JP2016133985A - 自動運転装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】自動運転と手動運転との切り替えにおけるドライバーの利便性を向上させた自動運転装置を提供する。【解決手段】自動運転装置１が検出することができない障害物２１０をドライバーが発見し、当該障害物２１０を回避する等のために、ドライバーにより手動運転切替閾値Ｍｔｈを超え、且つ操作時間閾値Ｔｔｈ以下の運転操作が行われた場合は、自動運転装置１の制御部２１により自動運転から手動運転に切り替えられ、ドライバーの自動運転切替操作が無くとも、再度、制御部２１により手動運転から自動運転に切り替えられる。このため、自動運転と手動運転との切り替えにおけるドライバーの利便性を向上させることができる。【選択図】図２

Description

本発明の一側面は、自動運転装置に関する。
特許文献１には、ドライバーによる手動運転と車載コンピュータによる自動運転とを切替可能な自動運転装置が記載されている。この自動運転装置では、自動運転中において、ドライバーがステアリングホイールを操作したことがステアリングホイールのタッチセンサにより検出されたときは、自動運転から手動運転に切り替えられる。また、手動運転中において、ドライバーがステアリングホイールから手を放したことがステアリングホイールに備えられたタッチセンサにより検出されたときは、手動運転から自動運転に切り替えられる。
米国特許第８６７０８９１号明細書
ところで、上記特許文献１の自動運転装置においては、例えば、自動運転装置が検出することができない障害物をドライバーが発見し、ドライバーによりステアリング操作が行われた場合は自動運転から手動運転へと切り替えられる。障害物等を回避した後は、通常、ドライバーは自動運転への復帰を望むことが考えられる。しかしながら、上記特許文献１の自動運転装置においては、ドライバーがステアリングホイールから手を放す等の自動運転切替操作を行わない限り、手動運転から自動運転には切り替わらず、手動運転が継続される。そのため、ドライバーの利便性の向上が望まれている。
そこで本発明は、自動運転と手動運転との切り替えにおけるドライバーの利便性を向上させた自動運転装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、車両の手動運転と自動運転との切り替えを制御する制御部と、車両のドライバーの運転操作を検出する検出部とを備え、制御部は、自動運転中に、運転操作の運転操作値が手動運転切替閾値以下のときは、自動運転を続行し、自動運転中に、運転操作値が手動運転切替閾値を超えているときは、自動運転から手動運転へと切り替え、運転操作値が手動運転切替閾値を超えたことにより自動運転から手動運転へと切り替えられた場合に、運転操作値が計時開始閾値を超えてから運転操作値が自動運転切替閾値以下となるまでの運転操作の操作時間が操作時間閾値以下であるときは、手動運転から自動運転に切り替える自動運転装置である。
この構成によれば、例えば、自動運転装置が検出することができない障害物をドライバーが発見し、当該障害物を回避する等のために、ドライバーにより手動運転切替閾値を超えており且つ操作時間閾値以下の運転操作が行われた場合は、制御部により自動運転から手動運転に切り替えられ、ドライバーの自動運転切替操作が無くとも、再度、制御部により手動運転から自動運転に切り替えられる。このため、自動運転と手動運転との切り替えにおけるドライバーの利便性を向上させることができる。
この場合、自動運転切替閾値は手動運転切替閾値よりも小さい値に設定されていてもよい。
この構成によれば、自動運転切替閾値が手動運転切替閾値以上の値に設定されている場合に比べて、自動運転と手動運転とが頻繁に切り替えられることを抑制することができる。
本発明の一側面によれば、自動運転と手動運転との切り替えにおけるドライバーの利便性を向上させることができる。
実施形態の自動運転装置を示すブロック図である。 図１の自動運転装置の動作を示すフローチャートである。 図１の自動運転装置が動作する状況を示す平面図である。 自動運転が続行される場合の運転操作値の変化を示すグラフである。 運転操作値が手動運転切替閾値を超えたことにより自動運転から手動運転へと切り替えられた場合の運転操作値の変化を示すグラフである。 運転操作値が手動運転切替閾値を超えたことにより自動運転から手動運転へと切り替えられた場合に、操作時間が操作時間閾値以下であるために手動運転から自動運転へと切り替えられた場合の運転操作値の変化を示すグラフである。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る自動運転装置について説明する。図１に示す自動運転装置１は、例えば、乗用車等の車両に搭載されており、当該車両の走行を制御する。自動運転装置１は、車両の運転状態を自動運転と手動運転とに切り換える。自動運転とは、例えば、ドライバーが主体的に運転操作をすることなく、車両の走行する道路に沿って自動で車両を走行させる運転状態である。自動運転には、例えば、ドライバーが主体的に運転操作をすることなく、予め設定された目的地に向かって自動で車両を走行させる運転状態が含まれる。
自動運転には、例えば、車線維持支援制御が含まれる。車線維持支援制御とは、車両が走行車線から逸脱しないように自動で車両の操舵を行う制御である。車線維持支援制御では、例えば、ドライバーが車両のステアリングホイールに対して運転操作を行わない場合であっても、走行車線に沿って自動で車両の操舵が行なわれる。自動運転には、航行制御が含まれる。航行制御とは、例えば、車両の前方に先行車が存在しない場合は予め設定された設定速度で車両を定速走行させる定速制御を行い、車両の前方に先行車が存在する場合には先行車との車間距離に応じて車両の車速を調整する追従制御を行う制御である。
手動運転とは、例えば、ドライバーの運転操作を主体として車両を走行させる運転状態である。手動運転には、例えば、ドライバーの運転操作のみに基づいて車両を走行させる運転状態が含まれる。また、手動運転には、ドライバーの運転操作を主体としながら、ドライバーの運転操作を支援する運転操作支援制御が行なわれる運転状態も含まれる。手動運転時に運転操作支援制御が行われる場合とは、例えば、ドライバーが車両の操舵、アクセル操作及びブレーキ操作のいずれかを主体的に行い、自動運転装置１がドライバーによる主体的な運転操作が行われなかった操舵制御、エンジン制御及びブレーキ制御のいずれかを行う態様が含まれる。
図１に示すように、自動運転装置１は、カメラ１１、レーダ１２、車速センサ１３、ヨーレートセンサ１４、ナビゲーションシステム１５、舵角センサ１６、操舵トルクセンサ１７、アクセルペダルセンサ１８、ブレーキペダルセンサ１９、ＥＣＵ２０、操舵制御部３１、エンジン制御部３２及びブレーキ制御部３３を備える。
カメラ１１は、車両前方を撮像する撮像装置である。カメラ１１は、例えば、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラを適用することができる。カメラ１１は、車両が走行する車線を区画する２本の車線境界線を認識するために、自車両が走行する道路を撮像することにより、車両の進行方向の撮像画像を取得する。カメラ１１からの出力はＥＣＵ２０に入力されており、カメラ１１による撮像画像はＥＣＵ２０により取得される。
レーダ１２は、例えば、車両の車体前端に設けられ、ミリ波を利用して車両の前方の先行車等の障害物の位置及び相対速度を検出する。レーダ１２は、車両が走行する道路の形状を認識するためにも用いられる。レーダ１２は、例えば、ミリ波を自車両の前方に送信し、先行車等の障害物に反射したミリ波を受信することで障害物を検出する。レーダ１２は、検出した障害物に関する情報をＥＣＵ２０へ送信する。なお、レーダ１２に代えて、ＬＩＤＡＲ［Laser Imaging Detection and Ranging］等を用いてもよい。
車速センサ１３は、車両の車輪の回転速度をパルス信号として検出することにより、車両の進行方向への速度を測定するためのセンサである。車速センサ１３からの出力はＥＣＵ２０に入力され、車速センサ１３により検出されたパルス信号はＥＣＵ２０により取得される。
ヨーレートセンサ１４は、車両の重心の鉛直軸周りのヨーレート（回転角速度）を検出するためのセンサである。ヨーレートセンサ１４としては、例えばジャイロセンサを用いることができる。ヨーレートセンサ１４は、検出した車両のヨーレートに応じた信号をＥＣＵ２０へ出力する。
ナビゲーションシステム１５は、車両が走行する道路の形状を取得するために用いられる。ナビゲーションシステム１５は、ＧＰＳ（Global Positioning System）、加速度センサ、ジャイロセンサ及び地図情報が蓄積されたデータベースから構成される。ナビゲーションシステム１５は、ＧＰＳ、加速度センサ、ジャイロセンサ及び車速センサ１３から得られた情報により車両の位置を測位する。ナビゲーションシステム１５は、地図情報及び車両の位置から車両が走行する車線の曲率に関する情報を取得する。
舵角センサ１６は、車両の舵角を検出するためのセンサである。舵角センサ１６は、例えばステアリングシャフトに取付けられ、舵角の左右の向き、中立位置及び舵角に応じた信号をＥＣＵ２０へ出力する。舵角センサ１６は、例えば発光ダイオード、フォトトランジスタ、ステアリングシャフトに取付けられたスリット板等から構成されている。発光ダイオードとフォトトランジスタはスリット板を間に挟んで対向している。ステアリングシャフトと共に回転するスリット板が、発光ダイオードからの光を透過及び遮光し、フォトトランジスタがオン・オフすることにより、舵角に応じた信号が出力される。舵角センサ１６は、操舵制御部３１の内部に内蔵されていてもよい。
操舵トルクセンサ１７は、例えば、車両のステアリングシャフトに対して設けられ、車両のドライバーがステアリングホイールに与える操舵トルクを検出する。操舵トルクセンサ１７は、検出した操舵トルクに関する情報をＥＣＵ２０へ送信する。
アクセルペダルセンサ１８は、例えば、車両のアクセルペダルのシャフト部分に対して設けられ、アクセルペダルの踏込み量（アクセルペダルの位置）を検出する。アクセルペダルセンサ１８は、アクセルペダルの操作力（アクセルペダルに対する踏力等）をけんしゅつしてもよい。アクセルペダルセンサ１８は、検出したアクセルペダルの踏込み量や操作力に応じた信号をＥＣＵ２０へ出力する。
ブレーキペダルセンサ１９は、例えば、ブレーキペダルの部分に対して設けられ、ブレーキペダルの踏込み量（ブレーキペダルの位置）を検出する。ブレーキペダルセンサ１９は、ブレーキペダルの操作力（ブレーキペダルに対する踏力やマスタシリンダの圧力等）を検出してもよい。ブレーキペダルセンサ１９は、検出したブレーキペダルの踏込み量や操作力に応じた信号をＥＣＵ２０へ出力する。
ＥＣＵ（electronic control unit）２０は、自動運転装置１を制御するコンピュータである。ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ及び入出力インターフェイス等を備える。ＥＣＵ２０は、制御部２１及び検出部２２を備える。ＥＣＵ２０のハードウェアが予め定められたプログラムに従って動作することにより、ＥＣＵ２０のハードウェアが制御部２１及び検出部２２として機能する。ＥＣＵ２０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。
制御部２１は、後述するように、車両の手動運転と自動運転との切り替えを制御する。また、制御部２１は、自動運転時に、カメラ１１、レーダ１２、車速センサ１３、ヨーレートセンサ１４、ナビゲーションシステム１５及び舵角センサ１６から得られた情報に基づいて、上述した車線維持支援制御及び航行制御等の自動運転の制御を行う。
検出部２２は、車両のドライバーの運転操作を検出する。検出部２２は、ドライバーの運転操作を運転操作値として検出する。本実施形態では、ドライバーの運転操作とは、例えば、ドライバーによるステアリングホイール、アクセルペダル及びブレーキペダルへの操作を意味する。ドライバーの運転操作には、トランスミッションのシフトレバーへの操作が含まれる。
運転操作値とは、例えば、舵角センサ１６により検出された車両の舵角、舵角センサ１６の検出値に基づいて算出される単位時間当りの舵角の変化量（操舵速度）、操舵トルクセンサ１７により検出された操舵トルク、ステアリングホイールの回転速度、アクセルペダルセンサ１８により検出されたアクセルペダルの踏込み量、アクセルペダルセンサ１８の検出値に基づいて算出される単位時間当りのアクセルペダルの踏込み量の変化量（アクセルペダルの踏込み速度）、アクセルペダルの操作力、ブレーキペダルセンサ１９により検出されたブレーキペダルの踏込み量、ブレーキペダルセンサ１９の検出値に基づいて算出される単位時間当りのブレーキペダルの踏込み量の変化量（ブレーキペダルの踏込み速度）及びブレーキペダルの操作力を意味する。
操舵制御部３１は、例えば、車両の電動パワーステアリングシステム［ＥＰＳ：Electric Power Steering］を制御する電子ユニットである。操舵制御部３１は、電動パワーステアリングシステムのうち、車両の操舵トルクをコントロールするアシストモータを駆動させることにより、車両の操舵角を制御する。操舵制御部３１は、ＥＣＵ２０の制御部２１からの制御信号に応じて操舵角を制御する。
エンジン制御部３２は、車両のエンジンを制御する電子制御ユニットである。エンジン制御部３２は、例えば、エンジンに対する燃料の供給量及び空気の供給量をコントロールすることで車両の駆動力を制御する。なお、エンジン制御部３２は、車両がハイブリッド車又は電気自動車である場合には、動力源として駆動するモータの制御を行うモータ制御部として機能する。エンジン制御部３２は、ＥＣＵ２０からの制御信号に応じて車両の駆動力を制御する。
ブレーキ制御部３３は、車両のブレーキシステムを制御する電子制御ユニットである。ブレーキシステムとしては、例えば、液圧ブレーキシステムを用いることができる。ブレーキ制御部３３は、液圧ブレーキシステムに付与する液圧を調整することで、車両の車輪へ付与する制動力をコントロールする。ブレーキ制御部３３は、ＥＣＵ２０からの制御信号に応じて車輪への制動力を制御する。なお、ブレーキ制御部３３は、車両が回生ブレーキシステムを備えている場合、液圧ブレーキシステム及び回生ブレーキシステムの両方を制御してもよい。
以下、本実施形態の自動運転装置１の動作について説明する。以下に説明する状況では、自動運転装置１により、上述した車線維持支援制御及び航行制御を含む自動運転が行われている状況を想定する。自動運転中に自動運転装置１の検出部２２は、車両のドライバーの運転操作を検出する。図２に示すように、自動運転装置１の制御部２１は、車両のドライバーの運転操作の運転操作値が手動運転切替閾値を超えているか否かを判定する（Ｓ１１）。
手動運転切替閾値とは、運転操作値の大きさに応じて自動運転から手動運転へと切り替えるための運転操作値の閾値である。手動運転切替閾値は、運転操作値である車両の舵角、操舵速度、操舵トルク、ステアリングホイールの回転速度、アクセルペダルの踏込み量、アクセルペダルの踏込み速度、アクセルペダルの操作力、ブレーキペダルの踏込み量、ブレーキペダルの踏込み速度及びブレーキペダルの操作力に対して設定される。手動運転切替閾値は、固定値であってもよく、車両の走行状況に応じて変動する値であってもよい。手動運転切替閾値は、例えば、運転操作値である操舵トルクに対して、０．５〜１．０Ｎ・ｍの値を設定することができる。あるいは、車両の走行状況によっては、手動運転切替閾値を０に設定することもできる。
例えば、図３に示すように、車両１００が道路２００を自動運転で走行している状況を想定する。図３において、車両１００が障害物２１０の近傍に到達する前の自動運転期間ＰＡに係る走行区間では、自動運転中にドライバーによる運転操作が行われない。また、図４に示すように、自動運転中にドライバーがステアリングホイール、アクセルペダル又はブレーキペダルに触れたとしても、ドライバーは車両１００の挙動を制御する意思が無いため、当該運転操作値は手動運転切替閾値Ｍｔｈ以下となる。このように運転操作値が手動運転切替閾値Ｍｔｈ以下であるときは（Ｓ１１）、制御部２１は自動運転を続行する（Ｓ１２）。
次に、車両１００が障害物２１０の近傍に到達した状況を想定する。障害物２１０には、例えば、道路２００に溜まった水溜りや、道路２００に突然飛び出した小動物のように自動運転装置１が検出することが難しい障害物を想定する。この場合、図５又は図６に示すように、自動運転中にドライバーによって障害物２１０を回避するための運転操作が行われる。運転操作値が手動運転切替閾値Ｍｔｈを超えたときに（Ｓ１１）、制御部２１は自動運転から手動運転へと切り替える（Ｓ１３）。図３、図５及び図６に示す手動運転期間ＰＭに係る走行区間では、ドライバーの運転操作による手動運転が行われる。
運転操作値が手動運転切替閾値Ｍｔｈを超えたことにより自動運転から手動運転へと切り替えられた場合は、制御部２１は、運転操作値が計時開始閾値を超えてから運転操作値が自動運転切替閾値以下となるまでの運転操作の操作時間が操作時間閾値以下であるか否かを判定する（Ｓ１４）。図５及び図６に示すように、操作時間ＴＯＰとは、運転操作値が計時開始閾値Ｓｔｈ以上となってから運転操作値が自動運転切替閾値Ａｔｈ以下となるまでの時間である。
計時開始閾値Ｓｔｈとは、運転操作値の大きさに応じて操作時間ＴＯＰの起点を決定するための運転操作値の閾値である。計時開始閾値Ｓｔｈは、手動運転切替閾値Ｍｔｈと同様に、運転操作値である車両の舵角、操舵トルク等に対して設定される。計時開始閾値Ｓｔｈは、固定値であってもよく、車両１００の走行状況に応じて変動する値であってもよい。図５及び６に示すように、本実施形態では、計時開始閾値Ｓｔｈは手動運転切替閾値Ｍｔｈと同じ値に設定されているが、計時開始閾値Ｓｔｈは手動運転切替閾値Ｍｔｈよりも大きい値であっても小さい値であってもよい。あるいは、車両１００の走行状況によっては、計時開始閾値Ｓｔｈを０に設定することもできる。
自動運転切替閾値Ａｔｈとは、運転操作値が手動運転切替閾値Ｍｔｈを超えたことにより自動運転から手動運転へと切り替えられた場合において、運転操作値の大きさに応じて手動運転から自動運転へと切り替えるための運転操作値の閾値である。また、自動運転切替閾値Ａｔｈは、運転操作値の大きさに応じて操作時間ＴＯＰの終点を決定するための運転操作値の閾値でもある。自動運転切替閾値Ａｔｈは、手動運転切替閾値Ｍｔｈと同様に、運転操作値である車両の舵角、操舵トルク等に対して設定される。自動運転切替閾値Ａｔｈは、固定値であってもよく、車両１００の走行状況に応じて変動する値であってもよい。
図５及び６に示すように、本実施形態では、自動運転と手動運転とが過度に頻繁に切り替わることを抑制するために、自動運転切替閾値Ａｔｈは、手動運転切替閾値Ｍｔｈよりも小さい値に設定されている。しかし、車両１００の走行状況によっては、自動運転切替閾値Ａｔｈは、手動運転切替閾値Ｍｔｈと同じ値や、手動運転切替閾値Ｍｔｈよりも大きい値に設定されてもよい。あるいは、車両１００の走行状況によっては、自動運転切替閾値Ａｔｈを０に設定することもできる。
図５及び図６に示す操作時間閾値Ｔｔｈは、運転操作値が手動運転切替閾値Ｍｔｈを超えたことにより自動運転から手動運転へと切り替えられた場合において、操作時間ＴＯＰの長さに応じて手動運転から自動運転へと切り替えるための操作時間ＴＯＰの閾値である。操作時間閾値Ｔｔｈは、固定値であってもよく、車両１００の走行状況に応じて変動する値であってもよい。操作時間閾値Ｔｔｈは、例えば、０．５〜２．０秒、あるいは０．８〜１．５秒程度の時間に設定することができる。
図５に示すように、操作時間ＴＯＰが操作時間閾値Ｔｔｈを超えているときは、障害物２１０を回避した後も、ドライバーは手動運転を続行する意思があることが考えられる。そのため、操作時間ＴＯＰが操作時間閾値Ｔｔｈを超えているときは（Ｓ１４）、制御部２１は手動運転を続行する（Ｓ１５）。
一方、図６に示すように、操作時間ＴＯＰが操作時間閾値Ｔｔｈ以下であるときは、障害物２１０を回避した後に、ドライバーは自動運転への復帰を望むことが考えられる。そのため、操作時間ＴＯＰが操作時間閾値Ｔｔｈ以下であるときは（Ｓ１４）、制御部２１は手動運転から自動運転に切り替える（Ｓ１６）。図３及び図６に示す手動運転期間ＰＭ後の自動運転期間ＰＡに係る走行区間では、制御部２１により、車線維持支援制御及び航行制御を含む自動運転が再び行われる。
本実施形態では、例えば、自動運転装置１が検出することができない障害物２１０をドライバーが発見し、当該障害物２１０を回避する等のために、ドライバーにより手動運転切替閾値Ｍｔｈを超え、且つ操作時間閾値Ｔｔｈ以下の運転操作が行われた場合は、制御部２１により自動運転から手動運転に切り替えられ、ドライバーの自動運転切替操作が無くとも、再度、制御部２１により手動運転から自動運転に切り替えられる。このため、自動運転と手動運転との切り替えにおけるドライバーの利便性を向上させることができる。
また、本実施形態では、自動運転切替閾値Ａｔｈは手動運転切替閾値Ｍｔｈよりも小さい値に設定されているため、自動運転切替閾値Ａｔｈが手動運転切替閾値Ｍｔｈ以上の値に設定されている場合に比べて、自動運転と手動運転とが頻繁に切り替えられることを抑制することができる。
尚、本発明の実施形態の自動運転装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１…自動運転装置、１１…カメラ、１２…レーダ、１３…車速センサ、１４…ヨーレートセンサ、１５…ナビゲーションシステム、１６…舵角センサ、１７…操舵トルクセンサ、１８…アクセルペダルセンサ、１９…ブレーキペダルセンサ、２０…ＥＣＵ、２１…制御部、２２…検出部、３１…操舵制御部、３２…エンジン制御部、３３…ブレーキ制御部、１００…車両、２００…道路、２１０…障害物、ＰＡ…自動運転期間、ＰＭ…手動運転期間、Ｍｔｈ…手動運転切替閾値、Ａｔｈ…自動運転切替閾値、Ｓｔｈ…計時開始閾値、ＴＯＰ…操作時間、Ｔｔｈ…操作時間閾値。

Claims (2)

  1. 車両の手動運転と自動運転との切り替えを制御する制御部と、
    前記車両のドライバーの運転操作を検出する検出部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記自動運転中に、前記運転操作の運転操作値が手動運転切替閾値以下のときは、前記自動運転を続行し、
    前記自動運転中に、前記運転操作値が前記手動運転切替閾値を超えたときは、前記自動運転から前記手動運転へと切り替え、
    前記運転操作値が前記手動運転切替閾値を超えたことにより前記自動運転から前記手動運転へと切り替えられた場合に、前記運転操作値が計時開始閾値を超えてから前記運転操作値が自動運転切替閾値以下となるまでの前記運転操作の操作時間が操作時間閾値以下であるときは、前記手動運転から前記自動運転に切り替える、自動運転装置。
  2. 前記自動運転切替閾値は前記手動運転切替閾値よりも小さい値に設定されている、請求項１に記載の自動運転装置。
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