專利名稱：車輛控制裝置以及車輛控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及進(jìn)行車輛的行駛控制等的車輛控制裝置以及車輛控制方法。
背景技術(shù)：
以往，作為對移動體進(jìn)行移動控制等的技術(shù)，例如已公開如下技術(shù)。如在日本特開 2004-42148號公報中所記載，使移動機器人按照所計劃的路徑自律地進(jìn)行移動，并在所計 劃的路徑上檢測出障礙物的情況下，為了躲避該障礙物而重新計劃路徑。專利文獻(xiàn)1 :JP特開2004-42148號公報這種控制裝置以及控制方法存在如下問題，即這種控制裝置以及控制方法在無 法按照計劃進(jìn)行移動行駛的情況下重新進(jìn)行計劃，然而當(dāng)移動體在移動行駛中受到外界干 擾而將要脫離路徑的情況等時立即重新進(jìn)行計劃，這樣無法發(fā)揮包括反饋控制等的控制系 統(tǒng)的原來的能力。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是為了解決這種技術(shù)問題而做出的，其目的在于，提供一種能夠發(fā)揮 控制系統(tǒng)的能力的同時，能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)男旭偪刂频能囕v控制裝置以及車輛控制方法。S卩，本發(fā)明涉及的車輛控制裝置，具備行駛控制單元，其按照預(yù)先設(shè)定的行駛目 標(biāo)對車輛行駛進(jìn)行反饋控制；判斷單元，其判斷上述行駛控制單元的反饋控制中的控制偏 差是否超過設(shè)定值；以及目標(biāo)再生成單元，其在由上述判斷單元判斷為控制偏差超過設(shè)定 值的情況下再生成行駛目標(biāo)。根據(jù)本發(fā)明，按照行駛目標(biāo)對車輛行駛進(jìn)行反饋控制，在該反饋控制中的控制偏 差超過設(shè)定值的情況下再生成行駛目標(biāo)。由此，直到控制偏差超過設(shè)定值為止，能夠充分發(fā) 揮控制系統(tǒng)的能力并進(jìn)行行駛控制，在控制偏差超過設(shè)定值的情況下再生成行駛目標(biāo)，并 能夠根據(jù)行駛環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)男旭偪刂?。另外，在本發(fā)明涉及的車輛控制裝置中，優(yōu)選為上述判斷單元將設(shè)定值設(shè)定為能 夠確保車輛行駛安全性的值，并判斷上述行駛控制單元的反饋控制中的控制偏差是否超過 該設(shè)定值。另外，在本發(fā)明涉及的車輛控制裝置中，優(yōu)選為上述判斷單元判斷作為上述行駛 控制單元的反饋控制中的控制偏差的車輛位置、車輛舉動、車輛加速度或者加加速度中的 至少一個是否超過設(shè)定值。另外，本發(fā)明涉及的車輛控制方法，具備行駛控制步驟，其按照預(yù)先設(shè)定的行駛 目標(biāo)對車輛行駛進(jìn)行反饋控制；判斷步驟，其判斷上述行駛控制步驟的反饋控制中的控制 偏差是否超過了設(shè)定值；以及目標(biāo)再生成步驟，其在由上述判斷步驟判斷為控制偏差超過 設(shè)定值的情況下再生成行駛目標(biāo)。 根據(jù)本發(fā)明，按照行駛目標(biāo)對車輛行駛進(jìn)行，在該反饋控制中的控制偏差超過設(shè) 定值的情況下再生成行駛目標(biāo)。由此，直到控制偏差超過設(shè)定值為止，能夠充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的能力并進(jìn)行行駛控制，在控制偏差超過設(shè)定值的情況下再生成行駛目標(biāo)，并能夠根據(jù) 行駛環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)男旭偪刂?。根?jù)本發(fā)明，能夠充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的能力的同時，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男旭偪刂啤?


圖1是本發(fā)明的實施方式涉及的車輛控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是表示圖1的車輛控制裝置的動作以及車輛控制方法的流程圖；圖3是表示圖1的車輛控制裝置中的動作的具體例的圖。其中附圖標(biāo)記說明如下1 車輛控制裝置；2 :E⑶；3 導(dǎo)航系統(tǒng)；4 車輛狀態(tài)傳感器；5 車道識別傳感器； 6 車輛行駛部；21 控制目標(biāo)生成部；22 目標(biāo)追蹤控制部；23 狀態(tài)量推定部；24 再生成 判定部；25 運動控制部。
具體實施例方式下面，參照

本發(fā)明的實施方式。此外，在附圖的說明中對相同的要素標(biāo)記 相同的附圖標(biāo)記，并省略重復(fù)說明。圖1是本發(fā)明的實施方式涉及的車輛控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施方式涉及的車輛控制裝置搭載在車輛上而用于進(jìn)行該車輛的 行駛控制，并適用于自動運行系統(tǒng)。車輛控制裝置1具備E⑶2。E⑶(Electronic Control Unit 電子控制單元)2是進(jìn)行車輛控制裝置1的整個裝置的控制的電子控制單元，例如以 包括CPU、R0M、RAM的計算機為主體而構(gòu)成。圖1中示出了 E⑶2的功能性結(jié)構(gòu)，省略了 CPU、 ROM、RAM等的構(gòu)成部件的圖示。該ECU2作為行駛控制單元發(fā)揮作用，該行駛控制單元按照預(yù)先設(shè)定的行駛目標(biāo) 對車輛行駛進(jìn)行反饋控制。另外，ECU2作為判斷單元發(fā)揮作用，該判斷單元判斷車輛的行 駛控制中的控制偏差是否超過設(shè)定值。進(jìn)而，ECU2作為目標(biāo)再生成單元發(fā)揮作用，該目標(biāo) 再生成單元在判斷為控制偏差超過設(shè)定值的情況下再生成行駛目標(biāo)。在E⑶2中設(shè)置有控制目標(biāo)生成部21、目標(biāo)追蹤控制部22、狀態(tài)量推定部23、再生 成判定部24以及運動控制部25。這些控制目標(biāo)生成部21、目標(biāo)追蹤控制部22、狀態(tài)量推定 部23、再生成判定部24以及運動控制部25例如可以將程序?qū)氲紼CU2內(nèi)的CPU中而使其 發(fā)揮功能，或者也可以通過設(shè)置具有各自功能的硬件來構(gòu)成。控制目標(biāo)生成部21作為生成車輛行駛目標(biāo)的行駛目標(biāo)生成單元發(fā)揮作用，例如 生成車輛的行駛軌跡以及車輛的速度模式。車輛的行駛軌跡是例如根據(jù)記錄在導(dǎo)航系統(tǒng)3 中的道路信息以及預(yù)先設(shè)定的道路路徑或者目的地來被生成。車輛的速度模式是例如根據(jù) 車輛信息被生成。作為該情況下的車輛信息，例如可以使用車輛加速性能、車輛減速性能、 車輛重量、允許最大加速度、允許最大減速度、允許最大加加速度(jerk)、最高速度、最大橫 加速度、最大方向盤角速度、最小恒定速度、最小恒定加速度、最小恒定加加速度、緊急制動 性能、速度控制誤差、位置控制誤差等。另外，車輛的速度模式優(yōu)選考慮到目的地為止的到 達(dá)時間、車輛的燃油費等而生成。另外，控制目標(biāo)生成部21在由再生成判斷部24判斷為需要再生成反饋控制的行駛目標(biāo)的情況下，作為再生成該行駛目標(biāo)的目標(biāo)再生成單元發(fā)揮作用。目標(biāo)追蹤控制部22作為目標(biāo)追蹤控制單元發(fā)揮作用，該目標(biāo)追蹤控制單元進(jìn)行 反饋控制以使車輛行駛追蹤行駛目標(biāo)，例如該目標(biāo)追蹤控制部22進(jìn)行追蹤控制以使車輛 按照由控制目標(biāo)生成部21生成的行駛目標(biāo)行駛。輸入由控制目標(biāo)生成部21生成的行駛目 標(biāo)和由狀態(tài)量推定部23推定的車輛狀態(tài)以及行駛環(huán)境信息，并比較該行駛目標(biāo)和車輛行 駛狀態(tài)，通過運動控制部24向車輛行駛部6輸出控制信號，以使控制偏差減小。該目標(biāo)追 蹤控制部22，例如可以構(gòu)建使用LQI控制或者PID控制的控制系統(tǒng)來構(gòu)成。狀態(tài)量推定部23用于推定車輛狀態(tài)以及車輛的行駛環(huán)境狀態(tài)，例如根據(jù)導(dǎo)航系 統(tǒng)3、車輛狀態(tài)傳感器4、車道識別傳感器5等信息來進(jìn)行車輛的位置推定、路面y的推定、 車輛的偏航角速度的推定等。再生成判斷部24判斷車輛行駛中的反饋控制的控制偏差是否超過設(shè)定值，并在 反饋控制的控制偏差超過設(shè)定值的情況下，向控制目標(biāo)生成部22輸出再生成行駛目標(biāo)的 再生成指令信號。在該再生成判斷部24中設(shè)定有例如車輛位置、速度、加速度、加加速度、偏航角速 度等的與車輛狀態(tài)有關(guān)的設(shè)定值，在反饋控制中的控制偏差超過設(shè)定值的情況下，判斷為 需要進(jìn)行行駛目標(biāo)的再生成?？刂破钍欠癯^設(shè)定值的判斷，不僅在控制偏差超過設(shè)定 值一次的情況下判斷為超過了設(shè)定值，而且優(yōu)選在規(guī)定時間內(nèi)超過了規(guī)定次數(shù)的情況下或 者在連續(xù)超過了規(guī)定次數(shù)的情況下判斷為超過了設(shè)定值。另外，該設(shè)定值優(yōu)選被設(shè)定為能 夠確保車輛行駛安全性的值。例如，在與車輛位置有關(guān)的設(shè)定值中，將設(shè)定值設(shè)定為能夠確 保離目標(biāo)位置的行駛安全性的臨界值，在與車輛速度、加速度、加加速度有關(guān)的設(shè)定值中， 將各自的設(shè)定值設(shè)定為根據(jù)車輛狀況能夠確保行駛安全性的臨界值。運動控制部25對車輛行駛部6輸出驅(qū)動控制信號來控制車輛行駛。例如，該運動 控制部25接收由目標(biāo)追蹤控制部22輸出的控制指令信號而輸出驅(qū)動控制信號。導(dǎo)航系統(tǒng)3具備儲存車輛行駛的道路信息并檢測車輛位置的功能，并對于ECU2輸 出車輛位置信息。車輛狀態(tài)傳感器4是獲取車輛的車速信息、車輛的偏航角速度信息的傳 感器，并由車速傳感器、偏航角速度傳感器等構(gòu)成。車道識別傳感器5是獲取對于道路車線的車輛位置信息的傳感器，例如，使用由 攝像裝置以及對其拍攝圖像進(jìn)行處理的圖像處理裝置構(gòu)成的裝置。該車道識別傳感器5的 檢測信號被輸入到ECU2。車輛行駛部6進(jìn)行車輛行駛，例如由操縱控制用ECU、加減速控制ECU等構(gòu)成。該 車輛行駛部6接收來自ECU2的驅(qū)動控制信號而適當(dāng)?shù)叵虿倏v執(zhí)行機構(gòu)、發(fā)動機的節(jié)氣門執(zhí) 行機構(gòu)、制動器執(zhí)行機構(gòu)等輸出驅(qū)動信號。接著，對本發(fā)明實施方式涉及的車輛控制裝置的動作以及本實施方式涉及的車輛 控制方法進(jìn)行說明。本實施方式涉及的車輛控制裝置進(jìn)行反饋控制以使車輛按照由ECU2生成的行駛 目標(biāo)行駛。作為行駛目標(biāo)，例如設(shè)定目標(biāo)行駛軌跡以及目標(biāo)速度模式。車輛的行駛狀態(tài)通 過導(dǎo)航系統(tǒng)3、車輛狀態(tài)傳感器4以及車道識別傳感器5來隨時被檢測出。ECU2確認(rèn)車輛 是否按照行駛目標(biāo)在行駛，在車輛的行駛狀態(tài)相對行駛目標(biāo)產(chǎn)生了偏差(控制偏差)的情 況下，向車輛行駛部6輸出驅(qū)動控制信號以使能夠降低該偏差。
并且，在因反饋控制中的外部干擾而無法按照行駛目標(biāo)進(jìn)行車輛行駛而該反饋控 制中的控制偏差超過設(shè)定值的情況下，再生成新的行駛目標(biāo)，并執(zhí)行按照其新的行駛目標(biāo) 的反饋控制來進(jìn)行車輛行駛。此時，在反饋控制中的控制偏差是否超過設(shè)定值是優(yōu)選通過構(gòu)建在ECU2上的車 輛模型來預(yù)測。即，對車輛模型適用所預(yù)測的外部干擾，來推測將來的車輛行駛狀態(tài)，判斷 此時的控制偏差是否超過設(shè)定值，在控制偏差超過設(shè)定值的情況下生成新的行駛目標(biāo)。圖2示出表示本實施方式涉及的車輛控制裝置的動作以及本實施方式涉及的車 輛控制方法的一例的流程圖。該圖2的控制處理例如通過ECU2以規(guī)定的周期反復(fù)被執(zhí)行。首先，如圖2的S10所示，進(jìn)行外部干擾預(yù)測處理。外部干擾預(yù)測處理是預(yù)測車輛 行駛控制中的外部干擾的處理。例如，求出過去的控制偏差的平均值，并設(shè)定為恒定外部干 擾b。然后，求出該控制偏差的平均變化量，并設(shè)定為增加外部干擾a。此時，作為過去的控 制偏差，使用過去控制周期的多次(例如5次)的控制偏差。然后，通過下面的式(1)算出 t時刻下的外部干擾的預(yù)測值Err (t)。Err(t) = aXt+b (1)然后，轉(zhuǎn)移到S12，進(jìn)行行駛軌跡預(yù)測處理。行駛軌跡預(yù)測處理是預(yù)測在受到外 部干擾的情況下的車輛的行駛軌跡的處理。例如，預(yù)測在受到S10中所預(yù)測的外部干擾值 Err(t)的情況下的車輛的行駛軌跡。該預(yù)測處理，能夠通過使用設(shè)定在E⑶2中的操縱控制 系統(tǒng)、道路線性等的控制模擬來進(jìn)行。然后，轉(zhuǎn)移到S14，判斷車輛是否脫離道路。例如，在車輛的行駛軌跡脫離道路的車 線的情況下，判斷為車輛脫離了道路。在該S14中判斷為車輛未脫離道路的情況下，判斷車 輛舉動的前后、左右G是否超過輪胎的摩擦圓(S16)。例如，判斷車輛的前后方向的加速度 以及左右方向的加速度是否超過預(yù)先設(shè)定的輪胎摩擦圓。車輛舉動的前后、左右G是否超 過摩擦圓的判斷是表示判斷車輛舉動狀態(tài)是否超過設(shè)定值的情況的一例。在S16中判斷為車輛舉動的前后、左右G未超過輪胎摩擦圓的情況下，判斷車輛加 速度或加加速度是否超過設(shè)定值(S18)。例如，判斷車輛的前后方向以及左右方向的加速度 或加加速度是否超過預(yù)先設(shè)定的設(shè)定值。在S18中判斷為車輛的加速度或加加速度未超過設(shè)定值的情況下，不再生成行駛 目標(biāo)，而結(jié)束一系列的控制處理。但是，在S14中判斷為車輛脫離道路的情況下，在S16中判斷為車輛舉動的前后、 左右G超過輪胎摩擦圓的情況下，或者在S18中判斷為車輛的加速度或加加速度超過設(shè)定 值的情況下，判斷為反饋控制中的控制偏差超過設(shè)定值并需要再生成行駛目標(biāo)，進(jìn)行行駛 目標(biāo)的再生成處理(S20)。行駛目標(biāo)的再生成處理是再生成行駛目標(biāo)的處理，該行駛目標(biāo)成為車輛行駛的反 饋控制的目標(biāo)值。該再生成處理是通過控制目標(biāo)生成部21來進(jìn)行的，例如與現(xiàn)狀的行駛目 標(biāo)不同的車輛的行駛軌跡、速度模式被生成為行駛目標(biāo)。然后，進(jìn)行行駛控制，以使車輛按 照該新的行駛目標(biāo)行駛。當(dāng)結(jié)束S20的處理時，結(jié)束一系列的控制處理。如上所述，根據(jù)本實施方式涉及的車輛控制裝置以及車輛控制方法，按照行駛目 標(biāo)對車輛行駛進(jìn)行反饋控制，在該反饋控制中的控制偏差超過設(shè)定值的情況下再生成行駛 目標(biāo)。由此，直到控制偏差超過設(shè)定值為止，能夠充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的能力來進(jìn)行行駛控制，在控制偏差超過了設(shè)定值的情況下再生成行駛目標(biāo)，而能夠根據(jù)行駛環(huán)境進(jìn)行適當(dāng)?shù)?行駛控制。例如，在以規(guī)定周期再生成行駛目標(biāo)來進(jìn)行控制的裝置中，無法充分發(fā)揮反饋控 制系統(tǒng)的能力，難以按照預(yù)先設(shè)定的行駛目標(biāo)進(jìn)行行駛控制。對此，在本實施方式涉及的車 輛控制裝置中，通過將遵循行駛目標(biāo)的反饋控制設(shè)為基本控制，而能夠按照預(yù)先設(shè)定的行 駛目標(biāo)進(jìn)行行駛控制。然后，在因外部干擾在反饋控制中難以按照行駛目標(biāo)行駛的情況下，通過再生成 行駛目標(biāo)來能夠在穩(wěn)定的狀態(tài)下進(jìn)行車輛行駛。例如，即使在先前的行駛目標(biāo)中無法進(jìn)行 控制動作的情況下，通過再生成新的行駛目標(biāo)來能夠緩解動作條件，并能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)男?駛。圖3是表示本實施方式涉及的車輛控制裝置的動作的具體例的圖。如圖3所示，在車輛51按照成為行駛目標(biāo)的目標(biāo)軌跡52行駛的情況下，如果受到 橫風(fēng)W，則導(dǎo)致車輛51的行駛位置P脫離目標(biāo)軌跡52。此時，在判斷為通過反饋控制無法 立即使車輛51的行駛位置P返回到目標(biāo)軌跡52的情況下，進(jìn)行行駛目標(biāo)的再生成。由此， 無需進(jìn)行緊急操縱而能夠在穩(wěn)定的狀態(tài)下修正行駛位置，進(jìn)行適當(dāng)?shù)能囕v行駛。此外，上述的實施方式表示本發(fā)明涉及的車輛控制裝置以及車輛控制方法的一 例。本發(fā)明涉及的車輛控制裝置以及車輛控制方法不限定于該實施方式涉及的車輛控制裝 置以及車輛控制方法，在不改變各權(quán)利要求中記載的宗旨的范圍內(nèi)，能夠?qū)嵤┓绞缴婕?的車輛控制裝置以及車輛控制方法進(jìn)行變形，或者適用于其他地方。例如，在圖2中的控制處理中，作為反饋控制中的控制偏差超過設(shè)定值的情況，對 在行駛位置脫離目標(biāo)軌跡的情況、車輛舉動的前后、左右G超過輪胎摩擦圓的情況、車輛的 加速度、加加速度超過設(shè)定值情況下再生成行駛目標(biāo)的情況進(jìn)行了說明，但也可以在行駛 位置脫離目標(biāo)軌跡的情況、車輛舉動的前后、左右G超過輪胎摩擦圓的情況、車輛的加速 度、加加速度超過設(shè)定值的情況中的一部分情況下判斷控制偏差是否超過設(shè)定值。另外，也 可以在其他的控制偏差超過設(shè)定值的情況下再生成行駛目標(biāo)。另外，不限定于車輛控制裝置設(shè)置在完全自動運行的車輛上的情況，也可以為設(shè) 置在追蹤控制先行車輛而行駛的車輛上的情況，也可以適用于通常時對操縱裝置、行駛驅(qū) 動裝置以及控制裝置不進(jìn)行控制只在緊急時進(jìn)行控制的車輛上。產(chǎn)業(yè)上的可利用性根據(jù)本發(fā)明，在車輛的行駛控制中能夠充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的能力的同時，能夠進(jìn) 行適當(dāng)?shù)男旭偪刂啤?br> 權(quán)利要求
一種車輛控制裝置，具備行駛控制單元，其按照預(yù)先設(shè)定的行駛目標(biāo)對車輛行駛進(jìn)行反饋控制；判斷單元，其判斷上述行駛控制單元的反饋控制中的控制偏差是否超過設(shè)定值；以及目標(biāo)再生成單元，其在由上述判斷單元判斷為控制偏差超過設(shè)定值的情況下再生成行駛目標(biāo)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛控制裝置，其特征在于，上述判斷單元將設(shè)定值設(shè)定為 能夠確保車輛行駛安全性的值，并判斷上述行駛控制單元的反饋控制中的控制偏差是否超 過該設(shè)定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的車輛控制裝置，其特征在于，上述判斷單元判斷作為上述 行駛控制單元的反饋控制中的控制偏差的車輛位置、車輛舉動、車輛加速度或者加加速度 中的至少一個是否超過設(shè)定值。
4.一種車輛控制方法，具備行駛控制步驟，其按照預(yù)先設(shè)定的行駛目標(biāo)對車輛行駛進(jìn)行反饋控制；判斷步驟，其判斷上述行駛控制步驟的反饋控制中的控制偏差是否超過設(shè)定值；以及目標(biāo)再生成步驟，其在由上述判斷步驟判斷為控制偏差超過設(shè)定值的情況下再生成行 駛目標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠發(fā)揮控制系統(tǒng)的能力的同時進(jìn)行適當(dāng)?shù)男旭偪刂频能囕v控制裝置以及車輛控制方法。本發(fā)明中，按照預(yù)先設(shè)定的行駛目標(biāo)對車輛行駛進(jìn)行反饋控制，在該反饋控制中車輛的行駛軌跡脫離的情況下，在超過輪胎摩擦圓的情況下，或者在車輛加速度、加加速度超過設(shè)定值的情況下，判斷為控制偏差超過設(shè)定值，并再生成行駛目標(biāo)。由此，直到控制偏差超過設(shè)定值為止，能夠充分發(fā)揮控制系統(tǒng)的能力并進(jìn)行行駛控制，在控制偏差超過了設(shè)定值的情況下再生成行駛目標(biāo)并能夠進(jìn)行根據(jù)環(huán)境的適當(dāng)?shù)男旭偪刂啤?br> 文檔編號B60W30/10GK101842278SQ20088011351
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者田口康治 申請人:豐田自動車株式會社