JP2010158987A

JP2010158987A - 車両用転舵制御装置

Info

Publication number: JP2010158987A
Application number: JP2009002625A
Authority: JP
Inventors: Osamu Fujita; 統藤田; Yoshiki Yasuno; 芳樹安野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2010-07-22

Abstract

【課題】車両を走行中の車線上から逸脱しにくくすることにある。
【解決手段】自車位置検出手段が、走行中の車線上での車両の車線幅方向の位置を検出し、また操舵方向検出手段１が、ステアリングホイールの操舵方向を検出し、そしてヨー角制御手段３が、ステアリングホイールの操舵方向が車両を走行中の車線上から逸脱させる方向である場合の方が車両を走行中の車線上の車線幅方向目標位置に接近させる方向である場合より、ステアリングホイールの操舵角に対する車両のヨー角変化を小さくすることを特徴とする車両用転舵制御装置である。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の運転者によるステアリングホイールの操舵に基づいて車両の操向車輪を転舵するとともに、操向車輪の転舵角に対するステアリングホイールの操舵角の比である舵角比を走行条件に応じて変更する車両用転舵制御装置に関するものである。

従来、車両の運転者によるステアリングホイールの操舵に基づいて車両の操向車輪を転舵するとともに、操向車輪の転舵角に対するステアリングホイールの操舵角の比である舵角比を走行条件に応じて変更する車両用転舵制御装置が、例えば特許文献１により知られている。

この従来の車両用転舵制御装置は、操向車輪の転舵角の切り過ぎを防止するために、車両の走行中の車線上での車線幅方向における、車速および転舵角から求まる所定時間後の車両の予測位置と、所定時間後の車両の目標位置（車線中央）との偏差が小さくなるにつれて、舵角比（ステアリングホイール操舵角／操向車輪転舵角）を増大させている。

特開平１１−０９９９５６号公報

しかしながら上記従来の車両用転舵制御装置では、予測位置と目標位置との偏差が小さくなるにつれて舵角比（ステアリングホイール操舵角／操向車輪転舵角）を増大させているため、車両が車線幅方向に目標位置に接近するにしたがって、車両のその目標位置に接近する動きが遅くなり、目標位置に速やかに到達できないという問題があった。

この発明は上記課題を有利に解決するものであり、この発明の車両用転舵制御装置は、自車位置検出手段が、走行中の車線上での車両の車線幅方向の位置を検出し、また操舵方向検出手段が、ステアリングホイールの操舵方向を検出し、そしてヨー角制御手段が、ステアリングホイールの操舵方向が車両を走行中の車線上から逸脱させる方向である場合の方が車両を走行中の車線上の車線幅方向目標位置に接近させる方向である場合より、ステアリングホイールの操舵角に対する車両のヨー角変化を小さくすることを特徴とするものである。

この発明の車両用転舵制御装置によれば、例えば高速道路での走行中や車線維持装置が作動している走行中等の場合に、車両をその走行中の車線上から逸脱させる方向にステアリングホイールを操舵することは、運転者が本来意図していない操舵といえる処、そのような走行中の車線上から逸脱させる方向への転舵時に、ステアリングホイールの操舵角に対する車両のヨー角変化を小さくするので、車両を走行中の車線上から逸脱しにくくすることができる。また、車両をその走行中の車線上の車線幅方向目標位置に接近させる方向にステアリングホイールを操舵することは、運転者が本来意図している操舵といえる処、そのような走行中の車線上の車線幅方向目標位置としての例えば車線中央に接近させる方向への転舵時に、ステアリングホイールの操舵角に対する車両のヨー角変化を大きくするので、車両を走行中の車線上で車線幅方向目標位置に速やかに到達することができる。

この発明の車両用転舵制御装置の第１実施例の構成を模式的に示す構成図である。上記第１実施例の車両用転舵制御装置のコントローラの構成を示すブロック線図である。上記コントローラの前輪舵角指令制限部の構成を示すブロック線図である。上記コントローラが実行する処理を示すフローチャートである。上記第１実施例の車両用転舵制御装置の操舵角とピニオン角との関係を示す関係線図である。上記第１実施例の車両用転舵制御装置の制御に基づく車両の挙動を示す説明図である。上記第１実施例の車両用転舵制御装置の制御に基づく車両の車線変更時の挙動を経時的に示す説明図である。この発明の車両用転舵制御装置の第２実施例の構成を模式的に示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。上記第１実施例の車両用操舵制御装置は、図１に示すように、操舵角センサ１と、車速センサ２と、転舵制御コントローラ３と、前輪転舵アクチュエータ４と、カメラ５と、白線認識部６と、自車位置算出部７と、目標位置算出部８と、車線維持装置ON/OFFスイッチ９とを具えている。なお、図中符号STは、当該実施例の車両用操舵制御装置を具える車両のステアリングホイール、FRは右前輪、FLは左前輪、RRは右後輪、RLは左後輪をそれぞれ示し、この実施例では、左右前輪FL，FRが操向車輪である。

操舵角センサ１は、運転者によるステアリングホイールSTの操舵角度θ（中立位置からの操舵角変化量）を検出する。尚、操舵角センサ１は操舵角度θが右方向である場合に正、左方向である場合に負の操舵角を出力するものとする。車速センサ２は、車両の実車速Ｖを検出する。転舵制御コントローラ３は、具体的には通常のマイクロコンピュータで構成され、図２に示すように、目標前輪舵角算出部31と、前輪舵角比設定部32と、前輪サーボ演算出力部33とを有している。ここで、目標前輪舵角算出部31は、操舵角度θと車速Ｖとから、後述のように所定の関係式を用いて、操舵角度θが大きいほど舵角比が小さく（すなわち操舵角に対する転舵角が大きい、いわゆるクイックなステアリング特性に）なり、また車速Ｖが高車速なほど舵角比が大きく（すなわち操舵角に対する転舵角が小さい、いわゆるスローなステアリング特性に）なるように目標前輪舵角θrefおよび目標舵角比Ｎrefを算出する。

カメラ５は、車両に装着され、当該車両が現在走行中の道路の状態を撮影する。白線認識部６は、カメラ５で撮影された画像の中で、道路上の白線（車線区分線）を認識する。自車位置算出部７は、認識された画像を元に自車が白線からどのくらい離れた位置にあるかを算出（車線上での自車両の車線幅方向の位置を検出）する。目標位置算出部８は、認識された画像を元に、例えば当該車両の走行中のレーン（車線）の幅方向中央に設定した目標位置が道路の例えば白線からどのくらい離れた位置にあるかを算出する。これら白線認識部６、自車位置算出部７および目標位置算出部８は、具体的には例えば通常のマイクロコンピュータで構成される。尚、目標位置は予め任意に設定された位置であって、上記の様に車線幅方向中央位置であっても良いし、幅方向中央位置から車線幅方向両端に向かって所定距離だけ離れた二箇所の位置（すなわち、車線幅方向に所定の幅を持った領域）で有っても良く、適宜設定される位置である。

車線維持装置ON/OFFスイッチ９は、当該車両に搭載された車線維持装置をＯＮ・ＯＦＦするものであり、その車線維持装置は、例えばレーン幅方向の所定位置を外れると片輪にブレーキをかけて車両を車線幅方向所定範囲に戻す既知のレーンデパーチャプリベンション（ＬＤＰ）システムや、レーンの中央に沿って車両を走らせるレーンキープシステム等の公知の車線維持装置である。

前輪舵角比設定部32は、図３に示すように、操舵方向検出部321と、舵角比選択部322と、前輪舵角指令値演算部323とを有しており、操舵方向検出部321は、自車位置と上記目標位置と操舵角とから、操舵角の変化方向が目標位置に近づく（すなわちレーンから逸脱しない）方向なのか、目標位置から遠ざかる（すなわちレーンから逸脱する）方向なのかを算出する。すなわち操舵方向検出部321は、自車両の白線からの距離（自車位置）と目標位置の白線からの距離とを比較することにより、走行車線上における自車位置と目標位置との相対位置を認識し、相対位置と操舵角の変化方向とから操舵角の変化方向が目標位置に近づく方向なのか、目標位置から遠ざかる方向なのかを算出する。具体的には、例えば自車両と走行車線右側の白線との距離が、目標位置と走行車線右側の白線との距離以下である場合には、自車両が走行車線上で目標位置よりも右側で且つ白線よりも左側を走行していると判定し、この状態で操舵角の変化方向が左方向（操舵角の変化が負の方向）であれば目標位置に近づく方向であり、操舵角の変化方向が右方向（操舵角の変化が正の方向）であれば目標位置から遠ざかる方向（すなわちレーンから逸脱する方向）であると判定する。この判定結果は舵角比選択部322に出力される。

舵角比選択部322は、操舵方向検出部321で判定された操舵角の変化方向と車線維持装置のON/OFF情報とから、最適な舵角比を選択する。すなわち、車線維持装置がOFFであれば、目標前輪舵角算出部31で算出された舵角比Ｎrefを選択し、車線維持装置がONであれば、図４のステップS1で、自車位置（自車の白線からの距離）と目標位置（目標位置の白線からの距離）とを認識し、次いでステップS2で、操舵方向検出部321で判定された操舵角の変化方向が目標位置へ近づく方向であるか否かを判断し、操舵方向が目標位置へ近づく方向であればステップS3でクイックな舵角比Ｎqを選択し、操舵方向が目標位置から離れる方向であれば（操舵角の変化方向が目標位置へ近づく方向でなければ）ステップS4でスローな舵角比Ｎs（Ｎs＜Ｎq）を選択する。

前輪舵角指令値演算部323は、選択された舵角比を元に前輪舵角指令値θoutを算出する。すなわち、選択された舵角比（Ｎref，ＮsまたはＮq）と、目標前輪舵角算出部31で算出された目標前輪舵角θrefとから、前輪舵角指令値θoutを算出し決定する。

前輪サーボ演算出力部33は、前輪操舵アクチュエータ４の制御舵角θactが前輪舵角指令値θoutと一致するように、前輪操舵アクチュエータ４の駆動電流を制御する。前輪操舵アクチュエータ４は前輪操舵機構に接続され、上記駆動電流により、ステアリングホイールSTへの運転者の操舵入力に加えて操舵入力を左右前輪FR，FLに与えて、左右前輪FR，FLを実舵角αで転舵する（図では左方への転舵のみ示すが右方への転舵も行う）。

目標前輪舵角算出部31についてより具体的に説明すると、目標前輪舵角算出部31は、以下の処理を実行して、目標前輪舵角と目標舵角比とを算出する。
目標前輪舵角θrefは、操舵角や車両モデルを使用した数式等により、直接算出する。一例として車両２輪モデルによる目標前輪舵角の算出方法を下記する。
一般に、２輪モデルを仮定すると、車両のヨーレートは、

で表せる。

ここで、

である。

状態方程式より、前輪操舵に対するヨーレートの伝達関数を求めると、

ヨーレート伝達関数は、(3)より

ここで、

が求められる。

車速、車両パラメータから目標ヨーレートを求める。
目標ヨーレートと目標ヨー角加速度は、

ここで、目標ヨーレートのパラメータは、

但し、yrate_gain_map，yrate_omegn_map，yrate_zeta_map，yrate_zero_map，yrate_gain_mapは、チューニングパラメータである。

目標ヨーレートから目標前輪舵角θrefを算出すると、

である。
そして目標舵角比Ｎrefを下式により算出する。
目標舵角比Ｎref＝操舵角θ÷目標前輪舵角θref

前輪舵角比設定部32についてより具体的に説明すると、前輪舵角比設定部32は、以下の処理を実施する。
（車両進行方向算出）
操舵方向算出部321にて操舵角の変化方向が、自車位置が目標位置に近づいていく方向か、離れていく（レーンから逸脱する）方向かを判断する。具体的には、上述の通り自車位置と目標位置および操舵角度変化の正負の値より方向を判断する。

（制限ギア比算出）
舵角比選択部322にて車両進行方向から舵角比を選択する。具体的には、舵角比選択部322は車線維持制御装置がONの状態であれば、あらかじめ記憶されたマップから、目標位置に近づく方向ならクイックな舵角比Ｎqを、目標位置から離れていくレーン逸脱方向ならスローな舵角比Ｎsを選択して出力する（但し、Ｎq＞Ｎs）。一方、舵角比選択部322は車線維持制御装置がOFFの状態であれば、入力した目標舵角比Ｎrefをそのまま出力する。

（前輪舵角指令値決定）
前輪舵角指令値演算部323にて、下記式により前輪舵角指令値θoutを算出して出力する。
θout＝θref・Ｎｓ(or Ｎq or Nref)/Ｎref
すなわち、車線維持制御装置がONの状態において、操舵角変化が目標位置に近付く方向である場合にはθout＝θref・Ｎq/Ｎrefであり、操舵角変化が目標位置から離れる（レーンを逸脱する）方向である場合にはθout＝θref・Ｎｓ/Ｎrefであるので、前輪舵角指令値θoutは操舵角変化が目標位置に近付く方向である場合よりも、操舵角変化が目標位置から離れる（レーンを逸脱する）方向である場合には小さくなり、結果としてヨーレート（ヨー角変化）が抑制される。また、車線維持制御装置がOFFの状態においてはθout＝θref・Ｎref /Ｎrefであるので、目標前輪舵角θrefが前輪舵角指令値θoutとして出力される。

この実施例の車両用操舵制御装置は前述のように、前輪操舵アクチュエータ４を具えており、この前輪操舵アクチュエータ４は、例えばステアリング中間シャフト上に設置された回転型の前輪操舵アクチュエータとすることができる。回転型の前輪操舵アクチュエータは、例えば特開２００３−２９１８２５公報にて知られており、この前輪操舵アクチュエータは、ステアリングシャフトと、ラック・ピニオン式転舵機構のピニオンを駆動するアウトプットシャフトとの間にボールねじとボールナットとを介挿し、そのボールナットを回転させずにモータ駆動の直線移動機構で直線移動させることで、アウトプットシャフトにトルクを与えて舵角比を変更するものである。

前輪サーボ演算出力部33では、前述のようにして算出された前輪舵角指令値θoutと、制御対象となる前輪操舵アクチュエータの回転角θactとの偏差より、前輪制御舵角θactが前輪舵角指令値θoutに追従するよう目標駆動電流Ｉrefを算出し、その目標駆動電流Ｉrefに基づきPWM方式などにより駆動電流Ｉactを出力する。これにより、前輪操舵アクチュエータ４の回転角θactおよび前輪実舵角αを所望の値にすることが可能となり、車両の応答性向上・安定性向上に望ましい前輪舵角を実現することが可能となる。

従って、前輪転舵アクチュエータ４は舵角比変更手段に、また操舵角センサ１は操舵方向検出手段に、自車位置算出部７は自車位置検出手段に、そして転舵制御コントローラ３は舵角比制御手段およびヨー角制御手段に、それぞれ相当する。

この実施例の車両用操舵制御装置によれば、車線維持制御装置がONの状態においては、図５に示すように、ステアリングホイールSTの操舵角θと、前輪を転舵するラック・ピニオン式転舵機構のピニオン角との関係を、操舵角θの変化が目標位置から離れていくレーン逸脱方向なら直線Ａで示すようにスローな舵角比となるようにし得るとともに、操舵角θの変化が目標位置に近づく方向なら直線Ｂで示すようにクイックな舵角比となるようにすることができる。なお、図中直線Ｃは、通常の転舵機構の場合を示している。

それゆえ、例えばステアリングホイールSTを目標位置から離れていくレーン逸脱方向に操舵する場合は、図６に実線で示すように、車両のヨー角変化を小さくして、車両VLを走行中のレーンLN上から逸脱しにくくすることができる。なお、図中破線は、通常の転舵機構の場合を示している。ここで、符号CLはセンターライン、SLはそのセンターラインCLから道路仕様に応じて所定距離離間したレーン側端である。

また、例えばステアリングホイールSTを目標位置に接近する方向に操舵してレーンチェンジする場合は、図７に実線Ｄで示すように、ステアリングホイールSTの操舵角θが小さくてもレーンチェンジを終了することができる。なお、図中破線Ｅは、通常の転舵機構の場合を示している。

次に、この発明の車両用転舵制御装置の第２実施例について説明すると、この第２実施例の構成は、先の第１実施例に対し、左右後輪RL，RRも操向車輪であって、例えばモータ駆動の後輪転舵機構10によって角度βで示すように転舵され（図では左方への転舵のみ示すが右方への転舵も行う）、転舵制御コントローラ３がその後輪転舵機構10のモータの作動も制御する点のみ異なっており、他の点では先の第１実施例と同様の構成を具えている。

そしてこの第２実施例の車両用転舵制御装置では、転舵制御コントローラ３が後輪転舵機構10によって、左右後輪RL，RRを左右前輪FL，FRと同相（同じ向き）に転舵させることで、左右後輪RL，RRを左右前輪FL，FRと逆相（逆の向き）に転舵させる場合よりも車両のヨー角変化を小さくする。

従って、この第２実施例の車両用転舵制御装置によれば、例えばステアリングホイールを目標位置から離れていくレーン逸脱方向に操舵する場合は、車両のヨー角変化をより小さくして、車両を走行中のレーン上から逸脱しにくくすることができ、また例えばステアリングホイールを目標位置に接近する方向に操舵してレーンチェンジする場合は、ステアリングホイールの操舵角がより小さくてもレーンチェンジを終了することができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限られるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、上記実施例では転舵機構をラック・ピニオン式のものとしたが、これに限定されず、例えばボール循環式のウォームギヤでアームを揺動させて、左右車輪を繋ぐ連結ロッドを移動させて転舵するものや、モータ駆動の偏心軸で上記連結ロッドを移動させて転舵するものでもよい。

またこの発明の車両用転舵制御装置は、車線維持装置を具えていなくても良い。

かくしてこの発明の車両用転舵制御装置によれば、例えば高速道路での走行中や車線維持装置が作動している走行中等の場合に、車両をその走行中の車線上から逸脱させる方向にステアリングホイールを操舵することは、運転者が本来意図していない操舵といえる処、そのような走行中の車線上から逸脱させる方向への転舵時に、車両のヨー角変化を小さくするので、車両を走行中の車線上から逸脱しにくくすることができる。また、車両をその走行中の車線上で車線幅方向目標位置に接近させる方向にステアリングホイールを操舵することは、運転者が本来意図している操舵といえる処、そのような走行中の車線上で車線幅方向目標位置としての例えば車線中央に接近させる方向への転舵時に、車両のヨー角変化を大きくするので、車両を走行中の車線上で車線幅方向目標位置に速やかに到達することができる。

１操舵角センサ（操舵方向検出手段）
２車速センサ
３転舵制御コントローラ（舵角比制御手段、ヨー角制御手段）
４前輪転舵アクチュエータ（舵角比変更手段）
５カメラ
６白線認識部
７自車位置算出部（自車位置検出手段）
８目標位置算出部
９車線維持装置ON/OFFスイッチ（車線維持装置）
10 後輪転舵機構
ST ステアリングホイール
FL，FR 前輪（操向車輪）
RL，RR 後輪（第２実施例のみ操向車輪）

Claims

車両の運転者によって操舵可能なステアリングホイールと、
前記車両の操向車輪に接続され、前記ステアリングホイールの操舵角に基づき前記操向車輪を転舵する転舵機構と、
前記車両の走行中の車線上での前記車両の車線幅方向の位置を検出する自車位置検出手段と、
前記ステアリングホイールの操舵方向を検出する操舵方向検出手段と、
前記ステアリングホイールの操舵方向が、前記車両を前記走行中の車線上から逸脱させる方向である場合の方が前記車両を前記走行中の車線上の車線幅方向目標位置に接近させる方向である場合より、前記ステアリングホイールの操舵角に対する前記車両のヨー角変化を小さくするヨー角制御手段と、
を具えてなる車両用転舵制御装置。
前記自車位置検出手段が検出する前記車線上での前記車両の車線幅方向の位置に基づき前記車両を前記車線上に維持する車線維持装置を具える、請求項１記載の車両用転舵制御装置。
前記操向車輪の転舵角に対する前記ステアリングホイールの操舵角の比である舵角比を変更する舵角比変更手段を具え、
前記ヨー角制御手段は、前記車両を前記走行中の車線上から逸脱させる方向である場合の方が前記車両を前記走行中の車線上の車線幅方向目標位置に接近させる方向である場合より前記舵角比変更手段の舵角比を大きくすることによって、前記ステアリングホイールの操舵角に対する前記車両のヨー角変化を小さくする、請求項１または２記載の車両用転舵制御装置。
前記転舵機構は、前記操向車輪として前輪に加えて後輪も転舵可能であって、
前記ヨー角制御手段は、後輪を前輪と同相に転舵させることで、後輪を前輪と逆相に転舵させる場合よりも前記車両のヨー角変化を小さくする、請求項１または２記載の車両用転舵制御装置。