JP2021037955A - 車両制御装置および車両制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】自動運転システムを有効活用しつつも、自動運転システムの信頼性を異なる制御システムによって良好に補完できるシステムを提供すること。【解決手段】自動運転制御情報に基づいて生成される第一の制御信号と自車と周辺物体との相対情報に基づいて生成される第二の制御信号との何れか一方を駆動装置に出力し、前記自動運転制御情報に異常が検出された場合には、前記第一の制御信号に代えて、前記第二の制御信号を前記駆動装置に出力する【選択図】 図１

Description

本発明は、車両制御装置および車両制御システムに関する

本技術分野の背景技術として、特開平８−３４３２６号公報（特許文献１）がある。この公報には、「操作緊急度を評価し適切な自動ブレーキの制御を行う。」ことを目的とし、解決手段として、「本装置では、車速、相対速度、車間距離等から物理的な衝突危険度を算出する（Ｓ２）。そして、アクセルからブレーキへの踏み替え時間や、ブレーキの所定の強さまでの踏み込みに要する時間や、ステアリングの操作スピード等から操作緊急度を演算する（Ｓ３）。そして、衝突危険度が所定以上であり、操作緊急度が所定以上であった場合に自動ブレーキを作動させる（Ｓ８）。従って、単なる衝突危険度の判断による自動ブレーキの作動に比べ、運転者の運転状況に応じた判断が加わるためより精度の良い危険状態の判定を行うことができ、効果的な自動ブレーキの作動制御を行うことができる。」と記載されている。

また別の背景技術として、特開２０１４−１９１５９７号公報（特許文献２）がある。この公報には、「運転支援の誤作動を防ぎつつ、運転支援をより適切なタイミングで開始させる。」ことを課題とし、解決手段として、「運転支援装置は、カメラやレーダにより自車両前方の歩行者や他の車両等の対象物の位置を検出すると共に、ヨーレート或いは舵角と車速とに基づき自車両の進路を予測する。そして、対象物の位置と予測進路とに基づき自車両と対象物との衝突危険性を判定し、衝突危険性が高い場合には衝突回避のための運転支援を行
う。また、運転支援装置は、走行予定道路の曲率を測定し、該曲率の変化が小さく、正確な進路予測が可能な場合には、衝突危険性の判定感度を高くして運転支援が開始され易くし（Ｓ１２０）、該曲率の変化が大きく、正確な進路予測が困難な場合には、衝突危険性の判定感度を低くして運転支援が開始され難くする（Ｓ１１５）。」と記載されている。

特開平８−３４３２６号公報 特開２０１４−１９１５９７号公報

特許文献２に関連し、近年、外界認識情報や自己位置情報を基に、自車両の将来の位置を表わす軌道（自動運転制御情報）を生成し、この軌道に基づいて車両を制御する自動運転システムが提案されている。また、特許文献１に関し外界認識情報を基に、周囲の物体との相対的な情報を算出し、ユーザをアシストする自動制御システムがある。

自動運転システムは、実現できる車両挙動の幅は大きい(自由度が高い)が、種々の情報に基づいて軌道を生成するものであるため、自動制御システムに比べると信頼性を向上させるのが困難となりがちである。他方、自動制御システムは、実現できる車両挙動の幅は小さい（自由度は低い）が、情報量が少ない分、信頼性を高めやすい。しかしながら、これらのシステムは、単独で用いる発明については種々検討されているが、相互に補完するシステムについては検討の余地が残されている。

そこで、本発明は、自動運転システムを有効活用しつつも、自動運転システムの信頼性を自動制御システムによって良好に補完できるシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一実施の態様は、例えば特許請求の範囲に記載されている技術的思想を用いればよい。

本発明によれば、自動運転システムを有効活用しつつも、自動運転システムの信頼性を自動制御システムによって良好に補完することが可能となる。

車両制御システムにおける異常検出時の切り替え処理を表すフローチャートである。 システムの例である。 車両制御システム構成の例である。 コントローラの構成例である。 コントローラのソフトウェアモジュール構成の例である。 車両制御システムの構成例である。 車両制御システム機能の配置例である。 外界認識の例である。 外界認識マップの座標系の例である。 外界認識マップにオブジェクトを配置した例である。 外界認識マップのリスト型の例である。 外界認識マップ情報を基にした軌道生成の例である。 相対位置情報の例である。 相対位置情報（リスト型）の例である。 自動運転制御情報と相対情報による判定の例である 本発明の第３の実施例にかかる自動運転制御情報と相対情報の例である 本発明の第４の実施例にかかる車両制御システム構成の例である。 本発明の第４の実施例にかかる異常検出時の切り替え処理を表すフローチャートである。 ユーザによる切り替え処理を表すフローチャートである。

以下、本発明に好適な実施形態の例（実施例）を説明する。なお、実施例は、主には車両システムにおける車両制御システム、および車両制御装置について説明しており、車両システムにおける実施に好適であるが、車両システム以外への適用を妨げるものではない。

＜車両制御システムの構成＞
図２は本実施例の車両制御システムおよび車両制御装置を有する車両システムの概要である。１は自動車など内部に車両制御システムを有する車両システム、２は例えば車載ネットワーク（ＣＡＮ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ、ＣＡＮＦＤ：ＣＡＮ ｗｉｔｈ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｄａｔａ−ｒａｔｅ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、等）とコントローラ（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ等）により構成される車両制御システム、３は、車両システム１の外部と無線通信（例えば携帯電話の通信、無線ＬＡＮ、ＷＡＮ、Ｃ２Ｘ（Ｃａｒ ｔｏ Ｘ：車両対車両または車両対インフラ通信）等のプロトコルを使用した通信、またはＧＰＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍを用いた通信）を行い、外界（インフラ、他車、地図）の情報または自車に関する情報を取得・送信などの無線通信を実施、または診断端子（ＯＢＤ）やＥｔｈｅｒｎｅｔ端子、外部記録媒体（例えばＵＳＢメモリ、ＳＤカード、等）端子などを有し、車両制御システム２と通信を実施する通信装置である。４は、例えば２と異なる、または、同一のプロトコルを用いたネットワークにより構成される車両制御システム、５は、車両制御システム２の制御に従い、車両運動を制御する機械および電気装置（例えばエンジン、トランスミッション、ホイール、ブレーキ、操舵装置等）の駆動を行うアクチュエータ等の駆動装置、６は、外界から入力される情報を取得し、後述する外界認識情報を生成するための情報を出力する、カメラ、レーダ、ＬＩＤＡＲ、超音波センサなどの外界センサ、および、車両システム１の状態（運動状態、位置情報、加速度、車輪速度等）を認識する力学系センサにより構成される認識装置である。７は、ネットワークシステムに有線または無線で接続され、ネットワークシステムから送出されるデータを受信し、メッセージ情報（例えば映像、音）など必要な情報を表示または出力する、液晶ディスプレイ、警告灯、スピーカなどの出力装置、８は、ユーザが車両制御システム２に対して、操作の意図や指示を入力する入力信号を生成するための、例えばステアリング、ペダル、ボタン、レバー、タッチパネル、等の入力装置である。そして、９は、車両システム１が外界に対して、車両の状態等を通知するための、ランプ、ＬＥＤ、スピーカ等の通知装置、を示している。

車両制御システム２は、その他の車両制御システム４、通信装置３、駆動装置５、認識装置６、出力装置７、入力装置８、通知装置９と接続され、それぞれ情報の送受信を行う。

図３は、車両制御システム２のＨ／Ｗ（Ｈａｒｄｗａｒｅ）構成例を示している。３０１は車載ネットワーク上のネットワーク装置を接続するネットワークリンクであり、例えばＣＡＮバスなどのネットワークリンク、３０２はネットワークリンク３０１および駆動装置５や認識装置６や３０１以外のネットワークリンク（専用線含む）に接続され、駆動装置５や認識装置６の制御および情報取得、ネットワークとのデータ送受信を行うＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）、３０３は複数のネットワークリンク３０１を接続し、それぞれのネットワークリンク３０１とデータの送受信を行うゲートウェイ（以下ＧＷ）、を示している。

ネットワークトポロジの例は、図３に示す２つのバス（ネットワークリンク３０１）に複数のＥＣＵ３０２が接続されているバス型の例以外にも、複数のＥＣＵが直接ＧＷに接続されるスター型や、ＥＣＵが一連のリンクにリング状に接続されているリンク型、それぞれの型が混在し複数のネットワークにより構成される混在型、等がある。ＧＷ３０３とＥＣＵ３０２については、それぞれＧＷ機能を有するＥＣＵ、または、ＥＣＵの機能を有するＧＷと、がある。

ＥＣＵ３０２はネットワークから受信したデータをもとに、駆動装置５への制御信号の出力、認識装置６からの情報の取得、ネットワークへの制御信号および情報の出力、内部状態の変更、などの制御処理を行う。

図４は、本実施例にかかるネットワーク装置であるＥＣＵ３０２またはＧＷ３０３の内部構成の一例である。４０１はキャッシュやレジスタなどの記憶素子を持ち、制御を実行するＣＰＵなどのプロセッサ、４０２はネットワークリンク３０１またはネットワークや専用線で接続された駆動装置５または／および認識装置６に対してデータの送受信を行うＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）、４０３は図示しないクロックなどを使用し、時間および時刻の管理を行うタイマ、４０４はプログラムおよび不揮発性のデータを保存するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、４０５は揮発性のデータを保存するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、４０６はＥＣＵ内部での通信に用いられる内部バス、を示している。

次に、プロセッサ４０１で動作するソフトウェアモジュールの構成について図５に示す。５０２は、Ｉ／Ｏ４０２の動作および状態を管理し、内部バス４０６を介しＩ／Ｏ４０２に指示を行う通信管理部、５０３は、タイマ４０３を管理し、時間に関する情報取得や制御を行う時間管理部、５０１はＩ／Ｏ４０２から取得したデータの解析や、ソフトウェアモジュール全体の制御を行う制御部、５０４は後述する外界認識マップなどの情報を保持するデータテーブル、５０５は一時的にデータを保持するバッファ、を表している。

これら図５の構成についてはプロセッサ４０１上の動作概念を示したものであり、動作時に必要な情報はＲＯＭ４０４およびＲＡＭ４０５から適宜取得、またはＲＯＭ４０４およびＲＡＭ４０５に適宜書き込み、を行い動作する。後述する車両制御システムの各機能は、制御部５０１にて実行される。

＜車両制御システムの機能構成例＞
車両制御システムの機能構成例について図６に示す。６０１は車両制御システム全体を示している。６０２は複数の認識装置６および通信装置３から出力される外界認識情報を統合し、後述する外界認識マップを作成する統合認識部、６０３は統合認識部６０２により生成された外界認識マップおよびユーザ入力部６０４から入力されたユーザ入力により、自動運転制御情報（軌道等）の生成および出力、出力管理部６０５への出力指示、および通知管理部６０６への通知指示を行う自動運転制御部、６０４は入力装置８からの入力に従い、ユーザの指示情報を生成するユーザ入力部、６０５は自動運転制御部６０３および異常検出部６０９および相対情報制御部６０８の出力に応じ出力装置７への出力指示を行う出力管理部、６０６は自動運転制御部６０３および異常検出部６０９および相対情報制御部６０８の出力に応じ通知装置９への通知指示を行う通知管理部、６０７は認識装置６から出力される情報および統合認識部６０２から入力される情報を基に、後述する相対情報を作成する相対情報認識部、６０８は相対情報認識部６０７で作成される相対情報および認識装置６から出力される情報から運動制御情報を作成する相対情報制御部、６０９は相対情報認識部６０７で作成される相対情報と自動運転制御６０３から出力される自動運転制御情報、および統合認識部６０２の出力結果から異常を検出する異常検出部、６１０は異常検出部６０９の異常検出結果を基に、運動制御部６１１に対する出力を自動運転制御部６０３からの入力または相対情報制御部６０８からの入力に切替える切替部、６１１は切替部６１０からの軌道情報または運動制御情報、認識装置６から取得する車両システム１の状態、および駆動装置５からの応答、に従い複数の駆動装置５に対して制御を行う運動制御部、を示している。

運動制御情報とは、例えば加速度やヨーレート等の運動制御パラメータの目標値や、各駆動装置５への制御指令値、およびそれらの時系列での連続値を示す。

車両制御システムには、通信装置３、駆動装置５、認識装置６、出力装置７、入力装置８、通知装置９の一部またはすべてが含まれる場合もある。また車両制御装置は、前記車両制御システムにおける一部またはすべての機能を有する装置を指す。

車両制御システム６０１は複数の機能から構成されており、図３に示すＨ／Ｗへの機能配置は複数のパターンが存在する。配置の一例について図７に示す。機能の配置はこれに限らず、それぞれの機能は記載と別のＥＣＵに配置されていても良い。例えば統合認識部６０２、および自動運転制御部６０３と、相対情報認識部６０７および相対情報制御部６０８とを別のＥＣＵ、またはマイコンに機能を配置することにより、Ｈ／Ｗ故障による共通原因故障のリスクからそれぞれの機能を守り、高信頼化を実現することが可能となる。

＜外界認識方法＞
認識装置６の種類は前記車両制御システムの構成で述べた通りであり、それぞれの認識装置の種類に応じた動作原理により、後述する外界認識情報を取得する。例えば、認識装置６が有するセンサを用いて外界の測定を行い、測定値に対して特定のアルゴリズム（例えば、取得した画像に対する画像認識アルゴリズム）を適用し、外界認識情報を取得する。

認識装置ごとに、それぞれ測定可能な範囲は事前に決定（例えばカメラであれば、撮影方向と縦・横の角度、画素数による遠方距離の認識限界、レーダであれば電波の放射角度と受信角度、距離）、または、環境に応じた変化に対して調整（キャリブレーション）を行って測定可能な範囲を測定し、決定する。それぞれの認識装置の取得した外界認識情報を組み合わせることにより、車両システム２の周辺状況が確認可能となる。

外界認識の例を図８に示す。ここでは車両システム１の四方向の認識装置６が外界情報を取得している例を示している。認識装置６から出力される外界認識情報により、統合認識部６０２は周辺にどのようなオブジェクトが存在しているかを確認することが可能となる。

通信装置３からも同様に外界認識情報を取得することが可能となる。通信装置３からの取得情報は、前記認識装置６で観測不可能な、例えば物陰など遮蔽物の向こう側に存在するオブジェクトの外界認識情報を位置情報と共に取得し、オブジェクトの存在位置を確認することが可能である。

また通信装置３が取得する外界認識情報は、周辺の地図情報（地形、道路、車線情報）、および道路交通状況（交通密度、工事中、等）も含む。

＜外界認識情報＞
外界認識情報とは、認識装置６により観測されたオブジェクトまたは通信装置３により受信したオブジェクトを表現する情報となる。外界認識情報の例として、オブジェクト種別（静止オブジェクト（壁、白線、信号、分離帯、木、等）、動的オブジェクト（歩行者、車、二輪車、自転車等）、走行（領域侵入）可能か否か、その他属性情報）、オブジェクトの相対位置情報（方向・距離）、オブジェクトおよび自己の絶対位置情報（座標等）、オブジェクトの速度、向き（移動方向、顔の向き）、加速度、存在確率（確からしさ）、地図情報、道路交通状況、外界認識情報を測定した時間、測定を実施した認識装置のＩＤ、等が挙げられる。

＜外界認識マップ＞
統合認識部６０２は、複数の認識装置が出力する外界認識情報を統合した統合認識情報（例：外界認識マップ）を作成する。外界認識マップの例を図９に示す。ここでは直交する座標系（グリッド）（図９（ａ））に対し、それぞれの領域についてオブジェクト情報を配置した例について図９（ｂ）に示す。オブジェクト情報は、例えば上記外界認識情報の例から位置情報を除いた内容であり、それぞれのグリッドに配置される。

外界認識マップの別の表現としては、グリッドによる表記の他に、認識しているオブジェクトごとにリスト化するリスト型方式も存在する。リスト型表記の例を図１０に示す。１００１はリスト表示による外界認識マップ全体を示している。このようにリスト型で外界認識マップを保持することにより、グリッド型に比べてデータ量を削減することが可能となる。

＜行動予測＞
外界認識マップは、現在認識された外界認識情報を用いるのみではなく、過去の外界認識情報から予測（行動予測）して作成することも可能である。例えば一定時間経過後に、静止オブジェクトであれば同じ位置（車両との相対位置では無く、路面上の同位置）に存在している可能性が高く、また動的オブジェクトであれば直前の位置、速度、加速度等から、一定時間後の位置を予測することが可能となる。このように予測した外界認識情報を用いることにより、現在認識不可能な位置の情報についての予測を行うことが可能である。

行動予測は、統合認識部６０２が外界認識マップを基に実施することも可能であるが、例えば認識装置６が、外界認識情報に今後の予測情報を付加して送信し、統合認識部６０２に通知しても良い。その場合には各認識装置６が予測を行うことになり、統合認識部６０２の行動予測に関連する演算量を低減することが可能となる。また別の方式では、自動運転制御部６０３が、現在の外界認識マップから、必要なオブジェクトの行動予測を行っても良い。そのようにすることにより、統合認識部６０２から自動運転制御部６０３への通信負荷が低減でき、さらに軌道生成および判断に必要なオブジェクトのみの行動予測を行うことも可能となる。

＜自動運転制御情報（軌道）＞
外界認識マップに基づく自動運転制御情報の生成方法について、自動運転制御情報の一例である軌道を用いた例について説明する。軌道は、車両システムが安全に走行可能（例：他の障害物に衝突する可能性が低い）である安全性制約、車両システムが実現可能な加速度・減速度、ヨーレート、などの運動制約、を満たすように生成する。

軌道とは、例えば一定時間間隔ごとの自車位置の座標の集合により表わされる。また別の例では、一定時間間隔ごとの運動制御値（目標加速度・ヨーレート）の集合、一定時間間隔ごとの自車両のベクトル値（方向・速度）、一定距離を進むための時間間隔、等で表すことが可能である。

図９（ｂ）の例の外界認識マップにおいて、自車両が右車線に移動する軌道生成例について図１１を用いて説明する。ここでは右車線に走行車両が存在しているが、自車両の方が速度が速く、車線変更可能な例を示している。まず自車両は、運動制約を満たし、右車線に移動する軌道（図１１の１１０１）を生成する。運動制約を満たすとは、前記の通り車両システムが実現可能な加速度・減速度、ヨーレート、などの上限値または下限値を超えないことを示す。その後、生成した軌道１１０１について、他の動的物体の予測軌道（例えば現在速度、および想定される加速度での一定時間後の位置）と、自車両の軌道により衝突が発生しないかを計算する。衝突が発生しないと計算された場合には、前記自車両の軌道を基に車両の制御を行う。衝突が発生すると計算された場合には、一定時間待機後、再計算、または、運動制約を満たす別の軌道を生成し、同様に安全性制約を計算する。

安全性制約の計算方法は、上記の通り動的オブジェクトの現在速度および想定加減速度から想定されるエリアを進入禁止領域とする方法（進入禁止領域法）の他に、各オブジェクトの種別・速度・進行方向から、各エリアのリスクを計算し、リスクポテンシャルを算出するがある。この方式ではを用いる場合には、生成されたポテンシャルマップの中で、最もポテンシャルが低く、一定値以上のポテンシャルエリアに進入しない軌道を生成し、かつ自車両の運動制約を満たす軌道を、生成軌道とする。

進入禁止領域については、動的オブジェクトの行動予測が必要になる。行動予測については、現在の速度・加速度および方向で移動した点を中心とした一定領域を進入禁止領域にする方法がある。このように一定領域を進入禁止領域とすることにより、複雑な予測による演算が不要となる。

このように、車両が移動する方向、運動制約、安全性制約を基に軌道を作成し、生成された軌道を基に、自動運転制御部６０３は運動制御部６１１に切替部６１０を介して軌道情報を送信し、運動制御部６１１は前記軌道情報を基に駆動装置５を制御し、車両システムを制御する。

＜自動運転制御情報に基づく制御＞
運動制御部６１１は、切替部６１０が出力した自動運転制御情報または運動制御情報を実現するように駆動装置５の制御を行う。

自動運転制御情報による制御は、例えば自動運転制御情報が軌道である場合、前記軌道に追従可能なように、認識装置６から取得した車両システム１のシステム状態（現在速度、加速度、ヨーレート等）を反映し、車両システム１の目標速度およびヨーレート等を算出する。これら目標速度およびヨーレートを実現するため、それぞれ必要な駆動装置５の制御を行う。これにより目標である軌道に追従可能な車両制御を実現する。

また、運動制御情報による制御を実現するためには、目標の速度を実現するために、エンジントルクの出力を増加させる、減速を行うためにブレーキを制御する、目標ヨーレートを実現するためにステアを転舵させる、または車輪速が不均等になるように車輪個別に制動・加速の制御を行う。また、運動制御情報が駆動装置５の制御値である場合には前記制御値を用いて駆動装置５の制御を行う。このようにして目標の運動制御を実現する。

＜相対情報認識＞
相対情報とは、前記外界認識情報のうち、特に認識装置６から取得可能な情報であり、周辺オブジェクトと自車両との相対位置および相対速度、相対加速度、およびそれら値から演算可能な値、のいずれかの情報の組み合わせである。

相対情報の例を図１２に示す。ここでは他車両を認識している例を示している。図１２（ａ）では前方に車両が存在しており、相対位置として距離がｌａおよび自車水平右方向を０度とした角度がθａ、相対速度がｄｖａの例を示している。

相対速度は自車と該当オブジェクトが近づく、または離れる速度を示している。例えば図１２（ａ）の例では自車から他車への方向と双方の進行方向が同一のため、前方車両と自車両の速度の差分で表現できる。図１２（ｂ）の様に自車から他車への方向と双方の進行方向が同一で無い場合には、それぞれの速度を自車から他車への方向の直線に射影し、差分を計算することにより、相対速度ｄｖｂを求めることが可能である。ここでは相対速度が正の場合には自車から遠ざかっており、負の場合には自車に近づいていることを示す。図示していないが、相対加速度については相対速度の時間変化であるため、観測した速度の変化から計算することが可能である。

相対位置の表現方法は、相対距離と角度の表現の他に、自車を原点とした座標系での表現もある。例としては図の自車を原点とし、自車の前後方向をｙ座標かつ前方を正、左右方向をｘ座標かつ右を正とし、（ｒｘａ、ｒｘｙ）という表現も可能である。

また認識装置６が認識可能な場合には、該当するオブジェクト種別（車両、歩行者等）、および該当オブジェクトの幅（図のｄｘａ）、奥行き（図のｄｙａ）も相対情報として含む。

相対情報を管理する相対情報テーブルの例について図１３に示す。ここでは相対位置として座標系の表現を用いている例を示している。このように相対情報を作成し管理を行う。

＜相対情報に基づく制御＞
相対情報に基づく制御例について説明する。相対情報制御部６０８は、相対情報認識部６０７が出力する相対情報および認識装置６から取得する自車の状態に基づいて運動制御情報を作成する。

前方にオブジェクト（車両）が存在している場合の例について説明する。前方に車両が存在し、相対情報における相対位置（距離）が一定値を下回った場合には自車両に対して減速の制御を行う。そのために、相対情報制御部６０８は前記相対情報および認識装置６から取得する自車の状態を判定し、減速を行うための運動制御情報を切替部６１０に対して出力する。また逆に相対位置が一定値を上回る場合には、同様にして自車両に対して加速の制御を行うための運動制御情報を出力する。このようにして前方車両に対して相対位置が一定量を上回るまたは一定量を下回ることの無いように、加速・減速の制御を行う。後方にオブジェクトが存在している場合にも同様に、相対位置が一定量を上回る、一定量を下回ることの無いように制御を行う。

また、相対位置のみでなく、相対速度および相対加速度にも基づき判定を行うことも可能である。例えば前方に車両が存在しており、相対位置が同様でも相対速度および相対加速度により自車に接近する可能性が高い場合には減速の制御を行う。上記判断のためのリスク値の計算式は、リスク値をＲ、相対距離をｄｌ、相対速度をｄｖ、相対加速度をｄａ、として以下の通りとなる。ここでＡ，Ｂ，Ｃは定数である。

リスク値を用いた計算でも相対位置による判定と同様に、リスク値が一定量を上回ることの無いように加速・減速の制御を行う。このように相対速度と相対加速度を用いて判定を行うことにより、同一相対位置でもよりリスクが高い状況（他車両が自車両に接近等）を発生することを抑制し、安全を確保することが可能となる。

これら判定および加減速の制御により、相対情報に基づいた制御が可能となる。

また、前後に同時に車両が存在する場合には、相対位置が近い方から離れるように制御を行う。例えば前方車両の方が近接している場合には減速、または後方車両の方が近接している場合には加速の制御を行う。

また、前後方向のみでなく、左右方向についても、相対位置から認識し、オブジェクトが存在していない方向に操舵を行い、例えば前後方向への衝突を回避する制御を行う。そのための目標ヨーレートについても上記運動制御情報に含み、相対情報制御部６０８が切替部６１０に対して出力を行う。

また、上記相対位置およびリスク値の一定量の判定においては、多数用いても良い。例えば一定量αを超えた場合にはユーザへの警告、一定量βを超えた場合には弱い加減速、一定量γを超えた場合には強い加減速としても良い。これにより、異常が発生した時の状況に応じて、ユーザに対する段階的な警告および車両制御が可能となる。

＜異常検出＞
異常の検出方法について説明する。異常とは、ハードウェア故障やソフトウェアの不具合、想定外の入力等を原因として発生する通常時想定している状態とは異なる状態を示している。車両制御システム２の各部は、ネットワークまたは専用線等の通信経路を介して通信を行っており、通信の異常については、通信が行えない（通信処理がエラー応答、信号線の電位が異常）、通信の信号値が異常、等が発生する。これら通信の異常について、電気回路での異常検知（電位検出等）、定期的な生存確認（ハートビート）、ＣＲＣ等の誤り検出符号のエラー検出、することにより、通信の異常が検出可能である。

また、演算装置の故障については、同じ演算を行った結果の検算（演算結果の比較）により異常検出可能であり、メモリの故障については前記ＲＡＭやＲＯＭにアクセスした場合の誤り検出等により検出可能である。

また、ソフトウェアの不具合については、前記同じ演算を行った結果の比較以外にも、出力結果の範囲異常により検出することも可能である。

これら異常を異常検出部６０９は自ら検出、または各部からの異常を検出した通知を受信することにより異常を検出する。例えば、自動運転制御部６０３は、認識装置６、通信装置３、統合認識部６０２、およびそれらの間の通信のいずれかの部分で異常が発生していることを自動運転制御情報に情報として付与して送信し、異常検出部６０９は前記情報を受信し異常発生を検出する。異常を検出した結果により後述する切り替え処理を実施する。

また、異常検出部６０９は、出力管理部６０５または／および通知管理部６０６に対して異常を検知したことを通知する。これにより、出力管理部６０５または／および通知管理部６０６は後述する車両状態のユーザへの出力または／および車外への通知を実施する。

これにより、本システムで異常を検出し、自動運転制御部６０３による制御から、相対情報制御部６０９による制御に切り替えるなど、安全性を向上させることが可能となる。

＜切替処理＞
切替部６１０で実施する制御の切替処理について図１を用いて説明する。まず切替部６１０は、異常検出部６０９から異常検出結果を受信する（Ｓ１０１）。異常検出結果が異常なしの場合（Ｓ１０２のｎｏ）、自動運転制御部６０３から出力された自動運転制御情報を基に作成された運動制御情報を出力する様に切り替えを行う（Ｓ１０３）。異常検出結果が異常ありの場合（Ｓ１０２のｙｅｓ）、相対情報制御部６０８から出力された運動制御情報を出力する様に切り替えを行う（Ｓ１０４）。このようにして異常検出時の制御切り替えを実施する。これにより異常が発生している自動運転制御部６０３の出力を用いず、相対情報制御部６０８を用いた制御に切り替え、安全性を向上させることが可能となる。

一方で、相対情報認識部６０７で異常が発生したことを異常検出部６０９が検出した場合には、前記相対情報制御部６０８から出力された運動制御情報には切り替えを行わない。この場合には、異常検出部６０９は切替部６１０に対して自動運転制御部６０３から出力された自動運転制御情報を基に作成された運動制御情報を出力する様に指示し、かつ下記車両状態のユーザへの出力・車外への通知により警告動作を実施する。これにより相対情報を用いた制御機能に異常が発生した場合でも、ユーザに警告を行って引き継ぎを促し、かつ異常が発生していない自動運転制御部６０３の制御により動作継続を行い、安全性を向上させることが可能となる。

＜車両状態のユーザへの出力・車外への通知＞
図２に示されるように、車両制御システム２は、現在の車両の状態について、出力装置７を介してユーザに、または車両の外部に対して通知装置９または通信装置３を介して出力する。例えば車両システム１のいずれかの部分に異常が発生した場合に、出力装置７を介してユーザに対して警告等の点灯、もしくは音による警告を実施する。または通知装置９または通信装置３を介して車両外部に、ランプによる警告状態の出力や、スピーカによる警告音、異常に関する情報等の出力等を実施する。

上記異常検出部６０９で異常を検出した場合には、ユーザに対して異常が発生したことを、警告等や音で通知し、さらに異常の内容（異常が発生した各部、通信経路）についても出力装置７が有するディスプレイや警告灯で表示するなどを行う。これにより発生した異常をユーザが認識し、操作の引き継ぎを行うことが可能となる。

また車外への通知についても同様に、異常が発生したことと、異常が発生した範囲、または軌道の方向等を通知装置９または通信装置３を介して通知する。このようにすることにより、後続車などが、異常が発生した車両システム１の行動を予測可能となり、衝突などを回避することが可能となる。

＜ユーザ引き継ぎ制御＞
自動運転制御情報に基づく制御、または相対情報に基づく制御から、ユーザによる制御について切り替える例について図１８を基に説明する。自動運転制御情報または相対情報による制御を行っている（Ｓ１８０１）間に、ユーザ入力部６０４は入力装置８を介したユーザの運転操作開始動作（例えばペダルを踏む、ステアを操作する、自動運転終了のボタンを押す、等）を検出した場合（Ｓ１８０２のｙｅｓ）、切替部６１０に通知する。切替部６１０は、ユーザの運転操作開始動作の通知を受け、自動運転制御情報および相対情報に基づく制御を中止し、ユーザの運転操作に切り替える（Ｓ１８０３）。このようにして、自動運転制御および相対情報に基づく制御からユーザの運転操作に切り替えを実施し、自動運転制御情報または／および相対情報に誤りがあった場合にもユーザに制御を引き継ぎ安全性を維持する。

異常検出の方法として、相対情報と自動運転制御情報を用いる例について説明する。実施例１と異なる点は、異常検出部６０９の処理である。

自動運転制御情報の異常検出を相対情報のみを用いて検出する方法として、相対情報の各値が一定値以上もしくは一定値以下、もしくは前記リスク値が一定値以上となったことにより異常と判定する。これは、自動運転制御情報は上記相対情報の各値および前記リスク値が一定値以上もしくは一定値以下にならないように制御を行う前提であるため、前記状況は異常と判断し、相対情報制御を用いた制御に切り替える。これにより自動運転制御情報に異常が発生した場合でも、相対情報を用いた安全な制御に切り替えることが可能となる。

また別の判定方法として、異常検出部６０９は、自動運転制御情報と相対情報から推測される将来の自車および他オブジェクトの位置が接触・近接することにより異常を判定する。異常検出部６０９での相対情報と自動運転制御情報の判定例について図１４に示す。ここでは、自車の自動運転制御情報（軌道）を丸および点線、相対位置情報を図１２の例を用いて記載している。

軌道は各時間における自車の将来位置を示しているため、相対情報についても将来の位置を予測する。具体的には相対情報の相対位置、相対速度、相対加速度より類推する。計算式は、一次元の位置を例に示すと、ｔ秒後の位置をｙ（ｔ）、現在の位置をｙ（０）、相対速度をｖｙ、相対加速度をａｙとすると以下の様に表すことが可能である。ここで、例えば加速度の項は演算量を低減させるために省略可能である。

２次元の場合でも同様に演算を行い推測し、相対情報による未来の相対位置を予測する。この予測結果と軌道情報を比較し、一定時間後に軌道情報と相対情報による未来の相対位置が接触、もしくは相対距離が一定値以下になることにより異常と検出する。

上記異常を検出後は、相対情報を用いた制御を行う他にも、前記車両状態のユーザへの出力・車外への通知を行うことにより、早期なユーザへの引継開始の促しや、車外に対して異常発生を通知することにより、車外の車両等が余裕をもって回避動作を行うことが可能になる。

上記では自動運転制御情報が軌道の例を示したが、連続した制御値の場合でも同様に、一定時間後の自車両の位置を同様に推定することにより、同様に判定可能である。

また別の方法では、相対情報と統合認識部６０２の出力結果の比較により異常を検出する。例えば、相対情報により他オブジェクトが存在していると判定されたにも関わらず、前記他オブジェクトが統合認識部６０２の出力結果に含まれていない場合など、相対情報と統合認識部６０２の出力結果の比較により異常を検出可能である。

検出の方法は前記オブジェクトの存在有無の他にも、それぞれの出力結果を比較し、他オブジェクトの位置や速度、存在確率が設計した誤差の範囲を超えた場合に異常と検出する。これにより統合認識部６０２、認識装置６、相対情報認識部６０７で発生した故障を検出することが可能となる。

本実施例では上記判定により、相対情報を用いて自動運転制御情報の異常を検出することが可能となる。また、自動運転制御情報が出力された段階で異常を検出することができ、早期に相対情報を用いた制御への切り替え、もしくはユーザ・周囲への警告を実施することが可能となる。これにより、例えば、将来の軌道情報の異常を、その軌道情報が用いられる走行制御が行われる前に検知でき、早期にアクチュエータの制御をより信頼度の高い自動制御システムに受け渡すことができる。そのため、異常な軌道情報に基づいて実際にアクチュエータが制御されるのを未然に防止しつつ、信頼性の高い走行制御を実現することができる。結果として、自動運転システムを有効活用しつつも、自動運転システムの信頼性を自動制御システムによって良好に補完することが可能となる。

次に、自動運転制御情報の誤りにより誤制動を回避する制御の例について説明する。車両制御システムの構成については実施例２の場合と同様である。

図１５に、自車両が走行している後方に他車両が存在している状況で、誤って制動を行う自動運転制御情報が自動運転制御部６０３から出力された例を示している。

ここで異常検出部６０９は前記自動運転制御情報を自動運転制御部６０３から受信し、前記状況における相対情報を相対情報認識部６０７から受信する。その後、異常検出部６０９は実施例２に記載の異常検出により自動運転制御情報の異常を判定し、切替部６１０に相対情報に基づく制御に切り替える様に指示を行う。これにより、異常な自動運転制御情報による誤った制動を実施する以前に、相対情報に基づく制御に切り替えることが可能となる。

ここで図６では、異常検出部６０９は自動運転制御部６０３と切替部６１０の通信と並行した処理として記載しているが、異常検出部６０９を自動運転制御部６０３と切替部６１０との間に配置し、異常検出部６０９は、異常が検出されていない自動運転制御情報のみを切替部６１０に出力する構成としても良い。このようにすることにより、異常が検出された自動運転制御情報による制御を確実に抑制可能となる。

また、図６の構成においても、自動運転制御情報にＩＤを付与し、切替部６１０は異常検出部６０９からの該当ＩＤをもつ運動制御情報が正常である、または異常でないという通知を受信した後に、該当する自動運転制御情報の運動制御情報を出力する様にすることにより、同様に異常が検出された自動運転制御情報による制御を確実に抑制可能となる。

このように、後方車両が存在する場合に、誤って制動を行い後方車両に衝突する自動運転制御情報が演算された場合にも、相対情報に基づき誤った制動を行わないことが可能となり信頼性の高い走行制御を実現することができる。

本実施例においては、自動運転制御情報を保持しておき、必要に応じて出力を行う自動運転制御情報保持部６１２を追加している。本実施例における車両制御システム２の構成例を図１６に示す。

自動運転制御部６０３において、自動運転制御情報を演算するとともに、異常が発生した場合に最低限安全を確保可能な自動運転制御情報（例えば、車線に沿って走行、車線に沿って走行して緩やかな減速、路肩へ退避して停止等、以下、「保持制御情報」と称す。）も併せて演算する。そして、自動運転制御部６０３で演算した保持制御情報を自動運転制御情報保持部６１２に送信する。自動運転制御情報保持部６１２は、自動運転制御部６０３から送信された保持制御情報を保持しておき、異常発生時に保持していた保持制御情報に切り替えるためのものである。

なお、自動運転制御部６０３で演算した保持制御情報を自動運転制御情報保持部６１２に送信する際に併せて異常検出部６０９へも保持制御情報を送信し、異常検出部６０９で保持制御情報についての異常の有無を検出する。

切替部６１０は、自動運転制御部６０３、相対情報制御部６０８、自動運転制御情報保持部６１２からの制御情報を切り替えて運動制御部６１１に出力する。

判定方法について図１７に示す。まず、異常検出部６０９が自動運転制御情報、保持制御情報、相対情報を受信し、異常を判定し、その結果が相対情報のみで異常を検出したか、保持制御情報に異常を検出したか、自動運転制御情報に異常を検出したかを切替部６１０に通知する。異常検出の方法は、実施例１の異常検出に記載の方法で検出された情報が、前記それぞれの情報に含まれている、または実施例２に記載の異常検出方法により、自動運転制御情報と相対情報を比較し異常を検出する、保持制御情報の異常検出については、自動運転制御情報と同様の方法で異常検出を行う。

切替部６１０は、相対情報のみで異常を検出したと通知を受けた場合（Ｓ１７０１のｙｅｓ）、相対情報に基づく制御を行う（Ｓ１７０２）。保持制御情報で異常を検出したと通知を受けた場合（Ｓ１７０３のｙｅｓ）、相対情報に基づく制御を行う（Ｓ１７０２）。自動運転制御情報で異常を検出したと通知を受けた場合（Ｓ１７０４のｙｅｓ）、保持制御情報に基づく制御を行う（Ｓ１７０５）。いずれの異常も通知されなかった場合（Ｓ１７０４のｎｏ）には、自動運転制御情報による制御を行う（Ｓ１７０６）。

このようにすることにより、自動運転制御情報で異常が発生した場合にも、一定時間は保持していた安全を維持可能かつ異常が検出されていない保持制御情報で制御を行うことが可能となり、なおかつその後相対情報で異常が検出された場合に、安全に相対情報による制御に切り替えることが可能となる。これにより信頼性の高い走行制御を実現することができる。

以上説明した実施例によれば、自動運転制御情報に異常が発生した場合に、異常を検出し相対情報に基づく制御に切り替えることにより安全性を確保することが可能となる。

また別の実施例によれば、自動運転制御情報に基づく制御を実施する以前に、相対情報と自動運転制御情報から自動運転制御情報の異常を検知し、相対情報に基づく制御に切り替える、もしくはユーザや外部に対する警告により、異常に対応した動作を早期に行うことが可能となる。

また別の実施例によれば、異常を検出した自動運転制御情報に基づく制御の実施を抑制し、相対情報に基づく制御の実施が可能となる。

さらに別の実施例によれば、保持制御情報を用いることにより、自動運転制御情報で異常が発生した場合にも、一定時間は保持していた安全を維持可能かつ異常が検出されていない保持制御情報で機能を維持することが可能となり、なおかつその後相対情報で異常が検出された場合に、安全に相対情報による制御に切り替えることが可能となる。

１ 車両システム
２ 車両制御システム
３ 通信装置
４ 車両制御システム
５ 駆動装置
６ 認識装置
７ 出力装置
８ 入力装置
９ 通知装置
３０１ ネットワークリンク
３０２ ＥＣＵ
３０３ ＧＷ
４０１ プロセッサ
４０２ Ｉ／Ｏ
４０３ タイマ
４０４ ＲＯＭ
４０５ ＲＡＭ
４０６ 内部バス
５０１ 制御部
５０２ 通信管理部
５０３ 時間管理部
５０４ データテーブル
５０５ バッファ
６０１ 車両制御システム
６０２ 統合認識部
６０３ 自動運転制御部
６０４ ユーザ入力部
６０５ 出力管理部
６０６ 通知管理部
６０７ 相対情報認識部
６０８ 相対情報制御部
６０９ 異常検出部
６１０ 切替部
６１１ 運動制御部
６１２ 自動運転制御情報保持部
１００１ 外界認識マップ
１３０１ 相対情報テーブル

Claims (13)

1. 自動運転制御情報に基づいて生成される第一の制御信号と自車と周辺物体との相対情報に基づいて生成される第二の制御信号との何れか一方を駆動装置に出力し、
   前記自動運転制御情報に異常が検出された場合には、前記第一の制御信号に代えて、前記第二の制御信号を前記駆動装置に出力することを特徴とする車両制御装置。
2. 前記自動運転制御情報の入力となる情報は、前記相対情報の入力となる情報より多いことを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記自動運転制御情報の入力となる情報は、認識装置と通信装置とから出力される情報であり、
   前記相対情報の入力となる情報は、認識装置から出力される情報であることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
4. 前記自動運転制御情報に異常が検出された場合に、前記相対情報のうち相対位置が所定値以下とならないように走行制御を行う請求項１に記載の車両制御装置。
5. 前記自動運転制御情報に異常が検出された場合に、前記相対情報に基づくリスク値が所定値以下とならないように走行制御を行う請求項１に記載の車両制御装置。
6. 前記相対情報から算出されるリスク値が所定値以下となった場合に、前記自動運転制御情報が異常と判断する請求項１乃至５の何れかに記載の車両制御装置。
7. 前記自動運転制御情報と前記相対情報のうち相対位置情報とを比較し、
   前記自動運転制御情報が前記相対位置情報における周辺物体へのリスク値が所定値以上となる場合に、前記自動運転制御情報が異常と判断する請求項１乃至５の何れかに記載の車両制御装置。
8. 保持用自動運転制御情報を保持する自動運転制御情報保持部を有し、
   前記自動運転制御情報に異常が検出された場合には、第一の制御信号に代えて、前記保持用自動運転制御情報に基づく第三の制御信号をアクチュエータに出力し、
   前記保持用自動運転制御情報に異常が検知された場合には、第二の制御信号をアクチュエータに出力することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の車両制御装置。
9. 前記自動運転制御情報と前記相対情報のうち相対位置情報とを比較し、
   前記自動運転制御情報が前記相対位置情報における周辺物体へのリスク値が所定値以上となる場合に、前記自動運転制御情報が異常と判断する請求項８に記載の車両制御装置。
10. 前記自動運転制御情報が異常の場合に、外部へ報知を行う請求項１乃至５の何れかに記載の車両制御装置。
11. 前記第一の制御信号および前記第二の制御信号を前記駆動装置に出力する切替部と、
    前記自動運転制御情報および前記相対情報とを比較して異常を検出する異常検出部と、を有し、
    前記自動運転制御情報は、前記異常検出部および前記切替部に入力される請求項１に記載の車両制御装置。
12. 前記自動運転制御情報の異常が検出されない場合にのみ前記自動運転制御情報を前記切替部に出力する請求項１１に記載の車両制御装置。
13. 認識装置および通信装置の出力情報を統合した統合認識情報と前記相対情報とを比較して前記統合認情報の異常を検出する請求項１に記載の車両制御装置。

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