JP2003015742A - 車両の自動運転システム - Google Patents

車両の自動運転システム

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JP2003015742A JP2001195066A JP2001195066A JP2003015742A JP 2003015742 A JP2003015742 A JP 2003015742A JP 2001195066 A JP2001195066 A JP 2001195066A JP 2001195066 A JP2001195066 A JP 2001195066A JP 2003015742 A JP2003015742 A JP 2003015742A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】車載機器のコストアップや大型化を避けつつ安
全性を確保することができる車両の自動運転システムを
提供する。 【解決手段】拡張入力回路44,45,46,…は、セ
レクト信号に応答してセンサからの入力データを、デー
タバス43を通してメインCPU41に送る。デコーダ
48は、メインCPU41からアドレスバス47を通し
て送られてくるアドレスデータに対応する拡張入力回路
に対しセレクト信号を送る。拡張入力回路からデータを
メインCPU41に送るときに、データを送る拡張入力
回路を特定するための識別子を付与し、メインCPU4
1においてデコーダ48へのアドレスデータと拡張入力
回路から送られた識別子を比較して選択した拡張入力回
路とデータを送ってきた拡張入力回路が不一致の場合に
は異常であると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は車両の自動運転シ
ステムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】車両の自動運転システムは、通信インフ
ラと自動車搭載機器を利用して道路と車の路車間通信や
車同士で行う車車間通信を用いて車載情報処理装置によ
り道路から受け取った信号を基に車両制御用アクチュエ
ータを制御して自動運転を行うものである。このとき、
安全性を確保する目的で車載側センサを多重化するとと
もにセンサ信号を処理する車載情報処理装置を多重化す
ることが行われている。センサと情報処理装置を完全に
多重化することは全ての部品を複数用意することであ
り、これによりいずれかの部品に不具合が発生したとし
ても待避走行を行うことができフェールセーフ化を図る
ことが可能となるが、反面、部品点数が膨大になり、機
能としては満足できるが、コスト・体格の面では好まし
くないという問題点がある。また、それを避けようとす
ると、一部の部品は多重化でなくなり安全性が損なわれ
てしまう。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような背
景の下になされたものであり、その目的は、車載機器の
コストアップや大型化を避けつつ安全性を確保すること
ができる車両の自動運転システムを提供することにあ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
よれば、各処理系において一つ設けられたデコーダは、
処理装置からアドレスバスを通して送られてくるアドレ
スデータに対応する入力回路に対しセレクト信号を送
る。そして、各処理系において複数設けられた入力回路
は、セレクト信号に応答してセンサからの入力データを
データバスを通して各処理系での処理装置に送る。この
ようにして、入力回路を順に選択して多重化されたセン
サでの各センサからのデータを処理装置に取り込む。
【0005】このようにして、車載側において、多重化
されたセンサからの信号が多重化された処理系に取り込
まれ、各処理系において複数の処理装置により演算処理
が行われ、複数の処理装置での各演算結果が各処理系で
の比較装置により比較されて、不一致の場合には演算結
果が一致している処理系での演算結果に基づいて走行制
御用アクチュエータが制御されて道路に沿って車両が自
動運転される。
【0006】ここで、もしデコーダやその周辺部品が故
障し、同じ入力回路を選択し続けていたとしたら、処理
装置としては、多重化されたセンサ入力はどれも同じ値
になり全部正常と判断してしまい、多重化構成の本来の
機能を果たすことができなくなる。
【0007】本発明では、入力回路を順に選択して多重
化されたセンサでの各センサからのデータを処理装置に
取り込む際の入力回路からデータを処理装置に送るとき
に、データを送る入力回路を特定するための識別子を付
与し、処理装置においてデコーダへのアドレスデータと
入力回路から送られた識別子を比較して選択した入力回
路とデータを送ってきた入力回路が不一致の場合には異
常であると判定するようにした。
【0008】よって、デコーダやその周辺部品について
は多重化されていないが、デコーダやその周辺部品の故
障が検出できることになる。これにより、デコーダやそ
の周辺部品の故障が検出でき、不具合を回避するための
処置を行うことが可能となる。その結果、多重化してい
ない部位においてもダイアグ機能を持たせることにより
安全性を確保することができる。
【0009】このようにして、車載機器のコストアップ
や大型化を避けつつ安全性を確保することができる。ま
た、請求項2に記載のように、異常であると判定した際
には、走行制御用アクチュエータを制御するための処理
系を切り替えるようにするとよい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した実施
の形態を図面に従って説明する。図1には、本実施の形
態における車両の自動運転システムの全体構成を示す。
走行道路10にはその幅方向中央部に磁気レーンマーカ
ー11が所定の間隔をおいて多数埋設されている。磁気
レーンマーカー11からは磁気信号が発せられる。一
方、走行道路10を走行する車両20側において、磁気
ネイルセンサ21が搭載され、磁気ネイルセンサ21に
より磁気レーンマーカー11が発する磁気信号を検出す
ることができるようになっている。
【0011】また、走行道路10にはループアンテナ1
2が所定の間隔をおいて多数埋設されるとともに、この
各ループアンテナ12は路車間通信路側機13を通して
管制装置14と接続されている。一方、車両20側にお
いて、路車間通信機22が搭載され、路車間通信機22
によりループアンテナ12と路車間通信路側機13を介
して管制装置14と通信できるようになっている。
【0012】さらに、車両20側において、衝突防止レ
ーダ23や車車間通信装置24や車間距離センサ25が
搭載されている。衝突防止レーダ23は衝突対象物との
距離が所定値よりも接近した場合には車両停止信号を出
力する。また、車車間通信装置24により車車間での通
信を行うことができる。さらに、車間距離センサ25に
より車間距離が測定される。
【0013】また、車両20にはコントローラ(車両制
御ECU)26とドライバ27とアクセル用アクチュエ
ータ28とブレーキ用アクチュエータ29とステアリン
グ用アクチュエータ30が搭載されている。コントロー
ラ26は各種のセンサからの信号を取り込んで所定の演
算処理を実行し、その演算結果に基づいてドライバ27
を介してアクセル用アクチュエータ28とブレーキ用ア
クチュエータ29とステアリング用アクチュエータ30
を作動させて所望の自動運転を行わせる。また、コント
ローラ26は緊急停止する必要がある時にはドライバ2
7を介して非常ブレーキ用アクチュエータ(図示略)を
作動させるようになっている。
【0014】このように本システムは、走行道路10に
埋設された磁気レーンマーカー11を、車両に搭載され
た磁気ネイルセンサ21により検出し、コントローラ2
6によりアクセル、ブレーキ、ステアリングの各アクチ
ュエータ28,29,30を制御しながら車両20が道
路中央部を走行するよう誘導するシステムである。
【0015】図1におけるコントローラ26の詳細を、
図2に示す。図2において、コントローラ26にはメイ
ンCPU41とサブCPU42が備えられ、CPUに関
して多重化(2重化)されている。メインCPU41に
はデータバス43が接続され、このデータバス43には
拡張入力回路44,45,46,…がそれぞれ接続され
ている。本例のデータバス43は8ビットである。拡張
入力回路44,45,46,…には、それぞれ多重化さ
れたセンサが接続されている。具体的には、多重化され
たセンサA−1,A−2,A−3,…に関して、センサ
A−1が拡張入力回路44に、センサA−2が拡張入力
回路45に、センサA−3が拡張入力回路46に、それ
ぞれ接続されている。また、多重化されたセンサB−
1,B−2,B−3,…に関して、センサB−1が拡張
入力回路44に、センサB−2が拡張入力回路45に、
センサB−3が拡張入力回路46に、それぞれ接続され
ている。
【0016】また、メインCPU41にはアドレスバス
47が接続され、このアドレスバス47にはデコーダ4
8が接続されている。本例のアドレスバス47は3ビッ
トである。このデコーダ48には拡張入力回路44,4
5,46,…がそれぞれ接続されている。そして、メイ
ンCPU41から拡張入力回路44,45,46,…を
選択するためのアドレスデータがアドレスバス47に送
出されると、デコーダ48を通して選択された拡張入力
回路44,45,46,…に対してセレクト信号が送ら
れる。このセレクト信号により拡張入力回路44,4
5,46,…においてはセンサデータがデータバス43
を通してメインCPU41に送られる。この入力データ
に基づいてメインCPU41は各種の演算を実行する。
【0017】また、メインCPU41からサブCPU4
2に対し、メインCPU41で取り込んだ入力データ
(センサデータ)を送るようになっている。このデータ
に基づいてサブCPU42はメインCPU41での演算
と同じ処理を実行する。
【0018】メインCPU41とサブCPU42には比
較装置49が接続され、メインCPU41での処理デー
タ(演算結果)とサブCPU42での処理データ(演算
結果)が比較装置49に送られる。比較装置49は両デ
ータ(両演算結果)を比較して、メインCPU41での
処理データとサブCPU42での処理データが一致しな
いとCPU故障信号を出力する。
【0019】このような構成をなすコンピュータ40
が、もう一つ用意されている。つまり、コンピュータ1
系40と、これと同じ構成をなすコンピュータ2系60
を備えている。
【0020】コンピュータ1系40とコンピュータ2系
60には系選択装置70が接続されている。この系選択
装置70とコンピュータとの信号のやり取りをコンピュ
ータ1系40で説明すると、メインCPU41から系選
択装置70へは出力データが送られるとともにサブCP
U42から系選択装置70へも出力データが送られる。
そして、系選択装置70においていずれかの出力データ
を外部のドライバ27(図1参照)に送出する。本例で
は、メインCPU41とサブCPU42とを比較した場
合、メインCPU41の優先度が高く設定されており、
当初、メインCPU41からの出力データがドライバ2
7に送られる。また、メインCPU41から系選択装置
70へは自系停止信号が送られるとともにサブCPU4
2から系選択装置70へも自系停止信号が送られる。そ
して、系選択装置70において、ドライバ27に送るデ
ータとして自系停止信号が送られてきた方のCPU(異
常が発生したCPU)から正常な方のCPUに切り替え
られる。
【0021】さらに、比較装置49からのCPU故障信
号が系選択装置70に送られる。このCPU故障信号に
応答して系選択装置70はコンピュータ1系から2系に
切り替える(2系を選択する)。つまり、メインCPU
41とサブCPU42が正常時には演算後の結果を比較
データとして比較装置49に出力し、比較装置49は比
較データが一致していることを監視しており、不一致に
なったらCPU故障信号を系選択装置70に出力し、系
選択装置70は、コンピュータを1系から2系に切り替
える(2系を選択する)。
【0022】なお、コンピュータ1系40にいて説明し
たが、コンピュータ2系60も同様な構成および動作と
なる。ここまでの説明において本例の車両の自動運転シ
ステムは、車載側において、多重化されたセンサからの
信号を多重化された処理系40,60に取り込み、各処
理系40,60において複数の処理装置(メインCPU
41、サブCPU42)により演算処理を行い、複数の
処理装置(メインCPU41、サブCPU42)での各
演算結果を各処理系40,60での比較装置49により
比較して、不一致の場合には演算結果が一致している処
理系での演算結果に基づいて走行制御用アクチュエータ
28,29,30を制御して道路10に沿って車両20
を自動運転する。
【0023】ここで、本実施の形態での車両の自動運転
システムにおいては、図2に示すように、各拡張入力回
路44,45,46,…において、8本の入力ポートに
対しそのうちの3本を各拡張入力回路を特定するための
アドレス専用のポートとして用いている。つまり、入力
8ビットのうちの3ビットを各拡張入力回路を特定する
ためのアドレスとして用いている。よって、図2のデコ
ーダ48が、メインCPU41からのアドレスデータに
より選択すべき拡張入力回路44,45,46,…に対
しセレクト信号を出力すると、多重化されたセンサ信号
を入力している拡張入力回路44,45,46,…は、
デコーダ48により選択された時、データバス43にア
ドレスデータを含む入力信号と同じデータを送出し、メ
インCPU41はこのデータを取り込むことになる。
【0024】ここで、本実施形態の場合は、拡張入力回
路44,45,46,…における8ビットのうちの3ビ
ットをアドレス識別用のデータ(識別子)として利用し
ているため、8個の拡張入力回路を識別することができ
る。
【0025】次に、車両の自動運転システムの作用を、
図3を用いて説明する。図3は、メインCPU41が5
msec毎に行う処理内容を示すフローチャートであ
る。メインCPU41は、センサ入力を取り込むため
に、図3における処理を5msec毎に開始してステッ
プ100でアドレスデータとして第1の拡張入力回路4
4を選択するためのN=0をアドレスバス47に出力す
る。すると、これを受けて図2のデコーダ48が、選択
すべき拡張入力回路44に対しセレクト信号を送出す
る。これを受けた拡張入力回路44が自身の入力データ
(8ビット)をデータバス43に送出する。この時、入
力のうち3つはアドレス識別用のデータ(3ビット分の
識別子)として同時に送出される。
【0026】メインCPU41は、ステップ101で、
データバス43を通して送られてきた拡張入力回路44
からのデータを取り込む。そして、メインCPU41
は、ステップ102で、取り込んだデータにおけるアド
レス(識別子)が指定した第1の拡張入力回路44を選
択するためのアドレスデータ(N=0)であるか否か判
定する。
【0027】N=0であれば、メインCPU41は、ス
テップ103でN値を1インクリメントしてN=1とし
た後、N=7でなければステップ100に戻り、ステッ
プ100〜104を繰り返して、同様にして順次、拡張
入力回路45→46→…からそれぞれのデータを取り込
む。そして、第1〜第8の拡張入力回路からのセンサ信
号を取り込んだならば、メインCPU41は、ステップ
104からステップ105に移行して多重化したセンサ
における各センサ値が全て一致するか否か判定する。多
重化したセンサにおける各センサ値が全て一致すると、
メインCPU41は、ステップ106に移行して所定の
演算処理を実行する。また、多重化したセンサにおける
各センサ値が全て一致しないと、メインCPU41は、
ステップ107に移行して自系停止信号を出力する。こ
のようにメインCPU41は取り込んだ入力のうち、多
重化されたセンサ入力に対応するものを比較してセンサ
の異常を監視するという機能を担っている。この自系停
止信号が図2の系選択装置70に送られると、系選択装
置70において、ドライバ27に送るデータとして自系
停止信号が送られてきた方のCPUから正常な方のCP
Uに切り替えられることになる。
【0028】また、メインCPU41はこれらの入力デ
ータをサブCPU42にも受け渡し、メインおよびサブ
CPU41,42は同じ入力値で演算を行い、その結果
を図2の比較装置49に送出し、一致していればメイン
CPU41からの出力を基に全体の制御が行われること
になる。
【0029】一方、図3のステップ102において、取
り込んだデータにおけるアドレス(識別子)が指定した
拡張入力回路を選択するためのアドレス(N値)と一致
しないと、メインCPU41は、ステップ107に移行
して自系停止信号を出力する。
【0030】以上のような処理が行われることにより、
以下の効果を奏する。この効果の説明を、比較のための
図4,5を用いて行う。図4は、図2での各拡張入力回
路44,45,46,…において8本の入力ポート全て
にセンサをつないだものであり、図5は、図3でのステ
ップ102の処理を行わなかった場合のフローチャート
である。
【0031】車両の自動運転システムにおいては、自動
運転、無人走行であるが故に安全走行が第1であり、ま
た故障時には安全側に停止させること、また、冗長系に
よる一時待避のための走行機能等が重要となってくる。
そのため、追突防止のための衝突防止レーダや、車間距
離センサ、車車間通信、またループアンテナを介した路
車間通信等により、安全な走行管制システムを構築する
ことが必須である。そして、コントローラ(車両制御E
CU)において、重要故障時にも安全にかつ待避走行も
可能とするため、CPUの二重化およびCPU部の多冗
長系(本例では二冗長系)を構築としている。また、セ
ンサ入力が故障した場合の問題点として、自動運転シス
テムにおける車両制御コンピュータの入力部でのハード
構成部の故障に関し、特に、拡張した入力ポート部分
の、多重化されていない部分の故障を検知することが必
要となってくる。
【0032】図4のように、自動運転においては安全性
が最優先されるため、CPUの多重化、冗長化、センサ
入力の多重化等により、故障率を極力下げる方法がとら
れている。ここで、例えば、センサAという入力は、追
突防止用の近接センサであったり、人への衝突を避ける
ための人感知センサであったり、また非常ブレーキ用の
センサであったりする。これらのセンサにより、車両は
緊急停止する制御になっており、もしセンサが故障して
いると車両同士の追突や、人身事故を招いたりすること
になる。そのため、センサ故障はすぐに検知し修理する
ことが必須となる。
【0033】その対策として、センサの数を例えば3つ
(センサA−1、センサA−2、センサA−3)にし、
それらの入力をCPUでチェックし、センサが全部正常
であるかどうかを常に監視しており、故障を検知するこ
とができるようにしてある。3つのセンサ全部が同じ信
号であれば正常で、一つでも違えばどれかが故障してい
ると判断し、緊急停止し、この車両を待避、修理を行う
ことができる。
【0034】以上のように複数の入力により、安全性に
は十分な配慮がなされているが、車両制御コンピュータ
のすべての部分を複数にすることは、膨大な回路規模に
なり、コストも増大し、製品としての実現性に欠けてく
る。そのため、複数化するところとそうでないところが
共存する。
【0035】図4,5の場合、一つしかないデコーダ4
8が故障する可能性がある。例えば、デコーダ48が故
障して同一の拡張入力回路に対しセレクト信号を出力し
続ける状態になる。このように、図4,5の場合、デコ
ーダ48の故障検知ができず、センサ異常を検知する機
能を損なう可能性がある。
【0036】これに対し、図2,3の場合においては、
その対策が講じられており、デコーダ48の故障を検知
できる。特に安全性を重視した多重系コンピュータにお
いて、複数のCPUにより多重化構成されているにも関
わらず、周辺の多重化されていない部分が故障した時、
多重化の効果がなくなることに対し、簡単な構成により
入力拡張用のデコーダ周辺部分の故障も検知することが
できる。つまり、デコーダ48が故障して同一の拡張入
力回路に対しセレクト信号を出力し続ける状態になって
しまった場合、メインCPU41は取り込んだ拡張入力
回路からのデータの内の3ビットのアドレスデータ部分
が要求した拡張入力回路と同一であるかどうかをチェッ
クしているため、要求とは異なる拡張入力回路であるこ
とがすぐに判別でき、故障を検知することができる。こ
の場合、メインCPU41は、自系停止信号を系選択装
置70に送出し、系選択装置70はコンピュータを1系
から2系に切り替える。
【0037】以上のように、図2,3の構成とすること
により、図4,5の構成とした場合に比べデコーダ48
の故障検知ができセンサ異常を検知する機能を損なうこ
とがない。
【0038】つまり、CPUへの入力として拡張入力の
ためのデコーダ48を用いる場合、図4の構成とした場
合、機能としては、多重化されたセンサ入力を取り込ん
で、CPUがセンサ異常はないかどうかをチェックして
いるが、この場合、もしデコーダ48が故障し、同じ拡
張入力回路を選択し続けていたとしたら、CPUとして
は、多重化されたセンサ入力はどれも同じ値になり全部
正常と判断してしまい、デコーダ48の故障を検知でき
ずに多重化構成の本来の機能を果たしていないことにな
ってしまう。これに対し、拡張入力回路からデータを処
理装置(メインCPU41)に送る際に、データを送る
拡張入力回路を特定するための識別子を付与し、処理装
置(メインCPU41)においてデコーダ48へのアド
レスデータと拡張入力回路から送られた識別子を比較し
て選択した拡張入力回路とデータを送ってきた拡張入力
回路が不一致の場合には異常であると判定するようにす
ることにより、デコーダ48については多重化されてい
ないが、デコーダ48の故障が検出できることになる。
これにより、デコーダ48の故障が検出でき、不具合を
回避するための処置を行うことが可能となり、その結
果、多重化していない部位においてもダイアグ機能を持
たせることにより安全性を確保することができる。この
ようにして、車載機器のコストアップや大型化を避けつ
つ安全性を確保することができる。
【0039】なお、これまでの説明ではデコーダ故障に
ついての説明をしたが、メインCPU41のアドレス出
力から、メインCPU41のデータバス43からデータ
を取り込むまでの間におけるデータ伝達系を構成する部
品のいずれが故障しても、例えば、メインCPU41の
アドレス出力部分が故障したり拡張入力回路のセレクト
信号の入力部あるいはデータ出力部のいずれかが故障し
たりメインCPU41でのデータバス43の入力部が故
障しても、メインCPU41におけるデータバス43か
らの入力データのアドレスデータと、アドレスバス47
へ出力したアドレスデータとを比較することにより、そ
れらの故障を検知することができる。
【0040】また、本実施形態においては拡張入力回路
の入力ポートの一部をアドレスデータ入力ポートとして
ハード的に割振ったが、他にも、例えばCPU41から
拡張入力回路に対してアドレス識別用データを書込むこ
とによっても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態における車両の自動運転システムの
全体構成図。
【図2】コントローラの詳細構成図。
【図3】メインCPUが行う処理内容を示すフローチャ
ート。
【図4】比較のための車両の自動運転システムの全体構
成図。
【図5】比較のためのフローチャート。
【符号の説明】
28…アクセル用アクチュエータ、29…ブレーキ用ア
クチュエータ、30…ステアリング用アクチュエータ、
40…コンピュータ1系、41…メインCPU、42…
サブCPU、43…データバス、44,45,46…拡
張入力回路、47…アドレスバス、48…デコーダ、4
9…比較装置、60…コンピュータ2系。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野 学 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 橘 彰英 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大桑 芳宏 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 中村 英夫 千葉県船橋市習志野台7−24−1 日本大 学 理工学部 電子工学科 Fターム(参考) 3D044 AA01 AA29 AA31 AA33 AA50 AB01 AC37 AD01 AD21 AE03 3G093 AA01 BA10 BA11 BA23 BA24 BA27 CB10 DB16 DB18 5H180 AA27 BB04 CC19 LL01 LL09 5H301 AA01 EE06 KK19 LL08 MM05

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車載側において、多重化されたセンサか
    らの信号を多重化された処理系に取り込み、各処理系に
    おいて複数の処理装置により演算処理を行い、前記複数
    の処理装置での各演算結果を各処理系での比較装置によ
    り比較して、不一致の場合には演算結果が一致している
    処理系での演算結果に基づいて走行制御用アクチュエー
    タを制御して道路に沿って車両を自動運転するようにし
    た車両の自動運転システムであって、 各処理系において複数設けられ、各々が前記多重化され
    たセンサの各々に対応するように接続され、セレクト信
    号に応答してセンサからの入力データをデータバスを通
    して各処理系での処理装置に送る入力回路と、 各処理系において一つ設けられ、各処理系での前記各入
    力回路と接続され、処理装置からアドレスバスを通して
    送られてくるアドレスデータに対応する入力回路に対し
    セレクト信号を送るデコーダと、を備え、 前記入力回路を順に選択して多重化されたセンサでの各
    センサからのデータを処理装置に取り込む際の入力回路
    からデータを処理装置に送るときに、データを送る入力
    回路を特定するための識別子を付与し、処理装置におい
    てデコーダへのアドレスデータと入力回路から送られた
    識別子を比較して選択した入力回路とデータを送ってき
    た入力回路が不一致の場合には異常であると判定するよ
    うにしたことを特徴とする車両の自動運転システム。
  2. 【請求項2】 異常であると判定した際には、走行制御
    用アクチュエータを制御するための処理系を切り替える
    ようにしたことを特徴とする車両の自動運転システム。
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