(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のステアリング装置に操舵力を付与する操舵力付与手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
前記ステアリング装置の操舵角を検出する操舵角検出手段と、
ヨーレートを検出するヨーレート検出手段、
走行路に対する車両の横位置を検出する横位置検出手段と、
現在走行中の道路曲率を獲得する曲率獲得手段と、
前記車速、ヨーレート、横位置、道路曲率から走行路に対する車両のヨー角を推定するヨー角推定手段と、
前記車速、ヨーレート、ヨー角、横位置、道路曲率、操舵角から推定した外乱によって生じる横力及びヨーイングモーメントの少なくとも一方が、所定値より大きい場合に該横力及び／又はヨーイングモーメントを相殺するように前記操舵力付与手段を制御する制御手段と、
前記所定値を車両の走行状態としての車速に応じて変更する変更手段とを具備することを特徴とする車両の操舵装置。
【請求項２】
旋回時の前記横力と前記ヨーイングモーメントとの比率に基づいて横風を検出した場合に、前記変更手段は、所定時間に亘って前記所定値を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の車両の操舵装置。
【請求項３】
前記変更手段は、トンネル通過後の所定期間又は橋の手前から所定期間は前記所定値を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の車両の操舵装置。
【請求項４】
車両の横位置が走行車線区分線から定まる基準位置に近づくように操舵力をフィードバック制御する車線追従手段を備え、前記操舵力付与手段による操舵力を該車線追従手段の制御におけるフィードフォワード制御量に設定することを特徴とする請求項３に記載の車両の操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両が走行路の基準位置に近づくようにステアリング装置に操舵力を付与する車両の操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−８１６０２号公報には、カメラで撮像された画像に基づいて道路曲率を推定し、道路の基準線と曲率から滑らかに操舵できるように操舵輪を自動的に転舵させる自動操舵車両が記載されている。
【０００３】
また、特開平６−９２２５３号公報には、車両に横風等の外乱が作用したときの偏向抑制性能を高めるために、操舵角に対応した基準ヨーレートと、測定された実ヨーレートとの偏差に基づいて車輪に補助的に付加する補助操舵トルクを決定する技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では横風検出用のセンサが必要であったり、外乱として横風だけあるいはバンクだけにしか対応できず、横方向の外乱を略全て考慮できる装置を実現しようとすると、装置が複雑化したり、大がかりになる等の不都合がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、新たなセンサ等を用いることなく、横方向の外乱要因を反映させて自動操舵の制御介入タイミングを適正化できる車両の操舵装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両の操舵装置は、車両のステアリング装置に操舵力を付与する操舵力付与手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記ステアリング装置の操舵角を検出する操舵角検出手段と、ヨーレートを検出するヨーレート検出手段、走行路に対する車両の横位置を検出する横位置検出手段と、現在走行中の道路曲率を獲得する曲率獲得手段と、前記車速、ヨーレート、横位置、道路曲率から走行路に対する車両のヨー角を推定するヨー角推定手段と、前記車速、ヨーレート、ヨー角、横位置、道路曲率、操舵角から推定した外乱によって生じる横力及びヨーイングモーメントの少なくとも一方が、所定値より大きい場合に該横力及び／又はヨーイングモーメントを相殺するように前記操舵力付与手段を制御する制御手段と、前記所定値を車両の走行状態としての車速に応じて変更する変更手段とを具備する。
【０００７】
また、好ましくは、旋回時の前記横力と前記ヨーイングモーメントとの比率に基づいて横風を検出した場合に、前記変更手段は、所定時間に亘って前記所定値を小さくする。
【０００８】
また、好ましくは、前記変更手段は、トンネル通過後の所定期間又は橋の手前から所定期間は前記所定値を小さくする。
【０００９】
また、好ましくは、車両の横位置が走行車線区分線から定まる基準位置に近づくように操舵力をフィードバック制御する車線追従手段を備え、前記操舵力付与手段による操舵力を該車線追従手段の制御におけるフィードフォワード制御量に設定する。
【００１０】
【発明の効果】
以上説明のように、請求項１の発明によれば、車速、ヨーレート、ヨー角、横位置、道路曲率、操舵角から推定した外乱によって生じる横力及びヨーイングモーメントの少なくとも一方が、所定値より大きい場合に横力及び／又はヨーイングモーメントを相殺するように操舵制御するときに、所定値を車両の走行状態としての車速に応じて変更するので、新たなセンサ等を用いることなく、横方向の外乱要因を反映させて自動操舵の制御介入タイミングを適正化できる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、旋回時の横力とヨーイングモーメントとの比率に基づいて横風を検出した場合に、所定時間に亘って所定値を小さくすることにより、横風による外乱の影響が大きいときに外乱抑制を積極的に行うことができる。
【００１２】
請求項３の発明によれば、トンネル通過後の所定期間又は橋の手前から所定期間は所定値を小さくすることにより、横風による外乱の影響が大きいときに外乱抑制を積極的に行うことができる。
【００１３】
請求項４の発明によれば、車両の横位置が走行車線区分線から定まる基準位置に近づくように操舵力をフィードバック制御する車線追従手段を備え、操舵力付与手段による操舵力を車線追従手段の制御におけるフィードフォワード制御量に設定することにより、外乱の影響を相殺しながら車線追従を実行できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る車両の操舵装置を、代表的な車両である自動車に搭載した例について添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
本実施形態の車両の操舵装置は、自車両の横位置が走行車線区分線から定まる基準位置に近づくようにステアリング装置の操舵力をフィードバック制御する自動操舵制御に対して、自車両に横風やバンク等の外乱が作用したときに、自車両に働く横力とヨーイングモーメントを演算により推定して、外乱による横力とヨーイングモーメントを相殺するようにフィードバック制御における操舵量にフィードフォワードにより操舵量を加えた値に基づいてステアリング装置を自動操舵するものである。
［制御ブロック構成］
図１は、本実施形態の車両の操舵装置の制御ブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、道路曲率獲得手段１は自動車の前方を撮像するＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラ等の撮像デバイスや、地図情報等を格納してＧＰＳアンテナ等から自車両の現在位置の道路情報（走行路の曲率等）を検出するカーナビゲーション装置や路車間通信機であり、道路曲率Rを検出する。ヨーレート検出手段２は、車両のヨーレートrを検出するヨーレートセンサである。車速検出手段３は、車両の車速Vを検出する車速センサである。横位置検出手段４は（道路上に埋設され、走行路内の横位置に関する信号を出力する）磁気ネイルからの信号を受信するレーンマーカセンサであり、走行車線区分線から定まる基準位置と自車両との距離yrを検出する。操舵角検出手段５はステアリング操舵角δを検出する操舵角センサである。
【００１７】
ヨー角検出手段６、外乱推定手段７、外乱抑制制御値算出手段８及びフィードバック制御値算出手段１０は、夫々が一体化或いは別体化されたＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる演算処理装置である。
【００１８】
ヨー角検出手段６は、道路曲率R、ヨーレートr、車速V、横位置yrからヨー角θrを一般的な手順により推定演算する（例えば、特開平１０−８３４９９号公報を参照）。
【００１９】
外乱推定手段７は、道路曲率R、ヨーレートr、ヨー角θr、車速V、横位置yr、ステアリング操舵角δから外乱により発生した自車両に働く横力YwとヨーイングモーメントNwを後述する手順により推定演算する。
【００２０】
外乱抑制制御値算出手段８は、外乱により発生した横力YwとヨーイングモーメントNwを相殺するように外乱抑制制御値δwを後述する手順により演算する。
【００２１】
フィードバック制御値算出手段１０は、例えば、公知の特開平７−８１６０２号に記載された自動操舵制御を実行し、道路曲率R、ヨーレートr、車速V、横位置yr、ステアリング操舵角δからフィードバック制御値を演算する。
【００２２】
操舵制御手段９は、ステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトを駆動するモータ等のステアリングアクチュエータであり、フィードバック制御値にフィードフォワードにより外乱抑制制御値δwを加算した値に基づいてステアリングシャフトに操舵トルクを付与する。
［横力とヨーイングモーメントの演算ロジック］
次に、上記外乱推定手段７における横力YwとヨーイングモーメントNwの演算ロジックについて説明する。
【００２３】
図２は、曲率Rのカーブ路走行中の自車両と走行路との位置関係を説明する図である。
【００２４】
図２に示すように、道路に対する自車両重心の横位置yr、道路に対する自車両のヨー角θrとすると、自車両の二輪（前輪及び後輪）モデルは次式（１）で表せる。
【００２５】
【数１】
0004348662.tif 000002
【００２６】
バンクによる外乱は図３のようにモデル化できる。即ち、バンクの付いた道路を走行中は車両重心CGに横力Ywの外乱が働く。また、横風を受けたときの外乱は図４のようにモデル化できる。即ち、空力中心ACに横力Ywの外乱が働き、車両重心CGまわりにヨーイングモーメントNwの外乱が働く。
【００２７】
上記式（１）の二輪モデルを用いて、外乱により自車両に発生する横力YwとヨーイングモーメントNwを表すと次式（２）となる。
【００２８】
【数２】
0004348662.tif 000003
【００２９】
上記式（２）を用いて外乱により発生する横力YwとヨーイングモーメントNwを推定できる。そして、図３及び図４からわかるように、横力とヨーイングモーメントの推定値がYw≠0、Nw≒0であれば外乱はバンクによるものであると推定でき、Yw≠0、Nw≠0であれば外乱は横風によるものであると推定できる。尚、バンク又は横風による外乱か否かの判定は、横力とヨーイングモーメントの推定値の比率により求めてもよい。
［外乱抑制制御値の演算ロジック］
次に、上記外乱抑制制御値算出手段８における外乱抑制制御値として、外乱による横力、ヨーイングモーメントを相殺するために必要な補正操舵角量δwの演算ロジックについて説明する。
【００３０】
外乱を受けつつも、正確に車線追従制御ができているときには、y″r=0,y′r=0,r=V/R,r′=0が成り立つので、これらを式（２）に代入すると次式（３）を得る。
【００３１】
【数３】
0004348662.tif 000004
【００３２】
上記式（３）よりθrを消去して整理すると、次式（４）を得る。
【００３３】
【数４】
0004348662.tif 000005
【００３４】
上記式（４）において、(1+AV2)l/Rはカーブを曲がるために必要な操舵量であり、l/2l(l/Kf+l/Kr)(-lNYw+Nw)が外乱を相殺するために必要な操舵量である。よって、外乱を相殺するために必要な操舵量σwは次式（５）となる。
【００３５】
【数５】
0004348662.tif 000006
［横力とヨーイングモーメントの推定演算］
上記式（２）を用いて外乱による横力、ヨーイングモーメントを推定するときに、y″r,y′r,θr,r,r′,δ,V,Rが必要となるが、y″r,y′r,r′は直接計測することができないし、また、オブザーバによる推定では外乱入力時に誤差が大きくなる。また、yr,rを微分して求めるとノイズに弱くなってしまう。そこで、Yw,Nwの１次遅れY＾w,N＾wを推定値として用いる。S/(TS+1)=1/T(1-1/(TS+1))となることを利用して、次式のように式を変形できる（Tは時定数）。
【００３６】
【数６】
0004348662.tif 000007
【００３７】
このように、計測値又は推定値θr,r,δ,V,Rを用いて横力、ヨーイングモーメントを推定演算できる。
［基本制御］
次に、図１に示す制御ブロック構成による基本制御について、図５及び図６を参照して説明する。
【００３８】
図５は、本実施形態の車両の操舵装置の一例の制御ブロック図である。図６は、本実施形態の車両の操舵装置の制御を示すフローチャートである。
【００３９】
図５において、本実施形態の車両の操舵装置は自動車に搭載され、２０は操舵装置全体を統括制御する制御器である。１１は自車両の前方を撮像するＣＣＤカメラであり、撮像された画像から道路曲率Rが検出される。１２は自車両のヨーレートrを検出するヨーレートセンサである。１３は自車両の車速Vを検出する車速センサである。１４は上述したレーンマーカセンサであり、自車両の横位置yrが検出される。１５はステアリングホイールの操舵角δ（操舵量）を検出する操舵角センサである。１６は地図情報等を格納してＧＰＳアンテナ１７から自車両の現在位置を表示するカーナビゲーション装置である。２１はステアリングホイールに連結されたステアリングシャフトを駆動するモータ等のステアリングアクチュエータである。
【００４０】
制御器２による制御処理は、予めＲＯＭ等に格納されたソフトウエアに従ってＣＰＵが実行する。
【００４１】
図６に示すように、ステップＳ１では、制御器２０は、ＣＣＤカメラ１１により撮像された画像、ヨーレートセンサ１２からの検出信号、車速センサ１３からの検出信号、レーンマーカセンサ１４からの検出信号、操舵角センサ１５からの検出信号、カーナビゲーション装置１６からの地図情報等を入力することにより、道路曲率R,ヨーレートr,車速V,自車両の横位置yr、操舵角δを得る。
【００４２】
ステップＳ２では、制御器２０は道路曲率R、ヨーレートr、車速V、横位置yrからヨー角θrを推定演算する。
【００４３】
ステップＳ３では、制御器２０は道路曲率R、ヨーレートr、ヨー角θr、車速V、横位置yr、ステアリング操舵角δから外乱により発生した自車両に働く横力YwとヨーイングモーメントNwを推定演算する。
【００４４】
ステップＳ４では、制御器２０は、道路曲率、高速道路、橋、トンネル等の走行環境や車速等の走行状態から横力に関する外乱判定しきい値Yw1とヨーイングモーメントに関する外乱判定しきい値Nw1とを決定する。
【００４５】
ステップＳ５では、制御器２０は、ステップＳ３で推定演算された横力YwとヨーイングモーメントNwの少なくとも一方が、外乱判定しきい値Yw1又はNw1より大きいか否かを判定する。
【００４６】
ステップＳ５で横力YwとヨーイングモーメントNwの少なくとも一方が、外乱判定しきい値Yw1又はNw1より大きいならば（ステップＳ５でＹＥＳ）、ステップＳ６で外乱を相殺するために必要な操舵量δwを演算する。
【００４７】
また、ステップＳ５で横力YwとヨーイングモーメントNwのいずれも、外乱判定しきい値Yw1又はNw1以下ならば（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ７で外乱を相殺するために必要な操舵量δwをゼロとしてフィードバック制御操舵量に外乱を相殺するための操舵量δwを加えない。
【００４８】
ステップＳ８では、制御器２０は自車両の走行車線内の横位置が道路曲率と走行車線区分線とから定まる基準位置に近づくようにステアリング装置を自動操舵制御するためのフィードバック制御操舵量に外乱を相殺するための操舵量δwを加えて、ステアリングアクチュエータ２１に出力する。
［外乱判定しきい値の変更処理］
（第１の実施形態）
次に、図６の基本制御における外乱判定しきい値の変更処理の第１例について、図７を参照して説明する。
【００４９】
図７は、図６の基本制御における外乱判定しきい値の変更処理の第１例を示すフローチャートである。
【００５０】
図７に示すように、ステップＳ１１では、制御器２０は、道路曲率R,ヨーレートr,車速V,自車両の横位置yr、操舵角δと、推定演算された横力YwとヨーイングモーメントNwを入力する。
【００５１】
ステップＳ１２では、制御器２０は、横風による外乱が生じたか否かを判定する。横風による外乱は、上記式（２）を用いて推定演算された外乱により発生する横力Ywに対して、図４からわかるように、横力とヨーイングモーメントの推定値がYw≠0、Nw≠0であれば外乱は横風によるものであると推定できる。
【００５２】
ステップＳ１２で横風による外乱が生じたならば（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３に進んでカウンタＣをリセットする。カウンタＣは横風による外乱が判定された後、横風による外乱がなくなってからの期間を計時する。
【００５３】
ステップＳ１４では、外乱判定しきい値を通常より小さく設定する。
【００５４】
一方、ステップＳ１２で横風による外乱が生じていないならば（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１５に進んでカウンタＣをインクリメントする。
【００５５】
ステップＳ１６では、カウンタＣが所定値Ｃ１を超えたか否かを判定する。ステップＳ１６でカウンタＣが所定値Ｃ１を超えたならば（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１７に進み、カウンタＣが所定値Ｃ１を超えないならば（ステップＳ１６でＮＯ）、ステップＳ１４に進む。
【００５６】
ステップＳ１７では、横風による外乱が判定された後、横風による外乱がなくなってから所定期間経過したことにより、自車両が橋梁の上、又は橋梁から所定距離手前、又はトンネル通過後の所定距離内にあるか否かを判定する。ステップＳ１７での判定は、ＧＰＳセンサから入力した自車両の位置情報とナビゲーション装置に格納された地図情報により行う。尚、ステップＳ１７において、橋梁から手前の所定距離は車速が大きいほど大きな値に設定してもよい。
【００５７】
ステップＳ１７で自車両が橋梁の上、又は橋梁から所定距離手前、又はトンネル通過後の所定距離内にあるならば（ステップＳ１７でＹＥＳ）、ステップＳ１４に進んで、自車両が橋梁の上、又は橋梁から所定距離手前、又はトンネル通過後の所定距離内にある期間は横風の影響が大きいので外乱判定しきい値を通常より小さく設定して、外乱判定しきい値を大きく設定するのを規制する。
【００５８】
また、ステップＳ１７で自車両が橋梁の上、又は橋梁から所定距離手前、又はトンネル通過後の所定距離内にないならば（ステップＳ１７でＮＯ）、ステップＳ１８に進んで、外乱判定しきい値を通常より大きく設定する。
（第２の実施形態）
次に、図６の基本制御における外乱判定しきい値の変更処理の第２例について、図８を参照して説明する。
【００５９】
図８は、図６の基本制御における外乱判定しきい値の変更処理の第２例を示すフローチャートである。
【００６０】
図８に示すように、ステップＳ２１では、制御器２０は、道路曲率R,ヨーレートr,車速V,自車両の横位置yr、操舵角δと、推定演算された横力YwとヨーイングモーメントNwを入力する。
【００６１】
ステップＳ２２では、制御器２０は、ＧＰＳセンサがＧＰＳ衛星から受信した情報精度が悪いか、又はＧＰＳ衛星から情報が入手できないか否かを判定する。ＧＰＳセンサから入力した情報精度が悪いか否かは、ＧＰＳセンサが受信したＧＰＳ衛星の位置に基づいて判定する。
【００６２】
ステップＳ２２でＧＰＳセンサがＧＰＳ衛星から受信した情報精度が悪いか（例えば、自車両から略同じ方向にのみＧＰＳ衛星が存在する等）、又はＧＰＳ衛星から情報が入手できない（例えば、自車両から見える範囲内にＧＰＳ衛星が存在しない）ならば（ステップＳ２２でＹＥＳ）、後述するステップＳ２４に進む。
【００６３】
ステップＳ２２でＧＰＳセンサがＧＰＳ衛星から受信した情報精度が良いならば（ステップＳ２２でＮＯ）、ステップＳ２３で、自車両が橋梁の上、又は橋梁から所定距離手前、又はトンネル通過後の所定距離内にあるか否かを判定する。ステップＳ２３での判定は、ＧＰＳセンサから入力した自車両の位置情報とナビゲーション装置に格納された地図情報により行う。尚、ステップＳ２３において、橋梁から手前の所定距離やトンネル通過後の所定距離内は車速が大きいほど大きな値に設定してもよい。
【００６４】
ステップＳ２３で自車両が橋梁の上、又は橋梁から所定距離手前、又はトンネル通過後の所定距離内にあるならば（ステップＳ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２４に進んで、横風とバンクによる各外乱判定しきい値を最小値に設定する。
【００６５】
また、ステップＳ２３で自車両が橋梁の上、又は橋梁から所定距離手前、又はトンネル通過後の所定距離内にないならば（ステップＳ２３でＮＯ）、ステップＳ２５に進んで、自車両が高速道路上にあるか否かを判定する。
【００６６】
ステップＳ２５で自車両が高速道路上にあるならば（ステップＳ２５でＹＥＳ）、ステップＳ２６で道路曲率が大きいほど横力による外乱の影響が大きいため（高速道路のカーブにはバンクがついてるため）、バンクによる外乱判定しきい値を通常より小さく設定する。
【００６７】
ステップＳ２５で自車両が高速道路上にないならば（ステップＳ２５でＮＯ）、ステップＳ２７で車速が大きいほど外乱の影響が大きいため、横風とバンクによる各外乱判定しきい値を通常より小さく設定する。
【００６８】
尚、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。
【００６９】
例えば、走行路の曲率Rを、カーナビゲーション装置やＣＣＤカメラではなく、他車両との車車間通信や路車間通信を利用して検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の車両の操舵装置の制御ブロック図である。
【図２】曲率Rのカーブ路走行中の自車両と走行路との位置関係を説明する図である。
【図３】バンクによる外乱のモデル化を説明する図である。
【図４】横風を受けたときの外乱のモデル化を説明する図である。
【図５】本実施形態の車両の操舵装置の一例の制御ブロック図である。
【図６】本実施形態の車両の操舵装置の制御を示すフローチャートである。
【図７】図６の基本制御における外乱判定しきい値の変更処理の第１例を示すフローチャートである。
【図８】図６の基本制御における外乱判定しきい値の変更処理の第２例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１  ＣＣＤカメラ
１２  ヨーレートセンサ
１３  車速センサ
１４  レーンマーカセンサ
１５  操舵角センサ
１６  カーナビゲーション装置
１７  ＧＰＳセンサ
２０  制御器
２１  ステアリングアクチュエータ
【図１】
0004348662.tif 000008
【図２】
0004348662.tif 000009
【図３】
0004348662.tif 000010
【図４】
0004348662.tif 000011
【図５】
0004348662.tif 000012
【図６】
0004348662.tif 000013
【図７】
0004348662.tif 000014
【図８】
0004348662.tif 000015