DE112020007805T5

DE112020007805T5 - Arithmetische steuerungseinrichtung

Info

Publication number: DE112020007805T5
Application number: DE112020007805.1T
Authority: DE
Inventors: Tomoki Uno; Rin Ito; Shota Kameoka; Ryota Okamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2023-11-02
Also published as: JPWO2022113249A1; US20230365144A1; WO2022113249A1; JP7471451B2

Abstract

Eine arithmetische Steuerungseinrichtung (200) weist Folgendes auf: eine Erzeugungseinheit (210) für gemischte Zustandsgleichungen zum Erzeugen einer Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen, die jeweils eine oder mehrere erste Zustandsvariablen aufweisen, die Erfassungsziele eines oder mehrerer interner Sensoren (110) sind, die in einem Fahrzeug installiert sind, und zum Erzeugen einer ersten gemischten Zustandsgleichung, indem jede der Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung einer ersten Gewichtungsfunktion gewichtet wird, eine Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit (220) zum Erfassen eines gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable durch den einen oder die mehreren internen Sensoren (110), eine Sollrouten-Erzeugungseinheit (230) zum Erzeugen einer Sollroute des Fahrzeugs auf der Basis von peripherer Information, die von einem oder mehreren externen Sensoren (120) erfasst werden, die im Fahrzeug installiert sind, und eine arithmetische Sollwert-Einheit (240) zum Berechnen eines Soll-Steuerungswerts für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute, auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable, und zum Ausgeben des Soll-Steuerungswerts an eine Steuerungseinheit (310), die das Fahrzeug steuert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine arithmetische Steuerungseinrichtung, die einen Soll-Steuerungswert zum Steuern eines eigenen Fahrzeugs (Ego-Fahrzeugs) beim autonomen Fahren berechnet.
Stand der Technik
Das Patentdokument 1 offenbart eine Fahrzeug-Steuerungseinrichtung, die einen Soll-Steuerungswert zum Steuern eines eigenen Fahrzeugs auf der Basis einer Bewertungsfunktion berechnet, die die Relation zwischen einem zukünftigen Verhalten des eigenen Fahrzeugs, das vorhergesagt wird unter Verwendung eines Bewegungsmodells des eigenen Fahrzeugs, und des zukünftigen Verhaltens anderer Fahrzeuge bewertet, das vorhergesagt wird unter Verwendung von Sensoren.
Literaturverzeichnis
Patentdokument
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2017- 84 110 A
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Im Patentdokument 1 wird jedoch ein Zwei-Rad-Modell verwendet, das vereinfacht ist, um die Rechenlast beim Vorhersagen des zukünftigen Verhaltens des eigenen Fahrzeugs zu verringern. Wenn jedoch beispielsweise ein Zwei-Rad-Modell verwendet wird, das das tatsächliche Verhalten des eigenen Fahrzeugs bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit gut ausdrückt, gibt es eine Differenz zum tatsächlichen Verhalten des eigenen Fahrzeugs bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit. Wenn ein Sollwert unter Verwendung des Zwei-Rad-Modells berechnet wird, ist es folglich möglich, dass sich ein Fahrer unwohl fühlt. Im Gegensatz dazu ist es denkbar, ein Vier-Rad-Modell zu verwenden, das das tatsächliche Verhalten des eigenen Fahrzeugs bei sämtlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten gut ausdrückt, aber es ergibt sich das Problem, dass das Modell kompliziert wird und die Rechenlast zunimmt.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine arithmetische Steuerungseinrichtung anzugeben, die einen Soll-Steuerungswert zum Steuern eines eigenen Fahrzeugs genau berechnet, während ein Anstieg der Rechenlast unterdrückt wird.
Wege zum Lösen der Probleme
Eine arithmetische Steuerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Erzeugungseinheit für gemischte Zustandsgleichungen zum Erzeugen einer Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen, die jeweils eine oder mehrere erste Zustandsvariablen aufweisen, die Erfassungsziele eines oder mehrerer interner Sensoren sind, die in einem Fahrzeug installiert sind, und zum Erzeugen einer ersten gemischten Zustandsgleichung, indem jede der Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung einer ersten Gewichtungsfunktion gewichtet wird, eine Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit zum Erfassen eines gegenwärtigen Werts jeder der ersten Zustandsvariablen durch den einen oder die mehreren internen Sensoren, eine Sollrouten-Erzeugungseinheit zum Erzeugen einer Sollroute des Fahrzeugs auf der Basis von peripherer Information, die von einem oder mehreren externen Sensoren erfasst werden, die im Fahrzeug installiert sind, und eine arithmetische Sollwert-Einheit zum Berechnen eines Soll-Steuerungswerts für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute, auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder der ersten Zustandsvariablen, und zum Ausgeben des Soll-Steuerungswerts an eine Steuerungseinheit, die das Fahrzeug steuert.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt die arithmetische Steuerungseinrichtung die erste gemischte Zustandsgleichung durch Gewichten der Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung der ersten Gewichtungsfunktion und berechnet den Soll-Steuerungswert zum Steuern eines eigenen Fahrzeugs unter Verwendung der ersten gemischten Zustandsgleichung. Daher ist es möglich, den Soll-Steuerungswert genau zu berechnen, während eine Zunahme der Rechenlast unterdrückt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer arithmetischen Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines ersten Fahrzeug-Bewegungsmodells gemäß Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 3 zeigt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines zweiten Fahrzeug-Bewegungsmodells gemäß Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 3 zeigt.
4 ist ein Graph, der ein Beispiel einer ersten Gewichtungsfunktion bezogen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 3 zeigt.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel der Gierrate bezogen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur zum autonomen Fahren gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer arithmetischen Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur zum autonomen Fahren gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel einer Prozedur zum autonomen Fahren gemäß Ausführungsform 2 zeigt.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer arithmetischen Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur zum autonomen Fahren gemäß Ausführungsform 3 zeigt.
12 ist ein Diagramm, das die Hardware-Konfiguration einer arithmetischen Steuerungseinrichtung und einer Steuerungseinheit gemäß Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 3 zeigt.

Wege zum Ausführen der Erfindung
Nachfolgend wird eine arithmetische Steuerungseinrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Es sei angemerkt, dass ein eigenes Fahrzeug (Ego-Fahrzeug) in der folgenden Beschreibung einfach als „Fahrzeug“ bezeichnet wird.
Ausführungsform 1
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer arithmetischen Steuerungseinrichtung 200 gemäß Ausführungsform 1 zeigt. 1 ist ein Blockdiagramm, das interne Sensoren 110, externe Sensoren 120, die arithmetische Steuerungseinrichtung 200 und eine Steuerungseinheit 310 aufweist. Die arithmetische Steuerungseinrichtung 200 berechnet Soll-Steuerungswerte zum Steuern eines Fahrzeugs auf der Basis einer Fahrzeuginformation von den internen Sensoren 110 und einer peripheren Information von den externen Sensoren 120. Hier sind die Soll-Steuerungswerte ein Soll-Lenkwert und ein Soll-Beschleunigungs-/Verlangsamungswert.
Die internen Sensoren 110 sind im Fahrzeug installiert und geben die Fahrzeuginformation aus. Die internen Sensoren 110 sind beispielsweise ein Lenkwinkelsensor, ein Lenkmomentsensor, ein Gierratensensor, ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, ein Beschleunigungssensor, ein Sensor für ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS) oder dergleichen. Die Anzahl von Elementen der Fahrzeuginformation, die von einem der internen Sensoren 110 erfasst werden kann, beträgt Eins. Beispielsweise erfasst der Beschleunigungssensor die Longitudinalbeschleunigung oder Längsbeschleunigung des Fahrzeugs. Daher nimmt die Anzahl von Elementen von Fahrzeuginformation zu, die erfasst werden kann, wenn die Anzahl von internen Sensoren 110 zunimmt. Stattdessen kann ein interner Sensor 110, der zum Erfassen einer Mehrzahl von Elementen der Fahrzeuginformation imstande ist, im Fahrzeug installiert sein.
Die externen Sensoren 120 sind im Fahrzeug installiert und geben die periphere Information des Fahrzeugs aus. Die externen Sensoren 120 sind beispielsweise eine Frontkamera, die die Position, den Winkel und die Krümmung einer Straßenmarkierungslinie detektiert, ein Radar, das die Position und die Geschwindigkeit eines vorausfahrenden Fahrzeugs detektiert, eine Lichtdetektion- und Entfernungsmessungseinrichtung (LiDAR), ein Sonar, eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung, eine Straße-zu-Fahrzeug-Kommunikationseinrichtung oder dergleichen. Die periphere Information beinhaltet beispielsweise die Positionen und die Geschwindigkeiten anderer Fahrzeuge, Fahrräder, Fußgänger und dergleichen.
Unter Verwendung von multiplen externen Sensoren 120 und durch Integrieren der Information von jedem der externen Sensoren 120 kann eine Mehrzahl von Elementen von peripherer Information gleichzeitig erfasst werden. Als ein Beispiel können unter Verwendung einer Frontkamera, eines Radar und eines LiDAR für die externen Sensoren 120 und durch Integrieren der Information von jedem der externen Sensoren 120 die Positionen und Geschwindigkeiten der anderen Fahrzeuge erfasst werden.
Die arithmetische Steuerungseinrichtung 200 weist eine Erzeugungseinheit 210 für gemischte Zustandsgleichung, eine Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit 220, eine Sollrouten-Erzeugungseinheit 230 und eine arithmetische Sollwert-Einheit 240 auf.
Die Erzeugungseinheit 210 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt eine Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen, die jeweils eine oder mehrere erste Zustandsvariablen aufweisen, die Erfassungsziele der internen Sensoren 110 sind, die im Fahrzeug installiert sind. Die Erzeugungseinheit 210 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt eine erste gemischte Zustandsgleichung, indem sie jede der Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung einer ersten Gewichtungsfunktion gewichtet. Die Erzeugungseinheit 210 für gemischte Zustandsgleichungen gibt die erste gemischte Zustandsgleichung an die arithmetische Sollwert-Einheit 240 aus. Die Fahrzeug-Zustandsgleichungen sind hier eine erste Fahrzeug-Zustandsgleichung und eine zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung, die später unter Bezugnahme auf 2 und 3 detailliert beschrieben werden. Die erste Gewichtungsfunktion und die erste gemischte Zustandsgleichung werden ebenfalls später detailliert beschrieben.
Die Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit 220 erfasst einen gegenwärtigen Wert jeder ersten Zustandsvariable mittels der internen Sensoren 110. Die Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit 220 gibt den gegenwärtigen Wert jeder ersten Zustandsvariable an die arithmetische Sollwert-Einheit 240 aus.
Die Sollrouten-Erzeugungseinheit 230 erzeugt eine Sollroute des Fahrzeugs auf der Basis der peripheren Information, die von den externen Sensoren 120 erfasst wird, die im Fahrzeug installiert sind. Die Sollroute ist beispielsweise eine Route zum Fahren in der Mitte einer Fahrspur, eine Route zum Durchführen von Fahrspurwechseln oder dergleichen. Die Sollrouten-Erzeugungseinheit 230 gibt die Sollroute an die arithmetische Sollwert-Einheit 240 aus.
Die arithmetische Sollwert-Einheit 240 berechnet Soll-Steuerungswerte für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable und gibt die Soll-Steuerungswerte an die Steuerungseinheit 310 aus, die das Fahrzeug steuert. Die arithmetische Sollwert-Einheit 240 wird später detailliert beschrieben.
Die Steuerungseinheit 310 ist eine Steuerung, die am Fahrzeug angebracht ist, und betätigt einen Aktor, so dass das Fahrzeug den Soll-Steuerungswerten aus der arithmetischen Sollwert-Einheit 240 folgen kann. Die Steuerungseinheit 310 weist beispielsweise eine Servolenkungs-Steuerung (EPS), eine Motorsteuerung und eine Bremssteuerung auf. Der Aktor ist ein Motor, der indirekt mit Rädern verbunden ist, und führt ein Lenken, eine Rotation, eine Bremungs der Räder und dergleichen aus.
Als Nächstes werden die Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben.
2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines ersten Fahrzeug-Bewegungsmodells gemäß Ausführungsform 1 zeigt. In 2 geben X und Y die Position des Schwerpunkts eines Fahrzeug im Intertialkoordinatensystem an. θ ist der Azimutwinkel, V ist die Fahrzeuggeschwindigkeit, γ ist die Gierrate, δ ist der Vorderrad-Lenkwinkel, β ist der Schräglaufwinkel, β_f ist der Vorderrad-Schräglaufwinkel, β_r ist der Hinterrad-Schräglaufwinkel, C_f ist die Kurvenführungskraft des Vorderrads, C_r ist die Kurvenführungskraft des Hinterrads, L_f ist der Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und dem Vorderrad, und L_r ist der Abstand zwischen dem Schwerpunkt des Fahrzeugs und dem Hinterrad.
Das erste Fahrzeug-Bewegungsmodell ist ein Zwei-Rad-Modell, das auf eine hohe Fahrzeuggeschwindigkeit spezialisiert ist, und es ist ein dynamisches Modell, das eine Bewegungsgleichung verwendet, die sich auf die Lateralbewegung und die Rotationsbewegung um die Position des Schwerpunkts des Fahrzeugs bezieht. Dieses Modell kann die Fahrzeugbewegung in Abhängigkeit der Kräfte berechnen, die an den Reifen erzeugt werden, und folglich kann es die Fahrzeugbewegung bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit geeignet ausdrücken, bei der eine Lateralbeschleunigung insbesondere zur Zeit des Lenkens erzeugt wird. Das erste Fahrzeug-Bewegungsmodell ist unten unter Verwendung der ersten Fahrzeug-Zustandsgleichung dargestellt.
Eine Fahrzeug-Zustandsgröße x und eine Steuerungs-Eingabegröße u der ersten Fahrzeug-Zustandsgleichung sind durch den untenstehenden Ausdruck (1) und den untenstehenden Ausdruck (2) definiert. $x = {[X, Y, θ, V, γ, β, δ, a_{x}]}^{T}$
$u = {[ω, j_{x}]}^{T}$
Im Ausdruck (1) und Ausdruck (2) gilt Folgendes: a_x ist die Longitudinalbeschleunigung, ω ist die Vorderrad-Lenkwinkelgeschwindigkeit, und j_x ist ein longitudinales Rucken. Außerdem sind X, Y, θ, V, γ, β, δ und a_x, die die Variablen der Fahrzeug-Zustandsgröße x im Ausdruck (1) sind, die ersten Zustandsvariablen, die die Erfassungsziele der internen Sensoren 110 sind. Wie im Ausdruck (1) gezeigt, ist die Anzahl der ersten Zustandsvariablen ein Mehrfaches, aber sie kann auch Eins betragen. Es sei angemerkt, dass im Ausdruck (1) und Ausdruck (2) die Fahrzeug-Zustandsgröße x und die Steuerungs-Eingabegröße u jeweils ein Spaltenvektor sind, und dass eine transponierte Matrix verwendet wird, und zwar aus Gründen der Einfachheit. Die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung, die die Variablen im Ausdruck (1) und Ausdruck (2) verwendet, ist unten im Ausdruck (3) gezeigt. $\dot{x} = [\begin{matrix} V c o s (θ + β) \\ V s i n (θ + β) \\ γ \\ a_{x} \\ \frac{2}{I} (L_{f} C_{f} - L_{r} C_{r}) \\ - γ + \frac{2}{M V} (C_{f} + C_{r}) \\ ω \\ j_{x} \end{matrix}]$
Im Ausdruck (3) ist die zeitliche Ableitung der Fahrzeug-Zustandsgröße X, und I ist das Giermoment der Trägheit des Fahrzeugs, und M ist die Masse des Fahrzeugs. Die Kurvenführungskraft C_f des Vorderrads und die Kurvenführungskraft C_r des Hinterrads werden durch den untenstehenden Ausdruck (4) und den untenstehenden Ausdruck (5) unter Verwendung der Kurvensteifigkeit K_f des Vorderrads und der Kurvensteifigkeit K_r des Hinterrads ausgedrückt. $C_{f} = - K_{f} (β + \frac{L_{f}}{V} γ - δ)$
$C_{r} = - K_{r} (β - \frac{L_{r}}{V} γ)$
Wenn Ausdruck (4) und Ausdruck (5) im Ausdruck (3) eingesetzt werden, wird die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung durch den untenstehenden Ausdruck (6) dargestellt. $\dot{x} = f_{1} (x, u) = [\begin{matrix} V c o s (θ + β) \\ V s i n (θ + β) \\ γ \\ a_{x} \\ - \frac{2}{I V} (K_{f} L_{f}^{2} + K_{r} L_{r}^{2}) γ - \frac{2}{I} (K_{f} L_{f} - K_{r} L_{r}) β + \frac{2}{I} K_{f} L_{f} δ \\ - (1 + \frac{2 (K_{f} L_{f} - K_{r} L_{r})}{M V^{2}}) γ - \frac{2}{M V} (K_{f} + K_{r}) β + \frac{2 K_{f}}{M V} δ \\ ω \\ j_{x} \end{matrix}]$
Im Ausdruck (6) ist f₁ eine Vektorfunktion der ersten Fahrzeug-Zustandsgleichung.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel eines zweiten Fahrzeug-Bewegungsmodells gemäß Ausführungsform 1 zeigt. Die Variablen, die in 3 gezeigt sind, sind die gleichen wie die Variablen, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben sind.
Das zweite Fahrzeug-Bewegungsmodell ist ein Zwei-Rad-Modell, das auf eine niedrige Fahrzeuggeschwindigkeit spezialisiert ist, und ist ein geometrisches Modell des Fahrzeugs. Im Gegensatz zum ersten Fahrzeug-Bewegungsmodell schließt dieses Modell nicht die Kräfte ein, die an den Reifen erzeugt werden, und es kann eine Fahrzeugbewegung bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit genau ausdrücken, wie z. B. ein Fahrzeug, das entlang der Richtung der Reifen lenkt. Nachfolgend wird das zweite Fahrzeug-Bewegungsmodell unter Verwendung der zweiten Fahrzeug-Zustandsgleichung dargestellt.
In der zweiten Fahrzeug-Zustandsgleichung werden die Fahrzeug-Zustandsgröße x und die Steuerungs-Eingabegröße u im Ausdruck (1) und Ausdruck (2) verwendet; das heißt, die gleiche Fahrzeug-Zustandsgröße x und Steuerungs-Eingabegröße u wie diejenigen in der ersten Fahrzeug-Zustandsgleichung werden verwendet. Die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung wird durch den untenstehenden Ausdruck (7) dargestellt. $\dot{x} = [\begin{matrix} V c o s (θ + β) \\ V s i n (θ + β) \\ γ \\ a_{x} \\ \frac{γ_{k m} - γ}{τ} \\ \frac{β_{k m} - β}{τ} \\ ω \\ j_{x} \end{matrix}]$
Im Ausdruck (7) ist τ die Zeitkonstante für die Gierrate und den Schräglaufwinkel, und γ_km und β_km sind jeweils die Gierrate und der Schräglaufwinkel, die mit dem Zwei-Rad-Modell unter Verwendung einer geometrischen Relation berechnet werden können. Die Zeitkonstante τ kann unterschiedliche Werte für die Gierrate und den Schräglaufwinkel annehmen, und die Gierrate γ_km und der Schräglaufwinkel β_km werden durch den untenstehenden Ausdruck (8) bzw. den untenstehenden Ausdruck (9) ausgedrückt. $γ_{k m} = \frac{V}{L_{f} + L_{r}} tan (δ)$
$β_{k m} = t a n^{- 1} (\frac{L_{r}}{L_{f} + L_{r}} tan (δ))$
Wenn Ausdruck (8) und Ausdruck (9) im Ausdruck (7) eingesetzt werden, wird die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung durch den untenstehenden Ausdruck (10) dargestellt. $\dot{x} = f_{2} (x, u) = [\begin{matrix} V c o s (θ + β) \\ V s i n (θ + β) \\ γ \\ a_{x} \\ - \frac{γ}{τ} + \frac{1}{τ} \cdot \frac{V}{L_{f} + L_{r}} tan (δ) \\ - \frac{β}{τ} + \frac{1}{τ} {tan}^{- 1} (\frac{L_{r}}{L_{f} + L_{r}} tan (δ)) \\ ω \\ j_{x} \end{matrix}]$
Im Ausdruck (10) ist f₂ eine Vektorfunktion der zweiten Fahrzeug-Zustandsgleichung. Die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (6) und die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (10) weisen die gleiche Fahrzeug-Zustandsgröße x und die gleiche Steuerungs-Eingabegröße u auf, aber sie unterscheiden sich voneinander in der Form der arithmetischen Ausdrücke, die sich auf die Gierrate γ und den Schräglaufwinkel β beziehen, und zwar unter den ersten Zustandsvariablen, welches die Variablen der Fahrzeug-Zustandsgröße x sind. Die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung und die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung sind nicht auf Ausdruck (6) bzw. Ausdruck (10) beschränkt, und sie können so konfiguriert sein, dass die arithmetischen Ausdrücke, die sich auf einen Teil oder sämtliche der Zustandsvariablen in den ersten Zustandsvariablen beziehen, voneinander verschieden sind.
Als ein Beispiel kann die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung eine Bewegungsgleichung sein, die sich auf eine Lateralbewegung und eine Rotationsbewegung des Fahrzeugs zur Zeit des Lenkens im Kreis im stabilen Zustand bezieht, und zwar anstelle von Ausdruck (10). Diese Bewegungsgleichung kann im Gegensatz zur ersten Fahrzeug-Zustandsgleichung nicht eine transiente Bewegung ausdrücken, aber sie kann akkurat die Fahrzeugbewegung bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit ausdrücken. In diesem Fall wird die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung durch den untenstehenden Ausdruck (11) dargestellt. $\dot{x} = [\begin{matrix} V c o s (θ + β) \\ V s i n (θ + β) \\ γ \\ a_{x} \\ \frac{γ_{s s t} - γ}{τ} \\ \frac{β_{s s t} - β}{τ} \\ ω \\ j_{x} \end{matrix}]$
Im Ausdruck (11) sind γ_sst und β_sst die Gierrate bzw. der Schräglaufwinkel beim Lenken im Kreis im stabilen Zustand. Die Gierrate γ_sst und der Schräglaufwinkel β_sst werden durch den untenstehenden Ausdruck (12) bzw. den untenstehenden Ausdruck (13) dargestellt. $γ_{s s t} = \frac{1}{1 + A V^{2}} \cdot \frac{V}{L_{f} + L_{r}} δ$
$β_{s s t} = \frac{1 + M L_{f} V^{2} / 2 (L_{f} + L_{r}) / L_{r} K_{r}}{1 + A V^{2}} \cdot \frac{L_{r}}{L_{f} + L_{r}} δ$
Im Ausdruck (12) und Ausdruck (13) bezeichnet A einen Stabilitätsfaktor und wird durch den untenstehenden Ausdruck (14) dargestellt. $A = \frac{M}{2 {(L_{f} + L_{r})}^{2}} \cdot \frac{L_{f} K_{f} - L_{r} K_{r}}{K_{f} K_{r}}$
Da die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (6) arithmetische Ausdrücke aufweist, in denen der Wert der Fahrzeuggeschwindigkeit V in der Nähe von 0 km/h divergiert, verschlechtert sich die Genauigkeit bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit. In der zweiten Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (10) wiederum werden nur Schwankungen der Gierrate γ und des Schräglaufwinkels β infolge des Vorderrad-Lenkwinkels δ berücksichtigt, und die Kraft, die im Fahrzeug erzeugt wird, wird nicht berücksichtigt, so dass die Genauigkeit bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit verschlechtert wird, bei der eine Zentrifugalkraft zur Zeit des Lenkens erzeugt wird. Daher wird die Gewichtung bei der ersten Fahrzeug-Zustandsgleichung und der zweiten Fahrzeug-Zustandsgleichung unter Verwendung einer ersten Gewichtungsfunktion aus dem untenstehenden Ausdruck (15) durchgeführt, so dass die Genauigkeit bei sämtlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten beibehalten werden kann. $α = \frac{V^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}}$
Im Ausdruck (15) ist V_s eine Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der die Fahrzeug-Zustandsgröße, wenn die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung gelöst wird, und die Fahrzeug-Zustandsgröße, wenn die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung gelöst wird, übereinstimmen. 4 ist ein Graph, der ein Beispiel der ersten Gewichtungsfunktion α bezogen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit V zeigt. Die erste Gewichtungsfunktion α ist eine Funktion der Geschwindigkeit und ist so vorgegeben, dass die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung dominant bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit ist und die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung dominant bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Ferner nimmt die erste Gewichtungsfunktion α einen Wert zwischen 0 und 1 an. Die erste gemischte Zustandsgleichung wird erzeugt, indem die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (6) und die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (10) unter Verwendung der ersten Gewichtungsfunktion gemäß Ausdruck (15) gewichtet werden. Die erste gemischte Zustandsgleichung wird durch den untenstehenden Ausdruck (16) dargestellt. $\begin{array}{l} \dot{x} = f (x, u) = α f_{1} (x, u) + (1 - α) f_{2} (x, u) \\ = [\begin{matrix} V c o s (θ + β) \\ V s i n (θ + β) \\ γ \\ a_{x} \\ \frac{V^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}} (- \frac{2}{I V} (K_{f} L_{f}^{2} + K_{r} L_{r}^{2}) γ - \frac{2}{I} (K_{f} L_{f} - K_{r} L_{r}) β + \frac{2}{I} K_{f} L_{f} δ) + \frac{V_{s}^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}} (- \frac{γ}{τ} + \frac{1}{τ} \cdot \frac{V}{L_{f} + L_{r}} tan (δ)) \\ \frac{V^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}} (- (1 + \frac{2 (K_{f} L_{f} - K_{r} L_{r})}{M V^{2}}) γ - \frac{2}{M V} (K_{f} + K_{r}) β + \frac{2 K_{f}}{M V} δ) + \frac{V_{s}^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}} (- \frac{β}{τ} + \frac{1}{τ} {tan}^{- 1} (\frac{L_{r}}{L_{f} + L_{r}} tan (δ))) \\ ω \\ j_{x} \end{matrix}] \end{array}$
Im Ausdruck (16) ist f eine Vektorfunktion der ersten gemischten Zustandsgleichung.
5 ist ein Graph, der ein Beispiel der Gierrate γ bezogen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit V gemäß Ausführungsform 1 zeigt. In 5 stellt die Horizontalachse die Fahrzeuggeschwindigkeit V dar, und die Vertikalachse stellt die Gierrate γ dar. Außerdem wird eine unterbrochene Linie C1 im Graphen erhalten, wenn die Gierrate γ aus der ersten Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (6) gelöst wird. Eine strichpunktierte Linie C2 im Graphen wird erhalten, wenn die Gierrate γ aus der zweiten Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (10) gelöst wird. Eine durchgezogene Linie C3 im Graphen wird erhalten, wenn die Gierrate γ aus der ersten gemischten Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (16) gelöst wird.
Die durchgezogene Linie C3 stimmt gut mit der unterbrochenen Linie C1 bei einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit überein, und sie stimmt gut mit der strichpunktierten Linie C2 bei einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit überein. Das heißt, indem die erste gemischte Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (16) verwendet wird, ist es möglich, die Gierrate γ mit hoher Genauigkeit bei jeglicher Fahrzeuggeschwindigkeit zu berechnen.
Außerdem wird die durchgezogene Linie C3 an einem Punkt nicht diskontinuierlich, an dem die unterbrochene Linie C1 und die strichpunktierte Linie C2 einander schneiden, d. h. an einem Punkt, an dem die Fahrzeuggeschwindigkeit V einen Wert von Vs hat. Außerdem gilt bei der ersten gemischten Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (16) Folgendes:

Da die Fahrzeug-Zustandsgröße x und die Steuerungs-Eingabegröße u verwendet werden, die in der ersten Fahrzeug-Zustandsgleichung und der zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung enthalten sind, ändert sich die Rechenlast kaum verglichen mit dem Fall, in dem die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung und die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung individuell berechnet werden. Hier ist nur der Graph der Gierrate γ als eine der Zustandsvariablen gezeigt, die verschiedene arithmetische Ausdrücke in den ersten Zustandsvariablen haben, aber das gleiche Ergebnis wurde auch für den Schräglaufwinkel β erhalten.

In der vorliegenden Ausführungsform werden die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung und die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung als die Fahrzeug-Zustandsgleichungen verwendet, und sie sollten mehrere Gleichungen sein, und folglich kann eine dritte Fahrzeug-Zustandsgleichung hinzugefügt werden. Beispielsweise ist die dritte Fahrzeug-Zustandsgleichung eine Bewegungsgleichung mit einer hohen Genauigkeit für eine Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen einer hohen Fahrzeuggeschwindigkeit und einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit. Aich soll die dritte Fahrzeug-Zustandsgleichung unter Verwendung der ersten Gewichtungsfunktion gewichtet werden.
Außerdem ist die erste Gewichtungsfunktion eine Funktion, die einen quadratischen Term der Fahrzeuggeschwindigkeit V beinhalten, wie im Ausdruck (15) gezeigt, aber sie ist nicht auf Ausdruck (15) beschränkt, solange die erste Gewichtungsfunktion so vorgegeben ist, dass sie einen Wert zwischen 0 und 1 annimmt. Beispielsweise kann die erste Gewichtungsfunktion eine Funktion sein, die einen Term höherer Ordnung, eine Exponentialfunktion oder dergleichen anstelle des quadratischen Terms der Fahrzeuggeschwindigkeit V enthält.
Die erste Gewichtungsfunktion kann eine Funktion oder ein Teil der Zustandsvariablen in den ersten Zustandsvariablen sein, und sie kann eine Funktion sein, die von der Fahrzeuggeschwindigkeit V verschieden ist. Außerdem kann die erste Gewichtungsfunktion mehr als Eins betragen. Beispielsweise können zwei Funktionen aus dem untenstehenden Ausdruck (17) und dem untenstehenden Ausdruck (18) für die erste Gewichtungsfunktion vorgegeben werden. $α_{1} = \frac{V^{2}}{V^{2} + V_{s 1}^{2}}$
$α_{2} = \frac{V^{2}}{V^{2} + V_{s 2}^{2}}$
Im Ausdruck (17) ist V_s1 eine Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der die Gierrate γ, die erhalten wird, wenn die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung gelöst wird, und die Gierrate γ, die erhalten wird, wenn die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung gelöst wird, übereinstimmen. Im Ausdruck (18) ist V_s2 eine Fahrzeuggeschwindigkeit, bei der der Schräglaufwinkel β, der erhalten wird, wenn die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung gelöst wird, und der Schräglaufwinkel β, der erhalten wird, wenn die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung gelöst wird, übereinstimmen. Die erste gemischte Zustandsgleichung wird durch Gewichten der ersten Fahrzeug-Zustandsgleichung und der zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung unter Verwendung der Gewichtungsfunktionen gemäß Ausdruck (17) und Ausdruck (18) erzeugt. Die erste gemischte Zustandsgleichung wird durch den untenstehenden Ausdruck (19) dargestellt. $\begin{array}{l} \dot{x} = f (x, u) \\ = [\begin{matrix} V c o s (θ + β) \\ V s i n (θ + β) \\ γ \\ a_{x} \\ \frac{V^{2}}{V^{2} + V_{s 1}^{2}} (- \frac{2}{I V} (K_{f} L_{f}^{2} + K_{r} L_{r}^{2}) γ - \frac{2}{I} (K_{f} L_{f} - K_{r} L_{r}) β + \frac{2}{I} K_{f} L_{f} δ) + \frac{V_{s}^{2}}{V^{2} + V_{s 1}^{2}} (- \frac{γ}{τ} + \frac{1}{τ} \cdot \frac{V}{L_{f} + L_{r}} tan (δ)) \\ \frac{V^{2}}{V^{2} + V_{s 2}^{2}} (- (1 + \frac{2 (K_{f} L_{f} - K_{r} L_{r})}{M V^{2}}) γ - \frac{2}{M V} (K_{f} + K_{r}) β + \frac{2 K_{f}}{M V} δ) + \frac{V_{s}^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}} (- \frac{β}{τ} + \frac{1}{τ} {tan}^{- 1} (\frac{L_{r}}{L_{f} + L_{r}} tan (δ))) \\ ω \\ j_{x} \end{matrix}] \end{array}$
Als Nächstes wird die arithmetische Sollwert-Einheit 240 beschrieben. Die arithmetische Sollwert-Einheit 240 berechnet Soll-Steuerungswerte für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (16) und des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable.
Genauer gesagt: Die arithmetische Sollwert-Einheit 240 sagt das Verhalten des Fahrzeugs aus dem gegenwärtigen Zeitpunkt 0 bis zu einem vorbestimmten in Sekunden in Intervallen eines vorbestimmten Zeitraums von dt Sekunden vorher und löst ein Optimierungsproblem für jeden gewissen Zeitraum, um eine Steuerungs-Eingabegröße u zu erhalten, die die Bewertungsfunktion minimiert, wodurch sie optimale Soll-Steuerungswerte berechnet. Die Soll-Steuerungswerte sind ein Soll-Lenkwert und ein Soll-Beschleunigungs-/Verlangsamungswert. Die arithmetische Sollwert-Einheit 240 löst ein Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen, das durch den untenstehenden Ausdruck (20) dargestellt wird, und zwar für jeden gewissen Zeitraum. $min_{x, u} J s . t . \dot{x} = f (x, u), x_{0} = x (0), g (x, u) \leq 0$
Im Ausdruck (20) ist J eine Bewertungsfunktion, x₀ ist ein Anfangswert, und g ist eine Vektorfunktion, die sich auf eine Nebenbedingung bezieht. Der Anfangswert x₀ entspricht dem gegenwärtigen Wert jeder ersten Zustandsvariable zum Zeitpunkt 0. In der vorliegenden Ausführungsform wird das Optimierungsproblem im Ausdruck (20) als Minimierungsproblem behandelt, aber es kann auch als ein Maximierungsproblem betrachtet werden, indem das Vorzeichen der Bewertungsfunktion J invertiert wird. Als Bewertungsfunktion J wird der untenstehende Ausdruck (21) verwendet. $J = {(h_{N} (x_{N}) - r_{N})}^{T} W_{N} (h_{N} (x_{N}) - r_{N}) + \sum_{k = 0}^{N - 1} {(h (x_{k}, u_{k}) - r_{k})}^{T} W (h (x_{k}, u_{k}) - r_{k})$
Im Ausdruck (21) ist k ein Vorhersagepunkt, der einen Wert zwischen 0 bis N annimmt, und N ist ein Abschlusspunkt. x_k ist eine Fahrzeug-Zustandsgröße am Vorhersagepunkt k, u_k ist eine Steuerungs-Eingabegröße am Vorhersagepunkt k, h ist eine Vektorfunktion, die sich auf ein Bewertungselement bezieht, h_N ist eine Vektorfunktion, die sich auf ein Bewertungselement am Abschlusspunkt bezieht, r_k ist ein Sollwert am Vorhersagepunkt k, r_N ist ein Sollwert am Abschlusspunkt, W ist eine Diagonalmatrix, die eine Gewichtung für jedes Bewertungselement am Vorhersagepunkt k als Diagonallkomponente hat, und W_N ist eine Diagonalmatrix, die eine Gewichtung für jedes Bewertungselement am Abschlusspunkt als Diagonalkomponente hat.
Die Matrizen W und W_N können bei Bedarf als Parameter modifiziert werden. Die Vektorfunktionen h und h_N, die sich auf die Bewertungselemente beziehen, sind durch den untenstehenden Ausdruck (22) bzw. den untenstehenden Ausdruck (23) vorgegeben. $h = {[e_{Y, k}, e_{θ, k}, ω_{k}, e_{V, k}, j_{k}]}^{T}$
$h_{N} = {[e_{Y, N}, e_{θ, N}, e_{V, N}]}^{T}$
Im Ausdruck (22) sind e_γ,k, e_θ,k und e_V,k die Nachführfehler bzw. Folgefehler bezogen auf die Sollroute, den Soll-Azimut bzw. die Soll-Fahrzeuggeschwindigkeit am Vorhersagepunkt k. ω_k ist die Vorderrad-Lenkwinkelgeschwindigkeit am Vorhersagepunkt k, und j_k ist das longitudinale Rucken am Vorhersagepunkt k. Die Sollwerte r_k und r_N sind als der untenstehende Ausdruck (24) und der untenstehende Ausdruck (25) vorgegeben, so dass der Routen-Folgefehler e_θ,k, der Azimut-Folgefehler e_θ,k, der Fahrzeuggeschwindigkeit-Folgefehler e_V,k, die Vorderrad-Lenkwinkelgeschwindigkeit ω_k und das longitudinale Rucken j_k klein sein können. $r_{k} = {[0,0,0,0,0]}^{T} (k = 0, \dots, N - 1)$
$r_{N} = {[0,0,0]}^{T}$
Hier werden der Routen-Folgefehler e_γ,k, der Azimut-Folgefehler e_θ,k, der Fahrzeuggeschwindigkeit-Folgefehler e_V,k, die Vorderrad-Lenkwinkelgeschwindigkeit ω_k und das longitudinale Rucken j_k als auszuwerten vorgegeben. Um den Fahrkomfort eines Fahrzeugs zu verbessern, können die Longitudinalbeschleunigung a_x, die Gierrate γ und dergleichen auch zu den Bewertungselementen hinzugefügt werden.
Die Vektorfunktion g wird verwendet, um die oberen und unteren Grenzwerte der Fahrzeug-Zustandsgröße x und der Steuerungs-Eingabegröße u im Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen vorzugeben, und die Optimierung wird unter der Bedingung von g (x, u) ≤ 0. Die Vektorfunktion g wird durch den untenstehenden Ausdruck (26) vorgegeben. $g = [\begin{matrix} ω - ω_{m a x} \\ - ω + ω_{m i n} \\ j - j_{m a x} \\ - j + j_{m i n} \end{matrix}]$
Im Ausdruck (26) sind ω_max und ω_min der obere Grenzwert bzw. der untere Grenzwert der Vorderrad-Lenkwinkelgeschwindigkeit. j_max und j_min sind der obere Grenzwert bzw. der untere Grenzwert des longitudinalen Ruckens. Indem die oberen und unteren Grenzwerte der Vorderrad-Lenkwinkelgeschwindigkeit ω_k, und des longitudinalen Ruckens j_k vorgegeben werden, ist es möglich, die Fahrzeugsteuerung zum Gewährleisten der Fahrqualität des Fahrzeugs durchzuführen. Es sei angemerkt, dass die oberen und unteren Grenzwerte auch für die Longitudinalbeschleunigung a_x, die Gierrate γ und dergleichen vorgegeben werden können, um die Fahrqualität weiter zu verbessern, und die oberen und unteren Grenzwerte können auch für die Fahrzeuggeschwindigkeit V vorgegeben werden, um die Geschwindigkeitsbeschränkungen strikt zu befolgen.
Die arithmetische Sollwert-Einheit 240 kann die Soll-Steuerungswerte unter Verwendung der ersten gemischten Zustandsgleichung auch mittels irgendeines Verfahrens berechnen, das vom Verfahren zum Lösen des Optimierungsproblems mit Nebenbedingungen verschieden ist, das durch den Ausdruck (20) dargestellt wird, und zwar für jeden gewissen Zeitraum. Beispielsweise gibt es bekannte Verfahren, wie z. B. einen optimalen Regler und H_∞-Steuerung. Selbst in diesem Fall berechnet die arithmetische Sollwert-Einheit 240 die Soll-Steuerungswerte auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und eines gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur zum autonomen Fahren gemäß Ausführungsform 1 zeigt.
Wie in 6 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn das autonome Fahren durch eine Einrichtung (nicht dargestellt) begonnen wird, erzeugt die Erzeugungseinheit 210 für gemischte Zustandsgleichung die erste gemischte Zustandsgleichung, indem sie eine Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung der ersten Gewichtungsfunktion gewichtet (Schritt ST1). Die Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen sind beispielsweise die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (6) und die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (10).
Die Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit 220 erfasst einen gegenwärtigen Wert jeder ersten Zustandsvariable mittels der internen Sensoren 110 (Schritt ST2).
Die Sollrouten-Erzeugungseinheit 230 erzeugt eine Sollroute des Fahrzeugs auf der Basis von peripherer Information, die von den externen Sensoren 120 erfasst wird (Schritt ST3).
Die arithmetische Sollwert-Einheit 240 berechnet Soll-Steuerungswerte für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable (Schritt ST4). Das heißt, die arithmetische Sollwert-Einheit 240 berechnet die Soll-Steuerungswerte, indem sie das Optimierungsproblem gemäß Ausdruck (20) löst.
Die Steuerungseinheit 310 steuert den Aktor, so dass das Fahrzeug den Soll-Steuerungswerten folgen kann (Schritt ST5).
Eine Einrichtung (nicht dargestellt) bestimmt, ob oder ob nicht das autonome Fahren fortgesetzt werden soll (Schritt ST6).
In einem Fall, wenn die Bestimmung im Schritt ST6 „Ja“ ist, springt der Prozess zum Schritt ST2 zurück, und das autonomes Fahren wird fortgesetzt.
In einem Fall, wenn die Bestimmung im Schritt ST6 „Nein“ ist, wird das autonome Fahren beendet. Wenn beispielsweise bestimmt wird, dass das Fahrzeug von der Sollroute abweicht und nicht geeignet fährt, ist dies ein Fall, in dem das autonome Fahren zwangsbeendet wird. In diesem Fall ist ein solcher Prozess zum zeitweiligen Stoppen des Fahrzeugs zum Zeitpunkt des Ereignigsses auszuführen.
Gemäß Ausführungsform 1, die oben beschrieben ist, gilt Folgendes: Da die erste gemischte Zustandsgleichung erzeugt wird, indem die Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung der ersten Gewichtungsfunktion gewichtet wird, und die Soll-Steuerungswerte unter Verwendung der ersten gemischten Zustandsgleichung berechnet werden, ist es möglich, die Soll-Steuerungswerte genau zu berechnen, während ein Anstieg der Rechenlast unterdrückt wird.
Ausführungsform 2
Gemäß Ausführungsform 1 sind sämtliche der Variablen der Fahrzeugzustandsgröße x im Ausdruck (1) die ersten Zustandsvariablen, die die Erfassungsziele der internen Sensoren 110 sind, aber es gibt auch einen Fall, in dem die Fahrzeug-Zustandsgröße x nicht normal erfasst werden kann, und zwar infolge von Messfehlern der internen Sensoren 110 oder dergleichen. In solch einem Fall wird eine Zustandsvariable, die nicht normal erfasst werden kann, mittels einer später noch beschriebenen Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 geschätzt.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer arithmetischen Steuerungseinrichtung 200a gemäß Ausführungsform 2 zeigt. 7 unterscheidet sich von 1 darin, dass die Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 vorhanden ist, dass eine Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen anstelle der Erzeugungseinheit 210 für gemischte Zustandsgleichungen vorhanden ist, und dass eine arithmetische Sollwert-Einheit 270 anstelle der arithmetischen Sollwert-Einheit 240 vorhanden ist. Die Komponenten mit Ausnahme der Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen, der Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 und der arithmetische Sollwert-Einheit 270 sind die gleichen wie diejenigen, die in 1 gezeigt sind, und folglich wird deren erneute Beschreibung weggelassen.
Die Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt eine Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen, die jeweils eine oder mehrere erste Zustandsvariablen enthalten, die die Erfassungsziele der internen Sensoren 110 sind, die im Fahrzeug installiert sind, sowie eine oder mehrere zweite Zustandsvariablen, die geschätzt werden sollen, aber nicht die Erfassungsziele von den internen Sensoren 110 sind. Die Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt eine erste gemischte Zustandsgleichung, indem sie jede der Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung der ersten Gewichtungsfunktion gewichtet.
Die Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen gibt die erste gemischte Zustandsgleichung an die Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 und die arithmetische Sollwert-Einheit 270 aus. Die ersten Zustandsvariablen sind Zustandsvariablen, die normalerweise von den internen Sensoren 110 erfasst werden, und die zweiten Zustandsvariablen sind Zustandsvariablen, die nicht normalerweise erfasst werden, was Messfehlern der internen Sensoren 110 oder dergleichen geschuldet ist. Das heißt, die Fahrzeug-Zustandsgröße x im Ausdruck (1) ist aus den ersten Zustandsvariablen und den zweiten Zustandsvariablen zusammengesetzt. Die Anzahl von ersten Zustandsvariablen kann mehr als Eins betragen, und die Anzahl von zweiten Zustandsvariablen kann mehr als Eins betragen.
Hier sind die Fahrzeug-Zustandsgleichungen die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (6) und die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (10), aber nicht darauf beschränkt. Es ist nur notwendig, dass die arithmetischen Ausdrücke, die sich auf einen Teil der Zustandsvariablen oder auf sämtliche Zustandsvariablen in den ersten Zustandsvariablen und den zweiten Zustandsvariablen beziehen, so konfiguriert sind, dass sie verschieden sind.
Außerdem ist die erste Gewichtungsfunktion eine Funktion eines Teils der Zustandsvariablen in den ersten Zustandsvariablen und den zweiten Zustandsvariablen. Mit anderen Worten: Die erste Gewichtungsfunktion kann eine Funktion eines Teils der ersten Zustandsvariablen sein, eine Funktion eines Teils der zweiten Zustandsvariablen sein oder eine Funktion eines Teils der ersten Zustandsvariablen und eines Teils der zweiten Zustandsvariablen sein.
Die Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 schätzt einen gegenwärtigen Wert jeder zweiten Zustandsvariable auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und eines gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable. Die Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 gibt den gegenwärtigen Wert jeder zweiten Zustandsvariable an die arithmetische Sollwert-Einheit 270 aus. Als ein Beispiel wird angenommen, dass die internen Sensoren 110 zum Erfassen der Positionen X und Y des Schwerpunkts, des Azimutwinkels θ, der Fahrzeuggeschwindigkeit V, des Vorderrad-Lenkwinkels δ und der Longitudinalbeschleunigung a_x normal sind, und dass Messfehler in den internen Sensoren 110 zum Erfassen der Gierrate γ und des Schräglaufwinkels β auftreten.
In diesem Fall sind die ersten Zustandsvariablen die Positionen X und Y des Schwerpunkts, des Azimutwinkels θ, der Fahrzeuggeschwindigkeit V, des Vorderrad-Lenkwinkels δ und der Longitudinalbeschleunigung a_x. Die zweiten Zustandsvariablen sind die Gierrate γ und der Schräglaufwinkel β. Die gegenwärtigen Werte der ersten Zustandsvariablen werden von der Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit 220 erfasst. Die gegenwärtigen Werte der zweiten Zustandsvariablen werden mittels eines bekannten Verfahrens auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable geschätzt.
Beispiele für die bekannten Verfahren schließen ein Kalman-Filter, ein Partikel-Filter und eine Bewegter-Horizont-Schätzung (MHE) usw. ein. Hier sind die Zustandsvariablen, die nicht normal erfasst werden, als die zweiten Zustandsvariablen vorgegeben, aber die Zustandsvariablen, die normal erfasst werden, können auch als die zweiten Zustandsvariablen geschätzt werden. Außerdem kann die Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 in der arithmetischen Sollwert-Einheit 270 enthalten sein.
Auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung, des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable und des gegenwärtigen Werts jeder zweiten Zustandsvariable berechnet die arithmetische Sollwert-Einheit 270 Soll-Steuerungswerte für das Fahrzeug zum Fahren entlang einer Sollroute und gibt die Soll-Steuerungswerte an die Steuerungseinheit aus, die das Fahrzeug steuert. Die arithmetische Sollwert-Einheit 270 berechnet die Soll-Steuerungswerte, indem sie das Optimierungsproblem mit Nebenbedingungen löst, das durch Ausdruck (20) dargestellt wird, und zwar für jeden gewissen Zeitraum.
Es sei Folgendes angemerkt: Im Ausdruck (20) sind die Anfangswerte x₀ der gegenwärtige Wert jeder ersten Zustandsvariable und der gegenwärtige Wert jeder zweiten Zustandsvariable zum Zeitpunkt 0.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur zum autonomen Fahren gemäß Ausführungsform 2 zeigt. Da die Schritte ST2, ST3, ST5 und ST6 in 8 die gleichen sind wie die Schritte ST2, ST3, ST5 und ST6 in 6, wird deren detaillierte erneute Beschreibung hier weggelassen.
Wie in 8 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn das autonome Fahren durch eine Einrichtung (nicht dargestellt) begonnen wird, erzeugt die Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichung die erste gemischte Zustandsgleichung, indem sie eine Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung der ersten Gewichtungsfunktion gewichtet (Schritt ST7). Die Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen sind beispielsweise die erste Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (6) und die zweite Fahrzeug-Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (10).
Die Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit 220 erfasst den gegenwärtigen Wert jeder ersten Zustandsvariable mittels der internen Sensoren 110 (Schritt ST2).
Die Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 schätzt den gegenwärtigen Wert jeder zweiten Zustandsvariable auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable (Schritt ST8).
Die Sollrouten-Erzeugungseinheit 230 erzeugt eine Sollroute des Fahrzeugs auf der Basis der peripheren Information, die von den externen Sensoren 120 erfasst wird (Schritt ST3).
Auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung, des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable und des gegenwärtigen Werts jeder zweiten Zustandsvariable berechnet die arithmetische Sollwert-Einheit 270 Soll-Steuerungswerte für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute (Schritt ST9). Das heißt, die arithmetische Sollwert-Einheit 270 berechnet die Soll-Steuerungswerte, indem sie das Optimierungsproblem löst, das durch Ausdruck (20) dargestellt wird.
Die Steuerungseinheit 310 steuert den Aktor, so dass das Fahrzeug den Soll-Steuerungswerten folgen kann (Schritt ST5).
Eine Einrichtung (nicht dargestellt) bestimmt, ob oder ob nicht das autonome Fahren fortgesetzt werden soll (Schritt ST6).
In einem Fall, wenn die Bestimmung im Schritt ST6 „Ja“ ist, springt der Prozess zum Schritt ST2 zurück, und das autonomes Fahren wird fortgesetzt, und in einem Fall, wenn die Bestimmung im Schritt ST6 „Nein“ ist, wird das autonome Fahren beendet.
In dem oben beschriebenen Prozess werden die gegenwärtigen Werte der zweiten Zustandsvariablen unter Verwendung der ersten gemischten Zustandsgleichung geschätzt, und die Soll-Steuerungswerte werden berechnet. Stattdessen werden die gegenwärtigen Werte der zweiten Zustandsvariablen unter Verwendung der ersten gemischten Zustandsgleichung geschätzt, und die Soll-Steuerungswerte können unter Verwendung einer zweiten gemischten Zustandsgleichung berechnet werden. Die zweite gemischte Zustandsgleichung ist aus einem Teil der arithmetischen Ausdrücke der ersten gemischten Zustandsgleichung zusammengesetzt. Das heißt, die Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt die zweite gemischte Zustandsgleichung, die aus einem Teil der arithmetischen Ausdrücke der ersten gemischten Zustandsgleichung zusammengesetzt ist.
Die Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen gibt die erste gemischte Zustandsgleichung an die Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 aus und gibt die zweite gemischte Zustandsgleichung an die arithmetische Sollwert-Einheit 270 aus. Außerdem berechnet die arithmetische Sollwert-Einheit 270 die Soll-Steuerungswerte auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung, der zweiten gemischte Zustandsgleichung, des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable und des gegenwärtigen Werts jeder zweiten Zustandsvariable.
Genauer gesagt: Die arithmetische Sollwert-Einheit 270 berechnet die Soll-Steuerungswerte auf der Basis der zweiten gemischten Zustandsgleichung, des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable und des gegenwärtigen Werts jeder zweiten Zustandsvariable, die aus der ersten gemischten Zustandsgleichung und dem gegenwärtigen Wert von jeder ersten Zustandsvariable geschätzt wird. Als ein Beispiel gilt Folgendes: Im Gegensatz zu der ersten gemischten Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (16) wird die zweite gemischte Zustandsgleichung durch den untenstehenden Ausdruck (27) dargestellt. $[\begin{matrix} \dot{θ} \\ \dot{V} \\ \dot{γ} \\ \dot{β} \\ \dot{δ} \\ {\dot{a}}_{x} \end{matrix}] = [\begin{matrix} γ \\ a_{x} \\ \frac{V^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}} (- \frac{2}{I V} (K_{f} L_{f}^{2} + K_{r} L_{r}^{2}) γ - \frac{2}{I} (K_{f} L_{f} - K_{r} L_{r}) β + \frac{2}{I} K_{f} L_{f} δ) + \frac{V_{s}^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}} (- \frac{γ}{τ} + \frac{1}{τ} \cdot \frac{V}{L_{f} + L_{r}} tan (δ)) \\ \frac{V^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}} (- (1 + \frac{2 (K_{f} L_{f} - K_{r} L_{r})}{M V^{2}}) γ - \frac{2}{M V} (K_{f} + K_{r}) β + \frac{2 K_{f}}{M V} δ) + \frac{V_{s}^{2}}{V^{2} + V_{s}^{2}} (- \frac{β}{τ} + \frac{1}{τ} {tan}^{- 1} (\frac{L_{r}}{L_{f} + L_{r}} tan (δ))) \\ ω \\ j_{x} \end{matrix}]$
Im Ausdruck (27) wird die zweite gemischte Zustandsgleichung erhalten, indem die arithmetischen Ausdrücke, die sich auf die Positionen X und Y des Schwerpunktes des Fahrzeugs beziehen, aus der ersten gemischten Zustandsgleichung gemäß Ausdruck (19) gelöscht werden.
9 ist ein Ablaufdiagramm, das ein weiteres Beispiel einer Prozedur zum autonomen Fahren gemäß Ausführungsform 2. zeigt. Genauer gesagt: 9 ist ein Ablaufdiagramm in einem Fall, in dem die Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen die zweite gemischte Zustandsgleichung erzeugt. Die Schritte ST2, ST3, ST5, ST6, ST7 und ST8 in 9 sind die gleichen wie die Schritte ST2, ST3, ST5, ST6, ST7 und ST8 in 8, und folglich wird deren detaillierte erneute Beschreibung hier weggelassen.
Wie in 9 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn das autonome Fahren mittels einer Einrichtung (nicht dargestellt) gestartet wird, erzeugt die Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen die erste gemischte Zustandsgleichung (Schritt ST7).
Die Erzeugungseinheit 250 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt die zweite gemischte Zustandsgleichung, die aus einem Teil der arithmetischen Ausdrücke der ersten gemischten Zustandsgleichung zusammengesetzt ist (Schritt ST10).
Die Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit 220 erfasst den gegenwärtigen Wert jeder ersten Zustandsvariable mittels der internen Sensoren 110 (Schritt ST2).
Die Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 schätzt den gegenwärtigen Wert jeder zweiten Zustandsvariable auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable (Schritt ST8).
Die Sollrouten-Erzeugungseinheit 230 erzeugt eine Sollroute des Fahrzeugs auf der Basis der peripheren Information, die von den externen Sensoren 120 erfasst wird (Schritt ST3).
Die arithmetische Sollwert-Einheit 270 berechnet Soll-Steuerungswerte für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute auf der Basis der zweiten gemischten Zustandsgleichung, des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable und des gegenwärtigen Werts jeder zweiten Zustandsvariable (Schritt ST11). Wenn die Fahrzeugzustand-Schätzeinheit 260 in der arithmetischen Sollwert-Einheit 270 enthalten ist, ist der Prozess aus Schritt ST8 nicht notwendig. Stattdessen berechnet im Schritt ST11 die arithmetische Sollwert-Einheit 270 die Soll-Steuerungswerte auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung, der zweiten gemischte Zustandsgleichung, des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable und des gegenwärtigen Werts jeder zweiten Zustandsvariable.
Die Steuerungseinheit 310 steuert den Aktor, so dass das Fahrzeug den Soll-Steuerungswerten folgen kann (Schritt ST5).
Eine Einrichtung (nicht dargestellt) bestimmt, ob oder ob nicht das autonome Fahren fortgesetzt werden soll (Schritt ST6).
In einem Fall, wenn die Bestimmung im Schritt ST6 „Ja“ ist, springt der Prozess zum Schritt ST2 zurück, und das autonomes Fahren wird fortgesetzt, und in einem Fall, wenn die Bestimmung im Schritt ST6 „Nein“ ist, wird das autonome Fahren beendet.
Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Indem die zweite gemischte Zustandsgleichung bei der Berechnung der Soll-Steuerungswerte verwendet wird, kann die Rechenlast unterdrückt werden.
Gemäß Ausführungsform 2, die oben beschrieben ist, gilt Folgendes:Indem die gegenwärtigen Werte der zweiten Zustandsvariablen auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable geschätzt werden, können selbst die Zustandsvariablen, die nicht normalerweise von den internen Sensoren 110 erfasst werden, ebenfalls mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
Ausführungsform 3
Gemäß Ausführungsform 1 und Ausführungsform 2 wird die Sollroute auf der Basis der peripheren Information erzeugt, die von den externen Sensoren 120 erfasst werden. Es gibt jedoch einen Fall, in dem die Sollroute nicht normal erfasst werden kann, was Messfehlern der externen Sensoren 120 oder dergleichen geschuldet ist. In so einem Fall werden die Zustandsvariablen, die nicht normal erfasst werden können, geschätzt, und die Sollroute wird von der später noch beschriebenen Sollrouten-Erzeugungseinheit 290 erzeugt.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer arithmetischen Steuerungseinrichtung 200b gemäß Ausführungsform 3 zeigt. 10 unterscheidet sich von 1 darin, dass eine Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen anstelle der Erzeugungseinheit 210 für gemischte Zustandsgleichungen vorhanden ist und eine Sollrouten-Erzeugungseinheit 290 anstelle der Sollrouten-Erzeugungseinheit 230 vorhanden ist. Die Komponenten mit Ausnahme der Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen und der Sollrouten-Erzeugungseinheit 290 sind die gleichen wie diejenigen, die in 1 gezeigt sind, und folglich wird deren erneute Beschreibung weggelassen.
Die Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt eine Mehrzahl von peripheren Zustandsgleichungen, die jeweils eine oder mehrere dritte Zustandsvariablen enthalten, die Erfassungsziele der externen Sensoren 120 sind, die im Fahrzeug installiert sind, und eine oder mehrere vierte Zustandsvariablen, die nicht Erfassungsziele der externen Sensoren 120 sind, sondern Schätzungsziele. Die Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt eine dritte gemischte Zustandsgleichung, indem sie jede der peripheren Zustandsgleichungen unter Verwendung einer zweiten Gewichtungsfunktion gewichtet. Die Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen gibt die dritte gemischte Zustandsgleichung an die Sollrouten-Erzeugungseinheit 290 und die arithmetische Sollwert-Einheit 240 aus. Die dritte gemischte Zustandsgleichung kann insbesondere auf die Information über andere Fahrzeuge unter der peripheren Information angewendet werden, die von den externen Sensoren 120 erfasst wird.
Die dritten Zustandsvariablen sind Zustandsvariablen, die normalerweise von den externen Sensoren 120 erfasst werden. Die vierten Zustandsvariablen sind Zustandsvariablen, die nicht normalerweise erfasst werden, was Messfehlern der externen Sensoren 120 oder dergleichen geschuldet ist. Die Fahrzeug-Zustandsgröße x, die in den peripheren Zustandsgleichungen enthalten ist, ist aus den dritten Zustandsvariablen und den vierten Zustandsvariablen zusammengesetzt. Das heißt, die Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt die dritte gemischte Zustandsgleichung zusätzlich zur ersten gemischten Zustandsgleichung gemäß Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2 und der zweiten gemischten Zustandsgleichung gemäß Ausführungsform 2. Die Anzahl von dritten Zustandsvariablen kann mehr als Eins betragen, und die Anzahl von vierten Zustandsvariablen kann mehr als Eins betragen.
Die Fahrzeug-Zustandsgleichungen gemäß Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2 können die gleichen wie die oder verschieden von den peripheren Zustandsgleichungen gemäß Ausführungsform 3 sein. Es sei angemerkt, dass die peripheren Zustandsgleichungen so konfiguriert sind, dass die arithmetischen Ausdrücke, die sich auf einen Teil oder sämtliche der Zustandsvariablen in den dritten Zustandsvariablen und den vierten Zustandsvariablen beziehen, verschieden sein sollen. Außerdem kann die erste Gewichtungsfunktion gemäß Ausführungsform 1 oder Ausführungsform 2 gleich sein wie die zweite Gewichtungsfunktion oder verschieden sein von der zweiten Gewichtungsfunktion gemäß Ausführungsform 3. Es sei angemerkt, dass die zweite Gewichtungsfunktion eine Funktion eines Teils der Zustandsvariablen in den dritten Zustandsvariablen und den vierten Zustandsvariablen ist.
Mit anderen Worten: Die zweite Gewichtungsfunktion kann eine Funktion eines Teils der dritten Zustandsvariablen sein, eine Funktion eines Teils der vierten Zustandsvariablen sein oder eine Funktion eines Teils der dritten Zustandsvariablen und eines Teils der vierten Zustandsvariablen sein. Auf ähnliche Weise können die erste gemischte Zustandsgleichung und die dritte gemischte Zustandsgleichung gleich sein oder verschieden sein. In einem Fall, in dem die erste gemischte Zustandsgleichung und die dritte gemischte Zustandsgleichung gleich sind, ist die zweite gemischte Zustandsgleichung von der dritten gemischten Zustandsgleichung verschieden. In einem Fall, in dem die erste gemischte Zustandsgleichung von der dritten gemischten Zustandsgleichung verschieden ist, können die zweite gemischte Zustandsgleichung und die dritte gemischte Zustandsgleichung gleich sein oder verschieden sein.
Die Sollrouten-Erzeugungseinheit 290 erfasst den gegenwärtigen Wert jeder dritten Zustandsvariable mittels der externen Sensoren, schätzt den gegenwärtigen Wert jeder vierten Zustandsvariable auf der Basis der dritten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder dritten Zustandsvariable und erzeugt eine Sollroute auf der Basis des gegenwärtigen Werts jeder dritten Zustandsvariable und des gegenwärtigen Werts jeder vierten Zustandsvariable. Die Sollrouten-Erzeugungseinheit 290 gibt die Sollroute an die arithmetische Sollwert-Einheit 240 aus. Das Verfahren zum Schätzen der gegenwärtigen Werte der vierten Zustandsvariablen ist beispielsweise ein bekanntes Verfahren, wie z. B. mit einem Kalman-Filter, einem Partikel-Filter und MHE usw.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel einer Prozedur zum autonomen Fahren gemäß Ausführungsform 3 zeigt. Da die Schritte ST1, ST2, ST4, ST5 und ST6 in 11 die gleichen wie die Schritte ST1, ST2, ST4, ST5 und ST6 in 6 sind, wird deren detaillierte Beschreibung hier weggelassen.
Wie in 11 gezeigt, gilt Folgendes: Wenn das autonome Fahren mittels einer Einrichtung (nicht dargestellt) gestartet wird, erzeugt die Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen die erste gemischte Zustandsgleichung (Schritt ST1).
Die Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen erzeugt die dritte gemischte Zustandsgleichung, indem sie die Mehrzahl von periphen Zustandsgleichungen unter Verwendung der zweiten Gewichtungsfunktion gewichtet (Schritt ST12).
Die Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit 220 erfasst den gegenwärtigen Wert jeder ersten Zustandsvariable mittels der internen Sensoren 110 (Schritt ST2).
Die Sollrouten-Erzeugungseinheit 290 erfasst den gegenwärtigen Wert jeder dritten Zustandsvariable mittels der externen Sensoren, schätzt den gegenwärtigen Wert jeder vierten Zustandsvariable auf der Basis der dritten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder dritten Zustandsvariable und erzeugt eine Sollroute auf der Basis des gegenwärtigen Werts jeder dritten Zustandsvariable und des gegenwärtigen Werts jeder vierten Zustandsvariable (Schritt ST13).
Die arithmetische Sollwert-Einheit 240 berechnet Soll-Steuerungswerte für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder ersten Zustandsvariable (Schritt ST4).
Die Steuerungseinheit 310 steuert den Aktor, so dass das Fahrzeug den Soll-Steuerungswerten folgen kann (Schritt ST5).
Eine Einrichtung (nicht dargestellt) bestimmt, ob oder ob nicht das autonome Fahren fortgesetzt werden soll (Schritt ST6).
In einem Fall, wenn die Bestimmung im Schritt ST6 „Ja“ ist, springt der Prozess zum Schritt ST2 zurück, und das autonomes Fahren wird fortgesetzt, und in einem Fall, wenn die Bestimmung im Schritt ST6 „Nein“ ist, wird das autonome Fahren beendet.
Es sei angemerkt, dass 11 ein Ablaufdiagramm in einem Fall ist, in dem die Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen und die Sollrouten-Erzeugungseinheit 290 auf Ausführungsform 1 angewendet werden, aber die Erzeugungseinheit 280 für gemischte Zustandsgleichungen und die Sollrouten-Erzeugungseinheit 290 können auch auf Ausführungsform 2 angewendet werden.
Gemäß Ausführungsform 3, die oben beschrieben ist, wird die dritte gemischte Zustandsgleichung erzeugt, indem die Mehrzahl von periphen Zustandsgleichungen unter Verwendung der zweiten Gewichtungsfunktion gewichtet wird, die gegenwärtigen Werte der vierten Zustandsvariablen werden auf der Basis der dritten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder dritten Zustandsvariable erzeugt, und die Sollroute wird auf der Basis der gegenwärtigen Werte der dritten Zustandsvariablen und der gegenwärtig Werte der vierten Zustandsvariablen erzeugt. Daher gilt Folgendes: Da die Sollroute auch unter Verwendung der Zustandsvariablen erzeugt wird, die von den dritten Zustandsvariablen verschieden sind, die Erfassungsziele der externen Sensoren sind, kann die Sollroute mit hoher Genauigkeit erzeugt werden.
Hier wird die Hardware-Konfiguration der arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a und 200b und der Steuerungseinheit 310 gemäß Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 3 beschrieben. Jede Funktion der arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a, und 200b und der Steuerungseinheit 310 kann mittels einer Verarbeitungsschaltung implementiert werden. Die Verarbeitungsschaltung weist zumindest einen Prozessor und zumindest einen Speicher auf.
12 ist ein Diagramm, das die Hardware-Konfiguration der arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a, und 200b und der Steuerungseinheit 310 gemäß Ausführungsform 1 bis Ausführungsform 3 zeigt. Die arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a und 200b und die Steuerungseinheit 310 können von einem Prozessor 400 und einem Speicher 500 implementiert werden, wie in 12(a) veranschaulicht. Der Prozessor 400 ist beispielsweise eine CPU (auch als Zentralverarbeitungseinheit, Zentralverarbeitungseinrichtung, Verarbeitungseinrichtung, arithmetische Einrichtung, Mikroprocessor, Mikrocomputer, Prozessor, DSP (digitaler Signalprozessor) bezeichnet) oder ein System-LSI (Large Scale Integration, Hochintegration).
Der Speicher 500 ist beispielsweise ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie z. B. ein Speicher mit wahlweisem Zugriff (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM) oder ein elektrisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EEPROM, eingetragene Marke), ein Festplattenlaufwerk (HDD), eine Magnetscheibe, eine flexible Scheibe, eine optische Scheibe, eine Compact Disc, eine Minidisc oder eine Digital Versatile Disc (DVD).
Die Funktion jeder Einheit in den arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a und 200b und der Steuerungseinheit 310 wird mittels Software oder dergleichen (Software, Firmware oder Software und Firmware) implementiert. Die Software oder dergleichen ist als ein Programm geschrieben und im Speicher 500 gespeichert Der Prozessor 400 implementiert die Funktion jeder Einheit, indem er das im Speicher 500 gespeicherte Programm liest und ausführt. Das heißt, es kann gesagt werden, dass das Programm einen Computer zum Ausführen der Prozedur oder des Verfahrens der arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a, und 200b und der Steuerungseinheit 310 veranlasst.
Das Programm, das vom Prozessor 400 ausgeführt wird, kann als ein Computerprogrammprodukt vorhanden sein, das auf einem computerlesbaren Speichermedium als eine Datei in einem installierbaren Format oder einem ausführbaren Format gespeichert ist. Außerdem kann das Programm, das vom Prozessor 400 ausgeführt wird, den arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a und 200b und der Steuerungseinheit 310 über ein Netzwerk, wie z. B. das Internet zur Verfügung gestellt werden.
Die arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a und 200b und die Steuerungseinheit 310 können mittels einer dedizierten Verarbeitungsschaltung 600 implementiert sein, wie in 12(b) gezeigt. Wenn die Verarbeitungsschaltung 600 dedizierte Hardware ist, entspricht die Verarbeitungsschaltung 600 beispielsweise einer Einzelschaltung, einer zusammengesetzten Schaltung, einem programmierten Prozessor, einem parallelprogrammierten Prozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Array (FPGA) oder einer Kombination davon.
Oben ist die Konfiguration beschrieben, bei der die Funktion jeder Komponente der arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a und 200b und der Steuerungseinheit 310 durch irgendeines von Software und Hardware implementiert ist. Dies ist jedoch keine Beschränkung, und es kann auch eine Konfiguration verwendet werden, bei der manche Komponenten der arithmetischen Steuerungseinrichtungen 200, 200a und 200b und der Steuerungseinheit 310 mittels Software oder dergleichen implementiert sind und andere ihrer Komponenten mittels dedizierter Hardware implementiert sind.
Beschreibung der Bezugszeichen

110: interner Sensor
120: externer Sensor
200, 200a, 200b: arithmetische Steuerungseinrichtung
210, 250, 280: Erzeugungseinheit für gemischte Zustandsgleichungen
220: Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit
230, 290: Sollrouten-Erzeugungseinheit
240, 270: arithmetische Sollwert-Einheit
310: Steuerungseinheit
400: Prozessor
500: Speicher
600: Verarbeitungsschaltung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 201784110 A [0003]

Claims

Arithmetische Steuerungseinrichtung, die Folgendes aufweist: eine Erzeugungseinheit für gemischte Zustandsgleichungen zum Erzeugen einer Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen, die jeweils eine oder mehrere erste Zustandsvariablen aufweisen, die Erfassungsziele eines oder mehrerer interner Sensoren sind, die in einem Fahrzeug installiert sind, und zum Erzeugen einer ersten gemischten Zustandsgleichung, indem jede der Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung einer ersten Gewichtungsfunktion gewichtet wird; eine Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit zum Erfassen eines gegenwärtigen Werts jeder der ersten Zustandsvariablen durch den einen oder die mehreren internen Sensoren; eine Sollrouten-Erzeugungseinheit zum Erzeugen einer Sollroute des Fahrzeugs auf der Basis von peripherer Information, die von einem oder mehreren externen Sensoren erfasst werden, die im Fahrzeug installiert sind; und eine arithmetische Sollwert-Einheit zum Berechnen eines Soll-Steuerungswerts für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute, auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder der ersten Zustandsvariablen, und zum Ausgeben des Soll-Steuerungswerts an eine Steuerungseinheit, die das Fahrzeug steuert.
Arithmetische Steuerungseinrichtung, die Folgendes aufweist: eine Erzeugungseinheit für gemischte Zustandsgleichungen zum Erzeugen einer Mehrzahl von Fahrzeug-Zustandsgleichungen, die jeweils eine oder mehrere erste Zustandsvariablen enthalten, die Erfassungsziele eines oder mehrerer interner Sensoren sind, die in einem Fahrzeug installiert sind, und eine oder mehrere zweite Zustandsvariablen, die nicht die Erfassungsziele der einen oder mehreren internen Sensoren sind, sondern Schätzungsziele sind, und zum Erzeugen einer ersten gemischten Zustandsgleichung, indem jede der Fahrzeug-Zustandsgleichungen unter Verwendung einer ersten Gewichtungsfunktion gewichtet wird; eine Fahrzeugzustands-Erfassungseinheit zum Erfassen eines gegenwärtigen Werts jeder der ersten Zustandsvariablen durch den einen oder die mehreren internen Sensoren; eine Fahrzeugzustand-Schätzeinheit zum Schätzen eines gegenwärtigen Werts jeder der zweiten Zustandsvariablen auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder der ersten Zustandsvariablen; eine Sollrouten-Erzeugungseinheit zum Erzeugen einer Sollroute des Fahrzeugs auf der Basis von peripherer Information, die von einem oder mehreren externen Sensoren erfasst werden, die im Fahrzeug installiert sind; und eine arithmetische Sollwert-Einheit zum Berechnen eines Soll-Steuerungswerts für das Fahrzeug zum Fahren entlang der Sollroute, auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung, des gegenwärtigen Werts jeder der ersten Zustandsvariablen und des gegenwärtigen Werts jeder der zweiten Zustandsvariablen, und zum Ausgeben des Soll-Steuerungswerts an eine Steuerungseinheit, die das Fahrzeug steuert.
Arithmetische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Erzeugungseinheit für gemischte Zustandsgleichungen eine zweite gemischte Zustandsgleichung erzeugt, die einen Teil von arithmetischen Ausdrücken in der ersten gemischten Zustandsgleichung enthält, und wobei die arithmetische Sollwert-Einheit den Soll-Steuerungswert auf der Basis der ersten gemischten Zustandsgleichung, der zweiten gemischten Zustandsgleichung, des gegenwärtigen Werts jeder der ersten Zustandsvariablen und des gegenwärtigen Werts jeder der zweiten Zustandsvariablen berechnet.
Arithmetische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei arithmetische Ausdrücke, die sich auf einen Teil oder sämtliche der Zustandsvariablen in den ersten Zustandsvariablen beziehen, so konfiguriert sind, dass sie zwischen den jeweiligen Fahrzeug-Zustandsgleichungen verschieden sind.
Arithmetische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei arithmetische Ausdrücke, die sich auf einen Teil oder sämtliche der Zustandsvariablen in den ersten Zustandsvariablen und den zweiten Zustandsvariablen beziehen, so konfiguriert sind, dass sie zwischen den jeweiligen Fahrzeug-Zustandsgleichungen verschieden sind.
Arithmetische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 4, wobei die erste Gewichtungsfunktion eine Funktion eines Teils der Zustandsvariablen in den ersten Zustandsvariablen ist.
Arithmetische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 und 5, wobei die erste Gewichtungsfunktion eine Funktion eines Teils der Zustandsvariablen in den ersten Zustandsvariablen und den zweiten Zustandsvariablen ist.
Arithmetische Steuerungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Erzeugungseinheit für gemischte Zustandsgleichungen eine Mehrzahl von peripheren Zustandsgleichungen erzeugt, die jeweils eine oder mehrere dritte Zustandsvariablen, die die Erfassungsziele der einen oder mehreren externen Sensoren sind, und eine oder mehrere vierte Zustandsvariablen enthalten, die Schätzungsziele, aber nicht die Erfassungsziele der einen oder mehreren externen Sensoren sind, und eine dritte gemischte Zustandsgleichung erzeugt, indem sie jede der peripheren Zustandsgleichungen unter Verwendung einer zweiten Gewichtungsfunktion erzeugt, und wobei die Sollrouten-Erzeugungseinheit einen gegenwärtigen Wert jeder der dritten Zustandsvariablen durch den einen oder die mehreren externen Sensoren erfasst, einen gegenwärtigen Wert jeder der vierten Zustandsvariablen auf der Basis der dritten gemischten Zustandsgleichung und des gegenwärtigen Werts jeder der dritten Zustandsvariablen schätzt und die Sollroute auf der Basis des gegenwärtigen Werts jeder der dritten Zustandsvariablen und des gegenwärtigen Werts jeder der vierten Zustandsvariablen erzeugt.
Arithmetische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 8, wobei arithmetische Ausdrücke, die sich auf einen Teil oder sämtliche der Zustandsvariablen in den dritten Zustandsvariablen und den vierten Zustandsvariablen beziehen, so konfiguriert sind, dass sie zwischen den jeweiligen peripheren Zustandsgleichungen verschieden sind.
Arithmetische Steuerungseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zweite Gewichtungsfunktion eine Funktion eines Teils der Zustandsvariablen in den dritten Zustandsvariablen und den vierten Zustandsvariablen ist.