JP5692044B2 - 車両状態量推定装置、車両用操舵制御装置 - Google Patents
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Description
車両に搭載され、車両に関する観測を行い観測量を出力する複数の観測手段と、
前記複数の観測手段により出力される観測量の信頼度を、観測量毎に算出する信頼度算出手段と、
前記観測手段により出力された観測量、及び前記信頼度算出手段により算出された観測量の信頼度を推定モデルに入力して車両の状態量を推定する推定手段と、
を備える車両状態量推定装置であって、
前記複数の観測手段には、同一種類の観測量を複数出力可能な観測手段が含まれ、
前記信頼度算出手段は、前記同一の観測手段により出力された同一種類の複数の観測量を含めた複数の観測量について信頼度を算出し、
前記推定手段は、前記同一の観測手段により出力された同一種類の複数の観測量のそれぞれを前記推定モデルに入力して車両の状態量を推定することを特徴とする、
車両状態量推定装置である。
前記推定モデルは、カルマンフィルタであり、
該カルマンフィルタにおける観測方程式の各行列は、前記同一の観測手段により出力された複数の観測量を含めた複数の観測量分の行数を有し、前記同一の観測手段により出力された複数の観測量に対応する行は同一の成分を有することを特徴とするものとしてもよい。
前記観測方程式には、前記複数の観測値の観測誤差の標準偏差の項が追加され、
該標準偏差は、前記信頼度算出手段により算出された信頼度が低くなる程、大きく設定されることを特徴とするものとしてもよい。
前記複数の観測手段は、車両の周囲の道路を撮像して道路区画線を認識し、走行車線と車両の位置関係を前記観測量として出力する手段を含み、
前記推定手段は、走行車線と車両の位置関係を前記車両の状態量として推定する手段であるものとしてもよい。
前記複数の観測手段が出力する観測量は、横偏差、道路曲率、及びヨー角のいずれかを含み、
前記推定手段が出力する車両の状態量は、車両重心の横偏差、横方向速度、ヨー角、及びヨーレートのいずれかを含むものとしてもよい。
本発明の第1の態様の車両状態量推定装置と、
該車両状態量推定装置によって推定された車両の状態量に基づいて操舵制御を行う制御装置と、
を備える車両用操舵制御装置である。
以下、図面を参照し、本発明の一実施例に係る車両用状態量推定装置、及びこれを利用した車両用操舵制御装置について説明する。
これらのカメラセンサやヨーレートセンサ等は、誤差が重畳することが想定される。そこで、本実施例の車両用状態量推定装置1は、各センサの出力する観測量(前方カメラセンサ10のように複数セットの観測量を出力する場合は、各観測量)に対応した単体信頼度算出部10Aa〜14Aを備える。観測量毎の単体信頼度は、総合信頼度算出部31によって各センサの観測量毎の総合信頼度に加工された上で、カルマンフィルタ処理部32に供給される。
(定義、原理等)
カルマンフィルタ処理部32は、各センサにより出力された観測量、及び観測量毎の信頼度をカルマンフィルタに入力して車両の状態量を推定する。車両の状態量には、車両重心の横偏差(基準位置からの変位)、車両の横方向速度、ヨー角、及びヨーレートが含まれる。
(観測量)T=C・(状態量)T+D・(入力量(影響因子))T+(観測誤差標準偏差) …(2)
・η :車両重心の横偏差
・η`:車両重心の横方向速度
・θ :ヨー角
・γ :ヨーレート(状態量)
・γy:ヨーレート(観測量)
・δ :操舵角
・κ :道路曲率
・α :カント角
・Dfr1、Dfr2、Drr、Dsr、Dsl:横偏差(観測値)
・wη,wη`,wθ,wγ:状態量のシステム雑音
・V :車速
・g :重力加速度
・m :車両質量
・I :ヨー慣性モーメント
・Kf,Kr :前・後輪のコーナリングパワー
・lf,lr :重心と前・後輪との間の距離
・L :重心から車両前端までの距離
システム雑音の標準偏差を成分とする行列Qkと、観測誤差標準偏差を成分とする行列Rkの関係は、次式(5)で表される。式(5)におけるEは、相関演算を意味する記号であり、δtτは、クロネッカーのデルタを意味する記号である。t=τのときにはδtτ=1であり、t=τではないときにはδtτ=0である。
カルマンフィルタ処理部32は、状態方程式(3)と観測方程式(4)を解くために、次式(12)で表されるフィルタ方程式を設定する。式中、「ハットx」は、xの推定値であることを示す。また、KK(t)は、今回のカルマンゲインである。カルマンフィルタ処理部32は、まず、観測方程式(4)の行列C、式(7)の行列RK、及び前回予測された推定誤差共分散行列PK(t/t−1)を式(10)に適用し、今回のカルマンゲインKK(t)を求める。そして、カルマンフィルタ処理部32は、今回の観測量y(t)と前回予測した状態量x(t/t−1)を用いて、式(12)により今回の状態量x(t)を決定する。また、カルマンフィルタ処理部32は、上式(9)を解き、今回の推定誤差共分散行列PK(t/t)を求めておく。以上の処理を処理Aとする。
操舵制御用ECU40は、車両用状態量推定装置1のカルマンフィルタ処理部32が出力した状態量(η、η’、θ、γ)に基づき、アクチュエータ41を制御する。アクチュエータ41は、例えば、コラムハウジング部に取り付けられた直流モータであり、車両の操舵に必要なトルクを出力して運転者のステアリング操作をアシストする。アクチュエータ41が出力するトルクは、ウォームギヤ及びホイールギヤによって偏向されると共に減速されてラックバーに伝達され、キングピンを支点として回転するナックルアームを回動させ、最終的に車輪の向きを変える。
10 前方カメラセンサ
11 後方カメラセンサ
12 右側方カメラセンサ
13 左側方カメラセンサ
14 ヨーレートセンサ
10Aa〜13A 単体信頼度算出部
20 操舵角センサ
21 ナビゲーション装置
30 推定処理用ECU
31 総合信頼度算出部
32 カルマンフィルタ処理部
40 操舵制御用ECU
41 アクチュエータ
100 車両用操舵制御装置
Claims (6)
- 車両に搭載され、車両に関する観測を行い観測量を出力する複数の観測手段と、
前記複数の観測手段により出力される観測量の信頼度を、観測量毎に算出する信頼度算出手段と、
前記観測手段により出力された観測量、及び前記信頼度算出手段により算出された観測量の信頼度を推定モデルに入力して車両の状態量を推定する推定手段と、
を備える車両状態量推定装置であって、
前記複数の観測手段には、同一種類の観測量を複数出力可能な観測手段が含まれ、
前記信頼度算出手段は、前記同一の観測手段により出力された同一種類の複数の観測量を含めた複数の観測量について信頼度を算出し、
前記推定手段は、前記同一の観測手段により出力された同一種類の複数の観測量のそれぞれを前記推定モデルに入力して車両の状態量を推定することを特徴とする、
車両状態量推定装置。 - 請求項1に記載の車両状態量推定装置であって、
前記推定モデルは、カルマンフィルタであり、
該カルマンフィルタにおける観測方程式の各行列は、前記同一の観測手段により出力された複数の観測量を含めた複数の観測量分の行数を有し、前記同一の観測手段により出力された複数の観測量に対応する行は同一の成分を有することを特徴とする、
車両状態量推定装置。 - 請求項2に記載の車両状態量推定装置であって、
前記観測方程式には、前記複数の観測値の観測誤差の標準偏差の項が追加され、
該標準偏差は、前記信頼度算出手段により算出された信頼度が低くなる程、大きく設定されることを特徴とする、
車両状態量推定装置。 - 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の車両状態量推定装置であって、
前記複数の観測手段は、車両の周囲の道路を撮像して道路区画線を認識し、走行車線と車両の位置関係を前記観測量として出力する手段を含み、
前記推定手段は、走行車線と車両の位置関係を前記車両の状態量として推定する手段である、
車両状態量推定装置。 - 請求項4項に記載の車両状態量推定装置であって、
前記複数の観測手段が出力する観測量は、横偏差、道路曲率、及びヨー角のいずれかを含み、
前記推定手段が出力する車両の状態量は、車両重心の横偏差、横方向速度、ヨー角、及びヨーレートのいずれかを含む、
車両状態量推定装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の車両状態量推定装置と、
該車両状態量推定装置によって推定された車両の状態量に基づいて操舵制御を行う制御装置と、
を備える車両用操舵制御装置。
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