【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両が車線から逸脱するのを防止するようにした車線逸脱防止装置や、横風等の外乱により車両がふらつくのを防止できるようにした自動操舵装置等に用いて好適の、操舵制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、前輪及び後輪をともに操舵する四輪操舵機構を利用して、レーンキープ制御（車線逸脱防止制御）等の操舵制御を行なうようにした技術が提案，開発されている。 例えば、特開平１０−１４７２５
１号公報等には、後輪側操舵機構の操舵アクチュエータを制御して車線逸脱を防止する技術が開示されている。

【０００３】また、このような四輪操舵機構のうち前輪側操舵機構及び後輪側操舵機構にそれぞれ前輪及び後輪を操舵するアクチュエータを設け、これらのアクチュエータを制御することで自動操舵を実現したいという要望もある。 この場合、種々のセンサ類からの情報に基づいて、車両の目標ヨーレイトを算出し、この目標ヨーレイトとなるように各アクチュエータに対する制御信号を出力して、前輪及び後輪を操舵するような技術が一般的に良く知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この目標ヨーレイトは、種々のセンサから入力される多数の情報（パラメータ）に基づいて算出されるが、センサからの情報にはさまざまなノイズが含まれており、また、車両自体にも路面の凹凸や横風等のさまざまな外乱が入力される。 したがって、算出された目標ヨーレイトは、このようなノイズを含んだものとなる。 なお、理想的には目標ヨーレイトからこのようなノイズを完全に除去するのが望ましいが、ノイズを除去すると補正が必要な外乱情報まで除去されてしまうという課題がある。

【０００５】また、前輪操舵機構にはハンドルが接続されているため、このようなノイズがアクチュエータに入力されると、ノイズの主に高周波成分に起因してハンドルが細かく左右に振られるという課題がある。 また、このようにハンドルが振動すると、ドライバはハンドルの細かい動きを抑制しようとして操舵力を入力する場合があるが、この場合、アクチュエータによる操舵とドライバによる操舵が干渉してしまい、この結果ドライバビリティが損なわれてしまうという課題がある。

【０００６】なお、特開平１０−１５２０６３号公報には、後輪側操舵機構に後輪を操舵する電動モータを設けた車両において、車両が走行レーンから逸脱しないように後輪の操舵制御を行なった場合に、運転者のハンドル操作と操舵制御とが干渉するのを防止するようにした技術が開示されている。 しかしながら、後輪のみの制御では車両挙動の低周波から高周波までを制御できず、上述の課題を何ら解決しうるものではなっかた。

【０００７】本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、前輪を操舵するアクチュエータと後輪を操舵するアクチュエータとをそれぞれそなえた車両の操舵制御において、前輪を操舵するアクチュエータに伝達される高周波成分を抑制して、ドライバの操舵とアクチュエータによる操舵との干渉を防止できるようにした、操舵制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の操舵制御装置では、車両の走行状態に基づいて目標ヨーレイト演算手段により車両の目標ヨーレイトが演算され、目標ヨーレイト演算手段で演算された目標ヨーレイトが周波数分離手段により低周波成分と高周波成分とに分離される。 そして、周波数分離手段で得られる目標ヨーレイトの低周波成分に基づいて車両の前輪を操舵する前輪操舵手段の作動が制御されるとともに、周波数分離手段で得られる目標ヨーレイトの高周波成分に基づいて後輪操舵手段の作動が制御される。

【０００９】また、請求項２記載の本発明の操舵制御装置は、上記請求項１において、ヨーレイト検出手段により車両の実ヨーレイトが検出されるとともに、横加速度検出手段により車両の横加速度が検出される。 また、ヨーレイト検出手段及び横加速度検出手段で得られた実ヨーレイト及び横加速度に基づいて外乱推定手段により、
車両に作用する外乱が推定される。 そして、目標ヨーレイト演算手段では、外乱推定手段で推定された外乱に対する影響を抑制するように目標ヨーレイトを演算する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の第１
実施形態にかかる操舵制御装置について説明すると、図１はその要部の機能に着目した模式的なブロック図、図２は本発明が適用される車両の操舵系について示す模式図、図３はその作用を説明するための図、図４はその制御シミュレーションの一例を示す図である。

【００１１】第１実施形態は、本発明の操舵制御装置を車線逸脱防止制御（レーンキープ制御）に適用したものであり、以下では、まず車両の操舵系の構成ついて簡単に説明する。 本発明が適用される車両１は、図２に示すように、前輪４１，４２のみならず後輪５１，５２も操舵可能な四輪操舵（４ＷＳ）システムをそなえて構成されている。 すなわち、この車両１には、前輪４１，４２
を操舵する前輪操舵機構１０及び後輪５１，５２を操舵する後輪操舵機構２０がそれぞれ設けられており、これらの操舵機構１０，２０により前輪４１，４２と後輪５
１，５２とがそれぞれ独立して操舵されるようになっている。

【００１２】このうち、前輪操舵機構１０にはドライバにより操舵力が入力される操舵ハンドル１１が設けられている。 操舵ハンドル１１はステアリングシャフト１２
を介してステアリングギヤボックス１３内のピニオンギヤ（図示省略）に接続され、ピニオンギヤはラック１４
と噛合している。 そして、操舵ハンドル１１が操作されると、ハンドル１１の回転運動が往復運動に変換されてラック１４に伝達されるようになっている。

【００１３】また、ラック１４の両端には左右タイロッド１５ａ，１５ｂが接続されている。 これらのタイロッド１５ａ，１５ｂは左右ナックルアーム１６ａ，１６ｂ
を介してそれぞれ左右前輪４１，４２に接続されており、これにより、ハンドル１１の操舵量に応じて左右前輪４１，４２が操舵されるようになっている。 また、図示するように、ステアリングギヤボックス１３には、前輪に操舵力を付与するアクチュエータとしての電動モータ（前輪操舵手段）１７が付設されている。 このモータ１７の回転軸は減速機構を介してラック１４に接続されており、モータ１７の作動に応じて前輪４１，４２が操舵可能に構成されている。

【００１４】また、後輪操舵機構２０は後輪を操舵するアクチュエータとしての電動モータ２１を備えている。
電動モータ２１の回転軸はステアリングギヤボックス２
２内において減速機構を介して軸方向に変位可能に支持されたリレーロッド２３に接続されており、モータ２１
の回転に応じてリレーロッド２３が軸方向に変位するようになっている。 また、リレーロッド２３側からの入力により電動モータ２１が回転駆動されることがないように、モータ２１とリレーロッド２３とは例えばボールネジ機構により接続されている。

【００１５】リレーロッド２３の両端にはタイロッド２
４ａ，２４ｂ及びナックルアーム２５ａ，２５ｂを介して左右後輪５１，５２が接続されており、左右後輪５
１，５２はリレーロッド２３の軸方向の変位に応じて操舵されるようになっている。 また、上記の各電動モータ１７，２１はいずれも後述する電子制御回路（ＥＣＵ）
３０に電気的に接続されており、ＥＣＵ３０からの制御信号に基づいてその作動が制御されるようになっている。

【００１６】次に、図１に基づいて、本第１実施形態における操舵制御装置の要部構成について説明すると、Ｅ
ＣＵ３０内には、車両の目標ヨーレイトを演算する目標ヨーレイト演算部（目標ヨーレイト演算手段）３１、上記目標ヨーレイト演算部３１で算出された目標ヨーレイトを低周波成分と高周波成分とに分離するフィルタ（周波数分離手段）３２、フィルタ３２で処理された情報に基づいて前後のモータ１７，２１の作動をそれぞれ制御する前輪舵角制御手段３３ａ及び後輪舵角制御手段３３
ｂが機能要素として設けられている。 なお、図１では、
便宜上ＥＣＵ３０を車両１の外に示すがＥＣＵ３０が車両１に設けられているのは言うまでもない。

【００１７】また、この車両１には、前方の道路状況を撮像するカメラ３７が設けられており、ＥＣＵ３０では、このカメラ３７からの画像情報に基づいて自車の走行している走行レーンや道路の曲がり具合が判定されるようになっている。 すなわち、ＥＣＵ３０にはカメラ３
７で撮像された画像情報に基づいて道路のレーンを認識するレーン認識手段４０が設けられている。 このレーン認識手段４０には、図示はしないが、カメラ３７で撮像された画像情報をディジタル変換するＡ／Ｄコンバータや、Ａ／Ｄコンバータで変換されたディジタル情報に基づいて画像処理を行なう画像処理手段や、画像処理手段で処理された情報に基づき道路状況を判定する道路状況判定手段等が設けられており、この道路状況判定手段では、上記画像情報に基づいて道路のレーンを区画する車線６１，６２（図３参照）を認識するとともに、この車線情報から自車の走行する走行レーンを認識するようになっている。

【００１８】また、図３に示すように、走行レーンの中央線（実際には存在しない仮想の線）を基準として道路の曲率ρが算出されるとともに、走行レーンの中央線に対する車両１の傾き角θ、即ち、対レーンヨー角θや、
車両１の横ずれ量ｙが算出されるようになっている。 なお、このようにカメラ３７からの画像情報を処理して走行レーンを認識したり、道路の曲率ρ，対レーンヨー角θ及び横ずれ量ｙを算出する技術は公知のものである。

【００１９】そして、目標ヨーレイト演算部３１では、
これら対レーンヨー角θと横ずれ量ｙと曲率ρとに基づいて、下式により車両の目標ヨーレイトｒ _tが算出されるようになっている。 ｒ _t ＝ｋ _y・ｙ＋ｋ _θ・θ＋ｋ _ρ・ρ（ｋ _y ，ｋ _θ ，
ｋ _ρはともに所定のゲイン） このようにして目標ヨーレイトｒ _tが算出されると、フィルタ３２により、目標ヨーレイトｒ _tの周波数が低周波成分と高周波成分とに分離されるようになっている。
ここで、フィルタ３２は、目標ヨーレイトｒ _tの低周波成分のみを抽出するローパスフィルタ３２ａと高周波成分のみを抽出するハイパスフィルタ３２ｂとから構成されており、ローパスフィルタ３２ａにより抽出された低周波成分は、前輪舵角制御手段３３ａに入力され、ハイパスフィルタ３２ｂにより抽出された高周波成分は、後輪舵角制御手段３３ｂに入力されるようになっている。

【００２０】これにより、目標ヨーレイトｒ _tの低周波成分が前輪操舵機構１０の電動モータ１７の制御量として出力され、高周波成分が後輪操舵機構２０の電動モータ２１の制御量として出力されるようになっている。 つまり、前輪操舵機構１０の電動モータ１７は、目標ヨーレイトｒ _tの低周波成分に基づいて前輪舵角制御手段３
３ａによりその作動が制御され、後輪操舵機構２０の電動モータ２１は、目標ヨーレイトｒ _tの高周波成分に基づいて後輪舵角制御手段３３ｂによりその作動が制御されるようになっているのである。

【００２１】なお、前輪操舵機構１０にはハンドル１１
からドライバの操舵力も入力されるが、この操舵力は加算部３６を介して電動モータ１７の操舵力に加算され、
ドライバによる操舵力と電動モータ１７の操舵力との合力により前輪４１，４２が操舵されるようになっている。 ところで、このように目標ヨーレイトｒ _tを低周波成分と高周波成分とに分離して、前輪側の制御では低周波領域のみを補償し、後輪側の制御では高周波領域のみを補償するのは、主に以下の理由による。

【００２２】即ち、目標ヨーレイトを算出するために、
ＥＣＵ３０には種々のセンサから多数の情報（パラメータ）が入力されるが、このような情報にはノイズが含まれており、また、車両１自体にも路面の凹凸や横風等のさまざまな外乱が入力される。 したがって、算出された目標ヨーレイトは、このようなノイズや外乱を含んだものとなるが、目標ヨーレイトからノイズの高周波成分を除去すると外乱の影響を抑制するのが困難となる。

【００２３】一方、前輪操舵機構１０にはハンドル１１
が接続されているため、このようなノイズの高周波成分がハンドル１１に伝達されるとハンドル１１が細かく振動する。 ドライバはハンドル１１の細かい動きを抑制しようとするため、ドライバによる操舵とモータ１７による操舵とが干渉してしまい、この結果、ドライバビリティが損なわれてしまう。

【００２４】そこで、本第１実施形態では、算出された目標ヨーレイトを低周波成分と高周波成分とに分離して、前輪側の制御では低周波領域のみを補償し、後輪側の制御では高周波領域のみを補償しているのである。 このように目標ヨーレイトを低周波成分と高周波成分とに分離することにより、前輪側では、電動モータ１７に入力される高周波ノイズが低減されてハンドル１１の振動が抑制され、ハンドル１１から入力される操舵とモータ１７による操舵との干渉が低減される。 したがって、ドライバによる操舵との協調制御が可能となる。 また、後輪側操舵機構２０で高周波領域を補償することで制御の安定性を確保することができる。

【００２５】本発明の第１実施形態にかかる操舵制御装置は上述のように構成されているので、以下のようにして前輪操舵機構及び後輪操舵機構が操舵される。 すなわち、まずカメラ３７で前方の道路状況が撮像され、この画像情報から走行レーンが認識され、道路の曲率ρ，対レーンヨー角θ及び横ずれ量ｙが算出される。 そして、
これら対レーンヨー角θと横ずれ量ｙとに基づいて目標ヨーレイト演算部３１で目標ヨーレイトｒ _tが算出される。

【００２６】目標ヨーレイトｒ _tが算出されると、この目標ヨーレイトｒ _tの周波数がローパスフィルタ３２ａ
及びハイパスフィルタ３２ｂを介して分離される。 そして、目標ヨーレイトｒ _tの低周波成分に基づいて前輪操舵機構１０の電動モータ１７の作動が制御され、目標ヨーレイトｒ _tの高周波成分に基づいて後輪操舵機構２０
の電動モータ２１の作動が制御される。

【００２７】これにより、対レーンヨー角θや横ずれ量ｙがとも０になるように前輪操舵機構１０及び後輪操舵機構２０が制御されて、車両１の走行レーンからの逸脱が防止される。 図４はこのような操舵制御装置を用いてレーンキープ制御を行なったときのシミュレーションの結果を示す特性を示す図であり、（ａ）は車両１の横ずれ量、（ｂ）は車両１の対レーンヨー角、（ｃ）は目標ヨーレイト、（ｄ）は前輪舵角、（ｅ）は後輪舵角の特性を示している。

【００２８】図４（ｃ）に示すように、目標ヨーレイトはノイズの影響を受けて変動しているが、これを低周波成分と高周波成分とに分離して、低周波成分及び高周波成分に基づいてそれぞれ前輪及び後輪の舵角を制御することにより、図４（ｄ）に示すように、前輪側では高周波ノイズが低減して周波数の低い制御となり、舵角の変動幅が低減する。 また、図４（ｅ）に示すように、後輪側は周波数の高い制御となる。

【００２９】そして、このような特性で前輪及び後輪を操舵することにより、図４（ａ），（ｂ）に示すように車両１の横ずれ量及びヨー角がともに０に収束し、安定した制御が行なわれる。 特に、目標ヨーレイトｒ _tの低周波成分に基づいて前輪操舵機構１０の電動モータ１７
の作動を制御することで、各センサから入力されるノイズが低減されて、ハンドル１１に伝えられる細かな振動が大幅に低減する。 したがって、電動モータ１７の作動時の操舵フィーリング及びドライバビリティが大幅に向上する。 さらに、ハンドル１１に伝達される振動が低減されることで、振動を抑制しようとするドライバの操舵力も低減され、結果的にドライバの操舵と電動モータ１
７による操舵との干渉が防止でき、ドライバや乗員にとって違和感のない操舵制御が実行される。 また、後輪側操舵機構２０で高周波領域を補償することで制御の安定性が確保される。

【００３０】なお、目標ヨーレイトの算出手法については上述のものに限定されるものではなく、例えばナビゲーションシステム等を利用して前方の道路の曲率や自車の横ずれ量を検出し、これに基づいて目標ヨーレイトを算出するもの等、他の種々の手法が適用可能である。 また、上記のゲイン算出式において、ｋ _ρ・ρの項を省略してゲインを求めてもよい。

【００３１】次に、本発明の第２実施形態にかかる操舵制御装置について説明すると、図５はその要部の機能に着目した模式的なブロック図である。 この第２実施形態は、本発明の操舵制御装置を、車両１に作用する外乱を推定してこの外乱を抑制するべく操舵を行なうような外乱抑制制御に適用したものであり、第１実施形態に対して、主にＥＣＵ３０の機能構成が異なっている。 したがって、以下では、主にＥＣＵ３０の構成について説明する。 なお、車両１の操舵機構については第１実施形態と同様に構成されているため、その詳細な説明は極力省略する。

【００３２】図５に示すように、ＥＣＵ３０には、第１
実施形態と同様に、車両の目標ヨーレイトを演算する目標ヨーレイト演算部（目標ヨーレイト演算手段）３１、
上記目標ヨーレイト演算部３１で算出された目標ヨーレイトを低周波成分と高周波成分とに分離するフィルタ（周波数分離手段）３２、フィルタ３２で処理された情報に基づいて前後のモータ１７，２１の作動をそれぞれ制御する前輪舵角制御手段３３ａ及び後輪舵角制御手段３３ｂが機能的に設けられている。 また、フィルタ３２
は、目標ヨーレイトｒ _tの低周波成分のみを抽出するローパスフィルタ３２ａと高周波成分のみを抽出するハイパスフィルタ３２ｂとから構成されており、ローパスフィルタ３２ａにより抽出された低周波成分は、前輪舵角制御手段３３ａに入力され、ハイパスフィルタ３２ｂにより抽出された高周波成分は、後輪舵角制御手段３３ｂ
に入力されるようになっている。

【００３３】一方、このＥＣＵ３０には外乱推定部（外乱推定手段）３８が設けられている。 そして、この外乱推定手段３８では、車両１に設けられたヨーレイトセンサ３４及び横加速度センサ３９から得られるヨーレイトｒ及び横加速度ｙｇに基づいて、車両に作用する外乱φ
が推定されるようになっている。 ここで、外乱は、例えば定常状態では力の釣り合いから路面勾配の外乱を推定することができ、過渡状態であってもハンドル角センサを追加すれば、外乱を推定することが可能である。

【００３４】そして、この外乱推定手段３８で外乱φが推定されると、この外乱φが目標ヨーレイト演算部３１
に入力されて、この外乱φを抑制するための目標ヨーレイトｒ _tが下式に基づいて算出されるようになっている。 ｒ _t ＝ｋ _φ・φ（ｋ _φは所定のゲイン） このようにして目標ヨーレイトｒ _tが算出されると、ローパスフィルタ３２ａ，及びハイパスフィルタ３２ｂにより目標ヨーレイトｒ _tの周波数が低周波成分と高周波成分とに分離され、このうち低周波成分は前輪舵角制御手段３３ａに入力されるとともに高周波成分は後輪舵角制御手段３３ｂに入力されるようになっている。

【００３５】そして、前輪舵角制御手段３３ａにより、
目標ヨーレイトｒ _tの低周波成分に基づいて前輪操舵機構１０の電動モータ１７の作動が制御され、後輪舵角制御手段３３ｂにより、目標ヨーレイトｒ _tの高周波成分に基づいて後輪操舵機構２０の電動モータ２１の作動が制御されるようになっている。 また、ハンドル１１から前輪操舵機構１０に入力されるドライバの操舵力は、加算部３６を介して電動モータ１７の操舵力に加算され、
ドライバによる操舵力と電動モータ１７の操舵力との合力により前輪４１，４２が操舵されるようになっている。

【００３６】本発明の第２実施形態にかかる操舵制御装置は上述のように構成されているので、外乱の影響を抑制する（又は相殺する）ように前輪操舵機構１０及び後輪操舵機構２０が制御されて、車両１のふらつき等が防止される。 また、目標ヨーレイト演算部３１で算出された目標ヨーレイトｒ _tを低周波成分と高周波成分とに分離して、低周波成分に基づいて前輪操舵機構１０の電動モータ１７の作動を制御し、且つ、高周波成分に基づいて後輪操舵機構２０の電動モータ２１の作動を制御することで、上記第１実施形態と同様の作用，効果を得ることができる。

【００３７】すなわち、目標ヨーレイトｒ _tの低周波成分に基づいて前輪操舵機構１０の電動モータ１７の作動が制御されることで、外乱による高周波ノイズが低減されて、ハンドル１１に伝えられる細かな振動が大幅に低減される。 そして、これにより、電動モータ１７の作動時の操舵フィーリング及びドライバビリティが大幅に向上する。 さらに、ハンドル１１に伝達される振動が低減されることで、振動を抑制しようとするドライバの操舵力も低減され、結果的にドライバの操舵と電動モータ１
７による操舵との干渉が大幅に抑制されて、ドライバや乗員にとって違和感のない操舵制御が実行される。 また、後輪側操舵機構２０で高周波領域を補償することで制御の安定性が確保される。

【００３８】なお、目標ヨーレイトの算出手法については上述のものに限定されるものではなく、他の種々のセンサからの情報に基づいて外乱を演算してもよい。 また、本発明の操舵制御装置は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である、例えば第１実施形態において、ヨーレイトセンサ３４や横加速度センサ３９を追加して、これらのセンサから得られる情報をフィードバックして制御を実行するようにしてもよい。

【００３９】また、前輪操舵機構１０及び後輪操舵機構２０に適用されるアクチュエータは電動モータに限定されるものではなく、流体圧により作動するアクチュエータ（例えば油圧シリンダ機構）等種々のアクチュエータを適用することができる。 また、上述の各実施形態で説明した細部の構成についても、種々変形可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１にかかる本発明の操舵制御装置によれば、目標ヨーレイト演算手段で車両の走行状態に基づいて目標ヨーレイトを演算し、目標ヨーレイト演算手段で演算された目標ヨーレイトを周波数分離手段で低周波成分と高周波成分とに分離するとともに、周波数分離手段で得られる目標ヨーレイトの低周波成分に基づいて、車両の前輪を操舵する前輪操舵手段の作動を制御し、周波数分離手段で得られる目標ヨーレイトの高周波成分に基づいて後輪操舵手段の作動を制御するという簡素な構成で、前輪を操舵する前輪操舵手段に伝達されるノイズが極力抑制されて、ドライバの操舵と前輪操舵手段による操舵との干渉を防止でき、ドライバによる操舵との協調制御が可能となる。 また、後輪操舵手段により高周波領域を補償することで制御の安定性を確保することができ、ドライバや乗員にとって違和感のない操舵制御が実行できる利点がある。

【００４１】また、請求項２にかかる本発明の操舵制御装置によれば、目標ヨーレイト演算手段が、外乱推定手段で推定された外乱に基づいて目標ヨーレイトを演算するので、この外乱を抑制するように制御を行なうことで、上記請求項１の効果に加えて、車両のふらつき等を防止した操舵制御を実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる操舵制御装置の要部の機能に着目した模式的なブロック図である。

【図２】本発明が適用される車両の操舵系について示す模式図である。

【図３】本発明の第１実施形態にかかる操舵制御装置の作用を説明するための図である。

【図４】本発明の第１実施形態にかかる操舵制御装置の制御シミュレーションの一例を示す図である。

【図５】本発明の第２実施形態にかかる操舵制御装置の要部の機能に着目した模式的なブロック図である。

【符号の説明】

１ 車両 １７ アクチュエータとしての電動モータ（前輪操舵手段） ２１ アクチュエータとしての電動モータ（後輪操舵手段） ３１ 目標ヨーレイト演算部（目標ヨーレイト演算手段） ３２ フィルタ（周波数分離手段） ３２ａ ローパスフィルタ ３２ｂ ハイパスフィルタ ３４ ヨーレイトセンサ（ヨーレイト検出手段） ３８ 外乱推定部（外乱推定手段） ３９ 横加速度センサ（横加速度検出手段） ４１，４２ 前輪 ５１，５２ 後輪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 李 載寛 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3D032 CC04 CC06 DA03 DA29 DA33 DA88 DC12 DC13 EA05 EA06 EB04