JP5158210B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、目標軌跡に沿って車両を制御する車両制御装置に関するものである。

従来、目標軌跡を含む車両の走行計画を計算する装置として、上位計画及び下位計画に階層化して走行計画の計算を行うものが知られている（特許文献１参照）。この特許文献１に記載された装置では、上位計画を車両の走行方針に沿って計算すると共に下位計画を周辺環境の状況変化に応じて計算する。これにより、車両の走行方針を満足しつつ周辺環境の状況変化に柔軟に対応可能な走行計画の計算が実現される。

特開２００８−１２９８０４号公報

ところで、車両の走行する道路は一般的に、直線、曲率が一定の円弧曲線、及び曲率変化率が一定のクロソイド曲線の組み合わせにより設計されている。このため、走行計画における車両の目標軌跡も主として直線、円弧曲線、及びクロソイド曲線から構成される。しかしながら、目標軌跡のうちクロソイド曲線に沿って車両を走行させる技術については未だ十分な検討がなされておらず、このことが車両制御に係る信頼性低下の一因となっていた。

そこで、本発明は、目標軌跡と曲率変化率が一定のクロソイド区間に車両が入ってからの経過時間とに基づいて車両の操舵制御に用いる操舵角指令値を演算することで、車両制御に係る信頼性の向上を図ることができる車両制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、目標軌跡に沿って車両を制御する車両制御装置であって、車両の目標軌跡を設定する目標軌跡設定ユニットと、目標軌跡設定ユニットが設定した目標軌跡のうち曲率変化率が一定のクロソイド区間を設定するクロソイド区間設定ユニットと、クロソイド区間に車両が入ってからの経過時間を演算する経過時間演算ユニットと、目標軌跡設定ユニットが設定した目標軌跡と経過時間演算ユニットが演算した経過時間とに基づいて、車両の操舵制御に用いる操舵角指令値を演算する操舵角指令値演算ユニットと、を備えることを特徴とする。

本発明に係る車両制御装置によれば、目標軌跡とクロソイド区間に車両が入ってからの経過時間とに基づいて操舵角指令値を演算することにより、直線区間等の曲率変化のない区間から曲率の変化するクロソイド区間に車両が進入した際に生じる過渡的な操舵制御の乱れを考慮した車両制御が実現できる。従って、この車両制御装置によれば、クロソイド区間進入時における過渡的な操舵制御の乱れを適切に抑制することが可能となるので、車両制御に係る信頼性の向上を図ることができる。

本発明に係る車両制御装置においては、車両のスリップ角を検出するスリップ角検出ユニットと、スリップ角検出ユニットの検出したスリップ角に基づいて車両にかかる横力を演算する横力演算ユニットと、を更に備え、横力演算ユニットは、車両におけるスリップ角に対する横力の特性を利用した収束演算により横力を演算し、操舵角指令値演算ユニットは、横力演算ユニットが演算した横力に基づいて操舵角指令値を演算することが好ましい。
この場合、スリップ角から横力を線形的に求める従来の方法と比べて、より高精度な横力の演算が実現できる。従って、この車両制御装置によれば、精度良く演算された横力に基づいて操舵角指令値の演算精度の向上を図ることができる。

また、本発明に係る車両制御装置においては、クロソイド区間における曲率と曲率変化率との組み合わせと操舵角指令値とを関係付けたクロソイド区間用マップを記憶したクロソイド区間マップ記憶ユニットを更に備え、操舵角指令値演算ユニットは、クロソイド区間用マップを用いて操舵角指令値を演算することが好ましい。
このようにクロソイド区間用マップを利用して車両制御を行うことで、クロソイド区間における車両制御の演算量の低減を図ることが可能になる。また、クロソイド区間用マップの精度を向上させることにより、クロソイド区間における車両制御の信頼性の向上を図ることができる。

さらに、本発明に係る車両制御装置においては、目標軌跡のうち曲率が一定の円弧区間を設定する円弧区間設定ユニットと、円弧区間における曲率と操舵角指令値とを関係付けた円弧区間用マップを記憶する円弧区間用マップ記憶ユニットと、を更に備え、操舵角指令値演算ユニットは、円弧区間用マップを用いて操舵角指令値を演算することが好ましい。
このように円弧区間用マップを利用して車両制御を行うことで、円弧区間における車両制御の演算量の低減を図ることが可能になる。また、円弧区間用マップの精度を向上させることにより、円弧区間における車両制御の信頼性の向上を図ることができる。

また、本発明に係る車両制御装置においては、操舵角指令値演算ユニットは、次の式（１）を用いて操舵角指令値を演算することが好ましい。

式（１）において、δＴは操舵角指令値、Ｖは車両の車速、κは目標軌跡の曲率、ｄκは目標軌跡の曲率変化率、ｔは経過時間、Ｃ１は次の式（２）で表される係数、Ｃ２は次の式（３）で表される係数、Ｃ６は次の式（４）で表される係数である。

式（２）〜（４）において、ｍは車両の重量、Ｌは車両のホイールベース、ｌｆは車両の前車軸と車両の重心との距離、ｌｒは車両の後車軸と車両の重心との距離、Ｋｆは車両の前輪の横力、Ｋｒは車両の後輪の横力である。

この車両制御装置によれば、直線区間等の曲率変化のない区間から曲率の変化するクロソイド区間に車両が進入した際に生じる過渡的な操舵制御の乱れを考慮して経過時間ｔを利用した式（１）を用いることで、過渡的な操舵制御の乱れを抑制可能な操舵角指令値δＴの演算が実現できる。従って、この車両制御装置によれば、クロソイド区間進入時における過渡的な操舵制御の乱れを適切に抑制することが可能となるので、車両制御に係る信頼性の向上を図ることができる。

本発明によれば、車両制御に係る信頼性の向上を図ることができる。

第１の実施形態に係る車両制御装置を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る操舵角指令値の演算方法を示す図である。 第１の実施形態に係る車両制御装置のＥＣＵの処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る操舵角指令値の演算結果を示す図である。 第２の実施形態に係る車両制御装置を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る操舵角指令値の演算方法を示す図である。 円弧区間用マップの作成手順を説明するための図である。 第２の実施形態に係る操舵角指令値の演算結果を示す図である。 第２の実施形態に係る車両制御装置のＥＣＵの処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る車両制御装置を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る操舵角指令値の演算方法を示す図である。 クロソイド区間用マップの作成手順を説明するための図である。 第３の実施形態に係る操舵角指令値の演算結果を示す図である。 第３の実施形態に係る車両制御装置のＥＣＵの処理を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る車両制御装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る車両制御装置１は、車両の現在地から目的地までの目標軌跡の設定を行うと共に、この目標軌跡に沿って車両制御を行うものである。車両制御装置１は、設定した目標軌跡に基づいて将来の車両制御に用いる制御指令値の演算を行う。制御指令値としては、車両の操舵角を制御するための操舵角指令値の他、加速指令値や減速指令値等がある。

図１に示されるように、車両制御装置１は、装置を統括的に制御するＥＣＵ［Electric Control Unit］２を備えている。ＥＣＵ２は、演算処理を行うＣＰＵ［Central Processing Unit］、記憶部となるＲＯＭ［Read Only Memory］及びＲＡＭ［Random Access Memory］、入力信号回路、出力信号回路、電源回路等により構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ２は、ナビゲーションシステム３、車両センサ４、及び車両制御部５と電気的に接続されている。

ナビゲーションシステム３は、ＧＰＳ［Global Positioning System］により車両の地表面における絶対位置を測位する。ＧＰＳにより測位された車両の地表面における絶対位置は、別途記憶されている地図情報と照合される。これにより、ナビゲーションシステム３は、車両の地図上の位置を特定する。ナビゲーションシステム３は、特定した車両の位置を位置信号としてＥＣＵ２に送信する。また、ナビゲーションシステム３は、運転者から車両の目的地を入力された場合、入力された目的地を目的地信号としてＥＣＵ２に送信する。

車両センサ４は、車両の車速、加速度、ヨーレート、操舵角、スリップ角等の車両の走行状態を検出する機器である。車両センサ４は、具体的には、車速センサやスリップ角センサ等の各種センサから構成されている。車両センサ４は、請求の範囲に記載のスリップ角検出ユニットとして機能する。車両センサ４は、検出した車両の走行状態を走行状態信号としてＥＣＵ２に送信する。

車両制御部５は、ＥＣＵ２から送信された制御信号に応じて車両を制御する。車両制御部５は、車両の走行駆動、制動動作、及び操舵操作等を制御する。車両制御部５は、エンジンのスロットルバルブの開度を調整するアクチュエータを制御する走行駆動用ＥＣＵ、ブレーキ油圧を調整するブレーキアクチュエータを制御する制動用ＥＣＵ、操舵トルクを付与するステアリングアクチュエータを制御する操舵用ＥＣＵ等から構成される。

ＥＣＵ２は、目標軌跡設定部１１、クロソイド区間設定部１２、経過時間演算部１３、横力演算部１４、及び車両制御演算部１５を有している。

目標軌跡設定部１１は、現在の車両の位置から目的地に至る目標軌跡を設定する。具体的には、目標軌跡設定部１１は、ナビゲーションシステム３から送信された位置信号及び目的地信号に基づいて、車両の位置及び目的地を認識する。目標軌跡設定部１１は、車両の位置及び目的地と併せて別途記憶されている地図情報を参照することにより、現在の車両の位置から目的地に至る目標軌跡を設定する。目標軌跡とは、車両が目的地に至るために走行する将来の軌跡である。目標軌跡は、所定間隔で連なるように設けられた多数の目標地点から構成されており、各目標地点には目標軌跡の曲率及び曲率変化率に関する情報が設定されている。目標軌跡設定部１１は、請求の範囲に記載の目標軌跡設定ユニットとして機能する。

クロソイド区間設定部１２は、目標軌跡設定部１１が設定した目標軌跡のうち曲率変化率が一定の区間をクロソイド区間として設定する。クロソイド区間設定部１２は、請求の範囲に記載のクロソイド区間設定ユニットとして機能する。

経過時間演算部１３は、車両がクロソイド区間に入ってからの経過時間に関する演算を行う。経過時間演算部１３は、例えば車両がクロソイド区間の始点から所定距離の領域に進入した場合に、将来のクロソイド区間における車両制御のため上記経過時間に関する演算が必要であると判断する。経過時間演算部１３は、経過時間に関する演算が必要であると判断すると、車両センサ４から送信された走行状態信号とに基づいて現在の車両の走行状態を認識する。経過時間演算部１３は、認識した現在の車両の走行状態に基づいて、クロソイド区間を構成する各目標地点における上記経過時間の将来値を演算する。経過時間演算部１３は、請求の範囲に記載の経過時間演算ユニットとして機能する。

横力演算部１４は、車両の横力に関する演算を行う。具体的には、横力演算部１４は、車両センサ４から送信された走行状態信号に基づいて車両のスリップ角を認識する。横力演算部１４は、認識したスリップ角や将来において予測されるスリップ角を用いて、車両におけるスリップ角に対する横力の特性を利用した収束演算を行うことで車両の横力の将来値を演算する。横力演算部１４は、車両の幅方向を無視したいわゆる２輪モデルとして車両を考えた場合における前輪の横力と後輪の横力とを演算する。横力演算部１４は、請求の範囲に記載の横力演算ユニットとして機能する。

車両制御演算部１５は、車両制御部５に制御信号を送信することにより車両制御を行う。車両制御演算部１５は、請求の範囲に記載の操舵角指令値演算ユニットとして機能する。車両制御演算部１５は、ナビゲーションシステム３から送信された位置信号、車両センサ４から送信された走行状態信号、車両の横力及び目標軌跡に基づいて、車両を制御するための制御指令値を演算する。車両制御演算部１５は、演算した制御指令値を制御信号として車両制御部５に送信する。

ここで、車両制御演算部１５における制御指令値の演算のうち操舵角指令値の演算について詳細に説明する。

図２は、第１の実施形態に係る操舵角指令値の演算を説明するための図である。図２において、Ｖは車速（ｍ／ｓ）、κは目標軌跡の曲率（１／ｍ）、ｄκは目標軌跡の曲率変化率（１／ｍ／ｓ）、ｔは車両がクロソイド区間に入ってからの経過時間（ｓ）、δＴは操舵角指令値（ｒａｄ）を示している。図２に示すように、車両制御演算部１５は、車速Ｖ、目標軌跡の曲率κ及び曲率変化率ｄκ、車両がクロソイド区間に入ってからの経過時間ｔを下記の式（１）に代入することにより、目標軌跡上の任意の地点における操舵角指令値δＴを演算する。車速Ｖとしては、例えば従来の方法により現在の車速に基づいて演算された将来値が用いられる。

なお、上記の式（１）におけるＣ１，Ｃ２，Ｃ６は、車両諸元及び車両の走行状態から求められる値であり、下記の式（２）〜（４）により表される。ここで、ｍは車両重量（ｋｇ）、Ｌはホイールベース（ｍ）、ｌｆは車両の前車軸と車両重心との最短距離（ｍ）、ｌｒは車両の後車軸と車両重心との最短距離（ｍ）、Ｋｆは車両を２輪モデルとして考えた場合の前輪の横力（Ｎ／ｒａｄ）、Ｋｒは車両を２輪モデルとして考えた場合の後輪の横力（Ｎ／ｒａｄ）をそれぞれ示している。Ｋｆ，Ｋｒは、横力演算部１４によって演算された値である。

上記の式（１）は、曲率変化率が一定であるというクロソイド曲線の特性に基づいて作成されている。具体的には、操舵速度が一定となるクロソイド曲線に沿った車両走行におけるヨーレート及びスリップ角の変化が１次増加であることに着目することにより、ヨーレートと操舵角の関係式及びスリップ角と操舵角の関係式が立てられる。その後、ヨーレートと操舵角の関係式及びスリップ角と操舵角の関係式を既知の手法により整理することで式（１）が得られる。

次に、上述した第１の実施形態に係る車両制御装置１のＥＣＵ２が実行する処理について図面を参照して説明する。

図３に示されるように、ＥＣＵ２の目標軌跡設定部１１は、まずナビゲーションシステム３から送信された目的地信号を受信する（Ｓ１）。目標軌跡設定部１１は、受信した目的地信号に基づいて車両の目的地を認識する。また、目標軌跡設定部１１は、ナビゲーションシステム３から送信された位置信号に基づいて現在の車両の位置を認識する。その後、目標軌跡設定部１１は、現在の車両の位置から目的地に至る目標軌跡を設定する（Ｓ２）。

目標軌跡が設定されると、クロソイド区間設定部１２は、目標軌跡のうち曲率変化率ｄκが一定の区間をクロソイド区間として設定する（Ｓ３）。その後、横力演算部１４は、車両センサ４から送信された走行状態信号に含まれるスリップ角βに基づいて車両の横力Ｋｆ，Ｋｒを演算する（Ｓ４）。

Ｓ５において、車両制御演算部１５は、ナビゲーションシステム３から送信された位置信号、車両センサ４から送信された走行状態信号、経過時間ｔ、車両の横力Ｋｆ，Ｋｒ及び目標軌跡に基づいて制御指令値の演算を行う。ここで、車両制御演算部１５は、車速Ｖ、目標軌跡の曲率κ及び曲率変化率ｄκ、車両がクロソイド区間に入ってからの経過時間ｔを式（１）に代入することにより、操舵角指令値δＴの演算を行う。車両制御演算部１５は、操舵角指令値δＴを含む制御指令値を制御信号として車両制御部５に送信する。車両制御部５は、車両制御演算部１５から送信された制御信号に応じて車両を制御する。

以上説明した第１の実施形態に係る車両制御装置１によれば、目標軌跡とクロソイド区間に車両が入ってからの経過時間ｔとに基づいて操舵角指令値を演算することにより、直線区間等の曲率変化のない区間から曲率の変化するクロソイド区間に車両が進入した際の制御遅れに起因する過渡的な操舵制御の乱れを考慮した車両制御が実現できる。具体的には、車両が直線や曲率が一定の円弧曲線の区間からクロソイド区間に進入すると、曲率変化率ｄκの急な変化に起因して制御遅れが生じる。この制御遅れによる操舵制御の乱れは時間の経過に伴って小さくなるため、制御遅れによる影響を抑制する項に経過時間ｔを利用した式（１）を用いることで、過渡的な操舵制御の乱れを抑制可能な操舵角指令値δＴの演算を行うことができる。従って、この車両制御装置１によれば、クロソイド区間進入時における車両制御の乱れを抑制することが可能となるので、車両制御に係る信頼性の向上を図ることができる。

図４は、式（１）を用いた操舵角指令値δＴの演算結果を示す図である。図４では、目標軌跡のうち直線区間からクロソイド区間にかけて車両が走行する場合における曲率κ及び曲率変化率ｄκの変化と操舵角指令値δＴの演算結果とを示している。なお、車速Ｖは一定の値とし、経過時間ｔは車速Ｖに対応した値を用いている。図４に示されるように、この車両制御装置１によれば、直線区間等の曲率変化のない区間から曲率の変化するクロソイド区間に車両が進入した際に生じる過渡的な操舵制御の乱れを考慮して経過時間ｔを利用した式（１）を用いて操舵角指令値δＴを演算しているので、曲率κ及び曲率変化率ｄκが大きく変化するクロソイド区間進入時に生じる制御遅れの影響を適切に抑制することができる。従って、この車両制御装置１によれば、クロソイド区間進入時に生じる制御遅れの影響を適切に抑制することができるので、車両制御に係る信頼性の向上を図ることができる。

さらに、この車両制御装置１では、式（１）を用いて直接的に操舵角指令値δＴを求めているので、目標軌跡の曲率κ等と操舵角指令値δＴとを関連付けたマップを利用して操舵角指令値δＴを求める場合と比べて必要な記憶量が少なく、大幅な省メモリ化を実現することができる。また、この車両制御装置１では、式（１）から解析的に操舵角指令値δＴを求めることができるので、解を得られるか否かが不確定な収束演算を利用して操舵角指令値δＴを求める場合と異なり確実に解を求めることができる。このことは車両制御装置１の車両制御に係る信頼性の向上に寄与する。

また、この車両制御装置１では、車両におけるスリップ角に対する横力の特性を利用した収束演算を行うことで横力Ｋｆ、Ｋｒを求めているので、従来の方法によりスリップ角βｆ，βｒから横力Ｋｆ、Ｋｒを線形的に求める場合と比べて、より高精度な横力Ｋｆ、Ｋｒの演算が実現できる。従って、この車両制御装置１によれば、精度良く演算された横力に基づいて操舵角指令値の演算精度の向上を図ることができる。しかも、この車両制御装置１では、収束演算により横力Ｋｆ、Ｋｒを求めることで、従来の方法により横力Ｋｆ、Ｋｒを線形的に求める場合と異なり、スリップ角が大きくタイヤの非線形性が強い条件下であっても精度の高い横力Ｋｆ，Ｋｒを求めることができるので、スリップ角βｆ，βｒの値が大きくタイヤの非線形性が強い条件下であっても目標軌跡に沿った車両制御（トレース）を確保することができる。また、この車両制御装置１によれば、予め記憶されたマップを利用して横力Ｋｆ、Ｋｒを求める場合と比べて省メモリ化を図ることができる。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る車両制御装置２１について図面を参照して説明する。第２の実施形態に係る車両制御装置２１は、第１の実施形態に係る車両制御装置１と比べて、目標軌跡のうち曲率κが一定の円弧区間における操舵角指令値δＴの演算方法が異なっている。具体的には、図５に示されるように、第２の実施形態に係る車両制御装置２１のＥＣＵ２２は、第１の実施形態に係るＥＣＵ２と比べて、経過時間演算部１３を有さない点と、クロソイド区間設定部１２に換えて円弧区間設定部２３を有する点と、円弧区間用マップ記憶部２４を有する点と、車両制御演算部２５の機能とが異なっている。

ＥＣＵ２２の円弧区間設定部２３は、目標軌跡設定部１１が設定した目標軌跡のうち曲率κが一定の区間を円弧区間として設定する。円弧区間設定部２３は、請求の範囲に記載の円弧区間設定ユニットとして機能する。円弧区間用マップ記憶部２４は、円弧区間における車両の操舵角指令値δＴの演算に用いる円弧区間用マップを記憶している。円弧区間用マップとは、円弧区間における曲率κとする操舵角指令値δＴとを関係付けたものである。円弧区間用マップ記憶部２４は、請求の範囲に記載の円弧区間用マップ記憶ユニットとして機能する。

第２の実施形態に係るＥＣＵ２２の車両制御演算部２５は、円弧区間用マップを用いて円弧区間における操舵角指令値δＴの演算を行う（図６参照）。この円弧区間用マップから得られる操舵角指令値δＴを用いて車両を制御することにより、所定の曲率の円弧区間に沿った車両の走行が実現される。

以下、第２の実施形態に係る円弧区間用マップの作成手順について図７を参照して説明する。

図７に示されるように、円弧区間用マップは、下記の式（５）、（６）を利用した収束演算により作成される。ここで、δＴ０は任意の値を指定した指定操舵角指令値、βは車両重心におけるスリップ角（ｒａｄ）、γは車両のヨーレート（ｒａｄ／ｓ）、Ｋｆは車両を２輪モデルとして考えた場合の前輪の横力（Ｎ／ｒａｄ）、Ｋｒは車両を２輪モデルとして考えた場合の後輪の横力（Ｎ／ｒａｄ）Ｌは車両のホイールベース（ｍ）、ｍは車両重量（ｋｇ）、ｌｆは車両の前車軸と車両重心との最短距離（ｍ）、ｌｒは車両の後車軸と車両重心との最短距離（ｍ）をそれぞれ示している。

上記の式（５）、（６）において、車両重量ｍ、ホイールベースＬ、車両の前車軸と車両重心との最短距離ｌｆ、車両の後車軸と車両重心との最短距離ｌｒは車両諸元から導かれる既知の値である。ここで、指定操舵角指令値δＴ０及び車速Ｖを所定値とすると、式（５）はスリップ角βと横力Ｋｆ，Ｋｒとの関係を示す式とみなせる。また、実際の車両試験の結果に基づいて作成されたマップＭ１，Ｍ２を用いることでスリップ角βから横力Ｋｆ，Ｋｒが求められる。マップＭ１は、前輪におけるスリップ角βｆと前輪にかかる横力Ｋｆとを関連付けたものである。マップ２は、後輪におけるスリップ角βｒと後輪にかかる横力Ｋｒとを関連付けたものである。前輪におけるスリップ角βｆと後輪におけるスリップ角βｒとは、車両重心におけるスリップ角βから従来の方法により求められる。

以上説明したスリップ角βと横力Ｋｆ，Ｋｒとの関係を示す式（５）と、マップＭ１，Ｍ２とを利用してスリップ角βについての収束演算を行うことで、所定の指定操舵角指令値δＴ０及び車速Ｖの組み合わせに対応するスリップ角βが解として得られる。また、スリップ角βと共に横力Ｋｆ，Ｋｒも定まるため、式（６）からヨーレートγが求められる。これらのスリップ角β、ヨーレートγ、及び車速Ｖを満たす車両の走行軌跡の曲率は記号κを用いて下記の式（７）で表すことができる。ここで、ｄβはスリップ角βの微分値である。そして、この式（７）を用いて曲率κを求めることで、所定の指定操舵角指令値δＴ０に対応する曲率κを得ることができる。

以上説明した手順を様々な値の指定操舵角指令値δＴ０について行うことで、円弧区間における曲率κとそれに対応する操舵角指令値δＴとを関係付けた円弧区間用マップを作成することができる。また、円弧区間用マップは車速Ｖの値に対応して複数作成される。

図８は、この円弧区間用マップを用いた第２の実施形態に係る操舵角指令値δＴの演算結果を示す図である。図８では、目標軌跡のうち直線区間からクロソイド区間にかけて車両が走行する場合における曲率κの変化及び操舵角指令値δＴの演算結果を示している。なお、車速Ｖは一定である。図８に示されるように、円弧区間用マップを利用して操舵角指令値δＴの演算を行うことで滑らかな車両の操舵制御が実現される。

次に、上述した第２の実施形態に係る車両制御装置２１のＥＣＵ２２が実行する処理について図面を参照して説明する。

図９に示されるように、ＥＣＵ２２の目標軌跡設定部１１は、まずナビゲーションシステム３から送信された目的地信号を受信する（Ｓ１１）。目標軌跡設定部１１は、受信した目的地信号及び位置信号に基づいて車両の目的地及び現在の車両の位置を認識する。その後、目標軌跡設定部１１は、現在の車両の位置から目的地に至る目標軌跡を設定する（Ｓ１２）。目標軌跡が設定されると、円弧区間設定部２３は、目標軌跡のうち曲率κが一定の区間を円弧区間として設定する（Ｓ１３）。

Ｓ１４において、車両制御演算部２５は、ナビゲーションシステム３から送信された位置信号、車両センサ４から送信された走行状態信号、及び目標軌跡に基づいて、制御指令値の演算を行う。ここで、車両制御演算部２５は、円弧区間用マップを利用して円弧区間内における操舵角指令値δＴの演算を行う。この円弧区間用マップは、対応する車速Ｖに応じて切り替えられる。車両制御演算部２５は、操舵角指令値δＴを含む制御指令値を制御信号として車両制御部５に送信する。車両制御部５は、車両制御演算部２５から送信された制御信号に応じて車両を制御する。

以上説明した第２の実施形態に係る車両制御装置２１によれば、円弧区間用マップを利用して車両制御を行うことで、円弧区間における車両制御の演算量の低減を図ることが可能になる。また、円弧区間用マップの精度を向上させることにより、円弧区間における車両制御の信頼性の向上を図ることができる。しかも、この車両制御装置２１では、実際の車両試験の結果に基づいて作成されたマップＭ１，Ｍ２を用いた上記作成手順により円弧区間用マップを作成しているので、スリップ角βの値が大きくタイヤの非線形性が強い条件下であっても目標軌跡に沿った車両制御を確保することができる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態に係る車両制御装置３１について図面を参照して説明する。第３の実施形態に係る車両制御装置３１は、第１の実施形態に係る車両制御装置１と比べて、クロソイド区間における操舵角指令値δＴの演算方法が異なっている。具体的には、図１０に示されるように、第３の実施形態に係る車両制御装置３１のＥＣＵ３２は、第１の実施形態に係るＥＣＵ２と比べて、経過時間演算部１３を有さない点と、クロソイド区間用マップ記憶部３３を有する点と、車両制御演算部３４の機能とが異なっている。

第３の実施形態に係るＥＣＵ３２のクロソイド区間用マップ記憶部３３は、クロソイド区間における車両の操舵角指令値δＴの演算に用いるクロソイド区間用マップを記憶している。クロソイド区間用マップとは、クロソイド区間における曲率κ及び曲率変化率ｄκの組み合わせと操舵角指令値δＴとを関係付けたものである。クロソイド区間用マップ記憶部３３は、請求の範囲に記載のクロソイド区間用マップ記憶ユニットとして機能する。

車両制御演算部３４は、クロソイド区間用マップを用いてクロソイド区間における操舵角指令値δＴの演算を行う（図１１参照）。このクロソイド区間用マップから得られる操舵角指令値δＴを用いて車両を制御することにより、所定の曲率変化率のクロソイド区間に沿った車両の走行が実現される。

以下、第３の実施形態に係るクロソイド区間用マップの作成手順について図１２を参照して説明する。

図１２に示されるように、クロソイド区間用マップは、下記の式（８）〜（１０）を利用した収束演算により作成される。ここで、Ｉは車両のヨー慣性モーメント、ｄγは車両のヨーレートの微分値をそれぞれ示している。その他の記号については、第２の実施形態の式（５）〜（７）の場合と同様のため説明を省略する。

上記の式（８）〜（１０）において、ヨー慣性モーメントＩ、車両重量ｍ、ホイールベースＬ、車両の前車軸と車両重心との最短距離ｌｆ、車両の後車軸と車両重心との最短距離ｌｒは車両諸元から導かれる既知の値である。ここで、指定操舵角指令値δＴ０及び車速Ｖを所定値とすると、式（８）〜（１０）はスリップ角β及びヨーレートγと、スリップ角βの微分値ｄβ及びヨーレートγの微分値ｄγと、横力Ｋｆ，Ｋｒとの関係を示す２次の行列式とみなせる。そして、これらの式（８）〜（１０）と、第２の実施形態と同じく実際の車両試験の結果に基づいて作成されたマップＭ１，Ｍ２とを利用してスリップ角βについての収束演算を行うことで、任意の指定操舵角指令値δＴ０及び車速Ｖの組み合わせに対応するスリップ角β及びその微分値ｄβが解として得られる。なお、図７に示す記号∫は積分処理を行うことを示している。

また、スリップ角βと共に横力Ｋｆ，Ｋｒも定まるため、式（８）〜（１０）からヨーレートγ及びその微分値ｄγが求められる。これらのスリップ角の微分値ｄβ、ヨーレートγ、及び車速Ｖを満たす車両の走行軌跡の曲率は記号κを用いて下記の式（１１）で表される。これにより所定の指定操舵角指令値δＴ０に対応する曲率κを求めることができる。

以上説明した手順を様々な値の指定操舵角指令値δＴ０について行うことで、それぞれの指定操舵角指令値δＴ０に対応する曲率κの値が求められる。そして、指定操舵角指令値δＴ０の値を１次増加等の様々なパターンで与えることで、１サンプリング前の曲率κと今回の演算の曲率κとの値の変化から曲率変化率ｄκが求められる。このようにしてクロソイド区間における曲率κ及び曲率変化率ｄκの組み合わせと操舵角指令値δＴとを関係付けたクロソイド区間用マップを作成することができる。また、クロソイド区間用マップは車速Ｖの値に対応して複数作成される。

図１３は、このクロソイド区間用マップを用いた第３の実施形態に係る操舵角指令値δＴの演算結果を示す図である。図１３では、目標軌跡のうち直線区間からクロソイド区間にかけて車両が走行する場合における曲率κ及び曲率変化率ｄκの変化と操舵角指令値δＴの演算結果とを示している。なお、車速Ｖは一定である。図１３に示されるように、クロソイド区間用マップを利用して操舵角指令値δＴの演算を行うことでクロソイド区間における滑らかな車両の操舵制御が実現される。

次に、上述した第３の実施形態に係る車両制御装置３１のＥＣＵ３２が実行する処理について図面を参照して説明する。

図１４に示されるように、ＥＣＵ３２の目標軌跡設定部１１は、まずナビゲーションシステム３から送信された目的地信号を受信する（Ｓ２１）。目標軌跡設定部１１は、受信した目的地信号及び位置信号に基づいて車両の目的地及び現在の車両の位置を認識する。その後、目標軌跡設定部１１は、現在の車両の位置から目的地に至る目標軌跡を設定する（Ｓ２２）。目標軌跡が設定されると、円弧区間設定部２３は、目標軌跡のうち曲率変化率ｄκが一定の区間をクロソイド区間として設定する（Ｓ２３）。

Ｓ２４において、車両制御演算部２５は、ナビゲーションシステム３から送信された位置信号、車両センサ４から送信された走行状態信号、及び目標軌跡に基づいて、制御指令値の演算を行う。ここで、車両制御演算部２５は、円弧区間用マップを利用して円弧区間内における操舵角指令値δＴの演算を行う。この円弧区間用マップは、対応する車速Ｖに応じて切り替えられる。車両制御演算部２５は、操舵角指令値δＴを含む制御指令値を制御信号として車両制御部５に送信する。車両制御部５は、車両制御演算部２５から送信された制御信号に応じて車両を制御する。

以上説明した第３の実施形態に係る車両制御装置３１によれば、クロソイド区間用マップを利用して車両制御を行うことで、クロソイド区間における車両制御の演算量の低減を図ることが可能になる。また、クロソイド区間用マップの精度を向上させることにより、クロソイド区間における車両制御の信頼性の向上を図ることができる。しかも、この車両制御装置３１では、実際の車両試験の結果に基づいて作成されたマップＭ１，Ｍ２を用いた上記作成手順によりクロソイド区間用マップを作成しているので、スリップ角βの値が大きくタイヤの非線形性が強い条件下であっても目標軌跡に沿った車両制御を確保することができる。

以上、本発明の好適な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ものではない。例えば、上記第１〜第３の実施形態を適宜組み合わせて用いても良く、全ての実施形態の構成を併せ持っている態様であっても良い。また、目標軌跡とクロソイド区間に車両が入ってからの経過時間ｔとに基づく操舵角指令値の演算は上記式（１）を用いたものに限られない。

また、第１の実施形態に係る横力演算部１４は、収束演算により横力を演算する態様に限られない。例えば、横力演算部１４は、従来の方法によりスリップ角から横力を線形的に求める態様であっても良い。また、横力演算部１４は、車両におけるスリップ角と横力とを関係付けたマップを利用して横力を求める態様であっても良い。

本発明は目標軌跡に沿って車両を制御する車両制御装置に利用可能である。

１、２１、３１…車両制御装置 ３…ナビゲーションシステム ４…車両センサ ５…制御部 １１…目標軌跡設定部 １２…クロソイド区間設定部 １３…経過時間演算部 １４…横力演算部 １５、２５、３４…車両制御演算部 ２３…円弧区間設定部 ２４…円弧区間用マップ記憶部 ３３…クロソイド区間用マップ記憶部

Claims (5)

1. 目標軌跡に沿って車両を制御する車両制御装置であって、
   前記車両の目標軌跡を設定する目標軌跡設定ユニットと、
   前記目標軌跡設定ユニットが設定した前記目標軌跡のうち曲率変化率が一定のクロソイド区間を設定するクロソイド区間設定ユニットと、
   前記クロソイド区間に前記車両が入ってからの経過時間を演算する経過時間演算ユニットと、
   前記目標軌跡設定ユニットが設定した前記目標軌跡と前記経過時間演算ユニットが演算した前記経過時間とに基づいて、前記車両の操舵制御に用いる操舵角指令値を演算する操舵角指令値演算ユニットと、
   を備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 前記車両のスリップ角を検出するスリップ角検出ユニットと、
   前記スリップ角検出ユニットの検出した前記スリップ角に基づいて前記車両にかかる横力を演算する横力演算ユニットと、を更に備え、
   前記横力演算ユニットは、前記車両における前記スリップ角に対する前記横力の特性を利用した収束演算により前記横力を演算し、
   前記操舵角指令値演算ユニットは、前記横力演算ユニットが演算した前記横力に基づいて前記操舵角指令値を演算することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記クロソイド区間における曲率と曲率変化率との組み合わせと前記操舵角指令値とを関係付けたクロソイド区間用マップを記憶したクロソイド区間マップ記憶ユニットを更に備え、
   前記操舵角指令値演算ユニットは、前記クロソイド区間用マップを用いて前記操舵角指令値を演算することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両制御装置。
4. 前記目標軌跡のうち曲率が一定の円弧区間を設定する円弧区間設定ユニットと、
   前記円弧区間における前記曲率と前記操舵角指令値とを関係付けた円弧区間用マップを記憶する円弧区間用マップ記憶ユニットと、を更に備え、
   前記操舵角指令値演算ユニットは、前記円弧区間用マップを用いて前記操舵角指令値を演算することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の車両制御装置。
5. 前記操舵角指令値演算ユニットは、次の式（１）を用いて前記操舵角指令値を演算することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の車両制御装置。
   

   

   前記式（１）において、δＴは前記操舵角指令値、Ｖは前記車両の車速、κは前記目標軌跡の曲率、ｄκは前記目標軌跡の曲率変化率、ｔは前記経過時間、Ｃ１は次の式（２）で表される係数、Ｃ２は次の式（３）で表される係数、Ｃ６は次の式（４）で表される係数である。
   

   

   前記式（２）〜（４）において、ｍは前記車両の重量、Ｌは前記車両のホイールベース、ｌｆは前記車両の前車軸と前記車両の重心との距離、ｌｒは前記車両の後車軸と前記車両の重心との距離、Ｋｆは前記車両の前輪の横力、Ｋｒは前記車両の後輪の横力である。

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