JP2021110575A

JP2021110575A - 走行経路設定装置

Info

Publication number: JP2021110575A
Application number: JP2020001069A
Authority: JP
Inventors: 岳史狩野; Takeshi Karino
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-07
Filing date: 2020-01-07
Publication date: 2021-08-02

Abstract

【課題】自動運転の走行経路候補における駆動用バッテリの温度予測の精度を高める走行経路設定装置を提供する。【解決手段】自動運転システムにおいて、走行経路設定装置１００は、車両が備える駆動用バッテリ４２の発熱量に基づいて、車両の自動運転の走行経路を設定する。走行経路設定装置は、自動運転の走行経路候補における各走行区間の目標速度を取得し、当該目標速度を実現するための加減速目標に基づいて、走行経路候補の走行に必要な、車両が備える駆動モータの制駆動トルクの必要量を算出するトルク算出部１０３と、トルク算出部によって算出された制駆動トルクの必要量に基づいて、駆動用バッテリの温度を予測する予測部１０４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、走行経路設定装置に関する。

従来、電気自動車が備える駆動モータに電力を供給するバッテリ（以下、「駆動用バッテリ」と示す）の効率低下を抑制したり、駆動用バッテリの劣化を抑制したりすることを目的として、駆動用バッテリの発熱を抑制する技術が考案されている。

例えば、下記特許文献１には、ナビゲーション装置において、目的地までの案内経路を電気自動車が走行している場合、駆動用バッテリの温度変化を予測し、案内経路の次のノードに到達するまでに駆動用バッテリの温度が最大温度を超えると予測されると、駆動用バッテリの温度が最大温度を超えないように、電気自動車の走行プランを変更する技術が開示されている。

特開２０１０−２４３３２７号公報

しかしながら、実際には、車両の加減速に応じて、駆動用バッテリの温度や駆動モータの発熱量が変化する。それにも関わらず、上記特許文献１の技術は、電気自動車の加減速を考慮せずに駆動用バッテリの温度を予測するため、駆動用バッテリの温度を高精度に予測することができない。

なお、上記特許文献１の技術を応用して、自動運転の走行経路候補における駆動用バッテリの温度を予測することも可能である。但し、この場合も、車両の加減速を考慮せずに駆動用バッテリの温度を予測することになるため、駆動用バッテリの温度予測の精度を高めることができない。

本発明は、上述した従来技術の課題を解決するため、自動運転の走行経路候補における駆動用バッテリの温度予測の精度を高めることができるようにすることを目的とする。

本開示の一態様の走行経路設定装置は、車両が備える駆動用バッテリの発熱量に基づいて、車両の自動運転の走行経路を設定する走行経路設定装置であって、自動運転の走行経路候補における各走行区間の目標速度を取得し、当該目標速度を実現するための加減速目標に基づいて、走行経路候補の走行に必要な、車両が備える駆動モータの制駆動トルクの必要量を算出するトルク算出部と、トルク算出部によって算出された制駆動トルクの必要量に基づいて、駆動用バッテリの温度を予測する予測部とを備える

自動運転の走行経路候補における駆動用バッテリの温度予測の精度を高めることができる。

実施形態に係る自動運転システムのシステム構成を示す図実施形態に係る走行経路設定装置による処理の手順を示すフローチャート

以下、図面を参照して、本発明の実施形態の自動運転システムについて説明する。

（自動運転システム１０のシステム構成）
図１は、実施形態に係る自動運転システム１０のシステム構成を示す図である。図１に示す自動運転システム１０は、自動運転可能、且つ、駆動モータの発生する駆動トルクによる走行が可能な車両（例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車等）に搭載されるシステムである。図１に示すように、自動運転システム１０は、センサ群２０、自動運転コントローラ３０、駆動モータ４１、駆動用バッテリ４２、電動パワーステアリング４３、ブレーキ４４、および、走行経路設定装置１００を備える。

センサ群２０は、複数のセンサを備えて構成されており、当該複数のセンサによって、車両に関する車両情報、および、車両周辺に関する車両周辺情報を取得する。センサ群２０によって取得される車両情報としては、例えば、車速、駆動モータ４１の回転数、駆動モータ４１の温度、駆動用バッテリ４２の電圧、駆動用バッテリ４２の温度、車両の現在位置等が挙げられる。また、センサ群２０によって取得される車両周辺情報としては、例えば、外気温、障害物情報、車間距離、車両周辺画像等が挙げられる。

自動運転コントローラ３０は、車両の自動運転を制御する。自動運転コントローラ３０は、走行プラン生成部３１および自動運転制御部３２を備える。

走行プラン生成部３１は、公知の経路探索方法を用いて、ユーザが任意に設定した目的地までの走行経路候補を探索し、当該走行経路候補と、当該走行経路候補における各走行区間の目標速度と、当該目標速度を実現するための加減速目標とを含む走行プランを生成する。この際、走行プラン生成部３１は、走行経路候補における各走行区間の勾配、車両が備える駆動用バッテリ４２の電力残量等に基づいて、走行プランを生成する。

自動運転制御部３２は、走行プラン生成部３１によって生成された走行プランに従って、車両に搭載された各種アクチュエータ（駆動モータ４１、駆動用バッテリ４２、電動パワーステアリング４３、およびブレーキ４４等）を制御することにより、目的地まで車両を自動運転させる。

例えば、自動運転制御部３２は、車両の自動運転走行中、駆動モータ４１（具体的には、駆動モータ４１に交流電力を供給するインバータ）を制御することにより、駆動モータ４１の駆動トルク、車速等を制御する。また、例えば、自動運転制御部３２は、車両の自動運転走行中、電動パワーステアリング４３を制御することにより、車両の右左折、車線変更等を制御する。また、例えば、自動運転制御部３２は、車両の自動運転走行中、ブレーキ４４を制御することにより、車両の減速および停止を制御する。また、例えば、自動運転制御部３２は、車両の自動運転走行中、駆動用バッテリ４２が備える冷却ファンの動作を制御することにより、当該冷却ファンによる駆動用バッテリ４２の冷却を制御する。

なお、自動運転コントローラ３０は、車両の自動運転走行中、センサ群２０から各種センサ情報を取得することにより、車両および車両周辺の状態をモニタリングし、車両および車両周辺の状態（例えば、車速、走行車線、車間距離、障害物、信号機、標識等）を、車両の自動運転制御にリアルタイムに反映させる。

走行経路設定装置１００は、車両の自動運転の走行経路を設定する装置である。図１に示すように、走行経路設定装置１００は、走行プラン取得部１０１、取得部１０２、トルク算出部１０３、予測部１０４、実行可否判定部１０５、およびリプラン要求部１０６を備える。

走行プラン取得部１０１は、自動運転コントローラ３０によって生成された走行プランを、自動運転コントローラ３０から取得する。走行プラン取得部１０１によって取得される走行プランは、目的地までの走行経路候補と、当該走行経路候補における各走行区間の目標速度と、当該目標速度を実現するための加減速目標とを含む。

取得部１０２は、駆動用バッテリ４２の現在の温度を表す温度情報を取得する。例えば、取得部１０２は、駆動用バッテリ４２の現在の温度を検出する温度センサから、駆動用バッテリ４２の現在の温度を表す温度情報を取得する。また、取得部１０２は、駆動用バッテリ４２の現在のＳＯＣ（State of Charge）を表すＳＯＣ情報を取得する。例えば、取得部１０２は、電圧センサによって検出された駆動用バッテリ４２の電圧値に基づいて現在のＳＯＣを算出する機能を有する装置（例えば、ＥＣＵ、自動運転コントローラ３０等）から、駆動用バッテリ４２の現在のＳＯＣを表すＳＯＣ情報を取得する。なお、現在のＳＯＣを算出する機能は、走行経路設定装置１００に設けられてもよい。

トルク算出部１０３は、走行プラン取得部１０１によって取得された走行プランに基づいて、当該走行プランの実行（すなわち、走行経路候補の自動運転による走行）に必要な、駆動モータ４１の制駆動トルクの必要量を算出する。例えば、トルク算出部１０３は、走行プランに含まれている走行経路候補における、各走行区間の勾配および距離に基づいて、各走行区間の制駆動トルクを算出する。また、例えば、トルク算出部１０３は、走行プランに含まれている各走行区間の目標速度を取得し、当該目標速度を実現するための加減速目標に基づいて、各走行区間の制駆動トルクを算出する。そして、トルク算出部１０３は、各走行区間の勾配および距離に基づく制駆動トルクと、各走行区間の加減速目標に基づく制駆動トルクとに基づいて、走行プランの実行に必要な、駆動モータ４１の制駆動トルクの必要量を算出する。

予測部１０４は、トルク算出部１０３によって算出された駆動モータ４１の制駆動トルクの必要量に基づいて、駆動用バッテリ４２に入出力される電流量を算出し、駆動用バッテリ４２の発熱量、充電電力量、および消費電力量を予測する。

そして、予測部１０４は、予測された駆動用バッテリ４２の発熱量と、取得部１０２によって取得された駆動用バッテリ４２の現在の温度とに基づいて、走行プラン取得部１０１によって取得された走行プランを実行した場合の、車両の自動運転中における駆動用バッテリ４２の温度を予測する。

例えば、予測部１０４は、下記（１）〜（３）に基づいて、車両の自動運転中における駆動用バッテリ４２の温度を予測する。

（１）トルク算出部１０３によって算出された制駆動トルクの必要量に基づく、駆動用バッテリ４２の発熱量
（２）諸条件（駆動用バッテリ４２の冷却性能、外気温、走行風等）に基づく、駆動用バッテリ４２の放熱量
（３）取得部１０２によって取得された駆動用バッテリ４２の現在の温度

したがって、予測部１０４によって予測される駆動用バッテリ４２の温度は、駆動用バッテリ４２の現在の温度を起点として、上記発熱量が上記放熱量を上回る走行区間については、駆動用バッテリ４２の温度が上昇し、上記発熱量が上記放熱量を下回る走行区間については、駆動用バッテリ４２の温度が下降するものとなる。

また、予測部１０４は、予測された駆動用バッテリ４２の充電電力量および消費電力量と、取得部１０２によって取得された駆動用バッテリ４２の現在のＳＯＣとに基づいて、走行プラン取得部１０１によって取得された走行プランを実行した場合の、車両の自動運転中における駆動用バッテリ４２のＳＯＣを予測する。ここで、予測部１０４によって予測されるＳＯＣは、駆動用バッテリ４２の現在のＳＯＣを起点として、駆動用バッテリ４２の充電電力量が駆動用バッテリ４２の消費電力量を上回る走行区間（例えば、減速時、下り坂走行時）については、駆動用バッテリ４２のＳＯＣが上昇し、駆動用バッテリ４２に充電電力量が駆動用バッテリ４２の消費電力量を下回る走行区間については、駆動用バッテリ４２のＳＯＣが下降するものとなる。

実行可否判定部１０５は、予測部１０４によって予測された駆動用バッテリ４２の温度およびＳＯＣに基づいて、走行プラン取得部１０１によって取得された走行プランの実行可否を判定する。例えば、実行可否判定部１０５は、予測部１０４によって予測された駆動用バッテリ４２の温度が、駆動用バッテリ４２の保護制御が開始される所定の温度閾値以上の場合、走行プラン取得部１０１によって取得された走行プランの実行不可と判定する。また、実行可否判定部１０５は、予測部１０４によって予測された駆動用バッテリ４２のＳＯＣが、駆動用バッテリ４２の充電制限が開始される所定のＳＯＣ閾値以上の場合、走行プラン取得部１０１によって取得された走行プランの実行不可と判定する。一方、実行可否判定部１０５は、予測部１０４によって予測された駆動用バッテリ４２の温度が、駆動用バッテリ４２の保護制御が開始される所定の温度閾値未満であり、且つ、予測部１０４によって予測された駆動用バッテリ４２のＳＯＣが、駆動用バッテリ４２の充電制限が開始される所定のＳＯＣ閾値未満の場合、走行プラン取得部１０１によって取得された走行プランの実行可能と判定する。

リプラン要求部１０６は、実行可否判定部１０５によって走行プランの実行不可と判定された場合、自動運転コントローラ３０に対して、走行プランのリプランを要求する。

自動運転コントローラ３０の走行プラン生成部３１は、リプラン要求部１０６からの要求に応じて、走行プランを再生成する。この際、走行プラン生成部３１は、駆動用バッテリ４２の温度の予測値が低くなるように、且つ、駆動用バッテリ４２のＳＯＣの予測値が低くなるように、走行プランを再生成する。

例えば、走行プラン生成部３１は、走行経路候補に勾配が小さい走行区間を含めたり、走行経路候補に目標速度が低い走行区間を含めたりすることによって、駆動モータ４１の制駆動トルクの必要量を低めることにより、駆動用バッテリ４２の温度の予測値が低くなるように、走行プランを再生成する。

また、例えば、走行プラン生成部３１は、走行経路候補に電力を多用する走行区間（例えば、補機類を多用する走行区間、駆動トルクが高い走行区間）を含めることによって、駆動用バッテリ４２の消費電力量を高めることにより、駆動用バッテリ４２のＳＯＣの予測値が低くなるように、走行プランを再生成する。

なお、走行経路設定装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えて構成されている。上記した走行経路設定装置１００の各機能は、例えば、走行経路設定装置１００において、ＲＯＭに記憶されているプログラムを、ＣＰＵが実行することによって実現される。

また、走行経路設定装置１００の機能の一部または全部は、自動運転コントローラ３０に設けられてもよく、車両が備えるその他の装置（例えば、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）等）に設けられてもよい。

（走行経路設定装置１００による処理の手順）
図２は、実施形態に係る走行経路設定装置１００による処理の手順を示すフローチャートである。図２に示す処理は、例えば、自動運転コントローラ３０によって走行プランが生成されたタイミングで、走行経路設定装置１００によって実行される。

まず、走行プラン取得部１０１が、自動運転コントローラ３０によって生成された走行プランを、自動運転コントローラ３０から取得する（ステップＳ２０１）。

次に、取得部１０２が、駆動用バッテリ４２の現在の温度を表す温度情報と、駆動用バッテリ４２の現在のＳＯＣを表すＳＯＣ情報とを取得する（ステップＳ２０２）。

次に、トルク算出部１０３が、ステップＳ２０１で取得された走行プランに基づいて、当該走行プランの実行に必要な、駆動モータ４１の制駆動トルクの必要量を算出する（ステップＳ２０３）。

次に、予測部１０４が、ステップＳ２０３で算出された駆動モータ４１の制駆動トルクの必要量に基づいて、駆動用バッテリ４２の発熱量、充電電力量、および消費電力量を予測する（ステップＳ２０４）。

次に、予測部１０４が、ステップＳ２０４で予測された駆動用バッテリ４２の発熱量と、ステップＳ２０２で取得された駆動用バッテリ４２の現在の温度とに基づいて、ステップＳ２０１で取得された走行プランを実行した場合の、駆動用バッテリ４２の温度を予測する（ステップＳ２０５）。

次に、予測部１０４が、ステップＳ２０４で予測された駆動用バッテリ４２の充電電力量および消費電力量と、ステップＳ２０２で取得された駆動用バッテリ４２の現在のＳＯＣとに基づいて、ステップＳ２０１で取得された走行プランを実行した場合の、駆動用バッテリ４２のＳＯＣを予測する（ステップＳ２０６）。

次に、実行可否判定部１０５が、ステップＳ２０５で予測された駆動用バッテリ４２の温度と、ステップＳ２０６で予測された駆動用バッテリ４２のＳＯＣとに基づいて、ステップＳ２０１で取得された走行プランの実行可否を判定する（ステップＳ２０７）。

ステップＳ２０７において、走行プランの実行可能と判定された場合（ステップＳ２０７：Ｙｅｓ）、走行経路設定装置１００は、ステップＳ２０１で取得された走行プランによる自動運転制御を、自動運転コントローラ３０に継続させる（ステップＳ２０９）。そして、走行経路設定装置１００は、図２に示す一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ２０７において、走行プランの実行不可と判定された場合（ステップＳ２０７：Ｎｏ）、リプラン要求部１０６が、自動運転コントローラ３０に対して、走行プランのリプランを要求する（ステップＳ２０８）。そして、走行経路設定装置１００は、図２に示す一連の処理を終了する。

但し、走行経路設定装置１００は、自動運転コントローラ３０によって走行プランが再生成された場合、再生成された走行プランの適否を判定するために、図２に示す一連の処理を再度実行する。

また、走行経路設定装置１００は、車両の自動運転走行中も、車両および車両周辺の状態の変化が走行プランに反映されるように、図２に示す一連の処理を繰り返し実行する。

以上説明したように、実施形態に係る走行経路設定装置１００は、自動運転の走行経路候補における各走行区間の目標速度を取得し、当該目標速度を実現するための加減速目標に基づいて、前記走行経路候補の走行に必要な、駆動モータ４１の制駆動トルクの必要量を算出するトルク算出部１０３と、トルク算出部１０３によって算出された制駆動トルクの必要量に基づいて、駆動用バッテリ４２の温度を予測する予測部１０４とを備える。これにより、実施形態に係る走行経路設定装置１００は、自動運転の走行経路候補における駆動用バッテリ４２の温度予測の精度を高めることができる。

また、実施形態に係る走行経路設定装置１００は、予測部１０４によって予測された駆動用バッテリ４２の温度が、駆動用バッテリ４２の保護制御が開始される所定の温度閾値以上の場合、自動運転コントローラ３０に対して、走行プランのリプランを要求するリプラン要求部１０６をさらに備える。これにより、実施形態に係る走行経路設定装置１００は、車両の自動運転中に、駆動用バッテリ４２の保護制御が作動して車両の自動運転が中断されてしまわないように、自動運転コントローラ３０に走行プランを再生成させることができる。

また、実施形態に係る走行経路設定装置１００において、予測部１０４は、駆動用バッテリ４２のＳＯＣをさらに予測することができ、リプラン要求部１０６は、予測部１０４によって予測された駆動用バッテリ４２のＳＯＣが、駆動用バッテリ４２の充電制限が開始される所定のＳＯＣ閾値以上の場合、自動運転コントローラ３０に対して、走行プランのリプランを要求するリプラン要求部１０６をさらに備える。これにより、実施形態に係る走行経路設定装置１００は、車両の自動運転中に、駆動用バッテリ４２の充電制限がなされてエネルギー回生を行う回生制動ができなくなり、車両の自動運転が中断されてしまわないように、自動運転コントローラ３０に走行プランを再生成させることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。

例えば、車両が複数の駆動モータ４１を備える場合、走行経路設定装置１００は、複数の駆動モータ４１の各々の制駆動トルクの必要量を算出して、算出された複数の駆動モータ４１の各々の制駆動トルクの必要量に基づいて、駆動用バッテリ４２の発熱量、充電電力量、および消費電力量を予測してもよい。

また、例えば、車両が複数の駆動用バッテリ４２を備える場合、走行経路設定装置１００は、複数の駆動用バッテリ４２の各々の温度およびＳＯＣを予測し、少なくともいずれか一つの駆動用バッテリ４２の温度の予測値が、所定の温度閾値以上となる場合、または、少なくともいずれか一つの駆動用バッテリ４２のＳＯＣの予測値が、所定のＳＯＣ閾値以上となる場合、自動運転コントローラ３０に対して、走行プランのリプランを要求するようにしてもよい。

また、例えば、走行経路設定装置１００は、自動運転コントローラ３０に対して、走行プランのリプランを要求する際に、駆動用バッテリ４２の温度が所定の温度閾値以上となる走行区間、または、駆動用バッテリ４２のＳＯＣが所定のＳＯＣ閾値以上となる走行区間、を、自動運転コントローラ３０に通知することで、この走行区間を回避するような走行プランを、自動運転コントローラ３０に再生成させるようにしてもよい。

１０自動運転システム
２０センサ群
３０自動運転コントローラ
３１走行プラン生成部
３２自動運転制御部
４１駆動モータ
４２駆動用バッテリ
４３電動パワーステアリング
４４ブレーキ
１００走行経路設定装置
１０１走行プラン取得部
１０２取得部
１０３トルク算出部
１０４予測部
１０５実行可否判定部
１０６リプラン要求部

Claims

車両が備える駆動用バッテリの発熱量に基づいて、前記車両の自動運転の走行経路を設定する走行経路設定装置であって、
前記自動運転の走行経路候補における各走行区間の目標速度を取得し、当該目標速度を実現するための加減速目標に基づいて、前記走行経路候補の走行に必要な、前記車両が備える駆動モータの制駆動トルクの必要量を算出するトルク算出部と、
前記トルク算出部によって算出された前記制駆動トルクの必要量に基づいて、前記駆動用バッテリの温度を予測する予測部と
を備える走行経路設定装置。