(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行車線に沿って走行するように決定された操舵制御目標値でもって自動操舵の制御を行うようにした車両の制御装置において、
車両の駆動力を調整する駆動力調整手段と、
旋回に関する車両の運転状態に基づいて、前記自動操舵の制御による旋回を確保するのに要求される横力を目標横力として決定する目標横力決定手段と、
車両の走行状態に基づいて、実際に確保できる横力を決定する実横力決定手段と、
前記実横力決定手段で決定された実際の横力が、前記目標横力に所定分の余裕横力を加算した値よりも大きくなるように前記駆動力調整手段を制御して車両の駆動力を低減制御する駆動力制御手段と、
を備えていることを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記余裕横力の大きさを補正する補正手段を備えている、ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記補正手段が、旋回後期には、旋回初期時に比して前記余裕横力を小さくするように設定されている、ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記操舵制御目標値が、現在走行している車線から将来予測される横方向へのずれ量となる予測横偏差量に基づいて決定され、
前記余裕横力が、前記予測横偏差量が大きいときは該予測横偏差量が小さいときに比して大きくなるように決定される、
ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項において、
前記補正手段が、視界に関する走行環境に応じて前記余裕横力を補正するように設定されている、ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記補正手段が、夜間走行時には前記余裕横力が大きくなるように補正する、ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記補正手段が、雨天走行時には前記余裕横力が大きくなるように補正する、ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項８】
請求項２ないし請求項４のいずれか１項において、
前記補正手段が、走行車線の幅が小さいときは大きいときに比して前記余裕横力が大きくなるように補正する、ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項９】
請求項２において、
前記補正手段が、運転者による加速要求があったときは前記余裕横力が小さくなるように補正する、ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項１０】
請求項２において、
前記補正手段が、運転者による減速要求があったときは、前記余裕横力が大きくなるように補正する、ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項１１】
請求項２において、
前記補正手段が、旋回半径の変化に応じて前記余裕横力を補正する、ことを特徴とする車両の制御装置。
【請求項１２】
請求項２において、
前記補正手段が、時間の経過と共に前記余裕横力が小さくなるように補正する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動操舵を行うようにした車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近の車両では、運転者支援のために、走行車線に沿って自動操舵を行うものが提案されている。特開平９−１４２３２７号公報には、自動操舵を行うものにおいて、車両の運動性能限界に近い旋回時には、旋回レベルを低下させるべく、ブレーキ作動やエンジンの出力低下を行うものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、自動操舵を行う場合、自動操舵された通りに車両の向きが変更されるつまり旋回されること（自動操舵の制御目標値が実現される）が前提条件となる。この一方、自動操舵というものは、運転者の操舵意志にかかわらず操舵される関係上、自動操舵のときは、運転者がマニュアル操舵しているときに比して安全性をより十分に確保することが望まれる。すなわち、前記公報記載のように、車両の運動性能限界レベル近くで自動操舵を行うことは、特にマニュアル操舵により車両が不適正な状態に陥ることを防ぐために介入する自動操舵において、安全上好ましくないものとなる。
【０００４】
本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、自動操舵特に旋回時の自動操舵をより安全に行うことのできるようにした車両の制御装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
走行車線に沿って走行するように決定された操舵制御目標値でもって自動操舵の制御を行うようにした車両の制御装置において、
車両の駆動力を調整する駆動力調整手段と、
旋回に関する車両の運転状態に基づいて、前記自動操舵の制御による旋回を確保するのに要求される横力を目標横力として決定する目標横力決定手段と、
車両の走行状態に基づいて、実際に確保できる横力を決定する実横力決定手段と、
前記実横力決定手段で決定された実際の横力が、前記目標横力に所定分の余裕横力を加算した値よりも大きくなるように前記駆動力調整手段を制御して車両の駆動力を低減制御する駆動力制御手段と、
を備えているようにしてある。上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。
【０００６】
【発明の効果】
請求項１によれば、実際の横力が、自動操舵に基づく旋回に必要な目標横力よりも所定分の余裕横力だけ大きい状態が確保され、この余裕横力分だけ余裕をもって旋回されて、安全上極めて好ましいものとなる。
【０００７】
請求項２によれば、余裕横力を補正によってより最適な値として、安全確保と走行性能確保との両方を共に高い次元で満足させる上で好ましいものとなる。
請求項３によれば、コーナリングの際に好ましいとされているスローイン・ファストアウトとなって、安全にコーナに入りつつ、すみやかにコーナを脱出して、旋回終了付近からの加速性を満足させることができる。
請求項４によれば、自動操舵される度合いの強くなる走行車線からのずれ量が大きくなるほど余裕横力（の基本値）が大きくされて、安全上極めて好ましいものとなる。
【０００８】
請不項５によれば、視界の良し悪しに応じて、すみやかな旋回と安全な旋回とを共に高い次元で満足させることができる。
請求項６によれば、視界不良となる夜間時での自動操舵による旋回を安全に行う上で好ましいものとなる。
請求項７によれば、視界不良となる雨天時での自動操舵による旋回を安全に行う上で好ましいものとなる。
請求項８によれば、走行車線逸脱の余裕の大小を示すこととなる車線幅の大きさに応じて余裕横力を補正して、すみやかな旋回と安全な旋回とを共に高い次元で満足させることができる。
請求項９によれば、運転者の積極的な加速要求を満足させることができる。
【０００９】
請求項１０によれば、運転者の積極的な安全確保の意志を満足させることができる。
請求項１１によれば、旋回半径の変化に対応して、すみやかな旋回と安全な旋回とを共に高い次元で満足させることができる。
請求項１２によれば、車両の不安定方向への挙動変化が大きくなる旋回初期時の安全性を十分確保しつつ、旋回中期でのすみやかな旋回と、旋回後期からの十分な加速性確保とをそれぞれ高い次元で満足させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１において、１は車両（自動車）であり、実施形態ではＦＦ車とされている。走行車線が符号２で示され、その左側境界線（白線）が符号２Ｌで、また右側境界線が符号２Ｒで示される。実際の走行車線２には表示されていないが、走行車線２の中央線が、一点鎖線でかつ符号２Ｃが付されて示される。車両１は、中央線２Ｃを目標軌跡をとして自動操舵されるが、図１では車両１は中央線２Ｃに対して若干右側に偏向されていると共に、車体前部が右側に若干傾いている状態が示される。図１の状態では、自動操舵の際、操舵輪としての左右の前輪３が左に向くように操舵力が付与され、ステアリング部としてのステアリングハンドル４には左操舵に対応した操舵反力が付与される（ハンドル４に与えられる反力の方向は、操舵輪３が操舵される左方向とは反対方向となる右方向）。
【００１１】
車両１の操舵系統と制御系統とが図２に示される。この図２において、操舵輪としての左右の前輪３が、左右一対のナックルアーム１１、左右一対のタイロッド１２、および左右のタイロッド１２同士を連結する駆動機構（減速歯車機構）１３を介して互いに機械的に連係されている。上記各構成要素１１、１２、１３が、操舵部としての操舵機構を構成しており、駆動機構１３には、操舵力付与手段としてのモータ（アクチュエ−タ）１４が設けられている。前記ハンドル４は、操舵機構１１〜１３とは別個独立して構成されており、ハンドル４に付設されたステアリングシャフト４ａに対して、操舵反力付与手段としてのモータ１５が設けられている。
【００１２】
自動操舵の際、後に詳述するように、モータ１４によって左右の前輪３に対して操舵トルク（操舵力）が与えられる一方、モータ１５によってハンドル４に対して操舵反力が付与される。なお、自動操舵でない通常のマニュアル操舵時、つまり運転者がハンドル４をマニュアル操作することに伴う操舵時は、ハンドル４の操舵量あるいは操舵トルクに応じてモータ１４が駆動されてハンドル４の操作方向に前輪３が操舵され、また操舵量あるいは操舵トルクに応じた操舵反力がモータ１５によって与えられる。
【００１３】
前記各モータ１４、１５は、マイクロコンピュ−タを利用して構成されたコントロ−ラＵによって、制御される。コントロ−ラＵには、図３に示すように、各種センサ、スイッチ等からの信号が入力されて、次の各種状態が検出（あるいは演算）されるようになっている。検出（あるいは演算）される各種状態は、次のとおりである。まず、目標軌跡としての走行車線２の中央線２Ｃの位置が、例えば車両１に搭載されたカメラを利用してｙｃとして検出される。また、車両１の前後方向中心線と中央線２Ｃとの現在の横方向偏差が、例えば上記カメラを利用してｙｏとして検出される。現在の車速が、車速センサによりｖとして検出される。車両１のヨー角が、例えば上記カメラを利用してｙｗとして検出される。操舵量（前輪３の実際の操舵量）が舵角センサによりθとして検出される。走行車線２の曲率が、上記カメラあるいはナビゲーションシステム、路面に沿って付設された道路情報発信装置からの信号を受信するビーコン、さらには路面に埋設された道路情報を示す磁気ネイル等を利用して検出される。車両の自動変速機ＥＡＴ）２２の現在の変速段を示す信号、ブレーキスイッチの作動状態を示す信号、ヘッドライトスイッチの作動状態を示す信号、車線幅を示す信号（上記カメラを利用）が入力される。なお、上記各種状態の検出手法は、従来既知の適宜の手法を採択し得るものである。
【００１４】
目標軌跡としての中央線２Ｃに沿った走行を行うように自動操舵するため、Ｔ秒後の将来横偏差量ｙ１が決定される。この将来横偏差量ｙ１は、車両１が前方注視ポイントＰ（図１参照）に到達するまでにかかると予測される時間となる車頭時間をＴとしたとき、Ｔ秒後の中央線位置ｙｃと、現在の横方向偏差量ｙｏと、車頭時間Ｔと、車速ｖと、ヨー角ｙｗとに基づいて、次の式１により算出される。
【００１５】
ｙ１＝ｙｃ−（ｙｏ＋Ｔ×ｖ×ｙｗ）  ・・・・・（１）
【００１６】
自動操舵のとき、操舵力を決定する第１制御目標値としての操舵トルクＴ２、および操舵反力を決定する第２制御目標値としてのステアリングトルクＴ１がそれぞれ、将来横偏差量ｙ１に基づいて、図４に示すように決定される。操舵トルクＴ２は、ステアリングトルクＴ１よりも常に大きい値とされるが、その偏差は、操舵トルクＴ２が大きくなるほど大きくなるように設定される。また、各トルクＴ１、Ｔ２はそれぞれ、将来横偏差量ｙ１が大きくなるほど大きくなるように設定されるが、上限値設定も行われる。
【００１７】
なお、図４は、将来横偏差量ｙ１をパラメ−タとして、マップ化して各トルクＴ１、Ｔ２があらかじめ作成、記憶されているが、制御定数（制御ゲイン）を用いて、ｙ１に基づいて各トルクＴ１、Ｔ２を演算することもできる。すなわち、例えばＴ１＝ｋ１×ｙ１として演算し、Ｔ２＝ｋ２×ｙ１として演算することもできる（ｋ１およびｋ２は制御定数で、ｋ１＜ｋ２）。操舵トルクＴ２のモータ１４に対する出力は、操舵反力Ｔ１のモータ１５に対する出力に対して、所定分ｔだけ遅延して行うことが好ましく、この遅延の度合い（遅延時間）ｔを走行状態に応じて変更することもできる。
【００１８】
コントロ−ラＵは、走行車線に沿った走行となるように自動操舵の制御を行う他、この自動操舵通りに車両の向きが変更され、かつ自動操舵が安全に行われるように、駆動力制御（駆動輪への付与トルクの制御）を行い、このため、エンジンのスロットル弁を開閉駆動するスロットルアクチュエ−タ２１の制御をも行う。また、オーバスピードでカーブ進入するのを防止するために、自動変速機の変速制御をも行う。
【００１９】
コントロ−ラＵの基本的な制御内容は、次のとおりである。すなわち、自動操舵を実現するために要求される目標横力Ｆｆと、実際に確保できる横力Ｆｔと、余裕横力αとを決定（推定）し、Ｆｔ＞Ｆｆ＋αの関係を満足するように、スロットルアクチュエ−タ２１を制御する（Ｆｔ≦Ｆｆ＋αとなったら、スロットル開度を提言する制御を行う）。なお、横力はタイヤの横方向グリップ力を示すものであるが、この横方向グリップ力に関連した値であれば横力として適宜利用できるものである。上記余裕横力αは、適宜補正されて、自動操舵による安全な旋回とすみやかな旋回とが共に高い次元で満足されるようにされる。
【００２０】
図３に示すように、上述の目標横力Ｆｔは、目標軌跡（目標旋回軌跡）と車速とに基づいて決定される。車両の横すべり角が車速と舵角とに基づいて推定され、エンジン回転数とスロットル開度と現在の変速段とから実際の駆動力が算出されて、このよこすべり角と実際の駆動力とから、実際の横力（確保できる最大横力）Ｆｔが算出される（タイヤの前後方向グリップ力と横方向グリップ力との関係を示す摩擦円を利用）。
【００２１】
前述した余裕横力αは、基本的に、前述した将来偏差量ｙ１に基づいて決定され、ｙ１が大きいほどαが大きく設定される。そして、ｙ１に基づいて決定された基本の余裕横力αが、ブレーキ作動の有無、ヘッドライト点灯の有無、車線幅の大小、目標軌跡の曲率変化等に応じて補正される。
【００２２】
カーブの手前の制御として、危険な速度でのカーブ進入を防止するために、横力を示す２つのしきい値Ｆ１、Ｆ２が設定される（Ｆ１＜Ｆ２）。すなわち、カーブ進入する第１所定時間ｔ１秒前に、目標横力Ｆｆが第１しきい値Ｆ１よりも大きいときは、スロットル弁を全閉にする。また、カーブ進入する第２所定時間ｔ２秒前（ｔ１＞ｔ２）に、目標横力Ｆｆが第２しきい値Ｆ２よりも大きいときは、自動変速機を１段だけシフトダウンさせる。このようなスロットル弁の全閉制御とシフトダウン制御とによって、危険な速度でカーブ進入されてしまう事態が防止される。
【００２３】
次に、図５〜図７のフロ−チャ−トを参照しつつ、コントロ−ラＵの制御内容について詳述するが、以下の説明でＱはステップを示す。まず、図５のＱ１において、図３に示す各種データが入力（演算）された後、Ｑ２において、将来横偏差量ｙ１が前述のようにして算出される。Ｑ３では、将来横偏差量ｙ１に基づいて、図４に示すマップから操舵トルクＴ２（操舵反力Ｔ１）が決定される。Ｑ４では、将来横偏差量ｙ１に基づいて、余裕横力αが決定される。
【００２４】
Ｑ５では、余裕横力αが、車線幅Ｗとヘッドライト点灯有無を示すｄをパラメ−タとして、ここに示す式にしたがって補正される。すなわち、車線幅Ｗが大きいほどαが小さくなるように補正され、またｄはヘッドライト点灯時に所定の正の値に設定され、ヘッドライト非点灯時にはｄが０に設定される（ヘッドライト点灯時は、非点灯時に比して、余裕横力αが大きくされる）。
【００２５】
Ｑ６〜Ｑ１０において順次、横すべり角の推定、実駆動力の推定、実際の横力の推定、道路の曲率Ｒの推定、目標横力Ｆｆの推定が行われる。Ｑ１０の後は、図６のＱ２１へ移行される。このＱ２１では、現在カーブの入口を走行中であるか、あるいは定常旋回中である否かが判別される。Ｑ２１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２２において、曲率Ｒの逆数（曲率半径）の変化率が０以上であるか否か、つまり道路の曲がり度合いがきつくなる方向であるか否かが判別される。このＱ２３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２３に移行する。
【００２６】
前記Ｑ２１の判別でＮＯのとき、あるいはＱ２２の判別でＮＯのときは、それぞれＱ２４に移行して、危険な走行状態であるか否かが判別される。具体的には、Ｑ２４ではブレーキスイッチがＯＮされたブレーキ時であるか否かが判別される。このＱ２４の判別でＹＥＳのときは、そのままＱ２３に移行し、Ｑ２４の判別でＮＯのときは、Ｑ２５において、余裕横力αが小さい値に補正される。このＱ２５の補正は、カーブ中の最大曲率Ｒmax と現在走行しているカーブ部分の曲率Ｒとの比に基づいて補正が行われる（αを小さくする方向の補正）。Ｑ２５の後も、Ｑ２３へ移行する。
【００２７】
Ｑ２３では、駆動力の低減量（スロットル開度の低減量△ＴＨ）が、ここに示す式に基づいて算出される。式中ｋは制御定数（制御ゲイン）であり、Ｆｔmax は実際の横力Ｆｔの最大値である（実際には、Ｑ８で設定される実際の横力Ｆｔは、とり得る最大値となっており、Ｆｔ＝Ｆｔmax である）。この式から明らかなように、駆動力低減量△ＴＨは、Ｆｔmax から「Ｆｆ＋α」を差し引いた偏差が大きいほど大きくなるように算出される。Ｑ２３の後、Ｑ２４において、低減量△ＴＨが０よりも小さいか否かが判別される。このＱ２６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２７において、現在のスロットル開度ＴＨに低減量△ＴＨを加算して今回のスロットル開度ＴＨが算出される（スロットル開度の低減）。
【００２８】
Ｑ２７の後、あるいはＱ２６の判別でＮＯのときはそれぞれ、Ｑ２８において、アクセル開度ＡＣが所定値ａ以上であるか否かが判別される。Ｑ２８の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２９において、アクセル開度ＡＣを微分したアクセル開度の変化率△ＡＣが所定値ｂ以上であるか否かが判別される。Ｑ２９の判別でＹＥＳのときは、運転者による加速要求があるときであるとして、Ｑ３０において、ここに示す式にしたがって、スロットル開度の増加補正量△ＴＨ１が算出される。この後、Ｑ３１において、スロットル開度ＴＨに増加補正量△ＴＨ１を加算して、今回のスロットル開度ＴＨが算出される。
【００２９】
Ｑ２８の判別でＮＯのとき、あるいはＱ２９の判別でＮＯのときは、Ｑ３０、Ｑ３１を経ることなくリタ−ンされる。なお、Ｑ２７あるいはＱ３１で設定されたスロットル開度（目標スロットル開度）ＴＨの実現は、例えばＱ３１の後のリタ−ンされる前のタイミングで行うことができ、あるいは所定時間毎の割り込み処理によって行うことができる（Ｑ５で設定される操舵トルクの実現についても同じ）。
【００３０】
図７のフロ−チャ−トは、カーブにオーバスピードで進入されてしまう事態を防止するための制御内容を示すものであり、スロットル全閉制御とシフトダウン制御とを行うためのものである。すなわち、Ｑ４１において、カーブの手前ｔ１秒前であるか否かが判別されて、このＱ４１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４２において、目標横力Ｆｆがしきい値Ｆ１よりも大きいか否かが判別される。このＱ４２の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４３において、スロットル弁が全閉とされる。Ｑ４３の後、あるいはＱ４１の判別でＮＯのとき、さらにはＱ４２の判別でＮＯのときはそれぞれ、Ｑ４４において、カーブの手前ｔ２秒前であるか否かが判別されて、このＱ４４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４５において、目標横力Ｆｆがしきい値Ｆ２よりも大きいか否かが判別される。このＱ４５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４６において、シフトダウンが行われる。Ｑ４４の判別でＮＯのとき、あるいはＱ４５の判別でＮＯのときは、それぞれリタ−ンされる。
【００３１】
以上実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず、例えば次のような場合をも含むものである。目標軌跡追従のための自動操舵としては、目標軌跡から所定以上ずれた場合のみに目標軌跡に復帰するように自動操舵する場合をも含むものである。また、自動操舵としては、操舵輪３を実際に操舵する場合に限らず、運転者による操舵を促すために、操舵反力のみを付与する場合をも含むものである。
【００３２】
実際の横力Ｆｔを、路面μ（路面摩擦係数）をパラメ−タとして決定することもできる。また、余裕横力αを路面μによって補正することもできる（路面μが小さいほどαを大きく設定する）。Ｑ２１からＱ２５へ経るルートのときが、旋回後期での余裕横力αを小さく補正する制御に対応するが、例えばナビゲ−ションシステムを利用して、車両がカーブの後期に位置ことを検出して、余裕横力αを小さくする補正を行うようにすることもできる。また、カーブに進入したときからの経過時間に応じて、徐々に（連続可変式あるいは段階式）に余裕横力αを小さくするようにすることもできる。
【００３３】
視界の悪くなる状況としては、雨天時があり、この雨天時には余裕横力αを大きくする補正を行うようにすることもできる。また、運転者による減速操作、例えばアクセル開度を全閉とする操作や、ブレーキ操作されたことが検出されたときは、余裕横力αを大きい値に補正することもできる。さらに、カーブの曲率Ｒが変化する毎に（所定以上の曲率Ｒの変化量があった場合に限定することもできる）、余裕横力αを補正するようにすることもできる。フロ−チャ−トに示す各ステップあるいはセンサ等の各種部材は、その機能の上位表現に手段の名称を付して表現することができる。また、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。さらに、本発明は、制御方法として表現することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】目標軌跡追従のための自動操舵を説明するための図。
【図２】自動操舵に用いる操舵系統と制御系統との一例を示す図。
【図３】図２の制御系統をブロック図的に示す図。
【図４】操舵トルクとステアリングトルクとの設定例を示す図。
【図５】本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図６】本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【図７】本発明の制御例を示すフロ−チャ−ト。
【符号の説明】
１：車両
２：走行車線
２Ｃ：中央線（目標軌跡ｙｃ）
３：前輪（操舵輪）
４：ステアリングハンドル（ステアリング部）
１４：モータ（操舵トルク発生用）
１５：モータ（操舵反力発生用）
Ｕ：コントロ−ラ
ｙ１：将来横偏差量
Ｔ１：ステアリングトルク（操舵反力）
Ｔ２：操舵トルク（操舵力）
Ｆｆ：目標横力
Ｆｔ：実際の横力
α：余裕横力
【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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