JP6813433B2 - 車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システム - Google Patents

Description

本発明は、先行車に追従して走行する車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システムに関する。

先行車と電子的に連結して先行車に追従して走行する車両の自動走行制御に関する技術分野の背景技術として、例えば特許文献1がある。特許文献1には、後続車は、先行車の車速や加速度などの走行状態を示す情報と、スロットル開度、操舵角、ブレーキ操作量などの操作量を示す情報と、車両重量、エンジン出力特性などの車両諸元を示す情報とを受信することで、先行車の制御の結果である走行状態の変化を待たずに、先行車に与えられる操作と同様の操作で追従走行制御を可能にする点が開示されている。

特開平５−１７０００８号公報

特許文献１には、対象先行車と自車の間に第３の車両が割り込んだ場合などフィードフォワード制御によって得られた車間距離が所定の車間距離に対して変動が生じた場合に所定の車間距離になるよう制御することができる、と記載されている。しかし、他車両の割り込みが生じると、後続車が急制動を強いられ危険であると共に、後続車は自動追従走行を継続できなくなる可能性がある。また、後続車に割り込み車を検知する手段や、割り込み車両との間の車間を確保するよう車間距離を制御する手段、割り込み車両が離脱した場合に隊列を再編成する制御手段等が必要となる。また、停車時に車両間に人が入り込んだ場合、自動追従走行を開始できない等の課題がある。

本発明は、上記課題に鑑み、先行車と後続車との車両間で他者の割り込みを抑制することが可能な車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システムを提供することにある。

本発明は、上記背景技術に鑑み、その一例を挙げるならば、先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御装置であって、取得された先行車に関する情報に基づいて生成される先行車の走行軌道に追従する目標軌道を取得する目標軌道取得部と、目標軌道取得部により取得された目標軌道に基づき、先行車との最近接距離を予め設定された距離に維持するよう先行車に追従走行させる指令を後続車の操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータの制御部に出力するアクチュエータ制御出力部とを備える構成とする。

本発明によれば、先行車と後続車との車両間で他者の割り込みを抑制することが可能な車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システムを提供することができる。

実施例における車両運動制御システムの概念を示した構成図である。 実施例における車間距離と車両走行の旋回角度との関係を説明する図である。 実施例における車両間の最近接距離と旋回時の曲率半径との関係を示した模式図である。 実施例における車速と車両間の最近接距離の関係を示した模式図である。 実施例における車両運動制御システムの構成ブロック図である。 実施例における加減速制御の説明図である。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は本実施例における車両運動制御システムの概念を示した構成図である。図１において、１は先行車、２は先行車１に追従して走行する後続車である。後続車２は、先行車認識センサ３や車車間通信機４を搭載し、先行車１と電子的に連結して無人で追従して走行する車両である。ドライバ５は先行車１に乗り、後続車２は先行車１とまったく同じ軌跡を自動追従する。ここで、先行車１と後続車２の最近接距離を例えば１ｍとすることで、車両間に他車は割り込ませないように後続車２は追従走行する。この際、車両間の車間距離を短くすると車両走行の旋回時の曲率半径によっては後続車が先行車に接近し、先行車に与えられる操作と同様の操作ができず、後続車の追従走行が難しくなるおそれがある。その点について、図面を用いて以下説明する。

図２は車間距離と車両走行の旋回角度との関係を説明する図であり、先行車１が白抜矢印方向に走行し、それに追従する後続車２を模式的に示した図である。図２において、先行車１、後続車２それぞれの車幅がＷであり、先行車１と後続車２の車間距離を車両幾何学中心間での距離、すなわち、先行車１の後端と後続車２の先端のそれぞれの車幅の中心点との間の距離とした場合の、Ａ点で先行車１と後続車２が接触する場合の、車両走行の旋回角度に応じた車間距離の変化を示している。すなわち、図２（ａ）に示すように、車両走行の旋回時の先行車１と後続車２のなす角度θに対して、車幅の中心線上における車間距離は（Ｗ／２）＊（１−√（１−ｓｉｎ^２θ））／ｓｉｎ（θ／２）となる。したがって、例えばθ＝０°の場合、すなわち車両走行が直線の場合は０、θ＝６０°の場合は０．５Ｗとなる。また、図２（ｂ）は、θ＝９０°の場合を示しており、車間距離は０．７Ｗとなる。よって、θが大きいほど、すなわち、旋回時の曲率半径が小さく旋回角度が大きいほど、先行車１と後続車２が接触しないための車間距離は大きくする必要がある。

そこで、本実施例では、車両旋回時の曲率半径の制限を受けずに車両間の最近接距離を車速に応じて予め設定された距離に維持するように制御する。すなわち、図２で示したような、車幅の中心線上における距離である車間距離を一定とするのではなく、車両間の最近接距離を一定とする、すなわち、図２においては、最近接距離は先行車の後端左角と後続車の前端左角の間の距離となるＡ点である。なお、図２においては最近接距離はゼロとなる。

図３は、本実施例における車両間の最近接距離と旋回時の曲率半径との関係を示した模式図である。図３において、（ａ）は車両走行が直線の場合を示しており、最近接距離は車間距離と一致する。一方、（ｂ）は車両走行の曲率半径が大でゆるやかなカーブを走行する場合、（ｃ）は曲率半径が小で急なカーブを走行する場合を示している。図３では、曲率半径が異なっても、最近接距離が例えば１ｍとなるように後続車の速度を制御する様子を示している。（ｃ）に示すように、曲率半径が小となっても物理的に牽引する牽引車のようなショートカットの軌道にならず、先行車の軌道を後続車が正確になぞるように走行する。また、内輪差がつくので、先行車が通った経路を後続車が通れるよう車両幾何学中心が同じになるように後続車は目標軌道を設定する。また、例えば、直線走行で後続車が追従中にカーブ走行に移行した場合、先行車と後続車の車両角度が変わるため、幾何学関係から、車速一定でも最近接距離は接近する。そのため、後続車は曲率半径に合わせて加減速を行ない、最近接距離が一定となるように制御する。言い換えれば、最近接距離を一定に維持するように制御する。したがって、例えば、先行車の車速が一定であっても、曲率半径の異なる旋回走行を行なう場合には、後続車は加減速制御をしながら先行車との最近接距離を予め設定された距離に制限するように制御する。

これにより、先行車の旋回時の曲率半径が小さい場合でも加減速制御をさせることで、先行車との最近接距離を維持して追従走行をさせることができ、旋回時の曲率半径の制限を受けずに、追従走行を実行できる。

図４は、本実施例における車速と車両間の最近接距離の関係を示した模式図である。図４において、Ｂで示す特性として、例えば車速が１００Ｋｍ以上の場合は、先行車と後続車の車両間にバイクが割り込めない距離である１．０ｍに最近接距離を設定する。また、車速が１００Ｋｍ未満２０Ｋｍ以上の場合は、先行車と後続車の車両間に自転車が割り込めない距離０．５ｍに最近接距離を設定する。さらに、車速が２０Ｋｍ未満の場合は、先行車と後続車の車両間に歩行者が入り込めない距離０．１ｍに最近接距離を設定する。このように、車速に応じて最近接距離を可変にすることで様々な状況下でも、他者である、車、バイク、自転車、人などの割り込みを抑制できる。言い換えれば、最近接距離は、先行車の速度が遅くなるにつれて、短くなるように設定する。
これにより、車速が遅くなるにつれて割り込みが可能な対象が車からバイク、自転車、人と増えるため、同じ距離では割り込まれてしまうおそれがあるので、車速が遅くなるにつれて最近接距離を短くすることで割り込みを抑制できる。なお、図４におけるＡで示す特性は、車速に応じて細かく最近接距離を設定するものであり、この制御によれば、より割り込みを抑制することが可能となる。

なお、最近接距離は、最大、車が割り込めない距離とする必要から、車幅未満としてもよい。

図５は、本実施例における、車両運動制御システムの構成ブロック図である。図５において、先行車１はドライバ５が操作するアクセル１１、ブレーキ１２、ステアリング１３の操作量である操作情報や、車速や加速度など走行状態量や車両諸元からなる先行車情報を処理する先行車情報処理部１４を備え、先行車情報を送信する送信手段１５を有している。

後続車２は、先行車１から送信された先行車情報を受信する受信手段２１と、先行車１との相対距離、相対速度、相対角度等の先行車認識情報を取得する先行車認識部２２と、受信した先行車情報と、先行車認識部２２の情報に基づいて、先行車の走行軌道に追従する目標軌道を生成する目標軌道生成部２３と、目標軌道に追従走行するように自車の車両運動の制御指令を演算する車両運動制御部２４と、車両運動制御部２４の制御指令により、操舵および制動、駆動に関わる、エンジンあるいは駆動モータ等の駆動系２６、ブレーキ２７、ステアリング２８の制御量を演算し出力するアクチュエータ制御部２５とを備えている。

なお、先行車認識部２２は、車車間通信で先行車認識情報を取得してもよいし、ステレオカメラやレーザレーダ等の形状認識装置である外界認識部で先行車認識情報を取得してもよい。

また、車両運動制御部２４は、図示していないが、目標軌道生成部２３で生成された目標軌道を取得する目標軌道取得部と、目標軌道取得部により取得された目標軌道に基づき、先行車との最近接距離を予め設定された距離に維持するよう先行車に追従走行させる指令をアクチュエータ制御部に出力するアクチュエータ制御出力部とを備えている。言い換えれば、車両運動制御部２４は、先行車の旋回時の曲率半径が変化しても、先行車との最近接距離を予め設定された距離に維持するよう走行させる指令を自車の操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータ制御部に出力する。

図６は、本実施例における、加減速制御の説明図である。図６において、角度は直線走行時からカーブ走行に変化したときの車両の旋回角度の変化を示しており、実線が先行車、破線が後続車である。カーブでは後続車は先行車に遅れて舵を切るが、先行車との最近接距離を維持するため、後続車は加減速制御を行う。図６において、相対距離が先行車との最近接距離が一定であることを示している。また、相対角度は、先行車と後続車との旋回角度の差分を示しており、それに対する、相対ヨーレート（角速度）が図のように変化する。そして、後続車加速度は図のように制御され後続車速度が制御される。

なお、最近接距離を一定に維持するように後続車はそれに合わせて加減速を行ない制御するとして説明したが、これは最近接距離が完全に一定になるという限定的解釈ではなく、本発明の効果が得られる範囲で一定になるように制御するという趣旨である。

以上のように、本実施例は、先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御装置であって、取得された先行車に関する情報に基づいて生成される先行車の走行軌道に追従する目標軌道を取得する目標軌道取得部と、目標軌道取得部により取得された目標軌道に基づき、先行車との最近接距離を予め設定された距離に維持するよう先行車に追従走行させる指令を後続車の操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータの制御部に出力するアクチュエータ制御出力部とを備える構成とする。

また、先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御装置であって、先行車の旋回時の曲率半径に応じて加減速制御をさせて、先行車との最近接距離を予め設定された距離に制限して走行させる指令を後続車の操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータに出力する構成とする。

また、先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御装置であって、先行車の旋回時の曲率半径が変化しても、先行車との最近接距離を予め設定された距離に維持するよう走行させる指令を後続車の操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータに出力する構成とする。

また、先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の追従走行制御システムであって、先行車から送信された先行車情報を受信する受信部と、先行車を認識して先行車認識情報を取得する外界認識部と、受信部によって受信された先行車情報と、外界認識部によって取得された先行車認識情報と、に基づいて先行車の走行軌道に追従する目標軌道を生成する目標軌道生成部と、目標軌道生成部によって生成された目標軌道に基づき、先行車の旋回時の曲率半径に応じて加減速制御をして走行するよう指令を出力する車両運動制御部と、車両運動制御部より出力された指令を入力し、操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータへ出力するアクチュエータ制御出力部と、を備える構成とする。

また、先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御方法であって、取得された先行車に関する情報に基づいて生成される先行車の走行軌道に追従する目標軌道を取得する目標軌道取得ステップと、目標軌道取得ステップにより取得された目標軌道に基づき、先行車との最近接距離を予め設定された距離で制限するよう先行車に追従走行させる指令を後続車の操舵および制駆動に関わるアクチュエータの制御部に出力するアクチュエータ制御出力ステップと、を備える構成とする。

これにより、先行車と後続車との車両間で他者の割り込みを抑制することが可能な車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システムを提供することができる。

１：先行車、２：後続車、２１：受信手段、２２：先行車認識部、２３：目標軌道生成部、２４：車両運動制御部、２５：アクチュエータ制御部

Claims (14)

1. 先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御装置であって、
   前記先行車から送信された前記先行車に関する先行車情報を取得し、該先行車情報に基づいて生成される前記先行車の走行軌道に追従する目標軌道を取得する目標軌道取得部と、
   前記目標軌道取得部により取得された目標軌道に基づき、前記先行車との最近接距離を予め設定された距離に維持するよう前記先行車に追従走行させる指令を前記後続車の操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータの制御部に出力するアクチュエータ制御出力部を備え、
   前記アクチュエータ制御出力部は、前記先行車の走行軌道の曲率半径に応じて加減速を行い、前記最近接距離を維持するよう前記先行車に追従走行させる指令を前記アクチュエータの制御部に出力することを特徴とする車両運動制御装置。
2. 請求項１に記載の車両運動制御装置において、
   前記最近接距離は、前記先行車の速度に応じて設定されていることを特徴とする車両運動制御装置。
3. 請求項１に記載の車両運動制御装置において、
   前記最近接距離は、前記先行車の速度が遅くなるにつれて、短くなるように設定されていることを特徴とする車両運動制御装置。
4. 請求項３に記載の車両運動制御装置において、
   前記最近接距離は、前記後続車の車幅未満に設定されていることを特徴とする車両運動制御装置。
5. 請求項１に記載の車両運動制御装置において、
   前記目標軌道取得部は、前記先行車の幾何学中心が描く走行軌道に基づいて生成される目標軌道を取得することを特徴とする車両運動制御装置。
6. 請求項１に記載の車両運動制御装置において、
   前記アクチュエータ制御出力部は、前記先行車の走行軌道の曲率半径に応じて加減速制御させる指令を出力することを特徴とする車両運動制御装置。
7. 請求項１に記載の車両運動制御装置において、
   前記アクチュエータ制御出力部は、前記先行車に対する前記後続車の旋回角度の差分である相対角度に応じて加減速制御させる指令を出力することを特徴とする車両運動制御装置。
8. 先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御装置であって、
   前記先行車から送信された前記先行車に関する先行車情報を取得し、該先行車情報に基づいて生成される前記先行車の走行軌道の曲率半径に応じて加減速制御をさせて、前記先行車との最近接距離を予め設定された距離に制限して走行させる指令を前記後続車の操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータに出力することを特徴とする車両運動制御装置。
9. 請求項８に記載の車両運動制御装置において、
   前記先行車の走行軌道の曲率半径が小さくなるにしたがって減速制御をさせて前記先行車との最近接距離を予め設定された距離に制限して走行させる指令を前記後続車の操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータに出力することを特徴とする車両運動制御装置。
10. 請求項９に記載の車両運動制御装置において、
    前記最近接距離は、前記後続車の車幅未満に設定されていることを特徴とする車両運動制御装置。
11. 先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御装置であって、
    前記先行車から送信された前記先行車に関する先行車情報を取得し、該先行車情報に基づいて生成される前記先行車の走行軌道の曲率半径が変化しても、前記先行車との最近接距離を予め設定された距離に維持するよう走行させる指令を前記後続車の操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータに出力することを特徴とする車両運動制御装置。
12. 請求項１１に記載の車両運動制御装置において、
    前記最近接距離は、前記後続車の車幅未満に設定されていることを特徴とする車両運動制御装置。
13. 先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御システムであって、
    前記先行車から送信された先行車情報を受信する受信部と、
    前記先行車を認識して先行車認識情報を取得する外界認識部と、
    前記受信部によって受信された先行車情報と、前記外界認識部によって取得された先行車認識情報と、に基づいて前記先行車の走行軌道に追従する目標軌道を生成する目標軌道生成部と、
    前記目標軌道生成部によって生成された目標軌道に基づき、前記先行車の走行軌道の曲率半径に応じて加減速制御をして走行するよう指令を出力する車両運動制御部と、
    前記車両運動制御部より出力された指令を入力し、操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータへ出力するアクチュエータ制御出力部と、
    を備えることを特徴とする車両運動制御システム。
14. 先行車と非機械的に連結して追従走行を可能とする後続車の車両運動制御方法であって、
    前記先行車から送信された前記先行車に関する先行車情報を取得し、該先行車情報に基づいて生成される前記先行車の走行軌道に追従する目標軌道を取得する目標軌道取得ステップと、
    前記目標軌道取得ステップにより取得された目標軌道に基づき、前記先行車との最近接距離を予め設定された距離で制限するよう前記先行車に追従走行させる指令を前記後続車の操舵および制駆動に関わるアクチュエータの制御部に出力するアクチュエータ制御出力ステップを備え、
    前記アクチュエータ制御出力ステップは、前記先行車の走行軌道の曲率半径に応じて加減速を行い、前記最近接距離を維持するよう前記先行車に追従走行させる指令を前記アクチュエータの制御部に出力することを特徴とする車両運動制御方法。

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