JP7071907B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents
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Description
先ず、本発明に係る走行制御装置を備える車両の動力伝達経路を図1に基づいて以下に説明する。
次に、図1に示す車両1に設けられた走行制御装置100のシステム構成を図2に基づいて以下に説明する。
前記外部情報取得部12は、車両1の外部状況、例えば、走行路の車線や周辺の物体などの車両1の周辺の環境情報を取得するものであって、例えば、各種カメラ(単眼カメラ、ステレオカメラ、赤外線カメラなど)や各種レーダ(ミリ波レーダ、マイクロ波レーダ、レーザレーダなど)などを備えている。ここで、カメラによって得られた情報とレーダにより得られた情報を統合するフュージョンセンサを使用することも可能である。
経路情報取得部13は、ナビゲーション装置を含んでおり、ナビゲーション装置は、GNSS(Global Navigation Satellite System)受信機や地図情報(ナビ地図)、ユーザインターフェースとして機能するタッチパネル式表示装置、スピーカ、マイクなどを備えている。ここで、ナビゲーション装置は、GNSS受信機によって車両1の位置を特定し、その特定した位置からユーザによって指定された目的地までの経路を導出する。そして、ナビゲーション装置によって導出された経路は、経路情報144として記憶部140に格納される。なお、車両1の位置は、走行状態取得部14の出力を利用したINS(Inertial Navigation System)によって特定または補完されてもよい。
走行状態取得部14は、車両1の現在の走行状態を取得するものであって、走行位置取得部26と、車速取得部28と、ヨーレート取得部30と、操舵角取得部32および走行軌道取得部34を備えている。
走行位置取得部26は、走行状態の1つである車両1の走行位置と走行姿勢(進行方向)を取得するものであって、各種測位装置、例えば、衛星や路上装置から送信される電磁波を受信して位置情報(緯度、軽度、高度、座標など)を取得する装置(GPS受信機、GNSS受信機、ビーコン受信機など)やジャイロセンサや加速度センサなどを備えている。なお、車両1の走行位置は、当該車両1の特定部位を基準として測定される。
車速取得部28は、車両1の車速を取得するものであって、これには車速センサが用いられる。
ヨーレート取得部30は、走行状態の1つである車両1のヨーレートを取得するものであって、例えば、ヨーレートセンサなどを備えている。
操舵角取得部32は、車両1の走行状態の1つである操舵角を取得するものであって、例えば、ステアリングシャフトに設けられたステアリング操舵角センサ75などを備えている。なお、ステアリング操舵角センサ75によって取得された操舵角に基づいて操舵角速度と操舵角加速度も取得される。
走行軌道取得部34は、走行状態の1つである車両1の実走行軌道の情報(実走行軌道)を取得するものであって、メモリを備えており、メモリは、実走行軌道に含まれる一連の点列の位置情報を記憶する。ここで、実走行軌道とは、実際に車両1が走行した軌道(軌跡)を含んでおり、これから走行する予定の軌道、例えば、走行した軌道(軌跡)の進行方向前側の延長線を含んでいてもよい。この場合、延長線は、コンピュータなどにより予測可能である。
ところで、操作検出センサであるアクセル開度センサ71、ブレーキ踏量センサ73、ステアリング操舵角センサ75は、検出結果としてのアクセル開度、ブレーキ踏量、ステアリング操舵角をそれぞれ制御装置100に対して出力する。
切替スイッチ80は、車両1の乗員によって操作されるスイッチであって、乗員の操作を受け付け、受け付けた操作内容から運転モード(例えば、自動運転モードと手動運転モード)の切り替えを行う。例えば、切替スイッチ80は、乗員の操作内容から、車両1の運転モードを指定する運転モード指定信号を生成し、この運転モード指定信号を走行制御装置100に対して出力する。
シフト装置60は、運転者によって不図示のシフトレバーを介して操作されるものであって、このシフト装置60におけるシフトレバーのポジションには、P(パーキング)、R(後進走行)、N(ニュートラル)、D(自動変速モード(ノーマルモード)での前進走行)、S(スポーツモードでの前進走行)などがある。そして、シフト装置60の近傍には、シフトポジションセンサ205が設けられており、このシフトポジションセンサ205は、運転者によって操作されるシフトレバーのポジション(シフトポジション)を検出する。
パドルスイッチ65は、ステアリングホイール74の近傍に設けられており、手動運転時(手動運転モード)での手動変速モードでシフトダウンを指示するための-スイッチ(マイナスボタン)66と、手動変速モードでシフトアップを指示する+スイッチ(プラスボタン)67を備えている。
報知装置82は、情報を出力することができる種々の装置であって、例えば、車両1の乗員に対して、自動運転モードから手動運転モードへの移行を促すための情報を出力する。この報知装置82としては、例えば、スピーカ、バイブレータ、表示装置、発光装置などの中から少なくとも1つが用いられる。
乗員識別部15は、例えば、車両1の車室内を撮像可能な車内カメラを備えており、この車内カメラとしては、例えば、CCDやCMOSなどの個体撮像素子を利用したデジタルカメラや近赤外光源と組み合わされた近赤外カメラなどが使用される。走行制御装置100は、車内カメラによって撮像された画像を取得し、その画像に含まれるドライバの顔の画像から、現在の車両1のドライバを識別する。
走行駆動力出力装置(駆動装置)90は、エンジンE(図1参照)および該エンジンEを制御する不図示のFI-ECU(Electronic Control Unit)と、トランスミッションT(図1参照)と該トランスミッションTを制御するAT-ECUを備えて構成されている。なお、これ以外にも、走行駆動力出力装置90としては、車両1が電動機を駆動源とする電気自動車である場合には、走行用モータおよび該走行用モータを制御するモータECUによって構成されるものが使用される。また、車両1がハイブリッド自動車である場合には、走行駆動力出力装置90は、エンジンEおよびエンジンECUと走行用モータおよびモータECUで構成されるものが使用される。
(ステアリング装置)
ステアリング装置(EPS)92は、例えば、駆動源として電動モータを備えており、電動モータは、例えば、ラックアンドピニオン機構に力を作用させて操舵輪である左右の前輪WFL,WFR(図1参照)を転舵させる。すなわち、ステアリング装置92は、走行制御部120から入力される情報に従って電動モータを駆動して左右の前輪WFL,WFRを転舵させる。
ブレーキ装置94は、例えば、ブレーキキャリパと、該ブレーキキャリパに油圧を供給する油圧シリンダと、該油圧シリンダに油圧を発生させる電動モータと、制動制御部とを備えた電動サーボブレーキ装置である。この電動サーボブレーキ装置の制動制御部は、走行制御部120から入力される情報に従って電動モータを制御し、制動操作に応じた制動力を左右の前輪WFL,WFRと後輪WRL,WRRに対してそれぞれ出力する。
次に、走行制御装置100について説明する。この走行制御装置100は、自動運転制御部110と、走行制御部120および記憶部140を備えている。
自動運転制御部110は、自車位置認識部112と、外界認識部114と、行動計画生成部116および目標走行状態設定部118を備えている。ここで、自動運転制御部110の各部、走行制御部120の一部または全部は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサがプログラムを実行することによって実現される。また、これらのうちの一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Circuit)などのハードウェアによって実現されてもよい。
自動運転制御部110の自車位置認識部112は、記憶部140に格納されている地図情報142と、外部状況取得部12、経路情報取得部13または走行状態取得部14から入力される情報とに基づいて、車両1が走行している車線(走行車線)および走行車線に対する車両1の相対位置を認識する機能を果たす。
外界認識部114は、外部状況取得部12などから入力される情報に基づいて、周辺車両の位置や速度、加速度などの状態を認識する機能を果たす。本実施の形態における周辺車両とは、車両1の周辺を走行する他の車両であって、車両1と同じ方向に走行する車両である。周辺車両の位置は、車両1の重心やコーナーなどの代表点で表されてもよく、車両1の輪郭で表現された領域によって表されてもよい。ここで、周辺車両の「状態」とは、前記各種機器の情報に基づいて周辺車両の加速度、車線変更をしているか否か(或いは車線変更をしようとしているか否か)を含んでもよい。また、外界認識部114は、周辺車両に加えて、ガードレールや電柱、駐車車両、歩行者、その他の物体の位置を認識してもよい。
行動計画生成部116は、自動運転の開始地点、自動運転の終了予定地点、および/または自動運転の目的地を設定する機能を果たす。ここで、自動運転の開始地点は、車両1の現在位置であってもよく、車両1の乗員によって自動運転を指示する操作がなされた地点であってもよい。
目標走行状態設定部118は、行動計画生成部116によって生成された行動計画と、外部状況取得部12、経路情報取得部13および走行状態取得部14によって取得された各種情報に基づいて、車両1の目標とする走行状態である目標走行状態を設定する機能を果たす。この目標状態設定部118は、目標値設定部52と、目標軌道設定部54と、偏差取得部42および補正部44を備えている。
目標値設定部52は、車両1が目標とする走行位置(緯度、経度、高度、座標など)の情報(単に「目標位置」とも言う)、車速の目標値情報(単に「目標車速」とも言う)、ヨーレートの目標値情報(単に「目標ヨーレート」とも言う)を設定するように構成されている。
目標軌道設定部54は、外部状況取得部12によって取得される外部状況と経路情報取得部13によって取得される走行経路情報に基づいて、車両1の目標軌道の情報(単に「目標軌道」とも言う)を設定するように構成されている。ここで、目標軌道は、単位時間毎の目標位置の情報を含む。そして、各目標位置には、車両1の姿勢情報(進行方向)が対応づけられる。また、各目標位置に、車速、加速度、ヨーレート、横G、操舵角、操舵角速度、操舵角加速度などの目標値情報が対応づけられていてもよい。なお、上述の目標位置、目標車速、目標ヨーレートおよび目標軌道は、車両1の目標走行状態を示す情報である。
偏差取得部42は、目標走行状態設定部118で設定される車両1の目標走行状態と、走行状態取得部14で取得される車両1の実走行状態とに基づいて、車両1の目標走行状態に対する実走行状態の偏差を取得する機能を果たす。
補正部44は、偏差取得部42によって取得される偏差に応じて車両1の目標走行状態を補正する機能を果たすものである。
走行制御部120は、車両1の走行を制御する機能を果たすものであって、加減速指令部55と、操舵指令部56と、駆動力配分指令部57と、ウインカー指令部58および車線変更指令部59を備えており、車両1の走行状態を、目標走行状態設定部118によって設定された車両1の目標走行状態または補正部44によって設定された新たな目標走行状態に一致或いは近づけるように走行制御の指令値を出力する。
加減速指令部55は、車両1の走行制御のうち、加減速制御を行うように構成されている。具体的には、加減速指令部55は、目標走行状態設定部118または補正部44によって設定された目標走行状態(目標加減速度)と実走行状態(実加減速度)とに基づいて、車両1の走行状態を目標走行状態に一致させるための加減速度指令値を演算する。
操舵指令部56は、車両1の走行制御のうち、操舵制御を行うように構成されている。具体的には、操舵指令部56は、目標走行状態設定部118または補正部44によって設定された目標走行状態と実走行状態とに基づいて、車両1の走行状態を目標走行状態に一致させるための操舵角速度指令値を演算する。
駆動力配分指令部57は、車線変更の要求があった場合に左右の電動モータML,MRへの動力配分の比率を指令する機能を果たす。
ウインカー指令部58は、ステアリングホイール74が回転操作された場合に車両が旋回する方向のウインカー96を点滅させる指令を出力するものである。
車線変更指令部59は、車両1の車線変更を実行させるものであって、その機能の詳細は後述する。
記憶部140は、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリなどで構成されており、これには地図情報142と、経路情報144および行動計画情報146が格納されている。なお、プロセッサが実行するプログラムは、予め記憶部140に格納されていてもよく、車載インターネット設備などを介して外部装置からダウンロードされてもよい。また、プログラムは、当該プログラムを格納した可般型記憶媒体が不図示のドライブ装置に装着されることによって、記憶部140にインストールされてもよい。
次に、本発明に係る走行制御装置100の作用を図3~図6に基づいて以下に説明する。
4 インバータ(PFU)
14 走行状態取得部
26 走行位置取得部(加速度センサ)
28 車速取得部(車速センサ)
30 ヨーレート取得部(ヨーレートセンサ)
32 操舵角取得部(操舵角センサ)
34 走行軌道取得部(メモリ)
56 操舵指令部
57 駆動力配分指令部
58 ウインカー指令部
59 車線変更指令部
74 ステアリングホイール
75 操舵角センサ
92 ステアリング装置
96 ウインカー
100 走行制御装置
110 自動運転制御部
112 自車位置認識部
114 外界認識部
120 走行制御部
ML,MR 電動モータ(駆動源)
WRL,WRR 後輪(車輪)
Claims (6)
- 走行モードとして操舵と加減速の少なくともいずれかを自動的に制御する自動運転モードを選択可能であって、駆動源からの駆動力を左右の車輪に伝達して該左右の車輪をそれぞれ独立に回転駆動する車両に設けられる走行制御装置であって、
走行制御部と、自動運転制御部と、を備え、
走行モードとして自動運転モードが選択された場合に、前記走行制御部が車線変更指令を出力すると、
前記自動運転制御部は、車線変更軌跡を算出し、算出した車線変更軌跡に基づいて車速、操舵角、左右の駆動力、路面の摩擦係数、加速度およびヨーレートを推定し、これらの推定した値に基づいて、ステアリングホイールの操舵角の制御目標値と、左右の車輪への駆動力配分の制御目標値と、を設定し、
前記走行制御部は、ステアリングホイールの操舵角および左右の車輪への駆動力配分を、それぞれの前記制御目標値となるように制御する
ことを特徴とする車両の走行制御装置。 - 前記自動運転制御部は、前記ステアリングホイールの操舵角の制御目標値、および前記左右の車輪への駆動力配分の制御目標値を、車線変更が最も短時間で実行される値に設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の車両の走行制御装置。 - 前記自動運転制御部は、車線変更のステアリングホイールの操作によって生じる加速度の減少分を補う駆動力を発生するように、前記左右の車輪への駆動力配分の制御目標値を設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の車両の走行制御装置。 - 前記自動運転制御部は、車線変更時に車線変更前よりも加速度が上昇するように、前記左右の車輪への駆動力配分の制御目標値を設定する
ことを特徴とする請求項1に記載の車両の走行制御装置。 - 前記自動運転制御部は、自車位置を認識する自車位置認識部と、自車周辺の外界を認識する外界認識部を備え、
前記走行制御部は、前記自車位置認識部によって認識される自車位置の周辺に、前記外界認識部によって認識される他車が存在しない場合に限り前記車線変更指令を出力する
ことを特徴とする請求項1~4の何れかに記載の車両の走行制御装置。 - 前記走行制御部は、ウインカーの点滅指令の出力に連動して、前記車線変更指令を出力する
ことを特徴とする請求項1~5の何れかに記載の車両の走行制御装置。
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