JP2021178585A - 操舵支援装置、操舵支援方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の操舵支援において、支援効果を確保しつつ、ドライバの違和感を低減する。
【解決手段】操舵支援装置は、自車両の目標軌道等の自車両の走行に関係する状況に応じた目標操舵角を導出する目標操舵角導出部と、前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に応じた大きさの操舵支援トルクを算出する操舵支援トルク算出部と、前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差、及び前記操舵支援トルクの少なくとも一方の物理量に基づいて、前記目標操舵角が前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に対応する角度より小さい角度になるように前記目標操舵角導出部に対して前記目標操舵角の修正の指示を行う目標操舵角修正部と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、操舵支援装置、操舵支援方法及びプログラムに関する。

ドライバが自ら運転し、演算装置が算出した操舵トルクでドライバの操舵を支援する協調運転に関する技術として、以下の技術が知られている。

例えば、特許文献１には、走行中の車の前方道路の車線状態を知る第１の手段と、自車の道路車線に対する現在の位置関係を知る第２の手段と、第１、第２の手段の出力から前方道路車線に対する自車の位置関係を維持するために必要な操舵量を算出する第３の手段と、現在の操舵量を検出する第４の手段と、第３の手段が算出した操舵量と第４の手段が検出した操舵量との差分が少なくなるように操向装置を駆動する第１の駆動手段とからなる車両の操舵角補正装置が記載されている。

また、非特許文献１には、算出されたステアリングホイールの目標操舵角と実際の操舵角との差に応じてステアリングホイールに操舵支援トルクを発生させることが記載されている。

特開平９−１２８６９９号公報

BMW Heading control J.P. Pauwelussen: " Vehicle performance" -1999 - Technology & Engineering

上記の特許文献１及び非特許文献１に記載の技術は、いずれも、所謂「自動運転」を行う場合の計算と同様の計算を行って、自動車の目標軌道を走行するための目標操舵角を計算するものである。例えば、システムが算出した目標軌道が車線中央である場合、自動車が車線中央を走行するように操舵支援トルクがステアリングホイールに加えられる。従って、従来の協調運転システムにおいては、演算装置によって算出された目標軌道にドライバを誘導するように操舵支援トルクが発生する。ドライバは、この操舵支援トルクを感じながら、システムが「適切」と決めた目標軌道を追従するように誘導され操舵を行うことになる。つまり、システムによって算出された目標軌道を追従させるように操舵支援トルクがステアリングホイールに加えられる。

しかしながら、従来の協調運転システムでは、目標軌道が常に正しいことを前提としており、その目標軌道にドライバを誘導するようにドライバに対して操舵支援トルクをステアリングホイールに加えることが不適切な場合がある。例えば、市街地などの複雑な交通状況では、システムが「適切」と定めた目標軌道が、ドライバにとっては不適切な場合がある。つまり、交通状況によっては、システムが「適切」と定めた目標軌道が、ドライバにとっては適切とはいえない場合がある。例えば、市街地などの複雑な交通状況では、システムが周囲の交通状況を把握して、適切な目標軌道を決定することは困難である。交通状況の情報を収集する際に、例えば、交通状況の誤認識、誤検出、及び未検出などの状況が生じた場合には適切な目標軌道から逸脱した目標軌道が決定される。

ところで、ドライバは、走行中に周囲の交通状況を把握しつつ、適切な走行になるように操舵する。つまり、ドライバは、交通状況に応じてその場の判断で操舵する。例えば、直進中の走行経路に小さな障害物が存在する場合、ドライバはその障害物を一時的に回避する操舵を行う。ところが、システムが定めた目標軌道が障害物を含む走行経路を示す場合、その目標軌道にドライバを誘導するように定常的に操舵支援トルクを発生させる。従って、システムが定めた目標軌道に誘導する操舵支援トルクを定常的に発生させる従来の操舵支援技術によれば、ドライバが違和感を覚えることになる。一方、ドライバの判断が常に正しいとは限らず、システムが「適切」と決めた目標軌道を追従することが好ましい場合もある。

本開示は、上記の事実に鑑みてなされたものであり、自動車の操舵支援において、支援効果を確保しつつ、ドライバの違和感を低減することを目的とする。

（１）本開示の操舵支援装置は、入力された指示及び自車両の走行に関係する状況に基づいて、目標操舵角を導出する目標操舵角導出部と、ドライバの操舵による前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に応じた大きさの操舵支援トルクを算出する操舵支援トルク算出部と、前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差、及び前記操舵支援トルクの少なくとも一方の物理量に基づいて、前記自車両の操舵角を維持しつつ、前記目標操舵角が前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に対応する角度より小さい角度になるように前記目標操舵角導出部に対して前記目標操舵角の修正の指示を行う目標操舵角修正部と、を含む。

（２）前記目標操舵角修正部は、前記目標操舵角が徐々に前記自車両の操舵角に対応する角度になるように目標操舵角の修正の指示を行うことが可能である。

（３）また、前記目標操舵角修正部は、前記操舵支援トルク算出部において、前記操舵支援トルクとして、前記自車両の操舵角と前記自車両の走行に関係する状況に応じた目標操舵角との差に応じた大きさのトルクより小さいトルクが算出されるように前記修正の指示を行うことが可能である。

（４）本開示の操舵支援装置は、前記目標操舵角導出部は、前記自車両の走行に関係する状況に応じた目標操舵角を予測する予測部と、予測された目標操舵角と入力された指示による修正量とを合成して目標操舵角を算出する合成部とを含むことが可能である。また、前記目標操舵角修正部は、前記目標操舵角を前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に対応する角度より小さい角度にする修正量を算出し、前記修正量を用いて前記指示を行うことが可能である。
予測部により予測される目標操舵角は、ドライバの操舵による操舵角の変化が関与されずに機械的に算出される。例えば、自動運転機能を提供するシステムにおいて目標経路に車両を追従させるために目標とする目標操舵角を予測するものが挙げられる。

（５）この場合、前記目標操舵角修正部は、前記自車両の操舵角と前記目標操舵角とを入力とし、前記目標操舵角を修正する角度を出力とする予め定めた伝達関数を用いて前記修正量を算出することが可能である。

（６）前記伝達関数は、予め定めた積分特性及び予め定めた微分特性の少なくとも一方の時間特性を有するようにしてもよい。

（７）本開示の操舵支援装置は、前記自車両の前方を撮影し、画像データを生成するカメラと、前記自車両の操舵角を検出する操舵角センサと、前記操舵支援トルク算出部によって算出された大きさの操舵支援トルクを発生させるモータと、を更に含むことが可能である。また、前記目標操舵角導出部は、前記画像データに基づいて、前記自車両の走行に関係する状況を算出することが可能である。

（８）本開示のプログラムは、コンピュータを、前記操舵支援装置の各部として機能させるためのプログラムである。

（９）本開示の操舵支援方法は、ドライバの操舵による自車両の操舵角を検出するステップと、
入力された指示及び自車両の走行に関係する状況に基づいて、目標操舵角を導出するステップと、前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に応じた大きさの操舵支援トルクを算出するステップと、前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差、及び前記操舵支援トルクの少なくとも一方の物理量に基づいて、前記自車両の操舵角を維持しつつ、前記目標操舵角が前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に対応する角度より小さい角度になるように前記目標操舵角を修正の指示を行うステップと、を含む。

本発明によれば、自動車の操舵支援において、支援効果を確保しつつ、ドライバの違和感を低減することが可能となる。

本開示の実施形態に係るステアリングシステムの構成の一例を模式的に示す図である。 本開示の実施形態に係る操舵支援装置の構成を示すブロック図である。 機械的に算出された予測目標操舵角を修正して目標操舵角を導出する構成の一例を示すブロック図である。 操舵支援トルク算出処理及び目標操舵角修正処理を模式的に示す図である。 本開示の実施形態に係るコンピュータの構成を示す図である。 本開示の実施形態に係る操舵支援装置において実施される処理の流れを示すフローチャートである。 本開示の実施形態に係る操舵支援装置の動作の一例を操舵角に関する時間特性で示したグラフである。 本開示の実施形態に係る操舵支援装置の動作の一例を操舵支援トルクに関する時間特性で示したグラフである。 本開示の他の実施形態に係る操舵支援装置の動作の一例を操舵角に関する時間特性で示したグラフである。 本開示の他の実施形態に係る操舵支援装置の動作の一例を操舵支援トルクに関する時間特性で示したグラフである。 操舵支援トルク算出処理及び目標操舵角修正処理の変形例を模式的に示す図である。

以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。各図面は、本開示の技術を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本開示の技術は、図示例のみに限定されるものではない。また、本実施形態では、本発明と直接的に関連しない構成や周知な構成については、説明を省略する場合がある。

［第１実施形態］
図１は、本開示の実施形態に係る操舵支援装置１０（図２参照）が適用される、電動パワーステアリング機構を備えたステアリングシステム１００の構成の一例を模式的に示す図である。ステアリングシステム１００は、ステアリングホイール１０１、ステアリングシャフト１０２、ラックアンドピニオン式ステアリングギア１０３、サイドロッド１０４、ナックルアーム１０５、操舵角センサ１１０、トルクセンサ１２０、モータ１３０及びギア１３１、１３２を含んで構成されている。ステアリングホイール１０１の回転は、ステアリングシャフト１０２、ラックアンドピニオン式ステアリングギア１０３を介してサイドロッド１０４の並進運動に変換され、更に、ナックルアーム１０５によってタイヤ１４０の回転に変換される。ステアリングホイール１０１の回転は、例えば２０分の１程度に減速されてタイヤ１４０の転舵に変換される。

操舵角センサ１１０は、ステアリングシャフト１０２上に設けられており、ステアリングホイール１０１の回転角度、すなわち操舵角θを検出し、検出した操舵角θの大きさを示す操舵角検出信号を出力する。

トルクセンサ１２０は、ステアリングシャフト１０２上に設けられており、ステアリングシャフト１０２に生じる操舵トルクを検出し、検出した操舵トルクの大きさを示す操舵トルク検出信号を出力する。

モータ１３０は、トルクセンサ１２０から出力される操舵トルク検出信号に基づいて、ドライバによって印加される操舵トルクを減少させる方向に補助トルクを発生させる。すなわち、モータ１３０は、パワーステアリング機能を実現するための補助トルク発生手段として機能する。モータ１３０が発生させた補助トルクは、ギア１３１、１３２を介してステアリングシャフト１０２に伝達される。

本実施形態において、モータ１３０は、パワーステアリング機能を実現するための補助トルク発生手段として機能するだけでなく、自車両を目標軌道に誘導する協調運転を実現するための操舵支援トルク発生手段としても機能する。モータ１３０は、パワーステアリング機能を実現するための補助トルクとは独立に、協調運転を実現するための操舵支援トルクを発生させる。

なお、本実施形態では、ステアリングシステム１００として、ステアリングホィールからタイヤまでが機械的に接続されたパワーステアリング機能の一例を示したが、本開示の技術はこれに限定されない。例えば、ステアバイワイヤ機能によって補助トルクを付与してもよい。ステアバイワイヤ機能によって補助トルクを付与することで、路面反力のドライバへの伝達が抑制され、また、操舵制御も容易となる。

図２は、本開示の実施形態に係る操舵支援装置１０の構成を示すブロック図である。操舵支援装置１０は、カメラ１１、操舵角センサ１１０、モータ１３０、モータ駆動回路１３５、目標操舵角導出部２２、操舵支援トルク算出部２４、目標操舵角修正部２６を含んで構成されている。

カメラ１１は、例えば、自動車のルームミラーの上部に取り付けられており、自車両の前方を継続的に撮影し、自車両の前方の路面を含む前方画像の画像データを生成する。

目標操舵角導出部２２は、主として自車両の走行に関係する状況を検出した検出結果を用いて目標操舵角を導出するシステム機能部である。自車両の走行に関係する状況の一例には、自車両の周囲の環境状況及び自車両の走行状況が挙げられる。環境状況は、自車両の周囲の交通状況を検出することで、自車両の周囲の障害物等の位置及び他車両との相対速度等の状況を検出することが可能である。また、自車両の車速等の車両状態量を検出することで、走行状況を検出することが可能である。本実施形態では、環境状況の検出結果を用いて目標操舵角を導出する場合を一例として説明する。具体的には、交通状況を検出する検出器の一例として、カメラ１１を用い、目標操舵角導出部２２は、カメラ１１から供給される画像データを用いて目標操舵角を導出する。

本実施形態では、例えば目標軌道に自車両を誘導する協調運転を実現する場合に、ドライバの違和感を低減しつつ、運転支援効果を向上するため、操舵角センサ１１０により検出されたドライバの操舵による操舵角θを示す信号が、目標操舵角導出部２２に入力されるようになっている。本実施形態では、ドライバの操舵による操舵角θを示す信号が目標操舵角導出部２２に入力される場合を説明するが、操舵角θを示す信号は、目標操舵角修正部２６に入力されるようにしてもよい。。

この目標操舵角導出部２２は、姿勢算出機能、目標軌道算出機能及び目標操舵角算出機能の各機能を実現する実現部を備えることで実現可能である。姿勢算出機能を実現する実現部は、カメラ１１から供給される画像データから、例えば、路面上の白線のエッジを検出することで、自車両が走行している車線を特定すると共に、当該車線に対する自車両の姿勢（位置及び向き）を算出する。なお、道路地図及び高精度ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を用いて自車両の姿勢を算出してもよい。車線に対する自車両の姿勢（位置及び向き）を算出する技術は公知であり、例えば、本発明者による下記の論文に関連する記載がある。
古性裕之，毛利宏，自動車線追従走行の検討 第２報：曲線部走行時の制御について，自動車技術会論文集，Vol.30,No.2,pp.105-111(1999)

また、目標軌道算出機能を実現する実現部は、自車両が走行すべき目標軌道を算出する。この算出される目標軌道は、例えば、姿勢算出機能を実現する実現部によって特定された車線の中央を走行する軌道を、自車両の目標軌道として定めてもよい。

さらに、目標操舵角算出機能を実現する実現部は、目標軌道算出機能を実現する実現部によって算出された目標軌道を追従するための操舵角を目標操舵角θ^＊として算出する。なお、目標軌道を追従する目標操舵角を算出する技術は公知であり、例えば、本発明者による下記の論文に関連する記載がある。下記の論文には、ある時間経過後に前方の目標地点に到達するために必要な目標ヨーレイトを算出し、それを実現するように操舵する方法が記載されている。
古性裕之,風間恵介, 孕石泰丈,毛利宏“複数の前方注視点を用いた車線追従制御側の提案-定常旋回における定常偏差除去と減衰性向上が可能な車線追従制御則-”，自動車技術会論文集,Vol.45, No.2 (2014.3), pp.315-321

また、目標操舵角導出部２２は、後述する目標操舵角修正部２６から入力された指示に基づいて、目標操舵角を修正する機能を有している。目標操舵角導出部２２において目標操舵角を修正する機能については後述する。

操舵支援トルク算出部２４は、操舵角センサ１１０から出力される操舵角検出信号によって示される自車両の実際の操舵角θと、目標操舵角導出部２２によって導出された目標操舵角θ^＊との差分Δθ（＝θ−θ^＊）に基づいて、操舵支援トルクＴを算出する。具体的には、操舵支援トルク算出部２４は、操舵角θと目標操舵角θ^＊との差分Δθが大きくなる程、大きい値の操舵支援トルクＴを算出する。操舵支援トルク算出部２４によって算出された操舵支援トルクＴの大きさを示すトルク指令値は、モータ駆動回路１３５に供給される。

目標操舵角修正部２６は、自車両の実際の操舵角θと、目標操舵角θ^＊との差分Δθ（＝θ−θ^＊）に基づいて、目標操舵角を修正する修正量を算出する。具体的には、目標操舵角修正部２６は、操舵角θと目標操舵角θ^＊との差分Δθが大きくなる程、大きい値の修正量を算出する。目標操舵角修正部２６によって算出された修正量の大きさを示す値は、目標操舵角導出部２２に供給される。なお、上記差分Δθ（＝θ−θ^＊）は、操舵支援トルク算出部２４で算出された値を用いることが可能である。

モータ駆動回路１３５は、操舵支援トルク算出部２４から供給されるトルク指令値に基づいて、モータ１３０を駆動する。モータ１３０は、モータ駆動回路１３５による制御の下で、操舵支援トルク算出部２４によって算出された大きさの操舵支援トルクを発生させる。モータ１３０は、パワーステアリング機能を実現するための補助トルクとは独立に、操舵支援トルクを発生させる。

本実施形態では、目標操舵角導出部２２において、カメラ１１から供給される画像データを用いて目標操舵角を予測し、その予測した予測目標操舵角ηを目標操舵角修正部２６による修正量で修正して目標操舵角θ^＊を導出する場合を一例として説明する。

図３は、現状から目標経路に自車両の走行が移行する等のように機械的に算出された予測目標操舵角ηを修正して目標操舵角θ^＊を導出する構成の一例を示すブロック図である。目標操舵角導出部２２は、カメラ１１から供給される画像データを用いて目標操舵角を予測する目標操舵角予測部２２Ａと、合成部２２Ｂとを含んで構成されている。合成部２２Ｂは、目標操舵角予測部２２Ａにより予測された予測目標操舵角ηと目標操舵角修正部２６で決定された修正量とを合成して、目標操舵角θ^＊が算出される。すなわち合成部２２Ｂによる合成によって修正量に応じて（例えば徐々に）、目標操舵角θ^＊が自車両の実際の操舵角に対応する角度になるように修正される。

図４は、操舵支援トルク算出部２４によって実施される操舵支援トルク算出処理及び目標操舵角修正部２６によって実施される目標操舵角修正処理を模式的に示す図である。操舵支援トルク算出部２４は、操舵角θ及び目標操舵角θ^＊を制御入力とし、伝達関数Ｋを用いた演算処理を行うことで、操舵支援トルクＴを算出する。例えば、操舵支援トルク算出部２４は、差分Δθが大きくなる程、大きい値の操舵支援トルクＴを算出する。

また、合成部２２Ｂ及び目標操舵角修正部２６は、目標操舵角予測部２２Ａで算出された予測目標操舵角ηを用いて修正された目標操舵角θ^＊を算出する。すなわち、目標操舵角修正部２６は、予測目標操舵角η、操舵角θ及び目標操舵角θ^＊を制御入力とし、伝達関数Ｇを用いた演算処理を行うことで、予測目標操舵角ηから修正された目標操舵角θ^＊を算出する。

目標操舵角θ^＊を修正するための具体的な伝達関数として、次の（１）式を例示することができる。式中のＧはゲイン又は伝達関数である。

・・・（１）

上記の（１）式は、実施形態に係る操舵支援装置１０では、カメラ１１から供給される画像データを用いて機械的に算出された予測目標操舵角ηを、そのまま目標操舵角θ^＊と決定するのではなく、ドライバによる実際の操舵角θを反映して目標操舵角θ^＊が決定されることが示されている。このことは、目標操舵角θ^＊を機械的に算出する際に、ドライバの操舵に応じて適応的に（すなわち動的に）目標操舵角θ^＊を変更することに対応する。

ところで、ドライバの操舵角θと、修正された目標操舵角θ^＊の差分が急変したり、両者の差に応じてドライバに付与される操舵支援トルクＴが過大になる場合、ドライバは、操舵を阻害するような違和感を覚える場合がある。このような状況を解消するため、伝達関数Ｇを、次に示す（２）式に設定することが可能である。

・・・（２）
（２）式において、ｋは進み時定数、τは遅れ時定数である。また、ｋ／τは高周波領域のゲイン、ｈは低周波領域のゲイン（定常ゲイン）、ｓはラプラス演算子である。なお、ここでのゲインとは，目標操舵角修正後の自車両の実際の操舵角θと修正された目標操舵角θ^＊との差分Δθ_after（＝θ−θ^＊）が、目標操舵角修正前の自車両の実際の操舵角θと予測目標操舵角ηとの差分Δθ_before（＝η−θ）から増幅される増幅率（何倍に増幅されるかを示す倍率）である。

上記の（２）式は画像データを用いて機械的に算出された予測目標操舵角ηと、ドライバによる実際の操舵角θとの間に差分が生じたときに、過渡的にはリード項の係数ｋによって比較的大きな操舵支援トルクＴが算出されるが、定常的には定数項によりｈ倍されることで低減される操舵支援トルクＴが算出されることを示している。

上記（２）式に（１）式を代入し整理すると、次に示す（３）式を得ることができる。

・・・（３）

なお、上記の（３）式では、０≦ｋ／τ≦１、０≦ｈ≦１、に設定することが好ましい。このようにｋ及びτの値を設定することにより、目標操舵角θ^＊はドライバによる自車両の実際の操舵角θに追従するように修正される。

また、定数τの設定する値によって目標操舵角θ^＊を実際の操舵角θに徐々に追従させる応答性（例えば応答時間特性）を調整することが可能である。例えば、定数τの周波数帯を設定することで応答性を調整可能である。応答性を低く、すなわち目標操舵角θ^＊をドライバによる実際の操舵角θにゆっくり追従させるように設定する場合は定数τを大きな周波数帯に設定し、応答性を高く、すなわち速く追従させるように設定する場合は定数τを小さい周波数帯に設定すればよい。この定数τに設定する値は１〜２Ｈｚの周波数帯域が好ましい。例えば、応答性を２Ｈｚとする場合には，τ＝１／（２π・２）（秒）に設定すればよい。１Ｈｚの場合にはτ＝１／（２π・１）（秒）に設定すればよい。

一方、ゲインｈは、定常的に発生する差分に関するもので、定常的な倍率に対応する。従って、ｈ＝０に設定すれば、定常的には目標操舵角θ^＊はドライバによる操舵角θに一致するため、定常的（静的）には、操舵支援トルクＴが発生しない。

ここで、目標操舵角θ^＊を修正するための伝達関数の設計方法についてさらに説明する。

上記の（１）式を目標操舵角θ^＊と実際の操舵角θとの差分を示す式に変形すると、次に示す（４）式で表される。

・・・（４）

また、目標操舵角修正前の差分Δθ_before（＝η−θ）と、目標操舵角修正後の差分Δθ_after（＝θ−θ^＊）との関係は、次に示す（５）式で表すことが可能である。

・・・（５）

上記の（５）式中、Ｈ（ｓ）は、修正前の差分Δθ_beforeに対する修正後の差分Δθ_afterの差分である。従って、ゲインＨの特性を定めることで、ゲインＧ、すなわち、伝達関数を設計することが可能となる。

例えば、ドライバによる操舵によって、目標軌道の車線と異なる他の車線の走行が継続された場合、自車両の軌道を目標軌道に誘導するべく目標操舵角が導出されて定常的に操舵支援トルクＴが発生される。この場合、自車両が直進状態であっても、ドライバには、操舵支援トルクＴが付与され続けられ、ドライバは違和感を覚えることになる。このようなドライバの違和感を抑制、すなわち、操舵支援トルクＴを抑制するためには、Ｈ（ｓ）の定常ゲインをゼロに設定すればよい。この場合、上記の（２）式では、ｈをゼロに設定すればよい。

上記の（５）の例では、次の（６）式に示すように、ハイパスフィルタの特性を有するように定常ゲインをゼロに設定したＨ（ｓ）を設定すればよい。

・・・（６）

この場合、Ｇ（ｓ）は、次の（７）式に示すように、積分特性を有することになる。なお、この積分特性を用いる場合、積分の値を飽和させることが好ましい。

・・・（７）

一方、ドライバによる操舵によって、目標軌道に対して微小なずれが発生された場合にも、微小なずれに応じた目標操舵角と実際の操舵角に応じた操舵支援トルクＴがドライバに付与され、ドライバは煩わしさ等の違和感を覚える場合がある。このような目標操舵角導出部２２による目標操舵角θ^＊とドライバによる実際の操舵角θとの操舵干渉が微小値の場合、ドライバに操舵支援トルクＴの付与を抑制することが可能である。具体的には、目標操舵角修正前の差分Δθ_before（＝η−θ）に対する、目標操舵角修正後の差分Δθ_after（＝θ−θ^＊）の高周波ゲインが小さくなるようにＨ（ｓ）、Ｇ（ｓ）を設定すればよい。

例えば、上記の（５）の例では、次の（８）式に示す遅れ特性を有するようにＨ（ｓ）を設定すればよい。

・・・（８）

この場合、Ｇ（ｓ）は、次の（９）式に示すように、微分特性を有することになる。

・・・（９）

これらの点は、伝達関数の設定条件として予め定めることが可能である。第１の設定条件は、Ｇ（ｓ）が積分特性を有するようにして、低周波での操舵支援トルクＴを抑制する（例えば「０」）、というものである。第２の設定条件は、Ｇ（ｓ）が微分特性を有するようにして、高周波での操舵支援トルクＴを抑制する、というものである。

第１の設定条件による積分特性の伝達関数を用いることで、継続的にドライバが目標操舵角に抗う操舵を継続するという状況の違和感を解消可能である。第２の設定条件による微分特性の伝達関数を用いることで、目標操舵角θ^＊とドライバによる実際の操舵角θとが僅かな操舵干渉である場合にも操舵支援トルクＴが付与される状況の違和感を解消可能である。

なお、上記の伝達関数は、積分特性及び微分特性について、何れか一方を予め設定しておいてもよく、自車両の走行に関係する状況（例えば、自車両の周囲の交通状況等の環境状況や走行状況等）に応じて切り替えてもよく、予め定めた規則に従って切り替えてもよい。

操舵支援装置１０を構成する目標操舵角導出部２２、操舵支援トルク算出部２４及び目標操舵角修正部２６は、例えば、図５に示すコンピュータ２００によって構成することができる。コンピュータ２００は、バス２１０を介して相互に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、主記憶装置２０２、補助記憶装置２０３、入出力部（Ｉ／Ｏ）２０４を含んで構成されている。カメラ１１、操舵角センサ１１０及びモータ駆動回路１３５（図２参照）は、入出力部（Ｉ／Ｏ）２０４に接続される。

補助記憶装置２０３は、Hard Disk Drive（ＨＤＤ）、solid state drive（ＳＳＤ）、フラッシュメモリ等の不揮発性の記憶装置によって構成されている。補助記憶装置２０３には、コンピュータ２００を、目標操舵角導出部２２、操舵支援トルク算出部２４及び目標操舵角修正部２６としてそれぞれ機能させるための、目標操舵角導出プログラム２１１、目標操舵角修正プログラム２１２及び操舵支援トルク算出プログラム２１４が記憶されている。

ＣＰＵ２０１は、目標操舵角導出プログラム２１１、目標操舵角修正プログラム２１２及び操舵支援トルク算出プログラム２１４を順次補助記憶装置２０３から読み出して主記憶装置２０２に展開し、上記の各プログラムが有する各処理を実行することで、目標操舵角導出部２２、操舵支援トルク算出部２４及び目標操舵角修正部２６として機能する。なお、上記の各プログラムにより実現される機能は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の半導体集積回路によって実現することも可能である。

以下、操舵支援装置１０の動作について説明する。図６は、操舵支援装置１０において実施される処理の流れを示すフローチャートである。図６に示す処理は、定期的に繰り返し実行される。

ステップＳ１において、目標操舵角導出部２２は、カメラ１１から出力される前方画像の画像データを取得する。このステップＳ１の処理は、自車両の走行に関係する状況のうちの環境状況である自車両の周囲の交通状況を示す情報を取得する処理の一例である。

ステップＳ２において、目標操舵角導出部２２は、ステップＳ１で取得した画像データを用いて目標操舵角を導出する。このステップＳ２では、例えば、車線の中央を走行する軌道を追従するための操舵角を予測目標操舵角ηとして算出される。この予測目標操舵角ηは、画像データから機械的に算出される目標操舵角である。そして、目標操舵角導出部２２は、目標操舵角修正部２６からの指示、すなわち後述する目標操舵角修正部２６において算出される修正量を加味して目標操舵角を導出する。ここでは、目標操舵角導出部２２は、まず、予測目標操舵角ηを、目標操舵角として導出する。

なお、目標操舵角導出部２２が姿勢算出機能、目標軌道算出機能及び目標操舵角算出機能の各機能を実現する実現部機能を有する場合は、取得した画像データによって示される画像から予測目標操舵角ηを算出する。具体的には、路面上の白線のエッジを検出することで、自車両が走行している車線を特定すると共に、車線に対する自車両の姿勢（位置及び向き）を算出する。次に、算出された車線の中央を走行する軌道を、自車両の目標軌道として定め、算出された自車両の姿勢（車線に対する自車両の位置及び向き）を加味して、目標軌道を追従するための操舵角を予測目標操舵角η（機械的な目標操舵角）として算出する。

ステップＳ３において、操舵支援トルク算出部２４は、操舵角センサ１１０から出力される操舵角検出信号によって示されるドライバの操舵による操舵角θを取得する。なお、目標操舵角導出部２２において自車両の走行状況を示す情報に、当該操舵角θが取得済みの場合は、目標操舵角導出部２２から取得してもよい。

ステップＳ４において、操舵支援トルク算出部２４は、目標操舵角修正部２６により目標操舵角が修正される前の自車両の操舵角θと予測目標操舵角ηとの差分Δθ_before（＝η−θ）を算出する。すなわち、目標操舵角修正部２６において算出される修正量を加味する以前の目標操舵角である予測目標操舵角ηを用いて差分Δθ_beforeを算出する。

ステップＳ５において、目標操舵角修正部２６は、予測目標操舵角ηによる目標操舵角から、差分Δθ_beforeを用いた目標操舵角θ^＊に修正する指示命令を目標操舵角導出部２２に出力する。すなわち、目標操舵角修正部２６は、差分Δθ_beforeに応じた大きさの修正量を算出し、予測目標操舵角ηと合成することで、予測目標操舵角ηにドライバによる操舵角θを反映させるように修正量を伴う指示命令を目標操舵角導出部２２に出力する。具体的には、目標操舵角修正部２６は、操舵角θ及び目標操舵角θ^＊を制御入力とし、（１）式、より具体的には（５）式に例示した演算処理を行い、演算結果の修正量を目標操舵角導出部２２に出力し、目標操舵角導出部２２において予測目標操舵角ηから差分Δθ_beforeに応じた大きさの目標操舵角θ^＊を導出させる。

ステップＳ６において、操舵支援トルク算出部２４は、取得した操舵角θと、目標操舵角導出部２２によって導出された目標操舵角θ^＊との差分Δθに応じた大きさの操舵支援トルクＴを算出する。操舵支援トルク算出部２４によって算出された操舵支援トルクＴの大きさを示すトルク指令値は、モータ駆動回路１３５に供給される。

ステップＳ７において、モータ駆動回路１３５は、操舵支援トルク算出部２４によって算出された大きさの操舵支援トルクを発生させるべくモータ１３０を駆動する。これにより、ステアリングシャフト１０２及びステアリングホイール１０１を介して操舵支援トルクがドライバに伝達される。

図７Ａ及び図７Ｂは、操舵支援装置１０の動作の一例を時間領域で示したグラフである。図７Ａは、ドライバが正弦波状に操舵した際における操舵角に関する時間特性を示し、図７Ｂは、操舵支援トルクに関する時間特性を示している。図７Ａに示すように、ドライバによる操舵角θに対して、目標操舵角導出部２２による目標操舵角θ^＊が位相遅れを持って追従している。図７Ａの黒線（一点鎖線）に「修正された目標操舵角」であり、ドライバ操舵角（赤線−実線）に追従するように修正されている。よって、図７Ｂに実線で示すように、操舵支援トルクＴも大幅に低減されている。また、図７Ｂには、従来の技術による操舵支援トルクを（青線−点線）で示した。本実施形態の操舵支援装置１０によれば、従来の技術による操舵支援トルクに比べて位相の進んだ操舵支援トルクＴが発生しており、ドライバに早期に情報を知らせることも期待できる。

このように、本実施形態に係る操舵支援装置１０によれば、操舵角θと目標操舵角θ^＊との差分Δθに応じて目標操舵角を修正するので、操舵支援効果を確保しつつ機械的に算出された目標操舵角と異なる操舵をドライバが意図的に行うことに起因するドライバの違和感を低減させることができる。

ここで、操舵支援トルクＴの大きさを、単純に操舵角θと機械的に算出された目標操舵角（予測目標操舵角η）との差分Δθ（＝θ−η）に比例させる場合を比較例の支援システムとして検討する。

比較例の支援システムは次の課題を有する。第１に、比較例の支援システムで生成される目標値が常に正しいとは限らない。第２に、比較例の支援システムにおいて自車両の周囲の環境について誤った判断をした場合には、ドライバの操作を阻害する可能性がある。第３に、ドライバの操舵を含む車両の操作には個人差があり、比較例の支援システムの目標値との干渉度合いが個人によって異なる。第４に、比較例の支援システムによる操舵の支援とドライバによる操舵との干渉によってドライバの煩わしさを感じる場合がある。

これに対して、本実施形態の操舵支援システムによれば、これらの課題を次に示すように解決可能である。本実施形態の操舵支援システムでは、ドライバの操作を優先し、操作が強く干渉した際には機械的に目標操舵角を導出する手段側にもフィードバックして、目標値を変更する。本実施形態の操舵支援システムでは、例えば、機械的に算出された目標操舵角が誤ったものであっても、ドライバによる操舵の阻害を抑制可能である。すなわち、ドライバの操舵を優先的に扱う。また、本実施形態の操舵支援システムには、ドライバによる操舵角と機械的に算出された目標操舵角との差分に応じてドライバに操舵支援トルクを付与し、適切な操作を促す機能は残存される。

なお、本実施形態では、機械的に算出された予測目標操舵角ηを修正して目標操舵角θ^＊を生成しているが，目標操舵角導出部２２において直接的に目標操舵角を変更してもよい。例えば、ドライバと同様にトルク信号をフィードバックし、目標操舵角導出部２２に、例えばドライバを模擬した筋骨格系モデルを備え、トルクに対するたわみで目標操舵角を修正するようにしてもよい。また、操舵支援トルクＴに対するドライバの特性を同定して、目標操舵角導出部２２に伝えられるトルク信号に応じて、ドライバと同様の反応をする構成でも良い。ドライバと同様の反応をする構成の一例には、ニューラルネットワーク等の構成があり、そのニューラルネットワーク等の構成を用いてドライバの挙動を学習させて、恰もドライバのように反応させればよい。

［第２実施形態］
上記実施形態では、操舵角θと目標操舵角θ^＊との差分Δθに応じて目標操舵角を修正したが、別の方法として、ドライバと同様に単純に操舵支援トルクＴを目標操舵角導出部２２に付与して、インピーダンスで切り戻される構成としても良い。この場合には伝達関数によるゲインは単純にスカラーになる。この場合、（１）式に示すように、ゲインの大きさに応じて差分が低減される。なお、ゲインは、Ｇ＜０とすることが好ましい。

図８Ａ及び図８Ｂは、図７Ａ及び図７Ｂと同様に、操舵支援装置１０の動作の一例を時間領域で示したグラフである。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、目標操舵角導出部２２により導出される目標操舵角θ^＊がドライバによる操舵角θに近づくように修正され、その結果、操舵支援トルクＴが低減される。

なお、上記実施例では、自車両の操舵角と目標操舵角との差分、又は操舵支援トルクを用いて、目標操舵角を修正する場合を説明したが、自車両の操舵角と目標操舵角との差分、及び操舵支援トルクの両方を用いて、目標操舵角を修正してもよい。

また、上記の各実施例では操舵支援トルクＴ（図７Ｂ及び図８Ｂ）が急変する場合もある。この場合は図９に一例を示すように、差分Δθを算出する箇所より後段側にローパスフィルタなどを挿入することで、急変を緩和することが可能となる。

以上、本開示の技術を実施形態を用いて説明したが、本開示の技術の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も開示の技術の技術的範囲に含まれる。

また、上記実施の形態では、補助記憶装置に記憶したプログラムを実行することにより行われる処理を説明したが、少なくとも一部のプログラムの処理をハードウエアで実現してもよい。

さらに、上記実施形態における処理は、プログラムとして光ディスク等の記憶媒体等に記憶して流通するようにしてもよい。

上記実施形態において、プロセッサとは広義的なプロセッサを指し、汎用的なプロセッサ（例えばCPU： Central Processing Unit、等）や、専用のプロセッサ（例えばGPU：Graphics Processing Unit、ASIC： Application Specific Integrated Circuit、FPGA： Field Programmable Gate Array、プログラマブル論理デバイス、等）を含むものである。

また上記実施形態におけるプロセッサの動作は、１つのプロセッサによって成すのみでなく、物理的に離れた位置に存在する複数のプロセッサが協働して成すものであってもよい。また、プロセッサの各動作の順序は上記各実施形態において記載した順序のみに限定されるものではなく、適宜変更してもよい。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

１０ 操舵支援装置
１１ カメラ
２２ 目標操舵角導出部
２４ 操舵支援トルク算出部
２６ 目標操舵角修正部
１００ ステアリングシステム
１０１ ステアリングホイール
１０２ ステアリングシャフト
１０３ ラックアンドピニオン式ステアリングギア
１０４ サイドロッド
１０５ ナックルアーム
１１０ 操舵角センサ
１２０ トルクセンサ
１３０ モータ
１３５ モータ駆動回路
１４０ タイヤ
２００ コンピュータ
２０２ 主記憶装置
２０３ 補助記憶装置

Claims (9)

1. 入力された指示及び自車両の走行に関係する状況に基づいて、目標操舵角を導出する目標操舵角導出部と、
   ドライバの操舵による前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に応じた大きさの操舵支援トルクを算出する操舵支援トルク算出部と、
   前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差、及び前記操舵支援トルクの少なくとも一方の物理量に基づいて、前記自車両の操舵角を維持しつつ、前記目標操舵角が前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に対応する角度より小さい角度になるように前記目標操舵角導出部に対して前記目標操舵角の修正の指示を行う目標操舵角修正部と、
   を含む操舵支援装置。
2. 前記目標操舵角修正部は、前記目標操舵角が徐々に前記自車両の操舵角に対応する角度になるように目標操舵角の修正の指示を行う
   請求項１に記載の操舵支援装置。
3. 前記目標操舵角修正部は、前記操舵支援トルク算出部において、前記操舵支援トルクとして、前記自車両の操舵角と前記自車両の走行に関係する状況に応じた目標操舵角との差に応じた大きさのトルクより小さいトルクが算出されるように前記修正の指示を行う
   請求項１に記載の操舵支援装置。
4. 前記目標操舵角導出部は、前記自車両の走行に関係する状況に応じた目標操舵角を予測する予測部と、予測された目標操舵角と入力された指示による修正量とを合成して目標操舵角を算出する合成部とを含み、
   前記目標操舵角修正部は、前記目標操舵角を前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に対応する角度より小さい角度にする修正量を算出し、前記修正量を用いて前記指示を行う
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の操舵支援装置。
5. 前記目標操舵角修正部は、前記自車両の操舵角と前記目標操舵角とを入力とし、前記目標操舵角を修正する角度を出力とする予め定めた伝達関数を用いて前記修正量を算出する
   請求項４に記載の操舵支援装置。
6. 前記伝達関数は、予め定めた積分特性及び予め定めた微分特性の少なくとも一方の時間特性を有する
   請求項５に記載の操舵支援装置。
7. 前記自車両の前方を撮影し、画像データを生成するカメラと、
   前記自車両の操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記操舵支援トルク算出部によって算出された大きさの操舵支援トルクを発生させるモータと、
   を更に含み、
   前記目標操舵角導出部は、前記画像データに基づいて、前記自車両の走行に関係する状況を算出する
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載の操舵支援装置。
8. コンピュータを、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の操舵支援装置の各部として機能させるためのプログラム。
9. ドライバの操舵による自車両の操舵角を検出するステップと、
   入力された指示及び自車両の走行に関係する状況に基づいて、目標操舵角を導出するステップと、
   前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に応じた大きさの操舵支援トルクを算出するステップと、
   前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差、及び前記操舵支援トルクの少なくとも一方の物理量に基づいて、前記自車両の操舵角を維持しつつ、前記目標操舵角が前記自車両の操舵角と前記目標操舵角との差に対応する角度より小さい角度になるように前記目標操舵角を修正の指示を行うステップと、
   を含む操舵支援方法。
   

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