JP4148022B2

JP4148022B2 - 車両用操舵制御装置

Info

Publication number: JP4148022B2
Application number: JP2003144892A
Authority: JP
Inventors: 泰久早川; 健木村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2023-05-22
Also published as: JP2004345504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自車両が目標経路に沿って追従走行するように自動操舵を行う車両用操舵制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用操舵制御装置としては、既知の経路に対して車両位置を逐次照合しつつ、目標経路をトレースする技術が考案されている。例えば、高速域や急カーブにおける適切な制御を目的として、車速が大きいほど制御量が減少するよう制御ゲインを変更する方法や、目標経路の曲率半径が大きいほど制御量が減少するよう制御ゲインを変更する方法等が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１６７０９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車両用操舵制御装置にあっては、交差点等の道路半径が小さい個所等を徐行により走行する場合、経路に対する誤差補正のための操舵として、左右フル転舵に近い状態でハンドルを切ることが繰り返されるため、ドライバに違和感を与えるという問題があった。
【０００５】
これは、一般的に、高速域から低速域まで自動操舵を行う場合、操舵に対する車両の応答が低速である程鈍くなるため、経路誤差に対する操舵ゲインは低速であるほど大きく設定する必要があることに起因している。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、低速域において大きな修正舵が繰り返されることに起因する違和感の発生を防止できる車両用操舵制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にあっては、前方注視点において自車両が通過する際の基準経路との横偏差に応じて操舵量を算出することで、自車両を基準経路に沿って走行させる車両用操舵制御装置において、自車両を走行させる基準経路を検出する基準経路検出手段と、自車速を検出する車速検出手段と、検出された基準経路における所定時間もしくは所定距離前方の前方注視点を設定する前方注視点設定手段と、設定された前方注視点における基準経路に対する横偏差を検出する横偏差検出手段と、検出された横偏差に応じた操舵量を算出する際の操舵感度を設定する操舵感度設定手段と、設定された操舵感度に基づいて操舵量を算出する操舵量算出手段と、検出された車速が予め設定された設定車速以下であるとき、設定された操舵感度を低下させる操舵感度低下手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明の車両用操舵制御装置にあっては、操舵感度低下手段は、車速が予め設定された設定車速よりも小さいとき、操舵感度を低下させるため、低速域において大きな修正舵の繰り返しに起因する違和感の発生を防止でき、適切な操舵制御を実施できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両用操舵制御装置を実現する実施の形態を、図面に示す第１実施例に基づいて説明する。
【００１０】
（第１実施例）
まず、構成を説明する。
図１は、第１実施例の車両用操舵制御装置を示すシステム構成図であり、図中、１ＦＬ、１ＦＲ、１ＲＬおよび１ＲＲはそれぞれ左前輪、右前輪、左後輪および右後輪であり、後輪１ＲＬおよび１ＲＲは、エンジン２の駆動力が自動変速機３、プロペラシャフト４、最終減速装置５および車軸６を順に介して伝達される駆動輪である。
【００１１】
また、前輪１ＦＬおよび１ＦＲは、ステアリングギヤ７、ステアリングシャフト８を介してステアリングホイール９に連結された操舵輪であり、ステアリングシャフト８には、電動モータで構成された操舵アクチュエータ１０が連結されている。この操舵アクチュエータ１０は、後述するコントローラ１６から出力される操舵制御量δＣに応じて、前輪１ＦＬおよび１ＦＲの操舵方向、操舵角、および操舵速度を制御するように構成されている。
【００１２】
また、各車輪１ＦＬ〜１ＲＲには、車輪の回転速度に応じた周波数の車輪速ＶＦＬ〜ＶＲＲを出力する車輪速センサ１１ＦＬ〜１１ＲＲが配設されている。さらに、車両には、前後加速度Ｘｇを検出する前後加速度センサ１２と、横加速度Ｙｇを検出する横加速度センサ１３と、ヨーレートφを検出するヨーレートセンサ１７とが備えられている。
【００１３】
また、車両には、人工衛星から送られる衛星電波を受信して現在の自車位置を検出するＧＰＳ１４と、所定領域の道路地図情報を記憶したＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体がセットされた記憶ユニット１５（道路半径算出手段および道路幅検出手段に相当）とが搭載されている。
【００１４】
これら、各車輪速センサ１１ＦＬ〜１１ＲＲで検出する車輪速ＶＦＬ〜ＶＲＲと、前後加速度センサ１２で検出される前後加速度Ｘｇと、横加速度センサ１３で検出される横加速度Ｙｇと、ヨーレートセンサ１７で検出されるヨーレートφと、ＧＰＳ１４で検出された自車位置情報と、記憶ユニット１５に記憶された道路地図情報とが、例えばマイクロコンピュータで構成されたコントローラ１６に入力される。このコントローラ１６では、図２の操舵制御処理を常時実行することで前述した操舵アクチュエータ１０に対する操舵制御量δＣの出力を制御し、自動操舵により自車両を基準経路に沿って走行させるように構成されている。
【００１５】
次に、作用を説明する。
［操舵制御処理］
図２は、コントローラ１６において実行される操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、図示せざるオペレーティングシステムで一定時間毎に定時割り込み遂行される。
【００１６】
ステップＳ１０１では、ＧＰＳ１４で検出された自車位置に従って、記憶ユニット１５に記憶された道路地図情報を読み込み、道路地図情報を構成するノードデータ（Ｘ，Ｙ）のうち、図３に示すように、自車位置を基準とし前後に所定距離だけとった範囲（Ｘo，Ｙo）〜（Ｘn，Ｙn）を常時バッファに保有し、ステップＳ１０２へ移行する（基準経路検出手段に相当）。ここで、前方側の距離は、例えば、車速Ｖに所定時間ｔ１を乗じた値（＝Ｖ・ｔ１）、または、予め設定した最小値のうち大きい方に設定する。
【００１７】
ステップＳ１０２では、各種センサから出力される各車輪速ＶＦＬ〜ＶＲＲと、前後加速度Ｘｇと、横加速度Ｙｇと、ヨーレートφとを読み込み、ステップＳ１０３へ移行する。
【００１８】
ステップＳ１０３では、各車輪速ＶＦＬ〜ＶＲＲの平均から車速Ｖを算出し、ステップＳ１０４へ移行する（車速検出手段に相当）。
【００１９】
ステップＳ１０４では、図４に示すＦＢ前方注視時間算出マップを参照し、ステップＳ１０３において算出された車速Ｖから、フィードバック（以下ＦＢ）制御用のＦＢ前方注視時間Ｔ_fbを設定し、ステップＳ１０５へ移行する。算出マップは、図４に示すように、横軸が車速Ｖを、縦軸がＦＢ前方注視時間Ｔ_fbを表している。
【００２０】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出されたＦＢ前方注視時間Ｔ_fbからＦＢ前方注視点Ｐ_fbを算出し、ステップＳ１０６へ移行する。具体的には、ステップＳ１０４において算出されたＦＢ前方注視時間Ｔ_fbに車速Ｖを乗じることにより、ＦＢ前方注視時間Ｔ_fbが経過する間に自車両が進む距離Ｄ_fb（＝Ｔ_fb・Ｖ）を算出し、現在の自車位置から距離Ｄ_fb分だけ進んだ地点における最寄りのノードを前方注視点Ｐ_fbとして設定する（前方注視点設定手段に相当）。
【００２１】
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５において算出されたＦＢ前方注視点Ｐ_fbを自車両が通過するときの基準経路に対する横偏差ＹＥを算出し、ステップＳ１０７へ移行する（横偏差検出手段に相当）。
【００２２】
横偏差ＹＥは、自車両の車両姿勢から求まる横偏差ＹＳと、車両旋回状態から求まる横偏差ＹＰとを加算して算出する。
【００２３】
車両のスリップ角θＳは、前後加速度Ｘｇおよび横加速度Ｙｇを用いて下記の式(1)のように表される。
θＳ＝tan−１（Ｙｇ／Ｘｇ） …(1)
【００２４】
また、図５に示すような基準座標上における自車両のヨー角をε１、第２前方注視点Ｐ２を通り速度ベクトルＶに直角な直線Ｃと基準経路との交点Ｑにおける基準座標に対する基準経路のずれ角をεＴとすると、基準経路に対する自車両のヨー角εＲは、下記の式(2)のように表すことができる。
εＲ＝εＴ−ε１ …(2)
【００２５】
さらに、初期状態における基準経路と自車位置との横偏差をＹＵとしたとき、車両姿勢に応じた横偏差ＹＳは下記の式(3)のように表されるので、この式に従って、ＹＵ、Ｄ２、εＲおよびθＳから車両姿勢に応じた横偏差ＹＳを算出する。
ＹＳ＝ＹＵ＋Ｄ_fb・tan（εＲ＋θＳ） …(3)
【００２６】
次に、車両が定常円旋回を行っている場合を想定すると、スリップレートを無視することができるので、車両旋回状態から求まる横偏差ＹＰは、下記の式(4)で表すことができる。
ＹＰ＝Ｄ_fb・tanβ …(4)
なお、この式中のβは、下記の式(5)で表すことができる。
β＝１／２・sin−１（Ｄ_fb・ε１／Ｘｇ） …(5)
【００２７】
したがって、式(4)，(5)から車両旋回状態に応じた横偏差ＹＰを算出し、これに式(3)により算出された横偏差ＹＳを加算することにより、基準経路に対する横偏差ＹＥ（＝ＹＳ＋ＹＰ）を算出できる。
【００２８】
ステップＳ１０７では、ステップＳ１０６において算出された横偏差ＹＥから指令操舵角を算出するための操舵ゲイン（操舵感度）Ｋsを設定し、ステップＳ１０８へ移行する（操舵感度設定手段に相当）。
【００２９】
自然法則として車両の構造が同一であれば、運動は低速であるほど操舵に対する応答が低下する。よって、誤差修正能力を維持するためには、誤差（横偏差）ＹＥを修正するための操舵角を決定する操舵ゲインＫsを大きく設定する。
【００３０】
しかしながら、交差点等で車速Ｖを極低速に落として走行するとき、操舵ゲインＫsが大きな値に保たれている場合には、ドライバが操舵する場合と反して左右に大操舵による修正操舵が繰り返される。
【００３１】
こうした領域においては、多少の誤差を許容することでスムーズで違和感のない操舵を行うために、図６に示すように、車速Ｖがある車速Ｖ１以下の領域では操舵ゲインＫsを低下させる（操舵感度低下手段に相当）。これにより、スムーズで違和感のない操舵が可能となる。
【００３２】
さらに、この際に設定するＦＢ前方注視時間Ｔ_fbは、図７に示すように、ある車速Ｖ２を境にして大きくなるようにしても良い（前方注視点調節手段に相当）。この際、図６のＶ１と図７のＶ２との関係は、Ｖ１＞Ｖ２となるように設定すると良いが、これを規定するものではない。
【００３３】
このように、車速Ｖの低下に応じて前方注視点Ｐ_fbを延長することにより、車両の将来のヨー角誤差に対する操舵感度を高めたことになり、将来誤差を小さくすることに重みを置くことで過度な操舵が行われないようにするものである。
【００３４】
また、図２に示したフローチャート内の図、および図６は車速Ｖ１に対して操舵ゲインＫｓを規定した場合の説明であるが、道路半径Ｒに応じて操舵ゲインＫsを設定しても良い。
【００３５】
例えば、図８に示すように、ある道路半径（第１設定半径）Ｒ１以下となった場合に、操舵ゲインＫsを低下させる（操舵感度低下手段に相当）。また、図９に示すようなマップ形状としても良い。
【００３６】
さらに、図８もしくは図９のように操舵ゲインＫsを設定した場合に、FB前方注時間Ｔ_fbを図１０のように設定しても良い（前方注視点調節手段に相当）。このとき、Ｒ２（第２設定半径）＜Ｒ１となるように設定すると良いが、これを規定するものではない。
【００３７】
このように、道路半径Ｒの減少に応じて前方注視点Ｐ_fbを延長することによって、車両の将来のヨー角誤差に対する操舵感度を高めたことになり、将来誤差を小さくすることに重みを置くことで過度な操舵が行われないようにするものである。
【００３８】
ここで、操舵ゲインＫｓは、車速Ｖに応じて設定された操舵ゲインＫs_velと、道路半径Ｒに応じて設定された操舵ゲインＫs_radiusのうち、小さい方を最終的に使用する操舵ゲインＫsとして選択するようにしても良い。また、前方注視時間Ｔ_fbに関しては、車速Ｖに応じて設定されたＦＢ前方注視時間Ｔ_fbと道路半径Ｒに応じて設定されたＦＢ前方注視時間Ｔ_fbのうち、長い方を選択するようにしても良い。
【００３９】
なお、ここまでのプロセスで算出された操舵ゲインＫsは、道路幅によって道路幅が広い場合に操舵ゲインＫsを低下する量を大きめにする図１１のような補正係数Ｋs_hoseiを用いて、下記の式(6)のように補正しても良い。
Ｋs＝Ｋs×Ｋs_hosei …(6)
【００４０】
また、同様に前方注視時間Ｔ_fbについては、図１２のような補正をかけることで、道路幅が太い場合により将来の車両のヨー角を重視するにするようにしても良い。
前方注視時間Ｔ_fb＝前方注視時間Ｔ_fb×前方注視時間Ｔ_fb_hosei …(7)
【００４１】
以上により最終的な操舵ゲインＫｓと前方注視点Ｐ_fbとが決定されるが、さらに、車両がこのように多少の誤差を許容しスムーズな操舵を行うかどうか、もしくは操舵ゲインＫsを高く保つかどうかを、周囲の障害物の状況に応じて選択するようにする。
【００４２】
特に、経路上正面以外の側方の障害物がレーザレーダ（障害物検出手段）などにより一定距離以下で検出されている場合には、図１３のように操舵ゲインＫsを低下させない。なお、障害物を検知しなくとも、ＧＰＳ１４により市街路を走行している場合、もしくはコントローラ１６より障害物回避状況である旨の指令が与えられた場合などにおいても同様に図１３のゲインマップを選択するようにする（道路半径に応じた操舵ゲインＫsも障害物の検出等がされている場合には操舵ゲインＫsを低下させないように選択するものとする）。
【００４３】
図２のフローチャートに戻り、ステップＳ１０８では、下記の式(8)から横変位ＹＥを修正するための操舵量δfbを算出する（操舵量算出手段に相当）。
δfb＝Ｋs・ＹＥ＋Ｋd・（dＹＥ／dt） …(8)
ここで、ＫsおよびＫdは係数であり、直線走行時の外乱に対して追従誤差が経路から逸脱する程拡大しないよう、最適な値を実験から求めることが望ましい。
【００４４】
なお、最終的な操舵指令δcomは、下記の式(9)に示すように、上記の前方注視点誤差を修正するための操舵δfbに、走行中の道路半径に基づき決定したフィードフォワード（以下ＦＦ）制御による操舵量δffを加算した値となる。
δcom＝δfb+δff …(9)
【００４５】
ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８において算出された操舵制御量δcomを操舵アクチュエータ１０に出力し、本制御を終了する。
【００４６】
すなわち、車速Ｖがある車速Ｖ１以下の低速域で操舵ゲインＫsを低下させるため、大きな修正舵が繰り返し行われることなくスムーズで違和感のない操舵が可能となる。
【００４７】
車速Ｖがある車速Ｖ２（Ｖ１＞Ｖ２）以下のとき、車速Ｖの減少に応じてFB前方注視時間Ｔ_fbを延長し、FB前方注視点Ｐ_fbを大きくするため、車両の将来のヨー角誤差に対する操舵ゲインＫsが高められ、将来誤差を小さくすることに重みを置くことで過度な操舵を防止できる。よって、大きな修正舵が繰り返されず、適切な操舵が実施される。
【００４８】
道路半径Ｒがある道路半径Ｒ１以下のとき、操舵ゲインＫsを低下するため、大きな修正舵が繰り返し行われることなく適切な操舵が行われる。
【００４９】
道路半径Ｒがある道路半径Ｒ２以下のとき、道路半径Ｒの減少に応じてFB前方注視時間Ｔ_fbを延長し、FB前方注視点Ｐ_fbを大きくするため、車両の将来のヨー角誤差に対する操舵ゲインＫsが高められ、将来誤差を小さくすることに重みを置くことで過度な操舵を防止できる。よって、大きな修正舵が繰り返されず、適切な操舵が実施される。
【００５０】
操舵ゲインＫsを低下させる度合いを道路幅に応じて設定するため、広い道路で多少の誤差の拡大が許容できる場合には大きな修正舵が繰り返し行われることなく、よりスムーズで適切な操舵が可能となる。
【００５１】
車速Ｖに応じて設定した操舵ゲインＫs_velと、道路半径Ｒに応じて設定した操舵ゲインＫs_radiusのうち、低い方を選択するため、車速Ｖと道路半径Ｒの双方に応じて最適な操舵ゲインＫsとFB前方注視時間Ｔ_fbが設定されるので、大きな修正舵が繰り返し行われることなく、よりスムーズで適切な操舵が可能となる。
【００５２】
車速Ｖもしくは道路半径Ｒに応じて操舵ゲインＫsを低下させるか否かを、周囲障害物の有無によって選択するため、障害物回避動作等で追従誤差を小さくしたい場合に対応しつつ、大きな修正操舵が繰り返し行われることなく、よりスムーズで適切な操舵が可能となる。
【００５３】
以上、本発明の車両用操舵制御装置を第１実施例に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この第１実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の車両用操舵制御装置を示すシステム構成図である。
【図２】コントローラにおいて実行される操舵制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】ＦＢ前方注視点の算出方法を示す説明図である。
【図４】ＦＢ前方注視時間算出マップである。
【図５】ＦＢ前方注視点における誤差の算出方法を示す説明図である。
【図６】車速に応じた操舵ゲイン設定マップである。
【図７】車速に応じたＦＢ前方注視点設定マップである。
【図８】道路半径に応じた操舵ゲイン設定マップである。
【図９】道路半径に応じた操舵ゲイン設定マップである。
【図１０】道路半径に応じたＦＢ前方注視点設定マップである。
【図１１】道路幅に応じたゲイン補正係数設定マップである。
【図１２】道路幅に応じたＦＢ前方注視点補正係数設定マップである。
【図１３】障害物検出時における車速に応じた操舵ゲイン設定マップである。
【符号の説明】
１ＦＬ左前輪
１ＦＲ右前輪
１ＲＬ左後輪
１ＲＲ右後輪
２エンジン
３自動変速機
４プロペラシャフト
５最終減速装置
６車軸
７ステアリングギヤ
８ステアリングシャフト
９ステアリングホイール
１０操舵アクチュエータ
１１ＦＬ左前輪車輪速センサ
１１ＦＲ右前輪車輪速センサ
１１ＲＬ左後輪車輪速センサ
１１ＲＲ右後輪車輪速センサ
１２前後加速度センサ
１３横加速度センサ
１４ＧＰＳ
１５記憶ユニット
１６コントローラ
１７ヨーレートセンサ

Claims

前方注視点において自車両が通過する際の基準経路との横偏差に応じて操舵量を算出することで、自車両を基準経路に沿って走行させる車両用操舵制御装置において、
自車両を走行させる基準経路を検出する基準経路検出手段と、
自車速を検出する車速検出手段と、
検出された基準経路における所定時間もしくは所定距離前方の前方注視点を設定する前方注視点設定手段と、
設定された前方注視点における基準経路に対する横偏差を検出する横偏差検出手段と、
検出された横偏差に応じた操舵量を算出する際の操舵感度を設定する操舵感度設定手段と、
設定された操舵感度に基づいて操舵量を算出する操舵量算出手段と、
検出された車速が予め設定された設定車速以下であるとき、設定された操舵感度を低下させる操舵感度低下手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
請求項１に記載の車両用操舵制御装置において、
検出された車速が設定車速以下であるとき、設定された前方注視点の位置を自車からの距離が大きくなるように調節する前方注視点調節手段を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
前方注視点において自車両が通過する際の基準経路との横偏差に応じて操舵量を算出することで、自車両を基準経路に沿って走行させる車両用操舵制御装置において、
自車両を走行させるための基準経路を検出する基準経路検出手段と、
検出された経路の半径を算出する道路半径算出手段と、
検出された基準経路における所定時間もしくは所定距離前方の前方注視点を設定する前方注視点設定手段と、
設定された前方注視点における基準経路に対する横偏差を検出する横偏差検出手段と、
検出された横偏差に応じた操舵量を算出する際の操舵感度を設定する操舵感度設定手段と、
設定された操舵感度に基づいて操舵量を算出する操舵量算出手段と、
検出された道路半径が予め設定された第１設定半径以下であるとき、設定された操舵感度を低下させる操舵感度低下手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
請求項３に記載の車両用操舵制御装置において、
算出された道路半径が予め設定された第２設定半径以下であるとき、設定された前方注視点の位置を自車からの距離が大きくなるように調節する前方注視点調節手段と、
を設けたことを特徴とする車両用操舵制御装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
道路幅を検出する道路幅検出手段を設け、
前記操舵感度低下手段は、検出された道路幅が大きくなると操舵感度を低下させることを特徴とする車両用操舵制御装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両用操舵制御装置において、
前記操舵感度設定手段は、車速に応じて設定した操舵感度と道路半径に応じて設定した操舵感度のうち、低い方を選択することを特徴とする車両用操舵制御装置。
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の
障害物を検出する障害物検出手段を設け、
前記操舵感度低下手段は、障害物の有無に基づいて操舵感度を低下させるか否かを選択することを特徴とする車両用操舵制御装置。