JP7544010B2 - マップデータ、マップ更新方法、車両制御方法、及び車両制御システム - Google Patents

Description

本開示は、車両の車輪の上下運動に関連するパラメータに関するマップデータに関する。また、本開示は、そのマップデータの生成／更新に関する。更に、本開示は、そのマップデータを利用した車両制御に関する。

特許文献１は、路面変位（路面凹凸）と位置との対応関係を表す路面変位マップを開示している。そのような路面変位マップを利用することにより、制振制御が行われる。具体的には、路面変位マップから、車両前方の所定位置における路面変位が予め認識される。予め認識された路面変位に応じてアクティブサスペンションの制御量が予め算出される。そして、車輪が当該所定位置を通過するタイミングでアクティブサスペンションを制御することにより、車両の振動が効果的に抑制される。

米国特許出願公開第２０１８／０１５４７２３号明細書

車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータについて考える。上記の特許文献１では、同じ水平位置において異なる道路が立体的に交差する立体交差については考慮されていない。よって、立体交差において、車両が第１道路を走行しているにもかかわらず、その第１道路と立体的に交差する第２道路に関するマップデータに基づいて車両制御が行われる可能性があった。走行中の道路とは関係ないマップデータに基づいて車両制御が行われると、期待通りの車両制御効果が得られない。

本開示の１つの目的は、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータであって、立体交差にも対応したマップデータを提供することにある。

本開示の他の目的は、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを利用した車両制御を、立体交差においても適切に行うことができる技術を提供することにある。

第１の観点は、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータに関連する。
マップデータは、第１道路と第２道路が立体的に交差する特定エリアに関して、第１レイヤマップデータと第２レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有する。第１レイヤマップデータは、第１道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。一方、第２レイヤマップデータは、第２道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。

第２の観点は、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを更新するマップ更新方法に関連する。
マップ更新方法は、車輪位置の時系列データと上下運動パラメータの時系列データに基づいてマップデータを更新する処理を含む。
マップデータは、第１道路と第２道路が立体的に交差する特定エリアに関して、第１レイヤマップデータと第２レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有する。第１レイヤマップデータは、第１道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。一方、第２レイヤマップデータは、第２道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。
マップデータを更新する処理は、
車輪位置の垂直位置に対応するレイヤマップデータがマップデータに存在するか否かを判定する処理と、
車輪位置の垂直位置に対応するレイヤマップデータが存在する場合、車輪位置の垂直位置に対応するレイヤマップデータを選択して更新する処理と
を含む。

第３の観点は、車両制御方法に関連する。
車両制御方法は、
車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを取得する処理と、
マップデータから取得される上下運動パラメータに基づいて対象車両を制御する処理と
を含む。
マップデータは、第１道路と第２道路が立体的に交差する特定エリアに関して、第１レイヤマップデータと第２レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有する。第１レイヤマップデータは、第１道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。一方、第２レイヤマップデータは、第２道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。
特定エリアにおいて対象車両を制御する処理は、
対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータがマップデータに存在するか否かを判定する処理と、
対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータが存在する場合、対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータから上下運動パラメータを取得する処理と
を含む。

第４の観点は、車両制御システムに関連する。
車両制御システムは、１又は複数のプロセッサを備える。
１又は複数のプロセッサは、
車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを取得する処理と、
マップデータから取得される上下運動パラメータに基づいて対象車両を制御する処理と
を実行するように構成される。
マップデータは、第１道路と第２道路が立体的に交差する特定エリアに関して、第１レイヤマップデータと第２レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有する。第１レイヤマップデータは、第１道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。一方、第２レイヤマップデータは、第２道路の水平位置と垂直位置と上下運動パラメータとの対応関係を示す。
特定エリアにおいて対象車両を制御する処理は、
対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータがマップデータに存在するか否かを判定する処理と、
対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータが存在する場合、対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータから上下運動パラメータを取得する処理と
を含む。

第１及び第２の観点によれば、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータであって、立体交差にも対応したマップデータが提供される。

第３及び第４の観点によれば、車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを利用した車両制御を、立体交差においても適切に行うことが可能となる。

実施の形態に係る車両の構成例を示す概略図である。 実施の形態に係るサスペンションの構成例を示す概念図である。 実施の形態に係るばね下変位算出処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態に係る車両制御システムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係る運転環境情報の例を示すブロック図である。 実施の形態に係るマップ管理システムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態に係るばね下変位マップを説明するための概念図である。 実施の形態に係るマップ生成／更新処理を要約的に示すフローチャートである。 実施の形態に係るばね下変位マップを利用したプレビュー制御を説明するための概念図である。 実施の形態に係るばね下変位マップを利用したプレビュー制御を示すフローチャートである。 立体交差を説明するための概略図である。 特定エリアに関するばね下変位マップの一例を説明するための概念図である。 特定エリアに関するばね下変位マップの他の例を説明するための概念図である。 特定エリア以外のエリアに関するばね下変位マップの一例を説明するための概念図である。 特定エリアに対するマップ生成／更新処理を示すフローチャートである。 特定エリアにおける車両制御処理を示すフローチャートである。 特定エリアに関するばね下変位マップの変形例を説明するための概念図である。

添付図面を参照して、本開示の実施の形態を説明する。

１．サスペンション及び上下運動パラメータ
図１は、本実施の形態に係る車両１の構成例を示す概略図である。車両１は、車輪２とサスペンション３を備えている。車輪２は、左前輪２ＦＬ、右前輪２ＦＲ、左後輪２ＲＬ、及び右後輪２ＲＲを含んでいる。それら左前輪２ＦＬ、右前輪２ＦＲ、左後輪２ＲＬ、及び右後輪２ＲＲのそれぞれに対してサスペンション３ＦＬ、３ＦＲ、３ＲＬ、及び３ＲＲが設けられている。以下の説明では、特に区別の必要が無い場合、各車輪を車輪２と呼び、各サスペンションをサスペンション３と呼ぶ。

図２は、サスペンション３の構成例を示す概念図である。サスペンション３は、車両１のばね下構造体４とばね上構造体５との間を連結するように設けられている。ばね下構造体４は、車輪２を含んでいる。サスペンション３は、スプリング３Ｓ、ダンパ（ショックアブソーバ）３Ｄ、及びアクチュエータ３Ａを含んでいる。スプリング３Ｓ、ダンパ３Ｄ、及びアクチュエータ３Ａは、ばね下構造体４とばね上構造体５との間に並列に設けられている。スプリング３Ｓのばね定数はＫである。ダンパ３Ｄの減衰係数はＣである。ダンパ３Ｄの減衰力は可変であってもよい。アクチュエータ３Ａは、ばね下構造体４とばね上構造体５との間に上下方向の制御力Ｆｃを作用させる。

ここで、用語の定義を行う。「路面変位Ｚｒ」は、路面ＲＳの上下方向の変位である。「ばね下変位Ｚｕ」は、ばね下構造体４の上下方向の変位である。「ばね上変位Ｚｓ」は、ばね上構造体５の上下方向の変位である。「ばね下速度Ｚｕ'」は、ばね下構造体４の上下方向の速度である。「ばね上速度Ｚｓ'」は、ばね上構造体５の上下方向の速度である。「ばね下加速度Ｚｕ''」は、ばね下構造体４の上下方向の加速度である。「ばね上加速度Ｚｓ''」は、ばね上構造体５の上下方向の加速度である。尚、各パラメータの符号は、上向きの場合に正であり、下向きの場合に負である。

車輪２は、路面ＲＳ上を移動する。以下の説明において、車輪２の上下運動（vertical motion）に関連するパラメータを、「上下運動パラメータ」と呼ぶ。上下運動パラメータとしては、上記の路面変位Ｚｒ、ばね下変位Ｚｕ、ばね下速度Ｚｕ'、ばね下加速度Ｚｕ''、ばね上変位Ｚｓ、ばね上速度Ｚｓ'、ばね上加速度Ｚｓ''、等が例示される。上下運動パラメータは、路面変位Ｚｒに関連する「路面変位関連パラメータ」であると言うこともできる。

一例として、以下の説明においては、上下運動パラメータがばね下変位Ｚｕである場合について考える。一般化する場合は、以下の説明における「ばね下変位」を「上下運動パラメータ」で読み替えるものとする。

図３は、ばね下変位算出処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１１において、ばね上構造体５に設置されたばね上加速度センサ２２によってばね上加速度Ｚｓ''が検出される。ステップＳ１２において、ばね上加速度Ｚｓ''を２階積分することによりばね上変位Ｚｓが算出される。

ステップＳ１３において、ばね上構造体５とばね下構造体４との間の相対変位であるストロークＳＴ（＝Ｚｓ－Ｚｕ）が取得される。例えば、ストロークＳＴは、サスペンション３に設置されたストロークセンサにより検出される。他の例として、ストロークＳＴは、単輪２自由度モデルに基づいて構成されたオブザーバによって、ばね上加速度Ｚｓ''に基づいて推定されてもよい。

ステップＳ１４において、センサドリフト等の影響を抑えるために、ばね上変位Ｚｓの時系列データに対してフィルタリング処理が行われる。同様に、ステップＳ１５において、ストロークＳＴの時系列データに対してフィルタリング処理が行われる。例えば、フィルタは、特定周波数帯の信号成分を通過させるバンドパスフィルタである。特定周波数帯は、車両１のばね上共振周波数を含むように設定されてもよい。例えば、特定周波数帯は、０．３～１０Ｈｚである。

ステップＳ１６において、ばね上変位ＺｓとストロークＳＴとの差分がばね下変位Ｚｕとして算出される。

ステップＳ１４及びＳ１５の代わりに、ステップＳ１６において算出されるばね下変位Ｚｕの時系列データに対してフィルタリング処理が行われてもよい。

更に他の例として、ばね下加速度センサによってばね下加速度Ｚｕ''が検出され、ばね下加速度Ｚｕ''からばね下変位Ｚｕが算出されてもよい。

２．車両制御システム
２－１．構成例
図４は、本実施の形態に係る車両制御システム１０の構成例を示すブロック図である。車両制御システム１０は、車両１に搭載され、車両１を制御する。車両制御システム１０は、車両状態センサ２０、認識センサ３０、位置センサ４０、通信装置５０、走行装置６０、及び制御装置７０を含んでいる。

車両状態センサ２０は、車両１の状態を検出する。車両状態センサ２０は、車両１の車速Ｖを検出する車速センサ（車輪速センサ）２１、ばね上加速度Ｚｓ''を検出するばね上加速度センサ２２、等を含んでいる。車両状態センサ２０は、ストロークＳＴを検出するストロークセンサ２３を含んでいてもよい。車両状態センサ２０は、ばね下加速度センサを含んでいてもよい。その他、車両状態センサ２０は、横加速度センサ、ヨーレートセンサ、舵角センサ、等を含んでいる。

認識センサ３０は、車両１の周囲の状況を認識（検出）する。認識センサとしては、カメラ、ＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）、レーダ、等が例示される。

位置センサ４０は、車両１の位置及び方位を検出する。例えば、位置センサ４０は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を含んでいる。

通信装置５０は、車両１の外部と通信を行う。

走行装置６０は、操舵装置６１、駆動装置６２、制動装置６３、及びサスペンション３（図２参照）を含んでいる。操舵装置６１は、車輪２を転舵する。例えば、操舵装置６１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６２は、駆動力を発生させる動力源である。駆動装置６２としては、エンジン、電動機、インホイールモータ、等が例示される。制動装置６３は、制動力を発生させる。

制御装置７０は、車両１を制御するコンピュータである。制御装置７０は、１又は複数のプロセッサ７１（以下、単にプロセッサ７１と呼ぶ）と１又は複数の記憶装置７２（以下、単に記憶装置７２と呼ぶ）を含んでいる。プロセッサ７１は、各種処理を実行する。例えば、プロセッサ７１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含んでいる。記憶装置７２は、プロセッサ７１による処理に必要な各種情報を格納する。記憶装置７２としては、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、等が例示される。制御装置７０は、１又は複数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含んでいてもよい。

車両制御プログラム８０は、車両１を制御するためのコンピュータプログラムであり、プロセッサ７１によって実行される。車両制御プログラム８０は、記憶装置７２に格納される。あるいは、車両制御プログラム８０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。プロセッサ７１が車両制御プログラム８０を実行することにより、制御装置７０の機能が実現される。

２－２．運転環境情報
図５は、車両１の運転環境を示す運転環境情報９０の一例を示すブロック図である。運転環境情報９０は、記憶装置７２に格納される。運転環境情報９０は、地図情報９１、車両状態情報９２、周辺状況情報９３、及び位置情報９４を含んでいる。

地図情報９１は、一般的なナビゲーション地図を含む。地図情報９１は、レーン配置、道路形状、等を示していてもよい。地図情報９１は、白線、信号機、標識、ランドマーク、等の位置情報を含んでいてもよい。地図情報９１は、地図データベースから得られる。尚、地図データベースは、車両１に搭載されていてもよいし、外部の管理サーバに格納されていてもよい。後者の場合、制御装置７０は、管理サーバと通信を行い、必要な地図情報９１を取得する。

地図情報９１は、更に、「ばね下変位マップ２００」を含んでいる。ばね下変位マップ２００の詳細については後述される。

車両状態情報９２は、車両１の状態を示す情報である。制御装置７０は、車両状態センサ２０から車両状態情報９２を取得する。例えば、車両状態情報９２は、車速Ｖ、ばね上加速度Ｚｓ''、ストロークＳＴ、横加速度、ヨーレート、舵角、等を含む。車速Ｖは、位置センサ４０によって検出される車両位置から算出されてもよい。制御装置７０は、図３で示された手法によりばね下変位Ｚｕを算出してもよい。その場合、車両状態情報９２は、制御装置７０によって算出されたばね下変位Ｚｕも含む。

周辺状況情報９３は、車両１の周囲の状況を示す情報である。制御装置７０は、認識センサ３０を用いて車両１の周囲の状況を認識し、周辺状況情報９３を取得する。例えば、周辺状況情報９３は、カメラによって撮像される画像情報を含む。他の例として、周辺状況情報９３は、ＬＩＤＡＲによって得られる点群情報を含む。

周辺状況情報９３は、更に、車両１の周囲の物体に関する「物体情報」を含んでいる。物体としては、歩行者、自転車、他車両（先行車両、駐車車両、等）、道路構成（白線、縁石、ガードレール、壁、中央分離帯、路側構造物、等）、標識、ポール、障害物、等が例示される。物体情報は、車両１に対する物体の相対位置及び相対速度を示す。例えば、カメラによって得られた画像情報を解析することによって、物体を識別し、その物体の相対位置を算出することができる。また、ＬＩＤＡＲによって得られた点群情報に基づいて、物体を識別し、その物体の相対位置と相対速度を取得することもできる。

位置情報９４は、車両１の位置及び方位を示す情報である。位置は、水平位置と垂直位置を含んでいる。例えば、水平位置は、緯度と経度により定義される。垂直位置は、高度（標高）により定義される。高度としては、海抜、ジオイド高、楕円体高、等が例示される。制御装置７０は、ＧＮＳＳ等の位置センサ４０による測定結果から位置情報９４を取得する。他の例として、制御装置７０は、デッドレコニングにより位置情報９４を取得してもよい。更に他の例として、制御装置７０は、物体情報と地図情報９１を利用した周知の自己位置推定処理（Localization）により、高精度な位置情報９４を取得してもよい。

２－３．車両制御
制御装置７０は、車両１の走行を制御する車両走行制御を実行する。車両走行制御は、操舵制御、駆動制御、及び制動制御を含む。制御装置７０は、走行装置６０（操舵装置６１、駆動装置６２、及び制動装置６３）を制御することによって車両走行制御を実行する。制御装置７０は、運転環境情報９０に基づいて、車両１の運転を支援する運転支援制御を行ってもよい。運転支援制御としては、車線維持制御、衝突回避制御、自動運転制御、等が例示される。

更に、制御装置７０は、サスペンション３を制御する。典型的には、制御装置７０は、サスペンション３を制御して車両１の振動を抑制する制振制御を行う。例えば、制御装置７０は、アクチュエータ３Ａを制御して、ばね下構造体４とばね上構造体５との間に上下方向の制御力Ｆｃを発生させる（図２参照）。他の例として、制御装置７０は、ダンパ３Ｄの減衰力を可変制御してもよい。制振制御は、後述される「プレビュー制御」を含んでいる。

３．マップ管理システム
３－１．構成例
図６は、本実施の形態に係るマップ管理システム１００の構成例を示すブロック図である。マップ管理システム１００は、各種の地図情報を管理するコンピュータである。地図情報の管理は、地図情報の生成、更新、提供、配信、等を含む。典型的には、マップ管理システム１００は、クラウド上の管理サーバである。マップ管理システム１００は、複数のサーバが分散処理を行う分散システムであってもよい。

マップ管理システム１００は、通信装置１１０を含んでいる。通信装置１１０は、通信ネットワークＮＥＴに接続されている。例えば、通信装置１１０は、通信ネットワークＮＥＴを介して多数の車両１と通信を行う。

マップ管理システム１００は、更に、１又は複数のプロセッサ１２０（以下、単にプロセッサ１２０と呼ぶ）及び１又は複数の記憶装置１３０（以下、単に記憶装置１３０と呼ぶ）を含んでいる。プロセッサ１２０は、各種情報処理を実行する。例えば、プロセッサ１２０は、ＣＰＵを含んでいる。記憶装置１３０は、各種の地図情報を格納する。また、記憶装置１３０は、プロセッサ１２０による処理に必要な各種情報を格納する。記憶装置１３０としては、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ＨＤＤ、ＳＳＤ、等が例示される。

マップ管理プログラム１４０は、マップ管理のためのコンピュータプログラムであり、プロセッサ１２０によって実行される。マップ管理プログラム１４０は、記憶装置１３０に格納される。あるいは、マップ管理プログラム１４０は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。プロセッサ１２０がマップ管理プログラム１４０を実行することにより、マップ管理システム１００の機能が実現される。

プロセッサ１２０は、通信装置１１０を介して車両１の車両制御システム１０と通信を行う。プロセッサ１２０は、車両制御システム１０から各種情報を収集し、収集した情報に基づいて地図情報を生成、更新する。また、プロセッサ１２０は、車両制御システム１０に地図情報を配信する。また、プロセッサ１２０は、車両制御システム１０からのリクエストに応答して地図情報を提供する。

３－２．ばね下変位マップ
マップ管理システム１００が管理する地図情報の一つが、「ばね下変位マップ（上下運動パラメータマップ）２００」である。ばね下変位マップ２００は、ばね下変位Ｚｕ（上下運動パラメータ）に関する地図である。ばね下変位マップ２００は、記憶装置１３０に格納されている。

図７は、ばね下変位マップ２００を説明するための概念図である。ＸＹ面は水平面を表す。例えば、水平面における絶対座標系は緯度方向と経度方向により定義され、水平位置は緯度と経度により定義される。ばね下変位マップ２００は、少なくとも水平位置（Ｘ，Ｙ）とばね下変位Ｚｕとの対応関係を表す。言い換えれば、ばね下変位マップ２００は、ばね下変位Ｚｕを少なくとも水平位置（Ｘ，Ｙ）の関数として表す。尚、垂直位置も考慮したばね下変位マップ２００については後に詳しく説明される。

道路領域は、水平面上でメッシュ状に区分されてもよい。つまり、道路領域は、水平面上で複数の単位エリアＭに区分されてもよい。単位エリアＭは、例えば正方形である。正方形の１辺の長さは、例えば１０ｃｍである。ばね下変位マップ２００は、単位エリアＭの位置とばね下変位Ｚｕとの対応関係を表す。単位エリアＭの位置は、その単位エリアＭの代表位置（例：中心位置）で定義されてもよいし、その単位エリアＭの範囲（緯度範囲、経度範囲）で定義されてもよい。単位エリアＭのばね下変位Ｚｕは、例えば、その単位エリアＭ内で取得されたばね下変位Ｚｕの平均値である。単位エリアＭを小さくするほど、ばね下変位マップ２００の解像度は増加する。

３－３．マップ生成／更新処理
プロセッサ１２０は、通信装置１１０を介して、多数の車両１から情報を収集する。そして、プロセッサ１２０は、多数の車両１から収集した情報に基づいて、ばね下変位マップ２００の生成及び更新を行う。以下、マップ生成／更新処理の例について更に詳しく説明する。

ばね下変位マップ２００における位置は、車輪２が通過した位置である。各車輪２の位置は、上記の位置情報９４に基づいて算出される。具体的には、車両１における車両位置の基準点と各車輪２との間の相対位置関係は既知情報である。その相対位置関係と位置情報９４で示される車両位置に基づいて、各車輪２の位置を算出することができる。

ばね下変位Ｚｕは、図３で示されたような手法により算出される。すなわち、車両１に搭載された車両状態センサ２０を用いることによって、ばね上変位ＺｓやストロークＳＴが得られる。これらばね上変位ＺｓやストロークＳＴを、便宜上、「センサベース情報」と呼ぶ。ばね下変位Ｚｕは、このセンサベース情報に基づいて算出される。

例えば、車両１の走行中、車両制御システム１０の制御装置７０は、センサベース情報に基づいてリアルタイムにばね下変位Ｚｕを算出する。また、制御装置７０は、同じタイミングの車輪位置とばね下変位Ｚｕとを関連付ける。そして、制御装置７０は、車輪位置の時系列データとばね下変位Ｚｕの時系列データのセットをマップ管理システム１００に送信する。マップ管理システム１００のプロセッサ１２０は、車輪位置の時系列データとばね下変位Ｚｕの時系列データに基づいて、ばね下変位マップ２００を生成、更新する。

他の例として、車両制御システム１０の制御装置７０は、同じタイミングの車輪位置とセンサベース情報とを関連付ける。そして、制御装置７０は、車輪位置の時系列データとセンサベース情報の時系列データのセットをマップ管理システム１００に送信する。マップ管理システム１００のプロセッサ１２０は、受信したセンサベース情報に基づいてばね下変位Ｚｕを算出する。更に、プロセッサ１２０は、車輪位置の時系列データとばね下変位Ｚｕの時系列データに基づいて、ばね下変位マップ２００を生成、更新する。

尚、マップ管理システム１００においてばね下変位Ｚｕを算出する場合、処理時間の制約はないため、ゼロ位相フィルタを用いてフィルタリング処理を行うことができる。ゼロ位相フィルタを利用することにより、“位相ずれ”を防止することができる。

図８は、本実施の形態に係るマップ生成／更新処理を要約的に示すフローチャートである。

ステップＳ１００において、マップ管理システム１００のプロセッサ１２０は、通信装置１１０を介して、車両１（車両制御システム１０）から「マップ更新用情報」を取得する。マップ更新用情報は、車両１の位置（車輪位置）の時系列データを含む。また、マップ更新用情報は、ばね下変位Ｚｕを算出するために必要なセンサベース情報（例：ばね上変位Ｚｓ、ストロークＳＴ）の時系列データを含む。あるいは、マップ更新用情報は、車両制御システム１０の制御装置７０によって算出されたばね下変位Ｚｕの時系列データを含んでいてもよい。

ステップＳ２００において、マップ管理システム１００のプロセッサ１２０は、マップ更新用情報に基づいて、ばね下変位マップ２００を生成／更新する。

３－４．変形例
車両１の車両制御システム１０が、ばね下変位マップ２００のデータベースを保持し、自身のばね下変位マップ２００の生成／更新を行ってもよい。つまり、マップ管理システム１００は車両制御システム１０に含まれていてもよい。

４．ばね下変位マップを利用したプレビュー制御
車両制御システム１０の制御装置７０は、通信装置５０を介してマップ管理システム１００と通信を行う。制御装置７０は、車両１の現在位置を含むエリアのばね下変位マップ２００をマップ管理システム１００から取得する。ばね下変位マップ２００は、記憶装置７２に格納される。そして、制御装置７０は、ばね下変位マップ２００に基づいて、制振制御の一種である「プレビュー制御」を実行する。

図９は、プレビュー制御を説明するための概念図である。図１０は、プレビュー制御を示すフローチャートである。図９及び図１０を参照して、プレビュー制御について説明する。

ステップＳ３１において、制御装置７０は、各車輪２の現在位置Ｐ０を取得する。車両１における車両位置の基準点と各車輪２との間の相対位置関係は既知情報である。その相対位置関係と位置情報９４で示される車両位置に基づいて、各車輪２の位置を算出することができる。

ステップＳ３２において、制御装置７０は、プレビュー時間ｔｐ後の車輪２の予測通過位置Ｐｆを算出する。プレビュー時間ｔｐは、例えば、サスペンション３のアクチュエータ３Ａを作動させるまでに必要な計算処理や通信処理に要する時間以上に設定される。プレビュー時間ｔｐは、固定であってもよいし、状況に応じて可変であってもよい。プレビュー距離Ｌｐは、プレビュー時間ｔｐと車速Ｖの積により与えられる。予測通過位置Ｐｆは、現在位置Ｐ０からプレビュー距離Ｌｐだけ前方の位置である。変形例として、制御装置７０は、車速Ｖと車輪２の舵角に基づいて予想走行ルートを算出し、予想走行ルートに基づいて予測通過位置Ｐｆを算出してもよい。

ステップＳ３３において、制御装置７０は、予測通過位置Ｐｆにおけるばね下変位Ｚｕをばね下変位マップ２００から読み出す。

ステップＳ３４において、制御装置７０は、予測通過位置Ｐｆにおけるばね下変位Ｚｕに基づいて、サスペンション３のアクチュエータ３Ａの目標制御力Ｆｃ＿ｔを算出する。目標制御力Ｆｃ＿ｔは、例えば、次のように算出される。

ばね上構造体５（図２参照）に関する運動方程式は、次の式（１）により表される。

式（１）において、ｍはばね上構造体５の質量であり、Ｃはダンパ３Ｄの減衰係数であり、Ｋはスプリング３Ｓのばね定数であり、Ｆｃはアクチュエータ３Ａが発生させる上下方向の制御力Ｆｃである。仮に、制御力Ｆｃによってばね上構造体５の振動が完全に打ち消される場合（Ｚｓ''＝０，Ｚｓ'＝０，Ｚｓ＝０）、その制御力Ｆｃは次の式（２）により表される。

少なくとも制振効果をもたらす制御力Ｆｃは、次の式（３）により表される。

式（３）において、ゲインαは、０より大きく且つ１以下であり、ゲインβも、０より大きく且つ１以下である。式（３）中の微分項を省略した場合、少なくとも制振効果をもたらす制御力Ｆｃは、次の式（４）により表される。

制御装置７０は、上記式（３）あるいは式（４）に従って、目標制御力Ｆｃ＿ｔを算出する。すなわち、制御装置７０は、予測通過位置Ｐｆにおけるばね下変位Ｚｕを式（３）あるいは式（４）に代入して、目標制御力Ｆｃ＿ｔを算出する。

ステップＳ３５において、制御装置７０は、車輪２が予測通過位置Ｐｆを通過するタイミングで目標制御力Ｆｃ＿ｔを発生させるようにアクチュエータ３Ａを制御する。車輪２が予測通過位置Ｐｆを通過するタイミングはプレビュー時間ｔｐから分かる。

以上に説明されたばね下変位マップ２００を利用したプレビュー制御により、車両１（ばね上構造体５）の振動を効果的に抑制することが可能となる。

５．立体交差を考慮したばね下変位マップ
図１１は、立体交差を説明するための概略図である。ＸＹ面は水平面を表す。水平位置（Ｘ，Ｙ）は、水平面における位置である。垂直位置Ｈは、水平面に直交する垂直方向の位置である。例えば、水平位置（Ｘ，Ｙ）は、緯度と経度により定義される。垂直位置Ｈは、高度（標高）により定義される。高度としては、海抜、ジオイド高、楕円体高、等が例示される。

図１１に示されるように、第１道路Ｒ１と第２道路Ｒ２が立体的に交差している。第１道路Ｒ１と第２道路Ｒ２が立体的に交差するエリアを、以下、「特定エリアＳＡ」と呼ぶ。尚、図１１では、２本の道路Ｒ１，Ｒ２が立体的に交差しているが、３以上の道路が立体的に交差する場合も同様である。

このような立体交差に関して、本願発明者は次のような課題を認識した。

第１の比較例として、ばね下変位マップ２００が、垂直位置Ｈの情報を含んでおらず、水平位置（Ｘ，Ｙ）とばね下変位Ｚｕとの対応関係だけを表す２次元マップである場合について考える。この場合、特定エリアＳＡにおいて、車両１が第１道路Ｒ１を走行しているにもかかわらず、第２道路Ｒ２に関するばね下変位マップ２００に基づいてプレビュー制御等の車両制御が行われる可能性がある。走行中の道路とは関係ないばね下変位マップ２００に基づいて車両制御が行われると、期待通りの車両制御効果が得られない。

第２の比較例として、ばね下変位マップ２００が完全な３次元マップである場合について考える。この場合、ばね下変位マップ２００のデータ量が膨大となる。このことは、ストレージ資源、通信資源、計算処理資源の消費の観点から好ましくない。また、路面変位Ｚｒと垂直位置Ｈとの棲み分けも複雑となる。

以上の観点から、本実施形態に係るばね下変位マップ２００は、次のような特徴を有する。

５－１．ばね下変位マップのデータ構造
図１２は、立体交差を含む特定エリアＳＡに関するばね下変位マップ２００の一例を説明するための概念図である。特定エリアＳＡに関するばね下変位マップ２００のデータ構造は、第１レイヤマップデータ２００－１と第２レイヤマップデータ２００－２を含んでいる。第１レイヤマップデータ２００－１は、第１道路Ｒ１の水平位置（Ｘ，Ｙ）と垂直位置Ｈとばね下変位Ｚｕとの対応関係を示す。一方、第２レイヤマップデータ２００－２は、第２道路Ｒ２の水平位置（Ｘ，Ｙ）と垂直位置Ｈとばね下変位Ｚｕとの対応関係を示す。すなわち、特定エリアＳＡに関するばね下変位マップ２００はマルチレイヤ化されている。

既出の図７で示されたように、道路領域は、水平面上でメッシュ状に区分されてもよい。つまり、道路領域は、水平面上で複数の単位エリアＭに区分されてもよい。単位エリアＭは、例えば正方形である。正方形の１辺の長さは、例えば１０ｃｍである。各レイヤマップデータ２００－ｉ（ｉ＝１，２）は、単位エリアＭの水平位置（Ｘ，Ｙ）と、単位エリアＭにおける第ｉ道路Ｒｉの垂直位置Ｈと、単位エリアＭにおける第ｉ道路Ｒｉに関するばね下変位Ｚｕとの対応関係を表す。単位エリアＭの水平位置（Ｘ，Ｙ）は、その単位エリアＭの代表水平位置（例：中心位置）で定義されてもよいし、その単位エリアＭの水平範囲（緯度範囲、経度範囲）で定義されてもよい。単位エリアＭにおける第ｉ道路Ｒｉの垂直位置Ｈは、その単位エリアＭにおける第ｉ道路Ｒｉの代表垂直位置（例：平均値）で定義されてもよいし、その単位エリアＭにおける第ｉ道路Ｒｉの垂直範囲（高度範囲）で定義されてもよい。単位エリアＭにおける第ｉ道路Ｒｉに関するばね下変位Ｚｕは、例えば、その単位エリアＭ内で取得された第ｉ道路Ｒｉに関するばね下変位Ｚｕの平均値である。単位エリアＭを小さくするほど、レイヤマップデータ２００－ｉの解像度は増加する。

このように、特定エリアＳＡに関するばね下変位マップ２００は、道路毎にレイヤマップデータ２００－ｉを含む。言い換えれば、ばね下変位マップ２００は完全な３次元マップではなく、道路が存在する垂直位置Ｈに対してだけレイヤマップデータ２００－ｉが用意される。従って、完全な３次元マップの場合と比較して、ばね下変位マップ２００のデータ量が削減される。

レイヤマップデータ２００－ｉにおいて、水平位置（Ｘ，Ｙ）のメッシュ幅と垂直位置Ｈのメッシュ幅は異なっていてもよい。より詳細には、図１３に示されるように、水平位置（Ｘ，Ｙ）は、水平面内の第１単位エリアＭｘｙ毎に定義される。一方、垂直位置Ｈは、水平面内の第２単位エリアＭｈ毎に定義される。道路の水平位置（Ｘ，Ｙ）が数メートル変わる間に垂直位置Ｈが数メートルも変化することは無い。よって、第２単位エリアＭｈは第１単位エリアＭｘｙよりも大きく設定されてもよい。例えば、第１単位エリアＭｘｙは１辺１０ｃｍの正方形であり、第２単位エリアＭｈは１辺１００ｃｍの正方形である。このように、垂直位置Ｈのメッシュ幅を大きくして解像度を減らすことにより、ばね下変位マップ２００のデータ量を更に削減することが可能となる。

図１４は、特定エリアＳＡ以外のエリアに関するばね下変位マップ２００の一例を説明するための概念図である。特定エリアＳＡ以外のエリアに関するばね下変位マップ２００のデータ構造は、単一のレイヤマップデータ２００－０だけを含む。レイヤマップデータ２００－０は、道路の水平位置（Ｘ，Ｙ）と垂直位置Ｈとばね下変位Ｚｕとの対応関係を示す。このように、特定エリアＳＡ以外のエリアについては単一のレイヤマップデータ２００－０だけが用意されるため、データ量が削減される。

変形例として、特定エリアＳＡ以外のエリアに関するレイヤマップデータ２００－０から垂直位置Ｈの情報が省かれてもよい。これにより、ばね下変位マップ２００のデータ量を更に削減することが可能となる。

以上に説明されたように、本実施の形態によれば、立体交差にも対応したばね下変位マップ２００が提供される。また、完全な３次元マップの場合と比較して、ばね下変位マップ２００のデータ量が削減される。

５－２．マップ生成／更新処理
次に、立体交差を考慮したマップ生成／更新処理について説明する。既出の図８で示されたように、ステップＳ１００において、マップ管理システム１００のプロセッサ１２０は、車両１（車両制御システム１０）からマップ更新用情報を取得する。そのマップ更新用情報は、車両１の水平位置（Ｘ，Ｙ）と垂直位置Ｈを示す位置情報９４を含んでいる。その他、マップ更新用情報は、ばね下変位マップ２００の更新に必要な情報（車輪位置、センサベース情報、ばね下変位Ｚｕ等）を含む。ステップＳ１００の後のステップＳ２００において、プロセッサ１２０は、マップ更新用情報に基づいて、ばね下変位マップ２００を生成／更新する。

図１５は、特定エリアＳＡに対するステップＳ２００の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ２１０において、プロセッサ１２０は、マップ更新用情報から、車両１の垂直位置Ｈを含む位置情報９４を取得する。尚、車両位置の基準点と各車輪２との間の相対位置関係は既知であるため、以下では、車両１の位置と車輪２の位置を等価なものとして扱う。

ステップＳ２２０において、プロセッサ１２０は、車両１（車輪２）の垂直位置Ｈに対応するレイヤマップデータ２００－ｊ（ｊ＝１あるいは２）がばね下変位マップ２００に既に存在しているか否かを判定する。この判定は、車両１の垂直位置Ｈとばね下変位マップ２００に登録済みのレイヤマップデータ２００－ｋに含まれる垂直位置Ｈとの比較により可能である。ここで、車両１の垂直位置Ｈは誤差を含む可能性があるため、ある程度の誤差範囲（例：±２ｍ）を考慮して垂直位置Ｈの比較が行われてもよい。交差する第１道路Ｒ１と第２道路Ｒ２との間の高度差は一般的な車高よりも十分に大きいため、±２ｍ程度の誤差範囲が考慮されても誤判定は発生しない。車両１の垂直位置Ｈに対応するレイヤマップデータ２００－ｊがばね下変位マップ２００に既に存在している場合（ステップＳ２２０；Ｙｅｓ）、処理は、ステップＳ２３０に進む。それ以外の場合（ステップＳ２２０；Ｎｏ）、処理は、ステップＳ２４０に進む。

ステップＳ２３０において、プロセッサ１２０は、車両１の垂直位置Ｈに対応する既存のレイヤマップデータ２００－ｊを選択する。

ステップＳ２４０において、プロセッサ１２０は、車両１の垂直位置Ｈに対応するレイヤマップデータ２００－ｊを新たに作成する。

ステップＳ２５０において、プロセッサ１２０は、マップ更新用情報に基づいて、車両１の垂直位置Ｈに対応するレイヤマップデータ２００－ｊを更新する。

５－３．車両制御処理
図１６は、特定エリアＳＡにおける車両制御処理を示すフローチャートである。車両制御処理の対象となる車両１を、便宜上、「対象車両１Ｔ」と呼ぶ。

ステップＳ２１において、車両制御システム１０の制御装置７０は、位置情報９４を取得する。位置情報９４は、対象車両１Ｔの水平位置（Ｘ，Ｙ）及び垂直位置Ｈを含んでいる。

ステップＳ２２において、制御装置７０は、対象車両１Ｔ（車輪２）の垂直位置Ｈに対応するレイヤマップデータ２００－ｊ（ｊ＝１あるいは２）がばね下変位マップ２００に既に存在しているか否かを判定する。この判定は、対象車両１Ｔの垂直位置Ｈとばね下変位マップ２００に登録済みのレイヤマップデータ２００－ｋに含まれる垂直位置Ｈとの比較により可能である。ここで、対象車両１Ｔの垂直位置Ｈは誤差を含む可能性があるため、ある程度の誤差範囲（例：±２ｍ）を含む垂直位置Ｈの範囲が比較に用いられてもよい。交差する第１道路Ｒ１と第２道路Ｒ２との間の高度差は一般的な車高よりも十分に大きいため、±２ｍ程度の誤差範囲が考慮されても誤判定は発生しない。対象車両１Ｔの垂直位置Ｈに対応するレイヤマップデータ２００－ｊがばね下変位マップ２００に既に存在している場合（ステップＳ２２；Ｙｅｓ）、処理は、ステップＳ２３に進む。それ以外の場合（ステップＳ２２；Ｎｏ）、処理は、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ２３において、制御装置７０は、対象車両１Ｔの垂直位置Ｈに対応する既存のレイヤマップデータ２００－ｊを選択する。その後、処理は、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０において、制御装置７０は、ばね下変位マップ２００を利用した車両制御を行う。より詳細には、制御装置７０は、ステップＳ２３で選択したレイヤマップデータ２００－ｊからばね下変位Ｚｕを取得する。そして、制御装置７０は、取得したばね下変位Ｚｕに基づいて、対象車両１Ｔの車両制御を行う。例えば、車両制御は、プレビュー制御である（図９、図１０参照）。立体交差において対象車両１Ｔが実際に走行している道路に関するばね下変位Ｚｕが正しく得られるため、車両制御を適切に行うことが可能となる。

ステップＳ４０において、制御装置７０は、ばね下変位マップ２００を利用しない車両制御を行う。例えば、制御装置７０は、フィードバック制御に基づく周知の制振制御を行う。周知の制振制御のゲインが通常より大きく設定されてもよい。

５－４．効果
以上に説明されたように、本実施の形態によれば、立体交差にも対応したばね下変位マップ２００が提供される。

また、本実施の形態に係るばね下変位マップ２００のデータ量は、完全な３次元マップの場合よりも少ない。このことは、ストレージ資源、通信資源、計算処理資源の抑制の観点から好ましい。特定エリアＳＡのばね下変位マップ２００だけマルチレイヤ化することにより、ばね下変位マップ２００のデータ量を抑制することが可能となる。

更に、本実施の形態に係るばね下変位マップ２００を利用することによって、立体交差における車両制御が行われる。対象車両１Ｔが実際に走行している道路に関するばね下変位Ｚｕが正しく得られるため、立体交差においても車両制御を適切に行うことが可能となる。

５－５．変形例
５－５－１．第１の変形例
図１７は、特定エリアＳＡに関するばね下変位マップ２００の第１の変形例を説明するための概念図である。特定エリアＳＡに関するばね下変位マップ２００のデータ構造は、第１レイヤマップデータ２００－１と第２レイヤマップデータ２００－２のうち一方だけを含み、他方を含んでいなくてもよい。

一例として、特定エリアＳＡにおいて、第２道路Ｒ２上の車両１の位置情報９４の信頼度（精度）が、第１道路Ｒ１上の車両１の位置情報９４の信頼度よりも高い場合について考える。例えば、特定エリアＳＡにおいて、第２道路Ｒ２は第１道路Ｒ１の上方に存在する（図１１参照）。位置情報９４がＧＮＳＳによる計測に基づいて得られる場合、第２道路Ｒ２上の車両１の位置情報９４の信頼度（精度）は、第１道路Ｒ１上の車両１の位置情報９４の信頼度よりも高くなる。よって、第２レイヤマップデータ２００－２が優先されてもよい。つまり、図１７に示されるように、特定エリアＳＡに関するばね下変位マップ２００のデータ構造は、第１レイヤマップデータ２００－１を含まず、第２レイヤマップデータ２００－２だけを含んでいてもよい。これにより、ばね下変位マップ２００のデータ量を更に削減することが可能となる。

他の例として、特定エリアＳＡにおいて、第２道路Ｒ２に関するばね下変位Ｚｕの代表値が、第１道路Ｒ１に関するばね下変位Ｚｕの代表値よりも大きい場合について考える。代表値としては、平均値、最大値、等が例示される。ばね下変位Ｚｕがより大きな第２道路Ｒ２においては、より大きな制振効果が期待できる。よって、第２レイヤマップデータ２００－２が優先されてもよい。つまり、特定エリアＳＡに関するばね下変位マップ２００のデータ構造は、第１レイヤマップデータ２００－１を含まず、第２レイヤマップデータ２００－２だけを含んでいてもよい。これにより、ばね下変位マップ２００のデータ量を更に削減することが可能となる。

５－５－２．第２の変形例
第２の変形例では、特定エリアＳＡに関するばね下変位マップ２００は、垂直位置Ｈ及びばね下変位Ｚｕの情報の代わりに、「特定エリアフラグ」を有する。ばね下変位マップ２００から特定エリアフラグが読み出された場合、ばね下変位マップ２００を利用した車両制御は行われない。その代わり、ばね下変位マップ２００を利用しない車両制御が行われてもよい（ステップＳ４０）。

１ 車両
２ 車輪
３ サスペンション
３Ａ アクチュエータ
１０ 車両制御システム
２０ 車両状態センサ
３０ 認識センサ
４０ 位置センサ
５０ 通信装置
６０ 走行装置
７０ 制御装置
８０ 車両制御プログラム
９０ 運転環境情報
９３ 周辺状況情報
９４ 位置情報
１００ マップ管理システム
１１０ 通信装置
１２０ プロセッサ
１３０ 記憶装置
１４０ マップ管理プログラム
２００ ばね下変位マップ
２００－１ 第１レイヤマップデータ
２００－２ 第２レイヤマップデータ
ＳＡ 特定エリア
Ｒ１ 第１道路
Ｒ２ 第２道路
Ｚｕ ばね下変位

Claims (3)

1. 車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを更新するマップ更新方法であって、
   車輪位置の時系列データと前記上下運動パラメータの時系列データに基づいて前記マップデータを更新する処理を含み、
   前記マップデータは、第１道路と第２道路が立体的に交差する特定エリアに関して、前記第１道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第１レイヤマップデータと、前記第２道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第２レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有し、
   前記マップデータを更新する処理は、
   前記車輪位置の垂直位置に対応するレイヤマップデータが前記マップデータに存在するか否かを判定する処理と、
   前記車輪位置の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータが存在する場合、前記車輪位置の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータを選択して更新する処理と
   を含む
   マップ更新方法。
2. 車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを取得する処理と、
   前記マップデータから取得される前記上下運動パラメータに基づいて対象車両を制御する処理と
   を含み、
   前記マップデータは、第１道路と第２道路が立体的に交差する特定エリアに関して、前記第１道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第１レイヤマップデータと、前記第２道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第２レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有し、
   前記特定エリアにおいて前記対象車両を制御する処理は、
   前記対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータが前記マップデータに存在するか否かを判定する処理と、
   前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータが存在する場合、前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータから前記上下運動パラメータを取得する処理と
   を含む
   車両制御方法。
3. １又は複数のプロセッサを備え、
   前記１又は複数のプロセッサは、
   車両の車輪の上下運動に関連する上下運動パラメータに関するマップデータを取得する処理と、
   前記マップデータから取得される前記上下運動パラメータに基づいて対象車両を制御する処理と
   を実行するように構成され、
   前記マップデータは、第１道路と第２道路が立体的に交差する特定エリアに関して、前記第１道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第１レイヤマップデータと、前記第２道路の水平位置と垂直位置と前記上下運動パラメータとの対応関係を示す第２レイヤマップデータの少なくとも一つを含むデータ構造を有し、
   前記特定エリアにおいて前記対象車両を制御する処理は、
   前記対象車両の垂直位置に対応するレイヤマップデータが前記マップデータに存在するか否かを判定する処理と、
   前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータが存在する場合、前記対象車両の前記垂直位置に対応する前記レイヤマップデータから前記上下運動パラメータを取得する処理と
   を含む
   車両制御システム。

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