JP2022133588A

JP2022133588A - 車両制御装置

Info

Publication number: JP2022133588A
Application number: JP2021032348A
Authority: JP
Inventors: 駿甫佃; Shunsuke TSUKUDA
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-09-14

Abstract

【課題】個々の自動車の車両特性により対応した操舵制御を実行する車両制御装置を提供する。【解決手段】車両制御装置１は、自動車１００の速度Ｖを測定する速度測定部４と、自動車１００の操舵制御を実行する操舵制御部１１とを備える。操舵制御部１１により、速度測定部４で測定された自動車１００の速度Ｖ、自動車１００のホイールベースｌ及び自動車１００の横ジャークａｙ／ｔに対する自動車１００の操舵速度δ／ｔの関係に基づいて、横ジャークａｙ／ｔが閾値を超えない操舵速度δ／ｔで自動車１００の操舵制御が実行される。このため、個々の自動車１００の車両特性であるホイールベースｌにより対応した操舵制御を実行できる。【選択図】図１

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

自動車の操舵制御を実行する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、操舵速度が所定の閾値以上になったときに、減速ジャークを発生させ、ステアリング操作に対する車両挙動の応答性、車両姿勢の安定感及び乗り心地が向上するように車両の挙動を制御する装置が開示されている。

特許第６１７９８７８号公報

ところで、上記のような自動車の操舵制御を実行する技術では、個々の自動車の車両特性ごとに同じ操舵速度であっても、自動車に発生する横ジャーク等の挙動は異なる。したがって、個々の自動車の車両特性により対応した操舵制御を実行する技術が望まれている。

そこで本発明は、個々の自動車の車両特性により対応した操舵制御を実行する車両制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、自動車の速度を測定する速度測定部と、自動車の操舵制御を実行する操舵制御部とを備え、操舵制御部は、速度測定部により測定された自動車の速度、自動車のホイールベース及び自動車の横ジャークに対する自動車の操舵速度の関係に基づいて、横ジャークが閾値を超えない操舵速度で自動車の操舵制御を実行する車両制御装置である。

この構成によれば、車両制御装置において、操舵制御部により、速度測定部で測定された自動車の速度、自動車のホイールベース及び自動車の横ジャークに対する自動車の操舵速度の関係に基づいて、横ジャークが閾値を超えない操舵速度で自動車の操舵制御が実行される。このため、個々の自動車の車両特性であるホイールベースにより対応した操舵制御を実行できる。

この場合、操舵制御部は、自動車が走行する車線を逸脱しないように自動車の操舵制御を実行してもよい。

この構成によれば、操舵制御部により自動車が走行する車線を逸脱しないように自動車の操舵制御が実行される車線逸脱防止支援制御の際に、個々の自動車のホイールベースに対応して横ジャークが閾値を超えない操舵速度で自動車の操舵制御が実行される。このため、車線逸脱防止支援制御において、個々の自動車の車両特性であるホイールベースにより対応した操舵制御を実行できる。

また、操舵制御部は、速度測定部により測定された自動車の速度をＶとし、自動車のホイールベースをｌとし、自動車の横ジャークをａ_ｙ／ｔとし、自動車の操舵速度をδ／ｔとし、任意の定数Ｋ_ｓとしたときに、式（Ａ）を満たす関係に基づいて、横ジャークが閾値を超えない操舵速度で自動車の操舵制御を実行してもよい。
δ／ｔ＝ｌ（１＋Ｋ_ｓＶ^２）・（１／Ｖ^２）・ａ_ｙ／ｔ（Ａ）

この構成によれば、操舵制御部により、速度測定部で測定された自動車の速度をＶとし、自動車のホイールベースをｌとし、自動車の横ジャークをａ_ｙ／ｔとし、自動車の操舵速度をδ／ｔとし、任意の定数Ｋ_ｓとしたときに式（Ａ）を満たす関係に基づいて、横ジャークが閾値を超えない操舵速度で自動車の操舵制御が実行される。このため、より確実に個々の自動車の車両特性であるホイールベースにより対応した操舵制御を実行できる。

本発明の車両制御装置によれば、個々の自動車の車両特性により対応した操舵制御を実行できる。

実施形態に係る車両制御装置を示すブロック図である。自動車が旋回する状況を示す平面図である。実施形態に係る車両制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態に係る車両制御装置について、図面を用いて詳細に説明する。図１に示される車両制御装置１は、自動車１００に搭載され、各種のシステムにより自動車１００のドライバーの運転操作を支援する。以下、本実施形態の車両制御装置１において、自動車１００が走行する車線を逸脱しないように自動車１００の操舵制御を実行するＬＫＡ（LaneKeeping Assist：車線逸脱防止支援）制御に関する構成について中心に説明する。

図１に示されるように、本実施形態の車両制御装置１は、ＬＫＡ制御に固有の構成として、ＬＫＡスイッチ２、カメラ３、操舵角センサ６、トルクセンサ７、操舵アクチュエータ８、ＥＣＵ‐Ａ９及びＥＣＵ‐Ｂ１０を備える。ＥＣＵ‐Ａ９及びＥＣＵ‐Ｂ１０は、操舵制御部１１を構成する。また、車両制御装置１は、速度測定部４、ＳＡＳ５及びＥＣＵ‐Ｃを備える。

図１において、各構成間における二重線による接続は、ＣＡＮ（Controller Area Network）による接続を意味する。また、各構成間における単線による接続は、機器同士を一対一で直接に繋ぐ電線による接続を意味する。また、各構成間における太い二重線及び単線による接続は、ＬＫＡ制御に固有の接続を意味する。

ＬＫＡスイッチ２は、自動車１００のドライバーによるＬＫＡ制御をオン及びオフにする操作を受け付けるスイッチである。カメラ３は、路面上で車線を区画する白色又は黄色の線を含む自動車１００の前方を撮影する。カメラ３は、撮影した自動車１００の前方の画像の情報をＥＣＵ‐Ａ９に送信する。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）‐Ａ９は、後述するように、ＬＫＡ制御を含む各種のシステムにより自動車１００のドライバーの運転操作を支援する。

ＳＡＳ（Steering Angle Sensor）５は、自動車１００のドライバーから入力された操舵角を検出し、ＥＣＵ‐Ａ９へ検出した操舵角を出力する。操舵角センサ６は、自動車１００のドライバーから入力された操舵角を検出し、ＥＣＵ‐Ｂ１０とＥＣＵ‐Ａ９とへ検出した操舵角を出力する。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）‐Ｂ１０は、自動車１００の操舵制御を実行する。

トルクセンサ７は、自動車１００の車輪の操舵によるトルクを検出する。トルクセンサ７は、検出されたトルクをＥＣＵ‐Ｂ１０に送信する。操舵アクチュエータ８は、ＥＣＵ‐Ｂ１０からの指令により自動車１００の操舵角を制御する。操舵角センサ６及び操舵アクチュエータ８は、本発明を実施するための構成要素である。ＳＡＳ５は、従来より自動車が通常有する構成である。なお、本実施形態において、ＳＡＳ５及び操舵角センサ６の２つの操舵角検出デバイスを使用している理由は、操舵支援制御に関する自己完結性と応答性向上のためである。

速度測定部４は、自動車１００の速度を測定する。速度測定部４は、例えば、自動車１００の車輪又は車輪と一体に回転する車軸等に対して設けられ、車輪の回転速度を信号として検出する車輪速センサである。速度測定部４は、車輪の回転速度に応じた信号をＥＣＵ‐Ｃ１２を介してＥＣＵ‐Ａ９に送信する。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）‐Ｃ１２は、不図示のブレーキペダルセンサにより電気信号に変換された自動車１００のブレーキペダルのストロークに基づいて指示値を不図示のモジュレータに伝達する。モジュレータは、ＥＣＵ‐Ｃ１２からの指示値により、所定のエア圧をチャンバに送り自動車１００のブレーキを作動させる。

ＥＣＵ‐Ａ９、ＥＣＵ‐Ｂ１０及びＥＣＵ‐Ｃ１２の各ＥＣＵは、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read OnlyMemory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]及びＨＤＤ（Hard disk drive）等を有する電子制御ユニットである。各ＥＣＵでは、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することで各部の制御を実行する。

以下、本実施形態の車両制御装置１の動作の詳細について説明する。ＥＣＵ‐Ａ９及びＥＣＵ‐Ｂ１０から構成される操舵制御部１１は、自動車１００の操舵制御を実行する。操舵制御部１１は、以下に説明するように、速度測定部４により測定された自動車１００の速度、自動車１００のホイールベース及び自動車１００の横ジャークに対する自動車１００の操舵速度の関係に基づいて、横ジャークが閾値を超えない操舵速度で自動車１００の操舵制御を実行する。また、操舵制御部１１は、カメラ３により撮影された画像に基づく自動車１００の車線に対する位置に基づいて、自動車１００が走行する車線を逸脱しないように自動車１００の操舵制御（ＬＫＡ制御）を実行する。

以下に説明するロジックは、ＥＣＵ‐Ａ９で計算される。ＥＣＵ‐Ａ９は、ＥＣＵ‐Ｂ１０に操舵角及び操舵速度を指示する。ＥＣＵ‐Ｂ１０は、操舵アクチュエータ８に指令信号を送信し、自動車１００の操舵を実行する。

なお、自動車１００のホイールベースとは、例えば、自動車１００において互いに最も近接する自動車１００の操舵に関する前輪の前輪軸と自動車１００の駆動に関する後輪の後輪軸との距離を意味する。自動車１００の操舵角とは、例えば、自動車１００の操舵に関する前輪の自動車１００の前方向に対する角度を意味する。自動車１００の操舵速度とは、例えば、自動車１００の操舵角の時間当たりの変化量を意味する。自動車１００の横ジャークとは、例えば、自動車１００の横加速度の時間当たりの変化量を意味する。上述したように、自動車１００の横加速度とは、例えば、自動車１００の横方向への加速度を意味する。

図２に示されるように、ホイールベースｌの自動車１００が、半径Ｒのカーブを旋回する場面を考える。自動車１００は、ｔ秒間に地点Ａから地点Ｂまで走行する。自動車１００の速度Ｖに対して、自動車１００の走行距離Ｌ＝Ｖｔである。自動車１００の横方向の移動距離である横移動距離はａ、半径Ｒのカーブの旋回角度はθで表される。したがって、θ＝Ｌ／Ｒである。

横移動距離ａについて、以下の式（１）が成り立つ。
ａ＝Ｒ（１－ｃｏｓθ）
＝Ｒ（１－ｃｏｓθ）・｛（１＋ｃｏｓθ）／（１＋ｃｏｓθ）｝
＝Ｒ（１－ｃｏｓ^２θ）／（１＋ｃｏｓθ）
＝Ｒｓｉｎ^２θ／（１＋ｃｏｓθ）（１）

このとき、θは十分に小さいので、ｓｉｎθ＝θ、ｃｏｓθ＝１とみなせ、以下の式（２）が成り立つ。
ａ＝Ｒθ^２／（１＋１）＝Ｒθ^２／２＝Ｌ^２／２Ｒ（２）

Ｌ＝Ｖｔであるため、曲率Ｋで表すと、以下の式（３）が成り立つ。
ａ＝（Ｖｔ）^２／２Ｒ＝（１／２）・ＫＶ^２ｔ^２（３）

上記の式（３）において、横移動距離ａ＝ｙ、横加速度ａ_ｙ＝ＫＶ^２とすると、以下の式（４）のように、地点Ａから地点Ｂまでの横移動距離ａと、自動車１００がｔ秒間で走行するカーブの曲率Ｋとの関係が導かれる。
ｙ＝（１／２）・ａ_ｙｔ^２（４）

上記の式（４）は、等加速度直線運動の式の形と同様であるため、横加速度ａ_ｙは曲率Ｋと速度Ｖとの関係式である以下の式（５）で表せる。
ａ_ｙ＝ＫＶ^２（５）

一方、操舵角δと曲率Ｋとの関係は、以下の式（６）で表される。式（６）において、Ｋ_ｓはスタビリティファクタである。
δ＝ｌ（１＋Ｋ_ｓＶ^２）Ｋ（６）

式（５）及び式（６）により、以下の式（７）が成り立つ。
δ＝ｌ（１＋Ｋ_ｓＶ^２）・（１／Ｖ^２）・ａ_ｙ（７）

上記の式（７）の両辺を時間で微分すると、操舵速度δ／ｔと横ジャークａ_ｙ／ｔとの関係式である以下の式（Ａ）が成り立つ。したがって、操舵制御部１１のＡＤＡＳ‐ＥＣＵ９は、任意に設定された横ジャークａ_ｙ／ｔの閾値について、閾値を超えない横ジャークａ_ｙ／ｔとなる操舵速度δ／ｔを以下の式（Ａ）により算出することができる。操舵制御部１１の操舵制御ＥＣＵ１０は、式（Ａ）を満たす関係に基づいて、横ジャークａ_ｙ／ｔが閾値を超えない操舵速度δ／ｔで自動車１００の操舵制御を実行する。
δ／ｔ＝ｌ（１＋Ｋ_ｓＶ^２）・（１／Ｖ^２）・ａ_ｙ／ｔ（Ａ）

なお、横ジャークａ_ｙ／ｔの閾値は、例えば、予め設定された閾値が自動車１００の内部の記憶装置に記憶されていてもよい。また、横ジャークａ_ｙ／ｔの閾値は、例えば、自動車１００のドライバーにより任意に設定され、ドライバーにより設定された閾値が自動車１００の内部の記憶装置に記憶されていてもよい。また、ホイールベースｌは、例えば、予め設計諸元に基づく値が自動車１００の内部の記憶装置に記憶されていてもよい。

以下、自動車１００の走行中における本実施形態の車両制御装置１の動作について説明する。図３に示されるように、自動車１００のドライバーによりＬＫＡスイッチ２がオンにされる（Ｓ１）。ＬＫＡスイッチ２がオンのときは、操舵制御部１１により、カメラ３により撮影された画像に基づく自動車１００の車線に対する位置に基づいて、自動車１００が走行する車線を逸脱しないように自動車１００の操舵制御が実行される（Ｓ２）。なお、ＬＫＡスイッチ２がオフのときは、以下の動作は実行されない。

速度測定部４により、自動車１００の速度Ｖが測定される（Ｓ３）。操舵制御部１１のＥＣＵ‐Ａ９により、上記の式（Ａ）に基づいて、横ジャークａ_ｙ／ｔが閾値を超えない操舵速度δ／ｔの閾値が算出される（Ｓ４）。操舵制御部１１のＥＣＵ‐Ａ９は、ＬＫＡ制御の操舵速度δ／ｔがＳ４で算出された操舵速度δ／ｔの閾値を超えるか否かを判定する（Ｓ５）。ＬＫＡ制御の操舵速度δ／ｔがＳ４で算出された操舵速度δ／ｔの閾値を超えるときは、操舵制御部１１のＥＣＵ‐Ａ９及びＥＣＵ‐Ｂ１０は、横ジャークａ_ｙ／ｔが閾値を超えない操舵速度δ／ｔの閾値以下の操舵速度δ／ｔでＬＫＡ制御を実行する（Ｓ６）。一方、ＬＫＡ制御の操舵速度δ／ｔがＳ４で算出された操舵速度δ／ｔの閾値を超えないときは、ＬＫＡ制御が続行される。

本実施形態によれば、車両制御装置１において、操舵制御部１１により、速度測定部４で測定された自動車１００の速度Ｖ、自動車１００のホイールベースｌ及び自動車１００の横ジャークａ_ｙ／ｔに対する自動車１００の操舵速度δ／ｔの関係に基づいて、横ジャークａ_ｙ／ｔが閾値を超えない操舵速度δ／ｔで自動車１００の操舵制御が実行される。このため、個々の自動車１００の車両特性であるホイールベースｌにより対応した操舵制御を実行できる。本実施形態の車両制御装置１は、同車種であってもバリエーションによりホイールベースｌが異なる商用車に有用である。

また、本実施形態によれば、操舵制御部１１により自動車１００が走行する車線を逸脱しないように自動車１００の操舵制御が実行される車線逸脱防止支援制御の際に、個々の自動車１００のホイールベースｌに対応して横ジャークａ_ｙ／ｔが閾値を超えない操舵速度δ／ｔで自動車１００の操舵制御が実行される。このため、車線逸脱防止支援制御において、個々の自動車１００の車両特性であるホイールベースｌにより対応した操舵制御を実行できる。

また、本実施形態によれば、操舵制御部１１により、速度測定部４で測定された自動車１００の速度をＶとし、自動車１００のホイールベースをｌとし、自動車１００の横ジャークをａ_ｙ／ｔとし、自動車１００の操舵速度をδ／ｔとし、任意の定数であるスタビリティファクタをＫ_ｓとしたときに上記の式（Ａ）を満たす関係に基づいて、横ジャークａ_ｙ／ｔが閾値を超えない操舵速度δ／ｔで自動車１００の操舵制御が実行される。このため、より確実に個々の自動車１００の車両特性であるホイールベースｌにより対応した操舵制御を実行できる。

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様々な形態で実施される。

１…車両制御装置、２…ＬＫＡスイッチ、３…カメラ、４…速度測定部、５…ＳＡＳ、６…操舵角センサ、７…トルクセンサ、８…操舵アクチュエータ、９…ＥＣＵ‐Ａ、１０…ＥＣＵ‐Ｂ、１１…操舵制御部、１２…ＥＣＵ‐Ｃ、１００…自動車、ｌ…ホイールベース。

Claims

自動車の速度を測定する速度測定部と、
前記自動車の操舵制御を実行する操舵制御部と、
を備え、
前記操舵制御部は、前記速度測定部により測定された前記自動車の前記速度、前記自動車のホイールベース及び前記自動車の横ジャークに対する前記自動車の操舵速度の関係に基づいて、前記横ジャークが閾値を超えない前記操舵速度で前記自動車の前記操舵制御を実行する、車両制御装置。
前記操舵制御部は、前記自動車が走行する車線を逸脱しないように前記自動車の前記操舵制御を実行する、請求項１に記載の車両制御装置。
前記操舵制御部は、前記速度測定部により測定された前記自動車の前記速度をＶとし、前記自動車の前記ホイールベースをｌとし、前記自動車の前記横ジャークをａ_ｙ／ｔとし、前記自動車の前記操舵速度をδ／ｔとし、任意の定数Ｋ_ｓとしたときに、式（Ａ）を満たす前記関係に基づいて、前記横ジャークが閾値を超えない前記操舵速度で前記自動車の前記操舵制御を実行する、請求項１又は２に記載の車両制御装置。
δ／ｔ＝ｌ（１＋Ｋ_ｓＶ^２）・（１／Ｖ^２）・ａ_ｙ／ｔ（Ａ）