JP3574235B2 - 車両の操舵力補正装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は車両の操舵力補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵力を補正する技術思想は既に公知であり、例えば特開平３−１６８７９号公報には車両重心を通る鉛直軸回りのヨーレート等を検出し、所期のヨーレートと異なる値が検出された場合にはタイヤと路面との間に滑りが生じているものと判断して操舵力を操作してドライバに修正操作を促すものが提案されている。
【０００３】
ヨーレートにしても横Ｇにしても、ドライバが操作した入力舵角に対してこれらの情報量が適正に発生しているかどうかを検証し、差異があれば入力舵角を修正するべく、操舵力を媒体にしてドライバに修正動作を促すものは、所謂フィードバックの概念をベースにしている。フィードバックの概念は既にその差異が発生していることが前提条件であるから、対症療法としての効果は期待できるが、差異の発生を未然に防ぐことはできない。
【０００４】
近年、コンピュータの発達により精度よく車の現在の状況を把握できるセンサの開発が行われ、横Ｇのみならず画像による車両のコースズレの把握、又は予測が可能になり、或いは又、側後方に近接する他の車両を超音波やレーザー等で監視することが可能となり、特開平４−１９２７４号公報記載の技術のように、ドライバがそれを知らないでレーンチェンジをしようとしたとき、起きるであろう衝突を予測する技術も登場している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開平４−１９２７４号公報記載の技術は、転舵方向に他の車両などが存在するときはパワーアシスト力を減少するに止めており、それ以上に操舵力を補正するものでなかった。即ち、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測して操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供し、事故発生の危険性を低減するようなものではなかった。
【０００６】
従って、この発明の第１の目的は、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測してフィードフォワードの概念に基づいて操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供するようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【０００７】
更に、将来の車両の状態を予測した結果、例えば右に転舵する方がこのまま直進するよりも危険性が少ないと考えられる場合もあり得る。そのようなときは右側の操舵力を軽くする、ないしは、左側の操舵力を重くすることでドライバにその情報を提供することが望ましい。
【０００８】
従って、この発明の第２の目的は、将来の車両の状態を予測し、それに基づいて操舵力を左右で変えることで予測情報をドライバに提供できるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【０００９】
更には、将来の車両の状態を予測した結果、例えば右に転舵する方がより危険性が低いと判断される場合には単に右側の操舵力を軽くしてドライバに右転舵を促すよりも、積極的に右側に転舵する回避動作を誘起した方が有効である。
【００１０】
従って、この発明の第３の目的は、将来の可能性のある危険に対してドライバに積極的に回避動作を促すことができるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００１１】
更には、この発明はパワーステアリング装置を具備する車両に限られず、マニアルステアリング車両にも妥当するが、パワーステアリング装置を具備する車両に利用するときは装置を小型化できる利点がある。
【００１２】
そのようなパワーステアリング装置を具備する車両において、操舵力の増減を決める手法として、パワーアシスト量を減じることで操舵力を増加させる手法が既に提案されている。例えば車速応動型パワーステアリング装置としてポンプからの圧油をソレノイド弁でタンクに逃がして操舵力を重くする手法や特公昭５４−１１１７１号公報記載の技術のように反動室内部の圧力レベルを高めることで実現することも公知である。しかし従来のこれら手法は、左右の操舵力を均等に重くすることに主眼を置いており、専ら高速時の舵の切りすぎを予防することが目的であった。
【００１３】
このようなパワーステアリング装置を具備するものにあっては、前述の如く、車両の将来を予測した結果、例えば右に操舵する方がより危険性が高いと判断される場合には、少なくとも右転舵のときのパワーアシスト量を減じて操舵力を重くすることが有効である。これに対して、例えば右に修正操舵を行うことがより好ましい場合には、少なくとも右転舵の時のパワーアシスト量を増加して操舵力を軽くすることが有効であり、このような操舵力を与えた場合ドライバは右に修正操舵を行うことを促されることになる。無論、ドライバの操舵とは独立に動力源からの動力を操舵力として作用させ、積極的に回避動作を誘起することも考えられよう。
【００１４】
従って、この発明の第４の目的は、パワーステアリング装置を具備した車両においてパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こす方向に操舵力を作用させることができるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００１５】
無論今まで述べてきたような場合でも、ドライバは自己の意志で直進又は左右転舵を選択できなければならない。何故ならドライバが前方のカーブや障害物の存在を知らないとは限らないからである。ドライバが前方の状況を良く認識した上で、カーブとは違ったコースを選択する場合や、障害物の直前で停止することを予定し、又は左に避けて停止することを予定している場合もあり得る。
【００１６】
従って、この発明の第５の目的は、ドライバの判断とシステムないし装置の出力する操舵力とが一致しない場合には、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００１７】
更にまた、車両の将来を予測した結果、左右いずれにも操舵を行わない方がより良い結果を予測できる場合がある。例えば後方左右のいずれのレーンにも追い越しを掛けている他の車両がいるような場合で、しかも前方に障害物を検出したような場合がこれに該当する。このような場合では左右とも操舵力を重くしてドライバに直進を促すか、少なくとも自己のレーン内に留まることを促すことが望ましい。
【００１８】
従って、この発明の第６の目的は、左右いずれの操舵も好ましくないような事態が判断されるときに、その判断の程度に応じて操舵力を左右とも重くすることができるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００１９】
更にまた、パワーステアリング装置を具備した車両にあっては、操舵力のレベルを変えるのに、パワーアシスト量を加減するのみでは、理論的にその最大の操舵力はマニアル操舵時のものに、又その最小の操舵力は小指１本でまわる抵抗０のものしか実現できない。しかしシステムの信頼性が高まり、逆にドライバが居眠り等で正常な運転ができない状況を想定すると、システムが状況を判断して積極的に操舵を行うことがより合目的的である場合がある。
【００２０】
現在提案されている自動運転車の概念は、積極的にシステムが操舵を行い、目標コース上に車を誘導する。このように人間がある時点を境にシステム側に運転を完全に委ねる自動運転車では、それなりの設計手法もあるが、人間がシステム側に権限を委譲したとは認識していない上記のような場合では、良い手法が提案されていない。
【００２１】
また、システム側が現在の車の状況と前方の状況から、最適なコースを選択して操舵を行い、この操舵を操舵力の形でドライバに伝達できれば、ドライバは操舵力が少ない点を手さぐりで探すことが出来、結果的にレーンに追従して走行することがより容易となる。システムと人間との間のより良きインターフェイスとして、このような形のものが提案されたことはなかった。
【００２２】
この場合に、システムが提供する操舵力を大きく設定する程、ドライバがハンドルから手を放しても自動的に車両はレーンに追従走行するようになる。システムの介入の度合いをアナログ的に変えることで、人間とシステムの共同作業から完全な自動運転へと「連続的に」移行できるので、環境認識を中心とする技術の進展度合いに合わせて、順次、技術を進化させることができることになる。
【００２３】
従って、この発明の第７の目的は、制御システムがレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるよう、操舵力を介して情報をドライバに提供するという、人間との共存を図るようにした車両の操舵力補正装置を提案することにある。
【００２４】
更に付随するこの発明の第８の目的は、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができ、制御パラメータの設定次第では人間の関与が全くない自動運転へと移行できるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００２５】
更に、先行技術として例示した特開平３−１６８７９号公報の技術内容を良く検討してみると、開示された技術の機構部分を使ってはこの発明を実現することができないことが判る。その理由として、多くのパワーステアリング装置が主として省エネの観点からであるが、所謂オープンセンターシステムを採用しているために、バイアス力を付与するための油圧力がハンドルを切らない限り原理的に発生しないことが挙げられる。
【００２６】
またハンドルを操作している間は確かに油圧の発生を見、従って所望のバイアス力を得ることが一見できそうであるが、発生する油圧レベルが路面反力に比例している事実を軽視できない。発生する油圧レベルが一定でないことは、バイアス力の設定が不安定であり、何らかの安定化技術を入れる必要もあるだろう。
【００２７】
当該公報に開示されている第２実施例では不安定な油圧レベルに依存せず、全く独立したエネルギ源として電気力を使ったものが例示されている。この例ではバイアス力の設定が高精度に行える利点を認めることができるが、次のような欠点も予想できる。即ち、
（１）バイアス力の発生機構が全て回転体の内部に組み込まれているために、どうしても信頼性に欠けるスリップリングが必要となる。
（２）電磁力の発生機構の全てが作動油の中に晒されており、作動油内部に存在する多くの浮遊ゴミを電磁力が吸着するので作動の円滑性が損なわれる。
このように、機構部分についても改良すべき多くの余地を残している。
【００２８】
従って、この発明の第９の目的は、コンパクトで作りやすく、信頼性の高い構造を備えた車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００２９】
更に付随するこの発明の目的は、装置が動作を開始する際に、容易に操舵系の中立点（直進状態）を再現できるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記した第１ないし第９の目的を達成するために、請求項１項に係る車両の操舵力補正装置にあっては、走行中の前方道路の車線状態を検知する第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知する第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する第３の手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援する支援手段と、および少なくとも前記第３の手段の出力に基づいて前記支援手段が動作を開始すべき操舵トルク閾値を算出して前記トルク検出手段の出力と比較し、よって得られた比較結果に応じて前記所定の関係を変更する補正手段とからなる如く構成した。
【００３３】
請求項２項にあっては、前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は同方向転舵の支援量を増加する如く構成した。
【００３４】
請求項３項にあっては、前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は反対方向転舵の支援量を減少または零とする如く構成した。
【００３５】
請求項４項にあっては、前記所定の関係は、前記トルク検出手段の出力が前記操舵トルク閾値より小さいときは支援量を減少または零とすると共に、前記トルク検出手段の出力が前記操舵トルク閾値を超えたときは支援量を前記操舵トルクに関連付けて決定する如く構成した。
【００３６】
請求項５項にあっては、前記操舵トルク閾値は、少なくとも前記第３の手段の出力に基づいて変更される如く構成した。
【００３７】
請求項６項にあっては、前記補正手段は、前記第３の手段の出力に関連した量を前記支援手段の支援量に加えることで、右または左転舵の操舵力を補正する如く構成した。
【００３８】
請求項７項にあっては、更に、前記必要な操舵力を規制する規制手段を備える如く構成した。
【００３９】
請求項８項にあっては、前記所定の関係は、ステアリングホイールに加えられるトルクが前記操舵トルク閾値を超えたとき、支援量を前記トルクの大きさに比例した値とするように構成されると共に、前記第３の手段は前記操舵トルク閾値を負値に変更する如く構成した。
【００４７】
請求項９項にあっては、自車が自車の走行レーンの区分線を超えて隣のレーンに移ったことを検出するレーンチェンジ検出手段を有し、前記レーンチェンジ検出手段の出力に応じて操舵力の補正手段の機能を停止させる如く構成した。
【００４８】
請求項１０項にあっては、自車の車速を検出する車速検出手段を有し、前記車速検出手段出力に応じて前記補正手段の機能を停止させる如く構成した。
【００４９】
上記した第９の目的に更に付随する目的を達成するために、請求項１１項にあっては、更に、左右転舵の中立点を同定する中立点同定手段を備える如く構成した。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００５１】
図１はこの発明に係る車両の操舵力補正装置を全体的に示す説明斜視図である。
【００５２】
図示の如く、この装置はＣＣＤカメラ１０を１基備える。ＣＣＤカメラ１０は運転席上方のルームミラー取り付け位置に固定され、車両進行方向を単眼視する。符号１２はミリ波レーダからレーダユニットを示し、車両前方に取り付けられた２基の前方レーダ１２ａと車両側方に取り付けられた６基の側方レーダ１２ｂからなり、反射波を通じて自車の前方、側方および後方における他車などの立体障害物を検出する。
【００５３】
また車両室内の中央部付近にはヨーレートセンサ１４が設けられ、車両重心の鉛直軸回りのヨーレート（角速度）を検出する。更に、車両のドライブシャフト（図示せず）の付近には、リードスイッチからなる車速センサ１６が設けられ、車両の進行速度を検出する。
【００５４】
図示の構成において、操向機構（操向手段）は図２に良く示す如く、ステアリングホイール１８に連結されたコラムシャフト２０を備えており、それに連結されたピニオンシャフト２２の先端に刻設されたピニオンギア２４がラックシャフト２６のラックギア２８と噛み合って、ピニオンシャフト２２の回転運動をラックシャフト２６の往復運動に変換する。ラックシャフト２６の両端はタイロッド（図示せず）およびナックルアーム３０を介して操舵車輪（前輪）３２を転向させ、所望の操舵を得る。
【００５５】
ここで、コラムシャフト２０の付近には電動モータ（以下「バイアスモータ」または「モータ」と言う）３４が設けられる。モータ出力は、ドライブベルト３６を介してコラムシャフト２０に伝達され、ピニオンシャフト２２を回転駆動して操舵力を与える。バイアスモータ３４にはエンコーダ３８が取り付けられており、バイアスモータ３４の回転量を通じて入力された操舵角を検出する。
【００５６】
図１において上記したセンサ群の出力は、制御ユニット６０に送られる。
【００５７】
図３は、制御ユニット６０の詳細を示すブロック図である。
【００５８】
図示の如く、制御ユニット６０は、ＣＰＵ１，ＣＰＵ２およびＣＰＵ３からなる３基のコンピュータなどを備える。バイアスモータ３４はＣＰＵ２の出力を受けて電流を供給するモータアンプ６２の出力で駆動される。図示はしないが、減速機を介することによってモータの出力トルクを増幅して伝達しても良い。
【００５９】
ＣＰＵ１には、ＣＣＤカメラ１０の得た画像情報を演算・処理して走行中の車両の前方道路の車線状態を検知する画像処理装置６４の出力と、前方レーダ１２ａの出力を入力して自車走行レーンにおける他車両を含む前方障害物についての位置情報を得る前方障害物評価装置６６の出力と、ヨーレートセンサ１４の出力と、車速センサ１６の出力とが入力される。ＣＰＵ１は、これらの出力に基づいて行動計画・意志決定を行い、目標経路を決定して目標操舵角度θＤ を決定し、ＣＰＵ２に出力する。
【００６０】
尚、その詳細は本出願人が先に提案した特開平５−１９７４２３号公報および特開平７−８１６０４号公報に述べられているので、以下簡単に説明する。尚、ここでは基本的に高速道路などの走行レーン（車線）が区分線（白線）で規定された走行環境を前提とする。
【００６１】
先ず、目標経路上に目標点Ｐを定める。ここで目標経路は、レーン区分線（図４にＮで示す）で仕切られた自車走行レーンの中央線Ｍ（仮想的な線。図４に破線で示す）とし、その中央線上の適宜な前方の位置を目標点とし、自車を目標点まで到達させる目標点到達ヨーレートを求める。次いで、目標点における自車の傾斜角度と目標経路の傾斜角度との角度偏差を求め、その角度偏差を減少させるのに要するヨーレートの補正分を求め、目標点到達ヨーレートから減算し、差を目標ヨーレートとして求め、その目標ヨーレートを生ぜしめる舵角を目標舵角θＤ として求めるものである。
【００６２】
尚、ＣＰＵ１は、併せて、図４に示す如き、レーンの中央線Ｍからの偏りΔＬ（Ｌ：区分線Ｎからレーン中央線Ｍまでの距離）およびレーン中央線Ｍないしは区分線Ｎに対する自車の向きΘＶ も求める。
【００６３】
またＣＰＵ２は、車両の左右後部にあって、後部側方（死角）を含む自車周囲を走行する他車を監視する側方レーダ１２ｂの出力を入力し、レーンチェンジの際の危険度を算出することで自車の周囲の環境を評価する周囲環境評価装置６８の出力を入力し、その危険度を参照して現在の舵角の妥当性を評価し、危険度が高ければレーンチェンジを防止するべく、右又は左で危険度の高い方への操舵力を重くするための操舵力補正値をバイアスモータ３４に出力する。
【００６４】
ＣＰＵ１はまた、前方の障害物情報と自車の速度から衝突を予測して自動的に制動をかけるべく、車速の計画を担当するＣＰＵ３に指令を発し、ブレーキペダル（図示せず）を駆動する制動アクチュエータ（図示せず）にも出力するように構成されているが、制動については本発明とは直接に関係しないため、ＣＰＵ３の機能については説明をしない。またこの発明とは直接関係しないサブシステムとして、操舵角度を直接制御するべく、補正舵角の算出と舵角の補正回路が用意されているが、以下の説明ではこれには触れない。
【００６５】
以下、図５フロー・チャートに従って、この発明に係る車両の操舵力補正装置の動作を説明する。同図は、上記の動作をバイアスモータ３４に行わせるためのＣＰＵ２の制御アルゴリズムを示す。尚、図示のプログラムは、所定の時間間隔で起動される。
【００６６】
以下説明すると、先ずＳ１で図示の検出パラメータを読み込む。次いで、Ｓ２に進んで上位ＣＰＵ（ＣＰＵ１）の出力である、前記したレーン中央（線）Ｍよりの偏りΔＬと目標操舵角度θＤ を読み込む。
【００６７】
続いてＳ３に進み、読み込んだ車速Ｖを所定の車速ＶＴＨ（例えば５０ｋｍ／ｈ）と比較し、それ未満のときは直ちにプログラムを終了すると共に、それ以上のときはＳ４に進んでレーン中央線からの偏りΔＬがレーン中央線までの幅Ｌを超えたか、換言すれば、自車が左右のレーンに入ったか否か判断する。そして肯定されるときは直ちにプログラムを終了する。
【００６８】
これらについて説明すると、車速Ｖを既定の車速ＶＴＨと比較するのは、極めて低速になった場合にはかかる補正機能は不要と考え、改めてドライバがリセットするまでは再起動しないのが適当と考えたからである。またこのアルゴリズムでは同一レーン内で走行する場合のものを示しており、Ｓ４で隣のレーンにレーンチェンジを行ったと判断される場合には、一旦キャンセルして改めてドライバがリセットするまでは再起動しないようにした。
【００６９】
これは、このキャンセル機能を単純に省略すれば、図示のアルゴリズムにあっては、レーンチェンジを完了した後も前のレーンに戻ろうとするバイアス力が働くことになるからである。勿論レーンチェンジが行われた場合には、自動的に新しいレーンを認識してそのレーン内部で上記の制御を行わせることも可能であるが、その場合にはＣＰＵ２が車両がレーン区分線（白線）Ｎ（図４）を越えたことを認識し、次のレーン区分線をターゲットに追いかけるようにする必要がある。
【００７０】
Ｓ４で否定されるときはＳ５に進み、図示の如く、目標操舵角度θＤ にゲイン（比例定数）ＫＢｉａｓを乗じてバイアスモータ３４のモータトルクＴを算出し、Ｓ６に進んで算出したトルクＴを上限値Ｔ０ と比較し、それを超えるときは上限値Ｔ０ に制限する。
【００７１】
続いてＳ７に進んで決定した出力トルクとなるようにモータ供給電流値を計算し、モータアンプ６２に出力し、Ｓ８に進んで終了と判断されるまで以上の処理を繰り返す。
【００７２】
この実施の形態は上記の如く、走行中の前方道路の車線状態を検知するＣＣＤカメラ１０および画像処理装置６４からなる第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知するＣＰＵ１からなる第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量（目標操舵角度θＤ ）を算出するＣＰＵ１からなる第３の手段と、車両の操舵車輪を作動させるステアリングホイール１８、コラムシャフト２０などの操向機構からなる操向手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させるバイアスモータ３４および図５のＳ５からなる付勢手段からなる如く構成した。
【００７３】
更には、前記偏り検出手段の出力が既定値以下のとき、前記付勢手段の機能を実質的に停止させる（Ｓ４）如く構成した。
【００７４】
更には、自車の車速を検出する車速センサ１６からなる車速検出手段を有し、前記車速検出手段出力に応じて前記付勢手段の機能を停止させる（Ｓ３）如く構成した。
【００７５】
上記の構成によって、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測してフィードフォワードの概念に基づいて操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供することが可能となる。
【００７６】
更には、将来の車両の状態を予測し、それに基づいて操舵力を左右で変えることで予測情報をドライバに提供できると共に、将来の可能性のある危険に対してドライバに積極的に回避動作を促すことができる。またパワーステアリング装置を具備した車両においてパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こすことができる。
【００７７】
更には、ドライバは自分の五感を駆使して運転することが可能であると同時に、この装置の出力を参照しつつ最適な操舵を行うことができる。即ち、ドライバの判断と装置の出力する操舵力とが一致しない場合には、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つと共に、左右いずれの操舵も好ましくないような事態が判断されるときに、その判断の程度に応じて操舵力を左右とも重くすることができる。
【００７８】
更には、装置がレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるように操舵力を介して情報をドライバに提供して人間との共存を図ることができると共に、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができ、制御パラメータの設定次第では人間の関与が全くない自動運転へと移行することができる。
【００７９】
またこの実施の形態の特徴は、基本的に操舵力の量を制御することで目的を実現しているからこの実施の形態に係るバイアス機構の故障時のフェイルセイフは基本的に保証されている。万一の故障時には従来のパワーステアリング装置と同様、操舵力の変化のみ起こり、障害物を回避すると言う操舵系の一番重要な機能は最後まで確保される。
【００８０】
またこの実施の形態の他の特徴は、後述の実施の形態にも妥当するが、既存のシステムをメインにして幾つかのデバイスを付加するだけで実現できるから、製造設備を大幅に変更する必要もなく、コンパクトで作りやすいことから、得られる製品の信頼性も高く、構造的にも信頼性が高いと共に、安価となる利点がある。
【００８１】
尚、第１の実施の形態においてはこの発明の基本原理を示す意味で、マニアル操舵装置のみ装着する車両にもパワーステアリング装置を装着する車両にも適用できるように構成した。従って、図５に示す装置の動作においては第２の実施の形態以下で述べるような詳細な構成、例えば周囲環境評価装置６８の算出する危険度を考慮していないが、第２の実施の形態以下の説明から、必要とあらば容易に追加できることが理解できよう。
【００８２】
図６はこの発明の第２の実施の形態を示す、油圧パワーステアリング装置の制御回路図である。尚、第２の実施の形態以下において同一の部材には同一の符号を使用する。
【００８３】
第１の実施の形態では当該車両がマニアル操舵装置を備えるものであると、パワーステアリング装置を備えるものであるとを問わなかったが、第２の実施の形態ではこの発明を油圧パワーステアリング装置を備える車両について具現化した。尚、図６の油圧パワーステアリング装置の制御回路図では、左側に転舵している状態を表す。
【００８４】
より具体的には同図に示す如く、油圧パワーステアリング装置を備えた操向機構にあってピニオンシャフト２２は、公知のようにピニオンホルダ４４に一度軸受されたあとホルダごとケース４２に回転自在に軸受けされる。そして、ピニオンシャフト２２に操舵トルクが加わると、ピニオンホルダーピン（図示せず）は左右に動き、４ウエイ弁４６を中立位置から左右に駆動して、ベーンポンプ４８からの圧油をパワーシリンダ５０の一方の室に、タンク５２への帰還路を他方の室に選択的に接続し所望のパワーアシストを得る。
【００８５】
図６において、エンジンで駆動されるベーンポンプ４８はタンク５２から油を汲み出して加圧し、４ウエイ弁４６の供給ポートと車速応動用の２本の制御弁（減圧弁７０および可変絞り弁７２）に圧油を供給する。尚、符号７４は、ポンプの吐出量が変動してもシステム側への供給油量を一定に抑えるための公知の流量制御弁を、符号７６は最高圧力を規制するための公知のパイロットリリーフ弁を示す。
【００８６】
前述した通り、ピニオンギア２４はピニオンホルダ４４に一度軸受けされた後、ホルダごとケース４２に軸受けされているが、このときピニオンギア２４の軸受け中心Ｘはホルダ４４の軸受け中心Ｙよりεだけ上方にオフセットして設計されている。ホルダ上の点Ａからはホルダピン（ 図示せず ）が図で手前に延びており、そのピンの先端は４ウエイ弁４６のスロットＢに嵌合している。
【００８７】
４方向弁４６からは２本のピン７８，８０が図で上下に伸びており、反動室８２のプランジャ８４，８６を抱えている。反動室８２は４ウエイ弁４６を挟んで１８０度対向した位置に２つ配置されているが、説明の簡略化のために反動室の１つのみを正しく表示し、もう１つの反動室はその上に模擬的に図示する。
【００８８】
反動室８２には車速応動用の制御弁７０，７２の出力圧が導入されると共に、センタリング用のバネ８８が内部でプランジャ８４，８６を外向きに押圧している。プランジャ８４，８６のこの押圧力は前記ピン７８，８０で止められていると同時にケース４２側の壁に点Ｃで当接しており、４ウエイ弁４６が中立位置にあるときは、点Ｃ相互の間隙とピン相互の間隙とは相等しく設計されている。これらの主要構成概念は、本出願人の提案した特公昭６２−１０８７１号公報に開示されているので、これ以上の説明は省略する。
【００８９】
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態のバイアスモータ３４と同様のバイアスモータ（電動モータ）９０が設けられ、それにアーム９２が点Ｄを中心に回転自在に取り付けられており、アーム９２はバネ９４を介して４ウエイ弁に図で右端で当接している。即ち、バイアスモータ９０が駆動されるとアーム９２は図示位置から左右に動き、その動きはバネ９４に変位を与え、４ウエイ弁４６には一種のバイアス力として作用するように構成される。
【００９０】
アーム９２のオーバーストロークを規制するため適切な位置に機械的なストッパ９６，９８が設けられている。このストッパ９６，９８により必要以上のバイアス力が４ウエイ弁４６に加えられることが防止できる。
【００９１】
図７および図８にバイアスモータ９０とその周辺の構造を具体的に示す。
【００９２】
バイアスモータ９０は４ウエイ弁４６を収納するケース４２に結合されたハウジング１０２内にフランジ１０４を介して結合され、その出力軸１０６はアーム９２にネジを介して一体化される。アーム９２の他端にはスロット１０８が穿設され、スロット内部にはローラ１１０が挿入される。
【００９３】
ローラ１１０の両端はケース側の案内溝１１２，１１４に差し込まれ、アーム９２の揺動運動に従ってローラ１１０は案内溝に沿って直線運動をする。ローラ１１０は中央でバネ支持体１１５と回転自在に結合され、アーム９２の運動に連動してバネ９４を伸縮する。アーム９２の揺動運動の範囲は前記の如く、ケース側のストッパ９６，９８と当接するまでに限定される。アーム９２を含むこれらの機構はカバーで液圧的にシールされた空間に配置され、内部は実質的に大気圧に保持された油で充満されている。
【００９４】
尚、バイアスモータ９０の後部にもモータの回転位置を検出する公知のエンコーダ１１６が用意され、このエンコーダ１１６の検出した回転角度に基づいてモータは指令に従って駆動される。図示はしていないが、減速機を介することによってモータの出力トルクを増幅して伝達しても良い。
【００９５】
車の運転を停止して制御ユニット６０への通電が停止された場合でも、容易にアーム９２の中立点、即ち、左右転舵の中立点が同定ないし再現できるようにアームの中間部にはセンタリング用のバネ１１８，１２０が用意され、モータに指令が来ないときにはこのバネの力で図示の中立位置に保持される構造になっている。このバネの構造は図から明らかなように、中立位置で初期荷重を与えられているのが特徴で、この初期荷重によってアームは確実に中立位置に戻される。また図７に明示されているように、モータ９０の出力軸は適切なオイルシール１２２で作動油とは分離されており、作動環境は良好に保たれている。
【００９６】
図６の説明に再び戻ると、車速応動用の２本の制御弁の内、減圧弁７０はポンプからの供給圧力を一定の低い圧力に制御してその出力ポート７０ａに送りだす。減圧された出力圧は、図で下側の可変絞り弁７２の左端に作用して同弁をそのバネに抗して右側に押圧する。可変絞り弁は、停車時の位置ではそこに設けられた段差により反動室８２を僅かに油圧源に接続し、同時に別の段差によりタンクとも僅かに接続している。この結果反動室８２の内部の圧力は実質的に大気圧になっている。
【００９７】
減圧弁７０の出力ポート７０ａはまた、絞り１３０を介して油圧ポンプ１３２に接続されている。油圧ポンプ１３２は図示していないがトランスミッションの出力軸と同期して回転するように構成されており、そのためにロータ１３２ａの軸の先端にはギアがあって、トランスミッションの出力軸であるディファレンシャルのギアの１つ（共に図示せず）と噛み合っている。
【００９８】
車速が０のときは油圧ポンプのロータ１３２ａは回転せず、以後車速が上がるにつれて車速に比例した速度でロータ１３２ａは回転し、図で右のポートの油を左のポートに汲み出す。かくして車速の増大に比例して油圧ポンプ１３２を通過する油量は増大する。油圧ポンプ１３２が停止している場合には可変絞り弁７２の図において左側の圧力は減圧弁７０が設定する圧力に制御されて同弁７２を右に押圧しているが、油圧ポンプ１３２が回り出すと可変絞り弁７２の左側の圧油がポンプで汲み出される結果、圧力は更に下がり、可変絞り弁７２は右側のバネの作用で図示状態から左に移動を始める。
【００９９】
その結果高速になるほど反動室８２を油圧源に接続する側の段差のシール効果が低下し、逆にタンクに接続する側の段差ではシール効果が向上する。かくして高速走行時には反動室８２はタンクから隔絶され、油圧源と完全な接続が完了する。この状態では反動室８２は本来の機能を発揮し、良く知られている通り、路面抵抗に比例した感覚をドライバに感じさせる。
【０１００】
次いで、図示のパワーステアリング装置の作動を説明する。
【０１０１】
中立状態ではステアリングホイール１８には何のトルクも加えられないので、ピニオンギア２４とラックギア２８の間には力は存在しない。４ウエイ弁４６は反動室８２の内部のバネ８８の作用により中立位置にあって、油圧源から送られてくる圧油をタンクにそのまま戻す、所謂オープンセンターシステムを構成している。この結果ポンプ供給圧は実質的に０となり、パワーシリンダ５０の左右の室の圧力も共に０となる。
【０１０２】
ここでステアリングホイール１８に白抜きの矢印で示す左転舵のトルクが加わったとする。ラックシャフト２６は前輪に作用する路面抵抗のために動こうとはしない。ピニオンギア２４に加えられたトルクはラックシャフト２６が動かないので、ラックギア２８上を転がって左に移動しようとする。この移動を抑えているのは反動室８２の内部のバネ力である。もしピニオンギア２４が移動しようとする力がこのバネ力より小さければ、結果的に４ウエイ弁４６は中立位置に留まり続け、パワーアシストは得られない。
【０１０３】
このとき、ピニオンギア２４に加えられているトルクが前輪に掛かっている路面抵抗値を越えているならば、前輪はパワーアシストなしで操向転舵されることになる。このような状況は車が置かれている路面が滑りやすい氷上である場合とか、車が走行中で路面からの反力が小さい場合に相当する。
【０１０４】
もし、ステアリングホイール１８に加えられているトルクが十分に大きくて、ピニオンギア２４がラックギア２８上を左に転がるようになると、４ウエイ弁４６は反動室内部のバネを押し縮め右にシフトする。この結果図示のようにパワーシリンダ５０の左の室５０ａは油圧源に、右の室５０ｂはタンクにそれぞれ接続され、ラックシャフト２６はピニオントルクと油圧力の合力で右に駆動される。かくしてパワーアシストが得られる。
【０１０５】
反動室８２の内部には高速走行時には油圧源の圧力が導入されているので、油圧源の圧力が高まるに比例した量で中立位置に押し戻される。その圧力導入の程度は、可変絞り弁７２がどの程度左に移動したか、換言すれば車速がどの程度高いかに左右される。車速が低いほど反動室８２の内部に導入される油圧源の圧力の割合が低く、従って４ウエイ弁４６を中立位置に戻す反力も弱い。ここまでの説明は公知公用に供されており、本発明の主要な部分を構成するものではないが、この装置が示す操舵力特性を図９に示す。
【０１０６】
図６でバイアスモータ９０が駆動され、アーム９２が図示位置から時計方向にある角度だけ回転し、４ウエイ弁４６に左方向のバイアス力を及ぼした場合を考える。
【０１０７】
この場合には４方向弁４６を右に駆動するためのピニオントルクは更に大きなものが必要となる。従ってパワーアシストは得難くなり、左転舵時の操舵力は重くなる。逆に右転舵時を考えると、バイアス力がある分だけ少ないピニオントルクで４ウエイ弁は左に動くことになり、右転舵時にはパワーアシストが容易に得られる。従ってアーム９２が時計方向に回転した場合の操舵力は、右転舵が軽く左転舵が重い、左右非対象の特性となる。
【０１０８】
この様子を示したものが図１０である。バイアス力の増加とともにパワーアシストの開始点がマニアル操舵の特性線図に沿って移動する様子が明示されている。この実施の形態では、バイアス力が反動室内部のセンタリング用のスプリング８８に作用するだけなので、実線と点線とはマニアル操舵の直線上を矢印の方向に平行移動するだけである。アーム９２が反時計方向に回転した場合の特性は、容易に理解できて、右転舵が重く左転舵が軽い特性となる。
【０１０９】
もしここでバイアス力が充分に大きくて、反動室内部のバネ８８の設定値を超えた場合には、その特性は図１０に一点鎖線で示すような特性となる。即ち、ピニオン入力が零のとき、路面抵抗（ラック出力）が生じる、マイナスの操舵力を出力する。この状態ではドライバがステアリングホイールから手を放した場合に、ステアリングホイールは自分で回転を始め、実質的に操舵が行われる。
【０１１０】
その操舵量は路面から来る操舵反力に釣り合う位置までで、それ以上にステアリングホイールが切れることはない。バイアス力を更に強めれば、前輪の操舵角度を更に増加させることができる。尚、走行中に路面から来る反力とは、良く知られるように、サスペンションのジオメトリに基づいてタイヤを直進位置に戻すアライニングトルクのことである。
【０１１１】
前輪の角度はバイアス力の増減で制御可能であることが、以上の説明で明らかになったが、オープンループの制御ではその確実性が保証できないので、バイアス力を加えた結果としてコラムシャフト２０が回転するので、コラムシャフト２０の回転を監視するエンコーダ１２６が用意され、その出力信号が目標操舵角度に一致するように後述の如くＣＰＵ２は、第１の実施の形態で用いたのと同様のモータアンプを介してバイアスモータ９０を駆動する。
【０１１２】
上記を前提として、第２の実施の形態に係る装置の動作を図１１に示すフロー・チャートを参照して説明する。図１１には、上記の動作をバイアスモータ９０に行わせるためのＣＰＵ２の制御アルゴリズムが示されている。但し説明の簡単のために、危険度については自車が現在走行しているレーンの右側についてのみ監視しているものとする。自車が中央のレーンを走行していて、左右の危険度を考慮したければ、同じことを左のレーンに関する危険度を算出して考慮すれば良い。
【０１１３】
以下説明すると、先ずＳ１０で図示の検出パラメータを読み込む。ここでバイアスモータβはバイアスモータ９０の実変位を示し、エンコーダの出力を適宜な特性で換算して求める。次いで、Ｓ１２に進んでＣＰＵ１の図示の出力を読み込む。ここで、周囲環境評価装置６８が算出する危険度αＲ について簡単に説明する。
【０１１４】
側方レーダ１２ｂは自車と右（または左を含む）レーンを走行している他車との相対距離Ｄを検出している。このＤを微分したｄＤは自車に対する他車の相対速度を意味している。面倒な微分処理の代わりにサンプリングタイムが一定ならば、前回検出したＤｔ−１ と今回検出したＤｔ との差分をもって相対速度とすることもできる。即ち ｄＤ＝Ｄｔ −Ｄｔ−１ としても良い。
【０１１５】
危険度αはこの実施例では次の式で定義される。
αＲ ＝Ａ−（ Ｋｄ ×ｄＤＲ ） −（ ＫＤ ×ＤＲ ）
但しαＲ ≧０、Ａ：定数
【０１１６】
上記の意味する処は、相対速度ｄＤがプラスのときは他車が自車に対して遠ざかっているので、ｄＤが大きいほど危険度は低いと言う意味である。逆にマイナスのときは他車が自車に対して近づいているので、その絶対値が大きいほど危険度は高くなると言う意味である。また相対距離Ｄは常にプラスの量であるが、その量が大きいほど遠く離れているので、やはり危険度は低いことを意味している。危険度の概念にはマイナスは不要なので、計算値がマイナスになっても危険度は０と定義しておく。左側の危険度が欲しければ、上式において添字ＲをＬに置き換えて算出する。
【０１１７】
尚、左右いずれか一方のレーンについてのみ危険度を算出する場合でも、走行中の自車レーンに故障車などの障害物が存在するときは、それについての危険度を算出することとする。尚、ここでは危険度の定義を単純な一次関数の形で表現したが、相対速度や距離に関する量を２乗したり、分数の分母とするなど、応用変形は様々にある。
【０１１８】
続いてＳ１４に進み、読み込んだ車速Ｖを所定の車速ＶＴＨ（例えば５０ｋｍ／ｈ）と比較し、それ未満のときは直ちにプログラムを終了すると共に、それ以上のときはＳ１６に進んでレーン中央線からの偏りΔＬがレーン中央線までの幅Ｌを超えたか、換言すれば、自車が左右のレーンに入ったか否か判断する。そして肯定されるときは直ちにプログラムを終了する。
【０１１９】
これらについて説明すると、車速Ｖを既定の車速ＶＴＨと比較するのは、極めて低速になった場合にはかかる補正機能は不要と考え、改めてドライバがリセットするまでは再起動しないのが適当と考えたからである。またこのアルゴリズムでは同一レーン内で走行する場合のものを示しており、Ｓ１６で隣のレーンにレーンチェンジを行ったと判断される場合には、一旦キャンセルして改めてドライバがリセットするまでは再起動しないようにした。
【０１２０】
これは、このキャンセル機能を単純に省略すれば、図示のアルゴリズムにあっては、レーンチェンジを完了した後も前のレーンに戻ろうとするバイアス力が働くことになるからである。勿論レーンチェンジが行われた場合には、自動的に新しいレーンを認識してそのレーン内部で上記の制御を行わせることも可能であるが、その場合にはＣＰＵ２が車両がレーン区分線（白線）Ｎ（図４）を越えたことを認識し、次のレーン区分線をターゲットに追いかけるようにすれば良い。
【０１２１】
Ｓ１６で否定されるときはＳ１８に進み、図示の如く、目標操舵角度θＤ と危険度αＲ にゲイン（比例定数）Ｋ１ ，Ｋ２ などを乗じてバイアスモータ９０の目標変位（バイアス力）βＤ として算出する。このように、基本的には、目標操舵角度θＤ にゲインを乗じた舵力を算出し、その舵力を得るべくバイアスモータ９０を駆動してアーム９２に変位を与える。この実施の形態ではバイアスモータ９０のアーム変位を舵力に変換するバネ９４は線型特性なので、バイアスモータ９０への目標変位βＤ はθＤ に比例した量となる。
【０１２２】
ここで、ゲインＫ２ は危険度αＲ に応じて修正するが、それについて説明すると、危険度αＲ が出力されているときは、差し迫った後続車両が直ぐ近くに存在するので、これとの衝突を回避するにはある程度ゲインＫ２ を大きく設定して時間遅れがないようにすることが望ましい。しかしゲインＫ２ を高めた場合を想定するに、この状態でハンドルを後続車両のいる側に操舵した場合、危険度αＲ に基づいて目標変位（バイアス力）を算出したとすると、強力に元のレーンに押し戻され、その戻し力も強力なために車両は反対車線にまで押し返されることが予想される。
【０１２３】
これでは不都合なので、レーンの中央で（ΔＬ≦０）、ゲインＫ２ を０にまで減少して、上記の副作用が起きないようにしている。即ち、レーンの中央から後続車両のいる側へは中央から車両が反れた距離ΔＬに対して比例的にゲインＫ２ を増大させるが、その反対側へは車両がズレてもゲインＫ２ は０に保つようにした。
【０１２４】
またかかる緊急を要する場合にはできるだけ装置のレスポンスが良いことが要求される。このためにドライバの操舵によって車両がレーン中央線ないしはレーン区分線に対して姿勢を変えてΘＶ だけ「向き」を変えたとき、そのΘＶ を使ってゲインＫ２ を高めて置くようにしている。ΘＶ はこれから車両が隣のレーンに近づくための初期の現象であるからその分早い対応が期待できる。一種の微分制御である。勿論ΘＶ の代わりに操舵ハンドルの回転速度を用いても同様な効果が期待できる。
【０１２５】
続いてＳ２０に進んで算出された目標変位βＤ から現在の変位βを減算すると共にゲインＫ０ を乗じてバイアスモータ９０のトルクＴを算出し、Ｓ２２に進んで算出したトルクＴを上限値Ｔ０ と比較し、それを超えるときは上限値Ｔ０ に制限する。これは、この第２の実施の形態の場合、過大なトルクを投入してもストッパ９６，９８によってアーム９２の最大ストロークが決まっているので、消費電流がムダとなるのを防止する目的と、過大電流が流れつづけることによる焼損を防止する目的からである。
【０１２６】
続いてＳ２４に進んで決定した出力トルクとなるようにモータ供給電流値を計算し、モータアンプに出力する。尚、供給電流値はエンコーダ１１６の出力値と目標値の差が減少するようにフィードバック制御される。続いてＳ２６に進んで終了と判断されるまで以上の処理を繰り返す。
【０１２７】
この実施の形態は上記の如く、走行中の前方道路の車線状態を検知するＣＣＤカメラ１０および画像処理装置６４からなる第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知するＣＰＵ１からなる第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量（目標操舵角度θＤ ）を算出するＣＰＵ１からなる第３の手段と、車両の操舵車輪を作動させるステアリングホイール１８、コラムシャフト２０などの操向機構からなる操向手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させるバイアスモータ９０、アーム９２、パワーシリンダ５０および図１１のＳ１８からなる付勢手段からなる如く構成した。
【０１２８】
更には、走行中の前方道路の車線状態を検知する前記第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知する前記第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する前記第３の手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出するピニオンギア２４、ラックギア２８、４ウエイ弁４６などからなるトルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援するパワーシリンダ５０などからなる支援手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記所定の関係を変更する図１１のＳ１８からなる補正手段からなる如く構成した。
【０１２９】
更には、自車の周囲の障害物を検知するレーダ１２からなる障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する周囲環境評価装置６８からなる危険度算出手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出する前記トルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援する前記支援手段と、および前記危険度算出手段の出力に応じて前記所定の関係を変更する前記補正手段とからなる如く構成した。
【０１３０】
更には、自車の周囲の障害物を検知する前記障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する前記危険度算出手段と、車両の操舵車輪を作動させる前記操向手段と、および前記危険度算出手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させる前記付勢手段とからなる如く構成した。
【０１３１】
更には、自車の周囲の障害物を検知する前記障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する前記危険度算出手段と、車両の操舵車輪を作動させる前記操向手段と、自車の走行車線内で基準線Ｍからの偏りΔＬを検出するＣＰＵ１からなる偏り検出手段と、および前記危険度算出手段の出力と前記偏り検出手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させるＳ１８からなる付勢手段とからなる如く構成した。
【０１３２】
更には、前記偏り検出手段の出力が既定値以下のとき、前記付勢手段の機能を実質的に停止させる（Ｓ１８）如く構成した。
【０１３３】
更には、自車の周囲の障害物を検知する前記障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する前記危険度算出手段と、車両の操舵車輪を作動させる前記操向手段と、自車の走行車線に対する傾きΘＶ を検出するＣＰＵ１からなる方向検出手段と、および前記危険度算出手段の出力と前記方向検出手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させるＳ１８からなる付勢手段とからなる如く構成した。
【０１３４】
更には自車の走行車線内で基準線からの偏りを検出する前記偏り検出手段を有し、前記偏り検出手段の出力が既定値０以下のとき、前記付勢手段の機能を実質的に停止させる（Ｓ１８）如く構成した。
【０１３５】
更には、自車が自車の走行レーンの区分線を超えて隣のレーンに移ったことを検出するＣＰＵ１からなるレーンチェンジ検出手段を有し、前記レーンチェンジ検出手段の出力に応じて操舵力の補正手段の機能を停止させる（Ｓ１６）如く構成した。
【０１３６】
更には、自車の車速を検出する車速センサ１６からなる車速検出手段を有し、前記車速検出手段出力に応じて前記付勢手段の機能を停止させる（Ｓ１４）如く構成した。
【０１３７】
上記の構成によって、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測してフィードフォワードの概念に基づいて操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供することが可能となる。
【０１３８】
更には、将来の車両の状態を予測し、それに基づいて操舵力を左右で変えることで予測情報をドライバに提供できると共に、将来の可能性のある危険に対してドライバに積極的に回避動作を促すことができる。またパワーステアリング装置を具備した車両においてパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こすことができる。
【０１３９】
更には、ドライバは自分の五感を駆使して運転することが可能であると同時に、この装置の出力を参照しつつ最適な操舵を行うことができる。即ち、ドライバの判断と装置の出力する操舵力とが一致しない場合には、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つと共に、左右いずれの操舵も好ましくないような事態が判断されるときに、その判断の程度に応じて操舵力を左右とも重くすることができる。
【０１４０】
更には、装置がレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるように操舵力を介して情報をドライバに提供して人間との共存を図ることができると共に、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができ、制御パラメータの設定次第では人間の関与が全くない自動運転へと移行することができる。
【０１４１】
より具体的には、この装置は図１０に１点鎖線で示すようなピニオン入力０のときでもラック出力が生じる、即ち、ステアリングホイールを自転させる、マイナスの操舵力も出力できるので、ドライバは自分の意識が覚醒している場合には出力されたマイナスの操舵力を参照しつつ自分の五感に頼る運転もできる反面、自分の意識が散漫の場合には出力されたマイナスの操舵力による自動的な操舵によって、レーンから逸脱するのを予防することができ、また前方の障害物を回避することができる。
【０１４２】
このように装置が積極的に操舵力によってドライバを誘導するときは、ドライバから見たレーンは丁度ボブスレーのようにレーン中央が凹んだ道路を走行しているような感覚が得られ、レーン中央から左右いずれに操舵しようとしても操舵力が重い、即ち、操舵力の仮想的な壁があって中央に戻されようとする安定な装置を提供することができる。
【０１４３】
トライバがレーンチェンジをしようとすれば、この仮想壁を乗り越えるだけの操舵力をハンドルに与えれば目的を達成できる。また後続車両が隣のレーンを走行して近づいてくるときは、今まで存在していなかった上記の仮想壁が後続車両のある側にのみ構築され、しかもその壁の高さは危険度に応じた高さであるような感覚を得ることができる。ドライバはこの壁の出現のために、後続車両のある側に操舵しようとしても壁の高さの為に押し戻され、結果的に衝突が未然防止できることになる。もとより何らかの理由で後続車両が遠ざかるか、分岐路にそれた場合には、当該仮想壁もその高さを低くし、遂には消滅してしまうので、ドライバは全く問題なく普通の感覚で運転することができる。
【０１４４】
また後続車両がいる側への操舵に際しては、レーン区分線に対する自車の向きに応じても操舵力を重くする、即ち、当該仮想壁の高さを高くするようにしてあるから、レスポンスは良好となり、壁の構築を早く行うことができる。また逆に道路の中央から当該後続車両のある側に近づいた場合にのみ当該仮想壁は構築されるようにしたから、中央を走行している場合には当該壁を意識することなく走行できるし、当該仮想壁に押し戻される場合でも、レーン中央まで戻ってくれば壁は消滅し、反対側のレーンまで押し戻されることはない。
【０１４５】
何よりも押し戻される場合にはレーン区分線に対する自車の向きΘＶ がマイナスとなることにより、壁の高さは自車がレーン中央に向きを変えた瞬間から低くなり始め、ドライバは壁を意識しなくても済むようになる利点がある。
【０１４６】
また操舵力は左右独立に決定することも可能なため、左右の状況に応じて機動的に対処することも可能となる。操舵力のバイアス力には機械的なストッパ９６，９８も設けたため、装置側の判断と人間側の判断との間に食い違いが生じるような場合でも、バイアス力はある既定値以下に制御でき、人間の行動が優先される。
【０１４７】
更には左右転舵の中立点を同定するバネ１１８，１２０からなる中立点同定手段を備える如く構成した。即ち、アーム９２は初期荷重をもったバネ１１８，１２０によって中立位置に保持されるために、制御ユニット６０のＣＰＵ１，ＣＰＵ２などに電源を投入して装置を起動する際にバイアス機構、即ち、バイアスモータ９０およびアーム９２の中立点を容易に確保することができてニュートラルを保証することが容易となる。
【０１４８】
またこの第２の実施の形態の特徴は、基本的に操舵力の量を制御することで目的を実現しているからこの実施の形態に係るバイアス機構の故障時のフェイルセイフは基本的に保証されている。万一の故障時には従来のパワーステアリング装置と同様、操舵力の変化のみ起こり、障害物を回避すると言う操舵系の一番重要な機能は最後まで確保される。
【０１４９】
またこの実施の形態の他の特徴は、後述の実施の形態にも妥当するが、既存のシステムをメインにして幾つかのデバイスを付加するだけで実現できるから、製造設備を大幅に変更する必要もなく、コンパクトで作りやすいことから、得られる製品の信頼性も高く、構造的にも信頼性が高いと共に、安価となる利点がある。特に、パワーステアリング装置を利用するときは、バイアスモータ９０の出力が小さくて足り、装置全体を小型にすることができる。但し、これは逆言すれば、バイアスモータ９０の出力が比較的大型化するが、この発明に係る装置はマニアルステアリング車両でも実現できることを意味する。
【０１５０】
更にまた、この実施の形態に係る装置は、道路構造が直線でドライバがその直線に沿うように修正操舵を加える場合のみならず、道路構造が曲線でドライバがその曲線に沿うように修正操舵を行う場合に、望ましい操舵方向を算出して、その方向と現在ドライバが行っている操舵方向とが一致している場合には操舵力を補正しないが、不一致があるときにはその不一致の方向と大きさに応じて操舵力を軽減してドライバに操舵を促す効果や、これを押し進めて操舵力を重くすることで前記した仮想壁を作り、半強制的に操舵を誘導することも可能となる。ドライバはこの情報を無視することもでき、その情報に従うときには容易に計算されたコースを走行することができる。
【０１５１】
図１２は、この発明に係る第３の実施の形態を示す、図６と同様の油圧制御回路図の部分図である。これ以外の制御回路は基本的に図６と変わらない。
【０１５２】
第３の実施の形態においては、ベーンポンプ４８のパイロットリリーフ弁７６と並列に第２のパイロットリリーフ弁１４０とサーボモータ１４２を設け、その設定圧力レベルを決定するバネ１４４の設定値をサーボモータ１４２によって可変に制御するようにした。これら２つのパイロットリリーフ弁７６，１４０を並列に配置する結果、油圧制御回路の最高圧力はいずれか低い方の設定圧力レベルに規制される。
【０１５３】
サーボモータ１４２の回転運動により第２のパイロットリリーフ弁１４０のバネ１４４の設定値を変更するためには、第２の実施の形態と同じようにアームの運動を利用しても良いが、この例ではネジ構造体１４６を用いた。即ち、サーボモータ１４２の回転に伴いメネジ１４８が回転され、メネジとかみ合うオネジ１５０が直線運動するようにした。
【０１５４】
メネジ１４８は直接、サーボモータ１４２の回転子の中心に加工して設けられる。ＣＰＵ２が左右いずれの方向にも操舵することを不適切と判断した場合、ＣＰＵ２はサーボモータ１４２を駆動して第２のパイロットリリーフ弁１４０のバネ１４４の設定値を弱め、供給圧力の最大値を低下させる。その結果、得られるパワーアシスト量を減少させ、操舵力を重くすることができる。
【０１５５】
図１３フロー・チャートを参照して第３の実施の形態に係る装置の動作、具体的には上記したサーボモータ１４２への電流値制御を説明すると、先ずＳ１００ないしＳ１０４を経てＳ１０６に進み、危険度αに応じてリリーフ弁１４０の設定圧力を低下させるべく、危険度αにある比例定数Ｋ3 を乗じた積で基本位置δ0 を減算補正してサーボモータの目標位置δD を算出する。
【０１５６】
続いてＳ１０８に進んで目標位置δＤ と現在の位置δの差に別のゲインＫ４ を乗じてサーボモータトルクＴを算出し、Ｓ１１０に進んでモータアンプに出力し、Ｓ１１２で終了と判断されるまで上記の処理を繰り返す。尚、Ｓ１０４で車速Ｖが既定の車速ＶＴＨ未満と判断されるときは従前の実施の形態と同様に上記した制御を実行しないことから、Ｓ１１４に進んでサーボモータ位置を基本位置δ０ に修復する。
【０１５７】
第３の実施の形態に係る装置が示す特性線図は、図１４のようになる。リリーフ弁１４０が作動した後の操舵力は、マニアル操舵特性に平行な直線となる。その平行な直線がどこで始まるかはサーボモータ１４２がバネ１４４をどの程度弱めたかによって決まり、完全にバネ力がなくなるまで弱めれば、そのときの特性はマニアル操舵の特性と一致する。
【０１５８】
第３の実施の形態ではパワーアシスト量を減少させるだけであるから、自動操縦は原理的に起きない。しかしながら、車両の将来を予測した結果、左右いずれにも操舵を行わない方がより良い結果を予測できる場合がある。例えば後方左右のいずれのレーンにも追い越しを掛けている他の車両がいるような場合で、しかも前方に障害物を検出したような場合がこれに該当する。このような場合、操舵力を左右とも重くすることで、ドライバに直進を促すか、少なくとも自己のレーン内に留まることを促すことができる。
【０１５９】
他方、第３の実施の形態によるときは、リリーフ弁１４０がパイロット弁であることから、これを駆動して圧力レベルを変化させるモータ１４２の出力が小さなもので済み、結果的に小型でスペースをとらない装置を構築できる。操舵機構の装着箇所は一般に極めて狭いスペースとなっていることから、装置を小型に纏められることは、実用化の観点からは大変重要なことである。
【０１６０】
図１５は、この発明の第４の実施の形態を示す、図１２と同様な油圧制御回路の部分図である。
【０１６１】
第３の実施の形態では圧力レベルは無段階に制御するようにしたが、第４の実施の形態ではソレノイド弁１６０を用いてオンオフ制御するようにした。即ち、ＣＰＵ２がパワーアシスト量を弱めるか、または皆無にした方が望ましいと判断した場合にはソレノイド１６２に通電してポペット弁１６４を開放するようにした。
【０１６２】
その結果、流量制御弁７４の図で右側の室７４ａの圧油は一部逃がされて低下することになり、該弁７４は差圧によって右に移動し、ポンプの吐出圧を吸入側に戻す。得られる差圧の程度によって、油圧制御回路の利用可能な最高圧は決まり、パワーアシスト量の限界が決定される。差圧の決定は介在する絞り１６６の開度に依存している。このときの特性図は先の図１４の特性曲線の中の直線の１つとなる。絞り１６６の選択によっては利用可能圧力レベルは実質的に０となり、そのときはマニアル操舵の特性と一致する。
【０１６３】
この第４の実施の形態もパワーアシスト量を変えるだけであり、自動操縦は起きないが、操舵力を左右とも重くすることができることで、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また第３の実施の形態と同じくパイロット弁であるために、弁自体の構造を小型化でき、消費電流も小さくなる利点がある。
【０１６４】
図１６は、この発明の第５の実施の形態を示す、電動パワーステアリング装置の部分説明斜視図である。第５の実施の形態に係る装置は、油圧を用いない電気モータを主体にする電動パワーステアリング装置を利用するようにした。
【０１６５】
図１６において、操舵トルクを検出するトルクセンサ（ポテンショメータ）１７０と、その出力に応じてコラムシャフト２０を駆動する電動モータ１７２と、そのモータ１７２の出力を減速してトルクを増幅するウォームギア形式の減速機１７４とが一体化されてコラムシャフト２０に取りつけられている。図においてその下側には通常のラックアンドピニオン形式の機械的な操向機構が設けられる。このような電動パワーステアリング装置は既に公知で、構造そのものはこの発明とは直接に関係しない。
【０１６６】
第５の実施の形態においては、ステアリングホイール１８にトルクが加えられると、トーションバー１７６が捩じれ、その捩じれ変位をカム（図示せず）を介してスライダ１７８の上下運動に変換し、この上下運動をトルクセンサ１７０（ポテンショメータ）で検知する。即ち、ステアリングホイール１８にトルクがないときは直進状態を保っていたスライダ１７８は、加えられるトルクの方向と大きさに従い、上下の変位に変換される。トルクセンサ１７０の出力信号は、図１７に示すような直線を基調としたものである。
【０１６７】
ＣＰＵ２はこの信号と車速信号を入力し、パワーステアリング用の電動モータ１７２に図１８に実線で示すような電流指令値を出力する。かくして装置全体としての特性は図１９に実線で示すような車速応動型を示す。ここまでは公知であり、本発明の主要な部分を構成するものではない。
【０１６８】
図２０はこの第５の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。以下説明すると、Ｓ２００において検出パラメータを読み込む。ここで操舵力（トルク）τｓ はトルクセンサ１７０の出力であり、左右の操舵方向に応じて正負の値をとる。
【０１６９】
続いてＳ２０２に進んでＣＰＵ１の算出した危険度αＲ，αＬ と目標操舵角度θＤ を読み込む。第５の実施の形態においては第２の実施の形態と異なり、左右のレーンについて危険度αを算出するようにした。即ち、第２の実施の形態においては例えば左転舵を重くするように制御し、第３、第４の実施の形態においては左右の転舵を重くするように制御するが、第５の実施の形態においては左右とも独立に制御する。
【０１７０】
続いてＳ２０４に進み、アシストを開始する操舵力の閾値τＴＨを目標操舵角度θＤ と左右の危険度αＲ，αＬ で補正して左右方向で別々に求め、Ｓ２０６に進み、ゲインＫ５ を、その基本値Ｋ０ に、検出車速Ｖと所定値Ｖ１ との比と１の差を乗じて、即ち、ゲインＫ５ を車速が上昇するにつれて減少するように算出する。
【０１７１】
次いでＳ２０８に進んで上限値Ｔ０ から車速Ｖと危険度αＲ，αＬ の積を減算して最大トルクＴＭＡＸ を算出する。危険度が左右レーンで別々に設定されることから、最大トルクＴＭＡＸ も左右方向で別々に設定する。次いでＳ２１０に進んで検出操舵力（トルク）τｓ の絶対値をアシスト開始操舵力閾値τ０Ｒ， τ０Ｌとそれぞれ比較し、検出操舵力τｓ が左右方向の閾値τ０Ｒ， τ０Ｌ（Ｓ２０４で算出）のいずれか若しくは双方を超えるときはＳ２１２に進んで検出操舵力の正負、即ち、操舵方向に応じて値γを＋１か−１に設定する。
【０１７２】
次いでＳ２１４に進んで検出操舵力τs と補正された閾値τ0Rまたはτ0Lとγの積の差にゲインＫ５を乗じてモータトルクＴC を算出する。ここで閾値τ0Rまたはτ0Lは値γを乗算されて左右いずれかの方向の値となる。次いでＳ２１６に進んで算出されたモータトルクＴC の絶対値をＳ２０８で算出された最大トルクＴMAX と比較し、最大トルクを超えているときは最大トルク、より正確には最大トルクにγを乗じた左右いずれかの最大トルクに制限される。
【０１７３】
次いでＳ２１８に進んで出力トルクＴをモータアンプに出力する。このようにθＤ と危険度αＲ，αＬ に応じて操舵力を設定するが、設定はパワーアシスト量の加減で行うようにした。尚、Ｓ２１０で検出操舵力τｓ の絶対値がアシスト開始閾値τ０ 以下と判断されるときはＳ２２０に進み、アシストを行わないことからモータトルクＴＣ は零とする。上記の処理をＳ２２２で終了と判断されるまで繰り返す。
【０１７４】
上記の如く、アシストを開始する操舵力（トルク）の閾値τＴＨを目標操舵角度θＤ と左右の危険度αＲ，αＬ で補正し、その後の処理ではこの補正された閾値τ０Ｒ， τ０Ｌと将来（または現在）加えられる操舵力τｓ との比較を行い、その差分に応じた電流値を出力する。
【０１７５】
補正された操舵トルクの閾値τ０Ｒまたはτ０Ｌはゲインの選択如何ではマイナスになることがあり、閾値がマイナスの場合には操舵トルクが入力されなくても操舵が起きて自動運転が可能となる。従って従前の実施の形態と同じく人間と装置の共同運転から完全な自動運転まで、原理的には同じアルゴリズムで対応できることになる。
【０１７６】
第５の実施の形態の操舵特性を説明するに、図１８および図１９で、ある車速Ｖａ で走行している場合の補正が行われなかった特性を太線の実線で、補正が行われた場合の特性を破線Ｅで示す。例示の破線Ｅの特性は操舵力を重く制御する場合を示しているが、勿論、操舵力を軽く制御する場合もあり、その場合には１点鎖線Ｆとなる。更に２点鎖線Ｇまで移行させれば、上記の如く、操舵力はマイナスとなって自動運転の可能性を発揮する。
【０１７７】
第５の実施の形態によれば、ソフトウェアによる対応が可能なため、第２の実施の形態とは違って左右のアシスト量を全く独立に決定することができる。また、ゲインＫ５ の計算プロセスを少し変形させれば、車速によってＫ５ を変えるだけではなく、上記危険度αに応じても変化させることが容易にでき、その場合は図１９の特性線図の勾配まで危険度に応じて変えることができる。
【０１７８】
例えば図２０フロー・チャートに示すアルゴリズムでゲインＫ５ の計算式を
Ｋ５ ＝Ｋ０（α０ −αＲ）（ α０ −αＬ）×（１−Ｖ／ Ｖ１） α０ ：ある定数
と変形すれば、危険度が高い程、ゲインＫ５ が小さくなり、パワーアシスト量が減少することになる。
【０１７９】
その減少の様子は、図１９で直線の傾きが立ってきてマニアル操舵特性の直線に近づくようになる。極端な場合、左右いずれかの危険度がα０ を越えればＫ５ はマイナスとなるから、電流は逆流してマニアル操舵の線を超えて左側に移行し、マニアル操舵時よりも重い操舵力を実現し得る。
【０１８０】
第５の実施の形態では上記の如く、走行中の前方道路の車線状態を検知するＣＣＤカメラ１０、画像処理装置６４からなる第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知するＣＰＵ１からなる第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出するＣＰＵ１からなる第３の手段と、車両の操舵車輪を作動させるステアリングホイール１８などからなる操向手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させる電動モータ１７２からなる付勢手段とからなる如く構成した。
【０１８１】
更には、走行中の前方道路の車線状態を検知する前記第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知する前記第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する前記第３の手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクτｓ の方向と大きさを検出するトルクセンサ１７０からなるトルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援する電動モータ１７２からなる支援手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記所定の関係を変更する図２０のＳ２１４からなる補正手段とからなる如く構成した。
【０１８２】
更には、前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は同方向転舵の支援量を増加する（Ｓ２０４，Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８３】
更には、前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は反対方向転舵の支援量を減少または零とする（Ｓ２０４，Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８４】
更には、前記所定の関係は、前記トルク検出手段の出力τｓ が所定値τ０ より小さいときは支援量を減少または零とする（Ｓ２１０）と共に、前記トルク検出手段の出力が前記所定値を超えたときは支援量を前記操舵トルクτｓ に関連付けて決定する（Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８５】
更には、前記補正手段は、前記所定値τ０ を変更する（Ｓ２０４）如く構成した。
【０１８６】
更には、前記補正手段は、前記第３の手段の出力に関連した量θＤ を前記支援手段の支援量に加えることで、右または左転舵の操舵力を付勢する（Ｓ２０４，Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８７】
更には、前記必要な操舵力を規制する規制手段（Ｓ２０６，Ｓ２０８）を備える如く構成した。
【０１８８】
更には、前記所定の関係は、ステアリングホイールに加えられるトルクτｓ が所定の既定値τ０ を超えたとき、支援量を前記トルクの大きさに比例した値とするように構成される（Ｓ２１０，Ｓ２１４）と共に、前記第３の手段は前記既定値を負値に変更する（Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８９】
更には、自車の周囲の障害物を検知する側方レーダ１２ｂからなる障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する周囲環境評価装置６８からなる危険度算出手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出する前記トルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援する前記支援手段と、および前記危険度算出手段の出力に応じて前記所定の関係を変更するＳ２０４，Ｓ２１０，Ｓ２１４からなる補正手段とからなる如く構成した。
【０１９０】
更には、前記補正手段は、前記危険度算出手段の出力に応じて、少なくとも前記障害物の存在する方向の転舵の支援量を減少する（Ｓ２１４）如く構成した。
【０１９１】
上記構成によって、第５の実施の形態にあっても、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測してフィードフォワードの概念に基づいて操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供することが可能となる。
【０１９２】
更には、将来の車両の状態を予測し、それに基づいて操舵力を左右で変えることで予測情報をドライバに提供できると共に、将来の可能性のある危険に対してドライバに積極的に回避動作を促すことができる。またパワーステアリング装置を具備した車両においてパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こすことができる。
【０１９３】
更には、ドライバは自分の五感を駆使して運転することが可能であると同時に、この装置の出力を参照しつつ最適な操舵を行うことができる。即ち、ドライバの判断と装置の出力する操舵力とが一致しない場合には、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つと共に、左右いずれの操舵も好ましくないような事態が判断されるときに、その判断の程度に応じて操舵力を左右とも重くすることができる。
【０１９４】
更には、装置がレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるように操舵力を介して情報をドライバに提供して人間との共存を図ることができると共に、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができ、制御パラメータの設定次第では人間の関与が全くない自動運転へと移行することができる。
【０１９５】
図２１はこの発明の第６の実施の形態を示す、図２０と同様なフロー・チャートである。
【０１９６】
第６の実施の形態の装置構造は、基本的に第５の実施の形態のそれと同様であり、制御のアルゴリズムのみを相違させた。第６の実施の形態では危険度αは左右同じものとして扱った。
【０１９７】
以下説明すると、Ｓ３００からＳ３１２まで進んで第５の実施の形態とほぼ同様な手順でモータトルクＴＣ を算出した後、Ｓ３１４に進み、算出したモータトルクＴＣ から危険度αにゲインＫＴ を乗じた積を減算した絶対値を最大トルクＴＭＡＸ と比較し、それ以下であれば算出モータトルクＴＣ から危険度αとゲインＫＴ の積を減算した値を出力トルクＴとすると共に、最大トルクＴＭＡＸ を超えるときは最大トルク（γを乗じて正負決定）を出力トルクＴとする。
【０１９８】
即ち、第５の実施の形態ではセンサの出力情報にバイアスを加えたが、第６の実施の形態では電動モータへの出力信号にバイアスを加えるようにした。そのときの特性変化を図２２および図２３に第５の実施の形態の場合と同じく破線にて示す。第６の実施の形態においても第５の実施の形態の同様に、破線で示す特性が与えられるとき、操舵力（ピニオントルク）が零でも路面抵抗（ラック出力）は生じており、小さなバイアス信号でもマイナスの操舵力、即ち、ステアリングホイールを自転させる自動操舵を実現させることができる。尚、残余の構成および効果は第５の実施の形態と同様である。
【０１９９】
尚、第６の実施の形態においてもＳ３０２で目標操舵角度θＤ を読み込み、第５の実施の形態の図２０のＳ２０４と同様のステップを設けても良い。また危険度αを左右別々に設定するなど、第５の実施の形態の構成を部分的に取り入れても良い。
【０２００】
上記した実施の形態では、前方の道路状況を知る手段にＣＣＤカメラと画像処理装置を例示したが、原理的にはナビゲーションの情報も使えることは容易に理解できよう。現在のナビゲーションが持つ情報量は未だ十分ではなく、且つ現在位置を検出するシステムの精度も余り良くないため、現在の道路状態とその道路に対する自車の位置及び方向、更には先の道路状態などを予知するには、ＣＣＤカメラを用いた画像認識技術が現在では有利であり、従って開示した実施の形態ではこの方式を採用している。
【０２０１】
現在画像処理による環境認識技術の代わりに道路側に磁気を帯びた標識をレーンに沿って埋め込み、この磁気を頼りにレーンを認識する技術が主として監督官庁より提案されている。無論この技術が利用できるようになれば、高価な画像処理技術に頼ることなく、この発明は実施可能となる。
【０２０２】
また、走行道路の例として高速道路を挙げたが、それに限られるものではなく、区分線を介して認識できるような道路環境であれば、一般道路でも実施可能である。
【０２０３】
また上記した実施の形態では、パワーステアリングを具備した車両に基づいて説明してきたが、パワーステアリングは必須条件ではなく、マニアル式のものでもこの発明は適用できる。
【０２０４】
また、上記した実施の形態のうち、第５、第６の実施の形態においてトルクセンサとして例示のものに限定されるものではなく、その他の構造のものであっても良い。
【０２０５】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、装置がレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるように操舵力を介して情報をドライバに提供して人間との共存を図ることができると共に、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができる。またパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こすことができる。更に、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つと共に、人間との共存を図ることができる。
【０２１１】
請求項１１項にあっては装置が動作を開始する際に、容易に操舵系の中立点（直進状態）を再現ないし同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る車両の操舵力補正装置を全体的に示す説明斜視図である。
【図２】図１の装置の操舵機構を概略的に示す説明上面図である。
【図３】図１の装置の制御ユニットの詳細を示すブロック図である。
【図４】図３ブロック図でＣＰＵ１が算出するパラメータを示す説明図である。
【図５】図１の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図６】この発明の第２の実施の形態を示すもので、図１の装置を油圧パワーステアリング装置を備えた車両に応用したときの油圧制御回路図である。
【図７】図６の油圧制御回路図に示す、第２の実施の形態で用いるバイアスモータを含む機構の説明側面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図６に示す第２の実施の形態に用いる油圧パワーステアリング装置の従来的な操舵アシスト特性を示す説明図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る装置の操舵力補正特性を示す説明図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１２】この発明の第３の実施の形態を示す図６の油圧制御回路図の部分図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１４】第３の実施の形態に係る装置の操舵力補正特性を示す説明図である。
【図１５】この発明の第４の実施の形態を示す図１２と同様の油圧制御回路図の部分図である。
【図１６】この発明の第５の実施の形態を示す電動パワーステアリング装置の部分説明斜視図である。
【図１７】図１６に示す電動パワーステアリング装置のトルクセンサの出力特性を示す説明図である。
【図１８】第５の実施の形態に係る装置の電動モータの電流供給特性を示す説明図である。
【図１９】第５の実施の形態に係る装置の操舵力補正特性を示す説明図である。
【図２０】第５の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図２１】この発明の第６の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図２２】第６の実施の形態に係る装置の電動モータの電流供給特性を示す説明図である。
【図２３】第６の実施の形態に係る装置の操舵力補正特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ ＣＣＤカメラ
１２ レーダユニット
１４ ヨーレートセンサ
１６ 車速センサ
１８ ステアリングホイール
２０ コラムシャフト
２２ ピニオンシャフト
２４ ピニオンギア
２６ ラックシャフト
２８ ラックギア
３２ 操舵車輪（前輪）
３４ 電動モータ（バイアスモータ）
４６ ４ウエイ弁
５０ パワーシリンダ
６０ 制御ユニット
６４ 画像処理装置
６６ 前方障害物評価装置
６８ 周囲環境評価装置
７０ 制御弁（減圧弁）
７２ 制御弁（可変絞り弁）
７６，１４０ パイロットリリーフ弁
８２ 反動室
８４，８６ プランジャ
８８ バネ
９０ 電動モータ（バイアスモータ）
９２ アーム
９４ バネ
１１６ エンコーダ
１１８，１１２ バネ
１３２ 油圧ポンプ
１４２ サーボモータ
１４６ ネジ構造体
１６０ ソレノイド弁
１７０ トルクセンサ
１７２ 電動モータ
【発明の属する技術分野】
この発明は車両の操舵力補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の操舵力を補正する技術思想は既に公知であり、例えば特開平３−１６８７９号公報には車両重心を通る鉛直軸回りのヨーレート等を検出し、所期のヨーレートと異なる値が検出された場合にはタイヤと路面との間に滑りが生じているものと判断して操舵力を操作してドライバに修正操作を促すものが提案されている。
【０００３】
ヨーレートにしても横Ｇにしても、ドライバが操作した入力舵角に対してこれらの情報量が適正に発生しているかどうかを検証し、差異があれば入力舵角を修正するべく、操舵力を媒体にしてドライバに修正動作を促すものは、所謂フィードバックの概念をベースにしている。フィードバックの概念は既にその差異が発生していることが前提条件であるから、対症療法としての効果は期待できるが、差異の発生を未然に防ぐことはできない。
【０００４】
近年、コンピュータの発達により精度よく車の現在の状況を把握できるセンサの開発が行われ、横Ｇのみならず画像による車両のコースズレの把握、又は予測が可能になり、或いは又、側後方に近接する他の車両を超音波やレーザー等で監視することが可能となり、特開平４−１９２７４号公報記載の技術のように、ドライバがそれを知らないでレーンチェンジをしようとしたとき、起きるであろう衝突を予測する技術も登場している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開平４−１９２７４号公報記載の技術は、転舵方向に他の車両などが存在するときはパワーアシスト力を減少するに止めており、それ以上に操舵力を補正するものでなかった。即ち、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測して操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供し、事故発生の危険性を低減するようなものではなかった。
【０００６】
従って、この発明の第１の目的は、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測してフィードフォワードの概念に基づいて操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供するようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【０００７】
更に、将来の車両の状態を予測した結果、例えば右に転舵する方がこのまま直進するよりも危険性が少ないと考えられる場合もあり得る。そのようなときは右側の操舵力を軽くする、ないしは、左側の操舵力を重くすることでドライバにその情報を提供することが望ましい。
【０００８】
従って、この発明の第２の目的は、将来の車両の状態を予測し、それに基づいて操舵力を左右で変えることで予測情報をドライバに提供できるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【０００９】
更には、将来の車両の状態を予測した結果、例えば右に転舵する方がより危険性が低いと判断される場合には単に右側の操舵力を軽くしてドライバに右転舵を促すよりも、積極的に右側に転舵する回避動作を誘起した方が有効である。
【００１０】
従って、この発明の第３の目的は、将来の可能性のある危険に対してドライバに積極的に回避動作を促すことができるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００１１】
更には、この発明はパワーステアリング装置を具備する車両に限られず、マニアルステアリング車両にも妥当するが、パワーステアリング装置を具備する車両に利用するときは装置を小型化できる利点がある。
【００１２】
そのようなパワーステアリング装置を具備する車両において、操舵力の増減を決める手法として、パワーアシスト量を減じることで操舵力を増加させる手法が既に提案されている。例えば車速応動型パワーステアリング装置としてポンプからの圧油をソレノイド弁でタンクに逃がして操舵力を重くする手法や特公昭５４−１１１７１号公報記載の技術のように反動室内部の圧力レベルを高めることで実現することも公知である。しかし従来のこれら手法は、左右の操舵力を均等に重くすることに主眼を置いており、専ら高速時の舵の切りすぎを予防することが目的であった。
【００１３】
このようなパワーステアリング装置を具備するものにあっては、前述の如く、車両の将来を予測した結果、例えば右に操舵する方がより危険性が高いと判断される場合には、少なくとも右転舵のときのパワーアシスト量を減じて操舵力を重くすることが有効である。これに対して、例えば右に修正操舵を行うことがより好ましい場合には、少なくとも右転舵の時のパワーアシスト量を増加して操舵力を軽くすることが有効であり、このような操舵力を与えた場合ドライバは右に修正操舵を行うことを促されることになる。無論、ドライバの操舵とは独立に動力源からの動力を操舵力として作用させ、積極的に回避動作を誘起することも考えられよう。
【００１４】
従って、この発明の第４の目的は、パワーステアリング装置を具備した車両においてパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こす方向に操舵力を作用させることができるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００１５】
無論今まで述べてきたような場合でも、ドライバは自己の意志で直進又は左右転舵を選択できなければならない。何故ならドライバが前方のカーブや障害物の存在を知らないとは限らないからである。ドライバが前方の状況を良く認識した上で、カーブとは違ったコースを選択する場合や、障害物の直前で停止することを予定し、又は左に避けて停止することを予定している場合もあり得る。
【００１６】
従って、この発明の第５の目的は、ドライバの判断とシステムないし装置の出力する操舵力とが一致しない場合には、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００１７】
更にまた、車両の将来を予測した結果、左右いずれにも操舵を行わない方がより良い結果を予測できる場合がある。例えば後方左右のいずれのレーンにも追い越しを掛けている他の車両がいるような場合で、しかも前方に障害物を検出したような場合がこれに該当する。このような場合では左右とも操舵力を重くしてドライバに直進を促すか、少なくとも自己のレーン内に留まることを促すことが望ましい。
【００１８】
従って、この発明の第６の目的は、左右いずれの操舵も好ましくないような事態が判断されるときに、その判断の程度に応じて操舵力を左右とも重くすることができるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００１９】
更にまた、パワーステアリング装置を具備した車両にあっては、操舵力のレベルを変えるのに、パワーアシスト量を加減するのみでは、理論的にその最大の操舵力はマニアル操舵時のものに、又その最小の操舵力は小指１本でまわる抵抗０のものしか実現できない。しかしシステムの信頼性が高まり、逆にドライバが居眠り等で正常な運転ができない状況を想定すると、システムが状況を判断して積極的に操舵を行うことがより合目的的である場合がある。
【００２０】
現在提案されている自動運転車の概念は、積極的にシステムが操舵を行い、目標コース上に車を誘導する。このように人間がある時点を境にシステム側に運転を完全に委ねる自動運転車では、それなりの設計手法もあるが、人間がシステム側に権限を委譲したとは認識していない上記のような場合では、良い手法が提案されていない。
【００２１】
また、システム側が現在の車の状況と前方の状況から、最適なコースを選択して操舵を行い、この操舵を操舵力の形でドライバに伝達できれば、ドライバは操舵力が少ない点を手さぐりで探すことが出来、結果的にレーンに追従して走行することがより容易となる。システムと人間との間のより良きインターフェイスとして、このような形のものが提案されたことはなかった。
【００２２】
この場合に、システムが提供する操舵力を大きく設定する程、ドライバがハンドルから手を放しても自動的に車両はレーンに追従走行するようになる。システムの介入の度合いをアナログ的に変えることで、人間とシステムの共同作業から完全な自動運転へと「連続的に」移行できるので、環境認識を中心とする技術の進展度合いに合わせて、順次、技術を進化させることができることになる。
【００２３】
従って、この発明の第７の目的は、制御システムがレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるよう、操舵力を介して情報をドライバに提供するという、人間との共存を図るようにした車両の操舵力補正装置を提案することにある。
【００２４】
更に付随するこの発明の第８の目的は、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができ、制御パラメータの設定次第では人間の関与が全くない自動運転へと移行できるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００２５】
更に、先行技術として例示した特開平３−１６８７９号公報の技術内容を良く検討してみると、開示された技術の機構部分を使ってはこの発明を実現することができないことが判る。その理由として、多くのパワーステアリング装置が主として省エネの観点からであるが、所謂オープンセンターシステムを採用しているために、バイアス力を付与するための油圧力がハンドルを切らない限り原理的に発生しないことが挙げられる。
【００２６】
またハンドルを操作している間は確かに油圧の発生を見、従って所望のバイアス力を得ることが一見できそうであるが、発生する油圧レベルが路面反力に比例している事実を軽視できない。発生する油圧レベルが一定でないことは、バイアス力の設定が不安定であり、何らかの安定化技術を入れる必要もあるだろう。
【００２７】
当該公報に開示されている第２実施例では不安定な油圧レベルに依存せず、全く独立したエネルギ源として電気力を使ったものが例示されている。この例ではバイアス力の設定が高精度に行える利点を認めることができるが、次のような欠点も予想できる。即ち、
（１）バイアス力の発生機構が全て回転体の内部に組み込まれているために、どうしても信頼性に欠けるスリップリングが必要となる。
（２）電磁力の発生機構の全てが作動油の中に晒されており、作動油内部に存在する多くの浮遊ゴミを電磁力が吸着するので作動の円滑性が損なわれる。
このように、機構部分についても改良すべき多くの余地を残している。
【００２８】
従って、この発明の第９の目的は、コンパクトで作りやすく、信頼性の高い構造を備えた車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００２９】
更に付随するこの発明の目的は、装置が動作を開始する際に、容易に操舵系の中立点（直進状態）を再現できるようにした車両の操舵力補正装置を提供することにある。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記した第１ないし第９の目的を達成するために、請求項１項に係る車両の操舵力補正装置にあっては、走行中の前方道路の車線状態を検知する第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知する第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する第３の手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援する支援手段と、および少なくとも前記第３の手段の出力に基づいて前記支援手段が動作を開始すべき操舵トルク閾値を算出して前記トルク検出手段の出力と比較し、よって得られた比較結果に応じて前記所定の関係を変更する補正手段とからなる如く構成した。
【００３３】
請求項２項にあっては、前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は同方向転舵の支援量を増加する如く構成した。
【００３４】
請求項３項にあっては、前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は反対方向転舵の支援量を減少または零とする如く構成した。
【００３５】
請求項４項にあっては、前記所定の関係は、前記トルク検出手段の出力が前記操舵トルク閾値より小さいときは支援量を減少または零とすると共に、前記トルク検出手段の出力が前記操舵トルク閾値を超えたときは支援量を前記操舵トルクに関連付けて決定する如く構成した。
【００３６】
請求項５項にあっては、前記操舵トルク閾値は、少なくとも前記第３の手段の出力に基づいて変更される如く構成した。
【００３７】
請求項６項にあっては、前記補正手段は、前記第３の手段の出力に関連した量を前記支援手段の支援量に加えることで、右または左転舵の操舵力を補正する如く構成した。
【００３８】
請求項７項にあっては、更に、前記必要な操舵力を規制する規制手段を備える如く構成した。
【００３９】
請求項８項にあっては、前記所定の関係は、ステアリングホイールに加えられるトルクが前記操舵トルク閾値を超えたとき、支援量を前記トルクの大きさに比例した値とするように構成されると共に、前記第３の手段は前記操舵トルク閾値を負値に変更する如く構成した。
【００４７】
請求項９項にあっては、自車が自車の走行レーンの区分線を超えて隣のレーンに移ったことを検出するレーンチェンジ検出手段を有し、前記レーンチェンジ検出手段の出力に応じて操舵力の補正手段の機能を停止させる如く構成した。
【００４８】
請求項１０項にあっては、自車の車速を検出する車速検出手段を有し、前記車速検出手段出力に応じて前記補正手段の機能を停止させる如く構成した。
【００４９】
上記した第９の目的に更に付随する目的を達成するために、請求項１１項にあっては、更に、左右転舵の中立点を同定する中立点同定手段を備える如く構成した。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００５１】
図１はこの発明に係る車両の操舵力補正装置を全体的に示す説明斜視図である。
【００５２】
図示の如く、この装置はＣＣＤカメラ１０を１基備える。ＣＣＤカメラ１０は運転席上方のルームミラー取り付け位置に固定され、車両進行方向を単眼視する。符号１２はミリ波レーダからレーダユニットを示し、車両前方に取り付けられた２基の前方レーダ１２ａと車両側方に取り付けられた６基の側方レーダ１２ｂからなり、反射波を通じて自車の前方、側方および後方における他車などの立体障害物を検出する。
【００５３】
また車両室内の中央部付近にはヨーレートセンサ１４が設けられ、車両重心の鉛直軸回りのヨーレート（角速度）を検出する。更に、車両のドライブシャフト（図示せず）の付近には、リードスイッチからなる車速センサ１６が設けられ、車両の進行速度を検出する。
【００５４】
図示の構成において、操向機構（操向手段）は図２に良く示す如く、ステアリングホイール１８に連結されたコラムシャフト２０を備えており、それに連結されたピニオンシャフト２２の先端に刻設されたピニオンギア２４がラックシャフト２６のラックギア２８と噛み合って、ピニオンシャフト２２の回転運動をラックシャフト２６の往復運動に変換する。ラックシャフト２６の両端はタイロッド（図示せず）およびナックルアーム３０を介して操舵車輪（前輪）３２を転向させ、所望の操舵を得る。
【００５５】
ここで、コラムシャフト２０の付近には電動モータ（以下「バイアスモータ」または「モータ」と言う）３４が設けられる。モータ出力は、ドライブベルト３６を介してコラムシャフト２０に伝達され、ピニオンシャフト２２を回転駆動して操舵力を与える。バイアスモータ３４にはエンコーダ３８が取り付けられており、バイアスモータ３４の回転量を通じて入力された操舵角を検出する。
【００５６】
図１において上記したセンサ群の出力は、制御ユニット６０に送られる。
【００５７】
図３は、制御ユニット６０の詳細を示すブロック図である。
【００５８】
図示の如く、制御ユニット６０は、ＣＰＵ１，ＣＰＵ２およびＣＰＵ３からなる３基のコンピュータなどを備える。バイアスモータ３４はＣＰＵ２の出力を受けて電流を供給するモータアンプ６２の出力で駆動される。図示はしないが、減速機を介することによってモータの出力トルクを増幅して伝達しても良い。
【００５９】
ＣＰＵ１には、ＣＣＤカメラ１０の得た画像情報を演算・処理して走行中の車両の前方道路の車線状態を検知する画像処理装置６４の出力と、前方レーダ１２ａの出力を入力して自車走行レーンにおける他車両を含む前方障害物についての位置情報を得る前方障害物評価装置６６の出力と、ヨーレートセンサ１４の出力と、車速センサ１６の出力とが入力される。ＣＰＵ１は、これらの出力に基づいて行動計画・意志決定を行い、目標経路を決定して目標操舵角度θＤ を決定し、ＣＰＵ２に出力する。
【００６０】
尚、その詳細は本出願人が先に提案した特開平５−１９７４２３号公報および特開平７−８１６０４号公報に述べられているので、以下簡単に説明する。尚、ここでは基本的に高速道路などの走行レーン（車線）が区分線（白線）で規定された走行環境を前提とする。
【００６１】
先ず、目標経路上に目標点Ｐを定める。ここで目標経路は、レーン区分線（図４にＮで示す）で仕切られた自車走行レーンの中央線Ｍ（仮想的な線。図４に破線で示す）とし、その中央線上の適宜な前方の位置を目標点とし、自車を目標点まで到達させる目標点到達ヨーレートを求める。次いで、目標点における自車の傾斜角度と目標経路の傾斜角度との角度偏差を求め、その角度偏差を減少させるのに要するヨーレートの補正分を求め、目標点到達ヨーレートから減算し、差を目標ヨーレートとして求め、その目標ヨーレートを生ぜしめる舵角を目標舵角θＤ として求めるものである。
【００６２】
尚、ＣＰＵ１は、併せて、図４に示す如き、レーンの中央線Ｍからの偏りΔＬ（Ｌ：区分線Ｎからレーン中央線Ｍまでの距離）およびレーン中央線Ｍないしは区分線Ｎに対する自車の向きΘＶ も求める。
【００６３】
またＣＰＵ２は、車両の左右後部にあって、後部側方（死角）を含む自車周囲を走行する他車を監視する側方レーダ１２ｂの出力を入力し、レーンチェンジの際の危険度を算出することで自車の周囲の環境を評価する周囲環境評価装置６８の出力を入力し、その危険度を参照して現在の舵角の妥当性を評価し、危険度が高ければレーンチェンジを防止するべく、右又は左で危険度の高い方への操舵力を重くするための操舵力補正値をバイアスモータ３４に出力する。
【００６４】
ＣＰＵ１はまた、前方の障害物情報と自車の速度から衝突を予測して自動的に制動をかけるべく、車速の計画を担当するＣＰＵ３に指令を発し、ブレーキペダル（図示せず）を駆動する制動アクチュエータ（図示せず）にも出力するように構成されているが、制動については本発明とは直接に関係しないため、ＣＰＵ３の機能については説明をしない。またこの発明とは直接関係しないサブシステムとして、操舵角度を直接制御するべく、補正舵角の算出と舵角の補正回路が用意されているが、以下の説明ではこれには触れない。
【００６５】
以下、図５フロー・チャートに従って、この発明に係る車両の操舵力補正装置の動作を説明する。同図は、上記の動作をバイアスモータ３４に行わせるためのＣＰＵ２の制御アルゴリズムを示す。尚、図示のプログラムは、所定の時間間隔で起動される。
【００６６】
以下説明すると、先ずＳ１で図示の検出パラメータを読み込む。次いで、Ｓ２に進んで上位ＣＰＵ（ＣＰＵ１）の出力である、前記したレーン中央（線）Ｍよりの偏りΔＬと目標操舵角度θＤ を読み込む。
【００６７】
続いてＳ３に進み、読み込んだ車速Ｖを所定の車速ＶＴＨ（例えば５０ｋｍ／ｈ）と比較し、それ未満のときは直ちにプログラムを終了すると共に、それ以上のときはＳ４に進んでレーン中央線からの偏りΔＬがレーン中央線までの幅Ｌを超えたか、換言すれば、自車が左右のレーンに入ったか否か判断する。そして肯定されるときは直ちにプログラムを終了する。
【００６８】
これらについて説明すると、車速Ｖを既定の車速ＶＴＨと比較するのは、極めて低速になった場合にはかかる補正機能は不要と考え、改めてドライバがリセットするまでは再起動しないのが適当と考えたからである。またこのアルゴリズムでは同一レーン内で走行する場合のものを示しており、Ｓ４で隣のレーンにレーンチェンジを行ったと判断される場合には、一旦キャンセルして改めてドライバがリセットするまでは再起動しないようにした。
【００６９】
これは、このキャンセル機能を単純に省略すれば、図示のアルゴリズムにあっては、レーンチェンジを完了した後も前のレーンに戻ろうとするバイアス力が働くことになるからである。勿論レーンチェンジが行われた場合には、自動的に新しいレーンを認識してそのレーン内部で上記の制御を行わせることも可能であるが、その場合にはＣＰＵ２が車両がレーン区分線（白線）Ｎ（図４）を越えたことを認識し、次のレーン区分線をターゲットに追いかけるようにする必要がある。
【００７０】
Ｓ４で否定されるときはＳ５に進み、図示の如く、目標操舵角度θＤ にゲイン（比例定数）ＫＢｉａｓを乗じてバイアスモータ３４のモータトルクＴを算出し、Ｓ６に進んで算出したトルクＴを上限値Ｔ０ と比較し、それを超えるときは上限値Ｔ０ に制限する。
【００７１】
続いてＳ７に進んで決定した出力トルクとなるようにモータ供給電流値を計算し、モータアンプ６２に出力し、Ｓ８に進んで終了と判断されるまで以上の処理を繰り返す。
【００７２】
この実施の形態は上記の如く、走行中の前方道路の車線状態を検知するＣＣＤカメラ１０および画像処理装置６４からなる第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知するＣＰＵ１からなる第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量（目標操舵角度θＤ ）を算出するＣＰＵ１からなる第３の手段と、車両の操舵車輪を作動させるステアリングホイール１８、コラムシャフト２０などの操向機構からなる操向手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させるバイアスモータ３４および図５のＳ５からなる付勢手段からなる如く構成した。
【００７３】
更には、前記偏り検出手段の出力が既定値以下のとき、前記付勢手段の機能を実質的に停止させる（Ｓ４）如く構成した。
【００７４】
更には、自車の車速を検出する車速センサ１６からなる車速検出手段を有し、前記車速検出手段出力に応じて前記付勢手段の機能を停止させる（Ｓ３）如く構成した。
【００７５】
上記の構成によって、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測してフィードフォワードの概念に基づいて操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供することが可能となる。
【００７６】
更には、将来の車両の状態を予測し、それに基づいて操舵力を左右で変えることで予測情報をドライバに提供できると共に、将来の可能性のある危険に対してドライバに積極的に回避動作を促すことができる。またパワーステアリング装置を具備した車両においてパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こすことができる。
【００７７】
更には、ドライバは自分の五感を駆使して運転することが可能であると同時に、この装置の出力を参照しつつ最適な操舵を行うことができる。即ち、ドライバの判断と装置の出力する操舵力とが一致しない場合には、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つと共に、左右いずれの操舵も好ましくないような事態が判断されるときに、その判断の程度に応じて操舵力を左右とも重くすることができる。
【００７８】
更には、装置がレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるように操舵力を介して情報をドライバに提供して人間との共存を図ることができると共に、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができ、制御パラメータの設定次第では人間の関与が全くない自動運転へと移行することができる。
【００７９】
またこの実施の形態の特徴は、基本的に操舵力の量を制御することで目的を実現しているからこの実施の形態に係るバイアス機構の故障時のフェイルセイフは基本的に保証されている。万一の故障時には従来のパワーステアリング装置と同様、操舵力の変化のみ起こり、障害物を回避すると言う操舵系の一番重要な機能は最後まで確保される。
【００８０】
またこの実施の形態の他の特徴は、後述の実施の形態にも妥当するが、既存のシステムをメインにして幾つかのデバイスを付加するだけで実現できるから、製造設備を大幅に変更する必要もなく、コンパクトで作りやすいことから、得られる製品の信頼性も高く、構造的にも信頼性が高いと共に、安価となる利点がある。
【００８１】
尚、第１の実施の形態においてはこの発明の基本原理を示す意味で、マニアル操舵装置のみ装着する車両にもパワーステアリング装置を装着する車両にも適用できるように構成した。従って、図５に示す装置の動作においては第２の実施の形態以下で述べるような詳細な構成、例えば周囲環境評価装置６８の算出する危険度を考慮していないが、第２の実施の形態以下の説明から、必要とあらば容易に追加できることが理解できよう。
【００８２】
図６はこの発明の第２の実施の形態を示す、油圧パワーステアリング装置の制御回路図である。尚、第２の実施の形態以下において同一の部材には同一の符号を使用する。
【００８３】
第１の実施の形態では当該車両がマニアル操舵装置を備えるものであると、パワーステアリング装置を備えるものであるとを問わなかったが、第２の実施の形態ではこの発明を油圧パワーステアリング装置を備える車両について具現化した。尚、図６の油圧パワーステアリング装置の制御回路図では、左側に転舵している状態を表す。
【００８４】
より具体的には同図に示す如く、油圧パワーステアリング装置を備えた操向機構にあってピニオンシャフト２２は、公知のようにピニオンホルダ４４に一度軸受されたあとホルダごとケース４２に回転自在に軸受けされる。そして、ピニオンシャフト２２に操舵トルクが加わると、ピニオンホルダーピン（図示せず）は左右に動き、４ウエイ弁４６を中立位置から左右に駆動して、ベーンポンプ４８からの圧油をパワーシリンダ５０の一方の室に、タンク５２への帰還路を他方の室に選択的に接続し所望のパワーアシストを得る。
【００８５】
図６において、エンジンで駆動されるベーンポンプ４８はタンク５２から油を汲み出して加圧し、４ウエイ弁４６の供給ポートと車速応動用の２本の制御弁（減圧弁７０および可変絞り弁７２）に圧油を供給する。尚、符号７４は、ポンプの吐出量が変動してもシステム側への供給油量を一定に抑えるための公知の流量制御弁を、符号７６は最高圧力を規制するための公知のパイロットリリーフ弁を示す。
【００８６】
前述した通り、ピニオンギア２４はピニオンホルダ４４に一度軸受けされた後、ホルダごとケース４２に軸受けされているが、このときピニオンギア２４の軸受け中心Ｘはホルダ４４の軸受け中心Ｙよりεだけ上方にオフセットして設計されている。ホルダ上の点Ａからはホルダピン（ 図示せず ）が図で手前に延びており、そのピンの先端は４ウエイ弁４６のスロットＢに嵌合している。
【００８７】
４方向弁４６からは２本のピン７８，８０が図で上下に伸びており、反動室８２のプランジャ８４，８６を抱えている。反動室８２は４ウエイ弁４６を挟んで１８０度対向した位置に２つ配置されているが、説明の簡略化のために反動室の１つのみを正しく表示し、もう１つの反動室はその上に模擬的に図示する。
【００８８】
反動室８２には車速応動用の制御弁７０，７２の出力圧が導入されると共に、センタリング用のバネ８８が内部でプランジャ８４，８６を外向きに押圧している。プランジャ８４，８６のこの押圧力は前記ピン７８，８０で止められていると同時にケース４２側の壁に点Ｃで当接しており、４ウエイ弁４６が中立位置にあるときは、点Ｃ相互の間隙とピン相互の間隙とは相等しく設計されている。これらの主要構成概念は、本出願人の提案した特公昭６２−１０８７１号公報に開示されているので、これ以上の説明は省略する。
【００８９】
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態のバイアスモータ３４と同様のバイアスモータ（電動モータ）９０が設けられ、それにアーム９２が点Ｄを中心に回転自在に取り付けられており、アーム９２はバネ９４を介して４ウエイ弁に図で右端で当接している。即ち、バイアスモータ９０が駆動されるとアーム９２は図示位置から左右に動き、その動きはバネ９４に変位を与え、４ウエイ弁４６には一種のバイアス力として作用するように構成される。
【００９０】
アーム９２のオーバーストロークを規制するため適切な位置に機械的なストッパ９６，９８が設けられている。このストッパ９６，９８により必要以上のバイアス力が４ウエイ弁４６に加えられることが防止できる。
【００９１】
図７および図８にバイアスモータ９０とその周辺の構造を具体的に示す。
【００９２】
バイアスモータ９０は４ウエイ弁４６を収納するケース４２に結合されたハウジング１０２内にフランジ１０４を介して結合され、その出力軸１０６はアーム９２にネジを介して一体化される。アーム９２の他端にはスロット１０８が穿設され、スロット内部にはローラ１１０が挿入される。
【００９３】
ローラ１１０の両端はケース側の案内溝１１２，１１４に差し込まれ、アーム９２の揺動運動に従ってローラ１１０は案内溝に沿って直線運動をする。ローラ１１０は中央でバネ支持体１１５と回転自在に結合され、アーム９２の運動に連動してバネ９４を伸縮する。アーム９２の揺動運動の範囲は前記の如く、ケース側のストッパ９６，９８と当接するまでに限定される。アーム９２を含むこれらの機構はカバーで液圧的にシールされた空間に配置され、内部は実質的に大気圧に保持された油で充満されている。
【００９４】
尚、バイアスモータ９０の後部にもモータの回転位置を検出する公知のエンコーダ１１６が用意され、このエンコーダ１１６の検出した回転角度に基づいてモータは指令に従って駆動される。図示はしていないが、減速機を介することによってモータの出力トルクを増幅して伝達しても良い。
【００９５】
車の運転を停止して制御ユニット６０への通電が停止された場合でも、容易にアーム９２の中立点、即ち、左右転舵の中立点が同定ないし再現できるようにアームの中間部にはセンタリング用のバネ１１８，１２０が用意され、モータに指令が来ないときにはこのバネの力で図示の中立位置に保持される構造になっている。このバネの構造は図から明らかなように、中立位置で初期荷重を与えられているのが特徴で、この初期荷重によってアームは確実に中立位置に戻される。また図７に明示されているように、モータ９０の出力軸は適切なオイルシール１２２で作動油とは分離されており、作動環境は良好に保たれている。
【００９６】
図６の説明に再び戻ると、車速応動用の２本の制御弁の内、減圧弁７０はポンプからの供給圧力を一定の低い圧力に制御してその出力ポート７０ａに送りだす。減圧された出力圧は、図で下側の可変絞り弁７２の左端に作用して同弁をそのバネに抗して右側に押圧する。可変絞り弁は、停車時の位置ではそこに設けられた段差により反動室８２を僅かに油圧源に接続し、同時に別の段差によりタンクとも僅かに接続している。この結果反動室８２の内部の圧力は実質的に大気圧になっている。
【００９７】
減圧弁７０の出力ポート７０ａはまた、絞り１３０を介して油圧ポンプ１３２に接続されている。油圧ポンプ１３２は図示していないがトランスミッションの出力軸と同期して回転するように構成されており、そのためにロータ１３２ａの軸の先端にはギアがあって、トランスミッションの出力軸であるディファレンシャルのギアの１つ（共に図示せず）と噛み合っている。
【００９８】
車速が０のときは油圧ポンプのロータ１３２ａは回転せず、以後車速が上がるにつれて車速に比例した速度でロータ１３２ａは回転し、図で右のポートの油を左のポートに汲み出す。かくして車速の増大に比例して油圧ポンプ１３２を通過する油量は増大する。油圧ポンプ１３２が停止している場合には可変絞り弁７２の図において左側の圧力は減圧弁７０が設定する圧力に制御されて同弁７２を右に押圧しているが、油圧ポンプ１３２が回り出すと可変絞り弁７２の左側の圧油がポンプで汲み出される結果、圧力は更に下がり、可変絞り弁７２は右側のバネの作用で図示状態から左に移動を始める。
【００９９】
その結果高速になるほど反動室８２を油圧源に接続する側の段差のシール効果が低下し、逆にタンクに接続する側の段差ではシール効果が向上する。かくして高速走行時には反動室８２はタンクから隔絶され、油圧源と完全な接続が完了する。この状態では反動室８２は本来の機能を発揮し、良く知られている通り、路面抵抗に比例した感覚をドライバに感じさせる。
【０１００】
次いで、図示のパワーステアリング装置の作動を説明する。
【０１０１】
中立状態ではステアリングホイール１８には何のトルクも加えられないので、ピニオンギア２４とラックギア２８の間には力は存在しない。４ウエイ弁４６は反動室８２の内部のバネ８８の作用により中立位置にあって、油圧源から送られてくる圧油をタンクにそのまま戻す、所謂オープンセンターシステムを構成している。この結果ポンプ供給圧は実質的に０となり、パワーシリンダ５０の左右の室の圧力も共に０となる。
【０１０２】
ここでステアリングホイール１８に白抜きの矢印で示す左転舵のトルクが加わったとする。ラックシャフト２６は前輪に作用する路面抵抗のために動こうとはしない。ピニオンギア２４に加えられたトルクはラックシャフト２６が動かないので、ラックギア２８上を転がって左に移動しようとする。この移動を抑えているのは反動室８２の内部のバネ力である。もしピニオンギア２４が移動しようとする力がこのバネ力より小さければ、結果的に４ウエイ弁４６は中立位置に留まり続け、パワーアシストは得られない。
【０１０３】
このとき、ピニオンギア２４に加えられているトルクが前輪に掛かっている路面抵抗値を越えているならば、前輪はパワーアシストなしで操向転舵されることになる。このような状況は車が置かれている路面が滑りやすい氷上である場合とか、車が走行中で路面からの反力が小さい場合に相当する。
【０１０４】
もし、ステアリングホイール１８に加えられているトルクが十分に大きくて、ピニオンギア２４がラックギア２８上を左に転がるようになると、４ウエイ弁４６は反動室内部のバネを押し縮め右にシフトする。この結果図示のようにパワーシリンダ５０の左の室５０ａは油圧源に、右の室５０ｂはタンクにそれぞれ接続され、ラックシャフト２６はピニオントルクと油圧力の合力で右に駆動される。かくしてパワーアシストが得られる。
【０１０５】
反動室８２の内部には高速走行時には油圧源の圧力が導入されているので、油圧源の圧力が高まるに比例した量で中立位置に押し戻される。その圧力導入の程度は、可変絞り弁７２がどの程度左に移動したか、換言すれば車速がどの程度高いかに左右される。車速が低いほど反動室８２の内部に導入される油圧源の圧力の割合が低く、従って４ウエイ弁４６を中立位置に戻す反力も弱い。ここまでの説明は公知公用に供されており、本発明の主要な部分を構成するものではないが、この装置が示す操舵力特性を図９に示す。
【０１０６】
図６でバイアスモータ９０が駆動され、アーム９２が図示位置から時計方向にある角度だけ回転し、４ウエイ弁４６に左方向のバイアス力を及ぼした場合を考える。
【０１０７】
この場合には４方向弁４６を右に駆動するためのピニオントルクは更に大きなものが必要となる。従ってパワーアシストは得難くなり、左転舵時の操舵力は重くなる。逆に右転舵時を考えると、バイアス力がある分だけ少ないピニオントルクで４ウエイ弁は左に動くことになり、右転舵時にはパワーアシストが容易に得られる。従ってアーム９２が時計方向に回転した場合の操舵力は、右転舵が軽く左転舵が重い、左右非対象の特性となる。
【０１０８】
この様子を示したものが図１０である。バイアス力の増加とともにパワーアシストの開始点がマニアル操舵の特性線図に沿って移動する様子が明示されている。この実施の形態では、バイアス力が反動室内部のセンタリング用のスプリング８８に作用するだけなので、実線と点線とはマニアル操舵の直線上を矢印の方向に平行移動するだけである。アーム９２が反時計方向に回転した場合の特性は、容易に理解できて、右転舵が重く左転舵が軽い特性となる。
【０１０９】
もしここでバイアス力が充分に大きくて、反動室内部のバネ８８の設定値を超えた場合には、その特性は図１０に一点鎖線で示すような特性となる。即ち、ピニオン入力が零のとき、路面抵抗（ラック出力）が生じる、マイナスの操舵力を出力する。この状態ではドライバがステアリングホイールから手を放した場合に、ステアリングホイールは自分で回転を始め、実質的に操舵が行われる。
【０１１０】
その操舵量は路面から来る操舵反力に釣り合う位置までで、それ以上にステアリングホイールが切れることはない。バイアス力を更に強めれば、前輪の操舵角度を更に増加させることができる。尚、走行中に路面から来る反力とは、良く知られるように、サスペンションのジオメトリに基づいてタイヤを直進位置に戻すアライニングトルクのことである。
【０１１１】
前輪の角度はバイアス力の増減で制御可能であることが、以上の説明で明らかになったが、オープンループの制御ではその確実性が保証できないので、バイアス力を加えた結果としてコラムシャフト２０が回転するので、コラムシャフト２０の回転を監視するエンコーダ１２６が用意され、その出力信号が目標操舵角度に一致するように後述の如くＣＰＵ２は、第１の実施の形態で用いたのと同様のモータアンプを介してバイアスモータ９０を駆動する。
【０１１２】
上記を前提として、第２の実施の形態に係る装置の動作を図１１に示すフロー・チャートを参照して説明する。図１１には、上記の動作をバイアスモータ９０に行わせるためのＣＰＵ２の制御アルゴリズムが示されている。但し説明の簡単のために、危険度については自車が現在走行しているレーンの右側についてのみ監視しているものとする。自車が中央のレーンを走行していて、左右の危険度を考慮したければ、同じことを左のレーンに関する危険度を算出して考慮すれば良い。
【０１１３】
以下説明すると、先ずＳ１０で図示の検出パラメータを読み込む。ここでバイアスモータβはバイアスモータ９０の実変位を示し、エンコーダの出力を適宜な特性で換算して求める。次いで、Ｓ１２に進んでＣＰＵ１の図示の出力を読み込む。ここで、周囲環境評価装置６８が算出する危険度αＲ について簡単に説明する。
【０１１４】
側方レーダ１２ｂは自車と右（または左を含む）レーンを走行している他車との相対距離Ｄを検出している。このＤを微分したｄＤは自車に対する他車の相対速度を意味している。面倒な微分処理の代わりにサンプリングタイムが一定ならば、前回検出したＤｔ−１ と今回検出したＤｔ との差分をもって相対速度とすることもできる。即ち ｄＤ＝Ｄｔ −Ｄｔ−１ としても良い。
【０１１５】
危険度αはこの実施例では次の式で定義される。
αＲ ＝Ａ−（ Ｋｄ ×ｄＤＲ ） −（ ＫＤ ×ＤＲ ）
但しαＲ ≧０、Ａ：定数
【０１１６】
上記の意味する処は、相対速度ｄＤがプラスのときは他車が自車に対して遠ざかっているので、ｄＤが大きいほど危険度は低いと言う意味である。逆にマイナスのときは他車が自車に対して近づいているので、その絶対値が大きいほど危険度は高くなると言う意味である。また相対距離Ｄは常にプラスの量であるが、その量が大きいほど遠く離れているので、やはり危険度は低いことを意味している。危険度の概念にはマイナスは不要なので、計算値がマイナスになっても危険度は０と定義しておく。左側の危険度が欲しければ、上式において添字ＲをＬに置き換えて算出する。
【０１１７】
尚、左右いずれか一方のレーンについてのみ危険度を算出する場合でも、走行中の自車レーンに故障車などの障害物が存在するときは、それについての危険度を算出することとする。尚、ここでは危険度の定義を単純な一次関数の形で表現したが、相対速度や距離に関する量を２乗したり、分数の分母とするなど、応用変形は様々にある。
【０１１８】
続いてＳ１４に進み、読み込んだ車速Ｖを所定の車速ＶＴＨ（例えば５０ｋｍ／ｈ）と比較し、それ未満のときは直ちにプログラムを終了すると共に、それ以上のときはＳ１６に進んでレーン中央線からの偏りΔＬがレーン中央線までの幅Ｌを超えたか、換言すれば、自車が左右のレーンに入ったか否か判断する。そして肯定されるときは直ちにプログラムを終了する。
【０１１９】
これらについて説明すると、車速Ｖを既定の車速ＶＴＨと比較するのは、極めて低速になった場合にはかかる補正機能は不要と考え、改めてドライバがリセットするまでは再起動しないのが適当と考えたからである。またこのアルゴリズムでは同一レーン内で走行する場合のものを示しており、Ｓ１６で隣のレーンにレーンチェンジを行ったと判断される場合には、一旦キャンセルして改めてドライバがリセットするまでは再起動しないようにした。
【０１２０】
これは、このキャンセル機能を単純に省略すれば、図示のアルゴリズムにあっては、レーンチェンジを完了した後も前のレーンに戻ろうとするバイアス力が働くことになるからである。勿論レーンチェンジが行われた場合には、自動的に新しいレーンを認識してそのレーン内部で上記の制御を行わせることも可能であるが、その場合にはＣＰＵ２が車両がレーン区分線（白線）Ｎ（図４）を越えたことを認識し、次のレーン区分線をターゲットに追いかけるようにすれば良い。
【０１２１】
Ｓ１６で否定されるときはＳ１８に進み、図示の如く、目標操舵角度θＤ と危険度αＲ にゲイン（比例定数）Ｋ１ ，Ｋ２ などを乗じてバイアスモータ９０の目標変位（バイアス力）βＤ として算出する。このように、基本的には、目標操舵角度θＤ にゲインを乗じた舵力を算出し、その舵力を得るべくバイアスモータ９０を駆動してアーム９２に変位を与える。この実施の形態ではバイアスモータ９０のアーム変位を舵力に変換するバネ９４は線型特性なので、バイアスモータ９０への目標変位βＤ はθＤ に比例した量となる。
【０１２２】
ここで、ゲインＫ２ は危険度αＲ に応じて修正するが、それについて説明すると、危険度αＲ が出力されているときは、差し迫った後続車両が直ぐ近くに存在するので、これとの衝突を回避するにはある程度ゲインＫ２ を大きく設定して時間遅れがないようにすることが望ましい。しかしゲインＫ２ を高めた場合を想定するに、この状態でハンドルを後続車両のいる側に操舵した場合、危険度αＲ に基づいて目標変位（バイアス力）を算出したとすると、強力に元のレーンに押し戻され、その戻し力も強力なために車両は反対車線にまで押し返されることが予想される。
【０１２３】
これでは不都合なので、レーンの中央で（ΔＬ≦０）、ゲインＫ２ を０にまで減少して、上記の副作用が起きないようにしている。即ち、レーンの中央から後続車両のいる側へは中央から車両が反れた距離ΔＬに対して比例的にゲインＫ２ を増大させるが、その反対側へは車両がズレてもゲインＫ２ は０に保つようにした。
【０１２４】
またかかる緊急を要する場合にはできるだけ装置のレスポンスが良いことが要求される。このためにドライバの操舵によって車両がレーン中央線ないしはレーン区分線に対して姿勢を変えてΘＶ だけ「向き」を変えたとき、そのΘＶ を使ってゲインＫ２ を高めて置くようにしている。ΘＶ はこれから車両が隣のレーンに近づくための初期の現象であるからその分早い対応が期待できる。一種の微分制御である。勿論ΘＶ の代わりに操舵ハンドルの回転速度を用いても同様な効果が期待できる。
【０１２５】
続いてＳ２０に進んで算出された目標変位βＤ から現在の変位βを減算すると共にゲインＫ０ を乗じてバイアスモータ９０のトルクＴを算出し、Ｓ２２に進んで算出したトルクＴを上限値Ｔ０ と比較し、それを超えるときは上限値Ｔ０ に制限する。これは、この第２の実施の形態の場合、過大なトルクを投入してもストッパ９６，９８によってアーム９２の最大ストロークが決まっているので、消費電流がムダとなるのを防止する目的と、過大電流が流れつづけることによる焼損を防止する目的からである。
【０１２６】
続いてＳ２４に進んで決定した出力トルクとなるようにモータ供給電流値を計算し、モータアンプに出力する。尚、供給電流値はエンコーダ１１６の出力値と目標値の差が減少するようにフィードバック制御される。続いてＳ２６に進んで終了と判断されるまで以上の処理を繰り返す。
【０１２７】
この実施の形態は上記の如く、走行中の前方道路の車線状態を検知するＣＣＤカメラ１０および画像処理装置６４からなる第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知するＣＰＵ１からなる第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量（目標操舵角度θＤ ）を算出するＣＰＵ１からなる第３の手段と、車両の操舵車輪を作動させるステアリングホイール１８、コラムシャフト２０などの操向機構からなる操向手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させるバイアスモータ９０、アーム９２、パワーシリンダ５０および図１１のＳ１８からなる付勢手段からなる如く構成した。
【０１２８】
更には、走行中の前方道路の車線状態を検知する前記第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知する前記第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する前記第３の手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出するピニオンギア２４、ラックギア２８、４ウエイ弁４６などからなるトルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援するパワーシリンダ５０などからなる支援手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記所定の関係を変更する図１１のＳ１８からなる補正手段からなる如く構成した。
【０１２９】
更には、自車の周囲の障害物を検知するレーダ１２からなる障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する周囲環境評価装置６８からなる危険度算出手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出する前記トルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援する前記支援手段と、および前記危険度算出手段の出力に応じて前記所定の関係を変更する前記補正手段とからなる如く構成した。
【０１３０】
更には、自車の周囲の障害物を検知する前記障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する前記危険度算出手段と、車両の操舵車輪を作動させる前記操向手段と、および前記危険度算出手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させる前記付勢手段とからなる如く構成した。
【０１３１】
更には、自車の周囲の障害物を検知する前記障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する前記危険度算出手段と、車両の操舵車輪を作動させる前記操向手段と、自車の走行車線内で基準線Ｍからの偏りΔＬを検出するＣＰＵ１からなる偏り検出手段と、および前記危険度算出手段の出力と前記偏り検出手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させるＳ１８からなる付勢手段とからなる如く構成した。
【０１３２】
更には、前記偏り検出手段の出力が既定値以下のとき、前記付勢手段の機能を実質的に停止させる（Ｓ１８）如く構成した。
【０１３３】
更には、自車の周囲の障害物を検知する前記障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する前記危険度算出手段と、車両の操舵車輪を作動させる前記操向手段と、自車の走行車線に対する傾きΘＶ を検出するＣＰＵ１からなる方向検出手段と、および前記危険度算出手段の出力と前記方向検出手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させるＳ１８からなる付勢手段とからなる如く構成した。
【０１３４】
更には自車の走行車線内で基準線からの偏りを検出する前記偏り検出手段を有し、前記偏り検出手段の出力が既定値０以下のとき、前記付勢手段の機能を実質的に停止させる（Ｓ１８）如く構成した。
【０１３５】
更には、自車が自車の走行レーンの区分線を超えて隣のレーンに移ったことを検出するＣＰＵ１からなるレーンチェンジ検出手段を有し、前記レーンチェンジ検出手段の出力に応じて操舵力の補正手段の機能を停止させる（Ｓ１６）如く構成した。
【０１３６】
更には、自車の車速を検出する車速センサ１６からなる車速検出手段を有し、前記車速検出手段出力に応じて前記付勢手段の機能を停止させる（Ｓ１４）如く構成した。
【０１３７】
上記の構成によって、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測してフィードフォワードの概念に基づいて操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供することが可能となる。
【０１３８】
更には、将来の車両の状態を予測し、それに基づいて操舵力を左右で変えることで予測情報をドライバに提供できると共に、将来の可能性のある危険に対してドライバに積極的に回避動作を促すことができる。またパワーステアリング装置を具備した車両においてパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こすことができる。
【０１３９】
更には、ドライバは自分の五感を駆使して運転することが可能であると同時に、この装置の出力を参照しつつ最適な操舵を行うことができる。即ち、ドライバの判断と装置の出力する操舵力とが一致しない場合には、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つと共に、左右いずれの操舵も好ましくないような事態が判断されるときに、その判断の程度に応じて操舵力を左右とも重くすることができる。
【０１４０】
更には、装置がレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるように操舵力を介して情報をドライバに提供して人間との共存を図ることができると共に、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができ、制御パラメータの設定次第では人間の関与が全くない自動運転へと移行することができる。
【０１４１】
より具体的には、この装置は図１０に１点鎖線で示すようなピニオン入力０のときでもラック出力が生じる、即ち、ステアリングホイールを自転させる、マイナスの操舵力も出力できるので、ドライバは自分の意識が覚醒している場合には出力されたマイナスの操舵力を参照しつつ自分の五感に頼る運転もできる反面、自分の意識が散漫の場合には出力されたマイナスの操舵力による自動的な操舵によって、レーンから逸脱するのを予防することができ、また前方の障害物を回避することができる。
【０１４２】
このように装置が積極的に操舵力によってドライバを誘導するときは、ドライバから見たレーンは丁度ボブスレーのようにレーン中央が凹んだ道路を走行しているような感覚が得られ、レーン中央から左右いずれに操舵しようとしても操舵力が重い、即ち、操舵力の仮想的な壁があって中央に戻されようとする安定な装置を提供することができる。
【０１４３】
トライバがレーンチェンジをしようとすれば、この仮想壁を乗り越えるだけの操舵力をハンドルに与えれば目的を達成できる。また後続車両が隣のレーンを走行して近づいてくるときは、今まで存在していなかった上記の仮想壁が後続車両のある側にのみ構築され、しかもその壁の高さは危険度に応じた高さであるような感覚を得ることができる。ドライバはこの壁の出現のために、後続車両のある側に操舵しようとしても壁の高さの為に押し戻され、結果的に衝突が未然防止できることになる。もとより何らかの理由で後続車両が遠ざかるか、分岐路にそれた場合には、当該仮想壁もその高さを低くし、遂には消滅してしまうので、ドライバは全く問題なく普通の感覚で運転することができる。
【０１４４】
また後続車両がいる側への操舵に際しては、レーン区分線に対する自車の向きに応じても操舵力を重くする、即ち、当該仮想壁の高さを高くするようにしてあるから、レスポンスは良好となり、壁の構築を早く行うことができる。また逆に道路の中央から当該後続車両のある側に近づいた場合にのみ当該仮想壁は構築されるようにしたから、中央を走行している場合には当該壁を意識することなく走行できるし、当該仮想壁に押し戻される場合でも、レーン中央まで戻ってくれば壁は消滅し、反対側のレーンまで押し戻されることはない。
【０１４５】
何よりも押し戻される場合にはレーン区分線に対する自車の向きΘＶ がマイナスとなることにより、壁の高さは自車がレーン中央に向きを変えた瞬間から低くなり始め、ドライバは壁を意識しなくても済むようになる利点がある。
【０１４６】
また操舵力は左右独立に決定することも可能なため、左右の状況に応じて機動的に対処することも可能となる。操舵力のバイアス力には機械的なストッパ９６，９８も設けたため、装置側の判断と人間側の判断との間に食い違いが生じるような場合でも、バイアス力はある既定値以下に制御でき、人間の行動が優先される。
【０１４７】
更には左右転舵の中立点を同定するバネ１１８，１２０からなる中立点同定手段を備える如く構成した。即ち、アーム９２は初期荷重をもったバネ１１８，１２０によって中立位置に保持されるために、制御ユニット６０のＣＰＵ１，ＣＰＵ２などに電源を投入して装置を起動する際にバイアス機構、即ち、バイアスモータ９０およびアーム９２の中立点を容易に確保することができてニュートラルを保証することが容易となる。
【０１４８】
またこの第２の実施の形態の特徴は、基本的に操舵力の量を制御することで目的を実現しているからこの実施の形態に係るバイアス機構の故障時のフェイルセイフは基本的に保証されている。万一の故障時には従来のパワーステアリング装置と同様、操舵力の変化のみ起こり、障害物を回避すると言う操舵系の一番重要な機能は最後まで確保される。
【０１４９】
またこの実施の形態の他の特徴は、後述の実施の形態にも妥当するが、既存のシステムをメインにして幾つかのデバイスを付加するだけで実現できるから、製造設備を大幅に変更する必要もなく、コンパクトで作りやすいことから、得られる製品の信頼性も高く、構造的にも信頼性が高いと共に、安価となる利点がある。特に、パワーステアリング装置を利用するときは、バイアスモータ９０の出力が小さくて足り、装置全体を小型にすることができる。但し、これは逆言すれば、バイアスモータ９０の出力が比較的大型化するが、この発明に係る装置はマニアルステアリング車両でも実現できることを意味する。
【０１５０】
更にまた、この実施の形態に係る装置は、道路構造が直線でドライバがその直線に沿うように修正操舵を加える場合のみならず、道路構造が曲線でドライバがその曲線に沿うように修正操舵を行う場合に、望ましい操舵方向を算出して、その方向と現在ドライバが行っている操舵方向とが一致している場合には操舵力を補正しないが、不一致があるときにはその不一致の方向と大きさに応じて操舵力を軽減してドライバに操舵を促す効果や、これを押し進めて操舵力を重くすることで前記した仮想壁を作り、半強制的に操舵を誘導することも可能となる。ドライバはこの情報を無視することもでき、その情報に従うときには容易に計算されたコースを走行することができる。
【０１５１】
図１２は、この発明に係る第３の実施の形態を示す、図６と同様の油圧制御回路図の部分図である。これ以外の制御回路は基本的に図６と変わらない。
【０１５２】
第３の実施の形態においては、ベーンポンプ４８のパイロットリリーフ弁７６と並列に第２のパイロットリリーフ弁１４０とサーボモータ１４２を設け、その設定圧力レベルを決定するバネ１４４の設定値をサーボモータ１４２によって可変に制御するようにした。これら２つのパイロットリリーフ弁７６，１４０を並列に配置する結果、油圧制御回路の最高圧力はいずれか低い方の設定圧力レベルに規制される。
【０１５３】
サーボモータ１４２の回転運動により第２のパイロットリリーフ弁１４０のバネ１４４の設定値を変更するためには、第２の実施の形態と同じようにアームの運動を利用しても良いが、この例ではネジ構造体１４６を用いた。即ち、サーボモータ１４２の回転に伴いメネジ１４８が回転され、メネジとかみ合うオネジ１５０が直線運動するようにした。
【０１５４】
メネジ１４８は直接、サーボモータ１４２の回転子の中心に加工して設けられる。ＣＰＵ２が左右いずれの方向にも操舵することを不適切と判断した場合、ＣＰＵ２はサーボモータ１４２を駆動して第２のパイロットリリーフ弁１４０のバネ１４４の設定値を弱め、供給圧力の最大値を低下させる。その結果、得られるパワーアシスト量を減少させ、操舵力を重くすることができる。
【０１５５】
図１３フロー・チャートを参照して第３の実施の形態に係る装置の動作、具体的には上記したサーボモータ１４２への電流値制御を説明すると、先ずＳ１００ないしＳ１０４を経てＳ１０６に進み、危険度αに応じてリリーフ弁１４０の設定圧力を低下させるべく、危険度αにある比例定数Ｋ3 を乗じた積で基本位置δ0 を減算補正してサーボモータの目標位置δD を算出する。
【０１５６】
続いてＳ１０８に進んで目標位置δＤ と現在の位置δの差に別のゲインＫ４ を乗じてサーボモータトルクＴを算出し、Ｓ１１０に進んでモータアンプに出力し、Ｓ１１２で終了と判断されるまで上記の処理を繰り返す。尚、Ｓ１０４で車速Ｖが既定の車速ＶＴＨ未満と判断されるときは従前の実施の形態と同様に上記した制御を実行しないことから、Ｓ１１４に進んでサーボモータ位置を基本位置δ０ に修復する。
【０１５７】
第３の実施の形態に係る装置が示す特性線図は、図１４のようになる。リリーフ弁１４０が作動した後の操舵力は、マニアル操舵特性に平行な直線となる。その平行な直線がどこで始まるかはサーボモータ１４２がバネ１４４をどの程度弱めたかによって決まり、完全にバネ力がなくなるまで弱めれば、そのときの特性はマニアル操舵の特性と一致する。
【０１５８】
第３の実施の形態ではパワーアシスト量を減少させるだけであるから、自動操縦は原理的に起きない。しかしながら、車両の将来を予測した結果、左右いずれにも操舵を行わない方がより良い結果を予測できる場合がある。例えば後方左右のいずれのレーンにも追い越しを掛けている他の車両がいるような場合で、しかも前方に障害物を検出したような場合がこれに該当する。このような場合、操舵力を左右とも重くすることで、ドライバに直進を促すか、少なくとも自己のレーン内に留まることを促すことができる。
【０１５９】
他方、第３の実施の形態によるときは、リリーフ弁１４０がパイロット弁であることから、これを駆動して圧力レベルを変化させるモータ１４２の出力が小さなもので済み、結果的に小型でスペースをとらない装置を構築できる。操舵機構の装着箇所は一般に極めて狭いスペースとなっていることから、装置を小型に纏められることは、実用化の観点からは大変重要なことである。
【０１６０】
図１５は、この発明の第４の実施の形態を示す、図１２と同様な油圧制御回路の部分図である。
【０１６１】
第３の実施の形態では圧力レベルは無段階に制御するようにしたが、第４の実施の形態ではソレノイド弁１６０を用いてオンオフ制御するようにした。即ち、ＣＰＵ２がパワーアシスト量を弱めるか、または皆無にした方が望ましいと判断した場合にはソレノイド１６２に通電してポペット弁１６４を開放するようにした。
【０１６２】
その結果、流量制御弁７４の図で右側の室７４ａの圧油は一部逃がされて低下することになり、該弁７４は差圧によって右に移動し、ポンプの吐出圧を吸入側に戻す。得られる差圧の程度によって、油圧制御回路の利用可能な最高圧は決まり、パワーアシスト量の限界が決定される。差圧の決定は介在する絞り１６６の開度に依存している。このときの特性図は先の図１４の特性曲線の中の直線の１つとなる。絞り１６６の選択によっては利用可能圧力レベルは実質的に０となり、そのときはマニアル操舵の特性と一致する。
【０１６３】
この第４の実施の形態もパワーアシスト量を変えるだけであり、自動操縦は起きないが、操舵力を左右とも重くすることができることで、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また第３の実施の形態と同じくパイロット弁であるために、弁自体の構造を小型化でき、消費電流も小さくなる利点がある。
【０１６４】
図１６は、この発明の第５の実施の形態を示す、電動パワーステアリング装置の部分説明斜視図である。第５の実施の形態に係る装置は、油圧を用いない電気モータを主体にする電動パワーステアリング装置を利用するようにした。
【０１６５】
図１６において、操舵トルクを検出するトルクセンサ（ポテンショメータ）１７０と、その出力に応じてコラムシャフト２０を駆動する電動モータ１７２と、そのモータ１７２の出力を減速してトルクを増幅するウォームギア形式の減速機１７４とが一体化されてコラムシャフト２０に取りつけられている。図においてその下側には通常のラックアンドピニオン形式の機械的な操向機構が設けられる。このような電動パワーステアリング装置は既に公知で、構造そのものはこの発明とは直接に関係しない。
【０１６６】
第５の実施の形態においては、ステアリングホイール１８にトルクが加えられると、トーションバー１７６が捩じれ、その捩じれ変位をカム（図示せず）を介してスライダ１７８の上下運動に変換し、この上下運動をトルクセンサ１７０（ポテンショメータ）で検知する。即ち、ステアリングホイール１８にトルクがないときは直進状態を保っていたスライダ１７８は、加えられるトルクの方向と大きさに従い、上下の変位に変換される。トルクセンサ１７０の出力信号は、図１７に示すような直線を基調としたものである。
【０１６７】
ＣＰＵ２はこの信号と車速信号を入力し、パワーステアリング用の電動モータ１７２に図１８に実線で示すような電流指令値を出力する。かくして装置全体としての特性は図１９に実線で示すような車速応動型を示す。ここまでは公知であり、本発明の主要な部分を構成するものではない。
【０１６８】
図２０はこの第５の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。以下説明すると、Ｓ２００において検出パラメータを読み込む。ここで操舵力（トルク）τｓ はトルクセンサ１７０の出力であり、左右の操舵方向に応じて正負の値をとる。
【０１６９】
続いてＳ２０２に進んでＣＰＵ１の算出した危険度αＲ，αＬ と目標操舵角度θＤ を読み込む。第５の実施の形態においては第２の実施の形態と異なり、左右のレーンについて危険度αを算出するようにした。即ち、第２の実施の形態においては例えば左転舵を重くするように制御し、第３、第４の実施の形態においては左右の転舵を重くするように制御するが、第５の実施の形態においては左右とも独立に制御する。
【０１７０】
続いてＳ２０４に進み、アシストを開始する操舵力の閾値τＴＨを目標操舵角度θＤ と左右の危険度αＲ，αＬ で補正して左右方向で別々に求め、Ｓ２０６に進み、ゲインＫ５ を、その基本値Ｋ０ に、検出車速Ｖと所定値Ｖ１ との比と１の差を乗じて、即ち、ゲインＫ５ を車速が上昇するにつれて減少するように算出する。
【０１７１】
次いでＳ２０８に進んで上限値Ｔ０ から車速Ｖと危険度αＲ，αＬ の積を減算して最大トルクＴＭＡＸ を算出する。危険度が左右レーンで別々に設定されることから、最大トルクＴＭＡＸ も左右方向で別々に設定する。次いでＳ２１０に進んで検出操舵力（トルク）τｓ の絶対値をアシスト開始操舵力閾値τ０Ｒ， τ０Ｌとそれぞれ比較し、検出操舵力τｓ が左右方向の閾値τ０Ｒ， τ０Ｌ（Ｓ２０４で算出）のいずれか若しくは双方を超えるときはＳ２１２に進んで検出操舵力の正負、即ち、操舵方向に応じて値γを＋１か−１に設定する。
【０１７２】
次いでＳ２１４に進んで検出操舵力τs と補正された閾値τ0Rまたはτ0Lとγの積の差にゲインＫ５を乗じてモータトルクＴC を算出する。ここで閾値τ0Rまたはτ0Lは値γを乗算されて左右いずれかの方向の値となる。次いでＳ２１６に進んで算出されたモータトルクＴC の絶対値をＳ２０８で算出された最大トルクＴMAX と比較し、最大トルクを超えているときは最大トルク、より正確には最大トルクにγを乗じた左右いずれかの最大トルクに制限される。
【０１７３】
次いでＳ２１８に進んで出力トルクＴをモータアンプに出力する。このようにθＤ と危険度αＲ，αＬ に応じて操舵力を設定するが、設定はパワーアシスト量の加減で行うようにした。尚、Ｓ２１０で検出操舵力τｓ の絶対値がアシスト開始閾値τ０ 以下と判断されるときはＳ２２０に進み、アシストを行わないことからモータトルクＴＣ は零とする。上記の処理をＳ２２２で終了と判断されるまで繰り返す。
【０１７４】
上記の如く、アシストを開始する操舵力（トルク）の閾値τＴＨを目標操舵角度θＤ と左右の危険度αＲ，αＬ で補正し、その後の処理ではこの補正された閾値τ０Ｒ， τ０Ｌと将来（または現在）加えられる操舵力τｓ との比較を行い、その差分に応じた電流値を出力する。
【０１７５】
補正された操舵トルクの閾値τ０Ｒまたはτ０Ｌはゲインの選択如何ではマイナスになることがあり、閾値がマイナスの場合には操舵トルクが入力されなくても操舵が起きて自動運転が可能となる。従って従前の実施の形態と同じく人間と装置の共同運転から完全な自動運転まで、原理的には同じアルゴリズムで対応できることになる。
【０１７６】
第５の実施の形態の操舵特性を説明するに、図１８および図１９で、ある車速Ｖａ で走行している場合の補正が行われなかった特性を太線の実線で、補正が行われた場合の特性を破線Ｅで示す。例示の破線Ｅの特性は操舵力を重く制御する場合を示しているが、勿論、操舵力を軽く制御する場合もあり、その場合には１点鎖線Ｆとなる。更に２点鎖線Ｇまで移行させれば、上記の如く、操舵力はマイナスとなって自動運転の可能性を発揮する。
【０１７７】
第５の実施の形態によれば、ソフトウェアによる対応が可能なため、第２の実施の形態とは違って左右のアシスト量を全く独立に決定することができる。また、ゲインＫ５ の計算プロセスを少し変形させれば、車速によってＫ５ を変えるだけではなく、上記危険度αに応じても変化させることが容易にでき、その場合は図１９の特性線図の勾配まで危険度に応じて変えることができる。
【０１７８】
例えば図２０フロー・チャートに示すアルゴリズムでゲインＫ５ の計算式を
Ｋ５ ＝Ｋ０（α０ −αＲ）（ α０ −αＬ）×（１−Ｖ／ Ｖ１） α０ ：ある定数
と変形すれば、危険度が高い程、ゲインＫ５ が小さくなり、パワーアシスト量が減少することになる。
【０１７９】
その減少の様子は、図１９で直線の傾きが立ってきてマニアル操舵特性の直線に近づくようになる。極端な場合、左右いずれかの危険度がα０ を越えればＫ５ はマイナスとなるから、電流は逆流してマニアル操舵の線を超えて左側に移行し、マニアル操舵時よりも重い操舵力を実現し得る。
【０１８０】
第５の実施の形態では上記の如く、走行中の前方道路の車線状態を検知するＣＣＤカメラ１０、画像処理装置６４からなる第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知するＣＰＵ１からなる第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出するＣＰＵ１からなる第３の手段と、車両の操舵車輪を作動させるステアリングホイール１８などからなる操向手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記操向手段に操舵トルクを発生させる電動モータ１７２からなる付勢手段とからなる如く構成した。
【０１８１】
更には、走行中の前方道路の車線状態を検知する前記第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知する前記第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する前記第３の手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクτｓ の方向と大きさを検出するトルクセンサ１７０からなるトルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援する電動モータ１７２からなる支援手段と、および前記第３の手段の出力に応じて前記所定の関係を変更する図２０のＳ２１４からなる補正手段とからなる如く構成した。
【０１８２】
更には、前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は同方向転舵の支援量を増加する（Ｓ２０４，Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８３】
更には、前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は反対方向転舵の支援量を減少または零とする（Ｓ２０４，Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８４】
更には、前記所定の関係は、前記トルク検出手段の出力τｓ が所定値τ０ より小さいときは支援量を減少または零とする（Ｓ２１０）と共に、前記トルク検出手段の出力が前記所定値を超えたときは支援量を前記操舵トルクτｓ に関連付けて決定する（Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８５】
更には、前記補正手段は、前記所定値τ０ を変更する（Ｓ２０４）如く構成した。
【０１８６】
更には、前記補正手段は、前記第３の手段の出力に関連した量θＤ を前記支援手段の支援量に加えることで、右または左転舵の操舵力を付勢する（Ｓ２０４，Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８７】
更には、前記必要な操舵力を規制する規制手段（Ｓ２０６，Ｓ２０８）を備える如く構成した。
【０１８８】
更には、前記所定の関係は、ステアリングホイールに加えられるトルクτｓ が所定の既定値τ０ を超えたとき、支援量を前記トルクの大きさに比例した値とするように構成される（Ｓ２１０，Ｓ２１４）と共に、前記第３の手段は前記既定値を負値に変更する（Ｓ２１４）如く構成した。
【０１８９】
更には、自車の周囲の障害物を検知する側方レーダ１２ｂからなる障害物検知手段と、前記障害物検知手段の出力に応じて前記障害物の存在する方向に操舵したときの危険度を算出する周囲環境評価装置６８からなる危険度算出手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出する前記トルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援する前記支援手段と、および前記危険度算出手段の出力に応じて前記所定の関係を変更するＳ２０４，Ｓ２１０，Ｓ２１４からなる補正手段とからなる如く構成した。
【０１９０】
更には、前記補正手段は、前記危険度算出手段の出力に応じて、少なくとも前記障害物の存在する方向の転舵の支援量を減少する（Ｓ２１４）如く構成した。
【０１９１】
上記構成によって、第５の実施の形態にあっても、現在の車両の走行状態に関する状態量から近い将来の車の状態を予測してフィードフォワードの概念に基づいて操舵力を適正なものに補正し、ドライバに修正操舵を行なわせて、その近い将来の車の挙動をドライバが予測していたものに一致させる、若しくはドライバが見落としていた情報の故に近い将来に遭遇するかもしれない危険性を操舵力の形で提供することが可能となる。
【０１９２】
更には、将来の車両の状態を予測し、それに基づいて操舵力を左右で変えることで予測情報をドライバに提供できると共に、将来の可能性のある危険に対してドライバに積極的に回避動作を促すことができる。またパワーステアリング装置を具備した車両においてパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こすことができる。
【０１９３】
更には、ドライバは自分の五感を駆使して運転することが可能であると同時に、この装置の出力を参照しつつ最適な操舵を行うことができる。即ち、ドライバの判断と装置の出力する操舵力とが一致しない場合には、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つと共に、左右いずれの操舵も好ましくないような事態が判断されるときに、その判断の程度に応じて操舵力を左右とも重くすることができる。
【０１９４】
更には、装置がレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるように操舵力を介して情報をドライバに提供して人間との共存を図ることができると共に、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができ、制御パラメータの設定次第では人間の関与が全くない自動運転へと移行することができる。
【０１９５】
図２１はこの発明の第６の実施の形態を示す、図２０と同様なフロー・チャートである。
【０１９６】
第６の実施の形態の装置構造は、基本的に第５の実施の形態のそれと同様であり、制御のアルゴリズムのみを相違させた。第６の実施の形態では危険度αは左右同じものとして扱った。
【０１９７】
以下説明すると、Ｓ３００からＳ３１２まで進んで第５の実施の形態とほぼ同様な手順でモータトルクＴＣ を算出した後、Ｓ３１４に進み、算出したモータトルクＴＣ から危険度αにゲインＫＴ を乗じた積を減算した絶対値を最大トルクＴＭＡＸ と比較し、それ以下であれば算出モータトルクＴＣ から危険度αとゲインＫＴ の積を減算した値を出力トルクＴとすると共に、最大トルクＴＭＡＸ を超えるときは最大トルク（γを乗じて正負決定）を出力トルクＴとする。
【０１９８】
即ち、第５の実施の形態ではセンサの出力情報にバイアスを加えたが、第６の実施の形態では電動モータへの出力信号にバイアスを加えるようにした。そのときの特性変化を図２２および図２３に第５の実施の形態の場合と同じく破線にて示す。第６の実施の形態においても第５の実施の形態の同様に、破線で示す特性が与えられるとき、操舵力（ピニオントルク）が零でも路面抵抗（ラック出力）は生じており、小さなバイアス信号でもマイナスの操舵力、即ち、ステアリングホイールを自転させる自動操舵を実現させることができる。尚、残余の構成および効果は第５の実施の形態と同様である。
【０１９９】
尚、第６の実施の形態においてもＳ３０２で目標操舵角度θＤ を読み込み、第５の実施の形態の図２０のＳ２０４と同様のステップを設けても良い。また危険度αを左右別々に設定するなど、第５の実施の形態の構成を部分的に取り入れても良い。
【０２００】
上記した実施の形態では、前方の道路状況を知る手段にＣＣＤカメラと画像処理装置を例示したが、原理的にはナビゲーションの情報も使えることは容易に理解できよう。現在のナビゲーションが持つ情報量は未だ十分ではなく、且つ現在位置を検出するシステムの精度も余り良くないため、現在の道路状態とその道路に対する自車の位置及び方向、更には先の道路状態などを予知するには、ＣＣＤカメラを用いた画像認識技術が現在では有利であり、従って開示した実施の形態ではこの方式を採用している。
【０２０１】
現在画像処理による環境認識技術の代わりに道路側に磁気を帯びた標識をレーンに沿って埋め込み、この磁気を頼りにレーンを認識する技術が主として監督官庁より提案されている。無論この技術が利用できるようになれば、高価な画像処理技術に頼ることなく、この発明は実施可能となる。
【０２０２】
また、走行道路の例として高速道路を挙げたが、それに限られるものではなく、区分線を介して認識できるような道路環境であれば、一般道路でも実施可能である。
【０２０３】
また上記した実施の形態では、パワーステアリングを具備した車両に基づいて説明してきたが、パワーステアリングは必須条件ではなく、マニアル式のものでもこの発明は適用できる。
【０２０４】
また、上記した実施の形態のうち、第５、第６の実施の形態においてトルクセンサとして例示のものに限定されるものではなく、その他の構造のものであっても良い。
【０２０５】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、装置がレーンに追従して走行するのに最適な操舵量を算出した場合で且つドライバも操舵に加わっている場合に、ドライバが容易にレーンに沿った操舵ができるように操舵力を介して情報をドライバに提供して人間との共存を図ることができると共に、システムと人間とが操舵に関与する割合を連続的に変更することができる。またパワーアシスト量を加減することにより操舵力を左右で変える、ないしは積極的に回避動作を起こすことができる。更に、ドライバの操舵が優先するオーバーライド機能を持つと共に、人間との共存を図ることができる。
【０２１１】
請求項１１項にあっては装置が動作を開始する際に、容易に操舵系の中立点（直進状態）を再現ないし同定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る車両の操舵力補正装置を全体的に示す説明斜視図である。
【図２】図１の装置の操舵機構を概略的に示す説明上面図である。
【図３】図１の装置の制御ユニットの詳細を示すブロック図である。
【図４】図３ブロック図でＣＰＵ１が算出するパラメータを示す説明図である。
【図５】図１の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図６】この発明の第２の実施の形態を示すもので、図１の装置を油圧パワーステアリング装置を備えた車両に応用したときの油圧制御回路図である。
【図７】図６の油圧制御回路図に示す、第２の実施の形態で用いるバイアスモータを含む機構の説明側面図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図６に示す第２の実施の形態に用いる油圧パワーステアリング装置の従来的な操舵アシスト特性を示す説明図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る装置の操舵力補正特性を示す説明図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１２】この発明の第３の実施の形態を示す図６の油圧制御回路図の部分図である。
【図１３】第３の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図１４】第３の実施の形態に係る装置の操舵力補正特性を示す説明図である。
【図１５】この発明の第４の実施の形態を示す図１２と同様の油圧制御回路図の部分図である。
【図１６】この発明の第５の実施の形態を示す電動パワーステアリング装置の部分説明斜視図である。
【図１７】図１６に示す電動パワーステアリング装置のトルクセンサの出力特性を示す説明図である。
【図１８】第５の実施の形態に係る装置の電動モータの電流供給特性を示す説明図である。
【図１９】第５の実施の形態に係る装置の操舵力補正特性を示す説明図である。
【図２０】第５の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図２１】この発明の第６の実施の形態に係る装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図２２】第６の実施の形態に係る装置の電動モータの電流供給特性を示す説明図である。
【図２３】第６の実施の形態に係る装置の操舵力補正特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ ＣＣＤカメラ
１２ レーダユニット
１４ ヨーレートセンサ
１６ 車速センサ
１８ ステアリングホイール
２０ コラムシャフト
２２ ピニオンシャフト
２４ ピニオンギア
２６ ラックシャフト
２８ ラックギア
３２ 操舵車輪（前輪）
３４ 電動モータ（バイアスモータ）
４６ ４ウエイ弁
５０ パワーシリンダ
６０ 制御ユニット
６４ 画像処理装置
６６ 前方障害物評価装置
６８ 周囲環境評価装置
７０ 制御弁（減圧弁）
７２ 制御弁（可変絞り弁）
７６，１４０ パイロットリリーフ弁
８２ 反動室
８４，８６ プランジャ
８８ バネ
９０ 電動モータ（バイアスモータ）
９２ アーム
９４ バネ
１１６ エンコーダ
１１８，１１２ バネ
１３２ 油圧ポンプ
１４２ サーボモータ
１４６ ネジ構造体
１６０ ソレノイド弁
１７０ トルクセンサ
１７２ 電動モータ
Claims (11)
- 走行中の前方道路の車線状態を検知する第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を検知する第２の手段と、前記第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する第３の手段と、ステアリングホイールに加えられる操舵トルクの方向と大きさを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段の出力から所定の関係に基づいて必要な操舵力の少なくとも一部を支援する支援手段と、および少なくとも前記第３の手段の出力に基づいて前記支援手段が動作を開始すべき操舵トルク閾値を算出して前記トルク検出手段の出力と比較し、よって得られた比較結果に応じて前記所定の関係を変更する補正手段とからなる車両の操舵力補正装置。
- 前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は同方向転舵の支援量を増加するように構成したことを特徴とする請求項１項記載の車両の操舵力補正装置。
- 前記第３の手段が右または左転舵を出力したとき、前記支援手段は反対方向転舵の支援量を減少または零とするように構成したことを特徴とする請求項１項または２項記載の車両の操舵力補正装置。
- 前記所定の関係は、前記トルク検出手段の出力が前記操舵トルク閾値より小さいときは支援量を減少または零とすると共に、前記トルク検出手段の出力が前記操舵トルク閾値を超えたときは支援量を前記操舵トルクに関連付けて決定するように構成されることを特徴とする請求項１項記載の車両の操舵力補正装置。
- 前記操舵トルク閾値は、少なくとも前記第３の手段の出力に基づいて変更されるように構成したことを特徴とする請求項４項記載の車両の操舵力補正装置。
- 前記補正手段は、前記第３の手段の出力に関連した量を前記支援手段の支援量に加えることで、右または左転舵の操舵力を補正するように構成したことを特徴とする請求項１項ないし５項のいずれかに記載の車両の操舵力補正装置。
- 更に、前記必要な操舵力を規制する規制手段を備えるように構成したことを特徴とする請求項１項記載の車両の操舵力補正装置。
- 前記所定の関係は、ステアリングホイールに加えられるトルクが前記操舵トルク閾値を超えたとき、支援量を前記トルクの大きさに比例した値とするように構成されると共に、前記第３の手段は前記操舵トルク閾値を負値に変更するように構成したことを特徴とする請求項１項記載の車両の操舵力補正装置。
- 自車が自車の走行レーンの区分線を超えて隣のレーンに移ったことを検出するレーンチェンジ検出手段を有し、前記レーンチェンジ検出手段の出力に応じて操舵力の補正手段の機能を停止させるように構成したことを特徴とする請求項１項ないし８項記載の車両の操舵力補正装置。
- 自車の車速を検出する車速検出手段を有し、前記車速検出手段出力に応じて前記補正手段の機能を停止させるように構成したことを特徴とする請求項１項ないし９項のいずれかに記載の車両の操舵力補正装置。
- 更に、左右転舵の中立点を同定する中立点同定手段を備えるように構成したことを特徴とする請求項１項ないし１０項のいずれかに記載の車両の操舵力補正装置。
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