CN104943747A - 车辆的防止偏离车道控制装置 - Google Patents

车辆的防止偏离车道控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种不会由于抑制通过偏离车道控制而产生的车辆动作的变化而给驾驶员带来不适感而能可靠地防止从车道的偏离的车辆的防止偏离车道控制装置。在本发明中，计算车道宽度方向车辆横向位置xv、相对于车道的车辆的横摆角θyaw，基于车道宽度方向车辆横向位置、横摆角和车速V，计算从车道偏离的偏离车道预测时间Tttlc，基于横摆角和偏离车道预测时间，计算为防止从车道偏离而向车辆施加的目标横摆力矩Mzt，观测目标横摆力矩的变化率dMzt/dt，当目标横摆力矩的变化率在预先设定的阈值ΔMztc以上时，限制目标横摆力矩的变化率，使其在至少根据行驶道路信息而可变地设定的变化率限制值Δrate以下。

Description

车辆的防止偏离车道控制装置
技术领域
本发明涉及一种车辆的防止偏离车道控制装置，在本车辆将会从行驶车道偏离时，通过使执行器工作，向车辆施加横摆力矩，从而进行防止从车道偏离的控制。
背景技术
近年来，在车辆中，各种各样辅助驾驶的装置被开发并实用化，防止从车道偏离的防止偏离车道控制装置也是这类装置之一。例如，在日本特开平7-105498号公报(以下称，专利文献1)中公开了一种汽车行驶状态判断装置的技术，它基于从本车辆到推测行驶路线和车道的侧沿的交点的距离、以及推测行驶路线和侧沿在交点处所呈的角度，预测从车道的偏离状态，并基于该预测自动地进行校正转向以防止偏离。另外，在日本特开2008-195402号公报(以下称，专利文献2)中还公开了一种驾驶辅助装置的技术，它是在通过偏离车道判断单元，在判断出行驶中的车辆偏离车道时对车辆施加警报转矩以防止偏离车道的驾驶辅助装置中，基于施加于车辆的警报转矩的最大值，对到达警报转矩的最大值之前的警报转矩的变化率进行设定，以使警报转矩到达最大值的时间固定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7-105498号公报
专利文献2：日本特开2008-195402号公报
发明内容
技术问题
也就是说，在上述专利文献1公开的行驶状态判断装置的技术中，具有以下问题，由于为防止偏离车道而使施加于车辆的目标旋转量的变化率的值为固定的值，当设定的目标旋转量突然输出时，转向系统和/或车辆动作急剧发生变化，给驾驶员带来不适感。因此，在上述的专利文献2中，使产生的警报转矩(目标旋转量)的变化率变化，而使驾驶员感受到的车辆动作变化不会变大。然而，如果只改变这样的目标旋转量的变化率，例如受在向转弯处外(内)侧偏离时和/或由于干扰而偏离时对变化率抑制的影响，不仅会抑制车辆动作的变化，还可能使防止车辆偏离变得困难。
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供一种车辆的防止偏离车道控制装置，该装置不会由于抑制通过偏离车道控制而产生的车辆动作的变化而给驾驶员带来不适感，而能够可靠地防止从车道的偏离。
技术方案
本发明的车辆的防止偏离车道控制装置的一个形态具备：车道检测单元，检测车辆正在行驶的车道；偏离预测单元，基于在上述车道上车辆的位置信息和行驶状态，进行从上述车道偏离的预测；目标旋转量计算单元，基于从上述车道的偏离预测，计算为防止从上述车道偏离所需要的施加于车辆的目标旋转量；目标横摆力矩计算单元，以能够跟随上述目标旋转量的方式在车辆产生横摆力矩；和目标旋转量变化率限制单元，观测上述目标横摆力矩的变化率，当该目标横摆力矩的变化率超过预先设定的阈值时，利用至少根据车道信息而可变地设定的变化率限制值对上述目标旋转量的变化率进行限制并输出。
发明效果
根据本发明的车辆的防止偏离车道控制装置，不会由于抑制通过偏离车道控制而产生的车辆动作的变化而给驾驶员带来不适感，而能够可靠地防止从车道的偏离。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的车辆的转向系统的构成说明图。
图2是本发明的一个实施方式的防止偏离车道控制程序的流程图。
图3是本发明的一个实施方式的目标横摆力矩控制处理程序的流程图。
图4是本发明的一个实施方式在X-Z坐标上本车辆以及车道和各参数的说明图。
图5是表示本发明的一个实施方式的车速感应增益特性的一例的说明图。
图6是表示本发明的一个实施方式的曲率感应增益特性的一例，图6(a)表示当向转弯处外侧偏离时的特性的一例，图6(b)表示当向转弯处内侧偏离时的特性的一例。
图7表示本发明的一个实施方式的倾斜感应增益特性的一例，图7(a)表示当车辆向倾斜的下坡方向偏离时的特性的一例，图7(b)表示当车辆向倾斜的上坡方向偏离时的特性的一例。
图8是表示本发明的一个实施方式的车道宽度感应增益特性的一例的说明图。
图9是本发明的一个实施方式的图6的说明图。
图10是本发明的一个实施方式的图7的说明图。
符号说明
1：电力转向装置
2：转向轴
4：方向盘
5：小齿轮轴
10L、10R：车轮
12：电动机
20：转向控制部(偏离预测单元、目标旋转量计算单元、目标横摆力矩计算单元、目标旋转量变化率限制单元)
21：电动机驱动部
31：前方识别装置(车道检测单元)
32：车速传感器
33：转向角传感器
34：横摆率传感器
35：倾斜角检测传感器
40：警报控制装置
具体实施方式
以下基于附图，对本发明的实施方式进行说明。
在图1中，符号1表示与驾驶员输入相独立的、自由设定转向角的电力转向装置，在该电力转向装置1中，转向轴2经由转向柱3，并被未图示的车体框架以能够自由旋转的方式支撑，其一端向驾驶席侧延伸，另一端向发动机舱侧延伸。在转向轴2的驾驶席侧端部固定有方向盘4，并且在向发动机舱侧延伸的端部连接设置有小齿轮轴5。
在发动机舱中配置有向车宽方向延伸的转向齿轮箱6，齿条轴7以自由往返移动的方式插通于该转向齿轮箱6，并被转向齿轮箱6支撑。在该齿条轴7形成的齿条(未图示)上啮合了形成于小齿轮轴5的小齿轮，形成了齿条齿轮式的转向器结构。
并且，齿条轴7的左右两端分别从转向齿轮箱6的端部突出，在其端部，经由横拉杆8连接设置有前转向节9。该前转向节9以能够自由旋转的方式支撑作为转向轮的左右轮10L、10R，并且以能够自由转向的方式被车体框架支撑。因此，当操作方向盘4使转向轴2、小齿轮轴5转动时，通过该小齿轮轴5的转动，齿条轴7向左右方向移动，通过该移动使前转向节9以主销轴线(未图示)为中心旋转，左右轮10L、10R向左右方向转向。
并且，在小齿轮轴5经由辅助传动机制11连接设置有电力转向电动机(电动机)12，该电动机12对向方向盘4施加转向转矩进行辅助，并施加成为设定的目标旋转量(例如，目标横摆率)的转向转矩。从后述的转向控制部20向电动机驱动部21输出作为控制输出值的目标转矩Tp，电动机12由该电动机驱动部21驱动。
转向控制部20具有以下功能，辅助驾驶员的转向力的电力转向控制功能、使车辆沿目标行进路线行驶的保持车道控制功能、和防止从车道的车道区域线(左右白线)偏离的防止偏离车道控制功能等，本实施方式针对防止偏离车道控制功能的构成进行说明。
在转向控制部20连接有检测车道区域线(左右白线)、并根据车道区域线取得车道信息和相对于车道的车辆的姿势角、位置信息的作为车道检测单元的前方识别装置31，还连接有检测车速V的车速传感器32、检测转向角(实际转向角)θp的转向角传感器33、检测横摆率γ的横摆率传感器34、检测车道的倾斜角θca的倾斜角检测传感器35。
前方识别装置31，例如由以一定间隔安装在车厢内的车顶前方，从不同视点对车外对象进行立体摄影的一组CCD像机，和对该CCD相机的图像数据进行处理的立体图像处理装置构成。
在前方识别装置31的立体图像处理装置中的对来自CCD相机的图像数据的处理例如如下进行。首先，对由CCD相机拍摄的本车辆的行进方向的一组立体图像对，从它们相对位置的偏移量求得距离信息，生成距离图像。
对于白线数据的识别，基于已知白线与路面相比具有高亮度的事实，对道路宽度方向的亮度变化进行评价，从而在图像平面上特定图像平面的左右的白线的位置。该白线在实际空间上的位置(x、y、z)基于图像平面上的位置(i、j)以及关于该位置而计算出的视差，即，基于距离信息，通过已知的坐标变换公式而计算。以本车辆的位置为基准而设定的实际空间的坐标系，在本实施方式中，例如如图4所示，以立体相机的中央正下方的路面作为原点，使车宽度方向为X轴(左侧为“+”)，使车高度方向为Y轴(上方为“+”)，使车长度方向(距离方向)为Z轴(前方为“+”)。这时，X－Z平面(Y＝0)在道路平坦时与路面一致。道路模型表现为将道路上本车辆的车道在距离方向上分割为多个区间，使在各个区间中的左右的白线按照预定拟合并进行连接。应予说明，在本实施方式中，是以基于来自一组CCD相机的图像而识别车道的形状为例进行说明的，但也可以为基于来自其他单目相机、彩色相机的图像信息而求得的数据。
并且，倾斜角检测传感器35是例如通过以下的公式(1)计算倾斜角θca。
θca＝sin-1((G’-G)/g)              …(1)
在此，G为由横加速度传感器(未图示)检测的横加速度值，G’为例如通过以下的公式(2)计算出的计算横加速度值，g为重力加速度。
G’＝(1/(1+As·V2))·(V2/Lw)·θp    …(2)
在此，As是车辆固有的稳定系数，Lw是轴距。
其中，倾斜角θca也可以是从其他未图示的导航系统的地图信息等获得的数据。
并且，转向控制部20基于上述的车道区域线位置信息、各传感器信号，计算车道的宽度方向的车辆位置(车道宽度方向车辆横向位置)xv，并计算相对于车道的车辆的横摆角θyaw，基于车道宽度方向车辆横向位置xv、横摆角θyaw和车速V，计算从车道偏离的偏离车道预测时间Tttlc，基于横摆角θyaw和偏离车道预测时间Tttlc，计算防止从车道偏离的目标横摆率γt，基于该目标横摆率γt和实际的横摆率γ，计算为防止从车道偏离所需要的向车辆施加的作为目标旋转量的目标横摆力矩Mzt，观测目标横摆力矩的变化率dMzt/dt，当目标横摆力矩的变化率dMzt/dt在预先设定的阈值ΔMztc以上时，限制目标横摆力矩的变化率dMzt/dt，以使目标横摆力矩的变化率dMzt/dt在至少按照行驶道路情报而可变地设定的变化率限制值Δrate以下，并计算本次目标横摆力矩Mzt(i)，基于该本次目标横摆力矩Mzt(i)计算目标转矩Tp并输出至电动机驱动部21。并且，偏离车道预测时间Tttlc也输出至警报控制装置40，在警报控制装置40，对偏离车道预测时间Tttlc和预先设定的阈值进行比较，当偏离车道预测时间Tttlc比阈值短时，通过语音、警报音等听觉上的警报和/或、由显示器表示等的视觉上的警报，对驾驶员发出偏离车道警报。由此，转向控制部20构成为具有偏离预测单元、目标旋转量计算单元、目标横摆力矩计算单元、目标旋转量变化率限制单元的功能。
以下，基于图2的流程图，对由转向控制部20执行的防止偏离车道控制进行说明。
首先，在步骤(以下简称为“S”)101，执行在前方识别装置31取得的左右白线的拟合处理。
本车辆左侧的白线通过最小二乘法，通过以下的公式(3)被拟合。
x＝AL·z2+BL·z+CL        …(3)
并且，本车辆右侧的白线通过最小二乘法，通过以下的公式(4)被拟合。
x＝AR·z2+BR·z+CR        …(4)
在此，在上述公式(3)、公式(4)中，“AL”和“AR”分别表示曲线的曲率，左侧的白线的曲率κ为2·AL，右侧的白线的曲率κ为2·AR。并且，在上述公式(3)、公式(4)中，“BL”和“BR”分别表示曲线在本车辆宽度方向的倾斜度，“CL”和“CR”分别表示曲线在本车辆宽度方向的位置(参考图4)。
接下来进入S102，通过以下的公式(5)计算本车辆的对车道横摆角θyaw。
θyaw＝(BL+BR)/2         …(5)
接下来进入S103，通过以下的公式(6)计算从车道中央起算的本车辆位置，即车道宽度方向车辆横向位置xv。
xv＝(CL+CR)/2            …(6)
接下来进入S104，通过以下的公式(7)计算车道车辆间距离L。
L＝((CL-CR)-TR)/2-xv     …(7)
在此，TR为车辆的轮距，在本发明的实施方式中，轮胎位置作为从车道偏离判定的基准而使用。
接下来进入S105，例如通过以下的公式(8)计算从车道偏离的偏离车道预测时间Tttlc。
Tttlc＝L/(V·sin(θyaw))    …(8)
然后，进入S106，上述的偏离车道预测时间Tttlc输出至警报控制装置40，在该警报控制装置40，对偏离车道预测时间Tttlc和预先设定的阈值进行比较，当偏离车道预测时间Tttlc比阈值短时，通过语音、警报音等听觉上的警报和/或、由显示器表示等的视觉上的警报，对驾驶员发出偏离车道警报。
接下来，进入S107，通过以下的公式(9)计算防止从车道偏离的目标横摆率γt。
γt＝-θyaw/Tttlc         …(9)
接下来，进入S108，基于上述S107计算的目标横摆率γt，通过以下的公式(10)计算为防止从车道偏离所需要向车辆施加的作为目标旋转量的目标横摆力矩Mzt。
Mzt＝Kp·(γt-γ)+Ki·∫(γt-γ)dt+Kd·d(γt-γ)/dt   …(10)
在此，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益。
接下来进入S109，进行通过后述的图3的流程图说明的目标横摆力矩限制处理，计算本次目标横摆力矩Mzt(i)。
然后，进入S110，通过以下的公式(11)计算目标转矩Tp并输出至电动机驱动部21。
Tp＝K·Mzt(i)           …(11)
在此，K为预先设定的转矩变换增益。
接下来，通过图3的流程图对在上述S109执行的目标横摆力矩限制处理进行说明。
首先，在S201计算目标横摆力矩的变化率(时间微分值)dMzt/dt。
接下来，进入S202，将目标横摆力矩的变化率dMzt/dt与预先设定的阈值ΔMztc进行比较，当目标横摆力矩的变化率dMzt/dt小于阈值ΔMztc时(dMzt/dt＜ΔMztc的情况)，即使将目标横摆力矩Mzt保持不变而施加于车辆，车辆动作也不会改变很大，判断为能够可靠地防止从车道偏离，进入S203，本次目标横摆力矩Mzt(i)设定为目标横摆力矩Mzt，结束程序。
相反，当目标横摆力矩的变化率dMzt/dt在阈值ΔMztc以上时(dMzt/dt≧ΔMztc的情况)，将变化率保持不变而输出目标横摆力矩将产生很大的车辆动作，并且判断为有可能不能可靠地防止从车道偏离，进入S204，计算变化率限制值Δrate。该变化率限制值Δrate通过例如以下公式(12)计算。
Δrate＝Gv·Gκ·Gca·Gw·Δrate0         …(12)
在此，Δrate0是通过实验、运算等而预先设定的变化率基准值。
并且，Gv是车速感应增益，Gκ是曲率感应增益，Gca是倾斜感应增益，Gw是车道宽度感应增益。这些各增益Gv、Gκ、Gca、Gw是从通过实验、运算等而预先设定好的特性图中读入并被设定的，以下针对各增益Gv、Gκ、Gca、Gw的特性进行说明。
车速感应增益Gv的特性例如如图5所示，被设定为车速V越高而越高的值。这是因为即使车速V变大，针对变大的自回正力矩而允许早期转向，从而抑制车辆动作发生很大变动，并且实现可靠地防止从车道偏离。
并且，曲率感应增益Gκ的特性例如如图6所示，分别对向转弯处外侧偏离的情况(参考图6(a))，和向转弯处内侧偏离的情况(参考图6(b))进行设定。即，如图9的行驶轨迹A所示那样，当向转弯处外侧偏离时，在曲率κ(＝(2·AL+2·AR)/2)大的车道，为了不从该曲率κ大的车道偏离，行驶中需要大的目标横摆力矩Mzt。为了使这样的目标横摆力矩Mzt能够可靠地施加至车辆，如图6(a)所示那样，曲率感应增益Gκ被设定为曲率κ的值越大而越大的值。相反地，如图9的行驶轨迹B那样，当向转弯处内侧偏离时，在曲率κ大的车道，以与沿车道的曲率κ进行控制相比，以小的目标横摆力矩Mzt行驶则成为平稳的控制，给驾驶员带来的不适感也会小，能够进行稳定的控制。因此，如图6(b)所示那样，曲率感应增益Gκ被设定曲率κ越大而越小的值。
并且，倾斜感应增益Gca的特性例如如图7所示，分别对车辆在下坡行驶的情况(参考图7(a))和上坡行驶的情况(参考图7(b))进行设定。即，如图10的下坡方向的轨迹所示，当下坡行驶时，在车体上作用有在与防止偏离车道而作用的目标横摆力矩Mzt相反的方向由路面的倾斜产生的力。为了抵消这样的由路面的倾斜产生的力而能够可靠地防止从车道偏离，如图7(a)所示那样，倾斜感应增益Gca被设定为倾斜角θca越大而越大的值。相反，如图10的上坡方向的轨迹所示，当上坡行驶时，在车体作用有在与防止偏离车道而作用的目标横摆力矩Mzt相同的方向由路面的倾斜产生的力。因此，如果在与该目标横摆力矩Mzt相同的方向上施加目标横摆力矩Mzt，则会出现紧急控制有可能给驾驶员带来不适感，所以如图7(b)所示那样，倾斜感应增益Gca被设定为倾斜角θca越大而越小的值。
并且，车道宽度感应增益Gw如图8所示那样，被设定为车道宽度W(＝CL-CR)越宽而越小的值。这是因为车道宽度W越宽，将目标横摆力矩Mzt的变化率限制得越小，从而能够在宽的车道上平缓并稳定的行驶。相反地，车道越窄，目标横摆力矩Mzt的变化率被设定为越大，并能够容许在狭窄的车道上突然转弯，从而能够可靠地进行偏离车道控制。
进入S204，计算出变化率限制值Δrate之后进入S205，例如通过以下的公式(13)，设定本次目标横摆力矩Mzt(i)，并结束程序。
Mzt(i)＝Δrate+Mzt(i-1)       …(13)
在此，Mzt(i-1)是预先存储的上一次的目标横摆力矩。
如此，根据本实施方式，计算车道宽度方向车辆横向位置xv，计算相对于车道的车辆的横摆角θyaw，基于车道宽度方向车辆横向位置xv和横摆角θyaw和车速V，计算从车道偏离的偏离车道预测时间Tttlc，基于横摆角θyaw和偏离车道预测时间Tttlc，计算防止从车道偏离的目标横摆率γt，基于该目标横摆率γt和实际的横摆率γ，计算为防止从车道偏离所需要向车辆施加的目标横摆力矩Mzt，观测目标横摆力矩的变化率dMzt/dt，当目标横摆力矩的变化率dMzt/dt在预先设定的阈值ΔMztc以上时，限制目标横摆力矩的变化率dMzt/dt，以使横摆力矩的变化率dMzt/dt在至少按照行驶道路信息而可变地设定的变化率限制值Δrate以下，并计算本次目标横摆力矩Mzt(i)，基于该本次目标横摆力矩Mzt(i)计算目标转矩Tp并输出至电动机驱动部21。因此，因为限制通过防止偏离车道控制而设定的目标横摆力矩Mzt的目标横摆力矩的变化率dMzt/dt，使其在通过作为行驶道路信息的在转弯处的偏离方向和车道曲率κ、车道的倾斜、车道宽度W等而计算的变化率限制值Δrate以下，所以不会由于抑制通过偏离车道控制而产生的车辆动作的变化而给驾驶员带来不适感，并能可靠地实现防止从车道偏离。
应予说明，在本实施方式中，变化率限制值Δrate使用作为行驶道路信息的在转弯处的偏离方向和车道曲率κ、车道的倾斜、车道宽度W三个进行设定，但并不限于此，也可以通过其中任意一个或任意两个进行设定。

Claims (5)

1.一种车辆的防止偏离车道控制装置，其特征在于，具备：
车道检测单元，检测车辆正在行驶的车道；
偏离预测单元，基于在所述车道上车辆的位置信息和行驶状态，进行从所述车道偏离的预测；
目标旋转量计算单元，基于从所述车道的偏离预测，计算为防止从所述车道偏离所需要的施加于车辆的目标旋转量；
目标横摆力矩计算单元，以跟随所述目标旋转量的方式在车辆产生横摆力矩；和
目标旋转量变化率限制单元，观测所述目标横摆力矩的变化率，当该目标横摆力矩的变化率超过预先设定的阈值时，利用至少根据车道信息而可变地设定的变化率限制值对所述目标旋转量的变化率进行限制并输出。
2.根据权利要求1所述的车辆的防止偏离车道控制装置，其特征在于，
上述变化率限制值为至少根据车速而设定的可变的值，当车速越大设定为越大的值。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的防止偏离车道控制装置，其特征在于，
上述变化率限制值为至少根据在上述车道的转弯处的偏离方向和车道曲率设定的可变的值，当向上述车道的转弯处外侧偏离时，车道曲率越大，将上述变化率限制值设定为越大的值，另一方面，当向上述车道的转弯处内侧偏离时，车道曲率越大，将上述变化率限制值设定为越小的值。
4.根据权利要求1或2所述的车辆的防止偏离车道控制装置，其特征在于，
上述变化率限制值为至少根据上述车道的倾斜的角度而设定的可变的值，当车辆向上述倾斜的下坡方向偏离时，上述倾斜越大，将上述变化率限制值设定为越大的值，另一方面，当车辆向上述倾斜的上坡方向偏离时，上述倾斜越大，将上述变化率限制值设定为越小的值。
5.根据权利要求1或2所述的车辆的防止偏离车道控制装置，其特征在于，
上述变化率限制值为至少根据上述车道的宽度而设定的可变的值，上述车道的宽度越宽，将上述变化率限制值设定为越小的值。
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