JP4752819B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明による車両の走行制御装置の好ましい実施形態が組み込まれた車両の構成を模式的に示している。同図を参照して、左右前輪12FL、12FRと、左右後輪12RL、12RRを有する車両10には、運転者によるアクセルペダル14の踏込みに応じて各輪(図示の例では、後輪駆動車であるから、後輪のみ)に制駆動力を発生する動力装置20と、ステアリング装置30と、各輪に制動力を発生する制動装置40とが搭載される。動力装置20は、図示の例では、エンジン22からトルクコンバータ24、自動変速機26、差動歯車装置28等を介して出力される回転制駆動力が後輪12RL、12RRへ伝達されるよう構成されている(エンジン22に代えて電動機が用いられる電気式、或いは、エンジンと電動機との双方を有するハイブリッド式の駆動系装置であってもよい。)。動力装置20の発生する制駆動力は、本発明の走行制御の実行時には、後述の電子制御装置60により適宜調節される。
本実施形態の走行制御装置は、基本的には、運転者の操縦入力、即ち、アクセル踏込量θa、ブレーキ踏込量θb、ハンドル操舵角δhに従って、車両の制駆動力、旋回方向を制御するべく、動力装置20、ステアリング装置30、制動装置40のそれぞれの作動を公知の態様にて制御し、車両の走行状態が外乱等の影響によって乱れたとき又は乱れるおそれがあるとき、その外乱の影響を補償するよう車両の運動が制御される。この点に関し、既に述べた如く(「発明の開示」の欄参照)、通常の車両の走行時には、運転者は、自車の前方の走行経路の道路線形や自車周囲環境を認識して、前方の走行路に於いて自車両が所望の軌跡・走行状態となるように、車両に対して操縦入力を与える。そこで、本発明に於ける運動制御では、単に車両の走行状態を安定化させるだけではなく、種々の車両の状態量、周辺環境情報等を用いて、現在の時点よりも後の車両の軌跡、車速、ヨーレートが、運転者の操縦入力に対応した軌跡、車速、ヨーレートと合致するように車両の運動が制御される。
上記の将来軌跡推定部60gでは、より詳細に述べれば、
(i)要求加減速度αtと目標転舵角δwtとを用いた車両の将来軌跡の座標・車速・ヨーレートの推定、
(ii)将来軌跡と、カーナビゲーションシステムによりGPSから取得される道路線形との重ね合わせ、
(iii)運転者が現在から新たな操縦入力を行うと推定される地点、現在の将来軌跡終点の決定
が実行され、推定された将来軌跡の座標・車速・ヨーレートは、フィードバック制御指令決定部に於いて適宜使用される。図3は、将来軌跡推定部60gに於ける処理をフローチャートの形式にて表したものである。同図の制御処理は、車両の運転中、常に実行されていてよいが、運転者が本発明の走行制御を要求する場合のみ実行されるようになっていてもよい。
Ψ(X)=θ(X)−|β(X)| …(1)
により与えられ、重心軌跡の任意のXに於けるY座標は、
Y(X)=∫tanΨ(χ)dχ …(2)
[積分区間は、0〜X]
Xの関数として表される。座標系のX軸から図った車両のヨー角θ(X)は、
θ(t)=β(0)+∫γ*(τ)dτ …(3)
[積分区間は、0〜t]
により与えられ、スリップ角βは、ヨーレートγ*と車速V*との関数である。従って、任意の車両運動モデルによって、各時刻τに於けるV*(τ)、γ*(τ)、X*(τ)を逐次的に算出した後、各時刻τに於けるX*に対応して、β(X)、θ(X)[式(3)]を算出し、しかる後に、式(2)により、Y*が、X*の関数として与えられる。なお、上記以外の任意の座標系が軌跡を表すために用いられてよい。重要なことは、後の道路線形との重ね合わせ、フィードバック制御指令値の算出の際に、軌跡の座標値の一方(上記の例ではY*)、車速値V*、ヨーレートγ*が、それぞれ、軌跡の他方の座標値(X*)の関数として値が参照できるようになっていることである。また、上記の推定値の各々は、数値演算により与えられてよく、座標値X*をパラメータとするマップとして構成されてよい。
(LxGPS,LyGPS)→(Lx,Ly) …(4)
(ここで、
Lx=cosξ・LxGPS+sinξ・LyGPS−XaGPS
Ly=−sinξ・Lx+cosξ・Ly−YaGPS)
なる座標変換が実行され、これにより、将来軌跡Y*(X*)と道路線形との座標値を同一の座標系に表し、両者が、これらの座標値を用いて、両者の幾何学的な関係が比較可能な状態に重ね合わせられた状態とされる。
|Y*(X*)−Ly(X*)|>Ymax …(5)
(Ymaxは、任意に設定される定数又は車速依存の関数であってよい。)
が成立するときには、その地点が、現在推定されている将来軌跡の有効な最終地点(Xe*,Ye*)として設定される(ステップ60)。なお、閾値Ymaxは、運転者が操舵角を所定量以上変更すると推定される軌跡と道路線形との偏差に基づいて決定されてよく、閾値Ymaxの値は、実験的又は理論的に予め決定されてよい。
|ΔC(X*)|>Cmax …(6)
が成立するか否かが判定されるようになっていてよい(ステップ53)。ここで、Cmaxは、任意に設定される閾値である。曲率C(X*)は、図4(A)の座標系に於いては、
C(X*)=cosΨ(X*)・dΨ(X*)/dx …(6)
により与えられる。従って、ΔC(X*)は、C(X*)を更にXについて微分した値により与えられる。実際の演算処理では、検査されるX*に隣接するデータ点を用いて、Ψ(X*)、C(X*)、ΔC(X*)がディジタル演算の分野に於いて公知の任意の手法により算出されてよい。道路線形Ly(X*)の曲率C(X*)の変化が大きい場合には、(将来軌跡が道路線形に概ね整合していても)運転者が操縦入力を変更する可能性が高い。そこで、式(6)が成立するときには、その地点が、現在推定されている将来軌跡の有効な最終地点(Xe*,Ye*)として設定される(ステップ60)。
|αt−αt(推定時)|>αo …(7a)
又は
|δwt−δwt(推定時)|>δo …(7b)
のいずれか成立したときに、操縦入力に変化があったと判定されてよい。(αo、
δoは、任意に設定される閾値である。)。
|Xa|>|Xe*| …(8)
が成立したときに(絶対値で比較するのは、Xは、負の値も取り得るため)、車両が推定された将来軌跡の最終地点に到達した判定されてよい。
既に述べた如く、本発明の走行制御装置では、車両の軌跡・車速・ヨーレートが、運転者の操縦入力に基づいて決定される将来軌跡とこれに対応する車速・ヨーレートに合致するように、車両の運動がフィードバック制御される。かかるフィードバック制御は、図2に示されている如く、フィードバック制御指令決定部60hと挙動制御装置60iにより為される。
Y座標:|Y*(X*)−Ya|
車速値:|V*(X*)−Va| …(9)
ヨーレート値:|γ*(X*)−γa|
が低減又は最小化する要求加減速度αtと目標転舵角δwtに対するフィードバック補償量Δαtと補償ヨーモーメントMtとが算出される。かかるΔαtとMtの算出には、上記の偏差を低減又は最小化するPID制御又はLQI制御(最適レギュレータ)等のこの分野に公知の任意の演算方法が用いられてよい。なお、フィードバック制御量の演算に於いて、現在の加減速度、ヨーモーメント、路面摩擦係数が使用される場合には、Gセンサの検出値Gxa、ヨーレートγaの時間微分値、路面摩擦係数推定装置からの推定値が適宜用いられるようになっていてよい。
Y座標:|Y*(X*)−Y(ν)|
車速値:|V*(X*)−V(ν) | …(9a)
ヨーレート値:|γ*(X*)−γ(ν)|
が決定され、かかる式(9a)の偏差が低減され又は最小化されるよう、PID制御又はLQI制御に従ってフィードバック制御量が実行され、制御装置60d〜fの補償量として利用される。
図5は、上記の本発明の走行制御装置による将来軌跡に基づくフィードバック制御が実行された場合の車両の走行軌跡の例を示したものである。同図を参照して、車両がカーブ路に進入したとき(左下)、将来軌跡推定部60gにより、そのときの操縦入力に従って将来軌跡(実細線)が推定演算される。そして、車両は、何ら外乱を受けない場合には、その将来軌跡に沿って走行することとなる。しかしながら、カーブ路の走行中に、車両に対して、図示の如く、横風外乱等が作用すると、車両の軌跡は、旋回外方へ膨らむ(実太線)。かかる状態に於いて、本発明による将来軌跡に基づくフィードバック制御が実行されない場合には、点線で示されている如く、将来軌跡、即ち、運転者の希望する軌跡よりも旋回外方へ膨らんだままと走行を続けることとなる。一方、将来軌跡に基づくフィードバック制御が実行される場合には、実軌跡と将来軌跡との偏差が低減又は最小化されることとなるので、実太線の如く、実軌跡は将来軌跡へ復帰されることとなる。
12FL〜12RR…車輪
14…アクセルペダル
20…動力装置
30…ステアリング装置
32…ステアリングホイール
36…転舵角可変装置
40…制動装置
42FL〜42RR…ホイールシリンダ
44…ブレーキペダル
48…油圧回路
60…電子制御装置
64…前後加速度センサ
66…横方向加速度センサ
68…ヨーレートセンサ
70…ビデオカメラ又はレーダー装置
72…カーナビゲーションシステム
Claims (12)
- 車両の走行制御装置であって、前記車両の周囲環境を検知する周囲環境検知手段と、前記車両の運転者による前記車両に対する操縦入力を用いて前記操縦入力に対応した前記車両の将来軌跡を推定する将来軌跡推定手段と、前記周囲環境検知手段により検知される周囲環境情報と前記将来軌跡とに基づいて前記車両の走行軌跡を制御する走行軌跡制御手段とを含み、前記走行軌跡制御手段が、前記周囲環境情報を参照して推定される前記操縦入力の変更が実行される前記将来軌跡上の地点に前記車両の実際の軌跡が合致するよう前記車両の運動を制御する運動制御手段を含んでいることを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、前記車両に対して前記運転者により新たな操縦入力が為されると、前記将来軌跡推定手段が新たな将来軌跡を推定することを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、前記周囲環境検知手段により検知される周囲環境情報が前記車両の走行する道路の道路線形を含み、前記地点が前記将来軌跡に前記道路線形を重ね合わせることによって推定されることを特徴とする装置。
- 請求項3の装置であって、前記地点が前記将来軌跡と前記道路線形とが所定距離以上離隔し始める地点であることを特徴とする装置。
- 請求項3の装置であって、前記操縦入力が前記車両の操舵角を含み、前記地点が前記将来軌跡と前記道路線形とを重ね合わせたときに、前記操舵角が所定角度以上変更されると推定される地点であることを特徴とする装置。
- 請求項3の装置であって、前記操縦入力が前記車両の加減速度を含み、前記地点が前記将来軌跡と前記道路線形とを重ね合わせたときに、前記加減速度が所定量以上変更されると推定される地点であることを特徴とする装置。
- 請求項3の装置であって、前記操縦入力が前記車両のアクセルペダル又はブレーキペダルの踏込量を含み、前記地点が前記将来軌跡と前記道路線形とを重ね合わせたときに、前記アクセルペダル又はブレーキペダルの踏込量が所定量以上変更されると推定される地点であることを特徴とする装置。
- 請求項3の装置であって、前記周囲環境情報がカーナビゲーションシステム情報を含み、前記道路線形が前記カーナビゲーションシステム情報から取得されることを特徴とする装置。
- 請求項3の装置であって、前記地点がカーブ路の出口であることを特徴とする装置。
- 請求項3の装置であって、前記地点が前記車両の道路線形の曲率が変化する地点であることを特徴とする装置。
- 請求項1の装置であって、前記周囲環境情報がカーナビゲーションシステム情報を含み、前記車両の実際の軌跡が前記カーナビゲーションシステム情報に基づいて決定されることを特徴とする装置。
- 車両の走行制御装置であって、前記車両の周囲環境を検知する周囲環境検知手段と、前記車両の運転者の操縦入力を用いて前記操縦入力に対応した前記車両の第一の将来軌跡と該第一の将来軌跡よりも後の前記操縦入力に対応した第二の将来軌跡とを推定する将来軌跡推定手段と、前記周囲環境検知手段により検知される周囲環境情報と前記第一及び第二の将来軌跡とに基づいて前記車両の走行軌跡を制御する走行軌跡制御手段とを含み、前記走行軌跡制御手段が、前記周囲環境情報を利用して前記第二の将来軌跡に前記車両の実際の軌跡が合致するよう前記車両の運動を制御する運動制御手段を含んでいることを特徴とする装置。
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