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WO2022130842A1 - 車両運動制御装置、および、車両運動制御方法 - Google Patents

車両運動制御装置、および、車両運動制御方法 Download PDF

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Publication number
WO2022130842A1
WO2022130842A1 PCT/JP2021/041347 JP2021041347W WO2022130842A1 WO 2022130842 A1 WO2022130842 A1 WO 2022130842A1 JP 2021041347 W JP2021041347 W JP 2021041347W WO 2022130842 A1 WO2022130842 A1 WO 2022130842A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
motion control
control device
acceleration
vehicle motion
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/041347
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真吾 奈須
健太郎 上野
勝 山崎
Original Assignee
日立Astemo株式会社
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 日立Astemo株式会社 filed Critical 日立Astemo株式会社
Priority to CN202180083661.3A priority Critical patent/CN116635920A/zh
Priority to US18/265,804 priority patent/US20240034328A1/en
Priority to EP21906206.4A priority patent/EP4266286A4/en
Publication of WO2022130842A1 publication Critical patent/WO2022130842A1/ja

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    • B60W30/045—Improving turning performance

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle motion control device for controlling the motion of a vehicle and a vehicle motion control method.
  • a traveling track composed of information such as a traveling route and a traveling speed, which is a traveling target of the vehicle, is generated, and the vehicle travels along the traveling track.
  • Techniques for controlling power trains, brakes, steering, etc. are known.
  • the simplest driving route control is, for example, lane keeping control in which the center of the lane is set as the traveling route.
  • Patent Document 1 states, "In the case of calculating the traveling track in which the vehicle is turned to the left or right and then continuously turned to the other, the vehicle speed of the vehicle is higher among the traveling tracks.
  • a vehicle motion control device that "calculates the traveling track so that the peak value of the curvature of the traveling track becomes smaller toward a portion" is described, and claim 2 "turns the vehicle to the left or right.”
  • the difference between the maximum value of the front-rear / lateral combined acceleration of the vehicle during the period and the maximum value of the front-rear / lateral combined acceleration of the vehicle while turning to the other is calculated, ...
  • a vehicle motion control device that "calculates the traveling track so that the difference is smaller than when the wheel turns left and right along a point-symmetrical track” is described.
  • Patent Document 1 covers the calculation of the traveling track in which the vehicle is turned to the left or right and then continuously turned to the other, that is, the vehicle motion in the lane change (lane change) mode, and is intended at the time of the lane change.
  • the traveling track so that the peak value of the curvature of the traveling track becomes smaller as the vehicle speed of the vehicle is higher, the peak value of the front-rear / lateral combined acceleration of the vehicle is suppressed and the stability of the vehicle behavior is improved.
  • Vehicle motion control devices are disclosed.
  • the vehicle motion device of Patent Document 1 does not suppress the peak number of the combined acceleration to improve the ride comfort and comfort of the occupant, and as a result of suppressing the peak value of the combined acceleration, the peak number of the combined acceleration is increased. It was also permissible that the number of vibrations generated in the vehicle would increase and the behavior of the vehicle would become unstable.
  • the present invention provides a vehicle motion control device and a vehicle motion control method that suppress the vibration generated in the vehicle and suppress the occurrence of unstable behavior of the vehicle by suppressing the number of peaks of the combined acceleration of the vehicle.
  • the purpose is to provide.
  • the vehicle motion control device of the present invention is a vehicle motion control device that controls the motion of the vehicle, and includes an operation management unit that generates travel status information of the vehicle and the travel status information.
  • the travel track generation unit includes a travel track generation unit that generates a travel track of the vehicle based on the vehicle, and a travel control unit that controls driving, braking, and steering of the vehicle based on the travel track.
  • the course planning unit that generates the target course based on the driving situation information, and the front-rear acceleration and the lateral acceleration that generate one peak of the combined acceleration generated when the vehicle travels on each curve of the target course are calculated to be the target. It is a vehicle motion control device having a speed planning unit for planning the speed.
  • the vibration generated in the vehicle can be reduced and the unstable behavior of the vehicle can be suppressed. .. Issues, configurations and effects other than those described above will be clarified by the explanation of the following examples.
  • FIG. The functional block diagram of the in-vehicle system of Example 1.
  • FIG. The functional block diagram of the speed planning part of Example 1.
  • FIG. Top view of the first traveling path. Acceleration graph when conventional control is used when traveling on the first travel route. The acceleration graph when the control of Example 1 is used at the time of traveling on the 1st travel path. A jerk acceleration graph when the control of the first embodiment is used when traveling on the first travel route. Top view of the second traveling path. The acceleration graph when the control of Example 1 is used at the time of traveling on the 2nd travel path. Top view of the third traveling path. The acceleration graph when the control of Example 1 is used at the time of traveling on the 3rd travel path. Another example of the acceleration graph when the control of the first embodiment is used when traveling on the third traveling route.
  • vehicle motion control device 2 of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9B.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of an in-vehicle system 1 having the vehicle motion control device 2 of the present embodiment.
  • the in-vehicle system 1 is a system mounted on a vehicle to execute vehicle motion control such as driving support and automatic driving.
  • an in-vehicle communication device 11 a GNSS (Global Navigation Satellite System) 12, and map information. It has a storage unit 13, a sensor 14, an HMI (human machine interface) unit 15, a vehicle motion control device 2, a power train system 6, a brake system 7, and a stelling system 8.
  • HMI human machine interface
  • the out-of-vehicle communication device 11 executes vehicle-to-vehicle communication with another vehicle or road-to-vehicle communication with a roadside unit by wireless communication, and transmits / receives information such as a vehicle and the surrounding environment.
  • the GNSS12 receives radio waves transmitted from artificial satellites such as the quasi-zenith satellite and the GPS (Global Positioning System) satellite, and acquires information such as the position of the vehicle (own vehicle).
  • artificial satellites such as the quasi-zenith satellite and the GPS (Global Positioning System) satellite
  • GPS Global Positioning System
  • the map information storage unit 13 includes general road information used in navigation systems and the like, road information having information on curves such as road width and road curvature, information such as road surface conditions and traffic conditions, and other vehicles. It stores information such as the vehicle and the surrounding environment, which is information on the driving condition. Information such as the vehicle and the surrounding environment is sequentially updated by the information acquired by the vehicle-to-vehicle communication and the road-to-vehicle communication via the vehicle-to-vehicle communication device 11.
  • the sensor 14 includes an image sensor, a millimeter-wave radar, an outside world recognition sensor that detects information on the vehicle such as a rider and the surrounding environment, operation by a driver, vehicle speed, acceleration, jerk, angular velocity, wheel steering angle, and the like. It is a sensor that detects information.
  • Information such as the vehicle and surrounding environment detected by the outside world recognition sensor is, for example, various objects such as obstacles, signs, lane boundaries, lane outside lines, buildings, pedestrians, and other vehicles existing around the own vehicle. Information.
  • the sensor 14 recognizes, for example, a lane boundary line, a lane outside line, or the like based on the difference between the white line of the image data captured by the image sensor and the brightness of the road surface.
  • the HMI unit 15 has information received by user input operations such as selection of a traveling mode and setting of a destination, information acquired by an out-of-vehicle communication device 11, GNSS 12, and a sensor 14, and information recorded in a map information storage unit 13. Therefore, the information required by the user is displayed on the display and voice guidance is provided from the speaker. In addition, the HMI unit 15 generates an alarm to alert the user.
  • the driving mode includes, for example, a comfort mode, an economy mode, a sports mode, and the like, and the driving mode is arbitrarily set by the user, set in advance by the user, or described later based on the driving situation information. It is set by the operation management unit 3 of the vehicle, and the speed, acceleration, jerk, etc. of the vehicle are set. That is, the upper limit of the behavior of the vehicle changes depending on the traveling mode. Further, the traveling mode includes a shortest time mode that minimizes the travel time and a shortest distance mode that minimizes the travel distance.
  • the vehicle motion control device 2 has an operation management unit 3, a travel track generation unit 4, and a travel control unit 5, and the travel track generation unit 4 includes a course planning unit 41 and a speed planning unit.
  • the vehicle motion control device 2 has hardware such as a computing device such as a CPU (Central Processing Unit), a main storage device and an auxiliary storage device such as a semiconductor memory, and a communication device, and can control a vehicle.
  • a computing device such as a CPU (Central Processing Unit)
  • main storage device main storage device and an auxiliary storage device such as a semiconductor memory, and a communication device
  • ECU Electronic Control Unit
  • the operation management unit 3, the travel track generation unit 4, and the travel control unit 5 have separate configurations, but they do not necessarily have to have separate configurations, and these units are actually used. When used in a vehicle, various functions of these units may be realized by a higher-level controller.
  • the operation management unit 3 has information on the position of the own vehicle and various types existing around the own vehicle based on the information acquired by the external communication device 11, the GNSS 12, and the sensor 14 and the information recorded in the map information storage unit 13. It generates information about the behavior of the vehicle such as object information (information such as the vehicle and surrounding environment), lateral acceleration, yaw rate, and lateral acceleration. Further, the operation management unit 3 periodically transmits information on the position of the own vehicle, information on various objects, and information on the behavior of the vehicle to other vehicles and roadside units via the out-of-vehicle communication device 11. It is also transmitted to the map information storage unit 13 and the information stored in the map information storage unit 13 is sequentially updated.
  • the operation management unit 3 is based on the information on the position of the own vehicle, the information on various objects, the information on the behavior of the vehicle, and the information received by the HMI unit 15 (for example, the traveling mode and the destination). Set the route information from the current position to the destination.
  • the information generated or set by the operation management unit 3 may be referred to as "traveling status information”.
  • the travel track generation unit 4 is a route that is a travel target when the vehicle travels on the road in the route planning unit 41 based on the travel condition information input from the operation management unit 3 (hereinafter referred to as “target route P”). Is generated, and the speed planning unit 42 generates a speed (hereinafter referred to as “target speed”) that is a travel target when the vehicle travels on the road. Then, the traveling track composed of information such as the target course P and the target speed is output. The details of the speed planning unit 42 will be described later.
  • the travel control unit 5 sets a target driving force, a target braking force, a target steering angle, and the like so that the vehicle follows the travel track output from the travel track generation unit 4, and sets the power train system 6 and the vehicle. It controls the brake system 7 and the steering system 8.
  • the power train system 6 controls the driving force generated by the internal combustion engine, the electric motor, or the like based on the operation by the driver or the target driving force output from the traveling control unit 5.
  • the brake system 7 controls the braking force generated by the brake caliper or the like based on the operation by the driver or the target braking force output from the traveling control unit 5.
  • the steering system 8 controls the steering angle of the wheels based on the operation by the driver and the target steering angle output from the traveling control unit 5.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the speed planning unit 42.
  • the speed planning unit 42 generates a target speed of the vehicle based on the position and speed of the vehicle, the upper limit of the behavior, the target course P, and the like, and the information acquisition unit 42a, the vehicle behavior prediction unit 42b, and the acceleration determination unit 42. It has a 42c, an acceleration correction unit 42d, and a traveling speed generation unit 42e. Hereinafter, they will be described in sequence.
  • the information acquisition unit 42a acquires travel status information from the operation management unit 3 and the target route P from the route planning unit 41, and outputs them to each unit in the speed planning unit 42.
  • the vehicle behavior prediction unit 42b is on the travel route when traveling on the target route P based on the travel status information from the information acquisition unit 42a, the target course P, and the acceleration correction value from the acceleration correction unit 42d described later. Predict the behavior of the vehicle that occurs at each existing point. Further, the vehicle behavior prediction unit 42b predicts and outputs the behavior of the vehicle below the upper limit value that changes depending on the driving mode set by the driver or the like and the acceleration correction value from the acceleration correction unit 42d.
  • the acceleration determination unit 42c has a peak of synthetic acceleration of 1 when traveling on one curve based on the travel status information from the information acquisition unit 42a, the target course P, and the vehicle behavior prediction value from the vehicle behavior prediction unit 42b. It is determined whether or not it is used, and the determination result (information) is output.
  • the combined acceleration used here is the magnitude of the combined vector of the acceleration generated in the vehicle. For example, when the plane motion of the vehicle is targeted, it is the square root of the sum of squares of the longitudinal acceleration and the lateral acceleration generated in the vehicle. be.
  • the peak of the combined acceleration is the maximum value of the combined acceleration generated when the vehicle travels on one curve. It should be noted that the peak referred to here includes a peak in which the acceleration maintains a maximum value for a predetermined time on the acceleration graph and is in a flat state.
  • the acceleration determination unit 42c In order to determine whether the peak of the combined acceleration when traveling on one curve is one, the acceleration determination unit 42c first extracts the inflection points I of the curvature of the target course P, and then at the inflection points I before and after.
  • the sandwiched section is defined as one curve. Then, the number of curves (information) existing in the traveling direction of the vehicle is detected, and information such as the length, width, curvature, turning direction, start point, and end point of the curve is calculated and output for each detected curve. do.
  • the curvature that forms a peak or inflection in one curve may be referred to as "peak curvature".
  • the acceleration correction unit 42d accelerates based on the traveling condition information from the information acquisition unit 42a, the target course P, the vehicle behavior prediction value from the vehicle behavior prediction unit 42b, and the determination result (information) from the acceleration determination unit 42c. Calculate the correction value.
  • the acceleration correction value is a value equal to or less than the upper limit value obtained by increasing / decreasing the controllable acceleration of the vehicle or changing the shape of the acceleration, which is calculated only when the peak of the combined acceleration in one curve is not one.
  • the magnitude of the front-rear acceleration generated in the vehicle may be set to be a predetermined ratio to the lateral acceleration so that the peak of the combined acceleration in the curve becomes one.
  • the traveling speed generation unit 42e is based on the traveling condition information from the information acquisition unit 42a, the target course P, the vehicle behavior prediction value from the vehicle behavior prediction unit 42b, and the determination result (information) from the acceleration determination unit 42c. Only when there is one peak of the combined acceleration, the speed (running speed) at each point existing on the running path is set.
  • FIG. 3 is a plan view of the first travel path, and is a target set within the range of the travelable area R in which the vehicle V can travel without contacting obstacles, pedestrians, buildings, other vehicles, and the like. It is an example of the course P. Since the inflection point I 1 exists at the start point of the right turn and the inflection point I 2 exists at the end point on this target course P, the acceleration determination unit 42c has the inflection point I 1 from the inflection point I 1. The interval up to I 2 is defined as one curve C 1 . In FIG.
  • the target course P is set as a route traveling in the center of the travelable area R, but if it is within the range of the travelable area R, for example, the target course P having a peak curvature smaller than the peak curvature of the road shape. May be set.
  • FIG. 4A is an acceleration graph when the conventional control is used for the vehicle V of FIG. 3
  • FIG. 4B is an acceleration graph when the control of the first embodiment is used for the vehicle V of FIG.
  • the alternate long and short dash line indicates the longitudinal acceleration of the vehicle V
  • the broken line indicates the lateral acceleration of the vehicle V
  • the solid line indicates the combined acceleration which is the square root of the sum of the squares of the longitudinal acceleration and the lateral acceleration.
  • the peak value of the absolute value of the front-back acceleration (dashed-dotted line) is made smaller than the peak value of the absolute value of the lateral acceleration (broken line). Not only the peak of the combined acceleration (solid line) becomes one near the center of the curve C1, but also the acceleration change near the peak becomes gradual.
  • a sine wave shape is illustrated as an example of the shape of the front-back acceleration control of the first embodiment, but it may be a rectangular wave shape or a trapezoidal wave shape, for example.
  • FIG. 5 is a graph showing the jerk generated in the vehicle V when the acceleration control of FIG. 4B is executed.
  • the anteroposterior jerk and lateral jerk shown in FIG. 5 are temporal changes of jerk and lateral acceleration shown in FIG. 4B, and the combined jerk shown in FIG. 5 is the square root of the sum of squares of jerk and lateral jerk. ..
  • the shape of the jerk in the front-rear direction of the first embodiment is a sine wave shape, but it may be a rectangular wave shape or a trapezoidal wave shape, for example, and the shape of the front-back acceleration or the front-back jerk is a rectangle. By making it a wave shape or a trapezoidal wave shape, the peak value of the combined jerk can be reduced.
  • FIG. 6 is a plan view of the second travel path, and illustrates a target course P set within the range of the travelable area R when the vehicle V changes lanes between two adjacent straight roads. be. Since the inflection points I 3 , I 4 , and I 5 exist between the start point and the end point of the lane change on this target course P, the acceleration determination unit 42c changes from the inflection point I 3 .
  • the left turn section up to point I 4 is defined as one curve C 2
  • the right turn section from inflection point I 4 to turn point I 5 is defined as another curve C 3 .
  • FIG. 7 is an acceleration graph when the control of this embodiment is used for the vehicle V of FIG.
  • the vehicle V using the control of this embodiment decelerates near the entrance of the first curve C 2 and accelerates near the exit of the next curve C 3 .
  • the peak value of the absolute value of the anteroposterior acceleration (dashed-dotted line) smaller than the peak value of the absolute value of the lateral acceleration (broken line)
  • the combined acceleration (combined acceleration) (while traveling on either the curve C2 or the curve C3). Since the peak of the solid line) can be made one, the vibration generated in the vehicle V can be reduced and the occurrence of unstable behavior of the vehicle can be suppressed even when the lane is changed in which the curves in the opposite directions are continuous.
  • FIG. 8 is a plan view of the third travel path, and illustrates the target course P set within the range of the travelable region R of the vehicle V. Since the inflection point I 6 exists at the start point of the right turn and the inflection point I 7 exists at the end point on this target course P, the acceleration determination unit 42c reaches the inflection point I 6 .
  • the section is defined as a straight road S, and the section from the inflection point I 6 to the inflection point I 7 is defined as one curve C 4 .
  • FIG. 9A is an example of an acceleration graph when the control of this embodiment is used for the vehicle V of FIG.
  • the vehicle V starts decelerating from the current position on the straight road S and enters the curve C4 while decelerating.
  • the peak value of the absolute value of the anteroposterior acceleration dashed-dotted line
  • the peak value of the combined acceleration (solid line) of the curve C4 is made one. be able to.
  • FIG. 9B shows an acceleration graph when the vehicle V enters the curve C4 while decelerating faster and larger than that of FIG. 9A.
  • the peak value of the absolute value of the front-rear acceleration (dashed-dotted line) is made smaller than the peak value of the absolute value of the lateral acceleration (broken line), so that the curve C
  • the peak of the combined acceleration (solid line) passing through 4 can be made one.
  • the relationship between the front-rear acceleration and the lateral acceleration is controlled so that the peak of the combined acceleration while the vehicle V is passing through each curve becomes one.
  • the number of vibrations generated in the vehicle V can be reduced, and the occurrence of unstable behavior of the vehicle V can be suppressed. This improves the ride quality and comfort of the occupants.
  • FIG. 10 is a functional block diagram of the speed planning unit 42 of the second embodiment.
  • the speed planning unit 42 of the present embodiment shown here changes the traveling speed generation unit 42e to the traveling speed candidate generation unit 42f with respect to the speed planning unit 42 of the first embodiment shown in FIG. 2, and is a traveling speed selection unit. 42g is added.
  • the traveling speed candidate generation unit 42f is based on the traveling condition information from the information acquisition unit 42a, the target course P, the vehicle behavior prediction value from the vehicle behavior prediction unit 42b, and the determination result (information) from the acceleration determination unit 42c. , A plurality of target speed candidates having one peak of the combined acceleration are generated and output to the traveling speed selection unit 42g.
  • the traveling speed selection unit 42g is based on the current traveling mode (shortest time mode, economy mode, etc.) indicated by the traveling status information from the information acquisition unit 42a, and a plurality of target speed candidates from the traveling speed candidate generation unit 42f. One is selected as the target speed and output to the traveling control unit 5. For example, when the traveling status information indicates the shortest time mode, the target speed candidate having the shortest traveling time is selected from the plurality of target speed candidates generated by the traveling speed candidate generation unit 42f, and the traveling status information is energy. When indicating a mode, the target speed candidate with the minimum energy consumption is selected from a plurality of target speed candidates. That is, the traveling speed selection unit 42g selects the target speed having the shortest travel time from the plurality of target speeds, or selects the target speed having the minimum energy consumption from the plurality of target speeds.
  • the traveling speed selection unit 42g selects the target speed having the shortest travel time from the plurality of target speeds, or selects the target speed having the minimum energy consumption from the plurality of target speeds.
  • the vehicle motion control device of the second embodiment not only the same effect as that of the first embodiment can be obtained, but also the vehicle motion can be controlled according to the selection of the traveling mode.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications.
  • the above-mentioned examples have been specifically described in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations.

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Abstract

本発明は、走行中の車両に生じる振動を低減し、車両の不安定挙動の発生を抑制できる車両運動制御装置を提供する。車両の運動を制御する車両運動制御装置であって、前記車両の走行状況情報を生成する運行管理ユニットと、前記走行状況情報に基づいて前記車両の走行軌道を生成する走行軌道生成ユニットと、前記走行軌道に基づいて前記車両の駆動、制動、操舵を制御する走行制御ユニットと、を備えており、前記走行軌道生成ユニットは、前記走行状況情報に基づいて目標進路を生成する進路計画部と、前記車両が前記目標進路の各カーブを走行する時に生じる合成加速度のピークが１つになる前後加速度と横加速度を演算して目標速度を計画する速度計画部と、を有する車両運動制御装置。

Description

車両運動制御装置、および、車両運動制御方法
　本発明は、車両の運動を制御する車両運動制御装置、および、車両運動制御方法に関する。
　運転支援や自動運転に代表される車両運動制御技術の一種として、車両の走行目標となる走行経路や走行速度といった情報で構成される走行軌道を生成し、その走行軌道に沿って車両が走行するようにパワートレイン、ブレーキ、ステアリングなどを制御する技術が知られている。最も単純な走行経路制御としては、例えば、車線中央を走行経路に設定する車線維持制御がある。
　また、より高度な走行経路制御技術としては、特許文献１に開示されるものがある。例えば、特許文献１の請求項１には、「前記車両を左右一方へ旋回させた後に連続して他方へ旋回させる前記走行軌道を算出する場合は、前記走行軌道のうち前記車両の車速が高い部分ほど前記走行軌道の曲率のピーク値が小さくなるように、前記走行軌道を算出する」車両運動制御装置が記載されており、また、請求項２には、「前記車両が左右一方へ旋回している間における前記車両の前後・横合成加速度の最大値と他方へ旋回している間における前記車両の前後・横合成加速度の最大値との間の差分を算出し、・・・、前記車両が点対称な軌道に沿って左右へ旋回する場合よりも前記差分が小さくなるように、前記走行軌道を算出する」車両運動制御装置が記載されている。
　このように、特許文献１には、車両を左右一方へ旋回させた後に連続して他方へ旋回させる走行軌道の算出、つまりレーンチェンジ（車線変更）様態の車両運動を対象としており、レーンチェンジ時の車両の車速が高い部分ほど走行軌道の曲率のピーク値が小さくなるように走行軌道を算出することで、車両の前後・横合成加速度のピーク値を抑制し、車両挙動の安定性を改善する車両運動制御装置が開示されている。
特開２０１８－０４７８２８号公報
　しかし、特許文献１の車両運動装置は、合成加速度のピーク数を抑制して乗員の乗り心地や快適性を改善するものではなく、合成加速度のピーク値を抑制した結果、合成加速度のピーク数が増加してしまい、車両に生じる振動回数が増加したり、車両の挙動が不安定になったりすることも許容するものであった。
　そこで、本発明は、車両の合成加速度のピーク数を抑制することで、車両に生じる振動を低減するとともに、車両の不安定挙動の発生を抑制する車両運動制御装置、および、車両運動制御方法を提供することを目的とする。
　上記した課題を解決するため、本発明の車両運動制御装置は、車両の運動を制御する車両運動制御装置であって、前記車両の走行状況情報を生成する運行管理ユニットと、前記走行状況情報に基づいて前記車両の走行軌道を生成する走行軌道生成ユニットと、前記走行軌道に基づいて前記車両の駆動、制動、操舵を制御する走行制御ユニットと、を備えており、前記走行軌道生成ユニットは、前記走行状況情報に基づいて目標進路を生成する進路計画部と、前記車両が前記目標進路の各カーブを走行する時に生じる合成加速度のピークが１つになる前後加速度と横加速度を演算して目標速度を計画する速度計画部と、を有する車両運動制御装置とした。
　本発明の車両運動制御装置、および、車両運動制御方法によれば、車両の合成加速度のピーク数を抑制することで、車両に生じる振動を低減し、車両の不安定挙動を抑制することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。
実施例１の車載システムの機能ブロック図。 実施例１の速度計画部の機能ブロック図。 第１走行経路の平面図。 第１走行経路走行時に従来の制御を使用する場合の加速度グラフ。 第１走行経路走行時に実施例１の制御を使用する場合の加速度グラフ。 第１走行経路走行時に実施例１の制御を使用する場合の加加速度グラフ。 第２走行経路の平面図。 第２走行経路走行時に実施例１の制御を使用する場合の加速度グラフ。 第３走行経路の平面図。 第３走行経路走行時に実施例１の制御を使用する場合の加速度グラフ。 第３走行経路走行時に実施例１の制御を使用する場合の加速度グラフの別例。 実施例２の速度計画部の機能ブロック図。
　以下、本発明の車両運動制御装置および車両運動制御方法の実施例を、図面を使用して説明する。なお、実質的に同一又は類似する構成には同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。また、周知技術についても、その説明を省略する場合がある。
　まず、図１から図９Ｂを用い、本発明の実施例１の車両運動制御装置２を説明する。
　＜車載システム１＞
　図１は、本実施例の車両運動制御装置２を有する車載システム１の機能ブロック図である。車載システム１は、車両に搭載され、運転支援や自動運転などの車両運動制御を実行するためのシステムであり、図示するように、車外通信装置１１、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）１２、地図情報記憶部１３、センサ１４、ＨＭＩ（human machine interface）ユニット１５、車両運動制御装置２、パワートレインシステム６、ブレーキシステム７、ステリングシステム８を有する。以下、順次説明する。
　＜車両運動制御装置２の情報源群＞
　車外通信装置１１は、無線通信により、他の車両との間の車車間通信、又は、路側機との間の路車間通信を実行し、車両や周辺環境などの情報を、送受信する。
　ＧＮＳＳ１２は、準天頂衛星やＧＰＳ（Global Positioning System）衛星などの人工衛星から発信される電波を受信し、車両（自車両）の位置などの情報を取得する。
　地図情報記憶部１３は、ナビゲーションシステムなどで使用される一般的な道路情報、道路の幅や道路の曲率などのカーブに関する情報を有する道路情報、路面状況や交通状況などの情報、他の車両の走行状態の情報である、車両や周辺環境などの情報を記憶する。
なお、車両や周辺環境などの情報は、車外通信装置１１を介して、車車間通信や路車間通信で取得される情報により、逐次更新される。
　センサ１４は、画像センサ、ミリ波レーダ、ライダーなどの車両や周辺環境などの情報を検出する外界認識センサや、ドライバによる操作、車両の速度、加速度、加加速度、角速度、車輪の操舵角などの情報を検出するセンサである。外界認識センサにより検出する車両や周辺環境などの情報は、例えば、自車両の周辺に存在する障害物、標識、車線境界線、車線外側線、建造物、歩行者、他の車両などの各種物体の情報である。また、センサ１４は、例えば、画像センサが撮像する画像データの白線と路面の輝度との差に基づいて、車線境界線や車線外側線などを認識する。
　ＨＭＩユニット１５は、走行モードの選択や目的地の設定などのユーザの入力操作により受け付けられる情報、車外通信装置１１、ＧＮＳＳ１２、センサ１４により取得される情報、地図情報記憶部１３に記録される情報から、ユーザが必要とする情報を、ディスプレイに表示し、スピーカから音声案内する。また、ＨＭＩユニット１５は、ユーザに注意喚起する警報を発生する。
　ここで、走行モードには、例えば、コンフォートモード、エコノミモード、スポーツモードなどがあり、走行モードは、ユーザが任意に設定し、若しくは、ユーザが予め設定し、又は、走行状況情報に基づいて後述の運行管理ユニット３により設定され、車両の速度、加速度、加加速度などが設定される。つまり、走行モードにより、車両の挙動の上限値が変化する。また、走行モードには、移動時間を最短にする最短時間モードや移動距離を最短にする最短距離モードなどがある。
　＜車両運動制御装置２＞
　車両運動制御装置２は、図１に示すように、運行管理ユニット３、走行軌道生成ユニット４、走行制御ユニット５を有し、また、走行軌道生成ユニット４は、進路計画部４１と速度計画部４２を有する。この車両運動制御装置２は、具体的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置、半導体メモリなどの主記憶装置や補助記憶装置、及び、通信装置などのハードウェアを有し、車両を統括制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、主記憶装置にロードされるプログラムを演算装置で実行することにより、運行管理ユニット３等の様々な機能を実現するものである。なお、本実施例では、説明の都合上、運行管理ユニット３、走行軌道生成ユニット４、走行制御ユニット５は分離した構成を有するが、必ずしも分離した構成を有する必要はなく、これらユニットを実際の車両に使用する場合には、上位のコントローラにより、これらユニットの様々な機能を実現してもよい。
　運行管理ユニット３は、車外通信装置１１、ＧＮＳＳ１２、センサ１４により取得される情報、地図情報記憶部１３に記録される情報に基づいて、自車両の位置の情報、自車両の周辺に存在する各種物体の情報（車両や周辺環境などの情報）、横加速度、ヨーレイト、横加加速度といった車両の挙動に関する情報を生成する。また、運行管理ユニット３は、これら自車両の位置の情報、各種物体の情報、車両の挙動に関する情報を、車外通信装置１１を介して、定期的に他の車両や路側機に送信すると共に、地図情報記憶部１３にも送信し、地図情報記憶部１３に記憶される情報を逐次更新する。さらに、運行管理ユニット３は、これら自車両の位置の情報、各種物体の情報、車両の挙動に関する情報や、ＨＭＩユニット１５により受け付けられる情報（例えば、走行モードや目的地）に基づいて、車両の現在位置から目的地までの経路の情報を設定する。なお、以下、運行管理ユニット３により、生成される情報や設定される情報を、「走行状況情報」と称する場合がある。
　走行軌道生成ユニット４は、運行管理ユニット３から入力された走行状況情報に基づいて、進路計画部４１では車両が道路を走行する際の走行目標となる経路（以下「目標進路Ｐ」と称する）を生成し、速度計画部４２では車両が道路を走行する際の走行目標となる速度（以下「目標速度」と称する）を生成する。そして、目標進路Ｐと目標速度といった情報で構成される走行軌道を出力する。なお、速度計画部４２の詳細は後述する。
　走行制御ユニット５は、走行軌道生成ユニット４から出力される走行軌道に、車両が追従して走行するように、目標駆動力、目標制動力、目標操舵角などを設定し、パワートレインシステム６、ブレーキシステム７、ステアリングシステム８を制御する。
　＜車両運動制御装置２の制御対象群＞
　パワートレインシステム６は、ドライバによる操作や走行制御ユニット５から出力される目標駆動力に基づいて、内燃機関や電動機などにより発生する駆動力を制御する。
　ブレーキシステム７は、ドライバによる操作や走行制御ユニット５から出力される目標制動力に基づいて、ブレーキキャリパなどにより発生する制動力を制御する。
　ステアリングシステム８は、ドライバによる操作や走行制御ユニット５から出力される目標操舵角に基づいて、車輪の操舵角を制御する。
　＜速度計画部４２＞
　次に、図２を用いて、速度計画部４２の詳細を説明する。図２は、速度計画部４２の機能ブロック図である。速度計画部４２は、車両の位置や速度、挙動の上限値、目標進路Ｐなどに基づいて、車両の目標速度を生成するものであり、情報取得部４２ａ、車両挙動予測部４２ｂ、加速度判定部４２ｃ、加速度補正部４２ｄ、走行速度生成部４２ｅを有する。以下、順次説明する。
　情報取得部４２ａは、運行管理ユニット３から走行状況情報を、進路計画部４１から目標進路Ｐを取得し、それらを速度計画部４２内の各部に出力する。
　車両挙動予測部４２ｂは、情報取得部４２ａからの走行状況情報と目標進路Ｐ、及び、後述する加速度補正部４２ｄからの加速度補正値に基づいて、目標進路Ｐを走行する際に走行経路上に存在する各点で発生する車両の挙動を予測する。また、車両挙動予測部４２ｂは、運転手等が設定した走行モードや、加速度補正部４２ｄからの加速度補正値により変化する上限値以下の車両の挙動を予測し、出力する。
　加速度判定部４２ｃは、情報取得部４２ａからの走行状況情報と目標進路Ｐ、及び、車両挙動予測部４２ｂからの車両挙動予測値に基づいて、１カーブを走行する際の合成加速度のピークが１つか否かを判定し、その判定結果（情報）を出力する。なお、ここで用いる合成加速度とは、車両に生じる加速度の合成ベクトルの大きさであり、例えば、車両の平面運動を対象とする場合には、車両に生じる前後加速度と横加速度の二乗和平方根である。また、合成加速度のピークとは、車両が１つのカーブを走行する時に生じる合成加速度の極大値である。なお、ここでいうピークには、加速度グラフ上、加速度が極大値を所定時間維持しており、平坦な状態となっているものも含むものとする。
　加速度判定部４２ｃは、１カーブを走行する際の合成加速度のピークが１つかを判定するため、まず、目標進路Ｐの曲率の変曲点Ｉをそれぞれ抽出した後、前後の変曲点Ｉで挟まれた区間を１つのカーブと定義する。そして、車両の進行方向に存在するカーブの個数（情報）を検出すると共に、検出されたカーブ毎に、カーブの長さ、幅、曲率、旋回方向、始点、終点などの情報を演算し、出力する。なお、以下では、１カーブ内でピーク若しくは変曲点を形成する曲率を「ピーク曲率」と称する場合がある。
　加速度補正部４２ｄは、情報取得部４２ａからの走行状況情報と目標進路Ｐ、車両挙動予測部４２ｂからの車両挙動予測値、及び、加速度判定部４２ｃからの判定結果（情報）に基づいて、加速度補正値を演算する。加速度補正値は、１カーブ内での合成加速度のピークが１つでない場合のみ演算される車両の制御可能な加速度を増減や加速度の形状を変化させた上限値以下の値であり、例えば、１カーブ内での合成加速度のピークが１つになるように車両に発生させる前後加速度の大きさを横加速度に対して所定の割合になるように設定してもよい。
　走行速度生成部４２ｅは、情報取得部４２ａからの走行状況情報と目標進路Ｐ、車両挙動予測部４２ｂからの車両挙動予測値、及び、加速度判定部４２ｃからの判定結果（情報）に基づいて、合成加速度のピークが１つである場合のみ走行経路上に存在する各点における速度（走行速度）を設定する。
　＜第１走行経路＞
　次に、図３から図５を用いて、車両Ｖが第１走行経路を走行する状況を説明する。
　図３は、第１走行経路の平面図であり、車両Ｖが、障害物、歩行者、建造物、他の車両などと接触せずに走行できる走行可能領域Ｒの範囲内に設定された目標進路Ｐを例示したものである。この目標進路Ｐ上には、右旋回の始点に変曲点Ｉ１が存在し、終点に変曲点Ｉ２が存在するため、加速度判定部４２ｃは、変曲点Ｉ１から変曲点Ｉ２までの区間を１つのカーブＣ１と定義する。なお、図３では、目標進路Ｐを走行可能領域Ｒ内の中央を走行する経路としたが、走行可能領域Ｒの範囲内であれば、例えば道路形状のピーク曲率より小さいピーク曲率の目標進路Ｐを設定してもよい。
　次に、図３の車両Ｖが、第１走行経路のカーブＣ１を、いわゆる、スローイン・ファーストアウトで走行する場合の、従来と本実施例の挙動を比較する。
　図４Ａは、図３の車両Ｖに従来制御を使用する場合の加速度グラフであり、図４Ｂは、図３の車両Ｖに実施例１の制御を使用する場合の加速度グラフである。なお、両図において、一点鎖線は車両Ｖの前後加速度、破線は車両Ｖの横加速度、実線は前後加速度と横加速度の二乗和平方根である合成加速度を示す。
　図４Ａの前後加速度（一点鎖線）に示すように、車両Ｖが、カーブＣ１の入口付近で減速し、出口付近で加速する場合、合成加速度（実線）のピーク値を抑制する従来制御では、カーブＣ１の入口付近と出口付近で２回、合成加速度のピークが発生するだけでなく、各ピーク付近での加速度変化が急峻となる。
　一方、図４Ｂに示すように、本実施例の加速度制御によれば、前後加速度（一点鎖線）の絶対値のピーク値を、横加速度（破線）の絶対値のピーク値より小さくすることで、合成加速度（実線）のピークがカーブＣ１の中央付近の１つになるだけでなく、ピーク付近での加速度変化も緩やかとなる。
　従って、本実施例により、合成加速度のピークを２つから１つに低減できるだけでなく、加速度の変化も緩和できることが分かる。つまり、本実施例の加速度制御を採用すれば、従来方法に比較して、カーブＣ１の走行中の車両Ｖに生じる振動回数が低減し、車両の不安定挙動の発生を抑制できるため、乗員の乗り心地が向上する。なお、図４Ｂでは、実施例１の前後加速度制御の形状の一例として正弦波形状を例示したが、例えば、矩形波形状や台形波形状であってもよい。
　図５は、図４Ｂの加速度制御を実行する場合に、車両Ｖに生じる加加速度を示すグラフである。なお、図５に示す前後加加速度と横加加速度は、図４Ｂに示す前後加速度と横加速度の時間変化であり、図５に示す合成加加速度は、前後加加速度と横加加速度の二乗和平方根である。
　図４Ｂのように合成加速度のピークを１つにした場合、図５の合成加加速度のピーク値を最小にすることで、カーブＣ１の走行中の車両Ｖに生じる振動が更に低減し、車両Ｖの不安定挙動の発生を更に抑制することができる。なお、図５に示すように、実施例１の前後加加速度の形状は正弦波形状であるが、例えば矩形波形状や台形波形状であってもよく、前後加速度あるいは前後加加速度の形状を矩形波形状や台形波形状にすることで、合成加加速度のピーク値を小さくできる。
　＜第２走行経路＞
　次に、図６と図７を用いて、車両Ｖが第２走行経路を走行する状況を説明する。
　図６は、第２走行経路の平面図であり、車両Ｖが、隣接する二つの直線路間で車線変更する場合の走行可能領域Ｒの範囲内に設定された目標進路Ｐを例示したものである。この目標進路Ｐ上には、車線変更の始点と終点の間に、変曲点Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５が存在しているため、加速度判定部４２ｃは、変曲点Ｉ３から変曲点Ｉ４までの左旋回区間を１つのカーブＣ２と定義し、変曲点Ｉ４から変曲点Ｉ５までの右旋回区間をもう１つのカーブＣ３と定義する。
　図７は、図６の車両Ｖに本実施例の制御を使用した場合の加速度グラフである。前後加速度（一点鎖線）で示すように、本実施例の制御を使用した車両Ｖは、最初のカーブＣ２の入口付近で減速し、次のカーブＣ３の出口付近で加速している。この場合、前後加速度（一点鎖線）の絶対値のピーク値を、横加速度（破線）の絶対値のピーク値より小さくすることで、カーブＣ２とカーブＣ３の何れを走行中でも、合成加速度（実線）のピークを１つにできるため、逆向きのカーブが連続する車線変更時であっても、車両Ｖに生じる振動が低減し、車両の不安定挙動の発生を抑制することができる。
　＜第３走行経路＞
　次に、図８から図９Ｂを用いて、車両Ｖが第３走行経路を走行する状況を説明する。
　図８は、第３走行経路の平面図であり、車両Ｖの走行可能領域Ｒの範囲内に設定された目標進路Ｐを例示したものである。この目標進路Ｐ上には、右旋回の始点に変曲点Ｉ６が存在し、終点に変曲点Ｉ７が存在しているため、加速度判定部４２ｃは、変曲点Ｉ６までの区間を直線路Ｓと定義し、変曲点Ｉ６から変曲点Ｉ７までの区間を１つのカーブＣ４と定義する。
　図９Ａは、図８の車両Ｖに本実施例の制御を使用した場合の加速度グラフの一例である。前後加速度（一点鎖線）で示すように、車両Ｖは、直線路Ｓ上の現在位置から減速を開始し、減速しながらカーブＣ４に進入する。その際、前後加速度（一点鎖線）の絶対値のピーク値を、横加速度（破線）の絶対値のピーク値より小さくすることで、カーブＣ４の合成加速度（実線）のピークを１つにすることができる。
　また、図９Ｂは、車両Ｖが、図９Ａより早くより大きく減速しながらカーブＣ４に進入する場合の加速度グラフを示したものである。この場合、車両ＶがカーブＣ４に進入する前に、前後加速度（一点鎖線）の絶対値のピーク値を、横加速度（破線）の絶対値のピーク値より小さくしておくことで、カーブＣ４を通過中の合成加速度（実線）のピークを１つにすることができる。
　このように、実施例１の車両運動制御装置によれば、車両Ｖが各カーブを通過中の合成加速度のピークが１つになるように、前後加速度と横加速度の関係を制御することで、車両Ｖに生じる振動回数を低減できるとともに、車両Ｖの不安定挙動の発生を抑制することができる。これにより、乗員の乗り心地や快適性が向上する。
　次に、図１０を用いて、本発明の実施例２の車両運動制御装置２を説明する。なお、実施例１との共通点は重複説明を省略する。
　図１０は、実施例２の速度計画部４２の機能ブロック図である。ここに示す本実施例の速度計画部４２は、図２に示した実施例１の速度計画部４２に対して、走行速度生成部４２ｅを走行速度候補生成部４２ｆに変更し、走行速度選択部４２ｇを追加したものである。
　走行速度候補生成部４２ｆは、情報取得部４２ａからの走行状況情報と目標進路Ｐ、車両挙動予測部４２ｂからの車両挙動予測値、及び、加速度判定部４２ｃからの判定結果（情報）に基づいて、合成加速度のピークが１つになる複数の目標速度候補を生成し、走行速度選択部４２ｇに出力する。
　走行速度選択部４２ｇは、情報取得部４２ａからの走行状況情報が示す現状の走行モード（最短時間モードやエコノミモードなど）、及び、走行速度候補生成部４２ｆからの複数の目標速度候補に基づいて、１つを目標速度として選択し、走行制御ユニット５に出力する。例えば、走行状況情報が最短時間モードを示す場合には、走行速度候補生成部４２ｆが生成した複数の目標速度候補の中から、移動時間が最短の目標速度候補を選択し、走行状況情報がエコノミモードを示す場合には、複数の目標速度候補の中から消費エネルギが最小の目標速度候補を選択する。つまり、走行速度選択部４２ｇでは、複数の目標速度の中から移動時間が最短の目標速度を選択したり、複数の目標速度から消費エネルギが最小の目標速度を選択したりする。
　このように、実施例２の車両運動制御装置によれば、実施例１と同様の効果が得られるだけでなく、走行モードの選択に応じて車両運動を制御することができる。
　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を、他の実施例の構成の一部に置換することもできる。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を追加することもできる。また、各実施例の構成の一部について、それを削除し、他の構成の一部を追加し、他の構成の一部と置換することもできる。
１…車載システム、１１…車外通信装置、１２…ＧＮＳＳ、１３…地図情報記憶部、１４…センサ、１５…ＨＭＩユニット、２…車両運動制御装置、３…運行管理ユニット、４…走行軌道生成ユニット、４１…進路計画部、４２…速度計画部、４２ａ…情報取得部、４２ｂ…車両挙動予測部、４２ｃ…加速度判定部、４２ｄ…加速度補正部、４２ｅ…走行速度生成部、５…走行制御ユニット、６…パワートレインシステム、７…ブレーキシステム、８…ステアリングシステム、Ｃ…カーブ、Ｉ…変曲点、Ｐ…目標進路、Ｒ…走行可能領域、Ｓ…直線路、Ｖ…車両

Claims (11)

  1. 　車両の運動を制御する車両運動制御装置であって、
    　前記車両の走行状況情報を生成する運行管理ユニットと、
    　前記走行状況情報に基づいて前記車両の走行軌道を生成する走行軌道生成ユニットと、　前記走行軌道に基づいて前記車両の駆動、制動、操舵を制御する走行制御ユニットと、　を備えており、
    　前記走行軌道生成ユニットは、
    　前記走行状況情報に基づいて目標進路を生成する進路計画部と、
    　前記車両が前記目標進路の各カーブを走行する時に生じる合成加速度のピークが１つになる前後加速度と横加速度を演算して目標速度を計画する速度計画部と、
    　を有することを特徴とする車両運動制御装置。
  2. 　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
    　前記速度計画部は、前記前後加速度の大きさを前記横加速度に対して所定の割合になるように設定することを特徴とする車両運動制御装置。
  3. 　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
    　前記速度計画部は、前記合成加速度の時間変化である合成加加速度のピーク値が最小になる前後加速度と横加速度を計画することを特徴とする車両運動制御装置。
  4. 　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
    　前記速度計画部は、前記車両に発生させる加速度を、車両挙動の上限値以下になるように補正することを特徴とする車両運動制御装置。
  5. 　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
    　前記合成加速度は、前記前後加速度と前記横加速度の合成ベクトルの大きさであることを特徴とする車両運動制御装置。
  6. 　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
    　前記合成加速度のピークは、各カーブを走行する時に生じる合成加速度の極大値であることを特徴とする車両運動制御装置。
  7. 　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
    　前記カーブは、前記目標進路上の変曲点で挟まれた区間であることを特徴とする車両運動制御装置。
  8. 　請求項１に記載の車両運動制御装置において、
    　前記速度計画部は、複数の目標速度候補を計画し、該複数の目標速度候補の中から走行モードに応じた目標速度を選択することを特徴とする車両運動制御装置。
  9. 　請求項８に記載の車両運動制御装置において、
    　前記走行モードが最短時間モードである場合、前記速度計画部は、前記複数の目標速度候補の中から移動時間が最短となる目標速度を選択することを特徴とする車両運動制御装置。
  10. 　請求項８に記載の車両運動制御装置において、
    　前記走行モードがエコノミモードである場合、前記速度計画部は、前記複数の目標速度候補の中から消費エネルギが最小となる目標速度を選択することを特徴とする車両運動制御装置。
  11. 　車両の運動を制御する車両運動制御方法であって、
    　前記車両の走行状況情報を生成する第一ステップと、
    　前記走行状況情報に基づいて目標進路を生成する第二ステップと、
    　前記車両が前記目標進路の各カーブを走行する時に生じる合成加速度のピークが１つになる前後加速度と横加速度を演算して目標速度を計画する第三ステップと、
    　前記目標進路および前記目標速度に基づいて前記車両の駆動、制動、操舵を制御する第四ステップと、
    　を有することを特徴とする車両運動制御方法。
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