JP2019131149A - 車両制御装置及びその制御方法並びに車両制御システム - Google Patents

車両制御装置及びその制御方法並びに車両制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】先行車両の移動軌跡の推定における精度及び応答性の両立性を向上させる。【解決手段】自車両の前方における追従対象である先行車両と自車両との相対位置を逐次記憶した登録相対位置のうち、最新の登録相対位置から遡る範囲を複数設定した各範囲における複数の登録相対位置から、それぞれ先行車両の移動軌跡としてN次関数(ここでNは1以上の整数)の近似式を算出して、各近似式における所定の次数の係数を算出する(S6,7,9,10,12,13)。このとき、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、上記範囲を同じに又は狭く設定したときの複数の相対位置情報から算出した近似式を用いる(S6,9,12)。ただし、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、上記範囲を狭く設定したときの複数の相対位置情報から算出した近似式を用いる。【選択図】図4

Description

本発明は、自車両を前方の先行車両に追従させて走行させる制御を行う車両制御装置及びその制御方法並びに車両制御システムに関する。
従来の自動車等の車両において、例えば特許文献1に記載されているように、自車両の前方を移動する先行車両の移動軌跡を推定して、この推定した移動軌跡に基づいて自車両を先行車両に追従させる制御を行うものが知られている。
かかる先行車両の移動軌跡の推定では、自車両に対する先行車両の相対位置を逐次登録し、登録した複数の相対位置から移動軌跡を推定するが、先行車両の相対位置の登録周期を、自車両の車速、及び、自車両と先行車両との車間距離に応じて調整している。これにより、先行車両の相対位置をバッファリングするメモリを所定容量以下に保ちつつ、先行車両の移動軌跡の推定精度を向上させている。
特開2017−065473号公報
しかしながら、先行車両の相対位置の登録周期を自車両の車速及び車間距離に応じて調整しても、登録した複数の相対位置のうち、先行車両の移動軌跡を推定する際に用いる範囲が適切でないと、移動軌跡の推定における精度及び応答性を両立することが困難となる。例えば、先行車両の移動軌跡に対する自車両の横位置を推定する際に、登録した複数の相対位置のうち自車両の横位置の推定精度を確保することに適した範囲で移動軌跡を推定すると、曲率推定の応答性が不足する可能性がある。
本発明は従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、先行車両の移動軌跡の推定における精度と応答性との両立性を向上させた車両制御装置及びその制御方法並びに車両制御システムを提供することにある。
本発明によれば、その1つの態様において、自車両の前方における追従対象である先行車両と自車両との相対位置情報の履歴のうち、最新の相対位置情報から遡る範囲を複数設定した各範囲における複数の相対位置情報から、それぞれ先行車両の移動軌跡としてN次関数(ここでNは1以上の整数)の近似式を算出して、各近似式における所定の次数の係数を算出する。このとき、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、上記範囲を同じに又は狭く設定したときの複数の相対位置情報から算出した近似式を用いるが、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、上記範囲を狭く設定したときの複数の相対位置情報から算出した近似式を用いる。そして、算出した各次数の係数に応じた指令が自車両の操舵制御装置に出力される。
本発明によれば、先行車両の移動軌跡の推定における精度と応答性との両立性を向上させることができる。
運転支援システムの一例を示す概略構成図である。 複数の登録相対位置からなる相対位置履歴を示す説明図である。 目標操舵角度関連の制御パラメータの演算処理を示すフローチャートである。 目標操舵角度関連の制御パラメータの演算処理を示すフローチャートである。 自車両の回転並進変化量を示す説明図である。 先行車両追従走行制御の実施を確認する方法を示す説明図である。 先行車両追従走行制御による効果を示すタイムチャートである。 先行車両追従走行制御による効果を示すタイムチャートである。 演算処理の変形例を示すフローチャートである。
以下、添付された図面を参照し、本発明を実施するための実施形態について詳述する。図1は、車両に搭載された運転支援システムの一例を示す。運転支援システムは、自動車等である車両(自車両)1を前方の先行車両に追従させて走行させる先行車両追従走行制御を行うための車載制御システムである。運転支援システムは、その中心的な構成である運転支援制御装置(車両制御装置)10の他に、外界認識装置20を有している。運転支援制御装置10は、外界認識装置20に加えて、自車両に搭載された電動パワーステアリングPSを制御する操舵制御装置30と通信可能に接続されている。先ず、外界認識装置20及び操舵制御装置30について説明する。
外界認識装置20は、単眼カメラ若しくはステレオカメラ、ミリ波レーダ又はレーザレーダ等の外界検出手段(デバイス)を用いて自車両周囲の外部環境を認識する、運転支援システムにおける外界認識部である。以下、外界認識装置20として、2台のカメラ21a,21bで構成されたステレオカメラ21と、ステレオカメラ21で撮像した画像に対して画像処理を行う画像処理用LSI(Large Scale Integration)を備えた画像処理装置22と、を有する例を用いて説明する。
ステレオカメラ21では、2台のカメラ21a,21bが自車両1の前方の対象物を異なる方向から同期して撮像する。2台のカメラ21a,21bは、例えば車室内のフロントウインドウ近傍で、車幅方向すなわち左右方向に所定の基線長で離間配置されている。また、2台のカメラ21a,21bは、それぞれ、CCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等の撮像素子とこれに所定の焦点距離で離間したレンズを備えている。そして、2台のカメラ21a,21bは、それぞれ、対象物からレンズを通して撮像素子に入射した光を、その強度に応じて電気信号に変換することにより、撮像した対象物の画像データを画像処理装置22へ出力する。
画像処理装置22は、ステレオカメラ21で撮像した対象物の左右一対の画像に対して画像マッチング処理を行うことで、左右一対の画像の対応位置の画素ずれ量(視差)を算出し、各点が視差に応じた輝度等によって距離情報の分布を示す距離画像を生成する。そして、画像処理装置22は、2台のカメラ21a,21bの基線長及び焦点距離と三角測量の原理とを用いることで、距離画像上の点を、車長方向すなわち距離方向をX軸、車幅方向すなわち左右方向をY軸、車高方向をZ軸とする3次元の実空間上の座標に変換する。これにより、外界認識装置20は、自車両1が走行する道路の区画線(車道中央線や車道外側線等)、障害物、自車両1の前方を移動する先行車両等の撮像対象物と自車両1との相対位置関係を認識する。
画像処理装置22は、特に、距離画像のうち自車両1の前方を移動する先行車両の背面領域における特定の点を、自車両1を原点としたXY座標に変換し、変換したXY座標値を自車両1に対する先行車両の相対位置情報とする。特定の点としては、例えば、距離画像の先行車両の背面領域における車幅方向の中心位置を採用し得る。XY座標の原点としては、自車両1の中心点、すなわち、自車両1の車幅方向における中心線と自車両1の車長方向における中心線とが重なる点を採用し得る。そして、画像処理装置22は、相対位置情報に対応する信号を運転支援制御装置10へ出力する。
操舵制御装置30は、運転者の操舵操作を補助すべく、例えば、自車両1の車速、運転者による操舵トルク、操舵角度等の車両情報に基づき、自車両1の操舵系に設けた電動パワーステアリングPSを駆動するモータ(図示省略)によるアシストトルクを制御する。また、操舵制御装置30は、運転支援制御装置10からの指示信号により先行車両追従走行制御を実施する際には、自車両1の前方を移動する先行車両の移動軌跡に追従するように操舵量を設定し、この操舵量に従って電動パワーステアリングPSのモータを駆動制御する。
次に、運転支援制御装置10について説明する。運転支援制御装置10は、CPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro Processing Unit)等の演算部11、外部装置との信号の入出力インタフェースである入出力部12、各種情報を記憶する記憶部13等を備えている。また、運転支援制御装置10は、入出力部12を介して、画像処理装置22から相対位置情報に対応する信号を入力する。さらに、運転支援制御装置10は、自車両1の車速Vを検出する車速センサ40、及び自車両1のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ50と接続され、車速V及びヨーレートγに対応する信号を、入出力部12を介して入力する。
運転支援制御装置10は、演算部11が記憶部13のROM(Read Only Memory)等に格納された制御プログラムを読み出して実行することで、車速V、ヨーレートγ及び相対位置情報に基づいて、自車両1を前方の先行車両に追従させて走行させる先行車両追従走行制御を行う。
具体的には、演算部11は、演算周期毎に相対位置情報から自車両1に対する先行車両の相対位置を検出する。自車両1に対する先行車両の相対位置のうち、X座標値が自車両1の車長方向の成分であり、これを前後位置といい、Y座標値が自車両1の車幅方向の成分であり、これを横位置という。演算部11によって検出された、自車両1に対する先行車両の相対位置は、書き込み可能なRAM(Random Access Memory)等の記憶部13に順次記憶され、これにより登録相対位置となる。
図2は、複数の登録相対位置からなる相対位置履歴を示す。演算部11は、記憶部13に記憶された複数の登録相対位置に基づいて先行車両の移動軌跡Wを推定する。そして、演算部11は、自車両1の位置が先行車両の推定移動軌跡に一致するように、操舵制御装置30を介して電動パワーステアリングPSのモータ(図示省略)を駆動制御する。このため、演算部11は、電動パワーステアリングPSにおける目標操舵角度の設定に関連した制御パラメータを算出し、これに対応する指示信号を操舵制御装置30へ出力する。
先行車両の移動軌跡Wは、演算部11が相対位置履歴の複数の登録相対位置に対して最小二乗法を適用して算出したN次関数(Nは1以上の整数)の近似式によって推定可能である。最小二乗法は、N次関数の近似式が複数の登録相対位置に対してよい近似となるように、残差の二乗和を最小とするような係数を決定する方法である。そして、目標操舵角度の設定に関連した制御パラメータは、N次関数の近似式における各次数の係数を特定することで求められる。
例えば、演算部11が、先行車両の移動軌跡Wを2次関数の近似式により推定する場合には、目標操舵角度の設定に関連した制御パラメータは、2次関数の近似式における0次から2次の各係数を特定することで求められる。ここで、2次係数は移動軌跡Wの曲率成分を示し、1次係数は移動軌跡Wのヨー角成分(自車両に対する移動軌跡の傾き成分)を示し、0次係数は自車両1に対する移動軌跡Wの横位置成分を示している。以下、説明の便宜上、先行車両の移動軌跡Wを2次関数の近似式により推定するものとする。
従来、曲率成分、ヨー角成分及び横位置成分の3つの制御パラメータは、1つの2次関数の近似式における各次数の係数を特定することで求められていた。しかし、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲が適切でない場合には、先行車両の移動軌跡Wの推定における精度及び応答性を両立することが困難となるおそれがある。
例えば、先行車両の移動軌跡Wを2次関数の近似式により推定する際に、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲を、実際の移動軌跡Wにおける横位置の計測誤差に対して影響を受け難くするように、図2の範囲R3で設定する。このように最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲を範囲R3で設定して2次関数の近似式を算出すると、ヨー角は横位置の時間微分に基づく値であるが、近似計算には、横位置の小さな変化が反映され難い範囲R3で算出するため、実際の移動軌跡Wにおけるヨー角の情報が反映され難くなり、近似精度が低下する。同様に、曲率はヨー角の時間微分に基づく値であるため、近似曲線には、実際の移動軌跡Wにおける曲率の情報がヨー角の情報よりもさらに反映され難くなる。
したがって、近似曲線において実際の移動軌跡Wにおける横位置と同等の精度でヨー角の情報を反映させるためには、以下のようにする必要がある。すなわち、図2に示すように、先行車両の相対位置履歴のうち横位置の算出に用いられる登録相対位置の範囲R3よりも狭い範囲R2の複数の登録相対位置に対して最小二乗法を適用する必要がある。同様に、近似曲線において実際の移動軌跡Wにおける横位置と同等の精度で曲率の情報を反映させるためには、先行車両の相対位置履歴のうちヨー角の算出に用いられる範囲R2よりもさらに狭い範囲R1の複数の登録相対位置に対して最小二乗法を適用する必要がある。
そこで、運転支援制御装置10の演算部11は、実際の移動軌跡Wにおける横位置、ヨー角及び曲率の情報を近似曲線に適切に反映させた状態で3つの制御パラメータを算出するために、制御パラメータの算出毎に2次関数の近似式を個別に算出している。
図3及び図4は、イグニッションスイッチのオン操作によって運転支援制御装置10に電源供給が開始されたことを契機として、運転支援制御装置10の演算部11において演算周期Ts毎に繰り返し実行される、目標操舵角度に関連した制御パラメータの演算処理を示す。
ステップS1(図中において「S1」と略記する。以下同様である。)では、演算部11は、一演算周期Ts前から現在までの自車両1の挙動変化を検出する。具体的には、演算部11は、車速センサ40からの車速Vと、ヨーレートセンサ50からのヨーレートγと、を読み込んで、自車両1の回転並進変化量を算出する。ここで、図5は一演算周期Ts前から現在までの自車両1の回転並進変化量を示している。図5に示すように、自車両1の回転変化量をΔθ、自車両1の車長方向の並進変化量をΔX、自車両1の車幅方向の並進変化量をΔYとすると、Δθ、ΔX及びΔYは、下式で示される。
Δθ=γ×Ts
ΔX=V×Ts×cosΔθ
ΔY=V×Ts×sinΔθ
ステップS2では、演算部11は、画像処理装置22からの相対位置情報に基づいて、現在の自車両1に対する先行車両の相対位置を検出する。検出した相対位置のうち、前後位置をXnowとし、横位置をYnowとする。図5に示すように、検出した相対位置(Xnow,Ynow)は、現在の自車両1の位置を原点とするXY座標で示される。
ステップS3では、演算部11は、先行車両の移動軌跡を推定すべく、記憶部13に記憶されている相対位置履歴の全ての登録相対位置を、ステップS1で算出した回転並進変化量に応じて、現在の自車両1の位置を原点とするXY座標に変換して書き換える。相対位置履歴中の登録相対位置における前後位置及び横位置をそれぞれX(I),Y(I)とすると、座標変換後の登録相対位置{X(I),Y(I)}は下式の左辺で示される。ただし、Iは、複数の登録相対位置の記憶時点を逆時系列順に示す零以上の整数であり、最も新しい登録相対位置の記憶時点をI=0として、登録相対位置の記憶時点が過去に遡るに従って1つずつ増大する。
X(I)={X(I)−ΔX}×cos(−Δθ)−{Y(I)−ΔY}×sin(−Δθ)
Y(I)={X(I)−ΔX}×sin(−Δθ)+{Y(I)−ΔY}×cos(−Δθ)
例えば、図5において、相対位置履歴のうち最も新しい登録相対位置{X(0),Y(0)}は、現在から演算周期Ts前の自車両1の位置を原点とするXY座標で示されている。このため、相対位置履歴のうち最も新しい登録相対位置{X(0),Y(0)}は、上式に従って、現在の自車両1の位置を原点とするXY座標で示されるように変換される。
ステップS4では、演算部11は、ステップS2で検出した相対位置(Xnow,Ynow)と、ステップS3で登録相対位置を座標変換してなる相対位置履歴中の最も新しい登録相対位置{X(0),Y(0)}と、の距離D(>0)が閾値Dth(>0)に対して下式を満たしているか否かを判定する。
D=[{X(0)−Xnow}+{Y(0)−Ynow}]1/2>Dth
ステップS4において距離Dと閾値Dthとの大小関係を判定しているのは、以下の理由による。すなわち、自車両1に対する先行車両の相対位置が殆ど変化していない場合に、検出した相対位置(Xnow,Ynow)を相対位置履歴に追加して先行車両の移動軌跡を推定しても、2次関数の近似式は殆ど変化しない。このため、距離Dが閾値Dth以下であれば、記憶部13におけるメモリ資源の無駄となるおそれがあると判断して、検出した相対位置(Xnow,Ynow)を記憶部13に記憶しないようにしている。したがって、閾値Dthは、記憶部13のRAM等のメモリ容量と演算部11の処理能力を考慮して適宜設定される。
ステップS4において、演算部11は、距離Dが閾値Dthより大きいと判定した場合には(YES)、処理をステップS5へ進める一方、距離Dが閾値Dth以下であると判定した場合には(NO)、ステップS5を省略して、処理をステップS6へ進める。
ステップS5では、演算部11は、ステップS2で検出した相対位置(Xnow,Ynow)を書き込み可能なRAM等の記憶部13に記憶して、相対位置履歴に新たな登録相対位置として追加する。具体的には、演算部11は、相対位置履歴のうち最も新しい登録相対位置{X(0),Y(0)}を下式のように書き換える。
X(0)=Xnow
Y(0)=Ynow
そして、演算部11は、記憶部13の相対位置履歴の残りの登録相対位置(I>0)を下式のように書き換える。ここで、下式の左辺は書き換え後の登録相対位置を示し、右辺は書き換え前の登録相対位置を示す。
X(I+1)=X(I)
Y(I+1)=Y(I)
ただし、記憶部13のRAM等には登録相対位置{X(I),Y(I)}のIがImax(正の整数)となるまで登録相対位置を記憶しておくことができる。したがって、書き換え前の相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置(Xold,Yold)が{X(Imax),Y(Imax)}であるとき、(Xold,Yold)は消去される。なお、演算部11は、例えば自車両1の前方における追従対象となる先行車両が外界認識装置20で認識されない等、先行車両追従走行制御を実施できないと判定した場合には、記憶部13のRAM等に記憶された登録相対位置を消去する。
ステップS6では、演算部11は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Xoldが所定値X1以下であるか否かを判定する。所定値X1は、後述のステップにおいて曲率成分の制御パラメータを求めるための2次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R1を画する閾値(例えば0[m])である。そして、演算部11は、前後位置Xoldが所定値X1以下であると判定した場合には(YES)、処理をステップS7へ進める一方、前後位置Xoldが所定値X1より大きいと判定した場合には(NO)、処理をステップS8へ進める。
ステップS7では、演算部11は、相対位置履歴のうち所定範囲の登録相対位置に対して最小二乗法を適用して2次関数の近似式Y=F(X)を算出する。最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R1は、相対位置履歴のうち最も新しい登録相対位置{X(0),Y(0)}から、相対位置履歴における登録相対位置{X(I),Y(I)}のうち前後位置Xoldが所定値X1よりも大きくなる登録相対位置までとなる。2次関数の近似式Y=F(X)は、2次係数A、1次係数B、0次係数Cによって下式で示される。
Y=F(X)=A×X+B×X+C
そして、演算部11は、2次関数Y=F(X)の近似式から、現在の自車両1の前後位置すなわちX=0における先行車両の移動軌跡の曲率(1/R)を曲率成分の制御パラメータとして算出する。X=0における移動軌跡の曲率(1/R)は、下式のように、2次関数の近似式Y=F(X)をXに関して2階微分及び1階微分した導関数を用いて得られる。
1/R=F”(0)/(1+F’(0)3/2=2×A/(1+B 3/2
上式において、1次係数Bは0に近い値であるため、曲率(1/R)は、1/R=2×Aなる式から算出することができる。このため、演算部11は、曲率成分の制御パラメータとして2次関数の近似式Y=F(X)における2次係数Aを特定して記憶部13のRAM等に記憶し、処理をステップS9へ進める。
ステップS8では、演算部11は、曲率成分の制御パラメータとしての2次係数Aを零に設定して記憶部13のRAM等に記憶し、処理をステップS9へ進める。
ステップS9では、演算部11は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Xoldが所定値X2以下であるか否かを判定する。所定値X2は、後述のステップにおいてヨー角成分の制御パラメータを求めるための2次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R2を画する閾値であり、前述の所定値X1よりも小さい値(例えば−15[m])である。このため、前述のように曲率成分の制御パラメータを求めるための2次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R1は、ヨー角成分の制御パラメータを求める場合の登録相対位置の範囲R2よりも狭くなっている。
ステップS9において、演算部11は、前後位置Xoldが所定値X2以下であると判定した場合には(YES)、処理をステップS10へ進める一方、前後位置Xoldが所定値X2より大きいと判定した場合には(NO)、処理をステップS11へ進める。
ステップS10では、演算部11は、相対位置履歴のうち所定範囲の登録相対位置に対して最小二乗法を適用して2次関数の近似式Y=F(X)を算出する。最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R2は、相対位置履歴のうち最も新しい登録相対位置{X(0),Y(0)}から、相対位置履歴における登録相対位置{X(I),Y(I)}のうち前後位置Xoldが所定値X2よりも大きくなる登録相対位置までとなる。2次関数の近似式Y=F(X)は、2次係数A、1次係数B、0次係数Cによって下式で示される。
Y=F(X)=A×X+B×X+C
そして、演算部11は、2次関数Y=F(X)の近似式から、現在の自車両1の前後位置すなわちX=0における移動軌跡のヨー角ψをヨー角成分の制御パラメータとして算出する。X=0における移動軌跡のヨー角ψは下式のように2次関数Y=F(X)をXに関して1階微分した導関数から得られるので、演算部11は、ヨー角成分の制御パラメータとして1次係数Bを特定して記憶部13のRAM等に記憶し、処理をステップS12へ進める。
ψ=F’(0)=B
ステップS11では、演算部11は、曲率成分の制御パラメータとしての1次係数Bを零に設定して記憶部13のRAM等に記憶し、処理をステップS12へ進める。
ステップS12では、演算部11は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Xoldが所定値X3以下であるか否かを判定する。所定値X3は、後述のステップにおいて横位置成分の制御パラメータを求めるための2次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R3を画する閾値であり、前述の所定値X2よりも小さい値(例えば−30[m])である。このため、前述のようにヨー角成分の制御パラメータを求めるために2次関数の近似式を算出する際に、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R2は、横位置成分の制御パラメータを算出する場合の登録相対位置の範囲R3よりも狭くなっている。
ステップS12において、演算部11は、前後位置Xoldが所定値X3以下であると判定した場合には(YES)、処理をステップS13へ進める一方、前後位置Xoldが所定値X3より大きいと判定した場合には(NO)、処理をステップS14へ進める。
ステップS13では、演算部11は、相対位置履歴のうち所定範囲の登録相対位置に対して最小二乗法を適用して2次関数の近似式Y=F(X)を算出する。最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R3は、相対位置履歴のうち最も新しい登録相対位置{X(0),Y(0)}から、相対位置履歴における登録相対位置{X(I),Y(I)}のうち、前後位置Xoldが所定値X3よりも大きくなる登録相対位置までとなる。2次関数の近似式Y=F(X)は、2次係数A、1次係数B、0次係数Cによって下式で示される。
Y=F(X)=A×X+B×X+C
そして、演算部11は、2次関数Y=F(X)の近似式から、現在の自車両1の前後位置すなわちX=0における移動軌跡の横位置YX=0を横位置成分の制御パラメータとして算出する。X=0における移動軌跡の横位置YX=0は下式のように0次係数Cとなるので、演算部11は、横位置成分の制御パラメータとして0次係数Cを特定して記憶部13のRAM等に記憶し、処理をステップS15へ進める。
X=0=F(0)=C
ステップS14では、演算部11は、曲率成分の制御パラメータとしての0次係数Cを零に設定して記憶部13のRAM等に記憶し、処理をステップS15へ進める。
ステップS15では、演算部11は、記憶部13のRAM等に記憶されている2次係数A、1次係数B及び0次係数Cを目標操舵角度に関連する3つの制御パラメータとして、これらに対応する指示信号を、入出力部12を介して操舵制御装置30へ出力する。以上のステップS1〜S15を実行することで運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御が実施される。なお、2次係数A、1次係数B及び0次係数Cが全て零である場合には、演算部11は先行車両追従走行制御を実施できないと判定することができる。この場合には、操舵制御装置30は、運転者による操舵操作を補助すべく、各種車両情報に基づき、電動パワーステアリングPSを駆動するモータ(図示省略)によるアシストトルクを制御する。
操舵制御装置30では、曲率成分、ヨー角成分及び横位置成分の3つの制御パラメータに基づいて、電動パワーステアリングPSの目標操舵角度を演算する。そして、この目標操舵角度を実現する目標操舵トルクで電動パワーステアリングPSのモータ(図示省略)が駆動制御される。
図6は、運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御が実施されているか否かを確認する方法の一例を示す。本方法では、曲率成分の制御パラメータが零ではないが横位置成分の制御パラメータが零となる走行状態1(図6(a)参照)と、横位置成分の制御パラメータが零ではないが曲率成分の制御パラメータが零となる走行状態2(図6(b)参照)とで、電動パワーステアリングPSに働くトルクの変化を観察する。
先ず、走行状態1におけるトルク観察について説明する。図6(a)に示すように、一定曲率路(例えば曲率半径R=500[m])において、自車両1とその前方を移動する先行車両PVとの車間距離を一定にした状態で、定常円旋回を行う。このとき、運転者は、自車両1の位置が先行車両PVの円弧状の移動軌跡上となる(自車両1の移動軌跡に対する横位置偏差が零となる)ように操舵する。また、記憶部13が自車両1に対する先行車両PVの相対位置を全く記憶していない状態となっているように、自車両1の外界認識装置20における外部環境の情報入力は遮断されている。例えば、ステレオカメラ21を用いる場合には、光透過率の極めて低い遮蔽物でカメラ21a,21bのレンズを覆うことで、光の入射を遮蔽するようにする。その後、運転者は、例えばカメラ21a,21bのレンズを覆っていた遮蔽物を取り除くことで、外界認識装置20に外部環境の情報が入力されるようにするとともに、時間の計測を開始する。運転者は、電動パワーステアリングPSの保舵力が低減したと感じたときに時間の計測を終了し、このときの計測時間をT1として記録する。
次に、走行状態2におけるトルク観察について説明する。図6(b)に示すように、直線路において、運転者は、直進する先行車両PVに対して自車両1の横位置をオフセットさせた状態で先行車両PVと同じ車速で自車両1を直進させる。このとき、記憶部13が自車両1に対する先行車両PVの相対位置を全く記憶していない状態となっているように、自車両1の外界認識装置20に対する外部環境の情報入力は遮断されている。例えば、ステレオカメラ21を用いる場合には、光透過率の極めて低い遮蔽物でカメラ21a,21bのレンズを覆うことで、光の入射を遮蔽するようにする。その後、運転者は、例えばカメラ21a,21bのレンズを覆っていた遮蔽物を取り除くことで、外界認識装置20に外部環境の情報が入力されるようにするとともに、時間の計測を開始する。運転者は、自車両1の横位置を先行車両PVの移動軌跡に一致させる操舵トルクの変化を感じたときに時間の計測を終了し、このときの計測時間をT2として記録する。
走行状態1で保舵力の低減を感知するのは、演算部11が、相対位置履歴のうち範囲R1の登録相対位置に最小二乗法を適用して算出した2次関数の近似式Y=F(X)から曲率成分としての2次係数Aを特定して操舵制御装置30へ出力したときである(図4のステップS7,S15参照)。一方、走行状態2で操舵トルクの変化を感知するのは、演算部11が、相対位置履歴のうち範囲R3の登録相対位置に最小二乗法を適用して算出した2次関数の近似式Y=F(X)から横位置成分としての0次係数Cを特定して操舵制御装置30へ出力したときである(図4のステップS13,S15参照)。範囲R1に含まれる登録相対位置の数は範囲R3に比べて少ないので、相対位置が基本的には演算周期Ts毎に記憶部13に記憶されることを考慮すると、走行状態1で計測された計測時間T1は、走行状態2で計測された計測時間T2よりも短くなる。これに対し、従来のように、範囲R1及び範囲R3に同じ数の登録相対位置が含まれる場合には、計測時間T1は計測時間T2と同一あるいはこれに近い値となる。したがって、計測時間T1が計測時間Tよりも短い場合には、運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御が行われていることを確認できる。
次に、運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御の効果を、直進路において制御する場合と車線変更において制御する場合とに分けて説明する。
図7は、直進路において時速80[km]で走行する先行車両に自車両1を追従させる場合の運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御の効果を示す。図7(a)は、運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御において、図4の所定値X1,X2,X3をそれぞれ、X1=20[m]、X2=30[m]、X3=40[m]と設定したときに演算部11が検出した先行車両の横位置の時間変化を示している。図7(a)から明らかなように、先行車両の横位置の最大変動幅はΔY1となることがわかる。これに対し、図7(b)は、従来のように、図4の所定値X1,X2,X3を全て40[m]と設定したときに演算部11が検出した先行車両の横位置の時間変動幅を示している。図7(b)から明らかなように、横位置の最大変動幅はΔY2となり、ΔY1よりも大きくなることがわかる。これによると、運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御では、所定値X1,X2,X3を全て40[m]に設定するよりも、X1=20[m]、X2=30[m]、X3=40[m]に設定した方が、直進路において先行車両に対する追従安定性を向上させることができる。
図8は、片側二車線の直進路において時速80[km]で走行する先行車両が車線変更したときに自車両1を先行車両に追従させる場合の運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御の効果を示す。図8(a)及び(c)は演算部11が検出した先行車両の横位置の時間変化を示し、図8(b)及び(d)は、RTK(Real Time Kinematic)測位により検出された、自車両1の車道外側線からの横位置(白線横位置)の時間変化を示す。
図8(a)及び(b)では、運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御において、図4の所定値X1,X2,X3がそれぞれ、X1=20[m]、X2=30[m]、X3=40[m]と設定されている。図8(a)から明らかなように、先行車両が車線変更したときに、先行車両追従走行制御の応答遅れが発生し、この応答遅れによって、先行車両と自車両1との横位置の乖離量は最大でΔY3となる。また、図8(b)から明らかなように、自車両1が先行車両に追従して車線変更したときに、先行車両の横位置がΔY3のときと反対方向に振れるオーバーシュートが発生する。このオーバーシュートによって、自車両1は車道外側線に接近して、自車両1の車道外側線からの横位置は最小でΔL1となる。
一方、図8(c)及び(d)では、従来のように、運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御において、図4の所定値X1,X2,X3が全て40[m]と設定されている。図8(c)から明らかなように、先行車両が車線変更したときに先行車両追従走行制御の応答遅れが発生し、この応答遅れによって、先行車両と自車両1との横位置の乖離量は最大でΔY4となる。しかし、応答遅れは、X1=20[m]、X2=30[m]、X3=40[m]に設定した場合と比較して増大するため、先行車両と自車両1との横位置の乖離量はΔY3よりも大きいΔY4となる。また、図8(d)から明らかなように、自車両1が先行車両に追従して車線変更したときに、先行車両の横位置がΔY4のときと反対方向に振れるオーバーシュートが発生する。しかし、横位置の収束性は、X1=20[m]、X2=30[m]、X3=40[m]に設定した場合と比較して低下しているため、自車両1の車道外側線からの横位置はΔL1よりも小さいΔL2となって、自車両1は、より車道外側線に接近してしまうことになる。
このような運転支援制御装置10によれば、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲をR1<R2<R3の関係式を満たす範囲R1,R2,R3に分け、範囲毎に個別に2次関数の近似式を算出している。すなわち、範囲R1の登録相対位置からは曲率成分を求めるための近似式を算出し、範囲R2の登録相対位置からはヨー角成分を求めるための近似式を算出し、範囲R3の登録相対位置からは横位置成分を求めるための近似式を算出している。これにより、範囲毎に算出した近似式の近似曲線には、先行車両の実際の移動軌跡における、横位置、ヨー角、曲率の情報を反映させやすくなるので、移動軌跡の推定における精度及び応答性の両立性を向上させることができる。
次に、目標操舵角度に関連した制御パラメータの演算処理の変形例について説明する。なお、上記実施形態における構成と同一の構成については同一の符号を付すことで、その説明を省略ないし簡潔にする。
上記演算処理では、3つの制御パラメータを求めるための2次関数の近似式をそれぞれ算出するときに、最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R1,R2,R3を画する閾値である所定値X1,X2,X3は、X1<X2<X3の関係を有する固定値である。したがって、各範囲に含まれる登録相対位置の数は固定であり、各範囲間の登録相対位置の個数差も固定である。これに対し、本変形例は、自車両1の車速Vに応じて、各範囲間の登録相対位置の個数差を増減できるようにし、これにより、3つの制御パラメータの精度を向上させるものである。
図9は、上記実施形態における目標操舵角度に関連した制御パラメータの演算処理(図4参照)に対する本変形例による変更部分を示す。かかる変更部分は、図9(a)に示すようにステップS6に代えてステップS6Aを実行し、図9(b)に示すようにステップS9に代えてステップS9Aを実行し、図9(c)に示すようにステップS12に代えてステップS12Aを実行する点にある。
ステップS6Aでは、演算部11は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Xoldが、Xold≦0−K1×Vの関係式を満たしているか否かを判定する。ここで、K1は予め設定された正数である。曲率成分の制御パラメータを求めるための2次関数の近似式を算出する際に最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R1は、自車両1の車速Vが高くなるに従って広くなる。
ステップS9Aでは、演算部11は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Xoldが、Xold≦0−K2×Vの関係式を満たしているか否かを判定する。ここで、K2は予め設定された正数であり、K1よりも大きい値である。ヨー角成分の制御パラメータを求めるための2次関数の近似式を算出する際に最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R2は、範囲R1よりも広く、自車両1の車速Vが高くなるに従って広くなるが、その広がり方は範囲R1よりも大きい。
ステップS12Aでは、演算部11は、相対位置履歴のうち最も古い登録相対位置の前後位置Xoldが、Xold≦0−K3×Vの関係式を満たしているか否かを判定する。ここで、K3は予め設定された正数であり、K2よりも大きい値である。横位置成分の制御パラメータを求めるための2次関数の近似式を算出する際に最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲R3は、範囲R2よりも広く、自車両1の車速Vが高くなるに従って広くなるが、その広がり方は範囲R2よりも大きい。
本変形例によれば、車速Vに応じて、各範囲間の登録相対位置の個数差を増減できるので、3つの制御パラメータの精度を向上させることができる。
以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
前述の実施形態では、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲をR1<R2<R3の関係式を満たす範囲R1,R2,R3に分け、範囲毎に個別に2次関数の近似式を算出している。これに代えて、範囲R1,R2,R3がR1=R2<R3又はR1<R2=R3の関係式を満たすようにしてもよい。このようにしても、範囲R1,R2,R3がR1=R2=R3の関係式を満たすようにした従来の場合と比較すれば、移動軌跡の推定における精度及び応答性の両立性を向上させることができる。
したがって、先行車両の移動軌跡をN次関数(Nは1以上の整数)の近似式で推定する場合に広げていえば、以下のようになる。すなわち、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲を同じに又は狭く設定する。ただし、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、相対位置履歴のうち最小二乗法を適用する登録相対位置の範囲を狭く設定する。
前述の実施形態において、運転支援制御装置10による先行車両追従走行制御(図3及び図4の演算処理)はイグニッションスイッチのオン操作を契機として実施されていた。これに代えて、先行車両追従走行制御は、車線追従走行制御を実施できないと判定したことを契機として実施を開始してもよい。車線追従走行制御は、外界認識装置20が自車両1の前方における道路の区画線を走行車線として認識し、この走行車線に自車両1を追従させる制御であり、運転支援制御装置10が先行車両追従走行制御と同様に実施することができる。逆に、運転支援制御装置10が車線追従走行制御を実施できると判定した場合には、先行車両追従走行制御を終了させて車線追従走行制御へ移行する。運転支援制御装置10が車線追従走行制御及び先行車両追従走行制御のいずれも実施できないと判定した場合には、操舵制御装置30は、運転者による操舵操作を補助すべく、電動パワーステアリングPSを駆動するモータ(図示省略)によるアシストトルクを制御する。
前述のステップS1において自車両1の回転変化量Δθを算出する際に用いるヨーレートγは、ヨーレートセンサ50によって検出された検出値に基づいている。しかし、ヨーレートセンサ50が車載CAN(Controller Area Network)によって運転支援制御装置10と接続される場合には、運転支援制御装置10で受信されるヨーレートは、VDC(Vehicle Dynamics Control)内部で使用している値に対して、分解能や精度が低くなる可能性がある。そこで、運転支援制御装置10は、演算部11において、アンダーステア・オーバーステアのシャシー特性を示す既知の定数であるスタビリティファクタを用いつつ、車速Vと、ステアリングの回転量を示す操舵角度と、に基づいて、ヨーレートを推定してもよい。この場合、運転支援制御装置10には操舵角度を検出する舵角センサが接続され、舵角センサは操舵角度に対応する信号を運転支援制御装置10へ出力する。
先行車両の移動軌跡の推定は2次関数の近似式を算出することで行われていたが、これに限らず、1次関数又は3次以上の関数の近似式で先行車両の移動軌跡を推定することができる。例えば1次関数の近似式の場合には、これによって示される近似曲線には、実際の移動軌跡におけるヨー角及び横位置の情報が反映される。要するに、先行車両の移動軌跡の推定は、前述のように、N次関数(Nは1以上の整数)の近似式を算出することで可能である。
1…自車両、10…運転支援制御装置、11…演算部、12…入出力部、13…記憶部、20…外界認識装置、21…ステレオカメラ、22…画像処理装置、30…操舵制御装置、40…車速センサ、50…ヨーレートセンサ、X…前後位置、Y…横位置、X(N),Y(N)…登録相対位置、R1,R2,R3…登録相対位置の範囲、A,A,A…2次係数、B,B,B…1次係数、C,C,C…0次係数

Claims (6)

  1. 外界認識装置により取得された、自車両の前方における追従対象である先行車両の前記自車両に対する相対位置情報を、時間軸で複数回入力し、
    前記入力した相対位置情報を記憶し、
    前記記憶した相対位置情報の履歴のうち、最新の相対位置情報から遡る範囲を複数設定した各範囲における複数の相対位置情報から、それぞれ前記先行車両の移動軌跡としてN次関数(ここでNは1以上の整数)の近似式を算出して、各近似式における所定の次数の係数を算出し、このとき、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を同じに又は狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用いるが、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用い、
    前記算出した各次数の係数に応じた指令を前記自車両の操舵制御装置に出力する、車両制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両制御装置において、
    相対的に高次の係数を算出する場合の前記範囲は、相対的に低次の係数を算出する場合の前記範囲と比較して狭くすることを特徴とする車両制御装置。
  3. 請求項2に記載の車両制御装置において、
    前記N次関数は2次関数であることを特徴とする車両制御装置。
  4. 請求項2に記載の車両制御装置において、
    前記自車両の速度が高くなるに従って、相対的に高次の係数を算出する場合の前記範囲と相対的に低次の係数を算出する場合の前記範囲との差を広げることを特徴とする、車両制御装置。
  5. 外界認識装置により取得された、自車両の前方における追従対象である先行車両の前記自車両に対する相対位置情報を、時間軸で複数回入力し、
    前記入力した相対位置情報を記憶し、
    前記記憶した相対位置情報の履歴のうち、最新の相対位置情報から遡る範囲を複数設定した各範囲における複数の相対位置情報から、それぞれ前記先行車両の移動軌跡としてN次関数(ここでNは1以上の整数)の近似式を算出して、各近似式における所定の次数の係数を算出し、このとき、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を同じに又は狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用いるが、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用い、
    前記算出した各次数の係数に応じた指令を前記自車両の操舵制御装置に出力する、車両制御方法。
  6. 自車両の前方における追従対象である先行車両の前記自車両に対する相対位置情報を取得する外界認識部と、
    前記外界認識部より取得された前記相対位置情報を時間軸で複数回入力し、前記入力した相対位置情報を記憶する記憶部と、
    前記記憶部によって記憶された前記相対位置情報の履歴のうち、最新の相対位置情報から遡る範囲を複数設定した各範囲における複数の相対位置情報から、それぞれ前記先行車両の移動軌跡としてN次関数(ここでNは1以上の整数)の近似式を算出して、各近似式における所定の次数の係数を算出し、このとき、相対的に高次の係数を算出する場合には、相対的に低次の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を同じに又は狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用いるが、少なくとも、最大の次数の係数を算出する場合には、最小の次数の係数を算出する場合と比較して、前記範囲を狭く設定したときの前記複数の相対位置情報から算出した近似式を用いる演算部と、
    前記算出した各次数の係数に応じた指令を受けて前記自車両の操舵制御装置に出力する出力部と、
    を備える車両制御システム。
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