JP7392793B1 - Steering control device - Google Patents
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Abstract
【課題】走行経路に対する自車両の追従性を高める。【解決手段】操舵制御装置1は、自車両3が走行する走行経路の経路点と自車両3との自車両3の幅方向の距離である横偏差、又は自車両3から自車両3の進行する向きに延びる第1直線と自車両3及び経路点を通る第2直線とのなす角である方位偏差を取得する偏差取得部123と、横偏差又は方位偏差に応じたポテンシャルを含み自車両3のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、自車両3の第1ヨーレートを決定する第1ヨーレート決定部124と、横偏差又は方位偏差、横偏差又は方位偏差の積算値、及び横偏差又は方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、自車両3の第2ヨーレートに決定する第2ヨーレート決定部125と、第1ヨーレート及び第2ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部126と、を有する。【選択図】図3An object of the present invention is to improve the ability of a vehicle to follow a travel route. [Solution] A steering control device 1 calculates a lateral deviation, which is a distance in the width direction of the own vehicle 3 between a route point of a traveling route on which the own vehicle 3 travels, or a distance between the own vehicle 3 and the own vehicle 3, or the progress of the own vehicle 3 from the own vehicle 3. a deviation acquisition unit 123 that obtains a azimuth deviation that is the angle between a first straight line extending in the direction of the vehicle 3 and a second straight line that passes through the host vehicle 3 and the route point; a first yaw rate determining unit 124 that determines a first yaw rate of the host vehicle 3 by determining a value that minimizes a cost function with the yaw rate as a parameter; a lateral deviation or azimuth deviation; an integrated value of the lateral deviation or azimuth deviation; and a second yaw rate determination unit 125 that determines a value proportional to at least one of the amount of change in the lateral deviation or the azimuth deviation as the second yaw rate of the own vehicle 3, and a total yaw rate that is the sum of the first yaw rate and the second yaw rate. and a yaw rate control unit 126 that uses the steering angle to determine the commanded steering angle. [Selection diagram] Figure 3
Description
本発明は、自車両の操舵角を制御する操舵制御装置に関する。 The present invention relates to a steering control device that controls the steering angle of a host vehicle.
目標経路に沿って走行するように操舵制御する技術が知られている。特許文献1には、車両が目標経路上を走行するのに必要な操舵の制御目標量にしたがって車両の操舵を行わせる技術が開示されている。
Techniques for controlling steering so that vehicles travel along a target route are known.
しかしながら、操舵の指示を出力してから実際に操舵角が変化するまでの応答遅れや、車両の状態変化及び周辺環境から受ける外乱によって、目標経路に沿って走行するような制御目標量を入力しても、自車両の位置が走行経路からずれてしまうことがあった。 However, due to the response delay between outputting a steering instruction and the actual change in the steering angle, changes in vehicle conditions, and disturbances received from the surrounding environment, it is difficult to input a control target amount that causes the vehicle to travel along the target route. However, the position of the vehicle may deviate from the driving route.
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、走行経路に対する自車両の追従性を高めることを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and it is an object of the present invention to improve the ability of the own vehicle to follow a travel route.
本発明の態様においては、自車両が走行する走行経路と前記自車両との前記自車両の幅方向の距離である横偏差と、前記自車両から前記自車両の進行する向きに延びる第1直線と前記自車両及び前記走行経路上の位置を通る第2直線とのなす角である方位偏差との少なくともいずれかを取得する偏差取得部と、前記走行経路に応じたポテンシャルを含み前記自車両のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、前記自車両の第1ヨーレートを決定する第1ヨーレート決定部と、前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記自車両の第2ヨーレートに決定する第2ヨーレート決定部と、前記第1ヨーレート及び前記第2ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部と、を有する操舵制御装置を提供する。 In an aspect of the present invention, there is provided a lateral deviation that is a distance in the width direction of the own vehicle between the traveling route traveled by the own vehicle and the own vehicle, and a first straight line extending from the own vehicle in the direction in which the own vehicle travels. and an azimuth deviation that is an angle formed by the host vehicle and a second straight line passing through a position on the travel route; a first yaw rate determination unit that determines a first yaw rate of the host vehicle by determining a value that minimizes a cost function with the yaw rate as a parameter; a second yaw rate determination unit that determines a second yaw rate of the own vehicle to be a value proportional to at least one of the lateral deviation and the amount of change in the lateral deviation or the azimuth deviation; A steering control device is provided that includes a yaw rate control section that determines a commanded steering angle using a summed yaw rate.
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記自車両の現在位置に最も近い最近経路点を含む近接範囲内の複数の経路点を近似する近接近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差、又は前記近接近似関数上の位置と前記自車両とを通る前記第2直線と前記第1直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、前記第2ヨーレート決定部は、前記最近経路点の前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記第2ヨーレートに決定してもよい。 The deviation acquisition unit is configured to calculate a position on a close approximation function that approximates a plurality of route points within a proximity range including the nearest route point closest to the current position of the host vehicle among the plurality of route points on the travel route; Obtaining the lateral deviation from the host vehicle or the azimuth deviation, which is the angle formed by the second straight line passing through the position on the proximity approximation function and the first straight line, and determining the second yaw rate. The section calculates a value proportional to at least one of the lateral deviation or the azimuth deviation of the closest route point, the integrated value of the lateral deviation or the azimuth deviation, and the amount of change in the lateral deviation or the azimuth deviation. 2 yaw rate may be determined.
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記最近経路点を含まない前方範囲内の複数の経路点の各々と前記自車両の前記幅方向の前記横偏差、及び前記前方範囲内の各経路点と前記自車両とを通る前記第2直線と前記第1直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、前記第1ヨーレート決定部は、前記前方範囲内の前記横偏差及び前記方位偏差に応じたポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する値を求めて、前記第1ヨーレートを決定してもよい。 The deviation acquisition unit is configured to calculate the lateral deviation in the width direction of the host vehicle from each of a plurality of route points in a forward range that does not include the nearest route point among the plurality of route points on the traveling route, and the forward The first yaw rate determination unit acquires the azimuth deviation, which is an angle between the second straight line and the first straight line passing through each route point within the range and the own vehicle, and The first yaw rate may be determined by finding a value that minimizes the cost function including a deviation and a potential according to the azimuth deviation.
前記偏差取得部は、前記自車両からの距離が所定値以上であり前記自車両の速度に比例する最小距離以上、前記最小距離よりも大きい前方距離以下の前記前方範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前方近似関数の不一致度を示す損失項及び前記前方距離に比例する利得項を含み、前記前方距離をパラメータとする関数を最小化する前記前方距離を決定してもよい。 The deviation acquisition unit indicates each route point within the forward range whose distance from the own vehicle is a predetermined value or more and which is greater than or equal to a minimum distance proportional to the speed of the own vehicle and less than or equal to a forward distance greater than the minimum distance. The method includes a loss term indicating the degree of discrepancy of a forward approximation function that approximates a data string in which coordinates are arranged in order of proximity to the own vehicle, and a gain term proportional to the forward distance, and minimizes a function using the forward distance as a parameter. A forward distance may also be determined.
前記前方近似関数の係数の時間推移を表す状態方程式と、前記前方範囲内の各経路点を示す座標を観測量とし、前記観測量と前記係数との関係を記述する観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて前記係数を更新する係数更新部をさらに有し、前記偏差取得部は、前記更新された係数で表される前記前方近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差及び前記方位偏差と、前記前方近似関数の曲率とを取得し、前記第1ヨーレート決定部は、前記横偏差、前記方位偏差及び前記曲率を用いて生成される前記ポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する前記第1ヨーレートを決定してもよい。 A Kalman filter including a state equation representing a time transition of coefficients of the forward approximation function, and an observation equation that takes coordinates indicating each route point within the forward range as an observable quantity and describes a relationship between the observable quantity and the coefficient. The deviation acquisition unit further includes a coefficient updating unit that updates the coefficients using the updated coefficients, and the deviation acquisition unit calculates the lateral deviation and the azimuth deviation between the own vehicle and the position on the forward approximation function represented by the updated coefficients. and a curvature of the forward approximation function, and the first yaw rate determination unit minimizes the cost function including the potential generated using the lateral deviation, the azimuth deviation, and the curvature. 1 yaw rate may be determined.
前記近接範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前記近接近似関数の係数の時間推移を表す状態方程式と、前記近接範囲内の各経路点の座標を観測量とし、前記観測量と前記係数との関係を記述する観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて前記係数を更新する係数更新部をさらに有し、前記偏差取得部は、更新された前記係数で表される前記近接近似関数に前記近接範囲内の複数の経路点のうちのいずれかの座標又は原点の座標を入力して求まる位置と、前記自車両との前記横偏差又は前記方位偏差を取得してもよい。 a state equation representing a time transition of a coefficient of the close approximation function that approximates a data string in which coordinates indicating each route point within the close range are arranged in order of proximity from the host vehicle; and a state equation representing a time transition of a coefficient of the close approximation function, and the coordinates of each route point within the close range. is an observed quantity, and further includes a coefficient updating unit that updates the coefficient using a Kalman filter that includes an observation equation that describes a relationship between the observed quantity and the coefficient, and the deviation acquisition unit The position determined by inputting the coordinates of one of the plurality of route points within the proximity range or the coordinates of the origin into the proximity approximation function expressed by You may obtain it.
前記第2ヨーレート決定部は、前記横偏差又は前記方位偏差と比例ゲインとの積、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値と積分ゲインとの積、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量と微分ゲインとの積の和を、前記第2ヨーレートに決定してもよい。 The second yaw rate determination unit is configured to calculate a product of the lateral deviation or the azimuth deviation and a proportional gain, a product of the integrated value of the lateral deviation or the azimuth deviation and an integral gain, and an amount of change in the lateral deviation or the azimuth deviation. The second yaw rate may be determined as the sum of products of and a differential gain.
前記ヨーレート制御部は、前記自車両が前記走行経路に沿って走行していれば、前記合算ヨーレートを用いて前記指示操舵角を決定し、前記自車両が前記走行経路に沿って走行していなければ、前記第1ヨーレートのみを用いて前記指示操舵角を決定してもよい。 The yaw rate control unit determines the commanded steering angle using the total yaw rate if the host vehicle is traveling along the travel route, and determines the commanded steering angle using the total yaw rate; For example, the commanded steering angle may be determined using only the first yaw rate.
本発明によれば、走行経路に対する自車両の追従性を高められるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to improve the ability of the own vehicle to follow the travel route.
[操舵制御装置1が実行する処理の概要]
従来、車両が走行経路上を走行するのに必要な指示操舵角にしたがって車両の操舵を行わせる制御が知られている。しかしながら、操舵の指示を出力してから実際に操舵角が変化するまでの応答遅れや、車両の状態及び周辺状況の変化等の外乱によって、走行経路上を走行するのに必要な指示操舵角を入力しても、自車両の位置が走行経路からずれてしまうことがあった。
[Summary of processing executed by steering control device 1]
2. Description of the Related Art Conventionally, control is known in which a vehicle is steered according to an instruction steering angle necessary for the vehicle to travel on a travel route. However, due to a response delay between when a steering instruction is output and when the steering angle actually changes, and due to disturbances such as changes in the vehicle condition and surrounding conditions, the indicated steering angle necessary to travel on the driving route may be delayed. Even if you input the information, the position of your vehicle may deviate from the driving route.
そこで、実施の形態に係る操舵制御装置は、走行経路に沿って走行させる制御と、外乱の影響を低減する制御とを組み合わせることにより、走行経路の経路点に沿って走行し、外乱の影響を低減する指示操舵角を決定する。以下、操舵制御装置が実行する処理の概要を説明する。図1は、実施の形態に係る操舵制御装置1が実行する処理の概要を説明するための図である。操舵制御装置1は、自動運転車両である自車両に搭載されている。
Therefore, the steering control device according to the embodiment allows the vehicle to travel along the route points of the travel route and reduce the influence of disturbances by combining control for traveling along the travel route and control for reducing the influence of disturbances. Determine the commanded steering angle to reduce. An overview of the processing executed by the steering control device will be explained below. FIG. 1 is a diagram for explaining an overview of processing executed by a
操舵制御装置1の第1ヨーレート決定部124は、ドライバモデルに基づく制御により走行経路に沿って走行させるための第1ヨーレート(以下「前方ヨーレート」と言う。)を決定する。前方ヨーレートを決定する際に、自車両の現在位置に近い経路点に沿って走行させるようにすると、近い経路点に近づこうとしてしまうため、前方ヨーレートの変化が大きくなってしまう。そこで、第1ヨーレート決定部124は、走行経路上の最近経路点を含まない前方範囲内の複数の経路点を近似する前方近似関数を用いて前方ヨーレートを決定する。前方近似関数は、例えば二次関数、三次関数又はスプライン曲線であるが、これに限定するものではない。本実施の形態においては、前方近似関数が二次関数である場合を説明する。
The first yaw
図2は、前方範囲FRを説明するための図である。本実施の形態においては、自車両3の後輪軸を中心とする座標系を用いており、自車両3の進行方向Xは縦軸で示され、進行方向Xは紙面下から上を正とする。また、自車両3の幅方向Yは横軸で示され、幅方向Yは紙面右から左を正とする。図2の黒丸は自車両3の走行経路の経路点である。最近経路点NPは、自車両3が走行する走行経路の複数の経路点のうちの自車両3の現在位置に最も近い経路点である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the front range FR. In this embodiment, a coordinate system centered on the rear wheel axis of the
第1ヨーレート決定部124は、最小距離Lmin以上前方距離L以下の前方範囲FR内の複数の経路点を近似する前方近似関数FFに応じたポテンシャルを含み、前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する前方ヨーレートを決定する。このように、第1ヨーレート決定部124は、前方範囲FR内の自車両3の経路点を参照することで、前方ヨーレートの変化を小さくできる。
The first yaw
ところで、前方範囲FR内の経路点を使うことで前方ヨーレートの変化を小さくできるが、外乱の影響を受けると、自車両3から近い経路点と自車両3の近接横偏差d2が大きくなりやすい。そこで、操舵制御装置1の第2ヨーレート決定部125は、PID(Proportional-Integral-Differential)制御に基づく外乱の影響を低減するための第2ヨーレート(以下「近接ヨーレート」と言う。)を決定する。第2ヨーレート決定部125は、近接近似関数KFと自車両3の幅方向Y軸との交点KPと、自車両3との幅方向Yにおける距離である近接横偏差d2に基づく近接ヨーレートを決定する。
Incidentally, by using route points within the forward range FR, changes in the forward yaw rate can be reduced; however, when influenced by disturbances, the proximity lateral deviation d2 between a route point close to the
近接近似関数KFは、最近経路点NPを含む近接範囲PR内の複数の経路点を近似する関数である。近接近似関数KFは、例えば二次関数、三次関数又はスプライン曲線であるが、これに限定するものではない。本実施の形態においては、近接近似関数KFが二次関数である場合を説明する。近接範囲PRの上限値は例えば最小距離Lminであるが、これに限定するものではなく、自車両3の長さに所定値を加えた値であってもよい。所定値は適宜定めればよい。第2ヨーレート決定部125は、近接横偏差d2に比例する値を近接ヨーレートに決定する。第2ヨーレート決定部125は、近接横偏差d2に比例する近接ヨーレートを決定するので、外乱によって生じた近接横偏差d2を小さくできる。その結果、第2ヨーレート決定部125は、外乱による影響を低減することができる。
The close approximation function KF is a function that approximates a plurality of route points within the proximal range PR including the closest route point NP. The close approximation function KF is, for example, a quadratic function, a cubic function, or a spline curve, but is not limited thereto. In this embodiment, a case will be described in which the close approximation function KF is a quadratic function. The upper limit of the proximity range PR is, for example, the minimum distance L min , but is not limited to this, and may be a value obtained by adding a predetermined value to the length of the
操舵制御装置1のヨーレート制御部126は、前方ヨーレートと近接ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて、指示操舵角を決定する。ECU(Electronic Control Unit)2は、自車両3を制御する制御装置であり、指示操舵角に従って自車両3の操舵角を制御する。これにより、ECU2は、経路点に沿って自車両3を走行させながら、自車両3の状態及び周辺状況の変化等の外乱の影響を低減できるので、自車両3の走行経路に対する追従性を向上できる。
The yaw
[操舵制御装置1の構成]
図3は、操舵制御装置1の構成を説明するための図である。自車両3は、操舵制御装置1の他に、ECU2及びセンサ群4を搭載している。
[Configuration of steering control device 1]
FIG. 3 is a diagram for explaining the configuration of the
ECU2は、自車両3を制御する制御装置である。ECU2は、操舵制御装置1が決定したヨーレートになるように、自車両3の操舵輪の角度(操舵角)を制御する。
センサ群4は、自車両3の状態を検出するセンサである。センサ群4は、自車両3の位置を検出するためのGPS(Global Positioning System)受信機を含み、自車両3の位置を検出する。また、センサ群4は、自車両3の状態として、ヨーレートを検出するセンサを含み、ヨーレートを検出する。
The
操舵制御装置1は、記憶部11及び制御部12を備える。記憶部11は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部11は、制御部12が実行するプログラムを記憶する。
The
制御部12は、例えばCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部12は、記憶部11に記憶されたプログラムを実行することにより、第1係数更新部121、第2係数更新部122、偏差取得部123、第1ヨーレート決定部124、第2ヨーレート決定部125及びヨーレート制御部126としての機能を実現する。
The
第1係数更新部121は、前方範囲FR内の複数の経路点を近似する前方近似関数FFの係数を更新する。第1係数更新部121は、前方近似関数FFの係数の係数を更新する際に、前方範囲FRの下限値である最小距離Lminと、最小距離Lminよりも大きい上限値である前方距離Lを決定する。第1係数更新部121は、自車両3からの距離が所定値以上の自車両3の速度Vに比例する最小距離Lminを決定する。具体的には、第1係数更新部121は、下記式(1)を用いて最小距離Lminを決定する。
The first
Lmin=A+VΔτ…(1)
Aは、自車両3の前面から後輪軸までの距離である。Δτは、指示操舵角を出力してから実際に操舵角が変化するまでにかかる応答遅れ時間であり、具体的な値は1秒であるが、これに限定するものではなく、実験などにより適宜定めればよい。なお、第1係数更新部121は、最小距離Lminが所定の値を超えたら、最小距離Lminを所定の値にする。所定の値は、例えば15メートル以上20メートル以下の範囲で適宜定めればよいが、これに限定するものではない。
L min =A+VΔτ…(1)
A is the distance from the front of the
第1係数更新部121は、前方近似関数FFの不一致度を示す損失項及び前方距離Lに比例する利得項を含み、前方距離Lをパラメータとする関数を最小化する値を求めて前方距離Lを決定する。具体的には、第1係数更新部121は、以下の式(2)を用いて前方距離Lを決定する。
第1係数更新部121は、最小距離Lminから前方距離Lの上限値Lmaxまでの値を式(2)に代入して、式(2)が最小になる値を前方距離Lとして決定する。上限値Lmaxは、適宜定めればよく、具体的な値は100メートルであるが、150メートルであってもよく、これらに限定するものではない。これにより、第1係数更新部121は、前方近似関数FFの不一致度を小さくしながら、前方距離Lをできるだけ大きくすることができる。第1係数更新部121は、最小距離Lmin以上、決定した前方距離L以下の範囲を前方範囲FRとして決定する。
The first
第1係数更新部121は、前方範囲FR内の各経路点を示す座標を自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前方近似関数FFの係数を更新する。例えば、第1係数更新部121は、前方近似関数FFの係数の時間推移を表す状態方程式と、前方範囲FR内の各経路点を示す座標を観測量とし、観測量と係数との関係を記述する前方観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて前方近似関数FFの係数を更新する。状態方程式は下記式(3)で表され、前方観測方程式は下記式(4)で表される。
式(3)及び(4)において、ノイズの項は省略している。式(4)のNは、前方範囲FRに含まれる経路点の数である。なお、前方範囲FRの前方距離Lが変化すると、前方範囲に含まれる経路点の数も変化する。そのため、Nは、前方距離Lが上限値Lmaxのときに前方範囲FRに含まれる経路点の数である。なお、前方範囲FRに含まれている経路点の数が、Nよりも小さい場合、経路点の数以降のXiを0にする。具体例を挙げると、第1係数更新部121は、Nが400であるときに、前方範囲FRに含まれている経路点の数が300であれば、300番目のX300から400番目のX400までのXiを0にする。
In equations (3) and (4), the noise term is omitted. N in equation (4) is the number of route points included in the forward range FR. Note that when the forward distance L of the forward range FR changes, the number of route points included in the forward range also changes. Therefore, N is the number of route points included in the forward range FR when the forward distance L is the upper limit value L max . Note that if the number of route points included in the forward range FR is smaller than N, X i after the number of route points is set to 0. To give a specific example, if N is 400 and the number of route points included in the forward range FR is 300, the first
偏差取得部123は、更新された係数で表される前方近似関数FF上の前方範囲FR内の位置と、自車両3との横偏差である前方横偏差d1を取得する。例えば、偏差取得部123は、前方近似関数上の前方範囲FR内の位置と進行方向X軸上の位置との距離である前方横偏差d1を取得する。また、偏差取得部123は、自車両3から自車両3の進行する向きに延びる第1直線と、自車両3及び走行経路上の位置を通る第2直線とのなす角である方位偏差を取得する。具体的には、偏差取得部123は、自車両3及び前方近似関数FF上の位置を通る第2直線とのなす角である方位偏差を取得する。偏差取得部123は、前方近似関数FFの曲率を取得してもよい。例えば、偏差取得部123は、前方近似関数FFを複数の区間に分割し、各区間の曲率を取得する。
The
第1ヨーレート決定部124は、前方近似関数FFに応じたポテンシャルを含み自車両3の前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、自車両3の前方ヨーレートを決定する。前方近似関数FFに応じたポテンシャルは、前方近似関数FF上の位置を基準とし、前方横偏差d1、方位偏差及び前方近似関数FFの曲率を用いて生成される車線ポテンシャルである。車線ポテンシャルは、前方横偏差d1及び方位偏差で示される位置が最小値になり、前方横偏差d1に比例する引力ポテンシャルである。車線ポテンシャルは、第1ヨーレート決定部124が生成してもよいし、自車両3に搭載された他の装置が生成してもよい。
The first yaw
第1ヨーレート決定部124は、車線ポテンシャル及び自車両3周辺に存在する障害物に応じた障害物ポテンシャルを少なくとも含み前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて前方ヨーレートを決定する。障害物ポテンシャルは、障害物と自車両3が接触する接触リスクを示す斥力ポテンシャルである。具体的には、第1ヨーレート決定部124は、車線ポテンシャル及び障害物ポテンシャルに応じた接触リスクを含むコスト関数を最小化する前方ヨーレートを決定する。
The first yaw
第2係数更新部122は、近接範囲PR内の各経路点を近似する近接近似関数KFの係数を更新する。例えば、第2係数更新部122は、近接範囲PR内の各経路点を示す座標を自車両3から近い順に並べたデータ列を近似する近接近似関数KFの係数を更新する。具体的には、第2係数更新部122は、近接近似関数KFの係数の時間推移を表す状態方程式と、近接範囲PR内の各経路点の座標を観測量とし、観測量と係数との関係を記述する近接観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて近接近似関数KFの係数を更新する。状態方程式は、上述した式(3)で表され、近接観測方程式は、下記式(5)で表される。
式(5)おいて、ノイズの項は省略している。なお、近接近似関数KFの係数の更新に用いられる状態方程式は、前方近似関数FFの係数の更新に用いられる状態方程式と同じ式で表されるが、第1係数更新部121は、前方近似関数FFの係数の更新用の状態方程式を用い、第2係数更新部122は、近接近似関数KFの係数の更新用の状態方程式を用いている。
In equation (5), the noise term is omitted. Note that the state equation used to update the coefficients of the near approximation function KF is expressed by the same equation as the state equation used to update the coefficients of the forward approximation function FF. The second
偏差取得部123は、更新された係数で表される近接近似関数KF上の位置と、自車両3との近接横偏差d2を取得する。例えば、偏差取得部123は、近接近似関数KFに原点のX座標(0)を入力して求まる位置と自車両3との距離を近接横偏差d2として取得する。近接近似関数KFに原点のX座標(0)を入力して求まる位置は、近接近似関数KFと幅方向Y軸との交点KPである(図2参照)。また、偏差取得部123は、原点のX座標(0)に替えて、近接近似関数KFに近接範囲PR内の複数の各経路点のうちのいずれかのX座標を入力して求まる位置と、自車両3との幅方向Yにおける距離を近接横偏差d2として取得してもよい。
The
第2ヨーレート決定部125は、PID制御に基づき、偏差取得部123が取得した近接横偏差d2を小さくする近接ヨーレートを決定する。例えば、第2ヨーレート決定部125は、近接横偏差d2、近接横偏差d2の積算値、及び近接横偏差d2の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、自車両3の近接ヨーレートに決定する。具体的には、第2ヨーレート決定部125は、近接横偏差d2と比例ゲインとの積、近接横偏差d2の積算値と積分ゲインとの積、及び近接横偏差d2の変化量と微分ゲインとの積の和を、近接ヨーレートに決定する。
The second yaw
ヨーレート制御部126は、前方ヨーレート及び近接ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定する。例えば、ヨーレート制御部126は、自車両3が走行経路に沿って走行していれば、合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定する。ヨーレート制御部126は、自車両3が走行経路に沿って走行していなければ、前方ヨーレートのみを用いて指示操舵角を決定する。ヨーレート制御部126は、決定した指示操舵角をECU2に入力する。ECU2は、指示操舵角になるように自車両3の操舵輪の角(操舵角)を制御する。
The yaw
[指示操舵角を決定する処理]
図4は、指示操舵角を決定する処理の一例を示すフローチャートである。図4のフローチャートは、自車両3が走行している間、所定間隔で実行される。所定間隔は、例えば50ミリ秒であるが、これに限定するものではない。
[Process for determining the commanded steering angle]
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a process for determining a commanded steering angle. The flowchart in FIG. 4 is executed at predetermined intervals while the
[指示操舵角を決定する処理]
第1係数更新部121は、前方距離Lを決定する(ステップS1)。例えば、第1係数更新部121は、最小距離Lminから前方距離Lの上限値Lmaxまでの値のうちの、式(2)が最小になる値を前方距離Lとして決定する。
[Processing to determine the commanded steering angle]
The first
第1係数更新部121は、最小距離Lmin以上、前方距離L以下の前方範囲FR内の各経路点を近似する前方近似関数FFの第1係数を更新する(ステップS2)。例えば、第1係数更新部121は、前方近似関数FFの第1係数の時間推移を表す状態方程式(式(3))と、前方範囲FR内の各経路点を示す座標を観測量とし、観測量と係数との関係を記述する前方観測方程式(式(4))とを含むカルマンフィルタを用いて前方近似関数FFの第1係数を更新する。
The first
偏差取得部123は、前方近似関数FF上の位置と自車両3との幅方向Yの距離である前方横偏差d1を取得する(ステップS3)。具体的には、偏差取得部123は、係数が更新された前方近似関数FF上の前方範囲FR内の各位置と自車両3との前方横偏差d1及び方位偏差と、前方近似関数FFの曲率とを取得する。
The
第1ヨーレート決定部124は、前方ヨーレートを決定する(ステップS4)。例えば、第1ヨーレート決定部124は、前方近似関数FFに応じた車線ポテンシャルを含み自車両3の前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、自車両3の前方ヨーレートを決定する。具体的には、第1ヨーレート決定部124は、前方横偏差d1、方位偏差、及び前方近似関数FFの曲率を用いて生成される車線ポテンシャルを含むコスト関数を最小化する前方ヨーレートを決定する。
The first yaw
第2係数更新部122は、自車両3の走行モードが、走行経路に沿って走行する経路追従モードであるか否かを判定する(ステップS5)。第2係数更新部122は、自車両3の走行モードが経路追従モードであれば(ステップS5でYes)、近接範囲PR内の各経路点を近似する近接近似関数KFの第2係数 を更新する(ステップS6)。具体的には、第2係数更新部122は、近接近似関数KFの係数の時間推移を表す状態方程式(式(3))と、近接範囲PR内の各経路点の座標を観測量とし、観測量と係数との関係を記述する近接観測方程式(式(5))とを含むカルマンフィルタを用いて近接近似関数KFの係数を更新する。
The second
偏差取得部123は、近接近似関数KFの係数を更新したら、前方範囲FR内の経路点に対応する近接横偏差d2を取得する(ステップS7)。例えば、偏差取得部123は、係数が更新された近接近似関数KFに原点のX座標(0)を入力して求まる位置である交点KP(図2参照)と自車両3との近接横偏差d2を取得する。
After updating the coefficients of the close approximation function KF, the
第2ヨーレート決定部125は、近接横偏差d2を用いて近接ヨーレートを決定する(ステップS8)。具体的には、第2ヨーレート決定部125は、近接横偏差d2と比例ゲインとの積、近接横偏差d2の積算値と積分ゲインとの積、及び近接横偏差d2の変化量と微分ゲインとの積の和を、近接ヨーレートに決定する。
The second yaw
ヨーレート制御部126は、前方ヨーレート及び近接ヨーレートを合算して、合算ヨーレートを算出する(ステップS9)。そして、ヨーレート制御部126は、合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定する(ステップS10)。ヨーレート制御部126は、自車両3の走行モードが経路追従モードでなければ(ステップS5でNo)、前方ヨーレートのみで指示操舵角を決定する(ステップS11)。
The yaw
(変形例)
上記の実施の形態においては、横偏差を用いて第2ヨーレートを決定した。これにかぎらず、操舵制御装置1は、方位偏差を用いて第2ヨーレートを決定してもよい方位偏差を用いる場合、偏差取得部123は、最近経路点と自車両とを通る第2直線と第1直線とのなす角である方位偏差を取得する。第2ヨーレート決定部125は、最近経路点NPと自車両3の方位偏差と比例ゲインとの積、当該方位偏差の積算値と積分ゲインとの積、及び当該方位偏差の変化量と微分ゲインとの積の和を、近接ヨーレートに決定する。
(Modified example)
In the embodiment described above, the second yaw rate is determined using the lateral deviation. However, the
[操舵制御装置1の効果]
以上説明したとおり、操舵制御装置1は、自車両3が走行する走行経路に応じたポテンシャルを含み自車両3の前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する前方ヨーレートを決定するとともに、横偏差、横偏差の積算値、及び横偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を近接ヨーレートに決定する。そして、操舵制御装置1は、前方ヨーレート及び近接ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定する。
[Effects of steering control device 1]
As explained above, the
コスト関数は自車両3がポテンシャルの中心を走行するときに小さくなるので、操舵制御装置1は、走行経路と自車両の幅方向の横偏差が大きいほど大きな前方ヨーレートを決定する。また、操舵制御装置1は、近接ヨーレートによって、外乱によって生じた横偏差を小さくできる。そして、操舵制御装置1は、前方ヨーレート及び近接ヨーレートを合算することにより、走行経路の経路点に沿って走行し、外乱の影響を低減する指示操舵角を決定できる。その結果、自車両3の位置の走行経路からのずれを低減して、走行経路に対する自車両の追従性を向上させることができる。
Since the cost function becomes smaller when the
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。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. be. For example, all or part of the device can be functionally or physically distributed and integrated into arbitrary units. In addition, new embodiments created by arbitrary combinations of multiple embodiments are also included in the embodiments of the present invention. The effects of the new embodiment resulting from the combination have the effects of the original embodiment.
1 操舵制御装置
11 記憶部
12 制御部
121 第1係数更新部
122 第2係数更新部
123 偏差取得部
124 第1ヨーレート決定部
125 第2ヨーレート決定部
126 ヨーレート制御部
2 ECU
3 自車両
4 センサ群
1
3
Claims (3)
前記走行経路に応じたポテンシャルを含み前記自車両のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、前記自車両の第1ヨーレートを決定する第1ヨーレート決定部と、
前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記自車両の第2ヨーレートに決定する第2ヨーレート決定部と、
前記第1ヨーレート及び前記第2ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部と、
を有し、
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記自車両の現在位置に最も近い最近経路点を含む近接範囲内の複数の経路点を近似する近接近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差、又は前記近接近似関数上の位置と前記自車両とを通る前記第2直線と前記第1直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、
前記第2ヨーレート決定部は、前記最近経路点の前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記第2ヨーレートに決定し、
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記最近経路点を含まない前方範囲内の複数の経路点の各々と前記自車両の前記幅方向の前記横偏差、及び前記前方範囲内の各経路点と前記自車両とを通る前記第2直線と前記第1直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、
前記第1ヨーレート決定部は、前記前方範囲内の前記横偏差及び前記方位偏差に応じたポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する値を求めて、前記第1ヨーレートを決定し、
前記偏差取得部は、前記自車両からの距離が所定値以上であり前記自車両の速度に比例する最小距離以上、前記最小距離よりも大きい前方距離以下の前記前方範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前方近似関数の不一致度を示す損失項及び前記前方距離に比例する利得項を含み、前記前方距離をパラメータとする関数を最小化する前記前方距離を決定する操舵制御装置。 a lateral deviation that is the distance between the own vehicle and the traveling route traveled by the own vehicle in the width direction of the own vehicle; a first straight line extending from the own vehicle in the direction in which the own vehicle travels; the own vehicle and the traveling direction; a deviation acquisition unit that acquires at least one of an azimuth deviation that is an angle formed with a second straight line passing through a position on the route;
a first yaw rate determination unit that determines a first yaw rate of the host vehicle by determining a value that minimizes a cost function that includes a potential according to the travel route and uses the yaw rate of the host vehicle as a parameter;
A value proportional to at least one of the lateral deviation or the azimuth deviation, the integrated value of the lateral deviation or the azimuth deviation, and the amount of change in the lateral deviation or the azimuth deviation is determined as a second yaw rate of the host vehicle. a second yaw rate determining section;
a yaw rate control unit that determines a commanded steering angle using a total yaw rate that is a sum of the first yaw rate and the second yaw rate;
has
The deviation acquisition unit is configured to calculate a position on a close approximation function that approximates a plurality of route points within a proximity range including the nearest route point closest to the current position of the host vehicle among the plurality of route points on the travel route; Obtaining the lateral deviation with respect to the host vehicle, or the azimuth deviation that is the angle formed by the second straight line passing through the position on the near approximation function and the host vehicle and the first straight line,
The second yaw rate determination unit is proportional to at least one of the lateral deviation or the azimuth deviation, the integrated value of the lateral deviation or the azimuth deviation, and the amount of change in the lateral deviation or the azimuth deviation of the nearest route point. determining a value for the second yaw rate;
The deviation acquisition unit is configured to calculate the lateral deviation in the width direction of the host vehicle from each of a plurality of route points in a forward range that does not include the nearest route point among the plurality of route points on the traveling route, and the forward obtaining the azimuth deviation, which is the angle formed by the second straight line passing through each route point within the range and the own vehicle, and the first straight line;
The first yaw rate determination unit determines the first yaw rate by determining a value that minimizes the cost function including a potential according to the lateral deviation and the azimuth deviation within the forward range,
The deviation acquisition unit indicates each route point within the forward range whose distance from the own vehicle is a predetermined value or more and which is greater than or equal to a minimum distance proportional to the speed of the own vehicle and less than or equal to a forward distance greater than the minimum distance. The method includes a loss term indicating the degree of discrepancy of a forward approximation function that approximates a data string in which coordinates are arranged in order of proximity to the own vehicle, and a gain term proportional to the forward distance, and minimizes a function using the forward distance as a parameter. A steering control device that determines the forward distance .
前記偏差取得部は、更新された前記係数で表される前記近接近似関数に前記近接範囲内の複数の経路点のうちのいずれかの座標又は原点の座標を入力して求まる位置と、前記自車両との前記横偏差又は前記方位偏差を取得する、
請求項1に記載の操舵制御装置。 a state equation representing a time transition of a coefficient of the close approximation function that approximates a data string in which coordinates indicating each route point within the close range are arranged in order of proximity from the host vehicle; and a state equation representing a time transition of a coefficient of the close approximation function, and the coordinates of each route point within the close range. is an observed quantity, and further includes a coefficient updating unit that updates the coefficient using a Kalman filter including an observation equation that describes a relationship between the observed quantity and the coefficient,
The deviation acquisition unit calculates a position obtained by inputting the coordinates of one of the plurality of route points within the proximity range or the coordinates of the origin into the approximate approximation function represented by the updated coefficient; obtaining the lateral deviation or the azimuth deviation with respect to the vehicle;
The steering control device according to claim 1 .
請求項2に記載の操舵制御装置。 The second yaw rate determination unit is configured to calculate a first product of the lateral deviation or the azimuth deviation and a proportional gain , a second product of the integrated value of the lateral deviation or the azimuth deviation and an integral gain , and the lateral deviation or the proportional gain. determining the sum of a third product of the amount of change in the azimuth deviation and the differential gain as the second yaw rate;
The steering control device according to claim 2 .
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