JPH11102499A - State estimation device and vehicle traveling control device - Google Patents
State estimation device and vehicle traveling control deviceInfo
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- JPH11102499A JPH11102499A JP26186797A JP26186797A JPH11102499A JP H11102499 A JPH11102499 A JP H11102499A JP 26186797 A JP26186797 A JP 26186797A JP 26186797 A JP26186797 A JP 26186797A JP H11102499 A JPH11102499 A JP H11102499A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 画像処理を規制して迅速な演算が可能であ
り、従って、安定した車両の走行制御を可能にする状態
推定装置と、その状態推定装置を利用した車両走行制御
装置とを提供する。
【解決手段】 所定の車両前方注視点での道路に対する
車両の相対横変位を計測する相対横変位計測手段７と、
車両の前輪２１又は後輪２３の少なくとも一方の舵角を
検出する舵角検出手段９，１１と、前記相対横変位及び
舵角に基づく演算によって少なくとも道路曲率とフィー
ドバック用の前記相対横変位とを推定する演算手段１５
とを備えた状態推定装置１を設ける。更に、車両の操舵
を自動的に行う自動操舵機構５と、状態推定装置１の演
算手段１５からの出力に基づいて自動操舵機構５を制御
するコントローラ４０とを設ける。演算手段１５では、
道路曲率の影響を考慮してフィードバック用の相対横変
位を推定する。
(57) [Summary] [Problem] To provide a state estimating device capable of performing a rapid calculation by regulating image processing, and thus enabling a stable vehicle running control, and a vehicle running control using the state estimating device. Equipment. SOLUTION: A relative lateral displacement measuring means 7 for measuring a relative lateral displacement of the vehicle with respect to a road at a predetermined vehicle front fixation point,
Steering angle detecting means 9 and 11 for detecting at least one steering angle of the front wheel 21 or the rear wheel 23 of the vehicle; and calculating at least the road curvature and the relative lateral displacement for feedback by calculation based on the relative lateral displacement and the steering angle. Estimating means 15
Is provided. Further, an automatic steering mechanism 5 for automatically steering the vehicle and a controller 40 for controlling the automatic steering mechanism 5 based on an output from the calculating means 15 of the state estimation device 1 are provided. In the arithmetic means 15,
The relative lateral displacement for feedback is estimated in consideration of the influence of the road curvature.
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも道路曲
率を推定する状態推定装置と、その状態推定装置を利用
した車両走行制御装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a state estimating device for estimating at least the curvature of a road, and a vehicle running control device using the state estimating device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】道路曲率を推定する従来の状態推定装置
としては、例えば、特開平４−２８３９００号公報に記
載された図１６に示すものがある。この推定装置は、撮
像手段１０１と、輝度変化検出手段１０３と、世界座標
系検出手段１０５と、カーブ検出手段１０７と、表示手
段１０９とを備えている。2. Description of the Related Art As a conventional state estimating device for estimating a road curvature, there is, for example, a device shown in FIG. 16 described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-283900. This estimating device includes an imaging unit 101, a luminance change detection unit 103, a world coordinate system detection unit 105, a curve detection unit 107, and a display unit 109.
【０００３】撮像手段１０１は、ＣＣＤカメラ等で構成
され、車両の前方路面の濃淡画像を撮影するものであ
る。輝度変化検出手段１０３は、撮像手段１０１からの
画像において、画像の底部の個々の画素から画像の上方
へ向けて画素の輝度変化量を求め、その変化量が所定の
値以上である画素のうち画像の底部に最も近い画素を求
めるものである。[0003] The image pickup means 101 is constituted by a CCD camera or the like, and captures a grayscale image of a road surface ahead of the vehicle. In the image from the imaging unit 101, the luminance change detecting unit 103 obtains a luminance change amount of the pixel from each pixel at the bottom of the image toward the upper side of the image, and among the pixels whose change amount is a predetermined value or more. The pixel closest to the bottom of the image is determined.
【０００４】世界座標系検出手段１０５は、輝度変化検
出手段１０３で求めた画素の画像座標系での位置から実
世界の座標系での位置を求めるものである。カーブ検出
手段１０７は、世界座標系検出手段１０５で求めた輝度
変化画素の実世界での座標から道路の曲率と曲率半径を
求めるものである。表示手段１０９は、検出した道路形
状の結果を運転者に表示するものである。[0004] The world coordinate system detecting means 105 determines the position in the real world coordinate system from the position in the image coordinate system of the pixel obtained by the luminance change detecting means 103. The curve detecting means 107 calculates the curvature and the radius of curvature of the road from the coordinates in the real world of the luminance change pixels obtained by the world coordinate system detecting means 105. The display means 109 displays the result of the detected road shape to the driver.
【０００５】従って、この従来の状態推定装置は、車両
前方の道路画像データから輝度が変化している画素を輝
度変化検出手段１０３で求めて道路の端と判断し、求め
た画素の画像平面上での位置を、撮像手段１０１を原点
とした実世界での座標に変換することにより道路の曲率
と曲率半径を求めるものである。Accordingly, in this conventional state estimating apparatus, a pixel whose luminance has changed from the road image data in front of the vehicle is determined by the luminance change detecting means 103 and determined as an end of the road. Is converted into coordinates in the real world with the image pickup means 101 as the origin, thereby obtaining the curvature and radius of curvature of the road.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記推
定装置においては、図１７に示すような車両前方の濃淡
画像を撮像手段１０１で取り込み、その濃淡画像の輝度
変化量から曲線の座標変換を行うようにしているため、
多くの画素を演算しなければならず、演算時間の著しい
増大を招いていた。従って、かかる推定装置によって推
定した道路曲率を用いて車輌の自動操舵を行わせようと
する場合には、走行している車両に対して演算遅れが生
じて、制御が不安定になる恐れがある。このため、従来
の推定装置では、より遠方の道路の濃淡画像を撮影する
ことによって演算遅れを補償する必要があった。However, in the above estimating apparatus, a gray scale image in front of the vehicle as shown in FIG. 17 is captured by the imaging means 101, and the coordinate transformation of the curve is performed based on the luminance change amount of the gray scale image. Because
Many pixels have to be calculated, resulting in a significant increase in calculation time. Therefore, in a case where the vehicle is to be automatically steered using the road curvature estimated by the estimating device, a calculation delay may occur for the running vehicle, and control may become unstable. . For this reason, in the conventional estimation device, it is necessary to compensate for the calculation delay by photographing a grayscale image of a farther road.
【０００７】しかし、図１７に示すように道路の濃淡画
像を遠方まで撮影すると、同じ道幅Ｐでも遠方の道幅Ｐ
は画像上少ない画素数で表示され、手前の道幅Ｐはより
多くの画素数で表示されるため、従来の状態推定装置に
は、遠方の分解能が低下して道路の曲率を精度良く推定
することができない、という問題がある。[0007] However, as shown in FIG. 17, when a shade image of a road is photographed to a distant place, even if the same road width P, the distant road width P
Is displayed with a small number of pixels on the image, and the road width P in front is displayed with a large number of pixels. There is a problem that can not be.
【０００８】また、従来の状態推定装置では、車線に沿
った道路の白線等のラインを多項式近似によって求め、
その結果に基づいて道路の曲率を計算するため、図１８
に示すように画像のデータ点数が多くなり、その演算処
理に時間を要し、この場合も演算遅れによって制御不安
定を招く恐れがある。In the conventional state estimating apparatus, a line such as a white line of a road along a lane is obtained by polynomial approximation.
In order to calculate the curvature of the road based on the result, FIG.
As shown in (1), the number of data points of the image increases, and it takes time to perform the calculation process. In this case as well, there is a possibility that control delay may cause control instability.
【０００９】そこで、本発明では、画像処理を規制して
迅速な演算が可能であり、安定した車両の走行制御を可
能にする状態推定装置を提供すると共に、その状態推定
装置を利用した車両走行制御装置を提供することを課題
としている。In view of the above, the present invention provides a state estimating apparatus which enables rapid calculation by regulating image processing and enables stable vehicle running control, and also provides a vehicle running using the state estimating apparatus. It is an object to provide a control device.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、請求項１の発明では、所定の車両前方注
視点での道路に対する車両の相対横変位を計測する相対
横変位計測手段と、前記車両の前輪又は後輪の少なくと
も一方の舵角を検出する舵角検出手段と、前記相対横変
位及び舵角に基づく演算によって少なくとも道路曲率と
フィードバック用の前記相対横変位とを推定する演算手
段とを備えた状態推定装置であって、前記演算手段は、
前記道路曲率の影響を考慮して前記フィードバック用の
相対横変位を推定する、という構成を採用している。According to a first aspect of the present invention, there is provided a relative lateral displacement measuring means for measuring a relative lateral displacement of a vehicle with respect to a road at a predetermined vehicle gazing point. A steering angle detecting means for detecting a steering angle of at least one of a front wheel and a rear wheel of the vehicle; and a calculation for estimating at least a road curvature and the feedback relative lateral displacement by a calculation based on the relative lateral displacement and the steering angle. And a state estimating device comprising:
A configuration is adopted in which the relative lateral displacement for feedback is estimated in consideration of the influence of the road curvature.
【００１１】このため、請求項１の発明では、相対横変
位計測手段は、所定の車両前方注視点での道路に対する
車両の相対横変位を計測し、舵角検出手段は、車両の前
輪又は後輪の少なくとも一方の舵角を検出する。そし
て、演算手段は、相対横変位計測手段が計測した相対横
変位と、舵角検出手段が検出した車両の前輪又は後輪の
少なくとも一方の舵角とに基づく演算により、少なくと
も道路曲率とフィードバック用の前記相対横変位とを推
定し、フィードバック用の相対横変位の推定には道路曲
率の影響を考慮する。Therefore, according to the first aspect of the invention, the relative lateral displacement measuring means measures the relative lateral displacement of the vehicle with respect to the road at a predetermined gazing point in front of the vehicle, and the steering angle detecting means determines whether the vehicle is at the front wheel or the rear wheel. The steering angle of at least one of the wheels is detected. The calculating means calculates at least the road curvature and the feedback by performing a calculation based on the relative lateral displacement measured by the relative lateral displacement measuring means and at least one steering angle of the front wheel or the rear wheel of the vehicle detected by the steering angle detecting means. Is estimated, and the influence of the road curvature is considered in estimating the relative lateral displacement for feedback.
【００１２】請求項２の発明は、請求項１記載の状態推
定装置であって、前記演算手段は、前記道路曲率と同一
の曲率を有する目標走行線に、車両前後方向へ向かう車
両中心線が車両の重心位置で接する状態で、前記車両前
方注視点と前記目標走行線との間の車幅方向へ沿った離
間距離を、前記フィードバック用の相対横変位の推定に
前記道路曲率が及ぼす影響として演算することを特徴と
するものである。According to a second aspect of the present invention, in the state estimating device according to the first aspect, the calculating means includes a target traveling line having the same curvature as the road curvature, wherein a vehicle center line extending in the vehicle front-rear direction is provided. In the state of contact at the position of the center of gravity of the vehicle, the separation distance along the vehicle width direction between the vehicle front fixation point and the target travel line, as the effect of the road curvature on the estimation of the relative lateral displacement for feedback. It is characterized by calculating.
【００１３】このため、請求項２の発明では、演算手段
は、道路曲率の影響を正確に考慮してフィードバック用
の相対横変位を推定することができる。According to the second aspect of the present invention, the calculating means can estimate the relative lateral displacement for feedback by accurately considering the influence of the road curvature.
【００１４】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
状態推定装置であって、前記演算手段は、前記道路曲率
及びフィードバック用の相対横変位に加えて、車両前方
の道路に沿った方向に対する車両の相対偏角と、道路に
対する車両の相対重心位置横変位とを推定し、該推定し
た前記道路曲率，相対偏角及び相対重心位置横変位の線
形結合として前記フィードバック用の相対横変位を表す
ことを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided the state estimating apparatus according to the first or second aspect, wherein the calculating means is configured to calculate a position along the road ahead of the vehicle in addition to the road curvature and the relative lateral displacement for feedback. The relative deflection of the vehicle relative to the direction and the relative displacement of the vehicle relative to the road are estimated, and the relative lateral displacement for feedback is obtained as a linear combination of the estimated road curvature, relative deflection and the relative displacement of the relative center of gravity. Is characterized.
【００１５】このため、請求項３の発明では、演算手段
は、線形の式のみの演算によってフィードバック用の相
対横変位を推定することができ、従って、フィードバッ
ク用の相対横変位を推定するための演算から非線形の式
を無くすことができる。According to the third aspect of the present invention, the calculating means can estimate the relative lateral displacement for feedback by calculating only the linear equation, and therefore, can calculate the relative lateral displacement for feedback. Non-linear expressions can be eliminated from the calculation.
【００１６】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かに記載の状態推定装置であって、前記車両の車速を検
出する車速検出手段を備え、前記演算手段は、前記相対
横変位計測手段が計測した相対横変位と、前記舵角検出
手段が検出した舵角と、前記車速検出手段が検出した車
速とに基づいて演算することを特徴とするものである。According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the state estimating apparatus according to any one of the first to third aspects, further comprising a vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed of the vehicle, wherein the calculating means comprises the relative lateral displacement. The calculation is performed based on the relative lateral displacement measured by the measuring means, the steering angle detected by the steering angle detecting means, and the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means.
【００１７】このため、請求項４の発明では、演算手段
は、相対横変位計測手段が計測した相対横変位と、舵角
検出手段が検出した車両の前輪又は後輪の少なくとも一
方の舵角と、車速検出手段が検出した車速とに基づく演
算により、少なくとも道路曲率とフィードバック用の相
対横変位とを推定する。Therefore, in the invention of claim 4, the calculating means calculates the relative lateral displacement measured by the relative lateral displacement measuring means and the steering angle of at least one of the front wheels or the rear wheels of the vehicle detected by the steering angle detecting means. Based on the calculation based on the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means, at least the road curvature and the relative lateral displacement for feedback are estimated.
【００１８】請求項５の発明は、所定の車両前方注視点
での道路に対する車両の相対横変位を計測する相対横変
位計測手段と、前記車両の前輪又は後輪の少なくとも一
方の舵角を検出する舵角検出手段と、前記相対横変位及
び舵角に基づく演算によって少なくとも道路曲率とフィ
ードバック用の前記相対横変位とを推定する演算手段
と、前記車両の操舵を自動的に行う自動操舵機構と、前
記演算手段からの出力に基づいて前記自動操舵機構を制
御するコントローラとを備えた車両走行制御装置であっ
て、前記演算手段は、前記道路曲率の影響を考慮して前
記フィードバック用の相対横変位を推定することを特徴
とするものである。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a relative lateral displacement measuring means for measuring a relative lateral displacement of a vehicle with respect to a road at a predetermined gazing point ahead of a vehicle, and detecting a steering angle of at least one of a front wheel and a rear wheel of the vehicle. Steering angle detecting means, calculating means for estimating at least the road curvature and the relative lateral displacement for feedback by calculation based on the relative lateral displacement and steering angle, and an automatic steering mechanism for automatically steering the vehicle. A controller for controlling the automatic steering mechanism based on an output from the calculation means, wherein the calculation means considers the influence of the road curvature and performs the relative lateral feedback. It is characterized by estimating the displacement.
【００１９】このため、請求項５の発明では、相対横変
位計測手段は、所定の車両前方注視点での道路に対する
車両の相対横変位を計測し、舵角検出手段は、車両の前
輪又は後輪の少なくとも一方の舵角を検出する。演算手
段は、相対横変位計測手段が計測した相対横変位と、舵
角検出手段が検出した車両の前輪又は後輪の少なくとも
一方の舵角とに基づく演算により、少なくとも道路曲率
とフィードバック用の前記相対横変位とを推定し、フィ
ードバック用の相対横変位の推定には道路曲率の影響を
考慮する。そして、コントローラは、演算手段からの出
力に基づいて自動操舵機構を制御し、自動操舵機構は、
車両の操舵を自動的に行う。Therefore, in the invention of claim 5, the relative lateral displacement measuring means measures the relative lateral displacement of the vehicle with respect to the road at a predetermined gazing point in front of the vehicle, and the steering angle detecting means measures the front wheel or rear of the vehicle. The steering angle of at least one of the wheels is detected. The calculating means calculates the relative lateral displacement measured by the relative lateral displacement measuring means and the steering angle of at least one of the front wheel and the rear wheel of the vehicle detected by the steering angle detecting means. The relative lateral displacement is estimated, and the influence of the road curvature is considered in estimating the relative lateral displacement for feedback. Then, the controller controls the automatic steering mechanism based on the output from the arithmetic means, and the automatic steering mechanism
Automatically steer the vehicle.
【００２０】請求項６の発明は、請求項５記載の車両走
行制御装置であって、前記演算手段は、前記道路曲率と
同一の曲率を有する目標走行線に、車両前後方向へ向か
う車両中心線が車両の重心位置で接する状態で、前記車
両前方注視点と前記目標走行線との間の車幅方向へ沿っ
た離間距離を、前記フィードバック用の相対横変位の推
定に前記道路曲率が及ぼす影響として演算することを特
徴とするものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the vehicle traveling control apparatus according to the fifth aspect, wherein the calculating means is configured to set a target traveling line having the same curvature as the road curvature on a vehicle center line heading in a vehicle longitudinal direction. The influence of the road curvature on the estimation of the relative lateral displacement for feedback is the separation distance along the vehicle width direction between the point of sight at the front of the vehicle and the target travel line in a state in which the vehicle touches the center of gravity of the vehicle. It is characterized by calculating as
【００２１】このため、請求項６の発明では、演算手段
は、道路曲率の影響を正確に考慮してフィードバック用
の相対横変位を推定することができる。Therefore, in the invention according to claim 6, the calculating means can estimate the relative lateral displacement for feedback by accurately considering the influence of the road curvature.
【００２２】請求項７の発明は、請求項５又は６記載の
車両走行制御装置であって、前記演算手段は、前記道路
曲率及びフィードバック用の相対横変位に加えて、車両
前方の道路に沿った方向に対する車両の相対偏角と、道
路に対する車両の相対重心位置横変位とを推定し、該推
定した前記道路曲率，相対偏角及び相対重心位置横変位
の線形結合として前記フィードバック用の相対横変位を
表すことを特徴とするものである。According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the vehicle traveling control apparatus according to the fifth or sixth aspect, wherein the calculating means is configured to control the vehicle along a road ahead of the vehicle in addition to the road curvature and the relative lateral displacement for feedback. The relative deflection angle of the vehicle with respect to the direction and the relative displacement of the vehicle relative to the road relative to the road are estimated, and as a linear combination of the estimated road curvature, relative deflection angle and relative displacement of the relative center of gravity, the relative lateral displacement for feedback is estimated. It is characterized by representing displacement.
【００２３】このため、請求項７の発明では、演算手段
は、線形の式のみの演算によってフィードバック用の相
対横変位を推定することができ、従って、フィードバッ
ク用の相対横変位を推定するための演算から非線形の式
を無くすことができる。Therefore, in the invention according to claim 7, the calculating means can estimate the relative lateral displacement for feedback by calculating only the linear equation, and therefore, the arithmetic means for estimating the relative lateral displacement for feedback can be obtained. Non-linear expressions can be eliminated from the calculation.
【００２４】請求項８の発明は、請求項５〜７のいずれ
かに記載の車両走行制御装置であって、前記車両の車速
を検出する車速検出手段を備え、前記演算手段は、前記
相対横変位計測手段が計測した相対横変位と、前記舵角
検出手段が検出した舵角と、前記車速検出手段が検出し
た車速とに基づいて演算することを特徴とするものであ
る。According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the vehicle traveling control device according to any one of the fifth to seventh aspects, further comprising a vehicle speed detecting means for detecting a vehicle speed of the vehicle, wherein the calculating means comprises the relative lateral direction. The calculation is performed based on the relative lateral displacement measured by the displacement measuring means, the steering angle detected by the steering angle detecting means, and the vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means.
【００２５】このため、請求項８の発明では、演算手段
は、相対横変位計測手段が計測した相対横変位と、舵角
検出手段が検出した車両の前輪又は後輪の少なくとも一
方の舵角と、車速検出手段が検出した車速とに基づく演
算により、少なくとも道路曲率とフィードバック用の相
対横変位とを推定する。Therefore, in the invention of claim 8, the calculating means calculates the relative lateral displacement measured by the relative lateral displacement measuring means and the steering angle of at least one of the front wheels or the rear wheels of the vehicle detected by the steering angle detecting means. Based on the calculation based on the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means, at least the road curvature and the relative lateral displacement for feedback are estimated.
【００２６】[0026]
【発明の効果】請求項１の発明では、演算手段は、相対
横変位計測手段が計測した相対横変位と、舵角検出手段
が検出した車両の前輪又は後輪の少なくとも一方の舵角
とに基づく演算により道路曲率を推定するので、道路曲
率の推定における画像処理を規制して迅速な演算が可能
となる。According to the first aspect of the invention, the calculating means calculates the relative lateral displacement measured by the relative lateral displacement measuring means and the steering angle of at least one of the front wheels and the rear wheels of the vehicle detected by the steering angle detecting means. Since the road curvature is estimated by the calculation based on the calculation, the image processing in the estimation of the road curvature is regulated, and the calculation can be performed quickly.
【００２７】しかも、請求項１の発明では、演算手段は
道路曲率の影響を考慮してフィードバック用の相対横変
位を推定するので、推定したフィードバック用の相対横
変位の精度が向上し、フィードバック用の相対横変位の
推定値が真値に収束するまでの収束時間が短縮されて、
道路曲率の推定に要する演算時間が短縮され、例えば自
動操舵の自動車に用いた場合には迅速な演算によって安
定した走行制御を行わせることができ、従って、カーブ
走行時には極めて円滑かつ正確な走行制御が可能とな
る。In addition, according to the first aspect of the present invention, since the calculating means estimates the relative lateral displacement for feedback in consideration of the influence of the road curvature, the accuracy of the estimated relative lateral displacement for feedback is improved, and The convergence time for the estimated value of the relative lateral displacement of to converge to the true value is reduced,
The calculation time required for estimating the road curvature is reduced. For example, when used in an auto-steering vehicle, stable calculation can be performed by quick calculation. Becomes possible.
【００２８】請求項２の発明では、演算手段は道路曲率
の影響を正確に考慮してフィードバック用の相対横変位
を推定することができるので、請求項１の発明と比べ
て、推定したフィードバック用の相対横変位の精度をよ
り向上させることができ、フィードバック用の相対横変
位の推定値が真値に収束するまでの収束時間をより短縮
させて、道路曲率の推定に要する演算時間をより短縮す
ることができる。According to the second aspect of the present invention, the arithmetic means can estimate the relative lateral displacement for feedback by accurately considering the influence of the road curvature. The accuracy of the relative lateral displacement of the road can be further improved, the convergence time until the estimated value of the relative lateral displacement for feedback converges to the true value is further reduced, and the calculation time required for estimating the road curvature is further reduced can do.
【００２９】請求項３の発明では、フィードバック用の
相対横変位を推定するための演算から非線形の式を無く
すことができるので、請求項１又は２の発明と比べて、
演算手段のアルゴリズムをより簡単にすることができ、
道路曲率の推定に要する演算時間をより短縮することが
できる。According to the third aspect of the present invention, a non-linear equation can be eliminated from the calculation for estimating the relative lateral displacement for feedback.
The algorithm of the calculation means can be simplified,
The calculation time required for estimating the road curvature can be further reduced.
【００３０】請求項４の発明では、演算手段は、相対横
変位計測手段が計測した相対横変位と、舵角検出手段が
検出した車両の前輪又は後輪の少なくとも一方の舵角
と、車速検出手段が検出した車速とに基づく演算によ
り、少なくとも道路曲率とフィードバック用の相対横変
位とを推定するので、広範囲な車速に亘って道路曲率を
正確に推定することができる。According to a fourth aspect of the present invention, the calculating means comprises: a relative lateral displacement measured by the relative lateral displacement measuring means; a steering angle of at least one of a front wheel and a rear wheel of the vehicle detected by the steering angle detecting means; Since at least the road curvature and the relative lateral displacement for feedback are estimated by calculation based on the vehicle speed detected by the means, the road curvature can be accurately estimated over a wide range of vehicle speeds.
【００３１】請求項５の発明では、演算手段は、相対横
変位計測手段が計測した相対横変位と、舵角検出手段が
検出した舵角とに基づく演算により道路曲率を推定する
ので、道路曲率の推定における画像処理を規制して迅速
な演算が可能となり、しかも、演算手段は道路曲率の影
響を考慮してフィードバック用の相対横変位を推定する
ので、その推定値の精度が向上し、その推定値が真値に
収束するまでの収束時間が短縮されて、道路曲率の推定
に要する演算時間が短縮され、その結果、迅速な演算に
よって安定した走行制御を行わせることができ、カーブ
走行時には極めて円滑かつ正確な走行制御が可能とな
る。According to the fifth aspect of the present invention, the calculating means estimates the road curvature by calculation based on the relative lateral displacement measured by the relative lateral displacement measuring means and the steering angle detected by the steering angle detecting means. The image processing in the estimation is restricted so that quick calculation becomes possible. Moreover, since the calculating means estimates the relative lateral displacement for feedback in consideration of the influence of the road curvature, the accuracy of the estimated value is improved, and The convergence time until the estimated value converges to the true value is shortened, the calculation time required for estimating the road curvature is shortened, and as a result, stable running control can be performed by quick calculation, and when traveling on a curve, Extremely smooth and accurate running control becomes possible.
【００３２】請求項６の発明では、演算手段は道路曲率
の影響を正確に考慮してフィードバック用の相対横変位
を推定することができるので、請求項５の発明と比べ
て、推定したフィードバック用の相対横変位の精度をよ
り向上させることができ、フィードバック用の相対横変
位の推定値が真値に収束するまでの収束時間をより短縮
させて、道路曲率の推定に要する演算時間をより短縮す
ることができ、その結果、カーブ走行時には、より円滑
かつ正確な走行制御が可能となる。According to the sixth aspect of the present invention, the calculating means can estimate the relative lateral displacement for feedback by accurately considering the influence of the road curvature. The accuracy of the relative lateral displacement of the road can be further improved, the convergence time until the estimated value of the relative lateral displacement for feedback converges to the true value is further reduced, and the calculation time required for estimating the road curvature is further reduced As a result, smoother and more accurate running control is possible when traveling on a curve.
【００３３】請求項７の発明では、フィードバック用の
相対横変位を推定するための演算から非線形の式を無く
すことができるので、請求項５又は６の発明と比べて、
演算手段のアルゴリズムをより簡単にすることができ、
道路曲率の推定に要する演算時間をより短縮することが
でき、その結果、カーブ走行時には、より円滑かつ正確
な走行制御が可能となる。According to the seventh aspect of the present invention, a non-linear equation can be eliminated from the calculation for estimating the relative lateral displacement for feedback.
The algorithm of the calculation means can be simplified,
The calculation time required for estimating the road curvature can be further reduced, and as a result, smoother and more accurate traveling control can be performed when traveling on a curve.
【００３４】請求項８の発明では、演算手段は、相対横
変位計測手段が計測した相対横変位と、舵角検出手段が
検出した車両の前輪又は後輪の少なくとも一方の舵角
と、車速検出手段が検出した車速とに基づく演算によ
り、少なくとも道路曲率とフィードバック用の相対横変
位とを推定するので、広範囲な車速に亘って道路曲率を
正確に推定することができ、その結果、カーブ走行時に
は、広範囲な車速に亘って円滑かつ正確な走行制御が可
能となる。According to the present invention, the calculating means comprises: a relative lateral displacement measured by the relative lateral displacement measuring means; a steering angle of at least one of a front wheel and a rear wheel of the vehicle detected by the steering angle detecting means; By calculating based on the vehicle speed detected by the means, at least the road curvature and the relative lateral displacement for feedback are estimated, it is possible to accurately estimate the road curvature over a wide range of vehicle speeds. Thus, smooth and accurate running control can be performed over a wide range of vehicle speeds.
【００３５】[0035]
【発明の実施の形態】図１は、請求項１〜８記載の各発
明を併せて実施した実施の形態の一例を示しており、
（ａ）は、自動車の側面から見た概略図であり、（ｂ）
は、駆動系との関係で示す平面から見た概略図である。FIG. 1 shows an example of an embodiment in which the inventions according to claims 1 to 8 are implemented together.
(A) is a schematic view from the side of the automobile, (b)
FIG. 2 is a schematic diagram viewed from a plane shown in relation to a drive system.
【００３６】図１の自動車は、道路曲率等を推定する状
態推定装置１と、その状態推定装置１を利用した車両走
行制御装置２と、手動操舵機構３とを備えている。状態
推定装置１は、所定の車両前方注視点での道路に対する
車両の相対横変位を計測する横変位計測手段７と、車両
の前輪２１の舵角を計測する前輪舵角計測手段としての
前輪舵角センサ９と、車両の後輪２３の舵角を計測する
後輪舵角計測手段としての後輪舵角センサ１１と、車速
を計測する車速計測手段としての車速センサ１３と、道
路曲率等を演算する演算手段としての演算装置１５とを
備えている。The vehicle shown in FIG. 1 includes a state estimating device 1 for estimating a road curvature and the like, a vehicle traveling control device 2 using the state estimating device 1, and a manual steering mechanism 3. The state estimating device 1 includes a lateral displacement measuring unit 7 for measuring a relative lateral displacement of the vehicle with respect to the road at a predetermined vehicle forward gazing point, and a front wheel rudder as a front wheel steering angle measuring unit for measuring a steering angle of a front wheel 21 of the vehicle. An angle sensor 9, a rear wheel steering angle sensor 11 as a rear wheel steering angle measuring means for measuring a steering angle of a rear wheel 23 of the vehicle, a vehicle speed sensor 13 as a vehicle speed measuring means for measuring a vehicle speed, and a road curvature. And an arithmetic unit 15 as arithmetic means for performing an arithmetic operation.
【００３７】横変位計測手段７は、車両前方の画像を取
り込むＣＣＤカメラ１７と、そのＣＣＤカメラ１７の画
像を処理する画像処理装置１９より構成され、画像処理
装置１９において、ＣＣＤカメラ１７で取り込まれた画
像から、前方注視点での道路に対する車両の相対横変位
が計算され、その計算した値を、車両の前記相対横変位
を計測した計測値として演算装置１５に出力するもので
ある。The lateral displacement measuring means 7 comprises a CCD camera 17 for capturing an image in front of the vehicle, and an image processing device 19 for processing the image of the CCD camera 17. In the image processing device 19, the image is captured by the CCD camera 17. The relative lateral displacement of the vehicle with respect to the road at the point of gazing at the front is calculated from the image, and the calculated value is output to the arithmetic unit 15 as a measured value obtained by measuring the relative lateral displacement of the vehicle.
【００３８】なお、前方注視点での道路に対する車両の
相対横変位とは、図４に示すように、車両前後方向へ向
かう車両中心線上の所定距離Ｋｓ前方の前方注視点Ｚに
おける、車線区分線である白線等からの車輌の車幅方向
の変位ｙｓｒのことである。The relative lateral displacement of the vehicle with respect to the road at the forward fixation point is, as shown in FIG. 4, a lane marking at a forward fixation point Z at a predetermined distance Ks ahead of the vehicle center line in the vehicle longitudinal direction. Is the displacement ysr of the vehicle in the vehicle width direction from the white line or the like.
【００３９】図１に示すように、演算装置１５は、横変
位計測手段７が計測した車両の相対横変位と、前輪舵角
センサ９が計測した前輪２１の舵角と、後輪舵角センサ
１１が計測した後輪２３の舵角と、車速センサ１３が計
測した車速とを入力して、現代制御理論の状態推定によ
り道路曲率等を演算し、その演算結果を、車両走行制御
装置２のコントローラ４０と図示しない表示手段とに出
力する。なお、この表示手段は、演算装置１５が演算し
た道路曲率等を運転者に表示するものである。As shown in FIG. 1, the arithmetic unit 15 includes a relative lateral displacement of the vehicle measured by the lateral displacement measuring means 7, a steering angle of the front wheels 21 measured by the front wheel steering angle sensor 9, and a rear wheel steering angle sensor. The steering angle of the rear wheel 23 measured by the vehicle speed sensor 11 and the vehicle speed measured by the vehicle speed sensor 13 are input, and the road curvature and the like are calculated by state estimation based on modern control theory. Output to the controller 40 and display means (not shown). The display means displays the road curvature and the like calculated by the arithmetic unit 15 to the driver.
【００４０】車両走行制御装置２は、演算装置１５から
の出力，車速，前方車両との車間距離等の走行環境情報
に基づいて自動操舵機構５を制御するコントローラ４０
と、車両の操舵を自動的に行う自動操舵機構５とを備え
ている。自動操舵機構５は電動モータ４１を備え、その
電動モータ４１の出力軸４３には後輪側ピニオンギヤ４
５が取り付けられ、その後輪側ピニオンギヤ４５は後輪
側ラック４７に噛合している。The vehicle traveling control unit 2 controls the automatic steering mechanism 5 based on traveling environment information such as the output from the arithmetic unit 15, the vehicle speed, and the distance between the vehicle and the preceding vehicle.
And an automatic steering mechanism 5 for automatically steering the vehicle. The automatic steering mechanism 5 includes an electric motor 41, and an output shaft 43 of the electric motor 41 has a rear wheel side pinion gear 4.
The rear wheel side pinion gear 45 meshes with the rear wheel side rack 47.
【００４１】後輪側ラック４７は、図示しない車体側の
ラックハウジングに左右方向へ並進運動自在に支持さ
れ、その両端に後輪側サイドロッド４９が連結されてい
る。後輪側サイドロッド４９には、後輪側ナックルアー
ム５１を介して後輪側アクスル５３が連結され、後輪側
アクスル５３には、後輪２３が支持されている。なお、
後輪舵角センサ１１は、後輪側ラック４７の左右並進移
動量を検出するようになっている。The rear wheel side rack 47 is supported by a rack housing (not shown) on the vehicle body side so as to be capable of translating in the left-right direction, and rear end side rods 49 are connected to both ends thereof. A rear wheel axle 53 is connected to the rear wheel side rod 49 via a rear wheel knuckle arm 51, and the rear wheel 23 is supported by the rear wheel axle 53. In addition,
The rear wheel steering angle sensor 11 detects the amount of left and right translation of the rear wheel rack 47.
【００４２】自動操舵機構５の電動モータ４１が駆動さ
れると、電動モータ４１の出力軸４３に取り付けられた
後輪側ピニオンギヤ４５が回転して、後輪側ラック４７
が左右いずれかへ並進運動し、この並進運動が後輪側サ
イドロッド４９，後輪側ナックルアーム５１へと伝達さ
れ、後輪側アクスル５３を介して左右の後輪２３が転舵
される。When the electric motor 41 of the automatic steering mechanism 5 is driven, the rear wheel pinion gear 45 attached to the output shaft 43 of the electric motor 41 rotates, and the rear wheel rack 47 is rotated.
Translates rightward or leftward, and this translational motion is transmitted to the rear wheel side rod 49 and the rear wheel knuckle arm 51, and the left and right rear wheels 23 are steered via the rear wheel axle 53.
【００４３】従って、車両走行制御装置２は、車両がカ
ーブ走行する際には、状態推定装置１の演算装置からの
出力に基づいてコントローラ４０が自動操舵機構５の電
動モータ４１を制御し、状態推定装置１が推定した道路
曲率等に基づいて車両の操舵を自動的に行う。なお、車
両走行制御装置２のコントローラ４０には、前輪舵角セ
ンサ９及び後輪舵角センサ１１からの両出力が演算装置
１５を介してフィードバックされている。Therefore, when the vehicle travels on a curve, the controller 40 controls the electric motor 41 of the automatic steering mechanism 5 based on the output from the arithmetic unit of the state estimating apparatus 1 so that the vehicle travels on a curve. The vehicle is automatically steered based on the road curvature and the like estimated by the estimating device 1. Note that both outputs from the front wheel steering angle sensor 9 and the rear wheel steering angle sensor 11 are fed back to the controller 40 of the vehicle travel control device 2 via the arithmetic unit 15.
【００４４】手動操舵機構３は、ステアリングホイール
２７を備えたステアリングシャフト２９の下端側に前輪
側ピニオンギヤ３１を有し、その前輪側ピニオンギヤ３
１は、前輪側ラック３３に噛合している。前輪側ラック
３３は、図示しない車体側のラックハウジングに左右方
向へ並進自在に支持され、その両端に前輪側サイドロッ
ド３５が連結されている。前輪側サイドロッド３５に
は、前輪側ナックルアーム３７を介して前輪側アクスル
３９が連結され、前輪側アクスル３９には、前輪２１が
支持されている。なお、前輪舵角センサ９は、前輪側ラ
ック３３の左右並進移動量を検出するようになってい
る。The manual steering mechanism 3 has a front wheel side pinion gear 31 at the lower end of a steering shaft 29 having a steering wheel 27.
1 meshes with the front wheel side rack 33. The front wheel rack 33 is supported by a rack housing (not shown) on the vehicle body side so as to be able to translate in the left-right direction, and front wheel side rods 35 are connected to both ends thereof. A front wheel axle 39 is connected to the front wheel side rod 35 via a front wheel knuckle arm 37, and the front wheel 21 is supported on the front wheel axle 39. Note that the front wheel steering angle sensor 9 detects the amount of translation of the front rack 33 in the left-right direction.
【００４５】この手動操舵機構３では、ステアリングホ
イール２７の左右いずれかへの操舵により前輪側ピニオ
ンギヤ３１が回転して、前輪側ラック３３が左右いずれ
かへ並進運動し、この並進運動が前輪側サイドロッド３
５，前輪側ナックルアーム３７へと伝達され、前輪側ア
クスル３９を介して左右の前輪２１が操舵方向へ転舵さ
れる。In the manual steering mechanism 3, the front wheel side pinion gear 31 rotates by steering the steering wheel 27 to the left or right, and the front wheel side rack 33 translates to the left or right. Rod 3
5, transmitted to the front wheel knuckle arm 37, and the left and right front wheels 21 are steered in the steering direction via the front wheel axle 39.
【００４６】なお、図１図示の自動車は、手動操舵と自
動操舵とを切り替える切替手段を備えており、この切替
手段によって自動操舵が選択されると、車両走行制御装
置２のコントローラ４０は、状態推定装置１の演算装置
１５からの出力，車速，前方車両との車間距離等の走行
環境情報を入力して自動操舵機構５の電動モータ４１を
制御し、その制御によって自動操舵を行う。このとき、
手動操舵機構３は操舵角０度の位置で固定され、自動操
舵機構５による操舵のみによって自動操舵が行われる。The vehicle shown in FIG. 1 is provided with switching means for switching between manual steering and automatic steering. When automatic switching is selected by this switching means, the controller 40 of the vehicle travel control device 2 changes the state of the vehicle. The driving environment information such as the output from the calculating device 15 of the estimating device 1, the vehicle speed, the inter-vehicle distance to the preceding vehicle, and the like are input to control the electric motor 41 of the automatic steering mechanism 5, and the automatic steering is performed by the control. At this time,
The manual steering mechanism 3 is fixed at a steering angle of 0 degrees, and automatic steering is performed only by the automatic steering mechanism 5.
【００４７】図２は、状態推定装置１で実行されるフロ
ーチャートを示しており、ステップＳ１では、各部の初
期設定の処理が行われる。ステップＳ２では、画像取り
込みの処理が行われ、ＣＣＤカメラ１７で取り込まれた
画像が画像処理装置１９へ送られる。FIG. 2 shows a flowchart executed by the state estimating apparatus 1. In step S1, an initial setting process of each unit is performed. In step S2, an image capturing process is performed, and the image captured by the CCD camera 17 is sent to the image processing device 19.
【００４８】ステップＳ３では、画像処理装置１９にお
いて画像処理による相対横変位ｙｓｒの計測が行われ、
前方注視点Ｚでの白線に対する車両の相対横変位ｙｓｒ
が算出されて演算装置１５へ送られる。ステップＳ４で
は、車速計測の処理が行われ、車速センサ１３から演算
装置１５へ車速信号が送られる。ステップＳ５では、前
輪２１及び後輪２３の両舵角の処理が行われ、前輪舵角
センサ９及び後輪舵角センサ１１からの信号が演算装置
１５へ送られる。In step S3, the image processing apparatus 19 measures the relative lateral displacement ysr by image processing.
Relative lateral displacement ysr of the vehicle with respect to the white line at the forward fixation point Z
Is calculated and sent to the arithmetic unit 15. In step S4, a vehicle speed measurement process is performed, and a vehicle speed signal is sent from the vehicle speed sensor 13 to the arithmetic unit 15. In step S5, the processing of both the steering angles of the front wheel 21 and the rear wheel 23 is performed, and signals from the front wheel steering angle sensor 9 and the rear wheel steering angle sensor 11 are sent to the arithmetic unit 15.
【００４９】ステップ６では、道路曲率等推定の処理が
行われる。すなわち、演算装置１５に入力された前方注
視点Ｚでの白線に対する車両の相対横変位ｙｓｒ，車
速，前輪及び後輪の両舵角に基づき、演算装置１５にお
いて道路曲率等が演算される。かかる道路曲率等の演算
の結果、車両走行制御装置２のコントローラ４０により
自動操舵機構５の電動モータ４１が制御されて、カーブ
走行でも円滑に自動操舵を行うことができる。In step 6, a process for estimating the road curvature and the like is performed. That is, the arithmetic unit 15 calculates the road curvature and the like based on the relative lateral displacement ysr of the vehicle with respect to the white line at the front gazing point Z input into the arithmetic unit 15, the vehicle speed, and the steering angles of the front and rear wheels. As a result of the calculation of the road curvature and the like, the electric motor 41 of the automatic steering mechanism 5 is controlled by the controller 40 of the vehicle travel control device 2, so that the automatic steering can be smoothly performed even when traveling on a curve.
【００５０】ここで、道路曲率の演算について説明す
る。先ず、車両を図３図示の一般的な２輪モデルとして
運動方程式を定式化する。車両の前輪のコーナリングパ
ワーをＣｆ、後輪のコーナリングパワーをＣｒ、車両質
量をｍ、ヨー慣性モーメントをＩ、前輪車軸と車両重心
Ｇとの前後方向距離をａ、後輪車軸と車両重心Ｇとの前
後方向距離をｂ、車速をＶとする。Here, the calculation of the road curvature will be described. First, an equation of motion is formulated using a vehicle as a general two-wheel model shown in FIG. The cornering power of the front wheel of the vehicle is Cf, the cornering power of the rear wheel is Cr, the vehicle mass is m, the yaw moment of inertia is I, the distance between the front wheel axle and the vehicle center of gravity G is a, the rear wheel axle and the vehicle center of gravity G are , And the vehicle speed is V.
【００５１】また、前輪の舵角をδｆ、後輪の舵角をδ
ｒ、車両前方の方向に対する車両の偏角であるヨー角を
ψ、ヨーレイトをψ*（ただし、添字「*」は１次の時間
微分ｄ／ｄｔを表し、添字「**」は２次の時間微分ｄ2
／ｄｔ2を表すこととする。本明細書において以下同
じ。）、車両重心位置横変位をｙｃ、車両重心位置横変
位速度をｙｃ*、車体スリップ角をβ、道路曲率をρと
する。The steering angle of the front wheel is δf, and the steering angle of the rear wheel is δ
r, the yaw angle, which is the declination of the vehicle with respect to the direction in front of the vehicle, is ヨ ー, and the yaw rate is ψ * (where the suffix “ * ” represents the first-order time derivative d / dt, and the suffix “ ** ” represents the secondary Time derivative d 2
/ Dt 2 . The same applies hereinafter in this specification. ), The vehicle center-of-gravity position lateral displacement is yc, the vehicle center-of-gravity position lateral displacement speed is yc * , the vehicle body slip angle is β, and the road curvature is ρ.
【００５２】更に、道路に対する車両の相対偏角である
相対ヨー角，相対ヨーレイト，道路に対する車両の相対
車両重心位置横変位，相対車両重心位置横変位速度をそ
れぞれ、ψｒ，ψｒ*，ｙｃｒ，ｙｃｒ*のように添字
「ｒ」（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ又はｒｅｌａｔｉｖｅの
意）をつけて表現する。Further, the relative yaw angle and the relative yaw rate, which are the relative declination of the vehicle with respect to the road, the relative vehicle center-of-gravity position lateral displacement of the vehicle with respect to the road, and the relative vehicle center-of-gravity position lateral displacement speed are respectively denoted by ψr, ψr * , ycr, ycr. It is expressed by adding a suffix “r” (for reference or relative) like * .
【００５３】一般的な車両の運動方程式は、The general equation of motion of a vehicle is:
【数１】 ところで、ｙｃ*＝Ｖ（ψ＋β） （３） つまり、β＝−ψ＋ｙｃ*／Ｖ （３）’である
から、式（３）’を式（１）（２）に代入して整理する
と、(Equation 1) By the way, yc * = V (ψ + β) (3) In other words, β = −ψ + yc * / V (3) ′. Therefore, substituting equation (3) ′ into equations (1) and (2) and rearranging:
【数２】 ここで、ψｒ*＝ψ*−ρＶ （５） ｙｃｒ**＝ｙｃ**−ρＶ2 （６） であるから、曲線路を車両が走行するときの運動方程式
は、次のようになる。(Equation 2) Here, ψr * = ψ * -ρV ( 5) ycr ** = from yc is ** -ρV 2 (6), equation of motion when a curved road vehicle is running is as follows.
【００５４】[0054]
【数３】 ただし、(Equation 3) However,
【数４】 である。(Equation 4) It is.
【００５５】また、図４に示すように、前方注視点Ｚで
の道路に対する車両の相対的な横変位をｙｓｒ（添字
「ｓ」はｓｅｎｓｏｒの意）、車両重心Ｇから前方注視
点Ｚまでの距離をＫｓとすると、As shown in FIG. 4, the relative lateral displacement of the vehicle with respect to the road at the forward gazing point Z is represented by ysr (the suffix “s” stands for “sensor”), and from the vehicle center of gravity G to the forward gazing point Z. If the distance is Ks,
【数５】 と書けることから、式（７）を状態方程式、式（９）を
出力方程式として車両をモデル化する。(Equation 5) Therefore, the vehicle is modeled using Equation (7) as a state equation and Equation (9) as an output equation.
【００５６】しかし、道路曲率ρは制御できない入力で
あるので、道路曲率ρを状態変数化して演算装置１５の
アルゴリズムを構成する。先ず、道路曲率ρを状態変数
化するにあたり、ρの振る舞いを図５のポアソン方形波
で仮定する。ρの振幅はρ0であり、１秒間にρ＝０を
横切る回数をν回とすると、パワースペクトル密度関数
は、 Φ（ω）＝２λρ0 2／（λ2＋ω2） （１０） λ＝２ν （１１） で表される。なお、符号ωは角振動数（単位はｒａｄ／
ｓ）を表している。However, since the road curvature ρ is an uncontrollable input, the algorithm of the arithmetic unit 15 is constructed by converting the road curvature ρ into a state variable. First, when the road curvature ρ is converted into a state variable, the behavior of ρ is assumed to be a Poisson square wave shown in FIG. Assuming that the amplitude of ρ is ρ 0 and the number of times crossing ρ = 0 per second is ν times, the power spectrum density function is Φ (ω) = 2λρ 0 2 / (λ 2 + ω 2 ) (10) λ = 2ν (11) The symbol ω is an angular frequency (unit is rad /
s).
【００５７】ここで、式（１０）と同じパワースペクト
ル密度関数を持つ白色ガウス雑音で駆動される一次系を
表すと、次のようになる。Here, a first-order system driven by white Gaussian noise having the same power spectrum density function as the equation (10) is expressed as follows.
【００５８】ρ*＝−λρ＋Ｗ （１２） ここで、符号Ｗは、分散が２λρ0 2である白色ガウス雑
音を表し、添字「*」は、既述したように、１次の時間
微分ｄ／ｄｔを表している。[0058] ρ * = -λρ + W (12 ) here, sign W, the dispersion represents a white Gaussian noise is 2λρ 0 2, subscript "*", as described above, the first-order time derivative d / dt.
【００５９】こうしてみると、図５図示のポアソン方形
波と、式（１２）で表される、白色ガウス雑音で駆動さ
れる系とは、確率密度関数は異なるが、分散と平均値に
関しては同じになる。そこで、式（１２）に基づき、ρ
を新たな状態変数として式（７）を書き直すと、In this way, the Poisson square wave shown in FIG. 5 and the system driven by white Gaussian noise represented by the equation (12) have different probability density functions, but have the same variance and average value. become. Therefore, based on equation (12), ρ
Rewriting equation (7) with
【数６】 出力方程式は、式（９）より、(Equation 6) From the equation (9), the output equation is
【数７】 となる。(Equation 7) Becomes
【００６０】従って、このときの演算装置のアルゴリズ
ムの構成は図６に示すようになる。すなわち、演算装置
１５’は、第１係数器５５，第２係数器５７，第３係数
器５９，第４係数器６１，第５係数器６３，積分器６
５，第１加算器６７，第２加算器６９及び第３加算器７
１を備えている。なお、第１〜第４の各係数器５５，５
７，５９，６１に付されている符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、
式（１３）と式（１４）に記載されている行列Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄを表し、積分器６５に付されている符号Ｓは、ラ
プラス演算子を表し、第５係数器６３に付されている符
号Ｌは、出力誤差フィードバック係数と呼ばれる行列を
表している。Accordingly, the configuration of the algorithm of the arithmetic unit at this time is as shown in FIG. That is, the arithmetic unit 15 ′ includes the first coefficient unit 55, the second coefficient unit 57, the third coefficient unit 59, the fourth coefficient unit 61, the fifth coefficient unit 63, and the integrator 6
5, first adder 67, second adder 69, and third adder 7
1 is provided. The first to fourth coefficient units 55 and 5
The symbols A, B, C, D attached to 7, 59, 61 are:
The matrices A, B,
Symbols C and D, the symbol S attached to the integrator 65 represents a Laplace operator, and the symbol L attached to the fifth coefficient unit 63 represents a matrix called an output error feedback coefficient.
【００６１】そして、この行列Ｌは、演算装置１５’を
カルマンフィルタとして構成する場合には、式（１２）
の白色ガウス雑音Ｗの分散をΓとし、相対横変位計測値
ｙｓｒの分散をΣとして、次式で表される。When the arithmetic unit 15 'is configured as a Kalman filter, the matrix L is given by the following equation (12).
The variance of the white Gaussian noise W is represented by, and the variance of the measured value of the relative lateral displacement ysr is represented by Σ.
【００６２】Ｌ＝ＰＣTΣ-1 （１５） ただし、Ｐは、 ＡＰ＋ＰＡT＋Γ−ＰＣTΣ-1ＣＰ＝０ （１６） を満たすものであり、Ａ，Ｃは、前記行列Ａ，Ｃを表
し、Ｔは、転値を表している。L = PC T Σ −1 (15) Here, P satisfies AP + PA T + Γ−PC T Σ -1 CP = 0 (16), and A and C are the matrixes A and C, respectively. And T represents the inverted value.
【００６３】この演算装置１５’では、図６に示すよう
に、計測された前輪舵角δｆ及び後輪舵角δｒが行列ｕ
として入力されると共に、計測された車両の相対横変位
ｙｓｒが入力され、車両のヨーレイトψ*，相対ヨー角
ψｒ，相対重心位置横変位速度ｙｃｒ*，相対重心位置
横変位ｙｃｒ及び道路曲率ρが演算により推定されて出
力されている。また、フィードバック用の相対横変位ｙ
ｓｒ’も演算により推定され、この推定値である相対横
変位ｙｓｒ’は第２加算器６９にフィードバックされて
いる。In the arithmetic unit 15 ', as shown in FIG. 6, the measured front wheel steering angle δf and rear wheel steering angle δr are arranged in a matrix u.
And the measured relative lateral displacement ysr of the vehicle is input, and the yaw rate ψ * , the relative yaw angle ψr, the relative center-of-gravity position lateral displacement velocity ycr * , the relative center-of-gravity position lateral displacement ycr, and the road curvature ρ are calculated. It is estimated by calculation and output. Also, the relative lateral displacement y for feedback
sr ′ is also estimated by calculation, and the estimated value, the relative lateral displacement ysr ′, is fed back to the second adder 69.
【００６４】この第２加算器６９は、相対横変位計測手
段７によって計測された車両前方注視点Ｚでの車両の相
対横変位ｙｓｒと、フィードバック用の相対横変位ｙｓ
ｒ’とのずれを補正して行列ｘ*に反映させるものであ
る。そして、演算装置１５’では、計測された相対横変
位ｙｓｒと、推定されたフィードバック用の相対横変位
ｙｓｒ’との偏差分が第５係数器６３を介してフィード
バックされるので、第５係数器６３の行列Ｌの値を大き
くすると、推定値ｙｓｒ’の真値への収束が早まる反
面、計測値ｙｓｒ’のノイズが推定値ｙｓｒ’に及ぼす
影響が大きくなる。The second adder 69 calculates the relative lateral displacement ysr of the vehicle at the vehicle front gazing point Z measured by the relative lateral displacement measuring means 7 and the relative lateral displacement ys for feedback.
The deviation from r ′ is corrected and reflected on the matrix x * . Then, in the arithmetic unit 15 ', the deviation between the measured relative lateral displacement ysr and the estimated relative lateral displacement ysr' for feedback is fed back via the fifth coefficient unit 63, so that the fifth coefficient unit When the value of the matrix L of 63 is increased, the convergence of the estimated value ysr 'to the true value is accelerated, but the influence of the noise of the measured value ysr' on the estimated value ysr 'increases.
【００６５】ところで、この演算装置１５’は、図４に
示すように車両が直線路を走行しているときには、正し
く動作する。しかし、この演算装置１５’のアルゴリズ
ムでは、フィードバック用の相対横変位ｙｓｒ’の推定
に道路曲率ρの影響を考慮していないので、図７に示す
ように、車両が曲線路を走行する際には、計測された相
対横変位ｙｓｒと推定されたフィードバック用の相対横
変位ｙｓｒ’とが異なってしまう。従って、図６図示の
演算装置１５’は、まだ不十分である。なお、図７中の
符号△ｙｓｒは、フィードバック用の相対横変位ｙｓ
ｒ’の推定に道路曲率ρが及ぼす影響分の距離を示して
いる。The arithmetic unit 15 'operates properly when the vehicle is traveling on a straight road as shown in FIG. However, the algorithm of the arithmetic unit 15 ′ does not consider the influence of the road curvature ρ in estimating the relative lateral displacement ysr ′ for feedback, so that when the vehicle travels on a curved road as shown in FIG. Is different from the measured relative lateral displacement ysr and the estimated relative lateral displacement ysr ′ for feedback. Therefore, the arithmetic unit 15 'shown in FIG. 6 is still insufficient. The symbol △ ysr in FIG. 7 is a relative lateral displacement ys for feedback.
It shows the distance of the influence of the road curvature ρ on the estimation of r ′.
【００６６】そこで、演算装置１５’のアルゴリズム
を、フィードバック用の相対横変位ｙｓｒ’の推定に道
路曲率ρの影響を考慮した構成とするために、先ず、図
８に基づき、道路の曲率半径をＲとして前方注視点Ｚで
の道路に対する車両の相対横変位ｙｓｒの厳密解を求め
ると、Therefore, in order to make the algorithm of the arithmetic unit 15 'a configuration in which the influence of the road curvature ρ is taken into account in estimating the relative lateral displacement ysr' for feedback, the radius of curvature of the road is first determined based on FIG. When an exact solution of the relative lateral displacement ysr of the vehicle with respect to the road at the forward fixation point Z is obtained as R,
【数８】 となる。(Equation 8) Becomes
【００６７】しかし、この式（１７）は非線形性が強す
ぎて、出力方程式として定式化することができない。そ
こで、道路曲率ρが相対横変位ｙｓｒに及ぼす影響を図
９に基づいて計算する。すなわち、道路曲率ρと同一の
曲率ρを有する目標走行線Ｍに、車両前後方向へ向かう
車両中心線が車両の重心Ｇ位置で接する状態で、車両前
方注視点Ｚと目標走行線Ｍとの間の車幅方向へ沿った離
間距離△ｙｓｒを、フィードバック用の相対横変位ｙｓ
ｒ’の推定に道路曲率ρが及ぼす影響として計算する
と、 △ｙｓｒ＝Ｒ−√（Ｒ2−Ｋｓ2） （１８） となる。However, this equation (17) has too strong nonlinearity and cannot be formulated as an output equation. Therefore, the effect of the road curvature ρ on the relative lateral displacement ysr is calculated based on FIG. That is, in a state where the vehicle center line heading in the vehicle front-rear direction is in contact with the target traveling line M having the same curvature ρ as the road curvature ρ at the position of the center of gravity G of the vehicle, the vehicle travels between the vehicle front gazing point Z and the target traveling line M. The distance △ ysr along the vehicle width direction of the vehicle is determined by the relative lateral displacement ys for feedback.
Calculating the influence of the road curvature ρ on the estimation of r ′, Δysr = R−√ (R 2 −Ks 2 ) (18)
【００６８】ここで、曲率半径Ｒ＝１／ρを式（１８）
に代入して、 △ｙｓｒ＝１／ρ−√（１／ρ2−Ｋｓ2） （１９） この式（１９）の右辺の分子及び分母に、１／ρ＋√
（１／ρ2−Ｋｓ2）を乗ずると、 △ｙｓｒ＝ρＫｓ2／（１＋√（１−ρ2Ｋｓ2）） （２０） ここで、（１＋Ｘ）n≒１＋ｎＸ なる近似を使うと、 √（１−ρ2Ｋｓ2）≒１−ρ2Ｋｓ2／２ （２１） 式（２１）を式（２０）に代入すると、Here, the radius of curvature R = 1 / ρ is calculated by the equation (18).
Δysr = 1 / ρ−√ (1 / ρ 2 −Ks 2 ) (19) In the numerator and denominator on the right side of the equation (19), 1 / ρ + √
By multiplying by (1 / ρ 2 −Ks 2 ), Δysr = ρKs 2 / (1 + √ (1−ρ 2 Ks 2 )) (20) Here, using an approximation of (1 + X) n ≒ 1 + nX, When (1-ρ 2 Ks 2) ≒ 1-ρ 2 Ks 2/2 (21) equation (21) into equation (20),
【数９】 そして、この式（２２）の高次の項を無視することによ
り、 △ｙｓｒ≒−ρＫｓ2／２ （２３） が得られる。(Equation 9) By ignoring the higher order terms of the equation (22), △ ysr ≒ -ρKs 2/2 (23) is obtained.
【００６９】従って、フィードバック用の相対横変位ｙ
ｓｒ’の推定に道路曲率ρが及ぼす影響を（−ρＫｓ2
／２）で近似することにより、出力方程式は、Therefore, the relative lateral displacement y for feedback is
The effect of the road curvature ρ on the estimation of sr ′ is (−ρKs 2
/ 2), the output equation becomes
【数１０】 となる。(Equation 10) Becomes
【００７０】これにより、出力方程式として式（２４）
が求まり、状態方程式として式（１３）が求まったの
で、本発明に係る状態推定装置１における演算装置１５
のアルゴリズムの構成は、図１０に示すものとなる。す
なわち、演算装置１５は、第１係数器５５，第２係数器
５７，第３係数器６０，第４係数器６１，第５係数器６
３，積分器６５，第１加算器６７，第２加算器６９及び
第３加算器７１を備えている。As a result, the equation (24) is obtained as an output equation.
Is obtained, and the equation (13) is obtained as a state equation. Therefore, the arithmetic unit 15 in the state estimating apparatus 1 according to the present invention is obtained.
The configuration of the algorithm is as shown in FIG. That is, the arithmetic unit 15 includes the first coefficient unit 55, the second coefficient unit 57, the third coefficient unit 60, the fourth coefficient unit 61, and the fifth coefficient unit 6
3, an integrator 65, a first adder 67, a second adder 69, and a third adder 71.
【００７１】そして、第１〜第４の各係数器５５，５
７，６０，６１に付されている符号Ａ，Ｂ，Ｅ，Ｄは、
式（１３）と式（２４）に記載されている行列Ａ，Ｂ，
Ｅ，Ｄを表し、積分器６５に付されている符号Ｓは、ラ
プラス演算子を表し、第５係数器６３に付されている符
号Ｌは、出力誤差フィードバック係数と呼ばれる行列を
表している。The first to fourth coefficient units 55 and 5
Symbols A, B, E, D given to 7, 60, 61 are:
The matrices A, B,
E and D are shown, the symbol S attached to the integrator 65 represents a Laplace operator, and the symbol L attached to the fifth coefficient unit 63 represents a matrix called an output error feedback coefficient.
【００７２】この行列Ｌは、演算装置１５をカルマンフ
ィルタとして構成する場合には、式（１２）の白色ガウ
ス雑音Ｗの分散をΓとし、相対横変位計測値ｙｓｒの分
散をΣとして、次式で表される。When the arithmetic unit 15 is configured as a Kalman filter, the matrix L is expressed by the following equation, where 分散 is the variance of the white Gaussian noise W in equation (12) and Σ is the variance of the measured value of the relative lateral displacement ysr. expressed.
【００７３】Ｌ＝ＰＥTΣ-1 （２５） ただし、Ｐは、 ＡＰ＋ＰＡT＋Γ−ＰＥTΣ-1ＥＰ＝０ （２６） を満たすものであり、Ａは、前記行列Ａを表し、Ｅは、
前記行列Ｅを表し、Ｔは、転値を表している。[0073] L = PE T Σ -1 (25 ) However, P is, which satisfy the AP + PA T + Γ-PE T Σ -1 EP = 0 (26), A represents the matrix A, E is ,
Represents the matrix E, and T represents the inverted value.
【００７４】ところで、各行列Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｌは何
れも、車速Ｖの変化に伴って変化する車速可変パラメー
タであり、本実施形態では、車速センサ１３で検出した
車速Ｖに基づいて各行列Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｌを変更して
いる。しかし、各行列Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｌは何れもモデ
ル化誤差に対する許容性が大きく、例えば、Ｖ＝８０ｋ
ｍ／ｈでモデル化した各行列Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，ＬをＶ＝
３０ｋｍ／ｈで使用しても実際には問題を生じなかった
ので、各行列Ａ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｌを車速Ｖによって変更
することは、必ずしも必須ではない。Each of the matrices A, B, D, E, and L is a vehicle speed variable parameter that changes with a change in the vehicle speed V. In this embodiment, the matrix is based on the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 13. Each of the matrices A, B, D, E, and L is changed. However, each of the matrices A, B, D, E, and L has a large tolerance to the modeling error. For example, V = 80 k
Each matrix A, B, D, E, L modeled by m / h is
Since there was actually no problem even when used at 30 km / h, it is not always essential to change the matrices A, B, D, E and L according to the vehicle speed V.
【００７５】ただし、本実施形態のように、車速Ｖを検
出し、その検出した車速Ｖに基づいて各行列Ａ，Ｂ，
Ｄ，Ｅ，Ｌを変更する方が、広範囲の車速Ｖに亘って演
算装置１５からの出力値を高精度に維持することができ
るので、好ましい。However, as in the present embodiment, the vehicle speed V is detected, and each matrix A, B,
Changing D, E, and L is preferable because the output value from the arithmetic unit 15 can be maintained with high accuracy over a wide range of vehicle speeds V.
【００７６】図１０に示すように、この演算装置１５で
も、図６図示の演算装置１５’と同様、計測された前輪
舵角δｆ及び後輪舵角δｒが行列ｕとして入力されると
共に、計測された車両の相対横変位ｙｓｒが入力され、
車両のヨーレイトψ*，相対ヨー角ψｒ，相対重心位置
横変位速度ｙｃｒ*，相対重心位置横変位ｙｃｒ及び道
路曲率ρが演算により推定されて出力されている。ま
た、フィードバック用の相対横変位ｙｓｒ’も演算によ
り推定され、この推定値である相対横変位ｙｓｒ’は第
２加算器６９にフィードバックされている。As shown in FIG. 10, in the arithmetic unit 15, similarly to the arithmetic unit 15 ′ shown in FIG. 6, the measured front wheel steering angle δf and rear wheel steering angle δr are input as a matrix u, and the measurement is performed. The relative lateral displacement ysr of the vehicle is input,
The yaw rate ψ * , the relative yaw angle ψr, the relative center-of-gravity position lateral displacement velocity ycr * , the relative center-of-gravity position lateral displacement ycr, and the road curvature ρ are estimated by calculation and output. Further, the relative lateral displacement ysr ′ for feedback is also estimated by calculation, and the estimated relative lateral displacement ysr ′ is fed back to the second adder 69.
【００７７】ここで、図６図示の演算装置１５’と図１
０図示の演算装置１５との比較と行う。図１１〜図１４
は、車両重心Ｇから前方注視点Ｚまでの距離Ｋｓを１５
ｍとした場合のフィードバック用の相対横変位ｙｓｒ’
と、道路曲率ρとの関係を、車両の相対重心位置横変位
ｙｃｒ及び相対ヨー角ψｒをパラメータとして示すグラ
フである。そして、各グラフには、比較のために、式
（１７）で得られる前方注視点Ｚでの車両の相対横変位
ｙｓｒの厳密解も表示されている。Here, the arithmetic unit 15 'shown in FIG.
The comparison with the arithmetic unit 15 shown in FIG. 11 to 14
Sets the distance Ks from the vehicle center of gravity G to the forward fixation point Z to 15
The relative lateral displacement ysr 'for feedback when m
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a vehicle and a road curvature ρ as parameters of a relative center-of-gravity position lateral displacement ycr and a relative yaw angle ψr of a vehicle. In each graph, an exact solution of the relative lateral displacement ysr of the vehicle at the forward fixation point Z obtained by Expression (17) is also displayed for comparison.
【００７８】なお、各グラフと両パラメータとの関係は
次表に示す通りである。The relationship between each graph and both parameters is as shown in the following table.
【００７９】[0079]
【表１】 図１１〜図１４から明らかなように、図６図示の演算装
置１５’では、フィードバック用の相対横変位ｙｓｒ’
の推定に道路曲率ρが及ぼす影響を考慮していないの
で、図６図示の演算装置１５’よって演算されたフィー
ドバック用の相対横変位ｙｓｒ’は、道路曲率ρの増大
に伴って厳密解との誤差が増加している。これに対し、
図１０図示の演算装置１５によって演算されたフィード
バック用の相対横変位ｙｓｒ’は、厳密解と良く一致し
ている。[Table 1] As is clear from FIGS. 11 to 14, in the arithmetic unit 15 ′ shown in FIG. 6, the relative lateral displacement ysr ′ for feedback is used.
Is not taken into account the influence of the road curvature ρ, the relative lateral displacement ysr ′ for feedback calculated by the calculation device 15 ′ shown in FIG. 6 is different from the exact solution as the road curvature ρ increases. The error is increasing. In contrast,
The relative lateral displacement for feedback ysr ′ calculated by the arithmetic unit 15 shown in FIG. 10 is in good agreement with the exact solution.
【００８０】図１５は、図６図示の演算装置１５’から
の出力に基づいて曲線路における車両の車線追従自動走
行を行った場合のシュミレーション結果と、図１０図示
の演算装置１５からの出力に基づいて曲線路における車
両の車線追従自動走行を行った場合のシュミレーション
結果とを重ねて示す図であって、（ａ）は、道路曲率ρ
の推定値の収束状況を示し、（ｂ）は、道路に対する車
両の相対重心位置横変位ｙｃｒの推移を示し、（ｃ）
は、ハンドル操舵角の推移を示している。なお、シュミ
レーションとしては、車速８０ｋｍ／ｈで、半径１００
ｍの曲線路へ車両が進入してる状態を設定している。FIG. 15 shows a simulation result in the case where the vehicle automatically follows the lane following a curved road based on the output from the arithmetic unit 15 'shown in FIG. 6, and the output from the arithmetic unit 15 shown in FIG. FIG. 9 is a diagram showing a simulation result obtained when the vehicle automatically performs lane-following traveling on a curved road based on the road curvature, wherein FIG.
(B) shows the transition of the relative center-of-gravity position lateral displacement ycr of the vehicle with respect to the road, and (c)
Indicates a change in the steering angle of the steering wheel. The simulation was carried out at a vehicle speed of 80 km / h and a radius of 100 km.
A state is set in which the vehicle is entering a curved road of m.
【００８１】図１５に示すように、図６図示の演算装置
１５’からの出力に基づいて曲線路での車両の自動走行
を行った場合は、図１０図示の演算装置１５からの出力
に基づいて自動走行を行った場合と比べて、道路曲率ρ
の推定値の収束が遅く、その結果、大きな相対重心位置
横変位ｙｃｒが生じて、カーブ走行中の車両に若干の相
対重心位置横変位ｙｃｒが生じている。従って、図１０
図示の演算装置１５からの出力に基づいて自動操舵機構
５の電動モータ４１をコントローラ４０で制御すること
により、車両のカーブ走行を極めて円滑に行い得ること
が分かる。As shown in FIG. 15, when the vehicle is automatically driven on a curved road based on the output from the arithmetic unit 15 'shown in FIG. 6, the output is calculated based on the output from the arithmetic unit 15 shown in FIG. Road curvature ρ
Of the estimated value is slow, and as a result, a large relative center-of-gravity position lateral displacement ycr occurs, and a slight relative center-of-gravity position lateral displacement ycr occurs in a vehicle traveling on a curve. Therefore, FIG.
By controlling the electric motor 41 of the automatic steering mechanism 5 with the controller 40 based on the output from the illustrated arithmetic unit 15, it can be seen that the vehicle can travel extremely smoothly on curves.
【００８２】以上説明したように、本実施形態に係る状
態推定装置１では、演算装置１５は、相対横変位計測手
段７が計測した相対横変位ｙｓｒと、前輪舵角センサ９
が検出した車両の前輪２１の舵角δｆと、後輪舵角セン
サ１１が検出した車両の後輪２３の舵角δｒと、車速セ
ンサ１３が検出した車速Ｖとに基づく演算により道路曲
率ρを推定するので、道路曲率ρの推定における画像処
理を規制して迅速な演算が可能となる。As described above, in the state estimating apparatus 1 according to the present embodiment, the arithmetic unit 15 includes the relative lateral displacement ysr measured by the relative lateral displacement measuring means 7 and the front wheel steering angle sensor 9.
Calculates the road curvature ρ by calculation based on the steering angle δf of the front wheels 21 of the vehicle detected by the vehicle, the steering angle δr of the rear wheels 23 of the vehicle detected by the rear wheel steering angle sensor 11, and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 13. Since the estimation is performed, the image processing in the estimation of the road curvature ρ is restricted, and the calculation can be performed quickly.
【００８３】しかも、状態推定装置１では、演算装置１
５は道路曲率ρの影響を極めて正確に考慮してフィード
バック用の相対横変位ｙｓｒ’を推定するので、推定し
たフィードバック用の相対横変位ｙｓｒ’の精度が向上
し、推定したフィードバック用の相対横変位ｙｓｒ’が
真値に収束するまでの収束時間が短縮されて、道路曲率
ρの推定に要する演算時間が短縮され、例えば自動操舵
の自動車に用いた場合には迅速な演算によって安定した
走行制御を行わせることができ、従って、カーブ走行時
には極めて円滑かつ正確な走行制御が可能となる。Further, in the state estimating apparatus 1, the arithmetic unit 1
5 estimates the relative lateral displacement ysr 'for feedback in consideration of the influence of the road curvature ρ very accurately, so that the accuracy of the estimated relative lateral displacement ysr' for feedback is improved, and the estimated relative lateral displacement ysr 'for feedback is improved. The convergence time until the displacement ysr 'converges to the true value is shortened, and the calculation time required for estimating the road curvature ρ is shortened. For example, when used in an auto-steering vehicle, stable running control is performed by quick calculation. Therefore, it is possible to perform extremely smooth and accurate traveling control when traveling on a curve.
【００８４】また、状態推定装置１では、フィードバッ
ク用の相対横変位ｙｓｒ’を推定するための演算から非
線形の式を無くしたので、演算装置１５のアルゴリズム
が簡単で、道路曲率ρ推定に要する演算時間が短縮され
る。Further, in the state estimating apparatus 1, since the non-linear equation is eliminated from the operation for estimating the relative lateral displacement ysr 'for feedback, the algorithm of the arithmetic unit 15 is simple, and the operation required for estimating the road curvature ρ is simplified. Time is reduced.
【００８５】更に、状態推定装置１では、演算装置１５
は、相対横変位計測手段７が計測した相対横変位ｙｓｒ
と、前輪舵角センサ９が検出した車両の前輪２１の舵角
δｆと、後輪舵角センサ１１が検出した車両の後輪２３
の舵角δｒと、車速センサ１３が検出した車速Ｖとに基
づく演算により道路曲率ρを推定するので、広範囲な車
速Ｖに亘って道路曲率ρを正確に推定することができ
る。Further, in the state estimating apparatus 1, the arithmetic unit 15
Is the relative lateral displacement ysr measured by the relative lateral displacement measuring means 7
The steering angle δf of the front wheel 21 of the vehicle detected by the front wheel steering angle sensor 9 and the rear wheel 23 detected by the rear wheel steering angle sensor 11
Since the road curvature ρ is estimated by calculation based on the steering angle δr of the vehicle and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 13, the road curvature ρ can be accurately estimated over a wide range of vehicle speeds V.
【００８６】本実施形態に係る車両走行制御装置２で
は、演算装置１５は、相対横変位計測手段７が計測した
相対横変位ｙｓｒと、前輪舵角センサ９が検出した車両
の前輪２１の舵角δｆと、後輪舵角センサ１１が検出し
た車両の後輪２３の舵角δｒと、車速センサ１３が検出
した車速Ｖとに基づく演算により道路曲率ρを推定する
ので、道路曲率ρの推定における画像処理を規制して迅
速な演算が可能となり、しかも、演算装置１５は道路曲
率ρの影響を極めて正確に考慮してフィードバック用の
相対横変位ｙｓｒ’を推定するので、その推定値ｙｓ
ｒ’の精度が向上し、その推定値ｙｓｒ’が真値に収束
する収束時間が短縮されて、道路曲率ρの推定に要する
演算時間が短縮され、その結果、迅速な演算によって安
定した走行制御を行わせることができ、カーブ走行時に
は極めて円滑かつ正確な走行制御が可能となる。In the vehicle traveling control device 2 according to the present embodiment, the arithmetic unit 15 calculates the relative lateral displacement ysr measured by the relative lateral displacement measuring means 7 and the steering angle of the front wheels 21 of the vehicle detected by the front wheel steering angle sensor 9. Since the road curvature ρ is estimated by calculation based on δf, the steering angle δr of the rear wheel 23 of the vehicle detected by the rear wheel steering angle sensor 11, and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 13, the estimation of the road curvature ρ The image processing is restricted to enable quick calculation. In addition, since the arithmetic unit 15 estimates the relative lateral displacement ysr ′ for feedback by taking the effect of the road curvature ρ very accurately into consideration, the estimated value ys
The accuracy of r 'is improved, the convergence time for the estimated value ysr' to converge to the true value is shortened, and the calculation time required for estimating the road curvature ρ is shortened. Can be performed, and extremely smooth and accurate traveling control can be performed when traveling on a curve.
【００８７】また、車両走行制御装置２では、フィード
バック用の相対横変位ｙｓｒ’を推定するための演算か
ら非線形の式を無くしたので、演算装置１５のアルゴリ
ズムが簡単で、道路曲率の推定に要する演算時間が短縮
され、その結果、カーブ走行時には、より円滑かつ正確
な走行制御が可能となる。Further, in the vehicle travel control device 2, the non-linear equation is eliminated from the calculation for estimating the relative lateral displacement ysr 'for feedback. Therefore, the algorithm of the calculation device 15 is simple and necessary for estimating the road curvature. The calculation time is shortened, and as a result, smoother and more accurate traveling control is possible when traveling on a curve.
【００８８】更に、車両走行制御装置２では、演算装置
１５は、相対横変位計測手段７が計測した相対横変位ｙ
ｓｒと、前輪舵角センサ９が検出した車両の前輪２１の
舵角δｆと、後輪舵角センサ１１が検出した車両の後輪
２３の舵角δｒと、車速センサ１３が検出した車速Ｖと
に基づく演算により道路曲率ρを推定するので、広範囲
な車速Ｖに亘って道路曲率ρを正確に推定することがで
き、その結果、カーブ走行時には、広範囲な車速Ｖに亘
って円滑かつ正確な走行制御が可能となる。Further, in the vehicle traveling control device 2, the arithmetic unit 15 calculates the relative lateral displacement y measured by the relative lateral displacement measuring means 7.
sr, the steering angle δf of the front wheel 21 of the vehicle detected by the front wheel steering angle sensor 9, the steering angle δr of the rear wheel 23 of the vehicle detected by the rear wheel steering angle sensor 11, and the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 13. The road curvature ρ can be estimated over a wide range of vehicle speeds V, and as a result, the vehicle can travel smoothly and accurately over a wide range of vehicle speeds V during curve running. Control becomes possible.
【００８９】なお、本実施形態では、前輪２１及び後輪
２３の両舵角δｆ，δｒを検出して演算装置１５に入力
しているが、演算装置１５に入力するのは、前輪２１の
舵角δｆ又は後輪２３の舵角δｒの何れか一方であって
も良い。In this embodiment, the steering angles δf and δr of the front wheels 21 and the rear wheels 23 are detected and input to the arithmetic unit 15. Either the angle δf or the steering angle δr of the rear wheel 23 may be used.
【００９０】すなわち、前輪２１の舵角δｆのみを演算
装置１５に入力する場合には、式（１３）の行列Ｂを、That is, when only the steering angle δf of the front wheels 21 is input to the arithmetic unit 15, the matrix B in the equation (13) is
【数１１】 とし、式（２４）の行列Ｄを、Ｄ＝０とすれば良い。[Equation 11] And the matrix D in equation (24) may be set to D = 0.
【００９１】そして、後輪２３の舵角δｒのみを演算装
置１５に入力する場合には、式（１３）の行列Ｂを、When only the steering angle δr of the rear wheel 23 is input to the arithmetic unit 15, the matrix B of the equation (13) is
【数１２】 とし、式（２４）の行列Ｄを、Ｄ＝０とすれば良い。(Equation 12) And the matrix D in equation (24) may be set to D = 0.
【００９２】これにより、前輪２１の舵角δｆのみを検
出して演算装置１５に入力する場合であっても、あるい
は、後輪２３の舵角δｒのみを検出して演算装置１５に
入力する場合であっても、両舵角δｆ，δｒを検出して
演算装置１５に入力する場合と同じプロセスで演算装置
１５のアルゴリズムを構成することができる。Thus, even when only the steering angle δf of the front wheels 21 is detected and input to the arithmetic unit 15, or when only the steering angle δr of the rear wheels 23 is detected and input to the arithmetic unit 15. Even in this case, the algorithm of the arithmetic unit 15 can be configured in the same process as when the two steering angles δf and δr are detected and input to the arithmetic unit 15.
【図１】請求項１〜８記載の各発明を併せて実施した実
施の形態の一例を示す概略構成図であって、（ａ）は自
動車の側面から見た概略構成図、（ｂ）は平面から見た
概略構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an embodiment in which each of the inventions described in claims 1 to 8 is implemented together, (a) is a schematic configuration diagram viewed from a side of an automobile, (b) is It is the schematic block diagram seen from the plane.
【図２】本実施形態に係る状態推定装置が実行するフロ
ーチャートである。FIG. 2 is a flowchart executed by the state estimation device according to the embodiment.
【図３】本実施形態に係る状態推定装置を設計するため
の２輪モデルを示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a two-wheel model for designing the state estimation device according to the embodiment;
【図４】車両前方注視点での直線路に対する車両の相対
横変位を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a relative lateral displacement of a vehicle with respect to a straight road at a gazing point ahead of the vehicle.
【図５】道路曲率の振る舞いを示すポアソン方形波のグ
ラフである。FIG. 5 is a graph of a Poisson square wave showing the behavior of road curvature.
【図６】本発明で採用しなかった状態推定装置のアルゴ
リズムを示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an algorithm of a state estimation device not employed in the present invention.
【図７】図６に示すものが推定した車両前方注視点での
曲線路に対する車両の相対横変位を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an estimated relative lateral displacement of the vehicle with respect to a curved road at a vehicle front fixation point estimated by that shown in FIG. 6;
【図８】車両前方注視点での曲線路に対する車両の相対
横変位の厳密解を求めるための説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram for obtaining an exact solution of a relative lateral displacement of a vehicle with respect to a curved road at a gazing point ahead of the vehicle.
【図９】車両前方注視点での曲線路に対する車両の相対
横変位の近似解を求めるための説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram for obtaining an approximate solution of a relative lateral displacement of a vehicle with respect to a curved road at a gazing point ahead of the vehicle.
【図１０】本実施形態に係る状態推定装置のアルゴリズ
ムを示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram showing an algorithm of the state estimation device according to the embodiment.
【図１１】図６に示すものと図１０に示すものとの相違
を示すグラフである。FIG. 11 is a graph showing the difference between the one shown in FIG. 6 and the one shown in FIG. 10;
【図１２】図６に示すものと図１０に示すものとの相違
を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the difference between the one shown in FIG. 6 and the one shown in FIG. 10;
【図１３】図６に示すものと図１０に示すものとの相違
を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing the difference between the one shown in FIG. 6 and the one shown in FIG. 10;
【図１４】図６に示すものと図１０に示すものとの相違
を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the difference between the one shown in FIG. 6 and the one shown in FIG.
【図１５】図６に示すものを利用した車両走行制御装置
と図１０に示すものを利用した車両走行制御装置との曲
線路走行時の違いを示すグラフであって、（ａ）は、道
路曲率推定値の収束状況を示し、（ｂ）は、車両の相対
重心位置横変位の推移を示し、（ｃ）は、ハンドル操舵
角の推移を示している。15 is a graph showing a difference between a vehicle running control device using the one shown in FIG. 6 and a vehicle running control device using the one shown in FIG. 10 when the vehicle is running on a curved road; FIG. The convergence state of the curvature estimated value is shown, (b) shows the transition of the relative center-of-gravity position lateral displacement of the vehicle, and (c) shows the transition of the steering wheel steering angle.
【図１６】従来品の一例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing an example of a conventional product.
【図１７】図１６に示すものの道路画像の一例を示す図
である。FIG. 17 is a diagram showing an example of a road image of the one shown in FIG. 16;
【図１８】図１６に示すものの座標系を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a coordinate system of the one shown in FIG. 16;
１ 状態推定装置 ２ 車両走行制御装置 ５ 自動操舵機構 ７ 相対横変位計測手段 ９ 前輪舵角センサ（舵角検出手段） １１ 後輪舵角センサ（舵角検出手段） １３ 車速センサ（車速検出手段） １５ 演算手段（演算装置） ２１ 前輪 ２３ 後輪 ４０ コントローラ Ｇ 車両の重心 Ｍ 目標走行線 Ｖ 車速 Ｚ 車両前方注視点 ｙｃｒ 相対重心位置横変位 ｙｓｒ 相対横変位 ｙｓｒ’ フィードバック用の相対横変位 △ｙｓｒ 離間距離 δｆ 前輪の舵角 δｒ 後輪の舵角 ρ 道路曲率 ψｒ 相対ヨー角（相対偏角） REFERENCE SIGNS LIST 1 state estimation device 2 vehicle traveling control device 5 automatic steering mechanism 7 relative lateral displacement measurement means 9 front wheel steering angle sensor (steering angle detection means) 11 rear wheel steering angle sensor (steering angle detection means) 13 vehicle speed sensor (vehicle speed detection means) 15 Computing means (computing device) 21 Front wheel 23 Rear wheel 40 Controller G Vehicle center of gravity M Target running line V Vehicle speed Z Vehicle forward fixation point ycr Relative center of gravity position lateral displacement ysr Relative lateral displacement ysr 'Relative lateral displacement for feedback △ ysr Distance δf Steering angle of front wheel δr Steering angle of rear wheel ρ Road curvature ψr Relative yaw angle (relative deflection angle)
Claims (8)
車両の相対横変位を計測する相対横変位計測手段と、 前記車両の前輪又は後輪の少なくとも一方の舵角を検出
する舵角検出手段と、 前記相対横変位及び舵角に基づく演算によって少なくと
も道路曲率とフィードバック用の前記相対横変位とを推
定する演算手段とを備えた状態推定装置であって、 前記演算手段は、前記道路曲率の影響を考慮して前記フ
ィードバック用の相対横変位を推定することを特徴とす
る状態推定装置。1. A relative lateral displacement measuring means for measuring a relative lateral displacement of a vehicle with respect to a road at a predetermined vehicle front fixation point, and a steering angle detecting means for detecting a steering angle of at least one of a front wheel and a rear wheel of the vehicle. And a calculating means for estimating at least a road curvature and the relative lateral displacement for feedback by a calculation based on the relative lateral displacement and the steering angle, wherein the calculating means is configured to calculate the road curvature. A state estimating apparatus for estimating the relative lateral displacement for feedback in consideration of an influence.
標走行線に、車両前後方向へ向かう車両中心線が車両の
重心位置で接する状態で、前記車両前方注視点と前記目
標走行線との間の車幅方向へ沿った離間距離を、前記フ
ィードバック用の相対横変位の推定に前記道路曲率が及
ぼす影響として演算することを特徴とする状態推定装
置。2. The state estimating device according to claim 1, wherein the calculating means is configured such that a vehicle center line heading in a vehicle front-rear direction and a target center line having the same curvature as the road curvature are located at the center of gravity of the vehicle. In the contact state, a separation distance in a vehicle width direction between the vehicle front fixation point and the target travel line is calculated as an influence of the road curvature on the estimation of the relative lateral displacement for feedback. State estimation device.
って、 前記演算手段は、前記道路曲率及びフィードバック用の
相対横変位に加えて、車両前方の道路に沿った方向に対
する車両の相対偏角と、道路に対する車両の相対重心位
置横変位とを推定し、該推定した前記道路曲率，相対偏
角及び相対重心位置横変位の線形結合として前記フィー
ドバック用の相対横変位を表すことを特徴とする状態推
定装置。3. The state estimating device according to claim 1, wherein the calculating means is configured to calculate, in addition to the road curvature and the relative lateral displacement for feedback, a relative position of the vehicle with respect to a direction along a road ahead of the vehicle. The declination and the relative lateral displacement of the vehicle relative to the road are estimated, and the relative lateral displacement for feedback is expressed as a linear combination of the estimated road curvature, relative declination and relative centroid position lateral displacement. State estimation device.
定装置であって、 前記車両の車速を検出する車速検出手段を備え、 前記演算手段は、前記相対横変位計測手段が計測した相
対横変位と、前記舵角検出手段が検出した舵角と、前記
車速検出手段が検出した車速とに基づいて演算すること
を特徴とする状態推定装置。4. The state estimating device according to claim 1, further comprising a vehicle speed detecting unit for detecting a vehicle speed of the vehicle, wherein the calculating unit measures the relative lateral displacement. A state estimating device, which calculates based on a relative lateral displacement, a steering angle detected by the steering angle detecting means, and a vehicle speed detected by the vehicle speed detecting means.
車両の相対横変位を計測する相対横変位計測手段と、 前記車両の前輪又は後輪の少なくとも一方の舵角を検出
する舵角検出手段と、 前記相対横変位及び舵角に基づく演算によって少なくと
も道路曲率とフィードバック用の前記相対横変位とを推
定する演算手段と、 前記車両の操舵を自動的に行う自動操舵機構と、 前記演算手段からの出力に基づいて前記自動操舵機構を
制御するコントローラとを備えた車両走行制御装置であ
って、 前記演算手段は、前記道路曲率の影響を考慮して前記フ
ィードバック用の相対横変位を推定することを特徴とす
る車両走行制御装置。5. A relative lateral displacement measuring means for measuring a relative lateral displacement of a vehicle with respect to a road at a predetermined vehicle front gazing point, and a steering angle detecting means for detecting a steering angle of at least one of a front wheel and a rear wheel of the vehicle. Calculating means for estimating at least the road curvature and the relative lateral displacement for feedback by a calculation based on the relative lateral displacement and the steering angle; an automatic steering mechanism for automatically steering the vehicle; and A controller for controlling the automatic steering mechanism based on the output of the vehicle, wherein the calculating means estimates the relative lateral displacement for feedback in consideration of the influence of the road curvature. A vehicle travel control device characterized by the above-mentioned.
て、 前記演算手段は、前記道路曲率と同一の曲率を有する目
標走行線に、車両前後方向へ向かう車両中心線が車両の
重心位置で接する状態で、前記車両前方注視点と前記目
標走行線との間の車幅方向へ沿った離間距離を、前記フ
ィードバック用の相対横変位の推定に前記道路曲率が及
ぼす影響として演算することを特徴とする車両走行制御
装置。6. The vehicle travel control device according to claim 5, wherein the calculating means is configured such that a vehicle center line heading in a vehicle front-rear direction is located at a center of gravity of the vehicle on a target travel line having the same curvature as the road curvature. In a state where the vehicle is in contact with the vehicle, the separation distance along the vehicle width direction between the vehicle front fixation point and the target travel line is calculated as the influence of the road curvature on the estimation of the relative lateral displacement for feedback. Characteristic vehicle travel control device.
であって、 前記演算手段は、前記道路曲率及びフィードバック用の
相対横変位に加えて、車両前方の道路に沿った方向に対
する車両の相対偏角と、道路に対する車両の相対重心位
置横変位とを推定し、該推定した前記道路曲率，相対偏
角及び相対重心位置横変位の線形結合として前記フィー
ドバック用の相対横変位を表すことを特徴とする車両走
行制御装置。7. The vehicle travel control device according to claim 5, wherein the calculation means is configured to control the vehicle in a direction along a road ahead of the vehicle in addition to the road curvature and the relative lateral displacement for feedback. Estimating a relative deflection and a lateral displacement of the vehicle relative to the road relative to the center of gravity, and expressing the relative lateral displacement for feedback as a linear combination of the estimated road curvature, relative deviation and relative lateral displacement of the center of gravity. Characteristic vehicle travel control device.
行制御装置であって、 前記車両の車速を検出する車速検出手段を備え、 前記演算手段は、前記相対横変位計測手段が計測した相
対横変位と、前記舵角検出手段が検出した舵角と、前記
車速検出手段が検出した車速とに基づいて演算すること
を特徴とする車両走行制御装置。8. The vehicle travel control device according to claim 5, further comprising a vehicle speed detection unit that detects a vehicle speed of the vehicle, wherein the calculation unit is configured to measure the relative lateral displacement measurement unit. A vehicle travel control device that calculates based on the relative lateral displacement, the steering angle detected by the steering angle detection means, and the vehicle speed detected by the vehicle speed detection means.
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