JP6573643B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車両が目標コースに沿って走行するよう制御する車両の走行制御装置に関する。

自動車等の車両においては、操舵制御によって自車両を目標コースに沿って走行させる運転支援制御や自動運転制御の技術が開発され、実用化されている。

例えば、特許文献１には、第１の操舵力をステア角のフィードバック制御により設定し、第２の操舵力を目標ステア角と車両状態量に基づいた操舵力のフィードフォワード制御により設定し、走行状況に応じて第１の操舵力と第２の操舵力との比率を変化させる技術が開示されている。

特開２０１０−３６７５７号公報

特許文献１に開示される操舵制御の技術では、高速道路等において第１の操舵力の制御分担比を大きくし、自車両を目標走行位置に沿って走らせる支援レベルが高くなるようにしている。しかしながら、第１の操舵力による操舵制御は、支援レベルが高い分、オーバーライドによるドライバ操作との干渉を生じやすく、ドライバに拘束感、違和感を与えやすいという問題がある。

これに対して、第２の操舵力による操舵制御は、ドライバに与える拘束感、違和感を小さくできるものの、ステア角のフィードバックがない分、外乱や車両応答遅れ等の不確定要因によって目標コースに対するずれが蓄積されやすくなる。このため、従来の運転支援における操舵制御では、目標コースへの追従精度とドライバ操作との干渉低減を両立させることが困難であった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、自車両を目標コースに精度良く追従させながら、ドライバの操舵操作との干渉を低減することのできる車両の走行制御装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様による車両の走行制御装置は、自車両が目標コースに沿って走行するよう制御する車両の走行制御装置であって、前記目標コースの形状に基づいて、フィードフォワード制御の目標操舵角を算出する目標操舵角算出部と、前記目標操舵角からドライバのオーバーライドを優先しながら自車両を前記目標コースに追従させる追従トルクを算出し、算出した前記追従トルクで操舵系を制御するトルク制御部と、前記目標操舵角と実舵角との舵角偏差を算出し、算出した前記舵角偏差に基づいて前記操舵系を制御する舵角制御部と、前記目標コースの曲率変化に基づいて、前記トルク制御部による操舵制御と前記舵角制御部による操舵制御とを切り換えるトルク舵角制御切換部と、前記目標コースに対する自車両のズレ量が無くなるように自車両を走行させるフィードバック制御量に基づいて、自車両に付加するヨーモーメントを算出し、算出した前記ヨーモーメントに基づいて車輪の制駆動力配分を制御する制駆動力制御部とを備え、前記トルク舵角制御切換部は、前記目標コースの曲率変化率を所定の閾値と比較し、前記曲率変化率が前記閾値よりも小さい場合、前記トルク制御部による操舵制御を実行させて前記舵角制御部による操舵制御を停止させ、前記曲率変化率が前記閾値以上の場合には、前記トルク制御部による操舵制御を停止させて前記舵角制御部による操舵制御を実行させる。

本発明によれば、自車両を目標コースに精度良く追従させながら、ドライバの操舵操作との干渉を低減することができる。

車両の全体構成図 制御ユニットの機能ブロック説明図 車線の各曲率成分の説明図 自車両の推定される車両軌跡と目標コースの車幅方向における位置のズレ量の説明図 目標コースに対するヨー角の説明図 制御トルクの特性マップの一例を示す説明図 自車両の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量に応じて設定される付加ヨーモーメントの特性マップの一例を示す説明図 自車両の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量に応じて設定される付加ヨーモーメントの特性マップの一例を示す説明図 目標コースの進行方向と自車両の進行方向の角度のズレ量に応じて設定される付加ヨーモーメントの特性マップの一例を示す説明図 目標コース追従制御のプログラム処理を示すフローチャート トルク制御による目標コースへの追従走行を示す説明図 舵角制御による目標コースからの逸脱防止を示す説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１は自車両を示し、符号２は自車両１の駆動系、符号３は自車両１の操舵系を示す。駆動系２は、エンジン１１、クラッチ機構１２、第１モータ１３、変速機１４、減速装置１５、駆動輪（左前輪１６fl、右前輪１６fr）から構成される前輪駆動力伝達経路と、第２モータ１７、第３モータ１８、減速装置（左減速装置１９rl、右減速装置１９rr）及び駆動輪（左後輪２０rl、右後輪２０rr）から構成される後輪駆動力伝達経路とを備える４輪駆動可能な構成になっている。

前輪駆動力伝達経路では、エンジン１１及び第１モータ１３の駆動力が、変速機１４及び減速装置１５を介して前側の駆動輪（左前輪１６fl、右前輪１６fr）に伝達される。また、後輪駆動力伝達経路では、第２モータ１７の駆動力が、右減速装置１９rrを介して右後輪２０rrに伝達され、第３モータ１８の駆動力が、左減速装置１９rlを介して左後輪２０rlに伝達される。

第１モータ１３は、バッテリ装置２１に蓄えられている電力により駆動され、またエンジン１１の出力トルクによって回転して発電し、発電した電力をバッテリ装置２１に蓄電する。第２モータ１７及び第３モータ１８は、バッテリ装置２１の蓄電電力及び第１モータ１３で発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動される。

バッテリ装置２１の状態は、バッテリ制御部２４によってモニタされる。バッテリ制御部２４は、バッテリ装置２１の電圧及び電流を検出してバッテリの充電状態（State of charge:SOC）を演算し、バッテリ装置２１の充電状態を制御する。

エンジン制御部２２は、制御ユニット５０から出力されるエンジントルク指令値に基づいてスロットル開度を制御することにより、エンジン１１のトルクを制御する。変速機制御部２３は、制御ユニット５０から出力される変速指令値に基づいて変速機１４の変速比を制御する。尚、制御ユニット５０は、後述するように、自車両１が目標コースに沿って走行するように制御する走行制御装置の中心となる装置である。

第１モータ制御部２５、第２モータ制御部２６及び第３モータ制御部２７は、制御ユニット５０から出力される第１モータトルク指令値、第２モータトルク指令値及び第３モータトルク指令値に基づいて、第１モータ１３、第２モータ１７及び第３モータ１８のトルクをそれぞれ制御する。

一方、自車両１の操舵系３は、ステアリングホイール３１から、ステアリングシャフト３１ａが延出されており、ステアリングシャフト３１ａの前端は、ユニバーサルジョイント３２ａ及びジョイント軸３２ｂから成るジョイント部３２を介してステアリングギヤボックス３４から突出されたピニオン軸３５と連結されている。

ステアリングギヤボックス３４からは、左前輪１６flに向けてタイロッド３６flが延出される一方、右前輪１６frに向けてタイロッド３６frが延出されている。タイロッド３６fl、３６frのタイロッドエンドは、ナックルアーム３７fl、３７frを介して、それぞれの側の車輪１６fl、１６frを回転自在に支持するアクスルハウジング３８fl、３８frと連結されている。

また、自車両１の操舵系３には、ドライバによる操舵入力と独立して操舵角を設定自在な操舵装置としての電動パワーステアリング（EPS;Electric Power Steering）装置３９が設けられている。このＥＰＳ装置３９は、周知のラックアシスト型等のパワーステアリング機構をパワーステアリング用モータによって駆動するものであり、図示しないパワーステアリング用モータ駆動部により駆動される。パワーステアリング用モータ駆動部は、操舵制御部４０からの信号に基づいて制御される。

制御ユニット５０には、カメラ装置（ステレオカメラ、単眼カメラ、カラーカメラ等）、レーダ装置（レーザレーダ、ミリ波レーダ等）、ソナー等で構成され、自車両の走行する走行環境情報を検出し、走行環境を認識する走行環境認識装置４１、自車位置情報（緯度・経度、移動方向等）を検出して地図情報上に自車両位置の表示、及び、目的地までの経路誘導を行うナビゲーションシステム４２、車速Ｖを検出する車速センサ４３、操舵角δを検出する操舵角センサ４４等のセンサ、スイッチが接続されている。

走行環境認識装置４１は、例えば、ステレオカメラで構成される場合、このステレオカメラは、車室内の天井前方に一定の間隔をもって取り付けられ、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像する１組のカメラと、このカメラからの画像データを処理するステレオ画像処理装置とから構成されている。

走行環境認識装置４１のステレオ画像処理装置における、カメラからの画像データの処理は、例えば以下のように行われる。まず、カメラで撮像した自車両の進行方向の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から距離情報を求め、距離画像を生成する。

白線等の車線区画線のデータの認識では、白線は道路面と比較して高輝度であるという知得に基づき、道路の幅方向の輝度変化を評価して、画像平面における左右の車線区画線の位置を画像平面上で特定する。この車線区画線の実空間上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、画像平面上の位置（ｉ，ｊ）とこの位置に関して算出された視差とに基づいて、すなわち、距離情報に基づいて、周知の座標変換式より算出される。自車両の位置を基準に設定された実空間の座標系は、本実施の形態では、カメラの中央真下の道路面を原点として、車長方向（距離方向）をｚ軸、車幅方向をｘ軸、車高方向をｙ軸とする（図３−５参照）。このとき、ｘ−ｚ平面（ｙ＝０）は、道路が平坦な場合、道路面と一致する。

また、走行環境認識装置４１は、三次元の距離分布を表す距離画像のデータを基に、周知のグルーピング処理や、予め記憶しておいた三次元的な道路形状データ、立体物データ等と比較し、道路に沿って存在するガードレール、縁石、中央分離帯等の側壁データ、車両等の立体物データを抽出する。立体物データでは、立体物までの距離と、この距離の時間的変化（自車両に対する相対速度）が求められる。

また、ナビゲーションシステム４２は、周知のシステムであり、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波信号を受信して車両の位置情報（緯度、経度）を取得し、センサ３３から車速を取得し、また、地磁気センサあるいはジャイロセンサ等により、移動方向情報を取得する。そして、ナビゲーションシステム４２は、ナビゲーション機能を実現するための経路情報を生成するナビＥＣＵと、地図情報（サプライヤデータ、及び、所定に更新されたデータ）を記憶する地図データベース（以上、何れも図示せず）を備え、情報を報知装置（図示せず）から出力する。

ナビＥＣＵは、利用者によって指定された目的地までの経路情報を地図画像に重ねて報知装置で表示させるとともに、検出された車両の位置、速度、走行方向等の情報に基づき、車両の現在位置を報知装置上の地図画像に重ねて表示する。また、地図データベースには、ノードデータ、施設データ等の道路地図を構成するのに必要な情報が記憶されている。ノードデータは、地図画像を構成する道路の位置及び形状に関するものであり、例えば道路（車線）の幅方向中心点、道路の分岐点（交差点）を含む道路上の点（ノード点）の座標（緯度、経度）、当該ノード点が含まれる道路の方向、種別（例えば、高速道路、幹線道路、市道といった情報）、当該ノード点における道路のタイプ（直線区間、円弧区間（円弧曲線部）、クロソイド曲線区間（緩和曲線部））及びカーブ曲率（或いは、半径）のデータが含まれる。

そして、制御ユニット５０は、上述の各センサ４１〜４４からの各入力信号に基づき、自車両１の走行環境情報に基づいて自車両１が走行する目標コースを設定し、目標コースの形状に沿って自車両１を走行させる走行支援制御を実行する。この目標コースへの走行支援制御は、操舵系３のＥＰＳ装置３９によるステアリング制御と、駆動系２の第２モータ１７及び第３モータ１８によるヨーモーメント制御とを並列的に実行することで実現される。

ＥＰＳ装置３９によるステアリング制御は、自車両の進行方向を、ステアリングの操舵によって目標コースに沿った方向に指向させるフィードフォワード制御として実行される。目標コースへの操舵角は、目標コースの幾何学的な形状と車両の特性に応じて一意に定まるため、目標コースへのステアリング制御は、ステアリングホイール３１の動きを通じて車両が今後どのように動くのかを、視覚的、感覚的にドライバに伝えるヒューマンマシンインターフェース（Human Machine Interface;HMI）の要素を実現するものといえる。

具体的には、制御ユニット５０は、目標コースの形状を代表する曲率κに基づいて、フィードフォワード制御の目標操舵角δtffを算出し、この目標操舵角δｔffに基づいてＥＰＳ装置３９を制御する。このＥＰＳ装置３９によるステアリング制御は、目標コースのカーブが比較的緩やかな通常走行時には、ドライバ操作との干渉を抑制してオーバーライド時の操舵感を優先した操舵トルクの制御（以下、「トルク制御」と記載する）として実行される。また、目標コースが急カーブになる等してトルク制御では応答性が不足すると判断される場合には、トルク制御から実舵角をフィードバックして目標操舵角δｔffに一致させる操舵制御（以下、「舵角制御」と記載する）に切り換えられる。

一方、第２モータ１７及び第３モータ１８によるヨーモーメント制御は、目標コースに対する自車両の位置ずれを修正するフィードバック制御として実行される。目標操舵角δtffへのステアリング制御で自車両位置が目標コースからずれるのは、外乱や車両の応答遅れ等の不確定要素が原因であり、この位置ずれを早い段階でヨーモーメントによるフィードバック制御で低減する。

このヨーモーメントによるフィードバック制御は、ＨＭＩ的な要素を有するステアリング制御に対して、ドライバに情報を伝える必要性が小さく、ドライバに伝えても煩わしいだけとなる場合が多い。従って、ヨーモーメントによるフィードバック制御は、ステアリング制御に対して、バックグラウンドで実行される制御とされる。

具体的には、制御ユニット５０は、自車両１の目標コースに対するズレ量が無くなるように自車両１を走行させるフィードバック制御量を算出し、このフィードバック制御量に基づいて自車両１に付加するヨーモーメントＭｚを算出する。そして、ヨーモーメントＭｚに基づく左右輪間の制駆動力配分を第２モータ１７及び第３モータ１８を介して制御する。

以上の制御機能を実現するため、制御ユニット５０は、図２に示すように、走行路情報取得部５０ａ、目標操舵角算出部５０ｂ、トルク制御部５０ｃ、舵角制御部５０ｄ、トルク舵角制御切換部５０ｅ、制駆動力制御部５０ｆを備えている。

走行路情報取得部５０ａは、上述の各センサ４１〜４４から入力される各信号に基づいて自車両が走行する車線を認識し、目標コースを設定する。本実施の形態では、走行車線の中央を目標コースとして設定する。走行路情報取得部５０ａは、上述のように認識した車線区画線の位置情報と、目標コースの位置情報を基に、目標コースの曲率κ、予め設定する前方注視点（位置）における自車両１の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量Δｘ、目標コースの進行方向と自車両１の進行方向の角度のズレ量θｔを、例えば、以下のように算出する。

目標コースの曲率κは、図３に示すように、以下の（１）式により算出できる。この（１）式において、κｌは左車線区画線による曲率成分であり、κｒは右車線区画線による曲率成分である。
κ＝（κｌ＋κｒ）／２ …（１）

これら、左右の車線区画線の曲率成分κｌ，κｒは、具体的には、図３に示すような、左右の車線区画線のそれぞれを構成する点に関して、二次の最小自乗法によって計算された二次項の係数を用いることによって定められる。例えば、ｘ＝Ａ・ｚ²＋Ｂ・ｚ＋Ｃの二次式で車線区画線を近似した場合、２・Ａの値が曲率成分として用いられる。尚、これら車線区画線の曲率成分κｌ、κｒは、それぞれの車線区画線の曲率そのものでも良い。

また、予め設定する前方注視点（位置）における自車両１の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量Δｘは、図４に示すように、例えば、以下の（２）式により算出できる。この（２）式において、ｘｖは車両の前方注視点（位置）（０，ｚｖ）のｚ座標における推定車両軌跡のｘ座標、ｘｌは前方注視点（０，ｚｖ）のｚ座標における左車線区画線のｘ座標、ｘｒは前方注視点（０，ｚｖ）のｚ座標における右車線区画線のｘ座標である。
Δｘ＝（ｘｌ＋ｘｒ）／２−ｘｖ …（２）

前方注視点（０，ｚｖ）の前方注視距離（ｚ座標）であるｚｖは、本実施の形態では、ｚｖ＝ｔｃ・Ｖで算出される。ここで、ｔｃは予め設定しておいた予見時間であり、例えば、１．２secに設定されている。従って、ｘｖは、車両の走行状態に基づいて車両の諸元や車両固有のスタビリティファクタＡｓ等を用いる場合には、例えば、以下の（３）式で算出することができる。ここで、（３）式におけるＬｗはホイールベースである。
ｘｖ＝（１／２）・（１／（１＋Ａｓ・Ｖ²））・（δ／Ｌｗ）・（ｔｃ・Ｖ）² …（３）

尚、上述のｘｖは、車速Ｖやヨーレートγを用いて、以下の（４）式で算出することもでき、或いは、画像情報を基に、以下の（５）式で算出することもできる。
ｘｖ＝（１／２）・（γ／Ｖ）・（Ｖ・ｔｃ）² …（４）
ｘｖ＝（１／２）・κ・（Ｖ・ｔｃ）² …（５）

尚、ｔｃをゼロに設定した場合、Δｘは、図４中に示すように、現時点における目標コースと自車両１との位置のズレ量であるｘｉと同値になる。この場合はΔｘを、例えば画像情報で得られる車線区画線の各点に対して、二次の最小二乗法によって計算された、定数項（すなわち、車線区画線を、ｘ＝Ａ・ｚ²＋Ｂ・ｚ＋Ｃの式で近似した際のＣの値）から算出しても良い。

更に、目標コースの進行方向と自車両１の進行方向の角度のズレ量θｔは、図５に示すように、例えば、以下の（６）式により算出できる。ここで、（６）式におけるθtlは、左車線区画線に対する自車両１の傾き、θtrは、右車線区画線に対する自車両１の傾きである（図５参照）。
θｔ＝（θtl＋θtr）／２ …（６）

尚、これら、θtl、θtrは、例えば、画像情報で得られる車線区画線の各点に対して、二次の最小二乗法によって計算された、一次項の係数（すなわち、車線区画線を、ｘ＝Ａ・ｚ²＋Ｂ・ｚ＋Ｃの式で近似した際のＢの値）から算出しても良い。

こうして、算出された目標コースの曲率κは、目標操舵角算出部５０ｂ及びトルク舵角制御切換部５０ｅに出力される。また、予め設定する前方注視点（位置）における自車両１の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量Δｘ、目標コースの進行方向と自車両１の進行方向の角度のズレ量θｔは、制駆動力制御部５０ｆに出力される。

目標操舵角算出部５０ｂは、走行路情報取得部５０ａから出力される目標コースの曲率κに基づいて、例えば、以下の（７）式により、目標コースの曲率に対するフィードフォワード制御の目標操舵角δtffを算出する。この目標操舵角δtffは、トルク制御部５０ｃと舵角制御部５０ｄに出力される。ここで、（７）式におけるＧffは、予め実験やシミュレーション等により設定しておいたフィードフォワードゲインである。
δtff＝Ｇff・κ …（７）

トルク制御部５０ｃは、目標操舵角算出部５０ｂで算出された目標操舵角δtffに基づいて、この目標操舵角δtffを実現するＥＰＳ装置３９の制御トルクＴffを算出する。この制御トルクＴffは、ドライバのオーバーライドを優先しながら自車両を目標コースに追従させるための追従トルクであり、ステアリングをドライバに違和感を与えることのない角速度に維持可能なトルクである。

この制御トルクＴffは、例えば図６に示すようなマップを参照して算出される。すなわち、目標操舵角δtffに対して、車両の諸元や車両固有の特性、走行状態等から推定されるセルフアライニングトルクが略線形的に変化する領域で、オーバーライド時にドライバに拘束感や違和感を与えることがない追従トルクを実験やシミュレーション等によって予め算出し、マップを作成しておく。そして、このマップを参照して目標標操舵角δtffを制御トルクＴffに変換する。制御トルクＴffは、トルク舵角制御切換部５０ｅによってトルク制御の実行が指示されているとき、操舵制御部４０に出力される。

操舵制御部４０は、トルク制御部５０ｃからの制御トルクＴffを、所定のトルク−電流変換ゲインを乗算する等してＥＰＳ装置３９のパワーステアリング用モータの電流指示値に変換し、変換した電流指示値でパワーステアリング用モータを駆動する。これにより、操舵系３に所定の操舵トルクが付与され、自車両の進行方向を目標コースに緩やかに追従させながら、ドライバのオーバーライド時の操舵感と親和性の高いステアリング制御を実現することができる。

舵角制御部５０ｄは、目標操舵角δtffと、操舵角センサ４４で検出した実舵角δrとの偏差（舵角偏差）δdevを算出し、トルク舵角制御切換部５０ｅによってトルク制御から舵角制御への切換が指示されているとき、舵角偏差δdevをなくすように、ＥＰＳ装置３９を介した舵角制御を行う。この舵角制御では、例えば、以下の(８)式に示すように、偏差δdevに基づいて舵角制御トルクＴfbを算出し、この舵角制御トルクＴfbを操舵制御部４０に出力する。
Ｔfb＝Ｋp・δdev＋Ｋd・ｄδdev／ｄｔ＋Ｋi・∫δdevｄｔ …（８）

（８）式で示す舵角制御トルクＴfbは、舵角偏差δdevに基づくフィードバック制御により、実操舵角δrを目標操舵角δtffに一致させるための操舵トルクであり、予め実験やシミュレーション等によって最適に設定された比例ゲインＫp、微分ゲインＫd、及び積分ゲインＫiによるＰＩＤ制御で算出される。この舵角制御トルクＴfbによる操舵制御では、オーバーライド時にドライバ操作と干渉して大きな反力となる場合がある。

操舵制御部４０は、舵角制御部５０ｄからの制御トルクＴfbを、所定のトルク−電流変換ゲインを乗算する等してＥＰＳ装置３９のパワーステアリング用モータの電流指示値に変換し、変換した電流指示値でパワーステアリング用モータを駆動する。これにより、操舵系３のパワーステアリング機構に目標操舵角δtffと実舵角δrとの偏差に応じたトルクが付与され、自車両を目標コースに確実に追従させて目標コースからの逸脱を防止することができる。

トルク舵角制御切換部５０ｅは、目標コースの形状を代表する曲率κを監視し、曲率κに基づいて、トルク制御部５０ｃによる操舵制御と舵角制御部５０ｄによる操舵制御とを選択的に切り換える。本実施の形態においては、目標コースの曲率κの変化率（曲率変化率）Δκを所定の閾値κＨと比較し、トルク制御と舵角制御とを切り換える。閾値κＨは、トルク制御の制御トルクＴffに対して、目標コースへの追従限界となる曲率変化率Δκを、実験やシミュレーション等によって予め求めたものであり、例えば、制御トルクＴff毎のテーブル値として制御ユニット５０内に保存されている。

そして、トルク舵角制御切換部５０ｅは、Δκ＜κＨの場合、トルク制御部５０ｃにトルク制御の実行を指示すると共に、舵角制御部５０ｄに舵角制御の停止を指示し、一方、Δκ≧κＨになった場合には、トルク制御部５０ｃにトルク制御の停止を指示すると共に、舵角制御部５０ｄに舵角制御の実行を指示することで、ステアリング制御をトルク制御から舵角制御に切り換える。

すなわち、トルク制御部５０ｃによるトルク制御は、自車両を目標コースに沿って走らせる際の舵角変化を比較的緩やかに抑えてドライバに拘束感や違和感を与えないようにしているが、目標コースのカーブが急激に変化すると、制御が間に合わず、目標コースから逸脱する虞がある。このため、トルク制御を実行中に曲率κの変化率Δκが閾値κＨ以上になった場合には、直ちにトルク制御から舵角制御に切り換え、目標コースからの逸脱を防止する。

尚、本実施の形態においては、目標コースの曲率κの変化率Δκによってトルク制御と舵角制御とを切り換えるようにしているが、目標コースの曲率κでトルク制御と舵角制御とを切り換えるようにすることも可能である。

また、目標コースが急激に変化しない場合であっても、前方に障害物が存在するような場合等には、目標コースを修正し、修正したコースへの舵角制御に切り換える。修正コースへの舵角制御では、例えば、自車両の障害に対するヨー角及び障害物と接触するまで予測時間に基づいて、障害物を回避するために必要なヨーレートを算出し、このヨーレートに基づいて目標操舵角を修正する。自車両が車線区画線外に逸脱する虞がある場合も同様である。

制駆動力制御部５０ｆは、走行路情報取得部５０ａから入力される自車両の目標コースに対するズレ量に基づいて、自車両１に付加するヨーモーメントを算出する。このヨーモーメントは、ステアリングのフィードフォーワード制御における自車両の目標コースに対する位置ズレを補償するものであり、自車両の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量Δｘと、自車両に作用する外乱により生じる自車両の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量（Δｘの積分値）と、目標コースの進行方向と自車両の進行方向の角度のズレ量θtとの少なくとも一つに基づいて算出される。

本実施の形態においては、例えば、以下の（９）式により、自車両１に付加するヨーモーメントＭｚを算出する。
Ｍｚ＝Ｍzx＋Ｍzix＋Ｍzθ …（９）

ここで、Ｍzxは、予め設定する前方注視点（位置）における自車両１の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量Δｘに応じて設定される付加ヨーモーメントであり、例えば、予め実験やシミュレーション等により図７のマップに示す特性で設定される。

また、Ｍzixは、自車両に作用する外乱により生じる自車両の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量に応じて設定される付加ヨーモーメントであり、例えば、予め実験やシミュレーション等により図８のマップに示す特性で設定される。尚、本実施の形態では、自車両に作用する外乱により生じる自車両の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量は、例えば、「∫（Δｘ）ｄｔ」のΔｘを積分することにより算出する。

更に、Ｍzθは、目標コースの進行方向と自車両の進行方向の角度のズレ量θｔに応じて設定される付加ヨーモーメントであり、例えば、予め実験やシミュレーション等により図９のマップに示す特性で設定される。

制駆動力制御部５０ｆは、前述の（９）式で算出した自車両１に付加するヨーモーメントＭｚ（反時計回りを「＋」として）に基づいて、例えば、以下の（１０），（１１）式により、第３モータ１８に発生させるモータトルクＴrlと、第２モータ１７に発生させるモータトルクＴrrを算出する。（１０），（１１）式において、ｒｔはタイヤ半径、ｄはトレッドである。
Ｔrl＝−（ｒｔ／ｄ）・ΔＭｚ …（１０）
Ｔrr＝＋（ｒｔ／ｄ）・ΔＭｚ …（１１）

そして、制駆動力制御部５０ｆは、モータトルクＴrlを第３モータ制御部２７に出力すると共に、モータトルクＴrrを第２モータ制御部２６に出力し、左右輪間の制駆動力配分を第２モータ１７及び第３モータ１８を介して制御する。これにより、ステアリングのフィードフォーワード制御における自車両の目標コースに対する位置ズレを補償するヨーモーメントを発生させ、目標コースに対する追従精度を確保することができる。

尚、制駆動力制御部５０ｆによる左右輪間の制駆動力配分制御は、主としてステアリング制御がトルク制御で実施されている状態を対象としているが、ステアリング制御がトルク制御から舵角制御に切り換えられた場合にも、左右輪間の制駆動力配分制御を実施するようにしても良く、常時、ステアリング制御に対するバックグラウンド制御として実行するようにしても良い。

次に、制御ユニット５０で実行される目標コース追従制御のプログラム処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。

この目標コース追従制御のプログラム処理では、最初のステップＳ１００において、走行路情報取得部５０ａの処理として、ヨーモーメント制御に係る処理と自車両が走行する車線を認識して走行車線の中央を目標コースとして設定する。走行路情報取得部５０ａは、認識した車線区画線の位置情報と、目標コースの位置情報を基に、前述の（１）式により目標コースの曲率κを算出し、（２）式により予め設定する前方注視点（位置）における自車両１の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量Δｘを算出し、（６）式により目標コースの進行方向と自車両１の進行方向の角度のズレ量θｔを算出する。

そして、ステップＳ１００で目標コースを設定した後、ステップＳ１０１以降のＥＰＳ装置３９によるステアリング制御に係る処理と、ステップＳ２０１以降の第２モータ１７及び第３モータ１８によるヨーモーメント制御に係る処理とを並列的に実行する。ここでは、先に、ステップＳ１０１以降のステアリング制御に係る処理について説明し、次に、ヨーモーメント制御に係る処理について説明する。

ステアリング制御の処理としては、先ず、ステップＳ１０１において、目標操舵角算出部５０ｂの処理として、フィードフォワード目標操舵角δtffを、前述の（７）式により算出する。次に、ステップＳ１０１からステップＳ１０２へ進み、トルク舵角制御切換部５０ｅの処理として、目標コースの曲率κの曲率変化率Δκと、予め実験やシミュレーション等により設定しておいた閾値κＨとを比較し、その比較結果に応じて、トルク制御部５０ｃのトルク制御と舵角制御部５０ｄの舵角制御とに対する実行／停止を指示する。

すなわち、ステップＳ１０２における曲率変化率Δκと閾値κＨとの比較の結果、曲率変化率Δκが閾値κＨより小さい（Δκ＜δＨ）場合、ステップＳ１０２からステップＳ１０３へ進み、トルク制御部５０ｃの処理として、目標操舵角δtffから制御トルクＴffを算出する（図６参照）。そして、ステップＳ１０４で、ＥＰＳ装置３９によるステアリング制御をトルク制御で実行する。

一方、ステップＳ１０２において、曲率変化率Δκが閾値κＨ以上（Δκ≧δＨ）の場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０５へ進み、舵角制御部５０ｄの処理として、目標操舵角δtffと操舵角センサ４４で検出した実舵角δrとの偏差δdevを算出する。そして、ステップＳ１０６で、前述の（８）式により、偏差δdevに基づく制御トルクＴfbを算出し、この制御トルクＴfbを操舵制御部４０に出力することにより、ＥＰＳ装置３９によるステアリング制御を舵角制御で実行する。

以上のステアリング制御に対して、第２，第３モータ１７，１８によるヨーモーメント制御では、ステップＳ２０１において、制駆動力制御部５０ｆの処理として、前述の（９）式により、自車両１に付加するヨーモーメントＭｚを算出する。

次いで、ステップＳ２０２へ進み、制駆動力制御部５０ｆは、前述の（１０），（１１）式により、第３モータ１８に発生させるモータトルクＴrlと、第２モータ１７に発生させるモータトルクＴrrとの制駆動トルクを算出する。そして、ステップＳ２０３で、モータトルクＴrl，Ｔrrを、第３モータ制御部２７、第２モータ制御部２６に出力することにより、モータ制御によるヨーモーメント制御を実行する。

図１１は、目標コースの曲率変化が小さく、ステアリングのトルク制御とヨーモーメン制御によって自車両１が目標コースＬに沿って走行する場合を示している。この場合には、ドライバのオーバーライド時の操舵感を優先して自車両１のステアリングの動きが比較的小さく抑えられ（ステアリング状態Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４）、目標コースＬに対する自車両１の位置ズレが自車両１に付加されるヨーモーメントＭｚによって低減するように制御される。

一方、目標コースの曲率変化が大きくなり、目標コースへの追従制御が間に合わなくなると判断される場合には、図１２に示すように、ステアリング制御がトルク制御から舵角制御に切り換えられる。すなわち、トルク制御による目標コースの追従性能がステアリング状態Ｓ１１→Ｓ１２で限界となったとき、舵角制御に切り換えられ、自車両１が目標コースＬに復帰するようにステアリングが大きく転舵される（ステアリング状態Ｓ１３）。自車両１が目標コースに復帰した後は、トルク制御とヨーモーメント制御とによる目標コースＬへの通常の追従走行となる（ステアリング状態Ｓ１４）。

このように本発明の実施の形態においては、自車両１の走行環境情報に基づいて自車両１が走行する目標コースを設定し、目標コースに沿って自車両１を走行させるよう、自車両１の操舵系を制御するステアリング制御と、車輪（左右輪間）の制駆動力配分に基づくヨーモーメント制御とを並列的に実行する。

その際、目標コースの曲率変化が比較的小さい通常走行時には、目標経路の形状に沿ったフィードフォワード制御の目標操舵角に対して、ドライバのオーバーライドを考慮した操舵トルクによるトルク制御で操舵系を実行し、目標コースの曲率変化が大きくなった場合、目標操舵角と実舵角との偏差に応じたフィードバック制御による舵角制御に切り換える。

これにより、通常走行時は、目標操舵角へのトルク制御でドライバ操作との干渉を低減しつつ、車輪の制駆動力差で発生するヨーモーメントによるフィードバック制御で目標コースに対する車両位置のズレを早い段階から修正することができ、自車両を目標コースに精度良く追従させながらドライバの操舵操作との干渉を低減することができる。しかも、目標コースの曲率変化が大きくなった場合には、目標操舵角と実舵角との偏差に応じたフィードバック制御による舵角制御に切り換えるため、目標コースからの逸脱を防止して安全を確保することができる。

尚、本実施の形態では、エンジンと３つの電動モータを備えたハイブリッド車を例に説明したが、これに限ること無く、例えば、４輪にインホイールモータを備えた電動自動車や、他の形式のハイブリッド車等であっても、左右輪間の制駆動力差により車両にヨーモーメントを付加することができる車両であれば、本発明を適用できることは言うまでも無い。

１ 自車両
２ 駆動系
３ 操舵系
１７ 第２モータ
１８ 第３モータ
２６ 第２モータ制御部
２７ 第３モータ制御部
３９ 電動パワーステアリング装置
４０ 操舵制御部
４１ 前方環境認識装置
５０ 制御ユニット
５０ａ 走行路情報取得部
５０ｂ 目標操舵角算出部
５０ｃ トルク制御部
５０ｄ 舵角制御部
５０ｅ トルク舵角制御切換部
５０ｆ 制駆動力制御部

Claims (2)

1. 自車両が目標コースに沿って走行するよう制御する車両の走行制御装置であって、
   前記目標コースの形状に基づいて、フィードフォワード制御の目標操舵角を算出する目標操舵角算出部と、
   前記目標操舵角からドライバのオーバーライドを優先しながら自車両を前記目標コースに追従させる追従トルクを算出し、算出した前記追従トルクで操舵系を制御するトルク制御部と、
   前記目標操舵角と実舵角との舵角偏差を算出し、算出した前記舵角偏差に基づいて前記操舵系を制御する舵角制御部と、
   前記目標コースの曲率変化に基づいて、前記トルク制御部による操舵制御と前記舵角制御部による操舵制御とを切り換えるトルク舵角制御切換部と、
   前記目標コースに対する自車両のズレ量が無くなるように自車両を走行させるフィードバック制御量に基づいて、自車両に付加するヨーモーメントを算出し、算出した前記ヨーモーメントに基づいて車輪の制駆動力配分を制御する制駆動力制御部と
   を備え、
   前記トルク舵角制御切換部は、前記目標コースの曲率変化率を所定の閾値と比較し、前記曲率変化率が前記閾値よりも小さい場合、前記トルク制御部による操舵制御を実行させて前記舵角制御部による操舵制御を停止させ、前記曲率変化率が前記閾値以上の場合には、前記トルク制御部による操舵制御を停止させて前記舵角制御部による操舵制御を実行させる
   ことを特徴とする車両の走行制御装置。
2. 前記制駆動力制御部は、自車両の幅方向における前記目標コースと自車位置とのズレ量と、自車両に作用する外乱により生じる自車両の幅方向における前記目標コースと自車位置とのズレ量と、前記目標コースの進行方向と自車両の進行方向の角度のズレ量との少なくとも一つを、前記目標コースに対するズレ量として、前記ヨーモーメントを算出することを特徴とする請求項１に記載の車両の走行制御装置。

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