JP2022139379A - 自動運転車両 - Google Patents

Abstract

【課題】制御部の動作や電源に異常が発生したとき、安全に且つ確実に停止し得る自動運転車両を提供する。【解決手段】自動運転車両１０は、走行部１１，操舵部１２，制動部１３の駆動制御部１４と、走行状態の検出部１９と、検出部の検出信号により走行指令を生成する制御部１７と、走行指令により走行信号を生成し駆動制御部に送出する走行制御部１５と、制動部を非常制動する非常制動部２０と、制御部を補完するバックアップ制御部１８と、制御部及びバックアップ制御部の動作を監視する動作監視部１６と、を備え、制御部及びバックアップ制御部が常に相互に動作を監視し、バックアップ制御部が制御部の異常を検出したとき、制御部に代わって停止指令１８ｃを生成して走行制御部に送出し、走行制御部が停止信号１５ｂを生成して駆動制御部に送出し、駆動制御部が走行部，操舵部及び制動部を駆動制御して当該車両を停止させる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば非常事態発生時に急制動を行なうための非常制動部を備えた自動運転車両に関するものである。

一般に、自動運転車両は、走行状態を検出する位置センサ，車速センサ，三軸加速度センサや障害物センサ等から成る検出部からの検出信号に基づいて自動運転車両の走行を制御するメインの自動運転制御部（本出願では「自動運転制御部」を単に「制御部」と称し、走行制御部、バックアップ制御部、駆動制御部などと区別して用いる。）が走行指令を生成し、走行制御部が走行指令に基づいて走行信号を生成することにより、駆動制御部が走行信号に基づいて走行部，操舵部及び制動部を駆動制御して、自動走行を行なう。

さらに、非常制動部を備えた自動運転車両も知られている。このような自動運転車両は、制御部が検出部からの検出信号に基づいて非常事態の発生を検出したときには非常停止指令を生成し、この非常停止指令により非常制動部が制動部を駆動することにより非常制動を行ない、自動運転車両を緊急停止させる。

また、従来、運転席前方に配設されたブレーキペダル等の操作部材に対してブレーキ操作することで、車輪を制動する流体圧を用いたブレーキ構造が知られており、例えば特許文献１には車両用制動装置が開示されている。

特開２００９－０６７３２０号公報

従来の自動運転車両では、非常事態発生時には制御部が非常事態の発生を検出して非常制動部を制御し、制動部により非常停止を行なって自動運転車両を緊急停止させる。しかしながら、制御部に異常動作が発生すると、制御部による自動運転車両の正常な運行を行なうことができなくなってしまう。

これに対して、特許文献１によるブレーキ構造では、異常時であっても、制動部の操作入力部にブレーキ操作を行なうことによって、制動動作を行なうことができるようにしたものであり、例えば制御部に異常動作が発生したり、電源が供給されなくなるような場合には、制動部を駆動制御することは困難であった。

本発明は以上の点に鑑み、簡単な構成により制御部の動作や電源に異常が発生したときに、安全に且つ確実に停止することができるようにした自動運転車両を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は、走行部，操舵部及び制動部と、走行部，操舵部及び制動部を駆動制御する駆動制御部と、走行状態を検出する位置センサと車速センサと三軸加速度センサと周囲センサとを含むセンサから成る検出部と、検出部からの検出信号に基づいて走行指令を生成する制御部と、制御部からの走行指令に基づいて走行信号を生成して駆動制御部に送出する走行制御部と、さらに前記制動部を機械的に駆動して非常制動を行なう非常制動部と、を備え、異常発生時には、走行制御部が非常制動部を駆動制御して制動部により非常制動を行なう自動運転車両において、さらに、制御部を補完するバックアップ制御部と、制御部及びバックアップ制御部の動作を監視する動作監視部と、を備え、制御部及びバックアップ制御部が、常に相互にバックアップ制御部及び制御部の動作を監視し、制御部が、バックアップ制御部の異常動作を検出したとき停止指令を生成し、この停止制御指令を動作監視部を介して走行制御部に送出し、また、バックアップ制御部が、制御部の異常動作を検出したときバックアップモードに切り換え、制御部に代わって停止指令を生成し、この停止指令を動作監視部を介して走行制御部に送出し、走行制御部が停止指令を受け取ったとき停止信号を生成して駆動制御部に送出し、駆動制御部が停止信号を受け取ったとき走行部，操舵部及び制動部を駆動制御して当該車両を停止させるように構成したことを特徴とする。

動作監視部は、好ましくは、常に制御部及びバックアップ制御部の動作を監視し、動作監視部が制御部及びバックアップ制御部の双方の異常動作を検出したときエラーモードに切り換えて、制御部又はバックアップ制御部からの走行指令に依存せずに非常停止指令を生成して走行制御部又は非常制動部に送出する。非常制動部は、好ましくは、常に動作監視部の動作と、制御部，バックアップ制御部，動作監視部，走行制御部及び駆動制御部に供給される電源と、を監視し、非常制動部が走行制御部の異常動作又は電源の異常発生を検出したとき制動部を駆動して非常制動により当該車両を緊急停止させる。
バックアップ制御部は、制御部と同等の機能を備え、或いは制御部の縮退運転の機能を備え、又は、当該車両を停止させるための制動機能のみを備える。駆動制御部は、好ましくは、バックアップ制御部からの停止指令に基づいて当該車両を徐行させ又は路肩に寄せて停止させる。
非常制動部は、好ましくは、非常事態発生時に駆動力を放出する緊急時駆動源と、緊急時駆動源からの駆動力により制動部の制動操作のための操作入力部を進退動作させる緊急時作動部と、から構成される。

本発明によれば、簡単な構成により制御部の動作や電源に異常が発生したときに安全に且つ確実に停止できるようにした自動運転車両を提供することができる。

本発明による自動運転車両の全体構成を示す概略図である。 図１の自動運転車両の制御系統を示すブロック図である。 図１の自動運転車両における制動部及び非常制動部を模式的に示すブロック図である。 図３に示す制動部及び非常制動部の配置を模式的に示す配置図である。 図１の自動運転車両における制御部の異常動作発生時の動作を示すフローチャートである。 図１の自動運転車両における制御部及びバックアップ制御部の双方の異常動作発生時の動作を示すフローチャートである。 図１の自動運転車両における動作監視部の異常発生時の動作を示すフローチャートである。

以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明による自動運転車両１０の一実施形態の全体構成と、その制御系統を示している。自動運転車両１０は図１に示すように、車両本体の下部に設けられた走行部１１と、操舵部１２と、制動部１３と、走行部１１，操舵部１２及び制動部１３を駆動制御する駆動制御部１４と、走行制御部１５と、動作監視部１６と、制御部１７と、バックアップ制御部１８と、検出部１９と、から構成される。ここで、駆動制御部１４，走行制御部１５，動作監視部１６，制御部１７及びバックアップ制御部１８と、検出部１９の各センサ、そして非常制動部２０は、互いに所謂車内ＬＡＮ（ＣＡＮ）により相互に接続される。

走行部１１は、図示しないが、例えば四つの車輪と、四つの車輪のうち前輪及び／又は後輪を駆動輪として駆動する駆動源と、から構成される。この駆動源はガソリンエンジン，ディーゼルエンジン等のエンジン、あるいは駆動モータ等から構成される。操舵部１２は、前述した四つの車輪のうち例えば前輪を操舵輪として左右に揺動させて、自動運転車両１０を直進，あるいは左転回又は右転回させ得る。なお、駆動輪と操舵輪は同じ車輪であってもよい。

制動部１３は、後述するように四つの車輪のうち少なくとも前輪のみ又は後輪のみ、あるいはすべての車輪の回転を制止する公知のブレーキ構造から構成される。走行部１１の駆動源、操舵部１２及び操舵部１３は、それぞれ駆動制御部１４により駆動制御されて駆動輪が回転駆動され、また操舵輪が左右に揺動され、あるいは制動部１３が車輪の回転を制止することにより、自動運転車両１０が前進，後退又は左右に転回して所定の方向に走行し、停止することができる。

駆動制御部１４は、走行制御部１５からの走行信号１５ａに基づいて走行部１１の駆動源、操舵部１２及び制動部１３を駆動制御し、対応する駆動輪を駆動あるいは制動して走行信号１５ａで設定された車速，前進，後退，左右転回等の走行又は停止を行なわせる。駆動制御部１４は、走行、操舵、制動の制御、つまりアクセルを踏む、ブレーキを踏む、ステアリングを回す等の機能を有する。

走行制御部１５は、制御部１７から動作監視部１６を介して入力される走行指令１７ａに基づいて走行信号１５ａを作成して駆動制御部１４に送出する。さらにこの走行制御部１５は、制御部１７からの非常停止指令１７ｂ又は停止指令１７ｃ、又は、バックアップ制御部１８からの非常停止指令１８ｂ又は停止指令１８ｃに基づいて、例えば速やかに徐行し且つ路肩に寄せて停車するための停止信号１５ｂを生成して駆動制御部１４に送出する。走行信号１５ａは、走行プログラムを含む信号でもよい。なお、自動運転車両１０を速やかに徐行させ、路肩に寄せて停車させるような運転を縮退運転と呼ぶ。

制御部１７からの停止指令１７ｃが縮退運転の場合には、駆動制御部１４は、走行制御部１５からの縮退運転による停止信号１５ｂに基づいて走行部１１，操舵部１２及び制動部１３を駆動制御し、自動運転車両１０を速やかに徐行して路肩に寄せて停車させる。ここで、走行信号１５ａは、自動運転車両１０の出発地から目的地までの走行ルートに沿って走行する際の走行速度，操舵角や加速と減速を指定するように作成され、駆動制御部１４がこの走行信号１５ａに従って走行部１１，操舵部１２及び制動部１３を駆動制御することで、自動運転車両１０は出発地から目的地まで走行ルートに沿って指定された走行速度で走行することができる。

さらに、走行制御部１５は非常制動部２０を備える。この非常制動部２０は、走行制御部１５から非常停止信号１５ｃを受け取ったとき、あるいは後述するように制御部１７又はバックアップ制御部１８から動作監視部１６を介して非常停止指令１７ｂ，１８ｂを受け取ったとき、非常停止信号２０ａにより制動部１３を駆動して非常制動を行ない、自動運転車両１０を緊急停止させることができる。また、非常制動部２０は動作監視部１６の動作を常に監視しており、動作監視部１６に異常動作が発生したとき、ただちに非常停止信号２０ａにより制動部１３を動作させて非常制動を行ない、自動運転車両１０を緊急停車させる。さらに、後述するように、非常制動部２０は、自動運転車両１０の電源に異常が発生したき例えば給電が停止したときには、同様にただちに非常停止信号２０ａにより制動部１３を動作させて非常制動を行ない、自動運転車両１０を緊急停車させる。

動作監視部１６には、図２に示すように、制御部１７からの走行指令１７ａ，非常停止指令１７ｂ及び停止指令１７ｃが入力されると共に、バックアップ制御部１８からの走行指令１８ａ，非常停止指令１８ｂ及び停止指令１８ｃが入力される。また、動作監視部１６は、バックアップ制御部１８からバックアップモードの通知を受け取った後は、制御部１７からの各種指令を無視し、バックアップ制御部１８からの停止指令１８ｃに従ってその後の動作を行なう。動作監視部１６は、制御部１７及びバックアップ制御部１８の動作を常に監視しており、双方が正常動作している場合には、制御部１７からの走行指令１７ａ，非常停止指令１７ｂ及び停止指令１７ｃを走行制御部１５に送出する。

これに対して、動作監視部１６は、制御部１７及びバックアップ制御部１８の双方の異常動作を検出した場合には、エラーモードに切り換えて、制御部１７及びバックアップ制御部１８からの走行指令１７ａ又は１８ａに依存せずに、非常停止指令１６ａを生成して走行制御部１５に送出する。これを受けて、走行制御部１５は、非常停止指令１６ａにより非常停止信号１５ｃを生成して、駆動制御部１４に送出する。これにより、駆動制御部１４は制動部１３を駆動して非常制動を行ない、自動運転車両１０を緊急停止させる。この場合、動作監視部１６は、非常停止指令１６ａを直接に非常制動部２０に送出してもよい。これにより、非常制動部２０は制動部１３を駆動して非常制動を行なって、自動運転車両１０を緊急停止させる。

制御部１７は、例えばパーソナルコンピュータ等から構成され、検出部１９から入力される各種検出信号１９ａを参照しながら走行指令１７ａを作成し、動作監視部１６を介して走行制御部１５に送出する。制御部１７は、各種検出信号１９ａを参照して、非常事態の発生を検出したときには非常停止指令１７ｂを作成して、動作監視部１６を介して走行制御部１５に送出する。また、制御部１７は、常にバックアップ制御部１８の動作を監視しており、バックアップ制御部１８の異常動作を検出したとき、停止指令１７ｃを生成して動作監視部１６に送出する。ここで、制御部１７からの走行指令１７ａ、非常停止指令１７ｂ及び停止指令１７ｃにより、通常の全ての自動運転の機能と、異常時に安全を確保するための回避や路肩寄せ停止等と、非常停止のようなその場停止等を含む全ての機能を包含する。なお、本明細書において、制御部１７の機能とは、通常運転と異常時の回避機能及び非常停止等の自動運転に係る全ての機能を意味する。

バックアップ制御部１８は、制御部１７に対して有線又は例えばＷｉ－Ｆｉ等の適宜の無線の回線を介して接続され、制御部１７と同様の制御機能を備え、あるいは制御部１７より下位の制動機能を含む一部の機能を備える。制御部１７より下位の制動機能とは、上記の制御部１７の有する自動運転に係る全ての機能の一部を有することである。例えば、バックアップ制御部１８は、縮退運転又は制動の機能のみを有するようにしてもよい。バックアップ制御部１８は、検出部１９から入力される各種検出信号１９ａを参照しながら走行指令１８ａを作成して、動作監視部１６を介して走行制御部１５に送出する。そして、バックアップ制御部１８は、各種検出信号１９ａを参照し、非常事態の発生を検出したときには非常停止指令１８ｂを作成して動作監視部１６を介して走行制御部１５に送出する。また、バックアップ制御部１８は常に制御部１７の動作を監視しており、制御部１７の異常動作を検出したときバックアップモードに切り換え、その旨を動作監視部１６に通知すると共に、停止指令１８ｃを生成して動作監視部１６に送出する。これを受けて動作監視部１６は、バックアップモードにより制御部１７からの指令を無視し、バックアップ制御部１８からの停止指令１８ｃを走行制御部１５に送出する。

バックアップ制御部１８は、制御部１７と同等の機能を備えてもよい。この場合、制御部１７に動作異常が発生したとき、バックアップ制御部１８がバックアップモードにより制御部１７に代わって走行制御部１５を制御し、駆動制御部１４を駆動する際に制御部１７と同等の制御を行なうことが可能である。

バックアップ制御部１８は、制御部１７より下位の制動機能を備えてもよい。制御部１７に動作異常が発生したとき、バックアップ制御部１８がバックアップモードにより制御部１７に代わって走行制御部１５を制御し、駆動制御部１４を駆動する際に、制御部１７の一部の制動機能を含む機能に関して制御を行なうことが可能であることから、確実に自動運転車両１０を停止させることができる。この際、バックアップ制御部１８は制御部１７よりも簡単な構成でよく、バックアップ制御部１８のコストが低減される。

検出部１９は、本自動運転車両１０の走行状態を検出するために、例えば位置センサ，車速センサ，三軸加速度センサ，周囲センサを含むセンサから構成され、これらの各センサの検出信号１９ａを制御部１７及びバックアップ制御部１８に送出する。位置センサは、ＧＮＳＳセンサ、例えばＧＰＳセンサによる経度及び緯度を検出し、例えば所定時間ごとに自動運転車両１０のそのときの測地データを検出する。車速センサは、例えば車輪の回転数を検出してその回転数を検出信号とする。三軸加速度センサは所謂ジャイロであって、車両本体の三軸方向の加速度により自動運転車両１０の三次元の姿勢を検出する。

周囲センサは、例えば車両本体の前後のバンパー付近に設けられた三個のライダーから構成され、自動運転車両１０の周囲、即ち前後左右の障害物や他の車両等の走行路上の物体を検出することができる。周囲センサは、走行路上の物体を検出した場合、その物体の方向及び距離を含む検出信号を送出する。

これにより、制御部１７又はバックアップ制御部１８は、検出部１９の位置センサ，車速センサ，三軸加速度センサ及び周囲センサからの検出信号に基づいて、自動運転車両１０の走行位置，走行速度，姿勢そして前方領域の物体、例えば障害物や他の走行車両等の物体の位置及び距離等の走行状態を把握して自己位置を推定すると共に、そのときの走行信号１５ａの進行状況を判断する。

ここで、制動部１３及び非常制動部２０の具体的な構成を、図３及び図４を参照して説明する。
自動運転車両１０の制動部１３は、図４に示すように自動運転車両１０の運転席１０ａの前方に配設され、通常時にブレーキ操作により進退動作が入力される操作入力部２１と、この操作入力部２１の進退操作により自動運転車両１０の走行部１１の各車輪１１ａを制動するブレーキ本体部２２と、ブレーキ操作時に各種の装置の動作を補助する動作補助部２３と、を備えている。

自動運転車両１０に搭載される自動運転制御部１０ｂは、前述の制御部１７，バックアップ制御部１８，動作監視部１６，走行制御部１５及び駆動制御部１４に対応しており、自動運転車両１０の運転の際に、自動運転制御部１０ｂにより制動部１３の操作入力部２１又はブレーキ本体部２２を制御して走行部１１の車輪（駆動輪）１１ａを制動する。

図３に示すように、制動部１３は、例えば油圧機器等の流体圧機器２５から成り、通常時に駆動力を保持して緊急時に駆動力を放出する緊急時駆動源２６と、緊急時駆動源２６からの駆動力により操作入力部２１を進退動作させる緊急時作動部２７と、緊急時駆動源２６と緊急時作動部２７との間を繋ぐ流体圧回路３１と、を備える。なお、通常時とは、自動運転制御部１０ｂにより各部が制御されて自動運転車両１０が走行しているときに、自動運転制御部１０ｂからの出力によるブレーキ操作によりブレーキ本体部２２が作動して各車輪１１ａを制動可能な状態をいい、緊急時とは、自動運転制御部１０ｂの制御やブレーキ本体部２２への入力が不可能な状態等である。

操作入力部２１は、運転席１０ａの足元に配置されているブレーキ操作が入力されるブレーキペダル３２と、ブレーキペダル３２を支持し、支点３３を中心に進退動作すると共に、運転者側に付勢されるブレーキアーム３４と、を備える。ブレーキ本体部２２は、操作入力部２１に入力された進退動作を伝達又は送信し、これに基づいて増幅又は発生させた圧力を用いて各車輪１１ａを制動する。ここでは、操作入力部２１の進退動作の入力を作動流体圧に変換及び増幅するブースタ３５と、作動流体圧を分配するマスタシリンダ３６と、マスタシリンダ３６からの各車輪１１ａに作動流体圧を伝達するブレーキラインと、を有する。ブレーキラインの先端には、各車輪１１ａを制動するためのディスクブレーキやドラムブレーキ等の動作部３７が装着される。

動作補助部２３は、従来公知の種々の車両に設けられた構造であり、ブレーキ操作が行なわれた際に走行安定性を確保して車体の安定性を向上し、制動力を増加する等の各種の目的で種々の機器の動作を補助する構造であり、ここでは詳細には示さないが、例えば横滑り防止機構やＡＢＳ機構が装着される。

流体圧機器２５から成る緊急時駆動源２６は、図３に示すように、中空のシリンダ４１と、シリンダ４１に貫通配置されたボールスクリューから成るネジ軸４２と、ネジ軸４２に螺合したボールスクリューナット４２ｃに支持されることによってネジ軸４２の回転により進退可能な状態でシリンダ４１内に配置されてシリンダ室４３を仕切るピストン４４と、ピストン４４を軸方向に付勢する圧縮バネから成る付勢部４５と、ネジ軸４２を回転，停止及び開放する電動部４６と、を備える。この緊急時駆動源２６には駆動源制御部２８が設けられ、駆動源制御部２８により動作制御可能である。駆動源制御部２８には、緊急時と通常時との識別情報が自動運転制御部１０ｂから伝達され、さらにバッテリー１０ｄからの通電情報と、イグニッションスイッチ２４のオン情報と、シリンダ４１のピストン４４の検知情報と、バッファ６１の作動流体の貯留情報と、が伝達され、これらに基づいて後述する切り替えバルブ６６及びモータ７１の動作を制御して、予め設定されている緊急時に緊急時駆動源２６から駆動力を放出する。

シリンダ４１は、断面円形で軸方向に延びる中空部４７を有し、両端部は作動流体が透過不能に閉塞されている。ネジ軸４２は軸に沿って配置され、軸方向に移動不能で回転自在となるようにシリンダ４１の両端部で支持される。シリンダ４１の一端部では、ネジ軸４２が液密的に貫通配置されてネジ軸４２の端部側がシリンダ４１の外部に突出して配置される。

ピストン４４は、ネジ軸４２に螺合してシリンダ４１の中空部４７に収容され、例えばシリンダ４１内に軸方向に設けられた筋状のガイド部等の周方向に係止されて回転不能に配置される。ピストン４４の外周はシリンダ４１の中空部４７の内周面にシール材を介して摺動可能に接し、軸方向に進退自在に配置される。ここでは、シリンダ４１のピストン４４の上死点と下死点とに、それぞれピストン４４の位置を検出するリードスイッチやリミットスイッチから成る検知部４８が装着されている。ピストン４４の位置を検知することにより、シリンダ４１における作動流体吸引及び放出等が検出される。

付勢部４５は、シリンダ４１の一端部側の中空部４７に収容されて、ネジ軸４２周りに配置された圧縮バネから成る。この付勢部４５は、ピストン４４をシリンダ室４３の容積を減少する方向、即ち他端部側に向けて付勢している。ここでは、付勢部４５の付勢力は、流体圧回路３１により接続した他の流体圧機器２５の目的とする動作を実現可能な作動流体の流量及び流体圧が得られるように設定される。

緊急時作動部２７は、流体圧回路３１を介して流体圧機器２５から成る緊急時駆動源２６と接続される。緊急時作動部２７は、操作入力部２１近傍の車体、具体的には押圧部材５３によりブレーキアーム３４を進退動作できるブレーキアーム３４の車両後方側の位置に装着される。この緊急時作動部２７は、流体圧により進退する押圧シリンダ５１と、押圧シリンダ５１のロッド５１ａに接続され、操作入力部２１を押圧可能に非接合状態で配置された押圧部材５３と、を備えた流体圧機器２５から成る。

流体圧回路３１は、作動流体を貯留するオイルタンク等の貯留部６０と、緊急時駆動源２６のシリンダ４１と、緊急時作動部２７の押圧シリンダ５１と、の間に接続され、シリンダ４１のシリンダ室４３に対して作動流体を供給及び放出する。流体圧回路３１には、貯留部６０と連通して設けられて十分量の作動流体を流体圧回路３１に供給及び回収し易くするバッファ６１と、貯留部６０からシリンダ４１のシリンダ室４３に作動流体を供給可能にシリンダ４１の他端部に接続された供給流路６２と、シリンダ室４３から加圧流体を放出して緊急時作動部２７へ導く作動圧流路６３と、が備えられる。流体圧回路３１の供給流路６２及び作動圧流路６３には、それぞれ逆止弁６４が設けられる。

流体圧回路３１には、作動圧流路６３と分岐して加圧流体を貯留部６０側へ返送する返送流路６５と、作動圧流路６３と返送流路６５とを択一的に流動を許容するための切替部としての切替バルブ６６と、が設けられる。ここで、切替バルブ６６は、通常状態で通電されているときと緊急状態で通電されていないときとで、切り替わるように構成されている。このため、切替バルブ６６及び逆止弁６４により、通常状態では貯留部６０とシリンダ４１のシリンダ室４３との間の流動が許容されると共に、シリンダ室４３と緊急時作動部２７の押圧シリンダ５１との間の流動が阻止される。一方、緊急状態では貯留部６０とシリンダ室４３との間の流動が阻止されて、シリンダ室４３と押圧シリンダ５１との間の流動が許容されるように構成される。

電動部４６は、シリンダ４１の外部に並設されて一体に固定されたステップモータ等のモータ７１を有する。モータ７１の回転軸７２とネジ軸４２の端部とは伝達部（図示せず）を介して連結される。モータ７１は、通電時に回転軸７２を一方に回転駆動し、非通電時には回転自在となると共に、通電時に駆動力が大きくなると回転が停止して回転不能となり、その状態を維持するように構成される。

このモータ７１は、通電によりモータ７１の回転軸７２が回転するとシリンダ４１に貫通配置されたネジ軸４２が従動回転し、通常状態としての通電状態では、モータ７１の回転軸７２が停止するとネジ軸４２も停止する。また、緊急状態としての非通電状態では、回転軸７２が回転自在となるため、ネジ軸４２が回転するとモータ７１の回転軸７２が従動回転する。

この電動部４６は、車両のイグニッションスイッチ２４と自動運転モードの切替とに連動し、イグニッションスイッチ２４がＯＮになると、電動部４６が自動運転制御部１０ｂと一体に通電されて駆動し、モータ７１の回転軸７２が回転する。一方、イグニッションスイッチ２４がＯＦＦになると、自動運転制御部１０ｂの自動運転モードが解除されると共に、電動部４６の電力が切断される。流体圧機器２５では、付勢部４５の付勢力と、ピストン４４の慣性モーメントと、ネジ軸４２及びピストン４４のネジピッチと、電動部４６のモータ７１の駆動力と、の相関を予め所定の範囲にすることで、作動流体圧及び放出速度等が適宜に調整される。

次に、このような構成の制動部１３及び非常制動部２０の動作について説明する。
先ず自動運転モードで、イグニッションスイッチ２４をＯＮにすると、自動運転制御部１０ｂ及び電動部４６に通電が行なわれ、モータ７１の回転軸７２が自動で回転駆動される。これにより、貯留部６０からバッファ６１に十分量の作動流体が収容される。シリンダ４１の中空部４７では、ネジ軸４２にピストン４４が螺合しているため、モータ７１の回転軸７２が回転してネジ軸４２が従動回転すると、シリンダ４３の容積増加方向にピストン４４が移動する。シリンダ室４３には、流体圧回路３１により貯留部６０からの作動流体が吸引される。ピストン４４が付勢部４５の付勢力に抗してシリンダ４１の一端部側に移動することで、付勢部４５によるピストン４４の付勢力も増大し、その結果シリンダ室４３には、高い流体圧で十分な量の作動流体が収容されて貯留される。

モータ７１により供給される駆動力が大きくなった時点、例えば回転回数が所定数以上に達し回転トルクが所定値以上に達し又は回転が不可能な状態に達したときに、通電状態のままでモータ７１が回転を停止しその状態が維持される。自動運転制御部１０ｂは、付勢力の情報が伝達されることにより自動運転車両１０の自動運転を実施する。

自動運転による走行中に、例えば自動運転制御部１０ｂに電力が供給されない事態が発生した場合、電動部４６にも電力が供給されなくなる。これにより、流体圧機器２５では、モータ７１が非通電状態になって、モータ７１の回転軸７２が自由回転可能となる。ピストン４４が十分な付勢力で付勢されているために、この付勢力により、ネジ軸４２を回転させつつピストン４４がシリンダ室４３の容積を減少する方向に移動する。これにより、付勢部４５の付勢力で加圧された作動流体が、シリンダ室４３から流体圧回路３１に放出される。

流体圧回路３１では、切替バルブ６６が通常時には通電状態で作動圧流路６３側を閉塞して返送流路６５側に開放しているが、異常時に非通電状態となると、返送流路６５側を閉塞する。このため、シリンダ室４３から放出された作動流体の圧力は、作動圧流路６３により緊急時作動部２７の押圧シリンダ５１に伝達される。そして、押圧部材５３で操作入力部２１を押圧して進退動作をブレーキ本体部２２に入力することにより、各車輪１１ａを制動して自動運転車両１０が緊急停止する。また、駆動源制御部２８に自動運転制御部１０ｂから非常停止信号１５ｃが入力されたときには、駆動源制御部２８は、切替バルブ６６及びモータ７１の動作を制御して緊急時駆動源２６から駆動力を放出する。これにより同様に自動運転車両１０が緊急停止する。

制動部１３及び非常制動部２０が、通常時に駆動力を保持して緊急時に駆動力を放出する緊急時駆動源２６と、通常時にブレーキ操作が入力される操作入力部２１を緊急時駆動源２６からの駆動力により進退動作させる緊急時作動部２７と、を備えることにより、操作入力部２１に進退動作が入力できなくなるような緊急時であっても、緊急時駆動源２６から通常時に保持した駆動力が放出され、この駆動力を用いて緊急時作動部２７が操作入力部２１を進退動作させることができるので、緊急時に確実に自動運転車両１０を緊急停止させることができる。

上記構成によれば、非常事態発生時に、非常制動部２０が制御部１７により制御されて制動部１３を駆動制御し、非常制動を行なう際に、緊急時駆動源２６から放出された駆動力によって緊急時作動部２７が制動部１３の操作入力部２１を進退させることで、制動部１３が非常制動を行ない、例えば電源に異常が発生したとしても、自動運転車両１０は確実に緊急停止することが可能である。

本発明実施形態の自動運転車両１０は以上のように構成され、以下のように動作する。
まず、制御部１７，バックアップ制御部１８及び動作監視部１６が正常に動作している場合、検出部１９からの検出信号に基づいて制御部１７が走行指令１７ａを生成し、動作監視部１６を介して走行制御部１５に送出する。これにより、走行制御部１５は、走行指令１７ａに基づいて走行信号１５ａを生成し、駆動制御部１４に送出する。これを受けて、駆動制御部１４は、走行信号１５ａに従って走行部１１，操舵部１２及び制動部１３を駆動制御し、自動運転車両１０の自動運転を実行する。

ここで、制御部１７が、検出部１９からの検出信号に基づいて緊急停止を必要とするような非常事態の発生を検出すると、制御部１７は非常停止指令１７ｂを作成し、動作監視部１６を介して走行制御部１５に送出する。走行制御部１５は、非常停止指令１７ｂにより非常停止信号１５ｃを生成して非常制動部２０に送出する。これを受けて非常制動部２０は、非常停止信号１５ｃに基づいて制動部１３を駆動して非常制動を行ない、自動運転車両１０は緊急停止する。検出部１９が例えば前車の急停車等の非常事態を検出すると、制御部１７は非常制動部２０を制御して制動部１３により非常制動を行なって自動運転車両１０を非常停止させる。

これに対して、制御部１７，バックアップ制御部１８及び動作監視部１６に異常動作が発生した場合について、以下に図５～図７を参照して説明する。まず、制御部１７に異常動作が発生した場合について、図５のフローチャートを参照して説明する。

制御部１７に異常動作が発生すると、ステップＳＴ１にてバックアップ制御部１８が制御部１７の異常動作を検出する。バックアップ制御部１８は、ステップＳＴ２にてバックアップモードに切り換え、バックアップモードを動作監視部１６に通知する共に、ステップＳＴ３にて停止指令１８ｃを生成し、動作監視部１６に送出する。

これを受けて動作監視部１６は、ステップＳＴ４にてバックアップ制御部１８からの停止指令１８ｃを走行制御部１５に転送する。走行制御部１５は、停止指令１８ｃに基づいて停止信号１５ｂを生成して駆動制御部１４に送出する。かくして、駆動制御部１４は、停止信号１５ｂに基づいて走行部１１，操舵部１２及び制動部１３を駆動制御し、自動運転車両１０を速やかに徐行させ路肩に寄せて停車させる。停止指令１８ｃが縮退運転の場合には、制御部１７による縮退運転と同様に、駆動制御部１４は、走行制御部１５からの縮退運転による停止信号１５ｂに基づいて走行部１１，操舵部１２及び制動部１３を駆動制御し、自動運転車両１０を速やかに徐行して路肩に寄せて停車させる。

このように、制御部１７又はバックアップ制御部１８の動作に異常が発生したときは、バックアップ制御部１８又は制御部１７からの停止指令に基づいて、走行制御部１５が停止信号１５ｂを生成し、この停止信号１５ｂに基づき駆動制御部１４が走行部１１，操舵部１２及び制動部１３を駆動制御することで、自動運転車両１０を即時に緊急停止させることなく、縮退運転により停止させることができる。具体的には、バックアップ制御部１８は、制御部１７による縮退運転と同様に路肩を認識したり、路肩までの走行経路にある障害物等を把握して、縮退運転のための停止信号１５ｂを生成して上述のように駆動制御部１４を制御し、自動運転車両１０を徐行して路肩に寄せて停止する。従って、自動運転車両１０は安全且つ確実に退避して停止することができる。

以上のように、制御部１７に異常動作が発生した場合、バックアップ制御部１８によって、自動運転車両１０は例えば安全な場所に退避して停車する。従って、制御部１７の動作に異常が発生したとしても、異常発生を検出したバックアップ制御部１８がバックアップモードに切り換えて、制御部１７に代わって停止指令を生成し、自動運転車両１０は暴走することを防ぎ安全に且つ確実に停止する。

なお、バックアップ制御部１８に異常動作が発生した場合には、制御部１７は停止指令１７ｃを生成して動作監視部１６に送出する。これを受けて、動作監視部１６は、制御部１７からの停止指令１７ｃを走行制御部１５に転送する。これにより、走行制御部１５は、停止指令１７ｃに基づいて停止信号１５ｂを生成し駆動制御部１４に送出する。こうして、駆動制御部１４は停止信号１５ｂに基づいて走行部１１，操舵部１２及び制動部１３を駆動制御し、自動運転車両１０を速やかに徐行させ、路肩に寄せて停車させる。

以上のように、バックアップ制御部１８に異常動作が発生した場合には、制御部１７によって自動運転車両１０は例えば安全な場所に退避して停車することができ、バックアップ制御部１８も正常動作しているときにのみ、自動運転車両１０は制御部１７による自動運転を継続することになる。

従って、バックアップ制御部１８の動作に異常が発生したとしても、異常発生を検出した制御部１７が停止指令を生成することにより、自動運転車両１０は暴走することなく安全に且つ確実に停止する。よって、常に制御部１７及びバックアップ制御部１８の双方が正常に動作している場合にのみ、制御部１７が動作を継続して自動運転車両１０の運転を行なうことで自動運転車両１０の自動走行における信頼性が向上する。

次に、制御部１７及びバックアップ制御部１８の双方に異常動作が発生した場合について、図６のフローチャートを参照して説明する。
制御部１７及びバックアップ制御部１８の双方に異常動作が発生すると、動作監視部１６は、ステップＳＴ１１にて制御部１７及びバックアップ制御部１８の異常動作を検出してエラーモードに切り換え、制御部１７及びバックアップ制御部１８からの指令に依存せずに非常停止指令１６ａを生成して走行制御部１５に送出する。走行制御部１５は、ステップＳＴ１３にて非常停止指令１６ａに基づいて非常停止信号１５ｃを生成し、非常制動部２０に送出する。これにより、非常制動部２０は、ただちに制動部１３を駆動して非常制動を行ない、自動運転車両１０を緊急停止させる。このようにして、制御部１７及びバックアップ制御部１８の双方に異常動作が発生した場合には、自動運転車両１０はただちに緊急停車する。

上記構成によれば、走行制御部１５が、非常停止指令１６ａにより非常停止信号１５ｃを生成して走行制御部１５に送出し、走行制御部１５はこの非常停止信号１５ｃに基づいて非常制動部２０を駆動制御して制動部１３により非常制動を行なう、あるいは、非常制動部２０が直接に非常停止信号１５ｃを受け取って制動部１３により非常制動を行なう。従って、自動運転車両１０は、制御部１７及びバックアップ制御部１８の双方に異常動作が発生したとき、確実に緊急停止する。

最後に、動作監視部１６に異常動作が発生した場合について、図７のフローチャートを参照して説明する。
動作監視部１６に異常動作が発生すると、非常制動部２０は、ステップＳＴ２１にて動作監視部１６の異常動作を検出し、ステップ２２にて制動部１３を駆動して非常制動を行ない、ステップＳＴ２３にて自動運転車両１０がただちに緊急停車する。こうして、動作監視部１６に異常動作が発生した場合には自動運転車両１０はただちに緊急停車する。

これに対して、自動運転車両１０の電源に異常が発生した場合には、前述したように、非常制動部２０が電源の異常を検出し、制動部１３を駆動して非常制動を行なうことにより自動運転車両１０をただちに緊急停車させる。自動運転車両１０の電源に異常が発生した場合には、非常制動部２０が制動部１３を駆動して機械的に非常制動を行なうので、給電されていなくても自動運転車両１０は確実に緊急停車する。

上記構成によれば、動作監視部１６に動作異常が発生したとき、又は電源に異常が発生したときは、非常制動部２０が制動部１３を駆動して自動運転車両１０が非常制動により緊急停止する。従って、動作監視部１６に動作異常が発生し又は電源に異常が発生したときには、自動運転車両１０は確実に緊急停止する。

本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において様々な形態で実施することができる。上述した実施形態では、制御部１７の異常動作を検出した場合、バックアップ制御部１８は自動運転車両１０を速やかに徐行して路肩に寄せて停車させるようにしているが、これに限らず、バックアップ制御部１８が備える機能に応じて、自動運転車両１０をその場で停車させてもよく、例えば高速道路や自動車専用道を走行中に、最も近い駐車帯やパーキングエリアまで走行して、非常駐車帯内あるいはパーキングエリア内の所定場所に自動運転車両１０を停車させるようにしてもよい。

上述した実施形態では、制御部１７の異常動作を検出した場合、バックアップ制御部１８は縮退運転を行う。しかし、縮退運転には、路肩を認識したり路肩までの走行中の障害物等を検知する周囲センサの入力が必要であり、高度な計算が必要となるため、バックアップ制御部１８には、比較的上位の機能を有しているコンピュータ等を用いる。これに代えて、バックアップ制御部１８が制御部１７と同等の機能を備える場合には、制御部１７の動作をそのまま引き継いで、継続して自動運転車両１０の自動運転を続行するようにしてもよい。

バックアップ制御部１８は、当該車両を停止させるための制動機能のみを備えていてもよい。この場合は、制御部１７に動作異常が発生して、バックアップ制御部１８がバックアップモードにより制御部１７に代わって走行制御部１５を制御し、駆動制御部１４を駆動する際に、制動機能に関して制御を行なうことが可能であるので、バックアップ制御部１８は制御部１７よりも一層簡単な構成でよくコストがさらに低減される。

１０ 自動運転車両
１１ 走行部
１２ 操舵部
１３ 制動部
１４ 駆動制御部
１５ 走行制御部
１５ａ 走行信号
１５ｂ 停止信号
１５ｃ 非常停止信号
１６ 動作監視部
１６ａ 非常停止指令
１７ 制御部
１７ａ 走行指令
１７ｂ 非常停止指令
１７ｃ 停止指令
１８ バックアップ制御部
１８ａ 走行指令
１８ｂ 非常停止指令
１８ｃ 停止指令
１９ 検出部
１９ａ 各種検出信号
２０ 非常制動部
２０ａ 非常停止信号
２１ 操作入力部
２２ ブレーキ本体部
２３ 動作補助部
２４ イグニッションスイッチ
２５ 流体圧機器
２６ 緊急時駆動源
２７ 緊急時作動部
２８ 駆動源制御部
３１ 流体圧回路
３２ ブレーキペダル
３３ 支点
３４ ブレーキアーム
３５ ブースタ
３６ マスタシリンダ
３７ 動作部
４１ シリンダ
４２ ネジ軸
４３ シリンダ室
４４ ピストン
４５ 付勢部
４６ 電動部
４７ 中空部
４８ 検知部
５１ 押圧シリンダ
５３ 押圧部材
６０ 貯留部
６１ バッファ
６２ 供給流路
６３ 作動圧流路
６４ 逆止弁
６５ 返送流路
６６ 切替バルブ
７１ モータ
７２ 回転軸

Claims (8)

1. 走行部，操舵部及び制動部と、前記走行部，操舵部及び制動部を駆動制御する駆動制御部と、走行状態を検出する位置センサと車速センサと三軸加速度センサと周囲センサとを含むセンサから成る検出部と、前記検出部からの検出信号に基づいて走行指令を生成する制御部と、前記制御部からの走行指令に基づいて走行信号を生成して前記駆動制御部に送出する走行制御部と、さらに前記制動部を機械的に駆動して非常制動を行なう非常制動部と、を備え、
   非常事態発生時には、前記走行制御部が前記非常制動部を駆動制御して前記制動部により非常制動を行なう自動運転車両において、
   さらに、前記制御部を補完するバックアップ制御部と、前記制御部及びバックアップ制御部の動作を監視する動作監視部と、を備えており、
   前記制御部及びバックアップ制御部が、常に相互に前記バックアップ制御部及び制前記御部の動作を監視していて、
   前記制御部が前記バックアップ制御部の異常動作を検出したとき停止指令を生成してこの停止指令を前記動作監視部を介して前記走行制御部に送出し、
   また、前記バックアップ制御部が前記制御部の異常動作を検出したときバックアップモードに切り換えて前記制御部に代わって停止指令を生成して、この停止指令を前記動作監視部を介して前記走行制御部に送出し、
   前記走行制御部が前記停止指令を受け取ったとき停止信号を生成して前記駆動制御部に送出し、
   前記駆動制御部が前記停止信号を受け取ったとき前記走行部，操舵部及び制動部を駆動制御して当該車両を停止させる、自動運転車両。
2. 前記動作監視部が、常に前記制御部及び前記バックアップ制御部の動作を監視し、
   前記動作監視部が前記制御部及びバックアップ制御部の双方の異常動作を検出したとき、エラーモードに切り換えて、前記制御部又は前記バックアップ制御部からの走行指令に依存せずに非常停止指令を生成して前記走行制御部又は非常制動部に送出する、請求項１に記載の自動運転車両。
3. 前記非常制動部が、常に前記動作監視部の動作と、前記制御部，バックアップ制御部，動作監視部，走行制御部及び駆動制御部に供給される電源と、を監視し、
   前記非常制動部が、前記動作監視部の異常動作又は前記電源の異常発生を検出したとき、前記制動部を駆動して非常制動により当該車両を緊急停止させる、請求項１又は２に記載の自動運転車両。
4. 前記バックアップ制御部が、前記制御部と同等の機能を備える、請求項１から３の何れかに記載の自動運転車両。
5. 前記バックアップ制御部が、前記制御部の縮退運転の機能を備える、請求項１から３の何れかに記載の自動運転車両。
6. 前記バックアップ制御部が、当該車両を停止させるための制動機能のみを備える、請求項１から３の何れかに記載の自動運転車両。
7. 前記駆動制御部が、前記バックアップ制御部からの前記停止指令に基づいて当該車両を徐行させ又は路肩に寄せて停止させる、請求項５に記載の自動運転車両。
8. 前記非常制動部が、非常事態発生時に駆動力を放出する緊急時駆動源と、前記緊急時駆動源からの駆動力により前記制動部の制動操作のための操作入力部を進退動作させる緊急時作動部と、から構成される、請求項１から７の何れかに記載の自動運転車両。

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