JP6637952B2

JP6637952B2 - 車両の車線逸脱防止制御装置

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Publication number: JP6637952B2
Application number: JP2017253940A
Authority: JP
Inventors: 菜摘込山; 健玉置; 亮羽鹿; 根岸　裕之; 裕之根岸; 雅仁瀧澤
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: JP2019119277A; US10654479B2; US20190202454A1

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操作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

一般に、ＥＰＳ装置等の電動モータを介した操舵制御では、車両の姿勢を目標とするヨー角に制御するための目標操舵トルクには、操舵系の摩擦を補償する摩擦補償トルクが付加されており、これにより、操舵系の個体差や経年変化によるばらつき等の影響を低減してより精度の高い制御が可能となる。

これに対して、ドライバのステアリング把持を前提とする操舵支援制御では、システムが車線外に逸脱する虞があると判断して車線逸脱防止制御を開始したとき、同時にドライバが車線逸脱を防止する方向にステアリングを操作する場合がある。

このため、一義的に摩擦補償トルクを目標操舵トルクに加算すると、ドライバの操舵トルクによって操舵系の摩擦の一部又は全部が補償されてしまい、最終的な指示トルクに過不足が生じて円滑を欠くトルク変動や操舵角変化が発生し、ドライバに違和感を与える虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車線逸脱防止制御の開始時に操舵系の摩擦を適正に補償し、ドライバに違和感を与えることなく車線逸脱を防止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。

本発明の第１の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、前記車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、前記操舵系の摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定部と、前記目標操舵トルクに加算して前記操舵系の摩擦を補償する前記摩擦トルクの加算割合を、ドライバの操舵トルクと自車両の走行状態とに基づいて可変制御する摩擦補償割合可変制御部と、前記目標操舵トルクの変化速度を抑制するレートリミット処理を行うリミット処理部とを備え、前記摩擦補償割合可変制御部は、前記リミット処理部で前記レートリミット処理された前記目標操舵トルクに加算する前記摩擦トルクの加算割合を可変制御する。
本発明の第２の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、前記車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、前記操舵系の摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定部と、前記目標操舵トルクに加算して前記操舵系の摩擦を補償する前記摩擦トルクの加算割合を、ドライバの操舵トルクと自車両の走行状態とに基づいて可変制御する摩擦補償割合可変制御部とを備え、前記摩擦補償割合可変制御部は、前記加算割合を増加方向にのみ可変し、前記加算割合の減少方向への変化は許容しない。
本発明の第３の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、前記車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、前記操舵系の摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定部と、前記目標操舵トルクに加算して前記操舵系の摩擦を補償する前記摩擦トルクの加算割合を、ドライバの操舵トルクと自車両の走行状態とに基づいて可変制御する摩擦補償割合可変制御部とを備え、前記車線逸脱防止制御は、前記車線からの逸脱を抑制するための逸脱抑制制御と、逸脱抑制後に自車両の姿勢を制御終了地点まで制御する姿勢決定制御とを切り換える制御であり、前記摩擦補償割合可変制御部は、前記摩擦トルク推定部で推定した前記摩擦トルクに基づいて、前記逸脱抑制制御中の摩擦トルクと前記姿勢決定制御中の摩擦トルクをそれぞれ算出し、さらに、前記逸脱抑制制御中の摩擦トルクの前記目標操舵トルクへの加算割合を可変制御し、前記姿勢決定制御中の摩擦トルクの前記目標操舵トルクへの加算割合を一定とする。

本発明によれば、車線逸脱防止制御の開始時に操舵系の摩擦を適正に補償し、ドライバに違和感を与えることなく車線逸脱を防止することができる。

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摩擦トルクの推定を示す説明図摩擦補償割合の変化を示す説明図車線逸脱防止制御ルーチンを示すフローチャート逸脱防止制御トルク算出ルーチンを示すフローチャート摩擦補償割合及び逸脱防止制御トルク算出ルーチンを示すフローチャート（その１）摩擦補償割合及び逸脱防止制御トルク算出ルーチンを示すフローチャート（その２）

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操作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、ドライバの操舵操作によるドライバの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（ハンドル角）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、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を主として、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を用いる。この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）

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、ドライバの操舵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。具体的には、操舵制御装置５０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、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を算出し、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。

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）

この車線逸脱防止制御においては、ＥＰＳモータ１２の指示トルクには、操舵系の摩擦を補償するための摩擦補償トルクが含まれており、車線逸脱防止制御によるＥＰＳモータ１２の駆動に対して、ドライバが逸脱回避の操舵を行うと、ドライバの操舵操作で発生する操舵トルクによって摩擦補償トルクの一部又は全てが補償されてしまい、ＥＰＳモータ１２の指示トルクが過剰になる虞がある。このため、操舵制御装置５０は、車線逸脱防止制御が開始されたときにドライバが逸脱回避の操舵を行った場合にも適正な摩擦補償がなされるよう、ドライバの操舵トルクに応じて摩擦補償トルクを可変制御する。

この摩擦補償に係る車線逸脱防止制御の機能部として、操舵制御装置５０は、図２に示すように、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目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部７０、目標操舵トルクの変化速度を主としてドライバに違和感を与えない速度に抑制するリミット処理部としてのレートリミッタ７５、操舵系の摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定部８０、レートリミッタ７５でレートリミット処理された目標操舵トルクに加算して操舵系の摩擦を補償するための摩擦トルクの加算割合（補償割合）を可変制御する摩擦補償割合可変制御部８５を主要部として備えている。

尚、本実施の形態においては、レートリミット処理された後の目標操舵トルクに加算する摩擦トルクの加算割合（補償割合）を可変制御する例について説明するが、レートリミット処理前の目標操舵トルクに加算する摩擦トルクの加算割合（補償割合）を可変制御するようにしても良い。

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とを算出する。逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnと車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneとは、以下の（６）式に示すように、互いに加算されて最終的な目標ヨーレートγtgtとして算出される。
γtgt＝γtgt_lane＋γtgt_turn …（６）

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、正の符号で左側の車線への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。

詳細には、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_laneは、以下の（７）式に示すように、自車両の車速Ｖと車線の曲率κとにより算出される。
γtgt_lane＝κ・Ｖ …（７）

また、逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnは、詳細には、車線逸脱防止制御の制御開始から逸脱を抑制するための挙動を自車両に発生させる逸脱抑制制御（対車線ヨー角θyaw≧０）の目標ヨーレートγtgt_turn_1と、逸脱抑制制御後に自車両の姿勢を制御終了地点まで制御する姿勢決定制御（対車線ヨー角θyaw＜０）の目標ヨーレートγtgt_turn_2とに分けて算出される。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。

逸脱抑制制御中の目標ヨーレートγtgt_turn_1は、以下の（８）式に示すように、対車線ヨー角θyawと車線逸脱推定時間Ｔtlcに基づいて算出される。
γtgt_turn_1＝θyaw／Ｔtlc …（８）

一方、姿勢決定制御中の目標ヨーレート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と姿勢決定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に到達するまでの目標時間Ｔtgtで除算して算出される。
γtgt_turn_2＝−Ｋyawfb・(θtgt_yaw−θyaw)／Ｔtgt …（９）

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と、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を備えている。以下に説明するように、フィードフォワードトルクとフィードバックトルクとは合算され、目標操舵トルクとなる。

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（１０），（１１）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に乗算することにより、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 …（１０）
Ｔp_ff_turn＝Ｋyawr_to_trq・γtgt_turn …（１１）

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γ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。具体的には、フィードバックトルクＴp_fbは、以下の（１２）式に示すように、目標ヨーレートγtgtと実ヨーレートγとの偏差（γtgt−γ）に対するＰＩＤ制御によって算出される。
Ｔp_fb＝Ｋp・(γtgt−γ)＋Ｋi・∫(γtgt−γ)ｄｔ＋Ｋd・ｄ(γtgt−γ)／ｄｔ…（１２）

（１２）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、ドライバの操舵操作の有無に応じて設定される。ドライバの操舵操作がない場合（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によって逸脱防止方向にドライバの操舵操作が検出され、なおかつ目標ヨーレートに対し実ヨーレートがオーバーシュートしている場合（例えば、右側の車線に対して逸脱防止する際に、目標ヨーレートの値より実ヨーレートの値が大きい場合）には、各ゲインＫp，Ｋi，Ｋdが零とされ、以下の（１３）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 …（１３）

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（１４）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。
Ｔp＝Ｔp_ff_lane＋Ｔp_ff_turn＋Ｔp_fb …（１４）

目標操舵トルク算出部７０で算出された目標操舵トルクＴpは、レートリミッタ７５でレートリミット処理される。このレートリミット処理により、目標操舵トルクが急激に変化してドライバに不快感を与えないよう、目標操舵トルクの変化速度が抑制される。レートリミット処理された目標操舵トルクＴp_limには、以下の（１５）式に示すように、操舵系の摩擦を補償する摩擦補償トルクＴp_fricが加算され、ＥＰＳモータ１２への指示トルクとなる逸脱防止制御トルクＴp_cmdとして出力される。
Ｔp_cmd＝Ｔp_lim＋Ｔp_fric…（１５）

尚、摩擦補償トルクＴp_fricは、以下に説明するように、摩擦トルク推定部８０で推定される摩擦トルクＴ_fricに、摩擦補償割合可変制御部８５で算出される摩擦補償割合Ｆrを乗算して算出される。

摩擦トルク推定部８０は、ステアリングホイール４からステアリング機構を経て操舵輪に至る操舵系の摩擦トルクＴ_fricを推定する。この摩擦トルクＴ_fricは、操舵系の特性に応じて実験やシミュレーション等で推定した摩擦トルクを車両毎に学習して更新することにより、個体差や経年変化によるばらつきが低減される。

具体的には、例えば、図４（ａ）に示すように、舵角センサ２１で検出されるハンドル角θHと、トルクセンサ２２で検出されるピニオン軸トルクＴp_senとを軸とする座標系におけるヒステリシス幅Ｈwを計測し、図４（ｂ）に示すように、ヒステリシス幅Ｈwをハンドル角θH−ヒステリシス幅Ｈwの座標系に投影する。そして、ハンドル角θHに対するヒステリシス幅Ｈwの特性を線形回帰して得られる特性直線の回帰係数（切片）に基づいて操舵系の摩擦トルクＴ_fricを推定して、マップに格納しておく。

後述するように、摩擦トルクＴ_fricは、逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwと、姿勢決定制御中の摩擦トルクＴ_fric_rvとに分けて算出される。逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwと姿勢決定制御中の摩擦トルクＴ_fric_rvは、マップから得られる摩擦トルクＴ_fricをベースとして、それぞれ、所定のゲインを乗算する等して算出される。

尚、摩擦トルクＴ_fricは、電流センサ（図示せず）で検出されるＥＰＳモータ１２の電流値と、回転角センサ２３で検出されるＥＰＳモータ１２のモータ回転角と軸とする座標系におけるヒステリシス幅に基づいて推定するようにしても良い。

摩擦補償割合可変制御部８５は、レートリミット処理後の目標操舵トルクＴp_limに加算する摩擦トルクＴ_fricの摩擦補償割合Ｆrを可変制御する。本実施の形態においては、摩擦トルクＴ_fricは、逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwと姿勢決定制御中の摩擦トルクＴ_fric_rvとを区別して求めており、ドライバの操舵操作に応じて摩擦補償トルクを考慮する必要のある逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwに対してのみ摩擦補償割合が可変される。

尚、摩擦補償割合Ｆrは、車線逸脱防止制御開始後の逸脱抑制制御中に可変され、逸脱抑制制御から姿勢決定制御に移行した後は、摩擦補償割合Ｆrは１００％に固定される。

逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwは、以下の（１６）式に示すように、ドライバ操舵トルクＴdrvに応じて０〜１００％の間で可変される摩擦補償割合Ｆrが乗算され、摩擦補償トルクＴp_fricとして算出される。そして、ドライバ操舵トルクに応じて可変される摩擦補償トルクＴp_fricがレートリミット処理後の目標操舵トルクＴp_limに加算される。
Ｔp_fric＝Ｔ_fric_fw×Ｆr …（１６）

摩擦補償割合Ｆrは、ドライバ操舵トルクＴdrvと自車両の走行状態とに基づいて設定される。例えば、摩擦補償割合Ｆrは、ドライバ操舵トルクＴdrvと自車両の車速Ｖと車線の曲率κとに基づいて設定され、一定の車速Ｖ及び曲率κに対しては、ドライバ操舵トルクＴdrvが小さいほど、摩擦補償割合Ｆrが大きくなるように設定される。具体的には、予め走行試験やシミュレーション等により、車線逸脱防止性能と、滑らかなトルク変動や操舵角変化とを両立可能な摩擦トルクの加算割合を求めて摩擦補償割合マップを作成しておく。

本実施の形態においては、この摩擦補償割合マップとして、カーブ内側の車線に対して逸脱を防止する場合とカーブ外側の車線に対して逸脱を防止する場合とを考慮して、カーブ内側用マップとカーブ外側用マップとの２つのマップを作成しておく。そして、これらの２つのマップの何れかを選択して、摩擦補償割合Ｆrを算出する。

この場合、摩擦補償割合Ｆrは、車線逸脱防止制御開始時の値から増加方向にのみ可変され、途中でドライバ操舵トルクが増加しても、摩擦補償割合Ｆrの減少方向への変化は許容されない。例えば、ドライバ操舵トルクＴdrvのトルク範囲を０〜１で表現し、Ｔdrv＝０（ドライバの操舵操作無し）でＦr＝１（１００％）、Ｔdrv＝１（ドライバ操舵トルク最大）でＦr＝０（０％）とするとき、車線逸脱防止制御開始後の逸脱抑制制御中は、図５に示すように、ドライバ操舵トルクＴdrvの増減に対して、摩擦補償割合Ｆrが増加方向にのみ可変される。

例えば、車線逸脱防止制御開始時刻ｔ1以後は逸脱抑制制御中とすると時刻ｔ2においてドライバ操舵トルクＴdrvが１から０．７５に減少すると、摩擦補償割合Ｆrが０から０．５に増加され、更に時刻ｔ3でドライバ操舵トルクＴdrvが０．７５から０．５に減少すると、摩擦補償割合Ｆrが０．５から０．７５に増加される。その後、時刻ｔ4でドライバ操舵トルクＴdrvが０．５から０．７５に増加しても、摩擦補償割合Ｆrは図５中に破線で示すような減少が許容されず、０．７５の状態に維持される。そして、時刻ｔ5でドライバ操舵トルクＴdrvが０．７５から０に減少したとき、摩擦補償割合Ｆrは０．７５から１に増加される。

すなわち、車線逸脱防止制御開始時にドライバの操舵操作によって摩擦補償トルクが減少し、その後、逸脱抑制制御中にドライバが操舵トルクを弱めてドライバの操舵操作がほぼ無くなった場合には、目標ヨーレートと実ヨーレートの乖離が発生する。その際に目標ヨーレートに向けてフィードバック制御が作動するが、フィードバック制御では目標ヨーレートと実ヨーレートの乖離を即時に補うことはできないため、車線逸脱防止性能が悪化する虞がある。このため、車線逸脱防止制御開始後にドライバ操舵トルクが変動しても摩擦補償割合の減少方向への変化を許容しないことで、摩擦補償トルクの減少による逸脱防止制御トルクの不足を防止する。

一方、姿勢決定制御中の摩擦トルクＴ_fric_rvは、摩擦補償割合Ｆrを一定値に固定した摩擦補償トルクＴp_fricとして算出される。本実施の形態においては、以下の（１７）式に示すように、Ｆr＝１すなわち、姿勢決定制御中の摩擦トルクＴ_fric_rvがそのまま摩擦補償トルクＴp_fricとして算出され、レートリミット処理後の目標操舵トルクＴp_limに加算される。
Ｔp_fric＝Ｔ_fric_rv …（１７）

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６〜図９のフローチャートを用いて説明する。

先ず、車線逸脱防止制御ルーチンについて、図６のフローチャートに基づいて説明する。この車線逸脱防止制御ルーチンは、車線逸脱防止制御の開始条件が成立する場合、例えば、進行方向左側の車線を逸脱防止制御対象の車線とするとき、現在の自車両の対車線ヨー角θyawがθyaw≧０で逸脱方向を向いている条件、自車両が車線を逸脱するまで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以下の条件が成立する場合に開始される。

操舵制御装置５０は、車線逸脱防止制御ルーチンの最初のステップＳ１において、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、車線曲率旋回目標ヨーレートγtgt_lane及び逸脱防止挙動生成目標ヨーレートγtgt_turnを目標ヨーレートとして算出すると、ステップＳ３で、目標ヨーレートγtgtを実現するための目標操舵トルクＴpを算出する。この目標操舵トルク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及びＴp_ff_turnと、目標ヨーレートγtgtと実ヨーレートγとの偏差に基づく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、ドライバの逸脱防止方向への操舵操作が検出され、なおかつ目標ヨーレートに対し実ヨーレートがオーバーシュートしている場合には、フィードバックトルクＴp_fbは零とされる。

その後、ステップＳ４へ進み、目標操舵トルクＴpをレートリミッタ７５に入力し、トルク変化速度を抑制するレートリミット処理を行い、ステップＳ５で図７の逸脱防止制御トルク算出ルーチンを実行し、レートリミット処理後の目標操舵トルクＴpに摩擦補償トルクＴp_fricを加算して逸脱防止制御トルクＴp_cmdを算出する処理を行う。そして、ステップＳ６で、ＥＰＳモータ１２を駆動するモータ駆動部２０に逸脱防止制御トルクＴp_cmdを出力する出力処理を行う。

以上の車線逸脱防止制御ルーチンのステップＳ５における図７の逸脱防止制御トルク算出ルーチンについて説明する。この逸脱防止制御トルク算出ルーチンは、最初のステップＳ１１において、レートリミット後の目標操舵トルクＴp_limが０か否かを調べる。Ｔp_lim＝０の場合、ステップＳ１１からステップＳ１２へ進んで逸脱防止制御トルクＴp_cmdを０とする。

一方、ステップＳ１１においてＴp_lim≠０の場合には、ステップＳ１１からステップＳ１３へ進んで操舵系の摩擦トルクＴ_fricを算出する。そして、ステップＳ１４で図８，図９に示す摩擦補償割合及び逸脱防止制御トルク算出ルーチンを実行し、摩擦トルクＴ_fricから摩擦補償トルクＴp_fricを設定して逸脱防止制御トルクＴp_cmdを算出する。

次に、ステップＳ１４における摩擦補償割合及び逸脱防止制御トルク算出ルーチンについて、図８，図９のフローチャートを用いて説明する。

摩擦補償割合及び逸脱防止制御トルク算出ルーチンでは、先ず、ステップＳ２１，Ｓ２２において、姿勢決定制御中の摩擦トルクＴ_fric_rv、逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwを算出する。本実施の形態においては、姿勢決定制御中の摩擦トルクＴ_fric_rv、逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwは、マップ参照によって得られる摩擦トルクＴ_fricに、それぞれ、所定のゲインを乗算する等して算出される。

続くステップＳ２３では、逸脱抑制制御中のドライバの操舵操作による操舵トルク入力の有無を示すドライバトルクフラグを判定する。このドライバトルクフラグは、フラグＯＮで逸脱抑制制御中のドライバの操舵トルク有り、フラグＯＦＦでドライバの操舵トルク無し又は逸脱抑制制御を終了して姿勢決定制御に移行していることを示す。ステップＳ２３でドライバトルクフラグのＯＮ，ＯＦＦを判定した後は、ステップＳ２４へ進み、車線逸脱防止制御開始時か否かを調べる。

そして、車線逸脱防止制御開始時でない場合には、ステップＳ２６へジャンプし、車線逸脱防止制御開始時の場合、ステップＳ２５で大小比較の基準値をリセットする。この大小比較基準値リセットは、後述するステップＳ３７において、制御周期毎に算出される摩擦補償割合の大小を比較して摩擦補償割合を増加方向にのみ可変するためのものであり、制御周期毎に更新される基準値を、車線逸脱防止制御開始時に所定値（例えば最小値０）にリセットする。

その後、ステップＳ２６へ進んで現在逸脱抑制制御中か否かを判断する。逸脱抑制制御中か否かは例えばヨー角の変化量及び方向から判断することができる。

ステップＳ２６で逸脱抑制制御中でない場合には、後述するステップＳ４０へジャンプし、逸脱抑制制御中の場合、ステップＳ２８へ進む。ステップＳ２８では、車線逸脱方向が走行路のカーブに対して内側か外側かの判定結果を取得し、ステップＳ２９で車速Ｖとカーブの曲率κとドライバ操舵トルクＴdrvを取得する。

そして、ステップＳ３０で曲率κ及びドライバ操舵トルクＴdrvの絶対値を取得する絶対値処理を行ってステップＳ３１へ進み、ドライバトルクフラグのＯＮ，ＯＦＦ状態を調べる。ドライバトルクフラグがＯＦＦの場合、ステップＳ３２で摩擦補償割合Ｆrを１００％（Ｆr＝１）に設定してステップＳ３７へ進む。

一方、ドライバトルクフラグがＯＮの場合には、ステップＳ３３へ進んで直線走行中か否かを判断する。ここでの直線走行とは、カーブの内側／外側が判定できない曲率κ＝０（１／ｍ）の場合である。そして、直線走行中でない場合、ステップＳ３４へ進んでカーブ内側／外側判定結果を参照し、カーブ内側を走行中か否かを調べる。

カーブ内側を走行中の場合、ステップＳ３４からステップＳ３５へ進み、車速Ｖと曲率κの絶対値とドライバ操舵トルクＴdrvの絶対値とに基づいて、カーブ内側用マップより摩擦補償割合Ｆrを算出する。このカーブ内側用マップは、直線走行中の場合にも用いられ、ステップＳ３３で直線走行中と判断された場合も、カーブ内側用マップより摩擦補償割合Ｆrを算出する。一方、ステップＳ３４でカーブ内側でない場合には、ステップＳ３４からステップＳ３６へ進んで、車速Ｖと曲率κの絶対値とドライバ操舵トルクＴdrvの絶対値とに基づいて、カーブ外側用マップより摩擦補償割合Ｆrを算出する。

摩擦補償割合Ｆrを算出した後は、ステップＳ３７へ進み、摩擦補償割合Ｆrの今回の値と前回の値とを比較して大小関係を調べ、摩擦補償割合Ｆrの変化を増加方向のみ許容する。すなわち、摩擦補償割合Ｆrの今回の値が前回の値よりも大きい場合、今回の値を摩擦補償割合Ｆrとして算出・保持し、摩擦補償割合Ｆrの今回の値が前回の値以下の場合には、前回の値を摩擦補償割合Ｆrとして保持する。

そして、ステップＳ３８で今回保持した摩擦補償割合Ｆrを、前回の摩擦補償割合Ｆrとして記憶することで、大小比較の基準値を更新し、ステップＳ３９へ進む。ステップＳ３９では、（１６）式で説明したように、逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwに摩擦補償割合Ｆrを乗算して摩擦補償トルクＴp_fricを更新する。

その後、ステップＳ４０へ進み、車線逸脱防止制御が非作動状態か否かを調べる。制御作動中の場合、ステップＳ４１で逸脱抑制制御中か否かを調べて、逸脱抑制制御中か否かに応じて逸脱防止制御トルクＴp_cmdを算出する。車線逸脱防止制御が非作動状態となった場合には、ステップＳ４０からステップＳ４４へ進む。

すなわち、ステップＳ４１において逸脱抑制制御中の場合、ステップＳ４１からステップＳ４２へ進み、逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwを考慮した摩擦補償トルクＴp_fricとして、逸脱抑制制御中の摩擦トルクＴ_fric_fwに摩擦補償割合Ｆrを乗算した値をレートリミット処理後の目標操舵トルクＴp_limに加算して、逸脱防止制御トルクＴp_cmdを算出する。

一方、ステップＳ４１において逸脱抑制制御中でない場合には、ステップＳ４１からステップＳ４３へ進み、姿勢決定制御中の摩擦トルクＴ_fric_rvを考慮した摩擦補償トルクＴp_fricとして、姿勢決定制御中の摩擦トルクＴ_fric_rvをレートリミット処理後の目標操舵トルクＴp_limに加算して、逸脱防止制御トルクＴp_cmdを算出する。

ステップＳ４０で車線逸脱防止制御が非作動状態となった場合には、ステップＳ４０からステップＳ４４へ進み、逸脱防止制御トルクＴp_cmdを０とする。

このように本実施の形態においては、車線逸脱防止制御の開始時にドライバの操舵操作があった場合、ドライバの操舵トルクと自車両の走行状態とに基づいて目標操舵トルクに対する摩擦トルクの加算割合を可変制御するので、ドライバの操舵操作によってＥＰＳモータ１２への指示トルクに過不足が生じることがない。これにより、ドライバの操舵操作に応じて操舵系の摩擦を適正に補償することができ、ドライバに違和感を与えることなく車線逸脱を防止することができる。

１電動パワーステアリング装置
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
２５ヨーレートセンサ
５０操舵制御装置
６０目標ヨーレート算出部
７０目標トルク算出部
７５レートリミッタ（リミット処理部）
８０摩擦トルク推定部
８５摩擦補償割合可変制御部
１５０外部環境認識装置

Claims

自車両が走行する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、
前記車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、
前記操舵系の摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定部と、
前記目標操舵トルクに加算して前記操舵系の摩擦を補償する前記摩擦トルクの加算割合を、ドライバの操舵トルクと自車両の走行状態とに基づいて可変制御する摩擦補償割合可変制御部と、
前記目標操舵トルクの変化速度を抑制するレートリミット処理を行うリミット処理部と
を備え、
前記摩擦補償割合可変制御部は、前記リミット処理部で前記レートリミット処理された前記目標操舵トルクに加算する前記摩擦トルクの加算割合を可変制御することを特徴とする車両の車線逸脱防止制御装置。
自車両が走行する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、
前記車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、
前記操舵系の摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定部と、
前記目標操舵トルクに加算して前記操舵系の摩擦を補償する前記摩擦トルクの加算割合を、ドライバの操舵トルクと自車両の走行状態とに基づいて可変制御する摩擦補償割合可変制御部と
を備え、
前記摩擦補償割合可変制御部は、前記加算割合を増加方向にのみ可変し、前記加算割合の減少方向への変化は許容しないことを特徴とする車両の車線逸脱防止制御装置。
自車両が走行する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、
前記車線からの逸脱を防止するために操舵系に付与する目標操舵トルクを算出する目標操舵トルク算出部と、
前記操舵系の摩擦トルクを推定する摩擦トルク推定部と、
前記目標操舵トルクに加算して前記操舵系の摩擦を補償する前記摩擦トルクの加算割合を、ドライバの操舵トルクと自車両の走行状態とに基づいて可変制御する摩擦補償割合可変制御部と
を備え、
前記車線逸脱防止制御は、前記車線からの逸脱を抑制するための逸脱抑制制御と、逸脱抑制後に自車両の姿勢を制御終了地点まで制御する姿勢決定制御とを切り換える制御であり、
前記摩擦補償割合可変制御部は、前記摩擦トルク推定部で推定した前記摩擦トルクに基づいて、前記逸脱抑制制御中の摩擦トルクと前記姿勢決定制御中の摩擦トルクをそれぞれ算出し、さらに、前記逸脱抑制制御中の摩擦トルクの前記目標操舵トルクへの加算割合を可変制御し、前記姿勢決定制御中の摩擦トルクの前記目標操舵トルクへの加算割合を一定とすることを特徴とする車両の車線逸脱防止制御装置。