JP7461268B2

JP7461268B2 - 車両の自己診断装置

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Publication number: JP7461268B2
Application number: JP2020168707A
Authority: JP
Inventors: 享士大見川
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-10-05
Filing date: 2020-10-05
Publication date: 2024-04-03
Anticipated expiration: 2040-10-05
Also published as: JP2022060935A; US11884321B2; US20220105983A1

Description

本発明は、操舵制御に必要なパラメータを検出するセンサデバイスのばらつきを自己診断する車両の自己診断装置に関する。

周知のように、操舵支援機能として、自動車が走行車線を認識し、車線中央を走行するように操舵支援を行う車線中央維持（ＡＬＫ:Active Lane Keep）制御や、自車両が区画線（白線）から逸脱すると予測した場合に、積極的な操舵介入により自車両を区画線（白線）に沿って走行するように操舵制御する車線逸脱防止（ＬＤＰ：Lane Departure Prevention）制御が知られている。

この種の操舵支援機能は各種センサから得られるパラメータを用いて車両旋回状態を推定し、それぞれの機能に合った適切な制御出力を生成している。例えば、特許文献１（特開２０１９－１６２９１８号公報）には、自車両が走行する目標進行路を車線中央に設定し、カメラやレーダ等のセンサデバイスによって認識した車両前方の走行環境に基づいて、自車両が目標進行路に沿って走行するように、電動パワーステアリング（ＥＰＳ:Electric Power Steering）モータを所定に駆動させて、運転者の操舵操作を支援する操舵支援制御が開示されている。

この場合、自車両の旋回状態を推定する方法としては、例えば、操舵角センサやＥＰＳモータの回転角等から取得した操舵角に基づいて旋回状態を推定する方法、又は、ヨーレートセンサで検出したヨーレートに基づいて旋回状態を推定する方法、或いは、カメラ等の撮像デバイスで取得した自車両が走行する車線の曲率（車線曲率）と、この車線曲率に対する自車両のヨー角（対車線ヨー角）とに基づいて旋回状態を推定する方法等が知られている。更に、横加速度センサで検出した横加速度に基づいて旋回状態を推定することも可能である。

特開２０１９－１６２９１８号公報

ところで、自車両の旋回状態を推定するに際し、各種センサデバイスにはばらつきが存在する。すなわち、図８に示すように、自車両が直線路を走行車線に沿って走行していたとしても、操舵角センサで検出した操舵角やカメラで撮像した画像に基づいて取得した対車線ヨー角がゼロでないことがある。そのため、走行中に操舵支援機能を継続させるには、使用しているセンサデバイスが正しい値を出力しているのか否かを常時監視する必要がある。

例えば、操舵支援機能としてのＬＤＰ制御では、図９に示すような操舵制御の目標となる台形波の横加速度に基づく車線逸脱抑制制御パターン（以下、「制御パターン」と略称）に基づき、図１０に示すような車線逸脱抑制の軌跡（予測進行路）を描き、それに沿った操舵角をＥＰＳ装置に指示し、ＥＰＳモータを駆動させて、自車両の走行を制御している。因みに、図９の初期横加速度ａoは対車線横加速度（＝予測横加速度－実横加速度）であり、標準横加速度ａstdは横加速度を一定（横加速度≠０）にした状態で旋回させる横加速度、終了横加速度ａeは車線逸脱抑制制御終了時の横加速度である。更に、この制御パターンには、初期横加速度ａoから標準横加速度ａstdに至る切り増しジャーク（加加速度）ｊａ、及び標準横加速度ａstdから終了横加速度ａeへ至る切り戻しジャークｊｄが設定されている。

そして、初期横加速度ａoが標準横加速度ａstdを超えていた場合には、既に自車両には逸脱抑制に必要な旋回成分が発生しているので操舵介入は行わない。この初期横加速度ａoは、カメラ等のセンサデバイスで認識した車線曲率から換算した予測横加速度と操舵角センサで検出した操舵角から推定した実横加速度の差分、すなわち対車線横加速度（＝予測横加速度－実横加速度）である。

このセンサデバイスには定常偏差があり誤った車線曲率が検出された場合、実際には初期横加速度ａoが標準横加速度ａstdを超えていないのに、超えていると誤判定すると、ＬＤＰ制御による操舵介入が実行されなくなる。又、操舵角センサにおいても、舵角中立学習にずれがあり誤った中立点を推定した場合には同様の課題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑み、操舵支援を実行させる際に必要とするパラメータを検出するセンサデバイスのばらつきを検出し、当該ばらつきが許容値を超えているか否かを正しく検出することのできる車両の自己診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、自車両の操舵制御に必要なパラメータを検出する第１～第３センサデバイスと、前記第１センサデバイスから前記パラメータとして検出した操舵角に基づいて前記自車両の旋回状態を推定する第１旋回推定部と、前記第２センサデバイスから前記パラメータとして検出した前記自車両の挙動に基づいて前記自車両の旋回状態を推定する第２旋回推定部と、前記第３センサデバイスから前記パラメータとして検出した車線曲率と前記自車両の該車線曲率に対する対車線ヨー角とに基づいて前記自車両の旋回状態を推定する第３旋回推定部とを備える車両の自己診断装置であって、前記第１～第３旋回推定部で推定した前記自車両の各旋回状態を示す信号から第１～第３オフセット成分をそれぞれ抽出するオフセット抽出部と、前記第１～第３オフセット成分の最大値と最小値に基づいて最大乖離量を算出するオフセット乖離量算出部と、前記オフセット乖離量算出部で算出した前記最大乖離量と所定しきい値とを比較し、該最大乖離量が該しきい値を超えている場合、前記第１～第３センサデバイス間にばらつきありと判定する比較部とを更に有する。

本発明によれば、操舵角と車両の挙動と対車線ヨー角とから自車両の旋回状態を各々推定し、推定した各旋回状態を示す信号から第１～第３オフセット成分をそれぞれ抽出し、第１～第３オフセット成分の最大値と最小値に基づいて最大乖離量を算出し、算出した最大乖離量と所定しきい値を比較して第１～第３センサデバイス間にばらつきがあるか否かを判定するようにしたので、操舵支援機能を実行させる際に必要とするパラメータを検出するセンサデバイスのばらつきが許容値を超えているか否かを正しく検出することができる。

操舵支援装置を搭載する車両の要部概略構成図カメラユニットの機能ブロック図（ａ）は操舵角から旋回状態を推定する態様を示す説明図、（ｂ）はヨーレートから旋回状態を推定する態様を示す説明図、（ｃ）はカメラで撮像した画像から旋回状態を推定する態様を示す説明図車線曲率に対する対車線ヨー角と操舵角との関係を示す説明図操舵旋回成分推定部とヨーレート旋回成分推定部と認識旋回成分推定部の構成図各旋回成分に対するリミッタ処理部とローパスフィルタ処理部の構成図各旋回成分に対するＤＣオフセット成分抽出部と抽出したＤＣオフセット成分に基づいてセンサばらつきを判定するセンサばらつき判定部との構成図従来の直線路走行時における操舵角と対車線ヨー角のばらつきを示す説明図横加速度に基づく車線逸脱抑制制御パターンを示すタイムチャート従来の車線逸脱抑制制御による予測進行路を示す説明図

以下、図１～図７に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１において、車両（自車両）Ｍには、左右前輪ＦＬ，ＦＲと左右後輪ＲＬ，ＲＲとが配設されており、この左右前輪ＦＬ，ＦＲが、ラック＆ピニオン機構等のステアリング機構１にタイロッド２を介して連設されている。又、このステアリング機構１に、先端にハンドル３を固設するステアリング軸４が連設されている。このステアリング軸４に電動パワーステアリング（ＥＰＳ:Electric Power Steering）モータ５が図示しない伝達機構を介して連設されている。

又、自車両Ｍには操舵支援部としての操舵支援ユニット１１が搭載されている。この操舵支援ユニット１１はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えたマイクロコンピュータ、及び、その周辺機器で構成されており、ＲＯＭにはシステム毎に設定されている動作を実現するための制御プログラムやテーブル、マップ等の固定データ等が記憶されており、周知の車線維持（ＡＬＫ:Active Lane Keep）制御や車線逸脱防止（ＬＤＰ：Lane Departure Prevention）制御を実行する。

この操舵支援ユニット１１の入力側に、操舵トルクセンサ１２、自車両Ｍの車速（自車速）を検出する車速センサ１３、車体に発生する挙動であるヨーレート及び横加速度を検出する第２センサデバイスとしてのヨーレートセンサ１４、ステアリング軸４の回転角から操舵角θstを検出する第１センサデバイスとしての操舵角センサ１５等、自車両Ｍの挙動を検出するセンサ類が接続されている。ここで、操舵トルクセンサ１２はステアリング軸４に取り付けられてハンドル３に付与される操舵トルクを検出する。

一方、符号２１は第３センサデバイスとしてのカメラユニットであり、メインカメラ２２ａとサブカメラ２２ｂとからなるステレオカメラで構成された車載カメラ２２を有し、更に、図２に示すように、画像処理部２３、及び車線認識部２４が内蔵されている。両カメラ２２ａ，２２ｂは、例えば車内前部のルームミラー上方であって、フロントガラスに近接する位置の車幅方向中央から左右に等間隔を開けて水平な状態で設置されている。又、この各カメラ２２ａ，２２ｂはカラーＣＣＤやカラーＣＭＯＳを搭載したカラー撮像素子が設けられており、この両カラー撮像素子によって自車両Ｍが走行している車線（走行車線）、及びそれを区画する左右の区画線等、進行方向前方の走行環境の三次元カラー画像が撮影される。

画像処理部２３は、各カメラ２２ａ，２２ｂで撮影した一対のアナログ画像を所定輝度階調のデジタル画像に変換し、メインカメラ２２ａの出力信号から基準画像データを生成し、又、サブカメラ２２ｂの出力信号から比較画像データを生成する。そして、この基準画像データ及び比較画像データとの視差に基づいて両画像中の同一対象物の距離データ（自車両から対象物までの距離）を取得する。

又、車線認識部２４はマイクロコンピュータを主体に構成されており、画像処理部２３から送信される基準画像データと比較画像データとに基づいて生成した仮想道路平面上に、パターンマッチング等の手法で認識した、走行車線の左右を区画する区画線を設定し、距離データに基づいて左右区画線の内側エッジ間の距離（車線幅）を検出する。この車線情報が操舵支援ユニット１１で読込まれる。又、この操舵支援ユニット１１の出力側にＥＰＳモータ５が接続されている。

操舵支援ユニット１１は車線認識部２４から送信された車線情報に基づき、ＡＬＫ制御においては、自車両Ｍが車線中央を走行するようＥＰＳモータ５に対して操舵信号を出力する。その際、操舵支援ユニット１１は、操舵角センサ１５で検出した操舵角θstと車線情報に基づいて取得した車線曲率１／Ｒに基づき、この車線曲率１／Ｒに対する自車両Ｍのヨー角（対車線ヨー角）Ψを算出する（図４参照）。そして、この対車線ヨー角Ψがゼロになるように、ＥＰＳモータ５を駆動させる。これにより、自車両Ｍを車線曲率１／Ｒlに沿って走行させることができる。

又、操舵支援ユニット１１がＬＤＰ制御を行うに際しては、先ず、車線情報に基づいて取得した車線曲率から換算した横加速度と、操舵角センサ１５で検出した操舵角θstから推定した横加速度との差分から対車線横加速度を求め、これを初期横加速として設定する。そして、この初期横加速度を、図９に示す制御パターンの初期横加速度ａoに設定し、この操舵パターンに従って、ＥＰＳモータ５を駆動させ、積極的な操舵介入により自車両Ｍを区画線に沿って走行させるような横加速度を発生させることで車線逸脱を抑制させる。

ところで、操舵支援ユニット１１が操舵制御を行うに際して取得するヨーレートセンサ１４、操舵角センサ１５、カメラユニット２１等のセンサデバイスにはばらつきが存在する。各センサデバイス間のはらつきが許容範囲を超えた場合、操舵支援ユニット１１では、適正な操舵制御を実行することが困難になる。

そのため、操舵支援ユニット１１の入力側に、センサデバイスから出力される検出値が正しいか否かを常時監視する自己診断装置３１が接続されている。そして、自己診断装置３１は各センサデバイスのばらつきが許容値を超えている場合、操舵支援ユニット１１にセンサ拒否信号を送信する。操舵支援ユニット１１は自己診断装置３１からセンサ拒否信号を受信した場合、ＡＬＫ制御やＬＤＰ制御を代表とする運転支援機能を中断する旨を運転車に報知する。

ところで、各センサデバイスから得られる値は単位も次元も相違しているので、各センサデバイス間のばらつきが許容値内か否かを調べるには、先ず、単位や次元を一致させる必要がある。そのため、自己診断装置３１では、各センサデバイス１４，１５，２１の検出値を同じ単位で比較できるように、これらのパラメータから旋回成分である横加速度を抽出し、各横加速度からＤＣオフセット成分を抽出し、その最大・最小の最大偏差（最大乖離量）が許容値以内か否かを調べる。

本実施形態で比較するセンサデバイスからの出力値は、図３（ａ）に示すように操舵角センサ１５やＥＰＳモータ５の回転角等で取得した操舵角、同図（ｂ）に示すようにヨーレートセンサ１４で検出したヨーレート、同図（ｃ）に示すようにカメラユニット２１で認識した車線曲率と自車両Ｍの前後方向のなす角（対車線ヨー角）であり、これらを旋回状態を示す単位及び次元である横加速度に変換する。

図５～図７に自己診断装置３１の回路構成を示す。この自己診断装置３１は、第１旋回推定部としての舵角旋回成分推定部３２、第２旋回推定部としてのヨーレート旋回成分推定部３３、第３旋回推定部としての認識旋回成分推定部３４、第１～第３リミッタ処理部３５ａ～３５ｃ、第１～第３ローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理部３６ａ～３６ｃ、抽出一時停止判断部３７、抽出値リセット判断部３８、第１～第３ＤＣオフセット成分抽出部３９ａ～３９ｃ、オフセット乖離量算出部及び比較部として機能を備えるセンサばらつき判定部４０を備えている。

自己診断装置３１では、先ず、各旋回成分推定部３２～３４において、各センサデバイス１４，１５，２１の検出値を第１～第３推定横加速度ａ１～ａ３にそれぞれ変換する。

すなわち、舵角旋回成分推定部３２は、操舵角θstと自車速Ｖｓとに基づき予め設定されている変換マップMapを検索して、自車両Ｍの旋回曲率１／Ｒm[1/m]（図４参照）を設定する。この変換マップMapには操舵角θstと自車速Ｖｓに基づき規定した旋回曲率１／Ｒm[1/m]が記憶されている。そして、旋回曲率１／Ｒmと、二乗された自車速Ｖｓ^２とを乗算して、操舵角θstに基づく第１推定横加速度ａ１を算出する（ａ１＝(１／Ｒm)・Ｖｓ２[m/s^２]）。

又、ヨーレート旋回成分推定部３３は、ヨーレートセンサ１４で検出したヨーレートω[rad/s]と自車速Ｖｓ[m/s]とを乗算して、第２推定横加速度ａ２を算出する（ａ２＝ω／Ｖｓ[m/s^２]）。

又、認識旋回成分推定部３４は、カメラユニット２１で認識した車線曲率１／Ｒlと自車速Ｖｓとを乗算して車線ヨーレートωｌを算出する（ωｌ＝(１／Ｒl)・Ｖｓ[rad/s]）。更に、カメラユニット２１で認識した、車線に対する自車両Ｍの方向を示す対車線ヨー角Ψを微分して対車線ヨーレートωΨ[rad/s]を推定する。そして、車線ヨーレートωｌと対車線ヨーレートωΨとを加算し（ωｌ＋ωΨ）、この値（ωｌ＋ωΨ）に自車速Ｖｓを乗算して第３推定横加速度ａ３を算出する（ａ３＝(ωｌ＋ωΨ)・Ｖｓ[m/s^２]）。

次いで、各旋回成分推定部３２～３４で求めた第１～第３推定横加速度ａ１～ａ３の信号は、第１～第３リミッタ処理部３５ａ～３５ｃにおいて、リミット処理されて、不必要な過大な出力が抑制される。

その後、第１～第３リミッタ処理部３５ａ～３５ｃで所定にリミット処理が施された第１～第３推定横加速度ａ１～ａ３の信号は、第１～第３ＬＰＦ回路３６ａ～３６ｃにて、予め設定されているカットオフ周波数（Max_Limt）以上の高周波のノイズ成分が除去される。

次いで、高周波ノイズが所定に除去された第１～第３推定横加速度ａ１～ａ３の信号は、
第１～第３ＤＣオフセット成分抽出部３９ａ～３９ｃにおいて、カットオフ周波数の充分に低いＬＰＦ回路により直流化される。このＬＰＦ回路を通すことで、第１～第３推定横加速度ａ１～ａ３の信号に含まれている定常偏差に相当する第１～第３ＤＣオフセット成分ＤＣ１～ＤＣ３（電圧）が抽出される。

その後、抽出された第１～第３ＤＣオフセット成分ＤＣ１～ＤＣ３は、ばらつき判定部４０において、先ず、第１～第３ＤＣオフセット成分ＤＣ１～ＤＣ３のオフセット乖離量を求め、その中から最大オフセット値（電圧）と最小オフセット値（電圧）を算出する。

次いで、最大オフセット値と最小オフセット値との最大偏差（最大乖離量）を算出し、この最大偏差と予め設定されているしきい値（許容値）とを比較する。そして、最大偏差がしきい値以下の場合は、センサデバイス１４，１５，２１間にばらつき無しと判定する。又、最大偏差がしきい値を超えている場合は、センサデバイス１４，１５，２１間にばらつきありと判定する。

センサデバイス１４，１５，２１間にばらつきありと判定した場合、自己診断装置３１は、操舵支援ユニット１１に対してセンサ拒否信号を送信する。第１～第３推定横加速度ａ１～ａ３が正常であれば、ＤＣオフセットは０に近い値（しきい値以下）を示す。しかし、第１～第３推定横加速度ａ１～ａ３の中の一つが飛び抜けて大きく偏位している場合には、ばらつきありと判定する。

操舵支援ユニット１１は自己診断装置３１からばらつき検出信号を受信した場合、運転席前方に配置されているメーターパネルに設けられている操舵スタンバイ灯の表示をＯＦＦにすると共に、運転者に操舵介入を抑制或いは禁止する旨を報知して操舵の引き継ぎを促す。

このように、本実施形態では、単位や次元の異なる複数のセンサデバイスの出力値を同じ単位や次元に変換して、それぞれのＤＣオフセット値（オフセット乖離量）を求め、この各ＤＣオフセット値の最大値と最小値とから最大偏差を求め、この最大偏差がしきい値を超えている場合は、センサデバイスにばらつきありと判定するようにしたので、操舵支援を実行させる際に必要とするパラメータを検出するセンサデバイスのばらつきが許容値を超えているか否かを正しく検出することができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えばばらつき検出の対象となるセンサデバイスはヨーレートセンサ１４、操舵角センサ１５、カメラユニット２１以外であっても良く、又４つ以上であっても良い。

１…ステアリング機構、
２…タイロッド、
３…ハンドル、
４…ステアリング軸、
５…ＥＰＳモータ、
１１…操舵支援ユニット、
１２…操舵トルクセンサ、
１３…車速センサ、
１４…ヨーレートセンサ、
１５…操舵角センサ、
２１…カメラユニット、
２２…車載カメラ、
２２ａ…メインカメラ、
２２ｂ…サブカメラ、
２３…画像処理部、
２４…車線認識部、
３１…自己診断装置、
３２…舵角旋回成分推定部、
３３…ヨーレート旋回成分推定部、
３４…認識旋回成分推定部、
３５ａ～３５ｃ…第１～第３リミッタ処理部、
３６ａ～３６ｃ…第１～第３ＬＰＦ処理部、
３７…抽出一時停止判断部、
３８…抽出値リセット判断部、
４０…センサばらつき判定部、
Map…変換マップ、
ＦＬ，ＦＲ…左右前輪、
Ｍ…車両（自車両）、
ＲＬ，ＲＲ…左右後輪、
１／Ｒl…車線曲率、
１／Ｒm…旋回曲率、
Ｖｓ…自車速、
ａe…終了横加速度、
ａo…初期横加速度、
ａstd…標準横加速度、
ｊａ…切り増しジャーク、
ｊｄ…切り戻しジャーク、
Ψ…対車線ヨー角、
θst…操舵角、
ω…ヨーレート、
ωｌ…車線ヨーレート、
ωΨ…対車線ヨーレート

Claims

自車両の操舵制御に必要なパラメータを検出する第１～第３センサデバイスと、
前記第１センサデバイスから前記パラメータとして検出した操舵角に基づいて前記自車両の旋回状態を推定する第１旋回推定部と、
前記第２センサデバイスから前記パラメータとして検出した前記自車両の挙動に基づいて前記自車両の旋回状態を推定する第２旋回推定部と、
前記第３センサデバイスから前記パラメータとして検出した車線曲率と前記自車両の該車線曲率に対する対車線ヨー角とに基づいて前記自車両の旋回状態を推定する第３旋回推定部と、
を備える車両の自己診断装置であって、
前記第１～第３旋回推定部で推定した前記自車両の各旋回状態を示す信号から第１～第３オフセット成分をそれぞれ抽出するオフセット抽出部と、
前記第１～第３オフセット成分の最大値と最小値に基づいて最大乖離量を算出するオフセット乖離量算出部と、
前記オフセット乖離量算出部で算出した前記最大乖離量と所定しきい値とを比較し、該最大乖離量が該しきい値を超えている場合、前記第１～第３センサデバイス間にばらつきありと判定する比較部とを、
更に有することを特徴とする車両の自己診断装置。
前記自車両が走行中の車線を逸脱すると推定した場合、該車線の左右を区画する区画線に沿って走行するような操舵介入を行う操舵支援部を更に備え、
前記操舵支援部は、前記比較部で前記第１～第３センサデバイス間にばらつきありと判定した場合、操舵介入を抑制又は禁止する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の自己診断装置。
前記第１～第３旋回推定部で推定する前記各旋回状態は単位及び次元が一致している
ことを特徴とする請求項１或いは２に記載の車両の自己診断装置。
前記旋回状態は横加速度であることを特徴とする請求項３に記載の車両の自己診断装置。
前記第１～第３オフセット成分はカットオフ周波数の低いローパスフィルタ回路を通過させて生成したＤＣオフセット成分である
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の車両の自己診断装置。