JP2007015545A

JP2007015545A - 操舵装置

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Publication number: JP2007015545A
Application number: JP2005198948A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Iwasaki; 克彦岩▲崎▼; Chumsamutr Rattapon; チュムサムットラッタポン; Seiji Kawakami; 清治河上; Hiroaki Kataoka; 寛暁片岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2005-07-07
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-07
Also published as: JP4434095B2

Abstract

【課題】横断勾配に応じた適切な操舵トルクを付与することできる操舵装置を提供することを課題とする。
【解決手段】撮像手段により走行路を撮像し、車両が走行路の所定位置に沿って走行するように操舵機構に操舵トルクを付与する操舵装置において、走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する右側分の積分値を求める第１積分手段と、走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する左側分の積分値を求める第２積分手段と、走行路の所定位置に対する車両位置の偏差と走行路の所定位置からの所定距離に基づいて第１積分手段と第２積分手段とを切り替える切替手段と、切替手段で切り替えた積分手段の積分値に基づいて操舵機構に付与する操舵トルクを設定する操舵トルク設定手段とを備え、走行路の所定位置からの所定距離を走行路の曲率に基づいて決定することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、走行路の撮像画像により車両が走行路の所定位置に沿って走行するように操舵機構に操舵トルクを付与する操舵装置に関する。

操舵装置には、車両前方の走行路の撮像画像から車線を認識し、車両が車線中央に沿って走行するように操舵トルクを操舵機構に付加するレーンキープ装置がある。レーンキープ装置では、認識した車線と車両との関係から走行路のカーブ半径（曲率）、車線に対する車両のヨー角、車線中心からの車両のオフセットなどを求め、これらのパラメータに基づいて付加操舵トルクを設定する。また、操舵装置には、車両挙動に影響を及ぼす外乱（横風など）の発生時に、外乱を打ち消すための修正操舵トルクを操舵機構に付加するものもある（特許文献１参照）。この操舵装置では、横加速度やヨーレート及び操舵角や操舵トルクに基づいて外乱影響値を設定したり、あるいは、外乱による定常偏差を除去するために、横加速度の２階時間積分値（車両横方向位置変化量）やヨーレートの１階時間積分値（ヨー角）から求められる外乱による車両挙動の積算値の正の相関値として外乱影響値を設定する。このように積分値を利用して制御を行うものとしては、レーンキープ装置でも、車線中心からの車両のオフセットの時間積分値も考慮して付加操舵トルクを設定するものがある。
特開２００１−１９２３号公報

道路には、排水やカーブの方向などを考慮し、道路の左右どちらかの方向に傾けた横断勾配が設けられている。そのため、車両には、横断勾配の影響により、道路の右方向または左方向に向かって重力成分が作用する。従来のオフセットの積分値も用いるレーンキープ装置では、オフセットの積分値に基づいて、重力成分が作用する方向とは逆方向に付加する付加操舵トルクを設定している。

しかし、カーブに進入し、カーブの方向に応じて横断勾配の方向が急に変わると、車両に作用する重力成分の方向も変わる。その結果、カーブに進入する前に付加していた操舵トルクの方向とカーブ進入後の重力成分が作用する方向とが同じ方向となる。そのため、車両に対してその重力成分が作用する方向に更に操舵トルクが作用し、車両が車線中心から離れてしまう。つまり、横断勾配に応じた適切な操舵トルクが付与されていない状態になる。

そこで、本発明は、横断勾配に応じた適切な操舵トルクを付与することできる操舵装置を提供することを課題とする。

本発明に係る操舵装置は、撮像手段により走行路を撮像し、車両が走行路の所定位置に沿って走行するように操舵機構に操舵トルクを付与する操舵装置において、走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する右側分の積分値を求める第１積分手段と、走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する左側分の積分値を求める第２積分手段と、走行路の所定位置に対する車両位置の偏差と走行路の所定位置からの所定距離に基づいて第１積分手段と第２積分手段とを切り替える切替手段と、切替手段で切り替えた積分手段の積分値に基づいて操舵機構に付与する操舵トルクを設定する操舵トルク設定手段とを備え、走行路の曲率が大きいときは走行路の曲率が小さいときより第１積分手段と第２積分手段との切り替えが行われ難くすることを特徴とする。

この操舵装置では、走行路の撮像画像から走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を求め、第１積分手段により走行路の所定位置に対する右側分の積分値を求めるとともに、第２積分手段により走行路の所定位置に対する左側分の積分値を求める。そして、操舵装置では、切替手段により走行路の所定位置からの所定距離を基準として所定位置からの偏差に応じて第１積分手段と第２積分手段とを切り替える。さらに、操舵装置では、偏差の積分値が増加しないように（すなわち、所定位置に近づくように）、操舵トルク設定手段により切り替えた積分手段で求めた積分値に基づいて操舵機構に付与する操舵トルクを設定し、この設定した操舵トルクを操舵機構に付与する。横断勾配の方向が変わり、車両に作用する重力成分の方向が変わった場合、その重力成分の影響により、その変わった重力成分の方向側への偏差が増加する。そのため、操舵装置では、その他方側の積分手段の積分値に基づいて操舵トルクを付与していた場合でも、その偏差が増加する側の積分手段に切り替えることができ、その偏差の積分値が増加しないように、切り替えた積分手段の積分値に基づいて操舵トルクを付与することができる。その結果、車両に対して重力成分が作用する方向とは逆方向に操舵トルクが作用し、車両が走行路の所定位置に近づいていく。さらに、操舵装置では、走行路の曲率が大きい（カーブ半径が小さい）ときには走行路の曲率が小さい（カーブ半径が大きい）ときより第１積分手段と第２積分手段との切り替えが行われ難くする。これによって、直線や直線に近い走行路を走行中のときよりカーブ走行中に積分手段の切り替えを抑制することができ、カーブ走行途中での大きな車両変動やドライバに対するステアリングホイールを介した反力変動を抑制することができる。このように、この操舵装置では、横断勾配に応じて適切な操舵トルクを付与することでき、車両を所定位置に沿って走行させる精度を向上させることができる。

なお、走行路としては、例えば、走行中の車線、車線のない場合には走行中の道路自体である。走行路の所定位置としては、例えば、走行路（車線）の中心である。走行路の所定位置からの所定距離は、第１積分手段と第２積分手段とを切り替える基準となる距離である。

本発明の上記操舵装置では、走行路の所定位置からの所定距離を走行路の曲率に基づいて決定する構成としてもよい。

この操舵装置では、切り替えの基準となる走行路の所定位置からの所定距離を走行路の曲率（カーブ半径の逆数）に基づいて決定する。これによって、操舵装置では、走行路の曲率が大きいときには走行路の曲率が小さいときより第１積分手段と第２積分手段との切り替えが行われ難くするように、走行路がカーブか直線あるいは曲率（カーブ半径の逆数）に応じて所定距離の値を変更し、積分手段の切り替える条件を変えることができる。

本発明の上記操舵装置では、走行路の所定位置からの所定距離を走行路の曲率が大きくなるほど大きくする構成としてもよい。

この操舵装置では、走行路の曲率が大きくなるほど（つまり、カーブ半径が小さくなるほど）、走行路の所定位置からの所定距離を大きくする。このように、カーブ半径が小さくなるほど、積分手段の切り替え基準を大きくすることにより、カーブで積分手段が切り替わり難くなる。そのため、カーブ走行中の車両挙動を安定化でき、ドライバに対する操舵反力変動を抑制できる。

本発明に係る操舵装置は、画像手段により走行路を撮像し、車両が走行路の所定位置に沿って走行するように操舵機構に操舵トルクを付与する操舵装置において、走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する右側分の積分値を求める第１積分手段と、走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する左側分の積分値を求める第２積分手段と、走行路の所定位置に対する車両位置の偏差と走行路の所定位置からの所定距離に基づいて第１積分手段と第２積分手段とを切り替える切替手段と、切替手段で切り替えた積分手段の積分値に基づいて操舵機構に付与する操舵トルクを設定する操舵トルク設定手段とを備え、切替手段は、第１積分手段または第２積分手段のいずれか一方の積分手段に切り替えられている状態で、当該切り替えられている一方の積分手段の他方側における走行路の所定位置に対する車両位置の偏差が走行路の所定位置からの所定距離の絶対値以下の場合、当該切り替えられている一方の積分手段の積分値が０あるいは０近傍のときに他方の積分手段に切り替えることを特徴とする。

この操舵装置では、走行路の撮像画像から走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を求め、第１積分手段により走行路の所定位置に対する右側分の積分値を求めるとともに、第２積分手段により走行路の所定位置に対する左側分の積分値を求める。そして、操舵装置では、切替手段により走行路の所定位置からの所定距離を基準として所定位置からの偏差に応じて第１積分手段と第２積分手段とを切り替える。さらに、操舵装置では、操舵トルク設定手段により切り替えた積分手段で求めた積分値に基づいて操舵機構に付与する操舵トルクを設定し、この設定した操舵トルクを操舵機構に付与する。特に、操舵装置では、２つの積分手段のいずれか一方に切り替えられている状態で、切替手段により、車両の他方側の偏差が走行路の所定位置からの所定距離の絶対値以下の場合でも、その一方の積分手段の積分値が０あるいは０近傍と判定したときには一方の積分手段から他方の積分手段に切り替える。このように、他方側の偏差が切り替える基準以下で一方の積分手段から他方の積分手段に切り替えができない場合でも、選択中の積分値が非常に小さくなって選択中の積分値の影響が無くなっているときには選択中の積分手段から他方の積分手段に切り替えることができ、他方側の積分値を基づいて操舵トルクを付与することができる。例えば、直線からカーブになる場合やＳ字カーブでカーブの方向が変わる場合には横断勾配が変わるので、カーブ進入後に重力成分が作用しない側の積分手段が選択されているときには、重力成分が作用する側の適切な積分手段に切り替えることができる。つまり、横断勾配に応じた適切な積分手段が選択されていない場合には、横断勾配に応じた積分手段に迅速に切り替えることができる。このように、操舵装置では、横断勾配に応じて適切な操舵トルクを付与することでき、車両を所定位置に沿って走行させる精度を向上させることができる。

本発明によれば、横断勾配に応じた適切な操舵トルクを付与することでき、車両を走行路の所定位置に沿って高精度に走行させることができる。

以下、図面を参照して、本発明に係る操舵装置の実施の形態を説明する。

本実施の形態では、本発明に係る操舵装置を、レーンキープ装置に適用する。本発明に係るレーンキープ装置は、ドライバによる操舵を支援するために、カメラによる撮像画像から白線を認識し、左右の白線（車線）の中央側への補助的な操舵トルクを付与する。

図１〜図４を参照して、本実施の形態に係るレーンキープ装置１について説明する。図１は、本実施の形態に係るレーンキープ装置の構成図である。図２は、本実施の形態に係るレーンキープ装置の制御ブロック図である。図３は、オフセット閾値１の値の切替処理の説明図であり、（ａ）が直線であり、（ｂ）がカーブである。図４は、誤選択の積分の修正処理の説明図である。

レーンキープ装置１は、車線の中央の走行を補助するために必要な目標操舵トルクを設定し、電動パワーステアリング装置によりその目標操舵トルクを付与する。その際、レーンキープ装置１では、カーブ曲率、白線に対する車両の向き（ヨー角）、車線中心に対する車両位置の偏差（オフセット）及びそのオフセットの時間積分値に基づいて目標操舵トルクを設定する。特に、レーンキープ装置１では、オフセットの積分値として車線中心に対して右側分のオフセットの積分値と左側分のオフセットの積分値とを別々に求め、右積分と左積分を切り替えて一方の積分値に基づいて目標操舵トルクを設定する。レーンキープ装置１は、白線認識センサ２及びレーンキープＥＣＵ[Electronic ControlUnit]３を備えており、電動パワーステアリング装置１０を利用する。白線認識センサ２は、撮像手段としてのカメラ２ａ及び白線認識ＥＣＵ２ｂによって構成される。なお、カーブ曲率はカーブ半径の逆数なので、カーブ曲率をカーブ半径の逆数で代用することも可能である。

電動パワーステアリング装置１０は、ＥＰＳ[Electronic Power Steering]ＥＣＵ１０ａによってＥＰＳモータ１０ｂを制御し、ＥＰＳモータ１０ｂによる駆動トルクによりドライバによる操舵をアシストする。ＥＰＳＥＣＵ１０ａでは、図２に示すように、ドライバの操舵による操舵トルクに基づいてアシストトルクを設定し、そのアシストトルクに応じてＥＰＳモータ１０ｂを駆動制御する。特に、ＥＰＳＥＣＵ１０ａでは、レーンキープＥＣＵ３からの操舵トルク信号ＴＳを受信すると、その操舵トルク信号ＴＳに示される目標操舵トルクに所定の係数を乗算し、その乗算値（付加トルク）をアシストトルクに加算し、そのアシストトルク＋付加トルクに応じてＥＰＳモータ１０ｂを駆動制御する。ＥＰＳモータ１０ｂによる駆動トルクは操舵機構に付加され、操舵機構にはドライバによる操舵トルク以外にＥＰＳモータ１０ｂによるトルクが加わる。付加トルクは、ドライバによる操舵トルクを補助する程度の比較的小さなトルクである。

カメラ２ａは、例えば、ＣＣＤ[Charge Coupled Device]カメラであり、レーンキープ装置１を搭載する車両の前方に取り付けられる。この際、カメラ２ａは、その光軸方向が車両の進行方向と一致するように取り付けられる。カメラ２ａでは、車両の前方の道路を撮像し、その撮像したカラー画像（例えば、ＲＧＢ[RedGreen Blue]による画像）を取得する。カメラ２ａでは、その撮像画像のデータを撮像信号ＰＳとして白線認識ＥＣＵ２ｂに送信する。カメラ２ａは、左右方向に撮像範囲が広く、走行している車線を示す左右両側（一対）の白線を十分に撮像可能である。なお、カメラ２ａはカラーであるが、道路上の白線を認識できる画像を取得できればよいので、白黒のカメラでもよい。

白線認識ＥＣＵ２ｂは、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random AccessMemory]などからなる。白線認識ＥＣＵ２ｂでは、撮像信号ＰＳを取り入れ、撮像信号ＰＳの撮像画像データから車両が走行している車線を示す一対の白線を認識する。そして、白線認識ＥＣＵ２ｂでは、認識した一対の白線から車線幅、一対の白線の中心を通る線（すなわち、車線の中心）を演算する。さらに、白線認識ＥＣＵ２ｂでは、車線の中心の半径（カーブ半径Ｒ）を演算し、カーブ半径Ｒからカーブ曲率γ（＝１／Ｒ）を演算する。また、白線認識ＥＣＵ２ｂでは、白線に対するに対する車両の向き（ヨー角θ）及び車線の中心に対する車両中心の位置（オフセットＤ）を演算する。そして、白線認識ＥＣＵ２ｂでは、これら認識した一対の白線の情報や演算した各情報を画像信号ＧＳとしてレーンキープＥＣＵ３に送信する。なお、本実施の形態では、カーブ半径Ｒ、曲率γ、ヨー角θ、オフセットＤは、右旋回方向や車線中心に対して右側の値がプラス値で表され、左旋回方向や車線中心に対して左側の値がマイナス値で表されるものとする。

レーンキープＥＣＵ３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなる。レーンキープＥＣＵ３では、一定時間毎に、白線認識センサ２からの画像信号ＧＳを取り入れる。そして、レーンキープＥＣＵ３では、ドライバによる操作によってレーンキープ装置１が起動されている場合、車両が車線の中央付近を走行するように、画像信号ＧＳに示される各種情報（カーブ曲率γ、ヨー角θ、オフセットＤ）に基づいて目標操舵トルクを設定し、目標操舵トルクを示す操舵トルク信号ＴＳを電動パワーステアリング装置１０（ＥＰＳＥＣＵ１０ａ）に送信する。なお、レーンキープＥＣＵ３ではレーンキープ処理用のアプリケーションプログラム（ソフトウエア）を実行することによって各種処理（右積分処理、左積分処理、積分切替処理、目標操舵トルク設定処理など）を行うが、この各種処理が特許請求の範囲に記載する第１積分手段、第２積分手段、切替手段、操舵トルク設定手段に相当する。

図２に示すように、レーンキープＥＣＵ３では、一定時間毎に、オフセットＤを用いて右積分処理と左積分処理を行い、右積分値ＲＩ及び左積分値ＬＩを求める。そして、レーンキープＥＣＵ３では、一定時間毎に、積分切替処理により右積分値ＲＩと左積分値ＬＩとの切り替えを行い、目標操舵トルク設定処理で用いる積分値を選択する。さらに、レーキキープＥＣＵ３では、一定時間毎に、目標操舵トルク設定処理により、カーブ曲率γにゲインＧ１を乗算し、ヨー角θにゲインＧ２を乗算し、オフセットＤにゲインＧ３を乗算し、選択した積分値にゲインＧ４を乗算し、各ゲインＧ１〜Ｇ４を乗算したカーブ曲率γ、ヨー角θ、オフセットＤ、オフセットの積分値に基づいて目標操舵トルクを設定する。ここでは、カーブ曲率γについては車両を道路のカーブに沿わせ、ヨー角θについてはヨー角を０に収束させ、オフセットＤについてはオフセットＤを０に収束させ、オフセット積分値については積分値をサチュレートさせるような目標操舵トルクが設定される。なお、右積分処理と左積分処理及び右積分と左積分との積分切替処理については、以下で詳細に説明する。

右積分処理と左積分処理について説明する。レーンキープＥＣＵ３では、一定時間毎に入力されるオフセットＤを車線中心に対する右側分についての時間積分（右積分処理）と左側分についての時間積分（左積分処理）を行う。オフセットＤは、上記したように、車線中心に対して車両位置が右側の場合にはプラス値、車両位置が左側の場合にはマイナス値で表される。この場合、右積分処理では、オフセットＤを時間積分し、その積分値が０より大きい場合にはその積分値をそのまま出力し、積分値が０以下の場合には０を出力する。したがって、右積分の出力値（右積分値）は、オフセットＤが０より大きい場合には増加し、オフセットＤが０の場合には変化せず、オフセットＤが０より小さい場合には０を下限として減少する。左積分処理では、オフセットＤを時間積分し、その積分値が０より小さい場合にはその積分値をそのまま出力し、積分値が０以上の場合には０を出力する。したがって、左積分の出力値（左積分値）は、オフセットＤが０より小さい場合には減少（絶対値は増加）し、オフセットＤが０の場合には変化せず、オフセットＤが０より大きい場合には０を上限として増加する（絶対値は０を下限として減少する）。なお、オフセットＤが車線中心に対して車両位置が右側の場合にはマイナス値、車両位置が左側の場合にはプラス値で表される場合、右積分、左積分では、プラスとマイナスの関係が上記と逆になる。

積分切替処理について説明する。まず、レーンキープＥＣＵ３では、カーブ半径Ｒの絶対値がカーブ判定閾値Ｒ_０より大きいか否かを判定する。カーブ判定閾値Ｒ_０は、直線（ほぼ直線も含む）かあるいはカーブかを判定する閾値であり、大きな値である。

カーブ半径Ｒの絶対値がカーブ判定閾値Ｒ_０より大きいと判定した場合（直線の場合）、レーンキープＥＣＵ３では、オフセット閾値１としてオフセットＤ_０を設定する。オフセットＤ_０は、横断勾配の影響などによって車両のオフセットＤの絶対値が大きくなり、オフセットＤが大きくなった側の積分値に切り替える必要があるか否かを判定するための閾値であり、直線で用いられる閾値である。図３（ａ）には、両側の白線ＷＬ，ＷＬ、車線の中心線ＣＬを示しており、直線の場合、中心線ＣＬから両側にそれぞれ、オフセットＤ_０分のオフセット閾値１が設定される。

カーブ半径Ｒの絶対値がカーブ判定閾値Ｒ_０以下の場合（カーブの場合）、レーンキープＥＣＵ３では、オフセット閾値１としてオフセットＤ_１を設定する。オフセットＤ_１は、オフセットＤ_０より大きな値が設定され、カーブ走行中に積分値の切り替わりを抑制するための閾値であり、カーブで用いられる閾値である。ちなみに、車両のオフセットＤの絶対値がオフセットＤ_１より大きくなった場合、車両が車線中心から相当ずれているので、カーブ中でもオフセットＤが大きくなった側の積分値に切り替える必要がある。図３（ｂ）には、カーブの場合、中心線ＣＬから両側にそれぞれ、オフセットＤ_０より大きいオフセットＤ_１分のオフセット閾値１が設定される。

現在選択中の積分が左積分の場合、レーンキープＥＣＵ３では、右側オフセット（オフセットＤのプラス値の絶対値）がオフセット閾値１の絶対値より大きいか否かを判定する。右側オフセットがオフセット閾値１の絶対値より大きい場合、レーンキープＥＣＵ３では、左積分から右積分に切り替える。この場合、横断勾配の影響などによって車線中心から右側へのずれが大きくなったので、右積分値に切り替えて、右側から左側に向けた操舵トルクを付加するようにする。

右側オフセットがオフセット閾値１の絶対値以下の場合、レーンキープＥＣＵ３では、左積分値が０か否か（つまり、左側の積分の影響が無くなったか否か）を判定する。左積分値が０の場合、レーンキープＥＣＵ３では、右側オフセットがオフセット閾値２の絶対値より大きいか否かを判定する。オフセット閾値２は、カーブ走行中に誤選択されている積分値の切り替えを可能とするために、オフセット閾値１（＝オフセットＤ_１）より小さい値が設定される。オフセット閾値２としては、オフセットＤ_２が設定され、オフセットＤ_２はオフセットＤ_０と同じかあるいはＤ_０近傍の値である。図４には、中心線ＣＬから両側にそれぞれ、オフセットＤ_０の近傍にオフセットＤ_２分のオフセット閾値２が設定される。右側オフセットがオフセット閾値２の絶対値より大きい場合、レーンキープＥＣＵ３では、左積分から右積分に切り替える。この場合、右方向へのカーブに進入したにもかかわらず左積分が選択されているので、右積分に切り替えて、右側から左側に向けた操舵トルクを付加するようにする。ここでは、左積分値が０になり、左積分値による影響が無くなっているときには、右積分に切り替える。さらに、オフセット閾値１より小さいオフセット閾値２を設定することによって、車両位置も考慮して切り替えを行うことができる。

現在選択中の積分が右積分の場合、レーンキープＥＣＵ３では、左側オフセット（オフセットＤのマイナス値の絶対値）がオフセット閾値１の絶対値より大きいか否かを判定する。左側オフセットがオフセット閾値１の絶対値より大きい場合、レーンキープＥＣＵ３では、右積分から左積分に切り替える。この場合、横断勾配の影響などによって車線中心から左側へのずれが大きくなったので、左積分値に切り替えて、左側から右側に向けた操舵トルクを付加するようにする。

左側オフセットがオフセット閾値１の絶対値以下の場合、レーンキープＥＣＵ３では、右積分値が０か否か（つまり、右側の積分の影響が無くなったか否か）を判定する。右積分値が０の場合、レーンキープＥＣＵ３では、左側オフセットがオフセット閾値２の絶対値より大きいか否かを判定する。左側オフセットがオフセット閾値２の絶対値より大きい場合、レーンキープＥＣＵ３では、右積分から左積分に切り替える。この場合、左方向へのカーブに進入したにもかかわらず右積分が選択されているので、左積分に切り替えて、左側から右側に向けた操舵トルクを付加するようにする。ここでは、右積分値が０になり、右積分値による影響が無くなっているときには、左積分に切り替える。さらに、オフセット閾値１より小さいオフセット閾値２を設定することによって、車両位置も考慮して切り替えを行うことができる。

カーブでは、通常、カーブ外側が高く、内側が低い向きの横断勾配となっており、カーブ途中で横断勾配の向きは変わらない。したがって、カーブ走行中には、常に、横断勾配による車両に作用する重力成分に対抗するために、カーブ内側の積分値を選択し、カーブの内側から外側に向けた操舵トルクを付加することが望ましい。また、カーブ走行中に、カーブ内側の積分値からカーブ外側の積分値に切り替わると、重力成分の方向と同じ方向であるカーブの外側から内側に向けた操舵トルクが付加されることになり、車両が内側に向けて大きく変動し、ドライバに対する操舵反力も大きくなる。そこで、レーンキープＥＣＵ３では、カーブの場合、オフセット閾値１を大きくし、左積分と右積分が切り替わらないようにしている。

図３（ｂ）の例では、横断勾配の向きが、直線のときから道路左側が高く、右側が低い向きであり、カーブに入っても変わらない場合である。そのため、カーブに進入する前の直線のときから、右積分値が選択されており、道路の右側から左側に向けた操舵トルクが付加されていた。したがって、カーブ進入後、車両のオフセットＤの軌跡ＲＬが、車線中心線ＣＬをまたいで、右側から左側になっている。オフセット閾値１がオフセットＤ_０の場合、左側オフセットがオフセットＤ_０を超えてしまい、左積分値に切り替わり、左側から右側に向けた操舵トルクが付加されることになる。すると、この操舵トルクが付加される方向と横断勾配による重力成分の方向とが同じ方向となり、車両が急激に道路右側に変動し、車両のオフセットＤの軌跡ＲＬ’も急激に変化する。しかし、レーンキープＥＣＵ３では、オフセット閾値１を大きなオフセットＤ_１としているので、左側オフセットがオフセットＤ_１を超えることはなく、右積分値の選択が維持され、右側から左側に向けた操舵トルクが付加され続ける。この場合、この操舵トルクが付加される方向と横断勾配による重力成分の方向とが逆方向となっているので、車両の変動が少なく、車両のオフセットＤの軌跡ＲＬも中心線ＣＬの近傍となる。

上記したように、レーンキープＥＣＵ３では、カーブの場合にはオフセット閾値１（＝オフセットＤ_１）を大きくして左積分と右積分が切り替わらないようにしている。しかし、Ｓ字カーブや直線からカーブになるときには、カーブ（以下、現カーブと記載する）に入ると横断勾配の方向が急に変わる場合があり、車両に作用する重力成分の方向が変化する。この場合、現カーブに進入する前には、現カーブの横断勾配とは逆方向の横断勾配の影響により、現カーブの外側から内側に向けた操舵トルクが付加されている。現カーブの外側から内側に向けた操舵トルクは、現カーブに進入した場合には、車両に作用する重力成分と同じ方向となる。そのため、現カーブに進入した場合には、重力成分に対抗するために現カーブの内側から外側に向けた操舵トルクを付加するために、現カーブの外側の積分値から内側の積分値に切り替える必要がある。しかし、カーブではオフセット閾値１が大きいため、現カーブ内側のオフセットがオフセット閾値１を超えるまで時間を要し、車両の位置も車線中心から大きくずれることになる。そこで、現カーブ内側のオフセットがオフセット閾値１の絶対値以下でも、その現カーブの外側の積分値が０になり（つまり、その積分値の影響力がなくなり）、現カーブ内側のオフセットがオフセット閾値１より小さいオフセット閾値２より大きくなった場合、現カーブの外側の積分値から内側の積分値への切り替えを可能としている。

図４の例では、横断勾配の向きが、直線のときは道路左側が低く、右側が高い向きであり、カーブのときには道路左側が高く、右側が低い向きの場合である。そのため、カーブに進入する前の直線では、左積分値が選択されており、道路の左側から右側に向けた操舵トルクが付加されていた。この状態で、カーブに進入すると、車両には、付加されている操舵トルクと同じ方向の道路の左側から右側に向けた重力成分が作用する。その結果、車両が、急激に道路右側に移動する。この際、カーブになったので、オフセット閾値１が大きなオフセットＤ_１となっている。このオフセット閾値１だけで切り替え判定を行った場合、右側オフセットがオフセットＤ_１をなかなか超えないので、左積分値から右積分値に切り替わらず、左側から右側に向けた操舵トルクが付加され続ける。したがって、この操舵トルクが付加される方向と横断勾配による重力成分の方向とが同じ方向となっているので、車両が急激な道路右側への変動も続き、車両のオフセットＤの軌跡ＲＬ’も急激に変化する。この状態が、右側オフセットがオフセットＤ_１を超えるまで続く。しかし、レーンキープＥＣＵ３では、左積分値が０になったか否かを判定し、左積分が０になっている場合には左積分値から右積分値に切り替え、右側から左側に向けた操舵トルクを付加し始める。この際、レーンキープＥＣＵ３では、車両位置も考慮して切り替えを行うために、オフセット閾値１より小さいオフセット閾値２（＝オフセットＤ_２）での判定も行う。このように、左積分値による影響が無くなっている場合には右側から左側に向けた操舵トルクを付加するように右積分値に切り替えることによって、この操舵トルクが付加される方向と横断勾配による重力成分の方向とが逆方向となるので、車両の変動が少なく、車両のオフセットＤの軌跡ＲＬも中心線ＣＬの近傍となる。

図１及び図２を参照して、レーンキープ装置１の動作について説明する。特に、レーンキープＥＣＵ３における積分切替処理については図５のフローチャートに沿って説明する。図５は、図１のレーンキープＥＣＵにおける積分切替処理の流れを示すフローチャートである。ここでは、ドライバによってレーンキープ装置１が起動されている場合について説明する。

カメラ２ａでは、車両の前方の道路を撮像し、その撮像画像のデータを撮像信号ＰＳとして白線認識ＥＣＵ２ｂに送信する。白線認識ＥＣＵ２ｂでは、撮像画像から車線を区画する一対の白線を認識する。そして、白線認識ＥＣＵ２ｂでは、一対の白線から車線幅、車線の中心、車線中心のカーブ半径Ｒと曲率γ、ヨー角θ及び車線中心からの車両のオフセットＤを演算する。さらに、白線認識ＥＣＵ２ｂでは、一定時間毎に、これら一対の白線の情報や演算した各情報を画像信号ＧＳとしてレーンキープＥＣＵ３に送信する。

レーンキープＥＣＵ３では、一定時間毎に、画像信号ＧＳを受信する。そして、レーンキープＥＣＵ３では、画像信号ＧＳからカーブ半径Ｒ、曲率γ、ヨー角θ、オフセットＤを取得する（Ｓ１、Ｓ２）。レーンキープＥＣＵ３では、オフセットＤを取得する毎に、右積分処理により右積分値を演算するとともに左積分処理により左積分値を演算する。また、レーンキープＥＣＵ３では、カーブ半径Ｒの絶対値がカーブ判定閾値Ｒ_０より大きいか否かを判定する（Ｓ３）。Ｓ３にてカーブ半径Ｒの絶対値がカーブ判定閾値Ｒ_０より大きいと判定した場合（直線の場合）、レーンキープＥＣＵ３では、オフセット閾値１にオフセットＤ_０を設定する（Ｓ４）。したがって、直線の場合、オフセット閾値１は小さく、車両が車線中心に対してオフセットする側が変わると、右積分と左積分とが切り替わり易くなっている。Ｓ３にてカーブ半径Ｒの絶対値がカーブ判定閾値Ｒ_０以下と判定した場合（カーブの場合）、レーンキープＥＣＵ３では、オフセット閾値１にオフセットＤ_１（＞オフセットＤ_０）を設定する（Ｓ５）。したがって、カーブの場合、オフセット閾値１は大きく、右積分と左積分とが切り替わり難くなっている。さらに、レーンキープＥＣＵ３では、左積分を選択中か否かを判定する（Ｓ６）。

Ｓ６にて左積分を選択中と判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、車線中心に対して右側のオフセットがオフセット閾値１の絶対値より大きいか否かを判定する（Ｓ７）。Ｓ７にてオフセット閾値１の絶対値より大きいと判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、左積分から右積分へ切り替える（Ｓ８）。この切り替えは、主に、オフセット閾値１が小さい直線の場合に行われる。

一方、Ｓ７にてオフセット閾値１の絶対値以下と判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、左積分の積分値が０か否かを判定する（Ｓ９）。Ｓ９にて左積分の積分値が０と判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、右側オフセットがオフセット閾値２の絶対値より大きいか否かを判定する（Ｓ１０）。この場合、左積分が選択されているにもかかわらず、左積分値が０なので、右カーブにかかわらず、左積分が選択されていると推定される。そこで、右側オフセットがオフセットＤ_１より小さいオフセット閾値２の絶対値より大きいか否かを判定している。Ｓ１０にてオフセット閾値２の絶対値より大きいと判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、左積分から右積分へ切り替える（Ｓ１１）。この切り替えは、右カーブのときに左積分が選択されている場合に行われる。Ｓ９にて左積分の積分値が０でないと判定した場合またはＳ１０にてオフセット閾値２の絶対値以下と判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、左積分の選択を続ける。

Ｓ６にて右積分を選択中と判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、車線中心に対して左側のオフセットがオフセット閾値１の絶対値より大きいか否かを判定する（Ｓ１２）。Ｓ１２にてオフセット閾値１の絶対値より大きいと判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、右積分から左積分へ切り替える（Ｓ１３）。この切り替えは、主に、オフセット閾値１が小さい直線の場合に行われる。

一方、Ｓ１２にてオフセット閾値１の絶対値以下と判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、右積分の積分値が０か否かを判定する（Ｓ１４）。Ｓ１４にて右積分の積分値が０と判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、左側オフセットがオフセット閾値２の絶対値より大きいか否かを判定する（Ｓ１５）。この場合、右積分が選択されているにもかかわらず、右積分値が０なので、左カーブにかかわらず、右積分が選択されていると推定される。そこで、左側オフセットがオフセットＤ_１より小さいオフセット閾値２の絶対値より大きいか否かを判定している。Ｓ１５にてオフセット閾値２の絶対値より大きいと判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、右積分から左積分へ切り替える（Ｓ１６）。この切り替えは、左カーブのときに右積分が選択されている場合に行われる。Ｓ１４にて右積分の積分値が０でないと判定した場合またはＳ１５にてオフセット閾値２の絶対値以下と判定した場合、レーンキープＥＣＵ３では、右積分の選択を続ける。

そして、レーンキープＥＣＵ３では、カーブ曲率γ、ヨー角θ、オフセットＤ、選択中の積分値に対してゲインＧ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４をそれぞれ乗算し、その各乗算値に基づいて目標操舵トルクを設定する。そして、レーンキープＥＣＵ３では、設定した目標操舵トルクを示す操舵トルク信号ＴＳをＥＰＳＥＣＵ１０ａに送信する。

ＥＰＳＥＣＵ１０ａでは、操舵トルク信号ＴＳを受信し、その操舵トルク信号ＴＳに示される目標操舵トルクに所定の係数を乗算する。そして、ＥＰＳＥＣＵ１０ａでは、その乗算値（付加トルク）をアシストトルクに加算し、そのアシストトルク＋付加トルクに応じてＥＰＳモータ１０ｂを駆動制御する。ＥＰＳモータ１０ｂでは、ＥＣＰＥＣＵ１０ａによる制御によって所定のトルクを発生し、そのトルクを操舵機構に付加する。すると、操舵機構には、ドライバによる操舵トルクに応じたアシストトルクが加わるとともに、車両を車両中心に沿って走行させるための補助的な付加トルクが加わる。

このレーンキープ装置１によれば、直線とカーブとでオフセット閾値１の値を切り替えることによって、直線では車両のオフセットに応じて適切な側の積分に切り替えることができるとともに、カーブでは積分の切り替えを抑制する。そのため、直線中には横断勾配に応じて適切な方向の操舵トルクを付加することができ、カーブ中には横断勾配に応じて一定方向の操舵トルクを付加し続けることができる。さらに、カーブ中、車両挙動を安定化できるとともに、ドライバに対する操舵反力の変動を抑制できる。

また、レーンキープ装置１によれば、カーブ中に積分が誤選択されかつオフセットがオフセット閾値１の絶対値以下の場合でも、積分値が０か否かの判定を行うことによって、カーブ中でも横断勾配に応じた適切な積分に切り替えることができる。さらに、レーンキープ装置１では、オフセット閾値１より小さいオフセット閾値２による判定を行うことによって、車両位置も考慮して高精度な切り替えを行うことができる。そのため、カーブ中、車両が車線中心から大きくずれることがなく、車線中心に沿わせるような操舵トルクを付加することができる。

このように、レーンキープ装置１によれば、横断勾配に応じて適切な操舵トルクを付与することでき、車両を車線中心に沿って走行させる精度を向上させることができる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態ではレーンキープ装置に適用したが、他の装置にも適用可能であり、例えば、自動操舵装置に適用できる。

また、本実施の形態では電動パワーステアリング装置を利用して操舵トルクを付加する構成としたが、レーンキープ装置にラックやピニオンをアシストするアクチュエータを備える構成としてもよい。したがって、パワーステアリング装置を備えない車両にも適用可能である。また、電動パワーステアリング装置ではなく、油圧式のパワーステアリング装置にも適用可能であり、油圧を調整するアクチュエータを制御することによって操舵トルクを付加する構成としてもよい。

また、本実施の形態では一対の白線を認識することにより車線を検出する構成としたが、白線以外の黄線などの他の線も認識することにより車線を検出する構成としてもよいしあるいは路肩や車線と歩道とを区画するブロックなどを認識することにより車線を検出するなど他の方法により車線を検出する構成としてもよい。また、本実施の形態では車線がある道路に適用したが、車線がない道路に対しても適用可能である。この場合には、その道路の路肩などを検出する必要がある。

また、本実施の形態では直線かあるいはカーブかの判定をカーブ半径によって判定する構成としたが、道路形状の判定については他の手段を用いてもよい、例えば、カーナビゲーションシステムから走行中の道路の道路形状の情報を取得し、その情報から判定するようにしてもよい。

また、本実施の形態ではカーブ半径によって直線かあるいはカーブかを判定し、２段階のオフセット閾値を設定する構成としたが、カーブの半径（曲率）に応じて複数の段階でオフセット閾値を設定し、カーブ半径が小さくなるほど大きいオフセット閾値を段階的に設定するようにしてもよい。このように設定することによって、カーブ半径に応じたより精度の高い制御ができる。

また、本実施の形態ではカーブではオフセット閾値１としてオフセットＤ_０より大きいオフセットＤ_１を設定し、カーブでは右積分と左積分との切り替えが行われ難くする構成としたが、カーブではオフセット閾値１として無限大を設定し、カーブでは右積分と左積分との切り替えが行われない構成としてもよい。

また、本実施の形態では２つのオフセットＤ_０、Ｄ_１を用い、直線ではオフセットＤ_０によって右積分と左積分とを切り替え、カーブではオフセットＤ_１によって右積分と左積分とを切り替える構成とし、直線とカーブとでオフセット閾値の値を切り替えることによって、カーブでは直線に比べて右積分と左積分を切り替え難くしているので、カーブ走行中における車両の走行位置の変動を小さく抑えることができる。カーブでは直線に比べて右積分と左積分を切り替え難くする他の手法として、オフセット閾値の値を替えるのではなく、１つのオフセット閾値のみを用いて切り替え条件を変える構成としてもよい。例えば、車両のオフセットがオフセット閾値１の絶対値を超える時間を計測し、直線では計測時間と時間閾値１との比較によって右積分と左積分とを切り替え、カーブでは計測時間と時間閾値２（＞時間閾値１）との比較によって右積分と左積分とを切り替える構成としてもよいし、あるいは、車両のオフセットがオフセット閾値１の絶対値を超える回数をカウントし、直線路ではカウント数と回数閾値１との比較によって右積分と左積分とを切り替え、カーブではカウント数と回数閾値２（＞回数閾値１）との比較によって右積分と左積分とを切り替える構成としてもよい。このように、１つのオフセット閾値を用いて、オフセット閾値の絶対値を超える時間や回数などの閾値をカーブと直線とで切り替えることによって、カーブでは直線に比べて右積分と左積分を切り替え難くしているので、カーブ走行中における車両の走行位置の変動を小さく抑えることができる。

また、本実施の形態ではカーブか否かでオフセット閾値１の値を切り替える制御と誤選択対策として一方側の積分値が０になった場合には他方側の積分に切り替える制御の両方を備える構成としたが、いずれか一方だけの制御を備える構成としてもよい。

また、本実施の形態では誤選択対策として積分値が０になった場合にオフセット閾値２による判定を行う構成としたが、オフセット閾値２の判定を無くし、積分値が０になった場合には積分を切り替える構成としてもよい。

本実施の形態に係るレーンキープ装置の構成図である。本実施の形態に係るレーンキープ装置の制御ブロック図である。オフセット閾値１の値の切替処理の説明図であり、（ａ）が直線であり、（ｂ）がカーブである。誤選択の積分の修正処理の説明図である。図１のレーンキープＥＣＵにおける積分切替処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…レーンキープ装置、２…白線認識センサ、２ａ…カメラ、２ｂ…白線認識ＥＣＵ、３…レーンキープＥＣＵ、１０…電動パワーステアリング装置、１０ａ…ＥＰＳＥＣＵ、１０ｂ…ＥＰＳモータ

Claims

撮像手段により走行路を撮像し、車両が走行路の所定位置に沿って走行するように操舵機構に操舵トルクを付与する操舵装置において、
走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する右側分の積分値を求める第１積分手段と、
走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する左側分の積分値を求める第２積分手段と、
走行路の所定位置に対する車両位置の偏差と走行路の所定位置からの所定距離に基づいて前記第１積分手段と前記第２積分手段とを切り替える切替手段と、
前記切替手段で切り替えた積分手段の積分値に基づいて操舵機構に付与する操舵トルクを設定する操舵トルク設定手段と
を備え、
走行路の曲率が大きいときは走行路の曲率が小さいときより前記第１積分手段と前記第２積分手段との切り替えが行われ難くすることを特徴とする操舵装置。
前記走行路の所定位置からの所定距離を走行路の曲率に基づいて決定することを特徴とする請求項１に記載する操舵装置。
前記走行路の所定位置からの所定距離を走行路の曲率が大きくなるほど大きくすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する操舵装置。
撮像手段により走行路を撮像し、車両が走行路の所定位置に沿って走行するように操舵機構に操舵トルクを付与する操舵装置において、
走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する右側分の積分値を求める第１積分手段と、
走行路の所定位置に対する車両位置の偏差を積分し、走行路の所定位置に対する左側分の積分値を求める第２積分手段と、
走行路の所定位置に対する車両位置の偏差と走行路の所定位置からの所定距離に基づいて前記第１積分手段と前記第２積分手段とを切り替える切替手段と、
前記切替手段で切り替えた積分手段の積分値に基づいて操舵機構に付与する操舵トルクを設定する操舵トルク設定手段と
を備え、
前記切替手段は、前記第１積分手段または前記第２積分手段のいずれか一方の積分手段に切り替えられている状態で、当該切り替えられている一方の積分手段の他方側における走行路の所定位置に対する車両位置の偏差が走行路の所定位置からの所定距離の絶対値以下の場合、当該切り替えられている一方の積分手段の積分値が０あるいは０近傍のときに他方の積分手段に切り替えることを特徴とする操舵装置。