JP2020006860A - 車両制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】個々のドライバにとって満足度の高い旋回性能を得ることが可能な車両制御装置を提供する。【解決手段】車両制御装置10は、ドライバによる操舵を検出する操舵センサ5aと、ドライバの視線を検出するカメラ21と、検出された操舵と視線とに基づいて、車両の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出部13と、算出された目標ヨーレートに応じて車両のヨーレートを制御する信号を出力する出力部14とを備える。目標ヨーレート算出部13は、旋回走行時にカメラ21によりAピラーに重なる視線が検出されると、Aピラーに重なる視線が検出されないときよりも、操舵センサ5aにより検出された操舵に対応する目標ヨーレートを大きくする。【選択図】図4
Description
本発明は、車両の旋回走行時の動作を制御する車両制御装置に関する。
この種の装置として、従来、車速とステアリングホイールの操舵角とに応じて規範ヨーレートを算出するとともに、ヨーレートセンサにより検出されたヨーレートが、算出した規範ヨーレートに一致するように、操舵角に対する車両の転舵角の比を変更するヨーレートフィードバック制御を行う装置が知られている。
特許文献1:特開2009−214767号公報
しかしながら、車両の旋回性能はドライバ毎に異なって感じるため、上記特許文献1記載の装置のように、ヨーレートフィードバック制御により旋回走行時の動作を制御するだけでは、ドライバにとって満足度の高い旋回性能を得られないおそれがある。
本発明の一態様である車両制御装置は、ドライバによる操舵を検出する操舵検出部と、ドライバの視線を検出する視線検出部と、操舵検出部により検出された操舵と視線検出部により検出された視線とに基づいて、車両の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出部と、目標ヨーレート算出部により算出された目標ヨーレートに応じて車両のヨーレートを制御するヨーレート制御部と、を備える。目標ヨーレート算出部は、旋回走行時に視線検出部によりAピラーに重なる視線が検出されると、Aピラーに重なる視線が検出されないときよりも、操舵検出部により検出された操舵に対応する目標ヨーレートを大きくする。
本発明によれば、個々のドライバにとって満足度の高い旋回性能を得ることができる。
以下、図1〜図6を参照して本発明の実施形態について説明する。まず、本実施形態が適用される車両の構成について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る車両制御装置が適用される車両100の走行駆動系の概略構成を示す図である。図1に示すように、車両100は、前後左右の4つの車輪1、すなわち、左右の前輪1FL,1FRおよび左右の後輪1RL,1RRの双方が駆動輪である四輪駆動車両として構成される。
各駆動輪1には、それぞれモータ(電動モータ)2が接続される。各モータ2はインバータ3を介してバッテリ4に接続され、バッテリ4から供給される電力によりそれぞれ駆動される。一方、モータ2が外力により駆動されると、モータ2が発電機として機能してモータ2で発電され、バッテリ4に蓄電される。各駆動輪1に対応してモータ2を設けることで、各駆動輪1を互いに独立して駆動することができる。なお、インバータ3は、コントローラ(図4)により制御され、これによりモータ2の駆動が制御される。
運転席には、ドライバによって回動操作されるステアリングホイール5が設けられる。ステアリングホイール5には、ステアリングホイール5と一体に回転するステアリングシャフト6の一端部が連結される。ステアリングホイール5の操作(操舵角)は操舵センサ5aにより検出される。ステアリングシャフト6には操舵アクチュエータ7が取り付けられる。操舵アクチュエータ7は例えば電動モータにより構成され、操舵アクチュエータ7の駆動によりドライバのステアリング操作に対し反力を付与することができる。付与する操作反力は、例えばステアリングホイール5の操作量が大きいほど大きくすることができる。
前側の左右の駆動輪1FL,1FRの間には、例えばラックアンドピニオン式のステアリングギヤボックス8が配置される。ステアリングギヤボックス8には、転舵アクチュエータ9が取り付けられる。転舵アクチュエータ9は例えば電動モータにより構成される。転舵アクチュエータ9は、操舵センサ5aにより検出された操舵角に応じて駆動される。この転舵アクチュエータ9の駆動によりステアリングギヤボックス8のラックが左右に移動し、これによりドライバのステアリング操作に応じて前側の駆動輪1FL,1FRが左右に転舵される。
図2は、走行中のドライバの視界に含まれる景色を模式的に示す図である。図2では、片側2車線の右側車線101を走行中の車両を、ステアリングホイール5の操舵により道路形状に沿って左に旋回走行させる状態を示す。フロントウインド102と左右のフロントサイドウインド103との間にはそれぞれAピラー20が設けられる。ドライバは、フロントウインド102を介して前方を目視しながら車両を運転する。
図3は、旋回走行時のドライバの視線の一例を模式的に示す図である。ドライバにとっては、旋回走行中の視線の変化が少ない方が好ましい。視線の変化が例えば図3の矢印A1〜矢印A2の範囲に収まるとき、視線の範囲はフロントウインド102の範囲に含まれる。このとき、Aピラー20によりドライバの視界は遮られるので、ドライバは乗車姿勢を一定に保ったまま運転することができる。このため、運転操作に対応した車両100の挙動についてのドライバの満足感は高い。一方、図3の矢印A2から矢印A3へと、旋回走行時にAピラー20を跨いで視線が変化すると、ドライバの視界がAピラー20により遮られるので、ドライバは視界を確保しようとして乗車姿勢を変化させることがある。このため、車両100の挙動に対するドライバの満足感が損なわれる。
このような問題に対処するため、例えば所定の旋回性能が得られるように予め車両100の状態を設定しておくことが考えられる。しかしながら、旋回走行時のドライバの視線の方向は、ドライバの体格や乗車姿勢、タイヤの状態等に依存する。このため、全てのドライバが満足するような状態に車両100を設定することは困難である。そこで、本実施形態では、各ドライバにとって満足度の高い旋回性能が得られるよう、以下のように車両制御装置を構成する。
図4は、本実施形態に係る車両制御装置10の要部構成を示すブロック図である。図4に示すように、車両制御装置10は、コントローラ11と、コントローラ11にそれぞれ接続された操舵センサ5aと、カメラ21と、GPS受信機22と、車速センサ23と、ヨーレートセンサ24と、モータ2と、転舵アクチュエータ9とを有する。なお、モータ2はインバータ3を介して制御されるが、図4ではインバータ3の図示を省略する。
カメラ21は、例えば図2に示すようにドライバの顔面に向けてAピラー20に取り付けられる。カメラ21は、ドライバの顔面の動画(顔画像)を常時撮影するとともに、顔画像に含まれる瞳孔を検出する。なお、カメラ21はドライバの視線を検出するためのものであり、複数設けられてもよい。顔画像と瞳孔とを別々のカメラ21で検出してもよい。
GPS受信機22は、複数のGPS衛星からの測位信号を受信し、車両100の絶対位置(緯度、経度など)を測定する。車速センサ23は車両100の車速を検出する。ヨーレートセンサ24は、車両100のヨーレートを検出する。
コントローラ11は、CPU,ROM,RAMおよびその他の周辺回路を有するコンピュータを含んで構成される。コントローラ11は、機能的構成として、ヨーレート修正判定部12と、目標ヨーレート算出部13と、出力部14と、記憶部15とを有する。ヨーレート修正判定部12は、旋回走行判定部12Aと、視線判定部12Bとを有する。
旋回走行判定部12Aは、予め記憶部15に記憶された道路地図の情報と、GPS受信機22から取得した車両100の位置情報とに基づいて、地図上の車両100の現在位置を特定し、これにより車両100が旋回走行を開始したか否かを判定する。具体的には、車両100が所定曲率以上(所定曲率半径以下)のカーブ路に進入したとき、旋回走行判定部12Aは、旋回走行を開始したと判定する。なお、操舵センサ5aからの信号に基づいてステアリングホイール5が所定の操舵角以上操作されたか否かを判定し、これにより旋回走行の開始を判定してもよい。
視線判定部12Bは、カメラ21からの信号に基づいてドライバの視線を検出するとともに、視線の変化量を検出する。そして、視線がAピラー20を跨いで変化したか否か、すなわちフロントウインド102からフロントサイドウインド103にかけて視線が変化したか否かを判定する。なお、視線がAピラー20に重なったか否か、つまりAピラー20により視界が妨げられたか否かを、視線判定部12Bが判定するようにしてもよい。
ヨーレート修正判定部12は、旋回走行判定部12Aと視線判定部12Bとの判定結果に加え、操舵センサ5aからの信号に基づいて、目標ヨーレートの修正の要否を判定する。すなわち、ヨーレート修正判定部12は、旋回走行判定部12Aにより旋回走行を開始したと判定され、かつ、視線判定部12Bにより視線がAピラー20を跨いで変化したと判定され、かつ、操舵センサ5aからの信号により操舵が安定していると判定されると、目標ヨーレートの修正が必要と判定する。一方、旋回走行判定部12Aにより旋回走行を開始したと判定されないとき、または、視線判定部12Bにより視線がAピラー20を跨いで変化したと判定されないとき、または、操舵が安定していると判定されないとき、目標ヨーレートの修正が不要と判定する。
目標ヨーレート算出部13は、車速センサ23と操舵センサ5aとからの信号に基づいて、予め定めた関係式やマップ等を用いて、まず基準となる車両100の目標ヨーレート(基準目標ヨーレートと呼ぶ)を算出する。なお、図示は省略するが、車両100に作用する加速度を検出する加速度センサからの信号をさらに考慮して基準目標ヨーレートを算出してもよい。目標ヨーレート算出部13は、ヨーレート修正判定部12により目標ヨーレートの修正が不要と判定されると、基準目標ヨーレートをそのまま目標ヨーレートとして出力する。
一方、ヨーレート修正判定部12により目標ヨーレートの修正が必要と判定されると、目標ヨーレート算出部13は、目標ヨーレートが基準目標ヨーレートよりも大きくなるように目標ヨーレートを修正して出力する。例えば基準目標ヨーレートに所定の係数を乗算して出力する。このときの係数は、カメラ21により撮影された顔画像とともに記憶部15に記憶される。これにより、記憶部15にはドライバ毎の係数が記憶される。
目標ヨーレート算出部13は、カメラ21からの画像に基づいてドライバの顔画像を認識し、認識したドライバに対応した係数が予め記憶部15に記憶されているときは、基準目標ヨーレートにその係数を乗じた値を目標ヨーレートとして出力する。記憶部15に記憶される係数は、ヨーレート修正判定部12により目標ヨーレートの修正が必要と判定される度に更新(変更)される。すなわち、旋回時のドライバの視線がAピラー20に重ならないような値に、係数が更新される。
出力部14は、ヨーレートセンサ24により検出された実ヨーレートが目標ヨーレート算出部13から出力された目標ヨーレートに一致するように、モータ2(厳密にはインバータ3)と転舵アクチュエータ9とに制御信号を出力する。つまり、ヨーレートフィードバック制御を実行する。より具体的には、目標ヨーレート算出部13から目標ヨーレートとして基準目標ヨーレートが出力されると、出力部14は、左右の駆動力差が生じないように各モータ2に制御信号を出力する。
一方、目標ヨーレート算出部13から基準目標ヨーレートとは異なる目標ヨーレート、すなわち修正後の目標ヨーレートが出力されると、出力部14は、旋回走行時の左右外側の駆動力が左右内側の駆動力よりも大きくなるように各モータ2に制御信号を出力する。例えば左旋回時には、右側の駆動輪1FR,1RRの駆動力が左側の駆動輪1FL,1RLの駆動力よりも大きくなるように各モータ2に制御信号を出力する。これによりヨーモーメントが増加し、車両100が曲がりやすくなる。なお、転舵アクチュエータ9には、例えば目標ヨーレートの修正の有無に拘らず、操舵センサ5aと車速センサ23とからの信号に応じた制御信号を、出力部14が出力する。
図5は、予め記憶されたプログラムに従いコントローラ11のCPUで実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばエンジンキースイッチのオンにより開始され、所定時間毎に繰り返される。図5に示すように、まず、ステップS1で、各種センサ5a,22〜24やカメラ21からの信号を読み込む。
次いで、ステップS2で、車速センサ23と操舵センサ5aとからの信号に基づいて、車両100の目標ヨーレート、すなわち基準目標ヨーレートを算出する。次いで、ステップS3で、GPS受信機22からの信号に基づいて車両100の地図上の位置を特定し、車両100がカーブ路に進入したか否か、すなわち旋回走行を開始したか否かを判定する。ステップS3で肯定されるとステップS4に進み、否定されるとステップS4〜ステップS7をパスしてステップS8に進む。
ステップS4では、操舵センサ5aからの信号に基づいて操舵が安定しているか否かを判定する。この判定は、例えば、操舵センサ5aにより検出された操舵角を時間微分することにより操舵角の変化率を算出し、旋回走行の開始により操舵角が所定値以上となった後に、操舵角の変化率が所定値以下になったか否かを判定することにより行う。ステップS4で肯定されるとステップS5に進み、否定されるとステップS5〜ステップS7をパスしてステップS8に進む。
ステップS5では、カメラ21からの信号に基づいて、ドライバの視線がAピラー20を跨いでフロントウインド102からフロントサイドウインド103にかけて変化したか否かを判定する。なお、この判定に代えてドライバの視線がAピラー20に重なったか否かを判定するようにしてもよい。ステップS5が肯定されるとステップS6に進み、否定されるとステップS6,ステップS7をパスしてステップS8に進む。
ステップS6では、ステップS2で算出された目標ヨーレートを修正する。例えばカメラ21からの信号に基づいてドライバを認識するとともに、そのドライバに対応した係数が記憶部15に記憶されているとき、その係数を乗算することで目標ヨーレートを修正する。これにより修正後の目標ヨーレートが基準目標ヨーレートよりも増大する。係数を乗算して目標ヨーレートを増大させたにも拘らず、ステップS6の処理が繰り返されるときは、係数をより大きな値に変更する。
次いで、ステップS7で、目標ヨーレートの修正に用いられた係数を、カメラ21で撮影されたドライバの顔画像に対応付けて記憶部15に記憶する。なお、記憶部15に予め係数が記憶されているときは、ステップS7では、係数を更新して記憶する。
次いで、ステップS8で、ヨーレートセンサ24により検出された実ヨーレートが、目標ヨーレートの修正が不要なときはステップS2で算出された目標ヨーレートに一致し、目標ヨーレートの修正が必要なときはステップS6で修正された目標ヨーレートに一致するように、各モータ2と転舵アクチュエータ9とにそれぞれ制御信号を出力する。例えばステップS6で目標ヨーレートが修正された場合には、旋回走行時の左右外側の駆動力が左右内側の駆動力よりも大きくなるように各モータ2に制御信号を出力する。これにより車両100のヨーモーメントが増加し、車両100の回頭性が向上する。したがって、ドライバの視線がAピラー20に重なることを抑制することができる。
図6は、本実施形態に係る車両制御装置10の動作の一例を示すタイムチャートである。図6に示すように、時点t1で、旋回走行が開始と判定されると、旋回フラグがオンする。このとき、ドライバによりステアリングホイール5が操作されるため、操舵角の変化率が上昇する。時点t2で、操舵角の変化率が所定値α1以下になると、操舵が安定したと判定され、旋回安定性のフラグがオンする。
時点t3で、ドライバの視線がAピラー20を跨いだと判定されると、視線判定フラグがオンする。これにより目標ヨーレートが基準目標ヨーレートよりも増大し(ステップS6)、左右の駆動輪1に駆動力差が生じる(ステップS7)。これにより、ヨーモーメントが増大し、車両100の回頭性が向上する。このため、旋回走行時のドライバの視線がAピラー20に重なることを防ぐことができ、車両100の挙動に対するドライバの満足感が高まる。その後、時点t4で、ステアリングホイール5が戻し操作され、操舵角の変化率が変化して旋回安定性フラグがオフすると、目標ヨーレートが基準目標ヨーレートとなり、左右駆動力差が0となる。
本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
(1)車両制御装置10は、ドライバによる操舵を検出する操舵センサ5aと、ドライバの視線を検出するカメラ21と、操舵センサ5aにより検出された操舵と、カメラ21により検出された視線とに基づいて、車両100の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出部13と、目標ヨーレート算出部13により算出された目標ヨーレートに応じて、車両100のヨーレートを変更する制御信号をモータ2および転舵アクチュエータ9に出力する出力部14と、を備える(図4)。目標ヨーレート算出部13は、旋回走行時にカメラ21によりAピラー20を跨ぐような視線またはAピラー20に重なる視線が検出されると、そのような視線が検出されないときよりも、操舵センサ5aにより検出された操舵に対応する目標ヨーレートを大きくする。
(1)車両制御装置10は、ドライバによる操舵を検出する操舵センサ5aと、ドライバの視線を検出するカメラ21と、操舵センサ5aにより検出された操舵と、カメラ21により検出された視線とに基づいて、車両100の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出部13と、目標ヨーレート算出部13により算出された目標ヨーレートに応じて、車両100のヨーレートを変更する制御信号をモータ2および転舵アクチュエータ9に出力する出力部14と、を備える(図4)。目標ヨーレート算出部13は、旋回走行時にカメラ21によりAピラー20を跨ぐような視線またはAピラー20に重なる視線が検出されると、そのような視線が検出されないときよりも、操舵センサ5aにより検出された操舵に対応する目標ヨーレートを大きくする。
これにより旋回走行時にAピラー20によってドライバの視界が遮られたときに、車両100のヨーモーメントが増大する。このため、ドライバの視線の範囲がフロントサイドウインドに収まるようになり、ステアリングホイール5の操舵に対応する車両100の挙動に対する個々のドライバの満足度が高まる。
(2)カメラ21は、ドライバに向けてAピラー20に取り付けられる(図2)。これによりドライバの視線がAピラー20を跨いだか否か、またはAピラー20に重なったか否かを、カメラ21からの信号により容易かつ正確に判定できる。
(3)車両制御装置10は、ドライバを識別するカメラ21と、操舵センサ5aにより検出された操舵に対する目標ヨーレート算出部13により算出された目標ヨーレートの割合を、ドライバに対応付けて記憶する記憶部15と、をさらに備える(図4)。目標ヨーレート算出部13は、カメラ21により識別されたドライバに対応する、記憶部15に記憶された割合(定数)を用いて、目標ヨーレートを算出する。これにより目標ヨーレートをドライバ毎に適正に修正することができる。
(4)車両100は、前後左右の駆動輪1をそれぞれ独立して駆動するモータ2を有し、左右一対の駆動輪1の駆動力配分を変更可能に構成される(図1)。出力部14は、旋回走行時にカメラ21によりAピラー20に重なる視線が検出されると、左右外側の駆動輪1(例えば右側の駆動輪1FR,1RR)の駆動力を、左右内側の駆動輪1(例えば左側の駆動輪1FL,1RL)の駆動力よりも大きくする。これにより目標ヨーレートが修正されたとき、左右の駆動力配分を変更するため、車両100のヨーモーメントを適切に増大することができる。
上記実施形態は種々の形態に変更することができる。以下、変形例について説明する。上記実施形態では、操舵センサ5aによりドライバによる操舵を検出するようにしたが、操舵検出部の構成はこれに限らない。上記実施形態では、Aピラー20に取り付けられたカメラ21によりドライバの視線を検出するようにしたが、視線検出部の構成はこれに限らない。上記実施形態では、車速センサ23と操舵センサ5aとからの信号に基づいて基準目標ヨーレートを算出するとともに、カメラ21からの信号に基づいて基準目標ヨーレートを修正するようにした。つまり、車速センサ23と操舵センサ5aとカメラ21とからの信号に基づいて、目標ヨーレート算出部13が目標ヨーレートを算出するようにしたが、少なくとも操舵とドライバの視線とに基づいて目標ヨーレートを算出するであれば、目標ヨーレート算出部の構成はいかなるものでもよい。
上記実施形態では、出力部14が各駆動輪1のモータ2と転舵アクチュエータ9とに制御信号を出力することで、ヨーレートセンサ24により検出された実ヨーレートが目標ヨーレート算出部13で算出された目標ヨーレートに一致するようにした、すなわちヨーレートフィードバック制御するようにしたが、目標ヨーレートに応じて車両のヨーレートを制御するのであれば、ヨーレート制御部の構成はいかなるものでもよい。上記実施形態では、GPS受信機22からの信号に基づいて車両100の地図上の現在位置を特定することで、旋回走行の開始の有無を判定したが、他の手法により旋回走行の開始の有無を判定してもよく、旋回走行開始判定部の構成は上述したものに限らない。
上記実施形態では、カメラ21が取得した顔画像によりドライバを自動的に識別したが、ドライバ識別部の構成はこれに限らない。上記実施形態では、旋回走行時にカメラ21によりAピラー20に重なる視線が検出されると、Aピラー20に重なる視線が検出されないときよりも、操舵センサ5aにより検出された操舵に対応する目標ヨーレートを大きくするようにしたが、視線の重なりの程度が大きいほど、目標ヨーレートを大きくしてもよい。すなわち、視線の重なりの程度をパラメータとして目標ヨーレートの増加の割合を決定してもよい。
上記実施形態では、車両制御装置10を手動運転車両に適用したが、本発明は自動運転機能を有する自動運転車両にも同様に適用することができる。自動運転車両においては、車両を走行動作する複数のアクチュエータのうちの一部または全部の動きが自動化されるが、ドライバの視線の動きから車両の挙動に対するドライバの満足度を推定し、満足度を高めるヨーレートとなるようにアクチュエータを制御すればよい。
以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態と変形例の1つまたは複数を任意に組み合わせることも可能であり、変形例同士を組み合わせることも可能である。
2 モータ、5a 操舵センサ、9 転舵アクチュエータ、10 車両制御装置、11 コントローラ、12B 視線判定部、13 目標ヨーレート算出部、14 出力部、15 記憶部、21 カメラ、24 ヨーレートセンサ、100 車両
Claims (4)
- ドライバによる操舵を検出する操舵検出部と、
ドライバの視線を検出する視線検出部と、
前記操舵検出部により検出された操舵と前記視線検出部により検出された視線とに基づいて、車両の目標ヨーレートを算出する目標ヨーレート算出部と、
前記目標ヨーレート算出部により算出された目標ヨーレートに応じて車両のヨーレートを制御するヨーレート制御部と、を備え、
前記目標ヨーレート算出部は、旋回走行時に前記視線検出部によりAピラーに重なる視線が検出されると、前記Aピラーに重なる視線が検出されないときよりも、前記操舵検出部により検出された操舵に対応する目標ヨーレートを大きくすることを特徴とする車両制御装置。 - 請求項1に記載の車両制御装置において、
前記視線検出部は、ドライバに面して前記Aピラーに取り付けられたカメラであることを特徴とする車両制御装置。 - 請求項1または2に記載の車両制御装置において、
ドライバを識別するドライバ識別部と、
前記操舵検出部により検出された操舵に対する前記目標ヨーレート算出部により算出された目標ヨーレートの割合を、ドライバに対応付けて記憶する記憶部と、をさらに備え、
前記目標ヨーレート算出部は、前記ドライバ識別部により識別されたドライバに対応する、前記記憶部に記憶された前記割合を用いて、目標ヨーレートを算出することを特徴とする車両制御装置。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の車両制御装置において、
前記車両は、左右一対の駆動輪の駆動力配分を変更可能に構成され、
前記ヨーレート制御部は、旋回走行時に前記視線検出部により前記Aピラーに重なる視線が検出されると、左右外側の駆動輪の駆動力を左右内側の駆動輪の駆動力よりも大きくすることを特徴とする車両制御装置。
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