JP6655455B2

JP6655455B2 - Travel control device

Info

Publication number: JP6655455B2
Application number: JP2016082574A
Authority: JP
Inventors: 悠基秋山; 絢也高橋; 敏之印南; 佐藤　誠一; 誠一佐藤
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2036-04-18
Also published as: JP2017193189A; WO2017183486A1

Description

本発明は自動車の走行を制御する走行制御装置に関する。 The present invention relates to a travel control device that controls the travel of an automobile.

自動車における先進運転支援システム（Advanced Driving Assistant System: 以下、ADASと称す）及び自動運転関連技術の開発が、近年、急速に進められている。 In recent years, the development of an advanced driving assistance system (hereinafter referred to as ADAS) and automatic driving-related technology for automobiles has been rapidly advanced.

進行方向に対して横方向への移動を伴う場合の例として、カーブ区間を走行する場合について説明する。 A case in which the vehicle travels in a curved section will be described as an example in which the vehicle travels in the lateral direction with respect to the traveling direction.

図１は、カーブ区間を含む典型的な道路の形状の一部を示したものである。一般に、道路のカーブ形状はクロソイド曲線と円弧の組み合わせで設計されている。円弧は、曲率が一定であり、走行距離に対する曲率の変化率がゼロである。クロソイド曲線は、曲率が連続的に変化し、走行距離に対する曲率の変化率が一定である。円弧区間の前後に曲率が単調増加する区間と単調減少する区間があり、この曲率が単調変化する区間は緩和曲線と呼ばれる。ここで、直線と円弧とを直接繋ぐと、その接続点で曲率が0からある一定値に不連続に変化してしまう。仮に曲率が不連続だと、理論上、操舵角を不連続にしないと追従できないので、ドライバへの違和感や、操舵が足りずに車線を逸脱する虞があることから、通常、道路には緩和曲線の区間が設けられている。 FIG. 1 shows a part of a typical road shape including a curved section. Generally, a curve shape of a road is designed by a combination of a clothoid curve and an arc. The arc has a constant curvature, and the rate of change of the curvature with respect to the traveling distance is zero. In the clothoid curve, the curvature continuously changes, and the rate of change of the curvature with respect to the traveling distance is constant. Before and after the arc section, there is a section where the curvature monotonically increases and a section where the curvature monotonically decreases, and the section where the curvature monotonically changes is called a transition curve. Here, if the straight line and the circular arc are directly connected, the curvature at the connection point changes discontinuously from 0 to a certain value. If the curvature is discontinuous, it is theoretically impossible to follow the steering unless the steering angle is discontinuous.Therefore, there is a risk of discomfort to the driver and the vehicle may deviate from the lane due to insufficient steering. A curved section is provided.

ADASや自動運転関連技術として、自車両の走行軌跡を算出し、その軌跡に沿って自車両を駆動する技術がある。特に、進行方向に対して横方向に移動する制御を行うカーブや車線変更に関する技術が開発されている。このような技術として、例えば特許文献１に記載されている技術がある。 As ADAS and automatic driving-related technologies, there is a technology of calculating a traveling locus of a host vehicle and driving the host vehicle along the locus. In particular, a technique for changing a curve or a lane for controlling movement in a lateral direction with respect to the traveling direction has been developed. As such a technique, for example, there is a technique described in Patent Document 1.

特許文献１には、運転者に作用する横方向加速度を低減するために、自分のレーンにおいて十分に幅の広いカーブを走行する際に、カーブカットを行うカット軌跡を求め、カット軌跡に沿って車両を制御することが開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-163873 discloses a technique for obtaining a cut locus for performing a curve cut when traveling on a sufficiently wide curve in one's lane in order to reduce lateral acceleration acting on a driver, and along the cut locus. Controlling a vehicle is disclosed.

特表２０１３−５１３１４９Table 2013-513149

特許文献１に記載のカット軌跡は、クロソイド軌跡（曲率直線増加）および円弧軌跡（曲率一定）で生成されている。従来、人が運転する場合においては、曲率緩和区間としてクロソイド曲線を用いることが望ましいと考えられてきており、自動車側のシステムが、進行方向に対して横方向に移動する運転の制御を行う場合であっても、特許文献１に記載のようにクロソイド曲線に対応した軌跡を用いている。 The cut trajectory described in Patent Document 1 is generated by a clothoid trajectory (curvature linear increase) and an arc trajectory (constant curvature). Conventionally, when a person drives, it has been considered that it is desirable to use a clothoid curve as the curvature relaxation section, and when the system on the automobile side controls driving that moves in the lateral direction with respect to the traveling direction. However, a locus corresponding to a clothoid curve is used as described in Patent Document 1.

一般的に、車道におけるカーブは、直線−クロソイド曲線−円弧−クロソイド曲線−直線の順で繋ぐようにすることで、曲率の不連続点が生じないように設計されている。 In general, a curve on a road is designed so that a discontinuity of curvature does not occur by connecting a straight line, a clothoid curve, an arc, a clothoid curve, and a straight line in this order.

ここで、クロソイド曲線で形成された道路は、速度一定で走行することを前提として設計されている。しかしながら、近年、乗り心地性向上や、操舵性能の向上を目的とし、速度一定でカーブを走行するのではなく、カーブ走行中に加減速を加えて走行している。そのため、必ずしもクロソイド軌道が最適ではない場合が発生する。 Here, the road formed by the clothoid curve is designed on the assumption that the vehicle travels at a constant speed. However, in recent years, for the purpose of improving ride comfort and steering performance, the vehicle is not traveling at a constant speed but traveling with acceleration / deceleration during traveling. Therefore, the case where the clothoid orbit is not always optimal occurs.

本筆者らの鋭意検討の結果、自動車側のシステムが運転の制御を行う場合、従来のようにクロソイド軌跡と曲率一定区間を接続した場合、クロソイド軌跡と曲率一定区間との間に曲率の不連続となる箇所が発生することにより、横方向の加速度変化にも不連続となる箇所が発生し、その結果ドライバに違和感を与えることを新たに見出した。 As a result of our intensive studies, when the system on the vehicle side controls driving, when the clothoid trajectory and the constant curvature section are connected as in the past, the curvature discontinuity between the clothoid trajectory and the constant curvature section is It has been newly found that the occurrence of a portion that causes a change in the acceleration in the lateral direction also causes a portion that becomes discontinuous, thereby giving a sense of incongruity to the driver.

すなわち、従来の道路設計思想に基づく、曲率がゼロで一定である直線軌道と、クロソイド曲線を描くクロソイド軌道と、所定の曲率である一定曲率軌道とを結ぶ軌道で走行する場合、曲率は連続的であるため、横方向の加速度は連続的に変化するが、曲率の変化率に不連続箇所が発生してしまう。曲率の変化率と横方向の加加速度は相関関係にあるため、横方向の加加速度が不連続となる箇所が発生する。この不連続がドライバに違和感を与えてしまう。特に、カーブ走行中に加減速を加えて走行する場合に、ドライバに与える違和感がこの不連続箇所の存在により発生してしまう。 That is, based on the conventional road design concept, when traveling on a trajectory that connects a straight line trajectory with a constant curvature of zero, a clothoid trajectory that draws a clothoid curve, and a constant curvature trajectory that is a predetermined curvature, the curvature is continuous. Therefore, the lateral acceleration changes continuously, but a discontinuity occurs in the curvature change rate. Since the rate of change of the curvature and the jerk in the lateral direction have a correlation, there are places where the jerk in the lateral direction becomes discontinuous. This discontinuity gives the driver an uncomfortable feeling. In particular, when the vehicle travels while accelerating and decelerating while traveling on a curve, a sense of incongruity given to the driver occurs due to the presence of the discontinuous portion.

本願発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、乗員の快適性が保たれる自動車の走行を制御する走行制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a travel control device that controls the travel of an automobile in which the comfort of an occupant is maintained.

そこで、本願に係る発明は、進行方向に対して横方向への移動を伴う場合には、移動距離に対する曲率の微分値（言い換えると、曲率の変化率）が連続となる軌道を走行するように車両を制御する。 Therefore, the invention according to the present application is designed such that, when the vehicle travels in the lateral direction with respect to the traveling direction, the vehicle travels on a trajectory in which the derivative of the curvature with respect to the travel distance (in other words, the rate of change of the curvature) is continuous. Control the vehicle.

すなわち、本願発明の走行制御装置は、進行方向に対して横方向への移動を伴う場合に、曲率単調変化軌道と曲率一定軌道とが曲率の変化率において連続している軌道を走行するように車両を制御する。 In other words, the travel control device of the present invention is configured such that, when accompanied by movement in the lateral direction with respect to the traveling direction, the monotonous curvature trajectory and the constant curvature trajectory travel on a trajectory in which the curvature changes continuously. Control the vehicle.

本発明によれば、横方向の加速度ベクトルが弧状に遷移し、乗員の快適性が保たれる自動運転を実現できる。 According to the present invention, it is possible to realize automatic driving in which the lateral acceleration vector transitions in an arc shape and the comfort of the occupant is maintained.

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the following description of the embodiments.

カーブ区間を含む道路の形状の一部を示した図である。It is a figure showing a part of road shape including a curve section. 道路のカーブ形状の上面図と曲率変化特性を示した図である。It is the figure which showed the top view of the curve shape of a road, and the curvature change characteristic. 横加加速度に応じた前後加速度で走行した際の前後加速度と横加速度を示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating longitudinal acceleration and lateral acceleration when traveling at a longitudinal acceleration according to a lateral jerk. 図３の条件における加速度ベクトルの大きさの遷移を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a transition of the magnitude of an acceleration vector under the conditions of FIG. 3. カーブの序盤で減速を終える場合の前後加速度と横加速度を示した図である。FIG. 9 is a diagram illustrating longitudinal acceleration and lateral acceleration when deceleration is completed at the beginning of a curve. 図５の条件における加速度ベクトルの大きさの遷移を示した図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a change in the magnitude of an acceleration vector under the conditions of FIG. 5. 道路の形状を、曲率変化の特徴に基づく区間に区切った図である。It is a figure which divided the shape of the road into sections based on the characteristic of curvature change. 図７の道路形状に対して、異なる形状の緩和曲線を当てはめ直した図である。FIG. 8 is a diagram in which a relaxation curve having a different shape is applied to the road shape of FIG. 7. 軌道上の走行距離に対する曲率の変化を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a change in curvature with respect to a traveling distance on a track. 道路の形状を、曲率変化の特徴に基づく区間に区切った図である。It is a figure which divided the shape of the road into sections based on the characteristic of curvature change. 曲率が増減する頻度を減らすように、区間を当てはめ直した図である。It is the figure which re-applied the section so that the frequency with which a curvature may increase or decrease may be reduced. 軌道上の走行距離に対する曲率の変化を示した図である。FIG. 7 is a diagram showing a change in curvature with respect to a traveling distance on a track. 円弧と直線との位置関係と、緩和曲線に用いる関数を、局所座標系で描いた図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a positional relationship between an arc and a straight line and a function used for a relaxation curve in a local coordinate system. 直線からカーブに入っていく場合の車両の向きを示した図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a direction of a vehicle when entering a curve from a straight line. カーブから直線に抜けていく場合の車両の向きを示した図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a direction of a vehicle when the vehicle goes straight from a curve. 具体的な条件に基づいて計算した軌道の例を示した図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a trajectory calculated based on specific conditions. 図１６の軌道を、横加加速度に応じた前後加速度で走行した際の前後加速度と横加速度を示した図である。FIG. 17 is a diagram illustrating longitudinal acceleration and lateral acceleration when the vehicle travels on the track of FIG. 16 at longitudinal acceleration according to lateral jerk. 図１７の条件における加速度ベクトルの大きさの遷移を示した図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a transition of the magnitude of the acceleration vector under the condition of FIG. 17. 台形状の前後加速度プロファイルで走行した際の前後加速度と横加速度を示した図である。It is the figure which showed the longitudinal acceleration and the lateral acceleration at the time of driving | running | working by the trapezoidal longitudinal acceleration profile. 図１９の条件における加速度ベクトルの大きさの遷移を示した図である。FIG. 20 is a diagram showing a change in the magnitude of an acceleration vector under the conditions of FIG. 19. 軌道生成装置の入出力を示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating input and output of a trajectory generation device. 軌道生成装置が道路形状から軌道を生成する処理を示したフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a process in which the trajectory generation device generates a trajectory from a road shape. 広域の軌道をまとめて生成、保持する場合の構成を示した図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration in a case where a wide area orbit is generated and held collectively. 制御対象の車両が備える各種の装置とシステム構成を示した図である。FIG. 1 is a diagram illustrating various devices and a system configuration included in a vehicle to be controlled. 走行制御装置の処理構成を示した図である。It is a figure showing the processing composition of the running control device. 軌道生成部において軌道を再生成する処理を示したフローチャートである。5 is a flowchart illustrating a process of regenerating a trajectory in a trajectory generation unit. 横運動と前後運動の連携制御ができない場合の通知処理を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the notification process when cooperation control of a lateral motion and a back-and-forth motion cannot be performed.

以下に、本発明の実施例を説明する。 Hereinafter, examples of the present invention will be described.

本実施例について、図面を用いて説明する。 This embodiment will be described with reference to the drawings.

具体的には、直線軌道とクロソイド軌道を直接接続するのでなく、間に多次関数からなる軌道を介在させる。同様に、クロソイド軌道と一定曲率軌道とを直接接続するのでなく、間に多次関数からなる軌道を介在させる。このようにすることで、クロソイド軌道と曲率が一定となる直線軌道、並びに、クロソイド軌道と曲率が一定となる一定曲率軌道とでの曲率の変化率の不連続点がなくなる。 Specifically, instead of directly connecting the linear orbit and the clothoid orbit, an orbit consisting of a multi-order function is interposed between them. Similarly, instead of directly connecting the clothoid trajectory and the constant curvature trajectory, a trajectory composed of a multidimensional function is interposed therebetween. In this way, there is no discontinuity in the rate of change in curvature between the clothoid trajectory and the straight trajectory where the curvature is constant, and between the clothoid trajectory and the constant curvature trajectory where the curvature is constant.

また、緩和曲線としての軌道を、クロソイド軌道に変えて、変曲点を有して単調変化する軌道としても、同様に曲率の不連続点をなくすことができる。この場合、直線軌道から一定曲率軌道となる間に介在する場合には単調増加となる軌道を、一定曲率軌道から直線軌道となる間に介在する場合には単調減少となる軌道とする。 Also, by changing the trajectory as the relaxation curve to the clothoid trajectory and using a trajectory that has an inflection point and changes monotonously, discontinuous points of curvature can be similarly eliminated. In this case, the trajectory that increases monotonically when the trajectory intervenes during the transition from the straight trajectory to the constant curvature trajectory is the trajectory that decreases monotonously when the trajectory intervenes during the transition from the constant curvature trajectory to the linear trajectory.

言い換えると、ある一定曲率軌道（直線）からある一定曲率軌道（カーブ）の間に介在する緩和曲線軌道が、滑らかに一定曲率軌道同士を接続するために、変曲部を有している。
この変曲部は、点でもよいし、線でもよい。 In other words, the relaxation curve trajectory interposed between a certain curvature trajectory (straight line) and a certain curvature trajectory (curve) has an inflection portion in order to smoothly connect the constant curvature trajectories.
This inflection portion may be a point or a line.

本実施例では、曲率の変化率の不連続をなくすように軌道を生成し、係る軌道に基づき車両を制御しているので、横加加速度の不連続を解消し、乗り心地性を向上することが可能となる。 In the present embodiment, the trajectory is generated so as to eliminate the discontinuity of the curvature change rate, and the vehicle is controlled based on the trajectory.Therefore, it is possible to eliminate the discontinuity of the lateral jerk and improve the riding comfort. It becomes possible.

次に、横運動と前後運動の連携を行う場合について述べる。 Next, a case in which the lateral motion and the back-and-forth motion are linked will be described.

カーブや車線変更等、車両が前後方向に加えて横方向にも移動する場合、前後方向の加速度と横方向の加速度を制御し、乗り心地性と操舵安定性を向上させるG-Vectoring Control(以下、G-VECTORING制御)という技術が提案されている。G-VECTORING制御では、前後加速度と横加速度が合成された加速度ベクトルの遷移が、円を描くG-Gダイアグラムとなるように、横加速度に基づき、前後加速度を制御する。基本的なG-VECTORING制御の適用形態は、車両の横運動によって生じる横加速度の時間変化率である横加加速度の入力にゲインを乗算した値を前後加速度として出力し、それに従って前後運動を制御するというものである。横加速度は速度と走行する軌道の曲率で決まるので、横加加速度は曲率の時間変化に対応し、結果として速度が軌道の曲率の時間変化に基づいて制御される。 G-Vectoring Control (hereinafter referred to as `` G-Vectoring Control '') that controls the longitudinal acceleration and lateral acceleration to improve ride comfort and steering stability when the vehicle moves in the lateral direction in addition to the longitudinal direction such as changing curves or lanes. , G-VECTORING control) has been proposed. In the G-VECTORING control, the longitudinal acceleration is controlled based on the lateral acceleration such that the transition of the acceleration vector in which the longitudinal acceleration and the lateral acceleration are combined is a GG diagram that draws a circle. The application form of the basic G-VECTORING control is to output the value obtained by multiplying the gain of the input of the lateral jerk, which is the time change rate of the lateral acceleration caused by the lateral motion of the vehicle, as the longitudinal acceleration, and to control the longitudinal motion accordingly. That is. Since the lateral acceleration is determined by the speed and the curvature of the traveling trajectory, the lateral jerk corresponds to the time change of the curvature, and as a result, the speed is controlled based on the time change of the curvature of the trajectory.

まず、G-VECTORING制御に従って横加加速度に応じた加減速を行うことで、任意の軌道に対し、初速を与えれば速度プロファイル及び加速度プロファイルが一意に定まることについて説明する。ここで、速度プロファイルとは、走行距離に対する速度の推移、もしくは時間に対する速度の推移を指し、加速度プロファイルとは、走行距離に対する加速度の推移、もしくは時間に対する加速度の推移を指す。 First, a description will be given of how acceleration and deceleration in accordance with the lateral jerk are performed according to the G-VECTORING control, so that an initial velocity is given to an arbitrary trajectory to uniquely determine a velocity profile and an acceleration profile. Here, the speed profile refers to a transition of the speed with respect to the traveling distance or a transition of the speed with respect to time, and the acceleration profile refers to a transition of the acceleration with respect to the traveling distance or a transition of the acceleration with respect to time.

G-VECTORING制御の基本的な制御則は、加速側と減速側とで対称性があるので、どちらか一方で扱えば他方は符号を反転させれば良い。例えば減速側で扱うこととすると、前後加速度をGx, 横加速度をGy, G-VECTORING制御ゲインをCxyとして、 The basic control law of the G-VECTORING control has symmetry between the acceleration side and the deceleration side, so that if one of them is handled, the sign of the other should be inverted. For example, assuming that it is handled on the deceleration side, the longitudinal acceleration is Gx, the lateral acceleration is Gy, and the G-VECTORING control gain is Cxy,

と表される。

It is expressed as

両辺を積分して、速度Vの関係式として表現すると、初速をViとして、 Integrating both sides and expressing as a relational expression of velocity V, initial velocity is Vi,

となる。

Becomes

ここで、曲率κと横加速度Gyと速度Vの関係は、 Here, the relationship between the curvature κ, the lateral acceleration Gy, and the speed V is

である。

It is.

数２と数３から、速度Vと曲率κの関係は From Equations 2 and 3, the relationship between velocity V and curvature κ is

となる。

Becomes

κは車両が走行している位置での曲率なので、時間の関数であることに注意して上記を微分すると、 Differentiating the above, note that κ is a curvature at the position where the vehicle is traveling, so it is a function of time.

となり、G-VECTORING制御による減速度の走行軌道の形状による表現が得られる。

Thus, the expression of the deceleration by the G-VECTORING control by the shape of the traveling trajectory can be obtained.

加速側も同様に計算でき、軌道上の任意の位置における速度が求まるので、同じく軌道上の各位置における前後加速度と横加速度の双方が求まる。したがって、任意の軌道と初速に対する加速度ベクトルの遷移を、前後加速度Gxを横軸、横加速度Gyを縦軸にとって、G-Gダイアグラムを描くことができる。 The acceleration side can also be calculated in the same manner, and the velocity at an arbitrary position on the trajectory is obtained, so that both the longitudinal acceleration and the lateral acceleration at each position on the trajectory are obtained. Therefore, it is possible to draw a GG diagram in which the transition of the acceleration vector with respect to an arbitrary trajectory and the initial velocity is set with the longitudinal acceleration Gx as the horizontal axis and the lateral acceleration Gy as the vertical axis.

なお、数５において、∂κ/∂xが全体に乗算されていることは、軌道上で曲率が一定の区間、つまり曲率が0で一定の直線区間と、曲率がゼロでない所定ので一定の円周の一部を構成する形状の区間では、∂κ/∂x=0であり、横加速度が変化せず、横加加速度が0であるので、加減速は行われずに一定の速度で走行することを意味している。 In Equation 5, the fact that ∂κ / ∂x is multiplied as a whole means that a section having a constant curvature on the orbit, that is, a straight section having a constant curvature of 0 and a predetermined circle having a predetermined non-zero curvature. In the section of the shape that forms part of the circumference, ∂κ / ∂x = 0, the lateral acceleration does not change, and the lateral jerk is 0, so travel at a constant speed without acceleration / deceleration. Means

また、数４の分子では曲率κが平方根の中に入っているのに対し、分母では曲率κが一次の項であることから、軌道上の走行に伴って曲率が増加していく状況では減速することが読み取れる。一方、曲率が減少していく状況では加速する。したがって、曲率が増減しなければ、前後加速度の符号は変化しない。また、曲率の符号が変化しなければ横加速度の符号は変化しない。 Also, in the numerator of Equation 4, the curvature κ is in the square root, whereas in the denominator, the curvature κ is a first-order term. You can read. On the other hand, it accelerates when the curvature decreases. Therefore, unless the curvature increases or decreases, the sign of the longitudinal acceleration does not change. If the sign of the curvature does not change, the sign of the lateral acceleration does not change.

そこで、軌道を構成する要素の最小単位として、前後加速度の符号も横加速度の符号も変化せずにG-Gダイアグラムが1つの象限に収まる範囲である、左右いずれかのカーブの曲率が単調増加もしくは単調減少する区間に着目する。 Therefore, as the minimum unit of the elements that compose the trajectory, the curvature of the left or right curve is monotonically increasing or monotonous, which is the range where the GG diagram fits in one quadrant without changing the sign of the longitudinal acceleration and the sign of the lateral acceleration. Focus on the decreasing section.

図２は、クロソイド曲線と円弧とを接続して設計された道路のカーブ形状の上面図と、そのカーブ形状に沿った軌道上の走行距離Lに対する曲率変化の特性を示したものである。点線で表した半径50[m]、つまり曲率κ0.02[1/m]の円弧に接続するために、80[m]のクロソイド曲線の区間を設けおり、クロソイド曲線を走行し始めてから100[m]までの範囲が、実線でグラフに示されている。 FIG. 2 shows a top view of a curve shape of a road designed by connecting a clothoid curve and an arc, and a characteristic of a curvature change with respect to a traveling distance L on a track along the curve shape. In order to connect to an arc with a radius of 50 [m] represented by a dotted line, that is, an arc of curvature κ 0.02 [1 / m], a section of a clothoid curve of 80 [m] is provided, and 100 [m] after starting running on the clothoid curve m] is indicated by a solid line in the graph.

図３は、図２のカーブ形状をG-VECTORING制御に従って走行した場合の速度Vと前後加速度Gxと横加速度Gyを、数４及び数５に基づいて計算した結果と、それを元に描いたG-Gダイアグラムである。G-VECTORING制御によって加減速が制御される車両で、直線とクロソイド曲線とが直接接続される道路をその形状どおりに走行場合を考える。上述の通り、直線からクロソイド曲線に進入する点で車両の横加加速度が不連続となることから、減速度指令が理論上は無限大となり、過大な減速度が生じて、G-Gダイアグラムが尖った形状となる。これは、直線区間から予見的に減速する制御が重畳されていたとしても同様である。 FIG. 3 illustrates a result obtained by calculating the speed V, the longitudinal acceleration Gx, and the lateral acceleration Gy based on Equations 4 and 5 when the curve shape illustrated in FIG. 2 travels according to the G-VECTORING control, and based on the calculated results. It is a GG diagram. Consider a case where a vehicle whose acceleration and deceleration is controlled by G-VECTORING control travels on a road where a straight line and a clothoid curve are directly connected according to the shape. As described above, since the lateral jerk of the vehicle is discontinuous at the point where it enters the clothoid curve from a straight line, the deceleration command becomes theoretically infinite, excessive deceleration occurs, and the GG diagram has a sharp shape Becomes This is the same even if the control for foreseeably decelerating from the straight section is superimposed.

さらに、クロソイド曲線から円弧に接続される点でも横加加速度が不連続であるため、減速度指令が瞬時に0になり、この点でもG-Gダイアグラムが尖った形状となる。 Furthermore, since the lateral jerk is discontinuous even at a point connected to the circular arc from the clothoid curve, the deceleration command instantly becomes 0, and the GG diagram also has a sharp shape at this point.

ここで、好ましいG-Gダイアグラムの形状について、加速度ベクトルの大きさの遷移という観点からの説明を加える。 Here, a description of a preferable shape of the GG diagram will be added from the viewpoint of transition of the magnitude of the acceleration vector.

図４に、図２のカーブ形状をG-VECTORING制御に従って走行したときの加速度ベクトルの大きさ|G|の遷移を示す。加速度ベクトルの大きさが減速によって一旦増加し、その後、減速度が減少するときに横加速度が増加しないことによって、図３に示したようにG-Gダイアグラムには尖った箇所が生じる。さらにその後で横加速度が増加するので加速度ベクトルの大きさの遷移としては極小値が生じることになる。 FIG. 4 shows a transition of the magnitude | G | of the acceleration vector when the vehicle travels on the curve shape of FIG. 2 according to the G-VECTORING control. Since the magnitude of the acceleration vector once increases due to the deceleration, and then the lateral acceleration does not increase when the deceleration decreases, a sharp point occurs in the GG diagram as shown in FIG. Furthermore, since the lateral acceleration increases thereafter, a minimum value occurs as a transition of the magnitude of the acceleration vector.

図５に、同じカーブ形状に対してG-VECTORING制御とは無関係に減速を行い、カーブの序盤で減速を終える場合の前後加速度Gxと横加速度Gyを示し、図６に、その際の加速度ベクトルの大きさ|G|の遷移を示す。この場合もやはり、前後加速度と横加速度が繋がらないことによって加速度ベクトルの大きさが極小値を持ち、G-Gダイアグラムを尖った形状にしている。上記いずれの場合も、加速度の大きさの変化によって、車両内に着座している乗員に対して上半身及び頭部を振られるような感覚を与えることになる。 FIG. 5 shows the longitudinal acceleration Gx and the lateral acceleration Gy when decelerating the same curve shape independently of the G-VECTORING control and ending the deceleration at the beginning of the curve, and FIG. 6 shows the acceleration vector at that time. Shows the transition of | G | Also in this case, the magnitude of the acceleration vector has a minimum value because the longitudinal acceleration and the lateral acceleration are not connected, and the GG diagram has a sharp shape. In any of the above cases, the change in the magnitude of the acceleration gives the occupant seated in the vehicle the sensation of swinging the upper body and head.

よって、加速度ベクトルの大きさが極小値を持たないようにすれば、一旦増加した加速度ベクトルの大きさが、円弧を定速で走行する加速度ベクトルの大きさになるまで単調に減少するので、G-Gダイアグラムが概ね弧状になり、乗員の快適性が保たれると言える。 Therefore, if the magnitude of the acceleration vector does not have a local minimum value, the magnitude of the acceleration vector that has once increased monotonously decreases until it reaches the magnitude of the acceleration vector that travels at a constant speed along the arc. It can be said that the diagram has a substantially arcuate shape, thereby maintaining the comfort of the occupants.

G-Gダイアグラムの尖りを抑えるには、減速度指令に一時遅れ要素を追加し、その時定数を必要な程度だけ大きくするという方法もあるが、軌道は変わらないにもかかわらず遅れを付加する分だけ旋回に対して減速が遅れるため、乗員に不安感を与える恐れがある。 In order to suppress the sharpness of the GG diagram, there is a method of adding a temporary delay element to the deceleration command and increasing the time constant as much as necessary. Since the deceleration is delayed, the occupant may feel uneasy.

したがって、一般の道路形状に沿った軌道は前後運動と横運動の連携に適さないと言え、G-VECTORING制御を活用するには、軌道自体を、G-Gダイアグラムが弧状に遷移するように生成することが望ましい。 Therefore, it can be said that a trajectory along a general road shape is not suitable for coordination between longitudinal motion and lateral motion, and to utilize G-VECTORING control, the trajectory itself must be generated so that the GG diagram transitions in an arc shape Is desirable.

以降、そのような軌道の生成方法について説明する。 Hereinafter, a method of generating such a trajectory will be described.

車両は道路上を走行する必要があるので、軌道の生成にあたって前提条件を設ける必要がある。 Since a vehicle needs to travel on a road, it is necessary to set preconditions for generating a track.

図７は、曲がりを有する道路形状を、曲率の変化特性に応じた区間に区切ったものである。実線は車線の中心を走行する軌道を表し、車線の幅は省略している。任意の道路形状は、直線区間と、曲率が単調変化する区間と、曲率が0でない一定の円弧区間とを曲率が連続するように接続したものとして表現することができる。 FIG. 7 is a diagram in which a curved road shape is divided into sections according to the change characteristics of the curvature. The solid line represents a track running in the center of the lane, and the width of the lane is omitted. An arbitrary road shape can be expressed as a straight section, a section in which the curvature monotonically changes, and a constant arc section in which the curvature is not 0 are connected so that the curvature is continuous.

よりスムーズな走行を目指すにあたっては、軌道の緩和曲線の区間を必ずしも道路の設計上の緩和曲線に従って設定する必要はないので、軌道生成の前処理として、道路のどの区間を軌道の緩和曲線に割り当てるか区分する。 In order to achieve smoother running, it is not necessary to set the section of the transition curve of the track according to the transition curve in the road design. Therefore, as a pre-process of track generation, assign any section of the road to the transition curve of the track. Or segment.

図８は、図７の道路形状に対して、曲率の変化率に不連続点が生じないように生成し直した車両の走行軌道を示す。 FIG. 8 shows a traveling trajectory of a vehicle regenerated so that a discontinuity does not occur in the rate of change of curvature with respect to the road shape of FIG.

図８に示す軌道は、車両の走行軌道における直線区間の曲率を実際の道路の直線区間の曲率と同じくし、車両の走行軌道における直線区間の曲率を実際の道路の直線区間の曲率と同じくし、車両の走行軌道における緩和曲線区間を実際の道路の緩和曲線区間とは異なるようにしている。 In the track shown in FIG. 8, the curvature of the straight section on the running track of the vehicle is the same as the curvature of the straight section of the actual road, and the curvature of the straight section on the running track of the vehicle is the same as the curvature of the straight section on the actual road. In this case, the transition curve section in the traveling trajectory of the vehicle is different from the transition curve section of the actual road.

この場合、図８に示す自車両の走行軌道における直線区間と緩和曲線区間とが接続する位置は、図７に示す実際の道路における直線区間と緩和曲線区間とが接続する位置とは異なっている。同様に、自車両の走行軌道における緩和曲線区間と円弧区間とが接続する位置は、実際の道路における緩和曲線区間と円弧区間とが接続する位置とは異なっている。 In this case, the position where the straight section and the transition curve section on the traveling track of the own vehicle shown in FIG. 8 are connected is different from the position where the straight section and the transition curve section on the actual road shown in FIG. 7 are connected. . Similarly, the position where the transition curve section and the arc section are connected on the traveling track of the host vehicle is different from the position where the transition curve section and the arc section are connected on the actual road.

図９は、図７の軌道と図８の軌道における軌道上の走行距離と軌道の曲率の関係および軌道上の走行距離と軌道の曲率の変化率を示したグラフである。図９において、破線で示した図８の軌道の曲率変化は、実線で示した図７の軌道の曲率変化に対して滑らかになっており、道路形状と軌道の誤差を許容することで、実際の道路形状と車両が走行する軌道との曲率の変化特性を変えている。図９から明らかなように、本発明では、曲率の変化率が連続的に変化するような軌道で自車両を走行させていることから、横加加速度も連続的に印加されるようにされており、不連続な横加加速度に起因する違和感を低減することが可能となる。図９では、曲率の変化率が三角波となる例を挙げているが、ガウス曲線や、サイン逓減等の形状でもよい。係る場合において共通する事項は、曲率緩和区間と一定区間との間で、曲率の変化率が連続的に変化していること、また、曲率緩和区間において、曲率の変化率が変極点を有している点が挙げられる。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the distance traveled on the track and the curvature of the track in the track shown in FIG. 7 and the track shown in FIG. 8, and the rate of change in the distance traveled on the track and the curvature of the track. In FIG. 9, the change in the curvature of the trajectory in FIG. 8 indicated by the broken line is smoother than the change in the curvature of the trajectory in FIG. 7 indicated by the solid line. The characteristic of change in curvature between the road shape and the track on which the vehicle travels is changed. As is clear from FIG. 9, in the present invention, since the host vehicle is running on a trajectory in which the rate of change in curvature changes continuously, the lateral jerk is also applied continuously. In addition, it is possible to reduce discomfort caused by discontinuous lateral jerk. FIG. 9 shows an example in which the rate of change of the curvature is a triangular wave. However, a shape such as a Gaussian curve or a sine decrease may be used. A common matter in such a case is that the rate of change of curvature continuously changes between the curvature mitigation section and the fixed section, and that the curvature change rate has an inflection point in the curvature mitigation section. Point.

次に、２箇所の円弧区間をまとめて扱えることについて説明する。 Next, the fact that two arc sections can be handled collectively will be described.

図１０は、二つのカーブとその前後の道路の形状を、図７と同様に曲率の変化特性に応じた区間に区切ったものである。対して図１１は、車両の全幅に対する車線の幅の余裕を活用して、図１０と同一の道路形状について曲率が増減する頻度を減らし、なおかつ曲率の変化が滑らかとなるように、各区間を当てはめ直したものである。円弧区間を１箇所にするため、車線の中心を表す破線に対して、軌道を表す実線をややずらしている。道路形状に対する誤差を許容しつつ、概ね直線とみなせる区間と概ね円弧とみなせる区間をまず当てはめ、それらの間に曲率が滑らかに単調変化する緩和曲線を生成して接続する。図１２は、図１０の軌道と図１１の軌道における曲率の変化を示したグラフである。下のグラフでは曲率の増加が一度にとどめられており、近似的に粗く分割した区間に対して緩和曲線を生成すれば、よりスムーズな軌道が得られることを意味する。逆に、必要に応じて、曲率が単調変化する一区間をさらに分割して複数の円弧区間を当てはめることもできる。例えば最も極端な想定として、車線の幅の余裕が全くなく、なおかつ定式化された緩和曲線を当てはめられない場合には、軌道上の各位置の曲率を持つ無限個の円弧で近似されることになる。ただし実際には多少なりとも車線の幅の余裕があるので、いずれも有限個の、直線区間と、任意の方程式で定式化された緩和曲線区間と、円弧区間と、で軌道を表現できることは保証される。 FIG. 10 divides the shapes of the two curves and the roads before and after the two curves into sections corresponding to the change characteristics of the curvature similarly to FIG. On the other hand, FIG. 11 uses the margin of the lane width with respect to the entire width of the vehicle to reduce the frequency of the increase and decrease of the curvature for the same road shape as in FIG. 10 and to make each section so that the curvature changes smoothly. It has been refitted. The solid line representing the track is slightly shifted from the broken line representing the center of the lane in order to make the arc section one place. A section that can be regarded as a substantially straight line and a section that can be regarded as a substantially circular arc are first applied while allowing an error with respect to the road shape, and a relaxation curve whose curvature changes monotonously smoothly is generated and connected therebetween. FIG. 12 is a graph showing a change in curvature between the trajectory in FIG. 10 and the trajectory in FIG. In the graph below, the curvature increases only once, which means that a smoother trajectory can be obtained by generating a transition curve for an approximately coarsely divided section. Conversely, if necessary, one section where the curvature monotonously changes may be further divided to apply a plurality of arc sections. For example, as the most extreme assumption, if there is no margin for lane width and if a formulated relaxation curve cannot be applied, it is approximated by an infinite number of arcs with curvature at each position on the track. Become. However, since there is some margin of lane width in practice, it is guaranteed that the trajectory can be represented by a finite number of straight sections, a transition curve section formulated by an arbitrary equation, and an arc section. Is done.

このように、車線幅の情報を含む道路の形状に基づいて、軌道を区分する。 In this way, the trajectory is divided based on the road shape including the lane width information.

次に、直線区間と円弧区間とを繋ぎ、曲率が単調変化する緩和曲線区間の具体的な軌道生成方法について述べる。汎用性を持たせるため、円弧区間の曲率と、その円弧と直線との相対的な位置関係に基づいて緩和曲線を定められるようにする。 Next, a specific trajectory generation method for connecting a straight section and an arc section to form a transition curve section whose curvature changes monotonously will be described. In order to provide versatility, the relaxation curve can be determined based on the curvature of the arc section and the relative positional relationship between the arc and the straight line.

まず、絶対座標系で表された地図情報に基づいて、曲率が単調変化する区間で接続される直線区間と円弧区間の組を抽出する。このとき、曲率が増減する頻度を減らすようにする例を、前述の図１１で示した。これに基づいて、円弧の中心と直線との距離d、及び円弧の曲率κcが定まる。なお、直線は必ず円弧の外側に位置しないと両者を単調変化する曲率で接続できないため、直線と円弧の中心との距離dは、円弧の半径1/κc以上となる。ここで、緩和曲線の形状を定めるにあたっては、円弧と直線との相対的な位置関係のみが意味を持つので、取り扱い易いように設定した局所座標系に変換する。 First, based on map information expressed in an absolute coordinate system, a set of a straight section and an arc section connected in a section where the curvature monotonically changes is extracted. At this time, an example in which the frequency at which the curvature increases or decreases is reduced is shown in FIG. 11 described above. Based on this, the distance d between the center of the arc and the straight line and the curvature κc of the arc are determined. Since the straight line cannot be connected with a monotonically changing curvature unless it is positioned outside the arc, the distance d between the straight line and the center of the arc is equal to or larger than the radius 1 / κc of the arc. Here, in determining the shape of the relaxation curve, only the relative positional relationship between the arc and the straight line is significant, so that the local coordinate system is set to be easy to handle.

図１３は、点線で示す円弧と破線で示す直線との位置関係を局所座標系として設定したx-y平面上に描き、それらに重ねて、円弧と直線とを繋ぐ緩和曲線に用いる後述の関数を実線で描いたものである。緩和曲線に用いる関数の定義域はx軸全域であるが、円弧との接続点と直線との接続点との間の区間を本軌道における緩和曲線として使用する。この局所座標系において、円弧は、曲率κcで、原点を通り、y軸上かつyが正の座標に中心を持つように置く。 FIG. 13 depicts a positional relationship between an arc indicated by a dotted line and a straight line indicated by a dashed line on an xy plane set as a local coordinate system, and superimposed on them, and a function described later used for a transition curve connecting the arc and the straight line is indicated by a solid line. It was drawn in. The domain of the function used for the transition curve is the entire x-axis, but the section between the connection point with the arc and the connection point with the straight line is used as the transition curve in this orbit. In this local coordinate system, the arc is placed at the curvature κc, passing through the origin, on the y-axis, and centered on y-positive coordinates.

図１４と図１５は、図１３に基づいて円弧と緩和曲線と直線とで構成された軌道を描いたものである。図１４は直線から減速しながら右カーブに入っていく場合の車両の向きを示したものであり、図１５は、同じ軌道を逆に辿り、左カーブから加速しながら直線に抜けていく場合の車両の向きを示したものである。カーブの左右と、加速側と減速側は対称に扱えるので、いずれの場合も緩和曲線は局所座標系の第1象限において取り扱う。 FIGS. 14 and 15 illustrate a trajectory composed of an arc, a transition curve, and a straight line based on FIG. FIG. 14 shows the direction of the vehicle when entering the right curve while decelerating from a straight line, and FIG. 15 shows the case where the vehicle follows the same trajectory in reverse and exits a straight line while accelerating from the left curve. It shows the direction of the vehicle. Since the left and right sides of the curve and the acceleration side and the deceleration side can be handled symmetrically, in each case, the relaxation curve is handled in the first quadrant of the local coordinate system.

このとき、円弧の方程式は、 At this time, the equation of the arc is

となる。

Becomes

直線は0以上の傾きmを持ち、y切片nが0以下となるように置く。 The straight line has a slope m of 0 or more, and is placed so that the y-intercept n is 0 or less.

したがって、直線の方程式は、 Thus, the equation for a straight line is

となる。

Becomes

その上で、円弧と緩和曲線との接続点が原点となるような緩和曲線を求める。接続点を原点とするのは、緩和曲線をxの関数として表す場合に、円弧との接続点における曲率と曲率の変化率の計算を容易にするためである。このように局所座標系では円弧と緩和曲線との接続点の座標を予め固定するが、直線の傾きmは未知数とする。絶対座標系においてある傾きを持つ直線の、局所座標系における傾きを未知数とすることは、絶対座標系から局所座標系への座標変換の回転角度が未知数であることを意味する。したがって絶対座標系では円弧と緩和曲線との接続点の座標は求めるべき未知数であり、一般性を失わない。また、緩和曲線と直線との接続点の座標も未知数となる。 Then, a transition curve is determined such that the connection point between the arc and the transition curve becomes the origin. The reason for setting the connection point as the origin is to facilitate calculation of the curvature at the connection point with the arc and the rate of change of curvature when the transition curve is represented as a function of x. As described above, in the local coordinate system, the coordinates of the connection point between the arc and the transition curve are fixed in advance, but the slope m of the straight line is an unknown number. Making the inclination of a straight line having a certain slope in the absolute coordinate system in the local coordinate system an unknown number means that the rotation angle of the coordinate transformation from the absolute coordinate system to the local coordinate system is an unknown number. Therefore, in the absolute coordinate system, the coordinates of the connection point between the arc and the transition curve are unknown numbers to be obtained, and generality is not lost. The coordinates of the connection point between the transition curve and the straight line are also unknown.

なお、d=1/κcの場合は、円弧と直線が原点で接するので、両者を緩和曲線でつなぐ余地はなく、直線と円弧が直接接続される軌道となる。ただし、これは元々の道路形状に緩和曲線区間がなく、なおかつ車線幅の余裕が皆無である場合に限られるので、現実的にはd>1/κcとして、軌道に緩和曲線区間を設けることができる。 In the case of d = 1 / κc, since the arc and the straight line are in contact at the origin, there is no room for connecting the two with a transition curve, and the trajectory is directly connected to the straight line and the arc. However, this is limited to the case where the original road shape does not have a transition curve section and there is no margin of lane width.Therefore, it is practical to set the transition curve section on the track as d> 1 / κc. it can.

以上を前提として、求める緩和曲線の必要条件を挙げる。 Based on the above, the necessary conditions of the relaxation curve to be obtained will be described.

直線との接続点と、円弧との接続点のいずれにおいても
１．接続点を通ること。 At both the connection point with the straight line and the connection point with the arc 1. Through a connection point.

２．傾きが一致すること。 2. The slopes match.

３．曲率が一致すること。 3. The curvatures match.

４．曲率変化が連続である、つまり曲率が微分可能であること。 4. The curvature change is continuous, that is, the curvature is differentiable.

上記１．は、軌道を走行する車両の横変位が接続点で連続していなければならないことを意味する。 The above 1. Means that the lateral displacement of the vehicle traveling on the track must be continuous at the connection point.

上記２．は、車両の向きが接続点で連続していなければならないことを意味する。 The above 2. Means that the direction of the vehicle must be continuous at the connection point.

上記３．は、車両に作用する横加速度が接続点で連続していなければならないことを意味する。 3 above. Means that the lateral acceleration acting on the vehicle must be continuous at the connection point.

上記４．は、車両に作用する横加加速度が接続点で連続していなければならないことを意味する。必然的に、曲率の変化率が連続となり、曲率は、直線との接続点では下に凸、円弧との接続点では上に凸になるので、両者の間に変曲点を有することになる。これはクロソイド曲線では満足できない条件である。 4 above. Means that the lateral jerk acting on the vehicle must be continuous at the connection point. Inevitably, the rate of change of curvature becomes continuous, and the curvature becomes convex downward at the point of connection with the straight line and upwardly convex at the point of connection with the arc, so that there is an inflection point between the two. . This is a condition that cannot be satisfied by the clothoid curve.

緩和曲線を、上記４つの条件を満たす関数として未知数を含んだ式で仮に設定し、前述の前提の段階で置いた未知数と共に解く。 A transition curve is temporarily set by an expression including unknowns as a function satisfying the above four conditions, and is solved together with the unknowns set in the above-described premise.

緩和曲線は曲率が変曲点を持つ必要があるので、2次導関数の振幅aと角周波数ωが未知の正弦波、かつ2次導関数の符号が常に正となるように、 Since the curvature of the transition curve needs to have an inflection point, the amplitude a of the second derivative and the angular frequency ω are unknown sine waves, and the sign of the second derivative is always positive.

と置く。

And put.

この関数は、1次導関数y’が This function has the first derivative y '

であり、2次導関数y’’が

And the second derivative y '' is

である。

It is.

曲率κ(x)の方程式は、 The equation for the curvature κ (x) is

となり、このうちxが0以上で曲率が単調増加する範囲を緩和曲線として利用する。

Where the range where x is 0 or more and the curvature monotonically increases is used as a relaxation curve.

数６〜８のうち、既知数がd, κcであり、未知数がa, m, n, ωである。 Among Equations 6 to 8, the known numbers are d and κc, and the unknown numbers are a, m, n, and ω.

ここで、円弧と緩和曲線との接続点、つまり原点における緩和曲線の曲率κ(0)は、円弧の曲率κcと一致しなければならないので、 Here, the connection point between the arc and the transition curve, that is, the curvature κ (0) of the transition curve at the origin must match the curvature κc of the arc.

となり、未知数はm, n, ωに絞られる。

And the unknowns are narrowed down to m, n, and ω.

直線と緩和曲線との接続点(xi, yi)では緩和曲線の曲率が0になるので、そのx座標xiは、数１１から、 At the connection point (xi, yi) between the straight line and the transition curve, the curvature of the transition curve becomes zero.

となる。

Becomes

これを緩和曲線の数８に代入すると、直線と緩和曲線との接続点のy座標yiも求まり、 Substituting this into Equation 8 of the transition curve, the y coordinate yi of the connection point between the straight line and the transition curve is also obtained,

となる。

Becomes

この接続点は直線上にあるので、直線の数７にxiとyiを代入すると、 Since this connection point is on a straight line, substituting xi and yi into the number 7 of the straight line gives

の関係が得られる。

Is obtained.

また、この接続点での緩和曲線の傾きが直線の傾きmと等しいので、 Also, since the slope of the transition curve at this connection point is equal to the slope m of the straight line,

となる。

Becomes

さらに、直線と円弧の中心との距離がdなので、 Furthermore, since the distance between the straight line and the center of the arc is d,

である。

It is.

数１５〜１７から、未知数m, n, ωについて解くことができ、 From equations 15-17, we can solve for the unknowns m, n, ω,

となる。数１８を数１９に代入し、数１９を数２０に代入することで、最終的に直線と緩和曲線の形状が求まる。

Becomes By substituting equation (18) into equation (19) and substituting equation (19) into equation (20), the shapes of the straight line and the transition curve are finally obtained.

図１６は、上記の手順に従ってκc=0.02[1/m], d=51[m]の場合の軌道を計算した例である。上側の図から、直線区間と円弧区間が緩和曲線で接続され、緩和曲線前後の曲率が連続であることはわかるが、x-y平面上では曲率の変化を視覚的に把握しにくいので、曲率を縦軸にとったグラフを下側に示す。走行距離Lに対して曲率が増加する方向に走行する場合で示しており、横軸は、直線から緩和曲線区間に入ってからの走行距離である。曲率が全域で微分可能であり、変曲点を有している。すなわち、前述の緩和曲線の必要条件１．〜４．を全て満たしていることがわかる。 FIG. 16 shows an example of calculating the trajectory when κc = 0.02 [1 / m] and d = 51 [m] according to the above procedure. From the upper figure, it can be seen that the straight section and the arc section are connected by a transition curve, and the curvature before and after the transition curve is continuous, but it is difficult to visually grasp the change in curvature on the xy plane. The graph with the axis is shown below. The case where the vehicle travels in the direction in which the curvature increases with respect to the travel distance L is shown, and the horizontal axis is the travel distance after entering the transitional curve section from the straight line. The curvature is differentiable throughout and has an inflection point. That is, the necessary conditions for the above-described relaxation curve ~ 4. It can be seen that all the conditions are satisfied.

軌道と初速を与えれば、G-VECTORING制御を適用した車両の速度プロファイル及び加速度プロファイルが数４及び数５によって定まることは先に述べた。 As described above, given the trajectory and the initial speed, the velocity profile and acceleration profile of the vehicle to which the G-VECTORING control is applied are determined by Equations 4 and 5.

図１７は、図１６の軌道を初速Vi=15[m/s]、G-VECTORING制御ゲインCxy=1[s]で走行した場合の、数５を用いて算出した前後加速度Gxと横加速度Gyであり、図１８は、その際の加速度ベクトルの大きさ|G|の遷移である。前後加速度が下に凸の波形で変化するとともに、横加速度が滑らかに増加し、その後滑らかに定加速度に収束することによって、加速度ベクトルが弧状に遷移し、安定して加速度ベクトルの大きさが増加していることがわかる。 FIG. 17 shows the longitudinal acceleration Gx and the lateral acceleration Gy calculated using Equation 5 when the vehicle travels on the trajectory of FIG. 16 at the initial speed Vi = 15 [m / s] and the G-VECTORING control gain Cxy = 1 [s]. FIG. 18 shows the transition of the magnitude | G | of the acceleration vector at that time. The longitudinal acceleration changes in a downwardly convex waveform, and the lateral acceleration smoothly increases and then smoothly converges to a constant acceleration, so that the acceleration vector transitions in an arc shape and the magnitude of the acceleration vector stably increases. You can see that it is doing.

また、図１６に示した曲率の増加に伴って減速するので、図１７上側に示した前後加速度が、曲率の変曲点に向かって減少し、変曲点近傍で、減少から増加に転じている。これに対して、曲率が減少する場合では加速するので、前後加速度が曲率の変曲点に向かって増加し、変曲点近傍で、増加から減少に転じる。つまり、いずれの場合も、曲率の変曲点に向かって前後加速度の絶対値が増加し、その値は変曲点近傍で増加から減少に転じる。 In addition, since the vehicle decelerates with the increase in the curvature shown in FIG. 16, the longitudinal acceleration shown in the upper part of FIG. 17 decreases toward the inflection point of the curvature, and changes from decreasing to increasing near the inflection point. I have. On the other hand, when the curvature decreases, the vehicle accelerates. Therefore, the longitudinal acceleration increases toward the inflection point of the curvature, and changes from increasing to decreasing near the inflection point. That is, in any case, the absolute value of the longitudinal acceleration increases toward the inflection point of the curvature, and the value changes from increasing to decreasing near the inflection point.

なお、必ずしも厳密にG-VECTORING制御の制御則に従わなくとも、上記に類似した前後加速度プロファイルであれば、G-Gダイアグラムは円弧状に遷移する傾向になる。 Note that, even if the G-G diagram does not necessarily strictly follow the control rule of the G-VECTORING control, if the longitudinal acceleration profile is similar to the above, the GG diagram tends to transition in an arc shape.

図１９は、同じ軌道を走行する際に、前後加速度プロファイルを概ね台形状とした場合の前後加速度Gxと横加速度Gyであり、図２０は、その際の加速度ベクトルの大きさ|G|の遷移である。G-VECTORING制御に従った場合よりは、角張る傾向となるが、加速度ベクトルの大きさは極小値を持たず、図４や図６のような、加速度ベクトルの大きさが一旦小さくなって再度大きくなるような変化よりも良好と言える。つまり、G-VECTORING制御を適用しなくとも、本実施例によって生成した軌道に沿って走行すれば、不適な軌道にG-VECTORING制御を適用して走行した場合よりも良好なG-Gダイアグラムが得られる場合がある。したがって、本軌道生成方法を組み込んだ軌道生成装置によって生成された軌道に沿って走行し、前後運動はG-VECTORING制御以外の減速ロジックを用いても良い。ただし、G-VECTORING制御を適用すればより良好な効果が得られる。 FIG. 19 shows the longitudinal acceleration Gx and the lateral acceleration Gy when the longitudinal acceleration profile is substantially trapezoidal when traveling on the same track. FIG. 20 shows the transition of the magnitude | G | of the acceleration vector at that time. It is. Although it tends to be more angular than in the case of following the G-VECTORING control, the magnitude of the acceleration vector does not have a minimum value, and the magnitude of the acceleration vector once decreases as shown in FIGS. It is better than a change that increases. That is, even if the G-VECTORING control is not applied, if the vehicle travels along the trajectory generated according to the present embodiment, a better GG diagram is obtained than when the vehicle travels by applying the G-VECTORING control to an inappropriate trajectory. There are cases. Therefore, the vehicle may travel along the trajectory generated by the trajectory generation device incorporating the trajectory generation method, and the back-and-forth movement may use deceleration logic other than the G-VECTORING control. However, a better effect can be obtained by applying G-VECTORING control.

緩和曲線の形状の詳細について補足する。 The details of the shape of the transition curve will be supplemented.

本実施例で緩和曲線として用いる関数の置き方では、曲率を表す数１１の分子は正弦波の形状であるのに対して、分母が単調増加するため、緩和曲線の曲率の変曲点は中間よりも円弧側に位置する。仮に曲率の変曲点が緩和曲線のちょうど中間にあると、直線と変曲点との間を走行するのに要する時間より、速度が相対的に遅い円弧と変曲点との間を走行するのに要する時間の方が長くかかる。乗員は時間に対する加速度の変化を感じるので、緩和曲線を走行する時間は変曲点通過前後で均等化される方が加速度の変化が穏やかとなる。そのため、緩和曲線の曲率の変曲点が中間よりも円弧側に位置することは望ましい特性である。したがって、必要条件に基づいて緩和曲線を数８で置いたことは、G-Gダイアグラムを円滑に遷移させる軌道の生成方法としては、他の条件を付加せずとも十分である。 In the method of placing the function used as the relaxation curve in the present embodiment, the numerator of Equation 11 representing the curvature has a sinusoidal shape, whereas the denominator monotonically increases. It is located on the arc side. If the inflection point of the curvature is exactly in the middle of the relaxation curve, the vehicle travels between the arc and the inflection point whose speed is relatively slower than the time required to travel between the straight line and the inflection point. Takes longer. Since the occupant feels the change in acceleration with respect to time, the change in acceleration becomes gentler when the traveling time on the relaxation curve is equalized before and after passing the inflection point. Therefore, it is a desirable characteristic that the inflection point of the curvature of the relaxation curve is located closer to the arc than the middle. Therefore, the fact that the relaxation curve is set in Equation 8 based on the necessary conditions is sufficient as a method for generating a trajectory that smoothly transitions the GG diagram without adding other conditions.

以上が、軌道生成方法とその効果である。 The above is the trajectory generation method and its effect.

本軌道生成方法を利用するために、演算処理装置に必要な情報を入出力する論理的な仕組みを付加することによって軌道生成装置が構成される。図２１に軌道生成装置の入出力を示す。入力情報は車線幅を含む道路の形状であり、出力情報は、生成された目標軌道である。 In order to use this trajectory generation method, a trajectory generation device is configured by adding a logical mechanism for inputting and outputting necessary information to and from an arithmetic processing device. FIG. 21 shows the input / output of the trajectory generation device. The input information is the shape of the road including the lane width, and the output information is the generated target trajectory.

図２２のフローチャートに、軌道生成装置が道路形状から軌道を生成する処理を示す。道路の形状を曲率の変化特性に応じて、直線区間と円弧区間と曲率が単調変化する区間に近似的に粗く分割（１０１）する。分割した区間の内、直線と円弧を抽出（１０３）する。直線と円弧からその間の緩和曲線を算出して軌道を生成（１０４）する。次に、生成した軌道が車線幅の範囲に収まるかを判定（１０５）する。生成した軌道は車線の中心からのずれがあるので、車線幅の範囲に収まっていなければ、その区間の前後について当初の粗い分割よりも分割数を増やす（１０６）。その上で再度、同様に直線と円弧を抽出（１０３）して軌道を生成（１０４）し、その軌道が車線の範囲の収まった段階（１０５）で最終的な出力とし、処理を終了（１０７）する。なお、道路の形状は曲率の変化特性毎に有限個に分割した区間で表せるので、分割を増やす（１０６）処理は有限回で軌道が出力される。 FIG. 22 is a flowchart illustrating a process in which the trajectory generation device generates a trajectory from a road shape. The shape of the road is roughly and roughly divided (101) into a straight section, an arc section, and a section in which the curvature monotonically changes according to the change characteristic of the curvature. From the divided sections, straight lines and arcs are extracted (103). A trajectory is generated (104) by calculating a relaxation curve between the straight line and the circular arc. Next, it is determined whether the generated trajectory falls within the range of the lane width (105). Since the generated trajectory is displaced from the center of the lane, if it does not fall within the range of the lane width, the number of divisions before and after the section is increased from the initial coarse division (106). Then, a straight line and a circular arc are similarly extracted again (103) to generate a trajectory (104). When the trajectory falls within the range of the lane (105), the final output is obtained, and the processing is terminated (107). ). Since the shape of the road can be represented by a finite number of sections for each curvature change characteristic, the trajectory is output finitely in the process of increasing the number of divisions (106).

軌道生成装置として利用する場合は、必ずしもリアルタイム性が要求されるものではない。図２３に、広域の軌道をまとめて生成、保持する場合の構成を示す。例えば、装置の記憶容量と演算性能が許す限り、地図情報に基づく広域の道路の形状を入力しておき、対応する広域の軌道を事前に生成しておいて、必要なときに必要な区間で利用することができる。他にも、車線変更を伴う典型的な追い越しの場面であれば、追い越し対象車の速度と自車の速度によって道路上の走行可能部分がおおよそ限定されるので、その範囲を走行する軌道を事前にパターン化しておくことができる。 When used as a trajectory generator, real-time properties are not always required. FIG. 23 shows a configuration in a case where the orbits of a wide area are collectively generated and held. For example, as long as the storage capacity and computational performance of the device allow, input the shape of a wide-area road based on map information, generate a corresponding wide-area trajectory in advance, and execute Can be used. In addition, in a typical overtaking scene with lane change, the speed of the vehicle to be overtaken and the speed of the own vehicle roughly limit the drivable part on the road. Can be patterned.

これらの場合で、事前に生成した軌道を走行し得ないときには、他の仕組みによって軌道を変更する必要があり、その際は好ましい軌道から外れることになる。しかしその反面、生成した軌道を走行できるときの効果は同一でありながら計算負荷が抑制できるという利点を有する。 In these cases, if it is not possible to travel on the previously generated trajectory, it is necessary to change the trajectory by another mechanism, in which case it will deviate from the preferred trajectory. However, on the other hand, there is an advantage that the effect of being able to travel on the generated track is the same, but the calculation load can be suppressed.

実施例２では、上記軌道生成の方法を組み込んだ走行制御装置として、軌道生成部へ軌道生成に必要な情報が入力され、生成された軌道を走行するための操舵と加減速を制御する仕組みを含む形態について説明する。 In the second embodiment, as a travel control device incorporating the above-described trajectory generation method, a mechanism for inputting information necessary for trajectory generation to a trajectory generation unit and controlling steering and acceleration / deceleration for traveling on the generated trajectory is described. The following is a description of the modes that include this.

本実施例では、軌道生成部が組み込まれ、車両に搭載される走行制御装置について説明する。軌道生成部は、実施例１で述べた軌道生成装置の働きに加えて、後述のリアルタイムに目標軌道を再生成する働きをする。 In the present embodiment, a travel control device incorporating a track generation unit and mounted on a vehicle will be described. The trajectory generation unit has a function of regenerating a target trajectory in real time, which will be described later, in addition to the function of the trajectory generation device described in the first embodiment.

車両は、走行制御装置の制御指令によって運転者の操作に依存せずに操舵と加減速を行う仕組みを有する。これは自動運転機能に必須であり、運転者の操作を補助する運転支援機能にも活用できる。 The vehicle has a mechanism for performing steering and acceleration / deceleration without depending on a driver's operation according to a control command of a traveling control device. This is indispensable for the automatic driving function and can also be used for a driving support function for assisting the driver's operation.

図２４は、制御対象の車両１が備える各種の装置とシステム構成を示したものである。
操舵装置１８はEPS（電動パワーステアリング）を備える。EPSは、運転者による操舵力を増幅するパワーステアリングとしての機能に加えて、走行制御装置１５が送信する制御指令を受信して、能動的なアクチュエータとして運転者の操作に依存せずに左前輪１１と右前輪１２を操舵する機能を有する。 FIG. 24 shows various devices and a system configuration of the vehicle 1 to be controlled.
The steering device 18 includes an EPS (Electric Power Steering). The EPS receives a control command transmitted by the cruise control device 15 in addition to a function as a power steering for amplifying a steering force by the driver, and operates as an active actuator without depending on the operation of the left front wheel. It has a function of steering the front wheel 11 and the right front wheel 12.

駆動装置１９は、内燃機関または電動モータまたはその両方で構成され、走行制御装置１５が送信する制御指令を受信して、減速機２５とドライブシャフト２６を介して駆動輪である左前輪１１と右前輪１２に駆動力を発生させて車両１を走行させる。また、駆動輪に制動力を発生させて車両１を減速させる。制御指令に応じて、運転者の操作に依存せずに加減速を行うことができる。 The driving device 19 is configured by an internal combustion engine and / or an electric motor, receives a control command transmitted by the traveling control device 15, and drives the left front wheel 11, which is a driving wheel, via the reduction gear 25 and the drive shaft 26. The vehicle 1 is caused to travel by generating a driving force on the front wheels 12. Further, the vehicle 1 is decelerated by generating a braking force on the drive wheels. According to the control command, acceleration / deceleration can be performed without depending on the operation of the driver.

制動制御装置２０は、走行制御装置１５が送信する制御指令を受信して、制動装置２１〜２４に液圧を作用させて制動力を制御する機能を有する。制御指令に応じて、運転者の操作に依存せずに減速を行うことができる。 The braking control device 20 has a function of receiving a control command transmitted by the traveling control device 15 and applying a hydraulic pressure to the braking devices 21 to 24 to control a braking force. According to the control command, deceleration can be performed without depending on the operation of the driver.

制動装置２１〜２４は、制動制御装置２０からの液圧を受けて作動し、4輪１１〜１４それぞれに制動力を発生させる。 The braking devices 21 to 24 operate in response to the hydraulic pressure from the braking control device 20, and generate braking forces on the four wheels 11 to 14, respectively.

走行制御装置１５には、GPSセンサ１７、慣性センサ１６、車両前方の外界情報を取得するカメラ２８、側方画像センサ２９、及び制動制御装置を経由して車輪速センサ３１〜３４、からの情報が入力され、それらに基づいて、操舵装置１８、駆動装置１９、制動制御装置２０、に制御指令を送り、車両１の運動を制御する。 The traveling control device 15 includes information from a GPS sensor 17, an inertial sensor 16, a camera 28 for acquiring outside world information ahead of the vehicle, a side image sensor 29, and wheel speed sensors 31 to 34 via a braking control device. The control command is sent to the steering device 18, the drive device 19, and the brake control device 20 to control the motion of the vehicle 1 based on them.

制駆動装置として制動装置２１〜２４と駆動装置１９が協調して制動力を制御したり、操舵装置１８が操舵機構と操舵制御装置で構成されたりする等、各装置の構成は分割あるいは統合されていても良い。 The braking devices 21 to 24 and the driving device 19 cooperate with each other as braking / driving devices to control braking force, and the steering device 18 is composed of a steering mechanism and a steering control device. May be.

図２５は、走行制御装置１５の内部の処理構成を示したものである。走行制御装置１５は、軌道生成部と走行制御部を備える。 FIG. 25 shows an internal processing configuration of the travel control device 15. The travel control device 15 includes a track generation unit and a travel control unit.

軌道生成部には、車両前方を撮影するカメラ２８からリアルタイムに取得される外界情報、及び現在の車両の位置と進行方向と速度が入力される。また、車線幅を含む道路のカーブ形状の情報として、事前に取得した地図情報と、それに基づいて事前に生成した軌道の情報を保持している。車両の位置と進行方向と速度は、GPSセンサ１７、加速度及び角速度を検出する慣性センサ１６、車輪速センサ３１〜３４、操舵角センサ２７、車線あるいは道路端を検出する側方画像センサ２９の情報を統合して精度を高めて取得される。 The trajectory generation unit receives the external world information acquired in real time from the camera 28 that photographs the front of the vehicle, and the current position, traveling direction, and speed of the vehicle. Further, as the information on the curve shape of the road including the lane width, the map information acquired in advance and the trajectory information generated in advance based on the map information are held. The position, traveling direction and speed of the vehicle can be obtained from information from a GPS sensor 17, an inertial sensor 16 for detecting acceleration and angular velocity, wheel speed sensors 31 to 34, a steering angle sensor 27, and a side image sensor 29 for detecting a lane or a road edge. The accuracy is obtained by integrating.

走行制御部には、軌道生成部から出力された目標軌道が入力されるのに加え、現在の車両の位置と進行方向と速度が入力される。 The travel control unit receives the target trajectory output from the trajectory generation unit as well as the current position, traveling direction, and speed of the vehicle.

走行制御部は、目標軌道に追従するように操舵装置１８のアクチュエータにフィードフォワード制御による操舵指令を送るとともに、車両の目標軌道からのずれを検知してフィードバック制御する。同時に駆動装置１９と制動制御装置２０にも指令を送り、加減速あるいは速度を制御する。 The travel control unit sends a steering command by feedforward control to the actuator of the steering device 18 so as to follow the target track, and detects a deviation of the vehicle from the target track to perform feedback control. At the same time, a command is also sent to the driving device 19 and the braking control device 20 to control acceleration / deceleration or speed.

目標軌道に追従させるためのアクチュエータとしては、主として操舵装置１８を用いるが、制動装置２１〜２４あるいは駆動装置１９によって4輪の制駆動力配分を変化させたり、サスペンション装置を能動的に制御したりする等、他の装置を併用しても良い。 As the actuator for following the target trajectory, the steering device 18 is mainly used, but the braking / driving force distribution of the four wheels is changed by the braking devices 21 to 24 or the driving device 19, or the suspension device is actively controlled. Other devices may be used together.

図２６のフローチャートは、実施例１の図２３の処理によって事前に生成していた軌道では、地図に反映されていない道路の情報や外乱によって、車線を逸脱したり、障害物に衝突したり、制御量が過大になったりする恐れがある場合に、軌道生成部において軌道を再生成する処理の1制御周期分を示したものである。 The flowchart in FIG. 26 illustrates that the trajectory generated in advance by the processing in FIG. 23 of the first embodiment deviates from the lane or collides with an obstacle due to road information or disturbance that is not reflected on the map. FIG. 9 shows one control cycle of a process of regenerating a trajectory in the trajectory generation unit when there is a possibility that the control amount becomes excessive.

処理が開始（２０１）されると、随時車両前方の状況をカメラ２８で捉えて、地図情報と前方の道路形状との誤差を、障害物の存在も含めて判断（２０２）する。基準値を上回る過大な誤差が検知された場合は、軌道生成部が予め保持している軌道生成用の地図情報を前方の道路形状に合わせて修正（２０３）する。修正の後、あるいは先の地図情報と前方の道路形状との誤差の判定（２０２）の結果が過大でない場合は、緩和曲線区間を走行中か否かを判定し、緩和曲線区間を走行中であれば、この制御周期での処理を終了（２１０）する。緩和曲線区間でなく直線区間あるいは円弧区間を走行していれば、目標軌道と現在の走行位置との基準値を上回る過大な誤差があるかを判定（２０５）する。過大な誤差がある場合、直線区間を走行中（２０６）であれば、緩和曲線の軌道生成の前提となる直線を現在の走行位置に重なるように取り直し、円弧区間を走行中であれば、緩和曲線の軌道生成の前提となる円弧を現在の走行位置に重なるように取り直した上で、軌道を再生成（２０９）する。以上で1制御周期を終了（２１０）し、次の周期の処理を開始（２０１）する。 When the process is started (201), the situation in front of the vehicle is captured by the camera 28 at any time, and an error between the map information and the shape of the road in front is determined (202), including the presence of an obstacle. If an excessive error exceeding the reference value is detected, the trajectory generation unit corrects the trajectory generation map information held in advance according to the shape of the road ahead (203). After the correction or when the result of the determination (202) of the error between the preceding map information and the road shape in front is not excessive, it is determined whether or not the vehicle is traveling on the transitional curve section, and the vehicle is traveling on the transitional curve section. If there is, the process in this control cycle ends (210). If the vehicle is traveling in a straight section or an arc section instead of a transition curve section, it is determined whether there is an excessive error exceeding a reference value between the target track and the current traveling position (205). When there is an excessive error, if the vehicle is traveling in a straight section (206), the straight line on which the trajectory of the transition curve is generated is retaken so as to overlap the current traveling position. After the arc, which is a prerequisite for the generation of the curve trajectory, is retaken so as to overlap the current traveling position, the trajectory is regenerated (209). Thus, one control cycle is completed (210), and the processing of the next cycle is started (201).

目標軌道を再生成する必要があるか否かの判断に用いる、誤差の基準値は、過大な外乱を受けない限り上回ることのない値に設定する。これは、目標軌道からずれた場合に軌道追従制御によって急激に元の軌道に戻そうとすることによる横加速度の変動は防止しつつ、過度に頻繁な軌道の再生成を抑制するためである。 The reference value of the error, which is used to determine whether or not the target trajectory needs to be regenerated, is set to a value that does not exceed unless an excessive disturbance occurs. This is because when the vehicle deviates from the target trajectory, the trajectory follow-up control suddenly returns to the original trajectory, thereby preventing the lateral acceleration from fluctuating and suppressing excessively frequent trajectory regeneration.

上記一連の処理を経て、軌道生成部は、目標軌道を出力し、走行制御部に入力する。 After the above series of processes, the trajectory generator outputs the target trajectory and inputs it to the travel controller.

自動運転におけるシステム全体の動作の一例を説明する。 An example of the operation of the entire system in automatic driving will be described.

まず、軌道の直線区間で発進するとする。走行制御装置１５は、制動制御装置２０に対しては制動を解除する指令を送り、駆動装置１９に対しては既定の加速度で加速する指令を送る。すると車両１は停止状態から加速する。走行制御装置１５には車両１の速度が入力されているので、既定の速度に達したら、その速度を保つように駆動装置１９を制御し、定速走行に移行する。走行制御装置１５に入力される現在の車両１の位置と、軌道生成部から出力される目標軌道が常に比較され、両者のずれに応じた制御指令が走行制御装置１５から操舵装置１８に送られる。このフィードバック制御によって車両１は目標軌道に追従する。 First, it is assumed that the vehicle starts in a straight section of the track. The traveling control device 15 sends a command to release the braking to the braking control device 20 and sends a command to accelerate to a predetermined acceleration to the driving device 19. Then, the vehicle 1 accelerates from the stopped state. Since the speed of the vehicle 1 is input to the travel control device 15, when the speed reaches a predetermined speed, the drive device 19 is controlled so as to maintain the speed, and the vehicle shifts to constant speed traveling. The current position of the vehicle 1 input to the cruise control device 15 and the target trajectory output from the trajectory generation unit are constantly compared, and a control command corresponding to a deviation between the two is sent from the cruise control device 15 to the steering device 18. . The vehicle 1 follows the target trajectory by the feedback control.

ここで、軌道生成部が、地図情報と前方のカーブ形状との誤差を検知したとする。図２６に示した処理に従い、修正した地図情報に基づいてリアルタイムに軌道を再生成する。これにより、軌道生成部から出力される目標軌道は、再生成された軌道に変更される。この処理は、直線区間の走行中に限らず随時行われる。 Here, it is assumed that the trajectory generation unit detects an error between the map information and the curve shape ahead. According to the processing shown in FIG. 26, the trajectory is regenerated in real time based on the corrected map information. Thereby, the target trajectory output from the trajectory generation unit is changed to the regenerated trajectory. This processing is performed not only during traveling in the straight section, but at any time.

車両１が直線区間からカーブに進入する、つまり曲率が増加する緩和曲線区間に差し掛かると、走行制御装置１５はフィードフォワード制御として操舵装置１８に目標軌道の曲率に応じた操舵指令を送ると共に、駆動装置１９と制動制御装置２０に目標軌道の曲率増加に応じた減速指令を送る。操舵指令は、目標軌道の曲率の変曲点に向かって操舵を切り込む速度を増加させ、その後減少させるように操舵速度を制御する指令である。減速指令は、数５によって算出される。 When the vehicle 1 enters a curve from a straight section, that is, approaches a transition curve section where the curvature increases, the travel control device 15 sends a steering command according to the curvature of the target track to the steering device 18 as feedforward control, A deceleration command corresponding to the increase in the curvature of the target trajectory is sent to the driving device 19 and the braking control device 20. The steering command is a command for controlling the steering speed so that the speed at which the steering is turned toward the inflection point of the curvature of the target trajectory is increased and then reduced. The deceleration command is calculated by Expression 5.

操舵装置１８は、受信した操舵指令に従って左前輪１１と右前輪１２を操舵する。駆動装置１９は受信した減速指令に従って駆動力を減少させていき、負の駆動力すなわち制動力を駆動輪である左前輪１１と右前輪１２に発生させる。駆動装置１９による制動力を上回る減速指令となった場合には、制動制御装置２０が受信した減速指令に従って各輪の制動装置２１〜２４に液圧を作用させて制動力を発生させる。 The steering device 18 steers the left front wheel 11 and the right front wheel 12 according to the received steering command. The driving device 19 decreases the driving force in accordance with the received deceleration command, and generates a negative driving force, that is, a braking force on the left front wheel 11 and the right front wheel 12, which are the driving wheels. When the deceleration command exceeds the braking force of the driving device 19, the braking force is generated by applying hydraulic pressure to the braking devices 21 to 24 of each wheel according to the deceleration command received by the braking control device 20.

これによって車両１は減速しながら旋回を開始する。旋回中も車両１の位置と目標軌道は常に比較され、目標軌道に追従するように操舵装置１８が制御される。 As a result, the vehicle 1 starts turning while decelerating. Even during turning, the position of the vehicle 1 and the target trajectory are constantly compared, and the steering device 18 is controlled so as to follow the target trajectory.

車両１が緩和曲線区間から曲率が一定の円弧区間に差し掛かると、走行制御装置１５は、操舵装置１８に円弧の曲率に応じた操舵指令を送ると共に、数４に従って円弧区間では一定速で走行するため、駆動装置１９と制動制御装置２０への減速指令を解除し、駆動装置１９に対して加減速せずに一定の速度を維持する制御指令を送る。 When the vehicle 1 approaches a circular arc section having a constant curvature from the transition curve section, the traveling control device 15 sends a steering command according to the circular curvature to the steering device 18 and travels at a constant speed in the circular arc section according to Equation 4. Therefore, a deceleration command to the drive device 19 and the brake control device 20 is released, and a control command for maintaining a constant speed without acceleration / deceleration is sent to the drive device 19.

円弧区間から曲率が減少する緩和曲線区間に差し掛かると、走行制御装置１５は、操舵装置１８に目標軌道の曲率に応じて操舵角を戻していく指令を送ると共に、駆動装置１９に目標軌道の曲率減少に応じた加速指令を送る。操舵指令は、目標軌道の曲率の変曲点に向かって操舵を切り戻す速度を増加させ、その後減少させるように操舵速度を制御する指令である。加速指令は、減速指令と同様に数５によって算出される。 When approaching the relaxation curve section where the curvature decreases from the arc section, the travel control device 15 sends a command to return the steering angle according to the curvature of the target trajectory to the steering device 18, and sends a command to the drive device 19 for the target trajectory. An acceleration command is sent according to the curvature decrease. The steering command is a command for controlling the steering speed so that the speed at which the steering is turned back toward the inflection point of the curvature of the target trajectory is increased and then reduced. The acceleration command is calculated by Equation 5 as in the case of the deceleration command.

緩和曲線区間から直線区間に差し掛かると、走行制御装置１５から操舵装置１８に送られる操舵指令はほぼ直進に戻ってフィードバック制御で微修正されるのみとなり、目標軌道に沿った直進を維持する。ここで旋回を終えたことになる。このとき、速度は旋回を始める前の直線区間走行時の速度にほぼ戻っているので、走行制御装置１５から駆動装置１９に対して加減速せずに一定の速度を維持する制御指令を送る。直線区間から再びカーブに入るときには、また同様に操舵装置１８と駆動装置１９と制動制御装置２０が走行制御装置１５によって制御される。 When the vehicle approaches the straight section from the transition curve section, the steering command sent from the traveling control device 15 to the steering device 18 returns almost straight, and is only slightly corrected by the feedback control, thereby maintaining the straight running along the target trajectory. This is the end of the turn. At this time, since the speed has almost returned to the speed at the time of traveling in the straight section before turning, the travel control device 15 sends a control command to the drive device 19 to maintain a constant speed without acceleration / deceleration. When the vehicle again enters the curve from the straight section, the traveling control device 15 controls the steering device 18, the driving device 19, and the braking control device 20 in the same manner.

以上の動作を繰り返すことで、任意の道路形状に対して加減速を伴う自動運転が行われる。 By repeating the above operation, automatic driving with acceleration / deceleration is performed for an arbitrary road shape.

上記の例では、旋回中の加減速度をオープンループで制御しているが、速度を制御することで同等の加減速度を生じさせても良い。また、主として加減速度を直接制御する場合でも、目標速度に追従するよう加減速度を制御する速度制御の併用が必要である。なぜなら、理論上は減速と加速が対称となるのでカーブ通過前の直線区間とカーブ通過後の直線区間とで速度は等しくなるが、実際には加減速度の指令を時間積分した速度とはならずにカーブを通過する度に徐々に遅くなったり速くなったりする恐れがあり、その補正に前記速度制御を要するためである。速度制御は必要ではあるが、速度の値より速度の変化の仕方が重要であるので、他に速度を精密に制御するべき理由がなければオープンループ制御で十分である。 In the above example, the acceleration / deceleration during turning is controlled by an open loop, but the same acceleration / deceleration may be generated by controlling the speed. Further, even when directly controlling the acceleration / deceleration mainly, it is necessary to use speed control for controlling the acceleration / deceleration so as to follow the target speed. Because, theoretically, deceleration and acceleration are symmetrical, the speed is the same in the straight section before passing through the curve and in the straight section after passing through the curve, but it is not actually the speed obtained by integrating the acceleration / deceleration command with time. This is because the speed may gradually become slower or faster each time the vehicle passes through the curve, and the speed control is required for the correction. Although the speed control is necessary, the manner of changing the speed is more important than the value of the speed. Therefore, if there is no other reason to precisely control the speed, the open loop control is sufficient.

生成した軌道を走行するにあたって、乗員の快適性をさらに向上させる方法について説明する。 A method for further improving the comfort of the occupant when traveling on the generated track will be described.

軌道上の車両位置から、数５に従って前後加速度を算出して、制動制御装置と駆動装置に加減速指令を送り、前後加速度を制御する方法は、直線と円弧との間の緩和曲線を前提としている。このような加減速制御では、緩和曲線と緩和曲線の間の直線あるいは円弧の区間が短い場合、過度に小刻みな加減速指令が算出され、走行にスムーズさを欠く場合がある。この現象を避けるため、時間的な間隔が短い加減速指令に対しては、２度目以降の指令の大きさを相対的に抑制する。また、横運動と前後運動を予見できることを利用して、連続した複数回の加減速指令をまとめて一度の加減速指令として与えても良い。 The longitudinal acceleration is calculated from the vehicle position on the track according to Equation 5, and the acceleration / deceleration command is sent to the braking control device and the driving device to control the longitudinal acceleration. The method of controlling the longitudinal acceleration is based on a relaxation curve between a straight line and an arc. I have. In such acceleration / deceleration control, if the section of the straight line or the arc between the relaxation curves is short, the acceleration / deceleration command is calculated in an extremely small amount, and the traveling may lack smoothness. In order to avoid this phenomenon, the magnitudes of the second and subsequent commands are relatively suppressed for acceleration / deceleration commands having a short time interval. Further, by utilizing the ability to foresee the lateral motion and the back-and-forth motion, a plurality of continuous acceleration / deceleration commands may be collectively given as a single acceleration / deceleration command.

以上により、生成された軌道への追従と前後加速度の制御が同時に行われ、G-Gダイアグラム上で加速度ベクトルが弧状に遷移する車両の運動が実現される。 As described above, the following of the generated trajectory and the control of the longitudinal acceleration are simultaneously performed, and the vehicle motion in which the acceleration vector transitions in an arc on the GG diagram is realized.

以降、付加的な機能について述べる。 Hereinafter, additional functions will be described.

軌道生成と加減速制御のサスペンション制御への応用について説明する。 The application of trajectory generation and acceleration / deceleration control to suspension control will be described.

乗員の快適性と車両の運動性能向上のために軌道に応じたサスペンション制御を行っても良い。軌道を追従するための操舵と、加減速に対して、車体の姿勢は時間的な遅れを伴って変化するが、本実施例では目標軌道を生成し、その軌道に応じた加減速制御を行うことから、前後加速度と横加速度が予めわかっているので、車体の姿勢変化を予測できる。そこで、車体が過大な姿勢変化を起こす前に、各輪の減衰力とばね定数と車高を変化させておくことによって、乗り心地及び操安性を向上させる。例えば、軌道上、同じ曲率で同じ速度の地点であっても左右に切り返した後に通過すると姿勢変化が過大になる場合がある。そのような場面で、車体の姿勢が変化する前にサスペンションの特性を変化させておくことで、姿勢変化を適正な程度に抑える。 Suspension control according to the trajectory may be performed to improve the comfort of the occupant and the kinetic performance of the vehicle. The posture of the vehicle body changes with a time delay with respect to steering for following the trajectory and acceleration / deceleration. In this embodiment, a target trajectory is generated and acceleration / deceleration control is performed according to the trajectory. Therefore, since the longitudinal acceleration and the lateral acceleration are known in advance, the posture change of the vehicle body can be predicted. Therefore, by changing the damping force, the spring constant, and the vehicle height of each wheel before the vehicle body undergoes an excessive posture change, riding comfort and maneuverability are improved. For example, even at a point on the trajectory having the same curvature and the same speed, if the vehicle passes through after turning back and forth, the posture change may be excessive. In such a situation, by changing the characteristics of the suspension before the posture of the vehicle body changes, the posture change is suppressed to an appropriate degree.

その他、上記一連の制御が行えない場合に、その状況を乗員に対して通知する機能について述べる。 In addition, a function of notifying the occupant of the situation when the above series of controls cannot be performed will be described.

横運動と連携せずに前後加速度の制御を行わざるを得ない場合、例えば自車の前方を走行する車両が急減速した際に、自車がカーブ曲率に基づく減速度での減速中に、想定よりもさらに減速度を増す必要があると、G-Gダイアグラムが弧状でなくなる可能性がある。このとき前後加速度の制御に本来とは別の制御が介入したことを乗員に通知する仕組みを設けても良い。これは、横運動と前後運動の連携にスムーズさを欠く場合にはやむを得ない原因があることを知らせ、通常時の、生成された軌道に基づく自動運転あるいは運転支援に対する安心感を損なわないようにするためである。 When it is necessary to control the longitudinal acceleration without cooperating with the lateral motion, for example, when a vehicle traveling ahead of the own vehicle suddenly decelerates, during deceleration at the deceleration based on the curve curvature, If the deceleration needs to be increased more than expected, the GG diagram may not be arcuate. At this time, a mechanism may be provided to notify the occupant that control other than the original control has intervened in the control of the longitudinal acceleration. This is to inform that there is an unavoidable cause when the cooperation between the lateral movement and the back and forth movement lacks smoothness, so as not to impair the security of automatic driving or driving assistance based on the generated trajectory at normal times. To do that.

同様に、軌道生成部によって生成された軌道を走行しないことを乗員に通知する仕組みを設けても良い。車両の走行距離に対する軌道の曲率の変化率が、少なくとも軌道の曲率の変曲点まで連続であれば、その点まではG-Gダイアグラムが弧状となるが、障害物を直前で検知して、急操舵によって回避する場合等、軌道生成方法に従わずにスムーズでない走行となる際に、本来の軌道ではないことを乗員に通知する。 Similarly, a mechanism may be provided for notifying the occupant that the vehicle does not travel on the track generated by the track generating unit. If the rate of change of the curvature of the track with respect to the distance traveled by the vehicle is continuous at least up to the inflection point of the curvature of the track, the GG diagram will have an arc shape up to that point, but the obstacle is detected immediately before and the sudden steering is performed. For example, when the vehicle does not follow the trajectory generation method and the traveling is not smooth, the occupant is notified that the trajectory is not the original trajectory.

図２７のフローチャートは、これら横運動と前後運動の連携制御ができない場合の通知を状況に応じて行う処理の1制御周期分を示したものである。処理が開始（３０１）されると、現在、横加速度と連携しない前後加速度の制御が必要な状況かどうかを判定（３０２）する。必要な場合、元の横運動と連携した前後加速度の制御で走行した場合の速度に戻るまでの横加速度と前後加速度の遷移を予め算出（３０３）する。算出した横加速度と前後加速度から、加速度ベクトルの大きさが、元の横運動と連携した前後加速度の制御で走行した場合の速度に戻るまでに極小値を持つかどうかを判定（３０４）する。極小値を持つ場合は、G-Gダイアグラムが弧状でなくなることを意味するので、やむを得ず快適性を損なう加減速を行うことを乗員に通知（３０５）して、処理を終了（３１０）する。極小値を持たない場合は、G-Gダイアグラムが概ね弧状に保たれるので、そのまま処理を終了（３１０）する。横加速度と連携しない前後加速度の制御が必要かどうかの判定（３０２）で、不要な場合、生成された軌道と異なる操舵が必要な状況かどうかを判定（３０６）する。不要であれば、そのまま処理を終了（３１０）し、必要であれば、生成された軌道と異なる操舵の後に元の軌道に戻るまでの横加速度と前後加速度の遷移を予め算出（３０７）する。算出した横加速度と前後加速度から、加速度ベクトルの大きさが、元の軌道に戻るまでに極小値を持つかどうかを判定（３０８）する。極小値を持つ場合は、G-Gダイアグラムが弧状でなくなることを意味するので、やむを得ず快適性を損なう操舵を行うことを乗員に通知（３０９）して、処理を終了（３１０）する。極小値を持たない場合は、G-Gダイアグラムが概ね弧状に保たれるので、そのまま処理を終了（３１０）する。処理の終了（３１０）後は、次の制御周期となり再び処理を開始（３０１）する。 The flowchart of FIG. 27 shows one control cycle of a process for performing notification according to the situation when the cooperative control of the lateral motion and the back-and-forth motion cannot be performed. When the process is started (301), it is determined (302) whether or not it is necessary to control the longitudinal acceleration that is not associated with the lateral acceleration. If necessary, a transition between the lateral acceleration and the longitudinal acceleration until the vehicle returns to the speed at the time of running under the control of the longitudinal acceleration in cooperation with the original lateral motion is calculated in advance (303). From the calculated lateral acceleration and longitudinal acceleration, it is determined (304) whether or not the magnitude of the acceleration vector has a minimum value before returning to the speed at the time of running under the control of longitudinal acceleration in cooperation with the original lateral motion. If the GG diagram has a local minimum value, it means that the GG diagram is no longer arcuate, so that the occupant is informed that acceleration / deceleration is unavoidably impaired (305), and the process is terminated (310). If there is no minimum value, the GG diagram is kept substantially in an arc shape, and the process is terminated (310). In the determination (302) of whether or not it is necessary to control the longitudinal acceleration that does not cooperate with the lateral acceleration, if it is not necessary, it is determined (306) whether or not a situation that requires steering different from the generated trajectory is required. If unnecessary, the process is terminated as it is (310), and if necessary, the transition of the lateral acceleration and the longitudinal acceleration until returning to the original trajectory after steering different from the generated trajectory is calculated in advance (307). From the calculated lateral acceleration and longitudinal acceleration, it is determined whether or not the magnitude of the acceleration vector has a minimum value before returning to the original trajectory (308). If the GG diagram has the minimum value, it means that the GG diagram is no longer arcuate. Therefore, the occupant is informed that the steering is inevitably impaired (309), and the process is terminated (310). If there is no minimum value, the GG diagram is kept substantially in an arc shape, and the process is terminated (310). After the end of the processing (310), the next control cycle is started, and the processing is started again (301).

以上は乗員へ通知するための処理であり、通知と共に、横運動と前後運動が連携しない前後加速度あるいは操舵の制御が、それぞれの制御則に従って行われる。 The above is the processing for notifying the occupant, and together with the notification, the control of the longitudinal acceleration or steering in which the lateral movement and the longitudinal movement are not coordinated is performed according to the respective control rules.

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詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備え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に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment. Also, for a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add, delete, or replace another configuration.

１車両
１１左前輪
１２右前輪
１３左後輪
１４右後輪
１５走行制御装置
１６慣性センサ
１７ GPSセンサ
１８操舵装置
１９駆動装置
２０制動制御装置
２１左前輪制動装置
２２右前輪制動装置
２３左後輪制動装置
２４右後輪制動装置
２５減速機
２６ドライブシャフト
２７操舵角センサ
２８カメラ
２９側方画像センサ
３１左前輪車輪速センサ
３２右前輪車輪速センサ
３３左後輪車輪速センサ
３４右後輪車輪速センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle 11 Left front wheel 12 Right front wheel 13 Left rear wheel 14 Right rear wheel 15 Travel control device 16 Inertial sensor 17 GPS sensor 18 Steering device 19 Drive device 20 Braking control device 21 Left front wheel braking device 22 Right front wheel braking device 23 Left rear wheel Braking device 24 right rear wheel braking device 25 speed reducer 26 drive shaft 27 steering angle sensor 28 camera 29 lateral image sensor 31 left front wheel speed sensor 32 right front wheel speed sensor 33 left rear wheel speed sensor 34 right rear wheel speed Sensor

Claims

進行方向に対して横方向への移動を伴う場合に、曲率単調変化軌道と曲率一定軌道とが曲率の変化率において連続している軌道を走行し、曲率単調変化軌道が変曲部を有するように車両を制御し、
前記軌道は、直線、及び円弧、及び前記直線と前記円弧との間にある緩和曲線を含み、
直線区間、又は円弧区間を走行しているか否か判断し、
前記直線区間、又は前記円弧区間を走行している場合に、目標軌道と現在の走行位置との間に所定値以上の誤差があるか判定し、
前記誤差があり、かつ前記直線区間を走行している場合、緩和曲線の軌道生成の前提となる直線を現在の走行位置に重なるように取得し、前記軌道を再生成し、
前記円弧区間を走行中であれば、緩和曲線の軌道生成の前提となる円弧を現在の走行位置に重なるよう取得し、前記軌道を再生成する、走行制御装置。 In the case where the trajectory accompanies the movement in the lateral direction, the trajectory having a monotonically changing curvature and the constant curvature trajectory run on a continuous trajectory at the rate of curvature change, and the trajectory having a monotonically changing curvature has an inflection portion to control the vehicle in,
The trajectory includes a straight line, and an arc, and a transition curve between the straight line and the arc,
Judge whether you are traveling in a straight section or an arc section,
When traveling in the straight section or the arc section, it is determined whether there is an error of a predetermined value or more between the target track and the current traveling position,
There is the error, and when traveling in the straight line section, to obtain a straight line premised on the trajectory generation of the transition curve so as to overlap the current traveling position, to regenerate the trajectory,
A travel control device that, while traveling along the arc section, acquires an arc premised on generation of a trajectory of a relaxation curve so as to overlap a current traveling position, and regenerates the trajectory .

請求項１に記載の走行制御装置において、
車両の横運動に応じて前後運動を制御する、走行制御装置。 The travel control device according to claim 1,
A cruise control device that controls longitudinal movement according to the lateral movement of the vehicle.

請求項２に記載の走行制御装置において、
前記曲率単調変化軌道では、前記変曲部に至るまで車両に発生する前後加速度の絶対値が一定または増加し、前記変曲部通過後には車両に発生する前後加速度の絶対値が一定もしくは減少するよう前後加速度を制御する、走行制御装置。 The travel control device according to claim 2,
In the curvature monotonically changing trajectory, the absolute value of the longitudinal acceleration generated in the vehicle up to the inflection portion is constant or increases, and the absolute value of the longitudinal acceleration generated in the vehicle after passing the inflection portion is constant or decreases. Yo to control the longitudinal acceleration, the travel control device.

請求項２に記載の走行制御装置において、
前記曲率単調変化軌道では、前記車両の速度を前記軌道の曲率の時間変化に基づいて制御する、走行制御装置。 The travel control device according to claim 2,
In the curvature monotonously changing orbit, controls based on the speed of the vehicle to the time variation of the curvature of the track, the running control apparatus.

請求項２に記載の走行制御装置において、
前記曲率単調変化軌道では、前記変曲点に至るまで操舵速度が一定または増加し、前記変曲点通過後には操舵速度が一定もしくは減少するように操舵速度を制御する、走行制御装置。 The travel control device according to claim 2,
In the curvature monotonously changing trajectory, the steering speed is constant or increases up to the inflection point, said after passing inflection point for controlling the steering speed so that the steering speed is constant or decreases, the driving-control-unit.

請求項１乃至５の何れかに記載の走行制御装置において、
進行方向に対して横方向への移動を伴う場合に、曲率単調変化軌道と曲率一定軌道とが曲率の変化率において連続している軌道を走行すると、実際の道路形状に基づく軌道を走行する場合に対しての誤差が所定値を超える場合には、実際の道路形状に基づく軌道を走行するように車両を制御する、走行制御装置。 The travel control device according to any one of claims 1 to 5,
When traveling along a trajectory in which the monotonically changing trajectory of curvature and the trajectory of constant curvature are continuous at the rate of change of curvature when traveling in the lateral direction with respect to the traveling direction, traveling on a trajectory based on the actual road shape If the error of the relative exceeds a predetermined value, it controls the vehicle to travel trajectory based on the actual road shape, running control system.

請求項１乃至５の何れかに記載の走行制御装置において、
前記軌道は、地図情報もしくは走行中に外界情報として取得した車両前方の道路形状の情報、もしくはその両方に基づいて作成される、走行制御装置。 The travel control device according to any one of claims 1 to 5,
A travel control device, wherein the track is created based on map information or information on a road shape ahead of the vehicle acquired as outside world information during traveling, or both.