヨー角維持制御の制御強さを弱める、または制御を停止することを特徴とする車両用後輪操舵装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車両用後輪操舵装置において、
前記後輪操舵制御手段は、前輪操舵角が微小操舵領域のとき、ヨー角維持制御を実施することを特徴とする車両用後輪操舵装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両用後輪操舵装置において、
前記後輪操舵制御手段は、前輪操舵角速度の絶対値が大きくなるにつれてヨー角維持制御の制御強さを弱める、または制御を一時停止することを特徴とする車両用後輪操舵装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用後輪操舵装置において、
前記後輪操舵制御手段は、車線認識手段が車線を認識しないとき、ヨー角維持制御を一時停止することを特徴とする車両用後輪操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、後輪転舵機構を備えた車両用後輪操舵装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来の車両用後輪操舵装置としては、例えば、減速度に応じて後輪の操舵角を前輪と同相に大きくすることにより、車両のステア特性の安定化を図るものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−６９８４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術にあっては、車線変更や車線追従走行時における横移動の際、ドライバは一連のハンドル操作でヨー角と横変位とを同時に制御しなければならず、運転操作性が悪く、ドライバの運転負荷が高いという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、車線変更や車線追従走行時におけるドライバの運転負荷を軽減できる車両用後輪操舵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、後輪操舵機構を制御する後輪操舵制御手段を備えた車両用後輪操舵装置において、
車両前方の車線を認識する車線認識手段と、
車両の車線に対するヨー角を検出するヨー角検出手段と、
を設け、
前記後輪操舵制御手段は、ドライバの操舵にかかわらず、車両の車線に対するヨー角を一定に保つように後輪操舵機構を制御するヨー角維持制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にあっては、車線変更や車線追従走行時における横移動の際、車両の車線に対するヨー角が一定に維持される。よって、ドライバは横変位のみに注意を払ってハンドル操作を行えばよいため、運転操作性に優れ、ドライバの運転負荷を軽減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の車両用後輪操舵装置の構成図である。
実施例１の車両用後輪操舵装置は、カメラ１と、画像処理装置２と、操舵角センサ３と、車速センサ４と、ヨーレイトセンサ５と、プロセッサ６と、後輪操舵装置７と、を備えている。
【０００９】
カメラ１は、車両前方画像を取り込み、画像処理装置２へ出力する。画像処理装置２は、カメラ画像に基づき、車両の車線に対する横変位、車両の車線に対するヨー角（以下、"車両の車線に対する"を省略する。）、道路曲率を推定し、プロセッサ６へ出力する。
【００１０】
操舵角センサ３は、操舵角（ハンドル角）を検出し、プロセッサ６へ出力する。車速センサ４は、自車両の車速（車体速）を検出し、プロセッサ６へ出力する。
【００１１】
プロセッサ６は、横変位、ヨー角、道路曲率、操舵角および車速に基づいて目標後輪操舵角を演算し、後輪操舵装置７へ出力する。後輪操舵装置７は、実後輪操舵角が目標後輪操舵角に一致するように後輪８を操舵する。
【００１２】
図２は、プロセッサ６の変動分算出部６１を示す制御ブロック図、図３はプロセッサ６の目標後輪舵角算出部６２を示す制御ブロック図である。
【００１３】
変動分算出部６１は、微分器６１ａと、定常旋回状態量算出器６１ｂと、３つの加算器６１ｃ，６１ｄ，６１ｅを備えている。
【００１４】
微分器６１ａは、横変位ycrを入力し、横変位速度の変動分Δy'crを出力する。定常旋回状態量算出器６１ｂは、道路曲率ρと車速vを入力し、定常状態のヨー角φrρ、ヨーレイトφ'ρおよび操舵角θρを出力する。加算器６１ｃは、ヨーレイトφ'と定常状態のヨーレイトφ'ρを入力し、ヨーレイトの変動分Δφ'を出力する。加算器６１ｄは、ヨー角φrと定常状態のヨー角φrρを入力し、ヨー角の変動分Δφrを出力する。加算器６１ｅは、操舵角θと定常状態の操舵角θρを入力し、操舵角の変動分Δθを出力する。
【００１５】
目標後輪舵角算出部６２は、フィードバック係数部６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６２ｅと、加算器６２ｆを備えている。
【００１６】
フィードバック係数部６２ａは、ヨーレイトの変動分Δφ'にフィードバック係数-k1を乗算した値を出力する。フィードバック係数部６２ｂは、ヨー角の変動分Δφrにフィードバック係数-k2を乗算した値を出力する。フィードバック係数部６２ｃは、横変位速度Δy'crの変動分にフィードバック係数-k3を乗算した値を出力する。フィードバック係数部６２ｄは、横変位の変動分Δycrにフィードバック係数-k4を乗算した値を出力する。フィードバック係数部６２ｅは、操舵角の変動分Δθにフィードバック係数-k5を乗算した値を出力する。
【００１７】
加算器６２ｆは、フィードバック係数部６２ａ〜６２ｅの出力と定常状態の操舵角θρを入力し、目標後輪舵角を出力する。
【００１８】
次に、作用を説明する。
［目標後輪操舵角演算ロジック］
プロセッサ６で実施される目標後輪操舵角演算ロジックを説明する。
【００１９】
まず、物理量を定義する。横変位（正確には重心点の横変位）をｙcr、ヨー角をφr、ヨーレイトをφ'、操舵角をθ、後輪操舵角をδrとする。
【００２０】
制御対象である車両の状態方程式は、下記の式１で表される。
【数１】
2005324655.tif 000003
【００２１】
式１中の行列の各要素は、以下のようになる。
【数２】
2005324655.tif 000004
【００２２】
ただし、
I：車両ヨー慣性モーメント、m：車両重量、lf：重心〜前輪車軸間距離、lr：重心〜後輪車軸間距離、cf：前輪コーナリングスティッフネス（２輪分）、cr：後輪コーナリングスティッフネス（２輪分）、v：車速、N：ステアリングギア比
【００２３】
式１の定常状態を下記の式２で定義する。
【数３】
2005324655.tif 000005
【００２４】
横変位速度y'cr、横変位ycrは共に定常ではゼロであるので、式２は下記の式３に書き直される。
【数４】
2005324655.tif 000006
【００２５】
式３中のδrρは道路曲率ρのカーブを定常旋回中の後輪舵角を表す。これを道路曲率に応じて設定することにより、定常旋回中の車両姿勢が変化する（式３中のφrρが変化する。）。ここでは、δrρをゼロに設定する。この結果、定常旋回時の車両姿勢は２ＷＳと同じになる。
【００２６】
式１から式３を引いて、下記の式４を得る。
【数５】
2005324655.tif 000007
【００２７】
Δは定常値からの変動分を表す。ここでΔθの振る舞いを白色ノイズで駆動される一次系でモデル化すると、式４は下記の式５に書き直される。
【数６】
2005324655.tif 000008
【００２８】
ここでλθは一次遅れ係数、Cθは白色ノイズ強度（インテンシティ）、wは白色ノイズを表す。
【００２９】
目標後輪舵角δr*は、下記の式６で表される。
【数７】
2005324655.tif 000009
【００３０】
フィードバック係数[k1k2k3k4k5]は、式５の制御対象において、評価関数Jを最小にするように例えば最適レギュレータより構成する。
【数８】
2005324655.tif 000010
【００３１】
最適レギュレータの詳細は、例えば、文献"最適制御入門  加藤寛一郎著  東京大学区出版会  1987年"を参照のこと。
【００３２】
式７中のRは制御の強さを調整するパラメータである。これはヨー角変位分（定常値に対する変位分）Δφrに対する係数（一般に重みと呼ばれる。）となっており、この値を大きくするほど、Δφrが発生しにくくなるように、フィードバック係数が設定される。
【００３３】
ここで、図４に示すように、制御強さのパラメータRを車速v依存とし、高速ほど大きくなるように（制御を強めるように）設定してもよい。
【００３４】
また、図５に示すように、制御強さのパラメータRを操舵角θ依存とし、操舵角θが大きくなるほど小さくなるように（制御を弱めるように）設定してもよい。
【００３５】
さらに、図６に示すように、制御強さのパラメータRを操舵角速度θ'依存とし、操舵角速度θ'が大きくなるほど小さくなるように（制御を弱めるように）設定してもよい。
【００３６】
加えて、分岐路等、自車両の走行する車線の認識ができないもしくは難しい状況では、後輪制御を一時停止してもよい。
【００３７】
［従来車両の問題点］
図７は、後輪操舵含めた車両一般の車線変更時の車両挙動を示す図である。
まず、(a)で操舵が始まると、車両は車線に対するヨー角を変化させ、同時に重心点が横に移動を始める。ヨー角、横Ｇの挙動は、車両の特性、例えば車重、ヨー慣性モーメント、前後輪タイヤのコーナリングスティッフネス、重心位置、その他、車速や路面μに影響を受ける。
【００３８】
また、後輪操舵を有する車両（以後、４ＷＳ車と呼ぶ。）においては、後輪操舵の制御により、それらの挙動は変化する。例えば、後輪を前輪と同相に切る４ＷＳ車では、ヨー角の発生を小さく抑えることができる。すなわち、図８のようにあたかも蟹歩きに似た状態で車線変更を行うことができる。
【００３９】
しかしながら、ヨー角を発生させないように後輪を操舵することは従来手法では不可能である。仮に発生させない場合、図９のように、コーナリング中では横滑り角を発生させたまま走らざるを得なくなる。
まとめると、従来の車両（４ＷＳを含む）では、(a)の段階でヨー角が発生する。
【００４０】
次に、(b)の横移動を経て、(c)のような車両を他の車線に収束させる状態に入る。ドライバは車体重心点が目標とする横位置（例えば目標車線の中心線）に一致するように、かつ、そのとき、車体の車線に対するヨー角が定常値（直線ではゼロ、コーナリングでは定常横滑り角）になるように、ハンドルを操作する必要がある。一連のハンドル操作で２つの物理量を制御しなければならないため、運転負荷の増大を招いている。
【００４１】
非常にゆっくりとした車線変更では、(b)のヨー角変化はさほど発生しないため、ドライバは横位置の制御に注意を払うことに集中できるが、車線変更が急になった場合、(b)でのヨー角変化は大きくなり、ドライバの運転負荷が増加することになる。
【００４２】
また、車線追従も大きな意味で車線変更の一種ととらえることができ、同様の運転負荷をドライバに与えていると言える。わずかな横位置修正でもヨー角が発生してしまうため、ドライバはヨー角と横変位を同時に制御しなければならない。
【００４３】
［ヨー角維持制御作用］
これに対し、実施例１の車両用後輪操舵装置では、ヨー角変位分Δφrが発生しないように後輪操舵装置７を制御することにより、車線変更や車線追従走行時の横移動の際、ドライバに与える運転負荷を軽減している。
【００４４】
図１０は、実施例１の車両用後輪操舵装置における曲線走行時の修正操舵の例を示す。
今、ドライバは車両横位置を右に所定値ずらすことを要求されているものとする（曲線の議論は直線部を含む一般的な考察のため、ここでは直線部の説明は省略する。同様な理由により、右操舵のみの考察とし、左操舵は省略する）。
(a)の定常状態では、ヨー角がθrρ発生しているものとする。
【００４５】
車両を右にずらすため、ドライバは右にハンドルを切ると、後輪はヨー角変動が発生しないように操舵される。それが(b)の状態であり、制御の結果、ヨー角はφrρが維持される。ハンドルの切り方により横変位速度は変化するもののヨー角は変化しない。
【００４６】
(c)のように、横変位速度がゼロとなった瞬間、ヨー角は定常値φrρが維持されているため、それによる再度の横変位発生が生じない。
【００４７】
このように、ドライバは横変位のみに注意を払えばいいことになり、運転操作性が向上することになる。
【００４８】
［車速に応じたヨー角維持制御強さの変更作用］
パラメータRを車速vに依存させて設定する効果を説明する。一般に低速では車両を車線に沿って走らせない状況が多い。例えば、車線外に車両を誘導するときには、ドライバは車両を車線に沿って走らせようとはしない。それとは逆に高速道路では車線に沿って走らせることが主たる状況となるため、低速では制御を弱め（もしくは制御をしない）、高速では強めることにより、操作性に優れた特性となる。
【００４９】
［操舵角に応じたヨー角維持制御強さの変更作用］
パラメータRを操舵角θに依存させて設定する効果を説明する。ヨー角を定常値に保つ制御は、車線追従時や車線変更時にその効果を発揮する。しかし、事故車等があり、緊急回避等は車線に沿って走ってはいけない状況が考えられる。微小操舵領域に制御を制限することにより、車線追従や車線変更時の運転性と、上記緊急回避性とを両立できる。
【００５０】
［操舵角速度に応じたヨー角維持制御強さの変更作用］
パラメータRを操舵角速度θ'に依存させて設定する効果は操舵角θ依存と同様に、緊急回避時の操舵角速度が大きくなることに着目し、制御を操舵角速度が小さいときに制限することにより、車線追従や車線変更時の運転性と、上記緊急回避性とを両立できる。
【００５１】
また、本制御は自車両の車線が認識できることが前提であるため、高速分岐路等、自車線が認識しづらい状況では制御を積極的に中止することにより、誤操舵を効果的に防止できる。
【００５２】
次に、効果を説明する。
実施例１の車両用後輪操舵装置にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００５３】
(1) プロセッサ６は、ドライバの操舵にかかわらず、車両の車線に対するヨー角を一定に保つように後輪操舵装置７を制御するため、車線変更や車線追従走行時における横移動の際、車両の車線に対するヨー角が一定に維持される。よって、ドライバは横変位のみに注意を払ってハンドル操作を行えばよいため、運転操作性に優れ、ドライバに運転負荷を与えない。
【００５４】
(2) プロセッサ６は、低速ではヨー角維持制御の制御強さを弱める、または制御を停止するため、車速に応じて最適な後輪操舵を実施できる。
【００５５】
(3) プロセッサ６は、前輪操舵角が微小操舵領域のとき、ヨー角維持制御を実施するため、車線追従や車線変更時の運転性と、緊急回避性とを両立できる。
【００５６】
(4) プロセッサ６は、前輪操舵角速度の絶対値が大きくなるにつれてヨー角維持制御の制御強さを弱める、または制御を一時停止するため、車線追従や車線変更時の運転性と、緊急回避性を両立できる。
【００５７】
(5) プロセッサ６は、車線認識手段が車線を認識しないとき、ヨー角維持制御を一時停止するため、車両の車線に対するヨー角が検出できない場合の、後輪操舵装置７による誤操舵に起因する車両挙動の悪化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】実施例１の車両用後輪操舵装置の構成図である。
【図２】プロセッサ６の変動分算出部６１を示す制御ブロック図である。
【図３】プロセッサ６の目標後輪舵角算出部６２を示す制御ブロック図である。
【図４】車速に応じたパラメータRの設定例である。
【図５】操舵角に応じたパラメータRの設定例である。
【図６】操舵角速度に応じたパラメータRの設定例である。
【図７】後輪操舵含めた車両一般の車線変更時の車両挙動を示す図である。
【図８】４ＷＳ車両の車両挙動を示す図である。
【図９】横滑り角の発生を示す図である。
【図１０】実施例１の作用を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  カメラ
２  画像処理装置
３  操舵角センサ
４  車速センサ
５  ヨーレイトセンサ
６  プロセッサ
６１  変動分算出部
６２  目標後輪舵角算出部
７  後輪操舵装置
【図１】
2005324655.tif 000011
【図２】
2005324655.tif 000012
【図３】
2005324655.tif 000013
【図４】
2005324655.tif 000014
【図５】
2005324655.tif 000015
【図６】
2005324655.tif 000016
【図７】
2005324655.tif 000017
【図８】
2005324655.tif 000018
【図９】
2005324655.tif 000019
【図１０】
2005324655.tif 000020