JP2017100653A

JP2017100653A - 走行制御装置

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Publication number: JP2017100653A
Application number: JP2015237543A
Authority: JP
Inventors: 寛伊能; Hiroshi Ino; 哲平三宅; Teppei Miyake; 智之堀; Tomoyuki Hori
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2017-06-08

Abstract

【課題】カーブを走行する自車の横滑りおよびカーブ外側への傾きを抑制する技術を提供する。【解決手段】走行制御装置は、Ｓ４００の判定がＹｅｓであり、自車が走行する道路がカーブの場合、Ｓ４０２において、カーブを走行するときに、自車がカーブの外側に横滑りすることを抑制する第１の車速範囲を算出する。Ｓ０４において、走行制御装置は、カーブを走行するときに、自車がカーブ外側に傾くことを抑制する第２の車速範囲を算出する。Ｓ４０６において、車両支援装置は、自車の横滑りと、自車がカーブ外側に傾くことの両方を満たす目標車速範囲における目標車速を設定する。Ｓ４０８において、走行制御装置は、実車速をＳ４０６で設定した目標車速にするために、駆動力と制動力とを制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、カーブを走行するときの車速を制御する技術に関する。

車両の走行を制御する技術として、ドライバの運転操作に対して駆動力、制動力、操舵角度等を補助的に支援するものから、ドライバに代わってすべての走行制御を自動で行うものまで、種々の技術が知られている。

特許文献１に開示されている技術では、許容横加速度または路面摩擦係数とのいずれか値の小さい方と自車の旋回半径とを用いてカーブに進入する目標車速を設定している。許容横加速度は、予め設定された固定値である。そして、現在の車速が目標車速を上回っている場合、車速を目標車速まで減速させる。

特開２００９−２８０１００号公報

特許文献１の技術のようにカーブに進入する車速を目標車速まで減速してカーブを走行する車両の横滑りを抑制しても、目標車速によっては、自車がカーブの外側に傾くことがある。カーブを走行する車両にとって、車両の横滑りおよびカーブ外側への傾きは避けたい車両挙動である。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、カーブを走行する車両の横滑りおよびカーブ外側への傾きを抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明の走行制御装置（１０）は、第１の車速設定部（２４、Ｓ４０２）と、第２の車速設定部（２６、Ｓ４０４）と、目標設定部（２８、Ｓ４０６）と、車速制御部（３０、Ｓ４０８）と、を備えている。

第１の車速設定部は、カーブを走行するときに自車（１００）が受ける遠心力よりも、カーブを走行するときに遠心力と反対方向に自車が受ける摩擦力が大きくなる第１の車速範囲を設定する。第２の車速設定部は、自車の前記カーブの外側のタイヤと路面との接触箇所を回転軸（１１２）とし、カーブを走行するときに、遠心力により回転軸の周りに働く第１のモーメントよりも、自車の重量により回転軸の周りに働く第２のモーメントが大きくなる第２の車速範囲を設定する。

目標設定部は、第１の車速範囲と第２の車速範囲との両方を満たす目標車速範囲で自車の目標車速を設定する。車速制御部は、カーブを自車が走行するときに、目標設定部が設定する目標車速で自車を走行させる。

この構成によれば、カーブを走行するときに、遠心力が摩擦力よりも大きくなって自車が横滑りすることを抑制するとともに、遠心力により回転軸の周りに働く第１のモーメントが自車の重量により回転軸の周りに働く第２のモーメントよりも大きくなって自車がカーブ外側に傾くことを抑制できる。

尚、この欄および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。

本実施形態による走行制御システムを示すブロック図。自車に働く遠心力と摩擦力とを示す模式図。自車に働くモーメントを示す模式図。走行制御処理を示すフローチャート。

以下、本発明が適用された実施形態を図に基づいて説明する。
［１．構成］
図１に示す走行制御システム２は、走行制御装置１０と、カメラ４０と、加速度センサ４２と、ステアリングセンサ４４と、ナビゲーション装置４６と、車速センサ４８と、パワートレインシステム５０と、ブレーキシステム５２とを備えている。

走行制御装置１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉ／Ｏインタフェース等を備えるコンピュータを搭載しており、車速設定部２０と、車速制御部３０とを備えている。走行制御装置１０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の非遷移的実体的記録媒体に記録されているプログラムを実行することにより、プログラムに対応する走行制御の機能を実行する。

車速設定部２０は、カーブ検出部２２と、第１の車速設定部２４と、第２の車速設定部２６と、目標設定部２８とを備えている。
カーブ検出部２２は、カメラ４０が撮像する自車の前方の画像データ、あるいはナビゲーション装置４６が備える地図ＤＢに記憶されている地図情報に基づいて、自車が走行する道路がカーブであるか否かを検出する。カーブ検出部２２は、道路がカーブである場合、曲率半径を取得する。

図２に示すように、第１の車速設定部２４は、道路２００がカーブの場合に自車１００カーブの外側に横滑りすることを抑制する第１の車速範囲を設定する。図３に示すように、第２の車速設定部２６は、自車１００がカーブ外側に傾かない第２の車速範囲を設定する。第１の車速設定部２４と第２の車速設定部２６とのそれぞれの車速範囲の設定の詳細については後述する。

目標設定部２８は、第１の車速設定部２４が設定する第１の車速範囲と、第２の車速設定部２６が設定する第２の車速範囲との両方を満たす目標車速範囲で自車１００の目標車速を設定する。

車速制御部３０は、自車１００の車速が目標設定部２８が設定する目標車速となるように、パワートレインシステム５０とブレーキシステム５２とを制御する。車速制御部３０は、例えば、目標車速範囲において、誤差を考慮して予め設定した減速分、あるいは路面状態および自車の１００の車速に基づいて適宜設定する減速分を目標車速範囲の境界値から減算した上限値を自車１００の目標車速として設定する。

カメラ４０は、例えば自車１００の車室内のウィンドウシールドのミラーの中央付近に取り付けられており、自車１００の前方を撮像して画像データを出力する。
加速度センサ４２は、自車１００に加わる横加速度を検出する。ステアリングセンサ４４は、自車１００の操舵角を検出する。

ナビゲーション装置４６は、自車両の現在位置とタッチパネル等から入力される自車両の目的地とに基づき、目的地までの経路を案内する。ナビゲーション装置４６は、ＧＰＳ衛星等の測位衛星から測位信号を受信して、自車両の位置を地図ＤＢに記憶されている地図情報に基づいてマッピングする。地図ＤＢに記憶されている地図情報には、道路種別、道路の制限速度、道路の曲率半径、道路の勾配等が記憶されている。

車速センサ４８は、自車１００の車速を検出する。
パワートレインシステム５０は、車速制御部３０から指令される駆動出力にしたがって、駆動源として内燃機関を搭載している場合にはスロットル装置の開度および燃料噴射量を制御し、駆動源としてモータを搭載している場合にはモータへの供給電力を制御する。

ブレーキシステム５２は、車速制御部３０から指令される制動力にしたがって、油圧式ブレーキの液圧回路に設けられたアクチュエータを制御する。自車両が駆動源としてモータを搭載している場合には、ブレーキシステム５２は、車速制御部３０から指令される制動力にしたがって、モータへの供給電力を制御して回生ブレーキによる制動力を生成してもよい。

［２．処理］
以下、走行制御装置１０が実行する走行制御処理を、図４のフローチャートに基づいて説明する。図４のフローチャートは所定時間間隔で常時実行される。

Ｓ４００において、カーブ検出部２２は、自車１００が走行する道路形状がカーブであるか否かを判定する。カーブ検出部２２は、カメラ４０が撮像する画像データと、加速度センサ４２が検出する横加速度と、ナビゲーション装置２８が備える地図ＤＢが記憶している地図情報とのうち少なくともいずれか一つに基づいて、走行している道路２００の曲率半径を取得する。そして、カーブ検出部２２は、曲率半径に基づいて、道路形状がカーブであるか否かを判定する。

例えば、カーブ検出部２２は、カメラ４０が撮像する画像データに基づいて、自車１００の重心１１０を原点とし、自車１００の横幅方向をｘ軸、ｘ軸と直交する方向をｙ軸として、自車１００から１００ｍ程度先までの道路２００の左右の白線２１０、２１２の位置のｘ座標およびｙ座標を取得する。そして、カーブ検出部２２は、白線２１０、２１２の座標に基づいて、道路２００の曲率半径を算出する。

また、カーブ検出部２２は、加速度センサ４２が検出する横加速度と車速センサ４８が検出する車速とに基づいて、次式（１）により曲率半径を算出してもよい。式（１）において、横加速度をαとし、車速をｖとし、曲率半径をｒとする。

ｒ＝ｖ^２／α ・・・（１）
カーブ検出部２２は、地図ＤＢに記憶されている地図情報から、走行している道路２００の曲率半径を取得してもよい。また、ステアリングセンサ４４が検出する操舵角度に基づいて、走行している道路２００の曲率半径を算出してもよい。

Ｓ４００の判定がＹｅｓであり、道路形状がカーブの場合、Ｓ４０２において、第１の車速設定部２４は、カーブを走行するときに、自車１００がカーブの外側に横滑りすることを抑制する車速を算出する。自車１００が横滑りしないためには、自車１００が受ける遠心力Ｆｖよりも、遠心力Ｆｖと反対方向に自車１００が受けるタイヤと路面との摩擦力Ｆｔが大きくなる必要がある。

ここで、重力加速度をｇ、自車１００の質量をＭ、自車１００の車速をｖ、カーブの曲率半径をｒ、自車１００と自車１００が走行する路面との摩擦係数をμとすると、遠心力Ｆｖは次式（２）で表わされ、摩擦力Ｆｔは次式（３）で表わされる。摩擦係数μは、例えば、自車１００の横滑りを極力抑制するために、濡れた路面を走行する場合を想定して設定されている。

Ｆｖ＝Ｍｖ^２／ｒ・・・（２）
Ｆｔ＝μＭｇ・・・（３）
そして、次式（４）の関係から、次式（５）を見たす車速範囲であれば、自車１００がカーブの外側に横滑りすることを抑制できる。

Ｆｖ＝Ｍｖ^２／ｒ＜Ｆｔ＝μＭｇ・・・（４）
ｖ^２／ｒ＜μｇ・・・（５）
Ｓ４０４において、第２の車速設定部２６は、カーブを走行するときに、自車１００がカーブ外側に傾くことを抑制する第２の車速範囲を算出する。

自車１００がカーブ外側に傾かないためには、図３において、自車１００のカーブの外側のタイヤと路面との接触箇所を回転軸１１２とし、遠心力Ｆｖにより回転軸１１２の周りに働く第１のモーメントよりも、自車１００の重量により回転軸１１２の周りに働く第２のモーメントが大きくなる必要がある。

重力加速度をｇ、自車１００の質量をＭ、自車１００の車速をｖ、カーブの曲率半径をｒ、自車の重心１１０までの重心高さをＨ、自車１００の横幅をＷ、第１のモーメントＮｖは次式（６）で表わされ、第２のモーメントＮｗは次式（７）で表わされる。重心高さＨ、自車１００の横幅Ｗは、車両諸元としてＲＯＭ等に記憶されている。

Ｎｖ＝ＨＭｖ^２／ｒ（６）
Ｎｗ＝ＭｇＷ／２（７）
そして、次式（８）の関係から、次式（９）を見たす車速範囲であれば、自車１００がカーブ外側に傾くことを抑制できる。

Ｎｖ＝ＨＭｖ^２／ｒ＜Ｎｗ＝ＭｇＷ／２・・・（８）
ｖ^２＜ｇｒＷ／２Ｈ・・・（９）
Ｓ４０６において、目標設定部２８は、式（５）と式（９）との両方を満たす目標車速範囲を設定し、前述したように、目標車速範囲において減速分を減算した上限値を自車１００の目標車速として設定する。

Ｓ４０８において、車速制御部３０は、目標設定部２８が設定した目標車速と車速センサ４８が検出する実車速との差に基づいて、実車速を目標車速にするために、パワートレインシステム５０とブレーキシステム５２とに対し、駆動力と制動力の制御量を指令する。

［３．効果］
以上説明した上記実施形態では、以下の効果を得ることができる。
カーブを走行するときに、自車１００は、遠心力よりも遠心力と反対方向に働く摩擦力が大きくなる車速範囲で走行するので、遠心力が摩擦力よりも大きくなって自車が横滑りすることを抑制できる。

さらに、カーブを走行するときに、自車１００は、遠心力により回転軸１１２の周りに働き自車１００をカーブ外側に傾かせようとする第１のモーメントよりも、自車１００の
重量により回転軸１１２の周りに働き自車１００のカーブ内側を下に向かわせようとする第２のモーメントが大きくなる車速範囲で走行するので、第１のモーメントが第２のモーメントよりも大きくなって自車１００がカーブ外側に傾くことを抑制できる。

［４．他の実施形態］
（１）第１のモーメントを算出するときのパラメーである重心高さＨは、搭乗者および積荷の増減により、搭乗者および積荷を含めた自車１００の重量により変化することがある。そこで、例えば、搭乗者の人数および積荷の重量をドライバ等が操作パネルから走行制御装置１０に入力するか、サスペンションの位置センサを備えている場合には、重量の変化によるサスペンションの位置の変化に基づいて自車１００の重量を走行制御装置１０が取得し、自車１００の重量に応じて、重心高さＨを設定してもよい。

（２）摩擦力を算出するために使用される摩擦係数は、路面状態に応じて適宜可変に設定してもよい。例えば、外部から通信により取得する天気情報に基づいて摩擦係数を設定してもよいし、天候に基づいてドライバが摩擦係数を走行制御装置１０に入力してもよい。また、車速とタイヤの回転速度とから算出するスリップ率に基づいて、遠心力と反対側に働く摩擦力を算出する場合の摩擦係数を適宜可変に設定してもよい。

（３）車速制御部３０は、自車１００の車速を自動変速機の変速段の切り替えにより制御してもよい。
（４）上記実施形態では、走行制御装置１０が実行する機能を、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の非遷移的実体的記録媒体に記録されているプログラムを実行することによりソフトウェアで実現した。これに対し、走行制御装置１０が実行する機能の一部またはすべてを、一つまたは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。

走行制御装置１０の機能の一部またはすべてをハードウェアである電子回路によって構成する場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

（５）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１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又は置換してもよい。尚、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。

（６）上述した走行制御装置１０の他、当該走行制御装置１０を構成要素とする走行制御システム２、当該走行制御装置１０としてコンピュータを機能させるための走行制御プログラム、この走行制御プログラムを記録した記録媒体、走行制御方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

２：走行制御システム、１０：走行制御装置、２４：第１の車速設定部、２６：第２の車速設定部、２８：目標設定部、３０：車速制御部、１００：自車、１１０：重心、１１２：回転軸、２００：道路

Claims

カーブを走行するときに自車（１００）が受ける遠心力よりも、前記カーブを走行するときに前記遠心力と反対方向に前記自車が受ける摩擦力が大きくなる第１の車速範囲を設定する第１の車速設定部（２４、Ｓ４０２）と、
前記自車の前記カーブの外側のタイヤと路面との接触箇所を回転軸（１１２）とし、前記カーブを走行するときに、前記遠心力により前記回転軸の周りに働く第１のモーメントよりも、前記自車の重量により前記回転軸の周りに働く第２のモーメントが大きくなる第２の車速範囲を設定する第２の車速設定部（２６、Ｓ４０４）と、
前記第１の車速範囲と前記第２の車速範囲との両方を満たす目標車速範囲で前記自車の目標車速を設定する目標設定部（２８、Ｓ４０６）と、
前記カーブを前記自車が走行するときに、前記目標設定部が設定する前記目標車速で前記自車を走行させる車速制御部（３０、Ｓ４０８）と、
を備える走行制御装置（１０）。
請求項１に記載の走行制御装置において、
重力加速度をｇ、前記自車の質量をＭ、前記自車の車速をｖ、前記カーブの曲率半径をｒ、前記自車と前記自車が走行する路面との摩擦係数をμとすると、前記第１の車速設定部は、Ｍｖ^２／ｒ＜μＭｇが示す前記遠心力と前記摩擦力との関係から、ｖ^２＜μｇｒを満たす前記第１の車速範囲を設定する、
走行制御装置。
請求項１または２に記載の走行制御装置において、
重力加速度をｇ、前記自車の質量をＭ、前記自車の車速をｖ、前記カーブの曲率半径をｒ、前記自車の重心（１１０）までの重心高さをＨ、前記自車の横幅をＷとすると、前記第２の車速設定部は、ＨＭｖ^２／ｒ＜ＭｇＷ／２が示す前記第１のモーメントと前記第２のモーメントとの関係から、ｖ^２＜ｇｒＷ／２Ｈを満たす前記第２の車速範囲を設定する、
走行制御装置。
請求項２または請求項２を引用する請求項３に記載の走行制御装置において、
前記第１の車速設定部および前記第２の車速設定部は、地図情報またはカメラ（２０）が撮像する前記自車の前方の画像データから前記曲率半径を取得する、
走行制御装置。
請求項２、あるいは、請求項２を引用する請求項３または４に記載の走行制御装置において、
前記第１の車速設定部は、前記自車が走行する路面状態に基づいて前記摩擦係数を取得する、
走行制御装置。
請求項３、あるいは、請求項３を引用する請求項４または５に記載の走行制御装置において、
前記第２の車速設定部は、前記自車の重量に応じて前記重心高さを設定する、
走行制御装置。