JP7260385B2 - 車両走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、目標軌道に追従するように車両の走行を制御する車両走行制御装置に関する。

目標軌道に追従するように車両の走行を制御する「軌道追従制御（trajectory following control）」が知られている。この軌道追従制御では、様々な要因により制御遅れが発生する可能性がある。制御遅れの要因としては、演算処理時間や情報通信時間などが考えられる。例えば、目標軌道の算出にはある程度の時間が必要であり、その目標軌道算出時間が制御遅れの原因となる。制御遅れは、目標軌道に対する追従性能の低下を招く。

特許文献１は、車両の走行状態を取得する際の時間遅れを抑制し、安定的に車両の制御を行うことを目的とした運転支援システムを開示している。具体的には、運転支援システムは、走路境界を含む画像を取得し、取得した画像に基づいて目標軌道を生成する。また、運転支援システムは、取得した画像に基づいて、走路における車両の横位置を取得する。そして、運転支援システムは、目標軌道と車両の横位置とに基づいて軌道追従制御を行う。

車両の横位置を取得する際、画像データの生成や画像データの処理にある程度の時間がかかる。この時間遅れを補償するために、運転支援システムは、画像に基づいて取得された横位置を補正する。具体的には、運転支援システムは、センサによって検出されるヨーレートと車速を用い、時間遅れに相当する期間における車両の横移動量を推定する。そして、運転支援システムは、推定された横移動量を横位置に足し合わせることによって、横位置を補正する。

特開２０１８－０２４２９５号公報

上記の特許文献１に開示された技術によれば、軌道追従制御の制御遅れを補償する遅れ補償処理が行われる。そのために、センサによって検出される走行状態を用いることにより、制御遅れに相当する期間における車両の移動量が推定される。

しかしながら、センサが故障した場合、検出される走行状態が正確でなくなる。誤った走行状態に基づいて推定される移動量は、実際の車両走行を反映しない異常な値となる。その結果、遅れ補償処理が実際の車両走行を反映せずに実行され、軌道追従制御の追従性能が却って低下する。遅れ補償処理を停止することも考えられるが、遅れ補償処理が全く実行されないと、軌道追従制御の追従性能はやはり低下する。

本発明の１つの目的は、軌道追従制御の追従性能の低下を抑制することができる技術を提供することにある。

第１の観点は、車両の走行を制御する車両走行制御装置に関連する。
前記車両走行制御装置は、
前記車両の走行状態を検出するセンサと、
目標軌道を生成し、前記車両が前記目標軌道に追従するように前記車両の走行を制御する軌道追従制御を行う制御装置と
を備える。
遅れ時間は、前記軌道追従制御の制御遅れを表す時間である。
遅れ補償時間は、前記遅れ時間の少なくとも一部である。
前記軌道追従制御は、
前記センサによる検出結果を示すセンサ検出情報を取得する情報取得処理と、
前記センサ検出情報に基づいて、前記遅れ補償時間における前記車両の移動量を推定する移動量推定処理と、
前記制御遅れを補償するように、前記推定された移動量に基づいて前記車両と前記目標軌道との間の偏差を補正する遅れ補償処理と、
前記遅れ補償処理の後、前記偏差が減少するように前記車両の走行を制御する走行制御処理と
を含む。
前記制御装置は、前記センサの状態と前記センサ検出情報の少なくとも一方に基づいて、前記移動量推定処理が有効となる有効期間と、前記移動量推定処理が無効となる無効期間とを判定する。
前記遅れ時間に前記無効期間が含まれる場合、前記制御装置は、一時モードで前記移動量推定処理を行う。
前記一時モードでは、前記制御装置は、前記無効期間における前記センサ検出情報を用いることなく、前記有効期間における前記センサ検出情報を少なくとも用いて前記移動量推定処理を行う。

第２の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
前記遅れ時間に前記有効期間と前記無効期間の両方が含まれている場合、前記制御装置は、前記一時モードにおいて、前記遅れ時間に含まれる前記有効期間を前記遅れ補償時間として設定する。

第３の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
前記一時モードにおいて、前記制御装置は、
前記無効期間における前記走行状態を前記有効期間における前記センサ検出情報に基づいて推定し、前記推定された走行状態を示す推定走行状態情報を取得し、
前記遅れ時間を前記遅れ補償時間として設定し、
前記有効期間における前記センサ検出情報と前記無効期間における前記推定走行状態情報を用いて前記移動量推定処理を行う。

第４の観点は、第２の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
前記遅れ時間に含まれる前記有効期間の長さが閾値未満である場合、前記制御装置は、
前記無効期間における前記走行状態を前記有効期間における前記センサ検出情報に基づいて推定し、前記推定された走行状態を示す推定走行状態情報を取得し、
前記遅れ時間を前記遅れ補償時間として設定し、
前記有効期間における前記センサ検出情報と前記無効期間における前記推定走行状態情報を用いて前記移動量推定処理を行う。

第５の観点は、第１～第４の観点のいずれかに加えて、次の特徴を更に有する。
前記遅れ時間に前記無効期間に含まれない場合、前記制御装置は、通常モードで前記移動量推定処理を行う。
前記通常モードでは、前記制御装置は、前記遅れ時間を前記遅れ補償時間として設定し、前記遅れ時間における前記センサ検出情報を用いて前記移動量推定処理を行う。
前記制御装置は、前記遅れ時間に前記無効期間が含まれるか否かに応じて、前記移動量推定処理のモードを前記通常モードと前記一時モードとで切り替える。

第６の観点は、第５の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
前記走行制御処理において、前記制御装置は、前記車両と前記目標軌道との間の前記偏差に基づいて目標転舵角を算出し、実転舵角が前記目標転舵角に追従するようにフィードバック制御を行う。
前記一時モードで前記移動量推定処理が行われる場合、前記制御装置は、前記偏差から前記目標転舵角を算出するための制御ゲインを、前記通常モードで前記移動量推定処理が行われる場合と比較して減少させる。

本発明によれば、制御装置は、移動量推定処理が有効となる有効期間と、移動量推定処理が無効となる無効期間とを判定する。軌道追従制御の遅れ時間に無効期間が含まれる場合、制御装置は、一時モードで移動量推定処理を行う。一時モードでは、制御装置は、無効期間におけるセンサ検出情報を用いることなく、有効期間におけるセンサ検出情報を用いて移動量推定処理を行う。無効期間におけるセンサ検出情報が用いられないため、移動量推定処理ひいては遅れ補償処理の精度の低下が抑制される。その結果、軌道追従制御の追従性能の低下が抑制される。

また、本発明によれば、遅れ時間に無効期間が含まれる場合、制御装置は、移動量推定処理を完全に諦めるわけではなく、移動量推定処理を一時モードで可能な限り実行する。従って、移動量推定処理及び遅れ補償処理が全く行われない場合と比較しても、軌道追従制御の追従性能の低下が抑制される。

本発明の実施の形態に係る車両走行制御装置を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る車両走行制御装置の構成例を示すブロック図である。 基本的な軌道追従制御を説明するための概念図である。 軌道追従制御における遅れ補償処理を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る軌道追従制御に関連する制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る軌道追従制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る移動量推定処理の通常モードを説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る移動量推定処理に関する有効期間と無効期間の例を示す概念図である。 本発明の実施の形態に係る移動量推定処理の一時モードの第１の例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る移動量推定処理の一時モードの第２の例を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態に係る移動量推定処理の一時モードの効果を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係る移動量推定処理に関連する機能構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る移動量推定処理の変形例を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態に係る移動量推定処理を要約的に示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る走行制御処理の変形例を説明するためのブロック図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．車両走行制御装置
図１は、本実施の形態に係る車両走行制御装置１０を説明するための概念図である。車両走行制御装置１０は、車両１に搭載されており、車両１の走行（操舵、加減速）を制御する車両走行制御を行う。特に、車両走行制御装置１０は、車両走行制御の一種である「軌道追従制御（trajectory following control）」を行う。軌道追従制御において、車両走行制御装置１０は、目標軌道ＴＲを定期的に生成し、車両１が目標軌道ＴＲに追従するように車両１の走行を制御する。そのような軌道追従制御は、自動運転制御、車線維持支援制御（LTA: Lane Tracing Assist）、等において行われる。

図２は、本実施の形態に係る車両走行制御装置１０の構成例を示すブロック図である。車両走行制御装置１０は、走行状態センサ２０、運転環境取得装置３０、走行装置５０、及び制御装置１００を備えている。

走行状態センサ２０は、車両１の走行状態を検出する。例えば、走行状態センサ２０は、車速センサ２１、ヨーレートセンサ２２、加速度センサ２３、舵角センサ２４、等を含んでいる。車速センサ２１は、車両１の速度である車速Ｖを検出する。ヨーレートセンサ２２は、車両１のヨーレートＹＲを検出する。加速度センサ２３は、車両１の加速度（横加速度、前後加速度、上下加速度）を検出する。舵角センサ２４は、ハンドルの操舵角及び車輪の転舵角を検出する。センサ検出情報ＳＥＮは、走行状態センサ２０による検出結果を示す。走行状態センサ２０は、センサ検出情報ＳＥＮを制御装置１００に送る。

運転環境取得装置３０は、車両１の運転環境を示す運転環境情報ＥＮＶを取得する。例えば、運転環境取得装置３０は、地図データベース３１、認識センサ３２、ＧＰＳ（Global Positioning System）装置３３、通信装置３４、等を含んでいる。

地図データベース３１は、車線配置や道路形状を示す地図情報のデータベースである。運転環境取得装置３０は、地図データベース３１から、必要なエリアの地図情報を取得する。地図データベース３１は、車両１に搭載されている所定の記憶装置に格納されていてもよいし、車両１の外部の管理サーバに格納されていてもよい。後者の場合、運転環境取得装置３０は、通信装置３４を用いて管理サーバと通信を行い、管理サーバの地図データベース３１から必要な地図情報を取得する。

認識センサ３２は、車両１の周囲の状況を認識（検出）する。例えば、認識センサ３２は、カメラ、ライダー（LIDAR: Laser Imaging Detection and Ranging）、及びレーダを含んでいる。周辺状況情報は、認識センサ３２による認識結果を示す。例えば、周辺状況情報は、車両１の周囲の周辺車両や白線の情報を含む。

ＧＰＳ装置３３は、車両１の位置及び方位を示す位置情報を取得する。また、認識センサ３２によって検出された白線の配置と地図情報で示される車線配置とを照合することによって、更に精度の高い位置情報を取得することもできる。他の例として、通信装置３４を用いたＶ２Ｘ通信（車車間通信および路車間通信）により、位置情報が取得されてもよい。

運転環境情報ＥＮＶは、上述の地図情報、周辺状況情報、及び位置情報を含む。運転環境取得装置３０は、取得した運転環境情報ＥＮＶを制御装置１００に送る。

走行装置５０は、操舵装置５１、駆動装置５２、及び制動装置５３を含んでいる。操舵装置５１は、車輪を転舵する。例えば、操舵装置５１は、パワーステアリング（EPS: Electric Power Steering）装置を含んでいる。駆動装置５２は、駆動力を発生させる動力源である。駆動装置５２としては、エンジンや電動機が例示される。制動装置５３は、制動力を発生させる。走行装置５０の動作は、制御装置１００によって制御される。

制御装置１００は、プロセッサ１０１及びメモリ１０２を備えるマイクロコンピュータを含んでいる。制御装置１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。プロセッサ１０１がメモリ１０２に格納された制御プログラムを実行することにより、制御装置１００による各種処理が実現される。

例えば、制御装置１００は、走行装置５０を制御することによって、車両１の走行を制御する車両走行制御を行う。車両走行制御は、操舵制御と加減速制御を含む。制御装置１００は、操舵装置５１を制御することによって、操舵制御を行う。また、制御装置１００は、駆動装置５２及び制動装置５３を制御することによって、加減速制御を行う。

特に、制御装置１００は、車両走行制御の１つとして、軌道追従制御を行う。具体的には、制御装置１００は、運転環境情報ＥＮＶに基づいて、目標軌道ＴＲを定期的に生成する。例えば、目標軌道ＴＲは、走行車線の中央を通る線である。制御装置１００は、地図情報と位置情報に基づいて、目標軌道ＴＲを算出することができる。他の例として、制御装置１００は、周辺状況情報（白線の情報）に基づいて、目標軌道ＴＲを算出することができる。但し、目標軌道ＴＲやその算出方法は、それらに限定されない。目標軌道ＴＲを生成すると、制御装置１００は、車両１が目標軌道ＴＲに追従するように車両走行制御を行う。

以下、本実施の形態に係る軌道追従制御について更に詳しく説明する。

２．軌道追従制御
２－１．基本的な軌道追従制御
図３は、基本的な軌道追従制御を説明するための概念図である。まず、座標系（Ｘ，Ｙ）について定義する。図３に示される例では、原点Ｏは、車両１の中心である。Ｘ方向は車両１の前方方向であり、Ｙ方向はＸ方向と直交する平面方向である。但し、座標系（Ｘ，Ｙ）は、図３で示された例に限られない。

目標軌道ＴＲは、あるタイミングにおける座標系（Ｘ，Ｙ）において定義される。原点ＯからＹ方向に位置する目標軌道ＴＲ上の点Ｓを考える。このとき、横偏差Ｅｄは、原点Ｏと点Ｓとの間の距離、すなわち、車両１と目標軌道ＴＲとの間の距離（Ｙ方向偏差）である。ヨー角偏差（方位角偏差）θｄは、点Ｓにおける目標軌道ＴＲの接線ＴＬとＸ方向との間の角である。

制御装置１００は、車両１と目標軌道ＴＲとの間の偏差（横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄ）が減少するように車両走行制御を行う。これにより、軌道追従制御が実現される。

但し、軌道追従制御では、様々な要因により制御遅れが発生する可能性がある。制御遅れの要因としては、演算処理時間や情報通信時間などが考えられる。例えば、目標軌道ＴＲの算出にはある程度の時間が必要であり、その目標軌道算出時間が制御遅れの原因となる。軌道追従制御の制御遅れは、目標軌道ＴＲに対する追従性能の低下を招き、好ましくない。

そこで、制御装置１００は、制御遅れを補償するように横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄを補正する。制御遅れを補償するように横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄを補正する処理は、以下「遅れ補償処理」と呼ばれる。

図４は、遅れ補償処理を説明するための概念図である。第１タイミングＴ１において、制御装置１００は、目標軌道ＴＲの算出に必要な運転環境情報ＥＮＶを取得する。そして、制御装置１００は、取得した運転環境情報ＥＮＶに基づいて、目標軌道ＴＲを算出する。第１タイミングＴ１における運転環境情報ＥＮＶに基づいて算出される目標軌道ＴＲは、第１タイミングＴ１における座標系（Ｘ，Ｙ）で定義される。第１タイミングＴ１における横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄは、それぞれ、Ｅｄ１及びθｄ１である。

次に、軌道追従制御の制御遅れを表す遅れ時間ＤＬを考える。遅れ時間ＤＬは、演算処理時間、情報通信時間、等を含んでいる。その遅れ時間ＤＬだけ第１タイミングＴ１よりも後のタイミングは、第２タイミングＴ２である。第２タイミングＴ２における横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄは、それぞれ、Ｅｄ２及びθｄ２である。

遅れ補償処理は、第１タイミングＴ１における横偏差Ｅｄ１及びヨー角偏差θｄ１を、それぞれ、第２タイミングＴ２における横偏差Ｅｄ２及びヨー角偏差θｄ２に補正する処理を含む。そのためには、遅れ時間ＤＬにおける車両１の移動量が分かればよい。移動量は、車両１の位置及びヨー角の変化量を含む。

図４に示される例において、横位置はＹ方向位置であり、ヨー角はＸ方向となす角である。第１タイミングＴ１における車両１の横位置及びヨー角は、共に０である。第１タイミングＴ１から後のヨー角θは、ヨーレートセンサ２２によって検出されるヨーレートＹＲを積分することによって算出（推定）可能である。第２タイミングＴ２におけるヨー角θ２は、遅れ時間ＤＬにわたってヨーレートＹＲを積分することによって算出（推定）可能である。

また、ヨー角θと車速Ｖに基づいて、Ｘ方向速度とＹ方向速度が算出される。遅れ時間ＤＬにわたってＸ方向速度及びＹ方向速度を積分することによって、Ｘ方向移動量及びＹ方向移動量を算出（推定）することができる。そのＹ方向移動量が、第２タイミングＴ２における車両１の横位置Ｅ２に相当する。

このように、センサ検出情報ＳＥＮ（車速Ｖ、ヨーレートＹＲ）に基づいて、遅れ時間ＤＬにおける車両１の移動量を推定することができる。この処理は、以下「移動量推定処理」と呼ばれる。移動量推定処理は、「デッドレコニング」とも呼ばれる。

第２タイミングＴ２において車両１からＹ方向に位置する目標軌道ＴＲ上の点Ｓ２について考える。その点Ｓ２の横位置は、目標横位置Ｅｔである。また、その点Ｓ２における目標軌道ＴＲの接線ＴＬ２のヨー角は、目標ヨー角θｔである。これら目標横位置Ｅｔ及び目標ヨー角θｔは、Ｘ方向移動量、目標軌道ＴＲの位置や曲率等の情報から算出可能である。目標横位置Ｅｔと車両１の横位置Ｅ２との差分が、第２タイミングＴ２における横偏差Ｅｄ２である。また、目標ヨー角θｔと車両１のヨー角θ２との差分が、第２タイミングＴ２におけるヨー角偏差θｄ２である。

このように、移動量推定処理の結果と目標軌道ＴＲの情報に基づいて、第２タイミングＴ２における横偏差Ｅｄ２及びヨー角偏差θｄ２を算出することができる。すなわち、制御遅れを補償するように横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄを補正することができる。更に、第２タイミングＴ２における最新の座標系（Ｘ，Ｙ）に基づいて、目標軌道ＴＲの補正（座標変換）が行われてもよい。この目標軌道ＴＲの補正によっても、横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄが補正される。

軌道追従制御は、遅れ補償処理により得られる横偏差Ｅｄ２及びヨー角偏差θｄ２に基づいて行われる。これにより、軌道追従制御の追従性能が向上する。

２－２．制御装置による処理例
図５は、本実施の形態に係る軌道追従制御に関連する制御装置１００の機能構成例を示すブロック図である。制御装置１００は、機能ブロックとして、情報取得部１１０、移動量推定部１２０、遅れ補償部１３０、及び走行制御部１４０を含んでいる。これら機能ブロックは、制御装置１００のプロセッサ１０１がメモリ１０２に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。情報取得部１１０は、情報を格納するバッファ１１５を含んでいる。バッファ１１５は、メモリ１０２により実現される。

図６は、本実施の形態に係る軌道追従制御を示すフローチャートである。図５及び図６を参照して、本実施の形態に係る軌道追従制御における各処理ついて説明する。

２－２－１．情報取得処理（ステップＳ１１０）
情報取得部１１０は、情報取得処理を行う。具体的には、情報取得部１１０は、走行状態センサ２０による検出結果を示すセンサ検出情報ＳＥＮを取得する。上述の通り、センサ検出情報ＳＥＮは、車速Ｖ、ヨーレートＹＲ、加速度、等を含んでいる。情報取得部１１０は、センサ検出情報ＳＥＮをバッファ１１５に格納する。

２－２－２．移動量推定処理（ステップＳ１２０）
移動量推定部１２０は、移動量推定処理（デッドレコニング）を行う。上述のセクション２－１及び図４では、遅れ時間ＤＬを用いて基本的な説明を行った。この遅れ時間ＤＬは、制御遅れの実時間である。例えば、遅れ時間ＤＬは、予め測定され、所定値として与えられる。他の例として、遅れ時間ＤＬは、目標軌道ＴＲのタイムスタンプ（第１タイミングＴ１）と現在時刻との差であってもよい。

本実施の形態によれば、移動量推定処理において遅れ時間ＤＬがそのまま用いられるとは限らない。本実施の形態に係る移動量推定処理では、遅れ時間ＤＬの少なくとも一部である「遅れ補償時間Ｌ」が用いられる。移動量推定部１２０は、遅れ補償時間Ｌを遅れ時間ＤＬ以下に設定する。この遅れ補償時間Ｌの設定例については、後のセクション３において詳しく説明する。

移動量推定部１２０は、センサ検出情報ＳＥＮに基づいて、遅れ補償時間Ｌにおける車両１の移動量を推定する。具体的には、移動量推定部１２０は、遅れ補償時間Ｌにおけるセンサ検出情報ＳＥＮをバッファ１１５から取得する。そして、移動量推定部１２０は、遅れ補償時間Ｌにおけるセンサ検出情報ＳＥＮに基づいて、遅れ補償時間Ｌにおける車両１の移動量を推定する。上述のセクション２－１における「遅れ時間ＤＬ」は「遅れ補償時間Ｌ」で読み替えるものとする。上述の通り、例えばヨーレートＹＲ及び車速Ｖに基づいて、遅れ補償時間Ｌにおける移動量を推定することができる。その他、車両すべり角が考慮されてもよい。また、移動量推定部１２０は、所定の移動量推定モデルを利用して、移動量を推定してもよい。

２－２－３．遅れ補償処理（ステップＳ１３０）
遅れ補償部１３０は、遅れ補償処理を行う。具体的には、遅れ補償部１３０は、制御遅れを補償するように、車両１と目標軌道ＴＲとの間の偏差（横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄ）を補正する。遅れ補償時間Ｌにおける車両１の移動量は、上述の移動量推定処理により得られる。遅れ補償部１３０は、その移動量と目標軌道ＴＲの情報に基づいて、横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄを補正する。

更に、遅れ補償部１３０は、第２タイミングＴ２における最新の座標系（Ｘ，Ｙ）に基づいて、目標軌道ＴＲを補正（座標変換）してもよい。この目標軌道ＴＲの補正によっても、横偏差Ｅｄ及びヨー角偏差θｄが補正される。

遅れ補償処理の結果、第２タイミングＴ２における横偏差Ｅｄ２及びヨー角偏差θｄ２が得られる。遅れ補償処理により得られた横偏差Ｅｄ２及びヨー角偏差θｄ２が、次の走行制御処理に用いられる。

２－２－４．走行制御処理（ステップＳ１４０）
走行制御部１４０は、横偏差Ｅｄ２及びヨー角偏差θｄ２が減少するように、車両１の走行を制御する走行制御処理を行う。より詳細には、走行制御部１４０は、横偏差Ｅｄ２及びヨー角偏差θｄ２を減少させるための車両制御量を算出する。そして、走行制御部１４０は、算出した車両制御量に従って走行装置５０を作動させる。これにより、目標軌道ＴＲに追従するように車両１の走行させることが可能となる。

例えば、操舵装置５１を用いた操舵制御は次の通りである。走行制御部１４０は、横偏差Ｅｄ２及びヨー角偏差θｄ２を減少させるために必要な目標ヨーレートＹＲｔを算出する。例えば、目標ヨーレートＹＲｔは、次の式（１）で表される。

式（１）：ＹＲｔ＝Ｇａ×Ｅｄ２＋Ｇｂ×θｄ２

式（１）中のＧａ、Ｇｂは、それぞれ、横偏差Ｅｄ２及びヨー角偏差θｄ２に対する制御ゲインである。式（１）は、目標軌道ＴＲの曲率に基づくフィードフォワード項を含んでいてもよい。

走行制御部１４０は、目標ヨーレートＹＲｔと実ヨーレートＹＲとの差分であるヨーレート偏差に応じて目標転舵角δｔを算出する。実ヨーレートＹＲは、ヨーレートセンサ２２によって検出される。ヨーレート偏差が大きいほど、目標転舵角δｔも大きくなる。

更に、走行制御部１４０は、実転舵角δが目標転舵角δｔに追従するようにフィードバック制御を行う。実転舵角δは、舵角センサ２４によって検出される。フィードバック制御は、例えばＰＩＤ制御である。例えば、走行制御部１４０は、目標転舵角δｔと実転舵角δとの間の偏差に基づいてフィードバック制御を行う。このようにして軌道追従制御が実現される。

３．移動量推定処理
以下、本実施の形態に係る移動量推定処理について更に詳しく説明する。本実施の形態によれば、移動量推定処理のモードは、「通常モード」と「一時モード」の２種類を含んでいる。

３－１．通常モード
図７は、通常モードを説明するための概念図である。制御装置１００（移動量推定部１２０）は、遅れ時間ＤＬを遅れ補償時間Ｌとして設定する。遅れ時間ＤＬは、予め測定され、所定値として与えられる。他の例として、遅れ時間ＤＬは、目標軌道ＴＲのタイムスタンプ（第１タイミングＴ１）と現在時刻との差であってもよい。制御装置１００は、遅れ補償時間Ｌ（＝遅れ時間ＤＬ）におけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いて、移動量推定処理を行う。

３－２．一時モード
走行状態センサ２０が正常である場合、センサ検出情報ＳＥＮも正常である。従って、移動量推定処理は有効である。しかしながら、走行状態センサ２０が故障した場合、センサ検出情報ＳＥＮは誤りとなり、移動量推定処理は無効となる。移動量推定処理が有効となる期間は、以下「有効期間ＰＡ」と呼ばれる。一方、移動量推定処理が無効となる期間は、以下「無効期間ＰＢ」と呼ばれる。

図８は、有効期間ＰＡと無効期間ＰＢの例を示している。図８に示される例では、遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれている。仮に上述の通常モードで移動量推定処理が行われると、無効期間ＰＢにおける誤ったセンサ検出情報ＳＥＮが用いられる。誤ったセンサ検出情報ＳＥＮに基づいて推定される移動量は、実際の車両走行を反映しない異常な値となる。その結果、遅れ補償処理が実際の車両走行を反映せずに実行され、軌道追従制御の追従性能が却って低下する。そのような追従性能の低下を抑制するために、「通常モード」とは別に「一時モード」が設けられている。

遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれる場合、制御装置１００（移動量推定部１２０）は、一時モードで移動量推定処理を行う。一時モードでは、制御装置１００は、無効期間ＰＢにおけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いることなく、有効期間ＰＡにおけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いて移動量推定処理を行う。

３－２－１．一時モードの第１の例
図９は、一時モードの第１の例を説明するための概念図である。第１の例では、制御装置１００は、遅れ補償時間Ｌを固定せず、可変に設定する。より詳細には、遅れ時間ＤＬには有効期間ＰＡと無効期間ＰＢの両方が含まれており、制御装置１００は、遅れ時間ＤＬに含まれる有効期間ＰＡを遅れ補償時間Ｌとして設定する。そして、制御装置１００は、遅れ補償時間Ｌ（＝有効期間ＰＡ）におけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いて、移動量推定処理を行う。制御装置１００は、無効期間ＰＢにおけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いない。

３－２－２．一時モードの第２の例
図１０は、一時モードの第２の例を説明するための概念図である。第２の例では、制御装置１００は、無効期間ＰＢにおける走行状態を、有効期間ＰＡにおける正常なセンサ検出情報ＳＥＮに基づいて推定する。具体的には、制御装置１００は、有効期間ＰＡにおける車両運動が無効期間ＰＢにおいても継続すると仮定し、有効期間ＰＡにおける走行状態を用いて無効期間ＰＢにおける走行状態を内挿（補間）あるいは外挿する。推定走行状態情報ＥＳＴは、このようにして推定された無効期間ＰＢにおける走行状態を示す。

第２の例では、制御装置１００は、通常モードの場合と同様に、遅れ時間ＤＬを遅れ補償時間Ｌとして設定する。そして、制御装置１００は、有効期間ＰＡにおけるセンサ検出情報ＳＥＮと無効期間ＰＢにおける推定走行状態情報ＥＳＴを用いて、移動量推定処理を行う。制御装置１００は、無効期間ＰＢにおけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いない。

第２の例の場合、遅れ補償時間Ｌが極端に短くなることがない。従って、遅れ補償処理が効果的に実施される。また、通常モードと一時モードとで遅れ補償時間Ｌを切り替える必要がない。従って、遅れ補償処理の切り替えも不要となる。

３－２－３．一時モードの第３の例
第３の例は、上述の第１の例と第２の例の組み合わせである。制御装置１００は、一時モードの第１の例と第２の例を適宜切り替えてもよい。例えば、遅れ時間ＤＬに含まれる有効期間ＰＡの長さが閾値以上の場合、制御装置１００は、一時モードの第１の例を選択する。一方、遅れ時間ＤＬに含まれる有効期間ＰＡの長さが閾値未満の場合、制御装置１００は、一時モードの第２の例を選択する。

第３の例によれば、無効期間ＰＢにおける走行状態を推定する処理が抑えられるため、制御装置１００にかかる計算負荷が軽減される。すなわち、遅れ補償時間Ｌの確保と計算負荷の軽減をバランスさせることが可能となる。

３－２－４．一時モードの効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれる場合、制御装置１００は、一時モードで移動量推定処理を行う。一時モードでは、制御装置１００は、無効期間ＰＢにおけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いることなく、有効期間ＰＡにおけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いて移動量推定処理を行う。無効期間ＰＢにおけるセンサ検出情報ＳＥＮが用いられないため、移動量推定処理ひいては遅れ補償処理の精度の低下が抑制される。その結果、軌道追従制御の追従性能の低下が抑制される。

比較例として、遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれる場合に、移動量推定処理及び遅れ補償処理を完全に停止することを考える。この比較例の場合、遅れ補償処理が全く行われなくなるため、軌道追従制御の追従性能がやはり低下する。一方、本実施の形態によれば、遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれる場合、制御装置１００は、移動量推定処理を一時モードで可能な限り実行する。従って、軌道追従制御の追従性能の低下が抑制される。

図１１を参照して、一時モードによる効果を更に説明する。図１１には、走行状態センサ２０の状態、遅れ補償時間Ｌ、及び横偏差Ｅｄのそれぞれの時間変化が示されている。ここでは、一時モードの第１の例の場合（図９）を考えるが、第２の例の場合（図１０参照）も同様である。

時刻ｔ１において、走行状態センサ２０が正常状態に復帰する。時刻ｔ１の後、遅れ時間ＤＬに含まれる有効期間ＰＡが徐々に増加する。その結果、遅れ補償時間Ｌも徐々に増加する。時刻ｔ２において、有効期間ＰＡが遅れ時間ＤＬと等しくなり、制御装置１００は、通常モードで移動量推定処理を開始する。図１１に示されるように、時刻ｔ１～ｔ２の期間、遅れ補償処理による横偏差Ｅｄの補正量は徐々に変化する。つまり、横偏差Ｅｄは、不連続的に切り替わることなく、徐々に変化する。

時刻ｔ３において、走行状態センサ２０に異常が発生し、制御装置１００は、一時モードで移動量推定処理を開始する。時刻ｔ３の後、遅れ時間ＤＬに含まれる無効期間ＰＢが徐々に増加し、有効期間ＰＡが徐々に減少する。その結果、遅れ補償時間Ｌも徐々に減少する。時刻ｔ４において、遅れ補償時間Ｌはゼロになる。図１１に示されるように、時刻ｔ３～ｔ４の期間、遅れ補償処理による横偏差Ｅｄの補正量は徐々に変化する。つまり、横偏差Ｅｄは、不連続的に切り替わることなく、徐々に変化する。

上述の比較例の場合、時刻ｔ１～ｔ２の期間、及び、時刻ｔ３～ｔ４の期間、移動量推定処理及び遅れ補償処理は実行されない。従って、それらの期間、軌道追従制御の追従性能が低下する。

一方、本実施の形態によれば、時刻ｔ１～ｔ２の期間、及び、時刻ｔ３～ｔ４の期間、制御装置１００は、移動量推定処理を一時モードで実行する。すなわち、制御装置１００は、移動量推定処理を完全に諦めるわけではなく、移動量推定処理を可能な限り実行する。従って、比較例の場合と比較して、軌道追従制御の追従性能の低下が抑制される。

また、上述の比較例の場合、時刻ｔ２において遅れ補償処理がＯＦＦからＯＮに切り替わり、時刻ｔ３において遅れ補償処理がＯＮからＯＦＦに切り替わる。その結果、横偏差Ｅｄが不連続的に切り替わる。横偏差Ｅｄが不連続的に切り替わると、走行制御処理（ステップＳ１４０）における車両制御量が不連続的に切り替わる。車両制御量の不連続的な切り替わりは、車両走行の安定性を低下させ、また、車両走行に対する違和感の原因となる。

一方、本実施の形態によれば、遅れ補償処理のＯＮ／ＯＦＦが突然切り替わるわけではない。一時モードが存在するため、上述の通り、遅れ補償処理による横偏差Ｅｄの補正量は徐々に変化する。横偏差Ｅｄは、不連続的に切り替わることなく、徐々に変化する。従って、走行制御処理（ステップＳ１４０）における車両制御量が不連続的に切り替わることが抑制される。このことは、車両走行の安定性の向上及び違和感の軽減に寄与する。

３－３．制御装置による処理例
図１２は、本実施の形態に係る移動量推定処理に関連する機能構成の一例を示すブロック図である。移動量推定部１２０は、モード判定部１２１、データ調整部１２２、及び推定実行部１２３を含んでいる。これら機能ブロックは、制御装置１００のプロセッサ１０１がメモリ１０２に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。

３－３－１．モード判定処理
モード判定部１２１は、移動量推定処理のモードを判定するモード判定処理を行う。まず、モード判定部１２１は、有効期間ＰＡと無効期間ＰＢの判定（予測）を行う。有効期間ＰＡは、移動量推定処理が有効となる期間である。無効期間ＰＢは、移動量推定処理が無効となる期間である。

例えば、走行状態センサ２０は、自身の状態を示すセンサ状態信号ＳＴを出力する。モード判定部１２１は、走行状態センサ２０からセンサ状態信号ＳＴを受け取る。そして、モード判定部１２１は、センサ状態信号ＳＴに基づいて、走行状態センサ２０が正常か否かを判定する。モード判定部１２１は、走行状態センサ２０が正常である期間を、有効期間ＰＡとする。一方、モード判定部１２１は、走行状態センサ２０が異常である期間を、無効期間ＰＢとする。

尚、図２で示されたように、走行状態センサ２０は、複数種類のセンサを含んでいる。「走行状態センサ２０が正常である」とは、移動量推定処理に用いられるパラメータを検出する全てのセンサが正常であることを意味する。「走行状態センサ２０が異常である」とは、移動量推定処理に用いられるパラメータを検出するセンサの少なくとも１つが異常であることを意味する。例えば、移動量推定処理に車速ＶとヨーレートＹＲが用いられる場合、車速センサ２１とヨーレートセンサ２２の両方が正常である期間が有効期間ＰＡである。

他の例として、モード判定部１２１は、バッファ１１５に格納されているセンサ検出情報ＳＥＮに基づいて、有効期間ＰＡ及び無効期間ＰＢを判定してもよい。走行状態センサ２０が異常である場合、センサ検出情報ＳＥＮから得られるパラメータは正常範囲を逸脱する。ここでのパラメータとしては、検出値そのもの、検出値の微分値、等が例示される。パラメータが正常範囲内にある場合、モード判定部１２１は、走行状態センサ２０が正常であると間接的に判定する。一方、パラメータが正常範囲を逸脱している場合、モード判定部１２１は、走行状態センサ２０が異常であると間接的に判定する。

移動量推定処理に所定の移動量推定モデルが利用される場合、モード判定部１２１は、車両１の走行状態が移動量推定モデルに適合しているか否か判定してもよい。一例として、移動量推定モデルが、車両１が平らな路面上を走行することを前提としている場合を考える。センサ検出情報ＳＥＮは、加速度センサ２３によって検出される加速度を含んでいる。モード判定部１２１は、加速度に基づいて、路面勾配を算出する。路面勾配が移動量推定モデルにおいて許容される許容範囲を超えている場合、モード判定部１２１は、移動量推定処理が無効になると判定する。

このように、モード判定部１２１は、センサ状態信号ＳＴとセンサ検出情報ＳＥＮの少なくとも１つに基づいて、有効期間ＰＡと無効期間ＰＢを判定（予測）する。遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれない場合、モード判定部１２１は、通常モードを選択する。一方、遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれている場合、モード判定部１２１は、一時モードを選択する。すなわち、モード判定部１２１は、遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれるか否かに応じて、移動量推定処理のモードを通常モードと一時モードとの間で切り替える。

更に、モード判定部１２１は、移動量推定処理に用いられる遅れ補償時間Ｌを設定する。具体的には、通常モードの場合（図７参照）、モード判定部１２１は、遅れ時間ＤＬを遅れ補償時間Ｌとして設定する。一時モードの第１の例の場合（図９参照）、モード判定部１２１は、有効期間ＰＡを遅れ補償時間Ｌとして設定する。一時モードの第２の例の場合（図１０参照）、モード判定部１２１は、遅れ時間ＤＬを遅れ補償時間Ｌとして設定する。モード判定部１２１は、設定した遅れ補償時間Ｌを推定実行部１２３に通知する。

また、モード判定部１２１は、有効期間ＰＡ及び無効期間ＰＢをデータ調整部１２２に通知する。

３－３－２．データ調整処理
データ調整部１２２は、バッファ１１５に格納されたセンサ検出情報ＳＥＮを適宜読み出す。通常モードの場合、データ調整部１２２は、遅れ時間ＤＬにおけるセンサ検出情報ＳＥＮをそのまま推定実行部１２３に出力する。一時モードの場合、データ調整部１２２は、データ調整処理を行う。

具体的には、一時モードの第１の例の場合、データ調整部１２２は、有効期間ＰＡにおけるセンサ検出情報ＳＥＮだけを推定実行部１２３に出力する。言い換えれば、データ調整部１２２は、無効期間ＰＢにおけるセンサ検出情報ＳＥＮをマスクする。

一時モードの第２の例の場合、データ調整部１２２は、無効期間ＰＢにおける走行状態を、有効期間ＰＡにおける正常なセンサ検出情報ＳＥＮに基づいて推定する。具体的には、データ調整部１２２は、有効期間ＰＡにおける車両運動が無効期間ＰＢにおいても継続すると仮定し、有効期間ＰＡにおける走行状態を用いて無効期間ＰＢにおける走行状態を内挿（補間）あるいは外挿する。データ調整部１２２は、推定された無効期間ＰＢにおける走行状態を示す推定走行状態情報ＥＳＴを取得する。そして、データ調整部１２２は、有効期間ＰＡにおけるセンサ検出情報ＳＥＮと無効期間ＰＢにおける推定走行状態情報ＥＳＴを、推定実行部１２３に出力する。

３－３－３．推定実行処理
推定実行部１２３は、移動量推定処理を実行する。通常モードの場合（図７参照）、推定実行部１２３は、遅れ補償時間Ｌ（＝遅れ時間ＤＬ）におけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いて、移動量推定処理を行う。

一時モードの第１の例の場合（図９参照）、推定実行部１２３は、遅れ補償時間Ｌ（＝有効期間ＰＡ）におけるセンサ検出情報ＳＥＮを用いて、移動量推定処理を行う。

一時モードの第２の例の場合（図１０参照）、推定実行部１２３は、有効期間ＰＡにおけるセンサ検出情報ＳＥＮと無効期間ＰＢにおける推定走行状態情報ＥＳＴを用いて、移動量推定処理を行う。

３－３－４．変形例
図１３は、変形例を説明するためのブロック図である。変形例では、モード判定部１２１は、仮に通常モードを選択する。推定実行部１２３は、通常モードで移動量推定処理を行い、移動量を仮推定する。通常モードによって仮推定された移動量は、モード判定部１２１にフィードバックされる。

移動量推定処理が無効である場合、仮推定された移動量から得られるパラメータは正常範囲を逸脱する。ここでのパラメータとしては、移動量そのもの、移動量の微分値、等が例示される。パラメータが正常範囲内にある場合、モード判定部１２１は、移動量推定処理が有効であると判定する。一方、パラメータが正常範囲を逸脱している場合、モード判定部１２１は、移動量推定処理が無効であると判定する。

３－３－５．移動量推定処理のフロー
図１４は、本実施の形態に係る移動量推定処理（ステップＳ１２０）を要約的に示すフローチャートである。

ステップＳ１２１において、制御装置１００は、モード判定処理を行う。具体的には、制御装置１００は、遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれるか否かに応じて、移動量推定処理のモードを通常モードと一時モードとで切り替える。

遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれる場合、制御装置１００は、一時モードを選択する（ステップＳ１２２；Ｙｅｓ）。この場合、制御装置１００は、データ調整処理を行う（ステップＳ１２３）。そして、制御装置１００は、一時モードで移動量推定処理を行う（ステップＳ１２４）。

一方、遅れ時間ＤＬに無効期間ＰＢが含まれない場合、制御装置１００は、通常モードを選択する（ステップＳ１２２；Ｎｏ）。この場合、制御装置１００は、通常モードで移動量推定処理を行う（ステップＳ１２５）。

４．走行制御処理の変形例
一時モードで移動量推定処理が行われる場合、通常モードで移動量推定処理が行われる場合と比較すると、遅れ補償処理の精度が低下する。この場合、制御装置１００（走行制御部１４０）は、車両１の安定性を確保するように走行制御処理（ステップＳ１４０）を行ってもよい。

例えば、図１５に示されるように、移動量推定部１２０（モード判定部１２１）は、移動量推定処理の選択モードを走行制御部１４０に通知する。走行制御部１４０は、選択モードに応じて、上記の式（１）中の制御ゲインＧａ、Ｇｂを調整する。具体的には、一時モードで移動量推定処理が行われる場合、走行制御部１４０は、通常モードで移動量推定処理が行われる場合と比較して、制御ゲインＧａ、Ｇｂを減少させる。

制御ゲインＧａ、Ｇｂの減少量（調整量）は可変であってもよい。例えば、走行制御部１４０は、遅れ時間ＤＬに含まれる無効期間ＰＢの長さに応じて、制御ゲインＧａ、Ｇｂの減少量を変える。遅れ時間ＤＬに含まれる無効期間ＰＢが長くなるにつれて（有効期間ＰＡが短くなるにつれて）、制御ゲインＧａ、Ｇｂの減少量は増加する。

制御ゲインＧａ、Ｇｂが減少することにより、車両制御量が抑えられる。従って、一時モードで移動量推定処理が行われる場合であっても、車両１のふらつきが抑制され、車両走行の安定性が確保される。

１ 車両
１０ 車両走行制御装置
２０ 走行状態センサ
３０ 運転環境取得装置
５０ 走行装置
１００ 制御装置
１１０ 情報取得部
１１５ バッファ
１２０ 移動量推定部
１２１ モード判定部
１２２ データ調整部
１２３ 推定実行部
１３０ 遅れ補償部
１４０ 走行制御部
Ｌ 遅れ補償時間
ＤＬ 遅れ時間
ＰＡ 有効期間
ＰＢ 無効期間
ＴＲ 目標軌道
ＥＮＶ 運転環境情報
ＥＳＴ 推定走行状態情報
ＳＥＮ センサ検出情報

Claims (6)

1. 車両の走行を制御する車両走行制御装置であって、
   前記車両の走行状態を検出するセンサと、
   目標軌道を生成し、前記車両が前記目標軌道に追従するように前記車両の走行を制御する軌道追従制御を行う制御装置と
   を備え、
   遅れ時間は、前記軌道追従制御の制御遅れを表す時間であり、
   遅れ補償時間は、前記遅れ時間の少なくとも一部であり、
   前記軌道追従制御は、
   前記センサによる検出結果を示すセンサ検出情報を取得する情報取得処理と、
   前記センサ検出情報に基づいて、前記遅れ補償時間における前記車両の移動量を推定する移動量推定処理と、
   前記制御遅れを補償するように、前記推定された移動量に基づいて前記車両と前記目標軌道との間の偏差を補正する遅れ補償処理と、
   前記遅れ補償処理の後、前記偏差が減少するように前記車両の走行を制御する走行制御処理と
   を含み、
   前記制御装置は、前記センサの状態と前記センサ検出情報の少なくとも一方に基づいて、前記移動量推定処理が有効となる有効期間と、前記移動量推定処理が無効となる無効期間とを判定し、
   前記遅れ時間に前記無効期間が含まれる場合、前記制御装置は、一時モードで前記移動量推定処理を行い、
   前記一時モードでは、前記制御装置は、前記無効期間における前記センサ検出情報を用いることなく、前記有効期間における前記センサ検出情報を少なくとも用いて前記移動量推定処理を行う
   車両走行制御装置。
2. 請求項１に記載の車両走行制御装置であって、
   前記遅れ時間に前記有効期間と前記無効期間の両方が含まれている場合、前記制御装置は、前記一時モードにおいて、前記遅れ時間に含まれる前記有効期間を前記遅れ補償時間として設定する
   車両走行制御装置。
3. 請求項１に記載の車両走行制御装置であって、
   前記一時モードにおいて、前記制御装置は、
   前記無効期間における前記走行状態を前記有効期間における前記センサ検出情報に基づいて推定し、前記推定された走行状態を示す推定走行状態情報を取得し、
   前記遅れ時間を前記遅れ補償時間として設定し、
   前記有効期間における前記センサ検出情報と前記無効期間における前記推定走行状態情報を用いて前記移動量推定処理を行う
   車両走行制御装置。
4. 請求項２に記載の車両走行制御装置であって、
   前記遅れ時間に含まれる前記有効期間の長さが閾値未満である場合、前記制御装置は、
   前記無効期間における前記走行状態を前記有効期間における前記センサ検出情報に基づいて推定し、前記推定された走行状態を示す推定走行状態情報を取得し、
   前記遅れ時間を前記遅れ補償時間として設定し、
   前記有効期間における前記センサ検出情報と前記無効期間における前記推定走行状態情報を用いて前記移動量推定処理を行う
   車両走行制御装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の車両走行制御装置であって、
   前記遅れ時間に前記無効期間が含まれない場合、前記制御装置は、通常モードで前記移動量推定処理を行い、
   前記通常モードでは、前記制御装置は、前記遅れ時間を前記遅れ補償時間として設定し、前記遅れ時間における前記センサ検出情報を用いて前記移動量推定処理を行い、
   前記制御装置は、前記遅れ時間に前記無効期間が含まれるか否かに応じて、前記移動量推定処理のモードを前記通常モードと前記一時モードとで切り替える
   車両走行制御装置。
6. 請求項５に記載の車両走行制御装置であって、
   前記走行制御処理において、前記制御装置は、前記車両と前記目標軌道との間の前記偏差に基づいて目標転舵角を算出し、実転舵角が前記目標転舵角に追従するようにフィードバック制御を行い、
   前記一時モードで前記移動量推定処理が行われる場合、前記制御装置は、前記偏差から前記目標転舵角を算出するための制御ゲインを、前記通常モードで前記移動量推定処理が行われる場合と比較して減少させる
   車両走行制御装置。

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