車輛的車道保持控制裝置的製作方法

2023-05-13 06:31:01 2

本申請是申請日為2014年12月23日、申請號為201410811924.x、發明名稱為「車輛的車道保持控制裝置」的專利申請的分案申請。

本發明涉及一種通過驅動電動助力轉向馬達而沿著設定的目標路線行駛的車輛的車道保持控制裝置。

背景技術：

近年來，將減少交通事故、減輕駕駛員負擔作為目的，開發並提出了通過支持、輔助並控制轉向操縱以實現沿設定的目標路線的行駛的各種各樣的車道保持控制裝置的技術。例如，在日本特開2007-326534號公報(以下稱為專利文獻1)中公開了一種技術，即，在基於通過照相機的拍攝圖像得到的車道形狀信息檢測本車輛從車道中央附近的橫向位移，根據檢測到的橫向位移，使本車輛沿車道行駛，在此基礎上計算出應賦予車輛的基準方向盤扭矩的車輛用車道維持輔助裝置中，在道路的車道寬度大的情況下，與車道寬度小的情形相比，會增大方向盤扭矩對橫向位移的盲區或者降低增益，由此根據基準方向盤扭矩變更賦予車輛的方向盤扭矩。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2007-326534號公報

技術實現要素：

然而，在道路上行駛時，如圖8(a)所示，在高速道路這樣的行駛路徑寬度寬(wr＞c：wr為行駛路徑寬度，c為預先設定的基準寬度)的行駛路徑上行駛的情況下，通過進行反饋控制來消除從設定在行駛路徑上的目標路線(例如，行駛路徑的中央)的偏移量，從而能夠輔助駕駛者的轉向操作而進行自然且穩定的沿目標路線的車道保持控制。與此相對，如圖8(b)所示，在一般道路這樣的行駛路徑寬度窄的(wr≤c)行駛路徑上行駛的情況下，在行駛路徑上，大多存在停放車輛、迎面而來的車輛等障礙物，駕駛者需要邊迴避這些邊駕駛，存在很多難以在行駛路徑的目標路線上行駛的情況。考慮到這樣的實際行駛環境時，在上述的專利文獻1中公開的車道保持控制裝置中，存在下述的問題，即由於在道路寬度變窄時通過加強控制而提高車道內橫向位置保持性能，反而導致欲使車輛沿目標路線行駛的車道保持控制妨礙駕駛者的轉向操作。

本發明鑑於上述情況而做出，本發明的目的在於提供一種車輛的車道保持控制裝置，根據該裝置，在高速道路這樣的行駛路徑寬度寬的行駛路徑上，駕駛者能夠完全依賴車道保持控制進行自然且穩定的轉向輔助，而在一般道路這樣的行駛路徑寬度窄的行駛路徑上，能夠在不幹擾駕駛者的迴避轉向操作的情況下考慮到實際的行駛環境實施最佳的車道保持控制。

根據本發明的車輛的車道保持控制裝置的一個實施方式，在設定本車輛應行駛的目標路線，至少基於從該目標路線的偏移量計算出對電動助力轉向馬達的控制量，並進行控制以使本車輛沿上述目標路線進行行駛的車輛的車道保持控制裝置中，具備：橫向位置反饋控制單元，基於上述目標路線與本車輛的推定車輛軌跡的位置的偏移量，計算出以消除該位置的偏移量的方式進行反饋控制的控制量；橫向位置反饋增益設定單元，在行駛路徑寬度寬的情況下，與行駛路徑寬度窄的情況相比，將上述橫向位置反饋控制單元的控制量的影響程度設定為較強。

根據本發明的車輛的車道保持控制裝置，在高速道路這樣的行駛路徑寬度寬的行駛路徑上，駕駛者能夠完全依賴車道保持控制進行自然且穩定的轉向輔助，而在一般道路這樣的行駛路徑寬度窄的行駛路徑上，能夠在不幹擾駕駛者的迴避轉向操作的情況下考慮到實際的行駛環境實施最佳的車道保持控制。

附圖說明

圖1為本發明的一實施方式的車輛的轉向系統的構成說明圖。

圖2為本發明的一實施方式的轉向控制部的功能模塊圖。

圖3為本發明的一實施方式的車道保持控制程序的流程圖。

圖4為表示本發明的一實施方式的電動助力轉向馬達的方向盤扭矩-電動馬達基本電流值特性的一例的說明圖。

圖5為本發明的一實施方式的前饋控制的說明圖。

圖6為本發明的一實施方式的橫向位置反饋控制的說明圖。

圖7為本發明的一實施方式的橫擺角反饋控制的說明圖。

圖8為實際的行駛環境中的行駛狀態的說明圖，圖8(a)是在高速道路行駛時的說明圖，圖8(b)是在一般道路行駛時的說明圖。

符號說明

1電動助力轉向裝置

2轉向軸

4方向盤

5小齒輪軸

10l、10r車輪

12電動馬達

20轉向控制部

20a馬達基本電流設定部

20b前饋控制部(前饋控制單元)

20c橫向位置反饋控制部(橫向位置反饋控制單元)

20d橫擺角反饋控制部(橫擺角反饋控制單元)

20e橫向位置反饋增益設定部(橫向位置反饋增益設定單元)

20f橫擺角反饋增益設定部(橫擺角反饋增益設定單元)

20g電動助力轉向馬達電流值計算部

21馬達驅動部

31前方辨識裝置

32車速傳感器

33轉向角傳感器

34方向盤扭矩傳感器

具體實施方式

以下，根據附圖說明本發明的實施方式。

在圖1中，符號1表示能夠與駕駛員輸入相獨立地自由設定轉向角的電動助力轉向裝置，對於該電動助力轉向裝置1而言，轉向軸2介由轉向柱3而旋轉自如地被未圖示的車體框架所支撐，其一端延伸向駕駛席側而另一端延伸向發動機艙側。轉向軸2的駕駛席側端部處固定設置有方向盤4，而且，向發動機艙側延伸的端部上連接設置有小齒輪軸5。

發動機艙中配設有向車輛寬度方向延伸的轉向齒輪箱6，且齒條軸7可自由往復移動地插通支撐在該轉向齒輪箱6中。在形成於該齒條軸7的齒條(未圖示)上嚙合有形成於小齒輪軸5上的小齒輪，從而形成齒條與小齒輪(rackandpinion)形式的轉向齒輪機構。

並且，齒條軸7的左右兩端分別從轉向齒輪箱6的端部突出，其端部上通過橫拉杆8而連接設置有前轉向節9。該前轉向節9可旋轉自如地支撐作為轉向輪的左右輪10l、10r，且可轉向自如地支撐於車體框架。因此，如果操作方向盤4而使轉向軸2、小齒輪軸5旋轉，則由於該小齒輪軸5的旋轉而使齒條軸7向左右方向移動，並由於其移動而使前轉向節9以主銷軸(未圖示)作為中心而進行旋轉，從而左右輪10l、10r轉向左右方向。

而且，小齒輪軸5上通過輔助傳動機構11而連接設置有電動助力轉向馬達(電動馬達)12，藉助於該電動馬達12而執行施加於方向盤4的方向盤扭矩的輔助以及要成為設定的轉向角(目標轉向角)的方向盤扭矩的附加。由後述的轉向控制部20將作為控制輸出值的目標電流icmd輸出到馬達驅動部21，從而使電動馬達12被馬達驅動部21所驅動。

轉向控制部20上連接有作為行駛路徑的形狀辨識前方的左右白線而獲取白線位置信息的用於辨識行駛路徑形狀的前方辨識裝置31，另外，連接有檢測車速v的車速傳感器32、檢測轉向角(實際舵角)θp的轉向角傳感器33、檢測方向盤扭矩td的方向盤扭矩傳感器34。

前方辨識裝置31例如由一組ccd(電荷耦合元件)攝像機和立體圖像處理裝置構成，所述的一組ccd攝像機在車室內的天花板前方以預定的間隔而安裝以用於從不同的視點立體拍攝車外的對象，而所述立體圖像處理裝置用於處理來自該ccd攝像機的圖像數據。

前方辨識裝置31的立體圖像處理裝置中的對來自ccd攝像機的圖像數據的處理例如是以如下的方式進行。首先，針對利用ccd攝像機拍攝的本車輛的行進方向的一組立體圖像對，由對應位置的偏移量求出距離信息，並生成距離圖像。

在白線數據的辨識中，基於白線比起道路面為高亮度的認識，評估道路的寬度方向的亮度變化，從而在圖像平面上確定圖像平面中的左右白線的位置。該白線的實際空間上的位置(x，y，z)是基於圖像平面上的位置(i，j)以及與這一位置相關而計算出的視差而通過公知的坐標變換式進行計算，即基於距離信息而通過公知的坐標變換式進行計算。關於將本車輛的位置作為基準而設定的實際空間的坐標系，在本實施方式中，例如像圖6所示，將立體攝像機的中央正下方的道路面作為原點，並將車輛寬度方向作為x軸，將車輛高度方向作為y軸，而將車輛長度方向(距離方向)作為z軸。此時，x-z平面(y＝0)在道路平坦的情況下與道路面一致。關於道路模型，將道路上的本車輛的行進車道在距離方向上劃分為多個區間，並將各區間中的左右白線以預定方式近似而連結，據此表現該道路模型。應予說明，在本實施方式中是對基於來自一組ccd攝像機的圖像而辨識行駛路徑的形狀的示例進行了說明，然而另外也可以基於來自單目攝像機、彩色攝像機的圖像信息而求出。

而且，轉向控制部20將上述的各輸入信號作為基礎，根據駕駛者的方向盤扭矩td設定馬達基本電流ipsb，基於行駛路徑形狀而計算出通過前饋控制沿目標路線(在本實施方式中為左白線與右白線的中間)行駛所必要的電動馬達12的前饋控制量iff，推定本車輛的車輛軌跡而計算出預先設定的前方注視點處的推定出的車輛軌跡與目標路線之間的位置的偏移量δx，計算出以消除該偏移量δx的方式進行控制而沿目標路線進行行駛的橫向位置反饋控制量ifb，計算出使車輛的橫擺角為沿著目標路線的橫擺角的橫擺角反饋控制量ifby，關於反饋控制的各控制量，行駛路徑寬度wr寬的情況下，與行駛路徑寬度wr窄的情況相比，將橫向位置反饋控制量ifb的橫向位置反饋增益設定得較大，並且行駛路徑寬度wr窄的情況下，與行駛路徑寬度wr寬的情況相比，將橫擺角反饋控制量ifby的橫擺角反饋增益設定得較大，將這些值相加計算出電動馬達電流值icmd，輸出到馬達驅動部21，從而驅動控制電動馬達12。

為此，如圖2所示，轉向控制部20主要由馬達基本電流設定部20a、前饋控制部20b、橫向位置反饋控制部20c、橫擺角反饋控制部20d、橫向位置反饋增益設定部20e、橫擺角反饋增益設定部20f、電動助力轉向馬達電流值計算部20g構成。

馬達基本電流設定部20a從車速傳感器32接收車速v，並從方向盤扭矩傳感器34接收方向盤扭矩td。並且，例如參照預先設定好的圖4所示的方向盤扭矩td-電動馬達基本電流值ipsb的特性映射而設定電動馬達基本電流值ipsb，並輸出到電動助力轉向馬達電流值計算部20g。

前饋控制部20b從前方辨識裝置31接收辨識出的圖像信息。而且，例如通過以下的式(1)而計算出沿著目標路線行駛所需的電動馬達12的前饋控制量(電流值)iff，並輸出到電動助力轉向馬達電流值計算部20g。

iff＝giff·k…(1)

其中，k表示例如用以下的式(2)表示的車道曲率。

k＝(kl+kr)/2…(2)

在該式(2)中，kl為基於左白線的曲率成分，kr為基於右白線的曲率成分。具體如圖5所示，針對各自構成左右白線的點，利用藉助於二次的最小二乘法而計算出的二次項的係數而確定這些左右白線的曲率成分kl、kr。例如在以x＝a·z2+b·z+c的二次式去近似白線的情況下，2·a的值被當做曲率成分而得到利用。應予說明，這些白線的曲率成分kl、kr也可以是各個白線的曲率本身。而且，式(1)中的giff表示預先通過實驗、計算等而設定的前饋增益。這樣，前饋控制部20b作為前饋控制單元而設置。

橫向位置反饋控制部20c從前方辨識裝置31接收辨識出的圖像信息，從車速傳感器32接收車速v，從轉向角傳感器33接收轉向角θp。而且，通過以下的式(3)，計算出橫向位置反饋控制量(電流值)ifb，將該橫向位置反饋控制量ifb輸出到電動助力轉向馬達電流值計算部20g。

ifb＝gifb·δx…(3)

在此，gifb為預先通過實驗、計算等而設定的增益。另外，δx如圖6所示，通過以下的式(4)而計算出。

δx＝(xl+xr)/2－xv…(4)

在該式(4)中，xv為車輛的前方注視點(0，zv)的z坐標處的推定車輛軌跡的x坐標，在本實施方式中，作為前方注視點(0，zv)的前方注視距離(z坐標)的zv是通過zv＝t·v而計算出的。其中，t為預先設定的預見時間，例如被設定為1.2秒。

因此，在根據車輛的行駛狀態而採用車輛的眾參數、車輛固有的穩定係數as等的情況下，例如可以用以下的式(5)計算出xv。

xv＝(1/2)·(1/(1+as·v2))·(θp/lw)·(t·v)2…(5)

其中，lw為軸距。另外，式(4)中的xl為前方注視點(0，zv)的z坐標處的左白線的x坐標，xr為前方注視點(0，zv)的z坐標處的右白線的x坐標。

應予說明，上述的xv也可以採用車速v、橫擺率(dθ/dt)，通過以下的式(6)而算出，或也可以將圖像信息作為基礎，通過以下的式(7)而算出。

xv＝(1/2)·((dθ/dt)/v)·(v·t)2…(6)

xv＝(1/2)·κ·(v·t)2…(7)

這樣，橫向位置反饋控制部20c作為橫向位置反饋控制單元而設置。

橫擺角反饋控制部20d從前方辨識裝置31接收辨識出的圖像信息。而且，例如，通過以下的式(8)，計算出將車輛的橫擺角反饋控制成沿目標路線的橫擺角的橫擺角反饋控制量(電流值)ifby，輸出到電動助力轉向馬達電流值計算部20g。

ifby＝gifby·(θtl+θtr)/2…(8)

在此，gifby為預先通過實驗、計算等而設定的增益，θtl為基於來自前方辨識裝置31的圖像信息的相對於左白線的本車輛的傾斜度，θtr為基於來自前方辨識裝置31的圖像信息的相對於右白線的本車輛的傾斜度(參照圖7)。應予說明，這些θtl、θtr例如可以使用針對由圖像信息獲得的白線的各點通過二次的最小二乘法計算出的一次項的係數(即，利用數學式x＝a·z2+b·z+c而將白線近似時的b值)。這樣，橫擺角反饋控制部20d作為橫擺角反饋控制單元而設置。

橫向位置反饋增益設定部20e從前方辨識裝置31接收辨識出的圖像信息。然後，將圖像信息作為基礎，例如，由左白線與右白線之間的間隔求出行駛路徑寬度wr，將行駛路徑寬度wr與預先設定好的基準寬度c進行比較。進行該比較之後，根據其結果，在行駛路徑寬度wr比基準寬度c寬(wr＞c)，能夠判定是高速道路這樣的行駛路徑寬度wr寬的行駛路徑的情況下，作為與橫向位置反饋控制量ifb相乘的橫向位置反饋增益gfb，設定值較高的橫向位置反饋增益gfb1。反之，在行駛路徑寬度wr為基準寬度c以下(wr≤c)，能夠判定是一般道路這樣的行駛路徑寬度wr窄的行駛路徑的情況下，作為與橫向位置反饋控制量ifb相乘的橫向位置反饋增益gfb，設定值較小的橫向位置反饋增益gfb2。即，gfb1＞gfb2，在行駛路徑寬度wr寬的情況下，與行駛路徑寬度wr窄的情況相比，將橫向位置反饋控制量ifb的影響程度設定為較強，如此設定的橫向位置反饋增益gfb被輸出到電動助力轉向馬達電流值計算部20g。這樣，橫向位置反饋增益設定部20e作為橫向位置反饋增益設定單元而設置。

橫擺角反饋增益設定部20f從前方辨識裝置31接收辨識出的圖像信息。然後，將圖像信息作為基礎，例如，由左白線與右白線之間的間隔求出行駛路徑寬度wr，將行駛路徑寬度wr與預先設定好的基準寬度c進行比較。進行該比較之後，根據其結果，在行駛路徑寬度wr比基準寬度c寬(wr＞c)，能夠判定為高速道路這樣的行駛路徑寬度wr寬的行駛路徑的情況下，作為與橫擺角反饋控制量ifby相乘的橫擺角反饋增益gfby，設定值較小的橫擺角反饋增益gfby1。反之，在行駛路徑寬度wr為基準寬度c以下(wr≤c)，能夠判定為一般道路這樣的行駛路徑寬度wr窄的行駛路徑的情況下，作為與橫擺角反饋控制量ifby相乘的橫擺角反饋增益gfby，設定值較大的橫擺角反饋增益gfby2。即，gfby1＜gfby2，在行駛路徑寬度wr窄的情況下，與行駛路徑寬度wr寬的情況相比，將橫擺角反饋控制量ifby的影響程度設定為較強，如此設定的橫擺角反饋增益gfby被輸出到電動助力轉向馬達電流值計算部20g。這樣，橫擺角反饋增益設定部20f作為橫擺角反饋增益設定單元而設置。

電動助力轉向馬達電流值計算部20g從馬達基本電流設定部20a接收電動馬達基本電流值ipsb，從前饋控制部20b接收前饋控制量iff，從橫向位置反饋控制部20c接收橫向位置反饋控制量ifb，從橫擺角反饋控制部20d接收橫擺角反饋控制量ifby，從橫向位置反饋增益設定部20e接收橫向位置反饋增益gfb，從橫擺角反饋增益設定部20f接收橫擺角反饋增益gfby。然後，例如通過以下的式(9)，算出電動馬達電流值icmd，輸出到馬達驅動部21，從而驅動控制電動馬達12。

icmd＝ipsb+iff+gfb·ifb+gfby·ifby…(9)

接下來，利用圖3的流程圖說明通過上述的轉向控制部20執行的車道保持控制。

首先，在步驟(以下簡稱為「s」)101中，馬達基本電流設定部20a參照如圖4所示的預先設定好的方向盤扭矩td-電動馬達基本電流值ipsb特性映射而設定電動馬達基本電流值ipsb。

其次進入s102，前饋控制部20b例如通過前述的式(1)而計算出沿著目標路線行駛所需的電動馬達12的前饋控制量(電流值)iff。

接著進入s103，橫向位置反饋控制部20c例如通過前述的式(3)算出橫向位置反饋控制量(電流值)ifb。

接下來進入s104，橫擺角反饋控制部20d例如通過前述的式(8)算出橫擺角反饋控制量(電流值)ifby。

然後進入s105，在橫向位置反饋增益設定部20e和橫擺角反饋增益設定部20f中，對行駛路徑寬度wr與預先設定好的基準寬度c進行比較。進行該比較之後，根據其結果，在行駛路徑寬度wr比基準寬度c寬(wr＞c)，能夠判定為高速道路這樣的行駛路徑寬度wr寬的行駛路徑的情況下，進入s106，橫向位置反饋增益設定部20e設定值較高的橫向位置反饋增益gfb1作為與橫向位置反饋控制量ifb相乘的橫向位置反饋增益gfb(gfb＝gfb1)。

進而，進入s107，橫擺角反饋增益設定部20f設定值較小的橫擺角反饋增益gfby1作為與橫擺角反饋控制量ifby相乘的橫擺角反饋增益gfby(gfby＝gfby1)。

另一方面，在s105進行比較之後，在其結果為行駛路徑寬度wr為基準寬度c以下(wr≤c)，能夠判定為一般道路這樣的行駛路徑寬度wr窄的行駛路徑的情況下，進入s108，設定值較小的橫向位置反饋增益gfb2作為與橫向位置反饋控制量ifb相乘的橫向位置反饋增益gfb(gfb＝gfb2)。在此，gfb1＞gfb2。

然後，進入s109，橫擺角反饋增益設定部20f設定值較大的橫擺角反饋增益gfby2作為與橫擺角反饋控制量ifby相乘的橫擺角反饋增益gfby(gfby＝gfby2)。在此，gfby1＜gfby2。

然後，進入s110，電動助力轉向馬達電流值計算部20g通過前述的式(9)而算出電動馬達電流值icmd，輸出到馬達驅動部21而驅動控制電動馬達12，從而退出程序。

這樣，根據本發明的實施方式，根據駕駛者的方向盤扭矩td設定馬達基本電流ipsb，基於行駛路徑形狀而計算出通過前饋控制沿目標路線行駛所必要的電動馬達12的前饋控制量iff，推定本車輛的車輛軌跡而計算出預先設定的前方注視點處的推定出的車輛軌跡與目標路線之間的位置的偏移量δx，計算出以消除該偏移量δx的方式進行控制而沿目標路線進行行駛的橫向位置反饋控制量ifb，計算出使車輛的橫擺角為沿著目標路線的橫擺角的橫擺角反饋控制量ifby，關於反饋控制的各控制量，在行駛路徑寬度wr寬的情況下，與行駛路徑寬度wr窄的情況相比，將橫向位置反饋控制量ifb的橫向位置反饋增益設定得較大，並且行駛路徑寬度wr窄的情況下，與行駛路徑寬度wr寬的情況相比，將橫擺角反饋控制量ifby的橫擺角反饋增益設定得較大，累計這些各值計算出電動馬達電流值icmd。因此，如圖8(a)所示，若為高速道路這樣的行駛路徑寬度寬的行駛路徑，橫向位置反饋控制量ifb被設定為較大，通過以消除與設定於行駛路徑上的目標路線的偏移量的方式進行反饋控制，從而能夠輔助駕駛者的轉向操作進行自然且穩定的沿目標路線的車道保持控制。與此相對，如圖8(b)所示，在行駛在一般道路這樣的行駛路徑寬度窄的行駛路徑的情況下，橫向位置反饋控制量ifb被設定為較小，車道保持控制對駕駛者邊迴避停放車輛、迎面而來的車輛邊進行轉向的操作產生的幹擾變弱，能夠考慮實際的行駛環境實施最佳的車道保持控制。另外，行駛路徑寬度wr窄的情況下，與行駛路徑寬度wr寬的情況相比，控制車輛的姿勢的橫擺角反饋控制量ifby被設定為較大，由此能夠容易穩定地使駕駛者進行迴避停放車輛、迎面而來的車輛的轉向操作。

應予說明，在本實施方式中，針對馬達驅動部21的控制量(電動馬達電流值)icmd，以上述的式(9)、即將ipsb、iff、gfb·ifb、gfby·ifby相加而計算出的示例進行了說明，但並不局限於此，進一步，還可以包括考慮到行駛路徑的傾斜等外界幹擾的影響而進行反饋控制的控制量(積分校正)。

另外，在本實施方式中，通過行駛路徑寬度wr來變更橫向位置反饋控制量ifb的影響程度和橫擺角反饋控制量ifby雙方，也可以構成為僅變更橫向位置反饋控制量ifb的影響程度。

另外，行駛路徑寬度wr是與基準寬度c進行比較而判定，但並不局限於此，例如，也可以是根據導航系統的地圖信息等，在能夠判斷本車的行駛路徑的種類為高速道路的情況下判定為在行駛路徑寬度寬的道路上行駛，反之在能夠判斷本車的行駛路徑的種類為一般道路的情況下判定為在行駛路徑寬度窄的道路上行駛。