(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者のステアリング操作に応じて転舵輪を操舵する主操舵機構を備えた車両に適用される操舵補助装置であって、
前記転舵輪及びそれ以外の車輪の少なくとも一方に補助操舵角を付与可能な補助操舵機構を備えるとともに、走行路に沿った目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とが平行となることのみを目標として前記補助操舵機構を制御するようになっていることを特徴とする操舵補助装置。
【請求項２】
運転者のステアリング操作に応じて転舵輪を操舵する主操舵機構を備えた車両に適用される操舵補助装置であって、前記転舵輪及びそれ以外の車輪の少なくとも一方に補助操舵角を付与可能な補助操舵機構と、走行路に沿った目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とがなす角度であるヨー角を検出するヨー角検出手段と、前記運転者のステアリング操作に応じた前記転舵輪の操舵角を検出する主操舵角検出手段と、前記補助操舵角を検出する補助操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記ヨー角検出手段，主操舵角検出手段，補助操舵角検出手段及び車速検出手段の検出結果に基づき前記ヨー角を零にすることのみを目標として前記補助操舵角を演算する補助操舵角演算手段と、この補助操舵角演算手段が演算した前記補助操舵角に応じて前記補助操舵機構を駆動させる駆動手段と、を備えたことを特徴とする操舵補助装置。
【請求項３】
運転者のステアリング操作に応じて転舵輪を操舵する主操舵機構を備えた車両に適用される操舵補助装置であって、前記転舵輪及びそれ以外の車輪の少なくとも一方に補助操舵角を付与可能な補助操舵機構と、走行路に沿った目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とがなす角度であるヨー角を検出するヨー角検出手段と、前記運転者のステアリング操作に応じた前記転舵輪の操舵角を検出する主操舵角検出手段と、前記補助操舵角を検出する補助操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記ヨー角検出手段，主操舵角検出手段，補助操舵角検出手段及び車速検出手段の検出結果に基づき前記ヨー角を零にするような前記補助操舵角を演算する補助操舵角演算手段と、この補助操舵角演算手段が演算した前記補助操舵角に応じて前記補助操舵機構を駆動させる駆動手段と、を備え、
前記補助操舵角演算手段は、前記ヨー角検出手段，主操舵角検出手段，補助操舵角検出手段及び車速検出手段の検出結果に基づいて少なくともヨー運動の状態量及び横運動の状態量を推定する状態量推定部と、この状態量推定部が推定した各状態量と所定のフィードバック係数とに基づいて前記ヨー角を零にするような前記補助操舵角を演算する補助操舵角演算部と、を含んで構成されることを特徴とする操舵補助装置。
【請求項４】
前記状態量推定部は、前記ヨー運動の状態量として、ヨーレートと前記ヨー角とを推定し、前記横運動の状態量として横すべり角又は横変位速度を推定するようになっている請求項３記載の操舵補助装置。
【請求項５】
前記状態量推定部は、前記ヨー角として前記ヨー角検出手段の検出結果をそのまま用いるようになっている請求項４記載の操舵補助装置。
【請求項６】
前記状態量推定部は、カルマンフィルタである請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の操舵補助装置。
【請求項７】
前記補助操舵角演算部は、前記状態量推定部が推定した各状態量と各状態量に対応するフィードバック係数とを掛け合わせた値を合計して前記補助操舵角を演算するようになっている請求項３乃至請求項６のいずれかに記載の操舵補助装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、運転車のステアリング操作とは別に車両の例えば後輪に自動的に補助操舵角を発生させることにより、より安定した走行を可能にする操舵補助装置に関し、特に、運転者は、車両の横方向位置を制御するためだけにステアリング操作をすれば済むようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の運転者の負担を軽減することを目的として、例えば特開平７−８１６０３号公報に開示されるような自動運転装置が従来から提案されている。
【０００３】
即ち、上記公報に開示されたような従来の自動運転装置にあっては、例えば車線中央位置に沿った目標走行ラインを想定しておき、その目標走行ラインに対する車両重心点の横方向の位置ずれ（車両の横位置）を、車両前方を向くカメラが撮影した画像等に基づいて検出し、そして、その横位置が零になるようなフィードバック制御を基本的に実行するようになっていた。つまり、従来の自動運転装置では、予め想定している目標走行ラインに沿って車両が走行するように操舵角を自動的に制御するようになっていたので、車両を走行路に沿って滑らかに走行させることができる、というものであった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように車両の横位置を目標値に一致させるような制御であると、自動操舵中は、運転者の意思には関係のない位置を車両が通過するようになるから、却って運転者は違和感を感じてしまうという問題点があった。例えば、車線中央位置に沿って車両が走行するような自動操舵制御を実行した場合、対面通行で反対車線を大型トラックが走行するようなときに車両を車線左側に寄せたいと運転者が思っても、車両は車線中央位置を走行してしまうため、運転者はストレスを感じてしまうのである。また、曲線部を走行する際、通常の運転では、車両軌跡の曲率がなるべく小さくなるように車線幅の許す範囲内でアウト・イン・アウトで走行するのに対し、車線中央位置に沿って車両が走行するような自動操舵制御では、車線中央位置を走行してしまうため、車両軌跡の曲率は走行路の曲率と同様に大きくなり、通常運転時と同じ車速であっても横加速度が大きく出てしまい、運転者に違和感を与えてしまうのである。
【０００５】
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、運転者の負担を増大させることなく、上記のような違和感を運転者に与えることを防止できる操舵補助装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、走行路に沿った目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とを平行にするために、車両の転舵輪及び転舵輪以外の車輪の少なくとも一方に補助操舵角を発生させるようにした。これにより、運転者によるステアリング操作は、車両の横方向の位置変化にのみ影響するようになるから、運転者が車両のヨー運動を制御する必要はなく、運転者がステアリングを操作すると、走行中の車両は車線と平行状態を保ったまま横方向に移動する。そして、運転者は、横方向に移動する車両が望む位置にきたときに、ステアリングを中立位置に戻せばよいのである。
【０００７】
具体的には、上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、運転者のステアリング操作に応じて転舵輪を操舵する主操舵機構を備えた車両に適用される操舵補助装置であって、前記転舵輪及びそれ以外の車輪の少なくとも一方に補助操舵角を付与可能な補助操舵機構を備えるとともに、走行路に沿った目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とが平行となることのみを目標として前記補助操舵機構を制御するようになっているものである。
【０００８】
また、上記目的を達成するために、請求項２に係る発明は、運転者のステアリング操作に応じて転舵輪を操舵する主操舵機構を備えた車両に適用される操舵補助装置であって、前記転舵輪及びそれ以外の車輪の少なくとも一方に補助操舵角を付与可能な補助操舵機構と、走行路に沿った目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とがなす角度であるヨー角を検出するヨー角検出手段と、前記運転者のステアリング操作に応じた前記転舵輪の操舵角を検出する主操舵角検出手段と、前記補助操舵角を検出する補助操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記ヨー角検出手段，主操舵角検出手段，補助操舵角検出手段及び車速検出手段の検出結果に基づき前記ヨー角を零にすることのみを目標として前記補助操舵角を演算する補助操舵角演算手段と、この補助操舵角演算手段が演算した前記補助操舵角に応じて前記補助操舵機構を駆動させる駆動手段と、を備えた。
【０００９】
そして、上記目的を達成するために、請求項３に係る発明は、上記請求項２に係る発明である操舵補助装置において、運転者のステアリング操作に応じて転舵輪を操舵する主操舵機構を備えた車両に適用される操舵補助装置であって、前記転舵輪及びそれ以外の車輪の少なくとも一方に補助操舵角を付与可能な補助操舵機構と、走行路に沿った目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とがなす角度であるヨー角を検出するヨー角検出手段と、前記運転者のステアリング操作に応じた前記転舵輪の操舵角を検出する主操舵角検出手段と、前記補助操舵角を検出する補助操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、前記ヨー角検出手段，主操舵角検出手段，補助操舵角検出手段及び車速検出手段の検出結果に基づき前記ヨー角を零にするような前記補助操舵角を演算する補助操舵角演算手段と、この補助操舵角演算手段が演算した前記補助操舵角に応じて前記補助操舵機構を駆動させる駆動手段と、を備え、前記補助操舵角演算手段は、前記ヨー角検出手段，主操舵角検出手段，補助操舵角検出手段及び車速検出手段の検出結果に基づいて少なくともヨー運動の状態量及び横運動の状態量を推定する状態量推定部と、この状態量推定部が推定した各状態量と所定のフィードバック係数とに基づいて前記ヨー角を零にするような前記補助操舵角を演算する補助操舵角演算部と、を含んで構成されるようにした。
【００１０】
さらに、請求項４に係る発明は、上記請求項３に係る発明である操舵補助装置において、前記状態量推定部は、前記ヨー運動の状態量として、ヨーレートと前記ヨー角とを推定し、前記横運動の状態量として横すべり角又は横変位速度を推定するようにした。
【００１１】
また、請求項５に係る発明は、上記請求項４に係る発明である操舵補助装置において、前記状態量推定部は、前記ヨー角として前記ヨー角検出手段の検出結果をそのまま用いるようにした。
【００１２】
そして、請求項６に係る発明は、上記請求項３〜５に係る発明である操舵補助装置において、前記状態量推定部を、カルマンフィルタとした。
さらに、請求項７に係る発明は、上記請求項３〜６に係る発明である操舵補助装置において、前記補助操舵角演算部は、前記状態量推定部が推定した各状態量と各状態量に対応するフィードバック係数とを掛け合わせた値を合計して前記補助操舵角を演算するようにした。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、走行路に沿った目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とが平行となるように補助操舵機構を制御するようにしたため、車両のヨー運動制御に関する大きな負担を運転者に与えることなく、車両の走行経路を運転者の意思に応じて変化させることができ、運転者に与える違和感を軽減できるという効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の全体構成を示す図であって、車両１の概略構成を示す平面図である。
【００１５】
先ず、構成を説明すると、この車両１にあっても、通常の車両と同様に運転者によって操作されるステアリングホイール２の回転力は、ステアリングシャフト３を介して例えばラックアンドピニオン式ステアリング装置４に入力されるようになっている。つまり、ステアリングシャフト３からラックアンドピニオン式ステアリング装置４のピニオン軸４Ａに入力された回転力は、ラック軸４Ｂの左右方向への進退力に変換され、その進退力が、ラック軸４Ｂの左右両端に連結されたサイドロッド５Ｌ，５Ｒを介して、サイドロッド５Ｌ，５Ｒの外端側に連結されたナックル６Ｌ，６Ｒに伝達され、これにより、ナックル６Ｌ，６Ｒに回転自在に支持された前輪７Ｌ，７Ｒに操舵角δf が発生するようになっている。
【００１６】
また、車両１には、後輪補助操舵用の電動モータ１０が設けられていて、その電動モータ１０の回転力が後輪補助操舵用のラックアンドピニオン式ステアリング装置１１のピニオン軸１１Ａに入力されるようになっている。そして、ピニオン軸１１Ａに入力された回転力は、ラック軸１１Ｂの進退力に変換され、その進退力が、ラック軸１１Ｂの左右両端に連結されたサイドロッド１２Ｌ，１２Ｒを介して、サイドロッド１２Ｌ，１２Ｒの外端側に連結されたナックル１３Ｌ，１３Ｒに伝達され、これにより、ナックル１３Ｌ，１３Ｒに回転自在に支持された後輪１４Ｌ，１４Ｒに補助操舵角δr が発生するようになっている。
【００１７】
つまり、車両１は、運転者のステアリング操作に応じて前輪７Ｌ，７Ｒに主操舵角としての操舵角δf が発生するとともに、電動モータ１０を駆動制御することにより後輪１４Ｌ，１４Ｒに補助操舵角δr が発生するようになっている。
【００１８】
そして、電動モータ１０は、モータ駆動回路，マイクロコンピュータ，Ａ／Ｄ変換器やＤ／Ａ変換器等のインタフェース回路，ＲＡＭ，ＲＯＭ等の記憶装置等を含んで構成されたコントローラ２０から供給される舵角制御信号δc に応じて駆動するようになっている。
【００１９】
一方、この車両１には、ステアリングシャフト３の回転角を検出するロータリエンコーダ等から構成された前輪用の舵角センサ２１と、後輪操舵用のラック軸１１Ｂの進退量を検出するリニアエンコーダ等から構成された後輪用の舵角センサ２２と、車両１前方の走行路を撮影するＣＣＤカメラ２３と、変速機の出力側の回転数を検出することにより車速を検出する車速センサ２４と、が備えられていて、各センサの検出信号δf 、δd 及びＶがコントローラ２０に供給されるようになっている。
【００２０】
また、ＣＣＤカメラ２３は、車両１前方の数ｍ先の路面を撮影するカメラであり、その撮影された画像がコントローラ２０に供給されるようになっている。そして、コントローラ２０は、ＣＣＤカメラ２３が撮影した画像に基づいて、走行路に沿った目標走行ラインを検出し、その目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とのなす角度であるヨー角Δφを求めるようになっている。具体的には、コントローラ２０は、ＣＣＤカメラ２３が撮影した画像から、目標走行ラインとして適用できる情報（例えば、路面に描かれたセンターラインやサイドライン、或いはガイドレール等）を抽出し、その抽出された目標走行ラインの車両１前方数ｍ先における接線方向を求め、その接線方向と、車両１の重心点を通り車両前後方向に水平に延びるように想定されている車両基準ラインとのなす角度を、ヨー角Δφとして求めるようになっている。なお、ヨー角Δφは、上述のように目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とのなす角度であり、ヨーレートφ' を単純に積分したヨー角と区別するため“Δ”を付加している。
【００２１】
そして、コントローラ２０は、前輪用の舵角センサ２１から供給される前輪７Ｌ．７Ｒの舵角検出信号δf と、後輪用の舵角センサ２２から供給される後輪１４Ｌ，１４Ｒの舵角検出信号δd と、車速センサ２４から供給される車速検出信号Ｖと、上記のようにＣＣＤカメラ２３から送られてくる画像に基づいて求められるヨー角Δφとに基づき、そのヨー角Δφを零にするのに必要な後輪１４Ｌ，１４Ｒの操舵角δr を演算し、その操舵角δr が後輪１４Ｌ，１４Ｒに発生するような舵角制御信号δc を図示しない駆動回路を介して電動モータ１０に供給するようになっている。
【００２２】
コントローラ２０の機能構成を含む系全体をブロック図で表すと、図２に示すようになる。
即ち、コントローラ２０は、機能的には、操舵角δf ，δr 、ヨー角Δφ及び車速Ｖに基づいて車両１の状態量及び走行路の曲率を推定する推定器２０Ａと、この推定器２０Ａが推定した状態量及び曲率並びに車速センサ２４から供給される車速Ｖに基づいてヨー角Δφを零にするために後輪１４Ｌ，１４Ｒに必要な操舵角δr を演算するレギュレータ２０Ｂと、を含んで構成されている。
【００２３】
ここで、コントローラ２０内の推定器２０Ａ及びレギュレータ２０Ｂの具体的な構成を説明するため、図３に示すような一般的な二輪モデルを考える。なお、図３中の各記号の意味を整理すると、下記の通りである。
【００２４】
φ' …ヨーレート    ｙ' …横速度    β…横すべり角（β＝ｙ' ／Ｖ）
Ｃf …前輪のコーナリングパワー    Ｃr …後輪のコーナリングパワー
ｍ…車両質量    Ｉ…車両ヨー慣性モーメント    δf …前輪の舵角
Ｖ…車速      ａ…前輪及び重心点間距離    ｂ…後輪及び重心点間距離
Ｆf …前輪のコーナリングフォース  Ｆr …後輪のコーナリングフォース
そして、車両モデルの運動方程式は状態空間表現で、下記のようになる。
【００２５】
【数１】
0003740786.tif 000002
【００２６】
0003740786.tif 000003
但し、
ａ11＝−（ａ2 Ｃf ＋ｂ2 Ｃr ）／ＩＶ
ａ13＝（ｂＣr −ａＣf ）／Ｉ
ａ31＝（（ｂＣr −ａＣf ）／ｍＶ2 ）−１
ａ33＝−（Ｃf ＋Ｃr ）／ｍＶ
ｂ11＝ａＣf ／Ｉｎ
ｂ12＝−ｂＣr ／Ｉ
ｂ31＝Ｃf ／ｍＶｎ
ｂ31＝Ｃr ／ｍＶ
であり、ｎは前輪操舵系のステアリングギア比、ρは走行路の曲率である。
【００２７】
曲率ρは、状態変数として定式化すると、
ρ' ＝−λρ＋ｗ            ……（２）
となる。ｗは、白色ガウス雑音である。この（２）式は、曲率ρは局所的に見ると（ある曲線路に着目すると）連続的に変化するので、その振る舞いは一次遅れ特性で記述できるが、その分布は実際の地形等の自然条件によって決まってくるので、白色ガウス雑音ｗの駆動されていると見なせる、という仮定に基づいている。そして、この（２）式を上記（１）式に代入すると、
【００２８】
【数２】
0003740786.tif 000004
【００２９】
0003740786.tif 000005
となる。このような系に適用されるレギュレータは確率論的レギュレータと呼ばれるが、実際の解法は公知の決定論的レギュレータ問題と同様にリッカチ方程式を解くことで、レギュレータ２０Ｂの各ゲインが得られる。
【００３０】
実際のレギュレータ２０Ｂは、運転者による操舵角δf という外乱に対して、後輪１４Ｌ，１４Ｒの補助的な操舵角δr でヨー角Δφを調整する構成であるので、レギュレータ２０Ｂを構成するときの状態方程式は、下記のようになる。
【００３１】
ｘ' ＝Ａｘ＋Ｂｕ＋Ｇｗ      ……（４）
但し、
【００３２】
【数３】
0003740786.tif 000006
【００３３】
【数４】
0003740786.tif 000007
【００３４】
である。
レギュレータ２０Ｂを作るときの評価関数は、
Ｊ＝Ｅ［∫ｘT Ｒxxｘ＋ｕT Ｒuuｕｄｔ］      ……（５）
となる。Ｅは期待値を表し、［  ］内の積分の範囲は０〜∞であるが、上記のようにＥ［  ］がないものとして（つまり、決定論的レギュレータとして）解を求めてもよい。なお、ｘT 、ｕT はそれぞれ行列ｘ、ｕの転置行列であって、
ｘT ＝［φ' Δφ  β  ρ］      ｕT ＝［δf   δr ］
である。
【００３５】
また、Ｒxx、Ｒuuはそれぞれ重み付けの行列である。ここで、ヨー角Δφに関する重みを大きくしてヨー角Δφの発生を抑えるために、行列Ｒxxの３行・３列目の要素を大きくすることが望ましい。
【００３６】
このレギュレータの解（つまり、レギュレータ２０Ｂの各ゲイン）は、リッカチ方程式
ＡT Ｐ＋ＰＡ＋Ｒxx−ＰＢＲuu-1ＢT Ｐ＝０    ……（６）
を満たす行列Ｐを求めることにより、
0003740786.tif 000008
によって得られる。即ち、行列Ｋr がレギュレータ２０Ｂのゲインであり、Ｋr1〜Ｋr4が状態フィードバック係数になる。
【００３７】
このようにしてレギュレータゲインＫr が求まれば、ヨー角Δφを零にするために後輪１４Ｌ，１４Ｒに必要な操舵角δr は、
δr ＝Ｋr1φ' ＋Ｋr2Δφ＋Ｋr3β＋Ｋr4ρ    ……（８）
として求めることができる。
【００３８】
つまり、コントローラ２０内のレギュレータ２０Ｂは、上記（８）式の演算を実行して操舵角δr を演算するようになっている。
上記（８）式の演算に必要な状態量や曲率のうち、本実施の形態において直接検出されるのはヨー角Δφだけである。そこで、本実施の形態では、推定器２０Ａにおいて、ヨー角Δφ、前輪７Ｌ，７Ｒの操舵角δf 、後輪１４Ｌ，１４Ｒの操舵角δr （ここでは、検出された操舵角δd を用いている）に基づいて、他の状態量であるヨーレートφ' 、横すべり角β及び曲率ρを推定するようにしている。なお、検出されたヨー角Δφをそのままレギュレータ２０Ｂに供給するのではなく、推定器２０Ａにおいて新たにヨー角Δφを他の状態量と一緒に推定するようにしても構わない。
【００３９】
そして、推定器２０Ａの具体的な構成としては、公知のカルマンフィルタを用いることができる。なお、例えば推定器２０Ａにカルマンフィルタを用いた場合には、そのカルマンフィルタを構成する行列式の要素に車速Ｖが必要になるので、推定器２０Ａにも車速Ｖを供給する構成となっている。
【００４０】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
図４は、コントローラ２０内で実行される処理の概要を示したフローチャートであり、コントローラ２０における処理は所定のサンプリング・クロックに同期して実行されるようになっている。
【００４１】
即ち、操舵補助制御が実行されると、先ず、そのステップ１０１において舵角センサ２１から供給される舵角検出信号δf 、舵角センサ２２から供給される舵角検出信号δd 、車速センサ２４から供給される車速検出信号Ｖ及びＣＣＤカメラ２３から供給される画像が読み込まれる。
【００４２】
次いで、ステップ１０２に移行し、ステップ１０１で読み込んだ画像に基づいて目標走行ラインの接線方向と車両１の前後方向とのなす角度であるヨー角Δφを演算する。
【００４３】
そして、ステップ１０３に移行し、操舵角δf ，δd 、ヨー角Δφ及び車速Ｖに基づき、カルマンフィルタに従った演算を行うことにより、ヨーレートφ' 、横すべり角β及び曲率ρを推定する。この処理は、推定器２０Ａの機能に相当する。
【００４４】
次いで、ステップ１０４に移行し、上記（８）式に従って、ヨー角Δφを零にするための後輪１４Ｌ，１４Ｒの操舵角δr を演算する。
このステップ１０４で操舵角δr が求まったら、ステップ１０５に移行して、演算された操舵角δr と、実際の後輪１４Ｌ，１４Ｒの操舵角を表す操舵角δd との差が零となるような舵角制御信号δc を演算し、その舵角制御信号δc を電動モータ１０に出力する。このステップ１０５の処理を終えたら、今回の処理が終了する。その後は、所定のサンプリング・クロックが経過するまで待機した後に、ステップ１０１に戻って上述した処理が繰り返し実行される。
【００４５】
図５は、本実施の形態における車両１が、直線路３０を直進走行している際に左側車線３０Ｌから右側車線３０Ｒに車線変更をする場合の様子を示す平面図であり、車両１Ａ〜１Ｅは車両が車線変更する際の移動の様子を順番に示しているものである。
【００４６】
即ち、本実施の形態にあっては、ヨー角Δφを零にするような補助操舵角δf が発生するため、図５に示すように、車線変更する際にも、車両前後方向は、走行路３０の接線方向（図５の上下方向）を常に向くようになる。つまり、運転者によるステアリング操作は、車両１の横方向への運動にのみ影響し、ヨー角Δφは全く考慮しなくて済むのである。具体的には、図５に示すような車線変更の場合、運転者はステアリングを右方向に操舵すると、車両１は走行路３０の接線方向と平行の状態を保ったまま左側車線３０Ｌから右側車線３０Ｒに移動する。そして、車両１が右側車線３０Ｒの所望の位置にまで移動した時点で、運転者がステアリングを中立位置に戻せば、車両１の横方向への移動は停止し、接線方向を向いたまま直進走行を継続するのである。そして、このような走行経路の変更は左側車線３０Ｌや３０Ｒ内においても可能であるから、例えば対面通行で反対車線を大型トラックが走行するようなときに運転者の意思で車両を車線左側に寄せることも可能である。また、車両１が曲線路を走行する場合にも、図５に示した場合と同様に、運転者のステアリング操作によって走行路内における車両１の走行経路を選択することができるから、アウト−イン−アウトのような走行経路を採ることも可能であるし、運転者は車両１の横方向への移動のみをステアリング操作で制御すればよく、車両１は常に曲線路の接線方向を向いたまま走行するようになる。
【００４７】
このような車両１の挙動は、ヨー運動の状態量だけではなく、車両１の横運動の状態量（本実施の形態では、横すべり角β）をもフィードバックして後輪１４Ｌ，１４Ｒの操舵角δr を制御しているから可能なのである。換言すれば、ヨー運動に対して横運動が及ぼす影響を消滅又は低減するために、横運動の状態量を適切にフィードバックしてやればよいのである。
【００４８】
これに対し、通常のＰＩＤ制御でヨー角Δφを零にするような制御を実行した場合には、本実施の形態のような車両１の挙動は達成できない。これを直進走行に基づいて簡単に説明する。
【００４９】
先ず、直進走行時であるから、曲率ρ＝０とできる。状態変数βの代わりに、横変位速度ｙc ' をとると、
ｙc ' ＝Ｖ（φ＋β）
である。横変位ｙc は、車両重心点の目標走行ライン（例えば、走行路の幅方向中央に沿って延びるライン）からの横方向へのずれ量である。
【００５０】
このとき、上記（４）式は、
ｘ' ＝Ｐｘ＋Ｑｕ        ……（９）
となる。但し、
【００５１】
【数５】
0003740786.tif 000009
【００５２】
であり、
ｐ11＝−（ａ2 Ｃf ＋ｂＣr ）／ＩＶ
ｐ12＝（ａＣf −ｂＣr ）／Ｉ
ｐ13＝（ｂＣr −ａＣf ）／ＩＶ
ｐ31＝（ｂＣr −ａＣf ）／ｍＶ
ｐ32＝（Ｃf ＋Ｃr ）／ｍ
ｐ33＝−（Ｃf ＋Ｃr ）／ｍＶ
ｑ11＝−ｂＣr ／Ｉ
ｑ31＝Ｃr ／ｍ
である。
【００５３】
上記（９）式に基づいて、状態フィードバックを掛けた場合の車両のブロック図を図６に示す。なお、状態フィードバック係数は、ヨーレートφ' に関するフィードバック係数をＫ*1、ヨー角Δφに関するフィードバック係数をＫ*2、横変位速度ｙc ' に関するフィードバック係数をＫ*3としている。
【００５４】
ここで、図６に示すように、
Ｆ11＝ｐ11−ｑ11Ｋ*1
Ｆ12＝ｐ12−ｑ11Ｋ*2
Ｆ13＝ｐ13−ｑ11Ｋ*3
Ｆ31＝ｐ31−ｑ31Ｋ*1
Ｆ32＝ｐ32−ｑ31Ｋ*2
Ｆ33＝ｐ33−ｑ31Ｋ*3
とする。
【００５５】
そして、運転者によって前輪に操舵角δf が発生すると、車両にはヨーモーメントと横力とが加えられる。なお、本発明ではヨー角Δφを調整するようになっているから、これをＰＩＤ制御で実現するためにはヨーモーメントを打ち消すように後輪を操舵する必要があり、それを受け持っているのが、Ｆ11ブロック及びＦ12ブロックである。これらブロックは、ヨーレートφ' 及びヨー角Δφに対して後輪を操舵することで、ヨーモーメントを打ち消している。因みに、古典制御でいえば、ヨー角Δφを検出し、そのヨー角Δφをフィードバックするのが比例制御（Ｐ制御）、ヨーレートφ' をフィードバックするのが微分制御（Ｄ制御）に相当する。
【００５６】
しかし、ヨー運動に影響を及ぼすのは上記の要素だけではなく、Ｆ13ブロックを通じても影響を受ける。これは、車両が横方向に変位することにより、前輪及び後輪にスリップ角が発生しコーナリングフォースが生じることによって、発生してしまうヨーモーメントに相当する。この影響がある限り、Ｆ11ブロック及びＦ13ブロックだけでは、ヨー角Δφを零にすることはできない。つまり、ヨー角Δφ及びヨーレートφ' をフィードバックするだけでは、過渡的なヨー角Δφの調整は不可能であり、過渡状態でもヨー角Δφを零にするためには、横変位速度ｙc ' のフィードバックが必須となるのである。因みに、本実施の形態のような最適レギュレータでは、フィードバック係数Ｋ*3＝−ｐ13／ｑ11となって、Ｆ13＝０となるように状態フィードバックが作用するため、過渡状態でもヨー角Δφを零にすることが可能なのである。
【００５７】
つまり、ＰＩＤ制御のようにヨー運動に関する状態量しかフィードバックしない場合には、運転者がステアリングを例えば右方向に操舵したときにヨー角Δφも発生してしまうため、運転者は、ヨー角Δφを零にしつつ、横方向への移動をも制御して、所望の位置に車両をコントロールしなければならないのであり、横方向への移動のみを制御すればよい本実施の形態の構成に比べて操作が複雑になり、それだけ運転者の負担が大きくなってしまうのである。
【００５８】
図７は本実施の形態についてのシミュレーション結果（実線）を示す波形図であって、同（ａ）は横変位ｙc 、同（ｂ）はヨー角Δφ、同（ｃ）は前輪７Ｌ，７Ｒの操舵角δf をそれぞれ示している。なお、比較例として、後輪１４Ｌ，１４Ｒに対する制御を行わない通常車両のシミュレーション結果（点線）も示している。
【００５９】
このシミュレーションは、直進状態の車両を横方向に微小に位置をずらした場合のものであるが、本実施の形態によれば、過渡状態であってもヨー角Δφは発生しないから、運転者はヨー運動を気にすることなく、車両の横方向の位置を確認しながらステアリング操作をするだけで済むことが判る。これに対し、比較例にあっては、過渡状態のときにヨー角Δφが発生してしまうため、ステアリング操作が本実施の形態に比べて複雑になってしまうのである。
【００６０】
ここで、本実施の形態にあっては、前輪７Ｌ，７Ｒが転舵輪に対応し、後輪１４Ｌ，１４Ｒが転舵輪以外の車輪に対応し、ステアリングホイール２、ステアリングシャフト３、ラックアンドピニオン式ステアリング装置４、サイドロッド５Ｌ，５Ｒ及びナックル６Ｌ，６Ｒによって主操舵機構が構成され、電動モータ１０、ラックアンドピニオン式ステアリング装置１１、サイドロッド１２Ｌ，１２Ｒ及びナックル１３Ｌ，１３Ｒによって補助操舵機構が構成され、ＣＣＤカメラ２３及びコントローラ２０内におけるステップ１０２の処理によってヨー角検出手段が構成され、舵角センサ２１が主操舵角検出手段に対応し、舵角センサ２２が補助操舵角検出手段に対応し、車速センサ２４が車速検出手段に対応し、コントローラ２０の推定器２０Ａ及びレギュレータ２０Ｂ並びにステップ１０３、１０４の処理が補助操舵角演算手段に対応し、コントローラ２０内の駆動回路及びステップ１０５の処理が駆動手段に対応し、推定器２０Ａ及びステップ１０３の処理が状態量推定部に対応し、レギュレータ２０Ｂ及びステップ１０４の処理が補助操舵角演算部に対応する。
【００６１】
なお、上記実施の形態では、ＣＣＤカメラ２３が撮影した画像に基づいて、目標走行ラインの接線方向と車両前後方向とのなす角度であるヨー角Δφを検出するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、走行路に磁気マーカが埋設されるＡＨＳ（高速道路システム）の場合には、車両の前後に磁気センサを取り付け、それら磁気センサの検出信号からヨー角Δφを求めるようにしてもよいし、或いは、ＧＰＳアンテナを車両の前後に取り付け、車両の位置，絶対空間に対する車両のヨー角及び道路地図情報から、ヨー角Δφを求めるようにしてもよいし、或いは、本出願人が先に提案した特開平３−２９３４１１号公報に開示されるように走行路に沿って設置されたガードレールと車両との間の距離を車両前後の二位置において超音波を利用して測定しその距離からヨー角Δφを演算してもよいし、或いは、複数の方式を組み合わせてもよい。
【００６２】
また、上記実施の形態では、後輪１４Ｌ，１４Ｒを補助操舵するようにしているが、前輪を補助操舵するようにしてもよいし、或いは、前輪及び後輪の両方を補助操舵するようにしてもよく、特に、前輪及び後輪の両方を補助操舵するようにすれば、ヨー角Δφを零にするだけではなく、横方向への移動速度をも制御で任意に変化させることが可能になる。
【００６３】
そして、上記実施の形態では、コントローラ２０を最適レギュレータに基づいて構成しているが、最適制御に限定されるものではなく、Ｈ無限大制御やスライディングモード制御であってもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態では、推定器２０Ａにおいて横運動の状態量として横すべり角βを推定しているが、推定器２０Ａにおいてその他の横運動の状態量（例えば、横変位速度）を推定するような構成であっても構わない。
【００６５】
さらに、上記実施の形態では、特に補助操舵制御を実行する条件については説明していないが、例えば、車速が低いとき（１０Ｋｍ／ｈ以下）や後進走行時には、補助操舵制御を停止するようにしてもよい。つまり、車庫入れや縦列駐車する場合や、低速で障害物を避けるような場合には、車両が自動的に目標走行ラインの接線方向に平行に走行するよりも、運転者の意思に応じてヨー角Δφが自在に変化する方が都合がよいからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の全体構成を示す車両の概略平面図である。
【図２】制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】車両の二輪モデル図である。
【図４】コントローラ内で実行される処理の概要を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態における車両の挙動を説明する図である。
【図６】ＰＩＤ制御を行った場合の制御系のブロック図である。
【図７】シミュレーション結果を示す波形図である。
【符号の説明】
１              車両
２              ステアリングホイール
３              ステアリングシャフト
４              ラックアンドピニオン式ステアリング装置
５Ｌ，５Ｒ      サイドロッド
６Ｌ，６Ｒ      ナックル
７Ｌ，７Ｒ      前輪（転舵輪）
１０            電動モータ
１１            ラックアンドピニオン式ステアリング装置
１２Ｌ，１２Ｒ  サイドロッド
１３Ｌ，１３Ｒ  ナックル
１４Ｌ，１４Ｒ  後輪（転舵輪以外の車輪）
２０            コントローラ
２０Ａ          推定器（状態量推定部）
２０Ｂ          レギュレータ（補助操舵角演算部）
２１            舵角センサ（主操舵角検出手段）
２２            舵角センサ（補助操舵角検出手段）
２３            ＣＣＤカメラ
２４            車速センサ（車速検出手段）
【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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