JP5040134B2 - Vehicle control apparatus and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両制御装置及び方法にかかり、特に、運転のし易い車両特性が得られるように制御する車両制御装置及び方法に関する。 The present invention relates to a vehicle control apparatus and method, and more particularly, to a vehicle control apparatus and method for performing control so as to obtain vehicle characteristics that are easy to drive.
従来では、ＧＰＳ及び地図データ等の情報から自車両の基準経路を算出する手段と、車輪速及びヨーレート等の情報から車速に応じて求められる前方注視点において自車が通過する際の基準経路との横偏差を算出する手段とを備え、横偏差に応じて操舵量を制御することで、自車両を基準経路に沿って走行させる技術が知られている（特許文献１）。
しかしながら、従来の技術では、基準経路（目標ライン）へ追従させるために前方注視点における偏差情報を操舵量制御に利用しているが、自動操舵に適用する技術であり、運転者にとって運転のし易さ、及びトレース性の向上を考慮した技術ではないので、ドライバにとって想定した通りに運転することが困難である、という問題があった。 However, in the conventional technology, deviation information at the front gazing point is used for steering amount control in order to follow the reference route (target line). However, this technology is applied to automatic steering, and the driver does not drive. There is a problem that it is difficult for the driver to drive as expected because it is not a technique that takes into account the improvement of ease and traceability.
本発明は、上記問題を解決するために成されたもので、運転のし易い車両特性が得られるようにした車両制御装置及び方法を提供すること目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle control device and method capable of obtaining vehicle characteristics that are easy to drive.
上記目的を達成するために本発明の車両制御装置は、運転者の前方注視点位置を推定あるいは検出する推定・検出手段と、前記推定・検出手段で推定あるいは検出された前方注視点位置に基づいて、前方注視点位置までの距離が長くなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答を表わす伝達関数に含まれる時定数が長くなるように車両特性を設定する設定手段と、前記設定手段で設定された車両特性が得られるように車両を制御する制御手段と、を含んで構成されている。 In order to achieve the above object, a vehicle control apparatus of the present invention is based on estimation / detection means for estimating or detecting a driver's forward gazing position and forward gazing position estimated or detected by the estimation / detection means. Setting means for setting the vehicle characteristics such that the time constant included in the transfer function representing the response of the yaw rate to the driver's steering wheel operation amount becomes longer as the distance to the front gazing point position becomes longer, Control means for controlling the vehicle so that the vehicle characteristics set by the means can be obtained.
また、本発明の車両制御装置は、運転者の前方注視点位置を推定あるいは検出する推定・検出手段と、車両走行方向前方の道路形状を推定あるいは検出する推定・検出手段と、前記推定・検出手段で推定あるいは検出された前方注視点位置に基づいて、前方注視点位置までの距離が長くなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答を表わす伝達関数に含まれる時定数が長くなるように車両特性を設定すると共に、前記推定・検出手段で推定あるいは検出された道路形状の曲率に基づいて、該曲率が大きくなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対する横加速度の応答を表わす伝達関数を周波数に対するゲインの変化を示すボード線図で表わした場合にゲインの変化開始を示す周波数に対応する時間である時定数が長くなるように車両特性を設定する設定手段と、前記設定手段で設定された車両特性が得られるように車両を制御する制御手段と、を含んで構成するようにしてもよい。 In addition, the vehicle control device of the present invention includes an estimation / detection unit that estimates or detects a driver's forward gazing point position, an estimation / detection unit that estimates or detects a road shape in front of the vehicle traveling direction, and the estimation / detection. Based on the forward gazing point position estimated or detected by the means, the time constant included in the transfer function representing the response of the yaw rate to the driver's steering wheel operation amount becomes longer as the distance to the forward gazing point position becomes longer. The vehicle characteristics are set as described above, and based on the curvature of the road shape estimated or detected by the estimation / detection means, the transmission representing the response of the lateral acceleration to the driver's steering wheel operation amount as the curvature increases. When the function is represented by a Bode diagram showing the change in gain with respect to frequency, the time corresponding to the frequency indicating the start of gain change is fixed. Setting means for setting the vehicle characteristics such that longer, and control means for controlling the vehicle so that the vehicle characteristics can be obtained that is set by the setting unit may be configured to include.
本発明の車両制御装置では、車両走行状態から目標ラインへのトレースが求められる走行状態か否かを判断する判断手段を更に設け、前記設定手段によって、目標ラインへのトレースが求められる走行状態と判断された場合に、運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答を表わす伝達関数に含まれる時定数が長くなるように車両特性を設定するようにすることもできる。 In the vehicle control device of the present invention, there is further provided a judging means for judging whether or not the running state in which a trace from the vehicle running state to the target line is required, and the running state in which the tracing to the target line is obtained by the setting means. If it is determined, the vehicle characteristic may be set so that the time constant included in the transfer function representing the response of the yaw rate to the driver's steering wheel operation amount becomes longer.
さらに、本発明の車両制御装置を、車両走行方向前方の道路形状を推定あるいは検出する推定・検出手段と、前記推定・検出手段で推定あるいは検出された道路形状の曲率に基づいて、該曲率が大きくなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対する横加速度の応答を表わす伝達関数を周波数に対するゲインの変化を示すボード線図で表わした場合にゲインの変化開始を示す周波数に対応する時間である時定数が長くなるように車両特性を設定する設定手段と、前記設定手段で設定された車両特性が得られるように車両を制御する制御手段と、を含んで構成することもできる。 Further, the vehicle control device of the present invention is configured to estimate or detect a road shape ahead of the vehicle traveling direction, and based on the curvature of the road shape estimated or detected by the estimation / detection means, the curvature is When the transfer function indicating the response of the lateral acceleration to the driver's steering wheel operation amount is represented by a Bode diagram showing the change of the gain with respect to the frequency as the time increases, the time corresponding to the frequency indicating the start of the gain change A setting unit that sets the vehicle characteristic so that the constant becomes longer and a control unit that controls the vehicle so as to obtain the vehicle characteristic set by the setting unit may be included.
また、本発明の車両制御方法は、運転者の前方注視点位置を推定あるいは検出し、推定あるいは検出された前方注視点位置に基づいて、前方注視点位置までの距離が長くなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答を表わす伝達関数に含まれる時定数が長くなるように車両特性を設定し、設定された車両特性が得られるように車両を制御するか、または、車両走行方向前方の道路形状を推定あるいは検出し、推定あるいは検出された道路形状の曲率に基づいて、該曲率が大きくなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対する横加速度の応答を表わす伝達関数を周波数に対するゲインの変化を示すボード線図で表わした場合にゲインの変化開始を示す周波数に対応する時間である時定数が長くなるように車両特性を設定し、設定された車両特性が得られるように車両を制御するようにしたものである。 Further, the vehicle control method of the present invention estimates or detects the driver's forward gazing point position and, based on the estimated or detected forward gazing point position, drives the vehicle as the distance to the forward gazing point position increases. The vehicle characteristic is set so that the time constant included in the transfer function indicating the response of the yaw rate to the handle operation amount of the user is long, and the vehicle is controlled to obtain the set vehicle characteristic, or the vehicle traveling direction Estimate or detect the road shape ahead, and based on the curvature of the estimated or detected road shape, the transfer function representing the response of the lateral acceleration to the driver's handle operation amount as the curvature increases, Vehicle time so that the time constant, which is the time corresponding to the frequency indicating the start of gain change, becomes longer when represented by a Bode diagram showing changes in Set, but which is adapted to control the vehicle so set vehicle characteristics.
以上のように、本発明によれば、前方注視点位置までの距離が長くなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答を表わす伝達関数に含まれる時定数が長くなるように車両特性が制御されるか、または、道路形状の曲率が大きくなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対する横加速度の応答を表わす伝達関数を周波数に対するゲインの変化を示すボード線図で表わした場合にゲインの変化開始を示す周波数に対応する時間である時定数が長くなるように車両特性を制御しているので、運転者が想定した車両特性が得られ、運転がし易くなる。 As described above, according to the present invention, as the distance to the front gazing point position increases, the time constant included in the transfer function representing the response of the yaw rate to the driver's steering wheel operation amount becomes longer. When the transfer function representing the response of the lateral acceleration to the driver's steering wheel operation amount is represented by a Bode diagram showing the change of the gain with respect to the frequency as the vehicle is controlled or the curvature of the road shape increases Since the vehicle characteristics are controlled so that the time constant, which is the time corresponding to the frequency indicating the start of the change, becomes longer, the vehicle characteristics assumed by the driver can be obtained, and driving becomes easier.
以上説明したように本発明によれば、前方注視点位置までの距離に基づいた運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答に関連する時定数の制御、及び道路形状の曲率に基づいた運転者のハンドル操作量に対する横加速度応答に関連する時定数の制御の少なく一方によって車両特性を制御しているので、運転のし易い車両特性が得られる、という効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the control of the time constant related to the response of the yaw rate to the driver's steering operation amount based on the distance to the front gazing point position, and the driver's control based on the curvature of the road shape. Since the vehicle characteristic is controlled by one of the control of the time constant related to the lateral acceleration response to the steering wheel operation amount, the vehicle characteristic that is easy to drive can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態は、目標ラインヘのトレース性の向上に資する車両運動制御の目標値を、ドライバの前方注視点における横速度（目標ラインの横移動速度と車両運動によって生じる注視点横移動との差）、及び過渡グリップ感に着目して導出するようにしたものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this embodiment, the target value of the vehicle motion control that contributes to the improvement of the traceability to the target line is set as the lateral speed at the driver's forward gazing point (the difference between the lateral movement speed of the target line and the gazing point lateral movement caused by the vehicle motion). ), And a transitional grip feeling.
まず、前方注視点の横速度の伝達特性を導出するための車両モデルについて説明する。
車両運動モデルとして、運転者のハンドル操作量δに対するヨーレートｒの応答、及び運転者のハンドル操作量δに対する横加速度
の応答を示以下の（１）式、及び（２）式で示す伝達関数で与える。
First, a vehicle model for deriving the transfer characteristic of the lateral speed of the forward gazing point will be described.
As a vehicle motion model, the response of the yaw rate r to the driver's steering wheel operation amount δ, and the lateral acceleration to the driver's steering wheel operation amount δ
Is given by the transfer function shown in the following equations (1) and (2).
ここで、ｎは、無次元のステアリングギア比、
は、ヨーレートの定常ゲイン[１／ｓ]、
は、横加速度の定常ゲイン[ｍ／（ｓ2・ｒａｄ）] 、Ｔdは、運転者のハンドル操作量δに対するヨーレートｒの応答を表わす伝達関数の時定数[ｓ]、Ｔy1は、図２３に示すように、運転者のハンドル操作量δに対する横加速度の応答を表わす伝達関数を、周波数に対するゲインの変化を示すボード線図で表わした場合ゲインの変化開始を示す周波数に対応する時間（時定数）[ｓ]、Ｔy2は、このボード線図のゲインの変化が終了する周波数に対応する時間である微分時間[ｓ]、ｓはラプラス演算子である。なお、Ｔy2＝０の場合は、図２３のＢ点は存在せず、Ａ点より大きい周波数帯では−２０ｄＢ／ｄｅｃの勾配でゲインが低下し続けることになる。
Where n is the dimensionless steering gear ratio,
Is the steady gain [1 / s] of the yaw rate,
Is the steady gain of the lateral acceleration [m / (s 2 · rad)], T d is the time constant [s] of the transfer function representing the response of the yaw rate r to the driver's steering wheel operation amount δ, and T y1 is the figure 23, when the transfer function representing the response of the lateral acceleration with respect to the steering wheel operation amount δ of the driver is represented by a Bode diagram showing the change of the gain with respect to the frequency, the time corresponding to the frequency indicating the start of the change of the gain ( (Time constant) [s], T y2 is a differential time [s], which is a time corresponding to a frequency at which the gain change of the Bode diagram ends, and s is a Laplace operator. When T y2 = 0, the point B in FIG. 23 does not exist, and the gain continues to decrease at a gradient of −20 dB / dec in a frequency band larger than the point A.
次に、車体スリップ角βに関する伝達関数を求める。車体スリップ角の時間変化量は、車速をｖとすると以下の（３）式で表わされる。 Next, a transfer function related to the vehicle body slip angle β is obtained. The time change amount of the vehicle body slip angle is expressed by the following equation (3), where v is the vehicle speed.
上記（３）式をラプラス変換すれば、以下の（４）式が得られる。 If the above equation (3) is Laplace transformed, the following equation (4) is obtained.
また、操舵角から車体スリップ角までの伝達関数は、（４）式に（１）式及び（２）式を代入すれば以下の（５）式のようになる。 Further, the transfer function from the steering angle to the vehicle body slip angle is represented by the following equation (5) by substituting the equations (1) and (2) into the equation (4).
次に、前方注視点の横速度の伝達特性を求める。本実施の形態では、図１に示すように、ドライバの注視点位置を現時刻から時間Δｔ秒後の車両位置と仮定して定式化を行う。この仮定においては、前方注視点の横速度は次の（６）式で表わされる。 Next, the transfer characteristic of the lateral speed of the forward gazing point is obtained. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, formulation is performed assuming that the driver's gazing point position is the vehicle position after time Δt seconds from the current time. Under this assumption, the lateral speed of the forward gazing point is expressed by the following equation (6).
ただし、αは車両進行方向とドライバの視線方向との成す角度、ｘ、ｙは現時刻の車両位置のｘｙ座標、ｘref、ｙrefは時間Δｔ秒後の車両位置のｘｙ座標、Ｌは現時刻の車両位置からドライバの注視点位置までの距離、ｒはヨーモーメントである。 Where α is the angle formed by the vehicle traveling direction and the driver's line-of-sight direction, x and y are the xy coordinates of the vehicle position at the current time, x ref and y ref are the xy coordinates of the vehicle position after time Δt seconds, and L is the current The distance from the vehicle position at the time to the driver's point of interest position, r is the yaw moment.
今、ドライバが横移動量に対して充分遠い位置を目視していると仮定すると、車両進行方向とドライバの視線方向との成す角度αは充分小さいので、距離Ｌ及び角度αの余弦は次の式のように近似することができる。 Assuming that the driver is viewing a position sufficiently far from the lateral movement amount, the angle α formed by the vehicle traveling direction and the driver's line-of-sight direction is sufficiently small, so the cosine of the distance L and the angle α is It can be approximated as
従って、上記式（６）は次式（６）’のように表わすことができる。 Therefore, the above equation (6) can be expressed as the following equation (6) '.
上記式（６）’をラプラス変換し、ハンドル操舵から注視点位置の横速度までの伝達関数を求めると、以下の式（７）のように表わされる。 When the above equation (6) 'is Laplace transformed and the transfer function from the steering wheel to the lateral speed of the point of interest is obtained, the following equation (7) is obtained.
なお、ドライバは数秒先を目視しているので、目標ラインの横速度に関する伝達関数は、下記式（８）で表わされるものとする。 In addition, since the driver is viewing several seconds ahead, the transfer function related to the lateral speed of the target line is expressed by the following equation (8).
次に、目標車両特性の導出について説明する。まず、（１）式及び（２）式の伝達関数のパラメータの拘束条件について説明する。定常旋回を想定した場合、車両が進行方向に対して常に外側を向いていることは望ましい状態ではない。すなわち、定常状態での車体スリップ角を考えた場合、（５）式で表わされる伝達関数の定常項（＝Ｔy2＋Ｔd−Ｔy1）が以下の（９）式を満たす必要がある（（９)式の左辺＝０の場合は、定常スリップ角が０となる）。 Next, derivation of target vehicle characteristics will be described. First, the constraint conditions for the parameters of the transfer function in the equations (1) and (2) will be described. Assuming steady turning, it is not desirable for the vehicle to always face outward with respect to the traveling direction. That is, when considering the vehicle body slip angle in the steady state, the steady term (= T y2 + T d −T y1 ) of the transfer function expressed by the equation (5) needs to satisfy the following equation (9) (( 9) When the left side of the equation = 0, the steady slip angle is 0).
また、（２）式における時定数Ｔy1、Ｔy2は、当然ながら正の値をとることから、時定数Ｔy1、Ｔy2のとり得る範囲は図２のハッチングで示す領域となる（図２は、Ｔd＝０．１２５［ｓ］の場合を示している）。なお、Ｔy1＝０．１２５［ｓ］、Ｔy2＝０［ｓ］の場合、車体スリップ角が常に零となる。図中の破線は、加速度の伝達特性がフラットとなる時定数Ｔy1、Ｔy2の値を示しており、加速度の特性はこれに近いことが望ましいことから、時定数Ｔy1、Ｔy2は定常スリップ角＝０上の値となる。 In addition, since the time constants T y1 and T y2 in the equation (2) naturally take positive values, the possible ranges of the time constants T y1 and T y2 are the areas indicated by hatching in FIG. 2 (FIG. 2). Shows the case of T d = 0.125 [s]). When T y1 = 0.125 [s] and T y2 = 0 [s], the vehicle body slip angle is always zero. The broken lines in the figure indicate the values of the time constants T y1 and T y2 at which the acceleration transfer characteristics are flat, and it is desirable that the acceleration characteristics be close to this, so the time constants T y1 and T y2 are steady. Slip angle = 0.
参考として定常スリップ角＝０を満たすようにヨーレートの伝達関数（（１）式）、及び加速度の伝達関数（（２）式）のパラメータを変化させたときの各々の伝達特性、及び注視点位置の横速度の伝達特性を図３〜図５に示す。 For reference, each transfer characteristic and gaze point position when the parameters of the yaw rate transfer function (equation (1)) and acceleration transfer function (equation (2)) are changed so as to satisfy the steady slip angle = 0. 3 to 5 show the transfer characteristics of the lateral velocity.
この条件にて車両特性を設定する場合には、（１）式の時定数Ｔdと、（２）式の時定数Ｔy1、Ｔy2のどちらか一方時定数との計２つのパラメータを設定する問題となる。 When setting the vehicle characteristics under these conditions, set two parameters, the time constant T d in equation (1) and the time constant T y1 or T y2 in equation (2). Problem.
レーンチェンジに相当する操舵を行った場合のシミュレーション結果は、図６に示すようになり、ヨーレートの特性の時定数Ｔdが大きくなるにつれて、注視点位置における横速度の変化が小さくなる傾向にある。ただし、操舵終了時の収束までの時間は逆に長くなる傾向にある。また、注視点位置における横速度に対しては、加速度伝達関数の時定数の影響はそれほど大きくない。 The simulation result when steering corresponding to the lane change is as shown in FIG. 6, and as the time constant Td of the yaw rate characteristic increases, the change in the lateral velocity at the point of interest tends to decrease. . However, the time until convergence at the end of steering tends to be longer. Further, the influence of the time constant of the acceleration transfer function is not so great on the lateral velocity at the position of the gazing point.
一方、横加速度の時間変化、すなわち横加速度の微分値である横ジャークは図７に示すようになり、時定数Ｔy1の変化に応じて横ジャークの立ち上がり、及びピーク値が変変化する。時定数Ｔy1が大きくなるにしたがって、横ジャ−クの立ち上がりが早くなるが、この理由は横加速度の高周波域でのゲインが高くなってきていることによるものである。 On the other hand, the lateral change of the lateral acceleration, that is, the lateral jerk, which is a differential value of the lateral acceleration, is as shown in FIG. 7, and the rising and peak values of the lateral jerk change according to the change of the time constant T y1 . As the time constant T y1 increases, the rise of the lateral jerk becomes faster. This is because the gain in the high frequency region of the lateral acceleration is increased.
図６、図７に示すような波形から、１）注視点位置における横速度のピーク値、２）操舵終了時点から横速度が収束するまでの時間、３）操舵開始から０．３秒の時点における横ジャーク（最大横ジャークで正規化）、及び４）横ジャークの過渡成分（過渡ジャークのピーク値と定常ジャークとの差を最大横ジャークで正規化）の４つの指標について評価した結果を図８〜図１１に示す。各々の評価において、図中の矢印の方向にパラメータが変わると、性能が良くなることが理解できる。 From the waveforms shown in FIGS. 6 and 7, 1) the peak value of the lateral velocity at the point of gaze position, 2) the time from the end of steering until the lateral velocity converges, and 3) the point of 0.3 seconds from the start of steering Figure 4 shows the results of evaluation of four indicators of horizontal jerk (normalized by maximum horizontal jerk) and 4) transient components of horizontal jerk (the difference between peak value of transient jerk and steady jerk is normalized by maximum horizontal jerk) 8 to 11 show. In each evaluation, it can be understood that the performance improves when the parameter changes in the direction of the arrow in the figure.
次に車両特性の導出について説明する。本実施の形態では、上記で説明した４つの指標（各評価に項目）に重みＷ1〜Ｗ4の重み付けを行って加算した以下の（１０）の評価関数Ｊを導入し、パラメータの最適化を行う。そして、この評価関数を最小とする車両特性を設定する。 Next, derivation of vehicle characteristics will be described. In the present embodiment, the following (10) evaluation function J, which is obtained by weighting and adding the weights W 1 to W 4 to the four indexes (items in each evaluation) described above, is introduced, and parameter optimization is performed. I do. And the vehicle characteristic which makes this evaluation function the minimum is set.
なお、パラメータの最適化を行うに当たっては、必ずしも評価関数を最小にする必要はなく、目的に応じて、評価関数を最小付近の値にする車両特性を設定するようにしてもよい。 Note that when optimizing parameters, it is not always necessary to minimize the evaluation function, and vehicle characteristics that make the evaluation function a value near the minimum may be set according to the purpose.
ここで、重み係数Ｗ1〜Ｗ4を、以下のように表わせば、評価関数は図１２に示すように表わされる。 Here, if the weighting factors W 1 to W 4 are expressed as follows, the evaluation function is expressed as shown in FIG.
図１２の評価関数の検索節囲において最小値をとるのは、図中の○印を付したパラメータ（Ｔd＝０.１５[ｓ]、Ｔy2＝０.３[ｓ]）である。 In the evaluation function search section in FIG. 12, the minimum value is the parameter (T d = 0.15 [s], T y2 = 0.3 [s]) marked with a circle in the figure.
このとき、注視点位置における横速度等を通常の２ＷＳ車（二輪操舵車）と比較すると、図１３に示すようになる。横速度の振幅は小さくなり、かつ横ジャークの立ち上がりが良くなっていることがわかる。なお、この特性は、後述するアクチュエータによる前後輪のアクティブ操舵で実現可能なものである。 At this time, when the lateral speed or the like at the gazing point position is compared with a normal 2WS vehicle (two-wheel steering vehicle), the result is as shown in FIG. It can be seen that the amplitude of the lateral velocity is reduced and the rising of the lateral jerk is improved. This characteristic can be realized by active steering of the front and rear wheels by an actuator described later.
次に、ドライバの注視点位置が変化したときに、求められる車両特性がどのように変化するかを検討する。 Next, how the required vehicle characteristics change when the driver's gazing point position changes is examined.
注視点距離の相違（Δｔの変化）により、評価関数の計算結果がどのように変化するかを図１４に示す。なお、重み係数は上記と同じ値を用いた。Δｔが小さい時、すなわちドライバの注視点位置が近い場合には、時定数Ｔd、時定数Ｔy2ともに小さな値（マップの左下隅）となる。 FIG. 14 shows how the calculation result of the evaluation function changes due to the difference in the gazing point distance (change in Δt). The weighting factor was the same value as above. When Δt is small, that is, when the gaze position of the driver is close, both the time constant T d and the time constant T y2 are small values (lower left corner of the map).
一方、Δｔが大きい時、すなわちドライバの注視点位置が遠い場合には、時定数Ｔd、Ｔy2はともに大きな値（マップの右上隅）となる。なお、横加速度特性を決定する時定数Ｔy2は、短い注視点距離（例えば、０．５Ｈｚの操舵周期でΔｔ＝１．５[ｓ]程度）を境に一定値にステップ的に変化する。ただし、注視点距離が短い場合の時定数Ｔy2を、注視点距離が長い場合の時定数Ｔy2と等しくしたとしても、式（１１）の評価関数は最小付近の値を示すので、一定と看做すことができる。 On the other hand, when Δt is large, that is, when the driver's point of interest is far, both time constants T d and T y2 are large values (upper right corner of the map). The time constant T y2 for determining the lateral acceleration characteristic changes stepwise to a constant value with a short gaze distance (for example, about Δt = 1.5 [s] at a steering cycle of 0.5 Hz) as a boundary. However, the constant T y2 time when fixation point distance is short, even if equal to constant T y2 time when fixation point distance is long, since the evaluation function of equation (11) indicating the value of the minimum near, and constant Can be seen.
従って、時定数Ｔy2を無視して、注視点位置（すなわち、注視点距離）に対する車両特性を決定するパラメータの変化をまとめると、図１５に示すようになり、ヨーレート特性を決める時定数Ｔdは、前方注視点位置までの距離の２乗に比例して変化する。 Therefore, ignoring constant T y2 time, the gazing point position (i.e., fixation point distance) To summarize the change in a parameter which determines the vehicle characteristics for, becomes as shown in FIG. 15, the time constant that determines the yaw rate characteristic T d Changes in proportion to the square of the distance to the front gazing point position.
上記では、定常状態における車体スリップ角を０とする条件の下で、目標となる車両特性を導出する例について説明しが、車両走行条件によっては、上記の条件を満たさない方が良い場合もある。 In the above, an example in which target vehicle characteristics are derived under the condition that the vehicle body slip angle in a steady state is 0 will be described. However, depending on the vehicle traveling conditions, it may be better not to satisfy the above conditions. .
図１６に、２００Ｒの旋回走行を行っている場合の車体スリップ角制御の相違による走行路の見え方の相違を示す。図中の２ＷＳの場合では、車体が旋回内側を向くような車体スリップ角がついている状態であり、この場合には、走行路がやや左方向に膨らんだような状態になる。このような見え方の相違が運転状態に影響を与える。 FIG. 16 shows the difference in the appearance of the travel path due to the difference in the vehicle body slip angle control when the vehicle is turning 200R. In the case of 2WS in the figure, the vehicle body has a vehicle body slip angle so that the vehicle body faces the inside of the turn. In this case, the travel path is slightly swelled leftward. Such a difference in appearance affects the driving state.
また、図１７に示すように、ドライバの遠方視点から直線路を走行していると判断された場合（例えば、ｓｇｎ（α）≠ｓｇｎ（β）（ただし、ｓｇｎ（・）は符号関数である）の条件を満たす場合）には、車体を遠方視点方向に向けることも可能である。 Further, as shown in FIG. 17, when it is determined that the vehicle is traveling on a straight road from a far viewpoint of the driver (for example, sgn (α) ≠ sgn (β) (where sgn (•) is a sign function) If the condition of () is satisfied), the vehicle body can be directed toward the far viewpoint.
車体スリップ角は、前方注視点に応じてＴdが決まり、かつＴy2が一定値とすれば、Ｔy1の大きさによってその向きと大きさが決まる。 The direction and size of the vehicle body slip angle are determined by the size of T y1 if T d is determined according to the forward gazing point and T y2 is a constant value.
図２においてハッチングで示す領域が、車体が旋回内側を向く車体スリップ角となる領域を示していることからもわかるように、Ｔy1が定常スリップ角＝０となる値よりも大きくなると車体スリップ角は内側を向く方向になり、逆に小さくなると外側を向く方向となる。 As can be seen from the hatched area in FIG. 2 indicating the area where the vehicle body is the vehicle body slip angle facing the inside of the turn, the vehicle body slip angle when T y1 is larger than the value at which the steady slip angle = 0. Becomes the direction facing the inside, and conversely, when it becomes smaller, the direction faces the outside.
以上のことから、車両特性のパラメータは、走行状況に応じて図１８に示すように変化する。したがって、車両前方の道路形状の曲率と時定数Ｔy1との間には、図１９に示すように曲率が大きくなるに従って時定数Ｔy1が単調に大きくなるように変化する関係がある。 From the above, the parameters of the vehicle characteristics change as shown in FIG. Therefore, there is a relationship between the curvature of the road shape ahead of the vehicle and the time constant T y1 , as shown in FIG. 19, the time constant T y1 changes monotonically as the curvature increases.
次に、上記のように変化する時定数Ｔd、Ｔy1を用いて車両特性を制御する第１の実施の形態について説明する。 Next, a description will be given of a first embodiment in which vehicle characteristics are controlled using time constants T d and T y1 that change as described above.
本実施の形態には、図２０に示すように、車両進行方向前方を撮影するカメラ１０、及びドライバ視線方向を検出するためにドライバの顔面を撮影するように車室内に取り付けられたカメラ１２が設けられている。 In the present embodiment, as shown in FIG. 20, a camera 10 that captures the front of the vehicle traveling direction, and a camera 12 that is mounted in the vehicle interior so as to capture the face of the driver to detect the driver's line-of-sight direction. Is provided.
また、車両には、車両運転状態を検出する車両状態センサ１８が設けられている。車両運転状態としては、車速、車両横加速度、及びヨーレートの少なくとも１つを検出することができる。 Further, the vehicle is provided with a vehicle state sensor 18 for detecting a vehicle driving state. As the vehicle driving state, at least one of a vehicle speed, a vehicle lateral acceleration, and a yaw rate can be detected.
カメラ１０、１２、及び車両状態センサ１８は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、及びＣＰＵを含むコンピュータで構成された制御回路２０に接続されている。制御回路２０には、カーナビゲーション１４が接続され、カーナビゲーション１４からの道路情報（道路種別を含む地図情報）が入力される。また、制御回路２０のＲＯＭには、車両前方距離と時定数Ｔdとの関係を定めた図２に示すマップが記憶されている。このマップの時定数Ｔdは、図２で説明したように、所定車両前方距離まで車両前方距離に応じて単調に増加し、かつ所定車両前方距離以上で一定値となっている。 The cameras 10 and 12 and the vehicle state sensor 18 are connected to a control circuit 20 configured by a computer including a RAM, a ROM, and a CPU. The control circuit 20 is connected to the car navigation 14 and receives road information (map information including a road type) from the car navigation 14. The ROM of the control circuit 20 stores a map shown in FIG. 2 that defines the relationship between the vehicle front distance and the time constant Td . As described with reference to FIG. 2, the time constant T d of this map monotonously increases in accordance with the vehicle front distance up to a predetermined vehicle front distance, and has a constant value above the predetermined vehicle front distance.
また、制御回路２０には、ハンドルの操舵角δを検出する操舵角センサ１６が接続されている。そして、制御回路２０には、車両特性を目標特性に制御するためのアクチュエータ２２が接続されている。このアクチュエータとしては、制動力制御手段、駆動力制御手段、前輪操舵制御手段、または後輪制御操舵手段を用いることができる。 The control circuit 20 is connected to a steering angle sensor 16 that detects a steering angle δ of the steering wheel. The control circuit 20 is connected to an actuator 22 for controlling the vehicle characteristics to the target characteristics. As this actuator, braking force control means, driving force control means, front wheel steering control means, or rear wheel control steering means can be used.
この制駆動制御手段としては、ドライバ操作とは独立して各車輪の制動力を個別に制御する、いわゆるＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）に用いられる制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、各車輪の制動力を信号線を介して任意に制御する制御手段（いわゆるブレーキ・バイ・ワイヤ）等がある。 As this braking / driving control means, control means used for so-called ESC (Electronic Stability Control), which individually controls the braking force of each wheel independently of the driver operation, and mechanically separated from the driver operation, There are control means (so-called brake-by-wire) for arbitrarily controlling the braking force of the wheel via a signal line.
駆動制御手段としては、エンジントルクをスロットル開度、点火進角の遅角、または燃料噴射量を制御することによって駆動力を制御する制御手段、変速機の変速位置を制御することによって駆動力を制御する制御手段、トルクトランスファを制御することによって前後方向及び左右方向の少なくとも一方の駆動力を制御する制御手段等を用いることができる。 As the drive control means, the engine torque is controlled by controlling the driving force by controlling the throttle opening, the retard of the ignition advance, or the fuel injection amount, and the driving force is controlled by controlling the shift position of the transmission. Control means for controlling, control means for controlling at least one driving force in the front-rear direction and the left-right direction by controlling the torque transfer, or the like can be used.
前輪操舵制御手段としては、ドライバのステアリングホイール操作に重畳して前輪の操舵角を制御する制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、ステアリングホイールの操作とは独立して前輪操舵角を制御する制御手段（いわゆるステア・バイ・ワイヤ）等を用いることができる。 The front wheel steering control means is a control means for controlling the steering angle of the front wheel superimposed on the steering wheel operation of the driver, mechanically separated from the driver operation, and controls the front wheel steering angle independently of the steering wheel operation. Control means (so-called steer-by-wire) or the like can be used.
また、後輪操舵制御手段としては、ドライバのステアリングホイール操作に応じて後輪の操舵角を制御する制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、ステアリングホイールの操作とは独立して後輪操舵角を制御する制御手段等を用いることができる。 The rear wheel steering control means is a control means for controlling the steering angle of the rear wheel according to the steering wheel operation of the driver, which is mechanically separated from the driver operation, and is independent of the steering wheel operation. Control means for controlling the steering angle can be used.
次に、車両特性を前方注視点位置に基づいて制御する制御回路２０による制御ルーチンを図２１を参照して説明する。ステップ１００では、カメラ１０及びカメラ１２で撮影された画像に基づいて、運転者の前方注視点位置を推定あるいは検出する。この前方視点位置は、カメラ１２で撮影された画像から画像処理により得られる運転者の視線方向と、カメラ１０で撮影された前方画像との交点の座標を演算することにより推定あるいは検出することができる。 Next, a control routine by the control circuit 20 that controls the vehicle characteristics based on the front gazing point position will be described with reference to FIG. In step 100, the driver's forward gazing point position is estimated or detected based on images taken by the camera 10 and the camera 12. This front viewpoint position can be estimated or detected by calculating the coordinates of the intersection of the driver's line-of-sight direction obtained by image processing from the image captured by the camera 12 and the front image captured by the camera 10. it can.
次のステップ１０２では、ステップ１００で推定あるいは検出された前方注視点位置とＲＯＭに記憶されたマップとに基づいて、推定あるいは検出された注視点位置に対する時定数Ｔdを求め、求めた時定数Ｔdを車両特性として設定する。 In the next step 102, a time constant Td for the estimated or detected gaze position is obtained based on the forward gaze position estimated or detected in step 100 and the map stored in the ROM, and the obtained time constant is obtained. T d is set as a vehicle characteristic.
ステップ１０４では、操舵角センサで検出された操舵角、車両状態検出センサで検出されたヨーレート、及び設定された時定数Ｔdに基づいて、時定数Ｔdを得るためのアクチュエータ操作量を演算し、ステップ１０６においてアクチュエータ操作量に基づいてアクチュエータを操作する。これにより、所定の前方注視点位置までの距離までは、前方注視点位置までの距離が自車両位置より長くなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答を表わす伝達関数に含まれる時定数Ｔdが長くなる車両特性が得られるように車両が制御されため、前方注視点位置の横速度が小さく、かつ応答性の良い車両特性が得られる。 In step 104, the steering angle detected by the steering angle sensor, yaw rate detected by the vehicle state detection sensor, and based on the constant T d When set, the actuator manipulated variable for obtaining the time constant T d calculated In step 106, the actuator is operated based on the actuator operation amount. Accordingly, when the distance to the predetermined forward gazing point position is included in the transfer function representing the yaw rate response to the driver's steering wheel operation amount as the distance to the forward gazing point position becomes longer than the own vehicle position. Since the vehicle is controlled so as to obtain a vehicle characteristic in which the constant Td becomes long, a vehicle characteristic with a low lateral speed at the front gazing point position and good response can be obtained.
以上説明したように本実施の形態によれば、走行中の目標ラインに対する運転者の視線移動が小さくなり、視覚的な誤認識を低減することができる。また、車両運動の高い応答性が確保できるため、運転者にとって想定した思った通りの運転を行うことができ、運転がし易くなる。 As described above, according to the present embodiment, the driver's line-of-sight movement with respect to the target line while traveling is reduced, and visual misrecognition can be reduced. In addition, since high responsiveness of the vehicle motion can be ensured, the driver can perform the driving as expected and the driving becomes easy.
図２１では、全運転領域において前方注視点位置の横速度が小さく、応答性の良い車両特性が得られるように制御する例について説明したが、目標ラインへの正確なトレースが要求される走行状態の場合のみ、図２１の制御を行うようにしてもよい。この場合には、図２２に示すように、ステップ１１０において、車両状態検出センサ１８で検出された車両状態に基づいて、現在の走行状態を判定し、ステップ１１２において、高速道路走行等のように目標ラインへの正確なトレースが要求される走行状態が要求される走行状態か否かを判断し、ステップ１１２の判断が肯定された場合に、図２１で説明したステップ１００〜ステップ１１６の前方注視点の横速度が小さく、かつ応答性の良い車両特性が得られる制御を行う。 FIG. 21 illustrates an example in which the vehicle is controlled so that the lateral speed at the front gazing point position is small and the vehicle characteristics with good responsiveness are obtained in the entire driving region. However, the driving state in which accurate tracing to the target line is required. Only in this case, the control of FIG. 21 may be performed. In this case, as shown in FIG. 22, in step 110, the current traveling state is determined based on the vehicle state detected by the vehicle state detection sensor 18, and in step 112, such as highway traveling or the like. When it is determined whether or not the driving state for which an accurate trace to the target line is required is a required driving state, and the determination in step 112 is affirmed, the forward note of step 100 to step 116 described in FIG. Control is performed in which the lateral speed of the viewpoint is small and vehicle characteristics with good responsiveness are obtained.
これにより、目標ラインヘの精確なトレースが要求される走行状況において、運転のし易い車両特性の実現により、トレース性を向上することができる。 Thereby, in the driving | running | working condition for which the exact trace to a target line is requested | required, trace property can be improved by implement | achieving the vehicle characteristic which is easy to drive.
なお、上記では２台のカメラを用いて運転者の注視点位置を推定あるいは検出する例について説明したが、アイポイントカメラを用いて運転者の注視点位置を推定あるいは検出するようにしてもよい。 In addition, although the example which estimates or detects a driver | operator's gaze point position using two cameras was demonstrated above, you may make it estimate or detect a driver | operator's gaze point position using an eyepoint camera. .
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、制御回路２０のＲＯＭに、車両前方の道路形状を表す道路の曲率と時定数Ｔy1との関係を定めた図１９に示すマップが記憶されている。このマップの時定数Ｔy1は、図１９で説明したように、道路形状の曲率が大きくなるにしたがって時定数Ｔy1が単調に増加するように定められている。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the map shown in FIG. 19 that defines the relationship between the curvature of the road representing the road shape ahead of the vehicle and the time constant T y1 is stored in the ROM of the control circuit 20. As described with reference to FIG. 19, the time constant T y1 of this map is determined such that the time constant T y1 increases monotonously as the curvature of the road shape increases.
本実施の形態では、カーナビゲーションから得られる道路情報に基づいて、道路形状の曲率を演算し、演算された曲率と図１９に示すマップとから曲率に対応する時定数Ｔy1を設定し、設定された車両特性が得られるように車両を制御する。 In the present embodiment, the curvature of the road shape is calculated based on the road information obtained from the car navigation, and the time constant T y1 corresponding to the curvature is set from the calculated curvature and the map shown in FIG. The vehicle is controlled so that the obtained vehicle characteristics are obtained.
本実施の形態では、道路形状の曲率が大きくなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対する横加速度の応答を表わす伝達関数に含まれる時定数Ｔy1が長くなるように車両特性を制御しているので、道路形状に応じて運転者が想定した車両特性が得られ、運転がし易くなる。 In the present embodiment, the vehicle characteristics are controlled so that the time constant T y1 included in the transfer function representing the response of the lateral acceleration to the driver's steering wheel operation amount becomes longer as the curvature of the road shape increases. Therefore, the vehicle characteristics assumed by the driver according to the road shape are obtained, and the driving is facilitated.
１０ カメラ
１２ カメラ
２０ 制御回路
10 camera 12 camera 20 control circuit
Claims (6)
前記推定・検出手段で推定された前方注視点位置に基づいて、前方注視点位置までの距離が長くなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答を表わす伝達関数に含まれる時定数が長くなるように車両特性を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された車両特性が得られるように車両を制御する制御手段と、
を含む車両制御装置。 Estimation / detection means for estimating or detecting the driver's forward gazing point position;
Based on the forward gazing point position estimated by the estimation / detection means, the time constant included in the transfer function representing the yaw rate response to the driver's steering wheel operation amount as the distance to the forward gazing point position becomes longer. Setting means for setting the vehicle characteristics to be longer;
Control means for controlling the vehicle so as to obtain the vehicle characteristics set by the setting means;
A vehicle control apparatus.
車両走行方向前方の道路形状を推定あるいは検出する推定・検出手段と、
前記推定・検出手段で推定あるいは検出された前方注視点位置に基づいて、前方注視点位置までの距離が長くなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答を表わす伝達関数に含まれる時定数が長くなるように車両特性を設定すると共に、前記推定・検出手段で推定あるいは検出された道路形状の曲率に基づいて、該曲率が大きくなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対する横加速度の応答を表わす伝達関数を周波数に対するゲインの変化を示すボード線図で表わした場合にゲインの変化開始を示す周波数に対応する時間である時定数が長くなるように車両特性を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された車両特性が得られるように車両を制御する制御手段と、
を含む車両制御装置。 Estimation / detection means for estimating or detecting the driver's forward gazing point position;
Estimating / detecting means for estimating or detecting a road shape in front of the vehicle traveling direction;
When included in the transfer function representing the response of the yaw rate to the driver's steering wheel operation amount as the distance to the front gazing point position becomes longer based on the front gazing point position estimated or detected by the estimation / detection means The vehicle characteristics are set so that the constant becomes longer, and the lateral acceleration relative to the driver's steering wheel operation amount increases as the curvature increases based on the curvature of the road shape estimated or detected by the estimation / detection means. Setting means for setting the vehicle characteristics so that the time constant corresponding to the frequency indicating the start of the gain change becomes longer when the transfer function representing the response is represented by a Bode diagram showing the gain change with respect to the frequency;
Control means for controlling the vehicle so as to obtain the vehicle characteristics set by the setting means;
A vehicle control apparatus.
前記推定・検出手段で推定あるいは検出された道路形状の曲率に基づいて、該曲率が大きくなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対する横加速度の応答を表わす伝達関数を周波数に対するゲインの変化を示すボード線図で表わした場合にゲインの変化開始を示す周波数に対応する時間である時定数が長くなるように車両特性を設定する設定手段と、
前記設定手段で設定された車両特性が得られるように車両を制御する制御手段と、
を含む車両制御装置。 Estimating / detecting means for estimating or detecting a road shape in front of the vehicle traveling direction;
Based on the curvature of the road shape estimated or detected by the estimation / detection means, the transfer function representing the response of the lateral acceleration with respect to the driver's steering wheel operation amount indicates a change in gain with respect to the frequency as the curvature increases. Setting means for setting the vehicle characteristics so that the time constant, which is the time corresponding to the frequency indicating the gain change start when represented by a Bode diagram, is increased;
Control means for controlling the vehicle so as to obtain the vehicle characteristics set by the setting means;
A vehicle control apparatus.
推定あるいは検出された前方注視点位置に基づいて、前方注視点位置までの距離が長くなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対するヨーレートの応答を表わす伝達関数に含まれる時定数が長くなるように車両特性を設定し、
設定された車両特性が得られるように車両を制御する、
車両制御方法。 Estimate or detect the driver's forward gaze position,
Based on the estimated or detected forward gazing point position, the time constant included in the transfer function representing the response of the yaw rate to the driver's steering wheel operation amount becomes longer as the distance to the forward gazing point position becomes longer. Set vehicle characteristics,
Control the vehicle to obtain the set vehicle characteristics,
Vehicle control method.
推定あるいは検出された道路形状の曲率に基づいて、該曲率が大きくなるにしたがって、運転者のハンドル操作量に対する横加速度の応答を表わす伝達関数を周波数に対するゲインの変化を示すボード線図で表わした場合にゲインの変化開始を示す周波数に対応する時間である時定数が長くなるように車両特性を設定し、
設定された車両特性が得られるように車両を制御する、
車両制御方法。 Estimate or detect the road shape ahead of the vehicle running direction,
Based on the estimated or detected curvature of the road shape, the transfer function representing the response of the lateral acceleration to the driver's steering wheel operation amount is represented by a Bode diagram showing the change of the gain with respect to the frequency as the curvature increases. Set the vehicle characteristics so that the time constant, which is the time corresponding to the frequency indicating the start of gain change, becomes longer,
Control the vehicle to obtain the set vehicle characteristics,
Vehicle control method.
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