JP2022148163A - 車速制御方法及び走行制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】自車両を目標走行軌道で走行させる際に、車両の前後輪の荷重によって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標速度プロファイルを設定する。【解決手段】車速制御方法は、自車両の目標走行軌道を設定し(S1)、自車両の前後輪の荷重と自車両の横力とに応じて自車両の前後力を制限する、前後力の制約条件である第1制約条件を、車輪の摩擦限界に基づいて設定し(S3、S4)、目標走行軌道の曲率プロファイルに基づいて、第1制約条件に従って目標走行軌道を走行する目標速度プロファイルを生成し(S5)、目標速度プロファイルに基づいて自車両の車速を制御する(S6)。【選択図】図4
Description
本発明は、車速制御方法及び走行制御装置に関する。
特許文献1には、前後加速度がゼロである場合の摩擦円を限界まで使用してカーブを曲がる最大速度に基づいて車速を制御する車速制御装置が記載されている。
しかしながら、特許文献1に記載の車速制御装置は、車両の前後輪の荷重によらずに摩擦円を限界まで使用した場合の最大速度を算出することから、実際の車輪の摩擦限界を超えてしまうおそれがある。
本発明は、自車両を目標走行軌道で走行させる際に、車両の前後輪の荷重によって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定することを目的とする。
本発明は、自車両を目標走行軌道で走行させる際に、車両の前後輪の荷重によって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定することを目的とする。
本発明の一態様による車速制御方法は、自車両の目標走行軌道を設定し、自車両の前後輪の荷重と自車両の横力とに応じて自車両の前後力を制限する、前後力の制約条件である第1制約条件を、車輪の摩擦限界に基づいて設定し、目標走行軌道の曲率プロファイルに基づいて、第1制約条件に従って目標走行軌道を走行する目標車速プロファイルを生成し、目標車速プロファイルに基づいて自車両の車速を制御する。
本発明によれば、自車両を目標走行軌道で走行させる際に、車両の前後輪の荷重によって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定できる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面は模式的なものであって、現実のものとは異なる場合がある。また、以下に示す本発明の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
図1を参照する。自車両1は、自車両1の走行制御を行う走行制御装置10を備える。走行制御装置10による走行制御には、自車両1の周辺の走行環境に基づいて、運転者が関与せずに自車両1を自動で運転する自動運転や、定速走行制御、車線維持制御、合流支援制御などの運転支援制御を含んでよい。
走行制御装置10は、物体センサ11と、車両センサ12と、測位装置13と、地図データベース(地図DB)14と、コントローラ15と、アクチュエータ16、転舵装置17、駆動装置18、制動装置19とを備える。
走行制御装置10は、物体センサ11と、車両センサ12と、測位装置13と、地図データベース(地図DB)14と、コントローラ15と、アクチュエータ16、転舵装置17、駆動装置18、制動装置19とを備える。
物体センサ11は、自車両1に搭載されたレーザレーダやミリ波レーダ、カメラ、LIDAR(Light Detection and Ranging、Laser Imaging Detection and Ranging)など、自車両1の周辺の物体を検出する複数の異なる種類の物体検出センサを備える。
車両センサ12は、自車両1に搭載され、自車両1から得られる様々な情報(車両信号)を検出する。車両センサ12には、例えば、自車両1の走行速度(車速)を検出する車速センサ、自車両1が備える各タイヤの回転速度を検出する車輪速センサ、自車両1の3軸方向の加速度(減速度を含む)を検出する3軸加速度センサ(Gセンサ)、操舵角(転舵角を含む)を検出する操舵角センサ、自車両1に生じる角速度を検出するジャイロセンサ、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ、自車両1のアクセル開度を検出するアクセルセンサと、運転者によるブレーキ操作量を検出するブレーキセンサが含まれる。
車両センサ12は、自車両1に搭載され、自車両1から得られる様々な情報(車両信号)を検出する。車両センサ12には、例えば、自車両1の走行速度(車速)を検出する車速センサ、自車両1が備える各タイヤの回転速度を検出する車輪速センサ、自車両1の3軸方向の加速度(減速度を含む)を検出する3軸加速度センサ(Gセンサ)、操舵角(転舵角を含む)を検出する操舵角センサ、自車両1に生じる角速度を検出するジャイロセンサ、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ、自車両1のアクセル開度を検出するアクセルセンサと、運転者によるブレーキ操作量を検出するブレーキセンサが含まれる。
測位装置13は、全地球型測位システム(GNSS)受信機を備え、複数の航法衛星から電波を受信して自車両1の現在位置を測定する。GNSS受信機は、例えば地球測位システム(GPS)受信機等であってよい。測位装置13は、例えば慣性航法装置であってもよい。
地図データベース14は、自動運転用の地図として好適な高精度地図データ(以下、単に「高精度地図」という。)を記憶する記憶装置であってよい。高精度地図は、ナビゲーション用の地図データ(以下、単に「ナビ地図」という。)よりも高精度の地図データであり、道路単位の情報よりも詳細な車線単位の情報を含む。
地図データベース14は、自動運転用の地図として好適な高精度地図データ(以下、単に「高精度地図」という。)を記憶する記憶装置であってよい。高精度地図は、ナビゲーション用の地図データ(以下、単に「ナビ地図」という。)よりも高精度の地図データであり、道路単位の情報よりも詳細な車線単位の情報を含む。
コントローラ15は、自車両1の走行支援制御を行う電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)である。コントローラ15は、プロセッサ20と、記憶装置21等の周辺部品とを含む。プロセッサ20は、例えばCPU(Central Processing Unit)やMPU(Micro-Processing Unit)であってよい。
記憶装置21は、半導体記憶装置や、磁気記憶装置、光学記憶装置等を備えてよい。記憶装置21は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。
以下に説明するコントローラ15の機能は、例えばプロセッサ20が、記憶装置21に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
なお、コントローラ15を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、コントローラ15は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントローラ15はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル・ロジック・デバイス(PLD:Programmable Logic Device)等を有していてもよい。
記憶装置21は、半導体記憶装置や、磁気記憶装置、光学記憶装置等を備えてよい。記憶装置21は、レジスタ、キャッシュメモリ、主記憶装置として使用されるROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等のメモリを含んでよい。
以下に説明するコントローラ15の機能は、例えばプロセッサ20が、記憶装置21に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。
なお、コントローラ15を、以下に説明する各情報処理を実行するための専用のハードウエアにより形成してもよい。
例えば、コントローラ15は、汎用の半導体集積回路中に設定される機能的な論理回路を備えてもよい。例えばコントローラ15はフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA:Field-Programmable Gate Array)等のプログラマブル・ロジック・デバイス(PLD:Programmable Logic Device)等を有していてもよい。
アクチュエータ16は、コントローラ15からの制御信号に応じて転舵装置17、駆動装置18及び制動装置19を作動させて、自車両1の車両挙動を発生させる。アクチュエータ16は、ステアリングアクチュエータと、アクセル開度アクチュエータと、ブレーキ制御アクチュエータを備える。
ステアリングアクチュエータは、転舵装置17を作動させて自車両1の操舵方向及び操舵量を制御する。アクセル開度アクチュエータは、エンジンや駆動モータである駆動装置18を作動させて自車両1の前後加速度を制御する。ブレーキ制御アクチュエータは、制動装置19を作動させて自車両1の前後減速度を制御する。
ステアリングアクチュエータは、転舵装置17を作動させて自車両1の操舵方向及び操舵量を制御する。アクセル開度アクチュエータは、エンジンや駆動モータである駆動装置18を作動させて自車両1の前後加速度を制御する。ブレーキ制御アクチュエータは、制動装置19を作動させて自車両1の前後減速度を制御する。
次に、コントローラ15による走行制御の一例の概要を説明する。
コントローラ15は、自車両1を自動で運転する自動運転や、定速走行制御、車線維持制御、合流支援制御などの運転支援制御において、物体センサ11によって検出した自車両1の周囲環境の情報と、測位装置13が測定した自車両1の現在位置と、地図データベース14とに基づいて、自車両1を将来走行させる目標走行軌道を生成する。
さらにコントローラ15は、自車両1を目標走行軌道で走行させる車速のプロファイルである目標車速プロファイルを生成する。
コントローラ15は、自車両1を自動で運転する自動運転や、定速走行制御、車線維持制御、合流支援制御などの運転支援制御において、物体センサ11によって検出した自車両1の周囲環境の情報と、測位装置13が測定した自車両1の現在位置と、地図データベース14とに基づいて、自車両1を将来走行させる目標走行軌道を生成する。
さらにコントローラ15は、自車両1を目標走行軌道で走行させる車速のプロファイルである目標車速プロファイルを生成する。
目標車速プロファイルを生成する際に、コントローラ15は、自車両1の前輪の摩擦限界に基づく前後力の制約条件と、後輪の摩擦限界に基づく前後力の制約条件との両方を満足する目標車速プロファイルを生成する。
例えばコントローラ15は、以下に示す車輪の摩擦限界に関する条件(A)を満たす目標車速プロファイルを生成してよい。
例えばコントローラ15は、以下に示す車輪の摩擦限界に関する条件(A)を満たす目標車速プロファイルを生成してよい。
(A)摩擦限界に関する制約条件
上式(1)中のFyf、Fxfは、それぞれ前輪で発生する横力(前輪横力)及び前後力(前輪前後力)であり、Fzfは前輪に係る荷重(前輪荷重)である。上式(2)中のFyr、Fxrは、それぞれ後輪で発生する横力(後輪横力)及び前後力(後輪前後力)であり、Fzrは後輪に係る荷重(後輪荷重)である。μは路面の摩擦係数である。
上式(1)は前輪の摩擦限界に関する制約条件であり、前輪横力Fyfと前輪前後力Fxfの二乗和を、前輪荷重Fzfとμとの積の二乗値以下に制限する。すなわち、前輪横力Fyfと前輪前後力Fxfの合力の大きさを、前輪のタイヤの摩擦限界(摩擦円)以下に制限する。同様に、上式(2)は後輪の摩擦限界に関する制約条件である。
上式(1)は前輪の摩擦限界に関する制約条件であり、前輪横力Fyfと前輪前後力Fxfの二乗和を、前輪荷重Fzfとμとの積の二乗値以下に制限する。すなわち、前輪横力Fyfと前輪前後力Fxfの合力の大きさを、前輪のタイヤの摩擦限界(摩擦円)以下に制限する。同様に、上式(2)は後輪の摩擦限界に関する制約条件である。
このため、前輪荷重Fzfが大きく後輪荷重Fzrが小さい場合には、前輪荷重Fzfが小さく後輪荷重Fzrが大きい場合に比べて、前輪の前後力の大きさを制限する上限値を大きな値に設定し、後輪の前後力の大きさを制限する上限値を小さな値に設定できる。
また、後輪荷重Fzrが大きく前輪荷重Fzfが小さい場合には、後輪荷重Fzrが小さく前輪荷重Fzfが大きい場合に比べて、後輪の前後力の大きさを制限する上限値を大きな値に設定し、前輪の前後力の大きさを制限する上限値を小さな値に設定できる。
また、後輪荷重Fzrが大きく前輪荷重Fzfが小さい場合には、後輪荷重Fzrが小さく前輪荷重Fzfが大きい場合に比べて、後輪の前後力の大きさを制限する上限値を大きな値に設定し、前輪の前後力の大きさを制限する上限値を小さな値に設定できる。
ここで、車速が変化すると前輪荷重Fzf及び後輪荷重Fzrが変動するため、前輪横力Fyf、前輪前後力Fxf、後輪横力Fyr、後輪前後力Fxrが取り得る上限が変化する。そこでコントローラ15は、条件(A)に加えて、荷重に関する下記の付加条件(a1)を満たす目標車速プロファイルを生成する。
付加条件(a1)
上式(3)、(4)中のmは自車両1の質量であり、gは重力加速度であり、lはホイールベース長であり、lrは車両重心から後輪軸までの長さであり、lfは車両重心から前輪軸までの長さであり、hは車両重心の高さであり、axは自車両1の前後方向の加速度(前後加速度)である。
これにより、自車両1の加速度(ax>0)が大きい場合には小さい場合に比べて、前輪荷重Fzfが小さく設定され、自車両1の減速度(ax<0)が大きい場合には小さい場合に比べて、後輪荷重Fzrが小さく設定される。
これにより、自車両1の加速度(ax>0)が大きい場合には小さい場合に比べて、前輪荷重Fzfが小さく設定され、自車両1の減速度(ax<0)が大きい場合には小さい場合に比べて、後輪荷重Fzrが小さく設定される。
さらに、自車両1を制動するための前後力は、制動力配分比に応じて前輪前後力Fxf及び後輪前後力Fxrに配分される。また、自車両1が四輪駆動車両である場合に、自車両1を駆動するための前後力は、駆動力配分比に応じて前輪前後力Fxf及び後輪前後力Fxrに配分される。
そこでコントローラ15は、条件(A)及び(a1)に加えて、制動力配分比及び/又は駆動力配分比に関する下記の付加条件(a2)を満たす目標車速プロファイルを生成してよい。
そこでコントローラ15は、条件(A)及び(a1)に加えて、制動力配分比及び/又は駆動力配分比に関する下記の付加条件(a2)を満たす目標車速プロファイルを生成してよい。
上式(1)、(2)の前輪横力Fyf及び後輪横力Fyrは、次式(7)及び(8)に示すように、自車両1の横加速度ayに基づいて定まる変数である。
横加速度ayは、演算対象である目標車速プロファイルによって定まる変数である。そこで、コントローラ15は、横加速度ayの各値に対して上式(1)、(3)、(5)及び(7)を満足する自車両1の前後加速度ax=Fxf/mのそれぞれの上限値及び下限値を、前輪の摩擦限界に基づく前輪前後加速度制約Axf[ay]として算出する。
同様に、横加速度ayの各値に対して上式(2)、(4)、(6)及び(8)を満足する自車両1の前後加速度ax=Fxr/mのそれぞれの上限値及び下限値を、後輪の摩擦限界に基づく後輪前後加速度制約Axr[ay]として算出する。
前輪前後加速度制約Axf[ay]及び後輪前後加速度制約Axr[ay]は、それぞれ特許請求の範囲に記載の「第2制約条件」及び「第3制約条件」の一例である。
同様に、横加速度ayの各値に対して上式(2)、(4)、(6)及び(8)を満足する自車両1の前後加速度ax=Fxr/mのそれぞれの上限値及び下限値を、後輪の摩擦限界に基づく後輪前後加速度制約Axr[ay]として算出する。
前輪前後加速度制約Axf[ay]及び後輪前後加速度制約Axr[ay]は、それぞれ特許請求の範囲に記載の「第2制約条件」及び「第3制約条件」の一例である。
図2は、前輪前後加速度制約Axf[ay]及び後輪前後加速度制約Axr[ay]の一例を示す図である。実線30が前輪前後加速度制約Axf[ay]を示し、一点鎖線31が後輪前後加速度制約Axr[ay]を示す。
自車両1全体が発生させることができる横力及び前後力は、前輪前後加速度制約Axf[ay]の上下限値と後輪前後加速度制約Axr[ay]の上下限値の両者の範囲内の横力及び前後力である。
したがってコントローラ15は、前輪前後加速度制約Axf[ay]を示す実線30の内側(原点側)の領域と、後輪前後加速度制約Axr[ay]を示す一点鎖線31の内側(原点側)の領域と、が重複する領域32(図2にてハッチングが施された領域)を自車両1の前後加速度axが超えないように目標車速プロファイルを生成する。
自車両1全体が発生させることができる横力及び前後力は、前輪前後加速度制約Axf[ay]の上下限値と後輪前後加速度制約Axr[ay]の上下限値の両者の範囲内の横力及び前後力である。
したがってコントローラ15は、前輪前後加速度制約Axf[ay]を示す実線30の内側(原点側)の領域と、後輪前後加速度制約Axr[ay]を示す一点鎖線31の内側(原点側)の領域と、が重複する領域32(図2にてハッチングが施された領域)を自車両1の前後加速度axが超えないように目標車速プロファイルを生成する。
例えばコントローラ15は、横加速度ayの各値に対して、加速時(ax>0)の場合における前後加速度の上限値Ax[ay]を、次式(9)に基づいて前輪前後加速度制約Axf[ay]及び後輪前後加速度制約Axr[ay]から選択してよい。
また例えばコントローラ15は、横加速度ayの各値に対して、減速時(ax<0)の場合の前後加速度の下限値(すなわち負の前後加速度の大きさの上限値)Ax[ay]を次式(10)に基づいて前輪前後加速度制約Axf[ay]及び後輪前後加速度制約Axr[ay]から選択してよい。
このように前輪前後加速度制約Axf[ay]の上下限値及び後輪前後加速度制約Axr[ay]の上下限値の両者の範囲内になるように選択された、横加速度ayの各値に対する前後加速度の制限値Ax[ay]を、以下の説明で「前後加速度制約」と表記することがある。前後加速度制約は、特許請求の範囲に記載の「第1制約条件」の一例である。
このように、前輪前後加速度制約Axf[ay]及び後輪前後加速度制約Axr[ay]のうち、大きさ(絶対値)がより小さい値を前後加速度制約Ax[ay]として選択するため、例えば、荷重移動が発生して前輪前後加速度制約Axf[ay]又は後輪前後加速度制約Axr[ay]のうち一方が減少すると、前後加速度制約Ax[ay]が減少することになる。
このように、前輪前後加速度制約Axf[ay]及び後輪前後加速度制約Axr[ay]のうち、大きさ(絶対値)がより小さい値を前後加速度制約Ax[ay]として選択するため、例えば、荷重移動が発生して前輪前後加速度制約Axf[ay]又は後輪前後加速度制約Axr[ay]のうち一方が減少すると、前後加速度制約Ax[ay]が減少することになる。
また、制動力配分又は駆動力配分が前輪又は後輪の一方に偏ると、上式(5)、(6)から明らかなように、同一の前後加速度axに対して発生させる前輪前後力Fxf及び後輪前後力Fxrの一方の値が大きくなる。このため、上式(1)、(2)を満足できる前後加速度axが小さくなる。
このため、例えば前輪への制動力配分比と理想制動力配分との間の差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、小さな値の前後加速度制約Ax[ay]が設定されることになる。
また、前輪への駆動力配分と後輪への駆動力配分との差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、小さな値の前後加速度制約Ax[ay]が設定されることになる。
このため、例えば前輪への制動力配分比と理想制動力配分との間の差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、小さな値の前後加速度制約Ax[ay]が設定されることになる。
また、前輪への駆動力配分と後輪への駆動力配分との差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、小さな値の前後加速度制約Ax[ay]が設定されることになる。
コントローラ15は、上記の制約条件(A)、(a1)及び(a2)を満たしつつ目標走行軌道上の区間Sを通過する通過時間tが最短となる自車両1の車速vのプロファイルを目標車速プロファイルとして生成する。
上式(11)中、S1及びS2は目標車速プロファイルを生成する区間Sの始点区間及び終点区間である。
コントローラ15は、車速vが上記の制約条件(A)、(a1)及び(a2)を満たしているか否かを、目標走行軌道の曲率プロファイルρと車速vに応じた横加速度ay=ρ×v2と、前後加速度制約Ax[ay]と、基づいて判定する。コントローラ15は、制約条件(A)、(a1)及び(a2)を満たす車速vのみからなるプロファイルを目標車速プロファイルとして生成する。
なお、コントローラ15は、摩擦限界に関する制約条件(A)、(a1)及び(a2)に加えて、走行路の曲率から求まる限界速度の制約条件(B)、前後ジャークjxの制約条件(C)及び/又は横ジャークjyの制約条件(D)を満たすように、目標車速プロファイルを生成してもよい。
なお、コントローラ15は、摩擦限界に関する制約条件(A)、(a1)及び(a2)に加えて、走行路の曲率から求まる限界速度の制約条件(B)、前後ジャークjxの制約条件(C)及び/又は横ジャークjyの制約条件(D)を満たすように、目標車速プロファイルを生成してもよい。
(B)走行路の曲率から求まる限界速度の制約条件
(C)前後ジャークjxの制約条件
|jx|≦jxmax …(13)
上式(13)中、jxmaxはピッチングによって車両挙動を不安定にさせない前後ジャークの大きさの上限値である。
(D)横ジャークjyの制約条件
|jy|≦jymax…(14)
上式(14)中、jymaxは自車両1のヨー角変化及び横運動が追従できる横ジャークの大きさの上限値である。
コントローラ15は、生成した目標車速プロファイルに従う速度で自車両1が目標走行軌道を走行するように、アクチュエータ16を駆動する。
|jx|≦jxmax …(13)
上式(13)中、jxmaxはピッチングによって車両挙動を不安定にさせない前後ジャークの大きさの上限値である。
(D)横ジャークjyの制約条件
|jy|≦jymax…(14)
上式(14)中、jymaxは自車両1のヨー角変化及び横運動が追従できる横ジャークの大きさの上限値である。
コントローラ15は、生成した目標車速プロファイルに従う速度で自車両1が目標走行軌道を走行するように、アクチュエータ16を駆動する。
図3は、実施形態の走行制御装置の一例であるコントローラ15の機能構成の一例のブロック図である。図4は、実施形態の車速制御方法の一例のフローチャートである。
コントローラ15は、軌道生成部40と、摩擦係数推定部41と、前輪摩擦円制約設定部42と、後輪摩擦円制約設定部43と、摩擦円制約補正部44と、速度プロファイル設定部45を備える。
軌道生成部40は、物体センサ11によって検出した自車両1の周囲環境の情報と、測位装置13が測定した自車両1の現在位置と、地図データベース14とに基づいて、自車両1を将来走行させる目標走行軌道を生成する(ステップS1)。
摩擦係数推定部41は、自車両1が走行する路面の摩擦係数μを推定する(ステップS2)。例えば、摩擦係数推定部41は、自車両1の前後加速度ax及び車輪速度に応じて、路面の摩擦係数μを推定してよい。
コントローラ15は、軌道生成部40と、摩擦係数推定部41と、前輪摩擦円制約設定部42と、後輪摩擦円制約設定部43と、摩擦円制約補正部44と、速度プロファイル設定部45を備える。
軌道生成部40は、物体センサ11によって検出した自車両1の周囲環境の情報と、測位装置13が測定した自車両1の現在位置と、地図データベース14とに基づいて、自車両1を将来走行させる目標走行軌道を生成する(ステップS1)。
摩擦係数推定部41は、自車両1が走行する路面の摩擦係数μを推定する(ステップS2)。例えば、摩擦係数推定部41は、自車両1の前後加速度ax及び車輪速度に応じて、路面の摩擦係数μを推定してよい。
前輪摩擦円制約設定部42は、上式(1)、(3)、(5)及び(7)に基づいて、横加速度ayの各値に対して、前輪前後加速度制約Axf[ay]をそれぞれ設定する(ステップS3)。
後輪摩擦円制約設定部43は、上式(2)、(4)、(6)及び(8)に基づいて、横加速度ayの各値に対して、後輪前後加速度制約Axr[ay]をそれぞれ設定する(ステップS4)。
後輪摩擦円制約設定部43は、上式(2)、(4)、(6)及び(8)に基づいて、横加速度ayの各値に対して、後輪前後加速度制約Axr[ay]をそれぞれ設定する(ステップS4)。
摩擦円制約補正部44は、横加速度ayの各値のそれぞれについて、前輪前後加速度制約Axf[ay]及び後輪前後加速度制約Axr[ay]のいずれか一方を上式(9)及び(10)に基づいて選択し、前後加速度制約Ax[ay]として設定する。速度プロファイル設定部45は、前後加速度制約Ax[ay]と、走行路の曲率から求まる限界速度の制約条件(B)と、前後ジャークjxの制約条件(C)と、横ジャークjyの制約条件(D)とを満たすように、目標車速プロファイルを生成する(ステップS5)。
アクチュエータ16は、目標車速プロファイルに従う速度で自車両1が目標走行軌道を走行するように、転舵装置17、駆動装置18及び制動装置19を制御する(ステップS6)。その後に処理は終了する。
アクチュエータ16は、目標車速プロファイルに従う速度で自車両1が目標走行軌道を走行するように、転舵装置17、駆動装置18及び制動装置19を制御する(ステップS6)。その後に処理は終了する。
(変形例1)
上式(1)及び(2)では、前輪横力Fyf、後輪横力Fyrの2乗項と前輪前後力Fxf、後輪前後力Fxrの2乗項との和を、それぞれ前輪荷重Fzf、後輪荷重Fzrの2乗項に応じた上限値以下に制限した。
これに代えて、次式(15)、(16)のように、前輪横力Fyf、後輪横力Fyrのq乗項(すなわち指数qのべき乗項)と前輪前後力Fxf、後輪前後力Fxrのq乗項との和を、それぞれ前輪荷重Fzf、後輪荷重Fzrのq乗項に応じた上限値以下に制限してもよい。
上式(1)及び(2)では、前輪横力Fyf、後輪横力Fyrの2乗項と前輪前後力Fxf、後輪前後力Fxrの2乗項との和を、それぞれ前輪荷重Fzf、後輪荷重Fzrの2乗項に応じた上限値以下に制限した。
これに代えて、次式(15)、(16)のように、前輪横力Fyf、後輪横力Fyrのq乗項(すなわち指数qのべき乗項)と前輪前後力Fxf、後輪前後力Fxrのq乗項との和を、それぞれ前輪荷重Fzf、後輪荷重Fzrのq乗項に応じた上限値以下に制限してもよい。
図5は、指数qを1以上2未満の値に設定した場合の前後加速度制約Ax[ay]の一例を示す。指数qが2である上式(1)及び(2)である場合と比較すると、axとayの両方がゼロでない領域(すなわち、制動や駆動と同時に旋回を行うシーン)における前後加速度制約Ax[ay]を小さい値に設定できる。
これにより、制動と同時に旋回を行うシーンや、駆動と同時に旋回を行うシーンにおいて、安全マージン持った目標車速プロファイルを生成できる。
これにより、制動と同時に旋回を行うシーンや、駆動と同時に旋回を行うシーンにおいて、安全マージン持った目標車速プロファイルを生成できる。
(変形例2)
コントローラ15は、前輪の前輪前後加速度制約Axf[ay]と、後輪の後輪前後加速度制約Axr[ay]とを独立して設定せずに、車体全体の前後加速度制約Ax[ay]を設定してもよい。
図6は、コントローラ15の変形例の機能構成の一例のブロック図である。図3と同様の構成には同一の参照符号を付する。コントローラ15は、摩擦円制約設定部46を備える。
摩擦円制約設定部46は、路面の摩擦係数μに基づいて前後加速度制約Ax[ay]を設定する。
コントローラ15は、前輪の前輪前後加速度制約Axf[ay]と、後輪の後輪前後加速度制約Axr[ay]とを独立して設定せずに、車体全体の前後加速度制約Ax[ay]を設定してもよい。
図6は、コントローラ15の変形例の機能構成の一例のブロック図である。図3と同様の構成には同一の参照符号を付する。コントローラ15は、摩擦円制約設定部46を備える。
摩擦円制約設定部46は、路面の摩擦係数μに基づいて前後加速度制約Ax[ay]を設定する。
例えば、摩擦円制約設定部46は、横加速度ayの各値のそれぞれについて、次式(17)に基づく前後加速度制約Ax[ay]を設定してよい。
上式(17)中、b(≒μg)は定数であり、amは、減速時(ax<0)の前後加速度制約Ax[ay]の下限値(すなわち絶対値の上限値)を調整するためのパラメータである。
例えばパラメータamをμgよりも小さな値に設定することにより、図7Aに示すように減速時の前後加速度制約Ax[ay]を小さな値に設定できる。
例えば、パラメータamを制動力配分比に応じて設定してよい。図7Bは、パラメータamの設定例の説明図である。パラメータamは、前輪への制動力配分比Rbfに応じて設定される。
例えばパラメータamをμgよりも小さな値に設定することにより、図7Aに示すように減速時の前後加速度制約Ax[ay]を小さな値に設定できる。
例えば、パラメータamを制動力配分比に応じて設定してよい。図7Bは、パラメータamの設定例の説明図である。パラメータamは、前輪への制動力配分比Rbfに応じて設定される。
例えば図7Bに示すように、制動力配分比と理想制動配分比Rbiとの差が大きいほど、パラメータamが小さくなるように設定してもよい。これにより、制動力配分比と理想制動配分比Rbiとの差が大きいほど、自車両1を減速させる減速度(ax<0)の下限値Ax[ay]の大きさを小さい値に設定できる。
このため、制動力配分比と理想制動配分比Rbiとの差が大きいほど、減速時(ax<0)に車輪で発生できる前後力が前後方向の荷重移動のために減少しても、これを超えないように前後加速度axをより小さな値に制限する前後加速度制約Ax[ay]を設定できる。
このため、制動力配分比と理想制動配分比Rbiとの差が大きいほど、減速時(ax<0)に車輪で発生できる前後力が前後方向の荷重移動のために減少しても、これを超えないように前後加速度axをより小さな値に制限する前後加速度制約Ax[ay]を設定できる。
また、例えば、摩擦円制約設定部46は、横加速度ayの各値のそれぞれについて、次式(18)に基づく前後加速度制約Ax[ay]を設定してよい。
上式(18)中、apは、減速時(ax>0)前後加速度制約Ax[ay]の上限値を調整するためのパラメータである。
例えば図8Aに示すように、パラメータapをμgよりも小さな値に設定することにより、加速時の前後加速度制約Ax[ay]が小さな値に設定される。
例えば、パラメータapを駆動力配分比に応じて設定してよい。図8Bは、パラメータapの設定例の説明図である。パラメータapは、前輪への駆動力配分比Rdfに応じて設定される。
例えば図8Aに示すように、パラメータapをμgよりも小さな値に設定することにより、加速時の前後加速度制約Ax[ay]が小さな値に設定される。
例えば、パラメータapを駆動力配分比に応じて設定してよい。図8Bは、パラメータapの設定例の説明図である。パラメータapは、前輪への駆動力配分比Rdfに応じて設定される。
例えば、前輪への駆動力配分と後輪への駆動力配分との差が大きいほど、パラメータapが小さくなるように設定してもよい。これにより、前後の駆動力配分の差が大きいほど、自車両1を加速度の上限値Ax[ay]の大きさを小さい値に設定できる。
このため、前後の駆動力配分の差が大きいほど、加速時(ax>0)に車輪で発生できる前後力が小さくなっても、これを超えないように前後加速度axをより小さな値に制限する前後加速度制約Ax[ay]を設定できる。
このため、前後の駆動力配分の差が大きいほど、加速時(ax>0)に車輪で発生できる前後力が小さくなっても、これを超えないように前後加速度axをより小さな値に制限する前後加速度制約Ax[ay]を設定できる。
なお、変形例(2)においても、変形例(1)と同様に車輪の横力のq乗項と前後力のq乗項との和が、車輪に係る荷重のq乗項に応じた上限値以下に制限してもよい(1≦q<2)。
例えば摩擦円制約設定部46は、横加速度ayの各値のそれぞれについて、次式(19)に基づく前後加速度制約Ax[ay]を設定してよい。
例えば摩擦円制約設定部46は、横加速度ayの各値のそれぞれについて、次式(19)に基づく前後加速度制約Ax[ay]を設定してよい。
(実施形態の効果)
(1)コントローラ15は、自車両1の目標走行軌道を設定し、自車両1の前後輪の荷重と自車両1の横力とに応じて自車両1の前後力を制限する、前後力の制約条件である第1制約条件を、車輪の摩擦限界に基づいて設定し、目標走行軌道の曲率プロファイルに基づいて、第1制約条件に従って目標走行軌道を走行する目標速度プロファイルを生成する。アクチュエータ16は、目標速度プロファイルに基づいて、自車両1の車速を制御する。
これにより、自車両を目標走行軌道で走行させる際に、車両の前後輪の荷重によって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定できる。
(1)コントローラ15は、自車両1の目標走行軌道を設定し、自車両1の前後輪の荷重と自車両1の横力とに応じて自車両1の前後力を制限する、前後力の制約条件である第1制約条件を、車輪の摩擦限界に基づいて設定し、目標走行軌道の曲率プロファイルに基づいて、第1制約条件に従って目標走行軌道を走行する目標速度プロファイルを生成する。アクチュエータ16は、目標速度プロファイルに基づいて、自車両1の車速を制御する。
これにより、自車両を目標走行軌道で走行させる際に、車両の前後輪の荷重によって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定できる。
(2)第1制約条件は、前輪及び後輪への制動力配分又は駆動力配分に応じて設定してもよい。
例えば、前輪への制動力配分と後輪への制動力配分の比率である制動力配分比と、理想制動力配分との間の差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、自車両1を減速させる前後力の上限値を小さい値に設定してもよい。
また例えば、前輪への駆動力配分と後輪への駆動力配分との差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、自車両1を加速させる前後力の上限値を小さい値に設定してもよい。
これにより制動力配分又は駆動力配分が前輪又は後輪の一方に偏り、前輪前後力Fxf及び後輪前後力Fxrの一方の値が大きくなっても、車輪の摩擦限界を超えないような前後加速度axを発生させる目標車速プロファイルを設定できる。
例えば、前輪への制動力配分と後輪への制動力配分の比率である制動力配分比と、理想制動力配分との間の差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、自車両1を減速させる前後力の上限値を小さい値に設定してもよい。
また例えば、前輪への駆動力配分と後輪への駆動力配分との差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、自車両1を加速させる前後力の上限値を小さい値に設定してもよい。
これにより制動力配分又は駆動力配分が前輪又は後輪の一方に偏り、前輪前後力Fxf及び後輪前後力Fxrの一方の値が大きくなっても、車輪の摩擦限界を超えないような前後加速度axを発生させる目標車速プロファイルを設定できる。
(3)第1制約条件は、横力の2乗項と前後力の2乗項との和が、車輪に係る荷重の2乗項に応じた上限値以下に制限する条件であってもよい。
これにより、車輪の横力と前後力の合力が、車輪のグリップ力を超えないような前後加速度axを発生させる目標車速プロファイルを設定できる。
(4)第1制約条件は、1以上2未満の値を指数とする横力のべき乗項と値を指数とする前後力のべき乗項との和が、車輪に係る荷重の値を指数とするべき乗項に応じた上限値以下に制限する条件であってもよい。
これにより、制動と同時に旋回を行うシーンや、駆動と同時に旋回を行うシーンにおいて、安全マージン持った目標車速プロファイルを生成できる。
(5)コントローラ15は、自車両1の前後輪の荷重と自車両1の横力とに応じて制限される、自車両1の前輪の前後力の制約条件である第2制約条件と、後輪の前後力の制約条件である第3制約条件とを、これら前輪及び後輪の摩擦限界に基づいて設定してもよい。コントローラ15は、第2制約条件と第3制約条件のうち前後力の大きさをより小さい値に制限する方を、第1制約条件として設定してもよい。
これにより、前輪及び後輪の摩擦限界を各々独立して推定することができる。
これにより、車輪の横力と前後力の合力が、車輪のグリップ力を超えないような前後加速度axを発生させる目標車速プロファイルを設定できる。
(4)第1制約条件は、1以上2未満の値を指数とする横力のべき乗項と値を指数とする前後力のべき乗項との和が、車輪に係る荷重の値を指数とするべき乗項に応じた上限値以下に制限する条件であってもよい。
これにより、制動と同時に旋回を行うシーンや、駆動と同時に旋回を行うシーンにおいて、安全マージン持った目標車速プロファイルを生成できる。
(5)コントローラ15は、自車両1の前後輪の荷重と自車両1の横力とに応じて制限される、自車両1の前輪の前後力の制約条件である第2制約条件と、後輪の前後力の制約条件である第3制約条件とを、これら前輪及び後輪の摩擦限界に基づいて設定してもよい。コントローラ15は、第2制約条件と第3制約条件のうち前後力の大きさをより小さい値に制限する方を、第1制約条件として設定してもよい。
これにより、前輪及び後輪の摩擦限界を各々独立して推定することができる。
(6)前輪への荷重が大きく後輪への荷重が小さい場合には、前輪への荷重が小さく後輪への荷重が大きい場合に比べて、第2制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を大きな値に設定するとともに、第3制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を小さな値に設定してもよい。
例えば、自車両1の加速度が大きい場合には小さい場合に比べて、前輪への荷重を小さく設定してもよい。
例えば、自車両1の減速度が大きい場合には小さい場合に比べて、後輪への荷重を大きく設定してもよい。
これにより、車両の前後輪の荷重によって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定できる。
例えば、自車両1の加速度が大きい場合には小さい場合に比べて、前輪への荷重を小さく設定してもよい。
例えば、自車両1の減速度が大きい場合には小さい場合に比べて、後輪への荷重を大きく設定してもよい。
これにより、車両の前後輪の荷重によって車輪の摩擦限界を超えるのを抑制する目標車速プロファイルを設定できる。
1…自車両、10…走行制御装置、11…物体センサ、12…車両センサ、13…測位装置、14…地図データベース、15…コントローラ、16…アクチュエータ、17…転舵装置、18…駆動装置、19…制動装置、20…プロセッサ、21…記憶装置、40…軌道生成部、41…摩擦係数推定部、42…前輪摩擦円制約設定部、43…後輪摩擦円制約設定部、44…摩擦円制約補正部、45…速度プロファイル設定部、46…摩擦円制約設定部
Claims (11)
- 自車両の目標走行軌道を設定し、
前記自車両の前後輪の荷重と前記自車両の横力とに応じて前記自車両の前後力を制限する、前記前後力の制約条件である第1制約条件を、車輪の摩擦限界に基づいて設定し、
前記目標走行軌道の曲率プロファイルに基づいて、前記第1制約条件に従って前記目標走行軌道を走行する目標速度プロファイルを生成し、
前記目標速度プロファイルに基づいて、前記自車両の車速を制御する、
ことを特徴とする車速制御方法。 - 前輪及び後輪への制動力配分又は駆動力配分に応じて、前記第1制約条件を設定することを特徴とする請求項1に記載の車速制御方法。
- 前記前輪への制動力配分と前記後輪への制動力配分の比率である制動力配分比と、理想制動力配分との間の差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、前記自車両を減速させる前記前後力の上限値を小さい値に設定することを特徴とする請求項2に記載の車速制御方法。
- 前記前輪への駆動力配分と前記後輪への駆動力配分との差が小さい場合に比べて差が大きい場合には、前記自車両を加速させる前記前後力の上限値を小さい値に設定することを特徴とする請求項2又は3に記載の車速制御方法。
- 前記第1制約条件は、前記横力の2乗項と前記前後力の2乗項との和が、前記車輪に係る荷重の2乗項に応じた上限値以下であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の車速制御方法。
- 前記第1制約条件は、1以上2未満の値を指数とする前記横力のべき乗項と前記値を指数とする前記前後力のべき乗項との和が、前記車輪に係る荷重の前記値を指数とするべき乗項に応じた上限値以下であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の車速制御方法。
- 前記自車両の前後輪の荷重と前記自車両の横力とに応じて制限される、前記自車両の前輪の前後力の制約条件である第2制約条件と、後輪の前後力の制約条件である第3制約条件とを、これら前輪及び後輪の摩擦限界に基づいて設定し、
前記第2制約条件と前記第3制約条件のうち前記前後力の大きさをより小さい値に制限する方を、前記第1制約条件として設定する、
ことを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の車速制御方法。 - 前記前輪への荷重が大きく前記後輪への荷重が小さい場合には、前記前輪への荷重が小さく前記後輪への荷重が大きい場合に比べて、前記第2制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を大きな値に設定し、前記第3制約条件が制限する前後力の大きさの上限値を小さな値に設定する、
ことを特徴とする請求項7に記載の車速制御方法。 - 前記自車両の加速度が大きい場合には小さい場合に比べて、前記前輪への荷重を小さく設定することを特徴とする請求項8に記載の車速制御方法。
- 前記自車両の減速度が大きい場合には小さい場合に比べて、前記後輪への荷重を大きく設定することを特徴とする請求項8又は9に記載の車速制御方法。
- 自車両の目標走行軌道を設定し、前記自車両の前後輪の荷重と前記自車両の横力とに応じて前記自車両の前後力を制限する、前記前後力の制約条件である第1制約条件を、車輪の摩擦限界に基づいて設定し、前記目標走行軌道の曲率プロファイルに基づいて、前記第1制約条件に従って前記目標走行軌道を走行する目標速度プロファイルを生成するコントローラと、
前記目標走行軌道に基づいて、前記自車両の転舵角を制御する転舵機構と、
前記目標速度プロファイルに基づいて、前記自車両の駆動力を制御する駆動装置と、
前記目標速度プロファイルに基づいて、前記自車両の制動力を制御する制動装置と、
を備えることを特徴とする走行制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021049737A JP2022148163A (ja) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | 車速制御方法及び走行制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021049737A JP2022148163A (ja) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | 車速制御方法及び走行制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2022148163A true JP2022148163A (ja) | 2022-10-06 |
Family
ID=83463489
Family Applications (1)
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JP2021049737A Pending JP2022148163A (ja) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | 車速制御方法及び走行制御装置 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2022148163A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115909780A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-04-04 | 江苏大学 | 基于智能网联与rbf神经网络的高速路汇入控制系统与方法 |
-
2021
- 2021-03-24 JP JP2021049737A patent/JP2022148163A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115909780A (zh) * | 2022-11-09 | 2023-04-04 | 江苏大学 | 基于智能网联与rbf神经网络的高速路汇入控制系统与方法 |
CN115909780B (zh) * | 2022-11-09 | 2023-07-21 | 江苏大学 | 基于智能网联与rbf神经网络的高速路汇入控制系统与方法 |
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