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WO2023139867A1 - 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
WO2023139867A1
WO2023139867A1 PCT/JP2022/039604 JP2022039604W WO2023139867A1 WO 2023139867 A1 WO2023139867 A1 WO 2023139867A1 JP 2022039604 W JP2022039604 W JP 2022039604W WO 2023139867 A1 WO2023139867 A1 WO 2023139867A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
route
vehicle
point
command value
curvature
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/039604
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真吾 奈須
健太郎 上野
信治 瀬戸
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 EP22922019.9A priority Critical patent/EP4467410A1/en
Priority to CN202280087554.2A priority patent/CN118524955A/zh
Publication of WO2023139867A1 publication Critical patent/WO2023139867A1/ja

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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/02—Control of vehicle driving stability
    • B60W30/045—Improving turning performance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60W30/10—Path keeping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B60W40/06—Road conditions
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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W60/0013—Planning or execution of driving tasks specially adapted for occupant comfort
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    • B60W2552/20—Road profile, i.e. the change in elevation or curvature of a plurality of continuous road segments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2552/30—Road curve radius
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2720/10—Longitudinal speed
    • B60W2720/106—Longitudinal acceleration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2720/00—Output or target parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2720/12—Lateral speed
    • B60W2720/125—Lateral acceleration

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle motion control device and a vehicle motion control method that control the motion of a vehicle according to the travel route.
  • driving assistance and autonomous driving technology is known that generates a travel trajectory consisting of information such as the vehicle's target travel route and travel speed, and controls the powertrain, brakes, steering, etc. so that the vehicle travels along that travel trajectory.
  • the simplest driving route control is, for example, lane keeping control that sets the center of the lane as the driving route.
  • Patent Document 1 As a more advanced travel route control technology, for example, there is one disclosed in Patent Document 1, and the latter part of Claim 1 of Patent Document 1 states, "Based on the travel road condition information, a constraint condition that constrains the first friction circle characteristic due to the tire grip limit of the longitudinal acceleration and lateral acceleration to be less than or equal to the longitudinal acceleration value and the lateral acceleration value due to the tire grip limit, generates a target speed profile along the target trajectory using the constraint condition, generates a target speed profile along the target trajectory, and follows the target speed profile when the vehicle travels along the target trajectory.
  • a driving support method is described.
  • Patent Document 1 is directed to a driving support method that assumes the tire grip limit caused by the curvature of the road in the future, and discloses a driving support method that suppresses the deviation of the vehicle's trajectory from the target trajectory regardless of the road conditions in front of the vehicle by generating a target speed profile for the vehicle based on the constraints imposed by the tire grip limit in a scene in which the vehicle travels along the target trajectory.
  • Patent Document 1 the driving support method of Patent Document 1 is limited to technology for suppressing the peak values of longitudinal and lateral accelerations based on the tire grip limit, and is not a technology for improving passenger comfort and ride comfort. Therefore, if the technology disclosed in Patent Document 1 is used to suppress the peak values of longitudinal acceleration and lateral acceleration, the number of times of acceleration and deceleration increases to compensate for the decrease in vehicle speed, and the behavior of the vehicle becomes unstable.
  • the object of the present invention is to provide a vehicle motion control device that improves the ride comfort and comfort of passengers by setting the speed of the vehicle so that the physical quantities related to vehicle behavior, such as acceleration and jerk, are within specified values, taking into account the linkage between the longitudinal motion and the lateral motion, such as matching the peak point of the curvature of the travel route and the zero point of the longitudinal acceleration of the vehicle.
  • the physical quantities related to vehicle behavior such as acceleration and jerk
  • the vehicle motion control device of the present invention includes a route planning unit that generates a route for a vehicle to travel, a specified value setting unit that sets specified values for physical quantities of vehicle behavior when traveling on the route, a route feature point setting unit that sets route feature points based on the route and the specified values, and a travel speed generation unit that generates a speed command value for the vehicle to travel on the route based on the route, the specified value, and the route feature points.
  • the vehicle motion control device sets the zero point of the longitudinal acceleration based on the route feature point that is the peak point of the curvature of the route, and sets the peak point of the longitudinal acceleration based on the route feature point that is the peak point of the distance differential value of the curvature.
  • the vehicle motion control device or the vehicle motion control method of the present invention it is possible to improve the ride comfort and comfort of the occupants by setting the speed of the vehicle so that physical quantities related to vehicle behavior, such as acceleration and jerk, are within specified values, taking into consideration the linkage between longitudinal motion and lateral motion, such as aligning the peak point of the curvature of the travel route with the zero point of the longitudinal acceleration of the vehicle.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the in-vehicle system of Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a traveling trajectory generation unit of Embodiment 1;
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a speed planning unit of Embodiment 1;
  • 4 is a flow chart showing an outline of processing of a speed planning unit according to the first embodiment; An example of a physical quantity graph when using the speed command value in step S31 during running.
  • FIG. 10 is a flow chart showing an outline of processing of a speed planning unit according to the second embodiment; An example of a physical quantity graph when using the speed command value of step S5 during running. An example of a physical quantity graph when using the speed command value of step S6 during running. 10 is a flow chart showing an outline of processing of a speed planning unit according to the third embodiment; An example of a physical quantity graph when the speed command value of step S8 is used during running.
  • FIG. 11 is a flow chart showing an outline of processing of a speed planning unit according to the fourth embodiment; FIG. FIG. 11 is a functional block diagram of a speed planning unit of Example 5;
  • FIG. 1 the vehicle motion control device 2 according to the first embodiment of the present invention will be explained using FIGS. 1 to 8.
  • FIG. 1 the vehicle motion control device 2 according to the first embodiment of the present invention will be explained using FIGS. 1 to 8.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of an in-vehicle system 1 having a vehicle motion control device 2 of this embodiment.
  • the in-vehicle system 1 is installed in the own vehicle and is a system for executing vehicle motion control such as driving assistance and automatic driving. A description will be given below.
  • the external communication device 11 performs inter-vehicle communication between the own vehicle and other vehicles or road-to-vehicle communication between the own vehicle and the roadside unit by wireless communication, and transmits and receives information such as the vehicle and the surrounding environment.
  • the GNSS 12 receives radio waves emitted from artificial satellites such as quasi-zenith satellites and GPS (Global Positioning System) satellites, and acquires information such as the position of the vehicle.
  • artificial satellites such as quasi-zenith satellites and GPS (Global Positioning System) satellites
  • the map information storage unit 13 stores general road information used in navigation systems, road information including information on curves such as road width and road curvature, information on road surface conditions and traffic conditions, and information on vehicles and the surrounding environment, which is information on the running status of other vehicles. Information about the vehicle and the surrounding environment is successively updated by information obtained through vehicle-to-vehicle communication and road-to-vehicle communication via the external communication device 11 .
  • the sensor 14 is an external recognition sensor that detects information such as an image sensor, millimeter wave radar, lidar, and other information about the vehicle and the surrounding environment, and a sensor that detects information such as the driver's operation, vehicle speed, acceleration, jerk, angular velocity, and wheel steering angle.
  • Information such as the vehicle and the surrounding environment detected by the external recognition sensor is, for example, information on various objects such as obstacles, signs, lane boundaries, lane outside lines, buildings, pedestrians, and other vehicles that exist around the own vehicle.
  • the sensor 14 recognizes a lane boundary line, a lane outside line, and the like, for example, based on the difference between the brightness of the white line and the road surface in the image data captured by the image sensor.
  • the HMI unit 15 displays information required by the user from information received by user input operations such as driving mode selection and destination setting, information acquired by the external communication device 11, GNSS 12, and sensor 14, and information recorded in the map information storage unit 13, and provides voice guidance from the speaker.
  • the HMI unit 15 also generates an alarm to alert the user.
  • the driving mode includes, for example, comfort mode, economy mode, sports mode, etc.
  • the driving mode is arbitrarily set by the user, set in advance by the user, or set by the operation management unit 3 described later based on the driving situation information, and the speed, acceleration, jerk, etc. of the vehicle are set. Therefore, the specified value setting unit 31 of the operation management unit 3 changes the specified value of the behavior of the vehicle according to the set travel mode.
  • the running modes include a shortest time mode that minimizes travel time, a shortest distance mode that minimizes travel distance, and the like.
  • the vehicle motion control device 2 has, as shown in FIG. Specifically, the vehicle motion control device 2 is an ECU (Electronic Control Unit) that has hardware such as an arithmetic unit such as a CPU (Central Processing Unit), a main memory device such as a semiconductor memory, an auxiliary memory device such as a semiconductor memory, and a communication device.
  • the operation management unit 3, the travel trajectory generation unit 4, and the travel control unit 5 have separate configurations, but they do not necessarily have to have separate configurations, and when these units are used in an actual vehicle, various functions of these units may be realized by a higher-level controller.
  • the operation management unit 3 Based on the information acquired by the external communication device 11, the GNSS 12, the sensor 14, and the map information recorded in the map information storage unit 13, the operation management unit 3 generates information on the position of the vehicle, information on various objects existing around the vehicle (information on the vehicle and surrounding environment), and information on vehicle behavior such as lateral acceleration, yaw rate, and lateral jerk. In addition, the operation management unit 3 regularly transmits the information on the position of the own vehicle, the information on various objects, and the information on the behavior of the vehicle to other vehicles and roadside units via the external communication device 11, and also to the map information storage unit 13, and sequentially updates the map information stored in the map information storage unit 13.
  • the operation management unit 3 sets information on the route from the current position of the vehicle to the destination 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, driving mode and destination).
  • the route information set here includes the specified value of the behavior of the vehicle, which is set by the specified value setting unit 31 of the operation management unit 3 according to the driving mode.
  • Information generated or set by the operation management unit 3 may be hereinafter referred to as "running status information".
  • the traveling trajectory generation unit 4 has an information acquisition unit 41, a route planning unit 42, a speed planning unit 43, and an information output unit 44, as shown in FIG.
  • the route planning section 42 based on the traveling situation information transmitted from the operation management unit 3 and acquired by the information acquiring section 41, the route planning section 42 generates a route (hereinafter referred to as "route command value P") that serves as a traveling target when the vehicle travels on the road.
  • route command value P a route that serves as a traveling target when the vehicle travels on the road.
  • the route command value P is, for example, a command value generated based on either information about the vicinity of the own vehicle acquired by the sensor 14 or the like, or information obtained by synthesizing distant map information recorded in the map information storage unit 13 or the like with the aforementioned near information, but the method of generating the route command value P is not limited.
  • the speed planning unit 43 Based on the route command value P and the travel route information, the speed planning unit 43 generates a travel target speed (hereinafter referred to as “speed command value”) when the vehicle travels on the road. Details of the speed planning unit 43 will be described later.
  • the travel control unit 5 sets the target driving force, the target braking force, the target steering angle, etc., and controls the powertrain system 6, the brake system 7, and the steering system 8 so that the vehicle follows the travel trajectory output from the travel trajectory generation unit 4.
  • Control target group of vehicle motion control device 2 The powertrain system 6 controls the driving force generated by the internal combustion engine, the electric motor, etc. based on the operation by the driver and the target driving force output from the travel control unit 5 .
  • the brake system 7 controls the braking force generated by the brake calipers and the like based on the operation by the driver and the target braking force output from the travel control unit 5.
  • the steering system 8 controls the steering angle of the wheels based on the driver's operation and the target steering angle output from the travel control unit 5 .
  • the speed planning unit 43 generates a speed command value of the vehicle based on the position and speed of the vehicle, the upper limit value of behavior, the route command value P, etc., and has an information acquisition unit 43a, a route characteristic point setting unit 43b, a running speed generation unit 43c, and an information output unit 43d shown in FIG. A description will be given below.
  • the information acquisition unit 43a acquires the travel status information from the operation management unit 3, acquires the route command value P from the route planning unit 42, and outputs them to each unit in the speed planning unit 43.
  • the route feature point setting unit 43b Based on the route command value P acquired from the information acquisition unit 43a, the route feature point setting unit 43b sets feature points on the route command value P such as the peak point of the curvature and the peak point of the distance differential value of the curvature.
  • the path characteristic points set by the path characteristic point setting unit 43b may be a point with zero curvature or a starting point or an end point of the path command value P, and the definition of the path characteristic points is not limited.
  • the traveling speed generation unit 43c generates a speed command value when the host vehicle travels the route command value P based on the traveling situation information and the route command value P from the information acquisition unit 43a and the route feature points such as the curvature peak point from the route feature point setting unit 43b.
  • the information output unit 43d outputs the speed command value from the traveling speed generation unit 43c to the information output unit 44.
  • FIG. 4 is a plan view of the travel route along which the vehicle V travels, and exemplifies the route command value P set within the travelable region R of the vehicle V at a certain time.
  • this drivable region R there are an inflection point H at the start point of a left turn and an inflection point N at the end point.
  • FIG. 5A is an example of the curvature of a travel route having a transition curve section and a steady curve section on the curve C of the travel route in FIG. 4 and the distance derivative value of the curvature.
  • the section from the inflection point H to the inflection point U and the section from the inflection point T to the inflection point N are transition curve sections in which the curvature linearly changes, and since the distance derivative value of the curvature is a constant value, there is no peak point of the distance derivative value of the curvature.
  • FIG. 1 the section from the inflection point H to the inflection point U and the section from the inflection point T to the inflection point N are transition curve sections in which the curvature linearly changes, and since the distance derivative value of the curvature is a constant value, there is no peak point of the distance derivative value of the curvature.
  • FIG. 5B is an example of the curvature of the travel route having a transition curve section in the curve C of the travel route in FIG. 4 and the distance derivative value of the curvature.
  • there is a curvature peak point K and the section from the inflection point H to the curvature peak point K and the section from the curvature peak point K to the inflection point N are transition curve sections in which the curvature changes nonlinearly, and the point W and the point F at which the distance derivative value of curvature peaks in each transition curve section are defined as the peak points of the distance derivative value of curvature.
  • FIG. 6 is a flow chart of the speed planning unit 43 of the first embodiment.
  • step S1 the information acquisition section 43a of the speed planning section 43 acquires the travel status information from the information acquisition section 41 and acquires the route command value P from the route planning section .
  • step S2 the route feature point setting unit 43b of the speed planning unit 43 sets route feature points such as the peak point of the curvature on the route command value P (hereinafter referred to as “first route feature point”) and the peak point of the distance differential value of curvature (hereinafter referred to as “second route feature point”) based on the travel situation information and the route command value P acquired in step S1.
  • first route feature point the peak point of the curvature on the route command value P
  • second route feature point the peak point of the distance differential value of curvature
  • step S31 the travel speed generation unit 43c of the speed planning unit 43 generates a speed command value such that the longitudinal acceleration generated when traveling the route command value P is within a specified value, based on the travel situation information and the route command value P acquired in step S1, and the route characteristic points set in step S2.
  • FIG. 7A is an example of (b) vehicle speed, (c) longitudinal acceleration, (d) lateral acceleration, (e) longitudinal jerk, (f) graph of the distance axis of lateral jerk, and (g) diagram of longitudinal acceleration and lateral acceleration, which occur when the vehicle V travels at a constant speed (broken line) and when the vehicle V travels at the speed command value generated in step S31 (solid line).
  • step S31 (when the speed command value in step S31 is used) considers the linkage between the longitudinal motion and the lateral motion, and in order to keep each physical quantity related to vehicle behavior within the specified values indicated by the dashed-dotted lines, (a) the peak point of the curvature (first path characteristic point) is aligned with (c) the zero point of the longitudinal acceleration, and (a) the peak point of the distance differential value of the curvature (second path characteristic point) is aligned with (c) the peak point of the longitudinal acceleration, so that (c) the longitudinal acceleration is within the range of the specified value. is maximized with
  • FIG. 7A illustrates a situation in which the use of the speed command value in step S31 slightly improves the riding comfort and comfort of the occupants compared to when the vehicle is traveling at a constant speed, but (d) the lateral acceleration still exceeds the specified value, so further improvement of the speed command value is necessary.
  • step S32 the travel speed generation unit 43c of the speed planning unit 43 determines whether or not the physical quantity related to vehicle behavior that occurs when traveling the route command value P is within a specified value based on the speed command value generated in step S31. If the physical quantity relating to vehicle behavior is within the specified value (step S32, YES), the process proceeds to step S4, and if the physical quantity relating to vehicle behavior is greater than the specified value (step S32, NO), the process proceeds to step S33.
  • step S33 the travel speed generation unit 43c of the speed planning unit 43 generates a speed command value in which both the longitudinal acceleration and the longitudinal jerk occurring when the vehicle travels along the route command value P are within specified values, based on the travel situation information and the route command value P obtained in step S1, the route characteristic points defined in step S2, and the speed command value generated in step S31.
  • FIG. 7B is an example of a physical quantity related to vehicle behavior that occurs when the vehicle V travels with the speed command value generated in step S31 (broken line) and when the vehicle V travels with the speed command value generated in step S33 (solid line), and the configuration of the graph is the same as that of FIG. 7A.
  • the solid line in FIG. 7B (when the speed command value in step S33 is used) is such that (c) the peak point of the longitudinal acceleration is set to the peak point of the distance differential value of the curvature in the same manner as in step S31, and (e) the longitudinal jerk is maximized within the specified value in order to keep the physical quantity related to the vehicle behavior within the specified value.
  • FIG. 7B illustrates a situation in which the use of the speed command value in step S33 further improves the riding comfort and comfort of the occupants compared to the use of the speed command value in step S31, but (d) the lateral acceleration still exceeds the specified value, so further improvement in the speed command value is necessary.
  • step S34 the travel speed generation unit 43c of the speed planning unit 43 determines whether or not the physical quantity related to vehicle behavior occurring when traveling the route command value P is within a specified value based on the speed command value generated in step S33. If the physical quantity relating to vehicle behavior is within the specified value (step S34, YES), the process proceeds to step S4, and if the physical quantity relating to vehicle behavior is greater than the specified value (step S34, NO), the process proceeds to step S35.
  • the driving speed generation unit 43C of the speed planning unit 43 is based on the driving status information obtained in step S1, the route command value P, the route feature set in the step S2, and the speed command value generated in step S33, and the deceleration start point is the front (direction to approach your vehicle V).
  • a speed command value in which the physical volume related to the vehicle behavior is within the specified value by moving the ending point in the back (the direction away from the vehicle V).
  • FIG. 7C is an example of a physical quantity related to vehicle behavior that occurs when the vehicle V travels with the speed command value generated in step S33 (dashed line) and when the vehicle V travels with the speed command value generated in step S35 (solid line), and the configuration of the graph is common to FIGS. 7A and 7B.
  • the solid line in FIG. 7C is an example of a physical quantity related to vehicle behavior that occurs when the vehicle V travels with the speed command value generated in step S33 (dashed line) and when the vehicle V travels with the speed command value generated in step S35 (solid line), and the configuration of the graph is common to FIGS. 7A and 7B.
  • step S35 (when the speed command value in step S35 is used) is such that (c) the peak point of the longitudinal acceleration is set to the peak point of the distance differential value of the curvature in the same manner as in steps S31 and S33 in order to keep the physical quantity related to the vehicle behavior within the specified value, (e) the longitudinal jerk is maximized within the specified value, and the deceleration start point is set on the straight road S before the connecting point of the straight road S and the curve C so that the physical quantity related to the vehicle behavior is within the specified value ((c) the longitudinal acceleration). (see graph).
  • FIG. 7C illustrates a situation in which (c) the longitudinal acceleration and (d) the lateral acceleration are within the specified values by using the speed command value in step S35, and the occupant's riding comfort and comfort are sufficiently ensured.
  • step S4 the information output section 43d of the speed planning section 43 outputs the speed command value generated in any one of steps S31, S33, and S35 to the information output section 44 of the travel trajectory generation unit 4. It should be noted that all of the speed command values output in step S4 can keep physical quantities related to vehicle behavior within specified values, so that the travel control unit 5 that receives the speed command values from the information output section 44 can control the powertrain system 6, the brake system 7, and the steering system 8 so as to achieve vehicle control that provides a comfortable ride.
  • FIGS. 8A and 8B are other examples of physical quantities related to vehicle behavior that occur when the vehicle V travels with the (a) curvature of the route command value P in FIG. 4 and the speed command value generated in the flowchart shown in FIG. 6, and the graph configuration is common to FIG.
  • the (b) specified value of the vehicle speed is constant, but in FIGS. 8A and 8B, the (b) specified value of the vehicle speed is set smaller when traveling on the curve C than when traveling on the straight road S.
  • the processing up to step S35 in FIG. 6 is performed in both the situations of FIG. 8A (at the time of entering the curve C) and FIG. 8B (at the time of exiting the curve C), thereby further suppressing the vehicle speed when traveling on the curve C, and (b) keeping the physical quantities related to the vehicle behavior, including the vehicle speed, within the prescribed values.
  • the peak point of the longitudinal acceleration is aligned with the peak point of the distance differential value of the curvature, and the zero point of the longitudinal acceleration is aligned with the peak point of the curvature. Then, the range in which the longitudinal acceleration occurs is gradually expanded until the physical quantity related to vehicle behavior falls within the specified value. can be done.
  • FIGS. 9 to 10B the vehicle motion control device 2 of Embodiment 2 of the present invention will be described using FIGS. 9 to 10B. Duplicate descriptions of common points with the first embodiment will be omitted.
  • FIG. 9 is a flow chart of the speed planning unit 43 of the second embodiment.
  • the flow chart of the speed planning unit 43 of the present embodiment shown here is obtained by adding steps S5 to S7 between steps S32, S4 and S33 to the flow chart of the speed planning unit 43 of the first embodiment shown in FIG. That is, in this embodiment, if it is determined in step S32 that the physical quantity based on the speed command value in step S31 is within the specified value, the process proceeds to step S5, and if not, the process proceeds to step S6.
  • step S5 the travel speed generation unit 43c of the speed planning unit 43 generates a speed command value after moving the position of the peak point of the longitudinal acceleration forward or backward on the distance axis.
  • vehicle control based on the speed command value in step S31 guarantees a ride comfort of at least a certain level.
  • this step by correcting the longitudinal jerk of the speed command value in step S31 so as to be smaller, it becomes possible to realize vehicle control that further suppresses unstable behavior of the vehicle and provides a more comfortable ride.
  • step S6 the running speed generation unit 43c of the speed planning unit 43 generates a speed command value after moving the position of the longitudinal acceleration peak point forward or backward on the distance axis so that the physical quantity related to vehicle behavior that is greater than the specified value is improved (closer to the specified value). Since it is determined in step S32 that the speed command value in step S31 cannot achieve sufficiently comfortable vehicle control, the process of this step corrects the speed command value generated in step S31 so as to reduce the longitudinal jerk, thereby increasing the possibility of realizing vehicle control that provides a comfortable ride. It should be noted that even after the processing of this step, there are cases where the physical quantity related to vehicle behavior cannot be kept within the specified value, so processing for further improving the speed command value (for example, steps S33 and S35 in FIG. 6) may need to be performed.
  • step S7 the travel speed generation unit 43c of the speed planning unit 43 determines whether or not the physical quantity related to vehicle behavior that occurs when traveling the route command value P is within a specified value based on the speed command value in step S6. If the physical quantity relating to vehicle behavior is within the specified value (step S7, YES), the process proceeds to step S4, and if the physical quantity relating to vehicle behavior is greater than the specified value (step S7, NO), the process proceeds to step S33. Thereby, the speed command value in step S6 can be further corrected as required.
  • FIG. 10A is an example of a physical quantity related to vehicle behavior that occurs when the vehicle V travels with the speed command value generated in step S31 of Example 1 (dashed line) and when the vehicle V travels with the speed command value generated in step S5 of Example 2 (solid line), and the configuration of the graph is the same as in FIG. 7A of Example 1.
  • the solid line in FIG. 10A indicates (c) that the peak point of the longitudinal acceleration is in the near side (in the direction toward the own vehicle V) within a range in which the physical quantity related to vehicle behavior is within a specified value, thereby reducing the jerk in the region where the acceleration is large.
  • the peak point of the longitudinal acceleration is set to the front or back within the range in which the physical quantity related to vehicle behavior is within the specified value, thereby reducing the jerk in areas where the acceleration is large, thereby suppressing the unstable behavior of the vehicle and improving the ride comfort of the occupants.
  • FIG. 10B is an example of physical quantities related to vehicle behavior that occur when the vehicle V travels with the curvature (a) of the route command value P in FIG.
  • the solid line in FIG. 10B has the peak point of the longitudinal acceleration at the back (in the direction away from the own vehicle V) so that the physical quantity related to vehicle behavior is within the specified value.
  • the peak point of the longitudinal acceleration is set to the front or the back so that the physical quantity related to the vehicle behavior is within the specified value, so that the physical quantity related to the vehicle behavior can be kept within the specified value while the longitudinal motion and the lateral motion are coordinated, thereby improving the ride comfort of the passenger.
  • FIGS. 11 and 12 a vehicle motion control device 2 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
  • FIG. Duplicate descriptions of common points with the first and second embodiments will be omitted.
  • FIG. 11 is a flow chart of the speed planning unit 43 of the third embodiment.
  • the flow chart of the speed planning section 43 of the present embodiment shown here is obtained by adding step S8 between steps S32 and S5 to the flow chart of the speed planning section 43 of the second embodiment shown in FIG.
  • step S8 the traveling speed generation unit 43c of the speed planning unit 43 generates a speed command value that does not make the longitudinal acceleration at the curvature peak point zero when the physical quantity related to the vehicle behavior occurring in the own vehicle V traveling based on the speed command value in step S31 is within a specified value.
  • FIG. 12 shows an example of the physical quantity related to the vehicle behavior that occurs when the own vehicle V travels with the (a) curvature of the route command value P in FIG.
  • (c) longitudinal acceleration and (e) longitudinal jerk are maximized within a range in which physical quantities related to vehicle behavior fall within specified values.
  • FIG. 13 is a flow chart of the speed planning unit 43 of the fourth embodiment.
  • the flowchart of this embodiment shown here is obtained by adding step S9 between steps S1 and S2 to the flowchart of the first embodiment shown in FIG. 6, the flowchart of the second embodiment shown in FIG. 9, and the flowchart of the third embodiment shown in FIG.
  • step S9 the speed planning unit 43 determines whether or not to generate a speed command value based on a flag generated by a controller higher than the speed planning unit 43 (for example, the operation management unit 3). If the flag indicates that the process is prohibited (step S9, YES), the process is terminated and no speed command value is generated. On the other hand, if the flag indicates that processing is permitted (step S9, NO), the process proceeds to step 2 and subsequent steps to generate a desired speed command value.
  • a flag generated by a controller higher than the speed planning unit 43 for example, the operation management unit 3
  • the host controller prohibits the generation of a speed command value that improves ride comfort, for example, in an emergency such as when avoiding a preceding vehicle that has suddenly stopped, by shifting to the host controller's speed control that emphasizes avoidance performance, it is possible to avoid a rear-end collision with the preceding vehicle, even though the ride comfort will deteriorate, thereby improving safety.
  • FIG. 14 is a functional block diagram of the speed planning unit 43 of the fifth embodiment.
  • the speed planning unit 43 of the present embodiment shown here is obtained by changing the traveling speed generation unit 43c of the speed planning unit 43 of the first embodiment shown in FIG.
  • the running speed candidate generation unit 43e Based on the travel status information and the route command value P acquired by the information acquisition unit 43a, the running speed candidate generation unit 43e generates a plurality of speed command values in which the physical quantity related to the vehicle behavior that occurs when traveling the route command value P is within a specified value, and outputs them to the running speed selection unit 43f.
  • the travel speed selection unit 43f selects one speed command value based on the current travel mode (shortest time mode, economy mode, etc.) indicated by the travel situation information from the information acquisition unit 43a and a plurality of speed command value candidates from the travel speed candidate generation unit 43e, and the information output unit 43d outputs it to the travel control unit 5.
  • the speed command value candidate with the shortest travel time is selected from among the plurality of speed command value candidates generated by the driving speed candidate generation unit 43e
  • the speed command value candidate with the minimum energy consumption is selected from among the plurality of speed command value candidates. That is, the travel speed selection unit 43f selects the speed command value with the shortest movement time from among the multiple speed command value candidates, or selects the speed command value with the minimum energy consumption from the multiple speed command value candidates.
  • the specified value setting unit 31 of the operation management unit 3 of this embodiment may set a plurality of specified values based on the mass, size and arrangement of the vehicle occupants and cargo, and the state of the route on which the vehicle travels.
  • the running speed candidate generation unit 43e can generate a plurality of speed command values according to the number of passengers, seating positions, etc.
  • the running speed selection unit 43f selects a speed command value according to the number of passengers, etc., thereby further improving the ride comfort when the vehicle is running.
  • the vehicle motion control device of the fifth embodiment not only can the same effects as those of the first to fourth embodiments be obtained, but also the vehicle motion can be controlled according to the selection of the driving mode and the mounting condition of the vehicle.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments are 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 configurations described.
  • part of the configuration of one embodiment can be replaced with part of the configuration of another embodiment.
  • the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment.
  • a part of the configuration of each embodiment can be deleted, a part of another configuration can be added, and a part of another configuration can be substituted.

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Abstract

本発明は、走行中の車両に生じる前後運動と横運動の連係を考慮した上で、加速度や加加速度などの物理量が規定値内になるように速度を設定することで、乗り心地と移動時間の最短化を両立する車両運動制御装置を提供する。車両が走行する経路を生成する経路指令値算出手段と、前記経路を走行する際の車両挙動の物理量の規定値を設定する規定値設定手段と、前記経路と前記規定値に基づいて経路特徴点を設定する経路特徴点設定手段と、前記経路と前記規定値と前記経路特徴点に基づいて前記車両が前記経路を走行するための速度を算出する速度指令値算出手段を備え、前記速度指令値算出手段は、前記経路の曲率のピーク点である経路特徴点に基づいて前後加速度のゼロ点を設定し、前記曲率の距離微分値のピーク点である経路特徴点に基づいて前後加速度のピーク点を設定することを特徴と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、走行経路に応じて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、例えば、特許文献１に開示されるものがあり、特許文献１の請求項１の後段には、「前記走行路状況情報に基づいて、前後加速度及び横加速度のタイヤグリップ限界による第１摩擦円特性を、タイヤグリップ限界による前後加速度値及び横加速度値以下に制約する制約条件を算出し、前記制約条件を用い、前記目標軌跡に沿う目標速度プロファイルを生成し、前記自車が前記目標軌跡に沿って走行するとき、前記目標速度プロファイルに従った走行支援を行う」走行支援方法が記載されている。
　このように、特許文献１には、将来の走行路の走行路曲率等に起因するタイヤグリップ限界を想定した走行支援方法を対象としており、自車が目標軌跡に沿って走行するシーンにおいて、タイヤグリップ限界による制約条件に基づいて自車の目標速度プロファイルを生成することで自車前方の走行路状況にかかわらず目標軌跡から自車走行軌跡が逸脱するのを抑える走行支援方法が開示されている。
特開２０２１－０４９８６７号公報
　しかし、特許文献１の走行支援方法は、タイヤグリップ限界に基づいて前後加速度や横加速度のピーク値を抑制する技術に留まり、乗員の乗り心地や快適性を改善する技術ではない。従って、特許文献１の技術を利用して、前後加速度や横加速度のピーク値を抑制すると、車速低下を補うために加減速の回数が増加したり、車両の挙動が不安定になったりするなど、乗員の乗り心地や快適性を損ねることもあった。
　そこで、本発明は、走行経路の曲率のピーク点と自車両の前後加速度のゼロ点などを合わせるといった前後運動と横運動の連係を考慮した上で加速度や加加速度などの車両挙動に関する物理量が規定値内になるように自車両の速度を設定することで、乗員の乗り心地や快適性を改善する車両運動制御装置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、車両が走行する経路を生成する経路計画部と、前記経路を走行する際の車両挙動の物理量の規定値を設定する規定値設定部と、前記経路と前記規定値に基づいて経路特徴点を設定する経路特徴点設定部と、前記経路と前記規定値と前記経路特徴点に基づいて前記車両が前記経路を走行するための速度指令値を生成する走行速度生成部を備え、前記走行速度生成部は、前記経路の曲率のピーク点である経路特徴点に基づいて前後加速度のゼロ点を設定し、前記曲率の距離微分値のピーク点である経路特徴点に基づいて前後加速度のピーク点を設定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または車両運動制御方法によれば、走行経路の曲率のピーク点と自車両の前後加速度のゼロ点などを合わせるといった前後運動と横運動の連係を考慮した上で加速度や加加速度などの車両挙動に関する物理量が規定値内になるように自車両の速度を設定することで、乗員の乗り心地や快適性を改善することができる。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の走行軌道生成ユニットの機能ブロック図。 実施例１の速度計画部の機能ブロック図。 走行経路の平面図。 曲率変化が線形の経路指令値の曲率、曲率の距離微分値、経路特徴点。 曲率変化が非線形の経路指令値の曲率、曲率の距離微分値、経路特徴点。 実施例１の速度計画部の処理概要を示すフローチャート。 走行時にステップＳ３１の速度指令値を使用する場合の物理量グラフの一例。 走行時にステップＳ３３の速度指令値を使用する場合の物理量グラフの一例。 走行時にステップＳ３５の速度指令値を使用する場合の物理量グラフの一例。 走行時に車速規定値を切り替えた場合の物理量グラフの一例。 走行時に車速規定値を切り替えた場合の物理量グラフの別例。 実施例２の速度計画部の処理概要を示すフローチャート。 走行時にステップＳ５の速度指令値を使用する場合の物理量グラフの一例。 走行時にステップＳ６の速度指令値を使用する場合の物理量グラフの一例。 実施例３の速度計画部の処理概要を示すフローチャート。 走行時にステップＳ８の速度指令値を使用する場合の物理量グラフの一例。 実施例４の速度計画部の処理概要を示すフローチャート。 実施例５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８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、自車両に搭載され、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、自車両と他車両の間の車車間通信、又は、自車両と路側機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、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。そのため、運行管理ユニット３の規定値設定部３１は、設定された走行モードに応じて、車両の挙動の規定値を変化させる。なお、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に記録される地図情報に基づいて、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に記憶される地図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。ここで設定される経路の情報には、運行管理ユニット３の規定値設定部３１が走行モードに応じて設定する、車両の挙動の規定値が含まれる。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、図２に示すように、情報取得部４１、経路計画部４２、速度計画部４３、情報出力部４４を有する。走行軌道生成ユニット４は、運行管理ユニット３から送信されて情報取得部４１で取得した走行状況情報に基づいて、経路計画部４２では車両が道路を走行する際の走行目標となる経路（以下「経路指令値Ｐ」と称する）を生成する。ここで、経路指令値Ｐは、例えば、センサ１４などで取得した自車両の近傍の情報、または、地図情報記憶部１３などに記録されている遠方の地図情報と前述の近傍の情報を合成した情報、の何れかに基づいて生成した指令値であるが、経路指令値Ｐの生成方法は限定しない。そして、速度計画部４３では、経路指令値Ｐと走行経路情報に基づいて車両が道路を走行する際の走行目標となる速度（以下「速度指令値」と称する）を生成し、情報出力部４４では経路指令値Ｐと速度指令値といった情報で構成される走行軌道を走行制御ユニット５に出力する。なお、速度計画部４３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４３＞
　次に、図３の機能ブロック図を用いて、速度計画部４３の詳細を説明する。速度計画部４３は、車両の位置や速度、挙動の上限値、経路指令値Ｐなどに基づいて、車両の速度指令値を生成するものであり、図３に示す、情報取得部４３ａ、経路特徴点設定部４３ｂ、走行速度生成部４３ｃ、情報出力部４３ｄを有する。以下、順次説明する。
　情報取得部４３ａは、運行管理ユニット３から走行状況情報を取得するとともに、経路計画部４２から経路指令値Ｐを取得し、それらを速度計画部４３内の各部に出力する。
　経路特徴点設定部４３ｂは、情報取得部４３ａから取得した経路指令値Ｐに基づいて、曲率のピーク点や曲率の距離微分値のピーク点といった経路指令値Ｐ上の特徴点を設定する。ここで、経路特徴点設定部４３ｂで設定される経路特徴点は、曲率がゼロの点や、経路指令値Ｐの始点や終点であっても良く、経路特徴点の定義を限定しない。
　走行速度生成部４３ｃは、情報取得部４３ａからの走行状況情報と経路指令値Ｐ、経路特徴点設定部４３ｂからの曲率のピーク点などの経路特徴点に基づいて、自車両が経路指令値Ｐを走行する際の速度指令値を生成する。
　情報出力部４３ｄは、走行速度生成部４３ｃからの速度指令値を情報出力部４４へ出力する。
　＜経路特徴点設定部４３ｂの処理＞
　次に、図４の走行経路を走行する状況下で時々刻々と生成される経路特徴点について、図５Ａと図５Ｂを用いて説明する。
　図４は、自車両Ｖが走行する走行経路の平面図であり、ある時間において自車両Ｖの走行可能領域Ｒの範囲内に設定された経路指令値Ｐを例示したものである。この走行可能領域Ｒには、左旋回の始点に変曲点Ｈ、終点に変曲点Ｎが存在し、変曲点Ｈまでの区間を直線路Ｓと定義し、変曲点Ｈから変曲点Ｎまでの区間をカーブＣと定義し、変曲点Ｎ以降の区間を直線路Ｍと定義する。
　図５Ａは、図４の走行経路のカーブＣに緩和曲線区間と定常曲線区間がある走行経路の曲率と曲率の距離微分値の一例である。図５Ａは、変曲点Ｈ以降で曲率が一定値に変化する変曲点Ｕ、変曲点Ｕ以降で曲率が一定値から変化する変曲点Ｔが存在し、変曲点Ｕと変曲点Ｔを曲率のピーク点と定義する。変曲点Ｈから変曲点Ｕまでの区間と、変曲点Ｔから変曲点Ｎまでの区間は、曲率が線形に変化する緩和曲線区間であり、曲率の距離微分値がそれぞれ一定値であるため、曲率の距離微分値のピーク点というものは存在しないが、図５Ａでは変曲点Ｈと変曲点Ｕの中間点Ｑと、変曲点Ｔと変曲点Ｎの中間点Ｚを曲率の距離微分値のピーク点と定義する。
　図５Ｂは、図４の走行経路のカーブＣに緩和曲線区間がある走行経路の曲率と曲率の距離微分値の一例である。図５Ｂは、曲率のピーク点Ｋが存在し、変曲点Ｈから曲率のピーク点Ｋまでの区間と、曲率のピーク点Ｋから変曲点Ｎまでの区間は、曲率が非線形に変化する緩和曲線区間であり、各緩和曲線区間で曲率の距離微分値がピークになる点Ｗと点Ｆを曲率の距離微分値のピーク点と定義する。
　＜速度計画部４３の処理の一例＞
　次に、図６から図７Ｃを用いて、自車両Ｖが図４の走行経路を走行する状況下で、速度計画部４３で時々刻々と生成される速度指令値を説明する。
　図６は、実施例１の速度計画部４３のフローチャートである。
　まず、ステップＳ１では、速度計画部４３の情報取得部４３ａは、情報取得部４１から走行状況情報を取得し、経路計画部４２から経路指令値Ｐを取得する。
　次に、ステップＳ２では、速度計画部４３の経路特徴点設定部４３ｂは、ステップＳ１で取得した走行状況情報と経路指令値Ｐに基づいて、経路指令値Ｐ上の曲率のピーク点（以下、「第一経路特徴点」と称する）や、曲率の距離微分値のピーク点（以下、「第二経路特徴点」と称する）などの経路特徴点を設定する。
　ステップＳ３１では、速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃは、ステップＳ１で取得した走行状況情報と経路指令値Ｐと、ステップＳ２で設定した経路特徴点に基づいて、経路指令値Ｐを走行する際に生じる前後加速度が規定値以内になる速度指令値を生成する。
　図７Ａは、図４の経路指令値Ｐの（ａ）曲率と、自車両Ｖが定速走行する場合（破線）と、ステップＳ３１で生成された速度指令値で走行する場合（実線）に生じる、（ｂ）車速と、（ｃ）前後加速度と、（ｄ）横加速度と、（ｅ）前後加加速度と、（ｆ）横加加速度の距離軸のグラフ、および、（ｇ）前後加速度と横加速度のダイアグラムの一例である。図７Ａの実線（ステップＳ３１の速度指令値使用時）は、前後運動と横運動の連係を考慮すると共に、車両挙動に関する各物理量を一点鎖線で示す規定値内にするため、（ａ）曲率のピーク点（第一経路特徴点）に（ｃ）前後加速度のゼロ点を合わせ、さらに、（ａ）曲率の距離微分値のピーク点（第二経路特徴点）に（ｃ）前後加速度のピーク点を合わせることで、（ｃ）前後加速度を規定値の範囲内で最大化している。
　なお、図７Ａ（ｄ）、（ｇ）での破線と実線の比較から分かるように、図７Ａは、定速走行時に比べ、ステップＳ３１の速度指令値の利用により、乗員の乗り心地や快適性が若干改善されるものの、（ｄ）横加速度は未だ規定値を超えるため、速度指令値の更なる改善が必要である状況を例示したものである。
　ステップＳ３２では、速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃは、ステップＳ３１で生成した速度指令値に基づいて、経路指令値Ｐを走行する際に生じる車両挙動に関する物理量が規定値以内か否かを判定する。そして、車両挙動に関する物理量が規定値以内の場合（ステップＳ３２、ＹＥＳ）はステップＳ４に進み、車両挙動に関する物理量が規定値より大きい場合（ステップＳ３２、ＮＯ）はステップＳ３３に進む。
　ステップＳ３３では、速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃは、ステップＳ１で取得した走行状況情報と経路指令値Ｐと、ステップＳ２で定義した経路特徴点、ステップＳ３１で生成した速度指令値に基づいて、経路指令値Ｐを走行する際に生じる前後加速度と前後加加速度が共に規定値以内になる速度指令値を生成する。
　図７Ｂは、図４の経路指令値Ｐの（ａ）曲率と、自車両ＶがステップＳ３１で生成された速度指令値で走行する場合（破線）と、ステップＳ３３で生成された速度指令値で走行する場合（実線）に生じる車両挙動に関する物理量の一例であり、グラフの構成は図７Ａと共通である。図７Ｂの実線（ステップＳ３３の速度指令値使用時）は、車両挙動に関する物理量を規定値内にするため、（ｃ）前後加速度のピーク点をステップＳ３１と同様に曲率の距離微分値のピーク点とした上で、（ｅ）前後加加速度を規定値内で最大化している。
　なお、図７Ｂ（ｄ）、（ｇ）での破線と実線の比較から分かるように、図７Ｂは、ステップＳ３１の速度指令値の利用時に比べ、ステップＳ３３の速度指令値の利用により、乗員の乗り心地や快適性は更に改善されるものの、（ｄ）横加速度は未だ規定値を超えるため、速度指令値の更なる改善が必要である状況を例示したものである。
　ステップＳ３４では、速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃは、ステップＳ３３で生成した速度指令値に基づいて、経路指令値Ｐを走行する際に生じる車両挙動に関する物理量が規定値以内か否かを判定する。そして、車両挙動に関する物理量が規定値以内の場合（ステップＳ３４、ＹＥＳ）はステップＳ４に進み、車両挙動に関する物理量が規定値より大きい場合（ステップＳ３４、ＮＯ）はステップＳ３５に進む。
　ステップＳ３５では、速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃは、ステップＳ１で取得した走行状況情報と経路指令値Ｐと、ステップＳ２で設定した経路特徴点、ステップＳ３３で生成した速度指令値に基づいて、減速時であれば減速開始点を手前（自車両Ｖに近づく方向）に移動させ、加速時であれば加速終了点を奥（自車両Ｖから離れる方向）に移動させることで車両挙動に関する物理量が規定値内になる速度指令値を生成する。
　図７Ｃは、図４の経路指令値Ｐの（ａ）曲率と、自車両ＶがステップＳ３３で生成された速度指令値で走行する場合（破線）と、ステップＳ３５で生成された速度指令値で走行する場合（実線）に生じる車両挙動に関する物理量の一例であり、グラフの構成は図７Ａや図７Ｂと共通である。図７Ｃの実線（ステップＳ３５の速度指令値使用時）は、車両挙動に関する物理量を規定値内にするため、（ｃ）前後加速度のピーク点をステップＳ３１やステップＳ３３と同様に曲率の距離微分値のピーク点とし、（ｅ）前後加加速度を規定値内で最大化した上で、車両挙動に関する物理量が規定値内になるように減速開始点を直線路ＳとカーブＣの接続点より手前の直線路Ｓ上にしている（（ｃ）前後加速度のグラフを参照）。
　なお、図７Ｃ（ｄ）、（ｇ）での破線と実線の比較から分かるように、図７Ｃは、ステップＳ３５の速度指令値の利用により、（ｃ）前後加速度に加え、（ｄ）横加速度も規定値内となり、乗員の乗り心地や快適性を十分に確保できた状況を例示したものである。
　ステップＳ４では、速度計画部４３の情報出力部４３ｄは、ステップＳ３１、ステップＳ３３、ステップＳ３５の何れかで生成した速度指令値を、走行軌道生成ユニット４の情報出力部４４へ出力する。なお、ステップＳ４で出力する速度指令値は何れも、車両挙動に関する物理量を規定値内に収めることができるものであるため、情報出力部４４からの速度指令値を受信する走行制御ユニット５は、乗り心地の良い車両制御を実現するように、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を制御することができる。
　＜速度計画部４３の処理の別例＞
　次に、図８Ａ、図８Ｂを用いて、速度計画部４３の処理の別例を説明する。図８Ａ、図８Ｂは、図４の経路指令値Ｐの（ａ）曲率と、自車両Ｖが図６で示したフローチャートで生成された速度指令値で走行する場合に生じる車両挙動に関する物理量の別例であり、グラフの構成は図７Ａなどと共通である。
　図７Ａ～図７Ｃでは、（ｂ）車速の規定値を一定としていたが、図８Ａと図８Ｂでは、（ｂ）車速の規定値を直線路Ｓの走行時のものよりカーブＣの走行時のものを小さくした。この場合、図８Ａ（カーブＣへの進入時）と図８Ｂ（カーブＣからの退出時）の何れの状況下でも、図６のステップＳ３５までの処理が行われることで、カーブＣ走行時の車速をより抑制しながら、（ｂ）車速を含む車両挙動に関する物理量を規定値内にしている。
これにより、乗り心地の良い車速でカーブＣを走行しつつ、加速度や加加速度を規定値内に収めることができる。
　このように、図７Ａから図８Ｂに例示した本実施例の速度制御では、前後運動と横運動を連係させるために前後加速度のピーク点を曲率の距離微分値のピーク点、前後加速度のゼロ点を曲率のピーク点に合わせた上で、車両挙動に関する物理量が規定値内になるまで徐々に前後加速度が生じる範囲を広げることで、速度低下を極力抑えながら、車両挙動に関する物理量を、乗員の乗り心地や快適性を損なわない規定値以内に収めることができる。
　次に、図９から図１０Ｂ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９は、実施例２の速度計画部４３のフローチャートである。ここに示す本実施例の速度計画部４３のフローチャートは、図６に示した実施例１の速度計画部４３のフローチャートに対して、ステップＳ３２とステップＳ４およびステップＳ３３の間に、ステップＳ５からステップＳ７を追加したものである。すなわち、本実施例では、ステップＳ３２で、ステップＳ３１の速度指令値による物理量が規定値以内と判定すればステップＳ５に進み、そうでなければステップＳ６に進むようにした。
　ステップＳ５では、速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃは、前後加速度のピーク点の位置を距離軸上で手前または奥に移動させた上で速度指令値を生成する。ステップＳ３２での判定により、ステップＳ３１の速度指令値による車両制御には一定以上の乗り心地が保証されるが、本ステップにて、ステップＳ３１の速度指令値の前後加加速度をより小さくなるように修正することで、車両の不安定挙動を更に抑制した、より乗り心地の良い車両制御を実現することができるようになる。
　一方、ステップＳ６では、速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃは、規定値より大きい車両挙動に関する物理量が改善される（規定値に近づく）ように、前後加速度のピーク点の位置を距離軸上で手前または奥に移動させた上で速度指令値を生成する。ステップＳ３２での判定により、ステップＳ３１の速度指令値では十分に乗り心地の良い車両制御が実現できないと判定されているため、本ステップの処理により、ステップＳ３１で生成した速度指令値の前後加加速度をより小さくなるように修正することで、乗り心地の良い車両制御を実現できる可能性が高まる。なお、本ステップの処理を経ても、車両挙動に関する物理量を規定値以内にできない場合もあるため、速度指令値を更に改良するための処理（例えば、図６のステップＳ３３、Ｓ３５）の実施が必要となる場合もある。
　そこで、ステップＳ７では、速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃは、ステップＳ６の速度指令値に基づいて、経路指令値Ｐを走行する際に生じる車両挙動に関する物理量が規定値以内か否かを判定する。そして、車両挙動に関する物理量が規定値以内の場合（ステップＳ７、ＹＥＳ）はステップＳ４に進み、車両挙動に関する物理量が規定値より大きい場合（ステップＳ７、ＮＯ）はステップＳ３３に進む。これにより、必要に応じて、ステップＳ６の速度指令値を更に修正することができる。
　図１０Ａは、図４の経路指令値Ｐの（ａ）曲率と、自車両Ｖが実施例１のステップＳ３１で生成された速度指令値で走行する場合（破線）と、実施例２のステップＳ５で生成された速度指令値で走行する場合（実線）に生じる車両挙動に関する物理量の一例であり、グラフの構成は実施例１の図７Ａなどと共通である。図１０Ａの実線は、（ｃ）前後加速度のピーク点を車両挙動に関する物理量が規定値以内に収まる範囲で手前（自車両Ｖに近づく方向）にしており、それにより加速度が大きい領域での加加速度が小さくなる。
　このように図１０Ａに例示した本実施例の速度制御では、前後加速度のピーク点を車両挙動に関する物理量が規定値以内に収まる範囲で手前または奥にすることで、加速度が大きい領域での加加速度を小さくする事で車両の不安定挙動を抑制し、乗員の乗り心地が向上する。
　一方、図１０Ｂは、図４の経路指令値Ｐの（ａ）曲率と、自車両Ｖが実施例１のステップＳ３１で生成された速度指令値で走行する場合（破線）と、実施例２のステップＳ６で生成された速度指令値で走行する場合（実線）に生じる車両挙動に関する物理量の一例であり、グラフの構成は実施例１の図７Ａなどと共通である。図１０Ｂの実線は、前後加速度のピーク点を車両挙動に関する物理量が規定値以内に収まるように奥（自車両Ｖから離れる方向）にしている。
　このように図１０Ｂに例示した本実施例の速度制御では、前後加速度のピーク点を車両挙動に関する物理量が規定値以内に収まるように手前または奥にすることで、前後運動と横運動を連係させながら、車両挙動に関する物理量を規定値以内にできるため、乗員の乗り心地が向上する。
　次に、図１１と図１２を用いて、本発明の実施例３の車両運動制御装置２を説明する。
なお、実施例１や実施例２との共通点は重複説明を省略する。
　図１１は、実施例３の速度計画部４３のフローチャートである。ここに示す本実施例の速度計画部４３のフローチャートは、図９に示した実施例２の速度計画部４３のフローチャートに対して、ステップＳ３２とステップＳ５の間に、ステップＳ８を追加したものである。
　ステップＳ８では、速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃは、ステップＳ３１の速度指令値に基づいて走行した自車両Ｖに生じる車両挙動に関する物理量が規定値以内の場合に、曲率のピーク点の前後加速度をゼロにしない速度指令値を生成する。
　図１２は、図４の経路指令値Ｐの（ａ）曲率と、自車両ＶがステップＳ８で生成された速度指令値で走行する場合に生じる車両挙動に関する物理量の一例であり、グラフの構成は実施例１の図７Ａなどと共通である。図１２は、（ｃ）前後加速度と（ｅ）前後加加速度を車両挙動に関する物理量が規定値以内に収まる範囲で最大化している。
　このように、図１２に例示した本実施例の速度制御では、前後加速度と前後加加速度を車両挙動に関する物理量が規定値以内に収まる範囲で最大化することで、不必要な加減速による振動の発生や車速の低下を抑制できるため、乗員の乗り心地が向上すると共に、移動時間を短縮することができる。
　次に、図１３を用いて、本発明の実施例４の車両運動制御装置２を説明する。なお、実施例１から実施例３との共通点は重複説明を省略する。
　図１３は、実施例４の速度計画部４３のフローチャートである。ここに示す本実施例のフローチャートは、図６に示した実施例１のフローチャート、図９に示した実施例２のフローチャート、図１１に示した実施例３のフローチャートに対して、ステップＳ１とステップＳ２の間に、ステップＳ９を追加したものである。
　ステップＳ９では、速度計画部４３は、速度計画部４３より上位のコントローラ（例えば、運行管理ユニット３）で生成されたフラグに基づいて、速度指令値を生成するか否かを判定する。そして、フラグが処理禁止である場合（ステップＳ９、ＹＥＳ）は処理を終了し、速度指令値を生成しない。一方、フラグが処理許可である場合（ステップＳ９、ＮＯ）はステップ２以降の処理に進み、所望の速度指令値を生成する。
　これにより、例えば急停車した先行車を回避する緊急時等に、上位コントローラによって、乗り心地を改善する速度指令値の生成処理が禁止された場合には、回避性能を重視した上位コントローラの速度制御に移行させることで、乗り心地の悪化を招くものの先行車への追突を回避できるため、安全性が向上する。
　次に、図１４を用いて、本発明の実施例５の車両運動制御装置２を説明する。なお、実施例１から実施例４との共通点は重複説明を省略する。
　図１４は、実施例５の速度計画部４３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４３は、図３に示した実施例１の速度計画部４３の走行速度生成部４３ｃを走行速度候補生成部４３ｅに変更し、さらに、走行速度選択部４３ｆを追加したものである。
　走行速度候補生成部４３ｅは、情報取得部４３ａが取得した走行状況情報と経路指令値Ｐに基づいて、経路指令値Ｐを走行する時に生じる車両挙動に関する物理量が規定値以内になる複数の速度指令値を生成し、走行速度選択部４３ｆに出力する。
　走行速度選択部４３ｆは、情報取得部４３ａ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４３ｅからの複数の速度指令値候補に基づいて、１つを速度指令値として選択し、情報出力部４３ｄが走行制御ユニット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４３ｅが生成した複数の速度指令値候補の中から、移動時間が最短の速度指令値候補を選択し、走行状況情報がエコノミモードを示す場合には、複数の速度指令値候補の中から消費エネルギが最小の速度指令値候補を選択する。つまり、走行速度選択部４３ｆでは、複数の速度指令値候補の中から移動時間が最短の速度指令値を選択したり、複数の速度指令値候補から消費エネルギが最小の速度指令値を選択したりする。
　また、走行速度候補生成部４３ｅで複数の速度指令値を生成できるようにするため、本実施例の運行管理ユニット３の規定値設定部３１では、車両の乗員や積み荷の質量や大きさや配置や、車両が走行する経路の状態に基づいて複数の規定値を設定しても良い。これにより、走行速度候補生成部４３ｅでは、乗員の人数や着座位置等に応じた複数の速度指令値を生成できるため、走行速度選択部４３ｆでは、乗員の人数等に応じた速度指令値を選択することで、車両走行時の乗り心地を更に改善することができる。
　このように、実施例５の車両運動制御装置によれば、実施例１から実施例４と同様の効果が得られるだけでなく、走行モードの選択や、車両の搭載状況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、３１…規定値設定部、４…走行軌道生成ユニット、４１…情報取得部、４２…経路計画部、４３…速度計画部、４３ａ…情報取得部、４３ｂ…経路特徴点設定部、４３ｃ…走行速度生成部、４３ｄ…情報出力部、４３ｅ…走行速度候補生成部、４３ｆ…走行速度選択部、４４…情報出力部、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

Claims (9)

  1. 　車両が走行する経路を生成する経路計画部と、
    　前記経路を走行する際の車両挙動の物理量の規定値を設定する規定値設定部と、
    　前記経路と前記規定値に基づいて経路特徴点を設定する経路特徴点設定部と、
    　前記経路と前記規定値と前記経路特徴点に基づいて前記車両が前記経路を走行するための速度指令値を生成する走行速度生成部を備え、
    　前記走行速度生成部は、
    　前記経路の曲率のピーク点である経路特徴点に基づいて前後加速度のゼロ点を設定し、　前記曲率の距離微分値のピーク点である経路特徴点に基づいて前後加速度のピーク点を設定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、
    　前記走行速度生成部は、前記曲率のピーク点に前後加速度のゼロ点を合わせ、前記曲率の距離微分値のピーク点に前後加速度のピーク点を合わせて、前記速度指令値を生成することを特徴とする車両運動制御装置。
  3. 　請求項２に記載の車両運動制御装置において、
    　前記走行速度生成部は、前記経路の特徴点間で前後加速度と前後加加速度が規定値内で最大となる速度指令値を生成し、
    　前記速度指令値で横加速度や横加加速度が規定値外となる場合は、減速開始点を距離軸上で手前、または、加速終了点を距離軸上で奥にして速度指令値を生成することを特徴とする車両運動制御装置。
  4. 　請求項２に記載の車両運動制御装置において、
    　前記走行速度生成部は、前記経路の特徴点間で前後加速度と前後加加速度が規定値内で最大となる速度指令値を生成し、
    　前記速度指令値で横加速度や横加加速度が規定値内となる範囲内で、前後加速度のピーク点の位置を距離軸上で手前または奥にして速度指令値を生成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、
    　前記走行速度生成部は、前記経路の特徴点間で前後加速度と前後加加速度が規定値内で最大となる速度指令値を生成し、
    　前記速度指令値で横加速度や横加加速度が規定値内となる場合は、前記曲率のピーク点に前記前後加速度のゼロ点を合わせない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、
    　前記走行速度生成部は、
    　上位コントローラから出力されるフラグが処理許可である場合に前記速度指令値を生成し、
    　上位コントローラから出力されるフラグが処理禁止である場合に前記速度指令値を生成しないことを特徴とする車両運動制御装置。
  7. 　請求項１から請求項６の何れか一項に記載の車両運動制御装置において、
    　前記経路特徴点設定部は、
    　前記経路の曲率のピーク、またはゼロより大きい曲率の変曲点を曲率ピーク点に設定し、
    　前記曲率の距離微分値、または曲率がゼロからあるいは曲率がゼロに変化する変曲点と前記曲率ピーク点の中間の点を曲率の距離微分値のピーク点に設定するすることを特徴とする車両運動制御装置。
  8. 　請求項１から請求項６の何れか一項に記載の車両運動制御装置において、
    　前記規定値設定部は、車両の乗員や積み荷の、質量や大きさや配置や、車両が走行する経路の状態に基づいて規定値を設定することを特徴とする車両運動制御装置。
  9. 　車両が走行する経路を生成する経路計画ステップと、
    　前記経路を走行する際の車両挙動の物理量の規定値を設定する規定値設定ステップと、　前記経路と前記規定値に基づいて経路特徴点を設定する経路特徴点設定ステップと、
    　前記経路と前記規定値と前記経路特徴点に基づいて前記車両が前記経路を走行するための速度指令値を生成する走行速度生成ステップを備え、
    　前記走行速度生成ステップでは、
    　前記経路の曲率のピーク点である経路特徴点に基づいて前後加速度のゼロ点を設定し、　前記曲率の距離微分値のピーク点である経路特徴点に基づいて前後加速度のピーク点を設定することを特徴とする車両運動制御方法。
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