車両のレーン走行支援装置
【課題】 ナビゲーション装置の検出情報を活用し、車両がカーブに進入する前に、進行方向の道路の曲率に基づきレーン走行支援を中断し得る安価な装置を提供する。
【解決手段】 操舵制御手段（電動パワーステアリングシステム）と、走行レーン検出手段（カメラ等）を備え、その検出結果と車両の操舵状態及び走行状態に応じて、修正操舵を行ない車両の走行レーン内の走行を支援する。特に、ナビゲーション装置ＮＡＶによって検出される車両進行方向の道路形状情報に基づき道路曲率を演算し、車両の自車位置での道路曲率が所定の直進基準曲率以下の状態で、車両進行方向の最大の道路曲率が所定の最大曲率以上である場合、及び車両進行方向の最小のクロソイド係数が所定の最小クロソイド係数以下である場合の少なくとも一方の場合には、走行支援を中断する。
【解決手段】 操舵制御手段（電動パワーステアリングシステム）と、走行レーン検出手段（カメラ等）を備え、その検出結果と車両の操舵状態及び走行状態に応じて、修正操舵を行ない車両の走行レーン内の走行を支援する。特に、ナビゲーション装置ＮＡＶによって検出される車両進行方向の道路形状情報に基づき道路曲率を演算し、車両の自車位置での道路曲率が所定の直進基準曲率以下の状態で、車両進行方向の最大の道路曲率が所定の最大曲率以上である場合、及び車両進行方向の最小のクロソイド係数が所定の最小クロソイド係数以下である場合の少なくとも一方の場合には、走行支援を中断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のレーン走行支援装置に関し、特に、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、これらによって、走行レーン内を車両が走行するように支援する車両のレーン走行支援装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
車両のレーン走行支援装置としては、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段を備え、これを制御して車両が走行レーン内を走行するように支援するレーンキープアシストが基本であるが、更に、走行支援を越えて、運転者の操作とは無関係に自動的に操舵制御を行ない、車両が走行レーン内の走行を維持し得るように制御する装置も知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、自ら走行路を探索しながら、その走行路上に最適な目標経路を設定して、車両がその目標経路上を走行するように支援する車両の走行制御を行なわせることを目的とし、以下のように構成された自動走行装置が提案されている。即ち、撮像装置により車両の進行方向の領域を撮像した画像にもとづいて道路エッジを認識することにより自ら走行可能領域を探索しながら、その走行可能領域内に適切な目標経路を設定し、そのときの車両の走行状態にしたがって車両をその目標経路に合流させるための最適な制御目標量を求めて、その制御目標量に応じて車両の走行制御を行なわせる旨記載されている。
【０００４】
あるいは、下記の特許文献２には、例えばプラント、工場等の床面に安全通路を表示するため前記通路両側に標記された白線を誘導帯として使用し、特に狭隘な場所でのコーナリングが容易になし得ることを目的として、安全通路の限界を示すために床面に設けられた白線等をそのまま誘導帯として使用し、走行車の現在の方位とコーナ部の角度とから操舵量を算出してコーナリングを行うように構成された走行車の誘導装置が提案されている。
【０００５】
更に、下記の特許文献３には、運転者がハンドル操作しなくても前方の走行レーン上を外れることなく走行することができる自動車用自動操舵装置が提案されている。この特許文献３には、自動車の右側下方向の進路を撮影する撮影手段と、この撮影手段にて撮影した道路の中から隣接する走行レーンの境界を示すラインを認識する認識手段と、この認識手段にて認識したラインの基準位置からの距離を検出する距離検出手段と、この距離検出手段にて検出した距離に応じた舵角制御信号を発生する舵角制御手段と、この舵角制御手段からの舵角制御信号を受けて車両の進行方向を変化させる舵角駆動手段とを備え、前記舵角制御信号による舵角制御手段の作動にて前記距離検出手段にて検出される距離を所定値に保持せしめるようにする旨記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−４８７０４号公報
【特許文献２】特開平２−２７４０８号公報
【特許文献３】特開昭６０−３７０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献に記載の装置によれば、何れも画像によって検出した車両等の走行レーンに沿ってコーナリングを行なうことが可能とされている。この場合において、現実的な対応としては、必ずしも運転者の操作と無関係に自動的に操舵することは必要ではなく、例えば運転者によるステアリングホイールの操作に対し、車両が走行レーンの中央を維持するように操舵トルクを付加することによって、ステアリングホイールの操作負荷を軽減し、巡航運転を支援することができる。
【０００８】
このようなレーン走行支援装置においては、カメラで撮像した画像から路面上の走行レーンを適切且つ安定的に検出することが重要となる。通常、路面上には、走行レーン（車線）の境界を識別するレーン境界線をはじめ種々の目的に応じて標示線（レーンマーク）が塗装されており、実線のみならず破線のレーンマークや、白色あるいは黄色というように異なる色彩のレーンマークが混在し、更には、これらが複合されたものも存在する。また、レーンマークは直線に限らず曲線も存在するが、この曲線のレーンマークを特定するための曲率を求めるには遠方までレーンマークを確実に検出する必要が生ずる。従って、レーン走行支援装置に供する撮像手段としては、遠方までレーンマークを高精度で検出し得る前方監視カメラが必要とされる。また、車両進行方向の曲率が規定の曲率以上となる場合には走行支援が中断されることになるが、曲線のレーンマークを有する道路（カーブ）を走行中での中断は回避されるべき所、特段の回避策が示されているものではない。
【０００９】
ところで、近時の車両には、車両前方あるいは後方の近傍の確認や駐車支援用に前方監視カメラや後方監視カメラが装着されているものがある。しかし、これら既設の前方監視カメラや後方監視カメラは近傍の画像を確保し得るに留まり、遠方の画像は不鮮明となるので、曲線のレーンマークに対し正確に進行方向の曲率を求めることはできない。従って、過去の走行軌跡から曲率を求め、これを代用せざるを得ないが、このようなレーンマークの検出に既設のカメラが転用されることはなく、別途、高性能の前方監視カメラが採用され高価な装置となっていた。
【００１０】
一方、前掲の特許文献１にはナビゲーションシステムが開示されているが、近時のナビゲーション装置の進展は目覚しく、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）及び慣性航法を用いて車両の現在位置を高精度で特定し得るに至っている。従って、このようなナビゲーション装置によって車両の進行方向の道路形状情報を検出することが可能となり、道路形状情報として、車両の進行方向の所定位置での位置座標を検出し得るようになる。然し乍ら、ナビゲーション装置の検出情報のみを用いて車両の進行方向の位置座標を特定する場合には、ナビゲーション装置の精度に依存する所が大となり、高性能の装置が必要となり、高価となる。加えて、上述の高性能の前方監視カメラが必要とされる場合には非常に高価な装置となり、コスト的に到底見合うものではない。
【００１１】
そこで、本発明は、操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、これらによって、車両が走行レーン内を走行するように支援する車両のレーン走行支援装置において、ナビゲーション装置の検出情報を活用し、車両がカーブに進入する前に進行方向の道路曲率に基づき車両のレーン走行支援を中断し得る安価なレーン走行支援装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を達成するため、本発明は、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から、前記走行レーンを標示するレーンマークを検出する走行レーン検出手段と、前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標を含む道路形状情報を検出するナビゲーション装置とを備え、前記走行レーン検出手段が検出した走行レーン内を前記車両が走行するように前記操舵制御手段を制御して、前記車両の前記走行レーン内の走行を支援する車両のレーン走行支援装置において、前記ナビゲーション装置が検出した前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標に基づき前記車両の進行方向の道路曲率を演算する道路曲率演算手段と、該道路曲率演算手段が演算した道路曲率のうち前記車両の自車位置での道路曲率が所定の直進基準曲率以下の状態で、前記車両の進行方向の最大の道路曲率が所定の最大曲率以上である場合、及び前記車両の進行方向の最小のクロソイド係数が所定の最小クロソイド係数以下である場合の少なくとも一方の場合には、前記車両の走行レーン内の走行支援を中断する中断手段とを備えることとしたものである。
【００１３】
上記車両のレーン走行支援装置において、請求項２に記載のように、前記車両のヨーレイト及び車体速度を含む前記車両の操舵状態及び走行状態を検出する状態検出手段と、前記走行レーン検出手段の検出結果と前記車両の操舵状態及び走行状態に応じて、前記車両の前記走行レーンに対する相対位置を表す相対位置指標を含む状態量を演算する車両状態量演算手段と、前記道路曲率演算手段が演算した道路曲率並びに前記状態検出手段が検出した前記車両の操舵状態及び走行状態に基づき前記車両に対する目標状態量を設定する目標状態量設定手段とを備えたものとし、該目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との比較結果に応じて前記車両の走行レーン内の走行を支援するように構成するとよい。
【００１４】
尚、前記車両状態量演算手段における車両の操舵状態及び走行状態を表す指標としては、例えば操舵角及びヨーレイトがあり、前記目標状態量設定手段における車両の操舵状態及び走行状態を表す指標としては、例えば操舵角及び車体速度がある。そして、前記状態量を表す指標としては、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置たるレーン位置、その微分値であるレーン位置変動速度、前記車両のヨー角、及びヨーレイトがある。前記操舵制御手段は、例えば電動パワーステアリングシステムを備えたものとするとよい。
【００１５】
上記請求項２に記載の車両のレーン走行支援装置において、請求項３に記載のように、前記目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との差に応じたフィードバック制御量と、前記道路曲率に応じたフィードフォワード制御量との和に基づき、前記操舵制御手段による操舵制御を修正する修正操舵手段を備えたものとするとよい。尚、上記修正操舵手段と共に、あるいはこれとは別に、前記目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との比較結果に応じて、運転者に対して警報する警報手段を備えたものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に記載のように構成された車両のレーン走行支援装置においては、車両の進行方向の最大の道路曲率が所定の最大曲率以上である場合、及び車両の進行方向の最小のクロソイド係数が所定の最小クロソイド係数以下である場合の少なくとも一方の場合には、車両の走行レーン内の走行支援が中断されるように構成されているので、カーブ走行中に車両のレーン走行支援が中断されることはなく、カーブ進入前に確実にレーン走行支援を中断することができる。
【００１７】
そして、請求項２に記載のように構成すれば、道路曲率演算手段が演算した道路曲率並びに状態検出手段が検出した車両の操舵状態及び走行状態に基づき車両に対する目標状態量が設定されるので、撮像手段の精度に大きく依存することなく、ナビゲーション装置の検出情報を活用し、曲線のレーンマークに対しても適用することができ、車両のレーン走行支援を適切に行なうことができる。また、前方監視カメラに限らず後方監視カメラを用いることもでき、更には既設の安価なカメラを用いることもできる。
【００１８】
更に、請求項３に記載のように構成すれば、修正操舵手段によって、ナビゲーション装置の検出情報に基づき、車両のレーン走行支援を円滑に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置の構成を示すもので、車両前方（図１の上方）に、撮像手段として例えばｃｃｄカメラで構成された前方監視用のカメラＣＭｆが配置されると共に、車両後方にも後方監視用のカメラＣＭｒが配置されているが、何れか一方のカメラが設けられておればよい。また、本実施形態の操舵制御手段として電動パワーステアリングシステムＥＰＳを備えている。このような電動パワーステアリングシステムＥＰＳは既に市販されており、運転者によるステアリングホイールＳＷの操作によってステアリングシャフトに作用する操舵トルクを、操舵トルクセンサＴＳによって検出し、この検出操舵トルクの値に応じてＥＰＳモータ（図１では図示省略）を制御し、減速ギヤ及びラックアンドピニオン（図示せず）を介して車両前方の車輪（図１では全車輪を代表してＷＨで表す）を操舵し、運転者のステアリング操作力（ハンドル操作力）を軽減するものである。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、画像処理用の電子制御ユニットＥＣＵ１及び操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２を備え、両者が通信バスを介して接続されている。電子制御ユニットＥＣＵ１にはカメラＣＭｆ（及びＣＭｒ）が接続されており、画像信号が電子制御ユニットＥＣＵ１に入力されるように構成されている。また、電子制御ユニットＥＣＵ１には、車両前方の車輪ＷＨの操舵角を検出する操舵角センサＳＳ、車体速度を検出する車体速度センサＶＳ、及び車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサＹＳが接続されているが、後述するように電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２は相互に信号を送受信し得るように構成されるので、これらは電子制御ユニットＥＣＵ２に接続してもよい。尚、車体速度センサＶＳに代えて、各車輪の車輪速度を検出する車輪速度センサ（図示せず）を備えたものとし、検出車輪速度に基づき車体速度を推定することとしてもよい。一方、電子制御ユニットＥＣＵ２には、入力側に上記の操舵トルクセンサＴＳ、及びＥＰＳモータの回転角を検出する回転角センサＲＳが接続されると共に、出力側にＥＰＳモータが接続されている。
【００２１】
更に、電子制御ユニットＥＣＵ１（又はＥＣＵ２）には、ＧＰＳ及び慣性航法を備えたナビゲーション装置ＮＡＶが接続されており、これによって検出される車両進行方向の道路形状情報が電子制御ユニットＥＣＵ１に入力される。このときの道路形状情報としては車両進行方向の所定位置での位置座標を含み、ナビゲーション装置ＮＡＶとしては、この車両進行方向の所定位置での位置座標を取り出せる構成であれば市販の装置をそのまま利用することができ、基本的な構成は市販の装置と同様でよいので、説明は省略する。
【００２２】
図２は本発明のシステム構成を示すもので、画像処理システム（図２の上方）及び操舵制御システム（図２の下方）が通信バスを介して接続されている。本実施形態の画像処理システムは、画像処理用のＣＰＵ、フレームメモリ等を備えた電子制御ユニットＥＣＵ１に、前方監視カメラＣＭｆ及び後方監視カメラＣＭｒ、ヨーレイトセンサＹＳ、操舵角センサＳＳ、車体速度センサＶＳ及びナビゲーション装置ＮＡＶが接続されている。また、本実施形態の操舵制御システムは、電動パワーステアリング制御用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた電子制御ユニットＥＣＵ２に、操舵トルクセンサＴＳ及び回転角センサＲＳが接続されると共に、モータ駆動回路ＡＣ２を介してＥＰＳモータＭＴが接続されている。
【００２３】
これらの電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２は夫々、通信用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた通信ユニットを介して通信バスに接続されており、各制御システムに必要な情報を他の制御システムから送信することができる。更に、図示は省略するが、この通信バスに、アクティブステアリングシステム、ブレーキ制御システム、スロットル制御システム等を接続し、各システム間で互いのシステム情報を共有することができるように構成することとしてもよい。尚、図１に示すように、電子制御ユニットＥＣＵ１（又はＥＣＵ２）には操作スイッチＯＳが接続されており、走行支援制御は運転者による操作スイッチＯＳの操作によって開始されるように構成されている。
【００２４】
上記のように構成されたレーン走行支援装置において、レーン走行支援（レーンキープアシスト）制御部は、図３の制御ブロック図に示すように構成されており、ナビゲーション装置ＮＡＶによって検出される道路形状情報のうち、車両（図５に破線で示したＶＨ）の進行方向（前方）の所定距離分の位置座標が道路曲率演算部Ｎ１に入力され、ここで車両ＶＨの進行方向（前方）に所定距離離隔した位置での道路曲率(ρ)が演算される。具体的には、図５に示すように、ナビゲーション装置ＮＡＶにて検出される複数の道路座標点（図５に黒点で示す位置座標）のうち数点に対し円弧が当て嵌められ、その円弧の曲率が演算される。道路の位置座標に対する円弧の当て嵌めには、例えば３点を通る円弧を求める方法や、４点以上の座標から最も自乗誤差が少なくなるように円弧を求める方法（最小自乗法）を適用すればよい。而して、車両進行方向の道路形状情報として、車両ＶＨの進行方向（前方）の所定位置に対する道路曲率(ρ)が蓄積されて、図６に示すマップが形成される。尚、図６では道路距離に対する道路曲率(ρ)が用いられている。
【００２５】
そして、図３の中断判定部Ｎ２において、図６のマップが参照され、車両ＶＨの位置（自車位置）が所定の直進基準曲率以下の状態（即ち略直進状態）か否かが判定され、略直進状態であれば、車両ＶＨの進行方向（前方）に所定距離離隔した位置での道路曲率(ρ)が所定の最大曲率(ρmax)と比較される。この結果、図７に示すように、車両ＶＨの現時点の位置（自車位置）が所定の直進基準曲率以下の状態（即ち略直進状態）で、最大の道路曲率が所定の最大曲率(ρmax。例えば、ρmax = 1/230)以上と判定されたときには、例えば、後述するフィードバック制御演算部Ｍ４に対して制御中断を指示する信号が出力され、車両の走行レーン内の走行支援が中断される。尚、図７でも道路曲率(ρ)が用いられているので、最大曲率(ρmax)を表す二点鎖線は最大値となっている。而して、図７に示すように、略直線状態の範囲内で、自車位置を中心とした所定距離範囲が制御中断区間として設定されるので、カーブ走行中に走行支援が中断されることはなく、カーブ進入前に確実に中断することができる。尚、図７に×印で示すナビゲーション曲率データは、道路曲率演算部Ｎ１の演算結果であり、これらを実線で結んでデータ列としている（後述する図８及び図９も同様）。
【００２６】
一方、図１のカメラＣＭｆ（又はＣＭｒ）によって撮像された画像情報が図２の電子制御ユニットＥＣＵ１にて画像処理されて走行レーンが検出される。この電子制御ユニットＥＣＵ１には、レーン検出手段たるレーン認識演算部Ｍ１が構成されており、ここで、走行レーン内における車両の横方向位置ｙ（レーン位置）及び走行レーンに対するヨー角ψが演算される。尚、画像処理による走行レーンの検出については前掲の特許文献１に記載された方法のほか、公知の何れの方法でもよい。
【００２７】
上記のレーン認識演算部Ｍ１による演算結果とヨーレイトセンサＹＳ及び操舵角センサＳＳの検出信号に基づき、車両状態量演算手段たる状態量演算部Ｍ２にて、レーン位置ｙ、レーン横方向移動速度ｄｙ（走行レーン内における車両の横方向移動速度でレーン位置ｙの時間微分値）、ヨー角ψ、及びヨーレイトγをファクターとする現在の車両の状態量Ｘが推定演算される。即ち、車両の状態量をＸ、状態量出力をＹ、道路モデルの入力をＵとすると、Ｘ＝[ｙ，ｄｙ，ψ，γ]T、Ｙ＝[ｙ，ｄｙ，ψ，γ]T、Ｕ＝[δｆ，ρ]Tと表すことができる。尚、δｆは操舵角センサＳＳで検出される操舵角で、ρは走行路の道路曲率で、ここでは例えば前述のカメラ画像から推定演算される。そして、状態量推定値をＸｅとし、オブザーバゲインをＬとすると、以下の状態方程式が成り立ち、状態量出力ＹはＹ＝Ｃ・Ｘｅとなる。
ｄＸｅ／ｄｔ＝Ａ・Ｘｅ＋Ｂ・Ｕ＋Ｒｌ・Ｌ・（Ｘ−Ｘｅ）
【００２８】
尚、上記の状態方程式におけるモデル定数Ａ、Ｂ及びＣは以下に示すとおりである。
Ａ＝［a11 a12 a13 a14 ; a21 a22 a23 a24 ; a31 a32 a33 a34 ; a41 a42 a43 a44］
Ｂ＝［b11 b12 ; b21 b22 ; b31 b32 ; b41 b42］
Ｃ＝［1 0 0 0 ; 0 1 0 0 ; 0 0 1 0 ; 0 0 0 1］
また、Ｒｌは画像認識結果のレーン検出状態を表すファクターで、例えば、走行レーンが検出された状態が「１」で、未検出の状態が「０」とされる。これにより、レーンマークの連続線部が検出されたときにのみ走行レーン内における車両の横方向位置を推定するように構成し、あるいは、レーンマークの連続線部が検出されたときにのみ走行レーン内における車両の横方向位置を推定結果に反映するように構成することができる。
【００２９】
一方、道路曲率演算部Ｎ１で演算された道路曲率(ρ)が目標状態量演算部Ｍ３に入力され、この道路曲率に基づき、目標状態量演算部Ｍ３にて以下のように目標状態量が演算される。即ち、操舵角センサＳＳで検出された操舵角δf、及び車体速度センサＶＳで検出された車体速度（車速Vx）等に加え、道路曲率演算部Ｎ１で演算された道路曲率(ρ)に基づき、目標状態量演算部Ｍ３にて以下の４ファクターから成る目標状態量が演算される。
【００３０】
先ず、走行レーン内における車両の横方向位置（レーン位置）に対する目標レーン位置ytが、走行レーンの中心（レーン境界線間の中心）を起点として、yt＝０に設定される。そして、目標レーン横方向移動速度dytに関し、車両が横振れすることなく走行レーンの中心に沿って移動するように、dyt＝０に設定される。また、目標ヨー角ψtがψt＝Ｃ・ρに設定される。尚、このＣは道路曲率(ρ)から目標ヨー角ψtへの変換定数である。そして、車体速度（車速）Vxと道路曲率(ρ)に基づき、目標ヨーレイトγtがγt＝Vx・ρとして設定される。
【００３１】
而して、目標状態量演算部Ｍ３の演算結果（目標状態量）と、状態量演算部Ｍ２の演算結果（現在の状態量）との差が演算され、この差に基づき、フィードバック制御演算部Ｍ４にてトルク指令値が演算される。即ち、フィードバック制御演算部Ｍ４においては、上記の目標状態量を表す４ファクターの目標値（ｔを付加）と推定値（ｅを付加）における各々の差に制御ゲインK1乃至K4によって重み付けがされて横変位の誤差フィードバック項が形成され、更にこれらの総和に、道路曲率(ρ)に対応するステアリング角フィードフォワード項δff(ρ)が加算されて、下記のように目標回転角（目標ステアリング角）δswtとして設定される。
δswt ＝K1・(yt−ye)＋K2・(dyt−dye)＋K3・(ψt−ψe)＋K4・(γt−γe)＋δff(ρ)
【００３２】
上記のδff(ρ)は、２輪モデルから導出された道路曲率(ρ)におけるステアリング角理論値として、以下のように演算される（尚、Vxは車速、Lはホイールベース、Ｋはスタビリティファクタである）。
δff(ρ) ＝ Vx・ρ／ Vx・L (1＋Ｋ・Vx2)
【００３３】
そして、上記の目標回転角（目標ステアリング角）δswtと、回転角センサＲＳで検出される実回転角（実ステアリング角）δswとの差、及び付加ステアリングトルクフィードフォワード項Ｔff(ρ)に応じて、付加ステアリングトルク指令値Ｔaddが下記のように演算される（尚、K5は制御ゲインである）。
Ｔadd ＝ K5・(δswt−δsw)＋Ｔff(ρ)
上記付加ステアリングトルクフィードフォワード項Ｔff(ρ)は以下のように演算される。
Ｔff(ρ) ＝ｆatff(βff(ρ)＋δff(ρ))
【００３４】
上記の式において、ｆatff(α)はタイヤスリップ角(α)に対するセルフアライニングトルクを表す関数で、例えば図４に示す関係にある。また、βff(ρ)は道路曲率(ρ)における定常車体スリップ角であり、以下のように求められる。尚、定常車体スリップ角とは、一定車速で一定の道路曲率の道路を走行しているときの車体スリップ角である。
βff(ρ) ＝[{1−(Mv/2L)・(Lf/(Lr・Cr))・Vx2}/(1＋K・Vx2)]・(Lr/L)・δff(ρ)
ここで、Mvは車体質量、Lはホイールベース、Lfは車両の重心から前輪車軸中心までの距離、Lrは車両の重心から後輪車軸中心までの距離、Cr は後輪のコーナリングファクタ、Vxは車速、Kはスタビリティファクタである。
【００３５】
上記のように演算された付加ステアリングトルク指令値Ｔaddは操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２（図２）に送信され、電動パワーステアリング制御部Ｍ５（図３）にて、上記トルク指令値Ｔaddが通常のパワーステアリング制御量に加算されて、電動パワーステアリングシステムＥＰＳが制御され、本発明にいう修正操舵が行われる。更に、必要に応じ、上記トルク指令値Ｔaddが警報出力部（図示せず）に供給され、トルク指令値Ｔaddの大きさ、換言すれば走行レーンの中心からの車両の位置に応じて、走行レーンからの逸脱のおそれを表す警報が出力され、運転者への注意喚起が行われる。尚、トルク指令値Ｔaddを用いることなく、走行レーン内における車両の横方向位置の推定結果（状態量演算部Ｍ２の演算結果）に応じて警報を行うこととしてもよい。また、図３のレーン走行支援制御部の構成（Ｍ１乃至Ｍ４）はこれに限らず他の構成としてもよい。
【００３６】
尚、上記の中断判定手段Ｎ２においては、図８に示すように判定する構成とすることができる。即ち、現時点の自車位置Ｏからの道路距離に応じた道路曲率(ρ)の変化割合が、所定の最小クロソイド係数（Amin。ここでは、図８に二点鎖線で示すように道路曲率の傾きで表す）と比較され、これより（図８では）急峻なクロソイド係数を示す場合に、道路曲率(ρ)が所定の最小クロソイド係数(Amin)以下と判定され、車両の走行支援が中断される。ここで、道路曲率(ρ)とクロソイド係数(A)との関係はρ= L/A2である（Lは曲線長さを表す）であり、例えば、Amin = 180に設定されている。更に、中断判定手段Ｎ２においては図７及び図８に示す判定の両者を用いることとしてもよい。
【００３７】
そして、カーブが連続し、図９に示すようなナビゲーション曲率データを有する道路では、現時点の自車位置Ｏがカーブの途中にあるので、次のカーブに進入する前（現時点の車両前方）の自車位置での道路曲率が所定の直進基準曲率以下の（直線に近い）状態にある所定距離範囲が、制御中断区間（図９に示す）として設定される。
【００３８】
本発明の更に他の実施形態として、図１０に示すように、ナビゲーション装置ＮＡＶにて検出される道路形状情報のうち、車両（図１０に破線で示したＶＨ）の進行方向（前方）の所定位置での位置座標を用い、この位置座標を電子制御ユニットＥＣＵ１に入力するように構成してもよい。具体的には、ナビゲーション装置ＮＡＶにて検出される複数の道路座標点（図１０に黒点で示す位置座標）のうち数点から、前述のように最小自乗法等により自車位置近傍での道路曲率(ρ)が推定され、車両ＶＨの自車位置を原点とし、図１０に二点鎖線で示す接線と平行な軸をｘ軸としたｘ−ｙ座標が設定される。そして、車両進行方向の目標座標点（図１０の交点×）のｘ座標値（xlt）が車両ＶＨの車速Vxに基づいて設定され、更にこのｘ座標値（xlt）に基づきｙ座標値（ylt）が以下のように演算される（尚、下記のRはR＝1/ρである）。
ylt ＝ (yt−ye)＋R・(1−cos(sin-1(xlt/R))
【００３９】
而して、車両進行方向の目標座標点での横方向変位(ylt−xlt・tan(ψ＋Vx・γ))に応じて以下のように目標ステアリング角(δswt)が設定される（尚、K6は制御ゲインである）。
δswt ＝K6・(ylt−xlt・tan(ψ＋Vx・γ))
【００４０】
以後、前述の実施形態と同様、付加ステアリングトルク指令値Ｔaddが下記のように演算されて、車両横方向の変位に応じたフィードバックが行われ、以下、前述の実施形態と同様に処理される（尚、K7は制御ゲインである）。
Ｔadd ＝ K7・(δswt−δsw)
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の車両のレーン走行支援制御装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における操舵制御手段を含むレーン走行支援制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態における制御態様を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態において、タイヤスリップ角に対するセルフアライニングトルクの特性の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態における車両進行方向の道路形状情報として、車両の進行方向の所定位置に対する道路曲率の特定を説明するグラフである。
【図６】図５に示す車両進行方向の道路形状情報に関し道路距離と道路曲率との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態における制御中断区間の一例を含む道路距離と道路曲率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態における制御中断区間の他の例を含む道路距離と道路曲率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態における制御中断区間の更に他の例を含む道路距離と道路曲率との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施形態における目標座標点の設定を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
ＳＷ ステアリングホイール
ＶＨ 車両
ＷＨ 車輪
ＥＰＳ 電動パワーステアリングシステム
ＮＡＶ ナビゲーション装置
ＣＭｆ 前方監視カメラ
ＣＭｒ 後方監視カメラ
ＴＳ 操舵トルクセンサ
ＳＳ 車輪舵角センサ
ＲＳ 回転角センサ
ＹＳ ヨーレイトセンサ
ＶＳ 車体速度センサ
ＯＳ 操作スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のレーン走行支援装置に関し、特に、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、これらによって、走行レーン内を車両が走行するように支援する車両のレーン走行支援装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
車両のレーン走行支援装置としては、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段を備え、これを制御して車両が走行レーン内を走行するように支援するレーンキープアシストが基本であるが、更に、走行支援を越えて、運転者の操作とは無関係に自動的に操舵制御を行ない、車両が走行レーン内の走行を維持し得るように制御する装置も知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、自ら走行路を探索しながら、その走行路上に最適な目標経路を設定して、車両がその目標経路上を走行するように支援する車両の走行制御を行なわせることを目的とし、以下のように構成された自動走行装置が提案されている。即ち、撮像装置により車両の進行方向の領域を撮像した画像にもとづいて道路エッジを認識することにより自ら走行可能領域を探索しながら、その走行可能領域内に適切な目標経路を設定し、そのときの車両の走行状態にしたがって車両をその目標経路に合流させるための最適な制御目標量を求めて、その制御目標量に応じて車両の走行制御を行なわせる旨記載されている。
【０００４】
あるいは、下記の特許文献２には、例えばプラント、工場等の床面に安全通路を表示するため前記通路両側に標記された白線を誘導帯として使用し、特に狭隘な場所でのコーナリングが容易になし得ることを目的として、安全通路の限界を示すために床面に設けられた白線等をそのまま誘導帯として使用し、走行車の現在の方位とコーナ部の角度とから操舵量を算出してコーナリングを行うように構成された走行車の誘導装置が提案されている。
【０００５】
更に、下記の特許文献３には、運転者がハンドル操作しなくても前方の走行レーン上を外れることなく走行することができる自動車用自動操舵装置が提案されている。この特許文献３には、自動車の右側下方向の進路を撮影する撮影手段と、この撮影手段にて撮影した道路の中から隣接する走行レーンの境界を示すラインを認識する認識手段と、この認識手段にて認識したラインの基準位置からの距離を検出する距離検出手段と、この距離検出手段にて検出した距離に応じた舵角制御信号を発生する舵角制御手段と、この舵角制御手段からの舵角制御信号を受けて車両の進行方向を変化させる舵角駆動手段とを備え、前記舵角制御信号による舵角制御手段の作動にて前記距離検出手段にて検出される距離を所定値に保持せしめるようにする旨記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−４８７０４号公報
【特許文献２】特開平２−２７４０８号公報
【特許文献３】特開昭６０−３７０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献に記載の装置によれば、何れも画像によって検出した車両等の走行レーンに沿ってコーナリングを行なうことが可能とされている。この場合において、現実的な対応としては、必ずしも運転者の操作と無関係に自動的に操舵することは必要ではなく、例えば運転者によるステアリングホイールの操作に対し、車両が走行レーンの中央を維持するように操舵トルクを付加することによって、ステアリングホイールの操作負荷を軽減し、巡航運転を支援することができる。
【０００８】
このようなレーン走行支援装置においては、カメラで撮像した画像から路面上の走行レーンを適切且つ安定的に検出することが重要となる。通常、路面上には、走行レーン（車線）の境界を識別するレーン境界線をはじめ種々の目的に応じて標示線（レーンマーク）が塗装されており、実線のみならず破線のレーンマークや、白色あるいは黄色というように異なる色彩のレーンマークが混在し、更には、これらが複合されたものも存在する。また、レーンマークは直線に限らず曲線も存在するが、この曲線のレーンマークを特定するための曲率を求めるには遠方までレーンマークを確実に検出する必要が生ずる。従って、レーン走行支援装置に供する撮像手段としては、遠方までレーンマークを高精度で検出し得る前方監視カメラが必要とされる。また、車両進行方向の曲率が規定の曲率以上となる場合には走行支援が中断されることになるが、曲線のレーンマークを有する道路（カーブ）を走行中での中断は回避されるべき所、特段の回避策が示されているものではない。
【０００９】
ところで、近時の車両には、車両前方あるいは後方の近傍の確認や駐車支援用に前方監視カメラや後方監視カメラが装着されているものがある。しかし、これら既設の前方監視カメラや後方監視カメラは近傍の画像を確保し得るに留まり、遠方の画像は不鮮明となるので、曲線のレーンマークに対し正確に進行方向の曲率を求めることはできない。従って、過去の走行軌跡から曲率を求め、これを代用せざるを得ないが、このようなレーンマークの検出に既設のカメラが転用されることはなく、別途、高性能の前方監視カメラが採用され高価な装置となっていた。
【００１０】
一方、前掲の特許文献１にはナビゲーションシステムが開示されているが、近時のナビゲーション装置の進展は目覚しく、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）及び慣性航法を用いて車両の現在位置を高精度で特定し得るに至っている。従って、このようなナビゲーション装置によって車両の進行方向の道路形状情報を検出することが可能となり、道路形状情報として、車両の進行方向の所定位置での位置座標を検出し得るようになる。然し乍ら、ナビゲーション装置の検出情報のみを用いて車両の進行方向の位置座標を特定する場合には、ナビゲーション装置の精度に依存する所が大となり、高性能の装置が必要となり、高価となる。加えて、上述の高性能の前方監視カメラが必要とされる場合には非常に高価な装置となり、コスト的に到底見合うものではない。
【００１１】
そこで、本発明は、操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、これらによって、車両が走行レーン内を走行するように支援する車両のレーン走行支援装置において、ナビゲーション装置の検出情報を活用し、車両がカーブに進入する前に進行方向の道路曲率に基づき車両のレーン走行支援を中断し得る安価なレーン走行支援装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を達成するため、本発明は、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から、前記走行レーンを標示するレーンマークを検出する走行レーン検出手段と、前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標を含む道路形状情報を検出するナビゲーション装置とを備え、前記走行レーン検出手段が検出した走行レーン内を前記車両が走行するように前記操舵制御手段を制御して、前記車両の前記走行レーン内の走行を支援する車両のレーン走行支援装置において、前記ナビゲーション装置が検出した前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標に基づき前記車両の進行方向の道路曲率を演算する道路曲率演算手段と、該道路曲率演算手段が演算した道路曲率のうち前記車両の自車位置での道路曲率が所定の直進基準曲率以下の状態で、前記車両の進行方向の最大の道路曲率が所定の最大曲率以上である場合、及び前記車両の進行方向の最小のクロソイド係数が所定の最小クロソイド係数以下である場合の少なくとも一方の場合には、前記車両の走行レーン内の走行支援を中断する中断手段とを備えることとしたものである。
【００１３】
上記車両のレーン走行支援装置において、請求項２に記載のように、前記車両のヨーレイト及び車体速度を含む前記車両の操舵状態及び走行状態を検出する状態検出手段と、前記走行レーン検出手段の検出結果と前記車両の操舵状態及び走行状態に応じて、前記車両の前記走行レーンに対する相対位置を表す相対位置指標を含む状態量を演算する車両状態量演算手段と、前記道路曲率演算手段が演算した道路曲率並びに前記状態検出手段が検出した前記車両の操舵状態及び走行状態に基づき前記車両に対する目標状態量を設定する目標状態量設定手段とを備えたものとし、該目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との比較結果に応じて前記車両の走行レーン内の走行を支援するように構成するとよい。
【００１４】
尚、前記車両状態量演算手段における車両の操舵状態及び走行状態を表す指標としては、例えば操舵角及びヨーレイトがあり、前記目標状態量設定手段における車両の操舵状態及び走行状態を表す指標としては、例えば操舵角及び車体速度がある。そして、前記状態量を表す指標としては、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置たるレーン位置、その微分値であるレーン位置変動速度、前記車両のヨー角、及びヨーレイトがある。前記操舵制御手段は、例えば電動パワーステアリングシステムを備えたものとするとよい。
【００１５】
上記請求項２に記載の車両のレーン走行支援装置において、請求項３に記載のように、前記目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との差に応じたフィードバック制御量と、前記道路曲率に応じたフィードフォワード制御量との和に基づき、前記操舵制御手段による操舵制御を修正する修正操舵手段を備えたものとするとよい。尚、上記修正操舵手段と共に、あるいはこれとは別に、前記目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との比較結果に応じて、運転者に対して警報する警報手段を備えたものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に記載のように構成された車両のレーン走行支援装置においては、車両の進行方向の最大の道路曲率が所定の最大曲率以上である場合、及び車両の進行方向の最小のクロソイド係数が所定の最小クロソイド係数以下である場合の少なくとも一方の場合には、車両の走行レーン内の走行支援が中断されるように構成されているので、カーブ走行中に車両のレーン走行支援が中断されることはなく、カーブ進入前に確実にレーン走行支援を中断することができる。
【００１７】
そして、請求項２に記載のように構成すれば、道路曲率演算手段が演算した道路曲率並びに状態検出手段が検出した車両の操舵状態及び走行状態に基づき車両に対する目標状態量が設定されるので、撮像手段の精度に大きく依存することなく、ナビゲーション装置の検出情報を活用し、曲線のレーンマークに対しても適用することができ、車両のレーン走行支援を適切に行なうことができる。また、前方監視カメラに限らず後方監視カメラを用いることもでき、更には既設の安価なカメラを用いることもできる。
【００１８】
更に、請求項３に記載のように構成すれば、修正操舵手段によって、ナビゲーション装置の検出情報に基づき、車両のレーン走行支援を円滑に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置の構成を示すもので、車両前方（図１の上方）に、撮像手段として例えばｃｃｄカメラで構成された前方監視用のカメラＣＭｆが配置されると共に、車両後方にも後方監視用のカメラＣＭｒが配置されているが、何れか一方のカメラが設けられておればよい。また、本実施形態の操舵制御手段として電動パワーステアリングシステムＥＰＳを備えている。このような電動パワーステアリングシステムＥＰＳは既に市販されており、運転者によるステアリングホイールＳＷの操作によってステアリングシャフトに作用する操舵トルクを、操舵トルクセンサＴＳによって検出し、この検出操舵トルクの値に応じてＥＰＳモータ（図１では図示省略）を制御し、減速ギヤ及びラックアンドピニオン（図示せず）を介して車両前方の車輪（図１では全車輪を代表してＷＨで表す）を操舵し、運転者のステアリング操作力（ハンドル操作力）を軽減するものである。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、画像処理用の電子制御ユニットＥＣＵ１及び操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２を備え、両者が通信バスを介して接続されている。電子制御ユニットＥＣＵ１にはカメラＣＭｆ（及びＣＭｒ）が接続されており、画像信号が電子制御ユニットＥＣＵ１に入力されるように構成されている。また、電子制御ユニットＥＣＵ１には、車両前方の車輪ＷＨの操舵角を検出する操舵角センサＳＳ、車体速度を検出する車体速度センサＶＳ、及び車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサＹＳが接続されているが、後述するように電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２は相互に信号を送受信し得るように構成されるので、これらは電子制御ユニットＥＣＵ２に接続してもよい。尚、車体速度センサＶＳに代えて、各車輪の車輪速度を検出する車輪速度センサ（図示せず）を備えたものとし、検出車輪速度に基づき車体速度を推定することとしてもよい。一方、電子制御ユニットＥＣＵ２には、入力側に上記の操舵トルクセンサＴＳ、及びＥＰＳモータの回転角を検出する回転角センサＲＳが接続されると共に、出力側にＥＰＳモータが接続されている。
【００２１】
更に、電子制御ユニットＥＣＵ１（又はＥＣＵ２）には、ＧＰＳ及び慣性航法を備えたナビゲーション装置ＮＡＶが接続されており、これによって検出される車両進行方向の道路形状情報が電子制御ユニットＥＣＵ１に入力される。このときの道路形状情報としては車両進行方向の所定位置での位置座標を含み、ナビゲーション装置ＮＡＶとしては、この車両進行方向の所定位置での位置座標を取り出せる構成であれば市販の装置をそのまま利用することができ、基本的な構成は市販の装置と同様でよいので、説明は省略する。
【００２２】
図２は本発明のシステム構成を示すもので、画像処理システム（図２の上方）及び操舵制御システム（図２の下方）が通信バスを介して接続されている。本実施形態の画像処理システムは、画像処理用のＣＰＵ、フレームメモリ等を備えた電子制御ユニットＥＣＵ１に、前方監視カメラＣＭｆ及び後方監視カメラＣＭｒ、ヨーレイトセンサＹＳ、操舵角センサＳＳ、車体速度センサＶＳ及びナビゲーション装置ＮＡＶが接続されている。また、本実施形態の操舵制御システムは、電動パワーステアリング制御用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた電子制御ユニットＥＣＵ２に、操舵トルクセンサＴＳ及び回転角センサＲＳが接続されると共に、モータ駆動回路ＡＣ２を介してＥＰＳモータＭＴが接続されている。
【００２３】
これらの電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２は夫々、通信用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた通信ユニットを介して通信バスに接続されており、各制御システムに必要な情報を他の制御システムから送信することができる。更に、図示は省略するが、この通信バスに、アクティブステアリングシステム、ブレーキ制御システム、スロットル制御システム等を接続し、各システム間で互いのシステム情報を共有することができるように構成することとしてもよい。尚、図１に示すように、電子制御ユニットＥＣＵ１（又はＥＣＵ２）には操作スイッチＯＳが接続されており、走行支援制御は運転者による操作スイッチＯＳの操作によって開始されるように構成されている。
【００２４】
上記のように構成されたレーン走行支援装置において、レーン走行支援（レーンキープアシスト）制御部は、図３の制御ブロック図に示すように構成されており、ナビゲーション装置ＮＡＶによって検出される道路形状情報のうち、車両（図５に破線で示したＶＨ）の進行方向（前方）の所定距離分の位置座標が道路曲率演算部Ｎ１に入力され、ここで車両ＶＨの進行方向（前方）に所定距離離隔した位置での道路曲率(ρ)が演算される。具体的には、図５に示すように、ナビゲーション装置ＮＡＶにて検出される複数の道路座標点（図５に黒点で示す位置座標）のうち数点に対し円弧が当て嵌められ、その円弧の曲率が演算される。道路の位置座標に対する円弧の当て嵌めには、例えば３点を通る円弧を求める方法や、４点以上の座標から最も自乗誤差が少なくなるように円弧を求める方法（最小自乗法）を適用すればよい。而して、車両進行方向の道路形状情報として、車両ＶＨの進行方向（前方）の所定位置に対する道路曲率(ρ)が蓄積されて、図６に示すマップが形成される。尚、図６では道路距離に対する道路曲率(ρ)が用いられている。
【００２５】
そして、図３の中断判定部Ｎ２において、図６のマップが参照され、車両ＶＨの位置（自車位置）が所定の直進基準曲率以下の状態（即ち略直進状態）か否かが判定され、略直進状態であれば、車両ＶＨの進行方向（前方）に所定距離離隔した位置での道路曲率(ρ)が所定の最大曲率(ρmax)と比較される。この結果、図７に示すように、車両ＶＨの現時点の位置（自車位置）が所定の直進基準曲率以下の状態（即ち略直進状態）で、最大の道路曲率が所定の最大曲率(ρmax。例えば、ρmax = 1/230)以上と判定されたときには、例えば、後述するフィードバック制御演算部Ｍ４に対して制御中断を指示する信号が出力され、車両の走行レーン内の走行支援が中断される。尚、図７でも道路曲率(ρ)が用いられているので、最大曲率(ρmax)を表す二点鎖線は最大値となっている。而して、図７に示すように、略直線状態の範囲内で、自車位置を中心とした所定距離範囲が制御中断区間として設定されるので、カーブ走行中に走行支援が中断されることはなく、カーブ進入前に確実に中断することができる。尚、図７に×印で示すナビゲーション曲率データは、道路曲率演算部Ｎ１の演算結果であり、これらを実線で結んでデータ列としている（後述する図８及び図９も同様）。
【００２６】
一方、図１のカメラＣＭｆ（又はＣＭｒ）によって撮像された画像情報が図２の電子制御ユニットＥＣＵ１にて画像処理されて走行レーンが検出される。この電子制御ユニットＥＣＵ１には、レーン検出手段たるレーン認識演算部Ｍ１が構成されており、ここで、走行レーン内における車両の横方向位置ｙ（レーン位置）及び走行レーンに対するヨー角ψが演算される。尚、画像処理による走行レーンの検出については前掲の特許文献１に記載された方法のほか、公知の何れの方法でもよい。
【００２７】
上記のレーン認識演算部Ｍ１による演算結果とヨーレイトセンサＹＳ及び操舵角センサＳＳの検出信号に基づき、車両状態量演算手段たる状態量演算部Ｍ２にて、レーン位置ｙ、レーン横方向移動速度ｄｙ（走行レーン内における車両の横方向移動速度でレーン位置ｙの時間微分値）、ヨー角ψ、及びヨーレイトγをファクターとする現在の車両の状態量Ｘが推定演算される。即ち、車両の状態量をＸ、状態量出力をＹ、道路モデルの入力をＵとすると、Ｘ＝[ｙ，ｄｙ，ψ，γ]T、Ｙ＝[ｙ，ｄｙ，ψ，γ]T、Ｕ＝[δｆ，ρ]Tと表すことができる。尚、δｆは操舵角センサＳＳで検出される操舵角で、ρは走行路の道路曲率で、ここでは例えば前述のカメラ画像から推定演算される。そして、状態量推定値をＸｅとし、オブザーバゲインをＬとすると、以下の状態方程式が成り立ち、状態量出力ＹはＹ＝Ｃ・Ｘｅとなる。
ｄＸｅ／ｄｔ＝Ａ・Ｘｅ＋Ｂ・Ｕ＋Ｒｌ・Ｌ・（Ｘ−Ｘｅ）
【００２８】
尚、上記の状態方程式におけるモデル定数Ａ、Ｂ及びＣは以下に示すとおりである。
Ａ＝［a11 a12 a13 a14 ; a21 a22 a23 a24 ; a31 a32 a33 a34 ; a41 a42 a43 a44］
Ｂ＝［b11 b12 ; b21 b22 ; b31 b32 ; b41 b42］
Ｃ＝［1 0 0 0 ; 0 1 0 0 ; 0 0 1 0 ; 0 0 0 1］
また、Ｒｌは画像認識結果のレーン検出状態を表すファクターで、例えば、走行レーンが検出された状態が「１」で、未検出の状態が「０」とされる。これにより、レーンマークの連続線部が検出されたときにのみ走行レーン内における車両の横方向位置を推定するように構成し、あるいは、レーンマークの連続線部が検出されたときにのみ走行レーン内における車両の横方向位置を推定結果に反映するように構成することができる。
【００２９】
一方、道路曲率演算部Ｎ１で演算された道路曲率(ρ)が目標状態量演算部Ｍ３に入力され、この道路曲率に基づき、目標状態量演算部Ｍ３にて以下のように目標状態量が演算される。即ち、操舵角センサＳＳで検出された操舵角δf、及び車体速度センサＶＳで検出された車体速度（車速Vx）等に加え、道路曲率演算部Ｎ１で演算された道路曲率(ρ)に基づき、目標状態量演算部Ｍ３にて以下の４ファクターから成る目標状態量が演算される。
【００３０】
先ず、走行レーン内における車両の横方向位置（レーン位置）に対する目標レーン位置ytが、走行レーンの中心（レーン境界線間の中心）を起点として、yt＝０に設定される。そして、目標レーン横方向移動速度dytに関し、車両が横振れすることなく走行レーンの中心に沿って移動するように、dyt＝０に設定される。また、目標ヨー角ψtがψt＝Ｃ・ρに設定される。尚、このＣは道路曲率(ρ)から目標ヨー角ψtへの変換定数である。そして、車体速度（車速）Vxと道路曲率(ρ)に基づき、目標ヨーレイトγtがγt＝Vx・ρとして設定される。
【００３１】
而して、目標状態量演算部Ｍ３の演算結果（目標状態量）と、状態量演算部Ｍ２の演算結果（現在の状態量）との差が演算され、この差に基づき、フィードバック制御演算部Ｍ４にてトルク指令値が演算される。即ち、フィードバック制御演算部Ｍ４においては、上記の目標状態量を表す４ファクターの目標値（ｔを付加）と推定値（ｅを付加）における各々の差に制御ゲインK1乃至K4によって重み付けがされて横変位の誤差フィードバック項が形成され、更にこれらの総和に、道路曲率(ρ)に対応するステアリング角フィードフォワード項δff(ρ)が加算されて、下記のように目標回転角（目標ステアリング角）δswtとして設定される。
δswt ＝K1・(yt−ye)＋K2・(dyt−dye)＋K3・(ψt−ψe)＋K4・(γt−γe)＋δff(ρ)
【００３２】
上記のδff(ρ)は、２輪モデルから導出された道路曲率(ρ)におけるステアリング角理論値として、以下のように演算される（尚、Vxは車速、Lはホイールベース、Ｋはスタビリティファクタである）。
δff(ρ) ＝ Vx・ρ／ Vx・L (1＋Ｋ・Vx2)
【００３３】
そして、上記の目標回転角（目標ステアリング角）δswtと、回転角センサＲＳで検出される実回転角（実ステアリング角）δswとの差、及び付加ステアリングトルクフィードフォワード項Ｔff(ρ)に応じて、付加ステアリングトルク指令値Ｔaddが下記のように演算される（尚、K5は制御ゲインである）。
Ｔadd ＝ K5・(δswt−δsw)＋Ｔff(ρ)
上記付加ステアリングトルクフィードフォワード項Ｔff(ρ)は以下のように演算される。
Ｔff(ρ) ＝ｆatff(βff(ρ)＋δff(ρ))
【００３４】
上記の式において、ｆatff(α)はタイヤスリップ角(α)に対するセルフアライニングトルクを表す関数で、例えば図４に示す関係にある。また、βff(ρ)は道路曲率(ρ)における定常車体スリップ角であり、以下のように求められる。尚、定常車体スリップ角とは、一定車速で一定の道路曲率の道路を走行しているときの車体スリップ角である。
βff(ρ) ＝[{1−(Mv/2L)・(Lf/(Lr・Cr))・Vx2}/(1＋K・Vx2)]・(Lr/L)・δff(ρ)
ここで、Mvは車体質量、Lはホイールベース、Lfは車両の重心から前輪車軸中心までの距離、Lrは車両の重心から後輪車軸中心までの距離、Cr は後輪のコーナリングファクタ、Vxは車速、Kはスタビリティファクタである。
【００３５】
上記のように演算された付加ステアリングトルク指令値Ｔaddは操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２（図２）に送信され、電動パワーステアリング制御部Ｍ５（図３）にて、上記トルク指令値Ｔaddが通常のパワーステアリング制御量に加算されて、電動パワーステアリングシステムＥＰＳが制御され、本発明にいう修正操舵が行われる。更に、必要に応じ、上記トルク指令値Ｔaddが警報出力部（図示せず）に供給され、トルク指令値Ｔaddの大きさ、換言すれば走行レーンの中心からの車両の位置に応じて、走行レーンからの逸脱のおそれを表す警報が出力され、運転者への注意喚起が行われる。尚、トルク指令値Ｔaddを用いることなく、走行レーン内における車両の横方向位置の推定結果（状態量演算部Ｍ２の演算結果）に応じて警報を行うこととしてもよい。また、図３のレーン走行支援制御部の構成（Ｍ１乃至Ｍ４）はこれに限らず他の構成としてもよい。
【００３６】
尚、上記の中断判定手段Ｎ２においては、図８に示すように判定する構成とすることができる。即ち、現時点の自車位置Ｏからの道路距離に応じた道路曲率(ρ)の変化割合が、所定の最小クロソイド係数（Amin。ここでは、図８に二点鎖線で示すように道路曲率の傾きで表す）と比較され、これより（図８では）急峻なクロソイド係数を示す場合に、道路曲率(ρ)が所定の最小クロソイド係数(Amin)以下と判定され、車両の走行支援が中断される。ここで、道路曲率(ρ)とクロソイド係数(A)との関係はρ= L/A2である（Lは曲線長さを表す）であり、例えば、Amin = 180に設定されている。更に、中断判定手段Ｎ２においては図７及び図８に示す判定の両者を用いることとしてもよい。
【００３７】
そして、カーブが連続し、図９に示すようなナビゲーション曲率データを有する道路では、現時点の自車位置Ｏがカーブの途中にあるので、次のカーブに進入する前（現時点の車両前方）の自車位置での道路曲率が所定の直進基準曲率以下の（直線に近い）状態にある所定距離範囲が、制御中断区間（図９に示す）として設定される。
【００３８】
本発明の更に他の実施形態として、図１０に示すように、ナビゲーション装置ＮＡＶにて検出される道路形状情報のうち、車両（図１０に破線で示したＶＨ）の進行方向（前方）の所定位置での位置座標を用い、この位置座標を電子制御ユニットＥＣＵ１に入力するように構成してもよい。具体的には、ナビゲーション装置ＮＡＶにて検出される複数の道路座標点（図１０に黒点で示す位置座標）のうち数点から、前述のように最小自乗法等により自車位置近傍での道路曲率(ρ)が推定され、車両ＶＨの自車位置を原点とし、図１０に二点鎖線で示す接線と平行な軸をｘ軸としたｘ−ｙ座標が設定される。そして、車両進行方向の目標座標点（図１０の交点×）のｘ座標値（xlt）が車両ＶＨの車速Vxに基づいて設定され、更にこのｘ座標値（xlt）に基づきｙ座標値（ylt）が以下のように演算される（尚、下記のRはR＝1/ρである）。
ylt ＝ (yt−ye)＋R・(1−cos(sin-1(xlt/R))
【００３９】
而して、車両進行方向の目標座標点での横方向変位(ylt−xlt・tan(ψ＋Vx・γ))に応じて以下のように目標ステアリング角(δswt)が設定される（尚、K6は制御ゲインである）。
δswt ＝K6・(ylt−xlt・tan(ψ＋Vx・γ))
【００４０】
以後、前述の実施形態と同様、付加ステアリングトルク指令値Ｔaddが下記のように演算されて、車両横方向の変位に応じたフィードバックが行われ、以下、前述の実施形態と同様に処理される（尚、K7は制御ゲインである）。
Ｔadd ＝ K7・(δswt−δsw)
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の車両のレーン走行支援制御装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における操舵制御手段を含むレーン走行支援制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態における制御態様を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態において、タイヤスリップ角に対するセルフアライニングトルクの特性の一例を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施形態における車両進行方向の道路形状情報として、車両の進行方向の所定位置に対する道路曲率の特定を説明するグラフである。
【図６】図５に示す車両進行方向の道路形状情報に関し道路距離と道路曲率との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施形態における制御中断区間の一例を含む道路距離と道路曲率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態における制御中断区間の他の例を含む道路距離と道路曲率との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態における制御中断区間の更に他の例を含む道路距離と道路曲率との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施形態における目標座標点の設定を説明するグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
ＳＷ ステアリングホイール
ＶＨ 車両
ＷＨ 車輪
ＥＰＳ 電動パワーステアリングシステム
ＮＡＶ ナビゲーション装置
ＣＭｆ 前方監視カメラ
ＣＭｒ 後方監視カメラ
ＴＳ 操舵トルクセンサ
ＳＳ 車輪舵角センサ
ＲＳ 回転角センサ
ＹＳ ヨーレイトセンサ
ＶＳ 車体速度センサ
ＯＳ 操作スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から、前記走行レーンを標示するレーンマークを検出する走行レーン検出手段と、前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標を含む道路形状情報を検出するナビゲーション装置とを備え、前記走行レーン検出手段が検出した走行レーン内を前記車両が走行するように前記操舵制御手段を制御して、前記車両の前記走行レーン内の走行を支援する車両のレーン走行支援装置において、前記ナビゲーション装置が検出した前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標に基づき前記車両の進行方向の道路曲率を演算する道路曲率演算手段と、該道路曲率演算手段が演算した道路曲率のうち前記車両の自車位置での道路曲率が所定の直進基準曲率以下の状態で、前記車両の進行方向の最大の道路曲率が所定の最大曲率以上である場合、及び前記車両の進行方向の最小のクロソイド係数が所定の最小クロソイド係数以下である場合の少なくとも一方の場合には、前記車両の走行レーン内の走行支援を中断する中断手段とを備えたことを特徴とする車両のレーン走行支援装置。
【請求項２】
前記車両のヨーレイト及び車体速度を含む前記車両の操舵状態及び走行状態を検出する状態検出手段と、前記走行レーン検出手段の検出結果と前記車両の操舵状態及び走行状態に応じて、前記車両の前記走行レーンに対する相対位置を表す相対位置指標を含む状態量を演算する車両状態量演算手段と、前記道路曲率演算手段が演算した道路曲率並びに前記状態検出手段が検出した前記車両の操舵状態及び走行状態に基づき前記車両に対する目標状態量を設定する目標状態量設定手段とを備え、該目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との比較結果に応じて前記車両の走行レーン内の走行を支援することを特徴とする請求項１記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項３】
前記目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との差に応じたフィードバック制御量と、前記道路曲率に応じたフィードフォワード制御量との和に基づき、前記操舵制御手段による操舵制御を修正する修正操舵手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項１】
運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から、前記走行レーンを標示するレーンマークを検出する走行レーン検出手段と、前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標を含む道路形状情報を検出するナビゲーション装置とを備え、前記走行レーン検出手段が検出した走行レーン内を前記車両が走行するように前記操舵制御手段を制御して、前記車両の前記走行レーン内の走行を支援する車両のレーン走行支援装置において、前記ナビゲーション装置が検出した前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標に基づき前記車両の進行方向の道路曲率を演算する道路曲率演算手段と、該道路曲率演算手段が演算した道路曲率のうち前記車両の自車位置での道路曲率が所定の直進基準曲率以下の状態で、前記車両の進行方向の最大の道路曲率が所定の最大曲率以上である場合、及び前記車両の進行方向の最小のクロソイド係数が所定の最小クロソイド係数以下である場合の少なくとも一方の場合には、前記車両の走行レーン内の走行支援を中断する中断手段とを備えたことを特徴とする車両のレーン走行支援装置。
【請求項２】
前記車両のヨーレイト及び車体速度を含む前記車両の操舵状態及び走行状態を検出する状態検出手段と、前記走行レーン検出手段の検出結果と前記車両の操舵状態及び走行状態に応じて、前記車両の前記走行レーンに対する相対位置を表す相対位置指標を含む状態量を演算する車両状態量演算手段と、前記道路曲率演算手段が演算した道路曲率並びに前記状態検出手段が検出した前記車両の操舵状態及び走行状態に基づき前記車両に対する目標状態量を設定する目標状態量設定手段とを備え、該目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との比較結果に応じて前記車両の走行レーン内の走行を支援することを特徴とする請求項１記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項３】
前記目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との差に応じたフィードバック制御量と、前記道路曲率に応じたフィードフォワード制御量との和に基づき、前記操舵制御手段による操舵制御を修正する修正操舵手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の車両のレーン走行支援装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−３１５５３（Ｐ２００６−３１５５３Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２１２０４５（Ｐ２００４−２１２０４５）
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月２０日（２００４．７．２０）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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