JP7185511B2

JP7185511B2 - 車両の走行制御装置

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Description

本発明は、操舵制御と車輪の制駆動力配分制御により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。

近年、車両においては、操舵制御や制駆動力配分制御により車両にヨーモーメントを発生させてレーンキープ制御や車線逸脱防止制御等の運転支援制御や自動運転制御を実行する技術が開発され実用化されている。

例えば、特許文献１（特開２０１８－１６７７３１号公報）には、目標コースの形状に沿って走行させるフィードフォワード制御を操舵制御で実行し、目標コースに対する自車両の位置ズレを補正するフィードバック制御を制駆動力配分制御（ヨーモーメント制御）で実行する技術が開示されている。

特開２０１８－１６７７３１号公報

しかしながら、外乱等によって目標コースに対する自車両の位置ズレが大きくなった場合、操舵系の動きを伴わないヨーモーメント制御で位置ズレを修正しようとすると、ドライバにシステムの制御意図を十分に伝えることができず、ドライバに違和感を与える虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、目標コースに対する自車両の位置ズレを修正する際に、ドライバにシステム側の制御意図を適切に伝達し、違和感を与えることなく位置ズレを修正して目標コースに精度良く追従させ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、前記目標コースに沿って自車両を走行させる操舵制御量を算出し、算出した前記操舵制御量に基づいて自車両の操舵系を制御する操舵制御部と、前記目標コースに対する自車両のズレ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、前記目標コースに対する自車両の位置ズレを修正する際の前記操舵制御部による操舵制御と前記制駆動力制御部による制駆動力配分制御との制御割合を、前記目標コースに対する自車両の車幅方向の横位置偏差に基づいて設定し、設定した前記制御割合で前記操舵制御と前記制駆動力配分制御とを実行させて前記目標コースに対する自車両の位置ズレを修正する制御割合設定部とを備え、前記制御割合設定部は、自車両の位置に応じた制御帯として、前記目標コースを含む第１の制御帯と、該第１の制御帯に隣接する第２の制御帯とを設け、前記制御割合を、前記第１の制御帯では前記制駆動力配分制御を主とする割合に設定し、前記第２の制御帯では前記操舵制御と前記制駆動力配分制御とを協調制御させる割合に設定する。

本発明によれば、目標コースに対する自車両の位置ズレを修正する際に、ドライバにシステム側の制御意図を適切に伝達し、違和感を与えることなく位置ズレを修正して目標コースに精度良く追従させることができる。

車両の全体構成図制御ユニットの機能ブロック説明図操舵制御及びヨーモーメント制御の制御範囲を示す説明図操舵制御及びヨーモーメント制御の制御割合の変化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

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、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、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る電動モータであり、また、減速時の回生エネルギーによって発電し、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電動モータである。

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。

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、変速機１４及び変速機制御部２３は、第１モータ１３の特性から必須ではなく、省略可能である。また、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、パワーステアリング用モータは、ＥＰＳ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。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、対応する位置のズレ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。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。

ナビゲーションシステム４２は、周知のシステムであり、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)衛星等の複数の航法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、また、車速センサ４３からの車速情報と地磁気センサ或いはジャイロセンサ等からの方位情報により、車両の移動軌跡情報を取得する。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。

地図データベースは、走行制御用に作成された高精度地図を含むデータベースであり、ＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ（solid state drive）等の大容量記憶媒体に格納されている。高精度地図は、例えば、道路形状や道路間の接続関係等の静的な道路情報と、インフラ通信によって収集される交通情報等の動的な情報とを複数の階層で保持する多次元マップ（ダイナミックマップ）として構成されている。

道路情報としては、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。

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を走行させる走行制御を、自動運転を含む運転支援制御として実行する。目標コースへの走行制御は、操舵系３のＥＰＳ装置３９による操舵制御と、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併用して実行することで実現される。

ＥＰＳ装置３９による操舵制御は、自車両の進行方向を、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を主として、実舵角と目標操舵角との偏差に基づくフィードバック制御を加えている。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、目標コースへの操舵制御は、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、目標コースに沿って自車両１を走行させるための目標操舵角δtを算出し、この目標操舵角δtに基づいてＥＰＳ装置３９による操舵制御を実行する。この操舵制御は、所定の条件下においては第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の協調制御として実行される。詳細は後述するが、目標コースに対する自車両の位置ズレが比較的小さい場合には、操舵制御の占める割合を小さくしてヨーモーメント制御を主とし、目標コースに対する自車両の位置ズレが比較的大きくなった場合、操舵制御の占める割合を大きくしてドライバにシステムの制御意図が適切に伝わるようにしている。

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ズレが比較的小さい場合、この位置ズレをヨーモーメントで修正する制御として実行される。目標操舵角δtへの操舵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、この位置ズレを早い段階でヨーモーメントによる制御で低減する。

このヨーモーメント制御は、ＨＭＩ的な要素を有する操舵制御に対して、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、ヨーモーメント制御は、操舵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。制御ユニット５０は、自車両の目標コースに対するズレ量が無くなるように自車両を走行させる制御量を算出し、この制御量に基づいて自車両に付加する目標ヨーモーメントＭzを算出する。そして、この目標ヨーモーメント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。

次に、以上の制御機能を実現する制御ユニット５０の機能構成について説明する。図２に示すように、制御ユニット５０は、走行路情報取得部５０ａ、操舵制御部５０ｂ、制駆動力制御部５０ｃ、制御割合設定部５０ｄを備えている。制御ユニット５０は、操舵制御部５０ｂを介した操舵制御、制駆動力制御部５０ｃを介したヨーモーメント制御を実行し、また、走行状態に応じて、操舵制御とヨーモーメント制御とを制御割合設定部５０ｄで設定した制御割合で協調制御する。

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、走行環境認識装置４１やナビゲーションシステム４２からの車線区画線の位置情報と目標コースの位置情報に基づいて、目標コースの曲率κ、自車両１の横位置偏差（車幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量）Δｘ、対車線ヨー角（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を取得する。

走行路情報取得部５０ａは、取得した目標コースの曲率κを操舵制御部５０ｂに出力し、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、操舵制御部５０ｂ、制駆動力制御部５０ｃ、制御割合設定部５０ｄに出力する。また、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、操舵制御部５０ｂ、制駆動力制御部５０ｃに出力される。

操舵制御部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（１）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による操舵角（フィードフォワード操舵角）δtffを算出する。ここで、（１）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 …（１）

また、操舵制御部５０ｂは、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を補正するための操舵角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を補正するための操舵角δyを算出し、以下の（２）式に示すように、これらの操舵角δx,δyを加算して、フィードフォワード操舵角δtffを補正する補正操舵角δthを算出する。ここで、（２）式におけるＧlは車両の横位置に対するフィードバックゲイン、Ｇyは車両のヨー角に対するフィードバックゲインであり、予め実験やシミュレーション等により設定されている。
δth＝δx＋δy＝Ｇl・Δｘ＋Ｇy・θt …（２）

そして、操舵制御部５０ｂは、制御割合設定部５０ｄから後述する制御割合Ｋ1を入力し、以下の（３）式に示すように、補正操舵角δthに制御割合Ｋ1を乗算して補正した後、フィードフォワード操舵角δtffに加算し、目標コースに追従するための操舵制御量として目標操舵角δtを算出する。この目標操舵角δtは、ＥＰＳ制御部４０に出力され、目標操舵角δtへの操舵制御が実行される。
δt＝δtff＋Ｋ1・δth …（３）

ＥＰＳ制御部４０は、操舵制御部５０ｂで算出された目標操舵角δtに基づいて、この目標操舵角δtを実現するＥＰＳ装置３９の制御トルクを算出する。そして、この制御トルクに、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。

制駆動力制御部５０ｃ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位置ズレを補償するヨーモーメントを算出する。このヨーモーメントは、操舵制御における補正操舵角δthに対応するヨーモーメントＭzhを主として、演算或いはマップを参照して算出される。

例えば、カーブトレースに必要なヨーレートをγm、車両のホイールベースをＬｗ、車両固有のスタビリティファクタをＡｓ、カーブ半径をρ、前輪のコーナリングパワーをＫｆ、後輪のコーナリングパワーをＫｒ、カーブトレースに必要なヨーモーメントをＭzcとすると、車両の運動方程式により、カーブトレースに必要なヨーレートγmは、以下の（４）式で求めることができる。
γm＝Ｖ／ρ＝(１／(１＋Ａｓ・Ｖ²))・(Ｖ／Ｌｗ)・(δ＋((Ｋｆ＋Ｋｒ)／(２・Ｌｗ・Ｋｆ・Ｋｒ))・Ｍzc …（４）

従って、（４）式より、補正操舵角δthのとき（δ＝δth）の、カーブトレースに必要なヨーモーメントＭzhは、以下の（５）式で算出することができる。
Ｍzh＝((１＋Ａｓ・Ｖ²)・Ｌｗ／ρ－δth)・(２・Ｌｗ・Ｋｆ・Ｋｒ)／(Ｋｆ＋Ｋｒ) …（５）

（５）式によるヨーモーメントＭzhは、操舵制御との協調制御下において、制御割合設定部５０ｄから入力した制御割合Ｋ2に基づいて補正され、自車両１に付加するヨーモーメントとして出力される。本実施の形態においては、このヨーモーメントＭzhを基本として、以下の（６）式に示すように、ヨーモーメントＭzhに外乱に基づくヨーモーメントＭzixを加算した後、制御割合Ｋ2を乗算して補正し、自車両１に付加する目標ヨーモーメントＭzとする。
Ｍz＝Ｋ2・(Ｍzh＋Ｍzix) …（６）

（６）式におけるヨーモーメント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設定されるマップを参照して設定される。この場合、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」としてΔｘの積分値を用いる。ヨーモーメントＭzixは、必ずしも必要ではなく、省略しても良い。

制駆動力制御部５０ｃは、自車両１に付加する目標ヨーモーメントＭz（反時計回りを「＋」として）に基づいて、例えば、以下の（７），（８）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。（７），（８）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 …（７）
Ｔrr＝＋(ｒｔ／ｄ)・ΔＭz …（８）

そして、制駆動力制御部５０ｃ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。

制御割合設定部５０ｄは、操舵制御及びヨーモーメント制御によって目標コースに対する自車両１の位置ズレを修正する際に、自車両の目標コースからのズレ量Δｘに基づいて操舵制御及びヨーモーメント制御の制御割合Ｋ1,Ｋ2を設定し、操舵制御部５０ｂ、制駆動力制御部５０ｃに出力する。特に、目標コースに対する自車両の横位置の位置ズレが大きくなり、ヨーモーメント制御のみではドライバにシステムの制御意図を伝えることが困難な状況になった場合、制御割合Ｋ1,Ｋ2に基づく操舵制御とヨーモーメント制御との協調制御を実行し、ドライバにシステムの制御意図を伝達しながら目標コースに対する自車両１の位置ズレを修正する。

このため、図３に示すように、目標コースＬｏ（本実施の形態においては、走行車線Ｌの中央）に対して、左右の閾値Ｌｍにより、ヨーモーメント制御を実行する第１の制御帯ＣＺ１と、操舵制御とヨーモーメント制御とを協調制御させる第２の制御帯ＣＺ２とを区画する。第１の制御帯ＣＺ１と第２の制御帯ＣＺ２を区画する閾値Ｌｍは、ステアリングホイール３１を動かすことなくヨーモーメント制御を実行して目標コースに対する自車両の位置ズレを修正するよう制御しても、ドライバに違和感を与えることのない範囲の境界値であり、予め車両特性やドライバの感性を考慮した実験やシミュレーションによって決定される。

本実施の形態においては、制御割合Ｋ1,Ｋ2は、具体的には、目標操舵角δtにおける補正操舵角δthの割合（（３）式参照）、目標ヨーレートＭzの補正割合（（６）式参照）を示しており、第１の制御帯ＣＺ１内では、Ｋ1＝０とされてヨーモーメント制御が主となる。また、第２の制御帯ＣＺ２内では、制御割合Ｋ1,Ｋ2は、目標コースＬに対する自車両の位置ズレが比較的小さい場合には操舵制御の占める割合を小さくしてヨーモーメント制御を主とし、目標コースに対する自車両の位置ズレが比較的大きくなった場合、操舵制御の占める割合を大きくするように設定される。

例えば、制御割合Ｋ1,Ｋ2を、Ｋ1＝Ｋ、Ｋ2＝（１－Ｋ）として、制御割合Ｋ,（１－Ｋ）を、図４に示すような特性に設定する。すなわち、自車両が閾値Ｌｍ内の第１の制御帯ＣＺ１内に位置する場合、図４中に実線で示す制御割合ＫがＫ＝０に設定され、第２の制御帯ＣＺ２では、ズレ量Δｘの増加に応じて制御割合Ｋが直線的に大きくなる一方、図４中に破線で示す制御割合（１－Ｋ）が直線的に小さくなり、最終的にＫ＝１となる特性に設定される。

第１の制御帯ＣＺ１においては、Ｋ＝０でＫ1＝Ｋ＝０であるため、前述の（３）式から明らかなように、補正操舵角δthによる目標コースに対する横位置のズレ量Δｘ及び対車線ヨー角のズレ量θｔの補正分が０となる。このときの目標ヨーモーメントＭzは、Ｋ＝０でＫ2＝（１－Ｋ）＝１であるため、前述の（６）式から明らかなように、補正操舵角δthに代えてヨーモーメントＭzhが主となる。

すなわち、図３に示すように、第１の制御帯ＣＺ１内に位置する自車両をＣｍ１とする場合、自車両Ｃｍ１は、目標ヨーモーメントＭzのみによる制御（Ｋ＝０）で目標コースＬｏに対するズレをなくすように制御される。この場合のヨーモーメント制御は、操舵制御に対してバックグラウンドで実行され、不要な情報でドライバを煩わすことがなく、滑らかに目標コースに収束させることが可能となる。

また、図３に示すように、第２の制御帯ＣＺ２内に位置する自車両をＣｍ２とする場合、自車両Ｃｍ２は、補正操舵角Ｋ・δthとヨーモーメント(１－Ｋ)・(Ｍzh＋Ｍzix)とによる協調制御で目標コースＬｏに対するズレを修正するように制御される。この場合、目標コースＬｏに対するズレ量が大きい場合には、制御割合Ｋが大きくなって操舵制御が支配的となり、ステアリングホイール３１の動きによってドライバにシステムの制御意図を適切に伝えることができ、ドライバに違和感を与えることがない。そして、目標コースＬｏに対するズレ量が小さくなると、制御割合Ｋが小さくなってヨーモーメント制御が支配的となり、ドライバにとって不要な情報を抑制しながら目標コースに精度良く収束させることが可能となる。

尚、図３，図４は、直線路の例を示し、目標コースの曲率κに基づくフィードフォワード操舵角δtffは０の場合を示している。

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５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Ｓ１０１において、走行路情報取得部５０ａの処理として、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。また、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、目標コースの曲率κ、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を取得する。

次に、ステップＳ１０２へ進み、自車両１のズレ量Δｘから自車両１の走行位置が第１の制御帯ＣＺ１内か否かを調べる。その結果、自車両１が第１の制御帯ＣＺ１内である場合には、ステップＳ１０３へ進み、操舵制御とヨーモーメント制御との制御割合ＫをＫ＝０としてステップＳ１０４へ進む。このとき、Ｋ＝０で操舵制御の補正操舵角δthはδth＝０となる。

ステップＳ１０４では、自車両１に付加する目標ヨーモーメントＭzを算出する。本実施の形態においては、目標ヨーモーメントＭzは、補正操舵角δthに対応するヨーモーメントＭzhを主としている（（６）式参照）。そして、ステップＳ１０５へ進み、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を算出し、それぞれ、第３モータ制御部２７、第２モータ制御部２６に出力することで、ヨーモーメント制御を実行する。

この第１の制御帯ＣＺ１内におけるヨーモーメント制御は、目標コースが直線路でフィードフォワード操舵角δtffが０、或いは目標コースに沿ったフィードフォワード操舵角δtffが一定となってステアリングホイール３１の短時間での動きがない状態で実行される。従って、自然な車両挙動でドライバに不要な情報を伝達して煩わすことがなく、滑らか且つ精度良く目標コースに追従させることが可能となる。

一方、ステップＳ１０２において、自車両１の走行位置が第１の制御帯ＣＺ１の外側である場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０６へ進み、ズレ量Δｘに基づいて制御割合Ｋを設定する。そして、ステップＳ１０７において、目標操舵角δt及び目標ヨーモーメントＭzを算出した後、ステップＳ１０８で目標操舵角δtへの操舵制御と目標ヨーモーメントＭzによるヨーモーメント制御との協調制御を実行する。

操舵制御とヨーモーメント制御との協調制御では、自車両１の目標コースに対するズレ量Δｘが大きい場合には、制御割合Ｋが大きくなって全体としてヨーモーメント制御よりも操舵制御の占める割合が大きくなる。その結果、目標コースからのズレを修正しようとするシステムの制御意図を、ステアリングホイール３１の動きによってドライバに明確に伝えることができる。

その後、目標コース自車両１の目標コースに対するズレ量Δｘが小さくなると、制御割合Ｋも小さくなり、ステアリングホイール３１の動きが小さくなってヨーモーメント制御が主となる。これにより、不要な注意を喚起してドライバを煩わせることなく、目標コースからの小さなズレを修正することができる。

このように本実施の形態においては、自車両を目標コースに沿って走行させる走行制御を、自車両の操舵系を制御する操舵制御と車輪（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により実行し、目標コースに対する自車両の位置ズレを修正する際に、目標コースに対する自車両の車幅方向の横位置偏差に基づいて操舵制御と制駆動力配分制御との制御割合を設定する。この制御割合は、目標コースに対する自車両の横位置偏差が大きくなるほど操舵制御の制御割合が大きくなり、横位置偏差が小さくなるほど操舵制御の制御割合が小さくなって制駆動力配分制御の制御割合が大きくなるように設定する。

これにより、目標コースに対する自車両の横位置のズレが予め設定した範囲を超えて大きくなった場合、操舵制御とヨーモーメント制御との協調制御を実行し、且つ操舵制御の占める割合を大きくすることにより、操舵系の動作によってドライバに視覚的、感覚的にシステムの制御意図を伝達することができ、ドライバに違和感を与えることなく、目標コースに対する自車両の位置ズレを修正することができる。また、目標コースに対する自車両の横位置のズレが予め設定した範囲内に入って小さくなった場合には、ヨーモーメント制御を主として車輪の制駆動力差で目標コースに対する自車両の位置ズレを修正することにより、ドライバに不要な情報を伝達することなく早い段階から位置ズレを修正することができる。

尚、本実施の形態では、３つの電動モータを有する車両を例に説明したが、これに限定されること無く、例えば、４輪にインホイールモータを備えた車両や、エンジンと電動モータを備えたハイブリッド車両であっても良い。要は、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
１３第１モータ
１６fl、１６fr 前輪
１７第２モータ
１８第３モータ
２０rl，２０rr 後輪
２５第１モータ制御部
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（ＥＰＳ装置）
４０ＥＰＳ制御部
４１走行環境認識装置
４２ナビゲーションシステム
５０制御ユニット
５０ａ走行路情報取得部
５０ｂ操舵制御部
５０ｃ制駆動力制御部
５０ｄ制御割合設定部
δt 目標操舵角
Ｍz 目標ヨーモーメント

Claims

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、
前記目標コースに沿って自車両を走行させる操舵制御量を算出し、算出した前記操舵制御量に基づいて自車両の操舵系を制御する操舵制御部と、
前記目標コースに対する自車両のズレ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、
前記目標コースに対する自車両の位置ズレを修正する際の前記操舵制御部による操舵制御と前記制駆動力制御部による制駆動力配分制御との制御割合を、前記目標コースに対する自車両の車幅方向の横位置偏差に基づいて設定し、設定した前記制御割合で前記操舵制御と前記制駆動力配分制御とを実行させて前記目標コースに対する自車両の位置ズレを修正する制御割合設定部とを備え、
前記制御割合設定部は、自車両の位置に応じた制御帯として、前記目標コースを含む第１の制御帯と、該第１の制御帯に隣接する第２の制御帯とを設け、前記制御割合を、前記第１の制御帯では前記制駆動力配分制御を主とする割合に設定し、前記第２の制御帯では前記操舵制御と前記制駆動力配分制御とを協調制御させる割合に設定する
ことを特徴とする車両の走行制御装置。
前記制御割合設定部は、前記第１の制御帯に自車両が位置する場合、前記操舵制御に対する前記制御割合をゼロとして前記制駆動力配分制御を実行させ、前記第２の制御帯に自車両が位置する場合、前記横位置偏差が大きくなるほど前記操舵制御に対する前記制御割合を大きくするとともに前記制駆動力配分制御に対する前記制御割合を小さくし、前記横位置偏差が小さくなるほど前記操舵制御に対する前記制御割合を小さくするとともに前記制駆動力配分制御に対する前記制御割合を大きくすることにより、前記操舵制御と前記制駆動力配分制御との協調制御を実行させ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。
前記操舵制御部は、前記操舵制御量を、前記目標コースの曲率に基づくフィードフォワード制御の操舵制御量と、前記目標コースに対する自車両の前記ズレ量に基づくフィードバック制御の操舵制御量とに基づいて算出し、前記フィードバック制御の操舵制御量を前記制御割合に従って補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両の走行制御装置。
前記制駆動力制御部は、前記フィードバック制御の操舵制御量に対応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を前記制御割合に従って補正することを特徴とする請求項３に記載の車両の走行制御装置。
前記目標コースに対する前記ズレ量は、自車両の対車線ヨー角及び前記横位置偏差であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の車両の走行制御装置。