CN107031630B - 车辆的行驶控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆的行驶控制装置，在跟随前行车辆行驶时，抑制本车辆相对于前行车辆的行驶轨迹的摇晃而摇晃。作为相对于跟随行驶的控制量的控制调整值，在第一控制调整值设定部(104)设定基于前行车辆的形状数据的第一增益(G1)，在第二控制调整值设定部(105)设定基于前行车辆的横向速度的第二增益(G2)。控制量调整部(103)以基于前行车辆和本车辆的车宽比的第一增益(G1)为主来调整跟随行驶的控制量，由此抑制本车辆相对于前行车辆的行驶轨迹的摇晃而摇晃，另外，通过根据状况而选择性地利用基于前行车辆的横向速度的第二增益(G2)来调整跟随行驶的控制量，由此避免在弯道行驶时等的跟随性的降低。

Description

车辆的行驶控制装置
技术领域
本发明涉及一种车辆的行驶控制装置，该车辆的行驶控制装置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。
背景技术
以往，已知一种在汽车等车辆中，跟随在本车辆的前方行驶的前行车辆而行驶的跟随行驶系统。该对前行车辆的跟随行驶系统例如如专利文献1所公开，是通过雷达和/或照相机等捕获前行车辆，对转向系统、变速器、发动机和制动器进行自动控制的系统，对于在路面上没有车道标记、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变小而前方视野受限，难以识别车道(白线)的情况有效。
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，通常以将观测前行车辆的背面区域而计算出的车宽方向的中心位置作为控制目标点，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相对于本车辆为小型车辆的情况下，小型车辆由于车辆重量和/或重心位置等主要因素而容易受到干扰的影响，车辆横向位置以高频率、高振幅进行变化的可能性高。
因此，在跟随相对于本车辆为小型车辆而行驶的情况下，与跟随大型车辆而行驶的情况相比较，本车辆的动作具有容易变得摇晃的倾向，可能会给本车辆或周围车辆的驾驶员带来不安感。
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，能够抑制本车辆相对于前行车辆的行驶轨迹的摇晃而摇晃的车辆的行驶控制装置。
技术方案
本发明的一个形态的车辆的行驶控制装置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，具备：控制目标点设定部，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；第一控制调整值设定部，基于上述前行车辆的至少包括车宽的形状数据，设定第一增益；第二控制调整值设定部，基于上述前行车辆的横向速度，设定在上述前行车辆的横向速度超过基准速度的区域中变得比上述第一增益大的第二增益；以及控制量调整部，选择性地使用上述第一增益和上述第二增益，来调整针对上述控制目标点的控制量。
发明效果
根据本发明，在跟随前行车辆行驶时，能够抑制本车辆相对于前行车辆的行驶轨迹的摇晃而摇晃。
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是示出前行车辆的行驶轨迹的说明图。
图4是示出相对于前行车辆的跟随轨迹的说明图。
图5是示出第一增益的特性的说明图。
图6是示出第二增益的特性的说明图。
图7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：外部环境识别装置
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：控制量调整部
104：第一控制调整值设定部
105：第二控制调整值设定部
150：通信总线
C1：本车辆
C2：前行车辆
G1：第一增益
G2：第二增益
具体实施方式
以下，参考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，执行包括车辆自主的自动驾驶的行驶控制。该行驶控制系统10构成为以行驶控制装置100为核心，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等经由形成车内网络的通信总线150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来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，以通过车载的照相机1和图像识别装置2进行的外部环境的识别为主进行说明。
在本实施方式中，照相机1是由从不同视点对同一对象物进行拍摄的两台照相机1a、1b构成的立体照相机，并且是具有CCD和/或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体内上部的前窗内侧的后视镜附近。
由照相机1拍摄到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)，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。
作为车道的白线能够通过从图像中提取成为白线候补的点组，并算出连结该候补点的直线和/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)的多条搜索线上进行对亮度在预定以上变化的边缘的检测，并针对每条搜索线检测一组白线起点和白线结束点，提取白线起点与白线结束点之间的中间的区域作为白线候补点。
然后，对基于单位时间的车辆移动量的白线候补点的空间坐标位置的时间序列数据进行处理，计算近似于左右白线的模型，根据该模型识别白线。作为白线的近似模型，能够使用将通过霍夫转换求得的直线成分连结而得到的近似模型、和/或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类的信号以及经由通信总线150接收的各种控制信息，控制发动机(未图示)的运转状态。发动机控制装置40基于例如吸入空气量、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、其他车辆信息来执行以燃料喷射控制、点火时期控制、电子控制节流阀的开度控制等为主的发动机控制。
变速器控制装置50基于来自检测变速位置和/或车速等的传感器类的信号和/或经由通信总线150接收的各种控制信息，控制供给到自动变速器(未图示)的油压，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基于例如制动器开关、四个轮的车轮速度、方向盘角、横摆率、其他车辆信息，来与驾驶员的制动操作独立地控制四个轮的制动装置(未图示)。另外，制动控制装置60基于各轮的制动力来计算各轮的制动液压，进行防抱死制动系统和/或防止侧滑的控制等。
转向控制装置70基于例如车速、驾驶员的转向转矩、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，利用跟随前行车辆的行驶轨迹的转向量，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，来执行沿着本车辆的行驶车道的行进路径的行驶控制以及跟随前行车辆行驶的跟随行驶控制。将行驶控制装置100的控制部101和控制目标点设定部102作为主要部分执行这些行驶控制。
详细而言，在本车辆前方未捕获到前行车辆的情况下，控制部101识别道路的白线而检测本车辆的行驶车道，设定沿着该行驶车道的行进路径。并且，以在该行进路径上以设定车速行驶的方式执行经由发动机控制装置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，在本车辆前方捕获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，同时以设定车速在行进路径上行驶的方式执行经由发动机控制装置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进行跟随前行车辆行驶的跟随行驶控制。
在该针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经由转向控制装置70的转向控制，并且执行经由发动机控制装置40、变速器控制装置50、制动控制装置60的行驶驱动控制。在该情况下，针对前行车辆的跟随行驶控制，通过以使在本车辆的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，从而进行决定本车辆的行进方向的控制。
控制目标点基本上根据前行车辆的背面区域的车宽方向的中心位置设定，将该中心位置作为前行车辆的位置计算行驶轨迹。具体来说，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补点，基于拍摄图像的每一帧的本车辆的移动量来求出每帧的候补点。并且，计算对该候补点的点组进行了近似的曲线而作为前行车辆的行驶轨迹。
详细而言，根据图2所示的关系，基于本车辆C1的车速V和由本车辆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(拍摄图像更新一帧的时间)内的向本车辆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，对于在前帧以前检测到的前行车辆的候补点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')的坐标转换来计算当前帧中的前行车辆的候补点Ppre(Xpre,Zpre)的坐标。
Xpre＝(Xold-Δx)·cosθ-(Zold-Δz)·sinθ…(3)
Zpre＝(Zold-Δx)·sinθ+(Zold-Δz)·cosθ…(4)
并且，通过对这些候补点的点组应用例如最小二乘法来求出如以下的(5)式所示的曲线，将该曲线作为前行车辆的行驶轨迹P(参考图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经由转向控制装置70修正当前的转向角，并控制对于前行车辆的跟随行驶。对于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的转向控制作为针对基于目标转向角αref与实际转向角αt的偏差的目标转向转矩的控制而执行。针对目标转向转矩的控制，具体来说，作为电动助力转向马达的电流控制而执行，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，如图4中虚线所示，如果前行车辆C2在道路RD的车道Ls、Lc内稍微摇晃地行进，则跟随前行车辆C2的本车辆C1也会摇晃，可能给驾驶员带来不安感。特别地，在前行车辆C2相对于本车辆量C1为小型车辆的情况下，由于车辆重量和/或重心位置等的主要因素而容易受到外界的影响，而存在车辆横向位置以高频率、高振幅进行变化的倾向。
为了应对这样的前行车辆的行驶轨迹的摇晃，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，还具备控制量调整部103、第一控制调整值设定部104和第二控制调整值设定部105，调整对前行车辆的跟随性来抑制本车辆的摇晃。
控制量调整部103使控制部101中的跟随行驶控制的控制量进行增减，调整对前行车辆的跟随性。该控制量的增减是跟随行驶中的本车辆的转向角和/或转向力的调整，例如，使利用上述(6)式而得的目标转向角αref，或利用(7)式而得的电动助力转向马达的驱动电流Im进行增减。
更具体来说，以调整目标转向角αref中的相对于本车辆位置与控制目标点的偏差的反馈增益Gf为主进行调整，也可以适当调整相对于行驶轨迹与本车辆的相对横摆角的反馈增益Gy、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。
在本实施方式中，作为对跟随行驶的控制量的控制调整值，设定基于前行车辆的形状数据的第一增益G1，和基于前行车辆的横向速度(向X轴方向的移动速度)的第二增益G2。第一增益G1在第一控制调整值设定部104中被设定，第二增益G2在第二控制调整值设定部105中被设定。控制量调整部103主要使用第一增益G1来调整跟随行驶的控制量，根据状况而选择性地使用第二增益G2来调整跟随行驶的控制量。
在本实施方式中，第一增益G1基于从照相机1的拍摄图像所取得的前行车辆的形状数据和预先存储于本车辆的装置内的对应的形状数据之间的关系而被设定。作为前行车辆与本车辆的形状数据的关系，能够使用车宽比、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。
在本实施方式中，使用前行车辆与本车辆的车宽比来作为前行车辆与本车辆的形状数据之比。第一控制调整值设定部104计算从照相机1的拍摄图像获得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值作为前行车辆的车宽W2，并基于该车宽W2与预先已知的本车辆的车宽W1的车宽比W2/W1来设定第一增益G1。
在前行车辆的车宽比本车辆的车宽小的小型车的情况下，第一增益G1为考虑到车辆动作具有摇晃倾向而得的数值，例如储存于如图5所示的特性的图表，参考该图表而被设定。在图5中，第一增益G1被设定为具有以下特性，即在W2/W1＜1.0的情况下，车宽比W2/W1越小，第一增益G1也变小，在W2/W1≥1.0的情况下，G1＝1.0(不调整)。
应予说明，在图5的图表中，基于车宽比W2/W1而设定了第一增益G1，但也可以基于前行车辆的车宽W2来设定第一增益G1。也就是说，本车辆的车宽为已知，通过检测前行车辆的车宽，能够了解是否前行车辆是相对于本车辆为小型而车辆动作具有摇晃倾向的车辆，因此也可以从前行车辆的形状数据同理设定第一增益G1。
另一方面，在前行车辆向横向的移动速度变大的情况下，第二增益G2是考虑到设想是沿弯道行驶的状况时而得的调整值。第二控制调整值设定部105根据照相机1的拍摄图像来计算前行车辆的横向速度Vx，并基于该横向速度Vx来设定第二增益G2。
第二增益G2例如储存于如图6所示的特性的图表，参考该图表而被设定。在图6中，第二增益G2设定为具有以下特性，即在设想弯道行驶而得的基准速度Vx0下G2＝1.0，相对于前行车辆的横向速度Vx而大致呈直线状变化。
在本实施方式中，基于前行车辆与本车辆的车宽比的第一增益G1和基于前行车辆的横向速度的第二增益G2设定为在Vx＞Vx0的区域中G1＜G2。也就是说，在前行车辆的横向速度Vx超过基准速度的情况下，无论前行车辆的车宽如何，均根据前行车辆的横向速度而进行提高跟随性的调整，从而防止在弯道行驶时对前行车辆的跟随性下降。
接下来，使用图7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。
在针对该前行车辆的跟随行驶控制中，在最初的步骤S1中，调查在本车辆前方的预定范围内是否存在所识别到的前行车辆。然后，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的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的参考图表等来设定第一增益G1(参考图5)。进一步地，在步骤S4中计算前行车辆的横向速度Vx，根据基于该横向速度Vx的参考图表等来设定第二增益G2(参考图6)。
在继步骤S4的步骤S5中，对第一增益G1和第二增益G2进行比较。然后，当G1＞G2时，在步骤S6将基于前行车辆和本车辆的车宽比的第一增益G1设定为相对于跟随行驶的控制量的调整值，当G1≤G2时，在步骤S7将基于前行车辆的横向速度的第二增益G2设定为相对于跟随行驶的控制量的调整值。
之后，从步骤S6或步骤S7进入步骤S8，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。该跟随行驶控制以基于控制目标点与本车辆的中心位置的偏差来对当前的转向角进行修正的转向控制为主的方式被执行，如图4所示，在前行车辆C2相对于本车辆C1为小型车辆，而行驶轨迹有摇晃倾向的情况下，使本车辆的跟随性降低，以图中实线所示的行驶轨迹抑制摇晃，消除驾驶员的不安心感。
如此在本实施方式中，在以前行车辆的车宽方向的设定位置作为控制目标点而跟随行驶时，即使前行车辆相对于本车辆为小型车辆而具有摇晃倾向，也能够抑制本车辆相对于前行车辆的行驶轨迹的摇晃而摇晃，不会给本车辆和/或周围车辆的驾驶员带来不安感。

Claims (4)

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，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；
第一控制调整值设定部，基于所述前行车辆的至少包括车宽的形状数据，设定第一增益；
第二控制调整值设定部，基于所述前行车辆的横向速度，设定在所述前行车辆的横向速度超过基准速度的区域中变得比所述第一增益大的第二增益；以及
控制量调整部，选择性地使用所述第一增益和所述第二增益，来调整针对所述控制目标点的控制量。
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，所述控制量调整部在所述第二增益变得比所述第一增益大的情况下，利用所述第二增益来调整针对所述控制目标点的控制量。
3.根据权利要求1或2所述的车辆的行驶控制装置，其特征在于，所述第一增益和所述第二增益为用于调整针对所述控制目标点的本车辆的转向量的增益。
4.根据权利要求1或2所述的车辆的行驶控制装置，其特征在于，所述第一增益和所述第二增益为用于调整针对所述控制目标点的本车辆的转向力的增益。
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