JP5396807B2 - 操舵支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵機構に操舵トルクを付与して操舵支援を行う操舵支援装置に関するものである。

従来、車両の操舵機構に操舵トルクを付与して操舵支援を行う装置としては、特開２００５−３４３３０３号公報に記載されるように、走行中の車両が車線を逸脱すると判断された場合に車速に応じた警告トルクを車両に付加して車線逸脱を防止するものが知られている。
特開２００５−３４３３０３号公報

しかしながら、このような装置にあっては、車両の運転者が違和感を覚えるおそれがある。例えば、車線逸脱に対し車両の運転者がハンドル操作により車両を誘導しようとした際に操舵制御による警告トルクが付加されると、ハンドル操作が重く感じたりハンドル反力の抜けを感じるなどハンドル操作に違和感を覚えることとなる。

そこで本発明は、運転者のハンドル操作に応じた適切な操舵支援が行える操舵支援装置を提供することを目的とする。

すなわち、本発明に係る操舵支援装置は、車両の前方の走行路を撮像した画像に基づき前記車両が走行路に沿って走行するように操舵機構に操舵トルクを加える操舵支援装置において、前記車両の運転者によるハンドル操作があった場合であってそのハンドル操作の操舵方向が前記操舵トルクの操舵方向と同じである場合には、ハンドル操作がなかった場合と比べて前記操舵トルクの変化率の制限値を小さく設定して前記操舵トルクの出力を抑制する操舵制御手段と備えて構成されている。

この発明によれば、運転者によるハンドル操作があった場合であってそのハンドル操作の操舵方向が操舵トルクの操舵方向と同じである場合には、ハンドル操作がなかった場合と比べて操舵制御の操舵トルクの変化率の制限値を小さく設定して操舵トルクの出力を抑制することにより、ハンドル操作により運転者が違和感を覚えることを抑制することができ、適切な操舵支援が行える。

また本発明に係る操舵支援装置において、前記車両の運転者によるハンドル操作があったか否かを判断するハンドル操作判断手段を備えることが好ましい。

本発明によれば、運転者のハンドル操作があった場合に操舵制御による操舵トルクの出力を低減させ、運転者がハンドル操作に違和感を覚えることを抑制することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は本発明の実施形態に係る操舵支援装置の構成概要図である。

図１に示すように、本実施形態に係る操舵支援装置１は、車両の操舵力伝達系に操舵トルクを与えて車両の運転者の操舵支援を行う装置であり、例えば走行路である車線の中央位置に車両の位置を維持する車線維持（レーンキープ）制御を行うものに用いられる。車両の操舵力伝達系、即ち操舵機構は、ステアリングシャフト３、ギヤ部４、タイロッド６を主要部品として構成されている。ステアリングシャフト３は、ハンドル２に接続され、ハンドル２の操舵力をギヤ部４及びタイロッド６へ伝達する。

ギヤ部４は、ステアリングシャフト３から伝達される操舵トルクを水平方向の力に変換するものである。ギヤ部４としては、例えばラックアンドピニオン式のものが用いられる。このギヤ部４は、モータ５のアシスト力を受け、タイロッド６を移動させて転舵輪７を転舵させる。

ギヤ部４には、トルクセンサ８が設けられている。トルクセンサ８は、ハンドル２の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段として機能するものである。このトルクセンサ８としては、例えばステアリングシャフト３とピニオンシャフト（図示なし）との間にトーションバー（図示なし）を配置し、操舵トルクに応じてトーションバーの捩れを二つの回転センサ（図示なし）によって検出するものが用いられる。

モータ５は、ハンドル２の操舵力をアシストするモータであり、操舵アクチュエータとして機能する。このモータ５は、例えば操舵トルクなどに応じたアシスト力を操舵力伝達系に与える。図１では、モータ５として、ラックに対してアシスト力を与えるラックアシスト式のものを示したが、コラムアシスト式その他の形式のものであってもよい。

操舵支援装置１には、ＥＣＵ（Electronic ControlUnit）２０が設けられている。ＥＣＵ２０は、装置全体の制御処理を行うものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成される。操舵支援装置１には、カメラ１１が設けられている。カメラ１１は、車両の前方を撮像する撮像手段として機能するものであり、例えばＣＣＤカメラなどが用いられる。カメラ１１で撮像された画像情報はＥＣＵ２０に入力される。

ＥＣＵ２０は、画像情報に基づいて走行路の幅方向に対する車両の位置を検出する車両位置検出手段として機能する。例えば、ＥＣＵ２０は、撮像画像を画像処理し、画像情報に含まれる白線（レーンマーカ）を認識し、その認識された白線の形状や位置に基づいて、走行路の幅方向に対する車両の位置を検出する。その際、車線の中央位置からの車両の位置ずれをオフセットと称する。

また、ＥＣＵ２０は、車両の運転者によるハンドル操作があったか否かを判断するハンドル操作判断手段と機能する。例えば、トルクセンサ８の検出信号に基づいて運転者によるハンドル操作があったか否かを判断する。

また、ＥＣＵ２０は、操舵制御を実行する操舵制御手段として機能する。操舵制御の基本動作については、後述する。ＥＣＵ２０は、運転者のハンドル操作があったと判断した場合、ハンドル操作がないと判断した場合と比べて操舵制御の操舵トルクの変化率の制限値を小さく設定して操舵トルクの出力を抑制する。例えば、車両が車線を逸脱し、運転者がハンドル操作により車両を車線中央側へ戻そうとしている場合には、操舵トルクの変化率の制限値を小さく設定して操舵トルクの出力が抑制され、運転者がハンドル操作に違和感を覚えることが抑制される。

操舵支援装置１には、車速センサ１２が設けられている。車速センサ１２は、車両の走行速度を検出する車速検出手段として機能するものである。

図２は、本実施形態に係る操舵支援装置１における操舵支援制御の基本制御ブロックの概要図である。

図２に示すように、操舵支援装置１において、カメラ１１により撮像された車両前方の走行路の画像情報がＥＣＵ２０に入力され、その画像情報に基づいて走行路の曲率（Ｒ）、車両位置（Ｄ）及び白線に対する車両の向き（θ）が検出される。走行路の曲率は、例えば走行路の白線の検出状態に基づいて演算される。車両位置は、車両の走行路の幅方向に対する位置である。この車両位置は、例えば白線の検出状態に基づいて演算される。白線に対する車両の向きは、例えば左右の白線の検出状態に基づいて演算される。

そして、走行路の曲率、車両位置および車両の向きは、それぞれ所定のゲイン（Ｇ）が乗じられた後、目標横加速度の算出に用いられる。目標横加速度は、車両を車線中央に戻すために必要な横加速度である。そして、目標横加速度に所定の係数を乗じることにより、車線維持に必要な操舵トルク（アシスト操舵力）が算出される。このとき、操舵トルクは、予め設定される変化率制限値を超える場合には、変化率制限値が操舵トルク値として算出される。そして、この操舵トルクは、操舵機構に与えられる。

一方、車両の運転者のハンドル操舵力に応じて電動パワーステアリング（ＥＰＳ）のアクチュエータ（モータ５）がアシスト力を付与する。そして、電動パワーステアリングのアクチュエータからハンドル操舵力及びアシスト力が操舵機構に与えられる。

そして、操舵機構には、ハンドル操舵力及びハンドル操舵のアシスト力と車線維持のためのアシスト操舵力とが操舵力として付与される。そして、その操舵力を受けて、車両の進行方向が変化する。

図３、４は、本実施形態に係る操舵支援装置１における操舵方向判定処理を示すフローチャートである。

この操舵方向判定処理は、車両の運転者のハンドル操作による操舵方向を判定する処理である。図３、４における一連の制御処理は、例えば、ＥＣＵ２０により所定の周期で繰り返し実行される。

まず、図３のＳ１０に示すように、右操舵フラグ前回値がオフであるか否かが判断される。右操舵フラグは、車両の運転者が右方向へ操舵しているか否かを示すフラグである。この右操舵フラグがオンの場合は運転者が右方向へ操舵しており、この右操舵フラグがオフの場合は運転者が右方向へ操舵していないことを示している。

Ｓ１０にて右操舵フラグ前回値がオフでないと判断されたときには、操舵入力トルクが設定値ＭＴ２より小さいか否かが判断される（Ｓ１２）。操舵入力トルクは、例えば操舵トルクセンサから出力されるトルク値が用いられる。設定値ＭＴ２は、予めＥＣＵ２０に設定される設定値であり、正の値が設定される。操舵入力トルクは、左操舵が−、右操舵が＋として表される。

Ｓ１２にて操舵入力トルクが設定値ＭＴ２より小さくないと判断された場合には、Ｓ２４に移行する。一方、Ｓ１２にて操舵入力トルクが設定値ＭＴ２より小さいと判断された場合には、右操舵フラグがオフに設定される（Ｓ１４）。

Ｓ１０にて右操舵フラグ前回値がオフであると判断されたときには、操舵入力トルクが設定値ＭＴ１より大きいか否かが判断される（Ｓ１６）。設定値ＭＴ１は、ＥＣＵ２０に予め設定される設定値であり、設定値ＭＴ２より大きい正の値で設定される。Ｓ１６にて操舵入力トルクが設定値ＭＴ１より大きくないと判断された場合には、右操舵タイマがリセットされる（Ｓ１８）。一方、Ｓ１６にて操舵入力トルクが設定値ＭＴ１より大きいと判断された場合には、右操舵タイマがインクリメントされる（Ｓ２０）。

そして、Ｓ２２に移行し、右操舵タイマが所定の時間Ｔ３を超えたか否かが判断される。時間Ｔ３は、予めＥＣＵ２０に設定される設定時間である。Ｓ２２にて右操舵タイマが所定の時間Ｔ３を超えてないと判断された場合には、右操舵フラグにオフがセットされる（Ｓ１４）。一方、Ｓ２２にて右操舵タイマが所定の時間Ｔ３を超えていると判断された場合には、右操舵フラグにオンがセットされる（Ｓ２４）。そして、Ｓ２６に移行し、右操舵フラグの前回値として、現在の右操舵フラグの値がセットされる。

そして、図４のＳ２８に移行し、左操舵フラグ前回値がオフであるか否かが判断される。左操舵フラグは、車両の運転者が左方向へ操舵しているか否かを示すフラグである。この左操舵フラグがオンの場合は運転者が左方向へ操舵しており、この左操舵フラグがオフの場合は運転者が左方向へ操舵していないことを示している。

Ｓ２８にて左操舵フラグ前回値がオフでないと判断されたときには、操舵入力トルクが設定値−ＭＴ２より大きいか否かが判断される（Ｓ３０）。このＳ３０にて操舵入力トルクが設定値−ＭＴ２より大きくないと判断された場合には、Ｓ３２に移行する。一方、Ｓ３０にて操舵入力トルクが設定値−ＭＴ２より大きいと判断された場合には、左操舵フラグがオフに設定される（Ｓ３２）。

Ｓ２８にて左操舵フラグ前回値がオフであると判断されたときには、操舵入力トルクが設定値−ＭＴ１より小さいか否かが判断される（Ｓ３４）。このＳ３４にて操舵入力トルクが設定値−ＭＴ１より小さくないと判断された場合には、左操舵タイマがリセットされる（Ｓ３６）。一方、Ｓ３４にて操舵入力トルクが設定値−ＭＴ１より小さいと判断された場合には、左操舵タイマがインクリメントされる（Ｓ３８）。

そして、Ｓ４０に移行し、左操舵タイマが所定の時間Ｔ３を超えたか否かが判断される。このＳ４０にて左操舵タイマが所定の時間Ｔ３を超えてないと判断された場合には、左操舵フラグにオフがセットされる（Ｓ３２）。一方、Ｓ４０にて左操舵タイマが所定の時間Ｔ３を超えていると判断された場合には、左操舵フラグにオンがセットされる（Ｓ４２）。そして、Ｓ４４に移行し、左操舵フラグの前回値として、現在の左操舵フラグの値がセットされる。そして、Ｓ４４の処理を終えたら、操舵方向判定処理の一連の処理を終了する。

このような操舵方向判定処理によれば、運転者のハンドル操作による操舵入力に応じて車両の操舵方向を判定することができる。

なお、本実施形態に係る操舵支援装置において、車両の操舵方向を判定することができれば、図３、４に示す操舵方向判定処理以外の処理、方法などにより車両の操舵方向を判定してもよい。

図５は、本実施形態に係る操舵支援装置１における車線逸脱判定処理を示すフローチャートである。

この車線逸脱判定処理は、車両が車線を逸脱しているか否かを判定する処理である。図５における一連の制御処理は、例えば、ＥＣＵ２０により所定の周期で繰り返し実行される。

まず、図５のＳ５０に示すように、車線逸脱判定フラグの前回値がオフであるか否かが判断される。車線逸脱判定フラグは、車両が車線を逸脱しているか否かを示すフラグである。この車線逸脱判定フラグがオフの場合は車両が車線を逸脱してないと認識され、車線逸脱判定フラグが左の場合は車両が車線を左側に逸脱していると認識され、車線逸脱判定フラグが右の場合は車両が車線を右側に逸脱していると認識される。

Ｓ５０にて車線逸脱判定フラグの前回値がオフである場合には、オフセットが設定値Ｌ１より大きいか否かが判断される（Ｓ５２）。オフセットは、車両の車線中央位置から左右へのずれ量を示すレーンオフセット値であって、車両位置が車線中央位置から左側にずれている場合には正の値となり、車両位置が車線中央位置から右側にずれている場合には負の値となるように算出される。オフセットの算出は、カメラ１１の撮像画像に基づき白線の検出状態に応じて行われる。設定値Ｌ１は、車線逸脱を判定するためのしきい値であって、正の値として予めＥＣＵ２０に設定されている。

Ｓ５２にてオフセットが設定値Ｌ１より大きいと判断された場合には、車線逸脱判定フラグに左がセットされる（Ｓ５４）。一方、Ｓ５２にてオフセットが設定値Ｌ１より大きくない判断された場合には、オフセットが設定値−Ｌ１より小さいか否かが判断される（Ｓ５６）。Ｓ５６にてオフセットが設定値−Ｌ１より小さいと判断された場合には、車線逸脱判定フラグに右がセットされる（Ｓ５８）。一方、Ｓ５６にてオフセットが設定値−Ｌ１より小さくない判断された場合には、車線逸脱判定フラグにオフがセットされる（Ｓ６２）。

ところで、Ｓ５０にて車線逸脱判定フラグの前回値がオフでない場合には、オフセットの絶対値が設定値Ｌ２より小さいか否かが判断される（Ｓ６０）。設定値Ｌ２は、車線逸脱を判定するためのしきい値であって、正の値として予めＥＣＵ２０に設定されている。また、設定値Ｌ２は、設定値Ｌ１より小さい値に設定される。

Ｓ６０にてオフセットの絶対値が設定値Ｌ２より小さいと判断された場合には、車線逸脱判定フラグにオフがセットされる（Ｓ６２）。一方、Ｓ６０にてオフセットの絶対値が設定値Ｌ２より小さくないと判断された場合には、車線逸脱判定フラグに前回値がセットされる（Ｓ６４）。

そして、Ｓ６６に移行し、車線逸脱判定フラグの前回値として車線逸脱判定フラグの値が設定される。そして、車線逸脱判定処理の一連の処理を終了する。

この車線逸脱判定処理によれば、車両のオフセット値に応じて車両が車線を逸脱しているか否かを判定することができる。なお、本実施形態に係る操舵支援装置１において、このような車線逸脱判定処理は、車線逸脱を判定する手法の一例であり、その他の手法を用いて車線逸脱判定を行ってもよい。

図６、７は、本実施形態に係る操舵支援装置１におけるトルク変化率制限値設定処理を示すフローチャートである。

このトルク変化率制限値設定処理は、操舵支援装置１の操舵制御における操舵トルクの変化率制限値を設定する処理である。変化率制限値は、操舵トルクの急激な変化を制限する値であり、車両の運転者によるハンドル操作があったか否か、そのハンドル操舵の方向が操舵トルクと同一の方向であるか否かによって、異なる値に設定される。操舵トルクの変化率制限値が小さい値に設定されると、操舵トルクの大きな変化が抑制されることとなる。図６、７における一連の制御処理は、例えば、ＥＣＵ２０により所定の周期で繰り返し実行される。

まず、図６のＳ７０に示すように、車両が車線を逸脱しておらず運転者がハンドルを操舵操作していないか否かが判断される。すなわち、車線逸脱判定フラグの前回値がオフであり、右操舵フラグがオフであり、かつ、左操舵フラグがオフであるか否かが判断される。

Ｓ７０にて車両が車線を逸脱しておらず運転者がハンドルを操舵操作していないと判断された場合には、操舵トルクの変化率制限値に設定値ｋ１がセットされる（Ｓ７２）。設定値ｋ１は、デフォルト値であり、ハンドル操作している場合にセットされる設定値ｋ２、ｋ３より大きい値として設定される。この設定値ｋ１が変化率制限値にセットされることにより、車両の操舵制御において、車線逸脱した車両を迅速に車線中央側へ誘導することができる。

一方、Ｓ７０にて車両が車線を逸脱しており又は運転者がハンドルを操舵操作していると判断された場合には、車両が車線を逸脱しておらず運転者がハンドルを操舵操作しているか否かが判断される（Ｓ７４）。例えば、車線逸脱判定フラグがオフであり、かつ右操舵フラグ又は左操舵フラグがオンであるか否かが判断される。

Ｓ７４にて車両が車線を逸脱しておらず運転者がハンドルを操舵操作していると判断されば場合には、ハンドル操舵と操舵トルクの方向が同一であるか否かが判断される（Ｓ７６）。例えば、右操舵フラグがオンであり操舵制御の操舵トルクが前回値より大きい、又は左操舵フラグがオンであり操舵制御の操舵トルクが前回値より小さいか否かが判断される。なお、この場合、操舵トルクは、右操舵の場合が正、左操舵の場合が負として算出される。

Ｓ７６にてハンドル操舵と操舵トルクの方向が同一でないと判断された場合には、操舵トルクの変化率制限値として設定値ｋ２がセットされる（Ｓ８０）。一方、Ｓ７６にてハンドル操舵と操舵トルクの方向が同一であると判断された場合には、操舵トルクの変化率制限値として設定値ｋ３がセットされる（Ｓ７８）。

設定値ｋ２、ｋ３は、予めＥＣＵ２０に設定される設定値であり、ハンドル操作していない場合にセットされる設定値ｋ１より小さな値として設定される。また、ハンドル操舵と操舵トルクが同じ場合に設定される設定値ｋ３は、ハンドル操舵と操舵トルクが同じでない場合に設定される設定値ｋ２より小さい値とされる。

この設定値ｋ２、ｋ３が変化率制限値としてセットされることにより、車両の操舵制御において、運転者のハンドル操作があった場合に操舵制御による操舵トルクが大きく変化することが抑制され、運転者がハンドル操作に違和感が覚えることを抑制することができる。また、ハンドル操舵方向と操舵トルクの方向が同じ場合に操舵トルクの大きな変化を抑制することにより、ハンドル反力の抜けを感じるような違和感を覚えることを抑制することができる。そして、Ｓ７８、Ｓ８０の処理を終えたら、トルク変化率制限値設定処理の一連の制御処理を終了する。

ところで、Ｓ７４にて車両が車線を逸脱しており、又は運転者がハンドルを操舵操作していないと判断された場合には、図７のＳ８２に移行し、車線逸脱方向が右側であり、ハンドル操作が左操舵であるか否かが判断される。例えば、車線逸脱判定フラグが右であり、かつ左操舵フラグがオンであるか否かが判断される。

Ｓ８２にて車線逸脱方向が右側であり、ハンドル操作が左操舵である場合には、車線中央側へ戻るためのハンドル操作をしていると判断され、操舵トルクの変化率制限値として設定値ｋ４がセットされる（Ｓ８４）。一方、Ｓ８２にて車線逸脱方向が右側でなく、又はハンドル操作が左操舵でないと判断された場合には、車線逸脱方向が左側であり、ハンドル操作が右操舵であるか否かが判断される（Ｓ８６）。例えば、車線逸脱判定フラグが左であり、かつ右操舵フラグがオンであるか否かが判断される。

Ｓ８６にて車線逸脱方向が左側であり、ハンドル操作が右操舵である場合には、車線中央側へ戻るためのハンドル操作をしていると判断され、操舵トルクの変化率制限値として設定値ｋ４がセットされる（Ｓ８４）。一方、Ｓ８６にて車線逸脱方向が左側でなく、又はハンドル操作が右操舵でないと判断された場合には、車線中央側へ戻るためのハンドル操作をしていないと判断され、操舵トルクの変化率制限値として設定値ｋ５がセットされる（Ｓ８８）。

設定値ｋ４、ｋ５は、予めＥＣＵ２０に設定される設定値である。設定値ｋ４は、設定値ｋ５より小さい値に設定される。これにより、運転者が車線中央側へ戻るためのハンドル操作をしている場合には、操舵制御の操舵トルクが大きく変化することが抑制され、運転者がハンドル反力抜けなどの違和感を覚えることが抑制される。

設定値ｋ５は、操舵トルクが警告トルクとして機能するように設定されるものである。すなわち、運転者が車線逸脱した際にその回避を行っていない場合に車線逸脱を体感するように設定値ｋ５が設定され、操舵トルクが警告トルクとして機能することとなる。そして、Ｓ８４、Ｓ８８の処理を終えたら、トルク変化率制限値設定処理の一連の制御処理を終了する。

以上のように、本実施形態に係る操舵支援装置１によれば、運転者によるハンドル操作があった場合、ハンドル操作がない場合と比べて操舵制御の操舵トルクの変化率の制限値を小さく設定して操舵トルクの出力を抑制する。これにより、ハンドル操作により運転者が違和感を覚えることを抑制することができ、適切な操舵支援が行える。

また、本実施形態に係る操舵支援装置１において、運転者のハンドル操作の操舵方向が操舵制御による操舵トルクの操舵方向と同じである場合には、ハンドル操作がないと判断される場合と比べて操舵トルクの変化率の制限値を小さく設定して操舵トルクの出力を抑制する。これにより、ハンドル操作により運転者が違和感を覚えることを抑制することができ、適切な操舵支援が行える。

例えば、図８に示すように、車両Ｍが車線逸脱をした際、運転者がハンドル操作をしていない場合には、操舵トルクの変化率制限値が大きく設定され警告トルクが車両に付加される（図８（ｂ）実線）。これに対し、運転者が車線中央へ戻るためのハンドル操作をしている場合には、操舵トルクの変化率制限値が小さく設定され操舵トルクが大きくなることが抑制される（図８（ｂ）破線）。これにより、ハンドル操作により運転者が違和感を覚えることが抑制される。

なお、上述した実施形態は本発明に係る操舵支援装置の一例を示すものである。本発明に係る操舵支援装置は、このようなものに限られるものではなく、例えば請求項に記載された要旨を変更しないように実施形態に係る操舵支援装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。

本発明の実施形態に係る操舵支援装置の構成概要図である。 図１の操舵支援装置における操舵支援制御のブロック概要図である。 図１の操舵支援装置における操舵方向判定処理を示すフローチャートである。 図１の操舵支援装置における操舵方向判定処理を示すフローチャートである。 図１の操舵支援装置における車線逸脱判定処理を示すフローチャートである。 図１の操舵支援装置におけるトルク変化率制限値設定処理を示すフローチャートである。 図１の操舵支援装置におけるトルク変化率制限値設定処理を示すフローチャートである。 図１の操舵支援装置における操舵制御の説明図である。

符号の説明

１…操舵支援装置、２…ハンドル、１１…カメラ、１２…車速センサ、２０…ＥＣＵ。

Claims (2)

1. 車両の前方の走行路を撮像した画像に基づき前記車両が走行路に沿って走行するように操舵機構に操舵トルクを加える操舵支援装置において、
   前記車両のハンドル操作があった場合であってそのハンドル操作の操舵方向が前記操舵トルクの操舵方向と同じである場合には、ハンドル操作がなかった場合と比べて前記操舵トルクの変化率の制限値を小さく設定して前記操舵トルクの出力を抑制する操舵制御手段を備えること、
   を特徴する操舵支援装置。
2. 前記車両の運転者によるハンドル操作があったか否かを判断するハンドル操作判断手段を備える請求項１に記載の操舵支援装置。

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