JP2016011059A - 車線維持支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】車線維持用アシストトルクを付与している車線維持制御を中止する場合に、車線維持用アシストトルクの低減を運転者の感覚により合致した好ましい態様で行われるようにする。
【解決手段】自車両が走行車線から逸脱するのを防止する方向への車線維持用アシストトルクが、運転者が打ち勝てる範囲の大きさで付与される。車線維持用アシストトルクが付与されている車線維持制御の状態から、あらかじめ設定された中止条件に基づいて車線維持制御を中止するときに、車線維持用アシストトルクが徐々に低減される。この車線維持用アシストトルクの低減が、車線維持制御の中止時点から開始されると共に、低減初期には低減後期に比して低減度合いが大きくなるように行われ、例えば指数関数的に低減される。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、車線維持支援システムに関するものである。

車両、特に自動車にあっては、走行中での車線維持を支援するため、つまり車線逸脱を防止するために、車線を逸脱する方向とは反対方向（つまり車線中心位置に向かう方向）へ操舵を行うための車線維持用アシストトルクを付与するようにしたものが増加する傾向にある。この車線維持用アシストトルクを付与された方向への操舵力が軽くなるので、運転者は自然と、車線中心位置に戻るように促されることになる。勿論、車線維持用アシストトルクの大きさは、運転者が積極的に車線変更する際等に行なう操舵の妨げとならないように、運転者が打ち勝てる範囲の大きさに設定されることになる。

車線維持制御のために、自車両前方の道路をカメラによって撮影して、撮影された画像中から自車両の走行車線を規定する左右の走行区分線（いわゆる白線）を検出して、この左右の白線の中央を自車両が走行するように、車線維持用アシストトルクが付与されることになる。

走行区分線がかすれていたりカメラに対して逆光である等の場合に、カメラによって左右の走行区分線が認識できない場合が応々にして生じる。この場合、自車両の走行車線を正確に認識できないことから車線維持制御は中止されるが、突然に車線維持用アシストトルクを０にすると、急激な操舵トルクの変動が発生して好ましくないものとなる。このため、特許文献１には、車線維持制御の中止直前の車線維持用アシストトルクを所定時間保持した後に、この保持された車線維持用アシストトルクから徐々に低減すること、より具体的には線形的に低減することが開示されている。

特開平１０−２０３３９５号公報

ところで、車線維持制御を中止する際に、特許文献１に記載のように制御中止時点での車線維持用アシストトルクを所定時間維持することは、道路形状の変化によっては運転者が意図する方向とは反対方向の大きな車線維持用アシストトルクが残ってしまう場合があり、好ましくないものとなる。

また、特許文献１のものでは、車線維持用アシストトルクを線形的に低減させるが、この場合、運転者の感覚に合った低減にするのが難しいものである。すなわち、低減のゲインを大きくすると（大きな傾きで車線維持用アシストトルクを低減すると）、車線維持用アシストトルクの急激な変化というものを運転者は感じてしまうことになる。逆に、低減のゲインを小さくすると（小さな傾きで車線維持用アシストトルクを低減すると）、低減初期時において車線維持用アシストトルクの低減を運転者を知覚しがたいものとなり、また車線維持用アシストトルクが０になるまでの時間がいたずらに長くなってしまって違和感を感じてしまうことになる。さらに、低減のゲインを中間程度の大きさにすると、低減初期時において、車線維持用アシストトルクの低減を運転者が知覚しずらい一方、低減後期においてかなり急激な車線維持用アシストトルクの低減というものを感じやすいものになってしまう。

上述したように、車線維持用アシストトルクの線形的な低減が運転者の感覚に合わないのは、同じ物理量の変化であっても、物理量が大きいときは小さいときに比して知覚しずらい（つまり物理量が小さいときは大きいときに比して知覚しやすい）という人間の知覚特性に起因するものと考えられる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、車線維持用アシストトルクを付与している車線維持制御を中止する場合に、車線維持用アシストトルクの低減を運転者の感覚により合致した好ましい態様で行われるようにした車線維持支援システムを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては、次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
自車両が走行車線から逸脱するのを防止する方向への車線維持用アシストトルクを、運転者が打ち勝てる範囲の大きさで付与するようにした車線維持支援システムにおいて、
前記車線維持用アシストトルクが付与されている車線維持制御の状態から、あらかじめ設定された中止条件に基づいて車線維持制御を中止するときに、前記車線維持用アシストトルクを徐々に低減させるアシストトルク低減手段を備えており、
前記アシストトルク低減手段による車線維持用アシストトルクの低減が、車線維持制御の中止時点から開始されると共に、低減初期には低減後期に比して低減度合いが大きくなるように行われる、
ようにしてある。

上記解決手法によれば、車線維持制御を中止する際には、この中止時点から車線維持用アシストトルクを徐々に低減するので、つまり中止直前の大きな車線維持用アシストトルクから即座に低減を開始するので、運転者が意図する方向とは反対方向に大きな車線維持用アシストトルクが残存してしまうという事態を防止あるいは低減する上で好ましいものとなる。また、車線維持用アシストトルクの低減度合いが、低減初期の方が低減後期よりも大きくなるようにしてあるので、運転者は、車線維持用アシストトルクがあたかも線形的に低減しているように知覚されて、運転者の感覚に合った好ましい低減とすることができる。すなわち、物理量の変化量が同じであっても、物理量が大きいときは小さいときに比して知覚しずらい（つまり物理量が小さいときは大きいときに比して知覚しやすい）という人間の知覚特性に合致した低減態様とすることができる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
前記アシストトルク低減手段による車線維持用アシストトルクの低減が、あらかじめ設定された所定時間となった時点で車線維持用アシストトルクが０になるように行われる、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、車線維持用アシストトルクを、設定された所定時間でもって確実に０にして、運転者に対して不必要に車線維持用アシストトルクを意識させない上で好ましいものとなる。

前記アシストトルク低減手段による車線維持用アシストトルクの低減が、車線維持制御の中止直前の値から指数関数的に低減するように行われる、ようにしてある（請求項３対応）。この場合、指数関数的な低減によって、請求項１に対応した効果を十分に発揮させることができる。

自車両前方の道路状況を撮影して、自車両が走行している左右の走行区分線を認識する走行区分線認識手段を有し、
前記車線維持用アシストトルクが、前記走行区分線認識手段によって認識された左右の走行区分線によって規定される走行車線から逸脱しないように付与され、
前記中止条件が、前記走行区分線認識手段によって走行区分線が認識できないときとされている、
ようにしてある（請求項４対応）。この場合、走行区分線を認識できないことに起因して車線維持制御を中止する場合に、を運転者の感覚にあった車線維持用アシストトルクの低減とすることができる。

本発明によれば、車線維持制御を中止する場合に、車線維持用アシストトルクの低減を運転者の感覚により合致した好ましい態様で行うことができる。

本発明が適用された車線維持支援システムの制御系統例を示すブロック図。 車線維持用アシストトルクの有無に応じたヒステリシスの幅の変更例を示す特性図。 目標ヨーレートの決定を説明するための図。 図３における前方注視時間Ｔの設定例を示す図。 目標ヨーレートに応じて運転者に発揮させる目標操舵トルクの設定例を示す特性図。 操舵角速度に応じた基準ヒステリシス幅の設定例を示す特性図。 粘性トルクの設定例を示す図。 本発明の制御例を示すフローチャート。 本発明の制御例を示すフローチャート。 本発明による車線維持用アシストトルクの低減態様を示すタイムチャート。

図１は、車両（自動車）に搭載された本発明の制御系統例をブロック図的に示すものである。この図１において、Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。コントローラＵは、記憶手段Ｍを有して、制御に必要なプログラム以外に、後述する制御を実行するために用いられる各種特性図等を記憶している。

コントローラＵには、各種センサや装置Ｓ１〜Ｓ６からの信号が入力される。Ｓ１は、運転者により操作されるステアリングハンドルの操作量つまり舵角（操作方向を含む舵角）を検出する舵角センサである。Ｓ２は、例えば、ステアリングシャフトに取付けられて、ステアリングシャフトのねじり量に応じて操舵トルクを検出するトルクセンサである。

Ｓ３は、自車両の前方を撮影するカメラであり、自車両が走行している車線を区分する左右の白線位置の検出と、左右白線位置に対する自車両の横方向位置との検出のために用いられる（物理的車線中心位置の検出ともなる）。Ｓ４は、車速を検出する車速センサである。Ｓ５は、ナビゲーション装置で、自車両の現在位置を検出すると共に、地図情報を利用して自車両が走行している現在の道路状況や前方の道路状況等を検出するためのものとなっている。Ｓ６は、切替スイッチで、運転者によりマニュアル操作されて、後述する車線維持制御のオン（実行）とＯＦＦ（実行禁止）とを選択するためのものである。

コントローラＵは、モータＳ１１と、ディスプレイやランプ等の表示手段Ｓ１２を制御する。モータＳ１１は、操舵系に組み込まれて、パワーアシストを行うためのものであるすなわち、実施形態では、パワーステアリング機構がモータＳ１１によってアシスト力が発生される電動式とされて、このモータＳ１１への供給電流を調整（変更）することにより、操舵アシスト力が変更されることになる。表示手段Ｓ１２は、前記切替スイッチＳ６のオン、ＯＦＦ状態を運転者に報知するためのものである。

図２は、車線維持用アシストトルクの有無に応じた操舵角と操舵トルクとの関係を図式的に示すものであり、同じ操舵角のときに、舵角が増大する方向への操舵トルクに対して、舵角が減少する方向の操舵トルクが小さく設定され、その差がヒステリシスの幅を示す。ヒステリシスの幅は、破線で示す車線維持用アシストトルクが付与されない場合は大きく設定され、実線で示す車線維持用アシストトルクが付与された場合は小さく設定される。車線維持用アシストトルクの有無に応じてヒステリシスの幅を相違させることにより、ハンドルの戻り感を、車線維持用アシストトルクが有る場合と無い場合とでほぼ同じにようにすることができる（物理的操舵トルクの変化量が同じであっても、物理的操舵トルクが大きいときは小さいときに比して、運転者が近くする知覚操舵トルクの変化量が小さいものとなることを考慮）。

次に、車線維持のための車線維持用アシストトルクの決定例について説明する。まず、実施形態では、左カーブでの走行状態となる図３に示すように、自車両Ｘの前方に物理的車線中心位置となる誘導目標点αに誘導するために要求される目標ヨーレート演算が行われる。この誘導目標点αまでの自車両前方方向への距離がＶＴとされる。この場合、Ｖは車速であり、Ｔは前方注視時間である。前方注視時間は、例えば図４に示すような特性として設定されるが、要は、誘導目標点αに到達させるまでの目標時間であり、基本的に、車速が大きくなるほど前方注視時間Ｔが小さくされる（上限値、下限値の設定あり）。

誘導目標点αに誘導するのに要求される目標ヨーレートΥtargetは、車速、自車両の横位置、ヨー角、車線の曲率、クロソイドパラメータに基づいて、次式（１）によって求められる。式（１）中、Ｖは車速、Ｔは前方注視時間、Ｒは車線の曲率、Ψ０は自車両Ｘのヨー角、ｙ0は自車両Ｘの横方向位置、Ａはクロソイドパラメータである。なお、曲率Ｒ等は、カメラＳ３での検出結果に基づいて決定することもできるが、例えばナビゲーション装置Ｓ５での地図情報や道路脇に設定されているインフラ施設からの情報に基づいて入手する等、適宜の手法で入手することができる。なお、自車両のヨーレートを、別途設けた専用のヨーレートセンサにより検出することもできる。

目標ヨーレートΥtargetが決定されると、この目標ヨーレートΥtargetと車速とを図５に示す特性に照合して、運転者が発揮すべき目標操舵トルクＴDriverが決定される。次いで、操舵角速度を図６に示す特性図に照合して、ヒステリシス幅が決定される。なお、ヒステリシス幅は、操舵角速度が小さい領域（例えば０．００００１ｒａｄ／ｓ以下）では、不感帯を設定してある（操舵のがたつき防止）。このヒステリシス幅は、車線維持用アシストトルクが無い基準値を設定する場合に対応しており、車線維持用アシストトルクが有るときは、図２について説明したように、ヒステリシス幅が小さくなるように減少補正される。

パワーステアリング装置に対する最終出力決定のために、次のような操舵トルクが決定される。まず、図３で説明した旋回に必要な操舵トルクＴNormalが演算される。前述した運転者に発揮させるべき操舵トルクをＴDriverに応じた標準アシストトルクがＴESPとして決定される（ＴESPを、トルクセンサＳ２での検出トルクに応じて決定することもできる）。そして、基本の車線維持用アシストトルクＴBaseが、次式（２）に基づいて算出される。

ＴBase＝ＴNormal−ＴDriver−ＴESP （２）
上記基本の車線維持用アシストトルクＴＢaseが、車線維持制御なしの場合に対して、追加的に付与されることになる。そして、車線維持用アシストトルクＴBaseが付与されるときは、付与されない場合に比して、ヒステリシス幅が減少補正されることになる。

以上に加えて、粘性トルクＴViscosityが決定される。この粘性トルクＴViscosityは、操舵角速度に対してゲイン係数Ｃ（＞０）を乗算することにより演算される。そして、ゲイン計数Ｃは、図７に示すような特性に基ずいて決定される。すなわち、図３で説明した目標ヨーレートから自車両Ｘの現在のヨーレートを差し引いた偏差の絶対値が大きいほど、ゲイン係数Ｃが小さくなるように決定される。また、ゲイン係数Ｃは、上記偏差の絶対値が同じであっても、車速が大きいほど小さくなるように決定される。このように、粘性トルクＴViscosityは、操舵角速度が大きいほど大きく、前記偏差（の絶対値）が小さいほど大きく、車速が小さいほど大きくなるように決定される。

上記のようにして決定された粘性トルクＴViscosityが、前述した基本の車線維持用アシストトルクＴBaseから減算されて、最終的な車線維持用アシストトルクＴLKAとされ、この最終的な車線維持用アシストトルクＴLKAが出力される（モータＳ１１からのＴLKAの出力）。特に、目標ヨーレートと実際のヨーレートとの偏差の絶対値が小さいということは、保舵時あるいはほぼ保舵時となるが、このときは、粘性トルクＴViscosityが大きく設定されるために最終的な車線維持用アシストトルクＴLKAが小さくされて、ハンドルの安定性が向上された状態となる（拮抗筋の働きを防止あるいは抑制）。

図８は、コントローラＵによって、前述した最終的なＴLKAを決定（出力）するための制御例を示すフローチャートである。以下このフローチャートについて説明するが、切替スイッチＳ６がＯＮのとき（車線維持用アシストトルク制御有り−粘性トルク有り）を前提としている。また、以下の説明でＱはステップを示す。勿論、図２、図４、図６、図７や、式（１）、式（２）等は、記憶手段Ｍに記憶されているものである。

以上のことを前提として、まず、Ｑ１において、各種センサ等Ｓ１〜Ｓ６からの信号が読み込まれる。次いでＱ２において、図３で説明したように、目標ヨーレートΥtaegetが演算される。この後、Ｑ３において、図５に基づいて、運転者に発揮させる目標操舵トルクＴDriverが演算される。この後、Ｑ４において、図３の誘導目標点αに誘導するための旋回に必要な操舵トルクＴNormalが演算される。

Ｑ４の後、Ｑ５において、Ｑ３で演算された目標操舵トルクＴDriverに基づいて、標準アシストトルクＴESPが演算される。この後、Ｑ６において、式（２）に基づいて、基本の車線維持用アシストトルクＴBaseが演算される。この後、Ｑ７において、図６に基づいて、基準のヒステリシス幅が決定される。

Ｑ７の後、Ｑ８において、目標となる粘性トルクＴViscosityが決定される（図７に基づいてゲイン係数Ｃが決定され、このゲイン係数Ｃに対して操舵角速度が乗算される）。この後、Ｑ９において、Ｑ６で決定された基本の車線維持用アシストトルクＴBaseから粘性トルクＫＴViscosityを減算して、最終的な車線維持用アシストトルクＴLKAが決定される。そして、Ｑ１０において、最終的な車線維持用アシストトルクＴLKAとなるように、モータＳ１１に制御信号（駆動信号）が出力される。なお、最終的な車線維持用アシストトルクＴLKAが０でないときは、基準のヒステリシス幅が減少補正される。

図９は、上述した車線維持制御を中止するときの制御例を示す。すなわち、Ｑ２１においてデータ入力された後、Ｑ２２において、カメラＳ３を用いた左右の白線が認識できている状態であるか否かが判別される。このＱ２２の判別でＹＥＳのとき（左右の白線の認識ができるとき）は、Ｑ２３において、フラグが１にセットされる。なお、フラグは、当初は０にイニシャライズされており、１のときが車線維持制御の実行許可を意味する（０が車線維持制御の実行禁止を意味）。このＱ２３の後、Ｑ２４において、図８で説明したような車線維持制御が実行される。

前記Ｑ２２の判別でＮＯのときは、カメラＳ３によって左右の白線が認識できないときであって、車線維持制御を中止するときである。このときは、まず、Ｑ２５において、フラグが１であるか否か、つまり現在車線維持用アシストトルクが付与されている車線維持制御中であるか否かが判別される。このＱ２５の判別でＮＯのときは、そのままリターンされる。

上記Ｑ２５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２６において、車線維持用アシストトルクが、中止直前の車線維持用アシストトルクから徐々に減少され、具体的には指数関数的に減少される。この後、Ｑ２７において、フラグが０にリセットされる。

図１０は、車線維持制御実行の状態から中止された場合における車線維持用アシストトルクの変化の状況を示すものである。この図１０において、ｔ１時点より前の時点が、車線維持制御が実行されている状態である。ｔ１時点で、車線維持制御が中止（禁止）される時点となる。このｔ１時点以後は、車線維持用アシストトルクが、中止直前の車線維持用アシストトルク（の大きさ）から指数関数的に減少される。車線維持制御を中止すると決定された時点から即座に車線維持用アシストトルクが低減されるので、運転者の意図する操舵方向とは反対方向に大きな車線維持用アシストトルクが残存してしまうというような事態が発生しがたいものとなる。

車線維持用アシストトルクの低減についてより具体的に説明する。まず、指数関数的な低減（減少）により、低減初期は低減後期に比して、車線維持用アシストトルクの減少度合いが大きいものとされる。これにより、車線維持用アシストトルクが大きいためにその変化量（低減量）を知覚しにくい低減初期において、車線維持用アシストトルクが低減していることを運転者は明確に認識できることになる。また、車線維持用アシストトルクが小さいためにその変化量（低減量）を知覚しやすい低減後期でも、運転者は車線維持用アシストトルクの低減を知覚できることになる。このように、車線維持用アシストトルクは、物理的には指数関数的に低減されても、運転者にとっては車線維持用アシストトルクが線形的に低減されているものと知覚されることになる。

車線維持用アシストトルクの低減させる指数関数としては、例えば、（「ｅの−１．５・ｔ乗」×Ｔ）とすることができる。なお、式中、ｔはｔ１時点からの経過時間であり、Ｔは車線維持制御中止直前の車線維持用アシストトルクである。そして、ｔ１時点から所定時間（例えば２．０秒）経過したｔ２時点で、車線維持用アシストトルクは０とされる。なお、指数関数としては、上記以外に適宜設定できる。なお、車線維持制御の中止から実行へと移行するときは、所定時間（例えば２．０秒）かけて、車線維持用アシストトルクが徐々に増大され、所定時間経過後は車線維持用アシストトルクが通常の大きさに設定される（図８のフローチャートにしたがうものとなる）。この車線維持用アシストトルクの徐々なる増大は、例えば１秒あたり５０％の線形ゲインを積算することにより行うことができる。

ここで、車線維持制御の中止と判断された時点から車線維持用アシストトルクを徐々に低減させる場合に、指数関数的な低減に限らず、互いに異なるゲイン（傾き）を設定された複数の線形的な低減を行うようにしてもよい。例えば、低減初期は大きなゲイン（傾き）で線形的に低減し、低減後期は小さなゲインで線形的に低減し、低減中期では、中間のゲインで線形的に低減するようにしてもよい。線形的な低減は、上述した３段階での低減に限らず、２段階あるいは４段階以上で行うこともできる。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。パワーアシスト装置としては、電動式に限らず、油圧式であってもよい。自車両の車線に対する横方向位置の検出は、カメラＳ２を利用する以外に、レーダ等の別のセンサを代替的にあるいは協働し使用したり、高精度のナビゲーション装置を利用したり、路車間通信による道路脇からのインフラ施設からの情報入手等によって行ったり、これらを組み合わせせて行う等、適宜選択できるものである。粘性トルクの決定のパラメータとしては、少なくとも操舵角速度が含まれていればよく、目標ヨーレートと実ヨーレートとの偏差や車速をパラメータとして有しない場合であってもよく、また、操舵角速度に加えて、上記偏差あるいは車速のいずれか一方をパラメータとして付加してもよい。また、粘性トルクは、連続可変式に変更する場合に限らず、段階的に変更するものであってもよい。この他、粘性トルクを用いない設定とすることもできる。ヒステリシス幅を、常に同じ大きさに設定するようにしてもよい。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、車両の車線維持支援システムとして好適である。

Ｕ：コントローラ（制御手段）
Ｓ１：舵角センサ
Ｓ２：トルクセンサ
Ｓ３：カメラ
Ｓ４：車速センサ
Ｓ５：ナビゲーション装置
Ｓ６：切替スイッチ（車線維持制御のＯＮ、ＯＦＦ用）
Ｓ１１：モータ（パワーアシスト用）

Claims (4)

1. 自車両が走行車線から逸脱するのを防止する方向への車線維持用アシストトルクを、運転者が打ち勝てる範囲の大きさで付与するようにした車線維持支援システムにおいて、
   前記車線維持用アシストトルクが付与されている車線維持制御の状態から、あらかじめ設定された中止条件に基づいて車線維持制御を中止するときに、前記車線維持用アシストトルクを徐々に低減させるアシストトルク低減手段を備えており、
   前記アシストトルク低減手段による車線維持用アシストトルクの低減が、車線維持制御の中止時点から開始されると共に、低減初期には低減後期に比して低減度合いが大きくなるように行われる、
   ことを特徴とする車線維持支援システム。
2. 請求項１において、
   前記アシストトルク低減手段による車線維持用アシストトルクの低減が、あらかじめ設定された所定時間となった時点で車線維持用アシストトルクが０になるように行われる、ことを特徴とする車線維持支援システム。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記アシストトルク低減手段による車線維持用アシストトルクの低減が、車線維持制御の中止直前の値から指数関数的に低減するように行われる、ことを特徴とする車線維持支援システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、
   自車両前方の道路状況を撮影して、自車両が走行している左右の走行区分線を認識する走行区分線認識手段を有し、
   前記車線維持用アシストトルクが、前記走行区分線認識手段によって認識された左右の走行区分線によって規定される走行車線から逸脱しないように付与され、
   前記中止条件が、前記走行区分線認識手段によって走行区分線が認識できないときとされている、
   ことを特徴とする車線維持支援システム。

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