JP4696720B2 - 自動操舵制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態を示す概略構成図である。
図1中、1FL、1FR、1RL及び1RRはそれぞれ左前輪、右前輪、左後輪及び右後輪であって、後輪1RL及び1RRは、エンジン2の駆動力が自動変速機3、プロペラシャフト4、最終減速装置5及び車軸6を順に介して伝達される駆動輪である。
また、車両には、人工衛星から送られる衛星電波を受信して現在の自車位置を検出するGPS16と、所定領域の道路地図情報を記憶したCD−ROMやDVD−ROM等の記憶媒体がセットされた記憶ユニット17とが搭載されている。
次いでステップS3に移行して、前記ステップS1で読み込んだノードの中で、GPS16からの電波の取得ができなくなるロスト区間の開始地点の該当ノード(Xlost,Ylost)を検出する。
D2lost={(Xown−Xlost)2+(Yown−Ylost)2}1/2
……(1)
具体的には、まず、ロスト区間距離Dlostを算出する。このロスト区間距離Dlostは、GPS衛星からの電波の取得が不可となる区間の距離である衛星取得不能区間距離Dgpslostと、GPS衛星からの電波の取得が復帰し高精度な位置計測が再開されるまでの復帰区間距離Drecとの和として算出する。
Dgpslost={(Xlost−Xrec)2+(Ylost−Yrec)2}1/2
……(2)
また、復帰区間距離Drecは、位置計測の復帰にかかる時間Trec(例えば、7秒程度)と車速Vcとに基づいて、次式(3)から算出する。
Drec=Trec×Vc ……(3)
Dlost=Dgpslost+Drec ……(4)
このようにして算出したロスト区間距離Dlostに基づいて、走行難易度Diffを算出する。この走行難易度Diffは、デッドレコニングでの誤差の起こり易さを示す指標であって、例えばロスト区間距離Dlost、ロスト区間の道路曲率、ロスト区間の曲率変化値、ロスト区間の道路幅等に基づいて設定する。
また、走行難易度Diffを、ロスト区間の道路曲率に基づいて設定する場合には、図4(c)の特性図に示すように、道路曲率が小さいときほど走行難易度Diffが高くなり且つ、道路曲率が小さいときほど道路曲率の変化に対する走行難易度Diffの変化が大きくなるように設定する。なお、図4(c)において横軸は道路曲率〔m〕、縦軸は走行難易度Diffである。また、ロスト区間の道路曲率は、道路地図情報から取得すればよい。
この操舵制御変更距離Da2LKは、具体的には、車速Vcと予め設定した所定時間とを乗算して算出し、且つ、前記所定時間を走行難易度Diffが高いときほど長くなるように設定することで、図5の特性図に示すように、走行難易度Diffが大きいときほど、操舵制御変更距離Da2LKが大きくなるように設定する。なお、図5において、横軸は走行難易度Diff、縦軸は操舵制御変更距離Da2LKである。
次いで、ステップS8に移行し、自車両がステップS7で設定した操舵制御変更開始点Zsに相当するノードに到達したかどうかを判断する。自車両が操舵制御変更開始点Zsに到達していなければ、ステップS9に移行し、ドライバの操舵操作よりも位置制御を優先した位置制御重視の操舵制御である全自動操舵制御を行う。
図8に示すように、第2の前方注視点P2を中央として前後に所定距離Dsをとった地点における最寄りのノードをPF及びPRとし、P2及びPRを結ぶ線分P2PRと、P2及びPFを結ぶ線分P2PFとで成す角度θと、PF及びPRの距離dとをそれぞれ算出する。ここで、所定距離Dsは、車速Vcに、例えば1秒程度の一定時間t2を乗じて算出する(Ds=Vc×t2)。
そして、PF、P2及びPRを通る円弧の中心Oは、線分P2PFの中点aを通る垂直2等分線Aと、線分P2PRの中点bを通る垂直2等分線Bとの交点であり、線分P2PRと線分P2PFとで成す角度θは、垂直2等分線A及びBの成す∠aObに等しくなる。また、∠PFOPRは∠aObの2倍であるので、角度θ及び距離dに基づいて次式(5)をもとに曲率半径ρを算出する。
ρ=d/2・sinθ ……(5)
具体的には、まず、車両のスリップ角θsを算出する。このスリップ角θsは、前後加速度Xg及び横加速度Ygに基づいて次式(6)から算出する。
θs=tan-1(Yg/Xg) ……(6)
εR=εT−ε1 ……(7)
さらに、初期状態における基準経路と自車位置との横偏差をYUとすると、車両姿勢に応じた横偏差YSは、横偏差YU、前方注視点距離D1、ヨー角εR及びスリップ角θsに基づいて次式(8)から算出される。
YS=YU+D1・tan(εR+θs) ……(8)
YP=D1・tanβ ……(9)
なお、β=1/2・sin-1(D1・ε1/Xg)である。
そして、前記(8)及び(9)式により算出される横偏差YS及び横偏差YPに基づいて、基準経路に対する横偏差YEを算出する。
δ1=k1・YE+k2・(dYE/dt) ……(10)
なお、(10)式中の、k1及びk2は係数であり、直線走行時の外乱に対して追従誤差が拡大しないように最適な値を実験から求めることが望ましい。
次に、ステップS35では、第2操舵量δ2を、前記ステップS32で算出した曲率半径ρと車両のホイールベースLとに基づいて算出する。
δ2=L/ρ ……(11)
δc=δ1+δ2 ……(12)
次にステップS37では、実際の操舵角を、前記ステップS36で算出した目標操舵角δcに制御するために必要な操舵トルクを算出し、これを操舵制御量Sδとして操舵アクチュエータ10に出力する。そして、タイマ割込処理を終了し、所定のメインプログラムに復帰する。
一方、前記ステップS8で、自車両がステップS7で設定した操舵制御変更開始点Zsに到達していればステップS10に移行し、GPS衛星からの電波をロストした、GPSロスト状態であるかどうかを判断する。つまり、GPS衛星からの電波に基づいて高精度な位置計測が不能な状態であるときGPSロスト状態であると判断し、ステップS11に移行する。
そして、デッドレコニングにより現在位置を推定したならば後述のステップS21に移行する。
前記ステップS12で、GPSロスト状態からGPS測位が可能な状態に復帰した状態でない場合、つまり、これからロスト区間に進入する場合には、ステップS21に移行する。
この半自動操舵制御は、自動操舵とドライバの操舵操作との協調性を確保し、ドライバによる操舵介入が容易となるように自動操舵制御を行うものである。例えば、自車両の現在位置を基準経路に沿って走行するための目標位置に制御し得る操舵力相当値を、操舵制御量Sδとしてステアリング機構に与え、力制御系によって操舵制御を行う。
具体的には、まず、現在の操舵角δnowと、目標操舵角δcとの偏差Δδを求める。なお、目標操舵角δcは、前記第1操舵量δ1と第2操舵量δ2との和(δc=δ1+δ2)である。
Tδ=Kstr×Δδ ……(13)
なお、前記ゲインKstrは、偏差Δδを、ドライバによる操舵介入を許容し且つ、操舵角を、目標操舵角δcと一致するように制御し得るトルクに変化する値であって、実験等によって算出される。
これによって、操舵アクチュエータ10では、目標操舵トルクTδを発生させこれをステアリングシャフトに作用させることにより、操舵角が目標操舵角δcと一致するよう制御する。
一方、前記ステップS21で、自車両が操舵制御変更開始点Zsに到達してから所定時間が経過した場合には、ステップS23に移行し、ドライバがステアリングホイールを握っているか、すなわち、ステアリングホイールの操作が行われているか又は保舵が行われているかどうかを判断する。
そして、ドライバがステアリングホイールを握っていないと判断されるときには、ステップS25に移行し、半自動操舵制御共に終了する。つまり、デッドレコニングによる自車位置に基づく自動操舵制御では十分な制御精度を確保することは困難とし、この時点で自動操舵制御処理自体を終了する。そして、以後、再度GPS測位が可能な状態となったとき自動操舵制御処理を起動する。このとき、例えば、自動操舵制御を終了する旨をドライバに通知するための警報を発生する等の対処を行って終了する。また、前記ステップS23でドライバがステアリングホイールを握っていないと判断されている場合には、減速する或いは停車する等の対処を行って自動操舵制御処理を終了する。
一方、制御変更開始地点Zsからの走行距離がしきい値LKd2に達したときにはステップS25に移行し、ドライバがステアリングホイールを握っていてもこれ以上の自動操舵制御は困難として、自動操舵制御処理を終了する。
今、自車両MがGPS衛星からの電波を良好に受信可能な走行路を走行している場合には、自車両Mは、受信したGPS衛星からの電波に基づいて自車位置を検出する。そして、自車両の現在位置に基づいて、記憶ユニット17から自車両前方の道路地図情報を獲得する(ステップS1、S2)。道路地図情報から、自車両前方の所定領域には、GPSロスト状態となるロスト区間が存在しないと判断される場合には(ステップS3)、ステップS3aからステップS9に移行し、全自動操舵制御を行う。すなわち、GPS測位により検出した自車両の現在位置が、道路地図情報から得られる基準経路に沿って走行するための、目標とする位置となり得る目標操舵角を算出し、この目標操舵角を実現するように操舵アクチュエータ10を駆動する。
この状態から、自車両前方の道路地図情報に基づいて、自車両の走行路前方にトンネル等が存在するため、GPSロスト状態となるロスト区間が存在する場合には、ステップS3の処理でロスト開始地点のノードが検出され、ロスト開始地点に到達するまでの距離が算出される(ステップS4)。さらに、道路地図情報からロスト区間の走行難易度が算出され(ステップS5)、これに応じて、操舵制御変更距離Da2LKが設定され(ステップS6)、操舵制御変更開始点Zsが設定される(ステップS7)。例えば、前記図4(a)から図4(d)に示すように、トンネル区間が長い場合等、ロスト区間の距離が長いときほど走行難易度は大きな値に設定され、また、ロスト区間の道路幅が狭いときほど走行難易度は大きな値に設定され、また、トンネルがカーブしておりその曲率が小さいときほど走行難易度は大きな値に設定され、ステアリングホイールの操舵速度が速いときすなわち急操舵しているときほど走行難易度は大きな値に設定される。
このため、図11のように、比較的距離の短いトンネルTuの場合には、操舵制御変更距離Da2LKは比較的短い値に設定されることから、トンネルTuの入口手前の、トンネルTuに比較的近い地点が操舵制御変更開始点Zsとして設定される。逆に、図12のように、比較的距離の長いトンネルTuの場合には操舵制御変更距離Da2LKは比較的長い値に設定されることから、トンネルTuの入口手前の、トンネルTuから比較的遠い地点が操舵制御変更開始点Zsとして設定される。
そして、自車両が操舵制御変更開始点Zsに到達すると、ステップS8からステップS10に移行するが、GPSロスト状態でない間は、ステップS10からステップS12、ステップS21を経てステップS22に移行し、GPS測位により検出した自車両の現在位置に基づいて、ドライバとの協調性を重視した半自動操舵制御による自動操舵が行われ、その後、自車両が操舵制御変更開始点Zsに到達してから所定時間t11が経過するまでの間、つまり、図11に示す、操舵制御変更開始点Zsからの走行距離がLKd1となるまでの区間は、半自動操舵制御による自動操舵が行われることになる。
そして、トンネルTuの長さが比較的短いことから、所定時間t11が経過する以前に自車両がトンネルTuを通過し終え、GPSロスト状態から復帰し、図11の地点ZrecでGPS測位により高精度に自車位置を検出可能な状態となると、ステップS10からステップS12を経てステップS9に移行し、全自動操舵制御を行う。したがって、地点Zrec以後、全自動操舵制御による自動操舵が再開されることになり、位置制御を重視した自動操舵制御が行われることになる。したがって、地点Zrecから、ドライバの操舵介入を必要としなくとも基準経路に沿って走行することが可能となる。
したがって、デッドレコニングによる自車両の現在位置の検出精度が低下した時点で、自動操舵が解除されるから、精度が低下した現在位置に基づいて自動操舵が継続されることを回避することができる。
この第2の実施の形態は上記第1の実施の形態において、コントローラ20で実行される自動操舵制御処理の処理手順が異なること以外は同様であるので、同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
図13は、第2の実施の形態において実行される自動操舵制御処理の処理手順の一例である。
この第2の実施の形態では、図13に示すように、ステップS11でデッドレコニングによる位置検出を行ったとき、又は、ステップS12でGPSロスト状態からの復帰ではないと判断されるときには、ステップS41に移行し、操舵補正積算量Erの算出を行う。
まず、後述のステップS44で、前記図2のステップS9の処理と同様に実行される全自動操舵制御において算出される目標操舵トルクTδを、GPSロスト状態となって以後、デットレコニングによる位置検出が開始された時点から積算し、目標操舵トルクTδの積算値ΣTδを算出する。
このようにして、操舵補正積算量Erを算出したならば、ステップS42に移行し、前記操舵補正積算量Erの大きさに応じて、前記ステップS5で算出した走行難易度Diffを補正する。具体的には、操舵補正積算量Erに応じて前記走行難易度Diffがより大きくなるように補正し、且つ、操舵補正積算量Erが大きいときほど走行難易度Diffがより高くなるように補正する。さらに、補正した走行難易度Diffに基づいて、前記ステップS6及びステップS7の処理と同様の手順で、操舵制御変更距離Da2LKを算出し、さらに、操舵制御変更開始点Zs′を新たに設定する。
そして、自車両が、補正後の操舵制御変更開始点Zs′から、所定時間t11相当距離だけ進んだ位置に到達していない場合には、ステップS44に移行し、前記ステップS22の処理と同様に半自動操舵制御を行う。
今、図14に示すように、自車両は直進路を走行しており、その前方にトンネルTuが存在しているものとする。
自車両では、上記第1の実施の形態と同様に、道路地図情報に基づいて自車両前方にロスト区間の存在を検出していないときには、ステップS3aからステップS9に移行し、全自動操舵制御を行い、ドライバの操舵介入等によるステアリング機構への操舵入力の影響を除去し、自車両の現在位置が目標とする位置となるように自動操舵制御を行い、自車両のドライバの操舵介入を受けなくとも基準経路に沿って走行する全自動操舵状態となる。
例えば、前記半自動操舵制御の終了タイミングを規定する所定時間t11及び所定距離LKd2を、補正した走行難易度Diffに応じて短縮することで終了タイミングを早めるようにしてもよい。
また、上記第2の実施の形態では、操舵補正積算値Erの大きさに関わらず走行制御変更開始点Zsを補正するようにした場合について説明したが、例えば、操舵補正積算値Erがしきい値よりも大きくなり、ある程度の推定誤差が生じたと判断される状態となったときに、走行制御変更開始点Zsを補正するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態においては、GPSロスト状態となった後、デッドレコニングにより自車両の現在位置を推定し、推定した自車両の現在位置に基づいて半自動操舵制御を所定期間継続するようにした場合について説明したが、デッドレコニングを行わず、GPSロスト状態となった時点で自動操舵を終了するようにした場合であっても適用することができる。
2 エンジン
3 自動変速機
5 最終減速装置
8 ステアリングシャフト
9 ステアリングホイール
10 操舵アクチュエータ
11FL〜11RR 車輪速センサ
12 前後加速度センサ
13 横加速度センサ
14 ヨーレートセンサ
15 操舵角センサ
16 GPS
17 記憶ユニット
20 コントローラ
Claims (9)
- 自車位置を検出する自車位置検出手段と、
自車両が走行する基準経路を検出する基準経路検出手段と、
前記自車位置検出手段で検出した自車位置に基づいて、自車両が前記基準経路に沿って走行するよう操舵制御を行う操舵制御手段と、を備えた自動操舵制御装置において、
前記操舵制御手段は、自車両が前記基準経路に沿って走行するための位置制御を優先した操舵制御を行う全自動操舵制御手段と、
ドライバの操舵介入を許容し且つ前記自車両が前記基準経路に沿って走行するように操舵制御を行う半自動操舵制御手段と、
前記基準経路上の、前記自車位置検出手段による自車位置の検出が困難となるロスト区間を検出するロスト区間検出手段と、
前記自車位置検出手段で前記自車位置の検出が可能なとき前記全自動操舵制御手段を作動し、
前記ロスト区間検出手段で、自車両前方の前記基準経路上に前記ロスト区間が検出されたとき、自車両が前記ロスト区間に進入する前の予め設定したタイミングで前記全自動操舵制御手段に換えて前記半自動操舵制御手段を作動する操舵制御切換手段と、を備えることを特徴とする自動操舵制御装置。 - 前記ロスト状況検出手段で検出したロスト区間以降の前記基準経路の道路状況を検出し、当該道路状況に基づいて自車両の走行難易度を検出する走行難易度検出手段を備え、
前記操舵制御切換手段は、前記走行難易度検出手段で検出した前記走行難易度に応じて前記半自動操舵制御手段への切換タイミングを変更することを特徴とする請求項1記載の自動操舵制御装置。 - 前記操舵制御切換手段は、前記走行難易度が高いときほど、前記ロスト区間からより手前の地点で前記半自動操舵制御手段に切り換えることを特徴とする請求項2記載の自動操舵制御装置。
- 前記走行難易度検出手段は、前記ロスト区間の継続距離、前記ロスト区間の道路幅、前記ロスト区間の道路曲率、及び前記ロスト区間の道路曲率変化状況の少なくとも何れか1つに基づいて前記走行難易度を検出することを特徴とする請求項2又は請求項3記載の自動操舵制御装置。
- 前記自車位置検出手段による自車位置の検出が困難となったとき自車位置を推定する自車位置推定手段を備え、
前記半自動操舵制御手段は、前記自車位置検出手段で検出した自車位置又は前記自車位置推定手段で推定した自車位置推定値に基づいて前記操舵制御を行うことを特徴とする請求項1から請求項4の何れか1項に記載の自動操舵制御装置。 - ドライバがステアリングホイールを保舵しているかどうかを検出する保舵状況検出手段を備え、
前記操舵制御切換手段は、前記半自動操舵制御手段による操舵制御中に、前記保舵状況検出手段でドライバが保舵していることを検出したときには前記半自動操舵制御手段の前記制御期間を延長することを特徴とする請求項5記載の自動操舵制御装置。 - 前記操舵制御切換手段は、前記自車位置推定手段で推定した自車位置推定値に基づく前記操舵制御中、前記基準経路に対する前記自車位置推定値の蓄積誤差を検出する蓄積誤差検出手段と、
当該蓄積誤差検出手段で検出した蓄積誤差に応じて、前記半自動操舵制御手段の作動終了タイミングを早める終了タイミング調整手段と、を備えることを特徴とする請求項5又は請求項6記載の自動操舵制御装置。 - 前記終了タイミング調整手段は、前記蓄積誤差に応じて前記走行難易度検出手段で検出した走行難易度を補正し、
前記操舵制御切換手段は、補正後の走行難易度で特定される前記半自動操舵制御手段の作動開始時点を基準として前記制御期間を設定することを特徴とする請求項7記載の自動操舵制御装置。 - 自車両前方の前記ロスト区間の位置を表すロスト区間情報を獲得するロスト情報獲得手段を備え、
前記ロスト区間検出手段は、前記ロスト情報獲得手段で獲得したロスト区間情報に基づいて、前記ロスト区間を検出することを特徴とする請求項1から請求項8の何れか1項に記載の自動操舵制御装置。
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