CN102405169A - 车辆控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够提高车辆控制的可靠性的车辆控制装置(1)，沿目标轨迹控制车辆的车辆控制装置(1)具有：目标轨迹设定部(11)，设定车辆的目标轨迹；回旋曲线区间设定部(12)，设定目标轨迹中的曲率变化率为一定的回旋曲线区间；经过时间运算部(13)，运算从车辆进入回旋曲线区间开始的经过时间；及车辆控制运算部(15)，基于目标轨迹设定部(11)设定的目标轨迹和经过时间运算部(13)运算出的经过时间，来运算车辆的转向控制所使用的转向角指令值，所述目标轨迹设定部(11)基于经过时间运算部(13)运算出的经过时间来进行回旋曲线区间中的车辆控制。

Description

车辆控制装置

技术领域

本发明涉及沿目标轨迹控制车辆的车辆控制装置。

背景技术

以往，作为计算包含目标轨迹的车辆的行驶计划的装置，已知有对上位计划及下位计划进行阶层化而计算行驶计划的装置(参考专利文献1)。在该专利文献1中记载的装置中，沿车辆的行驶方针来计算上位计划，并且根据周边环境的状况变化来计算下位计划。由此，实现能够满足车辆的行驶方针并同时灵活应对周边环境的状况变化的行驶计划计算。

专利文献

专利文献1：日本特开2008-129804号公报

发明内容

车辆行驶的道路一般由直线、曲率为一定的圆弧曲线、及曲率变化率为一定的回旋曲线的组合而设计。因此，行驶计划中的车辆的目标轨迹也主要由直线、圆弧曲线、及回旋曲线构成。但是，关于按照目标轨迹中的回旋曲线来使车辆行驶的技术还未进行充分的研究，该事实成为车辆控制的可靠性下降的一个原因。

因此，本发明的目的在于提供一种车辆控制装置，其基于目标轨迹和从车辆进入曲率变化率为一定的回旋曲线区间开始的经过时间来运算车辆的转向控制所使用的转向角指令值，由此能够提高车辆控制的可靠性。

本发明是一种车辆控制装置，沿目标轨迹控制车辆，其特征在于，具有：目标轨迹设定单元，设定车辆的目标轨迹；回旋曲线区间设定单元，设定目标轨迹设定单元设定的目标轨迹中的曲率变化率为一定的回旋曲线区间；经过时间运算单元，运算从车辆进入回旋曲线区间后的经过时间；及转向角指令值运算单元，基于由目标轨迹设定单元设定的目标轨迹和由经过时间运算单元运算出的经过时间，来运算车辆的转向控制所使用的转向角指令值。

根据本发明的车辆控制装置，通过基于目标轨迹和从车辆进入回旋曲线区间开始的经过时间来运算转向角指令值，能够实现考虑了车辆从直线区间等无曲率变化的区间进入曲率发生变化的回旋曲线区间时所产生的过渡性的转向控制的紊乱的车辆控制。因此，根据该车辆控制装置，能够适当抑制进入回旋曲线区间时的过渡性的转向控制的紊乱，因此，能够提高车辆控制的可靠性。

在本发明的车辆控制装置中，优选，还具有：滑移角检测单元，检测车辆的滑移角；及横向力运算单元，基于滑移角检测单元检测出的滑移角，来运算施加于车辆的横向力，横向力运算单元通过收敛运算来运算横向力，所述收敛运算利用了车辆的横向力相对于滑移角的特性，转向角指令值运算单元基于横向力运算单元运算出的横向力，来运算转向角指令值。

此时，与线性地从滑移角求出横向力的现有方法相比，能够实现更高精度的横向力的运算。因此，根据该车辆控制装置，能够基于高精度运算出的横向力来提高转向角指令值的运算精度。

另外，在本发明的车辆控制装置中，优选，还具有回旋曲线区间映射存储单元，存储有回旋曲线区间用映射，所述回旋曲线区间用映射是将回旋曲线区间中的曲率和曲率变化率的组合与转向角指令值建立关联而成的映射，转向角指令值运算单元使用回旋曲线区间用映射来运算转向角指令值。

这样，通过利用回旋曲线区间用映射来进行车辆控制，能够减少回旋曲线区间中的车辆控制的运算量。另外，通过提高回旋曲线区间用映射的精度，能够提高回旋曲线区间中的车辆控制的可靠性。

另外，在本发明的车辆控制装置中，优选，还具有：圆弧区间设定单元，设定目标轨迹中的曲率为一定的圆弧区间；及圆弧区间用映射存储单元，存储将圆弧区间中的曲率与转向角指令值建立关联而成的圆弧区间用映射，转向角指令值运算单元使用圆弧区间用映射，来运算转向角指令值。

这样，通过利用圆弧区间用映射来进行车辆控制，能够减少圆弧区间中的车辆控制的运算量。另外，通过提高圆弧区间用映射的精度，能够提高圆弧区间中的车辆控制的可靠性。

另外，在本发明的车辆控制装置中，优选转向角指令值运算单元使用下述式(1)来运算转向角指令值。

[数学式1]

${\mathrm{\δ}}_T=\frac{V}{C_1}\·\mathrm{\κ}-\frac{V}{C_1}\·\frac{C_2\·(1-e^{c_6\·t})}{C_1-C_2\·C_6\·e^{c_6\·t}}\mathrm{d\κ}---\left(1\right)$

式(1)中，δ_T为转向角指令值，V为车辆的车速，κ为目标轨迹的曲率，dκ为目标轨迹的曲率变化率，t为经过时间，C₁为下述式(2)所表示的系数，C₂为下述式(3)所表示的系数，C₆为下述式(4)所表示的系数。

[数学式2]

$C_1=\frac{V}{(1-\frac{m}{L^2}\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{K_f{K}_r}{V}^2)\·L}---\left(2\right)$

$C_2=\frac{-(1+\frac{1}{m{V}^2}(K_f{l}_f-K_r{l}_r))V+\frac{K_f}{\mathrm{mV}}(1-\frac{m}{L^2}\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{K_f{K}_r}{V}^2)\·L}{\left(\frac{(K_f+K_r)}{\mathrm{mV}}\right)(1-\frac{m}{L^2}\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{K_f{K}_r}{V}^2)\·L}---\left(3\right)$

$C_6=-\frac{(K_f+K_r)}{\mathrm{mV}}---\left(4\right)$

式(2)～(4)中，m为车辆的重量，L为车辆的轴距，l_f为车辆的前车轴与车辆的重心之间的距离，l_r为车辆的后车轴与车辆的重心之间的距离，K_f为车辆的前轮的横向力，K_r为车辆的后轮的横向力。

根据该车辆控制装置，通过使用式(1)，可实现能够抑制过渡性的转向控制的紊乱的转向角指令值δ_T的运算，所述式(1)考虑到车辆从直线区间等无曲率变化的区间进入曲率发生变化的回旋曲线区间时所产生的过渡性的转向控制的紊乱，并利用了经过时间t。

发明效果

根据本发明，能够提高车辆控制的可靠性。

附图说明

图1为表示第1实施方式的车辆控制装置的框图。

图2为表示第1实施方式的转向角指令值的运算方法的图。

图3为表示第1实施方式的车辆控制装置的ECU的处理的流程图。

图4为表示第1实施方式的转向角指令值的运算结果的图。

图5为表示第2实施方式的车辆控制装置的框图。

图6为表示第2实施方式的转向角指令值的运算方法的图。

图7为用于说明圆弧区间用映射的生成顺序的图。

图8为表示第2实施方式的转向角指令值的运算结果的图。

图9为表示第2实施方式的车辆控制装置的ECU的处理的流程图。

图10为表示第3实施方式的车辆控制装置的框图。

图11为表示第3实施方式的转向角指令值的运算方法的图。

图12为用于说明回旋曲线区间用映射的生成顺序的图。

图13为表示第3实施方式的转向角指令值的运算结果的图。

图14为表示第3实施方式的车辆控制装置的ECU的处理的流程图。

具体实施方式

以下，参考附图的同时，对本发明的车辆控制装置的优选的实施方式进行详细说明。另外，对相同的部分标记相同的标号，从而省略重复的说明。

[第1实施方式]

第1实施方式的车辆控制装置1设定从车辆的当前地到目的地为止的目标轨迹，并且沿该目标轨迹来进行车辆控制。车辆控制装置1基于设定了的目标轨迹来运算将来的车辆控制所使用的控制指令值。作为控制指令值，除了用于控制车辆的转向角的转向角指令值之外，还有加速指令值和减速指令值等。

如图1所示，车辆控制装置1具备集中地控制装置的ECU(ElectricControl Unit)2。ECU2是由执行运算处理的CPU(Central ProcessingUnit)、作为存储部的ROM(Read Only Memory)及RAM(RandomAccess Memory)、输入信号电路、输出信号电路、电源电路等构成的电子控制单元。ECU2与导航系统3、车辆传感器4、及车辆控制部5电连接。

导航系统3通过GPS(Global Positioning System)测定车辆在地表面上的绝对位置。由GPS测定的车辆在地表面上的绝对位置与另外存储的地图信息进行对照。由此，导航系统3确定车辆在地图上的位置。导航系统3将确定的车辆的位置作为位置信号发送至ECU2。另外，在从驾驶员输入了车辆目的地的情况下，导航系统3将输入的目的地作为目的地信号发送至ECU2。

车辆传感器4是用于检测车辆的车速、加速度、横摆率、转向角、滑移角等车辆的行驶状态的设备。具体而言，车辆传感器4由车速传感器、滑移角传感器等各种传感器构成。车辆传感器4作为权利要求书所述的滑移角检测单元而起作用。车辆传感器4将检测到的车辆的行驶状态作为行驶状态信号向ECU2发送。

车辆控制部5根据从ECU2发送的控制信号来控制车辆。车辆控制部5控制车辆的行驶驱动、制动动作、及转向操作等。车辆控制部5由对调整发动机的节流阀的开度的促动器进行控制的行驶驱动用ECU、对调整制动液压的制动促动器进行控制的制动用ECU、对给予转向力矩的转向促动器进行控制的转向用ECU等构成。

ECU2具有目标轨迹设定部11、回旋曲线区间设定部12、经过时间运算部13、横向力运算部14及车辆控制运算部15。

目标轨迹设定部11设定从当前的车辆的位置至目的地的目标轨迹。具体而言，目标轨迹设定部11基于从导航系统3发送的位置信号及目的地信号来识别车辆的位置及目的地。目标轨迹设定部11通过和车辆的位置及目的地一起参照另外存储的地图信息，来设定从当前的车辆的位置至目的地的目标轨迹。目标轨迹是指车辆为到达目的地而行驶的将来的轨迹。目标轨迹由以按规定间隔排列的方式设置的多个目标地点构成，各目标地点上设定有与目标轨迹的曲率及曲率变化率有关的信息。目标轨迹设定部11作为权利要求书所述的目标轨迹设定单元而起作用。

回旋曲线区间设定部12将目标轨迹设定部11设定的目标轨迹中的曲率变化率为一定的区间设定作为回旋曲线区间。回旋曲线区间设定部12作为权利要求书所述的回旋曲线区间设定单元而起作用。

经过时间运算部13执行与从车辆进入回旋曲线区间开始的经过时间有关的运算。例如在车辆从回旋曲线区间的起点进入规定距离的区域的情况下，经过时间运算部13判断为为了进行将来的回旋曲线区间中的车辆控制需要进行与上述经过时间有关的运算。经过时间运算部13在判断为需要进行与经过时间有关的运算时，基于从车辆传感器4发送的行驶状态信号来识别当前的车辆的行驶状态。经过时间运算部13基于识别到的当前的车辆的行驶状态，来运算构成回旋曲线区间的各目标地点上的上述经过时间的将来值。经过时间运算部13作为权利要求书所述的经过时间运算单元而起作用。

横向力运算部14进行与车辆的横向力有关的运算。具体而言，横向力运算部14基于从车辆传感器4发送的行驶状态信号来识别车辆的滑移角。横向力运算部14使用识别到的滑移角或在将来预测的滑移角进行利用了车辆的横向力相对于滑移角的特性的收敛运算，从而运算车辆的横向力的将来值。横向力运算部14运算作为忽视车辆的幅度方向的所谓2轮模型考虑车辆时的前轮的横向力和后轮的横向力。横向力运算部14作为权利要求书所述的横向力运算单元而起作用。

车辆控制运算部15通过向车辆控制部5发送控制信号来进行车辆控制。车辆控制运算部15作为权利要求书所述的转向角指令值运算单元而起作用。车辆控制运算部15基于从导航系统3发送的位置信号、从车辆传感器4发送的行驶状态信号、车辆的横向力及目标轨迹，来运算用于控制车辆的控制指令值。车辆控制运算部15将运算后的控制指令值作为控制信号向车辆控制部5发送。

在此，对车辆控制运算部15的控制指令值运算中的转向角指令值运算进行详细说明。

图2是用于说明第1实施方式的转向角指令值的运算的图。在图2中，V表示车速(m/s)、κ表示目标轨迹的曲率(1/m)、dκ表示目标轨迹的曲率变化率(1/m/s)、t表示从车辆进入回旋曲线区间开始的经过时间(s)、δT表示转向角指令值(rad)。如图2所示，车辆控制运算部15通过将车速V、目标轨迹的曲率κ及曲率变化率dκ、从车辆进入回旋曲线区间开始的经过时间t代入下述的式(1)，来运算目标轨迹上的任意地点上的转向角指令值δT。例如使用通过现有的方法基于当前的车速而运算出的将来值作为车速V。

[数学式1]

${\mathrm{\δ}}_T=\frac{V}{C_1}\·\mathrm{\κ}-\frac{V}{C_1}\·\frac{C_2\·(1-e^{c_6\·t})}{C_1-C_2\·C_6\·e^{c_6\·t}}\mathrm{d\κ}---\left(1\right)$

上述式(1)中的C1、C2、C6为从车辆参数及车辆的行驶状态求出的值，由下述式(2)～(4)表示。在此，m表示车辆重量(kg)、L表示轴距(m)、l_f表示车辆的前车轴与车辆重心之间的最短距离(m)、l_r表示车辆的后车轴与车辆重心之间的最短距离(m)、K_f表示将车辆作为2轮模型考虑时的前轮的横向力(N/rad)、K_r表示将车辆作为2轮模型考虑时的后轮的横向力(N/rad)。K_f、K_r为由横向力运算部14运算出的值。

[数学式2]

$C_1=\frac{V}{(1-\frac{m}{L^2}\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{K_f{K}_r}{V}^2)\·L}---\left(2\right)$

$C_2=\frac{-(1+\frac{1}{m{V}^2}(K_f{l}_f-K_r{l}_r))V+\frac{K_f}{\mathrm{mV}}(1-\frac{m}{L^2}\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{K_f{K}_r}{V}^2)\·L}{\left(\frac{(K_f+K_r)}{\mathrm{mV}}\right)(1-\frac{m}{L^2}\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{K_f{K}_r}{V}^2)\·L}---\left(3\right)$

$C_6=-\frac{(K_f+K_r)}{\mathrm{mV}}---\left(4\right)$

上述式(1)基于曲率变化率为一定的回旋曲线的特性而生成。具体而言，通过着眼于车辆行驶中的横摆率及滑移角的变化为1次增加，则横摆率与转向角之间的关系式及滑移角与转向角之间的关系式成立，所述车辆行驶沿着转向速度为一定的回旋曲线。其后，通过使用已知的方法来整理横摆率与转向角之间的关系式及滑移角与转向角之间的关系式，得到式(1)。

下面，参考附图，对上述的第1实施方式的车辆控制装置1的ECU2所执行的处理进行说明。

如图3所示，ECU2的目标轨迹设定部11首先接受从导航系统3发送的目的地信号(S1)。目标轨迹设定部11基于接受的目的地信号来识别车辆的目的地。另外，目标轨迹设定部11基于从导航系统3发送的位置信号来识别当前的车辆的位置。其后，目标轨迹设定部11设定从当前的车辆的位置至目的地的目标轨迹(S2)。

设定目标轨迹时，回旋曲线区间设定部12将目标轨迹中的曲率变化率dκ为一定的区间设定为回旋曲线区间(S3)。其后，横向力运算部14基于从车辆传感器4发送的行驶状态信号所含有的滑移角β来运算车辆的横向力K_f、K_r(S4)。

在S5中，车辆控制运算部15基于从导航系统3发送的位置信号、从车辆传感器4发送的行驶状态信号、经过时间t、车辆的横向力K_f、K_r及目标轨迹来运算控制指令值。在此，车辆控制运算部15通过将车速V、目标轨迹的曲率κ及曲率变化率dκ、从车辆进入回旋曲线区间开始的经过时间t代入式(1)，来运算转向角指令值δ_T。车辆控制运算部15将含有转向角指令值δ_T的控制指令值作为控制信号发送至车辆控制部5。车辆控制部5根据从车辆控制运算部15发送的控制信号来控制车辆。

根据以上说明的第1实施方式的车辆控制装置1，基于目标轨迹和从车辆进入回旋曲线区间开始的经过时间t来运算转向角指令值，由此，能够实现考虑到由车辆从直线区间等无曲率变化的区间进入曲率发生变化的回旋曲线区间时的控制延迟引起的过渡性的转向控制的紊乱的车辆控制。具体而言，车辆从直线或曲率为一定的圆弧曲线的区间进入回旋曲线区间时，曲率变化率dκ的急剧变化造成产生控制延迟。该控制延迟所造成的转向控制的紊乱随时间的经过而变小，因此通过在抑制控制延迟所造成的影响的项中使用利用了经过时间t的式(1)，能够运算能够抑制过渡性的转向控制的紊乱的转向角指令值δ_T。因此，根据该车辆控制装置1，能够抑制进入回旋曲线区间时的车辆控制的紊乱，因此能够提高车辆控制的可靠性。

图4为表示使用了式(1)的转向角指令值δ_T的运算结果的图。图4中表示出车辆从目标轨迹中的直线区间行驶到回旋曲线区间时的曲率κ及曲率变化率dκ的变化和转向角指令值δ_T的运算结果。另外，车速V设为一定的值，经过时间t使用与车速V对应的值。如图4所示，根据该车辆控制装置1，由于考虑到车辆从直线区间等无曲率变化的区间进入曲率发生变化的回旋曲线区间时所产生的过渡性的转向控制的紊乱，而使用利用了经过时间t的式(1)来运算转向角指令值δ_T，因此能够适当抑制进入曲率κ及曲率变化率dκ发生较大变化的回旋曲线区间时产生的控制延迟的影响。因此，根据该车辆控制装置1，能够适当抑制进入回旋曲线区间时产生的控制延迟的影响，因此能够提高车辆控制的可靠性。

另外，该车辆控制装置1中，由于使用式(1)来直接求出转向角指令值δ_T，因此与利用将目标轨迹的曲率κ等与转向角指令值δ_T建立关联而成的映射来求出转向角指令值δ_T的情况相比，需要的存储量少，从而能够大幅度节省存储器。另外，该车辆控制装置1中，由于能够从式(1)以解析的方式求出转向角指令值δ_T，因此与利用不确定能否得到解的收敛运算来求转向角指令值δ_T的情况不同，能够确切地求出解。该事实有助于提高车辆控制装置1的车辆控制的可靠性。

另外，该车辆控制装置1中，通过进行利用了车辆的横向力相对于滑移角的特性的收敛运算来求横向力K_f、K_r，因此与利用现有的方法来从滑移角β_f、β_r以线性的方式求横向力K_f、K_r的情况相比，能够实现更高精度的横向力K_f、K_r的运算。因此，根据该车辆控制装置1，能够基于高精度运算得到的横向力来提高转向角指令值的运算精度。而且，在该车辆控制装置1中，通过利用收敛运算来求出横向力K_f、K_r，与利用现有的方法以线性的方式求横向力K_f、K_r的情况不同，即使在滑移角大且轮胎的非线性强的条件下也能够求出精度高的横向力K_f、K_r，因此即使在滑移角β_f、β_r的值大且轮胎的非线性强的条件下也能够确保沿目标轨迹的车辆控制(追踪)。另外，根据该车辆控制装置1，与利用预先存储的映射来求横向力K_f、K_r的情况相比，能够节省存储器。

[第2实施方式]

下面，参考附图来说明第2实施方式的车辆控制装置21。第2实施方式的车辆控制装置21与第1实施方式的车辆控制装置1相比，在目标轨迹中的曲率κ为一定的圆弧区间中的转向角指令值δ_T的运算方法上不同。具体而言，如图5所示，第2实施方式的车辆控制装置21的ECU22与第1实施方式的ECU2相比，在不具有经过时间运算部13、代替回旋曲线区间设定部12而具有圆弧区间设定部23、具有圆弧区间用映射存储部24、以及车辆控制运算部25的功能这几方面不同。

ECU22的圆弧区间设定部23将目标轨迹设定部11设定的目标轨迹中的曲率κ为一定的区间设定为圆弧区间。圆弧区间设定部23作为权利要求书所述的圆弧区间设定单元而起作用。圆弧区间用映射存储部24存储圆弧区间中的车辆的转向角指令值δ_T的运算所使用的圆弧区间用映射。圆弧区间用映射是将圆弧区间中的曲率κ与转向角指令值δ_T建立关联而成的映射。圆弧区间用映射存储部24作为权利要求书所述的圆弧区间用映射存储单元而起作用。

第2实施方式的ECU22的车辆控制运算部25使用圆弧区间用映射来进行圆弧区间中的转向角指令值δ_T的运算(参考图6)。通过使用从该圆弧区间用映射得到的转向角指令值δ_T来控制车辆，实现了沿规定曲率的圆弧区间的车辆行驶。

以下，参考图7说明第2实施方式的圆弧区间用映射的生成顺序。

如图7所示，圆弧区间用映射通过利用了下述式(5)、(6)的收敛运算而生成。在此，δ_T0表示指定了任意值的指定转向角指令值、β表示车辆重心的滑移角(rad)、γ表示车辆的横摆率(rad/s)、K_f表示将车辆作为2轮模型考虑时的前轮的横向力(N/rad)、K_r表示将车辆作为2轮模型考虑时的后轮的横向力(N/rad)、L表示车辆的轴距(m)、m表示车辆重量(kg)、l_f表示车辆的前车轴与车辆重心之间的最短距离(m)、l_r表示车辆的后车轴与车辆重心之间的最短距离(m)。

[数学式3]

$\mathrm{\β}=\left(\frac{1-\frac{m}{L}\·\frac{l_f}{K_f{l}_r}{V}^2}{1-\frac{m}{L^2}\·\frac{K_f{L}_f-K_r{L}_r}{K_f{K}_r}{V}^2}\right)\frac{l_r}{L}{\mathrm{\δ}}_{T0}---\left(5\right)$

$\mathrm{\γ}=\left(\frac{1}{1-\frac{m}{L^2}\·\frac{K_f{L}_f-K_r{L}_r}{K_f{K}_r}{V}^2}\right)\frac{V}{L}{\mathrm{\δ}}_{T0}---\left(6\right)$

在上述式(5)、(6)中，车辆重量m、轴距L、车辆的前车轴与车辆重心之间的最短距离l_f、车辆的后车轴与车辆重心之间的最短距离l_r为从车辆参数导出的已知的值。在此，将指定转向角指令值δ_T0及车速V设为规定值时，式(5)可以看作表示滑移角β与横向力K_f、K_r之间的关系的公式。另外，通过使用基于实际的车辆试验结果而生成的映射M1、M2，从滑移角β求出横向力K_f、K_r。映射M1为将前轮的滑移角β_f与施加于前轮的横向力K_f建立关联而成的映射。映射2为将后轮的滑移角β_r与施加于后轮的横向力Kr建立关联而成的映射。前轮的滑移角β_f和后轮的滑移角β_r使用现有的方法从车辆重心的滑移角β求出。

通过利用以上说明的表示滑移角β与横向力K_f、K_r之间的关系的式(5)和映射M1、M2来进行关于滑移角β的收敛运算，能够得到与规定的指定转向角指令值δ_T0及车速V的组合对应的滑移角β作为解。另外，由于横向力K_f、K_r也与滑移角β一起确定，因此从式(6)求出横摆率γ。能够使用符号κ通过下述式(7)来表示满足这些滑移角β、横摆率γ、及车速V的车辆的行驶轨迹的曲率。在此，dβ为滑移角β的微分值。并且，通过使用该式(7)来求曲率κ，能够得到与规定的指定转向角指令值δ_T0对应的曲率κ。

[数学式4]

$\mathrm{\κ}=\frac{\mathrm{\γ}+\mathrm{d\β}}{V}---\left(7\right)$

通过对于各种值的指定转向角指令值δ_T0执行以上说明的步骤，能够生成将圆弧区间中的曲率κ和与其对应的转向角指令值δ_T建立关联而成的圆弧区间用映射。另外，对应于车速V的值而生成多个圆弧区间用映射。

图8为表示使用了该圆弧区间用映射的第2实施方式的转向角指令值δ_T的运算结果的图。在图8中表示车辆从目标轨迹中的直线区间行驶直至回旋曲线区间的情况下的曲率κ的变化与转向角指令值δ_T的运算结果。另外，车速V为一定。如图8所示，通过利用圆弧区间用映射来进行转向角指令值δ_T的运算，实现了平滑的车辆的转向控制。

下面，参考附图对上述第2实施方式的车辆控制装置21的ECU22执行的处理进行说明。

如图9所示，ECU22的目标轨迹设定部11首先接受从导航系统3发送的目的地信号(S11)。目标轨迹设定部11基于接收的目的地信号及位置信号来识别车辆的目的地及当前的车辆的位置。其后，目标轨迹设定部11设定从当前的车辆的位置至目的地的目标轨迹(S12)。设定目标轨迹时，圆弧区间设定部23将目标轨迹中的曲率κ为一定的区间设定为圆弧区间(S13)。

在S14中，车辆控制运算部25基于从导航系统3发送的位置信号、从车辆传感器4发送的行驶状态信号及目标轨迹，来进行控制指令值的运算。在此，车辆控制运算部25利用圆弧区间用映射来进行圆弧区间内的转向角指令值δ_T的运算。该圆弧区间用映射根据对应的车速V进行切换。车辆控制运算部25将包含转向角指令值δ_T的控制指令值作为控制信号发送到车辆控制部5。车辆控制部5根据从车辆控制运算部25发送的控制信号来控制车辆。

根据以上说明的第2实施方式的车辆控制装置21，通过利用圆弧区间用映射来进行车辆控制，能够减少圆弧区间中的车辆控制的运算量。另外，通过提高圆弧区间用映射的精度，能够提高圆弧区间中的车辆控制的可靠性。而且，在该车辆控制装置21中，通过使用了基于实际的车辆试验结果而生成的映射M1、M2的上述生成步骤，来生成圆弧区间用映射，因此，即使在滑移角β的值大且轮胎的非线性强的条件下，也能够确保沿目标轨迹的车辆控制。

[第3实施方式]

下面，参考附图对第3实施方式的车辆控制装置31进行说明。第3实施方式的车辆控制装置31与第1实施方式的车辆控制装置1相比，回旋曲线区间中的转向角指令值δ_T的运算方法不同。具体而言，如图10所示，第3实施方式的车辆控制装置31的ECU32与第1实施方式的ECU2相比，在不具有经过时间运算部13、具有回旋曲线区间用映射存储部33、和车辆控制运算部34的功能这几方面不同。

第3实施方式的ECU32的回旋曲线区间用映射存储部33存储回旋曲线区间中的车辆的转向角指令值δ_T的运算所使用的回旋曲线区间用映射。回旋曲线区间用映射是指将回旋曲线区间中的曲率κ及曲率变化率dκ的组合与转向角指令值δ_T建立关联而成的映射。回旋曲线区间用映射存储部33作为权利要求书所述的回旋曲线区间用映射存储单元而起作用。

车辆控制运算部34使用回旋曲线区间用映射来进行回旋曲线区间中的转向角指令值δ_T的运算(参考图11)。通过使用从该回旋曲线区间用映射得到的转向角指令值δ_T来控制车辆，实现了沿规定的曲率变化率的回旋曲线区间的车辆行驶。

以下，参考图12对第3实施方式的回旋曲线区间用映射的生成顺序进行说明。

如图12所示，回旋曲线区间用映射通过利用了下述式(8)～(10)的收敛运算而生成。在此，I表示车辆的横摆惯性力矩、dγ表示车辆的横摆率的微分值。其它符号与第2实施方式的式(5)～(7)的情况相同，因此省略说明。

[数学式5]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{d\β}\\ \mathrm{d\γ}\end{array}\right]=\left[A\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\β}\\ \mathrm{\γ}\end{array}\right]+\left[B\right]{\mathrm{\δ}}_{T0}---\left(8\right)$

$\left[A\right]=\left[\begin{array}{cc}-\frac{(K_f+K_r)}{\mathrm{mV}}& -(1+\frac{1}{m{V}^2}(K_f{l}_f-K_r{l}_r))\\ -\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{I}& -\left(\frac{(K_f{l_f}^2+K_r{l_r}^2)}{\mathrm{IV}}\right)\end{array}\right]---\left(9\right)$

$\left[B\right]=\left[\begin{array}{c}\frac{K_f}{\mathrm{mV}}\\ \frac{K_f{l}_f}{I}\end{array}\right]---\left(10\right)$

在上述式(8)～(10)中，横摆惯性力矩I、车辆重量m、轴距L、车辆的前车轴与车辆重心之间的最短距离l_f、车辆的后车轴与车辆重心之间的最短距离l_r为从车辆参数导出的已知的值。在此，将指定转向角指令值δ_T0及车速V设为规定值时，式(8)～(10)可以视为表示滑移角β及横摆率γ、滑移角β的微分值dβ及横摆率γ的微分值dγ、以及横向力K_f、K_r之间的关系的2次行列式。并且，通过利用这些式(8)～(10)和基于与第2实施方式相同的实际的车辆试验结果生成的映射M1、M2来进行关于滑移角β的收敛运算，能够得到与任意的指定转向角指令值δ_T0及车速V的组合对应的滑移角β及其微分值dβ作为解。另外，图7所示的符号∫表示进行积分处理。

另外，由于横向力K_f、K_r也与滑移角β一起确定，因此从式(8)～(10)能够求出横摆率γ及其微分值dγ。使用符号κ通过下述式(11)来表示满足这些滑移角的微分值dβ、横摆率γ、及车速V的车辆的行驶轨迹的曲率。由此，能够求出与规定的指定转向角指令值δ_T0对应的曲率κ。

[数学式6]

$\mathrm{\κ}=\frac{\mathrm{\γ}+\mathrm{d\β}}{V}---\left(11\right)$

通过对于各种值的指定转向角指令值δ_T0执行以上说明的步骤，求出与各个指定转向角指令值δ_T0对应的曲率κ的值。并且，通过以1次增加等各种图形赋予指定转向角指令值δ_T0的值，从1个采样前的曲率κ与本次运算的曲率κ的值的变化求出曲率变化率dκ。这样，能够生成将回旋曲线区间中的曲率κ及曲率变化率dκ的组合与转向角指令值δ_T建立关联而成的回旋曲线区间用映射。另外，对应于车速V的值来生成多个回旋曲线区间用映射。

图13为表示使用了该回旋曲线区间用映射的第3实施方式的转向角指令值δ_T的运算结果的图。在图13中表示车辆从目标轨迹中的直线区间行驶直至回旋曲线区间的情况下的曲率κ及曲率变化率dκ的变化与转向角指令值δ_T的运算结果。另外，车速V为一定。如图13所示，通过利用回旋曲线区间用映射来进行转向角指令值δ_T的运算，实现了回旋曲线区间中的平滑的车辆的转向控制。

下面，参考附图对上述第3实施方式的车辆控制装置31的ECU32执行的处理进行说明。

如图14所示，ECU32的目标轨迹设定部11首先接受从导航系统3发送的目的地信号(S21)。目标轨迹设定部11基于接受的目的地信号及位置信号来识别车辆的目的地及当前的车辆的位置。其后，目标轨迹设定部11设定从当前的车辆的位置至目的地的目标轨迹(S22)。设定目标轨迹时，圆弧区间设定部23将目标轨迹中的曲率变化率dκ为一定的区间设定为回旋曲线区间(S23)。

在S24中，车辆控制运算部25基于从导航系统3发送的位置信号、从车辆传感器4发送的行驶状态信号、及目标轨迹，来进行控制指令值的运算。在此，车辆控制运算部25利用圆弧区间用映射来进行圆弧区间内的转向角指令值δ_T的运算。该圆弧区间用映射根据对应的车速V而切换。车辆控制运算部25将包含转向角指令值δ_T的控制指令值作为控制信号发送到车辆控制部5。车辆控制部5根据从车辆控制运算部25发送的控制信号来控制车辆。

根据以上说明的第3实施方式的车辆控制装置31，通过利用回旋曲线区间用映射来进行车辆控制，能够减少圆弧区间中的车辆控制的运算量。另外，通过提高回旋曲线区间用映射的精度，能够提高回旋曲线区间中的车辆控制的可靠性。而且，在该车辆控制装置31中，通过使用了基于实际的车辆试验结果生成的映射M1、M2的上述生成步骤，来生成回旋曲线区间用映射，因此，即使在滑移角β的值大且轮胎的非线性强的条件下，也能够确保沿目标轨迹的车辆控制。

以上，对本发明优选的实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式。例如，也可以将上述第1～第3实施方式进行适当组合来使用，也可以为兼具全部实施方式的构成的方式。另外，基于目标轨迹与从车辆进入回旋曲线区间开始的经过时间t的转向角指令值的运算不限于使用了上述式(1)的方式。

另外，第1实施方式的横向力运算部14不限于使用收敛运算来运算横向力的方式。例如，横向力运算部14也可以为使用现有的方法而以线性的方式从滑移角求横向力的方式。另外，横向力运算部14也可以为利用将车辆的滑移角与横向力建立关联而成的映射来求横向力的方式。

工业实用性

本发明能够利用于沿目标轨迹控制车辆的车辆控制装置。

标号说明

1、21、31…车辆控制装置  3…导航系统  4…车辆传感器  5…控制部  11…目标轨迹设定部  12…回旋曲线区间设定部  13…经过时间运算部  14…横向力运算部  15、25、34…车辆控制运算部  23…圆弧区间设定部  24…圆弧区间用映射存储部  33…回旋曲线区间用映射存储部

Claims (5)

1.一种车辆控制装置，沿目标轨迹控制车辆，其特征在于，具有：

目标轨迹设定单元，设定所述车辆的目标轨迹；

回旋曲线区间设定单元，设定由所述目标轨迹设定单元设定的所述目标轨迹中的曲率变化率为一定的回旋曲线区间；

经过时间运算单元，运算从所述车辆进入所述回旋曲线区间后的经过时间；及

转向角指令值运算单元，基于由所述目标轨迹设定单元设定的所述目标轨迹和由所述经过时间运算单元运算出的所述经过时间，来运算所述车辆的转向控制所使用的转向角指令值。

2.如权利要求1所述的车辆控制装置，其特征在于，还具有：

滑移角检测单元，检测所述车辆的滑移角；及

横向力运算单元，基于所述滑移角检测单元检测出的所述滑移角，来运算施加于所述车辆的横向力，

所述横向力运算单元通过收敛运算来运算所述横向力，所述收敛运算利用了所述车辆的所述横向力相对于所述滑移角的特性，

所述转向角指令值运算单元基于所述横向力运算单元运算出的所述横向力，来运算所述转向角指令值。

3.如权利要求1或2所述的车辆控制装置，其特征在于，

还具有回旋曲线区间映射存储单元，存储有回旋曲线区间用映射，所述回旋曲线区间用映射是将所述回旋曲线区间中的曲率和曲率变化率的组合与所述转向角指令值建立关联而成的映射，

所述转向角指令值运算单元使用所述回旋曲线区间用映射来运算所述转向角指令值。

4.如权利要求1～3中任一项所述的车辆控制装置，其特征在于，还具有：

圆弧区间设定单元，设定所述目标轨迹中的曲率为一定的圆弧区间；及

圆弧区间用映射存储单元，存储将所述圆弧区间中的所述曲率与所述转向角指令值建立关联而成的圆弧区间用映射，

所述转向角指令值运算单元使用所述圆弧区间用映射，来运算所述转向角指令值。

5.如权利要求1～4中任一项所述的车辆控制装置，其特征在于，所述转向角指令值运算单元使用下述式(1)来运算所述转向角指令值，

[数学式1]

${\mathrm{\δ}}_T=\frac{V}{C_1}\·\mathrm{\κ}-\frac{V}{C_1}\·\frac{C_2\·(1-e^{c_6\·t})}{C_1-C_2\·C_6\·e^{c_6\·t}}\mathrm{d\κ}---\left(1\right)$

所述式(1)中，δ_T为所述转向角指令值，V为所述车辆的车速，κ为所述目标轨迹的曲率，dκ为所述目标轨迹的曲率变化率，t为所述经过时间，C₁为下述式(2)所表示的系数，C₂为下述式(3)所表示的系数，C₆为下述式(4)所表示的系数，

[数学式2]

$C_1=\frac{V}{(1-\frac{m}{L^2}\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{K_f{K}_r}{V}^2)\·L}---\left(2\right)$

$C_2=\frac{-(1+\frac{1}{m{V}^2}(K_f{l}_f-K_r{l}_r))V+\frac{K_f}{\mathrm{mV}}(1-\frac{m}{L^2}\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{K_f{K}_r}{V}^2)\·L}{\left(\frac{(K_f+K_r)}{\mathrm{mV}}\right)(1-\frac{m}{L^2}\frac{(K_f{l}_f-K_r{l}_r)}{K_f{K}_r}{V}^2)\·L}---\left(3\right)$

$C_6=-\frac{(K_f+K_r)}{\mathrm{mV}}---\left(4\right)$

所述式(2)～(4)中，m为所述车辆的重量，L为所述车辆的轴距，l_f为所述车辆的前车轴与所述车辆的重心之间的距离，l_r为所述车辆的后车轴与所述车辆的重心之间的距离，K_f为所述车辆的前轮的横向力，K_r为所述车辆的后轮的横向力。

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