CN106004857B - 车辆的驾驶辅助系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的车辆的驾驶辅助系统使转向控制与减速控制的协调控制最优化，确保在目标行驶路径中的跟随精度，并且抑制车体弹性系统的紊乱。在减速度校正值计算部(14)中，求出相对于由目标转向角计算部(12)算出的目标转向角下的目标车速，在实际转向角下成为相同的转弯曲率的校正车速。然后，在减速度校正部(15)中，在预先设定的时间后以从目标车速成为校正车速的方式校正由目标减速度计算部(13)算出的目标减速度。由此，能够不发生转向的反转地减小基于目标转向角与实际转向角的偏差的转向角控制的反馈校正量，能够确保在目标行驶路径中的跟随精度，并且防止摇摆，抑制车体弹性系统的紊乱。

Description

车辆的驾驶辅助系统
技术领域
本发明涉及经由转向控制和减速控制使本车辆在目标行驶路径进行跟随行驶的车辆的驾驶辅助系统。
背景技术
通常，在汽车等车辆中，转向控制和制动控制作为各自独立的功能被设置，例如在减速的同时进行转弯的情况下，由于要求驾驶员的转向操作量、制动操作量变大，所以存在给驾驶员带来的操作负担变大的问题。
对此，在专利文献1中公开了如下技术，选择主要进行转向控制和制动控制中的任一个，基于该选择结果，输出作为对主要侧进行的车辆转弯运动的要求值的主要侧要求值，并且向非主要侧输出作为根据目标值与主要侧要求值之差的要求值的非主要侧要求值，从而进行转向控制与制动控制的协调控制，减少给驾驶员带来的操作负担。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-162004号公报
发明内容
技术问题
然而，专利文献1中公开的技术仅是明确地向转向控制和减速控制分配车辆转弯运动的要求值，对于两者的协调时机、协调程度，不能说一定会被最优化。
例如，如图6所示，在使本车辆沿着弯曲的目标行驶路径行驶时，通过在转向控制中补偿响应滞后、控制误差的反馈校正量而在实际中成为如该图中虚线所示的控制轨迹，车体弹性系统的行为被打乱而导致乘坐舒适性变差。为了避免这种情况，即使增加减速控制的分配而明确地减少转向控制的反馈校正量也存在发生转向的反转，在目标行驶路径的跟随精度变差的可能性。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供能够使转向控制和减速控制的协调控制最优化，确保在目标行驶路径的跟随精度，并且抑制车体弹性系统紊乱的车辆的驾驶辅助系统。
技术方案
本发明的一个方式的车辆的驾驶辅助系统经由转向控制和减速控制使本车辆在目标行驶路径进行跟随行驶，具备：目标转向角计算部，其计算通过上述目标行驶路径的弯道区间时的目标转向角作为目标值，该目标值为在上述弯道区间的在缓和曲线部之后的圆弧曲线部中成为最大转向角；目标减速度计算部，其计算上述弯道区间中的目标减速度，作为上述圆弧曲线部中的最大横向加速度成为设定值以下的减速度；减速度校正值计算部，其基于上述目标转向角和实际转向角，计算校正与上述目标减速度相对应的目标车速的校正车速；以及减速度校正部，其以上述目标车速成为上述校正车速的方式校正上述目标减速度。
发明效果
根据本发明，能够使转向控制与减速控制的协调控制最优化，确保在目标行驶路径的跟随精度，并且抑制车体弹性系统的紊乱。
附图说明
图1是车辆的驾驶辅助系统的构成图。
图2是表示进入弯道的目标行驶路径的说明图。
图3是表示进入弯道时的目标转向角和目标减速度的说明图。
图4是表示目标车速的校正的说明图。
图5是表示弯道行驶控制的流程图。
图6是表示现有的弯道行驶时的控制轨迹的说明图。
符号说明
1：驾驶辅助系统
10：行驶控制装置
11：目标行驶路径计算部
12：目标转向角计算部
13：目标减速度计算部
14：减速度校正值计算部
15：减速度校正部
16：转向角控制部
20：外部环境监视装置
40：制动控制装置
50：转向控制装置
Dref：目标减速度
Vref：目标车速
Vref2：校正车速
Td：设定时间
R：弯道半径
δH：实际转向角
δmax：最大转向角
δref：目标转向角
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。在图1中，符号1是车辆的驾驶辅助系统，对驾驶员的驾驶操作执行包括基于本车辆的外部环境的识别结果的自动驾驶的驾驶辅助控制。该驾驶辅助系统1构成为以行驶控制装置10为中心，外部环境监视装置20、发动机控制装置30、制动控制装置40、转向控制装置50、警报控制装置60等与车载网络100连接。
外部环境监视装置20是组合能够自主地识别外部环境的装置组和经由与外部的通信而获取信息的装置组而构成的。作为前者的装置组，有拍摄车辆的外部环境并对所拍摄的图像进行处理而识别外部环境的照相机单元20A、接收来自存在于车辆周边的立体物的反射波的雷达单元(激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等)20B等。另外，作为后者的装置组，有利用GPS(Global Positioning System：全球定位系统)等对本车位置(经度、纬度、高度)进行定位的本车位置定位单元20C；与本车位置定位单元20C一体地构成并在地图图像上表示所定位的本车位置而进行路径导航，并且使用存储在系统内的精细的地图数据而输出道路的形状、分支点(交叉点)的位置坐标数据、道路种类(高速道路、干线道路、市政道路等)的数据、存在于地图上的节点附近的设施信息相关的数据等的导航单元20D；获取道路-车辆间通信、车辆-车辆间通信的道路交通信息的道路交通信息通信单元20E等。
在此，在本实施方式中，照相机单元20A是使立体照相机21与图像处理部22一体化而构成的。立体照相机21由例如使用了CCD、CMOS等固体拍摄元件的左右1组的照相机构成。这些1组的照相机例如以一定的间隔安装于车室内的顶棚前方，从不同的视角对车外的对象进行立体拍摄，并将拍摄图像输出到图像处理部22。
图像处理部22对于由左右1组的立体照相机21拍摄的本车辆前方的左右一对的图像，根据三角测量的原理，从对应的位置的偏移量生成距离信息。然后，基于该距离信息识别本车辆前方的立体物、道路的白线、护栏等外部环境，基于这些识别信息等计算本车行驶路径。此外，图像处理部22基于所识别的立体物的数据等检测本车行驶路径上的先行车辆，计算本车辆与先行车辆的车间距离、先行车辆相对于本车辆的车速(相对速度)、先行车辆的加速度(减速度)等，作为先行车辆信息输出到行驶控制装置10。
发动机控制装置30是控制车辆的发动机(未图示)的驾驶状态的公知的控制装置，例如基于吸入空气量、节气门开度、发动机水温、吸气温度、空燃比、曲柄角、加速器开度、其他车辆信息来进行燃料喷射控制、点火时期控制、电子控制节气门的开度控制等主要的控制。
制动控制装置40是例如基于制动器开关、4个车轮的车轮速度、方向盘角、横摆率、其他车辆信息，能够与驾驶员的制动操作独立地控制4个车轮的制动装置(未图示)，并进行公知的防抱死制动系统(Antilock Brake System)、防侧滑控制等控制施加于车辆的横摆力矩的横摆力矩控制以及进行横摆制动控制的公知的控制装置。并且，制动控制装置40在从行驶控制装置10输入各轮的制动力的情况下，基于该制动力计算各轮的制动液压，使制动驱动部(未图示)动作。
转向控制装置50是例如基于车速、驾驶员的转向力矩、方向盘角、横摆率、其他车辆信息来控制设置于车辆的转向系统的电动助力转向马达(未图示)的辅助力矩的公知的控制装置。另外，转向控制装置50能够进行使上述的行驶车道维持在设定车道而进行行驶控制的车道保持控制、进行防止从行驶车道脱离的控制的车道脱离防止控制，这些车道保持控制、车道脱离防止控制所需要的转向角或转向力矩通过行驶控制装置10计算并被输入到转向控制装置50，根据所输入的控制量对电动助力转向马达进行驱动控制。
警报控制装置60是在车辆的各种装置产生异常的情况下适当发出警报的装置，例如使用监视器、显示器、报警灯等视觉性输出和扬声器/蜂鸣器等听觉性输出中的至少一种来进行警报/告知。另外，在通过驾驶员的超驰操作(Override operation)进行的驾驶辅助控制停止时向驾驶员告知当前的驾驶状态。
成为具有以上各装置的驾驶辅助系统1的核心的行驶控制装置10基于来自各装置20、30、40、50的信息、由车速传感器、转向角传感器、横摆率传感器、横向加速度传感器等各种传感器类70检测到的本车辆的驾驶状态信息，协调包括跟随行驶的定速行驶控制、车道保持控制、车道脱离防止控制等而进行包括自动驾驶的驾驶辅助控制。特别是在自动驾驶中通过弯道时，确保对目标行驶路径的跟随精度并且抑制车体行为的变化，因此最优化地执行转向控制与减速控制的协调控制。
因此，对于行驶控制装置10，作为弯道行驶中的转向和减速的协调控制功能，如图1中所示，具备目标行驶路径计算部11、目标转向角计算部12、目标减速度计算部13、减速度校正值计算部14、减速度校正部15、转向角控制部16。这些功能部进行的转向和减速的协调控制使制动器进行的横摆控制最优化而抑制因转向而导致的横摆控制的响应滞后、误差所引起摇摆，通过最适地设定进入弯道时的减速时机和减速度的大小，从而不产生转向的反转地减少转向控制的反馈校正量，由此确保在目标行驶路径的跟随精度，并且抑制车体弹性系统的紊乱。
具体而言，目标行驶路径计算部11基于从外部环境监视装置20获取的本车辆的位置信息(纬度、经度)、构成行驶路径的地图数据上的各节点的位置(纬度、经度)、道路的直线区间、弯道区间(缓和曲线部、圆弧曲线部)的数据、道路白线数据等计算本车辆的目标行驶路径。对于弯道行驶中的本车辆的目标行驶路径，例如如图2所示，设定为弯道的深度(交角)为θ，从直线区间S起经过缓和曲线部C1，与具有一定的弯道半径R的圆弧曲线部C2连结的路径，在以本车辆的重心位置为原点，以车体前方侧为X轴，以车宽度方向为Y轴的车辆坐标系中，计算为通过根据道路形状数据和白线数据识别的本车辆的行驶车道的中央的曲线。
目标转向角计算部12基于本车辆的速度V、本车辆位置(x，y)、相对于目标行驶路径的横摆角θyaw等，计算用于在目标行驶路径进行跟随行驶的目标转向角δref，并输出到减速度校正值计算部14和转向角控制部16。弯道区间的目标转向角δref包括缓和曲线部中的目标转向角δref_cl和圆弧曲线部中的目标转向角δref_r，如图3所示，作为缓和曲线部C1中的转向角波形收敛于根据圆弧曲线部C2中的弯道半径(最小半径)R和车辆规格求出的最大转向角δmax那样的目标值而被算出。
在此，缓和曲线部C1中的目标转向角δref_cl作为本车辆的横向的加加速度(横向加加速度：d3y/dx3)成为最小的目标值而被算出。例如，如以下的(1)式所示，使用对与加加速度最小轨迹(Jerk minimum trajectory)相关的多项式进行了微分处理的函数J(x)，求出目标转向角作为该函数J(x)的赋予最小值的波形。应予说明，(1)式中的A，B是弯道形状相关的调整参数。
J(x)＝30·(x/A)4－60·(x/A)3+30·(x/A)2·B/A2…(1)
目标减速度计算部13基于本车辆的速度V、目标行驶路径(X，Y，R)计算使弯道半径(最小半径)R中的最大横向加速度为设定值(例如0.2G)以下的减速度作为目标减速度Dref。如图3所示，该目标减速度Dref是在缓和曲线部C1的区间使本车辆的车速减速到目标车速Vref，在圆弧曲线部C2中用于能够以恒定速度行驶的减速度。
减速度校正值计算部14基于由目标转向角计算部12算出的目标转向角δref和利用转向角传感器检测到的实际转向角δH，计算用于校正目标减速度Dref的校正值。该校正值是用于根据目标转向角δref与实际转向角δH的偏差而增减目标减速度Dref的车速校正值，计算相对于目标转向角δref和目标车速Vref在实际转向角δH下成为相同的转弯曲率的校正车速(校正后的目标车速)Vref2。然后，在接下来的减速度校正部15中，以基于当前的目标减速度Dref的目标车速Vref成为校正车速Vref2的方式校正目标减速度Dref。
即，通过根据与目标行驶路径的偏差，在最适的时机调整减速度并增减制动器的横摆力矩，从而不产生转向的反转地减小基于目标转向角δref与实际转向角δH的偏差的转向角控制的反馈量。由此，能够确保相对于目标行驶路径的跟随精度，并且能够防止摇摆而抑制车体弹性系统的紊乱。
具体而言，例如如图4所示，预先将转向角δ、曲率ρ与车速V之间的关系映射，基于目标转向角δref和当前的实际转向角δH并参照所制成的校正图。图4例示了实际转向角δH比目标转向角δref小的情况，求出得到与目标转向角δref和目标车速Vref下的转弯曲率相同的曲率的实际转向角δH下的车速作为低速侧的校正车速Vref2，以当前的目标车速Vref成为更低速的校正车速Vref2的方式使目标减速度Dref变大。
相反，在因为道路的超高(Cant)等而导致实际转向角δH过于大于目标转向角δref的情况下，求出校正车速Vref2作为比目标车速Vref高的车速，以当前的目标车速Vref成为更高速的校正车速Vref2的方式减小目标减速度Dref。即，发生实际转向角δH相对于目标转向角δref过于不足时，与此相应地增减目标减速度Dref，补偿实际转向角δH相对于目标转向角δref的过于不足的部分。
求出校正车速Vref2的校正图可以通过缓和曲线部中的曲率在每个恒定位置线性变化而适用的固定圆旋转的两轮模型，或者使用实机的条件来制作。以下的(2)式表示两轮模型的转向角δ与曲率ρ之间的关系，通过利用这些关系制作的校正图可以求出曲率恒定的校正车速Vref2。
δ＝(1/R)·(L－M·V2·(Lf·Kr－Lr·Kr)/(2·Kf·Kr·L)＝ρ·(L+Ast·V2)…(2)
其中，Ast＝－M·(Lf·Kr－Lr·Kr)/(2·Kf·Kr·L)
Kf：前轮转向动力
Kr：后轮转向动力
Lf：重心点-前轮间距离
Lr：重心点-后轮间距离
L：轴距(Lf+Lr)
M：车辆质量
减速度校正部15在预先设定的时间Td后，以目标车速Vref成为校正车速Vref2的方式校正目标减速度Dref。如果设定时间Td长则减速度校正的效果弱，如果短则给驾驶员带来的减速感、纵向摇动变化感变强而操作感变差。因此根据使用实际装置的条件等最适地设定。
转向角控制部16基于目标转向角δref与实际转向角δH的偏差计算目标转向力矩，经由转向控制装置50控制电动助力转向马达。对该目标力矩的控制，具体而言，作为经由转向控制装置50的电动助力转向马达的电流控制而执行，例如，通过利用PID控制得到的以下的(3)式所示的驱动电流IM来驱动电动助力转向马达。
I＝Kv·(Kp·(δref－δH)+Ki·∫(δref－δH)dt+Kd·d(δref－δH)/dt+Kf/R)…(3)
其中，Kv：马达电压-电流的转换系数
Kp：比例增益
Ki：积分增益
Kd：微分增益
Kf：相对于弯道转弯的前馈增益
此时，通过与转向角控制并行实施的目标减速度Dref的校正进行的横摆制动器的调整，从而实质性地减少转向角控制中的反馈校正量。其结果，能够抑制由反馈校正的变动导致的车体弹性系统的紊乱，并且能够精度良好地使本车辆沿着目标行驶路径跟随。
接下来，使用图5的流程图对利用行驶控制装置10进行的弯道行驶控制的程序处理进行说明。
在该弯道行驶控制中，在最初的步骤S1中，从照相机单元20A的前方识别信息、导航单元20D的地图信息获取前方的弯道的形状数据(弯道的深度、弯道最小半径、回旋参数、道路宽度、白线形状等)，基于这些数据计算本车辆的目标行驶路径。
接下来，进入步骤S2，计算弯道区间中的目标转向角δref。目标转向角δref是赋予在缓和曲线部中横加加速度最小，在圆弧曲线部中成为根据弯道半径R和车辆规格求出的最大转向角δmax的波形的目标值(参照图3)。
然后，在步骤S3中，使本车辆减速并计算目标车速Vref的目标减速度Dref。目标减速度Dref是使弯道区间的在缓和曲线部之后的圆弧曲线部的横向加速度为规定的恒定值(例如0.2G)以下的目标值。
之后，进入步骤S4，调查本车辆位置是否进入弯道区间的缓和曲线部。然后，在尚未进入弯道(缓和曲线部)的情况下退出程序，在进入弯道(缓和曲线部)的情况下进入步骤S5。
在步骤S5中，读取由转向角传感器检测到的实际转向角δH，在步骤S6中，使用基于目标转向角δref和实际转向角δH的校正图(参照图4)等，计算相对于目标车速Vref而曲率恒定的校正车速Vref2。然后，在步骤S7中，以在经过设定时间Td后成为校正车速Vref2的方式对当前的目标减速度Dref增减设定量等而校正目标减速度Dref。通过该目标减速度Dref的校正，从而缓和曲线部中的目标转向角δref与实际转向角δH的偏差引起的反馈校正量减少。
之后，进入步骤S8，根据缓和曲线部判定是否通过与最小弯道半径的圆弧曲线部连接的减速结束位置。其结果是通过减速结束位置的情况下，进入S9，解除弯道行驶的减速控制，经由制动控制装置40解除对于制动驱动部的控制信号(目标制动液压)的输出。另外，在没有通过减速结束位置的情况下，进入步骤S10而继续弯道行驶的减速控制，继续对于制动驱动部的控制信号(目标制动液压)的输出。
这样，在本实施方式中，通过最适地设定进入弯道时的减速时机和减速度的大小，能够不发生转向的反转地减少转向控制的反馈校正量，能够确保在目标行驶路径中的跟随精度，并且抑制车体弹性系统的紊乱。

Claims (5)

1.一种车辆的驾驶辅助系统，其特征在于，经由转向控制和减速控制使本车辆在目标行驶路径中进行跟随行驶，具备：
目标转向角计算部，其计算通过所述目标行驶路径的弯道区间时的目标转向角作为目标值，该目标值是在所述弯道区间的在缓和曲线部之后的圆弧曲线部中成为最大转向角的值；
目标减速度计算部，其计算所述圆弧曲线部中的最大横向加速度成为设定值以下的减速度作为所述弯道区间中的目标减速度；
减速度校正值计算部，其基于所述目标转向角和实际转向角，计算校正与所述目标减速度相对应的目标车速的校正车速；以及
减速度校正部，其以所述目标车速成为所述校正车速的方式校正所述目标减速度。
2.根据权利要求1所述的车辆的驾驶辅助系统，其特征在于，所述减速度校正值计算部计算所述校正车速来作为与所述目标转向角和所述目标车速中的转弯曲率相同的曲率的所述实际转向角下的车速。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的驾驶辅助系统，其特征在于，所述目标转向角计算部计算所述目标转向角来作为在所述缓和曲线部中横向加速度为最小并且在所述圆弧曲线部中基于弯道最小半径和车辆规格的所述最大转向角的目标值。
4.根据权利要求1或2所述的车辆的驾驶辅助系统，其特征在于，所述减速度校正部以所述目标车速在设定时间后成为所述校正车速的方式校正所述目标减速度。
5.根据权利要求3所述的车辆的驾驶辅助系统，其特征在于，所述减速度校正部以所述目标车速在设定时间后成为所述校正车速的方式校正所述目标减速度。
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