CN107010066B - 车辆的行驶控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供在跟随前行车辆行驶时，抑制由前行车辆的行为引起的本车辆的不必要的行为的车辆的行驶控制装置。在前行车辆是比本车辆小型的车辆时，利用死区设定部(103)设定转向控制的死区，并利用转向控制量校正部(104)设定基于目标转向角与实际转向角的偏差来校正针对目标转向角的转向控制量的校正系数。并且，在本车辆的中心点与控制目标点的偏差在死区内的情况下，不修正本车辆的转向量而进行保持，在偏离死区进行偏向行驶的情况下，用校正系数校正针对目标转向角的转向控制量而抑制由前行车辆的行为引起的本车辆的不必要的行为。

Description

车辆的行驶控制装置

技术领域

本发明涉及对跟随本车辆前方的前行车辆而行驶的跟随行驶进行控制的车辆的行驶控制装置。

背景技术

以往，在汽车等车辆中，已知有跟随在本车辆的前方行驶的前行车辆而进行行驶的跟随行驶系统。该对前行车辆的跟随行驶系统为例如如专利文献1所公开，通过雷达、照相机等捕捉前行车辆，并自动控制方向盘、变速器、发动机和制动器的系统，对于在路面上没有车道标识线、白线的道路上行驶的情况，或者在堵车时等低速行驶时与前行车辆的车间距离变小前方视野受到限制，难以识别车道(白线)的情况下有效。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-322916号公报

发明内容

技术问题

在上述的跟随行驶系统中，通常以观测前行车辆的背面区域而算出的车宽方向的中心位置为控制目标点，并以使本车辆的宽度方向的中心位置与该控制目标点一致的方式进行控制。

然而，在成为跟随对象的前行车辆是比本车辆小型的车辆时，小型的车辆因为车辆重量和/或重心位置等主要因素而容易受到干扰影响，从而导致像蛇行那样行驶，或者偏向路肩侧、对向车道侧行驶的可能性变高。

因此，在跟随比本车辆小型的车辆而行驶的情况下，与跟随和本车辆相同大小以上的车辆而行驶的情况相比较，存在本车辆的移动变得过于敏感，蛇行、偏向行驶的行为变得明显而给驾驶员带来不安感的隐患。

本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供一种在跟随前行车辆行驶时，能够抑制由前行车辆的行为引起的本车辆的不必要的行为的车辆的行驶控制装置。

技术方案

本发明的一个方式的车辆的行驶控制装置对跟随本车辆前方的前行车辆进行行驶的跟随行驶进行控制，该行驶控制装置具备：控制目标点设定部，其将上述前行车辆的车宽方向的设定位置设定为上述跟随行驶的控制目标点；以及转向控制量校正部，其基于针对上述控制目标点的目标转向角与实际转向角的偏差来校正针对上述目标转向角的转向控制量。

本发明的另一方式的车辆的行驶控制装置对跟随本车辆前方的前行车辆进行行驶的跟随行驶进行控制，该行驶控制装置具备：控制目标点设定部，其将上述前行车辆的车宽方向的设定位置设定为上述跟随行驶的控制目标点；以及死区设定部，其基于上述前行车辆的形状数据，设定针对上述控制目标点的转向控制中的死区。

发明效果

根据本发明，在跟随前行车辆行驶时，能够抑制由前行车辆的行为引起的本车辆的不必要的行为。

附图说明

图1是行驶控制系统的构成图。

图2是车辆移动量的说明图。

图3是表示前行车辆的行驶轨迹的说明图。

图4是表示相对于前行车辆的转向控制的死区的说明图。

图5是表示本车辆的相对于前行车辆的行为的修正转向量的说明图。

图6是表示针对前行车辆与本车辆的车宽比的死区的设定的说明图。

图7是表示转向控制量的校正系数的说明图。

图8是跟随行驶控制的流程图。

符号说明

1：照相机

2：图像识别装置

10：行驶控制系统

20：行驶环境识别装置

30：地图信息处理装置

40：发动机控制装置

50：变速器控制装置

60：制动控制装置

70：转向控制装置

100：行驶控制装置

101：控制部

102：控制目标点设定部

103：死区设定部

104：转向控制量校正部

150：通信总线

C1：本车辆

C2：前行车辆

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10是汽车等车辆的行驶控制系统，执行包括车辆的自发的自动驾驶在内的行驶控制。该行驶控制系统10构成为以行驶控制装置100为核心，并介由形成车内网络的通信总线150将外部环境识别装置20、发动机控制装置40、变速器控制装置50、制动控制装置60、转向控制装置70等相互连接。

外部环境识别装置20通过车载的照相机、毫米波雷达、激光雷达等各种设备识别本车辆周围的外部环境。在本实施方式中，作为外部环境识别装置20，主要说明利用车载的照相机1和图像识别装置2进行的外部环境的识别。

在本实施方式中，照相机1是由从不同的视点拍摄同一对象物的2台照相机1a、1b构成的立体照相机，且是具有CCD、CMOS等拍摄元件的快门同步的照相机。这些照相机1a、1b以预定的基线长度配置在例如车室内上部的前车窗内侧的后视镜附近。

由照相机1拍摄的左右一对的图像通过图像识别装置2处理。图像识别装置2通过立体匹配处理求出左右图像的对应位置的像素偏移量(视差)，并将像素偏移量转换成亮度数据等而生成距离图像。根据三角测量原理，将距离图像上的点坐标转换为以本车辆的车宽方向即左右方向为X轴、以车高方向为Y轴、以车长方向即距离方向为Z轴的实际空间上的点，三维地识别本车辆行驶的道路的白线(车道)、障碍物、在本车辆的前方行驶的车辆等。

作为车道的白线可以通过从图像中提取成为白线的候选的点群，并算出连结该候选点的直线和/或曲线来识别。例如，在设定于图像上的白线检测区域内，在设定于水平方向(车宽方向)的多个搜索线上进行亮度发生预定以上变化的边缘的检测，并针对每个搜索线检测出1组白线起始点和白线结束点，将白线起始点与白线结束点之间的中间区域提取为白线候选点。

然后，对基于每单位时间的车辆移动量的白线候选点的空间坐标位置的时间序列数据进行处理，算出对左右的白线进行了近似的模型，根据该模型识别白线。作为白线的近似模型，可以使用将利用霍夫变换求出的直线成分进行连结而得到的近似模型、用二次式等曲线近似而得到的模型。

发动机控制装置40基于来自检测发动机运转状态的各种传感器的信号以及介由通信总线150发送的各种控制信息，来控制发动机(未图示)的运转状态。发动机控制装置40例如基于吸入空气量、节气门开度、发动机水温、吸气温度、空气燃料比、曲柄角、加速踏板开度、其他的车辆信息来执行以燃料喷射控制、点火时间控制、电子控制节气阀的开度控制等为主的发动机控制。

变速器控制装置50基于来自检测挡位和/或车速等的传感器的信号和/或介由通信总线150发送的各种控制信息，来控制供给到自动变速器(未图示)的油压，并根据预先设定的变速特性控制自动变速器。

制动控制装置60例如基于制动开关、4个轮的轮速、方向盘角、横摆率、其他的车辆信息，来与驾驶员的制动操作独立地控制4个轮的制动装置(未图示)。另外，制动控制装置60基于各轮的制动力计算各轮的制动液压，进行防抱死制动系统和/或防侧滑控制等。

转向控制装置70例如基于车速、驾驶员的转向转矩、方向盘角、横摆率、其他的车辆信息，来控制基于设置于车辆的转向系统的电动助力转向马达(未图示)的辅助转矩。另外，转向控制装置70根据来自行驶控制装置100的指示，在对行驶于本车辆的前方的前行车辆进行跟随行驶时，以跟随前行车辆的行驶轨迹的转向量来驱动控制电动助力转向马达。

接下来，对成为行驶控制系统10的核心的行驶控制装置100进行说明。行驶控制装置100基于通过外部环境识别装置20得到的外部环境的识别结果，执行沿着本车辆的行驶车道的行进道路的行驶控制以及跟随前行车辆进行行驶的跟随行驶控制。这些行驶控制是以行驶控制装置100的控制部101和控制目标点设定部102为主要部分来执行的。

详细而言，在本车辆前方未捕捉到前行车辆的情况下，控制部101识别道路的白线并检测本车辆的行驶车道，设定沿着该行驶车道的行进道路。并且，以在该行进道路上以设定车速进行行驶的方式执行介由发动机控制装置40、变速器控制装置50、制动控制装置60和转向控制装置70的行驶控制。

另一方面，在本车辆前方捕捉到前行车辆的情况下，控制部101以维持与前行车辆的预定的车间距离，同时在行进道路上以设定车速进行行驶的方式执行介由发动机控制装置40、变速器控制装置50、制动控制装置60和转向控制装置70的行驶控制。另外，在堵车时等那样的低速行驶时，控制部101进行跟随前行车辆而行驶的跟随行驶控制。

在该对前行车辆的跟随行驶中，控制部101计算前行车辆的行驶轨迹，以与该行驶轨迹一致的方式进行介由转向控制装置70的转向控制，并且执行介由发动机控制装置40、变速器控制装置50、制动控制装置60的行驶驱动控制。此时，对前行车辆的跟随行驶控制成为如下控制：即，通过以使本车辆的在车道内的横向位置与由控制目标点设定部102设定的控制目标点一致的方式修正转向角，来确定本车辆的行进方向。

控制目标点基本上设定在前行车辆的背面区域的车宽方向的中心位置，将该中心位置作为前行车辆的位置来计算行驶轨迹。具体而言，例如，根据照相机1的拍摄图像求出前行车辆的背面区域的中心位置，将该中心位置作为表示前行车辆的位置的候选点，基于拍摄图像的每1帧的本车辆的移动量来求出每帧的候选点。并且，将对该候选点的点群进行了近似的曲线作为前行车辆的行驶轨迹计算出。

详细而言，根据图2所示出的关系，基于本车辆C1的车速V、和根据本车辆C1的横摆率求出的横摆角θ，使用以下的(1)式和(2)式来计算帧率Δt(直到拍摄图像更新1帧为止的时间)下的向本车辆C1’的移动量Δx、Δz。

Δx＝V·Δt·sinθ…(1)

Δz＝V·Δt·cosθ…(2)

接下来，如以下的(3)式和(4)式所示，对于在前一帧以前检测到的前行车辆的候选点Pold(Xold,Zold)，通过在减去本车辆的移动量Δx、Δz之后进行向当前帧中的车辆固定坐标系(X',Z')的坐标变换来计算当前帧中的前行车辆的候选点Ppre(Xpre,Zpre)的坐标。

Xpre＝(Xold-Δx)·cosθ-(Zold-Δz)·sinθ…(3)

Zpre＝(Zold-Δx)·sinθ+(Zold-Δz)·cosθ…(4)

并且，通过对这些候选点的点群应用例如最小二乘法来求出如以下的(5)式所示的曲线，并将该曲线作为前行车辆的行驶轨迹P(参照图3)。在(5)式中，系数K1表示行驶轨迹的曲率成分，系数K2表示行驶轨迹的横摆角成分(行驶轨迹相对于本车辆的倾斜成分)，系数K3表示行驶轨迹相对于本车辆的横向位置成分。

P＝K1·Z²+K2·Z+K3…(5)

如上所述，在跟随前行车辆的行驶轨迹的控制中，将前行车辆的背面区域的车宽方向的中心位置作为控制目标点来控制本车辆的转向角。因此，控制部101以使本车辆的车宽方向的中心位置与控制目标点一致的方式介由转向控制装置70修正当前的转向角，并控制对前行车辆的跟随行驶。针对该控制目标点的转向控制主要执行基于以当前的转向角行进时的本车辆位置与控制目标点的偏差δx的反馈控制。

例如，如以下的(6)式所示，在基于与控制目标点之间的偏差δx的转向量上加上基于前行车辆的行驶轨迹的曲率K1的前馈量以及用于使本车辆的横摆角与行驶轨迹的横摆角成分K2一致的偏差δyaw的反馈量来计算目标转向角αref。

αref＝Gf·δx+Gff·K1+Gy·δyaw…(6)

其中，Gf：对于以当前的转向角行进时的本车辆位置与控制目标点的偏差的反馈增益

Gff：对于行驶轨迹的曲率的前馈增益

Gy：对于行驶轨迹与本车辆的相对横摆角的反馈增益

针对该目标转向角αref的转向控制作为基于目标转向角αref与当前的实际转向角αt之间的偏差的向目标转向转矩的控制来执行。针对目标转向转矩的控制，具体而言，作为电动助力转向马达的电流控制来执行，例如，如以下的(7)式所示，以基于PID控制的驱动电流Im来驱动电动助力转向马达。

Im＝Kv·(Gp·(αref-αt)+Gi·∫(αref-αt)dt+Gd·d(αref-αt)/dt)

…(7)

其中，Kv：马达电压-电流的转换系数

Gp：比例增益

Gi：积分增益

Gd：微分增益

在这样的对前行车辆的跟随行驶中，在前行车辆是比本车辆小型的车辆的情况下，由于车辆重量和/或重心位置等主要因素而容易受到干扰影响，有车辆横向位置以高频率、高振幅变化的趋势。其结果，在前行车辆是比本车辆小型的车辆的情况下，导致像蛇行那样行驶，或者偏向路肩侧、对向车道侧行驶的可能性高，存在跟随该前行车辆的本车辆的移动变得过于敏感，蛇行、偏向行驶的行为变得明显而给驾驶员带来不安感的隐患。

因此，如图1所示，行驶控制装置100除了具备控制部101、控制目标点设定部102以外，还具备死区设定部103、转向控制量校正部104，以抑制由前行车辆的行为引起的本车辆的不必要的行为，且不给驾驶员带来不安感。

死区设定部103基于前行车辆的形状数据设定转向控制的死区的宽度D。在本实施方式中，基于从照相机1的拍摄图像获取的前行车辆的形状数据与预先存储在本车辆的装置内的对应的形状数据之间的关系，判断前行车辆是否是比本车辆小型的车辆，在前行车辆是比本车辆小型的车辆的情况下，设定死区的宽度D。作为前行车辆与本车辆的形状数据的关系，可以使用车宽比、面积比(向以车宽方向为X轴、以车高方向为Y轴时的平面上的投影面积之比)、纵横比(车高/车宽)等。

具体而言，如图4所示，在判断为前行车辆C2是比本车辆C1小型的车辆时，在以对此时的前行车辆C2进行跟随行驶的控制目标点为中心的预定范围设定死区的宽度D，即使前行车辆C2蛇行，在本车辆C1的中心点与控制目标点的偏差λ在死区的宽度D内的情况下，就不修正本车辆C1的转向量而进行保持。

即，在前行车辆C2为本车辆C1以上的大小的情况下，如图5中虚线所示，针对表示本车辆的行进道路偏差的目标转向角αref与实际转向角αt的偏差Δα修正本车辆C1的转向量α，但在前行车辆C2是比本车辆C1小型的车辆的情况下，如图5中实线所示，在图中由(D)表示的死区的区域内，针对目标转向角αref与实际转向角αt的偏差Δα抑制本车辆C1的转向量α的修正，防止本车辆的过于敏感的反应。

在本实施方式中，死区的宽度D基于前行车辆的车宽与本车辆的车宽的车宽比来进行设定。即，死区设定部103将根据照相机1的拍摄图像得到的前行车辆的背面区域的X轴方向的右端位置与左端位置的差作为前行车辆的车宽W2计算出，基于该车宽W2与预先已知的本车辆的车宽W1的车宽比W2/W1，通过例如参照图表等算出系数Kd，将该系数Kd与前行车辆的车宽W2相乘而设定死区的宽度D。

图6表示设定死区的图表的特性例，设定成车宽比W2/W1越小，即前行车辆比本车辆越小，则系数Kd越大的特性。系数Kd最大设定为例如Kd＝0.8左右，在W2/W1≥1.0即前行车辆是本车辆以上的大小的情况下，Kd＝0，即实质上不存在死区。

应予说明，为了容易说明，图6的图表作为基于车宽比W2/W1来设定系数Kd的图表而进行了说明，但由于本车辆的车宽W1是已知的常量，所以也可以将预先使从参照参数(车宽比W2/W1)反推得到的前行车辆的车宽W2与图表上的相应的系数Kd的值相乘而得到的值(死区的宽度D)直接存储到图表中。

另外，在图6的图表中，基于车宽比W2/W1来设定系数Kd，但也可以基于前行车辆的车宽W2来设定系数Kd。即，本车辆的车宽是已知的，且通过检测前行车辆的车宽，可以知晓前行车辆是否是比本车辆小型的车辆，因此可以根据前行车辆的形状数据唯一地设定死区的宽度。

转向控制量校正部104在前行车辆偏向路肩侧、对向车道侧行驶的情况下，校正针对目标转向角的转向控制量而抑制由前行车辆的行为引起的本车辆的不必要的行为。该转向控制量的校正使用根据目标转向角αref与实际转向角αt的偏差Δα而设定的校正系数Kα(Kα≤1.0)，来向降低转向控制量的方向进行校正。

此时，对于前行车辆是否偏向行驶，在能够识别车道(白线)的情况下，可以根据前行车辆相对于车道中央位置的横向位置来判断，另一方面，在堵车行驶时等照相机1的视野受到前行车辆限制而无法识别车道(白线)的情况下，可以根据实际转向角、目标转向角与实际转向角的偏差等判断偏向行驶。如果是通常的行驶环境，则车道宽度和在车道内转向角的最大值可以是已知的，因此在实际转向角和/或目标转向角与实际转向角的偏差超过预定的阈值的情况下，可以判断为前行车辆偏向行驶(本车辆也跟随前行车辆偏向行驶)。

另外，校正系数Kα例如可以参照如图7所示的特性的图表进行设定。在图7的例子中，显示出随着目标转向角αref与实际转向角αt的偏差Δα从小的区域逐渐变大，Kα从1.0单调递减地变小的特性。利用该校正系数Kα进行的降低转向控制量的校正，具体而言，例如通过与利用上述的(6)式得到的目标转向角αref，或者利用(7)式得到的电动助力转向马达的驱动电流Im相乘来执行，使跟随行驶中的本车辆的转向角、转向力降低而抑制本车辆的不必要的行为。

另外，更详细而言，校正系数Kα可以以目标转向角αref中的对于本车辆位置与控制目标点的偏差的反馈增益Gf为主，适当地分配到对于行驶轨迹与本车辆的相对横摆角的反馈增益Gy、针对目标转向转矩的PID控制中的控制增益(比例增益Gp、积分增益Gi、微分增益Gd)等进行乘法运算，由此降低各个增益，将目标转向角αref、电动助力转向马达的驱动电流Im以降低的方式进行校正。

接下来，使用图8的流程图对行驶控制装置100的对前行车辆的跟随行驶控制的程序处理进行说明。

在该对前行车辆的跟随行驶控制中，在最初的步骤S1中，调查是否存在在本车辆的前方的预定范围内识别到的前行车辆。并且，在没有识别到前行车辆的情况下，退出本处理，在识别到前行车辆的情况下，从步骤S1进入步骤S2，将前行车辆的背面区域的中心位置设定为对前行车辆跟随行驶的控制目标点。

接下来，进入步骤S3算出前行车辆的车宽W2，根据参照基于该前行车辆的车宽W2与预先存储在装置内的本车辆的车宽W1的车宽比W2/W1的图表等来设定死区的宽度D(参照图6)。然后，在步骤S4中调查控制目标点与本车辆的中心位置的偏差是否在死区内。

其结果在控制目标点与本车辆的中心位置的偏差在死区内的情况下，从步骤S4进入步骤S5，调查前行车辆是否偏向路肩侧或者对向车道侧行驶。然后，在控制目标点与本车辆的中心位置的偏差在死区内，且前行车辆未偏向行驶的情况下，从步骤S5进入步骤S6并保持当前的转向角。

另一方面，在步骤S4中，在控制目标点与本车辆的中心位置的偏差偏离死区的情况下，从步骤S4进入步骤S7，调查前行车辆是否偏向行驶。并且，在前行车辆未偏向行驶的情况下，从步骤S7进入步骤S9，以使本车辆的车宽方向的中心位置与控制目标点一致的方式执行跟随行驶控制。此时的跟随行驶控制以针对控制目标点的转向控制，即基于控制目标点与本车辆的中心位置的偏差修正转向角的转向控制为核心来执行。

另外，在步骤S7中前行车辆偏向行驶的情况下，从步骤S7进入步骤S8，根据参照基于针对控制目标点的目标转向角αref与当前的实际转向角αt的偏差Δα的图表等来设定转向控制量的校正系数Kα(参照图7)。然后，在步骤S9中，基于利用校正系数Kα以降低的方式校正的转向控制量来执行针对控制目标点的转向控制。

这样，在本实施方式中，在将前行车辆的车宽方向的设定位置作为控制目标点进行跟随行驶时，即使在前行车辆是比本车辆小型的车辆且显示出蛇行、偏向行驶之类的行为时，也能够抑制由该前行车辆的行为引起的本车辆的不必要的行为，不会给驾驶员带来不安感。

Claims (5)

1.一种车辆的行驶控制装置，其特征在于，对跟随本车辆前方的前行车辆而行驶的跟随行驶进行控制，所述车辆的行驶控制装置具备：

控制目标点设定部，其将所述前行车辆的车宽方向的设定位置设定为所述跟随行驶的控制目标点；

转向控制量校正部，其基于针对所述控制目标点的目标转向角与实际转向角的偏差来校正针对所述目标转向角的转向控制量；以及

死区设定部，其基于所述前行车辆的形状数据，设定针对所述控制目标点的转向控制中的死区，

在判断为所述前行车辆是比所述本车辆小型的车辆时，

所述死区设定部在以对所述前行车辆进行跟随行驶的控制目标点为中心的预定范围设定所述死区的宽度，并且

即使所述前行车辆蛇行，在所述本车辆的中心点与所述控制目标点的偏差在所述死区的宽度内的情况下，所述转向控制量校正部不修正所述本车辆的转向量而进行保持。

2.根据权利要求1所述的车辆的行驶控制装置，其特征在于，

在所述控制目标点与所述本车辆的中心位置的偏差偏离所述死区并且所述前行车辆未偏向行驶的情况下，以使所述本车辆的车宽方向的中心位置与所述控制目标点一致的方式执行所述跟随行驶控制。

3.根据权利要求1所述的车辆的行驶控制装置，其特征在于，

所述转向控制量校正部使用根据所述目标转向角与所述实际转向角的偏差而设定的校正系数来降低针对所述目标转向角的转向控制量。

4.根据权利要求1所述的车辆的行驶控制装置，其特征在于，所述形状数据是所述前行车辆的车宽。

5.根据权利要求4所述的车辆的行驶控制装置，其特征在于，

所述死区设定部使用所述前行车辆的车宽与根据所述前行车辆的车宽而设定的系数的相乘值来设定所述死区的宽度。