JP2008290469A - 経路曲率に応じた車両の速度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ドライバの感覚に合致する車両の速度制御装置を提供すること。
【解決手段】
瞬時毎の曲率を演算する手段と、自車の速度を制御する手段を備え、瞬時毎の曲率が増加傾向にあるときは、速度を減少させ、瞬時毎の曲率が減少傾向にあるときは、速度を増加させるように制御する。
【選択図】図５

Description

本発明は、経路の曲率に応じて車両の速度を制御する装置に関するものである。

従来技術として、特許文献１には、運転者の嗜好に沿った旋回車速の設定が可能な車両走行制御装置を提供することを目的とし、道路の曲率又は曲率半径を検出する道路曲率情報検出手段と、この道路曲率情報検出手段により検出された道路の曲率半径又は曲率から車輌前方のコーナーの存在を検出するコーナー検出手段と、このコーナー検出手段により存在が検出された車輌前方のコーナーの曲率半径又は曲率と当該曲率半径又は曲率に応じた推奨旋回横方向加速度とに基づいて当該コーナーの推奨旋回車速を演算する旋回車速演算手段と、現在の自車車速と前記推奨旋回車速と前記コーナーまでの距離とに基づいて目標減速度を演算する目標減速度演算手段と、この目標減速度演算手段により求められた目標減速度に基づいて車輌を減速制御する減速制御手段と、この減速制御手段による減速制御中に運転者による加減速操作を検知した場合、該加減速操作に応じて前記推奨旋回横方向加速度を補正する旋回横方向加速度学習手段とを備えることが開示されている。

特開２００６−２４４２８４号公報

特許文献１によると道路曲率情報検出手段により検出された道路の曲率半径又は曲率から車輌前方のコーナーの存在を検出するコーナー検出手段により、車両速度を低減させ、運転者から修正入力があった場合にその速度を修正する。しかしながら、上記情報は道路の設計情報に過ぎない。道路幅に応じて走行軌跡には自由度があり、実際に車両が走行している軌跡はこれとは完全に一致しない。端的な例を挙げると、交差点で右左折をする場合の道路曲率情報を得ることはできない。また、特許文献１には「前方にコーナーがあれば事前に減速」という概念しか存在せず、走行中の実車両において観測される曲率の変化に応じて、ドライバの感覚に合致するためには、どのように速度を制御するかの指針については開示されていない。

本発明の目的は、瞬時毎の曲率にもとづきドライバの感覚に合致するように車両速度を変化させることが可能な車両の速度制御装置を提供することである。

発明者らは、ドライバの感覚に合致した曲線路の速度制御の指針を得るために以下のような実車走行試験を実施した。

道幅の狭い道路を走行することを想定した厳密なライントレースタスクと、道幅が広く横方向の運動自由度が高い状況で随意に経路を選ぶことが可能な随意運転を交互に行う周回試験である。図１は実験の概要を示す図である。

ドライバは、トラックを反時計回りに周回する。ポスト（Ａ）から路面に描かれた半径２０ｍの円周上を半円辿って走行し、その後ポスト（Ｂ）までつながる直線上を走行する。速度の目安（厳密な指示ではない）として約６０km／ｈから任意のタイミングで減速し、旋回中自分が可能だと思われる状況からアクセルをＯＮする。直線部分には線は描いていないが図に示すとおり直線の脇５ｍから外側はダートでありそれに沿って走るという拘束を行った。以上のように速度の目安の指示とライントレース以外の指示は与えておらず、これは横方向の運動の自由度（随意性）のみを削減したタスクと考えられる。

一方、ポスト（Ｂ）にも約６０km／ｈから減速して進入し、その先では任意の経路を選んで再びポスト（Ａ）に到達し、再びライントレースを行うという周回実験を行った。ポスト（Ａ）→（Ｂ）の範囲が横方向の運動をライントレースにより規定した限定随意運転（加減速は随意）で、（Ｂ）→（Ａ）が随意運転（加減速・横運動ともに随意）である。試験は２３〜２５歳の若年ドライバ５人により実施された。

実験車両にはグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ：Global Positioning System ）が搭載されている。ＧＰＳからは、ある時間ｔの座標を得ることができる。

図２はＧＰＳにより計測した車両重心点の軌跡である。ライントレース区間では、概ね正確に半円がトレースされていることが見て取れる。

つぎに曲率について検討する。ここで、経路を辿った距離である弧長パラメータではなく、一般のパラメータ（今回は時間ｔ）で表された曲率κ(ｔ)は、非特許文献１によると、

で表せる。
（非特許文献１） 中内 伸光：じっくり学ぶ曲線と局面−微分幾何学初歩−、ｐ４８〜５１、共立出版 （２００５）。

図３は上述の実験（１２０秒連続周回テスト）にて得られた２人分（ドライバ（ａ），（ｂ））について位置情報曲率，曲率の時間変化率，車両の速度を示した図である。また、他のドライバも同等な傾向を示していたのでここでは２人分の掲載にとどめる。

ライントレース期間は回転半径の逆数である曲率がほぼ０.０５ｍ^-1 と一定になりライントレースできていることがわかる。今回のライントレース設定コースには緩和曲線が無く直線から円弧あるいは円弧から直線に出入りする際には大きな曲率の時間変化がある。

一方、随意運転側においては、曲率の最大値はライントレースよりも大きな値となり、軌跡としてはより尖ったものとなっている。しかしながらその時間変化率はライントレース同等、あるいは小さくなっていることがわかる（特に脱出側が顕著）。経路の形状としての曲率を大にしても大きな曲率の時間変化が発生しないようにドライバが自ら速度を調整し、「時間的な緩和」を行っていると思われる。

また本発明に直接関連する図３の各実験結果の下段の車両の速度は、曲率が最大のタイミングにて最小となる特徴が顕著に見られる（曲率がローカルマキシマムポイントで、速度がローカルミニマム）。

また曲率の最大値は相対的に早めに現れる（区間中央が最大ではない）。最大値到達までの時間が早いことについては、曲率の積分値は経路が曲がった角度であるため、早期に次に目指すポスト（Ａ）（図１参照）を視界に捕らえるため、あるいは直線的に加速を行う、すなわち早めにタイヤ横力を使う場面を終わらせて、前後力を優先しているとも考えられる。本実験において（Ａ）→（Ｂ）までと（Ｂ）→（Ａ）までの２点間移動＋ヨー角変化１８０deg というミッションは同じである。このうちライントレースは経路自由度が拘束されタスクが決定されている。一方随意運転では、ドライバが経路のみならず、速度、加速度（加加速度）など時間の概念を含む、「運動」という観点からタスク自体を自ら計画し、実行している形態となっている。力学的に有利な、肉体的ストレスを低減できる、あるいは制御性能を向上に適切な実行しやすい運動計画をたて、それを実行しているようなメカニズムが存在しているようである。

以上の知見を、本発明で焦点を当てている道路走行上での速度制御に当てはめた場合、直接的に関連する部分として、以下の（１）及び（２）という部分を抽出できる。
（１）ドライバは道幅に応じて、自車の経路を変更して運転する。このため道路設計形状と実際の走行軌跡では曲率が異なる。
（２）ドライバの操舵操作による運動結果としての曲率が最大となる点で、速度が最小となるように制御されている。

したがって本発明の目的であるドライバの感覚に合致する車両の速度制御装置を提供するために、（例えばＧＰＳなどを用いて）自車の位置の座標（Ｘ(ｔ)，Ｙ(ｔ)）を瞬時毎に検出する手段を有し、得られた自車の位置の瞬時毎の座標情報から瞬時毎の曲率を演算する手段と、自車の速度を制御する手段を有し、特に瞬時毎の曲率が増加傾向にあるときは、速度を減少させ、瞬時毎の曲率が減少傾向にあるときは、速度を増加させるように制御する。

また、前述の知見は、相対的な速度増減の指針であるため、絶対的な速度はドライバの意思を尊重する必要がある。このため本発明においては、ドライバにより入力される加減速指令を受け入れる手段を有し、この加減速指令に応じて速度が変化するように構成する。

一方、このようにドライバの加減速指令を受け入れる構成にした場合、ドライバの加減速指令とシステムの制御指令との間には干渉を生じる可能性がある。また、干渉が無いにしてもドライバに違和感が生じてしまうとシステムの評価が低下しかねない。システムとドライバのシェアリングのパーセンテージが明確に決められないマン・マシーンシステムにおいては、これは重要な課題であり、本発明においては以下のような考えに則ってこの干渉・違和感を低減することにする。

・基本的に人間の感覚に合致することを目指して速度を制御している。このことを積極的にドライバに伝え、その制御に不足感がある場合にはドライバに不足分を調整してもらう。

・システムが働いていることを示すために、速度制御だけではなくドライバが指令を入力する入力端（アクセル，ブレーキペダルなど）の反力あるいはペダルストロークを制御する。理想的にはドライバがアクセルペダルに足を乗せているだけの踏力で、システムの制御指令を実現するためのペダル位置となるように制御する。このような状態でシステムの速度制御がドライバの要求と合致している場合、ドライバはペダル操作のために足に力を入れる前に、自分の意思を車側が汲み取って、先回りして実行したというような感覚が生じる。これにより、反力、ストロークを返さない制御を行っているときに比べて、より高いレベルでドライバとシステムとの融和を図れることが期待できる。

・また、システムによる速度制御が不十分である場合にはドライバが修正操作を行うのであるが、その修正を記憶して蓄積し、速度制御における目標時刻暦プロファイルを更新する。例えば、制御システム側で減速しているときにドライバからブレーキを踏まれる状況が複数回にわたって見られる場合には、そのドライバはより低い速度で旋回を行う（遠心力が小さいほうを好む）ということを察知して、減速度合いを上げる方向に修正する。あるいは、システム側が減速しているときにドライバが加速し、さらにその後大きな減速度で減速するときには、速度減少の変化率をより大きくなるようにプロファイルを修正するなどして、より高いレベルでドライバとシステムとの融和を図ることを目指す。

・また、雨，雪などの天候に応じて路面状況が変わった場合に、晴天・路面ドライと同等な条件で速度制御を行うと、ドライバに違和感を生じさせることになる。このような場合、ワイパースイッチ，雨滴感応センサ、あるいは外界情報，気温などから、路面状態を推定し、路面摩擦係数が減少していると判断したときには、平均速度を減少するとともに、荷重移動による運動の急変を防ぐために単位時間当たりの速度の増加率あるいは減少率を小さく制御することにより、より高いレベルでドライバとシステムとの融和を図ることを目指す。

・さらに、レーダ情報あるいはビーコンなど道路側のインフラストラクチャから得られる外界情報をシステムに取り込み、前方に障害物があることを認識した場合には、ドライバは当然減速することを期待する。このような場合には、瞬時毎の曲率が減少傾向にある状態においても、速度が減少するように制御する。これにより、より高いレベルでドライバとシステムとの融和を図ることを目指す。

さらに、瞬時毎の曲率が増加傾向にあるときは、速度を減少させ、瞬時毎の曲率が減少傾向にあるときは、速度を増加させるように制御するという指針は、完全自動運転車両となった場合の速度制御に用いてもパッセンジャ（もはやドライバではない）の感覚に合致することが予想される。したがって当該車両が自動操舵装置によりドライバと独立して操舵入力を加えるようにした際にも本発明の制御指針は適用可能である。

本発明によれば、ドライバの随意運転操作から得られた瞬時曲率とそれに伴う速度調整に関する知見を速度制御の指針として、さらにドライバとの干渉、違和感低減を目指した施策をとっているために、ドライバの感覚に合致する車両の速度制御装置を提供することができる。

図４に、本発明の最良の形態を実現するための全体構成を示す。

本実施例において車両０はいわゆるバイワイヤシステムで構成され、ドライバと操舵機構，加速機構，減速機構の間に機械的な結合は無い。また、ドライバが操作を加えるステアリングホイール１６，アクセルペダル１０，ブレーキペダル１１にはそれぞれ操作量検出センサと反力発生機構を有している。

＜駆動＞
車両０はモータ１により左後輪６３，右後輪６４を駆動する後輪駆動車（Rear Motor Rear Drive ：ＲＲ車）である。モータ１に連接して、モータの駆動力を減速する減速機構２が装着されている。ここで、特に前後輪の駆動輪方式，電気モータや内燃機関などの動力源の差異については、本発明に密接な関係は無い。車両に駆動力を与える手段とその駆動力を調整することにより速度を中央コントローラ４０により設定される所望の値となるように調整できるように構成されていれば良い。

さて、以下に具体的な機器構成を述べる。左前輪６１，右前輪６２，左後輪６３，右後輪６４には、それぞれブレーキロータ，車輪速検出用ロータと、車両側に車輪速ピックアップが搭載され、各輪の車輪速が検出できる構成となっている。

ドライバのアクセルペダル１０の踏み込み量は、アクセルポジションセンサ３１により検出され、ペダルコントローラ４８を経て、中央コントローラ４０に入力される。アクセルペダル１０にはまた、アクセル反力モータ５１が接続され、中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ペダルコントローラ４８により、反力制御される。これによりドライバからの加速指令を検出するとともに、ドライバに対して動作を促すあるいは動作を抑制するような反力を返すことができる構成となっている。

パワーコントローラ４６１は、中央コントローラ４０からの指令量に応じて、モータ１の出力を制御する。また、モータ１の出力はミッションコントローラ４６２により制御される減速機構２を経由し、左後輪６３，右後輪６４を駆動することになる。

＜制動＞
左前輪６１，右前輪６２，左後輪６３，右後輪６４には、それぞれブレーキロータが配備され、車体側にはこのブレーキロータをパッド（図示せず）で挟み込むことにより車輪を減速させるキャリパーが搭載されている。キャリパーは油圧式、あるいはキャリパー毎に電機モータを有する電機式である。

それぞれのキャリパーは、基本的には中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ブレーキコントローラ４５１（前輪用），４５２（後輪用）により制御される。また、このブレーキコントローラ４５１，４５２には前出したように各輪の車輪速が入力されている。これら４輪の車輪速より前輪（非駆動輪）の車輪速を平均処理することにより絶対車速を推定することができる。これらの信号は中央コントローラ４０内にて、共有情報として、常にモニタリングされている。

ドライバのブレーキペダル１１の踏み込み量は、ブレーキペダルポジションセンサ３２により検出され、ペダルコントローラ４８を経て、中央コントローラ４０で演算処理される。ペダルポジションではなく踏力を検出してもよい。ブレーキペダル１１にはまた、ブレーキ反力モータ５２が接続され、中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ペダルコントローラ４８により、反力制御される。

＜操舵＞
車両０の操舵系はドライバの操舵角とタイヤ切れ角の間に機械的な結合の無い、ステアバイワイヤ構造となっている。内部に舵角センサ（図示せず）を含むパワーステアリング７とステアリング１６とドライバ舵角センサ３３とステアリングコントローラ４４で構成されている。ドライバのステアリング１６の操舵量は、ドライバ舵角センサ３３により検出され、ステアリングコントローラ４４を経て、中央コントローラ４０で演算処理される。そしてステアリングコントローラ４４は中央コントローラ４０の演算指令に応じて、フロントパワーステアリング７を制御する。

ステアリング１６にはまた、ステアリング反力モータ５３が接続され、中央コントローラ４０の演算指令に基づき、ステアリングコントローラ４４により、反力制御される。

＜センサ＞
つぎに図４に示す本発明のセンサ群について述べる。ＧＰＳ（Global Positioning System）センサ２０は、車両０の重心点の地上固定系の絶対位置座標を瞬時毎に（ｘ(ｔ)，ｙ(ｔ)）（ｔは時間）として計測することができる。また、前述の車輪速から得られる車速を微分して前後加速度を得ても良いが、本実施例では前後加速度センサ２１を搭載し、後に述べる速度の加減制御に用いるように構成されている。ミリ波レーダセンサ２２，カメラ２３で前方にある物体の大きさ，相対移動速度，距離などを検出することが可能な構成となっている。また、車両０には前方情報などの外部情報を道路側のインフラストラクチャであるビーコン２００から得ることが可能な受信機２５が搭載されている。またワイパー１０１を自動的に稼動するために降雨を検出する雨滴センサ２６、あるいは外気温センサ２４により、車両０が現在走行している外界情報を得ることができる構成となっている。

本発明の最良の形態を実現するための車両０は以上のような構成をとっている。以下では、具体的な本発明の制御手法，ドライバからの修正（オーバーライド）対応，反力制御、そして外界情報による制御目標切り替えについて開示していく。

＜基本制御手法＞
先に開示したとおり、ドライバは視覚的、あるいは体感的情報にもとづいて車両の運動を制御している。今回の発明の対象となる速度制御について着目すると、瞬間的な曲率と相関が高い。ドライバは概ね、曲率が最大となる点で、速度が最小となるように制御している。

具体的な制御動作に置き替えると、曲率の増加に伴って、速度を減少していき、曲率が一定値となると速度を一定にし、曲率が減少していくと速度を増加させていると考えることができる。

ドライバが直接この曲率情報を得ているか否かは、ひとまず議論しないことにする（人間と同じメカニズムで構成する必要は無い）。工学的な観点から見ると、曲率情報は、ＧＰＳ信号から得られた位置情報から演算処理により得ることができる。

ＧＰＳからは、ある時間ｔの座標を得ることができる。

つぎに曲率について検討する。ここで、経路を辿った距離である弧長パラメータではなく、一般のパラメータ（今回は時間ｔ）で表された曲率κ(ｔ)は、上記非特許文献１によると、

で表せる。

また曲率の時間変化

は〔数２〕を時間微分することにより得られる。

これらの演算を模式的に示したものが図５である。図５ではＧＰＳ２１からのデータ取り込みのサンプリング時間が十分短いとして、アナログ的な演算処理方法で示しているが、当然、サンプリング毎の差分をとるなどの方法を用いて擬似的に微分を行うなどの方法を利用しても良い。

瞬時毎（ｔ＝ｔ）の曲率κ(ｔ)およびその時間変化

（κ(ｔ)の時間微分値）が得られると、最も簡単には車両０の前後方向の目標加速度を曲率変化で決定する制御方法が考えられる。すなわち目標前後加速度をＧ_xt（Gx_target）、Ｋ_tを比例ゲイン（Ｋ_t＜０）とすると、

で得られる値とすればよい（Ｋ_t は速度毎に設定する必要があるが、本実施例においては簡略化のために特定の速度域について考えることとしている。また、後で述べるように、曲率増加時（減速時）と、曲率減少時（加速時）に別の値としても良い）。このように構成すると曲率が増加するときすなわち

（κ(ｔ)の時間微分値）が正のときは減速側の目標値が設定され、曲率が減少するときすなわち

（κ(ｔ)の時間微分値）が負のときは加速側の目標値が設定される。基本的にはこの値と前後加速度センサ２１が検出する車両０の前後加速度Ｇ_x(ｔ)との差分、ΔＧ_x(ｔ)、

の絶対値が小さくなるようにすることが制御のおおまかな指針である。

さて、ΔＧｘ(ｔ)が負の場合は減速・制動が必要で、正の場合は加速・駆動が必要となる。図５に示すようにこれらの演算はすべて中央コントローラ４０のなかで実施される。減速・制動が必要なときにはまず、ミッションコントローラ４６２により減速機構２の減速比を調整すると同時に、パワーコントローラ４６１によりモータへの電力の供給量を制限し、モータ１による回生制動を行う。そして、車両運動状態により、回生制動だけでは、〔数５〕の絶対値を小さくできない場合には、ブレーキコントローラ４５１（前輪用），４５２（後輪用）が稼動し、車両０をブレーキにより減速させる。

一方、加速・駆動が必要なときには、ミッションコントローラ４６２により減速機構２の減速比を調整すると同時に、パワーコントローラ４６１によりモータへの電力の供給量を増加し、モータ１による加速・駆動を行う。

図６は、制御が達成されたとき、すなわち〔数５〕の絶対値を十分に小さくすることができたときの、走行状態を概念的な模式図である。図４のような構成をとり、図５のような制御を行うことにより、瞬時毎の曲率が増加傾向にあるときは速度を減少させ、瞬時毎の曲率が減少傾向にあるときは、速度を増加させるように制御することが可能となる。

また、中央コントローラ４０は加減速制御を行うと同時に、加減速を実現するためのペダルストロークを達成するようにペダルコントローラ４８により制御する。

ドライバがペダルに触れている状態では反力制御を行う必要がある。スレッシュホールド値を設定して、ドライバがその値より大きな踏力を入力する場合には、後に述べるオーバーライド指令として受け付けるが、それ以下の場合には、先に述べたストロークを保つように反力を制御する。このとき、ドライバに対してペダルが固着したような感覚を持たせないように若干の仮想バネ要素などをいれるなどの方法を採用しても良い。理想的には足を乗せているだけの力を支えているという状況である。ペダル制御の狙いはドライバに、加減速を体感しているという意識と、足に力を入れていないのにペダルが動きシステムが作用しているという意識を同時に持たせるためである。

以上の制御を行うことによりドライバの感覚に合致する車両の速度制御装置を提供することができる。また、詳細な説明は省略するが、走行がアップダウンを伴うようなコースに及んでも、前後加速度センサ２１にて車両０の瞬時毎の前後方向の加速度を検出しフィードバックしていることにより、制御が極端に破綻することを防ぐ作用を有している。

＜オーバーライド対応＞
つぎにドライバがブレーキあるいはアクセルをシステムに対してオーバーライドする場合を考える。図７はドライバによりブレーキとアクセルの両方がオーバーライドされたときの運行状況を示す図である。後に説明するが、このようにドライバ入力がオーバーライドされる状況では制御は停止するように構成する。

一方、制御を停止してもＧＰＳ情報は入力されているので、（数４）により（制御は実施しなくても）目標前後加速度Ｇ_xtを計算することができる（図７）。そして、ドライバの操作により車両０に発生した前後加速度は前後加速度センサ２１で計測することができるので、例えば減速が最大になる点での実際の前後加速度と目標前後加速度Ｇ_xtとの差分ΔＧ_bdあるいは、加速が最大になる点での実際の前後加速度と目標前後加速度Ｇ_xtとの差分ΔＧ_adを算出することができる。

システムが減速指令を出しているにも関わらずドライバがブレーキを操作する理由は、ドライバの理想運動を実現するためには制御システム側の減速ゲインが足りないということである。また、システム側で減速指令が算出されているのにも関わらず、ドライバがアクセル開度を大きくして加速する場合にはドライバの理想運動減速ゲインが大きすぎるということを示している。

また、システムが加速指令を出しているときに、操作を行う理由も同等であると考えられる。したがって、本発明の目的であるドライバの感覚に合致する車両の速度制御装置を提供するためには、目標前後加速度Ｇ_xtを決定する際の比例ゲインＫ_t を調整する必要がある。また、減速側のゲインと加速側のゲインが同じとなる補償はないので、それぞれ別々に調整する必要がある。

図８は、ドライバによるオーバーライドがある場合の制御切り替え、ゲインの更新手順を示すフローチャートである。ここで、加速時のゲインをＫ_at、減速時のゲインをＫ_bt、そしてオーバーライドがあるイベント回数をｉ（ｉは整数）で表すことにする。ゲインの更新には非特許文献２を参考にして繰り返し学習を採用する。
（非特許文献２） 門向・ほか４名：電気補機のアクティブトルク制御による自動車アイドリング振動低減（第１報）、機論、５９−５６０、Ｃ（１９９３）、１０２３。
（１）まず、加速時ゲインと減速時ゲインの初期値Ｋ_at[０]，Ｋ_bt[０]に、それぞれＫ_ats，Ｋ_btsをセットする。
（２）制御がアクティブか否かの判断をする。アクティブなら（３）に進む。
（３）ブレーキ／アクセルのオーバーライドがあるか否かを判断する（前述のスレッシュホールド以上のペダル踏力がある場合、オーバーライドありと判断する）。オーバーライドありなら（４）に進む。
（４）速度（加速度）制御をＯＦＦにして、（５）に進む。
（５）カウンター（ｉ）をひとつ進め、（６）に進む。
（６）ΔＧ_bd，ΔＧ_adを算出し、これをそれぞれΔＧ_bd[ｉ]，ΔＧ_ad[ｉ]にセットする。（７）に進む。
（７）以下の式に基づいて加速時ゲインＫ_atと減速時ゲインＫ_btを調整する。

ここで、Ｋ_at[ｉ−１]，Ｋ_bt[ｉ−１]は、前回オーバーライドがあったイベントサイクル（ｉ−１）で調整した値である（初回はＫ_at[０]，Ｋ_bt[０]）。この値に今回の実際の前後加速度と目標前後加速度Ｇ_xtとの差分に学習ゲイン（Ｋ_La，Ｋ_Lb）を掛け合わせた値を加えて新しい加速時ゲインと減速時ゲインＫ_at[ｉ]，Ｋ_bt[ｉ]として更新する。これらの値はドライバのオーバーライドが再び無い限り、（数４）あるいは図５のＫ_tとして中央コントローラ４０内で採用される。学習ゲインは大きくすることにより、学習速度を増加させることができるが、その場合不安定になる可能性がある。ドライバの特徴を現実的な回数で忠実に抽出できるような値に設定する必要がある。
（８）このステップにおいては、ｉ回目の一連のイベントが終了したか否かを判定するために、前後加速度が所定の間スレッシュホールド値Ｇ_thより小さいか否かを判定する。そして、条件が満たされれば、次回のイベントに備えるために（２）に戻る。

図８のフローチャートに示すような方法で、ドライバのオーバーライドに対応して、制御を停止することにより安全性を確保すると同時に、ドライバ要求に近づくために、ドライバ要求とシステム設定値の差分を用いて繰り返し学習することにより加減速ゲインを調整する構成をとっている。このため、ドライバの感覚に合致する車両の速度制御装置を提供することができる。

＜外界情報による制御目標加速度プロファイル切り替え＞
つづいて外界情報に伴って制御目標加速度をどのように変えるかについて図９を用いて示す。

外界センサ、あるいは道路側に設置されたインフラストラクチャが発信する情報により前方障害物との衝突防止制御、あるいは路面状況の悪化に対してスリップする確率を低減できる速度に速度制御を行う手法については特許文献２，特許文献３に詳細に記載されている。
（特許文献２） 特開２００４−２２４０９３ 車両の自動速度制御装置。
（特許文献３） 特開２００４−０１７７３１ 自動車の走行制御装置，道路情報提供サービスシステム，自動車の走行制御方法。

本発明においても基本的にはこれらの制御方針と同等であり、ここでは経路曲率に応じた車両の速度制御装置への展開を図る方法について述べる。基本的には、前方に障害物が認められる時には減速し、路面摩擦係数が低いと認められるときは加速度，減速度を小さくする必要がある。これまでに述べてきた構成では、曲率の変化

（κの微分値）が無い場合には、（数４）で計算される目標減速度がゼロとなり、前方に障害物がある場合にもシステムが作動しない。また雨天・降雪時、あるいは路面が凍結に至るほどの低温となったときにも、晴天時と同等な加減速が実行されてしまう。本実施例においては（数４）、図９中の比例ゲインＫ_t（Ｋ_t＜０）を調整することと、これとは独立したＧ_con（G_control）を直接指令値として入力する。

さて、図１０はその方法を示すフローチャートである。障害物，路面状況変化などが発生したときに、どれも結果としては、Ｋ_t調整とＧ_con指令となるのでこれらの状況をまとめて一枚の図面とした。ミリ波レーダセンサ２２，カメラ２３による障害物検知やビーコン２００から受信機２５あるいは、今回詳しく言及することは避けたがナビゲーションマップ情報により渋滞情報，前方道路形状得ること、また降雨を検出する雨滴センサ２６、あるいは外気温センサ２４により、路面摩擦係数が通常のドライ時のμ₀ からμ（μ＜μ₀）へと低下したことを得る方法については、特許文献２，特許文献３に詳細に記載されている内容を利用することにして、ここでは省略する。

ステップ（２），（２）′にて前方に障害物、あるいは渋滞・急カーブがあると判断されると、減速のための準備を行うためにシステムが起動しているか否かを確かめ（３）、起動していないとき、すなわち直線路においても、システムを起動する（４）。そして、現在の車両０の位置，速度，障害物（渋滞車両），急カーブまでの距離（障害物が移動しているならその速度も）を用いて、減速指令Ｇ_con(ｔ)を計算する（５）。

このとき、より好ましくはステップ（２）″で得る路面の摩擦係数を用いて、タイヤ力の限界範囲内で設定しても良いし、限界を超える大きな減速指令を出してＡＢＳ（Antilock Braking System）制御を行っても良い。そして、図９に示すようにＧ_con(ｔ)を制御指令に加える（６）。このあと、アクセル、あるいはブレーキの反力を、例えば振動的にする、あるいはアクセルペダルだと押し返す、ブレーキペダルだと足の重みでペダルが入り込むように制御することによりシステムがアクティブとなっていることを示す（７）。この情報伝達によりドライバの意識レベルを向上させ、システムがリーズナブルな作動状況にあることをドライバに予め認識させ、これにより違和感の低減を図ることができる。

また、ステップ（２）″では、降雨，雪，低温情報、あるいは外部情報より、降雨量，気温の例えばマップ情報に基づいて、路面摩擦係数μを推定する。そして乾燥路における摩擦係数μ₀ より低下すると、（数４）、図９中の比例ゲインＫ_t（Ｋ_t＜０）をμ／μ₀（＜１）倍に修正演算を行い（５）′、出力する（６）′。これにより激しい加減速を無くし車両に発生する挙動変化を低減することが可能となる。このときも、Ｋ_t が低減通常状態よりも小さくなり、アクセル，ブレーキのストローク量が控えめになっていることを、反力（ストローク）制御でドライバに伝達することにより、システムがリーズナブルな作動状況にあることをドライバに予め認識させ、これにより違和感の低減を図ることができる。

＜自動運転との親和性＞
これまで述べてきたのは、ドライバにより操舵され、それにより発生した車両の横運動に起因する瞬時毎の曲率およびその変化に応じて速度を制御する方法であった。これに対して自動運転車両においては、車両が外界情報、あるいはマップ情報に基づいて自動的に経路を決める。

ある点からある点への移動を実現するための経路は無数にあり、その中には違和感を生じるものとそうでないものがある。当然違和感の無いタイミングで操舵を行うべきであり、そのように行えば、これまで述べてきたドライバの操舵操作に対する本発明と同等な効果が得られる。違和感の無い操舵を実現するためには、一定速の場合は、クロソイド曲線を描くように操舵速度を一定にするように制御すべきであるし、減速を伴う場合は、例えば以下の非特許文献３の知見を用いて、タイミングおよび操舵量を調整すればよい。
１）減速後、ドライバが操舵を開始するタイミングは車両の前後加加速度がゼロのタイミングと相関性が高い。
２）減速後、旋回に入りブレーキをリリースするタイミング、あるいは最加速するタイミングは車両の横加加速度がゼロのタイミングと相関性が高い。
３）減速，旋回時、前輪の外側の垂直荷重が時間に対して一定の割合で増加するように操作している範囲がある。
（非特許文献３） 山門、安部：加加速度情報を用いたドライバ制御特性の新しい解釈方法、自動車技術会前刷集Ｎｏ.１３９−０６、ｐｐ２３−２８（２００６）
以上のように、本発明においては当該車両が自動操舵装置によりドライバと独立して操舵入力を加えるように構成されていても、ドライバの感覚に合致する車両の速度制御装置を提供することができる。

＜まとめ＞
本発明によれば、ドライバの随意運転操作から得られた瞬時曲率とそれに伴う速度調整に関する知見を速度制御の指針として、さらにドライバとの干渉，違和感低減を目指した施策をとっているために、ドライバの感覚に合致する車両の速度制御装置を提供することができる。

ドライバ特性を調査するための実験概要図。 実験車両の軌跡を示す図。 曲率と曲率変化、速度推移を示す図（２名分）。 本発明の最良の形態を実現するための全体構成を示す図。 本発明の基本的な制御方法を示す図。 制御が達成されたときの行状態の概念図。 ドライバによりオーバーライドされたときの運行状況を示す図。 制御切り替え、ゲインの更新部分を示す図。 制御切り替え、ゲインの更新手順を示すフローチャート。 外界情報に伴って制御目標加速度をどのように変えるかを示す図。

符号の説明

０ 車両
１ モータ
２ 減速機
７ パワーステアリング
１０ アクセルペダル
１１ ブレーキペダル
１６ ステアリング
２０ ＧＰＳセンサ
２１ 前後加速度センサ
２２ ミリ波レーダセンサ
２３ カメラ
２４ 外気温センサ
２５ 受信機
２６ 雨滴センサ
３１ アクセルセンサ
３２ ブレーキセンサ
３３ 舵角センサ
３８ ヨーレイトセンサ
４０ 中央コントローラ
４４ ステアリングコントローラ
４６ ミッションコントローラ
４８ ペダルコントローラ
５１ アクセル反力モータ
５２ ブレーキ反力モータ
５３ ステアリング反力モータ
６１ 左前輪
６２ 右前輪
６３ 左後輪
６４ 右後輪
１０１ ワイパー
２００ ビーコン
４５１，４５２ ブレーキコントローラ

Claims (10)

1. 瞬時毎の曲率を演算する手段と、
   自車の速度を制御する手段を有し、
   瞬時毎の曲率が増加傾向にあるときは、速度を減少させ、
   瞬時毎の曲率が減少傾向にあるときは、速度を増加させるように
   制御することを特徴とする自動車の速度制御装置。
2. 請求項１記載の車両の運動制御装置において、
   瞬時毎の曲率を演算する手段が、少なくとも直交する２軸で定義された平面における自車の位置の座標（ｘ(ｔ)，ｙ(ｔ)）を瞬時毎に検出する手段を有し、
   

   

   にもとづいて瞬時毎の曲率（κ(ｔ)）を演算することを特徴とする車両の速度制御装置。
3. 請求項１から２に記載の車両の速度制御装置において、
   瞬時毎の曲率の時間変化を演算する手段を有し、
   該時間変化が大きいときには単位時間当たりの速度の増加率あるいは減少率を大きく、該時間変化が小さいときには単位時間当たりの速度の増加率あるいは減少率を小さく、制御することを特徴とする自動車の速度制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の車両の速度制御装置において、
   速度を制御する手段が、ブレーキ，原動機の出力調整装置、原動機にとりつけられた変速装置の一部、あるいは全部であることを特徴とする車両の運動制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両の速度制御装置において、
   ドライバにより入力される加減速指令を受け入れる手段を有し、
   この加減速指令に応じて速度が変化することを特徴とする車両の運動制御装置。
6. 請求項５に記載の車両の速度制御装置において、
   ドライバが加減速指令を加える入力端に反力、あるいは変位、あるいはその両方を発生させる機構を有し、
   該反力・変位発生機構が発生する反力、あるいは変位、あるいはその両方を速度変化に応じて変化させることを特徴とする車両の運動制御装置。
7. 請求項５又は６に記載の車両の速度制御装置において、
   ドライバにより入力される複数回の加減速指令に応じて、制御指令としての単位時間当たりの速度の増加率あるいは減少率を変化させていくことを特徴とする車両の運動制御装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の車両の速度制御装置において、路面状態を推定する手段を有し、路面摩擦係数が減少しているときには、平均速度を減少するとともに単位時間当たりの速度の増加率あるいは減少率を小さく、制御することを特徴とする車両の運動制御装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の車両の速度制御装置において、外界情報を取り込む手段を有し、進行方向に障害物があることを車両が認識した場合、瞬時毎の曲率が減少傾向にある状態においても、速度が減少するように制御することを特徴とする車両の運動制御装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の車両の速度制御装置において、
    当該車両が自動操舵装置によりドライバと独立して操舵入力を加えることを特徴とする車両の運動制御装置。

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