(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両が走行路に沿って走行するようにステアリング機構に操舵トルクを付与し、ドライバの操舵アシストを行う車両用操舵装置において、
前記車両の車両状態量を検出する車両状態量検出部と、
前記車両が走行する前記走行路を認識する走行路認識部と、
前記車両が前記走行路に追従して走行するための目標走行ラインを設定する目標走行ライン設定部と、
前記車両の前方注視点距離における前記目標走行ラインと前記車両との位置の差である横変位を算出する横変位演算部と、
前記横変位を縮小させるよう目標車両状態量を算出する目標車両状態量演算部と、
前記目標車両状態量を実現する第１の操舵トルクを前記目標車両状態量と前記車両状態量との偏差に基づいた前記車両状態量のフィードバック制御により演算するフィードバック制御型トルク演算部と、
前記目標車両状態量を実現する第２の操舵トルクを前記目標車両状態量に基づいた前記車両状態量のフィードフォワード制御により演算するフィードフォワード制御型トルク演算部と、
前記第１の操舵トルクと前記第２の操舵トルクを前記車両の状態に従って足し合わせて目標トルクを設定する目標トルク設定部と、
前記目標トルクに基づいてステアリング機構に操舵トルクを付与するアシストモータと、
を備え、
前記目標車両状態量演算部は、前記横変位が縮小するよう前記横変位の変化量である横速度を制御し、前記横速度に基づいて前記目標車両状態量を算出する、車両用操舵装置。
【請求項２】
前記車両の車速を検出する車速検出部と、
前記車両のヨーレートを検出するヨーレート検出部と、
前記車両と前記車両の前方注視点距離における前記目標走行ラインとの傾きである目標走行ライン傾きを求める目標走行ライン傾き演算部と、
をさらに備え、
前記目標車両状態量演算部は、前記車速、前記ヨーレート、前記目標走行ライン傾きおよび前記横変位を使用して、前記目標車両状態量を算出する、請求項１に記載の車両用操舵装置。
【請求項３】
前記目標トルク設定部は、前記横変位及び前記目標走行ライン傾きが共にそれぞれの閾値を超えた時に前記目標トルクに対する前記第１の操舵トルクの比率を前記第２の操舵トルクの比率よりも高く設定し、前記横変位または前記目標走行ライン傾きどちらか一方が前記閾値以下の時に前記目標トルクに対する前記第２の操舵トルクの比率を前記第１の操舵トルクの比率よりも高く設定する、請求項２に記載の車両用操舵装置。
【請求項４】
前記目標トルク設定部は、前記車速が閾値未満の時に前記目標トルクに対する前記第１の操舵トルクの比率を前記第２の操舵トルクの比率よりも高く設定し、前記車速が前記閾値以上の時に前記目標トルクに対する前記第２の操舵トルクの比率を前記第１の操舵トルクの比率よりも高く設定する、請求項２または３に記載の車両用操舵装置。
【請求項５】
前記目標トルク設定部は、前記走行路認識部の走行路認識率が閾値を超える時に前記目標トルクに対する前記第１の操舵トルクの比率を前記第２の操舵トルクの比率よりも高く設定し、前記走行路認識率が前記閾値以下の時に前記目標トルクに対する前記第２の操舵トルクの比率を前記第１の操舵トルクの比率よりも高く設定する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項６】
ドライバの操舵トルクを検出する操舵トルク検出部を備え、
前記目標トルク設定部は、前記操舵トルクが閾値未満の時に前記目標トルクに対する前記第１の操舵トルクの比率を前記第２の操舵トルクの比率よりも高く設定し、前記操舵トルクが前記閾値以上の時に前記目標トルクに対する前記第２の操舵トルクの比率を前記第１の操舵トルクの比率よりも高く設定する、請求項１から５までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項７】
ドライバの操作により、第１のモードと第２のモードを選択できるスイッチを有し、
前記目標トルク設定部は、前記スイッチにより第１のモードが選択された時に前記目標トルクに対する前記第１の操舵トルクの比率を前記第２の操舵トルクの比率よりも高く設定し、第２のモードが選択された時に前記目標トルクに対する前記第２の操舵トルクの比率を前記第１の操舵トルクの比率よりも高く設定する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項８】
前記目標車両状態量は、目標操舵角である、請求項１から７までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項９】
前記目標車両状態量は、目標操舵角であり、
前記目標車両状態量演算部は、前記目標操舵角を、
θｔｇ＝ｋ１・ｙＬｄ＋ｋ２・ｅＬｄ−ｋ３・γs
θｔｇ：目標操舵角
ｋ１〜ｋ３：係数
ｙＬｄ：前方注視点距離における横変位
ｅＬｄ：前方注視点距離における目標走行ライン傾き
γs：ヨーレート
により算出する、請求項２から７までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項１０】
前記目標車両状態量演算部は、前記車両状態量に応じて前記係数ｋ１〜ｋ３を変更する、請求項９に記載の車両用操舵装置。
【請求項１１】
前記目標車両状態量は、目標ヨーレートである、請求項１から７までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項１２】
前記目標車両状態量は、目標横加速度である、請求項１から７までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項１３】
前記目標車両状態量は、目標路面反力である、請求項１から７までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
【請求項１４】
車両が走行路に沿って走行するようにステアリング機構に操舵トルクを付与し、ドライバの操舵アシストを行う車両操舵制御方法において、
前記車両の車両状態量を検出し、
前記車両が走行する前記走行路を認識し、
前記車両が前記走行路に追従して走行するための目標走行ラインを設定し、
前記車両の前方注視点距離における前記目標走行ラインと前記車両との位置の差である横変位を算出し、
前記横変位を縮小させるよう目標車両状態量を算出し、
前記目標車両状態量を実現する第１の操舵トルクを前記目標車両状態量と前記車両状態量との偏差に基づいた前記車両状態量のフィードバック制御により演算し、
前記目標車両状態量を実現する第２の操舵トルクを前記目標車両状態量に基づいた前記車両状態量のフィードフォワード制御により演算し、
前記第１の操舵トルクと前記第２の操舵トルクを前記車両の状態に従って足し合わせて目標トルクを設定し、
前記目標トルクに基づいてアシストモータによりステアリング機構に操舵トルクを付与し、
前記横変位が縮小するよう前記横変位の変化量である横速度を制御し、前記横速度に基づいて前記目標車両状態量を算出する、車両操舵制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両が車線中央を維持して走行するようにステアリング機構にアシストトルクを加え、ドライバの操舵を補助する車両用操舵装置および車両操舵制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両前方に取り付けたカメラを用いて走行車線を検出して電動パワーステアリングによりステアリングにアシスト操舵トルクを付与することで、ドライバの脇見運転や散漫運転、居眠り運転によって起こる操舵のふらつきや車線逸脱を防ぎつつ、ドライバの負担を軽減する車線維持制御装置(レーンキープシステム)が開発されている。
【０００３】
従来の車線維持制御機能を備える車両用操舵装置については、下記特許文献１に示されるように、推定された走行軌跡が、車両の走行路形状に基づいて設定された目標軌跡に近づくように操舵補助部を制御する際に、曲率に基づいて走行軌跡を目標軌跡に近づけるための制御ゲインを補正するものが開示されている。
【０００４】
この従来の装置によれば、検出された曲率に基づいて走行軌跡を目標軌跡に近づけるための制御ゲインを補正するので、車両走行路の曲率に応じて走行軌跡を目標軌跡に近づけるための制御ゲインを補正し、走行ラインをトレースする際に運転者に違和感を与えないという効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１―００１９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、操舵補助部に対する制御トルク設定について将来の横偏差に制御ゲインを乗算する方法が開示されているのみで、走行軌跡が目標軌跡に収束するかは不明である。またさらに例えば、車両のヨーレートについては特に記載がなく考慮していない。そのため、目標走行ラインに追従して走行することができない恐れがある。
【０００７】
この発明は、前述した従来の装置における課題を解決するためになされたもので、前方注視点距離における横変位を目標走行ラインに収束させ、さらに、ドライバ操舵との干渉の発生や車両の挙動が不安定になることを防ぐようにした車両用操舵装置および車両操舵制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、車両が走行路に沿って走行するようにステアリング機構に操舵トルクを付与し、ドライバの操舵アシストを行う車両用操舵装置において、前記車両の車両状態量を検出する車両状態量検出部と、前記車両が走行する前記走行路を認識する走行路認識部と、前記車両が前記走行路に追従して走行するための目標走行ラインを設定する目標走行ライン設定部と、前記車両の前方注視点距離における前記目標走行ラインと前記車両との位置の差である横変位を算出する横変位演算部と、前記横変位を縮小させるよう目標車両状態量を算出する目標車両状態量演算部と、前記目標車両状態量を実現する第１の操舵トルクを前記目標車両状態量と前記車両状態量との偏差に基づいた前記車両状態量のフィードバック制御により演算するフィードバック制御型トルク演算部と、前記目標車両状態量を実現する第２の操舵トルクを前記目標車両状態量に基づいた前記車両状態量のフィードフォワード制御により演算するフィードフォワード制御型トルク演算部と、前記第１の操舵トルクと前記第２の操舵トルクを前記車両の状態に従って足し合わせて目標トルクを設定する目標トルク設定部と、前記目標トルクに基づいてステアリング機構に操舵トルクを付与するアシストモータと、を備え、前記目標車両状態量演算部は、前記横変位が縮小するよう前記横変位の変化量である横速度を制御し、前記横速度に基づいて前記目標車両状態量を算出する、車両用操舵装置等にある。
【発明の効果】
【０００９】
この発明では、前方注視点距離における横変位を目標走行ラインに収束させ、さらに、ドライバ操舵との干渉の発生や車両の挙動が不安定になることを防ぐようにした車両用操舵装置および車両操舵制御方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置のステアリング機構を示す構成図である。
【図２】この発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置の電動パワーステアリング制御装置とその周辺機器を示す機能ブロック図である。
【図３】この発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置の車線維持制御装置とその周辺機器を示す機能ブロック図である。
【図４】この発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置における自車両と車線の位置関係及びパラメータを説明するために平面図である。
【図５】この発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置における車速に対する規範路面反力勾配(路面反力と操舵角の比率)の関係を示す図である。
【図６】この発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置の車線維持制御装置における目標トルク設定部の処理内容を示す動作フローチャートである。
【図７】この発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置の電動パワーステアリング制御装置と車線維持制御装置とをそれぞれマイクロプロセッサで構成した場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
最初に、前方注視点距離における横変位を目標走行ラインに収束させる際に、ドライバ操舵との干渉の発生や、車両の挙動が不安定になることを考慮する必要がある。
【００１２】
目標操舵角の制御方法としては、目標走行ラインに近づくための目標車両状態量(操舵角、ヨーレート、横加速度など)と実際の車両状態量との偏差に基づきアシスト操舵トルクを計算するフィードバック制御と、目標車両状態量のみに基づいてアシスト操舵トルクを計算するフィードフォワード制御がある。
【００１３】
フィードバック制御は、目標値と実際値の偏差が生じる度に逐一操舵トルクが変化するため、目標走行ラインへの追従精度が高いが、ドライバとの干渉頻度は高い。一方、フィードフォワード制御はフィードバック制御に比べて操舵トルク値の変動頻度が小さいためドライバとの干渉頻度が小さいが、横風やカント等に対する外乱耐性が低く、目標走行ラインへの追従精度は低い。そのため、状況に応じてフィードバック制御とフィードフォワード制御を使い分けることが好ましい。
【００１４】
この発明では、横変位が縮小するように制御された横速度に基づいて目標舵角を算出することで簡易な制御で横変位を目標走行ラインに収束させ、さらに、車両状態量や目標走行ラインと自車両との相対位置に応じてフィードバック制御とフィードフォワード制御を使い分けることで、ドライバ操舵との干渉の発生や車両の挙動が不安定になることを防ぐことができる。
【００１５】
以下、この発明による車両用操舵装置および車両操舵制御方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の一実施の形態に係る車両用操舵装置のステアリング機構を示す構成図である。
図１において、ステアリング機構１は、ハンドル２、ステアリング軸３、ピニオンギア４、操舵角検出部５、操舵トルク検出部であるトルクセンサ６、アシストモータ７、モータギア８、ラック軸９、タイヤ１０、電動パワーステアリング制御装置１００、車線維持制御装置２００を有している。また、電動パワーステアリング制御装置１００には、走行車速検出部１１が接続され、車線維持制御装置２００には走行車速検出部１１、カメラユニット１２、ヨーレート検出部１３、横加速度検出部１４が接続される。
【００１７】
自動車のドライバが操舵するハンドル２は、ステアリング軸３の一端に連結されている。また、ハンドル２には、操舵角を検出して操舵角信号θｓを出力する操舵角検出部５が取り付けられている。ステアリング軸３には、ドライバの操舵による操舵トルクＴｄを検出して操舵トルク信号Ｔｓを出力するトルクセンサ６が取り付けられている。また、ステアリング軸３には、ドライバの操舵トルクＴｄを補助するモータトルクＴｍを発生する電動のアシストモータ７が、モータギア８を介して取り付けられている。
【００１８】
ピニオンギア４は、ステアリング軸３の端部に連結されており、ドライバによる操舵トルクＴｄとモータトルクＴｍとを合算した合成トルクに基づき回転するステアリング軸３の回転運動を、その回転方向に対応した方向のラック軸９の軸方向の直線運動に変換する。タイヤ１０は、ラック軸９を介してピニオンギア４に接続されている。
【００１９】
電動パワーステアリング制御装置１００には、トルクセンサ６の操舵トルク信号Ｔｓ、走行車速検出部１１の車速信号Ｖｓ、アシストモータ７のモータ電流検出信号Ｉｓ、及び同じくアシストモータ７のモータ電圧検出信号Ｅｓ、車線維持制御装置２００の目標トルク信号Ｔｔｇが入力される。電動パワーステアリング制御装置１００は上記各入力に基づいてアシストモータ７を駆動させるための目標電流値を演算し、この目標電流値から生成した印加電圧Ｅをアシストモータ７に出力する。また、操舵トルク信号Ｔｓ及びモータ電流検出信号Ｉｓに基づいて演算した路面反力トルク信号Ｔｒｓを車線維持制御装置２００に出力する。
【００２０】
車線維持制御装置２００には、操舵角検出部５の操舵角信号θｓ、トルクセンサ６の操舵トルク信号Ｔｓ、走行車速検出部１１の車速信号Ｖｓ、カメラユニット１２の映像信号Ｍｓ、ヨーレート検出部１３のヨーレート信号γｓ、横加速度検出部１４の横加速度信号Ｇｓ、電動パワーステアリング制御装置１００の路面反力トルク信号Ｔｒｓが入力される。車線維持制御装置２００は、上記各入力に基づいて車線維持制御するためのアシストトルクを演算し、目標トルク信号Ｔｔｇを電動パワーステアリング制御装置１００に出力する。
【００２１】
なおこの発明は特に、車線維持制御装置２００とその周辺機器からなる車両用操舵制御装置の構成および制御処理を特徴としている。
【００２２】
図２は、図１に示した車両用操舵装置の出力側の電動パワーステアリング制御装置を周辺機器と共に示す機能ブロック図である。
【００２３】
図２において、電動パワーステアリング制御装置１００は、操舵アシスト電流演算部１０１、車線維持電流演算部１０２、印加電圧演算部１０３、路面反力トルク演算部１０４を有している。なお、必ずしも一般的な電動パワーステアリング制御装置がこれら全てを有しているわけではなく、前記は本実施の形態を説明する上で必要な構成を記載したものである。
【００２４】
電動パワーステアリング制御装置１００は、例えば図７に示すように、電動パワーステアリング制御用のＣＰＵと、プログラムおよび処理に必要なデータを格納したメモリＭと、インタフェースＩ／Ｆと、を有するマイクロプロセッサにて構成されている。電動パワーステアリング制御装置１００の図２に示す各機能ブロックは、メモリＭにソフトウェアとして記録され、電動パワーステアリング制御用のＣＰＵにて実行される。さらに電動パワーステアリング制御装置１００では、目標電流に応じた印加電圧Ｅを生成してアシストモータ７に出力する。
【００２５】
操舵アシスト電流演算部１０１は、トルクセンサ６の操舵トルク信号Ｔｓ及び走行車速検出部１１の車速信号Ｖｓに基づいて、予めメモリＭに記憶された操舵トルク信号Ｔｓと車速信号Ｖｓに対する操舵アシスト電流Ｉａを規定した出力マップを参照して操舵アシスト電流Ｉａを演算し、印加電圧演算部１０３に出力する。操舵アシスト電流Ｉａの演算は一般的なドライバの操舵を補助するための電動パワーステアリング装置の演算と同一であり、詳細については省略するが、実際にはこれ以外にも複数の補償制御が組み合わされて操舵アシスト電流Ｉａが演算される。
【００２６】
車線維持電流演算部１０２は、車線維持制御装置２００の目標トルク信号Ｔｔｇをアシストモータ７のトルク定数により電流値に変換し、車線維持制御電流Ｉｂを演算して印加電圧演算部１０３に出力する。
【００２７】
印加電圧演算部１０３には、操舵アシスト電流演算部１０１の操舵アシスト電流Ｉａ、車線維持電流演算部１０２の車線維持制御電流Ｉｂ、アシストモータ７のモータ電流検出信号Ｉｓとモータ電圧検出信号Ｅｓが入力される。印加電圧演算部１０３は操舵アシスト電流Ｉａと車線維持制御電流Ｉｂを加算し、アシストモータ７を駆動させるための目標電流値を演算する。さらに、アシストモータ７のモータ電流検出信号Ｉｓとモータ電圧検出信号Ｅｓに基づいて目標電流値から印加電圧Ｅを生成し、アシストモータ７に出力する。
【００２８】
路面反力トルク演算部１０４は、式(１)より、路面反力トルク信号Ｔｒｓを演算し、車線維持制御装置２００に出力する。
【００２９】
Ｔｒｓ＝Ｔｓ＋Ｋｔ・Ｉｓ      (１)
Ｋｔ：モータのトルク定数
【００３０】
図３は、図１、２に示した車両用操舵装置の車線維持制御装置２００を周辺機器と共に示す機能ブロック図である。
【００３１】
図３において、車線維持制御装置２００は、走行路認識部２０１、目標走行ライン設定部２０２、横変位演算部２０３、目標走行ライン傾き演算部２０４、目標車両状態量演算部２０５、フィードバック制御型トルク演算部２０６、フィードフォワード制御型トルク演算部２０７、目標トルク設定部２０８を有している。なお、必ずしも一般的な車線維制御装置がこれら全てを有しているわけではなく、前記は本実施の形態を説明する上で必要な構成を記載したものである。
【００３２】
また、車線維持制御装置２００が有するこれらすべての機能を単一の制御ユニットにて構成する必要はなく、複数の制御ユニットに機能を分配し、演算結果を有線または無線で通信にて互いに取得しあうようにしても良い。また、車線維持制御装置２００の一部機能を入力側の例えば、カメラユニット１２等や、出力側の例えば、電動パワーステアリング制御装置１００等にて行うように構成しても良い。本実施の形態の説明では、説明の都合上、これらの機能を車線維持制御装置２００に内包する形態として説明する。
【００３３】
また、車線維持制御装置２００は、電動パワーステアリング制御装置１００と同様に、例えば図７に示すように、車線維持制御用のＣＰＵと、プログラムおよび処理に必要なデータを格納したメモリＭと、インタフェースＩ／Ｆと、を有するマイクロプロセッサにて構成されている。車線維持制御装置２００の図３に示す各機能ブロックは、メモリＭにソフトウェアとして記録され、車線維持制御用のＣＰＵにて実行される。
【００３４】
走行路認識部２０１はカメラユニット１２から出力される映像信号Ｍｓより自車両の左右の白線を検出する。また、検出した白線の信頼度である走行路認識率ｒｓを算出する。左右の白線の検出方法としては、入力される映像信号Ｍｓより自車両の前方の画像を取得し、２値化画像処理やエッジ検出処理を行い、ハフ変換等により自車の左右の白線を検出し、自車両に対する左右の白線の相対位置を検出し、これを前方走行路情報とすることが一般的である。なお、路面上の白線を検出する方法はこれら以外にも様々な方法が提案されているが、本実施の形態ではどのような方法を用いて左右の白線を検出してもこの発明の効果には影響しない。
【００３５】
図４は、この発明における自車両と走行車線の位置関係及びパラメータを説明するための平面図である。目標走行ライン設定部２０２、横変位演算部２０３、目標ライン傾き演算部２０４については、図３に加え、図４を用いて説明する。
【００３６】
目標走行ライン設定部２０２は、走行路認識部２０１で得られた前方走行路情報に基づき、車両を走行路に追従して走行させる際の目標となる目標走行ラインを走行路内に設定する。本実施の形態では、図４に示すように右側の走行車線である車線境界線から設定距離、例えば走行路幅の１／２、離れた位置に目標走行ラインを設定するが、これに限るものではなく、例えば、運転者の嗜好にあわせ、適宜変更してもよい。また自車両の右側または左側の車線境界線からの距離を求める。
【００３７】
横変位演算部２０３は、走行路認識部２０１で得られた自車位置に対する車線境界線からの自車位置の距離と、目標走行ライン設定部２０２で設定した目標走行ラインとに基づき、図４に示す前方注視点距離Ｌｄにおける横変位ｙＬｄを算出する。自車両の右側の車線境界線からの距離があれば、この値から目標走行ラインの位置を引いた値が横変位ｙＬｄとなる。この場合、目標走行ラインに対し車両が左側にある時が＋側の値となる。もし、右側の車線境界線または右側の車線境界線からの距離が検出できず左側の車線境界線または車線境界線からの距離のみ検出されている場合には、走行路幅から左側の車線境界線からの距離を引いた値が右側の車線境界線からの距離となるので、この値から目標走行ラインの位置を引いた値を横変位ｙＬｄとすればよい。
【００３８】
目標ライン傾き演算部２０４は、図４に示す前方注視点距離Ｌｄにおける目標走行ライン傾きｅＬｄを、前方注視点距離Ｌｄにおける車線境界線傾きから算出する。ただし、１つの値があれば十分なので、両側の車線境界線傾きが取得できていれば、平均化等による処理で１つの値にすればよく、片側の車線境界線傾きのみ取得できている場合はそのままの値を使用すればよい。
【００３９】
目標車両状態量演算部２０５は、上記で得られた情報に基づき目標車両状態量Ｐｔｇを算出し、フィードバック制御型トルク演算部２０６及びフィードフォワード制御型トルク演算部２０７に出力する。
【００４０】
ここで、目標車両状態量Ｐｔｇは目標操舵角θｔｇ、目標ヨーレートγｔｇ、目標横加速度Ｇｔｇ、目標路面反力Ｔｒｔｇのいずれかとする。これにより、車両状態量を検出するセンサの種類、センサの有無に応じて目標車両状態量の種類を任意に設定することができる。
【００４１】
目標ヨーレートγｔｇ、目標横加速度Ｇｔｇ、目標路面反力Ｔｒｔｇは、目標操舵角θｔｇより計算できるため、ここでは目標操舵角θｔｇの算出法について説明する。なお、目標操舵角θｔｇから目標ヨーレートγｔｇ、目標横加速度Ｇｔｇ、目標路面反力Ｔｒｔｇを求める方法については後述する。
【００４２】
目標操舵角θｔｇの算出については、前方注視点距離Ｌｄにおける自車位置を目標走行ラインに追従させるために、これらの差が０に近づくような操舵角を目標操舵角として求めればよい。そこで、前方注視点距離Ｌｄにおける目標走行ラインと自車位置との差である横変位ｙＬｄに対して、横変位ｙＬｄの変化速度である横速度ｙ'Ｌｄを考える。横変位ｙＬｄが減少するよう横速度ｙ'Ｌｄの制御をおこなえば、横変位ｙＬｄは０に近づくので、式(２)を満たすよう横速度ｙ'Ｌｄの制御をすればよい。
【００４３】
ｙ'Ｌｄ＝−λ・ｙＬｄ      (２)
【００４４】
ただし、
ｙ'Ｌｄ：前方注視点における横速度
ｙＬｄ：前方注視点における目標走行ラインとの横変位
λ：正の値をとるｙＬｄ減衰特性パラメータであり、大きくするほど制御の応答性は速くなるが不安定となる傾向にある
【００４５】
ここで、高規格幹線道路を走行中であることを前提とすると、下記の条件が成り立つ。
１）横方向速度は、縦方向速度に比べ、十分小さい。
２）縦方向加速度は、無視できるほど小さい。
３）目標走行ラインと車両方向との差は十分小さい。
４）ヨーレートγsは十分小さい。
【００４６】
車両の２輪モデルに１）から４）の条件を適用すると、横速度ｙ'Ｌｄは式(３)で表される。
【００４７】
【数１】
0006012824.tif 000002
【００４８】
ここで、
Ｌｆ：重心−前車輪軸間距離
Ｌｒ：重心−後車輪軸間距離
Ｃｆ：前輪サイドフォース・スティフネス
Ｃｒ：後輪サイドフォース・スティフネス
である。
【００４９】
よって、横速度である式(３)を式(２)に代入して、目標舵角θｔｇの式に整理すると式(４)が得られる。
【００５０】
【数２】
0006012824.tif 000003
【００５１】
Ｖｓ：速度信号(車速Ｖ)
【００５２】
最後に、式(４)において、係数ｋ１〜ｋ３を式(５)〜式(７)のようにおくと、式(８)が得られる。
【００５３】
【数３】
0006012824.tif 000004
【００５４】
θtg＝ｋ１・ｙＬｄ＋ｋ２・ｅＬｄ−ｋ３・γs      (８)
【００５５】
ここで、
θtg：目標操舵角(目標車両状態量)
ｋ１〜ｋ３：係数
ｙＬｄ：前方注視点距離における横変位
ｅＬｄ：前方注視点距離における目標走行ライン傾き
γs：ヨーレート
【００５６】
係数ｋ１〜ｋ３に含まれる値について、Ｌｆ，Ｌｒは重心−車輪軸間距離のため車両毎に決まった値であるが、Ｃｆ，Ｃｒはタイヤの摩擦力に関する値であり路面状態やタイヤ等により変化しλも制御応答に関する値のため状況に応じて変化させるのがよい。さらに、ｋ１，ｋ３には車速Ｖを示す速度信号Ｖｓも含まれており、Ｌｄも車速に応じて変更するとよいので、係数ｋ１〜ｋ３は車両状態量に応じて変更するとよく、特に、操舵角変化に対する車両挙動変化への影響が大きい車速や、低μ路では操舵角制御の応答を抑える必要がありＣｆ，Ｃｒへの影響が大きい路面摩擦係数に応じて変更するとよい。
【００５７】
目標ヨーレートγｔｇ、目標横加速度Ｇｔｇ、目標路面反力Ｔｒｔｇは下記の式(９)〜式(１１)より求められる。
【００５８】
【数４】
0006012824.tif 000005
【００５９】
ここで、
Ａ：スタビリティファクタ
Ｌ：ホイールベース
Ｋalign：規範路面反力勾配で、タイヤ特性の線形領域における「操舵角と路面反力の比率」
である。
【００６０】
図５に車速信号Ｖｓに対する規範路面反力勾配(路面反力／操舵角)Ｋalignの関係を示す。図５は車速信号Ｖｓが小さい場合、規範路面反力勾配Ｋalignは小さく、車速信号Ｖｓが大きくなるに従って規範路面反力勾配Ｋalignは大きくなることを示している。これらＡ、Ｌ、Ｋalignは車両固有のパラメータである。そのため、目標ヨーレートγｔｇ、目標横加速度Ｇｔｇ、目標路面反力Ｔｒｔｇはセンサ等を追加することなく目標操舵角θｔｇから容易に計算することができる。
【００６１】
フィードバック制御型トルク演算部２０６は、目標車両状態量演算部２０５によって求めた目標車両状態量Ｐｔｇに対して、センサ信号Ｐｓのフィードバック制御により、フィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢを演算し、目標トルク設定部２０８に出力する。
ここで、
目標車両状態量Ｐｔｇを目標操舵角θｔｇとした場合は、センサ信号Ｐｓを操舵角信号θs、
目標車両状態量Ｐｔｇを目標ヨーレートγｔｇとした場合は、センサ信号Ｐｓをヨーレート信号γs、
目標車両状態量Ｐｔｇを目標横加速度Ｇｔｇとした場合は、センサ信号Ｐｓを横加速度信号Ｇｓ、
目標車両状態量Ｐｔｇを目標路面反力トルクＴｒｔｇとした場合は、センサ信号Ｐｓを路面反力トルク信号Ｔｒｓ、
とすればよい。
【００６２】
目標車両状態量Ｐｔｇに対するセンサ信号Ｐｓのフィードバック制御はＰＩＤ制御により実現することができ、以下の式(１２)、式(１３)より演算される。式(１２)は目標車両状態量Ｐｔｇとセンサ信号Ｐｓの偏差ｅ、式(１３)はＰＩＤ制御によりフィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢを算出する式である。
【００６３】
【数５】
0006012824.tif 000006
【００６４】
ここで、
Ｋｐ：比例制御ゲイン、
Ｋｉ：積分制御ゲイン、
Ｋｄ：微分制御ゲイン
である。また、操舵角が急変するのは望ましくないため、目標車両状態量Ｐｔｇとセンサ信号Ｐｓの偏差ｅに上限値を設けても良い。
【００６５】
フィードフォワード制御型トルク演算部２０７は、目標車両状態量演算部２０５によって求めた目標車両状態量Ｐｔｇと走行車速を示す速度信号Ｖｓから、フィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦを演算し、目標トルク設定部２０８に出力する。
フィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦは、下記の式(１４)〜(１７)の式で表される。
目標車両状態量Ｐｔｇを目標操舵角θｔｇとした場合は式(１４)、
目標車両状態量Ｐｔｇを目標ヨーレートγｔｇとした場合は式(１５)、
目標車両状態量Ｐｔｇを目標横加速度Ｇｔｇとした場合は式(１６)、
目標車両状態量Ｐｔｇを目標路面反力Ｔｒｔｇとした場合は式(１７)、
で表される。
【００６６】
【数６】
0006012824.tif 000007
【００６７】
目標トルク設定部２０８は、
フィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢと、
フィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦ
を適切に足し合わせ、目標トルク信号Ｔｔｇとして電動パワーステアリング制御装置１００に出力する。ここで、目標トルク信号Ｔｔｇに対するフィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢの割合をα＿ＦＢとする。従って、目標トルク信号Ｔｔｇは式(１８)で表される。
【００６８】
【数７】
0006012824.tif 000008
【００６９】
図６は目標トルク設定部２０８の処理内容を示すフローチャートである。
図６において、まず、ステップＳ１０１にて、横変位ｙＬｄが横変位閾値ｙＬｄ＿ｔｈを超えたかどうかを判断し、横変位ｙＬｄが横変位閾値ｙＬｄ＿ｔｈを超えた場合は、ステップＳ１０２に進む。横変位ｙＬｄが横変位閾値ｙＬｄ＿ｔｈ以下の場合はステップＳ１０８に進む。これにより、横変位ｙＬｄが閾値以下の時は自車両の走行車線からの逸脱傾向が小さいと判断し、フィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢよりもフィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦの比率を高めた目標トルクＴｔｇとすることでドライバとの干渉を防ぐことができる。
【００７０】
ステップ１０２では、目標走行ライン傾きｅＬｄが目標走行ライン傾き閾値ｅＬｄ＿ｔｈを超えたかどうかを判断し、目標走行ライン傾きｅＬｄが目標走行ライン傾き閾値ｅＬｄ＿ｔｈを超えた場合は、ステップ１０３に進む。目標走行ライン傾きｅＬｄが目標走行ライン傾き閾値ｅＬｄ＿ｔｈ以下の場合はステップＳ１０８に進む。これにより、目標走行ライン傾きｅＬｄが閾値以下の時は自車両の走行車線からの逸脱傾向が小さいと判断し、フィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢよりもフィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦの比率を高めた目標トルクＴｔｇとすることでドライバとの干渉を防ぐことができる。
【００７１】
ステップＳ１０３では、車速(信号)Ｖｓが車速閾値Ｖｓ＿ｔｈ未満かどうかを判断し、車速Ｖｓが車速閾値Ｖｓ＿ｔｈ以上の場合は、ステップＳ１０８に進む。車速Ｖｓが車速閾値Ｖｓ＿ｔｈ未満の場合は、ステップ１０４に進む。車速が高い場合には、操舵角の変化に対する車両挙動の変化率が大きいため、センサ信号Ｐｓの精度によってフィードバック制御を使用できる車速範囲は限定される。そのため、車速Ｖｓが閾値以上の時は、フィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢよりもフィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦの比率を高めた目標トルクＴｔｇとすることで車両の挙動が不安定になることを防ぐことができる。
【００７２】
ステップＳ１０４では、走行路認識率ｒｓが走行路認識率閾値ｒｓ＿ｔｈを超えたかどうかを判断し、走行路認識率ｒｓが走行路認識率閾値ｒｓ＿ｔｈを超えた場合は、ステップＳ１０５に進む。走行路認識率ｒｓが走行路認識率閾値ｒｓ＿ｔｈ以下の場合は未満の場合はステップＳ１０８に進む。走行路認識率が低い場合には、白線情報のばらつきが大きいため、フィードバック制御により演算した目標トルクを使用すると、ドライバへの干渉頻度が高くなる。そのため、走行路認識率ｒｓが閾値以下の時は、フィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢよりもフィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦの比率を高めた目標トルクＴｔｇとすることでドライバとの干渉頻度を低く抑えることができる。
【００７３】
ステップＳ１０５では、操舵トルクＴｓが操舵トルク閾値ｒｓ＿ｔｈ未満かどうかを判断し、操舵トルクＴｓが操舵トルク閾値Ｔｓ＿ｔｈ以上の場合は、ステップＳ１０８に進む。操舵トルクＴｓが操舵トルク閾値Ｔｓ＿ｔｈ未満の場合はステップＳ１０６に進む。操舵トルクＴｓ以上の場合は、ドライバとの干渉が大きいと判断できるため、操舵トルクＴｓが閾値以上の時はフィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢよりもフィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦの比率を高めた目標トルクＴｔｇとすることでドライバとの干渉を防ぐことができる。
【００７４】
そしてステップＳ１０６では、ドライバにより切替可能な例えば図３に示したモード切替スイッチＳＷの状態が第１のモードであるか第２のモードであるかを判断し、第１のモードである場合には、ステップＳ１０７に進み、第２のモードである場合にはステップＳ１０８に進む。これにより、ドライバの意志によって、フィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢよりもフィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦの比率を高めた目標トルクに切り替えることができ、ドライバとの干渉を防ぐことができる。
【００７５】
ステップＳ１０７では、目標トルク信号Ｔｔｇに対するフィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢの割合α＿ＦＢを０．５より大きい値として目標トルク信号Ｔｔｇを出力する。つまり、フィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦよりもフィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢの比率を高く設定した目標トルク信号Ｔｔｇを出力する。
【００７６】
ステップＳ１０７では、目標トルク信号Ｔｔｇに対するフィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢの割合α＿ＦＢを０．５より小さい値として目標トルク信号Ｔｔｇを出力する。つまり、フィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢよりもフィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦの比率を高く設定した目標トルクＴｔｇを出力する。
【００７７】
なお図６において、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６は必ずしも全ての条件に基づいて目標トルク信号Ｔｔｇに対するフィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢの割合α＿ＦＢを決める必要はなく、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６のいずれか１つ、または複数のステップの条件に従って割合α＿ＦＢを決めればよい。
またここで、割合α＿ＦＢとは、
目標トルクＴｔｇ＝
目標トルクＴｔｇ＿ＦＢ×ａ％＋目標トルクＴｔｇ＿ＦＦ×ｂ％
但し、ａ＋ｂ＝１００％
として目標トルクＴｔｇを設定する際のａ％を示す。
【００７８】
なお、電動パワーステアリング制御装置１００、操舵角検出部５、ヨーレート検出部１３、横加速度検出部１４、さらに操舵トルク検出部であるトルクセンサ６、走行車速検出部１１、カメラユニット１２、が車両状態量検出部を構成する。
また、フィードバック制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＢが第１の第１の操舵トルクに相当し、フィードフォワード制御型目標トルク信号Ｔｔｇ＿ＦＦが第２の操舵トルクに相当する。
【００７９】
以上、本実施の形態によると、横変位が縮小するように制御された横速度に基づいて目標操舵角を算出することで簡易な制御で横変位を目標走行ラインに収束させることができる車両用操舵装置において、車両状態量や目標走行ラインと自車両との相対位置に応じてフィードバック制御とフィードフォワード制御を使い分けることで、ドライバ操舵との干渉の発生や車両の挙動が不安定になることを防ぐことができる。
【００８０】
また、以上においてはこの発明を特定の実施の形態について詳細に説明したが、この発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内にて他の種々の実施の形態が可能であることは当業者にとって明らかである。
【符号の説明】
【００８１】
１  ステアリング機構、２  ハンドル、３  ステアリング軸、４  ピニオンギア、
５  操舵角検出部、６  トルクセンサ、７  アシストモータ、８  モータギア、
９  ラック軸、１０  タイヤ、１１  走行車速検出部、１２  カメラユニット、
１３  ヨーレート検出部、１４  横加速度検出部、
１００  電動パワーステアリング制御装置、１０１  操舵アシスト電流演算部、
１０２  車線維持電流演算部、１０３  印加電圧演算部、
１０４  路面反力トルク演算部、２００  車線維持制御装置、
２０１  走行路認識部、２０２  目標走行ライン設定部、
２０３  横変位演算部、２０４  目標走行ライン傾き演算部、
２０５  目標車両状態量演算部、２０６  フィードバック制御型トルク演算部、
２０７  フィードフォワード制御型トルク演算部、２０８  目標トルク設定部、
ＳＷ  モード切替スイッチ。
【要約】
【課題】横変位が縮小するように制御された横速度に基づいて目標操舵角を算出することで簡易な制御で横変位を目標走行ラインに収束させる車両用操舵装置において、ドライバ操舵との干渉の発生や車両の挙動が不安定になることを防ぐことのできる車両用操舵装置および車両操舵制御方法を提供する。
【解決手段】目標車両状態量のフィードバック制御とフィードフォワード制御を使い分け、横変位、目標走行ラインの傾き、車速、走行路認識率、操舵トルクのそれぞれの閾値との比較、操作スイッチの切替え等に従って、目標トルク信号に対するフィードバック制御型目標トルク信号とフィードフォワード制御型目標トルク信号の割合を変えて目標トルクを設定する。
【選択図】図６【図１】
0006012824.tif 000009
【図２】
0006012824.tif 000010
【図３】
0006012824.tif 000011
【図４】
0006012824.tif 000012
【図５】
0006012824.tif 000013
【図６】
0006012824.tif 000014
【図７】
0006012824.tif 000015