(57)【要約】【課題】  乗員に違和感を与えることなく車両を目標軌道に沿って走行させる。【解決手段】  画像ＥＣＵは、道路の左右の白線を認識し車両の目標軌道となる道路中央線を求めるとともに、道路中央線に対する車両の横方向変位量Ｄ、車両姿勢角θおよび道路中央線の曲率半径Ｒを算出する。メインＥＣＵは、画像ＥＣＵで算出された横方向変位量Ｄ、車両姿勢角θに基づいて車両の目標ヨーレートγ＊および目標車体スリップ角β＊を算出し（Ｓ２５，Ｓ２６）、この目標ヨーレートγ＊および目標車体スリップ角β＊が得られるような前後輪の目標転舵角δｆ＊，δｒ＊を算出して（Ｓ２７）、前輪モータＥＣＵおよび後輪モータＥＣＵに転舵制御指令を出力する（Ｓ２８）。【選択図】  図４
2007296947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪を転舵する前輪転舵アクチュエータと、後輪を転舵する後輪転舵アクチュエータとを備えた車両の操舵装置において、
車両の走行路面の車線情報を取得する車線情報取得手段と、
前記取得した車線情報に基づいて、車線方向に対する車両の前後方向軸のずれ角を修正するための車両姿勢角を計算する姿勢角計算手段と、
前記取得した車線情報に基づいて、車線位置に対する車両位置の横方向ずれ量を修正するための車両横変位量を計算する横方向変位量計算手段と、
前記計算した車両姿勢角および車両横変位量を用いて車両の目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を計算する目標車両状態量計算手段と、
前記計算した目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を実現するために、目標前輪転舵角および目標後輪転舵角を計算する転舵角計算手段と、
前記計算された目標前輪転舵角および目標後輪転舵角に応じて前記前輪転舵アクチュエータおよび後輪転舵アクチュエータを駆動制御して、前記計算した車両の目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を実現する駆動制御手段と
を備えたことを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項２】
請求項１に記載した車両の操舵装置において、
前記目標車両状態量計算手段は、車両姿勢角および車両横変位量に応じて変化する目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を計算するものであり、
前記車両姿勢角または車両横変位量に対する目標ヨーレートまたは目標車体スリップ角の変化度合いを車速に応じて変更する車両の操舵装置。
【請求項３】
請求項１に記載した車両の操舵装置において、
前記目標車両状態量計算手段は、車両姿勢角および車両横変位量に応じて変化する目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を計算するものであり、
前記車両姿勢角または車両横変位量に対する目標ヨーレートまたは目標車体スリップ角の変化度合いを車線のカーブ半径に応じて変更する車両の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前輪を転舵する前輪転舵アクチュエータと、後輪を転舵する後輪転舵アクチュエータとを備えた車両の操舵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両を目標軌道に沿うように前後輪の転舵量を独立に制御する自動操舵装置が知られている。例えば、特許文献１のものでは、車両前方を撮像装置により撮像し、得られた撮像画像から目標軌道を生成する。そして、この目標軌道と自車両の状態量とから、自車両の走行軌道が目標軌道となるために必要な前後輪の転舵制御角を算出し、この転舵制御角に基づいて前輪転舵アクチュエータと後輪転舵アクチュエータを駆動制御する。
この場合、特許文献１のものでは、目標軌道を生成するにあたって、車体のスリップ角が零となるように、つまり車両の向きが常に走行軌跡の接線方向に向くように定めている。
【特許文献１】特開平７−１７９１４０号公報
【発明の開示】
【０００３】
しかし、上記従来の自動操舵装置においては、常に車体スリップ角を零に制御するため乗員に違和感を与える場合がある。
つまり、自車両を目標軌道に沿って走行制御するためには、目標軌道に対する自車両の横方向のずれと姿勢角のずれを修正する必要があるが、従来の自動操舵装置では、すべて車両旋回運動により両ずれを修正しているため、不必要なヨーモーメントや横加速度が発生する。
【０００４】
例えば、車両が目標軌道に対して横方向にだけ変位している場合には、車両旋回により横方向変位（横方向のずれ）を修正した後、更に、車両姿勢を目標軌道方向に戻すために反対方向に旋回させる必要が生じる。
このため、横風走行時や傾斜路面（車体幅方向に傾斜している路面）走行時においては、横方向変位を修正するために過剰な旋回運動が行われてしまい、場合によっては蛇行運転状態になってしまう。この結果、乗員だけでなく、後続車の運転者に対しても不安感を与えてしまう。
また、横方向変位修正と車両姿勢角修正との両方を同時に行う場合には、その修正のための車両旋回運動により、大きなヨーモーメントや横加速度が発生してしまう。
【０００５】
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、乗員に違和感を与えることなく車両を目標軌道に沿って走行させることを目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、前輪を転舵する前輪転舵アクチュエータと、後輪を転舵する後輪転舵アクチュエータとを備えた車両の操舵装置において、車両の走行路面の車線情報を取得する車線情報取得手段と、前記取得した車線情報に基づいて、車線方向に対する車両の前後方向軸のずれ角を修正するための車両姿勢角を計算する姿勢角計算手段と、前記取得した車線情報に基づいて、車線位置に対する車両位置の横方向ずれ量を修正するための車両横変位量を計算する横方向変位量計算手段と、前記計算した車両姿勢角および車両横変位量を用いて車両の目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を計算する目標車両状態量計算手段と、前記計算した目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を実現するために、目標前輪転舵角および目標後輪転舵角を計算する転舵角計算手段と、前記計算された目標前輪転舵角および目標後輪転舵角に応じて前記前輪転舵アクチュエータおよび後輪転舵アクチュエータを駆動制御して、前記計算した車両の目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を実現する駆動制御手段とを備えたことにある。
【０００７】
これによれば、車線情報と車両状態（自車両の向きと位置）とから車両姿勢角と車両横変位量とを算出し、この車両姿勢角および車両横変位量を用いて車両の目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を計算する。そして、計算した目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を実現するための前後輪の目標転舵角をそれぞれ算出し、その前後輪目標転舵角に応じて前後輪の転舵アクチュエータを駆動制御する。
【０００８】
従って、車線に対する車両状態に応じて最適なヨーレートと車体スリップ角を得るようにして車両を車線に沿って走行させることが可能となり、過剰なヨーモーメントや横加速度の発生を抑えて乗員への違和感を低減することができる。
【０００９】
また、本発明によれば、車両姿勢角と車両横変位量とを独立して制御できる。例えば、車両が車線に対して横方向にのみ変位している場合には、車両の姿勢角を変化させずに横方向位置のみを修正することができる。
逆に、車線に対して車両の向きのみがずれている場合には、車両を横移動させずに車両の向きを修正することができる。
従って、車両を効率よく車線軌道に沿うように走行させることができる。
【００１０】
また、本発明の他の特徴は、前記目標車両状態量計算手段は、車両姿勢角および車両横変位量に応じて変化する目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を計算するものであり、前記車両姿勢角または車両横変位量に対する目標ヨーレートまたは目標車体スリップ角の変化度合いを車速に応じて変更することにある。
【００１１】
これによれば、車両姿勢角に対する目標ヨーレートまたは車両横変位量に対する目標スリップ角の変化度合い（目標値を決定する制御ゲイン）が車速に応じて変更されるため、車両姿勢や車両横位置を修正するときの車両の旋回半径や修正距離を車速にかかわらず一定にすることができる。従って、乗員に与える感覚が車速に応じて変化しないため、乗員に違和感を与えない。
この場合、高速走行の場合には低速走行に比べて目標値の変化度合いを大きくするとよい。
【００１２】
また、本発明の他の特徴は、前記目標車両状態量計算手段は、車両姿勢角および車両横変位量に応じて変化する目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を計算するものであり、前記車両姿勢角または車両横変位量に対する目標ヨーレートまたは目標車体スリップ角の変化度合いを車線のカーブ半径に応じて変更することにある。
【００１３】
これによれば、車両姿勢角に対する目標ヨーレートまたは車両横変位量に対する目標スリップ角の変化度合い（目標値を決定する制御ゲイン）が車線のカーブ半径に応じて変更されるため、曲線路面においては即応性を確保することができ、直線路面においては車両姿勢や車両位置の修正動作が抑えられて自然な感じの直進走行が可能となり、運転者に違和感を与えない。
この場合、急カーブ（カーブ半径が小）の道路を走行する場合には、緩やかなカーブ（カーブ半径が大）の道路を走行する場合に比べて目標値の変化度合いを大きくするとよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明すると、図1は、同実施形態に係る車両の操舵装置を概略的に示している。
【００１５】
この操舵装置１０は、左右前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒを転舵するための前輪転舵部２０と、左右後輪Ｗｒｌ，Ｗｒｒを転舵するための後輪転舵部４０と、これら前輪転舵部と後輪転舵部の転舵角をそれぞれ独立して制御するための転舵制御装置５０とを備える。
前輪転舵部２０は、運転者によって回動操作される操舵ハンドル２１を有する。操舵ハンドル２１には、上下２分割した操舵軸２２ａ，２２ｂの上端部が接続されている。操舵軸２２ａ，２２ｂの下端部にはピニオンギヤ２３が設けられ、同ピニオンギヤ２３にはラックバー２４が噛み合っている。ラックバー２４は左右に延設され、その両端にて左右前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒを転舵可能に連結していて、軸線方向の変位により左右前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒを転舵する。したがって、操舵ハンドル２１の回動は、操舵軸２２ａ，２２ｂおよびピニオンギヤ２３を介してラックバー２４に伝達されて、ラックバー２４を軸線方向に変位させて、左右前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒを転舵する。
【００１６】
操舵軸２２ａ，２２ｂ間には、左右前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒの転舵角に対する操舵ハンドル２１の回転角の比であるステアリングギヤ比を変更するための、言い換えれば下側の操舵軸２２ｂに対する上側の操舵軸２２ａの回転角の比を可変とするためのステアリングギヤ比可変装置３０が介装されている。ステアリングギヤ比可変装置３０は、操舵軸２２ａの下端部に一体回転するように接続された円筒状のケーシング３１を備えている。このケーシング３１内には、ステアリングギヤ比可変アクチュエータを構成する電動モータ３２が固定されている。電動モータ３２の出力軸３２ａは、ケーシング３１に回転可能に支持されていて、下端にて操舵軸２２ｂに一体回転可能に接続されている。
なお、電動モータ３２は減速機構３３を備え、電動モータ３２の回転は減速されてその出力軸３２ａに出力される。また、電動モータ３２には、そのロータの回転数を検出するための回転角センサ３４が設けられる。この回転角センサ３４は、本実施形態においてはレゾルバにより構成され、電動モータ３２の回転角を検出して、検出した回転角を表す検出信号を転舵制御装置５０に出力する。
以下、電動モータ３２を前輪舵角調整モータ３２と呼ぶ。
【００１７】
後輪転舵部４０は、左右後輪Ｗｒｌ，Ｗｒｒを転舵可能に連結する転舵バー４１を備え、転舵バー４１の軸線方向の変位により左右後輪Ｗｒｌ，Ｗｒｒを転舵する。この転舵バー４１には電動モータ４２が組み付けられている。電動モータ４２は、その回転に応じてボールねじ機構４３を介して転舵バー４１を軸線方向に駆動することにより、左右後輪Ｗｒｌ，Ｗｒｒに対して転舵力を付与する。電動モータ４２には回転角センサ４４が組みつけられている。
回転角センサ４４は、本実施形態においてはレゾルバにより構成され、電動モータ４２の回転角を検出して、検出した回転角を表す検出信号を転舵制御装置５０に出力する。
以下、電動モータを後輪転舵モータ４２と呼ぶ。
【００１８】
転舵制御装置５０は、前輪舵角調整モータ３２を駆動制御するための前輪モータ制御装置６０と、後輪転舵モータ４２を駆動制御するための後輪モータ制御装置７０と、車両の前方を撮像して車線情報を取得する車線検出装置８０と、車線検出装置８０からの車線情報に基づいて車両を車線に沿って走行させるための転舵制御量を演算して転舵制御指令を前輪モータ制御装置６０と後輪モータ制御装置７０とに出力する電子制御ユニット１００（以下、メインＥＣＵ１００と呼ぶ）とを備える。
【００１９】
前輪モータ制御装置６０は、前輪舵角調整モータ３２の通電を制御する電子制御装置６１（以下、前輪モータＥＣＵ６１と呼ぶ）と、前輪モータＥＣＵ６１からの通電指令に応じて前輪舵角調整モータ３２を駆動するモータ駆動回路６２とから構成される。前輪モータＥＣＵ６１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要部として構成され、メインＥＣＵ１００からの前輪転舵制御指令と前輪舵角調整モータ３２の回転角を検出する回転角センサ３４の回転角検出信号とに基づいて前輪舵角調整モータ３２の通電を制御する。
【００２０】
後輪モータ制御装置７０は、後輪転舵モータ４２の通電を制御する電子制御装置７１（以下、後輪モータＥＣＵ７１と呼ぶ）と、後輪モータＥＣＵ７１からの通電指令に応じて後輪転舵モータ４２を駆動するモータ駆動回路７２とから構成される。後輪モータＥＣＵ７１は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要部として構成され、メインＥＣＵ１００からの後輪転舵制御指令と後輪転舵モータ４２の回転角を検出する回転角センサ４４の回転角検出信号とに基づいて後輪転舵モータ４２の通電を制御する。
【００２１】
車線検出装置８０は、自車両の前方を撮像するステレオカメラ８１と、このステレオカメラ８１から出力された画像信号に対して各種の画像処理をほどこす画像処理装置８２（以下、画像ＥＣＵ８２と呼ぶ）とを備える。
【００２２】
ステレオカメラ８１は、光軸が互いに平行な２台のカメラ８１ａ，８１ｂを左右に配置した複眼カメラであり、この２つのカメラ８１ａ，８１ｂによる２つの視点から前方の道路状況を撮像する。このステレオカメラ８１は、車体に固定され、車両から所定距離前方の範囲（例えば、前方１７〜２０メートルの範囲）における道路を注視領域として撮像し、左右の画像信号を所定の周期で画像ＥＣＵ８２に出力する。
【００２３】
画像ＥＣＵ８２は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要部として構成され、このステレオカメラ８１にて撮像して得られた左右１対の画像信号を入力し、それぞれの画像信号に対して画像処理（エッジ抽出処理等）をほどこして特徴点を抽出することにより、前方の道路の白線等のレーンマーカー（以下、単に白線と呼ぶ）の形成状態を検出する。この場合、ステレオカメラ８１で撮像された左右の画像上における対応点ｐ１（ｘ１，ｙ１）とｐ２（ｘ２，ｙ２）とを照合し、その相関関係に基づいて、三角測量法により撮像対象物の三次元距離データ（ｘ，ｙ，ｚ）を生成する。従って、道路に形成された白線の形成状態を自車両からの距離をも合わせて認識することができる。
【００２４】
画像ＥＣＵ８２は、ステレオカメラ８１により撮像して得られた画像信号を処理して前方の車線状況とその車線における車両の状態とを検出する。
ここで、画像ＥＣＵ８２が実行する車線車両状態検出処理について説明する。図２は、画像ＥＣＵ８２が実行する車線車両状態検出制御ルーチンを表し、この車線車両状態検出制御ルーチンは画像ＥＣＵ８２のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されている。
この車線車両状態検出制御ルーチンは、図示しないイグニッションスイッチの投入により起動し、所定の短い周期で繰り返し実行される。
【００２５】
本制御ルーチンが起動すると、画像ＥＣＵ８２は、ステップＳ１１において、ステレオカメラ８１からの画像信号を入力する。続いて、ステップＳ１２において、入力した画像信号に対してエッジ抽出処理等の画像処理をほどこすことにより、車両前方の道路の左右の白線の形成状態を認識する。
次に、ステップＳ１３において、図３に示すように、その左右の白線ＬＬ、ＬＲから車両Ｃの目標軌道となる道路中央線ＬＣの位置を算出する。
【００２６】
この例では、対向車線の無い一車線の道路を示しているが、車線が複数ある道路の場合には、右側に形成される最も車両に近い白線と、左側に形成される最も車両に近い白線とを抽出して、その左右の白線に囲まれた領域を走行車線として認識し、その走行車線における中央線を道路中央線として求めればよい。
この場合、画像ＥＣＵ８２は、左右の白線ＬＬ、ＬＲの三次元距離データから道路中央線ＬＣの三次元距離データを求めることにより、画像データ上における道路中央線ＬＣの形成状態を三次元的に認識することができる。
【００２７】
続いて、画像ＥＣＵ８２は、ステップＳ１４に処理を進め、現在車両位置における道路中央線ＬＣの曲率半径Ｒ（図３参照）を計算する。本実施形態においては、車両重心位置Ｇから真横（車両前後軸線に対して直交する方向）に向けて引いた線と道路中央線ＬＣとの交点Ａを求め、この交点Ａ部分における道路中央線ＬＣにおける曲率半径Ｒ（カーブの半径Ｒ）を算出する。
この算出にあたっては、ステレオカメラ８１が車両Ｃの前方（例えば、車両前方の１７〜２０メートル）を撮像することから、現時点の車両位置よりも所定距離だけ後方を走行していたときに撮像した画像に基づいて行えばよい。また、道路中央線ＬＣの形状は、三次元距離データから把握されるため、交点Ａ近傍における曲線を円弧に近似し、その円弧の半径を曲率半径Ｒとすればよい。
【００２８】
続いて、ステップＳ１５において、道路中央線ＬＣ位置と車両Ｃの位置との横方向のずれを横方向変位量Ｄとして算出する。本実施形態においては、交点Ａと車両重心位置Ｇとの距離を横方向変位量Ｄとしている。
次に、ステップＳ１６において、道路中央線ＬＣの形成方向（車両の現在位置における道路中央線の接線方向）と車両Ｃの向き（車両の前後軸方向）とのなす角度を車両姿勢角θとして算出する。本実施形態においては、交点Ａにおける接線の方向に対する車両Ｃの向きを車両姿勢角θとしている。
尚、ステップＳ１５，Ｓ１６において、現時点における車両の道路中央線ＬＣに対する横方向変位量Ｄや姿勢角θは、撮影画像上における道路中央線ＬＣの座標位置および座標位置の推移から算出すればよい。
【００２９】
画像ＥＣＵ８２は、ステップＳ１４〜Ｓ１６にて曲率半径Ｒ、横方向変位量Ｄ、車両姿勢角θの算出処理が完了すると、これらの計算値Ｒ，Ｄ，θをメインＥＣＵ１００に出力して（Ｓ１７）、本制御ルーチンを一旦終了する。この制御ルーチンは、所定の周期で繰り返されることから、常に、道路に対する車両の走行状態情報が画像ＥＣＵ８２からメインＥＣＵ１００に出力されることとなる。
【００３０】
メインＥＣＵ１００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするもので、後述する前後輪転舵制御プログラムの実行により、車両を道路中央線に沿って走行させるための転舵制御量を演算し、前輪モータＥＣＵ６１、後輪モータＥＣＵ７１に対して転舵制御指令を出力する。また、メインＥＣＵ１００は、前後輪転舵制御プログラムを実行するために車速センサ９０を接続して車速信号Ｖを入力する。
【００３１】
次に、前後輪転舵制御処理について説明する。図４は、メインＥＣＵ１００が実行する前後輪転舵制御ルーチンを表し、この前後輪転舵制御ルーチンは、メインＥＣＵ１００のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されている。
この前後輪転舵制御ルーチンは、図示しないイグニッションスイッチの投入により起動し、所定の短い周期で繰り返し実行される。また、この制御ルーチンと並行して車線検出装置８０による上述した車線車両状態検出処理が行われる。
【００３２】
本制御ルーチンが起動すると、まずステップＳ２１において、車速センサ９０から車速信号Ｖを読み込む。続いて、ステップＳ２２において画像ＥＣＵ８２にて検出した現在の車両位置における道路中央線の曲率半径Ｒ情報を読み込み、ステップＳ２３において現在の車両位置と道路中央線との横方向変位量Ｄ情報を読み込み、ステップＳ２４において道路中央線の形成方向に対する車両の向きを表す車両姿勢角θを読み込む。
【００３３】
続いて、ステップＳ２５において、目標ヨーレートγ＊を次式のように算出する。
γ＊＝Ｋｙ・θ
Ｋｙ：ヨーレート制御ゲイン
次に、ステップＳ２６において、目標車体スリップ角β＊を次式のように算出する。
β＊＝θ＋Ｋｂ・Ｄ
Ｋｂ：車体スリップ角制御ゲイン
【００３４】
ここで、ステップＳ２５，２６における計算式について説明する。
本実施形態においては、道路中央線を車両の目標軌道とし、車両がこの道路中央線に沿って走行するように前後輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒの転舵角を制御する。そして、この前後輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒの転舵角を制御するに当たって、車両に所定のヨーレートγ、車体スリップ角βが生じるように各転舵角を制御する。そこで、横方向変位量Ｄおよび車両姿勢角θに応じたヨーレートγおよび車体スリップ角βの目標値γ＊、β＊を設定する。
【００３５】
いま、図５に示す車両状態を考える。図５は、走行車両Ｃと道路中央線ＬＣとの関係を表している。この車両Ｃは、道路中央線ＬＣに対して横方向変位量Ｄおよび車両姿勢角θだけずれが生じている。また、車体の向きに対して車両の進行方向が角度βだけずれている。この角度βが車体スリップ角である。
この状態において、車両の運動方程式を次のように表すことができる。
【数１】
2007296947.tif 000003
【数２】
2007296947.tif 000004
従って、次式（３）が得られる。
【数３】
2007296947.tif 000005
ここで
【数４】
2007296947.tif 000006
【数５】
2007296947.tif 000007
としたフィードバック制御を考えると（Ｋ１〜Ｋ４は制御ゲイン）、次式のように表すことができる。
【数６】
2007296947.tif 000008
【数７】
2007296947.tif 000009
そして、車両姿勢角θおよび横方向変位量Ｄを独立して制御するために、
Ｋ２＝０，Ｋ３＝１
とすると、車両の運動方程式を次式（８）のように表すことができる。
【数８】
2007296947.tif 000010
従って、車両の運動方程式は、
【数９】
2007296947.tif 000011
【数１０】
2007296947.tif 000012
となり、式（１）、（２）から最終的に、
【数１１】
2007296947.tif 000013
【数１２】
2007296947.tif 000014
という関係式が得られる。
【００３６】
こうして、ヨーレートγおよび車体スリップ角βを、それぞれ横方向変位量Ｄおよび車両姿勢角θを用いて表すことができる。従って、ステップＳ２５，Ｓ２６で算出する目標ヨーレートγ＊および目標車体スリップ角β＊は、この式（１１），（１２）を用いればよいが、車体スリップ角βに関しては、車両の横方向変位量Ｄに対する応答性が車速Ｖに依存してしまう。
ここで、車両姿勢角初期値θ（０）、横方向変位量初期値Ｄ（０）に対する応答について式で表すと下記式（１３）のようになる。
【数１３】
2007296947.tif 000015
ｓ…ラプラス演算子
従って、式（１３）におけるＶ・Ｋ４の項から横方向変位量Ｄに対する応答性が車速Ｖに依存することがわかる。
そこで、ステップＳ２６の算出式で用いる車体スリップ角制御ゲインＫｂは、この制御ゲインＫ４を車速Ｖで除算した値（Ｋ４／Ｖ）に設定する。また、ステップＳ２５の算出式で用いる制御ゲインＫｙについては制御ゲインＫ１と同様のものでよい。
【００３７】
更に、ステップＳ２５，Ｓ２６にて用いるヨーレート制御ゲインＫｙおよび車体スリップ角制御ゲインＫｂは、車速Ｖと道路中央線の曲率半径Ｒに応じて変化するように設定する。
図６はヨーレート制御ゲイン算出マップＭＰｙを、図７は車体スリップ角制御ゲイン算出マップＭＰｂを表す。
制御ゲインＫｙ，Ｋｂは、この算出マップＭＰｙ、ＭＰｂに示すように、車速Ｖが高いほど大きな値に設定される。従って、車両姿勢や車両横位置を修正するときの車両の旋回半径や修正距離を車速Ｖにかかわらず一定にすることができる。このため、乗員に与える感覚が車速に応じて変化しないため、乗員に違和感を与えない。
更に、制御ゲインＫｙ，Ｋｂは、道路中央線の曲率半径Ｒが小さいほど大きな値に設定される。従って、曲線路面における即応性が確保され、例えば、運転者のハンドル操作なく道路中央線に追従させることが可能となる。また、直線路面における車両姿勢や車両位置の修正動作が抑えられて自然な感じの直線走行が可能となり、運転者に違和感を与えない。
【００３８】
こうした各算出マップＭＰｙ、ＭＰｂは、メインＥＣＵ１００のＲＯＭ内に記憶されており、ステップＳ２５、Ｓ２６での目標ヨーレートδ＊および目標車体スリップ角β＊の算出にあたって参照される。
【００３９】
メインＥＣＵ１００は、このようにして算出された目標ヨーレートδ＊および目標車体スリップ角β＊に基づいて、ステップＳ２７において、目標前輪転舵角δｆ＊および目標後輪転舵角δｒ＊を次式により算出する。
【数１４】
2007296947.tif 000016
Ｃｆ：前輪コーナリングパワー
Ｃｒ：後輪コーナリングパワー
Ｉ：車体重心回りの慣性モーメント
ｍ：車体質量
Ｖ：車速
Ｌｆ：車体重心から前輪車軸までの前後方向の水平距離
Ｌｒ：車体重心から後輪車軸までの前後方向の水平距離
この式（１４）は、前後輪操舵２輪モデルにおける前後輪目標舵角の演算式である。また、各目標転舵角δｆ＊、δｒ＊は、現在の舵角に対する変更舵角分を表す。
【００４０】
続いて、メインＥＣＵ１００は、ステップＳ２８において、先のステップＳ２７で算出した目標前輪転舵角δｆ＊および目標後輪転舵角δｒ＊に応じた制御指令を前輪モータＥＣＵ６１および後輪モータＥＣＵ７１に出力する。
前輪モータＥＣＵ６１は、メインＥＣＵ１００からの制御指令を受けて、モータ駆動回路６２に駆動信号を出力してこの目標前輪転舵角δｆ＊だけ前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒを転舵する。つまり、運転者の操舵操作による現在の前輪舵角に対して、目標前輪転舵角δｆ＊分だけ補正するように前輪舵角調整モータ３２を駆動制御する。前輪舵角調整モータ３２により補正される補正舵角分は、回転角センサ３４の回転角度に応じたものとなるため、前輪モータＥＣＵ６１は、補正舵角と回転角度とを対応付けるマップ（図示略）を記憶し、このマップを参照して、補正舵角が目標前輪転舵角δｆ＊になるようにフィードバック制御する。
【００４１】
また、後輪モータＥＣＵ７１は、メインＥＣＵ１００からの制御指令を受けて、モータ駆動回路７２に駆動信号を出力してこの目標後輪転舵角δｒ＊だけ後輪Ｗｒｌ，Ｗｒｒを転舵する。つまり、現在の後輪舵角に対して、目標後輪転舵角δｒ＊分だけ補正するように後輪転舵モータ４２を駆動制御する。後輪転舵モータ４２により補正される補正舵角分は、回転角センサ４４の回転角度に応じたものとなるため、後輪モータＥＣＵ７１は、補正舵角と回転角度とを対応付けるマップ（図示略）を記憶し、このマップを参照して、補正舵角が目標前輪転舵角δｒ＊になるようにフィードバック制御する。
【００４２】
メインＥＣＵ１００は、前輪モータＥＣＵ６１および後輪モータＥＣＵ７１に対して制御指令を出力すると本制御ルーチンを一旦抜ける。そして、所定の周期で本制御ルーチンを繰り返し実行する。
【００４３】
以上説明した本実施形態の車両の操舵装置１０によれば、車両前方の道路状態を撮像して道路中央線を算出し、この算出した道路中央線を車両の目標軌道として、目標軌道に対する現在の車両の状態のずれ（車両姿勢角θと横方向変位量Ｄ）を算出する。そして、車両姿勢角θおよび横方向変位量Ｄを用いて車両の目標ヨーレートγ＊および目標車体スリップ角β＊を計算し、その目標ヨーレートγ＊および目標車体スリップ角β＊を実現するための前後輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒの目標転舵角δｆ＊，δｒ＊をそれぞれ算出して、前輪舵角調整モータ３２および後輪転舵モータ４２を駆動制御する。
【００４４】
従って、最適なヨーレートと車体スリップ角を得るようにして車両を車線に沿って走行させることが可能となり、過剰なヨーモーメントや横加速度の発生を抑えて乗員への違和感を低減することができる。
【００４５】
また、車両姿勢角θと横方向変位量Ｄとを独立して制御できるため、車両を効率よく目標軌道に沿って走行させることができる。
例えば、横風走行時や傾斜路面（車体幅方向に傾斜している路面）走行時においては、車両が道路に対して横方向に変位しやすい。しかし、このようなケースにおいても本実施形態の操舵装置１０によれば、車両を旋回させずに横方向位置の修正を行うことができる。つまり、車両が道路中央線に対して横方向にのみ変位している場合（車両姿勢角θ＝０）には、目標ヨーレートγ＊が零に設定され（γ＊＝０）、目標車体スリップ角β＊が横方向変位量Ｄに応じた値に設定されるため（β＊＝Ｋｂ・Ｄ）、車両を旋回させずに横方向位置のみを修正することができる。
従って、従来の自動操舵装置のように、蛇行運転してしまうといった不具合がなく安定走行が可能である。また、後続車両の乗員に対しも不安感を抱かせない。
【００４６】
また、車両が道路中央線に対して横方向にはずれていなく方向のみがずれている場合には、車両を横移動させずに方向のみを修正することができる。この場合、横方向変位量ＤはＤ＝０となり、目標ヨーレートγ＊と目標車体スリップ角β＊とが車両姿勢角θに応じた値に設定されるため（γ＊＝Ｋｙ・θ，β＊＝θ）、車両を横移動させることなくその向きを修正することができる。
これらの結果、車両を効率よく目標軌道に沿うように走行させることができ、過剰なヨーモーメントや横加速度の発生を抑えることができる。
【００４７】
更に、横方向変位量Ｄと車両姿勢角θの制御応答性を可変にすることができる。
例えば、横方向変位量Ｄの応答性を遅く、車両姿勢角θの応答性を速くするなど、制御応答性を個別に調整することができる。
車両姿勢角θの応答性は、ｄθ／ｄｔ＝Ｋ１・θ＋Ｋ２Ｄとして表される。この場合、上述した計算例においては、Ｋ２＝０としたが、Ｋ２に所定値（≠０）を与えることで横方向変位量Ｄの変化が車両姿勢角θの応答性に現れる。
また、横方向変位量Ｄの応答性は、ｄＤ／ｄｔ＝Ｖ（Ｋ３−１）θ＋Ｋ４・Ｖ・Ｄとして表される。この場合、上述した計算例においては、Ｋ３＝１としたが、Ｋ３に所定値（≠１）を与えることで車両姿勢角θの変化が横方向変位量Ｄの応答性に現れる。
従って、制御ゲインＫ２，Ｋ３を調整することにより、横方向変位量Ｄと車両姿勢角θの制御応答性を自由に設定することができる。
【００４８】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４９】
例えば、本実施形態では、ステアリングギヤ比可変装置３０に設けた前輪舵角調整モータ３２により前輪Ｗｆｌ，Ｗｆｒの舵角を調整したが、ステアリングバイワイヤ方式の操舵装置を用いて転舵角制御を行うようにしてもよい。
また、本実施形態では、前方道路を撮像して車線状態を検出する構成を採用しているが、例えば、ナビゲーションシステムから車線情報を取得するとともに、ＧＰＳ信号を入力して車線上における車両状態（横方向変位量と車両姿勢角）を演算して、前後輪の舵角制御を行うようにしてもよい。
【００５０】
尚、本実施形態における前輪舵角調整モータ３２が本発明の前輪転舵アクチュエータに相当し、本実施形態における後輪転舵モータ４２が本発明の後輪転舵アクチュエータに相当する。また、本実施形態における車線検出装置８０において行われるステップＳ１１，Ｓ１２の処理が本発明の車線情報取得手段に相当し、本実施形態における車線検出装置８０において行われるステップＳ１６の処理が本発明の姿勢角計算手段に相当し、本実施形態における車線検出装置８０において行われるステップＳ１５の処理が本発明の横方向変位量計算手段に相当する。また、本実施形態におけるメインＥＣＵ１００において行われるステップＳ２５，Ｓ２６の処理が本発明の目標車両状態量計算手段に相当し、本実施形態におけるメインＥＣＵ１００において行われるステップＳ２７の処理が本発明の転舵角計算手段に相当する。また、本実施形態における前輪モータ制御部６０および後輪モータ制御部７０が本発明の駆動制御手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態に係る車両の操舵装置の全体概略図である。
【図２】画像ＥＣＵの行う車線車両状態検出制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図３】道路上における車両状態を説明する説明図である。
【図４】メインＥＣＵの行う前後輪転舵制御ルーチンを表すフローチャートである。
【図５】横方向変位量Ｄ、車両姿勢角θ、車体スリップ角βを表す説明図である。
【図６】ヨーレート制御ゲインＫｙを算出するため算出マップを表す。
【図７】車体スリップ角制御ゲインＫｂを算出するため算出マップを表す。
【符号の説明】
【００５２】
１０…操舵装置、２０…前輪転舵部、３０…ステアリングギヤ比可変装置、３２…前輪舵角調整モータ、４０…後輪転舵部、４２…後輪転舵モータ、５０…転舵制御装置、６０…前輪モータ制御部、６１…前輪モータＥＣＵ、６２…モータ駆動回路、７０…後輪モータ制御部、７１…後輪モータＥＣＵ、７２…モータ駆動回路、８０…車線検出装置、８１…ステレオカメラ、８２…画像ＥＣＵ、９０…車速センサ、１００…メインＥＣＵ、Ｗｆｌ，Ｗｆｒ…左右前輪、Ｗｒｌ，Ｗｒｒ…左右後輪、Ｄ…横方向変位量、θ…車両姿勢角、β…車体スリップ角。
【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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