JP2017065647A - 速度制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が加速する際、オーバーシュートの発生を抑制することが可能な速度制御装置を提供する。【解決手段】速度制御装置２００は、複数の道路区間から構成され、各道路区間に対して目標速度が設定された走行経路に沿って走行する車両の速度を制御する速度制御装置であって、車両の実際の速度である実速度を取得する実速度取得部２４０と、車両の実際の位置である実位置を取得する実位置取得部２２０と、実位置を含む道路区間に設定されている目標速度に実速度が追従するように、車両の加減速度を制御する加減速度制御部２８０とを備え、実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い目標速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する場合、第２道路区間の開始位置から終了位置までの間において実速度が第１目標速度から第２目標速度に１次遅れで増大するように、第２道路区間における目標速度は設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、速度制御装置に関する。

近年、自動車交通の諸問題に対する解決策として、自動車交通の情報化、知能化に関連して、自動運転システムの研究開発が進められている。自動運転システムとは例えば、複数の道路区間から構成される目標走行経路と、各道路区間に対して予め設定されている目標速度（「規制速度」とも言う）とが事前に提供されて、停発進を含む車両の自律的な走行制御を行うシステムである。車両には、当該車両の実際の速度（実速度）が、車両の実際の位置（実位置）を含む道路区間に設定されている目標速度に追従するように、当該車両のアクセル操作量とブレーキ操作量とを制御する速度制御装置が搭載される。

特許文献１には、自動運転に関する技術として、自動運転許可スイッチによる許可に基づいて、走行路面上に敷設された誘導線に沿って車両の自動運転を開始させる技術が開示されている。

特開平３−１４２５０７号公報

ところで、上記自動運転システムにおいて、目標速度がステップ状に増大する場合（すなわち、車両が加速する）場合、車両の実速度が急激に増大し、当該実速度が目標速度を超過するオーバーシュートが発生してしまう場合があるという問題があった。

本発明の目的は、車両が加速する際、オーバーシュートの発生を抑制することが可能な速度制御装置を提供することである。

本発明に係る速度制御装置は、
複数の道路区間から構成され、各道路区間に対して目標速度が設定された走行経路に沿って走行する車両の速度を制御する速度制御装置であって、
前記車両の実際の速度である実速度を取得する実速度取得部と、
前記車両の実際の位置である実位置を取得する実位置取得部と、
前記実位置を含む前記道路区間に設定されている前記目標速度に前記実速度が追従するように、前記車両の加減速度を制御する加減速度制御部と、
を備え、
前記実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い前記目標速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する場合、前記第２道路区間の開始位置から終了位置までの間において前記実速度が前記第１目標速度から前記第２目標速度に１次遅れで増大するように、前記第２道路区間における前記目標速度は設定される。

本発明によれば、目標速度がステップ状に変化するのではなく、当該目標速度の変化の傾きが徐々に小さくなるように設定されるため、車両が第１目標速度から第２目標速度に加速する際、実速度が目標速度（第２目標速度）を超過するオーバーシュートの発生を抑制することができる。

本実施の形態における車両の構成を示す機能ブロック図である。 オーバーシュートの発生を説明する図である。 １次遅れで増大する目標速度を説明する図である。 １次遅れで増大する目標速度の生成方法を説明する図である。 １次遅れで増大する目標速度の変化に従って加減速度の制御を行った場合における車両の実速度の変化を示した図である。 目標速度に実速度が達したタイミングにおいてＰＩ制御の積分項を０に変更した場合における車両の実速度の変化を示した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態における車両１００の構成を示す機能ブロック図である。本実施の形態では、車両１００は、自動運転システムの対象となる、ディーゼルエンジン（内燃機関）を搭載したトラックなどの大型車両である。すなわち、車両１００は、複数の道路区間から構成され、車両１００がこれから走行する走行経路（例えば、高速道路）と、各道路区間に対して予め設定されている目標速度とが事前に提供されて、停発進を含む車両１００の自律的な走行制御を行うための構成を備えている。

図１に示すように、車両１００は、地図情報記憶部１２０、走行経路情報記憶部１４０、実位置検出部１６０、実速度検出部１８０および速度制御装置２００を備える。

地図情報記憶部１２０は、地図情報を記憶している。地図情報には、地図上の道路を表す道路情報であって地図表示や経路探索等に使用する道路情報の他に、道路に隣接する各種施設を表す施設情報が含まれている。道路情報は、道路や車線を細かく分割して表したリンク（以下、「道路区間」と言う）に関する道路区間情報（例えば、道路幅、道路長、勾配、タイヤと路面との摩擦係数等）と、各道路区間の両端の点（交差点や分岐など複数の道路が交わる点を含む）に相当するノードに関するノード情報とから成る。なお、道路区間がカーブを有する場合には、道路区間情報は、そのカーブの半径および曲率等に関する情報を含む。

走行経路情報記憶部１４０は、複数の道路区間から構成される走行経路に関する走行経路情報を記憶する。走行経路情報は、走行経路を構成する複数の道路区間に対して設定された目標速度を含む。目標速度とは、車両１００が道路区間を走行する際、車両１００の実際の速度（以下、「実速度」と言う）が追従するように予め設定された速度である。

実位置検出部１６０は、車両１００に搭載された自律航法センサー（図示せず）やＧＰＳ受信機（図示せず）により取得された車両１００の経度、緯度を示す情報と、地図情報記憶部１２０に記憶されている地図情報とに基づいて、地図上における車両１００の実際の位置である実位置（現在位置）を検出する。そして、実位置検出部１６０は、検出した実位置を速度制御装置２００に出力する。

実速度検出部１８０は、例えば車速センサーであり、車両１００の実速度（走行速度）を検出する。そして、実速度検出部１８０は、検出した実速度を速度制御装置２００に出力する。

速度制御装置２００は、走行経路情報記憶部１４０に記憶されている走行経路情報に示される走行経路に沿って走行する車両１００の速度を制御する。図１に示すように、速度制御装置２００は、実位置取得部２２０、実速度取得部２４０、目標加減速度算出部２６０および加減速度制御部２８０を備える。なお、目標加減速度算出部２６０および加減速度制御部２８０は、本発明の「加減速度制御部」に相当する。

実位置取得部２２０は、実位置検出部１６０から出力された実位置を取得して目標加減速度算出部２６０に出力する。

実速度取得部２４０は、実速度検出部１８０から出力された実速度を取得して目標加減速度算出部２６０に出力する。

目標加減速度算出部２６０は、地図情報記憶部１２０に記憶されている地図情報と、走行経路情報記憶部１４０に記憶されている走行経路情報とに基づいて、実位置取得部２２０から出力された実位置を含む道路区間に設定されている目標速度に、実速度取得部２４０から出力された実速度を追従させるための目標加減速度を算出する。

具体的には、目標加減速度算出部２６０は、目標速度と実速度との速度偏差に対するＰＩ（比例・積分）フィードバック制御の方法によって目標加減速度を算出する。

加減速度制御部２８０は、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度が正の値である場合（すなわち、車両１００を加速させる必要がある場合）、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度に応じてアクセルマップを参照してアクセル開度（車両１００のアクセル操作量）を決定し、決定したアクセル開度に応じて、エンジン制御を行う車両用電子制御装置（ＥＣＭ）を制御する。なお、加減速度制御部２８０は、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度が正の値である場合、車両１００のアクセル操作量以外を制御しても良い（例えば燃料噴射量の制御）。

また、加減速度制御部２８０は、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度が負の値である場合（すなわち、車両１００を減速させる必要がある場合）、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度に応じて制動力ゲインを参照して制動力（車両１００のブレーキ操作量）を決定し、決定した制動力に応じて、制動力を発生させるＥＢＳ（電子制御ブレーキシステム）を制御する。なお、加減速度制御部２８０は、目標加減速度算出部２６０により算出された目標加減速度が負の値である場合、車両１００のブレーキ操作量以外を制御しても良い。

ところで、車両１００が走行経路に沿って走行する際、目標速度がステップ状に増大する（すなわち、車両１００が加速する）と、車両１００の実速度が急激に増大し、当該実速度が目標速度を超過するオーバーシュートが発生してしまう場合があった。図２は、オーバーシュートの発生を説明する図である。図２において、実線Ｌ１は、実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い目標速度が第１目標速度（例えば、７０［ｋｍ／ｈ］）から第２目標速度（例えば、９０［ｋｍ／ｈ］）に増大することを示している。一点鎖線Ｌ２は、実線Ｌ１に示される目標速度の変化に従って加減速度の制御を行った場合における車両１００の実速度の変化を示す。図２に示すように、目標速度が第１目標速度から第２目標速度にステップ状に増大すると、車両１００の実速度が目標速度（第２目標速度）を超過するオーバーシュートが発生してしまう。

そこで本実施の形態では、走行経路情報記憶部１４０に記憶される走行経路情報において、図３の実線Ｌ３に示すように、第２道路区間の開始位置から終了位置までの間において車両１００の実速度が第１目標速度から第２目標速度に１次遅れで増大するように、第２道路区間における目標速度は予め設定されている。すなわち、目標速度は、ステップ状に変化するのではなく、当該目標速度の変化の傾きが徐々に小さくなるように設定される。具体的には、第２道路区間における目標速度は、以下の式（１）に示す時間関数で徐々に時間変化するように設定される。
目標速度＝第１目標速度＋（第２目標速度−第１目標速度）×（１−ｅｘｐ（−ｔ／Ｔ））・・・（１）
ここで、ｔ：実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動した後の経過時間、Ｔ：1
次遅れの時定数（応答速度の目安）である。

１次遅れの時定数Ｔは、以下の式（２）に示すように、第２目標速度から第１目標速度を減算した値を車両１００の最大加速度で除算することによって算出される。車両１００の最大加速度は、例えば０．８［ｍ／ｓ^２］であり、車両１００の重量、速度またはギア段等によって一意に決定される。
１次遅れの時定数Ｔ＝（第２目標速度−第１目標速度）／車両１００の最大加速度・・・（２）

上述したように、１次遅れの目標速度は上式（１）によって生成されるが、第２目標速度まで加速させようとしても、第２目標速度までに加速するのにかかる加速時間（ｔ）は無限大になるため、完全に第２目標速度まで加速させることができない。そこで、本実施の形態では、以下のように１次遅れの目標速度を生成する。すなわち、図４に示すように、速度変化幅（ΔＶ）の９５［％］（以下、「比率」と言う）まで加速する１次遅れの目標速度の曲線（図４中の一点鎖線Ｌ３’）を生成する。次に、生成された曲線に係数（比率が９５［％］の場合、１／０．９５）を乗算して当該曲線を第２目標速度まで伸ばす（図４中の実線Ｌ３を参照）。なお、比率は、車両の加速能力の違いに応じて、例えば６５〜９９［％］の範囲で調整しても良い。

図５は、点線Ｌ３に示すように１次遅れで増大する目標速度の変化に従って加減速度の制御を行った場合における車両１００の実速度の変化を１点鎖線Ｌ４で示した図である。図５に示すように、車両１００の実速度が目標速度（第２目標速度）を超過するオーバーシュートが発生しているものの、目標速度がステップ状に増大する場合（図２を参照）と比べてオーバーシュート量が減少していることがわかる。

さらに、本実施の形態では、目標加減速度算出部２６０は、実速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する際、目標速度に実速度が達したタイミング（図５の点Ｐ２を参照）において、ＰＩ制御の積分項が正であれば当該積分項を０に変更する（リセットする）。目標速度に実速度が達した後において、正の積分項が残り、必要以上の加速要求が車両用電子制御装置（ＥＣＭ）に行われてしまうことを防止するためである。

図６は、目標速度に実速度が達したタイミングで積分項を０に変更した場合における車両１００の実速度の変化を実線Ｌ５で示した図である。図６に示すように、目標速度に実速度が達したタイミング以降、当該実速度が当該目標速度に追従し、オーバーシュートの発生なく、第２目標速度に増大していることがわかる。

以上詳しく説明したように、本実施の形態では、速度制御装置２００は、複数の道路区間から構成され、各道路区間に対して目標速度が設定された走行経路に沿って走行する車両１００の速度を制御する。速度制御装置２００は、車両１００の実際の速度である実速度を取得する実速度取得部２４０と、車両１００の実際の位置である実位置を取得する実位置取得部２２０と、実位置を含む道路区間に設定されている目標速度に実速度が追従するように、車両１００の加減速度を制御する加減速度制御部（目標加減速度算出部２６０、加減速度制御部２８０）とを備える。実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い目標速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する場合、第２道路区間の開始位置から終了位置までの間において実速度が第１目標速度から第２目標速度に１次遅れで増大するように、第２道路区間における目標速度は設定される。

このように構成した本実施の形態によれば、目標速度がステップ状に変化するのではなく、当該目標速度の変化の傾きが徐々に小さくなるように設定されるため、車両１００が第１目標速度から第２目標速度に加速する際、実速度が目標速度（第２目標速度）を超過するオーバーシュートの発生を抑制することができる。

なお、上記実施の形態では、実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い目標速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する場合、実速度が第１目標速度から第２目標速度に１次遅れで増大するように第２道路区間における目標速度が予め設定される例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、車両１００が走行経路に沿って走行する際、目標速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する道路区間（第２道路区間）にある程度近づいたタイミングで、車両１００の実速度が第１目標速度から第２目標速度に１次遅れで増大するように、第２道路区間における目標速度を設定変更しても良い。

また、上記実施の形態では、実速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する際、目標速度に実速度が達したタイミングにおいて目標速度と実速度との速度偏差の時間積分値を０に変更する例について説明したが、本発明はこれに限らない。例えば、目標速度に実速度が達する前、または、目標速度に実速度が達した後のタイミングにおいて時間積分値を０に変更しても良い。要は、オーバーシュートの発生がより抑制されるようなタイミングで時間積分値を０に変更すれば良い。

また、上記実施の形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明は、車両が加速する際、オーバーシュートの発生を抑制することが可能な速度制御装置として有用である。

１００ 車両
１２０ 地図情報記憶部
１４０ 走行経路情報記憶部
１６０ 実位置検出部
１８０ 実速度検出部
２００ 速度制御装置
２２０ 実位置取得部
２４０ 実速度取得部
２６０ 目標加減速度算出部
２８０ 加減速度制御部

Claims (3)

1. 複数の道路区間から構成され、各道路区間に対して目標速度が設定された走行経路に沿って走行する車両の速度を制御する速度制御装置であって、
   前記車両の実際の速度である実速度を取得する実速度取得部と、
   前記車両の実際の位置である実位置を取得する実位置取得部と、
   前記実位置を含む前記道路区間に設定されている前記目標速度に前記実速度が追従するように、前記車両の加減速度を制御する加減速度制御部と、
   を備え、
   前記実位置が第１道路区間から第２道路区間に移動することに伴い前記目標速度が第１目標速度から第２目標速度に増大する場合、前記第２道路区間の開始位置から終了位置までの間において前記実速度が前記第１目標速度から前記第２目標速度に１次遅れで増大するように、前記第２道路区間における前記目標速度は設定される、
   速度制御装置。
2. 前記１次遅れの時定数は、前記第２目標速度から前記第１目標速度を減算した値を前記車両の最大加速度で除算することによって算出される、
   請求項１に記載の速度制御装置。
3. 前記加減速度制御部は、前記目標速度に前記実速度が追従するように前記車両の加減速度を制御し、前記実速度が前記第１目標速度から前記第２目標速度に増大する際、前記目標速度に前記実速度が達したタイミングで前記実速度と前記目標速度との偏差の積分値を０に変更する、
   請求項１または２に記載の速度制御装置。

Images