JP2005067322A

JP2005067322A - 車両の走行制御装置

Info

Publication number: JP2005067322A
Application number: JP2003297998A
Authority: JP
Inventors: Shinya Kudo; 新也工藤
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-21
Also published as: US20050043867A1; JP4435519B2; EP1508505A2; EP1508505A3; EP1508505B1; US7177760B2

Abstract

【課題】制御誤差とドライバの意思を加味して精度良く、自動運転中の異常状態を検出し、ドライバの意思に沿った制御を行う。
【解決手段】Ｓ２０５の判定で目標ノード偏差ΔＤの値の微分値（ｄΔＤ／ｄｔ）が偏差閾値ΔＤc以上、且つ、Ｓ２０６の判定で操舵トルクＴHの絶対値｜ＴH｜が操舵トルク閾値Ｔc以上の場合に、予め設定しておいた減速度で減速するようにブレーキ制御装置３ｋに信号を出力し（Ｓ２０７）、電動パワーステアリング制御装置３ｌに信号を出力して自動操舵を解除させ通常のパワーステアリング状態とし（Ｓ２０８）、自動操縦をキャンセルさせる（Ｓ２０９）。
【選択図】図４

Description

本発明は、設定した目標進行路と目標進行路に対する現在の自車位置と現在の自車進行路とから自車両を目標進行路に沿って車速制御や自動操舵による自動操縦制御を行う車両の走行制御装置に関する。

近年、人工衛星から得られる位置データに基づいて車両の位置を検出するＧＰＳ（Global Positioning System）が、車両用のナビゲーション装置において広く用いられており、このＧＰＳで検出した自車位置情報や、カメラ等により検出した前方の道路情報を基に走行制御する様々な技術が提案され、実用化されている。

例えば、特開平１０−７６９６４号公報では、ＣＣＤカメラで前方の道路情報（道路上の白線）を検出し、車両の進行方向の判定結果に基づいて操舵角を決定し、ステアリング装置を自動操舵する技術が開示されている。そして、この自動操舵中に、車両前方の所定距離の位置における白線との横方向の距離（横ずれ量）が所定範囲を超えたら異常と判断し、自動運転の遮断の可否を判断し、自動運転中止が不可と判断してから自動運転中止が可能と判断するまで、自動運転の継続を行なうようになっている。
特開平１０−７６９６４号公報

しかしながら、上述の特許文献１では、単に横ずれ量を基に異常か否かを判断するため、制御誤差によって横ずれ量が増減することは頻繁に生じることがあるため、本当の異常状態を正確に検出することは、装置のチューニング次第で大きく変わり、制御の安定性や正確性に問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、制御誤差とドライバの意思を加味して精度良く、自動運転中の異常状態を検出し、ドライバの意思に沿った制御を行うことができる車両の走行制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、自車両の走行すべき目標進行路を設定する目標進行路設定手段と、自車位置を演算する自車位置演算手段と、自車進行路を推定する自車進行路推定手段と、上記自車位置と上記自車進行路と上記目標進行路とに応じて自車両の自動操縦制御を実行させる走行制御手段とを備えた車両の走行制御装置において、上記走行制御手段は、前方における上記自車進行路の上記目標進行路からの距離の微分値が増加傾向で、且つ、操舵トルクが予め設定した値を超えている場合、上記自車両の走行制御を中止することを特徴としている。

本発明による車両の走行制御装置は、制御誤差とドライバの意思を加味して精度良く、自動運転中の異常状態を検出し、ドライバの意思に沿った制御を行うことが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図８は本発明の実施の形態を示し、図１は車両の走行制御装置の全体を示す概略説明図、図２は自動操縦制御の自動操舵のフローチャート、図３は自動操舵の原理の説明図、図４は自動運転診断プログラムのフローチャート、図５は目標進行路の曲率半径演算の説明図、図６は目標ノード偏差の変化の説明図、図７は偏差閾値と曲率半径のマップの説明図、図８は操舵トルク閾値と車速のマップの説明図である。

図１に示すように、本実施の形態は、ＧＰＳの形態の中でも、周知のＲＴＫ（Real-Time Kinematic）−ＧＰＳを用いて制御を行うものであり、地球を周回する人工衛星（ＧＰＳ衛星）１からの情報（測位計算等に必要な衛星の軌道情報をはじめとするデータ等）は、基準局２と、移動局である自車両３により受信される。

基準局２は、予め位置が正確に求められている地点に設けられており、ＧＰＳアンテナ２ａ、ＧＰＳ受信機２ｂ、無線機２ｃを備えて主要に構成されている。そして、この基準局２で観測したＧＰＳ衛星１からの電波の位相情報、疑似距離、及び、基準局２の位置座標を、測位する地点、すなわち、移動局である自車両３に無線機２ｃにより送信する。基準局２からは、具体的には、誤差補正量、疑似距離補正量、座標値等のデータ等が自車両３に対して送信される。

移動局である自車両３には、ＧＰＳアンテナ３ａ、ＧＰＳ受信機３ｂ、無線機３ｃが搭載されており、上述の基準局２からの誤差補正量、疑似距離補正量、座標値等のデータ（無線機３ｃで受信されるデータ）や、自車両３で受信したＧＰＳ衛星１からの情報をＧＰＳ受信機３ｂ内で比較解析することにより、自車位置（座標値）を即座に精度良く（例えば、誤差１〜５cm）得られるようになっている。このように、ＧＰＳ受信機３ｂは、自車位置演算手段としての機能を有している。

また、自車両３には、自車進行路推定手段、目標進行路設定手段、及び、走行制御手段としての機能を有する制御装置３ｄが設けられており、この制御装置３ｄには、ＧＰＳ受信機３ｂが図示しないシリアル−ＣＡＮ変換器等を介して接続され現在位置情報が入力されると共に、車速Ｖを検出する車速センサ３ｅ、ハンドル角θHを検出するハンドル角センサ３ｆ、ドライバの操舵トルクＴHを検出する操舵トルクセンサ３ｇ等のセンサ類と自動操縦制御のメインスイッチ３ｈが接続されている。

更に、自車両３の制御装置３ｄには、図示しないハードディスク、或いは、ＣＤ、ＤＶＤ等の記憶メディアに予め必要な地図情報が記憶されている。この地図情報は、例えばダッシュボード上に設けられた液晶ディスプレイ３ｉに適宜表示され、ドライバが図示しないリモコン装置等により目的地を入力することで、現在の自車位置と、この現在位置から目的地までの最適なコースを算出し、地図上に表示する。そして、この算出された最適なコースを自車両３が走行すべき目標進行路（ノード列で与えられる）として設定する。

また、自車両３の制御装置３ｄには、自動操縦制御を実行するアクチュエータとして、電動スロットル弁制御装置３ｊ、ブレーキ制御装置３ｋ、及び、電動パワーステアリング制御装置３ｌが接続されている。

そして、ドライバが自動操縦制御のメインスイッチ３ｈをＯＮすると、自動操縦制御における車速制御が実行され、目標車速が設定される。この目標車速を維持するように、電動スロットル弁制御装置３ｊに信号を出力してスロットル弁３ｍを駆動させ、加速、或いは、減速を実行させ、所定以上の大きな減速を行わせる際には、ブレーキ制御装置３ｋに信号を出力して自動ブレーキを作動させる。また、後述するように、制御装置３ｄで実行される自動運転診断プログラムにより、自動運転の異常（ドライバが故意に自動運転の遮断を希望している状態）が検出されて信号が入力されると、ブレーキ制御装置３ｋに信号を出力して、一定の減速度が生じるように自動ブレーキが作動させられる。

次に、自車両３の制御装置３ｄにおける自動操縦制御の自動操舵について、図２のフローチャート及び図３の自動操舵の原理の説明図で説明する。尚、この自動操舵のプログラムは、後述するように、自動運転診断プログラムにより、自動運転の異常（ドライバが故意に自動運転の遮断を希望している状態）が検出されて信号が入力されると解除され、通常のパワーステアリング状態となる。

図２のフローチャートは、自動操縦制御のメインスイッチ３ｈがＯＮされると、所定時間毎に実行されるプログラムで、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で必要なパラメータの読み込みが行われる。

次に、Ｓ１０２に進み、自車位置の過去の履歴の中から、例えば、現在位置より略車長長さ（例えば、５ｍ）手前の自車測位点履歴を抽出し、この５ｍ手前の自車測位点と現在の自車位置とを結んで得られる前方への直線方向を自車進行路として推定する。

次いで、Ｓ１０３に進み、現在の自車位置から最も近い、目標進行路のノードを抽出する。

その後、Ｓ１０４に進み、現在の自車速と、予め設定しておいた前方注視時間（例えば、１．５秒）より、前方注視距離を求める。例えば、現在の自車速が２０km/hの場合は、前方注視距離は、５．５６ｍ・１．５秒＝８．３４ｍ。

次いで、Ｓ１０５に進み、Ｓ１０４で求めた前方注視距離近傍の目標進行路上のノードを誘導目標ノードとして設定する。

次に、Ｓ１０６に進み、誘導目標ノードと自車進行路からの横方向のずれ量を目標ノード偏差ΔＤとして演算する。

次いで、Ｓ１０７に進み、目標ノード偏差ΔＤをゼロにするように目標ハンドル角δｈを以下の（１）式により算出する。
δｈ＝Ｇp・ΔＤ＋Ｇd・（ｄ（ΔＤ）／ｄｔ） …（１）
ここで、Ｇpは比例項ゲインであり、Ｇdは微分項ゲインである。

次に、Ｓ１０８に進み、目標ハンドル角δｈとハンドル角センサ３ｆで検出した実際のハンドル角θHとからハンドル角偏差Δδ（＝δｈ−θH）を演算する。

次いで、Ｓ１０９に進み、以下の（２）式によりハンドル角偏差Δδをゼロにするように、電動パワーステアリング制御装置３ｌにおける電動パワーステアリングモータの指示電流Ｉδを演算し、Ｓ１１０で、この指示電流Ｉδを出力してプログラムを抜ける。
Ｉδ＝Ｋp・Δδ＋Ｋd・（ｄ（Δδ）／ｄｔ）＋Ｋi・∫Δδｄｔ …（２）
ここで、Ｋpは比例項ゲイン、Ｋdは微分項ゲイン、Ｋiは積分項ゲインである。

次に、自車両３の制御装置３ｄで実行される自動運転診断プログラムを、図４のフローチャートで説明する。まず、Ｓ２０１で必要パラメータを読み込み、Ｓ２０２で目標進行路の曲率半径Ｒを演算する。この曲率半径Ｒの演算は、例えば、目標進行路上の３つのノードの外接円半径を求めることにより得られる。尚、この３つのノードは、図３における誘導目標ノードを含む隣接するノード、或いは、自車位置から最も近いノードを含む隣接するノード、或いは、前方注視距離に存在する隣接するノードの何れでも良いが、本実施の形態では、誘導目標ノードを中心として前後に隣接するノードとする。

すなわち、図５に示すように、自車両３を中心とするＸ（車両の左右方向）−Ｙ（車両の前後方向）座標上で、目標進行路のカーブを構成する３つのノードＰ１（ｘ１，ｙ１）、Ｐ２（ｘ２，ｙ２）、Ｐ３（ｘ３，ｙ３）を考える。また、Ｐ１−Ｐ２間の線分をＡ、Ｐ２−Ｐ３間の線分をＢ、Ｐ３−Ｐ１間の線分をＣとすると、３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の外接円の半径Ｒは、以下の（３）式で与えられる。
Ｒ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／（４・Ｓａ） …（３）

ここで、Ｓａは、三角形Ｐ１−Ｐ２−Ｐ３の面積であり、
Ｓａ＝（λ・（λ−Ａ）・（λ−Ｂ）・（λ−Ｃ））^１／２ …（４）
但し、λ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）／２

また、各線分Ａ、Ｂ、Ｃは、各座標値より以下の各式により求められる。
Ａ＝（（ｙ２−ｙ１）^２＋（ｘ２−ｘ１）^２）^１／２ …（５）
Ｂ＝（（ｙ３−ｙ２）^２＋（ｘ３−ｘ２）^２）^１／２ …（６）
Ｃ＝（（ｙ１−ｙ３）^２＋（ｘ１−ｘ３）^２）^１／２ …（７）
次に、Ｓ２０３に進み、目標ノード偏差ΔＤの変化履歴、すなわち、図６における、ΔＤ1→ΔＤ2→ΔＤ3…となる目標ノード偏差ΔＤの値の微分値（ｄΔＤ／ｄｔ）と比較する偏差閾値ΔＤcを設定する。この偏差閾値ΔＤcは、例えば、図７に示すマップのように、大きな曲率半径Ｒである程、小さな値に設定される。

次いで、Ｓ２０４に進み、操舵トルクＴHの絶対値｜ＴH｜と比較する操舵トルク閾値Ｔcを設定する。この操舵トルク閾値Ｔcは、例えば、図８に示すマップのように、大きな車速Ｖである程、小さな値に設定される。

その後、Ｓ２０５に進み、目標ノード偏差ΔＤの値の微分値（ｄΔＤ／ｄｔ）と偏差閾値ΔＤcとを比較し、目標ノード偏差ΔＤの値の微分値（ｄΔＤ／ｄｔ）が偏差閾値ΔＤcよりも小さい場合（（ｄΔＤ／ｄｔ）＜ΔＤcの場合）はプログラムを抜け、目標ノード偏差ΔＤの値の微分値（ｄΔＤ／ｄｔ）が偏差閾値ΔＤc以上の場合（（ｄΔＤ／ｄｔ）≧ΔＤcの場合）は、Ｓ２０６に進む。

そして、Ｓ２０６に進むと、操舵トルクＴHの絶対値｜ＴH｜と操舵トルク閾値Ｔcとを比較し、操舵トルクＴHの絶対値｜ＴH｜が操舵トルク閾値Ｔcよりも小さい場合（｜ＴH｜＜Ｔcの場合）はプログラムを抜け、操舵トルクＴHの絶対値｜ＴH｜が操舵トルク閾値Ｔc以上の場合（｜ＴH｜≧Ｔcの場合）は、Ｓ２０７に進む。

そして、Ｓ２０５で（ｄΔＤ／ｄｔ）≧ΔＤcと判定され、Ｓ２０６で｜ＴH｜≧Ｔcと判定されてＳ２０７に進むと、予め設定しておいた減速度で減速するようにブレーキ制御装置３ｋに信号を出力して自動ブレーキを作動させる。

その後、Ｓ２０８に進み、電動パワーステアリング制御装置３ｌに信号を出力して自動操舵を解除させ、通常のパワーステアリング状態として、Ｓ２０９に進み、自動操縦制御をキャンセルしてメインスイッチ３ｈをＯＦＦとする。

その後、Ｓ２１０に進み、再びメインスイッチ３ｈがＯＮされたか否か判定し、ＯＮされるまでＳ２０９に戻り、自動操縦制御のキャンセル状態を維持する一方、メインスイッチ３ｈがＯＮされた場合は、自動操縦制御が行えるようにプログラムを抜ける。

すなわち、本実施の形態による自動運転診断プログラムでは、目標ノード偏差ΔＤの値の微分値（ｄΔＤ／ｄｔ）が偏差閾値ΔＤc以上で、且つ、操舵トルクＴHの絶対値｜ＴH｜が操舵トルク閾値Ｔc以上の場合にのみ自動操縦をキャンセルするものとなっている。これは、単なる制御誤差により、目標ノード偏差ΔＤが増大することがあり、この目標ノード偏差ΔＤの増大のみでは、本当の制御の異常状態を正確に検出することは、装置のチューニング次第で大きく変わり適切に判断することが難しいためである。また、単に、操舵トルクＴHの増大のみで制御の異常を判定すると、ドライバが何らかに要因でハンドルに接触したことを制御の異常と誤判断する可能性があるためである。従って、この両方の状態が生じている場合に、ドライバが故意に（例えば、前方障害物を回避する等の場合）自動操縦を解除したがっていると的確に判断し、これを自動運転中の異常状態として検出し、ドライバの意思に沿った制御が行えるようになっている。

尚、上述の実施の形態では、地球を周回する人工衛星からの情報に基づいて自車位置を演算し、地図情報を用いて現在の自車位置から目的地までの径路を目標進行路として設定するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、自車両３に前方を撮像するＣＣＤカメラを備え、このＣＣＤカメラによって撮像した車両前方における左右白線を周知の画像認識により認識し、認識した左右白線の中央、或いは一方の白線から所定間隔を有した位置に自車両３が走行すべき目標進行路を設定するようにしても良い。この場合、一方の白線から自車両３までの距離に基づいて自車位置を演算し、自車位置の経時変化に基づいて自車進行路を推定する。そして、上述の実施の形態と同様に、自車両３から前方へ所定距離における自車進行路上の地点と目標進行路との距離偏差の微分値を算出し、この算出された距離の微分値が偏差閾値ΔＤc以上で、且つ、操舵トルクＴHの絶対値｜ＴH｜が操舵トルク閾値Ｔc以上の場合にのみ、自動操縦制御の中止を行う。このようなＣＣＤカメラを用いた画像認識技術による構成であっても上述の実施の形態と同様な効果を奏する。

車両の走行制御装置の全体を示す概略説明図自動操縦制御の自動操舵のフローチャート自動操舵の原理の説明図自動運転診断プログラムのフローチャート目標進行路の曲率半径演算の説明図目標ノード偏差の変化の説明図偏差閾値と曲率半径のマップの説明図操舵トルク閾値と車速のマップの説明図

符号の説明

１ＧＰＳ衛星
２基準局
２ａＧＰＳアンテナ
２ｂＧＰＳ受信機
２ｃ無線機
３自車両
３ａＧＰＳアンテナ
３ｂＧＰＳ受信機（自車位置演算手段）
３ｃ無線機
３ｄ制御装置（自車進行路推定手段、目標進行路設定手段、走行制御手段）
３ｅ車速センサ
３ｆハンドル角センサ
３ｇ操舵トルクセンサ
３ｈメインスイッチ
３ｉ液晶ディスプレイ
３ｊ電動スロットル弁制御装置
３ｋブレーキ制御装置
３ｌ電動パワーステアリング制御装置
３ｍスロットル弁

代理人弁理士伊藤進

Claims

自車両の走行すべき目標進行路を設定する目標進行路設定手段と、
自車位置を演算する自車位置演算手段と、
自車進行路を推定する自車進行路推定手段と、
上記自車位置と上記自車進行路と上記目標進行路とに応じて自車両の自動操縦制御を実行させる走行制御手段とを備えた車両の走行制御装置において、
上記走行制御手段は、前方における上記自車進行路の上記目標進行路からの距離の微分値が増加傾向で、且つ、操舵トルクが予め設定した値を超えている場合、上記自車両の走行制御を中止することを特徴とする車両の走行制御装置。
上記走行制御手段は、前方における上記自車進行路の上記目標進行路からの距離の微分値が増加傾向で、且つ、操舵トルクが予め設定した値を超えている場合、減速と自動操舵解除の少なくともどちらかを実行し、上記自車両の自動操縦制御を中止することを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。
上記走行制御手段は、前方における上記自車進行路の上記目標進行路からの距離の微分値が増加傾向であるか否かを、予め上記目標進行路の曲率半径に応じて可変設定する閾値と比較することにより判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の走行制御装置。
上記走行制御手段は、操舵トルクの判定に用いる上記予め設定した値を車速に応じて可変設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
上記自車位置演算手段は、地球を周回する衛星からの情報に基づいて上記自車位置の演算を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
上記自車進行路推定手段は、上記自車位置の経時変化に基づいて自車進行路を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。