JP7441242B2 - 車両運動制御装置、車両運動制御方法及び車両運動制御システム - Google Patents

車両運動制御装置、車両運動制御方法及び車両運動制御システム Download PDF

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Description

本発明は、車両運動制御装置、車両運動制御方法及び車両運動制御システムに関する。
従来、車両運動制御装置は、種々提供されており、例えば特許文献1に開示されているものが知られている。この特許文献1の装置は、車輪の目標舵角を算出する目標舵角算出処理と、車輪の舵角が目標舵角となるように電動パワーステアリング装置を作動させて車輪を転舵する転舵制御と、を含む自動運転制御を行う。
そして、目標舵角算出処理において、自動運転における自動操舵に要求される自動運転舵角と目標状態量を算出する第1処理と、ハンドル角を用いることなく、目標状態量に基づいて、車両安定化制御に要求されるカウンタ舵角を算出する第2処理と、自動運転舵角とカウンタ舵角の和を目標舵角として算出する第3処理とを実行する。これにより、自動運転に適した車両安定化制御を組み込んだ自動運転制御としている。
特開2018-103732号公報
ところで、上記特許文献1では、自動運転に適した車両安定化制御において、不安定挙動を打ち消すようなカウンタヨーモーメントを発生させるため、車輪の転舵によるカウンタヨーモーメント、つまりステアリングによるカウンタヨーモーメントだけを考慮している。しかしながら、ステアリングによってヨーモーメントを発生させようとすると、横力も連動して発生してしまうため、コーストレース性と挙動安定性が両立できない可能性があった。
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、自動運転における、コーストレース性と挙動安定性の両立を図ることができる車両運動制御装置、車両運動制御方法及び車両運動制御システムを提供することにある。
本発明の車両運動制御装置は、その一つの態様において、車両に設けられた操舵装置及び制動装置を制御するコントロール部を備える車両運動制御装置であって、前記コントロール部は、外界情報取得部より取得された前記車両が走行する目標走行経路に関する情報に基づいて、前記車両を前記目標走行経路にトレースさせるために必要なコース由来の規範ヨーレートを取得し、前記車両に搭載された車両運動状態検出部から取得された前記車両の横G及びヨーレートと前記規範ヨーレートとに基づいて、車両横滑りを抑制するために必要なヨーモーメント量である挙動安定化モーメントを取得し、前記目標走行経路に関する情報と前記横G及びヨーレートとに基づいて、前記車両に発生させる必要ヨーモーメントを得るために、舵角モーメントを発生させる目標舵角と制動モーメントを発生させる目標制動力を取得し、前記目標舵角を得るための第1制御指令を前記操舵装置に出力し、
前記目標制動力を得るための第2制御指令を前記制動装置に出力し、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の場合に、走行位置とコース由来の規範ヨーレートに基づく前記挙動安定化モーメントを調停して、前記操舵装置と前記制動装置に配分するように構成された、ことを特徴としている。
また、本発明の車両運動制御方法は、その一つの態様において、車両に設けられた操舵装置及び制動装置を制御するための制御指令を求めるコントロール部を備える車両運動制御装置の制御方法であって、外界情報取得部より取得された前記車両が走行する目標走行経路に関する情報に基づいて、前記車両を前記目標走行経路にトレースさせるために必要なコース由来の規範ヨーレートを前記コントロール部で取得し、前記車両に搭載された車両運動状態検出部から取得された前記車両の横G及びヨーレートと前記規範ヨーレートとに基づいて、車両横滑りを抑制するために必要なヨーモーメント量である挙動安定化モーメントを、前記コントロール部で取得し、前記挙動安定化モーメントに関する情報と前記横G及びヨーレートとに基づいて、前記車両に発生させる必要ヨーモーメントを得るために、舵角モーメントを発生させる目標舵角と制動モーメントを発生させる目標制動力を、前記コントロール部で取得し、前記目標舵角を得るための第1制御指令を前記操舵装置に、前記コントロール部から出力し、前記目標制動力を得るための第2制御指令を前記制動装置に、前記コントロール部から出力し、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の場合に、走行位置とコース由来の規範ヨーレートに基づく前記挙動安定化モーメントを調停して、前記操舵装置と前記制動装置に配分する、ことを特徴としている。
更に、本発明の車両運動制御システムは、その一つの態様において、車両に設けられた操舵装置と、前記車両に設けられた制動装置と、前記車両の外界情報を取得する外界情報取得装置と、前記車両の運動状態量を取得する車両運動状態検出装置と、コントローラであって、外界情報取得装置より取得された前記車両が走行する目標走行経路に関する情報に基づいて、前記車両を前記目標走行経路にトレースさせるために必要なコース由来の規範ヨーレートを取得し、前記車両運動状態検出装置から取得された前記車両の横G及びヨーレートと前記規範ヨーレートとに基づいて、車両横滑りを抑制するために必要なヨーモーメント量である挙動安定化モーメントを取得し、前記目標走行経路に関する情報と前記横G及びヨーレートとに基づいて、前記車両に発生させる必要ヨーモーメントを得るために、舵角モーメントを発生させる目標舵角と制動モーメントを発生させる目標制動力を取得し、前記目標舵角を得るための第1制御指令を前記操舵装置に出力し、前記目標制動力を得るための第2制御指令を前記制動装置に出力し、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の場合に、走行位置とコース由来の規範ヨーレートに基づく前記挙動安定化モーメントを調停して、前記操舵装置と前記制動装置に配分するように構成されたコントローラと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、自動運転における、コーストレース性と挙動安定性の両立を図ることができる車両運動制御装置、車両運動制御方法及び車両運動制御システムが得られる。
本発明の実施形態に係る車両運動制御システムの概略構成図である。 本発明に至る前段階の車両運動制御装置の要部を示すブロック図である。 図2の車両運動制御装置による車両運動制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施形態に係る車両運動制御装置の要部を抽出して示すブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る車両運動制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施形態に係る車両運動制御装置の要部を抽出して示すブロック図である。 本発明の第2の実施形態に係る車両運動制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第3の実施形態について説明するためのもので、スピンリスクと操舵制御の感度の調整項との関係を示す特性図である。 本発明の第4の実施形態について説明するためのもので、自動運転システムの制御継続度と操舵制御の感度の調整項との関係を示す特性図である。 本発明の第5の実施形態に係る車両運動制御装置の要部を抽出して示すブロック図である。 本発明の第5の実施形態に係る車両運動制御方法を示すフローチャートである。 図11に続く車両運動制御方法を示すフローチャートである。 本発明の第6の実施形態について説明するためのもので、スピンリスクと手動運転への移行時間との関係を示す特性図である。 本発明の第7の実施形態について説明するためのもので、コースアウトリスクと手動運転への移行時間との関係を示す特性図である。 本発明の第8の実施形態について説明するためのもので、オーバライド強さと手動運転への移行時間との関係を示す特性図である。 本発明の第9の実施形態について説明するためのもので、自動運転システムの制御継続度と手動運転への移行時間との関係を示す特性図である。 コース由来の規範ヨーレートについて説明するための図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る車両運動制御システムの概略構成図である。この制御システムが適用される車両1は、運転支援若しくは自動運転が可能な4輪自動車であり、車両1の4輪のブレーキ力を個別に制御可能な制動装置を備えた車両を対象としている。すなわち、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rを有し、各車輪2L,2R,3L,3Rは、油圧式制動装置を構成するホイルシリンダ4L,4R,5L,5Rをそれぞれ備える。この車両1には、ホイルシリンダ液圧制御装置6、車両情報取得装置7、電動パワーステアリング装置8、ステアリングホイール9、外界情報取得装置10、及び制御装置11などが搭載されている。
ホイルシリンダ液圧制御装置6は、VDC(Vehicle Dynamics Control)やVSC(Vehicle Stability Control)と呼ばれる横滑り防止装置に代表される電子制御装置である。ホイルシリンダ液圧制御装置6は、車両情報取得装置7から車両の走行速度や車両の走行状態に関する情報などの各種の車両情報を取得し、取得した車両情報に基づき、各ホイルシリンダ4L,4R,5L,5Rに加えるブレーキ液圧(油圧)を制御する。また、車両情報取得装置7で取得した、車両1に発生する加速度、ヨーレートなどの車両情報は、制御装置11に入力し、例えば走行軌跡の算出に用いる。
電動パワーステアリング装置8は、ステアリングホイール9の回転動作を介して車両1の前輪2L,2Rを転舵する操舵装置であり、モータが発生するトルクによって、ドライバ(運転者)によるステアリングホイール9の操作を補助し、また、モータによって前輪2L,2Rの自動操舵が可能になっている。この電動パワーステアリング装置8は、モータの他、操舵トルク(ステアリングトルク)を検出する操舵トルクセンサやモータを駆動する駆動ユニットなどを含んで構成される。
外界情報取得装置10は、カメラ装置(ステレオカメラ、単眼カメラ、アラウンドビューカメラ等)、レーダ装置(レーザレーダ、ミリ波レーダ等)、ソナー、GPS(Global Positioning System)、HD-MAP等で構成され、自車両1の走行する位置及び自車両1の前方の道路情報などの走行環境の情報を取得する。外界情報取得装置10は、自車両1の周囲環境に関する情報を取得する外界認識装置として機能している。
制御装置11は、プロセッサ、メモリ、I/O、これらを接続するバスを備えるマイクロコンピュータを主体とする電子制御装置からなるコントロール部であって、入力された各種情報に基づいて演算し、演算結果を出力する。この制御装置11は、外界情報取得装置10、ホイルシリンダ液圧制御装置6、及び車両情報取得装置7などから取得した各種情報に基づき、制動及び操舵を制御する機能をソフトウェアとして備える。そして、トルク指令(操舵指令SC)を電動パワーステアリング装置8に出力し、また、目標ブレーキ液圧の指令(制動指令BC)をホイルシリンダ液圧制御装置6に出力する。
このように、制御装置11は、車両1に設けられた操舵に関するアクチュエータである電動パワーステアリング装置8の舵角を制御するとともに、ホイルシリンダ液圧制御装置6を経由して横滑りを防止する車両運動制御装置として機能している。
[比較例]
図2は、本発明に至る考察で用いた車両運動制御装置の要部を抽出したもので、後述する各実施形態との比較例として示している。図3は、図2の車両運動制御装置における車両運動制御方法を示すフローチャートである。
ここでは、車両運動制御装置は、制御装置11の機能の一部であり、目標軌道算出部11-1、目標制御量算出部11-2、目標操舵角算出部11-3、操舵制御部11-4、挙動安定化用目標状態量算出部11-5、挙動安定化モーメント算出部11-6、目標ヨーモーメント算出部11-7、発生モーメント推定部11-8、目標ブレーキモーメント算出部11-9、目標ブレーキ液圧算出部11-10、及び路面μ推定部11-11などの機能をハードウェア、またはこれらの機能を実現するソフトウァとして備えている。
まず、外界情報取得装置10により、自車両1の走行する位置、及び自車両1の前方の道路情報などの走行環境の情報等を取得する(ステップST1)とともに、車両情報取得装置7により車両1に発生する加速度、ヨーレートなどの車両情報を取得する(ステップST2)。外界情報取得装置10により取得した位置及び走行環境の情報などは、目標軌道算出部11-1に入力される。目標軌道算出部11-1では、外界情報取得装置10から入力される情報を元に、自車両1が走行するに望ましい走行軌跡である目標軌道を算出する(ステップST3)。
次に、目標制御量算出部11-2により、外界情報取得装置10から入力された情報を元に、目標軌道に対して自車両1の走行位置や走行姿勢を考慮して、自車両1が目標軌道上を走行するのに必要な横方向の制御量、例えば横力目標値Fy[N]を、以下の式(1)に従い算出する(ステップST4)。
Figure 0007441242000001
ここで、
m:車両重量[kg]
:目標移動点に到達したい時間[sec]
error:目標移動点に対する位置偏差[m]
である。
次のステップST5では、目標操舵角算出部11-3で、目標軌道上を走行するのに必要な目標制御量Fy[N]と、後述する車両挙動安定化に必要な目標ヨーモーメントM[Nm]を両立させるのに必要な目標舵角δを以下の式(2)~(4)を整理することで算出する。
横力の運動方程式:
Figure 0007441242000002
モーメントの運動方程式:
Figure 0007441242000003
Figure 0007441242000004
ここで、
,K:前後輪タイヤコーナリングパワー[N/rad]
β:横滑り角度[rad]
δ:目標舵角[rad]
,L:車両重心点と前後車軸間距離[m]
γ:ヨーレート[rad/sec]
V:車体速度[m/sec]
である。
その後、操舵制御部11-4により、目標舵角δに基づいて、電動パワーステアリング装置8などの操舵システムがタイヤ転舵角を制御するための実舵角δ[rad]を算出する(ステップST6)。そして、算出した実舵角δ[rad]に基づき、電動パワーステアリング装置8に操舵指令SCを出力してステアリング舵角を制御する(ステップST7)。また、算出した実舵角δ[rad]を挙動安定化用目標状態量算出部11-5に入力する。
挙動安定化用目標状態量算出部11-5は、一般的な横滑り防止装置のように、実舵角δ[rad]に基づいて目標とする車両挙動の状態量、例えば、下式(5)のような操舵角によるヨーレートγstr[rad/sec]を算出する(ステップST8)。
Figure 0007441242000005
s:ラプラス演算子
次に、挙動安定化モーメント算出部11-6により、一般的な横滑り防止装置が算出するように、車両横滑りを抑制するのに必要なヨーモーメント量Mstability[Nm]を任意の演算方法fstabilityにて算出する(ステップST9)。このヨーモーメント量Mstabilityは、通常は算出されないが、車両情報取得装置7で取得した車両情報から車両スピンなどの横滑りが発生したことが検知された際に算出される。
Figure 0007441242000006
YG:横加速度[m/sec
次に、目標ヨーモーメント算出部11-7で、目標制御量算出部11-2により算出した目標軌道上を走行するのに必要な横制御を行ったときに発生する基準ヨーモーメントMlinear[Nm]と、挙動安定化モーメント算出部11-6で算出した車両挙動を安定化するのに必要なヨーモーメントMstability[Nm]を考慮して、車両1全体で必要な目標ヨーモーメントM[Nm]を算出する(ステップST10)。
Figure 0007441242000007
Figure 0007441242000008
目標ヨーモーメント算出部11-7で算出された目標ヨーモーメントは、目標操舵角算出部11-3に入力されるともに、発生モーメント推定部11-8に入力される。
一方、路面μ推定部11-11では、車両情報取得装置7の各種センサより、路面タイヤ間で発生可能なタイヤ力の上限値を算出するのに必要なタイヤ路面間μ[-]が算出されている(ステップST11)。
発生モーメント推定部11-8では、まず、目標操舵角と目標ヨーモーメントを達成するのに必要な前輪2L,2Rと後輪3L,3Rの横力要求値を見積もる。路面μ推定部11-11で算出したタイヤ路面間μに基づいて、タイヤ力上限値を見積もり、前輪2L,2Rと後輪3L,3Rの横力要求値がタイヤ上限値以内であれば、操舵制御のみで車両の安定化とコーストレースを両立できるので、ブレーキによるモーメントは不要となる。しかし、前輪2L,2Rと後輪3L,3Rの横力要求値がタイヤ上限値以上の場合は、不足分のモーメントをブレーキにより発生させる。
下式(9)~(12)のようにして前輪2L,2Rと後輪3L,3Rの発生横力を算出し、それに基づいて、下式(13)に示すようにして発生ヨーモーメントMact[Nm]を算出する(ステップST12)。
Figure 0007441242000009
Figure 0007441242000010
Figure 0007441242000011
Figure 0007441242000012
Figure 0007441242000013
ここで、
Fy ,Fy :前後輪横力目標値[N]
Fy lim,Fy lim:前後輪発生横力値[N]
,W:前後輪加重[N]
である。
次に、目標ブレーキモーメント算出部11-9は、目標ヨーモーメントに対する発生モーメントの過不足分を目標ブレーキモーメントMbrake[Nm]として算出する(ステップST13)。
Figure 0007441242000014
目標ブレーキ液圧算出部11-10は、目標ブレーキモーメントMbrakeを達成するブレーキ液圧を求める(ステップST14)。例えば、前後輪ともに同一のブレーキ液圧を付与する場合は、以下の式(15)、(16)に従う。
Figure 0007441242000015
Figure 0007441242000016
このようにして、目標ブレーキ液圧算出部11-10で算出した目標ブレーキ液圧の指令を、制動指令BCとしてホイルシリンダ液圧制御装置6に出力してブレーキ液圧の制御を行う(ステップST15)。
上記の演算によって、車両1が目標軌道上を自動で走行するシステムにおいて、横滑りなどの車両が不安定となった場合に、目標軌跡をトレースするための目標値と、車両安定化に必要な目標値をステアリングとブレーキに分配することで、タイヤ路面間の摩擦力限界を加味しつつ、コーストレース性と挙動安定性を両立することが可能となる。
但し、上述した比較例は、従来の横滑り防止装置を流用したシステム構成であり、目標ヨーモーメントは操舵角に依存して算出されるのと同時に、目標ヨーモーメントは目標操舵角、つまり、カウンターステア量にフィードバックされる構成である。
一般的な横滑り防止装置は、カウンターステア量が大きいと、それに連動して目標ヨーモーメント量も大きくなる性質を有している。このため、ポジティブフィードバックとなり、操舵角もブレーキモーメント量も過剰になる可能性がある。
また、転舵で発生するのは主として横力であるが、路面タイヤ間で発生可能な摩擦力には限界があるため、転舵のみでは十分なモーメントを得られない可能性があった。
本発明者等は、上述した比較例のような問題を解消すべく、更に検討と考察を続け、これらの問題を解決するに至った。
以下に説明する第1乃至第9の実施形態は、上述した比較例により発生する可能性がある問題を解決し、自動運転における、コーストレース性と挙動安定性の両立を図ることができる車両運動制御装置、車両運動制御方法及び車両運動制御システムである。
[第1の実施形態]
図4は、本発明の第1の実施形態に係る車両運動制御装置の要部を抽出して示すブロック図である。また、図5は、本発明の第1の実施形態に係る車両制御方法を示すフローチャートである。
なお、ここでは説明を簡略化するために、図4及び図5において図2及び図3の比較例と同一構成部並びに同一ステップについては同じ符号を付してその説明は省略する。また、図5は、便宜上フローチャート形式で示しているが、必ずしも実際の手順そのものである必要はない。
本第1の実施形態が上述した図2の比較例と異なるのは、挙動安定化用目標状態量算出部11-5に代えて、操舵角に基づく挙動安定化用目標状態量算出部12-1、目標軌跡に基づく挙動安定化用目標状態量算出部12-2、及び挙動安定化用目標状態量選択部12-3を設けた点にある。
操舵角に基づく挙動安定化用目標状態量算出部12-1は、操舵制御部11-4から出力された実舵角δ[rad]に基づき、操舵角によるヨーレートγstr[rad/sec]を算出する(ステップST21)。また、目標軌跡に基づく挙動安定化用目標状態量算出部12-2は、目標制御量算出部11-2から出力される、軌道上を走行するのに必要な目標制御量(横力目標値)Fy[N]に基づいて、車両が理想的にコーストレースするために必要なヨーレートγcourse[rad/sec]を算出する(ステップST22)。
Figure 0007441242000017
挙動安定化用目標状態量選択部12-3は、横滑り防止装置の目標状態量γ[rad/sec]の生成部であり、ドライバによるマニュアル運転中は操舵角によるヨーレートγstr[rad/sec]を、自動運転中はコーストレースするために必要なヨーレートγcourse[rad/sec]を選択するものとする(ステップST23)。
γ=γstr : ドライバによるマニュアル運転中
γ=γcourse : ドライバによる自動運転中
挙動安定化モーメント算出部11-6は、比較例と同等の処理を行うが、車両横滑りを抑制するのに必要なヨーモーメント量Mstability[Nm]は、目標状態量γ[rad/sec]を用いて算出する(ステップST9’)。
Figure 0007441242000018
以降の動作は上述した比較例と同様である。
上記構成では、操舵角に基づく挙動安定化用目標状態量と目標軌跡に基づく挙動安定化用目標状態量を選択することができる。
従って、本第1の実施形態によれば、自動運転中の挙動安定化用目標状態量は車両操舵角ではなく目標軌道に基づくため、カウンターステア量に挙動安定化モーメントが連動せず、より好適にコーストレース性と車両挙動の両立する操舵角とブレーキ液圧を与えることができる。
[第2の実施形態]
図6は、本発明の第2の実施形態に係る車両運動制御装置の要部を抽出して示すブロック図である。また、図7は、本発明の第2の実施形態に係る車両制御方法を示すフローチャートである。
なお、ここでは説明を簡略化するために、図6及び図7において第1の実施形態と同一構成部並びに同一ステップについては同じ符号を付してその説明は省略する。また、図7は、便宜上フローチャート形式で示しているが、必ずしも実際の手順そのものである必要はない。
本第2の実施形態は、自動運転とドライバによるマニュアル運転が同時に作動する協調システムを対象としており、タイヤ転舵角とステアリングホイール角度が直結する一般的な電動パワーステアリングを搭載した車両を想定している。自動運転中に車両挙動が乱れたことにより、車両安定化のために操舵角を急激に制御すると、ステアリングホイールも連動して急峻に回転することになるため、安全の観点よりステアリング制御を低減しつつ、車両挙動とコーストレース性を両立する手法について説明する。
本第2の実施形態が上述した第1の実施形態と異なるのは、目標舵角補正部13-1と目標制御量補正部13-2を付加した点にある。目標舵角補正部13-1は、軌道上を走行するのに必要な目標制御量Fy[N]と、車両挙動安定化に必要な目標ヨーモーメントM[Nm]を両立させるのに必要な目標舵角δに対して、舵角制御介入量を調整するものである。例えば、現在の舵角量δact[rad]と目標舵角δに対して、任意の調整項ω(0≦ω≦1)を用いて、操舵制御の感度を調整し、目標舵角補正値δ**[rad]を求める(ステップST31)。
Figure 0007441242000019
操舵制御部11-4では、上式(19)で求めた目標舵角δ**に基づいて、電動パワーステアリング装置8の実舵角δ[rad]を算出し(ステップST6’)、この実舵角δ[rad]に基づき、電動パワーステアリング装置8に操舵指令SCを出力してステアリング舵角を制御する(ステップST7)。また、算出した実舵角δ[rad]を操舵角に基づく挙動安定化用目標状態量算出部12-1に入力する。
一方、目標制御量補正部13-2は、目標舵角δが目標舵角補正値δ**に補正されたことによってt後の車両ヨー角変化の不足分Δθ[rad]を見積もり、tの間に車両ヨー角がΔθ変化するモーメントである付加モーメントMadd[Nm]を求める(ステップST32)。
Figure 0007441242000020
以後の処理、すなわち操舵角に基づく挙動安定化用目標状態量算出部12-1、目標軌跡に基づく挙動安定化用目標状態量算出部12-2、挙動安定化用目標状態量選択部12-3、及び挙動安定化モーメント算出部11-6は、上述した第1の実施形態と同様である。
目標ヨーモーメント算出部11-7では、目標軌道上を走行するのに必要な横制御を行ったときに発生する基準ヨーモーメントMlinear[Nm]と、車両挙動を安定化するのに必要なヨーモーメントMstability[Nm]に加え、付加モーメントMadd[Nm]考慮して、車両全体で必要なヨーモーメントM[Nm]を算出する(ステップST10’)。
Figure 0007441242000021
路面μ推定部11-11、発生モーメント推定部11-8、目標ブレーキモーメント算出部11-9、目標ブレーキ液圧算出部11-10では、では、上述した比較例及び第1の実施形態と同様な処理を実行する。
上記第2の実施形態により、自動運転中に車両挙動が乱れたことにより、車両安定化のためにステアリングホイールが急峻に回転することを低減可能である。
但し、操舵制御を低減すると走行位置が目標軌道からずれることになる。これらは背反関係にあるので両立はできないが、操舵制御抑制により車両姿勢変化の不足分をブレーキモーメントで補填することで、操舵制御車両の進行方向目標軌道に対して適性化させる。
これにより、自動運転中の横滑り発生時、ドライバによるステア介入を容易にさせつつ、コーストレース性と挙動安定性を維持するドライバ操作を支援することができる。
[第3の実施形態]
本第3の実施形態は、第2の実施形態における操舵制御の感度の調整項ωを、スピンリスクに連動した形態にすることで実現する。図8に示す通り、スピンリスクが大きい場合には、操舵システムよりも制動システムの方が車両挙動を安定化させやすいため、操舵システムへの制御量を減じ、その分を制動システムに配分する。この重みゲインは、任意に設定できるようにすると良い。
[第4の実施形態]
本第4の実施形態は、第2の実施形態における操舵制御の感度の調整項ωを、自動運転システムの依存度(システム頑張り度)に連動した形態にすることで実現する。図9に示す通り、自動運転システムの依存度が低い場合には、自動運転システムが制御をやめた場合の、ドライバのオーバライド(ドライバがハンドル操作を行う操舵介入)容易性を考慮し、操舵システムへの制御量を減じ、その分を制動システムに配分する。この重みゲインは、任意に設定できるようにすると良い。
[第5の実施形態]
図10は、本発明の第5の実施形態に係る車両運動制御装置の要部を抽出して示すブロック図である。また、図11及び図12は、本発明の第5の実施形態に係る車両制御方法を示すフローチャートである。
なお、ここでは説明を簡略化するために、図10、図11及び図12において比較例及び第1、第2の実施形態と同一構成部並びに同一ステップについては同じ符号を付してその説明は省略する。また、図11及び図12は、便宜上フローチャート形式で示しているが、必ずしも実際の手順そのものである必要はない。
本第5の実施形態では、自動運転中とマニュアル運転中で目標状態量が異なるシステムにおいて、自動運転中にドライバがオーバライドし、自動運転を解除する際に目標状態量が不連続となり、操作制御量やブレーキ制御量が不連続となる懸念がある。具体的には、自動運転中に横滑りが発生した場合の横滑り防止装置の目標状態量はコーストレースするために必要なヨーレートとし、ドライバによるマニュアル運転中の横滑り防止装置の目標状態量は操舵角によるヨーレートとする、などの場合である。そこで、本実施形態では、自動運転からドライバマニュアル運転への委譲を滑らかに行うようにしている。
すなわち、本第5の実施形態では、第2の実施形態で説明した図6の制御装置11に、操舵角に基づく挙動安定化モーメント算出部15-1、目標軌跡に基づく挙動安定化モーメント算出部15-2、目標ヨーモーメント調停部15-3、及びオーバライド時制御補正部15-4を付加している。
ここで、オーバライド時制御補正部15-4は、自動運転時とマニュアル運転時の制御切り替えを繋げる委譲調整重みζを算出する(ステップST43)。図11では、最終的な安定化モーメントを決定(ステップST42)した後で委譲調整重みζを算出しているが、車両情報取得装置7で車両情報を取得してから、目標ヨーモーメント算出部11-7で目標ヨーモーメントを算出するまでの期間に算出すればよい。
自動運転時はζ=1とし、マニュアル運転時はζ=0を基本とする。自動運転中にドライバオーバライドされ、自動運転を解除しマニュアル運転に移行する時に、T時間でζが1から0になるように設定する。
目標舵角補正部13-1は、調整項ωの算出は第2の実施形態と同等の処理であるが、最終調整項ωは、調整項ωに委譲調整重みζを乗じた値とする(ステップST31’)。
Figure 0007441242000022
また、操舵制御部11-4は、第2の実施形態と同等の処理であるが、調整項ωの代わりに最終調整項ωを用いる(ステップST7’)。
同様に、目標制御量補正部13-2も、第2の実施形態と同等の処理であるが調整項ωの代わりに最終調整項ωを用いる(ステップST32’)。
操舵角に基づく挙動安定化用目標状態量算出部12-1は、操舵制御部11-4から出力された実舵角δに基づき、操舵角によるヨーレートγstrを算出する。
また、目標軌跡に基づく挙動安定化用目標状態量算出部12-2は、軌道上を走行するのに必要な目標制御量(横力目標値)Fyに基づいて、車両が理想的にコーストレースするために必要なヨーレートγcourseを算出する。
操舵角に基づく挙動安定化モーメント算出部15-1は、基本的には比較例における挙動安定化モーメント算出部11-6と同等の処理を行うものである。この際、目標状態量は、ドライバによるマニュアル運転中は操舵角によるヨーレートγstr[rad/sec]を選択するものとする(ステップST41)。
Figure 0007441242000023
目標軌跡に基づく挙動安定化モーメント算出部15-2は、やはり比較例における挙動安定化モーメント算出部11-6と同等の処理を行うものである。この際、目標状態量は、自動運転中はコーストレースするために必要なヨーレートγcourse[rad/sec]を選択するものとする(ステップST42)。
Figure 0007441242000024
目標ヨーモーメント調停部15-3は、ドライバによるオーバライド時に、自動運転中の安定化モーメントMcourseからマニュアル運転中の安定化モーメントMdriverを、ドライバオーバライド後の経過時間に応じて最終的な安定化モーメントを決定する(ステップST43)。
Figure 0007441242000025
目標ヨーモーメント算出部11-7は、基本的には第2の実施形態における目標ヨーモーメント算出部と同等の処理を行うものであるが、マニュアル運転に完全に移行した後は、ヨー角変化の不足分を補填する付加モーメントMadd[Nm]は不要であることから、例えば、以下のようにして目標ヨーモーメントを算出する。
Figure 0007441242000026
発生モーメント推定部11-8、目標ブレーキモーメント算出部11-9、目標ブレーキ液圧算出部11-10、及び路面μ推定部11-11では、上述した比較例及び各実施形態と同様な処理を実行する。
[第6の実施形態]
本第6の実施形態は、第5の実施形態における操舵制御の感度の調整項ζを、図13に示す通り、車両挙動の乱れの大きさ(スピンリスクの大きさ)に応じてT時間が連動した形態にすることで実現する。スピンリスクが大きい場合には、操舵システムよりも制動システムの方が車両挙動を安定化させやすいため、T時間を短くすることで、ドライバ操作との干渉を低減できる。
[第7の実施形態]
本第7の実施形態は、第5の実施形態における操舵制御の感度の調整項ζを、図14に示す通り、コースアウトリスク大きさに応じてT時間が連動した形態にすることで実現する。コースアウトリスクが大きい場合は、一般的に車両がアンダーステア状態であり、期待する旋回の度合いに対して車両旋回が小さい状態である。このとき、一般的なドライバは、旋回度合いが小さいのでステアを切り増す行為を実施するが、アンダーステア状態でのステア切り増しはアンダーステア傾向を助長する。つまり、ドライバ操舵が間違いやすい状況であるので、T時間を長くすることでシステムによる教示を通常よりも長くする。また、コースアウトリスクに関しては、必ずしも重みゲインを0まで減じなくてもよい。
[第8の実施形態]
本第8の実施形態は、第5の実施形態における操舵制御の感度の調整項ζを、図15に示す通り、ドライバオーバライドの強さ(例えばステアリングトルク値)に応じてT時間が連動した形態にすることで実現する。ドライバオーバライドの強さが大きい場合には、ドライバのオーバライドの意思が強いことを意味すると捉え、T時間を短くすることで、ドライバ操作との干渉を低減できる。
[第9の実施形態]
本第9の実施形態は、第5の実施形態における操舵制御の感度の調整項ζを、図16に示す通り、自動運転システムの制御継続度(システム頑張り度)に連動した形態にすることで実現する。自動運転システムの制御継続度が低い場合には、システムが制御を諦め、ドライバに権限委譲する際に、T時間を短くすることで、ドライバ操作との干渉を低減できる。
上述したように、本発明は、走行軌跡情報に基づく規範制御量と、現在の車両状態に基づく目標状態量及びそれに基づくスピン防止向け制御量を算出し、それらを元にして、コーストレース性と挙動安定性をバランスするために、転舵装置に与える目標舵角及び制動装置に与える4輪の目標制動力を設計することで、自動運転中の目標走行軌跡に対する車輛の運動を好適に制御することを特徴としている。
これによって、自動運転における、コーストレース性と挙動安定性の両立を図ることができる車両運動制御装置、車両運動制御方法及び車両運動制御システムを提供できる。
ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
車両運動制御装置は、その一つの態様において、図4及び図5に示したように、車両に設けられた操舵装置及び制動装置を制御するコントロール部を備える車両運動制御装置であって、前記コントロール部は、外界情報取得部より取得された前記車両が走行する目標走行経路に関する情報に基づいて、前記車両を前記目標走行経路にトレースさせるために必要な規範運動状態量(コース由来の規範ヨーレート)を取得し、前記規範運動状態量と、前記車両に搭載された車両運動状態検出部から取得された前記車両の運動状態量(横G、ヨーレート)と、に基づいて、前記車両の不安定挙動を打ち消すためのヨーモーメントの発生に必要な目標運動状態量(挙動安定化モーメント(自動運転中のESC(VDC)))を取得し、前記目標走行経路に関する情報と、前記目標運動状態量と、に基づいて、前記車両に発生させる必要ヨーモーメントを得るために、舵角モーメントを発生させる目標舵角と、制動モーメントを発生させる目標制動力を取得して調停と配分を行い、前記目標舵角を得るための第1制御指令(舵角)を前記操舵装置に出力し、前記目標制動力を得るための第2制御指令(ブレーキモーメント)を前記制動装置に出力する。
上記構成によると、走行位置と安定化モーメントを調停して舵角とブレーキに配分するので、自動運転における、コーストレース性と挙動安定性の両立を図ることができる。
なお、コース由来のヨーレートとは、図17に示すように、舵角ヨーレートを目標としたVDC要求モーメント・ヨーレート成分である。コース由来の規範ヨーレートを目標としたVDC要求モーメント・ヨーレート成分であり、ほぼdBeta成分と一致する。但し、dBetaを敢えて出さないとコーストレースできない(向きが合わない)こともあるので本信号を用いている。
車両運動制御装置の好ましい態様では、図6及び図7に示したように、前記コントロール部は、前記必要ヨーモーメントに対して、前記舵角モーメントによって発生させるヨーモーメントの不足分を前記制動モーメントで補うように前記目標舵角と前記目標制動力を取得する。
上記構成によると、舵角の不足分をブレーキで補うことができる。
さらに別の好ましい態様では、図8に示したように、前記コントロール部は、前記車両の運動状態量に基づいた前記車両のスピンリスクが高くなるにしたがって、前記舵角モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合を小さくし、前記制動モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合が大きくなるように前記目標舵角と前記目標制動力を取得する。
上記構成によると、スピンリスクが高い場合に、舵角配分を下げてブレーキ配分を上げることでスピンを抑制できる。
さらに別の好ましい態様では、図9に示したように、前記コントロール部は、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の依存度が低くなるにしたがって、前記舵角モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合を小さくし、前記制動モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合が大きくなるように前記目標舵角と前記目標制動力を取得する。
上記構成によると、システム頑張り度が低い場合に、舵角配分を下げてブレーキ配分を上げることで自動運転制御の依存度を低くできる。
さらに別の好ましい態様では、図10、図11及び図12に示したように、前記コントロール部は、前記車両の乗員によるステアリング操作が介入する場合、前記舵角モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合を小さくし、前記制動モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合が大きくなるように前記目標舵角と前記目標制動力を取得する。
上記構成によると、ドライバオーバライドが発生した場合に、舵角配分を下げブレーキ配分を上げることで乗員によるステアリング操作意思を尊重した制御を行うことができる。
さらに別の好ましい態様では、図13に示したように、前記コントロール部は、前記車両の運動状態量に基づいた前記車両のスピンリスクが高くなるにしたがって、前記車両の乗員によるステアリング操作の介入に基づいた、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御から前記乗員による前記車両の手動運転への移行時間(Ts)を短くする。
上記構成によると、スピンリスクが高い場合に、デグラデーション時間(調整項を1から0に低下させる時間)を短くすることで、乗員による手動運転へ短時間で切り替えることができる。
さらに別の好ましい態様では、図14に示したように、前記コントロール部は、前記目標走行経路からの前記車両のコースアウトリスクが高くなるにしたがって、前記車両の乗員によるステアリング操作の介入に基づいた、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御から前記乗員による前記車両の手動運転への移行時間(Ts)を長くする。
上記構成によると、コースアウトリスクが高い場合に、デグラデーション時間を長くして穏やかに乗員による手動運転に切り替えることができる。
別の好ましい態様では、図15に示したように、前記コントロール部は、前記車両の乗員によるステアリング操作の介入度(例えば、ステアリングトルク値)が大きいほど、前記車両の乗員によるステアリング操作の介入に基づいた、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御から前記乗員による前記車両の手動運転への移行時間(Ts)を短くする。
上記構成によると、ドライバ介入量が大きい場合に、デグラデーション時間を短くすることで、乗員の意思を優先して素早く手動運転に切り替えることができる。
また、別の好ましい態様では、図16に示したように、前記コントロール部は、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の依存度が低くなるにしたがって、前記車両の乗員によるステアリング操作の介入に基づいた、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御から前記乗員による前記車両の手動運転への移行時間(Ts)を短くする。
上記構成によると、システム依存度が低い場合に、デグラデーション時間を短くして素早く乗員による手動運転に切り替えることができる。
さらに別の好ましい態様では、図4及び図5に示したように、車両に設けられた操舵装置及び制動装置を制御するための制御指令を取得する車両運動制御方法であって、外界情報取得部より取得された前記車両が走行する目標走行経路に関する情報に基づいて、前記車両を前記目標走行経路にトレースさせるために必要な規範運動状態量(コース由来の規範ヨーレート)を取得し、前記規範運動状態量と、前記車両に搭載された車両運動状態検出部から取得された前記車両の運動状態量(横G、ヨーレート)と、に基づいて、前記車両の不安定挙動を打ち消すためのヨーモーメントの発生に必要な目標運動状態量(挙動安定化モーメント(AD中のESC(VDC)))を取得し、前記目標走行経路に関する情報と、前記目標運動状態量と、に基づいて、前記車両に発生させる必要ヨーモーメントを得るために、舵角モーメントを発生させる目標舵角と、制動モーメントを発生させる目標制動力を取得して調停と配分を行い、前記目標舵角を得るための第1制御指令(舵角)を前記操舵装置に出力し、前記目標制動力を得るための第2制御指令(ブレーキモーメント)を前記制動装置に出力する。
上記方法によると、走行位置と安定化モーメントを調停して舵角とブレーキに配分するので、自動運転における、コーストレース性と挙動安定性の両立を図ることができる。
別の好ましい態様では、図4及び図5に示したように、車両に設けられた操舵装置と、前記車両に設けられた制動装置と、前記車両の外界情報を取得する外界情報取得装置と、前記車両の運動状態量(横G、ヨーレート)を取得する車両運動状態検出装置と、コントローラであって、外界情報取得装置より取得された前記車両が走行する目標走行経路に関する情報に基づいて、前記車両を前記目標走行経路にトレースさせるために必要な規範運動状態量(コース由来の規範ヨーレート)を取得し、前記規範運動状態量と、前記車両運動状態検出装置から取得された前記車両の運動状態量(横G、ヨーレート)と、に基づいて、前記車両の不安定挙動を打ち消すためのヨーモーメントの発生に必要な目標運動状態量(挙動安定化モーメント(自動運転中のESC(VDC)))を取得し、前記目標走行経路に関する情報と、前記目標運動状態量と、に基づいて、前記車両に発生させる必要ヨーモーメントを得るために、舵角モーメントを発生させる目標舵角と、制動モーメントを発生させる目標制動力を取得して調停と配分を行い、前記目標舵角を得るための第1制御指令(舵角)を前記操舵装置に出力し、前記目標制動力を得るための第2制御指令(ブレーキモーメント)を前記制動装置に出力する、コントローラと、を備える。
上記構成によると、走行位置と安定化モーメントを調停して舵角とブレーキに配分するので、自動運転における、コーストレース性と挙動安定性の両立を、より高度に図ることができる。
以上の実施形態で説明された構成は、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
1…車両、2L,2R,3L,3R…車輪、4L,4R,5L,5R…ホイルシリンダ(制動装置)、6…ホイルシリンダ液圧制御装置、7…車両情報取得装置、8…電動パワーステアリング装置(操舵装置)、9…ステアリングホイール、10…外界情報取得装置、11…制御装置(コントロール部)、11-1…目標軌道算出部、11-2…目標制御量算出部、11-3…目標操舵角算出部、11-4…操舵制御部、11-5…挙動安定化用目標状態量算出部、11-6…挙動安定化モーメント算出部、11-7…目標ヨーモーメント算出部、11-8…発生モーメント推定部、11-9…目標ブレーキモーメント算出部、11-10……目標ブレーキ液圧算出部、11-11…路面μ推定部、12-1…操舵角に基づく挙動安定化用目標状態量算出部、12-2…目標軌跡に基づく挙動安定化用目標状態量算出部、12-3…挙動安定化用目標状態量選択部、13-1…目標舵角補正部、13-2…目標制御量補正部、15-1…操舵角に基づく挙動安定化モーメント算出部、15-2…目標軌跡に基づく挙動安定化モーメント算出部、15-3…目標ヨーモーメント調停部、15-4…オーバライド時制御補正部

Claims (11)

  1. 車両に設けられた操舵装置及び制動装置を制御するコントロール部を備える車両運動制御装置であって、
    前記コントロール部は、
    外界情報取得部より取得された前記車両が走行する目標走行経路に関する情報に基づいて、前記車両を前記目標走行経路にトレースさせるために必要なコース由来の規範ヨーレートを取得し、
    前記車両に搭載された車両運動状態検出部から取得された前記車両の横G及びヨーレートと前記規範ヨーレートとに基づいて、車両横滑りを抑制するために必要なヨーモーメント量である挙動安定化モーメントを取得し、
    前記目標走行経路に関する情報と前記横G及びヨーレートとに基づいて、前記車両に発生させる必要ヨーモーメントを得るために、舵角モーメントを発生させる目標舵角と制動モーメントを発生させる目標制動力を取得し、
    前記目標舵角を得るための第1制御指令を前記操舵装置に出力し、
    前記目標制動力を得るための第2制御指令を前記制動装置に出力し、
    前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の場合に、走行位置とコース由来の規範ヨーレートに基づく前記挙動安定化モーメントを調停して、前記操舵装置と前記制動装置に配分するように構成された、車両運動制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両運動制御装置であって、
    前記コントロール部は、
    前記必要ヨーモーメントに対して、前記舵角モーメントによって発生させるヨーモーメントの不足分を前記制動モーメントで補うように前記目標舵角と前記目標制動力を取得する、
    車両運動制御装置。
  3. 請求項2に記載の車両運動制御装置であって、
    前記コントロール部は、
    前記車両の運動状態量に基づいた前記車両のスピンリスクが高くなるにしたがって、前記舵角モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合を小さくし、前記制動モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合が大きくなるように前記目標舵角と前記目標制動力を取得する、
    車両運動制御装置。
  4. 請求項2に記載の車両運動制御装置であって、
    前記コントロール部は、
    前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の依存度が低くなるにしたがって、前記舵角モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合を小さくし、前記制動モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合が大きくなるように前記目標舵角と前記目標制動力を取得する、
    車両運動制御装置。
  5. 請求項1に記載の車両運動制御装置であって、
    前記コントロール部は、
    前記車両の乗員によるステアリング操作が介入する場合、前記舵角モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合を小さくし、前記制動モーメントによって発生させるヨーモーメントの割合が大きくなるように前記目標舵角と前記目標制動力を取得する、
    車両運動制御装置。
  6. 請求項5に記載の車両運動制御装置であって、
    前記コントロール部は、
    前記車両の運動状態量に基づいた前記車両のスピンリスクが高くなるにしたがって、前記車両の乗員によるステアリング操作の介入に基づいた、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御から前記乗員による前記車両の手動運転への移行時間を短くする、
    車両運動制御装置。
  7. 請求項5に記載の車両運動制御装置であって、
    前記コントロール部は、
    前記目標走行経路からの前記車両のコースアウトリスクが高くなるにしたがって、前記車両の乗員によるステアリング操作の介入に基づいた、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御から前記乗員による前記車両の手動運転への移行時間を長くする、
    車両運動制御装置。
  8. 請求項5に記載の車両運動制御装置であって、
    前記コントロール部は、
    前記車両の乗員によるステアリング操作の介入度が大きいほど、前記車両の乗員によるステアリング操作の介入に基づいた、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御から前記乗員による前記車両の手動運転への移行時間を短くする、
    車両運動制御装置。
  9. 請求項5に記載の車両運動制御装置であって、
    前記コントロール部は、
    前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の依存度が低くなるにしたがって、前記車両の乗員によるステアリング操作の介入に基づいた、前記車両を自動的に走行させる自動運転制御から前記乗員による前記車両の手動運転への移行時間を短くする、
    車両運動制御装置。
  10. 車両に設けられた操舵装置及び制動装置を制御するための制御指令を求めるコントロール部を備える車両運動制御装置の制御方法であって、
    外界情報取得部より取得された前記車両が走行する目標走行経路に関する情報に基づいて、前記車両を前記目標走行経路にトレースさせるために必要なコース由来の規範ヨーレートを前記コントロール部で取得し、
    前記車両に搭載された車両運動状態検出部から取得された前記車両の横G及びヨーレートと前記規範ヨーレートとに基づいて、車両横滑りを抑制するために必要なヨーモーメント量である挙動安定化モーメントを、前記コントロール部で取得し、
    前記挙動安定化モーメントに関する情報と前記横G及びヨーレートとに基づいて、前記車両に発生させる必要ヨーモーメントを得るために、舵角モーメントを発生させる目標舵角と制動モーメントを発生させる目標制動力を、前記コントロール部で取得し、
    前記目標舵角を得るための第1制御指令を前記操舵装置に、前記コントロール部から出力し、
    前記目標制動力を得るための第2制御指令を前記制動装置に、前記コントロール部から出力し、
    前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の場合に、走行位置とコース由来の規範ヨーレートに基づく前記挙動安定化モーメントを調停して、前記操舵装置と前記制動装置に配分する、車両運動制御方法。
  11. 車両に設けられた操舵装置と、
    前記車両に設けられた制動装置と、
    前記車両の外界情報を取得する外界情報取得装置と、
    前記車両の運動状態量を取得する車両運動状態検出装置と、
    コントローラであって、
    外界情報取得装置より取得された前記車両が走行する目標走行経路に関する情報に基づいて、前記車両を前記目標走行経路にトレースさせるために必要なコース由来の規範ヨーレートを取得し、
    前記車両運動状態検出装置から取得された前記車両の横G及びヨーレートと前記規範ヨーレートとに基づいて、車両横滑りを抑制するために必要なヨーモーメント量である挙動安定化モーメントを取得し、
    前記目標走行経路に関する情報と前記横G及びヨーレートとに基づいて、前記車両に発生させる必要ヨーモーメントを得るために、舵角モーメントを発生させる目標舵角と制動モーメントを発生させる目標制動力を取得し、
    前記目標舵角を得るための第1制御指令を前記操舵装置に出力し、
    前記目標制動力を得るための第2制御指令を前記制動装置に出力し、
    前記車両を自動的に走行させる自動運転制御の場合に、走行位置とコース由来の規範ヨーレートに基づく前記挙動安定化モーメントを調停して、前記操舵装置と前記制動装置に配分するように構成されたコントローラと、
    を備える車両運動制御システム。
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