WO2022085042A1 - 経路生成装置および走行支援制御装置 - Google Patents

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WO2022085042A1
WO2022085042A1 PCT/JP2020/039222 JP2020039222W WO2022085042A1 WO 2022085042 A1 WO2022085042 A1 WO 2022085042A1 JP 2020039222 W JP2020039222 W JP 2020039222W WO 2022085042 A1 WO2022085042 A1 WO 2022085042A1
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WO
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lateral
correction amount
position correction
vehicle
lateral position
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PCT/JP2020/039222
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English (en)
French (fr)
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雄司 清水
宏規 真鍋
和弘 西脇
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Priority to US18/027,166 priority patent/US20230373558A1/en
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/002—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits computing target steering angles for front or rear wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation
    • B62D15/0265—Automatic obstacle avoidance by steering
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    • B62D15/025—Active steering aids, e.g. helping the driver by actively influencing the steering system after environment evaluation
    • B62D15/0255—Automatic changing of lane, e.g. for passing another vehicle

Definitions

  • the present application relates to a route generation device that generates a route that a vehicle should travel and a travel support control device that uses the route generation device.
  • Patent Document 1 discloses a lane keeping support device capable of executing lane keeping support control that assists steering when a vehicle travels in a lane.
  • the steering angle is usually determined by controlling to feed back the deviation between the target route and the own vehicle driving route calculated based on the sensor that detects the road information in front of the vehicle.
  • the vehicle cannot follow the target route when the deviation from the target traveling position changes discontinuously when the automatic steering system is started or when the traveling support control is started. Further, in the conventional control that feeds back the lateral position deviation, the steering angle command suddenly changes at the start of control, and there is a possibility that the traveling locus of the vehicle fluctuates.
  • the present application has been made to solve the above-mentioned problems, and is a route generation device capable of generating a correction route that the vehicle can follow by correcting the target route according to the traveling state of the vehicle.
  • the purpose is to obtain.
  • the route generation device disclosed in the present application includes a target route generation unit that generates a target route of a vehicle, a lateral position correction amount setting unit that sets a lateral position correction amount that is a lateral correction amount with respect to the target route, and a lateral position. It is equipped with a target route correction unit that calculates a correction path based on the correction amount.
  • the route generation device by correcting the target route according to the traveling state of the vehicle, it is possible to generate a correction route that the vehicle can follow without suddenly changing the steering angle command.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structure of the vehicle which carries the traveling support control device which provided with the route generation device which concerns on Embodiment 1. It is a block diagram which shows the traveling support control apparatus provided with the route generation apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a block diagram which shows the hardware composition of the traveling support control apparatus which includes the route generation apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating operation of the target route correction part of the route generation apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the driving scene which becomes the control target of the driving support control device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the simulation result of the operation of the conventional vehicle running control in the running scene of FIG.
  • FIG. 1 It is a figure for demonstrating the operation of the target route correction part of the route generation apparatus which concerns on Embodiment 1 in the traveling scene of FIG. It is a figure which shows the operation simulation result of the traveling support control apparatus provided with the route generation apparatus which concerns on Embodiment 1 in the traveling scene of FIG. It is a block diagram of the modification of the traveling support control device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the running scene which becomes the control target of the running support control device in the modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the simulation result of the operation of the traveling support control device which is a modification of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the driving scene which becomes the control target of the driving support control device which concerns on embodiment. It is a figure which shows the simulation result in the driving scene which is the control target of the driving support control device which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a block diagram which shows the traveling support control device which concerns on Embodiment 3. It is a figure explaining the operation of the traveling support control device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure which shows the simulation result in the driving scene which is the control target of the driving support control device which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 shows an example of a configuration relating to steering of a vehicle that realizes a vehicle traveling support control device 100.
  • the vehicle (also referred to as own vehicle) 10 is equipped with a vehicle speed detector 1, a yaw rate detector 2, a camera 3, a driving support ECU (Electronic Control Unit) 4, a steering ECU 5, a steering mechanism 6, and a steering wheel 7. ..
  • the vehicle speed detector 1 detects the traveling speed of the own vehicle 10 and transmits it to the driving support ECU 4.
  • the yaw rate detector 2 detects the yaw rate of the own vehicle 10 and transmits it to the driving support ECU 4.
  • the camera 3 captures a white line drawn on the road indicating the area of the lane, and transmits the white line information in front of the own vehicle 10 to the driving support ECU 4.
  • the driving support ECU 4 realizes the function of the driving support control device 100, which will be described later.
  • the driving support ECU 4 is based on the traveling speed of the own vehicle 10 acquired from the vehicle speed detector 1, the yaw rate of the own vehicle 10 acquired from the yaw rate detector 2, and the white line information in front of the own vehicle 10 acquired from the camera 3. Then, a control command is transmitted to the steering ECU 5.
  • the steering ECU 5 controls the operation of the steering mechanism 6 based on the control command from the driving support ECU 4.
  • the steering wheel 7 determines the angle with respect to the own vehicle 10 based on the operation of the steering mechanism 6, and controls the lateral movement of the own vehicle 10.
  • FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the vehicle travel support control device 100 according to the first embodiment.
  • the travel support control device 100 includes a route generation device 110 and a steering amount calculation unit 104.
  • the route generator 110 is located in front of the vehicle on which the vehicle should travel based on the vehicle speed detected by the vehicle speed detector 1, the yaw rate detected by the yaw rate detector 2, and the road information in front of the vehicle detected by the camera 3. Calculate the target route.
  • the steering amount calculation unit 104 generates a steering angle command ⁇ * for traveling following the target path and outputs the steering angle command ⁇ * to the steering ECU 5.
  • the steering ECU 5 controls the actuator that drives the steering of the vehicle so that the steering angle ⁇ of the vehicle matches the steering angle command ⁇ * in accordance with the steering angle command ⁇ * .
  • the vehicle route generation device 110 includes a target route generation unit 101, a lateral position correction amount setting unit 102, and a target route correction unit 103.
  • the target route generation unit 101 calculates a target route based on the information detected by the vehicle speed detector 1, the yaw rate detector 2, and the camera 3, and inputs the target route to the target route correction unit 103.
  • the lateral position correction amount setting unit 102 determines the lateral position correction amount of the target path, and inputs the lateral position correction amount to the target path correction amount 103 and the steering amount calculation unit 104.
  • the target route correction unit 103 corrects the target route calculated by the target route generation unit 101 based on the lateral position correction amount, and the corrected route information is input to the steering amount calculation unit 104.
  • the configurations of the route generation device 110 and the travel support control device 100 described above can be configured by using a computer, and each of these configurations is realized by executing a program by the computer. That is, the target route generation unit 101, the lateral position correction amount setting unit 102, the target route correction amount 103, and the steering amount calculation unit 104 of the vehicle route generation device 110 shown in FIG. 2 are, for example, by the processor 1000 shown in FIG. It will be realized. A CPU (Central Processing Unit), a DPS (Digital Signal Processor), or the like is applied to the processor 1000, and the functions of the above configurations are realized by executing a program stored in the storage device 1001. The same applies to other embodiments.
  • a CPU Central Processing Unit
  • DPS Digital Signal Processor
  • the operation of each part of the vehicle route generation device 110 and the travel support control device 100 will be described in detail.
  • the white line information in front of the own vehicle 10 acquired from the camera 3 the horizontal positions C0R, C0L, the posture angles C1R, C1L, and the path curvatures C2R, C2L of the white lines with respect to the own vehicle are set for each of the left and right white lines. obtain.
  • the lateral position C0, posture angle C1, and route curvature C2 of the target route with respect to the own vehicle 10 are expressed by the following equations (1), (2), and (3). Calculated.
  • the target route may be a line whose lateral position C0 is closer to the left or right as in the following equation (4), depending on the traveling conditions.
  • C00 is a constant.
  • the first lateral position correction amount and the second lateral position correction amount are independently generated by the target route generation unit 101 at arbitrary timings according to the traveling conditions and the like. Is set, and the step input from the first horizontal position correction amount to the second horizontal position correction amount is output as the horizontal position correction amount ifst.
  • the target path correction unit 103 generates a correction path based on the horizontal position correction amount yofst set by the horizontal position correction amount setting unit 102.
  • the target lateral position yflt, the target lateral velocity byflt, and the target lateral acceleration ayflt of the correction path are the following equations (5), (6), and (7) using the lateral position correction amount yofst and the filter Fdref (s). Can be obtained by. Note that s is a Laplace operator.
  • the input of the filter Fdref (s) is set as the horizontal position correction amount yofst as the step input from the first horizontal position correction amount to the second horizontal position correction amount.
  • the time history from the lateral position correction amount to the convergence to the second lateral position correction amount can be generated as the correction path of the target path.
  • FIG. 4 shows an operation example of the target route correction unit 103.
  • the broken line of the operation characteristic displayed in the first row (upper row) of FIG. 4 represents the time history of the horizontal position correction amount yost, which is a step input from the first horizontal position correction amount to the second horizontal position correction amount.
  • the solid line represents the time history of the horizontal position of the correction path.
  • the solid line of the operating characteristics displayed in the second row (middle row) of the figure shows the time history of the lateral speed of the correction path.
  • the solid line of the operating characteristics displayed in the third row (lower row) of the figure shows the lateral acceleration of the correction path.
  • the correction route is lateral to the correction route for the own vehicle 10 in order to match the format of the equations (1), (2), and (3) of the target route.
  • the position C0', the posture angle C1', and the curvature C2' are calculated by the following equations (8), (9), and (10).
  • V indicates the vehicle speed of the own vehicle 10.
  • ⁇ is the attenuation coefficient and ⁇ n is the frequency.
  • a moving average filter may be used for the filter Fdref (s).
  • the following equation (12) is a moving average filter with a time constant ⁇ .
  • the moving average filter of the equation (12) may be used as a paddy approximation.
  • the second-order paddy approximation is shown in the following equation (13).
  • a two-stage moving average filter in which two moving average filters are combined may be used.
  • the following equation (15) is a transfer function that combines two moving average filters with time constants ⁇ 1d and ⁇ 2d.
  • the steering amount calculation unit 104 calculates the steering angle command ⁇ * based on the lateral position C0', the attitude angle C1', the curvature C2', the vehicle speed V, and the yaw rate ⁇ ego of the correction path.
  • the lateral position deviation ye, yaw angle deviation re, and yaw rate deviation ⁇ e are the following equations (16), using the correction path equations (8), (9), (10), and the vehicle speed V and yaw rate ⁇ ego of the own vehicle 10. It is calculated by the formulas (17) and (18).
  • the steering angle command ⁇ * is specifically calculated by the following equation (19).
  • FIG. 5 is an example of the traveling scene of the first embodiment, and shows the vehicle position at the moment when the traveling support control starts.
  • FIG. 5 shows the result of simulating the conventional example in which there is no correction path under the conditions of FIG.
  • the control is started with the lateral position deviation yes, so that the lateral deviation compensation term corresponding to the first item of the equation (19)
  • Control starts with a large rudder angle command.
  • the target path is always parallel to the road, so that the second and third terms of the equation (19) suppress steering by the yaw angle deviation re and the yaw rate deviation ⁇ e.
  • a steering angle command is given.
  • the actual steering angle of the vehicle cannot follow the steering angle command at the start of the traveling support control, and the actual steering angle becomes gentle, and as a result, the convergence of the lateral position deviation of the vehicle also becomes gentle.
  • the vehicle equipped with the travel support control device 100 including the route generation device 110 and the steering amount calculation unit 104 of the first embodiment starts the travel support control from the vehicle position shown in FIG. 5, the target route generation unit 101
  • the lateral position correction amount setting unit 102 outputs a step input from the initial value of the lateral deviation at the start of the traveling support control to zero (0) as the lateral position correction amount ifst.
  • a correction path such that the correction path converges from the lateral position deviation of 1.0 [m] to the lateral position deviation of 0 [m] 2.0 [s] after the start of control.
  • the filter response when the horizontal position correction amount ifst at this time is input is as shown in FIG.
  • the operation characteristics displayed in the first stage (upper stage) of FIG. 7 show the time history of the horizontal position correction amount yofst and the target horizontal position yflt.
  • the operation characteristics displayed in the second stage (middle stage) of the figure indicate the time history of the target lateral speed byflt.
  • the operation characteristics displayed in the third stage (lower stage) indicate the time history of the target lateral acceleration ayflt. It is shown that this operation makes it possible to generate a correction path Rr that converges the deviation from the target path Rt to zero (0) after 2.0 [s] from the lateral position of the vehicle at the start of control.
  • the steering amount calculation unit 104 controls the steering angle command so as to follow the correction path Rr by the equation (19) based on the correction path calculated by the filter.
  • FIG. 8 is an example in the case of support control using the correction path in the present embodiment.
  • the actual steering angle of the vehicle could not follow the steering angle command, and as a result, the convergence of the lateral position deviation was gradual, whereas in the case of using the correction path, as shown in FIG. Since the rudder angle command changes continuously from the start of control and the actual rudder angle can be controlled to follow it, it is possible to control so that the lateral deviation from the corrected target path Rt converges. ..
  • the horizontal position correction amount setting unit outputs the step input from the first horizontal position correction amount to the second horizontal position correction amount as the horizontal position correction amount, and targets the target.
  • the path correction unit converges from the first lateral position correction amount to the second lateral position correction amount, the lateral velocity correction value which is the differential value of the lateral position correction amount and the lateral acceleration which is the differential value of the lateral speed correction value.
  • the correction value is calculated, and the lateral position, attitude angle, and curvature, which are the target paths, are corrected based on the lateral position correction amount, lateral speed correction value, and lateral acceleration correction value.
  • the first lateral position correction amount is the initial value of the lateral deviation at the start of the traveling support control
  • the second lateral position correction amount is zero (0).
  • the correction route and the vehicle are corrected by correcting the target route based on the lateral position correction amount independently set for the target route calculated from the own vehicle and the road information. It is possible to calculate a continuous steering angle command, which was not possible without the conventional correction path, when controlling the travel paths to match. Therefore, the vehicle can be driven so as to follow the correction path.
  • FIG. 9 is a functional block diagram showing the configurations of the route generation device 110A and the travel support control device 100A, which are modifications of the first embodiment.
  • FIG. 9 shows a configuration in which the lateral position correction amount setting unit 102 of FIG. 1 is changed to the horizontal position correction amount setting unit 102A, and the target route correction unit 103 is changed to the target route correction amount 103A.
  • Ylane is the amount of lateral movement to the next lane, that is, the lane width.
  • the calculation is performed as shown in the following equation (21) using C0LR and C0LL, which are the left lateral position and the right lateral position of the white line in the left adjacent lane.
  • the calculation is performed by the following equation (22) using C0RR and C0RL, which are the left lateral position and the right lateral position of the white line in the right adjacent lane.
  • the target path correction unit 103A generates a correction path based on the horizontal position correction amount ifst set by the horizontal position correction amount setting unit 102A.
  • the lateral position C0', the target lateral speed byflt, and the target lateral acceleration ayflt of the correction path for the own vehicle 10 in the first half of the lane change (start to deviation from the own lane) are the equations (5), (6), (7) of the first embodiment. ).
  • the target lateral position yflt of the correction path in the latter half of the lane change is calculated by the following equation (23).
  • FIG. 10 is an example of a traveling scene in the modified example of the first embodiment, and shows the vehicle position at the moment when the lane change from the left lane to the right lane starts.
  • FIG. 11 shows the simulation operation at that time.
  • the lateral position correction amount setting unit 102A sets the lateral position correction amount ifst to zero (0), which is the center of the current lane, that is, from the target route Rta before the lane change to the target route Rtb after the lane change, which is the center of the lane of the right adjacent lane.
  • the lateral position correction amount setting unit 102A outputs a correction path Rr for moving from the current lane center to the lane center of the right adjacent lane.
  • the steering amount calculation unit 104 can calculate a steering angle command for changing lanes.
  • the own vehicle 10 recognizes the left lane left white line Ll as the left white line L and the left lane right white line Lr as the right white line R, and the correction route for the own vehicle 10
  • the horizontal position C0' is obtained by the equation (8).
  • the own vehicle 10 recognizes the left white line Rl in the right lane as the left white line L and the right white line in the right lane as the right white line R, and corrects the route for the own vehicle 10.
  • the horizontal position C0'of is given by the equation (23).
  • the first stage (upper stage) of FIG. 11 shows the time history of the lateral position of the own vehicle 10 with respect to each lane.
  • the second stage (middle stage) in the figure shows the time history of the lateral position with respect to the white line recognized by the own vehicle 10 for each lane.
  • the third stage shows the calculated rudder angle command and the time history of the actual rudder angle.
  • the Ylane displayed in the first stage (upper stage) and the second stage (middle stage) in FIG. 11 corresponds to the amount of lateral movement to the adjacent lane, that is, the lane width.
  • the first lateral position correction amount is zero (0) and the second lateral position correction amount is changed to the adjacent lane. It is the amount of lateral movement to do.
  • the target route is corrected so as to move from the current lane center to the lane center of the adjacent lane with respect to the target route calculated from the own vehicle and the road information. Therefore, it is possible to calculate the steering angle command for changing lanes.
  • route generation at the time of changing lanes has been described in the modified example of the first embodiment, by using this configuration, it can be similarly applied to the route generation that departs from the main lane.
  • route generation that departs from the main lane.
  • by setting the lateral movement amount to the roadside in the second lateral position correction amount in the lateral position correction amount setting unit 102A even when the vehicle is evacuated to the roadside or moved to the roadside for getting on and off the occupant.
  • the technique of this embodiment can be applied.
  • FIG. 12 is a functional block diagram for explaining the vehicle route generation device 210 and the travel support control device 200 according to the second embodiment.
  • the route generation device 110 includes a target route generation unit 101, a lateral position correction amount setting unit 102, a target route correction unit 103, and a steering avoidance determination unit 105.
  • the route generation device 210 according to the second embodiment is a route generation device 110 according to the first embodiment plus a steering avoidance determination unit 105.
  • the steering avoidance determination unit 105 receives the obstacle information in front of the camera 3 as input, determines whether to avoid the obstacle by steering, and outputs the lateral avoidance amount when the determination is established.
  • the lateral position correction amount setting unit 102 determines the lateral position correction amount of the target path based on the input of the lateral avoidance amount, and inputs the lateral position correction amount to the target path correction unit 103 and the steering amount calculation unit 104.
  • the target route correction unit 103 corrects the target route calculated by the target route generation unit 101 based on the lateral position correction amount, and the corrected route information is input to the steering amount calculation unit 104.
  • the steering amount calculation unit 104 generates a steering angle command ⁇ * based on the correction path and inputs it to the steering ECU 5.
  • the steering avoidance determination unit 105 inputs the relative vertical position ⁇ rel, the relative horizontal position yobj, the horizontal width wobj, and the relative speed vrel to the own vehicle of the obstacle in front recognized by sensors such as a camera and a radar, and stores the relative speed vrel in advance in the storage device 1001. Based on the stored vehicle width wego and avoidance margin amount ymage, the necessity of steering avoidance is determined for both the vertical direction and the horizontal direction conditions, and when both are established, the steering avoidance determination is established. Further, when the steering avoidance determination is established, the lateral movement amount yavoid required for the lateral avoidance is output.
  • the collision margin time tttc falls below the preset collision margin time threshold value tttc0 based on the collision margin time tttc of the own vehicle with respect to the obstacle, the step amount (lateral movement amount) with the own vehicle lateral position at that time as the initial value. )
  • the step input of the default is output as the horizontal position correction amount ifst.
  • the collision margin time tttc is expressed by the following equation (24) using the relative position xrel and the relative velocity vrel between the obstacle and the own vehicle.
  • the lateral movement amount yavoid required to avoid obstacles laterally and travel is calculated and output.
  • the lateral movement amount yavoid can be avoided in both left and right directions, and is calculated by the following equation (26).
  • the lateral position correction amount setting unit 102 sets the lateral position of the own vehicle at that time as the initial value of the lateral movement amount yavoid.
  • the step input is output as the horizontal position correction amount ifst.
  • FIG. 13 shows an example of a traveling scene by the traveling support control device 200.
  • FIG. 13 shows a traveling scene in which an obstacle Ob exists in front of the vehicle traveling route and there is a risk of collision if the vehicle continues traveling on the original traveling route.
  • FIG. 13 is an example in which the vehicle (own vehicle) 10 traveling along the target route Rt travels on the correction route Rr and avoids the obstacle Ob.
  • FIG. 14 shows the simulation result of the driving scene of FIG.
  • the solid line in the first row (upper row) of FIG. 14 represents the collision margin time tttc of the obstacle, and the dotted line represents the threshold value tttc0 of the collision margin time.
  • the solid line in the second stage (middle stage) indicates the actual running position of the vehicle, and the dotted line indicates the target route.
  • the solid line in the third stage (lower stage) indicates the actual steering angle, and the dotted line indicates the steering angle command.
  • the steering avoidance determination unit 105 determines the necessity of steering avoidance for both the vertical direction and the horizontal direction conditions, but in the driving scene of FIG. 13, the lateral direction conditions are always satisfied before the avoidance, so here. I'm thinking about vertical conditions.
  • the solid line in the first row (upper row) of FIG. 14 shows how the collision margin time tttc of the obstacle decreases with time, and when it becomes equal to or less than the threshold value tttc0 of the collision margin time shown by the dotted line, the vertical direction with respect to the obstacle.
  • the steering avoidance determination unit 105 outputs a lateral movement amount yavoid corresponding to the lateral avoidance amount.
  • the lateral position correction amount setting unit 102 outputs the step input of the lateral movement amount default as the lateral position correction amount yofst with the current lateral position of the own vehicle as the initial value.
  • the target path correction unit 103 is set so that the sum of the time constants ⁇ 1d and ⁇ 2d of the two-stage moving average filter is equal to or less than the threshold value tttc0 of the collision margin time.
  • the transmission characteristic F (s) of the two-stage moving average filter defined by this is only the lateral movement amount yavoice required to avoid obstacles within the threshold value tttc0 of the collision margin time from the step time of the lateral position correction amount yost.
  • a correction path that moves laterally is generated.
  • the steering amount calculation unit 104 gives a steering angle command to follow the generated correction path.
  • the first lateral position correction amount is zero (0) and the second lateral position correction amount is for avoiding obstacles in front. It is the amount of lateral movement.
  • the route generation device 210 when it is determined that there is a risk of collision with an obstacle, the route generation device 210 generates a correction path for avoiding the collision, and the steering amount calculation unit 104 avoids it. Can be steered.
  • FIG. 15 shows a functional block diagram of the travel support control device 200A according to the third embodiment. Since the functions other than the steering amount calculation unit 104A are the same as those in the second embodiment, the description thereof will be omitted.
  • the steering amount calculation unit 104A in the third embodiment is composed of an FB (feedback) steering angle command control unit 106, an FF (feedforward) steering angle command control unit 107, and a steering angle command addition unit 108.
  • the FB steering angle command control unit 106 uses the correction path as an input, for example, calculates and outputs the FB steering angle command ⁇ FB * as shown in the equation (19) of the first embodiment.
  • the FF steering angle command control unit 107 calculates and outputs the FF steering angle command ⁇ FF * based on the transfer characteristics of the target path correction unit 103 and the inverse transfer function of the vehicle motion model, using the lateral position correction amount yofst as an input.
  • the steering angle command addition unit 108 adds the FB steering angle command ⁇ FB * and the FF steering angle command ⁇ FF *, and inputs the steering angle command ⁇ * to the steering ECU 5.
  • the vehicle motion model for example, a steady turn model which is a steering angle response at the time of a steady circular turn, a two-wheel model which approximates the lateral motion / yaw rotation motion of the vehicle to a two-wheeled vehicle, or the like is used.
  • the transfer function G (s) from the front wheel tire angle ⁇ f to the lateral position y is expressed by the following equations (27), (28), and (29).
  • s represents a Laplace operator.
  • A indicates the stability factor of the vehicle.
  • m indicates the mass of the vehicle.
  • l indicates the wheelbase of the vehicle.
  • lf indicates the distance between the center of gravity of the vehicle and the front wheel axle.
  • ll indicates the distance between the center of gravity of the vehicle and the rear wheel axle.
  • kf indicates the front wheel cornering power of the vehicle.
  • kr indicates the rear wheel cornering power of the vehicle.
  • I represents the yaw moment of inertia.
  • the transfer characteristic F (s) of the target path correction unit 103 and the inverse transfer function G ⁇ (-1) (s) of the vehicle motion model are used.
  • the transfer characteristics from the lateral position correction amount yofst to the FF steering angle command ⁇ FF * can be given by the following equation (32).
  • FIG. 17 shows a simulation result when the traveling support control device 200A of the third embodiment is used in the traveling scene of FIG. 13 as in the second embodiment.
  • the solid line in the first stage (upper stage) of FIG. 17 represents the collision margin time tttc of the obstacle, and the dotted line represents the threshold value tttc0 of the collision margin time.
  • the solid line in the second stage (middle stage) of the figure shows the actual running position of the vehicle, and the dotted line shows the target route.
  • the solid line in the third stage (lower stage) of the figure shows the actual steering angle, and the dotted line indicates the steering angle command.
  • the corrected target path is the same as in FIG.
  • the steering amount calculation unit 104A calculates the FF rudder angle command ⁇ FF * by the equation (32) with the lateral position correction amount yofst as an input, and is calculated by the equation (19) with the corrected target path as an input. It is added to the FB steering angle command ⁇ FB * and output as the steering angle command ⁇ *.
  • the absolute value of the steering angle command in FIG. 17 becomes larger than that in FIG. 14, and the followability to the target path is improved in response to the sudden steering of obstacle avoidance. It can be confirmed that it is.
  • the steering amount calculation unit for calculating the target steering amount for the vehicle to travel along the correction path obtained by the route generation device is provided. Further, the steering amount calculation unit is provided with a vehicle lateral motion transmission function model from the steering angle of the vehicle to the lateral position of the vehicle, and calculates the reverse transmission function of the vehicle lateral motion and the lateral position correction amount in the target path correction unit. The feed forward rudder angle command is calculated based on the lateral position correction amount which is the output of the lateral position correction amount setting unit, and is added to the target steering amount.
  • the FF steering angle command for following the target traveling path is calculated by inputting the lateral distance required for avoiding obstacles from the current traveling position of the own vehicle.
  • the FB steering angle command calculated from the corrected target path it is possible to improve the followability to the target traveling path.

Abstract

車両の経路生成装置は（１１０）は、車両の目標経路を生成する目標経路生成部（１０１）と、目標経路に対する横方向の補正量である横位置補正量を設定する横位置補正量設定部（１０２）と、目標経路と横位置補正量に基づいて補正経路を演算する目標経路補正部（１０３）を備えている。

Description

経路生成装置および走行支援制御装置
　本願は、車両が走行すべき経路を生成する経路生成装置およびそれを用いた走行支援制御装置に関するものである。
　従来、車両の自動操舵走行に関する制御技術が知られている。例えば、特許文献１では、車両が車線内で走行を行うときに操舵を支援する車線維持支援制御を実行可能な車線維持支援装置を開示している。
特開２０１５－２１７７０７号公報
　車線維持制御システム等の走行支援制御システムでは、通常、車両の前方の道路情報を検出するセンサに基づいて算出された目標経路と自車走行経路の偏差をフィードバックする制御により操舵角を決定する。自動操舵システム始動時等の目標走行位置との偏差が不連続に変化する場合もしくは走行支援制御開始時において、車両は目標経路に追従することはできない。また、従来の横位置偏差をフィードバックする制御では制御開始時に舵角指令が急変し、車両の走行軌跡にふらつきが発生する恐れがある。
　本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車両の走行状態に応じて目標経路を補正することで、車両が追従可能な補正経路を生成することができる経路生成装置を得ることを目的とする。
　本願に開示される経路生成装置は、車両の目標経路を生成する目標経路生成部と、目標経路に対する横方向の補正量である横位置補正量を設定する横位置補正量設定部と、横位置補正量に基づいて補正経路を演算する目標経路補正部を備えている。
　本願に開示される経路生成装置によれば、車両の走行状態に応じて目標経路を補正することで、舵角指令が急変せず、車両が追従可能な補正経路を生成することができる。
実施の形態１に係る経路生成装置を備えた走行支援制御装置を搭載した車両の構成を示す図である。 実施の形態１に係る経路生成装置を備えた走行支援制御装置を示すブロック図である。 実施の形態１に係る経路生成装置を備えた走行支援制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る経路生成装置の目標経路補正部の動作を説明するための図である。 実施の形態１に係る走行支援制御装置の制御対象となる走行シーンの一例を示す図である。 図５の走行シーンにおける従来の車両走行制御の動作のシミュレーション結果を示す図である。 図５の走行シーンにおける実施の形態１に係る経路生成装置の目標経路補正部の動作を説明するための図である。 図５の走行シーンにおける実施の形態１に係る経路生成装置を備えた走行支援制御装置の動作シミュレーション結果を示す図である。 実施の形態１に係る走行支援制御装置の変形例をブロック図である。 実施の形態１の変形例における走行支援制御装置の制御対象となる走行シーンの一例を示す図である。 実施の形態１の変形例である走行支援制御装置の動作のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態２に係る経路生成装置を備えた走行支援制御装置を示すブロック図である。 実施の形態に係る走行支援制御装置の制御対象となる走行シーンの一例を示す図である。 実施の形態２に係る走行支援制御装置の制御対象となる走行シーンにおけるシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態３に係る走行支援制御装置を示すブロック図である。 実施の形態３に係る走行支援制御装置の動作を説明する図である。 実施の形態３に係る走行支援制御装置の制御対象となる走行シーンにおけるシミュレーション結果を示す図である。
　以下、実施の形態に係る車両の経路生成装置および走行支援制御装置について図に基づいて説明する。各図において、同一または相当部分については、同一符号を付している。
実施の形態１．
図１は、車両の走行支援制御装置１００を実現する車両の操舵に関する構成の一例を示している。
車両（自車両ともいう）１０には、車速検出器１、ヨーレート検出器２、カメラ３、運転支援ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）４、操舵ＥＣＵ５、操舵機構６、及び操舵輪７が搭載されている。車速検出器１は、自車両１０の走行速度を検出し、運転支援ＥＣＵ４に送信する。ヨーレート検出器２は、自車両１０のヨーレートを検出し、運転支援ＥＣＵ４に送信する。カメラ３は車線の領域を示す道路に引かれた白線を撮影し、自車両１０の前方の白線情報を運転支援ＥＣＵ４に送信する。
　運転支援ＥＣＵ４は、後述する走行支援制御装置１００の機能を実現する。運転支援ＥＣＵ４は、車速検出器１から取得した自車両１０の走行速度と、ヨーレート検出器２から取得した自車両１０のヨーレートと、カメラ３から取得した自車両１０の前方の白線情報とに基づいて、操舵ＥＣＵ５に制御指令を送信する。操舵ＥＣＵ５は、運転支援ＥＣＵ４からの制御指令に基づいて操舵機構６の動作を制御する。操舵輪７は、操舵機構６の動作に基づいて自車両１０に対する角度が決定され、自車両１０の横方向の運動を制御する。
　図２は、実施の形態１による車両の走行支援制御装置１００を説明するための機能ブロック図である。
　走行支援制御装置１００は経路生成装置１１０および操舵量演算部１０４により構成される。
　経路生成装置１１０は、車速検出器１により検出される車速、ヨーレート検出器２により検出されるヨーレート、およびカメラ３により検出される車両前方の道路情報に基づいて、車両が走行すべき車両前方の目標経路を演算する。
　操舵量演算部１０４は、目標経路に追従して走行するための舵角指令δ＊を生成して操舵ＥＣＵ５に出力する。操舵ＥＣＵ５は舵角指令δ＊に従い、車両のステアリングを駆動するアクチュエータを車両の舵角δが舵角指令δ＊に一致するように制御する。
　車両の経路生成装置１１０は、目標経路生成部１０１、横位置補正量設定部１０２、目標経路補正部１０３を備える。
　目標経路生成部１０１は、車速検出器１、ヨーレート検出器２、およびカメラ３で検出された情報に基づいて、目標経路を演算し、目標経路補正部１０３に入力する。
　横位置補正量設定部１０２は、目標経路の横位置補正量を決定し、目標経路補正部１０３および操舵量演算部１０４に入力される。
　目標経路補正部１０３は、横位置補正量に基づいて目標経路生成部１０１で算出された目標経路を補正し、補正された経路情報が操舵量演算部１０４に入力される。
　以上の説明した経路生成装置１１０および走行支援制御装置１００の構成はコンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成はコンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、図２に示した車両の経路生成装置１１０の目標経路生成部１０１、横位置補正量設定部１０２、目標経路補正部１０３、および操舵量演算部１０４は、例えば図３に示すプロセッサ１０００により実現される。プロセッサ１０００には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＤＰＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが適用され、記憶装置１００１に格納されるプログラムを実行することで上記各構成の機能が実現される。他の実施の形態においても同様である。
　次に、図２において車両の経路生成装置１１０および走行支援制御装置１００の各部の動作について詳細に説明する。
　目標経路生成部１０１において、カメラ３から取得した自車両１０の前方の白線情報として、左右それぞれの白線について自車に対する白線の横位置Ｃ０Ｒ、Ｃ０Ｌ、姿勢角Ｃ１Ｒ、Ｃ１Ｌ、経路曲率Ｃ２Ｒ、Ｃ２Ｌを得る。
　目標経路は例えば、左右の白線の中心とするとき、自車両１０に対する目標経路の横位置Ｃ０、姿勢角Ｃ１、経路曲率Ｃ２は以下の式（１）、式（２）、式（３）で算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　目標経路は、走行条件に応じて、横位置Ｃ０が次の式（４）のように左右どちらかに寄ったラインを目標経路としてもよい。なお、ここでＣ００は定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　横位置補正量設定部１０２において、目標経路生成部１０１で生成した目標経路に対して独立に、走行条件等に応じて任意のタイミングで第１の横位置補正量、第２の横位置補正量を設定し、第１の横位置補正量から第２の横位置補正量へのステップ入力を横位置補正量ｙｏｆｓｔとして出力する。
　目標経路補正部１０３において、補正経路を横位置補正量設定部１０２で設定された横位置補正量ｙｏｆｓｔに基づいて生成する。補正経路の目標横位置ｙｆｌｔ、目標横速度ｖｙｆｌｔ、目標横加速度ａｙｆｌｔは、横位置補正量ｙｏｆｓｔとフィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）を用いて、以下の数式（５）、式（６）、式（７）により求めることができる。なお、sはラプラス演算子である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　上記の式（５）において、フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）の入力を第１の横位置補正量から第２の横位置補正量へのステップ入力を横位置補正量ｙｏｆｓｔと設定することで、第１の横位置補正量から第２の横位置補正量に収束するまでの時間履歴を目標経路の補正経路として生成することができる。
　図４は、目標経路補正部１０３の動作例を示している。図４の１段目（上段）に表示された動作特性の破線が第１の横位置補正量から第２の横位置補正量へのステップ入力である横位置補正量ｙｏｆｓｔの時刻歴を表し、実線が補正経路の横位置の時刻歴を表している。同図の２段目（中段）に表示された動作特性の実線が補正経路の横速度の時刻歴を表している。同図の３段目（下段）に表示された動作特性の実線が補正経路の横加速度を表している。
　さらに、式（５）、（６）、（７）を用いて、補正経路は目標経路の式（１）、（２）、（３）の形式に合わせるため、自車両１０に対する補正経路の横位置Ｃ０’、姿勢角Ｃ１’、曲率Ｃ２’は以下の式（８）、式（９）、式（１０）にて算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　式（９）、（１０）において、Ｖは自車両１０の車速を示す。
　フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）は、例えば次の式（１１）に示す２次のローパスフィルタを使用する。ζは減衰係数、ωnは周波数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）に移動平均フィルタを使用してもよい。次の式（１２）は時定数τの移動平均フィルタである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）は、式（１２）の移動平均フィルタをパデー近似して使用してもよい。２次のパデー近似を次の式（１３）に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
２次のパデー近似を適用した移動平均フィルタを次の式（１４）に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
フィルタＦｄｒｅｆ（ｓ）は、移動平均フィルタを２個組み合わせた２段移動平均フィルタを使用してもよい。次の式（１５）は、時定数τ１ｄ、τ２ｄの２つの移動平均フィルタを合成した伝達関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　操舵量演算部１０４は、補正経路の横位置Ｃ０’、姿勢角Ｃ１’、曲率Ｃ２’と、車速Ｖとヨーレートγｅｇｏに基づいて舵角指令δ*を演算する。
　横位置偏差ｙｅ、ヨー角偏差rｅ、ヨーレート偏差γｅは補正経路の式（８）、（９）、（１０）、および自車両１０の車速V、ヨーレートγｅｇｏを用いて以下の式（１６）、式（１７）、式（１８）で算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　舵角指令δ*は具体的には次の式（１９）で演算される。式（１９）において、Ｋｉ（ｉ＝１，２，３）は制御ゲインを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　次に実際の具体的な走行シーンの例をもって、走行支援制御について説明する。図５は、実施の形態１の走行シーンの一例であり、走行支援制御が開始する瞬間の車両位置を示している。
　まず、図５において、補正経路がない従来の走行支援制御の場合、目標経路との横位置偏差ｙｅがある状態で制御開始する。図５の条件において、補正経路がない従来の場合の例でシミュレーションを行った結果を図６に示す。図６の場合では、式（１９）のように舵角指令の制御を行うと、横位置偏差ｙｅがある状態で制御を開始するため、式（１９）の第１項目にあたる横偏差補償項分だけ大きい舵角指令で制御が始まる。また、補正経路がない場合、目標経路は常に道路に対して平行となるため、式（１９）の第２項、第３項はヨー角偏差rｅ、ヨーレート偏差γｅにより、操舵を抑制するような舵角指令が与えられる。以上により、車両の実舵角は走行支援制御開始時に舵角指令に追従できず、かつ実舵角は緩やかになり、その結果、車両の横位置偏差の収束も緩やかになる。
　次に実施の形態１の経路生成装置１１０及び操舵量演算部１０４を具備した走行支援制御装置１００を搭載した車両が図５に示す車両位置から走行支援制御が開始する場合、目標経路生成部１０１にて車線中心を目標経路Ｒｔとして生成すると目標経路Ｒｔに対して横位置偏差が発生する。この時、横位置補正量設定部１０２は、横位置補正量ｙｏｆｓｔとして走行支援制御開始時の横偏差初期値からゼロ（０）へのステップ入力を出力する。
　ここで目標経路補正部１０３の動作の例として、制御開始から２．０［ｓ］後に補正経路が横位置偏差１．０［ｍ］から横位置偏差０［ｍ］に収束するような補正経路Ｒｒを生成する場合には、２段移動平均フィルタを用いて、その時定数τ１ｄ,τ２ｄの和が２．０［ｓ］になるように例えば、τ１ｄ＝τ２ｄ＝１．０［ｓ］と設定する。
　このときの横位置補正量ｙｏｆｓｔが入力された時のフィルタ応答は図７のようになる。図７の１段目（上段）に表示された動作特性は横位置補正量ｙｏｆｓｔと目標横位置ｙｆｌｔの時間履歴を示している。同図の２段目（中段）に表示された動作特性は、目標横速度ｖｙｆｌｔの時間履歴を示している。３段目（下段）に表示された動作特性は、目標横加速度ａｙｆｌｔの時間履歴を示している。この動作により制御開始時の車両の横位置から２．０［ｓ］後に目標経路Ｒｔとの偏差をゼロ（０）に収束させる補正経路Ｒｒの生成が可能であることが示される。
　また、操舵量演算部１０４ではフィルタにより算出された補正経路に基づいて、式（１９）により、補正経路Ｒｒに追従するように舵角指令を制御する。
　図８は、本実施の形態における補正経路を用いて支援制御した場合の例である。図６の場合では、車両の実舵角は舵角指令に追従できず、結果的に横位置偏差の収束も緩やかであったのに対して、補正経路を用いた場合では、図８のように舵角指令は制御開始時から連続に変化し、実舵角もそれに追従するように制御可能であるので、補正した目標経路Ｒｔとの横偏差を収束するように制御することが可能である。
　上述のように、実施の形態１においては、横位置補正量設定部は、第１の横位置補正量から第２の横位置補正量へのステップ入力を前記横位置補正量として出力し、目標経路補正部は、第１の横位置補正量から第２の横位置補正量へ収束すると、横位置補正量の微分値である横速度補正値と、横速度補正値の微分値である横加速度補正値を演算し、横位置補正量、横速度補正値、横加速度補正値に基づいて目標経路である横位置、姿勢角、曲率を補正する。
　また、横位置補正量設定部において、第１の横位置補正量が走行支援制御開始時の横偏差初期値、第２の横位置補正量がゼロ（０）である。
　以上で説明したように実施の形態１では、自車両および道路情報から算出された目標経路に対して独立に設定した横位置補正量に基づいて目標経路を補正することで、その補正経路と車両の走行経路が一致するよう制御する場合に、従来の補正経路がない場合には不可能であった連続的な舵角指令を演算することが可能である。そのため、補正経路に追従するように車両を走行させることができる。
実施の形態１の変形例．
　図９は、実施の形態１の変形例である経路生成装置１１０Ａおよび走行支援制御装置１００Aの構成を示す機能ブロック図である。本変形例では、経路生成装置１１０Ａを車線変更に応用する場合の例について説明する。図９は、図１の横位置補正量設定部１０２を横位置補正量設定部１０２Ａに、目標経路補正部１０３を目標経路補正部１０３Ａに変更した構成である。
　横位置補正量設定部１０２Ａでは、車線変更開始時の時刻をｔ＝０として、次の式（２０）のように横位置補正量ｙｏｆｓｔを演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　Ｙｌａｎｅは隣車線への横移動量、すなわち車線幅である。左隣の車線に移動する場合は左隣車線の白線の左横位置・右横位置であるＣ０ＬＲ、Ｃ０ＬＬを用いて以下の式（２１）のように演算する。同様に、右隣の車線に移動する場合は右隣車線の白線の左横位置・右横位置であるＣ０ＲＲ、Ｃ０ＲＬを用いて以下の式（２２）のように演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
　目標経路補正部１０３Ａでは、補正経路を横位置補正量設定部１０２Ａで設定された横位置補正量ｙｏｆｓｔに基づいて生成する。車線変更前半（開始～自車線逸脱）の自車両１０に対する補正経路の横位置Ｃ０’、目標横速度ｖｙｆｌｔ、目標横加速度ａｙｆｌｔは、実施の形態１の式（５）、（６）、（７）と同様である。車線変更後半（自車線逸脱～隣車線中央到達）の補正経路の目標横位置ｙｆｌｔは次の式（２３）のように演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
　次に実際の具体的な走行シーンの例をもって、経路生成装置１１０Ａおよび操舵量演算部１０４による車線変更の動作内容について説明する。
　図１０は実施の形態１の変形例における走行シーンの一例であって、左車線から右車線への車線変更が開始する瞬間の車両位置を示している。図１１はそのときのシミュレーション動作を示している。横位置補正量設定部１０２Ａは、横位置補正量ｙｏｆｓｔとして現在の車線中心であるゼロ（０）すなわち車線変更前の目標経路Ｒｔａから右隣車線の車線中心である車線変更後の目標経路Ｒｔｂへのステップ入力を出力する。そして、横位置補正量設定部１０２Ａは、現在の車線中心から右隣車線の車線中心に移動するための補正経路Ｒｒを出力する。それにより、操舵量演算部１０４は車線変更のための舵角指令を演算することができる。
　ここで、車線変更前半（開始～自車線逸脱）Ｆｈにおいて自車両１０は、左車線左白線Ｌｌを左白線Ｌ、左車線右白線Ｌｒを右白線Ｒと認識し、自車両１０に対する補正経路の横位置Ｃ０‘は式（８）により求められる。一方、車線変更後半（自車線逸脱～隣車線中央到達）Ｌｈにおいて自車両１０は、右車線左白線Ｒｌを左白線Ｌ、右車線右白線を右白線Ｒと認識し、自車両１０に対する補正経路の横位置Ｃ０’は式（２３）となる。図１１の１段目（上段）は各車線に対する自車両１０の横位置の時間履歴を示している。同図の２段目（中段）は、各車線に対して、自車両１０が認識している白線に対する横位置の時間履歴を示している。３段目（下段）は、算出した舵角指令と実舵角の時間履歴を示している。なお、図１１の１段目（上段）と２段目（中段）に表示されているＹｌａｎｅは隣車線への横移動量、すなわち車線幅に相当する。
　上述のように、実施の形態１の変形例は、横位置補正量設定部において、第１の横位置補正量がゼロ（０）で、第２の横位置補正量が隣接する車線に車線変更するための横移動量である。
　以上で説明したように実施の形態１の変形例では、自車両および道路情報から算出された目標経路に対して、現在の車線中心から隣車線の車線中心へ移動するように目標経路を補正することで、車線変更のための舵角指令を演算することが可能である。
　なお、実施の形態１の変形例では車線変更時における経路生成の例について説明したが、本構成を用いることにより、同様に本線から離脱するような経路生成にも適用することができる。例えば、横位置補正量設定部１０２Ａにおける第２の横位置補正量に路側への横移動量を設定することで、路側に退避する場合あるいは、乗員の乗降のために路側に移動する場合においても本実施の形態の技術を適用することができる。
実施の形態２．
　図１２は、実施の形態２による車両の経路生成装置２１０および走行支援制御装置２００を説明するための機能ブロック図である。
　経路生成装置１１０は、目標経路生成部１０１、横位置補正量設定部１０２、目標経路補正部１０３および操舵回避判定部１０５を備える。
　実施の形態２に係る経路生成装置２１０は、実施の形態１に係る経路生成装置１１０に操舵回避判定部１０５を加えたものである。
　操舵回避判定部１０５は、カメラ３からの前方の障害物情報を入力として、障害物を操舵にて回避するかを判定し、判定成立時に横回避量を出力する。
　横位置補正量設定部１０２は、横回避量の入力に基づいて、目標経路の横位置補正量を決定し、目標経路補正部１０３および操舵量演算部１０４に入力される。
　目標経路補正部１０３は、横位置補正量に基づいて目標経路生成部１０１で算出された目標経路を補正し、補正された経路情報が操舵量演算部１０４に入力される。
操舵量演算部１０４は、補正経路に基づいて舵角指令δ＊を生成して操舵ＥＣＵ５に入力される。
　実施の形態２に係る経路生成装置２１０の具体的な動作について説明する。
　操舵回避判定部１０５は、カメラ、レーダ等のセンサにより認識された前方の障害物の自車に対する相対縦位置χｒｅｌ、相対横位置ｙｏｂｊ、横幅ｗｏｂｊおよび相対速度ｖｒｅｌの入力、およびあらかじめ記憶装置１００１に記憶された自車の車幅ｗｅｇｏ、回避マージン量ｙｍａｒｇｅに基づいて、縦方向および横方向双方の条件について操舵回避必要性を判定し、双方が成立時に操舵回避判定成立とする。また、操舵回避判定成立時にその横回避に必要な横移動量ｙａｖｏｉｄを出力する。
　まず、障害物に対する縦方向の操舵回避必要性判定条件について説明する。障害物に対する自車の衝突余裕時間ｔｔｔｃに基づいて、衝突余裕時間ｔｔｔｃがあらかじめ設定した衝突余裕時間の閾値ｔｔｔｃ０を下回った場合にそのときの自車横位置を初期値としてステップ量（横移動量）ｙａｖｏｉｄのステップ入力を横位置補正量ｙｏｆｓｔとして出力する。
　衝突余裕時間ｔｔｔｃは障害物と自車の相対位置ｘｒｅｌおよび相対速度ｖｒｅｌを用いて、次の式（２４）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　次に横方向の操舵回避必要性判定条件について説明する。横方向の判定では障害物の相対横位置ｙｏｂｊ、横幅ｗｏｂｊの入力、およびあらかじめ記憶装置１００１に記憶された自車の車幅ｗｅｇｏ、回避マージン量ｙｍａｒｇｅに基づいて、障害物位置に達した時の衝突可能性を判定する。横方向の判定条件は次の式（２５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　判定成立時に障害物を横回避して走行するのに必要な横移動量ｙａｖｏｉｄを算出し、出力する。横移動量ｙａｖｏｉｄは左右双方向への回避が考えられ、次の式（２６）にて算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　横位置補正量設定部１０２は、横移動量ｙａｖｏｉｄの入力に基づいて、横移動量ｙａｖｏｉｄが非ゼロ値が入力された場合に、そのときの自車横位置を初期値として横移動量ｙａｖｏｉｄのステップ入力を横位置補正量ｙｏｆｓｔとして出力する。
　次に実際の具体的な走行シーンの例をもって、実施の形態２における走行支援制御装置２００の動作内容について説明する。
　図１３は走行支援制御装置２００による走行シーンの一例を示している。図１３では車両走行経路前方に障害物Ｏｂが存在し、元の走行経路で走行を続ければ衝突する恐れがある走行シーンを示す。図１３は、目標経路Ｒｔに沿って走行中の車両（自車両）１０が補正経路Ｒｒを走行して障害物Ｏｂを避ける一例である。
　図１４は図１３の走行シーンのシミュレーション結果を表す。図１４の１段目（上段）の実線は障害物の衝突余裕時間ｔｔｔｃ、点線は衝突余裕時間の閾値ｔｔｔｃ０を表している。２段目（中段）の実線は車両の実走行位置、点線は目標経路を表している。３段目（下段）の実線は実舵角、点線は舵角指令を表している。
　操舵回避判定部１０５は、縦方向および横方向双方の条件について操舵回避必要性を判定するが、図１３の走行シーンにおいて、回避前は横方向の条件については常に成立しているため、ここでは縦方向の条件について考えている。図１４の1段目（上段）の実線は障害物の衝突余裕時間ｔｔｔｃが時間とともに減少していく様子を表し、点線で示す衝突余裕時間の閾値ｔｔｔｃ０以下となった場合に障害物に対する縦方向の条件が成立して、操舵回避判定部１０５は、横回避量に相当する横移動量ｙａｖｏｉｄを出力する。この時、横位置補正量設定部１０２は、現在の自車の横位置を初期値として横移動量ｙａｖｏｉｄのステップ入力を横位置補正量ｙｏｆｓｔとして出力する。目標経路補正部１０３は、２段移動平均フィルタの時定数τ１ｄ、τ２ｄの和が衝突余裕時間の閾値ｔｔｔｃ０以下になるように設定されている。これにより定義された２段移動平均フィルタの伝達特性Ｆ（ｓ）は横位置補正量ｙｏｆｓｔのステップ時間から衝突余裕時間の閾値ｔｔｔｃ０以内に障害物を回避するのに必要な横移動量ｙａｖｏｉｄだけ、横移動する補正経路を生成している。その後、操舵量演算部１０４は生成された補正経路に追従するように舵角指令を与えている。
　上述のように、実施の形態２は、横位置補正量設定部において、第１の横位置補正量がゼロ（０）で、第２の横位置補正量が前方の障害物を回避するための横移動量である。
　以上で説明したように実施の形態２では、障害物と衝突する恐れがあると判定した場合に、経路生成装置２１０が衝突を回避するための補正経路を生成し、操舵量演算部１０４により回避操舵を行うことができる。
実施の形態３．
　図１５は実施の形態３における走行支援制御装置２００Ａの機能ブロック図を示している。なお、操舵量演算部１０４Ａ以外の機能については実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。
　実施の形態３における操舵量演算部１０４Ａは、ＦＢ（フィードバック）舵角指令制御部１０６、ＦＦ（フィードフォワード）舵角指令制御部１０７および舵角指令加算部１０８により構成される。
　ＦＢ舵角指令制御部１０６では、補正経路を入力として、例えば、実施の形態１の式（１９）に示したようにＦＢ舵角指令δＦＢ*を演算し、出力する。
　ＦＦ舵角指令制御部１０７では、横位置補正量ｙｏｆｓｔを入力として、目標経路補正部１０３の伝達特性および車両運動モデルの逆伝達関数に基づいてＦＦ舵角指令δＦＦ*を演算し、出力する。
　舵角指令加算部１０８では、ＦＢ舵角指令δＦＢ*とＦＦ舵角指令δＦＦ*を加算し、舵角指令δ*として操舵ＥＣＵ５に入力する。
　次にＦＦ舵角指令制御部１０７の具体的な動作内容を説明する。
　車両運動モデルとして、例えば、定常円旋回時の舵角応答である定常旋回モデルあるいは車両の横運動・ヨー回転運動を２輪車に近似した２輪モデル等が用いられる。
　定常旋回モデルを考えると、前輪タイヤ角δｆから横位置ｙの伝達関数Ｇ（ｓ）は以下の式（２７）、式（２８）、式（２９）で表されることが知られている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
　式（２８）、（２９）において、sはラプラス演算子を示す。Ａは車両のスタビリティファクタを示す。ｍは車両の質量を示す。ｌは車両のホイールベースを示す。ｌｆは車両重心－前輪軸間距離を示す。ｌｒは、車両重心－後輪軸間距離を示す。ｋｆは車両の前輪コーナリングパワーを示す。ｋｒは、車両の後輪コーナリングパワーを示す。これらのパラメータは、記憶装置１００１に予め記憶されている。
　また、２輪モデルを考えると、前輪タイヤ角δｆから横位置ｙの伝達関数Ｇ（ｓ）は以下の式（３０）、式（３１）で表されることが知られている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
式（３０）、（３１）において、Iはヨー慣性モーメントを示す。
補正経路に対して車両が追従するように舵角を与えるためには目標経路補正部１０３の伝達特性Ｆ（ｓ）と前記車両運動モデルの逆伝達関数Ｇ^（-１）（ｓ）を用いて横位置補正量ｙｏｆｓｔからＦＦ舵角指令δＦＦ*までの伝達特性を次の式（３２）で与えることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
　以上の演算内容により、例として図１６の上段のように横位置補正量から伝達特性Ｆ（ｓ）のフィルタを用いて補正経路が算出される場合に、その補正経路に追従するためのＦＦ舵角指令δＦＦ*は式（７）により演算され、図１６の下段のようになる。
　ここで、実施の形態２と同様に図１３の走行シーンで実施の形態３の走行支援制御装置２００Aを用いた場合のシミュレーション結果を図１７に示す。
　図１４と同様に図１７の１段目（上段）の実線は障害物の衝突余裕時間ｔｔｔｃ、点線は衝突余裕時間の閾値ｔｔｔｃ０を表している。同図の２段目（中段）の実線は車両の実走行位置、点線は目標経路を表している。同図の３段目（下段）の実線は実舵角、点線は舵角指令を表している。実施の形態３における経路生成装置２１０の構成は実施の形態２と同様であるため、図１７の１段目（上段）の障害物の縦方向の条件および同図の２段目（中段）の補正された目標経路は図１４と同様となる。
　ここで操舵量演算部１０４Ａは、横位置補正量ｙｏｆｓｔを入力として、式（３２）により、ＦＦ舵角指令δＦＦ*を演算し、補正された目標経路を入力として、式（１９）により演算されたＦＢ舵角指令δＦＢ*に加算して舵角指令δ*として出力する。ＦＦ舵角指令δＦＦ*を加算することにより、図１４と比較して図１７では舵角指令の絶対値が大きくなり、障害物回避の急操舵に対応して目標経路への追従性が向上していることが確認できる。
　上述のように、実施の形態３においては、経路生成装置で求められた補正経路に沿って車両が走行する目標操舵量を演算する操舵量演算部を備えている。
　また、操舵量演算部においては、車両の操舵角から車両の横位置までの車両横運動の伝達関数モデルを備え、車両横運動の逆伝達関数と、目標経路補正部における横位置補正量を演算する伝達関数を用いて、横位置補正量設定部の出力である横位置補正量に基づいてフィードフォワード舵角指令を演算し、目標操舵量に加算する。
　以上で説明したように実施の形態３の例では、現在の自車走行位置から障害物回避に必要な横距離を入力として、目標の走行経路に追従するためのＦＦ舵角指令を演算し、補正された目標経路から演算したＦＢ舵角指令に加算することで、目標の走行経路への追従性を向上することが可能である。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
　１００　走行支援制御装置、１１０　経路生成装置、１０１　目標経路生成部、１０２　横位置補正量設定部、１０３　目標経路補正部、１０４　操舵量演算部、１０５　操舵回避判定部、１０６　ＦＢ舵角指令制御部、１０７　ＦＦ舵角指令制御部、１０８　舵角指令加算部

Claims (7)

  1. 　車両の目標経路を生成する目標経路生成部と、前記目標経路に対する横方向の補正量である横位置補正量を設定する横位置補正量設定部と、前記横位置補正量に基づいて補正経路を演算する目標経路補正部を備えたことを特徴とする経路生成装置。
  2. 　前記横位置補正量設定部は、第１の横位置補正量から第２の横位置補正量へのステップ入力を前記横位置補正量として出力し、前記目標経路補正部は、第１の横位置補正量から第２の横位置補正量へ収束すると、前記横位置補正量の微分値である横速度補正値と、前記横速度補正値の微分値である横加速度補正値を演算し、前記横位置補正量、前記横速度補正値、前記横加速度補正値に基づいて前記目標経路である横位置、姿勢角、曲率を補正することを特徴とする請求項１に記載の経路生成装置。
  3. 　前記横位置補正量設定部において、第１の横位置補正量が走行支援制御開始時の横偏差初期値、第２の横位置補正量がゼロであることを特徴とする請求項２に記載の経路生成装置。
  4. 　前記横位置補正量設定部において、第１の横位置補正量がゼロで、第２の横位置補正量が前方の障害物を回避するための横移動量であることを特徴とする請求項２に記載の経路生成装置。
  5. 　前記横位置補正量設定部において、第１の横位置補正量がゼロで、第２の横位置補正量が隣接する車線に車線変更するための横移動量であることを特徴とする請求項２に記載の経路生成装置。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の経路生成装置と、前記経路生成装置で求められた前記補正経路に沿って前記車両が走行する目標操舵量を演算する操舵量演算部とを備えたことを特徴とする走行支援制御装置。
  7. 　前記操舵量演算部において、前記車両の操舵角から前記車両の横位置までの車両横運動の伝達関数モデルを備え、前記車両横運動の逆伝達関数と、前記目標経路補正部における前記横位置補正量を演算する伝達関数を用いて、前記横位置補正量設定部の出力である前記横位置補正量に基づいてフィードフォワード舵角指令を演算し、前記目標操舵量に加算することを特徴とする請求項６に記載の走行支援制御装置。
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