JP2018002096A - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転支援制御や自動運転制御において目標コースに対して精度良く追従し、操舵制御による不要な車両挙動の変化を生じることなく乗員に不自然な感覚を与えることのない安定した制御とする。【解決手段】設定した目標コースと自車進行路の車幅方向のズレ量ΔＹ、自車進行路と目標コースのヨー方向のズレ量θｙ等を検出し、ズレ量ΔＹに基づいて自車両を目標コースに復帰させる目標横加速度Δｄｄｙを算出し、ズレ量θｙに基づいて自車両を目標コースに沿って走行させる目標ヨーレートΔγを算出する。目標横加速度Δｄｄｙに基づいて目標舵角ΔＡsteerを算出して操舵制御する。目標ヨーレートΔγと実行される操舵制御とに基づいて車両に付加するヨーモーメントΔＭｚを算出して制駆動力配分制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、運転支援制御や自動運転制御において目標コースに沿って走行制御する車両の走行制御装置に関する。

近年、車両においては、操舵制御や制駆動力配分制御により車両にヨーモーメントを発生させて運転支援制御や自動運転制御を実行する技術が開発され実用化されている。例えば、特開２００６−２８２０６３号公報（以下、特許文献１）では、後輪に補助舵角を与える後輪転舵装置と、車両にヨーモーメントを与える各輪制駆動力配分装置とを有する車両挙動制御装置において、車両に外乱が入力されたとき、外乱入力に伴う車両挙動変化を打ち消し、かつ、前後輪のコーナリングフォースの着力点であるニュートラルステアポイントを、外乱により車両に作用する横力の着力点と一致させるように、後輪転舵装置と各輪制駆動力配分装置を制御する技術が開示されている。

特開２００６−２８２０６３号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される車両挙動制御装置の技術は、操舵や外乱に対する車両の応答特性が後輪転舵装置の動作によって変化あるいは悪化してしまうことのトレードオフ（例えば、横風等により車両に生じるヨー変動を抑止しようとして後輪転舵装置を作動させると、車両に横変位を生じてしまうというトレードオフ）を各輪制駆動力配分装置を作動させて抑えるに止まるものであった。ところで、運転支援制御や自動運転制御において目標コースに沿って走行するように車両を制御するには、上述のようなヨー変動ではなく、目標コースからの偏走や目標コースに対する自車両の傾き等を検出し、これらを無くすように制御することが重要である。このような目標コースに沿った制御を実行するに際し、操舵制御により車両にヨーモーメントを付加すると、その制御量によっては車両挙動、あるいは、目標コースに対する自車両の傾き等がドライバの意図と異なるものとなり乗員に不自然な感覚を与えてしまう虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、運転支援制御や自動運転制御において目標コースに対して精度良く追従し、操舵制御による不要な車両挙動の変化を生じることなく乗員に不自然な感覚を与えることのない安定した車両の走行制御装置を提供することを目的としている。

本発明の車両の走行制御装置の一態様は、自車両の走行環境情報を検出する走行環境情報検出手段と、前記走行環境情報に基づいて自車両が走行する目標コースを設定し、実際の自車進行路と前記目標コースとのズレ量を検出するズレ量検出手段と、前記ズレ量検出手段で検出した自車両の幅方向の前記自車進行路と前記目標コースとのズレ量に基づいて自車両を前記目標コースに復帰させる目標横加速度を算出する目標横加速度算出手段と、前記目標横加速度に基づいて目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、前記目標舵角に基づいて操舵制御する操舵制御手段と、前記操舵制御手段による操舵制御で発生するヨー変動を抑止する車両に付加するヨーモーメントを算出する付加ヨーモーメント算出手段と、前記車両に付加するヨーモーメントに基づいて制駆動力配分制御する制駆動力配分制御手段とを備えた。

本発明による車両の走行制御装置によれば、運転支援制御や自動運転制御において目標コースに対して精度良く追従し、操舵制御による不要な車両挙動の変化を生じることなく乗員に不自然な感覚を与えることのない安定した制御が可能となる。

本発明の実施の一形態に係る車両の全体構成図である。 本発明の実施の一形態に係る制御ユニットの機能ブロック説明図である。 本発明の実施の一形態に係る自動運転制御プログラムのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る自車両の幅方向の自車進行路と目標コースのズレ量に応じて設定される目標加速度の特性の一例を示す説明図である。 本発明の実施の一形態に係る自車進行路と目標コースのヨー方向のズレ量に応じて設定される目標ヨーレートの特性の一例を示す説明図である。 本発明の実施の一形態に係る操舵制御と制駆動力配分制御の動作説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１において、符号１は自車両を示し、符号２は自車両１の駆動系、符号３は自車両１の操舵系を示す。

駆動系２は、エンジン１１、クラッチ機構１２、第１モータ１３、変速機１４、減速装置１５、駆動輪（左前輪１６fl、右前輪１６fr）から構成される前輪駆動力伝達経路と、第２モータ１７、第３モータ１８、減速装置（左減速装置１９rl、右減速装置１９rr）及び駆動輪（左後輪２０rl、右後輪２０rr）から構成される後輪駆動力伝達経路とを備える４輪駆動可能な形態になっている。

エンジン１１及び第１モータ１３の駆動力は、変速機１４及び減速装置１５を介して駆動輪（左前輪１６fl、右前輪１６fr）に伝達される。また、第２モータ１７の駆動力は、右減速装置１９rrを介して右後輪２０rrに伝達される。更に、第３モータ１８の駆動力は、左減速装置１９rlを介して左後輪２０rlに伝達される。

第１モータ１３は、バッテリ装置２１に蓄えられている電力により駆動され、またエンジン１１の出力トルクによって回転して発電し、発電した電力をバッテリ装置２１に蓄電する。第２モータ１７及び第３モータ１８は、バッテリ装置２１の蓄電電力及び第１モータ１３で発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動される。

そして、エンジン制御部２２は、制御ユニット５０から出力されるエンジントルク指令値に基づいてスロットル開度を制御することでエンジン１１のトルクを制御する。変速機制御部２３は、制御ユニット５０から出力される変速指令値に基づいて変速機１４の変速比を制御する。バッテリ制御部２４は、バッテリ装置２１の電圧及び電流を検出してバッテリの充電状態（State of charge:SOC）を演算する。第１モータ制御部２５、第２モータ制御部２６及び第３モータ制御部２７は、制御ユニット５０から出力される第１モータトルク指令値、第２モータトルク指令値及び第３モータトルク指令値に基づいて、第１モータ１３、第２モータ１７及び第３モータ１８のトルクをそれぞれ制御する。

一方、自車両１の操舵系３は、ステアリングホイール３１から、ステアリングシャフト３１ａが延出されており、ステアリングシャフト３１ａの前端は、ユニバーサルジョイント３２ａ及びジョイント軸３２ｂから成るジョイント部３２を介してステアリングギヤボックス３４から突出されたピニオン軸３５と連結されている。

ステアリングギヤボックス３４からは、左前輪１６flに向けてタイロッド３６flが延出される一方、右前輪１６frに向けてタイロッド３６frが延出されている。タイロッド３６fl、３６frのタイロッドエンドは、ナックルアーム３７fl、３７frを介して、それぞれの側の車輪１６fl、１６frを回転自在に支持するアクスルハウジング３８fl、３８frと連結されている。

また、自車両１の操舵系３には、周知のラックアシスト型等の電動パワーステアリング機構３９が設けられている。この電動パワーステアリング機構３９のパワーステアリング用電動モータは、図示しないパワーステアリング用モータ駆動部により駆動され、パワーステアリング用モータ駆動部は、操舵制御部４０からの信号に基づいて制御される。

制御ユニット５０には、カメラ装置（ステレオカメラ、単眼カメラ、カラーカメラ等）、レーダ装置（レーザレーダ、ミリ波レーダ等）、ソナー等で構成され、自車両の走行する走行環境情報を検出し、走行環境を認識する走行環境情報検出手段としての走行環境認識装置４１、自車位置情報（緯度・経度、移動方向等）を検出して地図情報上に自車両位置の表示、及び、目的地までの経路誘導を行うナビゲーションシステム４２、車速Ｖを検出する車速センサ４３、その他センサ、スイッチ４４が接続されている。

そして、制御ユニット５０は、上述の各センサ、スイッチ４１〜４４からの各入力信号に基づき、障害物等との衝突防止制御、定速走行制御、追従走行制御を協調して自動運転制御が可能となっている。自動運転制御では、目標コース（例えば、車線中央）を設定し、設定した目標コースと自車進行路の車幅方向のズレ量ΔＹ、自車進行路と目標コースのヨー方向のズレ量（交差角）θｙ等を検出する。検出した自車両の幅方向の自車進行路と目標コースとのズレ量ΔＹに基づいて自車両を目標コースに復帰させる目標横加速度Δｄｄｙを算出し、検出した自車進行路と目標コースのヨー方向のズレ量θｙに基づいて自車両を目標コースに沿って走行させる目標ヨーレートΔγを算出する。目標横加速度Δｄｄｙに基づいて目標舵角ΔＡsteerを算出して該目標舵角ΔＡsteerに基づいて操舵制御する。また、目標ヨーレートΔγと実行される操舵制御とに基づいて目標コースに沿わせ、かつ、操舵制御で発生するヨー変動を抑止する車両に付加するヨーモーメントΔＭｚを算出し、該車両に付加するヨーモーメントΔＭｚに基づいて制駆動力配分を制御する。

このため、制御ユニット５０は、図２に示すように、走行路情報取得部５０ａ、目標横加速度設定部５０ｂ、目標ヨーレート設定部５０ｃ、目標舵角算出部５０ｄ、制駆動トルク算出部５０ｅから主要に構成されている。

走行路情報取得部５０ａは、走行環境認識装置４１とナビゲーションシステム４２からの情報が入力され、自車両が走行する車線を認識して、本実施の形態では、走行車線の中央を目標コースとして設定する。そして、この設定した目標コースと自車進行路とを比較して、目標コースと自車進行路の車幅方向のズレ量ΔＹ、自車進行路と目標コースのヨー方向のズレ量θｙを検出し、車幅方向のズレ量ΔＹは、目標横加速度設定部５０ｂに出力し、ヨー方向のズレ量θｙは、目標ヨーレート設定部５０ｃに出力する。このように走行路情報取得部５０ａは、ズレ量検出手段として設けられている。

目標横加速度設定部５０ｂは、走行路情報取得部５０ａから車幅方向のズレ量ΔＹが入力される。そして、車幅方向のズレ量の絶対値｜ΔＹ｜が予め設定しておいた閾値Ｄｙ以上の場合に、例えば、予め実験、計算等により設定しておいた図４に示すようなマップを参照して、あるいは、計算式により、自車両を目標コースに復帰させる目標横加速度Δｄｄｙを設定し、目標舵角算出部５０ｄに出力する。尚、閾値Ｄｙは、制御が必要な値となっているか否かを判断するために予め実験、計算等により設定される閾値である。このように、目標横加速度設定部５０ｂは、目標横加速度算出手段として設けられている。

目標ヨーレート設定部５０ｃは、走行路情報取得部５０ａからヨー方向のズレ量θｙが入力される。そして、ヨー方向のズレ量の絶対値｜θｙ｜が予め設定しておいた閾値Ｄθｙ以上の場合に、例えば、予め実験、計算等により設定しておいた図５に示すようなマップを参照して、あるいは、計算式により、自車両を目標コースに沿って走行させる目標ヨーレートΔγを設定し、制駆動トルク算出部５０ｅに出力する。尚、閾値Ｄθｙは、制御が必要な値となっているか否かを判断するために予め実験、計算等により設定される閾値である。このように、目標ヨーレート設定部５０ｃは、目標ヨーレート算出手段として設けられている。

目標舵角算出部５０ｄは、目標横加速度設定部５０ｂから目標横加速度Δｄｄｙが入力される。そして、例えば、以下の（１）式により、目標舵角ΔＡsteerを算出し、制駆動トルク算出部５０ｅ、操舵制御部４０に出力する。このように、目標舵角算出部５０ｄは、目標舵角算出手段として設けられている。

ΔＡsteer＝−ｍ・Δｄｄｙ・ｎ／（２・Ｋｆ） …（１）
ここで、ｍは車両質量、ｎはステアリングギヤ比、Ｋｆは前輪の等価コーナリングパワである。

尚、操舵制御部４０が、既に、Ａsteerの操舵制御量で操舵制御を実行している場合には、上述の目標舵角ΔＡsteerを加算して補正した制御量（すなわち、Ａsteer＝Ａsteer＋ΔＡsteer）で操舵制御が実行される。このように、操舵制御部４０は、操舵制御手段として設けられている。

制駆動トルク算出部５０ｅは、車速センサ４３から車速Ｖが入力され、目標ヨーレート設定部５０ｃから目標ヨーレートΔγが入力され、目標舵角算出部５０ｄから目標舵角ΔＡsteerが入力される。そして、例えば、以下の（２）式により、目標コースに沿わせ、かつ、操舵制御で発生するヨー変動を抑止する車両に付加するヨーモーメントΔＭｚを算出する。
ΔＭｚ＝（−（Ｖ／Ｌ）・（ΔＡsteer／ｎ）−（１−（ｍ／（２・Ｌ^２））・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／（Ｋｆ・Ｋｒ）・Ｖ^２）・Δγ）／（（Ｖ／（２・Ｌ^２））・（Ｋｆ＋Ｋｒ）／（Ｋｆ・Ｋｒ））
＝−（２・Ｌ・Ｋｆ・Ｋｒ）／（Ｋｆ＋Ｋｒ）・（（ΔＡsteer／ｎ）＋（１＋Ａｓ・Ｖ^２）・（Ｌ／Ｖ）・Δγ） …（２）
ここで、Ｌはホイールベース、Ｌｆは重心から前輪軸までの距離、Ｌｒは重心から後輪軸までの距離、Ｋｆ，Ｋｒは前後輪の等価コーナリングパワ、Ａｓは車両固有のスタビリティファクタである。

そして、制駆動トルク算出部５０ｅは、上述の車両に付加するヨーモーメントΔＭｚ（反時計回りを「＋」として）に基づいて、例えば、以下の（３）、（４）式により、第３モータ１８に発生させるモータトルクＴrlと、第２モータ１７に発生させるモータトルクＴrrを算出し、モータトルクＴrlは制駆動力配分制御手段としての第３モータ制御部２７に、モータトルクＴrrは制駆動力配分制御手段としての第２モータ制御部２６に出力する。

Ｔrl＝−（ｒｔ／ｄ）・ΔＭｚ …（３）
Ｔrr＝＋（ｒｔ／ｄ）・ΔＭｚ …（４）
ここで、ｒｔはタイヤ半径、ｄはトレッドである。

このように、制駆動トルク算出部５０ｅは、付加ヨーモーメント算出手段、制駆動力配分制御手段として設けられている。

次に、上述の制御ユニット５０で実行される自動運転制御プログラムを、図３のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、走行路情報取得部５０ａは、走行環境認識装置４１とナビゲーションシステム４２からの情報が入力され、自車両が走行する車線を認識して目標コース（本実施の形態では、走行車線の中央）を設定する。そして、この設定した目標コースと自車進行路とを比較して、目標コースと自車進行路の車幅方向のズレ量ΔＹ、自車進行路と目標コースのヨー方向のズレ量θｙを検出する。

次に、Ｓ１０２に進み、目標横加速度設定部５０ｂは、車幅方向のズレ量の絶対値｜ΔＹ｜が予め設定しておいた閾値Ｄｙ以上（｜ΔＹ｜≧Ｄｙ）か否か判定し、｜ΔＹ｜≧Ｄｙの場合は、Ｓ１０３に進み、例えば、予め実験、計算等により設定しておいた図４に示すようなマップを参照して、あるいは、計算式により、自車両を目標コースに復帰させる目標横加速度Δｄｄｙを設定してＳ１０５に進む。

逆に、｜ΔＹ｜＜Ｄｙの場合には、目標横加速度は、新たに付加する必要はないと判断できるため、Ｓ１０４に進み、Δｄｄｙ＝０としてＳ１０５に進む。

Ｓ１０３、或いは、Ｓ１０４で目標横加速度Δｄｄｙを設定してＳ１０５に進むと、目標ヨーレート設定部５０ｃは、ヨー方向のズレ量の絶対値｜θｙ｜が予め設定しておいた閾値Ｄθｙ以上（｜θｙ｜≧Ｄθｙ）か否か判定し、｜θｙ｜≧Ｄθｙの場合は、Ｓ１０６に進み、例えば、予め実験、計算等により設定しておいた図５に示すようなマップを参照して、あるいは、計算式により、自車両を目標コースに沿って走行させる目標ヨーレートΔγを設定してＳ１０８に進む。

逆に、｜θｙ｜＜Ｄθｙの場合には、ヨーレートは、新たに付加する必要はないと判断できるため、Ｓ１０７に進み、Δγ＝０としてＳ１０８に進む。

Ｓ１０６、或いは、Ｓ１０７で目標ヨーレートΔγを設定してＳ１０８に進むと、設定された目標ヨーレートの絶対値｜Δγ｜は、予め実験、計算等により設定しておいた閾値Ｄγ以上（｜Δγ｜≧Ｄγ）か、または、設定された目標横加速度の絶対値｜Δｄｄｙ｜は、予め実験、計算等により設定しておいた閾値Ｄｄｙ以上（｜Δｄｄｙ｜≧Ｄｄｙ）か判定される。

そして、｜Δγ｜≧Ｄγと｜Δｄｄｙ｜≧Ｄｄｙの少なくとも一方が成立する場合には、Ｓ１０９に進み、目標舵角算出部５０ｄは、例えば、前述の（１）式により、目標舵角ΔＡsteerを算出して操舵制御部４０に出力する。

その後、Ｓ１１０に進み、制駆動トルク算出部５０ｅは、例えば、前述の（２）式により、目標コースに沿わせ、かつ、操舵制御で発生するヨー変動を抑止する車両に付加するヨーモーメントΔＭｚを算出する。

次いで、Ｓ１１１に進んで、例えば、前述の（３）、（４）式により、第３モータ１８に発生させるモータトルクＴrlと、第２モータ１７に発生させるモータトルクＴrrを算出し、モータトルクＴrlは第３モータ制御部２７に、モータトルクＴrrは第２モータ制御部２６に出力する。

一方、前述のＳ１０８で、｜Δγ｜＜Ｄγ、かつ、｜Δｄｄｙ｜＜Ｄｄｙの場合は、車両挙動を修正することなく、そのままプログラムを抜ける。

このように本実施の形態によれば、図６に示すように、目標コースを設定し、設定した目標コースと自車進行路の車幅方向のズレ量ΔＹ、自車進行路と目標コースのヨー方向のズレ量（交差角）θｙ等を検出する。検出した自車両の幅方向の自車進行路と目標コースとのズレ量ΔＹに基づいて自車両を目標コースに復帰させる目標横加速度Δｄｄｙを算出し、検出した自車進行路と目標コースのヨー方向のズレ量θｙに基づいて自車両を目標コースに沿って走行させる目標ヨーレートΔγを算出する。目標横加速度Δｄｄｙに基づいて目標舵角ΔＡsteerを算出して該目標舵角ΔＡsteerに基づいて操舵制御する。また、目標ヨーレートΔγと実行される操舵制御とに基づいて目標コースに沿わせ、かつ、操舵制御で発生するヨー変動を抑止する車両に付加するヨーモーメントΔＭｚを算出し、該車両に付加するヨーモーメントΔＭｚに基づいて制駆動力配分制御する。このため、運転支援制御や自動運転制御において目標コースに対して精度良く追従し、操舵制御による不要な車両挙動の変化を生じることなく乗員に不自然な感覚を与えることのない安定した車両の走行制御が可能となる。

尚、本実施の形態では、制駆動力制御は、一方の車輪に駆動力を発生させ、他方の車輪に制動力を発生させることで、車両にヨーモーメントを付加するようになっているが、車両にヨーモーメントを付加できれば良いため、例えば、左右輪の制動力差のみ、或いは、駆動力差のみで車両にヨーモーメントを付加するようにしても良い。

１ 自車両
２ 駆動系
３ 操舵系
１１ エンジン
１２ クラッチ機構
１３ 第１モータ
１４ 変速機
１５ 減速装置
１６fl、１６fr 駆動輪
１７ 第２モータ
１８ 第３モータ
１９rl、１９rr 減速装置
２０rl、２０rr 駆動輪
２１ バッテリ装置
２２ エンジン制御部
２３ 変速機制御部
２４ バッテリ制御部
２５ 第１モータ制御部
２６ 第２モータ制御部（制駆動力配分制御手段）
２７ 第３モータ制御部（制駆動力配分制御手段）
３１ ステアリングホイール
３１ａ ステアリングシャフト
３２ ジョイント部
３４ ステアリングギヤボックス
３５ ピニオン軸
３８fl、３８fr アクスルハウジング
３９ 電動パワーステアリング機構
４０ 操舵制御部（操舵制御手段）
４１ 前方環境認識装置（走行環境情報検出手段）
４２ ナビゲーションシステム
４３ 車速センサ
４４ センサ、スイッチ
５０ 制御ユニット
５０ａ 走行路情報取得部（ズレ量検出手段）
５０ｂ 目標横加速度設定部（目標横加速度算出手段）
５０ｃ 目標ヨーレート設定部（目標ヨーレート算出手段）
５０ｄ 目標舵角算出部（目標舵角算出手段）
５０ｅ 制駆動トルク算出部（付加ヨーモーメント算出手段、制駆動力配分制御手段）

Claims (2)

1. 自車両の走行環境情報を検出する走行環境情報検出手段と、
   前記走行環境情報に基づいて自車両が走行する目標コースを設定し、実際の自車進行路と前記目標コースとのズレ量を検出するズレ量検出手段と、
   前記ズレ量検出手段で検出した自車両の幅方向の前記自車進行路と前記目標コースとのズレ量に基づいて自車両を前記目標コースに復帰させる目標横加速度を算出する目標横加速度算出手段と、
   前記目標横加速度に基づいて目標舵角を算出する目標舵角算出手段と、
   前記目標舵角に基づいて操舵制御する操舵制御手段と、
   前記操舵制御手段による操舵制御で発生するヨー変動を抑止する車両に付加するヨーモーメントを算出する付加ヨーモーメント算出手段と、
   前記車両に付加するヨーモーメントに基づいて制駆動力配分制御する制駆動力配分制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
2. 前記ズレ量検出手段で検出した前記自車進行路と前記目標コースのヨー方向のズレ量に基づいて自車両を前記目標コースに沿って走行させる目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出手段を有し、
   前記付加ヨーモーメント算出手段は、前記目標ヨーレートと前記操舵制御手段による操舵制御とに基づいて前記目標コースに沿わせ、かつ、前記操舵制御手段による操舵制御で発生するヨー変動を抑止する車両に付加するヨーモーメントを算出することを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。

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