JP2017219429A - 車両用走行制御装置およびその制御方法 - Google Patents

車両用走行制御装置およびその制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】GPS航法と自律航法のおける各検出手段のいずれかが故障しているかを判定できる走行制御装置を提供する。【解決手段】本発明の車両用走行制御装置は、車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、車両の絶対座標位置を測位する絶対位置取得手段と、走行状態取得手段により得られた走行状態に基づいて車両の相対位置を算出する自律航法測位部と、自律航法測位部と絶対位置取得手段の測位結果に基づいて、自律航法測位部または絶対位置取得手段の異常を判定する異常判定部と、異常判定部により異常があると判定された場合に、走行状態取得手段と自律航法測位部の検出値に基づいて、異常な走行状態取得手段または絶対位置取得手段を特定する故障部位特定部と、を備えた。【選択図】 図1

Description

本発明は、自動運転システムやナビゲーションシステムを制御する車両用走行制御装置およびその制御方法に関する。
車両の自動運転システムやナビゲーションシステムでは、GPS(Global Positioning System)信号により車両の絶対位置を取得する衛星測位と、速度センサとジャイロにより車両の走行方向や走行距離を検出して方位と相対位置を推定して測位する自律測位と、を併用し、両者を相互補完して位置計測精度を向上しているものがよくある。
以下、衛星測位による航行方法をGPS航法と称し、速度センサやジャイロの測位による航行方法を自律航法と称する。
例えば、特許文献1には、GPS航法における測位精度の劣化や測位不能、自律航法におけるセンサ誤差による測位精度の劣化を考慮し、GPSによる測位データと自律航法による測位データとを重み付けして平均値を算出して位置計測を行う走行制御装置の技術が開示されている。
特開2002−215236号公報
特許文献1では、GPS航法と自律航法のそれぞれの測位データ間の乖離をチェックし、異常がある時は、異常な測位モジュールの測位データを除外することが開示されているにすぎず、測位モジュールの異常診断を行っているものの、具体的にどのように異常診断が行われるのかが開示されていない。また、自律航法演算器は自身の故障診断機能を有することを開示しているが、入力データ異常により故障信号の解析を行うことが記載されているにすぎない。
本発明は、衛星からの信号を受信して車両の絶対座標位置を測位する絶対座標取得手段と、自律航法における各検出手段のいずれが故障しているのかを明確にすることを目的とする。
本発明は、GPS航法と自律航法のおける各検出手段のいずれかが故障しているかを判定できる走行制御装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、請求項1に記載の車両用走行制御装置は、車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、車両の絶対座標位置を測位する絶対位置取得手段と、前記走行状態取得手段により得られた走行状態に基づいて車両の相対位置を算出する自律航法測位部と、前記自律航法測位部と前記絶対位置取得手段の測位結果に基づいて、前記自律航法測位部または前記絶対位置取得手段の異常を判定する異常判定部と、前記異常判定部により異常があると判定された場合に、前記走行状態取得手段と前記自律航法測位部の検出値に基づいて、異常な走行状態取得手段または絶対位置取得手段を特定する故障部位特定部と、を備えるようにした。
このようにすることで、衛星を用いた座標位置と自律航法で取得した座標位置とにズレが生じた場合に、異常が生じている箇所を特定することができるため、早期に乗員に異常個所を知らせて補修を促したり、正常な機能のみを用いて制御を行ったりすることができる。
また、請求項2に記載の車両用走行制御装置は、請求項1に記載の車両用走行制御装置において、前記異常判定部は、第1の特定位置と、前記第1の特定位置から所定時間走行して到達した第2の特定位置との偏差に関し、前記絶対位置取得手段により取得された第1座標偏差と前記自律航法測位部により算出された第2座標偏差との差分が、所定値より大きいときに、前記自律航法測位部または前記絶対位置取得手段のいずれか一方の異常を判定するようにした。
このようにすることで、絶対座標と相対座標とを比較でき、異常個所の特定ができる。
また、請求項3に記載の車両用走行制御装置は、請求項1または請求項2に記載の車両用走行制御装置において、前記走行状態取得手段は、複数の車両の異なる走行状態を検出する検出部を有し、前記故障部位特定部は、前記走行状態取得手段のそれぞれの検出部について、前記検出部で検出した走行情報と前記絶対位置取得手段で取得した位置情報に基づいて異常を判定し、複数の前記検出部のすべてにおいて異常と判定した場合に、前記絶対位置取得手段が異常と特定するようにした。
このようにすることで、絶対座標位置取得手段の異常を特定することができ、早期に乗員に異常個所を知らせて補修を促したり、正常な機能のみを用いて制御を行ったりすることができる。
また、請求項4に記載の車両用走行制御装置は、請求項3に記載の車両用走行制御装置において、前記故障部位特定部は、複数の前記検出部のいずれかひとつの検出部において異常と判定した場合に、当該検出部が異常と特定するようにした。
このようにすることで、絶対座標位置取得手段が正常時に走行状態取得手段の異常を特定することができ、早期に乗員に異常個所を知らせて補修を促したり、正常な機能のみを用いて制御を行ったりすることができる。
本発明によれば、GPS航法と自律航法のおける各検出部のいずれかが故障しているかの検出を容易に行える。また、故障した検出部の代替処理できるので、車両の測位精度の低下を抑止できる。
実施形態の車両用走行制御装置の構成を示す図である。 自律航法測位の測位誤差を説明する図である。 GPS測位の測位誤差を説明する図である。 車輪速センサとGPS受信器の測位結果の判定を説明する図である。 ヨーレートセンサとGPS受信器の測位結果の判定を説明する図である。 実施形態の車両用走行制御装置の制御フローである。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図1により、実施形態の車両用走行制御の構成を説明する。
本実施形態においては、車両用走行制御装置1が、ECU(Electronic Control Unit)として実装されるものとしている。
車両用走行制御装置1には、各車輪の回転速度を検出し車速を計測する車輪速センサ2と、車両の方位角の時間変化率である角速度を検出するヨーレートセンサ3と、車両の前後方向の加速度を検出するGセンサ4と、複数の航法衛星から航法信号を受信して絶対位置座標を計測するGPS受信器5と、が接続されている。
アクチュエータ6は、ブレーキを制御する制御弁や、エンジン回転速度を制御するレバーの揺動角等を制御するアクチュエータであり、車両用走行制御装置1の測位結果に基づいて制御される。
また、車両用走行制御装置1の測位結果は、カーナビゲーションシステム等の表示器7に表示されるとともに、車両用走行制御装置1の故障検出結果が、表示器7に表示される。
車両用走行制御装置1は、基点からの方位および距離のセンサからの信号を積算して位置算出をおこなう自律航法により測位を行う自律航法測位部11と、自律航法測位部11の測位結果と、GPS受信器5の測位結果を比較して、測位結果の異常の有無を判定する異常判定部12と、異常判定部12で異常を判定した際に、GPS受信器5と車輪速センサ2とヨーレートセンサ3とGセンサ4のいずれのセンサが異常であるかを特定する故障部位特定部13と、を有している。
図1において、車輪速センサ2とヨーレートセンサ3とGセンサ4は、これに限定されない。基点からの方位および距離を取得できるセンサである、相対位置取得手段であればよく、例えば、ジャイロや車速センサ等の車載センサであってもよい。
つぎに、図2A、図2Bにより、異常判定部12について説明する。なお、自律航法測位部11については、周知の技術を適用すればよいので、ここでは説明しない。
図2Aは、自律航法測位による時刻T0と時刻T1の測位座標を表わし、図2Bは、GPS測位による時刻T0と時刻T1の測位座標を表わしている。図2Aと図2Bにおける×印は真の座標を、○印は測位座標を示している。そして、点線円は、測位誤差を表わしている。
異常判定部12は、自律航法測位部11で求めた2点の絶対位置座標のX方向差分(Δx)とY方向差分(Δy)を求める。つぎに、GPS受信器5で測位した2点の絶対位置座標のX方向差分(ΔX)とY方向差分(ΔY)を求める。
言うまでもなく、同一時間であれば、自律航法測位の座標差分(Δx、Δy)とGPS測位の座標差分(ΔX、ΔY)は同一値になるはずである。しかし、GPSの測位誤差や、自律航法に使うセンサ誤差があるため、正常時でもずれが生じる。
このため、正常時のGPSの測位誤差と、センサ種別に応じた正常時の自律航法測位の測位誤差を予め記憶しておく。
そして、ΔX−ΔxとΔY−Δyの絶対値が、上記の測位誤差から決まる所定値と比較する。上記の絶対値が上記の所定値より大きい場合には、GPS受信器5または自律航法測位部11のいずれか一方に異常があると判定する。
以下、本明細書では、上記のセンサの測位誤差から決まる所定値を測位誤差判定閾値と呼ぶ。
上記のGPS測位の座標差分(ΔX、ΔY)と自律航法測位の座標差分(Δx、Δy)に替えて、GPS測位の2点の距離と、自律航法測位の2点の距離の差分を、上記の測位誤差判定閾値と比較するようにしてもよい。
この場合、上記の測位誤差判定閾値は、GPS測位誤差の2倍と自律航法測位誤差の和とすることができる。
詳細は後述するが、実施形態の車両用走行制御装置1では、車輪速センサ2とヨーレートセンサ3とGセンサ4とにより自律航法を行っている。それぞれのセンサによる自律航法の測位結果とGPS航法の測位結果について、上記の判定方法によって測位異常の判定を行い、以下のようにして故障部位を特定する。
まず、車輪速センサ2とGPS受信器5の測位結果の判定について、図3により説明する。
図3は、車輪速センサ2で検出した所定時刻の単位時間当たり移動距離Dvpと、GPS受信器5で検出した同じ時刻の所定時間離れた2点の距離Dgpsの関係を示している。
図3の×印は、車輪速センサ2とGPS受信器5で測位した2点の真位置を示し、図3の下側の○印は、所定の誤差をもったGPS測位による位置座標を示す。図のGPS誤差範囲は、GPS誤差の2倍になっている。例えば、GPS誤差は、5.0mである。
図3の上側の○印は、車輪速測位による位置座標を示している。2つの○印の単位時間当たりの距離が、車輪速に対応する。具体的には、時速60k/h(16.7m/s)で走行している場合には、1秒離れた2つの○印の距離は16.7mとなる。このとき、車輪速センサ2の誤差が±20%とすると、±3.3mの誤差をもち、速度誤差範囲は6.6mとなる。
上記したように、測位誤差判定閾値は、GPS測位誤差の2倍と自律航法測位誤差の和となるので、13.3mとなる。
実際に求めた|Dgps−Dvp|(差の絶対値)が、13.3より大きいときには、車輪速センサ2とGPS受信器5のいずれかが異常であると推定できる。
この測位誤差判定閾値は、車両用走行制御装置1に記憶しておく。このとき、車輪速センサ2の誤差は、速度依存するため、速度ごとに測位誤差判定閾値を記憶する。
つぎに、ヨーレートセンサ3の検出値とGPS受信器5の測位結果により算出したヨーレートを比較して判定を行う場合について、図4により説明する。
図4は、GPS受信器5のT時間ごとの測位結果(図の星印)の座標位置を基に、車両軌跡を表わした図である。
車両用走行制御装置1では、所定時刻の車両の進行方向を、GPS受信器5で測位した当該時刻の測位座標とつぎに検出した測位座標とを結ぶ直線の方向とし、この進行方向の変化と、ヨーレートセンサ3で検出したヨーレートを比較する。
詳細には、図の時刻0および時刻Tの測位座標から求められる直線の方向を時刻Tにおける車両の進行方向θとし、時刻Tおよび時刻2Tの測位座標から求められる直線の方向を時刻2Tにおける車両の進行方向θとする。そして、進行方向の偏差(θ1−θ0)の時間変化(θ1−θ0)/Tを、時刻T/2から時刻3T/2の平均ヨーレートとする。これを、時刻Tにおけるヨーレートセンサ3で検知したヨーレートωTと比較する。
比較値|(θ−θ)/T−ωT|の誤差は、GPS測位誤差の2倍とヨーレートセンサ3の検出誤差と近似誤差の和となり、予め、測位誤差判定閾値として記憶する。
そして、所定の周期でGPS受信器5の測位結果から求めた回転角速度とヨーレートセンサ3の検出値の偏差|(θn−θn-1)/T−ωn|(差の絶対値)を求め、これが測位誤差判定閾値より大きければ、ヨーレートセンサ3とGPS受信器5のいずれかが異常であると推定する。
つぎに、GPS受信器5の測位結果により算出した車両の加速度と、Gセンサ4の検出値を比較して判定を行う場合について説明する。
この判定方法は、位置情報の2階微分が加速度に等価となることに基づいている。詳しくは、位置情報の差分をとって速度に相当する値を算出し、算出した値の差分を算出して、車両の加速度とする。
このときの測位誤差判定閾値は、GPS測位誤差の4倍とGセンサ4の検出誤差の和となり、予め、測位誤差判定閾値として記憶する。
そして、所定の周期でGPS受信器5の測位結果から求めた加速度とGセンサ4の検出値の差の絶対値を求める。これが測位誤差判定閾値より大きければ、Gセンサ4とGPS受信器5のいずれかが異常であると推定する。
上記では、GPS測位結果を加速度に換算してGセンサ4の検出値と比較することを説明したが、車両が停止している状態から、所定の周期でGPS受信器5の測位結果から求める場合には、Gセンサ4の検出値を2階積分して位置情報に換算し、GPS測位結果と比較して、異常判定を行ってもよい。
このときの測位誤差判定閾値は、GPS測位誤差とGセンサ4の検出誤差の4倍の和となり、予め、測位誤差判定閾値として記憶する。
また、GPS測位結果の位置座標の差分をとって速度に換算するとともに、Gセンサ4の検出値を加算して速度に換算し、それぞれの換算した速度の差分を算出して、測位誤差判定閾値と比較するようにしてもよい。
つぎに、GPS航法と自律航法のおける各検出部のいずれが故障しているかを判定する手順について説明する。
GPS受信器5と車輪速センサ2による測位の異常判定、GPS受信器5とヨーレートセンサ3による測位の異常判定、GPS受信器5とGセンサ4による測位の異常判定、のいずれかの判定で異常が推定された場合には、異常判定したケースにおいて、対応する自律航法センサ(車輪速センサ2またはヨーレートセンサ3またはGセンサ4のいずれか)が故障であることが判る。
GPS受信器5と車輪速センサ2による測位の異常判定、GPS受信器5とヨーレートセンサ3による測位の異常判定、GPS受信器5とGセンサ4による測位の異常判定、の全ての場合において、異常が推定された場合には、GPS受信器5が故障であることが判る。これは、車輪速センサ2とヨーレートセンサ3とGセンサ4の3つのセンサが同時に故障する可能性よりも、ひとつのGPS受信器5が故障する可能性が高いことに基づく。
また、GPS受信器5と車輪速センサ2による測位の異常判定、GPS受信器5とヨーレートセンサ3による測位の異常判定、GPS受信器5とGセンサ4による測位の異常判定、の内、いずれか2つの判定で異常があった場合には、異常推定した組において、対応する自律航法センサ(車輪速センサ2とヨーレートセンサ3、または、ヨーレートセンサ3とGセンサ4、または、Gセンサ4と車輪速センサ2のうちのひとつ)が故障であることが判る。
実施形態の車両用走行制御装置1は、GPS航法と自律航法における各検出部の故障を判定すると、つぎに説明する代替処理を行う。
GPS受信器5の故障を判定した時には、GPS航法から自律航法に切り替えを行う。しかし、一定時間自律航法を行った場合には、誤差累積の可能性があるので、システムを停止する。ただし、インフラ等で車両外部から定期的に地点情報が入力できれば、その情報で位置情報を補正して、システム制御を継続する。
車輪速センサ2の故障を判定した時には、4輪のうちのどの輪の車輪速センサ2の故障かをさらに判定して、故障した車輪速センサ2を特定する。その後は残りの3輪の車輪速センサ2と舵角センサ情報に代替し、代替制御に切り替える。
ヨーレートセンサ3の故障を判定した時には、車輪速センサ情報と舵角センサ情報にて、代替し、暫定制御に切り替える。
Gセンサ4の故障を判定した時には、車輪速センサの微分値にて代替し、暫定制御に切り替える。
つぎに、図5により、所定周期で実行される実施形態の車両用走行制御装置1の制御フローを説明する。
最初に、車輪速センサ2とGPS受信器5の測位結果の差分を算出して、測位誤差判定閾値と比較して、車輪速センサ2またはGPS受信器5の検出異常を表わす車輪速誤差の有無を求める(S501)。
つぎに、ヨーレートセンサ3とGPS受信器5の測位結果により算出したヨーレートの差分を比較して、ヨーレートセンサ3またはGPS受信器5の検出異常を表わすヨーレート誤差の有無を求める(S502)。
さらに、GPS受信器5の測位結果の位置情報の差分を求め、この算出値の差分をさらに求めて算出した車両の加速度と、Gセンサ4で検出した加速度を比較して、Gセンサ4またはGPS受信器5の検出異常を表わす加速度誤差の有無を求める(S503)。
以上のステップは、この順序に限定されるものではなく、自律航法を行うための車輪速センサ2とヨーレートセンサ3とGセンサ4のそれぞれのセンサと、GPS航法を行うためのGPS受信器5との組合せにおいて、検出異常の有無を求めればよい。
そして、つぎに、説明するように、検出異常の有無の組合せに応じて、車輪速センサ2とヨーレートセンサ3とGセンサ4とGPS受信器5のいずれが異常であるかを特定し、検出部の代替制御を行う。
まず、ステップS504で、上記のステップで、車輪速誤差が有った否かを判定する。
車輪速誤差が無ければ(S504のNo)、つぎに、ヨーレート誤差が有った否かを判定する(S505)。
ヨーレート誤差が無ければ(S505のNo)、ステップS507に進む。
ヨーレート誤差が有れば(S505のYes)、ヨーレートセンサ3の異常が判定されるため、車輪速センサ2と舵角センサ(図示せず)にて、代替制御する(S506)。そして、ステップS507に進む。
ステップS507では、加速度誤差が有った否かを判定する。
加速度誤差が無ければ(S507のNo)、処理を終了する。
加速度誤差が有れば(S507のYes)、Gセンサ4の異常が判定されるため、加速度の検出を、車輪速センサ2で検出した車速値を微分する処理(差分処理)に代替制御する(S508)。そして、処理を終了する。
ステップS504で車輪速誤差があれば(S504のYes)、ヨーレート誤差が有った否かを判定する(S509)。
ヨーレート誤差が無ければ(S509のNo)、ステップS504で車輪速誤差が有ると判定したので車輪速センサ2の異常を判定する。これにより、4輪のうちのどの輪の車輪速センサ2の故障かをさらに判定して、故障した車輪速センサ2を特定する。その後は残りの3輪と舵角センサ情報に代替して制御を行う(S510)。
ステップS511では、加速度誤差が有った否かを判定する。
加速度誤差が無ければ(S511のNo)、処理を終了する。
加速度誤差が有れば(S511のYes)、Gセンサ4の異常が判定されるため、加速度の検出を、車輪速センサ2で検出した車速値を微分する処理(差分処理)に代替制御する(S512)。そして、処理を終了する。
ステップS509でヨーレート誤差が有れば(S509のYes)、加速度誤差が有ったか否かを判定する(S513)。
加速度誤差が無ければ(S513のNo)、ステップS504で車輪速誤差が有ると判定したので車輪速センサ2の異常を判定する。これにより、4輪のうちのどの輪の車輪速センサ2の故障かをさらに判定して、故障した車輪速センサ2を特定する。その後は残りの3輪と舵角センサ情報に代替して制御を行う(S514)。
さらに、ステップS509でヨーレート誤差が有ると判定したのでヨーレートセンサ3の異常を判定する。これにより、車輪速センサ2と舵角センサ(図示せず)にて、代替制御する(S515)。そして、処理を終了する。
ステップS513で、加速度誤差が有れば(S513のYes)、ステップS504で車輪速誤差が有ると判定し、かつ、ステップS509でヨーレート誤差が有ると判定したので、GPS受信器5の異常を判定する。これにより、GPS航法から自律航法に切り替えを行う(S516)。
上記の制御フローにより、異常な検出部の代替処理を行うので、測位精度の低下を防止できる。
また、上記のステップS506、ステップS508、ステップS510、ステップS512、ステップS514、ステップS515、ステップS516において、異常を推定した車輪速センサ2またはヨーレートセンサ3またはGセンサ4またはGPS受信器5についての、異常警報や補修指示を表示器7に行う。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施形態は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
1 車両用走行制御装置
11 自律航法測位部
12 異常判定部
13 故障部位特定
2 車輪速センサ
3 ヨーレートセンサ
4 Gセンサ
5 GPS受信器
6 アクチュエータ
7 表示器

Claims (5)

  1. 車両の走行状態を取得する走行状態取得手段と、
    車両の絶対座標位置を測位する絶対位置取得手段と、
    前記走行状態取得手段により得られた走行状態に基づいて車両の相対位置を算出する自律航法測位部と、
    前記自律航法測位部と前記絶対位置取得手段の測位結果に基づいて、前記自律航法測位部または前記絶対位置取得手段の異常を判定する異常判定部と、
    前記異常判定部により異常があると判定された場合に、前記走行状態取得手段と前記自律航法測位部の検出値に基づいて、異常な走行状態取得手段または絶対位置取得手段を特定する故障部位特定部と、
    を備えたことを特徴とする車両用走行制御装置。
  2. 請求項1に記載の車両用走行制御装置において、
    前記異常判定部は、第1の特定位置と、前記第1の特定位置から所定時間走行して到達した第2の特定位置との偏差に関し、
    前記絶対位置取得手段により取得された第1座標偏差と前記自律航法測位部により算出された第2座標偏差との差分が、所定値より大きいときに、前記自律航法測位部または前記絶対位置取得手段のいずれか一方の異常を推定する
    ことを特徴とする車両用走行制御装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の車両用走行制御装置において、
    前記走行状態取得手段は、複数の異なる走行状態を検出する検出部を有し、
    前記故障部位特定部は、
    前記走行状態取得手段のそれぞれの検出部について、前記検出部で検出した走行情報と前記絶対位置取得手段で取得した位置情報に基づいて異常を推定し、
    複数の前記検出部のすべてにおいて異常と推定した場合に、前記絶対位置取得手段が異常と特定する
    ことを特徴とする車両用走行制御装置。
  4. 請求項3に記載の車両用走行制御装置において、
    前記故障部位特定部は、
    複数の前記検出部のいずれかひとつの検出部において異常と推定した場合に、当該検出部が異常と特定する
    ことを特徴とする車両用走行制御装置。
  5. GPS航法と自律航法により車両の測位をおこなう車両用走行制御装置の制御方法であって、
    前記GPS航法に基づいて求めた複数のGPS測位点から第1の変化量を求めるステップと、
    前記自律航法を行うための走行状態を検知するセンサごとに、前記第1の変化量に対応する走行状態の第2の変化量を求めるステップと、
    前記センサごとに、前記第1の変化量と前記第2の変化量の差分が所定値より大きいか否かを判定するステップと、
    前記センサごとの前記判定結果に応じて、GPSまたは前記センサのいずれかの異常を特定するステップと、
    を含むことを特徴とする車両用走行制御装置の制御方法。
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