JP2016193678A - 車両用操舵装置および車両操舵制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な制御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ることができる車両用操舵装置等を提供する。【解決手段】カメラ等で撮影した画像から認識した走行路に追従して車両が走行するための目標走行ラインを設定し、前方注視点距離における目標走行ラインと車両との位置の差である横変位が縮小するよう横変位の変化量である横速度を制御するとともに、横速度に基づいて目標舵角を算出し、算出した目標舵角に基づいて車両の舵角を制御する。【選択図】図２

Description

この発明は、車両が設定された目標走行ラインに追従して走行するように転舵輪を操舵補助する機能を有する車両用操舵装置等に関するものである。

従来のレーンキープアシスト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。

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。

特開２００１―００１９２１号公報 特開２０１０−１１１２４６号公報

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。

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、簡易な制御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ることができる車両用操舵装置等を提供することを目的とする。

この発明は、車両が走行する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検出する横変位算出部と、前記横変位を縮小させるよう目標舵角を算出する目標舵角算出部と、前記目標舵角算出部が算出する前記目標舵角に基づいて前記車両の舵角を制御する操舵制御部と、を備え、前記目標舵角算出部は、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舵角を算出する、車両用操舵装置等にある。

この発明によれば、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ため、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。

この発明の実施の形態１による車両用操舵装置に係る操舵系システム構成の一例を示す構成図である。 図１の車両用操舵装置およびコントロールユニットの機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１による車両用操舵装置における二輪モデルを示した図である。 この発明の実施の形態１による車両用操舵装置の制御を説明するための車両固定座標系と地上固定座標系を示す図である。 この発明の実施の形態１による車両用操舵装置の制御を説明するための各パラメータを示す図である。 この発明の実施の形態１，２による車両用操舵装置のコントロールユニットでの処理を示す動作フローチャートである。 この発明の実施の形態１における図６の目標舵角算出処理の詳細を示す動作フローチャートである。 この発明の実施の形態２による車両用操舵装置に係る操舵系システム構成の一例を示す構成図である。 図８の車両用操舵装置およびコントロールユニットの機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２における図６の目標舵角算出処理の詳細を示す動作フローチャートである。 この発明による車両用操舵装置のコントロールユニットのハードウェア構成の一例を概略的に示す図である。

以下、この発明による車両用操舵装置等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。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による車両用操舵装置における操舵系システム構成の一例を示す構成図である。
図１において、ハンドル２に連結した操舵装置４によって前輪左右のタイヤ５が転舵される。操舵装置４には、一般的な電動パワーステアリング装置と同様に、モータ３が連結されており、モータ３が発生するトルクを操舵装置４に付与することができる。モータ３は、後述のコントロールユニット１０が出力する目標電流に基づいて駆動する。

車両状態の検出について、車両１の車速は車輪速センサ６で、ヨーモーメントはヨーレートセンサ７で検出する。また、カメラ８は、車両１内のルームミラー周辺に設置され、車両のフロントガラスを通じて車両の前方画像を撮影し、前方走行路情報を出力する。

コントロールユニット１０には、車輪速センサ６、ヨーレートセンサ７、カメラ８、およびモータ３が接続されており、各センサからの信号およびカメラ８からの前方画像情報が入力されるとともに、モータ３の駆動信号である目標電流を出力する。また、コントロールユニット１０に一般的な電動パワーステアリング装置の制御機能を持たせていてもよい。

図１１には、図１のコントロールユニット１０のハードウェア構成の一例を概略的に示す。インタフェース(Ｉ／Ｆ)１０１は、各センサ６，７、カメラ８、モータ３等の外部装置との信号の入出力制御を行う。プロセッサ１０２はメモリ１０３に格納されたプログラムに従って各種処理を実行する。メモリ１０３は、上述のプログラムと共にさらに各処理で使用するデータ、処理結果等を格納する。そしてこれらのＩ／Ｆ１０１、プロセッサ１０２、メモリ１０３はバス接続されている。

図２は、図１の車両用操舵装置およびコントロールユニット１０の機能ブロック図である。以下の説明ではコントロールユニット１０の機能ブロック図となる。各機能ブロックの処理は図１１のメモリ１０３に格納されたプログラムに従ってプロセッサ１０２により実行される。なお、コントロールユニット１０のハードウェア構成として、図１１のプロセッサによる構成の代わりに、図２の各機能ブロックの処理を行うＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)等のディジタル回路で構成してもよい。
なお記憶部Ｍは図１１のメモリ１０３に相当する。

図２において、走行路認識部２１は、走行路を認識するためにカメラ８で撮影した前方画像データを入力して、目標走行ライン設定部２２、横変位算出部２３、目標舵角算出部２６に前方走行路情報を提供する。

前方走行路情報は以下のようにして得られる。走行路認識部２１が、カメラ８が撮影した前方画像から道路の左右両側にある白線等の車線境界線を公知の方法で抽出する。そして、前方注視点距離における自車位置に対する車線境界線との距離と、車線境界線傾きから前方注視点距離における目標走行ライン傾きｅＬｄとを検出した結果から前方走行路情報が得られる。

前方注視点距離における目標走行ライン傾きｅＬｄは、前方注視点距離における車線境界線傾きから検出する。車線境界線傾きは、１つの値があれば十分である。両側の車線境界線傾きが取得できている場合には、平均化等による処理で１つの値にすればよい。片側の車線境界線傾きのみ取得できている場合には、そのままの値を使用すればよい。また、自車位置に対する両側の車線境界線との距離から、走行路幅も算出しておく。もし、片側の車線境界線のみ検出されている場合は、一般的な走行路幅(例えば３．５ｍ)としておくとよい。

目標走行ライン設定部２２は、走行路認識部２１で得られた走行路幅に基づき、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。本実施例では、右側の車線境界線から設定された距離(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。しかしながら本実施例に限られるものではなく、例えば、運転者の嗜好にあわせ、適宜変更してもよい。

横変位算出部２３は、走行路認識部２１で得られた自車位置に対する車線境界線からの距離と、目標走行ライン設定部２２で設定した目標走行ラインとに基づき、前方注視点距離における横変位を算出する。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(からの距離)が検出できず左側の車線境界線(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とすればよい。

車速検出部２４は、車輪速センサ６で検出した車速の車速信号を入力して目標舵角算出部２６に提供する。同様に、ヨーレート検出部２５は、ヨーレートセンサ７で検出した車両のヨーモーメントのヨーモーメント信号を入力して目標舵角算出部２６に提供する。また、路面摩擦係数推定部２８は、公知の方法(例えば上記特許文献２参照)により路面摩擦係数を推定し目標舵角算出部２６に提供するものである。路面摩擦係数は例えば操舵装置４に含まれる路面反力トルクセンサ(詳細な図示省略)で検出して入力された路面反力トルク信号から求める。

目標舵角算出部２６は、上記で得られた情報に基づき目標舵角を算出し操舵制御部２９に提供する。

目標舵角の算出については、前方注視点距離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に近づくような舵角を目標舵角として求めればよい。そこで、目標走行ラインと前方注視点距離における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(１)を満たすよう横速度ｙ’Ｌｄの制御をすればよい。ただし、式(１)において、ｙ’Ｌｄは前方注視点における横速度、ｙＬｄは前方注視点における目標走行ラインと自車位置との横変位、λは正の値をとる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。

ｙ’Ｌｄ＝−λ・ｙＬｄ 式(１)

ここで、横速度ｙ’Ｌｄを求めるために、車両に固定した座標系による二輪モデルの運動方程式を考える。図３は、二輪モデルを示した図で、二輪モデルの運動方程式は式(２)で与えられる。

ここで、
ｍ：車両重量、
ｖ_ｘ０，ｖ_ｙ０：車両重心における車両縦速度および横速度、
ｖ’_ｙ０，：車両重心における車両横加速度
γ’：ヨーレート、
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、
θ：(目標)舵角、
である。なお、車両横速度ｖ_ｙ０および舵角θは左方向を正、ヨーレートγ’は反時計回りを正としている。また「’」は微分により時間変化を示し、例えば変位は速度、速度は加速度となる(以下同様)。

一方、前方注視点距離における目標走行ライン位置Ｐ１および車両重心Ｐ０の車両固定座標系の座標成分をそれぞれ［ｘ１，ｙ１］^Ｔ，［ｘ０，ｘ０］^Ｔとすると、これらは式(３)のようにあらわすことができる。ここで、Ｌｄは前方注視点距離である。

ここで、地上固定座標系を考える。図４は、車両固定座標系[ｘ，ｙ](破線)と地上固定座標系[Ｘ，Ｙ](実線)を示す。図５は各パラメータを示す。
なお図５の一転鎖線で示された目標走行ラインは、例えば道路の幅の中心に沿って延びている。従って図５において現在の車両は走行路内の右寄りを走行している状態を示している。また横変位ｆＬｄは、車両の前方注視点距離Ｌｄ位置における車両の位置(中心位置)と車両の(現在の)進行方向と直交する方向の目標走行ラインの位置との差である。
車両のヨーレートγ’は、反時計まわりを正と定義しているため、地上固定座標系に対して車両固定座標系がδだけ反時計回りに回転した位置にあるとすると、この時のδの方向が正となる(地上に対し車両が反時計回りに回転した時を正)。これより、式(３)を車両固定座標系から地上固定座標系に変換して、地上固定座標系の座標成分をそれぞれ［Ｘ１，Ｙ１］^Ｔ，［Ｘ０，Ｙ０］^Ｔとすると、これらは式(４)とあらわすことができる。

また、目標走行ライン位置Ｐ１の移動速度について車両固定座標系の座標成分を［ｖｘ１，ｖｙ１］^Ｔとして地上固定座標系の［Ｘ１，Ｙ１］^Ｔで表わすと、これらは式(５)とあらわすことができる。

式(４)を式(５)に代入するため、式(４)を微分すると、式(６)となる。

式(６)の地上固定座標系［Ｘ’０，Ｙ’０］^Ｔを車両固定座標系［ｖｘ０，ｖｙ０］^Ｔで表すと、式(７)となる。

式(６)、式(７)を式(５)に代入すると、目標走行ライン位置Ｐ１の移動速度［ｖｘ１，ｖｙ１］^Ｔは、座標系にかかわらず車両のヨーレートは等しいのでδ’＝γ’であることを考慮して車両固定座標系で式(８)のように表される。

また、目標走行ライン位置Ｐ１における接線の傾きｅＬｄと目標走行ライン位置Ｐ１の速度との関係を車両固定座標系で表すと、式(９)となる。

式(８)の２行目のｖ_ｙ１に式(９)を代入して整理し、走行路の曲率は緩やかとして|ｅＬｄ|＜＜１からｔａｎ(ｅＬｄ)≒ｅＬｄとすると、目標走行ラインに対する車両横速度ｙ’Ｌｄは、車両固定座標系で以下のように表される。

式(１０)を式(２)に代入するため、式(１０)をｖ_ｙ０について解くと式(１１)が得られ、さらに微分し車速の急変がないとしてｖ’_ｘ１≒０を考慮すると、式(１２)が得られる。

式(１１)，式(１２)を式(２)に代入するとともに、車両の縦速度＞＞横速度、車両の速度に対するヨーレートの影響も微小と考えると車両固定座標系と地上固定座標系における車両の速度は等しいとみなせ、また車両速度変化も微小と考えるとｖ_ｘ０＝ｖ_ｘ１および地上固定座標系における車両縦方向速度も一定とできるので、地上固定座標系における車速(車輪速センサ６で検出され車速検出部２４に入力される車速に等しい)をＶとおくとＶ＝ｖ_ｘ０＝ｖ_ｘ１と考えることができるため、前方注視点距離を基準とした二輪モデルである式(１３)が得られる。

これを横速度ｙ’Ｌｄについて解くと、式(１４)が得られる。

ここで、式(１４)におけるｙ’’Ｌｄは車両左右方向の加速度なので、スリップ等の極端な横すべり角が生じていないとしてｙ’’Ｌｄが発生している状態をカーブ走行状態と同一視できるとすると、ｙ’’Ｌｄは円運動の加速度となるので、式(１５)のように考えることができる。式(１５)を式(１４)に代入すると式(１４)の一部の項を相殺することができる。

また、微分項であるｅ’Ｌｄおよびγ’’は、カーブ突入または離脱の際の、曲率変化およびそれに応じた舵角変化によるヨーレート変化時のみ値が発生するもので、これらの項は若干のタイミングずれはあるが打ち消しあう方向の値になる。そのため、ｅ’Ｌｄおよびγ’’の項をまとめて省略すれば影響は少ないと考えられ、またこれらの項を省略することでｙ’Ｌｄ(最終的には目標舵角θ)の急変防止および式を簡素化することが可能となる。よって、前述の式(１５)を代入し、ｅ’Ｌｄおよびγ’’の項を省略すると、式(１４)は式(１６)とすることができる。

よって、横速度である式(１６)を式(１)に代入して、θを目標舵角と考えてθで整理すると式(１７)が得られる。

最後に、式(１７)において、係数ｋ１〜ｋ３を式(１８)〜式(２０)のようにおくと、式(１)が得られる。

θ＝ｋ１・ｙＬｄ＋ｋ２・ｅＬｄ−ｋ３・γ’ (１)
θ：目標舵角
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
γ’：ヨーレート

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、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、低摩擦係数(μ)路では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。

式(１７)から得られる目標舵角については、目標舵角が過大な値になると、先の二輪モデルが適用できる条件を逸脱する恐れがあり、加えてＣｆ，Ｃｒ特性も大きく変化するため、目標舵角に制限を掛けるとよい。これにより、車両が不安定になることも防止できる。また、車両挙動が急変することは望ましくないため、目標舵角の単位時間当たりの変化量も制限するとよい。

操舵制御部２９は、目標舵角算出部２６で得られた目標舵角に基づいて操舵トルクを算出しモータ３に目標電流を流す駆動信号を出力する。操舵トルクは、予め取得しておいた操舵角に対する操舵トルク特性を使用して、目標舵角に対応するトルクとして求めればよく、駆動信号は、モータ特性から操舵トルクを発生する目標電流として求めたものである。これらの操舵装置４の操舵角に対する操舵トルク特性およびモータ３のモータ特性は、メモリ１０３である記憶部Ｍに予め格納しておく。

次に、この発明の実施の形態による車両用操舵装置の動作について説明する。図６は、この発明の実施の形態１による車両用操舵装置における、一定周期(例えば０．０１秒)で実行される処理を示す動作フローチャートである。

図６において、まず、ステップＳ１０１(路面摩擦係数推定部２８)にて路面摩擦係数推定処理を実施して、路面摩擦係数推定値を求める。推定方法としては、前述の通り公知の方法でよく、車両のタイヤが路面から受ける路面反力トルクから推定すればよい。ここで得られた推定値は、目標舵角算出時に使用する係数の補正に使用する。

次に、ステップＳ１０２(目標走行ライン設定部２２)では、目標走行ライン設定処理を実施して、目標走行ラインｌｉｎｅ＿ｔｇを設定する。目標走行ラインｌｉｎｅ＿ｔｇは、例えば、右側の車線境界線を基準として走行路幅の１／２の値に設定する。

ステップＳ１０３(横変位算出部２３)では、横変位算出処理を実施して、車両の横変位ｙＬｄを算出する。まず、自車位置を右側の車線境界線からの距離として算出し、得られた自車位置から目標走行ラインｌｉｎｅ＿ｔｇを引いた値を、横変位ｙＬｄとして算出する。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を右側の車線境界線からの距離として算出する。

ステップＳ１０４(目標舵角算出部２６)では、目標舵角算出処理を実施して、目標舵角ａｎｇ＿ｔｇを算出する。算出方法の詳細は後述する(図７)。

最後に、ステップＳ１０５(操舵制御部２９)で、操舵制御処理を実施し、モータ３へ駆動信号を出力して処理を終了する。まず、目標操舵トルクを、予め取得しておいた操舵角に対する操舵トルク特性を使用して目標舵角に対応するトルクとして求める。得られた目標操舵トルクから、モータ特性を使用して操舵トルクを発生する目標電流Ｉｍｔｒ＿ｔｇを求める。目標電流Ｉｍｔｒ＿ｔｇを駆動信号として出力することで、モータ３が駆動される。

次に、ステップＳ１０４(目標舵角算出部２６)の目標舵角算出処理の詳細について、図７を用いて説明する。図７において、ステップＳ２０１で、目標舵角基本値ａｎｇ＿ｂｓの算出式である式(１)における係数ｋ１〜ｋ３を算出する。係数ｋ１〜ｋ３は、式(１８)〜式(２０)で求められる。
まずｋ２は、路面摩擦係数推定値に応じて設定したＣｆ，Ｃｒに基づいて算出する。
ｋ１は、ｋ２にλ／Ｖを掛けた値であり車速上昇に応じて減少する特性となる。またλは制御応答に関する値である。しかしながら、路面摩擦係数μが低下するに従いＣｆ，Ｃｒが対応する横すべり角の範囲は減少するため路面摩擦係数μ低下に応じて目標舵角を小さくする必要がある。そこで、路面摩擦係数推定値の減少に応じて応答性を低下させる必要がある。そのため、ｋ１は、車速上昇、路面摩擦係数推定値減少に応じて減少するよう設定する。
ｋ３については、Ｌｄは車速上昇に従い増加させる方がよい(例えば１秒程度の設定時間における走行距離)ため、車速に加え、別途設定されたＬｄと、Ｃｆ，Ｃｒの設定値に基づいて設定する。

ステップＳ２０２では、式(１)を用いて目標舵角基本値ａｎｇ＿ｂｓを算出する。

ステップＳ２０１で算出した係数ｋ１〜ｋ３、
テップＳ１０３で算出した前方注視点距離における横変位ｙＬｄ、
走行路認識部２１から得られる前方注視点距離における目標走行ライン傾きｅＬｄ、
ヨーレート検出部２５から得られるヨーレートγ’、を
それぞれ式(１)に代入して、目標舵角基本値ａｎｇ＿ｂｓを算出する。

得られたａｎｇ＿ｂｓに対し、ステップＳ２０３では、制限後目標舵角基本値ａｎｇ＿ｃｌｐを算出する。目標舵角が過大な値になると、先の二輪モデルが適用できる条件を逸脱する恐れがある。加えてＣｆ，Ｃｒ特性も大きく変化する。このため、目標舵角に制限を掛ける。また、高速走行時に舵角が大きくなると遠心力が大きくなるため、横方向加速度を抑制するためにも、制限を掛ける必要がある。そのため、ａｎｇ＿ｂｓに対し、路面摩擦係数推定値に応じてＣｆ，Ｃｒが対応する横すべり角の範囲に対応した舵角の範囲に制限するとともに、車速に応じて横方向加速度が設定値(例えば０．２Ｇ)以内となる舵角範囲に制限した値を、ａｎｇ＿ｃｌｐとして算出する。

最後に、得られたａｎｇ＿ｃｌｐに対し、ステップＳ２０４で、目標舵角ａｎｇ＿ｔｇを算出して目標舵角算出処理を終了する。車両挙動が急変することは望ましくないため目標舵角の単位時間当たりの変化量を制限するものであり、高車速になるほど舵角変化に対する車両挙動は大きくなるため、車速上昇に従い変化量が小さくなるよう制限する。前回目標舵角ａｎｇ＿ｔｇ＿ｏｌｄを保存しておくとともに、車速に応じて変化量制限値ｄｌｔ＿ａｎｇを設定し、ａｎｇ＿ｃｌｐに対しａｎｇ＿ｔｇ＿ｏｌｄ±ｄｌｔ＿ａｎｇの範囲に制限した値を、目標舵角ａｎｇ＿ｔｇとして算出する。

なお、上記説明では、図２はコントロールユニットの機能ブロック図として説明したが、車両用操舵装置全体の機能ブロック図としてもよい。
この場合、走行路認識部２１は、カメラ８をさらに含み、走行路を認識するために前方画像を撮影し、目標走行ライン設定部２２、横変位算出部２３、目標舵角算出部２６に前方走行路情報を提供するものとなる。
車速検出部２４は、車輪速センサ６をさらに含み、車速を検出し目標舵角算出部２６に提供する。
ヨーレート検出部２５は、ヨーレートセンサ７をさらに含み、車両のヨーモーメントを検出し目標舵角算出部２６に提供する。
路面摩擦係数推定部２８は、公知の方法により路面摩擦係数を推定し目標舵角算出部２６に提供するものであり、路面反力トルクセンサ(詳細な図示省略)を備えた操舵装置４をさらに含む。
また、車速検出部２４とヨーレート検出部２５が車両状態量検出部を構成し、車速、ヨーレートが車両状態量となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、目標舵角を操舵トルクに変換しモータ３を駆動して舵角の制御を行ったが、舵角制御をより正確に行うため、実舵角を検出し実舵角が目標舵角となるようフィードバック制御を行ってもよい。

図８はこの発明の実施の形態２による車両用操舵装置における操舵系システム構成の一例を示す構成図である。実施の形態１からの変更点として、ヨーレートセンサの代わりに舵角センサ９を備える。舵角センサ９で実舵角を検出することで、実舵角が目標舵角となるようフィードバック制御することができるとともに、公知の方法にてヨーレートを推定することでヨーレートセンサを不要とすることができる。

図９は、図８の車両用操舵装置およびコントロールユニット１０の機能ブロック図である。以下の説明ではコントロールユニット１０の機能ブロック図となる。各機能ブロックの処理は図１１のメモリ１０３に格納されたプログラムに従ってプロセッサ１０２により実行される。実施の形態１からの変更点として、ヨーレート検出部２５を無くし、舵角検出部２７を追加している。舵角検出部２７は、舵角センサ９で検出された実舵角の実舵角信号を入力して目標舵角算出部２６に提供する。

また、目標舵角算出部２６には、実施の形態１の機能に加え、ヨーレートを推定する処理が追加されている。さらに操舵制御部２９は、操舵トルク算出の代わりに、実舵角が目標舵角となるようフィードバック制御することによりモータ３の駆動信号を出力する。

コントロールユニット１０の処理における実施の形態１(図６)との相違点は、ステップＳ１０４の目標舵角算出処理とステップＳ１０５の操舵制御処理の内容にある。ステップＳ１０５の操舵制御処理については、前述の通り、実舵角が目標舵角となるようフィードバック制御する機能を備えたことである。フィードバック制御については、公知の方法でよく、ＰＩＤ(Proportional-Integral-Derivative)制御等により実舵角と目標舵角の差が減少するようモータ３の駆動信号(目標電流)を求めればよい。

ステップＳ１０４の目標舵角算出処理については、図１０を用いて説明する。図１０において、ステップＳ３０１で、実舵角からヨーレート推定値を算出する。算出方法としては、車速と実舵角から発生するヨーレートを、車速、実舵角、ヨーレートの関係として予め記憶部Ｍ(メモリ１０３)に記憶しておき、参照することで求めればよい。また、二輪モデル等を使用して適宜求めてもよい。ステップＳ３０１の後のステップＳ３０２〜Ｓ３０５は、実施の形態１の図７のステップＳ２０１〜Ｓ２０４とそれぞれ同様であり、式(１)を用いた目標舵角演算に関しても違いはない。但し、ステップＳ３０３で使用するヨーレートγ’は、ステップＳ３０１で算出したヨーレート推定値を使用する。

本実施の形態では、操舵制御部２９として、電動パワーステアリング装置をベースとしているが、操舵を制御できるものであればよく、例えばハンドルと転舵輪との間の機械的リンクを廃したステアリングバイワイヤと称される操舵装置でもよい。

走行路認識部２１や横変位算出部２３に使用するカメラ８についても、これに限るものではない。例えばＧＰＳ(Global Positioning System)を使用したカーナビゲーションシステムから得られる地図情報および自車位置情報を用いて、走行路、自車位置の認識を行ってもよい。また、ヨー角の検出は、ヨーレートの積分、目標走行ラインと実際の走行軌跡との比較などから行えばよい。

上記ではレーンキープアシストを想定したシステムについて述べたが、これに限らず、本発明を駐車支援システム、自動運転システム等に使用してもよい。本発明は、それぞれのシステムにおいて設定される目標走行ラインを追従するよう転舵輪を操舵する際に適用できる。

なお上記の説明では、図９はコントロールユニットの機能ブロック図として説明したが、上記実施の形態と同様に、車両用操舵装置全体の機能ブロック図としてもよい。
この場合、上記実施の形態に加えて、舵角検出部２７が、舵角センサ９をさらに含み、実舵角を検出し目標舵角算出部２６に提供する。

この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含む。

１ 車両、２ ハンドル、３ モータ、４ 操舵装置、５ タイヤ、
６ 車輪速センサ、７ ヨーレートセンサ、８ カメラ、９ 舵角センサ、
１０ コントロールユニット、２１ 走行路認識部、２２ 目標走行ライン設定部、
２３ 横変位算出部、２４ 車速検出部、２５ ヨーレート検出部、
２６ 目標舵角算出部、２７ 舵角検出部、２８ 路面摩擦係数推定部、
２９ 操舵制御部、１０１ インタフェース(Ｉ／Ｆ)、１０２ プロセッサ、
１０３ メモリ、Ｍ 記憶部。

Claims (15)

1. 車両が走行する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検出する横変位算出部と、
   前記横変位を縮小させるよう目標舵角を算出する目標舵角算出部と、
   前記目標舵角算出部が算出する前記目標舵角に基づいて前記車両の舵角を制御する操舵制御部と、
   を備え、
   前記目標舵角算出部は、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舵角を算出する、
   車両用操舵装置。
2. 前記車両の車両状態量を検出する車両状態量検出部と、
   前記車両のヨーレートを検出するヨーレート検出部と、
   をさらに備え、
   前記走行路認識部が、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検出し、
   前記目標舵角算出部は、前記車両状態量、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舵角を算出する、
   請求項１に記載の車両用操舵装置。
3. 前記目標舵角算出部は、前記目標舵角を、
   θ＝ｋ１・ｙＬｄ＋ｋ２・ｅＬｄ−ｋ３・γ’
   θ：目標舵角
   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
   γ’：ヨーレート
   により算出する請求項２に記載の車両用操舵装置。
4. 前記目標舵角算出部は、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３に記載の車両用操舵装置。
5. 前記車両状態量検出部が、車両の速度を検出する車速検出部からなり、前記車両状態量が車速である請求項４に記載の車両用操舵装置。
6. 前記車両状態量検出部が、前記車両が走行している路面とタイヤとの摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定部からなり、前記車両状態量が路面摩擦係数である請求項４に記載の車両用操舵装置。
7. 前記目標舵角算出部は、前記目標舵角の単位時間当たりの変化量を制限して算出する、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。
8. 前記目標舵角算出部は、前記目標舵角を制限して算出する、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。
9. 前記操舵制御部は、前記目標舵角を操舵トルクに換算して前記車両の実舵角を制御する、請求項１から８までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
10. 前記車両の実舵角を検出する舵角検出部を備え、
    前記操舵制御部は、前記車両の実舵角が前記目標舵角となるようにフィードバック制御する、
    請求項１に記載の車両用操舵装置。
11. 前記ヨーレート検出部の代わりに、前記車両の実舵角を検出する舵角検出部をさらに備え、
    前記目標舵角算出部が、前記実舵角からヨーレートを推定する、
    請求項２から６までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
12. 前記目標舵角算出部は、前記目標舵角の単位時間当たりの変化量を制限して算出する、請求項１０または１１に記載の車両用操舵装置。
13. 前記目標舵角算出部は、前記目標舵角を制限して算出する、請求項１０から１２までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
14. 前記操舵制御部は、前記車両の実舵角が前記目標舵角となるようにフィードバック制御する、
    請求項１０から１３までのいずれか１項に記載の車両用操舵装置。
15. 車両が走行する走行路を認識する工程と、
    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工程と、
    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検出する工程と、
    前記横変位を縮小させるよう目標舵角を算出する工程と、
    前記目標舵角に基づいて前記車両の舵角を制御する工程と、
    を備え、
    前記目標舵角を算出する際に、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舵角を算出する、
    車両操舵制御方法。

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