JP2009018626A - 操舵制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御精度が向上された操舵制御装置を提供すること。
【解決手段】自車両のカーブ走行を判定するカーブ走行判定手段を備え、自車両がカーブ走行中である場合に、フィードフォワード制御における目標横加速度Ｇ_０を補正すると共に、フィードバック制御を無効とする。自車両がカーブ走行中では無い場合に、実横加速度をフィードバックすることで、制御系における位相遅れを改善し、制御精度を向上することができる。一方、自車両がカーブ走行中である場合に、補正された目標加速度に対して、フィードバック制御を行うことを防止し、補正された目標加速度に基づいて、フィードフォワード制御を行うことができる。これらにより、カーブ走行中であるか否かに応じて、操舵制御を変更することができるので、制御精度を向上させて、的確な補助トルクを付与することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フィードフォワード制御及びフィードバック制御を行い、操舵機構に付与される補助トルクを制御する操舵制御装置に関する。

従来、車両の挙動を制御する技術として、特許２８８２１４９号公報がある。この公報に記載された車両の平面挙動制御装置は、操舵入力および車速から目標横加速度を算出し、算出された目標横加速度に基づいて、操舵機構をフィードフォワード制御し、自車両の平面挙動を制御している。

また、近年、車線中央を走行するように操舵機構に補助トルクを付与する車線維持支援システムが知られている。このような車線維持支援システムでは、自車両の車線中央からのズレ量、及び自車両のヨー角から必要な横加速度を算出し、この横加速度に応じて操舵補助トルクを算出している。

このようなフィードフォワード制御では、道路の曲率及び自車速から算出された必要横加速度に所定の係数（フィードフォワードゲイン）を乗じて目標横加速度としていた。この所定の係数は、路面カント（ロードキャンバ）が施工されたカーブにおいて、車両がカーブ内側へ曲がり過ぎることを防止するために、通常１より小さい数値とされていた。
特許２８８２１４９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術では、算出された目標横加速度に応じてフィードフォワード制御を行っているが、自車両の実際の横加速度をフィードバックしていなかったため制御の位相が遅れるという問題があった。

また、従来のフィードフォワードゲインを用いた制御系において、実横加速度をフィードバックするマイナーループを追加した場合、上記の目標加速度（必要横加速度より小さい値）になるようにフィードバック制御を行うこととなるため、カーブ走行時に車両がカーブ外側へ逸脱してしまう虞があった。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、制御精度が向上された操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明による操舵制御装置は、操舵角又は道路曲率と自車速とに基づいて目標横加速度を算出してフィードフォワード制御を行うと共に、自車両の実横加速度に基づいてフィードバック制御可能な制御手段を備え、制御手段によって操舵機構に付与される補助トルクを制御する操舵制御装置であって、自車両のカーブ走行を判定するカーブ走行判定手段と、カーブ走行判定手段によって、カーブ走行であると判定された場合に、目標横加速度を補正する補正手段と、カーブ走行判定手段によって、カーブ走行であると判定された場合に、フィードバック制御を無効とするフィードバック制御無効化手段とを備えることを特徴としている。

この操舵制御装置においては、自車両のカーブ走行を判定するカーブ走行判定手段を備え、自車両がカーブ走行中である場合に、フィードフォワード制御における目標横加速度を補正すると共に、フィードバック制御を無効とする。これにより、自車両がカーブ走行中では無い場合に、実横加速度をフィードバックすることで、制御系における位相遅れを改善し、制御精度を向上することができる。一方、自車両がカーブ走行中である場合に、補正された目標加速度に対して、フィードバック制御を行うことを防止し、補正された目標加速度に基づいて、フィードフォワード制御を行うことができる。これらにより、カーブ走行中であるか否かに応じて、操舵制御を変更することができるので、制御精度を向上させて、的確な補助トルクを付与することができる。

本発明の操舵制御装置によれば、補助トルクを精度良く付与することができる。

以下、本発明による操舵制御装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態では、操舵制御装置を車線維持支援装置に適用した場合について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る車線維持支援装置を示すシステム構成図である。

図１に示す車線維持支援装置１００は、操舵機構に付与される補助トルクを制御して、自車両が走行レーンの中央線付近を走行するように操舵支援を行うものである。車線維持支援装置１００は、車線維持支援電子制御ユニット（以下、「車線維持支援ＥＣＵ」という。）１を備え、この車線維持支援ＥＣＵ１は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。

車線維持支援装置１００は、車両前方の画像を取得する車両前方画像撮像カメラ４、車両前方画像撮像カメラ４からの映像信号に基づいて画像処理を行う前方画像処理電子制御ユニット（以下、「前方画像処理ＥＣＵ」という。）５、車速を検出する車速センサ６、操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ７、車両に作用する実際のヨーレートを検出するヨーレートセンサ９を有している。これらの前方画像処理ＥＣＵ５、車速センサ６、及び操舵トルクセンサ７からの出力信号は車線維持支援ＥＣＵ１に入力されている。さらに、車線維持支援ＥＣＵ１には、警報音を出力する警報器８が電気的に接続されている。

また、車線維持支援装置１００は、補助トルクＴを制御する操舵電子制御ユニット（以下、「操舵ＥＣＵ」という。）１０を備えている。この操舵ＥＣＵ１０は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。操舵ＥＣＵ１０は、車線維持支援ＥＣＵ１、操舵トルクセンサ７、及び操舵アクチュエータ１１と電気的に接続されている。操舵ＥＣＵ１０は、車線維持支援ＥＣＵ１及び操舵トルクセンサ７から信号が入力され、補助トルクＴを出力するように操舵アクチュエータ１１を制御する。操舵アクチュエータ１１は、例えば電動モータであり、ステアリングシャフト（不図示）に補助トルクＴを付与する。

車両前方画像撮像カメラ４は、車両の車室前方中央に配置され、フロントガラス越しに車両前方の路面の画像を取得するものである。前方画像処理ＥＣＵ５は、入力された映像信号に基づいて、画像処理を行い、自車両が走行している走行レーンの両端を区画する道路区画線（道路に描かれた白線、黄色線や道路上に配置、または埋め込まれたブロック等の場合があるが、以下、「白線」という。）を検出し、自車両が走行する走行レーンを認識する。

前方画像処理ＥＣＵ５では、認識した一対の白線から車線幅、一対の白線の中心を通る線（すなわち、車線の中心）を演算する。さらに、前方画像処理ＥＣＵ５では、車線の中心の半径（カーブ半径Ｒ）を演算し、カーブ半径Ｒから道路曲率γ（＝１／Ｒ）を演算する。また、前方画像処理ＥＣＵ５では、走行レーンの中心線と車両の前後方向の中心軸とのなす角度（ヨー角θ）及び走行レーンの中心線に対する車両重心位置の横方向のずれ量（オフセットＤ）を演算する。そして、前方画像処理ＥＣＵ５では、これら認識した一対の白線の情報や演算した各情報を画像信号として、車線維持支援ＥＣＵ１に送信する。

車線維持支援ＥＣＵ１は、車線維持支援装置１００を統括制御するものである。車線維持支援ＥＣＵ１では、一定時間毎に、前方画像処理ＥＣＵ５からの画像信号を取り入れるとともに、車速センサ６、ヨーレートセンサ９、操舵トルクセンサ７から検出信号を取り入れる。そして、車線維持支援ＥＣＵ１では、運転者による車線維持支援装置１００が起動されている場合、自車両が走行レーンの中央付近を走行するように、補助トルク（目標横加速度）を算出する。

車線維持支援ＥＣＵ１は、画像信号に示される各種情報（道路曲率γ、ヨー角θ、オフセットＤ）及び自車速Ｖに基づいて補助トルクＴを算出してフィードフォワード制御を行うと共に、自車両の実横加速度Ｇに基づいてフィードバック制御を実行可能な制御手段として機能する。そして、車線維持支援ＥＣＵ１は、補助トルクＴを示す出力信号を操舵ＥＣＵ１０に送信する。

また、車線維持支援ＥＣＵ１は、道路曲率γに基づいて、自車両がカーブ走行しているか否かを判定する。車線維持支援ＥＣＵ１では、自車両がカーブ走行している場合に、目標横加速度Ｇ_０を補正すると共にフィードバック制御を無効とする。本実施形態では、車線維持支援ＥＣＵ１が特許請求の範囲に記載するカーブ走行判定手段、補正手段、フィードバック制御無効化手段に相当する。

次に、図２を参照して、車線維持支援ＥＣＵ１における補助トルクＴを算出するための基本的な処理について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る車線維持支援ＥＣＵにおける制御系を示すブロック線図である。

車線維持支援ＥＣＵ１では、道路曲率γに車速Vの２乗を乗算すると共に、フィードフォワードゲインｋ_γを乗算し、目標横加速度Ｇ_γを演算する。車線維持支援ＥＣＵ１では、オフセットＤと目標オフセットＤ_０（例えば、０）との偏差ΔＤ＝（Ｄ_０−Ｄ）を演算する。車線維持支援ＥＣＵ１では、偏差ΔＤにフィードバックゲインｋ_Ｄを乗算し、目標横加速度Ｇ_Ｄを演算する。車線維持支援ＥＣＵ１では、ヨー角θと目標ヨー角θ_０（例えば、０）との偏差Δθ＝（θ_０−θ）を演算する。車線維持支援ＥＣＵ１では、偏差Δθにフィードバックゲインｋ１を乗算し、目標横加速度Ｇ_θを演算する。

車線維持支援ＥＣＵ１では、目標横加速度Ｇ_γ，Ｇ_Ｄ，Ｇ_θを合算し、目標横加速度Ｇ_０を演算する。車線維持支援ＥＣＵ１では、目標横加速度Ｇ_０に基づいた補助トルクＴを求める。車線維持支援ＥＣＵ１の記憶部には、補助トルクＴを決定するためのトルクマップが保持されている。車線維持支援ＥＣＵ１は、トルクマップを参照し、このトルクマップから目標横加速度Ｇに応じた補助トルクＴを決定する。

車線維持支援ＥＣＵ１では、ヨーレートセンサ９によって検出された自車両の実際のヨーレートωに自車速Ｖを乗算し、実横加速度Ｇを演算する。車線維持支援ＥＣＵ１では、目標横加速度Ｇ_０と実横加速度Ｇとの偏差ΔＧ＝（Ｇ_０−Ｇ）を演算する。車線維持支援ＥＣＵ１では、偏差ΔＧにフィードバックゲインk_Ｇを乗算する。車線維持支援ＥＣＵ１では、実横加速度Ｇをフィードバックして算出した補助トルクＴを出力するように操舵ＥＣＵ１０に指令信号を送信する。このように、実横加速度Ｇをフィードバックすることで、制御位相の遅れを改善することができる。

次に、図３を参照して、車線維持支援ＥＣＵ１における制御処理について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る車線維持支援ＥＣＵで実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。まず、車線維持支援ＥＣＵ１は、道路曲率γが所定の判定値γth（＝１／Ｒth）以上であるか否かを判定する（Ｓ１）。車線維持支援ＥＣＵ１は、道路曲率が所定の判定値以上であると判定された場合には、ステップ２に進み、道路曲率が所定の判定値以上であると判定されなかった場合には、ステップ３に進む。ステップ２では、車線維持支援ＥＣＵ１は、カーブ走行中フラグに“１”を設定し、ステップ４に進む。ステップ３では、車線維持支援ＥＣＵ１は、カーブ走行中フラグに“０”を設定し、ステップ４に進む。

ステップ４では、車線維持支援ＥＣＵ１は、カーブ走行中フラグが“１”であるか否かを判定する。車線維持支援ＥＣＵ１は、カーブ走行中フラグが“１”であると判定された場合には、ステップ５に進み、カーブ走行中フラグが“１”であると判定されなかった場合には、ステップ６に進む。ステップ５では、車線維持支援ＥＣＵ１は、フィードバックゲインk_Ｇに“０”を設定し、処理を終了する。ステップ６では、車線維持支援ＥＣＵ１は、フィードバックゲインk_Ｇに初期値を設定し、処理を終了する。なお、初期値は、実験、経験等により設定される任意の値である。

このような車線維持支援装置１００では、自車両がカーブ走行中であると判定された場合に、フィードバックゲインk_Ｇに“０”を設定しているので、実横加速度Ｇのフィードバックが無効となる。そのため、フィードフォワードゲインk_γ（例えば０．３）によって補正された目標加速度Ｇ_０に基づいて、補助トルクＴを算出することができる。そのため、カーブ走行中において、ロードキャンバを考慮して目標加速度Ｇ_０を補正することができるので、適切な補助トルクＴを付与することができる。

また、車線維持支援装置１００では、自車両がカーブ走行中であると判定されなかった場合には、フィードバックゲインk_Ｇに初期値を設定しているので、実横加速度Ｇのフィードバックが有効となる。そのため、自車両の実際の横加速度をフィードバックすることで、制御の位相の遅れを防止することができる。これらにより、制御精度を向上させることができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、ヨーレートセンサ９によって検出されたヨーレートから実横加速度Ｇを演算して、実横加速度Ｇをフィードバックしているが、横加速度センサを備える構成とし、横加速度センサによって検出された実横加速度をフィードバックするようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る車線維持支援装置を示すシステム構成図である。 本発明の実施形態に係る車線維持支援ＥＣＵにおける制御系を示すブロック線図である。 本発明の実施形態に係る車線維持支援ＥＣＵで実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１…車線維持支援ＥＣＵ（制御手段、カーブ走行判定手段、補正手段、フィードバック制御無効化手段）、４…車両前方画像撮像カメラ、５…前方画像処理ＥＣＵ、６…車速センサ、７…操舵トルクセンサ、８…警報器、９…ヨーレートセンサ、１０…操舵ＥＣＵ、１１…操舵アクチュエータ、１００…車線維持支援装置。

Claims (1)

1. 操舵角又は道路曲率と自車速とに基づいて目標横加速度を算出してフィードフォワード制御を行うと共に、自車両の実横加速度に基づいてフィードバック制御可能な制御手段を備え、前記制御手段によって操舵機構に付与される補助トルクを制御する操舵制御装置であって、
   自車両のカーブ走行を判定するカーブ走行判定手段と、
   前記カーブ走行判定手段によって、カーブ走行であると判定された場合に、前記目標横加速度を補正する補正手段と、
   前記カーブ走行判定手段によって、カーブ走行であると判定された場合に、前記フィードバック制御を無効とするフィードバック制御無効化手段とを備えることを特徴とする操舵制御装置。

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