JP5119691B2 - 操舵制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の操舵特性を制御することに関する。

乗用車やトラック、バス等の車両を運転する運転者の負担を軽減し、安全性を向上させるため、運転者を補助するための様々な運転補助技術が提案され、実用化されている。例えば、特許文献１には、基本的には運転者が運転操作を行い、衝突を回避する場合や走行レーンからの逸脱を回避する場合等の所定の場合にのみ、走行制御装置による自動操舵を介入させる車両の走行制御装置が開示されている。

特開平７−２５１７５４号公報

ところで、車両が旋回する場合と、いわゆるレーンチェンジのように車両が横移動する場合とでは、車両に要求される操舵特性が異なる。特許文献１に開示された車両の走行制御装置はかかる点が考慮されていないため、運転者による操舵を補助する際には車両の走行状態に応じた適切な操舵特性が得られないおそれがあり、その結果として運転者に違和感を与えるおそれがある。

そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、運転者による操舵を補助するにあたり、運転者に与える違和感を低減することのできる操舵制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る操舵制御装置は、前輪と後輪とがともに操舵輪となる車両において、運転者の操舵を補助する際の操舵制御に用いるものであり、前記車両の進行方向に存在する回避対象物に関する情報と、前記車両の運転者の顔向き又は視線の少なくとも一方とに基づいて、前記車両の目標とする進行軌跡である目標軌跡を設定する目標軌跡設定部と、前記目標軌跡設定部が設定した前記車両の目標軌跡に基づいて、前記車両の操舵特性を設定する操舵特性設定部とを含み、前記操舵輪の操舵特性は、前記車両のスリップ角と前記車両のハンドル切れ角との比であるスリップ角ゲイン、及び前記車両のヨーレートと前記車両のハンドル切れ角との比であるヨーレートゲインに基づいて設定されることを特徴とする。

この操舵制御装置は、車両の目標とする走行軌跡に基づいて、車両の操舵特性を設定する。これによって、運転者による操舵を補助するにあたっては、車両の走行状態に応じた適切な操舵特性を設定することができるので、運転者に与える違和感を低減することができる。

本発明の望ましい態様としては、前記操舵特性設定部は、前記操舵輪の操舵特性を変更する際には、前記スリップ角ゲイン又はヨーレートゲインの少なくとも一方を変更することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記スリップ角ゲイン及び前記ヨーレートゲインは、前記車両の速度に応じて変化するとともに、前記スリップ角ゲインと前記車両の速度との関係、及び前記ヨーレートゲインと前記車両の速度との関係は、異なる前記操舵特性に対してそれぞれ設定されることが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記操舵特性設定部は、前記車両が前記回避対象物を回避した後において、前記車両が前記回避対象物を回避する前における走行軌跡の延長上に復帰する際には、前記車両の操舵特性を、前記車両が前記回避対象物を回避する際の操舵特性に対して変更することが好ましい。

本発明の望ましい態様としては、前記操舵特性設定部は、前記車両が前記回避対象物を回避した後において、前記車両が前記回避対象物を回避する前における走行軌跡の延長上に復帰する際には、前記車両の操舵特性を、前記車両が前記回避対象物を回避する際の操舵特性よりも旋回を重視した操舵特性に変更することが好ましい。

本発明に係る操舵制御装置は、運転者による操舵を補助するにあたり、運転者に与える違和感を低減することができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

以下の実施形態においては、車両の進行方向前方に存在する駐車車両等の回避対象物を回避する場合の操舵制御例を説明するが、本発明の適用対象は、回避対象物を回避する場合に限られるものではない。例えば、山道等の走行中に旋回性能を重視する場合や、複数の車線を有する路における車線変更等に対する操舵制御に対しても、本発明は適用することができる。

ここで、操舵制御とは、車両の操舵輪に対する直接的又は間接的な制御である。前者の例としては、例えば、車両を車線内に保持して走行させるために運転者の操舵に関係なく操舵輪を制御したり、車両の進行方向に存在する障害物を回避するために、運転者の操舵とは異なる操舵をしたりする制御がある。後者の例としては、例えば、運転者の操舵に対して操舵輪の応答を低くすることによって急ハンドルによるスピンを回避したり、反対に応答性を高くすることによって、駐車時等における取り回しを向上させたりする制御がある。

本実施形態は、車両の目標とする走行軌跡を設定するとともに、目標とする走行軌跡に応じて、車両の操舵特性を切り替える点に特徴がある。例えば、目標とする走行軌跡が旋回であるような場合には、旋回を重視した操舵特性に設定し、目標とする走行軌跡がレーンチェンジであるような場合には、横移動を重視した操舵特性に設定する。

図１は、本実施形態に係る操舵制御装置を備える車両の構成例を示す構成概略図である。ここで、車両１は、図１の矢印Ｙ方向に前進する。車両１が前進する方向は、車両１の運転者が座る運転席からハンドルへ向かう方向である。左右の区別は、車両１の前進する方向（図１の矢印Ｙ方向）を基準とする。すなわち、「左」とは、車両１の前進する方向に向かって左側をいい、「右」とは、車両１の前進する方向に向かって右側をいう。また、車両１の前後は、車両１が前進する方向を前とし、車両１が後進する方向、すなわち車両１が前進する方向とは反対の方向を後とする。

まず、車両１の全体構成を説明する。車両１は、左側前輪５ＦＬ、右側前輪５ＦＲ、左側後輪５ＲＬ及び右側後輪５ＲＲの４個の車輪を備え、後述するように左側前輪５ＦＬ及び右側前輪５ＦＲを駆動輪とする。以下の説明において、車両１の前後の車輪に着する場合には、前輪５Ｆ、後輪５Ｒという。

車両１は、本実施形態に係る操舵制御装置２０を搭載し、例えば、車両１が対象物を回避するための走行軌跡として設定された目標軌跡上を走行するように、操舵制御装置２０によって制御される。目標軌跡は、例えば、回避する対象物（回避対象物）までの距離や運転者の顔向き、視線方向等に基づいて決定される。

車両１は、内燃機関２を動力発生手段としている。内燃機関２は、車両１の進行方向（図１中の矢印Ｙ方向）前方に搭載される。内燃機関２が発生した動力は、まず変速装置３に入力されて、車両１を走行させるために適した回転数に減速されてから、駆動軸４を介して駆動輪である左側前輪５ＦＬ及び右側前輪５ＦＲへ伝達される。これによって、車両１が走行する。なお、本実施形態において、内燃機関２はガソリンを燃料とするレシプロ式の火花点火式内燃機関であるが、内燃機関２はこれに限定されるものではない。

また、車両１の動力発生手段は内燃機関に限定されるものではない。例えば、内燃機関と電動機とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド方式の動力発生手段を備えていてもよいし、動力発生手段として、各車輪にそれぞれ電動機を備える、いわゆるインホイールモータ方式としてもよい。さらに、変速装置３は、左側前輪５ＦＬの駆動力と、右側前輪５ＦＲの駆動力とを変更することができる機能を備えていてもよい。

車両１を発進させたり、車両１の速度を調整したりするため、車両１にはアクセルペダル４０Ｐが備えられる。アクセルペダル４０Ｐの踏み込み量は、アクセルペダル４０Ｐに取り付けられるアクセル開度センサ４０によって検出され、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０に取り込まれる。ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ４０から取得したアクセルペダル４０Ｐの踏み込み量に基づきスロットル弁２ＳＶを開き、内燃機関２への流入空気量を調整する。ＥＣＵ１０は、内燃機関２の回転数と内燃機関２への流入空気量とに基づいて、内燃機関２への燃料噴射量を決定し、内燃機関２の出力を制御する。

車両１の左側前輪５ＦＬ及び右側前輪５ＦＲは、車両１の駆動輪であるとともに、操舵輪としても機能する。このように、車両１は、いわゆるＦＦ（Front engine Front drive）形式の駆動形式を採用する。なお、車両１の駆動形式はＦＦ形式に限られず、いわゆるＦＲ（Front engine Rear drive）形式や、４ＷＤ（４ Wheel Drive：４輪駆動）形式であってもよい。また、車両１は、各駆動輪の駆動力を変更することにより、車両１旋回性能を制御したり、車両１の走行安定性を向上させたりできる駆動システムを備えていてもよい。

車両１は、左側前輪５ＦＬには左側前輪用制動装置６ＦＬが、右側前輪５ＦＲには右側前輪用制動装置６ＦＲが、左側後輪５ＲＬには左側後輪用制動装置６ＲＬが、右側後輪５ＲＲには右側後輪用制動装置６ＲＲが備えられている。左側後輪用制動装置６ＲＬ、右側後輪用制動装置６ＲＲ、左側前輪用制動装置６ＦＬ及び右側前輪用制動装置６ＦＲ（以下、必要に応じてこれらを制動装置という）は、ブレーキペダル４３Ｐの踏力を油圧に変換し、この油圧によって制動力を発生させる。

ブレーキペダル４３Ｐから入力される制動動作は、ブレーキペダル４３Ｐに取り付けられるブレーキセンサ４３により検出される。ブレーキセンサ４３は、ブレーキペダル４３Ｐのストローク、踏力、マスタシリンダ圧力を検出することにより、ブレーキペダル４３Ｐの踏み量や踏み込み速度等を知ることができる。

ブレーキセンサ４３により検出されたブレーキペダル４３Ｐの踏み量や踏み込み速度の情報は、ＥＣＵ１０に入力される。本実施形態において、ＥＣＵ１０は、路面の状態や車両１の挙動に応じて、それぞれの制動装置の制動力を調整して、制動中における左側前輪５ＦＬや右側後輪５ＲＲのロックを抑制する。また、ＥＣＵ１０は、車両１の各車輪の制動力を調整することにより、車両１の旋回中や発進時等に車両の横滑りを抑制することにより、車両１の姿勢を安定させる、いわゆる横滑り防止制御を実行することもできる。

本実施形態に係る車両１では、運転者によるハンドル９の操作は、前輪操舵補助装置７を介して左側前輪５ＦＬ及び右側前輪５ＦＲに伝達され、これによって、左側前輪５ＦＬ及び右側前輪５ＦＲが操舵される。前輪操舵補助装置７は、操舵力補助機能と操舵特性変更機能とを備える。操舵力補助機能は、電動機等によってステアリング機構に補助操舵力を与えることにより、運転者の操舵力を低減する。操舵特性変更機能は、車両１の運転状態（例えば車両１の速度、すなわち車速）に応じて、ハンドル９の操作量に対する左側前輪５ＦＬ及び右側前輪５ＦＲの操舵角を変更する。ここで、前輪操舵補助装置７は、ＥＣＵ１０や操舵制御装置２０によって制御される。

また、本実施形態に係る車両１は、後輪操舵装置（ＡＲＳ：Active Rear Steering）８を備える。後輪操舵装置８は、左側後輪５ＲＬ及び右側後輪５ＲＲを操舵するものであり、ＥＣＵ１０によって、車両１の運転状態（例えば車速や旋回状態）に応じて、左側前輪５ＦＬ及び右側前輪５ＦＲの操舵角と同位相、あるいは逆位相で操舵される。このように、本実施形態に係る車両１は、左側前輪５ＦＬ及び右側前輪５ＦＲとともに、左側後輪５ＲＬ及び右側後輪５ＲＲも操舵輪となる。

後輪操舵装置８も、前輪操舵補助装置７と同様に操舵特性変更を有しており、車両１の運転状態（例えば車速）に応じて、ハンドル９の操作量に対する左側後輪５ＲＬ及び右側後輪５ＲＲの操舵角を変更する。ここで、後輪操舵装置８は、ＥＣＵ１０や操舵制御装置２０によって制御される。

車両１には、車両１の運転者の動作を検出するセンサ類、車両１の周辺環境（対象物の有無、回避場所の有無等）を検出するセンサ類、あるいは車両１の運転状態を検出するためのセンサ類が備えられる。車両１の運転者の動作を検出するセンサ類は、ハンドル９の操舵角を検出する操舵角センサ５０、運転者の顔の向きを検出する顔向き検出センサ（カメラ）４１、及び運転者の眼球の動きから運転者の視線を検出する視線検出センサ（カメラ）４２、ブレーキセンサ４３、操舵トルクセンサ５２である。これらを称して、ドライバ動作検出手段という。なお、運転者のハンドル９の操作は、前輪操舵補助装置７の操舵トルクセンサ５２によって検出されるハンドル９の操舵力や操舵力変化速度に基づいて判定してもよい。車両１の運転者の動作は、前記ドライバ動作検出手段によって検出され、運転者が車両１を進行させたい方向が判定される。

車両１の周辺環境を検出するセンサ類は、車両１の進行方向前方に設けられる対象物検出センサ４４、道路形状検出センサ４５、及び路面状態検出センサ４６、ナビゲーション装置４７である。これらを称して、周辺環境検出手段という。車両１の周辺環境は、車両１の進行方向に存在する物体（先行車両や駐車車両等物）や、車両１の進行方向における状況（交差点の有無、車線の増減、路面が低μ路面か否か等）であり、これらに関する情報によって、車両１の走行に何らかの影響を与え得るか否かを判定することができる。

対象物検出センサ４４は、車両１の進行方向前方に存在する物体（駐車車両、先行車両、落石等）を検出するためのもので、例えば、ミリ波レーダー装置、レーザーレーダー装置、ソナー装置、あるいはカメラ等が用いられる。道路形状検出センサ４５は、車両１の進行方向における道路の情報、例えば、車両１の進行方向には交差点がある、車両１の進行方向の道路が１車線から２車線になる等の情報を検出するために用いられる。道路形状検出センサ４５は、例えば、カメラが用いられる。

また、ナビゲーション装置４７も、車両１の進行方向における道路の情報を検出するために用いられる。例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）により得られる車両１の現在位置情報、及びナビゲーション装置４７の有する地図、地形情報に基づき、車両１の進行方向に存在する道路の幅、交差点までの距離、曲線の半径、回避場所の有無等の道路情報が判定される。

路面状態検出センサ４６は、車両１の走行する路面の状態を検出するもので、例えば、カメラが用いられる。また、カメラの他に、気温計、路面温度検出手段、駆動輪の発生する力、車両１の車輪（左側前輪５ＦＬや右側前輪５ＦＲ等）のロックやスリップ、路面と車輪との摩擦係数、車輪間における摩擦係数の違い等を検出する手段を路面状態検出センサ４６として用いてもよい。そして、これらの手段によって検出される情報に基づいて、車両１の走行する路面の状態が判定される。

なお、駆動輪の発生する力は、内燃機関２の発生するトルク、変速装置３の変速比、駆動輪の半径等に基づいて求めることができる。車両１の車輪のロックやスリップは、車両１の各輪に設けられる左側前輪回転速度センサ５１ＦＬ、右側前輪回転速度センサ５１ＦＲ、左側後輪回転速度センサ５１ＲＬ、右側後輪回転速度センサ５１ＲＲによって検出することができる。路面と車輪との摩擦係数は、例えば、駆動輪の荷重と当該駆動輪が発生する駆動力との比から求めることができる。

車両１の運動状態は、加速度センサ４８、ヨーレートセンサ４９、左側前輪回転速度センサ５１ＦＬ、右側前輪回転速度センサ５１ＦＲ、左側後輪回転速度センサ５１ＲＬ、右側後輪回転速度センサ５１ＲＲによって検出される。これらを称して、自車両状態検出手段という。車両１の運動状態は、例えば、車両１の前後速度（車両１の前後方向における速度）や前後加速度、車両１の横速度（前後方向に直交する方向における速度）や横加速度、車両１のヨー角、ヨー角速度、ヨー角加速度、車両１のスリップ角、スリップ角速度、スリップ角加速度等によって決定される。なお、上記ドライバ動作検出手段、周辺環境検出手段及び自車両状態検出手段は一例であって、上記センサ類に限定されるものではない。

図２は、本実施形態に係る操舵制御装置の構成を示す説明図である。操舵制御装置２０はＥＣＵ１０内に設けられ、ＥＣＵ１０の１機能として、本実施形態に係る操舵制御を実現するものとして構成される。操舵制御装置２０は、いわゆるマイクロコンピュータであり、記憶部１６に格納されている本実施形態に係る操舵制御を実現するためのコンピュータプログラムに従って、本実施形態に係る操舵制御を実行する。

操舵制御装置２０と記憶部１６とは、データバス１１ｃによって接続されて、相互に通信できるようになっている。ＥＣＵ１０は、操舵制御装置２０が、本実施形態に係る操舵制御に必要な情報を取得するために、入力ポート１２及び入力インターフェース１３を備える。また、操舵制御装置２０が制御対象を動作させるため、出力ポート１４及び出力インターフェース１５を備える。操舵制御装置２０と入力ポート１２とは、データバス１１ａによって接続され、また、操舵制御装置２０と出力ポート１４とは、データバス１１ｂによって接続される。

入力ポート１２には、入力インターフェース１３が接続されている。入力インターフェース１３には、車両１を運転する運転者の動作を検出するドライバ動作検出手段Ｓ１、対象物の有無や道路の形状等を検出する周辺環境検出手段Ｓ２、車両１の運動を検出する自車両状態検出手段Ｓ３その他の、操舵制御に必要な情報を取得する検出手段が接続されている。これらの検出手段から出力される信号は、入力インターフェース１３内のＡ／Ｄコンバータ１３ａやディジタル入力バッファ１３ｂにより、操舵制御装置２０が利用できる信号に変換されて入力ポート１２へ送られる。これにより、操舵制御装置２０は、本実施形態に係る操舵制御に必要な情報を取得することができる。

出力ポート１４には、出力インターフェース１５が接続されている。出力インターフェース１５には、本実施形態に係る操舵制御における制御対象として、前輪操舵補助装置７や後輪操舵装置８が接続されている。出力インターフェース１５には、制御回路１５ａ、１５ｂ等が設けられており、操舵制御装置２０で演算された制御信号に基づき、前輪操舵補助装置７や後輪操舵装置８を動作させる。

本実施形態に係る車両１が備える前輪操舵補助装置７は、いわゆるＥＰＳ（Electronic Power Steering：電動パワーステアリング装置）で、かつＶＧＲＳ（Variable Gear Ratio Steering：ステアリングギヤ比可変ステアリング装置）を備える。すなわち、前輪操舵補助装置７は、電動機でハンドル９の操作を補助するとともに、ハンドル９の入力に対する前輪の操舵角や操舵速度等を、自車両状態検出手段によって検出される車速や駆動力、あるいは周辺環境検出手段によって検出される道路状況等に応じて変更する。これによって、車両１の旋回性能を向上させたり、ハンドル９を切り過ぎた場合にはこれを抑制して車両１の姿勢を安定させたりすることができる。また、本実施形態１に係る車両１が備える後輪操舵装置８は、車速や駆動力、あるいは道路状況等に応じて後輪を操舵する。これによって、車両１の旋回性能を向上させたり、車両１の姿勢を安定させたりすることができる。

車両１が備える左側後輪用制動装置６ＲＬ、右側後輪用制動装置６ＲＲ、左側前輪用制動装置６ＦＬ及び右側前輪用制動装置６ＦＲは、それぞれ独立に制御することができる。これによって、例えば、車両１の旋回中に、旋回内側の車輪に制動力を与えれば、旋回性能を向上させることができる。また、旋回外側の車輪に制動力を与えれば、車両１のスピンを抑えることができる。

図２に示すように、操舵制御装置２０は、目標軌跡設定部２１と、操舵特性設定部２２と、操舵制御部２３と、制御条件判定部２４とを含んで構成される。これらが、本実施形態に係る操舵制御を実行する部分となる。目標軌跡設定部２１と操舵特性設定部２２と操舵制御部２３と制御条件判定部２４とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成されている。

目標軌跡設定部２１は、本実施形態に係る操舵制御に必要な情報を取得するためのドライバ動作検出手段Ｓ１や周辺環境検出手段Ｓ２等から取得した情報に基づき、運転者の進みたい方向を推定し、車両１の目標とする進行方向を設定する。操舵特性設定部２２は、目標軌跡設定部２１が設定した進行方向及び姿勢で車両１が進行するように、前輪操舵補助装置７や後輪操舵装置８を制御する。

ここで、例えば、車両１がトラクションコントロールシステムや、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control：車両安定性制御システム）、あるいはＶＤＩＭ（Vehicle Dynamics Integrated Management：アクティブステアリング統合制御システム）を備える場合、前輪操舵補助装置７や後輪操舵装置８に対する操舵制御装置２０の制御は、これらのシステムを利用して実現してもよい。

記憶部１６には、本実施形態に係る操舵制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御マップ等が格納されている。記憶部１６は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。なお、上記コンピュータプログラムは、操舵制御装置２０が既に備えているコンピュータプログラムと組み合わせることによって、本実施形態に係る操舵制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、目標軌跡設定部２１、操舵特性設定部２２、操舵制御部２３及び制御条件判定部２４の機能を実現するものであってもよい。

図３は、車両の走行状態を示す説明図である。図４−１、図４−２は、車両の操舵特性を決定するために用いるマップの一例を示す概念図である。図５は、車両の寸法を説明するための模式図である。本実施形態では、車両１の目標とする走行軌跡（目標軌跡）に応じて、車両１の操舵特性を変更する。図３に示すように、道路Ｒを走行してきた車両１の進行方向前方に回避対象物である駐車車両Ｊが存在する場合、車両１に搭乗している運転者は、駐車車両Ｊを回避して車両１の走行を継続しようとする。

駐車車両Ｊを車両１が回避するためには、車両１を横移動させること、すなわち、いわゆるレーンチェンジによって駐車車両Ｊを回避する方法と、車両１を旋回させて駐車車両Ｊを回避する方法とがある。横移動によって駐車車両Ｊを回避する場合、車両１は、図３の実線で示す走行軌跡を通って駐車車両Ｊを回避する。この場合、駐車車両Ｊを回避する前における車両１の進行軌跡（図３中の矢印Ｌ０で示す）と、駐車車両Ｊを回避した後における車両１の進行軌跡（図３中の矢印ＬＲ１で示す）とは同じであり、車両１は、同一の道路Ｒ内で駐車車両Ｊを回避する。

旋回によって駐車車両Ｊを回避する場合、車両１は、図３の一点鎖線で示す走行軌跡を通って駐車車両Ｊを回避する。この場合、駐車車両Ｊを回避する前における車両１の進行軌跡Ｌ０と、駐車車両Ｊを回避した後における車両１の進行軌跡（図３中の矢印ＬＲ２で示す）とは異なり、車両１は、道路Ｒ内から横道Ｒ２へ進行方向を変更することで、駐車車両Ｊを回避する。

図１に示す車両１は、前輪５Ｆと後輪５Ｒとをそれぞれ別個に操舵できる。ここで、車両１の操舵特性は、前輪５Ｆの操舵特性と後輪５Ｒの操舵特性とによって決定される。そして、前輪５Ｆの操舵特性は、前輪５Ｆの操舵角ゲイン（前輪操舵角ゲイン）Ｇｆによって決定され、後輪５Ｒの操舵特性は、後輪５Ｒの操舵角ゲイン（後輪操舵角ゲイン）Ｇｒによって決定される。

前輪操舵角ゲインＧｆは、前輪５Ｆの操舵角（前輪操舵角）δｆ（ｓ）と、ハンドル９の切れ角（ハンドル切れ角）δ（ｓ）との比（Ｇｆ＝δｆ（ｓ）／δ（ｓ））であり、後輪操舵角ゲインＧｒは、後輪５Ｒの操舵角（後輪操舵角）δｒ（ｓ）とハンドル切れ角δ（ｓ）との比（Ｇｒ＝δｒ（ｓ）／δ（ｓ））である。

ここで、前輪操舵角ゲインＧｆは式（１）から、後輪操舵角ゲインＧｒは式（２）から求めることができる。なお、式（１）、式（２）は、ともに複素領域で記述されているため、時間領域における前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒを求めるためには、式（１）、式（２）をラプラス逆変換すればよい。

なお、図５に示すように、ｍは車両１の質量、Ｌは車両１の前輪車軸Ｚｆと後輪車軸Ｚｒとの間における軸間距離、Ｌｆは車両１の重心Ｇから前輪車軸Ｚｆまでの水平距離、Ｌｒは車両１の重心Ｇから後輪車軸Ｚｒまでの水平距離、Ｋｆは車両１の前輪５Ｆが発生するコーナーリングパワー、Ｋｒは車両１の後輪５Ｒが発生するコーナーリングパワー、Ｖは車両１の速度（車速）、βは車両１のスリップ角、Ｉは車両１のヨー方向における慣性モーメント、γは車両１のヨーレート、ｓはラプラス演算子である。また、ヨーレートγとハンドル切れ角δとの比（γ（ｓ）／δ（ｓ））をヨーレートゲインＧγといい、スリップ角βとハンドル切れ角δとの比（β（ｓ）／δ（ｓ））をスリップ角ゲインＧβという。

式（１）、式（２）から、車両１がある車速Ｖで走行している場合、ヨーレートゲインＧγ及びスリップ角ゲインＧβを決定すれば、前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒを求めることができる。ここで、車両１が横移動するか旋回するかによって、すなわち車両１の走行状態によって、同じ車速ＶであってもヨーレートゲインＧγ及びスリップ角ゲインＧβが異なる。例えば、図４−１に示すヨーレートゲインマップ６０、図４−２に示すスリップ角ゲインマップ６１においては、ヨーレートゲインＧγ、スリップ角ゲインＧβは、一点鎖線、実線、点線の順に、旋回に適した値から横移動に適した値に変化する。すなわち、同じ車速Ｖであっても、旋回に適したヨーレートゲインＧγ、スリップ角ゲインＧβと、横移動に適したヨーレートゲインＧγ、スリップ角ゲインＧβとは異なる。

旋回と横移動との両方をある程度のレベルで達成させる場合、例えば、図４−１に示すヨーレートゲインマップ６０においては、ヨーレートゲインＧγを、実線で示すヨーレートゲインライン６０Ｂで決定し、図４−２に示すスリップ角ゲインマップ６１においては、スリップ角ゲインＧβを実線で示すスリップ角ゲインライン６１Ｂで決定する。しかし、実線で示すヨーレートゲインライン６０Ｂ及びスリップ角ゲインライン６１Ｂは、旋回と横移動とをある程度のレベルで両立できるように設定したものであるため、旋回あるいは横移動に特化した場合と比較して、旋回性能あるいは横移動の性能が低下することがある。

ここで、車両１の目標とする走行軌跡から、旋回をより重視して車両１が走行するのか、横移動をより重視して車両１が走行するのかを判定することができる。そこで、本実施形態では、車両１の目標とする走行軌跡に基づいてヨーレートゲインＧγ又はスリップ角ゲインＧβの少なくとも一方を設定する。そして、設定したヨーレートゲインＧγ、あるいはスリップ角ゲインＧβを式（１）、式（２）へ与えて、車両１の前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒ、すなわち、前輪５Ｆの操舵特性及び後輪５Ｒの操舵特性を設定する。このようにして設定された前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒで車両１の前輪５Ｆ及び後輪５Ｒを操舵することにより、車両１は、目標とする軌跡上を走行際に必要なヨーレート及びスリップ角で走行するので、運転者に与える違和感は抑制される。これによって、運転者に与える違和感が低減され、かつ、走行性能及びドライバビリティが向上する。

上述したように、車両１の前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒを設定するにあたっては、ヨーレートゲインＧγ及びスリップ角ゲインＧβの少なくとも一方を設定すればよい。このように、ヨーレートゲインＧγ及びスリップ角ゲインＧβの少なくとも一方によって操舵特性を設定できるので、操舵特性の設定が容易になり、操舵制御装置２０の演算負荷が低減できる。

図４−１に示すヨーレートゲインマップ６０には、車両１の操舵特性に応じて、車速ＶとヨーレートゲインＧγとの関係（ヨーレートゲインライン）が、複数記述されている。本実施形態においては、３本のヨーレートゲインライン６０Ｂ、６０ａ、６０ｃが記述されているが、ヨーレートゲインマップ６０に記述されるヨーレートゲインラインの本数はこれに限定されるものではない。

このヨーレートゲインマップ６０において、基本とする車速ＶとヨーレートゲインＧγとの関係は、ヨーレートゲインライン６０Ｂであり、ヨーレートゲインライン６０ｃは、基本とする車速ＶとヨーレートゲインＧγとの関係よりも横移動を重視したものである。また、ヨーレートゲインライン６０ａは、基本とする車速ＶとヨーレートゲインＧγとの関係よりも旋回を重視したものである。

図４−１に示すヨーレートゲインマップ６０と同様に、図４−２に示すスリップ角ゲインマップ６１には、車両１の操舵特性に応じて、車速Ｖとスリップ角ゲインＧβとの関係（スリップ角ゲインライン）が、複数記述されている。本実施形態においては、３本のスリップ角ゲインライン６１Ｂ、６１ａ、６１ｃが記述されているが、スリップ角ゲインマップ６１に記述されるスリップ角ゲインラインの本数はこれに限定されるものではない。

スリップ角ゲインマップ６１において、基本とする車速Ｖとスリップ角ゲインＧβとの関係は、スリップ角ゲインライン６１Ｂであり、スリップ角ゲインライン６１ｃは、基本とする車速Ｖとスリップ角ゲインＧβとの関係よりも横移動を重視したものである。また、スリップ角ゲインライン６１ａは、基本とする車速Ｖとスリップ角ゲインＧβとの関係よりも旋回を重視したものである。

このように、ヨーレートゲインラインやスリップ角ゲインラインは、車速に応じて変化するとともに、異なる操舵特性に対してそれぞれ設定される。これによって、車両１の走行状態が異なって操舵特性が異なる場合には、適切なヨーレートゲインラインやスリップ角ゲインラインを選択すればよいので、簡易に車両１の操舵特性を設定できる。なお、ヨーレートゲインラインやスリップ角ゲインラインは、実験や解析等により予め定めておく。また、ヨーレートゲインマップ６０やスリップ角ゲインマップ６１は、ＥＣＵ１０の記憶部１６に格納される。

車両１の目標とする走行軌跡から、現時点以降において、車両１の操舵特性が旋回をより重視するのか、横移動をより重視するのかを判定することができるので、ヨーレートゲインマップ６０又はスリップ角ゲインマップ６１の少なくとも一方から、車両１の操舵特性に最も適した車速ＶとヨーレートゲインＧγとの関係（ヨーレートゲインライン）又は車速Ｖとスリップ角ゲインＧβとの関係（スリップ角ゲインライン）の少なくとも一方を選択する。なお、車両１の目標とする走行軌跡に対応する適切なヨーレートゲインラインやスリップ角ゲインラインが存在しない場合には、補間等によって適切なヨーレートゲインラインやスリップ角ゲインラインを求めてもよい。

車両１の操舵特性に最も適した車速ＶとヨーレートゲインＧγとの関係や車速Ｖとスリップ角ゲインＧβとの関係が選択されたら、車速Ｖを与えて、ヨーレートゲインＧγやスリップ角ゲインＧβを求める。このようにして求めたヨーレートゲインＧγやスリップ角ゲインＧβを、式（１）及び式（２）へ与えて前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒを求め、この前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒで車両１の前輪５Ｆ及び後輪５Ｒを操舵する。

ここで、車両１の目標とする走行軌跡を設定する手法について説明する。車両１の目標とする走行軌跡は、上述したドライバ動作検出手段によって検出される、車両１の運転者の顔向き又は視線方向のうち少なくとも一方と、車両１の進行方向前方に存在する回避対象物（本実施形態では駐車車両Ｊ）に関する情報とに基づいて設定される。

車両１の運転者の顔向きは、図１に示す顔向き検出センサ（カメラ）４１によって検出され、運転者の視線は、図１に示す視線検出センサ（カメラ）４２によって検出される。また、回避対象物である駐車車両Ｊに関する情報は、図１に示す対象物検出センサ４４によって検出される。駐車車両Ｊに関する情報は、駐車車両Ｊの存在、車両１から駐車車両Ｊまでの距離等である。車両１の運転者の顔向き又は視線方向のうち少なくとも一方から、運転者が車両１を進行させたい位置（車両目標進行位置）を知ることができる。例えば、車両１の横移動によって駐車車両Ｊを回避する場合、車両目標進行位置をＰ１＿ａとし、車両１の旋回によって駐車車両Ｊを回避する場合、車両目標進行位置をＰ２＿ａとする。

また、車両１の現時点における位置（ＳＴＡ０）と、車両１から駐車車両Ｊまでの距離と、車両目標進行位置とから、車両１の目標とする走行軌跡を設定する。例えば、車両１の横移動によって駐車車両Ｊを回避する場合は車両目標進行位置がＰ１＿ａなので、車両１の目標とする走行軌跡はＬＰ１＿ａとなる（図３の実線）。

また、車両１の旋回によって駐車車両Ｊを回避する場合、車両目標進行位置がＰ２＿ａなので、車両１の目標とする走行軌跡はＬＰ２＿ａとなる（図３の一点鎖線）。車両１の旋回によって駐車車両Ｊを回避する場合、ナビゲーション装置４７から、横道Ｒ２が存在することを知ることができるので、横道Ｒ２が存在する場合には、現時点における車両１の位置と横道Ｒ２の位置との情報から、車両１の旋回によって駐車車両Ｊを回避する場合における、車両１の目標とする走行軌跡を設定してもよい。

車両１の目標とする走行軌跡が設定されると、その走行軌跡から車両１の操舵特性を設定することができる。例えば、車両１の目標とする走行軌跡の半径が大きくなるにしたがって、車両の操舵特性を旋回重視から横移動重視に変更する。図３に示す例では、ＬＰ１＿ａの半径＞ＬＰ２＿ａの半径なので、車両１の目標とする走行軌跡がＬＰ１＿ａである場合、車両１の操舵特性は旋回よりも横移動を重視し、車両１の目標とする走行軌跡がＬＰ２＿ａである場合には、する車両１の操舵特性は横移動よりも旋回を重視する。

車両１の操舵特性が設定されたら、図４−１に示すヨーレートゲインマップ６０又は図４−２に示すスリップ角ゲインマップ６１の少なくとも一方から、車両１の目標とする走行軌跡に基づいて設定された車両１の操舵特性に最も適したヨーレートゲインライン、あるいはスリップ角ゲインラインを選択する。本実施形態においては、車両１の操舵特性が横移動を重視する場合、ヨーレートゲインマップ６０からはヨーレートゲインライン６０ｃが選択され、スリップ角ゲインマップ６１からはスリップ角ゲインライン６１ｃが選択される。また、車両１の操舵特性が旋回を重視する場合、ヨーレートゲインマップ６０からはヨーレートゲインライン６０ａが選択され、スリップ角ゲインマップ６１からはスリップ角ゲインライン６１ａが選択される。

ヨーレートゲインラインあるいはスリップ角ゲインラインが選択されたら、現時点における車速をヨーレートゲインマップ６０あるいはスリップ角ゲインマップ６１に与え、設定した車両１の操舵特性を達成可能なヨーレートゲインＧγあるいはＧβを求める。ヨーレートゲインマップ６０に車速Ｖ１を与えると、旋回に適した操舵特性を示すヨーレートゲインライン６０ａからはヨーレートゲインＧγａ１が得られ、横移動に適した操舵特性を示すヨーレートゲインライン６０ｃからはヨーレートゲインＧγｃ１が得られる。また、スリップ角ゲインマップ６１に車速Ｖ１を与えると、旋回に適した操舵特性を示すスリップ角ゲインライン６１ａからはスリップ角ゲインＧβａ１が得られ、横移動に適した操舵特性を示すスリップ角ゲインライン６１ｃからはスリップ角ゲインＧβｃ１が得られる。

このようにして求めたヨーレートゲインＧγやスリップ角ゲインＧβを、式（１）及び式（２）へ与えて、前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒを求め、この前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒになるように、車両１の前輪５Ｆ及び後輪５Ｒを操舵する。

横移動によって車両１が駐車車両Ｊを回避した場合（図３の実線）、車両目標進行位置Ｐ１＿ｂに向かう走行軌跡ＬＰ＿１ｂを通って、駐車車両Ｊを回避する前の走行軌跡Ｌ０の延長上における走行軌跡ＬＲ１に復帰する。この場合には、車両１が前記走行軌跡ＬＲ１に復帰するために適した操舵特性に設定することが好ましい。例えば、車両１が走行軌跡ＬＲ１に復帰するときには、駐車車両Ｊを回避するときよりも、より旋回を重視した操舵特性とする。このようにすれば、駐車車両Ｊを回避する前の走行軌跡Ｌ０の延長上における走行軌跡ＬＲ１に復帰する際には、急な横移動が緩和されるので、運転者に与える違和感を抑制できる。

回避前の走行軌跡Ｌ０の延長線上における走行軌跡ＬＲ１に車両１が復帰する際には、車両１の運転者の顔向きや視線方向が、駐車車両Ｊを回避する前とは車両１の前後軸に対して反対方向になる。また、車両１の進行方向前方には回避対象物が存在しない。これらの情報から、回避前の走行軌跡Ｌ０の延長線上における走行軌跡ＬＲ１に車両１が復帰すると判定できる。車両１が回避前の走行軌跡の延長上に復帰する際には、復帰用に予め設定したヨーレートゲインラインやスリップ角ゲインラインを用いてヨーレートゲインＧγやスリップ角ゲインＧβを求めることができる。なお、旋回によって回避対象物を回避した場合も、必要に応じて回避後における目標軌跡を設定し、これに基づいて操舵特性を設定してもよい。

車両１が、回避前の走行軌跡Ｌ０の延長線上における走行軌跡ＬＲ１に復帰して、所定の距離を走行したら、ヨーレートゲインラインを基準のヨーレートゲインライン６０Ｂに設定し、スリップ角ゲインラインを基準のスリップ角ゲインライン６１Ｂに設定する。また、旋回によって車両１が駐車車両Ｊを回避した場合（図３の一点鎖線）、旋回が終了して車両１が直進状態で所定の距離を走行したら、ヨーレートゲインラインを基準のヨーレートゲインライン６０Ｂに設定し、スリップ角ゲインラインを基準のスリップ角ゲインライン６１Ｂに設定する。

図６は、本実施形態に係る操舵制御の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係る操舵制御を実行するにあたって、ステップＳ１０１において、操舵制御装置２０の目標軌跡設定部２１は、対象物検出センサ４４から、車両１の進行方向前方に回避対象物（例えば駐車車両）が存在するか否かを判定する。ステップＳ１０１でＮｏと判定された場合、すなわち、目標軌跡設定部２１が、回避対象物は車両１の進行方向前方に存在しないと判定した場合、ＳＴＡＲＴに戻り、操舵制御装置２０は、回避対象物の監視を継続する。

ステップＳ１０１でＹｅｓと判定された場合、すなわち、目標軌跡設定部２１が、回避対象物は車両１の進行方向前方に存在すると判定した場合、ステップＳ１０２において、目標軌跡設定部２１は、車両１の目標とする走行軌跡（目標軌跡）を設定する。目標軌跡の設定は、上述した通りであり、車両１の運転者の顔向き又は視線方向のうち少なくとも一方と、車両１の進行方向前方に存在する回避対象物（本実施形態では駐車車両Ｊ）に関する情報とに基づいて設定される。

次に、ステップＳ１０３において、操舵制御装置２０の操舵特性設定部２２は、ステップＳ１０２で設定された車両１の目標軌跡に基づいて、車両１の操舵特性を設定する。操舵特性の設定は上述した通りである。車両１の操舵特性が設定されたら、操舵制御装置２０の操舵制御部２３は、ステップＳ１０３で設定された操舵特性になるように、図１に示す車両１の前輪操舵補助装置７及び後輪操舵装置８を制御する。これによって、車両１は、回避対象物を回避する。

ステップＳ１０４において、操舵制御装置２０の制御条件判定部２４は、車両１が回避対象物の回避を終了したか否かを判定する。ステップＳ１０４でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部２４が、車両１は回避対象物の回避を終了していないと判定した場合、ステップＳ１０５において、車両１は回避動作を継続する。回避動作を継続する際において、操舵制御部２３は、ステップＳ１０３で設定された操舵特性になるように、図１に示す車両１の前輪操舵補助装置７及び後輪操舵装置８を制御する。

ステップＳ１０４においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部２４が、車両１は回避対象物の回避を終了したと判定した場合には、ステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６において、操舵特性設定部２２は、車両１が回避対象物を回避した後に、所定の走行軌跡（例えば、回避前の走行軌跡Ｌ０の延長線上における走行軌跡ＬＲ１、図３参照）に復帰する際の操舵特性を設定する。ステップＳ１０６は、特に横移動によって回避対象物を回避した場合に実行することが好ましい。

ステップＳ１０７において、制御条件判定部２４は、車両１が直進走行に移行して所定の距離を走行したか否かを判定する。ステップＳ１０７でＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部２４が、車両１が直進走行に移行して所定の距離を走行していないと判定した場合、車両１は、まだ所定の走行軌跡に復帰していないと判定できる。この場合、ステップＳ１０８において、操舵特性設定部２２は、ステップＳ１０６で設定した操舵特性を維持する。

ステップＳ１０７でＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部２４が、車両１が直進走行に移行して所定の距離を走行したと判定した場合、車両１は、所定の走行軌跡に復帰したと判定できる。この場合、ステップＳ１０９において、操舵特性設定部２２は、ステップＳ１０６で設定した操舵特性を、基準の操舵特性に戻す。すなわち、図４−１に示すヨーレートゲインマップ６０においては基準のヨーレートゲインライン６０Ｂを用いてヨーレートゲインＧγを設定し、図４−２に示すスリップ角ゲインマップ６１においては、基準のスリップ角ゲインライン６１Ｂを用いてスリップ角ゲインＧβを設定する。そして、これによって設定されたヨーレートゲインＧγとスリップ角ゲインＧβとを用いて、車両１の前輪操舵角ゲインＧｆ及び後輪操舵角ゲインＧｒを設定する。なお、ステップＳ１０９においては、操舵特性を基準の操舵特性に戻さずに、ステップＳ１０６で設定した操舵特性で車両１を走行させてもよい。この場合、操舵があった場合に車両１の目標とする走行軌跡を設定し、これに基づいて操舵特性を変更する。

以上、本実施形態では、車両の目標とする走行軌跡を設定するとともに、設定した目標軌跡に応じて、車両の操舵特性を切り替える。これによって、運転者による操舵を補助するにあたっては、車両の走行状態に応じた適切な操舵特性を設定することができるので、運転者に与える違和感を低減することができる。また、ヨーレートゲイン及びスリップ角ゲインに基づいて前輪操舵角ゲイン及び後輪操舵角ゲインを設定することで操舵特性を変更するので、簡易に車両の操舵特性を変更できる。

以上のように、本発明に係る操舵制御装置は、運転者による操舵を補助する際に有用であり、特に、運転者に与える違和感を低減することに適している。

本実施形態に係る操舵制御装置を備える車両の構成例を示す構成概略図である。 本実施形態に係る操舵制御装置の構成を示す説明図である。 車両の走行状態を示す説明図である。 車両の操舵特性を決定するために用いるマップの一例を示す概念図である。 車両の操舵特性を決定するために用いるマップの一例を示す概念図である。 車両の寸法を説明するための模式図である。 本実施形態に係る操舵制御の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車両
２ 内燃機関
５Ｆ 前輪
５ＦＬ 左側前輪
５ＦＲ 右側前輪
５Ｒ 後輪
５ＲＬ 左側後輪
５ＲＲ 右側後輪
７ 前輪操舵補助装置
８ 後輪操舵装置
９ ハンドル
１６ 記憶部
２０ 操舵制御装置
２１ 目標軌跡設定部
２２ 操舵特性設定部
２３ 操舵制御部
２４ 制御条件判定部
４０ アクセル開度センサ
４１ 顔向き検出センサ（カメラ）
４２ 視線検出センサ（カメラ）
４３ ブレーキセンサ
４４ 対象物検出センサ
４５ 道路形状検出センサ
４６ 路面状態検出センサ
４７ ナビゲーション装置
４８ 加速度センサ
４９ ヨーレートセンサ
５０ 操舵角センサ
５２ 操舵トルクセンサ
６０ ヨーレートゲインマップ
６１ スリップ角ゲインマップ

Claims (5)

1. 前輪と後輪とがともに操舵輪となる車両において、運転者の操舵を補助する際の操舵制御に用いるものであり、
   前記車両の進行方向に存在する回避対象物に関する情報と、前記車両の運転者の顔向き又は視線の少なくとも一方とに基づいて、前記車両の目標とする進行軌跡である目標軌跡を設定する目標軌跡設定部と、
   前記目標軌跡設定部が設定した前記車両の目標軌跡に基づいて、前記車両の操舵特性を設定する操舵特性設定部とを含み、
   前記操舵輪の操舵特性は、前記車両のスリップ角と前記車両のハンドル切れ角との比であるスリップ角ゲイン、及び前記車両のヨーレートと前記車両のハンドル切れ角との比であるヨーレートゲインに基づいて設定されることを特徴とする操舵制御装置。
2. 前記操舵特性設定部は、
   前記操舵輪の操舵特性を変更する際には、前記スリップ角ゲイン又はヨーレートゲインの少なくとも一方を変更することを特徴とする請求項１に記載の操舵制御装置。
3. 前記スリップ角ゲイン及び前記ヨーレートゲインは、前記車両の速度に応じて変化するとともに、
   前記スリップ角ゲインと前記車両の速度との関係、及び前記ヨーレートゲインと前記車両の速度との関係は、異なる前記操舵特性に対してそれぞれ設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の操舵制御装置。
4. 前記操舵特性設定部は、
   前記車両が前記回避対象物を回避した後において、前記車両が前記回避対象物を回避する前における走行軌跡の延長上に復帰する際には、前記車両の操舵特性を、前記車両が前記回避対象物を回避する際の操舵特性に対して変更することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の操舵制御装置。
5. 前記操舵特性設定部は、
   前記車両が前記回避対象物を回避した後において、前記車両が前記回避対象物を回避する前における走行軌跡の延長上に復帰する際には、前記車両の操舵特性を、前記車両が前記回避対象物を回避する際の操舵特性よりも旋回を重視した操舵特性に変更することを特徴とする請求項４に記載の操舵制御装置。

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