JP2019111980A - 車両制御システム - Google Patents
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Abstract
Description
両の走行を制御するパス追従制御を行う車両制御システムに関する。
前記目標パスに対する前記車両の横偏差の時間微分値を横偏差速度と称し、かつ、前記パス追従制御中の前記横偏差の許容上限横偏差を振幅とし、前記パス追従制御中の前記車両の走行軌跡の許容上限周波数を周波数とする正弦波を許容限界正弦波と称したとき、前記車両制御システムは、前記車両が前記目標パスと交差する時の前記横偏差速度が前記許容限界正弦波の関数を時間微分して得られる余弦関数の最大値と最小値とによって規定される速度範囲内に収まっているか否か、又は、時間を媒介変数とし、前記余弦関数の値をX軸とし、かつ前記許容限界正弦波の関数の値をY軸とすることでXY平面上に特定される楕円内に現在の前記横偏差速度及び前記横偏差をそれぞれX座標及びY座標とする座標点が収まっているか否かに基づいて、前記パス追従制御の継続の可否を判断するように構成されている。
まず、図1〜12を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
図1は、本発明の実施の形態1に係る車両制御システム100の構成例を示すブロック図である。本実施形態の車両制御システム100は、車両1(図4参照)に搭載されており、車両1の自動運転を制御する自動運転システムである。より詳細には、車両1は、その運転モードとして、手動運転モードと自動運転モードとを有している。手動運転モードでは、運転者が車両1の運転の主体となって車両1の操作が行われる。自動運転モードでは、車両制御システム100が車両1の運転の主体となる。
図3は、本発明の実施の形態1に係る自動運転制御処理を説明するためのブロック図である。制御装置70(自動運転制御部72)は、自動運転モードの選択中に、上記の運転環境情報80に基づいて自動運転制御を行う。本実施形態で行われる自動運転制御は、「パス追従制御(Path-Following Control)」である。パス追従制御では、自動運転制御部72は、車両1の目標パスTPを算出し、目標パスTPに追従するように車両1の走行を制御する。車両1の走行は、走行装置60を適宜作動させることにより制御可能である。
自動運転制御部72は、目標パスTPの算出に必要な情報を定期的に取得する。この情報は、上記の運転環境情報80の一部であり、例えば、位置方位情報81、レーン情報82、周辺状況情報83、及び配信情報85を含む。目標パスTPは、この情報に基づいて定期的に更新される。
パス追従制御(自動運転モード)の実行中には、自動運転制御部72の判断に基づいて自動運転モードから手動運転モードへの切り替え(車両操作の受け渡し)が行われることがある。このような車両操作の受け渡しが要求される状況の一例は、次の通りである。すなわち、車両制御システム100のハードウェア上の制約に起因するシステム限界を迎えることがあり、その結果、通常時に目標パスTPに収束する車両挙動と比べて、車両挙動が走行車線内で目標パスTPを中心に大きくふらつくことがある。このような場合には、パス追従制御の継続が困難になるので、運転の主体を自動運転制御部72から運転者に適切に受け渡すことが必要になる。そして、そのためには、実際にはパス追従制御の継続によって車両挙動のふらつきを収束させられるような場合においてパス追従制御を中断すべきとの不要な判断がなされないように、パス追従制御の継続可否を適切に判断することが要求される。
本実施形態では、自動運転制御部72は、パス追従制御の継続可否の判断のために、以下に説明するシステム限界判定処理を行う。
図4は、システム限界時の車両1のふらつき挙動の定義を説明するための図である。図4には、システム限界時の車両1のふらつき挙動(車両1の走行軌跡を示す破線)が正弦波によって表されている。パス追従制御の実行中に車両制御システム100のハードウェア上の制約に起因するシステム限界を迎えた場合、車両1は目標パスTPに追従しようとしているため、車両1は目標パスTPを繰り返し跨ぎながらふらつくような挙動を示すことになる。このため、システム限界時の車両1のふらつき挙動(以下、「ふらつき挙動限界」とも称する)を正弦波によって定義することは妥当であるといえる。
図5は、システム限界時の横偏差、及び横偏差速度の時間波形を表した図である。横偏差Edは、既述したように、目標パスTPと車両1の重心との間の距離(目標パスTPに対する追従誤差)である。このため、システム限界時のふらつき挙動を図4に示すように正弦波で定義すると、システム限界時の横偏差Edの時間波形も、図5に示すように正弦波となる。
Ed=ALMT・sin(2πfLMT・t) ・・・(1)
ΔEd=dEd/dt=ALMT・2πfLMT・cos(2πfLMT・t) ・・・(2)
上述のように、システム限界時のふらつき挙動が正弦波で定義されると、振幅A及び周波数fを適切に設定することで許容限界正弦波の関数を特定でき、また、許容限界余弦波の関数を特定できる。
自動運転制御部72は、システム限界判定処理を実行して座標点Pが楕円内に収まっていると判定した場合には、パス追従制御を継続可能と判定する。一方、自動運転制御部72は、座標点Pが楕円内から外れたと判定した場合には、パス追従制御の継続不可と判定し、後述の所定の確定条件の成立を条件として警報処理を実行する。この警報処理は、運転者に車両1の操作を促すための処理である。
図9は、本発明の実施の形態1に係るシステム限界判定処理及び警報処理のルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、運転者によるHMIユニット90の操作に基づいて制御装置70が運転者からの自動運転モード(パス追従制御)の実行要求を受け付けた時に起動され、パス追従制御が終了されるまで所定の制御周期で繰り返し実行される。なお、パス追従制御は、運転者がHMIユニット90を操作してパス追従制御の実行要求を取り消した場合、又は自動運転制御部72による上記警報処理の実行後に、運転者への車両1の操作の受け渡しが行われた場合に終了される。
以上説明したように、本実施形態のシステム限界判定処理では、横偏差Edの許容限界正弦波の関数とこれを時間微分して得られる横偏差速度ΔEdの許容限界余弦波の関数とを基にXY平面上に表わされる楕円が、車両1のふらつき挙動がシステム限界内に収まっていることを判断するための境界として用いられる。そして、現在の横偏差Ed及び横偏差速度ΔEdによって特定される座標点Pが楕円内に収まっている場合には、ふらつき挙動がシステム限界内にある(つまり、システム限界内において車両1のふらつき挙動が安定した状態で制御されている)ため、パス追従制御を継続可能と判定される。一方、座標点Pが楕円から外れている場合には、ふらつき挙動がシステム限界を超えることになるため、パス追従制御が継続不可と判定される。
また、本実施形態のシステム限界判定処理によれば、目標パスTPの曲率及び警報感度に応じて振幅ALMTが変更され、また、目標パスTPの曲率、車速及び警報感度に応じて周波数fLMTが変更される。これにより、目標パスTPの曲率及び車速を考慮して、振幅ALMT及び周波数fLMTを車両挙動のシステム限界を適切に判定できるようになる。また、運転者による警報感度の要求を良好に満たせるように振幅ALMT及び周波数fLMTを適切に設定できるようになる。
次に、図13を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。なお、以下の説明では、実施の形態2に係る車両制御システムの構成の一例として、上述の車両制御システム100の構成が用いられているものとする。
本実施形態は、パス追従制御の継続可否判断のためのシステム限界判定処理において、実施の形態1と相違している。具体的には、本実施形態のシステム限界判定処理では、車両1の挙動がシステム限界内か否かを判断するために、図6に示すような楕円に代えて、許容限界正弦波の傾きの関数に相当する上記余弦関数の最大値(=ALMT×2πfLMT)及び最小値(=−ALMT×2πfLMT)によって規定される速度範囲RΔEdが用いられる。
図13は、本発明の実施の形態2に係るシステム限界判定処理及び警報処理のルーチンを示すフローチャートである。図13に示すルーチン中のステップS100〜S104、S108及びS110の処理については、実施の形態1において既述した通りである。
以上説明したように、本実施形態の車両制御システム100によれば、許容限界正弦波の傾きの関数に相当する余弦関数の最大値と最小値とにより規定される速度範囲RΔEdが、車両1のふらつき挙動がシステム限界内に収まっていることを判断するための境界(閾値)として用いられる。
(パス追従制御の他の例)
上述した実施の形態1及び2においては、車両の操舵、加速及び制動を自動的に行う自動運転システムである車両制御システム100を例に挙げた。しかしながら、本発明の対象となる車両制御システムは、目標パスに追従するように車両の走行を制御するパス追従制御を行われる限り、車両の加速及び制動のうちの少なくとも一方については自動的に行われないシステムであってもよい。すなわち、車両の操舵、加速及び制動のうちの少なくとも操舵を自動的に行うものであればよい。
10 GPS受信器
20 地図データベース
30 周辺状況センサ
40 車両状態センサ
50 通信装置
60 走行装置
70 制御装置(ECU)
71 情報取得部
72 自動運転制御部
73 運転モード切替部
74 情報通知部
75 運転操作監視部
80 運転環境情報
90 HMIユニット
100 車両制御システム
Claims (8)
- 目標パスに追従するように車両の走行を制御するパス追従制御を行う車両制御システムであって、
前記目標パスに対する前記車両の横偏差の時間微分値を横偏差速度と称し、かつ、前記パス追従制御中の前記横偏差の許容上限横偏差を振幅とし、前記パス追従制御中の前記車両の走行軌跡の許容上限周波数を周波数とする正弦波を許容限界正弦波と称したとき、
前記車両制御システムは、
前記車両が前記目標パスと交差する時の前記横偏差速度が前記許容限界正弦波の関数を時間微分して得られる余弦関数の最大値と最小値とによって規定される速度範囲内に収まっているか否か、又は、時間を媒介変数とし、前記余弦関数の値をX軸とし、かつ前記許容限界正弦波の関数の値をY軸とすることでXY平面上に特定される楕円内に現在の前記横偏差速度及び前記横偏差をそれぞれX座標及びY座標とする座標点が収まっているか否かに基づいて、前記パス追従制御の継続の可否を判断する
ように構成されていることを特徴とする車両制御システム。 - 前記車両制御システムは、前記車両が前記目標パスと交差する時の前記横偏差速度が前記速度範囲内から外れた場合、又は、前記座標点が前記楕円内から外れた場合には、運転者に前記車両の操作を促す警報処理を実行する
ことを特徴とする請求項1に記載の車両制御システム。 - 前記許容上限横偏差は、前記運転者によって要求される前記警報処理の警報感度が高い場合は、前記警報感度が低い場合と比べて小さい
ことを特徴とする請求項2に記載の車両制御システム。 - 前記許容上限周波数は、前記運転者によって要求される前記警報処理の警報感度が高い場合は、前記警報感度が低い場合と比べて低い
ことを特徴とする請求項2または3に記載の車両制御システム。 - 前記許容上限横偏差は、前記目標パスの曲率が高い場合には、前記曲率が低い場合と比べて大きい
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1つに記載の車両制御システム。 - 前記許容上限周波数は、前記目標パスの曲率が高い場合には、前記曲率が低い場合と比べて高い
ことを特徴とする請求項1〜5の何れか1つに記載の車両制御システム。 - 前記許容上限横偏差は、前記車両の車速によらずに一定である
ことを特徴とする請求項1〜6の何れか1つに記載の車両制御システム。 - 前記許容上限周波数は、前記車両の車速が高い場合には、前記車速が低い場合と比べて高い
ことを特徴とする請求項1〜7の何れか1つに記載の車両制御システム。
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