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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