JP2010125952A - レーンキープ又はレーン逸脱防止システム - Google Patents

Abstract

【課題】車両挙動の安定を確保しながら、走行レーンからの逸脱を抑制してレーンキープすること。
【解決手段】ステアリングハンドル３による操舵を電動機４で補助し、前記ステアリングハンドル３の操作角に対する前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角との舵角比を変化させる舵角比可変機構１１３を有する電動パワーステアリング装置１１０と、後輪２Ｌ、２Ｒのトー角を変更可能とするトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒと、走行レーンをキープする際に設定される目標とのずれを判定する操舵制御ＥＣＵ１３０と、操舵制御ＥＣＵ１３０の判定結果に基づいて、前記舵角比可変機構１１３の舵角比及び前記後輪２Ｌ、２Ｒのトー角をそれぞれ制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のレーンキープ又はレーン逸脱防止システムに関する。

ＣＣＤカメラやレーダ装置等によって車両の外界の状況を検知しながら走行する自動車を支援する自動車走行支援手段として、例えば、先行車との車間距離を一定に保持して走行し、先行車がいないときは一定の速度で走行するＡＣＣシステム（アダプティブ・クルーズコントロール・システム）や、車両が走行する走行レーンからずれないようにステアリングハンドルを操作するレーンキープシステムや、先行車との車間距離が所定値以下になったときや障害物を検知したときに、自動的に減速・停止する衝突軽減ブレーキシステム等が知られている。

例えば、特許文献１には、レーンキープシステムにおいて、ＣＣＤカメラで進行方向の走行レーンを撮影した映像を画像処理するなどして、走行レーンの路面に設けられた白線等の境界線を識別し、そして、前輪の転舵操作によって、自動車が境界線から逸脱しないように操舵する技術が開示されている。

また、特許文献２には、ステアリングハンドルの操作角と車速とに基づいて、全走行輪を独立して作動制御する全輪独立操舵装置が開示されている。
特開２００６−４４５６３号公報 特公平６−４７３８８号公報

ところで、従来技術に係るレーンキープシステムでは、車両の操舵において、前輪は電動パワーステアリング装置を用い、ステアリングハンドルに付与される操作反力を増加させることによって境界線から車両が逸脱しないようにし、または、車両が自車線に戻るようにステアリングハンドルの操舵をアシストすることによって障害物に対する衝突を回避している。

この場合、従来技術に係るレーンキープシステムでは、電動パワーステアリング装置のみによって車両のレーンキープ制御を行っており、ステアリングハンドルの操作に起因するヨーレートの変化量はそのままで何ら制御していないと共に、ステアリングハンドルの必要操作量も変化させることがなく一定に保持されている。このため、ヨーレート等の変化によって、運転者がレーンキープをしようとしてステアリングハンドルを操作した際、車両挙動の不安定化を招来するおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、車両挙動の安定を確保しながら、走行レーンからの逸脱を抑制（防止）してレーンキープすることが可能なレーンキープ又はレーン逸脱防止システムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、前輪を転舵させるステアリングハンドルによる操舵を電動機で補助し、前記ステアリングハンドルの操作角に対する車輪の転舵角との舵角比を変化させる舵角比可変機構を有する電動パワーステアリング装置と、左右の後輪のトー角を変更可能とするトー角変更装置と、走行レーンをキープする際に設定される目標とのずれを判定する判定装置と、前記判定装置の判定結果に基づいて、前記電動パワーステアリング装置の前記舵角比可変機構及び前記トー角変更装置をそれぞれ制御する操舵制御装置とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、判定装置によって、車両が走行レーンを逸脱しその逸脱方向に障害物（対向車）があることで衝突の可能性があると判定されたとき、又は、車両が走行レーンを逸脱していると判定されたときに、運転者が車両を逸脱方向に操作しようとする場合において、操舵制御装置は、電動パワーステアリング装置を制御して、ステアリングハンドルを操作する運転者に付与される操作反力を増大させると共に、舵角比可変機構に対して制御信号を導出し、ステアリングハンドルの操作角に対する車輪（前輪）の転舵角との舵角比を、車両が走行レーンを逸脱する前と比較して減少させる。同時に、操舵制御装置は、後輪のトー角が所定角度でトーインとなるように制御信号を導出し、トー角変更装置を作動させて後輪のトー角をトーインに変更する。

このような制御により、ステアリングハンドルを操作する運転者に対し、前記ステアリングハンドルが重くなるようなステアリング操作感覚が付与されると共に、舵角比を走行レーンの逸脱前と比較して所定値だけ減少させることにより、ステアリングハンドルによる必要操作量が所定量だけ増大されてステアリングハンドルに付与される負荷量が増大する。

この結果、本発明では、ステアリングハンドルによるステアリング操作が鈍感（dull）な特性となり、運転者に対して逸脱を回避してステアリングハンドルを戻すようなステアリング操作を促すと共に、車両が走行レーンを逸脱する前と比較して、ステアリングハンドルを所定角度だけ切っても実際の前輪の転舵角がステアリング操作角に対応して増大しないように制御される。また、後輪のトー角がトーインに設定されることにより、ヨーレートの発生が抑制されて、車両挙動の安定性を維持することができる。

このように、本発明では、判定装置において、車両が走行レーンを逸脱しその逸脱方向に障害物（対向車）があることで衝突の可能性があると判定したとき、又は、走行レーンを逸脱したと判定したとき、電動パワーステアリング装置及び舵角比可変機構の舵角比によるステアリング制御と、トー角変更装置による車両挙動制御とを略同時に行うことにより、車両挙動の安定を確保しながら、走行レーンからの逸脱を抑制してレーンキープ又はレーン逸脱防止をすることができる。

また、本発明によれば、操舵制御装置が、ステアリングハンドルを操作する運転者に付与される操作反力を増大させると共に、舵角比可変機構の舵角比を、車両が走行レーンを逸脱する前と比較して減少させ、且つ、前記トー角変更装置を作動させて後輪のトー角をトーインに変更することにより、車両挙動の安定を確保しながら、走行レーンからの逸脱を抑制してレーンキープすることができる。

さらに、本発明では、運転者が車両を逸脱低減の方向に操作しようとする場合において、操舵制御装置が、電動パワーステアリング装置に設けられた電動機を駆動させ、ステアリングハンドルを操作する運転者に対して積極的に衝突を回避するための操舵アシストをすると共に、舵角比可変機構の舵角比を、衝突回避動作を開始する前と比較して増大させ、且つ、トー角変更装置を作動させて後輪のトー角をトーアウトに変更するように構成すると好適である。

すなわち、判定装置によって走行レーンを逸脱したと判定された後、車両が対向車等の障害物と衝突しそうになったとき、操舵制御装置は、電動パワーステアリング装置の電動機を駆動させ、ステアリングハンドルを操作する運転者に対して積極的に衝突を回避するための操舵アシストをすると共に、舵角比可変機構の舵角比を衝突回避動作前と比較して増大させ、且つ、後輪のトー角が所定角度でトーアウトとなるようにトー角変更装置を作動させる。

従って、本発明では、障害物（対向車）との衝突を回避するためにステアリングハンドルを操作する運転者に対して前記ステアリングハンドルが切れ易くなるように電動機の駆動力で操舵アシストすると共に、舵角比を衝突回避動作前と比較して所定値だけ増大させることにより、ステアリングハンドルの必要操作量を早期に増大させてステアリングハンドルの切り遅れ操作を回避することができる。また、後輪のトー角がトーアウトに設定されてヨーレートの発生が促進され、前記発生するヨーレートを利用して車両を迅速に退避動作させることにより、障害物（対向車）に対する衝突を早期に回避することができる。

さらにまた、本発明では、操舵制御装置において、自車が衝突を回避し又は走行レーンの適切な位置に戻ったとき、電動パワーステアリング装置に設けられた電動機による、ステアリングを操作する運転者に対して積極的に衝突を回避するための操舵アシストの作動を停止して前記運転者に対する負荷を衝突回避動作開始前の状態に戻すと共に、舵角比可変機構の舵角比を衝突回避動作開始前の状態に戻し、且つ、トー角変更装置による後輪のトー角を衝突回避動作開始前の状態に戻すように構成すると好適である。

すなわち、判定装置によって、車両（自車）が走行レーンを逸脱し衝突回避位置又は走行レーンの適切な位置に戻ったと判定されたとき、電動パワーステアリング装置の電動機を衝突回避動作開始前の状態に戻し、ステアリングハンドルを操作する運転者に対して積極的に衝突を回避するための操舵アシストの作動を停止して衝突回避動作開始前の状態に戻し、舵角比可変機構の舵角比を通常の状態に戻すことで、操舵アシストが作動した状態から操舵負荷が軽減された衝突回避動作開始前の状態に戻すことができる。

従って、運転者は、このような操舵負荷の軽減を体感することにより、車両が衝突回避位置まで移動したことを確認することができる。この結果、運転者が必要以上の回避動作をして車両の挙動の不安定にすることを防止し、操舵による回避行動から通常の運転モードに容易に戻すことができる。

車両挙動の安定を確保しながら、走行レーンからの逸脱を抑制（防止）してレーンキープすることが可能なレーンキープ又はレーン逸脱防止システムを得ることができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車両システムが適用された四輪車両の全体概念図、図２は、前記操舵システムを構成する電動パワーステアリング装置の構成図である。

図１に示されるように、車両システム１００は、前輪１Ｌ、１Ｒを転舵させるステアリングハンドル３による操舵を電動機４で補助する電動パワーステアリング装置１１０、ステアリングハンドル３の操作角と車速とに応じて後輪２Ｌ、２Ｒのトー角をそれぞれ独立にアクチュエータ３０によって変更させるトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒ、電動パワーステアリング装置１１０及びトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒを制御する操舵制御装置１３０（以下、操舵制御ＥＣＵという）、レーンキープのために画像情報を処理する画像処理装置１５０、車速センサＳ_Ｖ、ヨーレートセンサＳ_Ｙ等を含んで構成される。

左右の前輪１Ｌ、１Ｒは、車両システム１００が備わる車両Ｖの進行方向を決定する転舵輪であって、運転者は、ステアリングハンドル３の操作によって前輪１Ｌ、１Ｒを操舵し、車両Ｖを左右方向に旋回させる。

ヨーレートセンサＳ_Ｙは、車両Ｖに発生しているヨーレートを検出するセンサである。このヨーレートセンサＳ_Ｙは、例えば、車両Ｖにヨーレートが発生していないときを「０」として、左方向のヨーレートが発生しているときに正の値、右方向のヨーレートが発生しているときに負の値が出力される。

（電動パワーステアリング装置）
電動パワーステアリング装置１１０（以下、必要に応じてＥＰＳともいう）は、図２に示されるように、ステアリングハンドル３を有し、前記ステアリングハンドル３は、シャフトを介して操作角検出センサ１１１及び、操作反力モータ１１２に連結される。この操作反力モータ１１２は、操舵制御ＥＣＵ１３０に図示しない駆動回路を介して接続され、駆動されるときに運転者に対して適宜な操作反力が付与される。なお、前記操作反力モータ１１２を省略して後記する電動機４によって操作反力をステアリングハンドル３に付与するようにしてもよい。

すなわち、操作反力モータ１１２は、操舵制御ＥＣＵ１３０からの信号を受けて、ステアリングハンドル３の操作角及び操作方向に対応して、ステアリングハンドル３の操作方向（ステアリングハンドル３の動き）とは異なる向き及び所定の大きさの反力（操作反力）を発生させることにより、転舵操作の操作性及び精度を向上させるものである。

また、電動パワーステアリング装置１１０は、運転者の操作によって回転したステアリングハンドル３の操作角に対する車輪（前輪）の転舵角との舵角比を車速等に対応して適宜変更する舵角比可変機構１１３を有する。この舵角比可変機構１１３は、例えば、公知のハーモニックドライブ（登録商標）等の波動歯車減速機から構成される。このように舵角比可変機構１１３を有する操舵系は、舵角比を増減変更させることによって、前輪１Ｌ、１ＲがＡＦＳ（Active Front Steering）制御される。なお、前記ステアリングハンドル３と転舵系との機械的連結が遮断されたステア・バイ・ワイヤによって構成し、図示しない転舵角センサを用いて舵角比を制御するようにしてもよい。

図２に示されるように、舵角比可変機構１１３の下方側にはピニオン軸７が延在するように設けられる。前記ピニオン軸７の下端部に設けられたピニオンギヤ７ａは、車幅方向に往復運動可能なラック軸のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端部には、タイロッド９、９を介して左右の前輪１Ｌ、１Ｒが連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置１１０は、ステアリングハンドル３の操作時に車両の進行方向を変えることができる。なお、ピニオン軸７は、図示しない軸受を介してステアリングギヤボックス６に支持されている。

また、電動パワーステアリング装置１１０は、ステアリングハンドル３による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機４を備えており、この電動機４の出力軸に設けられたウォームギヤ５ａが、ピニオン軸７に設けられたウォームホィールギヤ５ｂに噛合している。すなわち、ウォームギヤ５ａとウォームホィールギヤ５ｂとによって、減速機構が構成されている。

電動機４は、複数の界磁コイルを備えたステータ（図示せず）と前記ステータの内部で回動するロータ（図示せず）からなる３相ブラシレスモータからなり、電気エネルギを機械エネルギに変換するものである。

また、電動パワーステアリング装置１１０は、電動機４を駆動する電動機駆動回路２３と、電動機４の回転角を検出するレゾルバ２５と、ピニオン軸７に加えられるピニオントルクを検出するトルクセンサＳ_Ｔと、トルクセンサＳ_Ｔの出力を増幅する差動増幅回路２１と、車両の速度（車速）を検出する車速センサＳ_Ｖとを備えている。

電動機駆動回路２３は、例えば、３相のＦＥＴブリッジ回路のような複数のスイッチング素子を備え、操舵制御ＥＣＵ１３０からのＤＵＴＹ（ＤＵ、ＤＶ、ＤＷ）信号を用いて、矩形波電圧を生成し、電動機４を駆動するものである。また、電動機駆動回路２３は、図示しないホール素子を用いて３相の電動機電流を検出する機能を併有する。

操作角検出センサ１１１は、ステアリングハンドル３の操作量を検出するものであり、例えば、ポテンショメータによって構成され、ステアリングハンドル３の操作角を電圧値として出力する。また、トルクセンサＳ_Ｔは、例えば、歪ゲージ等によって構成され、ステアリングハンドル３から入力されるトルク量を検出する。さらに、車速センサＳ_Ｖは、車両Ｖの車速ＶＳを単位時間当たりのパルス数として検出するものであり、車速信号ＶＳを出力する。

（トー角変更装置）
次に、図３及び図４を参照しながら、トー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒの構成について説明する。図３は、左後輪側のトー角変更装置の平面図、図４は、トー角変更装置のアクチュエータの構造を示す概略断面図である。

トー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒ（以下、必要に応じてＲＴＣともいう）は、車両Ｖの左右の後輪２Ｌ、２Ｒにそれぞれ取り付けられるものであり、図３では、左後輪２Ｌを例にしてトー角変更装置１２０Ｌを示している。トー角変更装置１２０Ｌは、アクチュエータ３０、トー角変更制御装置（以下、トー角変更制御ＥＣＵという）３７を備えている。なお、図３は、左側の後輪２Ｌのみを示しているが、右側の後輪２Ｒについても同様（対称）にして取り付けられている。

図３に示されるように、車体のリアサイドフレーム１１に略車幅方向に延在するクロスメンバ１２の車幅方向端部が弾性支持されている。そして、略車体前後方向に延在するトレーリングアーム１３の前端がクロスメンバ１２の車幅方向の端部近傍で支持されている。トレーリングアーム１３の後端に後輪２Ｌが固定されている。トレーリングアーム１３は、クロスメンバ１２に装着される車体側アーム１３ａと、後輪２Ｌに固定される車輪側アーム１３ｂとが、略鉛直方向の回動軸１３ｃを介して連結されている。これにより、トレーリングアーム１３が車幅方向へ変位することが可能となっている。

アクチュエータ３０は、その一端が車輪側アーム１３ｂの回動軸１３ｃより前方側の前端部にボールジョイント１６を介して取り付けられ、他端がクロスメンバ１２に他のボールジョイント１７を介して取り付けられている。

図４に示されるように、アクチュエータ３０は、電動機３１、減速機構３３、送りねじ部３５等を備えて構成されている。電動機３１は、正逆両方向に回転可能なブラシモータやブラシレスモータ等で構成されている。減速機構３３は、例えば、２段のプラネタリギヤ（図示せず）等が組み合わされて構成されている。

送りねじ部３５は、円筒形状に形成されたロッド３５ａと、このロッド３５ａの内部に挿入されて円筒形状を呈し、内周側にスクリュー溝３５ｂが形成されたナット３５ｃと、スクリュー溝３５ｂと噛合してロッド３５ａを軸方向に変位可能に支持するスクリュー軸３５ｄとを備えて構成されている。

送りねじ部３５は、減速機構３３及び電動機３１と共に細長形状の略円筒形状のケース本体３４内に収容されている。また、ケース本体３４の送りねじ部３５側には、樹脂製又はゴム製のブーツ３６がケース本体３４の端部とロッド３５ａの端部との間を被覆するように取り付けられている。このブーツ３６によって、ケース本体３４の端部から露呈したロッド３５ａの外周面に塵埃や異物が付着したり、ケース本体３４の内部に外部から塵埃や異物が進入することを防止することができる。

減速機構３３の一端部は、電動機３１の出力軸と同軸状に連結され、他端部は、スクリュー軸３５ｄと連結されている。電動機３１からの回転駆動力は、減速機構３３を介してスクリュー軸３５ｄに伝達されてスクリュー軸３５ｄが回転することにより、ロッド３５ｄがケース本体３４に対して左右方向（軸方向）に進退自在に動作するようになっている。スクリュー軸３５ｄとナット３５ｃのスクリュー溝３５ｂとの噛合の摩擦力により、電動機３１が通電されて駆動されていない状態においても、後輪２Ｌ、２Ｒのトー角が一定に保持される。

また、アクチュエータ３０には、ロッド３５ａの位置（進退動作時の変位量）を検出するストロークセンサ３８が設けられている。このストロークセンサ３８は、例えば、マグネットが内蔵され、磁気を利用して位置を検出することができるようになっている。このように、ストロークセンサ３８を用いて位置を検出することにより、後輪２Ｌ、２Ｒのトーイン、トーアウトの舵角（トー角）を個別に高精度に検出することができる。

このように構成されたアクチュエータ３０は、ロッド３５ａの先端に設けられたボールジョイント１６がトレーリングアーム１３の車輪側アーム１３ｂ（図３参照）に回動自在に連結され、ケース本体３４の基端部（図４において向かって右側の端部）に設けられたボールジョイント１７がクロスメンバ１２（図３参照）に回動自在に連結されている。電動機３１の回転駆動力によってスクリュー軸３５ｄが回転してロッド３５ａが図４の左方向に伸張すると、車輪側アーム１３ｂが車幅方向外側（図３の左方向）に押圧されて、後輪２Ｌが左方向に旋回する。一方、ロッド３５ａが図４の右方向に縮退すると、車輪側アーム１３ｂが車幅方向内側（図３の右方向）に引張されて、後輪２Ｌが右方向に旋回する。

なお、アクチュエータ３０のボールジョイント１６が取り付けられる部位は、例えば、ナックル等の後輪２Ｌのトー角を変更できる位置であれば、車輪側アーム１３ｂに限定されるものではない。また、本実施形態では、トー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒをセミトレーリングアーム型独立懸架方式のサスペンションに適用した場合を例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、ダブルウイッシュボーン式サスペンションのサイドロッドや、ストラット式サスペンションのサイドロッド等に前記アクチュエータを組み付けるようにしてもよい。

また、アクチュエータ３０には、トー角変更制御ＥＣＵ３７が一体的に取り付けられている。トー角変更制御ＥＣＵ３７は、アクチュエータ３０のケース本体３４に固定され、ストロークセンサ３８とコネクタ等を介して接続されている。さらに、左右のトー角変更制御ＥＣＵ３７、３７同士の間と、トー角変更制御ＥＣＵ３７、３７と操舵制御ＥＣＵ１３０との間とは、通信回線で接続されている。なお、トー角変更制御ＥＣＵ３７には、車両に搭載された図示しないバッテリ等の電源から電力が供給される。操舵制御ＥＣＵ１３０、電動機駆動回路２３にも前記とは別系統でバッテリ等の電源から電力が供給される。

（トー角変更制御ＥＣＵ）
次に、図５を参照しながら、トー角変更制御ＥＣＵの詳細な構成を説明する。図５は、トー角変更制御ＥＣＵのブロック構成図である。
図５に示されるように、トー角変更制御ＥＣＵ３７は、アクチュエータ３０、つまり電動機３１を駆動制御する機能を有し、制御部８１と電動機駆動回路８３とで構成されている。また、各トー角変更制御ＥＣＵ３７は、操舵制御ＥＣＵ１３０と通信線を介して接続され、一方と他方のトー角変更制御ＥＣＵ３７は、それぞれ、通信線（図１及び図５参照）を介して接続されている。この場合、操舵制御ＥＣＵ１３０とトー角変更制御ＥＣＵ３７とによって、操舵制御装置が構成される。

制御部８１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えるマイクロコンピュータ及び周辺回路等によって構成され、目標電流算出部８１ａ、電動機制御信号生成部８１ｃ、自己診断部８１ｄを有している。

一方（右後輪２Ｒ側）のトー角変更制御ＥＣＵ３７の目標電流算出部８１ａは、操舵制御ＥＣＵ１３０から通信線を介して入力される車速と、操作角と、後輪２Ｒの目標トー角と、ストロークセンサ３８から得られる現在の後輪２Ｒのトー角とに基づいて、目標電流信号を算出して、電動機制御信号生成部８１ｃに出力する。

他方（左後輪２Ｌ側）のトー角変更制御ＥＣＵ３７の目標電流算出部８１ａは、操舵制御ＥＣＵ１３０から通信線を介して入力される車速と、操作角と、後輪２Ｌの目標トー角と、ストロークセンサ３８から得られる現在の後輪２Ｌのトー角とに基づいて、目標電流信号を算出して、電動機制御信号生成部８１ｃに出力する。ここで、目標電流信号とは、アクチュエータ３０を所望の速度で所望の作動量（後輪２Ｌ、２Ｒを所望のトー角とする変位量）に設定するのに必要な電流信号である。

電動機制御信号生成部８１ｃは、目標電流算出部８１ａから目標電流信号が入力され、電動機駆動回路８３に電動機制御信号を出力する。この電動機制御信号は、電動機３１に供給される電流値と電流を流す方向を含む信号からなる。電動機駆動回路８３は、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）のブリッジ回路等で構成され、電動機制御信号に基づいて電動機３１に電動機電流を供給する。

また、図５に示されるように、自己診断部８１ｄは、ストロークセンサ３８からの位置情報や電動機駆動回路８３の状態の信号、目標電流算出部８１ａからの目標電流信号を受信し、また、自分が所属していない他方のトー角変更制御ＥＣＵ３７からの異常検知信号を受信していないかチェックする。つまり、自身のトー角変更制御ＥＣＵ３７に対応する電動機３１や電動機駆動回路８３が健全に作動しているか否かを示す信号を受信して監視していると共に、他方のトー角変更制御ＥＣＵ３７に対応する電動機３１や電動機駆動回路８３が健全に作動しているか否かを示す信号を監視している。

（画像処理装置）
次に、図１に戻って画像処理装置１５０について説明する。この画像処理装置１５０は、車両Ｖが走行する走行レーンを撮影して画像処理し、走行レーンの路面に備わるセンタラインや白線（黄色線を含む）で形成される境界線を識別する装置であって、進行方向の走行レーンを撮影するＣＣＤカメラ１５１と画像処理部１５２とを含んで構成される。そして、ＣＣＤカメラ１５１で撮影した映像信号を、画像処理部１５２で画像処理して、走行レーンの路面に備わるセンタラインや白線等の境界線を抽出し、進行方向の走行レーンの状態（例えば、カーブの曲率等）を算出する。

また、画像処理装置１５０は、抽出された境界線と車両Ｖの走行位置との関係から、車両Ｖと走行レーンの中央位置を、レーンキープのときに設定する目標として、車両Ｖの走行位置と走行レーンの中央とのずれｘ（以下、横変位ｘという）、境界線に対する車両Ｖのヨー角φ_Ｖ等を算出し、操舵制御ＥＣＵ１３０に通知する機能を有する。

さらに、画像処理装置１５０は、ＣＣＤカメラ１５１で撮影した映像信号を画像処理部１５２で画像処理することにより、例えば、境界線を逸脱して対向車等の障害物を検知したとき、操舵制御ＥＣＵ１３０に通知する機能を有する。

ここで、画像処理装置１５０は、例えば、車両Ｖが走行レーンの中央位置を走行するときに横変位ｘを「０」とし、車両Ｖが走行レーンの中央位置から偏位してずれた場合には、走行レーンの中央位置からのずれ（距離）を出力する。そして、例えば、車両Ｖが走行レーンの中央位置から左方向にずれた場合に正の値とし、右方向にずれた場合に負の値を出力するように構成すれば、ずれた量及び方向を出力することができる。

画像処理装置１５０が、センタラインや白線等の境界線を抽出する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、入力された画像を二値化処理して、その明暗差から路面とセンタラインや白線等を識別する方法等によって実現することができる。さらに、画像処理装置１５０に設けられたＣＣＤカメラ１５１は、これに限定されるものではなく、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラ等が好適に用いられる。

（操舵制御ＥＣＵ）
操舵制御ＥＣＵ１３０(図１参照)は、電動パワーステアリング装置１１０の電動機駆動回路２３（図２参照）、左右のトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒに接続され、それぞれを制御したり、各センサと接続され、各センサが出力する情報を入力したりする装置である。また、操舵制御ＥＣＵ１３０は、画像処理装置１５０と接続され、境界線に対する車両Ｖのヨー角φ_Ｖや横変位ｘ等の情報が、画像処理装置１５０から入力される。操舵制御ＥＣＵ１３０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたマイクロコンピュータ及び周辺回路によって構成される。

また、操舵制御ＥＣＵ１３０は、車両Ｖの車速ＶＳと画像処理装置１５０から入力される横変位ｘ、境界線に対する車両Ｖのヨー角φ_Ｖ等に基づいて、レーンキープに必要な目標が設定される。

（レーンキープ）
以上のような構成要素を含んで構成される車両システム１００を備える車両Ｖ（図１参照）は、画像処理装置１５０で走行レーンの路面に備わるセンタラインや白線等の境界線を抽出し、走行レーンの中央位置に対する車両Ｖの横変位ｘ（目標とのずれ）を検出しながら走行する。

そして、操舵制御ＥＣＵ１３０は、車両Ｖが走行レーンからずれることがなくレーンキープするように、画像処理装置１５０から入力される、走行レーンの中央位置に対する車両Ｖの横変位ｘや境界線に対する車両Ｖのヨー角φ_Ｖ等の情報に基づいて、トー角変更装置１２０及び電動パワーステアリング装置１１０を制御する。

図６は、レーンキープ制御に関する概略ブロック図である。以下、図６に基づいて、レーンキープ制御について説明する。

先ず、操舵制御ＥＣＵ１３０に対して、画像処理装置１５０から横変位ｘ、ヨー角φ_Ｖ等の情報、トルクセンサＳ_Ｔからのトルク信号、車速センサＳ_Ｖからの車速信号、ヨーレートセンサＳ_Ｙからのヨーレート信号がそれぞれ入力される。なお、左右の後輪２Ｌ、２Ｒのトー角は、初期状態に予めイニシャライズされているものとする。

操舵制御ＥＣＵ１３０は、これらの信号等に基づいて、車両Ｖが走行レーンに備わるセンタラインや白線等の境界線を逸脱しているか否かを判定し、車両Ｖが境界線を逸脱していると判定した場合、逸脱低減制御を指示する。なお、前記判定される「逸脱」とは、車両Ｖの一部が走行レーンの境界線から外れること以外に、車両が走行レーンの中央から大きく偏ることをも含む。

すなわち、操舵制御ＥＣＵ１３０は、電動パワーステアリング装置１１０（以下、必要に応じてＥＰＳともいう）の操作反力モータ１１２に対して制御信号を出力して前記操作反力モータ１１２を駆動させ、ステアリングハンドル３を操作する運転者に付与される操作反力を増大させると共に、舵角比可変機構１１３に対して制御信号を出力し、ステアリングハンドル３の舵角（操作角）に対する車輪（前輪１Ｌ、１Ｒ）の転舵角との舵角比を、車両Ｖが走行レーンを逸脱する前と比較して下げる（減少させる）ＡＦＳ制御を遂行する（図６（ａ）参照）。

前記ＥＰＳのステアリング制御により、ステアリングハンドル３を操作する運転者に対し、前記ステアリングハンドル３が重くなるようなステアリング操作感覚が付与されると共に、ＡＦＳ制御によって舵角比を走行レーンの逸脱前と比較して所定値だけ下げることにより、ステアリングハンドル３による必要操作量が所定量だけ増大されてステアリングハンドル３に付与される負荷量が増大する。

この結果、ステアリングハンドル３によるステアリング操作が鈍感（dull）な特性となり、運転者に対して逸脱を回避してステアリングハンドル３を戻すようなステアリング操作を促すと共に、通常走行時と比較してステアリングハンドル３を所定角度だけ切っても実際の前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角がステアリング操作角に対応して増大しないように制御する。換言すると、運転者がステアリングハンドル３を切っても、実際の前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角が前記ステアリングハンドル３の操作角に対応して大きくなることがないように制御される。

同時に、操舵制御ＥＣＵ１３０は、トー角変更制御ＥＣＵ３７に対して、左右の後輪２Ｌ、２Ｒのトー角が所定角度で「トーイン」となるように制御信号を導出し、トー角変更装置１２０を作動させて「トーイン」にトー角を変更する。トー角変更制御ＥＣＵ３７は、アクチュエータ３０の電動機３１を駆動させてロッド３５ａを軸方向に沿って縮退させることにより、左右の後輪２Ｌ、２Ｒを所望のトー角からなる「トーイン」に設定することができる。なお、前記左右の後輪２Ｌ、２Ｒのトー角は、ストロークセンサ３８で検出され、その検出信号に基づいてフィードバック制御される。この場合、左右の後輪２Ｌ、２Ｒのトー角が「トーイン」に設定されることにより、ヨーレートの発生が抑制されて、車両挙動の安定性を維持することができる。

このように、本実施形態では、操舵制御ＥＣＵ１３０が境界線を逸脱したと判定したとき、運転者が車両Ｖを逸脱方向に向かって操作しようとする場合において、ＥＰＳ及びＡＦＳによるステアリング制御と、ＲＴＣによる車両挙動制御とを略同時に行うことにより、車両挙動の安定を確保しながら、走行レーンからの逸脱を抑制してレーンキープすることができる。

次に、操舵制御ＥＣＵ１３０が境界線を逸脱したと判定した後、例えば、対向車等の障害物に衝突しそうになったときの制御について以下、説明する。

操舵制御ＥＣＵ１３０が境界線を逸脱したと判定した後、画像処理装置１５０が、例えば、対向車等の障害物を検知し車両Ｖが対向車と衝突しそうになったとき、運転者が車両Ｖを逸脱低減の方向に操作する場合において、操舵制御ＥＣＵ１３０は、衝突回避アシスト制御を指示する。

すなわち、操舵制御ＥＣＵ１３０は、ＥＰＳの電動機駆動回路２３に対して制御信号を導出して電動機４を駆動させ、ステアリングハンドル３を操作する運転者に対して積極的に衝突を回避するための操舵アシストをすると共に、舵角比可変機構１１３に対して制御信号を導出し、ステアリングハンドル３の舵角（操作角）に対する車輪（前輪）の転舵角との舵角比を、衝突回避動作の前と比較して上げる（増大させる）ＡＦＳ制御を遂行する（図６（ｂ）参照）。

前記ＥＰＳによるステアリング制御により、障害物（対向車）との衝突を回避するためにステアリングハンドル３を操作する運転者に対して前記ステアリングハンドル３が切れ易くなるように電動機４の駆動力で操舵アシストすると共に、ＡＦＳ制御によって舵角比を衝突回避動作の前と比較して所定値だけ上げる（増大させる）ことにより、早期に必要操作量を増大させてステアリングハンドル３の切り遅れ操作を回避する。

この結果、ステアリングハンドル３によるステアリング操作が鋭敏（sensitive）な特性となり、障害物（対向車）との衝突を早期に回避するために運転者に対してステアリングハンドル３を早く切るようにステアリング操作を促すと共に、通常走行時と比較してステアリングハンドル３を僅かに切っても実際の前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角が大きくなるように制御する。換言すると、運転者がステアリングハンドル３を僅かに切っても、実際の前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角が前記ステアリングハンドル３の操作角に対応する転舵角よりも大きくなるように制御される。

同時に、操舵制御ＥＣＵ１３０は、トー角変更制御ＥＣＵ３７に対して、左右の後輪２Ｌ、２Ｒのトー角が所定角度で「トーアウト」となるように制御信号を導出する。トー角変更制御ＥＣＵ３７は、アクチュエータ３０の電動機３１を駆動させてロッド３５ａを軸方向に沿って伸張させることにより、左右の後輪２Ｌ、２Ｒを所望のトー角からなる「トーアウト」に設定することができる。なお、前記左右の後輪２Ｌ、２Ｒのトー角は、ストロークセンサ３８で検出され、その検出信号に基づいてフィードバック制御される。この場合、左右の後輪２Ｌ、２Ｒのトー角が「トーアウト」に設定されることにより、ヨーレートの発生が促進され、前記発生するヨーレートを利用して車両Ｖを迅速に退避動作させることにより、障害物（対向車）に対する衝突を早期に回避することができる。なお、ＡＦＳ制御では、舵角可変機構１１３によって上昇させた舵角比によって、ステアリングハンドル３の操作量が増大して必要操作量となったとき、前記舵角比を所定値に低下させる。

このように、本実施形態では、逸脱防止制御において、操舵負荷が助長されてステアリングハンドル３が重くなると共に、ヨーレート変化が抑制されることにより、車両挙動の安定性を確保することができる。また、本実施形態では、衝突回避アシスト制御において、運転者のステアリングハンドル３の切り遅れを抑制すると共に、ヨーレート変化を早めに発生させることによって障害物（対向車）に対する衝突を早期に回避することができる。

さらに、本実施形態では、操舵制御ＥＣＵ１３０によって、車両Ｖ（自車）が走行レーンを逸脱し衝突回避位置又は走行レーンの適切な位置に戻ったと判定されたとき、電動パワーステアリング装置１１０の電動機４又は操作反力モータ１１２を衝突回避動作開始前の状態に戻し、ステアリングハンドル３を操作する運転者に対して積極的に衝突を回避するための操舵アシストの作動を停止して衝突回避動作開始前の状態に戻し、舵角比可変機構１１３の舵角比を通常の状態に戻すことで、操舵アシストが作動した状態から操舵負荷が軽減された衝突回避動作開始前の状態に戻すことができる。

従って、運転者は、このような操舵負荷の軽減を体感することにより、車両Ｖが衝突回避位置まで移動したことを確認することができる。この結果、運転者が必要以上の回避動作をして車両Ｖの挙動の不安定にすることを防止し、操舵による回避行動から通常の運転モードに容易に戻すことができる。

本発明の実施形態に係る車両システムが適用された四輪車両の全体概念図である。 前記車両システムを構成する電動パワーステアリング装置の構成図である。 前記車両システムを構成する左後輪側のトー角変更装置の構成図である。 前記トー角変更装置のアクチュエータの構造を示す概略断面図である。 前記車両システムを構成するトー角変更制御ＥＣＵのブロック図である。 （ａ）、（ｂ）は、レーンキープ制御に関する概略ブロック図である。

符号の説明

３ ステアリングハンドル
４ 電動機
２３ 電動機駆動回路
３７ トー角変更制御ＥＣＵ（操舵制御装置）
１１０ 電動パワーステアリング装置
１１３ 舵角比可変機構
１２０Ｒ、１２０Ｌ トー角変更装置
１３０ 操舵制御ＥＣＵ（操舵制御装置、判定装置）

Claims (4)

1. 前輪を転舵させるステアリングハンドルによる操舵を電動機で補助し、前記ステアリングハンドルの操作角に対する車輪の転舵角との舵角比を変化させる舵角比可変機構を有する電動パワーステアリング装置と、
   左右の後輪のトー角を変更可能とするトー角変更装置と、
   走行レーンをキープする際に設定される目標とのずれを判定する判定装置と、
   前記判定装置の判定結果に基づいて、前記電動パワーステアリング装置の前記舵角比可変機構及び前記トー角変更装置をそれぞれ制御する操舵制御装置と、
   を備えることを特徴とするレーンキープ又はレーン逸脱防止システム。
2. 請求項１記載のレーンキープ又はレーン逸脱防止システムにおいて、
   前記操舵制御装置は、前記ステアリングハンドルを操作する運転者に付与される操作反力を増大させると共に、前記舵角比可変機構の舵角比を、前記車両が走行レーンを逸脱する前と比較して減少させ、且つ、前記トー角変更装置を作動させて後輪のトー角をトーインに変更することを特徴とするレーンキープ又はレーン逸脱防止システム。
3. 請求項１記載のレーンキープ又はレーン逸脱防止システムにおいて、
   前記操舵制御装置は、前記電動パワーステアリング装置に設けられた電動機を駆動させ、ステアリングハンドルを操作する運転者に対して積極的に衝突を回避するための操舵アシストをすると共に、前記舵角比可変機構の舵角比を、衝突回避動作を開始する前と比較して増大させ、且つ、前記トー角変更装置を作動させて後輪のトー角をトーアウトに変更することを特徴とするレーンキープ又はレーン逸脱防止システム。
4. 請求項３記載のレーンキープ又はレーン逸脱防止システムにおいて、
   前記操舵制御装置は、自車が衝突を回避し又は走行レーンの適切な位置に戻ったとき、前記電動パワーステアリング装置に設けられた電動機による、前記ステアリングを操作する運転者に対して積極的に衝突を回避するための操舵アシストの作動を停止して前記運転者に対する負荷を衝突回避動作開始前の状態に戻すと共に、前記舵角比可変機構の舵角比を衝突回避動作開始前の状態に戻し、且つ、前記トー角変更装置による後輪のトー角を衝突回避動作開始前の状態に戻すことを特徴とするレーンキープ又はレーン逸脱防止システム。

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