JP4684698B2

JP4684698B2 - 車両の操舵制御装置

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Publication number: JP4684698B2
Application number: JP2005082266A
Authority: JP
Inventors: 聡近藤; 真之助石田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2025-03-22
Also published as: DE602006007222D1; EP1862374A4; EP1862374A1; WO2006101005A1; US20090024278A1; US7894956B2; EP1862374A8; EP1862374B1; JP2006264405A

Description

本発明は、道路上の走行車線を認識し、該走行車線に沿って車両が走行するように車両の操舵制御を行う車両の操舵制御装置に関する。

従来より、車両前方の道路を撮影する車載カメラにより得られる画像データから、道路上の走行区分線（白線）を認識し、車両を該走行区分線により区画される走行車線に沿って走行させるように、電動パワーステアリング用モータ（ＥＰＳモータ）により操舵機構を駆動して車両の進行方向を制御する操舵制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

そして、例えば走行車線の中心線を基準として、該中心線に車両の位置を追従させるようにＥＰＳモータの出力トルクをフィードバック制御する場合、走行車線に排水を目的とした勾配があるときや車両に継続的に横風が当たっているときのように、車両に横方向の外力が継続的に作用すると、車両の位置が中心線に追従せずに車両が中心線からある程度ずれた状態で走行する状態となる場合がある。

そこで、このような状態となることを抑制するために、走行ラインの中心線に対する車両の位置偏差（走行ラインの中心線からの車両の横ずれ量）を入力とする積分制御により、ＥＰＳモータに対する出力トルクの目標値を決定することが行われていた。
特開２００３−１５４９６０号公報

上述したように、走行ラインの基準位置に対する車両の位置偏差を入力とする積分制御を行う場合、大きな外乱に対応するために、積分制御における積分ゲインを大きく設定すると、目標位置に静定する際にオーバーシュートや位相遅れが生じるという不都合がある。また、大きな外乱により走行ラインの基準位置に対する車両の位置の偏差が急激に増大し、積分制御により算出される積分制御量が過剰になった場合にも、目標位置に静定する際にオーバーシュートや位相遅れが生じるという不都合がある。

そこで、本発明は、かかる不都合を解消し、積分制御により走行車線の基準位置に対する車両の位置偏差を減少させるように、操舵機構のアクチュエータの作動を制御する際に、目標位置に対して車両の位置のオーバーシュートや位相遅れが生じることを抑制した車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、車両の走行車線を認識する走行車線認識手段と、該走行車線認識手段による走行車線の認識結果に基づいて、走行車線の目標位置に対する車両位置のずれ量を位置偏差として算出する位置偏差算出手段と、車両の操舵輪を操舵可能な操舵機構を駆動するアクチュエータと、前記位置偏差を減少させるための前記アクチュエータの制御量である位置補正制御量を、前記位置偏差の積分演算により算出した積分制御量を用いて算出する位置補正制御量算出手段と、前記位置補正制御量を用いて、前記アクチュエータの目標制御量を決定するアクチュエータ制御量決定手段とを備えた車両の操舵制御装置の改良に関する。

そして、前記積分制御量を、前記位置偏差に応じて設定した所定範囲内に制限する積分制御量制限処理を実行する積分要素決定手段を備えたことを特徴とする（請求項１に対応）。

かかる本発明によれば、前記積分要素決定手段は前記積分制御量制限処理を実行する。そして、前記積分制御量制限処理においては、前記積分制御量を前記位置偏差の大きさに応じて設定した所定範囲内に制限することで、例えば微小な位置偏差が継続的に生じて位置偏差の積分値が次第に大きくなったときに、前記積分制御量が過剰に大きくなって前記アクチュエータの出力が増大し、車両の位置が目標位置に収束する際にオーバーシュートや位相遅れが生じることを抑制することができる。

また、車両の速度を検出する速度検出手段を備え、前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、車両の速度に応じて前記所定範囲を設定することを特徴とする（請求項２に対応）。

かかる本発明によれば、例えば、車両が高速走行中であるときは、前記積分制御量を制限する前記所定範囲を小さくすることで、前記積分制御量が過剰となって車両の挙動が不安定になることを抑制することができる。また、車両が低速走行中であるときには、前記積分制御量を制限する前記所定範囲を大きく設定することで、車両の位置を目標位置に収束させることができる。

また、車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段を備え、前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、車両のヨーレートに応じて前記所定範囲を設定することを特徴とする（請求項３に対応）。

かかる本発明によれば、例えば、車両のヨーレートが大きく、車両に高速の回転が生じているときは、前記積分制御量を制限する前記所定範囲を小さくして前記操舵機構の操作量を少なくすることにより、車両の挙動が不安定となることを防止することができる。

また、前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、前記ヨーレート検出手段により検出される車両の実ヨーレート値の周波数特性と、予め設定された基準周波数特性との乖離度合に応じて、前記所定範囲を設定することを特徴とする（請求項４に対応）。

かかる本発明によれば、前記ヨーレート検出手段により検出される車両の実際のヨーレートの周波数特性と前記基準周波数特性との乖離度合に応じて、前記所定範囲を設定することにより、前記操舵機構による操舵輪の操作速度に対する車両の動作特性を前記基準周波数に近づけて、前記操舵機構による車両の操作性を適切なものとすることができる。

また、車両に対する運転者の操作状況を検出する操作状況検出手段を備え、前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、前記操作状況検出手段により検出される車両に対する運転者の操作状況に応じて、前記所定範囲を設定することを特徴とする（請求項５に対応）。

かかる本発明によれば、前記操作状況検出手段により検出される運転者の操作状況に応じて前記所定範囲を設定することにより、前記操舵機構の駆動により運転者に違和感を与えることを抑制することができる。

また、前記操作状況検出手段として、前記操舵機構に連結されたステアリングホイールに付与される運転者の操作に応じたトルクを検出するトルク検出手段を備えたことを特徴とする（請求項６に対応）。

かかる本発明によれば、前記トルク検出手段により検出されるトルクの大きさにより、車両の方向を変えようとする運転者の意思の程度を把握することができる。そのため、車両の方向を変えようとする運転者の意思の程度に応じて、前記所定範囲を決定することにより、車両の挙動が運転者の意に反するものとなって運転者に違和感を与えることを抑制することができる。

また、前記走行車線の目標位置が走行車線の中心線付近に設定され、前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、前記位置偏差が前記目標位置に対して車両位置が右側にずれていること示すものであるときと、前記位置偏差が前記目標位置に対して車両位置が左側にずれていることを示すものであるときとで、前記所定範囲を異なる範囲に設定することを特徴とする（請求項７に対応）。

かかる本発明によれば、走行車線の中心線の右側と左側の状態が異なるとき、例えば、走行車線が幅方向の左側から右側に向かって傾斜している場合に、車両位置が中心線の左側にずれているときは走行車線の傾斜が車両を中心線に接近させるように作用するので、前記所定範囲を狭くして前記積分制御量を小さく制限し、前記アクチュエータの出力を抑えることで、車両位置が中心線に静定する際にオーバーシュートや位相遅れが生じることを抑制することができる。また、車両位置が中心線の右側にずれているときには走行車線の傾斜が車両を中心線から離隔させるように作用するので、前記所定範囲を広げて前記積分制御量を大きくし、前記アクチュエータの出力を増大させることにより、車両位置を速やかに中心線に接近させることができる。

また、上述した請求項１から請求項７に対応した車両の操舵制御装置のいずれかを搭載した車両によれば、前記位置偏差に応じた適切な前記アクチュエータの目標制御量を決定し、前記アクチュエータを介して前記操舵機構の作動を制御して走行することができる（請求項８に対応）。

本発明の実施の形態の一例について、図１〜図５を参照して説明する。図１は本発明の車両の操舵制御装置の全体構成図、図２は曲率１／Ｒの走行車線の中心線Ｙcに対する車両の位置偏差Ｙd及び車両の角度偏差Ａhを示した説明図、図３は図１に示した車両の操舵制御装置の制御ブロック図、図４はＬＫＡＳ（Lane Keeping Assistance System）制御装置の制御ブロック図、図５は積分制御量Ｉcnt_relの算出手順を示したフローチャートである。

図１を参照して、車両の制御装置１の制御対象である手動操舵力発生機構１６（本発明の操舵機構に相当する）において、ステアリングホイール１１に一体に設けられたステアリング軸１２は、ユニバーサルジョイント１３ａ，１３ｂを有する連結軸１３を介して、ステアリングギアボックス１４内に設けられたラック＆ピニオン機構１５のピニオン１５ａに連結されている。

ピニオン１５ａはラック軸１７のラックギヤ１７ａに噛み合っており、ステアリングホイール１１の回転移動は、ピニオン１５ａを介してラック軸１７の往復移動に変換され、ラック軸１７の両端にタイロッド１８ａ，１８ｂを介してそれぞれ連結された操舵輪１９ａ，１９ｂを転舵させる。

ラック軸１７と同軸にモータ２０（本発明のアクチュエータに相当する）が配設されており、モータ２０の回転出力はラック軸１７にほぼ平行に設けられたボールねじ機構２１を介して軸方向の推力に変換される。すなわち、モータ２０の出力軸には駆動側ヘリカルギア２０ａが装着され、該駆動側ヘリカルギア２０ａはボールねじ機構２１のねじ軸２１ａの軸端に一体に設けられたヘリカルギア２１ｂと噛み合っている。

ステアリングボックス１４内には、ピニオン１５ａに作用する操舵トルクＴd、すなわち運転者の手動操作によりステアリングホイール１１から入力される操舵トルクＴdを検出するトルクセンサ２２（本発明のトルク検出手段及び操作状況検出手段に相当する）が設けられている。トルクセンサ２２による操舵トルクＴdの検出信号は、ＬＫＡＳ（Lane Keeping Assistance System）制御装置２及びＥＰＳ（Electronic Power Steering）制御装置３に入力されている。

ＬＫＡＳ制御装置２は、車両の進行方向の道路の車線に沿って車両を走行させるために必要となるモータ２０の出力トルクのアシスト量を、種々の条件下で算出する。そして、このアシスト量をモータ２０に出力させるためのトルク指令として、操舵アシストトルクＴsをＥＰＳ制御装置３に出力する。

ＬＫＡＳ制御装置２には、トルクセンサ２２による操舵トルクＴdの検出信号の他に、後述する画像処理装置３１から出力される走行区分線の情報と、車両重心の鉛直（重力）軸周りのヨーレート（回転角速度）を検出するヨーレートセンサ３２（本発明のヨーレート検出手段に相当する）の検出信号と、ステアリング軸１２に設けられたロータリーエンコーダ等により運転者の操作による操舵角度の方向と大きさを検出する舵角センサ３３の検出信号と、車輪の回転速度を検出する車速センサ３４（本発明の車速検出手段に相当する）の検出信号が入力される。

さらに、ＬＫＡＳ制御装置２には、ターンシグナルＳＷ４０から出力されるターンシグナルのＯＮ／ＯＦＦ信号、ブレーキＳＷ４１から出力されるブレーキのＯＮ／ＯＦＦ信号、ワイパーＳＷ４２から出力されるワイパーのＯＮ／ＯＦＦ信号、及びメインＳＷ４３から出力されるＬＫＡＳ制御装置２の作動／停止を指示する信号が入力される。

そして、ＬＫＡＳ制御装置２は、例えばターンシグナルＳＷ４０からターンシグナルのＯＮ信号が入力されている場合、ブレーキＳＷ４１からブレーキＯＮ信号が入力されている場合、ワイパーＳＷ４２からワイパーＯＮ信号が入力されている場合、メインＳＷ４３からＬＫＡＳ制御装置２の停止を指示する信号が入力されている場合、及びＬＫＡＳ制御装置２による走行区分線の認識が不能である場合に、ＥＰＳ制御装置３に対するアシストトルクＴsの出力を停止するように設定されている。

さらに、ＬＫＡＳ制御装置２には、例えば警報音や音声メッセージ等を出力するスピーカや、警報表示を行うディスプレイ等を有する警報装置４４が接続され、車両が走行車線から逸脱した場合等に警報を出力するように設定されている。

次に、ＥＰＳ制御装置３は、車両の走行状態に応じた操舵トルクＴdのアシスト量をモータ２０に出力するためのモータ駆動電流を出力する。そのため、ＥＰＳ制御装置３には、ＬＫＡＳ制御装置２から出力される操舵アシストトルクＴs及びトルクセンサ２２による操舵トルクＴdの検出信号に加えて、モータ２０の通電電流を検出するモータ電流センサ３５の検出信号（モータ電流）Ｉ_Mと、モータ２０の通電電圧を検出するモータ電圧センサ３６の検出信号（モータ電圧）Ｖ_Mとが入力されている。

ＥＰＳ制御装置３は、ＥＰＳ制御モードにおいては、トルクセンサ２２により検出される操舵トルクＴdに応じて、該操舵トルクＴdを補助する補助するパワーステアリング用のアシスト量を算出する。そして、このアシスト量をモータ２０に出力させるためのトルク指令として、パワーステアリングトルクＴeを算出する。

そして、後述するように、ＥＰＳ制御モードにおいて、ＥＰＳ制御装置３は、操舵トルクＴdに応じた所定の制御比率Ｄe（例えば、１００％以下の所定値）を設定し、この制御比率ＤeをパワーステアリングトルクＴeに乗じたＴe'を、新たなパワーステアリングトルクとして設定する。

また、ＥＰＳ制御装置３は、ＬＫＡＳ制御モードにおいては、トルクセンサ２２で検出された操舵トルクＴdに応じた所定の制御比率Ｄs（例えば、１００％以下の所定値）を設定し、この制御比率Ｄsを操舵アシストトルクＴsに乗じたＴs'を、新たな操舵アシストトルクとして設定する。

そして、ＥＰＳ制御装置３は、ＥＰＳ制御モードにおけるパワーステアリングトルクＴe'と、ＬＫＡＳ制御モードにおける操舵アシストトルクＴs'とを加算して、アシストトルクＴa（本発明のアクチュエータの目標制御量に相当する）を算出し、モータ駆動回路（図示しない）を介して、このアシストトルクＴaを発生させるためのモータ駆動電流を出力する。なお、このようにして、ＥＰＳ制御手段３がアシストトルクＴaを算出する機能が、本発明のアクチュエータ制御量決定手段に相当する。

また、画像処理装置３１は、車両に設けられたカメラ３０により撮像される車両前方の画像データを入力する。そして、該画像データに基づいて走行車線を区分する走行車線区分線（白線）を認識する。このとき、画像処理装置３１は、図２に示したように、走行車線の適宜の位置において走行車線の中心線Ｙcの旋回半径Ｒから走行車線の曲率１／Ｒを算出する。

さらに、画像処理装置３１は、車両５の現在位置を原点とし、車両５の進行方向をＸ軸とし、Ｘ軸に直行する方向（車両の幅方向）をＹ軸とする相対座標系を設定し、Ｙ軸上における車両５の現在位置から走行車線の中心線Ｙcまでの距離（横ずれ量）Ｙdを、位置偏差として算出する。また、走行車線の中心線ＹcとＹ軸との交点位置における中心線Ｙcの接線ａとのなす角（車両偏向角）Ａhを角度偏差として算出する。なお、カメラ３０と画像処理装置３１とにより、本発明の走行車線認識手段が構成される。

次に、図３を参照して、ＬＫＡＳ制御装置２及びＥＰＳ制御装置３の動作について説明する。ＬＫＡＳ制御装置２は、ＦＦ（Feed Forward）制御部５０、ＦＢ（Feed Back）制御部６０、及び加算部６５からなる。そして、画像処理装置３１により算出された曲率１／ＲがＦＦ制御部５０に入力され、ＦＦ制御部５０はフィードフォワード制御により基本操舵アシストトルクＴfを算出する。また、画像処理装置３１により算出された角度偏差Ａhと位置偏差ＹdがＦＢ制御部６０に入力され、ＦＢ制御部６０はフィードバック制御により補正操舵アシストトルクＴbを算出する。

なお、基本操舵アシストトルクＴfは、車両のコーナリング力に対する均衡を保つためのアシストトルクであり、補正操舵アシストトルクＴbは、車両を走行車線の中心線Ｙcに沿って走行させるため、或いは車両の安定性確保のためのアシストトルクである。

そして、加算部６５により、基本操舵アシストトルクＴfと補正操舵アシストトルクＴbとを加算して、車両を走行車線に沿って走行させるための操舵アシストトルクＴsが算出され、該操舵アシストトルクＴsがＥＰＳ制御装置３のリミット値設定部８０に入力される。

ＥＰＳ制御装置３は、リミット値設定部８０、第１制御ゲイン演算部８１、ＬＫＡＳ制御比率算出部８２、ＥＰＳ制御比率算出部８３、加算部８４、第２制御ゲイン演算部８５、及びパワーステアリングトルクＴeを設定するためのマップ８６を備えている。

リミット値設定部８０は、モータ２０に供給されるモータ駆動電流或いは操舵アシストトルクＴsに対するリミット値を設定する。第１制御ゲイン演算部８１は、操舵アシストトルクＴsに所定の第１制御ゲインＫfを乗じた値を、新たな操舵アシストトルクＴsとしてＬＫＡＳ制御比率算出部８２に出力する。

ＬＫＡＳ制御比率算出部８２は、トルクセンサ２２により検出された操舵トルクＴdを入力して制御比率Ｄsを出力するマップ８７により、操舵トルクＴdに応じた制御比率Ｄsを決定し、該制御比率Ｄsを操舵アシストトルクＴsに乗じた値を、新たな操舵アシストトルクＴs'として加算部８４に出力する。

ここで、マップ８７においては、操舵トルクＴdが所定の第１トルク＃Ｔ1以下の場合は、制御比率Ｄs＝１００とされ、操舵トルクＴdが第１トルク＃Ｔ1以上且つ所定の第２トルク＃Ｔ2以下の場合は制御比率Ｄsが次第に減少し、操舵トルクＴdが第２トルク＃Ｔ2以上の場合は、制御比率Ｄs＝０％とされている。

また、ＥＰＳ制御比率算出部８３は、トルクセンサ２２により検出された操舵トルクＴdを入力してＥＰＳ制御モードに対する制御比率Ｄeを出力するマップ８８により、制御比率Ｄeを決定する。そして、操舵トルクＴd、モータ電流Ｉ_M、及びモータ電圧Ｖ_Mと、パワーステアリングトルクＴeとの対応関係が予め設定されたマップ８６を用いて求めたパワーステアリングトルクＴeに、制御比率Ｄeを乗じた値を、新たなパワーステアリングトルクＴe'として加算部８４に出力する。

ここで、マップ８８においては、操舵トルクＴdが所定の第１トルク＃Ｔ1以下の場合は制御比率Ｄe＝０％とされ、操舵トルクＴdが第１トルク＃Ｔ1以上且つ所定の第２トルク＃Ｔ2以下の場合は制御比率Ｄeが次第に増加し、操舵トルクＴdが第２トルク＃Ｔ2以上の場合は制御比率Ｄe＝１００％とされている。

加算部８４は、操舵アシストトルクＴs'にパワーステアリングトルクＴe'を加算して、モータ２０に発生させるトルク目標値であるアシストトルクＴaを算出する。そして、第２制御ゲイン演算部８５は、アシストトルクＴaに所定の第２制御ゲインＫeを乗じて、モータ２０にアシストトルクＴaを発生させるための通電電流値を算出し、該通電電流値のモータ駆動電流を２０に出力する。

次に、図４を参照して、ＬＫＡＳ制御装置３の具体的な構成について説明する。ＦＦ制御部５０は、曲率１／Ｒに所定のＦＦゲインＫfを乗じて基本操舵アシストトルクＴfを算出する。また、ＦＢ制御部６０は、積分演算部６１、積分ゲイン演算部６２、積分制御量制限部６３、積分要素決定部６４、比例ゲイン演算部６６、微分ゲイン演算部６７、角度ゲイン演算部６７、微分演算部６８、及び微分ゲイン演算部６９を備えている。

積分要素決定部６４は、積分ゲインＫiを位置偏差Ｙdに基づいて決定するためのマップ７０と、積分制御量Ｉcntの出力を所定範囲内に制限するための制限値Ｉcnt_lmtを位置偏差Ｙdに基づいて決定するためのマップ７１とを備えている。そして、積分要素決定部６４は、マップ７０により積分ゲインＫiを決定する「積分ゲイン決定処理」を実行する。

また、積分要素決定部６４と積分制御量制限部６３とにより、積分要素決定部６４がマップ７１により制限値Ｉcnt_lmtを決定し、積分制御量制限部６３が該制限値Ｉcnt_lmtに基づいて積分制御量Ｉcntを制限する「積分制御量制限処理」が実行される。なお、積分要素決定部６４と積分制御量制限部６３とにより、本発明の積分要素決定手段が構成される。

ここで、マップ７０においては、位置偏差Ｙdが大きくなるほど積分ゲインＫiが大きくなるように設定されている（図中α1、α2）。そのため、位置偏差Ｙdが大きいとき、すなわち、走行車線の中心線Ｙc（図２参照）に対する車両のずれ量が大きいときは、積分ゲインＫiが大きくなる。これにより、算出される積分制御量Ｉcntが大きくなってＬＫＡＳ制御装置２から出力される操舵アシストトルクＴsが大きくなるため、モータ２０の出力トルクが増大し、車両を速やかに中心線Ｙcに近づけることができる。

一方、位置偏差Ｙdが小さいときは、積分ゲインＫiが小さくなる。これにより、算出される積分制御量Ｉcntが小さくなってＬＫＡＳ制御装置２から出力される操舵アシストトルクＴsが小さくなるため、モータ２０の出力トルクが減少する。そのため、車両の位置が中心線Ｙcに接近して静定する際に、モータ２０の過剰な出力により、オーバーシュートや位相遅れが生じることを抑制することができる。

さらに、マップ７０においては、位置偏差Ｙdの絶対値が同じである場合、位置偏差Ｙdが正（０＜Ｙd、図２を参照して、中心線Ｙcに対して車両５の位置が右側にずれている状態）であるときの積分ゲインＫiが、位置偏差Ｙdが負（Ｙd＜０、図２を参照して、中心線Ｙcに対して車両５の位置が左側にずれている状態）であるときの積分ゲインＹiよりも大きくなるように設定されている。

これは、走行車線が幅方向の左側から右側に向かって傾斜している場合に対応したものであり、位置偏差Ｙdが正であるとき（車両が中心線Ｙcの右側にずれているとき）は、走行車線の傾きが車両を中心線Ｙcから離反する方向に作用するため、積分ゲインＫiを大きくして操舵アシストトルクＴsを増大させ、これによりモータ２０の出力トルクを増大させて、車両位置を速やかに中心線Ｙcに接近させるようにしている。

一方、位置偏差Ｙdが負であるとき（車両が中心線Ｙcの左側にずれているとき）は、走行車線の傾きが車両を中心線Ｙcに接近させる方向に作用するため、積分ゲインＫiを小さくして操舵トルクＴsを減少させ、これによりモータ２０の出力トルクを減少させて、車両位置が中心位置Ｙcに静定する際に、モータ２０の過剰な出力により、オーバーシュートや位相遅れが生じることを抑制している。

また、マップ７１においては、位置偏差Ｙdに応じて積分制御量Ｉcntの正及び負の２点（図中β1上とβ2上）の制限値Ｉcnt_lmtが定まる。そして、積分制御量制限部６３は、この２点の制限値Ｉcnt_lmtにより設定される範囲（負のＩcnt_lmt≦Ｉcnt≦正のＩcnt_lmt、本発明の所定範囲に相当する）内に、積分制御量を制限して出力する。

そして、マップ７１においては、位置偏差Ｙdが大きくなるほど、積分制限量Ｉcntの制限値Ｉcnt_lmtが大きくなるように設定されている。そのため、位置偏差Ｙdが大きいとき、すなわち、走行車線の中心線Ｙc（図２参照）に対する車両のずれ量が大きいときは、積分制御量Ｉcntの制限範囲が広がり、積分制御量制限部６３から出力される積分制御量Ｉcnt_relが大きくなってＬＫＡＳ制御装置２から出力される操舵アシストトルクＴsが大きくなる。これにより、モータ２０の出力トルクが増大するため、車両を中心線Ｙcに速やかに収束させることができる。

一方、位置偏差Ｙdが小さいとき、すなわち、走行車線の中心線Ｙcに対する車両の位置ずれが小さいときは、積分制御量Ｉcntの制限範囲が狭まり、積分制御量制限部６３から出力される積分制御量Ｉcnt_relが小さくなる。そのため、ＬＫＡＳ制御部６０から出力される操舵アシストトルクＴsが減少し、モータ２０の出力トルクが減少する。これにより、車両の位置が中心線Ｙcに接近して静定する際に、モータ２０の過剰な出力により、オーバーシュートや位相遅れが生じることを抑制することができる。

さらに、マップ７１においては、位置偏差Ｙdの絶対値があるレベルを超えると、位置偏差Ｙdの絶対値が同じである場合に、位置偏差Ｙdが正（０＜Ｙd、図２を参照して、中心線Ｙcに対して車両５の位置が右側にずれている状態）であるときの積分制御量Ｉcntの設定範囲（負のＩcnt_lmt≦Ｉcnt≦正のＩcnt_lmt）が、位置偏差Ｙdが負（Ｙd＜０、図２を参照して、中心線Ｙcに対して車両５の位置が左側にずれている状態）であるときの積分制御量Ｉcntの設定範囲よりも広くなるように設定されている。

これは、マップ７０と同様に、走行車線が幅方向の左側から右側に向かって傾斜している場合に対応したものであり、位置偏差Ｙdが正であるとき（車両が中心線Ｙcの右側にずれているとき）は、走行車線の傾きが車両を中心線Ｙcから離反させる方向に作用するため、積分制御量Ｉcntの設定範囲を広くして操舵アシストトルクＴsを増大させ、これによりモータ２０の出力トルクを増大させて、車両位置を速やかに中心線Ｙcに接近するようにしている。

一方、位置偏差Ｙdが負であるとき（車両が中心線Ｙcの左側にずれているとき）は、走行車線の傾きが車両を中心線Ｙcに接近させる方向に作用するため、積分制御量Ｉcntの設定範囲を狭くして操舵トルクＴsを減少させ、これによりモータ２０の出力トルクを減少させて、車両位置が中心位置Ｙcに静定する際に、モータ２０の過剰な出力により、オーバーシュートや位相遅れが生じることを抑制している。

ＦＢ制御部６０は、図５に示したフローチャートに従って積分制御量Ｉcnt_relを算出する。先ず、ＳＴＥＰ１で、ＦＢ制御部６０は車両の位置偏差Ｙdの現在値を取得し、続くＳＴＥＰ２で、積分要素決定部６４により、マップ７０の検索処理によって積分ゲインＫiを決定する。そして、ＳＴＥＰ３で、積分ゲイン演算部６２により位置偏差Ｙdに積分ゲインＫiを乗じ、積分演算部６１により積分制御量の前回値（前回の制御サイクルにおいて算出された積分制御量Ｉcnt_rel）Ｉcnt_preを加算して、今回の積分制御量Ｉcnt_relを算出する。

次のＳＴＥＰ４で、ＦＢ制御部６０は、積分要素決定部６４により、マップ７１の検索処理によって積分制御量Ｉcntの制限値Ｉcnt_lmtを決定する。この場合、Ｉcnt_lmtは、正（図中β1上）及び負（図中β2上）の２点が決定される。

そして、続くＳＴＥＰ５で、ＦＢ制御部６０は、積分制御量制限部６３により、積分制御量をＩcnt_lmtにより設定される範囲内（負側のＩcnt_lmt≦Ｉcnt≦正側のＩcnt_lmt）に制限して、今回の積分制御量Ｉcnt_relを決定する。

また、ＦＢ制御部６０は、比例ゲイン演算部により、位置偏差Ｙdに所定の比例ゲインＫpを乗じて比例制御量Ｐcntを算出する。さらに、ＦＢ制御部６０は、角度ゲイン演算部６７により角度偏差Ａhに角度ゲインＫdを乗じて角度制御量Ｄcntを算出し、微分演算部６８により角度偏差Ａhを微分した値に、微分ゲイン演算部６９により微分ゲインＫddを乗じて角度微分制御量Ｄdcntを算出する。

ＦＢ制御部６０は、加減算部７２により、このようにして算出した積分制御量Ｉcnt_relと比例制御量Ｐcntと角度制御量Ｄcntとを加算し、角度微分制御量Ｄdcntを減算して、補正操舵アシストトルクＴbを算出する。なお、積分制御量Ｉcnt_relと比例制御量Ｐcntとの加算値が本発明の位置補正制御量に相当し、角度制御量Ｄcntが本発明の角度補正制御量に相当する。

そして、ＬＫＡＳ制御装置２３は、加算部６５により、ＦＦ制御部５０により算出された基本操舵アシストトルクＴfと、ＦＢ制御６０により算出された補正操舵アシストトルクＴbとを加算して、操舵アシストトルクＴsを算出する。

なお、本実施の形態では、図４に示したように、積分要素決定部６４は、位置偏差Ｙdの大きさに応じて積分ゲインＫiを決定する「積分ゲイン決定処理」と、位置偏差Ｙdの大きさに応じて積分制御量Ｉcntの制限値Ｉcnt_lmtを決定し、積分制御量Ｉcntを該制限値Ｉcnt_lmtにより設定される範囲内に制限する「積分制御量制限処理」とを実行したが、これらの処理のうちのいずれか一方のみを実行する場合であっても、本発明の効果を得ることができる。

また、「積分ゲイン決定処理」において、位置偏差Ｙdの他に、車速センサ３４に検出される車両の車速、ヨーレートセンサ３２により検出される車両のヨーレート、トルクセンサ２２により検出されるステアリングホイールに付与された運転者の操作力等に応じて、積分ゲインＫiを決定するようにしてもよい。

この場合、例えば、トルクセンサ２２により検出される運転者の操作力が低下したときに、警報装置４４により警報を出力すると共に、積分ゲインＫiを増加させる処理を行って操舵アシストトルクＴsを増加させ、これにより車両を中心線Ｙcに接近させる効果を増大させるようにしてもよい。

また、「積分制御量制限処理」においても、位置偏差Ｙdの他に、車速センサ３４に検出される車両の車速、ヨーレートセンサ３２により検出される車両のヨーレート、トルクセンサ２２により検出されるステアリングホイールに付与された運転者の操作力等に応じて、積分制御量の制限値Ｉcnt_lmtを決定し、該制限値Ｉcnt_lmtにより設定した範囲内で積分制御量Ｉcnt_relを制限するようにしてもよい。

この場合にも、トルクセンサ２２により検出される運転者のステアリングホイール１１に対する操作力が低下したときに、警報装置４４により警報を出力すると共に、積分制御量の制限値Ｉcnt_lmtによる積分制御量Ｉcntの設定範囲を広くして操舵アシストトルクＴsを増加させ、これにより車両を中心線Ｙcに接近させる効果を増大させるようにしてもよい。

さらに、「積分ゲイン決定処理」において、予め設定した車両のヨーレートの基準周波数特性と、ヨーレートセンサ３２に検出される実ヨーレート値の周波数特性とを比較し、基準周波数特性に対する実際の周波数特性の乖離度合に応じて、積分ゲインＫを決定するようにしてもよい。なお、車速センサ３４により検出される車両の速度と、舵角センサ３３により検出される操舵角度に基づいて、車両の実際のヨーレートの周波数特性を検出するようにしてもよい。

また、トルクセンサ２２の検出トルク以外に、例えば、ブレーキペダルやアクセルペダルに対する踏力等により運転者の操作状況を検出し、該操作状況に応じて積分Ｋiを決定するようにしてもよい。

また、「積分制御量制限処理」においても、位置偏差Ｙdの他に、車速センサ３４に検出される車両の車速、ヨーレートセンサ３２により検出される車両のヨーレート、トルクセンサ２２により検出されるステアリングホイールに付与された運転者の操作力等に応じて、積分制御量の制限値Ｉcnt_lmtを決定し、該制限値Ｉcnt_lmtにより設定した範囲内で積分制御量の今回値Ｉcnt_relを制限するようにしてもよい。

さらに、「積分ゲイン決定処理」において、予め設定した車両のヨーレートの基準周波数特性と、ヨーレートセンサ３２により検出される実際の周波数特性とを比較し、基準周波数特性に対する実際の周波数特性の乖離度合に応じて積分制御量の制限値Ｉcnt_lmtを決定し、該制限値Ｉcnt_lmtにより設定した範囲内に積分制御量の今回値Ｉcnt_relを制限するようにしてもよい。

また、トルクセンサ２２の検出トルク以外に、例えば、ブレーキペダルやアクセルペダルに対する踏力等により運転者の操作状況を検出し、該操作状況に応じて積分制御量の制限値Ｉcnt_lmtを決定して、該制限値Ｉcnt_lmtにより設定した範囲内に積分制御量の今回値Ｉcnt_relを制限するようにしてもよい。

また、図４に示した角度ゲイン演算部６７における角度ゲインＫdを位置偏差Ｙdの大きに応じて決定することにより、角度制御量Ｄcntを、角度偏差Ａhと位置偏差Ｙdとに応じて算出するようにしてもよい。

本発明の車両の操舵制御装置の全体構成図。曲率１／Ｒの走行車線の中心軸Ｙcに対する車両の位置偏差Ｙd及び車両の角度偏差Ａhを示した説明図。図１に示した車両の操舵制御装置の制御ブロック図。ＬＫＡＳ制御装置の制御ブロック図。積分制御量Ｉcnt_relの算出手順を示したフローチャート。

符号の説明

１…車両の操舵制御装置、２…ＬＫＡＳ制御装置、３…ＥＰＳ制御装置、１１…ステアリングホイール、１６…手動操舵力発生機構（操舵機構）、２０…モータ、２２…トルクセンサ、３０…カメラ、３１…画像処理装置、３２…ヨーレートセンサ、３３…舵角センサ、３４…車速センサ、５０…ＦＦ制御部、６０…ＦＢ制御部、６１…積分演算部、６２…積分ゲイン演算部、６３…積分制御量制限部、６４…積分要素決定部、６６…比例ゲイン演算部、６７…角度ゲイン演算部、６８…微分演算部、６９…微分ゲイン演算部

Claims

車両の走行車線を認識する走行車線認識手段と、
該走行車線認識手段による走行車線の認識結果に基づいて、走行車線の目標位置に対する車両位置のずれ量を位置偏差として算出する位置偏差算出手段と、
車両の操舵輪を操舵可能な操舵機構を駆動するアクチュエータと、
前記位置偏差を減少させるための前記アクチュエータの制御量である位置補正制御量を、前記位置偏差の積分演算により算出した積分制御量を用いて算出する位置補正制御量算出手段と、
前記位置補正制御量を用いて、前記アクチュエータの目標制御量を決定するアクチュエータ制御量決定手段とを備えた車両の操舵制御装置において、
前記積分制御量を、前記位置偏差に応じて設定した所定範囲内に制限する積分制御量制限処理を実行する積分要素決定手段を備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。
車両の速度を検出する速度検出手段を備え、
前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、車両の速度に応じて前記所定範囲を設定することを特徴とする請求項１記載の車両の操舵制御装置。
車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段を備え、
前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、車両のヨーレートに応じて前記所定範囲を設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両の操舵制御装置。
前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、前記ヨーレート検出手段により検出される車両の実ヨーレート値の周波数特性と、予め設定された基準周波数特性との乖離度合に応じて、前記所定範囲を設定することを特徴とする請求項３記載の車両の操舵制御装置。
車両に対する運転者の操作状況を検出する操作状況検出手段を備え、
前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、前記操作状況検出手段により検出される車両に対する運転者の操作状況に応じて、前記所定範囲を設定することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項記載の車両の操舵制御装置。
前記操作状況検出手段として、前記操舵機構に連結されたステアリングホイールに付与される運転者の操作に応じたトルクを検出するトルク検出手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の車両の操舵制御装置。
前記走行車線の目標位置が走行車線の中心線付近に設定され、
前記積分要素決定手段は、前記積分制御量制限処理において、前記位置偏差が前記目標位置に対して車両位置が右側にずれていること示すものであるときと、前記位置偏差が前記目標位置に対して車両位置が左側にずれていることを示すものであるときとで、前記所定範囲を異なる範囲に設定することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項記載の車両の操舵制御装置。
前記請求項１から請求項７に記載された車両の操舵制御装置のうちのいずれかを搭載したことを特徴とする車両。