JP3572870B2

JP3572870B2 - 車両の操舵制御装置

Info

Publication number: JP3572870B2
Application number: JP14226997A
Authority: JP
Inventors: 国仁佐藤; 武志後藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1997-05-30
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2017-05-30
Also published as: JPH10329738A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両の操舵制御装置に関し、特に車両前方の走行路を認識し、この走行路から逸脱しないように操舵制御を行う車両の操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両を安定に走行させることを目的として、道路の白線等のガイドラインを認識して自車の走行路を認識し、この走行路から逸脱しないように操舵制御を行う車両の操舵制御装置が提案されている。
例えば、特開平６−２５５５１４号公報には、道路の白線を認識し、この白線認識情報に基づいて、安定走行ポテンシャルエネルギを白線の内側の走行レーン中央側では低く設定し、白線近傍では白線に近づくに従って高くなるよう設定し、安定走行ポテンシャルエネルギが高くなると安定走行ポテンシャルエネルギが低くなる側に車両を移動させるよう後輪の操舵制御を行うことが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来装置ではカメラで撮像した道路画像を画像処理して道路上の白線を認識している。このため、例えば逆光の場合や、トンネルの入口又は出口等において道路画像から白線を認識できない場合がある。
白線を認識した状態（白線の認識状態）で、白線の位置等の白線認識情報に基づく制御量で操舵制御を行っている状態から白線を認識できない状態（白線の非認識状態）に変化すると、操舵制御の制御量を算出できなくなり、制御量が０に急変するという問題があった。
【０００４】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、ガイドラインを認識できないときに走行位置情報に基づいて操舵制御を行うことにより、操舵制御を安定して行うことができ、かつ、ガイドラインを認識できなくなったときの制御量の急変を防止する車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、図１に示すように、車両の走行路上のガイドラインを認識するガイドライン認識手段Ｍ１と、前記ガイドラインの認識結果に基づいて走行路上の目標位置を設定し、この目標位置を走行するよう操舵制御を行う第１の制御手段Ｍ２を有する車両の操舵制御装置において、
車両の走行位置及びその近傍の走行路の情報である走行位置情報をカーナビゲーションシステムもしくは道路データベースから得る走行路認識手段Ｍ３と、
前記ガイドラインの認識結果に基づいて前記走行位置情報を補正する補正手段Ｍ４と、
前記ガイドラインを認識できない場合に、前記補正された走行位置情報に基づいて走行路上の目標位置を設定し操舵制御を行う第２の制御手段Ｍ５を有する。
【０００６】
このように、走行位置情報を外部から得て、ガイドライン認識結果で補正して正確なものとしておき、ガイドラインが認識できなくなったとき、走行位置情報によって操舵制御を行うため、ガイドラインが認識できなくなったときも操舵制御を続けることができ、安定した操舵制御を行うことができ、かつ、ガイドラインを認識できなくなったときの操舵制御量の急変を防止できる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の車両の操舵制御装置において、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
前記検出された車両の走行状態に基づいて、前記走行位置情報を更新する更新手段とを有する。
このように車両の走行状態に基づいて走行位置情報を更新するため、ガイドラインが認識できなくなったとき、車両が走行することによって走行位置が変化しても正確な走行位置を知ることができ、これによって正確な操舵制御が可能となる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の車両の操舵制御装置において、
前記第２の制御手段による操舵制御を所定時間実施した後、操舵制御量を徐々に減少させる減少手段を有する。
このため、ガイドラインを認識できない状態が所定時間以上継続して操舵制御が行われるのを防止し、かつ、制御量の急変を防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２は本発明装置の一実施例の構成図を示す。
同図中、前輪操舵機構１０は操舵ハンドル１１を有しており、この操舵ハンドル１１は操舵軸１２を介してステアリングギヤボックス１３内のピニオンギヤに接続されている。このピニオンギヤはラックバー１４と噛合し、操舵ハンドル１１の回転運動をラックバー１４の往復運動に変換して伝達するものである。ラックバー１４の両端には左右タイロッド１５ａ，１５ｂ及び左右ナックルアーム１６ａ，１６ｂを介して左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２が操舵可能に連結されている。
【００１０】
後輪操舵機構２０は後輪を操舵するためのアクチュエータとしてのブラシレスモータなどの電動モータ２１を備えている。電動モータ２１の回転軸はステアリングギヤボックス２２内にて減速機構を介して軸方向に変位可能に支持されたリレーロッド２３に接続されており、リレーロッド２３は同モータ２１の回転に応じて軸方向に変位する。減速機構の逆効率は小さく設定されていて、リレーロッド２３側からの外部入力により電動モータ２１が回転駆動されることがないようになっている。リレーロッド２３の両端にはタイロッド２４ａ，２４ｂ及びナックルアーム２５ａ，２５ｂを介して左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２が接続されていて、左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２はリレーロッド２３の軸方向の変位に応じて操舵される。
【００１１】
電子制御回路（ＥＣＵ）３０には前輪操舵角センサ３２，後輪操舵角センサ３４，車速センサ３５，及びガイドライン認識装置３６が接続されている。前輪操舵角センサ３２は左右前輪ＦＷ１，ＦＷ２の操舵角を検出する。後輪操舵角センサ３４は左右後輪ＲＷ１，ＲＷ２の操舵角を検出する。走行状態検出手段としてのヨーレートセンサ３３は自車のヨーレートを検出し、車速センサ３５は自車の車速を検出する。
【００１２】
ガイドライン認識手段Ｍ１及び走行状態検出手段としてのガイドライン認識装置３６は車両の進行方向前方の道路を撮像した道路画像をカメラ３８から供給され、この道路画像を処理して道路の中央又は路側の白線や黄色の追越し禁止線等のガイドラインを認識し、このガイドラインに基づいて走行車線を認識し、図４に破線で示す走行路中央線からの車両オフセット量Ｅ（ｎ）及び二重線で示すガイドラインＩからの距離Ｌ_１を検出すると共に、走行路のカーブの曲率半径Ｒを検出する。ここで、θは画像から得た車両の走行路に対する傾き角、１は前方注視点距離（一定値）、ｅは現在横ずれ量であり、
Ｅ（ｎ）＝ｅ＋Ｌ_１・・・（１）
Ｌ１≒１×θ ・・・（２）
と表わされる。上記の傾き角θ，現在横ずれ量ｅ，車両オフセット量Ｅ（ｎ）及び曲率半径ＲはＥＣＵ３０に供給される。
【００１３】
走行路認識手段Ｍ３としての走行路認識装置３９は例えばＤ−ＧＰＳ（ディフェレンシャル・グローバル・ポジショニング・システム）又はＧＰＳを用いたカーナビゲーションシステムであり、ＧＰＳ衛星から送信される航法情報を受信して自車の正確な走行位置を認識し、この走行位置とその近傍の地図情報とを走行位置情報としてＥＣＵ３０に供給する。なお、走行路認識装置３９としてはこの他に高速道路等で道路データベースからの道路情報を受信して、これを走行位置情報として出力するものであっても良い。
【００１４】
電子制御装置３０は図３に示す如く、マイクロコンピュータで構成され、中央処理ユニット（ＣＰＵ）５０と、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）５２と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５４と、入力ポート回路５６と、出力ポート回路５８と、通信回路６０とを有し、これらは双方向性のコモンバス６２により互いに接続されている。
【００１５】
入力ポート回路５６には前輪操舵角センサ３２，ヨーレートセンサ３３，後輪操舵角センサ３４，車速センサ３５夫々の出力する検出信号が供給される。また、通信回路６０にはガイドライン認識装置３６の出力する検出量θ，ｅ，Ｅ（ｎ），Ｒ夫々が供給されると共に、走行路認識装置３９の出力する走行位置情報が供給される。
【００１６】
ＲＯＭ５２には制御プログラムが記憶されている。ＣＰＵ５０は制御プログラムに基づき、後述する種々の演算を行い、その際にＲＡＭ５４が作業領域として使用される。ＣＰＵ５０が制御プログラムを実行することにより発生した制御信号は出力ポート回路５８から駆動回路４０に供給され、この駆動回路４０は電動モータ２１を駆動して後輪ＲＷ１，ＲＷ２の操舵を行う。
【００１７】
図５はＥＣＵ３０が実行する操舵制御処理の一実施例のフローチャートを示す。この処理は所定時間間隔で繰り返される。同図中、ステップＳ１２ではガイドライン認識装置３６の出力する車両オフセット量Ｅ（ｎ），及び走行路状況としての走行路の曲率半径Ｒ（カーブＲ）を読み込む。次にステップＳ１４で走行路認識装置３９の出力する走行位置情報を読み込む。
【００１８】
次にステップＳ１６でガイドライン認識装置３６で走行路のガイドラインが認識できたかどうかを判別する。なお、ガイドラインを認識できている場合には車両オフセット量Ｅ（ｎ）が所定範囲内の数値であり、ガイドラインを認識できなかった場合は車両オフセット量Ｅ（ｎ）が上記所定範囲外の特定値として与えられる。
【００１９】
ステップＳ１６でガイドラインを認識できた場合にはステップＳ１８でカウンタＴを０にリセットし、次にステップＳ２０で次式により目標操舵制御量Ｄ（ｎ）を算出する。
Ｄ（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）＋Ｋ・｛Ｅ（ｎ）−Ｅ（ｎ−１）｝・・・（３）
但し、Ｄ（ｎ−１）は前回処理で得た目標操舵量、Ｅ（ｎ−１）は前回の車両オフセット量、Ｋは制御ゲイン（一定値）である。次にステップＳ２２で目標操舵制御量Ｄ（ｎ）を後輪操舵制御量Ｄにセットする。このステップＳ２０，Ｓ２２及び後述のステップＳ２６が第１の制御手段Ｍ１に対応する。
【００２０】
補正手段Ｍ４に対応するステップＳ２４では走行位置情報をガイドライン認識情報によって補正する。ＧＰＳ等で得られる走行位置は数１０ｍから数１００ｍの誤差があるため、ガイドライン認識装置３６で認識されたカーブＲや道路の分岐又は合流等の走行路状況によって上記走行位置情報を極めて正確な値に補正する。この後、ステップＳ２６に進む。
【００２１】
一方、ステップＳ１６でガイドラインが認識できなかった場合はステップＳ３０でセンサ３２，３３，３５夫々の出力する操舵角、ヨーレート、車速夫々を読み込み、ステップＳ３２で上記操舵角、ヨーレート、車速に基づいて走行位置情報を更新する。次にステップＳ３４でカウンタＴを１だけインクリメントし、ステップＳ３６でカウンタＴが所定値ｔ０１を超えるかどうかを判別する。所定値ｔ０１は例えば数秒から数１０秒に相当する値である。
【００２２】
ここで、Ｔ≦ｔ０１の場合はガイドラインの認識ができなくなってからの時間経過が短いので、ステップＳ３８に進み、ステップＳ３２で補正した走行位置情報を用いて目標操舵制御量Ｄ（ｎ）を算出し、ステップＳ４０で目標操舵制御量Ｄ（ｎ）を後輪操舵制御量Ｄにセットする。上記のステップＳ３８においては走行位置情報として自車の正確な走行位置とその近傍の地図情報があるため、ステップＳ２０とまったく同様に（３）式を用いて目標操舵制御量Ｄ（ｎ）を算出する。上記のステップＳ３８，Ｓ４０，Ｓ２６が第２の制御手段Ｍ５に対応する。
【００２３】
また、ステップＳ３６でＴ＞ｔ０１の場合は、ガイドラインの認識ができなくなってからの時間経過が長いためステップＳ４２に進み、次式により後輪操舵制御量Ｄを徐々に減少させる。
Ｄ＝Ｄ×ａ・・・（４）
但し、ａは１未満の係数である。上記のステップＳ４０又はＳ４２を実行後、ステップＳ２６に進む。上記のステップＳ４２が減少手段に対応する。
【００２４】
ステップＳ２６では後輪操舵制御量Ｄに基づいて駆動回路４０を駆動する。これによって電動モータ２１が回転駆動されて後輪ＲＷ１，ＲＷ２の操舵が行われる。この後、処理を終了する。
このように、ガイドラインの認識状態において、走行路認識装置３９で得た自車の走行位置をガイドラインの認識結果により補正して正確なものとしておき、ガイドラインの認識ができなくなったとき走行位置及びその近傍の地図情報である走行位置情報から目標操舵制御量を算出するため、ガイドラインの認識ができなくなった場合にも操舵制御が可能となる。
【００２５】
また、ガイドラインを認識できない状態が長くなると徐々に操舵制御量を減少させて最終的に操舵制御を終了するので制御の急変を防止できる。
なお、本実施例では後輪の操舵制御を行っているが、後輪の代りに前輪を操舵制御する構成であっても良く、上記実施例に限定されない。
【００２６】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１に記載の発明は、車両の走行路上のガイドラインを認識するガイドライン認識手段と、前記ガイドラインの認識結果に基づいて走行路上の目標位置を設定し、この目標位置を走行するよう操舵制御を行う第１の制御手段を有する車両の操舵制御装置において、
車両の走行位置及びその近傍の走行路の情報である走行位置情報をカーナビゲーションシステムもしくは道路データベースから得る走行路認識手段と、
前記ガイドラインの認識結果に基づいて前記走行位置情報を補正する補正手段と、
前記ガイドラインを認識できない場合に、前記補正された走行位置情報に基づいて走行路上の目標位置を設定し操舵制御を行う第２の制御手段を有する。
【００２７】
このように、走行位置情報を外部から得て、ガイドライン認識結果で補正して正確なものとしておき、ガイドラインが認識できなくなったとき、走行位置情報によって操舵制御を行うため、ガイドラインが認識できなくなったときも操舵制御を続けることができ、安定した操舵制御を行うことができ、かつ、ガイドラインを認識できなくなったときの操舵制御量の急変を防止できる。
【００２８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の車両の操舵制御装置において、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
前記検出された車両の走行状態に基づいて、前記走行位置情報を更新する更新手段とを有する。
【００２９】
このように車両の走行状態に基づいて走行位置情報を更新するため、ガイドラインが認識できなくなったとき、車両が走行することによって走行位置が変化しても正確な走行位置を知ることができ、これによって正確な操舵制御が可能となる。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の車両の操舵制御装置において、
前記第２の制御手段による操舵制御を所定時間実施した後、操舵制御量を徐々に減少させる減少手段を有する。
【００３０】
このため、ガイドラインを認識できない状態が所定時間以上継続して操舵制御が行われるのを防止し、かつ、制御量の急変を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理図である。
【図２】本発明装置の構成図である。
【図３】ＥＣＵのブロック図である。
【図４】車両オフセット量を説明するための図である。
【図５】操舵制御処理のフローチャートである。
【符号の説明】
１０前輪操舵機構
１１操舵ハンドル
１２操舵軸
１３，２２ステアリングギヤボックス
１４ラックバー
１５ａ，１５ｂ，２４ａ，２４ｂタイロッド
１６ａ，１６ｂ，２５ａ，２５ｂナックルアーム
２０後輪操舵機構
２１電動モータ
２３リレーロッド
３０ＥＣＵ
３２前輪操舵角センサ
３３ヨーレートセンサ
３４後輪操舵角センサ
３６ガイドライン認識装置
３８カメラ
３９走行路認識装置
４０駆動回路
Ｍ１ガイドライン認識手段
Ｍ２第１の制御手段
Ｍ３走行路認識手段
Ｍ４補正手段
Ｍ５第２の制御手段

Claims

車両の走行路上のガイドラインを認識するガイドライン認識手段と、前記ガイドラインの認識結果に基づいて走行路上の目標位置を設定し、この目標位置を走行するよう操舵制御を行う第１の制御手段を有する車両の操舵制御装置において、
車両の走行位置及びその近傍の走行路の情報である走行位置情報をカーナビゲーションシステムもしくは道路データベースから得る走行路認識手段と、
前記ガイドラインの認識結果に基づいて前記走行位置情報を補正する補正手段と、
前記ガイドラインを認識できない場合に、前記補正された走行位置情報に基づいて走行路上の目標位置を設定し操舵制御を行う第２の制御手段を有することを特徴とする車両の操舵制御装置。
請求項１記載の車両の操舵制御装置において、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
前記検出された車両の走行状態に基づいて、前記走行位置情報を更新する更新手段とを有することを特徴とする車両の操舵制御装置。
請求項１又は２記載の車両の操舵制御装置において、
前記第２の制御手段による操舵制御を所定時間実施した後、操舵制御量を徐々に減少させる減少手段を有することを特徴とする車両の操舵制御装置。