KR101876043B1

KR101876043B1 - 차선 유지 지원 장치

Info

Publication number: KR101876043B1
Application number: KR1020160098795A
Authority: KR
Inventors: 유지 오쿠다; 히데노부 기누가사
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2015-08-07
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2018-07-06
Anticipated expiration: 2036-08-03
Also published as: CN106428210A; JP2017035925A; US20170036694A1; KR20170017766A; DE102016114525B4; US9994253B2; CN106428210B; JP6264338B2; DE102016114525A1

Abstract

차선 유지 지원 제어를 저속 주행 영역에서도 양호하게 실시할 수 있도록 한다.
차속 대응 조정부(103)는 목표 타각 θs*와 차속 Vx를 입력하고, 차속 Vx에 기초하여 차속 조정 계수 Kv를 설정하고, 이 차속 조정 계수 Kv를 FF 목표 조타 토크 TFF*에 승산한 값을 조정 후 FF 목표 조타 토크(TFF*×Kv)로 설정한다. 이 차속 조정 계수 Kv는, 차속 Vx가 제1 설정 차속 V1보다 작은 경우에는 값 「0」으로 설정되고, 차속 Vx가 제2 설정 차속 V2보다 높은 경우에는 값 「1」로 설정된다. 합산부(104)는, 조정 후 FF 목표 조타 토크(TFF*×Kv)와 FB 목표 조타 토크 TFB*를 합산한 값을 최종 목표 조타 토크 T*로 설정한다.

Description

차선 유지 지원 장치 {LANE KEEPING ASSIST APPARATUS}

본 발명은, 차량이 차선 내를 주행하도록 드라이버의 운전을 지원하기 위한 차선 유지 지원 장치에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들어 특허문헌 1에 제안되어 있는 바와 같이, 차선 유지 지원 제어를 실시하는 차선 유지 지원 장치가 알려져 있다. 차선 유지 지원 장치는, 예를 들어 카메라 센서에 의하여 도로의 좌우의 백선을 검출하고, 이 좌우의 백선에 기초하여 주행 차선 내의 목표 주행 라인(예를 들어 좌우의 백선의 중앙에 위치하는 라인)을 설정한다. 차선 유지 지원 장치는, 자차량의 주행 위치의 목표 주행 라인에 대한 폭 방향의 어긋남량과, 자차량의 진행 방향의 목표 주행 라인에 대한 어긋남각 등에 기초하여 목표 타각을 연산하고, 이 목표 타각에 기초하여 설정한 목표 조타 토크를 나타내는 명령 신호를 스티어링 제어 장치에 송신한다. 스티어링 제어 장치는, 차선 유지 지원 장치로부터 명령된 목표 조타 토크에 따라 모터를 구동하여, 스티어링 기구에 목표 조타 토크를 발생시킨다. 이것에 의하여, 자차량의 주행 위치가 목표 주행 라인 부근에 유지되도록 조타각이 제어된다. 따라서 드라이버는 간단히 자차량을 차선의 적정 라인을 따라 주행시킬 수 있다.

일본 특허 공개 제2009-18626호 공보

일반적으로 차선 유지 지원 장치는, 고속 주행 시에 있어서만 차선 유지 지원 제어를 실시하도록, 그 제어가 실시되는 차속 영역이 한정되어 있다. 따라서 차속 영역을 저속측으로 확장하여 전체 차속 영역에서 차선 유지 지원 제어를 실시시키고 싶다는 요구가 발생하고 있다. 이러한 요구에 부응하기 위하여 차선 유지 지원 제어의 차속 영역을 저속까지 확장하면, 저속 주행 시에 있어서는 이하의 이유에 의하여 적정한 목표 조타 토크를 연산하는 것이 어려워진다.

차량의 주행 방향을 변경하는 경우에는 차량에 횡력(횡가속도)을 발생시킬 필요가 있다. 차륜에 조타력을 부여한 경우에는 타이어에 슬립각이 발생한다. 횡력은, 주로 이 슬립각이 발생함으로써 타이어의 고무가 변형되고, 이 변형을 되돌리고자 하는 고무의 복원력에 의하여 발생한다. 그러나 저속 주행 시에 있어서는 고속 주행 시에 비하여 슬립각이 작아진다. 또한 셀프 얼라이닝 토크도 발생하기 어려워진다. 따라서 고속 주행 시와 저속 주행 시에는 횡력의 발생 메커니즘이 상이하여, 조타 토크에 대하여 발생하는 횡력의 특성이 변화되어 버린다. 이 때문에, 저속 주행 시에 있어서 고속 주행 시와 동일하게, 목표 타각에 기초하여 설정한 목표 조타 토크를 이용하여 모터를 제어한 경우에는, 적정한 횡력이 얻어지는 조타 토크를 발생시킬 수 없다. 그 결과, 차선 유지 지원 성능이 저하되어 버린다.

특허문헌 1에 제안된 장치에서는, 자차량의 주행 위치의 목표 주행 라인에 대한 폭 방향의 어긋남량과, 자차량의 진행 방향의 목표 주행 라인에 대한 어긋남각과, 목표 주행 라인의 곡률에 기초하여 목표 횡가속도를 연산하고, 이 목표 횡가속도에 기초하여 설정한 목표 조타 토크를 피드포워드 제어량으로 설정한다. 그리고 요 레이트 센서에 의하여 검출된 자차량의 요 레이트로부터 실 횡가속도를 연산하고, 목표 횡가속도와 실 횡가속도의 편차에 피드백 게인을 승산한 값을 피드백 제어량으로 설정한다. 이 장치는, 피드포워드 제어량과 피드백 제어량을 가산하여 최종적인 목표 조타 토크를 산출한다.

그러나 특허문헌 1에 제안된 장치에 있어서도, 저속 주행 시에는 횡력이 발생하기 어려워지기 때문에, 고속 주행 시와 동일하게 목표 조타 토크를 이용하여 모터를 제어하더라도 적정한 횡력을 발생시킬 수 없어, 차선 유지 지원 성능이 저하되어 버린다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 때문에 이루어진 것이며, 차선 유지 지원 제어를 저속 주행 영역에서도 양호하게 실시할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징은,

자차량을 목표 주행 라인을 따라 주행시키도록 스티어링 기구에 조타 토크를 발생시켜 드라이버의 운전을 지원하는 차선 유지 지원 장치에 있어서,

상기 자차량을 상기 목표 주행 라인을 따라 주행시키기 위한 목표 타각을 연산하는 목표 타각 연산 수단(101)과,

상기 목표 타각에 기초하여, 고속 주행 시에 적합한 피드포워드 제어량인 FF 목표 조타 토크를 연산하는 피드포워드 제어량 연산 수단(102)과,

상기 자차량의 실제 타각인 실 타각을 검출하는 타각 검출 수단(92)과,

상기 목표 타각과 상기 실 타각의 편차에 기초하여, 피드백 제어량인 FB 목표 조타 토크를 연산하는 피드백 제어량 연산 수단(105, 106)과,

자차량의 차속을 검출하는 차속 검출 수단(11)과,

상기 차속이 낮은 저속 주행 시에는, 상기 차속이 높은 고속 주행 시에 비하여 상기 FF 목표 조타 토크가 작아지도록 상기 FF 목표 조타 토크를 조정하는 피드포워드 제어량 조정 수단(103)과,

상기 조정된 후의 상기 FF 목표 조타 토크와 상기 FB 목표 조타 토크에 기초하여 최종 목표 조타 토크를 연산하는 최종 제어량 연산 수단(104)과,

상기 스티어링 기구에 상기 최종 목표 조타 토크를 발생시키는 토크 발생 수단(70, 80, 90)을 구비한 것에 있다.

본 발명의 차선 유지 지원 장치는, 자차량을 목표 주행 라인을 따라 주행시키도록 스티어링 기구에 조타 토크를 발생시켜 드라이버의 운전을 지원한다. 그와 같이 하기 위하여, 차선 유지 지원 장치는, 목표 타각 연산 수단과, 피드포워드 제어량 연산 수단과, 타각 검출 수단과, 피드백 제어량 연산 수단과, 차속 검출 수단과, 피드포워드 제어량 조정 수단과, 최종 제어량 연산 수단과, 토크 발생 수단을 구비하고 있다.

목표 타각 연산 수단은, 자차량을 목표 주행 라인을 따라 주행시키기 위한 목표 타각을 연산한다. 예를 들어 목표 타각 연산 수단은 목표 주행 라인을 취득하고, 자차량의 주행 위치의 목표 주행 라인에 대한 폭 방향의 어긋남량, 자차량의 진행 방향의 목표 주행 라인에 대한 어긋남각, 목표 주행 라인의 형상 등에 기초하여 목표 타각을 연산한다. 목표 주행 라인은, 예를 들어 자차량이 주행하고 있는 차선의 전방을 촬상하는 카메라 센서 등에 의하여 차선의 레인 마커(좌우의 백선 등)를 인식함으로써, 이 레인 마커를 기준으로 하여 설정된다.

피드포워드 제어량 연산 수단은 목표 타각에 기초하여, 고속 주행 시에 적합한 피드포워드 제어량인 FF 목표 조타 토크를 연산한다. 예를 들어 피드포워드 제어량 연산 수단은, 목표 타각이 커질수록 커지는 FF 목표 조타 토크를 연산한다. 「FF」란, 피드포워드의 약어이다. 이 FF 목표 조타 토크는, 조타 토크와 차량의 횡력이 일정한 관계로 유지되는 고속 주행 영역에서 적합한 값이다.

타각 검출 수단은, 자차량의 실제 타각인 실 타각을 검출한다. 피드백 제어량 연산 수단은 목표 타각과 실 타각의 편차에 기초하여, 피드백 제어량인 FB 목표 조타 토크를 연산한다. 예를 들어 피드백 제어량 연산 수단은 PID 제어, PI 제어 및 P 제어 등에 의하여 FB 목표 조타 토크를 연산한다. 「FB」란, 피드백의 약어이다.

차선 유지 지원 제어는, 자차량이 목표 주행 라인을 따라 주행하도록 자차량의 방향을 제어한다. 이 경우, 타이어에 횡력을 발생시킴으로써 자차량의 방향을 바꿀 수 있다. 이 횡력은, 고속 주행 시에 있어서는 조타 토크에 거의 비례하여 증가하는 특성을 갖지만, 저속 주행 시에 있어서는 슬립각이 작아져 버려, 고속 주행 시와 같은, 조타 토크에 거의 비례한 특성이 얻어지지 않게 된다. 이 때문에, 저속 주행 시에 있어서는, FF 목표 조타 토크는 적절한 값이 연산되지 않게 된다.

따라서 본 발명의 차선 유지 지원 장치는, 피드포워드 제어량을 조정하기 위한 구성으로서 차속 검출 수단과 피드포워드 제어량 조정 수단을 구비하고 있다. 차속 검출 수단은 자차량의 차속을 검출한다. 피드포워드 제어량 조정 수단은, 상기 차속이 낮은 저속 주행 시에는, 상기 차속이 높은 고속 주행 시에 비하여 FF 목표 조타 토크가 작아지도록 FF 목표 조타 토크를 조정한다.

최종 제어량 연산 수단은, 조정된 후의 FF 목표 조타 토크와 FB 목표 조타 토크에 기초하여 최종 목표 조타 토크를 연산한다. 예를 들어 최종 제어량 연산 수단은, FB 목표 조타 토크와 조정된 후의 FF 목표 조타 토크의 합계값을 최종 목표 조타 토크로서 연산한다. 토크 발생 수단은 스티어링 기구에 최종 목표 조타 토크를 발생시킨다. 따라서 저속 주행 시에는, 주로 피드백 제어량 연산 수단에 의하여 연산된 FB 목표 조타 토크를 이용하여 차선 유지 제어를 실시하는 것이 가능해진다. 또한 고속 주행 시에 있어서는, 적정한 FF 목표 조타 토크와 FB 목표 조타 토크를 이용하여, 응답성이 좋은 차선 유지 제어를 실시하는 것이 가능해진다.

그 결과, 본 발명에 의하면, 차선 유지 지원 제어를 저속 주행 영역에서도 양호하게 실시할 수 있다.

본 발명의 일 측면의 특징은,

상기 피드포워드 제어량 조정 수단은, 상기 차속이 설정 차속 (V1)보다 낮은 경우에는 상기 FF 목표 조타 토크를 0으로 설정하도록 구성된 것에 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 차속이 설정 차속보다 낮은 경우에는 FF 목표 조타 토크가 0으로 설정된다. 따라서 차속이 설정 차속보다 낮은 저속 주행 시에 있어서는, FB 목표 조타 토크에만 기초하여 최종 목표 조타 토크를 연산할 수 있다. 이것에 의하여, 본 발명의 일 측면에 의하면, 저속 주행 시에 있어서는 피드포워드 제어의 영향이 없게 되어, 차선 유지 지원 제어를 저속 주행 영역에서도 양호하게 실시할 수 있다.

상기 설명에 있어서는 발명의 이해를 돕기 위하여, 실시 형태에 대응하는 발명의 구성 요건에 대하여, 실시 형태에서 사용한 부호를 괄호를 씌워 곁들이고 있지만, 발명의 각 구성 요건은, 상기 부호에 의하여 규정되는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 실시 형태의 차선 유지 지원 장치의 개략 시스템 구성도이다.
도 2는 차선 유지 지원 제어에 이용하는 파라미터를 설명하는 도면이다.
도 3은 차선 유지 지원 제어에 관한 제어 블록도이다.
도 4는 FF 토크 맵을 나타내는 그래프이다.
도 5는 차속 조정 계수 맵을 나타내는 그래프이다.
도 6은 고속 주행 시의 조타 토크와 횡력의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 사용하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 실시 형태의 차선 유지 지원 장치의 개략 시스템 구성도이다.

본 실시 형태의 차선 유지 지원 장치는, 차선 유지 지원 제어부(1)와 전동 파워 스티어링부(50)로 구성된다. 차선 유지 지원 제어부(1)는 운전 지원 ECU(10)를 구비하고 있다. 이 운전 지원 ECU(10)는, 드라이버의 운전을 지원하기 위한 전자 제어 장치이며, 마이크로컴퓨터를 주요부로서 구비하고 있다. 운전 지원 ECU(10)는 차선 유지 지원 제어를 실시한다. 차선 유지 지원 제어란, 자차량의 주행 위치가 목표 주행 라인 부근에 유지되도록, 조타 토크를 스티어링 기구(60)에 부여하여 드라이버의 조타 조작을 지원하는 제어이다. 운전 지원 ECU(10)는, 차선 유지 지원 제어를 실시함에 있어서, 전동 파워 스티어링부(50)의 조타 어시스트 기능을 이용한다. 또한 본 명세서에 있어서, 마이크로컴퓨터는, CPU와, ROM 및 RAM 등의 기억 장치 등을 포함하며, CPU는, ROM에 저장된 인스트럭션(프로그램)을 실행함으로써 각종 기능을 실현하도록 되어 있다. 또한 ECU는 Electric Control Unit의 약어이다.

전동 파워 스티어링부(50)는, 조타 핸들(61)의 조타 조작에 의하여 전타륜 W를 전타하는 스티어링 기구(60)와, 스티어링 기구(60)에 부착되어 조타 어시스트 토크를 발생시키는 모터(70)와, 모터(70)를 구동하는 모터 드라이버(80)와, 모터 드라이버(80)의 작동을 제어하는 스티어링 ECU(90)를 주요부로서 구비하고 있다. 스티어링 기구(60)는, 조타 핸들(61)을 상단부에 일체 회전하도록 접속한 스티어링 샤프트(62)를 구비한다. 이 스티어링 샤프트(62)의 하단부에는, 피니언 기어(63)가 일체 회전하도록 접속되어 있다. 피니언 기어(63)는, 랙 바(64)에 형성된 랙 톱니와 교합한다. 랙 바(64)의 양 단부에는, 타이 로드(65)를 개재하여 전타륜 W의 너클(도시 생략)이 조타 가능하게 접속되어 있다. 스티어링 샤프트(62)의 축선 주위의 회전 운동은 랙 바(64)의 축선 방향의 직선 운동으로 변환되고, 이 랙 바(64)의 직선 운동에 의하여 좌우의 전타륜 W가 좌우로 전타된다.

랙 바(64)에는 모터(70)가 부착되어 있다. 모터(70)의 출력 축은, 볼 나사 기구(66)를 개재하여 랙 바(64)에 동력 전달 가능하게 접속되어 있으며, 그 회전에 의하여 전타륜 W에 전타력을 부여하여 드라이버의 조타 조작을 어시스트한다. 볼 나사 기구(66)는 감속기 및 회전-직선 변환기로서 기능하는 것이며, 모터(70)의 회전을 감속함과 함께, 모터(70)의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하여 랙 바(64)에 전달한다.

스티어링 샤프트(62)에는 조타 토크 센서(91) 및 타각 센서(92)가 설치된다. 조타 토크 센서(91)는, 조타 토크 Ts를 나타내는 검출 신호를 출력한다. 조타 토크 센서(91)는, 예를 들어 스티어링 샤프트(62)의 중간부에 개재 장착된 토션 바(도시 생략)의 비틀림 각도를 검출하고, 이 비틀림 각도에 기초하여 조타 토크 Ts를 검출한다. 타각 센서(92)는, 전타륜 W의 타각 θs를 나타내는 검출 신호를 출력한다. 타각 센서(92)는, 예를 들어 토션 바(도시 생략)보다도 전타륜 W측의 스티어링 샤프트(62)의 회전각(중립 위치를 기준으로 한 회전각)을 검출한다.

조타 토크 Ts 및 타각 θs는, 그 부호(정부)에 의하여 방향이 식별된다. 예를 들어 정의 조타 토크 Ts는 좌측 방향으로 작용하는 조타 토크를 나타내고, 부의 조타 토크 Ts는 우측 방향으로 작용하는 조타 토크를 나타낸다. 또한 정의 타각 θs는 중립 위치보다도 좌측 방향의 타각을 나타내고, 부의 타각 θs는 중립 위치보다도 우측 방향의 타각을 나타낸다. 또한 조타 토크 Ts 및 타각 θs의 크기에 대해서는, 그 절댓값으로 논의된다.

스티어링 ECU(90)는 마이크로컴퓨터를 주요부로서 구비하고 있다. 스티어링 ECU(90)는 조타 토크 센서(91) 및 타각 센서(92)에 접속되어, 조타 토크 Ts 및 타각 θs를 나타내는 검출 신호를 입력한다. 스티어링 ECU(90)는 입력한 검출 신호에 기초하여, 드라이버의 조타 조작에 따른 최적의 조타 어시스트 토크가 얻어지도록 모터(70)에 흘리는 목표 전류를 연산하고, 그 목표 전류가 모터(70)에 흐르도록 모터 드라이버(80)의 작동을 제어한다.

이와 같이 드라이버가 행한 핸들 조작(조타 조작)에 대하여, 핸들 조작이 가벼워지도록 모터(70)를 구동하는 제어를 조타 어시스트 제어라 칭한다. 이 조타 어시스트 제어에 있어서는, 기본적으로는 조타 토크 Ts가 커질수록 증가하는 목표 어시스트 토크가 설정된다. 필요에 따라 조타 필링을 향상시키기 위하여, 타각 θs, 또는 타각 θs의 미분값인 타각 속도에 기초하여 보상 토크가 설정되며, 이 보상 토크가 목표 어시스트 토크에 가산된다.

스티어링 ECU(90)와 운전 지원 ECU(10)는 CAN(Controller Area Network)(40)을 통하여 서로 송수신 가능하게 접속되어 있다. 스티어링 ECU(90)는, 운전 지원 ECU(10)로부터 차선 유지용 토크 명령을 수신한 경우에는, 차선 유지용 토크 명령에서 특정되는 제어량(후술하는 최종 목표 조타 토크 T*)에 기초하여 모터(70)를 구동하여 조타 토크를 발생시킨다. 이 경우, 조타 어시스트 제어와 달리, 드라이버의 조타 조작을 요하지 않고 모터(70)가 구동된다.

본 실시 형태의 차선 유지 지원 장치는, 자차량을 목표 주행 라인을 따라 주행시키도록 드라이버의 조타 조작을 지원하는 장치이며, 드라이버의 조타 조작을 불요로 한 자동 운전을 가능하게 하는 장치는 아니다. 따라서 모터(70)에 의하여 발생시키는 조타 토크는, 드라이버의 조타 조작을 환기할 수 있을 정도의 크기, 즉, 작은 값으로 설정되어 있다. 또한 차선 유지 지원 장치는, 자동 운전에 의하여 자차량을 목표 주행 라인을 따라 주행시키도록 구성되어 있어도 된다.

운전 지원 ECU(10)는 스티어링 ECU(90)로부터 CAN(40)을 통하여, 조타 토크 Ts 및 타각 θs를 나타내는 정보를 소정의 주기로 취득한다.

운전 지원 ECU(10)에는 차속 센서(11), 조작 스위치(12), 카메라 센서(13), 표시기(14) 및 버저(15)가 접속되어 있다. 차속 센서(11)는, 자차량의 차속 Vx를 나타내는 검출 신호를 운전 지원 ECU(10)에 출력한다. 조작 스위치(12)는, 드라이버가 차선 유지 지원 제어를 실시시킬지의 여부의 선택을 행하기 위한 스위치이며, 선택 신호를 운전 지원 ECU(10)에 출력한다. 조작 스위치(12)가 온인 경우에는 차선 유지 지원 제어가 실시된다.

카메라 센서(13)는 차량 전방을 촬영하고 화상 처리를 행함으로써, 도로의 좌우의 레인 마커(예를 들어 백선)를 인식한다. 카메라 센서(13)는 이 레인 마커에 기초하여, 자차량을 주행시키는 목표 주행 라인을 결정한다. 예를 들어 카메라 센서(13)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 좌측 백선 LL과 우측 백선 LR을 인식하고, 이 좌우의 백선의 중앙 위치로 되는 차선 중앙을 목표 주행 라인 Ld로 결정한다.

또한 카메라 센서(13)는, 이 목표 주행 라인 Ld의 방향과 차량 진행 방향의 어긋남각{이하, 요각 θy라 칭함}, 목표 주행 라인 Ld에 대한 차량 무게 중심 위치의 폭 방향의 어긋남량(이하, 오프셋량 D라 칭함), 및 목표 트레이스 라인의 곡률 a(도로 곡률 a라 칭함) 등을 연산한다. 도로 곡률 a 대신 도로 반경 R(=1/R)을 연산해도 된다. 카메라 센서(13)는, 이들 연산 결과인 차선 정보를 운전 지원 ECU(10)에 출력한다. 또한 오프셋량 D를 나타내는, 목표 주행 라인 Ld에 대한 차량 무게 중심 위치의 폭 방향의 어긋남량이란, 차폭 방향의 어긋남량이어도 되고 도로 폭 방향의 어긋남량이어도 된다.

또한 카메라 센서(13)이 촬영 기능만을 갖는 경우, 운전 지원 ECU(10)는 상술한 카메라 센서(13)의 연산 기능의 일부 또는 전부(즉, 화상 처리, 레인 마커의 인식, 목표 주행 라인의 결정, 요각 θy의 산출, 오프셋량 D의 산출, 및 곡률 a의 산출 등의 일부 또는 전부)를 실행해도 된다.

표시기(14)는, 드라이버가 운전석에 착좌한 위치에서 시인할 수 있는 위치에 설치되며, 운전 지원 ECU(10)로부터 송신된 지원 제어 정보를 화면에 표시한다. 버저(15)는, 카메라 센서(13)에 의하여 레인 마커를 인식할 수 없은 경우, 및 시스템 이상이 검출된 경우 등에 있어서 명동하여, 차선 유지 지원 제어를 실시할 수 없는 상황임을 드라이버에게 알린다.

본 실시 형태의 운전 지원 ECU(10)는, 차선 유지 지원 제어를 전체 차속 영역에서 실시한다. 전체 차속 영역이란, 차속 0으로부터 고차속에 이르는 통상의 차량 주행에서 사용되는 차속 범위이다. 또한 차선 유지 지원 제어가 실시되는 차속 영역은 반드시 전체 차속 영역으로 할 필요는 없으며, 예를 들어 미저속 이상으로 해도 되고, 고속 영역에서 차속 상한이 설정되어 있어도 된다.

다음으로, 운전 지원 ECU(10)가 실시하는 차선 유지 지원 제어에 대하여 설명한다. 도 3은, 운전 지원 ECU(10)가 실시하는 차선 유지 지원 제어에 관한 제어 블록도이다. 운전 지원 ECU(10)는, 목표 타각 연산부(101), FF 토크 연산부(102), 차속 대응 조정부(103), 합산부(104), 감산부(105) 및 FB 토크 연산부(106)를 구비하고 있다. 각 제어 블록(101 내지 106)은 병행하여, 후술하는 연산 처리를 소정의 연산 주기로 반복 실시한다. 또한 운전 지원 ECU(10)는, 각종 연산의 실행에 있어서 각종 센서 검출값을 이용하는데, 그 센서 검출값은, 단서가 없는 한 연산 시점에서의 최신의 값이다.

목표 타각 연산부(101)는 카메라 센서(13)로부터 오프셋량 D, 요각 θy, 및 도로 곡률 a를 입력하고, 이 입력값에 기초하여, 식 (1)을 이용하여 목표 타각 θs*를 연산한다.

여기서, K1, K2, 및 K3은 각각 제어 게인이다. 목표 타각 θs*은, 자차량이 목표 주행 라인 Ld를 따라 주행할 수 있도록 설정되는 타각이다. 또한 목표 타각 θs*의 연산에 대해서는, 상기 식 (1)에 한정되는 것은 아니며, 임의의 식에서 실시할 수 있다. 또한 예를 들어 제어 게인 K1 내지 K3은, 차속 Vx 등 다른 파라미터에 따라 설정되는 값으로 할 수도 있다.

목표 타각 연산부(101)는, 산출한 목표 타각 θs*를 FF 토크 연산부(102) 및 감산부(105)에 공급한다.

FF 토크 연산부(102)는, 목표 타각 θs*에 기초하여 피드포워드 제어량인 FF 목표 조타 토크 TFF*를 연산한다. FF 토크 연산부(102)는, 도 4에 나타내는 특성의 FF 토크 맵을 기억하고 있으며, 이 FF 토크 맵을 참조하여 FF 목표 조타 토크 TFF*를 연산한다. FF 토크 맵은, 목표 타각 θs*가 커짐에 따라 증가하는 FF 목표 조타 토크 TFF*를 설정하는 특성을 갖고 있다. FF 토크 맵에는 불감대가 설정되어 있으며, 목표 타각 θs*가 0 근방 영역에 들어가는 경우에는, FF 목표 조타 토크 TFF*가 0으로 설정된다.

또한 도 4의 FF 토크 맵은, 목표 타각 θs*가 정의 값을 취하는 경우(즉, 좌측 방향의 목표 타각 θs*가 설정되어 있는 경우)의 FF 목표 조타 토크 TFF*를 나타내고 있지만, 목표 타각 θs*가 부의 값을 취하는 경우(즉, 우측 방향의 목표 타각 θs*가 설정되어 있는 경우)에는, FF 목표 조타 토크 TFF*의 부호가 부로 될 뿐, 그 크기(절댓값)는, 목표 타각 θs*가 정의 값을 취하는 경우와 변함없다.

FF 토크 연산부(102)는 산출한 FF 목표 조타 토크 TFF*를 차속 대응 조정부(103)에 공급한다.

차속 대응 조정부(103)는, FF 목표 조타 토크 TFF*와, 차속 센서(11)에 의하여 검출되는 차속 Vx를 입력한다. 차속 대응 조정부(103)는 차속 Vx에 기초하여 차속 조정 계수 Kv를 설정하고, FF 목표 조타 토크 TFF*에 차속 조정 계수 K를 승산한 값(TFF*×Kv)을 산출한다. 이 산출한 값(TFF*×Kv)을 조정 후 FF 목표 조타 토크(TFF*×Kv)라 칭한다.

차속 대응 조정부(103)는, 도 5에 나타내는 차속 조정 계수 맵을 기억하고 있으며, 이 차속 조정 계수 맵을 참조하여 차속 조정 계수 Kv를 연산한다. 차속 조정 계수 맵은, 차속 Vx가 제1 설정 차속 V1보다도 낮은 경우에는 차속 조정 계수 Kv를 값 「0」으로 설정하고, 차속 Vx가 제2 설정 차속 V2(>V1)보다도 높은 경우에는 차속 조정 계수 Kv를 값 「1」로 설정하는 특성을 갖는다. 또한 차속 조정 계수 맵은, 차속 Vx가 제1 설정 차속 이상 제2 설정 차속 V2 이하인 경우(V1≤Vx≤V2)에는, 차속 Vx가 낮아짐에 따라 차속 조정 계수 Kv를 값 「1」로부터 값 「0」으로까지 저하시키는 특성(본 실시 형태에 있어서는 1차 함수적으로 저하시키는 특성으로 설정되어 있음)을 갖는다. 제1 설정 차속 V1 및 제2 설정 차속 V2는 미리 설정된 값이다.

차속 대응 조정부(103)는, 이와 같이 설정된 차속 조정 계수 Kv를 FF 목표 조타 토크 TFF*에 승산한 조정 후 FF 목표 조타 토크(TFF*×Kv)를 산출하고, 그 산출 결과를 합산부(104)에 공급한다. 이 조정 후 FF 목표 조타 토크(TFF*×Kv)는 피드포워드 제어량의 최종값을 나타낸다. 따라서 차속 대응 조정부(103)는, 자차량이 제1 설정 차속 V1 미만의 속도로 주행하고 있는 경우에는 값 「0」을 피드포워드 제어량으로서 출력하고, 자차량이 제2 설정 차속 V2를 초과하는 속도로 주행하고 있는 경우에는 FF 목표 조타 토크 TFF*를 그대로 피드포워드 제어량으로서 출력한다. 또한 차속 대응 조정부(103)는, 자차량이 제1 설정 차속 V1 이상 제2 설정 속도 V2 이하의 속도로 주행하고 있는 경우에는, FF 목표 조타 토크 TFF*를 차속 조정 계수 Kv에 의하여 저감 방향으로 조정한 값(TFF*×Kv)을 피드포워드 제어량으로서 출력한다.

감산부(105)는, 목표 타각 연산부(101)로부터 공급되는 목표 타각 θs*와, 타각 센서(92)에 의하여 검출되는 타각 θs(실 타각 θs라 칭함)를 입력하고, 목표 타각 θs*와 실 타각 θs의 편차인 타각 편차 Δθs(θs*-θs)를 연산한다. 감산부(105)는 산출한 타각 편차 Δθs를 FB 토크 연산부(106)에 공급한다.

FB 토크 연산부(106)는, 타각 편차 Δθs에 기초하여 피드백 제어량인 FB 목표 조타 토크 TFB*를 연산한다. FB 토크 연산부(106)는, 예를 들어 타각 편차 Δθs를 비례항으로서 포함한 PID 제어식, PI 제어식, P 제어식 등에 의하여 FB 목표 조타 토크 TFB*를 연산한다.

FB 토크 연산부(106)는 산출한 FB 목표 조타 토크 TFB*를 합산부(104)에 공급한다.

합산부(104)는, FB 토크 연산부(106)로부터 공급된 FB 목표 조타 토크 TFB*, 및 차속 대응 조정부(103)로부터 공급된 조정 후 FF 목표 조타 토크(TFF*×Kv)를 입력하고, FB 목표 조타 토크 TFB*와 조정 후 FF 목표 조타 토크(TFF*×Kv)를 합산한 값인 최종 목표 조타 토크 T*(=TFB*+TFF*×Kv)를 산출한다.

합산부(104)는, 산출한 최종 목표 조타 토크 T*를 나타내는 정보를 포함한 차선 유지용 토크 명령을 CAN(40)을 통하여 스티어링 ECU(90)에 송신한다.

스티어링 ECU(90)는 차선 유지용 토크 명령을 수신하면, 차선 유지용 토크 명령에 포함되는 정보인 최종 목표 조타 토크 T*를 목표 전류로 변환하고, 모터(70)에 목표 전류가 흐르도록 모터 드라이버(80)의 작동을 제어한다. 모터 드라이버(80)에는, 모터(70)에 흐르는 전류를 검출하는 전류 센서(도시 생략)가 설치되어 있다. 스티어링 ECU(90)는, 전류 센서에 의하여 검출되는 실 전류가 목표 전류와 동등해지도록 모터 드라이버(80)의 스위칭 소자(도시 생략)의 듀티비를 제어한다. 이것에 의하여, 모터(70)로부터 최종 목표 조타 토크 T*가 출력되어 전타륜 W가 전타된다. 그 결과, 자차량을 목표 주행 라인 Ld를 따라 주행시키도록 드라이버의 조타 조작을 지원할 수 있다.

본 실시 형태의 차선 유지 지원 장치는, 고속 주행 시뿐만 아니라 저속 주행 시에 있어서도 차선 유지 지원 제어를 적절히 실시할 수 있도록 하기 위하여, 피드포워드 제어량을 차속에 따라 조정하는 차속 대응 조정부(103)를 설치하고 있다. 이 차속 대응 조정부(103)를 설치한 이유에 대하여 설명한다.

차선 유지 지원 제어에 있어서는, 자차량이 목표 주행 라인 근방을 주행하도록 작은 조타 토크를 부여하여 자차량의 방향을 조정하여, 드라이버의 조타 조작을 보조한다. 자차량의 방향은, 주로 타이어에 횡력(횡가속도)을 발생시킴으로써 조정할 수 있다. 이 횡력은, 스티어링 기구(60)에 조타 토크를 부여하여 전타륜 W를 전타함으로써 발생한다. 횡력은, 고속 주행 시에 있어서는, 도 6에 나타낸 바와 같이 조타 토크에 대하여 대략 선형의 관계를 갖는다. 따라서 목표 타각 θs*에 따른 FF 목표 조타 토크 TFF*를 연산함으로써, 피드포워드 제어에 의하여 원하는 횡력을 발생시킬 수 있다.

그러나 저속 주행 시에 있어서는 고속 주행 시에 비하여 슬립각이 작아진다. 또한 셀프 얼라이닝 토크도 발생하기 어려워진다. 따라서 고속 주행 시와 저속 주행 시에는, 조타 토크에 대하여 횡력이 발생하는 메커니즘이 상이하여, 횡력이 조타 토크에 대하여 선형의 관계를 갖지 않게 된다. 이 때문에, 목표 타각 θs*에 따른 FF 목표 조타 토크 TFF*를 연산하더라도, 그 연산 결과에서는 적정한 피드포워드 제어를 행할 수 없다.

따라서 차속 대응 조정부(103)는, 상술한 바와 같이, 차속 Vx가 제1 설정 차속 V1보다 낮은 저속 주행 시에 있어서는 피드포워드 제어량{조정 후 FF 목표 조타 토크(TFF*×Kv)}을 0으로 설정한다. 이 경우, 타각 편차 Δθs에 기초하여, 피드백 제어량인 FB 목표 조타 토크 TFB*에 의하여 모터(70)가 구동 제어되기 때문에, 실 타각 θs를 목표 타각 θs*에 근접시킬 수 있어, 적정한 조타 토크를 모터(70)에서 발생시킬 수 있다. 피드백 제어의 경우에는, 피드포워드 제어에 비하여 응답성에 대해서는 떨어진다. 그러나 저속 주행 시에 있어서는, 요구되는 응답성이 고속 주행 시에 비하여 낮기 때문에, 아무런 문제없이 양호하게 차선 유지 지원 제어를 실시할 수 있다.

또한 차속 대응 조정부(103)는, 차속 Vx가 제2 설정 차속 V2보다 높은 고속 주행 시에 있어서는 FF 목표 조타 토크 TFF*를 그대로 피드포워드 제어량으로서 출력한다. 따라서 응답성이 양호한 피드포워드 제어와, 피드백 제어의 양쪽에 의하여(FF+FB 제어라 칭함), 양호하게 차선 유지 지원 제어를 실시할 수 있다.

또한 차속 대응 조정부(103)는, 차속 Vx가 제1 설정 차속 이상 제2 설정 차속 V2 이하인 경우(V1≤Vx≤V2)에는, 차속 Vx가 낮아짐에 따라 서서히 저하되는 차속 조정 계수 Kv를 FF 목표 조타 토크 TFF*에 승산한 값을 조정 후 FF 목표 조타 토크(TFF*×Kv)로 설정한다. 따라서 FF+FB 제어로부터 피드백 제어로 이행하는 과정, 및 피드백 제어로부터 FF+FB 제어로 이행하는 과정에 있어서, 최종 목표 조타 토크 T*에 큰 변동이 발생하지 않고 원활히 제어 형태를 전환할 수 있다. 따라서 드라이버에게 위화감을 부여하지 않도록 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 차선 유지 지원 장치에 의하면, 차선 유지 지원 제어를 전체 차속 영역에서 양호하게 실시할 수 있다.

이상, 본 실시 형태에 관한 차선 유지 지원 장치에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태 및 변형예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 일탈하지 않는 한 다양한 변경이 가능하다.

예를 들어 본 실시 형태에 있어서는, 랙 바(64)에 모터(70)를 조립한 랙어시스트 방식의 전동 파워 스티어링부(50)를 구비하고 있지만, 그 대신, 스티어링 샤프트(62)에 모터를 조립한 컬럼어시스트 방식의 전동 파워 스티어링부를 구비해도 된다.

또한 본 실시 형태에 있어서는, 타각 센서(92)는 스티어링 샤프트(62)의 회전각을 검출하지만, 그 대신, 랙 바의 축방향 위치 등으로부터 조타각을 검출할 수도 있다.

1: 차선 유지 지원 제어부
10: 운전 지원 ECU
11: 차속 센서
13: 카메라 센서
50: 전동 파워 스티어링부
60: 스티어링 기구
70: 모터
80: 모터 드라이버
90: 스티어링 ECU
91: 조타 토크 센서
92: 타각 센서
101: 목표 타각 연산부
102: FF 토크 연산부
103: 차속 대응 조정부
104: 합산부
105: 감산부
106: FB 토크 연산부
W: 전타륜

Claims

자차량을 목표 주행 라인을 따라 주행시키도록 스티어링 기구에 조타 토크를 발생시켜 드라이버의 운전을 지원하는 차선 유지 지원 장치에 있어서,
상기 자차량을 상기 목표 주행 라인을 따라 주행시키기 위한 목표 타각을 연산하는 목표 타각 연산 수단과,
상기 목표 타각에 기초하여, 고속 주행 시에 적합한 피드포워드 제어량인 FF 목표 조타 토크를 연산하는 피드포워드 제어량 연산 수단과,
상기 자차량의 실제 타각인 실 타각을 검출하는 타각 검출 수단과,
상기 목표 타각과 상기 실 타각의 편차에 기초하여, 피드백 제어량인 FB 목표 조타 토크를 연산하는 피드백 제어량 연산 수단과,
자차량의 차속을 검출하는 차속 검출 수단과,
상기 차속이 낮은 저속 주행 시에는, 상기 차속이 높은 고속 주행 시에 비하여 상기 FF 목표 조타 토크가 작아지도록 상기 FF 목표 조타 토크를 조정하는 피드포워드 제어량 조정 수단과,
상기 조정된 후의 상기 FF 목표 조타 토크와 상기 FB 목표 조타 토크에 기초하여 최종 목표 조타 토크를 연산하는 최종 제어량 연산 수단과,
상기 스티어링 기구에 상기 최종 목표 조타 토크를 발생시키는 토크 발생 수단을 구비한, 차선 유지 지원 장치.
제1항에 있어서,
상기 피드포워드 제어량 조정 수단은, 상기 차속이 설정 차속보다 낮은 경우에는 상기 FF 목표 조타 토크를 0으로 설정하도록 구성된, 차선 유지 지원 장치.