JP6087969B2

JP6087969B2 - 車両の走行制御装置

Info

Publication number: JP6087969B2
Application number: JP2015059511A
Authority: JP
Inventors: 小山　哉; 哉小山
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2035-03-23
Also published as: DE102016104501A1; US9738314B2; CN105984465A; DE102016104501B4; US20160280262A1; JP2016181015A; DE102016104501B9; CN105984465B

Description

本発明は、目標進行路に沿って走行制御する車両の走行制御装置に関する。

近年、車両においては、ドライバの運転を、より快適に安全に行えるように自動運転の技術を利用した様々なものが開発され提案されている。例えば、特開２０１３−９７７１４号公報（以下、特許文献１）では、車載カメラの画像から認識した車線の車線幅と地図情報から取得した自車両走行中の車線の車線幅とを比較し、画像による車線認識が誤認識か否かを判定し、画像による車線認識が誤認識の場合、自車両前方を撮像するカメラの画像から認識した先行車両の横位置を利用して、誤認識した側の車線区画線を判別し、その判別結果に応じて車線維持のための目標横位置を修正して車線維持（レーンキープ）制御を行う車線維持制御装置の技術が開示されている。

特開２０１３−９７７１４号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される車線維持制御装置であっても、雪等により、路上の車線区画線が、カメラで全く認識できない場合には、修正すべき車線区画線自体が解らなくなるため、車線区画線の真の位置を取得することができず、車線維持制御を機能させることができないという課題がある。そこで、地図情報や自車位置情報を基に、地図上の走行路に沿って車線維持制御を実行することが考えられるが、単に地図情報を基に自車両の制御量を設定するのみでは、車線維持制御を精度良く行うことができず、信頼性に欠けるという問題もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、たとえ、車線区画線を認識することができなくなっても、地図情報と自車位置情報を基に車線維持制御を精度良く行うことができる信頼性の高い車両の走行制御装置を提供することを目的としている。

本発明の車両の走行制御装置の一態様は、地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、自車両の位置情報を取得する自車位置情報取得手段と、上記地図情報と上記自車両の位置情報に基づいて自車両の走行路情報を取得する走行路情報取得手段と、上記自車両の走行路情報に基づき自車両の目標進行路を設定する目標進行路設定手段と、自車両の運動情報に基づき自車両の進行路を推定する自車進行路推定手段と、上記自車両の目標進行路と上記自車両の推定進行路の偏差に基づいて該偏差を無くす方向に制御する制御手段とを備えた車両の走行制御装置であって、上記制御手段は、ドライバによる予め設定した値以上の操舵入力が行われた場合には、上記自車両の目標進行路と上記自車両の推定進行路の偏差をリセットする。

本発明による車両の走行制御装置によれば、たとえ、車線区画線を認識することができなくなっても、地図情報と自車位置情報を基に車線維持制御を精度良く行うことができ、信頼性が高いという優れた効果を奏する。

本発明の実施の一形態に係る車両の操舵系の構成説明図である。本発明の実施の一形態に係る操舵制御部の機能ブロック図である。本発明の実施の一形態に係る車線維持制御プログラムのフローチャートである。本発明の実施の一形態に係るカーブを走行する際の横偏差の説明図である。本発明の実施の一形態に係る直線路を走行する際の横偏差の説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１において、符号１は操舵角をドライバ入力と独立して設定自在な電動パワーステアリング装置を示し、この電動パワーステアリング装置１は、ステアリング軸２が、図示しない車体フレームにステアリングコラム３を介して回動自在に支持されており、その一端が運転席側へ延出され、他端がエンジンルーム側へ延出されている。ステアリング軸２の運転席側端部には、ステアリングホイール４が固設され、また、エンジンルーム側へ延出する端部には、ピニオン軸５が連設されている。

エンジンルームには、車幅方向へ延出するステアリングギヤボックス６が配設されており、このステアリングギヤボックス６にラック軸７が往復移動自在に挿通支持されている。このラック軸７に形成されたラック（図示せず）に、ピニオン軸５に形成されたピニオンが噛合されて、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構が形成されている。

また、ラック軸７の左右両端はステアリングギヤボックス６の端部から各々突出されており、その端部に、タイロッド８を介してフロントナックル９が連設されている。このフロントナックル９は、操舵輪としての左右輪１０Ｌ，１０Ｒを回動自在に支持すると共に、車体フレームに転舵自在に支持されている。従って、ステアリングホイール４を操作し、ステアリング軸２、ピニオン軸５を回転させると、このピニオン軸５の回転によりラック軸７が左右方向へ移動し、その移動によりフロントナックル９がキングピン軸（図示せず）を中心に回動して、左右輪１０Ｌ，１０Ｒが左右方向へ転舵される。

また、ピニオン軸５にアシスト伝達機構１１を介して、電動パワーステアリングモータ（電動モータ）１２が連設されており、この電動モータ１２にてステアリングホイール４に加える操舵トルクのアシスト、及び、設定された目標操舵角となるような操舵トルクの付加が行われる。電動モータ１２は、後述する操舵制御部２０から制御出力値としての目標トルクＴｔがモータ駆動部２１に出力されてモータ駆動部２１により駆動される。

操舵制御部２０は、ドライバの操舵力を補助する電動パワーステアリング制御機能、車両を目標進行路に沿って走行させる車線維持制御機能、車線区画線からの逸脱を防止する車線逸脱防止制御機能等を有して構成されている。

本実施の形態による操舵制御部２０は、車線維持制御として、図示しないカメラ等の前方認識装置により車線区画線が認識可能な場合に実行される車線維持制御と、カメラ等の前方認識装置により車線区画線が認識不能な場合に実行される車線維持制御の２種類の車線維持制御を有している。

前方認識装置により車線区画線が認識可能な場合に実行される車線維持制御は、例えば、認識した車線の中央に目標進行路を設定し、該目標進行路に沿って走行するように車線維持制御を実行する。

また、前方認識装置により車線区画線が認識不能な場合に実行される車線維持制御は、地図情報と自車両の位置情報に基づいて自車両の走行路情報を取得し、この自車両の走行路情報に基づき自車両の目標進行路を設定し、自車両の運動情報に基づき自車両の進行路を推定して、自車両の目標進行路と自車両の推定進行路の偏差に基づいて該偏差を無くす方向に制御する。

従って、操舵制御部２０は、前方認識装置により車線区画線が認識不能な場合であっても車線維持制御が可能となるように、ナビゲーションシステム３１、車速センサ３２、ヨーレートセンサ３３、操舵トルクセンサ３４が接続されている。

ナビゲーションシステム３１は、周知のシステムであり、例えば、ＧＰＳ[Global Positioning System：全地球測位システム]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、車速センサ３２から車速Ｖを取得し、また、地磁気センサあるいはジャイロセンサ等により、移動方向情報を取得する。そして、ナビゲーションシステム３１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、地図情報を記憶する地図データベースと、例えば液晶ディスプレイ等の表示部（以上、何れも図示せず）を備えて構成される。

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表示部に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、車両の現在位置を表示部上の地図画像に重ねて表示する。また、地図データベースには、ノードデータ、施設データ等の道路地図を構成するのに必要な情報が記憶されている。ノードデータは、地図画像を構成する道路の位置及び形状に関するものであり、例えば道路の分岐点（交差点）を含む道路上の点（ノード点Ｐｎ）の座標（緯度、経度）、当該ノード点Ｐｎ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Ｐｎ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κ（或いは、半径）のデータが含まれる。従って、図４、或いは、図５に示すように、車両の現在位置が重ねられた地図上の位置により自車両の走行路が特定され、該自車両の走行路を目標進行路として自車両の位置Ｐo(k)に最も近いノード点Ｐn(k)の情報により、道路のカーブ曲率κ（或いは、半径）、道路の方向等の走行路情報が取得される。更に、施設データは、各ノード点Ｐｎの付近に存在する施設情報に関するデータを含み、ノードデータ（或いは、当該ノードが存在するリンクデータ）と関連づけて記憶されている。このように、ナビゲーションシステム３１は、地図情報記憶手段、自車位置情報取得手段、走行路情報取得手段、目標進行路設定手段として設けられている。

そして、操舵制御部２０は、上述のナビゲーションシステム３１からの各データ、車速センサ３２からの車速Ｖ、ヨーレートセンサ３３からのヨーレートγ、操舵トルクセンサ３４からの操舵トルクＴdrvの各入力値に基づいて、前方認識装置により車線区画線が認識不能な場合であっても車線維持制御を実行する。

このため、操舵制御部２０は、図２に示すように、カーブにおける横偏差積算値算出部２０ａ、直線路における横偏差算出部２０ｂ、道路形状判定部２０ｃ、ドライバ操舵判定部２０ｄ、横偏差算出部２０ｅ、目標トルク算出部２０ｆを有して構成されている。

カーブにおける横偏差算出部２０ａは、ナビゲーションシステム３１から、自車両の位置Ｐo(k)に最も近いノード点Ｐn(k)の情報により、自車両の走行路（目標進行路）のカーブ曲率κが入力され、車速センサ３２から車速Ｖが入力され、ヨーレートセンサ３３からヨーレートγが入力される。そして、カーブにおける横偏差算出部２０ａは、例えば図４に示すように、以下の（１）式により、カーブにおける横偏差Δｘ１を算出し、横偏差積算値算出部２０ｅに出力する。

Δｘ１＝κ−（γ／Ｖ）・・・（１）
ここで、上述の（１）式において、γ／Ｖの演算項は、車両運動モデルによるカーブ曲率の演算項となっている。

直線路における横偏差算出部２０ｂは、ナビゲーションシステム３１から、自車両の位置Ｐo(k)に最も近いノード点Ｐn(k)の情報により、自車両の走行路（目標進行路）の方向、自車両の移動方向が入力され、車速センサ３２から車速Ｖが入力される。そして、直線路における横偏差算出部２０ｂは、例えば図５に示すように、以下の（２）式により、直線路における横偏差Δｘ２を算出し、横偏差積算値算出部２０ｅに出力する。

Δｘ２＝（（自車両の走行路の方向）−（自車両の移動方向））・Ｖ・Δｔ・・・（２）
ここで、Δｔはサンプリングタイムである。このように、カーブにおける横偏差算出部２０ａ、直線路における横偏差算出部２０ｂは、目標進行路設定手段、自車進行路推定手段としての機能を有している。

道路形状判定部２０ｃは、ナビゲーションシステム３１から、自車両の位置Ｐo(k)に最も近いノード点Ｐn(k)の情報により、自車両の走行路（目標進行路）のカーブ曲率κが入力される。そして、自車両の走行路のカーブ曲率κを、予め実験、計算等により設定しておいた判定値κｃと比較し、自車両の走行路のカーブ曲率κが判定値κｃ以上の場合、カーブを走行していると判定する。逆に、自車両の走行路のカーブ曲率κが判定値κｃより小さい場合、直線路を走行していると判定する。そして、この道路形状の判定結果は、カーブにおける横偏差算出部２０ａ、直線路における横偏差算出部２０ｂ、横偏差積算値算出部２０ｅに出力される。尚、この道路形状の判定結果は、ナビゲーションシステム３１からのノード点Ｐn(k)の情報に含まれている場合は、その結果を採用するようにしても良い。

ドライバ操舵判定部２０ｄは、操舵トルクセンサ３４から操舵トルクＴdrvが入力される。そして、操舵トルクＴdrvを、予め実験、計算等により設定しておいたトルク判定値Ｔｃと比較し、操舵トルクＴdrvがトルク判定値Ｔｃ以上の場合、ドライバによる操舵入力が行われたと判定する。逆に、操舵トルクＴdrvがトルク判定値Ｔｃより小さい場合は、ドライバによる操舵入力が無いと判定する。そして、このドライバによる操舵入力の判定結果は、横偏差積算値算出部２０ｅに出力される。

横偏差積算値算出部２０ｅは、カーブにおける横偏差算出部２０ａからカーブにおける横偏差Δｘ１が入力され、直線路における横偏差算出部２０ｂから直線路における横偏差Δｘ２が入力され、道路形状判定部２０ｃから道路形状の判定結果（カーブか、直線路か）が入力され、ドライバ操舵判定部２０ｄからドライバによる操舵入力の判定結果が入力される。そして、横偏差積算値算出部２０ｅは、車両がカーブを走行している場合には、カーブにおける横偏差Δｘ１を前回までの横偏差積算値ＳΔｘに積算（ＳΔｘ＝ＳΔｘ＋Δｘ１）し、車両が直線路を走行している場合には、直線路における横偏差Δｘ２を前回までの横偏差積算値ＳΔｘに積算（ＳΔｘ＝ＳΔｘ＋Δｘ２）し、横偏差積算値ＳΔｘを目標トルク算出部２０ｆに出力する。この際、ドライバによる操舵入力が有った場合には、ドライバ操舵により設定された走行路上の横位置を走行路上の制御位置とするべく、横偏差積算値ＳΔｘをリセット（ＳΔｘ＝０）する。

目標トルク算出部２０ｆは、横偏差積算値算出部２０ｅから横偏差積算値ＳΔｘが入力される。そして、例えば、以下の（３）式により、目標トルクＴｔを算出し、モータ駆動部２１に出力する。

Ｔｔ＝Ｇｔ・ＳΔｘ・・・（３）
ここで、Ｇｔは予め実験・演算等により設定しておいた制御ゲインである。
このように、道路形状判定部２０ｃ、ドライバ操舵判定部２０ｄ、横偏差積算値算出部２０ｅ、目標トルク算出部２０ｆは、制御手段として設けられている。

次に、上述の操舵制御部２０で、前方認識装置により車線区画線が認識不能な場合に実行される車線維持制御を図３のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、横偏差積算値算出部２０ｅは、現在設定されている横偏差積算値ＳΔｘを読み込む。

次いで、Ｓ１０２に進み、カーブにおける横偏差算出部２０ａは、例えば、前述の（１）式により、カーブにおける横偏差Δｘ１を算出する。

次に、Ｓ１０３に進み、直線路における横偏差算出部２０ｂは、例えば、前述の（２）式により、直線路における横偏差Δｘ２を算出する。

次いで、Ｓ１０４に進んで、道路形状判定部２０ｃは、自車両の走行路のカーブ曲率κを、予め実験、計算等により設定しておいた判定値κｃと比較し、自車両の走行路のカーブ曲率κが判定値κｃ以上の場合（κ≧κｃの場合）、カーブを走行していると判定してＳ１０５に進み、横偏差積算値算出部２０ｅは、カーブにおける横偏差Δｘ１を前回までの横偏差積算値ＳΔｘに積算する（ＳΔｘ＝ＳΔｘ＋Δｘ１）。

一方、自車両の走行路のカーブ曲率κが判定値κｃより小さい場合（κ＜κｃの場合）、直線路を走行していると判定してＳ１０６に進み、横偏差積算値算出部２０ｅは、直線路における横偏差Δｘ２を前回までの横偏差積算値ＳΔｘに積算する（ＳΔｘ＝ＳΔｘ＋Δｘ２）。

Ｓ１０５、或いは、Ｓ１０６で横偏差積算値ＳΔｘを算出した後は、Ｓ１０７に進み、ドライバ操舵判定部２０ｄにより、操舵トルク絶対値｜Ｔdrv｜が予め実験、計算等により設定しておいたトルク判定値Ｔｃ以上（｜Ｔdrv｜≧Ｔｃ）で、ドライバによる操舵入力が行われているか否かの判定が行われる。

Ｓ１０７の判定の結果、｜Ｔdrv｜≧Ｔｃで、ドライバによる操舵入力が行われていると判定された場合は、Ｓ１０８に進み、横偏差積算値算出部２０ｅは、横偏差積算値ＳΔｘをクリア（ＳΔｘ＝０）してメモリする。逆に、｜Ｔdrv｜＜Ｔｃで、ドライバによる操舵入力が行われていないと判定された場合は、Ｓ１０９に進み、横偏差積算値算出部２０ｅは、横偏差積算値ＳΔｘを、そのままメモリする。

そして、Ｓ１１０に進み、目標トルク算出部２０ｆは、例えば、前述の（３）式により、目標トルクＴｔを算出し、モータ駆動部２１に出力して、プログラムを抜ける。

このように、本実施の形態によれば、地図情報と自車両の位置情報に基づいて自車両の走行路情報を取得し、この自車両の走行路情報に基づき自車両の目標進行路を設定し、自車両の運動情報に基づき自車両の進行路を推定して、自車両の目標進行路と自車両の推定進行路の偏差に基づいて該偏差を無くす方向に制御する。このため、たとえ、カメラ等の前方認識装置により車線区画線を認識することができなくなっても、地図情報と自車位置情報を基に車線維持制御を精度良く行うことができ、信頼性の高い車線維持制御とすることができる。尚、本実施の形態では、操舵制御部２０は、車線維持制御として、カメラ等の前方認識装置により車線区画線が認識可能な場合に実行される車線維持制御と、カメラ等の前方認識装置により車線区画線が認識不能な場合に実行される車線維持制御の２種類の車線維持制御を有している場合の構成で説明したが、前述のようなナビゲーションシステム３１のみを備え、前方認識装置を有しない車両における車線維持制御装置としても採用できることは言うまでもない。

１電動パワーステアリング装置
２ステアリング軸
４ステアリングホイール
５ピニオン軸
１０Ｌ、１０Ｒ車輪
１２電動モータ
２０操舵制御部
２０ａカーブにおける横偏差算出部（目標進行路設定手段、自車進行路推定手段）
２０ｂ直線路における横偏差算出部（目標進行路設定手段、自車進行路推定手段）
２０ｃ道路形状判定部（制御手段）
２０ｄドライバ操舵判定部（制御手段）
２０ｅ横偏差積算値算出部（制御手段）
２０ｆ目標トルク算出部（制御手段）
２１モータ駆動部
３１ナビゲーションシステム（地図情報記憶手段、自車位置情報取得手段、走行路情報取得手段、目標進行路設定手段）
３２車速センサ
３３ヨーレートセンサ
３４操舵トルクセンサ

Claims

地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、
自車両の位置情報を取得する自車位置情報取得手段と、
上記地図情報と上記自車両の位置情報に基づいて自車両の走行路情報を取得する走行路情報取得手段と、
上記自車両の走行路情報に基づき自車両の目標進行路を設定する目標進行路設定手段と、
自車両の運動情報に基づき自車両の進行路を推定する自車進行路推定手段と、
上記自車両の目標進行路と上記自車両の推定進行路の偏差に基づいて該偏差を無くす方向に制御する制御手段とを備えた車両の走行制御装置であって、
上記制御手段は、ドライバによる予め設定した値以上の操舵入力が行われた場合には、上記自車両の目標進行路と上記自車両の推定進行路の偏差をリセットする
ことを特徴とする車両の走行制御装置。
上記走行路情報取得手段により、自車両がカーブを走行していると判定した場合、上記目標進行路設定手段は、上記自車両の走行路情報に基づき上記自車両の目標進行路の曲率を取得し、上記自車進行路推定手段は、車両運動モデルにより上記自車両の推定進行路の曲率を算出し、上記制御手段は、これら曲率の値の偏差を無くす方向に制御することを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。
上記走行路情報取得手段により、自車両が略直線路を走行していると判定した場合、上記目標進行路設定手段は、上記自車両の走行路情報に基づき上記自車両の目標進行路の方向を取得し、上記自車進行路推定手段は、上記自車位置情報取得手段から自車両の移動方向を取得し、上記制御手段は、これら方向の値の偏差を無くす方向に制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の走行制御装置。