以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、車両が走行する道路上の障害物を回避する場合を想定し、目標位置を障害物の横を通過する位置とし、目標位置における速度方向を車体前後方向とする場合について説明する。
第1の実施の形態の車両運動制御装置における車体合成力及び回避軌道の導出の概略について説明する。
図1に示すように、設定したxy座標での時刻t(現在時刻をt=0として、現在時刻からt秒後)における車体合成加速度のx成分をux(t)、車体合成加速度のy成分をuy(t)、車体合成力の大きさのx成分をFx(t)、車体合成力の大きさのy成分をFy(t)、車体合成力の方向をθ0(t)、及び自車両の重量をmとすると、車体合成加速度のx成分ux(t)及びy成分uy(t)は、下記(1)式及び(2)式で示される。また、(1)式及び(2)式を積分して、下記(3)式及び(4)式に示すように、自車両の路面に対する速度のx成分vx(t)、及び速度のy成分vy(t)が得られる。また、(3)式及び(4)式を積分して、下記(5)式及び(6)式に示すように、自車両のt秒間の移動距離のx成分X(t)、及び移動距離のy成分Y(t)が得られる。このX(t)及びY(t)により回避軌道が得られる。
なお、xy座標は、t=0における自車両の位置を原点とし、目標位置における速度方向(車体前後方向)をx軸、x軸に直交する軸(車体横方向)をy軸として設定する(図2も参照)。
そして、現在時刻(t=0)におけるxy座標上の目標位置を(Xe,Ye)、自車両の路面に対する速度をvx(0)=vx0、vy(0)=vy0、目標位置及び目標位置における速度方向に到達する時刻をteとした場合に、車体合成力の最大値のx成分及びy成分を設定して、横移動距離Yeに対する縦移動距離が最短となるような車体合成加速度ux(t)及びuy(t)((1)式、及び(2)式)を、vx0、vy0、及びYeをパラメータとするマップを用いて導出する。
次に、第1の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
まず、x1=X(t)、x2=vx(t)、x3=Y(t)、x4=vy(t)、u1=ux(t)、u2=uy(t)とおくと、(1)式及び(2)式の運動方程式は、下記(7)式のような状態方程式に変形できる。なお、Tはベクトル及び行列の転置記号である。
次に、各輪の限界摩擦円の大きさから推定される限界合成力の大きさFmax及びμ利用率(γ1、γ2)が既知であると仮定して、横移動距離Yeに対する縦移動距離を最小化する最適制御問題として考える。なお、μ利用率は、車体に与える目標合成力と限界合成力Fmaxとの比として設定される物理指標であり、γ1が車両前後方向に対するμ利用率、γ2が車両横方向に対するμ利用率である。
ここで、本実施の形態では、車両が発生することができる車体合成力の最大値が、車両前後方向(x軸)を長軸(または短軸)とする楕円で制限されており、μ利用率(γ1、γ2)と限界合成力の大きさFmaxとに基づいて、楕円で制限されたx成分(楕円の長軸(または短軸)方向)の最大値、及びy成分(楕円の短軸(または長軸)方向)の最大値が定まる。
評価関数Iを下記(8)式で表した場合、下記(9)式で表される終端条件、及び下記(10)式で表される楕円で制限される車体合成力の大きさに関する入力制約条件の下で、評価関数Iを最小化する制御入力を求めよという制御問題に帰着される。
ここで、特開2007−283910号公報等の公知の技術を参考にして解くと、下記(11)式のような制御入力が導出される。
ただし、ν1及びν2は最適解を求めるために導入した第1の導入パラメータ及び第2の導入パラメータである。また、(11)式は、θ(t)の値によって車体合成力の大きさが変化することを示しており、入力の大きさ|u(t)|は、例えば図3に示すように時変となる。
ここで、下記(12)式のように変数変換する。
(11)式において必要となるte 、ν1、ν2は、下記(13)式〜(15)式の非線形方程式にm、vx0、vy0、F1、γ0、及びYeを代入して解くことにより得られる。また、横移動距離Yeに対して縦移動距離が最短となるときの最短距離Xsは、(16)式の関係を満たす。
この方程式の解を求めるために、低次元化したマップを導出する。まず、(13)式〜(15)式に着眼して、任意の正数aを導入して下記(17)式の関係を満足する2組のパラメータP及びP’を考えると、P及びP’に対応する解 {μ1、μ2、te}及び{μ1’、μ2’、te’}は、下記(18)式の関係を満たす。
(17)式の最後の式より、aを下記(19)式のようにおくと、(17)式よりvx0’ 及びvy0’は(20)式のように変形できる。
この関係より、γ0’、F1’/m’及びYe’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータPによってvx0’及びvy0’が求まる。よって、γ0’、F1’/m’及びYe’をある値に設定した場合において、vx0’を第1のパラメータ、及びvy0’を第2のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このγ0’、F1’/m’及びYe’の値は、マップ作成時に設計者が自由に設定できる。
ここでは、一例として、γ0’=F1’/m’=Ye’=1とした場合のvx0’及びvy0’に関するマップを作成する。図4に示すように、vx0’を第1のパラメータ、及びvy0’を第2のパラメータとして、(13)式〜(15)式に基づいて得られるμ1’の値をマッピングした第1のマップ、μ2’の値をマッピングした第2のマップ、及びte’の値をマッピングした第3のマップを作成する。
そして、これらのマップを用いて{μ1,μ2,te}を求めるには、γ0’=F1’/m’=Ye’=1、既知のm、vx0、vy0、Ye、限界合成力の大きさFmaxとμ利用率γ1とで定まる車体合成力の最大値のx成分F1、及びμ利用率γ1とγ2とで定まるγ0から(20)式に従って第1のパラメータvx0’及び第2のパラメータvy0’を演算し、演算されたパラメータに対する出力{μ1’,μ2’,te’}を各マップから得て、(18)式及び(19)式に従って{μ1’,μ2’,te’}を{μ1,μ2,te}に変換し、(11)式及び(12)式に従って入力の時間関数を、(16)式に従って最短の縦移動距離Xsを演算する。
ただし、Ye<0の場合は、vy0→−vy0、Ye→−Yeに変換して、マップより{−μ1’,−μ2’,te’}を求め、−μ1’→ μ1’、−μ2’→ μ2’の処理を行って{μ1,μ2,te}を得ればよい。
この結果、(1)式〜(6)式の積分計算により、現在時刻の車両と目標位置との横距離、及び車両の速度から、横移動距離Yeに対して縦移動距離が最短となる軌道が導出される。
なお、上記のマップでは、第1のパラメータ及び第2のパラメータを(20)式のように定めた場合について説明したが、任意の正数aを、(17)式の1番目の式を用いて下記(21)式のようにおいて、下記(22)式に示すvy0’を第1のパラメータ、及びYe’を第2のパラメータとし、例えば、γ0’=F1’/m’=vx0’=1として、図5に示すようなマップを作成することができる。
また、別のパラメータを用いる場合として、任意の正数aを、(17)式の2番目の式を用いて下記(23)式のようにおいて、下記(24)式に示すvy0’を第1のパラメータ、及びYe’を第2のパラメータとし、上記と同様に、例えば、γ0’=F1’/m’=vy0’=1として、図6に示すようなマップを作成することができる。
また、マップの軸の取り方を変更して、特異点を縦軸又は横軸と平行になるように移動させたマップを用いてもよい。
具体的には、図4に示すマップの軸の取り方を下記(25)式のように変更し、(25)式に示すvy0’を第1のパラメータ、及びYe’’を第2のパラメータとし、上記と同様に、γ0’=F1’/m’=vx0’=1として、図7に示すようなマップを作成することができる。
このように、特異点のラインが縦軸上又は横軸と平行になるようにマップの軸を変更することにより、マップの精度を保ちつつマップを記憶する容量を図4に示したマップに比べて小さく抑えることが容易になる。
また、(22)式の第2式を下記(26)式のように変更すると、aは下記(27)式のように変形される。そして、(22)式のvy0’及び(26)式のF1’/m’を第1及び第2のパラメータとするマップを作成してもよい(図8)。
同様に、(24)式の第2式を下記(28)式のように変更すると、aは下記(29)式のように変形される。そして、(24)式のvx0及び(28)式のF1’/m’を第1及び第2のパラメータとするマップを作成してもよい(図9、10)。
さらに、(22)式のvy0及び(26)式のF1’/m’を第1及び第2のパラメータとするマップの軸の取り方を変更して、下記(30)式に示すような第1及び第2のパラメータを用いて、特異点を縦軸又は横軸と平行になるように移動させたマップを用いてもよい(図11)。
以下、上記のマップを用いた第1の実施の形態について詳細に説明する。図12に示すように、第1の実施の形態の車両運動制御装置には、自車両の走行状態を検出する走行状態検出手段として車両に搭載されたセンサ群、外部環境状態を検出する外部環境検出手段として車両に搭載されたセンサ群、及びこれらのセンサ群からの検出データに基づいて、自車両が運動するように自車両に搭載された車載機器を制御することによって目標位置へ到達するように車両運動を制御する制御装置20、ドライバに車両運動制御状態を報知する表示装置30が設けられている。
車両運動制御装置の自車両の走行状態を検出するセンサ群としては、車速を検出する車速センサ10、操舵角を検出する操舵角センサ12、及びスロットル弁の開度を検出するスロットル開度センサ14が設けられている。また、図示しないGPS装置からの情報を加えるようにしてもよい。
また、外部環境状態を検出するセンサ群としては、自車両の前方を撮影する前方カメラ16、及び自車両の前方の障害物を検出するレーザレーダ18が設けられている。なお、レーザレーダ18に代えて、又はレーザレーダ18と共にミリ波レーダを設けるようにしてもよい。また、図示しないGPS装置からの情報を加えるようにしてもよい。
前方カメラ16は、車両の前方を撮影するように車両のフロントウインドウ上部等に取り付けられている。前方カメラ16は、小型のCCDカメラ又はCMOSカメラで構成され、自車両の前方の道路状況を含む領域を撮影し、撮影により得られた画像データを出力する。出力された画像データは、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置20に入力される。なお、カメラとして、前方カメラ16に加えて、前方赤外線カメラを設けるのが好ましい。赤外線カメラを用いることにより、歩行者を障害物として確実に検出することができる。なお、上記の赤外線カメラに代えて近赤外線カメラを用いることができ、この場合においても同様に歩行者を確実に検出することができる。
レーザレーダ18は、赤外光パルスを照射する半導体レーザからなる発光素子、赤外光パルスを水平方向に走査する走査装置、及び前方の障害物(歩行者、前方車両等)から反射された赤外光パルスを受光する受光素子を含んで構成され、車両の前方グリル又はバンパに取り付けられている。このレーザレーダ18では、発光素子から発光された時点を基準として受光素子で受光されるまでの反射赤外光パルスの到達時間に基づいて、自車両から前方の障害物までの距離を検出することができる。レーザレーダ18で検出された障害物までの距離を示すデータは制御装置20に入力される。制御装置20は、RAM、ROM、及びCPUを含むマイクロコンピュータ等で構成され、ROMには以下で説明する車両運動制御ルーチンのプログラムが記憶されている。
また、制御装置20は、自車両の操舵角、制動力、及び駆動力の少なくとも1つを制御することによって、目標位置へ到達するように車両運動を制御するための車両搭載機器に接続されている。この車両搭載機器としては、車輪の操舵角を制御するための電動パワーステアリング等の操舵角制御装置22、ブレーキ油圧を制御することによって制動力を制御する制動力制御装置24、及び駆動力を制御する駆動力制御装置26が設けられている。制動力制御装置24には、制動力を検出する検出センサ24Aが取り付けられている。また、制御装置20には、演算された制御入力の方向θ等を表示することによって車両運動制御情報をドライバに報知する表示装置30が接続されている。なお、車両運動制御を行なっていることを、ドライバだけでなく車両外部の目標位置方向に向かって報知するようにしてもよい。
操舵角制御装置22としては、ドライバのステアリングホイール操作に重畳して前輪及び後輪の少なくとも一方の車輪の操舵角を制御する制御手段、ドライバ操作とは機械的に分離され、ステアリングホイールの操作とは独立して前輪及び後輪の少なくとも一方の車輪の操舵角を制御する制御手段(いわゆるステア・バイ・ワイヤ)等を用いることができる。
制動力制御装置24としては、ドライバ操作とは独立して各車輪の制動力を個別に制御する、いわゆるESC(Electronic Stability Control)に用いられる制御装置、ドライバ操作とは機械的に分離され、各車輪の制動力を信号線を介して任意に制御する制御装置(いわゆるブレーキ・バイ・ワイヤ)等を用いることができる。
駆動力制御装置26としては、スロットル開度、点火進角の遅角、又は燃料噴射量を制御することによって駆動力を制御する制御装置、変速機の変速位置を制御することによって駆動力を制御する制御装置、トルクトランスファを制御することによって前後方向及び左右方向の少なくとも一方の駆動力を制御する制御装置等を用いることができる。
また、制御装置20には、制御入力を求めるためのマップを記憶したマップ記憶装置28が接続されている。第1の実施の形態のマップとしては、図4に示すマップを用いる場合について説明する。なお、他の例として示した図5〜図7のいずれかのマップをマップ記憶装置28に記憶しておき、そのマップを使用してもよい。その場合、マップ記憶装置28に記憶されたマップに応じた第1のパラメータ及び第2のパラメータを演算して用いるようにする。
また、制御装置20には、ドライバに警報を発する図示しない警報装置が接続されている。警報装置としては、音や音声によって警報を発する装置、光や視覚的な表示によって警報を発する装置、振動によって警報を発する装置、又は操舵反力のような物理量をドライバに与えてドライバの操作を誘導する物理量付与装置を用いることができる。また、表示装置30を警報装置として用いるようにしてもよい。
以下、図13を参照して第1の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。
ステップ100で、車速センサ10等で検出された自車両の走行状態、及びレーザレーダ18等で検出された外部環境状態に関する検出データを取り込む。次に、ステップ102で、取り込んだ検出データに基づいて、車両が走行している道路上の障害物の位置及び大きさを含む環境マップを作成する。
次に、ステップ104で、環境マップを用いて障害物を回避して走行するための目標位置及び目標位置における速度方向を設定する。ここでは、目標位置を障害物の横を通過する位置とし、目標位置における速度方向を車体前後方向とする。次に、ステップ106で、設定された速度方向をx軸、x軸に直交する方向をy軸、及び車両の現在位置を原点とするxy座標を設定する。すなわち、目標位置における車体前後方向がx軸方向となり、目標位置における速度方向のy成分は0となる。
次に、ステップ108で、上記ステップ100で走行状態として取り込まれた自車両の速度、及び外部環境状態として取り込まれた自車両と障害物との距離を設定された座標に対応させて変換し、自車両と障害物との距離のy成分である横移動距離Ye、速度のx成分vx0、y成分vy0を演算する。
次に、ステップ110で、外部環境及び自車両の構造と状態に基づいて、限界合成力の大きさFmax、及び楕円で制限される車体合成力の最大値のx成分F1とy成分F2を設定する。このとき、車体合成力の最大値のμ利用率γ1及びγ2も自ずと定まる。この車体合成力の最大値は、x軸を長軸または短軸とする楕円で制限されている。なお、F2は、F2=γ2Fmaxであり、これより(12)式の第2式の関係が導かれる。従って、本ステップにおいて、F1及びF2を設定する代わりに、F1及びγ0を設定するようにしてもよい。
次に、ステップ112で、(20)式に従って、第1のパラメータvx0’、及び第2のパラメータvy0’を演算する。次に、ステップ114で、マップ記憶装置28に記憶された第1〜第3のマップを読み出し、上記ステップ110で設定された車体合成力の最大値、並びに上記ステップ112で演算された第1のパラメータvx0’及び第2のパラメータvy0’を入力として、横移動距離Yeに対する縦移動距離が最短距離Xsになる最短軌道、及び車体合成力の時系列データを導出する。
具体的には、第1のマップ、第1のパラメータvx0’、及び第2のパラメータvy0’に基づいてμ1’を得て、第2のマップ、第1のパラメータvx0’、及び第2のパラメータvy0’に基づいてμ2’を得て、第3のマップ、第1のパラメータvx0’、及び第2のパラメータvy0’に基づいてte’を得る。そして、{μ1’,μ2’,te’}を(18)式及び(19)式に従って{μ1,μ2,te}に変換し、(11)式及び(12)式に従って入力の時間関数を、(16)式に従って最短距離Xsを演算する。そして、(1)式〜(6)式に従って、横移動距離Yeに対する縦移動距離が最短距離Xsになる最短軌道が導出される。
次に、ステップ116で、上記ステップ114で導出された車体合成力の時系列データに従って、最短軌道に沿った走行を実現するために必要な各車輪のタイヤ発生力を演算し、各車輪のタイヤ発生力が得られるように操舵角制御装置22、制動力制御装置24、及び駆動力制御装置26の少なくとも1つを制御すると共に、車両運動制御情報を表示装置30に表示する。また、障害物を回避するように制御する際には無条件で警報装置から警報を発したり、障害物を回避するための車両運動制御を行っていることを表示装置に表示したりすることにより警報を行ってもよい。各車輪のタイヤ発生力が得られるように制御することにより、目的とする車体発生力が得られるように制御することができる。
以上説明したように第1の実施の形態の車両運動制御装置によれば、車体合成力の最大値が縦横比γ0の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値のx成分及びy成分を設定して、横移動距離Ye、自車両の速度のx成分vx0、及びy成分vy0により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる軌道及び車体合成力の時系列データを導出することができる、という効果が得られる。
なお、第1の実施の形態では、F1及びγ0を用いて車体合成力の向きを求める場合について説明したが、F2及びγ0を用いて求めてもよい。なぜなら、F1=F2/γ0及びF1’=F2’/γ0’の関係を、(20)式などの軸の取り方や(19)式などのパラメータaに代入すれば、本実施の形態内で示したマップをそのまま適用することができるためである。
また、第1の実施の形態では、自車両の路面に対する速度を用いた場合について説明したが、自車両の目標位置に対する相対速度を用いてもよい。このとき、(9)式の終端条件も相対速度になるため、終端速度のy成分は相対速度に関して0となる。
また、第1の実施の形態において、障害物などが検出された場合、障害物の左側を回避する最短軌道、及び障害物の右側を回避する最短軌道の両方を求めて、それぞれの回避距離を比較して、回避距離が小さい方の最短軌道を選択するようにしてもよい。
次に、第2の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、マップを用いて横移動距離Yeに対する縦移動距離を最短にする最短軌道及び車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第2の実施の形態では、第1の実施の形態とは異なるマップを用いて現在時刻における車体合成力の大きさ及び方向を導出する場合について説明する。なお、第2の実施の形態の車両運動制御装置について、第1の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
ここで、第2の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
まず、第1の実施の形態と同様に、(20)式まで展開する。そして、一例として、γ0’=F1’/m’=Ye’=1とした場合のvx0’及びvy0’に関するマップを作成する。図14に示すように、vx0’を第1のパラメータ、 及びvy0’を第2のパラメータとして、上記(13)式〜(15)式に基づいて得られる車体合成加速度の方向θ’の値をマッピングしたマップを作成する。
そして、このマップを用いて{θ’}を求めるには、γ0’=F1’/m’=Ye’=1、既知のm、vx0、vy0、Ye、車体合成力の最大値のx成分F1、及びy成分F2から(20)式に従って第1のパラメータvx0’及び第2のパラメータvy0’を演算し、演算されたパラメータに対する出力{θ’}をマップから得て、下記(31)式により、横移動距離Yeに対して縦移動距離を最短にする現在時刻の車体合成力の大きさ及び向きが得られる。
ただし、Ye<0 の場合は、vy0→−vy0、Ye→−Yeに変換して、マップより{−θ’}を求め、−θ’→θ’の処理を行ってθを得ればよい。
また、θ’のマップと併せて、図14の破線内のマップのように、γ0’=F1’/m’=Ye’=1とした場合のXs’を求めるマップを作成しておいてもよい。このマップから得られるXs’を、下記(32)式により最短距離Xsに変換して、公知の技術(例えば、特開2007−283910等)を用いて、直進制動または横移動のみの回避を選択してもよい。
なお、上記のマップでは、第1のパラメータ及び第2のパラメータを(20)式のように定めた場合について説明したが、第1の実施の形態と同様に、(22)式に示すvy0’を第1のパラメータ及びYe’を第2のパラメータとし、γ0’=F1’/m’=vx0’=1とした場合のマップを作成してもよい(図15)。この場合において、上記と同様にXs’を求めるマップも用いる場合には、下記(33)式によりマップから求めたXs’をXsに変換することができる。
また同様に、(24)式に示すvx0’を第1のパラメータ及びYe’を第2のパラメータとし、γ0’=F1’/m’=vy0’=1とした場合のマップを作成してもよい(図16)。この場合において、上記と同様にXs’を求めるマップも用いる場合には、下記(34)式によりマップから求めたXs’をXsに変換することができる。
また同様に、(22)式に示すvy0’を第1のパラメータ、及び(26)式に示すF1’/m’を第2のパラメータとし、γ0’=vx0’=Ye’=1とした場合のマップを作成してもよい(図17)。この場合において、上記と同様にXs’を求めるマップも用いる場合には、(32)式によりマップから求めたXs’をXsに変換することができる。
また同様に、(24)式に示すvx0’を第1のパラメータ、及び(28)式に示すF1’/m’を第2のパラメータとし、γ0’=vy0’=1、Ye’=±1とした場合のマップを作成してもよい(図18、19)。
また、第1の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるようにマップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい(図20、21)。
以下、図22を参照して第2の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。なお、第1の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。また、ここでは、図14に示すマップを用いる場合について説明する。
ステップ100〜ステップ112で、第1の実施の形態の場合と同様に処理して第1のパラメータvx0’、及び第2のパラメータvy0’を得る。
次に、ステップ200で、マップ記憶装置28に記憶されたマップを読み出し、上記ステップ110で設定された車体合成力の最大値、並びに上記ステップ112で演算された第1のパラメータvx0’及び第2のパラメータvy0’を入力として、横移動距離Yeに対して縦移動距離が最短距離Xsになるための現在時刻の車体合成力を導出する。
具体的には、θ’のマップ、第1のパラメータvx0’、及び第2のパラメータvy0’に基づいて車体合成加速度の向きθ’を得て、(31)式により横移動距離Yeに対して縦移動距離が最短距離となる現在時刻の車体合成力が導出される。
以上説明したように第2の実施の形態の車両運動制御装置によれば、車体合成力の最大値が縦横比γ0の楕円で制限される場合において、車体合成力の最大値のx成分及びy成分を設定して、横移動距離Ye、自車両の速度のx成分vx0、及びy成分vy0により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、目標位置及び目標位置における速度方向に到達させるために回避距離が最短となる現在時刻の車体合成力を導出することができる。また、車体合成力の時系列データを導出する場合と比べ、用いるマップが少ないため、マップを記憶するための容量を削減できる。
なお、第2の実施の形態においても、第1の実施の形態と同様に、F1及びγ0を用いるのではなく、F2及びγ0を用いて式展開を行い、本実施の形態で示したマップを適用してもよい。
次に、第3の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、横移動距離Yeに対して縦移動距離が最短距離になる車体合成力を導出するためのマップを用いて、車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第3の実施の形態では、第1の実施の形態のマップとは異なるマップを用いて、車体合成力の最大値の縦横比が与えられた場合に、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道及び車体合成力を導出する場合について説明する。なお、第3の実施の形態の車両運動制御装置について、第1または第2の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
ここで、第3の実施の形態で用いられるマップについて説明する。車体合成力の最大値を最小化する最適制御は、第1の実施の形態と同様に、(7)式〜(10)式で定式化でき、その制御入力は(11)式として導出される。この制御入力は、最小化されたIが既知の距離のx成分Xeと等しくなるようなF1を求めれば、結果的に車体合成力の最大値の縦横比が与えられた場合に、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道が導出されることを示している。よって、x1(te)=Xeの関係を導入することにより、Xs→Xeに変換された非線型方程式(13)式〜(16)式から(11)式で必要となるμ1、μ2、teが求まる。ここでは、限界合成力の大きさFmax、自車両と目標位置との距離のx成分Xe、y成分Ye、及び車体合成力の最大値の縦横比γ0(γ2/γ1)が既知であるとして、(13)式〜(16)式を満足するF1、μ1、μ2、teを求めることで、γ1及びγ2が得られる。これは、最小化されたIとXeとが等しくなるようなγ1Fmax及びγ2Fmaxが求められることを意味し、結果的に、予め与えられた車体合成力の最大値の縦横比γ0に対して、車体合成力の最大値が最小化される最適軌道が得られる。従って、Xs→Xeに変換された(13)式〜(16)式に対して、m、vx0、vy0、Xe、Ye、及びγ0を代入して、F1、μ1、μ2、teを求めることを考える。なお、この制御問題でも、車体合成力の最大値が楕円で制限されていることから、車体合成加速度の大きさ|u(t)|は時変となる。
まず、(13)式を下記(36)式のように変形する。
(36)式を(14)式〜(16)式へ代入して、下記(37)式〜(39)式を得る。
ここで、任意の正数aを導入して下記(40)式の関係を満足する2組のパラメータP及びP’を考えると、P及びP’に対応する解 {μ1、μ2、te}及び{μ1’、μ2’、te’}は、下記(41)式の関係を満たす。
(40)式の最後の式より、aを下記(42)式のようにおくと、(40)式よりvy0’及びYe’は下記(43)式のように変形できる。
この関係より、γ0’、vx0’及びXe’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータPによってvy0’及びYe’が求まる。よって、γ0’、vx0’及びXe’をある値に設定した場合において、vy0’を第1のパラメータ、及びYe’を第2のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このγ0’、vx0’及びXe’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
マップの作成は、第1の実施の形態と同様の手法で、図23に示すように、例えば、γ0’=vx0’=Xe’=1とした場合のvx0’及びvy0’に関するマップを作成する。
そして、これらのマップから{μ1’,μ2’,te’}を得て、(41)式及び(42)式により{μ1,μ2,te}に変換して、(11)式及び(12)式に代入して、入力の時間関数が得られる。また、(36)式に代入して得られるF1と、既知のFmax及びγ0を用いて、車体合成力の最大値が最小となるγ1及びγ2が得られる。
なお、上記のマップでは、第1のパラメータ及び第2のパラメータを(43)式のように定めた場合について説明したが、任意の正数aを(40)式の第2式から下記(44)式のようにおいて、下記(45)式に示すvy0’を第1のパラメータ、及びXe’を第2のパラメータとし、例えば、γ0’=vx0’=Ye’=1として、図24に示すようなマップを作成してもよい。
また、式の展開方法を変更して、第1のパラメータ及び第2のパラメータを演算してもよい。具体的には、まず、(14)式を下記(46)式のように変形する。
(46)式を(13)式、(14)式及び(16)式へ代入して、下記(47)式〜(49)式を得る。
ここで、任意の正数a1を導入して下記(50)式の関係を満足する2組のパラメータP及びP’を考えると、P及びP’に対応する解 {μ1、μ2、te}及び{μ1’、μ2’、te’}は、下記(51)式の関係を満たす。
(50)式の最後の式より、a1を下記(52)式のようにおくと、(50)式よりvy0’及びYe’は下記(53)式のように変形できる。
この(53)式に示すvx0’を第1のパラメータ、及びYe’を第2のパラメータとし、例えば、γ0’=vy0’=Xe’=1として、図25に示すようなマップを作成してもよい。
また、任意の正数a1を(50)式の第2式から下記(54)式のようにおいて、下記(55)式に示すvx0’を第1のパラメータ、及びXe’を第2のパラメータとし、例えば、γ0’=vy0’=1、Ye’=±1として、図26及び27に示すようなマップを作成してもよい。
また、第1の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように図23〜27に示すマップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
以下、図28を参照して第3の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。なお、第1または第2の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。また、ここでは、図23に示すマップを用いる場合について説明する。
ステップ100〜ステップ112で、第1の実施の形態の場合と同様に処理して第1のパラメータvy0’、及び第2のパラメータYe’を得る。なお、ステップ108に替えてステップ300では、Ye、vx0、及びvy0と共に自車両と目標位置との距離の車体前後方向の成分Xeも演算する。
次に、ステップ400で、外部環境及び自車両の構造と状態に基づいて、車体合成力の最大値の縦横比γ0を設定する。
次に、ステップ304で、マップ記憶装置28に記憶された第1〜第3のマップを読み出し、第1のパラメータvy0’、及び第2のパラメータYe’を入力として、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力の時系列データを導出する。
次に、ステップ306で、上記ステップ304で導出された車体合成力の最大値がタイヤ発生力の限界値以下か否かを判定する。車体合成力の最大値がタイヤ発生力の限界値以下の場合には、ステップ116へ移行し、タイヤ発生力の限界値を超えている場合には、ステップ308へ移行する。なお、タイヤ発生力の限界値は、路面とタイヤとの間の摩擦係数に基づいて定まる車体合成力の真の限界値だけでなく、真の限界値に対してマージンを設けて設定した限界値も含む意味である。
ステップ308では、急制動制御により障害物の手前で車両が停止するように制動力制御装置24を制御するか、推定される衝突被害が最小化されるように操舵角制御装置22及び制動力制御装置24を制御する。例えば、WO2006−070865記載の技術のような公知の技術を用いればよい。
以上説明したように第3の実施の形態の車両運動制御装置によれば、車体合成力の最大値が縦横比γ0の楕円で制限され、かつそのγ0が外部環境及び自車両の構造と状態から設定される場合において、自車両と目標位置との距離のx成分Xe、y成分Ye、自車両の速度のx成分vx0、及びy成分vy0により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる最適軌道及び車体合成力を導出することができる。
なお、第1の実施の形態と同様に、(13)式〜(16)式に、F1=F2/γ0を代入して式を展開してもよい。この場合、(37)式〜(39)式、または(47)式〜(49)式と同じ式が導出されるので、本実施の形態の中で示したマップをそのまま適用できる。
また、第3の実施の形態において、障害物などが検出された場合、障害物の左側を回避する最適軌道、及び障害物の右側を回避する最適軌道の両方を求めて、それぞれの車体合成力の最大値を比較して、車体合成力の最大値が小さい方の最適軌道を選択するようにしてもよい。
次に、第4の実施の形態について説明する。第3の実施の形態では、マップを用いて車体合成力の最大値を最小にする最適軌道及び車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第4の実施の形態では、第3の実施の形態とは異なるマップを用いて車体合成力の最大値を最小にする現在時刻における車体合成力の大きさ及び方向を導出する場合について説明する。なお、第4の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜3の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
ここで、第4の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
まず、第3の実施の形態と同様に、(43)式まで展開する。そして、一例として、vx0’=Xe’=1 とした場合のvy0’及びYe’に関するマップを作成する。図29に示すように、vy0’を第1のパラメータ、 及びYe’を第2のパラメータとして、上記(36)式〜(39)式に基づいて得られる車体合成力の方向θ’の値をマッピングした第1のマップ、及びF1’/m’の値をマッピングした第2のマップを作成する。
そして、これらのマップを用いて{θ,F1/m}を求めるには、vx0’=Xe’ =1、既知のγ0、m、vx0、vy0、Xe、及びYeから(43)式に従って第1のパラメータvy0’及び第2のパラメータYe’を演算し、演算されたパラメータに対する出力{θ’,F1’/m’}を各マップから得て、(36)式、(41)式、及び(42)式の関係から得られる下記(56)式に従ってF1を演算する。そして、(31)式を適用すれば、現在時刻の車体合成加速度が得られる。
この結果、現在時刻の自車両と目標位置との距離、及び自車両の速度から、目標位置及び目標位置における速度方向に到達するために最大値が最小となる現在時刻での車体合成力が導出される。
なお、上記のマップでは、第1のパラメータ及び第2のパラメータを(43)式のように定めた場合について説明したが、(45)式に示すvy0’を第1のパラメータ及びXe’を第2のパラメータとし、γ0’=vx0’=Ye’=1とした場合のマップを作成してもよい(図30)。この場合、下記(57)式に従ってF1を演算する。また同様に、(53)式に示すvx0’を第1のパラメータ及びYe’を第2のパラメータとし、γ0’=vy0’=Xe’=1とした場合のマップを作成してもよい(図31)。この場合、下記(58)式に従ってF1を演算する。また同様に、(53)式に示すvx0’を第1のパラメータ及びXe’を第2のパラメータとし、γ0’=vy0’=1、Ye’=±1とした場合のマップを作成してもよい(図32、33)。この場合、下記(59)式に従ってF1を演算する。
また、第1の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように図29〜33に示すマップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
以下、図34を参照して第4の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。なお、第1の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。また、ここでは、図29に示すマップを用いる場合について説明する。
ステップ100〜ステップ112で、第1〜3の実施の形態の場合と同様に処理して第1のパラメータvy0’、及び第2のパラメータYe’を得る。
次に、ステップ400で、マップ記憶装置28に記憶された第1及び第2のマップを読み出し、第1のパラメータvy0’、及び第2のパラメータYe’を入力として、車体合成力の最大値が最小化される最適軌道となる現在時刻の車体合成力を導出する。
次に、ステップ402で、導出された現在時刻の車体合成力がタイヤ発生力の限界値以下か否かを判定する。限界値以下の場合には、ステップ116へ移行し、限界値を超えている場合には、ステップ308へ移行する。
以上説明したように第4の実施の形態の車両運動制御装置によれば、車体合成力の最大値が縦横比γ0の楕円で制限され、かつそのγ0が外部環境及び自車両の構造や状態から設定される場合において、自車両と目標位置との距離の車体前後方向の成分Xe、車体横方向の成分Ye、自車両の速度の車体前後方向の成分vx0、及び車体横方向の成分vy0により演算されるパラメータを用いた簡単な構成のマップを用いて、車体合成力の最大値が最小となる車体合成力を導出することができる。また、車体合成力の時系列データを導出する場合と比べ、用いるマップが少ないため、マップを記憶するための容量を削減できる。
なお、第3の実施の形態と同様に、(13)式〜(16)式に、F1=F2/γ0を代入して式展開を行い、本実施の形態の中で示したマップを適用してもよい。
次に、第5の実施の形態について説明する。第3の実施の形態では、マップを用いて、車体合成力の最大値の縦横比を与えた場合に、車体合成力の最大値を最小にする最適軌道を導出する場合について説明したが、第5の実施の形態では、第3の実施の形態とは異なるマップを用いて、車体合成力の最大値のx成分を与えた場合に、車体合成力の最大値のy成分を最小化する場合について説明する。なお、第5の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜4の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
ここで、第5の実施の形態で用いられるマップについて説明する。車体合成力の最大値のy成分を最小化する最適制御は、第4の実施の形態と同様に、(7)式〜(10)式で定式化でき、その制御入力は(11)式として導出される。ここでは、限界合成力の大きさFmax、自車両と目標位置との距離のx成分Xe、y成分Ye、及び車体合成力の最大値のx成分F1が既知であるとして、Xs→Xeに変換した(13)式〜(16)式を満足するγ0、μ1、μ2、teを求めることでγ2が得られる。
まず、(14)式を下記(60)式のように変形する。
(60)式を(13)式、(15)式及び(16)式へ代入して、下記(61)式〜(63)式を得る。
ここで、任意の正数a1を導入して下記(64)式の関係を満足する2組のパラメータP及びP’を考えると、P及びP’に対応する解 {μ1、μ2、te}及び{μ1’、μ2’、te’}は、下記(65)式の関係を満たす。
(64)式の最後の式より、a1を下記(66)式のようにおくと、(64)式よりvx0’及びvy0’は下記(67)式のように変形できる。
この関係より、F1’/m’、Xe’及びYe’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータPによってvx0’及びvy0’が求まる。よって、F1’/m’、Xe’及びYe’をある値に設定した場合において、vx0’を第1のパラメータ、及びvy0’を第2のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このF1’/m’、Xe’及びYe’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
マップの作成は、第1の実施の形態と同様の手法で、図35に示すように、例えば、F1’/m’=Xe’=Ye’=1とした場合のvx0’及びvy0’に関するマップを作成する。
そして、これらのマップから{μ1’,μ2’,te’}を得て、(65)式及び(66)式により{μ1,μ2,te}に変換して、(60)式よりγ0を求める。そして、(11)式及び(12)式に代入して、入力の時間関数が得られる。
なお、上記のマップでは、第1のパラメータ及び第2のパラメータを(67)式のように定めた場合について説明したが、(67)式の第2式をYe’について解いたものを第2のパラメータとし、例えば、F1’/m’=Xe’=vy0’=1としたマップを作成してもよい(図36)。
また、任意の正数a1を(64)式の第1式から下記(68)式のようにおいて、下記(69)式に示すvy0’を第1のパラメータ、及びXe’を第2のパラメータとし、例えば、F1’/m’=vx0’=Ye’=1としたマップを作成してもよい(図37)。
また、下記(70)式のように、(69)式の第1式をYe’について解いたものを第1のパラメータとし、例えば、F1’/m’=vx0’=vy0’=1としたマップを作成してもよい(図38)。
また、任意の正数a1を(64)式の第2式から下記(71)式のようにおいて、下記(72)式に示すvx0’を第1のパラメータ、及びXe’を第2のパラメータとし、例えば、F1’/m’=vy0’=1、Ye’=±1としたマップを作成してもよい(図39、40)。
また、下記(73)式のように、(72)式の第2式をF1’/m’について解いたものを第1のパラメータとし、そのF1’/m’を(72)式の第1式に代入したものを第2のパラメータとして、例えば、vy0’=Xe’=1、Ye’=±1としたマップを作成してもよい(図41、42)。
このように、導入した任意の正数a1の取り方を変えたり、F1’/m’、vy0’、vx0’、Xe’、及びYe’のそれぞれに着目して式を変形したりして、第1のパラメータ及び第2のパラメータを求めることができる。それぞれ得られた第1のパラメータ及び第2のパラメータに応じて、F1’/m’、vy0’、vx0’、Xe’、及びYe’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成するようにする。任意の正数a1の取り方または着目する値を変更した場合の第1のパラメータ及び第2のパラメータの他の例を、下記(74)式〜(78)式に示す。
また、第1の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。軸の取り方を変更した場合の第1のパラメータ及び第2のパラメータの他の例を、下記(79)式〜(86)式に示す。
第5の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンは、図28に示す第3の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ112の前に、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分F1を設定し、ステップ402で車体合成力の縦横比γ0を求める点が異なる。
また、第5の実施の形態において、障害物などが検出された場合、設定した車体合成力の車体前後方向の成分F1に対して障害物の左側を回避する軌道、及び障害物の右側を回避する軌道の両方を求めて、それぞれのγ0を比較して、γ0が小さい方の軌道を選択するようにしてもよい。
次に、第6の実施の形態について説明する。第5の実施の形態では、マップを用いて車体合成力の最大値のy成分を最小にする最適軌道及び車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第6の実施の形態では、第5の実施の形態とは異なるマップを用いて車体合成力の最大値のy成分を最小にする現在時刻における車体合成力の大きさ及び方向を導出する場合について説明する。なお、第6の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜5の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
まず、第5の実施の形態と同様に、(67)式まで展開する。そして、一例として、F1’/m’=Xe’=Ye’=1 とした場合のvx0’及びvy0’に関するマップを作成する。図43に示すように、vx0’を第1のパラメータ、 及びvy0’を第2のパラメータとして、上記(60)式〜(63)式に基づいて得られる車体合成力の方向θ’の値をマッピングした第1のマップ、及びγ0’の値をマッピングした第2のマップを作成することができる。
そして、車体合成加速度のy成分の大きさを下記(87)式で求めて、(31)式に適用することにより、現在時刻のm、vx0、vy0、Xe、Ye及びF1に対して、目標位置と目標位置における速度方向に到達する際に、車体合成力の最大値をy成分を最小にする現在時刻の車体合成力の大きさと向きが得られる。
また、第5の実施の形態と同様に、(68)式〜(78)式で示すように、導入した任意の正数a1の取り方を変えたり、F1’/m’、vy0’、vx0’、Xe’、及びYe’のそれぞれに着目して式を変形したりして、第1のパラメータ及び第2のパラメータを求めることができる。それぞれ得られた第1のパラメータ及び第2のパラメータに応じて、F1’/m’、vy0’、vx0’、Xe’、及びYe’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成することができる。さらに、第1の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように、(79)式〜(86)式で示すように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
第6の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンは、図34に示す第4の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ302で、車体合成力の最大値の車体前後方向の成分F1を設定し、ステップ400で車体合成加速度のy成分の大きさを求める点が異なる。
次に、第7の実施の形態について説明する。第5の実施の形態では、マップを用いて、車体合成力の最大値のx成分を与えた場合に、車体合成力の最大値のy成分を最小化する場合について説明したが、第7の実施の形態では、車体合成力の最大値のy成分を与えた場合に、車体合成力の最大値のx成分を最小化する場合について説明する。なお、第7の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜6の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
ここで、第7の実施の形態で用いられるマップについて説明する。
まず、車体合成力の最大値のx成分F1は、(12)式よりF1=F2/γ0の関係が成立する。第5の実施の形態とは反対に、車体合成力の最大値のx成分F1を未知のパラメータとして、車体合成加速度が最小となる車体合成力の最大値のx成分F1及び最適軌道を求めたい。そこで、Xs→Xeに変換した(13)式〜(16)式にF1=F2/γ0の関係を適用して、下記(88)式〜(91)式を得る。
まず、(88)式を下記(92)式のように変形する。
(92)式を(89)式〜(91)式へ代入して、下記(93)式〜(95)式を得る。
ここで、任意の正数aを導入して下記(96)式の関係を満足する2組のパラメータP及びP’を考えると、P及びP’に対応する解 {μ1、μ2、te}及び{μ1’、μ2’、te’}は、下記(97)式の関係を満たす。
(96)式の最後の式より、aを下記(98)式のようにおくと、(96)式よりvx0’及びvy0’は下記(99)式のように変形できる。
この関係より、F2’/m’、Xe’及びYe’に任意の正数を設定することにより、現在時刻のパラメータPによってvx0’及びvy0’が求まる。よって、F2’/m’、Xe’及びYe’をある値に設定した場合において、vx0’を第1のパラメータ、及びvy0’を第2のパラメータとしたマップを予め用意しておけばよい。なお、このF2’/m’、Xe’及びYe’の値はマップ作成時に設計者が自由に設定できる。
マップの作成は、第1の実施の形態と同様の手法で、図44に示すように、例えば、F2’/m’=Xe’=Ye’=1とした場合のvx0’及びvy0’に関するマップを作成する。
そして、これらのマップから{μ1’,μ2’,te’}を得て、(97)式及び(98)式により{μ1,μ2,te}に変換して、(92)式よりγ0を求める。そして、(11)式、(12)式、及びF1=F2/γ0の関係に適用して、入力の時間関数が得られる。
なお、上記のマップでは、第1のパラメータ及び第2のパラメータを(99)式のように定めた場合について説明したが、導入した任意の正数aの取り方を変えたり、F2’/m’、vy0’、vx0’、Xe’、及びYe’のそれぞれに着目して式を変形したりして、第1のパラメータ及び第2のパラメータを求めることができる。それぞれ得られた第1のパラメータ及び第2のパラメータに応じて、F2’/m’、vy0’、vx0’、Xe’、及びYe’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成するようにする。任意の正数aの取り方または着目する値を変更した場合の第1のパラメータ及び第2のパラメータの他の例を、下記(100)式〜(107)式に示す。
また、第1の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。軸の取り方を変更した場合の第1のパラメータ及び第2のパラメータの他の例を、下記(108)式〜(115)式に示す。
第7の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンは、図28に示す第4の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ302で、車体合成力の最大値の車体横方向の成分F2を設定し、ステップ304で車体合成力の最大値の車体前後方向の成分F1を求める点が異なる。
次に、第8の実施の形態について説明する。第7の実施の形態では、マップを用いて車体合成力の最大値のx成分を最小にする車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第8の実施の形態では、第7の実施の形態とは異なるマップを用いて、車体合成力の最大値のx成分を最小にする現在時刻の車体合成力の大きさ及び方向を導出する場合について説明する。なお、第8の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜7の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
まず、第7の実施の形態と同様に、(99)式まで展開する。そして、一例として、F2’/m’=Xe’=Ye’=1 とした場合のvx0’及びvy0’に関するマップを作成する。図45に示すように、vx0’を第1のパラメータ、 及びvy0’を第2のパラメータとして、上記(92)式〜(95)式に基づいて得られる車体合成加速度の方向θ’の値をマッピングした第1のマップ、及びγ0’の値をマッピングした第2のマップを作成することができる。
そして、車体合成加速度のx成分の大きさを下記(116)式で求めて、(31)式に適用することにより、現在時刻のm、vx0、vy0、Xe、Ye及びF2に対して、目標位置と目標位置における速度方向に到達する際に、車体合成力の最大値のx成分を最小にする現在時刻の車体合成力の大きさと向きが得られる。
また、第7の実施の形態と同様に、(100)式〜(107)式で示すように、F2’/m’、vy0’、vx0’、Xe’、及びYe’のそれぞれに着目して式を変形して、第1のパラメータ及び第2のパラメータとし、それぞれ得られた第1のパラメータ及び第2のパラメータに応じて、F1’/m’、vy0’、vx0’、Xe’、及びYe’の内必要な値に任意の値を設定してマップを作成することができる。さらに、第1の実施の形態でマップの軸の取り方を変更した手法と同様の手法により、特異点のラインが縦軸又は横軸と平行になるように、(108)式〜(115)式で示すように各マップの軸の取り方を変更したマップを作成してもよい。
第8の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンは、図34に示す第4の実施の形態における車両運動制御ルーチンと略同様であるが、ステップ302で、車体合成力の最大値の車体横方向の成分F2を設定し、ステップ400で車体合成加速度のx成分の大きさを求める点が異なる。
なお、F1が既知でF2を最小にする制御問題と、F2が既知でF1を最小にする制御問題とでは、互いに一方のマップを利用することができる。まず、新たなパラメータμ1のチルダ(文字上に記号「〜」),μ2のチルダ,teのチルダ,Xeのチルダ,及びYeのチルダを取って、下記(117)式のようにおく。
そして、(88)式〜(91)式に代入し、(88)式及び(89)式をγ0で割り、(90)式及び(91)式をγ0 2で割ると、下記(118)式〜(121)式に変形できる。
(118)〜(121)式は、(13)〜(16)式と同じ形をしていることがわかる。すなわち、第5の実施の形態で示したマップを用いて、μ1のチルダ,μ2のチルダ,teのチルダを求めて、(117)式により{μ1,μ2,te}に変換することが可能となる。
次に、新たなパラメータμ1のバー(文字上に記号「−」),μ2のバー,teのバー,Xeのバー,及びYeのバーを取って、下記(122)式のようにおく。
これをXs→Xeに変換した(13)〜(16)式に適用すると、(88)〜(91)式と同じ形に変形される。
これらの式展開により、車体合成力の最大値のx成分を与えた場合にy成分を最小化する制御装置と、車体合成力の最大値のy成分を与えた場合にx成分を最小化する制御装置は、共に第5〜第8の実施の形態で述べた全てのマップを適用できる。
次に、第9の実施の形態について説明する。第1の実施の形態では、横移動距離Yeに対して縦移動距離が最短距離Xsになる車体合成力を導出するためのマップを用いて、車体合成力の時系列データを導出する場合について説明したが、第9の実施の形態では、車体合成力の最大値の縦横比が設定された場合において、収束演算により最短距離Xsと自車両から目標位置までの距離のx成分Xeとの差が所定値以下となったときに設定した車体合成力の最大値に基づいて、車体合成力の最大値を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第9の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜第8の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
図46を参照して第9の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンについて説明する。なお、第1の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンと同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施の形態では、第1及び第2の実施の形態で示したマップを用いることができるが、ここでは、図4に示すマップを用いる場合について説明する。
ステップ100〜ステップ112で、第1の実施の形態の場合と同様に処理して第1のパラメータvx0’、及び第2のパラメータvy0’を得る。なお、ステップ108に替えてステップ500では、Ye、vx0、及びvy0と共に自車両と目標位置との距離のx成分Xeも演算する。
次に、ステップ500で、マップ記憶装置28に記憶された第1〜第3のマップを読み出し、第1のパラメータvx0’、及び第2のパラメータvy0’を入力として、横移動距離Yeに対応して縦移動距離の最短距離Xsを導出する。
次に、ステップ502で、上記ステップ500で導出された最短距離Xsと上記ステップ300で演算された回避距離Xeとが等しくなったか否かを判定する。Xs=Xeの場合には、ステップ506へ移行し、Xs≠Xeの場合には、ステップ504へ移行する。なお、ここでは、Xs=Xeか否かを判定する場合について説明するが、XsとXeとが等しい場合だけでなく、XsとXeとの差が所定値(例えば、Xeの5%等)以下の場合も肯定判定されるようにしてもよい。
ステップ504では、設定されたγ0を変えることなくF1及びF2の値をXsがXeに近づくように修正する。そして、ステップ502でXs=Xeと判定されるまで、ステップ500〜ステップ504の処理を繰り返す。
ステップ506では、Xs=Xeと判定されたときのF1の値、F2の値、γ0の値、及び上記ステップ500で得られた{μ1,μ2,te}の値を(11)式及び(12)式に適用して、制御入力である車体合成加速度を得る。また、(1)式〜(6)式に従って、最大値が最小となる車体合成力の時系列データ及び車体合成力の最大値が最小となる最適軌道が導出される。
次に、第10の実施の形態について説明する。第10の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のx成分またはy成分の一方が設定された場合において、縦移動距離を最小化するマップを用いて、車体合成力の最大値のx成分またはy成分の他方を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第10の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜第9の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第10の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンは、第9の実施の形態の車両運動制御ルーチン(図46)のステップ110においてF1、F2、及びγ0を設定する点、ステップ504において、γ0の値を修正する点、及びステップ506において、γ0に基づいて、F1またはF2が最小となる最適軌道を導出する点が、第9の実施の形態と異なる。
次に、第11の実施の形態について説明する。第11の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のx成分及びy成分が設定された場合において、車体合成力の最大値を最小化するマップを用いて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する場合について説明する。なお、第11の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜第10の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第11の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンは、第3または第4の実施の形態のマップを用いる点、第9の実施の形態の車両運動制御ルーチン(図46)のステップ500において、γ0を用いて車体合成力のx成分f1及びy成分f2を導出する点、ステップ502において、f1=F1、及びf2=F2となったかを判定する点、ステップ504において、γ0を変更しないでXeの値を修正する点、ステップ506において、Xeに基づいて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する点、及びステップ402、308の処理を行わない点が、第9の実施の形態と異なる。
次に、第12の実施の形態について説明する。第12の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のx成分またはy成分の一方が設定された場合において、車体合成力の最大値を最小化するマップを用いて、車体合成力の最大値のx成分またはy成分の他方を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第12の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜第11の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第12の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンは、第3または第4の実施の形態のマップを用いる点、第9の実施の形態の車両運動制御ルーチン(図46)のステップ110においてF1、F2、及びγ0を設定する点、ステップ500において車体合成力のx成分f1及びy成分f2を導出する点、ステップ502において、f1=F1、またはf2=F2となったかを判定する点、ステップ504において、γ0の値を修正する点、及びステップ506において、γ0に基づいて、F1またはF2が最小となる最適軌道を導出する点が、第9の実施の形態と異なる。
次に、第13の実施の形態について説明する。第13の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値のx成分及びy成分が設定された場合において、車体合成力の最大値のx成分またはy成分を最小化するマップを用いて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する場合について説明する。なお、第13の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜第12の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第13の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンは、第5または第6の実施の形態のマップを用いる点、第9の実施の形態の車両運動制御ルーチン(図46)のステップ500においてF1またはF2を用いて車体合成力の縦横比γfを導出する点、ステップ502において、γf=γ0となったかを判定する点、ステップ504において、Xeの値を修正する点、ステップ506において、Xeに基づいて、縦移動距離が最短になる最短回避軌道を導出する点、及びステップ402、308の処理を行わない点が、第9の実施の形態と異なる。
次に、第14の実施の形態について説明する。第14の実施の形態では、収束演算の別の方法として、車体合成力の最大値の縦横比が設定された場合において、車体合成力の最大値のx成分またはy成分を最小化するマップを用いて、車体合成力の最大値を最小化する最適軌道を導出する場合について説明する。なお、第14の実施の形態の車両運動制御装置について、第1〜第13の実施の形態の車両運動制御装置と同一の構成及び処理については、同一の符号を用いて説明を省略する。
第14の実施の形態の車両運動制御装置の制御装置20で実行される車両運動制御ルーチンは、第5または第6の実施の形態のマップを用いる点、第9の実施の形態の車両運動制御ルーチン(図46)のステップ500において車体合成力の縦横比γfを導出する点、ステップ502において、及びγf=γ0となったかを判定する点、ステップ504においてF1またはF2を修正する点が、第9の実施の形態と異なる。