JP2021195044A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動運転制御装置の消費電力の変動によるエンジン回転数の急変を抑制できる車両制御装置を提供する。【解決手段】制御装置２は、車両１の走行に必要なパワー、バッテリ５の充放電に必要なパワー、及び自動運転制御装置６で消費されるパワーに基づきエンジン３に要求されるパワーの要求量を算出する要求量算出部２１と、自動運転に係る車両１の情報を取得する情報取得部２２と、要求量の算出に用いられる自動運転制御装置６で消費されるパワーの変動を緩やかにする補正を行う変動補正部２３と、を備える。変動補正部２３は、情報取得部２２により取得された情報の取得量が多いと推測される場合、その他の場合に比して、補正の度合いを大きくする。【選択図】図１

Description

本開示は、車両制御装置に関する。

特許文献１には、車速、目標駆動トルク、及び目標発電電力からエンジンの目標回転数を算出する、車両の駆動力制御装置が開示されている。

特開２０００−２３６６０１号公報

ところで、車両の運転操作を自動制御して車両を走行させる自動運転制御装置を備える構成が知られている。自動運転制御装置を備える車両に、特許文献１に記載のエンジン回転数設定手法を適用する場合、自動運転制御装置の消費電力も考慮する必要がある。

自動運転制御装置の消費電力は混雑状況や歩行者の有無等により変化するため、ユーザの想定しないシーンでエンジン回転数が急変してしまい、ユーザに違和感を与える虞がある。

本開示は、自動運転制御装置の消費電力の変動によるエンジン回転数の急変を抑制できる車両制御装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態の一観点に係る車両制御装置は、エンジン、モータジェネレータ、バッテリ、及び、運転操作を自動制御して車両を走行させる自動運転制御装置を備える車両の制御装置であって、前記車両の走行に必要なパワー、前記バッテリの充放電に必要なパワー、及び前記自動運転制御装置で消費されるパワーに基づき前記エンジンに要求されるパワーの要求量を算出する要求量算出部と、自動運転に係る前記車両の情報を取得する情報取得部と、前記要求量の算出に用いられる前記自動運転制御装置で消費されるパワーの変動を緩やかにする補正を行う変動補正部と、を備え、前記変動補正部は、前記情報取得部により取得された前記情報の取得量が多いと推測される場合、その他の場合に比して、前記補正の度合いを大きくする。

本開示によれば、自動運転制御装置の消費電力の変動によるエンジン回転数の急変を抑制できる車両制御装置を提供することができる。

実施形態に係る車両１のうちエンジン駆動力制御に係る部分のブロック図 エンジントルクとエンジン回転数の分配比の特性を示すグラフ 本実施形態の補正処理の概念を説明する図 本実施形態における自動運転実施時のエンジン要求パワー制御のフローチャート 車速に基づくなまし時定数の特性の一例を示すグラフ バッテリのＳＯＣに基づくなまし時定数の特定の一例を示すグラフ バッテリの入出力制限値に基づくなまし時定数の特定の一例を示すグラフ なまし時定数算出処理の変形例を示すグラフ

以下、添付図面を参照しながら実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、実施形態に係る車両１のうちエンジン駆動力制御に係る部分のブロック図である。図１に示すように、車両１は、制御装置２（車両制御装置）と、エンジン３と、モータジェネレータ４と、バッテリ５と、自動運転制御装置６と、を備える。

エンジン３及びモータジェネレータ４は、車両１の動力源である。本実施形態の車両１は、動力源としてエンジン３とモータジェネレータ４とを備えるハイブリッド車両である。モータジェネレータ４は発電機能も有する。バッテリ５と電気的に接続され、バッテリ５との間で電力の入出力を行う。モータジェネレータ４で発生させた電力をバッテリ５に蓄電でき、また、バッテリ５から供給される電力でモータジェネレータ４を駆動できる。

本実施形態で制御対象とする車両１は、車両１の運転操作を自動制御して走行させる自動運転が可能である。本実施形態において定義している自動運転とは、走行環境の認識や周辺状況の監視、ならびに、発進・加速、操舵、および、制動・停止などの全ての運転操作を、全て車両１の制御システムが行う自動運転を含み、また、上記の運転操作の一部を車両１の制御システムが行うものも含む。また、本実施形態で制御対象とする車両１は、車内に搭乗者（運転者、同乗者、および、乗客など）が存在しない状況であっても自動運転によって走行することが可能である。すなわち、車両１は、車内に搭乗者が存在する状態で自動運転によって走行する有人自動運転と、車内に搭乗者が存在しない状態で自動運転によって走行する無人自動運転とが可能である。なお、車両１は、例えば米国のＳＡＥ（Society of Automotive Engineers）の自動化レベルにおける「レベル４」で定義されているように、自動運転で走行する自動運転モードと、車両１の運転操作を運転者が行う手動運転モードとを選択できる構成であってもよい。

自動運転制御装置６は、上記の自動運転を実現するために車両１に設けられる各種センサ、アクチュエータ、補助機器を含む総称である。

「センサ」とは、車両１の外部における走行環境や周辺状況を検出する外部センサ（例えば、車載カメラ、ＲＡＤＡＲ（Radio Detection and Ranging］、ＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）、超音波センサ）、複数のＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信部、車両１の走行状態および各部の作動状態や挙動等を検出する内部センサ（例えば、車速センサ、エンジン回転数センサ、モータ回転数センサ（もしくはレゾルバ）、スロットル開度センサ、アクセルセンサ、ブレーキセンサ（もしくはブレーキスイッチ）、舵角センサ、前後加速度センサ、横加速度センサ、ヨーレートセンサ、バッテリセンサ、着座センサ、シートベルト着装センサ、生体センサ、動体検知センサなど）を含む。

「アクチュエータ」とは、車両１を自動運転で走行させる際に、車両１の発進・加速、操舵、および、制動・停止などの運転操作に関与し、エンジン３やモータジェネレータ４、制動装置、および、操舵装置などを制御するための作動装置を含む。主なアクチュエータとしては、例えば、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などが設けられている。前述したように、車両１は、動力源としてエンジン３及びモータジェネレータ４を備えている。したがって、このアクチュエータには、エンジン３及びモータジェネレータ４を制御するためのアクチュエータや操作機器等が含まれる。補助機器は、ワイパー、前照灯、方向指示器、エアコンディショナ、オーディオ装置など、車両１の運転操作に直接には関与しない機器・装置も含む。

制御装置２は、車両１内の各種センサ等からの入力情報に基づき車両１の駆動源等の各種要素の動作を制御する。制御装置２は、特にエンジン３の駆動力制御に関する機能として、要求量算出部２１と、情報取得部２２と、変動補正部２３とを有する。

エンジン駆動力制御に関して、制御装置２への入力情報は、例えば、周辺情報、ＳＯＣ（バッテリ状態）、車速、バッテリの入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ、自動運転消費電力を含む。「周辺情報」とは、例えば車両１の周囲の歩行者の数や位置、走行時間帯などの情報を含む。「自動運転消費電力」とは、自動運転制御装置で消費される電力量である。周辺情報や自動運転消費電力の情報は、自動運転制御装置６、または自動運転制御装置６の動作を管理するＥＣＵなどから取得できる。バッテリ５のＳＯＣや入出力制限の情報は例えばバッテリ５の動作を管理するバッテリＥＣＵなどから取得できる。車速の情報は例えば車両１に搭載された車速センサから取得できる。

要求量算出部２１は、車両１の走行状態などの各種条件に基づきエンジン３に要求されるパワーの要求量（エンジン要求パワー）を算出する。要求量算出部２１は、例えば、車両１の走行に必要なパワー（走行パワー）と、バッテリ５の充放電に必要なパワー（バッテリ要求パワー）と、自動運転制御装置６で消費されるパワー（自動運転消費パワー）との総和を、エンジン要求パワーとして算出できる。すなわちエンジン要求パワーは下記の（１）式で算出できる。

エンジン要求パワー ＝ 走行パワー ＋ バッテリ要求パワー
＋ 自動運転消費パワー ・・・（１）

なお、自動運転消費パワーとは、例えば情報取得部２２により取得された情報から推測される自動運転制御装置６の要求電力である。この要求電力は、車両１の走行中に車内で推測される構成でもよいし、あらかじめ取得状況と要求電力とを関係づけておき、車内では取得情報から補正値を設定する構成でもよい。また、自動運転消費パワーは、図１に示すように、制御装置２に入力される自動運転消費電力の情報を用いてもよい。

情報取得部２２は、自動運転に係る車両１の情報を取得する。この情報とは、車両１の周辺の情報を示す周辺情報や、車両１の走行状態を示す走行環境情報を含む。「周辺情報」とは、例えば車両１の周囲の歩行者の数や位置（混雑状況）、走行時間帯（混雑させると推定される時間帯）などの情報を含む。「走行環境情報」とは、車両１の走行速度やバッテリ５のＳＯＣ（充電率）など車両１の内部情報や、走行中の道路の幅や車線数、種類などの外部情報を含む。周辺情報や走行環境情報は、例えば自動運転制御装置６、または自動運転制御装置６の動作を管理するＥＣＵなどから取得できる。

なお、情報取得部２２が自動運転制御装置６に設けられる構成でもよい。

変動補正部２３は、エンジン要求パワーの算出に用いられる自動運転消費パワーの変動を緩やかにする補正を行う。特に本実施形態では、変動補正部２３は、情報取得部２２により取得された情報の取得量が多いと推測される場合、その他の場合に比して、補正の度合いを大きくする。

ここで「情報取得部２２により取得された情報の取得量が多いと推測される場合」とは、車速が遅い場合、車両周辺が密集状態である場合、歩行者が多いと推定される時間帯である場合、などを含む。

図２、図３を参照して上記の分配比の変更による効果を説明する。図２は、エンジントルクとエンジン回転数の分配比の特性を示すグラフである。図３は、本実施形態の補正処理の概念を説明する図である。図２の横軸はエンジン回転数を表し、縦軸はエンジントルクを表す。図２では、エンジン要求パワーの複数の等パワー線が点線で示され、左下から右上に向かうほどパワーが大きくなる。

図２に実線で示すグラフＡは、エンジン回転数とエンジントルクの分配比の特性である。グラフＡは、エンジン要求パワーが増加すると、エンジン回転数もエンジントルクも同じ割合で増加する比例関係となっている。エンジン要求パワーに応じてこのグラフＡ上に動作点Ｂが設定され、この動作点の位置に応じたエンジン回転数とエンジントルクが設定される。

ここで、自動運転制御装置６の消費電力は、車両１内の他の要素と比較して相対的に大きい。このため、バッテリ５の電力量（ＳＯＣ）の枯渇を防止するため、自動運転制御装置６の消費電力はエンジン３のパワーで賄う（例えばエンジン３の駆動力を用いてモータジェネレータ４で発電した電力を用いる）。つまり、本実施形態のように自動運転制御装置６を備える車両１の場合、上記（１）式で示したように、また、図３に示すように、エンジン要求パワーには自動運転消費パワーが含まれる。また、自動運転制御装置６の消費電力は、接近車両や歩行者等との距離、数などの周辺環境により変化し、かつ、その変化幅が大きい（例えば最大５ｋＷ）。

このため、周辺環境の変化により自動運転制御装置６の消費電力が大きく変動すると、エンジン要求パワーにも大きな変化が生じる。この場合、図２のグラフＡ上の動作点Ｂも大きく変化し、エンジン回転数が大きく変動する。例えば、接近車両や歩行者が車両１に近づくと、自動運転消費パワーが増加するためエンジン要求パワーも増大し、この結果エンジン回転数も増加する。このようなエンジン回転数の変動は運転者に違和感を与え、ドライバビリティの低下を招く。

そこで本実施形態では、図３に示すように、変動補正部２３により、自動運転消費パワーの変動を緩やかにする補正を行う。この補正としては、例えばなまし時定数を用いてなまし処理を行い、自動運転消費パワーの変動に時間遅れを発生させて、滑らかに変動させる。これにより、自動運転消費パワーが変動した場合でも、上記（１）式の右辺の「自動運転消費パワー」項の変動量を抑制できるので、エンジン要求パワーの変動も抑制でき、この結果エンジン回転数の変動も抑制できる。

さらに、変動補正部２３は、情報取得部２２により取得された情報の取得量が多いと推測される場合、すなわち自動運転消費パワーが増大するほど、自動運転消費パワーの変動を緩やかにする補正の度合いを大きくする。すなわち、なまし時定数を増やして、時間遅れをさらに大きくすることができる。これにより、自動運転消費パワーの変動によるエンジン要求パワーの変動をさらに抑制でき、エンジン回転数の変動もさらに抑制できる。これによりドライバビリティの低下を抑制できる。

制御装置２の各機能は、ハイブリッド車両１に搭載され車両の各部の駆動を制御する単数または複数のＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ：電子制御ユニット）により実現することができる。ＥＣＵは、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びインタフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。上記の制御装置２の各機能は、ＥＣＵにおいて、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで車両１内の各種装置を動作させると共に、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。

図４は、本実施形態における自動運転実施時のエンジン要求パワー制御のフローチャートである。図４に示すフローチャートは、車両１が自動運転を実施中に制御装置２の変動補正部２３により実施される。

ステップＳ１では、車速に応じて、自動運転消費パワーのなまし処理に用いるなまし時定数が算出される。車両１の車速の情報は、例えば情報取得部２２により取得される。なまし時定数は、車両１の周囲の他車両や歩行者の接近頻度に応じて変更される。例えば、他者が車両１により近いほどなまし時定数を大きくし、車両１からより遠いほどなまし時定数を小さくする。接近頻度は、車両１が街乗り走行中か（つまり低速走行か）、または高速道路を走行中か（つまり高速走行か）によって異なると考えられるので、本ステップでは車速で判断する。

図５は、車速に基づくなまし時定数の特性の一例を示すグラフである。図５の横軸は車速、縦軸はなまし時定数を示す。図５に示すように、例えば車速がより高速になるほど時定数は小さくなり、より低速になるほど時定数は大きく設定される。なお、図５の例では、なまし時定数の特性は、低速側から高速側に沿って線形の単調減少であるが、非線形でもよい。

ステップＳ２では、バッテリ状態に応じてなまし時定数が小さく変更される。具体的には、バッテリ５の温度、ＳＯＣ、電圧が所定値Ｔ１以上の場合に高くなるほど時定数を小さくする、または、所定値Ｔ２以下の場合に低くなるほど時定数を小さくする。図６は、バッテリ５のＳＯＣに基づくなまし時定数の特定の一例を示すグラフである。図６の横軸はＳＯＣ、縦軸はなまし時定数を示す。

また、ステップＳ２では、バッテリ５の最大充電量（入力制限値）Ｗｉｎや最大放電量（出力制限値）Ｗｏｕｔが小さくなるほど時定数を小さくしてもよい。図７は、バッテリ５の入出力制限値に基づくなまし時定数の特定の一例を示すグラフである。図７の横軸は入出力制限値Ｗｏｕｔ、Ｗｉｎ、縦軸はなまし時定数を示す。

なまし処理によって自動運転消費パワーの時間遅れが生じるため、算出されるエンジン要求パワーでは実際に自動運転制御装置６が消費する電力の一部をカバーできない虞がある。この場合、パワーの不足分はバッテリ５の充放電で補填することになる。このため、バッテリ５が上記の条件を満たす場合には、バッテリ５からの補填によってバッテリ５のＳＯＣが枯渇する虞がある。そこでステップＳ２では、バッテリ５のＳＯＣが枯渇する可能性が高い場合には、ステップＳ１で算出したなまし時定数を小さく設定し直して、自動運転消費パワーの変動のなまし補正の度合いを少なくして時間遅れを低減させ、バッテリ５による補填量を少なくする。

ステップＳ３では、ステップＳ１、Ｓ２にて算出されたなまし時定数を用いて、要求量算出部２１にて算出された自動運転消費パワーに対してなまし処理が実施され、補正後自動運転消費パワーが算出される。

ステップＳ４では、ステップＳ３にて算出された補正後自動運転消費パワーを用いてエンジン要求パワーが算出される。すなわちエンジン要求パワーは下記の（２）式で算出できる。

エンジン要求パワー ＝ 走行パワー ＋ バッテリ要求パワー
＋ 補正後自動運転消費パワー ・・・（２）

この後、図３にも示したように、ステップＳ４にて算出されたエンジン要求パワーを用いてエンジン回転数が算出されて、このエンジン回転数に基づき制御装置２によりエンジン３の出力が制御される。

なお、ステップＳ１のなまし時定数の算出処理では、走行環境や周辺状況に関する情報であれば車速以外の情報に基づく構成でもよい。図８は、なまし時定数算出処理の変形例を示すグラフである。図８の横軸は走行環境及び周辺状況を示し、左側に進むほど周辺が閑散していたり、車両が高速走行するなど、自動運転消費パワーが低下し、右側に進むほど周辺が混雑していたり、車両が低速走行するなど、自動運転消費パワーが増加する傾向となる。図８の縦軸はなまし時定数を示す。図８に示すように、走行環境及び周辺状況が右側に推移し、自動運転消費パワーが増加傾向となるほど、なまし時定数が増加する。図８の例では、なまし時定数の増加特性は、線形の単調増加であるが、非線形でもよい。走行環境や周辺状況に関する車速以外の情報としては、例えば車両１の周囲の歩行者の数や位置、走行時間帯（混雑する時間帯か否か）、ＧＰＳ位置情報、走行中の道路の幅や車線数や種類、などの情報を含む。

以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

１ 車両
２ 制御装置（車両制御装置）
２１ 要求量算出部
２２ 情報取得部
２３ 変動補正部
３ エンジン
４ モータジェネレータ
５ バッテリ
６ 自動運転制御装置

Claims (1)

1. エンジン、モータジェネレータ、バッテリ、及び、運転操作を自動制御して車両を走行させる自動運転制御装置を備える車両の制御装置であって、
   前記車両の走行に必要なパワー、前記バッテリの充放電に必要なパワー、及び前記自動運転制御装置で消費されるパワーに基づき前記エンジンに要求されるパワーの要求量を算出する要求量算出部と、
   自動運転に係る前記車両の情報を取得する情報取得部と、
   前記要求量の算出に用いられる前記自動運転制御装置で消費されるパワーの変動を緩やかにする補正を行う変動補正部と、
   を備え、
   前記変動補正部は、前記情報取得部により取得された前記情報の取得量が多いと推測される場合、その他の場合に比して、前記補正の度合いを大きくする、
   車両制御装置。

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