JP7388523B1

JP7388523B1 - ヨーレート制御装置、ヨーレート制御方法及びプログラム

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Publication number: JP7388523B1
Application number: JP2022195083A
Authority: JP
Inventors: 元哉鈴木; 修一矢作
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2022-12-06
Filing date: 2022-12-06
Publication date: 2023-11-29
Anticipated expiration: 2042-12-06
Also published as: DE102023132116A1; JP2024081443A; CN118144872A; US20240182113A1

Abstract

【課題】車両の車速に適したヨーレート制御を行う。【解決手段】ヨーレート制御装置４は、車両の旋回時のヨーレートと、車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、車両の車速と、を取得する取得部４２１と、所定時間ごとに取得部４２１が取得した車両の車速それぞれに対応する積分ゲインを算出する積分ゲイン算出部４２３と、車両のヨーレートと目標ヨーレートとの差に応じた第１操舵角を算出する第１操舵角算出部４２４と、車両のヨーレートと目標ヨーレートとの差、及び積分ゲインに基づいて、所定時間ごとに第２操舵角を算出する第２操舵角算出部４２５と、第１操舵角と第２操舵角とを加算した車両の操舵角を車両の操舵部に出力する出力部４２６と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ヨーレート制御装置、ヨーレート制御方法及びプログラムに関する。

特許文献１の車両用操向装置は、車両が所定の車速で旋回している場合に、所定の車速におけるヨーレートの推定値と車両の旋回により生じるヨーレートとの差に応じて車両の操舵トルクを決定する。

国際公開第２０２０／１１５９７３号

従来の車両用操向装置は、車両が所定の車速と異なる車速で旋回している場合は、車両が所定の車速で旋回している場合よりも、ヨーレートの推定値と車両のヨーレートとの差が大きくなるため、車両が正しい経路を走行できなくなるという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、車両の車速に適したヨーレート制御を行うことを目的とする。

本発明の第１の態様に係るヨーレート制御装置は、車両の旋回時のヨーレートと、前記車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、前記車両の車速と、を取得する取得部と、所定時間ごとに前記取得部が取得した前記車両の車速それぞれに対応する積分ゲインを算出する積分ゲイン算出部と、前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に応じた第１操舵角を算出する第１操舵角算出部と、前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差、及び前記積分ゲインに基づいて、前記所定時間ごとに第２操舵角を算出する第２操舵角算出部と、前記第１操舵角と前記第２操舵角とを加算した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力する出力部と、を有する。

前記第１操舵角と前記第２操舵角とを算出するための制御パラメータを決定するための決定部をさらに有し、前記決定部は、前記ヨーレート制御装置及び前記車両に対応する規範モデルに前記目標ヨーレートを入力することにより前記規範モデルが出力した規範モデル出力値と、前記車両及び前記車両を制御対象としたフィードバック制御器を含む閉ループの応答との差の絶対値を示す評価関数の出力値が最小になるように前記制御パラメータを決定してもよい。

前記取得部は、前記車両が一定の速度で走行した際の操舵角及びヨーレートを取得し、前記決定部は、前記操舵角及び前記ヨーレートを用いて前記評価関数の出力値が最小になるように決定した前記制御パラメータを、前記制御パラメータの初期値に決定してもよい。

本発明の第２の態様に係るヨーレート制御方法は、プロセッサが実行する、車両の旋回時のヨーレートと、前記車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、前記車両の車速と、を取得するステップと、所定時間ごとに取得した前記車両の車速それぞれに対応する積分ゲインを算出するステップと、前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に応じた第１操舵角を算出するステップと、前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差、及び前記積分ゲインに基づいて、前記所定時間ごとに第２操舵角を算出するステップと、前記第１操舵角と前記第２操舵角とを加算した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、を有する。

本発明の第３の態様に係るプログラムは、プロセッサに、車両の旋回時のヨーレートと、前記車両に設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、前記車両の車速と、を取得するステップと、所定時間ごとに取得した前記車両の車速それぞれに対応する積分ゲインを算出するステップと、前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に応じた第１操舵角を算出するステップと、前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差、及び前記積分ゲインに基づいて、前記所定時間ごとに第２操舵角を算出するステップと、前記第１操舵角と前記第２操舵角とを加算した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、を実行させる。

本発明によれば、車両の車速に適したヨーレート制御を行うという効果を奏する。

本実施形態に係る車両Ｓの概要を説明するための図である。車両Ｓの操舵角を決定する動作を説明するための制御ブロック図である。自動操舵システムを説明するための図である。一自由度系制御のブロック図である。車両Ｓの等価モデルである。内部ブロック制御のブロック線図である。ヨーレート制御装置４における処理シーケンスの例を示す図である。

＜車両Ｓの概要＞
図１は、本実施形態に係る車両Ｓの概要を説明するための図である。図１に示す車両Ｓは、センサ部１と、状態特定部２と、操舵部３と、ヨーレート制御装置４と、を備える。車両Ｓは、車両Ｓに設定された経路（以下、「設定経路」という）に沿って走行するための操舵角を算出し、旋回時の車両Ｓを自動操舵する機能を有する。

センサ部１は、速度センサ、操舵角センサ及びヨーレートセンサを有しており、走行中の車両Ｓの車速、操舵角及びヨーレートを検出する。

状態特定部２は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）等の外部の測位システムから車両Ｓの位置を示す電波を受信する受信装置を有する。状態特定部２は、受信装置が受信した電波に基づいて複数の時刻における車両Ｓの位置を特定することにより車両Ｓの進行方向を特定し、設定経路が示す方向と当該進行方向との角度及び設定経路に含まれる位置と車両Ｓの位置との差に基づいて目標ヨーレートを特定する。

操舵部３は、車両Ｓの運転者が車両Ｓを操舵しない状態で、車両Ｓを自動操舵する機能を有する。操舵部３は、例えば、ヨーレート制御装置４から入力された操舵角に基づいて、操舵用モータ等によりステアリング軸を回転させ、走行中の車両Ｓを右又は左に旋回させる。

ヨーレート制御装置４は、センサ部１が検出した車両Ｓの車速及びヨーレートと状態特定部２が特定した車両Ｓの目標ヨーレートとに基づいて、旋回時の車両Ｓの操舵角を算出する処理を実行する。ヨーレート制御装置４は、所定時刻ごとに算出した操舵角に基づいて操舵角３に旋回時の車両Ｓを自動操舵させることで、旋回時の車両Ｓのヨーレートを制御する。ヨーレート制御装置４は、電子部品を含む筐体を有していてもよく、電子部品が実装されたプリント基板であってもよい。

旋回時の車両Ｓのヨーレートを制御するための制御器として、車両Ｓの動力学モデルをシステム同定したプラントモデルに基づくＰＩＤ（Proportional Integral Differential）制御器などのフィードバック制御器を設計することが考えられる。プラントモデルに基づくＰＩＤ制御器は、システム同定をした際の車速で車両Ｓが走行する場合はヨーレートを正しく制御できるが、システム同定をした際の車速と異なる車速で車両Ｓが走行する場合はヨーレートを正しく制御できなくなる。

そこで、ヨーレート制御装置４は、車両Ｓの旋回時において所定時間ごとに、センサ部１が検出した車両Ｓの車速を取得して当該車速に対応する操舵角を算出する。これにより、旋回時の車両Ｓの車速に適したヨーレート制御を行うことができる。
以下、ヨーレート制御装置４の構成及び動作を詳細に説明する。

＜ヨーレート制御装置４の構成＞
ヨーレート制御装置４は、記憶部４１と、制御部４２と、を有する。制御部４２は、取得部４２１と、決定部４２２と、積分ゲイン算出部４２３と、第１操舵角算出部４２４と、第２操舵角算出部４２５と、出力部４２６とを有する。

記憶部４１は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を有する。記憶部４１は、制御部４２が実行するプログラムを記憶している。記憶部４１は、操舵部３に操舵角を出力するための各種の情報を記憶している。

制御部４２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のプロセッサである。制御部４２は、記憶部４１に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部４２１、決定部４２２、積分ゲイン算出部４２３、第１操舵角算出部４２４、第２操舵角算出部４２５及び出力部４２６として機能する。なお、制御部４２は、１つのプロセッサで構成されていてもよいし、複数のプロセッサ又は１以上のプロセッサと電子回路との組み合わせにより構成されていてもよい。
以下、制御部４２により実現される各部の構成を説明する。

取得部４２１は、車両Ｓの旋回時のヨーレートと、車両Ｓに設定された経路を走行するための目標ヨーレートと、車両Ｓの車速と、を取得する。取得部４２１は、例えば、所定時間ごとに、センサ部１からヨーレートと車速とを取得し、状態特定部２から目標ヨーレートを取得する。所定時間は、実験又はシミュレーションにより定められた時間である。取得部４２１は、取得したヨーレート、目標ヨーレート及び車速を記憶部４１に記憶させる。

取得部４２１は、車両Ｓが一定の速度で走行した際の操舵角及びヨーレートを取得する。一例として、一定の速度は、時速２０ｋｍである。取得部４２１は、例えば、車両Ｓが一定の速度で走行している時間において、所定時間ごとに、センサ部１から操舵角とヨーレートとを取得し、記憶部４１に記憶させる。

決定部４２２は、第１操舵角と第２操舵角とを算出するための制御パラメータを決定する。第１操舵角は、第１操舵角算出部４２４がＰ（Proportional）制御器を用いて算出した操舵角であり、第２操舵角は、第２操舵角算出部４２５がＩ（Integral）制御器を用いて算出した操舵角である。制御パラメータは、第１操舵角算出部４２４、積分ゲイン算出部４２３の少なくともいずれかに用いられる係数である。

図２は、車両Ｓの操舵角を決定する動作を説明するための制御ブロック図である。図２に示す制御対象Ｐは、操舵部３を含む車両Ｓである。図２においては、第１操舵角δ_１、第２操舵角δ_２、ヨーレート制御装置４が操舵部３に出力する操舵角δ、ヨーレートγ、目標ヨーレートγ_ｒｅｆ、車両Ｓの車速ｖが示されている。ゲインＫ_Ｐは制御パラメータＫ_Ｐ０に対応する比例ゲイン、ゲインＫ_Ｉ（ｖ）は、制御パラメータＫ_Ｉ０及び車速ｖに対応する積分ゲイン、演算子ｓはラプラス演算子である。
以下、決定部４２２が制御パラメータＫ_Ｐ０及び制御パラメータＫ_Ｉ０を決定する方法を詳細に説明する。

最初に、車両Ｓの前輪を自動操舵するための自動操舵システムを説明する。図３は、自動操舵システムを説明するための図である。図３（ａ）は、車両Ｓのモデルであり、図３（ｂ）は、自動操舵システムのブロック図である。図３（ａ）は、車両Ｓの前輪の操舵角δ、車両Ｓのヨーレートγ、車両Ｓの車速ｖを示す。

図３（ｂ）に示す自動操舵システムは、ヨーレート制御装置４が制御対象Ｐ（すなわち、操舵部３）に操舵角δを入力することにより、前輪の左右の動きを制御できる。図３（ｂ）に示すヨーレート制御装置４は、取得部４２１が取得したヨーレートγ及び目標ヨーレートγ_ｒｅｆに基づいて操舵角δを算出する。また、ヨーレート制御装置４及び制御対象Ｐに対応する規範モデルＴ_ｄは、式（１）のように与えることができる。

決定部４２２は、一定の車速ｖで車両Ｓが旋回した際に、所定時間ごとに取得した、複数の操舵角δ及び複数のヨーレートγ（以下、「一組の実験データ」という場合がある）と、式（１）に示す規範モデルＴ_ｄとを用いて制御パラメータを決定する。一例として、決定部４２２は、一組の実験データと規範モデルＴ_ｄとを用いて、ＶＩＭＴ（Virtual Internal Model Tuning）により制御パラメータを決定する。

ここで、ＶＩＭＴにより制御パラメータを決定する動作の概要を説明する。図４は、一自由度系制御のブロック図である。制御対象Ｐは操舵部３であり、制御器Ｃはフィードバック制御器を備えるヨーレート制御装置４である。図４においては、制御パラメータを決定する前に、初期制御器Ｃ_ｉｎｉが制御器Ｃとして与えられているものとする。図４に示す閉ループの規範モデルをＴ_ｄとすると、閉ループの応答目標値ｙ_ｄｅｓを式（２）のように表現できる。

そして、目標値γを閉ループに入力したことによる閉ループの出力ｙ_０（以下、「初期出力ｙ_０」という場合がある）を取得した際の外乱、ノイズが小さければ、式（３）が成立すると仮定する。初期出力ｕ_０は、目標値γを閉ループに入力したことによる制御器Ｃの出力である。

式（３）が成立する場合、決定部４２２が制御パラメータを決定して、初期制御器Ｃ_ｉｎｉに含まれる制御パラメータを更新する（すなわち、制御器Ｃを更新する）と、閉ループの応答ｙ（ρ）について式（４）及び式（５）成立する。変数ρは、制御器の調整パラメータである。

また、式（３）に基づいて、初期出力ｙ_０を式（６）のように表現でき、式（６）に基づいて、目標値γを式（７）のように表現できる。

制御対象Ｐは、式（５）に基づいて式（８）のように表現できるため、式（８）と式（４）及び式（７）を用いて、フィードバック制御器Ｃ（ρ）を用いた閉ループの出力ｙ（ρ）を式（９）のように表現できる。

ここで、式（９）の応答ｙ（ρ）を算出するために、式（９）のＴ_ｃ（ρ）を規範モデルＴ_ｄに置き換えた閉ループ応答ｙ_ｅ（ρ）を式（１０）のように与える。
ＶＩＭＴにより制御パラメータを決定するためには、式（１０）と式（２）との差が最小になるような変数ρを特定し、閉ループの応答と目標値応答との差を小さくする。具体的には、式（１１）に示す評価関数Ｊ_Ｉ（ρ）の出力値が最小になるように変数ρを特定する。

図４においては、外乱、ノイズが小さければ、初期出力ｙ_０を式（１２）のように表現できる。また、規範モデルＴ_ｄの応答を実現する理想制御器Ｃ_ｄｅｓに関して式（１３）が成立する。
そして、式（１０）から式（１３）を用いると、ＶＩＭＴの評価関数Ｊ_Ｉ（ρ）は、式（１４）のように表現できる。

式（１４）に示す評価関数Ｊ_Ｉ（ρ）の出力値を最小化は、初期感度関数と規範モデルＴ_ｄとの重みづけのもと、理想制御器Ｃ_ｄｅｓと更新後（すなわち、制御パラメータ決定後）の制御器Ｃの相対誤差を評価していることに相当する。したがって、評価関数Ｊ_Ｉ（ρ）の出力値を最小にすることで、規範モデルＴ_ｄと初期感度関数から成るフィルタの通過帯域において、理想制御器Ｃ_ｄｅｓと更新後の制御器Ｃとの相対誤差を最も小さくできる。

具体的には、Ｊ_Ｉ（ρ）の最小値が０である場合、Ｔ_ｄ／（１＋ＰＣ_ｉｎｉ）γがＰＥ（Persistently Exciting）性をもつことを条件として理想制御器Ｃ_ｄｅｓを特定できる。この場合、Ｔ_ｃ（ρ）＝Ｔ_ｄであるため、ｙ（ρ）＝ｙ_ｅ（ρ）＝ｙ_ｄｅｓである。Ｊ_Ｉ（ρ）の最小値が０ではない場合、規範モデルＴ_ｄと初期感度関数から成る重み関数の通過帯域が十分に広ければ、制御器Ｃを特定できる。すなわち、決定部４２２は、評価関数Ｊ_Ｉ（ρ）の出力値を最小にすることにより、制御パラメータを決定できる。

続いて、車両Ｓのヨーレートを制御するための制御器ＣをＶＩＭＴにより特定する動作（すなわち、ＶＩＭＴにより制御器Ｃの制御パラメータを決定する動作）を、車両Ｓの等価モデルを用いて説明する。図５は、車両Ｓの等価モデルである。本実施形態においては、説明を簡単にするために、二輪車両の等価モデルを用いる。図５に示す車両Ｓの運動モデルは、前輪のコーナリング係数Ｋ_ｆ、後輪のコーナリング係数Ｋ_ｒ、重心から前輪までの距離ｌ_ｆ、重心から後輪までの距離ｌ_ｒ、車両Ｓの重量ｍ、車両Ｓの車速ｖ、車両Ｓの横滑り角β、慣性モーメントＩを用いて、式（１５）から式（２２）のように表現できる。

車両Ｓの走行においては、横滑り角βが大きくなればなるほどタイヤ力が飽和する蓋然性が高くなるため、車両Ｓの位置と経路に含まれる位置との差が大きくなる。そこで、自動操舵をする機能を有する車両Ｓの走行においては、横滑り角βが十分小さくなるように目標ヨーレートγ_ｒｅｆと車速ｖとを設定する。これにより、横滑り角β≒０と設定できるため、式（１６）に横滑り角β＝０を代入することにより、操舵角δからヨーレートγまでの運動方程式を式（２３）のように表現できる。

そして、式（２３）をラプラス変形することにより、操舵角δからヨーレートγまでの伝達関数Ｇ（ｖ）を式（２４）から式（２６）のように表現できる。また、規範モデルＴ_ｄを式（２７）のように設定する。式（２７）に示す定数Ｔ_ｓは時定数である。

ところで、フィードバック制御の一つである内部モデル制御の動作は、ＰＩＤ制御の動作と等価にできることが知られている（以下、等価にすることを「等価交換する」という場合がある）。これにより、伝達関数Ｇ（ｖ）と規範モデルＴ_ｄとを用いた内部モデル制御器を等価交換したＰＩＤ制御器を導出できる。図６は、内部ブロック制御のブロック線図である。図６に示すブロック線図を等価交換することにより、閉ループ伝達関数を規範モデルＴ_ｄに一致させるためのフィードバック制御器Ｃを式（２８）のように導出できる。

そして、式（２４）と式（２７）とを式（２８）に代入することにより、フィードバック制御器Ｃを式（２９）のように導出できる。

式（２９）から、フィードバック制御器ＣはＰＩ（Proportional Integral）制御器と等価であることが分かるため、ＰＩ制御器を式（３０）から式（３２）のように導出できる。

図６に示すブロック線図を等価交換したＰＩ制御器においては、式（３１）及び式（３２）に示すゲインＫ_Ｐ、ゲインＫ_Ｉ（ｖ）を特定すれば、制御対象Ｐである操舵部３を含む車両Ｓのヨーレートを制御できる。さらに、所定時間ごとに、取得部４２１が取得した車速ｖに応じてゲインＫ_Ｉ（ｖ）を更新することにより、車速ｖが変化した場合であっても、車両Ｓのヨーレートを制御できる。しかし、式（３１）及び式（３２）には、車両Ｓの運動特性に基づく係数σ_Ｔ及び係数σ_Ｋが含まれているため、ゲインＫ_Ｐ及びゲインＫ_Ｉ（ｖ）を特定できない。

そこで、ヨーレート制御装置４は、ＶＩＭＴを適用することによりゲインＫ_Ｐ及びゲインＫ_Ｉ（ｖ）を特定し、所定時間ごとにセンサ部１から取得した車速ｖに基づいてゲインＫ_Ｉ（ｖ）を更新することにより、車両Ｓの旋回時のヨーレートを制御する。ＶＩＭＴを適用するために、車両Ｓは、ヨーレート制御装置４に初期制御器Ｃ_ｉｎｉが制御器Ｃとして与えられている状態で一定の車速ｖ_０で走行する。ヨーレート制御装置４は、車速ｖ_０における操舵角δ_０とヨーレートγ_０とを取得する。そして、ＰＩ制御器を式（３３）及び式（３４）のように定義する。制御パラメータＫ_Ｐ０はＶＩＭＴの評価関数Ｊが最小である場合のゲインＫ_ｐであり、制御パラメータＫ_Ｉ０はＶＩＭＴの評価関数Ｊが最小である場合のＫ_Ｉ（ｖ_０）である。

決定部４２２は、式（１０）に基づいてヨーレート応答γ_ｅ（ρ）を式（３５）のように算出し、式（３５）を用いたＶＩＭＴの評価関数Ｊ（式（３６）に示す評価関数Ｊ（ρ））の出力を最小にすることで、ゲインＫ_Ｐ及びゲインＫ_Ｉ（制御パラメータＫ_Ｐ０及び制御パラメータＫ_Ｉ０）を決定する。

式（３６）に示すように、決定部４２２は、ヨーレート制御装置４及び車両Ｓに対応する規範モデルＴ_ｄに目標ヨーレートγ_ｒｅｆを入力することにより規範モデルが出力した規範モデル出力値Ｔ_ｄγ_ｒｅｆを算出する。決定部４２２は、車両Ｓ及び車両Ｓを制御対象としたフィードバック制御器Ｃを含む閉ループの応答γ_ｅ（ρ）を算出する。決定部４２２は、出力値Ｔ_ｄγ_ｒｅｆと閉ループの応答γ_ｅ（ρ）との差の絶対値を示す評価関数Ｊ（ρ）の出力値が最小になるように制御パラメータ（すなわち、制御パラメータＫ_Ｐ０及び制御パラメータＫ_Ｉ０）を決定する。

決定部４２２は、例えば、初期制御器Ｃ_ｉｎｉが制御器Ｃとして与えられている状態で車両Ｓが一定の車速ｖ_０で走行した際の操舵角δ_０及びヨーレートγ_０を用いて評価関数Ｊ（ρ）の出力値が最小になるように決定した制御パラメータを、制御パラメータの初期値に決定する。

車速ｖ_０における閉ループ伝達関数Ｇ（ｖ_０）Ｃ_ｖ／（１＋Ｇ（ｖ_０）Ｃ_ｖ）と規範モデルＴ_ｄとが一致すると判定できる場合、式（３７）及び式（３８）が成立する。
式（３７）に示すＫ_Ｐは、図２に示す第１操舵角算出部４２４が有する比例ゲインであり、式（３８）に示すＫ_Ｉは、図２に示す第２操舵角算出部４２５が有する積分ゲインである。すなわち、図２においては、ＶＩＭＴを用いて評価関数Ｊ（ρ）の出力値が最小になる制御パラメータＫ_Ｐ０及び制御パラメータＫ_Ｉ０を決定することにより、第１操舵角算出部４２４及び第２操舵角算出部４２５で構成されたＰＩ制御器を実現できる。

また、式（３７）から積分ゲインＫ_Ｉ（ｖ）を式（３９）のように表現できる。
式（３９）に示すＫ_Ｉ（ｖ）は、図２に示す積分ゲイン算出部４２３の出力値であり、図２に記載された「Ｇａｉｎ－ｓｃｈｅｄｕｌｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍ」は、式（３９）に示す処理を行う。すなわち、図２においては、ＶＩＭＴを用いて制御パラメータＫ_Ｉ０を決定することにより、積分ゲイン算出部４２３が所定時間ごとに車両Ｓの車速ｖに応じた積分ゲインを算出する。その結果、第２操舵角算出部４２５は、所定時間ごとに車速ｖに応じた積分ゲインに基づく第２操舵角δ_２を算出できる。

プラントモデルに基づくＰＩＤ制御器においては、車両Ｓの運動特性が車速に応じて変化するため、操舵部３が車両Ｓを自動操舵する際に走行し得る車速それぞれに対応できるプラントモデルを用いる必要がある。しかし、そのようなプラントモデルを生成するためのシステム同定には、多くの走行時間が必要になる。これに対して、ヨーレート制御装置４は、上述したＶＩＭＴを用いることによりシステム同定を必要とせず、且つ一定の車速ｖ_０で走行した際の操舵角δ_０及びヨーレートγ_０を一度だけ取得することで、車速ｖに応じた操舵角δを出力するＰＩ制御器を実現できる。その結果、走行時間及び設計時間を少なくすることができる。
以上、決定部４２２が制御パラメータを決定する方法について説明した。

図１に戻り、積分ゲイン算出部４２３は、所定時間ごとに取得部４２１が取得した車両Ｓの車速ｖそれぞれに対応する積分ゲインＫ_Ｉ（ｖ）を算出する。積分ゲイン算出部４２３は、例えば、所定時間ごとに取得部４２１が取得した車速ｖを式（３９）に入力することにより、所定時間ごとの積分ゲインＫ_Ｉ（ｖ）を算出する。積分ゲイン算出部４２３がこのように動作することで、旋回時の車両Ｓの車速ｖの変化に応じた積分ゲインを算出できる。その結果、第２操舵角算出部４２５は、車両Ｓが取り得る車速ｖに対応した第２操舵角δ_２を、所定時間ごとに算出できる。

第１操舵角算出部４２４は、車両Ｓのヨーレートγと目標ヨーレートγ_ｒｅｆとの差に応じた第１操舵角δ_１を算出する。第１操舵角算出部４２４は、例えば、ヨーレートγと目標ヨーレートγ_ｒｅｆとの差を、式（３７）に示すＰ制御器に入力することにより、第１操舵角δ_１を算出する。

第２操舵角算出部４２５は、車両Ｓのヨーレートγと目標ヨーレートγ_ｒｅｆとの差、及び積分ゲインＫ_Ｉ（ｖ）に基づいて、所定時間ごとに第２操舵角δ_２を算出する。第２操舵角算出部４２５は、例えば、積分ゲイン算出部４２３から所定時間ごとに取得した積分ゲインＫ_Ｉ（ｖ）を式（３８）に示すＩ制御器に入力することにより、所定時間ごとの第２操舵角δ_２を算出する。第２操舵角算出部４２５がこのように動作することで、所定時間ごとに検出した車速ｖに対応する第２操舵角δ_２を算出できる。

出力部４２６は、第１操舵角δ_１と第２操舵角δ_２とを加算した車両Ｓの操舵角δを車両Ｓの操舵部３に出力する。出力部４２６は、例えば、所定時間ごとに第１操舵角δ_１と第２操舵角δ_２とを取得して操舵角δを算出し、操舵部３に出力する。

＜ヨーレート制御装置４における処理シーケンス＞
図７は、ヨーレート制御装置４における処理シーケンスの例を示す図である。図７に示す処理シーケンスは、決定部４２２が決定した制御パラメータを設定する動作を示す。

取得部４２１は、車両Ｓが一定の車速ｖ_０で走行している際にセンサ部１が検出した操舵角δ_０及びヨーレートγ_０を取得する（Ｓ１１）。決定部４２２は、取得部４２１が取得した操舵角δ_０及びヨーレートγ_０を入力した評価関数Ｊ（ρ）の出力値が最小になるように、制御パラメータＫ_Ｐ０及び制御パラメータＫ_Ｉ０を決定する（Ｓ１２）。決定部４２２は、決定した制御パラメータのうち、制御パラメータＫ_Ｐ０を第１操舵角算出部４２４に設定し、制御パラメータＫ_Ｉ０を積分ゲイン算出部４２３に設定する（Ｓ１３）。

処理を終了する操作が行われていない場合（Ｓ１４のＮＯ）、ヨーレート制御装置４は、ステップＳ１１からステップＳ１３までの動作を繰り返す。処理を終了する操作が行われた場合（Ｓ１４のＹＥＳ）、ヨーレート制御装置４は、処理を終了する。

＜ヨーレート制御装置４による効果＞
以上説明したように、ヨーレート制御装置４は、所定時間ごとに取得した車両Ｓの車速ｖそれぞれに対応する積分ゲインＫ_Ｉ（ｖ）を算出する積分ゲイン算出部４２３と、車両Ｓのヨーレートγと目標ヨーレートγ_ｒｅｆとの差に応じた第１操舵角δ_１を算出する第１操舵角算出部４２４と、車両Ｓのヨーレートγと目標ヨーレートγ_ｒｅｆとの差、及び積分ゲインＫ_Ｉ（ｖ）に基づいて、所定時間ごとに第２操舵角δ_２を算出する第２操舵角算出部４２５と、第１操舵角δ_１と第２操舵角δ_２とを加算した車両Ｓの操舵角δを車両Ｓの操舵部３に出力する出力部４２６と、を有する。

ヨーレート制御装置４がこのように構成されることで、旋回時の車両Ｓの車速ｖが変化した場合であっても、車両Ｓの車速ｖに対応する操舵角を操舵部３に出力することができるため、車両Ｓの旋回運動に適したヨーレート制御を行うことができる。その結果、車両Ｓは、車速ｖを考慮した旋回運動を自動操舵により実現することができる。

さらに、ヨーレート制御装置４は、車両Ｓが一定の速度ｖ_０で走行した際の操舵角δ_０及びヨーレートγ_０に基づいて、ＶＩＭＴを用いた評価関数Ｊ（ρ）の出力を最小にするための制御パラメータＫ_Ｐ０及び制御パラメータＫ_Ｉ０を決定する決定部４２２を有する。ヨーレート制御装置４がこのように構成されることで、車両Ｓのヨーレートを制御するためのＰＩ制御器を、システム同定することなく設計できるため、設計時間を短縮することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

１センサ部
２状態特定部
３操舵部
４ヨーレート制御装置
４１記憶部
４２制御部
４２１取得部
４２２決定部
４２３積分ゲイン算出部
４２４第１操舵角算出部
４２５第２操舵角算出部
４２６出力部

Claims

車両の旋回時のヨーレートと、前記車両の進行方向と前記車両に設定された経路が示す方向との角度及び前記車両の位置と前記経路に含まれる位置との差に基づく目標ヨーレートと、前記車両の車速と、を取得する取得部と、
所定時間ごとに前記取得部が取得した前記車両の車速それぞれに対応する積分ゲインを算出する積分ゲイン算出部と、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に応じた第１操舵角を算出する第１操舵角算出部と、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差、及び前記積分ゲインに基づいて、前記所定時間ごとに第２操舵角を算出する第２操舵角算出部と、
前記第１操舵角と前記第２操舵角とを加算した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力する出力部と、
を有するヨーレート制御装置。
前記第１操舵角と前記第２操舵角とを算出するための制御パラメータを決定するための決定部をさらに有し、
前記決定部は、前記車両が一定の車速で走行した場合に、前記ヨーレート制御装置及び前記車両に対応する規範モデルに前記目標ヨーレートを入力することにより前記規範モデルが出力した規範モデル出力値と、前記車両及び前記車両を制御対象としたフィードバック制御器を含む閉ループの応答との差の絶対値を示す評価関数の出力値が最小になるように前記制御パラメータを決定する、
請求項１に記載のヨーレート制御装置。
前記取得部は、前記車両が一定の速度で走行した際の操舵角及びヨーレートを取得し、
前記決定部は、前記操舵角及び前記ヨーレートを用いて前記評価関数の出力値が最小になるように決定した前記制御パラメータを、前記制御パラメータの初期値に決定する、
請求項２に記載のヨーレート制御装置。
プロセッサが実行する、
車両の旋回時のヨーレートと、前記車両の進行方向と前記車両に設定された経路が示す方向との角度及び前記車両の位置と前記経路に含まれる位置との差に基づく目標ヨーレートと、前記車両の車速と、を取得するステップと、
所定時間ごとに取得した前記車両の車速それぞれに対応する積分ゲインを算出するステップと、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に応じた第１操舵角を算出するステップと、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差、及び前記積分ゲインに基づいて、前記所定時間ごとに第２操舵角を算出するステップと、
前記第１操舵角と前記第２操舵角とを加算した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、
を有するヨーレート制御方法。
プロセッサに、
車両の旋回時のヨーレートと、前記車両の進行方向と前記車両に設定された経路が示す方向との角度及び前記車両の位置と前記経路に含まれる位置との差に基づく目標ヨーレートと、前記車両の車速と、を取得するステップと、
所定時間ごとに取得した前記車両の車速それぞれに対応する積分ゲインを算出するステップと、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差に応じた第１操舵角を算出するステップと、
前記車両のヨーレートと前記目標ヨーレートとの差、及び前記積分ゲインに基づいて、前記所定時間ごとに第２操舵角を算出するステップと、
前記第１操舵角と前記第２操舵角とを加算した前記車両の操舵角を前記車両の操舵部に出力するステップと、
を実行させるためのプログラム。