JP2023042372A - マップデータ、マップ更新方法、車両制御方法、及び車両制御システム - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータであって、立体交差にも対応したマップデータを提供する。【解決手段】車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータは、次のようなデータ構造を有する。すなわち、当該マップデータは、第1道路と第2道路が立体的に交差する特定エリアに関して、第1レイヤマップデータと第2レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有する。第1レイヤマップデータは、第1道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。一方、第2レイヤマップデータは、第2道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。【選択図】図12

Description

本開示は、車両の車輪の上下運動に関連するパラメータに関するマップデータに関する。また、本開示は、そのマップデータの生成/更新に関する。更に、本開示は、そのマップデータを利用した車両制御に関する。
特許文献1は、路面変位(路面凹凸)と位置との対応関係を表す路面変位マップを開示している。そのような路面変位マップを利用することにより、制振制御が行われる。具体的には、路面変位マップから、車両前方の所定位置における路面変位が予め認識される。予め認識された路面変位に応じてアクティブサスペンションの制御量が予め算出される。そして、車輪が当該所定位置を通過するタイミングでアクティブサスペンションを制御することにより、車両の振動が効果的に抑制される。
米国特許出願公開第2018/0154723号明細書
車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータについて考える。上記の特許文献1では、同じ水平位置において異なる道路が立体的に交差する立体交差については考慮されていない。よって、立体交差において、車両が第1道路を走行しているにもかかわらず、その第1道路と立体的に交差する第2道路に関するマップデータに基づいて車両制御が行われる可能性があった。走行中の道路とは関係ないマップデータに基づいて車両制御が行われると、期待通りの車両制御効果が得られない。
本開示の1つの目的は、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータであって、立体交差にも対応したマップデータを提供することにある。
本開示の他の目的は、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを利用した車両制御を、立体交差においても適切に行うことができる技術を提供することにある。
第1の観点は、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータに関連する。
マップデータは、第1道路と第2道路が立体的に交差する特定エリアに関して、第1レイヤマップデータと第2レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有する。第1レイヤマップデータは、第1道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。一方、第2レイヤマップデータは、第2道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。
第2の観点は、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを更新するマップ更新方法に関連する。
マップ更新方法は、車輪位置の時系列データと上下運動パラメータの時系列データに基づいてマップデータを更新する処理を含む。
マップデータは、第1道路と第2道路が立体的に交差する特定エリアに関して、第1レイヤマップデータと第2レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有する。第1レイヤマップデータは、第1道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。一方、第2レイヤマップデータは、第2道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。
マップデータを更新する処理は、
車輪位置の垂直位置に対応するレイヤマップデータがマップデータに存在するか否かを判定する処理と、
車輪位置の垂直位置に対応するレイヤマップデータが存在する場合、車輪位置の垂直位置に対応するレイヤマップデータを選択して更新する処理と
を含む。
第3の観点は、車両制御方法に関連する。
車両制御方法は、
車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを取得する処理と、
マップデータから取得される上下運動パラメータに基づいて対象車両を制御する処理と
を含む。
マップデータは、第1道路と第2道路が立体的に交差する特定エリアに関して、第1レイヤマップデータと第2レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有する。第1レイヤマップデータは、第1道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。一方、第2レイヤマップデータは、第2道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。
特定エリアにおいて対象車両を制御する処理は、
対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータがマップデータに存在するか否かを判定する処理と、
対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータが存在する場合、対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータから上下運動パラメータを取得する処理と
を含む。
第4の観点は、車両制御システムに関連する。
車両制御システムは、1又は複数のプロセッサを備える。
1又は複数のプロセッサは、
車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを取得する処理と、
マップデータから取得される上下運動パラメータに基づいて対象車両を制御する処理と
を実行するように構成される。
マップデータは、第1道路と第2道路が立体的に交差する特定エリアに関して、第1レイヤマップデータと第2レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有する。第1レイヤマップデータは、第1道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。一方、第2レイヤマップデータは、第2道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。
特定エリアにおいて対象車両を制御する処理は、
対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータがマップデータに存在するか否かを判定する処理と、
対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータが存在する場合、対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータから上下運動パラメータを取得する処理と
を含む。
第1及び第2の観点によれば、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータであって、立体交差にも対応したマップデータが提供される。
第3及び第4の観点によれば、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを利用した車両制御を、立体交差においても適切に行うことが可能となる。
実施の形態に係る車両の構成例を示す概略図である。 実施の形態に係るサスペンションの構成例を示す概念図である。 実施の形態に係るばね下変位算出処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態に係る車両制御システムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係る運転環境情報の例を示すブロック図である。 実施の形態に係るマップ管理システムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係るばね下変位マップを説明するための概念図である。 実施の形態に係るマップ生成/更新処理を要約的に示すフローチャートである。 実施の形態に係るばね下変位マップを利用したプレビュー制御を説明するための概念図である。 実施の形態に係るばね下変位マップを利用したプレビュー制御を示すフローチャートである。 立体交差を説明するための概略図である。 特定エリアに関するばね下変位マップの一例を説明するための概念図である。 特定エリアに関するばね下変位マップの他の例を説明するための概念図である。 特定エリア以外のエリアに関するばね下変位マップの一例を説明するための概念図である。 特定エリアに対するマップ生成/更新処理を示すフローチャートである。 特定エリアにおける車両制御処理を示すフローチャートである。 特定エリアに関するばね下変位マップの変形例を説明するための概念図である。
添付図面を参照して、本開示の実施の形態を説明する。
1.サスペンション及び上下運動パラメータ
図1は、本実施の形態に係る車両1の構成例を示す概略図である。車両1は、車輪2とサスペンション3を備えている。車輪2は、左前輪2FL、右前輪2FR、左後輪2RL、及び右後輪2RRを含んでいる。それら左前輪2FL、右前輪2FR、左後輪2RL、及び右後輪2RRのそれぞれに対してサスペンション3FL、3FR、3RL、及び3RRが設けられている。以下の説明では、特に区別の必要が無い場合、各車輪を車輪2と呼び、各サスペンションをサスペンション3と呼ぶ。
図2は、サスペンション3の構成例を示す概念図である。サスペンション3は、車両1のばね下構造体4とばね上構造体5との間を連結するように設けられている。ばね下構造体4は、車輪2を含んでいる。サスペンション3は、スプリング3S、ダンパ(ショックアブソーバ)3D、及びアクチュエータ3Aを含んでいる。スプリング3S、ダンパ3D、及びアクチュエータ3Aは、ばね下構造体4とばね上構造体5との間に並列に設けられている。スプリング3Sのばね定数はKである。ダンパ3Dの減衰係数はCである。ダンパ3Dの減衰力は可変であってもよい。アクチュエータ3Aは、ばね下構造体4とばね上構造体5との間に上下方向の制御力Fcを作用させる。
ここで、用語の定義を行う。「路面変位Zr」は、路面RSの上下方向の変位である。「ばね下変位Zu」は、ばね下構造体4の上下方向の変位である。「ばね上変位Zs」は、ばね上構造体5の上下方向の変位である。「ばね下速度Zu'」は、ばね下構造体4の上下方向の速度である。「ばね上速度Zs'」は、ばね上構造体5の上下方向の速度である。「ばね下加速度Zu''」は、ばね下構造体4の上下方向の加速度である。「ばね上加速度Zs''」は、ばね上構造体5の上下方向の加速度である。尚、各パラメータの符号は、上向きの場合に正であり、下向きの場合に負である。
車輪2は、路面RS上を移動する。以下の説明において、車輪2の上下運動(vertical motion)に関連するパラメータを、「上下運動パラメータ」と呼ぶ。上下運動パラメータとしては、上記の路面変位Zr、ばね下変位Zu、ばね下速度Zu'、ばね下加速度Zu''、ばね上変位Zs、ばね上速度Zs'、ばね上加速度Zs''、等が例示される。上下運動パラメータは、路面変位Zrに関連する「路面変位関連パラメータ」であると言うこともできる。
一例として、以下の説明においては、上下運動パラメータがばね下変位Zuである場合について考える。一般化する場合は、以下の説明における「ばね下変位」を「上下運動パラメータ」で読み替えるものとする。
図3は、ばね下変位算出処理の一例を示すフローチャートである。
ステップS11において、ばね上構造体5に設置されたばね上加速度センサ22によってばね上加速度Zs''が検出される。ステップS12において、ばね上加速度Zs''を2階積分することによりばね上変位Zsが算出される。
ステップS13において、ばね上構造体5とばね下構造体4との間の相対変位であるストロークST(=Zs-Zu)が取得される。例えば、ストロークSTは、サスペンション3に設置されたストロークセンサにより検出される。他の例として、ストロークSTは、単輪2自由度モデルに基づいて構成されたオブザーバによって、ばね上加速度Zs''に基づいて推定されてもよい。
ステップS14において、センサドリフト等の影響を抑えるために、ばね上変位Zsの時系列データに対してフィルタリング処理が行われる。同様に、ステップS15において、ストロークSTの時系列データに対してフィルタリング処理が行われる。例えば、フィルタは、特定周波数帯の信号成分を通過させるバンドパスフィルタである。特定周波数帯は、車両1のばね上共振周波数を含むように設定されてもよい。例えば、特定周波数帯は、0.3~10Hzである。
ステップS16において、ばね上変位ZsとストロークSTとの差分がばね下変位Zuとして算出される。
ステップS14及びS15の代わりに、ステップS16において算出されるばね下変位Zuの時系列データに対してフィルタリング処理が行われてもよい。
更に他の例として、ばね下加速度センサによってばね下加速度Zu''が検出され、ばね下加速度Zu''からばね下変位Zuが算出されてもよい。
2.車両制御システム
2-1.構成例
図4は、本実施の形態に係る車両制御システム10の構成例を示すブロック図である。車両制御システム10は、車両1に搭載され、車両1を制御する。車両制御システム10は、車両状態センサ20、認識センサ30、位置センサ40、通信装置50、走行装置60、及び制御装置70を含んでいる。
車両状態センサ20は、車両1の状態を検出する。車両状態センサ20は、車両1の車速Vを検出する車速センサ(車輪速センサ)21、ばね上加速度Zs''を検出するばね上加速度センサ22、等を含んでいる。車両状態センサ20は、ストロークSTを検出するストロークセンサ23を含んでいてもよい。車両状態センサ20は、ばね下加速度センサを含んでいてもよい。その他、車両状態センサ20は、横加速度センサ、ヨーレートセンサ、舵角センサ、等を含んでいる。
認識センサ30は、車両1の周囲の状況を認識(検出)する。認識センサとしては、カメラ、LIDAR(Laser Imaging Detection and Ranging)、レーダ、等が例示される。
位置センサ40は、車両1の位置及び方位を検出する。例えば、位置センサ40は、GNSS(Global Navigation Satellite System)を含んでいる。
通信装置50は、車両1の外部と通信を行う。
走行装置60は、操舵装置61、駆動装置62、制動装置63、及びサスペンション3(図2参照)を含んでいる。操舵装置61は、車輪2を転舵する。例えば、操舵装置61は、パワーステアリング(EPS: Electric Power Steering)装置を含んでいる。駆動装置62は、駆動力を発生させる動力源である。駆動装置62としては、エンジン、電動機、インホイールモータ、等が例示される。制動装置63は、制動力を発生させる。
制御装置70は、車両1を制御するコンピュータである。制御装置70は、1又は複数のプロセッサ71(以下、単にプロセッサ71と呼ぶ)と1又は複数の記憶装置72(以下、単に記憶装置72と呼ぶ)を含んでいる。プロセッサ71は、各種処理を実行する。例えば、プロセッサ71は、CPU(Central Processing Unit)を含んでいる。記憶装置72は、プロセッサ71による処理に必要な各種情報を格納する。記憶装置72としては、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、等が例示される。制御装置70は、1又は複数のECU(Electronic Control Unit)を含んでいてもよい。
車両制御プログラム80は、車両1を制御するためのコンピュータプログラムであり、プロセッサ71によって実行される。車両制御プログラム80は、記憶装置72に格納される。あるいは、車両制御プログラム80は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。プロセッサ71が車両制御プログラム80を実行することにより、制御装置70の機能が実現される。
2-2.運転環境情報
図5は、車両1の運転環境を示す運転環境情報90の一例を示すブロック図である。運転環境情報90は、記憶装置72に格納される。運転環境情報90は、地図情報91、車両状態情報92、周辺状況情報93、及び位置情報94を含んでいる。
地図情報91は、一般的なナビゲーション地図を含む。地図情報91は、レーン配置、道路形状、等を示していてもよい。地図情報91は、白線、信号機、標識、ランドマーク、等の位置情報を含んでいてもよい。地図情報91は、地図データベースから得られる。尚、地図データベースは、車両1に搭載されていてもよいし、外部の管理サーバに格納されていてもよい。後者の場合、制御装置70は、管理サーバと通信を行い、必要な地図情報91を取得する。
地図情報91は、更に、「ばね下変位マップ200」を含んでいる。ばね下変位マップ200の詳細については後述される。
車両状態情報92は、車両1の状態を示す情報である。制御装置70は、車両状態センサ20から車両状態情報92を取得する。例えば、車両状態情報92は、車速V、ばね上加速度Zs''、ストロークST、横加速度、ヨーレート、舵角、等を含む。車速Vは、位置センサ40によって検出される車両位置から算出されてもよい。制御装置70は、図3で示された手法によりばね下変位Zuを算出してもよい。その場合、車両状態情報92は、制御装置70によって算出されたばね下変位Zuも含む。
周辺状況情報93は、車両1の周囲の状況を示す情報である。制御装置70は、認識センサ30を用いて車両1の周囲の状況を認識し、周辺状況情報93を取得する。例えば、周辺状況情報93は、カメラによって撮像される画像情報を含む。他の例として、周辺状況情報93は、LIDARによって得られる点群情報を含む。
周辺状況情報93は、更に、車両1の周囲の物体に関する「物体情報」を含んでいる。物体としては、歩行者、自転車、他車両(先行車両、駐車車両、等)、道路構成(白線、縁石、ガードレール、壁、中央分離帯、路側構造物、等)、標識、ポール、障害物、等が例示される。物体情報は、車両1に対する物体の相対位置及び相対速度を示す。例えば、カメラによって得られた画像情報を解析することによって、物体を識別し、その物体の相対位置を算出することができる。また、LIDARによって得られた点群情報に基づいて、物体を識別し、その物体の相対位置と相対速度を取得することもできる。
位置情報94は、車両1の位置及び方位を示す情報である。位置は、水平位置と垂直位置を含んでいる。例えば、水平位置は、緯度と経度により定義される。垂直位置は、高度(標高)により定義される。高度としては、海抜、ジオイド高、楕円体高、等が例示される。制御装置70は、GNSS等の位置センサ40による測定結果から位置情報94を取得する。他の例として、制御装置70は、デッドレコニングにより位置情報94を取得してもよい。更に他の例として、制御装置70は、物体情報と地図情報91を利用した周知の自己位置推定処理(Localization)により、高精度な位置情報94を取得してもよい。
2-3.車両制御
制御装置70は、車両1の走行を制御する車両走行制御を実行する。車両走行制御は、操舵制御、駆動制御、及び制動制御を含む。制御装置70は、走行装置60(操舵装置61、駆動装置62、及び制動装置63)を制御することによって車両走行制御を実行する。制御装置70は、運転環境情報90に基づいて、車両1の運転を支援する運転支援制御を行ってもよい。運転支援制御としては、車線維持制御、衝突回避制御、自動運転制御、等が例示される。
更に、制御装置70は、サスペンション3を制御する。典型的には、制御装置70は、サスペンション3を制御して車両1の振動を抑制する制振制御を行う。例えば、制御装置70は、アクチュエータ3Aを制御して、ばね下構造体4とばね上構造体5との間に上下方向の制御力Fcを発生させる(図2参照)。他の例として、制御装置70は、ダンパ3Dの減衰力を可変制御してもよい。制振制御は、後述される「プレビュー制御」を含んでいる。
3.マップ管理システム
3-1.構成例
図6は、本実施の形態に係るマップ管理システム100の構成例を示すブロック図である。マップ管理システム100は、各種の地図情報を管理するコンピュータである。地図情報の管理は、地図情報の生成、更新、提供、配信、等を含む。典型的には、マップ管理システム100は、クラウド上の管理サーバである。マップ管理システム100は、複数のサーバが分散処理を行う分散システムであってもよい。
マップ管理システム100は、通信装置110を含んでいる。通信装置110は、通信ネットワークNETに接続されている。例えば、通信装置110は、通信ネットワークNETを介して多数の車両1と通信を行う。
マップ管理システム100は、更に、1又は複数のプロセッサ120(以下、単にプロセッサ120と呼ぶ)及び1又は複数の記憶装置130(以下、単に記憶装置130と呼ぶ)を含んでいる。プロセッサ120は、各種情報処理を実行する。例えば、プロセッサ120は、CPUを含んでいる。記憶装置130は、各種の地図情報を格納する。また、記憶装置130は、プロセッサ120による処理に必要な各種情報を格納する。記憶装置130としては、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、HDD、SSD、等が例示される。
マップ管理プログラム140は、マップ管理のためのコンピュータプログラムであり、プロセッサ120によって実行される。マップ管理プログラム140は、記憶装置130に格納される。あるいは、マップ管理プログラム140は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。プロセッサ120がマップ管理プログラム140を実行することにより、マップ管理システム100の機能が実現される。
プロセッサ120は、通信装置110を介して車両1の車両制御システム10と通信を行う。プロセッサ120は、車両制御システム10から各種情報を収集し、収集した情報に基づいて地図情報を生成、更新する。また、プロセッサ120は、車両制御システム10に地図情報を配信する。また、プロセッサ120は、車両制御システム10からのリクエストに応答して地図情報を提供する。
3-2.ばね下変位マップ
マップ管理システム100が管理する地図情報の一つが、「ばね下変位マップ(上下運動パラメータマップ)200」である。ばね下変位マップ200は、ばね下変位Zu(上下運動パラメータ)に関する地図である。ばね下変位マップ200は、記憶装置130に格納されている。
図7は、ばね下変位マップ200を説明するための概念図である。XY面は水平面を表す。例えば、水平面における絶対座標系は緯度方向と経度方向により定義され、水平位置は緯度と経度により定義される。ばね下変位マップ200は、少なくとも水平位置(X,Y)とばね下変位Zuとの対応関係を表す。言い換えれば、ばね下変位マップ200は、ばね下変位Zuを少なくとも水平位置(X,Y)の関数として表す。尚、垂直位置も考慮したばね下変位マップ200については後に詳しく説明される。
道路領域は、水平面上でメッシュ状に区分されてもよい。つまり、道路領域は、水平面上で複数の単位エリアMに区分されてもよい。単位エリアMは、例えば正方形である。正方形の1辺の長さは、例えば10cmである。ばね下変位マップ200は、単位エリアMの位置とばね下変位Zuとの対応関係を表す。単位エリアMの位置は、その単位エリアMの代表位置(例:中心位置)で定義されてもよいし、その単位エリアMの範囲(緯度範囲、経度範囲)で定義されてもよい。単位エリアMのばね下変位Zuは、例えば、その単位エリアM内で取得されたばね下変位Zuの平均値である。単位エリアMを小さくするほど、ばね下変位マップ200の解像度は増加する。
3-3.マップ生成/更新処理
プロセッサ120は、通信装置110を介して、多数の車両1から情報を収集する。そして、プロセッサ120は、多数の車両1から収集した情報に基づいて、ばね下変位マップ200の生成及び更新を行う。以下、マップ生成/更新処理の例について更に詳しく説明する。
ばね下変位マップ200における位置は、車輪2が通過した位置である。各車輪2の位置は、上記の位置情報94に基づいて算出される。具体的には、車両1における車両位置の基準点と各車輪2との間の相対位置関係は既知情報である。その相対位置関係と位置情報94で示される車両位置に基づいて、各車輪2の位置を算出することができる。
ばね下変位Zuは、図3で示されたような手法により算出される。すなわち、車両1に搭載された車両状態センサ20を用いることによって、ばね上変位ZsやストロークSTが得られる。これらばね上変位ZsやストロークSTを、便宜上、「センサベース情報」と呼ぶ。ばね下変位Zuは、このセンサベース情報に基づいて算出される。
例えば、車両1の走行中、車両制御システム10の制御装置70は、センサベース情報に基づいてリアルタイムにばね下変位Zuを算出する。また、制御装置70は、同じタイミングの車輪位置とばね下変位Zuとを関連付ける。そして、制御装置70は、車輪位置の時系列データとばね下変位Zuの時系列データのセットをマップ管理システム100に送信する。マップ管理システム100のプロセッサ120は、車輪位置の時系列データとばね下変位Zuの時系列データに基づいて、ばね下変位マップ200を生成、更新する。
他の例として、車両制御システム10の制御装置70は、同じタイミングの車輪位置とセンサベース情報とを関連付ける。そして、制御装置70は、車輪位置の時系列データとセンサベース情報の時系列データのセットをマップ管理システム100に送信する。マップ管理システム100のプロセッサ120は、受信したセンサベース情報に基づいてばね下変位Zuを算出する。更に、プロセッサ120は、車輪位置の時系列データとばね下変位Zuの時系列データに基づいて、ばね下変位マップ200を生成、更新する。
尚、マップ管理システム100においてばね下変位Zuを算出する場合、処理時間の制約はないため、ゼロ位相フィルタを用いてフィルタリング処理を行うことができる。ゼロ位相フィルタを利用することにより、“位相ずれ”を防止することができる。
図8は、本実施の形態に係るマップ生成/更新処理を要約的に示すフローチャートである。
ステップS100において、マップ管理システム100のプロセッサ120は、通信装置110を介して、車両1(車両制御システム10)から「マップ更新用情報」を取得する。マップ更新用情報は、車両1の位置(車輪位置)の時系列データを含む。また、マップ更新用情報は、ばね下変位Zuを算出するために必要なセンサベース情報(例:ばね上変位Zs、ストロークST)の時系列データを含む。あるいは、マップ更新用情報は、車両制御システム10の制御装置70によって算出されたばね下変位Zuの時系列データを含んでいてもよい。
ステップS200において、マップ管理システム100のプロセッサ120は、マップ更新用情報に基づいて、ばね下変位マップ200を生成/更新する。
3-4.変形例
車両1の車両制御システム10が、ばね下変位マップ200のデータベースを保持し、自身のばね下変位マップ200の生成/更新を行ってもよい。つまり、マップ管理システム100は車両制御システム10に含まれていてもよい。
4.ばね下変位マップを利用したプレビュー制御
車両制御システム10の制御装置70は、通信装置50を介してマップ管理システム100と通信を行う。制御装置70は、車両1の現在位置を含むエリアのばね下変位マップ200をマップ管理システム100から取得する。ばね下変位マップ200は、記憶装置72に格納される。そして、制御装置70は、ばね下変位マップ200に基づいて、制振制御の一種である「プレビュー制御」を実行する。
図9は、プレビュー制御を説明するための概念図である。図10は、プレビュー制御を示すフローチャートである。図9及び図10を参照して、プレビュー制御について説明する。
ステップS31において、制御装置70は、各車輪2の現在位置P0を取得する。車両1における車両位置の基準点と各車輪2との間の相対位置関係は既知情報である。その相対位置関係と位置情報94で示される車両位置に基づいて、各車輪2の位置を算出することができる。
ステップS32において、制御装置70は、プレビュー時間tp後の車輪2の予測通過位置Pfを算出する。プレビュー時間tpは、例えば、サスペンション3のアクチュエータ3Aを作動させるまでに必要な計算処理や通信処理に要する時間以上に設定される。プレビュー時間tpは、固定であってもよいし、状況に応じて可変であってもよい。プレビュー距離Lpは、プレビュー時間tpと車速Vの積により与えられる。予測通過位置Pfは、現在位置P0からプレビュー距離Lpだけ前方の位置である。変形例として、制御装置70は、車速Vと車輪2の舵角に基づいて予想走行ルートを算出し、予想走行ルートに基づいて予測通過位置Pfを算出してもよい。
ステップS33において、制御装置70は、予測通過位置Pfにおけるばね下変位Zuをばね下変位マップ200から読み出す。
ステップS34において、制御装置70は、予測通過位置Pfにおけるばね下変位Zuに基づいて、サスペンション3のアクチュエータ3Aの目標制御力Fc_tを算出する。目標制御力Fc_tは、例えば、次のように算出される。
ばね上構造体5(図2参照)に関する運動方程式は、次の式(1)により表される。
Figure 2023042372000002
式(1)において、mはばね上構造体5の質量であり、Cはダンパ3Dの減衰係数であり、Kはスプリング3Sのばね定数であり、Fcはアクチュエータ3Aが発生させる上下方向の制御力Fcである。仮に、制御力Fcによってばね上構造体5の振動が完全に打ち消される場合(Zs''=0,Zs'=0,Zs=0)、その制御力Fcは次の式(2)により表される。
Figure 2023042372000003
少なくとも制振効果をもたらす制御力Fcは、次の式(3)により表される。
Figure 2023042372000004
式(3)において、ゲインαは、0より大きく且つ1以下であり、ゲインβも、0より大きく且つ1以下である。式(3)中の微分項を省略した場合、少なくとも制振効果をもたらす制御力Fcは、次の式(4)により表される。
Figure 2023042372000005
制御装置70は、上記式(3)あるいは式(4)に従って、目標制御力Fc_tを算出する。すなわち、制御装置70は、予測通過位置Pfにおけるばね下変位Zuを式(3)あるいは式(4)に代入して、目標制御力Fc_tを算出する。
ステップS35において、制御装置70は、車輪2が予測通過位置Pfを通過するタイミングで目標制御力Fc_tを発生させるようにアクチュエータ3Aを制御する。車輪2が予測通過位置Pfを通過するタイミングはプレビュー時間tpから分かる。
以上に説明されたばね下変位マップ200を利用したプレビュー制御により、車両1(ばね上構造体5)の振動を効果的に抑制することが可能となる。
5.立体交差を考慮したばね下変位マップ
図11は、立体交差を説明するための概略図である。XY面は水平面を表す。水平位置(X,Y)は、水平面における位置である。垂直位置Hは、水平面に直交する垂直方向の位置である。例えば、水平位置(X,Y)は、緯度と経度により定義される。垂直位置Hは、高度(標高)により定義される。高度としては、海抜、ジオイド高、楕円体高、等が例示される。
図11に示されるように、第1道路R1と第2道路R2が立体的に交差している。第1道路R1と第2道路R2が立体的に交差するエリアを、以下、「特定エリアSA」と呼ぶ。尚、図11では、2本の道路R1,R2が立体的に交差しているが、3以上の道路が立体的に交差する場合も同様である。
このような立体交差に関して、本願発明者は次のような課題を認識した。
第1の比較例として、ばね下変位マップ200が、垂直位置Hの情報を含んでおらず、水平位置(X,Y)とばね下変位Zuとの対応関係だけを表す2次元マップである場合について考える。この場合、特定エリアSAにおいて、車両1が第1道路R1を走行しているにもかかわらず、第2道路R2に関するばね下変位マップ200に基づいてプレビュー制御等の車両制御が行われる可能性がある。走行中の道路とは関係ないばね下変位マップ200に基づいて車両制御が行われると、期待通りの車両制御効果が得られない。
第2の比較例として、ばね下変位マップ200が完全な3次元マップである場合について考える。この場合、ばね下変位マップ200のデータ量が膨大となる。このことは、ストレージ資源、通信資源、計算処理資源の消費の観点から好ましくない。また、路面変位Zrと垂直位置Hとの棲み分けも複雑となる。
以上の観点から、本実施形態に係るばね下変位マップ200は、次のような特徴を有する。
5-1.ばね下変位マップのデータ構造
図12は、立体交差を含む特定エリアSAに関するばね下変位マップ200の一例を説明するための概念図である。特定エリアSAに関するばね下変位マップ200のデータ構造は、第1レイヤマップデータ200-1と第2レイヤマップデータ200-2を含んでいる。第1レイヤマップデータ200-1は、第1道路R1の水平位置(X,Y)と垂直位置Hとばね下変位Zuとの対応関係を示す。一方、第2レイヤマップデータ200-2は、第2道路R2の水平位置(X,Y)と垂直位置Hとばね下変位Zuとの対応関係を示す。すなわち、特定エリアSAに関するばね下変位マップ200はマルチレイヤ化されている。
既出の図7で示されたように、道路領域は、水平面上でメッシュ状に区分されてもよい。つまり、道路領域は、水平面上で複数の単位エリアMに区分されてもよい。単位エリアMは、例えば正方形である。正方形の1辺の長さは、例えば10cmである。各レイヤマップデータ200-i(i=1,2)は、単位エリアMの水平位置(X,Y)と、単位エリアMにおける第i道路Riの垂直位置Hと、単位エリアMにおける第i道路Riに関するばね下変位Zuとの対応関係を表す。単位エリアMの水平位置(X,Y)は、その単位エリアMの代表水平位置(例:中心位置)で定義されてもよいし、その単位エリアMの水平範囲(緯度範囲、経度範囲)で定義されてもよい。単位エリアMにおける第i道路Riの垂直位置Hは、その単位エリアMにおける第i道路Riの代表垂直位置(例:平均値)で定義されてもよいし、その単位エリアMにおける第i道路Riの垂直範囲(高度範囲)で定義されてもよい。単位エリアMにおける第i道路Riに関するばね下変位Zuは、例えば、その単位エリアM内で取得された第i道路Riに関するばね下変位Zuの平均値である。単位エリアMを小さくするほど、レイヤマップデータ200-iの解像度は増加する。
このように、特定エリアSAに関するばね下変位マップ200は、道路毎にレイヤマップデータ200-iを含む。言い換えれば、ばね下変位マップ200は完全な3次元マップではなく、道路が存在する垂直位置Hに対してだけレイヤマップデータ200-iが用意される。従って、完全な3次元マップの場合と比較して、ばね下変位マップ200のデータ量が削減される。
レイヤマップデータ200-iにおいて、水平位置(X,Y)のメッシュ幅と垂直位置Hのメッシュ幅は異なっていてもよい。より詳細には、図13に示されるように、水平位置(X,Y)は、水平面内の第1単位エリアMxy毎に定義される。一方、垂直位置Hは、水平面内の第2単位エリアMh毎に定義される。道路の水平位置(X,Y)が数メートル変わる間に垂直位置Hが数メートルも変化することは無い。よって、第2単位エリアMhは第1単位エリアMxyよりも大きく設定されてもよい。例えば、第1単位エリアMxyは1辺10cmの正方形であり、第2単位エリアMhは1辺100cmの正方形である。このように、垂直位置Hのメッシュ幅を大きくして解像度を減らすことにより、ばね下変位マップ200のデータ量を更に削減することが可能となる。
図14は、特定エリアSA以外のエリアに関するばね下変位マップ200の一例を説明するための概念図である。特定エリアSA以外のエリアに関するばね下変位マップ200のデータ構造は、単一のレイヤマップデータ200-0だけを含む。レイヤマップデータ200-0は、道路の水平位置(X,Y)と垂直位置Hとばね下変位Zuとの対応関係を示す。このように、特定エリアSA以外のエリアについては単一のレイヤマップデータ200-0だけが用意されるため、データ量が削減される。
変形例として、特定エリアSA以外のエリアに関するレイヤマップデータ200-0から垂直位置Hの情報が省かれてもよい。これにより、ばね下変位マップ200のデータ量を更に削減することが可能となる。
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、立体交差にも対応したばね下変位マップ200が提供される。また、完全な3次元マップの場合と比較して、ばね下変位マップ200のデータ量が削減される。
5-2.マップ生成/更新処理
次に、立体交差を考慮したマップ生成/更新処理について説明する。既出の図8で示されたように、ステップS100において、マップ管理システム100のプロセッサ120は、車両1(車両制御システム10)からマップ更新用情報を取得する。そのマップ更新用情報は、車両1の水平位置(X,Y)と垂直位置Hを示す位置情報94を含んでいる。その他、マップ更新用情報は、ばね下変位マップ200の更新に必要な情報(車輪位置、センサベース情報、ばね下変位Zu等)を含む。ステップS100の後のステップS200において、プロセッサ120は、マップ更新用情報に基づいて、ばね下変位マップ200を生成/更新する。
図15は、特定エリアSAに対するステップS200の一例を示すフローチャートである。
ステップS210において、プロセッサ120は、マップ更新用情報から、車両1の垂直位置Hを含む位置情報94を取得する。尚、車両位置の基準点と各車輪2との間の相対位置関係は既知であるため、以下では、車両1の位置と車輪2の位置を等価なものとして扱う。
ステップS220において、プロセッサ120は、車両1(車輪2)の垂直位置Hに対応するレイヤマップデータ200-j(j=1あるいは2)がばね下変位マップ200に既に存在しているか否かを判定する。この判定は、車両1の垂直位置Hとばね下変位マップ200に登録済みのレイヤマップデータ200-kに含まれる垂直位置Hとの比較により可能である。ここで、車両1の垂直位置Hは誤差を含む可能性があるため、ある程度の誤差範囲(例:±2m)を考慮して垂直位置Hの比較が行われてもよい。交差する第1道路R1と第2道路R2との間の高度差は一般的な車高よりも十分に大きいため、±2m程度の誤差範囲が考慮されても誤判定は発生しない。車両1の垂直位置Hに対応するレイヤマップデータ200-jがばね下変位マップ200に既に存在している場合(ステップS220;Yes)、処理は、ステップS230に進む。それ以外の場合(ステップS220;No)、処理は、ステップS240に進む。
ステップS230において、プロセッサ120は、車両1の垂直位置Hに対応する既存のレイヤマップデータ200-jを選択する。
ステップS240において、プロセッサ120は、車両1の垂直位置Hに対応するレイヤマップデータ200-jを新たに作成する。
ステップS250において、プロセッサ120は、マップ更新用情報に基づいて、車両1の垂直位置Hに対応するレイヤマップデータ200-jを更新する。
5-3.車両制御処理
図16は、特定エリアSAにおける車両制御処理を示すフローチャートである。車両制御処理の対象となる車両1を、便宜上、「対象車両1T」と呼ぶ。
ステップS21において、車両制御システム10の制御装置70は、位置情報94を取得する。位置情報94は、対象車両1Tの水平位置(X,Y)及び垂直位置Hを含んでいる。
ステップS22において、制御装置70は、対象車両1T(車輪2)の垂直位置Hに対応するレイヤマップデータ200-j(j=1あるいは2)がばね下変位マップ200に既に存在しているか否かを判定する。この判定は、対象車両1Tの垂直位置Hとばね下変位マップ200に登録済みのレイヤマップデータ200-kに含まれる垂直位置Hとの比較により可能である。ここで、対象車両1Tの垂直位置Hは誤差を含む可能性があるため、ある程度の誤差範囲(例:±2m)を含む垂直位置Hの範囲が比較に用いられてもよい。交差する第1道路R1と第2道路R2との間の高度差は一般的な車高よりも十分に大きいため、±2m程度の誤差範囲が考慮されても誤判定は発生しない。対象車両1Tの垂直位置Hに対応するレイヤマップデータ200-jがばね下変位マップ200に既に存在している場合(ステップS22;Yes)、処理は、ステップS23に進む。それ以外の場合(ステップS22;No)、処理は、ステップS40に進む。
ステップS23において、制御装置70は、対象車両1Tの垂直位置Hに対応する既存のレイヤマップデータ200-jを選択する。その後、処理は、ステップS30に進む。
ステップS30において、制御装置70は、ばね下変位マップ200を利用した車両制御を行う。より詳細には、制御装置70は、ステップS23で選択したレイヤマップデータ200-jからばね下変位Zuを取得する。そして、制御装置70は、取得したばね下変位Zuに基づいて、対象車両1Tの車両制御を行う。例えば、車両制御は、プレビュー制御である(図9、図10参照)。立体交差において対象車両1Tが実際に走行している道路に関するばね下変位Zuが正しく得られるため、車両制御を適切に行うことが可能となる。
ステップS40において、制御装置70は、ばね下変位マップ200を利用しない車両制御を行う。例えば、制御装置70は、フィードバック制御に基づく周知の制振制御を行う。周知の制振制御のゲインが通常より大きく設定されてもよい。
5-4.効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、立体交差にも対応したばね下変位マップ200が提供される。
また、本実施の形態に係るばね下変位マップ200のデータ量は、完全な3次元マップの場合よりも少ない。このことは、ストレージ資源、通信資源、計算処理資源の抑制の観点から好ましい。特定エリアSAのばね下変位マップ200だけマルチレイヤ化することにより、ばね下変位マップ200のデータ量を抑制することが可能となる。
更に、本実施の形態に係るばね下変位マップ200を利用することによって、立体交差における車両制御が行われる。対象車両1Tが実際に走行している道路に関するばね下変位Zuが正しく得られるため、立体交差においても車両制御を適切に行うことが可能となる。
5-5.変形例
5-5-1.第1の変形例
図17は、特定エリアSAに関するばね下変位マップ200の第1の変形例を説明するための概念図である。特定エリアSAに関するばね下変位マップ200のデータ構造は、第1レイヤマップデータ200-1と第2レイヤマップデータ200-2のうち一方だけを含み、他方を含んでいなくてもよい。
一例として、特定エリアSAにおいて、第2道路R2上の車両1の位置情報94の信頼度(精度)が、第1道路R1上の車両1の位置情報94の信頼度よりも高い場合について考える。例えば、特定エリアSAにおいて、第2道路R2は第1道路R1の上方に存在する(図11参照)。位置情報94がGNSSによる計測に基づいて得られる場合、第2道路R2上の車両1の位置情報94の信頼度(精度)は、第1道路R1上の車両1の位置情報94の信頼度よりも高くなる。よって、第2レイヤマップデータ200-2が優先されてもよい。つまり、図17に示されるように、特定エリアSAに関するばね下変位マップ200のデータ構造は、第1レイヤマップデータ200-1を含まず、第2レイヤマップデータ200-2だけを含んでいてもよい。これにより、ばね下変位マップ200のデータ量を更に削減することが可能となる。
他の例として、特定エリアSAにおいて、第2道路R2に関するばね下変位Zuの代表値が、第1道路R1に関するばね下変位Zuの代表値よりも大きい場合について考える。代表値としては、平均値、最大値、等が例示される。ばね下変位Zuがより大きな第2道路R2においては、より大きな制振効果が期待できる。よって、第2レイヤマップデータ200-2が優先されてもよい。つまり、特定エリアSAに関するばね下変位マップ200のデータ構造は、第1レイヤマップデータ200-1を含まず、第2レイヤマップデータ200-2だけを含んでいてもよい。これにより、ばね下変位マップ200のデータ量を更に削減することが可能となる。
5-5-2.第2の変形例
第2の変形例では、特定エリアSAに関するばね下変位マップ200は、垂直位置H及びばね下変位Zuの情報の代わりに、「特定エリアフラグ」を有する。ばね下変位マップ200から特定エリアフラグが読み出された場合、ばね下変位マップ200を利用した車両制御は行われない。その代わり、ばね下変位マップ200を利用しない車両制御が行われてもよい(ステップS40)。
1 車両
2 車輪
3 サスペンション
3A アクチュエータ
10 車両制御システム
20 車両状態センサ
30 認識センサ
40 位置センサ
50 通信装置
60 走行装置
70 制御装置
80 車両制御プログラム
90 運転環境情報
93 周辺状況情報
94 位置情報
100 マップ管理システム
110 通信装置
120 プロセッサ
130 記憶装置
140 マップ管理プログラム
200 ばね下変位マップ
200-1 第1レイヤマップデータ
200-2 第2レイヤマップデータ
SA 特定エリア
R1 第1道路
R2 第2道路
Zu ばね下変位

Claims (11)

  1. 車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータであって、
    第1道路と第2道路が立体的に交差する特定エリアに関して、前記第1道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第1レイヤマップデータと、前記第2道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第2レイヤマップデータとの少なくとも一つを含むデータ構造を有する
    マップデータ。
  2. 請求項1に記載のマップデータであって、
    前記特定エリアに関する前記データ構造は、前記第1レイヤマップデータと前記第2レイヤマップデータの両方を含む
    マップデータ。
  3. 請求項1に記載のマップデータであって、
    前記特定エリアにおいて、前記第2道路上の前記車両の位置情報の信頼度は、前記第1道路上の前記車両の位置情報の信頼度よりも高く、
    前記特定エリアに関する前記データ構造は、前記第1レイヤマップデータを含まず、前記第2レイヤマップデータを含む
    マップデータ。
  4. 請求項1に記載のマップデータであって、
    前記特定エリアにおいて、前記第2道路に関する前記上下運動パラメータの代表値は、前記第1道路に関する前記上下運動パラメータの代表値よりも大きく、
    前記特定エリアに関する前記データ構造は、前記第1レイヤマップデータを含まず、前記第2レイヤマップデータを含む
    マップデータ。
  5. 請求項1乃至4のいずれか一項に記載のマップデータであって、
    前記特定エリア以外のエリアに関して、道路の水平位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を少なくとも示す単一のレイヤマップデータを含むデータ構造を有する
    マップデータ。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のマップデータであって、
    前記水平位置は、水平面内の第1単位エリア毎に定義され、
    前記垂直位置は、前記水平面内の第2単位エリア毎に定義され、
    前記第2単位エリアは、前記第1単位エリアよりも大きい
    マップデータ。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のマップデータであって、
    前記マップデータから取得される前記上下運動パラメータに基づいて対象車両の車両制御が行われる
    マップデータ。
  8. 請求項7に記載のマップデータであって、
    前記特定エリアにおいて前記対象車両の前記車両制御が行われる場合、前記対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータが前記マップデータに存在するか否かが判定され、
    前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータが存在する場合、前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータから前記上下運動パラメータが取得される
    マップデータ。
  9. 車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを更新するマップ更新方法であって、
    車輪位置の時系列データと前記上下運動パラメータの時系列データに基づいて前記マップデータを更新する処理を含み、
    前記マップデータは、第1道路と第2道路が立体的に交差する特定エリアに関して、前記第1道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第1レイヤマップデータと、前記第2道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第2レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有し、
    前記マップデータを更新する処理は、
    前記車輪位置の垂直位置に対応するレイヤマップデータが前記マップデータに存在するか否かを判定する処理と、
    前記車輪位置の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータが存在する場合、前記車輪位置の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータを選択して更新する処理と
    を含む
    マップ更新方法。
  10. 車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを取得する処理と、
    前記マップデータから取得される前記上下運動パラメータに基づいて対象車両を制御する処理と
    を含み、
    前記マップデータは、第1道路と第2道路が立体的に交差する特定エリアに関して、前記第1道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第1レイヤマップデータと、前記第2道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第2レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有し、
    前記特定エリアにおいて前記対象車両を制御する処理は、
    前記対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータが前記マップデータに存在するか否かを判定する処理と、
    前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータが存在する場合、前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータから前記上下運動パラメータを取得する処理と
    を含む
    車両制御方法。
  11. 1又は複数のプロセッサを備え、
    前記1又は複数のプロセッサは、
    車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを取得する処理と、
    前記マップデータから取得される前記上下運動パラメータに基づいて対象車両を制御する処理と
    を実行するように構成され、
    前記マップデータは、第1道路と第2道路が立体的に交差する特定エリアに関して、前記第1道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第1レイヤマップデータと、前記第2道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第2レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有し、
    前記特定エリアにおいて前記対象車両を制御する処理は、
    前記対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータが前記マップデータに存在するか否かを判定する処理と、
    前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータが存在する場合、前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータから前記上下運動パラメータを取得する処理と
    を含む
    車両制御システム。
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