驾驶控制装置及驾驶控制方法与流程

1.本发明涉及驾驶控制装置和驾驶控制方法。


背景技术：

2.传统上，使车辆沿着目标轨迹行驶的行驶控制系统是已知的。第4297123号日本专利公开了一种行程控制系统，其基于车辆的速度来确定目标轨迹的曲率。


技术实现要素：

3.本发明要解决的问题
4.传统的行驶控制系统通过使用车辆模型来计算车辆沿着目标轨迹行驶的转向角，在该车辆模型中，车辆的重量和重心位置作为固定值被预先输入。然而，当乘客的数量或车辆的负载重量改变时，车辆的重量和重心位置与车辆模型中作为固定值输入的车辆的重量和重心位置不同。结果，由于行驶控制系统不能高精度地计算用于沿着目标轨迹行驶的转向角，因此存在车辆可能不能沿着目标轨迹行驶的问题。
5.为了使车辆沿着目标轨迹行驶，可以设想使车辆以最小化或最大化评估函数的输出值的转向角行驶，所述评估函数的输出值包括基于车辆模型计算的估算横向偏差、估算方位角偏差、转向角和从转向角的变化量。然而，当试图沿着目标轨迹行驶时，在车辆开始移动之后，转向角立即变化很大，并且存在驾驶员感觉(即，行驶舒适感)变差的问题。
6.鉴于上述情况做出了本发明，并且本发明的一个目的是使车辆沿着目标轨迹行驶，并改善车辆启动时的驾驶员感觉。
7.解决问题的手段
8.根据本发明的第一方面的驾驶控制装置包括：获取部，获取车辆的重量、车辆的重心位置、车辆的速度、车辆的转向角、车辆的横向偏差、车辆的方位角偏差和车辆在其上行驶的路面的曲率；生成部，以预定的控制周期生成车辆模型，所述车辆模型指示重量、重心位置、速度、转向角、横向偏差、方位角偏差和曲率之间的关系；以及计算部，计算最小化或最大化评估函数的输出值的转向角作为最优转向角，评估函数包括基于车辆模型计算的估算横向偏差、估算方位角偏差、转向角和转向角相对于紧接在前的控制周期的变化量。计算部使从车辆启动时起经过初始周期之后对应于变化量的项的加权系数小于从车辆启动时起直到经过预定的初始周期为止对应于变化量的项的加权系数。
9.计算部可以使从车辆启动时起经过初始期间之后对应于转向角的项的加权系数小于从车辆启动时起直到经过预定的初始周期时为止对应于转向角的项的加权系数。
10.计算部可以在从经过初始周期时起的预定的过渡周期期间改变对应于变化量的项的加权系数。
11.计算部可以基于改变之前的加权系数和改变之后的加权系数之间的差的大小来确定过渡周期。
12.计算部可以使在从车辆启动时起经过初始周期之后对应于估算横向偏差的项的
加权系数大于直到经过预定的初始周期为止对应于估算横向偏差的项的加权系数。
13.计算部可以使在从车辆启动时起经过初始周期之后对应于估算方位角偏差的项的加权系数大于直到经过预定的初始周期时为止对应于估算方位角偏差的项的加权系数。
14.计算部可以通过参考存储部来确定评估函数的一个或多个项的至少一个加权系数，该存储部存储与评估函数的一个或多个项的加权系数相关的车辆的类型。
15.当选择使良好感觉优先于在车辆启动之后立即遵循目标轨迹的能力的模式时，与选择优先在车辆启动之后立即遵循目标轨迹的能力的模式的情况相比，计算部可以使与输入到评估函数的转向角相关的项的、直到经过初始周期时为止的加权系数更大。
16.计算部可以执行用于最小化在以下等式中示出的评估函数的输出值的优化计算，
[0017][0018]
满足δ
min
≤δ[k+k
t
]≤δ
max
[0019]
δδ
min
≤δδ[k+k
t
]≤δδ
max
[0020]
其中，p表示预测水平，ez表示估算横向偏差，e
θ
表示估算方位角偏差，δ表示转向角输入，δδ表示转向角输入与紧接在前的控制周期之间的差，作为每个输入变量和输出变量的下标的“max”和“min”是信号的上限值和下限值，并且q1、q2、r1和r2是加权系数。
[0021]
当选择良好感觉优先于在车辆启动后立即遵循目标轨迹的能力的模式时，与选择优先在车辆启动后立即遵循目标轨迹的能力的模式的情况相比，计算部可以使评估函数中的直到经过初始周期时为止的加权系数r1和加权系数r2更大。
[0022]
在优先将横向偏差和方位角偏差收敛到0的情况下，与优先将横向偏差和方位角偏差收敛到0的情况相比，计算部可以将加权系数q1和加权系数q2中的至少一个设定为更大，或者将加权系数r1和加权系数r2中的至少一个设定为更小。
[0023]
当优先减小轮胎转向角的变化量时，与当不优先减小轮胎转向角的变化量时相比，计算部可以将加权系数r2设定为更大。
[0024]
根据本发明的第二方面的驾驶控制方法是一种由计算机执行的驾驶控制方法，包括：获取车辆的重量、车辆的重心位置、车辆的速度、车辆的转向角、车辆的横向偏差、车辆的方位角偏差以及车辆在其上行驶的路面的曲率；以预定的控制周期生成车辆模型，该车辆模型指示重量、重心位置、速度、转向角、横向偏差、方位角偏差和曲率之间的关系；以及计算最小化或最大化评估函数的输出值的转向角作为最优转向角，评估函数包括基于车辆模型计算的估算横向偏差、估算的方位角偏差、转向角和转向角相对于紧接在前的控制周期的变化量。该计算包括使在从车辆启动起经过初始周期之后对应于变化量的项的加权系数小于从车辆启动起直到经过预定的初始周期时为止对应于变化量的项的加权系数。
[0025]
发明的效果
[0026]
根据本发明，可以使车辆沿着目标轨迹行驶，并改善驾驶员在车辆启动时的感觉。
附图说明
[0027]
图1是用于说明驾驶控制系统s的要点的图。
[0028]
图2是示出驾驶控制系统s的配置的图。
[0029]
图3是用于说明由生成部122生成的车辆模型的图。
[0030]
图4是示出驾驶控制装置10的操作的示例的流程图。
[0031]
图5是确定转向角的过程的流程图。
[0032]
图6是模拟的框图。
具体实施方式
[0033]
[驾驶控制系统概述]
[0034]
图1是用于说明驾驶控制系统s的要点的图。驾驶控制系统s是用于通过控制车辆的转向角而使车辆沿着目标轨迹行驶的系统，并且例如是包括在车辆中的系统。目标轨迹是预定轨迹，并且包括作为车辆的目标的多个行驶位置和与作为车辆的目标的多个行驶位置相对应的方向。
[0035]
驾驶控制系统s通过使用车辆模型的模型预测控制来计算以规则控制周期下的最优轮胎转向角u，所述车辆模型指示车辆的行驶速度(以下称为“车辆速度”)、横向偏差、方位角偏差和车辆在其上行驶的路面的曲率之间的关系。驾驶控制系统s具有启动模型预测控制部(启动mpc)和遵循模型预测控制部(遵循mpc)，启动模型预测控制部(启动mpc)在车辆启动之后直至经过预定的时间段使用，遵循模型预测控制部(遵循mpc)在经过了所述预定的时间段之后使用。作为示例，启动mpc和遵循mpc并行地计算轮胎转向角u1和轮胎转向角u2。
[0036]
直到经过了预定时段为止驾驶控制系统s使用由启动mpc计算的轮胎转向角u1来控制车辆，并且在经过了预定时段之后使用由遵循mpc计算的轮胎转向角u2来控制车辆。相比于遵循目标轨迹，启动mpc优先考虑驾驶员感觉，并确定轮胎转向角u1，使得每单位时间的变化量不会变得太大。另一方面，遵循mpc优先考虑遵循目标轨迹，并确定轮胎转向角u2。由于驾驶控制系统s在从车辆启动开始经过预定时间段之前和之后在启动mpc和遵循mpc之间切换，因此既可以实现良好的驾驶员感觉又可以实现对目标轨迹的遵循。
[0037]
[驾驶控制系统的配置]
[0038]
图2是示出驾驶控制系统s的配置的图。驾驶控制系统s包括状态识别装置1、行驶控制装置2和驾驶控制装置10。
[0039]
状态识别装置1以规则控制周期识别指示车辆状态的参数。指示车辆状态的参数包括例如车辆的重量、重心位置、速度、转向角、横向偏差、方位角偏差和路面曲率。横向偏差是车辆的行驶位置与车辆的目标行驶位置之间在与车辆的行驶方向正交的方向上的差。方位角偏差是在车辆行驶位置处的车辆方向与对应于该位置的车辆的目标方向之间的差。
[0040]
状态识别装置1例如测量乘坐在车辆中的人的重量和装载在车辆上的负载的重量。状态识别装置1基于所测量的人的重量和负载的重量以及车辆的重量来指定行驶车辆的重量。状态识别装置1基于所识别的车辆的重量和车辆的轴距(wheel base)来识别车辆的重心位置的位置。
[0041]
状态识别装置1基于例如由设置到车辆的速度传感器(未示出)测量的车辆速度来识别纵向速度和横向速度，纵向速度是车辆前进方向上的速度，横向速度是与车辆前进方向正交的方向上的速度。此外，状态识别装置1获取由例如设置到车辆的转向角传感器测量的车辆的转向角。由状态识别装置1获得的转向角是转向盘轴的旋转角，或车辆的方向与车
辆的轮胎的方向之间的差。
[0042]
状态识别装置1例如通过获得gps(全球定位系统)信号来识别车辆的位置和方向。状态识别装置1基于所识别的车辆位置和与车辆位置相对应的车辆的目标行驶位置来识别车辆的横向偏差。状态识别装置1基于所识别的车辆方向和与车辆位置相对应的车辆目标方向来识别车辆的方位角偏差。
[0043]
例如，状态识别装置1基于存储在状态识别装置1的存储部中的地图信息来识别与车辆的指定位置相对应的路面的曲率。状态识别装置1以规则控制周期向驾驶控制装置10输出所识别的重心、重心位置、纵向速度、横向速度、转向角、横向偏差、方位角偏差和路面的曲率。
[0044]
行驶控制装置2控制车辆的速度和方向。行驶控制装置2在下一控制周期时根据转向角(以下称为“轮胎转向角”)控制车辆的方向。轮胎转向角由驾驶控制装置10以规则控制周期输出。
[0045]
驾驶控制装置10以规则控制周期产生与从状态识别装置1的输入的车辆状态相对应的车辆模型。驾驶控制装置10以规则控制周期使用所产生的车辆模型来计算轮胎转向角，以使车辆在目标方向上行驶。规则控制周期是模型预测控制中的采样周期。驾驶控制装置10将计算出的轮胎转向角输入到行驶控制装置2，从而使车辆在目标方向上行驶。在下文中，将详细描述驾驶控制装置10的配置和操作。
[0046]
[驾驶控制装置10的配置]
[0047]
驾驶控制装置10包括存储部11和控制部12。控制部12包括获取部121、生成部122、计算部123和行驶控制部124。驾驶控制装置10基于指示从状态识别装置1输出的车辆状态的参数来生成车辆模型，以规则控制周期使用与生成的车辆模型相对应的评估函数来计算轮胎转向角，并将轮胎转向角输出到行驶控制装置2。
[0048]
存储部11包括存储介质，例如rom(只读存储器)、ram(随机存取存储器)和ssd(固态驱动器)。存储部11存储由控制部12执行的程序。例如，控制部12是cpu(中央处理单元)。控制部12通过执行存储在存储部11中的程序而作为获取部121、生成部122、计算部123和行驶控制部124操作。
[0049]
获取部121以规则控制周期获取指示从状态识别装置1输出的车辆状态的参数。获取部121获取车辆的重量、车辆的重心位置的位置、作为车辆行驶方向上的速度的纵向速度、作为与车辆行驶方向正交的方向上的速度的横向速度、车辆的转向角、车辆的横向偏差、作为车辆行驶位置处的车辆方向和与该位置相对应的车辆的目标方向之间的差的方位角偏差以及车辆在其上行驶的路面的曲率。
[0050]
生成部122以规则控制周期生成指示重量、重心位置、速度、转向角、横向偏差、方位角偏差和曲率之间的关系的车辆模型。图3是用于说明由生成部122生成的车辆模型的图。例如，生成部122生成与图3所示的参考点相对应的车辆模型。
[0051]
生成部122可以响应于获取部121以规则控制周期获取到车辆的重量、重心位置、纵向速度和横向速度中的至少一个来生成车辆模型，该车辆模型与在对应于获取部121获取到重量、重心位置、纵向速度和横向速度中的至少一个的时刻的控制周期之后的控制周期的时刻相对应。例如，生成部122生成以规则控制周期更新车辆的重量、重心位置、纵向速度和横向速度中的至少一个的车辆模型。
[0052]
生成部122生成指示车辆的运动的车辆工厂模型和指示车辆的运动轨迹的路线遵循模型作为连续时间车辆模型。随后，生成部122从生成的连续时间车辆模型导出离散时间状态方程。在本实施方式中，作为示例，使用等效的两轮模型生成车辆模型。
[0053]
首先，将描述车辆工厂模型。对应于图3所示的参考点的车辆运动可以通过使用车辆的纵向速度v
x
、车辆的横向速度vy、偏航角ψ、车辆速度v和转向角输入δ的以下等式(1)和(2)来表示。
[0054][0055][0056]
然而，假设车辆的纵向速度v
x
是恒定的并且偏离角足够小，则认为满足以下等式(3)。
[0057]
vy＝v
x
sin(β(t))≈v
x
β(t)
···
(3)
[0058]
在等式(1)和(2)中使用的系数aij(i、j＝1、2或3)通过使用前轮的转向阻力系数(cornering coefficient)kf、后轮的转向阻力系数kr、从重心到前轮的距离lf、从重心到后轮的距离lr、车辆的重量m和惯性矩i的以下等式(4)至(9)来计算。
[0059][0060][0061][0062][0063][0064][0065]
基于等式(1)和(2)，用于计算指示车辆沿其行驶的轨迹的曲率κ的等式由以下等式(10)表示。
[0066][0067]
接下来，将描述路线遵循模型。当车辆工厂模型由状态空间模型表示时，获得以下等式(11)至(14)。
[0068][0069][0070][0071][0072]
假设i)参考点与车辆之间的连接线与ii)参考点的切线彼此正交，则路径长度sr由以下等式(15)表示，该等式(15)使用图3所示的作为车辆与参考点之间的距离的标记距离z。标记距离z由下面的等式(16)表示。
[0073][0074]
z(t)＝∫
t
v(τ)sin(θ(τ))dt
···
(16)
[0075]
图3中所示的方位角偏差θ通过使用参考点的偏离角β、偏航角ψ和姿态角的以下等式(17)来计算。
[0076][0077]
通过将等式(1)和(2)代入等式(12)，生成部122还可以使用下面的等式(18)来计算方位角偏差θ。此外，假设以下等式(19)适用于车辆横向偏差变化的速度和车辆方位角偏差变化的速度。
[0078][0079][0080]
通过使用等式(11)至(14)和等式(17)至(19)重新定义状态等式，建立了以下等式(20)至(25)。通过使用等式(20)至(25)，生成部122可以基于曲率和转向角来计算车辆行驶的轨迹。
[0081]
[0082][0083][0084][0085][0086][0087]
生成部122通过将车辆重量m、基于车辆的重心位置的位置计算的从重心到前轮的距离lf和从重心到后轮的距离lr、纵向速度v
x
和横向速度vy输入到以上述方式生成的连续时间车辆模型中来更新连续时间车辆模型。
[0088]
通过使生成部122以这种方式更新车辆模型，生成部122可以根据针对每个规则控制周期获取的车辆的重量、车辆的重心位置和车辆的速度中的至少一个来更新车辆模型。结果，生成部122可以在没有延迟的情况下生成与车辆重量、车辆重心位置和车辆速度的变化相对应的车辆模型。
[0089]
接下来，生成部122导出离散时间状态方程。在离散化之后的状态方程由下面的方程(26)至(29)表示。t表示控制周期(采样周期)。
[0090]
x[k+1]＝adx[k]+bdu[k]
···
(26)
[0091]
y[k]＝cdx[k]
···
(27)
[0092]
x[k]＝x(kt)
···
(28)
[0093]
u[k]＝u(kt)
···
(29)
[0094]
由于连续时间状态方程的解是下面的方程(30)，因此可以通过将方程(30)代入方程(26)来导出下面的方程(31)和(32)。
[0095][0096][0097][0098]
当零阶保持由下面的等式(33)表示时，通过将等式(33)代入等式(32)，针对每个控制周期的状态变量x可以由下面的等式(34)表示。
[0099]
u(t)＝u(kt)＝u[k]＝constant(kt≤t＜(k+1)t
···
(33)
[0100][0101]
此外，可以从等式(34)导出下面的等式(35)。
[0102][0103]
接下来，通过定义下面的等式(36)和(37)，离散时间状态等式可以由下面的等式(38)表示。
[0104]
λ＝t-t
···
(36)
[0105]
t＝τ+kt
···
(37)
[0106][0107]
通过比较方程(26)和方程(38)的系数，状态方程的系数矩阵可以由下面的方程(39)和(40)表示。
[0108]ad
＝e
at
···
(39)
[0109][0110]
如上所述，离散时间状态空间方程是从作为连续时间车辆模型的状态方程导出的，但是由于方程(40)是包括积分的方程，所以该方程包括车辆在过去的控制周期中的运动。结果，在当前控制周期中的车辆模型可能不是以高精度产生的。另一方面，生成部122可以通过使用在a和b的矩阵指数函数中建立的以下等式(41)来导出以下等式(42)和(43)。
[0111][0112]ad
＝m
11
···
(42)
[0113]bd
＝m
12
···
(43)
[0114]
在这种情况下，生成部122使用公式(41)至(43)生成离散时间车辆模型。通过以这种方式操作生成部122，生成部122可以以高精度生成离散时间车辆模型。此外，由于生成部122可以省略在过去的控制周期中车辆运动的计算，所以可以缩短计算时间。结果，生成部122可以以规则控制周期生成高精度车辆模型。
[0115]
接下来，将描述计算部123的操作。计算部123计算将包括在由获取部121获取的横向偏差和方位角偏差中的噪声排除在外的估算横向偏差和估算方位角偏差，并且计算用于优化包括估算横向偏差和估算方位角偏差的评估函数的轮胎转向角。噪声例如是观测噪声
或系统噪声，并且包括当状态识别装置1指定横向偏差或方位角偏差时所包括的测量误差。
[0116]
首先，通过将由获取部121获取的转向角和曲率输入到状态空间模型，计算部123估算包括在由获取部121获取的横向偏差和方位角偏差中的噪声，其中，状态空间模型对应于与由获取部121获取的纵向速度、横向速度、重量和重心位置对应的车辆模型。计算部123指定将估算噪声排出在外的估算横向偏差和估算方位角偏差。计算部123例如通过使用利用线性卡尔曼滤波(linear kalman filter)的状态方程来计算估算横向偏差和估算方位角偏差。
[0117]
假设由计算部123排除的观测噪声v和系统噪声ω是白噪声，则使用线性卡尔曼滤波的状态方程可以由以下方程(44)和(45)表示。
[0118]
x[k+1]＝adx[k]+bdu[k]+w[k]
···
(44)
[0119]
y[k]＝cdx[k]+v[k]
···
(45)
[0120]
随后，基于等式(44)和(45)，计算部123可以计算状态变量x的先验估算值xε，如以下等式(46)所示。此外，当由于系统噪声的影响而在先验估算值xε和实际状态量之间发生偏差时，计算部123可以使用以下等式(47)来校正先验估算值xε。等式(47)中的变量h是创新增益。
[0121]
xe[k|k-1]＝adxe[k-1]+bdu[k-1]
···
(46)
[0122]
xe[k]＝xe[k|k-1]+h[k](y[k]-cdxe[k|k-1])
···
(47)
[0123]
在方程(47)中，当观测噪声的影响响应于变量h的值的变化而减小时，系统噪声对先验估算值xε的影响增大，而当观测噪声的影响增大时，系统噪声对先验估算值xε的影响减小。另一方面，计算部123更新先验方差和后验方差，以便优化变量h。先验方差可以由下面的等式(48)表示，而后验方差可以由下面的等式(50)表示。
[0124]
p[k|k-1]＝adp[k-1]a
dt
+bdv[k]a
dt
···
(48)
[0125][0126]
p[k]＝(i-h[k]c
t
)p[k|k-1]
···
(50)
[0127]
计算部123通过使用等式(48)至(50)调整作为创新增益的变量h来优化观测噪声和系统噪声的权重。例如，当观察噪声的权重增加时，等式(49)的分母增大，由此创新增益减小。另一方面，当系统噪声的权重增大时，等式(49)的分子增大，从而创新增益增大。
[0128]
由于状态矩阵ad和bd被定义为时不变的，如果观测噪声和系统噪声是白噪声，则认为具有无限时间的线性时不变状态方程的状态变量x收敛到稳定值。由于计算部123通过优化观测噪声和系统噪声的权重来识别观测噪声和系统噪声，并且计算将观测噪声和系统噪声排除在外的估算横向偏差和估算方位角偏差，所以驾驶控制装置10可以基于估算横向偏差和估算方位角偏差以高精度计算轮胎转向角。
[0129]
计算部123计算最小化或最大化评估函数的输出值的转向角作为最优转向角，该评估函数包括基于车辆模型计算的估算横向偏差、估算方位角偏差、转向角和转向角相对于紧接在前的控制周期的变化量。具体地，计算部123首先将计算出的估算横向偏差和估算方位角偏差、转向角和转向角的变化量输入到与车辆模型对应的评估函数，该车辆模型对应于获取部121获取的纵向速度、横向速度、重量和重心位置。然后，计算部123计算最小化或最大化评估函数的输出值的轮胎转向角。
[0130]
这里，当状态空间方程的状态变量x由下面的方程(51)表示时，观察到的输出y由方程(52)表示。这里，vy、ψ、ez和e
θ
分别是横向速度、横摆率(yaw rate)、估算横向偏差和估算方位角偏差。
[0131][0132][0133]
计算部123使用稳态卡尔曼滤波(kalman iilter)来估算状态变量x，并使用以下等式(53)中所示的评估函数来计算模型预测控制的优化问题。在等式(53)中，p表示预测的水平、δ表示转向角输入、δδ表示转向角输入与紧接在前面的控制周期的转向角输入之间的差，并且作为输入变量和输出变量的下标的“max”和“min”表示信号的上限值和下限值。q1、q2、r1和r2是加权因子。
[0134][0135]
满足δ
min
≤δ[k+k
t
]≤δ
max
[0136]
δδ
min
≤δδ[k+k
t
]≤δδ
max
[0137]
计算部123执行优化计算以最小化等式(53)中所示的评估函数的输出值j，以实时地计算轮胎转向角，从而实现车辆的目标轨迹的遵循。通过以这种方式利用计算部123计算轮胎转向角，驾驶控制装置10可以使车辆在多个控制周期中的每一个的时刻处在相对于目标轨迹的误差小的位置行驶。
[0138]
行驶控制部124基于由计算部123计算的轮胎转向角使车辆行驶。行驶控制部124以规则控制周期将由计算部123计算出的轮胎转向角输出到行驶控制装置2，从而使车辆以计算出的轮胎转向角行驶。
[0139]
这里，作为示例，在优先将横向偏差和方位角偏差收敛到0的情况下，与没有优先将横向偏差和方位角偏差收敛到0的情况相比，计算部123将加权系数q1和q2中的至少一个设置为更大，并且将加权系数r1和r2中的至少一个设置为更小。当优先减少轮胎转向角的变化量时，与当优先减少轮胎转向角的变化量时相比，计算部123将r2设定为更大。
[0140]
为了改善驾驶员在车辆启动后随即的感觉并确保车辆遵循目标轨迹的能力，计算部123使从车辆启动起经过初始周期后对应于轮胎转向角δ的项的加权系数r1(转向角系数)小于与直到经过初始周期时为止对应于轮胎转向角δ的项的加权系数r1。此外，计算部123使从车辆启动起经过初始周期之后对应于轮胎转向角的变化δδ的项的加权系数r2(转向角变化系数)小于与直到经过初始周期时为止对应于轮胎转向角的变化δδ的项的加权系数r2。
[0141]
计算部123可以使从车辆启动时直到经过初始周期之后对应于估算横向偏差ez的项的加权系数q1(横向偏差系数)大于与直到经过初始周期时为止对应于估算横向偏差ez的项的加权系数q1。此外，计算部123可以使在从车辆启动起经过初始周期之后对应于估算方
位角偏差e
θ
的项的加权系数q2(方位角偏差系数)大于与直到经过初始周期时为止对应于估算方位角偏差e
θ
的项的加权系数q2。
[0142]
具体地，计算部123使加权系数q1和q2在经过初始周期之前比在经过初始周期之后小，并使加权系数r1和r2在经过初始周期之前比在经过初始周期之后大，以抑制轮胎转向角的过度增大或轮胎转向角的变化量的过度增大，从而改善驾驶员感觉。另一方面，在经过初始周期之后，计算部123增大加权系数q1和q2并减小加权系数r1和r2，从而优先减小横向偏差和方位角偏差并提高遵循目标轨迹的能力。
[0143]
根据由驱动器设定的模式，计算部123可以确定直到经过了初始周期时为止的每个加权系数的值和在经过初始周期之后的每个加权系数的值。例如，当驾驶员选择将驾驶员感觉优先于在车辆启动后立即遵循目标轨迹的能力的模式时，相比于在驾驶员选择优先在车辆启动后立即遵循目标轨迹的能力的模式的情况，计算部123使直到经过初始周期时为止的加权系数r1和r2更大。
[0144]
此外，如果加权系数仅在经过初始周期的时刻改变，则存在驾驶员感觉将快速改变的可能性。因此，计算部123可以在经过初始周期之后的预定过渡周期期间改变加权系数。例如，预定过渡周期基于改变之前的加权系数和改变之后的加权系数之间的差值的大小来确定，并且预定过渡周期是以驾驶员不容易注意到加权系数的改变的程度来缓慢地改变加权系数所需的时段。
[0145]
此外，由于特性根据车辆类型而不同，所以评估函数中的最优加权系数是不同的。因此，例如，计算部123可以基于存储在存储部11中的车辆识别信息来识别车辆的类型，并且计算部123可以通过参考存储部11来确定评估函数的一个或多个项的加权系数中的至少一个加权系数，该存储部11存储与评估函数的一个或多个项的加权系数相关的车辆的类型。由于计算部123以这种方式配置，所以控制部12可以通过执行一个程序来使用适于多个车辆类型中的每一个的加权系数来控制车辆。
[0146]
[驾驶控制装置10的流程图]
[0147]
图4是示出驾驶控制装置10的操作的示例的流程图。图4中所示的流程图示出了驾驶控制装置10基于指示从状态识别装置1获取的车辆状态的参数来计算轮胎转向角的操作。
[0148]
获取部121获取车辆的状态量(步骤s11)，例如车辆的重量、车辆的重心位置、车辆的纵向速度、车辆的横向速度、车辆的转向角、车辆的横向偏差、车辆的方位角偏差以及车辆行驶的路面的曲率。生成部122生成与获取部121获取的车辆的状态量相对应的车辆模型(步骤s12)。
[0149]
计算部123通过将获取部121获取的车辆的转向角和车辆在其上行驶的路面的曲率输入到与生成部122生成的车辆模型对应的状态空间模型中，来计算将由获取部121获取的车辆的横向偏差和车辆的方位角偏差中所包括的观测噪声和系统噪声排除在外的估算横向偏差和估算方位角偏差(步骤s13)。
[0150]
计算部123将由获取部121获取的曲率以及由计算部123识别的估算横向偏差和估算方位角偏差输入到与生成部122生成的车辆模型相对应的评估函数中，并且计算最小化评估函数的输出值的轮胎转向角(步骤s14)。
[0151]
如果未执行结束处理的操作(步骤s15中的“否”)，则驾驶控制装置10重复从步骤
s11至步骤s14的处理，以基于指示在下一控制周期时获得的车辆状态的参数来计算轮胎转向角。如果执行结束处理的操作(步骤s15中的“是”)，则驾驶控制装置10结束处理。
[0152]
图5是示出计算部123计算轮胎转向角的操作的示例的流程图。图5所示的流程图从监视车辆是否启动的处理开始(步骤s21)。
[0153]
如果确定车辆已经启动(步骤s21中的“是”)，则计算部123对于每个控制周期顺序地执行启动转向角u1的计算(s22)和遵循转向角u2的计算(步骤s23)。这些处理在控制周期内的顺序是任意的，并且计算部123可以使用多个处理器并行地执行这些处理。
[0154]
当计算启动转向角u1和遵循转向角u2时，计算部123确定从车辆启动所经过的时间是否已经超过阈值(步骤s24)。如果经过的时间小于阈值(步骤s24中的“否”)，则计算部123选择启动转向角u1作为轮胎转向角u(步骤s25)，然后将处理返回到步骤s22。
[0155]
如果经过的时间超过阈值(步骤s24中的“是”)，则计算部123选择遵循转向角u2作为轮胎转向角u(步骤s26)，并且然后确定车辆是否已经停止行驶(步骤s27)。如果确定车辆还没有停止行驶(步骤s27中的“否”)，则计算部123将处理返回到步骤s22。如果判定车辆已经停止行驶(步骤s27中的“是”)，则计算部123判定发动机是否停止(步骤s28)。如果计算部123确定发动机未停止(步骤s28中的“否”)，则计算部123将处理返回到步骤s21。
[0156]
[通过模拟的效果确认]
[0157]
发明人通过模拟确认根据本实施方式的驾驶控制装置10的效果。图6是模拟的框图。
[0158]
利用计算机使用预先准备的车辆模型来计算估算横向偏差、估算方位角偏差和曲率，基于地图模型来计算即将到来的曲率，并且基于评估函数来执行优化计算以计算轮胎转向角。在启动时，将加权系数q1设定为23.25，将加权系数q2设定为7.5，将加权系数r1设定为200，并且将加权系数r2设定为200，并且接下来，将加权系数q1设定为23.25，将加权系数q2设定为7.5，将加权系数r1设定为4，并且将加权系数r2设定为75。将车辆的横向偏差的初始值设定为1m，并将方位角偏差的初始值和车辆速度设定为0。然后，进行关于车辆是否能够从该状态平稳地启动的验证。
[0159]
当从车辆启动时开始使用用于接下来的加权系数时，由于车辆运行为使得横向偏差变为0.1m或更小，因此相对于目标轨迹出现过冲，并且车辆离开行驶路线。另一方面，当从车辆启动起直到经过5秒为止使用车辆启动时的加权系数，车辆逐渐趋向于目标轨迹并且能够沿着目标轨迹前进。之后，执行向接下来的加权系数的切换，之后确认到车辆沿着目标轨迹行驶。
[0160]
[驾驶控制装置10的效果]
[0161]
如上所述，驾驶控制装置10的计算部123计算最小化或最大化评估函数的输出值的转向角作为最优轮胎转向角，评估函数包括基于车辆模型计算的估算横向偏差、估算方位角偏差、转向角和转向角相对于紧接在前的控制周期的变化量。然后，计算部123根据当前是否在从车辆启动起的预定的初始周期内或者是否经过预定的初始周期来切换评估函数的加权系数。例如，计算部123使在从车辆启动起经过初始周期之后对应于转向角的变化量的项的加权系数小于直到经过初始周期时为止对应于转向角的变化量的项的加权系数。通过以这种方式操作计算部123，既可以实现改善驾驶员在车辆启动后随即的感觉，又可以实现在从车辆启动起经过初始周期之后的遵循能力。
[0162]
尽管上面已经描述了本发明的实施方式，但是本发明的技术范围不限于上面描述的实施方式，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行各种修改和改变。例如，设备的全部或一部分可以是功能上或物理上分布的并集成在任意单元中。此外，由多个实施方式的任意组合产生的新实施方式也包括在本发明的实施方式中。由组合引起的新实施方式的效果具有原始实施方式的效果。
[0163]
[符号描述]
[0164]
1.状态识别装置
[0165]
2.行程控制装置
[0166]
10.驾驶控制装置
[0167]
11.存储部
[0168]
12.控制部
[0169]
121.获取部
[0170]
122.生成部
[0171]
123.计算部
[0172]
124.行驶控制部

技术特征：
1.驾驶控制装置，包括：获取部，获取车辆的重量、所述车辆的重心位置、所述车辆的速度、所述车辆的转向角、所述车辆的横向偏差、所述车辆的方位角偏差以及所述车辆在其上行驶的路面的曲率；生成部，以预定控制周期生成车辆模型，所述车辆模型指示所述重量、所述重心位置、所述速度、所述转向角、所述横向偏差、所述方位角偏差和所述曲率之间的关系；以及计算部，计算最小化或最大化评估函数的输出值的转向角作为最优转向角，所述评估函数包括基于所述车辆模型计算的估算横向偏差、估算方位角偏差、所述转向角和所述转向角相对于紧接在前的所述控制周期的变化量，其中，所述计算部使从所述车辆启动时起经过初始周期之后对应于所述变化量的项的加权系数小于从所述车辆启动时起直到经过预定的所述初始周期时为止对应于所述变化量的所述项的所述加权系数。2.根据权利要求1所述的驾驶控制装置，其中，所述计算部使从所述车辆启动时起经过所述初始周期之后对应于所述转向角的项的加权系数小于从所述车辆启动时起直到经过预定的所述初始周期为止对应于所述转向角的所述项的所述加权系数。3.根据权利要求1或2所述的驾驶控制装置，其中，所述计算部在从经过所述初始周期时起的预定的过渡周期期间改变对应于所述变化量的所述项的所述加权系数。4.根据权利要求3所述的驾驶控制装置，其中，所述计算部基于改变前的所述加权系数与改变后的所述加权系数之间的差的大小来确定所述过渡周期。5.根据权利要求1或2所述的驾驶控制装置，其中，所述计算部使从所述车辆启动时起经过所述初始周期之后对应于所述估算横向偏差的项的加权系数大于直到经过预定的所述初始周期为止对应于所述估算横向偏差的所述项的所述加权系数。6.根据权利要求1或2所述的驾驶控制装置，其中，所述计算部使从所述车辆启动时起经过所述初始周期之后对应于所述估算方位角偏差的项的加权系数大于直到经过预定的所述初始周期为止对应于所述估算方位角偏差的所述项的所述加权系数。7.根据权利要求1或2所述的驾驶控制装置，其中所述计算部通过参考存储部来确定所述评估函数的一个或多个项的至少一个加权系数，所述存储部存储与所述评估函数的一个或多个项的加权系数相关的所述车辆的类型。8.根据权利要求1或2所述的驾驶控制装置，其中，当选择使良好感觉优先于在所述车辆启动之后立即遵循目标轨迹的能力的模式时，与选择优先在所述车辆启动之后立即遵循目标轨迹的能力的模式的情况相比，所述计算部使与输入到所述评估函数的所述转向角相关的项的、直到经过所述初始周期为止的加权系数更大。9.根据权利要求1或2所述的驾驶控制装置，其中，所述计算部执行用于最小化在以下等式中示出的所述评估函数的所述输出值的优化
计算，满足δ
min
≤δ[k+k
t
]≤δ
max
δδ
min
≤δδ[k+k
t
]≤δδ
max
其中，p表示预测水平，e
z
表示估算横向偏差，e
θ
表示估算方位角偏差，δ表示转向角输入，δδ表示所述转向角输入与紧接在前的所述控制周期的转向角输入之间的差，作为每个输入变量和输出变量的下标的“max”和“min”是信号的上限值和下限值，并且q1、q2、r1和r2是加权系数。10.根据权利要求9所述的驾驶控制装置，其中，当选择使良好感觉优先于在所述车辆启动之后立即遵循目标轨迹的能力的模式时，与选择优先在所述车辆启动之后立即遵循目标轨迹的能力的模式的情况相比，所述计算部使所述评估函数中的直到经过所述初始周期为止的所述加权系数r1和所述加权系数r2更大。11.根据权利要求9所述的驾驶控制装置，其中在优先将所述横向偏差和所述方位角偏差收敛到0的情况下，与优先将所述横向偏差和所述方位角偏差收敛到0的情况相比，所述计算部将所述加权系数q1和所述加权系数q2中的至少一个设置为更大，或者将所述加权系数r1和所述加权系数r2中的至少一个设置为更小。12.根据权利要求9所述的驾驶控制装置，其中当优先减少所述轮胎转向角的所述变化量时，与当不优先减少所述轮胎转向角的所述变化量时相比，所述计算部将所述加权系数r2设定为更大。13.由计算机执行的驾驶控制方法，包括：获取车辆的重量、所述车辆的重心位置、所述车辆的速度、所述车辆的转向角、所述车辆的横向偏差、所述车辆的方位角偏差和所述车辆在其上行驶的路面的曲率；以预定的控制周期生成车辆模型，所述车辆模型指示所述重量、所述重心位置、所述速度、所述转向角、所述横向偏差、所述方位角偏差和所述曲率之间的关系；以及计算最小化或最大化评估函数的输出值的转向角作为最优转向角，所述评估函数包括基于所述车辆模型计算的估算横向偏差、估算方位角偏差、所述转向角和所述转向角相对于紧接在前的所述控制周期的变化量，其中，所述计算包括使在从所述车辆启动时起经过初始周期之后对应于所述变化量的项的加权系数小于从所述车辆启动时起直到经过预定的所述初始周期时为止对应于所述变化量的所述项的所述加权系数。

技术总结
驾驶控制装置10包括：生成部122，其预定的控制周期生成车辆模型，该车辆模型指示车辆的重量、重心位置、速度、转向角、横向偏差、位角偏差和曲率之间的关系；以及计算部123，计算最小化或最大化评估函数的输出值的转向角作为最优转向角，该评估函数包括基于车辆模型计算的估算横向偏差、估算方位角偏差、转向角和转向角相对于紧接在前的控制周期的变化量。计算部123使从车辆启动时起经过初始周期之后对应于变化量的项的系数小于从车辆启动时起直到经过预定的初始周期时为止对应于变化量的项的加权系数。加权系数。加权系数。


技术研发人员：铃木元哉
受保护的技术使用者：五十铃自动车株式会社
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/9/26