WO2018150816A1

WO2018150816A1 - 車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システム

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Publication number: WO2018150816A1
Application number: PCT/JP2018/002047
Authority: WO
Inventors: 健太郎上野; 博志伊藤; 弘貴菅原
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2017-02-15
Filing date: 2018-01-24
Publication date: 2018-08-23
Also published as: CN110023164A; EP3584134A4; KR20190104569A; US20190361449A1; CN110023164B; JP6837196B2; EP3584134A1; JP2018131042A

Abstract

目標軌道に対する追従性の低下を抑制できる車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システムを提供する。　車両運動制御装置は、車両運動制御装置が搭載される車両の目標軌道上の目標位置の入力を受け付けて、目標位置を蓄積する目標位置蓄積部と、目標位置蓄積部により蓄積された過去の目標位置に対して車両を追従させる指令を車両のアクチュエータへ出力するアクチュエータ指令部と、を備える。

Description

車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システム

　本発明は、車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システムに関する。

　従来、自車両を目標軌道に沿うよう自動運転する車両運動制御装置が知られている。特許文献１には、前方注視時間後に自車両が到達する位置と目標位置とのずれに応じて操舵を決定する前方注視モデルに基づき、自車両のアクチュエータを駆動制御する技術が開示されている。

特開2016-107658号公報

　しかしながら、上記従来技術にあっては、目標位置が自車両から遠い位置にあるため、カーブ走行時の走行軌道が目標軌道に対してショートカット軌道になりやすく、目標軌道に対する追従性が低いという問題があった。
本発明の目的の一つは、目標軌道に対する追従性の低下を抑制できる車両運動制御装置、車両運動制御方法および車両運動制御システムを提供することにある。

　本発明の一実施形態における車両運動制御装置は、車両運動制御装置が搭載される車両の目標軌道上の目標位置の入力を受け付けて、目標位置を蓄積する目標位置蓄積部と、目標位置蓄積部により蓄積された過去の目標位置に対して車両を追従させる指令を車両のアクチュエータへ出力するアクチュエータ指令部と、を備える。

　よって、目標軌道に対する追従性の低下を抑制できる。

実施形態１の車両運動制御システム1の構成図である。実施形態１の車両運動制御部8の構成図である。各軌道点および自車両の位置を基準座標系上にプロットしたものである。実施形態１のアクチュエータ指令部21の制御ブロック図である。前方注視点に対する姿勢角β'と最近接点に対する姿勢角βとの差を示す説明図である。目標軌道が変更されたときの軌道点の入力方法を示す説明図である。

　〔実施形態１〕
  図１は、実施形態１の車両運動制御システム1の構成図である。
  車両運動制御システム1は、エンジン100およびモータジェネレータ101を駆動源とするハイブリッド車両に搭載されている。車両運動制御システム1は、ロケータ3、カメラユニット4、レーダ5、自動運転コントロールユニット（以下ADCU）6および車両運動制御ユニット（車両運動制御装置：以下VMCU）7を有する。
  ロケータ3は、GNSS（Global Navigation Satellite System）受信機およびジャイロセンサ等の慣性センサを有する。ロケータ3は、GNSS受信機によって受信する複数の人工衛星からの信号と慣性センサの計測結果とに基づき、自車両の位置を測位する。自車両の位置は、車両の重心点、幾何学中心点または後輪車軸中心とする。
  カメラユニット4は、ステレオカメラ4aおよび認識部4bを有する。ステレオカメラ4aは、２つのCCDにより自車両前方の所定範囲を撮影する。認識部4bは、ステレオカメラ4aで撮影された画像のずれを算出し基線長により物体（障害物）を認識し、物体までの距離を算出する。
  レーダ5は、例えばミリ波を送信アンテナから自車両の前方に向けて放出する。レーダ5は、物体で反射されたミリ波を受信アンテナによって受信し、物体までの距離を算出する。

　ADCU6は、車両位置推定部6a、周辺状況認識部6b、警告判断部6cおよび軌道生成部6dを有する。
  車両位置推定部6aは、地図データを格納するメモリを有する。車両位置推定部6aは、ロケータ3により測位された自車両の位置をダイナミックマップとマッチングさせて自車両の位置を推定する。このとき、周辺状況認識部6bにより認識された自車両周辺の状況を参照して推定精度の向上を図る。
  周辺状況認識部6bは、車両位置推定部6aにより推定された自車両の位置と、カメラユニット4およびレーダ5により算出された物体までの距離とに基づき、自車両周辺の状況を認識する。自車両周辺の状況は、例えば、カーブの曲率（曲率半径）、回転角、開始位置等の道路情報、移動物体（歩行者、自転車、オートバイ、他の車両等）および静止物体（路上の落下物、交通信号、ガードレール、縁石、道路標識、道路標示、区画線、樹木等）等である。
  警告判断部6cは、周辺状況認識部6bにより認識された自車両周辺の状況から判断される衝突、接触や車線逸脱の可能性の有無に基づき、ドライバへの警告の要否を判断する。

　軌道生成部6dは、自動運転に係る運転支援機能における自車両の目標軌道を生成する。運転支援機能は、例えば、巡航制御機能(以下ACC)、車線維持支援機能(以下LKS)、自動運転機能（以下AD）、自動緊急ブレーキ機能(以下AEB)や緊急操舵回避支援機能である。このうち、ACCおよびLKSは、ドライバのスイッチ操作等により作動／非作動を切り替え可能である。目標軌道は、前方注視時間（前方注視距離／車速）後における自車両の軌道点（目標位置）である。軌道生成部6dは、生成した軌道点において自車両が目標とするヨー角および車速を生成する。軌道生成部6dは、所定時間間隔で軌道点、ヨー角および車速（以下、軌道点等とも言う。）を生成し、VMCU7へ出力する。自車両のヨー角は、自車両の前後軸方向と路面に固定された基準軸方向（路面固定座標系のx軸方向など）との成す角度である。軌道生成部6dからVMCU7へ出力するヨー角は、自車両の前後軸方向と軌道点上での軌道の接線方向のなす角度であってもよい。各運転支援機能の軌道点および車速は、公知の手法を用いて生成される。例えば、LKSでは、走行路の中央に軌道点を設定し、ドライバにより設定された設定車速を軌道点の車速とする。また、ACCでは、先行車が存在する場合、先行車上に軌道点を設定し、先行車に対して所定の車間距離を維持できる車速を軌道点の車速とする。ACCにおいて先行車が存在しない場合は、LKSと同様である。ADでは、設定された目標経路上に軌道点を設定し、走行している道路上で設定された制限車速や自動運転に適当であると判断された目標車速を軌道点の車速とする。また、各運転支援機能のヨー角は、自車両の前後軸方向が目標軌道の接線方向と一致する角度とする。

　軌道生成部6dは、複数の運転支援機能が作動中である場合、各軌道点のうち最も緊急度が高い運転支援機能の軌道点等を選択し、出力する。例えば、LKSの作動中に緊急操舵回避支援機能が起動した場合や、車線変更が必要となった場合には、緊急操舵回避支援機能や車線変更のための軌道点等が選択される。
なお、軌道生成部6dは、緊急回避や車線変更などに伴い目標軌道を変更した場合、自車両の位置に最も近い軌道点等から順に前方注視距離の軌道点等まで連続して軌道点等を出力する。通信容量次第では複数の軌道点等を同時に送信してもよい。このとき、ADCU6は、自車両が変更後の軌道点のうち自車両に最も近い軌道点に到達する前に、次の軌道点を出力するよう、自車両の車速等に応じて軌道点等の送信間隔を短縮するか軌道点と軌道点の間の距離を拡張する。この送信時間の短縮あるいは点間距離の拡張は、目標軌道が変更されてから前方注視距離の軌道点等を送信するまで行われる。

　VMCU7は、通常用制御部7a、セーフステート用制御部7b、異常検知部7cおよびセレクタ7dを有する。
  通常用制御部7aは、車両運動制御部8および警告制御部9を有する。
  車両運動制御部8は、軌道生成部6dから出力された軌道点等に対して自車両を追従させる指令（操舵指令、加速または減速指令）をセレクタ7dへ出力する。車両運動制御部8の詳細については後述する。
  警告制御部9は、警告判断部6cによりドライバへの警告が必要であると判断されたとき、スピーカーから警告音や音声を発してドライバに警告を行う。

　セーフステート用制御部7bは、ADCU6の異常等によりVMCU7が軌道点等を受信できない場合、所定時間の間、ADCU6に代えて軌道点等を生成すると共に、通常用制御部7aに代えて軌道点等に対して自車両を追従させる指令をセレクタ7dへ出力する。セーフステート用制御部7bは、軌道バッファ部10、LKS/AEB制御部11、車両位置推定部12、車両運動制御部（フェールセーフ用アクチュエータ指令部）13および警告制御部14を有する。
  軌道バッファ部10は、軌道生成部6dから出力された軌道点等を蓄積する。
  LKS/AEB制御部11は、カメラユニット4により認識された物体および物体までの距離に基づき、LKSおよびAEBの軌道点等を、軌道生成部6dと同様に公知の手法を用いて生成する。
  車両位置推定部12は、地図データを格納するメモリを有する。車両位置推定部12は、ロケータ3により測位された自車両の位置に基づき、ダイナミックマップとのマッチングにより自車両の位置を推定する。
  車両運動制御部13は、VMCU7が軌道点等を受信できない場合、LKS/AEB制御部11により生成されたLKSおよびAEBの軌道点等に対して自車両を追従させる指令（加速指令、減速指令、操舵指令）をセレクタ7dへ出力する（フェールセーフ用アクチュエータ指令ステップ）。車両運動制御部13は、LKS/AEB制御部11により生成された軌道点等では安全な走行が維持できないと判断した場合、軌道バッファ部10に蓄積された軌道点等に対して所定時間自車両を追従させる指令をセレクタ7dへ出力する。
  警告制御部14は、VMCU7が軌道点等を受信できない場合、スピーカーから警告音や音声を発して運転支援機能の異常をドライバに警告する。

　異常検知部7cは、後述する各アクチュエータの異常を検出する。
セレクタ7dは、車両運動制御部8または車両運動制御部13から出力された指令を実行するアクチュエータを選択し、対応するコントロールユニットへ指令を出力する。車両運動制御システム1は、アクチュエータとしてエンジン100、モータジェネレータ101、電動型制御ブレーキ102、電動パーキングブレーキ103、VDCユニット104、電動パワーステアリング装置105）を有する。電動型制御ブレーキ102は、電動モータによりブレーキマスタシリンダに液圧を発生させることで各輪の摩擦ブレーキ力を制御する。VDCユニット104は、電動ポンプにより各輪の摩擦ブレーキ力を個別に制御する。コントロールユニットは、エンジンコントロールユニット111、モータコントロールユニット112、電動型制御ブレーキコントロールユニット113、電動パーキングブレーキコントロールユニット114、VDCコントロールユニット115、電動パワーステアリングコントロールユニット116である。各コントロールユニットは、車両運動制御部8から出力された指令に応じて対応するアクチュエータを制御する。
セレクタ7dは、加速指令を実行するアクチュエータとしてエンジン100を選択する。セレクタ7dは、異常検知部7cによりエンジン100の異常が検知された場合、エンジン100に代えてモータジェネレータ101を選択する。セレクタ7dは、減速指令を実行するアクチュエータとして電動型制御ブレーキ102を選択する。セレクタ7dは、異常検知部7cにより電動型制御ブレーキ102の異常が検知された場合、電動型制御ブレーキ102に代えて電動パーキングブレーキ103またはVDCユニット104を選択する。セレクタ7dは、操舵指令を実行するアクチュエータとして電動パワーステアリング装置105を選択する。セレクタ7dは、異常検知部7cにより電動パワーステアリング装置105の異常が検知された場合、電動パワーステアリング装置105に代えてVDCユニット104を選択する。

　図２は、実施形態１の車両運動制御部8の構成図である。
車両運動制御部8は、軌道バッファ部（目標位置蓄積部）15、車両位置推定部16、曲率演算部17、最近接点演算部18、姿勢角演算部19、相対位置演算部20およびアクチュエータ指令部21を有する。
軌道バッファ部15は、軌道生成部6dから出力された軌道点等を所定時間間隔で入力し、蓄積する（目標位置蓄積ステップ）。軌道点は、図３に示すように、軌道点等を受信したときの車両座標系を基準座標系とする二次元座標上の点として記憶される。基準座標系は、軌道点等を受信したときの自車両の位置を原点とし、自車両の前後軸方向にx軸、自車両の車幅方向にy軸が設定されている。ヨー角は、自車両の前後軸方向と基準座標系のx軸方向との成す角度に置き換えられて記憶される。ここで、緊急回避時や車線変更などで目標軌道が変更される場合がある。この場合、軌道バッファ部15は、変更後の軌道点等のうち自車両の位置に最も近い軌道点等から順に前方注視距離の軌道点等まで連続して軌道点等を受信する。軌道バッファ部15に蓄積された変更前の軌道点等は破棄される。このとき、軌道バッファ部15は、自車両が変更後の軌道点のうち自車両に最も近い軌道点に到達する前に、次の軌道点を入力するよう、自車両の車速等に応じて軌道点等の受信間隔を短縮するか軌道点と軌道点の間の距離を拡張する。この受信間隔の変更あるいは点間距離の拡張は、目標軌道が変更されてから前方注視距離の軌道点等を受信するまで行われる。

　車両位置推定部16は、自車両の内部センサから得られる車輪速、ヨーレイト、前後加速度、左右加速度（横加速度）等の積分値に基づく、いわゆるデッドレコニングにより自車両の位置を推定する（自車位置推定ステップ）。
曲率演算部17は、軌道バッファ部15に蓄積された各軌道点から目標軌道の曲率および曲率変化を演算する（曲率演算ステップ）。例えば、各軌道点を滑らかに結ぶ曲線の曲率および曲率変化を求め、これらを目標軌道の曲率および曲率変化としてもよい。
最近接点演算部18は、軌道バッファ部15に蓄積された各軌道点を結ぶ線上で自車両の位置に最も近い点である最近接点（最近接目標位置）を演算する。図３に示すように、現在の車両座標系を基準座標系上に投影することにより、軌道バッファ部15に蓄積された各軌道点（軌道点1(x₁,y₁,θ₁,v₁)、軌道点2(x₂,y₂,θ₂,v₂)、軌道点3(x₃,y₃,θ₃,v₃)、軌道点4(x₄,y₄,θ₄,v₄)）と自車両との位置関係がわかる。xはx座標、yはy座標、θはヨー角、vは車速である。図３において、例えば、軌道点2のヨー角θ₂は、目標軌道の接線方向と一致する角度であるため、例えば、θ₂≒｛（軌道点1,2間を結ぶ線分の角度×軌道点2,3間の距離）＋（軌道点2,3間を結ぶ線分の角度×軌道点1,2間の距離）｝／（軌道点1,2間の距離＋軌道点2,3間の距離）となる。目標軌道は各軌道点1,2,3,4を滑らかに結ぶ曲線状であるため、上記式を用いることで自車両の前後軸方向を目標軌道の接線方向と一致させるヨー角が求められる。図３のケースでは、軌道点3,4間を結ぶ線分上に最近接点(x_n,y_n,θ_n,v_n)が設定される。最近接点のヨー角θ_nは、軌道点3のヨー角θ₃と軌道点4のヨー角θ₄の中間値とする。また、最近接点の車速v_nは、軌道点3の車速v₃と軌道点4の車速v₄の平均値とする。

　姿勢角演算部19は、曲率演算部17により演算された目標軌道の曲率および曲率変化に基づき、最近接点演算部18により演算された最近接点において自車両の進行方向を最近接点のヨー角、すなわち目標軌道の接線方向と一致させるために必要な自車両の姿勢角を、車速等も考慮して演算する（姿勢角演算ステップ）。姿勢角は、自車両の進行方向と前後軸方向との成す角度である。姿勢角演算部19は、カーブ走行時に自車両上の所定の1点（自車両の位置）が目標軌道上を通過するよう、自車両の正面方向を自車両の進行方向よりも旋回外側へ向かせる姿勢角を演算する。
相対位置演算部20は、車両位置推定部16により推定された自車両の位置に対する最近接点演算部18により演算された最近接点の相対位置を演算する（相対位置演算ステップ）。図３のケースでは、自車両の位置と最近接点との距離y_resが左右位置偏差であり、車速v_resの左右位置偏差方向の成分が左右速度y'_resである。

　アクチュエータ指令部21は、姿勢角演算部19により演算された姿勢角に基づき最近接点のヨー角を補正する。アクチュエータ指令部21は、相対位置演算部20により演算された最近接点の相対位置に基づき、自車両を狙いとする車速および補正後のヨー角で最近接点を通過させるために操舵指令と、加速または減速指令とを生成し、セレクタ7dへ出力する（アクチュエータ指令ステップ）。操舵指令は、ヨーレイト指令、左右位置指令およびヨー角指令である。
  図４は、アクチュエータ指令部21の制御ブロック図である。
  乗算器22は、ヨーレイト指令に車速を乗じて左右加速度指令を出力する。減算器23は、左右位置指令から左右位置を減じて左右位置偏差指令を出力する。ゲインブロック24は、左右位置偏差指令に位置ゲインK_pを乗じて左右速度指令を出力する。減算器25は、左右速度指令から左右速度を減じて左右速度偏差指令を出力する。ゲインブロック26は、左右速度偏差指令に速度ゲインK_dを乗じて左右加速度偏差指令を出力する。加算器27は、左右加速度指令に左右加速度偏差指令を加算して出力する。プラントモデル（車両モデル）29は、外乱を打ち消す左右加速度指令を入力し、左右加速度およびヨーレイトを出力する。
  二階積分ブロック33は、左右加速度を二階積分して左右位置を演算する。一階積分ブロック34は、ヨーレイトを一階積分してヨー角を演算する。減算器35は、ヨー角からヨー角指令を減じてヨー角偏差を演算する。一階微分ブロック36は、ヨー角偏差を一階微分してヨーレイト偏差を演算する。乗算器37は、ヨーレイト偏差に車速を乗じて左右速度を演算する。

　次に、実施形態１の作用効果を説明する。
近年、自動運転の機能が大きくなり、ACCやLKS等の個別の運転支援機能の集合から、外界認識、軌道計画、経路生成、制御と論理構成に基づいたシステム設計が必要となっている。実施形態１の車両運動制御システム1は、各運転支援機能の目標軌道に基づく軌道点を計算する上位コントローラ(ADCU6)、外界認識センサ（ロケータ3、カメラユニット4）および車両の各アクチュエータと接続し、ADCU6から与えられた軌道点を保持し、自車両を目標軌道に追従させる指令を各アクチュエータへ出力するVMCU7を有する。VMCU7は、軌道点に基づく指令によりアクチュエータ制御を行うため、シンプルなシステム構成で自動運転に係る各運転支援機能を実現できる。また、VMCU7は同じ制御特性で各運転支援機能が要求する車両運動を実現できる。さらに、VMCU7は、外界認識センサと接続されているため、ADCU6が失陥した場合には、外界認識センサから得られた情報に基づき、単独で各運転支援機能を実現できる。

　ここで、前方注視モデルに基づく従来の車両運動制御装置では、数秒先に自車両が到達する位置と目標位置とのずれに応じて操舵を決定している。つまり、目標位置が自車両から遠い位置にあるため、旋回時の走行軌道は目標軌道に対してショートカット軌道になりやすく、目標軌道に対する追従性が低い。特に、低速（例えば、クリープ速度から20km/h程度までの車速域）で急カーブ（例えば、半径5～10m程度のカーブ）を走行するシーンでは、ショートカット軌道が顕著となり、車線逸脱の可能性が高まる。ここで、自動駐車システムのように予め駐車開始位置から駐車位置までの操作パターンを予め決めておく手法を用いることで、低速で急カーブを走行する際のショートカット軌道を回避できる。しかしながら、自動駐車システムは低車速域を前提としており、車速が高くなると必然的に目標位置と実際の位置との偏差が大きくなるため、大幅な補正を強いられる。つまり、自動駐車システムの手法は市街地や高速道路のような中高車速域における車両運動制御には適さず、汎用性に欠ける。なお、通常は前方注視モデルに基づく車両運動制御を行い、低速で急カーブを走行するときだけ自動駐車システムの手法を適用した場合、制御特性が不連続となる。制御特性が不連続である場合、両制御の切り替え時（過渡時）に両制御が整合せず、目標軌道に対する追従性低下を招くおそれがある。

　これに対し、実施形態１のVMCU7は、ADCU6から出力された軌道点等を蓄積する軌道バッファ部15と、軌道バッファ部15に蓄積された各軌道点を結ぶ線上で自車両の位置に最も近い点である最近接点に対して自車両を追従させる指令を各アクチュエータへ出力するアクチュエータ指令部21と、を備える。最近接点は、直近に蓄積された現在（最新）の軌道点よりも前に蓄積された２軌道点間を結ぶ線分上に設定される過去の目標位置である。つまり、実施形態１のVMCU7では、前方注視点よりも自車両に近い軌道点に対して自車両を追従させるため、前方注視モデルを採用した場合と比較して、カーブ走行時にショートカット軌道が生じにくくなる。この結果、車両運動制御において目標軌道に対する追従性の低下を抑制できる。さらに、最近接点は、自車両に最も近い目標軌道上の点であるため、低速で急カーブを走行する場合であってもショートカット軌道が生じにくくなる。加えて、車速や道路形状に応じて制御特性を切り替える必要がない。よって、実施形態１のVMCU7は、車速や目標軌道の形状にかかわらず、目標軌道に対する追従性の低下を抑制できる。

　なお、従来の車両運動制御装置では、自車両を追従させる目標位置を自車両からある程度離れた位置とせざるを得ない。最近接点のような自車両近傍は、ステレオカメラの撮影範囲外（死角）となるため、ステレオカメラで目標位置を認識できないからである。これに対し、実施形態１のVMCU7は、ADCU6から入力した軌道点を蓄積する軌道バッファ部15を有するため、カメラユニット4の死角となる最近接点を把握でき、最近接点に自車両を追従させる制御を実現できた。
VMCU7は、デッドレコニングにより自車両の位置を推定する車両位置推定部16と、推定された自車両の位置に対する最近接点の相対位置を演算する相対位置演算部20と、を備え、アクチュエータ指令部21は、演算された相対位置に基づき、最近接点に自車両を追従させる指令を出力する。自車両を最近接点に対して追従させるためには、与えられた各軌道点が自車両座標上のどこにあるのかを推定する必要がある。よって、自車両の位置変化を推定し、与えられた軌道点と自車両との相対関係を常に把握することにより、目標軌道に対する自車両の追従性を向上できる。

　VMCU7は、蓄積された各軌道点から目標軌道の曲率を演算する曲率演算部17と、演算された曲率および曲率変化に基づき、最近接点における自車両の進行方向と目標軌道の接線方向とを一致させるために必要な姿勢角を演算する姿勢角演算部19と、を備え、アクチュエータ指令部21は、演算された姿勢角に基づき、最近接点における自車両の正面方向を、最近接点における目標軌道の接線方向よりも旋回外側に傾ける指令を出力する。低速で急カーブを走行する際、自車両を目標軌道に追従させるためには、目標軌道の接線方向に対して自車両の正面方向を旋回外側に大きく傾ける必要がある。ここで、前方注視モデルに基づく車両運動制御では、自車両の進行方向と自車両の前後軸方向とが略一致していると仮定し、自車両の正面方向を前方注視点に向かせている。このため、低速で急カーブを走行した場合、自車両の正面方向が自車両の位置における目標軌道の接線方向よりも旋回内側を向くことになり、目標軌道に追従できない。

　また、図５において、前方注視点における目標軌道の接線と自車両の位置（＝最近接点）における自車両の正面方向との成す角度を姿勢角β'として算出した場合を考える。この場合、β'は現在の自車両の位置で必要な姿勢角βと異なる角度となる。よって、自車両の位置でβ'となるように自車両のヨー角を制御しても目標軌道には追従できない。一方、実施形態１のVMCU7は、現在の自車両の位置で必要な姿勢角βを演算し、βとなるように自車両のヨー角を制御する。つまり、VMCU7は、カーブ走行時、自車両上の所定の点（重心点等）が描く軌跡の接線に対し、自車両の正面方向が常に旋回外側を向くように自車両を制御する。これにより、自車両上の所定の１点が目標軌道上を通過するように自車両をコントロールできる。特に、所定曲率（例えば、半径5～10m程度のカーブ）の急カーブを所定車速（例えば、クリープ速度から20km/h程度までの車速域）で走行する場合には、自車両の走行軌道が目標軌道に対してショートカット軌道となるのを回避できるため、前方注視モデルを採用した場合と比較して、目標軌道に対する追従性を大幅に向上できる。

　車両運動制御部13は、VMCU7が軌道点等を受信できない場合、LKS/AEB制御部11により生成されたLKSおよびAEBの軌道点等に対して自車両を追従させる指令（加速指令、減速指令、操舵指令）をセレクタ7dへ出力する、または、LKS/AEB制御部11により生成された軌道点等では安全な走行が維持できないと判断した場合、軌道バッファ部10に蓄積された軌道点等に対して所定時間自車両を追従させる指令をセレクタ7dへ出力する。これにより、上位コントローラ（ADCU6）または通信に失陥が生じたことにより、VMCU7が軌道点等を受信できない場合であっても、最低限の運転支援機能を維持できる。
車両運動制御システム1は、自車両に前後方向加速度を付与するアクチュエータ（エンジン100、モータジェネレータ101、電動型制御ブレーキ102、電動パーキングブレーキ103）および自車両にヨーモーメントを付与するアクチュエータ（電動パワーステアリング装置105、VDCユニット104）をそれぞれ複数備え、アクチュエータ指令部21は、アクチュエータのうちいずれかが失陥した場合、失陥していないアクチュエータに指令を出力する。例えば、エンジン100が失陥した場合、モータジェネレータ101に加速指令を出力する。また、電動型制御ブレーキ102が失陥した場合、電動パーキングブレーキ103に減速指令を出力する。電動パワーステアリング装置105が失陥した場合、VDCユニット104に操舵指令を出力する。同等の機能を有するアクチュエータを冗長化することにより、作動中のアクチュエータが失陥した場合であっても、正常なアクチュエータを作動させて運転支援機能を継続できる。

　軌道バッファ部15は、目標軌道が変更された場合、自車両が変更後の軌道点のうち自車両に最も近い軌道点に到達する前に次の軌道点を入力する。図６は、目標軌道が変更されたときの軌道点の入力方法を示す説明図である。目標軌道が変更前の目標軌道から変更後の目標軌道に変更されると、軌道バッファ部15は、蓄積した変更前の各軌道点1～4を破棄し、変更後の目標軌道のうち現在の自車両の位置から最も近い軌道点1から順に連続して軌道点2～Nを入力する。軌道点Nは、前方注視時間後の軌道点である。このとき、自車両が変更後の目標軌道の軌道点1に到達するよりも早く目標軌道が延びるような受信間隔で軌道点2～Nを順に入力する。ここで、目標軌道が変更された際、仮に前方注視時間後の目標軌道を入力する手法を継続した場合、自車両の位置から前方注視時間後の軌道点に至る目標軌道が不明であるため、変更された目標軌道に追従できない。これに対し、目標軌道が変更された際、自車両に近い軌道点から順に、かつ、自車両が軌道点に到達するよりも早いペースで軌道点を受信することにより、最近接点に対する追従が可能である。よって、緊急回避や車線変更などに伴い目標軌道が変更された場合であっても、変更後の目標軌道に対する追従性を向上できる。

　〔実施形態２〕
  実施形態２では、自車両の走行状態に応じて自車両を追従させる目標位置を選択する点で実施形態１と相違する。
  最近接点演算部18は、自車両が高速走行している場合に限り、軌道バッファ部15に蓄積された各軌道点のうち最近接点よりも進行方向前方にある軌道点を目標軌道点として出力する。このとき、自車両の車速が高いほどより自車両から離れた軌道点を目標軌道点としてもよい。相対位置演算部20は、自車両の位置に対する目標軌道点の相対位置を演算する。アクチュエータ指令部21は、目標軌道点の相対位置に基づいて操舵指令、加速または減速指令を生成し、セレクタ7dへ出力する。
  ショートカットによる車線逸脱は低速で急カーブを走行する際に生じるため、低速走行中は追従制御の目標位置を最近接点とすることにより、自車両の走行軌道がショートカット軌道となるのを抑制できる。一方、高速走行を前提とする高速道路には急カーブが存在しないため、ショートカットによる車線逸脱が生じない。よって、高速走行中は追従制御の目標軌道点を最近接点よりも進行方向前方に設定することで、追従制御のゲインが小さくなるため、追従制御に伴う車両挙動変化を抑制できる。つまり、実施形態２では、走行状態（車速）に応じて目標位置を選択することにより、低速走行時における目標軌道への追従性低下を抑制しつつ、高速走行時における乗り心地を改善できる。

　以上説明した実施形態から把握し得る他の態様について、以下に記載する。
  車両運動制御装置は、その一つの態様において、前記車両運動制御装置が搭載される車両の目標軌道上の目標位置の入力を受け付けて、前記目標位置を蓄積する目標位置蓄積部と、前記目標位置蓄積部により蓄積された過去の目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記車両のアクチュエータへ出力するアクチュエータ指令部と、を備える。
  より好ましい態様では、上記態様において、前記アクチュエータ指令部は、前記過去の目標位置のうち前記車両に最も近い最近接目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力する。
  別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記車両の位置を推定する車両位置推定部と、前記車両位置推定部により推定された前記車両の位置に対する前記最近接目標位置の相対位置を演算する相対位置演算部と、を備え、前記アクチュエータ指令部は、前記相対位置演算部により演算された前記相対位置に基づき、前記最近接目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力する。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記目標位置蓄積部により蓄積された各目標位置から前記目標軌道の曲率を演算する曲率演算部と、前記車両の進行方向と前記車両の前後軸方向との成す角度を姿勢角としたとき、前記曲率演算部により演算された前記曲率に基づき、前記過去の目標位置における前記車両の進行方向を前記目標軌道の接線方向と一致させるために必要な前記姿勢角を演算する姿勢角演算部と、を備え、前記アクチュエータ指令部は、前記姿勢角演算部により演算された前記姿勢角に基づき、前記車両の正面方向を前記目標軌道の接線方向よりも旋回方向に対する外側に傾ける指令を前記指令として出力する。

　さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記アクチュエータ指令部は、前記過去の目標位置のうち前記車両の走行状態に応じた目標位置を選択し、当該選択された目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力する。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記車両運動制御装置は、フェールセーフ用アクチュエータ指令部を備える。前記フェールセーフ用アクチュエータ指令部は、前記目標位置蓄積部が前記目標位置を蓄積できない場合、前記車両に搭載された外界認識部により取得される外界認識情報に基づく軌道に前記車両を追従させる指令を出力するか、または、前記目標位置蓄積部により蓄積された過去の目標位置に基づく軌道に前記車両を追従させる指令を出力する。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記車両の位置を推定する車両位置推定部を備え、前記目標位置蓄積部は、前記目標軌道が変更された場合、変更後の目標軌道上の目標位置に前記車両が到達する前に次の目標位置の入力を受け付ける。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記アクチュエータは複数のアクチュエータを備え、前記アクチュエータ指令部は、前記複数のアクチュエータのうちいずれかかが失陥した場合、失陥していないアクチュエータに前記指令を出力する。

　また、他の観点から、車両運動制御装置は、ある態様において、前記車両運動制御装置が搭載される車両を目標軌道に沿って走行させる車両運動制御装置であって、カーブ走行時、前記車両上の所定の点が描く軌跡の接線に対し、前記車両の正面方向が常に旋回方向に対して外側を向くように前記車両を制御する。
  好ましくは、上記態様において、前記カーブの曲率が所定曲率よりも大きい場合に、前記接線に対し前記車両の正面方向が常に旋回方向に対して外側を向くように前記車両を制御する。
  別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記車両の車速が所定車速よりも低い場合に、前記接線に対し前記車両の正面方向が常に旋回方向に対して外側を向くように前記車両を制御する。
  また、他の観点から、車両運動制御方法は、ある態様において、制御されるべき車両の目標軌道上の目標位置の入力を受け付けて、前記目標位置を蓄積する目標位置蓄積ステップと、前記目標位置蓄積ステップにより蓄積された過去の目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記車両のアクチュエータへ出力するアクチュエータ指令ステップと、を備える。
  好ましくは、上記態様において、前記アクチュエータ指令ステップは、前記過去の目標位置のうち前記車両に最も近い最近接目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力するステップを備える。

　別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記車両の位置を推定する車両位置推定ステップと、前記車両位置推定ステップにより推定された前記車両の位置に対する前記最近接目標位置の相対位置を演算する相対位置演算ステップと、を備え、前記アクチュエータ指令ステップは、前記相対位置演算ステップにより演算された前記相対位置に基づき、前記最近接目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力するステップを備える。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記目標位置蓄積ステップにより蓄積された各目標位置から前記目標軌道の曲率を演算する曲率演算ステップと、前記車両の進行方向と前記車両の前後軸方向との成す角度を姿勢角としたとき、前記曲率演算ステップにより演算された前記曲率に基づき、前記過去の目標位置における前記車両の進行方向を前記目標軌道の接線方向と一致させるために必要な前記姿勢角を演算する姿勢角演算ステップと、を備え、前記アクチュエータ指令ステップは、前記姿勢角演算ステップにより演算された前記姿勢角に基づき、前記車両の正面方向を前記目標軌道の接線方向よりも旋回方向に対する外側に傾ける指令を前記指令として出力するステップを備える。
さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記アクチュエータ指令ステップは、前記過去の目標位置のうち前記車両の走行状態に応じた目標位置を選択し、当該選択された目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力するステップを備える。

　さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記車両運動制御方法は、フェールセーフのために第２の指令をアクチュエータへ出力するフェールセーフ用アクチュエータ指令ステップを備える。前記フェールセーフ用アクチュエータ指令ステップは、前記目標位置蓄積ステップにより前記目標位置を蓄積できない場合、前記車両に搭載された外界認識部により取得される外界認識情報に基づく軌道に前記車両を追従させる指令を前記第２の指令として出力するステップ、または、前記目標位置蓄積ステップにより蓄積された前記目標位置に基づく軌道に前記車両を追従させる指令を前記第２の指令として出力するステップを備える。
  さらに別の好ましい態様では、上記態様のいずれかにおいて、前記車両の位置を推定する車両位置推定ステップを備え、前記目標位置蓄積ステップは、前記目標軌道が変更された場合、変更後の目標軌道上の目標位置に前記車両が到達する前に次の目標位置の入力を受け付けるステップを備える。
  また、他の観点から、車両運動制御システムは、ある態様において、前記車両運動システムが搭載される車両の目標軌道を演算する目標軌道演算部を有する自動運転コントロールユニットと、前記目標軌道演算部により演算された前記目標軌道上の目標位置の入力を受け付け、前記目標位置を蓄積する目標位置蓄積部と、前記目標位置蓄積部に蓄積された過去の目標位置に対して前記車両を追従させる指令を出力するアクチュエータ指令部と、を有する車両運動制御ユニットと、前記アクチュエータ指令部から出力された前記指令に応じて前記車両を制御するアクチュエータと、を備える。
  好ましくは、上記態様において、前記アクチュエータ指令部は、前記過去の目標位置のうち前記車両に最も近い目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力する。

　以上、本発明のいくつかの実施形態について説明してきたが、上述した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれる。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。

　本願は、２０１７年２月１５日出願の日本特許出願番号２０１７－２５５６４号に基づく優先権を主張する。２０１７年２月１５日出願の日本特許出願番号２０１７－２５５６４号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書を含む全ての開示内容は、参照により全体として本願に組み込まれる。

1　車両運動制御システム、6　自動運転コントロールユニット、7　車両運動制御ユニット（車両運動制御装置）、13　車両運動制御部（フェールセーフ用アクチュエータ指令部）、15　軌道バッファ部（目標位置蓄積部）、16　車両位置推定部、17　曲率演算部、19　姿勢角演算部、20　相対位置演算部、21　アクチュエータ指令部、100　エンジン（アクチュエータ）、101　モータジェネレータ（アクチュエータ）、102　電動型制御ブレーキ（アクチュエータ）、103　電動パーキングブレーキ（アクチュエータ）、104　VDCユニット（アクチュエータ）、105　電動パワーステアリング装置（アクチュエータ）

Claims

　車両運動制御装置であって、
　前記車両運動制御装置が搭載される車両の目標軌道上の目標位置の入力を受け付けて、前記目標位置を蓄積する目標位置蓄積部と、
　前記目標位置蓄積部により蓄積された過去の目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記車両のアクチュエータへ出力するアクチュエータ指令部と、
　を備える車両運動制御装置。
　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
　前記アクチュエータ指令部は、前記過去の目標位置のうち前記車両に最も近い最近接目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力する
　車両運動制御装置。
　請求項２に記載の車両運動制御装置において、
　前記車両の位置を推定する車両位置推定部と、
　前記車両位置推定部により推定された前記車両の位置に対する前記最近接目標位置の相対位置を演算する相対位置演算部と、
　を備え、
　前記アクチュエータ指令部は、前記相対位置演算部により演算された前記相対位置に基づき、前記最近接目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力する
　車両運動制御装置。
　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
　前記目標位置蓄積部により蓄積された各目標位置から前記目標軌道の曲率を演算する曲率演算部と、
　前記車両の進行方向と前記車両の前後軸方向との成す角度を姿勢角としたとき、前記曲率演算部により演算された前記曲率に基づき、前記過去の目標位置における前記車両の進行方向を前記目標軌道の接線方向と一致させるために必要な前記姿勢角を演算する姿勢角演算部と、
　を備え、
　前記アクチュエータ指令部は、前記姿勢角演算部により演算された前記姿勢角に基づき、前記車両の正面方向を前記目標軌道の接線方向よりも旋回方向に対する外側に傾ける指令を前記指令として出力する
　車両運動制御装置。
　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
　前記アクチュエータ指令部は、前記過去の目標位置のうち前記車両の走行状態に応じた目標位置を選択し、当該選択された目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力する
　車両運動制御装置。
　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
　フェールセーフ用アクチュエータ指令部を備え、
　前記フェールセーフ用アクチュエータ指令部は、
　　前記目標位置蓄積部が前記目標位置を蓄積できない場合、前記車両に搭載された外界認識部により取得される外界認識情報に基づく軌道に前記車両を追従させる指令を出力するか、または、
　　前記目標位置蓄積部により蓄積された過去の目標位置に基づく軌道に前記車両を追従させる指令を出力する
　車両運動制御装置。
　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
　前記車両の位置を推定する車両位置推定部を備え、
　前記目標位置蓄積部は、前記目標軌道が変更された場合、変更後の目標軌道上の目標位置に前記車両が到達する前に次の目標位置の入力を受け付ける
　車両運動制御装置。
　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
　前記アクチュエータは複数のアクチュエータを備え、
　前記アクチュエータ指令部は、前記複数のアクチュエータのうちいずれかかが失陥した場合、失陥していないアクチュエータに前記指令を出力する
　車両運動制御装置。
　車両運動制御装置であって、
　前記車両運動制御装置が搭載される車両を目標軌道に沿って走行させる車両運動制御装置であって、
　カーブ走行時、前記車両上の所定の点が描く軌跡の接線に対し、前記車両の正面方向が常に旋回方向に対して外側を向くように前記車両を制御する
　車両運動制御装置。
　請求項９に記載の車両運動制御装置において、
　前記カーブの曲率が所定曲率よりも大きい場合に、前記接線に対し前記車両の正面方向が常に旋回方向に対して外側を向くように前記車両を制御する
　車両運動制御装置。
　請求項１０に記載の車両運動制御装置において、
　前記車両の車速が所定車速よりも低い場合に、前記接線に対し前記車両の正面方向が常に旋回方向に対して外側を向くように前記車両を制御する
　車両運動制御装置。
　車両運動制御方法であって、
　制御されるべき車両の目標軌道上の目標位置の入力を受け付けて、前記目標位置を蓄積する目標位置蓄積ステップと、
　前記目標位置蓄積ステップにより蓄積された過去の目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記車両のアクチュエータへ出力するアクチュエータ指令ステップと、
　を備える車両運動制御方法。
　請求項１２に記載の車両運動制御方法において、
　前記アクチュエータ指令ステップは、前記過去の目標位置のうち前記車両に最も近い最近接目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力するステップを備える
　車両運動制御方法。
　請求項１３に記載の車両運動制御方法において、
　前記車両の位置を推定する車両位置推定ステップと、
　前記車両位置推定ステップにより推定された前記車両の位置に対する前記最近接目標位置の相対位置を演算する相対位置演算ステップと、
　を備え、
　前記アクチュエータ指令ステップは、前記相対位置演算ステップにより演算された前記相対位置に基づき、前記最近接目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力するステップを備える
　車両運動制御方法。
　請求項１２に記載の車両運動制御方法において、
　前記目標位置蓄積ステップにより蓄積された各目標位置から前記目標軌道の曲率を演算する曲率演算ステップと、
　前記車両の進行方向と前記車両の前後軸方向との成す角度を姿勢角としたとき、前記曲率演算ステップにより演算された前記曲率に基づき、前記過去の目標位置における前記車両の進行方向を前記目標軌道の接線方向と一致させるために必要な前記姿勢角を演算する姿勢角演算ステップと、
　を備え、
　前記アクチュエータ指令ステップは、前記姿勢角演算ステップにより演算された前記姿勢角に基づき、前記車両の正面方向を前記目標軌道の接線方向よりも旋回方向に対する外側に傾ける指令を前記指令として出力するステップを備える
　車両運動制御方法。
　請求項１２に記載の車両運動制御方法において、
　前記アクチュエータ指令ステップは、前記過去の目標位置のうち前記車両の走行状態に応じた目標位置を選択し、当該選択された目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力するステップを備える
　車両運動制御方法。
　請求項１２に記載の車両運動制御方法において、
　フェールセーフのために第２の指令をアクチュエータへ出力するフェールセーフ用アクチュエータ指令ステップを備え、
　前記フェールセーフ用アクチュエータ指令ステップは、
　　前記目標位置蓄積ステップにより前記目標位置を蓄積できない場合、前記車両に搭載された外界認識部により取得される外界認識情報に基づく軌道に前記車両を追従させる指令を前記第２の指令として出力するステップ、または、
　　前記目標位置蓄積ステップにより蓄積された前記目標位置に基づく軌道に前記車両を追従させる指令を前記第２の指令として出力するステップを備える
　車両運動制御方法。
　請求項１２に記載の車両運動制御方法において、
　前記車両の位置を推定する車両位置推定ステップを備え、
　前記目標位置蓄積ステップは、前記目標軌道が変更された場合、変更後の目標軌道上の目標位置に前記車両が到達する前に次の目標位置の入力を受け付けるステップを備える
　車両運動制御方法。
　車両運動制御システムであって、
　前記車両運動システムが搭載される車両の目標軌道を演算する目標軌道演算部を有する自動運転コントロールユニットと、
　前記目標軌道演算部により演算された前記目標軌道上の目標位置の入力を受け付け、前記目標位置を蓄積する目標位置蓄積部と、前記目標位置蓄積部に蓄積された過去の目標位置に対して前記車両を追従させる指令を出力するアクチュエータ指令部と、を有する車両運動制御ユニットと、
　前記アクチュエータ指令部から出力された前記指令に応じて前記車両を制御するアクチュエータと、
　を備える車両運動制御システム。
　請求項１９に記載の車両運動制御システムにおいて、
　前記アクチュエータ指令部は、前記過去の目標位置のうち前記車両に最も近い目標位置に対して前記車両を追従させる指令を前記指令として出力する
　車両運動制御システム。