JP2016215921A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】牽引走行時や積載重量が大きい場合であっても安定して走行することができる車両の制御装置を提供する。【解決手段】車両を走行させる計画路を生成し、運転者により少なくともステアリング操作されることなく、計画路に沿って走行することができるように構成された車両の制御装置において、計画路を走行する際における進路を生成するコントローラを備え、コントローラは、牽引走行している場合または車重が予め定められた閾値以上の場合における前記進路の旋回半径を、牽引走行していない場合または車重が前記閾値未満の場合における前記進路の旋回半径よりも大きく生成するように構成されている（ステップＳ３）。【選択図】図１

Description

この発明は、少なくともステアリング操作を運転者が行うことなく、舵角を制御して走行することができるように構成された車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、予め生成された走行計画路に基づいて駆動力や制動力あるいは舵角を制御して走行できるように構成された車両の制御装置が記載されている。この制御装置は、摩擦係数が比較的小さい路面を過度に減速することなく走行できるように、その路面を走行する際に、ある程度のスリップが生じることを許容して走行計画路を生成している。

特許文献２には、エンジンと、そのエンジンをクランキングすることができ、かつ走行するための駆動力を出力することができるモータとを備えたハイブリッド車両の制御装置が記載されている。この制御装置は、上記モータを動力源として牽引走行している場合には、エンジンを始動する際に上記モータの出力トルクの増加量を、牽引走行していない、通常走行時にエンジンを始動する際の上記のモータの出力トルクの増加量よりも小さくするように構成されている。また、牽引走行時には、変速機がアップシフトし難く、かつダウンシフトし易くなるように変速特性を変更し、あるいはアクセル操作量に対するスロットル弁の開度量が大きくなるようにスロットル開度の制御特性を変更するように構成されている。

特許文献３には、前進第１速段から前進第５速段まで変速段を切り替えることができる主変速機と、２つの変速段を設定することができる副変速機とを備えた車両の制御装置が記載されている。この制御装置は、牽引走行時には、上記副変速機の変速段のうちの変速比が大きい方の変速段を設定し、牽引走行していない場合には、上記副変速機の変速段のうちの変速比が小さい方の変速段を設定するように構成されている。

特開２００９−１６６６２３号公報 国際公開第２０１３／１０８４０１号 特開平１１−０５１１６９号公報

運転者の操作によらずに自動運転するように構成された車両の制御装置は、車重やホイールベースなどの予め記憶された車両の諸元や、走行環境や走行状態などの検出値に基づいて駆動力や制動力あるいは舵角を制御する。したがって、牽引走行している場合や、積載重量が所定量以上になった場合などに、上記のように予め記憶された車両の諸元に基づいて駆動力や制動力あるいは舵角を制御すると、予定された加速度とならなず、あるいは予定された走行ラインを走行することができないなど、走行安定性が低下する可能性がある。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、牽引走行時や積載重量が大きい場合であっても安定して走行することができる車両の制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、車両を走行させる計画路を生成し、運転者により少なくともステアリング操作されることなく、前記計画路に沿って走行することができるように構成された車両の制御装置において、前記計画路を走行する際における進路を生成するコントローラを備え、前記コントローラは、牽引走行している場合または車重が予め定められた閾値以上の場合における前記進路の旋回半径を、牽引走行していない場合または車重が前記閾値未満の場合における前記進路の旋回半径よりも大きく生成するように構成されていることを特徴とするものである。

この発明によれば、車両の進路を生成するコントローラにより、牽引走行している場合や車重が予め定められた閾値以上の場合には、牽引走行していない場合や車重が閾値未満の場合と比較して旋回半径が大きくなるように生成される。したがって、車両に作用する遠心力を小さくすることができるので、車両に作用する横加速度（または横力）が小さくなり、旋回走行時に安定して走行することができる。

この発明に係る制御装置の制御の一例を説明するためのフローチャートである。 牽引走行時や積載重量が大きい場合に生成される進路を説明するための図である。 この発明で対象とすることができる車両の一例を説明するための模式図である。

この発明の対象とすることができる車両の一例を図３に模式的に示している。図３に示す車両Ｖｅは、エンジン１と、エンジン１に連結された変速機２と、その変速機２にプロペラシャフト３、デファレンシャルギヤ４、ドライブシャフト５を介して連結された駆動輪６とを備えた、フロントエンジンリアドライブ式の車両である。なお、前輪７が操舵輪であり、上記駆動輪６と前輪７とには、それぞれブレーキ８が設けられている。

また、この車両Ｖｅは、運転者によるアクセル操作やブレーキ操作あるいはステアリング操作などに基づいて駆動力や制動力あるいは舵角などを制御するように構成された手動運転モードと、走行環境や走行状態などの検出値や、車両Ｖｅの諸元などの予め記憶された値などに基づいて駆動力や制動力あるいは舵角などを制御するように構成された自動運転モードとを、運転者がスイッチなどを操作することにより切り替えることができるように構成されている。

上記各運転モードに応じて駆動力や制動力あるいは舵角を制御するため、また後述する進路を生成するための電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）９が設けられている。なお、このＥＣＵ９が、この発明の実施例における「コントローラ」に相当する。このＥＣＵ９には、車両Ｖｅ各部のセンサ・車載装置類１０からの検出信号や情報信号などが入力されるように構成されている。なお、図３では１つのＥＣＵ９が設けられた例を示しているが、ＥＣＵ９は、例えば制御する装置や機器毎に、複数設けられていてもよい。

センサ・車載装置類１０のうち、車両Ｖｅの走行状態および各部の作動状態や挙動等を検出する主な内部センサとして、例えば、アクセル開度を検出するセンサ、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するセンサ（もしくはスイッチ）、ステアリング機構の舵角を検出するセンサ、エンジン１の回転数を検出するセンサ、変速機２の出力軸回転数を検出するセンサ、各車輪６，７の回転速度をそれぞれ検出して車速を求めるセンサ、車両Ｖｅの前後加速度を検出するセンサ、車両Ｖｅの横加速度を検出するセンサ、車両Ｖｅのヨーレートを検出するセンサなどが備えられている。

また、センサ・車載装置類１０のうち、車両Ｖｅの周辺情報や外部状況を検出する主な外部センサとして、例えば、車載カメラ、レーダー、および、ライダーなどの少なくとも一つが備えられている。

車載カメラは、例えば車両Ｖｅのフロントガラスの内側に設置され、車両Ｖｅの外部状況に関する撮像情報をＥＣＵ９に送信するように構成されている。車載カメラは、単眼カメラであってもよく、あるいはステレオカメラであってもよい。ステレオカメラは、両眼視差を再現するように配置された複数の撮像部を有している。ステレオカメラの撮像情報によれば、車両前方の奥行き方向の情報も取得することができる。

レーダーは、ミリ波やマイクロ波などの電波を利用して車両Ｖｅの外部の他車両や障害物等を検出し、その検出データをＥＣＵ９に送信するように構成されている。例えば、電波を車両Ｖｅの周囲に放射し、他車両や障害物等に当たって反射された電波を受信して測定・分析することにより、他車両や障害物等を検出する。

ライダーは、レーザー光を利用して車両Ｖｅの外部の他車両や障害物等を検出し、その検出データをＥＣＵ９に送信するように構成されている。例えば、レーザー光を車両Ｖｅの周囲に放射し、他車両や障害物等に当たって反射されたレーザー光を受光して測定・分析することにより、他車両や障害物等を検出する。

上記のような内部センサや外部センサの他に、ＧＰＳ受信部、地図データベース、および、ナビゲーションシステム等が備えられている。ＧＰＳ受信部は、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信することにより、車両Ｖｅの位置（例えば、車両Ｖｅの緯度および経度）を測定し、その位置情報をＥＣＵ９に送信するように構成されている。地図データベースは、地図情報を蓄積したデータベースであり、例えばＥＣＵ９内に形成されている。あるいは、例えば車両Ｖｅと通信可能な情報処理センタなどの外部施設のコンピュータに記憶されたデータを利用することもできる。ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ受信部が測定した車両Ｖｅの位置情報と、地図データベースの地図情報とに基づいて、車両Ｖｅの走行ルートを算出するように構成されている。

上記のような各種のセンサ・車載装置類１０からの検出データや情報データが、ＥＣＵ９に入力されるように構成されている。そして、それら入力されたデータや、車両Ｖｅの重量やホイールベースなどの予め記憶させられているデータ等を使用して演算を行い、その演算結果を基に、エンジン１、変速機２、ブレーキ８、および、操舵装置等の車両Ｖｅ各部のアクチュエータ（図示せず）に対して、制御指令信号を出力するように構成されている。

車両Ｖｅを自動運転走行させるための主なアクチュエータとして、スロットルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、および、操舵アクチュエータ等を備えている。スロットルアクチュエータは、ＥＣＵ９から出力される制御信号に応じてエンジン１のスロットル開度に対する供給電力を制御するように構成されている。ブレーキアクチュエータは、ＥＣＵ９から出力される制御信号に応じてブレーキ８を作動させ、各車輪６，７へ付与する制動力を制御するように構成されている。操舵アクチュエータは、ＥＣＵ９から出力される制御信号に応じて電動パワーステアリング装置のアシストモータを駆動し、操舵トルクを制御するように構成されている。

ＥＣＵ９は、自動運転モードが選択されている場合に、車両Ｖｅを自動運転走行させるための主な制御部として、例えば、車両位置認識部、外部状況認識部、走行状態認識部、走行計画生成部、および、走行制御部等を有している。

車両位置認識部は、ＧＰＳ受信部で受信した車両Ｖｅの位置情報および地図データベースの地図情報に基づいて、地図上における車両Ｖｅの車両位置を認識するように構成されている。なお、ナビゲーションシステムで用いられる車両位置を、そのナビゲーションシステムから取得することもできる。あるいは、道路上や道路脇の外部に設置されたセンサで車両Ｖｅの車両位置を測定可能な場合は、そのセンサとの通信によって車両位置を取得することもできる。

外部状況認識部は、例えば車載カメラの撮像情報やレーダーもしくはライダーの検出データに基づいて、車両Ｖｅの外部状況を認識するように構成されている。外部状況としては、例えば、走行車線の位置、道路幅、道路の形状、路面勾配、および、車両周辺の障害物に関する情報等が取得される。また、走行環境として車両周辺の気象情報や路面の摩擦係数などを取得してもよい。

走行状態認識部は、内部センサの各種の検出データに基づいて、車両Ｖｅの走行状態を認識するように構成されている。車両Ｖｅの走行状態としては、例えば、車速、前後加速度、横加速度、および、ヨーレートなどが取得される。

走行計画生成部は、例えば、ナビゲーションシステムで演算された目標ルート、車両位置認識部で認識された車両位置、および、外部状況認識部で認識された外部状況等に基づいて、車両Ｖｅの進路を生成するように構成されている。上記目標ルートは、運転者により入力される目標到達位置まで現在位置から車両Ｖｅを走行させるなどのためにナビゲーションシステムなどにより演算されて生成されるルートであって、この発明の実施例における「計画路」に相当する。また、進路は、目標ルートに沿って車両Ｖｅが進行する軌跡である。この進路を生成する際に、走行計画生成部は、目標ルート上で、安全に走行すること、法令を順守して走行すること、および、効率よく走行すること等の基準に沿って、車両Ｖｅが適切に走行することが考慮される。

そして、走行計画生成部は、生成した進路に応じた走行計画を生成するように構成されている。具体的には、外部状況認識部で認識された外部状況および地図データベースの地図情報に基づいて、上記進路に沿った走行計画が生成される。

走行計画は、車両Ｖｅの将来の駆動力要求を含む車両Ｖｅの走行状態を予め設定するものであり、例えば現在時刻から数秒先の将来のデータを基に生成される。車両Ｖｅの外部状況や走行状況によっては、現在時刻から数十秒先の将来のデータを用いることもできる。走行計画は、例えば、目標ルートに沿った進路を車両Ｖｅが走行する際に、車速、加速度、および、操舵トルク等の推移を示すデータとして走行計画生成部から出力される。

また、走行計画は、車両Ｖｅの速度パターン、加速度パターン、および、操舵パターンとして走行計画生成部から出力することもできる。速度パターンとは、例えば、進路上に所定間隔で設定された目標制御位置に対して、各目標制御位置毎に時間に関連付けられて設定された目標車速からなるデータである。加速度パターンとは、例えば、進路上に所定間隔で設定された目標制御位置に対して、各目標制御位置毎に時間に関連付けられて設定された目標加速度からなるデータである。操舵パターンとは、例えば、進路上に所定間隔で設定された目標制御位置に対して、各目標制御位置毎に時間に関連付けられて設定された目標操舵トルクからなるデータである。

走行制御部は、走行計画生成部で生成された走行計画に基づいて、車両Ｖｅの走行を自動で制御するように構成されている。具体的には、走行計画に応じた制御信号が、スロットルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、および、操舵アクチュエータ等の各アクチュエータに対して出力される。それによって、運転者によりアクセル操作やブレーキ操作、あるいはステアリング操作されることなく、車両Ｖｅが自動運転走行される。

また、上記ＥＣＵ９は、運転者によるスイッチ操作により手動運転モードが選択されている場合には、従来知られているように運転者によるアクセル操作や、ブレーキ操作、またはステアリング操作に基づいて各アクチュエータを制御するように構成されている。

さらに、このＥＣＵ９は、自動運転モードが選択されている際に、上記走行計画生成部で生成された進路を、車両Ｖｅの重量に応じて変更することができるように構成されている。または、車両Ｖｅが他の車両やボートなどを牽引して走行する牽引走行時に、その進路を変更することができるように構成されている。これは、車両Ｖｅに作用する遠心力が過大となり、上述したように予めＥＣＵ９に記憶された車両Ｖｅの重量に基づいて駆動力や制動力あるいは舵角を制御して走行安定性が低下することを抑制するためである。その制御の一例を説明するためのフローチャートを図１に示している。

図１に示す例では、車両Ｖｅが牽引走行しているか否かを判断する（ステップＳ１）。このステップＳ１は、従来知られているように牽引走行する際に運転者により操作される図示しないトーイングスイッチに基づいて判断することができる。あるいは、牽引する際に他の車両と連結される部分にスイッチを設けて、そのスイッチから出力される信号に応じてステップＳ１を判断してもよい。

牽引走行しておりステップＳ１で肯定的に判断された場合は、自動運転モードが選択されているか否かを判断する（ステップＳ２）。このステップＳ２は、運転モードを切り替えるスイッチの信号に基づいて判断することや、ＥＣＵ９で実行される他の制御で自動運転モードを実行するフラグが成立しているか否かに基づいて判断することができる。

このフローチャートは、自動運転モードが選択されている際に走行計画生成部で生成される進路を変更するためのものであるので、手動運転モードが選択されておりステップＳ２で否定的に判断された場合は、そのままこのルーチンを一旦終了する。それとは反対に自動運転モードが選択されておりステップＳ２で肯定的に判断された場合は、横加速度（または横力）が小さくなるように進路を変更して（ステップＳ３）、このルーチンを一旦終了する。具体的には、牽引走行していない場合と比較して走行半径が大きくなるように進路を変更する。なお、上記のように進路を変更する際に、車速を低下させ、または車両の前後加速度を小さくするようにしてもよい。

また、牽引走行しておらずステップＳ１で否定的に判断された場合には、ついで、推定された車両Ｖｅの重量が予め定められた閾値α以上であるか否かが判断される（ステップＳ４）。このステップＳ４は、車両Ｖｅに過度な遠心力が作用して走行安定性が低下する重量以上であるか否かを判断するためのステップである。したがって、その車重には、車体の重量に加えて、車両Ｖｅに搭乗した乗員の重量や、積載物の重量が含まれる。その車重は、車両Ｖｅの出力トルクから演算することができる前後加速度と、実際の前後加速度との差、および走行路面の傾斜角度に基づいて算出することができる。または、図示しないサスペンションの変位量をセンサなどにより検出して判断することができる。また、ステップＳ４における閾値αは、車両Ｖｅの走行安定性に影響を来す重量を予め実験やシミュレーションなどにより定めていてもよい。さらに、その閾値αは、車速などに基づいて変化してもよい。

車両Ｖｅの重量が閾値α未満であってステップＳ４で否定的に判断された場合は、そのままこのルーチンを一旦終了する。それとは反対に車両Ｖｅの重量が閾値α以上であってステップＳ４で肯定的に判断された場合は、ステップＳ２に進む。すなわち、車両Ｖｅの重量が閾値α以上であり、かつ自動運転モードが選択されている時には、走行計画生成部で生成された進路を、横加速度（横力）が小さくなるように変更する。

図２は、上述したように走行計画生成部で生成された進路を変更した場合における走行ラインを説明するための模式図である。なお、図２には、上記変更した後の走行ラインを実線で示し、変更する以前の走行ラインを破線で示している。図２に示すように走行半径が大きくなるように進路を変更することにより、車両Ｖｅに作用する遠心力を小さくすることができる。その結果、車両Ｖｅに作用する横加速度（横力）が小さくなるので、旋回走行時に安定して走行することができる。さらに、進路を変更することに加えて、旋回走行する際における車速を低下させることにより、車両Ｖｅに作用する横加速度（横力）をより一層低下させることができる。その結果、旋回走行時に車両Ｖｅを安定させることができる。

なお、この発明で対象とすることができる車両は、上述したように手動運転モードと自動運転モードとを切り替えることができる車両に限らず、自動運転モードのみによって走行するように構成された車両であってもよい。また、上述したように車両の重量が閾値α以上である場合には、その重量に応じて旋回半径を定めて進路を生成してもよい。

１…エンジン、 ２…変速機、 ３…プロペラシャフト、 ４…デファレンシャルギヤ、 ５…ドライブシャフト、 ６…駆動輪、 ７…前輪、 ８…ブレーキ、 ９…電子制御装置（ＥＣＵ）、 １０…センサ・車載装置類、 Ｖｅ…車両。

Claims (1)

1. 車両を走行させる計画路を生成し、運転者により少なくともステアリング操作されることなく、前記計画路に沿って走行することができるように構成された車両の制御装置において、
   前記計画路を走行する際における進路を生成するコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   牽引走行している場合または車重が予め定められた閾値以上の場合における前記進路の旋回半径を、牽引走行していない場合または車重が前記閾値未満の場合における前記進路の旋回半径よりも大きく生成する
   ように構成されていることを特徴とする車両の制御装置。

Images