JP2017016317A - 運転支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】離散的なノード点列で表現された目標経路から、滑らかに変化する目標制御量を得る技術を提供する。
【解決手段】対象ノード抽出部（６：Ｓ３１０〜Ｓ３７０）は、目標経路を表すノード点列のうち車両前後に位置する二つのノードを対象ノードとして抽出する。誤差情報生成部（６：Ｓ３９０，Ｓ４００）は、対象ノードのそれぞれについて、該対象ノードが持つ目標経路の情報を用いて、目標経路に対する車両の位置および移動方向の誤差を表すノード別誤差情報を生成する。加重値設定部（６：Ｓ４１０〜Ｓ４４０）は、車両と対象ノードのそれぞれとの相対的な位置関係に応じた補間加重値を設定する。補間演算部（６：Ｓ４５０）は、加重値設定部で設定された補間加重値を用いて、誤差情報生成部にて生成されたノード別誤差情報および対象ノードでの目標経路の曲率を補間演算することで、車両位置での目標経路に対する誤差情報および目標経路の曲率を求める。
【選択図】図３

Description

本発明は、地図上の離散的なノード点列で表現された目標経路を利用して運転支援を実施する技術に関する。

従来、地図上の離散的なノード点列で表現された目標経路、および自車両の位置，進行方向に基づき、所定条件に従って自車両前方に設定される誘導目標ノードに対する自車両の状態（位置、移動方向、速度等）から推定した自車予測経路の横ずれ量を演算し、この横ずれ量がゼロになるように求めたハンドル角等の目標制御量を用いて運転支援を実施する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００５−６７３２２号公報

しかしながら、従来技術では、誘導目標ノードが遷移するタイミングで、目標経路に対する自車予測経路の横ずれ量が階段状に変化し、これに伴い、目標制御量も階段状に変化するため、追従性能や乗り心地を劣化させる要因となり得るという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、離散的なノード点列で表現された目標経路から滑らかに変化する目標制御量を得る技術を提供することを目的とする。

本発明の運転支援システムは、地図データ取得部と、車両状況取得部と、対象ノード抽出部と、誤差情報生成部と、加重値設定部と、補間演算部と、制御部とを備える。
地図データ取得部は、目標経路が離散的なノード点列として表現され、各ノードの位置および該ノードでの目標経路の曲率を少なくとも含んだ地図データを取得する。車両状況取得部は、車両の位置および移動方向を取得する。対象ノード抽出部は、ノード点列のうち車両の前後に位置する二つのノードを対象ノードとして抽出する。誤差情報生成部は、対象ノードのそれぞれについて、対象ノードが持つ目標経路の情報を用いて、目標経路に対する車両の位置および移動方向の誤差を表すノード別誤差情報を生成する。加重値設定部は、車両と対象ノードのそれぞれとの相対的な位置関係に応じた補間加重値を設定する。補間演算部は、加重値設定部で設定された補間加重値を用いて、誤差情報生成部にて生成されたノード別誤差情報および対象ノードでの目標経路の曲率を補間演算することにより、車両の位置での目標経路に対する誤差情報および目標経路の曲率を求める。制御部は、補間演算部での演算結果から、車両を目標経路に追従させるための目標制御量を求め、その目標制御量に従って車両の動作を制御する。

このような構成によれば、地図上の離散的なノード点列を目標経路としながら、目標経路に対する車両の位置の横ずれ量や目標経路に対する車両の移動方向の角度ずれ量、更には、目標経路の曲率を階段状に変化させることなく求めることができる。その結果、滑らかに変化する目標制御量を得ることができるため、従来技術と比較して、目標経路に対する追従性能や乗り心地を向上させることができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

運転支援システムの構成を示すブロック図である。 演算装置が実行するメイン処理のフローチャートである。 横ずれ量、角度ずれ量、曲率推定処理のフローチャートである。 処理で使用する各種パラメータを図示する説明図である。 処理で求められるパラメータの意味を理解するための説明図である。 実験に用いた目標経路を示すグラフである。 横ずれ量、角度ずれ量、経路曲率、目標ハンドル角を、補間処理を行わない比較例および本実施形態について実測した結果を示すグラフである。

以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．構成］
運転支援システム１は、車両に搭載され、図１に示すように、車両情報取得部２、位置情報取得部３、指示入力部４、地図データ記憶部５、演算装置６、電動パワーステアリング装置７を備える。

車両情報取得部２は、ハンドル角センサ２１、車速センサ２２、ヨーレートセンサ２３等からなり、いずれも当該運転支援システム１を搭載する車両（以下「自車両」という）に設けられた公知のセンサである。

位置情報取得部３は、慣性航法とＧＰＳ（Global Positioning System） 等の衛星測位システムを利用した計測を併用し、自車両の位置を測地座標、即ち、緯度、経度、高度の形式で求める。なお、このような装置は周知（例えば、特開２０１２−１９３９６５、特開２０１４−２２８４９５等）であるため、その詳細についての説明は省略する。なお、地図とのマッチングによる位置推定やこれらを併用した手法等を用いてもよい。

指示入力部４は、車両の乗員が指示を入力するための各種装置からなり、ここでは、運転支援の開始／停止の指示を入力するためのスイッチを少なくとも備える。
地図データ記憶部５は、公知の記憶媒体からなり、目標経路を離散的なノード点列によって表現した地図データが格納されている。また、目標経路を構成する各ノードの情報として、ノードの位置を表す平面座標（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）およびその位置における経路の曲率κ_ｉの情報が少なくとも記憶されている。但し、添え字ｉは、ノードのインデックスであり、目標経路に沿って車両の移動方向に１ずつ増加する整数である。また、経路曲率κ_ｉは、左コーナーを正とする符号付きの値で表現されている。

演算装置６は、ＣＰＵ６１，ＲＯＭ６２，ＲＡＭ６３を少なくとも備えた公知のコンピュータからなり、ＲＯＭ６２に記憶されたプログラムをＣＰＵ６１が実行することにより各種機能を実現する。ここでは、地図データ記憶部５に目標経路を表す地図データを記憶する目標経路格納処理、その目標経路を用いて電動パワーステアリング装置７の目標制御値となる目標ハンドル角を生成するメイン処理（後述する）を少なくとも実行する。なお、目標経路格納処理では、演算装置６で設定した目標経路を格納するように構成されていてもよいし、車両の外部に設けられた管理センターなどから取得した目標経路を格納するように構成されていてもよい。

電動パワーステアリング装置７は、演算装置６から供給される支援実行フラグに応じて、この支援実行フラグがオフであれば、通常のアシスト制御を実行し、支援実行フラグがオンであれば、目標ハンドル角を達成するように目標値追従制御を実行する。なお、目標値追従制御は、実ハンドル角と目標ハンドル角の誤差を零とするようなＰＩＤ制御によって実現される。

［２．処理］
演算装置６が実行するメイン処理を、図２に示すフローチャートを用いて説明する。本処理は、演算装置６に電源が投入されると、所定の初期化動作後に起動する。

本処理が起動するとＣＰＵ６１は、Ｓ１１０にて、地図データ記憶部５に記憶されている目標経路の地図データを取得する。
続くＳ１２０では、車両情報取得部２から各種車両情報を取得すると共に、指示入力部４から指令入力を取得する。なお、ハンドル角センサ２１から取得したハンドル角δ_hsについては、（１）式に示すように、ステアリングギア比Ｇで除すことにより前輪舵角δ_wsに換算する。

続くＳ１３０では、位置情報取得部３から取得した情報に基づいて、自車両の位置（以下「自車位置」という）および移動方向を推定する。自車位置は地図データと同一の地平直交座標系における平面上座標（Ｘ，Ｙ）で表し、移動方向は、前回の処理サイクルで推定された自車位置に対する今回の処理サイクルで推定された自車位置の変化量（ΔＸ，ΔＹ）で表す。

続くＳ１４０では、運転支援の実行が可能か否かを判断する。具体的には、運転支援の実施の要否を指示するスイッチの状態と、自車位置の推定結果に基づき、スイッチがオンかつ位置推定に成功している場合に、運転支援を実行可能と判定し、それ以外は運転支援を実行不能と判断する。

運転支援を実行不能と判断した場合は、Ｓ１５０にて支援実行フラグＦをオフ（ＯＦＦ）に設定して、Ｓ１２０に戻る。一方、運転支援を実行可能と判断した場合は、Ｓ１６０支援実行フラグＦをオン（ＯＮ）に設定して、Ｓ１７０に進む。

Ｓ１７０では、車体横滑り角を推定する。車体横滑り角は、車体前方向に対する自車の移動方向の角度差であり、２輪モデルとして周知の数式モデルを表現した（２）式を用いて、ハンドル角センサ２１の検出結果から求めた前輪舵角δ_ws、車速センサ２２で検出される車速Ｖ、ヨーレートセンサ２３で検出されるヨーレートγから推定する。但し、Ｍは車体重量、ｌ_ｆ，ｌ_ｒは、車体重心から前輪軸および後輪軸までの距離、Ｋ_ｆ，Ｋ_ｒは、コーナリングパワーと呼ばれる前タイヤおよび後タイヤの物理パラメータである。

続くＳ１８０では、検出された車両位置での目標経路に対する自車両の横ずれ量ｙ、目標経路に対する自車両の移動方向の角度ずれ量φ、車両位置での経路曲率κを求める。その詳細については後述する。

続くＳ１９０では、Ｓ１８０で推定した横ずれ量ｙ、角度ずれ量φに基づき、（３）式を用いてフィードバック操作量ｕを演算する。但し、ｋ_１は横ずれ量ｙに対するフィードバックゲイン、ｋ_２は角度ずれ量φに対するフィードバックゲインである。

続くＳ２００では、（４）式に示すように、Ｓ１６０で求めたフィードバック操作量ｕに、フィードフォワード操作量を付加することで目標前輪舵角δ_wtを求め、更に、（５）式に示すように、目標操舵角δ_wtにステアリングギア比Ｇを乗じることで、目標ハンドル角δ_htを求める。

続くＳ２１０では、支援実行フラグＦと目標ハンドル角δ_htを電動パワーステアリング装置７に送信して、Ｓ１１０に戻り、上述の処理を繰り返す。
［横ずれ量・角度ずれ量・曲率推定処理］
先のＳ１８０で実行する処理の詳細を、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

本処理では、まず、Ｓ３１０にて、注目ノードを選択する。具体的には、前回の処理サイクルでの注目ノードをそのまま使用する。但し、今回が最初の処理サイクルである場合は、自車両の移動方向とは反対側に位置する直近のノードを注目ノードとして選択する。

続くＳ３２０では、注目ノードをＮ_１、注目ノードの手前のノードをＮ_０、注目ノードの次のノードをＮ_２、更に次のノードをＮ_３とし、ノードＮ_１，Ｎ_２の単位接線ベクトルｔ_１，ｔ_２を算出する。具体的には、図４に示すように、ノードＮ_ｉの座標を（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）、ノードＮ_ｉにおける目標経路の曲率をκ_ｉとして、（６）〜（８）式に従って、ベクトルｄ_０１、ｄ_１２、ｄ_２３を求める。

更に、（９）（１０）を用いて、ノードＮ_１，Ｎ_２の接線ベクトルｄ_１，ｄ_２を求め、この接線ベクトルｄ_１，ｄ_２から、（１１）（１２）式を用いて単位接線ベクトルｔ_１，ｔ_２を算出する。

続くＳ３３０では、ノードＮ_１，Ｎ_２から見た自車両の位置を表す相対位置ベクトルｐ_１，ｐ_２を、（１３）（１４）式を用いて算出する。

続くＳ３４０では、注目ノードＮ_１が、直前に通過したノードであるか否か、即ち前回ノードであるか否かを判断する。具体的には、（１５）式に示すように、ノードＮ_１における単位接線ベクトルｔ_１および相対位置ベクトルｐ_１の内積値と、ノードＮ_２における単位接線ベクトルｔ_２および相対位置ベクトルｐ_２の内積値との乗算結果が０以下であれば、注目ノードＮ_１は前回ノードであると判断し、乗算結果が０より大きければ、注目ノードＮ_１は前回ノードではないと判断する。

つまり、（１５）式を満たすのは、図４に例示するように、ノードＮ_１とノードＮ_２の間に自車両が存在する場合だけであり、それ以外の場合は、二つの内積値がいずれも正またはいずれも負となることから、この判断が成立する。

注目ノードＮ_１が前回ノードであれば（Ｓ３４０：ＹＥＳ）、Ｓ３８０に進み、前回ノードでなければ（Ｓ３４０：ＮＯ）、Ｓ３５０に進む。
Ｓ３５０では、ノードＮ_１，Ｎ_２の内積値はいずれも正であるか否かを判断する。内積値がいずれも正であれば（Ｓ３５０：ＹＥＳ）、ノードＮ_２の先に自車両が存在するもの、つまり、ノードＮ_２以降のノードが前回ノードであるものと判断し、Ｓ３６０に進む。Ｓ３６０では、ノードインデックスｉをインクリメントすることで、注目ノードを一つ前方に進めてＳ３１０に戻る。

一方、ノードＮ_１，Ｎ_２の内積値がいずれも負であれば（Ｓ３５０：ＮＯ）、ノードＮ_１より手前に自車両が存在するもの、つまり、ノードＮ_１より手前のノードが前回ノードであると判断し、Ｓ３７０に進む。Ｓ３７０では、ノードインデックスｉをデクリメントすることで、注目ノードを一つ手前に戻してＳ３１０に戻る。

Ｓ３８０では、注目ノードとその次のノード、即ち、図４におけるノードＮ_１，Ｎ_２を対象ノードとして、対象ノードＮ_１，Ｎ_２の単位法線ベクトルｎ_１，ｎ_２を（１６）（１７）式を用いて算出する。つまり、単位接線ベクトルｔ_ｉ（ｉ＝１，２）を左回りに９０°回転させたものが単位法線ベクトルｎ_ｉとなる。

続くＳ３９０では、対象ノードＮ_１，Ｎ_２におけるノード別誤差情報の一つである横ずれ量ｙ_１，ｙ_２を（１８）（１９）式を用いて算出する。横ずれ量ｙ_ｉは、図５に示すように、ノードＮ_ｉの曲率半径方向への車両位置のずれ量を表す。

続くＳ４００では、対象ノードＮ_１，Ｎ_２におけるノード別誤差情報の一つである角度ずれ量φ_１，φ_２を（２０）（２１）式を用いて算出する。角度ずれ量φ_ｉは、単位接線ベクトルｔ_ｉに対する車両の移動方向ｄの角度差を表す。

続くＳ４１０では、対象ノードＮ_１，Ｎ_２が位置する方向と自車両が位置する方向との角度差θ_１，θ_２を、（２２）（２３）式を用いて算出する。但し、角度差θ_ｉは、対象ノードＮ_ｉの曲率中心を基準としたものである。また、曲率κ_１，κ_２は、地図データとして予め記憶されているものを用いる。

続くＳ４２０では、対象ノードＮ_１，Ｎ_２間の目標経路がコーナーであるか否かを判断する。具体的には、対象ノードＮ_１，Ｎ_２の単位接線ベクトルｔ_１，ｔ_２が成す角度θを、（２４）式から求める。更に、（２５）式に示すように、その角度θを対象ノードＮ_１，Ｎ_２間の距離ｄ_１２で除した結果（即ち曲率）の絶対値が、予め設定された閾値Ｔｈｒより小さければコーナーではなく直線であると判断し、閾値Ｔｈｒ以上であればコーナーであると判断する。

目標経路がコーナーであると判断された場合（Ｓ４２０：ＹＥＳ）、Ｓ４３０にて、先のＳ４１０にて求めた角度差θ_１，θ_２に基づき、（２６）（２７）式を用いて重み（補間加重値）ｗ_１，ｗ_２を算出して、Ｓ４５０に進む。

一方、目標経路が直線であると判断された場合（Ｓ４２０：ＮＯ）、Ｓ４４０にて、重みｗ_１，ｗ_２をいずれも０．５に設定して、Ｓ４５０に進む。
Ｓ４５０では、Ｓ３９０で算出された横ずれ量ｙ_１，ｙ_２、Ｓ４００で算出された角度ずれ量φ_１，φ_２、予め記憶されている曲率κ_１，κ_２について、Ｓ４３０又はＳ４４０で設定された重みｗ_１，ｗ_２に基づき、（２８）（２９）（３０）式を用いた補間演算を行うことで、対象ノードＮ_１，Ｎ_２と自車両との相対的な位置関係に応じた補間値ｙ，φ，κを算出して、本処理を終了する。

［３．効果］
以上説明したように、運転支援システム１では、自車両の前後に位置する二つの対象ノードＮ_１，Ｎ_２のそれぞれについて、各対象ノードＮ_ｉ（ｉ＝１，２，）における自車両との横ずれ量ｙ_ｉ、角度ずれ量φ_ｉ、および経路曲率κ_ｉを求め、対象ノードＮ_１，Ｎ_２と自車両の相対的な位置関係に応じて動的に変化する重みｗ_１，ｗ_２を用いて補間演算を実行することにより、自車両の位置における横ずれ量ｙ、角度ずれ量φ、経路曲率κを求めている。

これにより、処理の対象となるノードが切り替わる毎に、横ずれ量ｙ、角度ずれ量φ、経路曲率κを段階状に変化させることなく求めることができる。その結果、電動パワーステアリング装置７での目標制御量として、滑らかに変化する目標ハンドル角δ_htを得ることができ、目標経路に対する追従性能や乗り心地を向上させることができる。

ここで、図６に示すような離散的なノード点列からなる目標経路を地図データとして与え、横ずれ量ｙ、角度ずれ量φ、経路曲率κ、目標ハンドル角δ_htを演算した結果を図７に示す。図７には、比較例として対象ノードを接続した線分に対する横ずれ量・角度ずれ量、前回ノードの曲率、およびこれらの値から求めた目標ハンドル角を示す。

図示されているように、特に、角度ずれ量φや目標ハンドル角δ_htにおいて階段状の変化が大きく抑制されていることがわかる。
運転支援システム１では、補間演算の際に、非常に微少な値となる角度差θ_１，θ_２をそのまま用いるのではなく、両値の割合を表す重みｗ_１，ｗ_２に変換して用いている。これにより、角度差θ_１，θ_２をそのまま用いて補間演算を実行する場合と比較して、演算精度を向上させることができる。

運転支援システム１では、二つの対象ノードＮ_１，Ｎ_２と自車両の位置との相対的な位置関係を表すベクトルを用いて演算を行っているため、絶対的な位置座標を用いる場合と比較して演算負荷を軽減することができる。

［４．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。

（１）上記実施形態では、重みｗ_１，ｗ_２の算出に角度差θ_１，θ_２を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、相対位置ベクトルｐ_１，ｐ_２を、対象ノード間を接続する線分に投影した時の各ベクトルの長さなど、対象ノード間における車両の位置を連続的に表現できるものであればよい。

（２）上記実施形態における一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加または置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（３）上述した運転支援システムの他、当該運転支援システムを構成要素とする各種システム、当該運転支援システムとしてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体など、種々の形態で実現することもできる。

１…運転支援システム、２…車両情報取得部、３…位置情報取得部、４…指示入力部、５…地図データ記憶部、６…演算装置、７…電動パワーステアリング装置、２１…ハンドル角センサ、２２…車速センサ、２３…ヨーレートセンサ

Claims (4)

1. 目標経路が離散的なノード点列として表現され、各ノードの位置および該ノードでの前記目標経路の曲率を少なくとも含んだ地図データを取得する地図データ取得部（６：Ｓ１１０）と、
   車両の位置および移動方向を取得する車両状況取得部（６：Ｓ１３０）と、
   前記ノード点列のうち前記車両の前後に位置する二つのノードを対象ノードとして抽出する対象ノード抽出部（６：Ｓ３１０〜Ｓ３７０）と、
   前記対象ノードのそれぞれについて、該対象ノードが持つ前記目標経路の情報を用いて、該目標経路に対する前記車両の位置および移動方向の誤差を表すノード別誤差情報を生成する誤差情報生成部（６：Ｓ３９０，Ｓ４００）と、
   前記車両と前記対象ノードのそれぞれとの相対的な位置関係に応じた補間加重値を設定する加重値設定部（６：Ｓ４１０〜Ｓ４４０）と、
   前記加重値設定部で設定された補間加重値を用いて、前記誤差情報生成部にて生成された前記ノード別誤差情報および前記対象ノードでの前記目標経路の曲率を補間演算することにより、前記車両の位置での前記目標経路に対する誤差情報および前記目標経路の曲率を求める補間演算部（６：Ｓ４５０）と、
   前記補間演算部での演算結果から、前記車両を前記目標経路に追従させるための目標制御量を求め、該目標制御量に従って前記車両の動作を制御する制御部（６：Ｓ１９０〜Ｓ２１０、７）と、
   を備えることを特徴とする運転支援システム。
2. 前記加重値設定部は、前記対象ノードでの前記目標経路の曲率中心から見た該対象ノードの位置と前記車両の位置の角度差を用いて前記補間加重値を設定することを特徴とする請求項１に記載の運転支援システム。
3. 前記制御部の制御対象はハンドル角であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の運転支援システム。
4. 前記誤差情報生成部および前記補間演算部では、相対位置で表現された前記ノードや車両の位置情報を用いて演算を実行することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の運転支援システム。