JP5389360B2 - 車線追従制御装置および車線追従制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車線追従制御装置および車線追従制御方法に係り、特に、自車両が走行路から逸脱しないようにアクチュエータを駆動して車線に追従させる車線追従制御装置および車線追従制御方法に関する。

近年、カメラ等で撮像した画像の画像処理等により自車両前方の車線を検出し、その情報に基づいて自車両が走行路の左右の車線を逸脱することを防止し、車線に追従して走行するように自車両を制御する車線追従制御技術の開発が進んでいる。

特許文献１では、走行路の形状に基づいて算出される基本操舵アシストトルクと、走行路の中心線等の基準線からの自車両の横位置偏差や走行路に対する自車両の角度偏差に基づいて算出される補正操舵アシストトルクとから、走行路に沿って自車両を走行させるための出力操舵アシストトルクを算出し、算出した出力操舵アシストトルクに基づいて自車両の操舵車輪を転舵するアクチュエータを駆動する車線追従制御技術が提案されている。
特開２００１−１０５１８号公報

しかしながら、引用文献１に記載の車線追従制御技術では、自車両の車線に対する追従性能の点では効果が期待できるが、そのように制御される車両のドライバにとっては、そのような制御が開始された時点で、勝手に或いは自分の意思に反してステアリングホイールが転舵され、車両が強引に走行路に引き戻されるような違和感を与えてしまう虞があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ドライバが行うであろう車両制御に近い動作を行わせることでドライバに違和感を与えることなく車線追従制御を行うことが可能な車線追従制御装置および車線追従制御方法を提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、第１の発明は、車線追従制御装置において、
自車両の周囲の車線を検出して自車両が走行する走行路を検出する走行路検出手段と、
前記走行路の基準線からの自車両の横位置偏差および前記基準線に対する自車両の進行方向の角度偏差に基づいてＰＩＤ制御により自車両を転回させるアクチュエータを制御するための前記横位置偏差に対応する第１制御量および前記角度偏差に対応する第２制御量をそれぞれ算出する制御量算出手段と、
前記制御量算出手段により算出された当該第１制御量および当該第２制御量に対して遅延処理をそれぞれ独立に施し、遅延させた第１制御量および第２制御量をそれぞれ前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ制御装置に出力する遅延処理手段と、を備え、
前記遅延処理は、前記第１制御量および前記第２制御量に対して、少なくとも、出力開始タイミングを遅延、または収束時間を長くする処理であり、
前記遅延処理手段は、前記第１制御量に対する遅延量を前記第２制御量に対する遅延量よりも大きくすることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明の車線追従制御装置において、前記第１制御量および前記第２制御量に対する遅延量は、人為的に変更可能とされていることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明の車線追従制御装置において、前記第１制御量および前記第２制御量に対する遅延量は、学習により変更可能とされていることを特徴とする。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明の車線追従制御装置において、前記制御量算出手段は、前記横位置偏差および前記角度偏差に対してそれぞれ目標ヨーレートまたは目標ステアリング角度を演算し、算出した各目標ヨーレートまたは各目標ステアリング角度に基づいて前記第１制御量と前記第２制御量を算出することを特徴とする。

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明の車線追従制御装置において、前記角度偏差に対応する第２制御量は、自車両が前記走行路の基準線に平行な方向を向くように前記アクチュエータに自車両の操舵車輪を転舵させるための制御量であることを特徴とする。

第６の発明は、車線追従制御方法において、
自車両の周囲の車線を検出して自車両が走行する走行路を検出する走行路検出工程と、
前記走行路の基準線からの自車両の横位置偏差および前記基準線に対する自車両の進行方向の角度偏差に基づいてＰＩＤ制御により自車両を転回させるアクチュエータを制御するための前記横位置偏差に対応する第１制御量および前記角度偏差に対応する第２制御量をそれぞれ算出する制御量算出工程と、
前記制御量算出工程で算出された当該第１制御量および当該第２制御量に対して遅延処理をそれぞれ独立に施し、遅延させた第１制御量および第２制御量をそれぞれ前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ制御装置に出力する遅延処理工程と、を有し、
前記遅延処理は、前記第１制御量および前記第２制御量に対して、少なくとも、出力開始タイミングを遅延、または収束時間を長くする処理であり、
前記遅延処理工程では前記第１制御量に対する遅延量を前記第２制御量に対する遅延量よりも大きくすることを特徴とする。

第１および第６の発明によれば、走行路検出手段で走行路が検出されて自車両の横位置偏差や角度偏差が算出されると、即座に横位置偏差や角度偏差に基づいて自車両の操舵車輪を転舵して自車両を転回させるのではなく、横位置偏差に対応する第１制御量や角度偏差に対応する第２制御量を時間遅れを持たせ、遅延させてアクチュエータ駆動装置に出力することで、ドライバが、自車両が車線に接近していると認識してから実際にステアリングホイールの操舵を開始するまでのタイムラグと同程度の遅れをもった状態で自車両の操舵車輪が転舵される。

そのため、ドライバにとっては、車線追従の自動制御が働いて車両が強引に走行路に引き戻されるような違和感を覚えることがなく、自らが行うであろう車両制御に近い動作を自車両が行っていると感じるようになる。このようにして、よりドライバの感覚に合った車線追従制御を行うことが可能となり、ドライバとの干渉が少ない車線追従制御を実現することが可能となる。
また第１および第６の発明によれば、第１制御量に対する遅延量を、第２制御量に対する遅延量よりも大きくすることで、まず自車両の進行方向が走行路の基準線に平行な方向に向けられた後に、自車両を走行路の基準線に沿うように走行させるように操舵車輪の転舵が行われる。そのため、ドライバが自分の運転感覚に合うと感じるようにすることが可能となるとともに、自車両が車線を逸脱することがより確実に防止することが可能となり、前記各発明の車線追従制御の安全性を向上させることが可能となる。

第１および第６の発明によれば、第１制御量や第２制御量に対して出力開始タイミングを遅延、または収束時間を長くさせる遅延処理を施すことで、容易かつ的確に第１制御量や第２制御量を遅延させてアクチュエータ駆動装置に出力することが可能となる。

第２の発明によれば、前記各発明の効果に加え、第１制御量や第２制御量に対する遅延量を人為的に変更可能とすることで、ドライバの運転技術や経験等に合わせて車線追従制御を行わせることが可能となり、よりドライバの感覚に合い、ドライバとの干渉がより少ない車線追従制御を実現することが可能となる。

第３の発明によれば、前記各発明の効果に加え、第１制御量や第２制御量に対する遅延量を学習により変更可能とすることで、出力開始タイミングや収束時間をドライバの癖に自動的に適合させることが可能となり、ドライバの感覚に合い、ドライバとの干渉が少ない車線追従制御を実現することが可能となる。

第４の発明によれば、前記各発明の効果に加え、横位置偏差や角度偏差に対して演算された目標ヨーレートや目標ステアリング角度に基づいて第１制御量と第２制御量を算出することで、例えばＰＩＤ制御を的確に行うことが可能となる。

第５の発明によれば、角度偏差に対応する第２制御量を、自車両が走行路の基準線に平行な方向を向くようにアクチュエータに自車両の操舵車輪を転舵させるための制御量とすることで、自車両の進行方向を走行路の基準線に平行な方向に向け、自車両が車線を逸脱することを的確に防止することが可能となり、前記各発明の効果がより的確に発揮される。

以下、本発明に係る車線追従制御装置および車線追従制御方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る車線追従制御装置により実現される車線追従制御方法の処理の手順を示すフローチャートである。以下、このフローチャートに従って、車線追従制御装置の構成および機能について説明する。

本実施形態に係る車線追従制御装置１は、図２に示すように、走行路検出手段２と、制御手段３とを備えており、制御手段３は、制御量算出手段４および遅延処理手段５で構成されている。また、制御量算出手段４と遅延処理手段５とは、それぞれ独立に処理を行う第１制御量算出手段４１および第２制御量算出手段４２と第１遅延処理手段５１および第２遅延処理手段５２とで構成されており、第１遅延処理手段５１と第２遅延処理手段５２とから第１制御量と第２制御量とがそれぞれ出力され、自車両の進行方向を転回させるアクチュエータａを駆動するアクチュエータ駆動装置Ａに入力されるようになっている。

また、制御手段３には、車速センサやヨーレートセンサ、ステアリングホイールの舵角を測定する舵角センサ等のセンサ類Ｑが接続されており、必要に応じて自車両の車速やヨーレート、ステアリングホイールの舵角等の情報が入力されるようになっている。なお、ヨーレートセンサの代わりに自車両の車速等からヨーレートを推定する装置等を用いることも可能である。

なお、本実施形態では、アクチュエータａが自車両の操舵車輪（本実施形態では前輪）を転舵するパワーステアリング用の電動モータであり、アクチュエータ駆動装置Ａが電動モータを駆動させる電動パワーステアリングＥＣＵであり、第１制御量と第２制御量とがそれぞれ電動パワーステアリング制御装置に対するパワーステアリング指示電流値ｉｃ（Ｘ）、ｉｃ（θ）である場合について説明する。

しかし、本発明は、車線追従のために自車両に少なくともヨー角加速度を発生させるものであれば、制御手法や制御対象は上記の場合に限定されず、本実施形態の他にも、例えば、自車両の左右の車輪に対してそれぞれ独立にブレーキ力を含む駆動力を与えて少なくともヨー角加速度を発生させるように構成し、そのアクチュエータを駆動させる制御装置を制御するために必要な指示電流値や指示電圧値等を車線追従制御装置から出力するような場合にも適用される。

走行路検出手段２では、図３に示すように、撮像手段２１で撮像した画像に基づいて自車両の周囲の車線を検出して自車両が走行する走行路を検出する走行路検出工程が行われるようになっている（図１のステップＳ１）。

なお、走行路検出手段２は、自車両の周囲の車線を検出して自車両が走行する走行路を検出できるものであればよく、特定の手法に限定されない。例えば、特許文献１に示される単眼のＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラによる画像中から車線を抽出するものであってもよい。本実施形態の走行路検出手段２は、例えば本出願人が先に提出した特開２００６−３３１３８９号公報に記載の車線認識装置をベースに構成される。構成の詳細な説明は同公報に委ねるが、以下、簡単にその構成について説明する。

走行路検出手段２では、ＣＣＤカメラ等で構成され例えばフロントガラスの内側に車幅方向に所定の間隔をあけて取り付けられたメインカメラ２１ａおよびサブカメラ２１ｂ等よりなる撮像手段２１で自車両の周囲、特にその前方を撮像し、一対の撮像画像を出力する。一対の撮像画像は、変換手段２２であるＡ／Ｄコンバータ２２ａ、２２ｂでそれぞれ画素ごとに輝度値を有するデジタル画像に変換され、画像補正部２３でノイズの除去等を含む輝度値の補正等の画像補正が行われた後、画像データメモリ２４に格納されるとともに画像処理手段２５に送信されるようになっている。

画像処理手段２５のイメージプロセッサ２５ａでは、一対の撮像画像に対してステレオマッチング処理とフィルタリング処理等が行われ、三角測量の原理に基づいて撮像画像の各画素に対してそれぞれ実空間上の距離が算出され、それぞれ距離データとして距離データメモリ２５ｂに格納されるようになっている。

走行路検出手段２の検出手段２６は、１つのＥＣＵとして図示しないＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等がバスに接続されたマイクロコンピュータで構成されており、検出手段２６の車線検出部２６ａでは、画像データメモリ２４から一方の撮像画像を読み出し、距離データメモリ２５ｂから距離データを読み出して、撮像画像中に車線を検出するようになっている。

すなわち、車線検出部２６ａは、画像データメモリ２４からメインカメラ２ａで撮像された撮像画像Ｔ（図４参照）の各画素の輝度値の情報を読み出し、撮像画像Ｔ上の１画素幅の図示しない水平ライン上で画素の輝度値が閾値以上に大きく変化する等の条件を満たす画素を検出する。その際、その画素に対応する距離データに基づいて実空間上に算出される位置が道路面上にあればその点を車線上の点とし、道路面上になければ除外する。そして、この処理を、水平ラインを撮像画像Ｔの下側から上向きに１画素幅ずつオフセットさせながら順次行う。

車線検出部２６ａは、このようにして、図５に示すように、撮像画像Ｔ上で自車両の左右に車線ＬＬ、ＬＲをそれぞれ検出するようになっている。車線検出部２６ａは、このようにして検出した左右の車線ＬＬ、ＬＲの情報等を図示しないメモリに保存するようになっている。

走行路検出部２６ｂ（図２参照）は、車線検出部２６ａで検出された左右の車線ＬＬ、ＬＲの情報を実空間における位置に変換して自車両が走行する走行路を検出するようになっている。走行路検出部２６ｂは、このようにして実空間上の位置に変換した左右の車線ＬＬ、ＬＲの情報等を図示しないメモリに保存するようになっている。

なお、走行路検出部２６ｂにおいて、左右の車線ＬＬ、ＬＲの車線モデルを形成するように構成することも可能である。具体的には、図６（Ａ）の水平形状モデルおよび図６（Ｂ）の道路高モデルに示すように、例えば自車両前方の実空間を自車両の位置からの距離Ｚ７までの各区間に分け、各境界線における左右の車線ＬＬ、ＬＲの情報に基づいてそれぞれの区間内の車線を区間ごとに三次元の直線式で近似し、それらを折れ線状に連結して車線モデルを形成する。なお、図６（Ａ）、（Ｂ）では、自車両のメインカメラ２ａおよびサブカメラ２ｂの中央位置の真下の道路面上の点を原点とし、自車両の進行方向すなわち車長方向にＺ軸、車幅方向すなわち左右方向にＸ軸、車高方向すなわち上下方向にＹ軸がとられている。

また、走行路検出部２６ｂは、検出した左右の車線ＬＬ、ＬＲの情報に基づいて、自車両が走行する走行路の基準線として走行路の中心線を算定して、走行路の中心線からの自車両の横位置偏差ΔＸおよび中心線に対する自車両の進行方向の角度偏差Δθを算出するようになっている（図１のステップＳ２、Ｓ３）。

具体的には、走行路検出部２６ｂは、図７に示すように、実空間上の位置に変換した左右の車線ＬＬ、ＬＲの情報に基づいて、左右の車線ＬＬ、ＬＲの内側の部分を走行路Ｒとし、左右の車線ＬＬ、ＬＲの中間の位置を結んで走行路Ｒの中心線ＣＬを算定する。そして、原点すなわち自車両のメインカメラ２ａおよびサブカメラ２ｂの中央位置の真下の道路面上の点と走行路Ｒの中心線ＣＬとのＸ軸方向の距離を横位置偏差ΔＸとして算出し、自車両の進行方向すなわちＺ軸と走行路Ｒの中心線ＣＬとのなす角度を角度偏差Δθとして算出するようになっている。

なお、この横位置偏差ΔＸおよび角度偏差Δθの算出は、下記の制御量算出手段４（第１制御量算出手段４１、第２制御量算出手段４２）で行うように構成することも可能である。

走行路検出部２６ｂは、算出した横位置偏差ΔＸおよび角度偏差Δθをメモリに保存するとともに、図２に示すように、横位置偏差ΔＸを第１制御量算出手段４１に、角度偏差Δθを第２制御量算出手段４２にそれぞれ出力するようになっている。

第１制御量算出手段４１と第２制御量算出手段４２では、それぞれ横位置偏差ΔＸや角度偏差Δθに基づいて、ＰＩＤ制御により自車両の進行方向を転回させるアクチュエータａを制御するための横位置偏差ΔＸに対応する第１制御量および角度偏差Δθに対応する第２制御量をそれぞれ算出する制御量算出工程が行われるようになっている（図１のステップＳ４、Ｓ５）。

前述したように、本実施形態では、アクチュエータａが自車両の操舵車輪を転舵するパワーステアリング用の電動モータであり、アクチュエータ駆動装置Ａが電動モータを駆動させる電動パワーステアリング制御装置であるため、第１制御量算出手段４１と第２制御量算出手段４２では、横位置偏差ΔＸに対応する第１制御量および角度偏差Δθに対応する第２制御量として、電動パワーステアリング制御装置に対するパワーステアリング指示電流値ｉｃ（Ｘ）、ｉｃ（θ）がそれぞれ算出されるようになっている。

第１制御量算出手段４１と第２制御量算出手段４２では、公知の手法によりＰＩＤ制御が行われるようになっている。その際、ＰＩＤ制御による第１制御量（パワーステアリング指示電流値）ｉｃ（Ｘ）と第２制御量（パワーステアリング指示電流値）ｉｃ（θ）の算出には、それぞれ横位置偏差ΔＸおよび角度偏差Δθの目標値を設定することが必要となるが、角度偏差Δθの目標値として例えば自車両ＭＣの現在の位置における角度偏差Δθが０°になるように設定される。これは、図７に示す角度偏差Δθが０°になり、自車両ＭＣの進行方向が走行路Ｒの基準線である中心線ＣＬに平行になることを表す。

また、横位置偏差ΔＸの目標値としては、例えば図７に示すように、自車両前方の自車両ＭＣから目標距離Ｄ１だけ離れた地点において０ｍ、すなわち自車両ＭＣが走行路Ｒの中心線ＣＬと前方の目標距離Ｄ１を表す線との交点Ｐ上を走行するように設定される。ここで、目標距離Ｄ１は、自車両ＭＣが現在の車速で所定時間走行した場合の走行距離に所定距離を加算した距離として設定される。

そして、第１制御量算出手段４１や第２制御量算出手段４２では、それらの横位置偏差ΔＸの目標値や角度偏差Δθの目標値に基づいてそれぞれ目標ヨーレートが演算され、算出された各目標ヨーレートに基づいてそれぞれＰＩＤ制御により第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）が算出されるようになっている。なお、横位置偏差ΔＸの目標値や角度偏差Δθの目標値に基づいてそれぞれ目標ヨーレートを演算する代わりに、ステアリングホイールの舵角の目標値である目標ステアリング角度を演算し、算出した各目標ステアリング角度に基づいて第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）を算出するように構成することも可能である。

また、ＰＩＤ制御を行うには、偏差項、積分項、微分項にそれぞれ比例ゲイン、積分ゲイン、微分ゲインを設定することが必要となる。これらのゲインの調整が的確に行われれば、図８に示すように第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）（以下、これらを一般的に言う場合、制御量ｉｃという。）は任意の収束時間ｔ_１で一定の値ｉｃ_０に収束する。しかし、ゲインの調整だけでは、車両の蛇行を低減しつつ第１制御量と第２制御量の収束時間の相対関係を変化させることはできない。

そのため、本実施形態では、それらのゲインの値を予め最適な値に調整されるようになっている。なお、本実施形態では、第１制御量算出手段４１や第２制御量算出手段４２から出力される第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）の値はサンプリング周期ｔごとに出力されるデジタル量であるが、以下では、便宜的に、図８等に示したようなアナログ量として説明する。

第１制御量算出手段４１は算出した第１制御量ｉｃ（Ｘ）を遅延処理手段５の第１遅延処理手段５１に、第２制御量算出手段４２は算出した第２制御量ｉｃ（θ）を遅延処理手段５の第２遅延処理手段５２に、それぞれ出力するようになっている。

遅延処理手段５の第１遅延処理手段５１や第２遅延処理手段５２では、第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）に対して出力開始タイミングと収束時間ｔ_１の少なくとも一方を遅延させて出力する遅延処理をそれぞれ独立に施す遅延処理工程が行われるようになっている（図１のステップＳ６、Ｓ７）。

ここで、「出力開始タイミングを遅延させる」とは、例えば図８に示したように時間的に推移する制御量ｉｃが遅延処理手段５に入力された場合に、図９に示すように制御量を時間的にシフトさせて出力することを意味する。すなわち、入力された制御量ｉｃに対して、立ち上がり開始のタイミングが予め設定された遅延時間ｔ_２だけ遅延するが、入力された制御量ｉｃと同様に時間的に推移する制御量Ｉｃが出力される。

この場合、例えば入力される制御量および出力される制御量をそれぞれ時間的変化を加味してｉｃ（ｔ）、Ｉｃ（ｔ）と表すとすると、出力される制御量Ｉｃ（ｔ）は、
Ｉｃ（ｔ）＝ｉｃ（ｔ）・ＥＸＰ(−ｔ_２・ｓ) …（１）
と表すことができる。ここで、ｓはラプラス演算子である。下記（２）、（３）式においても同様である。なお、出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２は、第１制御量ｉｃ（Ｘ）の場合も第２制御量ｉｃ（θ）の場合も０．１〜０．８秒程度の範囲の値に設定されることが好ましい。

また、「収束時間を遅延させる」とは、例えば、遅延処理手段５に入力された制御量ｉｃ（ｔ）に対して、一時遅れ要素で表される遅延処理を施して出力することを意味する。

例えば、出力される制御量Ｉｃ（ｔ）は、時定数をＴとした場合、
Ｉｃ（ｔ）＝ｉｃ（ｔ）・１／（１＋ｓＴ） …（２）
と表すことができる。

そして、上記の出力開始タイミングの遅延と収束時間の遅延とを同時に行う場合、出力開始タイミングの遅延時間をｔ_２とし、時定数Ｔによって出力されるとすると、出力される制御量Ｉｃ（ｔ）は、
Ｉｃ（ｔ）＝ｉｃ（ｔ）・ＥＸＰ(−ｔ_２・ｓ)／（１＋ｓＴ） …（３）
と表すことができる。

このように、出力に遅延処理を施すことによって、例えば図１０（Ａ）に示される従来の制御手法に対して、図１０（Ｂ）に示すように収束時間をt_Y1からt_Y2のように遅らせ、また、収束時間t_θ１をt_θ２のように速めるなど、収束時間を変更することが可能となる。

なお、収束時間を遅延させる手法は、上記のように、出力される制御量Ｉｃ（ｔ）の出力開始タイミングを入力される制御量の一時遅れとする場合や出力開始タイミングの遅延と収束時間の遅延とを同時に行う場合に限定されず、出力される制御量Ｉｃ（ｔ）の立ち上がりから収束するまでの収束時間Ｔ１が入力される制御量ｉｃ（ｔ）の収束時間ｔ１より長くすることも含まれる。

また、本実施形態では、第１遅延処理手段５１は、走行路Ｒの中心線ＣＬからの自車両ＭＣの横位置偏差ΔＸに対応する第１制御量ｉｃ（Ｘ）に対する出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２（Ｘ）や収束時間ｔ_１（Ｘ）を、第２遅延処理手段５２で遅延される中心線ＣＬに対する自車両ＭＣの進行方向の角度偏差Δθに対応する第２制御量ｉｃ（θ）に対する出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２（θ）や収束時間ｔ_１（θ）よりも遅延させるようになっている。

遅延処理手段５の第１遅延処理手段５１および第２遅延処理手段５２は、上記のようにして入力された第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）に対して出力開始タイミングと収束時間ｔ_１の少なくとも一方を遅延させた第１制御量Ｉｃ（Ｘ）や第２制御量Ｉｃ（θ）を、アクチュエータ駆動装置Ａにそれぞれ出力するようになっている（図２参照）。

アクチュエータ駆動装置Ａは、本実施形態では、前述したように電動パワーステアリングＥＣＵで構成されている。アクチュエータ駆動装置Ａは、図２に示すように、遅延処理手段５の第１遅延処理手段５１および第２遅延処理手段５２から送信される遅延させた第１制御量Ｉｃ（Ｘ）と第２制御量Ｉｃ（θ）とに基づいてアクチュエータａである電動モータを駆動させて自車両ＭＣの操舵車輪を転舵させるようになっている（図１のステップＳ８）。

次に、本実施形態に係る車線追従制御装置１および車線追従制御方法の作用について説明する。

本実施形態では、走行路検出手段２で、自車両ＭＣの左右に車線ＬＬ、ＬＲが検出されて走行路Ｒが検出され（図１のステップＳ１）、走行路Ｒの基準線である中心線ＣＬ（図７参照）からの自車両の横位置偏差ΔＸおよび中心線に対する自車両の進行方向の角度偏差Δθが算出されると（図１のステップＳ２、Ｓ３）、続いて、制御量算出手段４の第１制御量算出手段４１と第２制御量算出手段４２で、それぞれ横位置偏差ΔＸや角度偏差Δθに基づいてＰＩＤ制御により横位置偏差ΔＸに対応する第１制御量（パワーステアリング指示電流値）ｉｃ（Ｘ）と角度偏差Δθに対応する第２制御量（パワーステアリング指示電流値）ｉｃ（θ）がそれぞれ算出される（ステップＳ４、Ｓ５）。

この制御量算出工程では、算出される第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）がそれぞれ収束性能が悪い状態ではなく、図８に示したような良好な収束性能が得られるように、ＰＩＤ制御における比例ゲイン等の各ゲインの値が予め最適な値にそれぞれ調整される。

このＰＩＤ制御における各ゲインの調整は、後工程の遅延処理工程（図１のステップＳ６、Ｓ７）での処理には関わりなく、第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）の収束性能のみに注目して、図８に示したようにそれらの値が短い収束時間ｔ_１で速やかに一定の値ｉｃ_０に収束するように調整される。

遅延処理手段５の第１遅延処理手段５１や第２遅延処理手段５２では、制御量算出手段４の第１制御量算出手段４１と第２制御量算出手段４２で算出された収束性能が良好な第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）に対して、それぞれ出力開始タイミングに遅延時間ｔ_２を持たせ、収束時間ｔ_１を遅延させてアクチュエータ駆動装置Ａに出力する（図１のステップＳ６、Ｓ７）。

ドライバの運転技術や経験等にもよるが、自車両ＭＣが左側の車線ＬＬや右側の車線ＬＲに接近しているとドライバが認識してから実際にステアリングホイールの操舵を開始するまでには、通常、タイムラグがある。

しかし、本実施形態では、制御量算出手段４の第１制御量算出手段４１と第２制御量算出手段４２でそれぞれ算出される横位置偏差ΔＸに対応する第１制御量ｉｃ（Ｘ）や角度偏差Δθに対応する第２制御量ｉｃ（θ）は、図８に示したように走行路検出手段２で横位置偏差ΔＸや角度偏差Δθが算出された時点で即座に立ち上がる。そして、第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）がそのままアクチュエータ駆動装置Ａに出力されると、アクチュエータ駆動装置Ａはそれらに基づいて即座にアクチュエータａである電動モータを駆動させて自車両ＭＣの操舵車輪を転舵させるため、ドライバは違和感を覚える。

その点、本実施形態のように、遅延処理手段５の第１遅延処理手段５１や第２遅延処理手段５２で遅延処理を施し、第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）に対して出力開始タイミングや収束時間ｔ_１を遅延させてアクチュエータ駆動装置Ａに出力することで、アクチュエータ駆動装置Ａにより駆動されたアクチュエータａによって、よりドライバの感覚に合った操舵車輪の転舵が行われる。

また、その際、本実施形態のように、横位置偏差ΔＸに対応する第１制御量ｉｃ（Ｘ）に対する出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２（Ｘ）や収束時間ｔ_１（Ｘ）を、角度偏差Δθに対応する第２制御量ｉｃ（θ）に対する出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２（θ）や収束時間ｔ_１（θ）よりも遅延させることで、まず自車両ＭＣの進行方向が走行路Ｒの中心線ＣＬに平行な方向に向けられた後、自車両ＭＣを走行路Ｒの中心線ＣＬに沿うように走行させるように操舵車輪の転舵が行われる。

そのため、自車両ＭＣの車線逸脱が確実に回避された後に走行路Ｒ内での自車両ＭＣの走行ルートが修正されるようになるため、ドライバが自分の運転感覚に合うと感じるようにすることが可能となるとともに、自車両ＭＣが車線を逸脱することがより確実に防止することが可能となり、車線追従制御の安全性を向上させることが可能となる。

以上のように、本実施形態に係る車線追従制御装置１および車線追従制御方法によれば、走行路検出手段２で走行路Ｒが検出されて自車両ＭＣの横位置偏差ΔＸや角度偏差Δθが算出されると同時に自車両ＭＣの操舵車輪を転舵して進行方向を転回させるのではなく、横位置偏差ΔＸに対応する第１制御量ｉｃ（Ｘ）や角度偏差Δθに対応する第２制御量ｉｃ（θ）を、自車両ＭＣが車線ＬＬ、ＬＲに接近しているとドライバが認識してから実際にステアリングホイールの操舵を開始するまでのタイムラグと同程度の時間遅れを持たせ、遅延させてアクチュエータ駆動装置Ａに出力する。

そのため、ドライバにとっては、車線追従の自動制御が働いて車両が強引に走行路に引き戻されるような違和感を覚えることがなく、自らが行うであろう車両制御に近い動作を自車両が行っていると感じるようになる。このようにして、よりドライバの感覚に合った車線追従制御を行うことが可能となり、ドライバとの干渉が少ない車線追従制御を実現することが可能となる。

なお、本実施形態では、第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）に対する出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２が予め設定され、収束時間ｔ_１もＰＩＤ制御における比例ゲイン等の各ゲインが予め最適な値に調整されることで予め設定される場合について説明した。しかし、出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２や収束時間ｔ_１を、特に収束時間ｔ_１については制御量ｉｃの値が激しく上下しない範囲で、例えばドライバ等が人為的に適宜変更することができるように構成することも可能である。

このように構成すれば、ドライバの運転技術や経験等に合わせて車線追従制御を行わせることが可能となり、よりドライバの感覚に合い、ドライバとの干渉がより少ない車線追従制御を実現することが可能となる。

また、第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）に対する出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２や収束時間ｔ_１を学習により変更可能とすることも可能である。

この場合、例えば、予め設定された出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２よりも速いタイミングでドライバ自らが車線逸脱を回避する方向にステアリングホイールを転舵させた場合には、角度偏差Δθに対応する第２制御量ｉｃ（θ）の出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２がより小さくなるように変更する。また、例えば、自車両ＭＣの進行方向が走行路Ｒの中心線ＣＬに平行な方向に向けられた後、走行路Ｒの中心線ＣＬに向かう自車両ＭＣの動きに反するトルクがドライバによってステアリングホイールに加えられた場合には、横位置偏差ΔＸに対応する第１制御量ｉｃ（Ｘ）の収束時間ｔ_１がより大きくなるように変更する。

このように、第１制御量ｉｃ（Ｘ）や第２制御量ｉｃ（θ）に対する出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２や収束時間ｔ_１を学習により変更可能とすることで、出力開始タイミングの遅延時間ｔ_２や収束時間ｔ_１をドライバの癖により適合したものとすることが可能となり、ドライバの感覚に合い、ドライバとの干渉が少ない車線追従制御を実現することが可能となる。

本実施形態に係る車線追従制御方法の処理の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る車線追従制御装置の構成を示すブロック図である。 図２の車線追従制御装置の走行路検出手段の構成を示すブロック図である。 撮像画像の一例を示す図である。 図４の撮像画像上に検出された左右の車線を表す図である。 車線モデルの（Ａ）水平形状モデルおよび（Ｂ）道路高モデルの一例を示す図である。 実空間上の左右の車線、走行路、中心線、横位置偏差、角度偏差を説明する図である。 ＰＩＤ制御により算出される制御量を表すグラフである。 図８の制御量の出力開始タイミングを遅延させた場合を説明するグラフである。 （Ａ）は従来の制御手法による収束軌跡を説明するグラフであり、（Ｂ）は制御量の収束時間を遅延させた場合を説明するグラフである。

符号の説明

１ 車線追従制御装置
２ 走行路検出手段
４、４１、４２ 制御量算出手段（第１制御量算出手段、第２制御量算出手段）
５、５１、５２ 遅延処理手段（第１遅延処理手段、第２遅延処理手段）
Ａ アクチュエータ制御装置
ａ アクチュエータ
ＣＬ 中心線（基準線）
Ｉｃ（Ｘ） 遅延させた第１制御量
Ｉｃ（θ） 遅延させた第２制御量
ｉｃ（Ｘ） 第１制御量
ｉｃ（θ） 第２制御量
ＬＬ、ＬＲ 車線
ＭＣ 自車両
Ｒ 走行路
ｔ_１ 収束時間
ｔ_２ 出力開始タイミング（の遅延時間）
ΔＸ 横位置偏差
Δθ 角度偏差

Claims (6)

1. 自車両の周囲の車線を検出して自車両が走行する走行路を検出する走行路検出手段と、
   前記走行路の基準線からの自車両の横位置偏差および前記基準線に対する自車両の進行方向の角度偏差に基づいてＰＩＤ制御により自車両を転回させるアクチュエータを制御するための前記横位置偏差に対応する第１制御量および前記角度偏差に対応する第２制御量をそれぞれ算出する制御量算出手段と、
   前記制御量算出手段により算出された当該第１制御量および当該第２制御量に対して遅延処理をそれぞれ独立に施し、遅延させた第１制御量および第２制御量をそれぞれ前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ制御装置に出力する遅延処理手段と、を備え、
   前記遅延処理は、前記第１制御量および前記第２制御量に対して、少なくとも、出力開始タイミングを遅延、または収束時間を長くする処理であり、
   前記遅延処理手段は、前記第１制御量に対する遅延量を前記第２制御量に対する遅延量よりも大きくすることを特徴とする車線追従制御装置。
2. 前記第１制御量および前記第２制御量に対する遅延量は、人為的に変更可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の車線追従制御装置。
3. 前記第１制御量および前記第２制御量に対する遅延量は、学習により変更可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の車線追従制御装置。
4. 前記制御量算出手段は、前記横位置偏差および前記角度偏差に対してそれぞれ目標ヨーレートまたは目標ステアリング角度を演算し、算出した各目標ヨーレートまたは各目標ステアリング角度に基づいて前記第１制御量と前記第２制御量を算出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車線追従制御装置。
5. 前記角度偏差に対応する第２制御量は、自車両が前記走行路の基準線に平行な方向を向くように前記アクチュエータに自車両の操舵車輪を転舵させるための制御量であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車線追従制御装置。
6. 自車両の周囲の車線を検出して自車両が走行する走行路を検出する走行路検出工程と、
   前記走行路の基準線からの自車両の横位置偏差および前記基準線に対する自車両の進行方向の角度偏差に基づいてＰＩＤ制御により自車両を転回させるアクチュエータを制御するための前記横位置偏差に対応する第１制御量および前記角度偏差に対応する第２制御量をそれぞれ算出する制御量算出工程と、
   前記制御量算出工程で算出された当該第１制御量および当該第２制御量に対して遅延処理をそれぞれ独立に施し、遅延させた第１制御量および第２制御量をそれぞれ前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ制御装置に出力する遅延処理工程と、を有し、
   前記遅延処理は、前記第１制御量および前記第２制御量に対して、少なくとも、出力開始タイミングを遅延、または収束時間を長くする処理であり、
   前記遅延処理工程では前記第１制御量に対する遅延量を前記第２制御量に対する遅延量よりも大きくすることを特徴とする車線追従制御方法。

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