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JP2003341501A - 運転支援制御システム - Google Patents

運転支援制御システム

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Publication number
JP2003341501A
JP2003341501A JP2002149578A JP2002149578A JP2003341501A JP 2003341501 A JP2003341501 A JP 2003341501A JP 2002149578 A JP2002149578 A JP 2002149578A JP 2002149578 A JP2002149578 A JP 2002149578A JP 2003341501 A JP2003341501 A JP 2003341501A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vehicle
yaw rate
lateral acceleration
obstacle
control system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002149578A
Other languages
English (en)
Inventor
Masato Abe
正人 安部
Osamu Furukawa
修 古川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2002149578A priority Critical patent/JP2003341501A/ja
Priority to US10/392,854 priority patent/US6820007B2/en
Publication of JP2003341501A publication Critical patent/JP2003341501A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T7/00Brake-action initiating means
    • B60T7/12Brake-action initiating means for automatic initiation; for initiation not subject to will of driver or passenger
    • B60T7/22Brake-action initiating means for automatic initiation; for initiation not subject to will of driver or passenger initiated by contact of vehicle, e.g. bumper, with an external object, e.g. another vehicle, or by means of contactless obstacle detectors mounted on the vehicle
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08GTRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/16Anti-collision systems
    • G08G1/166Anti-collision systems for active traffic, e.g. moving vehicles, pedestrians, bikes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • B60W2050/0019Control system elements or transfer functions
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  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 応答性良く障害物回避動作が可能
な運転支援制御システムを提供する。 【解決手段】 前方の障害物を回避し得るような
運転支援制御システムに於いて、障害物を回避するため
の車両の走行軌跡を決定し、それを実現するための横加
速度を算出する。目標横加速度を静的条件下でのヨーレ
イトに変換し、それに位相進み項を付加する。そのよう
なヨーレイトを実現するように、当該車両にヨーモーメ
ントを加える。これにより、応答性良く障害物回避動作
が可能な運転支援制御システムが提供され、しかもその
ようなシステムを比較的単純な制御系として実現するこ
とができる。また、システムの応答が、高い安定性をも
って得られることがコンピュータシミュレーションによ
り検証された。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、運転支援制御シス
テムに関し、特に前方の障害物を検出し、それを回避す
るように、車両の運転動作を支援する運転支援制御シス
テムに関する。
【0002】
【従来の技術】一般にITSと呼ばれるシステムは、交
通事故を防止するためにも有効であることに着目し、様
々な提案がなされている。例えば、同一出願人による、
特願2000-337373号公報には、前方の障害物
を検出し、それを回避するように、車両の運転動作を支
援するシステムが提案されている。これによれば、前方
の障害物が検出されると、操舵角を直接制御したり、車
両に対して制御された度合でヨーモーメントを加えた
り、或いは操舵操作に対するアシスト力の制御により、
車両が障害物を回避するような軌跡をたどらせることが
可能になる。
【0003】障害物を回避する車両の運動は、車両の横
方向運動、或いは横加速度により規定することができ
る。その反面、車両の運転動作を支援する上では、タイ
ヤの前後力を制御することにより、障害物を回避する車
両の運動を好適に実現することができる。そこで、所要
の横加速度を車両のヨーレートに換算し、そのようにし
て得られた目標ヨーレートを実現するようなヨーモーメ
ントを車両に加えれば、障害物を回避するための運転支
援制御を比較的簡単に実現することができる。しかしな
がら、実際には制御系の遅れなどにより、回避動作の応
答性を確保することが必ずしも容易でなく、条件によっ
ては回避動作が不可能となったり、運転者に不安を感じ
させるような、余裕の無い回避動作が実行されるなどの
問題が生じ得る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、応答性良く障害物
回避動作が可能な運転支援制御システムを提供すること
にある。
【0005】本発明の第2の目的は、左右駆動力配分装
置や、左右輪について独立して制御可能な制動装置を好
適に利用可能な運転支援制御システムを提供することに
ある。
【0006】本発明の第3の目的は、低コストかつ実用
的な運転支援制御システムを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、このよ
うな目的は、車両の運転動作を支援するための運転支援
制御システムであって、前方の障害物に関する情報を取
得する手段と、前記障害物までの距離及びその幅に基づ
き前記障害物を回避するための車両の走行軌跡を決定す
る手段と、前記車両走行軌跡を実現するための横加速度
を算出する手段と、前記横加速度を静的条件下でのヨー
レイトに変換する手段と、前記ヨーレイトに位相進み項
を付加する手段と、前記位相進み項を付加した前記ヨー
レイトを実現するためのヨーモーメントを算出する手段
と、当該車両に前記算出ヨーモーメントを発生させるた
めの手段とを有すること特徴とする運転支援制御システ
ムを提供することにより達成される。
【0008】これにより、応答性良く障害物回避動作が
可能な運転支援制御システムが提供され、しかもそのよ
うなシステムを比較的単純な制御系として実現すること
ができる。また、システムの応答が、高い安定性をもっ
て得られることがコンピュータシミュレーションにより
検証された。演算上の負担を軽減するためには、回避運
動軌跡を単一の正弦波により規定すると良い。
【0009】障害物情報取得手段としては、超音波或い
は電磁波或いはレーザ光を用いたレーダや、画像認識装
置などを利用することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。
【0011】一般に、対象となる車両の周囲の近傍で走
行する他の車両や、道路上の固定障害物の状況を認識す
ることができれば、車両の衝突を回避するような制御が
可能である。ここでは、前方の障害物までの距離及びそ
の幅に基づき、正弦波状の横加速度を車両に加えること
により、レーンチェンジを行うことを想定する。操舵角
の制御、アシスト操舵力の制御を含む様々な手段により
車両に横加速度を加えることができるが、ここでは、特
に、直接横加速度を発生するのではなく、左右のタイヤ
に発生する軸線方向力を制御することにより車体にヨー
モーメントを発生させて、レーンチェンジを行うことを
想定する。これは、DYC(direct yawmoment contro
l)と呼ばれる。このような軸線方向力は、左右駆動力
配分装置や、左右輪について独立して制御可能な制動装
置を利用して得ることができる。
【0012】このような場合、所要の回避運動としての
レーンチェンジを行うために必要な正弦波状の横加速度
を、正弦波状のヨーレイトに変換し、タイヤのモデル及
び車両のフィードバック特性を考慮して、このようなヨ
ーレイトを発生するために必要なヨーモーメントを解析
的に求めることができる。このようなヨーレイトは、運
転者の介入を伴わないで実現されるようにすることも出
来るが、運転者の回避操作をアシストするようなヨーモ
ーメントを発生させるのが、より実用的であろう。実際
に、運転者−車両系のモデルについてコンピュータシミ
ュレーションを行ったところ、好適に前方の障害物を回
避する動作が可能であった。図1は、車載レーダ2を備
えた車両1を示しており、制御装置3が、車載レーダ2
からの情報に基づき、左右輪の制動力及び又は駆動力を
制御するようにしている。制動力及び又は駆動力を制御
する装置が符号4により示されている。
【0013】図2は、LBなる前後方向長さの区間にて、
横方向に距離dをもってレーンチェンジを行う様子を示
している。車両は、初期速度V0から最終速度VTに向けて
加速又は減速するとする。その間の加速度または減速度
は一定であるとすると、次の式が得られる。 tB = 2LB/(V0+VT) ・・・ (1) aX = (V0 2 - VT 2)/2LB ・・・ (2) 但し、tBはレーンチェンジを行うのに要する時間、aX
車両の前後方向加速度である。
【0014】ここで、車両は、レーンチェンジの間、正
弦波状の横加速度を有するものとし、次の式により表
す。 aY = a sin (2πt/tB) ・・・ (3) LB及びdの数値及び最終速度の適切な値は、車両の運動
自体ばかりでなく、障害物の相対位置や、道路条件に応
じて決定されるものとする。
【0015】この時間関数を、t=0 にて(dy/dt)=0及びy
=0なる初期条件下に於いて2回積分すると、レーンチェ
ンジの間の車両の横方向の変位に対応する以下の式を得
る。ここで、軸線方向距離LBは、幅dに比較して十分大
きいものとして、車両の横加速度は常にレーンチェンジ
方向すなわち横方向を向くものとみなすものとする。 y = (atB/2π){t-(tB/2π)sin(2πt/tB)} ・・・ (4)
【0016】車両が、幅dのレーンチェンジを完了し得
るとすると、上記した式は終端条件t = tB, y = d.を満
たす。従って、レーンチェンジを行う際の正弦波状の横
加速度の振幅を次のように決定することができる。 a = 2πd/tB 2 ・・・ (5) 車両は、このような正弦波状の横加速度を受けるように
外力あるいは外部からのモーメントの入力があれば、車
両はその前方の障害物を回避するようなレーンチェンジ
を達成できることになる。
【0017】所定の車両の運動を実現するようなシャー
シコントールとしては様々なものがある。この場合、タ
イヤの軸線方向力により発生するヨーモーメントをレー
ンチェンジアシスト制御のために利用するものとする。
特に、障害物を回避するようなレーンチェンジを行う場
合には、多くの場合何らかの制動操作が伴うものであ
り、何ら追加のハードウエアを用いることなく、単に、
既存のブレーキシステムを利用して必要なDYCを実行
することができる。また、車両の横方向加速度を制御す
るよりも、車両のヨーレイトを制御する方が、DYCを
簡単に実現することができる。そこで、車両のレーンチ
ェンジを行うために必要な単一の正弦波状横加速度を、
車両のヨーレイトを制御することにより達成するように
している。
【0018】車両の2自由度平面モデルから、ヨーモー
メント入力に伴うヨーレイトに応答して発生する横方向
加速度には多少の時間遅れがあることが理解される。外
からのヨーモーメント入力に対する横方向加速度及びヨ
ーレイトは次の式により与えられる。 (a/Mz)(s) = GRV(1+ Tas)/(P+Qs+s2) ・・・ (6) (r/Mz)(s) = GR(1+ TRs)/(P+Qs+s2) ・・・ (7) 但し、 P = (4L2KfKr/mIV2)(1+AV2) Q = (2/mIV)[m{Lf 2Kf + Lr 2Kr} + I(Kf + Kr)] GR = 2(Kf + Kr)/mIV Ta = 2(LrKr - LfKf)/{(Kf + Kr)V} TR = mV/{2(Kf + Kr)} A = m(LrKr - LfKf)/(2L2KfKr)
【0019】これらの式から、TR >> Ta を考慮して、
横加速度とヨーレイトとの関係を次のようにまとめるこ
とができる。 (a/r)(s) = V(1+Tas)/(1+TRs)≒V/(1+τs) ・・・ (8) 但し、 τ= mV/2{(Kf + Kr)} - (LrKr - LfKf)/{V(Kf + Kr)}
【0020】本発明者の知見によれば、横加速度の時間
遅れは車速の増大に応じてほぼ比例的に増大する。従っ
て、定常状態では、ヨーレイトと車速との積は横加速度
に等しいが、所要の回避動作のためのレーンチェンジを
実現し得るような横加速度を得るためには、正弦波状の
ヨーレイト応答に位相進み項を付加する必要がある。式
(3)により表されるレーンチェンジの際の車両の横加
速度を式(8)に代入すると、レーンチェンジの際に必
要とされるヨーレイト応答が次のように求められる。 rm=(a/V){sin(2πt/tB)+τ(2π/tB)cos(2πt/tB)} ・・・ (9) これは、DYCによる回避的なレーンチェンジにおける
運転者アシスト制御のための位相進みヨーレイトモデル
応答である。
【0021】運転者アシストシステムのための制御則を
導入するために、次のようなスライド面を規定する。 s = r - rm = 0 ・・・ (10) スライディング条件として以下の式を用いる。 ds/dt + ks = 0 ・・・ (11) 式(10)を式(11)に代入すると、次式が得られ
る。 dr/dt - drm/dt + k(r - rm) = 0 ・・・ (12) これに対して、アシスト制御のためにヨーモーメントが
与えられた車両のヨー運動は次の式により表される。 I(dr/dt) = 2(LfYf - LrYr) + Mz ・・・ (13)
【0022】式(12)及び(13)からヨー運動の角
加速度を消去すると、制御のためのヨーモーメントは次
のように得られる。 Mz = -2(LfYf - LrYr) + I(drm/dt) - kI(r - rm)・・・ (14)
【0023】モデルヨーレイト応答の角加速度は式
(9)から次のように与えられる。 drm/dt = (2πa/tBV){cos(2πt/tB) - τ(2π/tB)sin(2πt/tB)}・・ ・ (15) 式(14)において、前後のタイヤに加えられる横方向
力Yf及びYrは、車両タイヤモデルにより与えられ、タイ
ヤモデルにおいて必要とされるサイドスリップ角はモデ
ルオブザーバーにより与えられる。ヨーレイトrは車両
に備えられたヨーレイトセンサーを用いることにより検
出することができる。
【0024】以上の過程が、図3のフロー図に整理され
ている。先ず、車載レーダ2により障害物を特定し、LB
及びdを判定する。LB及びdの値に基づき、式(4)のよ
うに回避軌跡を決定し、式(5)のような振幅を有する
所要の正弦波状の横加速度を求める。式(8)から、目
標横加速度に対する目標ヨーレートを算出する。この目
標ヨーレートに、位相進みを付加して、式(9)により
表される修正目標ヨーレートを算出する。次に、修正目
標ヨーレートを実現するために必要なヨーモーメントを
算出し、対応する左右駆動力及び又は制動力を算出し、
実際に発生する。それによって、障害物を回避すること
ができる。
【0025】このような運転者アシストシステムの構成
を検証するために、非線形多自由度自動車モデルについ
てのコンピューターシミュレーションを行った。運転者
-車両システムシミュレーションにおける運転者のモデ
ルとして、一次プレビューモデルが用いられた。運転者
のモデルには、操作速度の上限値及び最大操作速度に到
達するまでの時間遅れが組み込まれた。運転者支援シス
テムにおけるレーンチェンジ挙動に対するドライバーア
シスト制御の有効性を評価する前に、コンピョーターシ
ミュレーションによりヨーレイトに位相進み項を組み込
むことの効果を検証した。その結果が図4及び5に示さ
れている。ここでは、結果が明瞭に現れるように、運転
者による操舵が行われず、制御されたヨーモーメントの
みで回避動作を行った場合についてのシミュレーション
を行った。即ち、ハンドルを中立点に固定している。
【0026】図4a及び図4bは、車両が時速80km
から時速50kmまで減速する間に障害物を回避する際
のヨー応答を、位相進みを組み込まなかった場合及び位
相進みを組み込んだ場合についてそれぞれ示している。
図5a及び図5bは、車両が時速100kmから時速7
0kmまで減速する間に障害物を回避する際のヨー応答
を、位相進みを組み込まなかった場合及び位相進みを組
み込んだ場合についてそれぞれ示している。
【0027】位相進み方法において、ヨーレイト応答
は、レーンチェンジのために所定の単一の正弦波状の横
加速度を選べるように制御した。位相進みの効果は顕著
であって、算出されたヨーモーメントにより車両のヨー
レイト応答を制御することにより目標とする正弦状の横
加速度応答が得られた。いずれの場合も、位相進みを組
み込むことにより、横加速度の応答性が向上している
が、その効果は、車速の高い場合に特に顕著である。シ
ミュレーションによれば、目標レーンチェンジ幅は、必
要なレーンチェンジ幅よりもやや大きく設定するのが好
ましいことが見い出された。レーンチェンジの際の横方
向変位と実際の横方向とのある程度の偏差のために車両
の横方向変位が不十分となる場合があるからである。ま
たタイヤの飽和特性も、与えられたヨーモーメント入力
に対して予想されるよりも実際の横方向変位を小さくす
る傾向にある。
【0028】図6a、図6b及び図6cは、車両が時速
80kmから時速50kmまで減速する間に障害物を回
避する際の車両の応答を表している。この場合には、運
転者による、回避動作のための操舵入力が考慮されてい
る。図6aはアシスト制御を行わなかった場合、図6b
は位相進みを組み込まずにアシスト制御を行った場合、
図6cは位相進みを組み込んでアシスト制御を行った場
合を表している。図7a、図7b及び図7cは、車両が
時速100kmから時速70kmまで減速する間に障害
物を回避する際の車両の応答を、同様に表している。こ
の場合も、アシスト制御の有効性が検証され、特に位相
進みを組み込むことにより、回避動作の応答性が向上す
るばかりでなく、車両の安定性も向上することが確かめ
られた。
【0029】
【発明の効果】簡単な環境情報を活用してドライバの運
転を支援する制御システムを提案し、計算機シミュレー
ションによって効果の確認を行った。障害物を回避する
ための車両の軌跡を達成するような横加速度を目標ヨー
レイトに換算し、人間−自動車系の障害物回避特性を向
上させることができた。目標ヨーレイトは、タイヤの前
後力を制御することにより、容易に実現することができ
る。特に、目標ヨーレイトに位相進みを組み込むことに
より、回避動作の応答性を向上させ、しかも車両の安定
性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用された運転支援制御システムを装
備した車両を示す模式図。
【図2】障害物を回避するためにレーンチェンジを行う
要領を示すダイヤグラム図。
【図3】本発明に基づく制御動作を時系列的に示すフロ
ー図。
【図4】a及びbからなり、車両が時速80kmから時
速50kmまで減速する間に障害物を回避する際のヨー
応答を示すグラフ。
【図5】a及びbからなり、車両が時速100kmから
時速70kmまで減速する間に障害物を回避する際のヨ
ー応答を示すグラフ。
【図6】a、b及びcからなり、車両が時速80kmか
ら時速50kmまで減速する間に障害物を回避する際の
車両の前後方向位置に対する横方向変位等を示すグラ
フ。
【図7】a、b及びcからなり、車両が時速100km
から時速70kmまで減速する間に障害物を回避する際
の車両の前後方向位置に対する横方向変位等を示すグラ
フ。
【符号の説明】
1 車両 2 車載レーダ 3 制御装置 4 制動力/駆動力制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 修 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 3D046 BB18 BB32 GG02 HH20 HH21 HH25 5H180 AA01 CC03 CC04 CC11 CC12 LL01 LL04 LL09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両の運転動作を支援するための運転
    支援制御システムであって、 前方の障害物に関する情報を取得する手段と、 前記障害物までの距離及びその幅に基づき前記障害物を
    回避するための車両の走行軌跡を決定する手段と、 前記車両走行軌跡を実現するための横加速度を算出する
    手段と、 前記横加速度を静的条件下でのヨーレイトに変換する手
    段と、 前記ヨーレイトに位相進み項を付加する手段と、 前記位相進み項を付加した前記ヨーレイトを実現するた
    めのヨーモーメントを算出する手段と、 当該車両に前記算出ヨーモーメントを発生させるための
    手段とを有すること特徴とする運転支援制御システム。
  2. 【請求項2】 前記回避経路が、正弦波的に変化する
    横加速度により与えられることを特徴とする請求項1に
    記載の運転支援制御システム。
  3. 【請求項3】 算出ヨーモーメントを発生させるため
    の前記手段が、タイヤに前後方向力を与える手段を含む
    ことを特徴とする請求項1に記載の運転支援制御システ
    ム。
JP2002149578A 2002-05-23 2002-05-23 運転支援制御システム Pending JP2003341501A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002149578A JP2003341501A (ja) 2002-05-23 2002-05-23 運転支援制御システム
US10/392,854 US6820007B2 (en) 2002-05-23 2003-03-21 Vehicle operation assist control system

Applications Claiming Priority (1)

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