JP2015202760A

JP2015202760A - 操舵制御装置

Info

Publication number: JP2015202760A
Application number: JP2014082592A
Authority: JP
Inventors: 光弘小峰; Mitsuhiro Komine
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2014-04-14
Publication date: 2015-11-16
Anticipated expiration: 2034-04-14
Also published as: JP6486605B2

Abstract

【課題】異なる車型の車両でも同じ位置を走行させることができる操舵制御装置を提供する。
【解決手段】車両に搭載されて車両の進行方向前方の車線情報を取得する車線情報取得部３と、車両の運動情報を取得する運動情報取得部４と、車線情報取得部３が取得した車線情報に基づいて将来の車両の目標位置を算出する目標位置算出部５２と、運動情報取得部４が取得した現在の車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する推定位置算出部５３と、目標位置算出部５２が算出した目標位置を補正する補正部５４と、目標位置と推定位置との差分に基づいて車両の操舵制御を行う操舵制御部５５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵制御を行う操舵制御装置に関する。

従来から、車両の操舵制御行う操舵制御装置がある（例えば、特許文献１参照）。この操舵制御装置は、車両前端部に設置されたカメラにより撮像された車両前方の路面の画像データに基づいて目標位置を算出するとともに、現在の車速及びヨーレートに基づいて予測位置を算出し、この目標位置と予測位置との差分を算出する。そして、この算出した目標操舵角に基づいて操舵制御を行う。

特開２０１３−０２３０５１号公報

ところで、一つの車両製造メーカでは、単一の車型の車両だけでなく異なる車型の車両も製造している。このような場合、コスト低減の観点から異なる車型の車両にも同じ操舵制御装置を搭載する場合がある。

しかしながら、車型の違いによりホイールベースが異なると、カーブ進行中は、アッカーマンジオメトリにより車両の回頭角が異なる。なお、アッカーマンジオメトリとは、遠心力を無視できる低車速で旋回する場合に、車輪に横滑りが生じないためには、各車輪が共通の一点を中心に旋回しなければならないことをいう。車両の回頭角が異なると、カメラの撮像方向が異なるため、カメラで撮像した画像データに基づいて算出される目標位置も異なる。一方、車速及び車両に発生するヨーレートは、車両の回頭角が異なっても同じである。このため、ホイールベースの異なる車両において同じ操舵制御装置を搭載すると、目標位置と推定位置とに差が生じてしまい、同じ位置を走行させることができなくなるという問題がある。

なお、特許文献１には、車両の動特性が変動した場合にも目標位置に安定して走行させるために、車両重量及び前輪のコーナリングパワーを加味して目標操舵角を算出することが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載のものは、車型の異なる車両に対応したものではないため、車型の異なる車両に同じ位置を走行させることができない。

そこで、本発明は、異なる車型の車両でも同じ位置を走行させることができる操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る操舵制御装置は、車両の操舵制御を行う操舵制御装置であって、車両に搭載されて車両の進行方向前方の車線情報を取得する車線情報取得部と、車両の運動情報を取得する運動情報取得部と、車線情報取得部が取得した車線情報に基づいて将来の車両の目標位置を算出する目標位置算出部と、運動情報取得部が取得した現在の車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する推定位置算出部と、目標位置算出部が算出した目標位置を補正する補正部と、目標位置と推定位置との差分に基づいて車両の操舵制御を行う操舵制御部と、を備える。

本発明に係る操舵制御装置では、操舵制御部は、目標位置と推定位置との差分に基づいて操舵制御を行うが、目標位置は、補正部により補正することができる。これにより、車型に応じて目標位置が異なる場合であっても、車型に応じて目標位置を補正することができるため、異なる車型の車両でも同じ位置を走行させることができる。

一実施形態では、記補正部は、車両のホイールベースに応じて目標位置算出部が算出した目標位置を補正してもよい。目標位置は車両のホイールベースによって変わるため、車両のホイールベースに応じて目標位置を補正することで、目標位置の補正精度を高めることができる。

また、一実施形態では、運動情報取得部は、車両の運動情報として速度及びヨーレートを取得してもよい。推定位置は速度及びヨーレートに基づいて算出できるため、車両の運動情報として速度及びヨーレートを取得することで、推定位置を適切に算出することができる。

本発明によれば、異なる車型の車両でも同じ位置を走行させることができる。

実施形態に係る操舵制御装置の概略構成を示すブロック図である。異なる車型の車両の一例を示す概略図である。図２に示す各車両に搭載された撮像装置の撮像方向を示す図である。異なる車型の車両における目標位置のズレ量を説明するための図である。目標操舵角を算出するための制御ロジックを示す図である。操舵制御装置の処理動作を示すフローチャートである。

以下、本実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態に係る操舵制御装置は、運転者が病気等により運転できなくなった場合等に、運転者に代わって、又は、運転者の運転支援として、車両の操舵制御を行うものである。車両操舵制御の態様としては、例えば、現在走行している車線から外れないように車両を当該車線に保持するレーンキープや、現在走行している車線から路肩側の車線への車線変更が挙げられる。なお、以下の説明では、車両操舵制御としてレーンキープを行う場合について説明する。

図１は、実施形態に係る操舵制御装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、実施形態に係る操舵制御装置１は、ステアリングシステム２の回転駆動制御を行うことで車両の操舵制御を行う装置であり、車線情報取得部３と、運動情報取得部４と、制御部５と、を備えている。

ステアリングシステム２は、操舵輪に連結されたギアボックス２１に連結されたステアリングシャフト２２に、運転者が操舵操作を行うステアリングホイール２３が接続されている。そして、回転駆動装置２４によりステアリングシャフト２２を回転駆動可能になっている。回転駆動装置２４は、モータなどの電動機により構成されている。回転駆動装置２４とステアリングシャフト２２とは、遊星歯車等の歯車機構により接続されており、回転駆動装置２４によりステアリングシャフト２２を回転駆動することが可能となっている。

車線情報取得部３は、車両に搭載されて車両の進行方向前方の車線情報を取得するものである。車線情報とは、車線を区画する左右の区画線の情報であって、自車両が走行する車線や当該車線に隣接する車線を区画する左右の区画線の情報である。区画線の情報は、例えば、自車両を中心とした座標軸における区画線の座標情報で表わすことができる。車線情報取得部３の搭載位置は、特に限定されるものではないが、車両の前端部に搭載することで、車両の進行方向前方の車線情報を適切に取得することができる。車線情報取得部３としては、カメラ等の撮像装置や各種レーダを用いることができる。車線情報取得部３として撮像装置を用いる場合、車線情報取得部３は、例えば、当該撮像装置により撮像した画像データを画像解析して区画線を抽出し、この注出した区画線から車両の進行方向前方の車線情報を取得することができる。車線情報取得部３としてレーダを用いる場合、車線情報取得部３は、例えば、当該レーダにより区画線を検出し、この注出した区画線から車両の進行方向前方の車線情報を取得することができる。なお、以下の説明では、車線情報取得部３として撮像装置を用いる場合について説明する。そして、車線情報取得部３は、取得した車線情報を制御部５に送信する。

運動情報取得部４は、車両の運動情報を取得するものである。運動情報取得部４は、運動情報として、速度及び車両に発生しているヨーレートを取得する。なお、運動情報取得部４は、運動情報として、速度及びヨーレート以外の情報を取得してもよい。車速は、例えば、各車輪の回転速度を検出し、各車輪の回転速度から車両の車速を算出することにより求めることができる。ヨーレートは、ヨーレートセンサにより車両に発生しているヨーレートを求めることができる。そして、運動情報取得部４は、取得した運動情報を制御部５に送信する。

制御部５は、車線情報取得部３及び運動情報取得部４から送信された情報に基づいて、ステアリングシステム２の回転駆動装置２４の回転駆動制御を行うものである。このため、制御部５は、自動操舵要否判断部５１と、目標位置算出部５２と、推定位置算出部５３と、補正部５４と、操舵制御部５５と、の機能を備えている。なお、制御部５は、主にＣＰＵ等の演算装置とメモリ等の記憶装置とにより構成されており、予め記憶された様々なプログラムに従って各種制御を行うものである。

自動操舵要否判断部５１は、運転者に代わって、又は、運転者の運転支援として、車両の操舵制御を行うか否かを判断する機能を有する。例えば、運転者が急病等により運転できなくなった場合は、車両の操舵制御を行うものと判断する。運転者が急病等により運転できなくなっているか否かは、例えば、運転席や助手席などに設置した非常ボタンの操作に基づいて判断してもよく、車室内に設置したカメラにより撮像した運転者の顔画像の分析結果に基づいて判断してもよい。

目標位置算出部５２は、車線情報取得部３が取得した車線情報に基づいて将来の車両の目標位置を算出する機能を有する。将来の車両の目標位置とは、所定時間後（τ時間後）の車両の目標位置であって、例えば、５秒後の車両の目標位置とすることができる。目標位置算出部５２は、レーンキープの操舵制御を行う場合は、現在走行している車線の幅方向中央部を目標位置とする。車線変更の操舵制御を行う場合は、現在走行している車線の路肩側に隣接する車線の幅方向中央部を目標位置とする。なお、目標位置は、必ずしも車線の幅方向中央部である必要はなく、左側の区画線側に寄った位置であってもよく、右側の区画線側に寄った位置であってもよい。

推定位置算出部５３は、運動情報取得部４が取得した現在の車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する機能を有する。将来の車両の推定位置とは、将来の車両の目標位置と同様に、所定時間後（τ時間後）の車両の推定位置であって、例えば、５秒後の車両の推定位置とすることができる。

ここで、車両前後方向をｘ軸とし、ｘ軸に直交する方向（車両横方向）をｙ軸とした座標軸を考える。また、車速をＶ、ヨーレートをγ、ｙ軸方向におけるτ秒後の車両の推定位置をｙ_ｔ、ｘ軸方向におけるτ秒後の車両の推定位置ｌ_ｔとする。そして、推定位置算出部５３は、運動情報取得部４から車両の運動情報として車速及びヨーレートを取得すると、次の式（１）及び式（２）を演算することにより、τ秒後の車両の推定位置ｙ_ｔ及び推定位置ｌ_ｔを算出する。なお、この算出した推定位置ｙ_ｔ及び推定位置ｌ_ｔが、τ秒後の車両の推定位置となる。
ｙ_ｔ＝τ^２・Ｖ・γ／２ …（１）
ｌ_ｔ＝τ・Ｖ …（２）

補正部５４は、目標位置算出部５２が算出した目標位置を補正する機能を有する。つまり、目標位置算出部５２が算出する目標位置は車型に応じて異なることから、補正部５４は、車型に応じた目標位置の補正係数を設定し、この設定した補正係数により目標位置算出部５２が算出した目標位置を補正する。

ここで、図２〜図４を参照して、補正部５４による目標位置の補正について説明する。図２は、異なる車型の車両の一例を示す概略図である。図３は、図２に示す各車両に搭載された撮像装置の撮像方向を示す図である。図４は、異なる車型の車両における目標位置のズレ量を説明するための図である。

まず、図２（ａ）に示す車型の車両Ａと、図２（ｂ）に示す車型の車両Ｂと、を考える。車両Ａと車両Ｂとは全長が同じであるが、車両Ａは前１軸×後２軸の３軸車（ＦＲ）、車両Ｂは前２軸×後２軸の４軸車（ＦＷ）となっており、車両ＡのホイールベースＷＢ１よりも車両ＢのホイールベースＷＢ２の方が長くなっている。

カーブ進行中においては、図３に示すように、車両Ａと車両Ｂとで回頭角が異なることから、車両Ａに搭載された撮像装置の撮像方向ａ１と車両Ｂに搭載された撮像装置の撮像方向ｂ１とが異なり、撮像方向ｂ１は撮像方向ａ１よりもカーブの外側を向く。すると、車線の幅方向中央部を目標位置とする場合、車両Ａの撮像装置の撮像方向ａ１から所定時間後における目標位置までの距離ａ２と、車両Ｂの撮像装置の撮像方向ｂ１から所定時間後における目標位置までの距離ｂ２と、が異なり、その結果、車両Ａと車両Ｂとでは、目標位置算出部５２が算出する目標位置が異なってしまう。

一方、車速及びヨーレートは、車両の回頭角が異なっても変わらないため、車両Ａの推定位置算出部５３が算出した推定位置と車両Ｂの推定位置算出部５３が算出した推定位置とは同じとなる。

このため、図４に示すように、目標位置算出部５２が算出した目標位置と推定位置算出部５３が算出した推定位置との間のズレ量εは、車型（特にホイールベース）に応じて異なる。

そこで、補正部５４は、このズレ量εが、車型の違いに依らず一定となるように、車型に応じた目標位置の補正係数を設定する。この補正係数は、予め実験等により求めておくことができる。そして、補正部５４は、このように設定した補正係数により目標位置算出部５２が算出した目標位置を補正する。

操舵制御部５５は、目標位置と推定位置とのズレ量（差分）に基づいて車両の操舵制御を行う機能を有する。つまり、操舵制御部５５は、補正部５４が補正した目標位置と推定位置算出部５３が算出した推定位置とのズレ量に基づいて、車両の操舵制御を行う。

図５は、車両の操舵制御を行うための制御ロジックを示す図である。図５に示すように、操舵制御部５５は、ＰＩ（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｇｒａｌ）制御を行うＰＩ制御部５６と、ステアリングシステム２の回転駆動装置２４の回転駆動制御を行う駆動指令部５７と、を備えている。

ＰＩ制御部５６は、比例制御（Ｐ制御）を行うＰ項５６ａと、積分制御（Ｉ制御）を行うＩ項５６ｂと、を備えている。ＰＩ制御部５６は、目標位置と推定位置とのズレ量に基づくＰＩ制御により目標とするべき操舵角である目標操舵角を算出し、ズレ量が所定の閾値以上である場合に、駆動指令部５７から回転駆動装置２４を回転駆動する指令を出力する。なお、ＰＩ制御部５６としては、ＰＩ制御を行う公知の制御装置を用いることができる。

ここで、回転駆動装置２４の回転駆動制御としては、回転角度を指令する場合と、トルクを指令する場合とがある。何れの場合も、ズレ量が所定の閾値以上である場合に指令を出力するが、回転角度を指令する場合は、トルクを指令する場合よりも閾値を小さくすることができる。例えば、回転角度を指令する場合は、ズレ量の閾値を±１００ｍｍとし、トルクを指令する場合は、ズレ量の閾値を±２００ｍｍとする。

そして、駆動指令部５７から回転駆動装置２４に指令が出力されると、回転駆動装置２４が回転駆動することによりステアリングシャフト２２が回転して自動操舵が行われ、推定位置算出部５３によりτ秒後の推定位置が算出される。

次に、図６を参照して、操舵制御装置１の処理動作について説明する。図６は、操舵制御装置の処理動作を示すフローチャートである。

図６に示す操舵制御装置１の処理動作は、自動操舵要否判断部５１が車両の操舵制御を行うと判断することにより開始され、車両の操舵制御を終了するための終了条件が満たされるまでの間、所定時間間隔で繰り返し行われる。終了条件が満たされる場合としては、例えば、自動操舵要否判断部５１が車両の操舵制御を終了すると判断した場合や、車両のエンジンスイッチがＯＦＦにされた場合等がある。

図６に示すように、操舵制御装置１では、まず、車線情報取得部３が、車両の進行方向前方の車線情報を取得するとともに（ステップＳ１）、運動情報取得部４が、車両の運動情報を取得する（ステップＳ２）。なお、ステップＳ１とステップＳ２とは、何れを先に処理してもよく、平行して処理してもよい。

次に、制御部５の目標位置算出部５２が、ステップＳ１において取得した車線情報に基づいて将来の車両の目標位置を算出するとともに（ステップＳ３）、制御部５の推定位置算出部５３が、ステップＳ２において取得した車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する（ステップＳ４）。

次に、制御部５の補正部５４が、ステップＳ３で算出した目標位置を補正する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、車型に応じた目標位置の補正係数によりステップＳ３で算出した目標位置を補正する。

次に、制御部５の操舵制御部５５が、ステップＳ５で補正した目標位置とステップＳ４で算出した推定位置とのズレ量を算出し、当該ズレ量に基づくＰＩ制御により目標操舵角を算出する（ステップＳ６）。

次に、制御部５の操舵制御部５５が、ステップＳ６で算出したズレ量が所定の閾値以上であるか否かを判断する（ステップＳ７）。

ズレ量が所定の閾値以上であると判断した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、操舵制御部５５が、回転駆動装置２４を回転駆動する（ステップＳ８）。そして、操舵制御装置１の処理動作を一旦終了し、再度ステップＳ１から繰り返す。

一方、ズレ量が所定の閾値未満であると判断した場合（ステップＳ７：ＮＯ）、操舵制御部５５が回転駆動装置２４を回転駆動することなく、操舵制御装置１の処理動作を一旦終了し、再度ステップＳ１から繰り返す。

このように、本実施形態によれば、操舵制御部５５は、目標位置と推定位置との差分に基づいて操舵制御を行うが、目標位置は、補正部５４により補正することができる。これにより、車型に応じて目標位置が異なる場合であっても、車型に応じて目標位置を補正することができるため、異なる車型の車両でも同じ位置を走行させることができる。また、目標位置を補正部５４により補正するため、図５のαの部分として一般的なステアリング制御ロジックを用いたとしても、異なる車型の車両に同じ位置を走行させることができる。

また、目標位置は車両のホイールベースによって変わるため、車両のホイールベースに応じて目標位置を補正することで、目標位置の補正精度を高めることができる。

また、推定位置は速度及びヨーレートに基づいて算出できるため、車両の運動情報として速度及びヨーレートを取得することで、推定位置を適切に算出することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、車線情報取得部及び運動情報取得部の具体的な構成を説明したが、車線情報取得部及び運動情報取得部は、それぞれ車線情報及び運動情報を取得できれば如何なる構成であってもよい。

また、上記実施形態では、操舵制御部の具体的な制御態様を説明したが、操舵制御部は目標位置と推定位置との差分に基づいて車両の操舵制御を行うことができれば如何なる制御態様であってもよい。

また、上記実施形態では、一つの制御装置で全ての機能を実現するものとして説明したが、これらの機能を複数の制御装置で実現してもよく、一つの機能を複数の制御装置で実現してもよい。

また、上記実施形態では、操舵制御装置の処理動作を具体的に説明したが、各ステップの処理順序は適宜変更することができ、例えば、各ステップの処理順序を適宜入れ替えてもよく、２以上のステップを並行して行ってもよい。

１…操舵制御装置、２…ステアリングシステム、２１…ギアボックス、２２…ステアリングシャフト、２３…ステアリングホイール、２４…回転駆動装置、３…車線情報取得部、４…運動情報取得部、５…制御部、５１…自動操舵要否判断部、５２…目標位置算出部、５３…推定位置算出部、５４…補正部、５５…操舵制御部、５６…ＰＩ制御部、５６ａ…Ｐ項、５６ｂ…Ｉ項、５７…駆動指令部、Ａ…車両、Ｂ…車両。

Claims

車両の操舵制御を行う操舵制御装置であって、
前記車両に搭載されて前記車両の進行方向前方の車線情報を取得する車線情報取得部と、
前記車両の運動情報を取得する運動情報取得部と、
前記車線情報取得部が取得した前記車線情報に基づいて将来の前記車両の目標位置を算出する目標位置算出部と、
前記運動情報取得部が取得した現在の前記車両の運動情報に基づいて将来の前記車両の推定位置を算出する推定位置算出部と、
前記目標位置算出部が算出した前記目標位置を補正する補正部と、
前記目標位置と前記推定位置との差分に基づいて前記車両の操舵制御を行う操舵制御部と、
を備える、
操舵制御装置。
前記補正部は、前記車両のホイールベースに応じて前記目標位置算出部が算出した前記目標位置を補正する、
請求項１に記載の操舵制御装置。
前記運動情報取得部は、車両の運動情報として速度及びヨーレートを取得する、
請求項１又は２に記載の操舵制御装置。