JP2016222150A

JP2016222150A - 車両の制御装置

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Publication number: JP2016222150A
Application number: JP2015111536A
Authority: JP
Inventors: 桑原　清二; Seiji Kuwabara; 清二桑原; 星屋　一美; Kazumi Hoshiya; 一美星屋; 浅原　則己; Noriki Asahara; 則己浅原; 伊藤　良雄; Yoshio Ito; 良雄伊藤; 隆人遠藤; Takahito Endo; 直志藤吉; Naoshi Fujiyoshi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2035-06-01
Also published as: JP6330731B2; US20160347314A1; US9896109B2

Abstract

【課題】自動運転モードが選択されている時にエンジン音を小さくすることができる車両の制御装置を提供する。【解決手段】エンジンと、前記エンジンに連結された変速機とを備えた車両の運転モードを、運転者による加減速操作を含む運転操作に基づいて駆動力や制動力を制御する手動運転モードと、前記運転者による前記運転操作によらずに駆動力や制動力を制御する自動運転モードとを切り替え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、前記変速機を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記変速機の変速比を低下させるアップシフト点を、前記自動運転モードが選択されている場合は、前記手動運転モードが選択されている場合よりも低車速側に設定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、運転者がアクセル操作やブレーキ操作を行うことなく、駆動力や制動力を制御する自動運転を行う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り、特に、上記自動運転と、運転者によるアクセル操作やブレーキ操作に基づいて駆動力や制動力を制御する手動運転とを切り替え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、運転者によるアクセル操作やブレーキ操作に基づいて駆動力や制動力を制御する手動運転モードと、運転者がアクセル操作やブレーキ操作を行うことなく、駆動力や制動力を制御する自動運転モードとを、運転者によるスイッチ操作に応じて切り替えるように構成された車両の制御装置が記載されている。

国際公開第２０１１／１５８３４７号

運転者が操作することなく駆動力や制動力の制御を行う自動運転モードと、運転者の操作に起因して駆動力や制動力の制御を行う手動運転モードとを切り替えることができるように構成された車両では、自動運転モードが選択されている時には、手動運転モードが選択されている時よりも、エンジン音の大きさに対する寛容度が低い。これは、運転者の意図とは関係なくエンジン回転数が定まり、そのエンジン回転数に応じた大きさのエンジン音が生じるためである。したがって、自動運転モードが選択されている時に、エンジン音を小さくするための技術的な改善の余地がある。

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、自動運転モードが選択されている時にエンジン音を小さく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、エンジンと、前記エンジンに連結された変速機とを備えた車両の運転モードを、運転者による加減速操作を含む運転操作に基づいて駆動力や制動力を制御する手動運転モードと、前記運転者による前記運転操作によらずに駆動力や制動力を制御する自動運転モードとを切り替え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、前記変速機を制御するコントローラを備え、前記コントローラは、前記変速機の変速比を低下させるアップシフト点を、前記自動運転モードが選択されている場合は、前記手動運転モードが選択されている場合よりも低車速側に設定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。

この発明では、前記コントローラは、前記自動運転モードが選択されている場合に、予め定められた所定時間後までの間の要求駆動力を定め、前記所定時間後までにおける要求駆動力のうちの最大値に基づいて前記変速機の変速比を定めるように構成してもよい。

この発明では、前記変速機は、変速比をステップ的に変化させるように構成された有段式変速機であり、前記コントローラは、前記自動運転モードが選択されている際に設定される発進時の変速段を、前記手動運転モードが選択されている際に設定される発進時の変速段よりも、変速比が小さい変速段にするように構成してもよい。

この発明によれば、変速機の変速比を低下させるアップシフト点が、自動運転モードが選択されている場合は、手動運転モードが選択されている場合よりも低車速側に設定されている。したがって、自動運転モードが選択されている場合には、比較的小さい変速比が設定されるので、エンジン回転数を低下させることができ、その結果、エンジン音を小さくすることができる。

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。ＥＣＵに記憶された変速線図の一例であり、（ａ）は自動運転モード用に設けられた変速線図であり、（ｂ）は手動運転モード用に設けられた変速線図である。定常走行時に選択される変速段を説明するためのタイムチャートである。発進時における変速段を選択する制御例を説明するためのフローチャートである。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５に模式的に示している。図５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。また、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。この変速機２は、変速比をステップ的に変化させるように構成された有段式変速機である。なお、変速機２は、変速比を連続的に変化させることができる無段式変速機であってもよい。

また、この車両Ｖｅは、運転者による加減速操作を含む運転操作に応じて駆動力や制動力あるいは舵角を制御する手動運転モードと、運転者による運転操作によらずに駆動力や制動力あるいは舵角を制御する自動運転モードとを選択することができるように構成されている。そのような運転モードに応じてエンジン１や変速機２などの動作を制御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。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５では１つのＥＣＵ９が設けら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アクセルセンサ、ブレーキペダルの踏み込み量を検出するブレーキセンサ、ステアリング機構の舵角を検出する舵角センサ、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数センサ、変速機２の出力軸回転数を検出するアウトプット回転数センサ、図示しない車輪の回転数を検出して車速を求める車速センサ、車両Ｖｅの前後加速度を検出する前後加速度センサ、車両Ｖｅの横加速度を検出する横加速度センサ、車両Ｖｅのヨーレートを検出するヨーレートセンサなどが設けられている。

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が設けられている。さらに、センサ・車載装置類１０には、上述した運転モードを運転者が選択するために操作するスイッチが設けられている。

上記車載カメラは、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および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、ブレーキ、変速機２、操舵装置等の車両各部のアクチュエータに対して、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制動装置を作動させ、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、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。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。また、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できるように進路を生成する。

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、少なくとも、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、予め設定された目標ルートに沿った走行計画が生成される。

走行計画は、車両Ｖｅの将来の要求駆動力を含む車両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、駆動力や制動力あるいは舵角を定め、その定められた駆動力や制動力あるいは舵角に応じて、スロットルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、変速機２、および操舵アクチュエータ等に対して信号を出力するように構成されている。それによって、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など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し、または変速機２を制御するように構成されている。

ここで、上記変速機２として有段式変速機を用いた場合における変速制御の一例について説明する。図１は、その制御例を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートは所定時間毎に繰り返し実行される。この制御例では、まず、自動運転モードが選択されているか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１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。

手動運転モードが選択されており、ステップＳ１で否定的に判断された場合は、ＥＣＵ９に予め記憶されている第１変速線図を選択して（ステップＳ２）、このルーチンを一旦終了する。この第１変速線図の一例を図２（ｂ）に示している。ここに示す第１変速線図は、従来知られている車両の制御装置に設けられた変速線図と同様に、車速と要求駆動力とをパラメータとして変速段（変速比）を設定するように構成されている。なお、図２（ｂ）に示す例では、要求駆動力としてスロットル開度をパラメータとしている。

一方、自動運転モードが選択されており、ステップＳ１で肯定的に判断された場合は、ＥＣＵ９に予め記憶されている第２変速線図を選択して（ステップＳ３）、このルーチンを一旦終了する。この第２変速線図の一例を図２（ａ）に示している。なお、変速比が小さい変速段に切り替えるためのアップシフト線を実線で示し、変速比が大きい変速段に切り替えるためのダウンシフト線を破線で示し、手動運転モードが選択されている際におけるアップシフト線およびダウンシフト線を一点鎖線で示している。

この図２（ａ）に示す第２変速線図は、自動運転モード用に予め定められたものであって、車速と要求駆動力とをパラメータとして変速段（変速比）を設定するように構成されている。なお、要求駆動力に代えてスロットル開度やアクセル開度をパラメータとして使用してもよい。また、第２変速線図は、第１変速線図よりも低車速でアップシフトし、また要求駆動力が高いうちにアップシフトするように定められている。なお、図２（ａ）に示す例では、更に第１変速線図よりも低車速でダウンシフトし、また要求駆動力が高くなった時にダウンシフトするように構成されている。すなわち、自動運転モードが選択されている時には、手動運転モードが選択されている時よりも変速比が小さい変速段が選択されやすく構成されている。これは、上述したように自動運転モードは、予め生成された進路を走行する際に要求される駆動力を出力することができればよく、手動運転モードのように運転者の操作の変化に起因して要求駆動力が急激に変化することなどを考慮する必要性、言い換えると、出力することができる駆動力に余裕も持たせる必要性が、比較的低いためである。なお、上記各変速線図は、予め実験者シミュレーションあるいは演算などにより、アップシフトを行う運転点（走行状態）とダウンシフトを行う運転点（走行状態）とを定め、それらの各運転点を結んだ線であり、上記第２変速線図においてアップシフトを行うように定められたアップシフト線上の各運転点が、この発明における「アップシフト点」に相当する。

上述したように自動運転モードが選択されている時に、手動運転モードが選択されている時よりも変速比が小さい変速段を選択しやすくなるように構成することにより、同一の車速でのエンジン回転数を、自動運転モードが選択されている時の方が低回転数とすることができる。そのため、エンジン回転数に起因したエンジン音を低減することができるとともに、燃費の悪化を抑制することができる。

図３は、自動運転モードが選択されている時に設定される変速段と、手動運転モードが選択されている時に設定される変速段との違いを説明するためのタイムチャートである。なお、図３には、定常走行時であって要求される駆動力を一定として示している。また、図３に示す例では、前進第６速段を設定している時に出力可能な駆動力よりも、要求駆動力が小さい時の例を示しており、前進第６速段を設定している時に出力可能な駆動力を、第１線Ｌ１で示し、前進第６速段を設定している時に出力可能な駆動力を、第２線Ｌ２で示している。

図３に示すように前進第６速段を設定している時に出力可能な駆動力は、前進第５速段を設定している時に出力可能な駆動力よりも、その変速比の差に基づいた分、小さくなる。また、前進第６速段と要求駆動力との差は比較的小さく、かつ運転者がアクセル操作量を増大させた時に、前進第５速段に変速しなければその変化後における要求駆動力を出力することができないものとする。

このような場合には、手動運転モードでは、運転者がアクセル操作量を増大させた時の応答性を考慮して、出力可能な駆動力に余裕を持たせるために前進第５速段が選択されるように第２変速線図が構成されている。一方、自動運転モードでは、上記のような運転者によるアクセル操作が行われないので、手動運転モードが選択されている時のように出力可能な駆動力に余裕を持たせる必要性が低い。そのため、自動運転モードでは、前進第６速段が選択されるように第１変速線図が構成されている。なお、前進第６速段を選択することによる駆動力の低下分を、エンジン１の出力トルクを増大させる。

さらに、上述したように自動運転モードでは、生成された進路に応じて駆動力が制御されるので、所定時間後までに要求される駆動力を事前に予測することができる。そのため、変速段を選択する際には、所定時間後までに要求される駆動力の最大値に基づいて変速段を選択するように構成してもよい。そのように変速段を選択することにより、変速段が頻繁に変化させられることを抑制することができる。その結果、変速段が変化させられることによりショックが生じることや、エンジン回転数の変化に伴うエンジン音の変化が生じることを抑制することができる。

また、この車両Ｖｅの制御装置は、発進時におけるエンジン回転数を低下させるために、発進に要する駆動力が比較的小さい時には、変速比が最も大きい前進第１変速段よりも変速比が小さい変速段を設定するように構成してもよい。その制御の一例を図４に示している。なお、図４に示すフローチャートは、停車時に所定時間毎に繰り返し実行される。図４に示す例では、まず、自動運転モードが選択されているか否かが判断される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１は、図１におけるステップＳ１と同様に、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。

手動運転モードが選択されており、ステップＳ１１で否定的に判断された場合は、発進時に設定する変速段を、変速比が最も大きい前進第１速段として（ステップＳ１２）、このルーチンを一旦終了する。これは、発進時に運転者が大きな駆動力を要求した場合における加速応答性が低下することを抑制するためである。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Ｓ１１で肯定的に判断された場合には、目標駆動力が予め定められた閾値α以下であるか否かが判断される（ステップＳ１３）。この目標駆動力とは、現在停車している路面の勾配角度や、上記生成された進路に基づいて定められた駆動力である。したがって、路面の勾配角度が大きい場合や、比較的大きな加速度で発進することが要求されている場合などには、目標駆動力が大きくなる。また、上記閾値αは、前進第１速段よりも変速比が小さい前進第２速段を設定した場合に、出力することができる程度の値に定められている。すなわち、ステップＳ１３は、前進第２速段で発進することができるか否かは判断するステップと言い得る。

目標駆動力が閾値αよりも大きくステップＳ１３で否定的に判断された場合には、ステップＳ１２に進む。すなわち、発進時に設定する変速段を前進第１速段とする。それとは反対に目標駆動力が閾値α以下であってステップＳ１３で肯定的に判断された場合には、発進時に設定する変速段を前進第２速段として（ステップＳ１４）、このルーチンを一旦終了する。

上述したように自動運転モードが選択されている際における発進時の変速段を、手動運転モードが選択されている際における発進時の変速段よりも、変速比が小さい変速段とすることにより、発進時にエンジン回転数を低下させることができる。そのため、エンジン音を低下させることができる。また、変速比が小さい変速段を設定することにより、発進時におけるエンジン１の出力トルクの変化に対する駆動力の変化を小さくすることができる。その結果、発進時におけるエンジン１の出力トルクの制御精度を緩和することができる。言い換えると、エンジン１の出力トルクの変動に起因するショックの発生を抑制することができる。

なお、上述したように自動運転モードでは、所定時間後に要求される駆動力の大きさを事前に予測することができるので、図４におけるステップＳ１３では、所定時間後までの間に要求される駆動力が閾値α以下か否かを判断するように構成してもよい。そのように構成することにより、発進後に前進第１速段に変速するような事態が生じることを抑制することができ、その結果、その変速に伴うショックの発生を抑制することができる。

また、自動運転モードが選択されている際における発進時の変速段を、手動運転モードが選択されている際における発進時の変速段よりも、変速比が小さい変速段とするために、図４に示すような個別の制御を用いずに、例えば、図２（ａ）における前進第１速段から前進第２速段へ変速するアップシフト線を、車速およびスロットル開度が「０」の位置に合わせるように構成していてもよい。

さらに、この発明の実施例における変速機２は、変速比を連続的に変化させることができる無段式変速機であってもよい。その場合には、手動運転モードが選択されている時には、従来知られている制御と同様に、エンジン回転数が最適燃費線に沿うように変速比を設定し、自動運転モードが選択されている時には、手動運転モードで設定される変速比よりも小さい変速比を設定すればよい。そのようにエンジン回転数が低回転数となるように変速機２を制御することにより、図１に示す例と同様にエンジン回転数に起因したエンジン音を低減することができる。

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（操舵輪）、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

エンジンと、前記エンジンに連結された変速機とを備えた車両の運転モードを、運転者による加減速操作を含む運転操作に基づいて駆動力や制動力を制御する手動運転モードと、前記運転者による前記運転操作によらずに駆動力や制動力を制御する自動運転モードとを切り替え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、
前記変速機を制御するコントローラを備え、
前記コントローラは、
前記変速機の変速比を低下させるアップシフト点を、前記自動運転モードが選択されている場合は、前記手動運転モードが選択されている場合よりも低車速側に設定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。
請求項１に記載の車両の制御装置において、
前記コントローラは、
前記自動運転モードが選択されている場合に、予め定められた所定時間後までの間の要求駆動力を定め、
前記所定時間後までにおける要求駆動力のうちの最大値に基づいて前記変速機の変速比を定め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。
請求項１または２に記載の車両の制御装置において、
前記変速機は、変速比をステップ的に変化させるように構成された有段式変速機であり、
前記コントローラは、
前記自動運転モードが選択されている際に設定される発進時の変速段を、前記手動運転モードが選択されている際に設定される発進時の変速段よりも、変速比が小さい変速段に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。