车辆的车道保持控制装置的制作方法

本申请是申请日为2014年12月23日、申请号为201410811924.x、发明名称为“车辆的车道保持控制装置”的专利申请的分案申请。

本发明涉及一种通过驱动电动助力转向马达而沿着设定的目标路线行驶的车辆的车道保持控制装置。

背景技术：

近年来，将减少交通事故、减轻驾驶员负担作为目的，开发并提出了通过支持、辅助并控制转向操纵以实现沿设定的目标路线的行驶的各种各样的车道保持控制装置的技术。例如，在日本特开2007-326534号公报(以下称为专利文献1)中公开了一种技术，即，在基于通过照相机的拍摄图像得到的车道形状信息检测本车辆从车道中央附近的横向位移，根据检测到的横向位移，使本车辆沿车道行驶，在此基础上计算出应赋予车辆的基准方向盘扭矩的车辆用车道维持辅助装置中，在道路的车道宽度大的情况下，与车道宽度小的情形相比，会增大方向盘扭矩对横向位移的盲区或者降低增益，由此根据基准方向盘扭矩变更赋予车辆的方向盘扭矩。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-326534号公报

技术实现要素：

然而，在道路上行驶时，如图8(a)所示，在高速道路这样的行驶路径宽度宽(wr＞c：wr为行驶路径宽度，c为预先设定的基准宽度)的行驶路径上行驶的情况下，通过进行反馈控制来消除从设定在行驶路径上的目标路线(例如，行驶路径的中央)的偏移量，从而能够辅助驾驶者的转向操作而进行自然且稳定的沿目标路线的车道保持控制。与此相对，如图8(b)所示，在一般道路这样的行驶路径宽度窄的(wr≤c)行驶路径上行驶的情况下，在行驶路径上，大多存在停放车辆、迎面而来的车辆等障碍物，驾驶者需要边回避这些边驾驶，存在很多难以在行驶路径的目标路线上行驶的情况。考虑到这样的实际行驶环境时，在上述的专利文献1中公开的车道保持控制装置中，存在下述的问题，即由于在道路宽度变窄时通过加强控制而提高车道内横向位置保持性能，反而导致欲使车辆沿目标路线行驶的车道保持控制妨碍驾驶者的转向操作。

本发明鉴于上述情况而做出，本发明的目的在于提供一种车辆的车道保持控制装置，根据该装置，在高速道路这样的行驶路径宽度宽的行驶路径上，驾驶者能够完全依赖车道保持控制进行自然且稳定的转向辅助，而在一般道路这样的行驶路径宽度窄的行驶路径上，能够在不干扰驾驶者的回避转向操作的情况下考虑到实际的行驶环境实施最佳的车道保持控制。

根据本发明的车辆的车道保持控制装置的一个实施方式，在设定本车辆应行驶的目标路线，至少基于从该目标路线的偏移量计算出对电动助力转向马达的控制量，并进行控制以使本车辆沿上述目标路线进行行驶的车辆的车道保持控制装置中，具备：横向位置反馈控制单元，基于上述目标路线与本车辆的推定车辆轨迹的位置的偏移量，计算出以消除该位置的偏移量的方式进行反馈控制的控制量；横向位置反馈增益设定单元，在行驶路径宽度宽的情况下，与行驶路径宽度窄的情况相比，将上述横向位置反馈控制单元的控制量的影响程度设定为较强。

根据本发明的车辆的车道保持控制装置，在高速道路这样的行驶路径宽度宽的行驶路径上，驾驶者能够完全依赖车道保持控制进行自然且稳定的转向辅助，而在一般道路这样的行驶路径宽度窄的行驶路径上，能够在不干扰驾驶者的回避转向操作的情况下考虑到实际的行驶环境实施最佳的车道保持控制。

附图说明

图1为本发明的一实施方式的车辆的转向系统的构成说明图。

图2为本发明的一实施方式的转向控制部的功能模块图。

图3为本发明的一实施方式的车道保持控制程序的流程图。

图4为表示本发明的一实施方式的电动助力转向马达的方向盘扭矩-电动马达基本电流值特性的一例的说明图。

图5为本发明的一实施方式的前馈控制的说明图。

图6为本发明的一实施方式的横向位置反馈控制的说明图。

图7为本发明的一实施方式的横摆角反馈控制的说明图。

图8为实际的行驶环境中的行驶状态的说明图，图8(a)是在高速道路行驶时的说明图，图8(b)是在一般道路行驶时的说明图。

符号说明

1电动助力转向装置

2转向轴

4方向盘

5小齿轮轴

10l、10r车轮

12电动马达

20转向控制部

20a马达基本电流设定部

20b前馈控制部(前馈控制单元)

20c横向位置反馈控制部(横向位置反馈控制单元)

20d横摆角反馈控制部(横摆角反馈控制单元)

20e横向位置反馈增益设定部(横向位置反馈增益设定单元)

20f横摆角反馈增益设定部(横摆角反馈增益设定单元)

20g电动助力转向马达电流值计算部

21马达驱动部

31前方辨识装置

32车速传感器

33转向角传感器

34方向盘扭矩传感器

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。

在图1中，符号1表示能够与驾驶员输入相独立地自由设定转向角的电动助力转向装置，对于该电动助力转向装置1而言，转向轴2介由转向柱3而旋转自如地被未图示的车体框架所支撑，其一端延伸向驾驶席侧而另一端延伸向发动机舱侧。转向轴2的驾驶席侧端部处固定设置有方向盘4，而且，向发动机舱侧延伸的端部上连接设置有小齿轮轴5。

发动机舱中配设有向车辆宽度方向延伸的转向齿轮箱6，且齿条轴7可自由往复移动地插通支撑在该转向齿轮箱6中。在形成于该齿条轴7的齿条(未图示)上啮合有形成于小齿轮轴5上的小齿轮，从而形成齿条与小齿轮(rackandpinion)形式的转向齿轮机构。

并且，齿条轴7的左右两端分别从转向齿轮箱6的端部突出，其端部上通过横拉杆8而连接设置有前转向节9。该前转向节9可旋转自如地支撑作为转向轮的左右轮10l、10r，且可转向自如地支撑于车体框架。因此，如果操作方向盘4而使转向轴2、小齿轮轴5旋转，则由于该小齿轮轴5的旋转而使齿条轴7向左右方向移动，并由于其移动而使前转向节9以主销轴(未图示)作为中心而进行旋转，从而左右轮10l、10r转向左右方向。

而且，小齿轮轴5上通过辅助传动机构11而连接设置有电动助力转向马达(电动马达)12，借助于该电动马达12而执行施加于方向盘4的方向盘扭矩的辅助以及要成为设定的转向角(目标转向角)的方向盘扭矩的附加。由后述的转向控制部20将作为控制输出值的目标电流icmd输出到马达驱动部21，从而使电动马达12被马达驱动部21所驱动。

转向控制部20上连接有作为行驶路径的形状辨识前方的左右白线而获取白线位置信息的用于辨识行驶路径形状的前方辨识装置31，另外，连接有检测车速v的车速传感器32、检测转向角(实际舵角)θp的转向角传感器33、检测方向盘扭矩td的方向盘扭矩传感器34。

前方辨识装置31例如由一组ccd(电荷耦合元件)摄像机和立体图像处理装置构成，所述的一组ccd摄像机在车室内的天花板前方以预定的间隔而安装以用于从不同的视点立体拍摄车外的对象，而所述立体图像处理装置用于处理来自该ccd摄像机的图像数据。

前方辨识装置31的立体图像处理装置中的对来自ccd摄像机的图像数据的处理例如是以如下的方式进行。首先，针对利用ccd摄像机拍摄的本车辆的行进方向的一组立体图像对，由对应位置的偏移量求出距离信息，并生成距离图像。

在白线数据的辨识中，基于白线比起道路面为高亮度的认识，评估道路的宽度方向的亮度变化，从而在图像平面上确定图像平面中的左右白线的位置。该白线的实际空间上的位置(x，y，z)是基于图像平面上的位置(i，j)以及与这一位置相关而计算出的视差而通过公知的坐标变换式进行计算，即基于距离信息而通过公知的坐标变换式进行计算。关于将本车辆的位置作为基准而设定的实际空间的坐标系，在本实施方式中，例如像图6所示，将立体摄像机的中央正下方的道路面作为原点，并将车辆宽度方向作为x轴，将车辆高度方向作为y轴，而将车辆长度方向(距离方向)作为z轴。此时，x-z平面(y＝0)在道路平坦的情况下与道路面一致。关于道路模型，将道路上的本车辆的行进车道在距离方向上划分为多个区间，并将各区间中的左右白线以预定方式近似而连结，据此表现该道路模型。应予说明，在本实施方式中是对基于来自一组ccd摄像机的图像而辨识行驶路径的形状的示例进行了说明，然而另外也可以基于来自单目摄像机、彩色摄像机的图像信息而求出。

而且，转向控制部20将上述的各输入信号作为基础，根据驾驶者的方向盘扭矩td设定马达基本电流ipsb，基于行驶路径形状而计算出通过前馈控制沿目标路线(在本实施方式中为左白线与右白线的中间)行驶所必要的电动马达12的前馈控制量iff，推定本车辆的车辆轨迹而计算出预先设定的前方注视点处的推定出的车辆轨迹与目标路线之间的位置的偏移量δx，计算出以消除该偏移量δx的方式进行控制而沿目标路线进行行驶的横向位置反馈控制量ifb，计算出使车辆的横摆角为沿着目标路线的横摆角的横摆角反馈控制量ifby，关于反馈控制的各控制量，行驶路径宽度wr宽的情况下，与行驶路径宽度wr窄的情况相比，将横向位置反馈控制量ifb的横向位置反馈增益设定得较大，并且行驶路径宽度wr窄的情况下，与行驶路径宽度wr宽的情况相比，将横摆角反馈控制量ifby的横摆角反馈增益设定得较大，将这些值相加计算出电动马达电流值icmd，输出到马达驱动部21，从而驱动控制电动马达12。

为此，如图2所示，转向控制部20主要由马达基本电流设定部20a、前馈控制部20b、横向位置反馈控制部20c、横摆角反馈控制部20d、横向位置反馈增益设定部20e、横摆角反馈增益设定部20f、电动助力转向马达电流值计算部20g构成。

马达基本电流设定部20a从车速传感器32接收车速v，并从方向盘扭矩传感器34接收方向盘扭矩td。并且，例如参照预先设定好的图4所示的方向盘扭矩td-电动马达基本电流值ipsb的特性映射而设定电动马达基本电流值ipsb，并输出到电动助力转向马达电流值计算部20g。

前馈控制部20b从前方辨识装置31接收辨识出的图像信息。而且，例如通过以下的式(1)而计算出沿着目标路线行驶所需的电动马达12的前馈控制量(电流值)iff，并输出到电动助力转向马达电流值计算部20g。

iff＝giff·k…(1)

其中，k表示例如用以下的式(2)表示的车道曲率。

k＝(kl+kr)/2…(2)

在该式(2)中，kl为基于左白线的曲率成分，kr为基于右白线的曲率成分。具体如图5所示，针对各自构成左右白线的点，利用借助于二次的最小二乘法而计算出的二次项的系数而确定这些左右白线的曲率成分kl、kr。例如在以x＝a·z²+b·z+c的二次式去近似白线的情况下，2·a的值被当做曲率成分而得到利用。应予说明，这些白线的曲率成分kl、kr也可以是各个白线的曲率本身。而且，式(1)中的giff表示预先通过实验、计算等而设定的前馈增益。这样，前馈控制部20b作为前馈控制单元而设置。

横向位置反馈控制部20c从前方辨识装置31接收辨识出的图像信息，从车速传感器32接收车速v，从转向角传感器33接收转向角θp。而且，通过以下的式(3)，计算出横向位置反馈控制量(电流值)ifb，将该横向位置反馈控制量ifb输出到电动助力转向马达电流值计算部20g。

ifb＝gifb·δx…(3)

在此，gifb为预先通过实验、计算等而设定的增益。另外，δx如图6所示，通过以下的式(4)而计算出。

δx＝(xl+xr)/2－xv…(4)

在该式(4)中，xv为车辆的前方注视点(0，zv)的z坐标处的推定车辆轨迹的x坐标，在本实施方式中，作为前方注视点(0，zv)的前方注视距离(z坐标)的zv是通过zv＝t·v而计算出的。其中，t为预先设定的预见时间，例如被设定为1.2秒。

因此，在根据车辆的行驶状态而采用车辆的众参数、车辆固有的稳定系数as等的情况下，例如可以用以下的式(5)计算出xv。

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

其中，lw为轴距。另外，式(4)中的xl为前方注视点(0，zv)的z坐标处的左白线的x坐标，xr为前方注视点(0，zv)的z坐标处的右白线的x坐标。

应予说明，上述的xv也可以采用车速v、横摆率(dθ/dt)，通过以下的式(6)而算出，或也可以将图像信息作为基础，通过以下的式(7)而算出。

xv＝(1/2)·((dθ/dt)/v)·(v·t)²…(6)

xv＝(1/2)·κ·(v·t)²…(7)

这样，横向位置反馈控制部20c作为横向位置反馈控制单元而设置。

横摆角反馈控制部20d从前方辨识装置31接收辨识出的图像信息。而且，例如，通过以下的式(8)，计算出将车辆的横摆角反馈控制成沿目标路线的横摆角的横摆角反馈控制量(电流值)ifby，输出到电动助力转向马达电流值计算部20g。

ifby＝gifby·(θtl+θtr)/2…(8)

在此，gifby为预先通过实验、计算等而设定的增益，θtl为基于来自前方辨识装置31的图像信息的相对于左白线的本车辆的倾斜度，θtr为基于来自前方辨识装置31的图像信息的相对于右白线的本车辆的倾斜度(参照图7)。应予说明，这些θtl、θtr例如可以使用针对由图像信息获得的白线的各点通过二次的最小二乘法计算出的一次项的系数(即，利用数学式x＝a·z²+b·z+c而将白线近似时的b值)。这样，横摆角反馈控制部20d作为横摆角反馈控制单元而设置。

横向位置反馈增益设定部20e从前方辨识装置31接收辨识出的图像信息。然后，将图像信息作为基础，例如，由左白线与右白线之间的间隔求出行驶路径宽度wr，将行驶路径宽度wr与预先设定好的基准宽度c进行比较。进行该比较之后，根据其结果，在行驶路径宽度wr比基准宽度c宽(wr＞c)，能够判定是高速道路这样的行驶路径宽度wr宽的行驶路径的情况下，作为与横向位置反馈控制量ifb相乘的横向位置反馈增益gfb，设定值较高的横向位置反馈增益gfb1。反之，在行驶路径宽度wr为基准宽度c以下(wr≤c)，能够判定是一般道路这样的行驶路径宽度wr窄的行驶路径的情况下，作为与横向位置反馈控制量ifb相乘的横向位置反馈增益gfb，设定值较小的横向位置反馈增益gfb2。即，gfb1＞gfb2，在行驶路径宽度wr宽的情况下，与行驶路径宽度wr窄的情况相比，将横向位置反馈控制量ifb的影响程度设定为较强，如此设定的横向位置反馈增益gfb被输出到电动助力转向马达电流值计算部20g。这样，横向位置反馈增益设定部20e作为横向位置反馈增益设定单元而设置。

横摆角反馈增益设定部20f从前方辨识装置31接收辨识出的图像信息。然后，将图像信息作为基础，例如，由左白线与右白线之间的间隔求出行驶路径宽度wr，将行驶路径宽度wr与预先设定好的基准宽度c进行比较。进行该比较之后，根据其结果，在行驶路径宽度wr比基准宽度c宽(wr＞c)，能够判定为高速道路这样的行驶路径宽度wr宽的行驶路径的情况下，作为与横摆角反馈控制量ifby相乘的横摆角反馈增益gfby，设定值较小的横摆角反馈增益gfby1。反之，在行驶路径宽度wr为基准宽度c以下(wr≤c)，能够判定为一般道路这样的行驶路径宽度wr窄的行驶路径的情况下，作为与横摆角反馈控制量ifby相乘的横摆角反馈增益gfby，设定值较大的横摆角反馈增益gfby2。即，gfby1＜gfby2，在行驶路径宽度wr窄的情况下，与行驶路径宽度wr宽的情况相比，将横摆角反馈控制量ifby的影响程度设定为较强，如此设定的横摆角反馈增益gfby被输出到电动助力转向马达电流值计算部20g。这样，横摆角反馈增益设定部20f作为横摆角反馈增益设定单元而设置。

电动助力转向马达电流值计算部20g从马达基本电流设定部20a接收电动马达基本电流值ipsb，从前馈控制部20b接收前馈控制量iff，从横向位置反馈控制部20c接收横向位置反馈控制量ifb，从横摆角反馈控制部20d接收横摆角反馈控制量ifby，从横向位置反馈增益设定部20e接收横向位置反馈增益gfb，从横摆角反馈增益设定部20f接收横摆角反馈增益gfby。然后，例如通过以下的式(9)，算出电动马达电流值icmd，输出到马达驱动部21，从而驱动控制电动马达12。

icmd＝ipsb+iff+gfb·ifb+gfby·ifby…(9)

接下来，利用图3的流程图说明通过上述的转向控制部20执行的车道保持控制。

首先，在步骤(以下简称为“s”)101中，马达基本电流设定部20a参照如图4所示的预先设定好的方向盘扭矩td-电动马达基本电流值ipsb特性映射而设定电动马达基本电流值ipsb。

其次进入s102，前馈控制部20b例如通过前述的式(1)而计算出沿着目标路线行驶所需的电动马达12的前馈控制量(电流值)iff。

接着进入s103，横向位置反馈控制部20c例如通过前述的式(3)算出横向位置反馈控制量(电流值)ifb。

接下来进入s104，横摆角反馈控制部20d例如通过前述的式(8)算出横摆角反馈控制量(电流值)ifby。

然后进入s105，在横向位置反馈增益设定部20e和横摆角反馈增益设定部20f中，对行驶路径宽度wr与预先设定好的基准宽度c进行比较。进行该比较之后，根据其结果，在行驶路径宽度wr比基准宽度c宽(wr＞c)，能够判定为高速道路这样的行驶路径宽度wr宽的行驶路径的情况下，进入s106，横向位置反馈增益设定部20e设定值较高的横向位置反馈增益gfb1作为与横向位置反馈控制量ifb相乘的横向位置反馈增益gfb(gfb＝gfb1)。

进而，进入s107，横摆角反馈增益设定部20f设定值较小的横摆角反馈增益gfby1作为与横摆角反馈控制量ifby相乘的横摆角反馈增益gfby(gfby＝gfby1)。

另一方面，在s105进行比较之后，在其结果为行驶路径宽度wr为基准宽度c以下(wr≤c)，能够判定为一般道路这样的行驶路径宽度wr窄的行驶路径的情况下，进入s108，设定值较小的横向位置反馈增益gfb2作为与横向位置反馈控制量ifb相乘的横向位置反馈增益gfb(gfb＝gfb2)。在此，gfb1＞gfb2。

然后，进入s109，横摆角反馈增益设定部20f设定值较大的横摆角反馈增益gfby2作为与横摆角反馈控制量ifby相乘的横摆角反馈增益gfby(gfby＝gfby2)。在此，gfby1＜gfby2。

然后，进入s110，电动助力转向马达电流值计算部20g通过前述的式(9)而算出电动马达电流值icmd，输出到马达驱动部21而驱动控制电动马达12，从而退出程序。

这样，根据本发明的实施方式，根据驾驶者的方向盘扭矩td设定马达基本电流ipsb，基于行驶路径形状而计算出通过前馈控制沿目标路线行驶所必要的电动马达12的前馈控制量iff，推定本车辆的车辆轨迹而计算出预先设定的前方注视点处的推定出的车辆轨迹与目标路线之间的位置的偏移量δx，计算出以消除该偏移量δx的方式进行控制而沿目标路线进行行驶的横向位置反馈控制量ifb，计算出使车辆的横摆角为沿着目标路线的横摆角的横摆角反馈控制量ifby，关于反馈控制的各控制量，在行驶路径宽度wr宽的情况下，与行驶路径宽度wr窄的情况相比，将横向位置反馈控制量ifb的横向位置反馈增益设定得较大，并且行驶路径宽度wr窄的情况下，与行驶路径宽度wr宽的情况相比，将横摆角反馈控制量ifby的横摆角反馈增益设定得较大，累计这些各值计算出电动马达电流值icmd。因此，如图8(a)所示，若为高速道路这样的行驶路径宽度宽的行驶路径，横向位置反馈控制量ifb被设定为较大，通过以消除与设定于行驶路径上的目标路线的偏移量的方式进行反馈控制，从而能够辅助驾驶者的转向操作进行自然且稳定的沿目标路线的车道保持控制。与此相对，如图8(b)所示，在行驶在一般道路这样的行驶路径宽度窄的行驶路径的情况下，横向位置反馈控制量ifb被设定为较小，车道保持控制对驾驶者边回避停放车辆、迎面而来的车辆边进行转向的操作产生的干扰变弱，能够考虑实际的行驶环境实施最佳的车道保持控制。另外，行驶路径宽度wr窄的情况下，与行驶路径宽度wr宽的情况相比，控制车辆的姿势的横摆角反馈控制量ifby被设定为较大，由此能够容易稳定地使驾驶者进行回避停放车辆、迎面而来的车辆的转向操作。

应予说明，在本实施方式中，针对马达驱动部21的控制量(电动马达电流值)icmd，以上述的式(9)、即将ipsb、iff、gfb·ifb、gfby·ifby相加而计算出的示例进行了说明，但并不局限于此，进一步，还可以包括考虑到行驶路径的倾斜等外界干扰的影响而进行反馈控制的控制量(积分校正)。

另外，在本实施方式中，通过行驶路径宽度wr来变更横向位置反馈控制量ifb的影响程度和横摆角反馈控制量ifby双方，也可以构成为仅变更横向位置反馈控制量ifb的影响程度。

另外，行驶路径宽度wr是与基准宽度c进行比较而判定，但并不局限于此，例如，也可以是根据导航系统的地图信息等，在能够判断本车的行驶路径的种类为高速道路的情况下判定为在行驶路径宽度宽的道路上行驶，反之在能够判断本车的行驶路径的种类为一般道路的情况下判定为在行驶路径宽度窄的道路上行驶。