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JP2014024448A - Steering support device of vehicle - Google Patents

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JP2014024448A
JP2014024448A JP2012166120A JP2012166120A JP2014024448A JP 2014024448 A JP2014024448 A JP 2014024448A JP 2012166120 A JP2012166120 A JP 2012166120A JP 2012166120 A JP2012166120 A JP 2012166120A JP 2014024448 A JP2014024448 A JP 2014024448A
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JP
Japan
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steering
torque
control
vehicle
steering angle
Prior art date
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Pending
Application number
JP2012166120A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Terasawa
武 寺澤
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Subaru Corp
Original Assignee
Fuji Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Heavy Industries Ltd filed Critical Fuji Heavy Industries Ltd
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  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Abstract

【課題】ドライバの操舵との干渉を防止しつつ、応答性を要求される状況においても十分なゲイン特性・位相特性を得る。
【解決手段】外乱値の符号変化及び曲率の変化がない場合、舵角制御配分比Nctrlを0に設定し(S8)、外乱値の符号変化がある場合或いは曲率の変化がある場合、舵角制御配分比Nctrlを1に設定する(S9)。そして、この舵角制御配分比Nctrlを用いて最終目標操舵トルクTcmdを算出する(S10)。これにより、Nctrl=0の場合、最終目標操舵トルクTcmdがトルク制御の目標操舵トルクTtrqdとされてドライバの操舵と干渉することなく操舵支援を行う。一方、Nctrl=1の場合には、最終目標操舵トルクTcmdがトルク制御の目標操舵トルクTtrqdに舵角フィードバック制御の目標操舵トルクTstrdを加算した操舵トルクとされ、目標操舵角に追従性良く収束するよう操舵支援する。
【選択図】図7
Sufficient gain characteristics and phase characteristics are obtained even in a situation where responsiveness is required while preventing interference with driver steering.
When there is no change in the sign of the disturbance value and no change in the curvature, the steering angle control distribution ratio Nctrl is set to 0 (S8). When there is a change in the sign of the disturbance value or when there is a change in the curvature, the steering angle The control distribution ratio Nctrl is set to 1 (S9). Then, the final target steering torque Tcmd is calculated using the steering angle control distribution ratio Nctrl (S10). As a result, when Nctrl = 0, the final target steering torque Tcmd is set as the target steering torque Ttrqd for torque control, and steering assistance is performed without interfering with the steering of the driver. On the other hand, when Nctrl = 1, the final target steering torque Tcmd is a steering torque obtained by adding the target steering torque Tstrd of the steering angle feedback control to the target steering torque Ttrqd of the torque control, and converges to the target steering angle with good followability. Assist steering.
[Selection] Figure 7

Description

本発明は、車線に沿って走行するように操舵系に操舵トルクを付与してドライバに対する操舵支援を行う車両の操舵支援装置に関する。   The present invention relates to a steering assist device for a vehicle that applies steering torque to a steering system so as to travel along a lane to provide steering assistance to a driver.

従来から、自動車等の車両においては、ドライバの運転操作の負担を軽減する各種支援装置が開発されている。特に、ドライバの操舵を補助する操舵支援装置は、車両の車線逸脱を防止しつつ、ドライバの負担を軽減することができる。   Conventionally, in vehicles such as automobiles, various support devices have been developed that reduce the burden of driving operations of drivers. In particular, the steering assist device that assists the driver's steering can reduce the burden on the driver while preventing the vehicle from departing from the lane.

このような操舵支援装置においては、特許文献1に開示されているように、ドライバの操舵との干渉防止を考慮した制御形態を取ることが一般的であり、舵角よりも操舵トルクをアシストするトルク制御を採用することが多い。   In such a steering assist device, as disclosed in Patent Document 1, it is common to take a control form in consideration of prevention of interference with the steering of the driver, and assist the steering torque rather than the steering angle. In many cases, torque control is employed.

特開平11−78953号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-78953

しかしながら、舵角よりも操舵トルクをアシストするトルク制御は、制御特性が操舵系の特性に依存するため、目標とする操舵角に対する追従性能を考慮すると、急カーブや路面カントの勾配方向が変化した状況等のように、目標値に対する応答性を要求される状況では、十分なゲイン・位相特性が得られない場合がある。   However, the torque control that assists the steering torque rather than the steering angle has a control characteristic that depends on the characteristic of the steering system. In situations where responsiveness to the target value is required, such as situations, sufficient gain / phase characteristics may not be obtained.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ドライバの操舵との干渉を防止しつつ、応答性を要求される状況においても十分なゲイン特性・位相特性を得ることのできる車両の操舵支援装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a vehicle steering assist device capable of obtaining sufficient gain characteristics and phase characteristics even in a situation where responsiveness is required while preventing interference with steering of a driver. The purpose is to provide.

本発明による車両の操舵支援装置は、自車両が車線に沿って走行するように操舵系に操舵トルクを付与してドライバに対する操舵支援を行う車両の操舵支援装置において、操舵支援の目標値で発生する外力トルクを補償するトルクで操舵支援を行うトルク支援制御部と、前記目標値に対するフィードバック制御によって操舵支援を行うフィードバック支援制御部と、前記目標値に対する応答性の要求の大小を判断し、該応答性の要求の大小に応じて前記トルク支援制御部に加算される前記フィードバック支援制御部の制御配分比を設定する制御配分設定部とを備えるものである。   The vehicle steering assist device according to the present invention is a vehicle steering assist device that applies steering torque to the steering system to assist the driver so that the host vehicle travels along the lane, and generates a steering assist target value. Determining a magnitude of a request for responsiveness to the target value, a torque support control unit that performs steering support with a torque that compensates for the external force torque, a feedback support control unit that performs steering support by feedback control with respect to the target value, A control distribution setting unit that sets a control distribution ratio of the feedback support control unit that is added to the torque support control unit according to the level of the request for responsiveness.

本発明によれば、ドライバの操舵との干渉を防止しつつ、応答性を要求される状況においても十分なゲイン特性・位相特性を得ることができる。   According to the present invention, sufficient gain characteristics and phase characteristics can be obtained even in a situation where responsiveness is required while preventing interference with the steering of the driver.

操舵支援装置の構成図Configuration diagram of steering assist device 操舵制御系の機能ブロック図Functional block diagram of steering control system 目標相舵角に対する実操舵角の応答を示す説明図Explanatory diagram showing the response of the actual steering angle to the target phase steering angle 車両座標系における走行車線を示す説明図Explanatory drawing showing the driving lane in the vehicle coordinate system 外乱値に基づく制御系の切換えを示す説明図Explanatory drawing showing switching of control system based on disturbance value 曲率値に基づく制御系の切換えを示す説明図Explanatory drawing showing switching of control system based on curvature value 操舵支援制御処理のフローチャートFlowchart of steering assist control processing

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
本実施の形態における操舵支援装置は、車両を目標コースに追従させて走行させるための目標操舵トルクを算出し、目標操舵トルクに基づいて操舵輪の転舵を行うことで制御目標を達成するものであり、図1においては、車両1の左右の前輪FL,FRを、電動パワーステアリング装置(EPS)2を介して操舵支援するものとする。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The steering assist device according to the present embodiment calculates a target steering torque for causing the vehicle to travel following the target course, and achieves the control target by turning the steered wheels based on the target steering torque. In FIG. 1, it is assumed that the left and right front wheels FL and FR of the vehicle 1 are steering-assisted through an electric power steering device (EPS) 2.

EPS2による操舵系は、ドライバによって転舵操作されるステアリングホイール3にステアリングシャフト4を介して連結されると共に、軸方向に伸縮可能な左右のタイロッド5を介して前輪FL,FRに連結されて構成されている。タイロッド5は、EPS2に設けられたモータ6で駆動されるボールネジ式のリニアアクチュエータとして左右に配置されている。   The EPS 2 steering system is connected to a steering wheel 3 steered by a driver via a steering shaft 4 and is connected to front wheels FL and FR via left and right tie rods 5 that can extend and contract in the axial direction. Has been. The tie rod 5 is disposed on the left and right as a ball screw type linear actuator driven by a motor 6 provided in the EPS 2.

EPS2のモータ6は、EPS制御ユニット(EPS_ECU)20によって駆動制御される。EPS制御ユニット20は、ドライバの操舵トルクにモータ6による駆動トルクを加えてドライバの転舵操作を支援する。また、EPS制御ユニット20は、例えば、CAN(Controller Area Network)バス等を介した車内ネットワークを介して制御ユニット(ECU)30と接続され、制御ユニット30から送信された制御指令により、車線維持のための操舵支援を分担制御する。   The EPS 2 motor 6 is driven and controlled by an EPS control unit (EPS_ECU) 20. The EPS control unit 20 supports the steering operation of the driver by adding the driving torque of the motor 6 to the steering torque of the driver. The EPS control unit 20 is connected to the control unit (ECU) 30 via, for example, an in-vehicle network via a CAN (Controller Area Network) bus and the like, and the lane maintenance is performed by a control command transmitted from the control unit 30. For this purpose, the steering support is shared and controlled.

尚、EPS制御ユニット20及び制御ユニット30が接続される車内ネットワークには、その他、エンジン制御ユニット、変速機制御ユニット、ブレーキ制御ユニット等の車両制御を分担する複数の制御ユニットが接続されており、各制御ユニットは、相互にデータを送受信し、各種情報の交換を行う。   In addition, a plurality of control units that share vehicle control such as an engine control unit, a transmission control unit, and a brake control unit are connected to the in-vehicle network to which the EPS control unit 20 and the control unit 30 are connected. Each control unit transmits / receives data to / from each other and exchanges various types of information.

本実施の形態においては、操舵支援における自車両の走行環境を認識するためのセンサとして、ステレオカメラ7を備えている。ステレオカメラ7は、所定の基線長で配置した2台のカメラと、2台のカメラで撮像した一対のステレオ画像を処理する画像処理エンジンとをユニット化したものであり、例えば車室内のルームミラー等に内蔵されてフロントウィンドウ越しに前方の所定領域内の周辺状況を撮影する。ステレオカメラ7で撮像した画像からは車外環境の3次元情報が得られ、この3次元情報に基づいて車両1の走行レーンが認識される。   In the present embodiment, a stereo camera 7 is provided as a sensor for recognizing the traveling environment of the host vehicle in steering assistance. The stereo camera 7 is formed by unitizing two cameras arranged with a predetermined baseline length and an image processing engine that processes a pair of stereo images captured by the two cameras. The surrounding situation in a predetermined area ahead is photographed through the front window. Three-dimensional information about the environment outside the vehicle is obtained from the image captured by the stereo camera 7, and the travel lane of the vehicle 1 is recognized based on the three-dimensional information.

また、制御ユニット30には、操舵角センサ8、車輪速センサ9、ヨーレートセンサ10、横加速度センサ11、その他、図示しない各種センサ類から信号が入力される。操舵角センサ8は、ステアリングシャフト4に取り付けられてステアリングホイール3の操舵角を検出する。検出された操舵角は、EPS制御ユニット20を介して制御ユニット30に送信される。また、車輪速センサ9は、車両1の左右の前輪FL,FR、及び左右の後輪RL,RRのそれぞれに取り付けられ、各車輪の車輪速に応じた周期のパルス信号を発生し、制御ユニット30に出力する。ヨーレートセンサ10及び横加速度センサ11は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサとして構成され、車体の鉛直軸回りの回転速度及び横方向の加速度をそれぞれ検出して制御ユニット30に出力する。   The control unit 30 receives signals from the steering angle sensor 8, the wheel speed sensor 9, the yaw rate sensor 10, the lateral acceleration sensor 11, and other various sensors (not shown). The steering angle sensor 8 is attached to the steering shaft 4 and detects the steering angle of the steering wheel 3. The detected steering angle is transmitted to the control unit 30 via the EPS control unit 20. The wheel speed sensor 9 is attached to each of the left and right front wheels FL and FR and the left and right rear wheels RL and RR of the vehicle 1 and generates a pulse signal having a cycle corresponding to the wheel speed of each wheel. Output to 30. The yaw rate sensor 10 and the lateral acceleration sensor 11 are configured as MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensors, detect the rotational speed around the vertical axis of the vehicle body and the lateral acceleration, and output them to the control unit 30.

制御ユニット30は、ステレオカメラ7の撮像画像による走行環境の認識情報と、操舵角センサ8,車輪速センサ9,ヨーレートセンサ10,横加速度センサ11等の信号に基づいて検出した車両状態量とに基づいて、車線維持操舵支援制御のための目標操舵トルクを演算する。算出された目標操舵トルクは、制御ユニット30からEPS制御ユニット20に送信され、EPS制御ユニット20は、目標操舵トルクに基づいてモータ6を駆動制御することで、制御目標を達成する。   The control unit 30 recognizes the travel environment recognition information based on the image captured by the stereo camera 7 and the vehicle state quantity detected based on signals from the steering angle sensor 8, the wheel speed sensor 9, the yaw rate sensor 10, the lateral acceleration sensor 11, and the like. Based on this, a target steering torque for lane keeping steering assist control is calculated. The calculated target steering torque is transmitted from the control unit 30 to the EPS control unit 20, and the EPS control unit 20 achieves the control target by drivingly controlling the motor 6 based on the target steering torque.

このような目標操舵トルクを操作出力とする操舵制御系は、図2のブロック図に示すように、車線認識部41、目標操舵角設定部42、トルク支援制御部43、フィードバック(F/B)支援制御部44、制御配分設定部45、EPS2による操舵系46を備えて構成されている。図2に示す操舵制御系は、ドライバの操舵との干渉を考慮し、目標操舵角で発生が予想される路面反力をトルクで補償するトルク制御を基本としているが、目標操舵角に対する迅速な応答性を要求される状況では、実操舵角のPID制御による舵角フィードバック制御を併用する。   As shown in the block diagram of FIG. 2, the steering control system using the target steering torque as an operation output includes a lane recognition unit 41, a target steering angle setting unit 42, a torque support control unit 43, and feedback (F / B). A support control unit 44, a control distribution setting unit 45, and a steering system 46 by EPS2 are provided. The steering control system shown in FIG. 2 is based on torque control that compensates for the road reaction force that is expected to occur at the target steering angle in consideration of interference with the driver's steering. In situations where responsiveness is required, steering angle feedback control by PID control of the actual steering angle is used together.

これは、目標操舵角に対する追従性能を考慮した場合、トルク制御は操舵系の特性に依存して十分なゲイン・位相特性が得られない場合があるからである。すなわち、トルク制御においては、位相余裕を考慮して車線追従のフィードバック系のゲインを設定するが、横風や路面カント(横断勾配)の変化等による外乱入力時、急カーブ等の直線路から曲線路への遷移時等には、図3に示すように、制御系の周波数応答を比較すると、舵角フィードバック制御に比較してトルク制御はゲイン及び位相の遅れが顕著となる。従って、本実施の形態においては、目標操舵角に対する応答性の要求の大小を判断し、応答性の要求が大きいと判断される場合には、舵角フィードバック制御を導入することにより、トルク制御のゲイン・位相特性を補償する。   This is because when the follow-up performance with respect to the target steering angle is taken into consideration, torque control may not be able to obtain sufficient gain / phase characteristics depending on the characteristics of the steering system. In other words, in torque control, the gain of the lane following feedback system is set in consideration of the phase margin, but when a disturbance is input due to changes in crosswind or road surface cant (crossing gradient), a straight road such as a sharp curve is changed to a curved road. As shown in FIG. 3, when the control system frequency response is compared, the torque control has a remarkable gain and phase delay compared to the steering angle feedback control. Therefore, in the present embodiment, the magnitude of the request for responsiveness with respect to the target steering angle is determined, and when it is determined that the request for responsiveness is large, the steering angle feedback control is introduced, thereby Compensates for gain and phase characteristics.

尚、車線認識部41は、ステレオカメラ7或いは制御ユニット30の機能として形成され、目標操舵角設定部42、トルク支援制御部43、フィードバック支援制御部44、制御配分設定部45は、制御ユニット30の機能として形成されている。   The lane recognition unit 41 is formed as a function of the stereo camera 7 or the control unit 30. The target steering angle setting unit 42, the torque support control unit 43, the feedback support control unit 44, and the control distribution setting unit 45 are included in the control unit 30. It is formed as a function.

詳細には、車線認識部41は、例えば、ステレオカメラ7で撮像した画像から自車両が走行する道路上の白線をエッジ検出等によって検出し、この白線によって形成される自車両の走行レーンを認識する。具体的には、自車両1の重心位置を原点とし、車幅方向をX軸、車体前方側をZ軸とする図4の車両座標系において、Z軸方向に、前方注視点L(例えば約1秒後)を設定する。そして、注視点Lにおける走行レーンの中央位置Xcを求め、この中央位置Xcを軌跡とする車線(図4中に破線で示す車線)を自車両1が追従すべき目標コース(目標車線)として設定し、走行レーンのカーブ半径に基づく目標コースの曲率Kを求める。   Specifically, the lane recognition unit 41 detects, for example, a white line on a road on which the host vehicle travels from an image captured by the stereo camera 7 by edge detection or the like, and recognizes a travel lane of the host vehicle formed by the white line. To do. Specifically, in the vehicle coordinate system of FIG. 4 where the center of gravity of the host vehicle 1 is the origin, the vehicle width direction is the X axis, and the front side of the vehicle body is the Z axis, the front gazing point L (for example, about 1 second later). Then, the center position Xc of the driving lane at the gazing point L is obtained, and the lane (the lane indicated by the broken line in FIG. 4) having the center position Xc as a locus is set as the target course (target lane) that the host vehicle 1 should follow. Then, the curvature K of the target course based on the curve radius of the traveling lane is obtained.

そして、車両の状態量に基づいて自車両の走行軌跡(図4中に2点鎖線で示す車両軌跡)を推定し、目標コースに対して自車両のなす車両ヨー角θyaw、注視点Lにおける自車両の推定横位置(車線中央位置に対する自車両位置)Xeを求める。注視点Lにおける車両の推定横位置Xeは、車両の諸元や車両固有のスタビリティファクタ等を用いて推定することができ、また、車速やヨーレートを用いて推定することもできる。   Then, based on the state quantity of the vehicle, the traveling locus of the own vehicle (vehicle locus indicated by a two-dot chain line in FIG. 4) is estimated, and the vehicle yaw angle θyaw formed by the own vehicle with respect to the target course, The estimated lateral position of the vehicle (own vehicle position with respect to the lane center position) Xe is obtained. The estimated lateral position Xe of the vehicle at the gazing point L can be estimated using vehicle specifications, vehicle-specific stability factors, or the like, or can be estimated using vehicle speed or yaw rate.

尚、本実施の形態においては、カーブ半径(曲率)、車両の横位置、ヨー角は、車両1の前後方向の中心軸の左側を正の値で表し、車両1の前後方向の中心軸の右側を負の値で表すものとする。   In the present embodiment, the curve radius (curvature), the lateral position of the vehicle, and the yaw angle are expressed by positive values on the left side of the central axis in the front-rear direction of the vehicle 1. The right side is represented by a negative value.

車両の横位置Xeは、例えば、車両の諸元や車両固有のスタビリティファクタ等を用いる場合には、以下の(1)式に基づいて求めることができる。また、車速やヨーレートを用いる場合には、以下の(2)式に基づいて横位置Xeを求めることができる。
Xe=α・Lz2/(2(1+A・V2)・Lw・Nsgr) …(1)
Xe=γ・Lz2/2V …(2)
但し、 α:操舵角
Lz:注視距離(注視点までの距離)
A:スタビリティファクタ
V:車速
Lw:ホイールベース
Nsgr:ステアリングギヤレシオ
γ:ヨーレート
The lateral position Xe of the vehicle can be obtained based on the following equation (1) when using vehicle specifications, vehicle-specific stability factors, and the like. Further, when the vehicle speed or the yaw rate is used, the lateral position Xe can be obtained based on the following equation (2).
Xe = α · Lz 2 / (2 (1 + A · V 2 ) · Lw · Nsgr) (1)
Xe = γ · Lz 2 / 2V (2)
Where α: Steering angle
Lz: Gaze distance (distance to the gaze point)
A: Stability factor
V: Vehicle speed
Lw: Wheel base Nsgr: Steering gear ratio
γ: Yaw rate

目標操舵角設定部42は、以下の(3)式に示すように、目標コース(目標車線)に追従するための目標操舵角αdを、カーブの旋回に対するフィードフォワード制御のための車線の曲率Kに基づく操舵角、車線中央位置Xcと推定横位置Xeとの偏差(Xc−Xe)を閉ループで目標値に収束させるための操舵角、車両ヨー角θyawを閉ループで目標値に収束させるための操舵角から算出する。
αd=Gff・K+Gl・(Xc−Xe)+Gy・θyaw …(3)
但し、Gff:フィードフォワードゲイン
Gl:車両の横位置に対するフィードバックゲイン
Gy:車両のヨー角に対するフィードバックゲイン
The target steering angle setting unit 42 uses the target steering angle αd for following the target course (target lane) as shown in the following formula (3), and the curvature K of the lane for feedforward control with respect to the turning of the curve. Based on the steering angle, the deviation (Xc−Xe) between the lane center position Xc and the estimated lateral position Xe to the target value in the closed loop, and the steering to converge the vehicle yaw angle θyaw to the target value in the closed loop Calculate from the corners.
αd = Gff · K + Gl · (Xc−Xe) + Gy · θyaw (3)
Gff: Feed forward gain
Gl: Feedback gain for the lateral position of the vehicle
Gy: Feedback gain for the yaw angle of the vehicle

この目標操舵角αdを実現する操舵トルクは、トルク支援制御部43とフィードバック支援制御部44とにおいて、それぞれ算出される。そして、フィードバック支援制御部44で算出された操舵トルクが、制御配分設定部45で設定された配分比に応じた比率で合算されて操舵系に出力される。フィードバック支援制御部44からの操舵トルクの配分比は、外乱や走行路の状態に応じて設定され、目標操舵角αdに対する応答性の要求が大きい場合に舵角フィードバック制御を導入することにより、トルク制御のゲイン・位相特性を補償する。   The steering torque for realizing the target steering angle αd is calculated by the torque support control unit 43 and the feedback support control unit 44, respectively. Then, the steering torque calculated by the feedback support control unit 44 is added at a ratio corresponding to the distribution ratio set by the control distribution setting unit 45 and output to the steering system. The distribution ratio of the steering torque from the feedback support control unit 44 is set according to the disturbance and the state of the traveling road, and the steering angle feedback control is introduced when the demand for responsiveness with respect to the target steering angle αd is large. Compensates the gain / phase characteristics of the control.

具体的には、トルク支援制御部43は、目標操舵角への制御で発生するセルフアライニングトルク等の外力トルクを補償する操舵トルクを、目標操舵角を達成する目標操舵トルクTtrqdとして算出する。この目標操舵トルクTtrqdは、以下の(4)式に示すように、二輪モデルの定常円旋回式を用いて表されるセルフアライニングトルクから算出することができる。
Ttrqd=2ξ・Kf・(Lw・A+Lf・M/Lw・Kr)・V2・αd/(Nsgr・Lw・(1+A・V2)) …(4)
但し、 ξ:トレール
Kf:前輪コーナリングパワー
Kr:後輪コーナリングパワー
Lf:重心点−前輪間距離
Lr:重心点−後輪間距離
M:車両質量
Specifically, the torque support control unit 43 calculates a steering torque that compensates for external force torque such as self-aligning torque generated by control to the target steering angle as the target steering torque Ttrqd that achieves the target steering angle. This target steering torque Ttrqd can be calculated from a self-aligning torque expressed by using a steady circle turning type of a two-wheel model as shown in the following equation (4).
Ttrqd = 2ξ · Kf · (Lw · A + Lf · M / Lw · Kr) · V 2 · αd / (Nsgr · Lw · (1 + A · V 2 )) (4)
Where ξ: Trail
Kf: Front wheel cornering power
Kr: Rear wheel cornering power
Lf: Center-of-gravity point-front wheel distance
Lr: Center-of-gravity point-rear wheel distance
M: Vehicle mass

フィードバック支援制御部44は、目標操舵角に対する実操舵角のフィードバック制御により、目標操舵角を達成する操舵トルク(目標操舵トルク)を算出する。このフィードバック制御の目標操舵トルクTstrdは、以下の(5)式に示すように、目標操舵角に対する実操舵角のPID制御で算出される。
Tstrd=Gp・(αd−α)+Gd・d(αd−α)/dt+Gi・∫(αd−α)dt …(5)
但し、 α:実操舵角
Gp:比例ゲイン
Gd:微分ゲイン
Gi:積分ゲイン
The feedback support control unit 44 calculates a steering torque (target steering torque) for achieving the target steering angle by feedback control of the actual steering angle with respect to the target steering angle. The target steering torque Tstrd for this feedback control is calculated by PID control of the actual steering angle with respect to the target steering angle, as shown in the following equation (5).
Tstrd = Gp · (αd−α) + Gd · d (αd−α) / dt + Gi · ∫ (αd−α) dt (5)
Where α is the actual steering angle
Gp: Proportional gain
Gd: Differential gain
Gi: integral gain

制御配分設定部45は、目標操舵角に対する応答性の要求の大小を判断し、その判断結果に応じてトルク支援制御部43による制御とフィードバック支援制御部44による制御との配分比(舵角制御配分比)Nctrlを設定する。そして、この舵角制御配分比Nctrlを用いた以下の(6)式により、最終的に操舵系のアクチュエータ(EPS2のモータ6)に指示する目標操舵トルク(最終目標操舵トルク)Tcmdを算出する。
Tcmd=Ttrqd+Nctrl・Tstrd …(6)
The control distribution setting unit 45 determines the level of the request for responsiveness with respect to the target steering angle, and according to the determination result, the distribution ratio between the control by the torque support control unit 43 and the control by the feedback support control unit 44 (steering angle control). Distribution ratio) Nctrl is set. Then, a target steering torque (final target steering torque) Tcmd finally instructed to the steering system actuator (motor 6 of EPS 2) is calculated by the following equation (6) using the steering angle control distribution ratio Nctrl.
Tcmd = Ttrqd + Nctrl · Tstrd (6)

舵角制御配分比Nctrlは、本実施の形態においては、目標操舵角に対する応答性の要求の大小を判断する状況として、以下の(a),(b)に示すような状況を想定しており、Nctrl=1,Nctrl=0の2値で設定される。Nctrl=0の場合はトルク制御のみの基本制御状態であり、Nctrl=1の場合、トルク制御にフィードバック制御を付加して目標操舵角に対する応答性を向上させる。   In the present embodiment, the steering angle control distribution ratio Nctrl assumes the following situations (a) and (b) as the situation for determining the magnitude of the request for responsiveness to the target steering angle. , Nctrl = 1 and Nctrl = 0. When Nctrl = 0, the basic control state includes only torque control. When Nctrl = 1, feedback control is added to the torque control to improve the response to the target steering angle.

(a)路面カントの勾配変化や横風等の外乱
制御系に入力される外乱値を推定し、図5に示すように、外乱値の変化率が閾値を超えたとき、若しくは外乱値の符号の切り替りがあったとき、目標操舵角に対する応答性の要求が大きいと判断し、一定時間Tstrの間、舵角制御配分比Nctrlを0から1に変更する。その結果、全体の操舵制御系がトルク制御のみの制御系からトルク制御にフィードバック制御を付加した制御系に切換えられる。
(A) Disturbances such as road surface gradient changes and crosswinds Disturbance values input to the control system are estimated, and as shown in FIG. 5, when the rate of change of the disturbance values exceeds a threshold, or the sign of the disturbance value When there is a switch, it is determined that there is a large demand for responsiveness to the target steering angle, and the steering angle control distribution ratio Nctrl is changed from 0 to 1 for a certain time Tstr. As a result, the entire steering control system is switched from a control system having only torque control to a control system in which feedback control is added to torque control.

尚、外乱値は、センサによる計測値、車両モデルやステアリングモデル等により、車両に作用する横力として推定する。例えば、ヨーレートセンサ10によるヨーレートと、操舵角センサ8によって計測した操舵角を車両モデルに入力し、モデルで算出されたヨーレートとを比較することにより、路面カント等によって自車両1に作用する外力を横力外乱値として推定する。また、外乱値は、例えば路面カントの勾配を傾斜センサを用いるなど直接計測を行うことで、算出しても良い。   The disturbance value is estimated as a lateral force acting on the vehicle based on a sensor measurement value, a vehicle model, a steering model, or the like. For example, by inputting the yaw rate by the yaw rate sensor 10 and the steering angle measured by the steering angle sensor 8 to the vehicle model and comparing the yaw rate calculated by the model, an external force acting on the host vehicle 1 due to a road surface cant or the like is obtained. Estimated as lateral force disturbance value. The disturbance value may be calculated by directly measuring the gradient of the road surface cant, for example, using an inclination sensor.

(b)直線路から曲線路への遷移
ステレオカメラ7で検出した走行レーンの曲率の変化率が閾値を越えたとき、目標操舵角に対する応答性の要求が大きいと判断し、図6に示すように、一定時間Tstrの間、舵角制御配分比Nctrlを0から1に変更する。この場合においても、全体の操舵制御系がトルク制御のみの制御系からトルク制御にフィードバック制御を付加した制御系に切換えられる。
(B) Transition from straight road to curved road When the rate of change in curvature of the driving lane detected by the stereo camera 7 exceeds the threshold value, it is determined that the demand for responsiveness to the target steering angle is large, as shown in FIG. In addition, the steering angle control distribution ratio Nctrl is changed from 0 to 1 for a certain time Tstr. Even in this case, the entire steering control system is switched from a control system with only torque control to a control system in which feedback control is added to torque control.

以上の操舵制御系における処理は、具体的には、制御ユニット30で実行されるソフトウェア処理によって実行される。以下、操舵制御系の操舵支援制御について、図7のフローチャートを参照して説明する。   Specifically, the above-described processing in the steering control system is executed by software processing executed by the control unit 30. Hereinafter, the steering assist control of the steering control system will be described with reference to the flowchart of FIG.

図7のフローチャートは、制御ユニット30において所定の時間周期で繰り返し実行される操舵支援制御処理である。この操舵支援制御処理では、先ず、最初のステップS1において、自車両が走行している走行車線の曲率や幅等の車線情報を取得し、ステップS2で、自車両の目標車線に対する横位置やヨー角等の車両状態量を取得する。   The flowchart of FIG. 7 is a steering assist control process that is repeatedly executed in the control unit 30 at a predetermined time period. In this steering assist control process, first, in first step S1, lane information such as curvature and width of the traveling lane in which the host vehicle is traveling is acquired, and in step S2, the lateral position and yaw of the host vehicle with respect to the target lane are obtained. Get vehicle state quantities such as corners.

次に、ステップS3へ進み、トルク制御における目標操舵トルクTtrqdを、前述の(4)式に基づいて算出し、ステップS4で舵角フィードバック制御における目標操舵トルクTstrdを、前述の(5)式に基づいて算出する。そして、ステップS5で外乱値を推定し、ステップS6で外乱値の符号が+側から−側へ或いは−側から+側へと変化したか否かを判定する。尚、ここでは、外乱値の符号の切り替りを判定するものとするが、外乱値の変化率が閾値を超えたか否かを判定するようにしても良い。   Next, the process proceeds to step S3, where the target steering torque Ttrqd in torque control is calculated based on the above-described equation (4), and in step S4, the target steering torque Tstrd in steering angle feedback control is calculated according to the above-described equation (5). Calculate based on In step S5, the disturbance value is estimated. In step S6, it is determined whether or not the sign of the disturbance value has changed from the + side to the-side or from the-side to the + side. Here, the change of the sign of the disturbance value is determined, but it may be determined whether or not the rate of change of the disturbance value exceeds a threshold value.

その結果、外乱値が符号変化している場合には、ステップS6からステップS7へ進み、走行車線の曲率が変化しているか否かを調べる。そして、曲率の変化がない場合、ステップS7からステップS8へ進んで、舵角制御配分比NctrlをNctrl=0に設定し、ステップS10へ進む、一方、ステップ6で外乱値の符号変化がある場合、或いはステップS7で曲率の変化がある場合には、ステップS9で、一定時間Tstrの間、舵角制御配分比NctrlをNctrl=1に設定し、ステップS10へ進む。   As a result, when the disturbance value changes in sign, the process proceeds from step S6 to step S7, and it is checked whether or not the curvature of the traveling lane has changed. If there is no change in curvature, the process proceeds from step S7 to step S8, the steering angle control distribution ratio Nctrl is set to Nctrl = 0, and the process proceeds to step S10. On the other hand, in step 6, there is a sign change in the disturbance value. Alternatively, if there is a change in curvature in step S7, the steering angle control distribution ratio Nctrl is set to Nctrl = 1 for a fixed time Tstr in step S9, and the process proceeds to step S10.

ステップS10では、舵角制御配分比Nctrlを用いて前述の(6)式により、最終目標操舵トルクTcmdを算出する。外乱値の符号変化がなく、走行車線の曲率も変化していない場合には、Nctrl=0により、最終目標操舵トルクTcmdがトルク制御の目標操舵トルクTtrqdとされて、ドライバの操舵と干渉することなく操舵支援を行う。一方、外乱値の符号変化がある場合又は曲率の変化がある場合には、Nctrl=1により、最終目標操舵トルクTcmdがトルク制御の目標操舵トルクTtrqdに舵角フィードバック制御の目標操舵トルクTstrdを加算した操舵トルクとされ、目標操舵角に追従性良く収束するよう操舵支援する。   In step S10, the final target steering torque Tcmd is calculated by the aforementioned equation (6) using the steering angle control distribution ratio Nctrl. When the sign of the disturbance value does not change and the curvature of the driving lane does not change, Nctrl = 0 causes the final target steering torque Tcmd to be the target steering torque Ttrqd for torque control, which interferes with the driver's steering. Without steering assistance. On the other hand, when there is a change in sign of the disturbance value or a change in curvature, Nctrl = 1 causes the final target steering torque Tcmd to add the target steering torque Tstrd for steering angle feedback control to the target steering torque Ttrqd for torque control. The steering assist is performed so that the steering torque converges to the target steering angle with good followability.

このように本実施の形態においては、操舵制御系に、目標操舵角で発生する外力トルクを補償するトルク支援制御部43と、目標操舵角に対する実操舵角のフィードバック制御を行うフィードバック支援制御部44との2系統の制御系を備え、これらの2系統の制御系を目標操舵角に対する応答性の要求の大小に応じて機能させるようにしている。すなわち、目標操舵角に対する応答性の要求が比較的小さい通常の状況では、トルク制御によってドライバの操舵との干渉を防止することができ、横風や路面カントの変化等による外乱入力時、急カーブ等の直線路から曲線路への遷移時等の応答性を要求される状況においては、舵角のフィードバック制御を導入することで、トルク制御のゲイン特性・位相特性を補償し、応答性を向上させて良好な支援性能を得ることができる。   Thus, in the present embodiment, the steering control system includes a torque support control unit 43 that compensates for external force torque generated at the target steering angle, and a feedback support control unit 44 that performs feedback control of the actual steering angle with respect to the target steering angle. The two control systems are configured to function in accordance with the level of demand for responsiveness to the target steering angle. In other words, in normal situations where the demand for responsiveness to the target steering angle is relatively small, interference with the driver's steering can be prevented by torque control, and when a disturbance is input due to changes in the crosswind or road surface cant, a sharp curve, etc. In situations where responsiveness is required, such as when transitioning from a straight road to a curved road, the feedback control of the steering angle is introduced to compensate for the gain and phase characteristics of torque control and improve responsiveness. And good support performance can be obtained.

1 自車両
2 電動パワーステアリング装置(EPS)
20 EPS制御ユニット
30 制御ユニット
41 車線認識部
42 目標操舵角設定部
43 トルク支援制御部
44 フィードバック支援制御部
45 制御配分設定部
1 Vehicle 2 Electric power steering system (EPS)
20 EPS control unit 30 Control unit 41 Lane recognition unit 42 Target steering angle setting unit 43 Torque support control unit 44 Feedback support control unit 45 Control distribution setting unit

Claims (4)

自車両が車線に沿って走行するように操舵系に操舵トルクを付与してドライバに対する操舵支援を行う車両の操舵支援装置において、
操舵支援の目標値で発生する外力トルクを補償するトルクで操舵支援を行うトルク支援制御部と、
前記目標値に対するフィードバック制御によって操舵支援を行うフィードバック支援制御部と、
前記目標値に対する応答性の要求の大小を判断し、該応答性の要求の大小に応じて前記トルク支援制御部に加算される前記フィードバック支援制御部の制御配分比を設定する制御配分設定部と
を備えることを特徴とする車両の操舵支援装置。
In a steering assist device for a vehicle that applies steering torque to a steering system so that the host vehicle travels along a lane and performs steering support for a driver.
A torque support control unit that performs steering support with torque that compensates for external force torque generated at a target value of steering support;
A feedback support control unit that performs steering support by feedback control with respect to the target value;
A control distribution setting unit that determines the magnitude of a request for responsiveness to the target value, and sets a control distribution ratio of the feedback support control unit to be added to the torque support control unit according to the size of the request for responsiveness; A vehicle steering assist device.
前記制御配分設定部は、前記目標値に対する応答性の要求の大小を、外乱値に基づいて判断することを特徴とする請求項1記載の車両の操舵支援装置。   The vehicle steering assist device according to claim 1, wherein the control distribution setting unit determines the magnitude of the request for responsiveness to the target value based on a disturbance value. 前記制御配分設定部は、前記目標値に対する応答性の要求の大小を、走行路の曲率に基づいて判断することを特徴とする請求項1記載の車両の操舵支援装置。   The vehicle steering assist device according to claim 1, wherein the control distribution setting unit determines whether the request for responsiveness to the target value is large or small based on a curvature of a traveling road. 前記制御配分設定部は、前記目標値に対する応答性の要求が小さいと判断したとき、前記フィードバック支援制御部の制御配分比を零に設定することを特徴とする請求項1記載の車両の操舵支援装置。   2. The vehicle steering assist according to claim 1, wherein the control distribution setting unit sets a control distribution ratio of the feedback support control unit to zero when it is determined that a request for responsiveness to the target value is small. apparatus.
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