JP3956631B2

JP3956631B2 - 車両用操舵装置

Info

Publication number: JP3956631B2
Application number: JP2001072958A
Authority: JP
Inventors: 敏之渡辺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2021-03-14
Also published as: JP2002274402A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に搭載される車両用操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平７−８１６０２号公報に記載されているように、車両の前方に取り付けられたカメラで自車両の前方の路面に引かれている白線を認識し、この白線から追従目標線を求め、求めた追従目標線に沿って走行するようにステアリングの目標操舵角を演算し、操舵アクチュエータによりステアリングの操舵角を目標操舵角に合わせるように自動操舵する車両用自動操舵装置が知られている。このような車両用自動操舵装置では、ドライバーが容易にうち勝てる程度の操舵トルクでステアリングが操舵される。したがって、自動操舵されている状態において、ドライバーはいつでもステアリング操作を行うことが可能である。
【０００３】
車両用自動操舵装置で目標操舵角を演算する際、自車両に最も近い左右の白線から追従目標線を求めて目標操舵角が算出される。図８は、従来の技術による車両用自動操舵装置において、路面上の走行車両の位置と自動操舵によってステアリングに発生されるトルクとの関係を示す図である。図８において、路面１００に白線１０１、１０２、１０３が引かれている。白線１０１と１０２とで左側車線が形成され、白線１０２と１０３とで右側車線が形成される。車両用自動操舵装置は、左車線を走行するとき、白線１０１と１０２とから追従目標線１０４を求め、右車線を走行するとき、白線１０２と１０３とから追従目標線１０５を求める。車両用自動操舵装置は、走行車線内の追従目標線と自車両の走行位置とに基づいたトルク直線によるトルクでステアリングを操舵する。直線１０６は左車線走行時の制御トルク直線であり、直線１０７は右車線走行時の制御トルク直線である。左車線走行時の制御トルク直線１０６を例にあげて説明すると、車両の走行位置が追従目標線１０４より左側のとき、右向きトルクでステアリングが操舵され、車両の走行位置が追従目標線１０４より右側のとき、左向きトルクでステアリングが操舵される。ステアリングの操舵トルク１０６は、車両の走行位置が追従目標線１０４から離れるほど大きくなり、車線１０２上で左向きトルクが最大となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ドライバーが左側車線から右側車線に車線変更をしようとステアリングを右側に操作すると、車両用自動操舵装置は、制御トルク直線１０６に従って左向きトルクを発生させてドライバーのステアリング操作を妨げる。しかし、車両の走行位置が白線１０２を超えて右側車線に入ると、車両用自動操舵装置は制御トルク直線１０７に従ってステアリングに右向きトルクを発生させてドライバーのステアリング操作を助ける。このとき、大きな操舵トルク１０８がステアリングに発生している状態で、白線１０２を境に左向きから右向きに急に操舵トルクが変化するので、ドライバーに違和感を与えるおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、自動操舵中に車線変更を行う際の違和感を抑えた車両用操舵装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、目標走行線に対して左を走行しているときに右操舵を行い、前記目標走行線に対して右を走行しているときに左操舵を行う車両用操舵装置に適用され、少なくとも２つの走行車線のうちいずれか１つの車線を走行中に他の走行車線へ車線変更が開始されたことを車両用操舵装置による操舵トルクの向きおよびドライバーによる操舵トルクの向きから検出すると、車線をまたぐ前から車線変更先の走行車線を用いて算出した目標走行線に応じて操舵を行うようにしたものである。
【０００７】
なお、上記課題を解決するための手段の項では、本発明をわかりやすく説明するために実施の形態の図と対応づけたが、これにより本発明が実施の形態に限定されるものではない。また、レーンマーカとは、白線に代表される車線を区分するための線の総称である。
【０００８】
【発明の効果】
本発明による車両用操舵装置では、車線変更の際にドライバーが受ける違和感を抑えることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による車両用操舵装置の概要を示すブロック図である。図１において、車両用操舵装置は車両１に備えられ、カメラ２と、トルクセンサ３と、車速センサ４と、ステアリングアクチュエータ６と、コントローラ７とを有する。カメラ２は、車両１の前方の道路の状態を撮像し、画像情報をコントローラ７に送出する。トルクセンサ３は、不図示のステアリングシャフトに発生している操舵トルクを検出し、トルク信号をコントローラ７に送出する。車速センサ４は、車両の走行速度を検出し、速度信号をコントローラ７に送出する。ステアリングアクチュエータ６は、コントローラ７から送出される操舵角指令値に応じて操舵輪５を転舵する。ステアリングシャフトに発生する操舵トルクは、ドライバーが不図示のステアリングホイールを操作することにより発生するトルクと、ステアリングアクチュエータ６による操舵によって発生するトルクとの和である。また、この車両用操舵装置は、ドライバーによる不図示のメインスイッチオン操作により起動する。
【００１０】
コントローラ７は、画像処理部９と、制御部１０とで構成される。画像処理部９は、画像変換部９ａと、横偏差算出部９ｂと、偏角算出部９ｃとを有する。画像変換部９ａは、カメラ２から出力された原画像をあたかも上方から見たような平面視画像に変換する。横偏差算出部９ｂは、平面視画像から自車両と道路の中心との距離(横偏差)を算出して制御部１０へ送る。偏角算出部９ｃは、平面視画像から自車両の中心線と道路の中心線とがなす角(偏角)を算出して制御部１０へ送る。制御部１０には、横偏差および偏角の他に上述したトルクセンサ３によるトルク信号、車速センサ４による速度信号、ならびに不図示のウィンカを点滅動作させるためのウィンカスイッチ８からの操作信号が入力される。
【００１１】
制御部１０は、入力された横偏差、偏角、および上記各信号に基づいて目標操舵角を演算し、ステアリングアクチュエータ６に対して操舵角指令値を出力する。図２は、コントローラ７で行われる操舵制御処理の流れを説明するフローチャートである。図２の制御は、あらかじめ定められた制御周期ごとに繰り返し行われる。ドライバーによるメインスイッチオン操作により、図２のステップＳ２１において、コントローラ７は、カメラ２で撮像される道路画像、すなわち、原画像を取り込んでステップＳ２２へ進む。
【００１２】
ステップＳ２２において、コントローラ７は、画像変換部９ａで原画像を平面視画像に変換してステップＳ２３へ進む。ステップＳ２３において、コントローラ７は、平面視画像から現在の走行車線を決定し、操舵輪５を制御するための目標操舵角を算出するために必要な横偏差および偏角を求める。ここで、横偏差と偏角について説明する。なお、本実施の形態では、走行車線の左右の白線の中間、すなわち、道路の中心を車線走行中の目標走行線とする。
【００１３】
横偏差は、自車両の目標走行線に対するずれ量を表すもので、横偏差の算出は平面視画像を用いて次のように行う。図３(a)は走行中にカメラ２により撮像された原画像であり、図３(b)は図３(a)が平面視画像に変換された画像である。現在走行中の車線に対する横偏差の算出を例にあげると、コントローラ７は、図３(b)の平面視画像上において、図３(a)の自車両近くの所定の近地点１１に相当する地点で、車両中心線１４と目標走行線(この場合道路中心１３)との距離α１を求め、距離α１を横偏差とする。近地点１１は、原画像で左右の白線が認識できる最も車両に近い地点としている。道路中心１３は、走行車線を示す白線１６と白線１７を基準線として、これら基準線の中心とする。カメラ２は、撮像される画像における左右の中心が自車両の左右の中心と一致するように車両１に設けられており、図３(b)の平面視画像の左右の中心が車両中心線１４と一致する。
【００１４】
一方、偏角は、自車両の中心線１４と道路中心線とがなす角で、偏角の算出は平面視画像を用いて次のように行う。現在走行中の車線に対する偏角の算出を例にあげると、コントローラ７は、図３(b)の平面視画像上において、図３(a)の自車両近くの所定の近地点１１に相当する地点の道路中心１３と、図３(a)の自車両から所定の距離を隔てた遠地点１２に相当する地点の道路中心とを結ぶ道路中心線１８を引き、車両中心線１４と道路中心線１８とがなす偏角β１を求める。図３(b)において、道路中心線１８および車両中心線１４が平行であるため、この場合の偏角β１は０(度)である。コントローラ７は、横偏差および偏角を算出すると、図２のステップＳ２４へ進む。
【００１５】
ステップＳ２４において、コントローラ７は、算出した横偏差および偏角に応じて目標操舵角を算出してステップＳ２５へ進む。目標操舵角δは、横偏差をα、偏角をβとすると、次式(１)により算出される。
【数１】
δ＝(１＋ＡＶ２)・(ＷＢ／Ｋ)・β・Ｋ１＋α・Ｋ２（１）
ただし、Ａは車両１のスタビリティファクタ、Ｖは車速センサ４による速度検出信号から得られる車速、ＷＢは車両１のホイールベース、Ｋは車両１と偏角算出地点との距離、Ｋ１およびＫ２はそれぞれあらかじめ与えられるゲインである。
【００１６】
ステップＳ２５において、コントローラ７は、算出した目標操舵角δに応じてステアリングアクチュエータ６を駆動制御し、図２の処理を終了する。
【００１７】
上述したステップＳ２３において行われる横偏差αの算出、および偏角βの算出処理について詳細に説明する。図４のフローチャートは、走行車両が車線変更する場合に、コントローラ７で行われる横偏差αおよび偏角βの算出処理の流れを説明するものである。ステップＳ３０１において、コントローラ７は、ウィンカスイッチ８がオンされているか否かを判定する。ウィンカスイッチ８がオンされている場合にステップＳ３０１を肯定判定してステップＳ３０２へ進み、ウィンカスイッチ８がオフされている場合にステップＳ３０１を否定判定してステップＳ３１３へ進む。
【００１８】
ステップＳ３０２において、コントローラ７は、車線変更制御が行われているか否かを判定する。後述する車線変更制御中フラグがセットされている場合にステップＳ３０２を肯定判定してステップＳ３０３へ進み、車線変更制御中フラグがセットされていない場合にステップＳ３０２を否定判定してステップＳ３０５へ進む。ステップＳ３０３において、コントローラ７は、自車両が変更先車線(たとえば右車線)に侵入したか否かを判定する。走行している車線の認識は次のように行う。図５(a)は車線変更中にカメラ２により撮像された原画像であり、図５(b)は図５(a)が平面視画像に変換された画像である。コントローラ７は、図５(b)の平面視画像上において、図５(a)の自車両近くの所定の近地点５１に相当する地点で、車両中心線５２が白線５３を超えた場合に変更先車線、すなわち、右車線に侵入したと判定する。変更先車線に侵入した場合にステップＳ３０３を肯定判定してステップＳ３１２へ進み、変更先車線に侵入していない場合にステップＳ３０３を否定判定してステップＳ３０４へ進む。
【００１９】
ステップＳ３０４において、コントローラ７は、変更先車線に対する横偏差、および偏角を算出する。横偏差の算出は平面視画像を用いて次のように行う。図６(a)は変更先車線に侵入する前にカメラ２により撮像された原画像であり、図６(b)は図６(a)が平面視画像に変換された画像である。コントローラ７は、図６(b)の平面視画像上において、図６(a)の自車両近くの所定の近地点３１に相当する地点で、車両中心線３５から目標走行線(この場合変更先車線の道路中心３６)に対する垂線の長さとして距離α２を求め、距離α２を横偏差とする。近地点３１は、原画像で変更先車線の左右の白線が認識できる最も車両に近い地点としている。道路中心３６は、変更先走行車線を示す白線３３と白線３４を基準線として、これら基準線の中間とする。
【００２０】
一方、偏角の算出は平面視画像を用いて次のように行う。図６(c)は、図６(a)が平面視画像に変換された画像で、偏角の算出を説明する図である。コントローラ７は、図６(c)の平面視画像上において、図６(a)の自車両近くの所定の近地点３１に相当する地点の道路中心３６と、図６(a)の自車両から所定の距離を隔てた遠地点３２に相当する地点の道路中心とを結ぶ道路中心線３７を引き、車両中心線３８と道路中心線３７とがなす偏角β２を求める。コントローラ７は、変更先車線に対する横偏差および偏角を算出すると図４の処理を終了し、上述した図２のステップＳ２４へ進む。
【００２１】
ステップＳ３０５において、コントローラ７は、不図示のウィンカが点滅している方向の車線の左右の白線が認識できるか否かを判定する。ウィンカが点滅している方向の車線の左右の白線が認識できる場合にステップＳ３０５を肯定判定してステップＳ３０６へ進み、ウィンカが点滅している方向の車線の左右の白線が認識できない場合にステップＳ３０５を否定判定してステップＳ３１３へ進む。
【００２２】
ステップＳ３０６において、コントローラ７は、ステアリングにドライバーによる操舵トルクがかけられているか否かを判定する。トルクセンサ３により検出される操舵トルクが、現在走行中の車線を走行するためにステアリングアクチュエータ６によって与えられる操舵トルクと異なる場合に、コントローラ７は、ステップＳ３０６を肯定判定してステップＳ３０７へ進む。ここで、現在走行中の車線を走行するために与えられる操舵トルクとは、現在走行中の車線に対する横偏差、および偏角に基づいて算出された目標操舵角に応じてステアリングアクチュエータ６が駆動されるとき、トルクセンサ３により検出される操舵トルクである。一方、コントローラ７は、トルクセンサ３により検出される操舵トルクが、現在走行中の車線を走行するためにステアリングアクチュエータ６によって与えられる操舵トルクと略一致する場合に、ステップＳ３０６を否定判定してステップＳ３１３へ進む。
【００２３】
ステップＳ３０７において、コントローラ７は、ステアリングにかかっている操舵トルクの方向が不図示のウィンカが点滅している方向と同じか否かを判定する。ステアリングにかかっている操舵トルクの方向とウィンカの点滅方向とが同じ場合にステップＳ３０７を肯定判定してステップＳ３０８へ進み、ステアリングにかかっている操舵トルクの方向とウィンカの点滅方向とが異なる場合にステップＳ３０７を否定判定してステップＳ３１１へ進む。
【００２４】
ステップＳ３０８において、コントローラ７は、内部の不図示のタイマ回路により時間Ｔの計時を開始してステップＳ３０９へ進む。計時される時間Ｔは、ウィンカの点滅と同方向の操舵トルクがステアリングにかけられる時間に相当する。一方、ステップＳ３１１において、コントローラ７は、計時時間ＴをリセットしてステップＳ３１３へ進む。
【００２５】
ステップＳ３０９において、コントローラ７は、計時時間Ｔが５００ｍｓ以上か否かを判定する。計時時間Ｔが５００ｍｓ以上の場合にステップＳ３０９を肯定判定してステップＳ３１０へ進み、計時時間Ｔが５００ｍｓ未満の場合にステップＳ３０９を否定判定してステップＳ３１３へ進む。
【００２６】
ステップＳ３１０において、コントローラ７は、ドライバーにより車線変更が行われているとみなし、車線変更制御中フラグをセットしてステップＳ３０４へ進み、上述したように変更先車線に対する横偏差、および偏角を算出する。
【００２７】
上述したステップＳ３０３において肯定判定されて進むステップＳ３１２において、コントローラ７は、変更先車線に車線変更が行われたとみなし、車線変更制御中フラグをリセットしてステップＳ３１３へ進む。
【００２８】
ステップＳ３１３において、コントローラ７は、上述したように、現在走行中の車線に対する横偏差、および偏角を算出して図４の処理を終了し、上述した図２のステップＳ２４へ進む。
【００２９】
図７は、上述した車両用操舵装置において、路面上の走行車両の位置と、ステアリングアクチュエータによってステアリングに発生されるトルクとの関係を示す図である。図７において、路面１００に白線１０１、１０２、１０３が引かれている。白線１０１と１０２とで左側車線を形成し、白線１０２と１０３とで右側車線を形成する。コントローラ７は、左側車線を走行するとき、白線１０１と１０２とから目標走行線１０４を算出し、右車線を走行するとき、白線１０２と１０３とから目標走行線１０５を算出する。直線２０６は左車線走行時の制御トルク直線であり、直線２０７は右車線走行時の制御トルク直線である。たとえば、ドライバーが右方向のウィンカを点滅させて右側車線に車線変更を開始すると、ウィンカの点滅と同方向の操舵トルクがドライバーによって５００ｍｓ以上ステアリングにかけられることにより、車線変更制御中フラグがセット(ステップＳ３１０)され、右側車線に対する横偏差、偏角が算出される(ステップＳ３０４)。この結果、ドライバーによるステアリング操作を妨げる左向きトルク１１０が小さい段階(車両が左側車線内の１０９の地点に移動した段階)で、ステアリングアクチュエータ６による操舵トルクの向きがドライバーによるステアリング操作と一致する右向きに切り替わり、トルク直線２０７のようにステアリングが駆動制御される。
【００３０】
以上説明した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）ウィンカの点滅方向の車線の左右の白線が認識可能で(ステップＳ３０５で肯定判定)、ドライバーによりウィンカの点滅方向と一致する向きの操舵トルクが５００ｍｓ以上ステアリングにかけられた場合(ステップＳ３０６、ステップＳ３０７およびステップＳ３０９で肯定判定)に、ドライバーにより車線変更が行われているとみなして変更先車線に対する横偏差および偏角を算出し(ステップＳ３０４)、算出した横偏差および偏角に応じてステアリングに対する操舵角を算出するようにした。したがって、ステアリングアクチュエータ６によりステアリングを駆動する駆動トルクの向きが、車線変更時に走行車両が白線をまたぐ前、つまり、ステアリングアクチュエータ６によりステアリングに発生する操舵トルクが小さいうちにドライバーによるステアリング操作の向きと一致する向きに切り替わるため、ドライバーが受ける違和感を抑えることができる。
（２）車両が変更先車線へ侵入すると(ステップＳ３０３で肯定)、ドライバーによる車線変更が終了したとみなして現在走行中の車線に対する横偏差および偏角を算出し(ステップＳ３１３)、算出した横偏差および偏角に応じてステアリングに対する操舵角を算出するようにした。車線変更時に走行車両が車線をまたいでも、目標走行線の変更がないので、車両の挙動としてなめらかな車線変更制御を行うことができる。
（３）ドライバーによる車線変更の検出にウィンカの操作信号を用いたので、ドライバーの車線変更の意志を確実に検出することができる。
【００３１】
上述したステップＳ３０９において、計時時間Ｔが５００ｍｓ以上か否かを判定するようにした。計時時間Ｔは、ドライバーによって車線変更が行われていることを検出するために計時する時間であるので、ドライバーによる車線変更を検出することができれば５００ｍｓでなくてもよい。また、計時時間Ｔを車速によって変化させるようにしてもよい。
【００３２】
目標走行線は、走行する車線の左右の白線の中心としたが、必ずしも左右の白線の中心でなくてもよい。
【００３３】
上述した説明では、ウィンカスイッチ８から出力される操作信号が左右どちらの方向にウィンカを作動させる信号かによって、コントローラ７が移動先車線の方向を検知するようにしたが、ウィンカスイッチ８から出力される操作信号を用いなくても移動先車線の方向を検知できる。この場合には、ドライバーによって車線変更が行われているとき、ステアリングシャフトに発生している操舵トルクの向きを、コントローラ７がトルクセンサ３から入力されるトルク信号から検知する。現在走行中の車線に対する横偏差、および偏角に基づいて算出された目標操舵角に応じてステアリングアクチュエータ６が駆動されている場合に検出される操舵トルクに対し、右向き方向のトルクが検出されると移動先車線が右、左向き方向のトルクが検出されると移動先車線が左とみなす。
【００３４】
また、レーンマーカとして白線の連続線を例として説明したが、黄線などの他の色のレーンマーカや、破線などによるレーンマーカについても適用することができる。
【００３５】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明すると、ステアリングアクチュエータ６が操舵アクチュエータに、カメラ２が撮像装置に、コントローラ７が車線検出回路、操舵角算出回路、アクチュエータ制御回路、移動先車線検出回路、制御回路、および検出装置に、トルクセンサ３がトルク検出装置に、ウィンカスイッチ８がウィンカ作動スイッチに、コントローラ７およびステアリングアクチュエータ６が操舵制御装置に、それぞれ対応する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による車両用自動操舵装置の概要を示すブロック図である。
【図２】操舵制御処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】 (a)は走行中にカメラにより撮像された原画像を示す図、(b)は(a)が平面視画像に変換された画像を示す図である。
【図４】走行車両が車線変更する場合の横偏差および偏角の算出処理の流れを説明するフローチャートである。
【図５】 (a)は車線変更中にカメラにより撮像された原画像を示す図で、(b)は(a)が平面視画像に変換された画像を示す図である。
【図６】 (a)は変更先車線に侵入する前にカメラにより撮像された原画像を示す図、(b)および(c)は(a)が平面視画像に変換された画像を示す図である。
【図７】路面上の走行車両の位置とステアリングアクチュエータによってステアリングに発生されるトルクとの関係を示す図である。
【図８】従来の技術による路面上の走行車両の位置とステアリングに発生されるトルクとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１…車両、２…カメラ、
３…トルクセンサ、４…車速センサ、
５…操舵輪、６…ステアリングアクチュエータ、
７…コントローラ、８…ウィンカスイッチ、

Claims

目標走行線に対して左を走行しているときに右操舵を行い、前記目標走行線に対して右を走行しているときに左操舵を行う車両用操舵装置において、
少なくとも２つの走行車線のうちいずれか１つの車線を走行中に、車両用操舵装置が行う操舵トルクの向きとドライバーが行う操舵トルクの向きとに応じて他の走行車線へ車線変更が開始されたことを検出する検出装置と、
前記検出装置により車線変更の開始が検出されたとき、車線をまたぐ前から車線変更先の走行車線を用いて算出した目標走行線に応じて操舵を行う操舵制御装置とを備えることを特徴とする車両用操舵装置。
請求項１に記載の車両用操舵装置において、
車両の操舵輪を操舵する操舵アクチュエータと、
前記車両前方の道路を撮像して画像情報を出力する撮像装置と、
前記撮像装置から出力される画像情報を用いてレーンマーカで区分された車線を検出する車線検出回路と、
前記レーンマーカに基づいて目標操舵角を算出する操舵角算出回路と、
前記操舵角算出回路により算出された前記目標操舵角に応じて前記操舵アクチュエータを制御するアクチュエータ制御回路と、
ステアリング装置に発生する操舵トルクを検出するトルク検出装置と、
前記撮像装置から出力される画像情報を用いてレーンマーカで区分された移動先車線を検出する移動先車線検出回路とをさらに備え、
前記検出装置は、前記移動先車線検出回路により移動先車線が検出されるとともに、前記トルク検出装置により前記移動先車線方向への操舵トルクが所定時間以上検出された場合に車線変更が開始されたことを検出し、
前記操舵制御装置は、前記移動先車線のレーンマーカに基づいて目標操舵角を算出するように前記操舵角算出回路を制御することを特徴とする車両用操舵装置。
請求項２に記載の車両用操舵装置において、
ウィンカを作動させるための操作信号を出力するウィンカ作動スイッチをさらに備え、
前記検出装置は、前記移動先車線検出回路により前記移動先車線が検出されるとともに、前記ウィンカ作動スイッチから出力された操作信号が示す方向への操舵トルクが前記トルク検出装置により所定時間以上検出された場合に車線変更が開始されたことを検出することを特徴とする車両用操舵装置。