JP5055933B2

JP5055933B2 - 走行支援装置

Info

Publication number: JP5055933B2
Application number: JP2006274253A
Authority: JP
Inventors: 亨 ▲高▼島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-10-05
Filing date: 2006-10-05
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2026-10-05
Also published as: JP2008094111A

Description

本発明は、車両の車線変更を支援する走行支援装置に関する。

近年、運転者の負担を軽減するために、運転者に対して各種支援を行うための装置が開発されている。例えば、車両前方を撮像した撮像画像から白線を検出し、左右両側の白線からなる車線に沿って車両が走行するようにトルクを操舵機構に与える走行支援装置がある。このような車線維持支援を行っているときに、運転者が車線変更を行おうとした場合、車線維持制御によるトルクが運転者による車線変更操作に対して妨げになる。そこで、走行支援装置には、運転者による車線変更意志を検出し、運転者が車線変更を行うとしているときには車線維持制御によるトルクを操舵機構に与えないようにし、車線変更終了後に車線維持制御によるトルクを操舵機構に再び与えるものがある（特許文献１参照）。
特開平９−３０１２０６号公報

上記した走行支援装置では、運転者が車線変更を行おうとしたときには装置側では支援を中断する。そのため、車線変更を終了するまで運転者による操舵操作が必要となり、運転者の負担が軽減されない。また、装置側で車線維持制御と車線変更制御を連続的に行う場合、車線維持制御と車線変更制御とで制御方法が変わるが、車線変更制御中に運転者に違和感を与えないようにすることが必要となる。

そこで、本発明は、運転者に違和感を与えないように滑らかな車線変更を行うことができる走行支援装置を提供することを課題とする。

本発明に係る走行支援装置は、車両の車線維持支援と車線変更支援とを行う走行支援装置であって、車線幅を取得する車線幅取得手段と、車線幅取得手段で取得した車線幅に基づいて隣接車線へ車線変更をするための車線変更制御量の時間変化を示す車両走行軌跡を設定する車両走行軌跡設定手段と、車線の所定位置に沿って走行するための車線維持制御量を設定する車線維持制御量設定手段と、車両走行軌跡設定手段で設定した車両走行軌跡の車線変更制御量と、車線維持制御量設定手段で設定した車線維持制御量とに基づいて、操舵機構を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

この走行支援装置では、車線幅取得手段により、車線幅を取得する。車線変更するためには、走行中の車線から変更先の隣接車線までの車線幅分横方向に車両を移動させる必要がある。そこで、走行支援装置では、車両走行軌跡設定手段により、車線幅に基づいて隣接車線に車線変更するための車両走行軌跡を設定する。この設定する車両走行軌跡としては、適宜設定してよく、運転者が行う一般的な車線変更の軌跡と同じような軌跡とするのが望ましい。そして、走行支援装置では、制御手段により、設定した車両走行軌跡（つまり、車線変更するための制御量）に基づいて操舵機構を制御する。この操舵制御によって、車両は、設定した車両走行軌跡に応じて走行中の車線から車線変更先の隣接車線の方向に操舵され、車線幅分横方向に移動する。このように、この走行支援装置では、車線幅に基づいて車線変更するための車両走行軌跡を設定することにより、車線変更先の車線まで車両を移動させることができるとともに、車両を滑らかに走行させることができる。これによって、運転者の運転負担を軽減することができ、車線変更制御中に運転者に違和感を与えない。

本発明の上記走行支援装置では、車線維持制御量設定手段で設定した車線維持制御量の車線変更制御への反映度を設定する反映度設定手段とを備え、制御手段は、反映度設定手段で設定した反映度に応じて車両走行軌跡設定手段で設定した車両走行軌跡と車線維持制御量設定手段で設定した車線変更先の車線に対する車線維持制御量に基づいて操舵機構を制御する。

この走行支援装置では、車線維持制御量設定手段により、車両が車線変更先の車線の所定位置に沿って走行するための車線維持制御量を設定する。また、走行支援装置では、反映度設定手段により、この車線維持制御量の車線変更制御への反映度（影響度）を設定する。そして、走行支援装置では、制御手段により、反映度に応じて車両走行軌跡（車線変更制御量）と車線維持制御量から制御量を設定し、その制御量に基づいて操舵機構を制御する。このように、この走行支援装置では、車線変更制御に車線変更先の車線に対する車線維持制御量を加味することにより、車線変更制御から車線維持制御へ滑らかにつなげることができる。これによって、車線変更から車線維持への移行時に運転者に違和感を与えない。

本発明の上記走行支援装置では、反映度設定手段は、車線変更制御が終了に近づくほど車線維持制御量の車線変更制御への反映度を大きくし、制御手段は、反映度設定手段で設定した反映度に応じて、車線変更制御が終了に近づくほど車両走行軌跡設定手段で設定した車両走行軌跡の車線変更制御量を小さくし、車線変更制御が終了に近づくほど車線維持制御量設定手段で設定した車線変更先の車線に対する車線維持制御量を大きくして、操舵機構を制御する。

この走行支援装置では、反映度設定手段により車線変更制御が終了に近づくほど車線変更制御への車線維持制御の反映度を大きくし、車線変更制御中に車線変更制御量に対して車線維持制御量の割合を大きくしてゆく。これによって、この走行支援装置では、車線変更制御から車線維持制御へ徐々に移行でき、車線変更制御から車線維持制御へ滑らかにつなげることができる。

なお、車線幅取得手段としては、例えば、撮像手段で撮像した撮像画像に基づいて取得する場合、ナビゲーションシステムによる処理や地図情報に基づいて取得する場合、各種センサを用いて直接取得する場合、路車間通信などを利用して車外から情報を取得する場合がある。操舵機構を制御する際の操舵出力としては、操舵トルク、舵角など操舵状態を変化させることができるものならよい。車線の所定位置としては、例えば、車線の中心、車線を構成する一方の区画線（白線など）である。

本発明は、車線幅に基づいて車線変更するための車両走行軌跡を設定することにより、車線変更を滑らかに行うなうことができ、運転者に違和感を与えない。

以下、図面を参照して、本発明に係る走行支援装置の実施の形態を説明する。

本実施の形態では、本発明に係る走行支援装置を、車線維持支援と車線変更支援を行う走行支援装置に適用する。本実施の形態に係る走行支援装置は、運転者による操舵操作を支援するために、カメラによる撮像画像から白線を認識し、左右の白線からなる車線に沿って走行するように操舵制御を行う。さらに、本実施の形態に係る走行支援装置は、運転者による車線変更意志を検出した場合、走行中の車線（以下で、元車線と呼ぶ）から車線変更先の隣接車線（以下で、次車線と呼ぶ）に車線変更するように操舵制御を行う。

図１〜図４を参照して、本実施の形態に係る走行支援装置１について説明する。図１は、本実施の形態に係る走行支援装置の構成図である。図２は、本実施の形態で用いる各種パラメータの説明図である。図３は、図１のＥＣＵで設定する車線変更制御の車両走行軌跡（可変ステアリングギヤ比装置の出力角（ピニオン角）の時間変化で示す）の一例である。図４は、図１のＥＣＵで用いる車線維持制御量の車線変更制御への反映度の時間変化の一例である。

走行支援装置１は、車線維持支援機能と車線変更支援機能を有しており、操舵機構における舵角制御を行う。走行支援装置１では、通常走行中には車線の中心線に沿って走行するために必要な目標舵角を設定し、運転者の車線変更意志を検出したときには次車線に移動するために必要な目標舵角を設定する。特に、車線変更の場合、走行支援装置１では、目標舵角を設定するために、車線幅に基づいて車線変更するための車両走行軌跡を求め、さらに、次車線に対する車線維持制御が可能になると車両走行軌跡に車線維持用の目標舵角を加味する。そして、走行支援装置１では、可変ステアリングギヤ比装置を利用してその目標舵角を発生させるために操舵角とピニオン角との相対角を変化させる。そのために、走行支援装置１は、車速センサ１０、操舵角センサ１１、相対角センサ１２、白線認識センサ１３、ウインカスイッチ１４、メインスイッチ１５、可変ステアリングギヤ比装置２０、エンジン制御装置２１及びＥＣＵ[Electronic Control Unit]３０を備えている。

なお、本実施の形態では、白線認識センサ１３が特許請求の範囲に記載する車線幅取得手段に相当し、ＥＣＵ３０における各処理が特許請求の範囲に記載する車両走行軌跡設定手段、制御手段、車線維持制御量設定手段、反映度設定手段に相当する。

車速センサ１０は、車両の速度を検出するセンサである。車速センサ１０では、検出した車速を車速信号としてＥＣＵ３０に送信する。

操舵角センサ１１は、ステアリングホイールから入力された操舵角を検出するセンサである、操舵角センサ１１では、検出した操舵角を操舵角信号としてＥＣＵ３０に送信する。

相対角センサ１２は、可変ステアリングギヤ比装置２０のギヤ比可変機構における入力角（操舵角）と出力角（ピニオン角）との相対角を検出するセンサである。相対角センサ１２では、検出した相対角を相対角信号としてＥＣＵ３０に送信する。

白線認識センサ１３は、カメラ（例えば、ＣＣＤ[Charge Coupled Device]カメラ）と画像処理部を備えている。カメラは、走行支援装置１を搭載する車両の前方に取り付けられる（例えば、ルームミラーに内蔵）。この際、カメラは、その光軸方向が車両の進行方向と一致するように取り付けられる。カメラでは、車両の前方の道路を撮像し、その撮像したカラー画像（例えば、ＲＧＢ[Red Green Blue]による画像）を取得する。カメラでは、その撮像画像のデータを撮像信号として画像処理部に送信する。カメラは、左右方向に撮像範囲が広く、走行している車線を示す左右両側（一対）の白線を十分に撮像可能である。なお、カメラはカラーであるが、道路上の白線を認識できる画像を取得できればよいので、白黒のカメラでもよい。

画像処理部では、カメラから撮像信号を取り入れ、撮像信号の撮像画像データから車両が走行している車線を示す一対の白線（道路区画線）を認識する。撮像画像では、路面とその上に描かれた白線との輝度差が大きいことから、走行レーンを区画する白線はエッジ検出などによって比較的検出しやすく、車両前方の車線を検出するのに都合がいい。そして、図２に示すように、画像処理部では、認識した一対の白線から車線幅Ｗ、一対の白線の中心を通る線（すなわち、車線の中心線ＣＬ）を演算する。さらに、画像処理部では、車線の中心線ＣＬのカーブ半径Ｒ（道路曲率＝１／Ｒ）を演算する。また、画像処理部では、車線の中心線ＣＬの接線方向と車両の前後方向の中心軸とのなす角度（偏向角θ）及び車線の中心線ＣＬに対する車両重心位置の横方向のずれ量（オフセットＤ）を演算する。そして、画像処理部では、これら認識した一対の白線の情報や演算した各情報を画像信号としてＥＣＵ３０に送信する。

なお、白線認識センサ１３で認識されるカーブ半径Ｒ、偏向角θ、オフセットＤは、プラス値／マイナス値で表され、その符号が方向を示す。カーブ半径Ｒは、プラス値が右カーブ、マイナス値が左カーブを示す。偏向角θは、プラス値が右側偏向角であり、マイナス値が左側偏向角である。オフセットＤは、プラス値が右側オフセットであり、マイナス値が左側オフセットである。

ウインカスイッチ１４は、運転者による方向指示（右方向指示ＯＮ、左方向指示ＯＮ、ＯＦＦ）を入力するためのスイッチである。ウインカスイッチ１４では、運転者のウインカ操作情報をウインカ信号としてＥＣＵ３０に送信する。

メインスイッチ１５は、運転者による走行支援装置１のＯＮ／ＯＦＦを入力するためのスイッチである。メインスイッチ１５では、運転者のＯＮ／ＯＦＦ操作をメインスイッチ信号としてＥＣＵ３０に送信する。走行支援装置１では、メインスイッチ１５がＯＮ操作された場合には起動し、メインスイッチ１５がＯＦＦ操作された場合には停止する。

可変ステアリングギヤ比装置２０は、ステアリング機構におけるギヤ比を調整し、運転状況に応じて最適な操舵フィーリングを実現する。可変ステアリングギヤ比装置２０は、ステアリング機構にギヤ比可変機構が設けられ、ギヤ比ＥＣＵによってギヤ比可変機構のモータを駆動制御し、モータによる駆動トルクによりステアリング機構のギヤ比を調整する。

ギヤ比可変機構は、ステアリングシャフトの途中に設けられ、その入力側にステアリングホイールに連結する上部ステアリングシャフトが接続され、その出力側にラックピニオン機構のピニオンに連結する下部ステアリングシャフトが接続される。ギヤ比可変機構は、上部ステアリングシャフトと下部ステアリングシャフトとを相対回転可能に連結し、ギヤ比を無段階で変更することによって上部ステアリングシャフトに対する下部ステアリングシャフト（つまり、操舵角に対するピニオン角）の相対角を無段階で調整する。ギヤ比を大きくした場合（スローなギヤ比にした場合）、ステアリングホイールの回転に対してピニオンの回転が少なくなり、運転者によるステアリング操作に対して転舵輪の切り角（転舵角）が小さくなる。一方、ギヤ比を小さくした場合（クイックなギヤ比にした場合）、ステアリングホイールの回転に対してピニオンの回転が多くなり、運転者によるステアリング操作に対して転舵輪の切り角が大きくなる。

なお、走行支援装置１が起動している場合、運転者による操舵操作がないので、ステアリングホイールから入力される操舵角は基本的には０であり（なお、操舵角は、厳密には０に固定されずに、ギヤ比可変機構で調整される相対角に応じて多少変動する。）、ギヤ比可変機構で調整する相対角が、そのまま出力角（ピニオン角）となる。したがって、ギヤ比可変機構で調整する相対角（ピニオン角）が変化すると、それに応じてラック軸が左右方向に移動し、転舵輪の切れ角が変化する。

モータは、ギヤ比可変機構に取り付けられ、その回転駆動力によってギヤ比可変機構のギヤ比を変えるモータである。モータは、ギヤ比ＥＣＵから制御電流が供給されると、その制御電流に応じて回転駆動する。

ギヤ比ＥＣＵでは、通常制御の場合、車速センサ１０で検出された車速や操舵角センサ１１で検出された操舵角に基づいて目標ギヤ比を設定し、設定した目標ギヤ比になるような制御電流をモータに供給する。特に、ギヤ比ＥＣＵでは、走行支援装置１が起動している場合、ＥＣＵ３０からの舵角制御信号を受信すると、その舵角制御信号に示される目標出力角になるような目標ギヤ比を設定し、その目標ギヤ比になるような制御電流をモータに供給する。この際、ギヤ比ＥＣＵでは、操舵角センサ１１で検出された操舵角及び相対角センサ１２で検出された相対角を考慮して目標ギヤ比を設定する。

なお、操舵角（入力角）、相対角、ピニオン角（出力角）、転舵角は、プラス値／マイナス値で表され、その符号が方向を示す。操舵角、相対角、ピニオン角、転舵角は、プラス値が右回転角であり、マイナス値が左回転角である。

エンジン制御装置２１は、各種センサによってエンジンの運転状態を検出し、その検出した各値に基づいて燃料噴射制御、点火時期制御、エンジン回転数制御などの各種制御を行い、エンジンを最適な状態で運転させる。特に、エンジン制御装置２１では、走行支援装置１が起動している場合、ＥＣＵ３０からの車速制御信号を受信すると、その車速制御信号に示される目標車速を保持するようにエンジンに対する各種制御を行う。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[ReadOnly Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなり、走行支援装置１を統括制御する。ＥＣＵ３０では、メインスイッチ１５からのメインスイッチ信号でＯＮが示されている場合には起動し、メインスイッチ信号でＯＦＦが示されている場合には停止する。起動すると、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、白線認識センサ１３からの画像信号を取り入れるとともに、各センサ１０，１１，１２からの検出信号やウインカスイッチ１４からの信号を取り入れる。そして、ＥＣＵ３０では、ＲＯＭに格納される各プログラムをＣＰＵで実行することによって車線維持制御、車線変更制御などを行う。

車線維持制御について説明する。車線維持制御では、白線認識センサ１３で認識している車線の中心線ＣＬに沿って走行するために必要な車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫを求め、その目標出力角Ａ_ＬＫに基づいて可変ステアリングギヤ比装置２０を制御する。

走行支援装置１が起動中、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、車線維持制御許可条件が満たされているか否かを判定する。車線維持制御許可条件は、車線維持制御及び車線変更制御を行ってよい状態か否かを判定するための条件であり、例えば、操舵角あるいは操舵角速度が所定値未満、ブレーキ操作がＯＦＦ、白線認識センサ１３で白線を認識可能である。運転者が大きな操舵操作を行う場合や運転者がブレーキ操作を行う場合、危険回避などの必要性の高い操作と予測されるので、支援を行わずに、運転者の操作に任せる。白線（車線）を認識できない場合、車線維持制御や車線変更制御を行うことができない。

車線維持制御許可条件が満たされている場合、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、式（１）により、オフセットＤ、偏向角θ、カーブ半径Ｒを用いて車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫを算出する。そして、車線変更を行わない場合、ＥＣＵ３０では、車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫをそのまま目標出力角Ａに設定し、その目標出力角Ａを示す舵角制御信号を可変ステアリングギヤ比装置２０のギヤ比ＥＣＵに送信する。

Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３は、制御ゲインであり、実験やシミュレーションなどによって予め設定される定数である。（Ｋ１×Ｄ）項は、オフセットＤを０に収束させるための項である。（Ｋ２×θ）項は、偏向角θを０に収束させるための項で。（Ｋ３×Ｒ）項は、車両をカーブに沿って走行させるための項であり、直線路では０になる。（Ｋ１×Ｄ）項と（Ｋ２×θ）項はフィードバック制御量であり、（Ｋ３×Ｒ）項はフィードフォワード制御量である。

車線変更制御について説明する。車線変更制御では、車線維持制御中に運転者の車線変更意志を検出すると、車線変更用の目標出力角Ａ_ＬＣ（ひいては、転舵角）の時間変化を示す車両走行軌跡Ｃ_ＬＣを求め、白線認識センサ１３が元車線を認識している間は車両走行軌跡Ｃ_ＬＣに基づいて可変ステアリングギヤ比装置２０を制御し、白線認識センサ１３が次車線を認識すると車両走行軌跡Ｃ_ＬＣに車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫを加味した目標出力角Ａに基づいて可変ステアリングギヤ比装置２０を制御する。なお、白線認識センサ１３で元車線を認識している場合には車線維持制御では元車線に対する車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫを算出し、白線認識センサ１３で次車線を認識している場合には車線維持制御では次車線に対する車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫを算出する。したがって、車線変更制御から車線維持制御に滑らかに移行するために、車線変更制御に車線維持制御量を反映する場合、次車線に対する車線維持制御を行えるようになってから車両走行軌跡Ｃ_ＬＣに車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫを加味するようにする。

ＥＣＵ３０では、車線維持制御を行っている場合、車線変更開始条件が満たされたか否かを判定する。車線変更開始条件は、車線維持制御中に運転者が車線変更をする意志を示したか否かを判定するための条件であり、例えば、運転者による操作によってウインカスイッチ１４で右方向指示ＯＮ又は左方向指示ＯＮの状態が所定時間以上継続した場合である。車線変更開始条件が満たされた場合、まず、ＥＣＵ３０では、その車線変更開始条件が最初に満たされたときに、車線変更するための車両走行軌跡Ｃ_ＬＣを設定する。車両走行軌跡Ｃ_ＬＣは、図３の破線部分で示すように、可変ステアリングギヤ比装置２０の出力角の車線変更開始条件が最初に満たされたとき（ｔ＝０）から車線変更が終了するとき（ｔ＝ｔ_ｆ）までの変化で表される。

図３を参照して、車両走行軌跡Ｃ_ＬＣの設定方法について説明する。図３は、横軸が時間であり、縦軸が可変ステアリングギヤ比装置２０の出力角（ピニオン角）である。走行支援装置１が起動している場合、上記したように、運転者は操舵操作を行わないので、可変ステアリングギヤ比装置２０で調整される相対角自体がピニオン角となり、このピニオン角に応じて転舵角が変化する。また、図３において、ＭＡ（０）はｔ＝０のときの出力角であり、ＭＡ_ｒは車両走行軌跡Ｃ_ＬＣで変化させる最大角であり、ｔ_ｆは車線変更に要する全体時間であり、ｔ_１はＭＡ（０）を基準として最大変化角ＭＡ_ｒ分変化させるために要する時間である。

車両走行軌跡Ｃ_ＬＣは、図３に示すように、ｔ＝０のときの出力角ＭＡ（０）を基準にして、前半部分の車線変更側へ転舵を行うための台形状と後半部分のその逆側へ転舵を行うための台形状とからなり、この２つの台形状は同じ形状かつ同じ面積である。車線変更側への台形状軌跡に応じた転舵によって車両を次車線に移動させ、その逆側への台形状軌跡に応じた転舵によって車両を車線変更前と同じ姿勢に戻す。ちなみに、逆側への台形状軌跡による転舵を行わない場合、車両は、次車線に車線変更するが、車線変更前とは異なる方向（車線変更側の転舵方向）を向いた姿勢となる。車両走行軌跡Ｃ_ＬＣを設定するために、ＭＡ（０）からの出力角の変化分ＭＡ_ｐ（ｔ）のパラメータとして最大変化角ＭＡ_ｒ、全体時間ｔ_ｆ及び変化時間割合αを決定する。但し、変化時間ｔ_１＝ｔ_ｆ×αである。

パラメータ（ＭＡ_ｒ、ｔ_ｆ、α）の決定方法について説明する。車両の横加速度（車両の横位置ｙの二回微分値）は、式（２）に示すように、車速Ｖ、スリップ角βの１回微分値、ヨーレートγから求めることができる。ここで、ゆっくりとした転舵を行うとすると、スリップ角βの１回微分値が０となるので、車両の横加速度は、式（３）に示すように、車速Ｖとヨーレートγから求めることができる。ヨーレートγをラプラス関数で表すと、式（３）は、式（４）に変換される。ここで、ゆっくりとした転舵を行うとすると、（１＋Ｔ_γＳ）／（１＋（２ζ／ω_ｎ）ｓ＋（１／ω_ｎ ^２）ｓ^２）は１になるので、車両の横加速度は、式（５）に示すように、車速Ｖと出力角ＭＡ（ｔ）及びヨーレートゲインＧ_γから求めることができる。ここで、ヨーレートゲインＧ_γを展開すると、式（５）は、式（６）に変換される。さらに、出力角ＭＡ（ｔ）＝ＭＡ（０）＋ＭＡ_ｐ（ｔ）なので、式（６）は、式（７）に変換される。

式（４）において、Ｔ_γはヨーレートの時定数であり、ζは車両の減衰係数であり、ω_ｎは車両の共振周波数である。式（６）において、Ａはスタビリティファクタであり、ｌはホイールベースである。

式（７）の両辺を二回時間積分すると、式（８）に示すように、車両の横位置ｙを求める式となる。ここで、車線変更するために、ｔ＝０での出力角ＭＡ（０）からＭＡ_ｐ（ｔ）に応じた転舵によって、車両の横位置ｙが車線幅Ｗ分移動するためには（つまり、車線変更するためには）、式（８）に基づいて、式（９）の関係が成立しなければならない。但し、この式（９）は、車線変更中、車速Ｖを一定に保持することが条件となる。

そこで、ＥＣＵ３０では、式（９）の関係が成立するＭＡ_ｐ（ｔ）を形成するためのパラメータ（最大変化角ＭＡ_ｒ、全体時間ｔ_ｆ、変化時間割合α）を決定する。この際、Ｗはｔ＝０で認識された車線幅が用いられ、Ｖはｔ＝０で検出された車速が用いられる。なお、式（９）の関係が成立するような最大変化角ＭＡ_ｒ、全体時間ｔ_ｆ、変化時間割合αの組み合わせについては、車線幅Ｗと車速Ｖの組み合わせに毎に、予め求めておく。

そして、ＥＣＵ３０では、決定した最大変化角ＭＡ_ｒ、全体時間ｔ_ｆ、変化時間割合αを用いて車線変更をするための変化分ＭＡ_ｐ（ｔ）を設定し、更に、そのＭＡ_ｐ（ｔ）とＭＡ（０）を用いて車両走行軌跡Ｃ_ＬＣを設定する。この車両走行軌跡Ｃ_ＬＣは、車線変更を開始するとき（ｔ＝０）で求められ、フィードフォワード制御量である。

次に、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、白線認識センサ１３が次車線を認識したか否かを判定する。この判定方法としては、例えば、オフセットＤの符号が切り替わりかつそのオフセットＤの変化量が車線幅Ｗの所定範囲の場合である。

白線認識センサ１３が元車線を認識している場合、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、車両走行軌跡Ｃ_ＬＣから車線変更開始時点（ｔ＝０）からの経過時間に応じた車線変更用の目標出力角Ａ_ＬＣを抽出し、その目標出力角Ａ_ＬＣをそのまま目標出力角Ａに設定し、その目標出力角Ａを示す舵角制御信号を可変ステアリングギヤ比装置２０のギヤ比ＥＣＵに送信する。

一方、白線認識センサ１３が次車線を認識している場合、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、車両走行軌跡Ｃ_ＬＣから車線変更開始時点（ｔ＝０）からの経過時間に応じた車線変更用の目標出力角Ａ_ＬＣを抽出するとともに、式（１）により車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫを算出する。そして、ＥＣＵ３０では、式（１０）により、反映度Ｋ_ＦＢに基づいて車線変更用の目標出力角Ａ_ＬＣと車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫから目標出力角Ａを算出し、その目標出力角Ａを示す舵角制御信号を可変ステアリングギヤ比装置２０のギヤ比ＥＣＵに送信する。

反映度Ｋ_ＦＢは、車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫの車線変更制御に対する反映度合いである。反映度Ｋ_ＦＢは、図４に示すように、反映開始時点（ｔ＝ｔ_ＦＢ）から車線変更制御終了時点（ｔ＝ｔ_ｆ）の間で、０から１までを線形に大きくした値であり、車線変更制御が終了に近づくほど車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫの車線変更制御への影響を強くする。反映開始時点ｔ_ＦＢは、白線認識センサ１３が次車線を認識したと最初に判定した時点である。

そして、ＥＣＵ３０では、車線変更開始時点（ｔ＝０）から全体時間ｔ_ｆが経過したか否かを判定する。全体時間ｔ_ｆが経過するまで、ＥＣＵ３０では、上記した車線変更制御を継続する。一方、全体時間ｔ_ｆを経過すると、ＥＣＵ３０では、次車線に対する車線維持制御に移行する。ちなみに、全体時間ｔ_ｆが経過した時点では、目標出力角Ａには車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫが１００％反映されている。

車線変更制御中、ＥＣＵ３０では、車線変更開始時点（ｔ＝０）の車速Ｖを保持するために、ｔ＝０での車速Ｖ（０）を示す車速制御信号をエンジン制御装置２１（特に、エンジンＥＣＵ）に送信する。

なお、可変ステアリングギヤ比装置２０を制御する場合、ＥＣＵ３０では、相対角センサ１２で検出した相対角を用いて制御を行う。また、上記したように、走行支援装置１が起動されている場合、運転者による操舵操作が行われないので、入力される操舵角は０であるが、可変ステアリングギヤ比装置２０で相対角（ひいては、ピニオン角）を変化させるのに応じて操舵角も多少変動する。そこで、可変ステアリングギヤ比装置２０を制御する場合、高精度に制御を行うために、ＥＣＵ３０では、操舵角センサ１１で検出した操舵角も用いて制御を行う。

図１〜図４を参照して、走行支援装置１における動作について説明する。特に、ＥＣＵ３０における車線変更制御については図５のフローチャートに沿って説明する。図５は、図１のＥＣＵにおける車線変更制御の処理の流れを示すフローチャートである。

車速センサ１０では、車速を検出し、その車速を示す車速信号をＥＣＵ３０に送信する。操舵角センサ１１では、操舵角を検出し、その操舵角を示す操舵角信号をＥＣＵ３０に送信する。相対角センサ１２では、ギヤ比可変機構における入力角と出力角との相対角を検出し、その相対角を示す相対角信号をＥＣＵ３０に送信する。

白線認識センサ１３では、カメラで車両の前方を撮像する。そして、白線認識センサ１３の画像処理部では、撮像画像から車線を区画する一対の白線を認識する。さらに、画像処理部では、カーブ半径Ｒ、偏向角θ、オフセットＤ、車線幅Ｗを演算する。そして、白線認識センサ１３では、これら一対の白線の情報や演算した各情報を画像信号としてＥＣＵ３０に送信する。

ＥＣＵ３０では、メインスイッチ１５からのメインスイッチ信号を受信し、メインスイッチのＯＮ／ＯＦＦ情報を取得する。そして、メインスイッチがＯＮの場合、ＥＣＵ３０では、走行支援装置１を起動し、以下の処理を行う。

ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、車速信号、操舵角信号、相対角信号及び画像信号を受信し、車速、操舵角、相対角、白線認識情報を取得する。また、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、ウインカスイッチ１４からのウインカ信号を受信し、ウインカ操作情報を取得する。

ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、車線維持支援許可条件を満たしているか否か判定する。車線維持支援許可条件を満たしていない場合、ＥＣＵ３０では、車線維持制御及び車線変更制御を行わずに、今回の処理を終了する。一方、車線維持支援許可条件を満たしている場合、ＥＣＵ３０では、車線変更開始条件を満たしているか否かを判定する（Ｓ１）。

Ｓ１にて車線変更開始条件を満たしていないと判定した場合、現在走行中に車線に対する車線維持制御を継続し（ＬＫ１）、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、式（１）により、そのときに検出されたオフセットＤ、偏向角θ、カーブ半径Ｒを用いて車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫを算出し、その目標出力角Ａ_ＬＫをそのまま目標出力角Ａに設定し、その目標出力角Ａを示す舵角制御信号をギヤ比ＥＣＵに送信する。その舵角制御信号を受信すると、ギヤ比ＥＣＵでは、舵角制御信号に示される目標出力角になるような目標ギヤ比を設定し、その目標ギヤになるような制御電流をモータに供給する。制御電流が供給されると、モータでは、制御電流に応じて回転駆動する。そして、この回転駆動によって、ギヤ比可変機構では、ギヤ比を変更し、相対角を変化させる。その結果、車線維持制御量からなる目標出力角Ａになるようにピニオン角が変化し、そのピニオン角の変化に応じて転舵角が変化する。これによって、車両が現在走行中の車線の中心線ＣＬに沿って走行するようになる。

Ｓ１にて車線変更開始条件を最初に満たしたと判定した場合（ｔ＝０）、ＥＣＵ３０では、ｔ＝０での車線幅Ｗと車速Ｖ（０）を用いて、式（９）となるような最大変化角ＭＡ_ｒ、全体時間ｔ_ｆ、変化時間割合αを決定する（Ｓ２）。そして、ＥＣＵ３０では、最大変化角ＭＡ_ｒ、全体時間ｔ_ｆ、変化時間割合α及びｔ＝０での出力角ＭＡ（０）を用いて、車線変更用の車両走行軌跡Ｃ_ＬＣを設定する（Ｓ３）。

Ｓ１にて車線変更開始条件を満たしていると判定している場合、車両走行軌跡Ｃ_ＬＣを設定すると、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、白線認識センサ１３が次車線を認識しているか否かを判定する（Ｓ４）。

Ｓ４にて白線認識センサ１３が元車線を認識していると判定した場合、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、ｔ＝０からの経過時間に応じて車両走行軌跡Ｃ_ＬＣから車線変更用の目標出力角Ａ_ＬＣを抽出し、その目標出力角Ａ_ＬＣをそのまま目標出力角Ａに設定し、その目標出力角Ａを示す舵角制御信号をギヤ比ＥＣＵに送信する（Ｓ５）。この舵角制御信号を受信すると、可変ステアリングギヤ比装置２０では、上記と同様の制御を行う。その結果、車線変更制御量からなる目標出力角Ａになるようにピニオン角が変化し、そのピニオン角の変化に応じて転舵角が変化する。また、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、ｔ＝０で検出した車速Ｖ（０）を示す車速制御信号をエンジン制御装置２１に送信する。この車速制御信号を受信すると、エンジン制御装置２１では、車速制御信号に示される車速Ｖ（０）になるようにエンジンを制御する。この転舵角制御と車速制御によって、車両が、車速Ｖ（０）を保持しながら、車両走行軌跡Ｃ_ＬＣに応じた転舵角となり、元車線から次車線に徐々に車線変更してゆく。

一方、Ｓ４にて白線認識センサ１３が次車線を認識していると判定した場合、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、ｔ＝０からの経過時間に応じて車両走行軌跡Ｃ_ＬＣから車線変更用の目標出力角Ａ_ＬＣを抽出するとともに、式（１）によりそのときに検出されたオフセットＤ、偏向角θ、カーブ半径Ｒを用いて車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫを算出する（Ｓ６）。そして、ＥＣＵ３０では、式（１０）により、白線認識センサ１３が次車線を認識したとき（ｔ＝ｔ_ＦＢ）からの経過時間における各反映度Ｋ_ＦＢに基づいて車線変更用の目標出力角Ａ_ＬＣと車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫから目標出力角Ａを算出し、その目標出力角Ａを示す舵角制御信号をギヤ比ＥＣＵに送信する（Ｓ６）。この舵角制御信号を受信すると、可変ステアリングギヤ比装置２０では、上記と同様の制御を行う。その結果、車線変更制御量と車線維持制御量からなる目標出力角Ａになるようにピニオン角が変化し、そのピニオン角の変化に応じて転舵角が変化する。このとき、転舵角は、車両走行軌跡Ｃ_ＬＣに応じた転舵角に車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫに応じた転舵角が徐々に反映されてゆく。また、ＥＣＵ３０では、上記と同様に、車速Ｖ（０）を示す車速制御信号をエンジン制御装置２１に送信する。この車速制御信号を受信すると、エンジン制御装置２１では、上記と同様の制御を行う。この転舵角制御と車速制御によって、車両が、車速Ｖ（０）を保持しながら、車両走行軌跡Ｃ_ＬＣに応じた転舵角から次車線に対して車線維持するための転舵角に徐々に移行し、徐々に次車線の中心線ＣＬに沿って走行するようになる。

そして、ＥＣＵ３０では、一定時間毎に、ｔ＝０から全体時間ｔ_ｆが経過した否かを判定する（Ｓ７）。全体時間ｔ_ｆが経過していない場合、ＥＣＵ３０では、Ｓ６の処理に戻る。一方、全体時間ｔ_ｆが経過した場合、ＥＣＵ３０では、次車線に対する車線維持制御に移行する（ＬＫ２）。そして、走行支援装置１では、上記した元車線に対する車線維持と同様の動作により、次車線に対する車線維持を支援する。なお、全体時間ｔ_ｆが経過した時点で、目標出力角Ａにおける車線変更用の目標出力角Ａ_ＬＣが０になり、目標出力角Ａが次車線に対する車線維持用の目標出力角Ａ_ＬＫだけとなり、車線変更から車線維持への移行がスムーズに完了している。

この走行支援装置１によれば、車線幅Ｗを用いて車線変更するための車両走行軌跡Ｃ_ＬＣを設定することにより、次車線まで車両を移動させることができるとともに、運転者が通常行う車線変更のように車両を滑らかに走行させることができる。これによって、車線変更による運転者の運転負担を軽減することができ、車線変更時に運転者に違和感を与えない。

さらに、走行支援装置１によれば、フィードフォワード制御量である車線変更制御量（目標出力角Ａ_ＬＣ）にフィードバック制御量である車線維持制御量（目標出力角Ａ_ＬＫ）を加味することにより、車線変更制御から車線維持制御へ滑らかにつなげることができ、車線変更から車線維持への移行時に運転者に違和感を与えない。特に、走行支援装置１では、車線変更制御が終了に近づくほど車線変更制御への車線維持制御の反映度Ｋ_ＦＢを大きくすることにより、車線変更制御から車線維持制御へ徐々に移行でき、車線変更制御から車線維持制御へ滑らかにつなげることができる。

なお、車線変更制御において、目標出力角Ａに車線維持制御量（目標出力角Ａ_ＬＫ）を加味しない場合、車両走行軌跡Ｃ_ＬＣだけに応じた転舵角制御となるので、車線変更終了時点の車両の姿勢は、次車線の中心線ＣＬの方向に関係なく、車線変更直前の車両と同じ方向となる。しかし、走行支援装置１では、車線変更制御において、目標出力角Ａに車線維持制御量（目標出力角Ａ_ＬＫ）を加味し、最終的に目標出力角Ａ＝目標出力角Ａ_ＬＫとして転舵角制御しているので、車線変更終了時点の車両の姿勢は、次車線の中心線ＣＬに沿った方向となる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では車線維持機能と車線変更機能を有する走行支援装置に適用したが、車線変更支援だけを行う装置や自動操舵装置などの他の装置にも適用可能である。

また、本実施の形態では操舵機構を制御するために可変ステアリングギヤ比装置を利用して舵角を変化させる構成としたが、電動パワーステアリング装置を利用して操舵トルクを変化させるなどの他の構成としてもよい。

また、本実施の形態ではカメラによる撮像画像に基づいて白線（車線）を認識し、その認識した白線に基づいてカーブ半径（道路曲率）、車両の偏向角、車両のオフセット、車線幅を演算する構成としたが、他の手法によって白線やこれらのパラメータを求めてもよく、例えば、ナビゲーションシステムでの処理や地図情報に基づいて取得する場合、各種センサを用いて直接取得する場合、路車間通信などを利用して車外から情報を取得する場合がある。

また、本実施の形態では車線変更制御に車線維持制御量を加味する構成としたが、車線維持制御量を加味せずに、車線変更が終了するまで設定した車両走行軌跡（車線変更制御量）に基づいて操舵制御するようにしてもよい。この場合も、運転者が通常行うような車線変更に相当するような車両走行軌跡に基づいて制御を行うので、運転者に違和感を与えないような滑らかな車線変更を支援することができる。

また、本実施の形態では車線変更制御への車線維持制御量の反映度を車線変更制御が終了に近づくほど線形に大きくする構成としたが、この反映度の変化のさせ方は適宜設定してよく、反映度を一定値としてもよい。

また、本実施の形態では白線認識センサが次車線を認識したタイミングで車線変更制御への車線維持制御量の反映を開始する構成としたが、このタイミングについて適宜設定してよく、例えば、全体時間ｔ_ｆに対して予め設定したタイミングでもよいし、車線変更制御開始するときからセンサで次車線も認識している場合には車線変更制御開始後の任意のタイミングでもよい。

また、本実施の形態では車両走行軌跡として出力角初期値ＭＡ（０）を基準にして同形状かつ同面積の２つの台形状としたが、車両走行軌跡の形状としては適宜設定してよいが、運転者に違和感を与えないような滑らかな車線変更となるような車両走行軌跡が望ましい。運転者個々に車線変更時の走行軌跡が異なるので、運転者個々の車線変更時の走行軌跡を検出し、その検出した走行軌跡に相当するような車両走行軌跡としてもよい。また、本実施の形態には車両走行軌跡を設定するためのパラメータ（ＭＡ_ｒ、ｔ_ｆ，α）を求める方法の一例を示したが、車両走行軌跡を求める方法について適宜の方法を用いてよい。また、その本実施の形態の例では車線変更制御中に車速を一定に保持する必要があったが、車両走行軌跡の求める方法によっては車速を一定に保持しなくてもよい。

また、本実施の形態では車線変更制御中に車速を一定に保持するためにエンジン制御装置を用いる構成としたが、車速を一定に保持できる装置であればどのような装置構成でもよく、例えば、エンジン制御装置とブレーキ制御装置の２つの装置を用いてもよい。

本実施の形態に係る走行支援装置の構成図である。本実施の形態で用いる各種パラメータの説明図である。図１のＥＣＵで設定する車線変更制御の車両走行軌跡（可変ステアリングギヤ比装置の出力角（ピニオン角）の時間変化で示す）の一例である。図１のＥＣＵで用いる車線維持制御量の車線変更制御への反映度の時間変化の一例である。図１のＥＣＵにおける車線変更制御の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…走行支援装置、１０…車速センサ、１１…操舵角センサ、１２…相対角センサ、１３…白線認識センサ、１４…ウインカスイッチ、１５…メインスイッチ、２０…可変ステアリングギヤ比装置、２１…エンジン制御装置、３０…ＥＣＵ

Claims

車両の車線維持支援と車線変更支援とを行う走行支援装置であって、
車線幅を取得する車線幅取得手段と、
前記車線幅取得手段で取得した車線幅に基づいて、隣接車線へ車線変更をするための車線変更制御量の時間変化を示す車両走行軌跡を設定する車両走行軌跡設定手段と、
車線の所定位置に沿って走行するための車線維持制御量を設定する車線維持制御量設定手段と、
前記車線維持制御量設定手段で設定した車線維持制御量の車線変更制御への反映度を設定する反映度設定手段と、
前記車両走行軌跡設定手段で設定した車両走行軌跡の車線変更制御量と、前記車線維持制御量設定手段で設定した車線維持制御量とに基づいて、操舵機構を制御する制御手段と、
を備え、
前記反映度設定手段は、車線変更制御が終了に近づくほど車線維持制御量の車線変更制御への反映度を大きくし、
前記制御手段は、前記反映度設定手段で設定した反映度に応じて、車線変更制御が終了に近づくほど前記車両走行軌跡設定手段で設定した車両走行軌跡の車線変更制御量を小さくし、車線変更制御が終了に近づくほど前記車線維持制御量設定手段で設定した車線変更先の車線に対する車線維持制御量を大きくして、前記操舵機構を制御することを特徴とする走行支援装置。