JP7283557B2 - 車両の移動性を自律的に制御する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、一般に、自動車装置の軌道追従能力の自動化に関する。
本発明はモータ車両のための運転者支援システムのコンテンツに対して、特に有利に適用できるが、航空学あるいはロボット工学の分野でも適用することができる。
より詳細には、本発明は、自動車機器の動き(すなわち、軌道制御部品)を自律的に制御するための以下のステップを有する:
装置の軌道に関するパラメータを取得し、前記パラメータの関数として装置の動きの新しい制御設定点(new control setpoint)を計算する。
本発明はまた、この方法を実行できるように適合されたコンピュータを備えた装置に関する。
モータ車両のセーフティを確保するために、前記車両は、現在、運転者支援システム又は自動運転システムを装備している。
これらのシステムの中で、自動非常ブレーキ(AEB)システムが特に知られている。これは、モータ車両の従来のブレーキシステムに作用するだけで、車両がとる経路内に位置する障害物との衝突を回避するように設計されている。
しかしながら、これらの非常ブレーキシステムが衝突を回避できない、あるいは使用できない状況(例えば、アプライアンス(appliance)がモータ車両に厳密に従う場合)が存在する。
これらの状況のために、車両の操舵を作用させる、または、車両の差動ブレーキを作用させることによって、車両をその軌道から逸らして障害物を回避することを可能にする、自動退避操舵または自動緊急操舵(AES)システムのような、よく知られた自動回避システムが開発されている。
しかしながら、時には、AESシステムは、操縦性(controllability)の点で制限された車両に対して軌道の制限を課すことになり、運転者が車両の運転制御装置を戻すことができない可能性がある。
従来技術の前述の課題を解決するために、本発明は、自動車機器に課せられる、向き変化の速さを制限するための制御設定点を確立するようにしたコントローラを使用することを提案する。
より詳細には、本発明によれば、前記車両の軌道に作用するように適合された、車両の動きを自律的に制御するための方法が提案され、この方法は、以下のステップを含む:
装置の軌道に関するパラメータを取得し、
前記パラメータに応じて装置の運動の新しい制御設定点を計算し、この新しい制御設定点は、制御設定点の変動を制限するモデルに従う(respect)コントローラによって決定される。
本発明によれば、制御設定点は、考慮される動きの変化速度を制限するように本来的に決定される。
好ましくは、前記車両は、道路を走行するように構成され、少なくとも1つの車輪(guiding wheel)を備え、前記動きは各車輪の旋回能力に対応し、前記制御設定点は各車輪の飽和旋回角設定点(saturated turning angle setpoint)であるモータ車両である。
この特定のケースでは、回転角は、あまり迅速に変化することができないように直接的に計算され、これにより、車両の運転者は、車両の運転制御装置を取り戻すことができ、かつ、車両の軌道追従能力を超えることが防止される。
車両の軌道が、車両がとる道路上に位置する障害物を回避するための軌道である場合に、本発明は特に適用可能である。この特定のケースでは、車両は、短いレスポンスタイムで所望の軌道をたどることによって、迅速に反応しなければならない。
本発明による方法の他の有利かつ非限定的な特徴は、個別に、または技術的に可能な全ての組み合わせに従って、以下の通りである:
- 前記制限モデルに従わない不飽和旋回角設定点を決定するための規定(provision)が設けられ、前記制限モデルは、前記不飽和旋回角設定点と前記飽和旋回角設定点との間の偏差の双曲線正接関数(a hyperbolic tangent function)を含む;
- 前記双曲線正接関数を用いて計算された値を所定の閾値と比較し、その比較の結果に応じて、前記方法を継続または中断する規定が設けられ;
- 前記値は、下記式を用いて計算される:
Figure 0007283557000001
ここで、αは所定の定数であり;
δ_Kは不飽和旋回角設定点であり、δ_refは飽和旋回角設定点である;
- パラメータは、装置のヨーレートr、および/または装置の長手方向軸と軌道の接線との間の相対的な角ζ_Lを少なくとも含む。
また、上記のような制御方法での使用を目的としたコントローラを開発する(developing)方法に関連し:方法は以下のステップを含む:
- 車両の行動行列モデルの取得;
- 行動行列モデルの行列の少なくともひとつの係数を決定;
- 一方では、取るべき軌道に従うこと、他方では、制御設定点の変動を制限するモデルに従うこと、というコントローラを導くこと。
次いで、好ましくは、コントローラは、線形行列不等式の制約下で凸最適化基準(convex optimization criteria)に基づいて決定される。
また、本発明は、前記車両の軌道に影響を及ぼすように適用される少なくとも1つの動き、前記動きを制御するアクチュエータ、および前記アクチュエータを制御するためのコンピュータを含む車両に関するものであり、これらのコンピュータは、上述した方法を実行するように適用される。
さらに、この車両は、道路を走行するように適用され、少なくとも1つの車輪を備えるモータ車両によって構成され、前記動きは、それぞれの車輪の旋回に対応する。
本発明の様々な特徴、変形、および実施形態は、互換性がない又は相互に排他的でない限り、様々な組合せに従って互いに関連付けることができる。
本発明によれば、車両における、向き変化の速さを制限するための制御設定点を確立できる。
図1は、道路を走行するモータ車両の概略上面図であり、この図は、この車両がとらなければならない軌道を示す。 図2は、図1のモータ車両の概略斜視図であり、障害物を回避するための軌道に沿って位置する4つの連続した位置を示している。 図3は、双曲線正接関数の変化を示すグラフである。 図4は、モータ車両を制御するために使用される閉ループ伝達関数を示す図である; 図5は、モータ車両を制御するために使用される機能θの変形を示すグラフである; 図6は、本発明による方法を用いて車両を制御するためのアルゴリズムを示すグラフである。
図1は、乗客の座席を画定するシャーシと、2つの前輪11と、2つの後輪12とを備えるモータ車両10を示す。変形例として、この2つの後輪を、車輪(駆動輪)とすることができる。
このモータ車両10は、車両を回すことができるように前輪11の向きに作用することができる従来の操舵系を備えている。この従来の操舵系は、特に、前輪11を旋回させるために連結ロッドに連結された操舵輪を備えている。本例では、操舵輪の向きの機能として、および/またはコンピュータ13から受け取った要求の機能として、前輪の向きに作用するアクチュエータを含む。
さらに、このモータ車両は、前輪11(および後輪12のそれら)の回転速度を異なるように作用させて、それを回転させることによってモータ車両を減速させることができる差動制動系を任意に備えるように構成することができる。この差動制動装置は、例えば、車両の車輪上に配置された制御された差動又は電気モータを含む。
この説明の残りの部分を通して、考慮されるステアリングシステムは、従来のステアリングシステム単独で形成されてもよい。変形例として、従来の操舵系とディファレンシャル制動系の組合せにより形成できる。
次いで、コンピュータ13は、補助ステアリングアクチュエータを制御するように設計される。この目的のために、それは、少なくとも1つのプロセッサ、少なくとも1つのメモリ、および各種入出力インターフェースを含む。
コンピュータ13は、その入力インタフェースによって、様々なセンサから発信される入力信号を受信するように構成されている。
これらのセンサとして、例えば、以下のものが挙げられる:
- 車線における車両の位置を識別することを可能にする前方カメラなどの制御装置;
- モータ車両10(図2)の軌道上に位置する障害物20を検出することを可能にするレーダまたはライダ(LIDAR)遠隔センサのような装置;
- ジャイロメータのような装置であって、モータ車両10のヨー回転率(縦軸を中心とする)を求めることができる装置、及び-操舵輪の位置及び角速度のセンサ。
その出力インターフェースによって、コンピュータ13は、補助ステアリングアクチュエータにセットポイントを伝達するようになっている。
したがって、障害物20を回避するための軌道T0に車両を強制的に追従させることができる。
コンピュータ13は、そのメモリにより、後述する手法の技術的範囲内で使用される情報を記憶する。
それは、特に、命令を含むコンピュータプログラムから構成されるコンピュータアプリケーションを記憶し、その命令をプロセッサが実行することにより、コンピュータは、以下に説明する方法を実施することができる。
この方法を説明する前に、説明に使用される様々な変数を図1を参照して説明する。
モータ車両の総質量は、「m」で表され、kgで表される。
重心CGを通る縦軸まわりのモータ車両のイナーシャを「J」と表記し、単位はN.mとする。
重心CGと車両の前車軸との間隔は「lf」で表され、メートルで表される。
重心CGと後車軸との間隔は「lr」で表され、メートルで表される。
前輪のドリフトスティフネス係数は、「Cf」で表され、N/radで表される。
後輪のドリフトスティフネス係数は、「Cr」で表され、N/radで表される。
車輪の技術ドリフト剛性係数(Drift Stiffness Coefficient)は、当業者に周知の概念である。例えば、Ff = 2・Cf・α という式を書くことができ、フロントホイールの横方向のスライド力がFfであり、フロントホイールのドリフト角がαである。
前案内輪がモータ車両10の縦軸A1となす旋回角を「σ」と表記し、radで表す。
変数「δref」は飽和旋回角設定点であり、radで表され、アシストステアリングアクチュエータに伝達されることになるので、飽和旋回角設定点を示すことになる。
変数「δ」は、不飽和旋回角設定点であり、radで表される。この段階では、飽和概念は、旋回制限速度が必ずしも変数「δ」の後に続くのではなく変数「δref」の後に続くということに関連づけられることを、指定しているだけである。
車両のヨーレート(重心CGを通る縦軸を中心とする)は「r」と表記され、rad/sで表される。
車両の縦軸A1と、回避軌道T0(車両の所望の軌道)の接線との間の相対的な方位角は、「ΨL」で表され、radで表されることになる。
モータ車両10の縦軸A1(重心CGを通る)と回避軌道T0との間の横方向偏差は、車両の前方に位置する目標距離「ls」で、「yL」と表され、メートルで表される。
モータ車両10の縦軸A1(重心CGを通る)と回避軌道T0との間の横方向偏差設定点は、車両の前方に位置する目標距離「ls」で、「yL-ref」と表され、メートルで表される。
軌道追従誤差は「eyL」で表され、メートルで表される。これは、横方向の偏差設定点yL-refと横方向の偏差yLの偏差に等しくなります。
前述の目標距離lsは、重心CGから測定され、メートルで表される。
モータ車両10のドリフト角(モータ車両の速度ベクトルがその縦軸A1となす角)は"β"で表され、radで表される。
縦軸A1に沿ったモータ車両のスピードは、「V」と表記され、m/sで表されることになる。
PおよびQは、Q = P-1となるような次元の正および対称行列である。これらの行列の正確な表現は、以下の説明により、より明確になる。
定数「ξ」及び「ω」は、車両の前輪の回転角の動的な特徴を表す。
その部分に対する一定値「ω」は、車両に適用される限定されたランダム「w」の動的なな特徴を表す。
本発明を実施するためにコンピュータによって実行される方法を説明する前に、本開示の第1の部分は、これらの計算の起源およびそれらが依存する領域を完全に理解するために、本発明が達成されることを可能にする計算を説明する。
このケースでは、車両の動的な挙動(dynamic behavior)は、以下の式によってモデル化することができると考えられる:
Figure 0007283557000002
このモデルは改良型自転車モデルである。
ただし、車両の前輪11の回転数は制限されない。しかしながら、このような制限は、車両の運転者がいつでも(at any time.)車両の制御を回復できることを保証するために特に重要である。
このような制限は、以下の式を用いて表すことができる。
Figure 0007283557000003
この式において、係数νは、超えてはならない旋回速度を表す定数である。この定数は、計算によって、または試験車両上で行われる試験運動の完了後に定義される。
本発明によれば、意図は、厳しい閾値を課すことによってではなく、むしろ設定点変動リミッタ(「レートリミッタ」としてより良く知られている)を使用することによって、車輪11の回転速度を制限することである。
図4に示すように、設定点変動リミッタT1は、閉ループで動作し、v/s伝達関数と双曲線正接関数である補償器とを有する。不飽和旋回角設定点「δ」を入力として受け取り、飽和旋回角設定点「δref」を出力として送信する。
ここでは、係数「Δ」は、変数「δref」と変数「δ」との偏差に相当する。係数「α」は、設定点変動リミッタT1の迅速または柔軟な性質に作用することができる唯一のパラメータであり、0から無限大の間の範囲の定数である。
図3に示すように、このようなコレクタを使用することにより、旋回角度の変動を制限することができるだけでなく、飽和旋回角設定点「δref」の変動の連続性を確保することができる。
したがって、曲線C1は、この設定点変動が滑らかかつフレキシブル(低い係数「α」を有する)であり得るか、曲線C2によって示されるように速くなり得る(曲線C3が無限の係数「α」に対応する)ことを示している。
この設定点変動リミッタT1の利点は、係数の調整だけでよいため、設定が簡単であることである。それは、連続的で滑らかな(無限に微分可能な)制御装置を提供することを可能にする。なかでも、車両の旋回角設定点の計算を視野に入れて、式(1)で定義される車両のダイナミックビヘイビアーモデル(dynamic behavioral model)に直接的に考慮することができる。
この目的のために、この設定点変動リミッタT1の形成を考慮すると、以下のように表すことができる:
Figure 0007283557000004
この式はまた、以下のように書くことができる:
Figure 0007283557000005
そして、パラメータ(θ)を導出できる。
Figure 0007283557000006
式(5)は下記式(6)は、次のように書き直すことができる:
Figure 0007283557000007
この式(6)は、状態表現(state representation)に特徴をもち、設定点変動リミッタモデルT1がパラメータθの機能として線形であることを示している。
この場合、下記のように記載された新しいモデルを得るために、この状態表現を用いて式(1)のバイシクルモデル(bicycle model)を強化することが可能である:
Figure 0007283557000008
図4は、閉ループの形成で、車両の挙動モデルを示している。ここで、T2は、式(1)によって与えられる車両のモデルを表している。
このループでは、このモデルT2は、飽和旋回角設定点δrefおよびディスラプションwを入力として受け取る。
このモデルT2に基づいて、センサで提供される測定結果から、出力ベクトルyを得ることができる。この場合、次のように書くことができる状態ベクトルxに等しいと考えられる。
Figure 0007283557000009
図4は、設定点変動リミッタT1を示す。
次いで、目的は、この状態ベクトルxに基づいて不飽和旋回角設定点δを計算することを可能にする状態フィードバック則であるコントローラKの形成(Form)を決定することである。
安定性および迅速性の両方の点で好適なコントローラKをどのように決定するかを理解するために、行動モデルは、以下のように一般的に表すことができる:
Figure 0007283557000010
この式では、Cyは単位行列、Aは動的行列、Buは制御行列、Bwは破壊行列(disruption matrix)で、次のように表すことができる。
Figure 0007283557000011
コントローラKは、静止フィードバック則(static state feedback law)として定義され、次のように表すことができる。
Figure 0007283557000012
最適なコントローラKを見つけるために、様々な方法を使用できる。
この場合に使用される方法は、線形行列不等式の方法である。このようにして、線形行列不等式の制約条件の下で凸最適化基準(convex optimization criteria)に基づいて生成される。
より具体的には、目的は、極の選択を調整することによって、コントローラKによって規定される閉ループのゲインを最適化することである。
3つの行列不等式が使用され、それらは以下の不等式によって定義される。
Figure 0007283557000013
Figure 0007283557000014
Figure 0007283557000015
コントローラKは、以下の式によって定義される:
Figure 0007283557000016
車両の速さは一定であると仮定される(したがって系のすべての行列は一定であると考えられる)。
3つの不等式は、閉ループ動力学(closed loop dynamic)が制限されたままであることを保証する。実際、これらの制約のおかげで、閉ループの極は、半径y、仮想軸μに対する最小距離、および開口角φによって定義されたゾーンに制限される。
この方法は、合理的な方法で(そして、平均的なスキルを有する運転者によって制御され得る方法で)、かつアクチュエータによって達成され得る方法で、各瞬間において、ステアリングホイール角を決定することを含む場合に有効であることが証明される。これらの制約はまた、閉ループの安定性を保証する。
この場合、目的は半径yを最小にすることである。コントローラKが得られれば、次式により不飽和旋回角設定点を計算することができる:
Figure 0007283557000017
これらの値(θmin、θmax)は、3つの行列不等式に導入されている。
δK(式(5)を参照)とδrefとの間の偏差に関連する数値θは、式(2)によって規定される制御可能限度のコントローラKによる侵害レベル(level of infringement)を反映する。
定義により、θは0(排他的)と1(包含的)との間の範囲である。θが1に等しい場合、操舵輪の計算された不飽和角度設定点δは、制御性制限に準拠する。θが0に近いとき、操舵輪の計算された不飽和角度設定点δは、過剰な旋回力学を課す値を有し、これは、車両の不安定性のリスクを生じる。0と1との間の中間値を仮定すると、制御可能限度は守られないが、車両が不安定になるリスクはない。
換言すれば、値(θmin、θmax)の選択は、性能およびコントローラKのロバスト性に直接影響を及ぼし、範囲(θmin、θmax)が広いほど、性能は低くなるが、コントローラKのロバスト性は大きくなり、逆に、この範囲(θmin、θmax)が狭いほど、性能は大きくなるが、コントローラKのロバスト性は低くなる。
論理的には、値(θmax)は1に等しくなるように選択される(これは、コントローラKが、一般的にもそうであるように、制御可能性の制約を侵害することなく、線形モードで動作する場合である)。
それにもかかわらず、値(θmin)を決定することは、性能とロバスト性との間の妥協に到達することを必要とする。この値を決定することは、絶対値として、δKとδref(式(5)を参照)間に差の最大しきい値を課すことである。
この選択を適切に説明するために、図4は、δKとδrefとの間の偏差の関数として、値(θ)の変化を示す。この例では、値(θmin)は0.2に等しいものとして選択されている。
要約すると、モータ車両の特定のモデルに適したコントローラKを計算するための方法は、v、α、θmin、及びθmaxの値を設定することを含む。
それは、その後、行列A i, B iの係数を決定し、次いで、回避軌道T0が適切に追従されることを保証し、かつモデルが設定点の変動を制限することに従うコントローラKをそこから推定するために、式(11)~式(13)を解くことを含む。
このコントローラKは、範囲のモータ車両10のコンピュータ13に実装できる。
これにより、これらのモータ車両のうちの1つのコンピュータ13によって実行される方法について説明できる。
このケースでは、コンピュータは、このメソッドを再帰的に、すなわち、ステップごとに、およびループとして実施するようにプログラムされる。
この目的のために、第1のステップ中に、コンピュータ13は、モータ車両10の経路上に位置する障害物の存在を検出しようとする。この目的のために、レーダまたはライダ(LIDAR)遠隔センサを使用する。
障害物がない場合、このステップはループ状に繰り返される。
障害物20が検出されるとすぐに(図2参照)、コンピュータ13は、この障害物20を回避できる回避軌道T0を計画する。
次いで、コンピュータ13は、従来の操舵系14のための制御設定点、すなわち飽和旋回角設定点δrefを規定し、この回避軌道T0にできるだけ追従させる。
この目的のために、以下のパラメータを計算または測定することによって開始する。
- 測定された旋回角;δ
- 測定された旋回角のδの時間ドリフト;
- 前の期間中に得られた飽和旋回角設定点;δref
- ヨーレートr;
- 相対方位角ΨL
- 横方向偏差設定点y L-refの経時変化;
- 誤差eyLに続く軌道;
- ドリフト角β
その後、コンピュータ13は、そのメモリに記憶されたコントローラKを使用する。したがって、このコントローラKは、第1のステップE1の間に、不飽和旋回角設定点δおよび飽和転向角設定値δrefが決定されることを可能にする。
次に、飽和旋回角設定値δrefがアクチュエータに伝達され、モータ車両10の車輪を回転させることができる。
次に、第2のステップE2の間に、コンピュータ13は、式(5)を用いて、の値(θ)を決定する。これは、一般に1に等しいか、または1に近い。しかしながら、外乱(disruptions)が存在する場合、それにもかかわらず、それはこの値から逸脱し得る。
次に、ステップE3の間に、コンピュータ13は、値(θ)がしきい値(θmin)よりもはるかに高いことを確認する。しきい値(θmin)は、設定された値であり、メモリに定数として記録されている。
そうであれば、ステップE4において、コンピュータは障害物20を避けるために車両の旋回を制御する処理を維持することを決定する。
そうでない場合、ステップE5の間、コンピュータは、車両の旋回を制御する処理を中断することを決定する。そして、車両が非常停止を行い、および/または、安定性条件が再度満たされると直ちに車両の旋回を制御する処理を再開することが想定される。
このケースは、異常(センサの故障、アシストステアリングシステムの故障、車両の挙動および/またはコントローラKで管理できない運転者の挙動など)が存在する場合に特に発生する可能性がある。これにより、センサの故障を検出することもできる。
本発明は、説明され、示された実施形態に決して限定されるものではなく、当業者は、本発明による任意の代替実施形態を追加する方法を知っているであろう。
したがって、この方法は、例えば、航空学またはロボット工学において(特に、ロボットが小さく、そのコマンドのうちの1つが飽和されなければならない場合)、特定の軌道をたどらなければならない他のタイプの分野に適用することができる。
双曲線正接関数は、双曲線正接に近い形態を有する各種機能理解され、特に、逆三角関数(アークタンジェントなど)、誤差関数(一般にerfと呼ばれる)、グーダーマンニアン関数(一般にgdと呼ばれる)、および双曲線三角関数(双曲線正接など)を含む。
既に述べたように、しきい値(θmin)はしきい値(θmax)より厳密に小さく、その結果、θminとθmaxとの間でいくつかの値の範囲が存在するので、柔軟な飽和状態を実施することができる。この柔軟な飽和状態は、コントローラKが飽和制約を超えることを許容する一方で、閉ループにおける系の安定性を保証し、より良好な性能を得ることを可能にすることを意味する。実際、コントローラKの不飽和出力、すなわちδは性能の不安定性および損失のいかなる危険もなく、飽和制約を超えることができる。コントローラKは、次いで、式演算6に現れるように、飽和旋回角設定点δrefを考慮に入れた、不飽和旋回角設定点ではなく、不飽和旋回角設定点δを生成する。したがって、制御設定点は、制御設定点δrefの一次導関数すなわち転回速度が飽和するという点で、各案内車輪11の飽和旋回角設定点δ_refである。

Claims (6)

  1. 車両の軌道に影響を与えるように適合された前記車両の動きを自律的に制御する方法であって、
    前記車両は、道路を走行するように適合されたモータ車両であって、少なくとも1つの車輪を有し、前記動きは各車輪の旋回に対応し、
    前記方法は、
    前記車両の前記軌道に関連するパラメータ(β、r、Ψ、eyL、δ、δref)を取得し、
    前記車両の挙動をモデル化した閉ループ伝達関数を用いて、前記パラメータ(β、r、Ψ、eyL、δ、δref)に応じて前記車両の前記動きの新たな制御設定点(δref)を計算し、
    βは前記車両のドリフト角で示し、
    rは前記車両のヨーレートで示し、
    Ψ は、前記車両の進行方向に沿う縦軸と、前記車両の回避軌道の接線との間の相対的な方位角であり、
    yL は前記車両の軌道追従誤差であり、
    δは測定された前記車両の旋回角であり、
    δ ref は各車輪の飽和旋回角設定点であり、
    前記閉ループ伝達関数は、
    不飽和旋回角設定点(δ )を入力として前記飽和旋回角設定点(δ ref )を出力とし、前記車輪の回転速度を制限するための設定点変動リミッタモデル(T1)と、
    前記飽和旋回角設定点(δ ref )およびディスラプションを入力として、出力ベクトルを出力とし、前記車両のモデルを示すモデル(T2)と、
    前記出力ベクトルに基づき、前記不飽和旋回角設定点(δ )を計算する状態フィードバック則であるコントローラ(K)とを含み、
    前記新たな制御設定点(δref)は、前記制御設定点(δref)の変動を制限する前記設定点変動リミッタモデル(T1)に従うコントローラ(K)により決定される、方法。
  2. 請求項記載の方法において、
    前記設定点変動リミッタモデル(T1)は、双曲線正接関数である補償器を有し、
    前記双曲線正接関数を使用して計算された値(θ)と所定の閾値(θmin)とを比較し、その比較結果に応じて前記方法を継続または中断する、方法。
  3. 請求項記載の方法において、
    前記値(θ)は下記式(1)を用いて計算される方法。
    Figure 0007283557000018
    ただし、αは所定の定数であり、
    δは不飽和旋回角設定点であり、
    δrefは飽和旋回角設定点である。
  4. 請求項1~のいずれか一項に記載の方法において、
    前記パラメータ(β、r、Ψ、eyL、δ、δref)は、前記車両の長手方向の軸と前記軌道の接線との間の相対的な方位角(Ψ)及び前記車両のヨーレート(r)の少なくともいずれか一方を含む、方法。
  5. 車両の軌道に影響を及ぼすように適合された少なくとも1つの動きと、前記動きを制御するためのアクチュエータと、前記アクチュエータを制御するためのコンピュータとを備える車両であって、
    前記コントローラ(K)は請求項1~のいずれか1項に記載の方法を実行するように適合されている車両。
  6. 請求項記載の車両であって、
    道路を走行するように適合されたモータ車両で構成され、
    少なくとも1つの車輪を備え、
    前記動きは、前記車輪の旋回に対応する装置。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7209681B2 (ja) * 2020-12-17 2023-01-20 本田技研工業株式会社 車両制御装置、車両制御方法、及びプログラム
FR3121410B1 (fr) * 2021-04-06 2024-03-08 Renault Sas Procédé de pilotage autonome d’un actionneur d’un appareil automobile

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000198458A (ja) 1999-01-08 2000-07-18 Mazda Motor Corp 車両の制御装置
JP2008143269A (ja) 2006-12-07 2008-06-26 Toyota Motor Corp 車両用制御装置
WO2018038073A1 (ja) 2016-08-23 2018-03-01 株式会社三英技研 走行軌道作成装置、方法及びプログラム、並びに、運転支援装置及びシステム

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6269307B1 (en) * 1998-08-06 2001-07-31 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Travel safety system for vehicle
US7137673B2 (en) * 2003-06-27 2006-11-21 Visteon Global Technologies, Inc. Vehicle yaw stability system and method
US7660654B2 (en) * 2004-12-13 2010-02-09 Ford Global Technologies, Llc System for dynamically determining vehicle rear/trunk loading for use in a vehicle control system
WO2007125083A1 (de) * 2006-04-27 2007-11-08 Continental Teves Ag & Co. Ohg Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines optimalen lenkwinkels in untersteuersituationen eines fahrzeugs
FR2968627B1 (fr) * 2010-12-10 2014-01-10 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de controle mis en oeuvre par une fonction de regulation d'un systeme de direction
FR2991276B1 (fr) * 2012-06-04 2014-05-16 Renault Sa Dispositif de controle de trajectoire d'un vehicule
FR2993376B1 (fr) * 2012-07-12 2014-07-25 Renault Sa Procede de controle de trajectoire d'un vehicule autonome a roues directrices
JP2015071345A (ja) * 2013-10-02 2015-04-16 日本精工株式会社 電動パワーステアリング装置
FR3013296B1 (fr) * 2013-11-18 2015-12-11 Renault Sas Procede et dispositif de pilotage automatique d'un vehicule
FR3022515B1 (fr) * 2014-06-24 2016-07-29 Jtekt Europe Sas Assistance de direction mixte comprenant une boucle d'asservissement en couple pilotee en consigne par un controleur de position destine a l'asservissement en trajectoire
US9296411B2 (en) * 2014-08-26 2016-03-29 Cnh Industrial America Llc Method and system for controlling a vehicle to a moving point
US10065639B2 (en) * 2015-04-09 2018-09-04 Nissan Motor Co., Ltd. Lane keeping assist device
WO2016168854A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Traxxas Lp Steering stabilizing apparatus for a model vehicle
FR3037671B1 (fr) * 2015-06-19 2017-06-16 Jtekt Europe Sas Utilisation d'un filtre a avance de phase pour separer le reglage du ressenti au volant du reglage de la stabilite d'une commande de direction assistee
JP6387948B2 (ja) * 2015-12-11 2018-09-12 トヨタ自動車株式会社 車両の運転支援装置
FR3062359B1 (fr) * 2017-02-01 2019-06-07 Renault S.A.S Procede et dispositif d'aide a la conduite pour vehicule automobile

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000198458A (ja) 1999-01-08 2000-07-18 Mazda Motor Corp 車両の制御装置
JP2008143269A (ja) 2006-12-07 2008-06-26 Toyota Motor Corp 車両用制御装置
WO2018038073A1 (ja) 2016-08-23 2018-03-01 株式会社三英技研 走行軌道作成装置、方法及びプログラム、並びに、運転支援装置及びシステム

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