JP6610448B2 - 走行制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、走行制御装置に関する。
従来、運転者による運転操作に関わらず車両を所定の目標軌跡に沿って自動走行させるため、目標軌跡に対応した操舵トルクを発生させる旨の指令を自動で車両に与える技術が知られている。
特開2012−11863号公報
一般に、車両に指令を与えても、当該指令に応じて車両が実際に挙動を開始するまでには、タイムラグ(挙動応答遅れ)が発生する。従来では、このような挙動応答遅れが考慮されていなかったため、目標軌跡に対応した操舵トルクを発生させる旨の指令を車両に与えても、挙動応答遅れに起因して、所望の操舵トルクが得られず、車両を目標軌跡に沿って走行させることができない場合があった。
そこで、本発明の課題の一つは、車両をより正確に目標軌跡に沿って走行させることが可能な走行制御装置を提供することである。
本発明による走行制御装置は、たとえば、車両を現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する第1演算部と、少なくとも車両の挙動応答遅れを考慮して、車両が現在位置から目標位置に到達するまでの間に車両の操舵機構が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する第2演算部と、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合に、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、車両の複数の車輪の各々に対応して設けられるブレーキ装置に独立した制動力を発生させるブレーキ指令を出力する出力部と、を備え、挙動応答遅れは、車両の運動特性に基づく第1の遅れと、操舵機構の機械的または電気的な動作に基づく第2の遅れと、を含み、第2演算部は、第1の遅れと、第2の遅れと、操舵機構が車両の状態に応じて発揮可能な操舵能力と、を考慮して、限界モーメントを算出し、車両の状態は、車両の現在の舵角を含み、操舵能力は、車両の現在の舵角との関係で決定される、操舵機構が車両に付与可能な最大の舵角を含む。これにより、少なくとも挙動応答遅れに起因して旋回モーメントが不足している場合、不足分の旋回モーメントを、比較的応答性の高いブレーキ装置を用いて補償することができるので、車両をより正確に目標軌跡に沿って走行させることができる。また、挙動応答遅れと、操舵機構の操舵能力とを考慮して、限界モーメントをより正確に算出することができる。また、操舵機構の操舵能力をより正確に評価することができる。
図1は、実施形態による走行制御装置を備えた車両の概略的構成を示した例示的なブロック図である。 図2は、実施形態による走行制御装置の機能的構成を示した例示的なブロック図である。 図3は、実施形態において実現される軌跡追従制御を説明するための例示的な図である。 図4は、実施形態による走行制御装置が実行する処理を示した例示的なフローチャートである。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果(効果)は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。
図1は、実施形態による走行制御装置10を備えた車両Vの概略的構成を示した例示的なブロック図である。図1に示されるように、車両Vは、左右2つの前輪FLおよびFRと、左右2つの後輪RLおよびRRと、を有した4輪の自動車である。以下では、前輪FLおよびFRと後輪RLおよびRRとを総称して「車輪」と記載することがある。車両Vには、走行制御装置10と、操舵機構20と、ブレーキ機構30と、が主として設けられている。
操舵機構20は、運転者による操舵または走行制御装置10からの操舵指令に基づいて、車両Vの操舵角を制御(変更または維持)する。図1の例では、車両Vの操舵角は、操舵輪である前輪FLおよびFRの切れ角に対応する。
図1に例示された操舵機構20は、車両Vの操舵角の制御をラックバー41およびピニオンシャフト42を用いて実現する、いわゆるラックアンドピニオン型の操舵機構である。つまり、図1の例では、ピニオンシャフト42の回転などが発生すると、それに応じてラックバー41が往復移動する。そして、ラックバー41が往復移動すると、当該ラックバー41に接続されたタイロッド43が搖動し、車両Vの操舵輪(前輪FLおよびFR)が転舵する。
より具体的に、実施形態による操舵機構20は、ステアリングホイール21と、舵角可変装置22と、パワーステアリング装置23と、を主として備える。
ステアリングホイール21は、運転者による操舵を受け付け可能に構成されている。ステアリングホイール21は、アッパシャフト44と、舵角可変装置22と、ロアシャフト45と、を介してピニオンシャフト42に接続されている。
舵角可変装置22は、走行制御装置10からの指令に応じて動作する電動機(不図示)を有し、当該電動機により、運転者によるステアリングホイール21の操舵に依存せず、車両Vの操舵角を制御可能に構成されている。舵角可変装置22は、アッパシャフト44を介してステアリングホイール21に接続され、ロアシャフト45を介してピニオンシャフト42に接続されている。
パワーステアリング装置23は、運転者によるステアリングホイール21の操舵に応じて発生する操舵トルクを増幅し、運転者による操舵のアシストを実行可能に構成されている。パワーステアリング装置23は、走行制御装置10からの指令に応じて動作する電動機51と、当該電動機51で発生する回転トルクをラックバー41の往復方向の力に変換する変換機構52と、を備える。
なお、図1の例では、アッパシャフト44には、当該アッパシャフト44の回転角度を運転者が要求した操舵角θとして検出する操舵角センサ61と、アッパシャフト44の回転により発生するトルクを運転者が入力した操舵トルクThdとして検出する操舵トルクセンサ62と、が設けられている。また、舵角可変装置22には、アッパシャフト44に対するロアシャフト45の相対的な回転角度θreを検出する回転角度センサ63が設けられている。これらのセンサによる検出結果は、走行制御装置10に入力される。
ブレーキ機構30は、運転者によるブレーキ操作または走行制御装置10からのブレーキ指令に基づいて、車両Vに発生させる制動力を制御する。ブレーキ機構30は、ブレーキペダル31と、マスタシリンダ32と、油圧回路33と、4つのホイールシリンダ34と、を備える。
ブレーキペダル31は、運転者によるブレーキ操作(踏み込み操作または踏み戻し操作)を受け付ける。マスタシリンダ32は、運転者の踏力を油圧に変換する。油圧回路33は、マスタシリンダ32の油圧を4つのホイールシリンダ34に配分する。なお、油圧回路33は、オイルリザーバやオイルポンプや弁など(いずれも不図示)を備え、走行制御装置10からの指令に応じて、ホイールシリンダ34の油圧を増圧または減圧することが可能に構成されている。ホイールシリンダ34は、油圧回路33から配分された油圧に基づいて動作することで車輪に摩擦力などを発生させ、車両Vに制動力を発生させる。
走行制御装置10は、操舵機構20およびブレーキ機構30にそれぞれ操舵指令およびブレーキ指令を出力することで、車両Vの走行を制御する。走行制御装置10は、操舵機構20を制御する操舵ECU(Electronic Control Unit)や、ブレーキ機構30を制御するブレーキECUなどといった、複数のECUとして構成されてもよいし、操舵機構20やブレーキ機構30などを統括的に制御する単一のECUとして構成されてもよい。
ここで、実施形態による走行制御装置10は、たとえば先行車両を緊急に回避することが必要な場合などにおいて、車両Vを運転者による操舵に関わらず所定の目標軌跡に沿って走行させる軌跡追従制御を実行可能なように構成されている。目標軌跡は、たとえば、車両Vの周辺の情報を取得可能な車載カメラ(不図示)などから入力される情報に基づいて決定される。
ところで、車両Vは、大きさを持った物体であるため、操舵輪(図1の例では、前輪FLおよびFR)が転舵した場合でも、実際に挙動を始めるまでには、車両Vの運動特性に基づく遅れが発生する。また、操舵機構20は、機械的または電気的に動作する機械であるため、運転者による操舵または走行制御装置10による操舵指令が実行された場合でも、実際に挙動を始めるまでには、機械的または電気的な動作に基づく遅れが発生する。さらに、走行制御装置10が複数のECUにより実現される場合には、それら複数のECU間で実行されるCAN(Controller Area Network)などを介した通信の遅れなども発生する。
上記のようないくつかの種類の遅れによって構成される車両Vの挙動応答遅れは、軌跡追従制御の実行時に車両Vが目標軌跡通りに走行しない要因となる。ここで、前述したように、軌跡追従制御が必要な場合とは、たとえば、先行車両を緊急に回避することが必要な場合である。このような場合では、車両Vが目標軌跡通りに走行しないと、大きな不都合が発生する可能性がある。したがって、実施形態では、少なくとも挙動応答遅れを考慮した軌跡追従制御を実行することで、より確実に、車両Vを目標軌跡に沿って走行させることが望まれる。
そこで、実施形態による走行制御装置10は、以下で説明するような構成により、少なくとも挙動応答遅れを考慮した軌跡追従制御を実現する。
具体的に、走行制御装置10は、目標モーメントと、限界モーメントと、の2種類のモーメントを算出する。目標モーメントとは、車両Vを現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである。限界モーメントとは、少なくとも車両Vの挙動応答遅れを考慮して算出される、車両Vが現在位置から目標位置に到達するまでの間に操舵機構20が発生可能な最大の旋回モーメントである。
目標モーメントが限界モーメントより大きい場合、不足分の旋回モーメントを何らかの方法で補償しなければ、車両Vの走行軌跡を目標軌跡と一致させることができない。したがって、走行制御装置10は、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合に、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを、一般的に操舵機構20よりも応答性が高いブレーキ機構30を用いて発生させる。
なお、実施形態によるブレーキ機構30は、4つの車輪の各々に対応して設けられるブレーキ装置としてのホイールシリンダ34に独立した制動力を発生させることで、車両Vに旋回モーメントを発生させることが可能なように構成されている。車両Vに発生させる旋回モーメントと、ホイールシリンダ34に発生させる制動力の配分と、の関係は、従来から提案されているタイヤモデルなどを用いた方法で計算可能である(たとえば、特開2002−173014号公報参照)。
図2は、実施形態による走行制御装置10の機能的構成を示した例示的なブロック図である。走行制御装置10を構成するECUは、各種の演算処理を実行可能なプロセッサを備え、当該プロセッサにより、メモリに記憶された(インストールされた)プログラムを読み出し、当該プログラムに従って演算処理を実行することで、次のような機能的構成を実現する。
図2に示されるように、走行制御装置10は、機能的構成として、現在位置取得部101と、目標位置取得部102と、第1演算部103と、第2演算部104と、ブレーキ指令出力部105と、操舵指令出力部106と、を備える。これらの機能的構成は、複数のECUで分担して実現してもよいし、単一のECUで実現してもよい。
現在位置取得部101は、車両Vの現在位置を取得する。現在位置は、速度センサ(不図示)の検出結果を積分したり、GPS(Global Positioning System)を使用したりすることで取得される。
目標位置取得部102は、車両Vの目標位置を取得する。目標位置とは、目標軌跡に基づいて決定される位置であって、現在位置にある車両Vが所定時間t後に到達すべき目標軌跡内の位置である。目標位置取得部102は、直近に取得した目標位置に車両Vが到達すると、次の目標位置を取得する。つまり、目標位置取得部102は、目標軌跡に基づき、所定時間t毎に新たな目標位置を取得する。
第1演算部103は、車両Vを現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する。
第2演算部104は、少なくとも車両Vの挙動応答遅れを考慮して、車両Vが現在位置から目標位置に到達するまでの間に操舵機構20が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する。なお、実施形態では、車両Vの挙動応答遅れは、予め設定された一定値であってもよいし、路面の摩擦係数μや、路面の温度、タイヤの摩耗度などといった、センサなどにより取得(推定)可能な種々のパラメータに基づいて算出される可変値であってもよい。
ところで、操舵機構20が発揮可能な操舵能力は、車両Vの状態に応じて変化する。たとえば、操舵能力の一例として、操舵機構20が車両Vに付与可能な最大の舵角について考える。操舵機構20が車両Vに付与可能な最大の舵角は、車両Vの現在の舵角などといった、車両Vの状態との関係で決定される。したがって、車両Vの状態が変化すると、操舵機構20が車両Vに付与可能な最大の舵角も変化し、その結果、操舵機構20が発生可能な限界モーメントも変化する。このため、限界モーメントをより正確に算出するためには、車両Vの挙動応答遅れの他にも、操舵機構20の操舵能力を考慮する必要がある。
そこで、実施形態による第2演算部104は、車両Vの挙動応答遅れと、操舵機構20が車両Vの状態に応じて発揮可能な操舵能力と、を考慮して、限界モーメントをより正確に算出する。
ブレーキ指令出力部105は、ブレーキ機構30にブレーキ指令を出力する。実施形態によるブレーキ指令出力部105は、軌跡追従制御の実行時において、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合に、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、車両Vの4つの車輪の各々に対応して設けられるホイールシリンダ34に独立した制動力を発生させるブレーキ指令を出力する。
操舵指令出力部106は、操舵機構20に操舵指令を出力する。実施形態による操舵指令出力部106は、軌跡追従制御の実行時において、車両Vに目標モーメント分の旋回モーメントを発生させるように、操舵機構20に操舵指令を出力する。なお、前述したように、操舵機構20は、限界モーメントより大きい旋回モーメントを発生させることはできない。したがって、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合、操舵機構20が実際に発生させる旋回モーメントは、限界モーメントである。
以上の構成により、実施形態では、車両Vを目標軌跡通りに走行させることが可能となる。
図3は、実施形態において実現される軌跡追従制御を説明するための図である。図3の例において、点P0、P1、P2、…を通る実線L1は、軌跡追従制御において設定される目標軌跡を示している。図3に示されるように、車両Vが点P0の位置に位置している場合、当該車両Vは、目標軌跡を示す実線L1内の点P1を目標位置として、軌跡追従制御を実行する。
ここで、車両Vを点P0から点P1に旋回移動させたい場合、現在の車両Vの進行方向を示す点線の矢印A1に対して角度θ1だけ車両Vを旋回させる必要があるため、当該角度θ1に対応した旋回モーメントを目標モーメントとして発生させる必要がある。しかしながら、車両Vを角度θ1だけ旋回させようとしても、車両Vの挙動応答遅れや、操舵機構20の操舵能力の限界などの要因により、上記の角度θ1よりも小さい角度θ2に対応した旋回モーメントしか発生させることができない場合がある。この場合、車両Vが到達する位置は、点P0を起点とした一点鎖線L2に沿った点P11となり、目標位置である点P1からずれてしまう。
そこで、実施形態では、前述したような構成により、角度θ1と角度θ2との差分に対応した旋回モーメントを、ブレーキ機構30を用いて発生させることで、不足分の旋回モーメントを補償する。これにより、実施形態の技術を適用しない通常の軌跡追従制御を実行する限りは一点鎖線L2に沿って点P11までしか旋回移動しない車両Vを、目標軌跡を示す実線L1に沿って目標位置である点P1まで旋回移動させることが可能になるので、車両Vの到達位置が目標位置からずれるのを回避することができる。
なお、実施形態の技術を適用しない場合、車両Vの到達位置のずれは、車両Vの走行が進む程大きくなる。たとえば、図3の例において実線L1および一点鎖線L2を比較すると、点P1および点P11の次の到達位置である点P2および点P12のずれは、点P1および点P11のずれよりも大きくなっており、最終的な到達位置である点Q0および点Q10のずれは、点P2および点P12のずれよりもさらに大きくなっている。前述したように、実施形態の技術は、目標位置を所定時間t毎に更新し、目標位置に到達する毎に、次の新たな目標位置に旋回移動するために必要な旋回モーメントを、操舵機構20を用いて(必要な場合はブレーキ機構30も用いて)発生させるものである。したがって、実施形態の技術によれば、車両Vの走行が進むにつれて到達位置のずれが大きくなるのを回避することができる。
次に、実施形態において実行される制御動作について説明する。
図4は、実施形態による走行制御装置10が実行する処理を示した例示的なフローチャートである。この図4の処理フローは、軌跡追従制御が実行されている間、繰り返し(上記の所定時間tに対応した周期で)実行される。
図4の処理フローでは、まず、S1において、現在位置取得部101は、車両Vの現在位置を取得する。
そして、S2において、目標位置取得部102は、目標位置を取得する。前述したように、目標位置とは、現在位置にある車両Vが所定時間t後に到達すべき目標軌跡内の位置である。
そして、S3において、第1演算部103は、車両Vを現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する。
そして、S4において、第2演算部104は、車両Vの挙動応答遅れに関する情報を取得する。前述したように、挙動応答遅れは、車両Vの運動特性に基づく遅れや、操舵機構20の機械的または電気的な動作に基づく遅れなどを含んでいる。
そして、S5において、第2演算部104は、操舵機構20が車両Vの状態に応じて発揮可能な操舵能力に関する情報を取得する。前述したように、操舵能力とは、たとえば、車両Vの現在の舵角との関係で決定される、操舵機構20が現在位置にある車両Vに付与可能な最大の舵角である。
そして、S6において、第2演算部104は、車両Vの挙動応答遅れと、車両Vの状態に応じて操舵機構20が発揮可能な操舵能力と、を考慮して、車両Vが現在位置から目標位置に到達するまでの間に操舵機構20が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する。
そして、S7において、ブレーキ指令出力部105は、目標モーメントが限界モーメントより大きいか否かを判断する。
S7において、目標モーメントが限界モーメントより大きいと判断された場合、S8に処理が進む。そして、S8において、ブレーキ指令出力部105は、目標モーメントと限界モーメントとの差分をとり、不足モーメントを算出する。
一方、S7において、目標モーメントが限界モーメント以下であると判断された場合、S9に処理が進む。そして、S9において、ブレーキ指令出力部105は、不足モーメントをゼロとして算出する。
S8またはS9の処理が終了すると、S10に処理が進む。そして、S10において、ブレーキ指令出力部105は、S8またはS9で算出された不足モーメントに対応するブレーキ指令をブレーキ機構30に出力する。
より具体的に、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合、ブレーキ指令出力部105は、S10において、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、当該不足モーメントに対応したブレーキ指令を出力する。なお、このとき、操舵指令出力部106が、操舵機構20に限界モーメントを発生させるような操舵指令を出力することは、言うまでもない。
一方、目標モーメントが限界モーメント以下である場合、不足モーメントはゼロとして算出されるので、ブレーキ指令出力部105は、S10において、旋回モーメントを発生させないようなブレーキ指令を出力する。なお、このとき、操舵指令出力部106が、操舵機構20に目標モーメントを発生させるような操舵指令を出力することは、言うまでもない。
以上により、実施形態による走行制御装置10が実行する処理が終了する。
以上説明したように、実施形態による走行制御装置10は、車両Vを目標位置に旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する第1演算部103と、少なくとも車両Vの挙動応答遅れを考慮して、車両Vが現在位置から目標位置に到達するまでの間に車両Vの操舵機構20が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する第2演算部104と、を備えている。また、走行制御装置10は、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合に、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、複数のホイールシリンダ34に独立した制動力を発生させるブレーキ指令を出力するブレーキ指令出力部105を備えている。これらの構成によれば、少なくとも挙動応答遅れに起因して旋回モーメントが不足している場合、不足分の旋回モーメントを、比較的応答性の高いホイールシリンダ34を用いて補償することができるので、車両Vをより正確に目標軌跡に沿って走行させることができる。
また、実施形態において、挙動応答遅れは、車両の運動特性に基づく遅れと、操舵機構20の機械的または電気的な動作に基づく遅れと、を含み、第2演算部104は、これら2種類の遅れと、操舵機構20が車両Vの状態に応じて発揮可能な操舵能力と、を考慮して、限界モーメントを算出する。これにより、挙動応答遅れと、操舵機構の操舵能力とを考慮して、限界モーメントをより正確に算出することができる。
また、実施形態において、車両Vの状態は、車両Vの現在の舵角を含み、操舵機構20の操舵能力は、車両Vの現在の舵角との関係で決定される、操舵機構20が現在位置にある車両Vに付与可能な最大の舵角を含む。これにより、操舵機構20の操舵能力をより正確に評価することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
たとえば、上述した実施形態では、一例として、挙動応答遅れを考慮した軌跡追従制御を実現するための値として、モーメントの計算値が用いられる場合を例示した。しかしながら、実施形態の技術は、モーメントの計算値に替えて、あるいはモーメントの計算値と併せて、ヨーレートの計算値が用いられる場合にも同様に適用可能である。
10 走行制御装置
20 操舵機構
34 ホイールシリンダ(ブレーキ装置)
103 第1演算部
104 第2演算部
105 ブレーキ指令出力部

Claims (1)

  1. 車両を現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する第1演算部と、
    少なくとも前記車両の挙動応答遅れを考慮して、前記車両が前記現在位置から前記目標位置に到達するまでの間に前記車両の操舵機構が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する第2演算部と、
    前記目標モーメントが前記限界モーメントより大きい場合に、前記目標モーメントと前記限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、前記車両の複数の車輪の各々に対応して設けられるブレーキ装置に独立した制動力を発生させるブレーキ指令を出力する出力部と、
    を備え
    前記挙動応答遅れは、前記車両の運動特性に基づく第1の遅れと、前記操舵機構の機械的または電気的な動作に基づく第2の遅れと、を含み、
    前記第2演算部は、前記第1の遅れと、前記第2の遅れと、前記操舵機構が前記車両の状態に応じて発揮可能な操舵能力と、を考慮して、前記限界モーメントを算出し、
    前記車両の状態は、前記車両の現在の舵角を含み、
    前記操舵能力は、前記車両の現在の舵角との関係で決定される、前記操舵機構が前記車両に付与可能な最大の舵角を含む、
    走行制御装置。
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