JP7167882B2

JP7167882B2 - Automatic steering control device, automatic steering control method, automatic steering program, and vehicle

Info

Publication number: JP7167882B2
Application number: JP2019156741A
Authority: JP
Inventors: 圭介中俣
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2022-11-09
Anticipated expiration: 2039-08-29
Also published as: JP2021031018A

Description

本開示は、車両の操舵を自動で行うことができる自動操舵制御装置、自動操舵制御方法、自動操舵プログラム、および車両に関する。 The present disclosure relates to an automatic steering control device, an automatic steering control method, an automatic steering program, and a vehicle capable of automatically steering a vehicle.

車両を自動走行させる技術が開発されている。自動走行技術において、車両を道路または車線から外れないように自動走行させるためには、道路または車線に合わせて操舵角を設定する必要がある。 Technologies for automatically driving vehicles have been developed. In automatic driving technology, it is necessary to set the steering angle according to the road or lane in order to automatically drive the vehicle without deviating from the road or lane.

自動走行制御において、フィードフォワード制御と、フィードバック制御とを併用することが一般に行われている。フィードフォワード制御では、道路曲率や横断勾配（道路の路線直角方向の勾配）等に基づいて、あらかじめ車両が進行方向からずれないように操舵角を設定することができる。フィードバック制御では、車両が目標軌道から現在ずれている量を計測し、このずれを解消するように操舵角を設定する制御である。 In automatic travel control, it is common practice to use both feedforward control and feedback control. In feedforward control, the steering angle can be set in advance so that the vehicle does not deviate from the traveling direction based on the road curvature, cross gradient (the gradient of the road in the direction perpendicular to the road), and the like. Feedback control measures the current deviation of the vehicle from the target trajectory and sets the steering angle so as to eliminate this deviation.

例えば特許文献１には、目標コースの車線曲率等の車線形状、目標コースと自車進行路の車幅方向のズレ量、目標コースに対する自車進行路のヨー角偏差等を検出し、これらの値を基に、フィードフォワード制御、およびフィードバック制御を行って、設定した目標コースに沿って走行するレーンキープ制御、および車線からの逸脱を防止する逸脱防止制御を行う技術が開示されている。 For example, in Patent Document 1, a lane shape such as a lane curvature of a target course, a deviation amount in the vehicle width direction between the target course and the course of travel of the vehicle, and a yaw angle deviation of the course of travel of the vehicle with respect to the target course are detected. A technology is disclosed that performs feedforward control and feedback control based on the values to perform lane keeping control for traveling along a set target course and departure prevention control for preventing departure from the lane.

特開２０１７－１７１２２５号公報JP 2017-171225 A

フィードフォワード制御を用いて操舵角を決定する方法の一つとして、車両の重心が目標軌道を走行した場合のすべり角を想定した運動モデルを用いる方法がある。一方、フィードバック制御を用いて操舵角を決定する方法の一つとして、車両の方位角に応じたフィードバック制御により操舵角を決定することがある。車両の方位角が、例えば車両の前端部に設けたカメラが撮影した画像に基づいて検出される場合、特に車長が長いトラック等の商用車では、車両の前端部のカメラ位置を頂点とする方位角と、車両の重心位置を頂点とするすべり角と、の間には大きなずれ（偏差）が生じうる。 One method of determining the steering angle using feedforward control is to use a motion model that assumes the slip angle when the center of gravity of the vehicle travels along the target trajectory. On the other hand, one method of determining the steering angle using feedback control is to determine the steering angle by feedback control according to the azimuth angle of the vehicle. For example, when the azimuth angle of a vehicle is detected based on an image taken by a camera provided at the front end of the vehicle, the position of the camera at the front end of the vehicle is taken as the apex, especially for commercial vehicles such as trucks with a long vehicle length. A large deviation (deviation) may occur between the azimuth angle and the slip angle with the position of the center of gravity of the vehicle as the vertex.

このように方位角とすべり角との間に大きなずれがある場合、フィードフォワード制御によって算出される操舵角と、フィードバック制御によって算出される操舵角とが整合せず、車両を好適に操舵制御することが困難となる。 When there is such a large deviation between the azimuth angle and the slip angle, the steering angle calculated by the feedforward control and the steering angle calculated by the feedback control do not match, and the vehicle is properly steered. becomes difficult.

このような事情に鑑みて、本開示は、方位角とすべり角との間に大きなずれがある場合でも、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用して好適な操舵角を決定することができる自動操舵制御装置、自動操舵制御方法、自動操舵プログラム、および車両を提供することを目的とする。 In view of such circumstances, the present disclosure provides an automatic steering wheel that can determine a suitable steering angle using both feedforward control and feedback control even when there is a large deviation between the azimuth angle and the slip angle. An object of the present invention is to provide a steering control device, an automatic steering control method, an automatic steering program, and a vehicle.

本開示の一態様に係る自動操舵制御装置は、車両が目標軌道を追従するように前記車両の操舵角の自動制御を行う自動操舵制御装置であって、前記車両の方位角の計測値である方位角計測値と、前記目標軌道を走行するための方位角目標値とに基づいて、前記方位角計測値と前記方位角目標値との偏差を補正する操舵角であるフィードバック制御量を算出するフィードバック制御部と、前記車両の重心が前記目標軌道を通るように走行した場合の前記車両のすべり角を想定した運動モデルを用いて、前記車両が走行する道路の形状による前記操舵角への影響を補正する第１操舵角成分、および、前記方位角計測値と前記すべり角との偏差による前記操舵角への影響を補正する第２操舵角成分を含むフィードフォワード制御量を算出するフィードフォワード制御部と、前記フィードバック制御量および前記フィードフォワード制御量に基づいて操舵制御を行う操舵制御部と、を備える。 An automatic steering control device according to an aspect of the present disclosure is an automatic steering control device that automatically controls the steering angle of the vehicle so that the vehicle follows a target trajectory, and is a measured value of the azimuth angle of the vehicle. A feedback control amount, which is a steering angle for correcting a deviation between the measured azimuth angle and the target azimuth value, is calculated based on the measured azimuth angle value and the target azimuth value for traveling on the target trajectory. Influence of the shape of the road on which the vehicle travels on the steering angle using a feedback control unit and a motion model that assumes the slip angle of the vehicle when the vehicle travels so that the center of gravity of the vehicle passes through the target trajectory. and a second steering angle component for correcting the influence of the deviation between the azimuth angle measurement value and the slip angle on the steering angle. and a steering control unit that performs steering control based on the feedback control amount and the feedforward control amount.

本開示の自動操舵制御方法は、車両が目標軌道を追従するように前記車両の操舵角の自動制御を行う自動操舵制御方法であって、前記車両の方位角の計測値である方位角計測値と、前記目標軌道を走行するための方位角目標値とに基づいて、前記方位角計測値と前記方位角目標値との偏差を補正する操舵角であるフィードバック制御量を算出し、前記車両の重心が前記目標軌道を通るように走行した場合の前記車両のすべり角を想定した運動モデルを用いて、前記車両が走行する道路の形状による前記操舵角への影響を補正する第１操舵角成分、および、前記方位角計測値と前記すべり角との偏差による前記操舵角への影響を補正する第２操舵角成分を含むフィードフォワード制御量を算出し、前記フィードバック制御量および前記フィードフォワード制御量に基づいて操舵制御を行う。 An automatic steering control method of the present disclosure is an automatic steering control method for automatically controlling the steering angle of the vehicle so that the vehicle follows a target trajectory, wherein the measured azimuth angle of the vehicle is an azimuth angle measurement value and a target azimuth angle for traveling on the target trajectory, a feedback control amount that is a steering angle for correcting the deviation between the measured azimuth angle value and the target azimuth value is calculated, A first steering angle component that corrects the influence of the shape of the road on which the vehicle travels on the steering angle using a motion model that assumes the slip angle of the vehicle when the center of gravity of the vehicle travels along the target trajectory. and a feedforward control amount including a second steering angle component that corrects the influence of the difference between the azimuth measurement value and the slip angle on the steering angle, and calculates the feedback control amount and the feedforward control amount. Steering control is performed based on

本発明の自動操舵プログラムは、車両が目標軌道を追従するように前記車両の操舵角の自動制御を行う自動操舵制御プログラムであって、前記車両の方位角の計測値である方位角計測値と、前記目標軌道を走行するための方位角目標値とに基づいて、前記方位角計測値と前記方位角目標値との偏差を補正する操舵角であるフィードバック制御量を算出する手順と、前記車両の重心が前記目標軌道を通るように走行した場合の前記車両のすべり角を想定した運動モデルを用いて、前記車両が走行する道路の形状による前記操舵角への影響を補正する第１操舵角成分、および、前記方位角計測値と前記すべり角との偏差による前記操舵角への影響を補正する第２操舵角成分を含むフィードフォワード制御量を算出する手順と、前記フィードバック制御量および前記フィードフォワード制御量に基づいて操舵制御を行う手順と、を前記車両のプロセッサに実行させる。 An automatic steering program according to the present invention is an automatic steering control program for automatically controlling the steering angle of the vehicle so that the vehicle follows a target trajectory, comprising: a measured azimuth angle of the vehicle; a step of calculating a feedback control amount, which is a steering angle for correcting a deviation between the azimuth angle measurement value and the azimuth angle target value, based on the azimuth angle target value for traveling on the target trajectory; A first steering angle that corrects the influence of the shape of the road on which the vehicle travels on the steering angle using a motion model that assumes the slip angle of the vehicle when the center of gravity of the vehicle travels along the target trajectory and a second steering angle component that corrects the influence of the deviation between the azimuth angle measurement value and the slip angle on the steering angle; and a procedure for performing steering control based on the forward control amount.

本開示の車両は、上記の自動操舵制御装置を有する。 A vehicle of the present disclosure has the automatic steering control device described above.

方位角とすべり角との間に大きなずれがある場合でも、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用して好適な操舵角を決定することができる。 Even if there is a large deviation between the azimuth angle and the slip angle, a combination of feedforward control and feedback control can be used to determine a suitable steering angle.

本開示の実施の形態の自動操舵制御装置が搭載される車両について説明するための図1 is a diagram for explaining a vehicle equipped with an automatic steering control device according to an embodiment of the present disclosure; FIG. 自動操舵制御装置の機能ブロック図Functional block diagram of the automatic steering control device 操舵量算出部の処理の流れの一例について説明するためのブロック図FIG. 4 is a block diagram for explaining an example of the processing flow of the steering amount calculation unit; 二輪モデルについて説明するための図Diagram for explaining the two-wheel model 式（７）の各項の有する性質を説明するための図A diagram for explaining the properties of each term of formula (7) 車両前端部のカメラの位置を頂点とした方位角と、車両の重心位置を頂点としたすべり角との関係について説明するための図A diagram for explaining the relationship between the azimuth angle with the position of the camera at the front end of the vehicle as the vertex and the slip angle with the position of the center of gravity of the vehicle as the vertex.

以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the embodiment described below is an example, and the present disclosure is not limited to this embodiment.

図１は、本開示の実施の形態の自動操舵制御装置２００が搭載される車両１００について説明するための図である。本開示の実施の形態において、図１に示すように、車両１００はトラック等の商用車であり、乗用車等と比較して長い車長を有する。 FIG. 1 is a diagram for explaining a vehicle 100 equipped with an automatic steering control device 200 according to an embodiment of the present disclosure. In the embodiment of the present disclosure, as shown in FIG. 1, vehicle 100 is a commercial vehicle such as a truck, and has a longer vehicle length than a passenger car or the like.

車両１００は、キャブ１０１と、荷台１０２と、前輪１０３と、後輪１０４と、を有する。キャブ１０１には、後述するカメラ１０５が設けられている。カメラ１０５は、車両１００のほぼ前端部であって、車両１００の前方を見渡すことができる位置に設けられている。より詳細には、カメラ１０５は、キャブ１０１内の運転席における、フロントガラスとダッシュボードとの間、または、フロントガラスとルームミラーとの間等に設けられている。 The vehicle 100 has a cab 101 , a cargo bed 102 , front wheels 103 and rear wheels 104 . The cab 101 is provided with a camera 105, which will be described later. The camera 105 is provided at a position where the front of the vehicle 100 can be overlooked, substantially at the front end of the vehicle 100 . More specifically, the camera 105 is provided between the windshield and the dashboard or between the windshield and the rearview mirror in the driver's seat in the cab 101 .

前輪１０３は、所定の舵角を向くように構成されている。前輪１０３の舵角（実舵角）は、後述する自動操舵制御装置２００により、車両１００が走行する道路や車線の形状に合わせて自動的に制御されるようになっている。これにより、車両１００は、自動的に、道路や車線に対する自動追従走行を行うことができる。 The front wheels 103 are configured to turn at a predetermined steering angle. The steering angle (actual steering angle) of the front wheels 103 is automatically controlled by an automatic steering control device 200, which will be described later, according to the shape of the road or lane on which the vehicle 100 travels. As a result, the vehicle 100 can automatically follow the road or lane.

図２は、自動操舵制御装置２００の機能ブロック図である。図２に示すように、自動操舵制御装置２００は、横位置情報生成部２０１と、方位角計測値情報生成部２０２と、道路形状情報生成部２０３と、車速センサ２０４と、操舵量算出部２０５と、操舵制御部２０８と、を有する。操舵量算出部２０５は、フィードバック制御部２０６と、フィードフォワード制御部２０７と、を有する。 FIG. 2 is a functional block diagram of the automatic steering control device 200. As shown in FIG. As shown in FIG. 2, the automatic steering control device 200 includes a lateral position information generator 201, an azimuth angle measurement value information generator 202, a road shape information generator 203, a vehicle speed sensor 204, and a steering amount calculator 205. , and a steering control unit 208 . The steering amount calculator 205 has a feedback controller 206 and a feedforward controller 207 .

横位置情報生成部２０１は、カメラ１０５が撮影した、車両１００の前方の画像（以下、前方画像と記載する）に基づいて、車両１００の横位置に関する横位置情報を生成する。車両１００の前方の画像とは、カメラ１０５から見た、車両の前方に存在する道路や車線等が映る画像である。横位置情報とは、道路および車両１００の横方向（幅方向）における、車両１００の中心の位置を示す情報である。 The lateral position information generating unit 201 generates lateral position information regarding the lateral position of the vehicle 100 based on an image in front of the vehicle 100 captured by the camera 105 (hereinafter referred to as a front image). The image in front of the vehicle 100 is an image of roads, lanes, and the like in front of the vehicle as seen from the camera 105 . The lateral position information is information indicating the position of the center of vehicle 100 in the lateral direction (width direction) of the road and vehicle 100 .

方位角計測値情報生成部２０２は、前方画像に基づいて、カメラ１０５から見た車両１００の方位角の計測値を示す方位角計測値情報を生成する。なお、方位角とは、車両１００を上から見た場合に、車両１００の向きと、目標軌道の接線方向とのなす角であり、カメラ１０５の位置を頂点とした角度である。方位角の計測値とは、前方画像に基づいて計測された値を意味する。方位角の計測値は、車両１００を上から見た場合の車両１００の前端部に位置するカメラ１０５から見た方位角の実測値である。 Azimuth measurement value information generation unit 202 generates azimuth measurement value information indicating the measurement value of the azimuth angle of vehicle 100 viewed from camera 105 based on the front image. The azimuth angle is an angle formed between the direction of the vehicle 100 and the tangential direction of the target trajectory when the vehicle 100 is viewed from above, and is an angle with the position of the camera 105 as the apex. A measured azimuth angle means a value measured based on a forward image. The measured value of the azimuth angle is the measured value of the azimuth angle viewed from the camera 105 positioned at the front end of the vehicle 100 when the vehicle 100 is viewed from above.

道路形状情報生成部２０３は、前方画像に基づいて、道路形状に関する種々の道路形状情報を生成する。本実施の形態では、道路形状情報には、曲率情報、曲率変化量情報、または横断勾配情報の少なくとも１つが含まれる。曲率情報は、車両１００の前方の目標軌道の曲率に関する情報である。曲率変化量情報は、目標軌道における曲率の変化量に関する情報である。横断勾配情報は、道路の横方向の勾配である横断勾配に関する情報である。道路形状情報生成部２０３が、前方画像から、曲率情報、曲率変化量情報、または横断勾配情報を生成する方法については、本開示では特に限定しない。 The road shape information generation unit 203 generates various road shape information related to the road shape based on the forward image. In this embodiment, the road shape information includes at least one of curvature information, curvature variation information, and cross slope information. The curvature information is information about the curvature of the target track in front of the vehicle 100 . The curvature variation information is information about the variation in curvature of the target trajectory. The cross slope information is information on the cross slope, which is the lateral slope of the road. The present disclosure does not particularly limit the method by which the road shape information generation unit 203 generates curvature information, curvature change amount information, or cross slope information from a forward image.

車速センサ２０４は、車両１００の走行速度（以下、車速と記載する）を検出するセンサであり、車速に関する車速情報を生成する。 Vehicle speed sensor 204 is a sensor that detects the traveling speed of vehicle 100 (hereinafter referred to as vehicle speed), and generates vehicle speed information regarding the vehicle speed.

操舵量算出部２０５は、道路形状情報および車速情報に基づいて、車両１００を目標軌道に沿って自動追従走行させるための操舵量を算出する。操舵量算出部２０５は、プロセッサとプログラムを格納した記憶部とを有し、プロセッサが記憶部からプログラムを展開して実行することで、以下に説明する、操舵量算出部２０５の動作が実行される。 A steering amount calculation unit 205 calculates a steering amount for automatically following the vehicle 100 along the target track based on the road shape information and the vehicle speed information. The steering amount calculation unit 205 has a processor and a storage unit that stores a program. The processor develops the program from the storage unit and executes it, thereby executing the operation of the steering amount calculation unit 205, which will be described below. be.

操舵量算出部２０５のフィードバック制御部２０６は、ある時点Ｔ１における車両１００の横位置および方位角計測値の、横位置目標値および方位角目標値からの偏差を解消する（補正する）ための操舵角をフィードバック制御により算出する。本開示において、フィードバック制御部２０６により算出される操舵角を、フィードバック制御量と記載する。フィードバック制御部２０６が用いるフィードバック制御の例としては、Ｐ制御（比例制御）、ＰＤ制御（比例微分制御）、ＰＩＤ制御（比例積分微分制御）等が挙げられる。 The feedback control unit 206 of the steering amount calculation unit 205 performs steering control to eliminate (correct) the deviation of the lateral position and azimuth angle measurement values of the vehicle 100 at time T1 from the lateral position target value and azimuth angle target value. The angle is calculated by feedback control. In the present disclosure, the steering angle calculated by feedback control section 206 is referred to as a feedback control amount. Examples of feedback control used by the feedback control unit 206 include P control (proportional control), PD control (proportional differential control), PID control (proportional integral differential control), and the like.

図３は、操舵量算出部２０５の処理の流れの一例について説明するためのブロック図である。図３に示す例では、フィードバック制御として、ＰＤ制御が用いられている。 FIG. 3 is a block diagram for explaining an example of the processing flow of the steering amount calculation unit 205. As shown in FIG. In the example shown in FIG. 3, PD control is used as feedback control.

図３に示すように、横位置情報、方位角計測値情報、およびそれぞれの目標値が入力されると、フィードバック制御部２０６は、前方注視モデルおよびＰＤ制御により横位置および方位角計測値のそれぞれの目標値からの偏差を解消するためのフィードバック制御量を算出する。横位置および方位角の目標値は、例えば前方画像に基づいて適宜設定される。 As shown in FIG. 3, when the lateral position information, the measured azimuth angle information, and their target values are input, the feedback control unit 206 calculates the lateral position and the measured azimuth angle by the forward gaze model and PD control. A feedback control amount for eliminating the deviation from the target value of is calculated. The target values for the lateral position and azimuth angle are appropriately set, for example, based on the front image.

前方注視モデルとは、ドライバーが距離Ｌだけ前方を注視していると仮定した場合の、距離Ｌだけ前方における偏差を解消するような操舵角を算出するためのモデルである。 The forward gaze model is a model for calculating a steering angle that eliminates the deviation at a distance L ahead, assuming that the driver gazes forward at a distance L. FIG.

ＰＤ制御に用いられる比例ゲインＫ_ｐおよび微分ゲイン（微分時間）Ｋ_ｄは、あらかじめシミュレーション等により一定の値に設定されていてもよいし、例えば車速等に応じて適宜変化する変数に設定されてもよい。 The proportional gain _Kp and the differential gain (differential time) _Kd used for PD control may be set to constant values in advance by simulation or the like, or may be set to variables that appropriately change according to the vehicle speed or the like. good too.

一方、操舵量算出部２０５のフィードフォワード制御部２０７は、車両１００の重心が目標軌道を通るように走行した場合の車両１００のすべり角（スリップ角）を想定した運動モデルを用いて、車両１００が走行する道路の形状による操舵角への影響を補正する第１操舵角成分を算出する。車両１００のすべり角とは、車両１００の重心位置を頂点とした、現在車両が向いている方向と目標軌道の接線方向とのなす角である。 On the other hand, the feedforward control unit 207 of the steering amount calculation unit 205 uses a motion model that assumes the slip angle of the vehicle 100 when the vehicle 100 travels so that the center of gravity of the vehicle 100 passes through the target trajectory. calculates a first steering angle component that corrects the influence of the shape of the road on which the vehicle is traveling on the steering angle. The slip angle of the vehicle 100 is the angle between the current direction of the vehicle and the tangential direction of the target trajectory, with the position of the center of gravity of the vehicle 100 being the vertex.

また、フィードフォワード制御部２０７は、方位角計測値とすべり角との偏差による操舵角への影響を補正する第２操舵角成分を算出する。方位角計測値とすべり角との偏差による操舵角への影響とは、詳細は後述するが、方位角計測値とすべり角との偏差に起因して生じる、フィードバック制御部２０６が算出したフィードバック制御量の、正しいフィードバック制御量からの偏差である。以下の説明において、フィードバック制御部２０６が算出したフィードバック制御量の、正しいフィードバック制御量からの偏差を、フィードバック偏差と記載する。そして、フィードフォワード制御部２０７は、第１操舵角成分および第２操舵角成分に基づいて、フィードフォワード制御量を算出する。 The feedforward control unit 207 also calculates a second steering angle component that corrects the influence of the difference between the azimuth angle measurement value and the slip angle on the steering angle. The effect of the deviation between the measured azimuth angle and the slip angle on the steering angle is the feedback control calculated by the feedback control unit 206 caused by the deviation between the measured azimuth angle and the slip angle, which will be described in detail later. is the deviation of the quantity from the correct feedback control quantity. In the following description, the deviation of the feedback control amount calculated by the feedback control section 206 from the correct feedback control amount is referred to as feedback deviation. Feedforward control unit 207 then calculates a feedforward control amount based on the first steering angle component and the second steering angle component.

図３に示すように、フィードフォワード制御部２０７には、曲率情報、曲率の目標値、曲率変化情報、横断勾配情報、車速情報、および、フィードバック制御部２０６のＰＤ制御に用いられる比例ゲイン（Ｋ_ｐ）が入力される。フィードフォワード制御部２０７は、曲率情報、曲率の目標値、曲率変化情報、横断勾配情報、車速情報、および比例ゲインＫ_ｐを、一般的な車両の運動モデルである二輪モデルに適用することで、道路形状の影響を補正する第１操舵角成分と、フィードバック偏差を補正する第２操舵角成分と、を算出する。 As shown in FIG. 3 , the feedforward control unit 207 includes curvature information, a target value of curvature, curvature change information, cross slope information, vehicle speed information, and a proportional gain (K _p ) is entered. The feedforward control unit 207 applies the curvature information, the target value of curvature, the curvature change information, the cross slope information, the vehicle speed information, and the proportional gain _Kp to a two-wheel model, which is a general vehicle motion model. A first steering angle component for correcting the influence of the road shape and a second steering angle component for correcting the feedback deviation are calculated.

図４は、二輪モデルについて説明するための図である。図４において、ＴｙｒｅＦ_ｙ＿ｆは前輪に掛かる外力（タイヤ横力）、ＴｙｒｅＦ_ｙ＿ｒは後輪に掛かる外力（タイヤ横力）、角度βは車両の重心位置におけるすべり角、ｌ_ｆは前輪軸と重心位置との距離、ｌ_ｒは後輪軸と重心位置との距離、δは前輪の操舵角、Ｖは車速である。また、Ｇｒａｖ．Ｆ_ｙ＿ｆは道路の横断勾配によって前輪に掛かる横力、Ｇｒａｖ．Ｆ_ｙ＿ｒは道路の横断勾配によって後輪に掛かる横力である。 FIG. 4 is a diagram for explaining a two-wheel model. In FIG. 4, TyreF _{y_f} is the external force acting on the front wheels (tire lateral force), _TyreF _{y_r} is the external force acting on the rear wheels (tire lateral force), angle β is the slip angle at the position of the center of gravity of the vehicle, and lf is the front wheel axle and the position of the center of gravity. , _lr is the distance between the rear wheel axle and the center of gravity, δ is the steering angle of the front wheels, and V is the vehicle speed. Also, Grav. F _{y_f} is the lateral force acting on the front wheels due to the cross slope of the road, Grav. F _{y_r} is the lateral force exerted on the rear wheels by the cross slope of the road.

このような二輪モデルから、以下の式（１）および（２）を立式することができる。

From such a two-wheel model, the following equations (1) and (2) can be formulated.

式（１）および（２）において、ｍは車両重量、γはヨー角速度、δ_ＦＦはフィードフォワード制御量、Ｋ_ｆは前輪軸のコーナリングパワー、Ｋ_ｒは後輪軸のコーナリングパワー、Ｌは前方注視距離である。また、ｌ_ｃはカメラと重心位置との距離、ρは曲率、Ｉは慣性モーメント、ｌはホイールベース、ｎはステアリングギアレシオである。式（１）および（２）における項（－Ｋ_ｐＬ／ｎ（β＋ｌ_ｃρ））は、フィードバック偏差を補正するための項である。 In equations (1) and (2), m is the vehicle weight, γ is the yaw angular velocity, _δFF is the feedforward control amount, _Kf is the front wheel axle cornering power, _Kr is the rear wheel axle cornering power, and L is the forward gaze. Distance. Also, _lc is the distance between the camera and the center of gravity, ρ is the curvature, I is the moment of inertia, l is the wheel base, and n is the steering gear ratio. The term (-K _p L/n(β+l _c ρ)) in equations (1) and (2) is a term for correcting feedback deviation.

横断勾配により前輪および後輪に掛かる横力Ｇｒａｖ．Ｆ_ｙ＿ｆおよびＧｒａｖ．Ｆ_ｙ＿ｒは、以下の式（３）および（４）で表される。

The lateral force Grav. _{Fy_f} and Grav. _{Fy_r} is represented by the following equations (3) and (4).

式（１）から式（４）を用いてすべり角βを消し、以下の式（５）および（６）を導入すると、フィードフォワード制御量δ_ＦＦは、式（７）で表すことができる。

By eliminating the slip angle β using equations (1) to (4) and introducing the following equations (5) and (6), the feedforward control amount δ _FF can be expressed by equation (7).

図５は、式（７）の各項の有する性質を説明するための図である。図７に示すように、式（７）の第１項から第３項までは道路形状（曲率、横断勾配、曲率変化）の影響を補正するための第１操舵角成分である。式（７）の第４項は、フィードバック偏差を補正するための第２操舵角成分である。 FIG. 5 is a diagram for explaining the properties of each term of Expression (7). As shown in FIG. 7, the first to third terms of equation (7) are the first steering angle components for correcting the influence of the road shape (curvature, cross slope, curvature change). The fourth term of equation (7) is the second steering angle component for correcting the feedback deviation.

［対比例］
以下では、上記説明したフィードフォワード制御量との比較のために、フィードバック偏差の補正を行わない場合（対比例）におけるフィードフォワード制御量の算出方法について説明する。 [Contrast]
In the following, for comparison with the feedforward control amount described above, a method of calculating the feedforward control amount when correction of the feedback deviation is not performed (comparison) will be described.

以下の式（８）および（９）は、道路形状に関する各種情報を二輪モデルに適用して立式した式である。なお、式（８）および（９）と上記式（１）および（２）との相違点は、算出すべき実操舵角がδで示されている点、および、フィードバック偏差に関する項（－Ｋ_ｐＬ／ｎ（β＋ｌ_ｃρ））が無い点である。

The following equations (8) and (9) are equations established by applying various types of information regarding road geometry to a two-wheel model. The differences between the equations (8) and (9) and the above equations (1) and (2) are that the actual steering angle to be calculated is indicated by δ, and the term (-K The point is that there is no _p L/n(β+l _c ρ)).

式（８）および式（９）からすべり角βを消し、上記式（３）から（６）を導入すると、対比例のフィードフォワード制御量δは、以下の式（１０）で表される。

Eliminating the slip angle β from the equations (8) and (9) and introducing the above equations (3) to (6), the proportional feedforward control amount δ is expressed by the following equation (10).

式（７）と式（１０）とを対比すると、式（１０）は、フィードバック偏差を補正する第４項が無い点で式（７）と相違する。 Comparing equation (7) with equation (10), equation (10) differs from equation (7) in that there is no fourth term for correcting the feedback deviation.

（フィードバック偏差を補正するための項（Ｋ_ｐＬ／ｎ（β＋ｌ_ｃρ））について）
フィードバック偏差に関する項（－Ｋ_ｐＬ／ｎ（β＋ｌ_ｃρ））について説明する。図６は、車両１００の前端部のカメラ１０５の位置を頂点とした方位角と、車両１００の重心位置を頂点としたすべり角との関係について説明するための図である。 (Regarding the term for correcting the feedback deviation (K _p L/n(β+l _c ρ)))
A term related to the feedback deviation (-K _p L/n(β+l _c ρ)) will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the azimuth angle with the position of the camera 105 at the front end of the vehicle 100 as the vertex and the slip angle with the position of the center of gravity of the vehicle 100 as the vertex.

図６に示すように、目標軌道が円を描く場合、以下の式（１１）の関係が成り立つ。

As shown in FIG. 6, when the target trajectory draws a circle, the relationship of the following equation (11) holds.

目標軌道が直線、またはなだらかな曲線である場合、α≪１かつβ≪１であるため、式（１１）からα＝ｌ_ｃρと近似することができる。従って、方位角φ＝α＋β＝β＋ｌ_ｃρと表すことができる。 If the target trajectory is a straight line or a smooth curve, α<<1 and β<<1, and therefore α=l _c ρ can be approximated from Equation (11). Therefore, the azimuth angle φ=α+β=β+l _c ρ can be expressed.

車両１００が、例えばトラック等の商用車である場合、乗用車と比較して一般に車長が長い。ｌ_ｃは図１に示すように、車両１００の前端部に設けられたカメラ１０５と車両１００の重心位置との距離であるため、車長が長いほどｌ_ｃは大きくなる。換言すれば、車両１００の車長が長いほど、方位角とすべり角との差異は大きくなる。 If the vehicle 100 is a commercial vehicle such as a truck, the vehicle length is generally longer than that of a passenger car. As _shown in FIG. 1, lc is the distance between the camera 105 provided at the front end of the vehicle 100 and the position of the center of gravity of the vehicle 100, so the longer the vehicle length, the larger the _lc . In other words, the longer the vehicle length of the vehicle 100, the greater the difference between the azimuth angle and the slip angle.

上述したように、フィードバック制御部２０６によるフィードバック制御量の算出は、車両１００の横位置および方位角を用いて行われている。これはすなわち、フィードバック制御量に従って車両１００が操舵制御された場合、車両１００の重心位置ではなく、方位角の検出位置であるカメラ１０５の位置（車両１００の前端部）が目標軌道を通過するように制御されることを意味する。 As described above, feedback control amount calculation by feedback control unit 206 is performed using the lateral position and azimuth angle of vehicle 100 . That is, when the vehicle 100 is steering-controlled according to the feedback control amount, the position of the camera 105 (the front end of the vehicle 100), which is the detection position of the azimuth angle, rather than the position of the center of gravity of the vehicle 100, passes the target trajectory. is controlled by

このように、方位角とすべり角との偏差に起因して、フィードバック制御部２０６が算出したフィードバック制御量は、正しいフィードバック制御量からずれた値となる。正しいフィードバック制御量とは、車両の重心位置が目標軌道上を通るような制御量（操舵量）である。式（１）から式（７）に示す、フィードフォワード制御部２０７におけるフィードフォワード制御量の算出方法を用いることにより、このような方位角とすべり角との偏差に起因した、フィードバック偏差を補正することができる。 Thus, the feedback control amount calculated by the feedback control unit 206 deviates from the correct feedback control amount due to the deviation between the azimuth angle and the slip angle. A correct feedback control amount is a control amount (steering amount) that causes the center of gravity of the vehicle to pass on the target trajectory. By using the method of calculating the feedforward control amount in the feedforward control unit 207 shown in equations (1) to (7), the feedback deviation caused by the deviation between the azimuth angle and the slip angle is corrected. be able to.

図３の説明に戻る。操舵量算出部２０５は、フィードバック制御部２０６で算出された、ある時点Ｔ１におけるフィードバック制御量と、時点Ｔ１におけるフィードフォワード制御部２０７で算出されたフィードフォワード制御量とに基づいて、時点Ｔ１における操舵量を決定する。 Returning to the description of FIG. The steering amount calculation unit 205 calculates the steering amount at time T1 based on the feedback control amount at time T1 calculated by the feedback control unit 206 and the feedforward control amount calculated by the feedforward control unit 207 at time T1. Determine quantity.

図２の説明に戻る。操舵制御部２０８は、上記説明したように算出した操舵量に基づいて、前輪１０３の自動操舵制御を行う。このような自動操舵制御装置２００による処理が微少時間で繰り返されることにより、車両１００は、目標軌道に対して自動追従走行を行うことができる。 Returning to the description of FIG. The steering control unit 208 performs automatic steering control of the front wheels 103 based on the steering amount calculated as described above. By repeating such processing by the automatic steering control device 200 in a very short time, the vehicle 100 can automatically follow the target trajectory.

＜作用、効果＞
本開示の実施の形態に係る自動操舵制御装置２００は、車両１００が目標軌道を追従するように車両１００の操舵角の自動制御を行う自動操舵制御装置２００であって、車両１００の方位角の計測値である方位角計測値と、目標軌道を走行するための方位角目標値とに基づいて、方位角計測値と方位角目標値との偏差を補正する操舵角であるフィードバック制御量を算出するフィードバック制御部２０６と、車両１００の重心が目標軌道を通るように走行した場合の車両のすべり角を想定した運動モデルを用いて、車両が走行する道路の形状による操舵角への影響を補正する第１操舵角成分、および、方位角計測値とすべり角との偏差による操舵角への影響を補正する第２操舵角成分を含むフィードフォワード制御量を算出するフィードフォワード制御部２０７と、フィードバック制御量およびフィードフォワード制御量に基づいて操舵制御を行う操舵制御部２０８と、を備える。 <Action, effect>
The automatic steering control device 200 according to the embodiment of the present disclosure is an automatic steering control device 200 that automatically controls the steering angle of the vehicle 100 so that the vehicle 100 follows a target trajectory. Based on the azimuth angle measurement value and the azimuth angle target value for traveling on the target trajectory, the feedback control amount, which is the steering angle for correcting the deviation between the azimuth angle measurement value and the azimuth angle target value, is calculated. and a motion model that assumes the slip angle of the vehicle when the center of gravity of the vehicle 100 travels along the target trajectory, correcting the influence of the shape of the road on which the vehicle travels on the steering angle. and a feedforward control unit 207 for calculating a feedforward control amount including a first steering angle component that corrects the influence of the deviation between the azimuth angle measurement value and the slip angle on the steering angle. and a steering control unit 208 that performs steering control based on the control amount and the feedforward control amount.

このような構成により、フィードバック制御部２０６が算出したフィードバック制御量と、方位角とすべり角との偏差に起因して生じる、フィードバック制御量の正しい値からの偏差を補正するフィードフォワード制御量と、に基づく自動操舵制御を行うことができる。このため、車両の重心が目標軌道上を通るような、好適な自動操舵制御を行うことができるようになる。 With such a configuration, the feedback control amount calculated by the feedback control unit 206, the feedforward control amount that corrects the deviation from the correct value of the feedback control amount caused by the deviation between the azimuth angle and the slip angle, It is possible to perform automatic steering control based on. Therefore, it is possible to perform suitable automatic steering control such that the center of gravity of the vehicle passes on the target trajectory.

（変形例）
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。 (Modification)
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be modified and implemented as appropriate without departing from the scope of the present disclosure.

上記説明した実施の形態では、車両１００を運転者が操縦することについては想定していなかったが、本開示の自動操舵制御装置による自動操舵走行と、ドライバーの操縦による走行とを、任意に切り替えることができるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, it is not assumed that the vehicle 100 is controlled by the driver, but the automatic steering driving by the automatic steering control device of the present disclosure and the driving controlled by the driver are arbitrarily switched. You may make it possible.

上記説明した実施の形態では、車両１００の重心位置が固定であり、フィードフォワード制御部２０７は、前輪軸または後輪軸から重心までの距離、およびカメラ１０５から重心までの距離が一定値であるとして操舵量を算出していた。しかしながら、本開示はこれに限定されず、例えば車両１００に荷物の積み下ろしがあった場合には、車両の重心位置をその都度算出し直すようにしてもよい。重心位置は、例えばセンサ等によって検知した前輪荷重と後輪荷重とを用いて算出すればよい。また、走行中に重心位置がずれたことが検出された場合、操舵量算出部２０５によって算出される操舵量は適切な値ではなくなり、かつ走行が危険な状態であるため、自動操舵制御装置２００は、自動操舵制御を停止し、運転者に操縦させるようにしてもよい。 In the embodiment described above, the position of the center of gravity of vehicle 100 is fixed, and feedforward control unit 207 assumes that the distance from the front or rear wheel axle to the center of gravity and the distance from camera 105 to the center of gravity are constant values. I was calculating the amount of steering. However, the present disclosure is not limited to this, and for example, when cargo is loaded or unloaded from the vehicle 100, the position of the center of gravity of the vehicle may be recalculated each time. The center-of-gravity position may be calculated using, for example, the front wheel load and the rear wheel load detected by a sensor or the like. Further, when it is detected that the center-of-gravity position has deviated during traveling, the steering amount calculated by the steering amount calculation unit 205 is no longer an appropriate value, and traveling is in a dangerous state. may stop automatic steering control and allow the driver to steer.

本開示は、車線や道路に対して自動追従制御を行う自動追従制御装置に適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present disclosure can be applied to an automatic follow-up control device that performs automatic follow-up control for lanes and roads.

１００車両
１０１キャブ
１０２荷台
１０３前輪
１０４後輪
１０５カメラ
２００自動操舵制御装置
２０１横位置情報生成部
２０２方位角計測値情報生成部
２０３道路形状情報生成部
２０４車速センサ
２０５操舵量算出部
２０６フィードバック制御部
２０７フィードフォワード制御部
２０８操舵制御部 100 Vehicle 101 Cab 102 Bed 103 Front Wheel 104 Rear Wheel 105 Camera 200 Automatic Steering Control Device 201 Lateral Position Information Generating Section 202 Azimuth Measurement Value Information Generating Section 203 Road Shape Information Generating Section 204 Vehicle Speed Sensor 205 Steering Amount Calculating Section 206 Feedback Control Section 207 feedforward control unit 208 steering control unit

Claims

車両が目標軌道を追従するように前記車両の操舵角の自動制御を行う自動操舵制御装置であって、
前記車両の方位角の計測値である方位角計測値と、前記目標軌道を走行するための方位角目標値とに基づいて、前記方位角計測値と前記方位角目標値との偏差を補正する操舵角であるフィードバック制御量を算出するフィードバック制御部と、
前記車両の重心が前記目標軌道を通るように走行した場合の前記車両のすべり角を想定した運動モデルを用いて、前記車両が走行する道路の形状による前記操舵角への影響を補正する第１操舵角成分、および、前記方位角計測値と前記すべり角との偏差による前記操舵角への影響を補正する第２操舵角成分を含むフィードフォワード制御量を算出するフィードフォワード制御部と、
前記フィードバック制御量および前記フィードフォワード制御量に基づいて操舵制御を行う操舵制御部と、
を備える、自動操舵制御装置。 An automatic steering control device that automatically controls the steering angle of the vehicle so that the vehicle follows a target trajectory,
A deviation between the measured azimuth angle value and the target azimuth angle value is corrected based on the measured azimuth angle value, which is the measured azimuth angle value of the vehicle, and the target azimuth angle value for traveling on the target trajectory. a feedback control unit that calculates a feedback control amount that is a steering angle;
A first method for correcting the influence of the shape of the road on which the vehicle travels on the steering angle by using a motion model that assumes a slip angle of the vehicle when the vehicle travels so that the center of gravity of the vehicle passes through the target trajectory. a feedforward control unit that calculates a feedforward control amount including a steering angle component and a second steering angle component that corrects the influence of the difference between the azimuth angle measurement value and the slip angle on the steering angle;
a steering control unit that performs steering control based on the feedback control amount and the feedforward control amount;
An automatic steering control device comprising:

前記操舵角への影響は、前記方位角計測値と前記すべり角との偏差に起因して生じる、前記フィードバック制御量の正しいフィードバック制御量からの偏差である、
請求項１に記載の自動操舵制御装置。 The influence on the steering angle is a deviation of the feedback control amount from a correct feedback control amount caused by a deviation between the azimuth angle measurement value and the slip angle.
An automatic steering control system according to claim 1.

前記フィードフォワード制御部は、前記第２操舵角成分を、前記方位角の頂点位置と前記重心の位置との距離に基づいて算出する、
請求項１または２に記載の自動操舵制御装置。 The feedforward control unit calculates the second steering angle component based on the distance between the vertex position of the azimuth angle and the position of the center of gravity.
An automatic steering control device according to claim 1 or 2.

前記フィードバック制御部は、前記方位角計測値と前記方位角目標値との偏差を、比例制御を用いて補正し、
前記フィードフォワード制御部は、前記第２操舵角成分を、前記方位角計測値の頂点位置と前記重心の位置との距離、および、前記比例制御の比例ゲインに基づいて算出する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の自動操舵制御装置。 The feedback control unit corrects a deviation between the azimuth angle measurement value and the azimuth angle target value using proportional control,
The feedforward control unit calculates the second steering angle component based on the distance between the vertex position of the azimuth angle measurement value and the position of the center of gravity and the proportional gain of the proportional control.
An automatic steering control device according to any one of claims 1 to 3.

前記フィードバック制御部は、前方注視モデルを用いて前記フィードバック制御量を算出し、
前記フィードフォワード制御部は、前記第２操舵角成分を、前記方位角計測値の頂点位置と前記重心位置との距離、前記比例制御の比例ゲイン、および、前記前方注視モデルにおける前方注視距離に基づいて算出する、
請求項４に記載の自動操舵制御装置。 The feedback control unit calculates the feedback control amount using a forward gaze model,
The feedforward control unit calculates the second steering angle component based on the distance between the vertex position of the azimuth angle measurement value and the center of gravity position, the proportional gain of the proportional control, and the forward gaze distance in the forward gaze model. to calculate
An automatic steering control system according to claim 4.

前記フィードフォワード制御部は、前記道路の曲率、前記曲率の変化量、または前記道路の横断勾配、の少なくともいずれか１つによる前記操舵角への影響を補正する前記第１操舵角成分を算出する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の自動操舵制御装置。 The feedforward control unit calculates the first steering angle component for correcting the influence of at least one of the curvature of the road, the amount of change in the curvature, and the cross slope of the road on the steering angle. ,
An automatic steering control device according to any one of claims 1 to 5.

車両が目標軌道を追従するように前記車両の操舵角の自動制御を行う自動操舵制御方法であって、
前記車両の方位角の計測値である方位角計測値と、前記目標軌道を走行するための方位角目標値とに基づいて、前記方位角計測値と前記方位角目標値との偏差を補正する操舵角であるフィードバック制御量を算出し、
前記車両の重心が前記目標軌道を通るように走行した場合の前記車両のすべり角を想定した運動モデルを用いて、前記車両が走行する道路の形状による前記操舵角への影響を補正する第１操舵角成分、および、前記方位角計測値と前記すべり角との偏差による前記操舵角への影響を補正する第２操舵角成分を含むフィードフォワード制御量を算出し、
前記フィードバック制御量および前記フィードフォワード制御量に基づいて操舵制御を行う、
自動操舵制御方法。 An automatic steering control method for automatically controlling the steering angle of the vehicle so that the vehicle follows a target trajectory,
A deviation between the measured azimuth angle value and the target azimuth angle value is corrected based on the measured azimuth angle value, which is the measured azimuth angle value of the vehicle, and the target azimuth angle value for traveling on the target trajectory. Calculate the feedback control amount, which is the steering angle,
A first method for correcting the influence of the shape of the road on which the vehicle travels on the steering angle by using a motion model that assumes a slip angle of the vehicle when the vehicle travels so that the center of gravity of the vehicle passes through the target trajectory. calculating a feedforward control amount including a steering angle component and a second steering angle component for correcting the influence of the difference between the azimuth angle measurement value and the slip angle on the steering angle;
performing steering control based on the feedback control amount and the feedforward control amount;
Autopilot control method.

車両が目標軌道を追従するように前記車両の操舵角の自動制御を行う自動操舵制御プログラムであって、
前記車両の方位角の計測値である方位角計測値と、前記目標軌道を走行するための方位角目標値とに基づいて、前記方位角計測値と前記方位角目標値との偏差を補正する操舵角であるフィードバック制御量を算出する手順と、
前記車両の重心が前記目標軌道を通るように走行した場合の前記車両のすべり角を想定した運動モデルを用いて、前記車両が走行する道路の形状による前記操舵角への影響を補正する第１操舵角成分、および、前記方位角計測値と前記すべり角との偏差による前記操舵角への影響を補正する第２操舵角成分を含むフィードフォワード制御量を算出する手順と、
前記フィードバック制御量および前記フィードフォワード制御量に基づいて操舵制御を行う手順と、
を前記車両のプロセッサに実行させる、自動操舵制御プログラム。 An automatic steering control program for automatically controlling the steering angle of the vehicle so that the vehicle follows a target trajectory,
A deviation between the measured azimuth angle value and the target azimuth angle value is corrected based on the measured azimuth angle value, which is the measured azimuth angle value of the vehicle, and the target azimuth angle value for traveling on the target trajectory. a procedure for calculating a feedback control amount that is a steering angle;
A first method for correcting the influence of the shape of the road on which the vehicle travels on the steering angle by using a motion model that assumes a slip angle of the vehicle when the vehicle travels so that the center of gravity of the vehicle passes through the target trajectory. a step of calculating a feedforward control amount including a steering angle component and a second steering angle component for correcting the influence of the difference between the azimuth angle measurement value and the slip angle on the steering angle;
a procedure for performing steering control based on the feedback control amount and the feedforward control amount;
is executed by a processor of the vehicle.

請求項１から６のいずれか一項に記載の自動操舵制御装置を有する、
車両。 Having an automatic steering control device according to any one of claims 1 to 6,
vehicle.