JP2020032828A - 車両用操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自車の置かれた状況に応じて、フィードバック制御ゲインを適切に設定できる車両用操舵装置を提供する。【解決手段】車両の目標走行軌跡に沿って自動走行させるように操舵制御する車両用操舵装置であって、少なくとも前記目標走行軌跡の曲率および前記車両の前記目標走行軌跡からの横偏差に基づいて目標操舵角を演算する演算部を備え、前記演算部は、所定の状況では、前記目標操舵角の演算に使用されるフィードバック制御ゲインを前記所定の状況ではない場合に比べて大きくして前記目標操舵角を演算する。【選択図】図２

Description

本発明は、目標走行軌跡に沿うように車両を自動走行させる車両用操舵装置に関する。

近年、衛星から得られた高精度な自車位置情報および高精度地図情報を用いて車両の目標走行軌跡を演算し、目標走行軌跡に沿って自動走行させるように操舵制御する車両用操舵装置が自動運転技術の１つとして開発が進められている。一般的に、このような車両用操舵装置は、目標操舵角を演算する際のフィードバック制御ゲインを大きくすると目標走行軌跡への追従精度は高くなるが、状況変化に対してハンドル操作が敏感になり、操舵方向の変更回数が増え、車両の挙動が不安定となる。そのため特許文献１では、直線道路の走行時には、直線ではない道路の走行時よりもフィードバック制御ゲインを小さくすることで、操舵方向の変更回数を減らして、車両の挙動を安定させる技術が開示されている。

特開２０１７−１４４７６９号公報

上記のように、従来の車両用操舵装置では直線道路においては、フィードバック制御ゲインを小さくして、車両の挙動を安定させている。しかしながら、この方法では、直線道路の走行中に高い走行軌跡追従精度が必要な状況となった場合、例えば、隣接する走行車線を他車両が並走している場合、フィードバック制御ゲインが小さいため、走行軌跡追従精度が不足し、並走する他車両に接近し過ぎるような状況が発生する可能性があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、自車の置かれた状況に応じて、フィードバック制御ゲインを適切に設定できる車両用操舵装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両用操舵装置は、車両の目標走行軌跡に沿って自動走行させるように操舵制御する車両用操舵装置であって、少なくとも前記目標走行軌跡の曲率および前記車両の前記目標走行軌跡からの横偏差に基づいて目標操舵角を演算する演算部を備え、前記演算部は、所定の状況では、前記目標操舵角の演算に使用されるフィードバック制御ゲインを前記所定の状況ではない場合に比べて大きくして前記目標操舵角を演算する。

本発明に係る車両用操舵装置によれば、高い走行軌跡追従精度が必要な所定の状況においてはフィードバック制御ゲインを大きくし、走行軌跡追従精度を確保することができる。一方、所定の状況ではない場合は、車両挙動が安定した走行を行うことができる。

本発明に係る車両用操舵装置を適用可能な自動運転車両の全体構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態１の車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。 道路地図データと目標走行軌跡との関係を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態１の車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 走行車線の変更を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態２の車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態２の変形例１の車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の変形例１の車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態２の変形例２の車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の変形例２の車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態２の変形例３の車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の変形例３の車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用操舵装置を適用可能な自動運転車両の全体構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態３の車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態３の車両用操舵装置の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る車両用操舵装置を適用可能な自動運転車両の全体構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態４の車両用操舵装置の構成を示すブロック図である。 道路地図データと目標走行軌跡との関係を模式的に示す図である。 本発明に係る実施の形態１〜４の車両用操舵装置を実現するハードウェア構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態１〜４の車両用操舵装置を実現するハードウェア構成を示す図である。

＜実施の形態１＞
以下、本発明に係る実施の形態１について、図に基づいて説明する。図１は本発明に係る実施の形態１の車両用操舵装置１００を適用可能な車両の一例として、自動走行可能な自動運転車両１の全体構成を示すブロック図である。

図１に示されるように自動運転車両１は、前輪の２つのタイヤ２を操作するハンドル３にＥＰＳ(Electric Power Steering)システムを構成する操舵装置４が取り付けられており、車両用操舵装置１００からの制御信号に基づいて、操舵装置４がハンドル３を自動操舵する構成を有している。なお、操舵装置４はＥＰＳモータおよびそのコントローラ等を有している。

車両用操舵装置１００は、ＡＤＡＳ−ＥＣＵ（Advanced Driving Assistance Systems-Electronic Control Unit）とも呼称され、地図情報記憶装置２０に記憶された道路地図データなどの高精度地図情報と、自車位置方位検出装置１０で検出された高精度な自車位置および自車方位に基づいて目標走行軌跡を演算し、目標走行軌跡に沿うようにハンドル３の自動操舵などを行う。

自車位置方位検出装置１０は、アンテナ７で受信したＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星、準天頂衛星などの人工衛星８からの衛星測位情報を利用して自車の位置（緯度、経度）および自車方位（位置の時間変化から演算）を検出し、検出した自車位置および自車方位を車両用操舵装置１００に与える。

地図情報記憶装置２０に記憶された道路地図データは、走行車線の位置（緯度、経度）、道路種別、規制速度、走行車線幅、トンネル、橋、通行料金収受地点の位置（緯度、経度）などの種々のデータを含み、実用化が近いダイナミックマップなどが該当する。

また、自動運転車両１には、乗員が車線変更を希望する際に使用する車線変更指示スイッチ３０が設けられ、車線変更指示スイッチ３０のオン、オフの情報が車両用操舵装置１００に与えられる。

図２は、車両用操舵装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図２に示すように車両用操舵装置１００は、目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５０を有している。

目標走行軌跡演算部４０は、自車位置方位検出装置１０、地図情報記憶装置２０および車線変更指示スイッチ３０からの情報を受けて、自車の目標走行軌跡を演算し、自車の基準座標系上での目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車の目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）を出力する。

より具体的には、目標走行軌跡演算部４０は、現在の自車位置（緯度、経度）をＸＹ軸の中心とし、Ｘ方向を自車方位に設定し、自車位置から近い道路地図データを地図情報記憶装置２０から読み出し、読み出した道路地図データに基づいて目標走行軌跡を近似曲線として算出する。

図３は、道路地図データと目標走行軌跡との関係を模式的に示す図である。図３に示されるように、道路地図データは、複数のノードデータで表され、目標走行軌跡演算部４０は、読み出したノードデータのうち、自動運転車両１の現在位置に近いノードデータの前後を結ぶことで、自車の所定前方距離、例えば前方２０ｍまでの破線で示される近似曲線を算出し、目標走行軌跡とする。なお、前後のノードデータを結ぶ方法としては最小自乗法などを用いることができる。

目標操舵角演算部５０は、目標走行軌跡演算部４０から出力される目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車位置の目標走行軌跡からの横偏差（Ｙｅ）に基づいて自車の目標操舵角を演算して出力する。このとき、車線変更指示スイッチ３０の情報がオンであるかオフであるかによって、目標操舵角の演算に使用するフィードバック制御ゲインを変更する。これについては、後にさらに説明する。

目標操舵角演算部５０から出力された目標操舵角は、操舵装置４に与えられてハンドル３を自動操舵する。

自車位置方位検出装置１０および地図情報記憶装置２０からの情報を用いて目標走行軌跡を演算することで、精度の高い目標走行軌跡を得ることができる。

次に、実施の形態１における車両用操舵装置１００の動作について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図４のフローチャートの動作は、車両走行中に繰り返し実行されるものである。

まず、目標走行軌跡演算部４０は、自車位置方位検出装置１０から自車位置と自車方位を取得する（ステップＳ１）。

次に、目標走行軌跡演算部４０は、取得した自車位置と自車方位に基づいて地図情報記憶装置２０から自車周辺の道路地図情報を取得する（ステップＳ２）。

次に、目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５０は、車線変更指示スイッチ３０のオン、オフの情報を取得する（ステップＳ３）。

次に、目標走行軌跡演算部４０は、自車の所定前方距離、例えば前方２０ｍまでの目標走行軌跡を演算する（ステップＳ４）。ここで、車線変更指示スイッチ３０がオフ状態で、車線変更指示がない場合は、図３を用いて説明したように、現在走行車線を維持して走行するように目標走行軌跡を演算する。一方、車線変更指示スイッチ３０がオン状態で車線変更指示がある場合は、目標走行軌跡演算部４０は、これまでの走行車線から別の車線に変更するように、新たな目標走行軌跡を演算する。図５は、現在走行車線から右隣の車線に車線変更する場合を模式的に示す図である。

この新たな目標走行軌跡は、例えば、道路地図データの複数のノードデータのうち、自動運転車両１の現在位置に近いノードデータを基点として、変更先車線に至るまでの最短ルートを採るように、ノードデータの前後を結ぶことで算出する。この場合、急激な進路変更とならないように、車速およびヨーレート（旋回方向への回転角の変化速度）等を考慮して算出する。なお、車速およびヨーレートは、自動運転車両１に搭載された、図示されない車速センサおよびヨーレートセンサにより検出される。

また、ステップＳ４では、自車基準座標系上での目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）を演算して出力する。

次に、目標操舵角演算部５０は、目標走行軌跡演算部４０から出力される目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）に基づいて、目標操舵角を演算するが、その前に、目標操舵角演算部５０は、車線変更指示があるか否かを判断する（ステップＳ５）。

そして、車線変更指示スイッチ３０がオン状態で車線変更指示がある場合、すなわち所定の状況となった場合は、ステップＳ６において目標操舵角を演算する。一方、車線変更指示スイッチ３０がオフ状態で車線変更指示がない場合、すなわち所定の状況ではない場合は、ステップＳ７において目標操舵角を演算する。目標操舵角の演算には、一般的な以下の数式（１）を用いる。

目標操舵角＝Ｋff×目標走行軌跡の曲率＋Ｋfb×自車と目標走行軌跡の横位置偏差・・・（１）
ここで、Ｋffは目標走行軌跡の曲率に乗じるフィードフォワード制御ゲインであり、車種ごとに固定した１つの値である。Ｋfbは、自車と目標走行軌跡の横位置偏差に乗じるフィードバック制御ゲインである。

一般的に、現在値と目標値の偏差にゲインを乗じて操作量を決める制御方式をフィードバック制御と呼び、目標値にゲインを乗じて操作量を決める制御方式をフィードフォワード制御と呼称する。

ここで、本発明に係る実施の形態では、フィードバック制御ゲインに大小２つの値を有していることが特徴であり、本実施の形態１においては、車線変更指示がある場合にはステップＳ６において大きい値を用いて目標操舵角を演算し、車線変更指示がない場合にはステップＳ７において小さい値を用いて目標操舵角を演算する。

なお、フィードバック制御ゲインの大きい値とは、フィードバック制御ゲインの小さい値の１．５〜２倍の値に設定される。

最後に、目標操舵角演算部５０で算出された目標操舵角に基づいて、操舵装置４において自動操舵を実施し（ステップＳ８）、一連の動作を終了する。

以上説明したように、本実施の形態１の車両用操舵装置１００においては、車線変更指示があった場合のみ、目標操舵角の演算においてフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくする。この結果、車線変更時の目標走行軌跡への追従精度を通常時よりも高くできるので、安全な車線変更が可能となる。また、車線変更時以外ではフィードバック制御ゲインを小さくすることで、車両挙動が安定した走行を行うことができる。

＜実施の形態２＞
以上説明した実施の形態１においては、車線変更時に目標走行軌跡のフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくし、目標走行軌跡への追従精度を通常時よりも高くする例を示したが、車線幅が狭い道路での走行時にも、目標走行軌跡への追従精度が不足すると、急に車線外との距離が近くなるような事態が発生する可能性がある。本発明に係る実施の形態２の車両用操舵装置１０１は、このような事態の発生を抑制することができる。

図６は、車両用操舵装置１０１の構成を示す機能ブロック図である。図６に示すように車両用操舵装置１０１は、走行車線幅検出部７１、目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５１を有している。なお、図６においては、図２を用いて説明した車両用操舵装置１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

また、車両用操舵装置１０１は、図１に示した自動運転車両１に適用可能であり、本実施の形態２では、車両用操舵装置１００の代わりに自動運転車両１に搭載されたものとして説明する。なお、図１に示した自動運転車両１における車線変更指示スイッチ３０は、本実施の形態２の車両用操舵装置１０１と併用可能であり、その場合は、車線変更指示スイッチ３０からのオン、オフの情報が目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５１に入力される構成とすれば良い。

走行車線幅検出部７１は、自車位置方位検出装置１０から取得した自車位置と自車方位と、地図情報記憶装置２０から取得した自車周辺の道路地図情報に基づいて、自車位置での道路の走行車線幅を検出し、検出した走行車線幅を目標操舵角演算部５１に出力する。

次に、実施の形態２における車両用操舵装置１０１の動作について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。図７において、ステップＳ３１およびＳ５１以外のステップは、図４に示した実施の形態１と同じであり、重複する説明は省略する。なお、図７のフローチャートの動作は、車両走行中に繰り返し実行されるものである。

ステップＳ１において、目標走行軌跡演算部４０が、自車位置方位検出装置１０から自車位置と自車方位を取得すると共に、走行車線幅検出部７１も自車位置と自車方位を取得し、ステップＳ２において、目標走行軌跡演算部４０が、地図情報記憶装置２０から自車周辺の道路地図情報を取得すると共に、走行車線幅検出部７１も自車周辺の道路地図情報を取得する。道路地図情報には車線中央点の緯度および経度で規定される走行車線位置と、走行車線の幅を示すデータがセットで格納されている。走行車線幅検出部７１は、緯度および経度で規定される自車位置から最も近い、すなわち緯度および経度が近い走行車線位置を道路地図情報から検索し、検索された走行車線位置とセットで格納されている走行車線幅データを取得し（ステップＳ３１）、目標操舵角演算部５１に入力する。

ステップＳ４において目標走行軌跡演算部４０が目標走行軌跡を演算し、自車基準座標系上での目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）を演算して出力し、目標操舵角演算部５１は、目標走行軌跡演算部４０から出力される目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）に基づいて、目標操舵角を演算するが、その前に、目標操舵角演算部５１は、走行車線幅がしきい値より狭いか否かを判断する（ステップＳ５１）。

そして、走行車線幅がしきい値より狭い場合、すなわち所定の状況となった場合は、ステップＳ６において目標操舵角を演算する。一方、走行車線幅がしきい値以上の場合、すなわち所定の状況ではない場合は、ステップＳ７において目標操舵角を演算する。

ここで、本発明に係る実施の形態では、フィードバック制御ゲインに大小２つの値を有していることが特徴であり、本実施の形態２においては、走行車線幅がしきい値より狭い場合にはステップＳ６において大きい値を用いて目標操舵角を演算し、走行車線幅がしきい値以上の場合は、ステップＳ７において小さい値を用いて目標操舵角を演算する。

以上説明したように、本実施の形態２においては、走行車線幅が狭い場合に、目標操舵角演算においてフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくする。この結果、走行車線幅が狭い場合には目標走行軌跡への追従精度を通常時よりも高くすることができ、走行車線幅からはみ出さない走行を実現できる。また、走行車線幅が広い場合にはフィードバック制御ゲインを小さくして車両挙動が安定した走行を行うことができる。

＜変形例１＞
実施の形態２の車両用操舵装置１０１においては、走行車線幅検出部７１を有し、走行車線幅検出部７１が自車位置での道路の走行車線幅を検出し、検出した走行車線幅を目標操舵角演算部５１に出力する構成を示したが、実施の形態２の変形例１として図８に示す車両用操舵装置１０２においては、走行車線幅検出部７１の代わりにトンネル検出部７２を有している。

図８は、車両用操舵装置１０２の構成を示す機能ブロック図である。図８に示すように車両用操舵装置１０２は、トンネル検出部７２、目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５２を有している。なお、図８においては、図２を用いて説明した車両用操舵装置１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

また、車両用操舵装置１０２は、図１に示した自動運転車両１に適用可能であり、本変形例１では、車両用操舵装置１００の代わりに自動運転車両１に搭載されたものとして説明する。なお、図１に示した自動運転車両１における車線変更指示スイッチ３０は、本変形例１の車両用操舵装置１０２と併用可能であり、その場合は、車線変更指示スイッチ３０からのオン、オフの情報が目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５２に入力される構成とすれば良い。

トンネル検出部７２は、自車位置方位検出装置１０から取得した自車位置と自車方位と、地図情報記憶装置２０から取得した自車周辺の道路地図情報に基づいて、自車位置がトンネル付近であるか否かを検出し、トンネル検出情報として目標操舵角演算部５２に出力する。

次に、実施の形態２の変形例１における車両用操舵装置１０２の動作について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。図９において、ステップＳ３２およびＳ５２以外のステップは、図４に示した実施の形態１と同じであり、重複する説明は省略する。なお、図９のフローチャートの動作は、車両走行中に繰り返し実行されるものである。

ステップＳ１において、目標走行軌跡演算部４０が、自車位置方位検出装置１０から自車位置と自車方位を取得すると共に、トンネル検出部７２も自車位置と自車方位を取得し、ステップＳ２において、目標走行軌跡演算部４０が、地図情報記憶装置２０から自車周辺の道路地図情報を取得すると共に、トンネル検出部７２も自車周辺の道路地図情報を取得する。道路地図情報には車線中央点の緯度および経度で規定される走行車線位置と、トンネル位置を示すデータがセットで格納されている。トンネル検出部７２は、緯度および経度で規定される自車位置から最も近い、すなわち緯度および経度が近い走行車線位置を道路地図情報から検索し、検索された走行車線位置とセットで格納されているトンネル位置のデータに基づいて、自車周辺にトンネルが存在するか否かのトンネル検出情報を取得し（ステップＳ３２）、目標操舵角演算部５２に入力する。

ステップＳ４において目標走行軌跡演算部４０が目標走行軌跡を演算し、自車基準座標系上での目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）を演算して出力し、目標操舵角演算部５２は、目標走行軌跡演算部４０から出力される目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）に基づいて、目標操舵角を演算するが、その前に、目標操舵角演算部５２は、自車がトンネル付近にいるか否かを判断する（ステップＳ５２）。なお、自車がトンネル付近にいる場合とは、例えば、自車がトンネル内およびトンネルの前後１００ｍに位置する場合を指すものとする。

そして、自車がトンネル付近にいる場合、すなわち所定の状況となった場合は、ステップＳ６において目標操舵角を演算する。一方、自車がトンネル付近にいない場合、すなわち所定の状況ではない場合は、ステップＳ７において目標操舵角を演算する。

ここで、本発明に係る実施の形態では、フィードバック制御ゲインに大小２つの値を有していることが特徴であり、本変形例１においては、自車がトンネル付近にいる場合にはステップＳ６において大きい値を用いて目標操舵角を演算し、自車がトンネル付近にいない場合はステップＳ７において小さい値を用いて目標操舵角を演算する。

以上説明したように、本変形例１においては、自車がトンネル付近にいる場合に、目標操舵角演算においてフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくする。この結果、自車がトンネル付近にいる場合には目標走行軌跡への追従精度を通常時よりも高くすることができ、トンネル付近では目標走行軌跡に追従した走行を実現できる。また、自車がトンネル付近にいない場合にはフィードバック制御ゲインを小さくして車両挙動が安定した走行を行うことができる。

＜変形例２＞
実施の形態２の車両用操舵装置１０１においては、走行車線幅検出部７１を有し、走行車線幅検出部７１が自車位置での道路の走行車線幅を検出し、検出した走行車線幅を目標操舵角演算部５１に出力する構成を示したが、実施の形態２の変形例２として図１０に示す車両用操舵装置１０３においては、走行車線幅検出部７１の代わりに橋検出部７３を有している。

図１０は、車両用操舵装置１０３の構成を示す機能ブロック図である。図１０に示すように車両用操舵装置１０３は、橋検出部７３、目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５３を有している。なお、図１０においては、図２を用いて説明した車両用操舵装置１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

また、車両用操舵装置１０３は、図１に示した自動運転車両１に適用可能であり、本変形例２では、車両用操舵装置１００の代わりに自動運転車両１に搭載されたものとして説明する。なお、図１に示した自動運転車両１における車線変更指示スイッチ３０は、本変形例２の車両用操舵装置１０３と併用可能であり、その場合は、車線変更指示スイッチ３０からのオン、オフの情報が目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５３に入力される構成とすれば良い。

橋検出部７３は、自車位置方位検出装置１０から取得した自車位置と自車方位と、地図情報記憶装置２０から取得した自車周辺の道路地図情報に基づいて、自車位置が橋付近であるか否かを検出し、橋検出情報として目標操舵角演算部５２に出力する。

次に、実施の形態２の変形例２における車両用操舵装置１０３の動作について、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。図１１において、ステップＳ３２およびＳ５２以外のステップは、図４に示した実施の形態１と同じであり、重複する説明は省略する。なお、図１１のフローチャートの動作は、車両走行中に繰り返し実行されるものである。

ステップＳ１において、目標走行軌跡演算部４０が、自車位置方位検出装置１０から自車位置と自車方位を取得すると共に、橋検出部７３も自車位置と自車方位を取得し、ステップＳ２において、目標走行軌跡演算部４０が、地図情報記憶装置２０から自車周辺の道路地図情報を取得すると共に、橋検出部７３も自車周辺の道路地図情報を取得する。道路地図情報には車線中央点の緯度および経度で規定される走行車線位置と、橋位置を示すデータがセットで格納されている。橋検出部７３は、緯度および経度で規定される自車位置から最も近い、すなわち緯度および経度が近い走行車線位置を道路地図情報から検索し、検索された走行車線位置とセットで格納されている橋位置のデータに基づいて、自車周辺に橋が存在するか否かの橋検出情報を取得し（ステップＳ３３）、目標操舵角演算部５３に入力する。

ステップＳ４において目標走行軌跡演算部４０が目標走行軌跡を演算し、自車基準座標系上での目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）を演算して出力し、目標操舵角演算部５３は、目標走行軌跡演算部４０から出力される目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）に基づいて、目標操舵角を演算するが、その前に、目標操舵角演算部５３は、自車が橋付近にいるか否かを判断する（ステップＳ５３）。なお、自車が橋付近にいる場合とは、例えば、自車が橋の上および橋の前後１００ｍに位置する場合を指すものとする。

そして、自車が橋付近にいる場合、すなわち所定の状況となった場合は、ステップＳ６において目標操舵角を演算する。一方、自車が橋付近にいない場合、すなわち所定の状況ではない場合は、ステップＳ７において目標操舵角を演算する。

ここで、本発明に係る実施の形態では、フィードバック制御ゲインに大小２つの値を有していることが特徴であり、本変形例２においては、自車が橋付近にいる場合にはステップＳ６において大きい値を用いて目標操舵角を演算し、自車が橋付近にいない場合はステップＳ７において小さい値を用いて目標操舵角を演算する。

以上説明したように、本変形例２においては、自車が橋付近にいる場合に、目標操舵角演算においてフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくする。この結果、自車が橋付近にいる場合には目標走行軌跡への追従精度を通常時よりも高くすることができ、橋付近では目標走行軌跡に追従した走行を実現できる。また、自車が橋付近にいない場合にはフィードバック制御ゲインを小さくして車両挙動が安定した走行を行うことができる。

＜変形例３＞
実施の形態２の車両用操舵装置１０１においては、走行車線幅検出部７１を有し、走行車線幅検出部７１が自車位置での道路の走行車線幅を検出し、検出した走行車線幅を目標操舵角演算部５１に出力する構成を示したが、実施の形態２の変形例３として図１２に示す車両用操舵装置１０４においては、走行車線幅検出部７１の代わりに通行料金収受地点検出部７４を有している。

図１２は、車両用操舵装置１０４の構成を示す機能ブロック図である。図１２に示すように車両用操舵装置１０４は、通行料金収受地点検出部７４、目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５４を有している。なお、図１２においては、図２を用いて説明した車両用操舵装置１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

また、車両用操舵装置１０４は、図１に示した自動運転車両１に適用可能であり、本変形例３では、車両用操舵装置１００の代わりに自動運転車両１に搭載されたものとして説明する。なお、図１に示した自動運転車両１における車線変更指示スイッチ３０は、本変形例３の車両用操舵装置１０４と併用可能であり、その場合は、車線変更指示スイッチ３０からのオン、オフの情報が目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５４に入力される構成とすれば良い。

通行料金収受地点検出部７４は、自車位置方位検出装置１０から取得した自車位置と自車方位と、地図情報記憶装置２０から取得した自車周辺の道路地図情報に基づいて、自車位置が通行料金収受地点付近であるか否かを検出し、通行料金収受地点検出情報として目標操舵角演算部５４に出力する。

次に、実施の形態２の変形例３における車両用操舵装置１０４の動作について、図１３に示すフローチャートを用いて説明する。図１３において、ステップＳ３４およびＳ５４以外のステップは、図４に示した実施の形態１と同じであり、重複する説明は省略する。なお、図１３のフローチャートの動作は、車両走行中に繰り返し実行されるものである。

ステップＳ１において、目標走行軌跡演算部４０が、自車位置方位検出装置１０から自車位置と自車方位を取得すると共に、通行料金収受地点検出部７４も自車位置と自車方位を取得し、ステップＳ２において、目標走行軌跡演算部４０が、地図情報記憶装置２０から自車周辺の道路地図情報を取得すると共に、通行料金収受地点検出部７４も自車周辺の道路地図情報を取得する。道路地図情報には車線中央点の緯度および経度で規定される走行車線位置と、通行料金収受地点位置を示すデータがセットで格納されている。通行料金収受地点検出部７４は、緯度および経度で規定される自車位置から最も近い、すなわち緯度および経度が近い走行車線位置を道路地図情報から検索し、検索された走行車線位置とセットで格納されている通行料金収受地点位置のデータに基づいて、自車周辺に通行料金収受地点が存在するか否かの通行料金収受地点検出情報を取得し（ステップＳ３４）、目標操舵角演算部５４に入力する。

ステップＳ４において目標走行軌跡演算部４０が目標走行軌跡を演算し、自車基準座標系上での目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）を演算して出力し、目標操舵角演算部５４は、目標走行軌跡演算部４０から出力される目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）に基づいて、目標操舵角を演算するが、その前に、目標操舵角演算部５４は、自車が通行料金収受地点付近にいるか否かを判断する（ステップＳ５４）。なお、自車が通行料金収受地点付近にいる場合とは、例えば、自車が通行料金収受地点内および通行料金収受地点の前後１００ｍに位置する場合を指すものとする。

そして、自車が通行料金収受地点付近にいる場合、すなわち所定の状況となった場合は、ステップＳ６において目標操舵角を演算する。一方、自車が通行料金収受地点付近にいない場合、すなわち所定の状況ではない場合は、ステップＳ７において目標操舵角を演算する。

ここで、本発明に係る実施の形態では、フィードバック制御ゲインに大小２つの値を有していることが特徴であり、本変形例３においては、自車が通行料金収受地点付近にいる場合にはステップＳ６において大きい値を用いて目標操舵角を演算し、自車が通行料金収受地点付近にいない場合はステップＳ７において小さい値を用いて目標操舵角を演算する。

以上説明したように、本変形例３においては、自車が通行料金収受地点付近にいる場合に、目標操舵角演算においてフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくする。この結果、自車が通行料金収受地点付近にいる場合には目標走行軌跡への追従精度を通常時よりも高くすることができ、通行料金収受地点付近では目標走行軌跡に追従した走行を実現できる。また、自車が通行料金収受地点付近にいない場合にはフィードバック制御ゲインを小さくして車両挙動が安定した走行を行うことができる。

＜実施の形態３＞
実施の形態１においては車線変更時、実施の形態２では走行車線幅が狭い場合に目標走行軌跡のフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくし、目標走行軌跡への追従精度を通常時よりも高くする例を示したが、自車周辺に他車両または障害物が存在する場合に、目標走行軌跡への追従精度が不足すると、急に他車両または障害物との距離が近くなる事態が発生する可能性がある。本発明に係る実施の形態３の車両用操舵装置１０５は、このような事態の発生を抑制することができる。

以下、本発明に係る実施の形態３について、図に基づいて説明する。図１４は本発明に係る実施の形態３の車両用操舵装置１０５を適用可能な車両の一例として、自動走行可能な自動運転車両１Ａの全体構成を示すブロック図である。なお、図１４においては、図１を用いて説明した自動運転車両１と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１４に示されるように自動運転車両１Ａは、自車の直近を走行する車両、走行車線のすぐ外にある標識および設備などを検出する周辺検出センサ６０を備えている。周辺検出センサ６０は、例えば、ミリ波レーダ、レーザレーダおよび超音波センサなどであり、これらを単独で、または組み合わせて構成されている。周辺検出センサ６０は、自車に並走する他車両の有無および走行車線に沿って存在するガードレール、壁などの障害物の有無を検出し、周辺検出情報として車両用操舵装置１０５に入力する。なお、図１４では周辺検出センサ６０は、自動運転車両１Ａの左右を検出するように配置されているが、これは一例であり、配置位置、個数はこれに限定されるものではない。

図１５は、車両用操舵装置１０５の構成を示す機能ブロック図である。図１５に示すように車両用操舵装置１０５は、目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５５を有しており、周辺検出センサ６０で検出された周辺検出情報は、目標操舵角演算部５５に入力される。なお、図１５においては、図２を用いて説明した車両用操舵装置１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、自動運転車両１Ａには車線変更指示スイッチ３０も設けられているが、これは、本実施の形態３の車両用操舵装置１０５と併用可能であり、その場合は、車線変更指示スイッチ３０からのオン、オフの情報が目標走行軌跡演算部４０および目標操舵角演算部５５に入力される構成とすれば良い。

次に、実施の形態３における車両用操舵装置１０５の動作について、図１６に示すフローチャートを用いて説明する。図１６において、ステップＳ３５およびＳ５５以外のステップは、図４に示した実施の形態１と同じであり、重複する説明は省略する。なお、図１６のフローチャートの動作は、車両走行中に繰り返し実行されるものである。

ステップＳ４において目標走行軌跡演算部４０が目標走行軌跡を演算し、自車基準座標系上での目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）を演算して出力し、目標操舵角演算部５５は、目標走行軌跡演算部４０から出力される目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）に基づいて、目標操舵角を演算するが、その前に、目標操舵角演算部５５は、周辺検出センサ６０から周辺検出情報を取得する（ステップＳ３５）。

そして、自車周辺に車両および障害物が存在する場合、すなわち所定の状況となった場合は、ステップＳ６において目標操舵角を演算する。一方、自車周辺に車両および障害物が存在しない場合、すなわち所定の状況ではない場合は、ステップＳ７において目標操舵角を演算する。

ここで、本発明に係る実施の形態では、フィードバック制御ゲインに大小２つの値を有していることが特徴であり、本実施の形態３においては、自車周辺に車両および障害物が存在する場合にはステップＳ６において大きい値を用いて目標操舵角を演算し、自車周辺に車両および障害物が存在しない場合はステップＳ７において小さい値を用いて目標操舵角を演算する。

以上説明したように、本実施の形態３においては、自車周辺に車両および障害物が存在する場合に、目標操舵角演算においてフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくする。この結果、自車周辺に車両および障害物が存在する場合には目標走行軌跡への追従精度を通常時よりも高くすることができ、目標走行軌跡に追従した走行を実現できる。また、自車周辺に車両および障害物が存在しない場合にはフィードバック制御ゲインを小さくして車両挙動が安定した走行を行うことができる。

＜実施の形態４＞
以上説明した本発明に係る実施の形態１〜３においては、自車位置方位検出装置１０において人工衛星からの測位用情報を利用して自車の位置および自車方位を検出し、地図情報記憶装置２０に記憶された道路地図データと合わせて、走行車線の位置、道路種別、規制速度、走行車線幅、トンネル、橋、通行料金収受地点の位置などを取得する構成を示したが、車両前方を撮影する前方カメラで撮影した画像データを用いて自車と道路の相対位置、相対方位、道路の形状を検出しても良い。

以下、本発明に係る実施の形態４について、図に基づいて説明する。図１７は本発明に係る実施の形態４の車両用操舵装置１０６を適用可能な車両の一例として、自動走行可能な自動運転車両１Ｂの全体構成を示すブロック図である。なお、図１７においては、図１を用いて説明した自動運転車両１と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１７に示されるように自動運転車両１Ｂは、自車の前方を撮影する前方カメラ７０を備えている。前方カメラ７０は単眼カメラを用いても良く、ステレオカメラを用いても良い。また、可視光カメラに限定されず、赤外線カメラを用いても良く、環境に合わせてカメラの種類を変更し、また、組み合わせて用いても良い。

前方カメラ７０では、取得した画像データを用いて自車と道路の相対位置、相対方位、道路の形状を検出し、車両用操舵装置１０６に入力する。例えば、前方カメラ７０で前方を撮像して得られる画像データに対して、２値化画像処理およびエッジ検出処理を行い、ハフ変換等により自車の左右の白線を検出することで走行車線幅を取得でき、また、自車に対する左右の白線の相対位置を求めて、自車の現在の横位置、すなわち自車の中心点と左右の白線からの距離を検出し、また、走行車線の曲率を検出することで道路が直線かカーブしているかの道路の形状を取得できる。また、前方の画像データに対してパターンマッチングを行うことで、トンネル、橋、通行料金収受地点を検出することもできる。

なお、自動運転車両１Ｂは、自車位置方位検出装置１０および地図情報記憶装置２０も備えているが、これらは車両用操舵装置１０６と併用可能であり、補助的に使用するようにしても良い。

図１８は、車両用操舵装置１０６の構成を示す機能ブロック図である。図１６に示すように車両用操舵装置１０６は、目標走行軌跡演算部４１および目標操舵角演算部５０を有しており、前方カメラ７０で検出した自車と道路の相対位置、相対方位、道路の形状の情報は目標走行軌跡演算部４１に入力される。なお、図１８においては、図２を用いて説明した車両用操舵装置１００と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

車両用操舵装置１００と相違点は、目標走行軌跡演算部４１に前方カメラ７０で検出した自車と道路の相対位置、相対方位、道路の形状の情報が入力される点であり、目標走行軌跡演算部４１では、これらの情報に基づいて目標走行軌跡を演算し、自車基準座標系上での目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車と目標走行軌跡の横位置偏差（Ｙｅ）を演算する。

また、車両用操舵装置１０６では車両用操舵装置１００と同様に、車線変更指示スイッチ３０の情報がオンであるかオフであるかによって、目標操舵角の演算に使用するフィードバック制御ゲインを変更するが、車線変更指示スイッチ３０の情報に代えて、走行車線幅が狭い場合に目標走行軌跡のフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくする構成としても良いし、トンネル、橋、通行料金収受地点の付近では目標走行軌跡のフィードバック制御ゲインを通常時よりも大きくする構成としても良い。

以上説明したように、前方カメラで撮影した画像データを用いて自車と道路の相対位置、相対方位、道路の形状を検出し、これらの情報を用いて目標走行軌跡を演算することで、より、新しい情報に基づいた目標走行軌跡を得ることができる。

＜目標操舵角の演算方法の他の例＞
以上説明した実施の形態１〜４においては、数式（１）を用いて目標操舵角を演算するものとして説明したが、目標操舵角の演算方法はこれに限定されるものではなく、自車位置の目標走行軌跡からの横偏差に加えて、自車と目標走行軌跡との角度偏差を用いて演算しても良い。

図１９は、道路地図データと目標走行軌跡との関係を模式的に示す図であり、目標走行軌跡演算部は、目標走行軌跡の曲率（Ｒ）と、自車位置の目標走行軌跡からの横偏差（Ｙｅ）に加えて、自車と目標走行軌跡との角度偏差（θｅ）も出力する。そして、以下の数式（２）を用いて目標操舵角を演算する。

目標操舵角＝Ｋff×目標走行軌跡の曲率＋Ｋfb1×自車と目標走行軌跡の横位置偏差＋Ｋfb2×自車と目標走行軌跡の角度偏差・・・（２）
ここで、Ｋfb1は、自車と目標走行軌跡の横位置偏差に乗じるフィードバック制御ゲインであり、Ｋfb2は、自車と目標走行軌跡の角度偏差に乗じるフィードバック制御ゲインである。

フィードバッグ制御ゲインＫfb1およびフィードバッグ制御ゲインＫfb2を、実施の形態１〜４におけるフィードバッグ制御ゲインＫfbと同様に、大きくまたは小さくなるように切り替えることで、目標走行軌跡への追従精度をより向上させることができる。なお、フィードバッグ制御ゲインＫfb1とＫfb2との大小関係は特に限定されず、また、両者の組み合わせも特に限定はない。

なお、以上説明した実施の形態１〜４に係る車両用操舵装置１００〜１０６の各部はコンピュータを用いて構成することができ、コンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、車両用操舵装置１００〜１０６は、例えば図２０に示す処理回路１１０により実現される。処理回路１１０には、ＣＰＵ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサが適用され、記憶装置に格納されるプログラムを実行することで各部の機能が実現される。

なお、処理回路１１０には、専用のハードウェアが適用されても良い。処理回路１１０が専用のハードウェアである場合、処理回路１１０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらを組み合わせたものなどが該当する。

また、図２１には、車両用操舵装置１００〜１０６がプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成を示している。この場合、車両用操舵装置１００〜１０６の各部の機能は、ソフトウェア等（ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェア）との組み合わせにより実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリ１１２に格納される。処理回路１１０として機能するプロセッサ１１１は、メモリ１１２（記憶装置）に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１，１Ａ，１Ｂ 車両、５０〜５５ 目標操舵角演算部。

本発明に係る車両用操舵装置は、車両の目標走行軌跡に沿って自動走行させるように操舵制御する車両用操舵装置であって、前記目標走行軌跡を演算する目標走行軌跡演算部と、少なくとも前記目標走行軌跡の曲率および前記車両の前記目標走行軌跡からの横偏差に基づいて目標操舵角を演算する演算部を備え、前記演算部は、高い走行軌跡追従精度が必要な所定の状況では、前記目標操舵角の演算に使用されるフィードバック制御ゲインを前記所定の状況ではない場合に比べて大きくして前記目標操舵角を演算し、前記目標走行軌跡演算部は、道路地図データ、衛星測位情報を用いて得られた前記車両の位置および方位に基づいて前記目標走行軌跡を演算する。

Claims (9)

1. 車両の目標走行軌跡に沿って自動走行させるように操舵制御する車両用操舵装置であって、
   少なくとも前記目標走行軌跡の曲率および前記車両の前記目標走行軌跡からの横偏差に基づいて目標操舵角を演算する演算部を備え、
   前記演算部は、
   所定の状況では、前記目標操舵角の演算に使用されるフィードバック制御ゲインを前記所定の状況ではない場合に比べて大きくして前記目標操舵角を演算する車両用操舵装置。
2. 前記所定の状況は、
   前記車両の車線変更が指示された状況であって、
   前記演算部は、車線変更が指示されない状況に比べ、前記フィードバック制御ゲインを大きくして前記目標操舵角を演算する、請求項１記載の車両用操舵装置。
3. 前記所定の状況は、
   走行車線幅がしきい値より狭い状況であって、
   前記演算部は、前記走行車線幅が前記しきい値以上の状況に比べ、前記フィードバック制御ゲインを大きくして前記目標操舵角を演算する、請求項１記載の車両用操舵装置。
4. 前記所定の状況は、
   前記車両がトンネルの前後およびトンネル内の何れかに位置する状況であって、
   前記演算部は、前記車両が前記トンネルの前後および前記トンネル内の何れにも位置しない状況に比べ、前記フィードバック制御ゲインを大きくして前記目標操舵角を演算する、請求項１記載の車両用操舵装置。
5. 前記所定の状況は、
   前記車両が橋の前後および橋上の何れかに位置する状況であって、
   前記演算部は、前記車両が前記橋の前後および前記橋上の何れにも位置しない状況に比べ、前記フィードバック制御ゲインを大きくして前記目標操舵角を演算する、請求項１記載の車両用操舵装置。
6. 前記所定の状況は、
   前記車両が通行料金収受地点の前後および通行料金収受地点内の何れかに位置する状況であって、
   前記演算部は、前記車両が前記通行料金収受地点の前後および前記通行料金収受地点内の何れにも位置しない状況に比べ、前記フィードバック制御ゲインを大きくして前記目標操舵角を演算する、請求項１記載の車両用操舵装置。
7. 前記所定の状況は、
   前記車両の周辺に他車両および障害物が存在する状況であって、
   前記演算部は、前記車両の周辺に前記他車両および前記障害物が存在しない状況に比べ、前記フィードバック制御ゲインを大きくして前記目標操舵角を演算する、請求項１記載の車両用操舵装置。
8. 前記目標走行軌跡は、
   道路地図データ、衛星測位情報を用いて得られた前記車両の位置および方位に基づいて演算される、請求項１記載の車両用操舵装置。
9. 前記目標走行軌跡は、
   前記車両に搭載された前方カメラで撮影した画像データを用いて得られた前記車両と道路の相対位置、相対方位および前記道路の形状に基づいて演算される、請求項１記載の車両用操舵装置。

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