JP2017001627A - 車両用警報装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であることを運転者に警告することができるとともに、車線逸脱を回避する方向を運転者に伝えることができる車両用警報装置を提供する。
【解決手段】警告用振動波形発生部４３は、車線逸脱判定部４２によって、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であると判定されているときには、零以上の値をとる三角形波からなる警告トルク波形または零以下の値をとる三角形波からなる警告トルク波形のうち、車線逸脱を回避する方向に対応した警告トルク波形Ｉｅを発生する。三角形波において、トルク絶対値が増加する区間を第１区間とし、トルク絶対値が減少する区間を第２区間とすると、第１区間のトルク絶対値の時間に対する変化率が、第２区間のトルク絶対値の時間に対する変化率よりも大きく設定されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であるときに警報を発生する車両用警報装置に関する。

特許文献１には、運転者のステアリング操作に対して操作反力を付与する反力制御手段を備えたステアリング制御装置が開示されている。特許文献１記載の反力制御手段は、通行区分線に対して幅員方向に沿ったノッチ位置を設定する。そして、反力制御手段は、自車両が車線外側に変位し、自車位置がノッチ位置に到達したときに、矩形波、正弦波または三角波のパターンで操作反力を振動させる。

特開２０１３−１８９１４３号公報 特開平１１−３４７７４号公報 特許第４２９２５６２号公報

特許文献１記載の発明では、自車両が車線外側に変位し、自車位置がノッチ位置に到達したことを運転者に認識させることはできるが、車線逸脱を回避する方向を運転者に伝えることは困難である。
この発明は、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であることを運転者に警告することができるとともに、車線逸脱を回避する方向を運転者に伝えることができる車両用警報装置を提供することである。

請求項１記載の発明は、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であるか否かを判定する判定手段（４２）と、前記判定手段によって、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であると判定された場合に、警告トルク波形を発生する警告トルク波形発生手段（４３）と、前記警告トルク波形発生手段によって発生した警告トルク波形に応じた警告用振動を操舵部材（２）に与える振動付与手段（１８）とを含み、前記警告トルク波形発生手段は、零以上の値をとる三角形波からなる警告トルク波形または零以下の値をとる三角形波からなる警告トルク波形のうち、車線逸脱を回避する方向に対応した警告トルク波形を発生するように構成されており、前記三角形波において、トルク絶対値が増加する区間を第１区間とし、前記第１区間に続き、トルク絶対値が減少する区間を第２区間とすると、前記第１区間のトルク絶対値の時間に対する変化率が、前記第２区間のトルク絶対値の時間に対する変化率よりも大きい、車両用警報装置である。なお、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素等を表すが、むろん、この発明の範囲は当該実施形態に限定されない。以下、この項において同じ。

三角形波は、三角形状の波形を有する波を意味し、三角波および鋸波を含む。
この構成では、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であることを運転者に警告することができる。また、この構成では、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であると判定された場合に、操舵部材に車線逸脱を回避する方向の三角形波のトルクを付与できる。これにより、車線逸脱を回避する方向のトルクを、操舵部材を介して運転者に伝達することができる。しかも、この三角形波は、トルク絶対値が増加する第１区間におけるトルク絶対値の時間に対する変化率が、トルク絶対値が減少する第２区間におけるトルク絶対値の時間に対する変化率よりも大きい。これにより、車線逸脱を回避する方向を、運転者に感じさせやすくできる。これにより、車線逸脱を回避する方向を運転者に伝えることができる。

請求項２記載の発明は、前記判定手段は、目標走行ラインに対する車両の横偏差に基づいて、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であるか否かを判定するように構成されている、請求項１に記載の車両用警報装置である。
請求項３に記載の発明は、前記警告トルク波形発生手段は、前記警告トルク波形の振幅を、前記横偏差に基いて変化させる振幅変更手段を含んでいる、請求項２に記載の車両用警報装置である。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両用警報装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、ＥＣＵの電気的構成を示すブロック図である。 図３は、検出操舵トルクＴｓに対する基本目標電流値Ｉｏ^＊の設定例を示すグラフである。 図４は、車線逸脱判定部の動作を説明するための模式図である。 図５（ａ）〜（ｆ）は、警告トルク波形の例を示す波形図である。 図６（ａ）〜（ｆ）は、警告トルク波形の他の例を示す波形図である。

以下では、この発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る車両用警報装置が適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。
電動パワーステアリング装置(ＥＰＳ:electric power steering）１は、車両を操向するための操舵部材としてのステアリングホイール２と、このステアリングホイール２の回転に連動して転舵輪３を転舵する転舵機構４と、運転者の操舵を補助するための操舵補助機構５とを備えている。ステアリングホイール２と転舵機構４とは、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して機械的に連結されている。

ステアリングシャフト６は、ステアリングホイール２に連結された入力軸８と、中間軸７に連結された出力軸９とを含む。入力軸８と出力軸９とは、トーションバー１０を介して相対回転可能に連結されている。
トーションバー１０の近傍には、トルクセンサ１１が配置されている。トルクセンサ１１は、入力軸８および出力軸９の相対回転変位量に基づいて、ステアリングホイール２に与えられた操舵トルクＴｓを検出する。この実施形態では、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｓは、たとえば、右方向への操舵のためのトルクが正の値として検出され、左方向への操舵のためのトルクが負の値として検出され、その絶対値が大きいほど操舵トルクの大きさが大きくなるものとする。

転舵機構４は、ピニオン軸１３と、転舵軸としてのラック軸１４とを含むラックアンドピニオン機構からなる。ラック軸１４の各端部には、タイロッド１５およびナックルアーム（図示略）を介して転舵輪３が連結されている。ピニオン軸１３は、中間軸７に連結されている。ピニオン軸１３は、ステアリングホイール２の操舵に連動して回転するようになっている。ピニオン軸１３の先端（図１では下端）には、ピニオン１６が連結されている。

ラック軸１４は、自動車の左右方向に沿って直線状に延びている。ラック軸１４の軸方向の中間部には、ピニオン１６に噛み合うラック１７が形成されている。このピニオン１６およびラック１７によって、ピニオン軸１３の回転がラック軸１４の軸方向移動に変換される。ラック軸１４を軸方向に移動させることによって、転舵輪３を転舵することができる。

ステアリングホイール２が操舵（回転）されると、この回転が、ステアリングシャフト６および中間軸７を介して、ピニオン軸１３に伝達される。そして、ピニオン軸１３の回転は、ピニオン１６およびラック１７によって、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。
操舵補助機構５は、操舵補助用の電動モータ（ＥＰＳ用電動モータ）１８と、電動モータ１８の出力トルクを転舵機構４に伝達するための減速機構１９とを含む。減速機構１９は、ウォーム軸２０と、このウォーム軸２０と噛み合うウォームホイール２１とを含むウォームギヤ機構からなる。減速機構１９は、伝達機構ハウジングとしてのギヤハウジング２２内に収容されている。

ウォーム軸２０は、電動モータ１８によって回転駆動される。また、ウォームホイール２１は、ステアリングシャフト６とは同方向に回転可能に連結されている。ウォームホイール２１は、ウォーム軸２０によって回転駆動される。
電動モータ１８によってウォーム軸２０が回転駆動されると、ウォームホイール２１が回転駆動され、ステアリングシャフト６が回転する。そして、ステアリングシャフト６の回転は、中間軸７を介してピニオン軸１３に伝達される。ピニオン軸１３の回転は、ラック軸１４の軸方向移動に変換される。これにより、転舵輪３が転舵される。すなわち、電動モータ１８によってウォーム軸２０を回転駆動することによって、転舵輪３が転舵されるようになっている。

車両には、車速Ｖを検出するための車速センサ２３が設けられているとともに、車両の進行方向前方の道路を撮影するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ２４が搭載されている。ＣＣＤカメラ２４は、車両の運転状態を監視するために設けられている。
トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｓ、車速センサ２３によって検出される車速ＶおよびＣＣＤカメラ２４から出力される画像信号は、ＥＣＵ（電子制御ユニット：Electronic Control Unit）１２に入力される。ＥＣＵ１２は、これらの入力信号に基いて、電動モータ１８を制御する。

図２は、ＥＣＵ１２の電気的構成を示すブロック図である。
ＥＣＵ１２は、電動モータ１８を制御するためのマイクロコンピュータ３１と、マイクロコンピュータ３１によって制御され、電動モータ１８に電力を供給する駆動回路（インバータ回路）３２と、電動モータ１８に流れるモータ電流（実電流値）Ｉを検出する電流検出回路３３とを含んでいる。

マイクロコンピュータ３１は、ＣＰＵおよびメモリ(ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリ３４など）を備えており、所定のプログラムを実行することにより、複数の機能処理部として機能するようになっている。この複数の機能処理部には、基本目標電流値設定部４１と、車線逸脱判定部４２と、警告用振動波形発生部４３と、振動波形加算部４４と、電流偏差演算部４５と、ＰＩ制御部４６と、ＰＷＭ制御部４７とが含まれる。

基本目標電流値設定部４１は、トルクセンサ１１によって検出される操舵トルクＴｓと車速センサ２３によって検出される車速Ｖとに基づいて、基本目標電流値Ｉｏ^＊を設定する。検出操舵トルクＴｓに対する基本目標電流値Ｉｏ^＊の設定例は、図３に示されている。検出操舵トルクＴｓは、例えば右方向への操舵のためのトルクが正の値にとられ、左方向への操舵のためのトルクが負の値にとられている。また、基本目標電流値Ｉｏ^＊は、電動モータ１８から右方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには正の値とされ、電動モータ１８から左方向操舵のための操舵補助力を発生させるべきときには負の値とされる。

基本目標電流値Ｉｏ^＊は、検出操舵トルクＴｓの正の値に対しては正をとり、検出操舵トルクＴｓの負の値に対しては負をとる。検出操舵トルクＴｓが−Ｔｓ１〜Ｔｓ１（たとえば、Ｔｓ１＝０．４Ｎ・ｍ）の範囲（トルク不感帯）の微小な値のときには、基本目標電流値Ｉｏ^＊は零とされる。そして、検出操舵トルクＴｓが−Ｔｓ１〜Ｔｓ１の範囲外の値である場合には、基本目標電流値Ｉｏ^＊は、検出操舵トルクＴｓの絶対値が大きくなるほど、その絶対値が大きくなるように設定されている。また、基本目標電流値Ｉｏ^＊は、車速センサ２３によって検出される車速Ｖが大きいほど、その絶対値が小さくなるように設定される。これにより、低速走行時には大きな操舵補助力を発生させることができ、高速走行時には操舵補助力を小さくすることができる。

車線逸脱判定部４２は、ＣＣＤカメラ２４によって撮像された画像に基いて、車両が車線を逸脱する可能性の高い状態であるか否かを判定し、その判定結果を警告用振動波形発生部４３に与える。この実施形態では、車線逸脱判定部４２は、目標走行ラインに対する車両の横偏差に基づいて、車両が車線を逸脱する可能性の高い状態であるか否かを判定する。具体的には、車線逸脱判定部４２は、図４に示すように、ＣＣＤカメラ２４によって撮像された画像に基いて、車両１００が走行している車線を示す一対の車線境界線（白線）Ｌｌ，Ｌｒを認識し、車両１００の走行車線を認識する。そして、車線逸脱判定部４２は、車両１００の走行車線内に、車両１００の目標走行ラインＬｓを設定する。この実施形態では、目標走行ラインＬｓは、走行車線の幅中央に設定される。

車両１００の横偏差ｙは、平面視において、車両１００の基準位置Ｃから目標走行ラインＬｓまでの距離を表す。車両１００の基準位置Ｃは、車両１００の重心位置であってもよく、車両１００におけるＣＣＤカメラ２４の配置位置であってもよい。この実施形態では、車両１００の基準位置Ｃが、進行方向に向かって、目標走行ラインＬｓの右側にある場合には、横偏差ｙの符号は正となり、目標走行ラインＬｓの左側にある場合には、横偏差ｙの符号は負となるように、横偏差ｙは設定される。車線逸脱判定部４２は、例えば、横偏差yの絶対値が所定値α（α＞０）以上であるときに、車両が車線を逸脱する可能性の高い状態であると判定する。車線逸脱判定部４２は、車両が車線を逸脱する可能性の高い状態であると判定したときには、その判定結果および横偏差ｙを警告用振動波形発生部４３に与える。

警告用振動波形発生部（警告トルク波形発生部）４３は、車線逸脱判定部４２によって、車両が車線を逸脱する可能性の高い状態であると判定されているときには、そのことを運転者に警告するために、警告用振動波形（加振信号）Ｉｅを発生させる。警告用振動波形発生部４３の詳細については、後述する。
振動波形加算部４４は、基本目標電流値設定部４１によって設定された基本目標電流値Ｉｏ^＊に、警告用振動波形発生部４３によって発生された警告用振動波形（加振信号）Ｉｅを加算することにより、目標電流値Ｉ^＊を演算する。電流偏差演算部４５は、振動波形加算部４４によって得られた目標電流値Ｉ^＊と電流検出回路３３によって検出された実電流値Ｉとの偏差（電流偏差ΔＩ＝Ｉ^＊−Ｉ）を演算する。

ＰＩ制御部４６は、電流偏差演算部４５によって演算された電流偏差ΔＩに対するＰＩ演算を行うことにより、電動モータ１８に流れる電流Ｉを目標電流値Ｉ^＊に導くための駆動指令値を生成する。ＰＷＭ制御部４７は、前記駆動指令値に対応するデューティ比のＰＷＭ制御信号を生成して、駆動回路３２に供給する。これにより、駆動指令値に対応した電力が電動モータ１８に供給されることになる。

電流偏差演算部４５およびＰＩ制御部４６は、電流フィードバック制御手段を構成している。この電流フィードバック制御手段の働きによって、電動モータ１８に流れるモータ電流Ｉが、目標電流値Ｉ^＊に近づくように制御される。
警告用振動波形発生部４３について、詳しく説明する。警告用振動波形発生部４３は、車線逸脱判定部４２によって、車両が車線を逸脱する可能性の高い状態であると判定されているときには、警告用振動波形（加振信号）Ｉｅを発生させる。この警告用振動波形Ｉｅに応じたトルクが警告用振動としてステアリングホイール２に与えられるので、以下において、警告用振動波形を「警告トルク波形」という場合がある。具体的には、警告用振動波形発生部４３は、零以上の値をとる三角形波からなる警告トルク波形または零以下の値をとる三角形波からなる警告トルク波形のうち、車線逸脱を回避する方向に対応した警告トルク波形（加振信号）Ｉｅを発生する。

図５（ａ）は、零以上の値をとる三角形波からなる警告トルク波形の一例を示し、図５（ｂ）は零以下の値をとる三角形波からなる警告トルク波形の一例を示している。この実施形態では、図５（ａ）の警告トルク波形は、右転舵方向のトルクに対応した警告トルク波形であり、図５（ｂ）の警告トルク波形は、左転舵方向のトルクに対応した警告トルク波形である。

この実施形態では、横偏差ｙが０よりも大きい場合（横偏差ｙが正の値である場合）には、目標走行ラインに対して車両が進行方向に向かって右側に逸脱していると考えられる。この場合には、車線逸脱を回避する方向は左転舵方向となる。そこで、警告用振動波形発生部４３は、零以下の値をとる三角形波からなる警告トルク波形を発生させる。一方、横偏差ｙが０よりも小さい場合（横偏差ｙが負の値である場合）には、目標走行ラインに対して車両が進行方向に向かって左側に逸脱していると考えられる。この場合には、車線逸脱を回避する方向は、右転舵方向となる。そこで、警告用振動波形発生部４３は、零以上の値をとる三角形波からなる警告トルク波形を発生させる。

図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、三角形波は、トルク絶対値が増加する第１区間Ｔ１と、第１区間Ｔ１に続き、トルク絶対値が減少する第２区間Ｔ２とからなる。第１区間Ｔ１と第２区間Ｔ２とを合わせた区間（Ｔ１＋Ｔ２）が、警告トルクが発生する警告区間Ｔ_Ａとなる。隣接する警告区間Ｔ_Ａの間隔を休止区間Ｔ_Ｂとすると、三角形波の周期Ｔは、Ｔ_Ａ＋Ｔ_Ｂとなる。三角形波の周期Ｔは、例えば、１秒程度に設定される。三角形波におけるトルク絶対値の最大値を振幅ということにする。

第１区間Ｔ１のトルク絶対値の単位時間当たりの変化率（時間に対する変化率）は、第２区間Ｔ２のトルク絶対値の単位時間当たりの変化率（時間に対する変化率）よりも大きく設定されている。
図５（ａ）および図５（ｂ）の警告トルク波形では休止区間Ｔ_Ｂが設けられているが、図５（ｃ）または図５（ｄ）に示すように、休止区間Ｔ_Ｂが設けられていなくてもよい。また、図５（ｅ）または図５（ｆ）に示すように、警告トルク波形は、警告区間Ｔ_Ａを所定数だけ連続させた後に休止区間Ｔ_Ｂが設けられるというパターンを繰り返す波形であってもよい。

図６の（ａ）〜（ｆ）は、警告トルク波形の他の例を示している。
三角形波からなる警告トルク波形は、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、第１区間Ｔ１において、波形がほぼ垂直に立ち上がる（立ち下がる）鋸歯状の波形であってもよい。
図６（ａ）および図６（ｂ）の警告トルク波形では休止区間Ｔ_Ｂが設けられているが、図６（ｃ）または図６（ｄ）に示すように、休止区間Ｔ_Ｂが設けられていなくてもよい。また、図６（ｅ）または図６（ｆ）に示すように、警告トルク波形は、警告区間Ｔ_Ａを所定数だけ連続させた後に休止区間Ｔ_Ｂが設けられるというパターンを繰り返す波形であってもよい。

警告トルク波形データは、例えば、予め作成されて、不揮発性メモリ３４に記憶されている。警告用振動波形発生部４３は、不揮発性メモリ３４に記憶されている警告トルク波形データに基いて、警告トルク波形（加振信号）Ｉｅを発生する。
前記実施形態では、車線逸脱判定部４２によって、車両が車線を逸脱する可能性の高い状態であると判定されているときには、警告用振動波形発生部４３から警告トルク波形（加振信号）Ｉｅが発生される。この警告トルク波形Ｉｅが基本目標電流値Ｉｏ^＊に加算されることにより、目標電流値Ｉ^＊が演算される。そして、電動モータ１８に流れるモータ電流Ｉが、目標電流値Ｉ^＊に近づくように制御される。したがって、車線逸脱判定部４２によって、車両が車線を逸脱する可能性の高い状態であると判定されているときには、ステアリングホイール２に警告トルク波形Ｉｅに応じた警告用振動が与えられる。これにより、運転者は、車両が車線を逸脱する可能性の高い状態であることを認識することができる。

また、前記実施形態では、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であると判定された場合に、ステアリングホイール２に車線逸脱を回避する方向の三角形波のトルクを付与できる。これにより、車線逸脱を回避する方向のトルクを、ステアリングホイール２を介して運転者に伝達することができる。しかも、この三角形波は、トルク絶対値が増加する第１区間Ｔ１におけるトルク絶対値の時間に対する変化率が、トルク絶対値が減少する第２区間Ｔ２におけるトルク絶対値の時間に対する変化率よりも大きい。これにより、車線逸脱の回避方向を運転者に感じさせやすくできる。これにより、車線逸脱を回避する方向を運転者に伝えることができる。このため、車線逸脱を回避する方向への操舵が容易となるから、運転者は車線逸脱を回避させやすくなる。

以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。例えば、警告用振動波形発生部４３は、警告トルク波形の振幅を横偏差ｙに応じて変化させるようにしてもよい。具体的には、警告用振動波形発生部４３は、警告トルク波形の振幅を、横偏差ｙの絶対値に基いて変化させる。より具体的には、警告用振動波形発生部４３は、横偏差ｙの絶対値が大きくなるほど警告トルク波形の振幅が大きくなるように、警告トルク波形の振幅を変化させる。これにより、車線逸脱度の可能性が高くなるほど、警告用振動（警告トルク）を大きくすることかできる。

また、警告用振動波形発生部４３は、横偏差ｙの絶対値に基いて警告トルク波形の振幅を変化させることに代えてまたはそれに加えて、警告トルク波形の休止区間Ｔ_Ｂの長さを横偏差ｙに応じて変化させるようにしてもよい。具体的には、警告用振動波形発生部４３は、横偏差ｙの絶対値が大きくなるほど、休止区間Ｔ_Ｂの長さを短くさせる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１…電動パワーステアリング装置、２…ステアリングホイール、１８…電動モータ、１１…トルクセンサ、２３…車速センサ、４１…基本目標電流値設定部、４２…車線逸脱判定部、４３…警告用振動波形発生部

Claims (3)

1. 車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段によって、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であると判定された場合に、警告トルク波形を発生する警告トルク波形発生手段と、
   前記警告トルク波形発生手段によって発生した警告トルク波形に応じた警告用振動を操舵部材に与える振動付与手段とを含み、
   前記警告トルク波形発生手段は、零以上の値をとる三角形波からなる警告トルク波形または零以下の値をとる三角形波からなる警告トルク波形のうち、車線逸脱を回避する方向に対応した警告トルク波形を発生するように構成されており、
   前記三角形波において、トルク絶対値が増加する区間を第１区間とし、前記第１区間に続き、トルク絶対値が減少する区間を第２区間とすると、前記第１区間のトルク絶対値の時間に対する変化率が、前記第２区間のトルク絶対値の時間に対する変化率よりも大きい、車両用警報装置。
2. 前記判定手段は、目標走行ラインに対する車両の横偏差に基づいて、車両が車線を逸脱する可能性が高い状態であるか否かを判定するように構成されている、請求項１に記載の車両用警報装置。
3. 前記警告トルク波形発生手段は、前記警告トルク波形の振幅を、前記横偏差に基いて変化させる振幅変更手段を含んでいる、請求項２に記載の車両用警報装置。

Images