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JP2005162153A - Steering controller - Google Patents

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JP2005162153A
JP2005162153A JP2003407165A JP2003407165A JP2005162153A JP 2005162153 A JP2005162153 A JP 2005162153A JP 2003407165 A JP2003407165 A JP 2003407165A JP 2003407165 A JP2003407165 A JP 2003407165A JP 2005162153 A JP2005162153 A JP 2005162153A
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JP
Japan
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vehicle
steering
width direction
target point
sample data
Prior art date
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Pending
Application number
JP2003407165A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Kanbe
隆宏 神戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable a steering assistant torque to be determined only by performing extremely simple calculation, to improve estimating accuracy of a vehicle state by suppressing influence of a detection error of image data, and to perform accurate steering assistant control with appropriate future forecasting, in a steering controller having an actuator for turning the steering wheel of the vehicle. <P>SOLUTION: A traveling path in the vehicle traveling direction is detected as image data by a camera (traveling path detecting means 21), and at least three front gazing points of which distances from the vehicle are different are taken by a sample data taking means 22. Based on the taken sample data, vehicle states such as the widthwise displacement estimating amount, the curvature of the travel path, and the vehicle deflection angle are estimated by a vehicle state estimating means 23. A front gazing point for control is set as a target point by a target point setting means 27. Based on the calculated vehicle state, the steering assistant torque of the target point is calculated by a steering assistant torque calculating means 29. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、車両の走行路の画像情報を利用して目標地点の操舵アシストトルクを求め、操舵制御を行う操舵制御装置に関する。   The present invention relates to a steering control device that obtains steering assist torque at a target point by using image information of a traveling path of a vehicle and performs steering control.

従来、車両走行路を撮像した画像情報に基づいて、油圧や電動モータ等により操舵制御を行う装置は、例えば前記画像情報に基づいて、現時点における車両横変位、対レーンヨー角、道路曲率を求め、これらの情報を基にフィードバック制御を行っていた。   Conventionally, an apparatus that performs steering control using hydraulic pressure, an electric motor, or the like based on image information obtained by imaging a vehicle travel path obtains a vehicle lateral displacement, a lane yaw angle, and a road curvature at the current time based on the image information, for example. Feedback control was performed based on this information.

この種の操舵制御装置は、例えば下記特許文献1に記載の装置が提案されていた。
特開平2001−10518号公報。
As this type of steering control device, for example, a device described in Patent Document 1 below has been proposed.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-10518.

前記特許文献1に記載の装置は、画像情報に基づいて現時点の車両状態(ヨー角、変位、曲率)を推定し、これらの偏差に対しフィードバック制御を行っており、画像情報以外の入力手段を持たないものの、前方注視点における将来予測を行わないため、徐々に道路曲率が大きくなるなどの場合に対応が難しく、将来起こり得る変化に対して常に後手の制御となり、制御の収束性、安定性が損なわれるという問題がある。   The apparatus described in Patent Document 1 estimates a current vehicle state (yaw angle, displacement, curvature) based on image information, performs feedback control on these deviations, and uses input means other than image information. Although it does not have, the future prediction at the forward gaze point is not performed, so it is difficult to cope with the case where the road curvature gradually increases, etc., and it will always be the rear control for possible changes in the future, the convergence and stability of the control There is a problem that is damaged.

特に特許文献1に記載の装置は、レーンの曲率、車両偏向角(レーン中心線上の点で車両に最も近い点での接線)と車両進行方向とが成す角度や、横ずれ量(車両の現在位置からレーン中心線までの距離)等を算出するのに用いられるカメラからの画像データとして、車両の現在位置付近の1箇所のみを検出している。   In particular, the apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a lane curvature, a vehicle deflection angle (a tangent at a point closest to the vehicle at a point on the lane center line) and a vehicle traveling direction, and a lateral shift amount (current position of the vehicle). As the image data from the camera used to calculate the distance from the lane to the lane center line, etc., only one location near the current position of the vehicle is detected.

したがって、レーンの曲率等の算出精度は全て1箇所の画像データに依存してしまう。そのため、カメラからのデータに検出誤差が生じた場合、その誤差がそのまま車両の目標点算出の誤差となってしまうという問題があった。   Accordingly, calculation accuracy such as curvature of lanes all depends on image data at one place. Therefore, when a detection error occurs in the data from the camera, there is a problem that the error becomes an error in calculating the target point of the vehicle as it is.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、極めて簡単な演算を行うだけで操舵アシストトルクを求めることができ、且つ画像データの検出誤差の影響を受けにくくして車両状態の推定精度を向上せしめ、適切な将来予測により正確な操舵アシスト制御が行える操舵制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to obtain the steering assist torque only by performing extremely simple calculation, and is less susceptible to the detection error of the image data. An object of the present invention is to provide a steering control device that can improve estimation accuracy and perform accurate steering assist control by appropriate future prediction.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、車両の操舵輪を転舵するアクチュエータを有する操舵制御装置において、例えば車載のカメラによって車両進行方向の走行路を画像データとして検出し、該検出された画像データから、車両進行方向線上の、車両からの距離が異なる少なくとも3点の前方注視点をサンプルデータとして取り込み、該取り込まれたサンプルデータに基づいて、車両の、走行路に沿った基準線に対する幅方向のずれを表す幅方向変位推定量と、走行路に沿った基準線に対する車両の傾きを表す車両偏向角とを、車両状態推定手段によって算出する。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a steering control device having an actuator for turning a steering wheel of a vehicle, for example, detecting a traveling path in the vehicle traveling direction as image data by an in-vehicle camera. Then, from the detected image data, at least three forward gazing points at different distances from the vehicle on the vehicle traveling direction line are taken as sample data, and based on the taken sample data, The vehicle state estimating means calculates a width direction displacement estimation amount that represents a deviation in the width direction with respect to the reference line along the vehicle and a vehicle deflection angle that represents the inclination of the vehicle with respect to the reference line along the road.

制御用の前方注視点を目標地点として設定し、前記車両状態推定手段で算出された車両状態に基づいて、前記設定された目標地点(制御用の前方注視点)における前記基準線に対する車両の幅方向ずれを表す幅方向変位量を求め、該幅方向変位量に応じた操舵アシストトルクを操舵アシストトルク演算手段によって演算する。   A forward gazing point for control is set as a target point, and the vehicle width relative to the reference line at the set target point (forward gazing point for control) based on the vehicle state calculated by the vehicle state estimation means A width direction displacement amount indicating a direction shift is obtained, and a steering assist torque corresponding to the width direction displacement amount is calculated by a steering assist torque calculating means.

そして前記操舵アシストトルク演算手段によって演算された操舵アシストトルクに基づいて、前記アクチュエータを駆動制御手段によって駆動制御する。   Based on the steering assist torque calculated by the steering assist torque calculating means, the actuator is driven and controlled by the drive control means.

請求項1に記載の発明によれば、画像データのうち、車両からの距離が異なる少なくとも3点の前方注視点をサンプルデータとし、該データに基づいて車両状態を推定しているので、画像データの検出誤差に影響されにくい車両状態推定を行うことができる。   According to the first aspect of the present invention, at least three forward gazing points with different distances from the vehicle are used as sample data in the image data, and the vehicle state is estimated based on the data. It is possible to perform vehicle state estimation that is not easily affected by the detection error.

このため車両状態推定精度が向上し、目標地点(制御用の前方注視点)における操舵アシストトルクを適正に求めることができ、正確な操舵アシスト制御を行うことができる。   For this reason, the vehicle state estimation accuracy is improved, the steering assist torque at the target point (the front gazing point for control) can be appropriately obtained, and accurate steering assist control can be performed.

また、コスト増となるヨーレートセンサ、舵角センサ等の2次的な検出手段を用いることなく車両状態の推定が可能となり、制御装置の構成を簡単化することができる。   In addition, the vehicle state can be estimated without using secondary detection means such as a yaw rate sensor and a rudder angle sensor, which increase costs, and the configuration of the control device can be simplified.

また目標地点に対する(現時点における)車両の進行方向のずれ角、すなわち車両偏向角を考慮に入れているので、正確な操舵アシスト制御を行うことができる。   In addition, since the deviation angle of the traveling direction of the vehicle (currently) with respect to the target point, that is, the vehicle deflection angle is taken into consideration, accurate steering assist control can be performed.

また請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明における車両状態推定手段が、前記サンプルデータに基づいて走行路の曲率に関する係数も算出するように構成した。   Further, the invention according to claim 2 is configured such that the vehicle state estimation means in the invention according to claim 1 also calculates a coefficient relating to the curvature of the traveling road based on the sample data.

請求項2に記載の発明によれば、車両状態推定手段は走行路の曲率も含めた車両状態を推定するので、直線路にも曲線路にも対応することができ、目標地点(制御用の前方注視点)における操舵アシストトルクを適正に求め、正確な操舵アシスト制御を行うことができる。   According to the second aspect of the present invention, the vehicle state estimating means estimates the vehicle state including the curvature of the traveling road, so that it can be applied to both straight and curved roads, and the target point (for control) The steering assist torque at the front gazing point) can be obtained appropriately, and accurate steering assist control can be performed.

また直線路と曲線路の間で走行時の制御ロジック切り替えなどは不要となる。 また請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明に更に、前記車両の速度を検出する車速検出手段を備え、前記目標地点設定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて、所定時間経過後の目標地点を設定するように構成した。   Further, it is not necessary to switch control logic between the straight road and the curved road. The invention according to claim 3 further includes vehicle speed detection means for detecting the speed of the vehicle, and the target point setting means has a vehicle speed detected by the vehicle speed detection means. Based on this, a target point after a predetermined time has elapsed is set.

請求項3に記載の発明によれば、車速に応じて目標地点を設定変更することができるので、運転者の特性に適合した違和感のない自然な操舵フィーリングを提供することができる。   According to the third aspect of the present invention, since the target point can be set and changed according to the vehicle speed, it is possible to provide a natural steering feeling that fits the characteristics of the driver and does not feel strange.

すなわち、例えば車速の増加に伴い目標地点も遠方へシフトするが、同様に運転者の視点も車速の増加に伴って遠方へシフトするため、より自然な操舵アシスト制御を行うことができる。   That is, for example, the target point shifts away with increasing vehicle speed, but the driver's viewpoint also shifts away with increasing vehicle speed, so that more natural steering assist control can be performed.

また、車両の進行方向の走行路を画像データとして検出する例えばカメラおよび車両状態推定手段に処理負担をかけることなく、車両の幅方向変位検出に要する時間や、車両の応答特性をも考慮に入れた制御が可能となる。   In addition, the time required for detecting the displacement in the width direction of the vehicle and the response characteristics of the vehicle are taken into consideration without imposing a processing burden on the camera and the vehicle state estimating means for detecting the travel path in the traveling direction of the vehicle as image data. Control becomes possible.

以下図面を参照しながら本発明の実施形態例を説明する。図1は、本発明を電動パワーステアリング装置に適用したシステムの全体構成を表し、図2は図1の装置の制御フローを示している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall configuration of a system in which the present invention is applied to an electric power steering apparatus, and FIG. 2 shows a control flow of the apparatus of FIG.

図1において、ステアリングホイール1はステアリングシャフト2に連結され、ステアリングシャフト2はユニバーサルジョイント3を介してコネクティングシャフト4に連結されている。コネクティングシャフト4はラック・ピニオン型ステアリングギア5のピニオン5aに連結され、そのピニオン5aはラック6に噛み合っている。   In FIG. 1, a steering wheel 1 is connected to a steering shaft 2, and the steering shaft 2 is connected to a connecting shaft 4 via a universal joint 3. The connecting shaft 4 is connected to a pinion 5 a of a rack and pinion type steering gear 5, and the pinion 5 a meshes with the rack 6.

したがってステアリングホイール1から入力された回転運動は、ピニオン5aを介してラック6の往復運動に変換され、タイロッド7を介して2個の操舵輪(前輪)8を所望の方向に転舵させる。   Therefore, the rotational motion input from the steering wheel 1 is converted into the reciprocating motion of the rack 6 via the pinion 5a, and the two steering wheels (front wheels) 8 are steered in a desired direction via the tie rod 7.

9はピニオン5a上に配設され、操舵輪8を転舵させるためのアクチュエータとしての電動モータである。10はトルクセンサであり、運転者が入力した操舵力(操舵トルク)の方向と大きさに応じた信号を出力する。11は車両進行方向の走行路を撮像する走行路検出手段としてのカメラである。   An electric motor 9 is disposed on the pinion 5a and serves as an actuator for turning the steered wheels 8. A torque sensor 10 outputs a signal corresponding to the direction and magnitude of the steering force (steering torque) input by the driver. Reference numeral 11 denotes a camera as travel path detection means for imaging a travel path in the vehicle traveling direction.

12は、本発明のサンプルデータ取り込み手段、車両状態推定手段、目標地点設定手段および操舵アシストトルク演算手段を備え、操舵アシストトルクを演算する演算ユニットである。   An arithmetic unit 12 includes a sample data capturing unit, a vehicle state estimating unit, a target point setting unit, and a steering assist torque calculating unit according to the present invention, and calculates a steering assist torque.

この演算ユニット12には、トルクセンサ10の操舵トルク検出信号、カメラ11の画像データおよび図示省略の車速検出手段からの車速検出信号等が取り込まれる。   The arithmetic unit 12 receives a steering torque detection signal of the torque sensor 10, image data of the camera 11, a vehicle speed detection signal from a vehicle speed detection unit (not shown), and the like.

13は、演算ユニット12によって演算された操舵アシストトルクに基づいて前記電動モータ9を駆動制御する、駆動制御手段としてのモータ駆動回路である。   Reference numeral 13 denotes a motor drive circuit as drive control means for driving and controlling the electric motor 9 based on the steering assist torque calculated by the calculation unit 12.

図2において、21は例えば図1のカメラ11で構成される走行路検出手段である。22は走行路検出手段21によって検出された画像データから、車両進行方向線上の、車両からの距離が異なる少なくとも3点の前方注視点をサンプルデータとして取り込むサンプルデータ取り込み手段である。23はサンプルデータ取り込み手段22により取り込まれたサンプルデータに基づいて車両の状態、走行路の形状を推定する車両状態推定手段である。   In FIG. 2, reference numeral 21 denotes a travel path detecting means configured by the camera 11 of FIG. Reference numeral 22 denotes sample data fetching means for fetching at least three forward gazing points at different distances from the vehicle on the vehicle traveling direction line as sample data from the image data detected by the travel path detection means 21. Reference numeral 23 denotes vehicle state estimating means for estimating the state of the vehicle and the shape of the traveling road based on the sample data taken in by the sample data taking means 22.

車両状態推定手段23は、車両の、走行路に沿った基準線(例えばレーン中央)に対する幅方向のずれを表す幅方向変位推定量を演算するずれ量推定手段24と、走行路の曲率に関する係数(曲率、又は曲率の逆数である旋回半径)を推定演算する道路曲率推定手段25と、前記基準線に対する車両の傾きを表す車両偏向角を推定演算するヨー角推定手段26とを有している。   The vehicle state estimation unit 23 includes a deviation amount estimation unit 24 that calculates a width direction displacement estimation amount that represents a deviation in the width direction with respect to a reference line (for example, the center of the lane) along the road, and a coefficient relating to the curvature of the road. Road curvature estimating means 25 for estimating and calculating (curvature or turning radius that is the reciprocal of the curvature) and yaw angle estimating means 26 for estimating and calculating a vehicle deflection angle representing the inclination of the vehicle with respect to the reference line. .

27は、例えば車速センサなどの車速検出手段28により検出された車速に基づいて、制御用の前方注視点である、所定時間T経過後の目標地点を設定する目標地点設定手段である。   Reference numeral 27 denotes target point setting means for setting a target point after a predetermined time T, which is a front gazing point for control, based on the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means 28 such as a vehicle speed sensor.

29は、前記車両状態推定手段23で算出された車両状態および操舵トルク検出手段(例えば図1のトルクセンサ10)30によって検出された操舵トルクに基づいて、前記目標地点設定手段27で設定された制御用の前方注視点における前記基準線に対する車両の幅方向ずれを表す幅方向変位量を算出し、該幅方向変位量に応じた操舵アシストトルクを演算する操舵アシストトルク演算手段である。   29 is set by the target point setting unit 27 based on the vehicle state calculated by the vehicle state estimation unit 23 and the steering torque detected by the steering torque detection unit (for example, the torque sensor 10 in FIG. 1) 30. Steering assist torque calculating means for calculating a width direction displacement amount representing a vehicle width direction deviation with respect to the reference line at the front gazing point for control and calculating a steering assist torque according to the width direction displacement amount.

31は、前記操舵アシストトルク演算手段29によって演算された操舵アシストトルクに基づいて、アクチュエータとしての電動モータ9を駆動制御する駆動制御手段である。   Reference numeral 31 denotes drive control means for drivingly controlling the electric motor 9 as an actuator based on the steering assist torque calculated by the steering assist torque calculating means 29.

次に、前記道路状態、車両状態の推定および前記各演算のしかたについて詳細に説明する。図3は直線路における前記各推定量、演算量を表しており、図4は曲線路における前記各推定量、演算量を表している。   Next, the estimation of the road state and the vehicle state and the method of each calculation will be described in detail. FIG. 3 shows the estimated amounts and calculation amounts on a straight road, and FIG. 4 shows the estimated amounts and calculation amounts on a curved road.

図3、図4では、固定座標系X,Yにおける現時点の車両位置をX=0、レーン中央をY=0とし、車両進行方向をx軸としそれに直交する方向をy軸とする相対座標系としている。   3 and 4, a relative coordinate system in which the current vehicle position in the fixed coordinate systems X and Y is X = 0, the center of the lane is Y = 0, the vehicle traveling direction is the x axis, and the direction orthogonal thereto is the y axis. It is said.

まず前記推定、演算に用いる各データの定義を述べる。   First, the definition of each data used for the estimation and calculation will be described.

Refは走行路に沿った基準線であり、本実施形態例ではレーン中央としている。   Ref is a reference line along the traveling road, and is the center of the lane in this embodiment.

Vxは車速である。   Vx is the vehicle speed.

a,b,cは、車両進行方向線x上の、車両からの距離が各々異なる少なくとも3点の前方注視点である。このサンプルデータとして利用する少なくとも3点の前方注視点は、車両からの前方距離が異なる2点を示す第1の一対の前方注視点(例えばa,b)と、車両からの前方距離が異なる2点を示し、該2点のうち少なくとも一方の点が前記第1の一対の前方注視点とは異なる第2の一対の前方注視点(例えばb,c)とで構成される。   a, b, and c are at least three forward gazing points on the vehicle traveling direction line x, each having a different distance from the vehicle. At least three forward gazing points used as the sample data are different from the first pair of forward gazing points (for example, a and b) indicating two points having different forward distances from the vehicle, and the forward distances from the vehicle are different 2 A point is shown, and at least one of the two points is constituted by a second pair of front gaze points (for example, b, c) different from the first pair of front gaze points.

Laは車両から前方注視点aまでのX軸上の距離[m]である。   La is the distance [m] on the X-axis from the vehicle to the forward gazing point a.

Lbは車両から前方注視点bまでのX軸上の距離[m]である。   Lb is the distance [m] on the X-axis from the vehicle to the forward gazing point b.

Lcは車両から前方注視点cまでのX軸上の距離[m]である。   Lc is the distance [m] on the X axis from the vehicle to the forward gazing point c.

waは前方注視点aにおける基準線Refに対する幅方向変位量[m]である。   wa is a displacement amount [m] in the width direction with respect to the reference line Ref at the front gazing point a.

wbは前方注視点bにおける基準線Refに対する幅方向変位量[m]である。   wb is a displacement amount [m] in the width direction with respect to the reference line Ref at the front gazing point b.

wcは前方注視点cにおける基準線Refに対する幅方向変位量[m]である。   wc is a displacement amount [m] in the width direction with respect to the reference line Ref at the forward gazing point c.

ψabは基準線Refに対する車両偏向角推定値、すなわち対レーンヨー角推定値[rad]であり、前記ヨー角推定手段26によって、前記幅方向変位量waとwbの偏差と、前記距離LaとLbの偏差との比(wb−wa)/(Lb−La)で求められる。 ψ ab is an estimated value of the vehicle deflection angle with respect to the reference line Ref, that is, an estimated lane yaw angle value [rad], and the yaw angle estimating means 26 determines the deviation between the width direction displacements wa and wb and the distances La and Lb. It is calculated | required by ratio (wb-wa) / (Lb-La) with deviation.

ψbcは基準線Refに対する車両偏向角推定値、すなわち対レーンヨー角推定値[rad]であり、前記ヨー角推定手段26によって、前記幅方向変位量wbとwcの偏差と、前記距離LbとLcの偏差との比(wc−wb)/(Lc−Lb)で求められる。 ψ bc is an estimated value of the vehicle deflection angle with respect to the reference line Ref, that is, an estimated value of lane yaw angle [rad], and the yaw angle estimating means 26 determines the deviation between the displacements wb and wc in the width direction and the distances Lb and Lc. The ratio to the deviation (wc−wb) / (Lc−Lb).

0abは、前記幅方向変位量wa,wbから求められる、車両の現時点における幅方向変位推定値[m]である。 w 0ab is a width direction displacement estimated value [m] at the present time of the vehicle, which is obtained from the width direction displacement amounts wa and wb.

0bcは、前記幅方向変位量wb,wcから求められる、車両の現時点における幅方向変位推定値[m]である。 w 0bc is an estimated width direction displacement value [m] of the vehicle at the present time obtained from the width direction displacement amounts wb and wc.

0は車両の現在位置における基準線Refに対する幅方向ずれを表す幅方向変位量[m]である。 y 0 is a width direction displacement amount [m] representing a width direction shift with respect to the reference line Ref at the current position of the vehicle.

これら幅方向変位推定値w0ab,w0bc,幅方向変位量y0は前記ずれ量推定手段24で求められる。 These width direction displacement estimated values w 0ab and w 0bc and the width direction displacement amount y 0 are obtained by the displacement amount estimating means 24.

ρは左カーブを正とする道路の曲率[1/m]であり、前記道路曲率推定手段25で求められる。   ρ is a road curvature [1 / m] with the left curve being positive, and is obtained by the road curvature estimation means 25.

θは車両ヨー角(車両偏向角)であり、固定座標系のX軸に対する傾きを表しており、前記ヨー角推定手段26で求められる。   θ is a vehicle yaw angle (vehicle deflection angle), which represents the inclination of the fixed coordinate system with respect to the X axis, and is obtained by the yaw angle estimating means 26.

Tabは、前記wa,wbより求められる、T秒後の制御用の前方注視点における幅方向変位推定値[m]である。 w Tab is a width direction displacement estimated value [m] at the front gazing point for control after T seconds, which is obtained from the wa and wb.

Tbcは、前記wb,wcより求められる、T秒後の制御用の前方注視点における幅方向変位推定値[m]である。 w Tbc is the width direction displacement estimated value [m] at the front gazing point for control after T seconds, which is obtained from wb and wc.

Tは、目標地点設定手段27で設定されたT秒後の制御用の前方注視点における制御偏差であり、基準線Refに対する車両の幅方向ずれを表す幅方向変位量を示している。 w T is a control deviation at the front gazing point for control after T seconds set by the target point setting means 27, and indicates a width direction displacement amount indicating a deviation in the width direction of the vehicle with respect to the reference line Ref.

Tkは操舵アシストトルクであり、kpは制御ゲインである。   Tk is a steering assist torque, and kp is a control gain.

前記wTab,wTbc,wT,Tkは操舵アシストトルク演算手段29で求められる。 The w Tab , w Tbc , w T and Tk are obtained by the steering assist torque calculating means 29.

駆動制御手段31は、前記求められた操舵アシストトルクTkに応じて電流指令信号を作成し、該電流指令信号によって電動モータ9が制御される。   The drive control means 31 creates a current command signal according to the calculated steering assist torque Tk, and the electric motor 9 is controlled by the current command signal.

(1)直線道路における道路状態・車両状態の推定
図3において、直線道路走行時、カメラ画像出力によって車両前方の注視点a,b,cにおけるレーン中央、すなわち基準線Refに対する幅方向変位量wa,wb,wcの離散データが求まれば、この内の2点を用いて現時点のレーンに対する車両の状態は以下のように現される。
(1) Estimation of road condition / vehicle condition on a straight road In FIG. 3, when traveling on a straight road, a displacement wa in the width direction with respect to the center of the lane at the gazing points a, b, c in front of the vehicle, that is, the reference line Ref, by camera image output. , Wb, wc are obtained, the state of the vehicle with respect to the current lane is expressed as follows using two of these points.

対レーンヨー角推定値ψabは次の式(1)となる。 The estimated lane yaw angle ψ ab is expressed by the following equation (1).

Figure 2005162153
Figure 2005162153

一般にこのヨー角は微小のためψabは次の式(2)のように表される。 Since this yaw angle is generally small, ψ ab is expressed by the following equation (2).

Figure 2005162153
Figure 2005162153

次に、現時点における幅方向変位推定値w0ab、T秒後における幅方向変位推定値wTabは幾何学的に以下により求められる。 Next, the width direction displacement estimated value w 0ab at the present time and the width direction displacement estimated value w Tab after T seconds are obtained geometrically as follows.

0ab=wa−ψab・La…(3)
Tab=wa−ψab(VxT−La)…(4)
ただしTは画像から変位データを演算する遅れ時間と車両の応答性を考慮して定まる時定数である。
w 0ab = wa−ψ ab · La (3)
w Tab = wa−ψ ab (VxT−La) (4)
T is a time constant determined in consideration of the delay time for calculating displacement data from the image and the response of the vehicle.

以上より算出されたwTabを制御偏差とすることで直線路におけるレーン・キープ制御が可能となる。 By using w Tab calculated as described above as a control deviation, lane / keep control on a straight road becomes possible.

尚前方注視点b,cか又はc,aのデータを用いた場合の演算式は次の式(2′)、(2〃)、(3′)、(3〃)となるが、直線路においては対レーンヨー角は同一であるので、式(2′)、(2〃)は前記式(2)と同一値となり、式(3′)、(3〃)は前記式(3)と同一値となる。   The calculation formula when using the data of the forward gazing point b, c or c, a is the following formulas (2 ′), (2〃), (3 ′), (3 、). Since the yaw angle with respect to lane is the same, the equations (2 ′) and (2 と な り) have the same value as the equation (2), and the equations (3 ′) and (3〃) are the same as the equation (3). Value.

Figure 2005162153
Figure 2005162153

0bc=wc−ψbc・Lc…(3′)
0ac=wc−ψac・Lc…(3〃)
(2)曲線路における道路状態・車両状態の推定
図4のような曲線路においてレーンキープ制御を行うには、カーブ曲率に応じた積極的なアシストが必要となる。このため、道路状態・車両状態を制御情報として与える必要があり、従来は操舵角センサによる操舵角(速度)などから道路状態を推定していた。
w 0bc = wc−ψ bc · Lc (3 ′)
w 0ac = wc−ψ ac · Lc (3〃)
(2) Estimation of road condition / vehicle condition on a curved road In order to perform lane keeping control on a curved road as shown in FIG. 4, active assist according to the curve curvature is required. For this reason, it is necessary to give the road state / vehicle state as control information, and conventionally, the road state is estimated from the steering angle (speed) by the steering angle sensor.

しかし前記センサの設置は、これに伴うコストアップ、センサ自体の精度などの点で問題があるので、本実施形態例ではカメラから受け取ったレーン中央からの幅方向変位量wa,wb,wc(3点以上)データより、現在の道路状態である曲率ρ、幅方向変位量y0、車両ヨー角θを推定するように構成した。 However, the installation of the sensor has problems in terms of cost increase and accuracy of the sensor itself. Therefore, in this embodiment, the width direction displacements wa, wb, wc (3 from the center of the lane received from the camera). The curvature ρ, the width direction displacement amount y 0 , and the vehicle yaw angle θ, which are the current road conditions, are estimated from the data.

まず現時点の車両位置をX=0、レーン中央をY=0、X軸は原点におけるレーン中央(基準線Ref)の接線とする固定座標系XYを考える。曲率ρは一定かつ十分小さいものとし、座標系XYにおける曲率によるレーン中央の変位量Yは、
Y=ρX2/2…(5)
によって近似されるものとする。これより、車両座標系による(車から見た)T秒後の前方注視点(制御目標位置)におけるレーン中央(基準線Ref)に対する幅方向変位量wTは次式によって示される。
First, consider a fixed coordinate system XY in which the current vehicle position is X = 0, the lane center is Y = 0, and the X axis is a tangent to the lane center (reference line Ref) at the origin. The curvature ρ is constant and sufficiently small, and the displacement amount Y at the center of the lane due to the curvature in the coordinate system XY is:
Y = ρX 2/2 ... ( 5)
Is approximated by Thus, the width-direction displacement amount w T with respect to the center of the lane (reference line Ref) at the forward gazing point (control target position) after T seconds (viewed from the vehicle) according to the vehicle coordinate system is expressed by the following equation.

Figure 2005162153
Figure 2005162153

直線路であれば離散変位データ(wa,wb,wc)のいずれの組み合わせを用いても、ψab,w0ab,wTabの値は変化せず、w0ab=y0、ψab=θである。これに対し、曲線路では図4のように、サンプリング点の組み合わせ違いにより計算結果(推定値)は異なり、そのいずれも真値とは一致しない。 If it is a straight road, the value of ψ ab , w 0ab , w Tab does not change even if any combination of discrete displacement data (wa, wb, wc) is used, and w 0ab = y 0 , ψ ab = θ. is there. On the other hand, on the curved road, as shown in FIG. 4, the calculation result (estimated value) differs depending on the combination of sampling points, and none of them agrees with the true value.

ここで、異なる2点から算出した自車位置予測点の偏差について考える。この自車位置偏差(現時点における幅方向変位推定値、例えばw0ab)は式(3)より傾きの差、すなわち曲率ρにより生成されたものであることがわかる。また、曲率ρは十分小さいと仮定しているため、自車位置偏差と曲率ρは1次関数の関係にあると言える。 Here, the deviation of the vehicle position prediction point calculated from two different points will be considered. This vehicle position deviation (current width direction displacement estimated value, for example, w 0ab ) is found from the difference in inclination, that is, the curvature ρ, from Equation (3). Further, since it is assumed that the curvature ρ is sufficiently small, it can be said that the vehicle position deviation and the curvature ρ have a linear function relationship.

この1次関係は以下の手順で求める。車両ヨー角θ=0でXY座標原点にある車両を仮定すると、任意の前方注視点、例えばa(原点からの距離La)における、曲率ρによる車両から見た幅方向変位量waは式(5)を座標変換して次式により求められる。   This primary relationship is obtained by the following procedure. Assuming that the vehicle is at the XY coordinate origin with the vehicle yaw angle θ = 0, the width direction displacement wa as seen from the vehicle by the curvature ρ at an arbitrary forward gazing point, for example, a (distance La from the origin) is ) Is obtained by the following equation.

wa=−ρLa2/2…(7)
同様に前方注視点bにおける幅方向変位量wbは、
wb=−ρLb2/2…(7′)
同様に前方注視点cにおける幅方向変位量wcは、
wc=−ρLc2/2…(7〃)
となる。
wa = -ρLa 2/2 ... ( 7)
Similarly, the width direction displacement amount wb at the front gazing point b is
wb = -ρLb 2/2 ... ( 7 ')
Similarly, the displacement amount wc in the width direction at the forward gazing point c is
wc = -ρLc 2/2 ... (7〃)
It becomes.

ここで、任意のLa,Lbによる現時点における幅方向変位推定値w0abは式(3)に式(7)を代入することにより、 Here, the width direction displacement estimated value w 0ab at the present time by arbitrary La and Lb is obtained by substituting Equation (7) into Equation (3).

Figure 2005162153
Figure 2005162153

同様に任意のLb,Lcによる現時点における幅方向変位推定値w0bcは、 Similarly, the width direction displacement estimated value w 0bc at the present time by arbitrary Lb and Lc is

Figure 2005162153
Figure 2005162153

となる。よって曲率ρは式(9)−式(8)より、次式のように自車位置推定値偏差(w0bc−w0ab)の1次関数として表される。 It becomes. Therefore, the curvature ρ is expressed as a linear function of the own vehicle position estimated value deviation (w 0bc −w 0ab ) as shown in the following equation from the equations (9)-(8).

Figure 2005162153
Figure 2005162153

一例として、La=10[m]、Lb=20[m]、Lc=30[m]とすれば曲率ρは次式によって表される。   As an example, if La = 10 [m], Lb = 20 [m], and Lc = 30 [m], the curvature ρ is expressed by the following equation.

ρ=(w0bc−w0ab)/200…(11)
次に、任意の2点から求まる対レーンヨー角推定値ψabについて考える。これは曲率ρにより作られる傾きψρに車両ヨー角θの影響が加わったものと考えられることから、以下の式が成り立つ。
ρ = (w 0bc −w 0ab ) / 200 (11)
Next, an estimated lane yaw angle value ψ ab obtained from two arbitrary points will be considered. Since this is considered that the influence of the vehicle yaw angle θ is added to the inclination ψ ρ created by the curvature ρ, the following equation is established.

ψab=ψρ+θ…(12)
ここで、ψρは式(2)と式(7)より、
ψρ=−ρ(La+Lb)/2…(13)
と表される。これより車両ヨー角θは次式に示すとおり、曲率ρの1次関数として求められる。
ψ ab = ψ ρ + θ (12)
Here, ψ ρ is obtained from Equation (2) and Equation (7),
ψ ρ = −ρ (La + Lb) / 2 (13)
It is expressed. Thus, the vehicle yaw angle θ is obtained as a linear function of the curvature ρ as shown in the following equation.

Figure 2005162153
Figure 2005162153

一例として、La=10[m]、Lb=20[m]とすれば、
θ=ψab+15ρ…(15)
で求められる。
As an example, if La = 10 [m] and Lb = 20 [m],
θ = ψ ab + 15ρ (15)
Is required.

最後に、任意の2点による自車位置推定値、すなわち現時点における車両の幅方向変位推定値w0abは、自車のレーン中央(基準線Ref)からの幅方向変位量y0に、曲率ρにより作られる変位誤差成分wが加算されたものと言え、以下によって示される。 Finally, the vehicle position estimated value at any two points, that is, the vehicle width direction displacement estimated value w 0ab at the present time is set to the width direction displacement amount y 0 from the center of the vehicle lane (reference line Ref), and the curvature ρ It can be said that the displacement error component w 0ρ produced by is added, and is represented by the following.

0ab=y0+w…(16)
式(3)に式(7)を代入することによってwが得られ、式(16)は以下のとおり、曲率ρの1次関数としてまとめられる。
w 0ab = y 0 + w (16)
By substituting equation (7) into equation (3), w is obtained, and equation (16) is summarized as a linear function of curvature ρ as follows.

Figure 2005162153
Figure 2005162153

一例として、La=10[m]、Lb=20[m]とすれば、
0=w0ab−100ρ…(18)
となる。
As an example, if La = 10 [m] and Lb = 20 [m],
y 0 = w 0ab −100ρ (18)
It becomes.

上記で説明した手法により、レーン中央(基準線Ref)からの幅方向変位量wa,wb,wc(3点以上)に基づいて、現在の道路状態、すなわち曲率ρ、幅方向変位量y0、車両ヨー角θが求められる。そして前記諸量を式(6)に代入して制御偏差wTを算出し、該制御偏差wTより電動パワーステアリングなどのアクチュエータを駆動する操舵アシストトルクTkを次式により算出する。 Based on the width direction displacements wa, wb, wc (three or more points) from the center of the lane (reference line Ref), the current road condition, that is, the curvature ρ, the width direction displacement y 0 , A vehicle yaw angle θ is obtained. Then, the control deviation w T is calculated by substituting the various quantities into the equation (6), and the steering assist torque Tk for driving an actuator such as an electric power steering is calculated from the control deviation w T by the following equation.

Tk=kp・wT…(19)
ただしkpは制御ゲインである。
Tk = kp · w T (19)
However, kp is a control gain.

前方注視点を固定値と考えると求める諸量は以下のように幅方向変位量(wa,wb,wc)データの加減算で表される。ここではLa=10[m]、Lb=20[m]、Lc=30[m]の際の例を示す。   Considering the forward gazing point as a fixed value, various quantities to be obtained are expressed by addition / subtraction of the width direction displacement (wa, wb, wc) data as follows. Here, an example in the case of La = 10 [m], Lb = 20 [m], and Lc = 30 [m] is shown.

すなわち、前記式(3)のw0ab=wa−ψab・Laに、式(2)のψab=(wb−wa)/(Lb−La)を代入すると、
0ab=2wa−wb…(20)
となり、同様にw0bc=wc−ψbc・Lcに、式(2′)のψbc=(wc−wb)/(Lc−Lb)を代入すると、
0bc=3wb−2wc…(21)
となり、同様にw0ac=wc−ψac・Lcに、式(2〃)のψac=(wc−wa)/(Lc−La)を代入すると、
0ac=(3wa/2)−(wc/2)…(22)
となる。
That is, when ψ ab = (wb−wa) / (Lb−La) in equation (2) is substituted into w 0ab = wa−ψ ab · La in equation (3),
w 0ab = 2wa−wb (20)
Similarly, if ψ bc = (wc−wb) / (Lc−Lb) in the equation (2 ′) is substituted into w 0bc = wc−ψ bc · Lc,
w 0bc = 3wb-2wc (21)
Similarly, if ψ ac = (wc−wa) / (Lc−La) in the equation (2〃) is substituted for w 0ac = wc−ψ ac · Lc,
w 0ac = (3wa / 2) − (wc / 2) (22)
It becomes.

そしてそれら式(20)、(21)、(22)を組み合わせて、   And combining these equations (20), (21), (22),

Figure 2005162153
Figure 2005162153

となる。   It becomes.

したがって、前記式(20)、(21)のw0ab,w0bcを式(10)に代入して、
ρ=10-2×(−wa+2wb−wc)…(26)
が求められる。
Therefore, substituting w 0ab and w 0bc in the equations (20) and (21) into the equation (10),
ρ = 10 −2 × (−wa + 2wb−wc) (26)
Is required.

また前記式(2)のψabおよび式(26)のρを式(14)に代入して、 Also, substituting ψ ab in equation (2) and ρ in equation (26) into equation (14),

Figure 2005162153
Figure 2005162153

が求められる。   Is required.

また前記式(20)のw0abおよび式(26)のρを式(17)に代入して、
0=3wa−3wb+wc…(28)
が求められる。
Also, by substituting w 0ab in the equation (20) and ρ in the equation (26) into the equation (17),
y 0 = 3wa-3wb + wc (28)
Is required.

上記式(26)、(27)、(28)に用いるwa、wb、wcはカメラ画像のサンプルデータから得られるパラメータであるので、式(26)、(27)、(28)を式(6)に代入して、極めて簡単な演算によって、目標地点における幅方向変位量(制御偏差)wTを算出し、該wTに応じた操舵アシストトルクTkを式(19)によって簡単に求めることができる。 Since wa, wb, and wc used in the above formulas (26), (27), and (28) are parameters obtained from the sample data of the camera image, formulas (26), (27), and (28) are expressed by formula (6). ) To calculate the width direction displacement amount (control deviation) w T at the target point by an extremely simple calculation, and the steering assist torque Tk corresponding to the w T can be easily obtained by the equation (19). it can.

このように本実施形態例によれば、極めて簡単な演算を行うだけで容易に操舵アシストトルクを求めることができる。また複雑な微分・積分演算を行わないため、制御のタイムラグを最小限に留めることができる。   As described above, according to the present embodiment, the steering assist torque can be easily obtained by performing extremely simple calculation. Also, since complicated differential / integral calculations are not performed, the time lag of control can be minimized.

また操舵トルク検出手段30を備えることによって、運転者の操舵トルクを考慮した操舵アシストトルクを演算することができるため、操舵フィーリングに違和感のない操舵アシストを行うことができる。   Further, by providing the steering torque detection means 30, it is possible to calculate the steering assist torque in consideration of the driver's steering torque, so that it is possible to perform the steering assist without a feeling of strangeness in the steering feeling.

尚本実施形態例では、サンプルデータとして車両進行方向の、同一方向上の異なる3点を用いたが、3点以上であれば何点のサンプルデータを用いてもよい。すなわち例えば、前記c点より遠いd点(図示省略)を採用し、第1の一対の前方注視点a,bと第2の一対の前方注視点c,dをサンプルデータとして用いるものである。   In this embodiment, three different points in the same direction in the vehicle traveling direction are used as sample data. However, any number of sample data may be used as long as there are three or more points. That is, for example, a point d (not shown) far from the point c is employed, and a first pair of front gazing points a and b and a second pair of front gazing points c and d are used as sample data.

また走行路の形状は、走行路の曲率ρを推定してもよいし、走行路の旋回半径(曲率の逆数)を推定してもよい。   Further, as the shape of the traveling road, the curvature ρ of the traveling road may be estimated, or the turning radius (reciprocal of the curvature) of the traveling road may be estimated.

また、図2の目標地点設定手段27は、車速と完全に比例関係となるように設定するに限らず、例えば目標地点と車速の関係を設定したマップに基づいて変化させるように構成してもよい。   Further, the target point setting means 27 in FIG. 2 is not limited to be set to have a completely proportional relationship with the vehicle speed, but may be configured to change based on a map in which the relationship between the target point and the vehicle speed is set, for example. Good.

また前記走行路に沿った基準線Refは、レーン中央に設定するに限らず走行路に沿った他の線に設定してもよい。   Further, the reference line Ref along the travel path is not limited to being set at the center of the lane, but may be set at another line along the travel path.

また、操舵トルクは、パワーステアリング装置における保舵力アシストトルクを決定するに限らず、運転者の操舵介入度合を判断する目安として、目標地点における車線中央に対する幅方向のずれ量より得られた車線追従用のアシストトルクのゲイン調整として用いてもよい。   The steering torque is not limited to determining the steering force assist torque in the power steering device, but as a guideline for determining the driver's steering intervention degree, the lane obtained from the amount of deviation in the width direction with respect to the center of the lane at the target point It may be used as gain adjustment of the assist torque for tracking.

本発明を電動パワーステアリング装置に適用した実施形態例の構成図。The block diagram of the embodiment which applied this invention to the electric power steering apparatus. 本発明の一実施形態例を示すブロック図。The block diagram which shows one embodiment of this invention. 直線路における本発明の推定値、演算量のようすを表す説明図。Explanatory drawing showing the state of the estimated value of this invention and the amount of calculations in a straight road. 曲線路における本発明の推定値、演算量のようすを表す説明図。Explanatory drawing showing the estimated value of this invention and the amount of calculations in a curved road.

符号の説明Explanation of symbols

8…操舵輪
10…トルクセンサ(操舵トルク検出手段)
11…カメラ(走行路検出手段)
12…演算ユニット
13…モータ駆動回路(駆動制御手段)
21…走行路検出手段
22…サンプルデータ取り込み手段
23…車両状態推定手段
24…ずれ量推定手段
25…道路曲率推定手段
26…ヨー角推定手段
27…目標地点設定手段
28…車速検出手段
29…操舵アシストトルク演算手段
30…操舵トルク検出手段
31…駆動制御手段
8 ... steering wheel 10 ... torque sensor (steering torque detecting means)
11 ... Camera (traveling path detection means)
12 ... arithmetic unit 13 ... motor drive circuit (drive control means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Traveling path detection means 22 ... Sample data taking means 23 ... Vehicle state estimation means 24 ... Deviation amount estimation means 25 ... Road curvature estimation means 26 ... Yaw angle estimation means 27 ... Target point setting means 28 ... Vehicle speed detection means 29 ... Steering Assist torque calculating means 30 ... steering torque detecting means 31 ... drive control means

Claims (3)

車両の操舵輪を転舵するアクチュエータを有する操舵制御装置において、
車両進行方向の走行路を画像データとして検出する走行路検出手段と、
前記走行路検出手段によって検出された画像データから、車両進行方向線上の、車両からの距離が異なる少なくとも3点の前方注視点をサンプルデータとして取り込むサンプルデータ取り込み手段と、
前記サンプルデータ取り込み手段によって取り込まれたサンプルデータに基づいて、車両の、走行路に沿った基準線に対する幅方向のずれを表す幅方向変位推定量と、走行路に沿った基準線に対する車両の傾きを表す車両偏向角とを算出する車両状態推定手段と、
制御用の前方注視点を目標地点として設定する目標地点設定手段と、
前記車両状態推定手段で算出された車両状態に基づいて、前記目標地点設定手段で設定された制御用の前方注視点における前記基準線に対する車両の幅方向ずれを表す幅方向変位量を算出し、該幅方向変位量に応じた操舵アシストトルクを演算する操舵アシストトルク演算手段と、
前記操舵アシストトルク演算手段によって演算された操舵アシストトルクに基づいて、前記アクチュエータを駆動制御する駆動制御手段と
を備えたことを特徴とする操舵制御装置。
In a steering control device having an actuator for turning a steering wheel of a vehicle,
A road detection unit for detecting a road in the vehicle traveling direction as image data;
Sample data capturing means for capturing, as sample data, at least three forward gazing points at different distances from the vehicle on the vehicle traveling direction line from the image data detected by the travel path detecting means;
Based on the sample data fetched by the sample data fetching means, an estimated amount of displacement in the width direction representing a deviation of the vehicle in the width direction with respect to the reference line along the travel path, and the inclination of the vehicle with respect to the reference line along the travel path Vehicle state estimation means for calculating a vehicle deflection angle representing
Target point setting means for setting a front gazing point for control as a target point;
Based on the vehicle state calculated by the vehicle state estimating means, a width direction displacement amount representing a width direction deviation of the vehicle with respect to the reference line at the front gazing point for control set by the target point setting means, Steering assist torque calculating means for calculating a steering assist torque according to the amount of displacement in the width direction;
A steering control device comprising: drive control means for drivingly controlling the actuator based on the steering assist torque calculated by the steering assist torque calculating means.
前記車両状態推定手段は、前記サンプルデータに基づいて走行路の曲率に関する係数を算出することを特徴とする請求項1に記載の操舵制御装置。 The steering control device according to claim 1, wherein the vehicle state estimation unit calculates a coefficient related to a curvature of a traveling road based on the sample data. 前記車両の速度を検出する車速検出手段を備え、前記目標地点設定手段は、前記車速検出手段によって検出された車速に基づいて、所定時間経過後の目標地点を設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の操舵制御装置。
The vehicle speed detection means for detecting the speed of the vehicle, wherein the target point setting means sets a target point after a predetermined time based on the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means. The steering control device according to 1 or 2.
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