車両の走行制御装置
【課題】車両の目標軌跡や実軌跡を求めるための車外情報の取得を要することなく、車両の軌跡が運転者の希望に則した目標軌跡になるよう操舵輪の舵角を遅れなく制御する。
【解決手段】運転者の操舵操作量に対する操舵輪の舵角の関係を変更する舵角可変装置又はバイワイヤ式の操舵装置を備えた車両の走行制御装置。車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定したときには（３５０、４５０）、その時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するに必要な目標軌跡に沿って車両を走行させるための操舵輪の目標舵角を演算する（５００）。そして目標舵角に基づいて操舵輪の舵角をフィードフォワード式又はフィードバック式に制御する（６００）。
【解決手段】運転者の操舵操作量に対する操舵輪の舵角の関係を変更する舵角可変装置又はバイワイヤ式の操舵装置を備えた車両の走行制御装置。車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定したときには（３５０、４５０）、その時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するに必要な目標軌跡に沿って車両を走行させるための操舵輪の目標舵角を演算する（５００）。そして目標舵角に基づいて操舵輪の舵角をフィードフォワード式又はフィードバック式に制御する（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行制御装置に係り、更に詳細には車両が目標軌跡（目標走行ライン）に沿って走行するよう操舵輪の舵角を修正制御する車両の走行制御装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
車両が目標軌跡に沿って走行するよう車両の軌跡を制御する車両の走行制御装置は従来種々提案されている。例えば下記の特許文献１には、車両前方の道路の車線情報に基づいて車両の目標軌跡を設定し、目標軌跡と車両の前方注視点との偏差が減少するよう自動操舵アクチュエータを制御する車線追従装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４８０３５号公報
【特許文献２】特開２００７−２６９１８０号公報
【発明の概要】
【０００４】
〔発明が解決しようとする課題〕
上記特許文献１に記載された車線追従装置によれば、車両が目標軌跡に沿って走行するよう操舵トルクの制御によって運転者の操舵操作を促したり操舵輪の舵角を修正したりすることができる。
【０００５】
しかし上記特許文献１に記載された車線追従装置に於いては、車両の目標軌跡を設定するための車両前方の道路の車線情報及び車両の実軌跡に対応する車両の前方注視点の情報を取得するカメラの如き車外情報取得手段が必須である。また目標軌跡は基本的には車線情報に基づいて決定されるため、車両の目標軌跡を必ずしも運転者の希望に則した軌跡に設定することができない。更に車両前方の道路の車線情報がない状況や車線情報を取得できない状況に於いては、目標軌跡を設定することができないため、車両を目標軌跡に沿って走行させることができない。
【０００６】
尚、上記特許文献２には、操舵角及び車速に基づいて車両の目標軌跡を設定し、目標軌跡と車両の実軌跡との偏差が減少するよう操舵伝達比可変装置を制御する操舵制御装置が記載されている。この特許文献２に記載された操舵制御装置によれば、車両が目標軌跡に沿って走行するよう操舵輪の舵角を制御することができる。
【０００７】
しかし特許文献２に記載された操舵制御装置に於いては、車両の実軌跡を求めるためのＧＰＳの如き車外情報取得手段が必要である。また目標軌跡と実軌跡との偏差に基づいて操舵輪の舵角がフィードバック制御されるので、実軌跡が求められた後でなければ舵角を制御することができず、そのため制御の遅れに起因して車両を好ましく目標軌跡に沿って走行させることができない。
【０００８】
本発明は、車両が目標軌跡に沿って走行するよう車両の軌跡を制御する従来の走行制御装置に於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものである。そして本発明の主要な課題は、車両の目標軌跡や実軌跡を求めるための車外情報の取得を要することなく、車両の軌跡が運転者の希望に則した目標軌跡になるよう操舵輪の舵角を遅れなく制御することである。
〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕
【０００９】
上述の主要な課題は、本発明によれば、運転者の操舵操作量に対する操舵輪の舵角の関係を変更する舵角制御手段を備えた車両の走行制御装置であって、予め設定された手順に従って車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定したときにはその時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するに必要な目標軌跡に沿って車両を走行させるための操舵輪の目標舵角を演算し、前記目標舵角に基づいて前記舵角制御手段により操舵輪の舵角を制御することを特徴とする車両の走行制御装置（請求項１の構成）によって達成される。
【００１０】
後に詳細に説明する如く、運転者の操舵操作量は車両の現在の進行方向を基準に見て車両の現在位置から目標到達位置までの方向に関係し、車速は車両の現在位置から目標到達位置までの距離に関係している。また運転者の操舵操作量は車両が目標到達位置に到達する際の目標進行方向にも関係している。
【００１１】
予め設定された手順に従って軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点を基準時点と呼ぶこととする。上記請求項１の構成によれば、基準時点の運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するための目標軌跡に沿って車両が走行するための操舵輪の目標舵角が演算され、目標舵角に基づいて操舵輪の舵角が制御される。
【００１２】
従って車両の目標軌跡や実軌跡を求めるための車外情報の取得は不要であり、また車外情報に基づいて実際の軌跡を求めることも、目標軌跡と実際の軌跡との偏差に基づいて車両の軌跡をフィードバック制御することも必要でない。よって車両の軌跡が運転者の希望に則した軌跡になるよう操舵輪の舵角を遅れなく制御し、車両を運転者が希望する目標軌跡に沿って走行させることができる。
【００１３】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記目標軌跡は、前記目標進行方向を示す直線を時間の座標軸とし、前記時点に於ける車両の位置より前記時間の座標軸に下した垂線を距離の座標軸とする仮想の直交座標に於いて、前記時点からの経過時間を指数の変数とする指数関数の曲線であるよう構成される（請求項２の構成）。
【００１４】
上記請求項２の構成によれば、目標進行方向を示す直線を時間の座標軸とし、基準時点に於ける車両の位置より時間の座標軸に下した垂線を距離の座標軸とする仮想の直交座標に於いて、基準時点からの経過時間を指数の変数とする指数関数の曲線として目標軌跡を求めることができる。
【００１５】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記目標軌跡は、前記時点に於ける車両の位置に於いて前記時点に於ける車両の前後方向を示す直線に接し且つ前記目標到達位置に於いて前記目標進行方向を示す直線に接する円弧状の曲線であるよう構成される（請求項３の構成）。
【００１６】
上記請求項３の構成によれば、基準時点に於ける車両の位置に於いて基準時点に於ける車両の前後方向を示す直線に接し且つ目標到達位置に於いて目標進行方向を示す直線に接する円弧状の曲線として目標軌跡を求めることができる。
【００１７】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記時点に於ける操舵輪の舵角と前記目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正するよう構成される（請求項４の構成）。
【００１８】
上記請求項４の構成によれば、基準時点に於ける操舵輪の舵角と目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正される。よって操舵輪の舵角が目標舵角になるよう操舵輪の舵角をフィードフォワード式に効率的に制御することができ、また運転者の操舵操作を要することなく操舵輪の舵角を目標舵角にすることができる。
【００１９】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、操舵輪の実際の舵角と前記目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正するよう構成される（請求項５の構成）。
【００２０】
上記請求項５の構成によれば、操舵輪の実際の舵角と目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角が修正される。よって操舵輪の舵角が目標舵角になるよう操舵輪の舵角をフィードバック式に正確に制御することができ、また運転者によって操舵操作が行われても操舵輪の舵角を目標舵角にすることができる。
【００２１】
尚フィードバックの制御は操舵輪の舵角について行われるので、フィードバックの制御が車両の軌跡について行われる従来の車両の走行制御装置の場合に比して、操舵輪の舵角の制御の遅れは遥かに小さい。
【００２２】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記目標到達位置は前記時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて決定され、前記目標進行方向は前記時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定されるよう構成される（請求項６の構成）。
【００２３】
上記請求項６の構成によれば、基準時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて目標到達位置を決定し、基準時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて目標進行方向を決定することができる。よって基準時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するための車両の目標軌跡が求めることができる。
【００２４】
また本発明によれば、上記請求項６の構成に於いて、前記時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定される角度を基準角度として、前記目標到達位置は前記時点に於ける車両の位置より車両の前後方向に対し前記基準角度傾斜した方向に引いた直線上に位置し、前記時点に於ける車両の位置から前記目標到達位置までの距離は車速に依存する値であるよう構成される（請求項７の構成）。
【００２５】
上記請求項７の構成によれば、基準時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定される角度を基準角度とし、基準時点に於ける車両の位置より車両の前後方向に対し基準角度傾斜した方向に引いた直線上に位置し且つ基準時点に於ける車両の位置から車速に依存する距離の位置として目標到達位置を決定することができる。
【００２６】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項７の構成に於いて、前記時点に於ける車両の位置と前記目標到達位置とを結ぶ直線を方向の基準線として、前記目標進行方向は前記目標到達位置に於いて前記方向の基準線に対し前記基準角度傾斜した方向に決定されるよう構成される（請求項８の構成）。
【００２７】
上記請求項８の構成によれば、基準時点に於ける車両の位置と目標到達位置とを結ぶ直線を方向の基準線として、目標到達位置に於いて方向の基準線に対し基準角度傾斜した方向を目標進行方向に決定することができる。
【００２８】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記軌跡の制御を行っていない状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第一の基準値よりも大きくなった後に運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第二の基準値よりも小さくなったときに前記軌跡の制御を開始すべきと判定するよう構成される（請求項９の構成）。
【００２９】
一般に、運転者が車両の進路を変更する場合には、まず比較的速く操舵操作量を変化させ、しかる後操舵操作量の変化を穏やかにする。従って運転者の操舵操作量の変化率の大きさ推移に基づいて車両の軌跡の制御の開始又は更新の必要性を判定することができる。
【００３０】
上記請求項９の構成によれば、軌跡の制御が行われていない状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第一の基準値よりも大きくなった後に制御開始判定の第二の基準値よりも小さくなったときには、その判定により軌跡の制御を開始すべきと判定することができる。
【００３１】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記軌跡の制御を行っている状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第一の基準値よりも大きくなった後に運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第二の基準値よりも小さくなったときに前記軌跡の制御を更新すべきと判定するよう構成される（請求項１０の構成）。
【００３２】
上記請求項１０の構成によれば、軌跡の制御が行われている状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第一の基準値よりも大きくなった後に制御更新判定の第二の基準値よりも小さくなったときには、その判定により軌跡の制御を更新すべきと判定することができる。
【００３３】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項２の構成に於いて、前記時点に於ける車両から前記時間の座標軸までの距離を基準距離として、前記基準距離と前記時点からの経過時間を指数の変数とする自然指数関数との積として目標距離が求められ、前記目標軌跡は前記時間の座標軸から前記目標距離の位置を結ぶ線として求められるよう構成される（請求項１１の構成）。
【００３４】
上記請求項１１の構成によれば、基準距離と基準時点からの経過時間を指数の変数とする自然指数関数との積として目標距離を求め、時間の座標軸から目標距離の位置を結ぶ線として目標軌跡求めることができる。
【００３５】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１１の構成に於いて、操舵操作の必要性に関連する車外の視覚情報の変化が発生してから人が当該視覚情報の変化を知覚するまでに要する一般的な時間をΔＴとし、ウェバー比を−ｋとし、前記時点からの経過時間をｔとして、前記自然指数関数の指数は−（ｋ／ΔＴ）ｔであるよう構成される（請求項１２の構成）。
【００３６】
上記請求項１２の構成によれば、自然指数関数の指数は−（ｋ／ΔＴ）ｔであるので、人の知覚特性に合った車両の目標距離を求め、これにより人の知覚特性に合った車両の目標軌跡を求めることができる。
【００３７】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記舵角制御手段は、運転者により操作される操舵入力手段に対し相対的に操舵輪を駆動することにより操舵伝達比を変化させる操舵伝達比可変手段と、前記操舵伝達比可変手段を制御する制御手段とを有するセミバイワイヤ式の舵角制御手段であるよう構成される（請求項１３の構成）。
【００３８】
上記請求項１３の構成によれば、操舵伝達比可変手段を有するセミバイワイヤ式の舵角制御手段を備えた車両に於いて、操舵伝達比可変手段により操舵伝達比を変化させることにより操舵輪の舵角を制御することができる。
【００３９】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１３の構成に於いて、車両は運転者による操舵操作を補助する補助操舵力を発生する補助操舵力発生手段と、運転者の操舵負担を軽減するための目標補助操舵力に基づいて前記補助操舵力発生手段を制御する補助操舵力制御手段とを有し、前記補助操舵力制御手段は前記軌跡の制御が行われている状況に於いては、前記舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御に起因する操舵力の変動量を推定し、検出された操舵力を前記操舵力の変動量にて補正し、補正後の操舵力に基づいて運転者の操舵負担を軽減するために必要な補助操舵力を演算し、前記必要な補助操舵力と前記操舵力の変動量との和を前記目標補助操舵力とするよう構成される（請求項１４の構成）。
【００４０】
上記請求項１４の構成によれば、軌跡の制御が行われている状況に於いては、舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御に起因する操舵力の変動量が推定され、検出された操舵力が操舵力の変動量にて補正される。そして補正後の操舵力に基づいて運転者の操舵負担を軽減するために必要な補助操舵力が演算される。更に必要な補助操舵力と操舵輪の舵角の制御に起因する操舵力の変動量との和が目標補助操舵力とされ、その目標補助操作力に基づいて補助操作力発生手段が制御される。従って操舵輪の舵角の制御に伴う不自然な操舵操作力の変動に起因して運転者が違和感を覚えることを防止しつつ、運転者の操舵負担を軽減することができる。
【００４１】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記舵角制御手段は、操舵輪の舵角を変化させる転舵手段と、前記操舵入力手段に対する運転者の操舵操作量を検出する手段と、通常時には運転者の操舵操作量に基づいて前記転舵手段を制御し、必要に応じて運転者の操舵操作に依存せずに前記転舵手段を制御する制御手段とを有するバイワイヤ式の舵角制御手段であるよう構成される（請求項１５の構成）。
【００４２】
上記請求項１５の構成によれば、バイワイヤ式の舵角制御手段を備えた車両に於いて、転舵手段を制御することにより運転者の操舵操作に依存せずに操舵輪の舵角を制御することができる。
【００４３】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１５の構成に於いて、車両は操舵反力を発生する操舵反力発生手段と、目標操舵反力に基づいて前記操舵反力発生手段を制御する操舵反力制御手段とを有する操舵反力付与装置を備え、前記操舵反力制御手段は運転者の操舵操作量に基づいて前記舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御の影響を受けない基本の操舵反力を演算し、前記基本の操舵反力から運転者の操舵負担を軽減するための操舵反力低減量を減算した値に基づいて目標操舵反力を演算するよう構成される（請求項１６の構成）。
【００４４】
上記請求項１６の構成によれば、運転者の操舵操作量に基づいて操舵輪の舵角の制御の影響を受けない基本の操舵反力が演算され、基本の操舵反力から運転者の操舵負担を軽減するための操舵反力低減量を減算した値に基づいて目標操舵反力が演算される。そして目標操舵反力に基づいて操舵反力発生手段が制御される。従って操舵輪の舵角の制御の影響を排除するための補正量を演算することなく、操舵輪の舵角の制御に伴う不自然な操舵反力の変動に起因して運転者が違和感を覚えることを防止しつつ、適度の操舵反力を発生させることができる。
【００４５】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記舵角制御手段及び運転者の操舵操作量を求める手段の少なくとも一方が正常でないときには、前記軌跡の制御を抑制するよう構成される（請求項１７の構成）。
【００４６】
上記請求項１７の構成によれば、舵角制御手段及び運転者の操舵操作量を求める手段の少なくとも一方が正常でないときにも軌跡の制御が抑制されない場合に比して、軌跡の制御が不適切に行われる虞れを低減することができる。
〔課題解決手段の好ましい態様〕
【００４７】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、走行制御装置は運転者の操舵操作量及び車速と操舵輪の目標舵角との関係を記憶しており、車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて前記関係より操舵輪の目標舵角を演算するよう構成される（好ましい態様１）。
【００４８】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、走行制御装置は予め設定された軌跡の制御の終了条件が成立するまで操舵輪の舵角を制御するよう構成される（好ましい態様２）。
【００４９】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、走行制御装置は車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきではないと判定したときには、予め設定された操舵伝達比が達成されるよう操舵輪の舵角を制御するよう構成される（好ましい態様３）。
【００５０】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、走行制御装置は車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点からの経過時間と運転者の操舵操作量及び車速と操舵輪の目標舵角との関係を記憶しており、車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点からの経過時間と車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速とに基づいて前記関係より操舵輪の目標舵角を演算するよう構成される（好ましい態様４）。
【００５１】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項３の構成に於いて、走行制御装置は運転者の操舵操作量及び車速と操舵輪の目標舵角との関係を記憶しており、車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点からの経過時間に関係なく車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて前記関係より操舵輪の目標舵角を演算するよう構成される（好ましい態様５）。
【００５２】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１７の構成に於いて、舵角制御手段及び運転者の操舵操作量を求める手段の少なくとも一方が正常でないときには、軌跡の制御を実行しないよう構成される（好ましい態様６）。
【００５３】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１７の構成に於いて、運転者の操舵操作量を求める手段が正常ではなくても、他の手段によって運転者の操舵操作量を求めることができるときには、他の手段によって求められた運転者の操舵操作量を使用して軌跡の制御を実行するよう構成される（好ましい態様７）。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】舵角可変装置及び電動式パワーステアリング装置が搭載された車両に適用された本発明による車両の走行制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】第一の実施形態に於ける走行制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第一の実施形態に於ける軌跡制御の開始条件の成立判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】第一の実施形態に於ける軌跡制御の更新条件の成立判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第一の実施形態に於ける前輪の舵角制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】車速Ｖと目標ステアリングギヤ比Ｎtとの間の関係を示すグラフである。
【図７】操舵トルクＴhd又はＴhdaと基本アシストトルクＴpabとの間の関係を示すグラフである。
【図８】車速Ｖと車速係数Ｋvとの間の関係を示すグラフである。
【図９】操舵トルクＴhd又はＴhdaと車速Ｖと基本アシストトルクＴpabとの間の関係を示すグラフである。
【図１０】第三の実施形態に於ける走行制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】第三の実施形態に於ける前輪の目標舵角演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】バイワイヤ式のステアリング装置が搭載された車両に適用された本発明による車両の走行制御装置の第五の実施形態を示す概略構成図である。
【図１３】第五の実施形態に於ける走行制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】第五の実施形態に於ける前輪の舵角制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】補正後の操舵トルクＴh0と基本操舵負担軽減トルクＴpadbとの間の関係を示すグラフである。
【図１６】補正後の操舵トルクＴh0と車速Ｖと基本操舵負担軽減トルクＴpadbとの間の関係を示すグラフである。
【図１７】第七の実施形態に於ける前輪の舵角制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】２輪モデルの車両が進路を変更する場合を示す説明図である。
【図１９】車両が定常円旋回し、円弧状の軌跡を描いて走行する場合を示す説明図である。
【図２０】前輪の舵角が運転者の操舵操作量に対応する舵角及び案内棒モデルに基づいて修正された舵角である場合について、定常円旋回による車両の円弧状の軌跡を示す説明図である。
【図２１】水平加速度ｘ″が変化する状況に於いて、人が水平加速度ｘ″の変化を知覚できる最小量Δｘ″及び人が最小量最小量Δｘ″の変化を知覚するに要する最小時間ΔＴを示す説明図である。
【図２２】車両が案内棒の基準位置より案内棒の先端位置まで指数関数の軌跡を描いて走行する場合を示す説明図である。
【図２３】車両が指数関数の軌跡を描いて走行する場合に於いて、車両が案内棒の基準位置と案内棒の先端位置との間の位置へ移動した状況を示す説明図である。
【図２４】図２３に示された状況について、距離に関する座標軸及び時間に関する座標軸に平行な成分への車速の分解を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
実施形態の総括説明
具体的な実施形態の説明に先立ち、各実施形態に共通の技術的事項について総括的に説明する。
１）案内棒モデル
【００５６】
車両の軌跡に関する運転者の意図は、運転者の操舵操作量に反映されていると考えられるので、操舵輪である前輪の向き、即ち前輪の舵角が運転者の前方注視方向であると考えられてよい。そこで前輪に仮想の案内棒が設置された仮想の車両を定義し、運転者は案内棒の先端が希望の軌跡に沿って移動するように車両を運転していると仮定する。その場合前方注視距離、即ち車両から運転者が注視する位置までの距離は案内棒の長さに対応し、車速に応じて変化すると考えられる。
【００５７】
本明細書に於いては、上述の仮想の案内棒を備えた車両のモデルを「案内棒モデル」と呼ぶこととする。案内棒モデルによれば、運転者が車両の進路を変更しようとしたときの運転者の操舵操作量及び車速に基づいて、案内棒の先端を通る軌跡として車両の好ましい目標軌跡を設定することができる。
【００５８】
従って設定された目標軌跡に沿って車両が走行するよう前輪の舵角を制御することにより、車両周囲の情報を撮影や車外よりの通信等によって周囲の情報を取得することを要することなく、車両を好ましい目標軌跡に沿って走行させることができる。
【００５９】
案内棒モデルに基づく車両の軌跡制御の理解が容易になるよう、図１８に示されている如く、車両は前輪１００及び後輪１０２を備えた２輪モデルの車両１０４であるとする。そして車両１０４がその前後方向を示す線１０６に対し角度φ傾斜した目標進路１０８へ進路を変更する場合について考える。尚角度の単位はradである。
【００６０】
図示の如く、前輪１００の中心Ｏから目標進路１０８上の点Ｐまで前輪の前後方向に沿って車両の前方へ仮想の案内棒１１０が突き出ているものとし、車両の前後方向に対する案内棒１１０の傾斜角をβとする。そして案内棒１１０の長さ、即ち線分ＯＰの長さをＡとし、目標進路１０８と案内棒１１０とがなす角度をαとする。また前輪１００の中心Ｏから目標進路１０８までの距離をｘとし、前輪１００の舵角をδとする（δ＝β）。更に車両１０４のホイールベースをＷＢとし、車速をＶとする。尚長さの単位はmであり、時間の単位はsecである。
【００６１】
舵角δ及び車速Ｖが変化せずに微小時間dｔが経過することにより、車両１０４が実線にて示された位置より破線にて示された位置へ移動し、これに伴う角度φ及び距離ｘの変化をそれぞれdφ及び距離dｘとすると、下記の式１〜式４が成立する。尚微小時間dｔは非常に小さいので、図示の如く前輪１００は案内棒１１０上の点に移動し、後輪１０２は移動前の車両の前後方向を示す線１０６上の点に移動すると考えられてよい。
【００６２】
β＝φ−α ……（１）
ｘ＝Ａ＊sinα ……（２）
−ＷＢdφ＝Ｖdｔ＊sinβ ……（３）
−dｘ＝Ｖdｔ＊sinα ……（４）
【００６３】
上記式２をαで微分すると、下記の式５が得られるので、dｘは下記の式６により表される。
dｘ／dα＝Ａ＊cosα ……（５）
dｘ＝Ａ＊cosα＊dα ……（６）
【００６４】
上記式４に式６を代入すると、下記の式７が得られるので、案内棒の長さＡは下記の式８により表される。
−Ａ＊cosα＊dα＝Ｖdｔ＊sinα ……（7）
Ａ＝−（Ｖdｔ＊sinα）／（cosα＊dα）
＝−(Ｖdｔ＊tanα)/dα
＝−Ｖdｔ＊｛１／（cosα）２｝ ……（８）
【００６５】
また上記式３をＶdｔについて解くと、下記の式９が得られ、式９を式８に代入すると下記の式１０が得られる。
Ｖdｔ＝（−ＷＢdφ）／sinβ ……（９）
Ａ＝−（−ＷＢdφ）／sinβ＊｛１／（cosα）２｝ ……（１０）
【００６６】
旋回の如き車両の非直進走行は定常円走行の組合せと考えることができ、軌跡が円弧である場合には角度α及びβは互いに同一である。またβは前輪の舵角δと同一である。よって式１０の角度α及びβを舵角δに書き換えることにより、案内棒の長さＡを式１１にて表すことができる。
Ａ＝（ＷＢdφ）／sinδ＊｛１／（cosδ）２｝ ……（１１）
【００６７】
式１１のdφは車両のヨーレートＹＲであり、ヨーレートＹＲは下記の式１２により表される。
ＹＲ＝Ｖ／ＷＢ＊δ ……（１２）
【００６８】
よって式１１のdφに式１２を代入することにより、案内棒の長さＡを式１３にて表すことができる。
Ａ＝ＷＢ（Ｖ／ＷＢ＊δ）／sinδ＊｛１／（cosδ）２｝
＝（Ｖ＊δ）／sinδ＊｛１／（cosδ）２｝ ……（１３）
【００６９】
尚車両の旋回方向が左旋回か右旋回かによって舵角δの符号が異なる場合には、車両の旋回方向が逆になることによって舵角δの符号が逆になると、sinδの符号も同様に逆になるので、案内棒の長さＡは常に正の値である。
【００７０】
以上の説明に於いては、案内棒１１０は前輪１００の中心Ｏを基準位置とし該基準位置から前輪の前後方向に沿って車両の前方へ突き出ているものとして案内棒モデルを説明した。しかし車両の軌跡は車両の重心の軌跡と考える方が好ましいので、これ以降の説明に於いては、案内棒は車両の重心を基準位置とし該基準位置から前輪の前後方向に沿って車両の前方へ突き出ているものとする。
【００７１】
２）円弧状の軌跡
次に図１９に示されている如く、前輪の舵角δ及び車速Ｖがそれぞれ一定の値に設定されて車両１０４が定常円旋回し、位置Ｐ0より位置Ｐ1まで円弧状の軌跡Ｔcを描いて走行する場合について考える。この場合車両１０４の重心が位置Ｐ0にあるときの案内棒に対応する線分は、基準点Ｐ0より先端Ｐ1まで延在している。
【００７２】
車両１０４の運動は定常円旋回運動であるので、車両のヨーレートＹＲは上記式１２により表され、車両の横加速度ＬＡは下記の式１４により表される。
ＬＡ＝ＹＲ＊Ｖ ……（１４）
【００７３】
よって円弧状の軌跡Ｔcの半径Ｒは下記の式１５により表される。
Ｒ＝Ｖ２／ＬＡ
＝Ｖ２／（ＹＲ＊Ｖ）
＝Ｖ／ＹＲ
＝Ｖ／（Ｖ／ＷＢ＊δ）
＝ＷＢ／δ ……（１５）
【００７４】
また図１９に示されている如く、車両１０４の前後方向を示す線１０６及び目標進路を示す線１０８はそれぞれ位置Ｐ0及びＰ1に於いて円弧状の軌跡Ｔcに接する接線である。線１０６及び１０８の交点をＱ1とし、円弧状の軌跡Ｔcの中心Ｏcより案内棒１１０に下した垂線の足をＱ2とする。三角形Ｐ0ＯcＰ1は中心Ｏcを頂点とする二等辺三角形であるので、角度Ｐ0ＯcＱ2及び角度Ｐ1ＯcＱ2は互いに等しく、これらをγとする。また角度ＯcＰ0Ｑ2及び角度ＯcＰ1Ｑ2も互いに等しく、これらをλとする。
【００７５】
図１９より解る如く、下記の式１６及び１７が成立する。よって角度γは角度α及びδと同一である。
α＋λ＝δ＋λ＝π／２ ……（１６）
γ＋λ＝π／２ ……（１７）
【００７６】
また図１９より解る如く、案内棒に対応する線分の長さＡ0は線分Ｐ0Ｑ2の２倍であり、線分Ｐ0Ｑ2の長さはＲ＊sinγ＝Ｒ＊sinδである。よって案内棒に対応する線分の長さＡ0は式１８にて表わされる。
Ａ0＝２Ｒ＊sinδ
＝２（ＷＢ／δ）＊sinδ ……（１８）
【００７７】
式１８により表される案内棒に対応する線分の長さＡ0は車速Ｖを含んでおらず、車速Ｖに依存しない。この線分の長さＡ0と式１３により表される案内棒の長さＡとの比較より、前輪の舵角δを修正しなければ、案内棒１１０の先端を通る円弧状の軌跡に沿って車両を走行させることができないことが解る。換言すれば、線分の長さＡ0を式１３により表される案内棒の長さＡと同一の値にするためには、運転者の操舵操作量及びステアリングギヤ比により定まる舵角（「本来の舵角」という）δとは異なる値に前輪の舵角を修正しなければならない。
【００７８】
図２０に示されている如く、前輪の舵角が本来の舵角δから修正後の舵角δ′に修正されると、車両１０４が案内棒１１０の先端Ｐ1′を通る円弧状の軌跡Ｔc′に沿って走行することができるとする。また円弧状の軌跡Ｔc′の中心及び半径はそれぞれＯc′、Ｒ′であるとする。
【００７９】
半径Ｒ′は上記式１５に対応する下記の式１９により表される。
Ｒ′＝ＷＢ／δ′ ……（１９）
【００８０】
三角形Ｐ0Ｐ1Ｏc及び三角形Ｐ0Ｐ1′Ｏc′は相似形であるので、下記の式２０が成立する。
Ｒ／Ｒ′＝Ａ0／Ａ ……（２０）
【００８１】
この式２０に上記式１３、１５、１８、１９を代入すると、下記の式２１が得られる。
δ′／δ＝２ＷＢ＊sinδ′＊sinδ＊（cosδ′）２／（Ｖ＊δ′＊δ）
……（２１）
【００８２】
前輪の舵角δ及び修正後の舵角δ′が小さい値であるときには、sinδ及びsinδ′はそれぞれδ及びδ′であると看做されてよく、cosδ′は１であると看做されてよい。よって修正後の舵角δ′は上記式２１が変形された下記の式２２により表される。
δ′＝（２ＷＢ／Ｖ）＊δ ……（２２）
【００８３】
運転者の操舵操作量としての操舵角をθとし、ステアリングギヤ比をＮとすると、前輪の本来の舵角δは下記の式２３により表される。尚ステアリングギヤ比Ｎは一定であってもよく、また例えば車速Ｖに応じて可変設定される値であってもよい。
δ＝θ／Ｎ ……（２３）
【００８４】
よって修正後の舵角δ′は下記の式２４により表される。
δ′＝（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ ……（２４）
【００８５】
また前輪の舵角及び車速がそれぞれ一定のδ′及びＶに維持された状態で車両が位置Ｐ0より位置Ｐ1′まで円弧状の軌跡Ｔc′に沿って走行するに要する時間をＴaとする。時間Ｔaは中心角θが２γ＝２δで半径がＲ′の扇形の円弧に沿って式２５により表されるヨーレートＹＲにて円弧運動するに必要な時間である。よって時間Ｔaは式２６により表される通り、１［sec］であり、車速Ｖに依存しない。
ＹＲ＝Ｖ／ＷＢ＊δ′ ……（２５）
Ｔa ＝２δ／ＹＲ
＝２ＷＢ＊δ／（Ｖ＊δ′）
＝２ＷＢ＊δ／｛Ｖ＊（２ＷＢ／Ｖ）＊δ｝
＝１ ……（２６）
【００８６】
従って前輪の本来の舵角がδである状況に於いて、車速Ｖを一定の値に維持し目標舵角δatを修正後の舵角δ′に設定して前輪の舵角を制御することにより、案内棒１１０の先端Ｐ1′を通る円弧状の軌跡Ｔc′に沿って車両を走行させることができる。そして車速Ｖの値に関係なく車両は時間Ｔa＝１［sec］が経過するときに位置Ｐ1′を通過する。
【００８７】
３）指数関数の軌跡
上記式２より下記の式２７が成立する。但し式１よりα＝φ−βである。
ｘ′＝−Ｖ＊sinα ……（２７）
【００８８】
上記式２及び２７より下記の式２８が成立し、式２８は距離ｘがウェバー則に則して変化する変数であることを示している。
ｘ′＝−（Ｖ／Ａ）ｘ ……（２８）
【００８９】
式２８を解くと式２９が得られる。よって距離ｘが式２９に則して変化するよう制御することにより、距離ｘをウェバー則に則して制御することができる。尚ｘ０は時間ｔが０であるときの距離ｘの値である。
ｘ＝ｘ０＊exp｛−（Ｖ／Ａ）＊ｔ｝ ……（２９）
【００９０】
次に上記式２９に基づく距離ｘの制御を人間の知覚特性に適合させることを考える。図２１に示されている如く、距離ｘの２回微分値である車両の水平加速度ｘ″が増加する場合に於いて、人が水平加速度ｘ″の変化を知覚できる最小量をΔｘ″とする。そして人が水平加速度ｘ″の変化Δｘ″を知覚するに要する最小時間をΔＴとする。水平加速度ｘ″の変化率をｘ″′として最小量Δｘ″は下記の式３０により表される。
Δｘ″＝ｘ″′＊ΔＴ ……（３０）
【００９１】
図２１より解る如く、水平加速度ｘ″の変化率ｘ″′は下記の式３１により表される。
ｘ″′＝｛（ｘ″＋Δｘ″）−ｘ″｝／｛（Ｔ＋ΔＴ）−Ｔ｝
＝Δｘ″／ΔＴ ……（３１）
【００９２】
上記式２８を２回微分すると下記の式３２が得られるので、下記の式３３が成立する。
ｘ″′＝−（Ｖ／Ａ）＊ｘ″ ……（３２）
ｘ″′／ｘ″＝−（Ｖ／Ａ） ……（３３）
【００９３】
上記式３３に上記式３１を代入して変形することにより、下記の式３４が得られる。
Δｘ″／ｘ″＝−（Ｖ／Ａ）＊ΔＴ ……（３４）
【００９４】
上記式３４はウェバー比の形をなす式であるので、ウェバー比を−ｋとして上記式３４を下記の式３５の通りに書き換えることができる。但しｋは式３６により表される正の値である。
Δｘ″／ｘ″＝−ｋ ……（３５）
ｋ＝（Ｖ／Ａ）＊ΔＴ ……（３６）
【００９５】
尚最小時間ΔＴは個人差のある値であるが、最小時間ΔＴを平均的な一定の値とし、ウェバー比−ｋも一定の値であるとする。
【００９６】
上記式３５を下記の式３７の通り変形し、式３７を上記式３０に代入して変形することにより、下記の式３８が得られる。そして下記の式３８を解くことにより、下記の式３９が得られる。
Δｘ″＝−ｋ＊ｘ″ ……（３７）
ｘ″′＊ΔＴ＝−ｋ＊ｘ″ ……（３８）
ｘ＝ｘ０＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）＊ｔ｝ ……（３９）
【００９７】
上記式２９及び３９は何れも距離ｘが時間ｔの指数関数であることを示しているが、式３９によれば距離ｘ、従って車両の好ましい指数関数の軌跡を車速Ｖに依存しないウェバー比−ｋ及び最小時間ΔＴにて表すことができる。
【００９８】
よって上記式３９を使用して車両の軌跡を制御することにより、車速Ｖに依存する上記式２９を使用して車両の軌跡を制御する場合に比して、下記の利点がられる。
（１）上記式３９は車速Ｖを含んでいないので、演算量を少なくし、制御を単純化することができる。
（２）車両の軌跡を人の知覚特性に適合した好ましい指数関数の軌跡に制御することができる。
【００９９】
以上の説明より解る如く、式３９に従って距離ｘを制御することによって車両の軌跡を制御することにより、車両の軌跡を円弧状の軌跡よりも人の知覚特性にとって好ましい指数関数の軌跡にすることができる。
【０１００】
しかし車両の軌跡が上記式３９に従って指数関数の軌跡に設定されても、車両が位置Ｐ1′に到達するに要する時間Ｔbが車両の軌跡が円弧状の軌跡である場合の時間Ｔaと同一になるとは限らない。
【０１０１】
そこで時間Ｔbを時間Ｔaと同一の値にするための補正係数をＤとして上記式３９を下記の式４０の通りに書き換える。
ｘ＝ｘ０＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）Ｄ＊ｔ｝ ……（４０）
【０１０２】
車両が位置Ｐ1′に到達するに要する時間Ｔbを時間Ｔaとするためには、ｘbを０に近い正の定数として、式４０に於いて時間ｔがＴaであるときに距離ｘがｘbになればよく、従って下記の式４１が成立すればよい。Ｔaは１［sec］であるので、補正係数Ｄについて式４１を解くと、式４２が得られる。
ｘb＝ｘ０＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）Ｄ＊Ｔa｝ ……（４１）
Ｄ＝−（logｅｘb−logｅｘ０）＊ΔＴ／（ｋ＊Ｔa）
＝−（logｅｘb−logｅｘ０）＊ΔＴ／ｋ ……（４２）
【０１０３】
図２２に示されている如く、距離ｘが上記式４０に則して変化するよう前輪の舵角δが制御されることにより、案内棒の基準位置Ｐ0より案内棒の先端位置Ｐ1′まで指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合について考える。
【０１０４】
案内棒の基準位置Ｐ0より目標進路を示す線１０８に下した垂線の足を交点Ｑ3とする。上記式４０により表される指数関数は、目標進路を示す線１０８を時間に関する座標軸とし、車両１０４の前後方向を示す線１０６を距離ｘに関する座標軸とし、交点Ｑ3を原点とする直交座標に於ける関数である。
【０１０５】
位置Ｐ1と交点Ｑ3との間の距離及び位置Ｐ0と位置交点Ｑ3との間の距離をそれぞれＢ及びＣとすると、距離Ｂ及びＣはそれぞれ下記の式４３及び４４により表される。
Ｂ＝Ａ＊cosδ ……（４３）
Ｃ＝Ａ＊sinδ
＝２Ｒ＊sinδ＊sinδ
＝２（ＷＢ／δ′）＊（sinδ）２ ……（４４）
【０１０６】
舵角δが小さいときにはsinδはδに等しいと看做されてよいので、上記式４４に上記式２２を代入すると共にsinδ＝δとすることにより、距離Ｃは下記の式４５により表される。また距離Ｃは時間ｔが０であるときの距離ｘの値ｘ０であり、正の値である。よって式４５に対応する下記の式４６により距離ｘ０を求めることができる。
Ｃ＝（Ｖ／δ）＊δ２
＝Ｖ＊δ ……（４５）
ｘ０＝Ｖ＊｜δ｜ ……（４６）
【０１０７】
従って補正係数Ｄ及び距離ｘ０をそれぞれ式４２及び４６により求め、式４０に従って距離ｘを制御することにより、時間Ｔa＝１［sec］が経過するときに車両が実質的に位置Ｐ1′に到達するよう、車両を指数関数の軌跡Ｔeに沿って走行させることができる。
【０１０８】
次に距離ｘを上記式４０、４２及び４６に則して変化させることにより、車両の軌跡を好ましい指数関数の軌跡Ｔeに制御するための前輪の舵角の制御について説明する。
【０１０９】
まず前輪の舵角δ及び車速Ｖがそれぞれ一定のδ′及び一定の値に設定されて、車両が案内棒の基準位置Ｐ0より案内棒の先端位置Ｐ1′まで円弧状の軌跡Ｔc′を描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡaについて考える。車両のスリップ角が０であるとすると、車両の横加速度ＬＡaは式２５により表されるヨーレートＹＲと車速Ｖとの積に等しいので、下記の式４７により求められる値である。
ＬＡa＝ＹＲ＊Ｖ
＝Ｖ／ＷＢ＊δ′＊Ｖ
＝Ｖ２／ＷＢ＊δ′
＝Ｖ２／ＷＢ＊（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ
＝２Ｖ＊θ／Ｎ ……（４７）
【０１１０】
また車速Ｖが一定の値に設定され、前輪の舵角δがδbに可変制御されることにより、車両が案内棒の基準位置Ｐ0より案内棒の先端位置Ｐ1′まで上記式４０により表される指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡbについて考える。
【０１１１】
図２３及び図２４に示されている如く、車両が基準位置Ｐ0と先端位置Ｐ1′との間の位置Ｐ3へ移動した状況について、車速Ｖを距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxと時間に関する座標軸に平行な成分Ｖyとに分解すると、式４８が成立する。
Ｖ＝（Ｖx２＋Ｖy２）１／２ ……（４８）
【０１１２】
距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxは式４０により表される距離の変化率に等しいので、下記の式４９により成分Ｖxを求めることができる。
Ｖx＝dｘ／dｔ
＝｜d［ｘ０＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）Ｄ＊ｔ｝］／dｔ
＝｜−Ｖ＊δ＊（ｋ／ΔＴ＊Ｄ）＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）Ｄ＊ｔ｝｜ ……（４９）
【０１１３】
式４８及び式４９より、時間に関する座標軸に平行な成分Ｖyを下記の式５０により求めることができることが解る。
Ｖy＝（Ｖ２−Ｖx２）１／２ ……（５０）
【０１１４】
図２４に示されている如く、車両の前後方向を示す線１０６が距離ｘに関する座標軸に平行な線１１２に対しなす角度、即ち距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxが車速Ｖに対しなす角度をσとする。車両のスリップ角が０であるとすると、下記の式５１が成立する。よって角度σは下記の式５２により表される。
tanσ＝Ｖy／Ｖx ……（５１）
σ＝tan−１（Ｖy／Ｖx） ……（５２）
【０１１５】
距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxの車両の横方向の成分をＶxxとし、時間に関する座標軸に平行な成分Ｖyの車両の横方向の成分をＶyxとする。車両の横方向の成分Ｖxx及びＶyxはそれぞれ式５３及び５４により表される。
Ｖxx＝Ｖx＊sinσ ……（５３）
Ｖyx＝Ｖy＊cosσ ……（５４）
【０１１６】
従って車両が指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合の車両の横方向の速度Ｖzは下記の式５５により表され、車両の横加速度ＬＡbは下記の式５６により表される。
Ｖz＝Ｖyx−Ｖxx
＝Ｖy＊cosσ−Ｖx＊sinσ ……（５５）
ＬＡb＝d（Ｖz）／dｔ ……（５６）
【０１１７】
車両が指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡbと車両が円弧状の軌跡Ｔcを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡaとの偏差ΔＬＡは式５７により表される。
ΔＬＡ＝ＬＡb−ＬＡa ……（５７）
【０１１８】
車両のヨーレートＹＲは式２５に於けるδ′をδbに置き換えた値であると共に、車両の横加速度ＬＡbを車速Ｖにて除算した値であるので、式５８が成立する。
Ｖ／ＷＢ＊δb＝ＬＡb／Ｖ ……（５８）
【０１１９】
よって指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させるための前輪の舵角δbは下記の式５９により求められる。
δb＝（ＬＡb／Ｖ）／（Ｖ／ＷＢ）
＝（ＷＢ／Ｖ２）＊ＬＡb ……（５９）
【０１２０】
円弧状の軌跡Ｔc′を描くよう車両を走行させるための前輪の舵角δa（目標舵角δat＝δ′）を基準にして、指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させるために必要な前輪の舵角の修正量をΔδbとする。前輪の舵角の修正量Δδbは、左旋回時を正とすると、左旋回時については下記の式６０により求められ、右旋回時については下記の式６１により求められる。
Δδb＝（ＷＢ／Ｖ２）＊ΔＬＡ ……（６０）
Δδb＝−（ＷＢ／Ｖ２）＊ΔＬＡ ……（６１）
【０１２１】
円弧状の軌跡Ｔc′を描くよう車両を走行させるための前輪の舵角δaは式２４により表される修正後の舵角δ′である。従って指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させるための前輪の目標舵角δbtは、左旋回時については下記の式６２により求められ、右旋回時については下記の式６３により求められる。
δbt＝δ′＋Δδb
＝（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ＋（ＷＢ／Ｖ２）＊ΔＬＡ ……（６２）
δbt＝δ′＋Δδb
＝（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ−（ＷＢ／Ｖ２）＊ΔＬＡ ……（６３）
【０１２２】
４）前輪の舵角の制御方法
以上の説明より、式２４により表される舵角δ′を目標舵角δatとして前輪の舵角δを制御することにより、円弧状の軌跡Ｔc′を描くよう車両を走行させることができる。また式６２又は６３により求められる目標舵角δbtになるよう前輪の舵角δを制御することにより、指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させることができる。
【０１２３】
前輪の目標舵角がδatである場合及びδbtである場合の何れの場合にも、前輪の舵角δを目標舵角に制御する方法として、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の何れも可能であり、それぞれに利点がある。
【０１２４】
フィードフォワード制御は、軌跡の制御を開始すべきと判定したとき（制御開始時）に目標舵角を演算すると共に、制御開始後に前輪の舵角が運転者の操舵操作によって大きく変更されることがないことを前提に、前輪の舵角を目標舵角に制御するものである。
【０１２５】
フィードフォワード制御の場合には、運転者が操舵操作をしなくても車両の軌跡を目標の軌跡にすることができるので、この制御は車両運転の習熟度が高い運転者よりも車両運転の習熟度が低い運転者に適した制御である。
【０１２６】
これに対しフィードバック制御は、制御開始時に目標舵角を演算すると共に、前輪の舵角が制御開始後に運転者の操舵操作によって変更される場合があることを前提に、実際の舵角と目標舵角との偏差を低減することにより前輪の舵角を目標舵角に制御するものである。
【０１２７】
フィードバック制御の場合には、運転者が操舵操作をしても車両の軌跡を目標の軌跡にすることができるので、この制御は車両運転の習熟度が低い運転者よりも車両運転の習熟度が高い運転者に適した制御である。
【０１２８】
尚、前輪の舵角δを目標舵角に制御する方法がフィードフォワード制御及びフィードバック制御の何れである場合にも、予め設定された軌跡制御の更新条件が成立すると、目標軌跡が更新されることにより軌跡制御が更新される。
【０１２９】
５）前輪の舵角の制御装置
車両の軌跡を目標の軌跡に制御するためには、運転者の操舵操作とは独立に前輪を転舵することによって前輪の舵角を修正し目標舵角に制御することができる舵角制御装置が必要である。
【０１３０】
かかる舵角制御装置として、ステアリングホイールの如き操舵入力手段と操舵輪である前輪とが機械的に連結された機械的舵角制御装置と、操舵入力手段と前輪とが機械的に連結されていない非機械的舵角制御装置とがある。
【０１３１】
機械的舵角制御装置はアクチュエータによって操舵入力手段に対し相対的に前輪を転舵駆動するものであり、例えばステアリングギヤ比可変装置（ＶＧＲＳ）を備えたセミステアバイワイヤ式の操舵装置がこれに属する。
【０１３２】
非機械的舵角制御装置は操舵入力手段と前輪を転舵駆動する駆動手段とが相互に独立し、両者が制御装置を介して電気的に接続されたものであり、例えばステアバイワイヤ式の操舵装置がこれに属する。
【０１３３】
６）軌跡の制御の分類と実施形態
以上の説明より解る如く、軌跡が円弧状であるか指数関数であるかによって、また舵角の制御がフィードフォワード（ＦＦ）制御であるかフィードバック（ＦＢ）制御であるかによって、本発明による軌跡の制御を制御１〜４に分類分けすることができる。また舵角制御装置が機械的舵角制御装置であるか非機械的舵角制御装置であるかによって、制御１〜４を更にそれぞれ二つに分類することができる。
【０１３４】
後述の第一乃至第八の実施形態は、上記分類項目に従ってそれぞれ下記の表１及び表２の通り分類されるものである。尚表１及び表２はそれぞれ舵角制御装置が機械的舵角制御装置である場合及び非機械的舵角制御装置である場合を示している。
【０１３５】
【表１】
【０１３６】
【表２】
【０１３７】
尚後述の第一乃至第八の何れの実施形態に於いても、アンチスキッド制御等の他の車両の走行制御が実行されているときには、軌跡制御は開始されない。また軌跡制御が実行されている状況に於いてアンチスキッド制御等の他の車両の走行制御の開始条件が成立したときには、軌跡制御は終了され、当該他の車両の走行制御が開始される。
【０１３８】
７）機械的舵角制御装置の場合の操舵反力の制御
パワーアシストによって操舵反力を制御する方式として、操舵トルクを検出しない第一の方式と操舵トルクを検出する第二の方式とがある。
【０１３９】
７−１）第一の方式
車両が定常円旋回する場合の旋回半径Ｒは上記式１５により表される。また車両の軌跡の曲率をρとすると、旋回半径Ｒは下記の式６４により表される。
Ｒ＝１／ρ ……（６４）
【０１４０】
よって前輪の舵角δは下記の式６５により表される。
δ＝ＷＢ／Ｒ
＝ρ＊ＷＢ ……（６５）
【０１４１】
前輪のキャスタートレールとニューマチックトレールとの和をＬt［m］とし、前輪のコーナリングパワーをＫf［Nm/rad］とすると、舵角がδ［rad］である前輪のキングピン軸周りのトルクＴsは下記の式６６により表される。
Ｔs ＝−２Ｌt＊Ｋf＊δ ……（６６）
【０１４２】
操舵入力手段としてのステアリングホイールに於けるトルク、即ち操舵トルクをＴhとすると、前輪のキングピン軸周りのトルクＴsは、ステアリングギヤ比Ｎ（上記式２３参照）を使用して下記の式６７により表される。
Ｔs ＝Ｔh＊Ｎ ……（６７）
【０１４３】
上記式６６及び６７より下記の式６８が成立する。よって操舵トルクＴhは下記の式６９により表される。
Ｔh＊Ｎ＝−２Ｌt＊Ｋf＊δ ……（６８）
Ｔh＝−２Ｌt＊Ｋf＊δ／Ｎ ……（６９）
【０１４４】
式６９はパワーアシストによって操舵トルクが軽減されない場合に於ける前輪の舵角δと操舵トルクＴhとの関係を示している。よって式６９に式２３を代入することにより得られる下記の式７０により表されるＴhtは、前輪の舵角が本来の舵角δであるときの操舵トルク、即ち軌跡制御による前輪の舵角の修正が行われない場合の操舵トルクである。
Ｔht＝−２Ｌt＊Ｋf＊θ／Ｎ２ ……（７０）
【０１４５】
従って式７０により表される操舵トルクＴhtを基準トルクとし、例えばトルクセンサにより検出される操舵トルクをＴhdとすると、下記の式７１により表される操舵トルクの偏差ΔＴhは前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動分を表す。
ΔＴh＝Ｔhd−Ｔht ……（７１）
【０１４６】
よって検出される操舵トルクＴhdから前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動分ΔＴhが除去された操舵トルク、即ち前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動分を含まない操舵トルクＴh0は下記の式７２により表される。
Ｔh0＝Ｔhd−ΔＴh
＝Ｔht
＝−２Ｌt＊Ｋf＊θ／Ｎ２ ……（７２）
【０１４７】
従って式７２により表される操舵トルクＴh0を補正後の検出操舵トルクとし、これに基づいて目標アシストトルクＴpatを演算することにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を受けることなく運転者の操舵負担を軽減することができる。尚目標アシストトルクＴpatは、補正後の検出操舵トルクＴh0の大きさが大きいほど大きくなり、車速Ｖが高いほど小さくなるよう、補正後の検出操舵トルクＴh0及び車速Ｖに基づいて演算されてよい。
【０１４８】
７−２）第二の方式
７−２−１）円弧状の目標軌跡
前述の如く、目標軌跡が円弧状である場合には、前輪の舵角は本来の舵角δであるべき状況に於いて目標舵角δat＝δ′に制御される。従って前輪の舵角が目標舵角δatであるときの操舵トルクＴhatは下記の式７３により表される。
Ｔhat＝−２Ｌt＊Ｋf＊δat／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊δ′／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ２ ……（７３）
【０１４９】
よって軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御による操舵トルクの変動量ΔＴhatは、式７３により表される操舵トルクＴhatと式７０により表される操舵トルクＴhとの偏差であるので、下記の式７４により表される。
ΔＴhat＝Ｔhat−Ｔh
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ２−（−２Ｌt＊Ｋf＊θ／Ｎ２）
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（２ＷＢ／Ｖ−１）＊θ／Ｎ２ ……（７４）
【０１５０】
下記の式７５に従ってトルクセンサにより検出される操舵トルクＴhdから操舵トルクの変動量ΔＴhatを減算することにより求められる補正後の検出操舵トルクＴhdaは、前輪の舵角の制御による操舵トルクの変動分が排除された操舵トルクである。
Ｔhda＝Ｔhd−ΔＴhat
＝Ｔhd＋２Ｌt＊Ｋf＊（２ＷＢ／Ｖ−１）＊θ／Ｎ２ ……（７５）
【０１５１】
従って補正後の検出操舵トルクＴhdaに基づいて運転者の操舵負担軽減トルクＴpadを演算することにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を排除することができる。そして運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhatとの和を目標アシストトルクＴpatとすることにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を排除しつつ運転者の操舵負担を軽減することができる。尚操舵負担軽減トルクＴpadは、補正後の検出操舵トルクＴhdaの大きさが大きいほど大きくなり、車速Ｖが高いほど小さくなるよう、補正後の検出操舵トルクＴhda及び車速Ｖに基づいて演算されてよい。
【０１５２】
７−２−２）指数関数の目標軌跡
前述の如く、目標軌跡が指数関数である場合には、前輪の舵角は本来の舵角δであるべき状況に於いて式６２又は６３の目標舵角δbtに制御される。従って前輪の舵角が目標舵角δbtであるときの操舵トルクＴhbtは下記の式７６により表される。
Ｔhbt＝−２Ｌt＊Ｋf＊δbt／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（δ′＋Δδb）／Ｎ ……（７６）
【０１５３】
よって軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御による操舵トルクの変動量ΔＴhbtは、式７６により表される操舵トルクＴhbtと式７０により表される操舵トルクＴhとの偏差であるので、下記の式７７により表される。
ΔＴhbt＝Ｔhbt−Ｔh
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（δ′＋Δδb）／Ｎ＋２Ｌt＊Ｋf＊δ／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊｛（２ＷＢ／Ｖ）δ＋Δδb｝／Ｎ＋２Ｌt＊Ｋf＊δ／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊｛（２ＷＢ／Ｖ＋１）δ＋Δδb｝／Ｎ ……（７７）
【０１５４】
下記の式７８に従ってトルクセンサにより検出される操舵トルクＴhdから操舵トルクの変動量ΔＴhbtを減算することにより求められる補正後の検出操舵トルクＴhdbは、前輪の舵角の制御による操舵トルクの変動分が排除された操舵トルクである。
Ｔhdb＝Ｔhd−ΔＴhbt
＝Ｔhd＋２Ｌt＊Ｋf＊｛（２ＷＢ／Ｖ＋１）δ＋Δδb｝／Ｎ ……（７８）
【０１５５】
従って補正後の検出操舵トルクＴhdbに基づいて運転者の操舵負担軽減トルクＴpadを演算することにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を排除することができる。そして運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhbtとの和を目標アシストトルクＴpatとすることにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を排除しつつ運転者の操舵負担を軽減することができる。尚操舵負担軽減トルクＴpadは、補正後の検出操舵トルクＴhdbの大きさが大きいほど大きくなり、車速Ｖが高いほど小さくなるよう、補正後の検出操舵トルクＴhdb及び車速Ｖに基づいて演算されてよい。
【０１５６】
上述の第一の方式によれば、操舵トルクＴhdを検出する必要がないが、操舵操作以外の要因（例えば路面の摩擦係数の変動）による操舵トルクの変動を反映させることができない。これに対し上述の第二の方式によれば、操舵トルクＴhdを検出する必要はあるが、操舵操作以外の要因による操舵トルクの変動を反映させることができる。よって舵角制御装置が機械的舵角制御装置である後述の第一乃至第四の実施形態に於いては、上述の第二の方式に従って目標アシストトルクＴpatが演算され、アシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう制御される。
【０１５７】
尚舵角制御装置が機械的舵角制御装置である場合には、軌跡制御が行われない状況に於いては、操舵反力の制御が第一及び第二の方式の何れであるかに関係なく、運転者の操舵負担軽減トルクＴpadは検出される操舵トルクＴhdに基づいて演算される。
【０１５８】
８）非機械的舵角制御装置の場合の操舵反力の制御
上述の如く、上記式７２により表される補正後の検出操舵トルクＴh0は、舵角制御装置が機械的舵角制御装置であり操舵角がθである場合に於いて前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動分を含まない操舵トルクである。よって補正後の検出操舵トルクＴh0から操舵負担軽減トルクＴpadを減算した値は、舵角制御装置が機械的舵角制御装置である場合に於いて運転者にとって好ましい操舵トルクである。尚この場合の操舵負担軽減トルクＴpadは、補正後の検出操舵トルクＴh0の大きさが大きいほど大きくなり、車速Ｖが高いほど小さくなるよう、補正後の検出操舵トルクＴh0及び車速Ｖに基づいて演算されてよい。
【０１５９】
従って舵角制御装置が非機械的舵角制御装置である場合に於いて好ましい操舵トルクＴhbtは下記の式７９により演算される値である。この操舵トルクＴhbtがステアリングホイールに与えられれば、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響がなく且つ運転者が適度の操舵負担を感じる操舵反力トルクを実現することができる。
Ｔhbt＝Ｔh0−Ｔpad ……（７９）
【０１６０】
よって舵角制御装置が非機械的舵角制御装置である後述の第五乃至第八の実施形態に於いては、目標操舵トルクＴpbtが上記式７９に従って演算され、操舵トルクが目標操舵トルクＴpbtになるよう制御される。
【０１６１】
尚舵角制御装置が非機械的舵角制御装置である場合には、軌跡制御が行われない状況に於ける操舵反力の制御は軌跡制御が行われる状況に於ける上記操舵反力の制御と同一である。換言すれば、軌跡制御が行われているか否かに関係なく操舵トルクは目標操舵トルクＴpbtになるよう制御される。
【０１６２】
次に添付の図を参照しつつ、本発明を第一乃至第八の実施形態について順次説明する。
【０１６３】
第一の実施形態
この第一の実施形態は上記表1に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：セミバイワイヤ式
目標軌跡：円弧状
舵角の制御：フィードフォワード
操舵反力の制御：アシストトルクの制御（第二の方式）
【０１６４】
図１は舵角可変装置及び電動式パワーステアリング装置が搭載された車両に適用された本発明による車両の走行制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【０１６５】
図１に於いて、符号１０は本発明の第一の実施形態の走行制御装置を全体的に示している。走行制御装置１０は車両１２に搭載され、舵角可変装置１４及びこれを制御する電子制御装置１６を含んでいる。また図１に於いて、１８FL及び１８FRはそれぞれ車両１２の左右の前輪を示し、１８RL及び１８RRはそれぞれ左右の後輪を示している。左右の前輪１８FL及び１８FRは操舵輪であり、運転者によるステアリングホイール２０の操舵操作に応答して駆動されるラック・アンド・ピニオン型の電動式パワーステアリング装置２２によりラックバー２４及びタイロッド２６L及び２６Rを介して転舵される。
【０１６６】
ステアリングホイール２０は操舵入力手段として機能し、アッパステアリングシャフト２８、舵角可変装置１４、ロアステアリングシャフト３０、ユニバーサルジョイント３２を介してパワーステアリング装置２２のピニオンシャフト３４に駆動接続されている。図示の実施形態に於いては、舵角可変装置１４はハウジング１４Ａの側にてアッパステアリングシャフト２８の下端に連結され、回転子１４Ｂの側にてロアステアリングシャフト３０の上端に連結された補助転舵駆動用の電動機３６を含んでいる。
【０１６７】
かくして舵角可変装置１４はアッパステアリングシャフト２８に対し相対的にロアステアリングシャフト３０を回転駆動することにより、左右の前輪１８FL及び１８FRをステアリングホイール２０に対し相対的に補助転舵駆動する。よって舵角可変装置１４は運転者の操舵操作に依存せずに左右の前輪の舵角を修正する手段として機能し、電子制御装置１６の舵角制御部により制御される。
【０１６８】
図示の実施形態に於いては、電動式パワーステアリング装置２２はラック同軸型の電動式パワーステアリング装置であり、電動機３８と、電動機３８の回転トルクをラックバー２４の往復動方向の力に変換する例えばボールねじ式の変換機構４０とを有する。電動式パワーステアリング装置２２は電子制御装置１６の電動式パワーステアリング装置（ＥＰＳ）制御部によって制御される。そして電動式パワーステアリング装置２２はハウジング４２に対し相対的にラックバー２４を駆動する補助操舵力を発生することにより、運転者の操舵負担を軽減する補助操舵力発生装置として機能する。尚補助操舵力発生装置は当技術分野に於いて公知の任意の構成のものであってよい。
【０１６９】
図示の実施形態に於いては、アッパステアリングシャフト２８には該アッパステアリングシャフトの回転角度を操舵角θとして検出する操舵角センサ５０及び操舵トルクＴhdを検出する操舵トルクセンサ５２が設けられており、操舵角θ及び操舵トルクＴhdを示す信号は電子制御装置１６へ入力される。電子制御装置１６には回転角度センサ５４により検出された舵角可変装置１４の相対回転角度θre、即ちアッパステアリングシャフト２８に対するロアステアリングシャフト３０の相対回転角度を示す信号、車速センサ５６により検出された車速Ｖを示す信号が入力される。
【０１７０】
尚電子制御装置１６の各制御部はそれぞれＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続されたマイクロコンピュータを含むものであってよい。また操舵角センサ５０、操舵トルクセンサ５２、回転角度センサ５４はそれぞれ車両の左旋回方向への操舵又は転舵の場合を正として操舵角θ、操舵トルクＴhd、相対回転角度θreを検出する。
【０１７１】
後に詳細に説明する如く、電子制御装置１６は図２乃至図５に示されたフローチャートに従って舵角可変装置１４及び電動式パワーステアリング装置２２を制御する。特に電子制御装置１６は、操舵角θ及び車速Ｖに基づき車両の軌跡制御の必要性を判定する。そして電子制御装置１６は、軌跡制御が不要であると判定したときには、車速Ｖが高いほど大きくなるよう、車速Ｖに基づき所定の操舵特性を達成するための目標ステアリングギヤ比Ｎtを演算する。
【０１７２】
また電子制御装置１６は、目標ステアリングギヤ比Ｎtとギヤ比係数Ｋs（正の定数）との積にて操舵角θを除算した値を目標ピニオン角θptとして演算する。更に電子制御装置１６は、目標ピニオン角θptと操舵角θとの偏差として舵角可変装置１４の目標相対回転角度θretを演算し、舵角可変装置１４の相対回転角度θreが目標相対回転角度θretになるよう舵角可変装置１４を制御する。
【０１７３】
また電子制御装置１６は、軌跡制御が必要であると判定したときには、そのときの操舵角θ及び車速Ｖに基づき車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させるための前輪の目標舵角δat＝δ′を上記式２４に従って演算する。そして電子制御装置１６は、左右前輪の舵角が目標舵角δatになるよう舵角可変装置１４をフィードフォワード式に制御し、これにより車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させる。
【０１７４】
また電子制御装置１６は、軌跡制御の実行中には上記式７５に従って補正後の検出操舵トルクＴhdaを演算し、補正後の検出操舵トルクＴhdaに基づいて運転者の操舵負担軽減トルクＴpadを演算する。また電子制御装置１６は、上記式７４に従って操舵トルクの変動量ΔＴhatを演算し、運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhatとの和を目標アシストトルクＴpatとする。更に電子制御装置１６は、アシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう電動式パワーステアリング装置２２を制御し、これにより運転者の操舵負担を軽減すると共に舵角の修正に起因する操舵トルクの変動を低減する。
【０１７５】
尚、軌跡制御が不要であるときのステアリングギヤ比の制御やアシストトルクの制御自体は本発明の要旨をなすものではなく、これらの制御は当技術分野に於いて公知の任意の要領にて実行されてよい。このことは後述の他の実施形態についても同様である。
【０１７６】
次に図２乃至図５に示されたフローチャートを参照して第一の実施形態に於ける車両の走行制御について説明する。尚図２に示されたフローチャートによる走行制御は、図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。
【０１７７】
まずステップ５０に於いては車両の軌跡制御が実行されているか否かを示すフラグＦcが１であるか否かの判別により、軌跡制御の実行中であるか否かの判別が行われる。軌跡制御が実行されていないと判別されたときには制御はステップ３５０へ進み、軌跡制御が実行されていると判別されたときには制御はステップ１００へ進む。尚フラグＦc及び後述のフラグＦsは図２に示されたフローチャートによる走行制御の開始に先立ってそれぞれ０にリセットされる。
【０１７８】
ステップ１００に於いては車両の走行制御に必要な情報を検出するセンサ、即ち操舵角センサ５０、操舵トルクセンサ５２、回転角度センサ５４、車速センサ５６のうち何れかのセンサが異常であるか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには制御はステップ４００へ進み、肯定判別、即ち何れかのセンサが異常である旨の判別が行われたときには制御はステップ１５０へ進む。
【０１７９】
ステップ１５０に於いては異常なセンサにより検出されるべき情報を代替の検出手段によって検出することにより代替の舵角制御が可能であるか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときは制御はステップ２５０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ２００へ進む。
【０１８０】
例えば電動式パワーステアリング装置２２の電動機３８に内蔵の回転角センサにより検出される回転角度θm及び回転角度センサ５４により検出される舵角可変装置１４の相対回転角度θreに基づいて操舵角θを推定することができる。よって操舵角センサ５０は異常であるが、回転角度θm及び相対回転角度θreに基づいて操舵角θを推定することができるときには代替の制御が可能であると判定される。
【０１８１】
ステップ２００に於いては車両の走行制御のうち軌跡制御の終了条件が成立しているか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ２５０へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ３００へ進む。尚この場合下記の（１）乃至（４）の何れかが成立するときに軌跡制御の終了条件が成立していると判定されてよい。
（１）軌跡制御の開始条件又は更新条件（これらについては後述する）が成立した時点より車両が目標到達地点に到達するに要する時間Ｔa＝１［sec］以上が経過している。
（２）開始条件又は更新条件が成立した時点に於ける車速Ｖと現在の車速Ｖとの偏差ΔＶの絶対値が基準値Ｖe（正の値）よりも大きい。
（３）開始条件又は更新条件が成立した時点に於ける操舵角θと現在の操舵角θとの偏差Δθの絶対値が基準値θe（正の値）よりも大きい。
（４）操舵角速度の絶対値、即ち操舵角θの変化率θdの絶対値が基準値θde（正の値）よりも大きい。
【０１８２】
尚基準値θe及びθdeは定数であってもよいが、例えば開始条件又は更新条件が成立した時点に於ける車速Ｖが高いほど小さくなるよう車速Ｖに応じて可変設定されてもよい。
【０１８３】
ステップ２５０に於いては舵角可変装置１４によって左右前輪の舵角を目標舵角δatにする制御が終了されることにより軌跡制御が終了される。また軌跡制御が実行されているか否かを示すフラグＦcが０にリセットされ、しかる後制御はステップ７００へ進む。
【０１８４】
ステップ３００に於いては異常なセンサにより検出されるべき情報を代替の検出手段によって検出することにより代替の舵角制御、即ち左右前輪の舵角の修正制御が実行され、しかる後制御はステップ８００へ進む。
【０１８５】
ステップ３５０に於いては図３に示されたフローチャートに従って軌跡制御の開始条件が成立しているか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ５００へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ７００へ進む。
【０１８６】
ステップ４００に於いては上述のステップ２００の場合と同様に軌跡制御の終了条件が成立しているか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ２５０へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ４５０へ進む。
【０１８７】
ステップ４５０に於いては図４に示されたフローチャートに従って軌跡制御の更新条件が成立しているか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ５００へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ６００へ進む。
【０１８８】
ステップ５００に於いては軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ、車速Ｖ及びステアリングギヤ比Ｎ（＝Ｎt）に基づいて、車両を円弧状の目標軌跡Ｔcに沿って走行させるための前輪の目標舵角δat（＝δ′）が上記式２４に従って演算される。
【０１８９】
ステップ６００に於いては図５に示されたフローチャートに従って前輪の舵角が目標舵角δatになるよう舵角可変装置１４がフィードフォワード式に制御される。よって前輪の舵角はフィードフォワード制御によって目標舵角δatに制御される。
【０１９０】
尚この場合、前輪の舵角の変化が急激にならないよう、前輪の舵角は予め設定された制限値以下の変化率にて目標舵角δatへ変化される。このことは後述の他の実施形態に於いても同様である。また前輪の舵角が目標舵角δatに制御されると、軌跡制御が終了又は更新されるまで軌跡制御のための相対回転角度の制御は行われない。
【０１９１】
ステップ７００に於いては軌跡制御が実行されないときのステアリングギヤ比の制御が行われる。即ち車速Ｖに基づいて図６に示されたグラフに対応するマップより目標ステアリングギヤ比Ｎtが演算される。尚図６に於いて、Ｎ0は標準のステアリングギヤ比、即ちアッパステアリングシャフト２８に対するロアステアリングシャフト３０の相対回転角度が０であるときのステアリングギヤ比を示している。
【０１９２】
また操舵角θとギヤ比係数Ｋs（左右前輪の舵角の変化量に対するピニオン３４の回転角度の比に対応する正の定数）との積を目標ステアリングギヤ比Ｎtにて除算した値が目標ピニオン角θptとして演算される。更に目標ピニオン角θptと操舵角θとの偏差として舵角可変装置１４の目標相対回転角度θretが演算され、舵角可変装置１４の相対回転角度θreが目標相対回転角度θretになるよう舵角可変装置１４が制御される。
【０１９３】
尚軌跡制御が終了し、ステップ７００によるステアリングギヤ比の制御へ移行するときには、前輪の舵角の急激な変化を防止すべく目標ステアリングギヤ比Ｎtへのステアリングギヤ比の変化が急激にならないよう舵角可変装置１４が制御される。このことは後述の他の実施形態に於いても同様である。
【０１９４】
ステップ７５０に於いては軌跡制御が実行されないときのアシストトルクの制御が行われる。即ち検出された操舵トルクＴhdに基づき図７に示されたグラフに対応するマップより基本アシストトルクＴpabが演算され、車速Ｖに基づき図８に示されたグラフに対応するマップより車速係数Ｋvが演算される。また車速係数Ｋvと基本アシストトルクＴpabとの積として目標アシストトルクＴpatが演算され、アシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう電動式パワーステアリング装置２２が制御される。
【０１９５】
尚基本アシストトルクＴpabは操舵トルクＴhd及び車速Ｖに基づき図９に示されたグラフに対応するマップより演算されてもよい。
【０１９６】
ステップ８００に於いては上記式７５に従って補正後の検出操舵トルクＴhdaが演算され、補正後の検出操舵トルクＴhdaに基づき図７に示されたグラフに対応するマップより基本アシストトルクＴpabが演算される。また車速Ｖに基づき図８に示されたグラフに対応するマップより車速係数Ｋvが演算され、車速係数Ｋvと基本アシストトルクＴpabとの積が操舵負担軽減トルクＴpadとして演算される。そして目標アシストトルクＴpatが運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhatとの和に演算される。更にアシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう電動式パワーステアリング装置２２が制御される。
【０１９７】
次に図３に示されたフローチャートを参照して上記ステップ３５０に於いて実行される軌跡制御の開始条件の成立判定ルーチンについて詳細に説明する。
【０１９８】
まずステップ３５５に於いては操舵角θがローパスフィルタ処理されることによりローパスフィルタ処理後の操舵角θlfが演算される。そしてローパスフィルタ処理後の操舵角θlfの絶対値が制御開始判定の基準値θs0（正の値）よりも大きいか否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには制御はステップ３９０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ３６０へ進む。
【０１９９】
ステップ３６０に於いては操舵角θの微分値として操舵角速度θdが演算されると共に、操舵角速度θdがローパスフィルタ処理されることによりローパスフィルタ処理後の操舵角速度θdlfが演算される。
【０２００】
ステップ３６５に於いてはローパスフィルタ処理後の操舵角速度θdlfの絶対値が制御開始判定の第一の基準値θds1（正の値）よりも大きいか否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには制御はステップ３７５へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ３７０に於いてフラグＦsが開始条件の判定中であることを示すよう１にセットされた後制御はステップ３７５へ進む。
【０２０１】
ステップ３７５に於いてはフラグＦsが１であるか否かの判別、即ち開始条件の判定中であるか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには制御はステップ３９０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ３８０へ進む。
【０２０２】
ステップ３８０に於いてはローパスフィルタ処理後の操舵角速度θdlfの絶対値が制御開始判定の第二の基準値θds2（θds1以下の正の値）よりも小さいか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには制御はステップ３９０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ３８５へ進む。
【０２０３】
ステップ３８５に於いてはフラグＦsが開始条件の判定が行われていないことを示すよう０にリセットされると共に、フラグＦcが軌跡制御の実行中であることを示すよう１にセットされ、しかる後制御はステップ５００へ進む。
【０２０４】
ステップ３９０に於いてはフラグＦsが開始条件の判定が行われていないことを示すよう０にリセットされると共に、フラグＦcが軌跡制御が行われていないことを示すよう０にリセットされ、しかる後制御はステップ７００へ進む。
【０２０５】
尚基準値θs0、θds1、θds2は定数であってもよいが、これらの基準値も例えば車速Ｖが高いほど小さくなるよう車速Ｖに応じて可変設定されてもよい。
【０２０６】
図４に示された軌跡制御の更新条件の成立判定ルーチンのステップ４５５〜４９０は基本的には上述の軌跡制御の開始条件の成立判定ルーチンのステップ３５５〜３９０とそれぞれ同様に実行される。
【０２０７】
但しステップ４５５に於ける判定の基準値は制御更新判定の基準値θr0（正の値）である。ステップ４６５に於ける判定の基準値は制御更新判定の第一の基準値θdr1（正の値）であり、ステップ４８０に於ける判定の基準値は制御更新判定の第二の基準値θdr2（θdr1以下の正の値）である。尚基準値θr0、θdr1、θdr2は定数であってもよいが、これらの基準値も例えば車速Ｖが高いほど小さくなるよう車速Ｖに応じて可変設定されてもよい。
【０２０８】
またステップ４７０、４７５、４８５、４９０に於いては、フラグＦsは更新判定が行われているか否かを示すフラグＦrに置き換えられている。更にステップ４８５が完了すると制御はステップ６００へ進み、ステップ４９０が完了すると制御はステップ５００へ進む。
【０２０９】
次に図５に示されたフローチャートを参照して上記ステップ６００に於いて実行される舵角の制御ルーチンについて詳細に説明する。
【０２１０】
まずステップ６１０に於いては軌跡制御のための初回の舵角制御であるか否かの判別、即ち軌跡制御が開始又は更新された直後の舵角制御であるか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには制御はステップ６５０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ６２０へ進む。
【０２１１】
ステップ６２０に於いては軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の舵角δが求められ、目標舵角δatと前輪の舵角δとの偏差として前輪の舵角の偏差Δδatが演算される。
【０２１２】
ステップ６３０に於いては運転者により操舵操作が行われないと仮定して前輪の舵角を予め設定された制限値以下の変化率にて目標舵角δatへ変化させるために必要なサイクル毎の舵角制御量Δδatcが演算される。例えばＮcサイクルかけて前輪の舵角を目標舵角δatへ変化させるとすると、舵角制御量ΔδatcはΔδat／Ｎcである。
【０２１３】
ステップ６４０に於いてはアッパステアリングシャフト２８に対するロアステアリングシャフト３０のサイクル毎の相対回転角度制御量Δθrecが舵角制御量Δδatcとギヤ比係数Ｋsとの積に演算される。
【０２１４】
ステップ６５０に於いては例えば軌跡制御が開始又は更新されてからの経過サイクル数をＮallとして、ＮallがＮcであるか否かの判別により、軌跡制御のための前輪の舵角制御が完了したか否かの判別が行われる。
【０２１５】
そして肯定判別が行われたときにはロアステアリングシャフト３０がアッパステアリングシャフト２８に対し相対的に回転駆動されることなく舵角制御が一旦終了し、制御はステップ８００へ進む。これに対し否定判別が行われたときにはステップ６８０に於いてロアステアリングシャフト３０がアッパステアリングシャフト２８に対し相対的に相対回転角度制御量Δθrec回転駆動され、しかる後制御はステップ８００へ進む。
【０２１６】
この第一の実施形態に於いて、軌跡制御が実行されていない状況に於いて軌跡制御の開始条件が成立すると、ステップ５０に於いて否定判別が行われ、ステップ３５０に於いて肯定判別が行われる。そしてステップ５００に於いて車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させるための前輪の目標舵角δatが演算され、ステップ６００に於いて前輪の舵角がフィードフォワード制御によって目標舵角δatに制御される。
【０２１７】
また軌跡制御が実行されている状況に於いて軌跡制御の更新条件が成立すると、ステップ５０及び４５０に於いて肯定判別が行われる。そしてステップ５００及び６００が実行される。
【０２１８】
従って第一の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δatに制御し、これにより運転者の操舵操作を要することなく車両が円弧状の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２１９】
特に第一の実施形態によれば、前輪の舵角の制御は軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて行われるフィードフォワード制御である。また前輪の舵角が目標舵角δatに制御されると、軌跡制御が終了又は更新されるまで舵角可変装置１４による相対回転角度の制御は行われない。よって後述の第二の実施形態の場合の如く、前輪の舵角の制御がフィードバック制御である場合に比して、円弧状の軌跡を目標軌跡とする軌跡制御を単純に実行することができる。
【０２２０】
第二の実施形態
この第二の実施形態は上記表1に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：セミバイワイヤ式
目標軌跡：円弧状
舵角の制御：フィードバック
操舵反力の制御：アシストトルクの制御（第二の方式）
【０２２１】
この第二の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第一の実施形態と同様に実行されるが、ステップ６００に於ける舵角制御に於いては前輪の舵角がフィードバック制御される。
【０２２２】
即ちサイクル毎に操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の現在の舵角δが求められ、前輪の目標舵角δatと現在の舵角δとの偏差として目標相対回転角度θretが演算される。そしてアッパステアリングシャフト２８に対し相対的にロアステアリングシャフト３０を目標相対回転角度θret回転させるよう舵角可変装置１４が制御されることにより、前輪の舵角が目標舵角δatに制御される。よって前輪の舵角はフィードバック制御によって目標舵角δatに制御され、これにより車両は円弧状の目標軌跡に沿って走行する。
【０２２３】
従って第二の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δatに制御し、これにより運転者の操舵操作の有無に関係なく車両が円弧状の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２２４】
特に第二の実施形態によれば、目標相対回転角度θretは目標舵角δatと前輪の現在の舵角δとの偏差として演算される。従って軌跡制御が開始又は更新された後に運転者によって操舵操作が行われても、前輪の舵角を確実に目標舵角δatに制御することができる。また車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させるに適した舵角になるよう運転者によって操舵操作が行われる場合には、フィードバック制御量が小さくなる。よって運転者が運転操作に熟練している場合には、上述の第一の実施形態の場合に比して舵角可変装置１４の制御量を低減し、その負荷を軽減することができる。
【０２２５】
第三の実施形態
この第二の実施形態は上記表1に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：セミバイワイヤ式
目標軌跡：指数関数
舵角の制御：フィードフォワード
操舵反力の制御：アシストトルクの制御（第二の方式）
【０２２６】
図１０に示されている如く、この第三の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第一の実施形態と同様に実行される。尚図１０に於いて、図２に示されたステップに対応するステップには、図２に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている。
【０２２７】
しかしステップ３５０又は４５０に於いて肯定判別が行われると、ステップ４９５に於いて操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の舵角δが求められ、前輪の舵角δ及び車速Ｖに基づいて上記式４６に従って距離ｘ０が演算される。またステップ４９５に於いては最小時間ΔＴ及びウェバー比のｋをそれぞれ一般的な運転者について予め設定された正の定数として、上記式４２に従って補正係数Ｄが演算される。
【０２２８】
またこの第三の実施形態に於いては、ステップ５５０に於いて図１１に示されたフローチャートに従って車両を指数関数の軌跡Ｔeに沿って走行させるための前輪の目標舵角δbtが演算される。
【０２２９】
ステップ５５０は図１１に示されたフローチャートのステップ５５５〜５８０により達成される。まずステップ５５５に於いては、軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ及び車速Ｖに基づいて上記式４７に従って車両の横加速度ＬＡaが演算される。
【０２３０】
ステップ５６０に於いては軌跡制御が開始又は更新されるときの前輪の舵角δ及び車速Ｖに基づいて上記式４９に従って車速Ｖの成分の一つとして距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxが演算される。
【０２３１】
ステップ５６５に於いては上記式５０に従って車速Ｖの成分の一つとして時間に関する座標軸に平行な成分Ｖyが演算されると共に、上記式５２に従って成分Ｖxが車速Ｖに対しなす角度σが演算される。
【０２３２】
ステップ５７０に於いてはそれぞれ上記式５３及び５４に従って車両の横方向の成分Ｖxx及びＶyxが演算されると共に、上記式５５及び５６に従って車両の横加速度ＬＡbが演算される。
【０２３３】
ステップ５７５に於いては車両が指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡbと車両が円弧状の軌跡Ｔcを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡaとの偏差ΔＬＡが上記式５７に従って演算される。
【０２３４】
ステップ５８０に於いては軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ、車速Ｖ、横加速度の偏差ΔＬＡに基づいて、左旋回時には上記式６２に従って、右旋回時には上記式６３に従って、指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させるための前輪の目標舵角δbtが演算される。
【０２３５】
またこの第三の実施形態のステップ６００に於いては、目標舵角δbtと前サイクルの前輪の舵角δfとの偏差として目標相対回転角度θretが演算される。そしてアッパステアリングシャフト２８に対し相対的にロアステアリングシャフト３０を目標相対回転角度θret回転させるよう舵角可変装置１４が制御されることにより、前輪の舵角が目標舵角δbtに制御される。よって前輪の舵角はフィードフォワード制御によって目標舵角δbtに制御され、これにより車両は指数関数の目標軌跡に沿って走行する。
【０２３６】
従って第三の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δbtに制御し、これにより運転者の操舵操作を要することなく車両が指数関数の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２３７】
特に第三の実施形態によれば、前輪の舵角の制御は上述の第一の実施形態と同様に軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて行われるフィードフォワード制御である。よって後述の第四の実施形態の場合の如く、前輪の舵角の制御がフィードバック制御である場合に比して、指数関数の軌跡を目標軌跡とする軌跡制御を単純に実行することができる。
【０２３８】
第四の実施形態
この第四の実施形態は上記表1に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：セミバイワイヤ式
目標軌跡：指数関数
舵角の制御：フィードバック
操舵反力の制御：アシストトルクの制御（第二の方式）
【０２３９】
この第四の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第三の実施形態と同様に実行されるが、ステップ６００に於ける舵角制御に於いては前輪の舵角がフィードバック制御される。
【０２４０】
即ちサイクル毎に現在の操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の舵角δが求められ、目標舵角δbtと前輪の舵角δとの偏差として目標相対回転角度θretが演算される。そしてアッパステアリングシャフト２８に対し相対的にロアステアリングシャフト３０を目標相対回転角度θret回転させるよう舵角可変装置１４が制御されることにより、前輪の舵角が目標舵角δbtに制御される。よって前輪の舵角はフィードバック制御によって目標舵角δbtに制御され、これにより車両は指数関数の目標軌跡に沿って走行する。
【０２４１】
従って第四の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δbtに制御し、これにより運転者の操舵操作の有無に関係なく車両が指数関数の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２４２】
特に第四の実施形態によれば、目標相対回転角度θretは目標舵角δbtと前輪の現在の舵角δとの偏差として演算される。従って軌跡制御が開始又は更新された後に運転者によって操舵操作が行われても、前輪の舵角を確実に目標舵角δbtに制御することができる。また車両を指数関数の目標軌跡に沿って走行させるに適した舵角になるよう運転者によって操舵操作が行われる場合には、フィードバック制御量が小さくなる。よって運転者が運転操作に熟練している場合には、上述の第三の実施形態の場合に比して舵角可変装置１４の制御量を低減し、その負荷を軽減することができる。
【０２４３】
また上述の第一乃至第四の実施形態によれば、軌跡制御を実行するに必要な操舵角センサ５０等に異常が生じても、代替の検出手段を利用する代替の舵角制御が可能であるときには、代替の舵角制御が実行される。即ちステップ１００に於いて肯定判別が行われても、代替の舵角制御が可能であるときには、ステップ１５０に於いて肯定判別が行われ、ステップ３００に於いて、代替の舵角制御が実行される。
【０２４４】
従って操舵角センサ５０等に異常が生じても、代替の検出手段を有効に利用して代替の舵角制御による軌跡制御を実行することができ、これにより代替の舵角制御による軌跡制御によって車両を目標軌跡に沿って走行させることができる。
【０２４５】
また上述の第一乃至第四の実施形態によれば、ステップ７５０に於いて軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御に起因する操舵トルクの変動を相殺するための操舵トルクの変動量ΔＴhatが演算される。そしてステップ８００に於いて目標アシストトルクＴpatが運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhatとの和に演算され、アシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう電動式パワーステアリング装置２２が制御される。
【０２４６】
従って運転者の操舵負担を軽減することができるだけでなく、軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御に起因する操舵トルクの変動を相殺し、軌跡制御に起因して運転者が操舵トルクに違和感を覚えることを効果的に防止することができる。
【０２４７】
第五の実施形態
この第五の実施形態は上記表２に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：バイワイヤ式
目標軌跡：円弧状
舵角の制御：フィードフォワード
操舵反力の制御：非機械的舵角制御装置の操舵反力の制御
【０２４８】
図１２はバイワイヤ式のステアリング装置が搭載された車両に適用された本発明による車両の走行制御装置の第五の実施形態を示す概略構成図である。
【０２４９】
図１２に於いて、符号８０は第五の実施形態の走行制御装置を全体的に示している。操舵入力手段としてのステアリングホイール２０が運転者によって操舵操作されると、ラック・アンド・ピニオン型のステアリング機構８２によりラックバー８４及びタイロッド２６L及び２６Rが駆動され、これにより左右の前輪１８FL及び１８FRが転舵される。
【０２５０】
ステアリングホイール２０に連結されたステアリングシャフト８６及びステアリング機構８２のピニオンシャフト８８は相互に連結されていない。ステアリングシャフト８６には図１２には示されていない減速歯車機構を介して操舵反力トルク付与用の電動機９０が連結されている。電動機９０は電子制御装置９２の操舵反力制御部によって制御され、これによりステアリングホイール２０に所要の操舵反力トルクが付与される。ピニオンシャフト８８には図１２には示されていない減速歯車機構を介して転舵駆動用の電動機９４が連結されている。電動機９４は電子制御装置９２の舵角制御部によって制御され、これによりピニオンシャフト８８が回転駆動される。
【０２５１】
尚図示の実施形態に於いては、ピニオンシャフト８８の回転は回転−直線運動変換機構としてのラック・アンド・ピニオン型のステアリング機構８２によりラックバー８４の直線運動に変換されるようになっているが、ステアリング機構は当技術分野に於いて公知の任意の構成のものであってよい。
【０２５２】
かくしてステアリングホイール２０、ステアリング機構８２、電動機９０、９４等は、運転者の操舵操作に応じて左右の前輪１８FL及び１８FRを転舵すると共に、必要に応じて運転者の操舵操作に依存せずに左右の前輪の舵角を修正するバイワイヤ式の操舵装置９６を構成している。
【０２５３】
ステアリングシャフト８６には操舵角θを検出する操舵角センサ５０が設けられており、操舵角センサ５０により検出された操舵角θを示す信号は電子制御装置９２へ入力される。電子制御装置９２には車速センサ５６により検出された車速Ｖを示す信号及び回転角度センサ９８により検出されたピニオンシャフト８８の回転角度θpを示す信号も入力される。
【０２５４】
尚電子制御装置９２の各制御部はそれぞれＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続されたマイクロコンピュータを含むものであってよい。また操舵角センサ５０及び回転角度センサ９８はそれぞれ車両の左旋回方向への操舵の場合を正として操舵角θ及び回転角度θpを検出する。
【０２５５】
後に詳細に説明する如く、電子制御装置９２は図１３及び図１４に示されたフローチャートに従って操舵装置９６の電動機９０及び９４を制御する。特に電子制御装置９２も操舵角θ及び車速Ｖに基づき車両の軌跡制御の必要性を判定する。そして電子制御装置９２は、軌跡制御が不要であると判定したときには、車速Ｖが高いほど大きくなるよう、車速Ｖに基づき所定の操舵特性を達成するための目標ステアリングギヤ比Ｎtを演算する。更に電子制御装置９２はステアリングギヤ比が目標ステアリングギヤ比Ｎtになるよう操舵装置９６の電動機９４を制御する。
【０２５６】
また電子制御装置９２は、軌跡制御が必要であると判定したときには、そのときの操舵角θ及び車速Ｖに基づき車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させるための前輪の目標舵角δat＝δ′を上記式２４に従って演算する。そして電子制御装置９２は、運転者の操舵操作の有無に関係なく左右前輪の舵角が目標舵角δatになるよう操舵装置９６の電動機９４を制御する。
【０２５７】
尚電子制御装置９２は、左右前輪の舵角が目標舵角δatになると、軌跡制御の更新条件又は終了条件が成立しない限り、左右前輪の舵角を変更しない。
【０２５８】
また電子制御装置９２は、軌跡制御が実行されているか否かに関係なく、上記式７２に従って補正後の検出操舵トルクＴh0を演算すると共に、補正後の検出操舵トルクＴh0及び車速Ｖに基づいて操舵負担軽減トルクＴpadを演算する。そして電子制御装置９２は、上記式７９に従って目標操舵トルクＴpbtを演算し、操舵トルクが目標操舵トルクＴpbtになるよう操舵装置９６の電動機９０を制御する。
【０２５９】
次に図１３及び図１４に示されたフローチャートを参照して第五の実施形態に於ける車両の走行制御について説明する。尚図１３に示されたフローチャートによる走行制御は、図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。また図１３及び図１４に於いて、それぞれ図２及び図５に示されたステップに対応するステップには、図２及び図５に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている。
【０２６０】
図１３と図２との比較より解る如く、この第五の実施形態に於いては第一の実施形態に於けるステップ１００〜３００及びステップ７５０に対応するステップは実行されない。またステップ５０に於いて肯定判別が行われると、制御はステップ４００へ進み、ステップ６００又は７００が完了すると、制御はステップ９００へ進む。
【０２６１】
またこの第五の実施形態に於けるステップ６００に於いては、図１４に示されたフローチャートに従って軌跡制御のための前輪の舵角の制御が行われる。
【０２６２】
図１４に示されたフローチャートのステップ６１０〜６３０及びステップ６５０は上述の第一の実施形態の場合と同様に実行されるが、第一の実施形態のステップ６４０に対応するステップは実行されない。
【０２６３】
ステップ６３０の次に実行されるステップ６４５に於いては、軌跡制御が開始又は更新されるときのピニオンシャフト８８の回転角度θpに基づいて前輪の舵角δが求められ、その値が後述のステップ６６０に於ける前輪の舵角の前回値δatfに設定される。
【０２６４】
またステップ６５０に於いて否定判別が行われたときには、ステップ６６０に於いて現サイクルの前輪の舵角の目標値δatpが前輪の舵角の前回値δatfとステップ６３０に於いて演算された舵角制御量Δδatcとの和に設定される。これに対しステップ６５０に於いて肯定判別が行われたときには、ステップ６７０に於いて現サイクルの前輪の舵角の目標値δatpが前輪の舵角の前回値δatfに設定される。
【０２６５】
ステップ６８０に於いては前輪の舵角が現サイクルの前輪の舵角の目標値δatpになるよう操舵装置９６の電動機９４が制御される。
【０２６６】
ステップ６９０に於いては現サイクルの前輪の舵角の目標値δatpが次のサイクルに備えて前輪の舵角の前回値δatfに設定される。
【０２６７】
よってこの第五の実施形態に於いては、車両を円弧状の目標軌跡Ｔcに沿って走行させるための前輪の舵角の制御はフィードフォワード制御によって達成され、これにより車両は円弧状の目標軌跡に沿って走行する。
【０２６８】
従って第五の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δatに制御し、これにより運転者の操舵操作を要することなく車両が円弧状の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２６９】
特に第五の実施形態によれば、前輪の舵角の制御は軌跡制御が開始又は更新されるときの前輪の舵角δに基づいて行われるフィードフォワード制御である。また偏差Δδatに基づく前輪の舵角の制御が完了すると、軌跡制御が終了又は更新されるまで軌跡制御のための前輪の舵角の制御は行われない。よって後述の第六の実施形態の場合の如く、前輪の舵角の制御がフィードバック制御であり、サイクル毎に前輪の舵角の検出を要する場合に比して、円弧状の軌跡を目標軌跡とする軌跡制御を単純に実行することができる。
【０２７０】
また上述の第一乃至第四の実施形態に於けるステップ８００に対応するステップ９００に於いては、運転者が操舵反力として感じる操舵トルクの制御が行われる。まず操舵角θに基づいて上記式７２に従って補正後の検出操舵トルクＴh0が演算される。また補正後の検出操舵トルクＴh0に基づいて図１５に示されたグラフに対応するマップより基本操舵負担軽減トルクＴpadbが演算され、車速Ｖに基づいて図７に示されたグラフに対応するマップより車速係数Ｋvが演算される。そして操舵負担軽減トルクＴpadが基本操舵負担軽減トルクＴpadbと車速係数Ｋvとの積に演算される。尚操舵負担軽減トルクＴpadは図１６に示されたグラフに対応するマップより演算されてもよい。
【０２７１】
更に補正後の検出操舵トルクＴh0及び操舵負担軽減トルクＴpadに基づき上記式７９に従って目標操舵トルクＴpbtが演算され、操舵トルクが目標操舵トルクＴpbtになるよう操舵装置９６の電動機９０が制御される。
【０２７２】
尚上述の電動機９０の制御による操舵トルクの制御は、後述の第六乃至第八の実施形態に於いても同様に行われる。即ち舵角制御装置がバイワイヤ式のものである場合には、操舵トルクの制御は、目標軌跡が円弧状であるか否かや舵角の制御がフィードフォワード制御であるか否かに関係なく同一の要領にて行われる。
【０２７３】
第六の実施形態
この第六の実施形態は上記表２に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：バイワイヤ式
目標軌跡：円弧状
舵角の制御：フィードバック
操舵反力の制御：非機械的舵角制御装置の操舵反力の制御
【０２７４】
この第六の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第五の実施形態と同様に実行されるが、ステップ６００に於ける舵角制御に於いては前輪の舵角がフィードバック制御される。
【０２７５】
即ちサイクル毎にピニオンシャフト８８の回転角度θpに基づいて前輪の現在の舵角δが求められ、前輪の目標舵角δatと現在の舵角δとの偏差Δδatが演算される。そして舵角の偏差Δδatの大きさが小さくなるよう操舵装置９６の電動機９４が制御される。よって前輪の舵角はフィードバック制御によって目標舵角δatに制御され、これにより車両は円弧状の目標軌跡に沿って走行する。
【０２７６】
従って第六の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δatに制御し、これにより運転者の操舵操作の有無に関係なく車両が円弧状の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２７７】
特に第六の実施形態によれば、舵角の偏差Δδatはサイクル毎に前輪の目標舵角δatと現在の舵角δとの偏差として演算される。従って前輪の舵角がフィードフォワード式に制御される上述の第五の実施形態の場合に比して正確に前輪の舵角を目標舵角δatに制御することができる。
【０２７８】
第七の実施形態
この第七の実施形態は上記表２に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：バイワイヤ式
目標軌跡：指数関数
舵角の制御：フィードフォワード
操舵反力の制御：非機械的舵角制御装置の操舵反力の制御
【０２７９】
図１７に示されている如く、この第七の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第五の実施形態と同様に実行される。しかしステップ３５０又は４５０に於いて肯定判別が行われると、ステップ４９５に於いてピニオンシャフト８８の回転角度θpに基づいて前輪の舵角δが求められ、前輪の舵角δ及び車速Ｖに基づいて上記式４６に従って距離ｘ０が演算される。また上述の第三の実施形態の場合と同様に、ステップ４９５に於いては最小時間ΔＴ及びウェバー比のｋをそれぞれ一般的な運転者について予め設定された正の定数として、上記式４２に従って補正係数Ｄが演算される。
【０２８０】
またこの第七の実施形態に於いては、ステップ５５０に於いて図１１に示されたフローチャート（ステップ５５５〜５８０）に従って車両を指数関数の軌跡Ｔeに沿って走行させるための前輪の目標舵角δbtがサイクル毎に演算される。
【０２８１】
またこの第七の実施形態のステップ６００に於いては、前輪の舵角はサイクル毎に前輪の目標舵角δbtを目標としてフィードフォワード式に制御される。即ちサイクル毎に現サイクルの前輪の目標舵角δbtと前サイクルの前輪の目標舵角δbtとの偏差に基づいて操舵装置９６の電動機９４が制御される。よって前輪の舵角はフィードフォワード制御によって目標舵角δbtに制御され、これにより車両は指数関数の目標軌跡に沿って走行する。
【０２８２】
尚軌跡制御が開始又は更新されるときの「前サイクルの前輪の目標舵角δbt」は、軌跡制御が開始又は更新されるときのピニオンシャフト８８の回転角度θpに基づいて求められる前輪の舵角δに設定される。
【０２８３】
従って第七の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δbtに制御し、これにより運転者の操舵操作を要することなく車両が指数関数の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２８４】
特に第七の実施形態によれば、前輪の舵角の制御は上述の第五の実施形態と同様に軌跡制御が開始又は更新されるときの前輪の舵角に基づいて行われるフィードフォワード制御である。よって後述の第八の実施形態の場合の如く、前輪の舵角の制御がフィードバック制御であり、サイクル毎に前輪の舵角の検出を要する場合に比して、指数関数の軌跡を目標軌跡とする軌跡制御を単純に実行することができる。
【０２８５】
第八の実施形態
この第八の実施形態は上記表２に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：バイワイヤ式
目標軌跡：指数関数
舵角の制御：フィードバック
操舵反力の制御：非機械的舵角制御装置の操舵反力の制御
【０２８６】
この第八の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第七の実施形態と同様に実行されるが、ステップ６００に於ける軌跡制御に於いては前輪の舵角がフィードバック制御される。
【０２８７】
即ちサイクル毎に操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の現在の舵角δが求められ、前輪の目標舵角δbtと現在の舵角δとの偏差に基づいて操舵装置９６の電動機９４が制御されることにより、前輪の舵角が目標舵角δbtに制御される。よって前輪の舵角はフィードバック制御によって目標舵角δbtに制御され、これにより車両は指数関数の目標軌跡に沿って走行する。
【０２８８】
従って第八の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δbtに制御し、これにより運転者の操舵操作の有無に関係なく車両が指数関数の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２８９】
特に第八の実施形態によれば、前輪の舵角はサイクル毎に目標舵角δbtと現在の舵角δとの偏差に基づいて制御される。従って前輪の舵角がフィードフォワード式に制御される上述の第七の実施形態の場合に比して正確に前輪の舵角を目標舵角δbtに制御することができる。
【０２９０】
また上述の第五乃至第八の実施形態によれば、舵角制御装置がセミバアワイヤ式の舵角制御装置であり舵角制御装置により前輪の舵角が制御されない場合の操舵トルクに相当する値として、補正後の検出操舵トルクＴh0が演算される。そして補正後の検出操舵トルクＴh0及び車速Ｖに基づいて操舵負担軽減トルクＴpadが演算される。更に補正後の検出操舵トルクＴh0より操舵負担軽減トルクＴpadを減算した値として目標操舵トルクＴpbtが演算され、操舵トルクが目標操舵トルクＴpbtになるよう操舵装置９６の電動機９０が制御される。
【０２９１】
従って運転者に適度の操舵負担を与えることができるだけでなく、軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御に起因する操舵トルクの変動を防止し、軌跡制御に起因して運転者が操舵トルクに違和感を覚えることを効果的に防止することができる。
【０２９２】
以上の説明より、上述の各実施形態によれば、車両の目標軌跡や実軌跡を求めるための車外情報の取得を要することなく、車両を運転者が希望する軌跡に沿って走行させることができることが理解されよう。
【０２９３】
また上述の第一、第二、第五、第六の実施形態によれば、目標軌跡は円弧状の軌跡であるので、目標軌跡が指数関数の軌跡である場合に比して、必要な演算量を少なくし、車両の軌跡を容易に制御することができる。
【０２９４】
また上述の第三、第四、第七、第八の実施形態によれば、目標軌跡は指数関数の軌跡であるので、目標軌跡が円弧状の軌跡である場合に比して、車両の軌跡を車両の乗員にとって一層好ましい軌跡に制御することができる。特にこれらの実施形態によれば、距離xが上記式４０に従って変化するよう指数関数の目標軌跡が設定される。よって目標軌跡が円弧状の軌跡である場合に比して、人の知覚特性にとって好ましい軌跡を達成することができる。
【０２９５】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【０２９６】
例えば案内棒は前輪の前後方向に沿って延在するものとされているが、車両の前後方向に対する案内棒の傾斜角は運転者の操舵操作量に基づいて設定される限り、前輪の前後方向に沿う方向とは異なる方向であってもよい。例えば案内棒の傾斜角は前輪の舵角δと方向の補正係数Ｋdとの積に設定されてもよい。
【０２９７】
また各実施形態に於いては、車両の走行制御は前輪の舵角の制御と操舵トルクの制御とを含んでいるが、操舵トルクの制御は任意の要領にて実行されてよい。例えば上述の第一乃至第四の実施形態に於いては、操舵反力の制御は上記第二の方式により制御されるようになっているが、上記第一の方式により制御されるよう修正されてもよい。
【０２９８】
また各実施形態に於いては、前輪の舵角はフィードフォワード式又はフィードバック式に制御されるようになっているが、それぞれゲインが乗算されたフィードフォワード制御量とフィードバック制御量との和に基づいて制御されるよう修正されてもよい。
【０２９９】
また上述の第一乃至第四の実施形態に於いては、軌跡制御のための舵角制御が実行されている状況に於いて操舵角センサ５０等に異常が発生したときには、代替の検出手段による検出結果を使用して代替の舵角制御が実行されるようになっている。しかし軌跡制御のための舵角制御の開始時に既に舵角センサ５０等に異常が発生しているときには、舵角制御の開始時より代替の舵角制御が実行されるよう修正されてもよい。また舵角センサ５０等に異常が発生しても代替の舵角制御が実行されないよう修正されてもよい。
【０３００】
また上述の第一乃至第四の実施形態に於いては、代替の舵角制御が不可能であるときには、舵角の制御による軌跡制御が実行されないので、車両の軌跡が不正確に行われることを防止することができる。しかしセンサの異常の度合によっては、軌跡制御のための制御量が低減補正されて舵角の制御が実行されることにより、通常時よりも舵角の制御が抑制されて軌跡制御が実行されるよう修正されてもよい。
【０３０１】
また上述の第五乃至第八の実施形態に於いては、代替の舵角制御が実行されるようになっていない。しかし例えば回転角度センサ９６に異常が生じても電動機９４の回転角度からピニオンシャフト８８の回転角度θpを推定することができるときには、回転角度θpを使用して代替の舵角制御が実行されるよう修正されてもよい。
【０３０２】
また上述の第一及び第五の実施形態に於いては、サイクル毎の舵角の制御量が同一の値に設定されるようになっているが、舵角の制御量はサイクル毎に異なる値に設定されるよう修正されてもよい。
【符号の説明】
【０３０３】
１０…走行制御装置、１４…舵角可変装置、２０…ステアリングホイール、２２…電動式パワーステアリング装置、５０…操舵角センサ、５２…操舵トルクセンサ、５４…回転角度センサ、５６…車速センサ、８０…走行制御装置、８２…ステアリング機構、９０、９４…電動機、１００…前輪、１０２…後輪、１０４…車両、１０８…目標進路、１１０…案内棒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行制御装置に係り、更に詳細には車両が目標軌跡（目標走行ライン）に沿って走行するよう操舵輪の舵角を修正制御する車両の走行制御装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
車両が目標軌跡に沿って走行するよう車両の軌跡を制御する車両の走行制御装置は従来種々提案されている。例えば下記の特許文献１には、車両前方の道路の車線情報に基づいて車両の目標軌跡を設定し、目標軌跡と車両の前方注視点との偏差が減少するよう自動操舵アクチュエータを制御する車線追従装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−４８０３５号公報
【特許文献２】特開２００７−２６９１８０号公報
【発明の概要】
【０００４】
〔発明が解決しようとする課題〕
上記特許文献１に記載された車線追従装置によれば、車両が目標軌跡に沿って走行するよう操舵トルクの制御によって運転者の操舵操作を促したり操舵輪の舵角を修正したりすることができる。
【０００５】
しかし上記特許文献１に記載された車線追従装置に於いては、車両の目標軌跡を設定するための車両前方の道路の車線情報及び車両の実軌跡に対応する車両の前方注視点の情報を取得するカメラの如き車外情報取得手段が必須である。また目標軌跡は基本的には車線情報に基づいて決定されるため、車両の目標軌跡を必ずしも運転者の希望に則した軌跡に設定することができない。更に車両前方の道路の車線情報がない状況や車線情報を取得できない状況に於いては、目標軌跡を設定することができないため、車両を目標軌跡に沿って走行させることができない。
【０００６】
尚、上記特許文献２には、操舵角及び車速に基づいて車両の目標軌跡を設定し、目標軌跡と車両の実軌跡との偏差が減少するよう操舵伝達比可変装置を制御する操舵制御装置が記載されている。この特許文献２に記載された操舵制御装置によれば、車両が目標軌跡に沿って走行するよう操舵輪の舵角を制御することができる。
【０００７】
しかし特許文献２に記載された操舵制御装置に於いては、車両の実軌跡を求めるためのＧＰＳの如き車外情報取得手段が必要である。また目標軌跡と実軌跡との偏差に基づいて操舵輪の舵角がフィードバック制御されるので、実軌跡が求められた後でなければ舵角を制御することができず、そのため制御の遅れに起因して車両を好ましく目標軌跡に沿って走行させることができない。
【０００８】
本発明は、車両が目標軌跡に沿って走行するよう車両の軌跡を制御する従来の走行制御装置に於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものである。そして本発明の主要な課題は、車両の目標軌跡や実軌跡を求めるための車外情報の取得を要することなく、車両の軌跡が運転者の希望に則した目標軌跡になるよう操舵輪の舵角を遅れなく制御することである。
〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕
【０００９】
上述の主要な課題は、本発明によれば、運転者の操舵操作量に対する操舵輪の舵角の関係を変更する舵角制御手段を備えた車両の走行制御装置であって、予め設定された手順に従って車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定したときにはその時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するに必要な目標軌跡に沿って車両を走行させるための操舵輪の目標舵角を演算し、前記目標舵角に基づいて前記舵角制御手段により操舵輪の舵角を制御することを特徴とする車両の走行制御装置（請求項１の構成）によって達成される。
【００１０】
後に詳細に説明する如く、運転者の操舵操作量は車両の現在の進行方向を基準に見て車両の現在位置から目標到達位置までの方向に関係し、車速は車両の現在位置から目標到達位置までの距離に関係している。また運転者の操舵操作量は車両が目標到達位置に到達する際の目標進行方向にも関係している。
【００１１】
予め設定された手順に従って軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点を基準時点と呼ぶこととする。上記請求項１の構成によれば、基準時点の運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するための目標軌跡に沿って車両が走行するための操舵輪の目標舵角が演算され、目標舵角に基づいて操舵輪の舵角が制御される。
【００１２】
従って車両の目標軌跡や実軌跡を求めるための車外情報の取得は不要であり、また車外情報に基づいて実際の軌跡を求めることも、目標軌跡と実際の軌跡との偏差に基づいて車両の軌跡をフィードバック制御することも必要でない。よって車両の軌跡が運転者の希望に則した軌跡になるよう操舵輪の舵角を遅れなく制御し、車両を運転者が希望する目標軌跡に沿って走行させることができる。
【００１３】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記目標軌跡は、前記目標進行方向を示す直線を時間の座標軸とし、前記時点に於ける車両の位置より前記時間の座標軸に下した垂線を距離の座標軸とする仮想の直交座標に於いて、前記時点からの経過時間を指数の変数とする指数関数の曲線であるよう構成される（請求項２の構成）。
【００１４】
上記請求項２の構成によれば、目標進行方向を示す直線を時間の座標軸とし、基準時点に於ける車両の位置より時間の座標軸に下した垂線を距離の座標軸とする仮想の直交座標に於いて、基準時点からの経過時間を指数の変数とする指数関数の曲線として目標軌跡を求めることができる。
【００１５】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記目標軌跡は、前記時点に於ける車両の位置に於いて前記時点に於ける車両の前後方向を示す直線に接し且つ前記目標到達位置に於いて前記目標進行方向を示す直線に接する円弧状の曲線であるよう構成される（請求項３の構成）。
【００１６】
上記請求項３の構成によれば、基準時点に於ける車両の位置に於いて基準時点に於ける車両の前後方向を示す直線に接し且つ目標到達位置に於いて目標進行方向を示す直線に接する円弧状の曲線として目標軌跡を求めることができる。
【００１７】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記時点に於ける操舵輪の舵角と前記目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正するよう構成される（請求項４の構成）。
【００１８】
上記請求項４の構成によれば、基準時点に於ける操舵輪の舵角と目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正される。よって操舵輪の舵角が目標舵角になるよう操舵輪の舵角をフィードフォワード式に効率的に制御することができ、また運転者の操舵操作を要することなく操舵輪の舵角を目標舵角にすることができる。
【００１９】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、操舵輪の実際の舵角と前記目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正するよう構成される（請求項５の構成）。
【００２０】
上記請求項５の構成によれば、操舵輪の実際の舵角と目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角が修正される。よって操舵輪の舵角が目標舵角になるよう操舵輪の舵角をフィードバック式に正確に制御することができ、また運転者によって操舵操作が行われても操舵輪の舵角を目標舵角にすることができる。
【００２１】
尚フィードバックの制御は操舵輪の舵角について行われるので、フィードバックの制御が車両の軌跡について行われる従来の車両の走行制御装置の場合に比して、操舵輪の舵角の制御の遅れは遥かに小さい。
【００２２】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記目標到達位置は前記時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて決定され、前記目標進行方向は前記時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定されるよう構成される（請求項６の構成）。
【００２３】
上記請求項６の構成によれば、基準時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて目標到達位置を決定し、基準時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて目標進行方向を決定することができる。よって基準時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するための車両の目標軌跡が求めることができる。
【００２４】
また本発明によれば、上記請求項６の構成に於いて、前記時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定される角度を基準角度として、前記目標到達位置は前記時点に於ける車両の位置より車両の前後方向に対し前記基準角度傾斜した方向に引いた直線上に位置し、前記時点に於ける車両の位置から前記目標到達位置までの距離は車速に依存する値であるよう構成される（請求項７の構成）。
【００２５】
上記請求項７の構成によれば、基準時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定される角度を基準角度とし、基準時点に於ける車両の位置より車両の前後方向に対し基準角度傾斜した方向に引いた直線上に位置し且つ基準時点に於ける車両の位置から車速に依存する距離の位置として目標到達位置を決定することができる。
【００２６】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項７の構成に於いて、前記時点に於ける車両の位置と前記目標到達位置とを結ぶ直線を方向の基準線として、前記目標進行方向は前記目標到達位置に於いて前記方向の基準線に対し前記基準角度傾斜した方向に決定されるよう構成される（請求項８の構成）。
【００２７】
上記請求項８の構成によれば、基準時点に於ける車両の位置と目標到達位置とを結ぶ直線を方向の基準線として、目標到達位置に於いて方向の基準線に対し基準角度傾斜した方向を目標進行方向に決定することができる。
【００２８】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記軌跡の制御を行っていない状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第一の基準値よりも大きくなった後に運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第二の基準値よりも小さくなったときに前記軌跡の制御を開始すべきと判定するよう構成される（請求項９の構成）。
【００２９】
一般に、運転者が車両の進路を変更する場合には、まず比較的速く操舵操作量を変化させ、しかる後操舵操作量の変化を穏やかにする。従って運転者の操舵操作量の変化率の大きさ推移に基づいて車両の軌跡の制御の開始又は更新の必要性を判定することができる。
【００３０】
上記請求項９の構成によれば、軌跡の制御が行われていない状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第一の基準値よりも大きくなった後に制御開始判定の第二の基準値よりも小さくなったときには、その判定により軌跡の制御を開始すべきと判定することができる。
【００３１】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記軌跡の制御を行っている状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第一の基準値よりも大きくなった後に運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第二の基準値よりも小さくなったときに前記軌跡の制御を更新すべきと判定するよう構成される（請求項１０の構成）。
【００３２】
上記請求項１０の構成によれば、軌跡の制御が行われている状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第一の基準値よりも大きくなった後に制御更新判定の第二の基準値よりも小さくなったときには、その判定により軌跡の制御を更新すべきと判定することができる。
【００３３】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項２の構成に於いて、前記時点に於ける車両から前記時間の座標軸までの距離を基準距離として、前記基準距離と前記時点からの経過時間を指数の変数とする自然指数関数との積として目標距離が求められ、前記目標軌跡は前記時間の座標軸から前記目標距離の位置を結ぶ線として求められるよう構成される（請求項１１の構成）。
【００３４】
上記請求項１１の構成によれば、基準距離と基準時点からの経過時間を指数の変数とする自然指数関数との積として目標距離を求め、時間の座標軸から目標距離の位置を結ぶ線として目標軌跡求めることができる。
【００３５】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１１の構成に於いて、操舵操作の必要性に関連する車外の視覚情報の変化が発生してから人が当該視覚情報の変化を知覚するまでに要する一般的な時間をΔＴとし、ウェバー比を−ｋとし、前記時点からの経過時間をｔとして、前記自然指数関数の指数は−（ｋ／ΔＴ）ｔであるよう構成される（請求項１２の構成）。
【００３６】
上記請求項１２の構成によれば、自然指数関数の指数は−（ｋ／ΔＴ）ｔであるので、人の知覚特性に合った車両の目標距離を求め、これにより人の知覚特性に合った車両の目標軌跡を求めることができる。
【００３７】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記舵角制御手段は、運転者により操作される操舵入力手段に対し相対的に操舵輪を駆動することにより操舵伝達比を変化させる操舵伝達比可変手段と、前記操舵伝達比可変手段を制御する制御手段とを有するセミバイワイヤ式の舵角制御手段であるよう構成される（請求項１３の構成）。
【００３８】
上記請求項１３の構成によれば、操舵伝達比可変手段を有するセミバイワイヤ式の舵角制御手段を備えた車両に於いて、操舵伝達比可変手段により操舵伝達比を変化させることにより操舵輪の舵角を制御することができる。
【００３９】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１３の構成に於いて、車両は運転者による操舵操作を補助する補助操舵力を発生する補助操舵力発生手段と、運転者の操舵負担を軽減するための目標補助操舵力に基づいて前記補助操舵力発生手段を制御する補助操舵力制御手段とを有し、前記補助操舵力制御手段は前記軌跡の制御が行われている状況に於いては、前記舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御に起因する操舵力の変動量を推定し、検出された操舵力を前記操舵力の変動量にて補正し、補正後の操舵力に基づいて運転者の操舵負担を軽減するために必要な補助操舵力を演算し、前記必要な補助操舵力と前記操舵力の変動量との和を前記目標補助操舵力とするよう構成される（請求項１４の構成）。
【００４０】
上記請求項１４の構成によれば、軌跡の制御が行われている状況に於いては、舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御に起因する操舵力の変動量が推定され、検出された操舵力が操舵力の変動量にて補正される。そして補正後の操舵力に基づいて運転者の操舵負担を軽減するために必要な補助操舵力が演算される。更に必要な補助操舵力と操舵輪の舵角の制御に起因する操舵力の変動量との和が目標補助操舵力とされ、その目標補助操作力に基づいて補助操作力発生手段が制御される。従って操舵輪の舵角の制御に伴う不自然な操舵操作力の変動に起因して運転者が違和感を覚えることを防止しつつ、運転者の操舵負担を軽減することができる。
【００４１】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記舵角制御手段は、操舵輪の舵角を変化させる転舵手段と、前記操舵入力手段に対する運転者の操舵操作量を検出する手段と、通常時には運転者の操舵操作量に基づいて前記転舵手段を制御し、必要に応じて運転者の操舵操作に依存せずに前記転舵手段を制御する制御手段とを有するバイワイヤ式の舵角制御手段であるよう構成される（請求項１５の構成）。
【００４２】
上記請求項１５の構成によれば、バイワイヤ式の舵角制御手段を備えた車両に於いて、転舵手段を制御することにより運転者の操舵操作に依存せずに操舵輪の舵角を制御することができる。
【００４３】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１５の構成に於いて、車両は操舵反力を発生する操舵反力発生手段と、目標操舵反力に基づいて前記操舵反力発生手段を制御する操舵反力制御手段とを有する操舵反力付与装置を備え、前記操舵反力制御手段は運転者の操舵操作量に基づいて前記舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御の影響を受けない基本の操舵反力を演算し、前記基本の操舵反力から運転者の操舵負担を軽減するための操舵反力低減量を減算した値に基づいて目標操舵反力を演算するよう構成される（請求項１６の構成）。
【００４４】
上記請求項１６の構成によれば、運転者の操舵操作量に基づいて操舵輪の舵角の制御の影響を受けない基本の操舵反力が演算され、基本の操舵反力から運転者の操舵負担を軽減するための操舵反力低減量を減算した値に基づいて目標操舵反力が演算される。そして目標操舵反力に基づいて操舵反力発生手段が制御される。従って操舵輪の舵角の制御の影響を排除するための補正量を演算することなく、操舵輪の舵角の制御に伴う不自然な操舵反力の変動に起因して運転者が違和感を覚えることを防止しつつ、適度の操舵反力を発生させることができる。
【００４５】
また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記舵角制御手段及び運転者の操舵操作量を求める手段の少なくとも一方が正常でないときには、前記軌跡の制御を抑制するよう構成される（請求項１７の構成）。
【００４６】
上記請求項１７の構成によれば、舵角制御手段及び運転者の操舵操作量を求める手段の少なくとも一方が正常でないときにも軌跡の制御が抑制されない場合に比して、軌跡の制御が不適切に行われる虞れを低減することができる。
〔課題解決手段の好ましい態様〕
【００４７】
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、走行制御装置は運転者の操舵操作量及び車速と操舵輪の目標舵角との関係を記憶しており、車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて前記関係より操舵輪の目標舵角を演算するよう構成される（好ましい態様１）。
【００４８】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、走行制御装置は予め設定された軌跡の制御の終了条件が成立するまで操舵輪の舵角を制御するよう構成される（好ましい態様２）。
【００４９】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、走行制御装置は車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきではないと判定したときには、予め設定された操舵伝達比が達成されるよう操舵輪の舵角を制御するよう構成される（好ましい態様３）。
【００５０】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２の構成に於いて、走行制御装置は車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点からの経過時間と運転者の操舵操作量及び車速と操舵輪の目標舵角との関係を記憶しており、車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点からの経過時間と車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速とに基づいて前記関係より操舵輪の目標舵角を演算するよう構成される（好ましい態様４）。
【００５１】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項３の構成に於いて、走行制御装置は運転者の操舵操作量及び車速と操舵輪の目標舵角との関係を記憶しており、車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点からの経過時間に関係なく車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定した時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて前記関係より操舵輪の目標舵角を演算するよう構成される（好ましい態様５）。
【００５２】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１７の構成に於いて、舵角制御手段及び運転者の操舵操作量を求める手段の少なくとも一方が正常でないときには、軌跡の制御を実行しないよう構成される（好ましい態様６）。
【００５３】
本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１７の構成に於いて、運転者の操舵操作量を求める手段が正常ではなくても、他の手段によって運転者の操舵操作量を求めることができるときには、他の手段によって求められた運転者の操舵操作量を使用して軌跡の制御を実行するよう構成される（好ましい態様７）。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】舵角可変装置及び電動式パワーステアリング装置が搭載された車両に適用された本発明による車両の走行制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】第一の実施形態に於ける走行制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図３】第一の実施形態に於ける軌跡制御の開始条件の成立判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】第一の実施形態に於ける軌跡制御の更新条件の成立判定ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】第一の実施形態に於ける前輪の舵角制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】車速Ｖと目標ステアリングギヤ比Ｎtとの間の関係を示すグラフである。
【図７】操舵トルクＴhd又はＴhdaと基本アシストトルクＴpabとの間の関係を示すグラフである。
【図８】車速Ｖと車速係数Ｋvとの間の関係を示すグラフである。
【図９】操舵トルクＴhd又はＴhdaと車速Ｖと基本アシストトルクＴpabとの間の関係を示すグラフである。
【図１０】第三の実施形態に於ける走行制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】第三の実施形態に於ける前輪の目標舵角演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】バイワイヤ式のステアリング装置が搭載された車両に適用された本発明による車両の走行制御装置の第五の実施形態を示す概略構成図である。
【図１３】第五の実施形態に於ける走行制御のメインルーチンを示すフローチャートである。
【図１４】第五の実施形態に於ける前輪の舵角制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１５】補正後の操舵トルクＴh0と基本操舵負担軽減トルクＴpadbとの間の関係を示すグラフである。
【図１６】補正後の操舵トルクＴh0と車速Ｖと基本操舵負担軽減トルクＴpadbとの間の関係を示すグラフである。
【図１７】第七の実施形態に於ける前輪の舵角制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】２輪モデルの車両が進路を変更する場合を示す説明図である。
【図１９】車両が定常円旋回し、円弧状の軌跡を描いて走行する場合を示す説明図である。
【図２０】前輪の舵角が運転者の操舵操作量に対応する舵角及び案内棒モデルに基づいて修正された舵角である場合について、定常円旋回による車両の円弧状の軌跡を示す説明図である。
【図２１】水平加速度ｘ″が変化する状況に於いて、人が水平加速度ｘ″の変化を知覚できる最小量Δｘ″及び人が最小量最小量Δｘ″の変化を知覚するに要する最小時間ΔＴを示す説明図である。
【図２２】車両が案内棒の基準位置より案内棒の先端位置まで指数関数の軌跡を描いて走行する場合を示す説明図である。
【図２３】車両が指数関数の軌跡を描いて走行する場合に於いて、車両が案内棒の基準位置と案内棒の先端位置との間の位置へ移動した状況を示す説明図である。
【図２４】図２３に示された状況について、距離に関する座標軸及び時間に関する座標軸に平行な成分への車速の分解を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
実施形態の総括説明
具体的な実施形態の説明に先立ち、各実施形態に共通の技術的事項について総括的に説明する。
１）案内棒モデル
【００５６】
車両の軌跡に関する運転者の意図は、運転者の操舵操作量に反映されていると考えられるので、操舵輪である前輪の向き、即ち前輪の舵角が運転者の前方注視方向であると考えられてよい。そこで前輪に仮想の案内棒が設置された仮想の車両を定義し、運転者は案内棒の先端が希望の軌跡に沿って移動するように車両を運転していると仮定する。その場合前方注視距離、即ち車両から運転者が注視する位置までの距離は案内棒の長さに対応し、車速に応じて変化すると考えられる。
【００５７】
本明細書に於いては、上述の仮想の案内棒を備えた車両のモデルを「案内棒モデル」と呼ぶこととする。案内棒モデルによれば、運転者が車両の進路を変更しようとしたときの運転者の操舵操作量及び車速に基づいて、案内棒の先端を通る軌跡として車両の好ましい目標軌跡を設定することができる。
【００５８】
従って設定された目標軌跡に沿って車両が走行するよう前輪の舵角を制御することにより、車両周囲の情報を撮影や車外よりの通信等によって周囲の情報を取得することを要することなく、車両を好ましい目標軌跡に沿って走行させることができる。
【００５９】
案内棒モデルに基づく車両の軌跡制御の理解が容易になるよう、図１８に示されている如く、車両は前輪１００及び後輪１０２を備えた２輪モデルの車両１０４であるとする。そして車両１０４がその前後方向を示す線１０６に対し角度φ傾斜した目標進路１０８へ進路を変更する場合について考える。尚角度の単位はradである。
【００６０】
図示の如く、前輪１００の中心Ｏから目標進路１０８上の点Ｐまで前輪の前後方向に沿って車両の前方へ仮想の案内棒１１０が突き出ているものとし、車両の前後方向に対する案内棒１１０の傾斜角をβとする。そして案内棒１１０の長さ、即ち線分ＯＰの長さをＡとし、目標進路１０８と案内棒１１０とがなす角度をαとする。また前輪１００の中心Ｏから目標進路１０８までの距離をｘとし、前輪１００の舵角をδとする（δ＝β）。更に車両１０４のホイールベースをＷＢとし、車速をＶとする。尚長さの単位はmであり、時間の単位はsecである。
【００６１】
舵角δ及び車速Ｖが変化せずに微小時間dｔが経過することにより、車両１０４が実線にて示された位置より破線にて示された位置へ移動し、これに伴う角度φ及び距離ｘの変化をそれぞれdφ及び距離dｘとすると、下記の式１〜式４が成立する。尚微小時間dｔは非常に小さいので、図示の如く前輪１００は案内棒１１０上の点に移動し、後輪１０２は移動前の車両の前後方向を示す線１０６上の点に移動すると考えられてよい。
【００６２】
β＝φ−α ……（１）
ｘ＝Ａ＊sinα ……（２）
−ＷＢdφ＝Ｖdｔ＊sinβ ……（３）
−dｘ＝Ｖdｔ＊sinα ……（４）
【００６３】
上記式２をαで微分すると、下記の式５が得られるので、dｘは下記の式６により表される。
dｘ／dα＝Ａ＊cosα ……（５）
dｘ＝Ａ＊cosα＊dα ……（６）
【００６４】
上記式４に式６を代入すると、下記の式７が得られるので、案内棒の長さＡは下記の式８により表される。
−Ａ＊cosα＊dα＝Ｖdｔ＊sinα ……（7）
Ａ＝−（Ｖdｔ＊sinα）／（cosα＊dα）
＝−(Ｖdｔ＊tanα)/dα
＝−Ｖdｔ＊｛１／（cosα）２｝ ……（８）
【００６５】
また上記式３をＶdｔについて解くと、下記の式９が得られ、式９を式８に代入すると下記の式１０が得られる。
Ｖdｔ＝（−ＷＢdφ）／sinβ ……（９）
Ａ＝−（−ＷＢdφ）／sinβ＊｛１／（cosα）２｝ ……（１０）
【００６６】
旋回の如き車両の非直進走行は定常円走行の組合せと考えることができ、軌跡が円弧である場合には角度α及びβは互いに同一である。またβは前輪の舵角δと同一である。よって式１０の角度α及びβを舵角δに書き換えることにより、案内棒の長さＡを式１１にて表すことができる。
Ａ＝（ＷＢdφ）／sinδ＊｛１／（cosδ）２｝ ……（１１）
【００６７】
式１１のdφは車両のヨーレートＹＲであり、ヨーレートＹＲは下記の式１２により表される。
ＹＲ＝Ｖ／ＷＢ＊δ ……（１２）
【００６８】
よって式１１のdφに式１２を代入することにより、案内棒の長さＡを式１３にて表すことができる。
Ａ＝ＷＢ（Ｖ／ＷＢ＊δ）／sinδ＊｛１／（cosδ）２｝
＝（Ｖ＊δ）／sinδ＊｛１／（cosδ）２｝ ……（１３）
【００６９】
尚車両の旋回方向が左旋回か右旋回かによって舵角δの符号が異なる場合には、車両の旋回方向が逆になることによって舵角δの符号が逆になると、sinδの符号も同様に逆になるので、案内棒の長さＡは常に正の値である。
【００７０】
以上の説明に於いては、案内棒１１０は前輪１００の中心Ｏを基準位置とし該基準位置から前輪の前後方向に沿って車両の前方へ突き出ているものとして案内棒モデルを説明した。しかし車両の軌跡は車両の重心の軌跡と考える方が好ましいので、これ以降の説明に於いては、案内棒は車両の重心を基準位置とし該基準位置から前輪の前後方向に沿って車両の前方へ突き出ているものとする。
【００７１】
２）円弧状の軌跡
次に図１９に示されている如く、前輪の舵角δ及び車速Ｖがそれぞれ一定の値に設定されて車両１０４が定常円旋回し、位置Ｐ0より位置Ｐ1まで円弧状の軌跡Ｔcを描いて走行する場合について考える。この場合車両１０４の重心が位置Ｐ0にあるときの案内棒に対応する線分は、基準点Ｐ0より先端Ｐ1まで延在している。
【００７２】
車両１０４の運動は定常円旋回運動であるので、車両のヨーレートＹＲは上記式１２により表され、車両の横加速度ＬＡは下記の式１４により表される。
ＬＡ＝ＹＲ＊Ｖ ……（１４）
【００７３】
よって円弧状の軌跡Ｔcの半径Ｒは下記の式１５により表される。
Ｒ＝Ｖ２／ＬＡ
＝Ｖ２／（ＹＲ＊Ｖ）
＝Ｖ／ＹＲ
＝Ｖ／（Ｖ／ＷＢ＊δ）
＝ＷＢ／δ ……（１５）
【００７４】
また図１９に示されている如く、車両１０４の前後方向を示す線１０６及び目標進路を示す線１０８はそれぞれ位置Ｐ0及びＰ1に於いて円弧状の軌跡Ｔcに接する接線である。線１０６及び１０８の交点をＱ1とし、円弧状の軌跡Ｔcの中心Ｏcより案内棒１１０に下した垂線の足をＱ2とする。三角形Ｐ0ＯcＰ1は中心Ｏcを頂点とする二等辺三角形であるので、角度Ｐ0ＯcＱ2及び角度Ｐ1ＯcＱ2は互いに等しく、これらをγとする。また角度ＯcＰ0Ｑ2及び角度ＯcＰ1Ｑ2も互いに等しく、これらをλとする。
【００７５】
図１９より解る如く、下記の式１６及び１７が成立する。よって角度γは角度α及びδと同一である。
α＋λ＝δ＋λ＝π／２ ……（１６）
γ＋λ＝π／２ ……（１７）
【００７６】
また図１９より解る如く、案内棒に対応する線分の長さＡ0は線分Ｐ0Ｑ2の２倍であり、線分Ｐ0Ｑ2の長さはＲ＊sinγ＝Ｒ＊sinδである。よって案内棒に対応する線分の長さＡ0は式１８にて表わされる。
Ａ0＝２Ｒ＊sinδ
＝２（ＷＢ／δ）＊sinδ ……（１８）
【００７７】
式１８により表される案内棒に対応する線分の長さＡ0は車速Ｖを含んでおらず、車速Ｖに依存しない。この線分の長さＡ0と式１３により表される案内棒の長さＡとの比較より、前輪の舵角δを修正しなければ、案内棒１１０の先端を通る円弧状の軌跡に沿って車両を走行させることができないことが解る。換言すれば、線分の長さＡ0を式１３により表される案内棒の長さＡと同一の値にするためには、運転者の操舵操作量及びステアリングギヤ比により定まる舵角（「本来の舵角」という）δとは異なる値に前輪の舵角を修正しなければならない。
【００７８】
図２０に示されている如く、前輪の舵角が本来の舵角δから修正後の舵角δ′に修正されると、車両１０４が案内棒１１０の先端Ｐ1′を通る円弧状の軌跡Ｔc′に沿って走行することができるとする。また円弧状の軌跡Ｔc′の中心及び半径はそれぞれＯc′、Ｒ′であるとする。
【００７９】
半径Ｒ′は上記式１５に対応する下記の式１９により表される。
Ｒ′＝ＷＢ／δ′ ……（１９）
【００８０】
三角形Ｐ0Ｐ1Ｏc及び三角形Ｐ0Ｐ1′Ｏc′は相似形であるので、下記の式２０が成立する。
Ｒ／Ｒ′＝Ａ0／Ａ ……（２０）
【００８１】
この式２０に上記式１３、１５、１８、１９を代入すると、下記の式２１が得られる。
δ′／δ＝２ＷＢ＊sinδ′＊sinδ＊（cosδ′）２／（Ｖ＊δ′＊δ）
……（２１）
【００８２】
前輪の舵角δ及び修正後の舵角δ′が小さい値であるときには、sinδ及びsinδ′はそれぞれδ及びδ′であると看做されてよく、cosδ′は１であると看做されてよい。よって修正後の舵角δ′は上記式２１が変形された下記の式２２により表される。
δ′＝（２ＷＢ／Ｖ）＊δ ……（２２）
【００８３】
運転者の操舵操作量としての操舵角をθとし、ステアリングギヤ比をＮとすると、前輪の本来の舵角δは下記の式２３により表される。尚ステアリングギヤ比Ｎは一定であってもよく、また例えば車速Ｖに応じて可変設定される値であってもよい。
δ＝θ／Ｎ ……（２３）
【００８４】
よって修正後の舵角δ′は下記の式２４により表される。
δ′＝（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ ……（２４）
【００８５】
また前輪の舵角及び車速がそれぞれ一定のδ′及びＶに維持された状態で車両が位置Ｐ0より位置Ｐ1′まで円弧状の軌跡Ｔc′に沿って走行するに要する時間をＴaとする。時間Ｔaは中心角θが２γ＝２δで半径がＲ′の扇形の円弧に沿って式２５により表されるヨーレートＹＲにて円弧運動するに必要な時間である。よって時間Ｔaは式２６により表される通り、１［sec］であり、車速Ｖに依存しない。
ＹＲ＝Ｖ／ＷＢ＊δ′ ……（２５）
Ｔa ＝２δ／ＹＲ
＝２ＷＢ＊δ／（Ｖ＊δ′）
＝２ＷＢ＊δ／｛Ｖ＊（２ＷＢ／Ｖ）＊δ｝
＝１ ……（２６）
【００８６】
従って前輪の本来の舵角がδである状況に於いて、車速Ｖを一定の値に維持し目標舵角δatを修正後の舵角δ′に設定して前輪の舵角を制御することにより、案内棒１１０の先端Ｐ1′を通る円弧状の軌跡Ｔc′に沿って車両を走行させることができる。そして車速Ｖの値に関係なく車両は時間Ｔa＝１［sec］が経過するときに位置Ｐ1′を通過する。
【００８７】
３）指数関数の軌跡
上記式２より下記の式２７が成立する。但し式１よりα＝φ−βである。
ｘ′＝−Ｖ＊sinα ……（２７）
【００８８】
上記式２及び２７より下記の式２８が成立し、式２８は距離ｘがウェバー則に則して変化する変数であることを示している。
ｘ′＝−（Ｖ／Ａ）ｘ ……（２８）
【００８９】
式２８を解くと式２９が得られる。よって距離ｘが式２９に則して変化するよう制御することにより、距離ｘをウェバー則に則して制御することができる。尚ｘ０は時間ｔが０であるときの距離ｘの値である。
ｘ＝ｘ０＊exp｛−（Ｖ／Ａ）＊ｔ｝ ……（２９）
【００９０】
次に上記式２９に基づく距離ｘの制御を人間の知覚特性に適合させることを考える。図２１に示されている如く、距離ｘの２回微分値である車両の水平加速度ｘ″が増加する場合に於いて、人が水平加速度ｘ″の変化を知覚できる最小量をΔｘ″とする。そして人が水平加速度ｘ″の変化Δｘ″を知覚するに要する最小時間をΔＴとする。水平加速度ｘ″の変化率をｘ″′として最小量Δｘ″は下記の式３０により表される。
Δｘ″＝ｘ″′＊ΔＴ ……（３０）
【００９１】
図２１より解る如く、水平加速度ｘ″の変化率ｘ″′は下記の式３１により表される。
ｘ″′＝｛（ｘ″＋Δｘ″）−ｘ″｝／｛（Ｔ＋ΔＴ）−Ｔ｝
＝Δｘ″／ΔＴ ……（３１）
【００９２】
上記式２８を２回微分すると下記の式３２が得られるので、下記の式３３が成立する。
ｘ″′＝−（Ｖ／Ａ）＊ｘ″ ……（３２）
ｘ″′／ｘ″＝−（Ｖ／Ａ） ……（３３）
【００９３】
上記式３３に上記式３１を代入して変形することにより、下記の式３４が得られる。
Δｘ″／ｘ″＝−（Ｖ／Ａ）＊ΔＴ ……（３４）
【００９４】
上記式３４はウェバー比の形をなす式であるので、ウェバー比を−ｋとして上記式３４を下記の式３５の通りに書き換えることができる。但しｋは式３６により表される正の値である。
Δｘ″／ｘ″＝−ｋ ……（３５）
ｋ＝（Ｖ／Ａ）＊ΔＴ ……（３６）
【００９５】
尚最小時間ΔＴは個人差のある値であるが、最小時間ΔＴを平均的な一定の値とし、ウェバー比−ｋも一定の値であるとする。
【００９６】
上記式３５を下記の式３７の通り変形し、式３７を上記式３０に代入して変形することにより、下記の式３８が得られる。そして下記の式３８を解くことにより、下記の式３９が得られる。
Δｘ″＝−ｋ＊ｘ″ ……（３７）
ｘ″′＊ΔＴ＝−ｋ＊ｘ″ ……（３８）
ｘ＝ｘ０＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）＊ｔ｝ ……（３９）
【００９７】
上記式２９及び３９は何れも距離ｘが時間ｔの指数関数であることを示しているが、式３９によれば距離ｘ、従って車両の好ましい指数関数の軌跡を車速Ｖに依存しないウェバー比−ｋ及び最小時間ΔＴにて表すことができる。
【００９８】
よって上記式３９を使用して車両の軌跡を制御することにより、車速Ｖに依存する上記式２９を使用して車両の軌跡を制御する場合に比して、下記の利点がられる。
（１）上記式３９は車速Ｖを含んでいないので、演算量を少なくし、制御を単純化することができる。
（２）車両の軌跡を人の知覚特性に適合した好ましい指数関数の軌跡に制御することができる。
【００９９】
以上の説明より解る如く、式３９に従って距離ｘを制御することによって車両の軌跡を制御することにより、車両の軌跡を円弧状の軌跡よりも人の知覚特性にとって好ましい指数関数の軌跡にすることができる。
【０１００】
しかし車両の軌跡が上記式３９に従って指数関数の軌跡に設定されても、車両が位置Ｐ1′に到達するに要する時間Ｔbが車両の軌跡が円弧状の軌跡である場合の時間Ｔaと同一になるとは限らない。
【０１０１】
そこで時間Ｔbを時間Ｔaと同一の値にするための補正係数をＤとして上記式３９を下記の式４０の通りに書き換える。
ｘ＝ｘ０＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）Ｄ＊ｔ｝ ……（４０）
【０１０２】
車両が位置Ｐ1′に到達するに要する時間Ｔbを時間Ｔaとするためには、ｘbを０に近い正の定数として、式４０に於いて時間ｔがＴaであるときに距離ｘがｘbになればよく、従って下記の式４１が成立すればよい。Ｔaは１［sec］であるので、補正係数Ｄについて式４１を解くと、式４２が得られる。
ｘb＝ｘ０＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）Ｄ＊Ｔa｝ ……（４１）
Ｄ＝−（logｅｘb−logｅｘ０）＊ΔＴ／（ｋ＊Ｔa）
＝−（logｅｘb−logｅｘ０）＊ΔＴ／ｋ ……（４２）
【０１０３】
図２２に示されている如く、距離ｘが上記式４０に則して変化するよう前輪の舵角δが制御されることにより、案内棒の基準位置Ｐ0より案内棒の先端位置Ｐ1′まで指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合について考える。
【０１０４】
案内棒の基準位置Ｐ0より目標進路を示す線１０８に下した垂線の足を交点Ｑ3とする。上記式４０により表される指数関数は、目標進路を示す線１０８を時間に関する座標軸とし、車両１０４の前後方向を示す線１０６を距離ｘに関する座標軸とし、交点Ｑ3を原点とする直交座標に於ける関数である。
【０１０５】
位置Ｐ1と交点Ｑ3との間の距離及び位置Ｐ0と位置交点Ｑ3との間の距離をそれぞれＢ及びＣとすると、距離Ｂ及びＣはそれぞれ下記の式４３及び４４により表される。
Ｂ＝Ａ＊cosδ ……（４３）
Ｃ＝Ａ＊sinδ
＝２Ｒ＊sinδ＊sinδ
＝２（ＷＢ／δ′）＊（sinδ）２ ……（４４）
【０１０６】
舵角δが小さいときにはsinδはδに等しいと看做されてよいので、上記式４４に上記式２２を代入すると共にsinδ＝δとすることにより、距離Ｃは下記の式４５により表される。また距離Ｃは時間ｔが０であるときの距離ｘの値ｘ０であり、正の値である。よって式４５に対応する下記の式４６により距離ｘ０を求めることができる。
Ｃ＝（Ｖ／δ）＊δ２
＝Ｖ＊δ ……（４５）
ｘ０＝Ｖ＊｜δ｜ ……（４６）
【０１０７】
従って補正係数Ｄ及び距離ｘ０をそれぞれ式４２及び４６により求め、式４０に従って距離ｘを制御することにより、時間Ｔa＝１［sec］が経過するときに車両が実質的に位置Ｐ1′に到達するよう、車両を指数関数の軌跡Ｔeに沿って走行させることができる。
【０１０８】
次に距離ｘを上記式４０、４２及び４６に則して変化させることにより、車両の軌跡を好ましい指数関数の軌跡Ｔeに制御するための前輪の舵角の制御について説明する。
【０１０９】
まず前輪の舵角δ及び車速Ｖがそれぞれ一定のδ′及び一定の値に設定されて、車両が案内棒の基準位置Ｐ0より案内棒の先端位置Ｐ1′まで円弧状の軌跡Ｔc′を描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡaについて考える。車両のスリップ角が０であるとすると、車両の横加速度ＬＡaは式２５により表されるヨーレートＹＲと車速Ｖとの積に等しいので、下記の式４７により求められる値である。
ＬＡa＝ＹＲ＊Ｖ
＝Ｖ／ＷＢ＊δ′＊Ｖ
＝Ｖ２／ＷＢ＊δ′
＝Ｖ２／ＷＢ＊（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ
＝２Ｖ＊θ／Ｎ ……（４７）
【０１１０】
また車速Ｖが一定の値に設定され、前輪の舵角δがδbに可変制御されることにより、車両が案内棒の基準位置Ｐ0より案内棒の先端位置Ｐ1′まで上記式４０により表される指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡbについて考える。
【０１１１】
図２３及び図２４に示されている如く、車両が基準位置Ｐ0と先端位置Ｐ1′との間の位置Ｐ3へ移動した状況について、車速Ｖを距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxと時間に関する座標軸に平行な成分Ｖyとに分解すると、式４８が成立する。
Ｖ＝（Ｖx２＋Ｖy２）１／２ ……（４８）
【０１１２】
距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxは式４０により表される距離の変化率に等しいので、下記の式４９により成分Ｖxを求めることができる。
Ｖx＝dｘ／dｔ
＝｜d［ｘ０＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）Ｄ＊ｔ｝］／dｔ
＝｜−Ｖ＊δ＊（ｋ／ΔＴ＊Ｄ）＊exp｛−（ｋ／ΔＴ）Ｄ＊ｔ｝｜ ……（４９）
【０１１３】
式４８及び式４９より、時間に関する座標軸に平行な成分Ｖyを下記の式５０により求めることができることが解る。
Ｖy＝（Ｖ２−Ｖx２）１／２ ……（５０）
【０１１４】
図２４に示されている如く、車両の前後方向を示す線１０６が距離ｘに関する座標軸に平行な線１１２に対しなす角度、即ち距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxが車速Ｖに対しなす角度をσとする。車両のスリップ角が０であるとすると、下記の式５１が成立する。よって角度σは下記の式５２により表される。
tanσ＝Ｖy／Ｖx ……（５１）
σ＝tan−１（Ｖy／Ｖx） ……（５２）
【０１１５】
距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxの車両の横方向の成分をＶxxとし、時間に関する座標軸に平行な成分Ｖyの車両の横方向の成分をＶyxとする。車両の横方向の成分Ｖxx及びＶyxはそれぞれ式５３及び５４により表される。
Ｖxx＝Ｖx＊sinσ ……（５３）
Ｖyx＝Ｖy＊cosσ ……（５４）
【０１１６】
従って車両が指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合の車両の横方向の速度Ｖzは下記の式５５により表され、車両の横加速度ＬＡbは下記の式５６により表される。
Ｖz＝Ｖyx−Ｖxx
＝Ｖy＊cosσ−Ｖx＊sinσ ……（５５）
ＬＡb＝d（Ｖz）／dｔ ……（５６）
【０１１７】
車両が指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡbと車両が円弧状の軌跡Ｔcを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡaとの偏差ΔＬＡは式５７により表される。
ΔＬＡ＝ＬＡb−ＬＡa ……（５７）
【０１１８】
車両のヨーレートＹＲは式２５に於けるδ′をδbに置き換えた値であると共に、車両の横加速度ＬＡbを車速Ｖにて除算した値であるので、式５８が成立する。
Ｖ／ＷＢ＊δb＝ＬＡb／Ｖ ……（５８）
【０１１９】
よって指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させるための前輪の舵角δbは下記の式５９により求められる。
δb＝（ＬＡb／Ｖ）／（Ｖ／ＷＢ）
＝（ＷＢ／Ｖ２）＊ＬＡb ……（５９）
【０１２０】
円弧状の軌跡Ｔc′を描くよう車両を走行させるための前輪の舵角δa（目標舵角δat＝δ′）を基準にして、指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させるために必要な前輪の舵角の修正量をΔδbとする。前輪の舵角の修正量Δδbは、左旋回時を正とすると、左旋回時については下記の式６０により求められ、右旋回時については下記の式６１により求められる。
Δδb＝（ＷＢ／Ｖ２）＊ΔＬＡ ……（６０）
Δδb＝−（ＷＢ／Ｖ２）＊ΔＬＡ ……（６１）
【０１２１】
円弧状の軌跡Ｔc′を描くよう車両を走行させるための前輪の舵角δaは式２４により表される修正後の舵角δ′である。従って指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させるための前輪の目標舵角δbtは、左旋回時については下記の式６２により求められ、右旋回時については下記の式６３により求められる。
δbt＝δ′＋Δδb
＝（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ＋（ＷＢ／Ｖ２）＊ΔＬＡ ……（６２）
δbt＝δ′＋Δδb
＝（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ−（ＷＢ／Ｖ２）＊ΔＬＡ ……（６３）
【０１２２】
４）前輪の舵角の制御方法
以上の説明より、式２４により表される舵角δ′を目標舵角δatとして前輪の舵角δを制御することにより、円弧状の軌跡Ｔc′を描くよう車両を走行させることができる。また式６２又は６３により求められる目標舵角δbtになるよう前輪の舵角δを制御することにより、指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させることができる。
【０１２３】
前輪の目標舵角がδatである場合及びδbtである場合の何れの場合にも、前輪の舵角δを目標舵角に制御する方法として、フィードフォワード制御及びフィードバック制御の何れも可能であり、それぞれに利点がある。
【０１２４】
フィードフォワード制御は、軌跡の制御を開始すべきと判定したとき（制御開始時）に目標舵角を演算すると共に、制御開始後に前輪の舵角が運転者の操舵操作によって大きく変更されることがないことを前提に、前輪の舵角を目標舵角に制御するものである。
【０１２５】
フィードフォワード制御の場合には、運転者が操舵操作をしなくても車両の軌跡を目標の軌跡にすることができるので、この制御は車両運転の習熟度が高い運転者よりも車両運転の習熟度が低い運転者に適した制御である。
【０１２６】
これに対しフィードバック制御は、制御開始時に目標舵角を演算すると共に、前輪の舵角が制御開始後に運転者の操舵操作によって変更される場合があることを前提に、実際の舵角と目標舵角との偏差を低減することにより前輪の舵角を目標舵角に制御するものである。
【０１２７】
フィードバック制御の場合には、運転者が操舵操作をしても車両の軌跡を目標の軌跡にすることができるので、この制御は車両運転の習熟度が低い運転者よりも車両運転の習熟度が高い運転者に適した制御である。
【０１２８】
尚、前輪の舵角δを目標舵角に制御する方法がフィードフォワード制御及びフィードバック制御の何れである場合にも、予め設定された軌跡制御の更新条件が成立すると、目標軌跡が更新されることにより軌跡制御が更新される。
【０１２９】
５）前輪の舵角の制御装置
車両の軌跡を目標の軌跡に制御するためには、運転者の操舵操作とは独立に前輪を転舵することによって前輪の舵角を修正し目標舵角に制御することができる舵角制御装置が必要である。
【０１３０】
かかる舵角制御装置として、ステアリングホイールの如き操舵入力手段と操舵輪である前輪とが機械的に連結された機械的舵角制御装置と、操舵入力手段と前輪とが機械的に連結されていない非機械的舵角制御装置とがある。
【０１３１】
機械的舵角制御装置はアクチュエータによって操舵入力手段に対し相対的に前輪を転舵駆動するものであり、例えばステアリングギヤ比可変装置（ＶＧＲＳ）を備えたセミステアバイワイヤ式の操舵装置がこれに属する。
【０１３２】
非機械的舵角制御装置は操舵入力手段と前輪を転舵駆動する駆動手段とが相互に独立し、両者が制御装置を介して電気的に接続されたものであり、例えばステアバイワイヤ式の操舵装置がこれに属する。
【０１３３】
６）軌跡の制御の分類と実施形態
以上の説明より解る如く、軌跡が円弧状であるか指数関数であるかによって、また舵角の制御がフィードフォワード（ＦＦ）制御であるかフィードバック（ＦＢ）制御であるかによって、本発明による軌跡の制御を制御１〜４に分類分けすることができる。また舵角制御装置が機械的舵角制御装置であるか非機械的舵角制御装置であるかによって、制御１〜４を更にそれぞれ二つに分類することができる。
【０１３４】
後述の第一乃至第八の実施形態は、上記分類項目に従ってそれぞれ下記の表１及び表２の通り分類されるものである。尚表１及び表２はそれぞれ舵角制御装置が機械的舵角制御装置である場合及び非機械的舵角制御装置である場合を示している。
【０１３５】
【表１】
【０１３６】
【表２】
【０１３７】
尚後述の第一乃至第八の何れの実施形態に於いても、アンチスキッド制御等の他の車両の走行制御が実行されているときには、軌跡制御は開始されない。また軌跡制御が実行されている状況に於いてアンチスキッド制御等の他の車両の走行制御の開始条件が成立したときには、軌跡制御は終了され、当該他の車両の走行制御が開始される。
【０１３８】
７）機械的舵角制御装置の場合の操舵反力の制御
パワーアシストによって操舵反力を制御する方式として、操舵トルクを検出しない第一の方式と操舵トルクを検出する第二の方式とがある。
【０１３９】
７−１）第一の方式
車両が定常円旋回する場合の旋回半径Ｒは上記式１５により表される。また車両の軌跡の曲率をρとすると、旋回半径Ｒは下記の式６４により表される。
Ｒ＝１／ρ ……（６４）
【０１４０】
よって前輪の舵角δは下記の式６５により表される。
δ＝ＷＢ／Ｒ
＝ρ＊ＷＢ ……（６５）
【０１４１】
前輪のキャスタートレールとニューマチックトレールとの和をＬt［m］とし、前輪のコーナリングパワーをＫf［Nm/rad］とすると、舵角がδ［rad］である前輪のキングピン軸周りのトルクＴsは下記の式６６により表される。
Ｔs ＝−２Ｌt＊Ｋf＊δ ……（６６）
【０１４２】
操舵入力手段としてのステアリングホイールに於けるトルク、即ち操舵トルクをＴhとすると、前輪のキングピン軸周りのトルクＴsは、ステアリングギヤ比Ｎ（上記式２３参照）を使用して下記の式６７により表される。
Ｔs ＝Ｔh＊Ｎ ……（６７）
【０１４３】
上記式６６及び６７より下記の式６８が成立する。よって操舵トルクＴhは下記の式６９により表される。
Ｔh＊Ｎ＝−２Ｌt＊Ｋf＊δ ……（６８）
Ｔh＝−２Ｌt＊Ｋf＊δ／Ｎ ……（６９）
【０１４４】
式６９はパワーアシストによって操舵トルクが軽減されない場合に於ける前輪の舵角δと操舵トルクＴhとの関係を示している。よって式６９に式２３を代入することにより得られる下記の式７０により表されるＴhtは、前輪の舵角が本来の舵角δであるときの操舵トルク、即ち軌跡制御による前輪の舵角の修正が行われない場合の操舵トルクである。
Ｔht＝−２Ｌt＊Ｋf＊θ／Ｎ２ ……（７０）
【０１４５】
従って式７０により表される操舵トルクＴhtを基準トルクとし、例えばトルクセンサにより検出される操舵トルクをＴhdとすると、下記の式７１により表される操舵トルクの偏差ΔＴhは前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動分を表す。
ΔＴh＝Ｔhd−Ｔht ……（７１）
【０１４６】
よって検出される操舵トルクＴhdから前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動分ΔＴhが除去された操舵トルク、即ち前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動分を含まない操舵トルクＴh0は下記の式７２により表される。
Ｔh0＝Ｔhd−ΔＴh
＝Ｔht
＝−２Ｌt＊Ｋf＊θ／Ｎ２ ……（７２）
【０１４７】
従って式７２により表される操舵トルクＴh0を補正後の検出操舵トルクとし、これに基づいて目標アシストトルクＴpatを演算することにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を受けることなく運転者の操舵負担を軽減することができる。尚目標アシストトルクＴpatは、補正後の検出操舵トルクＴh0の大きさが大きいほど大きくなり、車速Ｖが高いほど小さくなるよう、補正後の検出操舵トルクＴh0及び車速Ｖに基づいて演算されてよい。
【０１４８】
７−２）第二の方式
７−２−１）円弧状の目標軌跡
前述の如く、目標軌跡が円弧状である場合には、前輪の舵角は本来の舵角δであるべき状況に於いて目標舵角δat＝δ′に制御される。従って前輪の舵角が目標舵角δatであるときの操舵トルクＴhatは下記の式７３により表される。
Ｔhat＝−２Ｌt＊Ｋf＊δat／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊δ′／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ２ ……（７３）
【０１４９】
よって軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御による操舵トルクの変動量ΔＴhatは、式７３により表される操舵トルクＴhatと式７０により表される操舵トルクＴhとの偏差であるので、下記の式７４により表される。
ΔＴhat＝Ｔhat−Ｔh
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（２ＷＢ／Ｖ）＊θ／Ｎ２−（−２Ｌt＊Ｋf＊θ／Ｎ２）
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（２ＷＢ／Ｖ−１）＊θ／Ｎ２ ……（７４）
【０１５０】
下記の式７５に従ってトルクセンサにより検出される操舵トルクＴhdから操舵トルクの変動量ΔＴhatを減算することにより求められる補正後の検出操舵トルクＴhdaは、前輪の舵角の制御による操舵トルクの変動分が排除された操舵トルクである。
Ｔhda＝Ｔhd−ΔＴhat
＝Ｔhd＋２Ｌt＊Ｋf＊（２ＷＢ／Ｖ−１）＊θ／Ｎ２ ……（７５）
【０１５１】
従って補正後の検出操舵トルクＴhdaに基づいて運転者の操舵負担軽減トルクＴpadを演算することにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を排除することができる。そして運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhatとの和を目標アシストトルクＴpatとすることにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を排除しつつ運転者の操舵負担を軽減することができる。尚操舵負担軽減トルクＴpadは、補正後の検出操舵トルクＴhdaの大きさが大きいほど大きくなり、車速Ｖが高いほど小さくなるよう、補正後の検出操舵トルクＴhda及び車速Ｖに基づいて演算されてよい。
【０１５２】
７−２−２）指数関数の目標軌跡
前述の如く、目標軌跡が指数関数である場合には、前輪の舵角は本来の舵角δであるべき状況に於いて式６２又は６３の目標舵角δbtに制御される。従って前輪の舵角が目標舵角δbtであるときの操舵トルクＴhbtは下記の式７６により表される。
Ｔhbt＝−２Ｌt＊Ｋf＊δbt／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（δ′＋Δδb）／Ｎ ……（７６）
【０１５３】
よって軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御による操舵トルクの変動量ΔＴhbtは、式７６により表される操舵トルクＴhbtと式７０により表される操舵トルクＴhとの偏差であるので、下記の式７７により表される。
ΔＴhbt＝Ｔhbt−Ｔh
＝−２Ｌt＊Ｋf＊（δ′＋Δδb）／Ｎ＋２Ｌt＊Ｋf＊δ／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊｛（２ＷＢ／Ｖ）δ＋Δδb｝／Ｎ＋２Ｌt＊Ｋf＊δ／Ｎ
＝−２Ｌt＊Ｋf＊｛（２ＷＢ／Ｖ＋１）δ＋Δδb｝／Ｎ ……（７７）
【０１５４】
下記の式７８に従ってトルクセンサにより検出される操舵トルクＴhdから操舵トルクの変動量ΔＴhbtを減算することにより求められる補正後の検出操舵トルクＴhdbは、前輪の舵角の制御による操舵トルクの変動分が排除された操舵トルクである。
Ｔhdb＝Ｔhd−ΔＴhbt
＝Ｔhd＋２Ｌt＊Ｋf＊｛（２ＷＢ／Ｖ＋１）δ＋Δδb｝／Ｎ ……（７８）
【０１５５】
従って補正後の検出操舵トルクＴhdbに基づいて運転者の操舵負担軽減トルクＴpadを演算することにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を排除することができる。そして運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhbtとの和を目標アシストトルクＴpatとすることにより、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響を排除しつつ運転者の操舵負担を軽減することができる。尚操舵負担軽減トルクＴpadは、補正後の検出操舵トルクＴhdbの大きさが大きいほど大きくなり、車速Ｖが高いほど小さくなるよう、補正後の検出操舵トルクＴhdb及び車速Ｖに基づいて演算されてよい。
【０１５６】
上述の第一の方式によれば、操舵トルクＴhdを検出する必要がないが、操舵操作以外の要因（例えば路面の摩擦係数の変動）による操舵トルクの変動を反映させることができない。これに対し上述の第二の方式によれば、操舵トルクＴhdを検出する必要はあるが、操舵操作以外の要因による操舵トルクの変動を反映させることができる。よって舵角制御装置が機械的舵角制御装置である後述の第一乃至第四の実施形態に於いては、上述の第二の方式に従って目標アシストトルクＴpatが演算され、アシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう制御される。
【０１５７】
尚舵角制御装置が機械的舵角制御装置である場合には、軌跡制御が行われない状況に於いては、操舵反力の制御が第一及び第二の方式の何れであるかに関係なく、運転者の操舵負担軽減トルクＴpadは検出される操舵トルクＴhdに基づいて演算される。
【０１５８】
８）非機械的舵角制御装置の場合の操舵反力の制御
上述の如く、上記式７２により表される補正後の検出操舵トルクＴh0は、舵角制御装置が機械的舵角制御装置であり操舵角がθである場合に於いて前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動分を含まない操舵トルクである。よって補正後の検出操舵トルクＴh0から操舵負担軽減トルクＴpadを減算した値は、舵角制御装置が機械的舵角制御装置である場合に於いて運転者にとって好ましい操舵トルクである。尚この場合の操舵負担軽減トルクＴpadは、補正後の検出操舵トルクＴh0の大きさが大きいほど大きくなり、車速Ｖが高いほど小さくなるよう、補正後の検出操舵トルクＴh0及び車速Ｖに基づいて演算されてよい。
【０１５９】
従って舵角制御装置が非機械的舵角制御装置である場合に於いて好ましい操舵トルクＴhbtは下記の式７９により演算される値である。この操舵トルクＴhbtがステアリングホイールに与えられれば、前輪の舵角の修正に起因する操舵トルクの変動の影響がなく且つ運転者が適度の操舵負担を感じる操舵反力トルクを実現することができる。
Ｔhbt＝Ｔh0−Ｔpad ……（７９）
【０１６０】
よって舵角制御装置が非機械的舵角制御装置である後述の第五乃至第八の実施形態に於いては、目標操舵トルクＴpbtが上記式７９に従って演算され、操舵トルクが目標操舵トルクＴpbtになるよう制御される。
【０１６１】
尚舵角制御装置が非機械的舵角制御装置である場合には、軌跡制御が行われない状況に於ける操舵反力の制御は軌跡制御が行われる状況に於ける上記操舵反力の制御と同一である。換言すれば、軌跡制御が行われているか否かに関係なく操舵トルクは目標操舵トルクＴpbtになるよう制御される。
【０１６２】
次に添付の図を参照しつつ、本発明を第一乃至第八の実施形態について順次説明する。
【０１６３】
第一の実施形態
この第一の実施形態は上記表1に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：セミバイワイヤ式
目標軌跡：円弧状
舵角の制御：フィードフォワード
操舵反力の制御：アシストトルクの制御（第二の方式）
【０１６４】
図１は舵角可変装置及び電動式パワーステアリング装置が搭載された車両に適用された本発明による車両の走行制御装置の第一の実施形態を示す概略構成図である。
【０１６５】
図１に於いて、符号１０は本発明の第一の実施形態の走行制御装置を全体的に示している。走行制御装置１０は車両１２に搭載され、舵角可変装置１４及びこれを制御する電子制御装置１６を含んでいる。また図１に於いて、１８FL及び１８FRはそれぞれ車両１２の左右の前輪を示し、１８RL及び１８RRはそれぞれ左右の後輪を示している。左右の前輪１８FL及び１８FRは操舵輪であり、運転者によるステアリングホイール２０の操舵操作に応答して駆動されるラック・アンド・ピニオン型の電動式パワーステアリング装置２２によりラックバー２４及びタイロッド２６L及び２６Rを介して転舵される。
【０１６６】
ステアリングホイール２０は操舵入力手段として機能し、アッパステアリングシャフト２８、舵角可変装置１４、ロアステアリングシャフト３０、ユニバーサルジョイント３２を介してパワーステアリング装置２２のピニオンシャフト３４に駆動接続されている。図示の実施形態に於いては、舵角可変装置１４はハウジング１４Ａの側にてアッパステアリングシャフト２８の下端に連結され、回転子１４Ｂの側にてロアステアリングシャフト３０の上端に連結された補助転舵駆動用の電動機３６を含んでいる。
【０１６７】
かくして舵角可変装置１４はアッパステアリングシャフト２８に対し相対的にロアステアリングシャフト３０を回転駆動することにより、左右の前輪１８FL及び１８FRをステアリングホイール２０に対し相対的に補助転舵駆動する。よって舵角可変装置１４は運転者の操舵操作に依存せずに左右の前輪の舵角を修正する手段として機能し、電子制御装置１６の舵角制御部により制御される。
【０１６８】
図示の実施形態に於いては、電動式パワーステアリング装置２２はラック同軸型の電動式パワーステアリング装置であり、電動機３８と、電動機３８の回転トルクをラックバー２４の往復動方向の力に変換する例えばボールねじ式の変換機構４０とを有する。電動式パワーステアリング装置２２は電子制御装置１６の電動式パワーステアリング装置（ＥＰＳ）制御部によって制御される。そして電動式パワーステアリング装置２２はハウジング４２に対し相対的にラックバー２４を駆動する補助操舵力を発生することにより、運転者の操舵負担を軽減する補助操舵力発生装置として機能する。尚補助操舵力発生装置は当技術分野に於いて公知の任意の構成のものであってよい。
【０１６９】
図示の実施形態に於いては、アッパステアリングシャフト２８には該アッパステアリングシャフトの回転角度を操舵角θとして検出する操舵角センサ５０及び操舵トルクＴhdを検出する操舵トルクセンサ５２が設けられており、操舵角θ及び操舵トルクＴhdを示す信号は電子制御装置１６へ入力される。電子制御装置１６には回転角度センサ５４により検出された舵角可変装置１４の相対回転角度θre、即ちアッパステアリングシャフト２８に対するロアステアリングシャフト３０の相対回転角度を示す信号、車速センサ５６により検出された車速Ｖを示す信号が入力される。
【０１７０】
尚電子制御装置１６の各制御部はそれぞれＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続されたマイクロコンピュータを含むものであってよい。また操舵角センサ５０、操舵トルクセンサ５２、回転角度センサ５４はそれぞれ車両の左旋回方向への操舵又は転舵の場合を正として操舵角θ、操舵トルクＴhd、相対回転角度θreを検出する。
【０１７１】
後に詳細に説明する如く、電子制御装置１６は図２乃至図５に示されたフローチャートに従って舵角可変装置１４及び電動式パワーステアリング装置２２を制御する。特に電子制御装置１６は、操舵角θ及び車速Ｖに基づき車両の軌跡制御の必要性を判定する。そして電子制御装置１６は、軌跡制御が不要であると判定したときには、車速Ｖが高いほど大きくなるよう、車速Ｖに基づき所定の操舵特性を達成するための目標ステアリングギヤ比Ｎtを演算する。
【０１７２】
また電子制御装置１６は、目標ステアリングギヤ比Ｎtとギヤ比係数Ｋs（正の定数）との積にて操舵角θを除算した値を目標ピニオン角θptとして演算する。更に電子制御装置１６は、目標ピニオン角θptと操舵角θとの偏差として舵角可変装置１４の目標相対回転角度θretを演算し、舵角可変装置１４の相対回転角度θreが目標相対回転角度θretになるよう舵角可変装置１４を制御する。
【０１７３】
また電子制御装置１６は、軌跡制御が必要であると判定したときには、そのときの操舵角θ及び車速Ｖに基づき車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させるための前輪の目標舵角δat＝δ′を上記式２４に従って演算する。そして電子制御装置１６は、左右前輪の舵角が目標舵角δatになるよう舵角可変装置１４をフィードフォワード式に制御し、これにより車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させる。
【０１７４】
また電子制御装置１６は、軌跡制御の実行中には上記式７５に従って補正後の検出操舵トルクＴhdaを演算し、補正後の検出操舵トルクＴhdaに基づいて運転者の操舵負担軽減トルクＴpadを演算する。また電子制御装置１６は、上記式７４に従って操舵トルクの変動量ΔＴhatを演算し、運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhatとの和を目標アシストトルクＴpatとする。更に電子制御装置１６は、アシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう電動式パワーステアリング装置２２を制御し、これにより運転者の操舵負担を軽減すると共に舵角の修正に起因する操舵トルクの変動を低減する。
【０１７５】
尚、軌跡制御が不要であるときのステアリングギヤ比の制御やアシストトルクの制御自体は本発明の要旨をなすものではなく、これらの制御は当技術分野に於いて公知の任意の要領にて実行されてよい。このことは後述の他の実施形態についても同様である。
【０１７６】
次に図２乃至図５に示されたフローチャートを参照して第一の実施形態に於ける車両の走行制御について説明する。尚図２に示されたフローチャートによる走行制御は、図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。
【０１７７】
まずステップ５０に於いては車両の軌跡制御が実行されているか否かを示すフラグＦcが１であるか否かの判別により、軌跡制御の実行中であるか否かの判別が行われる。軌跡制御が実行されていないと判別されたときには制御はステップ３５０へ進み、軌跡制御が実行されていると判別されたときには制御はステップ１００へ進む。尚フラグＦc及び後述のフラグＦsは図２に示されたフローチャートによる走行制御の開始に先立ってそれぞれ０にリセットされる。
【０１７８】
ステップ１００に於いては車両の走行制御に必要な情報を検出するセンサ、即ち操舵角センサ５０、操舵トルクセンサ５２、回転角度センサ５４、車速センサ５６のうち何れかのセンサが異常であるか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには制御はステップ４００へ進み、肯定判別、即ち何れかのセンサが異常である旨の判別が行われたときには制御はステップ１５０へ進む。
【０１７９】
ステップ１５０に於いては異常なセンサにより検出されるべき情報を代替の検出手段によって検出することにより代替の舵角制御が可能であるか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときは制御はステップ２５０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ２００へ進む。
【０１８０】
例えば電動式パワーステアリング装置２２の電動機３８に内蔵の回転角センサにより検出される回転角度θm及び回転角度センサ５４により検出される舵角可変装置１４の相対回転角度θreに基づいて操舵角θを推定することができる。よって操舵角センサ５０は異常であるが、回転角度θm及び相対回転角度θreに基づいて操舵角θを推定することができるときには代替の制御が可能であると判定される。
【０１８１】
ステップ２００に於いては車両の走行制御のうち軌跡制御の終了条件が成立しているか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ２５０へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ３００へ進む。尚この場合下記の（１）乃至（４）の何れかが成立するときに軌跡制御の終了条件が成立していると判定されてよい。
（１）軌跡制御の開始条件又は更新条件（これらについては後述する）が成立した時点より車両が目標到達地点に到達するに要する時間Ｔa＝１［sec］以上が経過している。
（２）開始条件又は更新条件が成立した時点に於ける車速Ｖと現在の車速Ｖとの偏差ΔＶの絶対値が基準値Ｖe（正の値）よりも大きい。
（３）開始条件又は更新条件が成立した時点に於ける操舵角θと現在の操舵角θとの偏差Δθの絶対値が基準値θe（正の値）よりも大きい。
（４）操舵角速度の絶対値、即ち操舵角θの変化率θdの絶対値が基準値θde（正の値）よりも大きい。
【０１８２】
尚基準値θe及びθdeは定数であってもよいが、例えば開始条件又は更新条件が成立した時点に於ける車速Ｖが高いほど小さくなるよう車速Ｖに応じて可変設定されてもよい。
【０１８３】
ステップ２５０に於いては舵角可変装置１４によって左右前輪の舵角を目標舵角δatにする制御が終了されることにより軌跡制御が終了される。また軌跡制御が実行されているか否かを示すフラグＦcが０にリセットされ、しかる後制御はステップ７００へ進む。
【０１８４】
ステップ３００に於いては異常なセンサにより検出されるべき情報を代替の検出手段によって検出することにより代替の舵角制御、即ち左右前輪の舵角の修正制御が実行され、しかる後制御はステップ８００へ進む。
【０１８５】
ステップ３５０に於いては図３に示されたフローチャートに従って軌跡制御の開始条件が成立しているか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ５００へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ７００へ進む。
【０１８６】
ステップ４００に於いては上述のステップ２００の場合と同様に軌跡制御の終了条件が成立しているか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ２５０へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ４５０へ進む。
【０１８７】
ステップ４５０に於いては図４に示されたフローチャートに従って軌跡制御の更新条件が成立しているか否かの判別が行われる。そして肯定判別が行われたときには制御はステップ５００へ進み、否定判別が行われたときには制御はステップ６００へ進む。
【０１８８】
ステップ５００に於いては軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ、車速Ｖ及びステアリングギヤ比Ｎ（＝Ｎt）に基づいて、車両を円弧状の目標軌跡Ｔcに沿って走行させるための前輪の目標舵角δat（＝δ′）が上記式２４に従って演算される。
【０１８９】
ステップ６００に於いては図５に示されたフローチャートに従って前輪の舵角が目標舵角δatになるよう舵角可変装置１４がフィードフォワード式に制御される。よって前輪の舵角はフィードフォワード制御によって目標舵角δatに制御される。
【０１９０】
尚この場合、前輪の舵角の変化が急激にならないよう、前輪の舵角は予め設定された制限値以下の変化率にて目標舵角δatへ変化される。このことは後述の他の実施形態に於いても同様である。また前輪の舵角が目標舵角δatに制御されると、軌跡制御が終了又は更新されるまで軌跡制御のための相対回転角度の制御は行われない。
【０１９１】
ステップ７００に於いては軌跡制御が実行されないときのステアリングギヤ比の制御が行われる。即ち車速Ｖに基づいて図６に示されたグラフに対応するマップより目標ステアリングギヤ比Ｎtが演算される。尚図６に於いて、Ｎ0は標準のステアリングギヤ比、即ちアッパステアリングシャフト２８に対するロアステアリングシャフト３０の相対回転角度が０であるときのステアリングギヤ比を示している。
【０１９２】
また操舵角θとギヤ比係数Ｋs（左右前輪の舵角の変化量に対するピニオン３４の回転角度の比に対応する正の定数）との積を目標ステアリングギヤ比Ｎtにて除算した値が目標ピニオン角θptとして演算される。更に目標ピニオン角θptと操舵角θとの偏差として舵角可変装置１４の目標相対回転角度θretが演算され、舵角可変装置１４の相対回転角度θreが目標相対回転角度θretになるよう舵角可変装置１４が制御される。
【０１９３】
尚軌跡制御が終了し、ステップ７００によるステアリングギヤ比の制御へ移行するときには、前輪の舵角の急激な変化を防止すべく目標ステアリングギヤ比Ｎtへのステアリングギヤ比の変化が急激にならないよう舵角可変装置１４が制御される。このことは後述の他の実施形態に於いても同様である。
【０１９４】
ステップ７５０に於いては軌跡制御が実行されないときのアシストトルクの制御が行われる。即ち検出された操舵トルクＴhdに基づき図７に示されたグラフに対応するマップより基本アシストトルクＴpabが演算され、車速Ｖに基づき図８に示されたグラフに対応するマップより車速係数Ｋvが演算される。また車速係数Ｋvと基本アシストトルクＴpabとの積として目標アシストトルクＴpatが演算され、アシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう電動式パワーステアリング装置２２が制御される。
【０１９５】
尚基本アシストトルクＴpabは操舵トルクＴhd及び車速Ｖに基づき図９に示されたグラフに対応するマップより演算されてもよい。
【０１９６】
ステップ８００に於いては上記式７５に従って補正後の検出操舵トルクＴhdaが演算され、補正後の検出操舵トルクＴhdaに基づき図７に示されたグラフに対応するマップより基本アシストトルクＴpabが演算される。また車速Ｖに基づき図８に示されたグラフに対応するマップより車速係数Ｋvが演算され、車速係数Ｋvと基本アシストトルクＴpabとの積が操舵負担軽減トルクＴpadとして演算される。そして目標アシストトルクＴpatが運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhatとの和に演算される。更にアシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう電動式パワーステアリング装置２２が制御される。
【０１９７】
次に図３に示されたフローチャートを参照して上記ステップ３５０に於いて実行される軌跡制御の開始条件の成立判定ルーチンについて詳細に説明する。
【０１９８】
まずステップ３５５に於いては操舵角θがローパスフィルタ処理されることによりローパスフィルタ処理後の操舵角θlfが演算される。そしてローパスフィルタ処理後の操舵角θlfの絶対値が制御開始判定の基準値θs0（正の値）よりも大きいか否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには制御はステップ３９０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ３６０へ進む。
【０１９９】
ステップ３６０に於いては操舵角θの微分値として操舵角速度θdが演算されると共に、操舵角速度θdがローパスフィルタ処理されることによりローパスフィルタ処理後の操舵角速度θdlfが演算される。
【０２００】
ステップ３６５に於いてはローパスフィルタ処理後の操舵角速度θdlfの絶対値が制御開始判定の第一の基準値θds1（正の値）よりも大きいか否かの判別が行われる。否定判別が行われたときには制御はステップ３７５へ進み、肯定判別が行われたときにはステップ３７０に於いてフラグＦsが開始条件の判定中であることを示すよう１にセットされた後制御はステップ３７５へ進む。
【０２０１】
ステップ３７５に於いてはフラグＦsが１であるか否かの判別、即ち開始条件の判定中であるか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには制御はステップ３９０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ３８０へ進む。
【０２０２】
ステップ３８０に於いてはローパスフィルタ処理後の操舵角速度θdlfの絶対値が制御開始判定の第二の基準値θds2（θds1以下の正の値）よりも小さいか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには制御はステップ３９０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ３８５へ進む。
【０２０３】
ステップ３８５に於いてはフラグＦsが開始条件の判定が行われていないことを示すよう０にリセットされると共に、フラグＦcが軌跡制御の実行中であることを示すよう１にセットされ、しかる後制御はステップ５００へ進む。
【０２０４】
ステップ３９０に於いてはフラグＦsが開始条件の判定が行われていないことを示すよう０にリセットされると共に、フラグＦcが軌跡制御が行われていないことを示すよう０にリセットされ、しかる後制御はステップ７００へ進む。
【０２０５】
尚基準値θs0、θds1、θds2は定数であってもよいが、これらの基準値も例えば車速Ｖが高いほど小さくなるよう車速Ｖに応じて可変設定されてもよい。
【０２０６】
図４に示された軌跡制御の更新条件の成立判定ルーチンのステップ４５５〜４９０は基本的には上述の軌跡制御の開始条件の成立判定ルーチンのステップ３５５〜３９０とそれぞれ同様に実行される。
【０２０７】
但しステップ４５５に於ける判定の基準値は制御更新判定の基準値θr0（正の値）である。ステップ４６５に於ける判定の基準値は制御更新判定の第一の基準値θdr1（正の値）であり、ステップ４８０に於ける判定の基準値は制御更新判定の第二の基準値θdr2（θdr1以下の正の値）である。尚基準値θr0、θdr1、θdr2は定数であってもよいが、これらの基準値も例えば車速Ｖが高いほど小さくなるよう車速Ｖに応じて可変設定されてもよい。
【０２０８】
またステップ４７０、４７５、４８５、４９０に於いては、フラグＦsは更新判定が行われているか否かを示すフラグＦrに置き換えられている。更にステップ４８５が完了すると制御はステップ６００へ進み、ステップ４９０が完了すると制御はステップ５００へ進む。
【０２０９】
次に図５に示されたフローチャートを参照して上記ステップ６００に於いて実行される舵角の制御ルーチンについて詳細に説明する。
【０２１０】
まずステップ６１０に於いては軌跡制御のための初回の舵角制御であるか否かの判別、即ち軌跡制御が開始又は更新された直後の舵角制御であるか否かの判別が行われる。そして否定判別が行われたときには制御はステップ６５０へ進み、肯定判別が行われたときには制御はステップ６２０へ進む。
【０２１１】
ステップ６２０に於いては軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の舵角δが求められ、目標舵角δatと前輪の舵角δとの偏差として前輪の舵角の偏差Δδatが演算される。
【０２１２】
ステップ６３０に於いては運転者により操舵操作が行われないと仮定して前輪の舵角を予め設定された制限値以下の変化率にて目標舵角δatへ変化させるために必要なサイクル毎の舵角制御量Δδatcが演算される。例えばＮcサイクルかけて前輪の舵角を目標舵角δatへ変化させるとすると、舵角制御量ΔδatcはΔδat／Ｎcである。
【０２１３】
ステップ６４０に於いてはアッパステアリングシャフト２８に対するロアステアリングシャフト３０のサイクル毎の相対回転角度制御量Δθrecが舵角制御量Δδatcとギヤ比係数Ｋsとの積に演算される。
【０２１４】
ステップ６５０に於いては例えば軌跡制御が開始又は更新されてからの経過サイクル数をＮallとして、ＮallがＮcであるか否かの判別により、軌跡制御のための前輪の舵角制御が完了したか否かの判別が行われる。
【０２１５】
そして肯定判別が行われたときにはロアステアリングシャフト３０がアッパステアリングシャフト２８に対し相対的に回転駆動されることなく舵角制御が一旦終了し、制御はステップ８００へ進む。これに対し否定判別が行われたときにはステップ６８０に於いてロアステアリングシャフト３０がアッパステアリングシャフト２８に対し相対的に相対回転角度制御量Δθrec回転駆動され、しかる後制御はステップ８００へ進む。
【０２１６】
この第一の実施形態に於いて、軌跡制御が実行されていない状況に於いて軌跡制御の開始条件が成立すると、ステップ５０に於いて否定判別が行われ、ステップ３５０に於いて肯定判別が行われる。そしてステップ５００に於いて車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させるための前輪の目標舵角δatが演算され、ステップ６００に於いて前輪の舵角がフィードフォワード制御によって目標舵角δatに制御される。
【０２１７】
また軌跡制御が実行されている状況に於いて軌跡制御の更新条件が成立すると、ステップ５０及び４５０に於いて肯定判別が行われる。そしてステップ５００及び６００が実行される。
【０２１８】
従って第一の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δatに制御し、これにより運転者の操舵操作を要することなく車両が円弧状の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２１９】
特に第一の実施形態によれば、前輪の舵角の制御は軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて行われるフィードフォワード制御である。また前輪の舵角が目標舵角δatに制御されると、軌跡制御が終了又は更新されるまで舵角可変装置１４による相対回転角度の制御は行われない。よって後述の第二の実施形態の場合の如く、前輪の舵角の制御がフィードバック制御である場合に比して、円弧状の軌跡を目標軌跡とする軌跡制御を単純に実行することができる。
【０２２０】
第二の実施形態
この第二の実施形態は上記表1に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：セミバイワイヤ式
目標軌跡：円弧状
舵角の制御：フィードバック
操舵反力の制御：アシストトルクの制御（第二の方式）
【０２２１】
この第二の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第一の実施形態と同様に実行されるが、ステップ６００に於ける舵角制御に於いては前輪の舵角がフィードバック制御される。
【０２２２】
即ちサイクル毎に操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の現在の舵角δが求められ、前輪の目標舵角δatと現在の舵角δとの偏差として目標相対回転角度θretが演算される。そしてアッパステアリングシャフト２８に対し相対的にロアステアリングシャフト３０を目標相対回転角度θret回転させるよう舵角可変装置１４が制御されることにより、前輪の舵角が目標舵角δatに制御される。よって前輪の舵角はフィードバック制御によって目標舵角δatに制御され、これにより車両は円弧状の目標軌跡に沿って走行する。
【０２２３】
従って第二の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δatに制御し、これにより運転者の操舵操作の有無に関係なく車両が円弧状の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２２４】
特に第二の実施形態によれば、目標相対回転角度θretは目標舵角δatと前輪の現在の舵角δとの偏差として演算される。従って軌跡制御が開始又は更新された後に運転者によって操舵操作が行われても、前輪の舵角を確実に目標舵角δatに制御することができる。また車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させるに適した舵角になるよう運転者によって操舵操作が行われる場合には、フィードバック制御量が小さくなる。よって運転者が運転操作に熟練している場合には、上述の第一の実施形態の場合に比して舵角可変装置１４の制御量を低減し、その負荷を軽減することができる。
【０２２５】
第三の実施形態
この第二の実施形態は上記表1に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：セミバイワイヤ式
目標軌跡：指数関数
舵角の制御：フィードフォワード
操舵反力の制御：アシストトルクの制御（第二の方式）
【０２２６】
図１０に示されている如く、この第三の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第一の実施形態と同様に実行される。尚図１０に於いて、図２に示されたステップに対応するステップには、図２に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている。
【０２２７】
しかしステップ３５０又は４５０に於いて肯定判別が行われると、ステップ４９５に於いて操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の舵角δが求められ、前輪の舵角δ及び車速Ｖに基づいて上記式４６に従って距離ｘ０が演算される。またステップ４９５に於いては最小時間ΔＴ及びウェバー比のｋをそれぞれ一般的な運転者について予め設定された正の定数として、上記式４２に従って補正係数Ｄが演算される。
【０２２８】
またこの第三の実施形態に於いては、ステップ５５０に於いて図１１に示されたフローチャートに従って車両を指数関数の軌跡Ｔeに沿って走行させるための前輪の目標舵角δbtが演算される。
【０２２９】
ステップ５５０は図１１に示されたフローチャートのステップ５５５〜５８０により達成される。まずステップ５５５に於いては、軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ及び車速Ｖに基づいて上記式４７に従って車両の横加速度ＬＡaが演算される。
【０２３０】
ステップ５６０に於いては軌跡制御が開始又は更新されるときの前輪の舵角δ及び車速Ｖに基づいて上記式４９に従って車速Ｖの成分の一つとして距離ｘに関する座標軸に平行な成分Ｖxが演算される。
【０２３１】
ステップ５６５に於いては上記式５０に従って車速Ｖの成分の一つとして時間に関する座標軸に平行な成分Ｖyが演算されると共に、上記式５２に従って成分Ｖxが車速Ｖに対しなす角度σが演算される。
【０２３２】
ステップ５７０に於いてはそれぞれ上記式５３及び５４に従って車両の横方向の成分Ｖxx及びＶyxが演算されると共に、上記式５５及び５６に従って車両の横加速度ＬＡbが演算される。
【０２３３】
ステップ５７５に於いては車両が指数関数の軌跡Ｔeを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡbと車両が円弧状の軌跡Ｔcを描いて走行する場合の車両の横加速度ＬＡaとの偏差ΔＬＡが上記式５７に従って演算される。
【０２３４】
ステップ５８０に於いては軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ、車速Ｖ、横加速度の偏差ΔＬＡに基づいて、左旋回時には上記式６２に従って、右旋回時には上記式６３に従って、指数関数の軌跡Ｔeを描くよう車両を走行させるための前輪の目標舵角δbtが演算される。
【０２３５】
またこの第三の実施形態のステップ６００に於いては、目標舵角δbtと前サイクルの前輪の舵角δfとの偏差として目標相対回転角度θretが演算される。そしてアッパステアリングシャフト２８に対し相対的にロアステアリングシャフト３０を目標相対回転角度θret回転させるよう舵角可変装置１４が制御されることにより、前輪の舵角が目標舵角δbtに制御される。よって前輪の舵角はフィードフォワード制御によって目標舵角δbtに制御され、これにより車両は指数関数の目標軌跡に沿って走行する。
【０２３６】
従って第三の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δbtに制御し、これにより運転者の操舵操作を要することなく車両が指数関数の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２３７】
特に第三の実施形態によれば、前輪の舵角の制御は上述の第一の実施形態と同様に軌跡制御が開始又は更新されるときの操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて行われるフィードフォワード制御である。よって後述の第四の実施形態の場合の如く、前輪の舵角の制御がフィードバック制御である場合に比して、指数関数の軌跡を目標軌跡とする軌跡制御を単純に実行することができる。
【０２３８】
第四の実施形態
この第四の実施形態は上記表1に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：セミバイワイヤ式
目標軌跡：指数関数
舵角の制御：フィードバック
操舵反力の制御：アシストトルクの制御（第二の方式）
【０２３９】
この第四の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第三の実施形態と同様に実行されるが、ステップ６００に於ける舵角制御に於いては前輪の舵角がフィードバック制御される。
【０２４０】
即ちサイクル毎に現在の操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の舵角δが求められ、目標舵角δbtと前輪の舵角δとの偏差として目標相対回転角度θretが演算される。そしてアッパステアリングシャフト２８に対し相対的にロアステアリングシャフト３０を目標相対回転角度θret回転させるよう舵角可変装置１４が制御されることにより、前輪の舵角が目標舵角δbtに制御される。よって前輪の舵角はフィードバック制御によって目標舵角δbtに制御され、これにより車両は指数関数の目標軌跡に沿って走行する。
【０２４１】
従って第四の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δbtに制御し、これにより運転者の操舵操作の有無に関係なく車両が指数関数の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２４２】
特に第四の実施形態によれば、目標相対回転角度θretは目標舵角δbtと前輪の現在の舵角δとの偏差として演算される。従って軌跡制御が開始又は更新された後に運転者によって操舵操作が行われても、前輪の舵角を確実に目標舵角δbtに制御することができる。また車両を指数関数の目標軌跡に沿って走行させるに適した舵角になるよう運転者によって操舵操作が行われる場合には、フィードバック制御量が小さくなる。よって運転者が運転操作に熟練している場合には、上述の第三の実施形態の場合に比して舵角可変装置１４の制御量を低減し、その負荷を軽減することができる。
【０２４３】
また上述の第一乃至第四の実施形態によれば、軌跡制御を実行するに必要な操舵角センサ５０等に異常が生じても、代替の検出手段を利用する代替の舵角制御が可能であるときには、代替の舵角制御が実行される。即ちステップ１００に於いて肯定判別が行われても、代替の舵角制御が可能であるときには、ステップ１５０に於いて肯定判別が行われ、ステップ３００に於いて、代替の舵角制御が実行される。
【０２４４】
従って操舵角センサ５０等に異常が生じても、代替の検出手段を有効に利用して代替の舵角制御による軌跡制御を実行することができ、これにより代替の舵角制御による軌跡制御によって車両を目標軌跡に沿って走行させることができる。
【０２４５】
また上述の第一乃至第四の実施形態によれば、ステップ７５０に於いて軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御に起因する操舵トルクの変動を相殺するための操舵トルクの変動量ΔＴhatが演算される。そしてステップ８００に於いて目標アシストトルクＴpatが運転者の操舵負担軽減トルクＴpadと操舵トルクの変動量ΔＴhatとの和に演算され、アシストトルクが目標アシストトルクＴpatになるよう電動式パワーステアリング装置２２が制御される。
【０２４６】
従って運転者の操舵負担を軽減することができるだけでなく、軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御に起因する操舵トルクの変動を相殺し、軌跡制御に起因して運転者が操舵トルクに違和感を覚えることを効果的に防止することができる。
【０２４７】
第五の実施形態
この第五の実施形態は上記表２に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：バイワイヤ式
目標軌跡：円弧状
舵角の制御：フィードフォワード
操舵反力の制御：非機械的舵角制御装置の操舵反力の制御
【０２４８】
図１２はバイワイヤ式のステアリング装置が搭載された車両に適用された本発明による車両の走行制御装置の第五の実施形態を示す概略構成図である。
【０２４９】
図１２に於いて、符号８０は第五の実施形態の走行制御装置を全体的に示している。操舵入力手段としてのステアリングホイール２０が運転者によって操舵操作されると、ラック・アンド・ピニオン型のステアリング機構８２によりラックバー８４及びタイロッド２６L及び２６Rが駆動され、これにより左右の前輪１８FL及び１８FRが転舵される。
【０２５０】
ステアリングホイール２０に連結されたステアリングシャフト８６及びステアリング機構８２のピニオンシャフト８８は相互に連結されていない。ステアリングシャフト８６には図１２には示されていない減速歯車機構を介して操舵反力トルク付与用の電動機９０が連結されている。電動機９０は電子制御装置９２の操舵反力制御部によって制御され、これによりステアリングホイール２０に所要の操舵反力トルクが付与される。ピニオンシャフト８８には図１２には示されていない減速歯車機構を介して転舵駆動用の電動機９４が連結されている。電動機９４は電子制御装置９２の舵角制御部によって制御され、これによりピニオンシャフト８８が回転駆動される。
【０２５１】
尚図示の実施形態に於いては、ピニオンシャフト８８の回転は回転−直線運動変換機構としてのラック・アンド・ピニオン型のステアリング機構８２によりラックバー８４の直線運動に変換されるようになっているが、ステアリング機構は当技術分野に於いて公知の任意の構成のものであってよい。
【０２５２】
かくしてステアリングホイール２０、ステアリング機構８２、電動機９０、９４等は、運転者の操舵操作に応じて左右の前輪１８FL及び１８FRを転舵すると共に、必要に応じて運転者の操舵操作に依存せずに左右の前輪の舵角を修正するバイワイヤ式の操舵装置９６を構成している。
【０２５３】
ステアリングシャフト８６には操舵角θを検出する操舵角センサ５０が設けられており、操舵角センサ５０により検出された操舵角θを示す信号は電子制御装置９２へ入力される。電子制御装置９２には車速センサ５６により検出された車速Ｖを示す信号及び回転角度センサ９８により検出されたピニオンシャフト８８の回転角度θpを示す信号も入力される。
【０２５４】
尚電子制御装置９２の各制御部はそれぞれＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭと入出力ポート装置とを有し、これらが双方向性のコモンバスにより互いに接続されたマイクロコンピュータを含むものであってよい。また操舵角センサ５０及び回転角度センサ９８はそれぞれ車両の左旋回方向への操舵の場合を正として操舵角θ及び回転角度θpを検出する。
【０２５５】
後に詳細に説明する如く、電子制御装置９２は図１３及び図１４に示されたフローチャートに従って操舵装置９６の電動機９０及び９４を制御する。特に電子制御装置９２も操舵角θ及び車速Ｖに基づき車両の軌跡制御の必要性を判定する。そして電子制御装置９２は、軌跡制御が不要であると判定したときには、車速Ｖが高いほど大きくなるよう、車速Ｖに基づき所定の操舵特性を達成するための目標ステアリングギヤ比Ｎtを演算する。更に電子制御装置９２はステアリングギヤ比が目標ステアリングギヤ比Ｎtになるよう操舵装置９６の電動機９４を制御する。
【０２５６】
また電子制御装置９２は、軌跡制御が必要であると判定したときには、そのときの操舵角θ及び車速Ｖに基づき車両を円弧状の目標軌跡に沿って走行させるための前輪の目標舵角δat＝δ′を上記式２４に従って演算する。そして電子制御装置９２は、運転者の操舵操作の有無に関係なく左右前輪の舵角が目標舵角δatになるよう操舵装置９６の電動機９４を制御する。
【０２５７】
尚電子制御装置９２は、左右前輪の舵角が目標舵角δatになると、軌跡制御の更新条件又は終了条件が成立しない限り、左右前輪の舵角を変更しない。
【０２５８】
また電子制御装置９２は、軌跡制御が実行されているか否かに関係なく、上記式７２に従って補正後の検出操舵トルクＴh0を演算すると共に、補正後の検出操舵トルクＴh0及び車速Ｖに基づいて操舵負担軽減トルクＴpadを演算する。そして電子制御装置９２は、上記式７９に従って目標操舵トルクＴpbtを演算し、操舵トルクが目標操舵トルクＴpbtになるよう操舵装置９６の電動機９０を制御する。
【０２５９】
次に図１３及び図１４に示されたフローチャートを参照して第五の実施形態に於ける車両の走行制御について説明する。尚図１３に示されたフローチャートによる走行制御は、図には示されていないイグニッションスイッチの閉成により開始され、所定の時間毎に繰返し実行される。また図１３及び図１４に於いて、それぞれ図２及び図５に示されたステップに対応するステップには、図２及び図５に於いて付されたステップ番号と同一のステップ番号が付されている。
【０２６０】
図１３と図２との比較より解る如く、この第五の実施形態に於いては第一の実施形態に於けるステップ１００〜３００及びステップ７５０に対応するステップは実行されない。またステップ５０に於いて肯定判別が行われると、制御はステップ４００へ進み、ステップ６００又は７００が完了すると、制御はステップ９００へ進む。
【０２６１】
またこの第五の実施形態に於けるステップ６００に於いては、図１４に示されたフローチャートに従って軌跡制御のための前輪の舵角の制御が行われる。
【０２６２】
図１４に示されたフローチャートのステップ６１０〜６３０及びステップ６５０は上述の第一の実施形態の場合と同様に実行されるが、第一の実施形態のステップ６４０に対応するステップは実行されない。
【０２６３】
ステップ６３０の次に実行されるステップ６４５に於いては、軌跡制御が開始又は更新されるときのピニオンシャフト８８の回転角度θpに基づいて前輪の舵角δが求められ、その値が後述のステップ６６０に於ける前輪の舵角の前回値δatfに設定される。
【０２６４】
またステップ６５０に於いて否定判別が行われたときには、ステップ６６０に於いて現サイクルの前輪の舵角の目標値δatpが前輪の舵角の前回値δatfとステップ６３０に於いて演算された舵角制御量Δδatcとの和に設定される。これに対しステップ６５０に於いて肯定判別が行われたときには、ステップ６７０に於いて現サイクルの前輪の舵角の目標値δatpが前輪の舵角の前回値δatfに設定される。
【０２６５】
ステップ６８０に於いては前輪の舵角が現サイクルの前輪の舵角の目標値δatpになるよう操舵装置９６の電動機９４が制御される。
【０２６６】
ステップ６９０に於いては現サイクルの前輪の舵角の目標値δatpが次のサイクルに備えて前輪の舵角の前回値δatfに設定される。
【０２６７】
よってこの第五の実施形態に於いては、車両を円弧状の目標軌跡Ｔcに沿って走行させるための前輪の舵角の制御はフィードフォワード制御によって達成され、これにより車両は円弧状の目標軌跡に沿って走行する。
【０２６８】
従って第五の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δatに制御し、これにより運転者の操舵操作を要することなく車両が円弧状の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２６９】
特に第五の実施形態によれば、前輪の舵角の制御は軌跡制御が開始又は更新されるときの前輪の舵角δに基づいて行われるフィードフォワード制御である。また偏差Δδatに基づく前輪の舵角の制御が完了すると、軌跡制御が終了又は更新されるまで軌跡制御のための前輪の舵角の制御は行われない。よって後述の第六の実施形態の場合の如く、前輪の舵角の制御がフィードバック制御であり、サイクル毎に前輪の舵角の検出を要する場合に比して、円弧状の軌跡を目標軌跡とする軌跡制御を単純に実行することができる。
【０２７０】
また上述の第一乃至第四の実施形態に於けるステップ８００に対応するステップ９００に於いては、運転者が操舵反力として感じる操舵トルクの制御が行われる。まず操舵角θに基づいて上記式７２に従って補正後の検出操舵トルクＴh0が演算される。また補正後の検出操舵トルクＴh0に基づいて図１５に示されたグラフに対応するマップより基本操舵負担軽減トルクＴpadbが演算され、車速Ｖに基づいて図７に示されたグラフに対応するマップより車速係数Ｋvが演算される。そして操舵負担軽減トルクＴpadが基本操舵負担軽減トルクＴpadbと車速係数Ｋvとの積に演算される。尚操舵負担軽減トルクＴpadは図１６に示されたグラフに対応するマップより演算されてもよい。
【０２７１】
更に補正後の検出操舵トルクＴh0及び操舵負担軽減トルクＴpadに基づき上記式７９に従って目標操舵トルクＴpbtが演算され、操舵トルクが目標操舵トルクＴpbtになるよう操舵装置９６の電動機９０が制御される。
【０２７２】
尚上述の電動機９０の制御による操舵トルクの制御は、後述の第六乃至第八の実施形態に於いても同様に行われる。即ち舵角制御装置がバイワイヤ式のものである場合には、操舵トルクの制御は、目標軌跡が円弧状であるか否かや舵角の制御がフィードフォワード制御であるか否かに関係なく同一の要領にて行われる。
【０２７３】
第六の実施形態
この第六の実施形態は上記表２に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：バイワイヤ式
目標軌跡：円弧状
舵角の制御：フィードバック
操舵反力の制御：非機械的舵角制御装置の操舵反力の制御
【０２７４】
この第六の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第五の実施形態と同様に実行されるが、ステップ６００に於ける舵角制御に於いては前輪の舵角がフィードバック制御される。
【０２７５】
即ちサイクル毎にピニオンシャフト８８の回転角度θpに基づいて前輪の現在の舵角δが求められ、前輪の目標舵角δatと現在の舵角δとの偏差Δδatが演算される。そして舵角の偏差Δδatの大きさが小さくなるよう操舵装置９６の電動機９４が制御される。よって前輪の舵角はフィードバック制御によって目標舵角δatに制御され、これにより車両は円弧状の目標軌跡に沿って走行する。
【０２７６】
従って第六の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δatに制御し、これにより運転者の操舵操作の有無に関係なく車両が円弧状の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２７７】
特に第六の実施形態によれば、舵角の偏差Δδatはサイクル毎に前輪の目標舵角δatと現在の舵角δとの偏差として演算される。従って前輪の舵角がフィードフォワード式に制御される上述の第五の実施形態の場合に比して正確に前輪の舵角を目標舵角δatに制御することができる。
【０２７８】
第七の実施形態
この第七の実施形態は上記表２に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：バイワイヤ式
目標軌跡：指数関数
舵角の制御：フィードフォワード
操舵反力の制御：非機械的舵角制御装置の操舵反力の制御
【０２７９】
図１７に示されている如く、この第七の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第五の実施形態と同様に実行される。しかしステップ３５０又は４５０に於いて肯定判別が行われると、ステップ４９５に於いてピニオンシャフト８８の回転角度θpに基づいて前輪の舵角δが求められ、前輪の舵角δ及び車速Ｖに基づいて上記式４６に従って距離ｘ０が演算される。また上述の第三の実施形態の場合と同様に、ステップ４９５に於いては最小時間ΔＴ及びウェバー比のｋをそれぞれ一般的な運転者について予め設定された正の定数として、上記式４２に従って補正係数Ｄが演算される。
【０２８０】
またこの第七の実施形態に於いては、ステップ５５０に於いて図１１に示されたフローチャート（ステップ５５５〜５８０）に従って車両を指数関数の軌跡Ｔeに沿って走行させるための前輪の目標舵角δbtがサイクル毎に演算される。
【０２８１】
またこの第七の実施形態のステップ６００に於いては、前輪の舵角はサイクル毎に前輪の目標舵角δbtを目標としてフィードフォワード式に制御される。即ちサイクル毎に現サイクルの前輪の目標舵角δbtと前サイクルの前輪の目標舵角δbtとの偏差に基づいて操舵装置９６の電動機９４が制御される。よって前輪の舵角はフィードフォワード制御によって目標舵角δbtに制御され、これにより車両は指数関数の目標軌跡に沿って走行する。
【０２８２】
尚軌跡制御が開始又は更新されるときの「前サイクルの前輪の目標舵角δbt」は、軌跡制御が開始又は更新されるときのピニオンシャフト８８の回転角度θpに基づいて求められる前輪の舵角δに設定される。
【０２８３】
従って第七の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δbtに制御し、これにより運転者の操舵操作を要することなく車両が指数関数の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２８４】
特に第七の実施形態によれば、前輪の舵角の制御は上述の第五の実施形態と同様に軌跡制御が開始又は更新されるときの前輪の舵角に基づいて行われるフィードフォワード制御である。よって後述の第八の実施形態の場合の如く、前輪の舵角の制御がフィードバック制御であり、サイクル毎に前輪の舵角の検出を要する場合に比して、指数関数の軌跡を目標軌跡とする軌跡制御を単純に実行することができる。
【０２８５】
第八の実施形態
この第八の実施形態は上記表２に示されている如く以下の特徴を有する。
舵角制御装置：バイワイヤ式
目標軌跡：指数関数
舵角の制御：フィードバック
操舵反力の制御：非機械的舵角制御装置の操舵反力の制御
【０２８６】
この第八の実施形態に於ける車両の走行制御は基本的には上述の第七の実施形態と同様に実行されるが、ステップ６００に於ける軌跡制御に於いては前輪の舵角がフィードバック制御される。
【０２８７】
即ちサイクル毎に操舵角θ及び相対回転角度θreに基づいて前輪の現在の舵角δが求められ、前輪の目標舵角δbtと現在の舵角δとの偏差に基づいて操舵装置９６の電動機９４が制御されることにより、前輪の舵角が目標舵角δbtに制御される。よって前輪の舵角はフィードバック制御によって目標舵角δbtに制御され、これにより車両は指数関数の目標軌跡に沿って走行する。
【０２８８】
従って第八の実施形態によれば、軌跡制御が実行されるべき状況に於いては、前輪の舵角を目標舵角δbtに制御し、これにより運転者の操舵操作の有無に関係なく車両が指数関数の目標軌跡に沿って走行するよう車両の走行軌跡を制御することができる。
【０２８９】
特に第八の実施形態によれば、前輪の舵角はサイクル毎に目標舵角δbtと現在の舵角δとの偏差に基づいて制御される。従って前輪の舵角がフィードフォワード式に制御される上述の第七の実施形態の場合に比して正確に前輪の舵角を目標舵角δbtに制御することができる。
【０２９０】
また上述の第五乃至第八の実施形態によれば、舵角制御装置がセミバアワイヤ式の舵角制御装置であり舵角制御装置により前輪の舵角が制御されない場合の操舵トルクに相当する値として、補正後の検出操舵トルクＴh0が演算される。そして補正後の検出操舵トルクＴh0及び車速Ｖに基づいて操舵負担軽減トルクＴpadが演算される。更に補正後の検出操舵トルクＴh0より操舵負担軽減トルクＴpadを減算した値として目標操舵トルクＴpbtが演算され、操舵トルクが目標操舵トルクＴpbtになるよう操舵装置９６の電動機９０が制御される。
【０２９１】
従って運転者に適度の操舵負担を与えることができるだけでなく、軌跡制御に伴う前輪の舵角の制御に起因する操舵トルクの変動を防止し、軌跡制御に起因して運転者が操舵トルクに違和感を覚えることを効果的に防止することができる。
【０２９２】
以上の説明より、上述の各実施形態によれば、車両の目標軌跡や実軌跡を求めるための車外情報の取得を要することなく、車両を運転者が希望する軌跡に沿って走行させることができることが理解されよう。
【０２９３】
また上述の第一、第二、第五、第六の実施形態によれば、目標軌跡は円弧状の軌跡であるので、目標軌跡が指数関数の軌跡である場合に比して、必要な演算量を少なくし、車両の軌跡を容易に制御することができる。
【０２９４】
また上述の第三、第四、第七、第八の実施形態によれば、目標軌跡は指数関数の軌跡であるので、目標軌跡が円弧状の軌跡である場合に比して、車両の軌跡を車両の乗員にとって一層好ましい軌跡に制御することができる。特にこれらの実施形態によれば、距離xが上記式４０に従って変化するよう指数関数の目標軌跡が設定される。よって目標軌跡が円弧状の軌跡である場合に比して、人の知覚特性にとって好ましい軌跡を達成することができる。
【０２９５】
以上に於いては本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【０２９６】
例えば案内棒は前輪の前後方向に沿って延在するものとされているが、車両の前後方向に対する案内棒の傾斜角は運転者の操舵操作量に基づいて設定される限り、前輪の前後方向に沿う方向とは異なる方向であってもよい。例えば案内棒の傾斜角は前輪の舵角δと方向の補正係数Ｋdとの積に設定されてもよい。
【０２９７】
また各実施形態に於いては、車両の走行制御は前輪の舵角の制御と操舵トルクの制御とを含んでいるが、操舵トルクの制御は任意の要領にて実行されてよい。例えば上述の第一乃至第四の実施形態に於いては、操舵反力の制御は上記第二の方式により制御されるようになっているが、上記第一の方式により制御されるよう修正されてもよい。
【０２９８】
また各実施形態に於いては、前輪の舵角はフィードフォワード式又はフィードバック式に制御されるようになっているが、それぞれゲインが乗算されたフィードフォワード制御量とフィードバック制御量との和に基づいて制御されるよう修正されてもよい。
【０２９９】
また上述の第一乃至第四の実施形態に於いては、軌跡制御のための舵角制御が実行されている状況に於いて操舵角センサ５０等に異常が発生したときには、代替の検出手段による検出結果を使用して代替の舵角制御が実行されるようになっている。しかし軌跡制御のための舵角制御の開始時に既に舵角センサ５０等に異常が発生しているときには、舵角制御の開始時より代替の舵角制御が実行されるよう修正されてもよい。また舵角センサ５０等に異常が発生しても代替の舵角制御が実行されないよう修正されてもよい。
【０３００】
また上述の第一乃至第四の実施形態に於いては、代替の舵角制御が不可能であるときには、舵角の制御による軌跡制御が実行されないので、車両の軌跡が不正確に行われることを防止することができる。しかしセンサの異常の度合によっては、軌跡制御のための制御量が低減補正されて舵角の制御が実行されることにより、通常時よりも舵角の制御が抑制されて軌跡制御が実行されるよう修正されてもよい。
【０３０１】
また上述の第五乃至第八の実施形態に於いては、代替の舵角制御が実行されるようになっていない。しかし例えば回転角度センサ９６に異常が生じても電動機９４の回転角度からピニオンシャフト８８の回転角度θpを推定することができるときには、回転角度θpを使用して代替の舵角制御が実行されるよう修正されてもよい。
【０３０２】
また上述の第一及び第五の実施形態に於いては、サイクル毎の舵角の制御量が同一の値に設定されるようになっているが、舵角の制御量はサイクル毎に異なる値に設定されるよう修正されてもよい。
【符号の説明】
【０３０３】
１０…走行制御装置、１４…舵角可変装置、２０…ステアリングホイール、２２…電動式パワーステアリング装置、５０…操舵角センサ、５２…操舵トルクセンサ、５４…回転角度センサ、５６…車速センサ、８０…走行制御装置、８２…ステアリング機構、９０、９４…電動機、１００…前輪、１０２…後輪、１０４…車両、１０８…目標進路、１１０…案内棒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者の操舵操作量に対する操舵輪の舵角の関係を変更する舵角制御手段を備えた車両の走行制御装置であって、予め設定された手順に従って車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定したときにはその時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するに必要な目標軌跡に沿って車両を走行させるための操舵輪の目標舵角を演算し、前記目標舵角に基づいて前記舵角制御手段により操舵輪の舵角を制御することを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項２】
前記目標軌跡は、前記目標進行方向を示す直線を時間の座標軸とし、前記時点に於ける車両の位置より前記時間の座標軸に下した垂線を距離の座標軸とする仮想の直交座標に於いて、前記時点からの経過時間を指数の変数とする指数関数の曲線であることを特徴とする請求項１に記載の車両の走行制御装置。
【請求項３】
前記目標軌跡は、前記時点に於ける車両の位置に於いて前記時点に於ける車両の前後方向を示す直線に接し且つ前記目標到達位置に於いて前記目標進行方向を示す直線に接する円弧状の曲線であることを特徴とする請求項１に記載の車両の走行制御装置。
【請求項４】
前記時点に於ける操舵輪の舵角と前記目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項５】
操舵輪の実際の舵角と前記目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項６】
前記目標到達位置は前記時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて決定され、前記目標進行方向は前記時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項７】
前記時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定される角度を基準角度として、前記目標到達位置は前記時点に於ける車両の位置より車両の前後方向に対し前記基準角度傾斜した方向に引いた直線上に位置し、前記時点に於ける車両の位置から前記目標到達位置までの距離は車速に依存する値であることを特徴とする請求項６に記載の車両の走行制御装置。
【請求項８】
前記時点に於ける車両の位置と前記目標到達位置とを結ぶ直線を方向の基準線として、前記目標進行方向は前記目標到達位置に於いて前記方向の基準線に対し前記基準角度傾斜した方向に決定されることを特徴とする請求項７に記載の車両の走行制御装置。
【請求項９】
前記軌跡の制御を行っていない状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第一の基準値よりも大きくなった後に運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第二の基準値よりも小さくなったときに前記軌跡の制御を開始すべきと判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項１０】
前記軌跡の制御を行っている状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第一の基準値よりも大きくなった後に運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第二の基準値よりも小さくなったときに前記軌跡の制御を更新すべきと判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項１１】
前記時点に於ける車両から前記時間の座標軸までの距離を基準距離として、前記基準距離と前記時点からの経過時間を指数の変数とする自然指数関数との積として目標距離が求められ、前記目標軌跡は前記時間の座標軸から前記目標距離の位置を結ぶ線として求められることを特徴とする請求項２に記載の車両の走行制御装置。
【請求項１２】
操舵操作の必要性に関連する車外の視覚情報の変化が発生してから人が当該視覚情報の変化を知覚するまでに要する一般的な時間をΔＴとし、ウェバー比を−ｋとし、前記時点からの経過時間をｔとして、前記自然指数関数の指数は−（ｋ／ΔＴ）ｔであることを特徴とする請求項１１に記載の車両の走行制御装置。
【請求項１３】
前記舵角制御手段は、運転者により操作される操舵入力手段に対し相対的に操舵輪を駆動することにより操舵輪の舵角を修正する舵角可変手段と、前記舵角可変手段を制御する制御手段とを有するセミバイワイヤ式の舵角制御手段であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項１４】
車両は運転者による操舵操作を補助する補助操舵力を発生する補助操舵力発生手段と、運転者の操舵負担を軽減するための目標補助操舵力に基づいて前記補助操舵力発生手段を制御する補助操舵力制御手段とを有し、前記補助操舵力制御手段は前記軌跡の制御が行われている状況に於いては、前記舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御に起因する操舵力の変動量を推定し、検出された操舵力を前記操舵力の変動量にて補正し、補正後の操舵力に基づいて運転者の操舵負担を軽減するために必要な補助操舵力を演算し、前記必要な補助操舵力と前記操舵力の変動量との和を前記目標補助操舵力とすることを特徴とする請求項１３に記載の車両の走行制御装置。
【請求項１５】
前記舵角制御手段は、操舵輪の舵角を変化させる転舵手段と、前記操舵入力手段に対する運転者の操舵操作量を検出する手段と、通常時には運転者の操舵操作量に基づいて前記転舵手段を制御し、必要に応じて運転者の操舵操作に依存せずに前記転舵手段を制御する制御手段とを有するバイワイヤ式の舵角制御手段であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項１６】
車両は操舵反力を発生する操舵反力発生手段と、目標操舵反力に基づいて前記操舵反力発生手段を制御する操舵反力制御手段とを有し、前記操舵反力制御手段は運転者の操舵操作量に基づいて前記舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御の影響を受けない基本の操舵反力を演算し、前記基本の操舵反力から運転者の操舵負担を軽減するための操舵反力低減量を減算した値に基づいて目標操舵反力を演算することを特徴とする請求項１５に記載の車両の走行制御装置。
【請求項１７】
前記舵角制御手段及び運転者の操舵操作量を求める手段の少なくとも一方が正常でないときには、前記軌跡の制御を抑制することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項１】
運転者の操舵操作量に対する操舵輪の舵角の関係を変更する舵角制御手段を備えた車両の走行制御装置であって、予め設定された手順に従って車両の軌跡の制御を開始又は更新すべきと判定したときにはその時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて車両が目標進行方向にて目標到達位置に到達するに必要な目標軌跡に沿って車両を走行させるための操舵輪の目標舵角を演算し、前記目標舵角に基づいて前記舵角制御手段により操舵輪の舵角を制御することを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項２】
前記目標軌跡は、前記目標進行方向を示す直線を時間の座標軸とし、前記時点に於ける車両の位置より前記時間の座標軸に下した垂線を距離の座標軸とする仮想の直交座標に於いて、前記時点からの経過時間を指数の変数とする指数関数の曲線であることを特徴とする請求項１に記載の車両の走行制御装置。
【請求項３】
前記目標軌跡は、前記時点に於ける車両の位置に於いて前記時点に於ける車両の前後方向を示す直線に接し且つ前記目標到達位置に於いて前記目標進行方向を示す直線に接する円弧状の曲線であることを特徴とする請求項１に記載の車両の走行制御装置。
【請求項４】
前記時点に於ける操舵輪の舵角と前記目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項５】
操舵輪の実際の舵角と前記目標舵角との偏差の大きさが小さくなるよう操舵輪の舵角を修正することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項６】
前記目標到達位置は前記時点に於ける運転者の操舵操作量及び車速に基づいて決定され、前記目標進行方向は前記時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項７】
前記時点に於ける運転者の操舵操作量に基づいて決定される角度を基準角度として、前記目標到達位置は前記時点に於ける車両の位置より車両の前後方向に対し前記基準角度傾斜した方向に引いた直線上に位置し、前記時点に於ける車両の位置から前記目標到達位置までの距離は車速に依存する値であることを特徴とする請求項６に記載の車両の走行制御装置。
【請求項８】
前記時点に於ける車両の位置と前記目標到達位置とを結ぶ直線を方向の基準線として、前記目標進行方向は前記目標到達位置に於いて前記方向の基準線に対し前記基準角度傾斜した方向に決定されることを特徴とする請求項７に記載の車両の走行制御装置。
【請求項９】
前記軌跡の制御を行っていない状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第一の基準値よりも大きくなった後に運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御開始判定の第二の基準値よりも小さくなったときに前記軌跡の制御を開始すべきと判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項１０】
前記軌跡の制御を行っている状況に於いて、運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第一の基準値よりも大きくなった後に運転者の操舵操作量の変化率の大きさが制御更新判定の第二の基準値よりも小さくなったときに前記軌跡の制御を更新すべきと判定することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項１１】
前記時点に於ける車両から前記時間の座標軸までの距離を基準距離として、前記基準距離と前記時点からの経過時間を指数の変数とする自然指数関数との積として目標距離が求められ、前記目標軌跡は前記時間の座標軸から前記目標距離の位置を結ぶ線として求められることを特徴とする請求項２に記載の車両の走行制御装置。
【請求項１２】
操舵操作の必要性に関連する車外の視覚情報の変化が発生してから人が当該視覚情報の変化を知覚するまでに要する一般的な時間をΔＴとし、ウェバー比を−ｋとし、前記時点からの経過時間をｔとして、前記自然指数関数の指数は−（ｋ／ΔＴ）ｔであることを特徴とする請求項１１に記載の車両の走行制御装置。
【請求項１３】
前記舵角制御手段は、運転者により操作される操舵入力手段に対し相対的に操舵輪を駆動することにより操舵輪の舵角を修正する舵角可変手段と、前記舵角可変手段を制御する制御手段とを有するセミバイワイヤ式の舵角制御手段であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項１４】
車両は運転者による操舵操作を補助する補助操舵力を発生する補助操舵力発生手段と、運転者の操舵負担を軽減するための目標補助操舵力に基づいて前記補助操舵力発生手段を制御する補助操舵力制御手段とを有し、前記補助操舵力制御手段は前記軌跡の制御が行われている状況に於いては、前記舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御に起因する操舵力の変動量を推定し、検出された操舵力を前記操舵力の変動量にて補正し、補正後の操舵力に基づいて運転者の操舵負担を軽減するために必要な補助操舵力を演算し、前記必要な補助操舵力と前記操舵力の変動量との和を前記目標補助操舵力とすることを特徴とする請求項１３に記載の車両の走行制御装置。
【請求項１５】
前記舵角制御手段は、操舵輪の舵角を変化させる転舵手段と、前記操舵入力手段に対する運転者の操舵操作量を検出する手段と、通常時には運転者の操舵操作量に基づいて前記転舵手段を制御し、必要に応じて運転者の操舵操作に依存せずに前記転舵手段を制御する制御手段とを有するバイワイヤ式の舵角制御手段であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【請求項１６】
車両は操舵反力を発生する操舵反力発生手段と、目標操舵反力に基づいて前記操舵反力発生手段を制御する操舵反力制御手段とを有し、前記操舵反力制御手段は運転者の操舵操作量に基づいて前記舵角制御手段による操舵輪の舵角の制御の影響を受けない基本の操舵反力を演算し、前記基本の操舵反力から運転者の操舵負担を軽減するための操舵反力低減量を減算した値に基づいて目標操舵反力を演算することを特徴とする請求項１５に記載の車両の走行制御装置。
【請求項１７】
前記舵角制御手段及び運転者の操舵操作量を求める手段の少なくとも一方が正常でないときには、前記軌跡の制御を抑制することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１１−２５５８５７（Ｐ２０１１−２５５８５７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４１１９（Ｐ２０１０−１３４１１９）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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