WO2017094908A1

WO2017094908A1 - 車両制御装置

Info

Publication number: WO2017094908A1
Application number: PCT/JP2016/085971
Authority: WO
Inventors: 寛伊能
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-12-02
Publication date: 2017-06-08
Anticipated expiration: 2018-06-04
Also published as: US20180348776A1; JP2017100658A; JP6589608B2

Abstract

車両制御装置において制御部は、未来において自車両が通過しようとする地点の位置を表す通過目標点を取得し（Ｓ１４０）、通過目標点を通過するための軌道を生成する（Ｓ１５０）。そして、軌道に従って自車両を走行させるための自車両の制御量を演算し出力する（Ｓ１７０）。

Description

車両制御装置

関連出願の相互参照

本国際出願は、２０１５年１２月４日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１５－２３７５４９号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１５－２３７５４９号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

　本開示は、自車両の運動を制御する車両制御装置に関する。

　上記の車両制御装置としては、現在において自車両が通過すべき位置と自車両の実際の位置とのずれが小さくなるように自車両の運動を制御する装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５５６１３８５号公報

　ところで、山道等のカーブが多い道路では、道路形状と完全に一致するように走行するよりも、道路幅を一杯に使って緩やかに操舵を行うと乗り心地がよい。発明者の詳細な検討の結果、上記の車両制御装置では道路の曲率の変化と完全に一致することを目指して自車両の制御を行うことになるため乗り心地が悪くなるという課題が見出された。

　本開示の一側面においては、自車両の運動を制御する車両制御装置においては、乗り心地を向上できるようにすることが望ましい。
　本開示の一側面の車両制御装置において、目標点取得部は、未来において自車両が通過しようとする地点の位置を表す通過目標点を取得し、軌道生成部は、自車両が通過目標点を通過するための軌道を生成する。制御量演算部は、軌道に従って自車両を走行させるための自車両の制御量を演算し出力する。

　このような車両制御装置によれば、未来において自車両が通過しようとする通過目標点を設定し、通過目標点を含む軌道に従って自車両を制御するので、自車両が通過目標点に到達するまでの操舵の補正頻度を抑制することができる。よって、乗り心地を向上させることができる。つまり、従来は逐次、位置誤差及び角度誤差を補正していたが、本開示の車両制御装置によれば、連続した軌道を用いて補正することができ、乗り心地を向上させることができる。

　なお、各構成は、可能な限りにおいて任意に組み合わせることができる。この際、一部構成を除外してもよい。

本開示が適用された車両制御装置の概略構成を示すブロック図である。制御部が実行する車両制御処理を示すフローチャートである。走行軌道を設定する処理の概要を示す平面図である。

　以下に本開示にかかる実施の形態を図面と共に説明する。
　［１－１．構成］
　本開示が適用された車両制御装置１は、乗用車等の車両（以下、自車両という）に搭載されている。車両制御装置１は、自車両の運動を制御する機能を有しており、特に、目的地まで乗り心地を損なうことなく自車両を制御できるよう構成されている。

　車両制御装置１は、図１に示すように、制御部１０と、カメラ部２１と、車速センサ２２と、ＧＰＳ（全地球測位システム）受信機２３と、ヨーレートセンサ２４と、地図データベース（ＤＢ）２５と、車車間通信装置２６と、車両制御アクチュエータ２７と、舵角センサ２８と、を備えている。

　カメラ部２１は、複数のカメラを用いて自車両の周囲を撮像する周知のカメラシステムとして構成されている。カメラ部２１は、複数のカメラから得られた撮像画像を制御部１０に送る。なお、カメラ部２１は、自車両の周囲に位置する他車両の位置や速度を、画像処理を用いて認識するために用いられる。

　車速センサ２２は、自車両の走行速度を検知する周知の車速センサとして構成されている。車速センサ２２は、検知した車速を制御部１０に送る。
　ＧＰＳ受信機２３は、複数のＧＰＳ衛星から送信された電波を受信することによって自車両の位置を認識する周知のＧＰＳ受信機として構成されている。ＧＰＳ受信機２３は、自車両の緯度および経度の情報を制御部１０に送る。

　ヨーレートセンサ２４は、自車両の旋回角速度を検知する周知のヨーレートセンサとして構成されている。ヨーレートセンサ２４は、検知したヨーレートを制御部１０に送る。
　車車間通信装置２６は、通信可能範囲内に位置する他車両と位置情報を交換する通信を行う。すなわち、車車間通信装置２６は、自車両の位置情報を他車両に送るとともに、他車両から他車両を特定する情報（ＩＤ等の識別情報）と他車両の位置情報とを含む情報を受ける。車車間通信装置２６は、得られた情報を制御部１０に送る。

　地図ＤＢ２５は、緯度および経度が対応付けられた地図情報を格納する周知のデータベースとして構成されている。地図ＤＢ２５には、一般的なナビゲーションシステムにおいて用いられるような緯度および経度が対応付けられた地図データが格納されている。地図ＤＢ２５からは、制御部１０からの要求に応じて主として自車両の周囲を示す地図情報が読み出される。

　車両制御アクチュエータ２７は、自車両の自動操縦を行う際に必要となるアクチュエータを表す。例えば、車両制御アクチュエータ２７には、自車両のアクセル開度やブレーキ油圧を制御するアクチュエータや、操舵状態を制御するアクチュエータ等が含まれる。

　舵角センサ２８は、自車両の舵角を検知し、得られた情報を制御部１０に送る。
　制御部１０は、ＣＰＵ１１とＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ１２とを備えたコンピュータとして構成されている。ＣＰＵ１１は、メモリ１２に格納されたプログラムに基づいて、後述する合流支援処理等の各種処理を実施する。

　各種処理には、自車両を自動操縦する処理も含まれる。自車両を自動操縦する際には、地図ＤＢ２５から目的地までの地図情報を取得して目的地までのルートを設定する。そして、制御部１０は、カメラ部２１による撮像画像や地図情報に基づいて、実際の道路状況に合わせた制御量を生成し、この制御量に応じて車両制御アクチュエータ２７に指示を送ることによって自車両を目的地に到達させる。

　なお、制御量とは、自車両の運動を制御するために必要となる運動に関するパラメータである。例えば、制御量には、速度、加速度、旋回角速度、これらを変更するためのアクチュエータの作動量等が含まれうる。

　［１－２．処理］
　このように構成された車両制御装置１において、制御部１０は、図２に示す車両制御処理を実施する。車両制御処理は、例えば、自車両が自動運転になると開始され、その後、自車両が手動運転に切り替わると終了する。

　車両制御処理では、図２に示すように、まず、カメラ部２１による撮像画像を取得する（Ｓ１１０）。続いて、周囲情報を検出する（Ｓ１２０）。周囲情報とは、自車両の周囲に位置する他車両の位置や速度に関する情報を示す。周囲情報は、撮像画像や車車間通信、その他の各種センサによる検出結果に基づいて得られる。

　続いて、地図情報を取得する（Ｓ１３０）。地図情報は、地図ＢＤ２５から自車両の周囲の地図データを読み出すことによって得られる。この地図情報には、自車両が通過する道路の多数の地点毎に、曲率、勾配、車線幅、制限速度等の道路状態情報が含まれる。

　続いて、通過目標点を設定する（Ｓ１４０）。通過目標点は、自車両の現在地から目的地までの間であって、現在地から少なくとも道路の曲率が一定の区間内において設定される。

　例えば、自車両がこれから１００ｍ先まで曲率が一定の道路を走行する場合には、通過目標点は現在地から１００ｍ先までの区間内において任意の地点に設定される。なお、道路の曲率は完全に一定でなくても、車線幅をいっぱいに利用した際に舵角が一定のまま通過できる程度の曲率の変化であれば曲率が一定とみなしてもよい。

　続いて、通過目標点までの軌道を生成する（Ｓ１５０）。ここで、図３に示すように、自車両の現在地をＯ_ｖｈｃｌとし、通過目標点をＰ（ｘ、ｙ）とする。そして、通過目標点までの軌道を円弧軌道とする。

　より詳細に述べると、自車両のヨーレートγ、すべり角β、速度ｖとの関係は、下記の式［１］にて示すことができる。

　ただし、ψは絶対座標基準の方位角を示す。自車両の将来の軌道を表す軌道方程式は、以下のようになる。

　この式［２］を変形すると、以下のように記述できる。

　式［３］にて示す関係式を満たせば、任意の通過目標点Ｐ（ｘ、ｙ）を通過するよう自車両を制御できる。
　続いて、軌道通過条件を算出する（Ｓ１６０）。軌道通過条件とは、通過目標点Ｐ（ｘ、ｙ）を通過するための自車両の運動条件である。上記式［３］より、制御の目的関数を以下のように設定することができる。

　この式［４］においてｕ→０とすることで、通過目標点Ｐを通過するよう自車両を制御できる。つまり、任意の手法を用いて、ｕ＝０となるように自車両のヨーレートγ、すべり角β、速度ｖを設定すればよい。

　続いて、制御量を演算する（Ｓ１７０）。ここでは、車両の運動特性を利用して制御量を求める。車両の運動特性とは、車両の機械的特性や振動特性等、車両の物理運動に基づく特徴や性質を示す。

　ここではまず、リアプノフ間数候補を利用し、リアプノフ間数候補の１回微分が不定となるよう設計する。

　このとき、自車両の運動特性に基づく運動方程式を考慮する。

　ここで、実装上の容易さ、センサ値の信頼性、主に乗用車に適用されること等の諸事情を勘案して、βとβの一回微分を０とすると、式［４］［５］より下記式［７］が得られる。

　上記式［７］において式［６］を考慮すると、舵角δは、以下の式［８］にて得られる。

　なお、式［８］中のａ１１は以下にて示すことができる。

　ただし、式［９］中において、Ｋｆは前輪のコーナリングパワーを示し、ｌｆは重心点から前輪までの距離を示す。また、Ｋｒは後輪のコーナリングパワーを示し、ｌｒは重心点から後輪までの距離を示す。

　式［８］の右辺において、左から順に第１項目は、定常状態において通過目標点Ｐを通過させるための項である基礎制御量を示し、第２項目以降は、過渡状態における補正項である補正制御量を示す。

　なお、定常走行とは、ヨーレートおよび自車両の速度が一定での走行を示し、定常状態とは定常走行をしている状態を示す。また、過渡状態とは、定常状態でない状態を示す。
　第２項目は、ヨーレートが変化する際の補正項であり、第３項目は、前後方向の加速度が変化する際の補正項である。第４項目は、左右方向の加速度が変化する際の補正項であり、第５項目は、速度が変化する際の補正項である。

　続いて、演算された制御量に基づく指令を車両制御アクチュエータ２７に出力する（Ｓ１８０）。この処理によって、自車両は設定された軌道に沿って走行し得る。
　続いて、自動運転による車両制御が終了したか否かを判定する（Ｓ１９０）。車両制御が終了していなければ（Ｓ１９０：ＮＯ）、Ｓ１１０の処理に戻る。また、車両制御が終了していれば（Ｓ１９０）：ＹＥＳ）、車両制御処理を終了する。

　［１－３．効果］
　上記の車両制御装置１において制御部１０は、未来において自車両が通過しようとする地点の位置を表す通過目標点を取得し、通過目標点を通過するための軌道を生成する。また、制御部１０は、軌道に従って自車両を走行させるための自車両の制御量を演算し出力する。

　このような車両制御装置１によれば、未来において自車両が通過しようとする通過目標点を設定し、通過目標点を通過する軌道に従って自車両を制御するので、通過目標点に到達するまでの操舵の補正頻度を抑制することができる。よって、乗り心地を向上させることができる。

　上記の車両制御装置１において制御部１０は、車両における運動特性を加味して前記自車両の制御量を演算する。
　このような車両制御装置１によれば、運動特性を加味して制御量を演算するので、車両を軌道に従って良好に制御することができる。

　上記の車両制御装置１において制御部１０は、自車両が定常走行を行う定常状態における自車両の制御量を基礎制御量として演算し、基礎制御量に対して、自車両が定常走行でない過渡状態における自車両の制御量との差分を補正制御量として演算する。そして、基礎制御量と補正制御量との和を自車両の制御量として出力する。

　このような車両制御装置１によれば、定常状態における基礎制御量を過渡状態における補正制御量で補正する構成とするので、演算を簡素化することができる。
　上記の車両制御装置１において制御部１０は、軌道に沿って自車両が走行するための条件を求め、この条件を満たす制御量を演算する。

　このような車両制御装置１によれば、求めた軌道に従って自車両を走行させやすくすることができる。
　上記の車両制御装置１において制御部１０は、自車両の現在地と通過目標点とを通過する円弧軌道を生成する。

　このような車両制御装置１によれば、自車両が走行すべき軌道として円弧軌道を生成するので、簡素な演算にて乗り心地よく自車両を制御することができる。
　［２．その他の実施形態］
　本開示は、上記の実施形態によって何ら限定して解釈されない。また、上記の実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各側面に係る開示の理解を容易にする目的で使用しており、各側面に係る開示の技術的範囲を限定する意図ではない。上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

　上述した車両制御装置１の他、当該車両制御装置１を構成要素とするシステム、当該車両制御装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、車両制御方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

　［３．実施形態の構成と本開示の手段との対応関係］
　上記実施形態において制御部１０が実行する処理のうちのＳ１４０の処理は本開示でいう目標点取得部に相当し、上記実施形態においてＳ１５０の処理は本開示でいう軌道生成部に相当する。また、上記実施形態において、Ｓ１７０の処理は本開示でいう制御量演算部、基礎演算部、補正演算部、および制御量出力部に相当する。

Claims

　自車両に搭載され、自車両の運動を制御する車両制御装置（１０）であって、未来において自車両が通過しようとする地点の位置を表す通過目標点を取得する目標点取得部（Ｓ１４０）と、自車両が前記通過目標点を通過するための軌道を生成する軌道生成部（Ｓ１５０）と、前記軌道に従って自車両を走行させるための自車両の制御量を演算し出力する制御量演算部（Ｓ１７０）と、を備える車両制御装置。
　請求項１に記載の車両制御装置において、前記制御量演算部は、車両における運動特性を加味して前記自車両の制御量を演算する車両制御装置。
　請求項１または請求項２に記載の車両制御装置において、前記制御量演算部は、自車両が定常走行を行う定常状態における自車両の制御量を基礎制御量として演算する基礎演算部（Ｓ１７０：数８）と、前記基礎制御量に対して、自車両が定常走行でない過渡状態における自車両の制御量との差分を補正制御量として演算する補正演算部（Ｓ１７０：数８）と、前記基礎制御量と前記補正制御量との和を前記自車両の制御量として出力する制御量出力部（Ｓ１７０：数８）と、を備える車両制御装置。
　請求項１～請求項３の何れか１項に記載の車両制御装置において、前記制御量演算部は、前記軌道に沿って自車両が走行するための条件を求め、該条件を満たす制御量を演算する車両制御装置。
　請求項１～請求項４の何れか１項に記載の車両制御装置において、前記軌道生成部は、前記軌道として、自車両の現在地と前記通過目標点とを通過する円弧軌道を生成する車両制御装置。