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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024047445
(43)【公開日】2024-04-05
(54)【発明の名称】操舵制御装置
(51)【国際特許分類】
B62D 6/00 20060101AFI20240329BHJP
B60W 30/10 20060101ALI20240329BHJP
【ＦＩ】
B62D6/00
B60W30/10 ZYW
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022153060
(22)【出願日】2022-09-26
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2023-12-06
(71)【出願人】
【識別番号】000000170
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004222
【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100166006
【弁理士】
【氏名又は名称】泉 通博
(74)【代理人】
【識別番号】100154070
【弁理士】
【氏名又は名称】久恒 京範
(74)【代理人】
【識別番号】100153280
【弁理士】
【氏名又は名称】寺川 賢祐
(74)【代理人】
【識別番号】100167793
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 学
(72)【発明者】
【氏名】原 英之
【テーマコード（参考）】
3D232
3D241
【Ｆターム（参考）】
3D232CC04
3D232CC20
3D232CC22
3D232DA04
3D232DA22
3D232DA27
3D232DA28
3D232DA32
3D232DA33
3D232DA84
3D232DA87
3D232DC33
3D232DC34
3D232DD02
3D232DD06
3D232DD13
3D232DD17
3D232DD18
3D232EB04
3D232EC23
3D232EC34
3D232GG01
3D241BA11
3D241CC17
3D241CE04
3D241DA52Z
3D241DB07Z
3D241DB12Z
(57)【要約】 （修正有）
【課題】走行経路に対する自車両の追従性を高める。
【解決手段】操舵制御装置１は、自車両３が走行する走行経路の経路点と自車両３との自車両３の幅方向の距離である横偏差、又は自車両３から自車両３の進行する向きに延びる第１直線と自車両３及び経路点を通る第２直線とのなす角である方位偏差を取得する偏差取得部１２３と、横偏差又は方位偏差に応じたポテンシャルを含み自車両３のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、自車両３の第１ヨーレートを決定する第１ヨーレート決定部１２４と、横偏差又は方位偏差、横偏差又は方位偏差の積算値、及び横偏差又は方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、自車両３の第２ヨーレートに決定する第２ヨーレート決定部１２５と、第１ヨーレート及び第２ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部１２６と、を有する。
【選択図】図３
【解決手段】操舵制御装置１は、自車両３が走行する走行経路の経路点と自車両３との自車両３の幅方向の距離である横偏差、又は自車両３から自車両３の進行する向きに延びる第１直線と自車両３及び経路点を通る第２直線とのなす角である方位偏差を取得する偏差取得部１２３と、横偏差又は方位偏差に応じたポテンシャルを含み自車両３のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、自車両３の第１ヨーレートを決定する第１ヨーレート決定部１２４と、横偏差又は方位偏差、横偏差又は方位偏差の積算値、及び横偏差又は方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、自車両３の第２ヨーレートに決定する第２ヨーレート決定部１２５と、第１ヨーレート及び第２ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部１２６と、を有する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
自車両が走行する走行経路と前記自車両との前記自車両の幅方向の距離である横偏差と、前記自車両から前記自車両の進行する向きに延びる第１直線と前記自車両及び前記走行経路上の位置を通る第２直線とのなす角である方位偏差との少なくともいずれかを取得する偏差取得部と、
前記走行経路に応じたポテンシャルを含み前記自車両のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、前記自車両の第１ヨーレートを決定する第１ヨーレート決定部と、
前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記自車両の第２ヨーレートに決定する第２ヨーレート決定部と、
前記第１ヨーレート及び前記第２ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部と、
を有する操舵制御装置。
前記走行経路に応じたポテンシャルを含み前記自車両のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、前記自車両の第１ヨーレートを決定する第１ヨーレート決定部と、
前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記自車両の第２ヨーレートに決定する第２ヨーレート決定部と、
前記第１ヨーレート及び前記第２ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部と、
を有する操舵制御装置。
【請求項2】
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記自車両の現在位置に最も近い最近経路点を含む近接範囲内の複数の経路点を近似する近接近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差、又は前記近接近似関数上の位置と前記自車両とを通る前記第２直線と前記第１直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、
前記第２ヨーレート決定部は、前記最近経路点の前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記第２ヨーレートに決定する、
請求項１に記載の操舵制御装置。
前記第２ヨーレート決定部は、前記最近経路点の前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記第２ヨーレートに決定する、
請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項3】
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記最近経路点を含まない前方範囲内の複数の経路点の各々と前記自車両の前記幅方向の前記横偏差、及び前記前方範囲内の各経路点と前記自車両とを通る前記第２直線と前記第１直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、
前記第１ヨーレート決定部は、前記前方範囲内の前記横偏差及び前記方位偏差に応じたポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する値を求めて、前記第１ヨーレートを決定する、
請求項２に記載の操舵制御装置。
前記第１ヨーレート決定部は、前記前方範囲内の前記横偏差及び前記方位偏差に応じたポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する値を求めて、前記第１ヨーレートを決定する、
請求項２に記載の操舵制御装置。
【請求項4】
前記偏差取得部は、前記自車両からの距離が所定値以上であり前記自車両の速度に比例する最小距離以上、前記最小距離よりも大きい前方距離以下の前記前方範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前方近似関数の不一致度を示す損失項及び前記前方距離に比例する利得項を含み、前記前方距離をパラメータとする関数を最小化する前記前方距離を決定する、
請求項３に記載の操舵制御装置。
請求項３に記載の操舵制御装置。
【請求項5】
前記前方近似関数の係数の時間推移を表す状態方程式と、前記前方範囲内の各経路点を示す座標を観測量とし、前記観測量と前記係数との関係を記述する観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて前記係数を更新する係数更新部をさらに有し、
前記偏差取得部は、前記更新された係数で表される前記前方近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差及び前記方位偏差と、前記前方近似関数の曲率とを取得し、
前記第１ヨーレート決定部は、前記横偏差、前記方位偏差及び前記曲率を用いて生成される前記ポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する前記第１ヨーレートを決定する、
請求項４に記載の操舵制御装置。
前記偏差取得部は、前記更新された係数で表される前記前方近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差及び前記方位偏差と、前記前方近似関数の曲率とを取得し、
前記第１ヨーレート決定部は、前記横偏差、前記方位偏差及び前記曲率を用いて生成される前記ポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する前記第１ヨーレートを決定する、
請求項４に記載の操舵制御装置。
【請求項6】
前記近接範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前記近接近似関数の係数の時間推移を表す状態方程式と、前記近接範囲内の各経路点の座標を観測量とし、前記観測量と前記係数との関係を記述する観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて前記係数を更新する係数更新部をさらに有し、
前記偏差取得部は、更新された前記係数で表される前記近接近似関数に前記近接範囲内の複数の経路点のうちのいずれかの座標又は原点の座標を入力して求まる位置と、前記自車両との前記横偏差又は前記方位偏差を取得する、
請求項２から４のいずれか一項に記載の操舵制御装置。
前記偏差取得部は、更新された前記係数で表される前記近接近似関数に前記近接範囲内の複数の経路点のうちのいずれかの座標又は原点の座標を入力して求まる位置と、前記自車両との前記横偏差又は前記方位偏差を取得する、
請求項２から４のいずれか一項に記載の操舵制御装置。
【請求項7】
前記第２ヨーレート決定部は、前記横偏差又は前記方位偏差と比例ゲインとの積、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値と積分ゲインとの積、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量と微分ゲインとの積の和を、前記第２ヨーレートに決定する、
請求項６に記載の操舵制御装置。
請求項６に記載の操舵制御装置。
【請求項8】
前記ヨーレート制御部は、前記自車両が前記走行経路に沿って走行していれば、前記合算ヨーレートを用いて前記指示操舵角を決定し、前記自車両が前記走行経路に沿って走行していなければ、前記第１ヨーレートのみを用いて前記指示操舵角を決定する、
請求項１に記載の操舵制御装置。
請求項１に記載の操舵制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自車両の操舵角を制御する操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
目標経路に沿って走行するように操舵制御する技術が知られている。特許文献１には、車両が目標経路上を走行するのに必要な操舵の制御目標量にしたがって車両の操舵を行わせる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平３－２６８１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、操舵の指示を出力してから実際に操舵角が変化するまでの応答遅れや、車両の状態変化及び周辺環境から受ける外乱によって、目標経路に沿って走行するような制御目標量を入力しても、自車両の位置が走行経路からずれてしまうことがあった。
【0005】
そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、走行経路に対する自車両の追従性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の態様においては、自車両が走行する走行経路と前記自車両との前記自車両の幅方向の距離である横偏差と、前記自車両から前記自車両の進行する向きに延びる第１直線と前記自車両及び前記走行経路上の位置を通る第２直線とのなす角である方位偏差との少なくともいずれかを取得する偏差取得部と、前記走行経路に応じたポテンシャルを含み前記自車両のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、前記自車両の第１ヨーレートを決定する第１ヨーレート決定部と、前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記自車両の第２ヨーレートに決定する第２ヨーレート決定部と、前記第１ヨーレート及び前記第２ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部と、を有する操舵制御装置を提供する。
【0007】
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記自車両の現在位置に最も近い最近経路点を含む近接範囲内の複数の経路点を近似する近接近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差、又は前記近接近似関数上の位置と前記自車両とを通る前記第２直線と前記第１直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、前記第２ヨーレート決定部は、前記最近経路点の前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記第２ヨーレートに決定してもよい。
【0008】
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記最近経路点を含まない前方範囲内の複数の経路点の各々と前記自車両の前記幅方向の前記横偏差、及び前記前方範囲内の各経路点と前記自車両とを通る前記第２直線と前記第１直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、前記第１ヨーレート決定部は、前記前方範囲内の前記横偏差及び前記方位偏差に応じたポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する値を求めて、前記第１ヨーレートを決定してもよい。
【0009】
前記偏差取得部は、前記自車両からの距離が所定値以上であり前記自車両の速度に比例する最小距離以上、前記最小距離よりも大きい前方距離以下の前記前方範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前方近似関数の不一致度を示す損失項及び前記前方距離に比例する利得項を含み、前記前方距離をパラメータとする関数を最小化する前記前方距離を決定してもよい。
【0010】
前記前方近似関数の係数の時間推移を表す状態方程式と、前記前方範囲内の各経路点を示す座標を観測量とし、前記観測量と前記係数との関係を記述する観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて前記係数を更新する係数更新部をさらに有し、前記偏差取得部は、前記更新された係数で表される前記前方近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差及び前記方位偏差と、前記前方近似関数の曲率とを取得し、前記第１ヨーレート決定部は、前記横偏差、前記方位偏差及び前記曲率を用いて生成される前記ポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する前記第１ヨーレートを決定してもよい。
【0011】
前記近接範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前記近接近似関数の係数の時間推移を表す状態方程式と、前記近接範囲内の各経路点の座標を観測量とし、前記観測量と前記係数との関係を記述する観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて前記係数を更新する係数更新部をさらに有し、前記偏差取得部は、更新された前記係数で表される前記近接近似関数に前記近接範囲内の複数の経路点のうちのいずれかの座標又は原点の座標を入力して求まる位置と、前記自車両との前記横偏差又は前記方位偏差を取得してもよい。
【0012】
前記第２ヨーレート決定部は、前記横偏差又は前記方位偏差と比例ゲインとの積、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値と積分ゲインとの積、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量と微分ゲインとの積の和を、前記第２ヨーレートに決定してもよい。
【0013】
前記ヨーレート制御部は、前記自車両が前記走行経路に沿って走行していれば、前記合算ヨーレートを用いて前記指示操舵角を決定し、前記自車両が前記走行経路に沿って走行していなければ、前記第１ヨーレートのみを用いて前記指示操舵角を決定してもよい。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、走行経路に対する自車両の追従性を高められるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施の形態に係る操舵制御装置が実行する処理の概要を説明するための図である。
【図2】前方範囲を説明するための図である。
【図3】操舵制御装置の構成を説明するための図である。
【図4】指示操舵角を決定する処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
［操舵制御装置１が実行する処理の概要］
従来、車両が走行経路上を走行するのに必要な指示操舵角にしたがって車両の操舵を行わせる制御が知られている。しかしながら、操舵の指示を出力してから実際に操舵角が変化するまでの応答遅れや、車両の状態及び周辺状況の変化等の外乱によって、走行経路上を走行するのに必要な指示操舵角を入力しても、自車両の位置が走行経路からずれてしまうことがあった。
従来、車両が走行経路上を走行するのに必要な指示操舵角にしたがって車両の操舵を行わせる制御が知られている。しかしながら、操舵の指示を出力してから実際に操舵角が変化するまでの応答遅れや、車両の状態及び周辺状況の変化等の外乱によって、走行経路上を走行するのに必要な指示操舵角を入力しても、自車両の位置が走行経路からずれてしまうことがあった。
【0017】
そこで、実施の形態に係る操舵制御装置は、走行経路に沿って走行させる制御と、外乱の影響を低減する制御とを組み合わせることにより、走行経路の経路点に沿って走行し、外乱の影響を低減する指示操舵角を決定する。以下、操舵制御装置が実行する処理の概要を説明する。図１は、実施の形態に係る操舵制御装置１が実行する処理の概要を説明するための図である。操舵制御装置１は、自動運転車両である自車両に搭載されている。
【0018】
操舵制御装置１の第１ヨーレート決定部１２４は、ドライバモデルに基づく制御により走行経路に沿って走行させるための第１ヨーレート（以下「前方ヨーレート」と言う。）を決定する。前方ヨーレートを決定する際に、自車両の現在位置に近い経路点に沿って走行させるようにすると、近い経路点に近づこうとしてしまうため、前方ヨーレートの変化が大きくなってしまう。そこで、第１ヨーレート決定部１２４は、走行経路上の最近経路点を含まない前方範囲内の複数の経路点を近似する前方近似関数を用いて前方ヨーレートを決定する。前方近似関数は、例えば二次関数、三次関数又はスプライン曲線であるが、これに限定するものではない。本実施の形態においては、前方近似関数が二次関数である場合を説明する。
【0019】
図２は、前方範囲ＦＲを説明するための図である。本実施の形態においては、自車両３の後輪軸を中心とする座標系を用いており、自車両３の進行方向Ｘは縦軸で示され、進行方向Ｘは紙面下から上を正とする。また、自車両３の幅方向Ｙは横軸で示され、幅方向Ｙは紙面右から左を正とする。図２の黒丸は自車両３の走行経路の経路点である。最近経路点ＮＰは、自車両３が走行する走行経路の複数の経路点のうちの自車両３の現在位置に最も近い経路点である。
【0020】
第１ヨーレート決定部１２４は、最小距離Ｌｍｉｎ以上前方距離Ｌ以下の前方範囲ＦＲ内の複数の経路点を近似する前方近似関数ＦＦに応じたポテンシャルを含み、前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する前方ヨーレートを決定する。このように、第１ヨーレート決定部１２４は、前方範囲ＦＲ内の自車両３の経路点を参照することで、前方ヨーレートの変化を小さくできる。
【0021】
ところで、前方範囲ＦＲ内の経路点を使うことで前方ヨーレートの変化を小さくできるが、外乱の影響を受けると、自車両３から近い経路点と自車両３の近接横偏差ｄ２が大きくなりやすい。そこで、操舵制御装置１の第２ヨーレート決定部１２５は、ＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御に基づく外乱の影響を低減するための第２ヨーレート（以下「近接ヨーレート」と言う。）を決定する。第２ヨーレート決定部１２５は、近接近似関数ＫＦと自車両３の幅方向Ｙ軸との交点ＫＰと、自車両３との幅方向Ｙにおける距離である近接横偏差ｄ２に基づく近接ヨーレートを決定する。
【0022】
近接近似関数ＫＦは、最近経路点ＮＰを含む近接範囲ＰＲ内の複数の経路点を近似する関数である。近接近似関数ＫＦは、例えば二次関数、三次関数又はスプライン曲線であるが、これに限定するものではない。本実施の形態においては、近接近似関数ＫＦが二次関数である場合を説明する。近接範囲ＰＲの上限値は例えば最小距離Ｌｍｉｎであるが、これに限定するものではなく、自車両３の長さに所定値を加えた値であってもよい。所定値は適宜定めればよい。第２ヨーレート決定部１２５は、近接横偏差ｄ２に比例する値を近接ヨーレートに決定する。第２ヨーレート決定部１２５は、近接横偏差ｄ２に比例する近接ヨーレートを決定するので、外乱によって生じた近接横偏差ｄ２を小さくできる。その結果、第２ヨーレート決定部１２５は、外乱による影響を低減することができる。
【0023】
操舵制御装置１のヨーレート制御部１２６は、前方ヨーレートと近接ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて、指示操舵角を決定する。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２は、自車両３を制御する制御装置であり、指示操舵角に従って自車両３の操舵角を制御する。これにより、ＥＣＵ２は、経路点に沿って自車両３を走行させながら、自車両３の状態及び周辺状況の変化等の外乱の影響を低減できるので、自車両３の走行経路に対する追従性を向上できる。
【0024】
［操舵制御装置１の構成］
図３は、操舵制御装置１の構成を説明するための図である。自車両３は、操舵制御装置１の他に、ＥＣＵ２及びセンサ群４を搭載している。
図３は、操舵制御装置１の構成を説明するための図である。自車両３は、操舵制御装置１の他に、ＥＣＵ２及びセンサ群４を搭載している。
【0025】
ＥＣＵ２は、自車両３を制御する制御装置である。ＥＣＵ２は、操舵制御装置１が決定したヨーレートになるように、自車両３の操舵輪の角度（操舵角）を制御する。
【0026】
センサ群４は、自車両３の状態を検出するセンサである。センサ群４は、自車両３の位置を検出するためのＧＰＳ（Global Positioning System）受信機を含み、自車両３の位置を検出する。また、センサ群４は、自車両３の状態として、ヨーレートを検出するセンサを含み、ヨーレートを検出する。
【0027】
操舵制御装置１は、記憶部１１及び制御部１２を備える。記憶部１１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部１１は、制御部１２が実行するプログラムを記憶する。
【0028】
制御部１２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部１２は、記憶部１１に記憶されたプログラムを実行することにより、第１係数更新部１２１、第２係数更新部１２２、偏差取得部１２３、第１ヨーレート決定部１２４、第２ヨーレート決定部１２５及びヨーレート制御部１２６としての機能を実現する。
【0029】
第１係数更新部１２１は、前方範囲ＦＲ内の複数の経路点を近似する前方近似関数ＦＦの係数を更新する。第１係数更新部１２１は、前方近似関数ＦＦの係数の係数を更新する際に、前方範囲ＦＲの下限値である最小距離Ｌｍｉｎと、最小距離Ｌｍｉｎよりも大きい上限値である前方距離Ｌを決定する。第１係数更新部１２１は、自車両３からの距離が所定値以上の自車両３の速度Ｖに比例する最小距離Ｌｍｉｎを決定する。具体的には、第１係数更新部１２１は、下記式（１）を用いて最小距離Ｌｍｉｎを決定する。
【0030】
Ｌｍｉｎ＝Ａ＋ＶΔτ…（１）
Ａは、自車両３の前面から後輪軸までの距離である。Δτは、指示操舵角を出力してから実際に操舵角が変化するまでにかかる応答遅れ時間であり、具体的な値は１秒であるが、これに限定するものではなく、実験などにより適宜定めればよい。なお、第１係数更新部１２１は、最小距離Ｌｍｉｎが所定の値を超えたら、最小距離Ｌｍｉｎを所定の値にする。所定の値は、例えば１５メートル以上２０メートル以下の範囲で適宜定めればよいが、これに限定するものではない。
Ａは、自車両３の前面から後輪軸までの距離である。Δτは、指示操舵角を出力してから実際に操舵角が変化するまでにかかる応答遅れ時間であり、具体的な値は１秒であるが、これに限定するものではなく、実験などにより適宜定めればよい。なお、第１係数更新部１２１は、最小距離Ｌｍｉｎが所定の値を超えたら、最小距離Ｌｍｉｎを所定の値にする。所定の値は、例えば１５メートル以上２０メートル以下の範囲で適宜定めればよいが、これに限定するものではない。
【0031】
第１係数更新部１２１は、前方近似関数ＦＦの不一致度を示す損失項及び前方距離Ｌに比例する利得項を含み、前方距離Ｌをパラメータとする関数を最小化する値を求めて前方距離Ｌを決定する。具体的には、第１係数更新部１２１は、以下の式（２）を用いて前方距離Ｌを決定する。
aは定数であり、実験などにより適宜定めればよい。式（２）の第１項は、前方近似関数ＦＦの不一致度を示す損失項である。式（２）の第２項は、aを係数とする前方距離Ｌに比例する利得項である。なお、第１係数更新部１２１は、自車両３から所定距離以内の走行経路の曲率又は自車両３が走行する道路の曲率が小さいほどaを大きくしてもよい。
【数1】
【0032】
第１係数更新部１２１は、最小距離Ｌｍｉｎから前方距離Ｌの上限値Ｌｍａｘまでの値を式（２）に代入して、式（２）が最小になる値を前方距離Ｌとして決定する。上限値Ｌｍａｘは、適宜定めればよく、具体的な値は１００メートルであるが、１５０メートルであってもよく、これらに限定するものではない。これにより、第１係数更新部１２１は、前方近似関数ＦＦの不一致度を小さくしながら、前方距離Ｌをできるだけ大きくすることができる。第１係数更新部１２１は、最小距離Ｌｍｉｎ以上、決定した前方距離Ｌ以下の範囲を前方範囲ＦＲとして決定する。
【0033】
第１係数更新部１２１は、前方範囲ＦＲ内の各経路点を示す座標を自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前方近似関数ＦＦの係数を更新する。例えば、第１係数更新部１２１は、前方近似関数ＦＦの係数の時間推移を表す状態方程式と、前方範囲ＦＲ内の各経路点を示す座標を観測量とし、観測量と係数との関係を記述する前方観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて前方近似関数ＦＦの係数を更新する。状態方程式は下記式（３）で表され、前方観測方程式は下記式（４）で表される。
【数2】
【0034】
式（３）及び（４）において、ノイズの項は省略している。式（４）のＮは、前方範囲ＦＲに含まれる経路点の数である。なお、前方範囲ＦＲの前方距離Ｌが変化すると、前方範囲に含まれる経路点の数も変化する。そのため、Ｎは、前方距離Ｌが上限値Ｌｍａｘのときに前方範囲ＦＲに含まれる経路点の数である。なお、前方範囲ＦＲに含まれている経路点の数が、Ｎよりも小さい場合、経路点の数以降のＸｉを０にする。具体例を挙げると、第１係数更新部１２１は、Ｎが４００であるときに、前方範囲ＦＲに含まれている経路点の数が３００であれば、３００番目のＸ３００から４００番目のＸ４００までのＸｉを０にする。
【0035】
偏差取得部１２３は、更新された係数で表される前方近似関数ＦＦ上の前方範囲ＦＲ内の位置と、自車両３との横偏差である前方横偏差ｄ１を取得する。例えば、偏差取得部１２３は、前方近似関数上の前方範囲ＦＲ内の位置と進行方向Ｘ軸上の位置との距離である前方横偏差ｄ１を取得する。また、偏差取得部１２３は、自車両３から自車両３の進行する向きに延びる第１直線と、自車両３及び走行経路上の位置を通る第２直線とのなす角である方位偏差を取得する。具体的には、偏差取得部１２３は、自車両３及び前方近似関数ＦＦ上の位置を通る第２直線とのなす角である方位偏差を取得する。偏差取得部１２３は、前方近似関数ＦＦの曲率を取得してもよい。例えば、偏差取得部１２３は、前方近似関数ＦＦを複数の区間に分割し、各区間の曲率を取得する。
【0036】
第１ヨーレート決定部１２４は、前方近似関数ＦＦに応じたポテンシャルを含み自車両３の前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、自車両３の前方ヨーレートを決定する。前方近似関数ＦＦに応じたポテンシャルは、前方近似関数ＦＦ上の位置を基準とし、前方横偏差ｄ１、方位偏差及び前方近似関数ＦＦの曲率を用いて生成される車線ポテンシャルである。車線ポテンシャルは、前方横偏差ｄ１及び方位偏差で示される位置が最小値になり、前方横偏差ｄ１に比例する引力ポテンシャルである。車線ポテンシャルは、第１ヨーレート決定部１２４が生成してもよいし、自車両３に搭載された他の装置が生成してもよい。
【0037】
第１ヨーレート決定部１２４は、車線ポテンシャル及び自車両３周辺に存在する障害物に応じた障害物ポテンシャルを少なくとも含み前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて前方ヨーレートを決定する。障害物ポテンシャルは、障害物と自車両３が接触する接触リスクを示す斥力ポテンシャルである。具体的には、第１ヨーレート決定部１２４は、車線ポテンシャル及び障害物ポテンシャルに応じた接触リスクを含むコスト関数を最小化する前方ヨーレートを決定する。
【0038】
第２係数更新部１２２は、近接範囲ＰＲ内の各経路点を近似する近接近似関数ＫＦの係数を更新する。例えば、第２係数更新部１２２は、近接範囲ＰＲ内の各経路点を示す座標を自車両３から近い順に並べたデータ列を近似する近接近似関数ＫＦの係数を更新する。具体的には、第２係数更新部１２２は、近接近似関数ＫＦの係数の時間推移を表す状態方程式と、近接範囲ＰＲ内の各経路点の座標を観測量とし、観測量と係数との関係を記述する近接観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて近接近似関数ＫＦの係数を更新する。状態方程式は、上述した式（３）で表され、近接観測方程式は、下記式（５）で表される。
【数3】
【0039】
式（５）おいて、ノイズの項は省略している。なお、近接近似関数ＫＦの係数の更新に用いられる状態方程式は、前方近似関数ＦＦの係数の更新に用いられる状態方程式と同じ式で表されるが、第１係数更新部１２１は、前方近似関数ＦＦの係数の更新用の状態方程式を用い、第２係数更新部１２２は、近接近似関数ＫＦの係数の更新用の状態方程式を用いている。
【0040】
偏差取得部１２３は、更新された係数で表される近接近似関数ＫＦ上の位置と、自車両３との近接横偏差ｄ２を取得する。例えば、偏差取得部１２３は、近接近似関数ＫＦに原点のＸ座標（０）を入力して求まる位置と自車両３との距離を近接横偏差ｄ２として取得する。近接近似関数ＫＦに原点のＸ座標（０）を入力して求まる位置は、近接近似関数ＫＦと幅方向Ｙ軸との交点ＫＰである（図２参照）。また、偏差取得部１２３は、原点のＸ座標（０）に替えて、近接近似関数ＫＦに近接範囲ＰＲ内の複数の各経路点のうちのいずれかのＸ座標を入力して求まる位置と、自車両３との幅方向Ｙにおける距離を近接横偏差ｄ２として取得してもよい。
【0041】
第２ヨーレート決定部１２５は、ＰＩＤ制御に基づき、偏差取得部１２３が取得した近接横偏差ｄ２を小さくする近接ヨーレートを決定する。例えば、第２ヨーレート決定部１２５は、近接横偏差ｄ２、近接横偏差ｄ２の積算値、及び近接横偏差ｄ２の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、自車両３の近接ヨーレートに決定する。具体的には、第２ヨーレート決定部１２５は、近接横偏差ｄ２と比例ゲインとの積、近接横偏差ｄ２の積算値と積分ゲインとの積、及び近接横偏差ｄ２の変化量と微分ゲインとの積の和を、近接ヨーレートに決定する。
【0042】
ヨーレート制御部１２６は、前方ヨーレート及び近接ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定する。例えば、ヨーレート制御部１２６は、自車両３が走行経路に沿って走行していれば、合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定する。ヨーレート制御部１２６は、自車両３が走行経路に沿って走行していなければ、前方ヨーレートのみを用いて指示操舵角を決定する。ヨーレート制御部１２６は、決定した指示操舵角をＥＣＵ２に入力する。ＥＣＵ２は、指示操舵角になるように自車両３の操舵輪の角（操舵角）を制御する。
【0043】
［指示操舵角を決定する処理］
図４は、指示操舵角を決定する処理の一例を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、自車両３が走行している間、所定間隔で実行される。所定間隔は、例えば５０ミリ秒であるが、これに限定するものではない。
図４は、指示操舵角を決定する処理の一例を示すフローチャートである。図４のフローチャートは、自車両３が走行している間、所定間隔で実行される。所定間隔は、例えば５０ミリ秒であるが、これに限定するものではない。
【0044】
［指示操舵角を決定する処理］
第１係数更新部１２１は、前方距離Ｌを決定する（ステップＳ１）。例えば、第１係数更新部１２１は、最小距離Ｌｍｉｎから前方距離Ｌの上限値Ｌｍａｘまでの値のうちの、式（２）が最小になる値を前方距離Ｌとして決定する。
第１係数更新部１２１は、前方距離Ｌを決定する（ステップＳ１）。例えば、第１係数更新部１２１は、最小距離Ｌｍｉｎから前方距離Ｌの上限値Ｌｍａｘまでの値のうちの、式（２）が最小になる値を前方距離Ｌとして決定する。
【0045】
第１係数更新部１２１は、最小距離Ｌｍｉｎ以上、前方距離Ｌ以下の前方範囲ＦＲ内の各経路点を近似する前方近似関数ＦＦの第１係数を更新する（ステップＳ２）。例えば、第１係数更新部１２１は、前方近似関数ＦＦの第１係数の時間推移を表す状態方程式（式（３））と、前方範囲ＦＲ内の各経路点を示す座標を観測量とし、観測量と係数との関係を記述する前方観測方程式（式（４））とを含むカルマンフィルタを用いて前方近似関数ＦＦの第１係数を更新する。
【0046】
偏差取得部１２３は、前方近似関数ＦＦ上の位置と自車両３との幅方向Ｙの距離である前方横偏差ｄ１を取得する（ステップＳ３）。具体的には、偏差取得部１２３は、係数が更新された前方近似関数ＦＦ上の前方範囲ＦＲ内の各位置と自車両３との前方横偏差ｄ１及び方位偏差と、前方近似関数ＦＦの曲率とを取得する。
【0047】
第１ヨーレート決定部１２４は、前方ヨーレートを決定する（ステップＳ４）。例えば、第１ヨーレート決定部１２４は、前方近似関数ＦＦに応じた車線ポテンシャルを含み自車両３の前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、自車両３の前方ヨーレートを決定する。具体的には、第１ヨーレート決定部１２４は、前方横偏差ｄ１、方位偏差、及び前方近似関数ＦＦの曲率を用いて生成される車線ポテンシャルを含むコスト関数を最小化する前方ヨーレートを決定する。
【0048】
第２係数更新部１２２は、自車両３の走行モードが、走行経路に沿って走行する経路追従モードであるか否かを判定する（ステップＳ５）。第２係数更新部１２２は、自車両３の走行モードが経路追従モードであれば（ステップＳ５でＹｅｓ）、近接範囲ＰＲ内の各経路点を近似する近接近似関数ＫＦの第２係数 を更新する（ステップＳ６）。具体的には、第２係数更新部１２２は、近接近似関数ＫＦの係数の時間推移を表す状態方程式（式（３））と、近接範囲ＰＲ内の各経路点の座標を観測量とし、観測量と係数との関係を記述する近接観測方程式（式（５））とを含むカルマンフィルタを用いて近接近似関数ＫＦの係数を更新する。
【0049】
偏差取得部１２３は、近接近似関数ＫＦの係数を更新したら、前方範囲ＦＲ内の経路点に対応する近接横偏差ｄ２を取得する（ステップＳ７）。例えば、偏差取得部１２３は、係数が更新された近接近似関数ＫＦに原点のＸ座標（０）を入力して求まる位置である交点ＫＰ（図２参照）と自車両３との近接横偏差ｄ２を取得する。
【0050】
第２ヨーレート決定部１２５は、近接横偏差ｄ２を用いて近接ヨーレートを決定する（ステップＳ８）。具体的には、第２ヨーレート決定部１２５は、近接横偏差ｄ２と比例ゲインとの積、近接横偏差ｄ２の積算値と積分ゲインとの積、及び近接横偏差ｄ２の変化量と微分ゲインとの積の和を、近接ヨーレートに決定する。
【0051】
ヨーレート制御部１２６は、前方ヨーレート及び近接ヨーレートを合算して、合算ヨーレートを算出する（ステップＳ９）。そして、ヨーレート制御部１２６は、合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定する（ステップＳ１０）。ヨーレート制御部１２６は、自車両３の走行モードが経路追従モードでなければ（ステップＳ５でＮｏ）、前方ヨーレートのみで指示操舵角を決定する（ステップＳ１１）。
【0052】
（変形例）
上記の実施の形態においては、横偏差を用いて第２ヨーレートを決定した。これにかぎらず、操舵制御装置１は、方位偏差を用いて第２ヨーレートを決定してもよい方位偏差を用いる場合、偏差取得部１２３は、最近経路点と自車両とを通る第２直線と第１直線とのなす角である方位偏差を取得する。第２ヨーレート決定部１２５は、最近経路点ＮＰと自車両３の方位偏差と比例ゲインとの積、当該方位偏差の積算値と積分ゲインとの積、及び当該方位偏差の変化量と微分ゲインとの積の和を、近接ヨーレートに決定する。
上記の実施の形態においては、横偏差を用いて第２ヨーレートを決定した。これにかぎらず、操舵制御装置１は、方位偏差を用いて第２ヨーレートを決定してもよい方位偏差を用いる場合、偏差取得部１２３は、最近経路点と自車両とを通る第２直線と第１直線とのなす角である方位偏差を取得する。第２ヨーレート決定部１２５は、最近経路点ＮＰと自車両３の方位偏差と比例ゲインとの積、当該方位偏差の積算値と積分ゲインとの積、及び当該方位偏差の変化量と微分ゲインとの積の和を、近接ヨーレートに決定する。
【0053】
［操舵制御装置１の効果］
以上説明したとおり、操舵制御装置１は、自車両３が走行する走行経路に応じたポテンシャルを含み自車両３の前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する前方ヨーレートを決定するとともに、横偏差、横偏差の積算値、及び横偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を近接ヨーレートに決定する。そして、操舵制御装置１は、前方ヨーレート及び近接ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定する。
以上説明したとおり、操舵制御装置１は、自車両３が走行する走行経路に応じたポテンシャルを含み自車両３の前方ヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する前方ヨーレートを決定するとともに、横偏差、横偏差の積算値、及び横偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を近接ヨーレートに決定する。そして、操舵制御装置１は、前方ヨーレート及び近接ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定する。
【0054】
コスト関数は自車両３がポテンシャルの中心を走行するときに小さくなるので、操舵制御装置１は、走行経路と自車両の幅方向の横偏差が大きいほど大きな前方ヨーレートを決定する。また、操舵制御装置１は、近接ヨーレートによって、外乱によって生じた横偏差を小さくできる。そして、操舵制御装置１は、前方ヨーレート及び近接ヨーレートを合算することにより、走行経路の経路点に沿って走行し、外乱の影響を低減する指示操舵角を決定できる。その結果、自車両３の位置の走行経路からのずれを低減して、走行経路に対する自車両の追従性を向上させることができる。
【0055】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。
【符号の説明】
【0056】
１ 操舵制御装置
１１ 記憶部
１２ 制御部
１２１ 第１係数更新部
１２２ 第２係数更新部
１２３ 偏差取得部
１２４ 第１ヨーレート決定部
１２５ 第２ヨーレート決定部
１２６ ヨーレート制御部
２ ＥＣＵ
３ 自車両
４ センサ群
１１ 記憶部
１２ 制御部
１２１ 第１係数更新部
１２２ 第２係数更新部
１２３ 偏差取得部
１２４ 第１ヨーレート決定部
１２５ 第２ヨーレート決定部
１２６ ヨーレート制御部
２ ＥＣＵ
３ 自車両
４ センサ群
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2023-09-19
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
自車両が走行する走行経路と前記自車両との前記自車両の幅方向の距離である横偏差と、前記自車両から前記自車両の進行する向きに延びる第１直線と前記自車両及び前記走行経路上の位置を通る第２直線とのなす角である方位偏差との少なくともいずれかを取得する偏差取得部と、
前記走行経路に応じたポテンシャルを含み前記自車両のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、前記自車両の第１ヨーレートを決定する第１ヨーレート決定部と、
前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記自車両の第２ヨーレートに決定する第２ヨーレート決定部と、
前記第１ヨーレート及び前記第２ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部と、
を有し、
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記自車両の現在位置に最も近い最近経路点を含む近接範囲内の複数の経路点を近似する近接近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差、又は前記近接近似関数上の位置と前記自車両とを通る前記第２直線と前記第１直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、
前記第２ヨーレート決定部は、前記最近経路点の前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記第２ヨーレートに決定し、
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記最近経路点を含まない前方範囲内の複数の経路点の各々と前記自車両の前記幅方向の前記横偏差、及び前記前方範囲内の各経路点と前記自車両とを通る前記第２直線と前記第１直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、
前記第１ヨーレート決定部は、前記前方範囲内の前記横偏差及び前記方位偏差に応じたポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する値を求めて、前記第１ヨーレートを決定し、
前記偏差取得部は、前記自車両からの距離が所定値以上であり前記自車両の速度に比例する最小距離以上、前記最小距離よりも大きい前方距離以下の前記前方範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前方近似関数の不一致度を示す損失項及び前記前方距離に比例する利得項を含み、前記前方距離をパラメータとする関数を最小化する前記前方距離を決定する操舵制御装置。
前記走行経路に応じたポテンシャルを含み前記自車両のヨーレートをパラメータとするコスト関数を最小化する値を求めて、前記自車両の第１ヨーレートを決定する第１ヨーレート決定部と、
前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記自車両の第２ヨーレートに決定する第２ヨーレート決定部と、
前記第１ヨーレート及び前記第２ヨーレートを合算した合算ヨーレートを用いて指示操舵角を決定するヨーレート制御部と、
を有し、
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記自車両の現在位置に最も近い最近経路点を含む近接範囲内の複数の経路点を近似する近接近似関数上の位置と前記自車両との前記横偏差、又は前記近接近似関数上の位置と前記自車両とを通る前記第２直線と前記第１直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、
前記第２ヨーレート決定部は、前記最近経路点の前記横偏差又は前記方位偏差、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値、及び前記横偏差又は前記方位偏差の変化量の少なくともいずれかに比例する値を、前記第２ヨーレートに決定し、
前記偏差取得部は、前記走行経路の複数の経路点のうちの前記最近経路点を含まない前方範囲内の複数の経路点の各々と前記自車両の前記幅方向の前記横偏差、及び前記前方範囲内の各経路点と前記自車両とを通る前記第２直線と前記第１直線とのなす角である前記方位偏差を取得し、
前記第１ヨーレート決定部は、前記前方範囲内の前記横偏差及び前記方位偏差に応じたポテンシャルを含む前記コスト関数を最小化する値を求めて、前記第１ヨーレートを決定し、
前記偏差取得部は、前記自車両からの距離が所定値以上であり前記自車両の速度に比例する最小距離以上、前記最小距離よりも大きい前方距離以下の前記前方範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前方近似関数の不一致度を示す損失項及び前記前方距離に比例する利得項を含み、前記前方距離をパラメータとする関数を最小化する前記前方距離を決定する操舵制御装置。
【請求項2】
前記近接範囲内の各経路点を示す座標を前記自車両から近い順に並べたデータ列を近似する前記近接近似関数の係数の時間推移を表す状態方程式と、前記近接範囲内の各経路点の座標を観測量とし、前記観測量と前記係数との関係を記述する観測方程式とを含むカルマンフィルタを用いて前記係数を更新する係数更新部をさらに有し、
前記偏差取得部は、更新された前記係数で表される前記近接近似関数に前記近接範囲内の複数の経路点のうちのいずれかの座標又は原点の座標を入力して求まる位置と、前記自車両との前記横偏差又は前記方位偏差を取得する、
請求項１に記載の操舵制御装置。
前記偏差取得部は、更新された前記係数で表される前記近接近似関数に前記近接範囲内の複数の経路点のうちのいずれかの座標又は原点の座標を入力して求まる位置と、前記自車両との前記横偏差又は前記方位偏差を取得する、
請求項１に記載の操舵制御装置。
【請求項3】
前記第２ヨーレート決定部は、前記横偏差又は前記方位偏差と比例ゲインとの第一積と、前記横偏差又は前記方位偏差の積算値と積分ゲインとの第二積と、前記横偏差又は前記方位偏差の変化量と微分ゲインとの第三積との和を、前記第２ヨーレートに決定する、
請求項２に記載の操舵制御装置。
請求項２に記載の操舵制御装置。