JP2022533507A - 車両操作中の車両運動状態を推定する方法 - Google Patents

Abstract

車両において車両操作中の車両運動状態を推定するための方法は、車両操作の開始を示すトリガ信号を取得することと、自由回転状態にする車両の車輪のサブセットを選択することと、自由回転状態にある車輪のサブセットの回転に関連する１つまたは複数のパラメータを測定することと、測定されたパラメータに基づいて車両運動状態を推定することとを含む。【選択図】図１

Description

本開示は、車両操作中の位置、速度および加速度などの車両の運動状態パラメータを推定するための方法、制御ユニットおよび車両に関する。

本発明は、セミトレーラ、トラック、バスおよび建設機械などの大型車両に適用できる。本発明は、主にトラクタ―セミトレーラ連結車両に関して説明および例示されるが、本発明は、この特定の車両に限定されず、リジットトラック、建設機械などの他の車両に用いてもよい。

自律車両や半自律車両では、ナビゲーションや車両制御のためにさまざまなタイプのセンサ入力信号が用いられる。先進運転支援システム（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ、ＡＤＡＳ）もセンサ入力信号に基にしている。この車両の安全走行に必要な特定の主要なセンサ信号が失われた場合、安全な停止操作が必要となる。安全な停止操作は、例えば、制御された方法で車両を道路脇に移動させ、車両を停止させることを含み得る。この車両は安全停止操作中に少なくとも部分的に「ブラインド（ｂｌｉｎｄ）」になることがあるため、場合によっては代替入力信号に基づいて制御を実行する必要がある。そのような代替入力信号の１つとして、車輪回転を用いて移動距離、速度、加速度などを推定するデッドレコニング（ｄｅａｄ ｒｏｃｋｏｎｉｎｇ、推測航法）がある。

米国特許出願公開第２０１８／０２２４８５１号明細書は、ＧＰＳ信号が失われた場合に安全な停止操作を実行する際の問題に関連する。主要な測位システムが誤動作している場合は、デッドレコニングに基づく位置推定が利用される。

デッドレコニング技術に基づく位置推定を利用する場合、タイヤのスリップ、つまり車輪が路面上を滑ることが問題になる。車両の車輪回転が路面に対する車両の動きを正確に反映していない場合、車両の位置、速度および加速度の両方の推定誤差が大きくなる可能性がある。タイヤのスリップに関連する問題を考慮するために、米国特許出願公開第２０１８／０２２４８５１号明細書においては、車両の車輪速度および縦方向速度に基づいてタイヤ滑りを予測するためのタイヤ滑り予測ユニットが提案されている。しかし、このタイヤ滑り予測ユニットによって、タイヤ滑りの正確でロバストな推定が常にできるとは限らない。よって、例えば安全な停止操作中の車両の運動状態を推定するためのよりロバストな方法が必要である。

本開示の目的は、安全な停止操作などの車両操作中に車両の運動状態を推定するための方法を提供することである。本目的は、車両において車両操作中に車両の運動状態を推定するための方法によって達成される。本方法は、車両操作の開始を示すトリガ信号を取得することを含む。次に、本方法は、車両において自由回転状態とする車輪のサブセットを選択し、自由回転状態にある車輪のサブセットの回転に関連する１つまたは複数のパラメータを測定することを含む。その後、測定されたパラメータに基づいて、車両の運動状態が推定される。

このように、自由回転状態する１つまたは複数の車輪による回転について測定が行われるため、タイヤの滑りの影響が軽減される。自由回転状態する車輪は、例えば制動力や加速力の影響を受けず、タイヤの滑りを引きすことはない。したがって、有利には、タイヤ滑り予測ユニットなどが不要であり、より正確なデッドレコニング推定が得られる。

有利には、本方法によって、車両の自律制御を改善し、車両の機能的な安全特性を向上できる。

選択された車輪は必ずしも完全な自由回転状態である必要がないことを理解されたい。選択された車輪が他の車輪よりも小さい制動力や加速力で操作される場合にも同様の効果が得られる。つまり、選択された車輪に加える制動力を小さくすることで、タイヤの滑りを低減する。このように、特に選択された車輪は、加速力や減速力が全く作用しない自由回転状態、あるいは車両の他の車輪にかかる力よりも小さい制動力や加速力のみが加えられる状態に置かれ得る。本明細書では、制動力や加速力が低減された状態と自由回転状態とを同等とみなす。

ある態様によれば、車両操作は、車両の最大減速能力未満での車両の制御された減速を必要とする安全停止操作である。本方法は、安全停止操作において特に有用である。なぜなら安全停止操作は、例えば後続車との後端衝突の危険を減らすため、車両を急停止させないよう最大制動能力よりも小さい制動力によって実行されることが多いためである。その結果、利用可能な余剰の制動能力が生まれ、車輪のサブセットを自由回転状態または制動が低減された状態にしつつも、設定された制動距離後に車両を完全に停止させることが可能になる。

ある態様によれば、車両操作はセンサ較正操作であり、このセンサ較正操作によって車両の１つまたは複数のセンサシステムが、推定された運動状態データに対して較正される。このように、自由回転状態にある車輪によって提供されるグラウンドトゥルース（ｇｒｏｕｎｄ ｔｒｕｔｈ）が、車載センサによって較正目的で使用されてよい。例えば、慣性計測ユニット（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ、ＩＭＵ）に基づく加速度センサは、自由回転状態にある車輪で測定された加速度に基づいて較正できる。

他の態様によれば、選択された自由回転状態にある車輪と、制動力または加速力がかかる車輪との間の車輪回転特性を比較することによって路面摩擦係数を推定することを、本方法は含む。差が大きいことは、タイヤの滑りが大きいことを示し、トラクションが良好な運転条件では差が小さくなる。

ある態様によれば、車輪のサブセットとして、選択された車軸の車輪が選択される。有利には、同じ車軸の２つの車輪が選択される場合、選択された車軸の２つの車輪間の回転特性の差を求めることによって、例えば、縦方向位置、速度および加速度に加えて、車両のターンレート（ｔｕｒｎ ｒａｔｅ）を推定できる。

いくつかのこのような態様によれば、選択された車軸は、車両の他の車軸と比較して垂直方向にかかる荷重が最も小さい車軸である。荷重が小さい車軸の車輪の制動能力は既に低く、車軸荷重がより大きい車軸の他の車輪と比較して車両制動にそれほど寄与できないため、このような車軸の選択は有利である。その結果、車両の制動能力への影響が軽減される。

他のこのような態様によれば、選択された車軸は、他の車軸と比較して回転慣性の低い車軸である。よって、有利には、この車軸は完全にブレーキがかけられた状態からでもすぐに自由回転状態に達する。

他のこのような態様によれば、選択された車軸は昇降可能な車軸であり、本方法は、パラメータを測定する前に昇降可能な車軸を下降させることを含む。上昇位置にある昇降可能な車軸は、車両を支持しておらず、制動目的での使用はできない。その結果、有利なことに、車両の操作性への影響を最小限に抑えつつ車両の運動状態を推定するために、この車軸を利用できる。

ある態様によれば、本方法はまた、選択された車軸のサスペンション空気圧を量的に調整することを含む。サスペンション空気圧を操作することで、自由回転する車軸として使用する車軸にかかる荷重を増減させることができる。小さい荷重だと、車両の全体的な制動能力の損失が減少し、大きい荷重だと、路面とタイヤの間の摩擦が増加してタイヤの滑りが少なくなる。

ある態様によれば、車輪のサブセットは、車両の異なる車軸および車両の異なる側から選択される。有利には、このような特定の選択によって、車両の安定性が向上する。さらに有利なことに、この選択によって、同じ車軸の両方の車輪にブレーキをかけない場合と比較して、車軸方向の制動バランスが向上する。車両の離れた角にある車輪を選択すると、測定される車輪速度の差が大きくなるため、ヨーレートの推定も改善され得る。また、２軸トラックシステムまたは２軸トレーラシステムの車軸荷重を均等にするために、このように対角でブレーキをかけることが好ましい場合がある。

ある態様によれば、車輪のサブセットに含まれる車輪は、車両の安定性に応じて選択される。よって、車輪のサブセットは、操作シナリオに応じて車両の安定性に許容範囲の影響を与えるように選択される。車両の安定性と操作シナリオに基づいて、どの車輪を制動が低減された状態または自由回転状態にするかを情報に基づいて選択できることは有利である。自由回転状態にする車輪の選択によっては、車両の安定性に悪影響を与えるという点で不利になる場合もある。

ある態様によれば、車輪のサブセットとして、１つの車輪が選択される。車輪のサブセットは、１つの車輪のみを含み得ることを理解されたい。実際、車輪のサブセットは、１つ以上の任意の数の車輪を含んでよい。実際、センサ較正操作のような一部の操作では、全ての車輪を自由回転状態にしてもよい。１つの車輪が自由回転状態になるよう選択された場合、この１つの車輪から得られる情報を他のセンサからのデータと融合することが有利になり得る。例えば、コンパスユニットから得られるコンパス方位値を利用して、ターンレートや軌道の曲率など、単一の車輪だけからは推定できない運動状態パラメータを推測することができる。

いくつかの態様によれば、本方法は、推定された運動状態および辿るべき好ましい操作軌道に基づいて操作を実行するように車両を制御することを含む。よって、本明細書では、車両の運動状態を推定するための方法に加えて、操作中に車両を制御するための方法が開示される。

他のいくつかの態様によれば、本方法はまた、操作のための好ましい減速値に対して動作状態における減速値を検証することを含む。その結果、操作が実行される間、目標減速値は確実に意図した通りになる。よって有利なことに、よりロバストな操作が可能になる。

さらなる態様によれば、本方法は、測定されたパラメータおよび車両に関して得られた加速度計データに基づいて、道路のバンクの度合および／または道路勾配を推定することをさらに含む。

上述の利点に関連する制御ユニット、コンピュータプログラムおよび車両も本明細書に開示される。

本発明のさらなる利点および有利な特徴は、以下の説明および従属請求項に開示される。

一般に、特許請求の範囲で使用される全ての用語は、本明細書で特に定義しない限り、技術分野におけるそれらの通常の意味に従って解釈されるべきである。「要素、装置、構成要素、手段、ステップなど」へのすべての言及は、特に明記しない限り、要素、装置、構成要素、手段、ステップなどの少なくとも１つの例を指すものとして非限定的に解釈されるべきである。本明細書に開示されるいずれの方法のステップも、明示的に述べられない限り、開示される通りの順序で実施される必要はない。本発明のさらなる特徴および利点は、添付の特許請求の範囲および以下の説明から明らかになるであろう。本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の異なる特徴を組み合わせて、以下に記載された以外の実施形態を生み出せることは当業者であれば理解されよう。

例として挙げられている本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら、より詳細な説明を以下に示す。

車両操作を模式的に示す。 トラクタ―セミトレーラ連結車両の例を示す。 トラクタ車両を模式的に示す。 方法を説明するためのフローチャートを示す。 制御ユニットを模式的に示す。 コンピュータプログラム製品の例を示す。

以下、本発明の特定の態様を示す添付の図面を参照して、本発明をさらに十分に説明する。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本明細書に記載されている実施形態と態様に制限されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、この開示が十分かつ完全であって、本発明の範囲を当業者に十分に知らしめるように単なる例示として提示されている。同じ参照番号は、明細書全体を通して同様の要素を指す。

本発明は、本明細書に記載され、図面に例示されている実施形態に限定されず、むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲の範囲内で多くの変更及び修正を行うことができることを認識することになることを理解されたい。

本明細書では、車両運動状態は、例えば、位置、速度、加速度およびターンレートの観点から車両の現在の状態を説明するものと想定する。この車両運動状態は、道路の状態などに応じて、現在の路面摩擦特性や制動能力などの他の量も含んでよい。一般に、車両運動状態は、グローバル位置座標または相対位置座標、車両の方位、車両の軌道曲率、車両の縦方向の速度、車両の縦方向の加速度、車両のヨーレートおよびさまざまな環境変数のいずれかを含む。一般的な車両運動状態や、センサ入力信号に基づく車両運動状態の推定などは既知であるため、本明細書での詳細な説明は省略する。

本明細書において、セミトレーラは、トラクタ―セミトレーラ連結車両のトレーラ部分を指すものであってもよいし、トラクタ―セミトレーラ連結車両全体を指すものであってもよい。セミトレーラに動力を供給する車両は、牽引車両またはトラクタ車両と呼ばれる。

高度に自動化された車両の運動を車両運動管理（ｖｅｈｉｃｌｅ ｍｏｔｉｏｎ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ、ＶＭＭ）システムによって常に制御できるようにするために、車両制御システムの少なくとも一部をカバーするように冗長性を持たせることが多い。通常の車両操作中は、レーダセンサ、ライダーセンサ、グローバル・ポジショニング・システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ、ＧＰＳ）センサなどのセンサによって、一次制御ユニットに入力データが提供され、一次制御ユニットではセンサ入力に基づいて制御の決定が行われる。

何らかの理由でセンサ入力信号が失われた場合や、一次制御ユニットが故障した場合は、二次冗長制御システムが作動する。センサ信号が停止した場合、車両は基本的にブラインドとなり、限られた時間の間センサ入力なしで動作しなければならない。その後、安全停止操作が実行され、制御された方法で車両を停止させる。安全停止操作中に推定が必要な最も重要な車両運動状態は、２つの座標（ｘとｙ、または縦方向位置および横方向位置）でのグローバル位置、車両の方位、軌道曲率、車両の縦方向の速度およびヨーレートである。これらの量を把握することで、車両は最後に把握された経路または古いデータに基づいて決定された経路を辿ることができるので、安全な走行エリアから外れる可能性が低くなる。

（ＧＰＳ、カメラなどからの）グローバルな位置情報が失われた場合に、これらの車両運動状態量を推定するアプローチとして、加速度計及び角速度センサから得られる慣性センサ情報を車輪速度情報とともに用いて、最後に把握された車両のグローバル位置に基づいて「デッドレコニング」を行うことが知られている。

このアプローチにおいて一般的に発生する推定位置の大きなずれにつながる誤差の原因は、いくつか考えられる。位置情報と速度情報を得るために、加速度信号と角速度信号は積分する必要がある。信号のずれまたは誤差が時間の経過とともに積算されると、位置推定値と速度推定値の誤差が大きくなる。また、センサ信号には一般的にノイズが多く、重力の影響や熱などによるバイアスと誤差の両方が含まれる。さらに悪いことに、車両の制動中および推進中には、タイヤと路面の間で相対的な滑りまたは横滑りが発生する。この場合、車輪の回転速度は路面での車両の実際の速度と等しくならない。その結果、特に路面が滑りやすい場合に、車両の速度推定値と縦方向位置に大きな誤差が生じる。

図１は、位置（Ａ）において連結車両１１０の検知入力が失われるシナリオ１００の例を示している。車両１１０を制御された方法で路肩に向けて操舵し（１３０）、車両を位置（Ｃ）で完全に停止させる目的で、安全停止操作が行われる。もし、車両１１０が反対車線１２０に向かって回頭すると（１４０）、出会い頭に衝突する可能性があり、危険な状況が生じる。特に路面が滑りやすい場合、デッドレコニング中に蓄積された誤差によって、このような回頭が起こることがある。

図２は、連結車両１１０をより詳細に示している。車両は、牽引トラック２１０およびトレーラユニット２２０を含む。ここでの牽引トラックには、３つの車軸が備えられ、１つの車軸は昇降可能な車軸であってよい。つまり、荷物を運ぶ必要のない場合、昇降可能な車軸は車輪が地面から離れるように持ち上げられる。１つまたは複数の車軸は、能動的に駆動する車輪を含んでよい。多くの場合、すべての車輪は車両１１０を減速させることができる。

以下でより詳細に説明するが、自由回転状態、または少なくとも車両１１０の他の車輪と比較して制動操作や加速操作が抑えられた状態となるように車輪の特定のサブセットが選択され得る。このような選択は、１つの車軸２３０の車輪を選択することや、異なる車軸の車輪２４０ａ、２４０ｂを選択することを含んでよく、１つの車輪２４０ｃを選択することさえ含んでよい。

乾いた路面におけるトラックの公称最大制動性能は約７ｍ／ｓ^２である。濡れた路面では、この数値は約４ｍ／ｓ^２まで低下し得る。トラックの連結車両は通常２を超える車軸を有し、例えば、トラクタ―セミトレーラ連結車両には通常５つまたは６つの車軸がある。そのため、安全停止のための最大減速要求を約３ｍ／ｓ^２にまで抑えることが可能になる。濡れた路面条件下であっても、車両の２つ車軸を、ブレーキをかけない状態、つまり自由回転状態にしつつもこの減速が達成できる。例えば、車両に等しく荷重のかかった５つの車軸があり、すべての車輪が有効な状態で達成できる公称最大減速度が５ｍ／ｓ^２（タイヤと路面の摩擦によって制限される）の場合、１つの車軸のブレーキをかけないままでも４／５＊５の減速度、つまり４ｍ／ｓ^２を達成でき、これは安全な停止操作のための要件である３ｍ／ｓ^２を十分に上回る。

つまり、安全停止操作には３～４ｍ／ｓ^２の減速度が必要であり、トラックの最大減速度は７～８ｍ／ｓ^２であると想定する。すると、３車軸のトラックの場合は１つの車軸全体にブレーキをかけないことができ、２車軸のシステムの場合は対角線上の車輪にブレーキをかけないことができる。

異なる車軸の車輪を選択する場合は、内半径と外半径での車輪速度の補正が必要になることがある。

図１および図２に示された車両１１０のような多くの車軸を有する車両では、任意の車軸を「自由回転」するよう選択できる。どの車軸を選択するかに関する判断基準は、例えば、以下のいずれかに基づく。
・車軸荷重（例えば、荷重が最も小さい、あるいは車両の安定性への影響が最も小さい車軸を選択する）、
・経路追従アルゴリズムにとって最も重要な位置にある車軸。
車両のレイアウトによっては、同じ車軸の２つの車輪を「自由回転」させる代わりに、車両の反対側の角（例えば、左前部と右後部）にある車輪を「自由回転」させた方が有利な場合がある。これにより、特にホイールベースの短いトラクタユニットの場合、より安定した制動状態が得られることがある。また、車両のホイールベースの長さの知識と組み合わせることで、より正確な位置推定が可能になる。例えば、カルマンフィルタ（Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ）やパーティクルフィルタ（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）において、車輪速度の情報は加速度計情報および／または角速度センサ情報と任意に融合させることができ、デッドレコニングの精度をさらに向上できる。

ブラインド停止のナビゲーションでは、車輪速度情報を唯一のセンサ情報として用いることができる。これは、非常に低コストなシステムを実現できるという点で利点となる。また、操舵角センサなどから得られる操舵角情報を上記のセンサと組み合わせて、方位角の推定をさらに改善することもできる。

図３は、車両２１０が曲率１／Ｒの旋回を実行する旋回シナリオ３００を模式的に示している。この車両には、本明細書に開示される技術を実施するように構成された制御ユニット３２０が備えられる。以下、図５に関連付けて、制御ユニット３２０について詳細に述べる。ここでは、車軸３１０の車輪が自由回転状態になるように選択され、車両運動状態を推定するために用いられている。車軸の左端の車輪を速度Ｖ_１とし、右端の車輪を速度Ｖ_２とする。縦方向の速度、すなわち車両の前進方向の速度である車両運動状態パラメータＶが推定される。

Ｖ_１やＶ_２などの車輪回転速度は、いくつかのタイプのタコメータに実装されることが多い車輪速度センサ（ｗｈｅｅｌ ｓｐｅｅｄ ｓｅｎｓｏｒ、ＷＳＳ）によって測定できる。これは、車両の車輪回転速度を読み取るために使用される送信機装置であり、歯付きのリングとピックアップ装置で通常は構成される。一般的な車輪速度センサシステムは、強磁性体の歯付きリラクタリング（トーンホイールとも呼ばれる）と、パッシブまたはアクティブなセンサで構成される。車輪速度センサは既知であり、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。

図３を参照すると、本明細書に開示された技術の一例によれば、安全停止操作を実行するための方法は以下の通りである。

例えば垂直方向にかかる荷重が最も小さい車軸として、主牽引ユニット（トラック）の車軸３１０を選択する。安全停止操作中は、この車軸のブレーキを無効にしておく。

ブレーキがかけられていない車軸の自由回転する車輪を用いて、例えば、２つの速度Ｖ_１とＶ_２の平均を用いて、車両の縦方向の地上速度を直接測定する。

この測定された車速Ｖを用いて、車両の縦方向位置（Ｖを積分）および車両の縦方向の加速度（Ｖを微分）を推定する。

自由回転する車軸において測定された車輪速度間の差と車両の既知のホイールベースを用いて、車両の現在の軌道曲率を推定する。自由回転する車軸の中心における曲率１／Ｒは、以下の式で求められる。

ここで、Ｌは図２でも示されている車軸の距離であり、Ｖ_１は第１の車輪の測定速度であり、Ｖ_２は第２の車輪の測定速度である。これらの幾何学的関係は既知であり、本明細書ではこれ以上詳しく説明しない。

ヨーレートΨドットは、次式によって求められる。

精度を向上させるために、ヨーレート推定値を車両上の利用可能なヨーレートセンサと「融合」することはもちろん可能であり、ヨーレート推定値はその後、安全停止操作中の車両の方位角を求めるために積分される。本明細書において、２つの推定値を融合することは、２つの推定値を用いて共通の値を共同で推定することを意味する。融合は通常、２つの値を相対的な精度に基づき重み付けた値となる。センサ融合アルゴリズムは既知であり、本明細書ではこれ以上詳しく説明しない。

車両の後車軸にブレーキがかけられる場合、例えば、安全停止中の各時間ステップにおいて、以下の共通の式を用いて車両の位置および方向を計算することができる。

ここで、ｄｔは推定アルゴリズムのタイムステップ、ｘ_ｔは時間ｔにおける横方向位置、ｙ_ｔは時間ｔにおける縦方向位置、Ｖ_ｔは時間ｔにおける車両速度、ａ_ｘは横方向の加速度である。方向ｘとｙは図３に示される。

この位置と方位角Ψは、経路追従物が所望のブラインド停止軌道を辿るのに直接用いることができる。

ａ_ｘ値とＶ_ｔ値はブレーキシステムによって用いられ得る。正しい減速度値に到達し、アンチロックブレーキアルゴリズムが適切に機能することを保証するために、これらは重要な入力である。

また、本明細書に開示される技術を用いることで、測定されたパラメータおよび車両に関連して得られた加速度計データに基づき、道路のバンクの度合及び／または道路勾配を推定することができる。

図４は、上述の操作例を一般化する様々な方法を示すフローチャートである。車両操作中の車両運動状態を推定するための車両１１０、２１０における方法が示される。この方法は、車両操作の開始を示すトリガ信号を取得すること（Ｓ１）を含む。このトリガ信号は、例えば外部ソースから、車室内の運転者が操作可能な緊急ブレーキボタンなどのインターフェースから得られるものでもよいし、センサ信号の停止後に制御ユニット３２０内で内部的に生成されるものでもよい。また、このトリガ信号は例えば、セルラネットワーク等を介した無線信号伝送により、リモートソースから受信されものでもよい。

いくつかの態様によれば、車両操作は、車両の最大減速能力未満での車両の制御された減速を必要とする安全停止操作である。

他のいくつかの態様によれば、車両操作はセンサ較正操作であり、このセンサ較正操作によって、車両の１つまたは複数のセンサシステムが、推定された運動状態データに対して較正される。安全停止操作とセンサ較正操作はともに上述した。

この方法はまた、自由回転状態あるいは少なくとも制動が低減された状態とする車両の車輪のサブセットを選択すること（Ｓ２）を含む。タイヤの滑りによる誤差の原因を最小限にするために、自由回転状態の車輪が好ましい場合があることを理解されたい。しかし、この方法には完全に自由回転する車輪が必要というわけではなく、選択された車輪のサブセットを介して抑えられた力でブレーキ操作が行われる場合にも、この方法は上手く機能する。

車輪のサブセットの選択は、状況や必要な効果に応じて異なるものであってよく、例えば、いくつかの態様によれば、車輪のサブセットとして、選択された車軸２３０の車輪が選択される（Ｓ２１）。車両の両側で２つ以上の車輪を選択することによって、図３に関連して上記で示し説明したように、軌道の曲率やヨーレートなどを推定できる。選択された車軸２３０は、車両の他の車軸と比較して垂直方向にかかる荷重が最も小さい車軸であってよい。これは、制動能力の損失を最小限に抑えたい場合に好ましい選択である。なぜなら荷重が小さい車軸は、荷重がより大きい車軸に比べて生成する制動力効果が低くなる傾向があるからである。

選択された車軸２３０はまた、昇降可能な車軸であってよい。この場合、この方法は、パラメータを測定する前に昇降可能な車軸を下降させること（Ｓ３）を含む。昇降可能なこの車軸は「予備の」車軸であって、車両にかかる荷重が大きい場合にのみ使用される。そのため、まだ使用されていない場合には、車両の制動能力などに大きな影響を与えることなく、車両の運動状態を推定するために下降させて使用することができる。

選択された車輪のサブセットは、車両の異なる車軸の車輪および車両の異なる側の車輪２４０ａ、２４０ｂをさらに含み得る。このタイプの選択は有利なことに、操作中の車両の安定性を向上できる。

車輪のサブセットは、１つ以上の任意の数の車輪を含み得ることが理解される。したがって、いくつかの態様によれば、車輪のサブセットとして、１つの車輪が選択される（Ｓ２４）。他の態様によれば、例えば、センサを較正するとき、車輪のサブセットとして、車両のすべての車輪が選択され得る。

いくつかの態様によれば、車輪のサブセットに含まれる車輪は、車両の安定性に応じて選択される（Ｓ２３）。よって、車輪のサブセットは操作シナリオに応じて車両の安定性に許容範囲の影響を与えるように選択される。

この方法はまた、自由回転状態にある車輪のサブセットの回転に関連する１つまたは複数のパラメータを測定すること（Ｓ５）と、測定されたパラメータに基づいて車両の運動状態を推定すること（Ｓ６）を含む。

もちろん、いくつかのセンサ入力信号が得られれば、自由回転する車輪のサブセットに基づくデッドレコニングシステムからの情報と、利用可能なセンサから得られた情報を、センサ融合アルゴリズムを適用して融合することができる。したがって、例えば、レーダセンサ、ライダーセンサ、視覚センサおよびＧＰＳからのセンサ入力信号が得られる場合にも、開示された技術が適用可能であることが理解される。

いくつかの態様によれば、本方法は、選択された車軸２３０についてサスペンション空気圧を量的に調整すること（Ｓ４）を含む。例えば、選択された車軸にかかる荷重を軽減するようにサスペンション空気圧を調節してよく、それによって車両の制動能力への悪影響が低減される。他の態様によれば、自由回転する車輪と路面との間の摩擦を増加させるために、選択された車軸にかかる車軸荷重を増大してもよく、それによって車輪の滑りによる誤差はさらに低減する。

車両の運動状態を推定することに加えて、推定された運動状態および辿るべき好ましい操作軌道に基づいて操作を実行するように車両１１０を制御すること（Ｓ７）も、本方法は含んでよい。この制御は、制御された安全停止操作を実行するために、推定された車両運動状態とともに、最後に把握された経路または車両周囲の最新情報を用いることを含んでよい。例えば、図1を再度参照すると、車両が位置（Ａ）においてセンサ入力信号を失う場合、車両のある程度前方の環境は把握されている可能性がある。よって、位置（Ａ）にある車両１１０の前方に道路がどのように延びているかを、制御ユニット３２０によって把握できるので、安全停止操作のための適切な経路１３０を決定できる。そして、制御ユニットにおいてステアリング制御とブレーキ制御が行われることにより、推定される位置（Ａ）からの移動距離と、車両速度と、車両のターンレートとに基いて、決定された経路１３０を辿ることができる。このように、ＧＰＳセンサ、視覚センサ、レーダセンサおよび／又はライダーセンサからの入力が得られず車両がブラインドであっても、位置（Ａ）から位置（Ｂ）への経路１３０を辿る安全停止操作は実行できる。その結果、センサ信号が停止しても、より危険な経路１４０への回頭は回避される。

他のいくつかの態様によれば、本方法は、操作のための好ましい減速値に対して動作状態における減速値を検証すること（Ｓ８）を含む。これは、現在の減速度が妥当であるかどうかや、操作中に車両の減速度を増減するためにブレーキ動作を調整するべきかどうかに関する情報を車両が取得できることを意味する。

いくつかのさらなる態様によれば、本方法は、測定されたパラメータおよび車両に関して得られた加速度計データに基づいて、道路のバンクの度合および／または道路勾配を推定すること（Ｓ９）をさらに含む。慣性測定ユニット（ＩＭＵ）などから得られる加速度計データと組み合わせると、選択された車輪から測定される速度を用いて、道路のバンクの度合や道路勾配を推定できる。

他の態様によれば、自由回転状態にある車輪と、制動力または加速力がかかる車輪との間で車輪回転を比較することによって路面摩擦係数を推定すること（Ｓ１０）を、本方法は含む。ブレーキがかかる車輪と比較して、自由回転する車輪が回転速度などに関して異なる振る舞いをする場合は、路面が滑りやすいことが疑われる。また、自由回転する車輪とブレーキがかかる車輪の車輪回転特性に大きな差がない場合は、路面摩擦状態がブレーキ操作にとって好ましいものであると推測できる。

図５は、いくつかの機能性ユニットの観点から、本明細書で述べた実施形態による制御ユニット３２０の構成要素を模式的に示している。例えば記憶媒体５３０の形態でコンピュータプログラム製品に格納されたソフトウェア命令を実行することができる適切な中央処理ユニット（ＣＰＵ）、マルチプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などのうちの１つまたは複数の任意の組み合わせを使用して、処理回路５１０が提供される。処理回路５１０は、少なくとも１つの特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラマブルゲートアレイ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ、ＦＰＧＡ）としてさらに提供され得る。

特に、図４に関連して説明した方法などの一連の操作またはステップを制御ユニット３２０に実行させるように、処理回路５１０は構成される。例えば、記憶媒体５３０は操作のセットを記憶してよい。処理回路５１０は、記憶媒体５３０から操作のセットを検索して、制御ユニット３２０に操作のセットを実行させるように構成されてよい。操作のセットは、実行可能な命令のセットとして提供され得る。このように、本明細書に開示される方法を実行するように、処理回路５１０は構成される。

また、例えば磁気メモリ、光学メモリ、固体メモリ、さらにはリモートに搭載されたメモリの任意の１つまたは組み合わせであり得る永続的な記憶装置を、記憶媒体５３０が備えてもよい。

制御ユニット３２０は、位相コントローラと機械的に回転可能なベースプレートを含むアンテナアレイなどの少なくとも１つの外部装置と通信するためのインターフェース５２０をさらに備えてよい。したがって、インターフェース５２０は、アナログ構成要素と、デジタル構成要素と、有線通信または無線通信のための適切な数のポートとを含む、１つまたは複数の送信機および受信機を含んでよい。

処理回路５１０では、例えば、データおよび制御信号をインターフェース５２０と記憶媒体５３０に送信したり、インターフェース５２０からデータおよびレポートを受信したり、データおよび命令を記憶媒体５３０から検索したりすることによって、制御ユニット３２０の一般的な動作を制御する。制御ノードの他の構成要素および関連する機能は、ここに示されている概念を不明瞭にしないよう省略する。

制御ユニット３２０は、コンパスまたはＧＰＳモジュールなどの方位検出装置を任意に備える。この制御ユニットはまた、ＩＭＵを備えてよい。これらのセンサからの入力は、車輪回転の測定から得られた推定値と融合してもよい。

図６はコンピュータ可読媒体６１０を示しており、コンピュータ可読媒体には、コンピュータプログラムが保持されている。プログラム製品をコンピュータ上で実行する際に、図４に示された方法を実施するためのプログラムコード手段６２０を、コンピュータプログラムは含む。コンピュータ可読媒体とコード手段は、コンピュータプログラム製品６００を共に形成してもよい。

Claims (20)

1. 車両（１１０、２１０）において車両操作中の車両運動状態を推定するための方法であって、
   前記車両操作の開始を示すトリガ信号を取得すること（Ｓ１）と、
   自由回転状態または制動が低減された状態とする前記車両の車輪のサブセットを選択すること（Ｓ２）と、
   自由回転状態または制動が低減された状態にある車輪の前記サブセットの回転に関連する１つまたは複数のパラメータを測定すること（Ｓ５）と、
   測定された前記パラメータに基づいて前記車両運動状態を推定すること（Ｓ６）と
   を含む方法。
2. 前記車両操作は、前記車両の最大減速能力未満での前記車両の制御された減速を必要とする安全停止操作である、請求項１に記載の方法。
3. 前記車両操作は、センサ較正操作であり、該センサ較正操作によって前記車両の１つまたは複数のセンサシステムが推定された前記運動状態のデータに対して較正される、請求項１に記載の方法。
4. 車輪の前記サブセットとして、選択された車軸（２３０）の車輪が選択される（Ｓ２１）、請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。
5. 選択された前記車軸（２３０）は、前記車両の他の車軸と比較して垂直方向にかかる荷重が最も小さい車軸である、請求項４に記載の方法。
6. 選択された前記車軸（２３０）は昇降可能な車軸であって、前記方法は、前記パラメータを測定する前に昇降可能な前記車軸を下降させること（Ｓ３）を含む、請求項４に記載の方法。
7. 選択された前記車軸は、前記車両（１１０、２１０）の１つまたは複数の他の車軸と比較して回転慣性の低い車軸である、請求項４に記載の方法。
8. 選択された前記車軸（２３０）についてサスペンション空気圧を量的に調整すること（Ｓ４）を含む、請求項４～７のいずれか１つに記載の方法。
9. 車輪の前記サブセットは、前記車両の異なる車軸および前記車両の異なる側（２４０ａ、２４０ｂ）から選択される（Ｓ２２）、請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。
10. 車輪の前記サブセットに含まれる車輪は、車両の安定性に応じて選択され（Ｓ２３）、それによって車輪の前記サブセットは操作シナリオに応じて車両の安定性に許容範囲の影響を与えるように選択される、請求項１～９のいずれか１つに記載の方法。
11. 車輪の前記サブセットとして、１つの車輪が選択される（Ｓ２４）、請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。
12. 前記車両運動状態は、グローバル位置座標または相対位置座標、車両の方位、車両の軌道曲率、車両の縦方向の速度、車両の縦方向の加速度および車両のヨーレートのいずれかを含む、請求項１～１１のいずれか１つに記載の方法。
13. 推定された運動状態および辿るべき好ましい操作軌道に基づいて前記操作を実行するように前記車両（１１０）を制御すること（Ｓ７）を含む、請求項１～１２のいずれか１つに記載の方法。
14. 前記操作のための好ましい減速値に対して動作状態における減速値を検証すること（Ｓ８）を含む、請求項１～１３のいずれか１つに記載の方法。
15. 測定された前記パラメータおよび前記車両に関して得られた加速度計データに基づいて、道路のバンクの度合および／または道路勾配を推定すること（Ｓ９）をさらに含む、請求項１～１４のいずれか１つに記載の方法。
16. 選択された自由回転状態にある前記車輪と制動力または加速力がかかる他の車輪との間の車輪回転特性を比較することによって路面摩擦係数を推定すること（Ｓ１０）をさらに含む、請求項１～１５のいずれか１つに記載の方法。
17. コンピュータ上で実行する際に、請求項１～１６のいずれか１つに記載のステップを実施するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
18. コンピュータ上で実行する際に、請求項１～１６のいずれか１つに記載のステップを実施するためのプログラムコード手段を含むコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体。
19. 請求項１～１６のいずれか１つに記載の方法のステップを実行するように構成される、車両操作中の車両運動状態を推定するための制御ユニット。
20. 請求項１９に記載の制御ユニットを備える車両（１１０）。

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