WO2016208497A1 - 車線逸脱抑制装置 - Google Patents

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WO2016208497A1
WO2016208497A1 PCT/JP2016/068030 JP2016068030W WO2016208497A1 WO 2016208497 A1 WO2016208497 A1 WO 2016208497A1 JP 2016068030 W JP2016068030 W JP 2016068030W WO 2016208497 A1 WO2016208497 A1 WO 2016208497A1
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vehicle
steering angle
lane
control unit
torque
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PCT/JP2016/068030
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淳平 達川
栄信 衣笠
裕宇二 奥田
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株式会社デンソー
トヨタ自動車株式会社
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    • B60W2540/18—Steering angle

Definitions

  • the present invention relates to a lane departure suppression device, and more particularly to a device that suppresses a vehicle from departing from a lane by operating a steering angle change mechanism.
  • a device that suppresses a vehicle from deviating from a lane by operating a steering angle changing mechanism that is a mechanical mechanism that changes the steering angle is known.
  • a steering angle changing mechanism that is a mechanical mechanism that changes the steering angle.
  • an assist torque that causes a vehicle to move toward a lane center position is generated in a motor that operates a steering angle changing mechanism.
  • the assist torque is set to a size that is not perceivable by the driver.
  • the assist torque of this magnitude is generated in the motor, the vehicle slowly moves to the lane center position.
  • Patent Document 1 is a device that maintains the position of the vehicle at the center of the lane.
  • a lane departure suppressing device that operates a steering angle changing mechanism when the vehicle is about to depart from the lane in order to prevent the vehicle from deviating from the lane is also known, as in the device described in Patent Document 2. It has been.
  • JP 2014-1118025 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-3565
  • the lane departure restraint device generates assist torque after the vehicle approaches the lane boundary.
  • the lane departure restraint device Since the lane departure restraint device generates assist torque after the vehicle is close to the lane boundary, the time until the vehicle departs from the lane is often short. Therefore, it is necessary to increase the assist torque quickly. If the timing to generate the assist torque and deflect the vehicle is late, the vehicle will deviate from the lane.
  • the steering angle changing mechanism does not start unless a torque exceeding the friction torque of the steering angle changing mechanism is applied. Therefore, in order to operate the steering angle changing mechanism, it is necessary to generate the assist torque early in consideration of the friction torque. However, as described above, if the timing at which the vehicle starts to move by the assist torque is too early, the driver feels uncomfortable.
  • the present invention has been made based on this situation, and the object of the present invention is to prevent the vehicle from deviating from the lane while suppressing the driver from feeling uncomfortable.
  • the object is to provide a deviation control device.
  • the present invention provides a lane departure suppression device provided in a vehicle equipped with a steering angle changing mechanism that changes a steering angle and a motor that operates the steering angle changing mechanism.
  • the main control signal representing the main control amount for causing the motor to generate assist torque that changes the steering angle after the vehicle position reaches the deflection start position at which the vehicle starts to deflect.
  • the control unit that outputs, and the friction angle of the steering angle change mechanism or less until the control unit outputs the control signal in a state where the position of the vehicle is located on the lane center side from the deflection start position.
  • a pre-control unit that outputs a pre-control signal representing a pre-control amount for causing the motor to generate assist torque.
  • a pre-control unit In the present invention, a pre-control unit is provided.
  • the pre-control unit outputs a pre-control signal representing the pre-control amount until the control unit outputs the main control signal in a state where the position of the vehicle is located on the lane center side with respect to the deflection start position.
  • the assist torque corresponding to the pre-control amount has already been generated. Therefore, when the control signal is output, the vehicle starts to deflect quickly, so that the vehicle can be prevented from deviating from the lane.
  • the pre-control amount is a control amount for causing the motor to generate an assist torque that is equal to or less than the friction torque of the steering angle changing mechanism, even if the pre-control signal is output, the vehicle does not start deflection. Therefore, even if the pre-control signal is output, it is possible to prevent the driver from feeling uncomfortable.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the lane departure suppression system of embodiment. It is a figure which illustrates the run locus of the own vehicle at the time of this control part of Drawing 1 performing control. It is a flowchart explaining the process which the pre-control part of FIG. 1 performs. It is a figure explaining the hysteresis width determined by the step of FIG. It is a figure explaining the pre-torque gradient calculated by the step of FIG. It is a figure explaining the effect of an embodiment.
  • the lane departure suppression system 1 shown in FIG. 1 includes a camera 10, a vehicle speed sensor 20, a yaw rate sensor 30, a steering angle sensor 40, an acceleration sensor 50, a white line recognition device 60, and a lane departure control unit 70, as shown in FIG. .
  • the lane departure control unit 70 is simply referred to as a control unit 70.
  • the control unit 70 is the lane departure suppression device of the present invention.
  • the lane departure suppression system 1 is mounted on the host vehicle C shown in FIG. 2 together with the electric power steering system 80.
  • the camera 10 is fixed at a predetermined position of the host vehicle C so as to photograph a range in front of the host vehicle and around the host vehicle.
  • the range photographed by the camera 10 is a range in which a lane marking indicating the lane in which the host vehicle C travels can be photographed.
  • the camera 10 may be a monocular camera or a compound eye camera.
  • the camera 10 periodically shoots the shooting range at a predetermined frame rate, and outputs image data representing the shot image to the white line recognition device 60.
  • the vehicle speed sensor 20 detects the vehicle speed of the host vehicle C. Then, the detected vehicle speed is output to the control unit 70.
  • the yaw rate sensor 30 detects the rotational angular velocity around the vertical axis of the host vehicle C that passes through the yaw rate sensor 30, that is, the yaw rate. Then, the detected yaw rate is output to the control unit 70.
  • the steering angle sensor 40 is a sensor that detects the steering angle of the host vehicle, and outputs the detected steering angle to the control unit 70.
  • the acceleration sensor 50 is a triaxial acceleration sensor such that the z-axis is parallel to the vertical direction of the vehicle, the x-axis is parallel to the front-rear direction of the vehicle, and the y-axis is parallel to the width direction of the vehicle. The orientation is fixed. Instead of the triaxial acceleration sensor, an acceleration sensor that detects the biaxial acceleration of the x axis and the y axis may be used. Further, an acceleration sensor that detects only the y-axis acceleration may be used. The acceleration sensor 50 sends the detected value of the acceleration of each axis to the control unit 70.
  • the white line recognition device 60 recognizes the lane marking from each image data.
  • a lane marking is a road marking that divides a traveling lane.
  • the lane marking is a linear marking object formed by applying paint that can be distinguished from a road surface, such as white, in a linear manner along the road.
  • a traveling lane is classified by arranging a light emitting element such as a cat's eye or a lamp along the road instead of paint, these are also lane markings.
  • the control unit 70 is a computer including a CPU, ROM, RAM, and the like.
  • the CPU uses a temporary storage function of the RAM, and stores it in a non-transitory tangible storage medium such as a ROM. Run the stored program.
  • the control unit 70 functions as a departure determination unit 71, a target line setting unit 72, and a target steering torque calculation unit 73. Note that some or all of the functions executed by the control unit 70 may be configured by hardware using one or a plurality of ICs.
  • the electric power steering system 80 Before describing the deviation determination unit 71, the target line setting unit 72, and the target steering torque calculation unit 73, the electric power steering system 80 will be described.
  • the electric power steering system 80 includes an EPS-ECU 81, a motor 82, and a steering angle changing mechanism 83.
  • the EPS-ECU 81 is an ECU that controls the steering angle of the host vehicle C by controlling a motor 82 that is a steering actuator that rotates a steering shaft.
  • the assist torque command value and the pre-torque command value are input from the control unit 70 to the EPS-ECU 81.
  • the EPS-ECU 81 controls the current flowing through the motor 82 so that the motor 82 generates assist torque represented by the torque command value.
  • the motor 82 generates an assist torque that assists the steering force of the driver, and is connected to a predetermined rotation shaft of the steering angle changing mechanism 83.
  • the steering angle changing mechanism 83 is a mechanical mechanism that changes the steering angle, and has a known configuration including a rack shaft, a steering shaft, a rack gear, a pinion gear, a speed reducer, and the like.
  • the departure determination unit 71 determines whether or not the own vehicle C may deviate from the currently traveling lane. For example, when the lateral distance d from the own vehicle C to the lane marking is shorter than a preset threshold distance THd, and the front of the own vehicle C faces the direction of the lane marking, It is determined that the vehicle C may deviate from the lane.
  • the lateral position of the host vehicle C for calculating the lateral distance d from the host vehicle C to the lane marking is, for example, the position of the end of the front wheel axle on the lane marking side.
  • the distance in the lane width direction from this position to the own vehicle side boundary of the lane marking is defined as a lateral distance d.
  • Whether or not the front of the host vehicle C faces the direction of the lane marking is determined from the direction in which the lane marking recognized by the white line recognition device 60 extends. Since the direction in which the lane markings recognized by the white line recognition device 60 correspond to the direction in which the lane markings extend with respect to the direction of the host vehicle C, the direction in which the lane markings recognized by the white line recognition device 60 extend. Therefore, it can be determined whether the front of the host vehicle C is facing the direction of the lane marking.
  • the host vehicle C may depart from the lane. May be determined.
  • the departure prediction time is calculated by dividing the lateral distance d from the own vehicle C to the lane marking by the lateral speed Vy of the own vehicle C.
  • the lateral speed Vy of the host vehicle C is calculated from the time change of the lateral distance d described above.
  • the y-axis detection value acquired from the acceleration sensor 50 that is, the lateral acceleration may be integrated.
  • the target line setting unit 72 determines the target line of the host vehicle C for suppressing the lane departure when the departure determination unit 71 determines that the host vehicle C may deviate from the currently traveling lane. Set.
  • the target line can be set by various known methods. For example, it can be set by the method described in Patent Document 2.
  • Patent Document 2 the curvature obtained by adding a predetermined value to the curvature of the lane marking is used as the first target line for suppressing deviation. Further, the curvature smaller than the first target line is set to the second target line, which is a target line for setting the traveling direction of the host vehicle C along the lane after the deviation is suppressed.
  • the start point of the target line is a position where the host vehicle C starts to deflect, that is, a deflection start position D1.
  • FIG. 2 also shows the deflection start position D1 and the white line L.
  • the deflection start position D1 is defined by the white line L, that is, the distance in the lane width direction from the lane marking, and the deflection start position D1 is set so that the distance in the lane width direction increases as the lateral speed Vy increases. .
  • the target steering torque calculation unit 73 calculates a torque command value for causing the motor 82 to generate assist torque for causing the vehicle C to follow the target line set by the target line setting unit 72.
  • the target steering torque calculation unit 73 includes a main control unit 731 and a pre-control unit 732.
  • the present control unit 731 determines the target steering angle so that the host vehicle C travels on the target line set by the target line setting unit 72.
  • the target steering angle is determined using the actual steering angle detected by the steering angle sensor 40 and the yaw rate detected by the yaw rate sensor 30 in addition to the target line.
  • the assist torque is determined so that the actual steering angle becomes the target steering angle, and an assist torque command value that instructs the motor 82 to generate the assist torque is output to the EPS-ECU 81.
  • This assist torque command value corresponds to the present control signal of the present invention, and the assist torque represented by the assist torque command value corresponds to the present control amount of the present invention.
  • the main control unit 731 starts control when the host vehicle C reaches the deflection start position D1. Control executed by the control unit 731 is referred to as main control.
  • the control unit 731 determines the assist torque based on the target line.
  • the target steering angle is determined from the deviation between the target line and the current lateral distance d of the host vehicle C. Further, the target steering angle may be determined in consideration of the vehicle speed and the lateral speed Vy of the host vehicle C.
  • the assist torque for setting the target steering angle is determined based on a steering angle difference that is a difference between the target steering angle and the actual steering angle determined from the detected value of the steering angle sensor 40.
  • the pre-control unit 732 outputs a pre-torque command value to the EPS-ECU 81 when the position of the host vehicle C is located between the pre-torque control start position D2 and the deflection start position D1.
  • the control executed by the pre-control unit 732 is referred to as pre-control.
  • the pre-torque command value is output until the control unit 731 outputs the assist torque command value, that is, until the host vehicle C reaches the deflection start position D1.
  • the pre-torque command value is a signal that instructs the motor 82 to generate the pre-torque before the control unit 731 outputs the assist torque command value to generate the assist torque that causes the motor 82 to deflect the host vehicle C. .
  • This pre-torque command value corresponds to the pre-control signal of the present invention, and the pre-torque corresponds to the pre-control amount of the present invention.
  • the pre-torque is a torque equal to or less than the friction torque that the steering angle changing mechanism 83 has. Therefore, even if the pre-torque is generated in the motor 82, the host vehicle C is not deflected.
  • FIG. 3 shows the processing executed by the pre-control unit 732 in detail.
  • the pre-control unit 732 executes the process shown in FIG. 3 when the departure determining unit 71 determines that the host vehicle C may deviate from the currently traveling lane.
  • step S1 it is determined whether it is within the controllable range.
  • the controllable range is a range in which lane departure suppression control by the control unit 731 is possible.
  • Conditions that enable control by the control unit 731 are set in advance. Conditions for enabling control by the control unit 731 are, for example, that the vehicle speed is equal to or higher than a predetermined vehicle speed, that the electric power steering system 80 is not broken, and that no cancel torque is input by the driver.
  • step S1 determines whether the determination in step S1 is NO, the process of FIG. On the other hand, if the determination in step S1 is YES, the process proceeds to step S2.
  • step S2 the hysteresis width Hys at the current vehicle speed is determined.
  • the hysteresis width Hys will be described.
  • FIG. 4 shows an example of the hysteresis width Hys.
  • FIG. 4 shows that the steering torque increases as the yaw rate increases, and that there is a hysteresis width Hys in the relationship between the yaw rate and the steering torque.
  • the hysteresis width Hys results from the friction torque of the steering angle changing mechanism 83. That is, this hysteresis width Hys represents the friction torque of the steering angle changing mechanism 83.
  • the lane departure suppression system 1 stores in advance a relationship in which the hysteresis width Hys is determined from the vehicle speed and the hysteresis width Hys increases as the vehicle speed decreases.
  • the hysteresis width Hys is determined from this relationship stored in the storage unit and the current vehicle speed.
  • step S3 the current lateral speed Vy of the host vehicle C is calculated.
  • the lateral velocity Vy is calculated from, for example, the time change of the lateral distance d.
  • the y-axis detection value acquired from the acceleration sensor 50 may be integrated and calculated.
  • a pre-control time T is calculated.
  • the pre-control time T is a period for generating pre-torque.
  • the pre-control time T is calculated from the pre-control distance ⁇ D that is the distance for generating the pre-torque and the lateral speed Vy.
  • the pre-control distance ⁇ D is determined in advance. This pre-control distance ⁇ D is, for example, several tens of centimeters.
  • the lane outer end of the pre-control distance ⁇ D is a deflection start position D1, as shown in FIG.
  • step S4 the pre-control time T is calculated by dividing the pre-control distance ⁇ D by the lateral speed Vy calculated in step S3.
  • step S5 a pre-torque gradient ⁇ is calculated.
  • the pre-torque gradient ⁇ is calculated by dividing the hysteresis width Hys determined in step S2 by the pre-control time T calculated in step S4.
  • step S6 the pre-torque control start position D2 shown in FIG. 2 is determined.
  • the pre-torque control start position D2 is a position inside the lane by the pre-control distance ⁇ D from the deflection start position D1 set by the target line setting unit 72.
  • step S7 it is determined whether or not the lateral position of the host vehicle C has reached the pre-torque control start position D2. If this determination is NO, the determination in step S7 is repeated. On the other hand, if the determination in step S7 is yes, the process proceeds to step S8.
  • step S8 a pre-torque command value is output so that the pre-torque changes with the pre-torque gradient ⁇ calculated in step S5.
  • the output of the pre-torque command value continues until the lateral position of the host vehicle C reaches the deflection start position D1.
  • the control unit 70 of this embodiment includes a pre-control unit 732.
  • the pre-control unit 732 generates pre-torque from the pre-torque control start position D2, which is a position closer to the center of the lane by the pre-control distance ⁇ D than the deflection start position D1 where the main control unit 731 starts the main control. In the example of FIG. 6, and it starts generating pretorque from time t 0.
  • the pre-control unit 732 outputs a pre-torque command value until the main control unit 731 starts the main control.
  • the assist torque corresponding to the pre-torque command value has already been generated.
  • the time t 2 is later than the time t 1 . This is because a certain amount of time is required until the steering torque exceeds the hysteresis width Hys, and the steering angle does not begin to change unless the steering torque exceeds the hysteresis width Hys. Since the steering angle starts to change from time t 2 which is later than time t 1 , there is a risk that the host vehicle C will deviate from the lane.
  • the control unit 731 when the control unit 731 outputs the assist torque command value, the assist torque corresponding to the pre-torque command value has already been generated. Therefore, after the control unit 731 outputs the assist torque command value, the host vehicle C starts to deflect quickly, so that the host vehicle C can be prevented from deviating from the lane.
  • the present control unit 731 starts the present control from the time t 0 at which the pre-torque command value is output in the present embodiment
  • the time t 1 that is, the host vehicle
  • the steering torque has already exceeded the hysteresis width Hys when C reaches the deflection start position D1. Therefore, the host vehicle C starts to deflect before the host vehicle C reaches the deflection start position D1. In this case, the timing at which the host vehicle C starts moving is too early, which gives the driver a feeling of strangeness.
  • the pre-torque command value output between time t 0 and time t 1 which is the time before the host vehicle C reaches the deflection start position D 1 in this embodiment, is calculated by the steering angle changing mechanism 83.
  • This is a command value for causing the motor 82 to generate an assist torque that is equal to or less than the friction torque. Therefore, even if the pre-torque command value is output, the host vehicle C does not start deflection, so even if the pre-torque command value is output, it is possible to suppress the driver from feeling uncomfortable.
  • vibration generated in the steering during the pre-control time T can be suppressed.
  • the reason is as follows. Even if the steering torque is equal to or less than the hysteresis width Hys, since torque is applied to the steering, vibration occurs in the steering if the change rate of the steering torque, that is, the gradient changes. However, in this embodiment, the pre-torque is increased with the pre-torque gradient ⁇ that is a constant gradient. Therefore, the vibration generated in the steering during the pre-control time T can be suppressed.
  • the assist torque generated by the motor 82 is the hysteresis width Hys, that is, the friction torque possessed by the steering angle changing mechanism 83.
  • a pre-torque command value is output.
  • the steering angle changes immediately when the control unit 731 starts outputting the assist torque command value. Therefore, when the control unit 731 starts to output the assist torque command value, the steering torque is not zero, but the host vehicle C is moving the lane compared to the case where the steering torque is still smaller than the hysteresis width Hys. Deviating can be further suppressed.
  • the pre-torque command value is output so that the assist torque when the lateral position of the host vehicle C becomes the deflection start position D1 becomes the hysteresis width Hys, before and after the lateral position of the host vehicle C becomes the deflection start position D1. There is also little change in the rate of change in steering torque. Therefore, vibrations that occur in the steering wheel when the pre-control is switched to the main control can be suppressed.
  • the hysteresis width Hys is determined using a preset relationship in which the hysteresis width Hys increases as the vehicle speed decreases (S2). Then, a pre-torque command value for commanding output of the hysteresis width Hys is output at the deflection start position D1 (S8). Thereby, even if the vehicle speed changes, the pre-torque corresponding to the friction torque can be accurately output at the deflection start position D1. Therefore, even if the vehicle speed changes, the host vehicle C starts to deflect quickly.
  • ⁇ Modification 1> For example, unlike the processing sequence shown in FIG. 3, when step S7 is executed before steps S2 to S6 and the lateral position of the host vehicle C reaches the pre-torque control start position D2, steps S2 to S6 are performed. May be executed to determine the pre-torque gradient ⁇ .
  • the control unit 731 determines a target steering angle, further determines an assist torque from the target steering angle, and outputs an assist torque command value representing the assist torque to the EPS-ECU 81.
  • the target steering angle may be output to the EPS-ECU 81 as a main control amount, and a command value representing the target steering angle may be output as a main control signal.
  • the EPS-ECU 81 performs a process for determining the assist torque from the target steering angle.
  • the pre-torque command value for generating the pre-torque having the hysteresis width Hys when the position of the host vehicle C reaches the deflection start position D1 is output.
  • the pre-torque generated when the position of the host vehicle C becomes the deflection start position D1 is equal to or less than the hysteresis width Hys, the position of the host vehicle C becomes the deflection start position D1 if it is greater than zero.
  • the own vehicle C can be deflected early after the position of the own vehicle C reaches the deflection start position D1.
  • the pre-torque command value may be output so that the pre-torque becomes the hysteresis width Hys before the position of the host vehicle C becomes the deflection start position D1.
  • Lane departure suppression system 10 Camera 20: Vehicle speed sensor 30: Yaw rate sensor 40: Steering angle sensor 50: Acceleration sensor 60: White line recognition device 70: Lane departure control unit 71: Deviation determination unit 72: Target line setting unit 73: Target steering torque calculator 80: Electric power steering system 81: EPS-ECU 82: Motor 83: Steering angle changing mechanism 731: Main control unit 732: Pre-control unit

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Abstract

操舵角を変化させる操舵角変化機構８３と、操舵角変化機構８３を動作させるモータ８２とを搭載した車両に備えられ、車両が車線を逸脱することを抑制するために、車両を偏向させ始める偏向開始位置に車両の位置が到達した以降に、操舵角が変化するアシストトルクをモータ８２に発生させるための本制御量を表す本制御信号を出力する本制御部７３１と、車両の位置が偏向開始位置よりも車線中央側に位置している状態で、本制御部７３１が本制御信号を出力するまで、操舵角変化機構８３が持つ摩擦トルク以下のアシストトルクをモータ８２に発生させるためのプレ制御量を表すプレ制御信号を出力するプレ制御部７３２とを備える。

Description

車線逸脱抑制装置
　本発明は、車線逸脱抑制装置に関し、特に、操舵角変化機構を動作させることで車両が車線を逸脱することを抑制する装置に関する。
　操舵角を変化させる機械的機構である操舵角変化機構を動作させることで、車両が車線を逸脱することを抑制する装置が知られている。たとえば、特許文献１では、操舵角変化機構を動作させるモータに、車両を車線中心位置に向かわせるアシストトルクを発生させている。また、特許文献１では、車両の位置が、車線中心位置付近の所定範囲に設定された不感帯であれば、アシストトルクを、運転者が知覚できない範囲の大きさとしている。この大きさのアシストトルクをモータに発生させると、車両はゆっくりと車線中心位置へ移動する。
　特許文献１に開示の装置は、車両の位置を車線中心に維持させる装置である。しかし、特許文献２に記載の装置のように、車両が車線を逸脱してしまうことを抑制するために、車両が車線を逸脱しそうになったら操舵角変化機構を動作させる車線逸脱抑制装置も知られている。
特開２０１４－１１８０２５号公報 特開２０１５－３５６６号公報
　車両が車線境界にそれほど近くない状況でモータにアシストトルクを発生させてしまうと、運転者に違和感を与える恐れがある。そのため、車線逸脱抑制装置は、車両が車線境界に近くなってからアシストトルクを発生させる。
　車線逸脱抑制装置は、車両が車線境界に近くなってからアシストトルクを発生させるため、車両が車線を逸脱してしまうまでの時間が短い状況である場合が多い。そのため、迅速にアシストトルクを高める必要がある。アシストトルクを発生させて車両を偏向させるタイミングが遅ければ、車両は車線を逸脱してしまう。
　また、操舵角変化機構は、その操舵角変化機構が持つ摩擦トルクを超えるトルクを与えないと動き出さない。したがって、操舵角変化機構を動作させるためには、この摩擦トルクを考慮してアシストトルクを早めに発生させる必要がある。しかし、前述したように、アシストトルクにより車両が動き出すタイミングが早すぎると、運転者に違和感を与えてしまう。
　本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、運転者に違和感を与えてしまうことを抑制しつつ、車両が車線を逸脱してしまうことを抑制できる車線逸脱抑制装置を提供することにある。
　上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。
　上記目的を達成するための本発明は、操舵角を変化させる操舵角変化機構と、操舵角変化機構を動作させるモータとを搭載した車両に備えられた車線逸脱抑制装置であって、車両が車線を逸脱することを抑制するために、車両を偏向させ始める偏向開始位置に車両の位置が到達した以降に、操舵角が変化するアシストトルクをモータに発生させるための本制御量を表す本制御信号を出力する本制御部と、車両の位置が偏向開始位置よりも車線中央側に位置している状態で、本制御部が本制御信号を出力するまで、操舵角変化機構が持つ摩擦トルク以下のアシストトルクをモータに発生させるためのプレ制御量を表すプレ制御信号を出力するプレ制御部とを備えることを特徴とする。
　本発明では、プレ制御部を備える。このプレ制御部は、車両の位置が偏向開始位置よりも車線中央側に位置している状態で、本制御部が本制御信号を出力するまで、プレ制御量を表すプレ制御信号を出力する。これにより、本制御部が本制御信号を出力し始めたときに、すでに、プレ制御量に対応するアシストトルクが発生している。したがって、本制御信号を出力したときに、迅速に車両が偏向を開始するので、車両が車線を逸脱してしまうことを抑制できる。
　また、プレ制御量は、操舵角変化機構が持つ摩擦トルク以下のアシストトルクをモータに発生させるための制御量であるので、プレ制御信号を出力しても、車両は偏向を開始しない。したがって、プレ制御信号を出力しても、運転者に違和感を与えてしまうことを抑制できる。
実施形態の車線逸脱抑制システムの構成を示すブロック図である。 図１の本制御部が制御を実行した場合の自車両の走行軌跡を例示する図である。 図１のプレ制御部が実行する処理を説明するフローチャートである。 図３のステップで決定するヒステリシス幅を説明する図である。 図３のステップで算出するプレトルク勾配を説明する図である。 実施形態の効果を説明する図である。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１に示す車線逸脱抑制システム１は、図１に示すように、カメラ１０、車速センサ２０、ヨーレートセンサ３０、操舵角センサ４０、加速度センサ５０、白線認識装置６０、車線逸脱制御部７０を備える。車線逸脱制御部７０を、以下、単に制御部７０とする。制御部７０は、本発明の車線逸脱抑制装置である。この車線逸脱抑制システム１は、電動パワーステアリングシステム８０とともに、図２に示す自車両Ｃに搭載される。
　カメラ１０は、自車両前方であって自車両周辺となる範囲を撮影するように、自車両Ｃの予め定められた位置に固定されている。このカメラ１０が撮影する範囲は、自車両Ｃが走行する車線を区分する車線区分標示を撮影できる範囲となっている。カメラ１０は、単眼カメラでもよく、複眼カメラでもよい。カメラ１０は、撮影範囲を所定のフレーム速度で周期的に撮影し、撮影した画像を表す画像データを白線認識装置６０に出力する。
　車速センサ２０は、自車両Ｃの車速を検出する。そして、検出した車速を制御部７０に出力する。
　ヨーレートセンサ３０は、このヨーレートセンサ３０を通る、自車両Ｃの垂直軸周りの回転角速度、すなわち、ヨーレートを検出する。そして、検出したヨーレートを制御部７０に出力する。
　操舵角センサ４０は、自車両の操舵角を検出するセンサであり、検出した操舵角を制御部７０に出力する。
　加速度センサ５０は、３軸の加速度センサであり、ｚ軸が車両の上下方向に平行になり、ｘ軸が車両の前後方向と平行になり、ｙ軸が車両の幅方向に平行になるように向きが固定されている。なお、３軸の加速度センサに代えて、ｘ軸、ｙ軸の２軸の加速度を検出する加速度センサを用いてもよい。また、ｙ軸のみの加速度を検出する加速度センサを用いてもよい。加速度センサ５０は各軸の加速度の検出値を制御部７０に送る。
　白線認識装置６０は、各画像データから車線区分標示を認識する。車線区分標示とは、走行車線を区分する路面標示をいう。車線区分標示は、例えば白色などの路面とは識別可能なペイントが道路に沿って線状に塗布されることで形成された線状の標示物である。また、ペイントではなく、キャッツアイやランプのように光を発するものを道路に沿って配置することで走行車線を区分する場合、これらも車線区分標示である。
　制御部７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータであり、ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつ、ＲＯＭなどの非遷移的実体的記録媒体(non-transitory　tangible　storage　media)に記憶されているプログラムを実行する。これにより、制御部７０は、逸脱判定部７１、目標ライン設定部７２、目標操舵トルク演算部７３として機能する。なお、制御部７０が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。
　これら逸脱判定部７１、目標ライン設定部７２、目標操舵トルク演算部７３について説明する前に、電動パワーステアリングシステム８０を説明する。
　電動パワーステアリングシステム８０は、ＥＰＳ－ＥＣＵ８１と、モータ８２と、操舵角変化機構８３とを備える。ＥＰＳ－ＥＣＵ８１は、操舵軸を回転させる操舵アクチュエータであるモータ８２を制御することで、自車両Ｃの操舵角を制御するＥＣＵである。ＥＰＳ－ＥＣＵ８１には、制御部７０からアシストトルク指令値およびプレトルク指令値が入力される。ＥＰＳ－ＥＣＵ８１は、これらのトルク指令値が入力された場合には、そのトルク指令値が表すアシストトルクをモータ８２が発生するように、モータ８２に流れる電流を制御する。
　モータ８２は、ドライバの操舵力を補助するアシストトルクを発生するものであり、操舵角変化機構８３の所定の回転軸に接続されている。
　操舵角変化機構８３は、操舵角を変化させる機械的機構であり、ラック軸、ステアリング軸、ラックギヤ、ピニオンギヤ、減速機などを備えた公知の構成である。
　次に、逸脱判定部７１、目標ライン設定部７２、目標操舵トルク演算部７３について説明する。
　逸脱判定部７１は、自車両Ｃが、現在走行中の車線から逸脱する可能性があるかを判定する。たとえば、自車両Ｃから車線区分標示までの横方向距離ｄが予め設定された閾値距離ＴＨｄよりも短くなり、かつ、自車両Ｃの正面がその車線区分標示の方向を向いている場合に、自車両Ｃが車線を逸脱する可能性があると判定する。
　上記判定において、自車両Ｃから車線区分標示までの横方向距離ｄを算出するための自車両Ｃの横位置は、たとえば、車線区分標示側の前輪車軸の端の位置とする。この位置から、車線区分標示の自車両側境界までの車線幅方向の距離を横方向距離ｄとする。
　自車両Ｃの正面が車線区分標示の方向を向いているか否かは、白線認識装置６０が認識した車線区分標示が延びる方向から判定する。白線認識装置６０が認識した車線区分標示が延びる方向は、自車両Ｃの向きに対して車線区分標示が延びる方向に対応していることから、白線認識装置６０が認識した車線区分標示が延びる方向から、自車両Ｃの正面が車線区分標示の方向を向いているかを判断できる。
　また、自車両Ｃの位置が車線区分標示と一致するまでの逸脱予測時間を算出し、この逸脱予測時間が閾値時間ＴＨｔ以下になった場合に、自車両Ｃが車線を逸脱する可能性があると判定してもよい。
　逸脱予測時間は、自車両Ｃから車線区分標示までの横方向距離ｄを、自車両Ｃの横速度Ｖｙで割ることにより算出する。自車両Ｃの横速度Ｖｙは、前述した横方向距離ｄの時間変化から算出する。また、加速度センサ５０から取得するｙ軸の検出値、すなわち横方向加速度を積分して算出してもよい。
　目標ライン設定部７２は、逸脱判定部７１が、自車両Ｃが、現在走行中の車線から逸脱する可能性があると判定した場合に、車線逸脱を抑制するための自車両Ｃの目標ラインを設定する。
　目標ラインは、公知の種々の方法で設定することができる。たとえば、特許文献２に記載されている方法で設定することができる。特許文献２では、車線区分標示の曲率に所定値を加えた曲率を、逸脱を抑制するための第１目標ラインとしている。また、この第１目標ラインよりも小さい曲率を、逸脱が抑制された後、自車両Ｃの進行方向を車線に沿う方向とするための目標ラインである第２目標ラインに設定している。
　目標ラインの始点は自車両Ｃが偏向を開始する位置、すなわち、偏向開始位置Ｄ１である。図２には、偏向開始位置Ｄ１および白線Ｌも示している。偏向開始位置Ｄ１は、白線Ｌすなわち車線区分標示からの車線幅方向の距離により規定されており、偏向開始位置Ｄ１は、横速度Ｖｙが高いほど、車線幅方向の距離が大きくなるように設定する。
　目標操舵トルク演算部７３は、自車両Ｃを、目標ライン設定部７２が設定した目標ラインに沿わせるためのアシストトルクをモータ８２に発生させるためのトルク指令値を演算する。この目標操舵トルク演算部７３は、本制御部７３１とプレ制御部７３２を備える。
　本制御部７３１は、自車両Ｃが、目標ライン設定部７２が設定した目標ラインを走行するように目標操舵角を決定する。目標操舵角は、目標ラインに加えて、操舵角センサ４０が検出する実際の操舵角や、ヨーレートセンサ３０が検出するヨーレートを用いて決定する。そして、実際の操舵角がその目標操舵角となるようにアシストトルクを決定し、そのアシストトルクをモータ８２に発生させることを指示するアシストトルク指令値をＥＰＳ－ＥＣＵ８１に出力する。このアシストトルク指令値が、本発明の本制御信号に相当し、アシストトルク指令値が表すアシストトルクが本発明の本制御量に相当する。この本制御部７３１は、自車両Ｃが偏向開始位置Ｄ１に到達したときに制御を開始する。本制御部７３１が実行する制御を本制御とする。
　本制御部７３１が目標ラインに基づいてアシストトルクを決定する処理にも、公知の種々の処理方法を用いることができる。たとえば、目標ラインと、自車両Ｃの現在の横方向距離ｄとの偏差から目標操舵角を決定する。また、自車両Ｃの車速や横速度Ｖｙをさらに考慮して目標操舵角を決定してもよい。この目標操舵角とするためのアシストトルクは、目標操舵角と、操舵角センサ４０の検出値から定まる実操舵角との差である操舵角差に基づいて決定する。
　プレ制御部７３２は、自車両Ｃの位置が、プレトルク制御開始位置Ｄ２から偏向開始位置Ｄ１の間に位置しているときに、プレトルク指令値をＥＰＳ－ＥＣＵ８１に出力する。プレ制御部７３２が実行する制御をプレ制御とする。
　プレトルク指令値は、本制御部７３１が、アシストトルク指令値を出力するまで、すなわち、自車両Ｃが偏向開始位置Ｄ１となるまで出力する。プレトルク指令値は、本制御部７３１がアシストトルク指令値を出力することにより、モータ８２に自車両Ｃを偏向させるアシストトルクを発生させる前にモータ８２にプレトルクを発生させることを指示する信号である。このプレトルク指令値は本発明のプレ制御信号に相当し、プレトルクが本発明のプレ制御量に相当する。プレトルクは、操舵角変化機構８３が持つ摩擦トルク以下のトルクである。したがって、モータ８２にプレトルクを発生させても、自車両Ｃは偏向しない。
　図３は、プレ制御部７３２が実行する処理を詳しく示している。プレ制御部７３２は、逸脱判定部７１が、自車両Ｃが、現在走行中の車線から逸脱する可能性があると判定した場合に、図３に示す処理を実行する。
　ステップＳ１では、制御可能範囲であるか否かを判断する。制御可能範囲とは、本制御部７３１による車線逸脱抑制制御が可能な範囲である。本制御部７３１による制御が可能となる条件は予め設定されている。本制御部７３１による制御が可能となる条件は、たとえば、車速が所定車速以上であること、電動パワーステアリングシステム８０が故障していないこと、ドライバによるキャンセルトルクが入力されていないことなどである。
　ステップＳ１の判断がＮＯであれば、図３の処理を終了する。一方、ステップＳ１の判断がＹＥＳであればステップＳ２へ進む。
　ステップＳ２では、現在の車速におけるヒステリシス幅Ｈｙｓを決定する。このヒステリシス幅Ｈｙｓについて説明する。図４にはヒステリシス幅Ｈｙｓの一例を示している。この図４は、ヨーレートが大きくなるほど操舵トルクは大きくなること、および、ヨーレートと操舵トルクとの関係にはヒステリシス幅Ｈｙｓがあることを示している。このヒステリシス幅Ｈｙｓは、操舵角変化機構８３の摩擦トルクに起因する。つまり、このヒステリシス幅Ｈｙｓは、操舵角変化機構８３の摩擦トルクを表している。
　このヒステリシス幅Ｈｙｓは車速が低いほど大きくなる。そこで、車線逸脱抑制システム１は、車速からヒステリシス幅Ｈｙｓが定まり、車速が低いほどヒステリシス幅Ｈｙｓが大きくなる関係を所定の記憶部に予め記憶している。ステップＳ２では、記憶部に記憶されたこの関係と、現在の車速からヒステリシス幅Ｈｙｓを決定する。
　ステップＳ３では、自車両Ｃの現在の横速度Ｖｙを演算する。横速度Ｖｙは、たとえば、横方向距離ｄの時間変化から算出する。あるいは、加速度センサ５０から取得するｙ軸の検出値を積分して算出してもよい。
　ステップＳ４では、プレ制御時間Ｔを算出する。プレ制御時間Ｔは、プレトルクを発生させる期間である。このプレ制御時間Ｔは、プレトルクを発生させる距離であるプレ制御距離ΔＤと横速度Ｖｙから算出する。本実施形態ではプレ制御距離ΔＤは予め決定されている。このプレ制御距離ΔＤはたとえば数１０ｃｍである。なお、プレ制御距離ΔＤの車線外側端は、図２に示すように、偏向開始位置Ｄ１である。
　プレ制御距離ΔＤが予め設定されているので、ステップＳ４では、プレ制御距離ΔＤを、ステップＳ３で算出した横速度Ｖｙで割ることにより、プレ制御時間Ｔを算出する。
　ステップＳ５では、プレトルク勾配αを算出する。図５に示すように、プレトルク勾配αは、ステップＳ２で決定したヒステリシス幅Ｈｙｓを、ステップＳ４で算出したプレ制御時間Ｔで割ることで算出する。
　ステップＳ６では、図２に示すプレトルク制御開始位置Ｄ２を決定する。プレトルク制御開始位置Ｄ２は、目標ライン設定部７２が設定した偏向開始位置Ｄ１よりもプレ制御距離ΔＤだけ車線内側の位置である。
　ステップＳ７では、自車両Ｃの横位置が、プレトルク制御開始位置Ｄ２に到達したか否かを判断する。この判断がＮＯであれば、ステップＳ７の判断を繰り返す。一方、ステップＳ７の判断がＹＥＳになった場合にはステップＳ８に進む。
　ステップＳ８では、ステップＳ５で算出したプレトルク勾配αでプレトルクが変化するように、プレトルク指令値を出力する。プレトルク指令値の出力は、自車両Ｃの横位置が偏向開始位置Ｄ１に到達するまで継続する。
　（実施形態の効果）
　本実施形態の制御部７０は、プレ制御部７３２を備えている。このプレ制御部７３２は、本制御部７３１が本制御を開始する偏向開始位置Ｄ１よりもプレ制御距離ΔＤだけ車線中央寄りの位置であるプレトルク制御開始位置Ｄ２からプレトルクを発生させる。図６の例では、時刻ｔ０からプレトルクの発生を開始している。
　プレ制御部７３２は、本制御部７３１が本制御を開始するまで、プレトルク指令値を出力する。これにより、本制御部７３１がアシストトルク指令値を出力し始めたときに、すでに、プレトルク指令値に対応するアシストトルクが発生している。
　ここで、自車両Ｃの横位置が偏向開始位置Ｄ１となるまでは、モータ８２にアシストトルクを全く発生させておらず、自車両Ｃの横位置が偏向開始位置Ｄ１となってからアシストトルク指令値を出力する場合を考える。また、自車両Ｃの横位置が偏向開始位置Ｄ１となった時点を図６の時刻ｔ１とする。
　自車両Ｃの横位置が偏向開始位置Ｄ１となるまではアシストトルクが全く発生していないとすると、時刻ｔ１でアシストトルク指令値を出力しても、実際に操舵角が変化し始める時点は、図６の二点鎖線で示すように、時刻ｔ１よりも遅い時刻ｔ２である。操舵トルクがヒステリシス幅Ｈｙｓを超えるまでにはある程度の時間を要し、操舵トルクがヒステリシス幅Ｈｙｓを超えないと、操舵角は変化し始めないからである。操舵角が時刻ｔ１よりも遅い時刻ｔ２から変化し始めるので、自車両Ｃは車線を逸脱してしまう恐れが生じる。
　これに対して、本実施形態では、本制御部７３１がアシストトルク指令値を出力したときに、すでにプレトルク指令値に対応するアシストトルクが発生している。そのため、本制御部７３１がアシストトルク指令値を出力した後、迅速に自車両Ｃが偏向を開始するので、自車両Ｃが車線を逸脱してしまうことを抑制できる。
　また、仮に、図６に破線で示すように、本実施形態においてプレトルク指令値を出力し始める時刻ｔ０から本制御部７３１が本制御を開始してしまうと、時刻ｔ１、すなわち、自車両Ｃが偏向開始位置Ｄ１に到達する時点ですでに、操舵トルクがヒステリシス幅Ｈｙｓを超えている。したがって、自車両Ｃが偏向開始位置Ｄ１に到達する前から、自車両Ｃは偏向を開始することになる。この場合、自車両Ｃが動き出すタイミングが早過ぎることになり、運転者に違和感を与えてしまう。
　これに対して、本実施形態で自車両Ｃが偏向開始位置Ｄ１に到達する前の時間である時刻ｔ０から時刻ｔ１の間に出力しているプレトルク指令値は、操舵角変化機構８３が持つ摩擦トルク以下のアシストトルクをモータ８２に発生させる指令値である。したがって、プレトルク指令値を出力しても、自車両Ｃは偏向を開始しないので、プレトルク指令値を出力しても、運転者に違和感を与えてしまうことを抑制できる。
　また、本実施形態では、プレ制御時間Ｔにステアリングに生じる振動も抑制できる。この理由は次の通りである。ヒステリシス幅Ｈｙｓ以下の操舵トルクであっても、ステアリングにトルクが加わっているため、操舵トルクの変化率すなわち勾配が変化すれば、ステアリングに振動が生じる。しかし、本実施形態では、一定勾配であるプレトルク勾配αでプレトルクを増加させる。したがって、プレ制御時間Ｔにステアリングに生じる振動を抑制できるのである。
　また、本実施形態では、自車両Ｃの横位置が偏向開始位置Ｄ１となるときに、モータ８２に発生させるアシストトルクが、ヒステリシス幅Ｈｙｓ、すなわち、操舵角変化機構８３が持つ摩擦トルクとなるように、プレトルク指令値を出力する。
　これにより、本制御部７３１がアシストトルク指令値の出力を開始したときに、即座に操舵角が変化する。したがって、本制御部７３１がアシストトルク指令値の出力を開始したときに、操舵トルクが０にはなっていないが、まだ、ヒステリシス幅Ｈｙｓよりも小さい場合に比較して、自車両Ｃが車線を逸脱してしまうことをより抑制できる。
　また、自車両Ｃの横位置が偏向開始位置Ｄ１となるときのアシストトルクがヒステリシス幅Ｈｙｓとなるようにプレトルク指令値を出力するので、自車両Ｃの横位置が偏向開始位置Ｄ１となる前後での操舵トルクの変化率の変化も少ない。したがって、プレ制御から本制御に切り替わるときにステアリングに生じる振動も抑制できる。
　また、本実施形態では、車速が低いほどヒステリシス幅Ｈｙｓが高くなる予め設定された関係を用いてヒステリシス幅Ｈｙｓを決定している（Ｓ２）。そして、偏向開始位置Ｄ１においてこのヒステリシス幅Ｈｙｓを出力することを指令するプレトルク指令値を出力している（Ｓ８）。これにより、車速が変化しても、精度よく、偏向開始位置Ｄ１で摩擦トルクに相当するプレトルクを出力することができる。したがって、車速が変化しても、迅速に、自車両Ｃが偏向を開始する。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の変形例も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。
　＜変形例１＞
　たとえば、図３に示した処理順序とは異なり、ステップＳ７をステップＳ２～Ｓ６よりも先に実行して、自車両Ｃの横位置がプレトルク制御開始位置Ｄ２に到達した場合に、ステップＳ２～Ｓ６を実行してプレトルク勾配αを決定してもよい。
　＜変形例２＞
　前述の実施形態では、本制御部７３１は、目標操舵角を決定し、さらに、この目標操舵角からアシストトルクを決定し、このアシストトルクを表すアシストトルク指令値をＥＰＳ－ＥＣＵ８１に出力していた。しかし、目標操舵角を本制御量として、この目標操舵角を表す指令値を本制御信号として、ＥＰＳ－ＥＣＵ８１に出力してもよい。この場合、目標操舵角からアシストトルクを決定する処理をＥＰＳ－ＥＣＵ８１が行う。
　＜変形例３＞
　前述の実施形態では、自車両Ｃの位置が偏向開始位置Ｄ１となったときにヒステリシス幅Ｈｙｓとなるプレトルクを発生させるプレトルク指令値を出力していた。しかし、自車両Ｃの位置が偏向開始位置Ｄ１となったときに発生しているプレトルクがヒステリシス幅Ｈｙｓ以下であっても、０よりも大きければ、自車両Ｃの位置が偏向開始位置Ｄ１となるまで全くアシストトルクを発生させない場合に比較すれば、自車両Ｃの位置が偏向開始位置Ｄ１となった後に、早期に自車両Ｃを偏向させることができる。
　＜変形例４＞
　自車両Ｃの位置が偏向開始位置Ｄ１となるよりも前に、プレトルクがヒステリシス幅Ｈｙｓとなるようにプレトルク指令値を出力してもよい。
１：車線逸脱抑制システム
１０：カメラ
２０：車速センサ
３０：ヨーレートセンサ
４０：操舵角センサ
５０：加速度センサ
６０：白線認識装置
７０：車線逸脱制御部
７１：逸脱判定部
７２：目標ライン設定部
７３：目標操舵トルク演算部
８０：電動パワーステアリングシステム
８１：ＥＰＳ－ＥＣＵ
８２：モータ
８３：操舵角変化機構
７３１：本制御部
７３２：プレ制御部

Claims (4)

  1. 　操舵角を変化させる操舵角変化機構（８３）と、前記操舵角変化機構を動作させるモータ（８２）とを搭載した車両（Ｃ）に備えられた車線逸脱抑制装置（７０）であって、
    　前記車両が車線を逸脱することを抑制するために、前記車両を偏向させ始める偏向開始位置に前記車両の位置が到達した以降に、前記操舵角が変化するアシストトルクを前記モータに発生させるための本制御量を表す本制御信号を出力する本制御部（７３１）と、
    　前記車両の位置が前記偏向開始位置よりも車線中央側に位置している状態で、前記本制御部が前記本制御信号を出力するまで、前記操舵角変化機構が持つ摩擦トルク以下の前記アシストトルクを前記モータに発生させるためのプレ制御量を表すプレ制御信号を出力するプレ制御部（７３２）とを備えることを特徴とする車線逸脱抑制装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記プレ制御部は、前記偏向開始位置において、前記アシストトルクを前記操舵角変化機構が持つ摩擦トルクとするための前記プレ制御量を表すプレ制御信号を出力することを特徴とする車線逸脱抑制装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記プレ制御部は、前記車両の車速を取得し、取得した前記車速と、前記車速が低いほど前記摩擦トルクが大きくなる予め設定された関係とに基づいて、前記偏向開始位置において出力する前記プレ制御信号が表す前記プレ制御量を決定することを特徴とする車線逸脱抑制装置。
  4. 　請求項２または３において、
    　前記プレ制御部は、
    　前記車両の横速度と、前記プレ制御信号を出力する車線幅方向の距離である予め設定されたプレ制御距離とから、前記プレ制御信号を出力する時間であるプレ制御時間を算出し、
    　前記プレ制御時間中、前記プレ制御時間と、前記偏向開始位置において前記モータに発生させる前記アシストトルクとから定まる一定勾配で前記アシストトルクを増加させる前記プレ制御量を表す前記プレ制御信号を出力することを特徴とする車線逸脱抑制装置。
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