JP2009274688A - 車両用操舵制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車線維持制御が中断されるときもセルフアライニングトルクによるステアリングホイールの急峻な中立位置への戻りを抑制する車両用操舵制御装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイールから入力された操舵トルクに応じて乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御を行なうと共に、操舵速度に応じて反力を付与するEPS制御ユニット66と、自車の進行方向の前方に設定された目標点を通過するように自車の走行を制御するLKAS制御ユニット64と、それらの操作量に基づいてEPSモータ38に供給すべき操作量を算出する車両用操舵制御装置において、目標点に到達するために必要な自車の運動パラメータ(横加速度)を算出し、算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように設定されるダンピングゲインKdrrを乗じて操舵反力制御の操作量(ダンピング電流指令値)を補正する。
【選択図】図2

Description

この発明は車両用操舵制御装置に関し、より具体的には車線(走行レーン)に沿って走行するように自車の挙動を制御する車線維持制御を行なうとき、ステアリングホイールの反力を最適に付与するようにした装置に関する。
車線に沿って走行するように自車の走行を制御する車線維持制御の例としては本出願人が提案した下記の特許文献1記載の技術が知られている。
特許文献1記載の技術にあっては、自車前方の走行路を撮像して得られた画像から走行路の中心線を求めて曲率を算出すると共に、中心線からの距離のずれを示す横ずれ量と角度のずれを示す偏向角を算出し、曲率から自車のコーナリング力に釣り合わせるための基本アシストトルクを算出する一方、横ずれ量と偏向角とから走行路の中心線に沿って走行するための補正アシストトルクを算出し、乗員の操舵トルクを検出して算出される操舵アシストトルクをそれらに加算して電動モータへの操作量を決定している。
また、特許文献2記載の技術にあっては、左右の前輪の駆動力または制動力の差に起因して発生する、ハンドルを取られるようなステアリングホイールの挙動を抑制する操舵反力制御装置を開示する。
特開2006−264405号公報 特開2002−370657号公報
特許文献1記載の技術においては、例えば曲率の大きいカーブを旋回中に車線維持制御が中止されると、セルフアライニングトルクによってステアリングホイールが急峻に中立位置に戻って乗員に違和感を与えることがあった。
尚、特許文献2記載の技術は、そのようなステアリング挙動を抑制するために曲率が大きくなるにつれて操舵反力の抑制量が増加するように構成しているが、それ以上の構成を開示するものではなかった。
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、車線維持制御が中断されるときもセルフアライニングトルクによるステアリングホイールの急峻な中立位置への戻りを抑制するようにした車両用操舵制御装置を提供することにある。
上記の目的を解決するために、請求項1にあっては、自車の操舵車輪を転舵するアクチュエータと、乗員によってステアリングホイールを介して入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記検出された操舵トルクに応じて所定の特性に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御を行なう操舵アシスト制御手段と、前記ステアリングホイールの操舵速度に応じて前記ステアリングホイールに反力を付与する操舵反力制御手段と、所定の時間間隔で自車の進行方向を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて自車の前記進行方向の走行可能領域を認識する走行可能領域認識手段と、前記走行可能領域内で自車から所定距離前方に目標点を設定する目標点設定手段と、前記設定された目標点を自車が通過するように自車の走行を制御する走行制御手段と、前記操舵アシスト制御手段の操作量と前記操舵反力制御手段の操作量と前記走行制御手段の操作量に基づいて前記アクチュエータに供給すべき操作量を算出する操作量算出手段とを備えた車両用操舵制御装置において、前記目標点に到達するために必要な自車の運動パラメータを算出する運動パラメータ算出手段と、前記算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように前記操舵反力制御手段の操作量を補正する操舵反力補正手段とを備える如く構成した。
請求項2に係る車両用操舵制御装置にあっては、前記操舵反力補正手段は、前記操舵トルクが増加するにつれて前記操舵反力操作量を補正する補正量を減少させる如く構成した。
請求項1にあっては、検出された操舵トルクに応じて所定の特性に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御手段の操作量と、ステアリングホイールの操舵速度に応じてステアリングホイールに反力を付与する操舵反力制御手段の操作量と、さらに走行路の目標点を通過するように自車の走行を制御する走行制御手段の操作量に基づいてアクチュエータに供給すべき操作量を算出する車両用操舵制御装置において、目標点に到達するために必要な自車の運動パラメータを算出し、算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように操舵反力制御手段の操作量を補正する如く構成したので、走行可能領域内で前方に設定された目標点を通過するように自車の走行を制御する走行制御、即ち、車線維持制御が中断されるときも、セルフアライニングトルクによるステアリングホイールの急峻な中立位置への戻りを抑制することができ、よって乗員に違和感を与えることがない。
請求項2に係る車両用操舵制御装置にあっては、操舵トルクが増加するにつれて操舵反力操作量を補正する補正量を減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、乗員の操作との干渉を防止することができる。
以下、添付図面に即してこの発明に係る車両用操舵制御装置を実施するための最良の形態について説明する。
図1はこの発明の実施例に係る車両用操舵制御装置を全体的に示す概略図である。
以下説明すると、自車(車両)10において運転席12に配置されたステアリングホイール14は、ステアリングシャフト16に連結される。ステアリングシャフト16は、ユニバーサルジョイント18,20を介してコネクティングシャフト22に連結される。
コネクティングシャフト22は、ラック・ピニオン型のステアリングギア24のピニオン26に連結される。ピニオン26はラック28に噛合しており、よってステアリングホイール14から入力された回転運動はピニオン26を介してラック28の往復運動に変換され、フロントアクスルの両端に配置されたタイロッド(ステアリングロッド)30およびキングピン(図示せず)を介して2個の前輪(操舵車輪)32を所望の方向に転舵させる。
ラック28上には同軸にEPSモータ(電動モータ。アクチュエータ)38およびボールねじ機構40が配置され、モータ出力はボールねじ機構40を介してラック28の往復運動に変換され、ステアリングホイール14を介して入力された操舵力(操舵トルク)を減少させる方向にラック28を駆動する。
ステアリングギア24の付近にはトルクセンサ42が設けられ、乗員が入力した操舵力(操舵トルク)の方向と大きさに応じた信号を出力する。また、ステアリングシャフト16の付近にはロータリエンコーダなどからなる舵角センサ44が設けられ、乗員が入力した操舵角度(舵角。より詳しくは前輪舵角)の方向と大きさに応じた信号を出力する。
2個の前輪32の付近にはそれぞれ電磁ピックアップなどからなる車輪速センサ46が配置されて前輪1回転ごとに信号を出力すると共に、2個の後輪(図示せず)の付近にも同種構造の車輪速センサがそれぞれ配置されて後輪1回転ごとに信号を出力する。尚、自車10において内燃機関(図示せず)は前輪側に配置されていることから、前輪32を駆動輪、後輪を従動輪とする。
運転席12のルーフ(図示せず)の付近には、CCDカメラ54が取りつけられる。CCDカメラ54は自車10の進行方向を撮像して所定の時間間隔(例えば100msec)で撮像信号を出力する。CCDカメラ54の出力はマイクロコンピュータからなる画像処理ECU56に送られ、走行路の車線(走行レーン)の区分線(白線)が抽出される。
また、自車10のフロントバンパの付近の適宜位置にはレーザレーダ58が設けられる。レーザレーダ58は自車10の進行方向に向けて所定の間隔でレーザ光(電磁波(搬送波))を送信し、自車10の前方の車両(他車)などの物体にレーザ光を反射させて得た反射波を受信することにより、物体を検知する。
レーザレーダ58の出力は、マイクロコンピュータからなるレーダ出力処理ECU(電子制御ユニット)60に送られる。レーダ出力処理ECU60は、レーザ光を発射してから反射光を受信するまでの時間を測定して物体までの相対距離(相対位置)を算出し、さらに相対距離を微分することで物体との相対速度を求める。
この出願に係る車両用操舵制御装置は、同様にマイクロコンピュータからなるLKAS制御ユニット(電子制御ユニット(Electronic Control Unit))64を備え、画像処理ECU56および前記したトルクセンサ42の出力などはLKAS制御ユニット64に入力される。
また、この装置は同様の電子制御ユニットからなるEPS制御ユニット66を備える。前記したトルクセンサ42および車輪速センサ46の出力はEPS制御ユニット66にも入力される。
LKAS制御ユニット64とEPS制御ユニット66は信号線68を介して相互に通信可能に接続される。LKAS制御ユニット64は後述の如く、車線維持用(レーンキーピング用)の操舵アシストトルクを演算し、EPS制御ユニット66に送信する。
EPS制御ユニット66は、後述するように、乗員により入力された操舵トルクが検出されるときはそれに応じて操舵アシストトルクを演算すると共に、ステアリングホイール14に操舵反力を付与するため操舵アシストトルクを演算し、それらを車線維持用の操舵アシストトルクに加減算してEPSモータ38に供給すべき電流指令値を決定する。
EPS制御ユニット66には、モータ駆動回路70が接続される。モータ駆動回路70は4個のパワーFETスイッチング素子からなる公知のブリッジ回路(図示せず)を備え、FETスイッチング素子のオン・オフによってEPSモータ38が正転あるいは逆転する。
EPS制御ユニット66は、モータ制御電流をデューティ比(PWMによるデューティ比)で決定し、モータ駆動回路70に出力する。より具体的には、EPS制御ユニット66はFETスイッチング素子をデューティ比制御してモータ通電電流を制御し、EPSモータ38を駆動制御する。
また自車10の重心位置付近にはヨーレートセンサ72が配置され、車両重心の鉛直(重力)軸回りのヨーレート(回転角速度)に応じた信号を出力する。運転席12の床面のブレーキペダル(図示せず)にはブレーキセンサ74が設けられ、乗員のブレーキペダルの踏み込みに応じた信号を出力する。
図2は図1に示す装置の動作を示すブロック図、図3は画像処理ECU56のメモリに生成される、絶対座標系(図示せず)上に重ねられる自車10の位置を原点とする相対座標系を示す説明図である。図2において破線で囲まれる箇所がLKAS制御ユニット64の動作を、残余がEPS制御ユニット66の動作を示す。
LKAS制御ユニット64は画像処理ECU56で検出された走行路のレーン(車線)の区分線(白線)から、図3に示す如く、自車10の前方に所定の時間Tm(例えば2sec)と車速Vを乗算して得た距離Lmとなる箇所のレーン中心線yc上に前方注視点Cmを設定し、レーン中心線ycに沿って設定された前方注視点Cmに至る走行経路の曲率を算出すると共に、レーン中心線ycからの横ずれ量ydを算出する。
次いでLKAS制御ユニット64は、算出された曲率に所定のフィードフォワードゲインKfを乗じて基本アシストトルクを算出すると共に、FBコントローラ64aにおいて横ずれ量ydが減少するようにフィードバック制御則を用いて補正アシストトルクを算出する。
算出された基本アシストトルクと補正アシストトルクは加算段64bで加算された後、EPSモータ38への電流指令値に変換される。この電流指令値は車線(走行レーン)維持制御の電流指令値であり、CCDカメラ54と画像処理ECU56によって撮像された画像に基づいて自車10の進行方向で認識された走行可能領域内で自車から所定距離Lm前方に前方注視点(目標点)Cmを設定し、設定された前方注視点Cmを自車10が通過するように自車10の走行を制御する走行制御手段の操作量に相当する。
EPS制御ユニット66はトルクセンサ42によって検出された操舵トルクでアシストマップ66aを検索して操舵アシストトルクを算出し、算出値を操舵アシスト電流を示すモータ電流指令値に変換する。
このモータ電流指令値が、乗員によってステアリングホイール14を介して入力された操舵トルクに応じて所定の特性(アシストマップ66aに示す特性)に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御を行なう操舵アシスト制御手段の操作量に相当する。変換された操舵アシスト電流指令値は、加算段66bで車線維持制御の電流指令値に加算される。
加算された電流指令値は加算段66cとモータ駆動回路70(図2で図示省略)を介してEPSモータ38に供給され、EPSモータ38を回転させる。EPSモータ38の回転はEPSギヤボックス(ねじ機構40とラック28)を介して自車(車両)10に伝達される(ステアリングホイール14を回転させる)。
また、EPSモータ38の回転角は回転数センサ(図1と図2で図示省略)を介して検出され、図2の上部に示す如く、検出値の微分値が算出されてモータ回転速度(ステアリングホイール14の回転速度)が算出される。
EPS制御ユニット66は、算出されたモータ回転速度にダンピングゲインKdmpを乗じ、よって得た積を電流指令値、より具体的にはダンピング電流指令値に変換し、加減算段66cでモータ電流指令値から減算する。即ち、EPS制御ユニット66は、ダンピング電流指令値を減算したモータ電流指令値をEPSモータ38に供給する。このようにEPS制御ユニット66は、操舵アシスト制御手段の操作量と操舵反力制御手段の操作量と走行制御手段の操作量に基づいてEPSモータ38に供給すべき操作量を算出する。
このダンピング電流指令値が、ステアリングホイール14の操舵速度に応じてステアリングホイール14に反力を付与する操舵反力制御手段の操作量に相当する。この制御は、車線維持制御を行なうとき、ステアリングホイール14の回転速度に比例した操作量(粘性項)として自車10の挙動を安定させるためである。
この実施例において特徴的なことは、上記したダンピング電流指令値を算出(補正)し、車線維持制御が中断されるときもセルフアライニングトルクによるステアリングホイール14の急峻な中立位置への戻りを抑制するようにしたことにある。
即ち、曲率の大きいカーブを旋回中に車線維持制御が中止されると、セルフアライニングトルクによってステアリングホイール14が急峻に中立位置に戻って乗員に違和感を与えることがあるが、それを防止するようにした。尚、「セルフアライニングトルク」は、ステアリングホイール14を操舵して車輪に切れ角が生じた際、路面と車輪に生じる横力(旋回時に車輪を中立位置に戻そうとする力)を意味する。
そのため、この実施例においては、前記した前方注視点Cmに至る走行軌跡により求まる横加速度(あるいはヨーレート)に応じたステアリングホイール14の戻りとなるように、ステアリングホイール14のダンピング電流指令値を算出するようにした。
図4はその処理を示すフロー・チャートである。
以下説明すると、S10において画像処理ECU56から出力される画像を取得し、S12において自車10の車速Vなどの車両情報を取得し、S14に進み、前記したように前方注視点Cmを設定する。ここまでの処理は車線維持制御を行なう走行制御手段の処理と同様である。
次いでS16に進み、前方注視点Cmに到達するための運動パラメータ、具体的には横加速度を算出する。図3の左側にその算出式を示す。即ち、前方注視点Cmと自車10の位置関係から求められる位置YlとLmから、自車10が旋回するときに自車10に作用する横加速度、より具体的には目標加速度を算出する。
図4の説明に戻ると、次いでS18に進み、算出された目標横加速度からテーブル66d(図2)を検索してダンピングゲインKdrrを算出する。図5にテーブル66dの特性を示す。
次いでS20に進み、トルクセンサ42で検出された操舵トルクからテーブル66e(図2)を検索して係数ratioを算出し、算出された係数ratioを乗算段66f(図2)でダンピングゲインKdrrに乗じてダンピングゲインKdrrを補正する。これは、算出されるダンピング電流指令値が操舵アシスト電流よりも大きめに設定されて乗員が違和感を生じることがないようにするためである。図6にテーブル66eの特性を示す。
次いでS22に進み、図示の式に従ってダンピング電流指令値を算出する。即ち、前記したモータ回転速度にダンピングゲインKdmpを乗じて得た積に、新たにダンピングゲインKdrrを乗じてダンピング電流指令値を最終的に算出(あるいは補正)する。
上記を敷衍すると、過度のアンダーステアやオーバーステアが発生していない場合、自車10には横加速度に比例したセルフアライニングトルクが発生するので、横加速度を算出することで現在のセルフアライニングトルクを推定することができる。
従って、それに応じてダンピングゲインKdrrを算出してモータ回転速度とダンピングゲインKdmpの積に乗算することで、ダンピング電流指令値をセルフアライニングトルクに応じて算出することができ、例えば急なカーブを走行中に車線維持制御を中断した場合、ステアリングホイール14が急峻に中立に戻るのを抑制することができ、乗員が違和感を生じるのを防止することができる。
また、車線維持制御が実行されない場合においても、自車10の旋回挙動に応じたダンピングゲインKdrrを設定することで、乗員が不注意で旋回中に操舵力を弱めてしまったときでも、ステアリングホイール14の戻りが、操舵アシストトルクに対してゆっくりした動きとすることができ、同様に乗員が違和感を生じるのを防止することができる。
このように、この実施例においては、前方注視点(目標点)Cmに到達するために必要な自車10の目標横加速度(運動パラメータ)を算出し、算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように操舵反力制御手段の操作量を補正する如く構成したので、車線維持制御が中断されるときもセルフアライニングトルクによるステアリングホイール14の急峻な中立位置への戻りを抑制することができ、よって乗員に違和感を与えることがない。
また、図6に示す如く、操舵トルクが増加するにつれて係数ratioを減少させ、よって操舵反力操作量を補正する補正量、即ち、ダンピングゲインKdrrを減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、乗員の操作との干渉を防止することができる。
尚、特許文献2記載の技術は、そのようなステアリング挙動を抑制するために曲率が大きくなるにつれて操舵反力の抑制量が増加するように構成しているが、車線維持制御を前提するものではなく、それ以上の構成を開示するものではない。
上記の如く、この実施の形態においては、自車(車両)10の操舵車輪32を転舵するアクチュエータ(EPSモータ)38と、乗員によってステアリングホイール14を介して入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段(トルクセンサ42)と、前記検出された操舵トルクに応じて所定の特性(アシストマップ66a)に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御を行なう操舵アシスト制御手段(EPS制御ユニット66)と、前記ステアリングホイール14の操舵速度に応じて前記ステアリングホイール14に反力を付与する操舵反力制御手段(EPS制御ユニット66)と、所定の時間間隔で自車の進行方向を撮像する撮像手段(CCDカメラ54、画像処理ECU56)と、前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて自車10の前記進行方向の走行可能領域を認識する走行可能領域認識手段(LKAS制御ユニット64)と、前記走行可能領域内で自車10から所定距離Lm前方に目標点(前方注視点)Cmを設定する目標点設定手段(LKAS制御ユニット64)と、前記設定された目標点を自車10が通過するように自車10の走行を制御する走行制御手段(LKAS制御ユニット64)と、前記操舵アシスト制御手段の操作量と前記操舵反力制御手段の操作量と前記走行制御手段の操作量に基づいて前記アクチュエータに供給すべき操作量を算出する操作量算出手段(EPS制御ユニット66)とを備えた車両用操舵制御装置において、前記目標点に到達するために必要な自車の運動パラメータ(横加速度、より具体的には目標横加速度)を算出する運動パラメータ算出手段(EPS制御ユニット66,S10からS16)と、前記算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように前記操舵反力制御手段の操作量を補正、より具体的には運動パラメータが増加するにつれて増加するように設定されるダンピングゲインKdrrを乗じて前記操舵反力制御手段の操作量を補正する操舵反力補正手段(EPS制御ユニット66,S18からS22)とを備える如く構成した。
また、前記操舵反力補正手段は、前記操舵トルクが増加するにつれて前記操舵反力操作量を補正、より具体的には操舵トルクが増加するにつれて減少するように設定される係数ratioをダンピングゲインKdrrに乗じて前記操舵反力操作量を補正する補正量を減少させる(EPS制御ユニット66,S20)如く構成した。
尚、上記において運動パラメータとして横加速度を示したが、ヨーレートであっても良い。
また、ダンピングゲインKdrrを乗算項として示したが、加減算項であっても良い。
この発明の実施例に係る車両用操舵制御装置を全体的に示す概略図である。 図1に示す装置の動作を示すブロック図である。 図1の画像処理ECUのメモリに生成される、絶対座標系上に重ねられる自車の位置を原点とする相対座標系を示す説明図である。 図2ブロック図のダンピング電流の算出処理を示すフロー・チャートである。 図4フロー・チャートの処理で使用されるダンピングゲインの特性を示す説明グラフである。 図4フロー・チャートの処理で使用されるダンピングゲインの補正項の特性を示す説明グラフである。
符号の説明
10 自車(車両)、14 ステアリングホイール、32 前輪(操舵車輪)、38 EPSモータ(電動モータ。アクチュエータ)、44 舵角センサ、46 車輪速センサ、54 CCDカメラ、56 画像処理ECU、64 LKAS制御ユニット、66 EPS制御ユニット、72 ヨーレートセンサ

Claims (2)

  1. 自車の操舵車輪を転舵するアクチュエータと、乗員によってステアリングホイールを介して入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記検出された操舵トルクに応じて所定の特性に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御を行なう操舵アシスト制御手段と、前記ステアリングホイールの操舵速度に応じて前記ステアリングホイールに反力を付与する操舵反力制御手段と、所定の時間間隔で自車の進行方向を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて自車の前記進行方向の走行可能領域を認識する走行可能領域認識手段と、前記走行可能領域内で自車から所定距離前方に目標点を設定する目標点設定手段と、前記設定された目標点を自車が通過するように自車の走行を制御する走行制御手段と、前記操舵アシスト制御手段の操作量と前記操舵反力制御手段の操作量と前記走行制御手段の操作量に基づいて前記アクチュエータに供給すべき操作量を算出する操作量算出手段とを備えた車両用操舵制御装置において、前記目標点に到達するために必要な自車の運動パラメータを算出する運動パラメータ算出手段と、前記算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように前記操舵反力制御手段の操作量を補正する操舵反力補正手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
  2. 前記操舵反力補正手段は、前記操舵トルクが増加するにつれて前記操舵反力操作量を補正する補正量を減少させることを特徴とする請求項1記載の車両用操舵制御装置。
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