DE102014108937A1

DE102014108937A1 - Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug

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Publication number: DE102014108937A1
Application number: DE102014108937.5A
Authority: DE
Inventors: c/o FUJI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA Matsuno Koji
Original assignee: Fuji Jukogyo KK; Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: JP5802241B2; US9227663B2; CN104276206A; US20150012179A1; JP2015013545A; CN104276206B; DE102014108937B4

Abstract

Es wird eine Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Feed-forward-(Soll)-Steuerbeträge Iff und Tff eines Elektromotors 12, die notwendig sind, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt unter der feed-forward-(Soll)-Steuerung, werden berechnet auf der Basis der Straßenform. Die Vorhersagezeit T wird variabel gesetzt, so dass sie kürzer ist, wenn der aktuelle Versatz zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition größer wird, und die Position, nachdem die Vorhersagezeit T verstrichen ist, wird als ein Vorwärtsblickpunkt definiert, und die feedback-(Rückinformation)-Steuerbeträge Ifb und Tfb des Elektromotors 12, die notwendig sind, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses unter der feedback-(Rückinformation)-Steuerung fährt, werden berechnet auf der Basis des Fahrtzustandes des Fahrzeugs so, dass der Versatz zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugfahrlinie in dem Vorwärtsblickpunkt zu Null wird. Der Elektromotorstromwert Icmd wird daraufhin berechnet aus dem Fahrerlenkdrehmoment Td, den feed-forward-Steuerbeträgen Iff und Tff und den feedback-Steuerbeträgen Ifb und Tfb.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug, die einen elektrisch angetriebenen Lenkmotor betätigt, um dem Fahrzeug zu ermöglichen, längs eines gesetzten Zielkurses zu fahren.
Unterschiedliche Fahrtassistenzsteuerungseinrichtungen für Fahrzeuge, welche die Fahrt unterstützen, um dem Fahrzeug zu ermöglichen, längs eines gesetzten Zielkurses zu fahren, sind in jüngerer Zeit entwickelt worden mit der Aufgabe, die Anzahl von Verkehrsunfällen zu verringern und eine Belastung des Fahrers zu reduzieren. Ein Vorwärtsblickpunktmodell, das die Betätigungen des Fahrers simuliert, ist weithin bekannt als eine Technik zum Berechnen eines Ziellenkwinkels zum Bewirken, dass das Fahrzeug längs eines Zielkurses fährt. Beispielsweise offenbart die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung ( JP-A) Nr. 2005-170327 eine automatische Lenksteuerungsvorrichtung für ein Fahrzeug, in der ein Vorwärtsblickpunkt, der vor einem Fahrzeug gesetzt wird, das mit der Vorrichtung versehen ist, weiter von dem Fahrzeug weg gesetzt wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, und ein Lenkbetrag wird berechnet auf der Basis einer Differenz zwischen dem Vorwärtsblickpunkt und einem Referenzweg, der den Fahrt-Zielpfad darstellt. Bei dieser automatischen Lenksteuerungsvorrichtung wird die Differenz, basierend auf dem Vorwärtsblickpunkt, der auf der vorausliegenden Kurve gesetzt wurde, korrigiert, um näher zu der Differenz gebracht zu werden, basierend auf dem Vorwärtsblickpunkt, der gesetzt wird, wenn das Fahrzeug in die Kurve einfährt.
Wenn jedoch der Ziellenkwinkel gesetzt wird gemäß der Querabweichung von dem Zielkurs in dem Vorwärtsblickpunkt, so wie dies in der JP-A Nr. 2005-170327 offenbart ist, wird die Umgebung des Fahrzeugs gesehen, wenn ein Abstand von der aktuellen Fahrzeugposition zu dem Vorwärtsblickpunkt klein ist oder eine Vorhersagezeit (Zeit, bis das Fahrzeug den Vorwärtsblickpunkt erreicht) kurz ist, der Vorgang, der es dem Fahrzeug erlaubt, dem Zielkurs schnell zu folgen, wird durchgeführt und die Zielkursfolgefähigkeit wird verbessert, es wird jedoch ein nervöses und unstabiles Zielsteuerwinkel- oder Fahrzeugverhalten, das nur auf die aktuelle Querabweichung fokussiert ist, realisiert. Wenn demgegenüber die Vorhersagezeit verlängert wird, wird der Vorgang, der das Fahrzeug nach der Vorhersagezeit auf den Zielkurs zurückbringen kann, durchgeführt und die Zielkursfolgefähigkeit wird verzögert, es wird jedoch die Voraussagesteuerung durchgeführt, die nicht nur die Querabweichung von dem Zielkurs in Betracht zieht, sondern auch die Orientierung des Fahrzeugs in Bezug auf den Zielkurs, und das Änderungsverhältnis hiervon (Gierrate) und ein stabiles Ziellenkwinkel- und Fahrzeugverhalten wird erhalten. Aus dem Vorstehenden folgt, dass, wenn die Fahrtassistenzsteuerung ausgeführt wird mit dem Vorwärtsblickpunktmodell, die Vorhersagezeit adäquat gesetzt werden sollte, so dass sie eine schnelle Zielkursfolgefähigkeit mit der Stabilität des Fahrzeugverhaltens in Balance bringt. Das Setzen des Vorwärtsblickpunktes entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit, wie es in der JP-A Nr. 2005-170327 offenbart ist, ist equivalent zum Beibehalten der Vorhersagezeit. Das hieraus resultierende Problem ist, dass, obwohl das Fahrzeugverhalten gemäß dem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit stabilisiert wird, die Fähigkeit, dem Zielkurs zu folgen, bei einer hohen Geschwindigkeit verzögert ist. Zudem ist eine Funktion des Änderns des Vorwärtsblickpunktes entsprechend dem vorausliegenden Straßenradius ebenfalls offenbart als eine Maßnahme zum Abmildern der Sorge, dass, wenn das Fahrzeug in eine Kurve einfährt, der Vorwärtsblickpunkt zu weit in der Kurve liegt und die Steuerung durchgeführt wird, die den nachfolgenden Verzögerungsvorgang nicht in Betracht zieht. Dies ist jedoch lediglich die Korrektur, die die Fahrzeuggeschwindigkeit zu dem Zeitpunkt annimmt, wenn das Fahrzeug in die Kurve eintritt, und im Prinzip equivalent zum Setzen des Abstandes zu dem Vorwärtsblickpunkt, das die Fahrzeuggeschwindigkeit in Betracht zieht.
Im Hinblick auf das Vorstehende ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug bereitzustellen, die effektiv die schnelle Zielkursfolgefähigkeit mit der Stabilität des Fahrzeugverhaltens auf dem Zielkurs ins Gleichgewicht bringen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bereitgestellt eine Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug, welche aufweist: eine Zielkurssetzeinheit, die einen Zielkurs setzt, längs dessen ein Fahrzeug, das mit der Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung ausgerüstet ist, fahren soll, eine Fahrzeugfahrlinie-Abschätzeinheit, die eine Fahrlinie des Fahrzeugs abschätzt, eine Vorwärtsblickpunktberechnungseinheit, die eine Position nach Ablauf einer Vorhersagezeit berechnet, welche variabel gesetzt wird entsprechend einem im Wesentlichen aktuellen Versatz zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition, als einen Vorwärtsblickpunkt, und eine Steuereinheit, die das Fahrzeug so steuert, dass das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt als Reaktion auf zumindest einen Versatz zwischen dem Zielkurs in dem Vorwärtsblickpunkt und der abgeschätzten Fahrlinie des Fahrzeugs.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben unter Bezug auf die Zeichnungen, in denen
1 eine beispielhafte Darstellung ist, die die Konfiguration des Lenksystems eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
2 ein Funktionsblockschaubild einer Längssteuereinheit gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 das Flussdiagramm eines Fahrspurbeibehalte-Steuerungsprogramms gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
4 eine beispielhafte Darstellung ist, die die Systemkoordinaten, Fahrspurlinien und die Krümmung des Zielkurses gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 eine beispielhafte Darstellung ist, die ein Beispiel der Charakteristik der Vorhersagezeit zeigt, die gesetzt wird gemäß im Wesentlichen der vorliegenden Abweichung zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6 eine beispielhafte Darstellung ist, die den Feedbackberechnungsterm erläutert, basierend auf der Krümmung entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 eine beispielhafte Darstellung ist, die den Feedbackberechnungsterm zeigt, basierend auf dem Gierwinkel gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8 eine bespielhafte Darstellung ist, die ein Beispiel einer Eingangsdrehmoment-Motorstromwertcharakteristik des elektrischen Servolenkungsmotors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und
9A und 9B beispielhafte Darstellungen sind, die die Wirkung der Fahrspurbeibehaltesteuerung zeigen, durchgeführt basierend auf der gesetzten Vorhersagezeit entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 9A die Position bezogen auf den Zielkurs zeigt und 9B den Ziellenkwinkel zeigt, der von der Steuerung gesetzt wird.
Bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die sogenannte Fahrspurbeibehaltesteuerung unter Verwendung eines elektrischen Servolenkungsmotors erläutert als ein Beispiel der Fahrtassistenzsteuerung für ein Fahrzeug.
In 1 steht das Bezugszeichen 1 für eine elektrische Servolenkungsvorrichtung, die einen Lenkwinkel setzen kann unabhängig von den Vorgaben beziehungsweise der Eingabe des Fahrers. Bei der elektrischen Servolenkungsvorrichtung 1 ist eine Lenkwelle 2 drehbar gelagert durch eine Lenksäule 3 an einem Rahmen einer Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt in der Figur), wobei ein Ende hiervon sich in Richtung eines Fahrersitzes erstreckt und das andere Ende in Richtung zum Motorraum. Ein Lenkrad 4 ist an dem Ende der Lenkwelle 2 zum Fahrersitz hin angebracht und eine Zahnradwelle 5 ist mit dem Ende der Lenkwelle 2 verbunden, die auf der Seite liegt, welche sich zu dem Motorraum hin erstreckt.
Ein Lenkgetriebegehäuse 6, das in der Fahrzeugbreitenrichtung verläuft, ist in dem Motorraum vorgesehen, und eine Zahnstangenwelle 7 ist darin eingeführt und so gelagert, dass sie sich in dem Lenkgetriebegehäuse 6 hin und her bewegen kann. Ein an der Zahnradwelle 5 ausgebildetes Zahnrad kämmt mit einer Zahnstange (nicht gezeigt in der Figur), die an der Zahnstangenwelle 7 ausgebildet ist, wodurch ein Lenkgetriebemechanismus vom Typ Zahnstangenlenkung gebildet ist.
Die linken und rechten Endbereiche der Zahnstangenwelle 7 stehen an den entsprechenden Enden des Lenkgetriebegehäuses 6 hervor und ein vorderer Achsschenkel 9 ist über eine Spurstange 8 mit dem Endabschnitt verbunden. Die vorderen Achsschenkel 9 lagern drehbar linke und rechte Räder 10L, 10R als gelenkte Räder und sind drehbar gelagert an dem Fahrzeugkarosserierahmen. Wenn daher das Lenkrad 4 betätigt wird und die Lenkwelle 2 und die Zahnradwelle 5 gedreht werden, wird die Zahnstangenwelle 7 nach links oder rechts bewegt durch die Drehung der Zahnradwelle 5, diese Bewegung bewirkt, dass sich der vordere Achsschenkel 9 um den Achsschenkelbolzen (in der Figur nicht gezeigt) dreht und das linke und rechte Rad 10L, 10R nach links oder rechts gedreht werden.
Ein elektrischer Servolenkungsmotor (Elektromotor) 12 ist über einen Unterstützungsübertragungsmechanismus 11 mit der Zahnradwelle 5 verbunden und der Elektromotor 12 stellt Unterstützung bereit für ein Lenkdrehmoment, das auf das Lenkrad 4 aufzubringen ist, und fügt ein Lenkdrehmoment hinzu, um einen vorab gesetzten Lenkwinkel (Ziellenkwinkel) zu erhalten. Der Elektromotor 12 wird angetrieben von einer Motorantriebseinheit 21, wenn ein Zielstrom Icmd, der als ein Steuerungsausgangswert dient, von der nachfolgend beschriebenen Lenksteuerungseinheit 20 an die Motorantriebseinheit 21 ausgegeben wird. Die Lenksteuerungseinheit 20 verfügt ebenfalls über eine Lenkdrehmomentunterstützungsfunktion, die Erläuterung der Lenkdrehmomentunterstützungsfunktion wird jedoch in der vorliegenden Ausführungsform weggelassen.
Eine Vorwärtserkennungsvorrichtung 31, die die Form einer befahrenen Straße erkennt durch Erkennen von linken und rechten Fahrspurlinien vor dem Fahrzeug als die Form einer Straße und Fahrspurliniepositioninformation erlangt, ist mit der Lenksteuerungseinheit 20 verbunden. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 32, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit V detektiert, ein Lenkwinkelsensor 33, der einen Lenkwinkel θ_p detektiert, und ein Lenkdrehmomentsensor 34, der ein Lenkdrehmoment Td detektiert, sind ebenfalls mit der Lenksteuerungseinheit verbunden.
Die Vorwärtserkennungsvorrichtung 31 ist beispielsweise dargestellt durch einen Satz CCD Kameras, die in einem vorbestimmten Abstand zueinander an der Vorderseite des Dachhimmels innerhalb des Fahrzeuginnenraums angebracht sind und das Stereobild von Objekten außerhalb des Fahrzeugs von unterschiedlichen Blickpunkten aus aufnehmen, sowie eine Stereobildverarbeitungsvorrichtung, die Bilddaten von den CCD Kameras verarbeitet.
Das Verarbeiten von Bilddaten von den CCD Kameras in der Stereobildverarbeitungsvorrichtung der Vorwärtserkennungsvorrichtung 31 wird beispielsweise in der folgenden Art und Weise durchgeführt. Zunächst wird Abstandsinformation bestimmt aus einem Versatzbetrag von korrespondierenden Positionen bezüglich eines Paars Stereobilder in der Fahrzeugfortbewegungsrichtung, die von den CCD Kameras aufgenommen wurden, und ein Abstandsbild wird erzeugt.
Bei der Erkennung von Fahrspurliniedaten wird eine Änderung in der Helligkeit in der Breitenrichtung der Straße abgeschätzt auf der Basis der Tatsache, dass die Fahrspurlinie heller ist als die Straßenoberfläche, und die Positionen der linken und rechten Fahrspurlinie auf der Bildebene werden auf der Bildebene spezifiziert. Die Position (x, y, z) der Fahrspurlinie in dem realen Raum wird berechnet durch die wohlbekannte Koordinatenumwandlungsformel auf der Basis der Position (i, j) auf der Bildebene und der Parallaxe, die in Relation zu dieser Position berechnet wird, das heißt auf der Basis von Abstandsinformation. Das Koordinatensystem des realen Raumes, das unter Bezug auf die Position des Fahrzeugs gesetzt wurde, verwendet beispielsweise die Straßenoberfläche unmittelbar unter dem Zentrum der Stereokamera als einen Ursprungspunkt, die Fahrzeugbreitenrichtung als eine x-Achse, die Fahrzeughöhenrichtung als eine y-Achse und die Fahrzeuglängenrichtung (Abstandsrichtung) als eine z-Achse, wie in 4 gezeigt. In diesem Fall fällt die x-z-Ebene (y = 0) mit der Straßenoberfläche zusammen, wenn die Straße flach ist. Ein Straßenmodell wird dargestellt durch Unterteilen einer Fahrspur, auf der das Fahrzeug auf der Straße fährt, in mehrere Sektoren, und durch Verbindung der linken und rechten Fahrspurlinien in jedem Sektor mit einer vorbestimmten Approximation. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel erläutert, in dem die Form der befahrenen Straße erkannt wird auf der Basis des Bildes von einem Satz CCD Kameras. Die Form der befahrenen Straße kann jedoch ebenfalls bestimmt werden auf der Basis von Bildinformation von einer Monokularkamera oder einer Farbkamera.
Die Lenksteuerungseinheit 20 berechnet dann auf der Basis der zuvor erläuterten Eingangssignale die feed-forward-(Soll)-Steuerbeträge Iff und Tff des Elektromotors 12, die erforderlich sind, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt (in der vorliegenden Ausführungsform zwischen der linken Fahrspurlinie und der rechten Fahrspurlinie) unter der feed-forward-(Soll)-Steuerung auf der Basis der Form der befahrenen Straße. Die Lenksteuerungseinheit setzt dann variabel die Vorhersagezeit T entsprechend eines im Wesentlichen aktuellen Versatzes zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition, nimmt die Position, nachdem die Vorhersagezeit T verstrichen ist, als einen Vorwärtsblickpunkt, und berechnet die feedback-(Rückinformation)-Steuerbeträge Ifb und Tfb des Elektromotors 12, die notwendig sind, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt unter der feedback-(Rückinformation)-Steuerung auf der Basis des Fahrtzustandes des Fahrzeugs, so dass der Versatz zwischen dem Zielkurs in dem Vorwärtsblickpunkt und der Fahrlinie des Fahrzeugs 0 ist. Das Eingangsdrehmoment Tin wird daraufhin berechnet als ein Steuereingangswert auf der Basis des Betätigungsdrehmoments Td, das von dem Fahrer eingegeben wird, des feed-forward-Steuerbetrages Tff und des feedback-Steuerbetrages Tfb, der Elektromotorstromwert Icmd wird berechnet als ein Steuerausgangswert von dem Elektroservolenkungsmotor-Basisstromwert (Elektromotor-Basisstromwert) Ipsb, der erhalten wird auf der Basis des Eingangsdrehmoments Tin und auch des feed-forward-Steuerbetrages Iff und des feedback-Steuerbetrages Ifb, der berechnete Elektromotorstromwert wird ausgegeben an die Motorantriebseinheit 21 und der Elektromotor 12 wird entsprechend angesteuert.
Um einen solchen Prozess zu realisieren, ist die Lenksteuerungseinheit 20, wie in 2 gezeigt, hauptsächlich dargestellt durch eine feed-forward-(Soll)-Steuereinheit 20a, eine Vorhersagezeitsetzeinheit 20b, eine feedback-(Rückinformation)-Steuereinheit 20c, eine Eingangsdrehmomentberechnungseinheit 20d, eine Elektroservolenkungsmotor-Basiswert-Setzeinheit 20e und eine Elektroservolenkungsmotor-Stromwertberechnungseinheit 20f.
Die feed-forward-Steuereinheit 20a empfängt einen Eingang der erkannten Bildinformation von der Vorwärtserkennungsvorrichtung 31. Daraufhin wird der feed-forward-Steuerbetrag (Stromwert) Iff des Elektromotors 12, der erforderlich ist, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt, berechnet, beispielsweise durch die Gleichung (1) unten, und der feed-forward-Steuerbetrag (Drehmomentwert) Tff wird beispielsweise durch die Gleichung (2) unten berechnet. Iff = Giff·κ (1) Tff = Gtff·Iff (2)
Hierbei ist κ eine Fahrzeugliniekrümmung, beispielsweise dargestellt durch Gleichung (3) unten. κ = (κl + κr)/2 (3)
Wobei κl eine Krümmungskomponente ist bezogen auf die linke Fahrspurlinie und κr eine Krümmungskomponente bezogen auf die rechte Fahrspurlinie. Genauer gesagt, die Krümmungskomponenten κl und κr der linken und rechten Fahrspurlinien werden bestimmt unter Verwendung eines Koeffizienten zweiter Ordnung, berechnet von einem Verfahren der geringsten Quadrate zweiter Ordnung unter Bezug auf die Punkte, die die linken und rechten Fahrspurlinien darstellen, wie in 4 gezeigt. Beispielsweise wird der Wert von 2·A als die Krümmungskomponente verwendet, wenn die Fahrspurlinie angenähert wird durch die Gleichung zweiter Ordnung x = A·z² + B·z + c. Die Krümmungskomponenten κl, κr auf den Fahrspurlinien können selbst die Krümmungen der entsprechenden Fahrspurlinien sein.
Giff in Gleichung (1) stellt einen voreingestellten feed-forward-(Soll)-Zuwachs dar und Gtff in Gleichung (2) ist ein voreingestellter Drehmomentneuberechnungsfaktor.
Der feed-forward-Steuerbetrag (Drehmomentwert) Tff, der so von der feed-forward-Steuereinheit 20a berechnet wurde, wird an die Eingangsdrehmomentberechnungseinheit 20d ausgegeben und der feed-forward-Steuerbetrag (Stromwert) Iff wird an die Elektroservolenkungsmotor-Stromwertberechnungseinheit 20f ausgegeben.
Die Vorhersagezeitsetzeinheit 20b erhält Eingang von der erkannten Bildinformation von der Vorwärtserkennungsvorrichtung 31. Dann wird ein im Wesentlichen aktueller Versatz xi zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition bestimmt, wie in 6 gezeigt, und die Vorhersagezeit T wird gesetzt unter Bezug auf ein Eigenschaftskennfeld, wie beispielsweise in 5 dargestellt, das im Vorhinein erstellt wurde durch Tests oder Berechnungen, auf der Basis des absoluten Wertes |xi| dieses Versatzes.
Die Eigenschaft der Vorhersagezeit T ist so, dass eine kürzere Zeit gesetzt wird für einen größeren absoluten Wert |xi| des im Wesentlichen aktuellen Versatzes zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition, wie in 5 dargestellt. In solch einem Fall, wie zuvor erläutert, in dem der Abstand von der aktuellen Fahrzeugposition zu dem Vorwärtsblickpunkt klein ist oder die Vorhersagezeit T kurz ist, wird die Nähe des Fahrzeugs gesehen, der Vorgang, der es dem Fahrzeug erlaubt, schnell dem Zielkurs zu folgen, wird durchgeführt und die Zielkursfolgefähigkeit wird verbessert, ein nervöses und unstabiles Ziellenkwinkel- oder Fahrzeugverhalten, das lediglich auf die aktuelle Querabweichung fokussiert, wird jedoch erzielt. Wenn demgegenüber die Vorhersagezeit ausgedehnt wird, wird der Vorgang, der das Fahrzeug nach der Vorhersagezeit auf den Zielkurs zurückführen kann, durchgeführt und die Zielkursfolgefähigkeit wird verzögert, es wird jedoch die Vorhersagesteuerung durchgeführt, die nicht nur die Querabweichung von dem Zielkurs in Betracht zieht, sondern auch die Orientierung des Fahrzeugs in Bezug auf den Zielkurs und das Änderungsverhältnis hiervon (Gierrate), und stabile Ziellenkwinkel- und Fahrzeugverhalten werden erreicht. Wenn daher der absolute Wert |xi| des im Wesentlichen aktuellen Versatzes zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition groß ist, wird die Steuerung durchgeführt, die die Priorität auf die Zielkursfolgefähigkeit setzt, und wenn der absolute Wert |xi| des Versatzes klein ist, kann die Vorhersagesteuerung durchgeführt werden, die die Stabilität und Konvergenz betont und auch die Orientierung des Fahrzeugs in Bezug auf den Zielkurs und das Änderungsverhältnis hiervon (Gierrate) in Betracht zieht. Aus dem gleichen Grunde kann, wenn der Kurvenradius ρ der Straße klein ist oder wenn ein entgegenkommendes Fahrzeug vorhanden ist oder wenn auf einer Straße mit engen Fahrspuren gefahren wird, die Vorhersagezeit T dahingehend korrigiert werden, einen kleineren Wert anzunehmen, um die Zielkursfolgefähigkeit zu betonen. Die so gesetzte Vorhersagezeit T wird an die feedback-Steuereinheit 20c ausgegeben.
Die feedback-Steuereinheit 20c empfängt Eingang von der erkannten Bildinformation von der Vorwärtserkennungsvorrichtung 31, die Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 32, den Lenkwinkel θp von dem Lenkwinkelsensor 33 und die Vorhersagezeit T von der Vorhersagezeitsetzeinheit 20b. Daraufhin wird der feedback-Steuerbetrag (Steuerungsstrom) Ifb des Elektromotors 12, der erforderlich ist, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt, berechnet, beispielsweise durch Gleichung (4) unten, und der feedback-Steuerbetrag (Drehmomentwert) Tfb wird beispielsweise durch Gleichung (5) unten berechnet. Ifb = Gifbd·Δx + Gfbs·θ (4) Tfb = Gtfb·Ifb (5)
Hierbei ist Gifbd des ersten Berechnungsterms [Gifbd·Δx] in Gleichung (4) der feedback-(Rückinformation)-Zuwachs in der Fahrspurbreitenrichtung und Δx wird durch Gleichung (6) unten berechnet. Δx = (xl + xr)/2 – xv (6)
In Gleichung (6) ist xv die x-Koordinate in der z-Koordinate des Vorwärtsblickpunkts des Fahrzeugs. In der vorliegenden Ausführungsform wird die z-Koordinate zv in dem Vorwärtsblickpunkt beispielsweise berechnet als zv = V·T, wie in 6 gezeigt.
Die x-Koordinate xv des Vorwärtsblickpunkts kann daher berechnet werden beispielsweise durch Gleichung (7) unten durch Verwendung von Fahrzeugspezifikationen oder einem Stabilitätsfaktor As, der dem Fahrzeug eigen ist, auf der Basis des Fahrtzustandes des Fahrzeugs. xv = (1/2)·(1/(1 + As·V²))·(θp/Lw)·(V·T)² (7) wobei Lw ein Radstand ist.
Des Weiteren ist xl in Gleichung (6) die x-Koordinate der linken Fahrspurlinie in der z-Koordinate des Vorwärtsblickpunktes und xr ist die x-Koordinate der rechten Fahrspurlinie in der z-Koordinate des Vorwärtsblickpunktes. Der erste Berechnungsterm in Gleichung (4) wird daher der Berechnungsterm der x-Koordinatendifferenz zwischen dem Vorwärtsblickpunkt und dem Mittelpunkt (Zielkurs) zwischen den linken und rechten Fahrspurlinien, wie in 6 gezeigt.
Gfbs in dem zweiten Berechnungsterm [Gfbs·θ] in Gleichung (4) ist ein Gierwinkelfeedbackzuwachs und θ wird berechnet durch Gleichung (8) unten. θ = (θtl + θtr)/2 (8)
Wie in 7 gezeigt, ist θtl die Schrägstellung des Fahrzeugs in Bezug auf die linke Fahrspurlinie, bestimmt aus der Bildinformation von der Vorwärtserkennungsvorrichtung 31, und θtr ist die Schrägstellung des Fahrzeugs in Bezug auf die rechte Fahrspurlinie, bestimmt aus der Bildinformation von der Vorwärtserkennungsvorrichtung 31. Es wird beispielsweise ein Koeffizient erster Ordnung (das heißt, der Wert von B, wenn die Fahrspurlinie angenähert wird durch die Gleichung x = A·z² + B·z + C), berechnet durch das Verfahren der kleinsten Quadrate zweiter Ordnung mit Bezug auf jeden Punkt der Fahrspurlinie, erhalten aus der Bildinformation, für θtl, θtr verwendet.
Der zweite Berechnungsterm von Gleichung (4) dient daher dem Berechnen der Fahrtstellung (Gierwinkel θ) des Fahrzeugs in Bezug auf die Fahrspurlinie, erkannt von der Vorwärtserkennungsvorrichtung 31, wie in 7 gezeigt.
Des Weiteren ist das oben erwähnte Gtfb in Gleichung (5) ein vorab gesetzter Drehmomentneuberechnungsfaktor.
Der feedback-Steuerbetrag (Drehmomentwert) Tfb, berechnet in der zuvor erläuterten Weise in der feedback-Steuereinheit 20c, wird an die Eingangsdrehmomentberechnungseinheit 20d ausgegeben und der feedback-Steuerbetrag (Stromwert) Ifb wird an die Elektroservolenkungsmotor-Stromwertberechnungseinheit 20f ausgegeben.
Die Eingangsdrehmomentberechnungseinheit 20d empfängt Eingang von dem Lenkdrehmoment Td von dem Lenkdrehmomentsensor 34, empfängt Eingang von dem feed-forward-Steuerbetrag Tff von der feed-forward-Steuereinheit 20a und empfängt Eingang von dem feedback-Steuerbetrag Tfb von der feedback-Steuereinheit 20c. Daraufhin wird das Eingangsdrehmoment Tin berechnet, beispielsweise durch Gleichung (9) unten, und das berechnete Eingangsdrehmoment wird ausgegeben an die Elektroservolenkungsmotor-Basiswert-Setzeinheit 20e. Tin = Td + G1·(Tff + Tfb) (9) wobei Gi ein vorab gesetzter Zuwachs ist.
Die Elektroservolenkungsmotor-Basiswert-Setzeinheit 20e empfängt Eingang der Fahrzeuggeschwindigkeit V von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 32 und empfängt Eingang des Eingangsdrehmoments Tin von der Eingangsdrehmomentberechnungseinheit 20d. Daraufhin wird beispielsweise der Elektromotor-Basisstromwert Ipsb gesetzt in Bezug auf das vorab erstellte Eigenschaftskennfeld des Eingangsdrehmoments Tin – Elektromotor-Basisstromwert Ipsb, wie in 8 gezeigt, und der gesetzte Stromwert wird ausgegeben an die Elektroservolenkungsmotor-Stromwertberechnungseinheit 20f.
Die Elektroservolenkungsmotor-Stromwertberechnungseinheit 20f empfängt Eingang des feed-forward-Steuerbetrags Iff von der feed-forward-Steuereinheit 20a, empfängt Eingang des feedback-Steuerbetrags Ifb von der feedback-Steuereinheit 20c und empfängt Eingang des Elektromotor-Basisstromwerts Ipsb von der Elektroservolenkungsmotor-Basiswert-Setzeinheit 20e. Daraufhin wird der Elektromotorstromwert Icmd berechnet, beispielsweise durch die Gleichung (10) unten, und an die Motorantriebseinheit 21 ausgegeben. Icmd = Ipsb + Iff + Ifb (10)
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind somit die feed-forward-Steuereinheit 20a und die feedback-Steuereinheit 20c dahingehend konfiguriert, die Funktionen einer Zielkurssetzeinheit und einer Fahrzeugfahrtwegbestimmungseinheit aufzuweisen, und die Vorhersagezeitsetzeinheit 20b und die feedback-Steuereinheit 20c sind dahingehend konfiguriert, die Funktionen einer Vorwärtsblickpunktberechnungseinheit aufzuweisen, und weisen die Funktionen einer Steuereinheit in der Lenksteuerungseinheit 20 auf.
Die in der zuvor beschriebenen Lenksteuerungseinheit 20 ausgeführte Fahrspurbeibehaltesteuerung wird im Folgenden in Bezug auf das in 3 gezeigte Flussdiagramm erläutert.
Zuerst werden in Schritt (im Folgenden als „S” abgekürzt) 101 die erforderlichen Parameter, nämlich die Straßenform, Fahrzeuggeschwindigkeit V, der Lenkwinkel θp und das Lenkdrehmoment Td gelesen.
Dann wird in S102 der feed-forward-Steuerbetrag (Stromwert) Iff berechnet durch die obige Gleichung (1) in der feed-forward-Steuereinheit 20a.
Der Prozess geht dann weiter zu S103 und der feed-forward-Steuerbetrag (Drehmomentwert) Tff wird durch die obige Gleichung (2) berechnet in der feed-forward-Steuereinheit 20a.
Der Prozess geht dann weiter zu S104 und die Vorhersagezeit T wird gesetzt in der Vorhersagezeitsetzeinheit 20b mit Bezug auf das Eigenschaftskennfeld, wie in 5 gezeigt, welches vorab gesetzt wurde durch Tests oder Berechnungen, entsprechend dem im Wesentlichen aktuellen Versatz xi zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition.
Der Prozess geht dann weiter zu S105 und der feedback-Steuerbetrag (Stromwert) Ifb wird durch die obige Gleichung (4) berechnet in der feedback-Steuereinheit 20c.
Der Prozess geht dann weiter zu S106 und der feedback-Steuerbetrag (Drehmomentwert) Tfb wird berechnet durch die obige Gleichung (5) in der feedback-Steuereinheit 20c.
Der Prozess geht dann weiter zu S107 und der Eingangsdrehmoment Tin wird berechnet durch die obige Gleichung (9) in der Eingangsdrehmomentberechnungseinheit 20d.
Der Prozess geht dann weiter zu S108 und der Elektromotor-Basisstromwert Ipsb wird gesetzt in der Elektroservolenkungsmotor-Basiswert-Setzeinheit 20e unter Bezug auf das vorab erstellte Eigenschaftskennfeld des Eingangsdrehmoments Tin – Elektromotor-Basisstromwert Ipsb, wie in 8 gezeigt.
Der Prozess geht dann weiter zu S109 und der Elektromotorstromwert Icmd wird berechnet in der Elektroservolenkungsmotor-Stromwertberechnungseinheit 20f, beispielsweise durch die obige Gleichung (10), und ausgegeben an die Motorantriebseinheit 21.
Bei der vorliegenden Ausführungsform berechnet somit die Lenksteuerungseinheit 20 die feed-forward-Steuerbeträge Iff und Tff des Elektromotors 12, die notwendig sind, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt unter der feed-forward-Steuerung auf der Basis der Straßenform. Die Vorhersagezeit T wird variabel gesetzt dahingehend, dass sie kürzer ist für eine größere aktuelle Versatz zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition, die Position, nachdem die Vorhersagezeit T verstrichen ist, wird als ein Vorwärtsblickpunkt genommen und die feedback-Steuerbeträge Ifb und Tfb des Elektromotors 12, die notwendig sind, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt unter der feedback-Steuerung, werden berechnet auf der Basis des Fahrtzustandes des Fahrzeugs so, um den Versatz zwischen dem Zielkurs und der Fahrlinie des Fahrzeugs in dem Vorwärtsblickpunkt auf Null zu bringen. Das Eingangsdrehmoment Tin, das als Steuerungseingangswert dient, wird dann berechnet auf der Basis des Fahrerlenkdrehmoments Td, des feed-forward-Steuerbetrages Tff und des feedback-Steuerbetrages Tfb, und der Elektromotorstromwert Icmd, der als ein Steuerungsausgangswert dient, wird berechnet von dem Elektromotor-Basisstromwert Ipsb, der erhalten wird auf der Basis des Eingangsdrehmoments Tin, und auch aus dem feed-forward-Steuerbetrag Iff und dem feedback-Steuerbetrag Ifb.
Wenn daher der Abstand von der aktuellen Fahrzeugposition zu dem Vorwärtsblickpunkt klein ist oder die Vorhersagezeit T kurz ist, wird die Umgebung des Fahrzeugs betrachtet, es wird der Vorgang durchgeführt, der dem Fahrzeug erlaubt, schnell auf den Zielkurs zu kommen, und die Zielkursfolgefähigkeit wird verbessert, wobei jedoch nervöse und unstabile Ziellenkwinkel oder Fahrzeugverhalten, die lediglich auf die aktuelle Querabweichung fokussiert sind, erreicht werden. Beispielsweise, wie durch eine Punkt-Strich-Linie in 9A gezeigt, wenn die Fahrspurbeibehaltesteuerung zum Zeitpunkt t0 an einer vorbestimmten Position (Anfangsposition) L1, die in einem Abstand von dem Zielkurs liegt, auf EIN geschaltet ist, kann das Fahrzeug den Zielkurs frühestens zum Zeitpunkt t1 erreichen, der Abstand von dem Zielkurs nimmt dann jedoch zu und die größte Abweichung von dem Zielkurs wird erreicht zu dem Zeitpunkt t4, was sich aus der verschlechterten Konvergenzeigenschaft ergibt.
Andererseits, wenn die Vorhersagezeit T verlängert wird, wird der Vorgang, der das Fahrzeug auf den Zielkurs nach der Vorhersagezeit zurückbringen kann, durchgeführt und die Zielkursfolgefähigkeit wird verzögert, es wird jedoch die Vorhersagesteuerung durchgeführt, die nicht nur die Querabweichung von dem Zielkurs in Betracht zieht, sondern auch die Orientierung des Fahrzeugs in Bezug auf den Zielkurs sowie das Änderungsverhältnis hiervon (Gierrate) und stabile Ziellenkwinkel und Fahrzeugverhalten werden erreicht. Beispielsweise, wie durch die gestrichelte Linie in 9A gezeigt, nimmt die Abweichung von dem Zielkurs ab und die verbesserte Konvergenz zu dem Zielkurs kann erwartet werden, die Zeit t3, bis der Zielkurs erreicht wird, ist jedoch am längsten.
Wenn daher der Absolutwert |xi| des im Wesentlichen aktuellen Versatzes zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition groß ist, wird die Steuerung durchgeführt, die der Zielkursfolgefähigkeit Priorität verleiht, und wenn der Absolutwert |xi| des Versatzes klein ist, werden die Fähigkeit, dem Zielkurs schnell zu folgen, und die Stabilität des Fahrzeugverhaltens auf dem Zielkurs wirkungsvoll ausbalanciert, so dass die Vorhersagesteuerung, die die Stabilität und Konvergenz betont und auch die Orientierung des Fahrzeugs in Bezug auf den Zielkurs sowie das Änderungsverhältnis hiervon (Gierrate) in Betracht zieht, ermöglicht wird (siehe die durchgezogene Linie in 9A).
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerung durchgeführt, in der nicht nur ein elektrischer Strom zu dem Elektromotor-Basisstromwert Ipsb hinzugefügt wird, sondern es wird auch die oben beschriebene Drehmomenthinzufügung durchgeführt bezüglich des Eingangsdrehmoments Tin, wenn der Elektromotor-Basisstromwert Ipsb bestimmt wird, es ist jedoch ebenfalls möglich, die Steuerung durchzuführen, in der lediglich ein elektrischer Strom zu dem Elektromotor-Basisstromwert Ipsb hinzugefügt wird, oder die Steuerung, in der lediglich die zuvor beschriebene Drehmomenthinzufügung durchgeführt wird in Bezug auf das Eingangsdrehmoment Tin.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Es wird eine Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Feed-forward-(Soll)-Steuerbeträge Iff und Tff eines Elektromotors 12, die notwendig sind, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt unter der feed-forward-(Soll)-Steuerung, werden berechnet auf der Basis der Straßenform. Die Vorhersagezeit T wird variabel gesetzt, so dass sie kürzer ist, wenn der aktuelle Versatz zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition größer wird, und die Position, nachdem die Vorhersagezeit T verstrichen ist, wird als ein Vorwärtsblickpunkt definiert, und die feedback-(Rückinformation)-Steuerbeträge Ifb und Tfb des Elektromotors 12, die notwendig sind, damit das Fahrzeug längs des Zielkurses unter der feedback-(Rückinformation)-Steuerung fährt, werden berechnet auf der Basis des Fahrtzustandes des Fahrzeugs so, dass der Versatz zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugfahrlinie in dem Vorwärtsblickpunkt zu Null wird. Der Elektromotorstromwert Icmd wird daraufhin berechnet aus dem Fahrerlenkdrehmoment Td, den feed-forward-Steuerbeträgen Iff und Tff und den feedback-Steuerbeträgen Ifb und Tfb.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005-170327 A [0002, 0003, 0003]

Claims

Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug, umfassend: eine Zielkurssetzeinheit, die einen Zielkurs setzt, längs dessen ein mit der Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung ausgerüstetes Fahrzeug fahren soll, eine Fahrzeugfahrlinie-Abschätzeinheit, die eine Fahrlinie des Fahrzeugs abschätzt, eine Vorwärtsblickpunktberechnungseinheit, die eine Position nach Ablauf einer Vorhersagezeit, die variabel gesetzt wird entsprechend einem im Wesentlichen aktuellen Versatz zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition, als einen Vorwärtsblickpunkt berechnet, und eine Steuereinheit, die das Fahrzeug so steuert, dass das Fahrzeug längs des Zielkurses fährt als Reaktion auf zumindest einen Versatz zwischen dem Zielkurs in dem Vorwärtsblickpunkt und der abgeschätzten Fahrlinie des Fahrzeugs.
Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Vorwärtsblickpunktberechnungseinheit die Vorhersagezeit kürzer setzt, wenn der im Wesentlichen aktuelle Versatz zwischen dem Zielkurs und der Fahrzeugposition größer wird.
Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorwärtsblickpunktberechnungseinheit die Vorhersagezeit kürzer setzt, wenn eine Spurbreite einer befahrenen Fahrspur enger wird.
Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vorwärtsblickpunktberechnungseinheit die Vorhersagezeit kürzer setzt, wenn ein Kurvenradius einer befahrenen Fahrspur kleiner wird.
Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorwärtsblickpunktberechnungseinheit die Vorhersagezeit kürzer setzt, wenn ein entgegenkommendes Fahrzeug in einer befahrenen Fahrspur vorhanden ist.
Fahrtassistenzsteuerungseinrichtung für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinheit einen Elektroservolenkungsmotor steuert.