專利名稱：根據(jù)路徑曲率的車輛速度控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)路徑曲率控制車輛速度的裝置。
背景技術(shù)：
作為現(xiàn)有技術(shù)，在專利文獻(xiàn)l中，以提供按照駕駛者的嗜好可以進(jìn)行 轉(zhuǎn)向車速的設(shè)定的車輛行駛控制裝置為目的，公開了具有道路曲率信息 檢測單元，其檢測道路的曲率或曲率半徑；拐角檢測單元，其根據(jù)由該道
路曲率信息檢測單元檢測出的道路曲率或曲率半徑，檢測車輛前方的拐角
的存在；轉(zhuǎn)向車速運(yùn)算單元，其根據(jù)由該拐角檢測單元檢測出的車輛前方 的拐角的曲率半徑或曲率和與該曲率半徑或曲率相應(yīng)的推薦轉(zhuǎn)向橫向加 速度運(yùn)算該拐角的推薦轉(zhuǎn)向車速；目標(biāo)減速度運(yùn)算單元，其根據(jù)當(dāng)前的本 車車速、所述推薦轉(zhuǎn)向車速和與所述拐角的距離運(yùn)算目標(biāo)減速度；減速控 制單元，其根據(jù)該目標(biāo)減速度運(yùn)算單元算出的目標(biāo)減速度對車輛進(jìn)行減速 控制；和車輛行駛控制裝置，其在該減速控制單元進(jìn)行減速控制中檢測到 駕駛者進(jìn)行加減速操作時(shí)，根據(jù)該加減速度操作補(bǔ)正所述推薦轉(zhuǎn)向橫向加 速度的轉(zhuǎn)向橫向加速度學(xué)習(xí)單元。
專利文獻(xiàn)日本專利特開2006—244284號公報(bào)
根據(jù)專利文獻(xiàn)1，通過由道路曲率信息檢測機(jī)構(gòu)檢測出的道路曲率半 徑或曲率來檢測車輛前方的拐角的存在的拐角檢測機(jī)構(gòu)，使車輛速度降 低，在有駕駛者的修正輸入時(shí)修正該速度。但是，所述信息只不過是道路 的設(shè)計(jì)信息。根據(jù)道路寬度，行駛軌跡具有自由度，實(shí)際上車輛的行駛軌 跡與所述信息不完全一致。舉一個(gè)明顯的例子，在十字路口左右轉(zhuǎn)彎時(shí)的 道路曲率信息就無法得到。另外在專利文獻(xiàn)1只存在"若前方有拐角則事 前減速"的概念，對于為了符合駕駛者的感覺，根據(jù)行中的車輛中觀測到 的曲率的變化，如何控制速度的方針并未公開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種車輛的速度控制裝置，使其可以符合駕駛 者感覺地根據(jù)每個(gè)瞬間的曲率使車輛速度變化。
發(fā)明者們?yōu)榱双@得符合駕駛者感覺的曲線路的速度控制方針，實(shí)施了 如下的實(shí)車行駛試驗(yàn)。
該試驗(yàn)是設(shè)想在路寬較窄的道路行駛的嚴(yán)密的路線追蹤任務(wù)(line trace task)和在路寬較寬、在橫向的運(yùn)功自由度較高的情況下可以任意選 擇路線地隨意駕駛，這兩種情況交替進(jìn)行的循環(huán)試驗(yàn)。圖1是表示實(shí)驗(yàn)概 要的圖。
駕駛者在軌道逆時(shí)針環(huán)繞。從地點(diǎn)(A)開始在路面上描繪的半徑20m 的圓周上行駛半圓，之后在連接到地點(diǎn)(B)的直線上行駛。作為速度的 標(biāo)準(zhǔn)(并非嚴(yán)密的指示)在任意時(shí)刻從60km/h減速，轉(zhuǎn)向中在自己認(rèn)為 可能的情況下進(jìn)行加速。在直線部分雖未畫線，如圖所示，從直線兩側(cè)5m 的外側(cè)是土路，以限定沿所述直線行駛。如以上，不給予除速度標(biāo)準(zhǔn)和路 線追蹤以外的指示，可以認(rèn)為這是削減橫方向的運(yùn)動自由度(隨意性)的 任務(wù)。
另一方面，從約60km/h的速度減速進(jìn)入地點(diǎn)(B)，在此之前選擇任 意路線再次到達(dá)地點(diǎn)(A)，再次進(jìn)行路線追蹤的環(huán)繞實(shí)驗(yàn)。地點(diǎn)(A)— 地點(diǎn)(B)的范圍是通過由路線追蹤規(guī)定橫方向的運(yùn)動的限定隨意駕駛(加 減速任意)，(B) — (A)是隨意駕駛(加減速 橫方向運(yùn)動均隨意)。試 驗(yàn)由23 25歲的年輕的駕駛者5名實(shí)施。
在實(shí)驗(yàn)車輛上裝備了全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS: Global Positioning System)。從GPS可以獲得某時(shí)間t的坐標(biāo)。
數(shù)學(xué)式l
C(t)
圖2是通過GPS測量的車輛的重心點(diǎn)的軌跡。在路線追蹤區(qū)域，可以 看清基本準(zhǔn)確地被描繪成半圓。
接著對曲率進(jìn)行研究。這里，并非使用沿著路線的距離即弧長參數(shù)而 用一般的參數(shù)(本次為時(shí)間t)來表示的曲率k (t)，根據(jù)非專利文獻(xiàn)用
數(shù)學(xué)式2
來表示。
非專利文獻(xiàn)1:中內(nèi)伸光:慢慢學(xué)曲線和曲面一微分幾何學(xué)初步一、
p48 p51、共立出版(2005)。
圖3是表示在上述實(shí)驗(yàn)，(120秒連續(xù)環(huán)繞測試)中獲得的2個(gè)人(駕 駛者(a) (b))的位置信息曲率、曲率的時(shí)間變化率和車輛的速度的圖。 另外，由于其他的駕駛者也表現(xiàn)了相同的傾向所以在這里只刊載2個(gè)人的。
已知在路線追蹤期間轉(zhuǎn)動半徑的倒數(shù)即曲率大致固定為0.05m—、可 進(jìn)行路線追蹤。在本次的路線追蹤設(shè)定路線上，沒有緩和的曲線，從直線 到圓弧或從圓弧到直線出入時(shí)，有較大的曲率的時(shí)間變化。
另一方面，己知在隨意駕駛時(shí)，曲率的最大值比路線追蹤時(shí)大，軌跡 成為尖銳的形狀。但是，其時(shí)間變化率與路線追蹤相同或更小(特別是在 脫離側(cè)更顯著)。駕駛者調(diào)整自己的速度，使得即使作為路線形狀的曲率 較大也不會產(chǎn)生較大的曲率的時(shí)間變化，可以認(rèn)為是進(jìn)行"時(shí)間的緩和"。
另外，可以看到與本發(fā)明直接關(guān)聯(lián)的圖3的各實(shí)驗(yàn)結(jié)果的下段的車輛 的速度在曲率最大的時(shí)刻，曲率成為最小的特征(在曲率局部最大點(diǎn)，速 度局部最小)。
另外，曲率的最大值相對較早地出現(xiàn)(區(qū)間中央并非最大)。關(guān)于到 達(dá)最大值為止的時(shí)間較早的問題，由于曲率的積分值是路線的彎曲角度， 所以為了可以早期在視界捕捉到下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)(A)(參照圖1)，或進(jìn)行 直線加速，即盡快結(jié)束輪胎使用橫向力的局面，考慮優(yōu)先使用前后力。在 本實(shí)驗(yàn)中，(A) — (B)為止和(B) —(A)為止的2點(diǎn)間移動+偏航(Yaw) 角變化180°的任務(wù)相同。其中路線追蹤被決定為限制路線自由度的任務(wù)。 另一方面，在隨意駕駛中，成為駕駛者根據(jù)不僅是路線，還包括速度、加 速度(加加速度)等的時(shí)間的概念的"運(yùn)動"的觀點(diǎn)，自己來計(jì)劃任務(wù)自 身并實(shí)行的狀態(tài)。存在著對力學(xué)有利的可以減輕身體壓力或提高控制性能 地制訂適當(dāng)易實(shí)施的運(yùn)動計(jì)劃并實(shí)行的機(jī)械裝置(mechanism)。將以上的知識用在本發(fā)明中在成為焦點(diǎn)的道路行駛上的速度控制上 時(shí)，作為直接關(guān)聯(lián)的部分，可以抽出下面的(1)和(2)的部分。
(1) 駕駛者根據(jù)路寬來變更自車的路線行駛。因此在道路設(shè)計(jì)形狀 和實(shí)際行駛軌跡曲率不同。
(2) 按照在作為根據(jù)駕駛者的操舵操作的運(yùn)動結(jié)果的曲率成為最大
的點(diǎn)，速度成為最小的方式進(jìn)行控制。
因此，為了達(dá)到本發(fā)明的目的即提供符合駕駛者感覺的車輛的速度控
制裝置，具有(例如使用GPS等)在每個(gè)瞬間檢測自車的位置坐標(biāo)(X (t)， Y (t))的單元，具有從獲得的自車的位置的每個(gè)瞬間的坐標(biāo)信息運(yùn)算每 個(gè)瞬間的曲率的單元和控制自車的速度的單元，特別是按照在每個(gè)瞬間的 曲率有增大傾向時(shí)，使速度減小，每個(gè)瞬間的曲率有減小傾向時(shí)，使速度
增大的方式控制。
另外，由于前述的知識是相對速度增減的方針，所以絕對速度需要尊 重駕駛者的意見。因此，在本發(fā)明中，具有接收駕駛者輸入的加減速指令 的單元，速度根據(jù)該加減速指令變化。
另一方面，在這樣的接收駕駛者的加減速指令的構(gòu)成情況下，在駕駛 者的加減速指令和系統(tǒng)的控制指令之間有產(chǎn)生干擾的可能性。另外，即使 沒有干擾，若對駕駛者產(chǎn)生不協(xié)調(diào)感也可能會導(dǎo)致對系統(tǒng)的評價(jià)降低。在 系統(tǒng)和駕駛者的共享的百分比不能明確地確定的人機(jī)系統(tǒng)中，這是重要課 題，在本發(fā)明中，遵照下面的想法來減輕干擾 不協(xié)調(diào)感。
基本地，以符合人的感覺為目標(biāo)來控制速度。將其積極地傳達(dá)給駕駛 者，在該控制有不足感的情況下，由駕駛者來調(diào)整該不足的部分。
為了表示系統(tǒng)在起作用，不只是速度控制，還對駕駛者輸入指令的輸 入端(加速、制動踏板等)的反力或踏板行程進(jìn)行控制。理想為按照只需 駕駛者腳踩上加速踏板的踏力，就能成為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制指令的踏板的位 置的方式進(jìn)行控制。在這樣的狀態(tài)下，在系統(tǒng)的速度控制符合駕駛者的要 求的情況下，駕駛者為了操作踏板在腳用力前，車輛便會體會駕駛者的意 思，產(chǎn)生先欲實(shí)行的感覺。由此，與進(jìn)行不返回反力、行程的控制相比， 可以期待高層次地駕駛者和系統(tǒng)的融合。
另外，雖然在系統(tǒng)的速度控制不充分的情況下，由駕駛者進(jìn)行修正操作，但會記憶該修正并積累，更新速度控制中的目標(biāo)時(shí)刻經(jīng)歷的分布。例 如，在控制系統(tǒng)側(cè)減速時(shí)，在多次看到駕駛者踩制動的狀況的情況下，察 知該駕駛者以更低的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)向(喜歡離心力較小)，于是將減速的程 度向提高的方向修正?；蛟谙到y(tǒng)側(cè)進(jìn)行減速時(shí)駕駛者加速，并且之后用更 大的減速度進(jìn)行減速時(shí)，按照增大速度減小的變化率的方式來修正分布， 以更高級別地實(shí)現(xiàn)駕駛者和系統(tǒng)的融合為目標(biāo)。
另外，對應(yīng)雨 雪等天氣路面狀況變化的情況下，若以與晴天*路面 干燥相同的條件進(jìn)行速度控制，就會使駕駛者產(chǎn)生不協(xié)調(diào)感。在這樣的情 況下，在根據(jù)雨刮開關(guān)、雨滴感應(yīng)傳感器或外界信息、氣溫等推定路面狀 況，并判斷路面摩擦系數(shù)減小時(shí)，通過減小平均速度，并且為了防止由于 負(fù)荷移動引起的運(yùn)動的急變而減小每單位時(shí)間的速度的增加率或減小率 地控制，以更高級別實(shí)現(xiàn)駕駛者和系統(tǒng)的融合的目標(biāo)。
進(jìn)而，在系統(tǒng)獲得從雷達(dá)信息或指向標(biāo)等道路側(cè)的城市基礎(chǔ)設(shè)施獲得 外界信息，判斷前方有障礙物的情況下，駕駛者當(dāng)然是期待減速。在這樣 的情況下，即使每個(gè)瞬間的曲率有減小的傾向，也按照速度減小的方式進(jìn) 行控制。由此，實(shí)現(xiàn)更高級別的駕駛者和系統(tǒng)的融合的目標(biāo)。
并且，按照在每個(gè)瞬間的曲率有增加傾向時(shí)，使速度減小，在每個(gè)瞬 間的曲率有減小傾向時(shí)，使速度增大的方式的控制的方針，即使應(yīng)用在完
全自動駕駛車輛的情況的速度控制上，也可以預(yù)想符合乘客(己經(jīng)不是駕 駛者)的感覺。因此，該車輛通過自動操舵裝置與駕駛者獨(dú)立地加入操舵 輸入時(shí)，也可適用本發(fā)明的控制方針。
根據(jù)本發(fā)明，將與駕駛者的隨意駕駛操作獲得的瞬間曲率和與此相伴 的速度調(diào)整相關(guān)的知識作為速度控制的方針，并且由于采取了以降低和駕 駛者之間的干擾、不協(xié)調(diào)感為目標(biāo)的措施，故能提供符合駕駛者的感覺的 車輛的速度控制裝置。


圖1是調(diào)查駕駛者特性的試驗(yàn)概要圖。
圖2是表示實(shí)驗(yàn)車輛的軌跡的圖。 圖3是表示曲率和曲率變化、速度推移的圖。圖4是表示用于實(shí)現(xiàn)最佳實(shí)施方式的整體構(gòu)成的圖。
圖5是表示基本控制方法的圖。
圖6是完成控制時(shí)的行駛狀態(tài)的圖。
圖7是表示駕駛者過度操控(override)時(shí)的運(yùn)行狀況的圖。 圖8是表示控制切換、增益的更新部分的圖。 圖9是表示控制切換、增益的更新順序的流程圖。 圖IO是表示隨著外界信息如何改變控制目標(biāo)加速度的圖。 圖中0 —車輛，l一馬達(dá)，2—減速機(jī)，7 —?jiǎng)恿D(zhuǎn)向裝置，IO —加速 踏板，ll一制動踏板，16 —方向盤，20—GPS傳感器，21 —前后加速度傳 感器，22 —毫米波雷達(dá)傳感器，23 —照相機(jī)，24 —外部溫度傳感器，25 — 接收機(jī)，26 —雨滴傳感器，31—加速傳感器，32 —制動傳感器，33 —舵角 傳感器，38 —橫擺角速度傳感器(yaw rate sensor)， 40 —中央控制器，44 一方向盤控制器，46 —任務(wù)控制器，48 —踏板控制器，51 —加速反力馬達(dá)， 52 —制動反力馬達(dá)，53 —方向盤反力馬達(dá)，61 —左前輪，62右前輪，63 —左后輪，64 —右后輪，101 —雨刮，200 —指向標(biāo)，451、 452 —制動控制 器。
具體實(shí)施例方式
在圖4，表示了實(shí)現(xiàn)最佳實(shí)施方式的整體構(gòu)成。
在本實(shí)施方式中，車輛0由所謂線控系統(tǒng)(by wire system)構(gòu)成，在 駕駛者和操舵機(jī)構(gòu)、加速機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)之間沒有機(jī)械結(jié)合。另外，駕駛 者施加操作的方向盤16、加速踏板IO、制動踏板ll各自具有操作量檢測 傳感器和反力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)。
<驅(qū)動>
車輛0是由馬達(dá)1驅(qū)動左后輪63、右后輪64的后輪驅(qū)動車(Rear Motor Rear Drive: RR車)。與馬達(dá)1相連地裝備有降低馬達(dá)驅(qū)動力的減速機(jī)構(gòu)2。 這里，特別是前后輪的驅(qū)動輪方式，電馬達(dá)或內(nèi)燃機(jī)等的動力源的差異， 與本發(fā)明沒有密切關(guān)系。只要按照如下方式構(gòu)成即可通過調(diào)整對車輛賦 予驅(qū)動力的單元和該驅(qū)動力，從而能將速度調(diào)整為由中央控制器40設(shè)定 的希望的值。下面對具體的機(jī)器構(gòu)成進(jìn)行說明。在左前輪61、右前輪62、左后輪 63和右后輪64各自裝備有制動轉(zhuǎn)子、車輛速度檢測用轉(zhuǎn)子，在車兩側(cè)裝 備有車輪速度采集器(pick-up)，成為可以檢測出各車輪的車輪速度的構(gòu)成。
駕駛者的加速踏板10的踩入量由加速位置傳感器31檢測出，經(jīng)由踏 板控制器48輸入中央控制器40。加速踏板10還與加速反力馬達(dá)51連接， 根據(jù)中央控制器40的運(yùn)算指令，通過踏板控制器48 ，對加速踏板10進(jìn) 行反力控制。由此，成為可以檢測出來自駕駛者的加速指令，并且，對駕 駛者返回促進(jìn)動作或抑制動作的反力的構(gòu)成。
動力控制器461根據(jù)來自中央控制器40的指令量.控制馬達(dá)1的輸出。 另外，馬達(dá)1的輸出經(jīng)過由任務(wù)控制器462控制的減速機(jī)構(gòu)2來驅(qū)動左后 輪63、右后輪64。
<制動>
在左前輪61、右前輪62、左后輪63和右后輪64，分別配備有制動轉(zhuǎn) 子，在車體側(cè)裝備有盤式制動器(caliper),其是通過將該制動轉(zhuǎn)子夾在襯 墊(未圖示)之間來使車輪減速。盤式制動器為油壓式或每個(gè)盤式制動器 都具有電動馬達(dá)的電機(jī)式。
各個(gè)盤式制動器基本根據(jù)中央控制器40的運(yùn)算指令，由制動控制器 451 (前輪用)、452 (后輪用)來控制。另外，向制動控制器451、 452如 前面出現(xiàn)過那樣地輸入各車輪的車輪速度。通過4輪的車輪速來平均處理 前輪(非驅(qū)動輪)的車輪速度，由此可以推定絕對車速。這些信號在中央 控制器40內(nèi)，作為共有信息，始終被監(jiān)控。
駕駛者對制動踏板11的踩入量，由制動踏板位置傳感器32檢測出， 經(jīng)由踏板控制器48在中央控制器40進(jìn)行運(yùn)算處理。也可以檢測踩的力量 而不是踏板位置。在制動踏板11還連接著制動反力馬達(dá)52，根據(jù)中央控 制器40的運(yùn)算指令，通過踏板控制器48，對制動踏板ll進(jìn)行反力控制。
<操舵>
車輛0的操舵系統(tǒng)在駕駛者的操舵角和輪胎切角之間沒有機(jī)械結(jié)合， 成為線控轉(zhuǎn)向構(gòu)造。操舵系統(tǒng)在內(nèi)部，由包括舵角傳感器(未圖示)的動 力轉(zhuǎn)向裝置7、方向盤16、駕駛者舵角傳感器33、和方向盤控制器44構(gòu)成。駕駛者的方向盤16的操舵量由駕駛者舵角傳感器33檢測出，經(jīng)過方
向盤控制器44，在中央控制器40進(jìn)行運(yùn)算處理。并且，方向盤控制器44 根據(jù)中央控制器40的運(yùn)算指令控制前動力轉(zhuǎn)向裝置7。
在方向盤16還連接著方向盤反力馬達(dá)53，根據(jù)中央控制器40的運(yùn)算 指令，通過方向盤控制器44對方向盤進(jìn)行反力控制。
<傳感>
下面對如圖4所述的傳感器組進(jìn)行敘述。GPS (Global Positioning System)傳感器20，可以在每個(gè)瞬間(x (t) ,y (t)) (t為時(shí)間)計(jì)量車 輛O的重心點(diǎn)的地上固定系統(tǒng)的絕對位置坐標(biāo)。另外，也可以將從所述車 輪的速度獲得的車速進(jìn)行微分以得到前后加速度，但在本實(shí)施方式中被構(gòu) 成為裝備有前后加速度傳感器21，在下述的速度加減控制中使用。毫秒 波雷達(dá)傳感器22、照相機(jī)23可以檢測前面的物體的大小、相對移動速度 和距離等。另外，車輛0裝備有接收機(jī)25，其可以從道路側(cè)的城市基礎(chǔ)設(shè) 施即指向標(biāo)200獲得前方信息等的外部信息。另外，為了讓雨刮101自動 運(yùn)轉(zhuǎn)，可以通過檢測降雨的雨滴傳感器26或外部溫度傳感器24獲得車輛 0當(dāng)前行駛的外部信息。
為實(shí)現(xiàn)最佳實(shí)施方式的車輛0如以上構(gòu)成。在下面，對本發(fā)明的具體 的控制方法，來自駕駛者的修正(過度操控)對應(yīng)，反力控制，以及根據(jù) 外界信息切換控制目標(biāo)進(jìn)行公開。
<基本控制方法>
如以上公開所述，駕駛者根據(jù)視覺或體感的信息來控制車輛的運(yùn)動。 若著眼于成為這次的發(fā)明的對象的速度控制，則和瞬間的曲率聯(lián)系很大。 駕駛者大致按照在曲率成為最大的點(diǎn)，速度最小的方式來控制。
若調(diào)換為具體的控制動作，可以認(rèn)為隨著曲率的增加，速度減小，若 曲率成為固定值，則速度固定，若曲率減小，則使速度增加。駕駛者是否 直接獲得曲率信息，姑且不論(無需以與人類相同的機(jī)器構(gòu)成)。若從工 學(xué)觀點(diǎn)來看，曲率信息可以由從GPS信號獲得的位置信息經(jīng)運(yùn)算處理獲 得。
從GPS可以獲得某時(shí)間t的坐標(biāo)。數(shù)學(xué)式3<formula>formula see original document page 12</formula>
接著對曲率進(jìn)行研究。這里，不用經(jīng)過路線的距離即弧長參數(shù)，而是 用一般的參數(shù)(本次為時(shí)間t)來表示的曲率k (t)按照所述非專利文獻(xiàn)l 用數(shù)學(xué)式4
來表示。
另外，曲率的時(shí)間變化
通過對數(shù)學(xué)式2時(shí)間微分獲得。數(shù)學(xué)式5
圖5示意表示了這些運(yùn)算。在圖5，從GPS21的數(shù)據(jù)獲取的采樣時(shí)間 十分短，用模擬運(yùn)算處理方法來表示，但是，當(dāng)然也可以利用以取得每次 采樣的差分的方法來進(jìn)行虛擬微分等的方法。
若可以獲得每個(gè)瞬間(t=t)的曲率k (t)以及時(shí)間變化
雄)
(k (t)時(shí)間微分值)，則最簡單地可以考慮由曲率變化決定車輛0 的前后方向的目標(biāo)加速度的控制方法。即若目標(biāo)前后加速度設(shè)為Gxt (Gx_target) 、 Kt設(shè)為比例增益(kt<0)則成為數(shù)學(xué)式6Gxt(t) = Kt./i:(t)
獲得的值即可。(雖然在每個(gè)速度都需要設(shè)定Kt，但在本實(shí)施方式中 為了簡略化，考慮針對特定的速度域。另外，如后面所述在曲率增加時(shí)(減 速時(shí))，也可以與曲率減少(加速時(shí))時(shí)取不同的值)。若如此構(gòu)成，在曲 率增加時(shí)即
雄)
(k (t)時(shí)間微分值)為正時(shí)，設(shè)定減速側(cè)的目標(biāo)值，在曲率減小時(shí)即 雄)
(k (t)時(shí)間微分值)為負(fù)時(shí)，設(shè)定加速側(cè)的目標(biāo)值?；镜?，使該 值與前后加速度傳感器21檢測出的車輛0的前后加速度Gx (t)的差分， △Gx (t)數(shù)學(xué)式7
△Gxt(t)=Gxt(t)-Gx(t)
的絕對值變小作為大致的控制方針。
然后，成為在AGx (t)為負(fù)時(shí)，需要減速*制動，為正時(shí)需要加速《驅(qū) 動。如圖5所示，這些的運(yùn)算全在中央控制器40內(nèi)實(shí)施。需要減速《制 動時(shí)，首先通過任務(wù)控制器462調(diào)整減速機(jī)構(gòu)2的減速比，同時(shí)通過動力 控制器461限制向馬達(dá)的電力供應(yīng)量，由馬達(dá)l進(jìn)行再生制動。根據(jù)車輛 的運(yùn)動狀態(tài)，只通過再生制動不能減小數(shù)學(xué)式5的絕對值的情況下， 制動控制器451 (前輪用)、452 (后輪用)工作，通過制動器使車輛O減 速。
另一方面，在需要加速*驅(qū)動時(shí)，通過任務(wù)控制器461調(diào)整減速機(jī)構(gòu) 2的減速比的同時(shí)，增加由動力控制器461向馬達(dá)的電力供應(yīng)量，進(jìn)行基 于馬達(dá)l的加速，驅(qū)動。
圖6是完成控制時(shí)，即數(shù)學(xué)式5的絕對值十分小時(shí)的行駛狀態(tài)的概念示意圖。通過取如圖4的構(gòu)成，進(jìn)行如圖5的控制，可以實(shí)現(xiàn)按照在 每個(gè)瞬間的曲率是增加傾向時(shí)使速度減小，在每個(gè)瞬間的曲率是減小傾向 時(shí)使速度增大的方式進(jìn)行控制。
另外，中央控制器40在進(jìn)行加減速控制的同時(shí)，為了達(dá)成實(shí)現(xiàn)加減
速的踏板行程(stroke)通過踏板控制器48進(jìn)行控制。
在駕駛者接觸踏板的狀態(tài)下，需要進(jìn)行反力控制。在設(shè)定閾值并且駕 駛者輸入比該值更大的踏力的情況下，作為如后所述的過度操控指令進(jìn)行 受理，但在以下的情況下，按照保持前面所述的行程的方式對反力進(jìn)行控 制。這時(shí)，為了不使駕駛者持有踏板固定不動的感覺，也可以采用加入若 干假想的彈性要素的方法。理想為支撐著只配合著腳的力的狀況。踏板控 制的目的是為了使駕駛者同時(shí)持有用身體感覺著加速度的意識和腳雖沒 有用力卻使踏板運(yùn)動而使系統(tǒng)起作用的意識。
通過進(jìn)行以上的控制，可以提供符合駕駛者感覺的車輛的速度控制裝 置。另外，雖省略詳細(xì)的說明，即使行駛在有起伏的路段上，通過在前后 加速度傳感器21檢測出車輛0的每個(gè)瞬間的前后方向的加速度并反饋， 具有防止失控的作用。
接著研究駕駛者對系統(tǒng)過度操控制動或加速情況。圖7表示是由駕駛 者過度操控制動或加速的兩方時(shí)的運(yùn)行狀況的圖。在后面所述，像這樣駕 駛者的輸入被過度操控的情況下控制停止。
另一方面，由于即使停止控制GPS信息也會輸入，可以通過數(shù)學(xué)式 4(即使未實(shí)施控制)計(jì)算目標(biāo)前后加速度Gxt (圖7)。并且，由于可以 在前后加速度傳感器21測量由于駕駛者操作而在車輛0產(chǎn)生的前后加速 度，所以，例如可以算出在減速度達(dá)到最大的點(diǎn)的實(shí)際的前后加速度和目 標(biāo)前后加速度Gw的差分AGbd、或加速度達(dá)到最大的點(diǎn)的實(shí)際的前后加速 度和目標(biāo)前后加速度Gm的差分AGad。
無論系統(tǒng)發(fā)出了減速指令但駕駛者仍進(jìn)行制動操作的理由，是為了實(shí) 現(xiàn)駕駛者的理想運(yùn)動，而控制系統(tǒng)的減速增益不足。另外，不管在系統(tǒng)側(cè) 算出了減速指令，但駕駛者在仍然增大加速行程進(jìn)行加速時(shí)，表示駕駛者 的理想運(yùn)動減速增益過大。
另外，在系統(tǒng)發(fā)出加速指令時(shí)，進(jìn)行操作的理由也與發(fā)出減速指令時(shí)相同。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種符合駕駛者感覺的車輛的速度控 制裝置，由此需要調(diào)整決定目標(biāo)前后加速度Ga時(shí)的比例增益Kt。另外，
由于沒有減速側(cè)的增益和加速側(cè)的增益成為相同的補(bǔ)償，所以需要分別進(jìn) 行調(diào)整。
圖8是表示在有來自駕駛者的過度操控時(shí)的控制切換、增益更新的順 序的流程圖。這里，設(shè)加速時(shí)的增益為Kat、減速時(shí)的增益為Kbt以及發(fā)生
過度操控的事件次數(shù)以i (i為整數(shù))來表示。增益的更新參考非專利文獻(xiàn) 2采用反復(fù)學(xué)習(xí)。
非專利文獻(xiàn)2:門向*另外4名通過電氣配件的有效力矩控制的降 低汽車空轉(zhuǎn)振動(第l報(bào))、機(jī)論、59 — 560、 C (1993)、 1023。
(1) 首先，加速時(shí)增益和減速時(shí)增益各自設(shè)為Kats、 Kbts，初期值 設(shè)為Kat[O]、 Kbt[O]。
(2) 判斷控制是否有效。若有效進(jìn)入(3)。
(3) 判斷是否有制動/加速的過度操控(在有前述閾值以上的踏板踏 力的情況下，判斷為有過度操控)。若有過度操控則進(jìn)入(4)。
(4) 使速度(加速度)控制為OFF，進(jìn)入(5)。
(5) 計(jì)數(shù)器(i)進(jìn)一位，進(jìn)入(6)。
(6) 算出AGad、 AGbd，將其分別設(shè)為AGad[i]、 AGbd[i]。進(jìn)入(7)。
(7) 根據(jù)下面公式調(diào)整加速時(shí)增益Kat和減速時(shí)增益Kbt。數(shù)學(xué)式8
K』=Kat[i-1]+Ku.AG』數(shù)學(xué)式9
K』=Kbt[i-1]+KLb.AGbd[i]
這里，Kat[i—1]、 Kbt[i—l]是上次出現(xiàn)過度操控的事件周期(i一l)中 調(diào)整的值(初次為Kat[O]、 Kbt
)。將該值，和本次的實(shí)際的前后加速度 與目標(biāo)前后加速度Gxt的差分乘以學(xué)習(xí)增益(KLa、 KLb)后得到的值相加，更新作為新的加速時(shí)增益和減速時(shí)增益Kat[i]、 Kbt[i]。只要沒有駕駛者的
再次過度操控，這些值作為數(shù)學(xué)式4或圖5的Kt在中央控制器40內(nèi)
被采用。通過增大學(xué)習(xí)增益，可以使學(xué)習(xí)速度增加，但這種情況有可能變 得不安定。需要設(shè)定為能以現(xiàn)實(shí)的次數(shù)忠實(shí)地抽出駕駛者特征的值。
(8)在該步驟中，為了判斷第i次的一系列的事件是否完結(jié)，判定前 后加速度在規(guī)定期間是否比閾值Gth小。并且，若滿足條件，為了下次事 件準(zhǔn)備而回到(2)。
使用如圖8的流程圖所示的方法對應(yīng)駕駛者的過度操控，通過停止控 制來確保安全性的同時(shí)，為了接近駕駛者的要求，通過利用駕駛者的要求 和系統(tǒng)設(shè)定值的差分進(jìn)行反復(fù)學(xué)習(xí)來調(diào)整加減速增益。為此，可以提供一 種符合駕駛者的感覺的車輛的速度控制裝置。 <根據(jù)外界信息來切換控制目標(biāo)加速度分布> 接著，用圖9表示控制目標(biāo)加速度如何隨著外界信息變化。 關(guān)于通過外界傳感器或設(shè)置在道路側(cè)的城市基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)出的信息，進(jìn) 行防止與前方障礙物相撞的控制，或?qū)梢越档歪槍β访鏍顩r的惡化而打 滑的概率的速度進(jìn)行速度控制的方法，在專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3中詳細(xì) 記載。
專利文獻(xiàn)2:特開2004—224093車輛的自動控制裝置。
專利文獻(xiàn)3:特開2004 — 017731汽車的行駛控制裝置，道路信息提
供服務(wù)系統(tǒng)，汽車的行駛控制方法。
在本實(shí)施例中也基本和這些控制方針相同，在這里，對根據(jù)道路曲率
的車輛的速度控制裝置的展開的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行敘述?；旧?，需要在認(rèn)為
前方有障礙物時(shí)減速，認(rèn)為路面摩擦系數(shù)較低時(shí)降低加速度、減速度。到
現(xiàn)在為止所敘述的構(gòu)成中，曲率的變化
的
(k的微分值)沒有的情況下，以數(shù)學(xué)式4計(jì)算的目標(biāo)減速度成 為0，在前方有障礙物的情況下系統(tǒng)也不起動。另外在雨天，降雪時(shí)，或 達(dá)到使路面凍結(jié)的低溫時(shí)，也實(shí)施與晴天一樣的加減速。在本實(shí)施方式中，將調(diào)整數(shù)學(xué)式4、圖9中的比例增益Kt和與此獨(dú)立的Gc。n (G—contml) 作為直接指令值輸入。
然后，圖10是表示該方法的流程圖。作為在障礙物、路面狀況等發(fā) 生變化時(shí)，作為結(jié)果，都成為Kt調(diào)整和G,指令，因此匯總這些狀況而 采用一張圖。關(guān)于通過毫米波雷達(dá)傳感器22、照相機(jī)23來檢測障礙物， 或由接收機(jī)25從指向標(biāo)200接收信息，或本次未詳細(xì)提及的根據(jù)導(dǎo)航地 圖獲得堵車信息、前方道路形狀，另外通過檢測降雨的雨滴傳感器26或 外部溫度傳感器24獲得路面摩擦系數(shù)從平常干燥時(shí)的^降低到p (^< W)，這些方法在專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3中進(jìn)行了詳細(xì)記載，在這里省略。
在步驟(2)、 (2)'中，若判斷前方有障礙物或堵車，急轉(zhuǎn)彎，則為了 進(jìn)行減速的準(zhǔn)備而確定系統(tǒng)是否起動(3)，未起動時(shí)，即使在直線路段， 也會起動系統(tǒng)(4)。并且，利用當(dāng)前的車輛0的位置、速度、到障礙物(堵 車車輛)或急轉(zhuǎn)彎的距離(若障礙物移動，也考慮其速度)，計(jì)算減速指 令G咖(t) (5)。
這時(shí)，更優(yōu)選地也可以利用在步驟(2) 〃獲得的路面摩擦系數(shù)，在輪 胎力的界限范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)定，也可以輸出超過界限的較大減速指令進(jìn)行 ABS (Antilock Braking System)控制。并且如圖9所示將G， (t)加入控 制指令(6)。之后，對加速或制動的反力進(jìn)行控制，使得通過例如振動、 或若是加速踏板則頂回、若是制動踏板則在腳的重量作用下使踏板下陷， 來表示系統(tǒng)在起作用(7)。通過傳達(dá)該信息使駕駛者的意識級別提高，使 駕駛者事先認(rèn)識到系統(tǒng)處于合理的運(yùn)行狀態(tài)，由此可以減輕不協(xié)調(diào)的感 覺。
另外，在步驟(2)"，根據(jù)降雨、降雪、低溫信息或根據(jù)外部信息例 如降雨量、氣溫等信息，推定路面摩擦系數(shù)p。并且，若比在干燥路面的 摩擦系數(shù)^低，則將數(shù)學(xué)式4、圖9中的比例增益Kt (&<0 =修正運(yùn) 算為H/W (<1=倍(5)'，并進(jìn)行輸出(6)'。由此沒有激烈的加減速， 可以降低在車輛產(chǎn)生的行動變化。這時(shí)也可以將Kt降低并低于通常狀態(tài)， 通過反力(撞擊)控制向駕駛者傳達(dá)加速、制動的行程量受到控制，以此 使駕駛者事先意識到系統(tǒng)處于合理的運(yùn)行狀態(tài)，由此可以減輕不協(xié)調(diào)的感
覺o<和自動駕駛的親和性>
到現(xiàn)在為止所述是一種通過駕駛者操舵，根據(jù)由此產(chǎn)生的車輛橫向運(yùn) 動引起的每個(gè)瞬間的曲率以及其變化來控制速度的方法。對此，在自動駕 駛的車輛中，車輛根據(jù)外界信息或地圖信息，自動地決定路線。
為了實(shí)現(xiàn)從某一點(diǎn)移動到另一點(diǎn)，其路線有無數(shù)條，在其中有的會產(chǎn) 生不協(xié)調(diào)感，有的則不會。當(dāng)然，應(yīng)在沒有不協(xié)調(diào)感的時(shí)刻操舵，這樣的 話，對到現(xiàn)在為止所述的駕駛者的操舵操作可以獲得與本實(shí)施例相同的效 果。為了實(shí)現(xiàn)沒有不協(xié)調(diào)感的操舵，在固定速度的情況下，應(yīng)按照描繪回 旋曲線地使操舵速度固定的方式進(jìn)行控制，在伴有減速的情況下，例如， 利用下面的非專利文獻(xiàn)3的知識，調(diào)整時(shí)刻和操舵量即可。
1) 減速后，駕駛者開始操舵的時(shí)刻和車輛的前后加加速度為0的時(shí) 刻相關(guān)性高。
2) 減速后，進(jìn)入轉(zhuǎn)向，釋放制動的時(shí)刻，或最高加速的時(shí)刻和車輛 的橫向加加速度為0的時(shí)刻相關(guān)性高。
3) 減速、轉(zhuǎn)向時(shí)，存在按照前輪的外側(cè)的垂直負(fù)荷相對于時(shí)間以一
定的比例增加的方式進(jìn)行操作的范圍。
非專利文獻(xiàn)3:山門、安部利用加加速度信息的駕駛者的控制特性
的新的解釋方法，汽車技術(shù)會前刷集No.l39—60、 pp23—28 (2006)
如上所述，在本發(fā)明中即使被構(gòu)成為該車輛通過自動操舵裝置而獨(dú)立
于駕駛者加入了操舵輸入，也可以提供符合駕駛者感覺的車輛的速度控制裝置。
<總結(jié)>
根據(jù)本發(fā)明，將從駕駛者的隨意駕駛操作獲得的瞬間曲率和與之相伴 的速度調(diào)整相關(guān)的知識作為速度控制的方針，進(jìn)而，取得對駕駛者的干涉、 以及以降低不協(xié)調(diào)感為目標(biāo)的對策，可以提供一種符合駕駛者感覺的車輛 的速度控制裝置。
權(quán)利要求
1.一種車輛的速度控制裝置，具有運(yùn)算每個(gè)瞬間的曲率的單元；和控制自車速度的單元；進(jìn)行控制，使得每個(gè)瞬間的曲率有增加傾向時(shí)，使速度減小，當(dāng)每個(gè)瞬間的曲率有減小傾向時(shí)，使速度增加。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛的速度控制裝置，其特征在于，運(yùn)算每個(gè)瞬間的曲率的單元，具有在每個(gè)瞬間檢測出以正交的至少兩個(gè)軸定義的平面中的自車位置的坐標(biāo)(x (t)， y (t))的單元，其根據(jù)數(shù)學(xué)式2
,.樸珠,-又(t，)運(yùn)算每個(gè)瞬間的曲率(k (t))。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛的速度控制裝置，其特征在于， 具有運(yùn)算每個(gè)瞬間的曲率的時(shí)間變化的單元；在該時(shí)間變化較大時(shí)控制使每單位時(shí)間的速度的增加率或減小率增大；在該時(shí)間變化較小時(shí)控制使每單位時(shí)間的速度的增加率或減小率減小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車輛的速度控制裝置，其特征在于， 控制速度的單元是制動器、馬達(dá)的輸出調(diào)整裝置、裝在馬達(dá)上的變速裝置中的一部分或全部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛的速度控制裝置，其特征在于， 具有接收駕駛者輸入的加減速指令的單元；根據(jù)該加減速指令而使速度變化。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛的速度控制裝置，其特征在于， 具有反力，變位產(chǎn)生單元，其使駕駛者施加加減速指令的輸入端產(chǎn)生反力或變位、或者反力和變位；根據(jù)速度變化而使該反力*變位產(chǎn)生單元所產(chǎn)生的反力或變位、或者 反力和變位變化。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的車輛的速度控制裝置，其特征在于， 根據(jù)駕駛者輸入的多次的加減速指令，使作為控制指令的每單位時(shí)間的速度的增加率或減小率變化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車輛的速度控制裝置，其特征在于， 具有推定路面狀態(tài)的單元；在路面摩擦系數(shù)減小時(shí)，控制減小平均速度，并減小每單位時(shí)間的速 度的增加率或減小率。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛的速度控制裝置，其特征在于， 具有獲取外界信息的單元；當(dāng)在車輛確認(rèn)在行駛方向有障礙物的情況下，即使在每個(gè)瞬間的曲率 有減小傾向的狀態(tài)下，也按照減小速度的方式控制。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車輛的速度控制裝置，其特征在于， 該車輛通過自動操舵裝置而獨(dú)立于駕駛者地施加操舵輸入。
全文摘要
本發(fā)明提供一種符合駕駛者感覺的車輛的速度控制裝置。其具有運(yùn)算每個(gè)瞬間的曲率的單元和控制自車的速度的單元，按照在每個(gè)瞬間的曲率有增加傾向時(shí)，使速度減小，在每個(gè)瞬間的曲率有減小的傾向時(shí)，使速度增加的方式進(jìn)行控制。
文檔編號B62D107/00GK101318509SQ20081009858
公開日2008年12月10日 申請日期2008年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月22日
發(fā)明者安部正人, 山門誠, 橫山篤 申請人:株式會社日立制作所