JP2019156327A - 車両の車線逸脱防止制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクの変化速度を、車線逸脱防止性能の確保とドライバへの違和感の低減とを両立させながら適正に制限する。【解決手段】レートリミット処理部８１は、目標操舵トルクの変化速度を、レートリミット値算出部８２で算出されたレートリミット値で制限するレートリミット処理を行う。レートリミット値算出部８２は、走行環境に応じて算出されるベースリミット値に、自車両の逸脱横速度最大値に応じたレートリミット値補正ゲインを乗算することにより、レートリミット値を算出する。レートリミット値補正ゲインは、例えば、逸脱横速度最大値が小さい領域では、補正無しとされ、逸脱横速度最大値が大きくなると、直線的に大きくされる。そして、逸脱横速度最大値が所定値以上に大きくなると、レートリミット値補正ゲインが一定値に制限される。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の走行車線からの逸脱を防止する車線逸脱防止制御を実行する車両の車線逸脱防止制御装置に関する。

自動車等の車両においては、例えば特許文献１に開示されているように、ドライバによる操舵操作と独立して電動モータを介して操舵角を制御可能な電動パワーステアリング（EPS;Electric Power Steering）装置等の操舵装置を備え、カメラやレーダ装置等によって認識した車両周囲の外部環境に基づいて、自車両の走行位置を車線内に維持する車線維持制御や、自車両の走行車線外への逸脱を防止する車線逸脱防止制御等の操舵支援制御を行う技術が知られている。

特開２０１６−６４７９９号公報

一般に、ＥＰＳ装置等の電動モータを介した操舵制御では、車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクが急激に変化してドライバに不快感を与えないよう、目標操舵トルクの変化速度すなわちトルクレートをレートリミット値で制限するレートリミット処理を行うようにしている。

しかしながら、従来、レートリミット値は、車線に対する逸脱の状況によることなく、車両の速度、道路の曲率や横断勾配、車線幅等の走行環境に応じた単一の値で設定されるため、大きなヨー角や速度で車線逸脱する場合の逸脱防止性能を確保しようとすると、レートリミット値を大きな値に設定せざるを得ない。

このため、比較的小さなヨー角や速度で車線逸脱するような場合には、車線逸脱防止制御開始初期の目標操舵トルクの変化に対応してステアリング操舵速度が大きくなってしまい、特にドライバのステアリング把持を前提とする操舵支援制御システムでは、ドライバに違和感を与える虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクの変化速度を、車線逸脱防止性能の確保とドライバへの違和感の低減とを両立させながら適正に制限することのできる車両の車線逸脱防止制御装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様による車両の車線逸脱防止制御装置は、自車両が走行する車線からの逸脱を防止する車線逸脱防止制御を実行する車両の車線逸脱防止制御装置であって、前記車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、前記目標操舵トルクの変化速度をレートリミット値で制限するレートリミット処理を行うレートリミット処理部と、前記レートリミット値を、前記車線に対する自車両の逸脱状態に応じて算出するレートリミット値算出部とを備える。

本発明によれば、車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクの変化速度を、車線逸脱防止性能の確保とドライバへの違和感の低減とを両立させながら適正に制限することができる。

本発明の実施の第１形態に係り、車両操舵系の構成図 同上、操舵制御系の機能を示すブロック図 同上、自車両及び車線と各パラメータを示す説明図 同上、逸脱横速度最大値に対するレートリミット値補正ゲインの特性例を示す説明図 同上、車線逸脱防止制御ルーチンを示すフローチャート 同上、レートリミット値算出ルーチンを示すフローチャート 本発明の実施の第２形態に係り、レートリミット値算出ルーチンを示すフローチャート 同上、レートリミット値の変化を示す説明図 同上、トルク軸及び時間軸による座標平面上でレートリミット値の変化を表す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。先ず、本発明の実施の第１形態について図１〜図６を参照して説明する。

図１において、符号１は、ドライバによる操舵操作と独立してアクチュエータを介して操舵角を制御可能な操舵装置としての電動パワーステアリング（EPS;Electric Power Steering）装置を示す。このＥＰＳ装置１においては、図示しない自動車等の車両の車体フレームに、ステアリング軸２がステアリングコラム３を介して回動自在に支持されている。

ステアリング軸２の一端は運転席側へ延出され、他端がエンジンルーム側へ延出されている。ステアリング軸２の運転席側端部には、ステアリングホイール４が固設され、このステアリングホイール４が結合されるステアリング軸２の外周側に、舵角センサ２１が配設されている。

舵角センサ２１は、例えば、その内部に検知ギヤに内蔵された磁石の回転を検知する磁気抵抗素子を二組備えて構成されている。この舵角センサ２１は、ステアリングホイール４の基準となる回転位置（例えば、車両直進状態におけるステアリングホイール４上部の回転位置）を予め設定しておき、検知ギヤが回転することで生じる磁気変化に基づいて、予め設定した固定の基準位置からの回転角（舵角）及び回転方向（操舵方向）を検出することができる。

また、ステアリング軸２の中途には、トーションバー２ａが介装され、エンジンルーム側に延出される端部に、ピニオン軸５が連設されている。トーションバー２ａの外周側には、トルクセンサ２２が配設されている。トルクセンサ２２は、トーションバー２ａの捩れによってステアリング軸２の軸周りに生じるステアリングホイール４側とピニオン軸５側との変位を検出することにより、ドライバの操舵操作によるドライバの操舵トルクを検出可能となっている。

一方、エンジンルーム内には、車幅方向へ延出するステアリングギヤボックス６が配設されており、このステアリングギヤボックス６にラック軸７が往復移動自在に挿通支持されている。このラック軸７に形成されたラック（図示せず）に、ピニオン軸５に形成されたピニオンが噛合されて、ラックアンドピニオン式のステアリング機構が形成されている。

また、ラック軸７の左右両端はステアリングギヤボックス６の端部から各々突出されており、その端部に、タイロッド８を介してフロントナックル９が連設されている。このフロントナックル９は、操舵輪としての左右輪１０Ｌ，１０Ｒを回動自在に支持すると共に、車体フレームに転舵自在に支持されている。ステアリングホイール４を操作し、ステアリング軸２、ピニオン軸５を回転させると、このピニオン軸５の回転によりラック軸７が左右方向へ移動し、その移動によりフロントナックル９がキングピン軸（図示せず）を中心に回動して、左右輪１０Ｌ，１０Ｒが左右方向へ転舵される。

また、ピニオン軸５に、ウォームギヤ等の減速ギヤ機構からなるアシスト伝達機構１１を介して、ドライバの操舵操作に対するアシスト及び自動操舵を可能とするアクチュエータとしての電動パワーステアリングモータ（ＥＰＳモータ）１２が連設されている。ＥＰＳモータ１２は、例えばケースに固定されたステータとステータの内部で回転するロータとを有するＤＣブラシレスモータからなる電動モータであり、この電動モータのロータの回転がアシスト伝達機構１１を介してラック軸７の軸方向の動きに変換される。

ＥＰＳモータ１２には、ロータの回転角を検出する回転角センサ２３が内蔵されている。この回転角センサ２３は、例えば、ロータリエンコーダ等によって所定の零点位置からのロータの相対的な回転角を検出するセンサであり、回転角センサ２３からの信号が操舵制御装置５０に入力される。

尚、回転角センサ２３は、例えば、イグニッションＯＮ時に、舵角センサ２１による舵角とアシスト伝達機構１１の減速比とに基づいての零点位置が初期設定され、通常、回転角センサ２３で検出する回転角と舵角センサ２１で検出するステアリングホイール４の回転角とは、同じ舵角（操舵角）として扱うことができる。

操舵制御装置５０は、マイクロコンピュータを中心として構成される制御ユニットであり、モータ駆動部２０を介してＥＰＳモータ１２を駆動制御する。操舵制御装置５０には、舵角センサ２１、トルクセンサ２２、回転角センサ２３、その他、車速を検出する車速センサ２４、車両の鉛直軸回りの回転速度すなわちヨーレートを検出するヨーレートセンサ２５等のセンサ類や図示しないスイッチ類からの信号が入力される。

また、操舵制御装置５０は、車内ネットワークを形成する通信バス２００に接続されている。通信バス２００には、車両の外部環境を認識して走行環境情報を取得する外部環境認識装置１５０をはじめとして、その他、図示しないエンジン制御装置、変速機制御装置、ブレーキ制御装置等の他の制御装置が接続され、各制御装置が通信バス２００を介して互いに制御情報を交換することができる。

外部環境認識装置１５０は、前方認識用のカメラやミリ波レーダ、側方認識用のサイドカメラや側方レーダ等の各種デバイスによる自車両周囲の物体の検出情報、路車間通信や車車間通信等のインフラ通信によって取得した交通情報、ＧＰＳ衛星等からの信号に基づく自車両位置の測位情報、道路の曲率、車線幅、路肩幅等の道路形状データや、道路方位角、車線区画線の種別、レーン数等の走行制御用データを含む高精細の地図情報等により、自車両周囲の外部環境を認識する。

本実施の形態においては、外部環境認識装置１５０は、車載のカメラ及び画像認識装置による自車両の前方環境の認識を主として、前方認識用のカメラは、同一対象物を異なる視点から撮像する２台のカメラで構成されるステレオカメラを用いる。このステレオカメラを構成する２台のカメラは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有するシャッタ同期のカメラであり、例えば、車室内上部のフロントウィンドウ内側のルームミラー近傍に所定の基線長で配置されている。

ステレオカメラからの画像データの処理は、例えば以下のように行われる。まず、ステレオカメラで撮像した自車両の進行方向の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から距離情報を有する距離画像を生成し、この距離画像の距離情報を用いて、白線等の車線区画線の認識、先行車両や対向車両等の立体物の認識処理を行う。

白線等の車線区画線の認識では、車線区画線は道路面と比較して高輝度であるという知得に基づき、道路の幅方向の輝度変化を評価して、画像平面における左右の車線区画線の位置を画像平面上で特定する。この車線区画線の実空間上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、画像平面上の位置（ｉ，ｊ）とこの位置に関して算出された視差とに基づいて、すなわち、距離情報に基づいて、周知の座標変換式より算出される。

自車両の位置を基準に設定された実空間の座標系は、本実施の形態では、例えば、図３に示すように、カメラの中央真下の道路面を原点として、車幅方向をｘ軸、車高方向をｙ軸、車長方向（距離方向）をｚ軸とする。このとき、ｘ−ｚ平面（ｙ＝０）は、道路が平坦な場合、道路面と一致する。道路モデルは、道路上の自車両の走行レーンを距離方向に複数区間に分割し、各区間における左右の車線区画線を所定に近似して連結することによって表現される。

左右車線区画線の近似処理は、例えば、車線区画線を最小自乗法によって近似する処理が採用される。具体的には、自車両の左側の車線区画線は、最小自乗法により、以下の（１）式により近似され、自車両の右側の車線区画線は、最小自乗法により、以下の（２）式により近似される。
ｘ＝ＡＬ・ｚ²＋ＢＬ・ｚ＋ＣＬ …（１）
ｘ＝ＡＲ・ｚ²＋ＢＲ・ｚ＋ＣＲ …（２）

ここで、上述の（１）式、（２）式における、「ＡＬ」と「ＡＲ」は、それぞれの曲線における曲率を示し、左側の車線区画線の曲率κＬは、２・ＡＬであり、右側の車線区画線の曲率κＲは、２・ＡＲである。従って、車線の曲率κは、以下の（３）式となる。
κ＝（２・ＡＬ＋２・ＡＲ）／２＝ＡＬ＋ＡＲ …（３）

また、（１）式、（２）式における、「ＢＬ」と「ＢＲ」は、それぞれの曲線の自車両の幅方向における傾きを示し、「ＣＬ」と「ＣＲ」は、それぞれの曲線の自車両の幅方向における位置を示す（図３参照）。

更に、外部環境認識装置１５０は、自車両の対車線ヨー角θyawを、以下の（４）式により算出する。
θyaw＝ｔａｎ^-1((ＢＬ＋ＢＲ)／２） …（４）

外部環境認識装置１５０による外部環境の認識結果は、操舵制御装置５０や他の制御装置に送信される。操舵制御装置５０は、自車両の自動運転やドライバの運転を支援する運転支援制御において、外部環境の認識結果から自車両が走行する目標コースを設定し、この目標コースに追従して走行するよう、ＥＰＳモータ１２を駆動するモータ駆動部２０を介して操舵支援制御を実行し、ドライバの操舵操作による操舵介入が検知された場合には、ＥＰＳモータ１２によりドライバの操舵操作をアシストする補助トルクを出力する。

操舵制御装置５０の操舵制御における目標コースは、外部環境認識装置１５０による外部環境の認識結果に基づいて設定される。例えば、自車両を車線に追従させて車線中央に維持する車線維持制御では、車線区画線としての左右の白線の道路幅方向の中央位置が目標コースとして設定される。操舵制御装置５０は、自車両の車幅方向の中心位置を目標コースに一致させる目標操舵角を設定し、操舵制御の舵角が目標操舵角となるよう、ＥＰＳモータ１２の駆動電流を制御する。尚、目標コースは、操舵制御装置５０ではなく、外部環境認識装置１５０等の他の制御装置で設定するようにしても良い。

また、操舵制御装置５０は、自車両を車線中央に維持する車線維持制御に加えて、自車両の車線から逸脱を防止する車線逸脱防止制御を実行する。具体的には、操舵制御装置５０は、外部環境認識装置１５０からの情報及び自車両の運転状態に基づいて、自車両の対車線ヨー角が逸脱方向を向いている場合、自車両が逸脱方向の車線を跨ぐまでの車線逸脱推定時間Ｔtlcを算出し、車線逸脱推定時間Ｔtlcが自車両の車速Ｖと車線曲率κとによって決定される閾値Ｔth以下の場合、車線逸脱防止制御を開始する。

車線逸脱推定時間Ｔtlcは、以下の（５）式に示すように、自車両から逸脱方向の車線までの距離Ｌを、自車両の横方向の速度成分としての逸脱横速度Ｖlatで除算して算出することができる。逸脱横速度Ｖlatは、自車両の車速Ｖと対車線ヨー角θyawとから算出することができる。
Ｔtlc＝Ｌ／Ｖlat＝Ｌ／(Ｖ・ｓｉｎθyaw) …（５）

この車線逸脱防止制御においては、自車両が目標コースに沿って走行するための目標ヨーレートγtgtを実現する目標操舵トルクＴpを算出した後、目標操舵トルクＴpのトルク変化速度を所定のレートリミット値Ｌimで制限するレートリミット処理を行うようにしている。そして、レートリミット処理された目標操舵トルクＴp_limを、適宜、他のリミット処理、例えば、操舵トルクの最大値を所定範囲内に制限するレンジリミット処理を行う等してＥＰＳモータ１２を駆動する指示トルクとして出力する。

この場合、レートリミット処理のレートリミット値Ｌimは、自車両の逸脱横速度Ｖlatが大きい場合には、車線逸脱防止性能を向上するために大きく設定する必要があるが、一義的にレートリミット値Ｌimを大きくすると、自車両の逸脱横速度Ｖlatが小さい場合、車線逸脱防止制御開始時のステアリングの操舵速度が大きくなる。その結果、ドライバのステアリング把持を前提とする運転支援システムでは、車線逸脱防止制御の作動時にドライバに違和感や不快感を与える虞がある。

このため、操舵制御装置５０は、車線逸脱防止制御に係る機能部として、図２に示すように、目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出部６０と、目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部７０と、目標操舵トルクに対してリミット処理を行うリミット処理部８０とを主要部として備え、リミット処理部８０に、レートリミット処理部８１、レートリミット値算出部８２、レンジリミット処理部８３を備えている。尚、本実施の形態においては、レートリミット処理部８１の後段にレンジリミット処理部８３を備える例を示すが、レンジリミット処理部８３は省略しても良い。

詳細には、目標ヨーレート算出部６０は、車線の曲率に応じた目標旋回量となるヨーレート（車線曲率旋回目標ヨーレート）γtgt_laneを算出する車線曲率旋回目標ヨーレート算出部６１と、車線に対して逸脱を防止する目標旋回量となるヨーレート（逸脱防止挙動生成目標ヨーレート）γtgt_turnを算出する逸脱防止挙動生成目標ヨーレート算出部６２とを備えて構成されている。

車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneと逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnとは、以下の（６）式に示すように、互いに加算されて最終的な目標ヨーレートγtgtとして算出される。
γtgt＝γtgt_lane＋γtgt_turn …（６）

車線曲率旋回目標ヨーレート算出部６１は、以下の（７）式に示すように、自車両の車速Ｖと車線の曲率κとにより、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneを算出する。
γtgt_lane＝κ・Ｖ …（７）

尚、ヨーレート及び曲率は、正の符号で左旋回を表し、対車線ヨー角は、正の符号で左側の車線への逸脱方向を表すものとする。また、横位置は、正の符号で車線内側を表すものとする。

逸脱防止挙動生成目標ヨーレート算出部６２は、詳細には、車線逸脱防止制御の制御開始から逸脱を抑制するための挙動を自車両に発生させる逸脱抑制制御（対車線ヨー角θyaw≧０）の目標ヨーレートγtgt_turn_1と、逸脱抑制制御後に自車両の姿勢を制御終了地点まで制御する姿勢決定制御（対車線ヨー角θyaw＜０）の目標ヨーレートγtgt_turn_2とに分けて算出される。これらの目標ヨーレートγtgt_turn_1，γtgt_turn_2は、自車両の対車線ヨー角及び横位置に応じて切り換えられ、逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnとして出力される。

逸脱抑制制御中の目標ヨーレートγtgt_turn_1は、以下の（８）式に示すように、対車線ヨー角θyawと車線逸脱推定時間Ｔtlcに基づいて算出される。
γtgt_turn_1＝θyaw／Ｔtlc …（８）

一方、姿勢決定制御中の目標ヨーレートγtgt_turn_2は、以下の（９）式に示すように、制御終了時の目標対車線ヨー角θtgt_yawと姿勢決定制御中の対車線ヨー角θyawとの偏差に所定のフィードバックゲインＫyawfbを乗算した値を、目標対車線ヨー角θtgt_yawに到達するまでの目標時間Ｔtgtで除算して算出される。
γtgt_turn_2＝−Ｋyawfb・(θtgt_yaw−θyaw)／Ｔtgt …（９）

目標操舵トルク算出部７０は、フィードフォワード制御によるフィードフォワードトルクを算出するフィードフォワードトルク算出部７１と、フィードバック制御によるフィードバックトルクを算出するフィードバックトルク算出部７２を備えている。以下に説明するように、フィードフォワードトルクとフィードバックトルクとは合算され、目標操舵トルクとなる。

フィードフォワードトルク算出部７１は、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneを発生させるためのフィードフォワードトルクＴp_ff_laneを算出し、また、逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnを発生させるためのフィードフォワードトルクＴp_ff_turnを算出する。

各フィードフォワードトルクＴp_ff_lane,Ｔp_ff_turnは、例えば、ヨーレート／トルク変換ゲインのマップを予め作成しておき、マップ参照によって得られたトルク変換ゲインＫyawr_to_trqを用いて算出する。すなわち、以下の（１０），（１１）式に示すように、トルク変換ゲインＫyawr_to_trqを、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_lane、逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnに乗算することにより、フィードフォワードトルクＴp_ff_lane,Ｔp_ff_turnを算出する。
Ｔp_ff_lane＝Ｋyawr_to_trq・γtgt_lane …（１０）
Ｔp_ff_turn＝Ｋyawr_to_trq・γtgt_turn …（１１）

フィードバックトルク算出部７２は、目標ヨーレートγtgtとヨーレートセンサ２５で検出した自車両の実ヨーレートγとの偏差に基づくフィードバックトルクＴp_fbを算出する。フィードバックトルクＴp_fbは、逸脱抑制制御中は、以下の（１２）式に示すように、フィードバックトルクＴp_fbは、目標ヨーレートγtgtと実ヨーレートγとの偏差（γtgt−γ）に対するＰＩＤ制御によって算出される。
Ｔp_fb＝Ｋp・(γtgt−γ)＋Ｋi・∫(γtgt−γ)ｄｔ＋Ｋd・ｄ(γtgt−γ)／ｄｔ…（１２）

（１２）式におけるＰＩＤ制御の比例ゲインＫp、積分ゲインＫi、微分ゲインＫdは、ドライバの操舵操作の有無に応じて設定される。ドライバの操舵操作がない場合（トルクセンサ２２によって操舵トルクが検出されない場合）、各ゲインＫp，Ｋi，Ｋdは、予め最適に設定された特性に従って設定される。

一方、トルクセンサ２２によって逸脱防止方向にドライバの操舵操作が検出され、なおかつ目標ヨーレートに対し実ヨーレートがオーバーシュートしている場合（例えば、右側の車線に対して逸脱防止する際に、目標ヨーレートの値より実ヨーレートの値が大きい場合）には、各ゲインＫp，Ｋi，Ｋdが零とされ、以下の（１３）式に示すように、フィードバックトルクＴp_fbは零となる。
Ｔp_fb＝０ …（１３）

フィードフォワードトルク算出部７１からのフィードフォワードトルクＴp_ff_lane,Ｔp_ff_turnと、フィードバックトルク算出部７２からのフィードバックトルクＴp_fbは、以下の（１４）式に示すように互いに加算され、目標操舵トルクＴpが算出される。
Ｔp＝Ｔp_ff_lane＋Ｔp_ff_turn＋Ｔp_fb …（１４）

目標操舵トルク算出部７０で算出された目標操舵トルクＴpは、リミット処理部８０でリミット処理される。本実施の形態においては、目標操舵トルク算出部７０からの目標操舵トルクＴpは、先ず、レートリミット処理部８１でレートリミット処理された後、レンジリミット処理部８３でレンジリミット処理され、ＥＰＳモータ１２への指示トルクとしてモータ駆動部２０に出力される。

レートリミット処理部８１は、目標操舵トルクＴpの変化速度を、レートリミット値算出部８２で算出されたレートリミット値Ｌimで制限するレートリミット処理を行う。このレートリミット処理は、例えばローパスフィルタを用いたフィルタ処理として行われ、主として目標操舵トルクＴpの変化速度をドライバに違和感を与えない速度に抑制する。

レートリミット値算出部８２は、自車両の走行環境に応じたリミット値Ｌim_baseをベースリミット値として用い、このベースリミット値Ｌim_baseを、車線に対する自車両の逸脱状態の指標となる逸脱横速度Ｖlatに基づいて補正することにより、レートリミット値Ｌimを算出する。ベースリミット値Ｌim_baseは、例えば、車速Ｖ及び車線曲率κに基づいて算出される。

具体的には、以下の（１５）式に示すように、ベースリミット値Ｌim_baseに、自車両の逸脱横速度Ｖlatの最大値（逸脱横速度最大値）Ｖlat_maxに応じたレートリミット値補正ゲインＫvlat_maxを乗算することにより、レートリミット値Ｌimを算出する。
Ｌim＝Ｌim_base・Ｋvlat_max …（１５）

レートリミット値補正ゲインＫvlat_maxは、例えば、予め走行試験やシミュレーション等により、逸脱横速度最大値Ｖlat_maxに対して最適なレートリミット値となる補正ゲインを求めてテーブルに格納しておく。そして、このテーブルを検索してレートリミット値補正ゲインＫvlat_maxを算出する。

尚、逸脱横速度最大値Ｖlat_maxは、同一制御中の逸脱横速度Ｖlatの最大値として保持される。この場合、逸脱横速度Ｖlatは、（５）式に示すように、自車両の車速Ｖ及び対車線ヨー角θyawから算出することができるが、自車両の横位置の時間変化として算出するようにしても良い。

図４は、逸脱横速度最大値Ｖlat_maxに対するレートリミット値補正ゲインＫvlat_maxの特性例を示しており、逸脱横速度最大値Ｖlat_maxが小さい領域では、レートリミット値補正ゲインＫvlat_maxはＫvlat_max＝１の補正無しの状態に維持され、逸脱横速度最大値Ｋvlat_maxが大きくなると、レートリミット値補正ゲインＫvlat_maxが直線的に大きくされる。そして、逸脱横速度最大値Ｋvlat_maxが所定値以上に大きくなると、レートリミット値補正ゲインＫvlat_maxが設定値Ｋvlat_max_lim（例えばＫvlat_max_lim＝１．５）に制限され、レートリミット値Ｌimが上限値に固定される。

これにより、逸脱横速度Ｖlatが小さい場合には、目標操舵トルクＴpのトルク変化速度を走行環境に応じたレートリミット値Ｌimiで制限してドライバへの違和感を防止することができ、また、逸脱横速度Ｖlatが大きくなるほどレートリミット値Ｌimiを大きくして、車線逸脱防止性能を確保することができる。

レートリミット処理部８１でレートリミット処理された目標操舵トルクＴp_limは、レンジリミット処理部８３に入力され、レンジリミット処理される。レンジリミット処理は、トルク演算の最終段において安全の観点でトルク絶対値を規制する処理であり、通常は、レンジリミット処理によってトルク値が制限されることはなく、レートリミット処理された目標操舵トルクＴp_limがＥＰＳモータ１２の指示トルクとして出力される。

次に、以上の操舵制御装置５０で実行される車線逸脱防止制御に係るプログラム処理について、図５，図６のフローチャートを用いて説明する。

先ず、図５のフローチャートに示す車線逸脱防止制御のメインルーチンについて説明する。この車線逸脱防止制御ルーチンは、車線逸脱防止制御の開始条件が成立する場合、例えば、進行方向左側の車線を逸脱防止制御対象の車線とするとき、現在の自車両の対車線ヨー角θyawがθyaw≧０で逸脱方向を向いている条件、自車両が車線を逸脱するまでの車線逸脱推定時間Ｔtlcが車速Ｖと車線曲率κとによって決定される閾値Ｔth以下の条件が成立する場合に開始される。

操舵制御装置５０は、車線逸脱防止制御ルーチンの最初のステップＳ１において、センサ信号、認識情報、制御情報等を入力する入力処理を行う。例えば、操舵制御装置５０は、舵角センサ２１、トルクセンサ２２、回転角センサ２３、車速センサ２４、ヨーレートセンサ２５等のセンサ類や図示しないスイッチ類からの信号、外部環境認識装置１５０からのカメラによる認識情報、通信バス２００を介した他の制御装置からの制御情報を入力する。

次に、ステップＳ２へ進み、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_lane及び逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnを目標ヨーレートとして算出すると、ステップＳ３で目標ヨーレートγtgtを実現するための目標操舵トルクＴpを算出する。この目標操舵トルクＴpは、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_lane、逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnをトルク変換したフィードフォワードトルクＴp_ff_lane，Ｔp_ff_turnと、目標ヨーレートγtgtと実ヨーレートγとの偏差に基づくフィードバックトルクＴp_fbとを加算したトルクとなる。

次に、ステップＳ４へ進み、図６に示すレートリミット値算出ルーチンで算出されたレートリミット値Ｌimで目標操舵トルクＴpのトルク変化速度を制限するレートリミット処理、目標操舵トルクＴpを安全限界内に規制するレンジリミット処理を実施する。そして、ステップＳ４からステップＳ５へ進み、ＥＰＳモータ１２を駆動するモータ駆動部２０に指示トルクとして出力する出力処理を行う。

次に、以上の車線逸脱防止制御ルーチンのステップＳ４におけるレートリミット処理で用いられるレートリミット値Ｌimを算出するレートリミット値算出ルーチンについて説明する。

このレートリミット値算出ルーチンは、最初のステップＳ１１において、自車両の車速Ｖ及び対車線ヨー角θyawに基づいて逸脱横速度Ｖlatを算出する。次に、ステップＳ１２へ進み、今回算出した逸脱横速度Ｖlatが、現在保持している逸脱横速度最大値の前回値Ｖlat_max_z1より大きいか否かを調べる。

その結果、ステップＳ１２においてＶlat≦Ｖlat_max_z1の場合には、ステップＳ１２からステップＳ１３へ進み、今回の逸脱横速度最大値Ｖlat_maxを、現在保持している前回値Ｖlat_max_z1とする（Ｖlat_max←Ｖlat_max_z1）。そして、ステップＳ１３からステップＳ１５へ進む。

一方、Ｖlat＞Ｖlat_max_z1の場合には、ステップＳ１２からステップＳ１４へ進んで、今回の逸脱横速度最大値Ｖlat_maxを、今回算出した逸脱横速度Ｖlatで更新する（Ｖlat_max←Ｖlat）。ステップＳ１４で逸脱横速度最大値Ｖlat_maxを更新した後は、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、今回の逸脱横速度最大値Ｖlat_maxに基づいてレートリミット値補正ゲインＫvlat_maxを算出する。例えば、前述した図４に示す特性のテーブルを検索することで、逸脱横速度最大値Ｖlat_maxに応じたレートリミット値補正ゲインＫvlat_maxを算出する。

そして、ステップＳ１６で自車両の車速Ｖ及び車線の曲率κ等の走行環境に応じてベースリミット値Ｌim_baseを算出すると、このベースリミット値Ｌim_baseにレートリミット値補正ゲインＫvlat_maxを乗算してレートリミット値Ｌimを算出する。その後、ステップＳ１７へ進み、今回の逸脱横速度最大値Ｖlat_maxを、逸脱横速度最大値の前回値Ｖlat_max_z1として保持し、本ルーチンを抜ける。

このように本実施の第１形態においては、自車両の走行環境に応じたベースリミット値Ｌim_baseを自車両の逸脱横速度Ｖlatに基づいて補正することにより、レートリミット値Ｌimを算出する。これにより、車線逸脱防止性能の確保とドライバへの違和感の低減とを両立させながら目標操舵トルクの変化速度を適正に制限することが可能となる。

次に、本発明の実施の第２形態について説明する。第２形態は、自車両の逸脱横速度Ｖlatが大きくなるほど対車線ヨー角θywaが大きくなり、急激な挙動変化を避けながら逸脱を抑制するために必要な制御時間が長くなるため、レートリミット処理の継続時間も長くなることに着目するものであり、レートリミット処理の継続時間に応じてレートリミット値を可変する。

このため、第２形態におけるレートリミット値算出部８２は、第１形態の処理を変更し、レートリミット処理開始時のレートリミット初期値Ｌim_start、レートリミット値の時間増加分Ｌim_diff、レートリミット最大値Ｌim_maxを設定する。

レートリミット初期値Ｌim_startは、第１形態のベースリミット値Ｌim_baseと同様、
自車両の車速Ｖ及び車線の曲率κに基づいて算出することができる。また、時間増加分Ｌim_diffは、例えば、走行試験やシミュレーションによって取得した値を用い、本実施の形態においては、定数としている。同様に、レートリミット最大値Ｌim_maxも、予め定数として設定されている。

そして、以下の（１６）式に示すように、レートリミット処理開始時のレートリミット初期値Ｌim_startに、時間増加分Ｌim_diffをリミット処理の経過時間で積分した積分値を加算することにより、リミット処理の継続時間に応じたレートリミット値Ｌimを算出する。
Lim＝Ｌim_start＋∫Ｌim_diff ｄｔ …（１６）

（１６）式によって算出されるレートリミット値Ｌimは、逸脱方向の符号を考慮した場合、その絶対値｜Ｌim｜がレートリミット最大値Ｌim_maxを超えないように制限される。すなわち、レートリミット値ＬimがＬim＞０の場合には、Ｌim＝Ｌim_maxで制限され、Ｌim＜０の場合には、Ｌim＝−Ｌim_maxで制限される。

次に、第２形態のレートリミット値算出ルーチンについて、図７のフローチャートを用いて説明する。第２形態ののレートリミット値算出ルーチンは、最初のステップＳ２１において、自車両の車速Ｖ及び車線の曲率κ等に基づいてレートリミット初期値Ｌim_startを算出する。

次に、ステップＳ２２へ進み、時間増加分Ｌim_diffを制御周期毎に積算することで、レートリミット処理の継続時間に応じて、時間増加分Ｌim_diffの積分を行う。そして、ステップＳ２２からステップＳ２３へ進み、レートリミット初期値Ｌim_startに時間増加分Ｌim_diffの積分値を加算してレートリミット値Ｌimを算出する。

その後、ステップＳ２４へ進み、算出したレートリミット値Ｌimの絶対値｜Ｌim｜がレートリミット最大値Ｌim_maxを超えているか否かを調べる。｜Ｌim｜≦Ｌim_maxの場合、ステップＳ２３で算出したレートリミット値Ｌimを出力する。一方、｜Ｌim｜＞Ｌim_maxの場合には、ステップＳ２４からステップＳ２５へ進み、ステップＳ２３で算出したレートリミット値Ｌimの絶対値｜Ｌim｜をレートリミット最大値Ｌim_maxで制限し（｜Ｌim｜←Ｌim_max）、Ｌim＝Ｌim_max又はＬim＝−Ｌim_maxとして出力する。

レートリミット処理の経過時間に応じて変化する第２形態のレートリミット値Ｌimは、Ｌim＞０とする場合、図８に示すように、直線Ｌim_constで表される一定のレートリミット値に対して、時間ｔの経過とともにレートリミット初期値Ｌim_startから時間増加分Ｌim_diffの傾きで増加し、時間ｔ0で直線Ｌim_constと交差する直線Ｌim_varとなる。そして、Ｌim＝Ｌim_maxとなる時間ｔ1以降は、レートリミット値Ｌimは一定のレートリミット最大値Ｌim_maxで制限される。

このようなレートリミット値Ｌimは、トルク軸Ｔｑと時間軸ｔとによる座標平面上では、図９に示すように、時間ｔ1を境として曲線Ｌvar及び直線Ｌmaxで表すことができ、曲線Ｌvar及び直線Ｌmaxにより、目標操舵トルクＴpの変化速度が規制される。時間ｔ1までの曲線Ｌvarにおける各点のトルクレート（Ｔｑ／ｔ）として示されるレートリミット値Ｌimは、図８に示すように時間増加分Ｌim_diffを定数とする時間積分によって直線的に変化するため、図９の曲線Ｌvarは２次曲線となる。時間ｔ1以降は、レートリミット値Ｌimは、レートリミット最大値Ｌim_maxを傾きとする直線Ｌmaxで表される。尚、図８の直線Ｌim_constで表される一定のレートリミット値は、図９においては、傾き一定の直線Ｌconstで表され、時間ｔ0で曲線Ｌvarと直線Ｌconstとが交差する。

レートリミット処理の経過時間で変化する第２形態のレートリミット値は、図９の直線Ｌconstで表される一定のレートリミット値と比較した場合、レートリミット処理開始初期の時間ｔ0及びトルクＴｑ0以下の領域では、レートリミット値を相対的に小さくしてドライバの違和感を低減することができる。一方、時間ｔ0及びトルクＴｑ0を超えてレートリミット処理時間が長くなる領域では、直線Ｌconstで表される一定のレートリミット値に対して、レートリミット値を相対的に大きくして車線逸脱防止性能を向上することができる。

第２形態では、レートリミット処理の継続時間に応じてレートリミット値を可変するため、逸脱横速度が比較的小さくレートリミット処理時間が短い場合には、レートリミット値を相対的に小さくしてドライバの違和感を低減することができ、一方、逸脱横速度が大きくレートリミット処理時間が長くなる場合には、レートリミット値を相対的に大きくして車線逸脱防止性能を向上することが可能となる。すなわち、第２形態においても、第１形態と同様、車線逸脱防止性能の確保とドライバへの違和感の低減とを両立させながら目標操舵トルクの変化速度を適正に制限することが可能となる。

１ 電動パワーステアリング装置
１２ 電動パワーステアリングモータ（ＥＰＳモータ）
２１ 舵角センサ
２２ トルクセンサ
２３ 回転角センサ
２５ ヨーレートセンサ
５０ 操舵制御装置
６０ 目標ヨーレート算出部
７０ 目標操舵トルク算出部
７１ フィードフォワードトルク算出部
７２ フィードバックトルク算出部
８０ リミット処理部
８１ レートリミット処理部
８２ レートリミット値算出部
１５０ 外部環境認識装置

Claims (3)

1. 自車両が走行する車線からの逸脱を防止する車線逸脱防止制御を実行する車両の車線逸脱防止制御装置であって、
   前記車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、
   前記目標操舵トルクの変化速度をレートリミット値で制限するレートリミット処理を行うレートリミット処理部と、
   前記レートリミット値を、前記車線に対する自車両の逸脱状態に応じて算出するレートリミット値算出部と
   を備えることを特徴とする車両の車線逸脱防止制御装置。
2. 前記レートリミット値算出部は、自車両の車速及び前記車線の曲率に応じて設定されるベース値を、前記車線に対する自車両の横方向の速度の最大値に応じた補正ゲインで補正して前記レートリミット値を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の車線逸脱防止制御装置。
3. 前記レートリミット値算出部は、前記レートリミット処理開始時の初期値に、所定の時間増加分を前記レートリミット処理の経過時間で積分した積分値を加算して前記レートリミット値を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の車線逸脱防止制御装置。

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