JP6829255B2

JP6829255B2 - 障害物との衝突が切迫した状況におけるモーター式車両の操舵手段の制御システム

Info

Publication number: JP6829255B2
Application number: JP2018516759A
Authority: JP
Inventors: エナシュ，ニコレータミノワイウ; ミヘシルカ，
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2015-09-30
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2021-02-10
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: WO2017055738A1; US10730555B2; KR102437124B1; FR3041590B1; FR3041590A1; CN108349532A; EP3356204A1; KR20180063199A; JP2018536572A; CN108349532B; US20180290686A1

Description

本発明は、自動車車両のための運転支援の技術分野に関し、より具体的には、障害物の回避のための支援に関する。

ドライバの注意不足に起因して交通車線から意図せずそれることによる事故は、道路交通事故のかなりの割合を占め続けている。能動的な安全手段を具備した一部の車両は、場面に応じた危険性の測定値を決定するために、車両の経路を評価することおよび環境を認識することが可能である。次に、ドライバの注意不足、居眠り、または体調不良の場合に車両を車両の交通車線内に保つために、アクションが自動的に実行され得るか、またはドライバに共有され得る。これが、能動的な安全機能「車線維持支援」（ＬＫＡ：ＬａｎｅＫｅｅｐｉｎｇＡｓｓｉｓｔａｎｃｅ）または「車線逸脱回避」（ＬＤＡ：ＬａｎｅＤｅｐａｒｔｕｒｅＡｖｏｉｄａｎｃｅ）である。

現在まで、このような運転支援システムの有効化の判断は、交通車線からの逸脱の可能性を考慮するのみであった。

従来技術により、車両が車両の交通車線を離れる際の側面または正面衝突の回避の問題を扱う次の文献が知られている。

文献ＥＰ１７９０５４２（ＮｉｓｓａｎＭｏｔｏｒｓ）、ＫＲ１００８５１１２０（ＨｙｕｎｄａｉＭｏｔｏｒ）および米国特許第７５８０７８５号（Ｂ２）（ＮｉｓｓａｎＭｏｔｏｒ）は、「車線逸脱回避」または「車線維持支援」タイプの用途について説明する。

この種類の用途では、車線のマーキングが検出され、車線からの逸脱を回避するために、車輪の操舵または差動ブレーキングによる介入が実行される。しかし、これらの文献では、側方の障害物は考慮されない。

文献ＥＰ２２８８５３３Ｂ１、ＥＰ１７２６４８１Ｂ１、米国特許第８，１１１，１４７号（Ｂ２）、およびＧＢ（１１）２５１２３１７（１３）Ａ２は、「ブラインドスポットインターベンション」または「車線変更支援」タイプの用途について説明する。この種類の用途において、車線を変更したいというドライバの意思は、指示器の有効化を通して決定され、車両が死角に存在するか、または速い相対速度で接近しているか否かを決定することにより、操縦が危険であるか否かが推定される。そうである場合は、操舵または差動ブレーキングを通して経路修正が行われる。これらの文献では、固定された側方の障害物は考慮されない。さらに、目的は、車線の意図的な変更の場合にドライバを支援することのみであり、交通車線からの意図しない逸脱が生じたときに介入することではない。

上述の用途では、側面衝突の真の危険性を考慮した、車線からの意図しない逸脱の回避のためのシステムに対する観念は存在しない。

したがって、効果的な手法で側方障害物を考慮して、衝突が切迫している状況において、車両の操舵手段を制御するための、およびドライバにとって透過的な手法で動作するためのシステムが必要とされる。

実際には、過度に頻繁な有効化はドライバを苛立たせて、ドライバが機能を無効化することをもたらし得るので、事故を防ぐための機能の有効性を下げる。

さらに、いくつかの場面において、道の側部に障害物が存在する場合に、完全に安全に通行可能な車線がいっそう狭くなる。例えば、白線／黄線の向こう側で、路面が８０ｃｍのターマックを含む場合、または路面が２０ｃｍのターマックを含むのみで、さらに溝または安全バリアが続く場合、白線／黄線を越えるときの車両に対する危険性は異なる。

本発明の主題は、障害物との衝突が切迫している状況において自動車車両の操舵手段を制御するためのシステムである。車両は、車両の交通車線に対する車両の場所を特定するように設計された、および、サイティング距離における車線の中心に対する側方シフトと車両の相対向首角とを決定するように設計されたシステムと、車両に対する側方位置における、ならびに／または、前方位置における、および車両に向かう相対的な動きにおける、障害物の存在をリアルタイムで決定するように設計された、センサーに関係する決定の手段と、操舵角センサーの測定値の関数として操舵角において制御されることが可能な車両の回転の速さと車両の方向とを、または、操舵トルクにおいて制御されることが可能な車両の方向を測定するように設計された３軸レートセンサーと、を備える。

制御システムは、障害物の位置を分析するように、および、これらの障害物に対する車両の動きに利用可能な最大側方距離を決定するように設計された検出手段と、車両の経路と最大側方距離との関数として修正の要求を生成するように設計された判断手段と、車両の経路を修正するために、車両の操舵を制御するように設計された介入手段とを備える。

検出手段は、形状認識により障害物の位置を決定するように、次に、ヨーのレートの、車両の軸と基準経路に対する接線との間における相対向首角の、車両の軸と車両の前の経路に対する接線との間における側方シフトの、ドリフト角の、重心から前車軸までの距離の、および、車両の前における側方シフトの測定のためのサイティング距離の関数として、車両の側方移動のための距離を決定するように設計され得る。

判断手段は、検出手段により決定された車線上における車両の最大側方移動量に対する、交通車線上における車両の位置の関数として、修正の有効化の要求を生成するように設計され得る。

判断手段は、位置修正利得を連続的に決定するように、車線の左側における最大側方移動量の値より小さな側方移動量の値に対応した、位置修正利得のうちの第１の集合を記憶するように、車線の右側における最大側方移動量の値より小さな側方移動量の値に対応した、位置修正利得のうちの第２の集合を記憶するように、および、第１の集合の利得または第２の集合の利得のうちから１つの利得のみが残るとき、左へのずれと右へのずれとのそれぞれに対する修正の有効化の要求を生成するように設計され得、修正が実行されるように残りの利得が介入手段に送信される。

判断手段は、位置修正利得を決定するように、車線中心に対する最大距離より小さな側方移動量の値に対応した、位置修正利得のうちからの第３の集合を記憶するように、および、第３の集合の利得のうちから１つの利得のみが残るとき、修正の有効化の要求を生成するように設計され得、修正が実行されるように残りの利得が介入手段に送信される。

介入手段は、判断手段から受信された利得の関数として、車両の経路の修正を制御するように設計され得、修正が、操舵角設定値の形態で、車両の操舵との関係において操舵角を計算する手段に送られるか、または、修正は、操舵トルク設定値の形態で、操舵に対する支援を制御する手段に送られる。

車両の方向は、車両の前輪を方向付けする操舵コラムにより、または、車両の後輪を操舵するためのシステムにより、または、車両の４つの車輪のうちの少なくとも１つの差動ブレーキングにより、または、車両の方向を変えるように設計された別の手段により変えられ得る。以下の説明では、前駆動輪のための操舵コラムが例として取り上げられるが、作動の他の実施形態が依然として完全に可能である。

本発明の他の目的、特徴、および利点は、非限定的な例としてのみ与えられる以下の説明を添付の図面を参照しながら読むことにより明らかとなる。

障害物との衝突が切迫している状況において自動車車両の操舵手段を制御するためのシステムの主な要素を示す図である。本発明に従ったシステムを具備した自動車車両の運転の場面を示す図である。

次の表記が定義される。
ｍ（ｋｇ）：車両の総質量
Ｉｚ（Ｎ・ｍ）：車両の重心ＣＧを通る縦軸の周りにおける車両の慣性
ｌｆ（ｍ）：ＣＧから前車軸までの距離
ｌｒ（ｍ）：ＣＧから後車軸までの距離
ａ（ｍ）：車両の軸距
ｃｆ（Ｎ／ｒａｄ）：前輪のドリフト剛性
ｃｒ（Ｎ／ｒａｄ）：後輪のドリフト剛性
δｆ（ｒａｄ）：前輪が車両の長軸と作る角度
ｒ（ｒａｄ／ｓ）：ヨーのレート（縦軸に沿った車両の重心の周りにおける車両の回転の速さ）
Ψ（ｒａｄ／ｓ）：絶対基準座標系における車両の向首角
Ψｄ（ｒａｄ／ｓ）：絶対基準座標系における基準経路に対する接線の向首角
ΨＬ（ｒａｄ／ｓ）：車両の軸と基準経路に対する接線との間における相対向首角
ｙＬ_ＣＧ（ｍ）：車両の軸と車両のＣＧにおける経路に対する接線との間における側方シフト
ｙＬ（ｍ）：車両の軸と車両の前の経路に対する接線との間における側方シフト
ｌｓ（ｍ）：車両の前における側方シフトの測定のためのサイティング距離
β（ｒａｄ）：ドリフト角（車両の速度ベクトルが車両の長軸と作る角度）
（ｖ_ＣＧ）ｖ：重心における車両の速度ベクトル
ｖ（ｍ／ｓ）：長軸に沿った車両の速さ
ρｒｅｆ（１／ｍ）：道の曲率
Ｌ：交通車線の幅
α（ｒａｄ）：観測者により計算されたドリフト角
ｇ：９．８１ｍ／ｓ^２に等しいと考えられる重力加速度
ξｖ：間隔［ｖｍｉｎ；ｖｍａｘ］内における速さの変動を説明するパラメータ
Ｋ：１×４次元の実数ベクトル
Ｐ：正および対称であるように規定された４×４次元の実行列。
Ｑ：正および対称であるように規定された４×４次元の実行列。
Ｑ＝Ｐ^−１：Ｐは正および対称であるように規定された４×４次元の実行列。

自動車車両は、次のような機器の部品を備える。
− サイティング距離ｙＬと車両の相対向首角ΨＬとにおいて車線の中心に対する側方シフトを決定することが可能な、車両の交通車線に対する車両の場所を特定するためのシステム（例えば、カメラ）。
− カメラまたはレーダータイプのセンサー、および、障害物の存在をリアルタイムで決定するように設計された関係する決定の手段。決定された障害物に関係するパラメータは基準座標系における障害物の位置であり、基準座標系の原点がセンサーのそれぞれの中心に固定される。
− 車両の回転の速さを測定するように設計された３軸レートセンサー。
− 操舵角センサーからの測定値の関数として操舵角において制御されることが可能な車両の操舵手段、または、操舵トルクにおいて制御されることが可能な車両の操舵手段。

図１に示されるように、衝突が切迫している状況において車両の操舵手段を制御するためのシステム１は、検出手段２と判断手段３と介入手段４とを備える。

検出手段２は、側方障害物の位置または車両に向かってくる前方障害物に対する側方距離を分析するように設計される。

判断手段３は、修正アクションが必要か否かを分析することが可能である。

介入手段４は、車両の経路を修正するために、アクチュエータを制御するように設計される。

これら３つの手段は、３つの異なる処理ユニット内、または同じ処理ユニット内に配置され得る。

側方障害物の検出の原理が、以下で説明される。

車両および車両に乗った人の安全性を確実なものとするために、車両とこれらの障害物との間における側方距離および長手距離とともに、障害物の位置と外形とを検出することが必要とされる。加えて、これらの障害物は、（静的な、動的な）それらの速さに従って判別される必要がある。

衝突の特定の状況が従来のＬＫＡ（すなわち「車線維持支援」）により現在は考慮されないことに留意することが興味深い。側方ずれの臨界線が車線の内部であるときに、これらの状況が発生する。

一状況において、地面上におけるマーキングを使用して車線追跡を実装することは十分でないが、さらに、どこに障害物があるかが決定されなければならず、適切な回避判断がなされなければならない。

加えて、衝突位置に配置されない障害物、例えば車線の外部に配置された障害物の接近時に車両が避けるような手法で最小安全距離を規定するために、衝突位置に配置されない障害物を考慮することがさらに必要である。図２は、車両５のこのような場面を示し、図中、障害物７が、交通車線６の外部に配置され、別の車両８が逆方向から接近している。次に、これらの障害物の外形１０に加えて、制御システムを具備した車両５と、逆方向から接近する車両８と、障害物７との間における側方距離および長手距離を検出することが必要である。加えて、これらの物体の速さを計算することと、それらの速さに従ってそれら（静的な物体、動的な物体）を判別することとが必要とされる。衝突限界１１と臨界限界１２とが観測され得る。これらの線を越えた状況において、事故を避けることができない。

物体の速さの計算において、これは、本検出手段と物体との間の距離の連続的な計算を必要とするだけである。したがって、さらに、本車両の、したがって車両に固定された検出手段の動きを知ることにより、時間間隔内における物体の動きの変動が決定され得る。

使用されるセンサーに応じて、距離の計算は異なる。例えば、推定をする必要なく、距離が直接測定されることを可能にするレーダーシステムが使用され得る。しかし、レーダーシステムは、距離の計算において優れた性能を示すが、レーダーシステムの性能は、角度の、したがって側方距離の決定において大幅な改善の余地を残す。

レーダーシステムと同様の手法でＬＩＤＡＲ（「光による検出および測距（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ）」の頭字語）システムを利用することも可能である。しかし、これらは、自動車産業において阻害要因となる高コストのシステムである。

代替的に、車線の変更の検出のために使用されるカメラと同じカメラが使用され得る。以下で説明されるのは、この後者の状況である。

この目的において、車載カメラにより獲得された画像に基づく、車両と道上の点との間における距離の計算のための原理が提示される。

二次元空間（像）における点と三次元空間（現実）における点との間の対応関係は、次式により与えられる。

（式１）
式中：
Ｘ、Ｙ、Ｚ：Ｚ＝０が道のレベルに対応する、固定の基準座標系（絶対基準座標系と呼ばれる）の三次元空間における点の座標
ｘ、ｙ：三次元空間における、カメラを中心とした、スケール因子内で計算された点の座標
ｓ：スケール因子
Ｐ_３Ｄ：絶対基準座標系の三次元空間における点の斉次座標のベクトル
Π：斉次形で表された伝達行列または射影行列
ｐ：三次元空間における、カメラを中心とした、スケール因子内で計算された点の座標のベクトル

伝達行列Πは、次の手法で分解される。
Π＝Ｍ_Ｉ×Ｍ_Ｐｒｏｊ×Ｍ_Ｏ×Ｍ_Ｐｏｓ（式２）
式中：

Ｒ_３×３：回転行列−３行×３列
Ｔ_３×１：並進行列−３行×１列
０_１×３：ヌルベクトル−３行×１列
０_３×１：ヌルベクトル−１行×３列

この行列は、校正フェーズ後にわかる次の情報を含む。

車両内における各カメラの厳密な場所は知られており、したがって、カメラの各々に対する回転行列Ｒと並進行列Ｔとが知られている。

内部パラメータ行列Ｍ_Ｉは、試験パターンを使用した各カメラの校正により決定される。ここで、現場で参考となる方法およびツールが、カリフォルニア工科大学（ＣａｌｔｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）により公開された「ＣａｍｅｒａＣａｌｉｂｒａｔｉｏｎＴｏｏｌｂｏｘｆｏｒＭａｔｌａｂ」において言及される。このツールは、試験パターンを構成する長方形の寸法、試験パターンにおける行と列との数、および、様々な位置からの試験パターンのいくつかのショットを入力とする。アルゴリズムは、出力において内部パラメータの行列を生み出す。

自動車が平らな道上にあることと、平らな道上に配された点が検出されたこととが考慮される場合、問題が簡略化されるが、依然として像の分解能に依存する。

次に、ここまでに説明される仮定に準拠した、三次元空間の点を規定する座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が提示される。座標Ｚがゼロである場合、式が次の手法で書き換えられ得る。したがって、実際、点は道上に配置される。

（式３）

三次元基準座標系における点は、この点が道上に配される場合（Ｚ＝０であることを意味する）かつその場合に限り、単一の像を使用して、二次元空間において適切に決定される。それにより、スケール因子が消失する。

（式４）

したがって、方向Ｚに対応した座標が、道のレベルに対応したゼロであるので、伝達行列Πと三次元空間Ｐ_３Ｄにおける点の座標の行列とが簡略化され得る。次に、式４は、次の手法で書き換えられ得る。

（式５）

対象点の連続的な追跡は、計算の精密さを改善することを可能にする。従来技術は、このような追跡を可能にする物体の分類の多くの例を含む。本説明の簡潔さと明確さとを目的として、このような例は説明されない。

以下の説明は、制約Ｚ＝０に準拠した点を考慮したフレームワークにおいてのみ与えられる。

時点ｔにおいて、像内におけるすべての対象点、言い換えるとすべての潜在的障害物が探索される。この目的において、各対象点に対する以下のステップを含む、Ｈａｒｒｉｓタイプの演算子が使用され得る。

中心に対象点をもつ切り取られた像が決定される。この切り取られた像の寸法の選択は、アルゴリズムの校正のためのステップにおいてなされ、像の質と、切り取られた点／像に対する検索アルゴリズムとに依存する。概して、２０×２０ピクセルから５０×５０ピクセルの間の範囲内の寸法が使用される。切り取られた像が大きいほど、比較がより正確となるが、切り取られた像の比較はより長い処理時間を必要とする。

時点ｔにおいて、対象点の位置は、その位置に対応した切り取られた像の関数として決定される。

オドメーターによる車両の相対的な動きと時点ｔにおいて推定された位置とがわかると、対象点が平面Ｚ＝０に属する場合、時点ｔ＋ｄｔにおける対象点の位置が推定される。

時点ｔ＋ｄｔにおいて、対象点を含む切り取られた像が決定される。

時点ｔ＋ｄｔにおいて、対象点の位置が、対象点に対応した切り取られた像の関数として決定される。

ｔ＋ｄｔにおける対象点の推定された位置が、時点ｔ＋ｄｔにおいて獲得された切り取られた像の関数として決定された対象点の位置に対応するか否か決定される。

対応する場合、対象点が地表レベルに配置されると決定され、対応しない場合、対象点が道より高くまたは低く配置されるとみなされる。

この工程が繰り返し適用され、物体の誤検出を避けるために以前の応答が保存され、結果の確認が繰り返された後にのみ、障害物の存在が確認される。

単純で既に知られたこの方法は、環境の３Ｄ再現の問題に対して、像処理コミュニティにおいてよく使用される。物体までの距離を計算するためのこの機能は、優れた性能をもつ別のものにより、システムの全体的な動作を犠牲にすることなく、完全かつ適切に置換され得る。

障害物の検出の結果は、絶対基準座標系における３Ｄ位置であり、続いてこの３Ｄ位置が、車両と障害物との間における長手および側面衝突距離が決定されることを可能にする。次に、車線の中心に対する障害物の位置の関数として校正され得るマージンの追加後、臨界距離Ｄｍａｘが以下で説明される式により計算される。

１つの目的は、交通車線からの意図しない逸脱の状況において、経路修正フェーズ中に臨界距離Ｄｍａｘを上回らないことである。

車線上での車両の最大側方移動量の評価は、図１に示されるように衝突が切迫している状況において車両の操舵手段を制御するための、車両モデルに基づいて静的状態フィードバックタイプの経路修正を適用するように設計されたシステムにより行われる。

２００８年１１月１７日にＵｎｉｖｅｒｓｉｔｅｄ’ＥｖｒｙＶａｌｄ’Ｅｓｓｏｎｎｅに掲載されたＮ．ＭｉｎｏｉｕＥｎａｃｈｅによる博士論文「Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅａｌａｓｏｒｔｉｅｄｅｖｏｉｅ」には、車両の最大側方移動量を計算するための式の一例が挙げられている。

車両をモデル化する目的で、次のように仮定される。

小角近似が三角関数に適用され得るように、角度β、δｆは小さい（ｓｉｎ（角度）≒角度、および、ｃｏｓ（角度）≒１）。

次のように（ｖ_ＣＧ）ｖ＝（ｖ，ｖ×（ｓｉｎβ），０）^Ｔと表され、小角に対する近似後、（ｖ_ＣＧ）ｖ≒（ｖ，ｖ×β，０）^Ｔが得られ、式中、
（ｖ_ＣＧ）ｖ：車両の重心を原点とする車両基準座標系における速度ベクトルを表す。
ｖ：車両の長手速さを表す。
β：車両の速度ベクトルと車両の長軸とにより形成されたドリフト角を表す。

タイヤの側方接触力ＦｙｆおよびＦｙｒは、タイヤのドリフトαｆおよびαｒに対して線形に、タイヤの剛性ｃｆおよびｃｒの関数として変化し、すなわち、Ｆｙｆ＝ｃｆ×αｆ、および、Ｆｙｒ＝ｃｒ×αｒである。

ｙＬ≒ｙＬ_ＣＧ＋ｌｓ×ΨＬと表され、式中、ΨＬ＝Ψ−Ψｄである。

ｙＬ：サイティング距離において測定された車両の側方シフト
ｙＬ_ＣＧ：重心において測定された車両の側方シフト
Ψ：絶対基準座標系における車両の向首角
Ψｄ：所望の経路の向首角、それぞれ車線の軸
Ψ_Ｌ：相対向首角。

これらの仮定により、車両は、車両が無限大の平面上に配置された「自転車」モデルに従った状態の式によりモデル化される。対応する状態ベクトルは、車両のドリフト角βとヨーのレートｒとを含む。したがって、状態の式は、次のように得られる。

（式６）

角度δｆは、車両の前輪の操舵角である。角度δｆは、車両のハンドルの操舵角の測定により決定され得る。

速度ベクトルのドリフト角βは、推定器により取得される。このような推定器は、従来技術、特に状態観測器によるこのような推定を説明した文献ＷＯ２００５／０６１３０５により知られている。

ヨーのレートｒは、車両のジャイロスコープにより測定される。

車線の軸に対する車両の位置における誤差は、車両の前の車線の軸に対する側方シフトｙＬと、車線の軸に対する接線に対する車両の相対向首角ΨＬとの関数として表され得る。位置誤差は、次の連立方程式により与えられる。

（式７）

相対向首角ΨＬと車両の前の車線の軸に対する側方シフトｙＬとは、従来技術として知られた車載カメラからの像の処理により取得され得る。

道の曲率ρｒｅｆは測定不能と考えられ、システムの摂動として考慮される。

式６および式７に提示される要素をグループ化することにより、車両の、および、車線の軸に対する車両の位置誤差の、以下のモデルが取得される。

（式８）

このモデルに対する入力は、前輪の操舵角δｆおよび道の曲率ρｒｅｆである。

このモデルの出力において、完全な状態の車両のモデルｘが取得される。
ｘ＝（β，γ，Ψ_Ｌ，ｙ_Ｌ）^Ｔ（式９）

式８のモデルは、次の行列方程式により書き換えられ得る。

（式１０）

以下、次の形式の静的状態フィードバックが、極配置法または別のシステム制御方法により既に合成されていると仮定される。

（式１１）
ここで、

（式１２）

したがって、ＬＫＡ（すなわち「車線維持支援」）修正のための、および、曲率の入力が無視される、閉ループとしての車両システムの表現は、次式により与えられる。

（式１３）

この閉ループシステムにおいて、正と規定された関数Ｖ（ｘ）＝ｘ^ＴＰｘが探索され、Ｐ＝Ｐ^Ｔであり、Ｐは、すべてのｘ∈Ｒ^４について正と規定された行列であり、これにより次の条件が正しいとされる。

（式１４）

式１４から始まる、Ｖ（ｘ）＝ｘ^ＴＰｘの時間微分によりリスト化することにより、次の一連の同値関係が取得される。

（式１５）

したがって、次の行列不等式が満たされる場合に、最初の不等式が満たされる。

（式１６）

式１６の行列不等式は、次の変数変換により書き換えられ得る。

Ｙ＝ＫＰ^−１＝ＫＱ、式中、Ｐ^−１＝Ｑ（式１７）

この変数変換を適用することにより、最後の形式の行列方程式が取得される。

（式１８）

加えて、次の制限により説明される集合に対応した、初期領域内に含まれる車両の状態に対して、ＬＫＡ修正アクションが始まると仮定された。

（式１９）

この集合の頂点は次式により与えられる。

（式２０）

したがって、探索される関数は、以下のＬＭＩ（「線形行列不等式（ＬｉｎｅａｒＭａｔｒｉｘＩｎｅｑｕａｌｉｔｉｅｓ）」）最適化の問題を解くことにより算出される。

上述の方程式は、初期領域内において始まるシステムの各経路がこの初期領域に制限された不変集合内に残ることを保証する。

この不変集合と、車両の２つの前輪の車線上における位置とのリンクは、次のように表記される。

および、

（式２２）

幾何学的構造により、車両の２つの前輪は、車線上に中心をもつ幅２ｄのストリップ上の場所にある。したがって、次の２つの条件が満たされなければならない。

ｙ_ｇ≦ｄ、および、ｙ_ｄ≧−ｄ（式２３）

式２３の２つの条件は、次の手法で書き換えられ得る。

（式２４）

各々が式２４の不等式のうちの１つに対応した、２つの平行な方程式超平面の間に配置された空間内において取得された不変集合が、続いて包含される。

修正ＬＫＡ中に車両の前輪が内部に残る車線上における最大ストリップは、したがって、次の連立方程式により説明される。

（式２５）

加えて、任意の所与の初期有効化位置ｘ０が考慮される場合、車線上での最大移動量ｄ（ｘ０）は、次式により与えられる。

（式２６）

検出手段２は、上述の側方障害物の検出のための原理を適用することにより、車線上での車両の最大側方移動量Ｄｍａｘを決定する。したがって、計算された状態フィードバックＫおよび有効化の時点における初期位置ｘ０に関して、車両の車線上での最大側方移動量ｄ（ｘ０）は、式２６の適用により規定される。

以下、利得の集合Ｋｉは、車両の多かれ少なかれ動的な（多かれ少なかれ急速に発生する車線中心への復帰）応答のために、極配置法または別のシステム制御方法によりオフラインで計算されたと仮定される。これらの利得は、リアルタイムでの使用のために、車両に搭載された不揮発性メモリに記憶される。

判断手段３の動作が、以下で説明される。

判断手段３は、検出手段２により決定された車線上での車両の最大側方移動量に関連して、交通車線上における車両の位置の関数として修正有効化の要求を生成する。

判断手段３は、ドライバにより選択されることが可能な２つの可能なモードに従って動作するように設計される。

第１のモードにおいて、判断手段３は、側面衝突が切迫しているときに、有効化要求を生成する。

第２のモードにおいて、判断手段３は、側方マーキングが越えられたときに、有効化要求を生成する。この第２の動作モードは、ＬＫＡデバイスの動作に対応する。したがって、第２の動作モードは、本明細書において説明されない。

第１の動作モードでは、右側と左側とのそれぞれにおいて、障害物が存在する場合にのみ、右側修正と左側修正とのそれぞれの有効化の要求が生成される。本明細書に、この動作を示すいくつかの例が記載される。

自動車が、左側にドリフトした場合、および、左側に障害物が存在する場合、修正のトリガーが発生する。別の一実施形態において、方向指示器の使用が車線を変更したいという意思と解釈され、支援がトリガーされない。

自動車が左側にドリフトした場合、および、左側に障害物が存在しない場合、修正がトリガーされない。別の一実施形態において、方向指示器の使用が車線を変更したいという意思と解釈され、いかなる状況においても支援がトリガーされない。

自動車が左側にドリフトした場合、および左側に障害物が存在しないが右側に障害物が存在する場合、修正がトリガーされない。別の一実施形態において、方向指示器の使用が車線を変更したいという意思と解釈され、いかなる状況においても支援がトリガーされない。

以下、判断手段３の動作がより正確に説明される。

リアルタイムで式２６を使用して、各利得Ｋｉに対する瞬間的な有効化要求に対して、車線上での最大移動量ｄ（ｘ０）_ｉが計算される。極配置制御方法または別のシステム制御方法により、前述のように利得Ｋｉが計算される。

各時間セグメントにおいて、利得Ｋｉのうちから、車線の左側における最大側方移動量の値Ｄｍａｘ＿ｇより小さな側方移動量の値ｄ（ｘ０）ｊに対応した利得Ｋｊが記憶され、車線の左側における最大側方移動量の値は、検出手段から、および関係するアルゴリズムから得られる。

各時間セグメントにおいて、利得Ｋｉのうちから、車線の右側における最大側方移動量の値Ｄｍａｘ＿ｄより小さな側方移動量の値ｄ（ｘ０）ｊに対応した利得Ｋｊが記憶され、車線の右側における最大側方移動量の値は、検出手段から、および関係するアルゴリズムから得られる。

各時間セグメントにおいて、利得Ｋｉのうちから、車線中心に対する最大距離より小さな側方移動量の値ｄ（ｘ０）ｐに対応した利得Ｋｐが記憶される。最大距離は、例えば、１車線の幅に等しくあり得る。

非常に高い利得のみが、車両の位置が車線の右側における最大側方移動量の値Ｄｍａｘ＿ｄと、車線の左側における最大側方移動量の値Ｄｍａｘ＿ｇとのいずれも上回ることなく、車線からの逸脱を修正することが可能であるので、車線の中心に対して車両がより大きくずれるほど、利得ＫｊおよびＫｐの集合がより小さくされる。これらの非常に厳格な修正は、いかなる状況においても自動車を横滑りの状況にしてはならず、これを目的として、システムの校正のフェーズにおいて、道のホールドと車両の動的挙動とに対する試験が試験ドライバにより行われる。自動車に対して適用され得る、および、顧客サービスの視点から許容可能な最大側方加速度が、さらに実験的に決定されなければならない。著しいずれに対して、所与の時点において、利得ＫｊおよびＫｐの集合のうちから１つの修正利得のみが残る。

判断手段３の第１の動作モードにおいて、利得Ｋｊのうちから１つの利得のみが残ったとき、左へのずれと右へのずれとのそれぞれに対して、修正の有効化の要求が生成される。残りの利得は、修正が実行されるように介入手段４に送信される。

判断手段３の第２の動作モードにおいて、利得Ｋｐのうちから１つの利得のみが残ったとき、修正の有効化の要求が生成される。残りの利得は、修正が実行されるように介入手段４に送信される。

任意の状況において、システムは、次に、ドライバを邪魔しないが車線からの逸脱を回避する遅延した修正を目指す。

介入手段４が、以下で説明される。判断手段３により送られた修正の有効化の要求を受信した後、介入手段４は、車両に装備した操舵手段の種類に従って修正を制御する。

車両が車載プロセッサによる操舵角に対する閉ループ制御を使用してパワーステアリングを処理する場合、修正は、車両の操舵との関係において操舵角を計算する手段に送られ得る。修正は、次に、保持された利得Ｋｊと利得Ｋｐとのそれぞれにより与えられた利得Ｋを使用して式１１に従って計算された操舵角設定値の形態をとる。

車両が車載プロセッサにより操舵トルクに対する閉ループ制御を使用してパワーステアリングを処理する場合、修正は、パワーアシストステアリングを制御する手段に送られ得、および操舵トルク設定値の形態をとる。この状況において、式１１の適用により、判断手段３は、例えば、操舵角の設定値と測定された操舵角との間における誤差の関数として操舵トルクの閉ループ制御を提供するＰＩＤ（ＰｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌＩｎｔｅｇｒａｌＤｅｒｉｖａｔｉｖｅ）（比例積分微分）タイプのデジタルレギュレータに送られる操舵角の設定値を決定する。

上述の制御システムは、障害物の検出と修正の決定との両方のために、限られたリアルタイム処理ボリュームを必要とするだけである。

側方障害物を考慮することは、危険が切迫している状況においてのみ支援されたいドライバによるＬＫＡ機能に対する許容度を大幅に改善することを可能にする。

Claims

障害物との衝突が切迫している状況における自動車車両の操舵手段を制御する制御システムであって、
車両には、
車線に対する車両の場所を特定し、サイティング距離における車線の中心に対する側方シフトを決定し、さらに車両の相対向首角を決定するためのシステムと、
車両に対する障害物の側方位置および／または前方位置、さらには車両に向かう障害物の相対的な動きによって、障害物の存在をリアルタイムで決定するための、センサーに関係する決定手段と、
車両の回転速度を測定するための３軸レートセンサーと、
操舵角センサーからの測定値の関数である操舵角または操舵トルクによって制御可能な操舵手段とが備えられ、
制御システムは、
障害物の位置を分析し、障害物に対して車両が移動可能な最大側方距離を決定するための検出手段（２）と、
車両の経路と最大側方距離との関数として修正の要求を生成するための判断手段（３）と、
車両の経路を修正するために車両の操舵を制御するための介入手段（４）とを備え、
前記判断手段（３）が、障害物に対する側方移動量に関して位置修正利得を決定し、決定した前記位置修正利得の中から、車線の左側における最大側方移動量の値より小さな側方移動量の値に対応した位置修正利得の集合を、第１の集合として記憶し、決定した前記位置修正利得の中から、車線の右側における最大側方移動量の値より小さな側方移動量の値に対応した位置修正利得の集合を、第２の集合として記憶し、記憶した前記第１の集合の位置修正利得または記憶した前記第２の集合の利得のうちから１つの位置修正利得のみが残ったときに、左右のずれのそれぞれに対して修正の有効化の要求を生成し、残った前記１つの位置修正利得を前記介入手段（４）に送信して修正を実行するように構成されている
制御システム。
障害物との衝突が切迫している状況における自動車車両の操舵手段を制御する制御システムであって、
車両には、
車線に対する車両の場所を特定し、サイティング距離における車線の中心に対する側方シフトを決定し、さらに車両の相対向首角を決定するためのシステムと、
車両に対する障害物の側方位置および／または前方位置、さらには車両に向かう障害物の相対的な動きによって、障害物の存在をリアルタイムで決定するための、センサーに関係する決定手段と、
車両の回転速度を測定するための３軸レートセンサーと、
操舵角センサーからの測定値の関数である操舵角または操舵トルクによって制御可能な操舵手段とが備えられ、
制御システムは、
障害物の位置を分析し、障害物に対して車両が移動可能な最大側方距離を決定するための検出手段（２）と、
車両の経路と最大側方距離との関数として修正の要求を生成するための判断手段（３）と、
車両の経路を修正するために車両の操舵を制御するための介入手段（４）とを備え、
前記判断手段（３）が、車線の中心に対する側方移動量に関して位置修正利得を決定し、決定した前記位置修正利得の中から、車線の中心に対する最大距離より小さな側方移動量の値に対応した位置修正利得の集合を、第３の集合として記憶し、記憶した前記第３の集合の位置修正利得のうちから１つの位置修正利得のみが残ったときに、修正の有効化の要求を生成し、残った前記１つの位置修正利得を前記介入手段（４）に送信して修正を実行するように構成されている
制御システム。
前記介入手段（４）が、前記判断手段（３）から受信された位置修正利得の関数として、前車両の経路の修正を制御するように構成され、
修正は、操舵角設定値の形態で、車両の操舵との関係において操舵角を計算する手段に送られるか、または、操舵トルク設定値の形態で操舵に対する支援を制御する手段に送られる、
請求項１または２に記載の制御システム。
前記検出手段（２）が、形状認識により前記障害物の前記位置を決定するように、ならびに、次に、ヨーのレートの、前記車両の軸と基準経路に対する接線との間における前記相対向首角の、前記車両の前記軸と前記車両の前の経路に対する接線との間における前記側方シフトの、ドリフト角の、重心から前車軸までの距離の、および、前記車両の前における前記側方シフトの測定のための前記サイティング距離の関数として、前記車両の側方移動距離を決定するように設計された、請求項１から３のいずれか一項に記載の制御システム。