JP3807262B2 - 車線追従走行制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行車線を検出し、これに追従して走行する車線追従走行制御装置に関するものであり、特に運転者による操舵介入時の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車線追従走行制御装置としては、例えば特開平７−８１６０２号公報（以下、第１従来例とも記す）や特開平９−１４２３２７号公報（以下、第２従来例とも記す）に記載されたものがある。このうち、前記第１従来例は、走行車線に対する自車両の相対位置を算出し、次いで車両を目標ラインに載せるための目標操舵角を算出し、操舵サーボ系により、目標操舵角と実操舵角とが一致するように、アクチュエータの入力である電流や油圧を制御する。また、前記第２従来例は、同様の車線追従走行制御装置において、運転者による操舵介入がなされた場合、アクチュエータへの指令トルクを規制し、操舵介入を容易にしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１従来例のような車線追従走行制御装置では、車線追従性能を向上させるため、操舵サーボ系は位相遅れが小さく設定されており、フィードバックゲインも大きく、車線追従走行制御中に運転者が操舵介入しようとしてもステアリングホイールは殆ど動かない。
【０００４】
そこで、操舵サーボ系のない制御系を構成することが考えられる。即ち、操舵アクチュエータへの指令トルクを制御対象の入力とし、車両挙動を制御対象の出力と見なしてフィードバック系を構成するのである。これにより、操舵角に関するフィードバック係数を小さくすることができ、介入を容易にすることが可能となる。しかし、このようなフィードバック系でも、操舵角に関するフィードバックは依然として存在するから、操舵介入が十分に容易になるものではない。
【０００５】
一方、前記第２従来例では、前述のようにアクチュエータへの指令トルクを規制することにより操舵介入が容易になっている。しかしながら、車線追従走行性能の向上を図る車線追従走行制御装置に適用する場合には、操舵介入時の反力トルクのフィーリングがよくないという問題が発生する。即ち、車線追従走行制御装置における指令トルクは、走行車線に対する自車両の姿勢以外に、操舵系のフリクションを補償しているため、再現性がなく、ノイズが大きいため、運転者は反力を予測することができず、操舵介入時に違和感が発生する。
【０００６】
本発明は、これらの諸問題を解決すべく開発されたものであり、操舵介入そのものを容易化すると共に、そのときのフィーリングが良好な車線追従走行制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記諸問題を解決するため、本発明のうち請求項１に係る車線追従走行制御装置は、自車両の走行車線の曲率を検出する車線曲率検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の横位置を検出する横位置検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の方向を検出する方向検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段又は操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、自車両の走行速度を検出する速度検出手段と、指令トルクに応じた操舵トルクを発生させる操舵トルク発生手段と、前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記横位置検出手段で検出された走行車線に対する自車両の横位置及び前記方向検出手段で検出された走行車線に対する自車両の方向及び前記操舵角検出手段で検出された操舵角及び操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び速度検出手段で検出された走行速度に基づいて、操舵系に加わる運転者の操舵介入トルク又は操舵系のフリクショントルクを含む外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、少なくとも前記操舵角検出手段で検出された操舵角及び操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び外乱トルク算出手段で算出された外乱トルクのフィードバック分を含めて前記操舵トルク発生手段に指令する指令トルクを算出する操舵トルク制御手段とを備え、前記操舵トルク制御手段は、前記外乱トルク算出手段で算出された外乱トルクが所定値以上であるときに、前記指令トルクのうちの操舵角速度及び外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記速度検出手段で検出された走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のうち請求項２に係る車線追従走行制御装置は、前記請求項１の発明において、前記定常旋回固定手段は、前記外乱トルクが前記所定値以下である場合に、当該外乱トルクが大きくなるほど、前記外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、前記操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項３に係る車線追従走行制御装置は、前記請求項１又は２の発明において、前記定常旋回固定手段は、前記外乱トルクが前記所定値以下となってから、前記外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のうち請求項４に係る車線追従走行制御装置は、自車両の走行車線の曲率を検出する車線曲率検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の横位置を検出する横位置検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の方向を検出する方向検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段又は操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、自車両の走行速度を検出する速度検出手段と、操舵系に加わる運転者の操舵介入トルクを検出する操舵介入トルク検出手段と、指令トルクに応じた操舵トルクを発生させる操舵トルク発生手段と、前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記横位置検出手段で検出された走行車線に対する自車両の横位置及び前記方向検出手段で検出された走行車線に対する自車両の方向及び前記操舵角検出手段で検出された操舵角又は操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び速度検出手段で検出された走行速度に基づいて、操舵系のフリクショントルクからなる外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、少なくとも前記操舵角検出手段で検出された操舵角及び操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び外乱トルク算出手段で算出された外乱トルクのフィードバック分を含めて前記操舵トルク発生手段に指令する指令トルクを算出する操舵トルク制御手段とを備え、前記操舵トルク制御手段は、前記操舵介入トルク検出手段で検出された操舵介入トルクが所定値以上であるときに、前記指令トルクのうちの外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記速度検出手段で検出された走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のうち請求項５に係る車線追従走行制御装置は、前記請求項４の発明において、前記定常旋回固定手段は、前記操舵介入トルクが前記所定値以下である場合に、当該操舵介入トルクが大きくなるほど、前記外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、前記操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のうち請求項６に係る車線追従走行制御装置は、前記請求項４又は５の発明において、前記定常旋回固定手段は、前操舵介入トルクが前記所定値以下となってから、前記外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の効果】
而して、本発明のうち請求項１に係る車線追従走行制御装置によれば、検出された車線曲率及び走行車線に対する自車両の横位置及び走行車線に対する自車両の方向及び操舵角又は操舵角速度及び走行速度に基づいて、操舵系に加わる運転者の操舵介入トルク及び操舵系のフリクショントルクを含む外乱トルクを算出し、この外乱トルクが所定値以上であるときに、指令トルクのうちの操舵角速度及び外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を車線曲率及び走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定する構成としたため、運転者が操舵介入すると、外乱トルクが大きくなり、それが所定値以上になると外乱トルクのフィードバック分が零となると共に、そのときの操舵角のフィードバック分が旋回保舵力を与えるのみとなり、操舵角変化によるフィードバック変化は発生しないため、操舵介入が容易になると共に、運転者の予想できない外乱トルクのフィードバック分が零になるため、操舵介入時のフィーリングが向上する。また、操舵角速度を用いる場合、操舵角センサの中立位置出しの面倒がない。
【００１３】
また、本発明のうち請求項２に係る車線追従走行制御装置によれば、外乱トルクが所定値以下である場合に、当該外乱トルクが大きくなるほど、外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることとしたため、運転者が操舵介入して操舵介入トルクが大きくなるにつれて、それを外乱トルクとするフィードバック分が連続的に小さくなり、同時に操舵角のフィードバック分が定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に連続的に近づくことになり、より一層、操舵介入が容易になると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００１４】
また、本発明のうち請求項３に係る車線追従走行制御装置によれば、外乱トルクが所定値以下となってから、外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すこととしたため、運転者が操舵介入を止めたとき、若しくは操舵介入を止めようとしたときには、車線追従走行制御にゆっくりと移行し、操舵トルクがゆっくりとアシストされることになり、そのときのフィーリングが向上する。
【００１５】
また、本発明のうち請求項４に係る車線追従走行制御装置によれば、操舵介入トルクを検出すると共に、検出された車線曲率及び走行車線に対する自車両の横位置及び走行車線に対する自車両の方向及び操舵角又は操舵角速度及び走行速度に基づいて、操舵系のフリクショントルクをからなる外乱トルクを算出し、前記検出された操舵介入トルク所定値以上であるときに、指令トルクのうちの操舵角速度及び外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を車線曲率及び走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定する構成としたため、運転者が操舵介入して操舵介入トルクが大きくなり、それが所定値以上になると外乱トルクのフィードバック分が零となると共に、そのときの操舵角のフィードバック分が旋回保舵力を与えるのみとなり、操舵角変化によるフィードバック変化は発生しないため、操舵介入が容易になると共に、運転者の予想できない外乱トルクのフィードバック分が零になるため、操舵介入時のフィーリングが向上する。また、操舵角速度を用いる場合、操舵角センサの中立位置出しの面倒がない。
【００１６】
また、本発明のうち請求項５に係る車線追従走行制御装置によれば、操舵介入トルクが所定値以下である場合に、当該操舵介入トルクが大きくなるほど、外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることとしたため、運転者が操舵介入して操舵介入トルクが大きくなるにつれて、操舵系フリクショントルクを補償するフィードバック分が連続的に小さくなり、同時に操舵角のフィードバック分が定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に連続的に近づくことになり、より一層、操舵介入が容易になると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００１７】
また、本発明のうち請求項６に係る車線追従走行制御装置によれば、操舵介入トルクが所定値以下となってから、外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すこととしたため、運転者が操舵介入を止めたとき、若しくは操舵介入を止めようとしたときには、車線追従走行制御にゆっくりと移行し、操舵トルクがゆっくりとアシストされることになり、そのときのフィーリングが向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を伴って説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す概略構成図であり、図１ｂにおいて、１ＦＬ，１ＦＲは前輪、１ＲＬ及び１ＲＲは後輪を示し、前輪１ＦＬ，１ＦＲには一般的なラックアンドピニオン式の操舵機構が配設されている。この操舵機構は、前輪１ＦＬ，１ＦＲの操舵軸（タイロッド）に接続されるラック２と、これに噛合するピニオン３と、このピニオン３をステアリングホイール４に与えられる操舵トルクで回転させるステアリングシャフト５とを備えている。
【００１９】
また、ステアリングシャフト５におけるピニオン３の上部には、前輪１ＦＬ，１ＦＲを自動操舵するための操舵アクチュエータを構成する自動操舵機構１３が配設されている。この自動操舵機構１３は、ステアリングシャフト５と同軸に取付けられたドリブンギヤ１４と、これに噛合するドライブギヤ１５と、このドライブギヤ１５を回転駆動する自動操舵用モータ１６とから構成されている。なお、自動操舵モータ１６とドライブギヤ１５との間にはクラッチ機構１７が介装されており、自動操舵制御時にのみクラッチ機構１７が締結され、そうでないときにはクラッチ機構１７が非締結状態となって自動操舵モータ１６の回転力がステアリングシャフト５に入力されないようにしている。
【００２０】
また、車両には種々のセンサ類が取付けられている。図中、２１は操舵角センサであって、ステアリングシャフト５の回転角から操舵角θを検出してコントロールユニット１０に出力する。また、図示しない自動変速機の出力側に走行速度センサ２２が取付けられ、この走行速度センサ２２で検出された走行速度Ｖもコントロールユニット１０に出力される。ここで、前記操舵角センサ２１で検出される操舵角θは、例えば右操舵時に正値、左操舵時に負値となるように設定されている。また、この操舵角センサ２１は、例えばロータリエンコーダなどによって構成されており、操舵の方向と大きさがわかるほか、操舵の速度を検出することも可能である。
【００２１】
さらに、車室内のインナーミラーステー等の固定部には、図１ａに示すように、ＣＣＤカメラ等の単眼カメラ２５が設置され、車両前方状況を撮像し、撮像した画像データをカメラコントローラ２６に出力する。このカメラコントローラ２６は、例えば特開平１１−１０２４９９号公報に記載されているように、単眼カメラ２５の画像データを二値化等の処理により自車両近傍の白線を検出すると共に、所定の車両前方注視点での走行車線に対する自車両の相対横変位ｙCr、車両の白線の接線に対するヨー角Φｒ、走行車線前方の曲率ρを算出し、これらをコントロールユニット１０に出力する。なお、走行車線に対する自車両の相対横変位とは、例えば走行車線の中央に対して自車両が如何ほど横方向にずれているかを表すものとする。
【００２２】
コントロールユニット１０は、図示しないマイクロコンピュータ等の離散化されたディジタルシステムで構成され、入力されたヨー角Φｒ、相対横偏位ｙCr、車線曲率ρに基づいて車線追従に必要な操舵指令トルクを求め、その操舵指令トルクを達成するための指令電流ｉを算出し、この指令電流ｉを電流サーボ系を介して自動操舵用モータ１６に出力することにより、車線追従走行制御を行う。
【００２３】
図２に、本実施形態のコントロールユニットの構成をブロック図化して示す。この実施形態では、前記指令電流（の前回値）ｉ、操舵角センサ２１で検出された操舵角θ、カメラコントローラ２６で算出された車線曲率ρ及び走行車線に対する自車両の横変位ｙCrを用いて、オブザーバ（状態推定器）６によって車両状態量及び車線曲率ρ、外乱トルクＴｄをベクトルとして算出（推定）する。そして、このオブザーバ６で算出した車両状態量及び車線曲率ρ、外乱トルクＴｄに基づいてレギュレータ７で指令電流ｉを算出出力する。
【００２４】
図３には、オブザーバ６の構成を示す。図３中、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、システムの構成から決定される行列、Ｋｅは観測ノイズによって決定される行列である。以下、操舵外乱を考慮した各行列の設定方法について説明する。ここでは、運転者による操舵介入トルクと操舵系のフリクショントルクとの和を外乱トルクＴｄとし、前記指令電流ｉ及び車線曲率ρを入力、前記外乱トルクＴｄを非制御の入力（即ち、外乱）とする状態方程式は、下記１式で表れる。
【００２５】
【数１】
【００２６】
また、前記１式中の行列の各要素は、下記２式で表れる。
【００２７】
【数２】
【００２８】
また、出力方程式の一例を下記３式で表す。
【００２９】
【数３】
【００３０】
この場合、出力は操舵角θ、及び前方注視点横変位ｙS1、ｙS2（２点）である。但し、図３に示すように、オブザーバ６が想定するシステムには外乱が存在していない（１式中の外乱トルクＴｄがない）。この問題を解決する方法が外乱オブザーバと呼ばれるもので、外乱を白色ノイズで駆動される一次系で近似し、状態量に組み入れるものである。下記４式に、操舵外乱の振る舞いを近似する一次式を示す。
【００３１】
【数４】
【００３２】
この４式中のλ及びωの分散の決定方法について説明する。まず、外乱トルクＴｄの振る舞いを、振幅Ｔｄ0 が一定で、周期が不確定な、ポアソン方形波で近似する。例えば、操舵系のフリクションの上限値を振幅Ｔｄ0 に代入する。操舵系のフリクションは不確定であるが、例えば１秒間に、どの程度、零を横切るかで近似することとし、その回数をνTdとする。このポアソン近似を、前記４式の近似に戻すと、下記５式、６式を得る。これにより、４式中のλ及びωの分散が決定できる。
【００３３】
【数５】
【００３４】
そして、前記４式を前記１式に代入して下記７式が得られる。
【００３５】
【数６】
【００３６】
同様に、前記４式を前記２式に代入して下記８式が得られる。
【００３７】
【数７】
【００３８】
前記７式及び８式を略記して、前記オブザーバ構成内のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各行列を得る。また、前記行列Ｋｅはカルマンフィルタの構成法が知られており、観測ノイズの分散（この場合には前方注視点横変位のノイズの分散）と、状態量に加わるノイズの分散（この場合には操舵外乱に加わるノイズωの分散）及び前記行列Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから決定されるが、詳細は、発明の本質から離れるため、ここでは省略する。
【００３９】
前記７式が、制御対象を表す式であるが、制御対象の入力には、制御量である指令電流ｉの他に車線曲率ρが存在し、後述するレギュレータを設計するための通常の最適制御設計ができない。これを解決する方法として、確率論的最適レギュレータ設計法が知られており、制御量以外のシステムの入力を白色ノイズで駆動される一次系で近似し、状態量に組み入れるものである。道路曲率ρの振る舞いを近似する一次式を下記９式に示す。
【００４０】
【数８】
【００４１】
この９式中のλρ及びωρの分散の決定方法について説明する。まず、道路曲率ρの振る舞いを、振幅ρ0 が一定で、周期が不確定な、ポアソン方形波で近似する。例えば、想定する車線の曲率平均を振幅ρ0 に代入する。車線曲率の変化は不確定であるが、例えば１秒間に、どの程度、零を横切るかで近似することとし、その回数をνρとする。このポアソン近似を、前記９式の近似に戻すと、下記１０式、１１式を得る。これにより、９式中のλρ及びωρの分散が決定できる。
【００４２】
【数９】
【００４３】
そして、前記９式を前記７式に代入して下記１２式が得られる。この１２式に最適制御理論を適用して、レギュレータを構成する各フィードバック係数ｋ1 〜ｋ8 を設定することができるが、その詳細は、発明の本質から離れるため、ここでは省略する。
【００４４】
【数１０】
【００４５】
次に、前記図２のレギュレータ７の構成について説明する。ここでは、まず基準となるレギュレータの構成を示し、それを修正して適正なレギュレータを構成する。ベースとなるレギュレータの構成を下記１３式に示す。式中、ｋ1 〜ｋ8 は前記１２式から設定したフィードバック係数である。
【００４６】
【数１１】
【００４７】
これに対し、本実施形態では、前記外乱トルクＴｄに応じて、前記フィードバック係数ｋ5 〜ｋ7 を、図４に示すフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mに変更して使用する。この図４では、前記外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が比較的絶対値の小さな所定値Ｔｄ1 以下の領域では、各フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mは、前記設定されたフィードバック係数所定値ｋ5 〜ｋ7 一定であり、当該外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が比較的絶対値の大きな所定値Ｔｄ2 以上の領域では、各フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mは“０”であり、二つの所定値Ｔｄ1 〜所定値Ｔｄ2 の間の領域では、外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜の増大に伴って、各フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mはリニアに小さくなる。なお、前記比較的小さな所定値Ｔｄ1 には、操舵系のフリクショントルクの上限値を設定する。また、前記１３式中の操舵角θに関するフィードバック分を下記１４式のように修正する。
【００４８】
【数１２】
【００４９】
つまり、外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記所定値Ｔｄ2 以上の領域では、フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mが“０”である、即ち前記１４式中の操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄのフィードバック分が零になることを意味し、また外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記所定値Ｔｄ1 以上の領域では、フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mが次第に小さくなる、即ち前記１４式中の操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄのフィードバック分が次第に小さくなることを意味している。なお、外乱トルクを絶対値表示したのは、例えば前記操舵角θに代表されるように、操舵の方向、車両の回転方向、車両の横位置等に正負の符号を付したためである。
【００５０】
また、前記１４式中のθ0 は車線曲率ρ及び走行速度Ｖから得られる定常旋回操舵角であり、以下のようにして求める。即ち、前記１式の第１行〜第３行において、定常旋回状態であることから、ヨー角加速度φ”＝０、ヨー角速度φ'r＝０、横加速度ｙ" Cr＝０であり、下記１５式〜１７式を得る。
【００５１】
【数１３】
【００５２】
この１５式〜１７式からヨー角速度φ’、ヨー角φｒを消去して、下記１８式により定常旋回操舵角θ0 が得られる。
【００５３】
【数１４】
【００５４】
更に、本実施形態では、前記フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを設定する際に、前記外乱トルクＴｄに代えて、下記１９式で定義される外乱トルクＴｄを用いる。なお、式中のｍａｘは最大値を返す演算子であり、Ｇ(s) は一次遅れ系のローパスフィルタである。
【００５５】
【数１５】
【００５６】
この１９式で定義される外乱トルクの振る舞いを図５に示す。同図は、ステアリングホイールを右切りしてから切り戻し、更に左切りしてから切り戻したときの操舵角θに伴う外乱トルクＴｄとローパスフィルタ処理された外乱トルクＧ(s) ・Ｔｄ、及びその絶対値、及びそれらの最大値（≡Ｔｄ）を示したものである。操舵角θに伴う外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜では、ステアリングホイールを切り戻してから逆方向に切り増しするとき（未だ、操舵介入中）に、前記操舵系のフリクショントルク相当に設定された所定値Ｔｄ1 以下となるため、前記操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄに係るフィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7mが前記所定値ｋ5 、ｋ6 、ｋ7 になってしまい、それらのフィードバック分が大きくなり、操舵が重くなる恐れがある。そこで、操舵角θに伴う外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜にローパスフィルタＧ(s) 、即ち時間的遅れをかけ、両者のうちの大きい方を、フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7m設定のための新たな外乱トルクＴｄとして用いるようにすることで、未だ操舵介入中の切り戻しから切り増し時に、当該外乱トルクＴｄを前記所定値Ｔｄ1 以下とならないようにして、フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを小さな値とし、もって前記操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄのフィードバック分を小さくして、操舵介入中に操舵が重くならないようにすることができる。逆に、操舵非介入の状態から操舵介入に移行したときには、前記フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7m設定のための新たな外乱トルクＴｄは遅れがないので、前記操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄのフィードバック分を小さくする状態に速やかに移行できる。
【００５７】
次に、上記実施形態の動作をコントロールユニット１０で実行する操舵制御処理手順を表す図６のフローチャートを伴って説明する。
この操舵制御処理は、所定サンプリング時間ΔＴ（例えば１０msec. ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、前記操舵角センサ２１で検出された操舵角θを読込む。
【００５８】
次にステップＳ３に移行して、前記走行速度センサ２２で検出された走行速度Ｖを読込む。
次にステップＳ４に移行して、前記ステップＳ１で読込んだ操舵角θ、ステップＳ２で読込んだ走行速度Ｖ、並びに前記カメラコントローラ２６から得られる走行車線に対する横変位ｙCr、走行車線に対するヨー角φｒ、車線曲率ρを用い、前記オブザーバ６を用いて、前記外乱トルクＴｄ、車線曲率ρを含む各種の車両状態量を算出（推定）する。
【００５９】
次にステップＳ５に移行して、前記ステップＳ４で算出された外乱トルクＴｄを用いて前記フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを設定しながら、前記レギュレータ７によって指令電流ｉを算出する。
次にステップＳ６に移行して、前記指令電流ｉに実際のモータ電流値が一致するようにモータ電流サーボを行ってからメインプログラムに復帰する。
【００６０】
従って、前記図６の演算処理によれば、操舵角θ、走行速度Ｖ、走行車線に対する横変位ｙCr、走行車線に対するヨー角φｒ、車線曲率ρを用い、前記オブザーバ６を用いて、前記外乱トルクＴｄ、車線曲率ρを含む各種の車両状態量を算出し、更に算出された外乱トルクＴｄを用いてフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを設定し、それらのフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを用い、前記レギュレータ７によってモータ指令電流ｉを算出し、当該指令電流ｉが達成されるようにモータ電流サーボを行う。このとき、運転者による操舵介入がなければ、前記外乱トルク（ここでは、前記１９式で与えられるフィードバックゲイン設定のための外乱トルクと等価と考える）の絶対値｜Ｔｄ｜は、操舵系のフリクショントルク相当に設定された前記所定値Ｔｄ1 以下であり、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7mは前記所定値ｋ5 、ｋ6 、ｋ7 となり、従って前記１４式で与えられる指令電流ｉは、前記１３式で求めた指令電流ｉに等しくなる。この１３式で与えられる制御は、一般に介入が困難であるが、この１３式で外乱トルクとなっている操舵系のフリクショントルクは小さな値であるため、実際の操舵介入時には、操舵介入トルクが操舵系のフリクショントルクを上回る。
【００６１】
即ち、運転者による操舵介入時には、操舵介入による、即ち操舵角θに伴う外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記操舵系のフリクショントルク相当の所定値Ｔｄ1 以上となると、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7mは次第に小さくなり、更に外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記所定値Ｔｄ2 以上となると、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7mが“０”となるので、前記１４式中の操舵角速度θ’の項、操舵角θの項、外乱トルクＴｄの項が何れも“０”となり、それらのフィードバック分が“０”となる。すると、そのときの指令電流ｉには、前記１８式に従って車線曲率ρ及び走行速度Ｖから得られた定常旋回操舵角θ0 に相当する分だけが残る。即ち、前記所定値Ｔｄ2 以上の操舵介入トルクが外乱トルクとして与えられると、操舵角や操舵角速度、操舵介入トルクをフィードバックして車線を追従するための指令電流値分がなくなり、同時に走行速度Ｖ及び車線曲率ρに基づく定常旋回操舵角θ0 分だけの指令電流値が与えられることになるから、運転者は当該定常旋回状態が維持されている状態からの操舵トルクを付与すればよいだけであるから、操舵介入が容易であると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００６２】
また、操舵介入トルクによる外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記所定値Ｔｄ1 から所定値Ｔｄ2 まで増大する間は、操舵介入トルクが大きくなるにつれて、操舵系フリクショントルクを補償するフィードバック分が連続的に小さくなり、同時に操舵角のフィードバック分が定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に連続的に近づくことになり、より一層、操舵介入が容易になると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００６３】
特に、本実施形態では、前記１４式における各要素、即ち車両挙動状態量と実際の車両挙動のフィードバックとを、操舵非介入時に実感することができ、操舵介入時には、操舵反力から車両挙動を推定することが可能となるため、操舵反力フィーリングに優れている。
また、未だ操舵介入中の切り戻しから切り増しへの移行時に、前記フィードバック係数設定のための外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜を時間的にゆっくり戻すこととしたため、操舵が急に重くなることもなく、また、運転者が操舵介入を止めたとき、若しくは操舵介入を止めようとしたときには、車線追従走行制御にゆっくりと移行し、操舵トルクがゆっくりとアシストされることになり、そのときのフィーリングが向上する。
【００６４】
以上より、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が本発明の車線曲率検出手段を構成し、以下同様に、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が横位置検出手段を構成し、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が方向検出手段を構成し、前記操舵角センサ２１及び図６の演算処理のステップＳ１が操舵角検出手段を構成し、前記走行速度センサ２２及び図６の演算処理のステップＳ３が速度検出手段を構成し、前記モータ１６が操舵トルク発生手段を構成し、前記オブザーバ６及び図６の演算処理のステップＳ４が外乱トルク算出手段を構成し、前記レギュレータ７及び図６の演算処理のステップＳ５、ステップＳ６が操舵トルク制御手段を構成している。
【００６５】
次に、本発明の車線追従走行制御装置の第２実施形態について説明する。この実施形態の車両の概略構成は、前記第１実施形態の図１のものと同様である。但し、前述したように、本実施形態では、前記操舵角センサ２１を用いて、操舵角速度θ’を検出する。従って、前記コントロールユニット１０内の構成は図７のように変更されており、合わせてオブザーバ６は図８のように変更されている。但し、オブザーバで用いられる検出値が操舵角θから操舵角速度θ’に変更されただけで、オブザーバ６自体の構成や、それによって算出（推定）される車両状態量、車線曲率ρ、外乱トルクＴｄは前記第１実施形態と同様であり、またレギュレータ７自体の構成も前記第１実施形態と同様である。
【００６６】
また、前記オブザーバ６で用いる検出値が操舵角θから操舵角速度θ’に変更されていることに伴い、前記コントロールユニット１０内で行われる演算処理も、前記第１実施形態の図６のものから図９のものに変更されている。この図９の演算処理と図６の演算処理との相違は、前記図６の演算処理のステップＳ１が、図９ではステップＳ１’に変更されているのみであり、その他のステップは同等である。
【００６７】
即ち、前記ステップＳ１’では、前記操舵角センサ２１で検出された操舵角速度θ’を読込む。そして、前記オブザーバでは、この操舵角速度θ’を用いて前記各車両状態量、車線曲率ρ、外乱トルクＴｄを算出する。
従って、前記図９の演算処理によれば、操舵角速度θ’、走行速度Ｖ、走行車線に対する横変位ｙCr、走行車線に対するヨー角φｒ、車線曲率ρを用い、前記オブザーバ６を用いて、前記外乱トルクＴｄ、車線曲率ρを含む各種の車両状態量を算出し、更に算出された外乱トルクＴｄを用いてフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを設定し、それらのフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを用い、前記レギュレータ７によってモータ指令電流ｉを算出し、当該指令電流ｉが達成されるようにモータ電流サーボを行う。これによる作用・効果は、前記第１実施形態のそれと同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００６８】
このような効果に加えて、本実施形態では、操舵角θの中立位置出しが不要になるという利点がある。即ち、前記１２式及び８式で表すオブザーバ６や前記１４式で表すレギュレータ７は、何れも線形であるため、操舵角θの中立位置出しが不十分で、ドリフト成分が重畳していると、その分、全ての値が同方向にずれてしまう。従って、操舵角センサ２１で操舵角θを検出する場合には、中立位置出しが必要になる。しかしながら、ロータリエンコーダ等で構成され、操舵角速度θ’を検出することが可能な操舵角センサ２１では、この操舵角速度θ’を用いることにより、精密な中立位置出しが不要になる。
【００６９】
以上より、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が本発明の車線曲率検出手段を構成し、以下同様に、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が横位置検出手段を構成し、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が方向検出手段を構成し、前記操舵角センサ２１及び図９の演算処理のステップＳ１が操舵角速度検出手段を構成し、前記走行速度センサ２２及び図９の演算処理のステップＳ３が速度検出手段を構成し、前記モータ１６が操舵トルク発生手段を構成し、前記オブザーバ６及び図９の演算処理のステップＳ４が外乱トルク算出手段を構成し、前記レギュレータ７及び図９の演算処理のステップＳ５、ステップＳ６が操舵トルク制御手段を構成している。
【００７０】
次に、本発明の車線追従走行制御装置の第３実施形態について説明する。この実施形態の車両の概略構成は、前記第１実施形態の図１のものから図１０のものに変更されている。この図１０の車両には、運転者による操舵介入トルク（車線追従走行制御時）Ｔｄd を検出するための操舵トルクセンサ２３が付加されている。従って、前記コントロールユニット１０内の構成は図１１のように変更されており、合わせてオブザーバ６は図１２のように変更されている。
【００７１】
本実施形態では、前記第１実施形態で算出した外乱トルクＴｄを、運転者による操舵介入トルクＴｄd と操舵系のフリクショントルクＴｄf とに分けて考える。操舵介入トルクＴｄd は、前記操舵トルクセンサ２３で検出されるので、オブザーバで算出（推定）する外乱トルクはフリクショントルクＴｄf のみということになる。従って、状態方程式は次元が一つ増加し、前記第１実施形態の７式のものから下記２０式のものに変更される（添字ｄは運転者による操舵介入トルク分を、添字ｆは操舵系のフリクショントルク分を示す）。
【００７２】
【数１６】
【００７３】
同様に、出力方程式はＣ行列の行数が一つ増加し、前記第１実施形態の８式のものから下記２１式のものに変更される。
【００７４】
【数１７】
【００７５】
また、レギュレータのフィードバック係数を設定するための前記第１実施形態の１２式は下記２２式のものに変更される。
【００７６】
【数１８】
【００７７】
また、ベースとなるレギュレータは、前記第１実施形態の１３式のものから下記２３式のものに変更される。
【００７８】
【数１９】
【００７９】
一方、本実施形態では、操舵介入トルクＴｄd を直接検出するので、各フィードバック係数ｆXmを設定する前記図４の制御マップの横軸は、この操舵介入トルクＴｄd になる。また、前記第１実施形態では、外乱トルクＴｄが操舵系フリクショントルクに相当する所定値Ｔｄ1 以上となったときに操舵介入がなされたと判定していたが、操舵介入トルクＴｄd を検出する本実施形態では、前記操舵介入判定の所定値Ｔｄd1を、操舵トルクセンサ２３のノイズ上限値（＝不感帯）に設定することができる。そして、この制御マップに従って設定されたフィードバック係数ｋXmを用いて修正されたレギュレータは、前記第１実施形態の１４式のものから下記２４式のものに変更される。
【００８０】
【数２０】
【００８１】
また、前記オブザーバ６で用いる検出値に操舵介入トルクＴｄd が付加されていることに伴い、前記コントロールユニット１０内で行われる演算処理も、前記第１実施形態の図６のものから図１３のものに変更されている。この図１３の演算処理と図６の演算処理との相違は、前記図６の演算処理のステップＳ１とステップＳ３との間に、新たにステップＳ２が付加されているのみであり、その他のステップは同等である。
【００８２】
即ち、前記ステップＳ２では、前記操舵トルクセンサ２３で検出された操舵介入トルクＴｄd を読込む。そして、前記オブザーバでは、この操舵介入トルクＴｄd を用いて、前記各車両状態量、車線曲率ρ、操舵系フリクショントルク（＝外乱トルク）Ｔｄf を算出する。
従って、前記図１３の演算処理によれば、操舵角θ、走行速度Ｖ、走行車線に対する横変位ｙCr、走行車線に対するヨー角φｒ、車線曲率ρ、操舵介入トルクＴｄd を用い、前記オブザーバ６を用いて、前記操舵系フリクショントルク（＝外乱トルク）Ｔｄf 、車線曲率ρを含む各種の車両状態量を算出し、更に検出された操舵介入トルクＴｄd を用いてフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7dm 、ｋ7fm を設定し、それらのフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7dm 、ｋ7fm を用い、前記レギュレータ７によってモータ指令電流ｉを算出し、当該指令電流ｉが達成されるようにモータ電流サーボを行う。このとき、運転者による操舵介入がなければ、操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜は、操舵トルクセンサ２３のノイズ上限値相当に設定された前記所定値Ｔｄd1以下であり、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7dm 、ｋ7fm は前記所定値ｋ5 、ｋ6 、ｋ7d、ｋ7fとなり、従って前記２４式で与えられる指令電流ｉは、前記２３式で求めた指令電流ｉに等しくなる。この２３式で与えられる制御は、一般に介入が困難であるが、実際の操舵介入時には、操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜が前記所定値Ｔｄd1を上回る。
【００８３】
即ち、運転者による操舵介入時には、操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜が前記操舵トルクセンサのノイズ上限値相当の所定値Ｔｄd1以上となると、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7dm 、ｋ7fm は次第に小さくなり、更に操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜が前記所定値Ｔｄd2以上となると、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7dm 、ｋ7fm が“０”となるので、前記２４式中の操舵角速度θ’の項、操舵角θの項、操舵系フリクショントルク（＝外乱トルク）Ｔｄf の項が何れも“０”となり、それらのフィードバック分が“０”となる。すると、そのときの指令電流ｉには、前記１８式に従って車線曲率ρ及び走行速度Ｖから得られた定常旋回操舵角θ0 に相当する分だけが残る。即ち、前記所定値Ｔｄd2以上の操舵介入トルクが与えられると、操舵角や操舵角速度、操舵介入トルクをフィードバックして車線を追従するための指令電流値分がなくなり、同時に走行速度Ｖ及び車線曲率ρに基づく定常旋回操舵角θ0 分だけの指令電流値が与えられることになるから、運転者は当該定常旋回状態が維持されている状態からの操舵トルクを付与すればよいだけであるから、操舵介入が容易であると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００８４】
また、操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜が前記所定値Ｔｄd1から所定値Ｔｄd2まで増大する間は、操舵介入トルクが大きくなるにつれて、操舵系フリクショントルクを補償するフィードバック分が小さくなり、同時に操舵角が定常旋回操舵角に近づくことになり、より一層、操舵介入が容易になると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。特に、前記所定値Ｔｄd1は、操舵トルクセンサ２５のノイズ上限値、即ち不感帯程度に十分に小さくできるので、操舵介入をより一層正確に判定することができる。
【００８５】
特に、本実施形態では、前記２４式における各要素、即ち車両挙動状態量と実際の車両挙動のフィードバックとを、操舵非介入時に実感することができ、操舵介入時には、操舵反力から車両挙動を推定することが可能となるため、操舵反力フィーリングに優れている。
なお、前記第２実施形態と同様に、前記操舵角θに代えて、操舵角速度θ’を用いてオブザーバを駆動してもよく、そのようにすれば、前記第２実施形態と同様に、操舵角センサ２１の正確な中立位置出しが不要になるという利点がある。
【００８６】
以上より、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が本発明の車線曲率検出手段を構成し、以下同様に、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が横位置検出手段を構成し、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が方向検出手段を構成し、前記操舵角センサ２１及び図１３の演算処理のステップＳ１が操舵角検出手段を構成し、前記走行速度センサ２２及び図１３の演算処理のステップＳ３が速度検出手段を構成し、前記モータ１６が操舵トルク発生手段を構成し、前記オブザーバ６及び図１３の演算処理のステップＳ４が外乱トルク算出手段を構成し、前記レギュレータ７及び図１３の演算処理のステップＳ５、ステップＳ６が操舵トルク制御手段を構成している。
【００８７】
なお、前記実施形態では、コントロールユニットの演算処理をマイクロコンピュータによって行わせたが、これに代えて各種の理論回路を組合せて構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車線追従走行制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のコントロールユニット内の構成を示す第１実施形態のブロック図である。
【図３】図２のオブザーバの構成を示すブロック図である。
【図４】図２のレギュレータで用いられる制御マップである。
【図５】図４の制御マップで各フィードバック係数を設定するための外乱トルクの振る舞いを示す説明図である。
【図６】図２のコントロールユニットで行われる演算処理を示すフローチャートである。
【図７】図１のコントロールユニット内の構成を示す第２実施形態のブロック図である。
【図８】図７のオブザーバの構成を示すブロック図である。
【図９】図７のコントロールユニットで行われる演算処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の車線追従走行制御装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】図１０のコントロールユニット内の構成を示す第３実施形態のブロック図である。
【図１２】図１１のオブザーバの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１１のコントロールユニットで行われる演算処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２はラック
３はピニオン
４はステアリングホイール
５はステアリングシャフト
６はオブザーバ
７はレギュレータ
１０はコントロールユニット
１３は操舵機構
１６は自動操舵用モータ
２１は操舵角センサ
２２は走行速度センサ
２３は操舵トルクセンサ
２５は単眼カメラ
２６はカメラコントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行車線を検出し、これに追従して走行する車線追従走行制御装置に関するものであり、特に運転者による操舵介入時の制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車線追従走行制御装置としては、例えば特開平７−８１６０２号公報（以下、第１従来例とも記す）や特開平９−１４２３２７号公報（以下、第２従来例とも記す）に記載されたものがある。このうち、前記第１従来例は、走行車線に対する自車両の相対位置を算出し、次いで車両を目標ラインに載せるための目標操舵角を算出し、操舵サーボ系により、目標操舵角と実操舵角とが一致するように、アクチュエータの入力である電流や油圧を制御する。また、前記第２従来例は、同様の車線追従走行制御装置において、運転者による操舵介入がなされた場合、アクチュエータへの指令トルクを規制し、操舵介入を容易にしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記第１従来例のような車線追従走行制御装置では、車線追従性能を向上させるため、操舵サーボ系は位相遅れが小さく設定されており、フィードバックゲインも大きく、車線追従走行制御中に運転者が操舵介入しようとしてもステアリングホイールは殆ど動かない。
【０００４】
そこで、操舵サーボ系のない制御系を構成することが考えられる。即ち、操舵アクチュエータへの指令トルクを制御対象の入力とし、車両挙動を制御対象の出力と見なしてフィードバック系を構成するのである。これにより、操舵角に関するフィードバック係数を小さくすることができ、介入を容易にすることが可能となる。しかし、このようなフィードバック系でも、操舵角に関するフィードバックは依然として存在するから、操舵介入が十分に容易になるものではない。
【０００５】
一方、前記第２従来例では、前述のようにアクチュエータへの指令トルクを規制することにより操舵介入が容易になっている。しかしながら、車線追従走行性能の向上を図る車線追従走行制御装置に適用する場合には、操舵介入時の反力トルクのフィーリングがよくないという問題が発生する。即ち、車線追従走行制御装置における指令トルクは、走行車線に対する自車両の姿勢以外に、操舵系のフリクションを補償しているため、再現性がなく、ノイズが大きいため、運転者は反力を予測することができず、操舵介入時に違和感が発生する。
【０００６】
本発明は、これらの諸問題を解決すべく開発されたものであり、操舵介入そのものを容易化すると共に、そのときのフィーリングが良好な車線追従走行制御装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記諸問題を解決するため、本発明のうち請求項１に係る車線追従走行制御装置は、自車両の走行車線の曲率を検出する車線曲率検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の横位置を検出する横位置検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の方向を検出する方向検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段又は操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、自車両の走行速度を検出する速度検出手段と、指令トルクに応じた操舵トルクを発生させる操舵トルク発生手段と、前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記横位置検出手段で検出された走行車線に対する自車両の横位置及び前記方向検出手段で検出された走行車線に対する自車両の方向及び前記操舵角検出手段で検出された操舵角及び操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び速度検出手段で検出された走行速度に基づいて、操舵系に加わる運転者の操舵介入トルク又は操舵系のフリクショントルクを含む外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、少なくとも前記操舵角検出手段で検出された操舵角及び操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び外乱トルク算出手段で算出された外乱トルクのフィードバック分を含めて前記操舵トルク発生手段に指令する指令トルクを算出する操舵トルク制御手段とを備え、前記操舵トルク制御手段は、前記外乱トルク算出手段で算出された外乱トルクが所定値以上であるときに、前記指令トルクのうちの操舵角速度及び外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記速度検出手段で検出された走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のうち請求項２に係る車線追従走行制御装置は、前記請求項１の発明において、前記定常旋回固定手段は、前記外乱トルクが前記所定値以下である場合に、当該外乱トルクが大きくなるほど、前記外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、前記操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることを特徴とするものである。
また、本発明のうち請求項３に係る車線追従走行制御装置は、前記請求項１又は２の発明において、前記定常旋回固定手段は、前記外乱トルクが前記所定値以下となってから、前記外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明のうち請求項４に係る車線追従走行制御装置は、自車両の走行車線の曲率を検出する車線曲率検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の横位置を検出する横位置検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の方向を検出する方向検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段又は操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、自車両の走行速度を検出する速度検出手段と、操舵系に加わる運転者の操舵介入トルクを検出する操舵介入トルク検出手段と、指令トルクに応じた操舵トルクを発生させる操舵トルク発生手段と、前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記横位置検出手段で検出された走行車線に対する自車両の横位置及び前記方向検出手段で検出された走行車線に対する自車両の方向及び前記操舵角検出手段で検出された操舵角又は操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び速度検出手段で検出された走行速度に基づいて、操舵系のフリクショントルクからなる外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、少なくとも前記操舵角検出手段で検出された操舵角及び操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び外乱トルク算出手段で算出された外乱トルクのフィードバック分を含めて前記操舵トルク発生手段に指令する指令トルクを算出する操舵トルク制御手段とを備え、前記操舵トルク制御手段は、前記操舵介入トルク検出手段で検出された操舵介入トルクが所定値以上であるときに、前記指令トルクのうちの外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記速度検出手段で検出された走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のうち請求項５に係る車線追従走行制御装置は、前記請求項４の発明において、前記定常旋回固定手段は、前記操舵介入トルクが前記所定値以下である場合に、当該操舵介入トルクが大きくなるほど、前記外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、前記操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のうち請求項６に係る車線追従走行制御装置は、前記請求項４又は５の発明において、前記定常旋回固定手段は、前操舵介入トルクが前記所定値以下となってから、前記外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の効果】
而して、本発明のうち請求項１に係る車線追従走行制御装置によれば、検出された車線曲率及び走行車線に対する自車両の横位置及び走行車線に対する自車両の方向及び操舵角又は操舵角速度及び走行速度に基づいて、操舵系に加わる運転者の操舵介入トルク及び操舵系のフリクショントルクを含む外乱トルクを算出し、この外乱トルクが所定値以上であるときに、指令トルクのうちの操舵角速度及び外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を車線曲率及び走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定する構成としたため、運転者が操舵介入すると、外乱トルクが大きくなり、それが所定値以上になると外乱トルクのフィードバック分が零となると共に、そのときの操舵角のフィードバック分が旋回保舵力を与えるのみとなり、操舵角変化によるフィードバック変化は発生しないため、操舵介入が容易になると共に、運転者の予想できない外乱トルクのフィードバック分が零になるため、操舵介入時のフィーリングが向上する。また、操舵角速度を用いる場合、操舵角センサの中立位置出しの面倒がない。
【００１３】
また、本発明のうち請求項２に係る車線追従走行制御装置によれば、外乱トルクが所定値以下である場合に、当該外乱トルクが大きくなるほど、外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることとしたため、運転者が操舵介入して操舵介入トルクが大きくなるにつれて、それを外乱トルクとするフィードバック分が連続的に小さくなり、同時に操舵角のフィードバック分が定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に連続的に近づくことになり、より一層、操舵介入が容易になると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００１４】
また、本発明のうち請求項３に係る車線追従走行制御装置によれば、外乱トルクが所定値以下となってから、外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すこととしたため、運転者が操舵介入を止めたとき、若しくは操舵介入を止めようとしたときには、車線追従走行制御にゆっくりと移行し、操舵トルクがゆっくりとアシストされることになり、そのときのフィーリングが向上する。
【００１５】
また、本発明のうち請求項４に係る車線追従走行制御装置によれば、操舵介入トルクを検出すると共に、検出された車線曲率及び走行車線に対する自車両の横位置及び走行車線に対する自車両の方向及び操舵角又は操舵角速度及び走行速度に基づいて、操舵系のフリクショントルクをからなる外乱トルクを算出し、前記検出された操舵介入トルク所定値以上であるときに、指令トルクのうちの操舵角速度及び外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を車線曲率及び走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定する構成としたため、運転者が操舵介入して操舵介入トルクが大きくなり、それが所定値以上になると外乱トルクのフィードバック分が零となると共に、そのときの操舵角のフィードバック分が旋回保舵力を与えるのみとなり、操舵角変化によるフィードバック変化は発生しないため、操舵介入が容易になると共に、運転者の予想できない外乱トルクのフィードバック分が零になるため、操舵介入時のフィーリングが向上する。また、操舵角速度を用いる場合、操舵角センサの中立位置出しの面倒がない。
【００１６】
また、本発明のうち請求項５に係る車線追従走行制御装置によれば、操舵介入トルクが所定値以下である場合に、当該操舵介入トルクが大きくなるほど、外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることとしたため、運転者が操舵介入して操舵介入トルクが大きくなるにつれて、操舵系フリクショントルクを補償するフィードバック分が連続的に小さくなり、同時に操舵角のフィードバック分が定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に連続的に近づくことになり、より一層、操舵介入が容易になると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００１７】
また、本発明のうち請求項６に係る車線追従走行制御装置によれば、操舵介入トルクが所定値以下となってから、外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すこととしたため、運転者が操舵介入を止めたとき、若しくは操舵介入を止めようとしたときには、車線追従走行制御にゆっくりと移行し、操舵トルクがゆっくりとアシストされることになり、そのときのフィーリングが向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を伴って説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態を示す概略構成図であり、図１ｂにおいて、１ＦＬ，１ＦＲは前輪、１ＲＬ及び１ＲＲは後輪を示し、前輪１ＦＬ，１ＦＲには一般的なラックアンドピニオン式の操舵機構が配設されている。この操舵機構は、前輪１ＦＬ，１ＦＲの操舵軸（タイロッド）に接続されるラック２と、これに噛合するピニオン３と、このピニオン３をステアリングホイール４に与えられる操舵トルクで回転させるステアリングシャフト５とを備えている。
【００１９】
また、ステアリングシャフト５におけるピニオン３の上部には、前輪１ＦＬ，１ＦＲを自動操舵するための操舵アクチュエータを構成する自動操舵機構１３が配設されている。この自動操舵機構１３は、ステアリングシャフト５と同軸に取付けられたドリブンギヤ１４と、これに噛合するドライブギヤ１５と、このドライブギヤ１５を回転駆動する自動操舵用モータ１６とから構成されている。なお、自動操舵モータ１６とドライブギヤ１５との間にはクラッチ機構１７が介装されており、自動操舵制御時にのみクラッチ機構１７が締結され、そうでないときにはクラッチ機構１７が非締結状態となって自動操舵モータ１６の回転力がステアリングシャフト５に入力されないようにしている。
【００２０】
また、車両には種々のセンサ類が取付けられている。図中、２１は操舵角センサであって、ステアリングシャフト５の回転角から操舵角θを検出してコントロールユニット１０に出力する。また、図示しない自動変速機の出力側に走行速度センサ２２が取付けられ、この走行速度センサ２２で検出された走行速度Ｖもコントロールユニット１０に出力される。ここで、前記操舵角センサ２１で検出される操舵角θは、例えば右操舵時に正値、左操舵時に負値となるように設定されている。また、この操舵角センサ２１は、例えばロータリエンコーダなどによって構成されており、操舵の方向と大きさがわかるほか、操舵の速度を検出することも可能である。
【００２１】
さらに、車室内のインナーミラーステー等の固定部には、図１ａに示すように、ＣＣＤカメラ等の単眼カメラ２５が設置され、車両前方状況を撮像し、撮像した画像データをカメラコントローラ２６に出力する。このカメラコントローラ２６は、例えば特開平１１−１０２４９９号公報に記載されているように、単眼カメラ２５の画像データを二値化等の処理により自車両近傍の白線を検出すると共に、所定の車両前方注視点での走行車線に対する自車両の相対横変位ｙCr、車両の白線の接線に対するヨー角Φｒ、走行車線前方の曲率ρを算出し、これらをコントロールユニット１０に出力する。なお、走行車線に対する自車両の相対横変位とは、例えば走行車線の中央に対して自車両が如何ほど横方向にずれているかを表すものとする。
【００２２】
コントロールユニット１０は、図示しないマイクロコンピュータ等の離散化されたディジタルシステムで構成され、入力されたヨー角Φｒ、相対横偏位ｙCr、車線曲率ρに基づいて車線追従に必要な操舵指令トルクを求め、その操舵指令トルクを達成するための指令電流ｉを算出し、この指令電流ｉを電流サーボ系を介して自動操舵用モータ１６に出力することにより、車線追従走行制御を行う。
【００２３】
図２に、本実施形態のコントロールユニットの構成をブロック図化して示す。この実施形態では、前記指令電流（の前回値）ｉ、操舵角センサ２１で検出された操舵角θ、カメラコントローラ２６で算出された車線曲率ρ及び走行車線に対する自車両の横変位ｙCrを用いて、オブザーバ（状態推定器）６によって車両状態量及び車線曲率ρ、外乱トルクＴｄをベクトルとして算出（推定）する。そして、このオブザーバ６で算出した車両状態量及び車線曲率ρ、外乱トルクＴｄに基づいてレギュレータ７で指令電流ｉを算出出力する。
【００２４】
図３には、オブザーバ６の構成を示す。図３中、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、システムの構成から決定される行列、Ｋｅは観測ノイズによって決定される行列である。以下、操舵外乱を考慮した各行列の設定方法について説明する。ここでは、運転者による操舵介入トルクと操舵系のフリクショントルクとの和を外乱トルクＴｄとし、前記指令電流ｉ及び車線曲率ρを入力、前記外乱トルクＴｄを非制御の入力（即ち、外乱）とする状態方程式は、下記１式で表れる。
【００２５】
【数１】
また、前記１式中の行列の各要素は、下記２式で表れる。
【００２７】
【数２】
また、出力方程式の一例を下記３式で表す。
【００２９】
【数３】
この場合、出力は操舵角θ、及び前方注視点横変位ｙS1、ｙS2（２点）である。但し、図３に示すように、オブザーバ６が想定するシステムには外乱が存在していない（１式中の外乱トルクＴｄがない）。この問題を解決する方法が外乱オブザーバと呼ばれるもので、外乱を白色ノイズで駆動される一次系で近似し、状態量に組み入れるものである。下記４式に、操舵外乱の振る舞いを近似する一次式を示す。
【００３１】
【数４】
この４式中のλ及びωの分散の決定方法について説明する。まず、外乱トルクＴｄの振る舞いを、振幅Ｔｄ0 が一定で、周期が不確定な、ポアソン方形波で近似する。例えば、操舵系のフリクションの上限値を振幅Ｔｄ0 に代入する。操舵系のフリクションは不確定であるが、例えば１秒間に、どの程度、零を横切るかで近似することとし、その回数をνTdとする。このポアソン近似を、前記４式の近似に戻すと、下記５式、６式を得る。これにより、４式中のλ及びωの分散が決定できる。
【００３３】
【数５】
そして、前記４式を前記１式に代入して下記７式が得られる。
【００３５】
【数６】
同様に、前記４式を前記２式に代入して下記８式が得られる。
【００３７】
【数７】
前記７式及び８式を略記して、前記オブザーバ構成内のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各行列を得る。また、前記行列Ｋｅはカルマンフィルタの構成法が知られており、観測ノイズの分散（この場合には前方注視点横変位のノイズの分散）と、状態量に加わるノイズの分散（この場合には操舵外乱に加わるノイズωの分散）及び前記行列Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから決定されるが、詳細は、発明の本質から離れるため、ここでは省略する。
【００３９】
前記７式が、制御対象を表す式であるが、制御対象の入力には、制御量である指令電流ｉの他に車線曲率ρが存在し、後述するレギュレータを設計するための通常の最適制御設計ができない。これを解決する方法として、確率論的最適レギュレータ設計法が知られており、制御量以外のシステムの入力を白色ノイズで駆動される一次系で近似し、状態量に組み入れるものである。道路曲率ρの振る舞いを近似する一次式を下記９式に示す。
【００４０】
【数８】
この９式中のλρ及びωρの分散の決定方法について説明する。まず、道路曲率ρの振る舞いを、振幅ρ0 が一定で、周期が不確定な、ポアソン方形波で近似する。例えば、想定する車線の曲率平均を振幅ρ0 に代入する。車線曲率の変化は不確定であるが、例えば１秒間に、どの程度、零を横切るかで近似することとし、その回数をνρとする。このポアソン近似を、前記９式の近似に戻すと、下記１０式、１１式を得る。これにより、９式中のλρ及びωρの分散が決定できる。
【００４２】
【数９】
そして、前記９式を前記７式に代入して下記１２式が得られる。この１２式に最適制御理論を適用して、レギュレータを構成する各フィードバック係数ｋ1 〜ｋ8 を設定することができるが、その詳細は、発明の本質から離れるため、ここでは省略する。
【００４４】
【数１０】
次に、前記図２のレギュレータ７の構成について説明する。ここでは、まず基準となるレギュレータの構成を示し、それを修正して適正なレギュレータを構成する。ベースとなるレギュレータの構成を下記１３式に示す。式中、ｋ1 〜ｋ8 は前記１２式から設定したフィードバック係数である。
【００４６】
【数１１】
これに対し、本実施形態では、前記外乱トルクＴｄに応じて、前記フィードバック係数ｋ5 〜ｋ7 を、図４に示すフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mに変更して使用する。この図４では、前記外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が比較的絶対値の小さな所定値Ｔｄ1 以下の領域では、各フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mは、前記設定されたフィードバック係数所定値ｋ5 〜ｋ7 一定であり、当該外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が比較的絶対値の大きな所定値Ｔｄ2 以上の領域では、各フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mは“０”であり、二つの所定値Ｔｄ1 〜所定値Ｔｄ2 の間の領域では、外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜の増大に伴って、各フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mはリニアに小さくなる。なお、前記比較的小さな所定値Ｔｄ1 には、操舵系のフリクショントルクの上限値を設定する。また、前記１３式中の操舵角θに関するフィードバック分を下記１４式のように修正する。
【００４８】
【数１２】
つまり、外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記所定値Ｔｄ2 以上の領域では、フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mが“０”である、即ち前記１４式中の操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄのフィードバック分が零になることを意味し、また外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記所定値Ｔｄ1 以上の領域では、フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mが次第に小さくなる、即ち前記１４式中の操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄのフィードバック分が次第に小さくなることを意味している。なお、外乱トルクを絶対値表示したのは、例えば前記操舵角θに代表されるように、操舵の方向、車両の回転方向、車両の横位置等に正負の符号を付したためである。
【００５０】
また、前記１４式中のθ0 は車線曲率ρ及び走行速度Ｖから得られる定常旋回操舵角であり、以下のようにして求める。即ち、前記１式の第１行〜第３行において、定常旋回状態であることから、ヨー角加速度φ”＝０、ヨー角速度φ'r＝０、横加速度ｙ" Cr＝０であり、下記１５式〜１７式を得る。
【００５１】
【数１３】
この１５式〜１７式からヨー角速度φ’、ヨー角φｒを消去して、下記１８式により定常旋回操舵角θ0 が得られる。
【００５３】
【数１４】
更に、本実施形態では、前記フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを設定する際に、前記外乱トルクＴｄに代えて、下記１９式で定義される外乱トルクＴｄを用いる。なお、式中のｍａｘは最大値を返す演算子であり、Ｇ(s) は一次遅れ系のローパスフィルタである。
【００５５】
【数１５】
この１９式で定義される外乱トルクの振る舞いを図５に示す。同図は、ステアリングホイールを右切りしてから切り戻し、更に左切りしてから切り戻したときの操舵角θに伴う外乱トルクＴｄとローパスフィルタ処理された外乱トルクＧ(s) ・Ｔｄ、及びその絶対値、及びそれらの最大値（≡Ｔｄ）を示したものである。操舵角θに伴う外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜では、ステアリングホイールを切り戻してから逆方向に切り増しするとき（未だ、操舵介入中）に、前記操舵系のフリクショントルク相当に設定された所定値Ｔｄ1 以下となるため、前記操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄに係るフィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7mが前記所定値ｋ5 、ｋ6 、ｋ7 になってしまい、それらのフィードバック分が大きくなり、操舵が重くなる恐れがある。そこで、操舵角θに伴う外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜にローパスフィルタＧ(s) 、即ち時間的遅れをかけ、両者のうちの大きい方を、フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7m設定のための新たな外乱トルクＴｄとして用いるようにすることで、未だ操舵介入中の切り戻しから切り増し時に、当該外乱トルクＴｄを前記所定値Ｔｄ1 以下とならないようにして、フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを小さな値とし、もって前記操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄのフィードバック分を小さくして、操舵介入中に操舵が重くならないようにすることができる。逆に、操舵非介入の状態から操舵介入に移行したときには、前記フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7m設定のための新たな外乱トルクＴｄは遅れがないので、前記操舵角速度θ’、操舵角θ、外乱トルクＴｄのフィードバック分を小さくする状態に速やかに移行できる。
【００５７】
次に、上記実施形態の動作をコントロールユニット１０で実行する操舵制御処理手順を表す図６のフローチャートを伴って説明する。
この操舵制御処理は、所定サンプリング時間ΔＴ（例えば１０msec. ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、前記操舵角センサ２１で検出された操舵角θを読込む。
【００５８】
次にステップＳ３に移行して、前記走行速度センサ２２で検出された走行速度Ｖを読込む。
次にステップＳ４に移行して、前記ステップＳ１で読込んだ操舵角θ、ステップＳ２で読込んだ走行速度Ｖ、並びに前記カメラコントローラ２６から得られる走行車線に対する横変位ｙCr、走行車線に対するヨー角φｒ、車線曲率ρを用い、前記オブザーバ６を用いて、前記外乱トルクＴｄ、車線曲率ρを含む各種の車両状態量を算出（推定）する。
【００５９】
次にステップＳ５に移行して、前記ステップＳ４で算出された外乱トルクＴｄを用いて前記フィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを設定しながら、前記レギュレータ７によって指令電流ｉを算出する。
次にステップＳ６に移行して、前記指令電流ｉに実際のモータ電流値が一致するようにモータ電流サーボを行ってからメインプログラムに復帰する。
【００６０】
従って、前記図６の演算処理によれば、操舵角θ、走行速度Ｖ、走行車線に対する横変位ｙCr、走行車線に対するヨー角φｒ、車線曲率ρを用い、前記オブザーバ６を用いて、前記外乱トルクＴｄ、車線曲率ρを含む各種の車両状態量を算出し、更に算出された外乱トルクＴｄを用いてフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを設定し、それらのフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを用い、前記レギュレータ７によってモータ指令電流ｉを算出し、当該指令電流ｉが達成されるようにモータ電流サーボを行う。このとき、運転者による操舵介入がなければ、前記外乱トルク（ここでは、前記１９式で与えられるフィードバックゲイン設定のための外乱トルクと等価と考える）の絶対値｜Ｔｄ｜は、操舵系のフリクショントルク相当に設定された前記所定値Ｔｄ1 以下であり、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7mは前記所定値ｋ5 、ｋ6 、ｋ7 となり、従って前記１４式で与えられる指令電流ｉは、前記１３式で求めた指令電流ｉに等しくなる。この１３式で与えられる制御は、一般に介入が困難であるが、この１３式で外乱トルクとなっている操舵系のフリクショントルクは小さな値であるため、実際の操舵介入時には、操舵介入トルクが操舵系のフリクショントルクを上回る。
【００６１】
即ち、運転者による操舵介入時には、操舵介入による、即ち操舵角θに伴う外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記操舵系のフリクショントルク相当の所定値Ｔｄ1 以上となると、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7mは次第に小さくなり、更に外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記所定値Ｔｄ2 以上となると、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7mが“０”となるので、前記１４式中の操舵角速度θ’の項、操舵角θの項、外乱トルクＴｄの項が何れも“０”となり、それらのフィードバック分が“０”となる。すると、そのときの指令電流ｉには、前記１８式に従って車線曲率ρ及び走行速度Ｖから得られた定常旋回操舵角θ0 に相当する分だけが残る。即ち、前記所定値Ｔｄ2 以上の操舵介入トルクが外乱トルクとして与えられると、操舵角や操舵角速度、操舵介入トルクをフィードバックして車線を追従するための指令電流値分がなくなり、同時に走行速度Ｖ及び車線曲率ρに基づく定常旋回操舵角θ0 分だけの指令電流値が与えられることになるから、運転者は当該定常旋回状態が維持されている状態からの操舵トルクを付与すればよいだけであるから、操舵介入が容易であると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００６２】
また、操舵介入トルクによる外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜が前記所定値Ｔｄ1 から所定値Ｔｄ2 まで増大する間は、操舵介入トルクが大きくなるにつれて、操舵系フリクショントルクを補償するフィードバック分が連続的に小さくなり、同時に操舵角のフィードバック分が定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に連続的に近づくことになり、より一層、操舵介入が容易になると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００６３】
特に、本実施形態では、前記１４式における各要素、即ち車両挙動状態量と実際の車両挙動のフィードバックとを、操舵非介入時に実感することができ、操舵介入時には、操舵反力から車両挙動を推定することが可能となるため、操舵反力フィーリングに優れている。
また、未だ操舵介入中の切り戻しから切り増しへの移行時に、前記フィードバック係数設定のための外乱トルクの絶対値｜Ｔｄ｜を時間的にゆっくり戻すこととしたため、操舵が急に重くなることもなく、また、運転者が操舵介入を止めたとき、若しくは操舵介入を止めようとしたときには、車線追従走行制御にゆっくりと移行し、操舵トルクがゆっくりとアシストされることになり、そのときのフィーリングが向上する。
【００６４】
以上より、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が本発明の車線曲率検出手段を構成し、以下同様に、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が横位置検出手段を構成し、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が方向検出手段を構成し、前記操舵角センサ２１及び図６の演算処理のステップＳ１が操舵角検出手段を構成し、前記走行速度センサ２２及び図６の演算処理のステップＳ３が速度検出手段を構成し、前記モータ１６が操舵トルク発生手段を構成し、前記オブザーバ６及び図６の演算処理のステップＳ４が外乱トルク算出手段を構成し、前記レギュレータ７及び図６の演算処理のステップＳ５、ステップＳ６が操舵トルク制御手段を構成している。
【００６５】
次に、本発明の車線追従走行制御装置の第２実施形態について説明する。この実施形態の車両の概略構成は、前記第１実施形態の図１のものと同様である。但し、前述したように、本実施形態では、前記操舵角センサ２１を用いて、操舵角速度θ’を検出する。従って、前記コントロールユニット１０内の構成は図７のように変更されており、合わせてオブザーバ６は図８のように変更されている。但し、オブザーバで用いられる検出値が操舵角θから操舵角速度θ’に変更されただけで、オブザーバ６自体の構成や、それによって算出（推定）される車両状態量、車線曲率ρ、外乱トルクＴｄは前記第１実施形態と同様であり、またレギュレータ７自体の構成も前記第１実施形態と同様である。
【００６６】
また、前記オブザーバ６で用いる検出値が操舵角θから操舵角速度θ’に変更されていることに伴い、前記コントロールユニット１０内で行われる演算処理も、前記第１実施形態の図６のものから図９のものに変更されている。この図９の演算処理と図６の演算処理との相違は、前記図６の演算処理のステップＳ１が、図９ではステップＳ１’に変更されているのみであり、その他のステップは同等である。
【００６７】
即ち、前記ステップＳ１’では、前記操舵角センサ２１で検出された操舵角速度θ’を読込む。そして、前記オブザーバでは、この操舵角速度θ’を用いて前記各車両状態量、車線曲率ρ、外乱トルクＴｄを算出する。
従って、前記図９の演算処理によれば、操舵角速度θ’、走行速度Ｖ、走行車線に対する横変位ｙCr、走行車線に対するヨー角φｒ、車線曲率ρを用い、前記オブザーバ６を用いて、前記外乱トルクＴｄ、車線曲率ρを含む各種の車両状態量を算出し、更に算出された外乱トルクＴｄを用いてフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを設定し、それらのフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7mを用い、前記レギュレータ７によってモータ指令電流ｉを算出し、当該指令電流ｉが達成されるようにモータ電流サーボを行う。これによる作用・効果は、前記第１実施形態のそれと同様であるため、その詳細な説明を省略する。
【００６８】
このような効果に加えて、本実施形態では、操舵角θの中立位置出しが不要になるという利点がある。即ち、前記１２式及び８式で表すオブザーバ６や前記１４式で表すレギュレータ７は、何れも線形であるため、操舵角θの中立位置出しが不十分で、ドリフト成分が重畳していると、その分、全ての値が同方向にずれてしまう。従って、操舵角センサ２１で操舵角θを検出する場合には、中立位置出しが必要になる。しかしながら、ロータリエンコーダ等で構成され、操舵角速度θ’を検出することが可能な操舵角センサ２１では、この操舵角速度θ’を用いることにより、精密な中立位置出しが不要になる。
【００６９】
以上より、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が本発明の車線曲率検出手段を構成し、以下同様に、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が横位置検出手段を構成し、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が方向検出手段を構成し、前記操舵角センサ２１及び図９の演算処理のステップＳ１が操舵角速度検出手段を構成し、前記走行速度センサ２２及び図９の演算処理のステップＳ３が速度検出手段を構成し、前記モータ１６が操舵トルク発生手段を構成し、前記オブザーバ６及び図９の演算処理のステップＳ４が外乱トルク算出手段を構成し、前記レギュレータ７及び図９の演算処理のステップＳ５、ステップＳ６が操舵トルク制御手段を構成している。
【００７０】
次に、本発明の車線追従走行制御装置の第３実施形態について説明する。この実施形態の車両の概略構成は、前記第１実施形態の図１のものから図１０のものに変更されている。この図１０の車両には、運転者による操舵介入トルク（車線追従走行制御時）Ｔｄd を検出するための操舵トルクセンサ２３が付加されている。従って、前記コントロールユニット１０内の構成は図１１のように変更されており、合わせてオブザーバ６は図１２のように変更されている。
【００７１】
本実施形態では、前記第１実施形態で算出した外乱トルクＴｄを、運転者による操舵介入トルクＴｄd と操舵系のフリクショントルクＴｄf とに分けて考える。操舵介入トルクＴｄd は、前記操舵トルクセンサ２３で検出されるので、オブザーバで算出（推定）する外乱トルクはフリクショントルクＴｄf のみということになる。従って、状態方程式は次元が一つ増加し、前記第１実施形態の７式のものから下記２０式のものに変更される（添字ｄは運転者による操舵介入トルク分を、添字ｆは操舵系のフリクショントルク分を示す）。
【００７２】
【数１６】
同様に、出力方程式はＣ行列の行数が一つ増加し、前記第１実施形態の８式のものから下記２１式のものに変更される。
【００７４】
【数１７】
また、レギュレータのフィードバック係数を設定するための前記第１実施形態の１２式は下記２２式のものに変更される。
【００７６】
【数１８】
また、ベースとなるレギュレータは、前記第１実施形態の１３式のものから下記２３式のものに変更される。
【００７８】
【数１９】
一方、本実施形態では、操舵介入トルクＴｄd を直接検出するので、各フィードバック係数ｆXmを設定する前記図４の制御マップの横軸は、この操舵介入トルクＴｄd になる。また、前記第１実施形態では、外乱トルクＴｄが操舵系フリクショントルクに相当する所定値Ｔｄ1 以上となったときに操舵介入がなされたと判定していたが、操舵介入トルクＴｄd を検出する本実施形態では、前記操舵介入判定の所定値Ｔｄd1を、操舵トルクセンサ２３のノイズ上限値（＝不感帯）に設定することができる。そして、この制御マップに従って設定されたフィードバック係数ｋXmを用いて修正されたレギュレータは、前記第１実施形態の１４式のものから下記２４式のものに変更される。
【００８０】
【数２０】
また、前記オブザーバ６で用いる検出値に操舵介入トルクＴｄd が付加されていることに伴い、前記コントロールユニット１０内で行われる演算処理も、前記第１実施形態の図６のものから図１３のものに変更されている。この図１３の演算処理と図６の演算処理との相違は、前記図６の演算処理のステップＳ１とステップＳ３との間に、新たにステップＳ２が付加されているのみであり、その他のステップは同等である。
【００８２】
即ち、前記ステップＳ２では、前記操舵トルクセンサ２３で検出された操舵介入トルクＴｄd を読込む。そして、前記オブザーバでは、この操舵介入トルクＴｄd を用いて、前記各車両状態量、車線曲率ρ、操舵系フリクショントルク（＝外乱トルク）Ｔｄf を算出する。
従って、前記図１３の演算処理によれば、操舵角θ、走行速度Ｖ、走行車線に対する横変位ｙCr、走行車線に対するヨー角φｒ、車線曲率ρ、操舵介入トルクＴｄd を用い、前記オブザーバ６を用いて、前記操舵系フリクショントルク（＝外乱トルク）Ｔｄf 、車線曲率ρを含む各種の車両状態量を算出し、更に検出された操舵介入トルクＴｄd を用いてフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7dm 、ｋ7fm を設定し、それらのフィードバック係数ｋ5m〜ｋ7dm 、ｋ7fm を用い、前記レギュレータ７によってモータ指令電流ｉを算出し、当該指令電流ｉが達成されるようにモータ電流サーボを行う。このとき、運転者による操舵介入がなければ、操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜は、操舵トルクセンサ２３のノイズ上限値相当に設定された前記所定値Ｔｄd1以下であり、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7dm 、ｋ7fm は前記所定値ｋ5 、ｋ6 、ｋ7d、ｋ7fとなり、従って前記２４式で与えられる指令電流ｉは、前記２３式で求めた指令電流ｉに等しくなる。この２３式で与えられる制御は、一般に介入が困難であるが、実際の操舵介入時には、操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜が前記所定値Ｔｄd1を上回る。
【００８３】
即ち、運転者による操舵介入時には、操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜が前記操舵トルクセンサのノイズ上限値相当の所定値Ｔｄd1以上となると、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7dm 、ｋ7fm は次第に小さくなり、更に操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜が前記所定値Ｔｄd2以上となると、前記フィードバック係数ｋ5m、ｋ6m、ｋ7dm 、ｋ7fm が“０”となるので、前記２４式中の操舵角速度θ’の項、操舵角θの項、操舵系フリクショントルク（＝外乱トルク）Ｔｄf の項が何れも“０”となり、それらのフィードバック分が“０”となる。すると、そのときの指令電流ｉには、前記１８式に従って車線曲率ρ及び走行速度Ｖから得られた定常旋回操舵角θ0 に相当する分だけが残る。即ち、前記所定値Ｔｄd2以上の操舵介入トルクが与えられると、操舵角や操舵角速度、操舵介入トルクをフィードバックして車線を追従するための指令電流値分がなくなり、同時に走行速度Ｖ及び車線曲率ρに基づく定常旋回操舵角θ0 分だけの指令電流値が与えられることになるから、運転者は当該定常旋回状態が維持されている状態からの操舵トルクを付与すればよいだけであるから、操舵介入が容易であると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。
【００８４】
また、操舵介入トルクの絶対値｜Ｔｄd ｜が前記所定値Ｔｄd1から所定値Ｔｄd2まで増大する間は、操舵介入トルクが大きくなるにつれて、操舵系フリクショントルクを補償するフィードバック分が小さくなり、同時に操舵角が定常旋回操舵角に近づくことになり、より一層、操舵介入が容易になると共に、操舵介入時のフィーリングが向上する。特に、前記所定値Ｔｄd1は、操舵トルクセンサ２５のノイズ上限値、即ち不感帯程度に十分に小さくできるので、操舵介入をより一層正確に判定することができる。
【００８５】
特に、本実施形態では、前記２４式における各要素、即ち車両挙動状態量と実際の車両挙動のフィードバックとを、操舵非介入時に実感することができ、操舵介入時には、操舵反力から車両挙動を推定することが可能となるため、操舵反力フィーリングに優れている。
なお、前記第２実施形態と同様に、前記操舵角θに代えて、操舵角速度θ’を用いてオブザーバを駆動してもよく、そのようにすれば、前記第２実施形態と同様に、操舵角センサ２１の正確な中立位置出しが不要になるという利点がある。
【００８６】
以上より、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が本発明の車線曲率検出手段を構成し、以下同様に、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が横位置検出手段を構成し、前記単眼カメラ２５及びカメラコントローラ２６が方向検出手段を構成し、前記操舵角センサ２１及び図１３の演算処理のステップＳ１が操舵角検出手段を構成し、前記走行速度センサ２２及び図１３の演算処理のステップＳ３が速度検出手段を構成し、前記モータ１６が操舵トルク発生手段を構成し、前記オブザーバ６及び図１３の演算処理のステップＳ４が外乱トルク算出手段を構成し、前記レギュレータ７及び図１３の演算処理のステップＳ５、ステップＳ６が操舵トルク制御手段を構成している。
【００８７】
なお、前記実施形態では、コントロールユニットの演算処理をマイクロコンピュータによって行わせたが、これに代えて各種の理論回路を組合せて構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車線追従走行制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のコントロールユニット内の構成を示す第１実施形態のブロック図である。
【図３】図２のオブザーバの構成を示すブロック図である。
【図４】図２のレギュレータで用いられる制御マップである。
【図５】図４の制御マップで各フィードバック係数を設定するための外乱トルクの振る舞いを示す説明図である。
【図６】図２のコントロールユニットで行われる演算処理を示すフローチャートである。
【図７】図１のコントロールユニット内の構成を示す第２実施形態のブロック図である。
【図８】図７のオブザーバの構成を示すブロック図である。
【図９】図７のコントロールユニットで行われる演算処理を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の車線追従走行制御装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図１１】図１０のコントロールユニット内の構成を示す第３実施形態のブロック図である。
【図１２】図１１のオブザーバの構成を示すブロック図である。
【図１３】図１１のコントロールユニットで行われる演算処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２はラック
３はピニオン
４はステアリングホイール
５はステアリングシャフト
６はオブザーバ
７はレギュレータ
１０はコントロールユニット
１３は操舵機構
１６は自動操舵用モータ
２１は操舵角センサ
２２は走行速度センサ
２３は操舵トルクセンサ
２５は単眼カメラ
２６はカメラコントローラ
Claims (6)
- 自車両の走行車線の曲率を検出する車線曲率検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の横位置を検出する横位置検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の方向を検出する方向検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段又は操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、自車両の走行速度を検出する速度検出手段と、指令トルクに応じた操舵トルクを発生させる操舵トルク発生手段と、前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記横位置検出手段で検出された走行車線に対する自車両の横位置及び前記方向検出手段で検出された走行車線に対する自車両の方向及び前記操舵角検出手段で検出された操舵角又は操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び速度検出手段で検出された走行速度に基づいて、操舵系に加わる運転者の操舵介入トルク及び操舵系のフリクショントルクを含む外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、少なくとも前記操舵角検出手段で検出された操舵角及び操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び外乱トルク算出手段で算出された外乱トルクのフィードバック分を含めて前記操舵トルク発生手段に指令する指令トルクを算出する操舵トルク制御手段とを備え、前記操舵トルク制御手段は、前記外乱トルク算出手段で算出された外乱トルクが所定値以上であるときに、前記指令トルクのうちの操舵角速度及び外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記速度検出手段で検出された走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定することを特徴とする車線追従走行制御装置。
- 前記定常旋回固定手段は、前記外乱トルクが前記所定値以下である場合に、当該外乱トルクが大きくなるほど、前記外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、前記操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることを特徴とする請求項１に記載の車線追従走行制御装置。
- 前記定常旋回固定手段は、前記外乱トルクが前記所定値以下となってから、前記外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すことを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載の車線追従走行制御装置。
- 自車両の走行車線の曲率を検出する車線曲率検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の横位置を検出する横位置検出手段と、自車両の走行車線に対する自車両の方向を検出する方向検出手段と、操舵角を検出する操舵角検出手段又は操舵角速度を検出する操舵角速度検出手段と、自車両の走行速度を検出する速度検出手段と、操舵系に加わる運転者の操舵介入トルクを検出する操舵介入トルク検出手段と、指令トルクに応じた操舵トルクを発生させる操舵トルク発生手段と、前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記横位置検出手段で検出された走行車線に対する自車両の横位置及び前記方向検出手段で検出された走行車線に対する自車両の方向及び前記操舵角検出手段で検出された操舵角又は操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び速度検出手段で検出された走行速度に基づいて、操舵系のフリクショントルクからなる外乱トルクを算出する外乱トルク算出手段と、少なくとも前記操舵角検出手段で検出された操舵角及び操舵角速度検出手段で検出された操舵角速度及び外乱トルク算出手段で算出された外乱トルクのフィードバック分を含めて前記操舵トルク発生手段に指令する指令トルクを算出する操舵トルク制御手段とを備え、前記操舵トルク制御手段は、前記操舵介入トルク検出手段で検出された操舵介入トルクが所定値以上であるときに、前記指令トルクのうちの外乱トルクのフィードバック分を零とし且つそのときの操舵角のフィードバック分を前記車線曲率検出手段で検出された車線曲率及び前記速度検出手段で検出された走行速度から算出される定常旋回操舵角に操舵角フィードバックゲインを乗じた値に固定することを特徴とする車線追従走行制御装置。
- 前記定常旋回固定手段は、前記操舵介入トルクが所定値以下である場合に、当該操舵介入トルクが大きくなるほど、前記外乱トルクのフィードバック分を小さくすると共に、前記操舵角のフィードバック分を定常旋回時に想定される値に近づけることを特徴とする請求項４に記載の車線追従走行制御装置。
- 前記定常旋回固定手段は、前操舵介入トルクが前記所定値以下となってから、前記外乱トルクのフィードバック分及び操舵角のフィードバック分を、時間的に次第に元の値に戻すことを特徴とする請求項４又は５の何れかに記載の車線追従走行制御装置。
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