JPH09207800A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】車線に継続的に沿った車両の走行を可能ならし
めるようにした車両用操舵装置において、システムの応
答性を下げることなくドライバーの意思によるコース変
更を極めて自然な感覚で行えるようにし、どのような車
両にも最適な操舵反力を作りだせるようにして設計自由
度を高め、減速機の種類や減速比の如何を問わず操舵反
力を自由に且つ正確に作りだせるようにする。 【解決手段】操向手段３へのトルク伝達が可能なステア
リングハンドル１に加えられたドライバーの操舵意思を
意思検知手段１６で検知し、操舵量算出手段１５ ₁ の出
力に基づいて定まる駆動手段４の作動量を前記意思検知
手段１６の出力に応じて変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、道路走行中に、た
とえばカメラ等のセンサを用いて道路の車線と自車との
関係を検知し、車線に沿って走行するための指令を車両
の操向手段に与えることにより、車線に継続的に沿った
車両の走行を可能ならしめるようにした車両用操舵装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、先に上記概念に沿った技術
を提案している（特開平５−１９７４２３号公報）が、
これは専らシステムの出力によって車両を自動運転させ
るものであった。しかるに車両の走行中には、走行車線
の変更、インターチェンジ等での車線乗換え、路面に落
ちている障害物の回避、路肩で作業している作業車や工
事標識による僅かばかりの車線内コース変更などの場面
に遭遇することが多く、そのような車両の自動操舵には
高度な知能を必要とし、現在の技術では完全な自動運転
を行うことは無理がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】したがって、車線に沿
った車両の自動運転の途中で車両の向きを変化させる場
合には、自動運転中でもドライバーの意思による介入を
行ない得るように構成することがより実用的であり、遠
い将来に道路側の機構整備が進んで自動運転に適したも
のとなるまでの間は、人間が運転の主体者であり続け、
それでいてシステム側から運転に適した情報をドライバ
ーに分かりやすい形で提供するシステムの実現が望まれ
ている。そのためには、車両が車線に沿って走行するた
めに必要な情報を操舵力および操舵角度の形に変換して
ドライバーに伝え、ドライバーはこれらの情報を参酌し
つつ自らの意思で車両を運転することができるようにし
て、優れたマンマシーンのインターフェイスシステムを
構築することが必要である。特にシステムが車線追従を
行なっているときにドライバーがシステムで定めた目標
とは違う方向へ操舵しようとするとき、ステアリングハ
ンドルに加えた操舵力に対して素直に車両が向きを変
え、それでいて尚、元の車線追従コースに戻ろうとする
操舵力をステアリングハンドルに伝えることで、ドライ
バーにシステムが依然として機能していることを悟らせ
るようにすることで、優れたマンマシーンインターフェ
イスを実現することが必要である。

【０００４】ところで、操向手段を作動せしめる駆動手
段のモータにシステムが指令する出力トルク指令値の算
出にあたって、現在の操舵角度と、システムが実行した
い目標操舵角との差分にゲインを乗じた量をモータトル
クの指令値とするようにして、車線追従を実行するよう
にしたものを、本出願人は先に提案（特願平７−３１０
０７０号）している。この手法でも当該ゲインを比較的
小さな量に選べばモータトルクも小さくなり、したがっ
てドライバーがステアリングハンドルに加える操舵力が
前記モータトルクを超える限り、ドライバーの意思によ
るコースの変更が可能であり、かつ元の車線に戻ろうと
する操舵反力も依然として確保可能である。しかるに、
この手法には次の（１）〜（３）のような欠点もある。

【０００５】(1) ゲインを大きく取れないために、シス
テムの応答性が低くなり、正確に目標コースを辿れない
場合が生ずる。

【０００６】(2) 単一のゲインに依存した反力となるた
めに、ドライバーの入力操舵角度に単純に比例した反力
しか得られず、ドライバーにとって最適化された反力を
作りづらい。

【０００７】(3) 駆動手段が備えるモータは通常、その
ままトルクを操舵系に伝えるような使い方はせずに減速
機を介して操舵系に接続されるが、減速機の種類によっ
てはドライバー側からのトルクを拒絶する形式のものが
ある。拒絶しないまでも、モータに僅かな電流が流され
て、システムの命令を実行しようとしているときには、
ドライバー側から加えられる操舵トルクの方が負けて、
結果的にドライバーの意思が伝わらないと言ったケース
もある。例えば、本願明細書に事例として示すウォーム
ギアはそのギア比を大きく設定した場合、上記のような
欠点が現れる。かと言ってギア比を小さく設定すれば、
今度は巨大なモータを用意しなければ車両を目標コース
に沿って誘導できなくなる、と言ったジレンマがある。

【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、システムの応答性
を下げることなくドライバーの意思によるコース変更を
極めて自然な感覚で行えるようにし、どのような車両に
も最適な操舵反力を作りだせるようにして設計自由度を
高め、減速機の種類や減速比の如何を問わず操舵反力を
自由に且つ正確に作りだせるようにして、優れたマンマ
シーンインターフェイスの車両用操舵装置を提供するこ
とである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、走行中の道路の前方車線状
態を検知する第１検知手段と、自車の運動状態を検知す
る第２検知手段と、第１および第２検知手段の出力から
道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要
な操舵量を算出する操舵量算出手段と、車両の操向輪を
作動させる操向手段と、操舵量算出手段の出力に応じて
前記操向手段を作動させる駆動手段とを備える車両用操
舵装置において、操向手段へのトルク伝達を可能として
操向手段に連結されるステアリングハンドルに加えられ
たドライバーの操舵意思を検出する意思検知手段と、操
舵量算出手段の出力に基づいて定まる駆動手段の作動量
を前記意思検知手段の出力に応じて変化させる舵角変更
手段とを含むことを特徴とする。

【００１０】また請求項２記載の発明は、請求項１記載
の発明の構成に加えて、前記意思検知手段が、前記ステ
アリングハンドルおよび前記操向手段間に配設された力
センサであることを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の発明は、上記請求項１また
は２記載の発明の構成に加えて、前記舵角変更手段が、
駆動手段の作動量を、前記意思検知手段の出力の方向お
よび大きさに応じて変化させるべく構成されることを特
徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明は、上記請求項３記載
の発明の構成に加えて、前記舵角変更手段が、前記意思
検知手段の出力の増加に対する駆動手段の作動量増加割
合を少なくとも２段階に切替え可能に構成されることを
特徴とする。

【００１３】請求項５記載の発明は、上記請求項１また
は２記載の発明の構成に加えて、前記舵角変更手段が、
前記意思検知手段の出力の大きさの絶対値が基準値未満
のときは当該意思検知手段の出力の大きさに第１の割合
で比例して駆動手段の作動量を変化せしめ、前記意思検
知手段の出力の大きさの絶対値が上記基準値以上である
ときは意思検知手段の出力の大きさに第１の割合よりも
大きな第２の割合で比例して駆動手段の作動量を変化せ
しめるべく構成されることを特徴とする。

【００１４】請求項６記載の発明は、上記請求項５記載
の発明の構成に加えて、意思検知手段の出力が前記基準
値に在るときに前記第１の割合に基づいて定まる駆動手
段の作動量に対して、前記第２の割合に基づいて定まる
駆動手段の作動量が大きいか若しくは実質的に等しくな
るように、舵角変更手段が構成されることを特徴とす
る。

【００１５】請求項７記載の発明は、上記請求項３記載
の発明の構成に加えて、前記意思検知手段の出力の所定
範囲では、当該意思検知手段の出力の変化にもかかわら
ず駆動手段の作動変化量が「０」となるように舵角変更
手段が構成されることを特徴とする。

【００１６】請求項８記載の発明は、上記請求項７記載
の発明の構成に加えて、操舵量算出手段が、前記意思検
知手段の出力の所定範囲の少なくとも一部で、道路車線
に対する自車の位置関係を前記意思検知手段の出力に応
じて変更すべく構成されることを特徴とする。

【００１７】さらに請求項９記載の発明は、上記請求項
１ないし８のいずれかに記載の発明の構成に加えて、前
記ステアリングハンドルおよび前記操向手段間に、ソフ
トウエアで構成されたばね、または機械的なばねが介装
されることを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１９】図１ないし図７は本発明の第１実施例を示
すものであり、図１は車両用操舵装置の全体構成図、図
２は制御ブロック図、図３は制御アルゴリズムの一部を
示すフローチャート、図４は制御アルゴリズムの残部を
示すフローチャート、図５は図３のフローチャートでの
処理を説明するための図、図６は操舵力および介入操舵
角の関係を示す図、図７は車線上での入力操舵角および
操舵力の関係を示す図である。

【００２０】先ず図１において、この車両用操舵装置
は、ドライバーが回転操作するステアリングハンドル１
と、該ステアリングハンドル１の操作に応じて回転作動
するステアリングシャフト２と、操向輪としての前輪５
を作動せしめる操向手段３と、該操向手段３を作動せし
める駆動手段４とを備える。

【００２１】ステアリングシャフト２はステアリングハ
ンドル１に一端が連結される伝動軸２ａの他端と、伝動
軸２ｃの一端とがトーションバー２ｂを介して連結され
て成るものであり、伝動軸２ｃの他端が操向手段３に連
結される。また操向手段３は、前記伝動軸２ｃの他端に
設けられたピニオン８と、該ピニオン８に噛合するラッ
ク９とでラックアンドピニオン型に構成されるものであ
り、ラック９の両端がタイロッド１０を介して左、右の
前輪５にそれぞれ連結される。而してピニオン８の回転
によりラック９が図１で上下に駆動され、そのラック９
の作動に応じて両前輪５がその回転軸まわりに転向せし
められ、それにより所望の操舵を得ることができる。

【００２２】駆動手段４は、ステアリングシャフト２に
おける伝動軸２ｃの一端に連結されるものであり、モー
タ１１と、該モータ１１の出力を倍力してステアリング
シャフト２の伝動軸２ｃに入力するためのウォームギヤ
機構１２とを備え、該ウォームギヤ機構１２は、モータ
１１の出力に連なるねじ歯車１３と、伝動軸部７に設け
られたウォーム歯車１４とが相互に噛合されて成る。

【００２３】駆動手段４におけるモータ１１の作動は、
ＣＰＵ１５₁ により制御されるものであり、該ＣＰＵ１
５₁ には、ステアリングシャフト２上にあって操舵トル
クすなわちステアリングハンドル１に加えられたドライ
バーの操舵意思を検出する意思検知手段としての操舵ト
ルクセンサ１６、モータ１１の回転角度を検出するエン
コーダである操舵角度センサ１７、車両の速度を電気的
に検出する車速センサ１８、車両の垂直軸まわりの回転
速度を電気的に検出するヨーレイトセンサ１９、ならび
に車両の前方道路状況を撮像するＣＣＤカメラ２０でそ
れぞれ得られた情報が入力される。また車線追従制御を
実行するか否かを運転席で切替え操作可能なＳＡＳ（Ｓ
ｔｅｅｒ Ａｓｓｉｓｔ Ｓｙｓｔｅｍ）スイッチ２１
と、車線追従制御を実行中であることを表示する表示灯
２２とがＣＰＵ１５₁ にそれぞれ接続される。

【００２４】ここで例示の駆動手段４について言及する
と、ステアリングシャフト２上にウォームギヤ機構１２
が設けられたアクチュエータは、主として軽量車両のパ
ワーステアリングで公知公用に供されているものであ
る。このような形式のパワーステアリングでは、操舵ト
ルクの検出を行う操舵トルクセンサ１６がウォームギヤ
機構１２の近くでかつステアリングハンドル１側に設け
られており、この実施例では、該駆動手段４および操舵
トルクセンサ１６の両方を車線追従制御のシステムと共
用している。而して該操舵トルクセンサ１６の原理は、
トーションバー２ｂが操舵力を受けて捩じれるのを、カ
ム等の機構で軸方向の直線変位に変換し、これをポテン
ショメータ等で電気信号に変換して取出すようにしたも
ので、公知公用に供されている。

【００２５】ところで、パワーステアリングではドライ
バーの操舵トルクの方向とシステムがモータ１１に出力
するトルクの方向とが何時も一致しているので、ウォー
ムギア機構１２を用いてもシステムとドライバーとが相
争うことはない。これに対して車線追従の場合には車線
の追従とドライバーが介入する操舵の方向とは一般には
一致しないため、ウォームギア機構１２のギア比の設定
を低くしないかぎり、公知の手法ではドライバーの意思
通りの操舵は起こらない。

【００２６】図２において、ＣＣＤカメラ２０で撮像さ
れた画像には、画像処理部２３において特徴点抽出およ
びハフ変換等の処理が施され、画像処理部２３での画像
処理後の画像に基づいて走行可能領域認識部２４で走行
可能領域が探索され、その結果に基づき目標経路設定部
２５でこれから走行しようとしているコースの計画が策
定されて、ＣＰＵ１５₁ に入力される。すなわち、ＣＣ
Ｄカメラ２０、画像処理部２３、操向可能領域認識部２
４および目標経路設定部２５は、特許請求の範囲で言う
第１検知手段を構成するものであり、この第１検知手段
で、走行中の道路の前方車線状態を検知した結果がＣＰ
Ｕ１５₁ に入力される。

【００２７】エンコーダ形式である操舵角度センサ１７
の出力はＣＰＵ１５₁ に直接入力され、操舵トルクセン
サ１６の出力はアナログ信号であるのでＡ／Ｄ変換器２
６を介してＣＰＵ１５₁ に入力され、車速センサ１８お
よびヨーレイトセンサ１９の出力もＣＰＵ１５₁ に直接
入力される。而して操舵角度センサ１７、車速センサ１
８およびヨーレイトセンサ１９は、特許請求の範囲で言
う第２検知手段を構成するものであり、この第２検知手
段で検知された自車の運動状態がＣＰＵ１５₁に入力さ
れる。

【００２８】ＣＰＵ１５₁ は、上述の第１および第２検
知手段の検知結果から道路車線に対する自車の位置関係
を維持するために必要な操舵量を算出する操舵量算出手
段としての機能と、操舵トルクセンサ１６の出力に応じ
て前記操舵量算出手段での算出操舵量を変更する舵角変
更手段としての機能とを果すものであり、ＣＰＵ１５ ₁
でのモータ１１の作動量算出結果に対応したデジタル信
号がＤ/ Ａ変換器２７でアナログ信号に変換され、さら
にその微弱なアナログ信号がモータアンプ２８で電流値
に変えられてモータ１１に与えられる。

【００２９】なお、ＣＰＵ１５₁ は、計算に必要な各種
のゲインや定数等を記憶しておく記憶装置（ＲＯＭ）２
９を内部に備えており、必要に応じてＲＯＭ２９の情報
が読み出される。

【００３０】而してＣＰＵ１５₁ は、後述するアルゴリ
ズムに従い、モータ１１を作動せしめることで車線に追
従する操舵トルクを発生させてドライバーを誘導すると
ともに、ステアリングハンドル１に加えられるドライバ
ーの操舵力に応じて前輪５を誘導コースから適正量、偏
向させ、ドライバーはその偏向量に応じた反力を路面情
報として受け取るようになる。

【００３１】図３および図４はＣＰＵ１５₁ で設定され
る制御アルゴリズムを示すものであり、ＳＡＳスイッチ
２１が押されることによるシステムの起動後に、ステッ
プＳ００１で各種のセンサ情報が読み込まれる。次のス
テップＳ００２からステップＳ００９までは、先の出願
（特開平５−１９７４２３号公報）に詳述されたものと
同じ処理が行われ、車線に追従するためのモータ１１の
変位角度の目標値θdが算出される。その詳細は当該公
報に詳述されているので、ここでは簡潔に述べるに留め
る。

【００３２】すなわち図５で示すＸ−Ｙ固定座標系にお
いて、車両Ｗを原点とし、車両Ｗの前後方向をｘ軸、車
両Ｗの車幅方向をｙ軸とするｘ−ｙ相対座標が設定さ
れ、ＣＣＤカメラ２０、画像処理部２３、操向可能領域
認識部２４および目標経路設定部２５で構成された第１
検知手段の検知結果に基づく目標経路Ｍがｘ−ｙ相対座
標系上に設定されており、ステップＳ００２では車両Ｗ
の傾斜角度Θ_W が求められ、ステップＳ００３では車両
Ｗの現在位置のＸ−Ｙ固定座標系上の位置（Ｘ_W，
Ｙ_W ）が算出され、さらにステップＳ００４では目標経
路Ｍ上の目標点Ｐが設定される。

【００３３】次のステップＳ００５では、目標ヨーレイ
トγｍが算出されるのであるが、その算出にあたって
は、先ず車両Ｗが目標点Ｐに到達するまでの仮想経路Ｓ
ｐに沿う走行時に生じる目標点到達ヨーレイトγｐの算
出、目標点Ｐにおける車両Ｗと目標経路Ｍとの角度偏差
Δθｐの算出、ならびに該角度偏差Δθｐを解消するヨ
ーレイトの補正分Δγｐの算出が順次行なわれ、さらに
目標ヨーレイトγｍが次式に従って演算される。

【００３４】γｍ＝γｐ−Ｋｍ・Δγｐ 上記式においてＫｍは補正係数であり、この補正係数Ｋ
ｍは、ステップＳ００２〜Ｓ００５と並行したステップ
Ｓ００６，Ｓ００７の割込み処理によって得られる。す
なわちステップＳ００６で走行可能経路Ａの曲率ρおよ
び道幅Ｄが求められ、ステップＳ００７で、曲率ρ、道
幅Ｄおよび車速Ｖからファジー推論により補正係数Ｋｍ
が求められる。これは、走行経路の曲率などによっては
目標経路Ｍに滑らかに収束するのが困難であることに鑑
み、前記曲率ρや道幅Ｄ等の状態量に応じて補正係数Ｋ
ｍを求めるようにしたものである。

【００３５】引き続いてステップＳ００８では、ステッ
プＳ００５で得られた目標ヨーレイトγｍを生ぜしめる
のに必要な前輪の目標舵角δｍが求められ、さらにステ
ップＳ００９で、その目標舵角δｍに前輪５の舵角を一
致させるためのモータ１１の変位角度の目標値θｄが、
操向手段３および駆動手段４のギアレシオに基づいて算
出される。

【００３６】ステップＳ００９に引き続く図４のステッ
プＳ０１０では、ドライバーが加えた操舵力τs から前
輪５を上記目標舵角δｍからどの程度偏向させるべきか
が算出される。すなわち、ステップＳ０１０では、上記
偏向量に操向手段３および駆動手段４のギアレシオを乗
じた量である介入操舵角β_INが決定されるのであるが、
操舵力τs の絶対値が在る基準値τｏよりも小さいうち
は比較的小さなゲインＫ２を操舵力τs に乗じた量が介
入操舵角β_INとされ、操舵力τs の絶対値が前記基準値
以上の値であるときには、Ｋ２よりも大きなゲインＫ３
を操舵力τs に乗じた量が介入操舵角β_INとして定めら
れる。この際、ゲインの切り替わり点で段差が生じない
ように定数β_O が選ばれる。これを、図６で説明する
と、｜τｓ｜＜τｏであるときには、操舵力τｓおよび
介入操舵角β_INの比例関係は直線Ｌ１で示すように比較
的緩やかであり、｜τｓ｜≧τｏであるときには両者の
比例関係が直線Ｌ２，Ｌ３で示すように比較的きつくな
る。しかも操舵力τs が±τｏの点Ｑ１，Ｑ２でこれら
の関係が滑らかに切り替わるように、定数β_O が図示の
ように選ばれる。このような関係によると、操舵力τs
が大きいときに直線の傾きが大きくなるので、僅かな操
舵力τｓの増加によっても大きな偏向量が得られること
になり、それだけ少ない操舵力増加で車両を車線から逸
脱させることが可能になる。

【００３７】次にステップＳ０１１では、新たな目標値
である（θｄ＋β_IN）に現在の操舵角度をモータ軸上に
換算した量θｔが一致するようにフィードバック制御を
行なうための処理が行なわれる。すなわち公知のよう
に、目標値（θｄ＋β_IN）とθｔとの差分に制御ゲイン
Ｋ４を乗じた量がモータ１１の出力トルクＴ１１として
定められる。

【００３８】続いてステップＳ０１２で、モータ１１の
出力トルクＴ１１がモータアンプ２８に出力され、ＳＡ
Ｓスイッチ２１がオフされたどうかがステップＳ０１３
で確認され、オフされていなければ最初のステップＳ０
０１に戻り、以下これが繰り返される。

【００３９】次にこの第１実施例の作用について説明す
ると、ＣＣＤカメラ２０、画像処理部２３、操向可能領
域認識部２４および目標経路設定部２５により検知され
る走行中の道路の前方車線状態と、操舵角度センサ１
７、車速センサ１８およびヨーレイトセンサ１９により
検知された自車の運動状態とに基づいて、道路車線に対
する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を得
るためのモータ１１の変位角度の目標値θｄが定めら
れ、ステアリングハンドル１に加えられたドライバーの
操舵意思を検出する操舵トルクセンサ１６の検出値すな
わち操舵力τｓおよび操舵方向に基づいて定められる介
入操舵角β_INにより前記目標値θｄが変更せしめられ
る。すなわち、ドライバーの操舵によってステアリング
ハンドル１に操舵力τｓが加えられると、その操舵量に
応じて目標舵角δｍに介入操舵角β_INが付け加えられ、
前輪５は車線追従コースから外れて転舵される。これを
図７で説明するに、道路車線が図示のように彎曲してい
る場合、ステアリングハンドル１に加えられる操舵力τ
ｓが０のとき、すなわちドライバーの意思である入力舵
角とシステムの決定した舵角とが一致しているときは、
車両は図示の点線で示す目標コース上を走行する。しか
しドライバーの入力舵角とシステムの決定舵角とが食い
違っておれば、その差分は操舵力としてステアリングハ
ンドル１に伝えられ、τs を生み出す。このτs に応じ
て車両は点線のコースから逸脱するが、その逸脱量はあ
くまで操舵力τs に因って決まる。つまり逸脱している
間は常にドライバーは操舵力τs を加えつづけなければ
ならないのである。このときドライバーはτs を路面反
力として感じ取っている。通常の車両を運転する場合に
ステアリングハンドル１を直進位置から転舵しようとす
るとき、直進位置からの転舵量に応じた路面反力を受け
取るが、このシステムでは「直進位置からの転舵量」の
代わりに、「目標コースからの転舵量」に比例した路面
反力を受け取ることになる。

【００４０】しかもこの第１実施例では、その反力の決
定過程で２つのゲインＫ２とＫ３とを用意したから、舵
角の増大とともに路面反力は図７で示すように折れ曲が
り、舵角が増えると路面反力の増加率が低く抑えられる
ことになる。これはそれ程までに舵角を切るのは明らか
に車線から逸脱したいとドライバーが思っているわけだ
から、反力の増大を抑えた方が車線変更がより容易に行
えるからである。舵角が小さなうちは、僅かな舵角の増
加に対しても敏感に反力が増大するので、安定した車線
追従が行える。これは通常のパワーステアリング付きの
車両が直進付近の特性を直進性を重視して決め、僅かな
操舵量の増加に対しても反力を敏感に高めるが、操舵角
度が大きくなるとパワーアシストを効かして、それ以後
の反力の増加率を低下させるのと同じ効果を狙ってい
る。

【００４１】また駆動手段４におけるウォームギヤ機構
１２の内部抵抗が大きな場合でも、先に加えられた操舵
トルクτs に応じてモータ１１をβ_INだけ作動せしめる
ように構成したから、ドライバーの命令に逆らう余地は
全くない。決定された目標舵角（θｄ＋β_IN) になるた
めの制御ゲインＫ4 についても設定の制限がなくなり、
充分に大きく設定して応答性を高めることが可能とな
る。

【００４２】図８ないし図１２は本発明の第２実施例を
示すものであり、図８は車両用操舵装置の全体構成図、
図９は制御ブロック図、図１０は制御アルゴリズムの一
部を示すフローチャート、図１１は制御アルゴリズムの
残部を示すフローチャート、図１２は操舵力および介入
操舵角の関係を示す図である。

【００４３】図８において、ステアリングハンドル１と
ステアリングシャフト２とは、それら１，２の間に介在
するウオームギヤ形式の操舵角補正装置３２を介して相
対回転可能に結合される。而して該操舵角補正装置３２
は、たとえばステアリングシャフト２側に連なるウォー
ム歯車３３と、該ウォーム歯車３３に噛合するねじ歯車
３４と、たとえばステアリングハンドル１側に固定され
て前記ねじ歯車３４に連なるモータ３５とで構成され
る。また操舵角補正装置３２には、ポテンショメータ形
式の補正角度センサ３６が付設される。

【００４４】この第２実施例は、操舵角補正装置３２が
ステアリングハンドル１の内部に収納されることが上述
の第１実施例と基本的に異なる点であり、操舵角補正装
置３２および補正角度センサ３６以外の部分は第１実施
例と同様に構成される。

【００４５】図９で示す制御ブロック図において、ＲＯ
Ｍ２９を内部に備えたＣＰＵ１５₂には、ＣＣＤカメラ
２０、画像処理部２３、操向可能領域認識部２４および
目標経路設定部２５から成る第１検知手段の出力、操舵
角度センサ１７の出力、Ａ／Ｄ変換器２６を介してデジ
タル信号に変換された操舵トルクセンサ１６の出力、車
速センサ１８の出力、ヨーレイトセンサ１９およびＳＡ
Ｓスイッチ２１の出力が、図２で示した第１実施例と同
様に入力されるとともに、補正角度センサ３６の出力が
Ａ／Ｄ変換器３７でデジタル信号に変換されて入力され
る。またＣＰＵ１５₂ の出力は、Ｄ/ Ａ変換器２７およ
びモータアンプ２８を介してモータ１１に与えられると
ともに表示灯２２に与えられる。さらに操舵角補正装置
３２におけるモータ３５には、モータアンプ３９から電
流値が与えられるものであり、開モータアンプ３９に
は、ＣＰＵ１５₂ から出力されるデジタル信号がＤ／Ａ
変換器３８でアナログ信号に変換されて入力される。

【００４６】ＣＰＵ１５₂ は、後述するアルゴリズムに
従い、モータ１１を駆動することで車線に追従する操舵
トルクを発生させ、ドライバーを誘導するとともに、ス
テアリングハンドル１に加えられるドライバーの操舵力
に応じて車線内部での目標コースを微小量変更し、かつ
ドライバーの操舵角度とシステムの出力角度の間に微小
な食い違いがあっても操舵角補正装置３２がその違いを
吸収するので、ドライバーにとってみればステアリング
ハンドル１の細かい操作を一々しなくても、車線追従走
行が可能となる。この場合にもドライバーが大きな操舵
力を入力した場合には車線変更を意図しているものとし
て、車線追従機能に加えて前輪５を偏向させ、コースか
らの逸脱を容易ならしめており、ドライバーはその偏向
量に応じた反力を路面情報として受け取ることができ
る。

【００４７】次に図１０および図１１を参照して制御ア
ルゴリズムについて説明するが、図および図１１におけ
るステップＳ１０１〜Ｓ１０４は第１実施例における図
３および図４のステップＳ００１〜Ｓ００４と基本的に
同一の処理を実行するものであり、またステップＳ１０
７〜Ｓ１１１は、図３および図４のステップＳ００５〜
Ｓ００９と基本的に同一の処理を実行するものであるの
で説明を省略し、以下、第１実施例とは異なるステップ
Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１１２〜Ｓ１１７についてのみ
説明する。

【００４８】ステップＳ１０４で目標点Ｐが設定された
後のステップＳ１０５では、コース変更量ΔＸが算出さ
れる。ここでΔＸは操舵力τｓに比例定数Ｋ１を乗じて
求められるが、車線の幅以上に目標コースを変えること
は意味がないので、車線の幅Ｌに対して３０％（左右を
考えれば車線の中で６０％の変更になる。車両にも幅が
あることを思えば、この数字で実用上充分なコース変更
となる）未満のときは、この算出結果がそのままΔＸと
して定められ、計算結果（τｓ×Ｋ１）が３０％を超え
たときには３０％で固定される。

【００４９】次にステップＳ１０６では、操舵力τｓに
応じて目標のコースを車線内部で少し変化させるために
現在の自車位置を敢えて横方向に−ΔＸだけずれている
ものと見なす処理が行なわれる。こうすることによっ
て、ＣＰＵ１５₂ は以後の処理で目標点が横方向にΔＸ
だけずれたものと錯覚して、必要な操舵角度を算出する
ことになり、その結果、目標コースをΔＸだけ横方向に
移動させることができるようになる。

【００５０】上述のステップＳ１０６に続くステップＳ
１０７〜Ｓ１１１を経過した後のステップＳ１１２，Ｓ
１１３では、ドライバーが加えた操舵力τs から前輪５
を目標舵角δｍからどの程度偏向させるべきかが算出さ
れ、モータ１１の変位角度の目標値θｄに偏向量を加味
してフィードバック制御を行うための処理が行われる。
すなわち、ステップＳ１１２では、上記偏向量に操向手
段３および駆動手段４のギアレシオを乗じた量である介
入操舵角β_INが決定されるのであるが、操舵力τｓの絶
対値が或る基準値τ１５よりも小さいうちはβ_IN＝０と
設定され、操舵力τｓがτ１５以上であるときには（τ
ｓ−τ１５）にゲインＫ５を乗じた量が介入操舵角β_IN
に設定され、また操舵力τｓが−τ１５以下であるとき
には（τｓ＋τ１５）にゲインＫ５を乗じた量が介入操
舵角β_INに設定される。これを図１２で説明すると、｜
τｓ｜がτ１５よりも小さいとき、τｓの増加にかかわ
らずβ_INは０であり、｜τｓ｜がτ１５以上になるとき
にはτｓに比例してβ_INも増加することになる。さらに
ステップＳ１１３では、（θｄ＋β_IN) を新たな目標値
として、現在の操舵角度をモータ軸上に換算した量θt
がこの目標値に一致するようにフィードバック制御が行
われる。即ち目標値 (θｄ＋β_IN) とθt との差分に制
御ゲインＫ６を乗じた量がモータ１１の出力トルクＴ１
１として定められる。

【００５１】次のステップＳ１１４，Ｓ１１５では、操
舵角補正装置３２におけるモータ３５のモータトルクＴ
３５が算出される。すなわちステップＳ１１４では、操
舵力τｓに比例定数Ｋ７を乗じた量がモータ３５の目標
角度αａｄとして算出されるが、もしαａｄの計算値が
たとえば１５°以内であればそのまま計算値を採用し、
計算値が１５°を超えていればαａｄが１５°に固定さ
れる。ここで、図８で示したように、モータ３５の出力
はウォーム歯車３３およびねじ歯車３４から成るギヤ機
構で倍力されているので、モータ３５を１５°で固定す
るトルクは小さくてもウォーム歯車３３の不可逆性の動
力伝達特性により、ステアリングハンドル１に加えられ
る操舵力がこのモータ３５の出力を越えても角度は１５
°に固定されることになる。続いてステップＳ１１５で
は、この目標角度αａｄに実際の角度が一致するように
追従制御させるためのモータトルクＴ３５が公知のフィ
ードバック制御の形で求められる。

【００５２】これで２つのモータ１１，３５への出力値
が決定したので、ステップＳ１１６では、モータアンプ
２８，３９に指令値がそれぞれ与えられる。続いてステ
ップ１１７ではＳＡＳスイッチ２１がオフされたどうか
が確認され、オフされていなければ、始めのステップＳ
１１１に戻って以下これが繰り返される。

【００５３】このような第２実施例によるときは、ステ
アリングハンドル１に加えられた操舵力の絶対値が或る
基準値τ１５よりも小さいときはこの操舵力の方向と大
小に応じて車線内部で目標コースがずれ、車両はこのず
れた目標コースに沿って走行するから、道路上に落ちて
いて踏みたくないものがある場合とか、路肩で工事車両
が作業をしていてパイロンが並べられている場合には車
線内部で片側に車両を寄せて進行できる。しかもドライ
バーは路面反力として自分の入力した操舵角度に比例し
た大きさの反力を感じ取るから、操舵角補正装置３２は
あたかもステアリングハンドル１内部に仮想のばねがあ
るかのように振る舞う。

【００５４】第１実施例との違いは、操舵力τｓがτ１
５よりも小さい範囲ならば介入操舵角β_INが生じないた
めに目標コースを維持するのであるが、その目標コース
は加えられた操舵力τｓの方向と大きさに応じて適宜ず
れ、結果的にはドライバーの意思によるコースの変更が
実現される。しかし変更後のコースは車線と平行となっ
ているので、車線から逸脱することはない。これに対し
て第１実施例によるときは、加えた操舵力τｓの方向と
大きさに応じて介入操舵角β_INが生じるので、ほってお
けば車線から逸脱してしまうことである。

【００５５】τ１５以上の操舵力τｓが加えられると、
今度はモータ１１の変位角度の目標値θｄに介入舵角β
_INが加味され、車両は車線変更できるようになる。その
場合のドライバーが感じる路面反力はゲインＫ５で決ま
る率で操舵量に比例することになる。

【００５６】また第２実施例では、車線内目標コースの
変更に使われる操舵力の上限値τｓと車線変更が起きは
じめる操舵力τｓとを一致させ、共にτ１５としたの
で、操舵感覚が２つの領域の通過時に一層滑らかに繋が
ることとなる。しかし、この２つの操舵力を一致させる
ことは必須条件ではない。ただ、車線変更が起きはじめ
る操舵力の方を前記の上限値より大きく設定すれば、両
者の干渉を考えることなくシステムを構築できる利点が
生ずることである。

【００５７】第２実施例で例示の操舵角補正装置３２
は、ステアリングシャフト２とステアリングハンドル１
との間の相対回転運動を実現して、その相対回転量に比
例したトルクを両者の間に発生させているに過ぎない。
このような仮想ばねを間に設けた結果、モータ１１が操
向手段３を駆動してもドライバーはいちいちその動きに
あわせてステアリングハンドル１を操作する必要がなく
なる。したがってこのソフトウエアで作り上げた仮想ば
ねの代わりに、機械的なばねを挿入してもよいことが分
かるだろう。本出願人は別の出願（特願平７−３２１９
１７号）でこれらの機械的なばね構造が代替可能である
ことを示すとともに幾つかの構造例を開示しており、本
発明の実現にあたっても、これらの機械的なばね構造が
そのまま利用できるものである。

【００５８】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の
範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計
変更を行なうことが可能である。

【００５９】たとえば、駆動手段４をステアリングシャ
フト２上に設けることは限定事項ではあり得ず、操向手
段３のうち、例えばラック９上にこれと同心にモータを
配置することが公知である。

【００６０】また目標コースを変更する手法についても
ここに例示した手法に限定する必要はなく、例えば目標
点Ｐを操舵力τｓに応じて左右にずらすことでも同じ効
果が得られる。

【００６１】さらに操舵角補正装置３２としては、本出
願人が別に出願しているように、ウォーム歯車３３が円
形をしておらずに部分円の形をとるセクターギア方式も
有効である。上記第２実施例で示したように、±１５°
をソフト的に決定する以外に、機械的なストッパーを設
けたりする手法も、前記出願には開示されている。これ
らの手法が本実施例にも適用できることはこの分野の技
術者には明瞭だろう。さらにまた、ここに例示したウォ
ーム歯車３３による減速機では、その不可逆性のために
モータ３５に流す電流を止めても操舵角補正装置３２は
固定できるものであり、ウォーム歯車３３の変位を電気
的に監視しておき、±１５°に到達したことを検出し
て、モータ３５への電流を停止しても、上記の機械的ス
トッパーを設けたのと同じ効果が得られ、そのように電
流を止める手法によるときは、省エネの効果も出てく
る。

【００６２】また図６や図１２の特性はいずれも直線で
表現され、一次式で算出できるものであるが、これに限
定される必要はなく、２次式で表現してもよいし、式で
は表現できない曲線であっても本発明は適用可能であ
る。その場合には特性線図をマップの形でＣＰＵに記憶
させ、このマップを参照しつつβ_INを読みだせばよい。

【００６３】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれ
ば、操向手段へのトルク伝達を可能として操向手段に連
結されるステアリングハンドルに加えられたドライバー
の操舵意思を意思検知手段で検知し、操舵量算出手段の
出力に基づいて定まる駆動手段の作動量を前記意思検知
手段の出力に応じて変化させるようにしたので、ゲイン
を大きく取ることができるようにしてシステムの応答性
を高めるとともに、そのゲインを変化させることを可能
としてドライバーにとって最適化された反力を得ること
ができ、しかも減速機の種類や減速比の如何を問わず操
舵反力を自由に且つ正確に作りだせるようにして、優れ
たマンマシーンインターフェイスを実現することができ
る。

【００６４】また請求項２記載の発明によれば、意思検
知手段が、ステアリングハンドルおよび前記操向手段間
に配設された力センサであり、ドライバーの操舵意思を
適確に検出することができる。

【００６５】請求項３記載の発明によれば、舵角変更手
段が、駆動手段の作動量を、前記意思検知手段の出力の
方向および大きさに応じて変化させるべく構成されるの
で、ドライバーの操舵意思に適確に対応して車両の走行
コースを変更することができる。

【００６６】請求項４記載の発明によれば、舵角変更手
段が、前記意思検知手段の出力の増加に対する駆動手段
の作動量増加割合を少なくとも２段階に切替え可能に構
成されるので、ドライバーの車線変更要求度に応じた反
力をドライバーに与えることができる。

【００６７】請求項５記載の発明によれば、舵角変更手
段が、前記意思検知手段の出力の大きさの絶対値が基準
値未満のときは当該意思検知手段の出力の大きさに第１
の割合で比例して駆動手段の作動量を変化せしめ、前記
意思検知手段の出力の大きさの絶対値が上記基準値以上
であるときは意思検知手段の出力の大きさに第１の割合
よりも大きな第２の割合で比例して駆動手段の作動量を
変化せしめるべく構成されるので、舵角が増大したとき
の路面反力の増加率を低く抑えて、車線変更をより容易
に行なうことが可能となる。

【００６８】請求項６記載の発明によれば、意思検知手
段の出力が前記基準値に在るときに前記第１の割合に基
づいて定まる駆動手段の作動量に対して、前記第２の割
合に基づいて定まる駆動手段の作動量が大きいか若しく
は実質的に等しくなるように、舵角変更手段が構成され
るので、ドライバーに作用する路面反力が大きく変化す
ることを避け、良好な操舵感覚を得ることができる。

【００６９】請求項７記載の発明によれば、意思検知手
段の出力の所定範囲では、当該意思検知手段の出力の変
化にもかかわらず駆動手段の作動変化量が「０」となる
ように舵角変更手段が構成されるので、ドライバーの操
舵量が小さい範囲で舵角が直ちに変化するこを回避する
ことができる。

【００７０】請求項８記載の発明によれば、操舵量算出
手段が、前記意思検知手段の出力の所定範囲の少なくと
も一部で、道路車線に対する自車の位置関係を前記意思
検知手段の出力に応じて変更すべく構成されるので、ド
ライバーによる操舵量がわずかな範囲で車線内での走行
コース変更が可能となる。

【００７１】さらに請求項９記載の発明によれば、ステ
アリングハンドルおよび前記操向手段間に、ソフトウエ
アで構成されたばね、または機械的なばねが介装される
ので、駆動手段による作動せしめられる操向手段の作動
量がわずかに変化する範囲では、ドライバーがステアリ
ングハンドルを操作することが不要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例における車両用操舵装置の全体構成
図である。

【図２】制御ブロック図である。

【図３】制御アルゴリズムの一部を示すフローチャート
である。

【図４】制御アルゴリズムの残部を示すフローチャート
である。

【図５】図３のフローチャートでの処理を説明するため
の図である。

【図６】操舵力および介入操舵角の関係を示す図であ
る。

【図７】車線上での入力操舵角および操舵力の関係を示
す図である。

【図８】第２実施例における車両用操舵装置の全体構成
図である。

【図９】制御ブロック図である。

【図１０】制御アルゴリズムの一部を示すフローチャー
トである。

【図１１】制御アルゴリズムの残部を示すフローチャー
トである。

【図１２】操舵力および介入操舵角の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１・・・ステアリングハンドル ３・・・操向手段 ４・・・駆動手段 ５・・・走行輪としての前輪 １５₁ ，１５₂ ・・・操舵量算出手段および舵角変更手
段の機能を備えるＣＰＵ １６・・・意思検知手段としての操舵トルクセンサ １７・・・第２検知手段の構成要素たる操舵角度センサ １８・・・第２検知手段の構成要素たる車速センサ １９・・・第２検知手段の構成要素たるヨーレイトセン
サ ２０・・・第１検知手段の構成要素たるＣＣＤカメラ ２３・・・第１検知手段の構成要素たる画像処理部 ２４・・・第１検知手段の構成要素たる走行可能領域認
識部 ２５・・・第１検知手段の構成要素たる目標経路設定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行中の道路の前方車線状態を検知する
   第１検知手段（２０，２３，２４，２５）と、自車の運
   動状態を検知する第２検知手段（１７，１８，１９）
   と、第１および第２検知手段（２０，２３〜２５；１７
   〜１９）の出力から道路車線に対する自車の位置関係を
   維持するために必要な操舵量を算出する操舵量算出手段
   （１５₁ ，１５₂ ）と、車両の操向輪（５）を作動させ
   る操向手段（３）と、操舵量算出手段（１５₁ ，１
   ５₂ ）の出力に応じて前記操向手段（３）を作動させる
   駆動手段（４）とを備える車両用操舵装置において、操
   向手段（３）へのトルク伝達を可能として操向手段
   （３）に連結されるステアリングハンドル（１）に加え
   られたドライバーの操舵意思を検出する意思検知手段
   （１６）と、操舵量算出手段（１５₁ ，１５₂ ）の出力
   に基づいて定まる駆動手段（４）の作動量を前記意思検
   知手段（１６）の出力に応じて変化させる舵角変更手段
   （１５₁ ，１５₂ ）とを含むことを特徴とする車両用操
   舵装置。
2. 【請求項２】 前記意思検知手段（１６）が、前記ステ
   アリングハンドル（１）および前記操向手段（３）間に
   配設された力センサであることを特徴とする請求項１記
   載の車両用操舵装置。
3. 【請求項３】 前記舵角変更手段（１５₁ ，１５₂ ）
   が、駆動手段（４）の作動量を、前記意思検知手段（１
   ６）の出力の方向および大きさに応じて変化させるべく
   構成されることを特徴とする請求項１または２記載の車
   両用操舵装置。
4. 【請求項４】 前記舵角変更手段（１５₁ ，１５₂ ）
   が、前記意思検知手段（１６）の出力の増加に対する駆
   動手段（４）の作動量増加割合を少なくとも２段階に切
   替え可能に構成されることを特徴とする請求項３記載の
   車両用操舵装置。
5. 【請求項５】 前記舵角変更手段（１５₁ ，１５₂ ）
   が、前記意思検知手段（１６）の出力の大きさの絶対値
   が基準値未満のときは当該意思検知手段（１６）の出力
   の大きさに第１の割合で比例して駆動手段（４）の作動
   量を変化せしめ、前記意思検知手段（１６）の出力の大
   きさの絶対値が上記基準値以上であるときは意思検知手
   段（１６）の出力の大きさに第１の割合よりも大きな第
   ２の割合で比例して駆動手段（４）の作動量を変化せし
   めるべく構成されることを特徴とする請求項１または２
   記載の車両用操舵装置。
6. 【請求項６】 意思検知手段（１６）の出力が前記基準
   値に在るときに前記第１の割合に基づいて定まる駆動手
   段（４）の作動量に対して、前記第２の割合に基づいて
   定まる駆動手段（４）の作動量が大きいか若しくは実質
   的に等しくなるように、舵角変更手段（１５₁ ，１
   ５₂ ）が構成されることを特徴とする請求項５記載の車
   両用操舵装置。
7. 【請求項７】 前記意思検知手段（１６）の出力の所定
   範囲では、当該意思検知手段（１６）の出力の変化にも
   かかわらず駆動手段（４）の作動変化量が「０」となる
   ように舵角変更手段（１５₂ ）が構成されることを特徴
   とする請求項３記載の車両用操舵装置。
8. 【請求項８】 操舵量算出手段（１５₂ ）が、前記意思
   検知手段（１６）の出力の所定範囲の少なくとも一部
   で、道路車線に対する自車の位置関係を前記意思検知手
   段（１６）の出力に応じて変更すべく構成されることを
   特徴とする請求項７記載の車両用操舵装置。
9. 【請求項９】 前記ステアリングハンドル（１）および
   前記操向手段（３）間に、ソフトウエアで構成されたば
   ね、または機械的なばねが介装されることを特徴とする
   請求項１ないし８のいずれかに記載の車両用操舵装置。