JP5301877B2

JP5301877B2 - 車両用操舵制御装置

Info

Publication number: JP5301877B2
Application number: JP2008130369A
Authority: JP
Inventors: 聡近藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-05-19
Also published as: JP2009274688A

Description

この発明は車両用操舵制御装置に関し、より具体的には車線（走行レーン）に沿って走行するように自車の挙動を制御する車線維持制御を行なうとき、ステアリングホイールの反力を最適に付与するようにした装置に関する。

車線に沿って走行するように自車の走行を制御する車線維持制御の例としては本出願人が提案した下記の特許文献１記載の技術が知られている。

特許文献１記載の技術にあっては、自車前方の走行路を撮像して得られた画像から走行路の中心線を求めて曲率を算出すると共に、中心線からの距離のずれを示す横ずれ量と角度のずれを示す偏向角を算出し、曲率から自車のコーナリング力に釣り合わせるための基本アシストトルクを算出する一方、横ずれ量と偏向角とから走行路の中心線に沿って走行するための補正アシストトルクを算出し、乗員の操舵トルクを検出して算出される操舵アシストトルクをそれらに加算して電動モータへの操作量を決定している。

また、特許文献２記載の技術にあっては、左右の前輪の駆動力または制動力の差に起因して発生する、ハンドルを取られるようなステアリングホイールの挙動を抑制する操舵反力制御装置を開示する。
特開２００６−２６４４０５号公報特開２００２−３７０６５７号公報

特許文献１記載の技術においては、例えば曲率の大きいカーブを旋回中に車線維持制御が中止されると、セルフアライニングトルクによってステアリングホイールが急峻に中立位置に戻って乗員に違和感を与えることがあった。

尚、特許文献２記載の技術は、そのようなステアリング挙動を抑制するために曲率が大きくなるにつれて操舵反力の抑制量が増加するように構成しているが、それ以上の構成を開示するものではなかった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、車線維持制御が中断されるときもセルフアライニングトルクによるステアリングホイールの急峻な中立位置への戻りを抑制するようにした車両用操舵制御装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、自車の操舵車輪を転舵するアクチュエータと、乗員によってステアリングホイールを介して入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記検出された操舵トルクに応じて所定の特性に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御を行なう操舵アシスト制御手段と、前記ステアリングホイールの操舵速度に応じて前記ステアリングホイールに反力を付与する操舵反力制御手段と、所定の時間間隔で自車の進行方向を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて自車の前記進行方向の走行可能領域を認識する走行可能領域認識手段と、前記走行可能領域内で自車から所定距離前方に目標点を設定する目標点設定手段と、前記設定された目標点を自車が通過するように自車の走行を制御する走行制御手段と、前記操舵アシスト制御手段の操作量と前記操舵反力制御手段の操作量と前記走行制御手段の操作量に基づいて前記アクチュエータに供給すべき操作量を算出する操作量算出手段とを備えた車両用操舵制御装置において、前記撮像手段によって撮像された画像内の前記走行可能領域に設定された前記目標点に到達するために必要な前記走行制御手段の出力である自車の運動パラメータを算出する運動パラメータ算出手段と、前記算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように前記操舵反力制御手段の操作量を補正する操舵反力補正手段とを備える如く構成した。

請求項２に係る車両用操舵制御装置にあっては、前記操舵反力補正手段は、前記操舵トルクが増加するにつれて前記操舵反力操作量を補正する補正量を減少させる如く構成した。

請求項１にあっては、検出された操舵トルクに応じて所定の特性に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御手段の操作量と、ステアリングホイールの操舵速度に応じてステアリングホイールに反力を付与する操舵反力制御手段の操作量と、さらに走行路の目標点を通過するように自車の走行を制御する走行制御手段の操作量に基づいてアクチュエータに供給すべき操作量を算出する車両用操舵制御装置において、撮像手段によって撮像された画像内の走行可能領域に設定された目標点に到達するために必要な走行制御手段の出力である自車の運動パラメータを算出し、算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように操舵反力制御手段の操作量を補正する如く構成したので、走行可能領域内で前方に設定された目標点を通過するように自車の走行を制御する走行制御、即ち、車線維持制御が中断されるときも、セルフアライニングトルクによるステアリングホイールの急峻な中立位置への戻りを抑制することができ、よって乗員に違和感を与えることがない。

請求項２に係る車両用操舵制御装置にあっては、操舵トルクが増加するにつれて操舵反力操作量を補正する補正量を減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、乗員の操作との干渉を防止することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る車両用操舵制御装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１はこの発明の実施例に係る車両用操舵制御装置を全体的に示す概略図である。

以下説明すると、自車（車両）１０において運転席１２に配置されたステアリングホイール１４は、ステアリングシャフト１６に連結される。ステアリングシャフト１６は、ユニバーサルジョイント１８，２０を介してコネクティングシャフト２２に連結される。

コネクティングシャフト２２は、ラック・ピニオン型のステアリングギア２４のピニオン２６に連結される。ピニオン２６はラック２８に噛合しており、よってステアリングホイール１４から入力された回転運動はピニオン２６を介してラック２８の往復運動に変換され、フロントアクスルの両端に配置されたタイロッド（ステアリングロッド）３０およびキングピン（図示せず）を介して２個の前輪（操舵車輪）３２を所望の方向に転舵させる。

ラック２８上には同軸にＥＰＳモータ（電動モータ。アクチュエータ）３８およびボールねじ機構４０が配置され、モータ出力はボールねじ機構４０を介してラック２８の往復運動に変換され、ステアリングホイール１４を介して入力された操舵力（操舵トルク）を減少させる方向にラック２８を駆動する。

ステアリングギア２４の付近にはトルクセンサ４２が設けられ、乗員が入力した操舵力（操舵トルク）の方向と大きさに応じた信号を出力する。また、ステアリングシャフト１６の付近にはロータリエンコーダなどからなる舵角センサ４４が設けられ、乗員が入力した操舵角度（舵角。より詳しくは前輪舵角）の方向と大きさに応じた信号を出力する。

２個の前輪３２の付近にはそれぞれ電磁ピックアップなどからなる車輪速センサ４６が配置されて前輪１回転ごとに信号を出力すると共に、２個の後輪（図示せず）の付近にも同種構造の車輪速センサがそれぞれ配置されて後輪１回転ごとに信号を出力する。尚、自車１０において内燃機関（図示せず）は前輪側に配置されていることから、前輪３２を駆動輪、後輪を従動輪とする。

運転席１２のルーフ（図示せず）の付近には、ＣＣＤカメラ５４が取りつけられる。ＣＣＤカメラ５４は自車１０の進行方向を撮像して所定の時間間隔（例えば１００ｍｓｅｃ）で撮像信号を出力する。ＣＣＤカメラ５４の出力はマイクロコンピュータからなる画像処理ＥＣＵ５６に送られ、走行路の車線（走行レーン）の区分線（白線）が抽出される。

また、自車１０のフロントバンパの付近の適宜位置にはレーザレーダ５８が設けられる。レーザレーダ５８は自車１０の進行方向に向けて所定の間隔でレーザ光（電磁波（搬送波））を送信し、自車１０の前方の車両（他車）などの物体にレーザ光を反射させて得た反射波を受信することにより、物体を検知する。

レーザレーダ５８の出力は、マイクロコンピュータからなるレーダ出力処理ＥＣＵ（電子制御ユニット）６０に送られる。レーダ出力処理ＥＣＵ６０は、レーザ光を発射してから反射光を受信するまでの時間を測定して物体までの相対距離（相対位置）を算出し、さらに相対距離を微分することで物体との相対速度を求める。

この出願に係る車両用操舵制御装置は、同様にマイクロコンピュータからなるＬＫＡＳ制御ユニット（電子制御ユニット（Electronic Control Unit））６４を備え、画像処理ＥＣＵ５６および前記したトルクセンサ４２の出力などはＬＫＡＳ制御ユニット６４に入力される。

また、この装置は同様の電子制御ユニットからなるＥＰＳ制御ユニット６６を備える。前記したトルクセンサ４２および車輪速センサ４６の出力はＥＰＳ制御ユニット６６にも入力される。

ＬＫＡＳ制御ユニット６４とＥＰＳ制御ユニット６６は信号線６８を介して相互に通信可能に接続される。ＬＫＡＳ制御ユニット６４は後述の如く、車線維持用（レーンキーピング用）の操舵アシストトルクを演算し、ＥＰＳ制御ユニット６６に送信する。

ＥＰＳ制御ユニット６６は、後述するように、乗員により入力された操舵トルクが検出されるときはそれに応じて操舵アシストトルクを演算すると共に、ステアリングホイール１４に操舵反力を付与するため操舵アシストトルクを演算し、それらを車線維持用の操舵アシストトルクに加減算してＥＰＳモータ３８に供給すべき電流指令値を決定する。

ＥＰＳ制御ユニット６６には、モータ駆動回路７０が接続される。モータ駆動回路７０は４個のパワーＦＥＴスイッチング素子からなる公知のブリッジ回路（図示せず）を備え、ＦＥＴスイッチング素子のオン・オフによってＥＰＳモータ３８が正転あるいは逆転する。

ＥＰＳ制御ユニット６６は、モータ制御電流をデューティ比（ＰＷＭによるデューティ比）で決定し、モータ駆動回路７０に出力する。より具体的には、ＥＰＳ制御ユニット６６はＦＥＴスイッチング素子をデューティ比制御してモータ通電電流を制御し、ＥＰＳモータ３８を駆動制御する。

また自車１０の重心位置付近にはヨーレートセンサ７２が配置され、車両重心の鉛直（重力）軸回りのヨーレート（回転角速度）に応じた信号を出力する。運転席１２の床面のブレーキペダル（図示せず）にはブレーキセンサ７４が設けられ、乗員のブレーキペダルの踏み込みに応じた信号を出力する。

図２は図１に示す装置の動作を示すブロック図、図３は画像処理ＥＣＵ５６のメモリに生成される、絶対座標系（図示せず）上に重ねられる自車１０の位置を原点とする相対座標系を示す説明図である。図２において破線で囲まれる箇所がＬＫＡＳ制御ユニット６４の動作を、残余がＥＰＳ制御ユニット６６の動作を示す。

ＬＫＡＳ制御ユニット６４は画像処理ＥＣＵ５６で検出された走行路のレーン（車線）の区分線（白線）から、図３に示す如く、自車１０の前方に所定の時間Ｔｍ（例えば２ｓｅｃ）と車速Ｖを乗算して得た距離Ｌｍとなる箇所のレーン中心線ｙｃ上に前方注視点Ｃｍを設定し、レーン中心線ｙｃに沿って設定された前方注視点Ｃｍに至る走行経路の曲率を算出すると共に、レーン中心線ｙｃからの横ずれ量ｙｄを算出する。

次いでＬＫＡＳ制御ユニット６４は、算出された曲率に所定のフィードフォワードゲインＫｆを乗じて基本アシストトルクを算出すると共に、ＦＢコントローラ６４ａにおいて横ずれ量ｙｄが減少するようにフィードバック制御則を用いて補正アシストトルクを算出する。

算出された基本アシストトルクと補正アシストトルクは加算段６４ｂで加算された後、ＥＰＳモータ３８への電流指令値に変換される。この電流指令値は車線（走行レーン）維持制御の電流指令値であり、ＣＣＤカメラ５４と画像処理ＥＣＵ５６によって撮像された画像に基づいて自車１０の進行方向で認識された走行可能領域内で自車から所定距離Ｌｍ前方に前方注視点（目標点）Ｃｍを設定し、設定された前方注視点Ｃｍを自車１０が通過するように自車１０の走行を制御する走行制御手段の操作量に相当する。

ＥＰＳ制御ユニット６６はトルクセンサ４２によって検出された操舵トルクでアシストマップ６６ａを検索して操舵アシストトルクを算出し、算出値を操舵アシスト電流を示すモータ電流指令値に変換する。

このモータ電流指令値が、乗員によってステアリングホイール１４を介して入力された操舵トルクに応じて所定の特性（アシストマップ６６ａに示す特性）に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御を行なう操舵アシスト制御手段の操作量に相当する。変換された操舵アシスト電流指令値は、加算段６６ｂで車線維持制御の電流指令値に加算される。

加算された電流指令値は加算段６６ｃとモータ駆動回路７０（図２で図示省略）を介してＥＰＳモータ３８に供給され、ＥＰＳモータ３８を回転させる。ＥＰＳモータ３８の回転はＥＰＳギヤボックス（ねじ機構４０とラック２８）を介して自車（車両）１０に伝達される（ステアリングホイール１４を回転させる）。

また、ＥＰＳモータ３８の回転角は回転数センサ（図１と図２で図示省略）を介して検出され、図２の上部に示す如く、検出値の微分値が算出されてモータ回転速度（ステアリングホイール１４の回転速度）が算出される。

ＥＰＳ制御ユニット６６は、算出されたモータ回転速度にダンピングゲインＫｄｍｐを乗じ、よって得た積を電流指令値、より具体的にはダンピング電流指令値に変換し、加減算段６６ｃでモータ電流指令値から減算する。即ち、ＥＰＳ制御ユニット６６は、ダンピング電流指令値を減算したモータ電流指令値をＥＰＳモータ３８に供給する。このようにＥＰＳ制御ユニット６６は、操舵アシスト制御手段の操作量と操舵反力制御手段の操作量と走行制御手段の操作量に基づいてＥＰＳモータ３８に供給すべき操作量を算出する。

このダンピング電流指令値が、ステアリングホイール１４の操舵速度に応じてステアリングホイール１４に反力を付与する操舵反力制御手段の操作量に相当する。この制御は、車線維持制御を行なうとき、ステアリングホイール１４の回転速度に比例した操作量（粘性項）として自車１０の挙動を安定させるためである。

この実施例において特徴的なことは、上記したダンピング電流指令値を算出（補正）し、車線維持制御が中断されるときもセルフアライニングトルクによるステアリングホイール１４の急峻な中立位置への戻りを抑制するようにしたことにある。

即ち、曲率の大きいカーブを旋回中に車線維持制御が中止されると、セルフアライニングトルクによってステアリングホイール１４が急峻に中立位置に戻って乗員に違和感を与えることがあるが、それを防止するようにした。尚、「セルフアライニングトルク」は、ステアリングホイール１４を操舵して車輪に切れ角が生じた際、路面と車輪に生じる横力（旋回時に車輪を中立位置に戻そうとする力）を意味する。

そのため、この実施例においては、前記した前方注視点Ｃｍに至る走行軌跡により求まる横加速度（あるいはヨーレート）に応じたステアリングホイール１４の戻りとなるように、ステアリングホイール１４のダンピング電流指令値を算出するようにした。

図４はその処理を示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１０において画像処理ＥＣＵ５６から出力される画像を取得し、Ｓ１２において自車１０の車速Ｖなどの車両情報を取得し、Ｓ１４に進み、前記したように前方注視点Ｃｍを設定する。ここまでの処理は車線維持制御を行なう走行制御手段の処理と同様である。

次いでＳ１６に進み、前方注視点Ｃｍに到達するための運動パラメータ、具体的には横加速度を算出する。図３の左側にその算出式を示す。即ち、前方注視点Ｃｍと自車１０の位置関係から求められる位置ＹｌとＬｍから、自車１０が旋回するときに自車１０に作用する横加速度、より具体的には目標加速度を算出する。

図４の説明に戻ると、次いでＳ１８に進み、算出された目標横加速度からテーブル６６ｄ（図２）を検索してダンピングゲインＫｄｒｒを算出する。図５にテーブル６６ｄの特性を示す。

次いでＳ２０に進み、トルクセンサ４２で検出された操舵トルクからテーブル６６ｅ（図２）を検索して係数ｒａｔｉｏを算出し、算出された係数ｒａｔｉｏを乗算段６６ｆ（図２）でダンピングゲインＫｄｒｒに乗じてダンピングゲインＫｄｒｒを補正する。これは、算出されるダンピング電流指令値が操舵アシスト電流よりも大きめに設定されて乗員が違和感を生じることがないようにするためである。図６にテーブル６６ｅの特性を示す。

次いでＳ２２に進み、図示の式に従ってダンピング電流指令値を算出する。即ち、前記したモータ回転速度にダンピングゲインＫｄｍｐを乗じて得た積に、新たにダンピングゲインＫｄｒｒを乗じてダンピング電流指令値を最終的に算出（あるいは補正）する。

上記を敷衍すると、過度のアンダーステアやオーバーステアが発生していない場合、自車１０には横加速度に比例したセルフアライニングトルクが発生するので、横加速度を算出することで現在のセルフアライニングトルクを推定することができる。

従って、それに応じてダンピングゲインＫｄｒｒを算出してモータ回転速度とダンピングゲインＫｄｍｐの積に乗算することで、ダンピング電流指令値をセルフアライニングトルクに応じて算出することができ、例えば急なカーブを走行中に車線維持制御を中断した場合、ステアリングホイール１４が急峻に中立に戻るのを抑制することができ、乗員が違和感を生じるのを防止することができる。

また、車線維持制御が実行されない場合においても、自車１０の旋回挙動に応じたダンピングゲインＫｄｒｒを設定することで、乗員が不注意で旋回中に操舵力を弱めてしまったときでも、ステアリングホイール１４の戻りが、操舵アシストトルクに対してゆっくりした動きとすることができ、同様に乗員が違和感を生じるのを防止することができる。

このように、この実施例においては、前方注視点（目標点）Ｃｍに到達するために必要な自車１０の目標横加速度（運動パラメータ）を算出し、算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように操舵反力制御手段の操作量を補正する如く構成したので、車線維持制御が中断されるときもセルフアライニングトルクによるステアリングホイール１４の急峻な中立位置への戻りを抑制することができ、よって乗員に違和感を与えることがない。

また、図６に示す如く、操舵トルクが増加するにつれて係数ｒａｔｉｏを減少させ、よって操舵反力操作量を補正する補正量、即ち、ダンピングゲインＫｄｒｒを減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、乗員の操作との干渉を防止することができる。

尚、特許文献２記載の技術は、そのようなステアリング挙動を抑制するために曲率が大きくなるにつれて操舵反力の抑制量が増加するように構成しているが、車線維持制御を前提するものではなく、それ以上の構成を開示するものではない。

上記の如く、この実施の形態においては、自車（車両）１０の操舵車輪３２を転舵するアクチュエータ（ＥＰＳモータ）３８と、乗員によってステアリングホイール１４を介して入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段（トルクセンサ４２）と、前記検出された操舵トルクに応じて所定の特性（アシストマップ６６ａ）に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御を行なう操舵アシスト制御手段（ＥＰＳ制御ユニット６６）と、前記ステアリングホイール１４の操舵速度に応じて前記ステアリングホイール１４に反力を付与する操舵反力制御手段（ＥＰＳ制御ユニット６６）と、所定の時間間隔で自車の進行方向を撮像する撮像手段（ＣＣＤカメラ５４、画像処理ＥＣＵ５６）と、前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて自車１０の前記進行方向の走行可能領域を認識する走行可能領域認識手段（ＬＫＡＳ制御ユニット６４）と、前記走行可能領域内で自車１０から所定距離Ｌｍ前方に目標点（前方注視点）Ｃｍを設定する目標点設定手段（ＬＫＡＳ制御ユニット６４）と、前記設定された目標点を自車１０が通過するように自車１０の走行を制御する走行制御手段（ＬＫＡＳ制御ユニット６４）と、前記操舵アシスト制御手段の操作量と前記操舵反力制御手段の操作量と前記走行制御手段の操作量に基づいて前記アクチュエータに供給すべき操作量を算出する操作量算出手段（ＥＰＳ制御ユニット６６）とを備えた車両用操舵制御装置において、前記撮像手段によって撮像された画像内の前記走行可能領域に設定された前記目標点に到達するために必要な前記走行制御手段の出力である自車の運動パラメータ（横加速度、より具体的には目標横加速度）を算出する運動パラメータ算出手段（ＥＰＳ制御ユニット６６，Ｓ１０からＳ１６）と、前記算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように前記操舵反力制御手段の操作量を補正、より具体的には運動パラメータが増加するにつれて増加するように設定されるダンピングゲインＫｄｒｒを乗じて前記操舵反力制御手段の操作量を補正する操舵反力補正手段（ＥＰＳ制御ユニット６６，Ｓ１８からＳ２２）とを備える如く構成した。

また、前記操舵反力補正手段は、前記操舵トルクが増加するにつれて前記操舵反力操作量を補正、より具体的には操舵トルクが増加するにつれて減少するように設定される係数ｒａｔｉｏをダンピングゲインＫｄｒｒに乗じて前記操舵反力操作量を補正する補正量を減少させる（ＥＰＳ制御ユニット６６，Ｓ２０）如く構成した。

尚、上記において運動パラメータとして横加速度を示したが、ヨーレートであっても良い。

また、ダンピングゲインＫｄｒｒを乗算項として示したが、加減算項であっても良い。

この発明の実施例に係る車両用操舵制御装置を全体的に示す概略図である。図１に示す装置の動作を示すブロック図である。図１の画像処理ＥＣＵのメモリに生成される、絶対座標系上に重ねられる自車の位置を原点とする相対座標系を示す説明図である。図２ブロック図のダンピング電流の算出処理を示すフロー・チャートである。図４フロー・チャートの処理で使用されるダンピングゲインの特性を示す説明グラフである。図４フロー・チャートの処理で使用されるダンピングゲインの補正項の特性を示す説明グラフである。

符号の説明

１０自車（車両）、１４ステアリングホイール、３２前輪（操舵車輪）、３８ＥＰＳモータ（電動モータ。アクチュエータ）、４４舵角センサ、４６車輪速センサ、５４ＣＣＤカメラ、５６画像処理ＥＣＵ、６４ＬＫＡＳ制御ユニット、６６ＥＰＳ制御ユニット、７２ヨーレートセンサ

Claims

自車の操舵車輪を転舵するアクチュエータと、乗員によってステアリングホイールを介して入力された操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記検出された操舵トルクに応じて所定の特性に従って乗員の操舵をアシストするための操舵アシスト制御を行なう操舵アシスト制御手段と、前記ステアリングホイールの操舵速度に応じて前記ステアリングホイールに反力を付与する操舵反力制御手段と、所定の時間間隔で自車の進行方向を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によって撮像された画像に基づいて自車の前記進行方向の走行可能領域を認識する走行可能領域認識手段と、前記走行可能領域内で自車から所定距離前方に目標点を設定する目標点設定手段と、前記設定された目標点を自車が通過するように自車の走行を制御する走行制御手段と、前記操舵アシスト制御手段の操作量と前記操舵反力制御手段の操作量と前記走行制御手段の操作量に基づいて前記アクチュエータに供給すべき操作量を算出する操作量算出手段とを備えた車両用操舵制御装置において、前記撮像手段によって撮像された画像内の前記走行可能領域に設定された前記目標点に到達するために必要な前記走行制御手段の出力である自車の運動パラメータを算出する運動パラメータ算出手段と、前記算出された運動パラメータが増加するにつれて増加するように前記操舵反力制御手段の操作量を補正する操舵反力補正手段とを備えたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
前記操舵反力補正手段は、前記操舵トルクが増加するにつれて前記操舵反力操作量を補正する補正量を減少させることを特徴とする請求項１記載の車両用操舵制御装置。