JP3660011B2 - 車両の操舵制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両が道路から逸脱するのを防止しながら車両の前方の障害物を的確に回避することが可能な車両の操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラやレーダーによって走行道路の前方の障害物を検出し、この障害物に車両が衝突する可能性があると判定された場合に衝突を回避すべく車速制御や操舵制御を行う技術が、特開平５−１１３８２２号公報により公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車両の走行状態と走行道路の自車位置前方の道路形状とに基づいて車両が道路を逸脱する可能性の有無を判定し、道路逸脱の可能性があると判定されると操舵手段に操舵トルクを付加して道路逸脱を防止する操舵制御装置に、前記障害物の回避制御装置を組み合わせた場合、両者の制御が干渉してスムーズな障害物回避を行うことが難しいという問題がある。
【０００４】
即ち、ドライバーが障害物を回避するために操舵を行うと車両は本来の経路を逸脱するため、前記操舵制御装置は車両を元の経路に戻すべく操舵手段に操舵トルクを付加する。しかしながら、この操舵トルクはドライバーが障害物を回避するために付加した操舵トルクと相反する方向であるため、ドライバーの障害物回避操作の負担が増加したり、違和感を与える可能性がある。
【０００５】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、道路逸脱を防止するための操舵制御を行いつつ、ドライバーが障害物の回避操作を容易に行うことができる車両の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載された車両の操舵制御装置は、車両が走行する道路を含む地図情報を出力する地図情報出力手段と、地図上における自車位置を検出する自車位置検出手段と、車両の操向輪を転舵するための操舵手段と、操舵手段に操舵トルクを付加する操舵トルク付加手段と、車両の前方の障害物を検出する前方障害物検出手段と、車両の側方の障害物を検出する側方障害物検出手段と、車両の走行状態と走行道路の自車位置前方の道路形状とに基づいて操舵トルク付加量を決定して前記操舵トルク付加手段を駆動するとともに、前記前方障害物検出手段により前方に障害物が検出された場合に該障害物を回避する方向に前記操舵トルク付加量を補正し、前記側方障害物検出手段により障害物を回避したことが検出された場合に前記障害物を回避する方向と逆方向に前記操舵トルク付加量を補正する操舵制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
【作用】
請求項１の構成によれば、車両の走行状態と走行道路の自車位置前方の道路形状とに基づいて車両が道路を逸脱する可能性があると判定されると、車両の道路逸脱を防止すべく操舵手段に操舵トルクが付加される。前方障害物検出手段により前方に障害物が検出されると、その障害物の回避を補助すべく操舵手段に付加される操舵トルクが補正され、また側方障害物検出手段により車両が障害物を回避したことが検出されると、元の経路への復帰を補助すべく操舵手段に付加される操舵トルクが補正される。
【０００８】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の参考例及び実施例を説明する。
【０００９】
図１〜図６は本発明の参考例を示すもので、図１は参考例装置の全体構成を示すブロック図、図２は作用を説明するフローチャート、図３は道路の方位角変化量θを求める手法の説明図、図４は偏差Ｄと操舵アシストトルクＴとの関係を示すグラフ、図５は操舵角θ_STと操舵アシストトルクＴとの関係を示すグラフ、図６は障害物回避時の作用説明図である。
【００１０】
図１において、ＮＶは自動車用ナビゲーションシステムであって、ヨーレートセンサ１及び車速センサ２からの信号が入力される慣性航法装置３と、ＩＣカードやＣＤ−ＲＯＭを用いた地図情報出力手段４と、慣性航法装置３が出力する自車の走行軌跡及び地図情報出力手段４が出力する地図情報を重ね合わせるマップマッチング処理手段５と、ＧＰＳアンテナ６からの信号が入力されるＧＰＳユニット７と、マップマッチング処理手段５が出力する位置座標及びＧＰＳユニット７が出力する位置座標に基づいて自車位置を検出する自車位置検出手段８と、目的地入力手段９からの目的地座標及び自車位置検出手段８からの自車位置座標に基づいて目的地までの経路を探索する経路探索手段１０とを備える。
【００１１】
ＳＣは操舵制御部であって、経路探索手段１０で探索した道路の形状に基づいて自車の前方の道路を走行する際に発生すると推定されるヨーレートを基準ヨーレートγ_REF として設定する基準ヨーレート算出手段１１と、ヨーレートセンサ１で検出した実ヨーレートγと前記基準ヨーレートγ_REF とを比較して両ヨーレートγ_REF ，γの偏差Ｄに応じた操舵アシストトルクＴを算出する操舵制御手段１３と、操舵制御手段１３からの信号に基づいて操向輪を転舵する操舵手段１５に前記操舵アシストトルクＴを付加する操舵トルク付加手段１４と、障害物の回避時に前記操舵アシストトルクＴを補正すべく操舵制御手段１３に接続された操舵角速度センサ１７とを備える。ここで、操舵トルク付加手段１４は、例えば電動パワーステアリング装置のアクチュエータ等である。
【００１２】
次に、本発明の参考例の作用を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
【００１３】
先ず、ナビゲーションシステムＮＶによって地図上の自車位置と、自車位置前方の道路データとを読み込む（ステップＳ１，Ｓ２）。
【００１４】
図３から明らかなように、経路探索手段１０で探索した自車の前方の道路は多数のノードＮの集合から構成されており、そこから第１〜第４基準ノードＮ₁ ，Ｎ₂ ，Ｎ₃ ，Ｎ₄ を抽出する。このとき、第２基準ノードＮ₂ は自車位置検出手段８で検出した自車位置に設定され、第１基準ノードＮ₁ は第２基準ノードＮ₂ の手前位置に、第３基準ノードＮ₃ は第２基準ノードＮ₂ の前方位置に、第４基準ノードＮ₄ は第３基準ノードＮ₃ の更に前方位置にそれぞれ設定される。
【００１５】
道路形状がカーブであって４個の基準ノードＮ₁ 〜Ｎ₄ が実質的に円弧上に存在していると仮定すると、自車位置である第２基準ノードＮ₂ から次の第３基準ノードＮ₃ への方位角変化量θが以下のようにして求められる（ステップＳ３）。
【００１６】
先ず、第１基準ノードＮ₁ （Ｘ₁ ，Ｙ₁ ）と第２基準ノードＮ₂ （Ｘ₂ ，Ｙ₂ ）とを結ぶベクトルＶ₁₂（Ｘ₁₂，Ｙ₁₂）と、第２基準ノードＮ₂ （Ｘ₂ ，Ｙ₂ ）と第３基準ノードＮ₃ （Ｘ₃ ，Ｙ₃ ）とを結ぶベクトルＶ₂₃（Ｘ₂₃，Ｙ₂₃）と、第３基準ノードＮ₃ （Ｘ₃ ，Ｙ₃ ）と第４基準ノードＮ₄ （Ｘ₄ ，Ｙ₄ ）とを結ぶベクトルＶ₃₄（Ｘ₃₄，Ｙ₃₄）とを演算する。
【００１７】
このとき、ベクトルＶ₁₂とベクトルＶ₂₃との成す角度をθ₁ とすると、ベクトルＶ₁₂及びベクトルＶ₂₃の内積から、
Ｘ₁₂・Ｘ₂₃＋Ｙ₁₂・Ｙ₂₃
＝（Ｘ₁₂ ² ＋Ｙ₁₂ ² ）^1/2 ・（Ｘ₂₃ ² ＋Ｙ₂₃ ² ）^1/2 ・ cosθ₁ …(1)
が成立し、これから角度θ₁ が求められる。
【００１８】
また、ベクトルＶ₂₃とベクトルＶ₃₄との成す角度をθ₂ とすると、ベクトルＶ₂₃及びベクトルＶ₃₄の内積から、
Ｘ₂₃・Ｘ₃₄＋Ｙ₂₃・Ｙ₃₄
＝（Ｘ₂₃ ² ＋Ｙ₂₃ ² ）^1/2 ・（Ｘ₃₄ ² ＋Ｙ₃₄ ² ）^1/2 ・ cosθ₂ …(2)
が成立し、これから角度θ₂ が求められる。
【００１９】
これにより、第２基準ノードＮ₂ から第３基準ノードＮ₃ への方位角変化量θが、
θ＝（θ₁ ＋θ₂ ）／２ …(3)
により与えられる。
【００２０】
上述のようにして道路の方位角変化量θ（即ち、第２ノードＮ₂ 及び第３ノードＮ₃ 間の方位角変化量θ）が算出されると、その方位角変化量θを車両が第２基準ノードＮ₂ から第３基準ノードＮ₃ まで走行するのに要する時間δｔで除算することにより、基準ヨーレートγ_REF を算出する（ステップＳ４）。
【００２１】
γ_REF ＝θ／δｔ …(4)
続いて、ヨーレートセンサ１から実ヨーレートγを読み込み（ステップＳ５）、ステップＳ４で求めた基準ヨーレートγ_REF とステップＳ５で求めた実ヨーレートγとの偏差Ｄ＝γ−γ_REF を算出し（ステップＳ６）、この偏差Ｄに比例した操舵アシストトルクＴ（Ｔ＝ｋ₁ ・Ｄ）を設定する（ステップＳ７）。ここで、ｋ₁ は定数である。図４に示すように、例えば、偏差Ｄが正である場合には、操向輪を右に操舵するような操舵アシストトルクＴが操舵手段１５に与えられ、偏差Ｄが負である場合には、操向輪を左に操舵するような操舵アシストトルクＴが操舵手段１５に与えられる（ステップＳ８）。
【００２２】
図５の破線は平常時における操舵特性を示すもので、ステアリングホイールの操舵角θ_STに応じた操舵アシストトルクＴが発生するが、例えば車両が左方向に経路逸脱する可能性がある場合には、操舵特性が破線状態から実線状態に制御される。その結果、ステアリングホイールを操作しなくても（即ち、操舵角θ_ST＝０であっても）、操向輪を右に操舵するような所定の操舵アシストトルクＴが発生し、車両が正しい経路に復帰するようにアシストされる。
【００２３】
かかるフィードバック制御を行うことにより、ドライバーの運転技術が未熟であったり、疲労等で運転能力が低下していたとしても、車両の走行軌跡を道路の形状に追随させるのを容易にし、車両の道路逸脱の可能性を大幅に低下させることができる。
【００２４】
さて、図６に示すように、ドライバーが前方に障害物を発見し、その障害物を回避すべくステアリングホイールを操作した場合、操舵角速度センサ１７で検出した操舵角速度ｄθ_ST／ｄｔが基準値αを越えると障害物の回避操作が行われたと判断し（ステップＳ９）、その回避操作をアシストすべく操舵アシストトルクＴが補正量ΔＴにより補正される（ステップＳ１０）。前記補正量ΔＴは、定数ｋ₂ と操舵角速度ｄθ_ST／ｄｔとの積により、ΔＴ＝ｋ₂ ・ｄθ_ST／ｄｔで与えられる。従って、障害物の回避操作時の操舵アシストトルクＴは、基準ヨーレートγ_REF と実ヨーレートγとの偏差Ｄ＝γ−γ_REF に比例した通常時の操舵アシストトルクＴ（＝ｋ₁ ・Ｄ）から補正量ΔＴ（＝ｋ₂ ・ｄθ_ST／ｄｔ）を減算して補正した、
Ｔ＝（ｋ₁ ・Ｄ）−（ｋ₂ ・ｄθ_ST／ｄｔ） …(5)
により与えられる。
【００２５】
これを更に説明すると、例えば図６に示すような右カーブの道路を車両が走行しているときに、ドライバーが前方に発見した障害物を回避すべくステアリングホイールを急激に右に操作すると、右方向の大きな実ヨーレートγが発生して道路の曲がりに基づく基準ヨーレートγ_REF との間に偏差Ｄが発生し、その結果、車両を正しい経路に復帰させようとして左向きの操舵トルクｋ₁ ・Ｄが操舵手段１５に付加される。しかしながら、この操舵トルクｋ₁ ・Ｄはドライバーが障害物を回避しようとステアリングホイール操作した方向と相反する方向であるため、ドライバーの障害物回避操作の負担が増大してしまう。
【００２６】
そこで、障害物の回避操作時に、前記左向きの操舵トルクｋ₁ ・Ｄを打ち消すとともにドライバーによる右方向の操舵をアシストすべく、前記操舵トルクｋ₁ ・Ｄがそれと逆方向の操舵トルク補正量ｋ₂ ・ｄθ_ST／ｄｔにより補正される。(5) 式における負記号は補正量ｋ₂ ・ｄθ_ST／ｄｔが操舵トルクｋ₁ ・Ｄを打ち消す方向に作用することを示している。これにより、道路逸脱防止のための操舵制御と干渉することなく、障害物の回避操作を容易且つ的確に行うことが可能となる。
【００２７】
而して、ドライバーがステアリングホイールを戻して操舵角速度ｄθ_ST／ｄｔが０になると、補正量ｋ₂ ・ｄθ_ST／ｄｔの値も０になり、障害物の回避操作が終了する（ステップＳ１１）。
【００２８】
尚、障害物を回避した後に適切なタイミングで元の走行車線に復帰するための操舵をアシストすることも可能である。この場合、図６にＬで示す障害物回避のための車両の横移動量を、回避操作中のヨーレート及び車速の履歴に基づいて、或いはナビゲーションシステムＮＶによる車両の現在位置の変化に基づいて算出しておき、ドライバーが元の走行車線に復帰すべくステアリングホイールやウインカーを操作したときに、前記横移動量Ｌに応じた操舵トルクを与えてドライバーの復帰操作のアシストすることができる。
【００２９】
次に、図７及び図８に基づいて本発明の実施例を説明する。
【００３０】
図７に示すように、実施例の操舵制御部ＳＣは、操舵角速度センサ１７の代わりに、自車の前方の障害物を検出するレーダーセンサよりなる前方障害物センサ１８と、自車の側方の障害物を検出するレーダーセンサよりなる側方障害物センサ１９とを備えており、その他の構成は参考例と同一である。
【００３１】
図８に示すように、前方障害物センサ１８により障害物が検出されると、障害物の大きさ、自車と障害物との距離、障害物が移動していれば自車との相対速度を算出し、障害物に衝突する可能性があれば、ブサー、チャイム、音声等の報知手段でドライバーに報知するとともに障害物を回避するための回避アシストを実行する。
【００３２】
回避アシストは、参考例と同様に障害物を回避する方向に補正量ΔＴを与えて基準ヨーレートγ_REF と実ヨーレートγとの偏差Ｄ＝γ−γ_REF に基づく操舵アシストトルクＴを補正することにより行われる。但し、実施例では、前記補正量ΔＴが、前方障害物センサ１８により検出された障害物の大きさ、自車との距離、自車との相対速度により決定される。具体的には、障害物が大きいほど、自車との距離が小さいほど、自車との相対速度が大きいほど（障害物に急速に接近しているほど）、補正量ΔＴが大きく設定されて確実な障害物回避が図られる。
【００３３】
前記回避操作により自車が障害物の側方に達すると、前方障害物センサ１８に代わって側方障害物センサ１９が障害物を検出する。このとき、ブサー、チャイム、音声等の報知手段でドライバーに元の走行車線への復帰を待つように報知し、側方障害物センサ１９により自車が障害物の前方に出たことを検出すると、前記報知手段の作動を止めてドライバーに元の走行車線への復帰が可能になったことを報知する。そして、元の走行車線へ復帰すべくドライバーが操舵を行う場合にも、参考例と同様に車両の横移動量Ｌに応じた補正量ΔＴにより復帰操作がアシストされる。
【００３４】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３５】
例えば、前方障害物センサ１８及び側方障害物センサ１９はレーダーセンサに限定されず、カメラ等の撮像手段であっても良い。また、道路逸脱防止のための制御は、基準ヨーレートγ_REF と実ヨーレートγとの偏差Ｄに基づくものに限定されず、適宜のものを採用することができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に記載された発明によれば、車両の走行状態と走行道路の自車位置前方の道路形状とに基づいて操舵手段に操舵トルクを付加することにより車両の道路逸脱を防止しながら、前方障害物検出手段により前方に障害物が検出されれば障害物を回避する方向に操舵トルクを補正し、側方障害物検出手段により障害物を回避したことが検出されれば障害物を回避する方向と逆方向に操舵トルクを補正することにより、障害物の回避と元の走行車線への復帰とを確実に行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例装置の全体構成図
【図２】 作用を説明するフローチャート
【図３】 道路の方位角変化量θを求める手法の説明図
【図４】 偏差Ｄと操舵アシストトルクＴとの関係を示すグラフ
【図５】 操舵角θ_STと操舵アシストトルクＴとの関係を示すグラフ
【図６】 障害物回避時の作用説明図
【図７】 実施例に係る本発明装置の全体構成図
【図８】 実施例に係る障害物回避時の作用説明図
【符号の説明】
４ 地図情報出力手段
８ 自車位置検出手段
１１ 基準ヨーレート算出手段
１３ 操舵制御手段
１４ 操舵トルク付加手段
１５ 操舵手段
１７ 操舵角速度センサ（操舵角速度検出手段）
１８ 前方障害物センサ（前方障害物検出手段）
１９ 側方障害物センサ（側方障害物検出手段）

Claims (1)

1. 車両が走行する道路を含む地図情報を出力する地図情報出力手段（４）と、
   地図上における自車位置を検出する自車位置検出手段（８）と、
   車両の操向輪を転舵するための操舵手段（１５）と、
   操舵手段（１５）に操舵トルクを付加する操舵トルク付加手段（１４）と、
   車両の前方の障害物を検出する前方障害物検出手段（１８）と、
   車両の側方の障害物を検出する側方障害物検出手段（１９）と、
   車両の走行状態と走行道路の自車位置前方の道路形状とに基づいて操舵トルク付加量を決定して前記操舵トルク付加手段（１４）を駆動するとともに、前記前方障害物検出手段（１８）により前方に障害物が検出された場合に該障害物を回避する方向に前記操舵トルク付加量を補正し、前記側方障害物検出手段（１９）により障害物を回避したことが検出された場合に前記障害物を回避する方向と逆方向に前記操舵トルク付加量を補正する操舵制御手段（１３）と、
   を備えたことを特徴とする車両の操舵制御装置。

Images