JP4402647B2 - 車線逸脱量推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車線逸脱量推定装置に係り、簡易な構成を採りながら逸脱量の推定を迅速かつ高精度に行うための技術に関する。

車両の走行安全性を高める装置としては、制動時における車輪のロックを防止するＡＢＳ（Anti-lock Breaking System）や、加速時における車輪の空転を防止するＴＣＳ（Traction Control System）が広く採用されており、更に旋回時における横滑りの抑制機能等をも加えた車両姿勢制御装置も一部に採用されている。旋回走行時にアンダステアやオーバステア等によって横滑りが生じた場合、運転者が意図した走行軌跡（通常は、走行車線）から車両が逸脱することになる。そのため、車両姿勢制御装置では、走行車線からの逸脱を判定した段階で、独立式制動装置により左右車輪のどちらか一方を制動したり、パワーステアリング装置による操舵アシストトルクを与えたりすることにより、車両を走行車線に復帰させる制御が行われている。

車両の走行車線からの逸脱の判定や予測を行う方法としては、種々のものが公知となっている。例えば、本出願人は、ナビゲーションシステムの地図データ（道路ノードの座標データ）に基づいて車両の逸脱量を算出する操舵制御装置（特許文献１参照）や接地荷重制御装置を（特許文献２参照）を過去に提案した。これらの装置では、各種センサ（車速センサや、操舵角センサ、ヨーレイトセンサ、Ｇセンサ等）から得られた車両運動パラメータと、地図データから算出した道路の旋回半径とから逸脱量を幾何学的に演算し、これを所定の閾値と比較することで逸脱が判定される。また、車体前部に設置されたＣＣＤカメラにより車両前方を撮影し、その撮像データに基づいて車両の逸脱を予測する車線逸脱警報装置（特許文献３参照）や車線逸脱防止装置（特許文献４参照）も過去に提案されている。これらの装置においては、各種センサから得られた車両運動パラメータと、撮像データを画像処理することにより得た道路の旋回半径やヨー角等とから逸脱が予測される。
特開２００５−２８４４４１号公報 特開平１１−０４８７３７号公報 特開２００４−０３８４８７号公報 特開２００４−２８４４８５号公報

特許文献１，２の逸脱判定方法は、高価なナビゲーションシステムが必須となるため、装置コストの面から広く採用することが難しかった。また、ナビゲーションシステムは走行経路を案内するシステムであるため、交差点の少ない山間路等で地図データにおける道路ノードの間隔が大きく設定されていた場合、逸脱量の高精度な算出が行えなかった。一方、特許文献３，４の逸脱予測方法は、高価なＣＣＤカメラ等を必要とするため装置コストが高くなる他、雨天時や積雪時、逆光時等には道路形状を正確に認識できなくなり、逸脱の予測が行えなくなる虞があった。

本発明は上記状況に鑑みなされたもので、簡易な構成を採りながら逸脱量の推定を迅速かつ高精度に行うことができる車線逸脱量推定装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る車線逸脱量推定装置は、車両に搭載された車線逸脱量推定装置であって、前記車両の車体速を検出する車体速検出手段と、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記車速と前記操舵角とに基づき、前記車両の規範ヨーレイトを算出する規範ヨーレイト算出手段と、前記車両の実ヨーレイトを検出する実ヨーレイト検出手段と、前記規範ヨーレイトと前記実ヨーレイトとの差を所定時間にわたって積分してヨーレイト差積分値を得るヨーレイト差積分手段と、前記車両の目標走行軌跡からの推定逸脱量をＤ、前記車速をＶ、前記所定時間をｔ、前記ヨーレイト差積分値をθｄとしたとき、前記推定逸脱量Ｄを下式により算出する逸脱量推定手段とを備えたことを特徴とする。
Ｄ＝Ｖ・ｔ・θｄ

また、請求項２の発明に係る車線逸脱量推定装置は、請求項１に記載の車線逸脱量推定装置において、操舵車輪のタイヤスリップ角を推定するタイヤスリップ角推定手段を更に備え、前記ヨーレイト差積分手段は、このタイヤスリップ角推定手段が推定したタイヤスリップ角の値が所定値を超えたときに前記積分を開始することを特徴とする。

また、請求項３の発明に係る車線逸脱量推定装置は、車両に搭載された車線逸脱量推定装置であって、ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記操舵角に基づき、前記車両の目標旋回曲率を算出する目標旋回曲率算出手段と、前記車両の車体速を検出する車体速検出手段と、前記車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、前記車体速と前記横加速度とに基づき、前記車両の実旋回曲率を算出する実旋回曲率算出手段と、前記車両の目標走行軌跡からの推定逸脱量をＤ、前記車速をＶ、前記所定時間をｔ、前記目標旋回曲率と前記実旋回曲率との差をｅとしたとき、前記推定逸脱量Ｄを下式により算出する逸脱量推定手段とを備えたことを特徴とする。
Ｄ＝Ｖ・ｔ・ｅ

本発明の車線逸脱量推定装置によれば、ナビゲーションシステムやＣＣＤカメラ等の高価な機器を用いることなく、既存の装置を用いて走行車線からの車両の逸脱量を迅速かつ高精度に推定することができるようになる。

以下、本発明に係る車線逸脱量推定装置の２つの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は第１実施形態に係る車両の装置構成を示す平面図であり、図２は第１実施形態に係るＶＳＡ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図であり、図３は第１実施形態に係る旋回走行時における車両の２輪車モデルを示す図である。

＜車両の装置構成＞
先ず、図１を参照して、車両の装置構成について説明する。説明にあたり、４本のホイールやそれらに対応して配置された部材、すなわち、タイヤや車輪速センサ等については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば、ホイール３ｆｌ（左前）、ホイール３ｆｒ（右前）、ホイール３ｒｌ（左後）、ホイール３ｒｒ（右後）と記すとともに、総称する場合には、例えば、ホイール３と記す。

図１に示すように、車両（本実施形態では乗用車）１はタイヤ２が装着された４つのホイール３を備えており、これら各ホイール３にはブレーキ４と車輪速センサ（車体速検出手段）５とが内装されている。また、車両１には、車室内にＶＳＡ（Vehicle Stability Assist:車両挙動安定化制御システム）−ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６の他、ＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）７と、ＥＰＳ７を制御するＥＰＳ−ＥＣＵ８と、各ブレーキ４に圧油を供給する油圧ユニット９と、エンジン１０を制御するＥＮＧ−ＥＣＵ１１とが設置されている。なお、車両１は、車両１の実ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ（実ヨーレイト検出手段）１２と、車両１の前後加速度を検出する前後Ｇセンサ１３と、車両１の横加速度を検出する横Ｇセンサ１４とを車室内に備えている。

ＶＳＡ−ＥＣＵ６、ＥＰＳ−ＥＣＵ８およびＥＮＧ−ＥＣＵ１１は、それぞれ、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して互いに接続されている。また、油圧ユニット９は、の電動バルブや油圧回路等を４系統備えており、各ホイール３のブレーキ４に異なった圧力の圧油を送給することができる。

ＥＰＳ７は、図示しないラックやピニオンからなるステアリングギヤ２１と、ステアリングホイール２２が後端に取り付けられたステアリングシャフト２３と、ステアリングシャフト２３に操舵アシスト力を与えるＥＰＳモータ２４とを主要構成要素としている。なお、ステアリングシャフト２３には、ステアリングホイール２２の操舵角を検出する操舵角センサ（操舵角検出手段）２５が取り付けられている。

＜ＶＳＡ−ＥＣＵの構成＞
次に、図２を参照して、第１実施形態のＶＳＡ−ＥＣＵ６の要部構成を説明する。
第１実施形態のＶＳＡ−ＥＣＵ６は、車体速推定部３１と、規範ヨーレイト算出部（規範ヨーレイト算出手段）３２と、スリップ角推定部（タイヤスリップ角推定手段）３３と、タイヤモデル設定部３４と、前後／横Ｇ推定部３５と、路面摩擦係数推定部３６と、推定開始指令出力部３７と、車線逸脱量推定部（ヨーレイト差積分手段，逸脱量推定手段）３８と、運動状態判定部３９と、制御信号出力部４０とを備えている。

車体速推定部３１は、各ホイール３の車輪速センサ５から入力した車輪速の検出信号（以下、単に車輪速と記す）Ｗｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒに基づき、車両１の車体速Ｖを算出する。なお、車体速推定部３１には、補正用の情報として、スリップ角推定部３３からのタイヤスリップ角αと、タイヤモデル設定部３４からのタイヤデータとが入力する。

規範ヨーレイト算出部３２は、車体速推定部３１から入力した車体速Ｖの推定値と、操舵角センサ２５から入力した操舵角の検出信号（以下、単に操舵角と記す）δに基づき、規範ヨーレイトγＮを算出する。

スリップ角推定部３３は、車体速推定部３１から入力した車体速Ｖと、操舵角センサ２５から入力した操舵角δと、ヨーレイトセンサ１２から入力した実ヨーレイトの検出信号（以下、単に実ヨーレイトと記す）γと、横Ｇセンサ１４から入力した車両１の実横加速度の検出信号（以下、単に実横加速度と記す）ＬＧとに基づき、タイヤスリップ角αおよび車体スリップ角βを算出する。なお、本実施形態の場合、図３に示すように、タイヤスリップ角αの推定にあたっては２輪モデルが用いられており、スリップ角推定部３３は、タイヤスリップ角αとして前輪側タイヤスリップ角αｆと後輪側タイヤスリップ角αｒとを推定する。

タイヤモデル設定部３４は、スリップ角推定部３３から入力したタイヤスリップ角αと、後述する前後／横Ｇ推定部３５および路面摩擦係数推定部３６から入力した前後加速度推定値ＦＧＥ，横加速度推定値ＬＧＥ，路面摩擦係数推定値μとに基づき、タイヤ２の力学モデルを設定する。

前後／横Ｇ推定部３５は、スリップ角推定部３３から入力したタイヤスリップ角αと、タイヤモデル設定部３４からのタイヤデータとに基づき、前後加速度推定値ＦＧＥおよび横加速度推定値ＬＧＥを算出する。

路面摩擦係数推定部３６は、ヨーレイトセンサ１２から入力した実ヨーレイトγと、前後Ｇセンサ１３から入力した車両１の実前後加速度の検出信号（以下、単に実前後加速度と記す）ＦＧと、横Ｇセンサ１４から入力した車両１の実横加速度ＬＧとに基づき、路面摩擦係数推定値μを算出する。なお、路面摩擦係数推定部３６には、補正用の情報として、前後／横Ｇ推定部３５からの前後加速度推定値ＦＧＥおよび横加速度推定値ＬＧＥが入力する。

推定開始指令出力部３７は、車体速推定部３１から入力した車体速Ｖと、路面摩擦係数推定部３６から入力した路面摩擦係数推定値μとに基づき、後述する車線逸脱量推定部３８および運動状態判定部３９に処理開始指令Ｓstartを出力する。

車線逸脱量推定部３８は、車体速推定部３１から入力した車体速Ｖと、規範ヨーレイト算出部３２から入力した規範ヨーレイトγＮと、ヨーレイトセンサ１２から入力した実ヨーレイトγとに基づき推定逸脱量Ｄを算出し、これを制御信号出力部４０に出力する。

運動状態判定部３９は、スリップ角推定部３３から入力した前後輪のタイヤスリップ角αｆ，αｒから前後スリップ角差αｆｒを算出した後、この前後スリップ角差αｆｒと、操舵角センサ２５から入力した操舵角δと、路面摩擦係数推定部３６から入力した路面摩擦係数推定値μと、車体速推定部３１から入力した車体速Ｖとに基づき車両１の運動状態Ｐｍを判定し、これを制御信号出力部４０に出力する。

制御信号出力部４０は、車線逸脱量推定部３８から入力した推定逸脱量Ｄと、運動状態判定部３９から入力した運動状態Ｐｍとに基づき、車線逸脱を抑制すべく、ＥＰＳ−ＥＣＵ８や、ＥＮＧ−ＥＣＵ１１、油圧ユニット９に制御指令を出力する。

≪第１実施形態の作用≫
車両１が走行を開始すると、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、各ホイール３の車輪速センサ５からの車輪速Ｗｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒを始め、操舵角センサ２５からの操舵角δ、ヨーレイトセンサ１２からの実ヨーレイトγ、前後Ｇセンサ１３からの実前後加速度ＦＧ、横Ｇセンサ１４からの実横加速度ＬＧが入力し、図４のフローチャートにその手順を示す車線逸脱抑制制御が所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）で実行される。

＜制御開始＞
ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、図４のステップＳ１で車体速推定部３１とスリップ角推定部３３と路面摩擦係数推定部３６とがそれぞれ演算を行い、車体速Ｖとタイヤスリップ角αおよび車体スリップ角βと路面摩擦係数推定値μとを算出する。また、規範ヨーレイト算出部３２やタイヤモデル設定部３４、前後／横Ｇ推定部３５も、上述した各種の処理を実行する。

次に、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、ステップＳ２において、推定開始指令出力部３７が操舵角δの絶対値が所定の推定開始判定閾値δth（例えば、３°〜５°）より大きいか否かを判定し、この判定がＮｏであればスタートに戻る。ステップＳ２の判定において、推定開始指令出力部３７は、路面のキックバック等に起因する瞬間的な変動を除去すべく、操舵角δの所定時間（例えば、０．１秒）にわたる平均値を算出し、その絶対値を判定に用いる。

運転者がステアリングホイール２２を操舵し、ステップＳ２の判定がＹｅｓになると、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、次にステップＳ３において、推定開始指令出力部３７が前輪側タイヤスリップ角αｆの絶対値が所定の推定開始判定閾値αｆthより大きいか否かを判定し、この判定がＮｏであればスタートに戻る。本実施形態の場合、推定開始判定閾値αｆthの値は、図５に示す推定開始判定閾値マップにより与えられ、推定路面摩擦係数推定値μが高いほど大きく、車体速Ｖが大きいほど小さく設定されている。ステップＳ３の判定においても、推定開始指令出力部３７は、ステップＳ２の判定と同様の理由により、前輪側タイヤスリップ角αｆの所定時間（例えば、０．１秒）にわたる平均値を算出し、その絶対値を判定に用いる。

前輪側タイヤスリップ角αｆの絶対値が推定開始判定閾値αｆthを超え、ステップＳ３の判定もＹｅｓとなると、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、ステップＳ４で推定開始指令出力部３７から車線逸脱量推定部３８に処理開始指令Ｓstartが出力され、車線逸脱量推定部３８が図６のフローチャートにその手順を示す逸脱量推定処理を開始する。

＜逸脱量推定処理＞
逸脱量推定処理を開始すると、車線逸脱量推定部３８は、図６のステップＳ２１において運転者による転舵が有るか否かを判定する（前記ステップＳ２の操舵状態が継続しているか否かを判定する）。ステップＳ２１の判定がＹｅｓであれば、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ２２においてカウンタステア状態でないか否かを判定する。ステップＳ２２の判定もＹｅｓであれば、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ２３において前輪側タイヤスリップ角αｆの絶対値が前記の推定開始判定閾値αｆthより大きいか否かを判定する。ステップＳ２３の判定もＹｅｓであれば、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ２４において更にオーバステア状態でないか否かを判定する。

ステップＳ２１〜Ｓ２４の判定のいずれか一つでもＮｏであった場合、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ２５においてタイマカウンタTを０にリセットし、ステップＳ２６において後述のヨーレイト差Δγ，逸脱角推定値θｄ，推定逸脱量Ｄの値を全て０にリセットする。なお、タイマカウンタＴは、その初期値が０であり、逸脱量推定処理の開始時に起動されている。

ステップＳ２１〜Ｓ２４の判定が全てＹｅｓであった場合、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ２７において規範ヨーレイトγＮから実ヨーレイトγを減じてヨーレイト差Δγを算出する。そして、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ２８において、ヨーレイト差Δγを積分して、現時点における車両１の逸脱角推定値θｄ（ｎ）を求める。すなわち、車線逸脱量推定部３８は、初期値０の逸脱角推定値の前回値θｄ（ｎ−１）にヨーレイト差Δγを加算し、逸脱角推定値の今回値θｄ（ｎ）を得る。

ステップＳ２８で逸脱角推定値の今回値θｄ（ｎ）を得ると、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ２９で逸脱角推定値の今回値θｄ（ｎ）と車体速Ｖと積算時間ｔ（すなわち、タイマカウンタＴの値）とを用いて、下式（１）により現時点における推定逸脱量Ｄを演算し、その演算結果を制御信号出力部４０に出力する。
Ｄ＝Ｖ・ｔ・θｄ（ｎ） ・・・（１）

図７（ａ）には車両１の旋回時における走行軌跡を模式的に示し、図７（ｂ）には式（１）による逸脱量の推定方法を模式的に示している。推定逸脱量Ｄは、逸脱角推定値の今回値θｄ（ｎ）の正接（ｔａｎθｄ（ｎ））に車体速Ｖと積算時間ｔとを乗じたものとなるが、θｄ（ｎ）の値が比較的小さいため、値θｄ（ｎ）に車体速Ｖと積算時間ｔとを乗じて近似的な値として算出する。これにより、推定逸脱量Ｄの演算が簡単かつ極めて短時間で行えることになり、制御応答速度が向上する。

＜運動状態判定処理＞
図４のステップＳ２，Ｓ３の判定がいずれもＹｅｓであった場合、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、ステップＳ５で運動状態判定部３９にも推定開始指令出力部３７から処理開始指令Ｓstartが出力され、運動状態判定部３９が図８のフローチャートにその手順を示す運動状態判定処理を開始する。

運動状態判定処理を開始すると、運動状態判定部３９は、ステップＳ３１において、下式（２）により前輪側タイヤスリップ角αｆから後輪側タイヤスリップ角αｒを除した値の絶対値を前後スリップ角差αｆｒとして算出する。
αｆｒ＝｜αｆ−αｒ｜ ・・・式（２）

前後スリップ角差αｆｒの算出を終えると、運動状態判定部３９は、ステップＳ３２において、前後スリップ角差αｆｒと、操舵角δと、車体速Ｖと、路面摩擦係数推定値μとに基づき、図９に示す運動状態判定マップから車両１の運動状態Ｐｍを検索する。図９から判るように、運動状態判定マップでは、前後スリップ角差αｆｒが大きくなるに従い、車両１の運動状態Ｐｍが、グリップ旋回領域から、グリップ限界、アンダステア領域、ドリフトアウト領域へと変化する。なお、運動状態判定マップは、所定速度（例えば、Ｖ＝５０ｋｍ／ｈ）かつドライ路面（μ＝１）の条件で正規化されており、運動状態Ｐｍの検索にあたり、車体速Ｖおよび路面摩擦係数推定値μに応じてゲイン変換を行う。

ステップＳ３２で運動状態Ｐｍの検索を終えると、運動状態判定部３９は、ステップＳ３３で運動状態Ｐｍがグリップ旋回領域にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ３４で運動状態ＰｍをＰ０として制御信号出力部４０に出力する。また、ステップＳ３３の判定がＮｏであれば、運動状態判定部３９は、ステップＳ３５で運動状態Ｐがグリップ限界にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ３６で運動状態ＰｍをＰ１として制御信号出力部４０に出力する。また、ステップＳ３５の判定がＮｏであれば、運動状態判定部３９は、ステップＳ３７で運動状態Ｐがアンダステア領域にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ３８で運動状態ＰｍをＰ２として制御信号出力部４０に出力する。また、ステップＳ３７の判定がＮｏであれば、運動状態判定部３９は、ステップＳ３９で運動状態Ｐがドリフトアウト領域にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ４０で運動状態ＰｍをＰ３として制御信号出力部４０に出力する。

＜制御信号出力処理＞
ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、制御信号出力部４０は、車線逸脱量推定部３８から入力した推定逸脱量Ｄと、運動状態判定部３９から入力した運動状態Ｐｍとに基づき、制御信号出力処理を行う。

すなわち、制御信号出力部４０は、図４のステップＳ６で推定逸脱量Ｄが所定の逸脱判定値Ｄth（例えば、１ｍ）を超えたか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ７に進む。この状況では、車両１がコースアウトする虞が高いため、制御信号出力部４０は、ステップＳ７において、アンダステアの抑制と制動とを併せて行わせるべく、油圧ユニット９とＥＮＧ−ＥＣＵ１１とに制御信号を出力する。これにより、旋回内側のホイール３の駆動力が低減してアンダステアが抑制されると同時に、全てのホイール３の制動とそれに応じたエンジン１０の出力トルクの低減とが行われ、コースアウト時等における安全性が向上する。

また、ステップＳ６の判定がＮｏであった場合、制御信号出力部４０は、ステップＳ８で運動状態ＰｍがＰ３（ドリフトアウト領域）であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ７に進む。この状況では、車両１がドリフトアウト状態となっているため、推定逸脱量Ｄが逸脱判定値Ｄthを超えたときと同様に、アンダステアの抑制と制動とを併せて行う。

また、ステップＳ８の判定がＮｏであった場合、制御信号出力部４０は、ステップＳ９で運動状態ＰｍがＰ２（アンダステア領域）であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ１０に進む。制御信号出力部４０は、ステップＳ１０において、アンダステアの抑制を行わせるべく、油圧ユニット９とＥＮＧ−ＥＣＵ１１とに制御信号を出力する。これにより、旋回内側のホイール３の駆動力が低減するとともにエンジン１０の出力トルクも低減し、アンダステアが抑制されて車両１の走行車線からの逸脱が起こり難くなる。

また、ステップＳ９の判定がＮｏであった場合、制御信号出力部４０は、ステップＳ１１で運動状態ＰｍがＰ１（グリップ限界）であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ１２に進む。制御信号出力部４０は、ステップＳ１２において、ＥＰＳ７による操舵アシストを抑制すべく、ＥＰＳ−ＥＣＵ８に制御信号を出力する。これにより、ＥＰＳモータ２４が発生する操舵アシスト力が減少し、車両１の運動状態Ｐがグリップ限界からグリップ旋回領域に移行する。

［第２実施形態］
図１０は第２実施形態に係るＶＳＡ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。なお、第２実施形態においても、車両の装置構成は前述した第１実施形態と同様である。

＜ＶＳＡ−ＥＣＵの構成＞
次に、図１０を参照して、第２実施形態のＶＳＡ−ＥＣＵ６の要部構成を説明する。なお、ＶＳＡ−ＥＣＵ６については、車体速推定部やスリップ角推定部等、第１実施形態と同様の処理を行う処理部に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２実施形態のＶＳＡ−ＥＣＵ６は、車体速推定部３１と、目標旋回曲率算出部（目標旋回曲率算出手段）４１と、実旋回曲率算出部（実旋回曲率算出手段）４２と、スリップ角推定部３３と、タイヤモデル設定部３４と、前後／横Ｇ推定部３５と、路面摩擦係数推定部３６と、推定開始指令出力部３７と、車線逸脱量推定部３８と、運動状態判定部３９と、制御信号出力部４０とを備えている。

目標旋回曲率算出部４１は、操舵角センサ２５からの操舵角δと、前後／横Ｇ推定部３５から入力したスリップ角推定部３３から入力したタイヤスリップ角αと基づき目標旋回曲率ρを算出する。

実旋回曲率算出部４２は、車体速推定部３１から入力した車体速Ｖと、横Ｇセンサ１４から入力した車両１の実横加速度ＬＧとに基づき、実旋回曲率Ｒを算出する。

≪第２実施形態の作用≫
車両１が走行を開始すると、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、各ホイール３の車輪速センサ５からの車輪速Ｗｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒを始め、操舵角センサ２５からの操舵角δ、ヨーレイトセンサ１２からの実ヨーレイトγ、前後Ｇセンサ１３からの実前後加速度ＦＧ、横Ｇセンサ１４からの実横加速度ＬＧが入力し、図１１のフローチャートにその手順を示す車線逸脱抑制制御が所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）で実行される。

＜制御開始＞
ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、図１１のステップＳ５１で車体速推定部３１とスリップ角推定部３３と路面摩擦係数推定部３６とがそれぞれ演算を行い、車体速Ｖとタイヤスリップ角αおよび車体スリップ角βと路面摩擦係数推定値μとを算出する。また、タイヤモデル設定部３４や前後／横Ｇ推定部３５も上述した各種の処理を実行する。

次に、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、ステップＳ５２において、推定開始指令出力部３７が操舵角δの絶対値が所定の推定開始判定閾値δth（例えば、３°〜５°）より大きいか否かを判定し、この判定がＮｏであればスタートに戻る。ステップＳ５２の判定において、推定開始指令出力部３７は、路面のキックバック等に起因する瞬間的な変動を除去すべく、操舵角δの所定時間（例えば、０．１秒）にわたる平均値を算出し、その絶対値を判定に用いる。

運転者がステアリングホイール２２を操舵し、ステップＳ５２の判定がＹｅｓになると、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、次にステップＳ５３において、推定開始指令出力部３７が前輪側タイヤスリップ角αｆの絶対値が所定の推定開始判定閾値αｆthより大きいか否かを判定し、この判定がＮｏであればスタートに戻る。本実施形態の場合、推定開始判定閾値αｆthの値は、図５に示す推定開始判定閾値マップにより与えられ、推定路面摩擦係数推定値μが高いほど大きく、車体速Ｖが大きいほど小さく設定されている。ステップＳ５３の判定においても、推定開始指令出力部３７は、ステップＳ５２の判定と同様の理由により、前輪側タイヤスリップ角αｆの所定時間（例えば、０．１秒）にわたる平均値を算出し、その絶対値を判定に用いる。

前輪側タイヤスリップ角αｆの絶対値が推定開始判定閾値αｆthを超え、ステップＳ５３の判定もＹｅｓとなると、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、ステップＳ５４で推定開始指令出力部３７から車線逸脱量推定部３８に処理開始指令Ｓstartが出力され、車線逸脱量推定部３８が図１２のフローチャートにその手順を示す補正係数算出処理を開始する。

＜補正係数算出処理＞
補正係数算出処理を開始すると、車線逸脱量推定部３８は、図１２のステップＳ７１で、車体速推定部３１から入力した車体速Ｖと、操舵角センサ２５から入力した操舵角δとに基づき、車両１が旋回するために必要とする要求横力（必要となるグリップ力）ＦＬδｖを下式（３）により推定する。
ＦＬδｖ＝（δｗ−αｆｒ）／Ｌ_ＷＢ・Ｖ^２ ・・・（３）
ここで、δｗは操舵角δから図示しないマップにより求めた前輪の実舵角であり、αｆｒは前述の式（２）により求めた前後スリップ角差αｆｒであり、Ｌ_ＷＢは車両１のホールベースである。

次に、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ７２で路面摩擦係数推定部３６から入力した路面摩擦係数推定値μより要求横力ＦＬδｖが小さいか否かを判定し、この判定がＮｏであれば、後述する補正係数Ｋ１，Ｋ２を求める条件ではないため、ステップＳ７３で後述の補正係数設定フラグＦｃｃを０としてスタートに戻る。

要求横力ＦＬδｖが路面摩擦係数推定値μ以上でステップＳ７２の判定がＹｅｓになると、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ７４で実横加速度ＬＧが所定のレンジ（例えば、（０．１＜ＬＧ≦０．４）と、（０．４＜ＬＧ≦０．８）、（０．８＜ＬＧ≦１．０）のいずれか）に留まっているか否か（すなわち、旋回状況が変化していないか否か）を判定し、この判定がＮｏであれば、ステップＳ７３で補正係数設定フラグＦｃｃを０としてスタートに戻る。

実横加速度ＬＧが所定のレンジに留まっていてステップＳ７４の判定がＹｅｓになると、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ７５で初期値０の第１演算フラグＦｃ１が１であるか否かを判定する。初回はこの判定がＮｏとなるため、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ７６でこれも初期値０の第２演算フラグＦｃ２が１であるか否かを判定する。

初回はステップＳ７６の判定もＮｏとなるため、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ７７で所定の初期値（例えば、２ｓ〜５ｓ）を有する第１カウントダウンタイマＴｃｄ１の値が０であるか否かを判定し、この判定がＮｏである間は、ステップＳ７８で、要求横力ＦＬδｖの第１平均値ＦＬδｖ（ｎ）と、摩擦係数推定値μから得られる車体横力ＦＬμの第１平均値ＦＬμ（ｎ）とを算出し、ステップＳ７９で第１カウントダウンタイマＴｃｄ１を減算する。

第１カウントダウンタイマＴｃｄ１の値が０でステップＳ７７の判定がＹｅｓになると、車線逸脱量推定部３８は、要求横力ＦＬδｖの第１平均値ＦＬδｖ（ｎ）と車体横力ＦＬμの第１平均値ＦＬμ（ｎ）との関係を演算式で表すべく、ステップＳ８０で下式（４）を求めた後、ステップＳ８１で第１演算フラグＦｃ１を１とする。
ＦＬδｖ（ｎ）＝Ｋ１・ＦＬμ（ｎ）＋Ｋ２ ・・・（４）
ここで、Ｋ１，Ｋ２は、サスペンション系（ブッシュ類）の撓みや、タイヤの撓み、車体の撓み、ステアリング系のロス、各種センサの検出誤差等による誤差分を補正するための補正係数である。

第１演算フラグＦｃ１が１でステップＳ７６の判定がＹｅｓになると、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ８２で所定の初期値（例えば、２ｓ〜５ｓ）を有する第２カウントダウンタイマＴｃｄ２の値が０であるか否かを判定し、この判定がＮｏである間は、ステップＳ８３で、要求横力ＦＬδｖの第２平均値ＦＬδｖ（ｎ＋１）と、摩擦係数推定値μから得られる車体横力ＦＬμの第２平均値ＦＬμ（ｎ＋１）とを算出し、ステップＳ８４で第２カウントダウンタイマＴｃｄ２を減算する。

第２カウントダウンタイマＴｃｄ２の値が０でステップＳ８２の判定がＹｅｓになると、車線逸脱量推定部３８は、要求横力ＦＬδｖの第２平均値ＦＬδｖ（ｎ＋１）と車体横力ＦＬμの第２平均値ＦＬμ（ｎ＋１）との関係を演算式で表すべく、ステップＳ８５で下式（５）を求めた後、ステップＳ８６で第２演算フラグＦｃ２を１とする。
ＦＬδｖ（ｎ＋１）＝Ｋ１・ＦＬμ（ｎ＋１）＋Ｋ２ ・・・（５）

第２演算フラグＦｃ２が１でステップＳ７５の判定がＹｅｓになると、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ８７で式（４），（５）から補正係数Ｋ１，Ｋ２を算出し、ステップＳ８８で第１，第２カウントダウンタイマＴｃｄ１，Ｔｃｄ２をリセットし、ステップＳ８９で補正係数設定フラグＦｃｃを１とする。

＜逸脱量推定処理＞
逸脱量推定処理を開始すると、車線逸脱量推定部３８は、補正係数算出処理と平行して、図１３のフローチャートにその手順を示す逸脱量推定処理を開始し、初期値０のタイマカウンタＴを起動する。

逸脱量推定処理を開始すると、車線逸脱量推定部３８は、先ず図１３のステップＳ９１で補正係数設定フラグＦｃｃが１であるか否かを判定し、この判定がＮｏであれば、判定の条件が整っていないため、ステップＳ９２でタイマカウンタＴをリセットした後にスタートに戻る。

補正係数設定フラグＦｃｃが１となってステップＳ９１の判定がＹｅｓになると、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ９３で車速変化率ΔＶの絶対値｜ΔＶ｜が所定の閾値ΔＶｔｈより小さいか否か（すなわち、定速状態にあるか否か）を判定し、この判定がＮｏであれば、やはり逸脱判定が不可能であるため、ステップＳ９２でタイマカウンタＴをリセットした後にスタートに戻る。

車両１が定速状態にあってステップＳ９３の判定がＹｅｓになると、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ９４で要求横力ＦＬδｖが補正係数Ｋ１，Ｋ２により補正された路面摩擦係数推定値Ｋ１・μ＋Ｋ２より大きいか否かを判定する。そして、この判定がＮｏの場合（すなわち、タイヤの横滑りが起こらないと見込める場合）、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ９２でタイマカウンタＴをリセットした後、スタートに戻る。

ステップＳ９１，Ｓ９３，Ｓ９４の判定が全てＹｅｓになると、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ９５で下式（６）により目標旋回半径ρを算出し、ステップＳ９６で下式（７）により実旋回半径Ｒを算出し、更に、ステップＳ９７で下式（８）により目標旋回曲率と実旋回曲率との差ｅを算出する。
ρ＝Ｌ_ＷＢ／（δｗ−αｆｒ）・・・（６）
Ｒ＝Ｖ^２／ＬＧ・・・（７）
ｅ＝１／ρ−１／Ｒ・・・（８）

ステップＳ９７で目標旋回曲率と実旋回曲率との差ｅを得ると、車線逸脱量推定部３８は、ステップＳ９８で、目標旋回曲率と実旋回曲率との差ｅと車体速Ｖと積算時間ｔ（すなわち、タイマカウンタＴの値）とを用いて、下式（９）により現時点における推定逸脱量Ｄを演算し、その演算結果を制御信号出力部４０に出力する。
Ｄ＝Ｖ・ｔ・ｅ・・・（９）

図１４には車両１の旋回時における走行軌跡を模式的に示してある。第２実施形態においても、推定逸脱量Ｄの演算が簡単かつ極めて短時間で行えることになり、制御応答速度が向上する。

＜運動状態判定処理＞
図１１のステップＳ２，Ｓ３の判定がいずれもＹｅｓであった場合、ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、ステップＳ５で運動状態判定部３９にも推定開始指令出力部３７から処理開始指令Ｓstartが出力され、運動状態判定部３９が図１５のフローチャートにその手順を示す運動状態判定処理を開始する。

運動状態判定処理を開始すると、運動状態判定部３９は、ステップＳ１０１において、前述した式（２）により前輪側タイヤスリップ角αｆから後輪側タイヤスリップ角αｒを除した値の絶対値を前後スリップ角差αｆｒとして算出する。

前後スリップ角差αｆｒの算出を終えると、運動状態判定部３９は、ステップＳ１０２において、前後スリップ角差αｆｒと、操舵角δと、車体速Ｖと、路面摩擦係数推定値μとに基づき、図９に示す運動状態判定マップから車両１の運動状態Ｐｍを検索する。

ステップＳ１０２で運動状態Ｐｍの検索を終えると、運動状態判定部３９は、ステップＳ１０３で運動状態Ｐｍがグリップ旋回領域にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ１０４で運動状態ＰｍをＰ０として制御信号出力部４０に出力する。また、ステップＳ１０３の判定がＮｏであれば、運動状態判定部３９は、ステップＳ１０５で運動状態Ｐがグリップ限界にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ１０６で運動状態ＰｍをＰ１として制御信号出力部４０に出力する。また、ステップＳ１０５の判定がＮｏであれば、運動状態判定部３９は、ステップＳ１０７で運動状態Ｐがアンダステア領域にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ１０８で運動状態ＰｍをＰ２として制御信号出力部４０に出力する。また、ステップＳ１０７の判定がＮｏであれば、運動状態判定部３９は、ステップＳ１０９で運動状態Ｐがドリフトアウト領域にあるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであれば、ステップＳ１１０で運動状態ＰｍをＰ３として制御信号出力部４０に出力する。

＜制御信号出力処理＞
ＶＳＡ−ＥＣＵ６では、制御信号出力部４０は、車線逸脱量推定部３８から入力した推定逸脱量Ｄと、運動状態判定部３９から入力した運動状態Ｐｍとに基づき、制御信号出力処理を行う。

すなわち、制御信号出力部４０は、図１１のステップＳ５６で推定逸脱量Ｄが所定の逸脱判定値Ｄth（例えば、１ｍ）を超えたか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ５７に進む。この状況では、車両１がコースアウトする虞が高いため、制御信号出力部４０は、ステップＳ５７において、アンダステアの抑制と制動とを併せて行わせるべく、油圧ユニット９とＥＮＧ−ＥＣＵ１１とに制御信号を出力する。これにより、旋回内側のホイール３の駆動力が低減してアンダステアが抑制されると同時に、全てのホイール３の制動とそれに応じたエンジン１０の出力トルクの低減とが行われ、コースアウト時等における安全性が向上する。

また、ステップＳ５６の判定がＮｏであった場合、制御信号出力部４０は、ステップＳ５８で運動状態ＰｍがＰ３（ドリフトアウト領域）であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ５７に進む。この状況では、車両１がドリフトアウト状態となっているため、推定逸脱量Ｄが逸脱判定値Ｄthを超えたときと同様に、アンダステアの抑制と制動とを併せて行う。

また、ステップＳ５８の判定がＮｏであった場合、制御信号出力部４０は、ステップＳ５９で運動状態ＰｍがＰ２（アンダステア領域）であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ６０に進む。制御信号出力部４０は、ステップＳ６０において、アンダステアの抑制を行わせるべく、油圧ユニット９とＥＮＧ−ＥＣＵ１１とに制御信号を出力する。これにより、旋回内側のホイール３の駆動力が低減するとともにエンジン１０の出力トルクも低減し、アンダステアが抑制されて車両１の走行車線からの逸脱が起こり難くなる。

また、ステップＳ５９の判定がＮｏであった場合、制御信号出力部４０は、ステップＳ６１で運動状態ＰｍがＰ１（グリップ限界）であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ６２に進む。制御信号出力部４０は、ステップＳ６２において、ＥＰＳ７による操舵アシストを抑制すべく、ＥＰＳ−ＥＣＵ８に制御信号を出力する。これにより、ＥＰＳモータ２４が発生する操舵アシスト力が減少し、車両１の運動状態Ｐがグリップ限界からグリップ旋回領域に移行する。

上記両実施形態では、このような構成を採ったことにより、ナビゲーションシステムやＣＣＤカメラ等の高価な機器を用いることなく、車両姿勢制御装置が備える既存のセンサ類の出力によって走行車線からの車両の逸脱量を迅速かつ高精度に推定することができるようになった。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記両実施形態では、車両の推定逸脱量と運動状態とに基づき、ＶＳＡ−ＥＣＵがモーメント制御や、制動制御、操舵制御を行うようにしたが、ディスプレイやスピーカ等を用いて運転者に警告を行うようにしてもよい。その他、車両の具体的構成や制御の具体的手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

第１実施形態に係る車両の装置構成を示す平面図である。 第１実施形態に係るＶＳＡ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る旋回走行時における車両の２輪車モデルを示す図である。 第１実施形態に係る車線逸脱抑制制御の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る推定開始判定閾値マップである。 第１実施形態に係る逸脱量推定処理の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る車両の旋回時における走行軌跡と逸脱量の推定方法とを示す模式図である。 第１実施形態に係る運動状態判定処理の手順を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る運動状態判定マップである。 第２実施形態に係るＶＳＡ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 第２実施形態に係る車線逸脱抑制制御の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る補正係数算出処理の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る逸脱量推定処理の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る車両の旋回時における走行軌跡と逸脱量の推定方法とを示す模式図である。 第２実施形態に係る運動状態判定処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車両
５ 車輪速センサ（車体速検出手段）
６ ＶＳＡ−ＥＣＵ（車線逸脱量推定装置）
１２ ヨーレイトセンサ（実ヨーレイト検出手段）
１３ 前後Ｇセンサ
１４ 横Ｇセンサ（横加速度検出手段）
２５ 操舵角センサ（操舵角検出手段）
３１ 車体速推定部（車体速推定手段）
３２ 規範ヨーレイト算出部（規範ヨーレイト算出手段）
３３ スリップ角推定部（タイヤスリップ角推定手段）
３８ 車線逸脱量推定部（ヨーレイト差積分手段，逸脱量推定手段）
４１ 目標旋回曲率算出部（目標旋回曲率算出手段）
４２ 実旋回曲率算出部（実旋回曲率算出手段）

Claims (3)

1. 車両に搭載された車線逸脱量推定装置であって、
   前記車両の車体速を検出する車体速検出手段と、
   ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記車速と前記操舵角とに基づき、前記車両の規範ヨーレイトを算出する規範ヨーレイト算出手段と、
   前記車両の実ヨーレイトを検出する実ヨーレイト検出手段と、
   前記規範ヨーレイトと前記実ヨーレイトとの差を所定時間にわたって積分してヨーレイト差積分値を得るヨーレイト差積分手段と、
   前記車両の目標走行軌跡からの推定逸脱量をＤ、前記車速をＶ、前記所定時間をｔ、前記ヨーレイト差積分値をθｄとしたとき、前記推定逸脱量Ｄを下式により算出する逸脱量推定手段と
   を備えたことを特徴とする車線逸脱量推定装置。
   Ｄ＝Ｖ・ｔ・θｄ
2. 操舵車輪のタイヤスリップ角を推定するタイヤスリップ角推定手段を更に備え、
   前記ヨーレイト差積分手段は、このタイヤスリップ角推定手段が推定したタイヤスリップ角の値が所定値を超えたときに前記積分を開始することを特徴とする、請求項１に記載の車線逸脱量推定装置。
3. 車両に搭載された車線逸脱量推定装置であって、
   ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記操舵角に基づき、前記車両の目標旋回曲率を算出する目標旋回曲率算出手段と、
   前記車両の車体速を検出する車体速検出手段と、
   前記車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
   前記車体速と前記横加速度とに基づき、前記車両の実旋回曲率を算出する実旋回曲率算出手段と、
   前記車両の目標走行軌跡からの推定逸脱量をＤ、前記車速をＶ、前記所定時間をｔ、前記目標旋回曲率と前記実旋回曲率との差をｅとしたとき、前記推定逸脱量Ｄを下式により算出する逸脱量推定手段と
   を備えたことを特徴とする車線逸脱量推定装置。
   Ｄ＝Ｖ・ｔ・ｅ

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