JP3707405B2 - 車線逸脱警告装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合に運転者に対し逸脱回避操作を促す警告を与える車線逸脱警告装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車線逸脱警告装置としては、例えば、特開平１１−１８０３２７号公報に記載のものが知られている。この公報には、横ずれ量算出手段により、走行車線の基準位置からの車両の走行位置の横ずれ量を算出し、算出された横ずれ量に基づいて運転者が容易に打ち勝てる程度の大きさの操舵用制御トルクを算出し、操舵アクチュエータを駆動する技術が記載されている。
【０００３】
また、上記従来の技術に対し、運転者の好みに合わせた走行位置では操舵用制御トルクを発生させないための技術として、走行車線に対する横ずれ量ではなく、走行車線に対する車両の進行方向がなすヨー角に基づいて、操舵アクチュエータを駆動するような下記の技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平１１−１８９１６６号公報には、走行車線に対して車両の進行方向がなすヨー角を算出し、算出されたヨー角に基づいて運転者が容易に打ち勝てる程度の大きさの操舵用制御トルクを算出し、操舵アクチュエータを駆動することにより、車両の進行方向が走行車線に沿うように運転者の操舵操作を促すことになり、車線逸脱の防止を案内する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車線逸脱警告装置にあっては、いずれも車両の横ずれ量が増加した場合や、白線への接近度合いが増すに従って操舵用制御トルクを徐々に増加させるもので、車両の運動としては滑らかな運動となるため、運転者が車線からの自車両逸脱に気付くのが遅れるおそれがある。すなわち、操舵用制御トルクにより一時的に逸脱が回避されたとしても、車両が今にも車線から逸脱しそうな不安定な状態は好ましくなく、早期に運転者に気付かせる必要があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、車線逸脱時に、運転者の適切で迅速な回避操舵を促すことができる車線逸脱警告装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、
車両が走行路から逸脱傾向にあるかどうかを判定する逸脱判定手段と、
前記逸脱判定手段により車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、車線逸脱を警告する車線逸脱警告手段と、
を備えた車線逸脱警告装置において、
前記逸脱判定手段は、車両が走行路から右車線方向への逸脱傾向か左車線方向への逸脱傾向かにより車線中央部に向かう車線内側方向を判定し、
車両のステアリング機構に駆動力を付与する操舵アクチュエータを設け、
前記車線逸脱警告手段を、逸脱判定手段により車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、横加速度の変動を表す量としての横ジャークが車線内側に向けて車両に発生するように、前記操舵アクチュエータを瞬時に立ち上がる電流により駆動させるアクチュエータ駆動手段としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流制御を、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まるステップ入力による開ループ制御により行う手段であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明では、請求項１に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流制御を、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まる台形波入力による開ループ制御により行うと共に、台形波入力の立ち上がり波形、および、立ち下がり波形の傾きを変えることによる横ジャーク調整手段を備えた手段であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明では、請求項１に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流を、少なくとも立ち上がり波形がステップ入力、もしくは、台形波入力であり、立ち下がり波形の傾きを立ち上がり波形の傾きに比べて小さい値に設定した手段であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明では、請求項４に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形を、入力をステップ入力とするローパスフィルタの出力で与える手段であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明では、請求項５に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形を生成するローパスフィルタが、２次以上の遅れ特性を有する手段であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明では、請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の車線逸脱警告装置において、
車両ヨー角を検出するヨー角検出手段を設け、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流の入力波形を、車両ヨー角が大きいほど電流値が大きくなるように切り替える手段であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明では、請求項７に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、逸脱判定直前の車両ヨー角に基づき、逸脱回避操作終了後の車両のヨー角がゼロもしくはゼロに近い所定値となるように、前記操舵アクチュエータへの電流印加時間を設定する電流印加時間設定手段を備えた手段であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の作用および効果】
請求項１に係る発明にあっては、逸脱判定手段において、車両が走行路から逸脱傾向にあるかどうかと車両が走行路から右車線方向への逸脱傾向か左車線方向への逸脱傾向かにより車線中央部に向かう車線内側方向が判定され、車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、車線逸脱警告手段としてのアクチュエータ駆動手段において、横加速度の変動を表す量としての横ジャークが車線内側に向けて車両に発生するように、操舵アクチュエータを瞬時に立ち上がる電流により駆動する。
このため、運転者が意図しない車線逸脱傾向時、運転者は横ジャークを敏感に感じとることにより、適切な操舵方向が瞬時に認識され、運転者の適切かつ迅速な車線逸脱回避操作を促すことができる。
例えば、横加速度を必要としない直線路を走行中であっても、初心者の運転のように、頻繁に修正操舵を行った場合は横加速度が変動し、乗り心地が悪化する。すなわち、横加速度の変動に対して人間は非常に敏感である。横加速度の変動を表す量として、横ジャーク（横加速度の微分値≒単位時間当たりの横加速度の変化量）が定義され、車線逸脱時には、積極的に横ジャークを車線内側に向けて発生させることにより、運転者の適切で迅速な回避操舵を促すことができる。
逆に、横ジャークの発生が小さい状態で走行することができれば、カーブを走行中のようにある程度大きな横加速度が生じた場合でも、乗員に与える不快感は小さい。
加えて、車線逸脱警告手段としてアクチュエータ駆動手段が用いられるため、操舵アクチュエータを備えたレーンキープ制御システム等が搭載された車両において、新たに操舵アクチュエータを設ける必要なく、既存の操舵アクチュエータを車線逸脱警告手段として流用することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流制御が、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まるステップ入力による開ループ制御により行われる。
すなわち、車線逸脱警告時の操舵アクチュエータの駆動に関しては、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件（例えば、逸脱方向と逸脱速度）から決まるステップ入力による開ループ制御としていることで、車両状態推定量のノイズ成分による不要な制御を遮断でき、一方向のみに操舵トルクと横加速度が発生し、正しい進行方向を確実に運転者に伝えることができる。
さらに、逸脱警告開始後に白線検出に不具合が生じた場合であっても、アクチュエータ制御を続行することができるので、撮像装置の白線を検出する信頼性を必要以上に高めなくても逸脱警告装置としての信頼性を保つことができる。
【００１９】
請求項３に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流制御が、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まる台形波入力による開ループ制御により行われると共に、横ジャーク調整手段において、台形波入力の立ち上がり波形、および、立ち下がり波形の傾きが変えられるため、車両の横ジャークの大きさを任意の値に設定することができる。すなわち、車両の横ジャークは、横加速度の単位時間当たりの変化量であることから、操舵トルクの変化速度を変えることにより、横ジャークの大きさを変えることができる。そして、操舵トルクの変化速度は、アクチュエータ駆動電流の変化速度と等価である。
【００２０】
請求項４に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流が、少なくとも立ち上がり波形がステップ入力、もしくは、台形波入力とされ、立ち下がり波形の傾きが立ち上がり波形の傾きに比べて小さい値に設定されるため、逸脱警告終了時に横ジャークの反動成分が抑制され、逸脱警告後の運転者のステアリング操作に対する干渉を減らすことができる。
すなわち、車両の横ジャークの大きさは、横加速度の微分値（単位時間当たりの横加速度の変化量）であることから、アクチュエータ駆動電流の波形を、立ち上がり側と立ち下がり側とで同じ波形に設定すると、逸脱警告終了時には逸脱警告に使用した横ジャークと同じ大きさの反動成分が発生することになる。
【００２１】
請求項５に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形が、入力をステップ入力とするローパスフィルタの出力で与えられるため、入力をステップ入力とする簡単なローパスフィルタ処理により、逸脱警告終了時に横ジャークの反動成分を抑制する駆動電流の立ち下がり波形を得ることができる。
【００２２】
請求項６に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形が、２次以上の遅れ特性を有するローパスフィルタにより生成されるため、アクチュエータ駆動電流の停止遷移処理を行ったときに生じる停止遷移処理開始直後の不連続性が回避され、横ジャークの反動成分が滑らかに抑制され、逸脱警告後の運転者のステアリング操作に対する干渉をより減らすことができる。
すなわち、２次以上の遅れ特性を有するローパスフィルタの場合、ステップ応答波形として、ステップ入力直後の傾きは小さく、時間の経過と共に徐々に傾きを大きくしてゆくという設定が容易に実現できる。また、１次の遅れ特性を有するローパスフィルタや台形波形を用いた場合、アクチュエータ駆動電流の停止遷移処理を行ったときに、停止遷移処理開始直後に不連続性が生じる。
【００２３】
請求項７に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流の入力波形が、車両ヨー角が大きいほど電流値が大きくなるように切り替えられるため、ヨー角が大きく運転者への警告に緊急を要する場合には、強めの横ジャークを発生させることができ、運転者の迅速な逸脱回避操作を促す効果がある。
【００２４】
請求項８に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段の電流印加時間設定手段において、逸脱判定直前の車両ヨー角に基づき、逸脱回避操作終了後の車両のヨー角がゼロもしくはゼロに近い所定値となるように、操舵アクチュエータへの電流印加時間が設定されるため、逸脱警告開始時のアクチュエータ駆動電流の大小にかかわらず、逸脱警告終了後の車両の走行状態を一様に保つことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における車線逸脱警告装置を実現する実施の形態を、請求項１，２，７，８に対応する第１実施例と、請求項３，４に対応する第２実施例と、請求項５，６に対応する第３実施例とに基づいて説明する。
【００２６】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例の車線逸脱警告装置を示す概略構成図であり、図中、１００は操舵アクチュエータ、１０１は撮像装置、１０２はコントロールユニット、１０３は車速センサ、１０４はステアリングホイール角センサ、１０５はターンシグナルスイッチ、１０６はブレーキペダルスイッチ、１０７は油圧パワーステアリング装置、１０８は横加速度センサ、１０９はヨーレートセンサ、１１０は右前輪、１１１は左前輪、１１２はステアリングラック、１１３はステアリングホイール、１１４はナビゲーション装置、１１５はステアリングシャフト、１１６はブザー・スピーカー、１１７は画像処理装置である。
【００２７】
車両前方に向けて取り付けられた撮像装置１０１は、車両前方の映像を取り込み、取り込まれた車両前方の映像は撮像装置１０１と一体となっている画像処理装置１１７へと入力される。画像処理装置１１７で得られた道路形状や車線区分線（白線）の情報は、コントロールユニット１０２へと入力される。なお、個々で説明した撮像装置１０１は、例えば、ＣＣＤカメラであり、コントロールユニット１０２は、例えば、マイクロコンピュータである。
【００２８】
前記コントロールユニット１０２には、車速センサ１０３からの自車速と、ステアリングホイール角センサ１０４からのステアリングホイール角の情報も入力され、これらの情報に基づいて、コントロールユニット１０２は自車両の状態量を算出する。なお、コントロールユニット１０２に入力する信号としては、推定または算出される車両の状態量の精度を向上させるため、横加速度センサ１０８からの横加速度や、ヨーレートセンサ１０９からの車両ヨーレート、また、ナビゲーション装置１１４からの道路のカーブ情報や分岐・合流情報などを加えても良い。
【００２９】
前記コントロールユニット１０２では、車両状態量を推定または算出すると共に、自車速、自車位置、自車の向きに基づいて、車両が車線から逸脱傾向にあると判断された場合には、車線の逸脱回避を運転者に促すための操舵アクチュエータ駆動電流と電流印加時間を決定する。このコントロールユニット１０２では、また、逸脱回避操作を運転者に促すだけでなく、逸脱余裕時間を延ばしたり、場合によっては逸脱を防止するように操舵アクチュエータ駆動電流を決定することもできる。
【００３０】
前記操舵アクチュエータ１００は、減速ギア，電磁クラッチ等を介してステアリングコラムに設けられており、コントロールユニット１０２から供給されるアクチュエータ駆動電流に応じた操舵トルクをステアリングシャフト１１５に伝達し、左右前輪１１０，１１１を転舵させることができる。
【００３１】
図２は第１実施例の車線逸脱警告装置の逸脱警告制御系ブロック図であり、図中、１は舵角検出手段（図１のステアリングホイール角センサ１０４に相当）、２は自車速検出手段（図１の車速センサ１０３に相当）、３は白線検出手段（図１の撮像装置１０１及び画像処理装置１１７に相当）、４はターンシグナル検出手段（図１のターンシグナルスイッチ１０５に相当）、５は車両状態推定手段（図１のコントロールユニット１０２に相当）、６は逸脱判定手段（図１のコントロールユニット１０２に相当）、７は操舵アクチュエータ駆動指令手段（図１のコントロールユニット１０２に相当）、８は操舵トルク付加手段（図１の操舵アクチュエータ１００に相当）、９は車両、１０はブレーキ操作検出手段（図１のブレーキペダルスイッチ１０６に相当）、１１は横加速度検出手段（図１の横加速度センサ１０８に相当）、１２はヨーレート検出手段（図１のヨーレートセンサ１０９に相当）である。
【００３２】
前記車両状態推定手段５には、舵角検出手段１により得られるステアリングホイール角θと、自車速検出手段２により得られる自車速Ｖと、白線検出手段３により得られる道路形状情報や白線情報が入力され、これらの情報に基づいて、車両状態推定手段５は、自車両の状態量（基準となる走行中の車線中央からの横変位ｙcr、横速度dｙcr、ヨー角φ、ヨーレートγ＝dφ）を算出する。なお、車両状態推定手段５に入力する信号としては、車両の状態量の精度を向上させるため、横加速度検出手段１１により得られる横加速度や、ヨーレート検出手段により得られるヨーレートや、図外のナビゲーション情報などが加えられる。
【００３３】
前記逸脱判定手段６は、車両状態推定手段５により推定された車両状態量および自車位置算出結果のうち、自車位置（白線からの距離ｙcdまたは車線中央からの距離ｙcr）、自車の向き（ヨー角φr）、自車速検出手段２からの自車速Ｖに基づいて、車両が左右どちらの車線方向に逸脱傾向があるかを判定する。ここで、車線の逸脱傾向を判定する際には、ターンシグナル検出手段４により得られるターンシグナル信号の有無や、ブレーキ操作検出手段１０により得られるブレーキ操作の有無等により、運転者に車線変更の意思を確認し、運転者の車線変更の意思があると判断した場合には、逸脱警告（逸脱警報）の停止やアクチュエータ駆動電流の停止等の処理を行う。
【００３４】
前記操舵アクチュエータ駆動指令手段７は、逸脱判定手段６による車線逸脱傾向判定結果と、車両状態推定手段５により推定された車両状態量および自車位置算出結果のうち、自車位置（白線からの距離ｙcdまたは車線中央からの距離ｙcr）、自車の向き（ヨー角φr）、自車速検出手段２からの自車速Ｖと、に基づいて、操舵トルク付加手段８に印加する駆動電流Irと電流印加時間Ｔを決定する。
【００３５】
前記操舵トルク付加手段８は、操舵アクチュエータ駆動指令手段７で算出された駆動電流Irを、同じく操舵アクチュエータ駆動指令手段７で算出された電流印加時間Ｔをモータに印加することで、所望の操舵トルクτを車両の構成要素であるステアリングコラムに伝達し、車両の横方向の運動を発生させる。
【００３６】
次に、作用を説明する。
【００３７】
［操舵制御処理］
図３はコントロールユニット１０２で実行される操舵制御処理手順を表すフローチャートである。この操舵制御処理は、所定時間（例えば、10msec）毎のタイマ割込処理として実行される。
【００３８】
先ず、ステップ１２では、ステアリングホイール角センサ１０４からステアリングホイール角θを読み込み、車速センサ１０３から自車速Ｖを読み込み、画像処理装置１１７から白線検出座標を読み込み、ステップ１５に移行する。
【００３９】
次に、ステップ１５では、ステアリングホイール角θ，自車速Ｖ，白線検出座標を用いて、車両状態推定手段５において、自車両の状態量（基準となる走行中の車線中央からの横変位ｙcr、横速度dｙcr、ヨー角φ、ヨーレートγ＝dφ）を算出し、次のステップ１６では、これらの車両状態量に基づいて、車両から白線までの距離ｙcdを算出する。
【００４０】
次のステップ１７では、ステップ１６で算出されたヨー角φrと、車両から白線までの距離ｙcdと、車速センサ１０３から得られた自車速Ｖと、ターンシグナルスイッチ１０５から得られたターンシグナル信号等に基づいて、逸脱判定手段６において、運転者の意図しない車線逸脱を判定し、次いでステップ１８に移行する。
【００４１】
ステップ１８では、ステップ１７により、運転者の意図しない車線逸脱と判定された場合、操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、車線逸脱を回避するのに必要なアクチュエータ駆動電流Irと電流印加時間Ｔを決定し、次いでステップ１９に移行する。
【００４２】
最後にステップ１９では、ステップ１８により決定されたアクチュエータ駆動電流Irが、同じくステップ１８により決定された電流印加時間Ｔだけ印加されるように、実際にアクチュエータ（モータ）に流れる電流のサーボ処理を行う。
【００４３】
［自車両状態量の推定法］
前記ステップ１５における自車両状態量の推定法について説明する。
状態方程式と出力方程式で記述される動的システム
【式１】
について、ある行列Ｌを用いた状態方程式
【式２】
によりｘ＾を算出する。ｘ＾は状態変数ｘの推定値であり、上記遷移行列Ａ−ＬＣの固有値の実部が不になるようにＬを決定すれば、十分に時間が経過後、状態変数ｘと一致する。(3)式はオブザーバと呼ばれ、動的システムの状態推定に良く利用される手法である。
車両の運動方程式は次式で記述され、
【式３】
ただし、Ｉ：ヨー慣性モーメント、ｍ：車両重量、Ｖ：車速、
β：車体横滑り角、dφ：ヨーレート、
Ｃｆ（Ｃｒ）：前（後）輪コーナリングパワー（二輪分）、
Ｉｆ（Ｉｒ）：重心〜前（後）輪間距離、
δ：前輪実舵角、Ｎ：操舵系ギヤ比
白線を認識する撮像装置１０１は、前方ＬＳ[m]の注視点での目標軌道（車線中央）からの横変位を検出することができる。車両が目標軌道の近傍を走行する場合の近似式が、前方注視点での横変位ｙsrは、目標軌道からの相対横変位ｙcr，相対ヨー角φrを用いて次式により記述される。
【式４】
ここで、状態ベクトルを、ヨーレートdφ、ヨー角φr、目標ラインからの横速度dｙcr、目標ラインからの横変位ｙcrを用いて、
【式５】
で定義すると、(3)式の行列Ａ，Ｂ，Ｃに対応した次のような行列が得られる。
【式６】
これらを、(3)式に適用することにより、操舵角、画像データによる前方横変位データから、車両状態量を推定することができる。
【００４４】
［逸脱判断処理］
図４は図３のステップ１７で実行される逸脱判断処理の手順を示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【００４５】
先ず、ステップ３２では、ターンシグナルスイッチ１０５により検出されたターンシグナル信号を用いて運転者の介入操作を判断する。ターンシグナルが検出された場合、ステップ３６へ進み、ステップ３６では、運転者の介入操作が行われたと判断して逸脱判定フラグF_dptに０を代入し、逸脱判断処理を終了する。そして、ステップ３２でターンシグナルが検出されなかった場合、運転者の介入操作が行われなかったと判断してステップ３３へ移行する。ここで、ターンシグナルについてのみ説明したが、同様に、運転者のブレーキ操作をブレーキペダルスイッチ１０６により検出して運転者の介入操作が行われたと判定しても良い。
【００４６】
ステップ３３では、車速Ｖと、ヨー角φrと、予め設定された逸脱余裕時間パラメータに基づいて、逸脱判定閾値ｙdを算出し、ステップ３４へ移行する。
【００４７】
ステップ３４では、車両が右車線方向に逸脱傾向にあるかどうかが判定される。ステップ３３で算出した逸脱判定閾値ｙdと車両の右前輪横変位を比較し、右前輪と右車線の間隔が逸脱判定閾値ｙdよりも小さい場合に右車線方向への逸脱傾向にあると判断して、ステップ３７へ進み、ステップ３７では、逸脱判定フラグF_dptに１を代入し、逸脱判断処理を終了する。右前輪と右車線の間隔が逸脱判定閾値ｙdよりも大きい場合には、左車線方向への逸脱傾向を判定するためにステップ３５へ移行する。
【００４８】
ステップ３５では、車両が左車線方向に逸脱傾向にあるかどうかが判定される。ステップ３３で算出した逸脱判定閾値ｙdと車両の左前輪横変位を比較し、左前輪と左車線の間隔が逸脱判定閾値ｙdよりも小さい場合に左車線方向への逸脱傾向にあると判断して、ステップ３８へ進み、ステップ３８では、逸脱判定フラグF_dptに−１を代入し、逸脱判断処理を終了する。また、左前輪と左車線の間隔が逸脱判定閾値ｙdよりも大きい場合に左右の車線中央部を自車が走行していて逸脱傾向にないと判断して、ステップ３９へ進み、ステップ３９では、逸脱判定フラグF_dptに０を代入し、逸脱判断処理を終了する。
【００４９】
［アクチュエータ駆動電流設定処理］
図５は図３のステップ１８で実行されるアクチュエータ駆動電流設定処理の手順を示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【００５０】
先ず、ステップ５２では、フラグF_actを参照し、本逸脱警告装置によるアクチュエータ駆動が既に行われているかどうかを判定する。参照したフラグF_actが０であり、アクチュエータ駆動が現時点で行われていなければ、ステップ５３へ進み、ステップ５３では、タイマー変数ｔをクリアし、ステップ５６へ移行する。
【００５１】
次に、ステップ５６では、前記逸脱判断処理により得られた判定逸脱判定フラグF_dptを参照し、この値が０であれば、車両は左右の車線のどちらの方向にも逸脱していないと判断されるので、ステップ５９へ進み、ステップ５９では、アクチュエータ駆動電流Irに０を代入した後、ステップ６３へ移行する。逸脱判定フラグF_dptが０以外の値である場合は、車両が左右どちらかへ逸脱傾向にあると判断されるので、ステップ５７へ進み、ステップ５７では、フラグF_actに１を代入してステップ６０へ移行し、ステップ６０では、車線逸脱を回避するのに必要なアクチュエータ駆動電流Irを算出し、ステップ６２へ移行し、ステップ６２では、ステップ６０で算出されたアクチュエータ駆動電流Irと車両状態推定手段５で推定された車両状態量と、車速センサ１０３から読み込まれた自車速Ｖ等に基づいて、電流印加時間Ｔを設定し、ステップ６３へ移行する。
【００５２】
ステップ５２で参照したフラグF_actが０以外の値を持っている場合、アクチュエータ駆動が既に行われているので、ステップ５４において、電流印加時間を計測するタイマーｔをｄｔだけインクリメントし、ステップ５５へ移行する。ステップ５５では、前記電流印加時間計測タイマーｔが電流印加時間Ｔ未満かどうかが判定され、電流印加時間計測タイマーｔが電流印加時間Ｔに満たない場合、アクチュエータ駆動電流Irと電流印加時間Ｔを保持したまま、ステップ６３へ移行する。ステップ５５において、電流印加時間計測タイマーｔが電流印加時間Ｔに達した場合には、アクチュエータの駆動を停止する処理平行するため、ステップ５８へ進み、ステップ５８ではフラグF_actに０を代入し、次のステップ６１へ進み、ステップ６１では、アクチュエータ駆動電流Irに０を代入する。
【００５３】
ステップ６３では、アクチュエータ駆動電流に、フィルタ処理や時間遷移処理などを施すことにより駆動電流波形を整形し、最終的なアクチュエータ駆動電流波形を生成し、アクチュエータ駆動波形整形処理が終了したら、アクチュエータ駆動電流設定処理を終了する。
【００５４】
［逸脱判断処理の具体的な演算内容例］
図６を用いて逸脱判断処理の具体的な演算内容例を説明する。
第１実施例では、基準となる車線に対する車両のヨー角φの大小に応じて逸脱判断の閾値を可変とするような処理を行っている。車両のヨー角絶対値｜φ｜が所定値φ0より小さい状態で、車両が逸脱傾向にある場合は、横ジャークを発生させる操舵制御の開始タイミングを、前輪が車線を跨ぐ程度に設定しても十分に逸脱を回避できる。また、運転者が車線逸脱傾向に認知することが多少遅れたとしても、車両の車線逸脱速度は十分に低いため、安全に逸脱回避操作を行うことが容易である。従って、操舵制御の開始タイミングを、前輪が車線を跨ぐ程度に設定しても十分に余裕を持って逸脱回避操作を行うことのできるヨー角φ0よりも車両の実ヨー角が大きい場合には、図６に示すように、ヨー角φの増加に応じて車両前輪と車線の距離ｙcdの大小を判断するための逸脱判定閾値ｙdを増加させる。また、同じヨー角φであっても車速Ｖの増加に応じて車線逸脱速度が増加してしまうことから、車速センサ１０３で検出された自車速Ｖの増加に応じて車両前輪と車線との距離ｙcdの大小を判断するための逸脱判定閾値ｙdを増加させる。第１実施例においては、逸脱余裕時間Tを定めた上で、下記の式(8)を用いて逸脱判定閾値ｙdを算出する。
ｙd＝Ｖ×T×（｜φ｜−φ0） (8)
式(8)によると、逸脱判定閾値ｙdは、ヨー角φと自車速Ｖに比例しており、減時点から逸脱余裕時間Tを経過するまでの移動する車両の横移動量である。車両の前輪と車線との距離が逸脱判定閾値ｙdと比較して小さくなった場合、車両が逸脱傾向にあると判断し、判断のための条件式は下記の(9)式で与えられる。
【００５５】
逸脱判断条件
ｗ/2−ｙd＜ｙcd （右車線方向へ逸脱）
ｙcd＜−ｗ/2＋ｙd （左車線方向へ逸脱） (9)
ただし、ｗは車線の巾である。また、ｙcdは走行中の車線を基準とした前輪の横変位であり、
ｙcd＝ｙcr＋H/2（右前輪）
ｙcd＝ｙcr＋H/2（左前輪） (10)
の式を用いて算出する。
【００５６】
［アクチュエータ駆動電流設定処理の具体的な演算内容例］
図７を用いてアクチュエータ駆動電流設定処理の具体的な演算内容例を説明する。
第１実施例では、逸脱判断処理において逸脱傾向にあると判断された場合、逸脱傾向にあると判定された時点での車両のヨー角φrを記憶する。
逸脱傾向にあると判定された時点での車両のヨー角φrが大きい場合には、運転者がより早く逸脱回避操作を行うことが要求されるため、車両の横ジャークを大きめに発生させて強めの警告を発することができるように、アクチュエータ駆動電流Irも大きい値を代入する。図７に示されている第１実施例においては、前記逸脱判断処理で用いたヨー角の所定値φ0の前後において、アクチュエータ駆動電流Irの大小を切り替える構成としているが、アクチュエータ駆動電流Irの切り替えには、前記逸脱判断処理で用いたφ0とは独立な値を用いても良いし、アクチュエータ駆動電流Irの切り替えの数を、第１実施例で用いた２段階ではなく、３段階にしたり、４段階以上にしたり、さらには、無段階にしても良い。
【００５７】
アクチュエータ駆動電流Irに大きな値が代入されるのは、車線逸脱時の車両のヨー角φrが大きかった場合であるが、このような場合には、前記逸脱判断処理においても逸脱判定タイミングを早める処理を行っているため、単純にアクチュエータ駆動電流Irを大きい値にしてしまうと、車両が車線内側に戻りすぎてしまう。これを避けるため、第１実施例では、印加する電流の大きさに応じて、図７に示すように、電流印加時間を可変とし、アクチュエータ駆動電流Irをアクチュエータに印加した場合に車両に発生するヨーレートを用いてヨー角が０または所定値φr（ゼロに近い値）になるまでの時間Ｔを算出し、これを電流印加時間としている。電流印加時間Ｔは、下記の(11)式により算出される。
Ｔ＝（φr−φ）／（Ｋ＊Ir） (11)
ただし、Ｋは予め測定されたヨーレートゲインであり、外乱によるロバスト性を向上させたければヨーレートセンサ１０９により検出されたヨーレートγを用いて、
Ｔ＝（φr−φ）／γ (12)
により電流印加時間を設定して良い。
これにより、車両のヨー角が大きいような場合であって、運転者に急いで適切な操作を促す必要があると考えられるような場合には、大きめの横ジャークを車両に発生させて運転者の強く警告することができ、かつ、逸脱警告後に車両が車線内側に向きすぎて反対側の車線方向に走行してしまうことも防止することができる。
【００５８】
［逸脱警告作用］
図８(a)はアクチュエータ駆動電流波形を示す図、図８(b)は図８(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横加速度特性を示す図、図８(c)は図８(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横ジャーク特性図である。
【００５９】
図８の破線は従来例であり、車両状態量の時間的に連続なフィードバック制御によりアクチュエータ駆動電流を算出したような場合を表している。従来例の場合、車両状態量の時間的に連続なフィードバック制御を行っているため、車線に接近するにつれて、徐々にアクチュエータ駆動電流Irが増加し、操舵アクチュエータの発生する操舵トルクが滑らかに発生することにより、車両の横加速度、横ジャークが共に小さい値に保たれ、その結果、運転者は車両が車線から逸脱傾向にあることをあまり意識しないまま、車両の車線逸脱が回避される。
【００６０】
これに対して、第１実施例の場合、実線で示すように、車両前輪と車線との距離が逸脱判定閾値ｙdよりも接近したところで、車両の状態量によらない方形波入力で操舵アクチュエータ１００が駆動される。方形波入力の立ち上がり時は、瞬時に０[A]からIr[A]の電流が操舵アクチュエータ１００に印加されるため、印加電流に比例して操舵トルクも急激に増加する。操舵トルクは、ステアリングホイール角θや車両の横加速度と相関が強く、したがって、ステアリングホイール角θの微分値であるステアリングホイール角速度や横加速度の微分値である横ジャークは、操舵トルクの微分値、すなわち、操舵アクチュエータ１００に印加される電流値の単位時間当たりの変化巾と強い相関がある。
【００６１】
したがって、車両が車線に逸脱傾向にあると判断された場合、車線に接近中の車両の状態量によらない所定値以上の絶対値を持つ方形波入力で操舵アクチュエータ１００を駆動することにより、所定値以上の横ジャークを車両に発生させることができる。人間はジャークに敏感であるため、自車両が車線逸脱傾向にあることや、適切な操舵方向を瞬時に認知することができるので、運転者の適切かつ迅速な車線逸脱回避操作を促すことができる。
【００６２】
例えば、横加速度を必要としない直線路を走行中であっても、初心者の運転のように、頻繁に修正操舵を行った場合は横加速度が変動し、乗り心地が悪化する。すなわち、横加速度の変動に対して人間は非常に敏感である。横加速度の変動を表す量として、横ジャーク（横加速度の微分値≒単位時間当たりの横加速度の変化量）が定義され、車線逸脱時には、積極的に横ジャークを車線内側に向けて発生させることにより、運転者の適切で迅速な回避操舵を促すことができる。
逆に、横ジャークの発生が小さい状態で走行することができれば、カーブを走行中のようにある程度大きな横加速度が生じた場合でも、乗員に与える不快感は小さい。
【００６３】
次に、効果を説明する。
【００６４】
(1)車両が走行路から逸脱傾向にあるかどうかを判定する逸脱判定手段６と、車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、車両に所定値以上の横ジャークを車線内側に向けて発生させる車線逸脱警告手段として操舵アクチュエータ駆動指令手段７とを設けたため、運転者が意図しない車線逸脱傾向時、運転者は横ジャークを敏感に感じとることにより、適切な操舵方向が瞬時に認識され、運転者の適切かつ迅速な車線逸脱回避操作を促すことができる。
【００６５】
(2)車線逸脱警告手段として操舵アクチュエータ駆動指令手段７が用いられ、操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、逸脱判定手段６により車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、車両に所定値以上の横ジャークが車線内側に向けて発生するように、操舵アクチュエータ１００を駆動するようにしたため、操舵アクチュエータを備えたレーンキープ制御システム等が搭載された車両の場合、新たに操舵アクチュエータ１００を設ける必要なく、既存の操舵アクチュエータ１００を車線逸脱警告手段として流用することができる。
【００６６】
(3)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流制御を、車両状態量によらないで、逸脱判定直前の逸脱条件から決まるステップ入力による開ループ制御により行なう、すなわち、車線逸脱警告時の操舵アクチュエータ１００の駆動に関しては、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件（例えば、逸脱方向と逸脱速度）から決まるステップ入力による開ループ制御としているため、車両状態推定量のノイズ成分による不要な制御を遮断でき、一方向のみに操舵トルクと横加速度が発生し、正しい進行方向を確実に運転者に伝えることができる。
さらに、逸脱警告開始後に白線検出に不具合が生じた場合であっても、アクチュエータ制御を続行することができるので、撮像装置１０１の白線を検出する信頼性を必要以上に高めなくても逸脱警告装置としての信頼性を保つことができる。
【００６７】
(4)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流の入力波形が、車両ヨー角φが大きいほどアクチュエータ駆動電流Irが大きくなるように切り替えられるため、ヨー角φが大きく運転者への警告に緊急を要する場合には、強めの横ジャークを発生させることができ、運転者の迅速な逸脱回避操作を促す効果がある。
【００６８】
(5)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、逸脱判定直前の車両ヨー角φに基づき、逸脱回避操作終了後の車両のヨー角がゼロもしくはゼロに近い所定値φrとなるように、操舵アクチュエータ１００への電流印加時間Ｔが設定されるため、逸脱警告開始時のアクチュエータ駆動電流Irの大小にかかわらず、逸脱警告終了後の車両の走行状態を一様に保つことができる。
【００６９】
（第２実施例）
第２実施例は、図９の実線に示すように、操舵アクチュエータ１００に印加する駆動電流波形を、立ち上がり時と立ち下がり時に傾きを与えた台形波入力とした例である。ここで、図９(a)はアクチュエータ駆動電流波形を示す図、図９(b)は図９(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横加速度特性を示す図、図９(c)は図９(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横ジャーク特性図であり、実線は第１実施例である。
なお、第２実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００７０】
次に、効果を説明する。
【００７１】
この第２実施例の車線逸脱警告装置では、第１実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００７２】
(6)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流制御が、車両状態量によらないで、逸脱判定直前の逸脱条件から決まる台形波入力による開ループ制御により行うため、台形波入力の立ち上がり波形、および、立ち下がり波形の傾きが変えることで、図９(c)の横ジャーク調整代に示すように、車両の横ジャークの大きさを任意の値に設定する横ジャーク調整機能を得ることができる。
すなわち、車両の横ジャークは、横加速度の単位時間当たりの変化量であることから、操舵トルクの変化速度を変えることにより、横ジャークの大きさを変えることができる。そして、操舵トルクの変化速度は、アクチュエータ駆動電流の変化速度と等価である。
【００７３】
（第３実施例）
第３実施例は、第２実施例と同様に、操舵アクチュエータ１００に印加する駆動電流波形を、立ち上がり時と立ち下がり時に傾きを与えた台形波入力とすると共に、図９の破線に示す立ち下がり波形の傾きを、図９の実線に示す立ち上がり波形の傾きに比べて小さい値に設定した例である。なお、第３実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００７４】
次に、効果を説明する。
【００７５】
この第３実施例の車線逸脱警告装置では、第１実施例及び第２実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００７６】
(7)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流を、立ち上がり時と立ち下がり時に傾きを与えた台形波入力とし、立ち下がり波形の傾きを立ち上がり波形の傾きに比べて小さい値に設定したため、図９(c)の横ジャーク調整代に示すように、逸脱警告終了時に横ジャークの反動成分が抑制され、逸脱警告後の運転者のステアリング操作に対する干渉を減らすことができる。
すなわち、車両の横ジャークの大きさは、横加速度の微分値（単位時間当たりの横加速度の変化量）であることから、アクチュエータ駆動電流の波形を、立ち上がり側と立ち下がり側とで同じ波形に設定すると、図９(c)の実線特性に示すように、逸脱警告終了時には逸脱警告に使用した横ジャークと同じ大きさの反動成分が発生することになる。
なお、立ち上がり波形は、台形入力ではなく、第１実施例のように、ステップ入力であっても適用することができる。
【００７７】
（第４実施例）
第４実施例は、第１実施例と同様に、操舵アクチュエータ１００に印加する駆動電流波形の立ち下がり波形をステップ入力とし、立ち下がり波形を、図１０(a)の実線に示すように、入力をステップ入力とする１次遅れ特性のローパスフィルタの出力で与えるようにした例である。ここで、図１０(a)はアクチュエータ駆動電流波形を示す図、図１０(b)は図１０(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横加速度特性を示す図、図１０(c)は図１０(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横ジャーク特性図であり、実線は第４実施例である。
なお、第４実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００７８】
次に、効果を説明する。
【００７９】
この第４実施例の車線逸脱警告装置では、第１実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００８０】
(8)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流の立ち下がり波形が、入力をステップ入力とするローパスフィルタの出力で与えられるため、入力をステップ入力とする簡単なローパスフィルタ処理により、図１０(c)の第４実施例による効果代に示すように、逸脱警告終了時に横ジャークの反動成分を抑制する駆動電流の立ち下がり波形を得ることができる。
【００８１】
（第５実施例）
第５実施例は、第１実施例と同様に、操舵アクチュエータ１００に印加する駆動電流波形の立ち下がり波形をステップ入力とし、立ち下がり波形を、図１０(a)の実線に示すように、入力をステップ入力とする２次遅れ特性のローパスフィルタの出力で与えるようにした例である。なお、第５実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００８２】
次に、効果を説明する。
【００８３】
この第５実施例の車線逸脱警告装置では、第１実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００８４】
(9)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流の立ち下がり波形が、２次の遅れ特性を有するローパスフィルタにより生成されるため、図１０(c)の第５実施例による効果代に示すように、アクチュエータ駆動電流Irの停止遷移処理を行ったときに生じる停止遷移処理開始直後の不連続性が回避され、横ジャークの反動成分が滑らかに抑制され、逸脱警告後の運転者のステアリング操作に対する干渉をより減らすことができる。
すなわち、２次以上の遅れ特性を有するローパスフィルタの場合、ステップ応答波形として、ステップ入力直後の傾きは小さく、時間の経過と共に徐々に傾きを大きくしてゆくという設定が容易に実現できる。
【００８５】
（他の実施例）
以上、本発明の車線逸脱警告装置を第１実施例ないし第５実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８６】
例えば、第１〜第５実施例では、車線逸脱警告として横ジャークを車両に発生させる手段として、操舵アクチュエータを用いて操舵トルクを与える手段の例を示したが、非制動操作時においても各輪のブレーキ液圧を独立に制御できるブレーキ液圧アクチュエータを用い、逸脱判定時に左右輪に制動力差を与えることで横ジャークを車両に発生させるようにしても良い。
【００８７】
また、第１〜第５実施例では、逸脱判定手段として、車速Ｖと逸脱余裕時間Tとヨー角φにより逸脱判定閾値ｙdを決め、車線巾ｗと前輪横変位ｙcdとにより逸脱判断条件を決める例を示したが、具体的な逸脱判定手法は、実施例に示した手法以外の手法を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の車線逸脱警告装置を示す概略構成図である。
【図２】第１実施例の車線逸脱警告装置の逸脱警告制御系ブロック図である。
【図３】第１実施例装置のコントロールユニットで実行される操舵制御処理手順を示すフローチャートである。
【図４】第１実施例装置のコントロールユニットで実行される逸脱判断処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第１実施例装置のコントロールユニットで実行されるアクチュエータ駆動電流設定処理手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施例装置での逸脱判断処理例を示す図である。
【図７】第１実施例装置でのアクチュエータ駆動電流設定処理例を示す図である。
【図８】第１実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、従来例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークとの比較特性図である。
【図９】第２実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、第３実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、従来例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークとの比較特性図である。
【図１０】第４実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、第５実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、従来例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークとの比較特性図である。
【符号の説明】
１ 舵角検出手段
２ 自車速検出手段
３ 白線検出手段
４ ターンシグナル検出手段
５ 車両状態推定手段
６ 逸脱判定手段
７ 操舵アクチュエータ駆動指令手段
８ 操舵トルク付加手段
９ 車両
１０ ブレーキ操作検出手段
１１ 横加速度検出手段
１２ ヨーレート検出手段
１００ 操舵アクチュエータ
１０１ 撮像装置
１０２ コントロールユニット
１０３ 車速センサ
１０４ ステアリングホイール角センサ
１０５ ターンシグナルスイッチ
１０６ ブレーキペダルスイッチ
１０７ 油圧パワーステアリング装置
１０８ 横加速度センサ
１０９ ヨーレートセンサ
１１０ 右前輪
１１１ 左前輪
１１２ ステアリングラック
１１３ ステアリングホイール
１１４ ナビゲーション装置
１１５ ステアリングシャフト
１１６ ブザー・スピーカー
１１７ 画像処理装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合に運転者に対し逸脱回避操作を促す警告を与える車線逸脱警告装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車線逸脱警告装置としては、例えば、特開平１１−１８０３２７号公報に記載のものが知られている。この公報には、横ずれ量算出手段により、走行車線の基準位置からの車両の走行位置の横ずれ量を算出し、算出された横ずれ量に基づいて運転者が容易に打ち勝てる程度の大きさの操舵用制御トルクを算出し、操舵アクチュエータを駆動する技術が記載されている。
【０００３】
また、上記従来の技術に対し、運転者の好みに合わせた走行位置では操舵用制御トルクを発生させないための技術として、走行車線に対する横ずれ量ではなく、走行車線に対する車両の進行方向がなすヨー角に基づいて、操舵アクチュエータを駆動するような下記の技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平１１−１８９１６６号公報には、走行車線に対して車両の進行方向がなすヨー角を算出し、算出されたヨー角に基づいて運転者が容易に打ち勝てる程度の大きさの操舵用制御トルクを算出し、操舵アクチュエータを駆動することにより、車両の進行方向が走行車線に沿うように運転者の操舵操作を促すことになり、車線逸脱の防止を案内する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の車線逸脱警告装置にあっては、いずれも車両の横ずれ量が増加した場合や、白線への接近度合いが増すに従って操舵用制御トルクを徐々に増加させるもので、車両の運動としては滑らかな運動となるため、運転者が車線からの自車両逸脱に気付くのが遅れるおそれがある。すなわち、操舵用制御トルクにより一時的に逸脱が回避されたとしても、車両が今にも車線から逸脱しそうな不安定な状態は好ましくなく、早期に運転者に気付かせる必要があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、車線逸脱時に、運転者の適切で迅速な回避操舵を促すことができる車線逸脱警告装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明では、
車両が走行路から逸脱傾向にあるかどうかを判定する逸脱判定手段と、
前記逸脱判定手段により車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、車線逸脱を警告する車線逸脱警告手段と、
を備えた車線逸脱警告装置において、
前記逸脱判定手段は、車両が走行路から右車線方向への逸脱傾向か左車線方向への逸脱傾向かにより車線中央部に向かう車線内側方向を判定し、
車両のステアリング機構に駆動力を付与する操舵アクチュエータを設け、
前記車線逸脱警告手段を、逸脱判定手段により車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、横加速度の変動を表す量としての横ジャークが車線内側に向けて車両に発生するように、前記操舵アクチュエータを瞬時に立ち上がる電流により駆動させるアクチュエータ駆動手段としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、請求項１に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流制御を、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まるステップ入力による開ループ制御により行う手段であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明では、請求項１に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流制御を、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まる台形波入力による開ループ制御により行うと共に、台形波入力の立ち上がり波形、および、立ち下がり波形の傾きを変えることによる横ジャーク調整手段を備えた手段であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明では、請求項１に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流を、少なくとも立ち上がり波形がステップ入力、もしくは、台形波入力であり、立ち下がり波形の傾きを立ち上がり波形の傾きに比べて小さい値に設定した手段であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明では、請求項４に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形を、入力をステップ入力とするローパスフィルタの出力で与える手段であることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明では、請求項５に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形を生成するローパスフィルタが、２次以上の遅れ特性を有する手段であることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明では、請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の車線逸脱警告装置において、
車両ヨー角を検出するヨー角検出手段を設け、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流の入力波形を、車両ヨー角が大きいほど電流値が大きくなるように切り替える手段であることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明では、請求項７に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、逸脱判定直前の車両ヨー角に基づき、逸脱回避操作終了後の車両のヨー角がゼロもしくはゼロに近い所定値となるように、前記操舵アクチュエータへの電流印加時間を設定する電流印加時間設定手段を備えた手段であることを特徴とする。
【００１６】
【発明の作用および効果】
請求項１に係る発明にあっては、逸脱判定手段において、車両が走行路から逸脱傾向にあるかどうかと車両が走行路から右車線方向への逸脱傾向か左車線方向への逸脱傾向かにより車線中央部に向かう車線内側方向が判定され、車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、車線逸脱警告手段としてのアクチュエータ駆動手段において、横加速度の変動を表す量としての横ジャークが車線内側に向けて車両に発生するように、操舵アクチュエータを瞬時に立ち上がる電流により駆動する。
このため、運転者が意図しない車線逸脱傾向時、運転者は横ジャークを敏感に感じとることにより、適切な操舵方向が瞬時に認識され、運転者の適切かつ迅速な車線逸脱回避操作を促すことができる。
例えば、横加速度を必要としない直線路を走行中であっても、初心者の運転のように、頻繁に修正操舵を行った場合は横加速度が変動し、乗り心地が悪化する。すなわち、横加速度の変動に対して人間は非常に敏感である。横加速度の変動を表す量として、横ジャーク（横加速度の微分値≒単位時間当たりの横加速度の変化量）が定義され、車線逸脱時には、積極的に横ジャークを車線内側に向けて発生させることにより、運転者の適切で迅速な回避操舵を促すことができる。
逆に、横ジャークの発生が小さい状態で走行することができれば、カーブを走行中のようにある程度大きな横加速度が生じた場合でも、乗員に与える不快感は小さい。
加えて、車線逸脱警告手段としてアクチュエータ駆動手段が用いられるため、操舵アクチュエータを備えたレーンキープ制御システム等が搭載された車両において、新たに操舵アクチュエータを設ける必要なく、既存の操舵アクチュエータを車線逸脱警告手段として流用することができる。
【００１８】
請求項２に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流制御が、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まるステップ入力による開ループ制御により行われる。
すなわち、車線逸脱警告時の操舵アクチュエータの駆動に関しては、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件（例えば、逸脱方向と逸脱速度）から決まるステップ入力による開ループ制御としていることで、車両状態推定量のノイズ成分による不要な制御を遮断でき、一方向のみに操舵トルクと横加速度が発生し、正しい進行方向を確実に運転者に伝えることができる。
さらに、逸脱警告開始後に白線検出に不具合が生じた場合であっても、アクチュエータ制御を続行することができるので、撮像装置の白線を検出する信頼性を必要以上に高めなくても逸脱警告装置としての信頼性を保つことができる。
【００１９】
請求項３に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流制御が、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まる台形波入力による開ループ制御により行われると共に、横ジャーク調整手段において、台形波入力の立ち上がり波形、および、立ち下がり波形の傾きが変えられるため、車両の横ジャークの大きさを任意の値に設定することができる。すなわち、車両の横ジャークは、横加速度の単位時間当たりの変化量であることから、操舵トルクの変化速度を変えることにより、横ジャークの大きさを変えることができる。そして、操舵トルクの変化速度は、アクチュエータ駆動電流の変化速度と等価である。
【００２０】
請求項４に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流が、少なくとも立ち上がり波形がステップ入力、もしくは、台形波入力とされ、立ち下がり波形の傾きが立ち上がり波形の傾きに比べて小さい値に設定されるため、逸脱警告終了時に横ジャークの反動成分が抑制され、逸脱警告後の運転者のステアリング操作に対する干渉を減らすことができる。
すなわち、車両の横ジャークの大きさは、横加速度の微分値（単位時間当たりの横加速度の変化量）であることから、アクチュエータ駆動電流の波形を、立ち上がり側と立ち下がり側とで同じ波形に設定すると、逸脱警告終了時には逸脱警告に使用した横ジャークと同じ大きさの反動成分が発生することになる。
【００２１】
請求項５に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形が、入力をステップ入力とするローパスフィルタの出力で与えられるため、入力をステップ入力とする簡単なローパスフィルタ処理により、逸脱警告終了時に横ジャークの反動成分を抑制する駆動電流の立ち下がり波形を得ることができる。
【００２２】
請求項６に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形が、２次以上の遅れ特性を有するローパスフィルタにより生成されるため、アクチュエータ駆動電流の停止遷移処理を行ったときに生じる停止遷移処理開始直後の不連続性が回避され、横ジャークの反動成分が滑らかに抑制され、逸脱警告後の運転者のステアリング操作に対する干渉をより減らすことができる。
すなわち、２次以上の遅れ特性を有するローパスフィルタの場合、ステップ応答波形として、ステップ入力直後の傾きは小さく、時間の経過と共に徐々に傾きを大きくしてゆくという設定が容易に実現できる。また、１次の遅れ特性を有するローパスフィルタや台形波形を用いた場合、アクチュエータ駆動電流の停止遷移処理を行ったときに、停止遷移処理開始直後に不連続性が生じる。
【００２３】
請求項７に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段において、操舵アクチュエータへの駆動電流の入力波形が、車両ヨー角が大きいほど電流値が大きくなるように切り替えられるため、ヨー角が大きく運転者への警告に緊急を要する場合には、強めの横ジャークを発生させることができ、運転者の迅速な逸脱回避操作を促す効果がある。
【００２４】
請求項８に係る発明にあっては、アクチュエータ駆動手段の電流印加時間設定手段において、逸脱判定直前の車両ヨー角に基づき、逸脱回避操作終了後の車両のヨー角がゼロもしくはゼロに近い所定値となるように、操舵アクチュエータへの電流印加時間が設定されるため、逸脱警告開始時のアクチュエータ駆動電流の大小にかかわらず、逸脱警告終了後の車両の走行状態を一様に保つことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における車線逸脱警告装置を実現する実施の形態を、請求項１，２，７，８に対応する第１実施例と、請求項３，４に対応する第２実施例と、請求項５，６に対応する第３実施例とに基づいて説明する。
【００２６】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は第１実施例の車線逸脱警告装置を示す概略構成図であり、図中、１００は操舵アクチュエータ、１０１は撮像装置、１０２はコントロールユニット、１０３は車速センサ、１０４はステアリングホイール角センサ、１０５はターンシグナルスイッチ、１０６はブレーキペダルスイッチ、１０７は油圧パワーステアリング装置、１０８は横加速度センサ、１０９はヨーレートセンサ、１１０は右前輪、１１１は左前輪、１１２はステアリングラック、１１３はステアリングホイール、１１４はナビゲーション装置、１１５はステアリングシャフト、１１６はブザー・スピーカー、１１７は画像処理装置である。
【００２７】
車両前方に向けて取り付けられた撮像装置１０１は、車両前方の映像を取り込み、取り込まれた車両前方の映像は撮像装置１０１と一体となっている画像処理装置１１７へと入力される。画像処理装置１１７で得られた道路形状や車線区分線（白線）の情報は、コントロールユニット１０２へと入力される。なお、個々で説明した撮像装置１０１は、例えば、ＣＣＤカメラであり、コントロールユニット１０２は、例えば、マイクロコンピュータである。
【００２８】
前記コントロールユニット１０２には、車速センサ１０３からの自車速と、ステアリングホイール角センサ１０４からのステアリングホイール角の情報も入力され、これらの情報に基づいて、コントロールユニット１０２は自車両の状態量を算出する。なお、コントロールユニット１０２に入力する信号としては、推定または算出される車両の状態量の精度を向上させるため、横加速度センサ１０８からの横加速度や、ヨーレートセンサ１０９からの車両ヨーレート、また、ナビゲーション装置１１４からの道路のカーブ情報や分岐・合流情報などを加えても良い。
【００２９】
前記コントロールユニット１０２では、車両状態量を推定または算出すると共に、自車速、自車位置、自車の向きに基づいて、車両が車線から逸脱傾向にあると判断された場合には、車線の逸脱回避を運転者に促すための操舵アクチュエータ駆動電流と電流印加時間を決定する。このコントロールユニット１０２では、また、逸脱回避操作を運転者に促すだけでなく、逸脱余裕時間を延ばしたり、場合によっては逸脱を防止するように操舵アクチュエータ駆動電流を決定することもできる。
【００３０】
前記操舵アクチュエータ１００は、減速ギア，電磁クラッチ等を介してステアリングコラムに設けられており、コントロールユニット１０２から供給されるアクチュエータ駆動電流に応じた操舵トルクをステアリングシャフト１１５に伝達し、左右前輪１１０，１１１を転舵させることができる。
【００３１】
図２は第１実施例の車線逸脱警告装置の逸脱警告制御系ブロック図であり、図中、１は舵角検出手段（図１のステアリングホイール角センサ１０４に相当）、２は自車速検出手段（図１の車速センサ１０３に相当）、３は白線検出手段（図１の撮像装置１０１及び画像処理装置１１７に相当）、４はターンシグナル検出手段（図１のターンシグナルスイッチ１０５に相当）、５は車両状態推定手段（図１のコントロールユニット１０２に相当）、６は逸脱判定手段（図１のコントロールユニット１０２に相当）、７は操舵アクチュエータ駆動指令手段（図１のコントロールユニット１０２に相当）、８は操舵トルク付加手段（図１の操舵アクチュエータ１００に相当）、９は車両、１０はブレーキ操作検出手段（図１のブレーキペダルスイッチ１０６に相当）、１１は横加速度検出手段（図１の横加速度センサ１０８に相当）、１２はヨーレート検出手段（図１のヨーレートセンサ１０９に相当）である。
【００３２】
前記車両状態推定手段５には、舵角検出手段１により得られるステアリングホイール角θと、自車速検出手段２により得られる自車速Ｖと、白線検出手段３により得られる道路形状情報や白線情報が入力され、これらの情報に基づいて、車両状態推定手段５は、自車両の状態量（基準となる走行中の車線中央からの横変位ｙcr、横速度dｙcr、ヨー角φ、ヨーレートγ＝dφ）を算出する。なお、車両状態推定手段５に入力する信号としては、車両の状態量の精度を向上させるため、横加速度検出手段１１により得られる横加速度や、ヨーレート検出手段により得られるヨーレートや、図外のナビゲーション情報などが加えられる。
【００３３】
前記逸脱判定手段６は、車両状態推定手段５により推定された車両状態量および自車位置算出結果のうち、自車位置（白線からの距離ｙcdまたは車線中央からの距離ｙcr）、自車の向き（ヨー角φr）、自車速検出手段２からの自車速Ｖに基づいて、車両が左右どちらの車線方向に逸脱傾向があるかを判定する。ここで、車線の逸脱傾向を判定する際には、ターンシグナル検出手段４により得られるターンシグナル信号の有無や、ブレーキ操作検出手段１０により得られるブレーキ操作の有無等により、運転者に車線変更の意思を確認し、運転者の車線変更の意思があると判断した場合には、逸脱警告（逸脱警報）の停止やアクチュエータ駆動電流の停止等の処理を行う。
【００３４】
前記操舵アクチュエータ駆動指令手段７は、逸脱判定手段６による車線逸脱傾向判定結果と、車両状態推定手段５により推定された車両状態量および自車位置算出結果のうち、自車位置（白線からの距離ｙcdまたは車線中央からの距離ｙcr）、自車の向き（ヨー角φr）、自車速検出手段２からの自車速Ｖと、に基づいて、操舵トルク付加手段８に印加する駆動電流Irと電流印加時間Ｔを決定する。
【００３５】
前記操舵トルク付加手段８は、操舵アクチュエータ駆動指令手段７で算出された駆動電流Irを、同じく操舵アクチュエータ駆動指令手段７で算出された電流印加時間Ｔをモータに印加することで、所望の操舵トルクτを車両の構成要素であるステアリングコラムに伝達し、車両の横方向の運動を発生させる。
【００３６】
次に、作用を説明する。
【００３７】
［操舵制御処理］
図３はコントロールユニット１０２で実行される操舵制御処理手順を表すフローチャートである。この操舵制御処理は、所定時間（例えば、10msec）毎のタイマ割込処理として実行される。
【００３８】
先ず、ステップ１２では、ステアリングホイール角センサ１０４からステアリングホイール角θを読み込み、車速センサ１０３から自車速Ｖを読み込み、画像処理装置１１７から白線検出座標を読み込み、ステップ１５に移行する。
【００３９】
次に、ステップ１５では、ステアリングホイール角θ，自車速Ｖ，白線検出座標を用いて、車両状態推定手段５において、自車両の状態量（基準となる走行中の車線中央からの横変位ｙcr、横速度dｙcr、ヨー角φ、ヨーレートγ＝dφ）を算出し、次のステップ１６では、これらの車両状態量に基づいて、車両から白線までの距離ｙcdを算出する。
【００４０】
次のステップ１７では、ステップ１６で算出されたヨー角φrと、車両から白線までの距離ｙcdと、車速センサ１０３から得られた自車速Ｖと、ターンシグナルスイッチ１０５から得られたターンシグナル信号等に基づいて、逸脱判定手段６において、運転者の意図しない車線逸脱を判定し、次いでステップ１８に移行する。
【００４１】
ステップ１８では、ステップ１７により、運転者の意図しない車線逸脱と判定された場合、操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、車線逸脱を回避するのに必要なアクチュエータ駆動電流Irと電流印加時間Ｔを決定し、次いでステップ１９に移行する。
【００４２】
最後にステップ１９では、ステップ１８により決定されたアクチュエータ駆動電流Irが、同じくステップ１８により決定された電流印加時間Ｔだけ印加されるように、実際にアクチュエータ（モータ）に流れる電流のサーボ処理を行う。
【００４３】
［自車両状態量の推定法］
前記ステップ１５における自車両状態量の推定法について説明する。
状態方程式と出力方程式で記述される動的システム
【式１】
【式２】
車両の運動方程式は次式で記述され、
【式３】
β：車体横滑り角、dφ：ヨーレート、
Ｃｆ（Ｃｒ）：前（後）輪コーナリングパワー（二輪分）、
Ｉｆ（Ｉｒ）：重心〜前（後）輪間距離、
δ：前輪実舵角、Ｎ：操舵系ギヤ比
白線を認識する撮像装置１０１は、前方ＬＳ[m]の注視点での目標軌道（車線中央）からの横変位を検出することができる。車両が目標軌道の近傍を走行する場合の近似式が、前方注視点での横変位ｙsrは、目標軌道からの相対横変位ｙcr，相対ヨー角φrを用いて次式により記述される。
【式４】
【式５】
【式６】
【００４４】
［逸脱判断処理］
図４は図３のステップ１７で実行される逸脱判断処理の手順を示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【００４５】
先ず、ステップ３２では、ターンシグナルスイッチ１０５により検出されたターンシグナル信号を用いて運転者の介入操作を判断する。ターンシグナルが検出された場合、ステップ３６へ進み、ステップ３６では、運転者の介入操作が行われたと判断して逸脱判定フラグF_dptに０を代入し、逸脱判断処理を終了する。そして、ステップ３２でターンシグナルが検出されなかった場合、運転者の介入操作が行われなかったと判断してステップ３３へ移行する。ここで、ターンシグナルについてのみ説明したが、同様に、運転者のブレーキ操作をブレーキペダルスイッチ１０６により検出して運転者の介入操作が行われたと判定しても良い。
【００４６】
ステップ３３では、車速Ｖと、ヨー角φrと、予め設定された逸脱余裕時間パラメータに基づいて、逸脱判定閾値ｙdを算出し、ステップ３４へ移行する。
【００４７】
ステップ３４では、車両が右車線方向に逸脱傾向にあるかどうかが判定される。ステップ３３で算出した逸脱判定閾値ｙdと車両の右前輪横変位を比較し、右前輪と右車線の間隔が逸脱判定閾値ｙdよりも小さい場合に右車線方向への逸脱傾向にあると判断して、ステップ３７へ進み、ステップ３７では、逸脱判定フラグF_dptに１を代入し、逸脱判断処理を終了する。右前輪と右車線の間隔が逸脱判定閾値ｙdよりも大きい場合には、左車線方向への逸脱傾向を判定するためにステップ３５へ移行する。
【００４８】
ステップ３５では、車両が左車線方向に逸脱傾向にあるかどうかが判定される。ステップ３３で算出した逸脱判定閾値ｙdと車両の左前輪横変位を比較し、左前輪と左車線の間隔が逸脱判定閾値ｙdよりも小さい場合に左車線方向への逸脱傾向にあると判断して、ステップ３８へ進み、ステップ３８では、逸脱判定フラグF_dptに−１を代入し、逸脱判断処理を終了する。また、左前輪と左車線の間隔が逸脱判定閾値ｙdよりも大きい場合に左右の車線中央部を自車が走行していて逸脱傾向にないと判断して、ステップ３９へ進み、ステップ３９では、逸脱判定フラグF_dptに０を代入し、逸脱判断処理を終了する。
【００４９】
［アクチュエータ駆動電流設定処理］
図５は図３のステップ１８で実行されるアクチュエータ駆動電流設定処理の手順を示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
【００５０】
先ず、ステップ５２では、フラグF_actを参照し、本逸脱警告装置によるアクチュエータ駆動が既に行われているかどうかを判定する。参照したフラグF_actが０であり、アクチュエータ駆動が現時点で行われていなければ、ステップ５３へ進み、ステップ５３では、タイマー変数ｔをクリアし、ステップ５６へ移行する。
【００５１】
次に、ステップ５６では、前記逸脱判断処理により得られた判定逸脱判定フラグF_dptを参照し、この値が０であれば、車両は左右の車線のどちらの方向にも逸脱していないと判断されるので、ステップ５９へ進み、ステップ５９では、アクチュエータ駆動電流Irに０を代入した後、ステップ６３へ移行する。逸脱判定フラグF_dptが０以外の値である場合は、車両が左右どちらかへ逸脱傾向にあると判断されるので、ステップ５７へ進み、ステップ５７では、フラグF_actに１を代入してステップ６０へ移行し、ステップ６０では、車線逸脱を回避するのに必要なアクチュエータ駆動電流Irを算出し、ステップ６２へ移行し、ステップ６２では、ステップ６０で算出されたアクチュエータ駆動電流Irと車両状態推定手段５で推定された車両状態量と、車速センサ１０３から読み込まれた自車速Ｖ等に基づいて、電流印加時間Ｔを設定し、ステップ６３へ移行する。
【００５２】
ステップ５２で参照したフラグF_actが０以外の値を持っている場合、アクチュエータ駆動が既に行われているので、ステップ５４において、電流印加時間を計測するタイマーｔをｄｔだけインクリメントし、ステップ５５へ移行する。ステップ５５では、前記電流印加時間計測タイマーｔが電流印加時間Ｔ未満かどうかが判定され、電流印加時間計測タイマーｔが電流印加時間Ｔに満たない場合、アクチュエータ駆動電流Irと電流印加時間Ｔを保持したまま、ステップ６３へ移行する。ステップ５５において、電流印加時間計測タイマーｔが電流印加時間Ｔに達した場合には、アクチュエータの駆動を停止する処理平行するため、ステップ５８へ進み、ステップ５８ではフラグF_actに０を代入し、次のステップ６１へ進み、ステップ６１では、アクチュエータ駆動電流Irに０を代入する。
【００５３】
ステップ６３では、アクチュエータ駆動電流に、フィルタ処理や時間遷移処理などを施すことにより駆動電流波形を整形し、最終的なアクチュエータ駆動電流波形を生成し、アクチュエータ駆動波形整形処理が終了したら、アクチュエータ駆動電流設定処理を終了する。
【００５４】
［逸脱判断処理の具体的な演算内容例］
図６を用いて逸脱判断処理の具体的な演算内容例を説明する。
第１実施例では、基準となる車線に対する車両のヨー角φの大小に応じて逸脱判断の閾値を可変とするような処理を行っている。車両のヨー角絶対値｜φ｜が所定値φ0より小さい状態で、車両が逸脱傾向にある場合は、横ジャークを発生させる操舵制御の開始タイミングを、前輪が車線を跨ぐ程度に設定しても十分に逸脱を回避できる。また、運転者が車線逸脱傾向に認知することが多少遅れたとしても、車両の車線逸脱速度は十分に低いため、安全に逸脱回避操作を行うことが容易である。従って、操舵制御の開始タイミングを、前輪が車線を跨ぐ程度に設定しても十分に余裕を持って逸脱回避操作を行うことのできるヨー角φ0よりも車両の実ヨー角が大きい場合には、図６に示すように、ヨー角φの増加に応じて車両前輪と車線の距離ｙcdの大小を判断するための逸脱判定閾値ｙdを増加させる。また、同じヨー角φであっても車速Ｖの増加に応じて車線逸脱速度が増加してしまうことから、車速センサ１０３で検出された自車速Ｖの増加に応じて車両前輪と車線との距離ｙcdの大小を判断するための逸脱判定閾値ｙdを増加させる。第１実施例においては、逸脱余裕時間Tを定めた上で、下記の式(8)を用いて逸脱判定閾値ｙdを算出する。
ｙd＝Ｖ×T×（｜φ｜−φ0） (8)
式(8)によると、逸脱判定閾値ｙdは、ヨー角φと自車速Ｖに比例しており、減時点から逸脱余裕時間Tを経過するまでの移動する車両の横移動量である。車両の前輪と車線との距離が逸脱判定閾値ｙdと比較して小さくなった場合、車両が逸脱傾向にあると判断し、判断のための条件式は下記の(9)式で与えられる。
【００５５】
逸脱判断条件
ｗ/2−ｙd＜ｙcd （右車線方向へ逸脱）
ｙcd＜−ｗ/2＋ｙd （左車線方向へ逸脱） (9)
ただし、ｗは車線の巾である。また、ｙcdは走行中の車線を基準とした前輪の横変位であり、
ｙcd＝ｙcr＋H/2（右前輪）
ｙcd＝ｙcr＋H/2（左前輪） (10)
の式を用いて算出する。
【００５６】
［アクチュエータ駆動電流設定処理の具体的な演算内容例］
図７を用いてアクチュエータ駆動電流設定処理の具体的な演算内容例を説明する。
第１実施例では、逸脱判断処理において逸脱傾向にあると判断された場合、逸脱傾向にあると判定された時点での車両のヨー角φrを記憶する。
逸脱傾向にあると判定された時点での車両のヨー角φrが大きい場合には、運転者がより早く逸脱回避操作を行うことが要求されるため、車両の横ジャークを大きめに発生させて強めの警告を発することができるように、アクチュエータ駆動電流Irも大きい値を代入する。図７に示されている第１実施例においては、前記逸脱判断処理で用いたヨー角の所定値φ0の前後において、アクチュエータ駆動電流Irの大小を切り替える構成としているが、アクチュエータ駆動電流Irの切り替えには、前記逸脱判断処理で用いたφ0とは独立な値を用いても良いし、アクチュエータ駆動電流Irの切り替えの数を、第１実施例で用いた２段階ではなく、３段階にしたり、４段階以上にしたり、さらには、無段階にしても良い。
【００５７】
アクチュエータ駆動電流Irに大きな値が代入されるのは、車線逸脱時の車両のヨー角φrが大きかった場合であるが、このような場合には、前記逸脱判断処理においても逸脱判定タイミングを早める処理を行っているため、単純にアクチュエータ駆動電流Irを大きい値にしてしまうと、車両が車線内側に戻りすぎてしまう。これを避けるため、第１実施例では、印加する電流の大きさに応じて、図７に示すように、電流印加時間を可変とし、アクチュエータ駆動電流Irをアクチュエータに印加した場合に車両に発生するヨーレートを用いてヨー角が０または所定値φr（ゼロに近い値）になるまでの時間Ｔを算出し、これを電流印加時間としている。電流印加時間Ｔは、下記の(11)式により算出される。
Ｔ＝（φr−φ）／（Ｋ＊Ir） (11)
ただし、Ｋは予め測定されたヨーレートゲインであり、外乱によるロバスト性を向上させたければヨーレートセンサ１０９により検出されたヨーレートγを用いて、
Ｔ＝（φr−φ）／γ (12)
により電流印加時間を設定して良い。
これにより、車両のヨー角が大きいような場合であって、運転者に急いで適切な操作を促す必要があると考えられるような場合には、大きめの横ジャークを車両に発生させて運転者の強く警告することができ、かつ、逸脱警告後に車両が車線内側に向きすぎて反対側の車線方向に走行してしまうことも防止することができる。
【００５８】
［逸脱警告作用］
図８(a)はアクチュエータ駆動電流波形を示す図、図８(b)は図８(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横加速度特性を示す図、図８(c)は図８(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横ジャーク特性図である。
【００５９】
図８の破線は従来例であり、車両状態量の時間的に連続なフィードバック制御によりアクチュエータ駆動電流を算出したような場合を表している。従来例の場合、車両状態量の時間的に連続なフィードバック制御を行っているため、車線に接近するにつれて、徐々にアクチュエータ駆動電流Irが増加し、操舵アクチュエータの発生する操舵トルクが滑らかに発生することにより、車両の横加速度、横ジャークが共に小さい値に保たれ、その結果、運転者は車両が車線から逸脱傾向にあることをあまり意識しないまま、車両の車線逸脱が回避される。
【００６０】
これに対して、第１実施例の場合、実線で示すように、車両前輪と車線との距離が逸脱判定閾値ｙdよりも接近したところで、車両の状態量によらない方形波入力で操舵アクチュエータ１００が駆動される。方形波入力の立ち上がり時は、瞬時に０[A]からIr[A]の電流が操舵アクチュエータ１００に印加されるため、印加電流に比例して操舵トルクも急激に増加する。操舵トルクは、ステアリングホイール角θや車両の横加速度と相関が強く、したがって、ステアリングホイール角θの微分値であるステアリングホイール角速度や横加速度の微分値である横ジャークは、操舵トルクの微分値、すなわち、操舵アクチュエータ１００に印加される電流値の単位時間当たりの変化巾と強い相関がある。
【００６１】
したがって、車両が車線に逸脱傾向にあると判断された場合、車線に接近中の車両の状態量によらない所定値以上の絶対値を持つ方形波入力で操舵アクチュエータ１００を駆動することにより、所定値以上の横ジャークを車両に発生させることができる。人間はジャークに敏感であるため、自車両が車線逸脱傾向にあることや、適切な操舵方向を瞬時に認知することができるので、運転者の適切かつ迅速な車線逸脱回避操作を促すことができる。
【００６２】
例えば、横加速度を必要としない直線路を走行中であっても、初心者の運転のように、頻繁に修正操舵を行った場合は横加速度が変動し、乗り心地が悪化する。すなわち、横加速度の変動に対して人間は非常に敏感である。横加速度の変動を表す量として、横ジャーク（横加速度の微分値≒単位時間当たりの横加速度の変化量）が定義され、車線逸脱時には、積極的に横ジャークを車線内側に向けて発生させることにより、運転者の適切で迅速な回避操舵を促すことができる。
逆に、横ジャークの発生が小さい状態で走行することができれば、カーブを走行中のようにある程度大きな横加速度が生じた場合でも、乗員に与える不快感は小さい。
【００６３】
次に、効果を説明する。
【００６４】
(1)車両が走行路から逸脱傾向にあるかどうかを判定する逸脱判定手段６と、車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、車両に所定値以上の横ジャークを車線内側に向けて発生させる車線逸脱警告手段として操舵アクチュエータ駆動指令手段７とを設けたため、運転者が意図しない車線逸脱傾向時、運転者は横ジャークを敏感に感じとることにより、適切な操舵方向が瞬時に認識され、運転者の適切かつ迅速な車線逸脱回避操作を促すことができる。
【００６５】
(2)車線逸脱警告手段として操舵アクチュエータ駆動指令手段７が用いられ、操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、逸脱判定手段６により車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、車両に所定値以上の横ジャークが車線内側に向けて発生するように、操舵アクチュエータ１００を駆動するようにしたため、操舵アクチュエータを備えたレーンキープ制御システム等が搭載された車両の場合、新たに操舵アクチュエータ１００を設ける必要なく、既存の操舵アクチュエータ１００を車線逸脱警告手段として流用することができる。
【００６６】
(3)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流制御を、車両状態量によらないで、逸脱判定直前の逸脱条件から決まるステップ入力による開ループ制御により行なう、すなわち、車線逸脱警告時の操舵アクチュエータ１００の駆動に関しては、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件（例えば、逸脱方向と逸脱速度）から決まるステップ入力による開ループ制御としているため、車両状態推定量のノイズ成分による不要な制御を遮断でき、一方向のみに操舵トルクと横加速度が発生し、正しい進行方向を確実に運転者に伝えることができる。
さらに、逸脱警告開始後に白線検出に不具合が生じた場合であっても、アクチュエータ制御を続行することができるので、撮像装置１０１の白線を検出する信頼性を必要以上に高めなくても逸脱警告装置としての信頼性を保つことができる。
【００６７】
(4)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流の入力波形が、車両ヨー角φが大きいほどアクチュエータ駆動電流Irが大きくなるように切り替えられるため、ヨー角φが大きく運転者への警告に緊急を要する場合には、強めの横ジャークを発生させることができ、運転者の迅速な逸脱回避操作を促す効果がある。
【００６８】
(5)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、逸脱判定直前の車両ヨー角φに基づき、逸脱回避操作終了後の車両のヨー角がゼロもしくはゼロに近い所定値φrとなるように、操舵アクチュエータ１００への電流印加時間Ｔが設定されるため、逸脱警告開始時のアクチュエータ駆動電流Irの大小にかかわらず、逸脱警告終了後の車両の走行状態を一様に保つことができる。
【００６９】
（第２実施例）
第２実施例は、図９の実線に示すように、操舵アクチュエータ１００に印加する駆動電流波形を、立ち上がり時と立ち下がり時に傾きを与えた台形波入力とした例である。ここで、図９(a)はアクチュエータ駆動電流波形を示す図、図９(b)は図９(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横加速度特性を示す図、図９(c)は図９(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横ジャーク特性図であり、実線は第１実施例である。
なお、第２実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００７０】
次に、効果を説明する。
【００７１】
この第２実施例の車線逸脱警告装置では、第１実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００７２】
(6)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流制御が、車両状態量によらないで、逸脱判定直前の逸脱条件から決まる台形波入力による開ループ制御により行うため、台形波入力の立ち上がり波形、および、立ち下がり波形の傾きが変えることで、図９(c)の横ジャーク調整代に示すように、車両の横ジャークの大きさを任意の値に設定する横ジャーク調整機能を得ることができる。
すなわち、車両の横ジャークは、横加速度の単位時間当たりの変化量であることから、操舵トルクの変化速度を変えることにより、横ジャークの大きさを変えることができる。そして、操舵トルクの変化速度は、アクチュエータ駆動電流の変化速度と等価である。
【００７３】
（第３実施例）
第３実施例は、第２実施例と同様に、操舵アクチュエータ１００に印加する駆動電流波形を、立ち上がり時と立ち下がり時に傾きを与えた台形波入力とすると共に、図９の破線に示す立ち下がり波形の傾きを、図９の実線に示す立ち上がり波形の傾きに比べて小さい値に設定した例である。なお、第３実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００７４】
次に、効果を説明する。
【００７５】
この第３実施例の車線逸脱警告装置では、第１実施例及び第２実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００７６】
(7)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流を、立ち上がり時と立ち下がり時に傾きを与えた台形波入力とし、立ち下がり波形の傾きを立ち上がり波形の傾きに比べて小さい値に設定したため、図９(c)の横ジャーク調整代に示すように、逸脱警告終了時に横ジャークの反動成分が抑制され、逸脱警告後の運転者のステアリング操作に対する干渉を減らすことができる。
すなわち、車両の横ジャークの大きさは、横加速度の微分値（単位時間当たりの横加速度の変化量）であることから、アクチュエータ駆動電流の波形を、立ち上がり側と立ち下がり側とで同じ波形に設定すると、図９(c)の実線特性に示すように、逸脱警告終了時には逸脱警告に使用した横ジャークと同じ大きさの反動成分が発生することになる。
なお、立ち上がり波形は、台形入力ではなく、第１実施例のように、ステップ入力であっても適用することができる。
【００７７】
（第４実施例）
第４実施例は、第１実施例と同様に、操舵アクチュエータ１００に印加する駆動電流波形の立ち下がり波形をステップ入力とし、立ち下がり波形を、図１０(a)の実線に示すように、入力をステップ入力とする１次遅れ特性のローパスフィルタの出力で与えるようにした例である。ここで、図１０(a)はアクチュエータ駆動電流波形を示す図、図１０(b)は図１０(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横加速度特性を示す図、図１０(c)は図１０(a)に示すアクチュエータ駆動電流波形を印加した場合の車両横ジャーク特性図であり、実線は第４実施例である。
なお、第４実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００７８】
次に、効果を説明する。
【００７９】
この第４実施例の車線逸脱警告装置では、第１実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００８０】
(8)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流の立ち下がり波形が、入力をステップ入力とするローパスフィルタの出力で与えられるため、入力をステップ入力とする簡単なローパスフィルタ処理により、図１０(c)の第４実施例による効果代に示すように、逸脱警告終了時に横ジャークの反動成分を抑制する駆動電流の立ち下がり波形を得ることができる。
【００８１】
（第５実施例）
第５実施例は、第１実施例と同様に、操舵アクチュエータ１００に印加する駆動電流波形の立ち下がり波形をステップ入力とし、立ち下がり波形を、図１０(a)の実線に示すように、入力をステップ入力とする２次遅れ特性のローパスフィルタの出力で与えるようにした例である。なお、第５実施例の他の構成及び作用は第１実施例と同様であるので、図示並びに説明を省略する。
【００８２】
次に、効果を説明する。
【００８３】
この第５実施例の車線逸脱警告装置では、第１実施例の効果に加え、下記の効果を得ることができる。
【００８４】
(9)操舵アクチュエータ駆動指令手段７において、操舵アクチュエータ１００への駆動電流の立ち下がり波形が、２次の遅れ特性を有するローパスフィルタにより生成されるため、図１０(c)の第５実施例による効果代に示すように、アクチュエータ駆動電流Irの停止遷移処理を行ったときに生じる停止遷移処理開始直後の不連続性が回避され、横ジャークの反動成分が滑らかに抑制され、逸脱警告後の運転者のステアリング操作に対する干渉をより減らすことができる。
すなわち、２次以上の遅れ特性を有するローパスフィルタの場合、ステップ応答波形として、ステップ入力直後の傾きは小さく、時間の経過と共に徐々に傾きを大きくしてゆくという設定が容易に実現できる。
【００８５】
（他の実施例）
以上、本発明の車線逸脱警告装置を第１実施例ないし第５実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００８６】
例えば、第１〜第５実施例では、車線逸脱警告として横ジャークを車両に発生させる手段として、操舵アクチュエータを用いて操舵トルクを与える手段の例を示したが、非制動操作時においても各輪のブレーキ液圧を独立に制御できるブレーキ液圧アクチュエータを用い、逸脱判定時に左右輪に制動力差を与えることで横ジャークを車両に発生させるようにしても良い。
【００８７】
また、第１〜第５実施例では、逸脱判定手段として、車速Ｖと逸脱余裕時間Tとヨー角φにより逸脱判定閾値ｙdを決め、車線巾ｗと前輪横変位ｙcdとにより逸脱判断条件を決める例を示したが、具体的な逸脱判定手法は、実施例に示した手法以外の手法を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の車線逸脱警告装置を示す概略構成図である。
【図２】第１実施例の車線逸脱警告装置の逸脱警告制御系ブロック図である。
【図３】第１実施例装置のコントロールユニットで実行される操舵制御処理手順を示すフローチャートである。
【図４】第１実施例装置のコントロールユニットで実行される逸脱判断処理手順を示すフローチャートである。
【図５】第１実施例装置のコントロールユニットで実行されるアクチュエータ駆動電流設定処理手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施例装置での逸脱判断処理例を示す図である。
【図７】第１実施例装置でのアクチュエータ駆動電流設定処理例を示す図である。
【図８】第１実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、従来例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークとの比較特性図である。
【図９】第２実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、第３実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、従来例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークとの比較特性図である。
【図１０】第４実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、第５実施例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークと、従来例における駆動電流波形と車両横加速度と横ジャークとの比較特性図である。
【符号の説明】
１ 舵角検出手段
２ 自車速検出手段
３ 白線検出手段
４ ターンシグナル検出手段
５ 車両状態推定手段
６ 逸脱判定手段
７ 操舵アクチュエータ駆動指令手段
８ 操舵トルク付加手段
９ 車両
１０ ブレーキ操作検出手段
１１ 横加速度検出手段
１２ ヨーレート検出手段
１００ 操舵アクチュエータ
１０１ 撮像装置
１０２ コントロールユニット
１０３ 車速センサ
１０４ ステアリングホイール角センサ
１０５ ターンシグナルスイッチ
１０６ ブレーキペダルスイッチ
１０７ 油圧パワーステアリング装置
１０８ 横加速度センサ
１０９ ヨーレートセンサ
１１０ 右前輪
１１１ 左前輪
１１２ ステアリングラック
１１３ ステアリングホイール
１１４ ナビゲーション装置
１１５ ステアリングシャフト
１１６ ブザー・スピーカー
１１７ 画像処理装置
Claims (8)
- 車両が走行路から逸脱傾向にあるかどうかを判定する逸脱判定手段と、
前記逸脱判定手段により車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、車線逸脱を警告する車線逸脱警告手段と、
を備えた車線逸脱警告装置において、
前記逸脱判定手段は、車両が走行路から右車線方向への逸脱傾向か左車線方向への逸脱傾向かにより車線中央部に向かう車線内側方向を判定し、
車両のステアリング機構に駆動力を付与する操舵アクチュエータを設け、
前記車線逸脱警告手段を、逸脱判定手段により車両が走行路から逸脱傾向にあると判定された場合、横加速度の変動を表す量としての横ジャークが車線内側に向けて車両に発生するように、前記操舵アクチュエータを瞬時に立ち上がる電流により駆動させるアクチュエータ駆動手段としたことを特徴とする車線逸脱警告装置。 - 請求項１に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流制御を、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まるステップ入力による開ループ制御により行う手段であることを特徴とする車線逸脱警告装置。 - 請求項１に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流制御を、車両状態量を用いた時間的に連続なフィードバック制御ではなく、逸脱判定直前の逸脱条件から決まる台形波入力による開ループ制御により行うと共に、台形波入力の立ち上がり波形、および、立ち下がり波形の傾きを変えることによる横ジャーク調整手段を備えた手段であることを特徴とする車線逸脱警告装置。 - 請求項１に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流を、少なくとも立ち上がり波形がステップ入力、もしくは、台形波入力であり、立ち下がり波形の傾きを立ち上がり波形の傾きに比べて小さい値に設定した手段であることを特徴とする車線逸脱警告装置。 - 請求項４に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形を、入力をステップ入力とするローパスフィルタの出力で与える手段であることを特徴とする車線逸脱警告装置。 - 請求項５に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流の立ち下がり波形を生成するローパスフィルタが、２次以上の遅れ特性を有する手段であることを特徴とする車線逸脱警告装置。 - 請求項１ないし請求項５の何れか１項に記載の車線逸脱警告装置において、
車両ヨー角を検出するヨー角検出手段を設け、
前記アクチュエータ駆動手段は、操舵アクチュエータへの駆動電流の入力波形を、車両ヨー角が大きいほど電流値が大きくなるように切り替える手段であることを特徴とする車線逸脱警告装置。 - 請求項７に記載の車線逸脱警告装置において、
前記アクチュエータ駆動手段は、逸脱判定直前の車両ヨー角に基づき、逸脱回避操作終了後の車両のヨー角がゼロもしくはゼロに近い所定値となるように、前記操舵アクチュエータへの電流印加時間を設定する電流印加時間設定手段を備えた手段であることを特徴とする車線逸脱警告装置。
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