(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の操向車輪に舵角を与える操舵系に操舵力を付加する電動機と、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段からの信号に基づいて前記電動機を駆動する制御信号を発生する制御手段とを有する電動パワーステアリング装置であって、
前記車両の所定時間後における横移動量予測値を算出する横移動量予測値算出手段と、走行車線の車線幅を検出する道路形状検出手段と、前記車両が前記走行車線から外れないための最大横移動量を算出する最大横移動量算出手段と、前記付加する操舵力を前記最大横移動量に対する前記横移動量予測値の比率の増大に応じて減少させる付加操舵力設定手段とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項２】
車両の操向車輪に舵角を与える操舵系に操舵力を付加する電動機と、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段からの信号に基づいて前記電動機を駆動する制御信号を発生する制御手段とを有する電動パワーステアリング装置であって、
前記車両の所定時間後における横移動量予測値を算出する横移動量予測値算出手段と、前記車両の所定時間後における目標横移動量を算出する目標横移動量算出手段と、前記付加する操舵力を前記横移動量予測値と前記目標横移動量との偏差の減少に応じて減少させる付加操舵力設定手段とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項３】
車両の操向車輪に舵角を与える操舵系に操舵力を付加する電動機と、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段からの信号に基づいて前記電動機を駆動する制御信号を発生する制御手段とを有する電動パワーステアリング装置であって、
前記車両の所定時間後における車両の横移動量予測値を算出する横移動量予測値算出手段と、前記車両の進行方向に位置する障害物を検出するための障害物検出手段と、前記障害物を回避するための最小横移動量を設定する最小横移動量設定手段と、前記付加する操舵力を前記最小横移動量に対する前記横移動量予測値の比率の低下に応じて増加させる付加操舵力設定手段とを有することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
【請求項４】
前記所定時間が、前記障害物までの距離と車両速度とにより決められることを特徴とする請求項３に記載の電動パワーステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両、特に自動車用の電動パワーステアリング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の操舵時の操作性の向上を目的とする手段の一つとして、ステアリングホイールに加える運転者の操舵力を、電動機を用いたアクチュエータで補助するようにしたパワーステアリング装置がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の電動パワーステアリング装置を備えた車両においては、運転者による操舵力を補助する制御において、その補助制御を道路状況を判断して積極的に行うようにしたものは少ない。
【０００４】
近年、コンピュータの記憶容量の増大や演算速度の高速化がめざましく、自車と他車との距離や相対速度を高精度に検知する障害物検知センサの低コスト化と相俟って、車線変更時に於ける後続車両との衝突可能性を予測する技術が種々開発・提案されるようになってきた（特開平４−１９２７４号公報など参照）。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、道路形状や障害物に応じた適切な付加操舵力を設定することを実現するために、本発明に於いては、車両の操向車輪に舵角を与える操舵系に操舵力を付加する電動機と、前記操舵系に作用する手動操舵力を検出する操舵力検出手段と、少なくとも前記操舵力検出手段からの信号に基づいて前記電動機を駆動する制御信号を発生する制御手段とを有する電動パワーステアリング装置であって、前記車両の所定時間後における横移動量予測値を算出する横移動量予測値算出手段と、走行車線の車線幅を検出する道路形状検出手段と、前記車両が前記走行車線から外れないための最大横移動量を算出する最大横移動量算出手段と、前記付加する操舵力を前記最大横移動量に対する前記横移動量予測値の比率の増大に応じて減少させる付加操舵力設定手段とを有し、または、前記車両の所定時間後における横移動量予測値を算出する横移動量予測値算出手段と、前記車両の所定時間後における目標横移動量を算出する目標横移動量算出手段と、前記付加する操舵力を前記横移動量予測値と前記目標横移動量との偏差の減少に応じて減少させる付加操舵力設定手段とを有し、または、前記車両の所定時間後における車両の横移動量予測値を算出する横移動量予測値算出手段と、前記車両の進行方向に位置する障害物を検出するための障害物検出手段と、前記障害物を回避するための最小横移動量を設定する最小横移動量設定手段と、前記付加する操舵力を前記最小横移動量に対する前記横移動量予測値の比率の低下に応じて増加させる付加操舵力設定手段とを有するものとした。
【０００６】
このようにすることにより、走行車線に沿って車両が走行せずに走行車線に対して車両が外れて走行するような車両挙動を検出することができ、例えば車線までの最大横移動量に対する横移動量予測値の比率が１に近付いたり、目標横移動量と横移動量予測値との偏差が小さい場合には、付加する操舵力を減少させることにより操舵が重くなるので、操舵の切り過ぎを防止することができる。また、障害物を検出したら、例えば障害物を回避可能な最小横移動量を求め、最小横移動量に対する横移動量予測値の比率が小さい程、回避可能な余裕が小さいため、そのような場合には付加する操舵力を増加させることにより、軽い操舵力で容易に障害物を回避することができるようになる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００８】
図１は、本発明に基づく車両衝突予防装置の全体的構成を示している。図１に於いて、車両１の運転席の上部のルームミラー近傍には、車両前方の道路を単眼視し、その画像を処理することによって走行車線を抽出し、その画像データから車線内に於ける自車の位置並びに方向を判別するためのＣＣＤカメラ２が取り付けられている。
【０００９】
車体の両側部には、自車の側方、特に後側方から接近する他車との相対位置および相対速度を検出するための複数のレーダー装置３ａが設けられていると共に、車体中央部には、車両１の重心位置を通る垂直軸回りのヨーイング角速度を検出するためのヨーレイトセンサ４が設けられ、また車両１の駆動軸には、その回転数を計測して車速を求めるための車速センサ５が装着されている。そして、この車両１には、前方の障害物を検知するための前方レーダー装置３ｂが設けられている。
【００１０】
図２に併せて示すように、本発明が適用される操舵装置は、運転者が操舵するためのステアリングホイール６と、ステアリングホイール６に直結されたステアリング軸７と、ステアリング軸７の軸端に設けられたピニオン８と、これに噛合して該ピニオン８（即ちステアリングホイール６）の回転運動を直線運動に変換するためのラックギア９が設けられたラック軸１０と、ラック軸１０にタイロッド（図示せず）を介して連結されたナックルアーム１１と、ナックルアーム１１が固設されたハブキャリア（図示せず）に支持された前輪１２とからなっている。また、本操舵装置のステアリング軸７には、操舵力を付加するものとしてコグドベルト１３を介して電動機１４の回転力が加えられるようになっている。なお、電動機１４の軸端には、ステアリング軸７の回転角度（即ち操舵角）を検出するために、公知形式のロータリーエンコーダ１５が連結されている。
【００１１】
上記ＣＣＤカメラ２、各レーダー装置３ａ・３ｂ、ヨーレイトセンサ４、車速センサ５、及びロータリーエンコーダ１５の各信号は、付加操舵力設定手段としての制御ユニット１６に入力され、後述するアルゴリズムに従って電動機１４の出力トルクを制御するための情報として用いられる。
【００１２】
次に、本発明に基づく道路形状に応じた付加操舵力の制御を図３の車両走行説明図及び図４のブロック図を参照して以下に示す。まず、道路形状検出手段２１で、前記したＣＣＤカメラ２により撮影した車両進行方向の道路形状を通常の画像処理を行って、本制御における道路形状の検出対象としての車線ＲＬを抽出する。その道路形状（車線幅検出のための車線ＲＬ）の情報は、最大横移動量算出手段２２に入力される。
【００１３】
最大横移動量算出手段２２では、車両１が左右の両車線ＲＬ内に留まるために可能な横移動範囲を求める。なお、横移動範囲については車両１の左右両側が対象となるが、以下に図３における右側について示し、左側については同様であることから省略する。この最大横移動量算出手段２２では、上記道路形状の検出値から、車両１の右端とその右側の車線ＲＬとの間の距離を算出し、それを最大横移動量Ｓmaxとして、付加操舵力設定手段としての上記した制御ユニット１６に出力する。
【００１４】
また、横移動量予測値算出手段２３にて、ｔ秒後の車両１（図３の想像線）の横移動量予測値Ｓexpを求め、制御ユニット１６に出力する。この横移動量予測値Ｓexpの算出は、車速及び操舵角の検出値から可能である。なお、時間ｔは、車速及び車両特性に応じて設定するが、例えば１秒前後に設定すると良い。
【００１５】
制御ユニット１６では、上記最大横移動量Ｓmax若しくは横移動量予測値Ｓexpの値を用いて、付加操舵力を算出し、その算出結果からなる付加操舵力指令値を電動機１４に対する駆動制御量として出力する。
【００１６】
図５（ａ）は、横移動量予測値Ｓexpと最大横移動量Ｓmaxとに基づいて付加操舵力を求める場合の説明図である。この場合には、最大横移動量Ｓmaxに対するｔ秒後の横移動量予測値Ｓexpの比を求め、予め設定された横移動量マップＭ１から上記比に応じた付加操舵力を設定する。
【００１７】
なお、この横移動量マップＭ１は、図５（ａ）に示されるように、比の値が０から１の間で付加操舵力が指数関数的に減少するようになっている。すなわち、上記比が１近傍の場合には、車両１が右側車線ＲＬ上に達する方向に走行していることから、そのような状況を事前に回避するべく、付加操舵力を減少させて、操舵を重くすることにより、操舵の切り過ぎを防止することができる。
【００１８】
図５（ｂ）は、車両１の横位置予測値（横移動量予測値）とｔ秒後の車両１の目標横方向位置（目標横移動量）とに基づいて付加操舵力を求める場合の説明図である。上記横位置予測値は、操舵角及び車速からｔ秒後の車両１の位置を予測して求めることができ、目標横方向位置は、上記横移動量予測値Ｓexpと同様に車線ＲＬに対する横方向の距離として求めて良い。なお、目標横方向位置は、白線（車線）検知や追従対象とする先行車の検知位置等に基づいて決定され、車線基準の場合には車線から一定の間隔をおいて走行するために、道路の曲がり方向に車両を横移動させることを意味する。そのようにして求めたｔ秒後の車両１の横位置予測値と、ｔ秒後の車両１の目標横方向位置との偏差を求め、予め設定された横位置マップＭ２から上記偏差に応じた付加操舵力を設定する。
【００１９】
この横位置マップＭ２では、図５（ｂ）に示されるように、偏差の値が減少するに連れて付加操舵力が指数関数的に減少するようになっている。すなわち、上記偏差が０に近い場合には、道路の曲がりに合わせて車両１が進むことを意味するため、操舵する必要もないので操舵力を付加せず、偏差が大きい場合には、道路の曲がりから外れていくことを意味するため、付加操舵力を大きくして軽い操舵にて修正を行うことができるようにする。
【００２０】
次に、本発明に基づく障害物に応じた付加操舵力の制御を図６の車両走行説明図及び図７のブロック図を参照して以下に示す。まず、前方レーダー装置３ｂからなる障害物検出手段２４で、車両進行方向に位置する障害物Ｂの検出として例えば車両１から障害物Ｂまでの距離Ｌの測定を行う。その障害物Ｂに対する検出値（距離Ｌ）は、最小横移動量設定手段２５に入力される。
【００２１】
最小横移動量設定手段２５では、障害物Ｂを回避するために必要な最小横移動量Ｓminを算出する。なお、最小横移動量Ｓminについては車両１の左右両側が対象となるが、前記と同様にして検出した車線ＲＬの情報も加味して、基本的に走行車線内を走行するとして、以下に図６における右側に回避する場合について示し、左側については同様であることから省略する。この最小横移動量設定手段２５では、上記障害物の検出結果から、図においては障害物Ｂの右横を最小限の移動量にて安全に通過可能な最小横移動量Ｓminを算出し、その算出値を制御ユニット１６に出力する。
【００２２】
また、前記と同様に横移動量予測値算出手段２３にて、ｔ秒後の車両１（図６の想像線）の横移動量予測値Ｓexpを求め、制御ユニット１６に出力する。この横移動量予測値Ｓexpの算出は、障害物Ｂまでの距離Ｌを車速Ｖrで除算して、障害物Ｂに達するまでの時間ｔ（＝Ｌ／Ｖr）を求め、そのようにして求めたｔ秒後の車両位置に対して行う。このようにすることにより、より一層正確な障害物回避処理を行うことができる。
【００２３】
制御ユニット１６では、上記最小横移動量Ｓmin若しくは横移動量予測値Ｓexpの値を用いて、付加操舵力を算出し、その算出結果からなる付加操舵力指令値を電動機１４に対する駆動制御量として出力する。
【００２４】
図８は、車両１の横移動量予測値Ｓexpと最小横移動量Ｓminとに基づいて付加操舵力を求める場合の説明図である。この場合には、最小横移動量Ｓminに対するｔ秒後の横移動量予測値Ｓexpの比（Ｓexp／Ｓmin）を求め、予め設定された障害物マップＭ３から上記比の値に応じた付加操舵力を設定する。
【００２５】
この障害物マップＭ３では、図８に示されるように、偏差の値が０に近付くに連れて付加操舵力が指数関数的に増大するようになっている。すなわち、上記比の値が０に近い場合には、障害物Ｂを回避するのに必要な横移動量（＝最小横移動量Ｓmin）に対して車両１の横移動量が０に近いことになり、そのような場合には障害物を回避するための速やかな操舵操作を可能にするために、操舵力を極力軽減するべく付加操舵力を増大させるようにしている。比が１に近い場合には、現状の操舵状態のままで回避可能であることから、逆に軽い操舵力で進行方向を回避可能状態から変えることは好ましくないので、付加操舵力を与えないようにしている。
【００２６】
【発明の効果】
このように本発明によれば、走行車線に沿って車両が走行せずにその走行車線から外れる方向に横移動するような車両の挙動を、車線までの最大横移動量に対する車両の横移動量予測値の比により、また所定時間後の車両位置の予測値と目標値との偏差により、それぞれ検知可能であり、走行車線から外れる虞があるような車両挙動を検出した場合には付加操舵力を減少させて、切り過ぎを防止することができる。また、障害物に対してその障害物を回避するのに必要な最小横移動量に対する車両の横移動量予測値の比により、障害物を回避可能か判断でき、衝突する虞がある場合には付加操舵力を増大させて、軽い操舵力により回避のための速やかな操舵を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく車両衝突予防装置の全体的構成を示す図。
【図２】本発明が適用された操舵装置の概略図。
【図３】車両の車線内走行を説明する図。
【図４】本発明に基づく車線内走行のための制御ブロック図。
【図５】（ａ）は、横移動量の比に基づく制御要領を示す図であり、（ｂ）は、横移動量の偏差に基づく制御要領を示す図。
【図６】車両の障害物に対する走行を説明する図。
【図７】本発明に基づく障害物回避のための制御ブロック図。
【図８】本発明に基づく障害物回避のための制御要領を示す図。
【符号の説明】
１  車両
２  カメラ
３ａ・３ｂ  レーダー装置
４  ヨーレイトセンサ
５  車速センサ
６  ステアリングホイール
７  ステアリング軸
８  ピニオン
９  ラックギア
１０  ラック軸
１１  ナックルアーム
１２  前輪
１３  コグドベルト
１４  電動機
１５  ロータリーエンコーダ
１６  制御ユニット
２１  道路形状検出手段
２２  最大横移動量算出手段
２３  横移動量予測値算出手段
２４  障害物検出手段
２５  最小横移動量設定手段
【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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【図８】
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