WO2017222047A1 - 走行制御装置 - Google Patents

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佑介 竹谷
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Definitions

  • the present invention relates to a travel control device.
  • one of the problems of the present invention is to provide a travel control device that can travel a vehicle more accurately along a target locus.
  • the travel control apparatus includes, for example, a first calculation unit that calculates a target moment that is a turning moment necessary for turning a vehicle from a current position to a target position along a target locus, and at least a behavior response of the vehicle.
  • the second calculation unit that calculates a limit moment that is the maximum turning moment that can be generated by the steering mechanism of the vehicle before the vehicle reaches the target position from the current position, and the target moment is the limit moment
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle including a travel control device according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an exemplary block diagram illustrating a functional configuration of the travel control apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is an exemplary diagram for explaining the trajectory tracking control realized in the embodiment.
  • FIG. 4 is an exemplary flowchart illustrating processing executed by the travel control apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 1 is an exemplary block diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle V including a travel control device 10 according to the embodiment.
  • the vehicle V is a four-wheeled vehicle having two left and right front wheels FL and FR and two right and left rear wheels RL and RR.
  • the front wheels FL and FR and the rear wheels RL and RR may be collectively referred to as “wheels”.
  • the vehicle V is mainly provided with a travel control device 10, a steering mechanism 20, and a brake mechanism 30.
  • the steering mechanism 20 controls (changes or maintains) the steering angle of the vehicle V based on steering by the driver or a steering command from the travel control device 10.
  • the steering angle of the vehicle V corresponds to the turning angle of the front wheels FL and FR that are the steering wheels.
  • FIG. 1 is a so-called rack and pinion type steering mechanism that realizes control of the steering angle of the vehicle V by using a rack bar 41 and a pinion shaft 42.
  • the steering mechanism 20 mainly includes a steering wheel 21, a steering angle varying device 22, and a power steering device 23.
  • the steering wheel 21 is configured to be able to accept steering by the driver.
  • the steering wheel 21 is connected to the pinion shaft 42 via an upper shaft 44, a rudder angle varying device 22, and a lower shaft 45.
  • the steering angle varying device 22 has an electric motor (not shown) that operates in response to a command from the travel control device 10, and does not depend on steering of the steering wheel 21 by the driver, and the steering angle of the vehicle V is driven by the electric motor. It is configured to be controllable.
  • the steering angle varying device 22 is connected to the steering wheel 21 via the upper shaft 44 and is connected to the pinion shaft 42 via the lower shaft 45.
  • the power steering device 23 is configured to amplify a steering torque generated in response to the steering of the steering wheel 21 by the driver, and to perform steering assist by the driver.
  • the power steering device 23 includes an electric motor 51 that operates in response to a command from the travel control device 10, and a conversion mechanism 52 that converts rotational torque generated by the electric motor 51 into force in the reciprocating direction of the rack bar 41.
  • the upper shaft 44 is operated with a steering angle sensor 61 that detects the rotation angle of the upper shaft 44 as the steering angle ⁇ requested by the driver, and torque generated by the rotation of the upper shaft 44.
  • a steering torque sensor 62 that detects the steering torque Thd input by the user.
  • the steering angle varying device 22 is provided with a rotation angle sensor 63 that detects a relative rotation angle ⁇ re of the lower shaft 45 with respect to the upper shaft 44. The detection results by these sensors are input to the travel control device 10.
  • the brake mechanism 30 controls the braking force generated in the vehicle V based on a brake operation by the driver or a brake command from the travel control device 10.
  • the brake mechanism 30 includes a brake pedal 31, a master cylinder 32, a hydraulic circuit 33, and four wheel cylinders 34.
  • the brake pedal 31 accepts a brake operation (depressing operation or returning operation) by the driver.
  • the master cylinder 32 converts the driver's pedal effort into hydraulic pressure.
  • the hydraulic circuit 33 distributes the hydraulic pressure of the master cylinder 32 to the four wheel cylinders 34.
  • the hydraulic circuit 33 includes an oil reservoir, an oil pump, a valve, and the like (all not shown), and can increase or decrease the hydraulic pressure of the wheel cylinder 34 in accordance with a command from the travel control device 10. It is configured.
  • the wheel cylinder 34 operates based on the hydraulic pressure distributed from the hydraulic circuit 33 to generate a frictional force or the like on the wheel and to generate a braking force on the vehicle V.
  • the traveling control device 10 controls the traveling of the vehicle V by outputting a steering command and a brake command to the steering mechanism 20 and the brake mechanism 30, respectively.
  • the travel control device 10 may be configured as a plurality of ECUs such as a steering ECU (Electronic Control Unit) that controls the steering mechanism 20, a brake ECU that controls the brake mechanism 30, and the steering mechanism 20 and the brake mechanism 30. Etc. may be configured as a single ECU that performs overall control.
  • the travel control device 10 performs trajectory tracking control that causes the vehicle V to travel along a predetermined target trajectory regardless of steering by the driver, for example, when it is necessary to urgently avoid the preceding vehicle.
  • the target locus is determined based on, for example, information input from an in-vehicle camera (not shown) that can acquire information around the vehicle V.
  • the vehicle V is an object having a size, even when the steered wheels (the front wheels FL and FR in the example of FIG. 1) are steered, the motion of the vehicle V until the actual behavior starts. A delay based on characteristics occurs.
  • the steering mechanism 20 is a machine that operates mechanically or electrically, even when a steering command by the driver or a steering command by the travel control device 10 is executed, the steering mechanism 20 is mechanically mechanical until it starts to behave. Or a delay based on electrical operation occurs.
  • the travel control device 10 is realized by a plurality of ECUs, a communication delay or the like via a CAN (Controller Area Network) executed between the plurality of ECUs also occurs.
  • CAN Controller Area Network
  • the behavior response delay of the vehicle V constituted by several types of delay as described above becomes a factor that the vehicle V does not travel according to the target locus when the locus tracking control is executed.
  • the case where the trajectory tracking control is necessary is, for example, a case where it is necessary to urgently avoid the preceding vehicle. In such a case, a great inconvenience may occur if the vehicle V does not travel according to the target locus. Therefore, in the embodiment, it is desired to run the vehicle V along the target locus more reliably by executing the locus tracking control considering at least the behavior response delay.
  • the traveling control apparatus 10 realizes trajectory tracking control in consideration of at least behavioral response delay by the configuration described below.
  • the traveling control device 10 calculates two types of moments, a target moment and a limit moment.
  • the target moment is a turning moment necessary for turning the vehicle V from the current position to the target position along the target locus.
  • the limit moment is the maximum turning moment that can be generated by the steering mechanism 20 until the vehicle V reaches the target position from the current position, which is calculated in consideration of at least the behavior response delay of the vehicle V.
  • the traveling control device 10 uses the brake mechanism 30 that generally has a higher response than the steering mechanism 20 for the insufficient moment corresponding to the difference between the target moment and the limit moment. To generate.
  • the brake mechanism 30 can generate a turning moment in the vehicle V by generating an independent braking force in the wheel cylinder 34 as a brake device provided corresponding to each of the four wheels. It is configured as follows.
  • the relationship between the turning moment generated in the vehicle V and the distribution of the braking force generated in the wheel cylinder 34 can be calculated by a method using a conventionally proposed tire model or the like (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-2002). 173014).
  • FIG. 2 is an exemplary block diagram showing a functional configuration of the travel control apparatus 10 according to the embodiment.
  • the ECU that constitutes the travel control device 10 includes a processor that can execute various arithmetic processes.
  • the processor reads a program stored (installed) in a memory and executes the arithmetic process according to the program.
  • the following functional configuration is realized.
  • the travel control device 10 includes a current position acquisition unit 101, a target position acquisition unit 102, a first calculation unit 103, a second calculation unit 104, and a brake command output as functional configurations.
  • Unit 105 and a steering command output unit 106 may be shared by a plurality of ECUs or may be realized by a single ECU.
  • the current position acquisition unit 101 acquires the current position of the vehicle V.
  • the current position is acquired by integrating the detection result of a speed sensor (not shown) or using GPS (Global Positioning System).
  • the target position acquisition unit 102 acquires the target position of the vehicle V.
  • the target position is a position determined based on the target locus, and is a position in the target locus that the vehicle V at the current position should reach after a predetermined time t.
  • the target position acquisition unit 102 acquires the next target position. That is, the target position acquisition unit 102 acquires a new target position every predetermined time t based on the target locus.
  • the first calculation unit 103 calculates a target moment that is a turning moment necessary for turning the vehicle V from the current position to the target position along the target locus.
  • the second calculation unit 104 considers at least the behavior response delay of the vehicle V, and calculates a limit moment that is the maximum turning moment that the steering mechanism 20 can generate until the vehicle V reaches the target position from the current position. calculate.
  • the behavior response delay of the vehicle V may be a predetermined constant value or acquired by a sensor such as a road surface friction coefficient ⁇ , a road surface temperature, and a tire wear degree ( It may be a variable value calculated based on various parameters that can be estimated).
  • the steering ability that can be exhibited by the steering mechanism 20 changes according to the state of the vehicle V.
  • the maximum steering angle that the steering mechanism 20 can impart to the vehicle V is determined in relation to the state of the vehicle V, such as the current steering angle of the vehicle V. Therefore, when the state of the vehicle V changes, the maximum steering angle that the steering mechanism 20 can apply to the vehicle V also changes, and as a result, the limit moment that the steering mechanism 20 can generate also changes. For this reason, in order to calculate the limit moment more accurately, it is necessary to consider the steering capability of the steering mechanism 20 in addition to the behavioral response delay of the vehicle V.
  • the second calculation unit 104 calculates the limit moment more accurately in consideration of the behavior response delay of the vehicle V and the steering capability that the steering mechanism 20 can exhibit according to the state of the vehicle V. To do.
  • the brake command output unit 105 outputs a brake command to the brake mechanism 30.
  • the brake command output unit 105 causes the vehicle V to generate an insufficient moment corresponding to the difference between the target moment and the limit moment when the target moment is greater than the limit moment when the trajectory tracking control is executed.
  • a brake command for generating an independent braking force is output to a wheel cylinder 34 provided corresponding to each of the four wheels.
  • the steering command output unit 106 outputs a steering command to the steering mechanism 20.
  • the steering command output unit 106 according to the embodiment outputs a steering command to the steering mechanism 20 so as to cause the vehicle V to generate a turning moment corresponding to the target moment when the trajectory tracking control is executed.
  • the steering mechanism 20 cannot generate a turning moment greater than the limit moment. Therefore, when the target moment is larger than the limit moment, the turning moment actually generated by the steering mechanism 20 is the limit moment.
  • the vehicle V can be driven according to the target locus.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining trajectory tracking control realized in the embodiment.
  • a solid line L1 passing through points P0, P1, P2,... Indicates a target locus set in the locus tracking control.
  • the vehicle V executes trajectory tracking control with the point P1 in the solid line L1 indicating the target trajectory as the target position.
  • the turning moment corresponding to the difference between the angle ⁇ 1 and the angle ⁇ 2 is generated by using the brake mechanism 30 to compensate for the insufficient turning moment.
  • the vehicle V that only turns to the point P11 along the alternate long and short dash line L2 is the target position along the solid line L1 indicating the target trajectory. Since it is possible to turn to the point P1, it is possible to avoid the arrival position of the vehicle V from deviating from the target position.
  • the technique of the embodiment updates the target position at every predetermined time t, and each time the target position is reached, the turning moment required for turning to the next new target position is calculated by the steering mechanism. 20 (if necessary, the brake mechanism 30 is also used). Therefore, according to the technology of the embodiment, it is possible to avoid the deviation of the arrival position from increasing as the vehicle V travels.
  • FIG. 4 is an exemplary flowchart showing processing executed by the traveling control device 10 according to the embodiment.
  • the processing flow of FIG. 4 is repeatedly executed (in a cycle corresponding to the predetermined time t) while the trajectory tracking control is being executed.
  • the current position acquisition unit 101 acquires the current position of the vehicle V.
  • the target position acquisition unit 102 acquires the target position.
  • the target position is a position in the target locus that the vehicle V at the current position should reach after the predetermined time t.
  • the 1st calculating part 103 calculates the target moment which is a turning moment required in order to make the vehicle V turn from the present position to a target position along a target locus.
  • the 2nd calculating part 104 acquires the information regarding the behavior response delay of the vehicle V.
  • the behavioral response delay includes a delay based on the motion characteristics of the vehicle V, a delay based on the mechanical or electrical operation of the steering mechanism 20, and the like.
  • the 2nd calculating part 104 acquires the information regarding the steering capability which the steering mechanism 20 can exhibit according to the state of the vehicle V.
  • the steering capability is, for example, the maximum steering angle that the steering mechanism 20 can give to the vehicle V at the current position, which is determined based on the relationship with the current steering angle of the vehicle V.
  • the second calculation unit 104 takes into account the behavior response delay of the vehicle V and the steering capability that the steering mechanism 20 can exhibit according to the state of the vehicle V, so that the vehicle V moves from the current position to the target.
  • a limit moment which is the maximum turning moment that can be generated by the steering mechanism 20 before reaching the position, is calculated.
  • the brake command output unit 105 determines whether the target moment is greater than the limit moment.
  • the brake command output unit 105 calculates a shortage moment by taking the difference between the target moment and the limit moment.
  • the brake command output unit 105 outputs a brake command corresponding to the shortage moment calculated in S ⁇ b> 8 or S ⁇ b> 9 to the brake mechanism 30.
  • the brake command output unit 105 causes the brake corresponding to the short moment to generate a short moment corresponding to the difference between the target moment and the limit moment in S10. Outputs a command.
  • the steering command output unit 106 outputs a steering command that causes the steering mechanism 20 to generate a limit moment.
  • the brake command output unit 105 outputs a brake command that does not generate a turning moment in S10.
  • the steering command output unit 106 outputs a steering command that causes the steering mechanism 20 to generate a target moment.
  • the travel control device 10 includes the first calculation unit 103 that calculates the target moment that is a turning moment necessary for turning the vehicle V to the target position, and at least the behavior response of the vehicle V.
  • a second calculation unit 104 that calculates a limit moment that is the maximum turning moment that can be generated by the steering mechanism 20 of the vehicle V until the vehicle V reaches the target position from the current position; I have.
  • the traveling control device 10 when the target moment is larger than the limit moment, the traveling control device 10 generates independent braking forces on the plurality of wheel cylinders 34 so as to generate an insufficient moment corresponding to the difference between the target moment and the limit moment.
  • a brake command output unit 105 that outputs a brake command is provided. According to these configurations, when the turning moment is insufficient at least due to the behavioral response delay, the insufficient turning moment can be compensated using the wheel cylinder 34 having a relatively high response. The vehicle V can travel along the target locus more accurately.
  • the behavior response delay includes a delay based on the motion characteristic of the vehicle and a delay based on the mechanical or electrical operation of the steering mechanism 20, and the second calculation unit 104 uses these two types of delays.
  • the limit moment is calculated in consideration of the delay and the steering ability that the steering mechanism 20 can exhibit according to the state of the vehicle V. Thereby, the limit moment can be calculated more accurately in consideration of the behavioral response delay and the steering capability of the steering mechanism.
  • the state of the vehicle V includes the current steering angle of the vehicle V, and the steering capability of the steering mechanism 20 is determined in relation to the current steering angle of the vehicle V.
  • the maximum steering angle that can be given to the vehicle V at the position is included. Thereby, the steering capability of the steering mechanism 20 can be more accurately evaluated.
  • the technique of the embodiment can be similarly applied to the case where the calculated value of the yaw rate is used instead of the calculated value of the moment or in combination with the calculated value of the moment.

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Abstract

実施形態による走行制御装置は、車両を現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する第１演算部と、少なくとも車両の挙動応答遅れを考慮して、車両が現在位置から目標位置に到達するまでの間に車両の操舵機構が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する第２演算部と、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合に、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、車両の複数の車輪の各々に対応して設けられるブレーキ装置に独立した制動力を発生させるブレーキ指令を出力する出力部と、を備える。

Description

走行制御装置
　本発明は、走行制御装置に関する。
　従来、運転者による運転操作に関わらず車両を所定の目標軌跡に沿って自動走行させるため、目標軌跡に対応した操舵トルクを発生させる旨の指令を自動で車両に与える技術が知られている。
特開２０１２－１１８６３号公報
　一般に、車両に指令を与えても、当該指令に応じて車両が実際に挙動を開始するまでには、タイムラグ（挙動応答遅れ）が発生する。従来では、このような挙動応答遅れが考慮されていなかったため、目標軌跡に対応した操舵トルクを発生させる旨の指令を車両に与えても、挙動応答遅れに起因して、所望の操舵トルクが得られず、車両を目標軌跡に沿って走行させることができない場合があった。
　そこで、本発明の課題の一つは、車両をより正確に目標軌跡に沿って走行させることが可能な走行制御装置を提供することである。
　本発明による走行制御装置は、たとえば、車両を現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する第１演算部と、少なくとも車両の挙動応答遅れを考慮して、車両が現在位置から目標位置に到達するまでの間に車両の操舵機構が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する第２演算部と、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合に、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、車両の複数の車輪の各々に対応して設けられるブレーキ装置に独立した制動力を発生させるブレーキ指令を出力する出力部と、を備える。これにより、少なくとも挙動応答遅れに起因して旋回モーメントが不足している場合、不足分の旋回モーメントを、比較的応答性の高いブレーキ装置を用いて補償することができるので、車両をより正確に目標軌跡に沿って走行させることができる。
図１は、実施形態による走行制御装置を備えた車両の概略的構成を示した例示的なブロック図である。 図２は、実施形態による走行制御装置の機能的構成を示した例示的なブロック図である。 図３は、実施形態において実現される軌跡追従制御を説明するための例示的な図である。 図４は、実施形態による走行制御装置が実行する処理を示した例示的なフローチャートである。
　以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。
　図１は、実施形態による走行制御装置１０を備えた車両Ｖの概略的構成を示した例示的なブロック図である。図１に示されるように、車両Ｖは、左右２つの前輪ＦＬおよびＦＲと、左右２つの後輪ＲＬおよびＲＲと、を有した４輪の自動車である。以下では、前輪ＦＬおよびＦＲと後輪ＲＬおよびＲＲとを総称して「車輪」と記載することがある。車両Ｖには、走行制御装置１０と、操舵機構２０と、ブレーキ機構３０と、が主として設けられている。
　操舵機構２０は、運転者による操舵または走行制御装置１０からの操舵指令に基づいて、車両Ｖの操舵角を制御（変更または維持）する。図１の例では、車両Ｖの操舵角は、操舵輪である前輪ＦＬおよびＦＲの切れ角に対応する。
　図１に例示された操舵機構２０は、車両Ｖの操舵角の制御をラックバー４１およびピニオンシャフト４２を用いて実現する、いわゆるラックアンドピニオン型の操舵機構である。つまり、図１の例では、ピニオンシャフト４２の回転などが発生すると、それに応じてラックバー４１が往復移動する。そして、ラックバー４１が往復移動すると、当該ラックバー４１に接続されたタイロッド４３が搖動し、車両Ｖの操舵輪（前輪ＦＬおよびＦＲ）が転舵する。
　より具体的に、実施形態による操舵機構２０は、ステアリングホイール２１と、舵角可変装置２２と、パワーステアリング装置２３と、を主として備える。
　ステアリングホイール２１は、運転者による操舵を受け付け可能に構成されている。ステアリングホイール２１は、アッパシャフト４４と、舵角可変装置２２と、ロアシャフト４５と、を介してピニオンシャフト４２に接続されている。
　舵角可変装置２２は、走行制御装置１０からの指令に応じて動作する電動機（不図示）を有し、当該電動機により、運転者によるステアリングホイール２１の操舵に依存せず、車両Ｖの操舵角を制御可能に構成されている。舵角可変装置２２は、アッパシャフト４４を介してステアリングホイール２１に接続され、ロアシャフト４５を介してピニオンシャフト４２に接続されている。
　パワーステアリング装置２３は、運転者によるステアリングホイール２１の操舵に応じて発生する操舵トルクを増幅し、運転者による操舵のアシストを実行可能に構成されている。パワーステアリング装置２３は、走行制御装置１０からの指令に応じて動作する電動機５１と、当該電動機５１で発生する回転トルクをラックバー４１の往復方向の力に変換する変換機構５２と、を備える。
　なお、図１の例では、アッパシャフト４４には、当該アッパシャフト４４の回転角度を運転者が要求した操舵角θとして検出する操舵角センサ６１と、アッパシャフト４４の回転により発生するトルクを運転者が入力した操舵トルクＴｈｄとして検出する操舵トルクセンサ６２と、が設けられている。また、舵角可変装置２２には、アッパシャフト４４に対するロアシャフト４５の相対的な回転角度θｒｅを検出する回転角度センサ６３が設けられている。これらのセンサによる検出結果は、走行制御装置１０に入力される。
　ブレーキ機構３０は、運転者によるブレーキ操作または走行制御装置１０からのブレーキ指令に基づいて、車両Ｖに発生させる制動力を制御する。ブレーキ機構３０は、ブレーキペダル３１と、マスタシリンダ３２と、油圧回路３３と、４つのホイールシリンダ３４と、を備える。
　ブレーキペダル３１は、運転者によるブレーキ操作（踏み込み操作または踏み戻し操作）を受け付ける。マスタシリンダ３２は、運転者の踏力を油圧に変換する。油圧回路３３は、マスタシリンダ３２の油圧を４つのホイールシリンダ３４に配分する。なお、油圧回路３３は、オイルリザーバやオイルポンプや弁など（いずれも不図示）を備え、走行制御装置１０からの指令に応じて、ホイールシリンダ３４の油圧を増圧または減圧することが可能に構成されている。ホイールシリンダ３４は、油圧回路３３から配分された油圧に基づいて動作することで車輪に摩擦力などを発生させ、車両Ｖに制動力を発生させる。
　走行制御装置１０は、操舵機構２０およびブレーキ機構３０にそれぞれ操舵指令およびブレーキ指令を出力することで、車両Ｖの走行を制御する。走行制御装置１０は、操舵機構２０を制御する操舵ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ）や、ブレーキ機構３０を制御するブレーキＥＣＵなどといった、複数のＥＣＵとして構成されてもよいし、操舵機構２０やブレーキ機構３０などを統括的に制御する単一のＥＣＵとして構成されてもよい。
　ここで、実施形態による走行制御装置１０は、たとえば先行車両を緊急に回避することが必要な場合などにおいて、車両Ｖを運転者による操舵に関わらず所定の目標軌跡に沿って走行させる軌跡追従制御を実行可能なように構成されている。目標軌跡は、たとえば、車両Ｖの周辺の情報を取得可能な車載カメラ（不図示）などから入力される情報に基づいて決定される。
　ところで、車両Ｖは、大きさを持った物体であるため、操舵輪（図１の例では、前輪ＦＬおよびＦＲ）が転舵した場合でも、実際に挙動を始めるまでには、車両Ｖの運動特性に基づく遅れが発生する。また、操舵機構２０は、機械的または電気的に動作する機械であるため、運転者による操舵または走行制御装置１０による操舵指令が実行された場合でも、実際に挙動を始めるまでには、機械的または電気的な動作に基づく遅れが発生する。さらに、走行制御装置１０が複数のＥＣＵにより実現される場合には、それら複数のＥＣＵ間で実行されるＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などを介した通信の遅れなども発生する。
　上記のようないくつかの種類の遅れによって構成される車両Ｖの挙動応答遅れは、軌跡追従制御の実行時に車両Ｖが目標軌跡通りに走行しない要因となる。ここで、前述したように、軌跡追従制御が必要な場合とは、たとえば、先行車両を緊急に回避することが必要な場合である。このような場合では、車両Ｖが目標軌跡通りに走行しないと、大きな不都合が発生する可能性がある。したがって、実施形態では、少なくとも挙動応答遅れを考慮した軌跡追従制御を実行することで、より確実に、車両Ｖを目標軌跡に沿って走行させることが望まれる。
　そこで、実施形態による走行制御装置１０は、以下で説明するような構成により、少なくとも挙動応答遅れを考慮した軌跡追従制御を実現する。
　具体的に、走行制御装置１０は、目標モーメントと、限界モーメントと、の２種類のモーメントを算出する。目標モーメントとは、車両Ｖを現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである。限界モーメントとは、少なくとも車両Ｖの挙動応答遅れを考慮して算出される、車両Ｖが現在位置から目標位置に到達するまでの間に操舵機構２０が発生可能な最大の旋回モーメントである。
　目標モーメントが限界モーメントより大きい場合、不足分の旋回モーメントを何らかの方法で補償しなければ、車両Ｖの走行軌跡を目標軌跡と一致させることができない。したがって、走行制御装置１０は、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合に、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを、一般的に操舵機構２０よりも応答性が高いブレーキ機構３０を用いて発生させる。
　なお、実施形態によるブレーキ機構３０は、４つの車輪の各々に対応して設けられるブレーキ装置としてのホイールシリンダ３４に独立した制動力を発生させることで、車両Ｖに旋回モーメントを発生させることが可能なように構成されている。車両Ｖに発生させる旋回モーメントと、ホイールシリンダ３４に発生させる制動力の配分と、の関係は、従来から提案されているタイヤモデルなどを用いた方法で計算可能である（たとえば、特開２００２－１７３０１４号公報参照）。
　図２は、実施形態による走行制御装置１０の機能的構成を示した例示的なブロック図である。走行制御装置１０を構成するＥＣＵは、各種の演算処理を実行可能なプロセッサを備え、当該プロセッサにより、メモリに記憶された（インストールされた）プログラムを読み出し、当該プログラムに従って演算処理を実行することで、次のような機能的構成を実現する。
　図２に示されるように、走行制御装置１０は、機能的構成として、現在位置取得部１０１と、目標位置取得部１０２と、第１演算部１０３と、第２演算部１０４と、ブレーキ指令出力部１０５と、操舵指令出力部１０６と、を備える。これらの機能的構成は、複数のＥＣＵで分担して実現してもよいし、単一のＥＣＵで実現してもよい。
　現在位置取得部１０１は、車両Ｖの現在位置を取得する。現在位置は、速度センサ（不図示）の検出結果を積分したり、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ）を使用したりすることで取得される。
　目標位置取得部１０２は、車両Ｖの目標位置を取得する。目標位置とは、目標軌跡に基づいて決定される位置であって、現在位置にある車両Ｖが所定時間ｔ後に到達すべき目標軌跡内の位置である。目標位置取得部１０２は、直近に取得した目標位置に車両Ｖが到達すると、次の目標位置を取得する。つまり、目標位置取得部１０２は、目標軌跡に基づき、所定時間ｔ毎に新たな目標位置を取得する。
　第１演算部１０３は、車両Ｖを現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する。
　第２演算部１０４は、少なくとも車両Ｖの挙動応答遅れを考慮して、車両Ｖが現在位置から目標位置に到達するまでの間に操舵機構２０が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する。なお、実施形態では、車両Ｖの挙動応答遅れは、予め設定された一定値であってもよいし、路面の摩擦係数μや、路面の温度、タイヤの摩耗度などといった、センサなどにより取得（推定）可能な種々のパラメータに基づいて算出される可変値であってもよい。
　ところで、操舵機構２０が発揮可能な操舵能力は、車両Ｖの状態に応じて変化する。たとえば、操舵能力の一例として、操舵機構２０が車両Ｖに付与可能な最大の舵角について考える。操舵機構２０が車両Ｖに付与可能な最大の舵角は、車両Ｖの現在の舵角などといった、車両Ｖの状態との関係で決定される。したがって、車両Ｖの状態が変化すると、操舵機構２０が車両Ｖに付与可能な最大の舵角も変化し、その結果、操舵機構２０が発生可能な限界モーメントも変化する。このため、限界モーメントをより正確に算出するためには、車両Ｖの挙動応答遅れの他にも、操舵機構２０の操舵能力を考慮する必要がある。
　そこで、実施形態による第２演算部１０４は、車両Ｖの挙動応答遅れと、操舵機構２０が車両Ｖの状態に応じて発揮可能な操舵能力と、を考慮して、限界モーメントをより正確に算出する。
　ブレーキ指令出力部１０５は、ブレーキ機構３０にブレーキ指令を出力する。実施形態によるブレーキ指令出力部１０５は、軌跡追従制御の実行時において、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合に、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、車両Ｖの４つの車輪の各々に対応して設けられるホイールシリンダ３４に独立した制動力を発生させるブレーキ指令を出力する。
　操舵指令出力部１０６は、操舵機構２０に操舵指令を出力する。実施形態による操舵指令出力部１０６は、軌跡追従制御の実行時において、車両Ｖに目標モーメント分の旋回モーメントを発生させるように、操舵機構２０に操舵指令を出力する。なお、前述したように、操舵機構２０は、限界モーメントより大きい旋回モーメントを発生させることはできない。したがって、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合、操舵機構２０が実際に発生させる旋回モーメントは、限界モーメントである。
　以上の構成により、実施形態では、車両Ｖを目標軌跡通りに走行させることが可能となる。
　図３は、実施形態において実現される軌跡追従制御を説明するための図である。図３の例において、点Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、…を通る実線Ｌ１は、軌跡追従制御において設定される目標軌跡を示している。図３に示されるように、車両Ｖが点Ｐ０の位置に位置している場合、当該車両Ｖは、目標軌跡を示す実線Ｌ１内の点Ｐ１を目標位置として、軌跡追従制御を実行する。
　ここで、車両Ｖを点Ｐ０から点Ｐ１に旋回移動させたい場合、現在の車両Ｖの進行方向を示す点線の矢印Ａ１に対して角度θ１だけ車両Ｖを旋回させる必要があるため、当該角度θ１に対応した旋回モーメントを目標モーメントとして発生させる必要がある。しかしながら、車両Ｖを角度θ１だけ旋回させようとしても、車両Ｖの挙動応答遅れや、操舵機構２０の操舵能力の限界などの要因により、上記の角度θ１よりも小さい角度θ２に対応した旋回モーメントしか発生させることができない場合がある。この場合、車両Ｖが到達する位置は、点Ｐ０を起点とした一点鎖線Ｌ２に沿った点Ｐ１１となり、目標位置である点Ｐ１からずれてしまう。
　そこで、実施形態では、前述したような構成により、角度θ１と角度θ２との差分に対応した旋回モーメントを、ブレーキ機構３０を用いて発生させることで、不足分の旋回モーメントを補償する。これにより、実施形態の技術を適用しない通常の軌跡追従制御を実行する限りは一点鎖線Ｌ２に沿って点Ｐ１１までしか旋回移動しない車両Ｖを、目標軌跡を示す実線Ｌ１に沿って目標位置である点Ｐ１まで旋回移動させることが可能になるので、車両Ｖの到達位置が目標位置からずれるのを回避することができる。
　なお、実施形態の技術を適用しない場合、車両Ｖの到達位置のずれは、車両Ｖの走行が進む程大きくなる。たとえば、図３の例において実線Ｌ１および一点鎖線Ｌ２を比較すると、点Ｐ１および点Ｐ１１の次の到達位置である点Ｐ２および点Ｐ１２のずれは、点Ｐ１および点Ｐ１１のずれよりも大きくなっており、最終的な到達位置である点Ｑ０および点Ｑ１０のずれは、点Ｐ２および点Ｐ１２のずれよりもさらに大きくなっている。前述したように、実施形態の技術は、目標位置を所定時間ｔ毎に更新し、目標位置に到達する毎に、次の新たな目標位置に旋回移動するために必要な旋回モーメントを、操舵機構２０を用いて（必要な場合はブレーキ機構３０も用いて）発生させるものである。したがって、実施形態の技術によれば、車両Ｖの走行が進むにつれて到達位置のずれが大きくなるのを回避することができる。
　次に、実施形態において実行される制御動作について説明する。
　図４は、実施形態による走行制御装置１０が実行する処理を示した例示的なフローチャートである。この図４の処理フローは、軌跡追従制御が実行されている間、繰り返し（上記の所定時間ｔに対応した周期で）実行される。
　図４の処理フローでは、まず、Ｓ１において、現在位置取得部１０１は、車両Ｖの現在位置を取得する。
　そして、Ｓ２において、目標位置取得部１０２は、目標位置を取得する。前述したように、目標位置とは、現在位置にある車両Ｖが所定時間ｔ後に到達すべき目標軌跡内の位置である。
　そして、Ｓ３において、第１演算部１０３は、車両Ｖを現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する。
　そして、Ｓ４において、第２演算部１０４は、車両Ｖの挙動応答遅れに関する情報を取得する。前述したように、挙動応答遅れは、車両Ｖの運動特性に基づく遅れや、操舵機構２０の機械的または電気的な動作に基づく遅れなどを含んでいる。
　そして、Ｓ５において、第２演算部１０４は、操舵機構２０が車両Ｖの状態に応じて発揮可能な操舵能力に関する情報を取得する。前述したように、操舵能力とは、たとえば、車両Ｖの現在の舵角との関係で決定される、操舵機構２０が現在位置にある車両Ｖに付与可能な最大の舵角である。
　そして、Ｓ６において、第２演算部１０４は、車両Ｖの挙動応答遅れと、車両Ｖの状態に応じて操舵機構２０が発揮可能な操舵能力と、を考慮して、車両Ｖが現在位置から目標位置に到達するまでの間に操舵機構２０が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する。
　そして、Ｓ７において、ブレーキ指令出力部１０５は、目標モーメントが限界モーメントより大きいか否かを判断する。
　Ｓ７において、目標モーメントが限界モーメントより大きいと判断された場合、Ｓ８に処理が進む。そして、Ｓ８において、ブレーキ指令出力部１０５は、目標モーメントと限界モーメントとの差分をとり、不足モーメントを算出する。
　一方、Ｓ７において、目標モーメントが限界モーメント以下であると判断された場合、Ｓ９に処理が進む。そして、Ｓ９において、ブレーキ指令出力部１０５は、不足モーメントをゼロとして算出する。
　Ｓ８またはＳ９の処理が終了すると、Ｓ１０に処理が進む。そして、Ｓ１０において、ブレーキ指令出力部１０５は、Ｓ８またはＳ９で算出された不足モーメントに対応するブレーキ指令をブレーキ機構３０に出力する。
　より具体的に、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合、ブレーキ指令出力部１０５は、Ｓ１０において、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、当該不足モーメントに対応したブレーキ指令を出力する。なお、このとき、操舵指令出力部１０６が、操舵機構２０に限界モーメントを発生させるような操舵指令を出力することは、言うまでもない。
　一方、目標モーメントが限界モーメント以下である場合、不足モーメントはゼロとして算出されるので、ブレーキ指令出力部１０５は、Ｓ１０において、旋回モーメントを発生させないようなブレーキ指令を出力する。なお、このとき、操舵指令出力部１０６が、操舵機構２０に目標モーメントを発生させるような操舵指令を出力することは、言うまでもない。
　以上により、実施形態による走行制御装置１０が実行する処理が終了する。
　以上説明したように、実施形態による走行制御装置１０は、車両Ｖを目標位置に旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する第１演算部１０３と、少なくとも車両Ｖの挙動応答遅れを考慮して、車両Ｖが現在位置から目標位置に到達するまでの間に車両Ｖの操舵機構２０が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する第２演算部１０４と、を備えている。また、走行制御装置１０は、目標モーメントが限界モーメントより大きい場合に、目標モーメントと限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、複数のホイールシリンダ３４に独立した制動力を発生させるブレーキ指令を出力するブレーキ指令出力部１０５を備えている。これらの構成によれば、少なくとも挙動応答遅れに起因して旋回モーメントが不足している場合、不足分の旋回モーメントを、比較的応答性の高いホイールシリンダ３４を用いて補償することができるので、車両Ｖをより正確に目標軌跡に沿って走行させることができる。
　また、実施形態において、挙動応答遅れは、車両の運動特性に基づく遅れと、操舵機構２０の機械的または電気的な動作に基づく遅れと、を含み、第２演算部１０４は、これら２種類の遅れと、操舵機構２０が車両Ｖの状態に応じて発揮可能な操舵能力と、を考慮して、限界モーメントを算出する。これにより、挙動応答遅れと、操舵機構の操舵能力とを考慮して、限界モーメントをより正確に算出することができる。
　また、実施形態において、車両Ｖの状態は、車両Ｖの現在の舵角を含み、操舵機構２０の操舵能力は、車両Ｖの現在の舵角との関係で決定される、操舵機構２０が現在位置にある車両Ｖに付与可能な最大の舵角を含む。これにより、操舵機構２０の操舵能力をより正確に評価することができる。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　たとえば、上述した実施形態では、一例として、挙動応答遅れを考慮した軌跡追従制御を実現するための値として、モーメントの計算値が用いられる場合を例示した。しかしながら、実施形態の技術は、モーメントの計算値に替えて、あるいはモーメントの計算値と併せて、ヨーレートの計算値が用いられる場合にも同様に適用可能である。

Claims (3)

  1. 　車両を現在位置から目標位置に目標軌跡に沿って旋回移動させるために必要な旋回モーメントである目標モーメントを算出する第１演算部と、
    　少なくとも前記車両の挙動応答遅れを考慮して、前記車両が前記現在位置から前記目標位置に到達するまでの間に前記車両の操舵機構が発生可能な最大の旋回モーメントである限界モーメントを算出する第２演算部と、
    　前記目標モーメントが前記限界モーメントより大きい場合に、前記目標モーメントと前記限界モーメントとの差分に対応した不足モーメントを発生させるように、前記車両の複数の車輪の各々に対応して設けられるブレーキ装置に独立した制動力を発生させるブレーキ指令を出力する出力部と、
    　を備える、走行制御装置。
  2. 　前記挙動応答遅れは、前記車両の運動特性に基づく第１の遅れと、前記操舵機構の機械的または電気的な動作に基づく第２の遅れと、を含み、
    　前記第２演算部は、前記第１の遅れと、前記第２の遅れと、前記操舵機構が前記車両の状態に応じて発揮可能な操舵能力と、を考慮して、前記限界モーメントを算出する、
    　請求項１に記載の走行制御装置。
  3. 　前記車両の状態は、前記車両の現在の舵角を含み、
    　前記操舵能力は、前記車両の現在の舵角との関係で決定される、前記操舵機構が前記車両に付与可能な最大の舵角を含む、
    　請求項２に記載の走行制御装置。
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