JP2017149208A - 自動運転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回生制動力の制限時においても、車両の走行を適切に制御する。【解決手段】自動運転装置（１００）は、回生制動力を付与する回生制動手段（ＭＧ）と、油圧制動力を付与する油圧制動手段（１５０）と、回生制動力及び油圧制動力の割合を調整する調整手段（１１０）とを備える車両（１）の自動運転を実現する。自動運転装置は、車両の目標停止位置又は目標車間距離を設定する設定手段（１２０）と、車両が目標停止位置で停止するように、又は車間距離が目標車間距離になるように、車両の走行を制御する第１制御手段（１３０）と、回生制動力が制限される場合に、回生制動力が制限されない場合と比較して、目標停止位置に停止するための減速タイミングを早くするように、又は目標車間距離を大きく設定するように制御する第２制御手段（１４０）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、回生制動力を付与することが可能な車両の自動運転を実現する自動運転装置の技術分野に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車のように、回生発電することが可能な車両が知られている。これらの車両は、回生発電するために、例えば回転軸が車両の駆動軸に直接的に又は間接的に連結されている回転電機（例えば、モータジェネレータ又はオルタネータ）を備えている。この場合、車両の運動エネルギが回転電機の回転軸の回転エネルギに変換されるがゆえに、回転電機は、電力を生成しつつ、車両の運動エネルギを相殺する回生制動力を車両に付与することができる。

回生制動力は、ドライバの操作による油圧制動力と併せて車両の減速に利用される。例えば特許文献１では、車両が目標停止位置で停止するように、或いは先行車両との車間距離が目標車間距離となるように、回生制動力及び油圧制動力を制御するという技術が開示されている。

特開２０１５−０９３５６０号公報

回生制動力は、回転電機又は回生電力を充電するバッテリの状態によって変動することがある。具体的には、回転電機に異常が発生して正常な回生が行えない場合や、バッテリへの入力電力が制限されている場合には、回生制動力は通常より小さくなってしまう。

回生制動力が小さくなると、要求制動力に対して不足分が発生するおそれがある。この不足分は、油圧制動力で補うことも可能であるが、不足分が大きいと十分に補えない可能性もある。この場合、意図した減速度を実現することができなくなるため、車両の走行制御を適切に行えないという技術的問題点が生ずる。

本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、回生制動力の制限時においても、車両の走行を適切に制御することが可能な自動運転装置を提供することを課題とする。

本発明の自動運転装置は、上記課題を解決するために、回生に起因する回生制動力を付与する回生制動手段と、油圧に起因する油圧制動力を付与する油圧制動手段と、前記回生制動力及び前記油圧制動力の割合を調整する調整手段とを備える車両の自動運転を実現する自動運転装置であって、前記車両の目標停止位置、又は前記車両と先行車両との目標車間距離を設定する設定手段と、前記車両が前記目標停止位置で停止するように、又は前記車両と先行車両との車間距離が前記目標車間距離になるように、前記車両の走行を制御する第１制御手段と、前記回生制動力が制限される場合に、（ｉ）前記回生制動力が制限されない場合と比較して、前記目標停止位置に停止するための減速タイミングを早くするように前記第１制御手段を制御し、又は（ｉｉ）前記回生制動力が制限されない場合と比較して、前記目標車間距離を大きく設定するように前記設定手段を制御する第２制御手段とを備える。

本発明の自動運転装置によれば、回生制動力が制限される場合には、回生制動力が制限されない場合と比較して、車両を目標停止位置に停止するための減速タイミングが早くなるように制御される。これにより、制動力の不足に起因して車両の減速が遅れ、目標停止位置までに停止できなくなってしまうことを防止できる。

或いは、本発明の自動運転装置によれば、回生制動力が制限される場合には、回生制動力が制限されない場合と比較して、目標車間距離が大きく設定される。これにより、制動力の不足に起因して減速度が意図せず小さくなってしまった場合でも、先行車両との接近を回避することが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。

実施形態に係る自動運転装置が適用される車両の構成を示す概略構成図である。 実施形態に係る自動運転装置の動作の流れを示すフローチャートである。 バッテリレス走行時における減速タイミングの制御例を示すグラフである。 バッテリ入力制限時における回生協調の制御例を示すグラフである。 バッテリ入力制限時における減速タイミングの制御例を示すグラフである。 モータジェネレータ異常時における回生協調の制御例を示すグラフである。

本発明の自動運転装置に係る実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、実施形態に係る車両の構成、自動運転装置の動作の流れ、具体的な制御内容とその効果について、順に説明していく。

＜車両の構成＞
初めに、図１を参照して、実施形態に係る自動運転装置が適用される車両の構成について説明する。ここに図１は、実施形態に係る自動運転装置が適用される車両の構成を示す概略構成図である。なお、図１では、車両が備える各部位のうち本実施形態に関連の深いもののみを示し、他の部位については図示を省略している。

図１において、本実施形態に係る車両１は、主な構成要素として、ハイブリッド駆動装置１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、バッテリ３０と、センサ群４０とＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１００とを備えて構成されている。

ハイブリッド駆動装置１０は、ハイブリッド車両１のパワートレインであり、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧを備えて構成されている。

エンジン２００は、ハイブリッド車両１の主たる動力源として機能するガソリンエンジン又はディーゼルエンジンである。

モータジェネレータＭＧは、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。モータジェネレータＭＧは、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える電動発動機として構成されるが、無論他の構成を有していてもよい。また、モータジェネレータＭＧは複数設けられても構わない。

本実施形態では特に、モータジェネレータＭＧは、回生時に生じるトルクを利用して、車両１に対する制動力を発生する機能（いわゆる「回生ブレーキ」機能）を有している。即ち、ここでのモータジェネレータは、「回生制動手段」の一具体例としても機能する。回生ブレーキによって発生するトルクは、「回生制動力」の一具体例である。

なお、ここでの図示は省略しているが、上述したエンジン２００及びモータジェネレータＭＧは、相互に差動作用をなす複数の回転要素を備えた遊星歯車機構等により互いに接続されている。また、エンジン２００及びモータジェネレータＭＧは、遊星歯車機構を介してハイブリッド車両１の駆動輪ＤＷに接続されている。

駆動輪ＤＷには、油圧を利用したブレーキ機構である油圧ブレーキユニット１５０が設けられている。油圧ブレーキユニット１５０は、例えば油圧ブレーキアクチュエータと、油圧ブレーキシリンダとを備えて構成される。油圧ブレーキユニット１５０は「油圧制動手段」の一具体例であり、油圧ブレーキユニット１５０によって発生するトルクは、「油圧制動力」の一具体例である。

本実施形態に係る車両１では、上述したモータジェネレータＭＧによる回生ブレーキと、油圧ブレーキ１５０とを併用することで減速が行われる。

ＰＣＵ２０は、バッテリ３０とモータジェネレータＭＧとの間の電力の入出力を制御可能に構成された電力制御ユニットである。ＰＣＵ２０は、バッテリ３０と電力負荷との電気的接続を遮断可能なＳＭＲ（System Main Relay）、バッテリ３０の出力電圧を各モータジェネレータＭＧの駆動に適した昇圧指令電圧まで昇圧可能な昇圧コンバータ、及びバッテリ３０から取り出した直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータＭＧに供給すると共に、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３０に供給可能に構成されたインバータ等（いずれも不図示）を含む。

バッテリ３０は、モータジェネレータＭＧを力行するための電力を供給する電力供給源、或いはモータジェネレータＭＧの回生によって得られた電力を充電する蓄電手段として機能する二次電池ユニットである。バッテリ３０は、例えばリチウムイオンバッテリセル等の単位電池セルが複数接続された構成を有している。

センサ群４０は、ハイブリッド車両１の状態を検出する各種センサの総体的呼称である。図１には、センサ群４０を構成する各種センサとして、車速センサ４１及び車間距離センサ４２が示されている。

車速センサ４１は、車両１の車速を検出可能に構成されたセンサである。車速センサ４１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車速は、ＥＣＵ１００により適宜参照される構成となっている。

車間距離センサ４２は、例えば、車載カメラやレーザレーダ等（図示せず）からの信号を取得して、車両１と先行車両との車間距離を検出可能に構成されたセンサである。車間距離センサ４２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された車間距離は、ＥＣＵ１００により適宜参照される構成となっている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、ハイブリッド車両１の各部の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットである。また本実施形態に係るＥＣＵは特に、「自動運転装置」の一具体例として構成されており、その内部に実現される論理的な又は物理的な処理ブロックとして、制動力調整部１１０、目標設定部１２０、走行制御部１３０、及び制御変更部１４０を備えている。

制動力調整部１１０は、モータジェネレータＭＧ及び油圧ブレーキユニット１５０の動作を制御することが可能に構成されており、車両１に要求される制動力に応じて、モータジェネレータＭＧが回生ブレーキとして機能することで発生するトルク（回生制動力）と、油圧ブレーキユニット１５０によって発生するトルク（油圧制動力）との割合を調整する。制動力調整部１１０は、「調整手段」の一具体例である。

目標設定部１２０は、自動運転中の目標停止位置（即ち、車両１を停止させる際の目標位置）及び目標車間距離（走行中の車両１と先行車両との車間距離の目標値）を設定する。目標設定部１２０で設定された目標車速及び目標車間距離は、走行制御部１３０に出力される構成となっている。なお、目標設定部１２０は、「設定手段」の一具体例である。

走行制御部１３０は、目標設定部１２０で設定された目標停止位置及び目標車間距離に基づいて、車両１の走行を制御する。具体的には、走行制御部１３０は、ハイブリッド駆動装置１０に指令を出力することで、車両１の制動力を目標停止位置及び目標車間距離に応じた値に調整する。また、走行制御部１３０は、自動運転に係る他の制御を実施するように構成されていてもよい。なお、自動運転に係る他の制御については、既存の技術を利用できるため、ここでの詳細な説明は省略する。走行制御部１３０は、「第１制御手段」の一具体例である。

制御変更部１４０は、モータジェネレータＭＧによる回生が制限されているか否かを判定し、その判定結果に応じて目標制御部１２０及び走行制御部１３０の動作を一部変更する。制御変更部１３０のより具体的な動作については、後の動作説明において詳述する。制御変更部１４０は、「第２制御手段」の一具体例である。

＜動作説明＞
次に、本実施形態に係る自動運転装置（即ち、ＥＣＵ１００）の動作について、図２を参照して説明する。ここに図２は、実施形態に係る自動運転装置の動作の流れを示すフローチャートである。なお、以下では、本実施形態に係る自動運転装置が行う動作のうち、回生制動力が制限される場合の動作について詳細に説明するものとし、他の一般的な動作については説明を省略する。

図２において、本実施形態に係る自動運転装置では、自動運転制御中に（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、制御変更部１４０によって、回生制動力が制限されているか否か（言い換えれば、モータジェネレータＭＧの回生ブレーキとしての機能が制限されているか否か）が判定される（ステップＳ１０２）。

なお、自動運転制御中でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、或いは回生制動力が制限されていないと判定された場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、以降の処理は省略され、一連の処理が終了することになる。

一方で、回生制動力が制限されていると判定された場合（ステップＳ１０２）、目標設定部１２０で設定された目標車間距離が大きく変更される（ステップＳ１０３）。具体的には、制御変更部１４０によって、それまで目標車間距離として設定されていた値をより大きい値として設定し直すように、目標設定部１２０が制御される。これにより、自動運転中の車両１は、先行車両との車間距離を大きくとるように走行制御されることになる。

回生制動力が制限されていると判定された場合には更に、目標停止位置で停止するための減速タイミングが早くなるように変更される（ステップＳ１０４）。具体的には、制御変更部１４０によって走行制御部１３０が制御され、目標停止値に停止するために算出された減速タイミングが、より早いタイミングとなるように補正される。これにより、自動運転中の車両１は、目標停止位置に対して、より早いタイミングで減速を開始するように制御されることになる。

以上のように、本実施形態に係る自動運転装置によれば、回生制動力が制限されている場合に、目標車間距離を変更する制御、及び減速タイミングを変更する制御が実施される。これらの制御によって得られる技術的効果については、以下の具体的な制御例において説明する。

＜具体的な制御例＞
次に、本実施形態に係る自動運転装置（特に、制御変更部１４０）が行う具体的な制御例について、図３から図６を参照して説明する。以下では、モータジェネレータＭＧによる回生が制限される状況として、バッテリレス走行時、バッテリ入力制限時、及びモータジェネレータ異常時を例に挙げて説明する。

＜バッテリレス走行時の制御例＞
まず、図３を参照して、バッテリレス走行時の制御例について具体的に説明する。ここに図３は、バッテリレス走行時における減速タイミングの制御例を示すグラフである。

バッテリレス走行時には、モータジェネレータＭＧによる回生が行われないため、回生制動力を発生させることはできない。このため、車両の制動力は、油圧ブレーキユニット１５０による油圧制動力に依存することになる。

この場合、車両１において実現可能な最大制動力が低下するため、比較的大きな制動力が要求される場面においては制動力が不足してしまうおそれがある。よって、目標停止位置で停止するための減速制御をそれまでと同じタイミングで開始すると、減速が遅れ、目標停止位置までに停止できない可能性がある。

これに対し本実施形態では、回生制動力が制限される場合に、目標停止位置に対する減速タイミング（即ち、減速制御が開始されるタイミング）が早くなるように変更される。言い換えれば、減速開始位置から目標停止位置までの距離が長くなるように変更される。

図３に示すように、回生が制限されていない比較例では、高い減速度を実現できるため、減速タイミングが遅くても目標停止位置で停止可能である。一方、バッテリレス走行によって回生が制限されている本実施形態では、回生制動力が利用できない分だけ比較例よりも減速度が小さくなってしまう。

しかしながら、本実施形態では、既に説明したように減速タイミングが早くなるように変更される。このため、図に示すように、減速度が小さい場合であっても目標停止位置での停止を実現できる。

また、バッテリレス走行時には、上述した減速タイミングを早く変更する制御に加えて、目標車間距離を大きく変更する制御も行われる。目標車間距離を大きくすれば、制動力の不足によって十分な減速が行えない場合であっても、先行車両との接近を好適に回避することが可能となる。

＜バッテリ入力制限時の制御例＞
次に、図４及び図５を参照して、バッテリ入力制限時の制御例について具体的に説明する。ここに図４は、バッテリ入力制限時における回生協調の制御例を示すグラフである。また図５は、バッテリ入力制限時における減速タイミングの制御例を示すグラフである。

図４に示すように、バッテリ入力制限時（即ち、バッテリ３０への入力制限Ｗｉｎの制限時）には、モータジェネレータＭＧのトルクが制限されてしまう。その結果、本実施形態では、図の網掛け部分に相当する制動力を回生制動力で実現することになる。すると、図を見ても分かるように、Ｗｉｎの制限値によっては、回生協調時にトルクショックが発生してしまう。また、制動力の不足分は油圧制動力で補われるため、回生エネルギを取りこぼすことにもなる。

上述した不都合を回避するため、本実施形態では、減速時のトルクができるだけ変化しないように、減速度が緩やかなものとされる。

図４及び５に示すように、減速度を緩やかにすることで、トルクショックの発生を回避できる。またバッテリ入力制限時には、上述した減速度の変更に併せて、目標停止位置に対する減速タイミングが早くなるように変更される。このため、減速度が小さい場合であっても、目標停止位置で停止することが可能である。

バッテリ入力制限時には更に、上述した各制御に加えて、目標車間距離を大きく変更する制御も行われる。目標車間距離を大きくすれば、減速度が不足する場合であっても、先行車両との接近を好適に回避することが可能となる。

＜モータジェネレータ異常時の制御例＞
次に、図６を参照して、モータジェネレータ異常時の制御例について具体的に説明する。ここに図６は、モータジェネレータ異常時における回生協調の制御例を示すグラフである。

モータジェネレータ異常時には、モータジェネレータＭＧの負荷率制限によって、トルクの上下限が変化する。即ち、負荷率に応じて、車両１の最大限速度が変化することになる。

ここで、モータジェネレータＭＧの負荷率が低下した場合であっても、その負荷率が一定であるとするならば、回生トルクは逐次変化することはない。このため、低下した負荷率に応じて回生制動力による減速度を決定すれば、油圧制動力との併用によって好適な減速が実現できる。

図６に示すように、モータジェネレータ異常時には、モータジェネレータＭＧが正常である比較例の減速指令と比べて、減速度が緩やかになるような減速指令が出力される。これにより、モータジェネレータＭＧの異常によりトルクが制限されている場合であっても、油圧制動力との併用によって好適な減速を実現できる。

またモータジェネレータ異常時には、上述したバッテリ入力制限時の制御例と同様に、減速度の変更に併せて、目標停止位置に対する減速タイミングが早くなるように変更される。このため、減速度が小さい場合であっても、目標停止位置で停止することが可能である。

モータジェネレータ異常時には更に、上述した各制御に加えて、目標車間距離を大きく変更する制御も行われる。目標車間距離を大きくすれば、減速度が不足する場合であっても、先行車両との接近を好適に回避することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に係る自動運転装置によれば、回生制動力の制限時に、目標車間距離が大きく変更されると共に、目標停止位置に対する減速タイミングが早くなるように変更される。これにより、制動力の不足に起因する不都合を好適に回避することが可能となる。なお、目標車間距離の変更、及び減速タイミングの変更は、いずれか一方だけ行われてもよい。この場合でも、上述した効果は相応に得られる。

ちなみに、回生が制限されている場合には、減速度の減少によってドライバに違和感を与えてしまうおそれがある。特に、自動運転の場合には、ドライバの操作によらず減速度が変化するため、その傾向は顕著になる。これを回避するため、回生が制限されることで減速度が減少する場合には、回生が制限されている旨をドライバに対して表示（或いは、音声通知）するようにしてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う自動運転装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１ 車両
１０ ハイブリッド駆動装置
２０ ＰＣＵ
３０ バッテリ
４０ センサ群
４１ 車速センサ
４２ 車間距離センサ
１００ ＥＣＵ
１１０ 制動力調整部
１２０ 目標設定部
１３０ 走行制御部
１４０ 制御変更部
１５０ 油圧ブレーキユニット
２００ エンジン
ＭＧ モータジェネレータ
ＤＷ 駆動輪

Claims (1)

1. 回生に起因する回生制動力を付与する回生制動手段と、油圧に起因する油圧制動力を付与する油圧制動手段と、前記回生制動力及び前記油圧制動力の割合を調整する調整手段とを備える車両の自動運転を実現する自動運転装置であって、
   前記車両の目標停止位置、又は前記車両と先行車両との目標車間距離を設定する設定手段と、
   前記車両が前記目標停止位置で停止するように、又は前記車両と先行車両との車間距離が前記目標車間距離になるように、前記車両の走行を制御する第１制御手段と、
   前記回生制動力が制限される場合に、（ｉ）前記回生制動力が制限されない場合と比較して、前記目標停止位置に停止するための減速タイミングを早くするように前記第１制御手段を制御し、又は（ｉｉ）前記回生制動力が制限されない場合と比較して、前記目標車間距離を大きく設定するように前記設定手段を制御する第２制御手段と
   を備えることを特徴とする自動運転装置。