CN110001636B

CN110001636B - 车辆控制系统

Info

Publication number: CN110001636B
Application number: CN201811465664.XA
Authority: CN
Inventors: 入江亮; 天野真辉; 赤塚久哉
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2038-12-03
Also published as: US10703364B2; CN110001636A; JP6970008B2; US20190193731A1; JP2019111980A

Abstract

本发明提供了一种执行路径遵循控制的车辆控制系统，其包括控制器。该车辆控制系统被配置成：基于分别以当前的横向偏差速度和横向偏差作为X坐标和Y坐标的坐标点是否落入在下述XY平面上指定的椭圆内，确定是否要继续路径遵循控制，其中，在该XY平面上，以时间为参数，在X轴上是通过对可容许极限正弦波的函数进行时间微分而获得的余弦函数的值，以及在Y轴上是可容许极限正弦波的函数的值。

Description

车辆控制系统

技术领域

本发明涉及一种车辆控制系统，具体地，涉及一种执行用于控制车辆的行驶以遵循目标路径的路径遵循控制的车辆控制系统。

背景技术

日本未审查专利申请公布第2004-168192号(JP 2004-168192 A)公开了一种车道偏离防止设备。在车道偏离防止设备中，使用本车辆相对于行驶车道的偏航角、距行驶车道的中心的横向位移(横向偏差)、行驶车道的曲率以及车速来估计将来的横向位移。然后，当所估计的横向位移(估计偏差值)等于或者大于预定的横向位移极限值时，确定本车辆可能偏离行驶车道。

发明内容

已知一种执行用于控制车辆以跟随目标路径的路径遵循控制的车辆控制系统。在上述的车辆控制系统中，例如，达到了由于对车辆控制系统的硬件限制而导致的系统极限，因此，与在正常时间期间收敛于目标路径的车辆行为相比，车辆行为可能以行驶车道内的目标路径为中心显著摇晃(stagger)。在上面描述的情况下，由于几乎不能继续进行路径遵循控制，因此需要将由系统承担的对车辆的操作适当地移交至驾驶员。然后，为此，请求关于是否继续路径遵循控制的适当确定。

因此，考虑将与在JP2004-168192 A中描述的车道偏离确定有关的技术用于确定是否要继续路径遵循控制。然而，在JP2004-168192A中描述的技术中，为了用于确定车道偏离的可能性，基于在进行该确定时的车速来估计横向位移量。当使用上述方法时，即使在继续进行路径遵循控制的情况下实际上迫使车辆行为的摇晃收敛，也确定存在车道偏离的可能性，并且可能做出应当中断路径遵循控制的错误确定。

本发明提供了一种车辆控制系统，该车辆控制系统能够确定是否要继续用于控制车辆以遵循目标路径的路径遵循控制、同时更准确地区分实际上利用路径遵循控制迫使车辆行为的摇晃收敛的情况与达到系统极限的情况。

本发明的一方面涉及一种车辆控制系统，该车辆控制系统执行用于控制车辆的行驶以遵循目标路径的路径遵循控制。车辆控制系统包括控制器。控制器被配置成：在车辆相对于目标路径的横向偏差的时间微分值(关于时间的微分值)被称为横向偏差速度、横向偏差在路径遵循控制期间的可容许上限横向偏差被设置为幅度、以及具有车辆在路径遵循控制期间的行驶轨迹的可容许上限频率的正弦波被称为可容许极限正弦波的情况下，基于车辆与目标路径相交时的横向偏差速度是否落入由通过对可容许极限正弦波的函数进行时间微分而获得的余弦函数的最大值和最小值限定的速度范围内，或者基于分别以当前的横向偏差速度和横向偏差作为X坐标和Y坐标的坐标点是否落入在下述XY平面上指定的椭圆内，确定是否要继续路径遵循控制，其中，在所述XY平面上，以时间为参数，在X轴上是余弦函数的值，并且在Y轴上是可容许极限正弦波的函数的值。

在根据本发明的该方面的车辆控制系统中，控制器可以被配置成：当在车辆与目标路径相交时的横向偏差速度在速度范围之外时，或者当坐标点在椭圆之外时，执行用于提示驾驶员执行对车辆的操作的警报处理。

在根据本发明的该方面的车辆控制系统中，可容许上限横向偏差可以在警报处理的警报灵敏度高时比在警报灵敏度低时小。警报灵敏度可以由驾驶员要求。

在根据本发明的该方面的车辆控制系统中，可容许上限频率可以在警报处理的警报灵敏度高时比在警报灵敏度低时低。警报灵敏度可以由驾驶员要求。

在根据本发明的该方面的车辆控制系统中，可容许上限横向偏差可以在目标路径的曲率大时比在曲率小时大。

在根据本发明的该方面的车辆控制系统中，可容许上限频率可以在目标路径的曲率大时比在曲率小时高。

在根据本发明的该方面的车辆控制系统中，无论车辆的车速如何，可容许上限横向偏差可以是恒定的。

在根据本发明的该方面的车辆控制系统中，可容许上限频率可以在车辆的车速高时比在车速低时高。

根据本发明的该方面，基于车辆与目标路径相交时的横向偏差速度是否落入由通过对可容许极限正弦波的函数进行时间微分而获得的余弦函数的最大值和最小值限定的速度范围内，或者基于分别以当前的横向偏差速度和横向偏差作为X坐标和Y坐标的坐标点是否落入在下述XY平面上指定的椭圆内，确定是否要继续路径遵循控制，其中，在该XY平面上，以时间为参数，在X轴上是余弦函数的值，并且在Y轴上是可容许极限正弦波的函数的值。根据上述确定方法，可以确定车辆行为是否在由正弦波定义的摇晃行为的可容许极限内。根据本发明的确定方法，即使检测到横向偏差的扩大，在确定的结果是肯定的情况下，可以确定车辆遵循正弦波形状的行驶轨迹并且横向偏差在将来转变为下降，这是因为车辆行为在摇晃行为的可容许极限内。因此，根据本发明的该方面，可以确定是否要继续路径遵循控制、同时更准确地区分实际上利用路径遵循控制迫使车辆行为的摇晃收敛的情况与达到系统极限的情况。

附图说明

下面将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：

图1是示出根据本发明的实施方式1的车辆控制系统的配置示例的框图；

图2是示出根据本发明的实施方式1的信息获取处理的框图；

图3是示出根据本发明的实施方式1的自主驾驶控制处理的框图；

图4是示出车辆在系统极限时的摇晃行为的图；

图5是示出在系统极限时时的横向偏差和横向偏差速度的时间波形的图；

图6是示出用于系统极限确定处理的椭圆的图；

图7是以比较的方式示出当图6中的坐标点P1的横向偏差Ed和横向偏差速度ΔEd发生时的车辆的行为和在系统极限时的摇晃行为的图；

图8是以比较的方式示出当图6中的坐标点P2的横向偏差Ed和横向偏差速度ΔEd发生时的车辆的行为和在系统极限时的摇晃行为的图；

图9是示出根据本发明的实施方式1的系统极限制确定处理和警报处理的例程的流程图；

图10A是示出幅度A_LMT的校正量与目标路径TP的曲率之间的关系的示例的图；

图10B是示出频率f_LMT的校正量与目标路径TP的曲率之间的关系的示例的图；

图11A是示出幅度A_LMT的校正量与本车辆的车速之间的关系的示例的图；

图11B是示出频率f_LMT的校正量与本车辆的车速之间的关系的示例的图；

图12A是示出幅度A_LMT的校正量与警报灵敏度之间的关系的示例的图；

图12B是示出频率f_LMT的校正量与警报灵敏度之间的关系的示例的图；以及

图13是示出根据本发明的实施方式2的系统极限确定处理和警报处理的例程的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来描述本发明的实施方式。然而，附图中的共同元件由相同的附图标记来表示，并且将省略重复的描述。应当理解的是，在下面的实施方式中提及诸如每个元件的件数、数值数量、量以及范围之类的数字的情况下，除了原则上特别清楚地指定或者明显地指定数字的情况以外，本发明不限于所提及的数字。除了原则上特别清楚地指定或者明显地指定结构、步骤等的情况以外，下面的实施方式中描述的结构、步骤等不一定是本发明所必需的。

实施方式1

将参照图1至图12来描述本发明的实施方式1。

1.车辆控制系统的配置示例

图1是示出根据本发明的实施方式1的车辆控制系统100的配置示例的框图。根据本发明的实施方式1的车辆控制系统100是安装在车辆1(参见图4)中并且控制车辆1的自主驾驶的自主驾驶系统。更详细地，车辆1具有手动驾驶模式和自主驾驶模式作为驾驶模式。在手动驾驶模式下，驾驶员成为车辆1的驾驶主体，并且执行对车辆1的操作。在自主驾驶模式下，车辆控制系统100成为车辆1的驾驶主体。

车辆控制系统100包括全球定位系统(GPS)接收器10、地图数据库20、周围状况传感器30、车辆状态传感器40、通信设备50、行驶设备60以及控制器70。

GPS接收器10接收从多个GPS卫星发射的信号，并且基于所接收到的信号来计算车辆1的位置和方位。GPS接收器10将所计算出的信息发送至控制器70。

在地图数据库20中，预先记录有指示地图上的每个车道的边界位置的信息。每个车道的边界位置由点群或者线群表示。地图数据库20存储在预定的存储设备中。

周围状况传感器30检测车辆1周围的状况。激光成像检测与测距(LIDAR)、雷达、摄像装置等被例示为周围状况传感器30。激光雷达使用光来检测车辆1周围的物体。雷达使用电波来检测车辆1周围的物体。摄像装置捕获车辆1周围的状况的图像。周围状况传感器30将检测到的信息发送至控制器70。

车辆状态传感器40检测车辆1的行驶状态。车速传感器、转向角传感器、横摆率传感器、横向加速度传感器等被例示为车辆状态传感器40。车速传感器检测车辆1的速度。转向角传感器检测车辆1的转向角。横摆率传感器检测车辆1的横摆率。横向加速度传感器检测被施加至车辆1的横向加速度。车辆状态传感器40将检测到的信息发送至控制器70。

通信设备50执行车辆与一切(V2X)通信(车辆间通信和道路与车辆通信)。具体地，通信设备50与其他车辆进行车辆与车辆(V2V)通信(车辆间通信)。通信设备50与周围基础设施进行车辆与基础设施(V2I)通信(道路与车辆通信)。通信设备50可以通过V2X通信获取与车辆1周围的环境有关的信息。通信设备50将所获取的信息发送至控制器70。

行驶设备60包括转向设备、驱动设备、制动设备、变速器等。转向设备是使车轮转向的设备，并且包括用于由驾驶员转向的方向盘。驱动设备是产生驱动力的动力源，并且包括用于由驾驶员调整驱动力的加速踏板。发动机或者电动机被例示为驱动设备。制动设备是产生制动力的设备，并且包括用于由驾驶员调整制动力的制动踏板。

控制器70控制车辆1的自主驾驶。通常，控制器70是包括处理器、存储设备和输入/输出接口的微型计算机。在下文中，控制器70被称为“电子控制单元(ECU)”。控制器70通过输入/输出接口接收各种信息。然后，控制器70基于所接收到的信息来控制自主驾驶。车辆1还设置有人机接口(HMI)单元90。HMI单元90是用于在驾驶员与控制器70之间执行信息的输出和输入的接口。HMI单元90包括输入设备、显示设备、扬声器以及麦克风。触摸板、键盘、开关或者按钮被例示为输入设备。

更详细地，控制器70包括信息获取单元71、自主驾驶控制器72、驾驶模式切换单元73、信息通知单元74以及驾驶操作监视单元75作为功能块。这些功能块通过控制器70的处理器执行存储在存储设备中的控制程序来实现。控制程序可以存储在计算机可读记录介质中。

信息获取单元71执行信息获取处理。自主驾驶控制器72执行自主驾驶控制处理。在车辆1中，驾驶员能够使用HMI单元90来二者择一地选择自主驾驶模式和手动驾驶模式。驾驶模式切换单元73根据驾驶员对HMI单元90的操作结果来切换驾驶模式。

信息通知单元74通过HMI单元90向驾驶员通知从自主驾驶控制器72通知的自主驾驶控制的状态。例如通过文本信息、图像、语音或者声音效果来执行向驾驶员的通知。此外，在车辆1中，当基于自主驾驶控制器72的确定来执行从自主驾驶模式到手动驾驶模式的切换(向驾驶员移交对车辆1的操作)时，驾驶员能够使用HMI单元90、通过下面描述的警报处理来调整警报的灵敏度。警报处理由信息通知单元74执行。

驾驶操作监视单元75监视方向盘、加速踏板和制动踏板的操作状态，并且监视驾驶员是否正在操作这些仪器。具体地，驾驶操作监视单元75就方向盘而言监视转向角、转向扭矩以及驾驶员是否接触方向盘，以及就加速踏板和制动踏板而言监视每个踏板的下压量。

图2是示出根据本发明的实施方式1的信息获取处理的框图。在信息获取处理中，信息获取单元71获取自主驾驶控制所需的信息。注意，按每个给定周期重复执行信息获取处理。

更详细地，信息获取单元71从GPS接收器10获取指示车辆1的当前位置和方位的位置-方位信息81。

信息获取单元71从地图数据库20读取与行驶车道(车道)有关的信息，并且生成车道信息82。车道信息82包括地图上的每个车道的布置(位置、形状和坡度)。信息获取单元71可以基于车道信息82来确定车道的汇合、分支、交叉等。此外，信息获取单元71可以基于车道信息来计算车道曲率、车道宽度等。

信息获取单元71基于周围状况传感器30检测到的信息来生成周围状况信息83。周围状况信息83包括与车辆1周围的物体有关的物体信息。白线、路边物体、周围车辆等被例示为物体。

信息获取单元71基于车辆状态传感器40检测到的信息来生成车辆状态信息84。车辆状态信息84包括关于车辆1的速度、转向角、横摆率、横向加速度等的信息。

信息获取单元71通过与通信设备50的通信来接收分发信息85。分发信息85是从基础设施或者周围车辆分发的信息。施工现场信息、事故信息等被例示为分发信息85。

所有的位置-方位信息81、车道信息82、周围状况信息83、车辆状态信息84以及分发信息85指示车辆1的驾驶环境。在下文中，指示上面描述的车辆1的驾驶环境的信息被称为“驾驶环境信息80”。即，驾驶环境信息80包括位置-方位信息81、车道信息82、周围状况信息83、车辆状态信息84以及分发信息85。如上所述，可以认为，控制器70的信息获取单元71具有获取驾驶环境信息80的功能。

2.路径遵循控制

图3是示出根据本发明的实施方式1的自主驾驶控制处理的框图。在选择了自主驾驶模式时，控制器70(自主驾驶控制器72)基于驾驶环境信息80来执行自主驾驶控制。在本发明的实施方式1中执行的自主驾驶控制是“路径遵循控制”。在路径遵循控制中，自主驾驶控制器72计算车辆1的目标路径TP，并且控制车辆1的行驶以遵循目标路径TP。通过适当地操作行驶设备60，可控制车辆1的行驶。

2-1.路径遵循控制的概述

自主驾驶控制器72以规则间隔获取计算目标路径TP所需的信息。上述的信息是驾驶环境信息80的一部分，并且例如包括位置-方位信息81、车道信息82、周围状况信息83以及分发信息85。基于上述信息而以规则间隔更新目标路径TP。

自主驾驶控制器72执行用于减小车辆1与目标路径TP之间的偏差的控制，以使车辆1遵循最新的目标路径TP。为此，例如，考虑诸如横向偏差Ed、方位角差θd以及目标路径TP的曲率的参数。横向偏差Ed是目标路径TP与车辆1的重心之间的距离。因此，当车辆1的重心在目标路径TP上时，横向偏差Ed变为零。方位角差θd是车辆1与目标路径TP之间的方位角的差。

更详细地，自主驾驶控制器72基于诸如横向偏差Ed、方位角差θd和目标路径TP的曲率的参数来计算用于减小车辆1与目标路径TP之间的偏差的车辆控制量。然后，自主驾驶控制器72根据计算出的车辆控制量来操作行驶设备60。

例如，行驶设备60包括使车辆1的车轮转向的电子助力转向(EPS)装置。可以通过驱动和控制EPS设备的电机来使车轮转向。自主驾驶控制器72计算使车辆1遵循目标路径TP所需的目标转向角。自主驾驶控制器72从车辆状态信息84获取实际转向角。然后，自主驾驶控制器72根据实际转向角与目标转向角之间的差来计算电机电流指令值，并且根据电机电流指令值来驱动电机。以这种方式，执行路径遵循控制。

2-2.车辆操作被移交至驾驶员时的问题

在执行路径遵循控制(自主驾驶模式)期间，可以基于自主驾驶控制器72的确定来执行从自主驾驶模式到手动驾驶模式的切换(车辆操作的移交)。请求上面描述的车辆操作的移交的情况的示例如下。即，达到了由于对车辆控制系统100的硬件的限制而导致的系统极限，因此，与在正常时间期间收敛于目标路径TP的车辆行为相比，车辆行为在行驶车道内以目标路径TP为中心显著地摇晃。在上述情况下，由于几乎不能继续路径遵循控制，因此需要将驾驶主体从自主驾驶控制器72适当地移交至驾驶员。然后，为此，当实际上继续利用路径遵循控制来迫使车辆行为的摇晃收敛时，请求对于是否要继续路径遵循控制的适当确定，以使得防止作出应当中断路径遵循控制的不必要确定。

2-3.根据实施方式1的系统极限确定处理

在本发明的实施方式1中，自主驾驶控制器72执行下面描述的系统极限确定处理，以便确定是否要继续路径遵循控制。

2-3-1.在系统极限时的车辆的摇晃行为的定义

图4是示出在系统极限时的车辆1的摇晃行为的定义的图。在图4中，在系统极限时的车辆1的摇晃行为(指示车辆1的行驶轨迹的虚线)由正弦波表示。当在执行路径遵循控制期间达到由于对车辆控制系统100的硬件的限制而导致的系统极限时，由于车辆1即将遵循目标路径TP，因此车辆1在反复跨越目标路径TP的同时展示了摇晃行为。因此，可以认为，通过正弦波来定义在系统极限时的车辆1的摇晃行为(下文中，被称为“摇晃行为极限”)是有效的。

2-3-2.路径遵循控制中的横向偏差Ed的可容许限制正弦波

图5是示出在系统极限时的横向偏差与横向偏差速度的时间波形的图。如上所述，横向偏差Ed是目标路径TP与车辆1的重心之间的距离(相对于目标路径TP的遵循误差)。因此，当系统极限时的摇晃行为由如图4所示的正弦波定义时，系统极限时的横向偏差Ed的时间波形也变为正弦波，如图5所示。

更详细地，在下文中，系统极限时的横向偏差Ed的正弦波被称为“可容许极限正弦波”。可容许极限正弦波的函数(正弦函数)被表示为式(1)。

Ed＝A_LMT·sin(2πf_LMT·t)...(1)

在式(1)中，A_LMT是可容许极限正弦波的幅度(最大幅度)，并且是可以在系统极限时取得的横向偏差Ed的可容许上限值。f_LMT是可容许极限正弦波的频率，并且是车辆1在路径遵循控制期间的行驶轨迹的频率的可容许上限值。可以认为，式(1)中的幅度A_LMT和频率f_LMT对应于在系统极限内执行路径遵循控制时的横向偏差Ed的“可容许上限横向偏差”和“可容许上限频率”。此外，t是时间。

在下文中，横向偏差Ed相对于目标路径TP的时间微分值被称为“横向偏差速度ΔEd”。当系统极限时的横向偏差Ed由可容许极限正弦波表示时，系统极限时的横向偏差速度ΔEd由如图5所示的余弦波(可容许极限余弦波)表示。余弦波的函数(即，通过对可容许极限正弦波的函数进行时间微分而获得的余弦函数)被表示为式(2)。注意，式(2)中的ΔEd对应于下面描述的图6中的横轴X。

ΔEd＝dEd/dt＝A_LMT·2πf_LMT·cos(2πf_LMT·t)...(2)

当确定幅度A_LMT和频率f_LMT时，指定由式(1)表示的可容许极限正弦波的函数，除此以外，也指定由式(2)表示的可容许极限余弦波的函数(余弦函数)。下面将参照图10A、图10B至图12A和图12B来描述幅度A_LMT和频率f_LMT的具体设置示例。

2-3-3.系统极限确定处理的概述

如上所述，当系统极限中的摇晃行为由正弦波定义时，可以通过适当地设置幅度A和频率f来指定可容许极限正弦波的函数并设置可容许极限余弦波的函数。

图6是示出用于系统极限确定处理的椭圆的图。在以时间t为参数、在X轴上为可容许极限余弦波的函数的值、以及在Y轴上为可容许极限正弦波的函数的值的情况下，与可容许极限正弦波和可容许极限余弦波相对应的系统极限可以由如图6所示的XY平面上的椭圆来表示。

注意，图6中的点PA的X坐标为余弦函数的最大值(＝A_LMT×2πf_LMT(正的最大幅度值))，以及点PB的X坐标为余弦函数的最小值(＝-A_LMT×2πf_LMT(负的最大幅度值))。点PC的Y坐标是正弦函数的最大值(＝A_LMT(正的最大幅度值))，以及点PD的Y坐标为正弦函数的最小值(＝-A_LMT(负的最大幅度值))。

在本发明的实施方式1的系统极限确定处理中，使用该椭圆以便基于系统极限时的摇晃行为来评估当前车辆行为。具体地，确定以车辆1的当前的横向偏差速度ΔEd和横向偏差Ed作为X坐标和Y坐标的坐标点P是否落入椭圆内。

当车辆1的当前坐标点P落入椭圆内时，可以认为，与系统极限时的摇晃行为相比，当前车辆行为是稳定的(换句话说，与系统极限时的摇晃行为相比，对目标路径TP的遵循性是极好的)。因此，在与系统极限时的摇晃行为相比，车辆1保持稳定行为时，车辆1的坐标点P划出了诸如围绕图6所示的椭圆内的原点旋转的轨迹。

图7是以比较的方式示出图6中的坐标点P1的横向偏差Ed和横向偏差速度ΔEd发生时的车辆1的行为和系统极限时的摇晃行为的图。坐标点P1落入如图6所示的椭圆内。因此，如图7所示，与坐标点P1相对应的车辆行为变为幅度A(横向偏差Ed)和频率f比系统极限时的摇晃行为小的正弦波形状的摇晃行为(即，稳定的摇晃行为)。

当车辆1的当前坐标点P在椭圆之外时，与系统极限的摇晃行为相比，当前车辆行为显著地摇晃(更详细地，正弦波的幅度A(横向偏差Ed)和频率f中的至少一个变大)。因此，在这种情况下，可以认为，与系统极限的摇晃行为相比，对目标路径TP的遵循性劣化。

图8是以比较方式示出图6中的坐标点P2的横向偏差Ed和横向偏差速度ΔEd发生时的车辆1的行为和系统极限时的摇晃行为的图。坐标点P2与如图6中所示确实从椭圆偏离的坐标点P相对应。因此，与坐标点P2相对应的车辆1的行为对应于达到系统极限时的摇晃行为。然后，如图8所示，在获得坐标点P2时的车辆1达到摇晃行为极限，并且在不采取任何措施的情况下，车辆1此后偏离行驶车道。

注意，在图7和图8中，示出了表示系统极限时的摇晃行为的曲线，其意图在于，在图7和图8中，与系统极限时的摇晃行为相比，示出的车辆1的摇晃行为的示例示出较少的摇晃。即，如图7和图8所示，这不是表示系统极限时的摇晃行为的曲线本身与目标路径TP一起被绘制在行驶车道上并且被用于确定系统极限的情况。

2-4.与将车辆操作移交至驾驶员有关的警报处理

当执行系统极限确定处理并且确定坐标点P落入椭圆内时，自主驾驶控制器72确定要继续路径遵循控制。当确定坐标点P在椭圆之外时，自主驾驶控制器72确定不继续路径遵循控制，并且在下面描述的预定判定条件成立的条件下执行警报处理。警报处理是用于提示驾驶员执行对车辆1的操作的处理。

2-5.系统极限确定处理和警报处理的例程

图9是示出根据本发明的实施方式1的系统极限确定处理和警报处理的例程的流程图。当控制器70基于驾驶员对HMI单元90的操作而从驾驶员接收到自主驾驶模式(路径遵循控制)的执行请求时，例程开始，并且以预定控制周期重复执行该例程，直到路径遵循控制结束。注意，当驾驶员操作HMI单元90以取消对路径遵循控制的执行请求时或者当在自主驾驶控制器72执行警报处理之后将车辆1的操作移交至驾驶员时，路径遵循控制结束。

在图9所示的例程中，自主驾驶控制器72(控制器70)首先获取目标路径TP和目标车速(步骤S100)。如上所述，例如基于位置-方位信息81、车道信息82、周围状况信息83和分发信息85来计算目标路径TP。注意，作为目标路径TP的计算方法，公开了各种方法。本发明的实施方式1中的目标路径TP的计算方法不受具体限制。

具体地，驾驶员使用HMI单元90设置的值被用作目标车速。然而，自主驾驶控制器72可以根据前方车辆与本车辆1之间的间隔或者基于标志或地图信息来根据驾驶员的设定值校正目标车速。注意，不同于车辆控制系统100，在仅车辆1的转向是自动化的而加速和制动并非自动化的系统中，使用由车速传感器获取的实际车速来代替目标车速。

自主驾驶控制器72设置与系统极限时的摇晃行为相对应的、横向偏差Ed的可容许极限正弦波的函数(步骤S102)。更详细地，自主驾驶控制器72获取最新的幅度A_LMT和频率f_LMT，从而设置由式(1)表示的正弦函数。由此，决定了允许车辆1相对于将来的行驶轨迹(即，目标路径TP)摇晃的程度。此外，需要一定量的时间以使在确定系统极限之后接收警报处理的驾驶员接管车辆操作并且处理当前状况。决定要获取的幅度A_LMT和频率f_LMT的值，使得以确保上述时间所需的裕度(margin)执行对系统极限的确定。

作为示例，可以如下决定幅度A_LMT和频率f_LMT。即，考虑到车辆1的硬件特性(动态特性)和控制特性(自主驾驶期间的遵循特性)来预先决定振幅A_LMT和频率f_LMT的基值。然后，根据图10A、图10B至图12A和图12B中所示的关系，考虑到目标路径TP的曲率、车速和警报灵敏度来决定幅度A_LMT和频率f_LMT的最终值。

图10A和图10B分别是示出幅度A_LMT和频率f_LMT的校正量与目标路径TP的曲率之间的关系的示例的图。幅度A_LMT和频率f_LMT的基值被设置为与目标路径TP的曲率的基值相对应。在图10A和图10B中所示的示例中，当曲率大于基值时，曲率越大，幅度A_LMT和频率f_LMT的正校正量变得越大。当曲率小于基值时，曲率越小，幅度A_LMT和频率f_LMT的负校正量向负侧变得越大。

根据图10A和图10B中所示的设置示例，与当目标路径TP的曲率小时相比，当目标路径TP的曲率大时，可以使幅度A_LMT变大并且可以使频率f_LMT变高。注意，根据曲率的校正量的变化特性不限于图10A和图10B中所示的示例。代替上面描述的示例，幅度A_LMT和频率f_LMT可以不根据目标路径TP的曲率而改变，并且可以不管曲率如何都使用基值。

图11A和11B分别是示出幅度A_LMT和频率f_LMT的校正量与本车辆1的车速之间的关系的示例的图。车速是在步骤S100中获取的目标车速。注意，不同于车辆控制系统100，在仅车辆1的转向是自动化的而加速和制动并非是自动化的系统中，由车速传感器获取的实际车速被用作车速。

在图11A所示的示例中，幅度A_LMT是恒定的，而不取决于车速。然而，幅度A_LMT可以不必是恒定的而不管车速如何，也可以根据车速而适当地改变。例如，幅度A_LMT可以在车速高时比在车速低时小。幅度A_LMT可以在行驶车道的宽度小时比在行驶车道的宽度大时小。

频率f_LMT的基值被设置为与车速的基值相对应。然后，在图11B所示的示例中，当车速高于基值时，车速越高，频率f_LMT的正校正量变得越大。当车速低于基值时，车速越低，频率f_LMT的负校正量向负侧变得越大。根据图11B中所示的设置示例，可以使频率f_LMT在车速高时比在车速低时高。注意，校正量根据车速的变化特性不限于图11B中所示的示例。代替上面描述的示例，频率f_LMT可以不根据车速而改变，以及可以使用基值而不管车速如何。

图12A和图12B分别是示出幅度A_LMT和频率f_LMT的校正量与警报灵敏度之间的关系的示例的图。当驾驶员要求的警报灵敏度相对高时，这意味着在车辆1的摇晃行为相对小的状态下确定达到系统极限，并且进行警报。

幅度A_LMT和频率f_LMT的基值被设置为与中间级别的警报灵敏度的值相对应。在图12A和图12B中所示的示例中，当警报灵敏度处于低级别时，使用幅度A_LMT和频率f_LMT的正校正量。当警报灵敏度处于高级别时，使用幅度A_LMT和频率f_LMT的负校正量。

根据图12A和图12B中所示的设置示例，可以使幅度A_LMT在警报灵敏度高时比在警报灵敏度低时低，并且可以使频率f_LMT在警报灵敏度高时比在警报灵敏度低时低。

自主驾驶控制器72计算当前横向偏差Ed和横向偏差速度ΔEd(步骤S104)。可以基于在步骤S100中获取的目标路径TP和最新的位置-方位信息81来计算当前横向偏差Ed。使用以周期计算的横向偏差Ed的当前值与横向偏差Ed的先前值之间的差来计算当前横向偏差速度ΔEd。注意，代替上述方法，可以通过将与目标路径TP的方位角差θd乘以当前车速来计算横向偏差速度ΔEd。

自主驾驶控制器72执行确定是否要继续路径遵循控制的系统极限确定处理(步骤S106)。使用在步骤S102中设置的可容许极限正弦波的函数和通过对可容许极限正弦波的函数进行时间微分而获得的余弦函数来指定在系统极限确定处理中使用的椭圆(参见图6)。

在步骤S106中，当确定分别以车辆1的当前的横向偏差速度ΔEd和横向偏差Ed作为X坐标和Y坐标的坐标点P落入椭圆内时，车辆1的行为与系统极限时的摇晃行为相比是稳定的，并且可以确定未达到系统极限。因此，在这种情况下，自主驾驶控制器72确定要继续路径遵循控制，并且快速地结束在本次启动时的例程的处理。

在步骤S106中，当确定车辆1的当前坐标点P在椭圆外时，可以确定车辆1达到摇晃行为极限，即，达到系统极限。在这种情况下，自主驾驶控制器72确定不继续路径遵循控制，并且进行至步骤S108的处理。

在步骤S108中，自主驾驶控制器72通过步骤S106的处理来确定用于确保达到系统极限的确定的预定判定条件是否成立。不仅执行步骤S106的处理，而且在判定条件成立的情况下决定系统极限的确定，从而可以更适当地指定应当确定达到系统极限的情况。

作为判定条件，例示以下具体示例。具体示例之一涉及正在执行路径遵循控制的情况(更详细地，在基于驾驶员对HMI单元90的操作的路径遵循控制开始或者尚未结束时)。另外，在路径遵循控制开始时(在从不进行路径遵循控制的状态到进行路径遵循控制的状态的过渡期间)，车辆1可以迅速地移动以使车辆1的位置收敛于目标路径TP。为此，在开始路径遵循控制时没有决定确定结果，从而可以在低频率值被用作可容许极限正弦波的频率f_LMT时防止作出达到系统极限的草率确定。在路径遵循控制结束时(在从进行路径遵循控制的状态到不进行路径遵循控制的状态的过渡期间)，由于在确定达到系统极限的情况下，在将对车辆1的操作移交至驾驶员之前路径遵循控制结束，因此即使在这种情况下，也不执行对确定结果的判定。

判定条件的另一具体示例涉及不存在对方向盘的操作的情况(当手从方向盘释放时)。当驾驶员握住方向盘时，生成了由于驾驶员进行的转向而导致的相对于目标路径TP的遵循误差(横向偏差Ed)。在图9所示的处理的示例中，在这种情况下，不执行判定。更详细地，当在驾驶员进行转向的情况下车辆1沿相邻车道的方向移动时，由于存在车道变化的可能性，因此不执行判定。然而，即使驾驶员握住方向盘，在沿转向方向不存在相邻车道时，也可以执行判定。

判定条件的另一具体示例涉及车辆控制系统100中未发生异常的条件、不存在对制动踏板的操作的条件、不存在对加速踏板的操作的条件以及车速在预定范围内的条件之一、或者多个条件成立的情况。另外，当通过单独执行的预定异常确定处理检测到车辆控制系统100中发生某些异常时，可能使车辆1几乎完全不能遵循目标路径TP。因此，在这种情况下，不执行判定。当执行对制动踏板或加速踏板的操作时，类似于当执行对方向盘的操作时，由于生成了由于驾驶员的操作而导致的相对于目标路径TP的遵循误差(横向偏差Ed)，因此不执行判定。当车速从预定范围偏离到低速侧时(例如，在车辆1即将停止时或者在速度非常低时)，由于几乎不能快速校正遵循误差，因此可以不执行判定。即使当车速从预定范围偏离到向高速侧时，也可以不执行判定。

注意，在步骤S108的处理中，为了防止捕获系统极限的确定结果，可以在未经过预定时间时不判定确定结果，或者可以在判定之后将确定结果保持预定时间。代替图9中所示的示例，可以比步骤S100更早地执行通过步骤S108的处理对存在或不存在判定条件的成立的确定。因此，当判定条件成立时，可以执行步骤S100至S106和S110的处理。

在步骤S108的确定结果为否定时，自主驾驶控制器72快速地结束在本次启动时的例程的处理。即，在这种情况下，即使在确定不继续路径遵循控制时，也不决定该确定。

在步骤S108的确定结果为肯定时，自主驾驶控制器72决定不继续路径遵循控制的确定，接下来，信息通知单元74执行警报处理以提示驾驶员执行对车辆1的操作(步骤S110)。例如，可以通过使用HMI单元90向驾驶员通知文本信息、图像、语音或声音效果来执行警报处理。

实施方式1的效果

如上所述，在根据本发明的实施方式1的系统极限确定处理中，基于横向偏差Ed的可容许极限正弦波的函数和通过对可容许极限正弦波的函数进行时间微分而获得的横向偏差速度ΔEd的可容许极限余弦波的函数而在XY平面上表示的椭圆被用作用于确定车辆1的摇晃行为落入系统极限内的边界。然后，当由当前的横向偏差Ed和横向偏差速度ΔEd指定的坐标点P落入椭圆内时，由于摇晃行为在系统极限内(即，车辆1的摇晃行为在系统极限内被控制处于稳定状态)，因此确定要继续路径遵循控制。当坐标点P在椭圆之外时，由于摇晃行为超过系统极限，因此确定不继续路径遵循控制。

更详细地，可以认为，由可容许极限正弦波定义的、车辆1相对于目标路径TP的横向偏差Ed与由正弦波定义的、系统极限时的基于目标路径TP的车辆1的摇晃行为相同。因此，例如，即使当坐标点P在移动以使得横向偏差Ed和横向偏离速度ΔEd二者都增加时，车辆1也遵循正弦波形状的行驶轨迹，并且横向偏差Ed在将来转而降低，这是因为在坐标点P落入椭圆内的情况下，车辆行为在摇晃行为的可容许极限内。即，根据系统极限确定处理，可以更准确地区分在达到系统极限时的车辆1的摇晃行为与摇晃(横向偏差Ed)收敛的行为(车辆1通常遵循目标路径TP时的行为)。换句话说，可以通过路径遵循控制进一步抑制对摇晃实际上应当收敛的行为达到系统极限的错误确定。

另外，利用根据本发明的实施方式1的车辆控制系统100，当坐标点P在椭圆之外时，确定不继续路径遵循控制，并且执行用于提示驾驶员执行对车辆1的操作的警报处理。如上所述，决定为了决定可容许极限正弦波而获取的幅度A_LMT和频率f_LMT的值，以使得可以以确保驾驶员接管车辆操作和处理当前状况的时间所需的裕度执行系统极限的确定。因此，根据本发明的实施方式1，由于在将车辆操作移交至驾驶员时确保了该时间，因此可以适当地执行系统极限的确定(应该移交车辆操作的状况)和警报。与幅度A_LMT和频率f_LMT的设置有关的效果

利用根据本发明的实施方式1的系统极限确定处理，根据目标路径TP的曲率和警报灵敏度改变幅度A_LMT，并且根据目标路径TP的曲率、车速和警报灵敏度改变频率f_LMT。由此，可以考虑到目标路径TP的曲率和车速来适当地确定车辆行为的系统极限。此外，可以适当地设置幅度A_LMT和频率f_LMT，以令人满意地满足驾驶员对警报灵敏度的要求。

更详细地，车辆1展示了遵循目标路径TP、同时伴随着横向偏差Ed在目标路径TP的曲率大时比在目标路径TP的曲率小时更大(即，在行驶车道几乎是直线时)的行为。通过使用图10A所示的设置，当曲率大时，使幅度A_LMT(可容许上限横向偏差)变大，从而可以确保系统极限内的行为的幅度更大。与当曲率小时相比，当曲率大时可以以更高的变化速度(即，以更高的频率f)控制车辆行为以收敛于目标路径TP。关于此，通过使用图10B中所示的设置，当曲率大时，使可容许上限频率f_LMT变高，从而可以允许在系统极限内的行为的频率为更高的值。因此，根据图10A和图10B所示的设置，可以根据曲率适当地确定车辆行为的系统极限。

根据图11A中所示的设置，幅度A_LMT是恒定的，而不取决于车速。通常，当车辆高速行驶时，可以认为，行驶车道几乎是直线(行驶车道的曲率变小)。因此，在高速行驶时，可以认为，在执行路径遵循控制期间发生的横向偏差Ed通常变小。因此，关于车速，可以认为，将幅度A_LMT设置为固定值是有效的。当车速变高时，在车辆1以一定角度偏离目标路径TP时在与目标路径TP垂直的方向上的速度分量变大。因此，车辆1遵循目标路径TP时的车辆行为的频率f变高。通过使用图11B中所示的设置，当车速高时，使可容许上限频率f_LMT变高，从而可以允许系统极限内的行为的频率f为更高值。因此，可以根据车速适当地确定车辆行为的系统极限。

根据图12A和图12B中所示的设置示例，可以使幅度A_LMT和频率f_LMT在警报灵敏度高时比在警报灵敏度低时低。由此，在驾驶员要求的警报灵敏度高时，可以确定在车辆1的摇晃行为相对小的状态下达到系统极限、并且相对快速地执行警报。

实施方式2

将参照图13来描述本发明的实施方式2。在下面的描述中，假定上面描述的车辆控制系统100的配置被用作根据实施方式2的车辆控制系统的配置的示例。

1.实施方式2的概述

本发明的实施方式2与实施方式1的不同之处在于确定是否要继续路径遵循控制的系统极限确定处理。具体地，在本发明的实施方式2的系统极限确定处理中，为了确定车辆1的行为是否在系统极限内，使用由与可容许极限正弦波的梯度的函数相对应的余弦函数的最大值(＝A_LMT×2πf_LMT)和最小值(＝-A_LMT×2πf_LMT)限定的速度范围R_ΔEd来代替图6中所示的椭圆。

另外，利用根据本发明的实施方式2的系统极限确定处理，确定在车辆1与目标路径TP相交时(即，在横向偏差Ed为零时)的车辆1的横向偏差速度ΔEd是否落入速度范围R_ΔEd内。然后，当车辆1与目标路径TP相交时的横向偏差速度ΔEd落入速度范围R_ΔEd内时，确定车辆1的行为在系统极限内，并且继续路径遵循控制。当车辆1与目标路径TP相交时的横向偏差速度ΔEd在速度范围R_ΔEd之外时，由于车辆1的行为超出系统极限，因此确定不继续路径遵循控制，并且执行用于将车辆操作移交至驾驶员的警报处理。

1-1.系统极限确定处理和警报处理的例程

图13是示出根据本发明的实施方式2的系统极限确定处理和警报处理的例程的流程图。图13所示的例程中的步骤S100至S104、S108和S110的处理如在实施方式1中所描述的一样。

在图13所示的例程中，自主驾驶控制器72在步骤S104中计算当前的横向偏差Ed和横向偏差速度ΔEd，然后进行至步骤S200。在步骤S200中，自主驾驶控制器72确定车辆1与目标路径TP相交的时间是否到来，以及在步骤S104中计算出的当前的(最新的)横向偏差速度ΔEd是否落入速度范围R_ΔEd内。

在确定中使用的速度范围R_ΔEd由与通过对在步骤S102中设置的最新的可容许极限正弦波的函数进行微分而获得的余弦函数的幅度相等的最大值(＝A_LMT×2πf_LMT)和通过将最大值的符号取反而获得的最小值(＝-A_LMT×2πf_LMT)指定。例如，在幅度A_LMT(可容许上限横向偏差)为1并且可容许上限频率f_LMT为0.5的情况下的可容许极限正弦波(1×sin(2×π×0.5)t)的示例中，与可容许极限正弦波的梯度的最大值相对应的余弦函数的最大值变为1π(＝1×(2×π×0.5))。

当在步骤S200中确定在车辆1与目标路径TP相交时的横向偏差速度ΔEd落入速度范围R_ΔEd内时，即，当由于车辆1的行为在系统极限内而可以确定要继续路径遵循控制时，自主驾驶控制器72快速地结束在本次启动时的例程的处理。

当在步骤S200中确定在车辆1与目标路径TP相交时的横向偏差速度ΔEd在速度范围R_ΔEd之外时，即，当可以确定达到车辆1的摇晃行为的系统极限时，自主驾驶控制器72确定不继续路径遵循控制，并且执行警报处理(步骤S110)。

2.实施方式2的效果

如上所述，利用根据本发明的实施方式2的车辆控制系统100，由与可容许极限正弦波的梯度的函数相对应的余弦函数的最大值和最小值限定的速度范围R_ΔEd被用作用于确定车辆1的摇晃行为落入系统极限内的边界(阈值)。

如在本发明的实施方式1和实施方式2中那样，当车辆1的摇晃行为由基于目标路径TP的正弦波来定义时，可以认为，在横向偏差速度ΔEd的绝对值变为最大(图6的椭圆上的坐标点PA和PB)时获得确定系统极限时的最严格条件(确定系统极限的最重要条件)。换句话说，根据可容许极限正弦波，横向偏差速度ΔEd的绝对值变为最大的时间对应于车辆1的行驶轨迹与目标路径TP相交的时间(当横向偏差Ed为零时)。然后，在该时间获得最严格条件的原因是，因为在行驶轨迹与目标路径TP相交时出现高的横向偏差速度ΔEd时(即，当车辆1在与目标路径TP垂直的方向上的速度分量大时)，车辆1很可能保持大的速度分量并且超过摇晃行为极限。换句话说，假定车辆1以恒定速度摇晃，当车辆1与目标路径TP相交时的横向偏差速度ΔEd的绝对值小于余弦函数的最大值时，可以认为，在随后的行驶轨迹横跨正弦波时，横向偏差Ed不会变得比可容许极限正弦波大(即，不超过系统极限)。

因此，利用根据本发明的实施方式2的系统极限确定处理，假定车辆1以恒定速度摇晃，仅仅通过将车辆1与目标路径TP相交时的横向偏差速度ΔEd与使用余弦函数的最大值和最小值这两个点的速度范围R_ΔEd进行比较，就可以简单地确定系统极限。因此，与实施方式1的系统极限确定处理相比，由于控制器70的计算负荷被抑制得较低，因此可以在实现节省计算资源的同时执行系统极限确定。

如上所述，在假定车辆1的摇晃行为由基于目标路径TP的正弦波定义的情况下，关注于确定系统极限的最严格条件来执行根据本发明的实施方式2的系统极限确定处理。如上所述，由于即使通过确定处理、也能执行考虑车辆1展示正弦波形状的摇晃行为的确定，因此可以认为，即使通过系统极限确定处理，也可以适当地区分达到系统极限时的车辆1的摇晃行为与摇晃(横向偏差Ed)收敛的行为(车辆1正常地遵循目标路径TP时的行为)。此外，即使利用本发明的实施方式2，由于在将车辆操作移交至驾驶员时确保了上面描述的时间，因此可以适当地执行系统极限的确定(应当移交车辆操作的情况)和警报。

其他实施方式

路径遵循控制的其他示例

在上面描述的实施方式1和实施方式2中，已经例示了作为用于自动执行车辆的转向、加速和制动的自主驾驶系统的车辆控制系统100。然而，根据本发明的该方面的车辆控制系统可以是这样的系统：在执行用于控制车辆的行驶以遵循目标路径的路径遵循控制的情况下，不自动执行车辆的加速和制动中的至少一个的系统。即，可以自动地执行至少车辆的转向、加速和制动之中的制动。

在控制车辆的行驶以遵循目标路径的情况下，根据本发明的该方面的路径遵循控制不一定由自主驾驶系统执行。即，可以执行路径遵循控制以允许车辆控制系统辅助由驾驶员主动地执行的转向。

上面描述的实施方式和修改示例可以根据需要以除了上面明确描述的方式以外的其他方式进行组合，并且可以在不背离本发明的范围的情况下以各种方式进行修改。

Claims

1.一种车辆控制系统，其执行用于控制车辆的行驶以遵循目标路径的路径遵循控制，所述车辆控制系统的特征在于包括控制器，所述控制器被配置成：

在所述车辆相对于所述目标路径的横向偏差的时间微分值被称为横向偏差速度、所述横向偏差在所述路径遵循控制期间的可容许上限横向偏差被设置为幅度、以及具有所述车辆在所述路径遵循控制期间的行驶轨迹的可容许上限频率的正弦波被称为可容许极限正弦波的情况下，基于在所述车辆与所述目标路径相交时的横向偏差速度是否落入由通过对所述可容许极限正弦波的函数进行时间微分而获得的余弦函数的最大值和最小值限定的速度范围内，或者基于分别以当前的横向偏差速度和横向偏差作为X坐标和Y坐标的坐标点是否落入在下述XY平面上指定的椭圆内，确定是否要继续所述路径遵循控制，其中，在所述XY平面上，以时间为参数，在X轴上是所述余弦函数的值，并且在Y轴上是所述可容许极限正弦波的函数的值，其中，所述椭圆表示与所述可容许极限正弦波和表示所述横向偏差速度的可容许极限余弦波相对应的系统极限。

2.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其特征在于，所述控制器被配置成：当在所述车辆与所述目标路径相交时的横向偏差速度在所述速度范围之外时，或者当所述坐标点在所述椭圆之外时，执行用于提示驾驶员执行对所述车辆的操作的警报处理。

3.根据权利要求2所述的车辆控制系统，其特征在于，所述可容许上限横向偏差在所述驾驶员要求的、所述警报处理的警报灵敏度高时比在所述警报灵敏度低时小。

4.根据权利要求2或3所述的车辆控制系统，其特征在于，所述可容许上限频率在所述驾驶员要求的、所述警报处理的警报灵敏度高时比在所述警报灵敏度低时低。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆控制系统，其特征在于，所述可容许上限横向偏差在所述目标路径的曲率大时比在所述曲率小时大。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆控制系统，其特征在于，所述可容许上限频率在所述目标路径的曲率大时比在所述曲率小时高。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆控制系统，其特征在于，无论所述车辆的车速如何，所述可容许上限横向偏差是恒定的。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆控制系统，其特征在于，所述可容许上限频率在所述车辆的车速高时比在所述车速低时高。