JP7243757B2 - 制御装置、制御システム、方法、プログラム、および車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両の運動を制御する装置に関する。

車両で発生する車両の運動に関する複数の要求を調整して、調整結果に応じてアクチュエーターの動作を管理することができる車両が知られている。例えば、特許文献１には、アクチュエーターのアベイラビリティに応じて複数の要求を調整して、車両の運動を最適に制御する装置が開示されている。

特開２０１２－０９６６１９号公報

特許文献１に記載された制御装置では、車両の横方向運動を制御するアクチュエーター指令値を、ヨーレートの要求値に基づいて算出している。このため、自動駐車時などの極低速で走行している状態ではステアリングの操舵角が大きくてもヨーレートの要求値が小さくなるため、要求値をアクチュエーター指令値に適切に変換することができない。すなわち、ヨーレートを用いた横方向運動の制御では、車両の走行状態によってはアクチュエーター指令値を精度よく算出することができない場合がある。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出できる車両運動制御装置等を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、車両に搭載された制御装置であって、運転支援システムから複数の横方向加速度又は複数の曲率を受け付ける受付部と、複数の曲率を調停する調停部と、調停部による調停結果に基づいて操舵角を算出する算出部と、操舵角を複数のアクチュエーターシステムの少なくとも１つに配分する分配部と、を備える、制御装置である。

本開示の車両運動制御装置によれば、車両の走行状態に拘わらず、車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値（要求）を精度よく算出することができる。

本発明の一実施形態に係る車両運動制御装置の機能ブロックを示す図

［概要］
本発明に係る車両運動制御装置は、各システムから車両の横方向運動に関する要求を横方向加速度と曲率で受け付ける。これにより、回転方向を運動学的単位である曲率で処理できるので、車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出できる。

［構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る車両運動制御装置２０とその周辺の構成の機能ブロック図である。図１に例示した車両運動制御装置２０は、要求受付部２１と、フィードバック制御部２２と、変換送信部２３と、を備えている。

車両運動制御装置２０は、運転支援ＥＣＵ１０からの要求及びセンサー部５０から取得される情報に基づいて、車両の「走る」「曲がる」「止まる」といった車両の運動に関する制御内容を決定する。そして、車両運動制御装置２０は、決定した制御内容に基づいて、自らが管理しているステアリング制御ＥＣＵ３１、ブレーキ制御ＥＣＵ３２、及びパワートレイン制御ＥＣＵ３３などに対して必要な指令を行い、ステアリング４１、ブレーキ４２、及びパワートレイン（又はインホイールモータ）４３などの車両の運動に関わるアクチュエーターを適切に制御する。

運転支援ＥＣＵ１０は、ドライバーの運転をサポートするために各種の制御を行うユニットであり、一例として自動運転システム１１、自動駐車システム１２、及び予防安全システム１３などを含む。これらのシステムは、各システムで制御目標となる車両の動きを少なくとも、縦方向（車両前後方向）及び横方向（車両幅方向）の移動については運動力学的単位である縦方向加速度Ａｘ及び横方向加速度Ａｙによって、回転方向の移動については運動学的単位である曲率Ｒによって、車両運動制御装置２０に要求するように構成される。なお、曲率Ｒの代わりに、回転半径ｒ（＝１／Ｒ）を用いてもよい。

センサー部５０は、車両の運動に関する情報を取得する各種のセンサーであり、一例として車速を測定できる車輪速センサーや、ヨーレートや縦横方向の加速度を測定できるシャシーセンサーなどを含む。

要求受付部２１は、運転支援ＥＣＵ１０から１つ又は複数の要求を受け付けて、この受け付けた要求を調停又は選択して最適な１つの縦方向加速度Ａｘ、横方向加速度Ａｙ、曲率Ｒによる要求（Ａｘ、Ａｙ、Ｒ）を出力する。要求受付部２１は、横方向運動の制御に関しては、横方向加速度Ａｙ及び曲率Ｒの少なくとも１つを含む要求を受け付ければよい。

フィードバック制御部２２は、要求受付部２１が出力する最適な１つの要求（Ａｘ、Ａｙ、Ｒ）と、ステアリング制御ＥＣＵ３１、ブレーキ制御ＥＣＵ３２、及びパワートレイン制御ＥＣＵ３３などからフィードバックされるアクチュエーター情報（制御実現結果、アベイラビリティなど）と、センサー部５０から入力する車両の運動に関する情報とに基づいて、フィードバック結果などを加味した縦方向加速度Ａｘ^＊、横方向加速度Ａｙ^＊、曲率Ｒ^＊を演算する。例えば、横方向加速度Ａｙ^＊は、車両に設置された横Ｇセンサーからフィードバックされる測定値に基づいて演算することができる。曲率Ｒ^＊は、横Ｇセンサーと車輪速センサーとからフィードバックされる測定値によって推定される曲率に基づいて演算することができる。

変換送信部２３は、フィードバック制御部２２で演算された要求（Ａｘ^＊、Ａｙ^＊、Ｒ^＊）を、ステアリング４１、ブレーキ４２、及びパワートレイン４３などの車両の運動に関わる１つ以上のアクチュエーターに配分する指令値として、各アクチュエーターの動作特性に応じた操作量（制動力Ｆｘ、操舵角δなど）の単位に変換する。そして、変換送信部２３は、変換した指令値を該当するアクチュエーターを動作させる各制御ＥＣＵにそれぞれ送信する。

ステアリング制御ＥＣＵ３１は、変換送信部２３から受信する指令値とドライバーのステアリング操作に応じた指令値とに基づいて、所定のステアリングドライバーモデルに従ったステアリング４１の制御を実施する。ブレーキ制御ＥＣＵ３２は、変換送信部２３から受信する指令値とドライバーのブレーキ操作に応じた指令値とに基づいて、所定のブレーキドライバーモデルに従ったブレーキ４２の制御を実施する。パワートレイン制御ＥＣＵ３３は、変換送信部２３から受信する指令値とドライバーのアクセル操作に応じた指令値とに基づいて、所定のアクセルドライバーモデルに従ったパワートレイン４３の制御を実施する。

本実施形態に係る車両運動制御装置２０は、例えばこのブレーキ制御ＥＣＵ３２内に構成することができる。また、運転支援ＥＣＵ１０に含まれる各システムや、車両運動制御装置２０が管理する各制御ＥＣＵ及び各アクチュエーターは、図示したものに限られるものではない。なお、各ＥＣＵは、ＣＡＮなどの車内ネットワークを介して相互に通信可能に接続されている。

［実施例］
以下、車両の横方向の運動制御を例に挙げて、運転支援ＥＣＵ１０の各システムからどのような要求が車両運動制御装置２０へ出力されるのか、また車両運動制御装置２０によってどのように各アクチュエーターを制御して要求が実現されるかを、具体的に幾つか説明する。

＜要求例１＞
予防安全システム１３は、レーンキープ制御機能によって、直線の道路を走行車線のセンターを維持して走行させるために車両を加速度Ｙで横方向へ移動させたい場合には、横方向加速度Ａｙ_３＝Ｙかつ曲率Ｒ_３＝０（又は曲率の要求なし）を、車両運動制御装置２０に要求する。

＜要求例２＞
予防安全システム１３は、レーンキープ制御機能によって、曲率Ｘでカーブしている道路を走行車線のセンターを維持して走行させるために車両を加速度Ｙで横方向へ移動させたい場合には、横方向加速度Ａｙ_３＝Ｙかつ曲率Ｒ_３＝Ｘを、車両運動制御装置２０に要求する。

＜要求例３＞
自動駐車システム１２は、自動駐車制御機能によって、極低速で曲率Ｘの軌道により車両を移動させたい場合には、横方向加速度Ａｙ_２＝０（又は横方向加速度の要求なし）かつ曲率Ｒ_２＝Ｘを、車両運動制御装置２０に要求する。

＜実現例１＞
運転支援ＥＣＵ１０からの運動要求をステアリング４１の操舵だけで実現させる場合、車両運動制御装置２０は、横方向加速度Ａｙとセンサー部５０から取得した現在の車速Ｖｘとに基づいて、要求された横方向加速度Ａｙに応じた曲率Ｒｙ（＝Ａｙ／Ｖｘ^２）を計算する。そして、車両運動制御装置２０は、算出した曲率Ｒｙと要求された曲率Ｒとに基づいて曲率Ｒ^＊（＝Ｒ＋Ｒｙ）を算出し、算出した曲率Ｒ^＊からステアリング４１の操舵角δを演算する。

＜実現例２＞
運転支援ＥＣＵ１０からの運動要求を、４輪操舵機能（４ＷＳ）を有するステアリング４１の操舵で実現させる場合、車両運動制御装置２０は、上述した実現例１の手法によってステアリング４１の操舵角δを演算する。ただし、運転支援ＥＣＵ１０からの運動要求が横方向加速度Ａｙだけで曲率Ｒがない場合には、車両運動制御装置２０は、車両の前輪と後輪とを同位相の操舵制御とした上で、要求された横方向加速度Ａｙを操舵角速度に変換する。これにより、横方向加速度Ａｙをステアリング４１の操舵で実現できる。

＜実現例３＞
インホイールモータ４３を搭載した車両において、インホイールモータ４３の左右トルク差制御で生じるモーメントは、曲率Ｒを制御するフィードバック微分項にあたる。このため、運転支援ＥＣＵ１０からの運動要求をインホイールモータ４３の駆動で実現させる場合、車両運動制御装置２０は、インホイールモータ４３を微分項分の実現手段として分離して要求する（ｄＲ＝ｄＶｘ／ｄω）。

［作用・効果］
以上のように、本発明の一実施形態に係る車両運動制御装置２０によれば、運転支援ＥＣＵ１０からの車両の運動に関する要求のうち、回転方向を運動学的単位である曲率Ｒで受け付けて処理することができる。これにより、例えば極低速走行においてステアリング４１を大きく操舵しても横方向運動に関する要求値が小さくならないため、要求値をアクチュエーター指令値に適切に変換することが可能となる。従って、ヨーレートを用いた横方向運動の制御と比べて、車両の走行状態に拘わらず車両の横方向運動に関するアクチュエーター指令値を精度よく算出することができる。

また、本実施形態に係る車両運動制御装置２０は、要求元であるシステムの機能に拘わらず同じ単位で横方向運動の要求を扱うことができるので、フィードバック制御部２２を１つにまとめることができ、また変換送信部２３も１つにまとめることができる。また、曲率Ｒは、運動力学的単位への変換も可能であるため、所定の制御（例えば安定化制御）と横方向運動制御との協調が必要な場合にも対応することができる。

なお、本発明は、車両運動制御装置として捉えるだけでなく、車両運動制御装置のコンピューターが実行する方法、プログラム、あるいは、車両運動制御装置を搭載した車両として捉えることも可能である。

本発明は、車両の運動を制御するシステムに有用である。

１０ 運転支援ＥＣＵ
１１ 自動運転システム
１２ 自動駐車システム
１３ 予防安全システム
２０ 車両運動制御装置
２１ 要求受付部
２２ フィードバック制御部
２３ 変換送信部
３１ ステアリング制御ＥＣＵ
３２ ブレーキ制御ＥＣＵ
３３ パワートレイン制御ＥＣＵ
４１ ステアリング
４２ ブレーキ
４３ パワートレイン（インホイールモータ）
５０ センサー部

Claims (8)

1. 車両に搭載され、前記車両の運動を制御する制御装置であって、
   複数の運転支援システムから複数の目標曲率を受け付け、前記複数の目標曲率を調停する調停部と、
   前記調停部による調停結果およびアクチュエータシステムからフィードバックされる情報に基づいて操舵角を算出する算出部と、
   前記操舵角を複数の前記アクチュエータシステムの少なくとも１つに分配する分配部と、を備える、制御装置。
2. 前記調停部は、前記複数の運転支援システムから複数の目標加速度をさらに受け付け、前記複数の目標曲率と前記複数の目標加速度とをそれぞれ調停する、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記アクチュエータシステムからフィードバックされる情報は、前記アクチュエータシステムによる制御実現結果および前記アクチュエータシステムのアベイラビリティのうち少なくとも１つである、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記算出部は、さらに前記車両に備えられたセンサーから入力する前記車両の運動に関する情報に基づいて前記操舵角を算出する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 請求項１に記載の制御装置と、複数の前記アクチュータシステムを含む制御システムであって、
   前記アクチュータシステムは、ステアリングシステムであり、
   前記ステアリングシステムは、前記操舵角とドライバーのステアリング操作に応じた指令値とに基づいて、所定のステアリングドライバーモデルに従ったステアリングの制御を行う、制御システム。
6. 車両に搭載され、前記車両の運動を制御する制御装置のコンピューターが実行する方法であって、
   複数の運転支援システムから複数の目標曲率を受け付け、前記複数の目標曲率を調停するステップと、
   前記調停するステップにおける調停結果およびアクチュエータシステムからフィードバックされる情報に基づいて操舵角を算出するステップと、
   前記操舵角を複数の前記アクチュエータシステムの少なくとも１つに分配するステップと、を含む、方法。
7. 車両に搭載され、前記車両の運動を制御する制御装置のコンピューターに実行させるプログラムであって、
   複数の運転支援システムから複数の目標曲率を受け付け、前記複数の目標曲率を調停するステップステップと、
   前記調停するステップにおける調停結果およびアクチュエータシステムからフィードバックされる情報に基づいて操舵角を算出するステップと、
   前記操舵角を複数の前記アクチュエータシステムの少なくとも１つに分配するステップと、を含む、プログラム。
8. 請求項１に記載の制御装置を搭載した、車両。

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