JP4470686B2

JP4470686B2 - 車両操舵制御装置

Info

Publication number: JP4470686B2
Application number: JP2004306079A
Authority: JP
Inventors: 雅弘富山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: JP2006117070A

Description

本発明は、目標走行ラインに沿って車両が走行するように転舵輪を転舵させる車両操舵制御装置に関するものである。

車両前方の画像を取得し、取得した画像に基づいて車両の走行する目標走行ラインを設定し、設定された目標走行ラインに沿って車両が走行するように転舵輪を転舵させることで車両を自動的に走行させる（以下、便宜上、このような走行を自動走行と呼ぶこととする）操舵制御装置がある。また、車両の挙動を安定化させるために、各種センサ類によって検出した車両の各種情報量に基づいて目標ヨーレートなどを算出し、車両のヨーレートがこの目標ヨーレートとなるように転舵輪を転舵させる操舵制御装置も実用化されている。このような操舵制御装置としては、［特許文献１］に記載のものなどがある。
特開平１０−３２４２６０号公報

通常、転舵輪（タイヤ）のスリップ角が大きくなるほど、車両を旋回させるために必要なサイドフォースは大きくなる。しかし、スリップ角が特定の角度を超えると、サイドフォースは減少傾向に転じてしまう。［特許文献１］に記載されている装置では、目標ヨーレートとなるように決定された目標転舵角がサイドフォースを最大とするスリップ角を実現する転舵角よりも大きくなる場合は、転舵量を減少させるものである。しかし、このようにすると、自動走行時に路面の白線などによって設定される目標走行ラインに沿って走行するような場合に、路面の状況などによっては車両の挙動状態が適切に制御されない場合がある。従って、本発明の目的は、自動走行の転舵制御と車両を安定化させる転舵制御とを高度に協調させることの可能な車両操舵制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の車両操舵制御装置は、車両の走行する目標走行ラインを設定する目標走行ライン設定手段と、目標走行ライン設定手段によって設定された目標走行ラインに沿って車両が走行するように転舵輪を転舵させる転舵制御手段と、車両旋回挙動を示す所定の車両状態量を検出する旋回挙動検出手段と、旋回挙動検出手段によって検出された車両状態量に基づいて設定される開始条件が満たされた場合に、操舵制御によって車両挙動のヨー方向の安定度を高める車両安定化制御を実行する車両安定化制御手段と、転舵制御手段による転舵制御が実行されている場合には、転舵制御手段による転舵制御が実行されていない場合よりも開始条件を緩和して車両安定化制御が行われやすくする開始条件変更手段とを備えることを特徴としている。

請求項２に記載の車両操舵制御装置は、車両の走行する目標走行ラインを設定する目標走行ライン設定手段と、目標走行ライン設定手段によって設定された目標走行ラインに沿って車両が走行するように転舵輪を転舵させる転舵制御手段と、車両旋回挙動を示す所定の車両状態量を検出する旋回挙動検出手段と、旋回挙動検出手段によって検出された車両状態量に基づいて設定される制御量に従って、操舵制御によって車両挙動のヨー方向の安定度を高める車両安定化制御を実行する車両安定化制御手段と、転舵制御手段による転舵制御が実行されている場合には、転舵制御手段による転舵制御が実行されていない場合よりも車両安定化制御の制御量を増加させる制御量変更手段とを備えることを特徴としている。

請求項１に記載の車両操舵制御装置によれば、転舵制御手段による転舵制御が実行されている場合には、転舵制御手段による転舵制御が実行されていない場合よりも車両安定化制御の開始条件が緩和され、車両安定化制御が行われやすくなる。このようにすることで、転舵制御手段による転舵制御によって目標走行ラインに沿って走行する場合に、路面の状況や横風などの要因によって車両挙動が不安定となるような場合であっても、車両安定化制御が開始されやすくなって、より早期に車両挙動が安定化される。

請求項２に記載の車両操舵制御装置によれば、転舵制御手段による転舵制御が実行されている場合には、転舵制御手段による転舵制御が実行されていない場合よりも車両安定化制御の制御量が増加され、車両安定化制御がより介入しやすくなる。このようにすることで、転舵制御手段による転舵制御によって目標走行ラインに沿って走行する場合に、路面の状況や横風などの要因によって車両挙動が不安定となるような場合であっても、車両安定化制御がより介入しやすくなって、より確実に車両挙動が安定化される。

本発明の車両操舵制御装置の実施形態について以下に説明する。図１に、本実施形態の車両操舵制御装置の構成図を示す。本実施形態の操舵制御装置は、車両前方の画像をＣＣＤカメラなどの撮像手段１によって撮影し、撮影された画像に基づいて車両を自動操舵するものである。このため、図１に示されるように、上述した撮像装置１が操舵制御を司るコントローラ（ＥＣＵ）２に接続されている。

ＥＣＵ２は、撮像装置１によって取得した車両前方画像から路面上に描かれたセンターラインなどの白線を検出し、これに基づいて目標走行ラインを設定する。目標走行ラインが設定されたら、設定された目標走行ラインに沿って車両が走行するために必要な目標転舵角が算出され、転舵輪の転舵角がこの目標転舵角となるように操舵アシストモータ３によって転舵輪を転舵させる。本実施形態では、車両はこの自動操舵のみによって転舵が行われて走行する。

また、本実施形態の操舵装置が搭載された車両には、車両の旋回挙動を検出し、この旋回挙動を安定化させるようにエンジン出力調整・転舵・制動を行う、車両挙動安定化制御機構も搭載されている。このため、上述したＥＣＵ２には、旋回挙動を示す車両状態量として検出される車速・横加速度・ヨーレートを検出する車速センサ４・横加速度センサ５・ヨーレートセンサ６も接続されている。

また、これらの車両状態量に基づいて、実際に車両を安定化させる際には、上述した操舵アシストモータ３を用いて転舵を行うことで車両挙動を安定させるほか、ＡＢＳ機構のブレーキアクチュエータ７を利用して各輪毎の制動力を制御して車両挙動を安定化させたり、エンジン出力を制御することで駆動輪の駆動力（あるいはエンジンブレーキによる制動力）を制御して車両挙動を安定化させる。このような車両挙動安定化制御については公知の制御手法（例えば、特開平６−３３６１７２号公報）を利用している。操舵制御に関しては、上述した自動操舵の操舵制御と、車両挙動安定化制御における操舵制御とが協調して行われる。

次に、上述した構成の操舵制御装置における制御の第一実施形態について説明する。本実施形態における制御のフローチャートを図２に示す。図２に示されるように、まず、各種車両状態量が検出される（ステップ２００）。次に、ステップ２００において取得した車両状態量に基づいてスリップ角βが算出される（ステップ２０５）。スリップ角βは、以下の式（ｉ）に基づいて算出される。なお、式（ｉ）中、ＬＡは横加速度であり、横加速度センサ５によって検出される。γはヨーレートであり、ヨーレートセンサ６によって検出される。また、Ｖは車速であり、車速センサ４によって検出される。

ステップ２０５に続いて、車両挙動安定化制御を開始するか否かの判断を行う上で用いる評価関数Ｊの算出を行う（ステップ２１０）。評価関数Ｊは、以下の式（ｉｉ）に基づいて算出される。なお、式（ｉｉ）中、ａ，ｂは所定の定数であり、Ｖは車速である。ドット付のβは、スリップ角βの一階微分値である。このように、スリップ角βだけでなく、車速Ｖとスリップ角βの一階微分値であるドットβとの積との和によって車両挙動安定化制御を制御することで、良好な車両挙動安定化制御を行えることが経験的に分かっている。

ステップ２１０の後、自動操舵中であるか否かを判定する（ステップ２１５）。本実施形態の場合、自動操作制御中であるか否かは、自動操舵制御を有効とするかどうかを設定するために運転者によって操作されるスイッチの状態から判定される。自動操舵中であれば、車両挙動安定化制御の開始条件となる閾値Ｔｈが０．８に設定され（ステップ２２０）、自動操舵中でなければ、閾値Ｔｈが１に設定される（ステップ２２５）。次いで、上述した評価関数Ｊと閾値Ｔｈとに基づいて、車両挙動安定化制御を実行（開始）するか否かを判定する（ステップ２３０）。具体的には、｜Ｊ｜＞Ｔｈ…（ｉｉｉ）が成立するか否かを判定し、成立する場合は車両挙動安定化制御を実行する（ステップ２３５）。

車両挙動安定化制御が実行される場合、即ち、ステップ２３５が肯定される場合は、ＣＣＤカメラなどの撮像手段によって取得した車両前方画像に基づいて行われる自動操舵（前方注視モデルによる自動操舵）と車両挙動安定化制御による操舵制御とが協調実行される。一方、車両挙動安定化制御が実行されない場合、即ち、ステップ２３５が否定される場合は、前方注視モデルによる自動操舵制御のみが実行され、車両挙動安定化制御による操舵制御は行われない。

上述した式（ｉｉｉ）の条件を、スリップ角βを横軸、速度とスリップ角βの微分値との積Ｖ×ドットβを縦軸としてグラフで表したものを図３に示す。自動操縦制御が実行されていない場合は、式（ｉｉｉ）は｜Ｊ｜＞１となるため、実線の外側のハッチングを示した領域内に評価関数Ｊに対応する点がプロットされる場合に車両挙動安定化制御が実行される。これに対して、自動操縦制御が実行されている場合は、式（ｉｉｉ）は｜Ｊ｜＞０．８となるため、点線の外側のハッチングを示した領域内に評価関数Ｊに対応する点がプロットされる場合に車両挙動安定化制御が実行される。即ち、自動操縦制御が実行されている場合の方が、実行されてない場合に比べて車両挙動安定化制御が実行され易くなるように開始条件が変更されている。

このようにすることで、自動操舵制御によって車両を目標走行ラインに沿って走行させる場合に、路面の状況や横風などの要因によって車両挙動が不安定となるような場合であっても、車両安定化制御が開始されやすくなって、より早期に車両挙動が安定化されるようになり、自動走行の転舵制御と車両を安定化させる転舵制御とを高度に協調させることができる。なお、自動操舵制御と車両挙動安定化制御を協調させる場合に、上述した評価関数Ｊの値に応じて両者の重み付けを変えるようにしてもよい。

本実施形態のように、自動操舵制御が上述したように、入力が画像情報のみで、操舵角の決定方法が上述した前方注視モデルによるような場合は、限界走行時には制御が追従することが困難となる。実際のドライバーも初心者は視覚からの情報が運転に用いる情報の大部分を占めており、限界走行には対応できないのと同様である。しかし、熟練したドライバーなどは、車両の安定領域は視覚からの情報のみに基づいて車両を運転しているが、限界が近づくと車両挙動（加速度変化やヨーレート変化など）を体感し、これらの情報を運転にフィードバックして操舵を行う。本実施形態では、限界走行時には追従が困難となる自動操舵制御中には、熟練ドライバーによる運転と同様な車両挙動安定化制御を積極的に介入させることで、自動操舵制御と車両挙動安定化制御とを協調させて安定した車両走行を実現する。

次に、上述した構成の操舵制御装置における制御の第二実施形態について説明する。本実施形態における制御のフローチャートを図４に示す。上述した第一実施形態は、自動操舵制御の実行状況に応じて車両挙動安定化制御の開始条件を変更するものであった。これに対して、本実施形態では、自動操舵制御の実行状況に応じて車両挙動安定化制御の制御量を変更する。図４に示されるように、まず、各種車両状態量が検出される（ステップ４００）。ステップ４００は、第一実施形態のステップ２００と同等である。次に、ステップ４００において取得した車両状態量に基づいてスリップ角βが算出される（ステップ４０５）。このステップ４０５も、第一実施形態のステップ２０５と同等である。

ステップ４０５の後、自動操舵中であるか否かを判定する（ステップ４１５）。このステップ４１５も、第一実施形態のステップ２１５と同等である。自動操舵中であれば、車両挙動安定化制御の制御量に掛け合わせられる係数αにＣ_１が設定され（ステップ４２０）、自動操舵中でなければ、係数αにＣ_２が設定される（ステップ４２５）。係数αが掛け合わされる車両挙動安定化制御の制御量としては、目標ヨーレートを達成するための転舵角や、あるいは、この転舵角を実現するためのアクチュエータの駆動量などが挙げられる。αが１であれば算出された制御量がそのまま適用されることとなり、αが１．２とされれば算出された制御量が２割り増しで適用されることとなる。また、Ｃ_１，Ｃ_２は、ステップ４０５で算出したスリップ角βに基づいて設定されるもので、スリップ角βとは図５に示される関係がある。

図５から明らかなように、スリップ角βが同一であれば、Ｃ_１＞Ｃ_２となるので、ステップ４１５が肯定される場合、即ち、自動操舵制御が実行中である場合の方が車両挙動安定化制御の制御量が多くなるようになる。ステップ４２０又はステップ４２５の後、設定されたαを掛け合わせた制御量に基づいて、車両挙動安定化制御が実行される（ステップ４３５）。なお、αを掛け合わせる制御量が０である場合は、結果として車両挙動安定化制御は行われない。

実際に車両挙動安定化制御が実行される場合は、ＣＣＤカメラなどの撮像手段によって取得した車両前方画像に基づいて行われる自動操舵（前方注視モデルによる自動操舵）と車両挙動安定化制御による操舵制御とが協調実行される。一方、実際には車両挙動安定化制御が実行されない場合は、前方注視モデルによる自動操舵制御のみが実行され、車両挙動安定化制御による操舵制御は行われない。

上述したように、自動操縦制御が実行されている場合の方が、実行されてない場合に比べて車両挙動安定化制御の制御量が大きくなるように制御量が増加されている。このようにすることで、自動操舵制御によって車両を目標走行ラインに沿って走行させる場合に、路面の状況や横風などの要因によって車両挙動が不安定となるような場合であっても、車両安定化制御がより顕著に実行されることとなって、より確実に車両挙動が安定化されるようになり、自動走行の転舵制御と車両を安定化させる転舵制御とを高度に協調させることができる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、車体スリップ角βに基づいて車両挙動安定化制御の開始条件を変更したり、車両挙動安定化制御の制御量を増加させたりしたが、スリップ角β以外の車両状態量に基づいて車両挙動安定化制御の開始条件を変更したり、車両挙動安定化制御の制御量を増加させたりしてもよい。車両旋回状態を示す車両状態量としては、スリップ角β以外に、車輌前後加速度やヨーレートなどが例として挙げられる。スリップ角や前後加速度やヨーレートなどは、車両上の任意の位置のものを用いればよいが車両重心位置での値を用いるのが好ましい。

本発明の車両操舵制御装置の一実施形態の構成図である。第一実施形態における制御のフローチャートである。車両挙動安定化制御の介入状況を示すグラフである。第二実施形態における制御のフローチャートである。スリップ角βと車両安定化制御に掛け合わされる係数αとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１…撮像装置、２…ＥＣＵ（コントローラ）、３…操舵アシストモータ、４…車速センサ、５…横加速度センサ、６…ヨーレートセンサ、７…ブレーキアクチュエータ。

Claims

車両の走行する目標走行ラインを設定する目標走行ライン設定手段と、
前記目標走行ライン設定手段によって設定された目標走行ラインに沿って車両が走行するように転舵輪を転舵させる転舵制御手段と、
車両旋回挙動を示す所定の車両状態量を検出する旋回挙動検出手段と、
前記旋回挙動検出手段によって検出された車両状態量に基づいて設定される開始条件が満たされた場合に、操舵制御によって車両挙動のヨー方向の安定度を高める車両安定化制御を実行する車両安定化制御手段と、
前記転舵制御手段による転舵制御が実行されている場合には、前記転舵制御手段による転舵制御が実行されていない場合よりも前記開始条件を緩和して前記車両安定化制御が行われやすくする開始条件変更手段とを備えることを特徴とする車両操舵制御装置。
車両の走行する目標走行ラインを設定する目標走行ライン設定手段と、
前記目標走行ライン設定手段によって設定された目標走行ラインに沿って車両が走行するように転舵輪を転舵させる転舵制御手段と、
車両旋回挙動を示す所定の車両状態量を検出する旋回挙動検出手段と、
前記旋回挙動検出手段によって検出された車両状態量に基づいて設定される制御量に従って、操舵制御によって車両挙動のヨー方向の安定度を高める車両安定化制御を実行する車両安定化制御手段と、
前記転舵制御手段による転舵制御が実行されている場合には、前記転舵制御手段による転舵制御が実行されていない場合よりも前記車両安定化制御の前記制御量を増加させる制御量変更手段とを備えることを特徴とする車両操舵制御装置。