JP2017013519A - 車線維持支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行車線からの逸脱を回避する場合における運転者の不安感を低減する【解決手段】ＬＫＡＥＣＵ８では、レーン認識部２１が、自車両が走行する走行レーンを認識する。目標軌道生成部２２が、走行レーンから自車両が逸脱するのを抑制するように自車両を走行させる目標軌道を生成する。フィードフォワード舵角演算部２３、フィードバック舵角演算部２４、加算器２５，２８、フィードフォワードトルク演算部２６およびフィードバックトルク演算部２７が、目標軌道に沿って自車両が走行するように自車両の操舵を制御するための要求トルクτｔｇｔを算出する。出力制御部２９が、自車両の進行方向が走行レーンから逸脱する方向に向いている間であり、且つ、要求トルクτｔｇｔが、走行レーンから逸脱する方向へ自車両を操舵するものである場合に、要求トルクτｔｇｔを、走行レーンから逸脱する方向へ自車両を操舵しない値に設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両が走行車線から逸脱しない状態を維持する車線維持支援装置に関する。

車両が走行車線から逸脱しないように車両の操舵を制御する車線維持支援装置において、自車両が走行車線から逸脱する傾向にあると判定された場合に、自車両が走行車線に復帰するために自車両が走行するべき目標軌道を設定するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１３−２５２８６２号公報

しかし、自車両が走行車線から逸脱する傾向にあると判定されて目標軌道が設定された後に、自車両の走行車線からの逸脱を回避する方向への操舵を自車両の運転者が行うと、走行車線内において自車両が目標軌道よりも内側に位置することになる状況が想定される。このような状況において自車両を目標軌道に追従させる制御を行うと、車線維持支援装置は、走行車線から逸脱する方向へ自車両を操舵する制御を行うことになる。このため、自車両が走行車線から逸脱しようとしている状況において、走行車線から逸脱する方向へ自車両が自動的に操舵されていくという不安感を運転者に与えてしまうおそれがあった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、走行車線からの逸脱を回避する場合における運転者の不安感を低減する技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の車線維持支援装置は、走行車線認識手段と、目標軌道設定手段と、制御量算出手段と、制御量設定手段とを備える。
走行車線認識手段は、自車両が走行する走行車線を認識する。目標軌道設定手段は、走行車線認識手段により認識された走行車線から自車両が逸脱するのを抑制するように自車両を走行させる軌道である目標軌道を設定する。制御量算出手段は、目標軌道設定手段により設定された目標軌道に沿って自車両が走行するように自車両の操舵を制御するための操舵制御量を算出する。制御量設定手段は、自車両の進行方向が走行車線から逸脱する方向に向いている間であり、且つ、制御量算出手段により算出された操舵制御量が、走行車線から逸脱する方向へ自車両を操舵するものである場合に、操舵制御量を、走行車線から逸脱する方向へ自車両を操舵しない逸脱禁止値に設定する。

このように構成された本発明の車線維持支援装置は、走行車線からの逸脱を回避する方向への操舵を自車両の運転者が行うことにより走行車線内において自車両が目標軌道よりも内側に位置する状況になったとしても、走行車線から逸脱する方向へ自車両を操舵する操舵制御量を出力しない。これにより、本発明の車線維持支援装置は、走行車線から逸脱する方向へ自車両が自動的に操舵されていくという不安感を運転者に与えるのを抑制することができる。このため、本発明の車線維持支援装置は、走行車線からの逸脱を回避する場合における運転者の不安感を低減することができる。

走行支援システム１の概略構成を示す図である。 ＬＫＡＥＣＵ８が行う処理の流れを示すブロック図である。 目標軌道を示す図である。 第１実施形態の出力制御処理を示すフローチャートである。 第１実施形態における目標軌道と実軌道と要求制御量との関係を示す図である。 第２実施形態の出力制御処理を示すフローチャートである。 第２実施形態における目標軌道と実軌道と要求制御量との関係を示す図である。 舵角と要求トルクのヒステリシス曲線である。

（第１実施形態）
以下に本発明の第１実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の走行支援システム１は、車両に搭載され、図１に示すように、トルクセンサ２、モータ３、カメラ４、車速センサ５、ヨーレートセンサ６、舵角センサ７、車線維持支援電子制御装置８および電動パワーステアリング電子制御装置９を備える。以下、車線維持支援電子制御装置８をＬＫＡＥＣＵ（Lane Keep Assist Electronic Control Unit）８という。電動パワーステアリング電子制御装置９をＥＰＳＥＣＵ（Electric Power Steering Electronic Control Unit）９という。また、走行支援システム１を搭載する車
両を自車両という。

走行支援システム１は、自車両が車線から逸脱しそうになった場合にその逸脱を回避するための制御を行う。
自車両のハンドル１０１は、ステアリングシャフト１０２の一端に固定される。トルクセンサ２の一端はステアリングシャフト１０２の他端に接続され、トルクセンサ２の他端はインターミディエイトシャフト１０３の一端に接続される。

トルクセンサ２は、操舵トルクを検出するためのセンサである。具体的には、トルクセンサ２は、ステアリングシャフト１０２とインターミディエイトシャフト１０３とを連結するトーションバーを有し、このトーションバーのねじれ角に基づいてそのトーションバーに加えられているトルクを検出する。

モータ３は、その回転軸の先端にウォームギアを備える。このウォームギアは、インターミディエイトシャフト１０３に設けられたウォームホイールと噛み合っている。これにより、モータ３の回転がインターミディエイトシャフト１０３に伝達される。

インターミディエイトシャフト１０３の他端は、ステアリングギアボックス１０４に接続されている。ステアリングギアボックス１０４は、ラックとピニオンギアからなるギア機構にて構成されており、インターミディエイトシャフト１０３の他端に設けられたピニオンギアに、ラックの歯が噛み合っている。そのため、運転者がハンドル１０１を回すと、インターミディエイトシャフト１０３が回転（すなわち、ピニオンギアが回転）し、これによりラックが左右に移動する。ラックの両端にはそれぞれタイロッド１０５が取り付けられており、ラックとともにタイロッド１０５が左右の往復運動を行う。これにより、タイロッド１０５がその先のナックルアーム１０６を引っ張ったり押したりすることで、タイヤ１０７の向きが変わる。

カメラ４は、自車両の前側に取り付けられ、自車両の前方の路面を繰り返し撮影し、その撮影画像を示す画像データを出力する。
車速センサ５は、自車両の走行速度を検出し、その検出結果を示す車速信号を出力する
。ヨーレートセンサ６は、自車両のヨーレートを検出し、その検出結果を示すヨーレート信号を出力する。舵角センサ７は、自車両の舵角を検出し、その検出結果を示す舵角信号を出力する。

ＬＫＡＥＣＵ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて各種処理を実行する。ＬＫＡＥＣＵ８は、トルクセンサ２、カメラ４、車速センサ５、ヨーレートセンサ６および舵角センサ７から入力される情報に基づいて、自車両が車線から逸脱するのを回避するための演算を行う。そしてＬＫＡＥＣＵ８は、この演算結果に基づいて、モータ３へ要求するトルクを示す要求トルクτ_ｔｇｔをＥＰＳＥＣＵ９へ出力する。

ＥＰＳＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＲＯＭに記憶されたプログラムに基づいて各種処理を実行する。ＥＰＳＥＣＵ９は、ＬＫＡＥＣＵ８からの要求トルクτ_ｔｇｔに応じた駆動電圧をモータ３へ印加することにより、両タイヤ１０７を操舵するための力をモータ３に発生させる。

ＬＫＡＥＣＵ８は、図２に示すように、レーン認識部２１、目標軌道生成部２２、フィードフォワード舵角演算部２３、フィードバック舵角演算部２４、加算器２５、フィードフォワードトルク演算部２６、フィードバックトルク演算部２７、加算器２８および出力制御部２９を備える。

レーン認識部２１は、カメラ４から入力された画像データを画像処理することにより、自車両が走行している走行レーンの左側と右側を区画する白線を認識する。そしてレーン認識部２１は、画像データ内において白線が写っている位置に基づいて、自車両の横位置、横速度および逸脱角度を算出する。自車両の横位置は、走行レーン内において走行レーンの進行方向に対して垂直な方向に沿った自車両の位置である。自車両の横速度は、走行レーンの進行方向に対して垂直な方向に沿った自車両の移動速度である。逸脱角度は、走行レーンの進行方向に対して自車両の進行方向が傾いている角度である。

目標軌道生成部２２は、レーン認識部２１が認識した白線の位置と、レーン認識部２１が算出した自車両の横位置および逸脱角度と、車速センサ５から入力される車速信号とに基づいて、自車両が走行レーンから逸脱するか否かを判断する。そして目標軌道生成部２２は、走行レーンから逸脱すると判断した場合に、レーン認識部２１が算出した横位置および逸脱角度と、車速センサ５からの車速信号により特定される車速とに基づいて、目標軌道データを生成する。

目標軌道は、図３に示すように、自車両の進行方向を走行レーンの外側から走行レーンの内側に向かうように徐々に変化させ、最終的に走行レーンの中央を自車両が走行するように設定される軌道である。目標軌道データは、現時点を基点とした複数の時間と、複数の時間のそれぞれに対応した目標軌道を示す横位置と、複数の横位置のそれぞれに対応して算出された複数の横速度と、複数の横位置のそれぞれに対応して算出された複数の横加速度とを備える。目標軌道生成部２２は、図２に示すように、目標軌道データを構成する横位置、横速度および横加速度を、フィードフォワード舵角演算部２３とフィードバック舵角演算部２４へ出力する。

フィードフォワード舵角演算部２３は、横加速度と舵角との関係を示す演算式に基づいて、目標軌道生成部２２から出力される横加速度が自車両に作用するときの舵角を算出し、この舵角をフィードフォワード舵角δ_ＦＦとして出力する。

フィードバック舵角演算部２４は、自車両ＭＣの横位置、横速度および横加速度がそれぞれ、目標軌道生成部２２から入力される横位置、横速度および横加速度に一致するようにフィードバック制御するためのフィードバック舵角δ_ＦＢを算出して出力する。なお、自車両ＭＣの横位置と横速度は、レーン認識部２１により算出される。また、自車両ＭＣの横加速度は、ヨーレートセンサ６で検出されるヨーレートと、車速センサ５で検出される車速とに基づいて算出される。

加算器２５は、フィードフォワード舵角演算部２３から出力されるフィードフォワード舵角δ_ＦＦと、フィードバック舵角演算部２４から出力されるフィードバック舵角δ_ＦＢとを加算した加算値を、要求舵角δ_ｔｇｔとして出力する。

フィードフォワードトルク演算部２６は、加算器２５から出力される要求舵角δ_ｔｇｔをトルクへ変換し、このトルクをフィードフォワードトルクτ_ＦＦとして出力する。横加速度とトルクとの関係（以下、横加速度−トルク換算関係という）は車両諸元から予め求められており、フィードフォワードトルク演算部２６は、この横加速度−トルク換算関係と、要求舵角δ_ｔｇｔに対応する横加速度とに基づいて、要求舵角δ_ｔｇｔに対応するトルクを算出する。なお、要求舵角δ_ｔｇｔに対応する横加速度は、横加速度と舵角との関係を示す演算式に基づいて算出される。

フィードバックトルク演算部２７は、舵角センサ７で検出される舵角が、加算器２５から出力される要求舵角δ_ｔｇｔに一致するようにフィードバック制御するためのフィードバックトルクτ_ＦＢを算出して出力する。

加算器２８は、フィードフォワードトルク演算部２６から出力されるフィードフォワードトルクτ_ＦＦと、フィードバックトルク演算部２７から出力されるフィードバックトルクτ_ＦＢとを加算した加算値を、要求トルクτ_ｔｇｔとして出力制御部２９へ出力する。

出力制御部２９は、加算器２８から出力された要求トルクτ_ｔｇｔのＥＰＳＥＣＵ９へ出力を制御する。
ＥＰＳＥＣＵ９は、出力制御部２９から出力された要求トルクτ_ｔｇｔに基づいてモータ３を制御する。

次に、出力制御部２９が実行する出力制御処理を説明する。出力制御処理は、ＬＫＡＥＣＵ８の動作中において繰り返し実行される処理である。
この出力制御処理が実行されると、ＬＫＡＥＣＵ８のＣＰＵは、図４に示すように、まずＳ１０にて、車線維持制御を実行中であるか否かを判断する。具体的には、自車両が走行レーンから逸脱すると目標軌道生成部２２が判断してから、自車両が走行レーンに復帰するまでの間（図５の期間Ｔｃを参照）である場合に、車線維持制御を実行中であると判断する。

ここで、車線維持制御を実行中ではない場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、出力制御処理を一旦終了する。一方、車線維持制御を実行中である場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、Ｓ２０にて、予め設定された制御中断条件が成立しているか否かを判断する。この制御中断条件は、以下の４つの中断条件の少なくとも１つが成立することである。第１の中断条件は、レーン認識部２１が画像データ内において白線を認識できないことである。第２の中断条件は、車速が予め設定された中断判定車速（本実施形態では例えば４０ｋｍ／ｍ）未満であることである。第３の中断条件は、トルクセンサ２により検出された操舵トルクが予め設定された中断判定トルク以上であることである。第４の中断条件は、方向指示器が作動していることである。

ここで、制御中断条件が成立している場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、出力制御処理を一旦終了する。一方、制御中断条件が成立していない場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ３０にて、第１軌道走行状態であるか否かを判断する。第１軌道走行状態は、自車両の進行方向が走行レーンから逸脱する方向に向いている状態である（図５の期間Ｔ１を参照）。また第２軌道走行状態は、自車両の進行方向が走行レーンに復帰する方向に向いている状態である（図５の期間Ｔ２を参照）。具体的には、ヨーレートセンサ６で検出されたヨーレートと、車速センサ５で検出された車速とに基づいて算出された横加速度が０でない場合に、第１軌道走行状態であると判断する。

ここで、第１軌道走行状態である場合には（Ｓ３０：ＹＥＳ）、Ｓ４０にて、要求制御量が、自車両を走行レーンから逸脱させる方向に操舵するものであるか否かを判断する。なお要求制御量は、加算器２８から出力される要求トルクτ_ｔｇｔである。具体的には、図５に示すように、例えば、自車両が走行レーンの左側へ逸脱するように移動している場合において、自車両の運転者が逸脱を回避するために右側へ移動するように操舵すると、自車両は、目標軌道ＴＲｔよりも右側に位置することになる（図５の実軌道ＴＲｃを参照）。この場合に、ＬＫＡＥＣＵ８は、自車両の走行軌道を目標軌道ＴＲｔに一致させようとして自車両を左側に移動させるために（図５の矢印ＭＬを参照）、自車両を左旋回させるための要求制御量を出力する（図５の矢印Ｑｃと要求制御量Ｒｃ１を参照）。このときの要求制御量は、自車両を走行レーンから逸脱させる方向に操舵するものである。

ここで、要求制御量が逸脱方向に操舵するものである場合には（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５０にて、要求制御量を０に設定する（図５の要求制御量Ｒｃ２を参照）。そしてＳ６０にて、Ｓ５０で設定された要求制御量をＥＰＳＥＣＵ９へ出力し、出力制御処理を一旦終了する。一方、要求制御量が逸脱方向に操舵するものでない場合には（Ｓ４０：ＮＯ）、Ｓ７０に移行する。またＳ３０にて、第１軌道走行状態でない場合には（Ｓ３０：ＮＯ）、Ｓ７０に移行する。

そしてＳ７０に移行すると、加算器２８から出力される要求トルクτ_ｔｇｔを要求制御量としてＥＰＳＥＣＵ９へ出力し、出力制御処理を一旦終了する。
このように構成されたＬＫＡＥＣＵ８では、レーン認識部２１が、自車両が走行する走行レーンを認識する。また目標軌道生成部２２が、認識された走行レーンから自車両が逸脱するのを抑制するように自車両を走行させる目標軌道を生成する。また、フィードフォワード舵角演算部２３、フィードバック舵角演算部２４、加算器２５、フィードフォワードトルク演算部２６、フィードバックトルク演算部２７および加算器２８が、生成された目標軌道に沿って自車両が走行するように自車両の操舵を制御するための要求トルクτ_ｔｇｔを算出する。そして出力制御部２９が、自車両の進行方向が走行レーンから逸脱する方向に向いている第１軌道走行状態であり、且つ、算出された要求トルクτ_ｔｇｔが、走行レーンから逸脱する方向へ自車両を操舵するものである場合に、要求トルクτ_ｔｇｔを、走行レーンから逸脱する方向へ自車両を操舵しない値である０に設定する。

このようにＬＫＡＥＣＵ８は、走行レーンからの逸脱を回避する方向への操舵を自車両の運転者が行うことにより走行レーン内において自車両が目標軌道よりも内側に位置する状況になったとしても、走行レーンから逸脱する方向へ自車両を操舵する要求トルクτ_ｔｇｔを出力しない。これにより、ＬＫＡＥＣＵ８は、走行レーンから逸脱する方向へ自車両が自動的に操舵されていくという不安感を運転者に与えるのを抑制することができる。このため、ＬＫＡＥＣＵ８は、走行レーンからの逸脱を回避する場合における運転者の不安感を低減することができる。

また、ＬＫＡＥＣＵ８の出力制御部２９は、走行レーンから逸脱する方向へ自車両を操
舵しない値として、一定値である０を設定する。これにより、ＬＫＡＥＣＵ８は、走行レーンから逸脱する方向へ自車両を操舵しないようにするための制御を簡略化することができる。

以上説明した実施形態において、ＬＫＡＥＣＵ８は本発明における車線維持支援装置、レーン認識部２１は本発明における走行車線認識手段、目標軌道生成部２２は本発明における目標軌道設定手段である。

また、フィードフォワード舵角演算部２３、フィードバック舵角演算部２４、加算器２５、フィードフォワードトルク演算部２６、フィードバックトルク演算部２７および加算器２８は本発明における制御量算出手段、出力制御部２９は本発明における制御量設定手段である。

また、走行レーンは本発明における走行車線、要求トルクτ_ｔｇｔは本発明における操舵制御量である。
（第２実施形態）
以下に本発明の第２実施形態を図面とともに説明する。なお第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分を説明する。

第２実施形態の走行支援システム１は、出力制御処理が変更された点以外は第１実施形態と同じである。
第２実施形態の出力制御処理は、Ｓ５０の代わりにＳ５５が実行される点以外は第１実施形態と同じである。

すなわち、図６に示すように、要求制御量が逸脱方向に操舵するものである場合には（Ｓ４０：ＹＥＳ）、Ｓ５５にて、要求制御量を逸脱回避方向のヒステリシストルクＴｈに設定し（図７の要求制御量Ｒｃ３を参照）、Ｓ６０に移行する。

図８に示すように、ヒステリシストルクＴｈは、舵角が０である場合において舵角が０に維持される要求トルクτ_ｔｇｔの最大値である。すなわち、要求トルクτ_ｔｇｔが逸脱回避方向のヒステリシストルクＴｈを超えると、自車両を逸脱回避方向へ操舵することができる。

このようにＬＫＡＥＣＵ８の出力制御部２９は、走行レーンから逸脱する方向へ自車両を操舵しない一定値として、自車両の舵角が０である場合において自車両の舵角が０に維持される要求トルクτ_ｔｇｔの最大値であるヒステリシストルクＴｈを設定する。これにより、走行レーンからの逸脱を回避する方向への操舵を自車両の運転者が行った場合に、自車両は、走行レーンからの逸脱を回避する方向への舵角の変更を速やかに行うことが可能となる。

以上説明した実施形態において、ヒステリシストルクＴｈは本発明における舵角が０に維持される操舵制御量の最大値である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採ることができる。

（変形例１）
例えば上記実施形態では、ＬＫＡＥＣＵ８が要求トルクτ_ｔｇｔを算出してＥＰＳＥＣＵ９を出力するものを示したが、自車両の操舵を制御するための操舵制御量はこれに限定されるものではない。

（変形例２）
また上記実施形態では、要求制御量を０または逸脱回避方向のヒステリシストルクＴｈに設定するものを示したが、これに限定されるものではなく、例えば、運転者が感じないようなトルク、または、車線維持制御開始の舵角を示すトルクなどに設定するようにしてもよい。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

１…走行支援システム、８…ＬＫＡＥＣＵ、２１…レーン認識部、２２…目標軌道生成部、２３…フィードフォワード舵角演算部、２４…フィードバック舵角演算部、２５…加算器、２６…フィードフォワードトルク演算部、２７…フィードバックトルク演算部、２８…加算器、２９…出力制御部

Claims (3)

1. 自車両が走行する走行車線を認識する走行車線認識手段（２１）と、
   前記走行車線認識手段により認識された前記走行車線から前記自車両が逸脱するのを抑制するように前記自車両を走行させる軌道である目標軌道を設定する目標軌道設定手段（２２）と、
   前記目標軌道設定手段により設定された前記目標軌道に沿って前記自車両が走行するように前記自車両の操舵を制御するための操舵制御量を算出する制御量算出手段（２３,２
   ４,２５,２６,２７,２８）と、
   前記自車両の進行方向が前記走行車線から逸脱する方向に向いている間であり、且つ、前記制御量算出手段により算出された前記操舵制御量が、前記走行車線から逸脱する方向へ前記自車両を操舵するものである場合に、前記操舵制御量を、前記走行車線から逸脱する方向へ前記自車両を操舵しない逸脱禁止値に設定する制御量設定手段（２９）とを備える
   ことを特徴とする車線維持支援装置（８）。
2. 前記逸脱禁止値は、０以上となるように予め設定された一定値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の車線維持支援装置。
3. 前記一定値は、
   前記自車両の舵角が０である場合において前記自車両の前記舵角が０に維持される前記操舵制御量の最大値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の車線維持支援装置。

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