JP6637946B2

JP6637946B2 - 車両の車線逸脱防止制御装置

Info

Publication number: JP6637946B2
Application number: JP2017221583A
Authority: JP
Inventors: 亮羽鹿; 雅仁瀧澤; 裕紀青山; 大祐増山
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2037-11-17
Also published as: US20190152523A1; JP2019089521A; US10647355B2

Description

本発明は、車両の走行車線からの逸脱を防止する車線逸脱防止制御を実行する車両の車線逸脱防止制御装置に関する。

自動車等の車両においては、例えば特許文献１に開示されているように、ドライバによる操舵入力と独立して電動モータを介して操舵角を制御可能な電動パワーステアリング（EPS;Electric Power Steering）装置等の操舵装置を備え、カメラやレーダ装置等によって認識した車両周囲の外部環境に基づいて、自車両の走行位置を車線内に維持する車線維持制御や、自車両の走行車線外への逸脱を防止する車線逸脱防止制御等の操舵支援制御を行う技術が知られている。

特開２０１６−６４７９９号公報

一般的な車線逸脱防止制御は、ドライバが車線の端に寄って走行する傾向にある場合や前方車両を追い越す場合等に、制御が介入してドライバの運転操作の妨げになることがある。このため、ドライバによる車線逸脱方向への操舵に対しては、車線逸脱防止制御を抑制して隣接車線への移動を可能とすることが考えられる。

しかしながら、従来の車線逸脱防止制御は、あくまで自車両が走行している自車線外への逸脱を防止する制御であるため、一旦、自車両が自車線から逸脱すると、逸脱方向の隣接車線に自車両に接近する車両が存在しても、車線逸脱防止制御を開始させることができず、安全を確保する上で問題となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、自車両が既に車線を逸脱している場合であっても、逸脱方向の隣接車線の車両の有無によって車線逸脱防止制御を開始させるか否かを判断し、安全を確保することのできる車両の車線逸脱防止制御装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様による車両の車線逸脱防止制御装置は、自車両が走行する自車線からの逸脱を防止する車線逸脱防止制御を実行する車両の車線逸脱防止制御装置であって、前記自車線の車線情報と前記自車線に隣接する隣接車線の情報を前記隣接車線を走行する車両の存在を含めて前記自車両の外部情報として検出する外部情報検出部と、前記自車両の前記自車線に対する対車線ヨー角と前記自車線に対する前記自車両の横位置とに基づいて前記車線逸脱防止制御を開始するか否かを判断する車線逸脱防止制御開始判断部とを備え、前記車線逸脱防止制御開始判断部は、前記自車両が前記自車線を既に逸脱している場合であっても、前記外部情報検出部によって逸脱方向の前記隣接車線に前記自車両に接近する接近車両が検出され、且つ前記自車両の横位置が制御開始閾値内の場合には、前記車線逸脱防止制御を開始すると判断する。

本発明によれば、自車両が既に車線を逸脱している場合であっても、逸脱方向の隣接車線の車両の有無によって車線逸脱防止制御を開始させるか否かを判断し、安全を確保することができる。

車両操舵系の構成図操舵制御系の機能を示すブロック図自車両及び車線と各パラメータを示す説明図自車両の横位置に対する車線逸脱防止制御の開始を示す説明図車線逸脱防止制御のメインルーチンを示すフローチャート車線逸脱防止制御開始判定ルーチンを示すフローチャート

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において、符号１は、ドライバによる操舵入力と独立してアクチュエータを介して操舵角を制御可能な操舵装置としての電動パワーステアリング（EPS;Electric Power Steering）装置を示す。このＥＰＳ装置１においては、図示しない自動車等の車両の車体フレームに、ステアリング軸２がステアリングコラム３を介して回動自在に支持されている。

ステアリング軸２の一端は運転席側へ延出され、他端がエンジンルーム側へ延出されている。ステアリング軸２の運転席側端部には、ステアリングホイール４が固設され、このステアリングホイール４が結合されるステアリング軸２の外周側に、舵角センサ２１が配設されている。

舵角センサ２１は、例えば、その内部に検知ギヤに内蔵された磁石の回転を検知する磁気抵抗素子を二組備えて構成されている。この舵角センサ２１は、ステアリングホイール４の基準となる回転位置（例えば、車両直進状態におけるステアリングホイール４上部の回転位置）を予め設定しておき、検知ギヤが回転することで生じる磁気変化に基づいて、予め設定した固定の基準位置からの回転角（舵角）及び回転方向（操舵方向）を検出することができる。

また、ステアリング軸２の中途には、トーションバー２ａが介装され、エンジンルーム側に延出される端部に、ピニオン軸５が連設されている。トーションバー２ａの外周側には、トルクセンサ２２が配設されている。トルクセンサ２２は、トーションバー２ａの捩れによってステアリング軸２の軸周りに生じるステアリングホイール４側とピニオン軸５側との変位を検出することにより、ドライバの操舵による操舵トルクを検出可能となっている。

一方、エンジンルーム内には、車幅方向へ延出するステアリングギヤボックス６が配設されており、このステアリングギヤボックス６にラック軸７が往復移動自在に挿通支持されている。このラック軸７に形成されたラック（図示せず）に、ピニオン軸５に形成されたピニオンが噛合されて、ラックアンドピニオン式のステアリング機構が形成されている。

また、ラック軸７の左右両端はステアリングギヤボックス６の端部から各々突出されており、その端部に、タイロッド８を介してフロントナックル９が連設されている。このフロントナックル９は、操舵輪としての左右輪１０Ｌ，１０Ｒを回動自在に支持すると共に、車体フレームに転舵自在に支持されている。ステアリングホイール４を操作し、ステアリング軸２、ピニオン軸５を回転させると、このピニオン軸５の回転によりラック軸７が左右方向へ移動し、その移動によりフロントナックル９がキングピン軸（図示せず）を中心に回動して、左右輪１０Ｌ，１０Ｒが左右方向へ転舵される。

また、ピニオン軸５に、ウォームギヤ等の減速ギヤ機構からなるアシスト伝達機構１１を介して、ドライバの操舵操作に対するアシスト及び自動操舵を可能とするアクチュエータとしての電動パワーステアリングモータ（ＥＰＳモータ）１２が連設されている。ＥＰＳモータ１２は、例えばケースに固定されたステータとステータの内部で回転するロータとを有するＤＣブラシレスモータからなる電動モータであり、この電動モータのロータの回転がアシスト伝達機構１１を介してラック軸７の軸方向の動きに変換される。

ＥＰＳモータ１２には、ロータの回転角を検出する回転角センサ２３が内蔵されている。この回転角センサ２３は、例えば、ロータリエンコーダ等によって所定の零点位置からのロータの相対的な回転角を検出するセンサであり、回転角センサ２３からの信号が操舵制御装置５０に入力される。

尚、回転角センサ２３は、例えば、イグニッションＯＮ時に、舵角センサ２１による舵角とアシスト伝達機構１１の減速比とに基づいての零点位置が初期設定され、通常、回転角センサ２３で検出する回転角と舵角センサ２１で検出するステアリングホイール４の回転角とは、同じ舵角（操舵角）として扱うことができる。

操舵制御装置５０は、マイクロコンピュータを中心として構成される制御ユニットであり、モータ駆動部２０を介してＥＰＳモータ１２を駆動制御する。操舵制御装置５０には、舵角センサ２１、トルクセンサ２２、回転角センサ２３、その他、車速を検出する車速センサ２４、車両の鉛直軸回りの回転速度すなわちヨーレートを検出するヨーレートセンサ２５等のセンサ類や図示しないスイッチ類からの信号が入力される。

また、操舵制御装置５０は、車内ネットワークを形成する通信バス２００に接続されている。通信バス２００には、車両の外部環境を認識して走行環境情報を取得する外部環境認識装置１５０をはじめとして、その他、図示しないエンジン制御装置、変速機制御装置、ブレーキ制御装置等の他の制御装置が接続され、各制御装置が通信バス２００を介して互いに制御情報を交換することができる。

外部環境認識装置１５０は、前方認識用のカメラやミリ波レーダ、側方認識用のサイドカメラや側方レーダ等の各種デバイスによる自車両周囲の物体の検出情報、路車間通信や車車間通信等のインフラ通信によって取得した交通情報、ＧＰＳ衛星等からの信号に基づく自車両位置の測位情報、道路の曲率、車線幅、路肩幅等の道路形状データや、道路方位角、車線区画線の種別、レーン数等の走行制御用データを含む高精細の地図情報等により、自車両周囲の外部環境を認識する。

本実施の形態においては、外部環境認識装置１５０は、自車両が走行する自車線の車線情報と自車線に隣接する隣接車線の情報を隣接車線を走行する車両の存在を含めて自車両の外部情報として検出する外部情報検出部として機能し、車載のカメラ及び画像認識装置による自車両の前方環境の認識と、後側方レーダによる自車両の後側方環境の認識とを主としている。前方環境の認識処理は、主として、自車両の走行車線や隣接車線、先行車両や対向車を認識し、後側方環境の認識処理は、主として、自車両後方の隣接車線の車両を認識する。

前方認識用のカメラは、同一対象物を異なる視点から撮像する２台のカメラで構成されるステレオカメラとする。尚、ステレオカメラを構成する２台のカメラは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有するシャッタ同期のカメラであり、例えば、車室内上部のフロントウィンドウ内側のルームミラー近傍に所定の基線長で配置されている。

ステレオカメラからの画像データの処理は、例えば以下のように行われる。まず、ステレオカメラで撮像した自車両の進行方向の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から距離情報を有する距離画像を生成し、この距離画像の距離情報を用いて、白線等の車線区画線の認識、先行車両や対向車両等の立体物の認識処理を行う。

白線等の車線区画線の認識では、車線区画線は道路面と比較して高輝度であるという知得に基づき、道路の幅方向の輝度変化を評価して、画像平面における左右の車線区画線の位置を画像平面上で特定する。この車線区画線の実空間上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、画像平面上の位置（ｉ，ｊ）とこの位置に関して算出された視差とに基づいて、すなわち、距離情報に基づいて、周知の座標変換式より算出される。

自車両の位置を基準に設定された実空間の座標系は、本実施の形態では、例えば、図３に示すように、カメラの中央真下の道路面を原点として、車幅方向をｘ軸、車高方向をｙ軸、車長方向（距離方向）をｚ軸とする。このとき、ｘ−ｚ平面（ｙ＝０）は、道路が平坦な場合、道路面と一致する。道路モデルは、道路上の自車両の走行レーンを距離方向に複数区間に分割し、各区間における左右の車線区画線を所定に近似して連結することによって表現される。

左右車線区画線の近似処理は、例えば、車線区画線を最小自乗法によって近似する処理が採用される。具体的には、自車両の左側の車線区画線は、最小自乗法により、以下の（１）式により近似され、自車両の右側の車線区画線は、最小自乗法により、以下の（２）式により近似される。
ｘ＝ＡＬ・ｚ²＋ＢＬ・ｚ＋ＣＬ …（１）
ｘ＝ＡＲ・ｚ²＋ＢＲ・ｚ＋ＣＲ …（２）

ここで、上述の（１）式、（２）式における、「ＡＬ」と「ＡＲ」は、それぞれの曲線における曲率を示し、左側の車線区画線の曲率κＬは、２・ＡＬであり、右側の車線区画線の曲率κＲは、２・ＡＲである。従って、車線の曲率κは、以下の（３）式となる。
κ＝（２・ＡＬ＋２・ＡＲ）／２＝ＡＬ＋ＡＲ …（３）

また、（１）式、（２）式における、「ＢＬ」と「ＢＲ」は、それぞれの曲線の自車両の幅方向における傾きを示し、「ＣＬ」と「ＣＲ」は、それぞれの曲線の自車両の幅方向における位置を示す（図３参照）。

更に、外部環境認識装置１５０は、自車両の対車線ヨー角θyawを、以下の（４）式により算出する。
θyaw＝ｔａｎ^-1((ＢＬ＋ＢＲ)／２） …（４）

また、外部環境認識装置１５０の後側方環境の認識は、例えば、自車両の後部バンパの左右コーナーに設けた後側方レーダーにより、隣接車線に存在する他車両を検出する。そして、自車両に対する他車両の相対速度に基づいて、隣接する車線で自車両と並走する並走車両、自車両を追い抜くために隣接車線の後方から自車両に接近する追い抜き車両等を判別する。

外部環境認識装置１５０による外部環境の認識結果は、操舵制御装置５０や他の制御装置に送信される。操舵制御装置５０は、自車両の自動運転やドライバの運転を支援する運転支援制御において、外部環境の認識結果から自車両が走行する目標コースを設定し、この目標コースに追従して走行するよう、ＥＰＳモータ１２を駆動するモータ駆動部２０を介して操舵支援制御を実行し、ドライバのハンドル操作による操舵介入が検知された場合には、ＥＰＳモータ１２によりドライバの操舵操作をアシストする補助トルクを出力する。

操舵制御装置５０の操舵制御における目標コースは、外部環境認識装置１５０による外部環境の認識結果に基づいて設定される。例えば、自車両を車線に追従させて車線中央に維持する車線維持制御では、車線区画線としての左右の白線の道路幅方向の中央位置が目標コースとして設定される。操舵制御装置５０は、自車両の車幅方向の中心位置を目標コースに一致させる目標操舵角を設定し、操舵制御の舵角が目標操舵角となるよう、ＥＰＳモータ１２の駆動電流を制御する。尚、目標コースは、操舵制御装置５０ではなく、外部環境認識装置１５０等の他の制御装置で設定するようにしても良い。

また、操舵制御装置５０は、自車両を車線中央に維持する車線維持制御に加えて、自車両の車線から逸脱を防止する車線逸脱防止制御を実行する。この車線逸脱防止制御は、自車両の現在の挙動のままだと車線から逸脱する可能性があると判断した場合に実行するのみならず、前方車両を追い越す場合等のように、車線逸脱防止制御を実行することなく自車線から部分的に逸脱しているような状況においても、周囲条件及び走行状態から元の車線に復帰させるべきか否かを判断し、復帰すべきと判断した場合は、車線逸脱防止制御を開始させる。

このため、操舵制御装置５０は、車線逸脱防止制御に係る機能部として、図２に示すように、車線逸脱防止制御を開始するか否かを判断する車線逸脱防止制御開始判断部５５、自車両が目標コースに沿って走行するための目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出部６０、目標ヨーレートを実現するためのＥＰＳモータ１２への指示トルクとなる目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部７０を主要構成として備えている。

車線逸脱防止制御開始判断部５５は、外部環境認識装置１５０からの情報及び自車両の運転状態に基づいて、自車両の対車線ヨー角が逸脱方向を向いている場合、以下に示す（ａ）〜（ｄ）の条件を調べ、車線逸脱防止制御を開始するか否かを判断する。

（ａ）自車両が車線を逸脱するまでの推定時間
自車両が自車線の内側にいる状態で、自車両が逸脱方向の車線を跨ぐまでの車線逸脱推定時間Ｔtlcを算出する。そして、車線逸脱推定時間Ｔtlcが自車両の車速Ｖと車線曲率κとによって決定される閾値Ｔth以下の場合、車線逸脱防止制御を開始すると判断する。車線逸脱推定時間Ｔtlcは、以下の（５）式に示すように、自車両から逸脱方向の車線までの距離Ｌを、自車両の車速Ｖの対車線ヨー角θyawに応じた速度成分で除算して求めることができる。
Ｔtlc＝Ｌ／(Ｖ・ｓｉｎθyaw) …（５）

尚、（５）式は、上述したように自車両が車線の内側にいる状態で、車線を逸脱していない場合（Ｌ≧０）に適用されるものであり、車線を逸脱している場合（Ｌ＜０）は、以下の（５‘）式に示すように、車線逸脱推定時間Ｔtlcは０となる。
Ｔtlc＝０ …（５’）

（ｂ）自車両の車線内の位置
自車両が自車線の内側にいる状態で、自車両の横位置が自車線の内側から車線幅で決定される制御開始閾値Ｗ１未満か否かを調べる。尚、本実施の形態においては、自車両の逸脱方向の車体側部から逸脱側の車線までの距離を自車両の横位置として説明するが、自車両の中心位置を横位置としても良い。

例えば、図４（ａ）に示すように、車線Ｌoutに対して自車両Ｃsの横位置が制御開始閾値Ｗ１未満の場合には、自車両が車線の端により過ぎており、隣接車線の他車両や路肩側の立体物等の障害物と接触する危険性があるとして、車線逸脱防止制御を開始させる。この場合、ステレオカメラや後側方レーダで、車線逸脱方向に自車両と接触する危険性のある障害物が存在しないことが確認されている場合には、ドライバによる車線変更等の意図的な操舵を妨げないよう、車線逸脱防止制御は開始させない。

（ｃ）逸脱方向の隣接車線の追い抜き車両の有無
ドライバによる意図的な操舵を妨げないよう車線逸脱防止制御が開始されない場合、逸脱側の隣接車線に、自車両の後側方から接近する追い抜き車両が存在するか否かを調べる。そして、逸脱側の隣接車線に追い抜き車両が存在し、所定の制御開始条件を満足する場合には、既に車線を逸脱した後であっても、逸脱前に走行していた車線に復帰するよう、車線逸脱防止制御を開始させる。

追い抜き車両に対する逸脱防止制御の開始条件は、逸脱側の車線に対する自車両の横位置が制御開始閾値Ｗ２の内側（制御開始閾値Ｗ２よりも逸脱側の車線に近い側）である条件であり、この条件が成立するとき、逸脱防止制御を開始する。制御開始閾値Ｗ２は、例えば、逸脱側の車線からの横方向に自車両の幅を超えない距離として設定され、自車両の横位置が制御開始閾値Ｗ２の内側であるとき、自車両が逸脱側の車線を跨いでいると判断することができる。

例えば、図４（ｂ）に示すように、逸脱側の車線Ｌoutから自車両Ｃsの車幅Ｗの半分の距離Ｗ／２を制御開始閾値Ｗ２として、自車両Ｃsが逸脱側の車線を半分以上跨いでいない状態で後側方から接近する追い抜き車両Ｃrが検出された場合には、車線逸脱防止制御を作動させて元の車線内に復帰させる。

また、制御開始閾値Ｗ２は、逸脱側の車線に対して、自車両の車速と、逸脱側への横位置の変化速度若しくは旋回速度による逸脱方向への移動速度とによって設定される距離としても良く、自車両の逸脱方向への移動が急激でない場合に車線逸脱防止制御を開始させるようにしても良い。

（ｄ）逸脱方向の隣接車線の対向車両の有無
（ｃ）と同様、ドライバによる意図的な操舵を妨げないよう車線逸脱防止制御が開始されない場合、逸脱側の隣接車線に、前方から自車両に向かって接近する対向車両が存在するか否かを調べる。そして、逸脱側の隣接車線に対向車両が存在し、対向車両に対する制御開始条件を満たす場合には、既に車線を逸脱した後であっても、逸脱前に走行していた車線に復帰するよう、車線逸脱防止制御を開始させる。

対向車両に対する逸脱防止制御の開始条件は、逸脱側の車線に対する自車両の横位置が制御開始閾値Ｗ３より内側（制御開始閾値Ｗ３よりも逸脱側の車線に近い側）である条件であり、この条件が成立するとき、逸脱防止制御を開始する。例えば、図４（ｃ）に示すように、自車両Ｃsが逸脱側の車線Ｌoutから制御閾値Ｗ３内にいる状態で、自車両に向かって接近する対向車両Ｃｆが検出された場合には、車線逸脱防止制御を作動させて元の車線内に復帰させる。

この場合、逸脱防止制御の制御開始閾値Ｗ２,Ｗ３は、接近車両が対向車両の場合と追い抜き車両の場合とを区別して可変され、対向車両に対する制御開始閾値Ｗ３は、追い抜き車両に対する制御開始閾値Ｗ２よりも逸脱防止制御が開始しやすくなるように設定される。但し、自車両が隣接車線側に大きくはみ出しており、車線逸脱防止制御では安全を確保できない場合には、緊急ブレーキや衝突回避制御等を作動させる。

以上の車線逸脱防止制御開始判断部５５により、車線逸脱防止制御を開始すると判断された場合、目標ヨーレート算出部６０は、外部環境認識装置１５０で認識した車線の曲率、自車両の車線に対するヨー角及び横位置、車速センサ２４で検出した自車両の車速に基づいて、自車両が目標コースに沿って走行するための目標ヨーレートを算出する。

詳細には、目標ヨーレート算出部６０は、車線の曲率に応じた目標旋回量となるヨーレート（車線曲率旋回目標ヨーレート）γtgt_laneを算出する車線曲率旋回目標ヨーレート算出部６１と、車線に対して逸脱を防止する目標旋回量となるヨーレート（逸脱防止挙動生成目標ヨーレート）γtgt_turnを算出する逸脱防止挙動生成目標ヨーレート算出部６２とを備えて構成されている。

車線曲率旋回目標ヨーレート算出部６１は、以下の（６）式に示すように、自車両の車速Ｖと車線の曲率κとにより、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneを算出する。
γtgt_lane＝κ・Ｖ …（６）

逸脱防止挙動生成目標ヨーレート算出部６２は、自車両の対車線ヨー角θyawと横位置とに応じて、制御開始から車線内に復帰させるための挙動を発生させる車線内復帰制御（対車線ヨー角θyaw≧０）の目標ヨーレートγtgt_turn_1と、逸脱側車線に対して復帰してから制御終了までの姿勢を制御する姿勢制御（対車線ヨー角θyaw＜０）の目標ヨーレートγtgt_turn_2とを算出する。これらの目標ヨーレートγtgt_turn_1，γtgt_turn_2は、自車両の対車線ヨー角及び横位置に応じて切り換えられ、逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnとして出力される。

尚、ヨーレート及び曲率は、正の符号で左旋回を表し、対車線ヨー角は、正の符号で逸脱方向を表すものとする。また、横位置は、正の符号で車線内側を表すものとする。

車線内復帰制御中の逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turn_1は、自車両が車線内である場合（自車両の横位置ｘ＞０）には、車線逸脱推定時間Ｔtlcに基づいて算出され、自車両が車線を跨いでいる場合（自車両の横位置ｘ≦０）には、予め決定されたヨーレートで算出される。

すなわち、車線内復帰制御中で自車両が車線内である状態（対車線ヨー角θyaw≧０、自車両の横位置ｘ＞０）での逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turn_1は、以下の（７）式によって算出される。
γtgt_turn_1＝θyaw／Ｔtlc …（７）

また、車線内復帰制御中で自車両が車線を跨いでいる状態（対車線ヨー角θyaw≧０、自車両の横位置ｘ≦０）での逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turn_1は、以下の（８）式に示すように、予め決定されたヨーレートγtgt_turn_maxとして算出される。
γtgt_turn_1＝γtgt_turn_max …（８）

一方、姿勢制御中の逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turn_2は、以下の（９）式に示すように、制御終了時の目標対車線ヨー角θtgt_yawと姿勢制御中の対車線ヨー角θyawとの偏差に所定のフィードバックゲインＫyawfbを乗算した値を、目標対車線ヨー角θtgt_yawに到達するまでの時間Ｔtgtで除算して算出される。
γtgt_turn_2＝−Ｋyawfb・(θtgt−θyaw)／Ｔtgt …（９）

以上の車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneと逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turn（γtgt_turn_1又はγtgt_turn_2）とによる最終的な目標ヨーレートγtgtは、以下の（１０）式に示すように、両者を加算して算出される。
γtgt＝γtgt_lane＋γtgt_turn …（１０）

目標操舵トルク算出部７０は、フィードフォワード制御によるフィードフォワードトルクを算出するフィードフォワードトルク算出部７１、フィードバック制御によるフィードバックトルクを算出するフィードバックトルク算出部７２を備え、フィードフォワードトルクとフィードバックトルクとを加算した目標操舵トルクをＥＰＳモータ１２の指示トルクとして出力する。

フィードフォワードトルク算出部７１は、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneを発生させるためのフィードフォワードトルクＴp_ff_laneを算出し、また、逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnを発生させるためのフィードフォワードトルクＴp_ff_turnを算出する。

各フィードフォワードトルクＴp_ff_lane,Ｔp_ff_turnは、例えば、ヨーレート／トルク変換ゲインのマップを予め作成しておき、マップ参照によって得られたトルク変換ゲインＫyawr_to_trqを用いて算出する。すなわち、以下の（１１），（１２）式に示すように、トルク変換ゲインＫyawr_to_trqを、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_lane、逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnに乗算することで、フィードフォワードトルクＴp_ff_lane,Ｔp_ff_turnを算出する。
Ｔp_ff_lane＝Ｋyawr_to_trq・γtgt_lane …（１１）
Ｔp_ff_turn＝Ｋyawr_to_trq・γtgt_turn …（１２）

フィードバックトルク算出部７２は、目標ヨーレートγtgtとヨーレートセンサ２５で検出した自車両の実ヨーレートγsとの偏差に基づくフィードバックトルクＴp_fbを算出する。このフィードバックトルクＴp_fbは、以下の（１３）式に示すように、目標ヨーレートγtgtと実ヨーレートγsとの偏差（γtgt−γs）に対するＰＩＤ制御によって求める。
Ｔp_fb＝Ｋp・(γtgt−γs)＋Ｋi・∫(γtgt−γs)ｄｔ＋Ｋd・ｄ(γtgt−γs)／ｄｔ…（１３）

（１３）式におけるＰＩＤ制御の比例ゲインＫp、積分ゲインＫi、微分ゲインＫdは、ドライバのハンドル操作の有無に応じて設定される。ドライバのハンドル操作がない場合（トルクセンサ２２によって操舵トルクが検出されない場合）、各ゲインＫp，Ｋi，Ｋdは、予め最適に設定された特性に従って設定される、一方、トルクセンサ２２によって逸脱抑制方向にドライバの操舵操作が検出された場合には、各ゲインＫp，Ｋi，Ｋdが零とされ、以下の（１４）式に示すように、フィードバックトルクＴp_fbは零となる。
Ｔp_fb＝０ …（１４）

フィードフォワードトルク算出部７１からのフィードフォワードトルクＴp_ff_lane,Ｔp_ff_turnと、フィードバックトルク算出部７２からのフィードバックトルクＴp_fbは、以下の（１５）式に示すように互いに加算され、目標操舵トルクＴpが算出される。この目標操舵トルクＴpがＥＰＳモータ１２の指示トルクとして出力される。
Ｔp＝Ｔp_ff_lane＋Ｔp_ff_turn＋Ｔp_fb …（１５）

次に、以上の操舵制御装置５０で実行される車線逸脱防止制御に係るプログラム処理について、図５及び図６のフローチャートを用いて説明する。図５のフローチャートは、車線逸脱防止制御のメインルーチンを示し、図６のフローチャートは、メインルーチンにおいて車線逸脱防止制御を開始するか否かを判定する車線逸脱防止制御開始判定ルーチンを示す。

先ず、図５の車線逸脱防止制御のメインルーチンについて説明する。このメインルーチンでは、最初のステップＳ１において、操舵制御装置５０は、センサ信号、認識情報、制御情報等を入力する入力処理を行う。例えば、操舵制御装置５０は、舵角センサ２１、トルクセンサ２２、回転角センサ２３、車速センサ２４、ヨーレートセンサ２５等のセンサ類や図示しないスイッチ類からの信号、外部環境認識装置１５０からのカメラや後側方レーダーによる認識情報、通信バス２００を介した他の制御装置からの制御情報を入力する。

次に、ステップＳ２へ進み、図６の車線逸脱防止制御開始判定ルーチンを実行して、車線逸脱防止制御を開始するか否かを判定する。そして、ステップＳ３で目標ヨーレートγtgtを算出し、ステップＳ４で目標操舵トルクＴpを算出する。

上述したように、目標ヨーレートγtgtは、車線逸脱防止制御が実施された場合、車線の曲率に応じた車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneと、車線に対して逸脱を防止する逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnとを加算したヨーレートとなる。目標操舵トルクＴpは、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_lane、逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnをトルク変換したフィードフォワードトルクＴp_ff_lane，Ｔp_ff_turnと、目標ヨーレートγtgtへのフィードバックトルクＴp_fbとを加算したトルクとなる。但し、ドライバの逸脱抑制方向への操舵操作が検出された場合には、フィードバックトルクＴp_fbは零とされる。

一方、車線逸脱防止制御を実施しない場合には、目標ヨーレートγtgtは、車線の曲率に応じた車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneとなる。目標操舵トルクＴpは、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneをトルク変換したフィードフォワードトルクＴp_ff_laneと、目標ヨーレートγtgtへのフィードバックトルクＴp_fbとを加算した操舵トルクとなる。

目標操舵トルクＴpを算出した後は、ステップＳ５へ進み、目標操舵トルクＴpを、ＥＰＳモータ１２を駆動するモータ駆動部２０に出力する出力処理を行う。この出力処理により、でＥＰＳ装置１を介した所定の操舵制御が実施される。

次に、以上のメインルーチンにおけるステップＳ２で実行される車線逸脱防止制御開始判定ルーチンについて、図６のフローチャートを用いて説明する。

この車線逸脱防止制御開始判定ルーチンでは、最初のステップＳ１１において、現在の対車線ヨー角θyawがθyaw≧０であるか否か、すなわち現在の自車両の進行方向が車線逸脱方向であるか否かを調べる。自車両の進行方向が車線逸脱方向でない場合、ステップＳ１１からステップＳ２１へ進んで車線逸脱防止制御を開始しないと判定し、自車両の進行方向が車線逸脱方向の場合、ステップＳ１１からステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、自車両の現在の横位置ｘにより、自車両が車線内にいるか否かを判断する。本実施の形態においては、ｘ＞０のとき車線内と判断してステップＳ１３へ進み、ｘ≦０のとき車線外と判断してステップＳ１６へ進む。

自車両が車線内にいる場合、ステップＳ１３では、自車両が車線を逸脱するまでの車線逸脱推定時間Ｔtlcを算出し、この車線逸脱推定時間Ｔtlcが車速Ｖと車線曲率κとによって決定される閾値Ｔthを超えているか否かを調べる。そして、Ｔtlc≦Ｔthの場合には、ステップ１３からステップＳ２０へ進んで車線逸脱防止制御を開始すると判定し、Ｔtlc＞Ｔthの場合、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、自車両の横位置ｘが車線幅で決定される制御開始閾値Ｗ１より小さいか否かを調べる。ｘ≧Ｗ１の場合、ステップＳ１４からステップＳ２１へ進んで車線逸脱防止制御を開始しないと判定する。ｘ＜Ｗ１の場合には、ステップＳ１４からステップＳ１５へ進み、車線逸脱方向に自車両と接触する危険性がある障害物が存在するか否かを調べる。

そして、車線逸脱方向に自車両と接触する危険性がある障害物が存在しない場合、ステップＳ１５からステップＳ２１へ進んで車線逸脱防止制御を開始しないと判定する。一方、車線逸脱方向に自車両と接触する危険性がある障害物が存在する場合には、ステップＳ１５からステップＳ２０へ進み、車線逸脱防止制御を開始すると判定する。

次に、ステップＳ１２において自車両が車線外（横位置ｘ≦０）である場合、すなわち、ドライバの意図的な操作によって車線逸脱制御が一時的にキャンセルされて自車両が車線外となった場合、或いは前述のステップＳ１５，Ｓ２１で車線逸脱方向に障害物が存在せずに車線逸脱制御を開始しないと判定され、ドライバの操作によって自車両が車線外となった場合には、ステップＳ１６で逸脱方向の隣接車線に追い抜き車両が存在するか否かを
調べる。

ステップＳ１６で逸脱方向の隣接車線に追い抜き車両が存在する場合、ステップＳ１６からステップＳ１７へ進んで自車両の横位置（絶対値）｜ｘ｜が制御開始閾値Ｗ２よりも小さいか否かを調べる。そして、｜ｘ｜＜Ｗ２である場合、ステップＳ２０へ進んで車線逸脱防止制御を開始すると判定し、｜ｘ｜≧Ｗ２である場合には、ステップＳ２１へ進んで車線逸脱防止制御を開始しないと判定する。

一方、ステップＳ１６において、逸脱方向の隣接車線に追い抜き車両が存在しない場合には、ステップＳ１６からステップＳ１８へ進んで逸脱方向の隣接車線に対向車両が存在するか否かを調べる。逸脱方向の隣接車線に対向車両が存在しない場合には、ステップＳ２１で車線逸脱防止制御を開始しないと判定し、逸脱方向の隣接車線に対向車両が存在する場合、ステップＳ１９へ進む。

ステップＳ１９では、自車両の横位置（絶対値）｜ｘ｜が制御開始閾値Ｗ３よりも小さいか否かを調べる。そして、｜ｘ｜＜Ｗ３の場合、ステップＳ２０で車線逸脱防止制御を開始すると判定し、｜ｘ｜≧Ｗ３の場合、ステップＳ２１で車線逸脱防止制御を開始しないと判定する。この場合、Ｗ３＞Ｗ２の関係に設定されており、逸脱方向の隣接車線に対向車両が存在する場合には、追い抜き車両が存在する場合よりも制御開始可能な範囲を広め、より逸脱していても車線逸脱防止制御が開始しやすくなるようにしている。

すなわち、自車両が自車両の走行車線から隣接車線に逸脱している最中に、後方からの追い越し車両を検知した場合、自車両の横位置によっては、そのまま隣接車線に車線変更した方が良い場合がある。このような場合に車線逸脱防止制御を開始させると、本来は問題なく車線変更できるタイミングであるにも拘わらず、強制的に元の走行車線に戻る挙動となり、ドライバに違和感を与える虞がある。一方、自車両が自車両の走行車線から隣接車線に逸脱している最中に、前方からの対向車両を検知した場合には、対向車両と衝突する危険性があるため、可能な限り車線逸脱防止制御を開始させて安全を確保することが要求される。

このため、対向車両に対する制御開始閾値Ｗ３を、追い越し車両に対する制御開始閾値Ｗ２よりも、車線逸脱防止制御を開始可能な横位置の範囲が広くなるような値とする（Ｗ３＞Ｗ２）ことで、より安全性を向上することができる。制御開始閾値Ｗ３は、例えば、自車両の走行車線を検知可能な限界の横位置で設定することができる。

このように本実施の形態においては、自車両の車線からの逸脱を防止する車線逸脱防止制御の実行に際して、自車両が既に車線を逸脱している場合であっても、逸脱方向の隣接車線に後方から接近する追い抜き車両や前方から接近する対向車両が検出された場合、自車両の横位置が制御開始閾値内であれば車線逸脱防止制御を開始させる。

これにより、従来の車線逸脱防止制御のように自車両が一旦車線から逸脱した場合には逸脱方向の隣接車線に接近車両があっても車線逸脱防止制御を作動させることができないといった事態を回避することができ、安全を確保することができる。

１電動パワーステアリング装置
１１アシスト伝達機構
１２電動パワーステアリングモータ（ＥＰＳモータ）
２１舵角センサ
２２トルクセンサ
２３回転角センサ
２４車速センサ
２５ヨーレートセンサ
５０操舵制御装置
５５車線逸脱防止制御開始判断部
６０目標ヨーレート算出部
６１車線曲率旋回目標ヨーレート算出部
６２逸脱防止挙動生成目標ヨーレート算出部
７０目標トルク算出部
７１フィードフォワードトルク算出部
７２フィードバックトルク算出部
１５０外部環境認識装置

Claims

自車両が走行する自車線からの逸脱を防止する車線逸脱防止制御を実行する車両の車線逸脱防止制御装置であって、
前記自車線の車線情報と前記自車線に隣接する隣接車線の情報を前記隣接車線を走行する車両の存在を含めて前記自車両の外部情報として検出する外部情報検出部と、
前記自車両の前記自車線に対する対車線ヨー角と前記自車線に対する前記自車両の横位置とに基づいて前記車線逸脱防止制御を開始するか否かを判断する車線逸脱防止制御開始判断部と
を備え、
前記車線逸脱防止制御開始判断部は、前記自車両が前記自車線を既に逸脱している場合であっても、前記外部情報検出部によって逸脱方向の前記隣接車線に前記自車両に接近する接近車両が検出され、且つ前記自車両の横位置が制御開始閾値内の場合には、前記車線逸脱防止制御を開始すると判断する
ことを特徴とする車両の車線逸脱防止制御装置。
前記車線逸脱防止制御開始判断部は、前記接近車両が前記自車両の前方から接近する対向車両の場合と前記自車両の後方から接近する追い抜き車両の場合とを区別し、前記制御開始閾値を可変することを特徴とする請求項１に記載の車両の車線逸脱防止制御装置。
前記車線逸脱防止制御開始判断部は、前記追い抜き車両に対する前記制御開始閾値を、前記自車両の車速と前記自車両の逸脱方向への移動速度とに基づいて設定することを特徴とする請求項２に記載の車両の車線逸脱防止制御装置。
前記車線逸脱防止制御開始判断部は、前記制御開始閾値を、前記追い抜き車両の場合よりも前記対向車両の場合のほうが前記車線逸脱防止制御を開始可能な範囲が広くなる値とすることを特徴とする請求項２に記載の車両の車線逸脱防止制御装置。