JP4741676B2 - カーブ走行において制御特性が修正されるｌｋｓシステム - Google Patents

Description

本発明は、特許請求の範囲に記載の請求項１の概念に基づく、車両を自車線に維持するための装置に関する。

従来技術において、車両を自車線に維持するという点で車両の運転者を支援する様々なシステムが公知である。このような（車両を自車線に維持するという点で車両の運転者を支援する）システムは、設定された移動経路から車両が外れる場合に、車両のステアリング（Lenkung）に対して、調整された操舵力（Lenkkraefte）を与える。このようなシステムは、ＬＫＳシステム（車線維持システム）（ＬＫＳ：Lane Keeping Support）とも呼ばれる。その際、自動化の度合いは、車両を自車線に維持するために人工的な操舵力を加えて、運転者にどのように操舵を行うべきか指示するシステムから、全自動で車両を自車線内で誘導するＬＫＳシステムまで存在する。

例えば、独国特許出願公開第１０１ １４ ４７０号明細書で開示されているようなＬＫＳシステムは、ビデオシステム等の車線検出システム（Fahrspur-Erkennungssystem）を含んでいる。車線検出システムによって、車両の前に存在する車線の経路と、車線内での車両の相対的位置（偏差及び方位（Ablage und Orientierung））とを算定することが可能である。車両の移動経路が、設定された移動経路から著しく外れる場合、システムは、ステアリングに加えられた支援トルク（Unterstuetzungsmoment）を変更し、それによって人工的な操舵力を生成する。この人工的な操舵力は、運転者に体感的に（haptisch）認識されうる程度に強く、運転者が目標移動経路の方向に操舵輪角度（Lenkradeinschlag）を変更するように、調整される。操舵輪角度が非常に小さい場合には、運転者は、例えば、カーブの内側方向に向かって追加的なトルクを感じる。それに対して、操舵輪角度が非常に大きい場合には、運転者は、例えば、カーブの外側方向に向かって追加的なトルクを感じる。

図１では、全自動で車両８を自車線１０内に維持することが可能なＬＫＳ機能を備えた操舵システムが考察されている。総システムは、ビデオシステム等の、車両８に配置された車線検出のためのセンサ７を含んでいる。車線検出のためのセンサ７によって、走行中の車線１０に関わる車両８の偏差及び方位（方向偏差（laterale Ablage）、経路差角（Bahndifferenzwinkel））、ならびに、車両の前に存在する車線の経路（カーブ、カーブの変化）を求めることが可能である。この場合、車両検出システム７は、ビデオカメラと、画像データから所望の地理的データを求める特別な画像処理ソフトウェアとを含んでいる。

地理的データと車両速度等の更なる別の走行・状態変数（Fahr-Zustandsgroessen）とは、数学的な基準モデル１３に供給される。数学的な基準モデル１３は、供給されたデータから基準操舵角（Referenz-Lenkwinkel）δ_Ｒｅｆを計算する。この基準操舵角δ_Ｒｅｆとは、車両８を自車線１０内に適切に維持するためにステアリング（Lenkung）において旋回（einschlagen）すべき操舵角に相当する。この値δ_Ｒｅｆは、次に配置されている閉制御ループ（Regelkreis）１１へ伝達される。閉制御ループ１１は、実際の操舵角δを所定の目標変数（Sollgroesse）δ_Ｒｅｆに対して制御し、それによって車両８を自車線１０内に（通常では車線中央に）維持する役目を果たす。

閉制御ループ１１は、制御変数（Regelgroesse）の制御差分（Regeldifferenz）Δδ＝δ_Ｒｅｆ−δを計算するノード２（追加ノード）と、閉制御ループ１１の制御装置（Regler）を成す伝達要素（Uebertragungsglied）３と、操舵角・閉制御ループ（Lenkwinkel-Regelkreis）１１の操作部（Stellglied）を成しトルク閉制御ループ（Momentenregelkreis）を有する操舵アクチュエータ（Lenksteller）４とを含んでいる。構成要素２、３、４ａ及び基準モデル１３は、通常では、制御装置１２内にソフトウェアモジュールとして実装されている。

閉ループ制御装置（Regler）３は、Ｐ動作（比例動作）（p-Verhalten）を有しており、制御偏差（Regelabweichung）Δδを安定して補正する（ausregeln）ことが可能なように、構成されている。ここでは、閉ループ制御装置３は、オフセットに従って誘導トルク（Fuehrungsmoment）（信号Ｍ_Ｅ）を生成する特性曲線（Kennlinie）を含んでいる。誘導トルクは、操舵アクチュエータ４に供給される。閉ループ制御装置４ａと実質的なアクチュエータ４ｂとを含む操舵アクチュエータ４は、制御特性（Regelcharakteristik）に従って、トルクＭ_Ｅを、後にステアリングに対して与えられる操作トルク（Stellmoment）Ｍ_Ａに変換する。操作トルクＭ_Ａは、運転者によって操舵輪に与えられたトルクＭ_Ｆと干渉し合う（ueberlagern）。このことは、更なる別の追加ノード５によって示されている。ステアリングの伝達動作（Uebertragungsverhalten）は、最終的にブロック６で表されている。

図２は、車両８が走行中の車線９を直進しており、その際、車線中央１６から外れている走行状況を示している。ここでは、ＬＫＳシステムは、車両８を車線中央１６に戻すための基準操舵角δ_Ｒｅｆを計算する。この状態における制御は、右に示された閉ループ制御装置・特性曲線（Regler-Kennlinie）１４の点Ｐに相当し、車線中央１６の方向への対応する誘導トルクＭ_Ｅを生成する。

公知のＬＫＳシステムは、通常は車両８を所定の目標経路へ、通例では車線中央へ誘導するように構成されている。しかし、公知のＬＫＳシステムの短所は、複数の運転者がカーブの中央ではなくカーブ内側の近傍を通過する傾向にある点、すなわち近道を取る（Kurven schneiden）傾向にある点にある。公知のシステムは基本的に、車線中央へ車両を誘導するように構成されているので、近道を取る際に、運転者が望む操舵角と基準操舵角との間に偏差が生じ、結果的に、車線中央へ導くためのＬＫＳシステムによる操舵介入が修正されることになる。このことは、図３ａに図で示されている。ＬＫＳシステムによって加えられた車線中央１６方向への誘導トルクは、Ｍ_Ｅで示されている。

意識的にカーブの近道を取る場合、運転者は、ＬＫＳシステムによるこのような操舵介入を、不快に煩わしく感じる。

従って、本発明の課題は、走行動作に閉ループ又は開ループ制御で（regelnd oder steuernd）介入することなく、カーブの近道を取ること（Kurvenschneiden）を許可するＬＫＳシステムを創出することにある。

本課題は、本発明に基づいて、特許請求の範囲に記載の請求項１に示された特徴によって解決される。本発明の更なる別の実施形態は、特許請求の範囲に記載の従属請求項の主題である。

本発明の基本的な構想は、カーブを走行する間にＬＫＳシステムの誘導動作（Fuehrungsverhalten）を修正することにより、カーブの近道を取る際にステアリング（Lenkung）に対して操舵力（Lenkkraefte）を与えないか、又は、非常に軽微な人工的な操舵力を与える点にある。それに対して、カーブ外側方向に向かって移動経路が外れる偏差（Abweichung）が生じる際には、引き続き、運転者に車線から外れていることを示唆するか、又は、自動的に車両を目標移動経路へ戻すための操舵力が与えられる。すなわち、ＬＫＳシステムは、カーブ内側方向に対する偏差と、カーブ外側方向に対する偏差を区別する。従って、誘導動作を非対称として特徴付けることも可能である。

本発明の好適な実施形態に基づいて、開ループ又は閉ループ制御装置・特性曲線（Steuer- bzw. Regler-Kennlinie）は、カーブ走行の場合に非対称な弧を描き、その際、制御偏差のための不感帯（Totzone）が設けられている。そして、この不感帯では、誘導トルクが生成されないか、又は、軽微な誘導トルクが生成される。すなわち、カーブの近道を取る際には、制御偏差が不感帯の範囲内で生じる限り、ステアリングに操舵力が与えられないか、又は、軽微な操舵力が与えられる。それに対して、（運転者が著しくカーブの近道をするため）制御偏差が不感帯よりも大きい場合、ＬＫＳシステムは再び制御介入する。一方、車両がカーブ外側の方向に外れる偏差が生じる際には、制御動作は、特に、直進走行の場合と同様に変更されない。

不感帯の値は、特に、少なくとも１つの更なる別の走行・状態変数に依存する。特に、走行速度、及び／又は、ヨーレート（Gierrate）、及び／又は、横加速度（Querbeschleunigung）、及び／又は、カーブの経路に依存する。さらに、不感帯の値（Groesse）は、特に、運転者がカーブの近道を取る余裕はあるが、カーブの内側に向かって車線から外れることを予防できる程度に、高め（大きめ）に選択される。

ＬＫＳシステムの制御動作は、特に、車両がカーブ進入直前に既に修正される。カーブ進入と共に、不感帯の値は、特に、恒常的に増加し、カーブのピーク（Scheitelpunkt）で最大値に達する。さらに、カーブを抜ける際に再び初期値（Ausgangswert）に下がる。不感帯又はＬＫＳ制御の誘導動作は、特に、非常に大きくは（sprungartig）修正されない。

特性曲線は、特に、操舵角偏差等の状態変数の偏差を、操舵トルク（Lenkmoment）等の誘導変数に写像する（abbilden）。ＬＫＳシステムの誘導動作は、開ループ制御又は閉ループ制御・特性曲線の解釈（Auslegung）によって、半自動的な（支援型）誘導と全自動誘導との間で変えられることが可能である。

開ループ制御又は閉ループ制御・特性曲線は、特に、Ｐ動作（比例動作）を有しており、特に、Ｉ動作（積分動作）（Ｉ-Verhalten）を有していない。

開ループ制御又は閉ループ制御・特性曲線は、直進走行の場合には、特に、対称（点対称）であり、カーブ進入の場合には非対称な特性曲線に修正される。

カーブを走行する際の開ループ制御又は閉ループ制御・特性曲線の変更に関する上記の可能性の他に、代替的に、例えば、カーブ走行する際に基準操舵角δ_Ｒｅｆが個別に計算されるか、又は制御偏差が修正されることも可能である。

この機能は、特に、ソフトウェアとして制御装置に格納されている（hinterlegen）。

図１、２及び３ａの解説に関しては、冒頭の発明の詳細の記載が参照される。
本発明は、以下、添付の図を用いて詳細に解説される。

図３ｂは、運転者がカーブの近道を取るカーブ走行の間の、本発明に基づくＬＫＳシステムの誘導動作を示している。車両８は、車線中央（ここでは目標移動経路に相当する）を大きく外れて、カーブの内側を走行している。これにより、運転者によって選択された操舵角と、基準モデル１３によって計算された基準操舵角との間に偏差が生じる。しかし、図３ａの公知のＬＫＳシステムとは対照的に、ここでは、修正された操舵介入は行われない。これは、閉ループ制御装置・特性曲線１４が非対称な弧を描き、制御偏差Δδにもかかわらず誘導トルクＭ_Ｅが生成されない不感帯１５が設けられることによって、達成される。不感帯１５の範囲内では、特性曲線１４及びそれに伴い誘導トルクＭ_Ｅが０であるか、又は非常に０に低い値である。従って、運転者は、ＬＫＳシステムによって制御介入されることなく、カーブの近道を取る余裕が充分にある。

不感帯１５の値は、有利に、異なる走行状態パラメータに依存する。特に、走行速度、ヨーレート、横加速度、及び／又は、車道のカーブの経路に依存する。不感帯１５の値は、運転者がカーブの近道を取ることは可能であるが、カーブの内側方向に向かって車線から外れることが引き続き防止される程度に、高めに選択される。

図４は、カーブ進入からカーブ脱出までの、時間ｔにわたる不感帯１５の増加及び減少を示している。不感帯１５の値は、カーブ進入前から既に増加し（時点ｔ_１）、カーブの角点（時点ｔ_２）で最大値に達する。最大値は、車両８が再びカーブを抜ける（時点ｔ_３）まで保持され、その後、恒常的に０程度まで減少する。直進走行の場合、特性曲線１４は、図２の特性曲線に相当する。

カーブ走行時の誘導動作の本発明に基づく修正は、運転者に操舵指示のみ与える半自動的なシステム、及び全自動システムにおいて、実行可能である。

全自動で誘導するＬＫＳシステムの説明図である。 車両が目標移動経路から外れる偏差が生じた場合の、公知のＬＫＳシステムの誘導動作を示している。 カーブの近道を取る場合の、公知のＬＫＳシステムの誘導動作を示している。 カーブの近道を取る場合の、本発明の一実施形態に基づくＬＫＳシステムの誘導動作を示している。 カーブを通過する際の不感帯の値の偏移を示している。

符号の説明

１ 運転者
２ 追加ノード
３ 閉ループ制御装置
４ トルク閉制御ループを有する操作部
４ａ 操作部４の閉ループ制御装置
４ｂ 操作部４のアクチュエータ
５ 追加ノード
６ ステアリング
７ 車線検出システム
８ 車両
９ 路側標識
１０ 車線
１１ 閉制御ループ
１２ 制御装置
１３ 基準モデル
１４ 特性曲線
１５ 不感帯
１６ 車線中央

Claims (9)

1. 車両（８）を自車線（１０）に維持するための装置であって、前記装置は、前記車両（８）の移動経路が目標移動経路（１６）から外れる偏差が生じる際に、操舵アクチュエータ（４）を用いて前記車両（８）のステアリング（6）に操舵トルク（Ｍ_Ｅ）を与えて車両を誘導する、車両（８）を自車線（１０）に維持するための装置において、
   カーブ走行の際に、前記車両（８）の実際の移動経路がカーブの内側方向に向かって目標移動経路から外れる偏差が生じる場合には、カーブの外側方向に向かう対応する偏差が生じる場合よりも小さな操舵トルクが前記ステアリング（６）に与えられるように、前記装置の誘導動作が修正されることを特徴とする、車両（８）を自車線（１０）に維持するための装置。
2. 車線検出システム（７）から、前記車線（１０）内での前記車両（８）の位置に関する地理的データ及び車線の経路に該当するデータを獲得し、獲得したデータから目標変数（δ_Ｒｅｆ）を計算する基準モデル（１３）、ならびに、前記目標変数（δ_Ｒｅｆ）と、対応する状態変数（δ）との差分（Δδ）に従って制御信号（Ｍ_Ｅ）を生成する開ループ又は閉ループ制御装置（３）が設けられており、
   前記車両（８）を前記目標移動経路（１６）へ誘導するために、前記制御信号（Ｍ_Ｅ）が、前記操作部（４）によって前記車両（８）のステアリングに与えられることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. カーブ走行の場合に非対称に弧を描く特性曲線（１４）を含む開ループ又は閉ループ制御装置（３）が設けられており、
   その際、前記差分（Δδ）のための不感帯（１５）が設定され、
   前記不感帯（１５）では、前記ステアリング（６）に軽微な操舵力が与えられるか、又は操舵力が与えられないことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 前記不感帯（１５）の値は、走行速度、ヨーレート、横加速度、及び／又は、カーブの経路に依存することを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記誘導動作は、カーブ進入直前に既に修正されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の装置。
6. 前記装置は、閉ループ制御装置（３）を有する操舵角・閉制御ループ（１１）を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の装置。
7. 前記特性曲線（１４）は、直進走行の場合には対称な特性曲線であり、カーブ走行の場合には非対称な特性曲線に修正されることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
8. 前記特性曲線（１４）は、１つの機能として制御装置に格納されていることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
9. カーブ走行の際に、近道を取ることを許可するために、修正された基準操舵角又は修正された制御偏差が計算されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。

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