JP2009143433A

JP2009143433A - 車両挙動制御装置

Info

Publication number: JP2009143433A
Application number: JP2007323544A
Authority: JP
Inventors: Junji Inoue; 純次井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2009-07-02

Abstract

【課題】走行状況に応じて応答性を向上させることができる車両挙動制御装置を提供すること。
【解決手段】車両挙動情報を検出する車両挙動センサ２３、２４、２５と、車両挙動情報と閾値の関係に応じて車両の姿勢制御を実行する制御部３０と、制御部３０が制御する車載装置２６、２７と、を有する車両挙動制御装置１００であって、走行レーンを区切る車線区分線を撮影する撮影手段１１と、撮影手段１１により撮影された画像データから車線区分線を認識する車線区分線認識手段２１と、走行レーンの逸脱を予測又は検出する走行レーン逸脱検出手段３１と、走行レーンの逸脱が予測又は検出された場合、閾値３３を下げる閾値調整手段３２と、を有することを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両挙動を制御する車両挙動制御装置に関し、特に、横滑りを防止して車両挙動を安定に保つ車両挙動制御装置に関する。

車両挙動を安定に保つことで運転者の車両操作を支援する運転支援制御が実現されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、車両の旋回状態量が予め定めた減速開始閾値を超えた場合に自車両を減速する旋回制御装置において、減速開始閾値を自車両の走行状態に応じて可変とする。例えば、運転者がステアリングホイールを素早く操作する場合、素早い減速が必要であると判定し減速開始閾値を小さな値に設定する。

また運転支援制御として、旋回走行時等に車両のオーバーステア及びアンダーステアを低減し横滑りを防止するＥＳＣ(Electronic Stability Control)が知られている。ＥＳＣは車両に横滑りが生じると、エンジン出力及び各輪のブレーキ圧を制御してオーバーステア状態又はアンダーステア状態を抑制し車両挙動を安定に保つ。
特開２００５−３４３３９９号公報

しかしながら、従来、ＥＳＣは走行状況に応じて作動を早めるなどの応答性を向上させることができないという問題があった。例えば、車両が走行レーンを逸脱した場合、運転者はそれを回避しようとハンドルを素早く操作すると考えられるが、かかる操作は車両の横滑りを生じさせやすい。したがって、走行レーンを逸脱するような走行状況ではＥＳＣの応答性を向上させることで、早期に横滑りを抑制することができるようになる。

本発明は、上記課題に鑑み、走行状況に応じて応答性を向上させることができる車両挙動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明は、車両挙動情報を検出する車両挙動センサ（例えば、ヨーレートセンサ２３、操舵角センサ２４、加速度センサ２５）と、車両挙動情報と閾値の関係に応じて車両の姿勢制御を実行する制御部（例えば、ブレーキＥＣＵ３０）と、制御部が制御する車載装置（例えば、ブレーキＡＣＴ２６、エンジンＥＣＵ２７）と、を有する車両挙動制御装置であって、走行レーンを区切る車線区分線を撮影する撮影手段と、撮影手段により撮影された画像データから車線区分線を認識する車線区分線認識手段と、走行レーンの逸脱を予測又は検出する走行レーン逸脱検出手段と、走行レーンの逸脱が予測又は検出された場合、閾値を下げる閾値調整手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、運転者が走行レーン逸脱を回避しようと急ハンドル操作を行い横滑りしやすくなると予想し、それに備えてＥＳＣ作動閾値を下げるのでＥＳＣの応答性を向上させることができる。

走行状況に応じて応答性を向上させることができる車両挙動制御装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態の車両挙動制御装置１００は、次のように作動する。
１．白線を認識する
２．走行レーンの逸脱を検出又は予測する
３．ＥＳＣ(Electronic Stability Control)作動閾値を下げる
走行レーンの逸脱を予測した車両挙動制御装置１００は、運転者がそれを回避しようと急ハンドル操作を行うため横滑りしやすくなると予想し、それに備えてＥＳＣ作動閾値を下げる。これにより、急ハンドル操作により生じる車両の横滑りを検出しやすくできるので、ＥＳＣの応答性を向上させることができる。

図１は、車両挙動制御装置１００のブロック図を示す。車両挙動制御装置１００は、画像処理部２１、車速センサ２２、ヨーレートセンサ２３、操舵角センサ２４、加速度センサ２５、ブレーキアクチュエータ（以下、ＡＣＴという）２６及びエンジンＥＣＵ２７が、ＣＡＮ（Controller Area Network）又は専用線を介してブレーキＥＣＵ（electronic control unit）３０と接続された構成を有する。

ブレーキＥＣＵ３０は各センサの検出信号に基づきブレーキＡＣＴ２６を制御し、エンジンＥＣＵ２７と協働して、ＥＳＣ制御、ＡＢＳ（Anti Lock Braking System）制御及びＴＲＣ（Traction Control）制御等を実現する。なお、ブレーキＥＣＵ３０及びエンジンＥＣＵ２７は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発メモリ及び入出力インターフェイスを備えたコンピュータである。ブレーキＥＣＵ３０は、ＣＰＵがプログラムを実行して実現する、車両が走行レーンを逸脱するか否かを検出する走行レーン逸脱検出部３１及びＥＳＣ作動閾値３３を増減する閾値調整部３２を有し、また、不揮発メモリにＥＳＣ作動閾値３３を記憶している。

画像処理部２１は後方カメラ１１が撮影する車両後方の画像データから走行レーンを区切る車線区分線（以下、白線という）を検出する。後方カメラ１１は例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）の撮像素子を有し、車両後方の水平方向よりもやや下向きに光軸を有し所定角範囲で広がる領域を撮影する。車両後方から入射した光は撮像素子により光電変換され、蓄積された電荷の電圧として読み出された後増幅され、Ａ／Ｄ変換により所定の輝度階調（例えば、２５６階調）のデジタル画像（以下、後方画像という）に変換される。後方カメラ１１は例えば３０〜６０回／秒程度のフレームレートで後方画像を撮影し、順次、画像処理部２１に送出する。

図２（ａ）は、後方画像の一例を示す。後方カメラ１１の画角から後方画像に白線が撮影された場合には既に白線を逸脱している場合が多いので、後方画像から白線が認識されたことをもって白線を逸脱したことを検出できる。したがって、画像処理の負荷を低減できる。なお、後方カメラ１１でなく車両前方を撮影した前方画像から白線を認識してもよい。

画像処理部２１は後方画像から白線を認識し認識結果を白線情報としてブレーキＥＣＵ３０に出力する。画像処理部２１は、水平方向の輝度の変化量を後方画像の下から上に向けて検出し白線を検出する。１本の白線は両端に高周波成分たるエッジを有するので、車両後方の画像データの輝度値を水平方向に微分すると、白線の両端にピークが得られそれを垂直方向に結んだエッジ線が推定できる。推定した複数のエッジ線から一対となる複数組の白線候補線を抽出し、複数組の白線候補線のなかから、輝度や路面とのコントラストから定められる閾値や白線幅の閾値等から白線と認められる１本の白線を選定する。自車両から見た左右の白線をそれぞれ後方カメラ１１を原点にしたモデル式に表現することで、左右の２本の白線の消失点（交点）の座標が算出できる。後方カメラ１１の路面からの高さ及び路面に対する光軸のなす角は既知であるので、これらと消失点の座標から白線情報（道路曲率、ヨー角Ｙａｗ、幅員Ｗ、目標走行線Ｏからのオフセット量Ｄ）を算出する。

例えば、道路の中央を走行した場合に目標走行線Ｏ（幅員の中央）が後方画像の中央になるよう後方カメラ２１をキャリブレーションしておけば、左右いずれかの白線から目標走行線Ｏまでの距離と後方画像の中央までの距離の差がオフセット量Ｄとなる。また、例えば、目標走行線Ｏの方向から車両のヨー角Ｙａｗが検出される。走行レーン逸脱検出部３１はこのオフセット量Ｄ及びヨー角Ｙａｗから車両が走行レーンを逸脱したか又は逸脱するおそれがあるかを判定する。

車速センサ２２は例えば自車両の各輪に備えられたロータの円周上に定間隔で設置された凸部が通過する際の磁束の変化をパルスとして計測するMRセンサであり、単位時間あたりのパルス数に基づき各輪毎に車輪速を計測する。ヨーレートセンサ２３は、マイクロマシニングで形成された震動片型ジャイロセンサであり、車軸に垂直な軸が路面に水平に回転する角速度を検出し、また、検出結果を積分することでヨー角すなわち進行方向に変換する。操舵角センサ２４は、ステアリングシャフトの回転角を光エンコーダ等で検出してステアリングホイールの操舵角（回転角度）を検出する。加速度センサ２５は自車両の車両前後方向及び車幅方向に作用する加速度を検出するセンサである。

ブレーキＡＣＴ２６について図３に基づき説明する。ブレーキＡＣＴ２６は、運転者によるブレーキ操作に応じたブレーキ液圧を発生するブレーキ液圧発生部４００と一体に構成されている。ブレーキ液圧発生部４００は、ブレーキペダル５１の操作により応動するバキュームブースタ５２と、バキュームブースタ５２に連結されたマスタシリンダ５４と、余分なブレーキ圧を収容するリザーバタンク５３とから構成されている。

マスタシリンダ５４は、リザーバタンク５３からのブレーキ液の供給を受けて、バキュームブースタ５２により助勢された操作力に応じたマスタシリンダ圧を発生する。マスタシリンダ５４は２系統の供給ライン４７と４８と連結されている。

ブレーキＡＣＴ２６は、車輪ＲＲ,ＦＬ,ＦＲ,ＲＬにそれぞれ配置されたホイルシリンダ３７ｒｒ、３７ｆｌ、３７ｆｒ、３７ｒｌに供給するブレーキ液をそれぞれ調整可能な液圧調整部２００〜２０３と、還流するブレーキ液を供給する環流液供給部３００を有する。

マスタシリンダ５４に連結された供給ライン４７は車輪ＲＲ，ＦＬに係わる系統と連結され、常開弁４３を介して液圧調整部２００及び液圧調整部２０１が連結されている。同様に、供給ライン４８は車輪ＲＬ、ＦＲに係わる系統と連結され、常開弁４３を介して液圧調整部２０２及び液圧調整部２０３が連結されている。

液圧調整部２００は、２位置切換型の常開弁である増圧弁４６Ａと、２位置切換型の常閉弁である減圧弁４６Ｂとから構成されている。増圧弁４６Ａは、液圧調整部２００の上流部とホイルシリンダ３７rrとを連通又は遮断できるようになっている。減圧弁４６Ｂは、ホイルシリンダ３７ｒｒとリザーバ４４とを連通又は遮断できるようになっている。この結果、増圧弁４６Ａ及び減圧弁４６Ｂを制御することでホイルシリンダ３７rrのホイルシリンダ圧が増圧・保持・減圧され得るようになっている。

また、増圧弁４６Ａにはホイルシリンダ３７rr側から液圧調整部２００の上流部へブレーキ液の一方向のみの流れを許容する逆止弁４５が並列に配設されていて、これにより、操作されているブレーキペダル５１が開放されたときホイルシリンダ圧が迅速に減圧される。

液圧調整部２０１〜２０３の構成は液圧調整部２００と同じである。すなわち、液圧調整部２０１〜２０３は、それぞれ、増圧弁４６Ａ及び減圧弁４６Ｂから構成されていて、増圧弁４６Ａ及び減圧弁４６Ｂがそれぞれ独立に制御されることにより、ホイルシリンダ３７ｆｌ，３７ｆｒ、３７ｒｌのホイルシリンダ圧をそれぞれ増圧、保持、減圧できるようになっている。なお、液圧調整部２０１〜２０３も増圧弁４６Ａに逆止弁４５がそれぞれ並列に配設されている。

また、常開弁４３には、マスタシリンダ５４からのブレーキ液が、液圧調整部２００及び２０１への一方向の流れのみを許容する逆止弁３９が並列に配設されている。これにより、常開弁４３が閉状態にある場合でも、ブレーキペダル５１の操作力に応じたブレーキ
液圧がホイルシリンダ３７ｒｒ，３７ｆｌに供給されるようになっている。供給ライン４８に接続された常開弁４３にも同様に逆止弁３９が並列に配設されている。

環流液供給部３００は、ポンプ３５、ポンプ３５を駆動するモータ３６及び常閉弁４２を有する。常閉弁４２は、マスタシリンダ５４とリザーバ４４の間を連結するように配設されている。ポンプ３５は、減圧弁４６Ｂから還流されてきたリザーバ４４内のブレーキ液を汲み上げ、逆止弁４１を介して液圧調整部２００〜２０３の上流部に供給する。

ブレーキＥＣＵ３０は増圧弁４６Ａ及び減圧弁４６Ｂの開閉を制御して、車輪ＲＲ、ＦＬ、ＦＲ、ＲＬのホイルシリンダ圧を独立に制御する。例えば、制動時、車速センサ２２が検出する各輪の車輪速が所定のスリップ率（例えば２０％）を超えるとブレーキＥＣＵ３０は、ＡＢＳ制御の終了条件が成立するまで、当該車輪についてスリップ率が所定の範囲内になるよう、当該車輪のホイルシリンダ圧を減圧する（ＡＢＳ制御）。具体的には、増圧弁４６Ａを閉弁し減圧弁４６Ｂを開弁することで、ホイルシリンダ圧力を減圧する。

また、発進時等の加速時、車速センサ２２が検出する駆動輪の車輪速が所定のスリップ率（例えば２５％）を超えるとブレーキＥＣＵ３０は、ＴＲＣ制御の終了条件が成立するまで、当該車輪についてスリップ率が所定の範囲内になるよう、当該車輪のホイルシリンダ圧を増圧する（ＴＲＣ制御）。

ＥＳＣ制御について図２（ｂ）に基づき説明する。車両Ａが右旋回する場合、前輪が横滑りすると車両Ｂのように走行レーンの外側に逸脱する傾向を示す。前輪横滑りの場合、走行レーンに沿った回転半径よりも実際の回転半径が大きくなるので、車両Ｂに作用するヨーレートγが前輪が横滑りしない場合よりも小さくなる。前輪が横滑りしない場合のヨーレートγ_idlは、車速センサ２２が検出する車両Ｂの車輪速、操舵角センサ２４が検出する操舵角から決定される。すなわち、ブレーキＥＣＵ３０は、車輪速と操舵角から決定されたヨーレートγ_idlとヨーレートセンサ２３が検出したγを比較して、その差が閾値Ｔｈ_γより大きければ、前輪に横滑りが発生したと判定する。

γ_idl − Ｔｈ_γ ＞γ （前輪の横滑りが発生）
なお、閾値Ｔｈ_γはγ_idlに対応づけて予めマップ状に設定され、ＥＳＣ作動閾値３３として記憶されている。γ_idlに対し可変とすることで、車速や操舵角に応じて適切に横滑りを検出できる。

また、車両Ａが右旋回する場合、後輪が横滑りすると、車両Ｃのヨー角は右方向に増大するのに対し、車両重心の進行方向はスリップの影響を受け車幅方向を含むようになる。このヨー角の向きと車両重心の進行方向の差分をスリップ角とすると、スリップ角が大きいほど後輪が横滑りしている傾向が強くなる。また、横滑り開始初期にはスリップ角は増大するのでスリップ角を時間微分したスリップ角速度が大きいほど後輪が横滑りする傾向が強いことになる。

すなわち、ブレーキＥＣＵ３０は、ヨーレートセンサ２３が検出したヨーレートと加速度センサ２５が検出した加速度からスリップ角度Ｓ及びスリップ角速度ｄＳを検出し、少なくとも一方又は双方が閾値を超えた場合に、後輪の横滑りが発生したと判定する。

Ｓ＞Ｔｈ_ｓａｎｄ／ｏｒｄＳ＞Ｔｈ_ｄｓ（後輪の横滑りが発生）
なお、閾値Ｔｈ_ｓ及びＴｈ_ｄｓは例えばヨーレートに応じて予めマップ状に設定され、ＥＳＣ作動閾値３３として記憶されている。

上記の前輪又は横滑りの検出方法は一例であって、車両Ｂ又はＣの実横加速度と推定横加速度に基づき検出してもよい。また、前輪と後輪の横滑りを同じ検出方法で検出してもよい。

ブレーキＥＣＵ３０は、前輪の横滑りが発生した場合、その傾向（例えば、「γ_idl − γ」）に応じて、エンジン出力を抑制するようエンジンＥＣＵ２７に要求する。エンジンＥＣＵ２７は例えばスロットルアクチュエータを制御してスロットル開度を低減する。また、ブレーキＥＣＵ３０は横滑りの傾向に応じて旋回内側の後輪に制動力を加える。図２（ｂ）では右旋回なので車輪ＲＲに制動力を加える。これにより、車両Ｂには横滑りを抑制するモーメント（旋回内側向きのモーメント）が作用するので、前輪横滑り傾向が抑制される。なお、旋回内側の後輪に加え、左右の前輪にも制動力を加えてもよい。

また、ブレーキＥＣＵ３０は、後輪の横滑りが発生した場合、その傾向（例えば、「Ｓ−Ｔｈ_ｓ」又は「ｄＳ−Ｔｈ_ｄｓ」）に応じて、旋回外輪の前輪と後輪に制動力を加える。図２（ｂ）では右旋回なので、車輪ＦＬ、ＲＬに制動力を加える。これにより、車両Ｃには旋回外向きのモーメントが作用するので後輪横滑りの傾向が抑制される。

以上の構成を用いて、車両挙動制御装置１００がＥＳＣ作動閾値３３を可変とする手順について図４のフローチャート図及び図５を用いて説明する。図４のフローチャート図はイグニッションがオンになるとスタートし所定のサイクル時間毎に繰り返して実行される。

走行レーン逸脱検出部３１は、白線情報に基づき車両が走行レーンを逸脱するか否かを判定する（Ｓ１０）。走行レーンを実際に逸脱する前に逸脱を予測することが好適である。走行レーン逸脱検出部３１は、オフセット量Ｄ又はヨー角Ｙａｗのいずれか所定以上の場合、走行レーンを逸脱すると判定する。

走行レーンを逸脱すると判定された場合（Ｓ１０のＹｅｓ）、閾値調整部３２はＥＳＣ作動閾値３３を下げる（Ｓ２０）。ＥＳＣ作動閾値３３としてＴｈ_γ、Ｔｈ_ｓ及びＴｈ_ｄｓを例にしたが、閾値調整部３２はこれらの閾値の全てを下げる。調整量は例えば１０％〜５０％程度である。調整量は固定としてもよいし、走行レーンの逸脱量、逸脱の可能性の大きさ、車速、ヨーレート等に応じて可変としてもよい。

ついで、ブレーキＥＣＵ３０は横滑りが発生したか否かを判定する（Ｓ３０）。走行レーンを逸脱すると判定された場合、ＥＳＣ作動閾値３３が下げられているので、ステップＳ３０はＹｅｓと判定されやすくなっている。

したがって、走行レーン逸脱により、運転者が急なハンドル操作をして車両が横滑りした場合、横滑りの検出を早めることができるので、ＥＳＣ制御の応答性を向上させることができる。ＥＳＣ制御が早期に作動すれば、大きな横滑りが生じる前に車両挙動を安定に保ちやすくすることができる。

なお、横滑りが検出された後ＥＳＣ制御して横滑りが検出されなくなった場合、及び、ＥＳＣ作動閾値３３を下げたが横滑りが検出されずに所定時間経過した場合、閾値調整部３２は閾値を元の値に戻す。ＥＳＣが作動しやすい状態が継続して、運転者に違和感を感じさせることを防止できる。

本実施形態の車両挙動制御装置１００によれば、走行レーンの逸脱により運転者のハンドル操作を予測してＥＳＣ作動閾値３３を下げるので、ＥＳＣ制御の応答性を向上させることができる。

車両挙動制御装置のブロック図の一例である。後方画像の一例及びＥＳＣ制御の概略を説明する図である。ブレーキアクチュエータの構成図の一例である。車両挙動制御装置がＥＳＣ作動閾値を可変する手順のフローチャート図である。白線逸脱に応じてＥＳＣ作動閾値が調整される概略を示す図である。

符号の説明

１１後方カメラ
２１画像処理部
２２車速センサ
２３ヨーレートセンサ
２４操舵角センサ
２５加速度センサ
２６ブレーキアクチュエータ
２７エンジンＥＣＵ
３０ブレーキＥＣＵ
３１走行レーン逸脱検出部
３２閾値調整部
３３ＥＳＣ作動閾値
１００車両挙動制御装置

Claims

車両挙動情報を検出する車両挙動センサと、車両挙動情報と閾値の関係に応じて車両の姿勢制御を実行する制御部と、前記制御部が制御する車載装置と、を有する車両挙動制御装置であって、
走行レーンを区切る車線区分線を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段により撮影された画像データから車線区分線を認識する車線区分線認識手段と、
走行レーンの逸脱を予測又は検出する走行レーン逸脱検出手段と、
走行レーンの逸脱が予測又は検出された場合、前記閾値を下げる閾値調整手段と、
を有することを特徴とする車両挙動制御装置。
前記撮影手段は車両後方の走行レーンを撮影する、ことを特徴とする請求項１記載の車両挙動制御装置。
前記車載装置は、車両を駆動する駆動手段及び各輪毎に制動力を制御する制動手段であり、
前記制御部は、駆動手段及び制動手段を制御して車両の横滑りを抑制する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の車両挙動制御装置。