JP2006182308A - 車線逸脱防止装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車線逸脱防止装置は、選択フラグFLSDが1の場合、左右の駆動輪の駆動力差により目標ヨーモーメントを車両に付与して逸脱回避をし(ステップS14〜ステップS16)、選択フラグFLSDが2の場合、左右の駆動輪の駆動力差及び予め選択した制動輪(ステップS8)に制動力を与えて、左右輪の制動力差により目標ヨーモーメントを車両に付与して逸脱回避をし(ステップS17〜ステップS19)、選択フラグFLSDが0の場合、左右輪の制動力差により目標ヨーモーメントを車両に付与して逸脱回避をする(ステップS20及びステップS21)。
【選択図】図2
Description
そこで、本発明は、前述の問題に鑑みてなされたものであり、運転者に違和感を与えることなく、車線逸脱回避に必要なヨーモーメントを確実に発生させることができる逸脱防止装置の提供を目的とする。
なお、本明細書でいう「走行状態」とは、走行中における車両の状態(速度、加速度、タイヤ空気圧等)、道路の状態(路面μ、上り路、下り路、カント路等)、周辺環境(先行車両や後続車両の存在等)を含むものとする。
また、請求項9記載の発明によれば、左右輪に発生させる制動力差又は駆動力差に起因するトルクステアの発生を防止しつつ、運転者に違和感を与えることなく車線逸脱を防止することができる。
第1の実施形態は、本発明の車線逸脱防止装置を搭載した後輪駆動車両である。この後輪駆動車両は、自動変速機とコンベンショナルディファレンシャルギヤとを搭載し、前後輪とも左右輪の制動力を独立制御可能な制動装置を搭載している。
図中の符号1はブレーキペダル、2はブースタ、3はマスタシリンダ、4はリザーバであり、通常は運転者によるブレーキペダル1の踏込み量に応じて、マスタシリンダ3で昇圧された制動流体圧を各車輪5FL〜5RRの各ホイールシリンダ6FL〜6RRに供給する。また、マスタシリンダ3と各ホイールシリンダ6FL〜6RRとの間には制動流体圧制御部7が介装されており、この制動流体圧制御部7によって、各ホイールシリンダ6FL〜6RRの制動流体圧を個別に制御することも可能となっている。
例えば、制動流体圧制御部7は、液圧供給系にアクチュエータを含んで構成されている。アクチュエータとしては、各ホイールシリンダ液圧を任意の制動液圧に制御可能な比例ソレノイド弁が挙げられる。
また、この車両には、LSD(Limited Slip Differential Gear)16が設けられている。本実施形態の車両は、後輪側にのみLSD16を搭載している。
撮像部13は、自車両前方の撮像画像から例えば白線等のレーンマーカを検出し、その検出したレーンマーカに基づいて走行車線を検出している。さらに、撮像部13は、その検出した走行車線に基づいて、自車両の走行車線と自車両の前後方向軸とのなす角(ヨー角)φ、走行車線中央からの横変位X及び走行車線曲率β等を算出する。この撮像部13は、算出したこれらヨー角φ、横変位X及び走行車線曲率β等をコントローラ8に出力する。
前輪駆動の場合
V=(Vwrl+Vwrr)/2
後輪駆動の場合
V=(Vwfl+Vwfr)/2
・・・(1)
ここで、Vwfl,Vwfrは左右前輪それぞれの車輪速度であり、Vwrl,Vwrrは左右後輪それぞれの車輪速度である。この(1)式により、従動輪の車輪速の平均値として車速Vを算出している。よって、本実施形態では、後輪駆動の車両であるので、後者の式、すなわち前輪の車輪速度により車速Vを算出する。
続いてステップS3において、前記ステップS2で得た車速Vと所定のしきい値VLSDとを比較する。
ステップS4では選択フラグFLSDを“1”に設定する。そして、ステップS9に進む。
一方、ステップS5では、全車輪5FL〜5RRについて路面μの値μi(i=fl,fr,rl,rr)の判定をする。具体的には、各車輪5FL〜5RRについて、路面μ値μi(i=fl,fr,rl,rr)を検出し、その検出した各路面μ値μiと所定のしきい値μLSDとを比較する。
μ=Kμ1・α ・・・(2)
ここで、Kμ1は、路面μを規定する車両換算係数である。
このステップS5において、全車輪5FL〜5RRについて、路面μ値μiが所定のしきい値μLSD未満の場合、前記ステップS4に進み、全車輪5FL〜5RRについて、路面μ値μiが所定のしきい値μLSD未満とならない場合、ステップS6に進む。
この表1により次の例に示すように、路面状態に応じて制動輪を選択する。
図3に示す路面は、車両1の走行方向に向かって、走行路の右側部分が高路面μとなり(μ≧μLSD)、走行路の左側部分が低路面μとなっている(μ<μLSD)。そして車両1は右側に逸脱傾向があり、すなわちこの場合、逸脱回避方向は左側になる。そして、車両1は、前輪5FL,5FRが高路面μの路面上にあり、後輪5RL,5RRが低路面μの路面上にある。このような場合には、車線逸脱回避用に作動させる制動輪として、高路面μの路面上にあり、かつ逸脱回避側の車輪である左前輪5FLを選択する。なお、後輪5RL,5RRについてはLSD16を作動させる。
ステップS7では、選択フラグFLSDを“0”に設定する。そして、ステップS9に進む。
ステップS9では、車線(φ=0°)と車両とがなす角度(ヨー角)φ(図7参照)を用いて車線逸脱傾向を判定する。具体的にはヨー角φ(図7参照)が所定のしきい値φmaxより大きいか否かを判定する。ここで、所定のしきい値φmaxは、車両に発生可能なヨー角である。具体的には、所定のしきい値φmaxを下記(3)式の値とする。
φmax=TTLC・dφd/dt ・・・(3)
このステップS9にて、ヨー角φが所定のしきい値φmaxより大きい場合(φ>φmax)、ステップS10に進み、前記角度φが所定のしきい値φmax以下の場合(φ≦φmax)、ステップS11に進む。
このステップS11では、先ず逸脱予測時間Toutを算出する。具体的には、dxを横変位Xの変化量(単位時間当たりの変化量)とし、Lを車線幅とし、横変位Xを用いて、下記(4)式により逸脱予測時間Toutを算出する(X,dx,Lの値については図8を参照)。例えば、車線幅Lは、撮像部13で取得した画像により得る。
Tout=(L/2−X)/dx ・・・(4)
なお、車線幅Lについては、撮像部13が撮像画像を処理することで得ている。また、ナビゲーション装置14から車両の位置を得たり、ナビゲーション装置14の地図データから車線幅Lを得たりしてもよい。
一方、逸脱予測時間Toutが逸脱判断用しきい値TTLC以上の場合(Tout≧TTLC)、車両が車線を逸脱しない(逸脱傾向なし)と判定するとともに、当該図2に示す処理を終了する。
方向スイッチ信号が示す方向(ウインカ点灯側)と、前記ステップS10で得た逸脱方向Doutが示す方向とが同じである場合、運転者が意識的に車線変更していると判定し、逸脱判断フラグFoutをOFFに変更する(Fout=OFF)。すなわち、逸脱しないとの判定結果に変更する。
また、方向指示スイッチ20が操作されていない場合には、操舵角δに基づいて運転者の車線変更の意図を判定する。すなわち、運転者が逸脱方向に操舵している場合において、その操舵角δとその操舵角の変化量(単位時間当たりの変化量)Δδとの両方が設定値以上のときには、運転者が意識的に車線変更していると判定し、逸脱判断フラグFoutをOFFに変更する(Fout=OFF)。
そして、このステップS12で、逸脱判断フラグFoutがOFFになった場合、当該図2に示す処理を終了し、逸脱判断フラグFoutがONに維持された場合、ステップS13に進む。
具体的には、前記ステップS9で車線逸脱傾向があると判定した場合には、ヨー角φの関数として目標ヨーモーメントMsを算出し、前記ステップS11で車線逸脱傾向があると判定した場合には、横変位Xの関数として目標ヨーモーメントMsを算出する。例えば、前記ステップS9で車線逸脱傾向があると判定した場合には、下記(5)式により目標ヨーモーメントMsを算出する。
Ms=K1・φ+K2・X+K3・β ・・・(5)
ここで、K1,K2,K3は車速Vに応じて変動するゲインであり、βは走行車線曲率である。
Ms=K4・X+K5・dx ・・・(6)
ここで、K4,K5は車速Vに応じて変動するゲインである。
続いてステップS14において、選択フラグFLSDが1か否かを判定する。ここで、選択フラグFLSDが1の場合(FLSD=1)、ステップS15に進み、選択フラグFLSDが1でない場合(FLSD=0)、ステップS17に進む。
続いてステップS16において、前記ステップS15で設定した駆動力配分になるようにLSD16を作動させる。これにより、左右の駆動輪の駆動力差により目標ヨーモーメントMsが車両に付与されて、車両は逸脱回避挙動を示すようになる。
ステップS18では、前記ステップS13で得た目標ヨーモーメントMsを実現するように、LSD16による左右輪の駆動力配分及び制動輪の制動力を設定する。
一方、選択フラグFLSDが0となるステップS20では、前記ステップS13で得た目標ヨーモーメントMsを実現するように、制動輪の制動力の大きさを決定する。
なお、逸脱回避のためのLSD16の作動の際に、その作動時間やヨー角φを同時に監視することで、確実に車線逸脱を回避するようにしてもよい。
TLSD=φ/(dφd/dt) ・・・(7)
この作動時間TLSDだけLSD16を作動させることで、確実に車線逸脱を回避できるようになる。
また、このとき発生するヨー加速度(ヨージャーク)d2φd/dt2が大きい場合、運転者を不快にさせたり、車両自体が不安定な挙動を示したりすることになるので、ヨー加速度(ヨージャーク)d2φd/dt2が一定値以下になるように、LSD16を作動させる。
先ず、各センサやコントローラ、コントロールユニットから各種データを読み込む(前記ステップS1)。続いて車速Vを算出して(前記ステップS2)、その車速Vと所定のしきい値VLSDとを比較する(前記ステップS3)。
ここで、車速Vが所定のしきい値VLSD未満の場合(V<VLSD)、選択フラグFLSDを“1”に設定する(前記ステップS4)。一方、車速Vが所定のしきい値VLSD以上の場合(V≧VLSD)、全車輪5FL〜5RRについて路面μの値μi(i=fl,fr,rl,rr)の判定をする(前記ステップS5)。ここで、全車輪5FL〜5RRについて、路面μ値μiが所定のしきい値μLSD未満の場合、選択フラグFLSDを“1”に設定する(前記ステップS4)。
そして、ヨー角φを用いて車線逸脱傾向を判定する(前記ステップS9)。ここで、ヨー角φが所定のしきい値φmaxより大きい場合(φ>φmax)、すなわちヨー角φから逸脱傾向があると判断した場合、逸脱判断フラグFoutをONに設定するとともに、その逸脱方向Doutを判定する(前記ステップS10)。
すなわち、選択フラグFLSDが1の場合、左右の駆動輪の駆動力差により目標ヨーモーメントを車両に付与して逸脱回避をし(前記ステップS14〜ステップS16)、選択フラグFLSDが2の場合、左右の駆動輪の駆動力差及び予め選択した制動輪(前記ステップS8参照)に制動力を与えて、左右輪の制動力差により目標ヨーモーメントを車両に付与して逸脱回避をし(前記ステップS17〜ステップS19)、選択フラグFLSDが0の場合、左右輪の制動力差により目標ヨーモーメントを車両に付与して逸脱回避をする(前記ステップS20及びステップS21)。
例えば、低速走行時に車輪に制動力差を発生させても、十分なヨーモーメントを確実に車両に付与することは困難であり、この場合、確実に車線逸脱を回避することができなくなる。このようなことから、車速が低速の場合、左右の駆動輪に駆動力差を発生させることで、所望のヨーモーメントを車両に確実に付与し、確実に車線逸脱を回避するようにしている。
例えば、低路面μの路面を走行しているときには、車輪に制動力差を発生させても、制動輪がスリップしてしまう等の理由から、十分なヨーモーメントを確実に車両に付与することは困難であり、この場合、確実に車線逸脱を回避することができなくなる。
また、選択フラグFLSDが2に設定されている場合とは、車速Vが所定のしきい値VLSD以上であり(V≧VLSD)、かつ一部の車輪について路面μ値μiが所定のしきい値μLSD未満の場合、すなわち、車速が中高速であっても、例えば低路面μと高路面μとが混在するようなスプリットμ路を車両が走行している場合であり、このような場合、左右の駆動輪に駆動力差を発生させるとともに、左右輪に制動力差を発生させて、逸脱回避している。そして、制動力差を発生させるための制動輪は、その走行路の状態に応じて選択されている。
このようなことから、LSD16により所定の駆動力配分として駆動輪に駆動力を付与するとともに、高路面μの路面にかかる車輪(逸脱回避側の車輪)がある場合には、その車輪に制動力を付与し、左右輪に制動力差を発生させて、所望のヨーモーメントを車両に確実に付与し、確実に車線逸脱を回避するようにしている。
前述したように、逸脱傾向がある場合、左右の駆動輪の駆動力差で車両にヨーモーメントを付与している。これにより、車線逸脱回避に最適なヨーモーメントを車両に付与し、確実に逸脱回避することができる。
また、前述したように、選択フラグFLSDに基づいて、すなわち車速や走行路の路面μに基づいて、左右の駆動輪の駆動力差と左右輪の制動力差とを組み合わせて、ヨーモーメントを車両に付与している。これにより、車速や走行路の路面μに適合させて、車線逸脱回避に最適なヨーモーメントを車両に付与し、確実に逸脱回避することができる。
運転状態の例:加速度が正(加速中)のときは駆動力差によりヨーモーメントを付与し、負(減速中)のときは制動力差によりヨーモーメントを付与する。また、操舵量が所定値以下のときは駆動力差によりヨーモーメントを付与し、所定値より大きいとき(旋回中)は制動力差によりヨーモーメントを付与する。また、横加速度が所定値以下のときは駆動力差によりヨーモーメントを付与し、所定値より大きいときは制動力差によりヨーモーメントを付与する。
周辺環境の例:後続車両が所定距離範囲内にいる場合は駆動力差によりヨーモーメントを付与する。また、先行車両が所定距離範囲内にいる場合は制動力差によりヨーモーメントを付与する。
第2の実施形態も、先の第1の実施形態と同様の車線逸脱防止装置を搭載した車両である。そして、この第2の実施形態では、車線逸脱回避制御により、前左右輪に作用する力の差、すなわち左右輪の制動力差により生じるトルクステアを考慮して車線逸脱回避制御を行っている。
ここで、トルクステアは、例えば左右輪の制動力差が原因となりキングピン軸まわりにモーメントが発生し、この力がステアリング系に伝わってハンドルを切る力となるものである。このようなトルクステアが発生すると、路面からステアリング操舵が介入された状態となり、車両挙動が不安定になってしまう。
左前輪5FLに駆動力FLが作用している場合、左前輪5FLのキングピン軸まわりのモーメントMLは下記(8)式に示すようになり、右前輪5FRに駆動力FRが作用している場合、右前輪5FRのキングピン軸まわりのモーメントMRは下記(9)式に示すようになる。
ML=FL・lpin_L ・・・(8)
MR=FR・lpin_R ・・・(9)
ここで、lpin_L,lpin_Rは左右輪それぞれのキングピンオフセット量である。
Fstrg=Kμ2・Kstrg・(ML−MR) ・・・(10)
ここで、Kμ2は路面μに対するトルクステアゲインであり、例えば、図10に示すような特性を有する。この図10に示すように、トルクステアゲインKμ2は、路面μが小さい場合、大きい値で一定値となり、路面μがある値より大きくなると、反比例なる関係となり小さくなっていき、路面μがある程度大きくなると小さい値で一定値となる。また、Kstrgは、ステアリング系に発生するトルクステアを実験的に求めた際の係数である。この値を車速毎に変化するようにしてもよい。
このように、トルクステアにより、ステアリング系に作用する力Fstrgが発生するようになる。
第2の実施形態では、基本的には前記第1の実施形態と同様に、車速、路面μ及び逸脱傾向に応じて、左右の駆動輪の駆動力差や左右輪の制動力差により目標ヨーモーメントを車両に付与して逸脱回避をしている。そして、前左右輪に制動力差を与えると、前述したようなトルクステアが発生する。
このようなことから、第2の実施形態では、前記制動力差に起因してトルクステアが発生し、それによりステアリング系に力Fstrgが入力されることに対し、その反力(−Fstrg)を当該ステアリング系に入力させるようにしている。
逸脱判断フラグFoutがOFFの場合(Fout=OFF)、すなわち車両が車線から逸脱しないとの判定結果を得た場合、下記(11)式及び(12)式に示すように、各車輪5FL〜5RRの目標制動液圧Psi(i=fl,fr,rl,rr)をマスタシリンダ液圧Pmf,Pmrにする。
Psfl=Psfr=Pmf ・・・(11)
Psrl=Psrr=Pmr ・・・(12)
ここで、Pmfは前輪用のマスタシリンダ液圧である。また、Pmrは後輪用のマスタシリンダ液圧であり、前後配分を考慮して前輪用のマスタシリンダ液圧Pmfに基づいて算出した値になる。
Ms<Ms1の場合
ΔPsf=0 ・・・(13)
ΔPsr=2・Kbr・Ms/T ・・・(14)
Ms≧Ms1の場合
ΔPsf=2・Kbf・(Ms−Ms1)/T ・・・(15)
ΔPsr=2・Kbr・Ms1/T ・・・(16)
ここで、Ms1は設定用しきい値を示す。また、Tはトレッドを示す。なお、このトレッドTは、簡単のため前後で同じ値にする。また、Kbf,Kbrは、制動力を制動液圧に換算する場合の前輪及び後輪についての換算係数であり、ブレーキ諸元により定まる。
Psfl=Pmf
Psfr=Pmf+ΔPsf
Psrl=Pmr
Psrr=Pmr+ΔPsr
・・・(17)
このような制動力により、車線逸脱回避のための目標ヨーモーメントが車両に付与されるようになる。
例えば、このように制動差により車両に目標ヨーモーメントを付与しようとした場合、ステアリング系への入力Fstrgは、前記(8)式〜(10)式及び(17)式から、下記(18)式のようになる。
Fstrg=Kμ2・Kstrg・Kstrg_p・{Pmf・lpin_L−(Pmf+ΔPsf)・lpin_L} ・・・(18)
ここで、Kstrg_pはマスタシリンダ液圧からキングピン軸周りのモーメントを算出するための係数である。
これにより、トルクステアによるステアリング系への入力があっても、前記反力とで相殺されるようになる。これにより、左右輪の制動力差により生じるトルクステアの発生を防止しつつ、車線逸脱回避制御を行うことができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態として実現されることに限定されるものではない。
また、逸脱傾向の判断については、前述のような判断手順により行うことに限定されるものではない。例えば、所定時間T(例えば前記時間TTLC)後の車両重心横位置の推定値Xsを算出し、この推定値Xsと走行路における車両重心の境界線の位置XLとを比較して逸脱傾向を判断してもよい。
Xs=dx×T+X0 ・・・(18)
ここで、X0は現在の車両の横変位である。
また、車両重心の境界線の位置XLは下記(19)式により得る。
XL=±(L−H)/2 ・・・(19)
ここで、Lは車線幅であり、Hは車両の幅である。また、車両重心の境界線の位置XLの正値は、走路右側を示し、車両重心の境界線の位置XLの負値は、走路左側を示す。
また、この場合、下記(20)に示すように、目標ヨーモーメントMsを前記推定値Xs及び車両重心の境界線の位置XLを用いて得るようにしてもよい。
Ms=K6・(Xs−XL) ・・・(20)
ここで、K6は、ゲイン(>0)であり、車速Vと前記時間TTLCに応じて設定する。図11は、ゲインK6、車速V及び前記時間TTLCの関係の一例を示す。ゲインK6は、前記時間TTLCに反比例の関係となるものとして設定され、車速Vが大きいほど小さく設定される。
7 制動流体圧制御部
8 コントローラ
9 エンジン
12 駆動トルクコントロールユニット
13 撮像部
14 ナビゲーション装置
16 LSD
17 マスタシリンダ圧センサ
18 アクセル開度センサ
19 操舵角センサ
22FL〜22RR 車輪速度センサ
Claims (10)
- 左右の駆動輪に駆動力差を発生させる駆動力差発生手段と、
左右輪に制動力差を発生させる制動力差発生手段と、
走行車線からの自車両の逸脱傾向を判定する逸脱傾向判定手段と、
前記逸脱傾向判定手段が自車両が逸脱傾向にあると判定したときの自車両の走行状態に基づいて、前記駆動力差発生手段によって自車両にヨーモーメントを付与する逸脱回避制御と前記制動力差発生手段によって自車両にヨーモーメントを付与する逸脱回避制御とを切り換えるヨーモーメント付与手段と、
を備えることを特徴とする車線逸脱防止装置。 - 自車両の車速を検出する車速検出手段をさらに有し、
前記ヨーモーメント付与手段は、前記車速検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動力差発生手段による逸脱回避制御と前記制動力差発生手段による逸脱回避制御とを切り換えることを特徴とする請求項1記載の車線逸脱防止装置。 - 前記ヨーモーメント付与手段は、前記車速が低速のときは前記駆動力差発生手段による逸脱回避制御を選択し、前記車速が高速のときは前記制動力差発生手段による逸脱回避制御を選択することを特徴とする請求項2記載の車線逸脱防止装置,
- 自車両の走行路の路面μを検出する路面μ検出手段をさらに有し、
前記ヨーモーメント付与手段は、前記路面μ検出手段の検出結果に基づいて、前記駆動力差発生手段による逸脱回避制御と前記制動力差発生手段による逸脱回避制御とを切り換えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車線逸脱防止装置。 - 前記ヨーモーメント付与手段は、前記自車両の走行路が低路面μのときは前記駆動力差発生手段による逸脱回避制御を選択し、前記自車両の走行路が高路面μのときは前記制動力差発生手段による逸脱回避制御を選択することを特徴とする請求項4記載の車線逸脱防止装置。
- 走行路に低路面μの路面と高路面μの路面とが混在する場合には、前記ヨーモーメント付与手段は、前記駆動力差発生手段により前記低路面μの路面上にある左右の駆動輪に駆動力差を発生させるともに、前記制動力差発生手段により前記高路面μの路面上にある車輪に制動力を付与して左右輪に制動力差を発生させることを特徴とする請求項4又は5に記載の車線逸脱防止装置。
- 前記ヨーモーメント付与手段が左右輪に発生させる駆動力差に起因してトルクステアにより発生するステアリング系への入力を相殺する反力を当該ステアリング系に入力することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の車線逸脱防止装置。
- 前記ヨーモーメント付与手段が左右輪に発生させる制動力差に起因してトルクステアにより発生するステアリング系への入力を相殺する反力を当該ステアリング系に入力することを特徴とする請求項2乃至7のいずれか1項に記載の車線逸脱防止装置。
- ステアリング系により転舵される左右輪に制動力差又は駆動力差を発生させる制動力差又は駆動力差発生手段と、
走行車線からの自車両の逸脱傾向を判定する逸脱傾向判定手段と、
前記逸脱傾向判定手段が自車両が逸脱傾向にあると判定した場合、前記制動力差又は駆動力差発生手段により左右輪に制動力差又は駆動力差を発生させて、自車両にヨーモーメントを付与するヨーモーメント付与手段と、
前記ヨーモーメント付与手段が左右輪に発生させる制動力差又は駆動力差に起因してトルクステアにより発生するステアリング系への入力を相殺する反力を当該ステアリング系に入力する反力入力手段と、
を備えることを特徴とする車線逸脱防止装置。 - 前記反力入力手段は、前記ヨーモーメント付与手段が左右輪に制動力差又は駆動力差を発生させる直前に、前記ステアリング系に反力を入力することを特徴とする請求項9記載の車線逸脱防止装置。
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