JP7173893B2 - 車両制御装置、車両制御方法及び車両制御システム - Google Patents

車両制御装置、車両制御方法及び車両制御システム Download PDF

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Description

本発明は、車両の運転支援を行うための車両制御装置、車両制御方法及び車両制御システムに関する。
従来、この種の車両制御装置には、様々なものが提供されており、その一つとして例えば特許文献1に開示されているものが知られている。特許文献1に記載されている「車両用制御装置」では、車両を目標軌道へ追従させるために、軌道のずれ量を最小にする目標状態量や横揺れを最小にする目標状態量を算出し、フィードフォワード制御及びフィードバック制御を行っている。
特開2008-143269号公報
しかしながら、この特許文献1の技術では、タイヤの非線形特性を考慮していないため、例えば低ミュー(μ)路において、目標状態量を満足すべくフィードバック制御を実施すると、車両挙動を悪化させてしまい、最悪の場合には車両がスピン状態に陥る可能性があった。
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低ミュー路で運転支援を行う際に、車両挙動の悪化を抑制できる車両制御装置、車両制御方法及び車両制御システムを提供することにある。
本発明の車両制御装置及び車両制御方法は、その一つの態様において、車両に発生している横加速度に関する情報を取得し、取得した前記横加速度に関する情報に基づいて、第1のヨーレートを求め、センサ部によって検出された前記車両に発生しているヨーレートに関する物理量である第2のヨーレートを取得し、前記第1のヨーレートと、前記第2のヨーレートとを比較し、前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき、前記車両の走行目標に基づいて求められる前記車両の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量を低減する、ことを特徴としている。
また、本発明の車両制御システムは、その一つの態様において、車両の実際の運動状態を検出する車両運動状態検出センサ部と、前記車両の制御指令を出力するコントロール部と、前記コントロール部から出力される前記制御指令を取得し、前記車両の制駆動及び操舵を行うアクチュエータ部と、を備え、前記コントロール部は、前記車両の走行目標に応じて走行するために必要な前記車両の操作量であるフィードフォワード操作量を求め、前記車両に発生している横加速度に関する情報を取得し、取得した前記横加速度に関する情報に基づいて第1のヨーレートを求め、前記車両運動状態検出センサ部によって検出された前記車両に発生しているヨーレートに関する物理量である第2のヨーレートを取得し、前記第1のヨーレートと、前記第2のヨーレートとを比較し、前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき、前記走行目標に基づいて求められる前記車両の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量を低減し、低減した前記フィードバック操作量と、前記フィードフォワード操作量とに基づいて求めた制御指令を前記アクチュエータ部に出力する、ことを特徴とする。
本発明によれば、車両に発生しているヨーレートに関する物理量である第2のヨーレートが、横加速度に関する情報に基づく第1のヨーレートより大きいとき、走行目標に基づいて求められる車両の運動状態を示す目標状態量と、車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量を低減することで、低ミュー路で運転支援を行う際に、目標軌道への追従性よりも安定性を優先させ、車両挙動の悪化を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る車両制御システムの概略構成図である。 本発明の実施形態に係る車両制御装置の制御ロジックに関係する要部を抽出して示す構成図である。 本発明の実施形態に係る車両制御方法を示すフローチャートである。 図3における処理Fの詳細について説明するためのフローチャートである。 シングルレーンチェンジを行ったときのヨーレートとフィードバック操作量を従来と本発明で比較して示すタイミングチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る車両制御システムの概略構成を示している。この制御システムが適用される車両1は、エンジン2、ステアリング装置3、ホイルシリンダ液圧制御装置4、外界認識装置5、横加速度センサ6、ヨーレートセンサ7、及び車両制御装置8などを備えている。
外界認識装置5は、ステレオカメラやレーダーなどの外界認識センサ、及びGPSと地図情報を併用するなどして前方の道路情報を読み取り、取得した情報を車両制御装置8に出力する。車両制御装置8は、車両1の制御指令を出力するコントロール部として働くものである。この車両制御装置8には、車両1の実際の運動状態を検出する車両運動状態検出センサ部として機能する横加速度センサ6及びヨーレートセンサ7でそれぞれ検出した横加速度と実ヨーレートが入力される。
車両制御装置8は、外界認識装置5で取得した前方の道路情報、横加速度センサ6で検出した横加速度、及びヨーレートセンサ7で検出した実ヨーレートに基づいて、制御指令を生成する。そして、この制御指令による制御量を、車両1の制駆動及び操舵を行うアクチュエータ部(図示せず)にそれぞれ出力して、車両1の制駆動装置(ホイルシリンダ液圧制御装置4及びエンジン2)とステアリング装置3を制御することにより、運転者による車両1の運転を支援するとともに、ステアリング11の角度を調整する。
すなわち、車両制御装置8は、横滑り防止装置に代表されるホイルシリンダ液圧制御装置4により、各車輪9-1~9-4に設けられているホイルシリンダ10-1~10-4のブレーキ液圧を調整する。また、電子制御スロットルを備えるエンジン2であれば、この電子制御スロットルを制御してエンジントルクを制御する。更に、電動パワーステアリング装置に代表されるステアリング装置3では、アシスト用のアクチュエータを駆動制御して運転者によるステアリング11の操作を助ける。
図2は、本発明の実施形態に係る車両制御装置8の制御ロジックに関係する部分8aを抽出して示している。動的車両モデル21は、地図情報やカメラ情報から導出された目標走行軌跡と速度パターンを入力として、フィードフォワード操作量(FF操作量)としての目標ステアリング舵角(目標舵角1)と、車両1の状態量である車両モデルヨーレート(目標ヨーレート)を出力する。
車両モデルヨーレートと車両1に備え付けられたヨーレートセンサ7で取得した実ヨーレートの差分を算出し、この差分にフィードバックゲイン(FBゲイン)を掛け合わせ、フィードバック操作量(FB操作量)としての目標ステアリング舵角を求める。そして、これを制限前フィードバック操作量としてフィードバック制限部(FB制限部)22に入力する。
フィードバック制限部22には、横加速度センサ6で検出した実横加速度に基づいてヨーレート換算部23で算出した横加速度換算ヨーレートと、ヨーレートセンサ7で検出した実ヨーレートが入力されている。そして、このフィードバック制限部22で、横加速度換算ヨーレートと実ヨーレートとを比較し、横加速度換算ヨーレートより実ヨーレートが大きいときに、車両1の走行目標に基づいて求められた車両1の運動状態を示す目標状態量と、車両1の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量を制限する。
このようにして、フィードバック制限部22により、車両挙動の悪化を防ぐようにフィードバック操作量を制限し、これを制限後フィードバック操作量とする。その後、フィードフォワード操作量と、制限後フィードバック操作量を足し合わせた目標舵角2を実車両のステアリング装置3のアクチュエータに制御量(ステアリング角度)として指令する。
図3は、本発明の実施形態に係る車両制御装置の制御ロジックを示すフローチャートである。図3に示すステップST1~ST8の処理Aは、車両制御装置8に実装されており、一定周期で繰り返し実行される。
まず、外界認識装置5のカメラ情報や地図情報などで、前方の道路情報より目標経路を求める(ステップST1)。
次の処理Bでは、目標ヨーレートを求める(ステップST2)。目標ヨーレートは、以下の式(1)により算出する。
Figure 0007173893000001
ここで、
γ_course:目標ヨーレート
V:現在の走行速度
K:目標経路の曲率
である。
次の処理Cでは、フィードフォワード操作量(目標舵角1)を求める(ステップST3)。フィードフォワード操作量は、以下の式(2)より算出する。
Figure 0007173893000002
ここで、
m:車両質量
V:走行速度
:前輪コーナリングパワー
:後輪コーナリングパワー
:重心点~前軸距離
:重心点~後軸距離
I:車両慣性
S:ラプラス演算子
である。
次の処理Dでは、車両モデルヨーレートとヨーレートセンサ7で取得した実ヨーレートの差分を求める(ステップST4)。ヨーレート差分は、以下の式(3)より算出する。
Figure 0007173893000003
ここで、
Δγ:ヨーレート差分
γ_snsr:センサで計測した実ヨーレート
である。
続く、処理Eでは、制限前フィードバック操作量を求める(ステップST5)。フィードバックには比例制御(P制御)を用いる。制限前フィードバック操作量は、以下の式(4)より算出する。
Figure 0007173893000004
ここで、
δ_FB_raw:制限前フィードバック操作量
Kp:P制御ゲイン
である。
処理Fは、制限後フィードバック操作量を算出して(ステップST6)、処理Eで求めたフィードバック操作量を制限する部分である。横加速度換算ヨーレートより実ヨーレートが大きい場合、制限後フィードバック操作量を低減、例えばゼロ(0)にする。本条件に当てはまらない場合は、制限後フィードバック操作量は、制限前の値と同一となる。
処理Gでは、処理Cで求めたフィードフォワード操作量(目標舵角1)と、処理Fで求めた制限後フィードバック操作量を足し合わせ、以下の式(5)より目標舵角2(フィードフォワード操作量+フィードバック操作量)を算出する(ステップST7)。
Figure 0007173893000005
δ_final:目標舵角2
δ_fb:制限後フィードバック操作量
である。
最後に、ステアリング装置3のアクチュエータに目標舵角2(制御量)を指令する(ステップST8)。
図4は、図3における処理Fの詳細について説明するためのフローチャートである。まず、ステップS1において、実ヨーレートの方向(実ヨーレートがゼロ以上であるか、ゼロ未満であるか)を判定する。実ヨーレートがゼロ以上であれば、ステップS2に進み、そうでない場合はステップS7へ進む。ステップS2では、実ヨーレートと横加速度換算ヨーレートの大きさを比較する。横加速度換算ヨーレートは以下の式(6)より算出する。
Figure 0007173893000006
γ_yg:横加速度換算ヨーレート
YG:車両に備え付けられた横加速度センサの出力
である。
実ヨーレートが横加速度換算ヨーレートよりも大きければ、ステップS3へ進み、そうでない場合はステップS6へ進む。ステップS3では、制限前フィードバック操作量が、ゼロ(0)より大きいか否か判定する。そして、ゼロより大きい場合はステップS4へ進み、そうでない場合はステップS5へ進む。ステップS4では、制限前フィードバック操作量の値に関わらず、制限後フィードバック操作量の値をゼロとする。ステップS5及びステップS6では、制限後フィードバック操作量は制限前フィードバック操作量と等しい値とする。
上述したステップS1~S6は、実ヨーレートが正の場合であったが、ステップS7~S11は、実ヨーレートが負の場合を示している。基本的には、ステップS2~S6の符号が反転したものである。
すなわち、ステップS7では、実ヨーレートと横加速度換算ヨーレートの大きさを比較する。横加速度換算ヨーレートは上式(6)より算出する。実ヨーレートが横加速度換算ヨーレートよりも小さければステップS8へ進み、そうでない場合はステップS11へ進む。ステップS8では、制限前フィードバック操作量が、ゼロより小さいか否か判定する。そして、ゼロより小さい場合はステップS9へ進み、そうでない場合はステップS10へ進む。ステップS9では、制限前フィードバック操作量の値に関わらず、制限後フィードバック操作量の値をゼロとする。ステップS10及びステップS11では、制限後フィードバック操作量は制限前フィードバック操作量と等しい値とする。
図5は、上述したロジックを実施した場合のタイミングチャートである。縦軸に操作量である車体のヨーレートと、フィードバック操作量を示し、横軸は経過時間を示している。ここでは、シングルレーンチェンジ実施時のヨーレートとフィードバック操作量を、従来と本発明で比較して示している。時刻T0には、目標ヨーレートと実ヨーレートに差が発生し始めており、P制御であるため、差分に比例してフィードバック操作量も同時に大きくなり始めたタイミングである。
時間T1以降では、「目標ヨーレート>実ヨーレート」、「フィートバック操作量>0」となる。図5中に示した従来のフィードバック操作量では、目標ヨーレートと実ヨーレートの差分をそのままフィードバック操作量としているため、時刻T1以降においてその差分は小さくなるが、目標軌道への追従を優先させた結果、実ヨーレートが急激に大きくなり、車両がスピン状態となってしまう。
これは、リアタイヤの横力が飽和したため、フロントタイヤの横力とのバランスが崩れ、回転運動が促進されるためである。この状態では、車両1に備え付けられた横加速度センサ6で取得した横加速度から算出した横加速度換算ヨーレートが、時刻T1において頭打ちとなっている。そのため、この状態でフィードバック操作量があることで、容易に車両がスピン状態に陥ることになる。
これに対し、本発明では、時刻T1以降において、「目標ヨーレート>実ヨーレート」、「フィードバック操作量>0」となっていることを検出し、フィードバック操作量を低減、例えばゼロ(0)とする。これにより、一時的にはヨーレートの偏差が小さくなることを阻害するが、フィードバック操作量を抑えることにより車両1がスピン状態になるのを防ぐことができる。
[変形例1]
なお、上述した実施形態では、目標軌跡の曲率と車速から目標となるヨーレートを直接算出したが、この限りではない。例えば、目標軌跡からの横位置から横力目標が計算されて、これを満たすようなステアリング舵角が決まり、その舵角を車両モデルに入力した場合の出力となるヨーレートを目標ヨーレートとしてもよい。
[変形例2]
また、ヨーレート差分のP制御だけでなく、横位置や横加速度の差分から算出したフィードバック操作量を、制限前フィードバック操作量としてもよい。
[変形例3]
更に、目標とする横力やヨーレートなどを同時に満たせるようにするよう状態フィードバックなどで制御されていてもよい。
[変形例4]
更にまた、フィードフォワード操作量・フィードバック操作量は、実施形態のステアリング舵角ではなくても、例えば車体に発生させたいモーメントや、車体に発生させたい横力として扱っておき、走行状況に応じてステアリング舵角やブレーキ各輪制動を使い制御してもよい。
[変形例5]
また、横加速度換算ヨーレートは、センサで観測した横加速度から計算したヨーレートではなく、路面ミュー推定値より算出した発生可能な最大横加速度を用いて横加速度換算ヨーレートとしてもよい。
但し、路面ミュー推定値は推定であるので、実路面ミューより大きければフィードバック操作量を小さくできずスピンを防止できないし、小さければ走行時に早くフィードバック制御をやめてしまうことになり、フィードバック制御のメリットが薄れてしまう。よって、路面ミュー推定値が正確であることが前提となる。
ここで、上述した実施形態から把握し得る技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
車両制御装置8は、その一つの態様において、
車両1に発生している横加速度に関する情報を取得し、
取得した前記横加速度に関する情報に基づいて、第1のヨーレート(横加速度換算ヨーレート)を求め、
センサ部7によって検出された前記車両に発生しているヨーレートに関する物理量である第2のヨーレート(実ヨーレート)を取得し、
前記第1のヨーレートと、前記第2のヨーレートとを比較し、
前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき(第2のヨーレートと第1のヨーレートの偏差の絶対値が所定値より大きいとき)、前記車両1の走行目標に基づいて求められる前記車両1の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量を低減する。
上記構成によると、低ミュー路で運転支援を行う際に、車両挙動の悪化を抑制して走行目標に対する追従性を向上させることができる。
なお、上記センサ部は、横加速度センサやヨーレートセンサが別々のセンサでも一体のセンサのどちらでも良い。センサによって検出された横加速度の代わりに、路面ミュー推定値から発生可能な横加速度を求め、横加速度換算ヨーレートとしても良く、横加速度に関する情報の取得方法は限定されない。
また、フィードバック操作量を求めるための「目標状態量と実運動状態量との差」とは、ヨーレート差分の他、横位置や横加速度の差分より求めても良い。
車両制御装置の好ましい態様では、前記横加速度に関する情報は、前記センサ部によって検出された前記車両に発生している横加速度に関する物理量である。
上記構成によると、センサからの横加速度の検出値から横加速度換算ヨーレートを求めるため、より効果的にフィードバック操作量の制限ができる。
さらに別の好ましい態様では、前記横加速度に関する情報は、路面摩擦係数に基づいて求められる横加速度に関する物理量である。
上記構成によると、センサからの横加速度の検出値以外でもフィードバック操作量の制限が可能である。
但し、路面ミュー推定値はあくまで推定であるので、実路面ミューより大きければフィートバック操作量を小さくできずスピンを防止できない可能性があり、小さければ走行時に早くフィートバック制御をやめてしまうことになる。よって、路面ミュー推定値が正確であることが前提となる。
さらに別の好ましい態様では、前記目標状態量は目標ヨーレートであり、前記実運動状態量は前記第2のヨーレートである。
上記構成によると、制限前フィートバック操作量を求めるために使用する状態量と、フィートバック制限部で使用する状態量と同じ物理量を使用できる。
さらに別の好ましい態様では、前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき、前記車両の走行目標に基づいて求められる前記車両の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量をゼロに制限する。
上記構成によると、低ミュー路で運転支援を行う際に、制限後フィートバック操作量をゼロにすることで、より効果的に車両挙動の悪化を抑制して走行目標に対する追従性を向上させることができる。
さらに別の好ましい態様では、
車両制御方法は、その一つの態様において、
車両に発生している横加速度に関する情報を取得し、
取得した前記横加速度に関する情報に基づいて、第1のヨーレート(横加速度換算ヨーレート)を求め、
センサ部によって検出された前記車両に発生しているヨーレートに関する物理量である第2のヨーレート(実ヨーレート)を取得し、
前記第1のヨーレートと、前記第2のヨーレートとを比較し、
前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき(第2のヨーレートと第1のヨーレートの偏差の絶対値が所定値より大きいとき)、前記車両の走行目標に基づいて求められる前記車両の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量を低減する。
上記方法によると、低ミュー路で運転支援を行う際に、車両挙動の悪化を抑制して走行目標に対する追従性を向上させることができる。
さらに別の好ましい態様では、
車両の実際の運動状態を検出する車両運動状態検出センサ部と、
前記車両の制御指令を出力するコントロール部と、
前記コントロール部から出力される前記制御指令を取得し、前記車両の制駆動及び操舵を行うアクチュエータ部と、を備え、
前記コントロール部は、
前記車両の走行目標に応じて走行するために必要な前記車両の操作量であるフィードフォワード操作量を求め、
前記車両に発生している横加速度に関する情報を取得し、
取得した前記横加速度に関する情報に基づいて第1のヨーレート(横加速度換算ヨーレート)を求め、
前記車両運動状態検出センサ部によって検出された前記車両に発生しているヨーレートに関する物理量である第2のヨーレート(実ヨーレート)を取得し、
前記第1のヨーレートと、前記第2のヨーレートとを比較し、
前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき(第2のヨーレートと第1のヨーレートの偏差の絶対値が所定値より大きいとき)、前記走行目標に基づいて求められる前記車両の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づいて求められるフィードバック操作量を低減し、
低減した前記フィードバック操作量と、前記フィードフォワード操作量とに基づいて求めた制御指令を前記アクチュエータ部に出力する。
上記構成によると、低ミュー路で運転支援を行う際に、車両挙動の悪化を抑制して安定性を向上できる。
以上の実施形態で説明された構成は、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。
1…車両、2…エンジン、3…ステアリング装置、4…ホイルシリンダ液圧制御装置、5…外界認識装置、6…横加速度センサ、7…ヨーレートセンサ、8…車両制御装置、9-1~9-4…車輪、10-1~10-4…ホイルシリンダ、11…ステアリング、21…動的車両モデル、22…フィードバック制限部、23…ヨーレート換算部

Claims (7)

  1. 車両に発生している横加速度に関する情報を取得し、
    取得した前記横加速度に関する情報に基づいて、第1のヨーレートを求め、
    センサ部によって検出された前記車両に発生しているヨーレートに関する物理量である第2のヨーレートを取得し、
    前記第1のヨーレートと、前記第2のヨーレートとを比較し、
    前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき、前記車両の走行目標に基づいて求められる前記車両の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量を低減する、
    車両制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両制御装置において、
    前記横加速度に関する情報は、前記センサ部によって検出された前記車両に発生している横加速度に関する物理量である、
    車両制御装置。
  3. 請求項1に記載の車両制御装置において、
    前記横加速度に関する情報は、路面摩擦係数に基づいて求められる横加速度に関する物理量である、
    車両制御装置。
  4. 請求項1に記載の車両制御装置において、
    前記目標状態量は目標ヨーレートであり、前記実運動状態量は前記第2のヨーレートである、
    車両制御装置。
  5. 請求項1に記載の車両制御装置において、
    前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき、前記車両の走行目標に基づいて求められる前記車両の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量をゼロに制限する、
    車両制御装置。
  6. 車両に備えられた車両制御装置が行う車両制御方法であって、
    前記車両制御装置が、
    前記車両に発生している横加速度に関する情報を取得し、
    取得した前記横加速度に関する情報に基づいて、第1のヨーレートを求め、
    センサ部によって検出された前記車両に発生しているヨーレートに関する物理量である第2のヨーレートを取得し、
    前記第1のヨーレートと、前記第2のヨーレートとを比較し、
    前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき、前記車両の走行目標に基づいて求められる前記車両の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量を低減する、
    車両制御方法。
  7. 車両の実際の運動状態を検出する車両運動状態検出センサ部と、
    前記車両の制御指令を出力するコントロール部と、
    前記コントロール部から出力される前記制御指令を取得し、前記車両の制駆動及び操舵を行うアクチュエータ部と、を備え、
    前記コントロール部は、
    前記車両の走行目標に応じて走行するために必要な前記車両の操作量であるフィードフォワード操作量を求め、
    前記車両に発生している横加速度に関する情報を取得し、
    取得した前記横加速度に関する情報に基づいて第1のヨーレートを求め、
    前記車両運動状態検出センサ部によって検出された前記車両に発生しているヨーレートに関する物理量である第2のヨーレートを取得し、
    前記第1のヨーレートと、前記第2のヨーレートとを比較し、
    前記第2のヨーレートが前記第1のヨーレートより大きいとき、前記走行目標に基づいて求められる前記車両の運動状態を示す目標状態量と、前記車両の実際の運動状態を示す実運動状態量との差に基づくフィードバック操作量を低減し、
    低減した前記フィードバック操作量と、前記フィードフォワード操作量とに基づいて求めた制御指令を前記アクチュエータ部に出力する、
    車両制御システム。
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