JP4946403B2 - 操舵支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、操舵支援装置に関する。

車両の走行状態に応じて目標走行ラインを設定するとともに、車両の走行ラインを設定された目標走行ラインに一致させるように操舵力をアシストする技術が特許文献１に開示されている。
特開平１１−１０５７２８号公報

特許文献１記載の技術は完全な自動運転（自動走行）を実現するものではなく、あくまでも運転者の操舵を支援するものである。例えばカーブを曲がるときには運転者の操舵を要するが、その際に、上述した目標走行ラインと運転者の意思との間にズレがあると、運転者が違和感を感じるおそれがある。

一方、車両の速度が高くなると操舵に対する車両の応答性が変化するが、高速運転に慣れていない運転者にとって、この応答性の変化を考慮して操舵することは必ずしも容易ではない。そのため、例えば高速道路のカーブなどで、そのカーブに見合った適切な操舵を一回で行うことができないために、ステアリングホイールの切り戻しや切り増しを繰り返し行うような状況が生じ得る。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、運転者に違和感を与えることなく、適切に走行レーンをトレースすることを可能とする操舵支援装置を提供することを目的とする。

本発明に係る操舵支援装置は、ステアリングホイールの操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、ステアリングホイールの操舵状態および車両の走行状態に基づいて、ステアリングホイールの操舵支援制御量を演算する制御手段とを備える操舵支援装置において、走行車線に対する車両の挙動状態として車両のヨー角を検出する挙動状態検出手段と、ステアリングホイールの操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、走行車線の旋回半径に応じた規範操舵速度を演算する規範操舵速度演算手段と、を備え、操舵支援制御量を演算する際に、制御手段が、車両のヨー角に基づいて操舵支援制御量を補正し、ヨー角が大きくなるほど、操舵支援制御量を補正する補正量を大きくし、操舵速度検出手段により検出された実操舵速度と規範操舵速度との大小関係に応じて、補正量を変更することを特徴とする。

本発明に係る操舵支援装置によれば、運転者によるステアリングホイールの操舵状態（例えば操舵角）や車両の走行状態（例えば車速）に基づいて操舵支援制御量が演算される際に、操舵の結果として表れる走行車線（走行レーン）に対する車両の挙動状態に基づいて操舵支援制御量が補正される。そのため、運転者の意思に基づく操舵を基本としつつ、走行車線に適した操舵特性となるように操舵支援制御量を設定することができる。その結果、運転者に違和感を与えることなく、適切に走行車線をトレースすることが可能となる。また、車両のヨー角は、車両の前後軸と走行車線に対する接線とのなす角度であり、走行車線に対する車両の相対的な方向を示すため、車両のヨー角から走行車線に対する操舵量の過不足を知ることができる。ここで、本発明に係る操舵支援装置によれば、車両のヨー角が大きくなるほど、すなわちステアリングホイールを切り過ぎているほどまたはステアリングホイールの切り込みが不足しているほど、操舵支援制御量の補正量が増大されるため、走行車線に適した操舵特性となるように操舵支援制御量を補正することが可能となる。また、制御手段が、操舵速度検出手段により検出された実操舵速度と規範操舵速度との大小関係に応じて、補正量を変更するようにすれば、例えば、走行車線の旋回半径に応じた規範操舵速度と比べて実際の操舵速度が速い場合に、運転者の操舵速度が速過ぎると判断し、ステアリングホイールを切り戻すように補正量を変更することができる。その結果、蛇行走行を緩和するように操舵支援を行うことが可能となる。

本発明に係る操舵支援装置は、ステアリングホイールの操舵速度を検出する操舵速度検出手段を備え、制御手段が、操舵速度が大きいほど補正量を小さくすることが好ましい。

このようにすれば、ステアリングホイールの切り過ぎが抑制されるため、操舵応答性の過度な上昇を抑制することができる。その結果、走行車線のトレースをより容易に行うことが可能となる。

本発明に係る操舵支援装置では、上記制御手段が、ステアリングホイールの操舵角が所定操舵角以下の領域では、該操舵角が減少するにしたがって補正値を減少させることが好ましい。

このようにステアリングホイールの遊びに応じた不感帯を設けることにより、操舵のオン／オフに対する補正量のハンチングを抑制するとともに制御介入時の違和感を低減することが可能となる。また、この場合、運転者による主体的な操舵に対して補正量が設定されることとなるため、操舵支援の過干渉を防止することができる。

また、本発明に係る操舵支援装置では、上記制御手段が、車両の車速が所定車速以上の領域では、該車速が増大するにしたがって補正値を減少させることが好ましい。

操舵に対する車両の動きは高速になるほど急激になる。本発明に係る操舵支援装置によれば、所定車速以上の高速領域において、車速が増大するほど補正値が減少されるため、車速によって変化する車両特性を補償することが可能となる。

ここで、上記操舵支援制御量は、ステアリングギヤ比を変化させる転舵角可変制御の目標可変転舵角であることが好ましい。

本発明によれば、ステアリングホイールの操舵状態および車両の走行状態に応じて操舵支援制御量を演算する際に、走行車線に対する車両の挙動状態に基づいて操舵支援制御量を補正する構成としたので、運転者に違和感を与えることなく、適切に走行レーンをトレースすることが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

まず、図１を用いて、第１実施形態に係る操舵支援装置１が車両Ｖに搭載された場合を例にして、操舵支援装置１の構成について説明する。図１は、操舵支援装置１の構成を説明するためのブロック図である。

車両Ｖは、右前輪１０ＦＲ，左前輪１０ＦＬ，右後輪１０ＲＲ，左後輪１０ＲＬを備えている。各車輪１０ＦＲ〜１０ＲＬには、車輪速を検出する車輪速センサ１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬ（以下、四つの車輪速センサ１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬをまとめて車輪速センサ１２ということもある）が取り付けられている。車輪速センサ１２ＦＲ〜１２ＲＬは可変ギヤ比制御用電子制御装置（以下「ＶＧＲＳ ＥＣＵ」という）４０に接続されており、車輪速センサ１２ＦＲ〜１２ＲＬにより検出された車輪速信号はＶＧＲＳ ＥＣＵ４０に出力される。なお、本実施形態においては、車輪速度（すなわち車速）が特許請求の範囲記載の車両の走行状態に相当し、車輪速センサ１２が走行状態検出手段に相当する。

右前輪１０ＦＲ，左前輪１０ＦＬは転舵輪であり、ステアリングホイール１４の操作に応答して駆動されるラック・アンド・ピニオン型のパワーステアリング装置１６によりラックバー１８およびタイロッド２０Ｌ，２０Ｒを介して転舵される。

パワーステアリング装置１６は、例えばラック同軸型の電動式パワーステアリング装置であり、電動機１７と、電動機１７の回転トルクをラックバー１８の往復動方向の力に変換するボールねじ式の変換機構１９とを有し、ハウジング２１に対し相対的にラックバー１８を駆動する補助操舵力を発生する。

ステアリングホイール１４は、アッパステアリングシャフト２２、転舵角可変装置（ＶＧＲＳ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇｅａｒ Ｒａｔｉｏ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）２４、ロアステアリングシャフト２６、ユニバーサルジョイント２８を介してピニオンシャフト３０に接続されている。転舵角可変装置２４は、ハウジング２４Ａの側にてアッパステアリングシャフト２２の下端に連結されている。一方、転舵角可変装置２４を構成する補助転舵駆動用の電動モータ３２のロータ２４Ｂがロアステアリングシャフト２６の上端に連結されている。

転舵角可変装置２４は、アッパステアリングシャフト２２に対し相対的にロアステアリングシャフト２６を回転駆動することにより、ステアリングホイール１４の回転角度に対する左前輪１０ＦＬ，右前輪１０ＦＲの転舵角の比、すなわちステアリングギヤ比を変化させる。転舵角可変装置２４は、ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０により制御される。

転舵角可変装置２４は、車線維持支援（操舵支援）制御による補助転舵駆動時には、ステアリングギヤ比が所定の操舵特性を達成するギヤ比になるよう、電動モータ３２によりアッパステアリングシャフト２２に対し相対的にロアステアリングシャフト２６を回転させ、左前輪１０ＦＬ，右前輪１０ＦＲを自動的に転舵することによって、運転者による操舵操作量を低減しつつ走行車線を適切にトレースすることができるように操舵支援を行う。

アッパステアリングシャフト２２には、該アッパステアリングシャフト２２の回転角度（すなわちステアリングホイール１４の操舵角）を検出する操舵角センサ２３が設けられている。転舵角可変装置２４には、ハウジング２４Ａおよびロータ２４Ｂの相対回転角度をアッパステアリングシャフト２２に対するロアステアリングシャフト２６の相対回転角度として検出する回転角センサ２５が設けられている。操舵角センサ２３および回転角センサ２５は、ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０に接続されており、両センサの検出信号はＶＧＲＳ ＥＣＵ４０に出力される。なお、本実施形態においては、ステアリングホイール１４の操舵角が特許請求の範囲記載のステアリングホイールの操舵状態に相当し、操舵角センサ２３が操舵状態検出手段に相当する。

ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０には、車両前方の風景を撮像して画像データを取得する撮像手段としてのカメラを有する画像処理装置４１が接続されている。このカメラは、例えばＣＣＤカメラであり、車両のフロントウィンドウ上部（例えばバックミラーの裏側）などに前方を向いて設置され、車両前方の風景を撮像して画像データを取得する。

画像処理装置４１は、カメラにより取得された画像データに対して画像処理及び演算処理等を施すことにより、車両Ｖの走行車線に対するヨー角θ、走行車線の旋回半径Ｒ、および車両Ｖの車線中央からの横変位Ｄなどの道路パラメータを求める（図２参照）。すなわち、画像処理装置４１は、走行車線に対する車両Ｖの挙動状態（ヨー角）を検出する挙動状態検出手段として機能する。なお、本明細書では、図２に示されるように、走行車線の接線に対して車両の前後軸が反時計回り方向にある場合にヨー角θが正の値をとることとする。よって、走行車線の接線に対して車両の前後軸が時計回り方向にあるときにはヨー角θは負の値をとる。

ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０と画像処理装置４１とは、例えばＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線で接続されることにより、相互にデータの交換が可能となるように構成されている。画像処理装置４１により求められたヨー角θや旋回半径Ｒなどの情報はこの通信回線を介してＶＧＲＳ ＥＣＵ４０に送信される。

ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０は、その内部に、演算を行うマイクロプロセッサ、このマイクロプロセッサに各処理を実行させるためのプログラムを記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ、バッテリによってその記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ等を有している。

このようなハードウエアによって、ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０には、操舵角ＭＡおよび車速ＶＣから車速可変転舵角（基本可変転舵角）を演算、設定する車速可変転舵角演算部４２、ヨー角θ、操舵角ＭＡ、操舵角ＭＡを微分して得られる操舵角速度ＭＡｄｏｔ、および車速ＶＣから操舵支援可変転舵角（補正量）を演算、設定する操舵支援可変転舵角設定部４４、および、車速可変転舵角演算部４２で求められた車速可変転舵角と操舵支援可変転舵角設定部４４で求められた操舵支援可変転舵角とを加算して目標可変転舵角を演算するとともに、得られた目標可変転舵角に応じた制御信号を生成して転舵角可変装置２４に出力する可変転舵角演算・出力部４９が構築されている。すなわち、ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０は、特許請求の範囲記載の制御手段と機能する。また、目標可変転舵角は特許請求の範囲に記載の操舵支援制御量に相当し、操舵支援可変転舵角は特許請求の範囲に記載の補正量に相当する。

また、操舵支援可変転舵角設定部４４は、ヨー角θと操舵角速度ＭＡｄｏｔからＶＧＲＳ加算角σを求めるＶＧＲＳ加算角取得部４５、操舵角ＭＡから転舵角ゲインＧＡを求める転舵角ゲイン設定部４６、車速ＶＣから車速ゲインＧＶを求める車速ゲイン設定部４７、および、ＶＧＲＳ加算角σと転舵角ゲインＧＡと車速ゲインＧＶとを乗算して操舵支援可変転舵角を演算する乗算部４８を有している。

ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０は、アッパステアリングシャフト２２に対するロアステアリングシャフト２６の相対回転角度が目標可変転舵角と一致するように転舵角可変装置２４を制御する。そのため、運転者の操舵による操舵角に目標可変転舵角を加えた角度だけロアステアリングシャフト２６が切られる。その結果、運転者の操舵操作を基本としつつ、走行車線に適した操舵特性となるように左右の前輪１０ＦＬ，１０ＦＲが転舵される。

次に、図１〜７を併せて参照して、操舵支援装置１の動作について説明する。図３は、操舵支援装置１による操舵支援制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０によって実行されるものであり、ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０の電源がオンされてからオフされるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。

ステップＳ１００では、画像処理装置４１により検出された車両Ｖの走行車線に対するヨー角θおよび走行車線の旋回半径Ｒが読み込まれる。

続くステップＳ１０２では、操舵角センサ２３により検出されたステアリングホイール１４の操舵角ＭＡ、および車輪速センサ１２の検出結果から求められた車速ＶＣが読み込まれる。

そして、ステップＳ１０４において、目標可変転舵角が求められる。次に、図１を参照しつつ、この目標可変転舵角の求め方について詳細に説明する。

ＶＧＲＳ ＥＣＵ４０では、まず、車速可変転舵角演算部４２において、操舵角ＭＡおよび車速ＶＣから車速可変転舵角（基本可変転舵角）が演算される。ここでは、始めにステアリングギヤ比が求められる。車速可変転舵角演算部４２には、車速ＶＣとステアリングギヤ比との関係を定めた２次元マップ（ステアリングギヤ比マップ）が備えられており、ステップＳ１０２で読み込まれた車速ＶＣに基づいてステアリングギヤ比マップが検索されることによりステアリングギヤ比が求められる。

ステアリングギヤ比マップは、図４に示されるように、車速ＶＣ（ｋｍ／ｈ）が高くなるにしたがってステアリングギヤ比が例えば１３．５から２０まで徐々に増大、すなわちクイックからスローに徐々に遷移するように設定されている。また、このステアリングギヤ比マップでは、車速がＶＣｔのときにステアリングギヤ比がベースギヤ比（転舵角可変装置２４を有しないときに機械的に定まるギヤ比であり、例えば１６）となるように設定されている。

車速ＶＣが高くなるにしたがってステアリングギヤ比が増大されるようにステアリングギヤ比マップが設定されることにより、低速領域ではギヤ比がクイックにされて取り回しの負荷が低減され、中速領域では軽快感のある操舵が実現され、高速領域ではギヤ比がスローにされて車両特性が安定方向に変更される。

続いて、車速可変転舵角演算部４２では、求められたステアリングギヤ比から増速比が演算される。すなわち、ベースギヤ比をステアリングギヤ比で除算した値から１を引いた値が増速比として求められる。ここで、ステアリングギヤ比がベースギヤ比よりも小さいときすなわちクイックなときには、増速比は正（＋）の値をとり、ステアリングギヤ比がベースギヤ比よりも大きいときすなわちスローなときには、増速比は負（−）の値をとる。

そして、ステップＳ１０２で読み込まれた操舵角ＭＡと増速比とが乗算されて、車速可変転舵角が求められる。ここで、増速比が正の値の場合には車速可変転舵角も正の値となり、運転者による操舵に対して切り増す方向に転舵角可変装置２４が駆動される。一方、増速比が負の値の場合には車速可変転舵角も負の値となり、運転者による操舵に対して切り戻す方向に転舵角可変装置２４が駆動される。得られた車速可変転舵角は、可変転舵角演算・出力部４９に出力される。

一方、操舵支援可変転舵角設定部４４において、ヨー角θ、操舵角ＭＡ、操舵角ＭＡを微分して得られる操舵角速度ＭＡｄｏｔ、および車速ＶＣから操舵支援可変転舵角（補正量）が設定される。上述したように、操舵支援可変転舵角設定部４４は、ヨー角θと操舵角速度ＭＡｄｏｔからＶＧＲＳ加算角σを求めるＶＧＲＳ加算角取得部４５と、操舵角ＭＡから転舵角ゲインＧＡを求める転舵角ゲイン設定部４６と、車速ＶＣから車速ゲインＧＶを求める車速ゲイン設定部４７と、ＶＧＲＳ加算角σと転舵角ゲインＧＡと車速ゲインＧＶとを乗算して操舵支援可変転舵角を演算する乗算部４８とを有している。

まず始めに、ＶＧＲＳ加算角取得部４５において、ヨー角θと操舵角速度ＭＡｄｏｔからＶＧＲＳ加算角σが取得される。ＶＧＲＳ加算角取得部４５には、ヨー角θと操舵角速度ＭＡｄｏｔとＶＧＲＳ加算角σとの関係を定めた３次元マップ（ＶＧＲＳ加算角マップ）が備えられており、ステップＳ１００で読み込まれたヨー角θとステップＳ１０２で読み込まれた操舵角ＭＡから求められた操舵角速度ＭＡｄｏｔとに基づいてＶＧＲＳ加算角マップが検索されることによりＶＧＲＳ加算角σが取得される。なお、取得されたＶＧＲＳ加算角σは乗算部４８に出力される。

ＶＧＲＳ加算角マップは、図５に示されるように、ヨー角θが０〜θｄｚの領域ではＶＧＲＳ加算角σがゼロとなるように設定されている。ヨー角θがθｄｚ以上の領域では、ヨー角θが増大するほどＶＧＲＳ加算角σが増大するように設定されている。また、ヨー角θがθｄｚ以上の領域では、図５中に一点鎖線で示されているように、操舵角速度ＭＡｄｏｔが小さくなるにしたがってＶＧＲＳ加算角σの立ち上がり勾配が急峻になるように設定されており、図５中に破線で示されているように、操舵角速度ＭＡｄｏｔが大きくなるにしたがってＶＧＲＳ加算角σの立ち上がり勾配が緩やかになるように設定されている。

なお、図５では、ヨー角θが正の値をとる場合のＶＧＲＳ加算角マップを示した。ヨー角θが負の値をとる場合には、ヨー角θが正の値をとる場合とＶＧＲＳ加算角σの絶対値が等しく符号が負となる。

続いて、転舵角ゲイン設定部４６において、操舵角ＭＡから転舵角ゲインＧＡが設定される。転舵角ゲイン設定部４６には、操舵角ＭＡと転舵角ゲインＧＡとの関係を定めた２次元マップ（転舵角ゲインマップ）が備えられており、ステップＳ１０２で読み込まれた操舵角ＭＡに基づいて転舵角ゲインマップが検索されることにより転舵角ゲインＧＡが設定される。なお、設定された転舵角ゲインＧＡは乗算部４８に出力される。

転舵角ゲインマップは、図６に示されるように、操舵角ＭＡが０〜ＭＡｄｚの領域では、操舵角ＭＡが大きくなるにしたがって、転舵角ゲインＧＡが０から１．０まで増大するように設定されている。換言すれば、操舵角ＭＡが小さくなるにしたがって、転舵角ゲインＧＡが１．０から０まで減少する。また、操舵角ＭＡがＭＡｄｚ以上の領域では、転舵角ゲインＧＡが１．０となるように設定されている。

次に、車速ゲイン設定部４７において、車速ＶＣから車速ゲインＧＶが設定される。
車速ゲイン設定部４７には、車速ＶＣと車速ゲインＧＶとの関係を定めた２次元マップ（車速ゲインマップ）が備えられており、ステップＳ１０２で読み込まれた車速ＶＣに基づいて車速ゲインマップが検索されることにより車速ゲインＧＶが設定される。なお、設定された車速ゲインＧＶは乗算部４８に出力される。

車速ゲインマップは、図７に示されるように、車速ＶＣが０〜ＶＣｔの領域では、車速ゲインＧＶが１．０となるように設定されている。また、車速ＶＣがＶＣｔｈ以上の領域では、車速ＶＣが高くなるにしたがって、車速ゲインＧＶが１．０から０まで減少するように設定されている。

続いて、乗算部４８において、ＶＧＲＳ加算角取得部４５で取得されたＶＧＲＳ加算角σと、転舵角ゲイン設定部４６で設定された転舵角ゲインＧＡと、車速ゲイン設定部４７で設定された車速ゲインＧＶとが乗算されて操舵支援可変転舵角が算出される。算出された操舵支援可変転舵角は可変転舵角演算・出力部４９に出力される。

次に、可変転舵角演算・出力部４９において、車速可変転舵角演算部４２で求められた車速可変転舵角と、操舵支援可変転舵角設定部４４で求められた操舵支援可変転舵角とが加算されて目標可変転舵角が算出される。そして、算出された目標可変転舵角に応じた制御信号が転舵角可変装置２４に出力されることにより、転舵角可変装置２４が駆動される。その結果、ロアステアリングシャフト２６が切り増し若しくは切り戻されて、走行車線を適切にトレースすることができるように操舵特性が変更される。

本実施形態によれば、運転者によるステアリングホイール１４の操舵角ＭＡと車速ＶＣとに基づいて転舵角可変装置２４の目標可変転舵角が演算される際に、走行車線に対する車両Ｖのヨー角θに基づいてこの目標可変転舵角が補正される。そのため、運転者の意思に基づく操舵を基本としつつ、走行車線に適した操舵特性となるように目標可変転舵角を設定することができる。その結果、運転者に違和感を与えることなく、適切に走行車線をトレースすることが可能となる。

また、その際に、車両Ｖのヨー角θが大きくなるほど、すなわちステアリングホイール１４を切り過ぎているほどまたはステアリングホイール１４の切り込みが不足しているほど、ＶＧＲＳ加算角σが増大されることにより、目標可変転舵角の補正量（操舵支援可変転舵角）が増大されるため、走行車線に適した操舵特性となるように目標可変転舵角を補正することが可能となる。

また、本実施形態では、ＶＧＲＳ加算角マップが、操舵角速度ＭＡｄｏｔが大きくなるにしたがってＶＧＲＳ加算角σの立ち上がり勾配が緩やかになるように設定されているため、操舵角速度ＭＡｄｏｔが大きくなるほどＶＧＲＳ加算角σが減少し、補正量（操舵支援可変転舵角）が小さくなる。これにより、ステアリングホイール１４の切り過ぎが抑制されるため、操舵応答性の過度な上昇を抑制することができる。その結果、走行車線のトレースをより容易に行うことが可能となる。

本実施形態では、転舵角ゲインマップが、操舵角ＭＡが０〜ＭＡｄｚの領域では、操舵角ＭＡが小さくなるにしたがって、転舵角ゲインＧＡが１．０から０まで減少（すなわち補正値が減少）するように設定されている。このようにステアリングホイール１４の遊びに応じた不感帯を設けることにより、操舵のオン／オフに対する補正量のハンチングを抑制するとともに制御介入時の違和感を低減することが可能となる。また、この場合、運転者による主体的な操舵に対して補正量が設定されることとなるため、操舵支援の過干渉を防止することができる。

また、本実施形態では、車速ゲインマップが、車速ＶＣがＶＣｔｈ以上の領域では、車速ＶＣが高くなるにしたがって、車速ゲインＧＶが１．０から０まで減少するように設定されている。操舵に対する車両の動きは高速になるほど急激になるが、本実施形態によれば、車速ＶＣがＶＣｔｈ以上の高速領域において補正値が減少されるため、車速によって変化する車両特性を補償することが可能となる。

次に、図８、９を用いて、第２実施形態に係る操舵支援装置２の構成について説明する。図８は、操舵支援装置２の構成を説明するためのブロック図である。また、図９は、ＶＧＲＳ加算角マップの他の例を示す図である。

本実施形態に係る操舵支援装置２は、転舵角可変装置２４を制御する制御装置として、その内部に操舵支援可変転舵角設定部４４が構築されたＶＧＲＳ ＥＣＵ４０に代えて、その内部に操舵支援可変転舵角設定部４４Ａが構築されたＶＧＲＳ ＥＣＵ４０Ａを用いている点で上述した第１実施形態係る操舵支援装置１と異なっている。その他の構成については、第１実施形態と同一または同様であるので、ここでは説明を省略する。

操舵支援可変転舵角設定部４４Ａは、上述した操舵支援可変転舵角設定部４４の構成に加えて、走行車線の旋回半径Ｒに応じた規範操舵角速度ＭＡＲｄｏｔを演算する規範操舵角速度演算部５０と、操舵角センサ２３により検出された実際の操舵角ＭＡを微分して得られる実操舵角速度ＭＡｄｏｔと規範操舵角速度ＭＡＲｄｏｔとの偏差Ｅｒを演算する偏差演算部５１とをさらに有している。また、操舵支援可変転舵角設定部４４Ａは、上述したＶＧＲＳ加算角取得部４５に代えて、ヨー角θと操舵角速度ＭＡｄｏｔと偏差ＥｒとからＶＧＲＳ加算角σを求めるＶＧＲＳ加算角取得部４５Ａを有している。

次に、操舵支援装置２の動作について説明する。ただし、車速可変転舵角演算部４２の動作は上述した第１実施形態の場合と同一であるので、ここでは説明を省略する。よって、以下、第１実施形態と異なる操舵支援可変転舵角設定部４４Ａの動作を中心に説明する。操舵支援可変転舵角設定部４４Ａでは、ヨー角θ、旋回半径Ｒ、操舵角ＭＡ、操舵角速度ＭＡｄｏｔ、および車速ＶＣから操舵支援可変転舵角（補正量）が設定される。

まず始めに、規範操舵角速度演算部５０において、次式（１）に基づいて、走行中の車線における最適な操舵角速度である規範操舵角速度ＭＡＲｄｏｔが、走行車線の旋回半径Ｒから演算される。算出された規範操舵角速度ＭＡＲｄｏｔは、偏差演算部５１に出力される。
ＭＡＲｄｏｔ＝ｄ（（（１＋Ｋｈ×ＶＣ＾２）Ｌ）／Ｒ）／ｄｔ ・・・（１）
ただし、Ｋｈはスタビリティファクターである。また、ＶＣは車速、Ｌはホイールベース、Ｒは旋回半径である。

偏差演算部５１では、規範操舵角速度演算部５０から入力された規範操舵角速度ＭＡＲｄｏｔと、操舵角センサ２３により検出された実際の操舵角ＭＡを微分して得られた実操舵角速度ＭＡｄｏｔとの偏差Ｅｒが、次式（２）に基づいて演算される。算出された偏差Ｅｒは、ＶＧＲＳ加算角取得部４５Ａに出力される。
Ｅｒ＝ＭＡＲｄｏｔ−ＭＡｄｏｔ ・・・（２）

ＶＧＲＳ加算角取得部４５Ａでは、ヨー角θと偏差ＥｒからＶＧＲＳ加算角σが取得される。ＶＧＲＳ加算角取得部４５Ａには、ヨー角θと偏差ＥｒとＶＧＲＳ加算角σとの関係を定めた３次元マップ（ＶＧＲＳ加算角マップ２）が備えられており、ヨー角θと偏差Ｅｒとに基づいてＶＧＲＳ加算角マップ２が検索されることによりＶＧＲＳ加算角σが取得される。

ＶＧＲＳ加算角マップ２は、図９に示されるように、ヨー角θが０〜θｄｚの領域ではＶＧＲＳ加算角σがゼロとなるように設定されている。ヨー角θがθｄｚ以上の領域では、偏差Ｅｒが正の値をとる場合（すなわち規範操舵角速度ＭＡＲｄｏｔが実操舵角速度ＭＡｄｏｔより大きい場合）には、ヨー角θが大きくなるほどＶＧＲＳ加算角σが増大するように設定されている。一方、偏差Ｅｒが負の値をとるとき（すなわち規範操舵角速度ＭＡＲｄｏｔが実操舵角速度ＭＡｄｏｔより小さいとき）には、ヨー角θが大きくなるほどＶＧＲＳ加算角σが減少するように設定されている。すなわち、規範操舵角速度ＭＡＲｄｏｔと実操舵角速度ＭＡｄｏｔとの大小関係に応じて補正量が変更される。

ここで、図９に示されるように、ＶＧＲＳ加算角マップ２では、偏差Ｅｒが負の値をとる場合におけるＶＧＲＳ加算角σの立ち上がり勾配が、偏差Ｅｒが正の値をとる場合におけるＶＧＲＳ加算角σの立ち上がり勾配に比べて緩やかに設定されている。これは、次のような理由によるものである。

カーブを曲がる際に、所謂アウト・イン・アウトの走行ラインをとることは、操舵量が少なくてすむ点、また、旋回半径を大きくとることができ車両の挙動を安定させることができる点で好ましく、このような走行ラインをとる運転者は多い。このようなアウト・イン・アウトの走行ラインをとろうとした場合、操舵タイミングを早くする必要があるが、ここで、ＶＧＲＳ加算角σの立ち上がり勾配が偏差Ｅｒの正負に関わらず同一であったとすると、負のＶＧＲＳ加算角σが大きくなり（すなわち切り戻し量が大きくなり）、インにつこうとしている運転者の意思に反してしまう。逆に、切り遅れている運転者に対しては、ＶＧＲＳ加算角σを大きくしてイン側に入れることが好ましい。よって、ＶＧＲＳ加算角σの立ち上がり勾配を偏差Ｅｒの正負によって非対称な特性とすることが好ましい。

図８に戻って説明を続けると、ＶＧＲＳ加算角取得部４５Ａで取得されたＶＧＲＳ加算角σは乗算部４８に出力される。そして、上述したように、乗算部４８において、ＶＧＲＳ加算角取得部４５Ａで取得されたＶＧＲＳ加算角σと、転舵角ゲイン設定部４６で設定された転舵角ゲインＧＡと、車速ゲイン設定部４７で設定された車速ゲインＧＶとが乗算されて操舵支援可変転舵角が算出される。算出された操舵支援可変転舵角は可変転舵角演算・出力部４９に出力される。なお、転舵角ゲイン設定部４６および車速ゲイン設定部４７の動作は、上述した第１実施形態の場合と同一であるので、ここでは説明を省略する。

可変転舵角演算・出力部４９において、車速可変転舵角演算部４２で求められた車速可変転舵角と、操舵支援可変転舵角設定部４４Ａで求められた操舵支援可変転舵角とが加算されて目標可変転舵角が算出される。そして、算出された目標可変転舵角に応じた制御信号が転舵角可変装置２４に出力されることにより、転舵角可変装置２４が駆動される。その結果、ロアステアリングシャフト２６が切り増し若しくは切り戻されて、走行車線を適切にトレースすることができるように操舵特性が変更される。

本実施形態によれば、運転者によるステアリングホイール１４の操舵角ＭＡと車速ＶＣとに基づいて転舵角可変装置２４の目標可変転舵角が演算される際に、走行車線に対する車両Ｖのヨー角θに基づいてこの目標可変転舵角が補正される。そのため、運転者の意思に基づく操舵を基本としつつ、走行車線に適した操舵特性となるように目標可変転舵角を設定することができる。その結果、運転者に違和感を与えることなく、適切に走行車線をトレースすることが可能となる。

また、本実施形態によれば、走行車線の旋回半径Ｒに応じた規範操舵角速度ＭＡＲｄｏｔと比べて実際の操舵角速度ＭＡｄｏｔが速い場合に、運転者の操舵速度が速過ぎると判断し、ヨー角θに対するＶＧＲＳ加算角σをマイナス側に変更することで、ステアリングホイール１４を切り戻すように補正量が変更される。その結果、蛇行走行を緩和するように操舵支援を行うことが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ヨー角θ、操舵角ＭＡ、操舵角ＭＡを微分して得られる操舵角速度ＭＡｄｏｔ、および車速ＶＣに基づいて、転舵角可変装置２４の目標可変転舵角を補正する操舵支援可変転舵角（補正量）を設定することにより、走行車線に適した操舵特性となるように目標可変転舵角を補正したが、これに代えて、ヨー角θ、操舵角ＭＡ、操舵角速度ＭＡｄｏｔ、および車速ＶＣなどに基づいて、電動式パワーステアリング装置の目標アシストトルクを補正する構成としてもよい。

また、左右前輪１０ＦＬ，１０ＦＲをステアリングホイール１４に対し相対的に補助転舵駆動する機構は上記実施形態に限られない。例えば、ステアリングホイールとラック軸とが機械的に分離されており、電動モータによってラック軸を駆動する形式のステアリング装置を用いてもよい。

また、上記実施形態では、画像処理装置４１によりカメラで取得された画像データから走行車線の旋回半径Ｒを求めたが、これに代えてまたはこれに加えて、カーナビゲーションシステムにより取得される走行車線の旋回半径を用いてもよい。

上記実施形態では、ＶＧＲＳ加算角σや転舵角ゲインＧＡ、車速ゲインＧＶをマップ検索により求めたが、演算式により求める構成としてもよい。

第１実施形態に係る操舵支援装置の構成を説明するためのブロック図である。 道路パラメータを説明する図である。 操舵支援制御の処理手順を示すフローチャートである。 ステアリングギヤ比マップの一例を示す図である。 ＶＧＲＳ加算角マップの一例を示す図である。 転舵角ゲインマップの一例を示す図である。 車速ゲインマップの一例を示す図である。 第２実施形態に係る操舵支援装置の構成を説明するためのブロック図である。 ＶＧＲＳ加算角マップの他の例を示す図である。

符号の説明

１，２…操舵支援装置、１０ＦＲ，１０ＦＬ，１０ＲＲ，１０ＲＬ…車輪、１２ＦＲ，１２ＦＬ，１２ＲＲ，１２ＲＬ…車輪速センサ、１４…ステアリングホイール、１６…パワーステアリング装置、２３…操舵角センサ、２４…転舵角可変装置、２５…回転角センサ、４０，４０Ａ…ＶＧＲＳ ＥＣＵ、４１…画像処理装置、４２…車速可変転舵角演算部、４４，４４Ａ…操舵支援可変転舵角設定部、４５，４５Ａ…加算角取得部、４６…転舵角ゲイン設定部、４７…車速ゲイン設定部、４８…乗算部、４９…可変転舵角演算・出力部、５０…規範操舵角速度演算部、５１…偏差演算部、Ｖ…車両。

Claims (5)

1. ステアリングホイールの操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、
   車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記操舵状態および前記走行状態に基づいて、前記ステアリングホイールの操舵支援制御量を演算する制御手段と、を備える操舵支援装置において、
   走行車線に対する前記車両の挙動状態として前記車両のヨー角を検出する挙動状態検出手段と、
   前記ステアリングホイールの操舵速度を検出する操舵速度検出手段と、
   前記走行車線の旋回半径に応じた規範操舵速度を演算する規範操舵速度演算手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記操舵支援制御量を演算する際に、前記車両のヨー角に基づいて前記操舵支援制御量を補正し、前記ヨー角が大きくなるほど、前記操舵支援制御量を補正する補正量を大きくし、前記操舵速度検出手段により検出された実操舵速度と前記規範操舵速度との大小関係に応じて、前記補正量を変更することを特徴とする操舵支援装置。
2. 前記ステアリングホイールの操舵速度を検出する操舵速度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記操舵速度が大きいほど前記補正量を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の操舵支援装置。
3. 前記制御手段は、前記ステアリングホイールの操舵角が所定操舵角以下の領域では、該操舵角が減少するにしたがって前記補正値を減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載の操舵支援装置。
4. 前記制御手段は、前記車両の車速が所定車速以上の領域では、該車速が増大するにしたがって前記補正値を減少させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の操舵支援装置。
5. 前記操舵支援制御量は、ステアリングギヤ比を変化させる転舵角可変制御の目標可変転舵角であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の操舵支援装置。

Images