JP2011219089A - マップデータを使用する乗物escシステムのための方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】乗物用の電子安定性制御(ESC)システムが開示される。電子制御ユニット(ECU)は、乗物のブレーキ及びスロットルの動作に変更を加えることで、意図された乗物方向及び/又はヨーレートと、実際の乗物方向及び/又はヨーレートとの間の差を減少することにより、乗物の横滑りを減少するようにプログラムされる。ESCシステムは、車輪速度センサ、ハンドル位置センサ、ヨーレートセンサ、及び横方向加速度センサから入力を受け取る。又、ESCシステムは、乗物が位置している道路の特性を少なくとも指示する入力も受け取り、乗物が位置する道路は、マップデータベースを使用するポジショニングシステムから決定され、又、特性は、マップデータベースから決定される。
【選択図】図1
Description
図1は、電子安定性制御システム102の本実施形態を含む乗物100を示す図である。ESCシステム102は、乗物の幾つかの動作を監視するセンサと、それらセンサから入力を受け取り、乗物の動作に対する変更を決定し、それら変更を適用するコマンドをアクチュエータに出力するESCプログラムとを備えている。より詳細には、ESCシステム102のセンサの中には、ハンドルセンサ108が含まれる。このハンドルセンサ108は、乗物のハンドル112の位置(即ち、角度)を決定し、そしてそのハンドルの位置を指示する信号を連続的に又は規則的に出力する。
電子安定性制御(ESC)システムは、車輪ブレーキ、及びおそらくは、他の乗物システム、例えば、スロットルを個々に操作することにより動作し、安定性及び性能を改善する目的で自動車にヨーモーメントを誘起させる。これを達成するESCシステムの場合に、このシステムは、自動車の実際の動作及び移動に関する情報、及び理想的な環境のもとで自動車をどのように動作及び移動「すべきか」の情報を収集する。それ故、ある量の計装が、予想をなすためのオンボード動力学モデルと共に使用される。ESCシステム動作の包括的説明が、ボッシュ・オートモーティブ・ハンドブック(第6版、2004年、ロバートボッシュGmbH編集)に掲載されている。
但し、rは、ヨーレートであり、δfは、前車軸操向角であり、νxは、長手方向速度であり、Lは、ホイールベースであり、Kuは、アンダーステア勾配である。
但し、αyは、横方向加速度である。
Rest=min(|runlimited|、|rmax|)sgn(runlimited)
rdiff=rmeas−rest
図3は、図1におけるESCシステム102の本実施形態の動作を示すフローチャートである。図3は、ESCシステム102により遂行されるプロセス200を示す。この実施形態では、プロセス200は、2つの成分プロセスを含む。1つの成分プロセス204は、図1におけるESCアプリケーション150により遂行されるステップを含む。この成分プロセス204は、乗物の運転を監視し、乗物の運転に対する変更を行うためのコマンドを出力する。他方の成分プロセス208は、図1におけるポジショニングアプリケーション188により遂行されるステップを含む。この成分プロセス208は、乗物の位置と、乗物が走行する道路の特性とを決定する。本実施形態では、プロセス204及び208が並列に動作される。更に、本実施形態では、プロセス204及び208は、連続的に動作され、乗物が運転される間にそれらのステップを何回も実行するようにループし、即ち循環する。
上述したように、図2を参照して述べたもののような、道路網の特徴、特性、又は他の観点に関するマップ情報は、ESCシステムにより幾つかの異なる仕方で使用することができる。ESCシステムでマップ情報を使用できるようにする幾つかの仕方を以下に説明する。
アイオワ大学においてナショナルアドバンストドライビングシミュレータ(NADS)によりテスト分析が行われた。その目的は、ESCシステムの設計に適用されたデジタルマップ技術の有益さをテストし、評価することであった。選択された特定マップ属性は、道路の曲率、道路の巾、バンク角、及び道路の勾配であった。NADS開発モデルは、ESCだけをモデリングし、ABSもTCSもモデリングしない。
シナリオ運転中に適当な操向入力を自動的に与えるために経路追従操向コントローラが開発された。各シナリオを通して低い速度で手動で運転し、そして乗物位置の軌跡を経路データとしてセーブすることにより、経路が得られた。次いで、操向障害入力の存在中に種々の速度で予め記録された経路をたどるように調査運転が制御された。全操向信号は、フィードフォワード成分、フィードバックコントローラ成分、及び障害成分の組み合わせであった。この経路追従解決策は、開ループ成分が走行距離によってインデックスされ、障害入力も距離でトリガーされることを除いて、Sidhu氏等により説明されたゴールポイント解決策(A. Sidhu、D. R. Mikesell、D. A. Guenther、R. Bixel及びG. Heydingerの“Development and Implementation of a Path-Following Algorithm for an Autonomous Vehicle”、第SP−2138巻、2007年)と同様である。
北アメリカNAVTEQデータベースには、シナリオの要件を満足する2つの道路区分が位置されている。道路の曲率及び勾配属性がデジタルマップデータベースから使用される一方、道路巾及びバンク角度が合成される。
エンジニアリングデータの完全なセットが各走行から収集された。このデータは、乗物の動力学変数、制御信号、デジタルマップ属性変数、及びESCシステム変数を含むものであった。ある条件でESCシステムがテストされる状態で乗物の性能を特徴付けるメトリックの記述的セットを得るために多量のエンジニアリングデータが減少された。次いで、「ESCなし」のベースライン条件を制御ケースとしてESCシステムの性能の著しい相違をテストするために、その減少されたデータに統計学的分析が適用された。
多くのカーブした道路は、カーブの内側に向けて自動車を傾斜するバンク角度を有し、これは、通常にバンク付けされ又は正にバンク付けされた道路と称され、調査においてテストされた負のバンクと区別される。正バンクのシナリオは、400フィートの半径及び3%のバンクをもつカーブを使用する。67の操向入力のセットが54mphから60mphまでの速度において使用された。最大曲率点の付近で操向障害がトリガーされた。ESC条件走行のセットは、次のもので構成される。ベースライン(ESCなし)、OEM ESC(OEM)、NADS ESCモデル(ESC)、及びADASエンハンスメント(ADAS)。より高い速度で操向障害なく付加的な走行が行われた。上述したESC条件に加えて、付加的なADASエンハンスメントが、エンジンスロットル変調を導入するカーブルックアヘッド(ADAS LA)と共に追加される。
操向障害を適用せずに、4つのより高い速度が実行された。その結果、これらの実行に対して統計学的な分析は不要である。付加的なADASエンハンスメント、ADAS LAが追加され、カーブに接近することが予想され、そして予想される横方向加速度が過剰であるときに、システムによりエンジンスロットルが遮断される。
図14は、図1の電子安定性制御システムにより遂行されるプロセスの別の実施形態を示す別のフローチャートである。図14のESCプロセス204は、図3に示すESCプロセスと同じステップを幾つか含み、同様のステップは、同じ番号で指示されている。
デジタルマップシステムから得られる付加的な道路情報を考慮するために慣習的なESCシステムに対し適度な控え目な適応を具現化することができる。これらの変更は、67の実世界の操向入力で、種々の速度において、且つ改善された性能が合理的に期待される異なる形式の道路上においてテストされた。全ての場合に、RMSヨーレートエラーは、一般的に改善されたレーン偏差も伴う慣習的なESCシステムを越えて、ADASエンハンストアルゴリズムを使用して著しく減少された。調査の見解において、幾つかの手段で重要性を達成する挑戦は、その大部分が、操向入力における広範囲の厳格さによって行われ、データに大きな分散を生じさせる。大きなサンプルサイズは、結果の重要性を高めることが期待される。
102:電子安定性制御(ESC)システム
108:ハンドルセンサ
112:ハンドル
116:ヨーレートセンサ
120:車輪センサ
122:車輪
130:横方向加速度センサ
136:スロットルセンサ
138:スロットル
144:電子制御ユニット
150:電子安定性制御アプリケーション
156、158:液圧制御ユニット
162:スロットルアクチュエータ
166:アクチュエータ
170:イネーブル/ディスエイブルスイッチ
180:マップデータベース
184:ポジショニングシステム
186:ポジショニングハードウェア
188:ポジショニングアプリケーション
Claims (32)
- 乗物用の改良型電子安定性制御システムにおいて、
乗物が走行する道路網内の道路の特性を指示するデータを含むマップデータベースと、
前記マップデータベースに作動的に結合され、前記道路網内の道路における乗物の位置を決定するためのポジショニングシステムと、
プログラミング機能を実行するように動作できるプロセッサを含む電子制御ユニットであって、この電子制御ユニットは、乗物の方向及びハンドル位置を指示するセンサに作動的に結合され、更に、この電子制御ユニットは、道路における乗物の位置を指示する情報を受け取るように前記ポジショニングシステムに作動的に結合され、更に、この電子制御ユニットは、前記乗物の個々の車輪に関連したブレーキに関連したブレーキアクチュエータへの出力を含むような電子制御ユニットと、
前記電子制御ユニット上で実行され、前記センサからの入力と、乗物が位置する道路の特性を指示する前記マップデータベースからの情報とを使用して、意図された乗物方向と実際の乗物方向との間の差を減少するために前記ブレーキアクチュエータへ出力を与えるべきかどうか決定するESCプログラムと、
を備えた電子安定性制御システム。 - 前記ESCプログラムは、意図された乗物方向と実際の乗物方向との間の差を減少するための前記ブレーキアクチュエータへの出力も決定する、請求項1に記載のシステム。
- 乗物用の改良型電子安定性制御システムにおいて、
乗物が走行する道路網内の道路の特性を指示するデータを含むマップデータベースと、
前記マップデータベースに作動的に結合され、前記道路網内の道路における乗物の位置を決定するためのポジショニングシステムと、
プログラミング機能を実行するように動作できるプロセッサを含む電子制御ユニットであって、この電子制御ユニットは、乗物の方向及びハンドル位置を指示するセンサに作動的に結合され、更に、この電子制御ユニットは、道路における乗物の位置を指示する情報を受け取るように前記ポジショニングシステムに作動的に結合され、更に、この電子制御ユニットは、前記乗物の個々の車輪に関連したブレーキに関連したブレーキアクチュエータへの出力を含むような電子制御ユニットと、
前記電子制御ユニット上で実行され、前記センサからの入力と、乗物が位置する道路の特性を指示する前記マップデータベースからの情報とを使用して、意図された乗物方向と実際の乗物方向との間の差を減少するための前記ブレーキアクチュエータへの出力を決定するESCプログラムと、
を備えた電子安定性制御システム。 - 前記ESCプログラムは、乗物が位置しているところからある程度前方の道路の特性を指示する前記マップデータベースからの情報を使用して、意図された乗物方向と実際の乗物方向との間の差を減少するために前記ブレーキアクチュエータへ出力を与えるべきかどうか決定する、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、乗物が位置しているところからある程度前方の道路の特性を指示する前記マップデータベースからの情報を使用して、意図された乗物方向と実際の乗物方向との間の差を減少するための前記ブレーキアクチュエータへの適当な出力を決定する、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、乗物が位置しているところの道路の特性を指示する前記マップデータベースからの情報を使用して、乗物速度を下げるために乗物のスロットルに関連したスロットルアクチュエータへ出力を与えるべきかどうか決定する、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、道路の形状を含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、道路の巾を含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、道路の勾配を含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、道路の摩擦を含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、路面を含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、路肩を含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、カントを含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、ブラックスポットを含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、ガードレールを含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、道路の中央分離帯を含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、制限速度情報を含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムにより使用される前記マップデータベースからの道路の特性は、曲率を含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記乗物方向は、乗物のヨーレートを含む、請求項1又は3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、乗物の操向操作、方向及びレートも変更する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、乗物シャーシのスプリングレートも変更する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、乗物シャーシのロールレートも変更する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、車輪のガタツキ減衰レートも変更する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、車輪の反発減衰レートも変更する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、乗物の伝達ギア選択も変更する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、乗物の伝達トルクコンバータカップリングも変更する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、乗物のブレーキブーストレベルも変更する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、乗物のホイールチャンバーも変更する、請求項3に記載のシステム。
- 前記ESCプログラムは、前記マップデータベースからの情報を使用して、乗物のホイールキャスターも変更する、請求項3に記載のシステム。
- 乗物の電子安定性制御システムの動作方法において、
道路網内の道路に沿った乗物の位置を決定するステップと、
道路に沿った乗物の位置における道路の特性を決定するためにマップデータベースにアクセスするステップと、
実際の乗物ヨーレート及び意図された乗物ヨーレートを指示する乗物のセンサからの出力を得るステップと、
前記センサからの出力及び乗物の位置における道路の特性を使用して、実際の乗物ヨーレートと意図された乗物ヨーレートとの間の差を減少するためにブレーキアクチュエータへ出力を与えるべきかどうか決定するステップと、
を備えた方法。 - 前記センサからの出力及び乗物の位置における道路の特性を使用して、実際の乗物ヨーレートと意図された乗物ヨーレートとの間の差を減少するためにブレーキアクチュエータへ出力を与えるべきかどうか決定した後に、前記センサからの出力及び乗物の位置における道路の特性を使用して、実際の乗物ヨーレートと意図された乗物ヨーレートとの間の差を減少するためにブレーキアクチュエータへ付与すべき出力を決定するステップを更に備えた、請求項30に記載の方法。
- 乗物の電子安定性制御システムの動作方法において、
道路網内の道路に沿った乗物の位置を決定するステップと、
道路に沿った乗物の位置における道路の特性を決定するためにマップデータベースにアクセスするステップと、
実際の乗物ヨーレート及び意図された乗物ヨーレートを指示する乗物のセンサからの出力を得るステップと、
前記センサからの出力及び乗物の位置における道路の特性を使用して、実際の乗物ヨーレートと意図された乗物ヨーレートとの間の差を減少するためにブレーキアクチュエータへ出力を与えるべきかどうか決定するステップと、
前記センサからの出力及び乗物の位置における道路の特性を使用して、実際の乗物ヨーレートと意図された乗物ヨーレートとの間の差を減少するためのブレーキアクチュエータに対する適当な出力を決定するステップと、
を備えた方法。
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