JP5345819B2

JP5345819B2 - 車両挙動制御システム

Info

Publication number: JP5345819B2
Application number: JP2008271910A
Authority: JP
Inventors: 昌人湯田; 憲雄山崎; 繁規滝本; 山中　　浩
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-10-22
Filing date: 2008-10-22
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: JP2010100119A

Description

本発明は、アクチュエータにより車両の挙動を制御する３つ以上の制御装置を有する車両挙動制御システムに関するものである。

電動パワーステアリング装置においては、運転者のステアリング操作力を軽減する目的で電動モータが設けられているが、この電動モータが発生する補助操舵力を利用して、車両の挙動を能動的に制御する各種の制御手法が知られている。

例えば、電動モータが発生する補助操舵力を車両の挙動（ヨーレイト）に応じて増減して操舵反力を調整することで、走行安定性が向上するように運転者のステアリング操作を誘導する車両安定化制御（例えば特許文献１参照）や、路面上に設けられた走行レーンを区画する白線などのレーンマークをカメラの画像から検知して、その情報に基づいて操舵反力を調整することで、車両が走行レーンから逸脱しないように運転者のステアリング操作を誘導するレーンキープアシスト制御（例えば特許文献２参照）などがある。
特許第３１１０８９１号公報特開平９−１４２３２７号公報

しかるに、このような制御装置が複数搭載された車両においては、１つのアクチュエータ、例えば電動パワーステアリング装置では電動モータに対して、各制御装置から別々に制御量が出力されるが、これらの制御量を単純に加算したのでは、制御量が過大になってしまったり、逆に互いに打ち消しあって制御量が小さくなってしまうという制御干渉が発生して、期待通りの制御効果が得られない場合がある。

このような制御干渉を避けるには、必要に応じていずれか１つの制御装置のみが作動するようにすれば良いが、その選択を運転者が操作するスイッチにより行わせたのでは、スイッチの新設により製造コストが上昇する他、運転者に煩雑なスイッチ操作を強いることになり、望ましくない。

特に車両の挙動を制御する制御装置では、機能の要否を左右する走行状況が頻繁に変化するため、制御装置の作動の選択を運転者に任せることは難しく、さらに、３つ以上の制御装置が搭載されている場合に、１つの制御装置が作動している状態で、２つの制御装置に対する作動要求が同時にあった場合に、いずれの制御装置を作動させるかの判断はより一層困難になる。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、３つ以上の制御装置を有する場合に、作動させるべき制御装置を的確に且つ迅速に判断して適切な制御を行うことができるように構成された車両挙動制御システムを提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、アクチュエータ（電動モータ９）により車両の挙動を制御する３つ以上の制御装置（ヨーレート反力制御部３２、レーンキープアシスト制御部３３及び衝突回避支援制御部３４）を有し、これらの制御装置の各々にその重要度に応じて優先順位が予め付与されており、制御の際には、現在作動中の制御装置を示す作動中データと作動要求があった制御装置を示す要求データとを比較して、新たに作動要求が発生した制御装置の有無を判断し、新たに作動要求が発生した制御装置がある場合には、現在作動中の制御装置と新たに作動要求があった制御装置との間で前記優先順位を比較して、新たに作動要求があった制御装置を作動させる制御モードへの移行の要否を判断し、ここで移行要と判断した際には、移行元の制御量の寄与分を徐々に減少させ、移行先の制御量の寄与分を徐々に増大させ、この移行元の制御量の寄与分の減少および移行先の制御量の寄与分の増大を、予め定められた移行期間内で一定時間ごとに一定割合で段階的に行うとともに、前記移行期間内では、新たに作動要求が発生した制御装置の有無の判断を行わないようにした。

これによると、新たに作動要求があった制御装置を特定し、この新たに作動要求があった制御装置を作動させる制御モードへの移行の要否を優先順位に基づいて判断するため、的確に且つ迅速な判断が可能になる。

また、新たに作動要求が発生した制御装置がない、すなわち現在作動中の制御装置にのみ作動要求がある場合には、当然のことながら、別の制御モードへの移行の必要はなく、特に、通常の走行状態で作動要求が頻繁に変化することはないため、一定の制御周期ごとに繰り返される制御プロセスで、新たに作動要求が発生した制御装置の有無を最初に判断することにより、多くの場合は以後の判断が省略されるため、制御手段（ＣＰＵ）の負担を軽減することができる。

この場合、現在作動中の制御装置に作動要求があり、且つ新たに作動要求があった制御装置の優先順位が現在作動中の制御装置より高ければ、新たに作動要求があった制御装置を作動させる制御モードへ移行させるようにすれば良く、ここで移行が必要な制御装置が複数あれば、優先順位の高い方を選択すれば良い。

また、これとは逆に、現在作動中の制御装置に作動要求があり、且つ新たに作動要求があった制御装置の優先順位が現在作動中の制御装置より低ければ、別の制御モードへの移行は行わず、現在の制御モードのままとすれば良い。

一方、現在作動中の制御装置に作動要求がない場合には、作動要求があった制御装置を作動させる制御モードへ移行させるようにすれば良く、ここで移行が必要な制御装置が複数あれば、優先順位の高い方を選択すれば良い。

このように本発明によれば、３つ以上の制御装置の各々に優先順位を付与して、少なくとも２つの制御装置に対する作動要求が同時にあった場合に、重要度の高い制御を優先させるようにしたため、作動させるべき制御装置を的確に且つ迅速に判断して適切な制御を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用される電動パワーステアリング装置を示す模式図である。この電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール２にステアリングシャフト３を介して一体的に回転可能に連結されたピニオン４と、このピニオン４に噛合して車幅方向に往復動可能に設けられたラック軸５とを有するラック・アンド・ピニオン機構を備え、ラック軸５の両端がタイロッド６を介して操向車輪としての左右の前輪７のナックルアーム８に連結されて、ステアリングホイール２の回転操作に応じて左右の前輪７が転舵されるようになっており、このようなラック・アンド・ピニオン機構を介しての手動操舵力を軽減するための補助操舵力を発生する電動モータ（アクチュエータ）９がラック軸５に同軸的に設けられている。

ステアリングシャフト３には、ステアリングホイール２の操舵角を検出する操舵角センサ１１が設けられ、ピニオン４の近傍には、ピニオン４に作用する手動操舵トルクを検出する操舵トルクセンサ１２が設けられている。電動モータ９には、モータ回転角を検出するレゾルバ１３が設けられている。また、車体の適所には、車輪の回転速度を検出する車輪速センサ１４と、車体に発生するヨーレート（車両挙動）を検出するヨーレートセンサ１５と、車両の前方を撮像するカメラ１６及びカメラ制御装置１７と、車両の前方の障害物を検知するミリ波レーダ１８及びレーダ制御装置１９とが設けられている。

これらの操舵角センサ１１、操舵トルクセンサ１２、レゾルバ１３、車輪速センサ１４、ヨーレートセンサ１５、カメラ制御装置１７、及びレーダ制御装置１９の各出力信号は、電動パワーステアリング装置１の動作を統括的に制御するステアリング制御装置（ＥＰＳ−ＥＣＵ）２１に入力される。

ステアリング制御装置２１は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、各センサ１１〜１５、カメラ制御装置１７、及びレーダ制御装置１９の出力信号に基づき、電動モータ９を駆動制御するための制御量（目標電流）を決定し、電動モータ９の駆動回路２２に入力する。駆動回路２２は、ＦＥＴのブリッジ回路等から構成されており、ステアリング制御装置２１が決定した制御目標値に基づき電動モータ９に電力を供給し、これにより電動モータ９の出力トルクが制御される。

図２は、図１に示したステアリング制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。このステアリング制御装置２１は、ベース制御部３１と、車両の挙動を制御する制御装置として、ヨーレート反力制御部３２、レーンキープアシスト制御部３３及び衝突回避支援制御部３４と、これらの各制御部３２〜３４に対する作動要求を行う監視部３５と、電動モータ９の制御量を決定する制御量決定部３６とを有している。なお、このステアリング制御装置２１の各部は、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵで実行することにより実現される。

ベース制御部３１は、運転者の手動操舵力を軽減する補助操舵力を電動モータ９に発生させるための基本となる制御量を算出するものであり、操舵トルクセンサ１２による操舵トルク、レゾルバ１３の出力信号から求められるモータ回転速度、及び車輪速センサ１４の出力信号から求められる車速などに基づいて制御量が算出される。

ヨーレート反力制御部３２は、車両に発生するヨーレイトに応じて電動モータ９の補助操舵力を増減して操舵反力を調整することにより、限界領域での走行安定性が向上するように運転者のステアリング操作を誘導するものであり、操舵角センサ１１による操舵角、操舵トルクセンサ１２による操舵トルク、及びヨーレートセンサ１５によるヨーレートなどに基づいて補正制御量が算出される。

このヨーレート反力制御部３２による制御は、常時、実行されるものであり、このヨーレート反力制御部３２で求められた補正制御量により、ベース制御部３１で求められた制御量が補正される。

レーンキープアシスト制御部３３は、走行レーンを区画する白線などのレーンマークとの位置関係に応じて電動モータ９の補助操舵力を増減して操舵反力を調整することにより、車両が走行レーンから逸脱しないように運転者のステアリング操作を誘導するものであり、車両とレーンマークとの位置関係に関する情報と、操舵角センサ１１による操舵角、車輪速センサ１４の出力信号から求められる車速、操舵トルクセンサ１２による操舵トルク、及びヨーレートセンサ１５によるヨーレートなどに基づいて補正制御量が算出される。

このレーンキープアシスト制御部３３による制御は、特定の状況でのみ実行されるものであり、カメラ１６により撮像された車両の前方の画像から、路面上に設けられたレーンマークを検知し、その情報に基づいて監視部３５にて走行レーンからの逸脱の危険性を判定して、その危険性が高い場合には、監視部３５から作動要求が発せられてレーンキープアシスト制御部３３が作動し、そこで求められた補正制御量により、ベース制御部３１で求められた制御量が補正される。

衝突回避支援制御部３４は、車両の前方の障害物との位置関係に応じて電動モータ９の補助操舵力を増減して操舵反力を調整することにより、障害物との衝突が回避されるように運転者のステアリング操作を誘導するものであり、車両と障害物との位置関係に関する情報と、操舵角センサ１１による操舵角、車輪速センサ１４の出力信号から求められる車速、及びヨーレートセンサ１５によるヨーレートなどに基づいて補正制御量が算出される。

この衝突回避支援制御部３４による制御は、特定の状況でのみ実行されるものであり、ミリ波レーダ１８により車両の前方の障害物を検知して、その情報に基づいて監視部３５にて衝突の危険性を判定し、その危険性が高い場合には、監視部３５から作動要求が発せられて衝突回避支援制御部３４が作動し、そこで求められた補正制御量により、ベース制御部３１で求められた制御量が補正される。

図３は、図２に示したヨーレート反力制御部、レーンキープアシスト制御部及び衝突回避支援制御部で行われる制御に対して付与される優先順位及び重要度値を示している。ヨーレート反力制御部３２、レーンキープアシスト制御部３３及び衝突回避支援制御部３４で行われる制御には、各々の制御が機能しない場合に生じる状況の重大性を基準にして優先順位が付与され、この優先順位の低い方から順に大きくなるように重要度値（重大性ランク）が設定されており、後述するように、制御移行の要否及び移行先の制御を決定するために、現在作動中の制御と作動要求があった制御とで重要度値を比較する際に、このテーブルが参照される。

ヨーレート反力制御が機能しないと、限界領域でのステアリングホイール２の戻りが悪化する不具合が生じ、また、レーンキープアシスト制御が機能しないと、車両を走行レーン内に保持するための運転者のステアリング操作が遅れる不具合が生じ、また、衝突回避支援制御が機能しないと、衝突を回避するための運転者のステアリング操作が遅れる不具合が生じ、これより、優先順位は、衝突回避支援制御、レーンキープアシスト制御、ヨーレート反力制御の順に設定され、重要度値は、衝突回避支援制御が３、レーンキープアシスト制御が２、ヨーレート反力制御が１となっている。

図４は、図２に示したステアリング制御装置での処理の要領を示す概念図である。ここでは、ヨーレート反力制御、レーンキープアシスト制御、及び衝突回避支援制御の３つの制御ごとに現在作動中か否かを示す作動中データ、３つの制御ごとに作動要求があるか否かを示す要求データ、３つの制御ごとに変化があったか否かを示す変化データが用いられる。これらのデータは例えば８ビットからなり、先頭の３ビットが、ヨーレート反力制御、レーンキープアシスト制御、及び衝突回避支援制御の各制御に割り当てられている。

変化データは、作動中データと要求データとをビットごとに排他的論理和の演算を行うことで求められ、この変化データにより、新たに作動要求が発生した制御や、作動要求がなくなった制御を特定することができる。

図４（Ａ−１）〜（Ａ−３）は、ヨーレート反力制御が現在作動中の状態の一例であり、図４（Ｂ−１）〜（Ｂ−３）は、レーンキープアシスト制御が現在作動中の状態の一例であり、図４（Ｃ−１）〜（Ｃ−３）は、衝突回避支援制御が現在作動中の状態の一例である。

例えば図４（Ａ）に示す例は、ヨーレート反力制御が現在作動中の状態で、ヨーレート反力制御及びレーンキープアシスト制御に同時に作動要求があった場合であり、この場合、変化データではレーンキープアシスト制御のみが１となり、これによりレーンキープアシスト制御に変化があったことが特定され、さらにこのレーンキープアシスト制御に関し、作動中データと要求データとを比較すると、０から１に変化していることから、レーンキープアシスト制御が新たに作動要求が発生したものであることがわかる。

なお、図４では、少なくとも２つの制御に対する作動要求が同時にある場合を示しているが、当然のことながら、１つの制御のみに作動要求がある場合もある。

図５・図６は、図２に示したステアリング制御装置での処理の手順を示すフロー図である。この処理手順により、各制御の優先順位（重要度値）に基づいて、作動要求があった制御への移行の要否が判定され、また少なくとも２つの制御に対する作動要求が同時にあった場合には、その優先順位（重要度値）に基づいて、移行先の制御が決定される。

まず、制御移行フラグに基づいて制御移行中か否かが判定され（ＳＴ１０１）、制御移行中でなければ、作動中データと要求データを読み込み（ＳＴ１０２）、両者の比較により、作動要求があった制御と作動中の制御とが異なるか否かが判定され（ＳＴ１０３）、両者が異なる場合には、作動中データと要求データとのビットごとの排他的論理和の演算が行われて、変化があった制御を特定する変化データが求められる（ＳＴ１０４）。

次に、変化データに基づいて特定された変化があった制御に関する作動中データ内の値が０、すなわち変化があった制御が現在作動中でない場合には、制御遷移／復帰判定フラグがオンに設定され、一方、作動中データ内の値が１、すなわち変化があった制御が現在作動中である場合には、制御遷移／復帰判定フラグはオフのままである（ＳＴ１０５）。

そして、制御遷移／復帰判定フラグがオンであれば（ＳＴ１０６）、作動要求があった制御の重要度値Ｐreqが作動中の制御の重要度値Ｐnowより大きいか否かが判定され（ＳＴ１０７）、ＰreqがＰnowより大きい場合、すなわち作動要求があった制御の優先順位が作動中の制御より高い場合には、制御移行フラグがオンに設定されて（ＳＴ１０９）、図６に示す制御移行処理に進み、作動要求があった制御に移行させる。

一方、制御遷移／復帰判定フラグがオフであれば（ＳＴ１０６）、作動要求があった制御の重要度値Ｐreqが作動中の制御の重要度値Ｐnowより小さいか否かが判定され（ＳＴ１０８）、ＰreqがＰnowより小さい場合、すなわち作動要求があった制御の優先順位が作動中の制御より低い場合には、制御移行フラグがオンに設定されて（ＳＴ１０９）、図６に示す制御移行処理に進み、作動要求があった制御に移行させる。

また、最初に制御移行中と判定されると（ＳＴ１０１）、作動中データ、要求データ、変化データ、及び制御遷移／復帰判定フラグに関する処理（ＳＴ１０２〜ＳＴ１０６）は行わずに、重要度値Ｐreq・Ｐnowの比較処理（ＳＴ１０７）に進む。

図６に示す制御移行処理では、まずタイマ値が１だけ増分され（ＳＴ１１０）、タイマ値がしきい値に達してタイムアップである場合には（ＳＴ１１１）、タイマ値が初期化され（ＳＴ１１２）、制御移行レシオＲが所定値αだけ増分される（ＳＴ１１３）。そして、制御移行レシオＲが最大値Ｒmaxに達していなければ（ＳＴ１１４）、移行元の制御による制御量Ｔ１と移行先の制御による制御量Ｔ２とから、制御移行レシオＲに応じて、次式のようにして出力制御量Ｔが算出される（ＳＴ１１５）。
Ｔ＝Ｔ２×Ｒ／Ｒmax＋Ｔ１×（Ｒmax−Ｒ）／Ｒmax （式１）

一方、タイムアップでなければ（ＳＴ１１１）、制御移行レシオを増分することなく、同じ制御移行レシオで制御が継続される。そして、タイムアップの度に制御移行レシオの増分が繰り返されて、制御移行レシオが最大値に達すると（ＳＴ１１４）、制御移行が終了して、制御移行フラグがオフに戻され（ＳＴ１１６）、作動中データが変化データに基づいて更新され（ＳＴ１１７）、現在作動中の制御による制御量を出力制御量として制御が行われる（ＳＴ１１８）。

また、作動要求があった制御が作動中の制御とが一致する場合（ＳＴ１０３）と、制御遷移／復帰判定フラグがオンで、ＰreqがＰnowより大きくない場合と、制御遷移／復帰判定フラグがオフで、ＰreqがＰnowより小さくない場合には、作動要求があった制御への移行はなされず、現在作動中の制御が継続して行われる（ＳＴ１１８）。

図７は、図６に示した制御移行処理での制御量の変化状況を示している。制御移行処理では、図６に示したように、制御移行レシオＲを一定時間ごとに一定割合で段階的に増大させ、移行元の制御による制御量Ｔ１の寄与分を徐々に減少させながら、移行先の制御による制御量Ｔ２の寄与分を徐々に増大させる制御が行われる。例えば移行期間を１秒とした場合、制御周期が１０ｍｓであれば、移行元の制御量を１０ｍｓごとに１％づつ減らし、同時に移行先の制御量を１０ｍｓごとに１％づつ増やしていく。

図７では、ヨーレート反力制御からレーンキープアシスト制御に移行する場合の例を示しており、ヨーレート反力制御の作動中に、レーンキープアシスト制御に作動要求があり、前記の要領で移行先にレーンキープアシスト制御が決定されると、制御移行レシオが徐々に増大するのに応じて、移行元のヨーレート反力制御による制御量の寄与分が徐々に減少しながら、移行先のレーンキープアシスト制御による制御量の寄与分が徐々に増大して、ヨーレート反力制御による制御量からレーンキープアシスト制御による制御量に円滑に変化する。

なお、ここでは、電動パワーステアリング装置に係る車両挙動制御、特にヨーレート反力制御、レーンキープアシスト制御、及び衝突回避支援制御を行うシステムについて説明したが、本発明は、このような電動パワーステアリングの制御システムに限定されるものでなく、種々の車両の挙動を制御するシステムに適用することができる。

本発明が適用される電動パワーステアリング装置を示す模式図である。図１に示したステアリング制御装置の概略構成を示す機能ブロック図である。図２に示したヨーレート反力制御部、レーンキープアシスト制御部及び衝突回避支援制御部で行われる制御に対して付与される優先順位及び重要度値を示す図である。図２に示したステアリング制御装置での処理の要領を示す概念図である。図２に示したステアリング制御装置での処理の手順を示すフロー図である。図５に続くステアリング制御装置での処理の手順を示すフロー図である。図６に示した制御移行処理での制御量の変化状況を示す図である。

符号の説明

１電動パワーステアリング装置
９電動モータ（アクチュエータ）
２１ステアリング制御装置
３１ベース制御部
３２ヨーレート反力制御部（車両挙動制御装置）
３３レーンキープアシスト制御部（車両挙動制御装置）
３４衝突回避支援制御部（車両挙動制御装置）
３５監視部
３６制御量決定部

Claims

アクチュエータにより車両の挙動を制御する３つ以上の制御装置を有し、
これらの制御装置の各々にその重要度に応じて優先順位が予め付与されており、
制御の際には、現在作動中の制御装置を示す作動中データと作動要求があった制御装置を示す要求データとを比較して、新たに作動要求が発生した制御装置の有無を判断し、新たに作動要求が発生した制御装置がある場合には、現在作動中の制御装置と新たに作動要求があった制御装置との間で前記優先順位を比較して、新たに作動要求があった制御装置を作動させる制御モードへの移行の要否を判断し、ここで移行要と判断した際には、移行元の制御量の寄与分を徐々に減少させ、移行先の制御量の寄与分を徐々に増大させ、この移行元の制御量の寄与分の減少および移行先の制御量の寄与分の増大を、予め定められた移行期間内で一定時間ごとに一定割合で段階的に行うとともに、前記移行期間内では、新たに作動要求が発生した制御装置の有無の判断を行わないようにしたことを特徴とする車両挙動制御システム。