JP2020131875A - Traveling control device of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操舵制御と車輪の制駆動力配分制御により目標コースに沿って走行するよう制御する車両の走行制御装置に関する。 The present invention relates to a traveling control device for a vehicle that is controlled to travel along a target course by steering control and control driving force distribution control of wheels.
近年、車両においては、操舵制御や制駆動力配分制御により車両にヨーモーメントを発生させてレーンキープ制御や車線逸脱防止制御等の運転支援制御や自動運転制御を実行する技術が開発され実用化されている。 In recent years, in vehicles, technologies for generating yaw moments in vehicles by steering control and control driving force distribution control to execute driving support control such as lane keep control and lane departure prevention control and automatic driving control have been developed and put into practical use. ing.
例えば、特許文献１（特開２０１８−１６７７３１号公報）には、目標コースの形状に沿って走行させるためのフィードフォワード制御を目標コースの曲率に基づく操舵制御で実行し、目標コースに対する自車両の位置ズレを補正するフィードバック制御を制駆動力配分制御（ヨーモーメント制御）で実行する技術が開示されている。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-167731), feedforward control for traveling along the shape of the target course is executed by steering control based on the curvature of the target course, and the own vehicle with respect to the target course is executed. A technique for executing feedback control for correcting a positional deviation by controlling driving force distribution control (yaw moment control) is disclosed.
しかしながら、目標コースの形状に沿って走行する際には、走行速度によって車両の横力が異なるため、フィードフォワード制御における目標コースの曲率と操舵角との関係が車速によって変化し、同じ曲率であっても車速によって操舵角が異なる場合がある。このため、目標コースの曲率に対する操舵系の動作が目標コースの形状に対して不自然な動作となり、ドライバに違和感を与えてしまう。 However, when traveling along the shape of the target course, the lateral force of the vehicle differs depending on the traveling speed, so the relationship between the curvature of the target course and the steering angle in feed forward control changes depending on the vehicle speed, and the curvature is the same. However, the steering angle may differ depending on the vehicle speed. Therefore, the operation of the steering system with respect to the curvature of the target course becomes an unnatural operation with respect to the shape of the target course, which gives the driver a sense of discomfort.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、目標コースの曲率に対する操舵系の動作を目標コースの形状に沿った自然な動作として、ドライバに違和感を与えることなく目標コースに精度良く追従させることを可能とする車両の走行制御装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and makes the operation of the steering system with respect to the curvature of the target course a natural operation along the shape of the target course so as to accurately follow the target course without giving a sense of discomfort to the driver. It is an object of the present invention to provide a vehicle travel control device capable of the above.
本発明の一態様による車両の走行制御装置は、自車両が目標コースに沿って走行するよう制御する車両の走行制御装置であって、前記目標コースに対するフィードフォワード制御の操舵角を、前記目標コースの曲率に対して線形的に変化する線形フィードフォワード操舵角として算出する線形フィードフォワード操舵角算出部と、前記目標コースに沿って自車両を走行させるための目標操舵角と前記線形フィードフォワード操舵角との差分を、補償操舵角として算出する補償操舵角算出部と、前記補償操舵角に基づいて、前記線形フィードフォワード操舵角によって発生する車両の横力の過不足分を補償する操舵補償ヨーモーメントを算出する操舵補償ヨーモーメント算出部と、前記操舵補償ヨーモーメントと前記目標コースに対する自車両の位置ズレを修正するためのヨーモーメントとに基づいて、車輪の制駆動力配分を制御するための制駆動トルクを算出する制駆動トルク算出部とを備える。 The vehicle travel control device according to one aspect of the present invention is a vehicle travel control device that controls the own vehicle to travel along the target course, and sets the steering angle of feed forward control with respect to the target course to the target course. A linear feedforward steering angle calculation unit that calculates as a linear feedforward steering angle that changes linearly with respect to the curvature of the vehicle, a target steering angle for driving the own vehicle along the target course, and the linear feedforward steering angle. Compensation steering angle calculation unit that calculates the difference between the two as the compensation steering angle, and the steering compensation yaw moment that compensates for the excess or deficiency of the lateral force of the vehicle generated by the linear feed forward steering angle based on the compensation steering angle. A control for controlling the control driving force distribution of the wheels based on the steering compensation yaw moment calculation unit for calculating the steering compensation yaw moment and the yaw moment for correcting the positional deviation of the own vehicle with respect to the target course. It is equipped with a control drive torque calculation unit that calculates the drive torque.
本発明によれば、目標コースの曲率に対する操舵系の動作を目標コースの形状に沿った自然な動作として、ドライバに違和感を与えることなく目標コースに精度良く追従させることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to make the operation of the steering system with respect to the curvature of the target course a natural operation along the shape of the target course, and to accurately follow the target course without giving a sense of discomfort to the driver.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は車両の全体構成図である。図１において、符号１は自車両を示し、符号２は自車両１の駆動系、符号３は自車両１の操舵系を示す。駆動系２は、第１モータ１３、変速機１４、減速装置１５、駆動輪（左前輪１６fl、右前輪１６fr）から構成される前輪駆動力伝達経路と、第２モータ１７、第３モータ１８、減速装置（左減速装置１９rl、右減速装置１９rr）及び駆動輪（左後輪２０rl、右後輪２０rr）から構成される後輪駆動力伝達経路とを備える４輪駆動可能な構成になっている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of the vehicle. In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a own vehicle,
前輪駆動力伝達経路では、第１モータ１３の駆動力が、変速機１４及び減速装置１５を介して前側の駆動輪（左前輪１６fl、右前輪１６fr）に伝達される。また、後輪駆動力伝達経路では、第２モータ１７の駆動力が、右減速装置１９rrを介して右後輪２０rrに伝達され、第３モータ１８の駆動力が、左減速装置１９rlを介して左後輪２０rlに伝達される。
In the front wheel drive force transmission path, the drive force of the
第１モータ１３は、バッテリ装置２１に蓄えられている電力により駆動される電動モータであり、また、減速時の回生エネルギーによって発電し、発電した電力をバッテリ装置２１に蓄電する。第２モータ１７及び第３モータ１８は、バッテリ装置２１の蓄電電力及び第１モータ１３で発電された電力のうちの少なくとも一方の電力により駆動される電動モータである。
The
バッテリ装置２１の状態は、バッテリ制御部２４によってモニタされる。バッテリ制御部２４は、バッテリ装置２１の電圧及び電流を検出してバッテリの充電状態（State of charge:SOC）を演算し、バッテリ装置２１の充電状態を制御する。
The state of the
変速機制御部２３は、制御ユニット５０から出力される変速指令値に基づいて変速機１４の変速比を制御する。尚、変速機１４及び変速機制御部２３は、第１モータ１３の特性から必須ではなく、省略可能である。また、制御ユニット５０は、後述するように、自車両１が目標コースに沿って走行するように制御する走行制御装置の中心となる装置である。
The
第１モータ制御部２５、第２モータ制御部２６及び第３モータ制御部２７は、制御ユニット５０から出力される第１モータトルク指令値、第２モータトルク指令値及び第３モータトルク指令値に基づいて、第１モータ１３、第２モータ１７及び第３モータ１８のトルクをそれぞれ制御する。
The first
一方、自車両１の操舵系３は、ステアリングホイール３１から、ステアリングシャフト３１ａが延出されており、ステアリングシャフト３１ａの前端は、ユニバーサルジョイント３２ａ及びジョイント軸３２ｂから成るジョイント部３２を介してステアリングギヤボックス３４から突出されたピニオン軸３５と連結されている。
On the other hand, in the steering system 3 of the own vehicle 1, the
ステアリングギヤボックス３４からは、左前輪１６flに向けてタイロッド３６flが延出される一方、右前輪１６frに向けてタイロッド３６frが延出されている。タイロッド３６fl、３６frのタイロッドエンドは、ナックルアーム３７fl、３７frを介して、それぞれの側の車輪１６fl、１６frを回転自在に支持するアクスルハウジング３８fl、３８frと連結されている。
From the
また、自車両１の操舵系３には、ドライバによる操舵入力と独立して操舵角を設定自在な操舵装置としての電動パワーステアリング（EPS;Electric Power Steering）装置３９が設けられている。このＥＰＳ装置３９は、周知のラックアシスト型等のパワーステアリング機構をパワーステアリング用モータによって駆動するものであり、パワーステアリング用モータは、ＥＰＳ制御部４０からの信号に基づいて制御される。
Further, the steering system 3 of the own vehicle 1 is provided with an electric power steering (EPS)
制御ユニット５０には、カメラ装置（ステレオカメラ、単眼カメラ、カラーカメラ等）、レーダ装置（レーザレーダ、ミリ波レーダ等）、ソナー等で構成され、自車両の走行する走行環境情報を検出し、走行環境を認識する走行環境認識装置４１、自車位置情報（緯度・経度、移動方向等）を検出して地図情報上に自車両位置の表示、及び、目的地までの経路誘導を行うナビゲーションシステム４２、車速Ｖを検出する車速センサ４３、操舵角δを検出する操舵角センサ４４等のセンサ、スイッチが接続されている。
The
走行環境認識装置４１は、例えば、ステレオカメラで構成される場合、このステレオカメラは、車室内の天井前方に一定の間隔をもって取り付けられ、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像する１組のカメラと、このカメラからの画像データを処理するステレオ画像処理装置とから構成されている。ステレオ画像処理装置における、カメラからの画像データの処理は、例えば以下のように行われる。まず、カメラで撮像した自車両の進行方向の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のズレ量から距離情報を求め、距離画像を生成する。
When the driving
白線等の車線区画線のデータの認識では、白線は道路面と比較して高輝度であるという知得に基づき、道路の幅方向の輝度変化を評価して、画像平面における左右の車線区画線の位置を画像平面上で特定する。この車線区画線の実空間上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、画像平面上の位置（ｉ，ｊ）とこの位置に関して算出された視差とに基づいて、すなわち、距離情報に基づいて、周知の座標変換式より算出される。自車両の位置を基準に設定された実空間の座標系は、本実施の形態では、カメラの中央真下の道路面を原点として、車長方向（距離方向）をｚ軸、車幅方向をｘ軸、車高方向をｙ軸とする。このとき、ｘ−ｚ平面（ｙ＝０）は、道路が平坦な場合、道路面と一致する。 In recognizing lane marking data such as white lines, based on the knowledge that white lines are brighter than the road surface, the change in brightness in the width direction of the road is evaluated, and the left and right lane markings in the image plane are evaluated. The position of is specified on the image plane. The position (x, y, z) of this lane marking line in real space is based on the position (i, j) on the image plane and the parallax calculated for this position, that is, based on the distance information. It is calculated from a well-known coordinate conversion formula. In the present embodiment, the coordinate system in the real space set based on the position of the own vehicle has the road surface directly below the center of the camera as the origin, the vehicle length direction (distance direction) as the z-axis, and the vehicle width direction as x. The y-axis is the axis and the vehicle height direction. At this time, the x-z plane (y = 0) coincides with the road surface when the road is flat.
また、走行環境認識装置４１は、三次元の距離分布を表す距離画像のデータを基に、周知のグルーピング処理や、予め記憶しておいた三次元的な道路形状データ、立体物データ等と比較し、道路に沿って存在するガードレール、縁石、中央分離帯等の側壁データ、車両等の立体物データを抽出する。立体物データでは、立体物までの距離と、この距離の時間的変化（自車両に対する相対速度）が求められる。
Further, the traveling
ナビゲーションシステム４２は、周知のシステムであり、ＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)衛星等の複数の航法衛星からの電波信号を受信して車両の位置情報（緯度、経度）を取得し、また、車速センサ４３からの車速情報と地磁気センサ或いはジャイロセンサ等からの方位情報により、車両の移動軌跡情報を取得する。ナビゲーションシステム４２は、ナビゲーション機能を実現するための経路情報を生成するナビＥＣＵと、地図情報（サプライヤデータ及び所定に更新されたデータ）を記憶する地図データベース（以上、何れも図示せず）を備え、情報を報知装置（図示せず）から出力する。
The
ナビＥＣＵは、利用者によって指定された目的地までの経路情報を地図画像に重ねて報知装置で表示させるとともに、検出された車両の位置、速度、走行方向等の情報に基づき、車両の現在位置を報知装置上の地図画像に重ねて表示する。 The navigation ECU superimposes the route information to the destination specified by the user on the map image and displays it on the notification device, and based on the detected information such as the position, speed, and traveling direction of the vehicle, the current position of the vehicle. Is superimposed on the map image on the notification device.
地図データベースは、走行制御用に作成された高精度地図を含むデータベースであり、ＨＤＤ（hard disk drive）やＳＳＤ（solid state drive）等の大容量記憶媒体に格納されている。高精度地図は、例えば、道路形状や道路間の接続関係等の静的な道路情報と、インフラ通信によって収集される交通情報等の動的な情報とを複数の階層で保持する多次元マップ（ダイナミックマップ）として構成されている。 The map database is a database including a high-precision map created for driving control, and is stored in a large-capacity storage medium such as an HDD (hard disk drive) or an SSD (solid state drive). A high-precision map is a multidimensional map that holds static road information such as road shapes and connections between roads and dynamic information such as traffic information collected by infrastructure communication in multiple layers (for example). It is configured as a dynamic map).
道路情報としては、例えば、道路（車線）の幅方向中心点、道路の分岐点（交差点）を含む道路上の点（ノード点）の座標（緯度、経度）、当該ノード点が含まれる道路の方向、種別（例えば、高速道路、幹線道路、市道といった情報）、当該ノード点における道路のタイプ（直線区間、円弧区間（円弧曲線部）、クロソイド曲線区間（緩和曲線部））及びカーブ曲率（或いは、半径）のデータが含まれる。 The road information includes, for example, the center point in the width direction of the road (lane), the coordinates (latitude, longitude) of the point (node point) on the road including the branch point (intersection) of the road, and the road including the node point. Direction, type (for example, information such as highway, highway, city road), type of road at the node point (straight section, arc section (arc curve part), crossoid curve section (relaxation curve part)) and curve curvature ( Alternatively, the data of the radius) is included.
制御ユニット５０は、上述の各センサ４１〜４４からの各入力信号に基づき、自車両１の走行環境情報に基づいて自車両１が走行する目標コースを設定し、目標コースの形状に沿って自車両１を走行させる走行制御を、自動運転を含む運転支援制御として実行する。目標コースへの走行制御は、操舵系３のＥＰＳ装置３９を介した操舵制御と、駆動系２の第２モータ１７及び第３モータ１８によるヨーモーメント制御とを併用して実行することで実現される。
The
ＥＰＳ装置３９を介した操舵制御は、自車両の進行方向を、操舵によって目標コースに沿った方向に指向させるフィードフォワード制御を主としている。具体的には、制御ユニット５０は、目標コースの曲率に基づいてフィードフォワード制御のフィードフォワード操舵角を算出し、このフィードフォワード操舵角を目標操舵角としてＥＰＳ装置３９を介した操舵制御を実行する。
The steering control via the
このときのフィードフォワード操舵角は、通常、目標コースのカーブ旋回時に車両に横力を発生させる走行速度が異なるため、同じ曲率であっても走行速度によってフィードフォワード操舵角が変動し、ドライバに違和感を与える場合がある。このため、本実施の形態においては、カーブ旋回時の車速を一定の車速（例えば６０Ｋｍ／ｈ）で代表し、目標コースの曲率に対して線形的に変化する操舵角（線形フィードフォワード操舵角）とする。この線形フィードフォワード操舵角は、車速に左右されることなく目標コースの幾何学的な形状のみによって一意に定まる操舵角であり、操舵系の動作としてドライバに伝達されるステアリングホイール３１の動きにより、車両が今後どのように動くのかをドライバに視覚的、感覚的に違和感を与えることなく伝えることができる。
Since the feed forward steering angle at this time usually differs in the traveling speed at which a lateral force is generated in the vehicle when turning a curve on the target course, the feed forward steering angle fluctuates depending on the traveling speed even if the curvature is the same, which makes the driver feel uncomfortable. May be given. Therefore, in the present embodiment, the vehicle speed at the time of turning a curve is represented by a constant vehicle speed (for example, 60 km / h), and the steering angle (linear feed forward steering angle) that changes linearly with respect to the curvature of the target course. And. This linear feed forward steering angle is a steering angle that is uniquely determined only by the geometric shape of the target course without being influenced by the vehicle speed, and is transmitted to the driver as the operation of the steering system by the movement of the
線形フィードフォワード操舵角で過不足が予想される車両の横力は、第２モータ１７及び第３モータ１８による左右輪間の制駆動力配分で発生させるヨーモーメントで補償する。第２モータ１７及び第３モータ１８によるヨーモーメント制御は、目標コースに対する自車両の位置ズレをヨーモーメントで修正する制御として実行される。
The lateral force of the vehicle, which is expected to be excessive or insufficient in the linear feed forward steering angle, is compensated by the yaw moment generated by the distribution of the controlling driving force between the left and right wheels by the
本実施の形態においては、目標コースに対する位置ズレとして、自車両の車幅方向における目標コースと自車両位置とのズレ量（横位置偏差）、目標コースの進行方向と自車両１の進行方向の角度のズレ量（対車線ヨー角）を用い、これらの位置ズレに基づいてヨーモーメントを制御し、車両旋回時に過不足となる横力を補償する。 In the present embodiment, as the positional deviation with respect to the target course, the amount of deviation (lateral position deviation) between the target course and the own vehicle position in the vehicle width direction of the own vehicle, the traveling direction of the target course and the traveling direction of the own vehicle 1 Using the amount of angular deviation (yaw angle with respect to the lane), the yaw moment is controlled based on these positional deviations, and lateral force that becomes excessive or insufficient when the vehicle turns is compensated.
この場合、操舵制御に対して自車両位置が目標コースからずれる要因には、外乱や車両の応答遅れ等の不確定要素も含まれる。このため、ヨーモーメントによる制御で補償する横力としては、カーブ走行時の線形フィードフォワード操舵角による横加速度の過不足による横力のみならず、路面の横断勾配や横風等の外乱による横力、積雪路や悪天候等の走行環境に対応する横力を含める。 In this case, factors that cause the position of the own vehicle to deviate from the target course with respect to steering control include uncertain factors such as disturbance and delay in response of the vehicle. For this reason, the lateral force compensated by the control by the yaw moment is not only the lateral force due to excess or deficiency of the lateral acceleration due to the linear feed forward steering angle during curve driving, but also the lateral force due to disturbances such as the cross slope of the road surface and cross wind. Include lateral force corresponding to the driving environment such as snowy roads and bad weather.
このヨーモーメント制御は、ステアリングホイール３１の動きを通じて車両が今後どのように動くのかを、視覚的、感覚的にドライバに伝えるヒューマンマシンインターフェース（Human Machine Interface;HMI）的な要素を有する操舵制御に対して、ドライバに情報を伝える必要性が小さく、ドライバに伝えても煩わしいだけとなる場合が多い。従って、ヨーモーメント制御は、操舵制御に対してバックグラウンドで実行される制御とされる。
This yaw moment control is for steering control having a Human Machine Interface (HMI) element that visually and sensuously conveys to the driver how the vehicle will move in the future through the movement of the
次に、以上の制御機能を実現する制御ユニット５０の機能構成について、図２を参照して説明する。図２は制御ユニットの機能ブロック説明図である。
Next, the functional configuration of the
図２に示すように、制御ユニット５０は、走行路情報取得部５０ａ、線形フィードフォワード操舵角算出部５０ｂ、補償操舵角算出部５０ｃ、操舵補償ヨーモーメント算出部５０ｄ、制駆動トルク算出部５０ｅを備えている。制御ユニット５０は、線形フィードフォワード操舵角算出部５０ｂで算出した線形フィードフォワード操舵角によるＥＰＳ制御部４０を介した操舵制御と、制駆動トルク算出部５０ｅで算出した制駆動トルクによる第２モータ制御部２６及び第３モータ制御部２７を介したヨーモーメント制御とを協調させて実行する。
As shown in FIG. 2, the
詳細には、走行路情報取得部５０ａは、上述の各センサ４１〜４４から入力される各信号に基づいて自車両が走行する車線を認識し、目標コースを設定する。本実施の形態では、走行車線の中央を目標コースとして設定する。走行路情報取得部５０ａは、走行環境認識装置４１やナビゲーションシステム４２からの車線区画線の位置情報と目標コースの位置情報に基づいて、目標コースの曲率κ、自車両１の横位置偏差Δｘ、対車線ヨー角θｔを取得する。
Specifically, the travel path
線形フィードフォワード操舵角算出部５０ｂは、走行路情報取得部５０ａから出力される目標コースの曲率κに基づいて、目標コースに対するフィードフォワード制御による操舵角δtffを算出し、ＥＰＳ制御部４０に出力する。この操舵角δtffは、車速一定の条件下で曲率κの増加に対して線形的に増加する操舵角（線形フィードフォワード操舵角）であり、例えば、以下の（１）式により算出される（但し、κ＞κ0；κ≦κ0ではδtff＝０）。
δtff＝Ｇff・κ …（１）
The linear feed forward steering
δtff ＝ Gff ・ κ… (1)
（１）式におけるＧffは、フィードフォワードゲインであり、一定の車速下で曲率κに対して操舵角δtffが線形的な関係にあることを示す比例係数となる。また、κ0は、操舵角δtffに対する不感帯を示し、曲率κが小さくドライバが直線路と感じるようなシーンではδtff＝０としてステアリングホイール３１の微小な動きを無くし、ドライバに違和感を与えないようにする。
Gff in the equation (1) is a feed forward gain, and is a proportional coefficient indicating that the steering angle δtff has a linear relationship with respect to the curvature κ at a constant vehicle speed. Further, κ0 indicates a dead zone for the steering angle δtff, and in a scene where the curvature κ is small and the driver feels that the road is straight, δtff = 0 to eliminate minute movements of the
フィードフォワードゲインＧffは、走行環境に応じて設定され、例えば図３に示すように、走行環境に応じて線形フィードフォワード操舵角δtffが異なる値となるように調整される。図３は操舵角の線形化を示す説明図である。図３においては、走行環境が良環境の場合の線形フィードフォワード操舵角δtff1と、走行環境が悪環境の場合の線形フィードフォワード操舵角δtff2を算出する例を示している。 The feed forward gain Gff is set according to the driving environment, and is adjusted so that the linear feed forward steering angle δtff has a different value depending on the driving environment, for example, as shown in FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the linearization of the steering angle. FIG. 3 shows an example of calculating the linear feed forward steering angle δtff1 when the driving environment is good and the linear feed forward steering angle δtff2 when the driving environment is bad.
例えば、晴天下の視界良好な環境下でカメラ画像から走行車線や他車両を確実に認識でき、且つ乾燥路で路面摩擦係数が所定の閾値値以上であるような走行環境の場合、線形フィードフォワード操舵角算出部５０ｂは、このような走行環境を良環境として認識する。一方、例えば、雨天下で視界が悪く走行車線や車両の認識率が低下している場合、積雪路等のように路面摩擦係数が閾値以下に低下している場合、路面の横断勾配や横風等の外乱が閾値以上に大きい場合等には、線形フィードフォワード操舵角算出部５０ｂは、このような走行環境を悪環境として認識する。
For example, in a driving environment where the driving lane and other vehicles can be reliably recognized from the camera image in an environment with good visibility under fine weather, and the road surface friction coefficient is equal to or higher than a predetermined threshold value on a dry road, linear feed forward The steering
そして、良環境では、旋回時の車速を例えば６０Ｋｍ／ｈ一定の車速で代表し、線形フィードフォワード操舵角δtff1を目標コースの曲率κに対して一意的に算出する。一方、悪環境では、同じ曲率κであってもてステアリングホイール３１の動きをより大きくしてドライバに伝えやすくするよう、良環境の線形フィードフォワード操舵角δtff1よりも操舵角を所定量だけ大きくした線形フィードフォワード操舵角δtff2を算出する。尚、悪環境下では早期にステアリングホイール３１の動きをドライバに伝えるため、δtff1＞０となる曲率よりもδtff2＞０となる曲率を小さくする。
Then, in a good environment, the vehicle speed at the time of turning is represented by, for example, a constant vehicle speed of 60 km / h, and the linear feed forward steering angle δtff1 is uniquely calculated with respect to the curvature κ of the target course. On the other hand, in a bad environment, the steering angle is increased by a predetermined amount compared to the linear feed forward steering angle δtff1 in a good environment so that the movement of the
ＥＰＳ制御部４０は、線形フィードフォワード操舵角算出部５０ｂで算出された線形フィードフォワード操舵角δtffを目標操舵角として、この目標操舵角を実現するＥＰＳ装置３９の制御トルクを算出する。そして、この制御トルクに、所定のトルク−電流変換ゲインを乗算する等してＥＰＳ装置３９のパワーステアリング用モータの電流指示値に変換し、変換した電流指示値でパワーステアリング用モータを駆動する。
The
補償操舵角算出部５０ｃは、目標コースに沿って自車両を走行させるための目標操舵角δtと線形フィードフォワード操舵角δtffとの差分を補償操舵角δcとして算出する。ここでの目標操舵角δtは、以下の（２）式に示すように、目標コースの曲率に対する従来のフィードフォワード操舵角δffと、目標コースに対する自車両の位置ズレに基づくフィードバック制御のフィードバック操舵角δfbとを合算した操舵角である。
δt＝δff＋δfb …（２）
The compensating steering
δt ＝ δff ＋ δfb… (2)
従来のフィードフォワード操舵角δffは、目標コースの曲率が同じであっても車速に依存して変化する操舵角である。また、フィードバック操舵角δfbは、以下の（３）式に示すように、目標コースに対する横位置偏差Δｘをフィードバック補正するための操舵角δxと、対車線ヨー角θｔをフィードバック補正するための操舵角δyとを合算して算出される操舵角である。（３）式におけるＧlは車両の横位置に対するフィードバックゲイン、Ｇyは車両のヨー角に対するフィードバックゲインであり、車両特性を考慮して予め実験やシミュレーション等により設定されている。
δfb＝δx＋δy＝Ｇl・Δｘ＋Ｇy・θt …（３）
The conventional feed forward steering angle δff is a steering angle that changes depending on the vehicle speed even if the curvature of the target course is the same. Further, the feedback steering angle δfb is a steering angle δx for feedback-correcting the lateral position deviation Δx with respect to the target course and a steering angle for feedback-correcting the anti-lane yaw angle θt, as shown in the following equation (3). It is a steering angle calculated by adding δy. In equation (3), Gl is the feedback gain for the lateral position of the vehicle, and Gy is the feedback gain for the yaw angle of the vehicle, which are set in advance by experiments, simulations, etc. in consideration of vehicle characteristics.
δfb ＝ δx ＋ δy ＝ Gl ・ Δx ＋ Gy ・ θt… (3)
尚、ここでの目標操舵角δtとしては、フィードバック操舵角δfbを省略し、従来のフィードフォワード操舵角δffを直接的に目標操舵角δtとしても良い。 As the target steering angle δt here, the feedback steering angle δfb may be omitted, and the conventional feedforward steering angle δff may be directly set as the target steering angle δt.
そして、補償操舵角算出部５０ｃは、以下に（４）式に示すように、車速によって変化する目標操舵角δtと、一定車速での線形フィードフォワード操舵角δtffとの差分を補償操舵角δcとして算出し、操舵補償ヨーモーメント算出部５０ｄに送る。
δc＝δt−δtff …（４）
Then, the compensating steering
δc ＝ δt−δtff… (4)
このとき、線形フィードフォワード操舵角δtffは走行環境によって異なるため、目標コースに対する自車両の位置ズレが同じであっても走行環境が異なる場合、補償操舵角δcは、図３に示すように異なる値となる。良環境下においては、補償操舵角δcは、良環境の線形フィードフォワード操舵角δtff1と、そのときの車速に対応した目標操舵角δt1との差による補償操舵角δc1となる。また、悪環境下においては、悪環境の線形フィードフォワード操舵角δtff2と、そのときの車速に対応した目標操舵角δt2との差による補償操舵角δc2となる。 At this time, since the linear feed forward steering angle δtff differs depending on the driving environment, the compensation steering angle δc has a different value as shown in FIG. 3 when the driving environment is different even if the position deviation of the own vehicle with respect to the target course is the same. It becomes. Under a good environment, the compensating steering angle δc is a compensating steering angle δc1 based on the difference between the linear feed forward steering angle δtff1 in a good environment and the target steering angle δt1 corresponding to the vehicle speed at that time. Further, in an adverse environment, the compensation steering angle δc2 is obtained by the difference between the linear feed forward steering angle δtff2 in the adverse environment and the target steering angle δt2 corresponding to the vehicle speed at that time.
操舵補償ヨーモーメント算出部５０ｄは、補償操舵角δcに対応する操舵補償ヨーモーメントＭzhを算出し、制駆動トルク算出部５０ｅに出力する。この操舵補償ヨーモーメントＭzhは、車両特性に基づいて演算或いは予め実験やシミュレーションによって作成したマップを参照して算出することができる。
The steering compensation yaw
例えば、演算によって操舵補償ヨーモーメントＭzhを算出する場合、先ず、カーブトレースに必要なヨーレートγmを、車両の運動方程式により算出する。このカーブトレースに必要なヨーレートγmは、車両のホイールベースをＬｗ、車両固有のスタビリティファクタをＡｓ、カーブ半径をρ、前輪のコーナリングパワーをＫｆ、後輪のコーナリングパワーをＫｒ、カーブトレースに必要なヨーモーメントをＭzcとすると、以下の（５）式で求めることができる。
γm＝Ｖ／ρ＝(１／(１＋Ａｓ・Ｖ2))・(Ｖ／Ｌｗ)・(δ＋((Ｋｆ＋Ｋｒ)／(２・Ｌｗ・Ｋｆ・Ｋｒ))・Ｍzc …（５）
For example, when calculating the steering compensation yaw moment Mzh by calculation, first, the yaw rate γm required for curve tracing is calculated by the equation of motion of the vehicle. The yaw rate γm required for this curve trace is Lw for the wheelbase of the vehicle, As for the stability factor unique to the vehicle, ρ for the curve radius, Kf for the cornering power of the front wheels, Kr for the cornering power of the rear wheels, and required for the curve trace. If the yaw moment is Mzc, it can be obtained by the following equation (5).
γm = V / ρ = (1 / (1 + As ・ V 2 )) ・ (V / Lw) ・ (δ + ((Kf + Kr) / (2 ・ Lw ・ Kf ・ Kr)) ・ Mzc… (5)
従って、（５）式より、操舵角δを補償操舵角δcとしたとき（δ＝δc）の、カーブトレースに必要なヨーモーメントＭzcは、操舵補償ヨーモーメントＭzhとして、以下の（６）式で算出することができる。
Ｍzh＝((１＋Ａｓ・Ｖ2)・Ｌｗ／ρ−δc)・(２・Ｌｗ・Ｋｆ・Ｋｒ)／(Ｋｆ＋Ｋｒ) …（６）
Therefore, from Eq. (5), when the steering angle δ is the compensation steering angle δc (δ = δc), the yaw moment Mzc required for curve tracing is the steering compensation yaw moment Mzh, as shown in Eq. (6) below. Can be calculated.
Mzh = ((1 + As ・ V 2 ) ・ Lw / ρ-δc) ・ (2 ・ Lw ・ Kf ・ Kr) / (Kf + Kr)… (6)
制駆動トルク算出部５０ｅは、自車両１に付加する付加ヨーモーメントＭzを算出し、この付加ヨーモーメントＭzに基づいて、第３モータ１８に発生させるモータトルクＴrlと、第２モータ１７に発生させるモータトルクＴrrを算出する。
The control drive torque calculation unit 50e calculates the additional yaw moment Mz to be applied to the own vehicle 1, and based on the added yaw moment Mz, the motor torque Trl to be generated in the
付加ヨーモーメントＭzは、以下の（７）式に示すように、自車両１の横位置偏差Δｘに基づくヨーモーメントＭzxと、自車両１の対車線ヨー角θｔに基づくヨーモーメントＭzθと、線形フィードフォワード操舵角δtffに対応する操舵補償ヨーモーメントＭzhとを合算したヨーモーメントとして算出される。
Ｍｚ＝Ｍzx＋Ｍzθ＋Ｍzh …（７）
As shown in the following equation (7), the added yaw moment Mz includes a yaw moment Mzx based on the lateral position deviation Δx of the own vehicle 1, a yaw moment Mzθ based on the anti-lane yaw angle θt of the own vehicle 1, and a linear feed. It is calculated as the yaw moment by adding the steering compensation yaw moment Mzh corresponding to the forward steering angle δtff.
Mz = Mzx + Mzθ + Mzh ... (7)
ヨーモーメントＭzxは、目標コースに対する自車両１の車幅方向の位置ズレを補償するものであり、車両特性を考慮して予め実験やシミュレーション等によって作成したマップを参照して設定される。また、ヨーモーメントＭzθは、目標コースに対する自車両１のヨー角方向のズレを補償するものであり、車両特性を考慮して予め実験やシミュレーション等によって作成したマップを参照して設定される。 The yaw moment Mzx compensates for the positional deviation of the own vehicle 1 in the vehicle width direction with respect to the target course, and is set by referring to a map created in advance by experiments, simulations, etc. in consideration of vehicle characteristics. Further, the yaw moment Mzθ compensates for the deviation of the own vehicle 1 in the yaw angle direction with respect to the target course, and is set by referring to a map created in advance by experiments, simulations, etc. in consideration of vehicle characteristics.
そして、制駆動トルク算出部５０ｅは、（７）式で算出した付加ヨーモーメントＭｚ（反時計回りを「＋」として）に基づいて、例えば、以下の（８），（９）式により、第３モータ１８に発生させるモータトルクＴrlと、第２モータ１７に発生させるモータトルクＴrrを、左右輪の制駆動力配分を制御するための制駆動トルクとして算出する。尚、（７），（８）式において、ｒｔはタイヤ半径、ｄはトレッドである。
Ｔrl＝−（ｒｔ／ｄ）・ΔＭｚ …（８）
Ｔrr＝＋（ｒｔ／ｄ）・ΔＭｚ …（９）
Then, the control drive torque calculation unit 50e is based on the added yaw moment Mz calculated by the equation (7) (with the counterclockwise direction being “+”), for example, by the following equations (8) and (9). The motor torque Trl generated in the three
Trl =-(rt / d) · ΔMz ... (8)
Trr = + (rt / d) · ΔMz… (9)
制駆動トルク算出部５０ｅは、モータトルクＴrlを第３モータ制御部２７に出力すると共に、モータトルクＴrrを第２モータ制御部２６に出力し、左右輪間の制駆動力配分を第２モータ１７及び第３モータ１８を介して制御する。
The control drive torque calculation unit 50e outputs the motor torque Trl to the third
次に、制御ユニット５０で実行される目標コース追従制御処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。図４は目標コース追従制御のプログラム処理を示すフローチャートである。
Next, the target course tracking control process executed by the
この目標コース追従制御のプログラム処理では、制御ユニット５０は、最初のステップＳ１０１において、走行路情報取得部５０ａの処理として、自車両が走行する車線を認識して走行車線の中央を目標コースとして設定する。また、走行路情報取得部５０ａは、認識した車線区画線の位置情報と、目標コースの位置情報を基に、目標コースの曲率κ、自車両１の幅方向における目標コースと自車位置とのズレ量（横位置偏差）Δｘ、目標コースの進行方向と自車両１の進行方向の角度のズレ量（対車線ヨー角）θｔを取得する。
In the program processing of the target course follow-up control, the
次に、ステップＳ１０２へ進み、制御ユニット５０は、線形フィードフォワード操舵角算出部５０ｂの処理として、目標コースの曲率κに基づいて、予め設定した一定の車速における線形フィードフォワード操舵角δtffを算出し、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３では、制御ユニット５０は、補償操舵角算出部５０ｃの処理として、車速によって変化する目標操舵角δfと一定の車速を前提とした線形フィードフォワード操舵角δtffとの差を、補償操舵角δcとして算出する（（４）式参照）。
Next, the process proceeds to step S102, and the
次に、制御ユニット５０は、ステップＳ１０４で操舵補償ヨーモーメント算出部５０ｄの処理として、補償操舵角δcに対応する操舵補償ヨーモーメントＭzhを算出し、ステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では、制御ユニット５０は、制駆動トルク算出部５０ｅの処理として、自車両１に付加する付加ヨーモーメントＭz（（７）式参照）を算出する。
Next, the
そして、制御ユニット５０は、ステップＳ１０６において、付加ヨーモーメントＭzに基づいて、第３モータ１８に発生させるモータトルクＴrlと、第２モータ１７に発生させるモータトルクＴrrを、左右輪の駆動力配分を制御するための制駆動トルクとして算出する（（８）式及び（９）式参照）。
Then, in step S106, the
その後、ステップＳ１０７へ進み、制御ユニット５０は、ＥＰＳ制御部４０に線形フィードフォワード操作角δtffを出力すると共に、モータトルクＴrl，Ｔrrを、第３モータ制御部２７、第２モータ制御部２６に出力する。これにより、制御ユニット５０は、目標コースの曲率に対して操舵角が線形的に変化する操舵制御と、この操舵制御で解消されない自車両１の位置ズレを補償するヨーモーメント制御とを協調させて実行する。
After that, the process proceeds to step S107, and the
以上の処理による操舵制御及びヨーモーメント制御の変化について、図５を例にとって説明する。図５は車速及び曲率の変化に対する操舵角及びヨーモーメントの変化を示す説明図である。 Changes in steering control and yaw moment control due to the above processing will be described with reference to FIG. 5 as an example. FIG. 5 is an explanatory diagram showing changes in steering angle and yaw moment with respect to changes in vehicle speed and curvature.
図５においては、目標コースが直線路からカーブに変化して曲率κが時刻ｔ0から時刻ｔ1に向かって大きくなると、カーブに進入する自車両の車速Ｖが低下する。そして、目標コースの曲率κが時刻ｔ1で一定になったとき、時刻ｔ2（ｔ2＞ｔ1）で車速Ｖも一定となる。その後、時刻ｔ3（ｔ3＞ｔ2）でカーブ出口に向かって曲率κが小さくなると、車速Ｖが遅れて時刻ｔ4（ｔ4＞ｔ3）で上昇し、時刻ｔ5でカーブを抜けた後に元の車速に復帰する。 In FIG. 5, when the target course changes from a straight road to a curve and the curvature κ increases from time t0 to time t1, the vehicle speed V of the own vehicle entering the curve decreases. Then, when the curvature κ of the target course becomes constant at time t1, the vehicle speed V also becomes constant at time t2 (t2> t1). After that, when the curvature κ becomes smaller toward the exit of the curve at time t3 (t3> t2), the vehicle speed V is delayed and rises at time t4 (t4> t3), and returns to the original vehicle speed after exiting the curve at time t5. To do.
このとき、目標コースに対する従来のフィードフォワード操舵角δffは、図５に破線で示すように、車速Ｖの変化により、曲率κに対して応答の行き過ぎや遅れを伴って非線形に変化する操舵角となる。このため、ステアリングホイール３１の動きが目標コースの形状に対して不自然な動きとなり、ドライバに違和感を与えてしまう。
At this time, the conventional feed forward steering angle δff with respect to the target course is a steering angle that changes non-linearly with an excessive response or a delay with respect to the curvature κ due to a change in the vehicle speed V, as shown by a broken line in FIG. Become. For this reason, the movement of the
これに対して、本実施の形態における線形フィードフォワード操舵角δtff（δtff1,δtff2）は、車速Ｖの変化に影響されることなく、曲率κに対して線形的に変化し、曲率κの変化と相似的な変化となる。これにより、ステアリングホイール３１の動きが目標コースの形状に追従した自然な動きとなり、ドライバへの違和感を防止することができる。従来のフィードフォワード操舵角δffに対して線形フィードフォワード操舵角δtffによる横力の過不足分は、操舵補償ヨーモーメントＭzhを含む付加ヨーモーメントＭzを車両に付加して補償される。
On the other hand, the linear feed forward steering angle δtff (δtff1, δtff2) in the present embodiment changes linearly with respect to the curvature κ without being affected by the change in the vehicle speed V, and changes in the curvature κ. It will be a similar change. As a result, the movement of the
また、線形フィードフォワード操舵角δtffは、良環境の線形フィードフォワード操舵角δtff1よりも、悪環境の線形フィードフォワード操舵角δtff2（図５中に２点鎖線で示す操舵角δtff2）が大きくなるように設定される。このため、悪環境下でステアリングホイール３１の動きをドライバに明確に示すことができ、システムの制御状態を確実に伝えて安心感を与えることができる。このとき、悪環境の操舵補償ヨーモーメントＭzh2（図５中に２点鎖線で示すヨーモーメントＭzh2）は、良環境の線形フィードフォワード操舵角δtff2による操舵補償ヨーモーメントＭzh1に対して逆方向のヨーモーメントとされ、オーバーステア方向への車体の動きを抑制する。
Further, the linear feed forward steering angle δtff is set so that the linear feed forward steering angle δtff2 in a bad environment (steering angle δtff2 shown by the two-point chain line in FIG. 5) is larger than the linear feed forward steering angle δtff1 in a good environment. Set. Therefore, the movement of the
このように本実施の形態においては、制御ユニット５０は、目標コースに対するフィードフォワード制御の操舵角を、目標コースの曲率に対して線形的に変化する線形フィードフォワード操舵角δtffとして算出する。そして、制御ユニット５０は、線形フィードフォワード操舵角δtffによる車両の横力の過不足分を補償する操舵補償ヨーモーメントＭzhを含む付加ヨーモーメントＭzを算出し、線形フィードフォワード操舵角δtffによる操舵制御と、付加ヨーモーメントＭzによるヨーモーメント制御を協調させて実行する。
As described above, in the present embodiment, the
これにより、目標コースの曲率に対する操舵系の動作を目標コースの形状に沿った自然な動作として、ドライバに違和感を与えることなく、視覚的、感覚的にシステムの制御意図を伝達することができ、目標コースに精度良く追従させることが可能となる。 As a result, the operation of the steering system with respect to the curvature of the target course is regarded as a natural operation along the shape of the target course, and the control intention of the system can be visually and sensuously transmitted without giving a sense of discomfort to the driver. It is possible to follow the target course with high accuracy.
尚、本実施の形態では、３つの電動モータを有する車両を例に説明したが、これに限定されること無く、例えば、４輪にインホイールモータを備えた車両や、エンジンと電動モータを備えたハイブリッド車両であっても良い。要は、左右輪間の制駆動力差により車両にヨーモーメントを付加することができる車両であれば、本発明を適用できることは言うまでも無い。 In the present embodiment, a vehicle having three electric motors has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and for example, a vehicle having an in-wheel motor on four wheels or an engine and an electric motor are provided. It may be a hybrid vehicle. In short, it goes without saying that the present invention can be applied to a vehicle that can add a yaw moment to the vehicle due to the difference in driving force between the left and right wheels.
１ 自車両
２ 駆動系
３ 操舵系
１３ 第１モータ
１６fl、１６fr 前輪
１７ 第２モータ
１８ 第３モータ
２０rl，２０rr 後輪
２５ 第１モータ制御部
２６ 第２モータ制御部
２７ 第３モータ制御部
３９ 電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ装置）
４０ ＥＰＳ制御部
４１ 走行環境認識装置
４２ ナビゲーションシステム
５０ 制御ユニット
５０ａ 走行路情報取得部
５０ｂ 線形フィードフォワード操舵角算出部
５０ｃ 補償操舵角算出部
５０ｄ 操舵補償ヨーモーメント算出部
５０ｅ 制駆動トルク算出部
Ｍzh 操舵補償ヨーモーメント
Ｍｚ 付加ヨーモーメント
1
40
Claims (4)
前記目標コースに対するフィードフォワード制御の操舵角を、前記目標コースの曲率に対して線形的に変化する線形フィードフォワード操舵角として算出する線形フィードフォワード操舵角算出部と、
前記目標コースに沿って自車両を走行させるための目標操舵角と前記線形フィードフォワード操舵角との差分を、補償操舵角として算出する補償操舵角算出部と、
前記補償操舵角に基づいて、前記線形フィードフォワード操舵角によって発生する車両の横力の過不足分を補償する操舵補償ヨーモーメントを算出する操舵補償ヨーモーメント算出部と、
前記操舵補償ヨーモーメントと前記目標コースに対する自車両の位置ズレを修正するためのヨーモーメントとに基づいて、車輪の制駆動力配分を制御するための制駆動トルクを算出する制駆動トルク算出部と
を備えることを特徴とする車両の走行制御装置。 A vehicle travel control device that controls the vehicle to travel along a target course.
A linear feed forward steering angle calculation unit that calculates the steering angle of the feed forward control with respect to the target course as a linear feed forward steering angle that changes linearly with respect to the curvature of the target course.
A compensating steering angle calculation unit that calculates the difference between the target steering angle for driving the own vehicle along the target course and the linear feed forward steering angle as the compensating steering angle.
A steering compensation yaw moment calculation unit that calculates a steering compensation yaw moment that compensates for excess or deficiency of the lateral force of the vehicle generated by the linear feed forward steering angle based on the compensation steering angle.
With the control drive torque calculation unit that calculates the control drive torque for controlling the wheel control drive force distribution based on the steering compensation yaw moment and the yaw moment for correcting the position deviation of the own vehicle with respect to the target course. A vehicle travel control device comprising.
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