JP2022187753A - マネージャ、制御方法、制御プログラム、及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の横方向の運動を表す情報を生成するために必要な情報をＡＤＡＳアプリケーションに対して出力するマネージャなどを提供する。
【解決手段】車両に搭載されたマネージャであって、複数のＡＤＡＳアプリケーションから、車両の横方向の運動を表す情報である第１情報を含む複数の行動計画を受け付ける受付部と、複数の行動計画を調停する調停部と、調停部による調停結果に基づいて運動要求を算出する算出部と、運動要求を複数のアクチュエータシステムの少なくとも１つに分配する第１出力部と、第１情報を生成するために用いる第２情報を、複数のＡＤＡＳアプリケーションの少なくとも１つに出力する第２出力部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、車両に搭載されるマネージャなどに関する。

近年、運転支援機能（自動運転、自動駐車、先進運転支援など）の機能を実現する複数のアプリケーションが車両に実装されている。複数のアプリケーションを実装する場合、車両に搭載された１つのアクチュエータシステム（例えばステアリング装置）に対して複数の要求が発生する場合がある。

特許文献１や特許文献２には、複数のアプリケーションからアクチュエータシステムに対して出力される複数の要求を受け付けて、この受け付けた複数の要求を調停し、その調停結果に基づいてアクチュエータシステムを駆動するための要求を出力する、制御装置（マネージャ）が開示されている。

特開２０２０－０３２８９４号公報 特開２０２０－０３２８９３号公報

先進運転支援の機能を実現するＡＤＡＳ（Advanced Driver Assistance System）アプリケーションがマネージャに対して出力する車両の運動を制御するための要求には、車両の横方向の運動を表す情報が含まれる。しかしながら、ＡＤＡＳアプリケーションにおいて車両の横方向の運動を表す情報をどのように生成するかについては、具体的に検討されていなかった。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、車両の横方向の運動を表す情報を生成するために必要な情報をＡＤＡＳアプリケーションに対して出力するマネージャなど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、本開示技術の一態様は、車両に搭載されたマネージャであって、複数のＡＤＡＳアプリケーションから、車両の横方向の運動を表す情報である第１情報を含む複数の行動計画を受け付ける受付部と、複数の行動計画を調停する調停部と、調停部による調停結果に基づいて運動要求を算出する算出部と、運動要求を複数のアクチュエータシステムの少なくとも１つに分配する第１出力部と、第１情報を生成するために用いる第２情報を、複数のＡＤＡＳアプリケーションの少なくとも１つに出力する第２出力部と、を備える、マネージャである。

本開示によれば、マネージャが、車両の横方向の運動を表す第１情報を生成するために必要な第２情報をＡＤＡＳアプリケーションに出力するので、ＡＤＡＳアプリケーションは、この第２情報に基づいて車両の横方向の運動を表す第１情報を容易に生成することができる。

本開示の一実施形態に係るシステムの概略構成を示すブロック図 図１に示したマネージャの機能ブロック図 二輪車モデルの運動方程式を説明するための図 曲率と加速度との関係を説明するための図

本開示の車両システムでは、マネージャが、車両の横方向の運動を表す舵角や曲率などを生成するために必要な情報をＡＤＡＳアプリケーションに出力する。これにより、ＡＤＡＳアプリケーションは、マネージャから取得した情報に基づいて車両の横方向の運動を表す舵角や曲率などを容易に生成することができる。
以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜実施形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る車両に搭載されるシステムの構成例を示す概略図である。図１に例示した車両システム１は、マネージャ１０と、運転支援システム２０と、複数のアクチュエータシステム３１～３３と、を備えている。車両システム１が備える各構成は、ＣＡＮ（Controller Area Network）やイーサネット（登録商標）などの車載ネットワークを介して通信可能に接続されている。

運転支援システム２０は、実装される１つ以上のアプリケーション２１～２３を実行することにより、少なくとも車両の駆動制御及び制動制御を含む車両の運転を支援するための様々な機能を実現するための構成である。運転支援システム２０が実装するアプリケーション２１～２３としては、自動運転の機能を実現する自動運転アプリケーション、自動駐車の機能を実現する自動駐車アプリケーション、及び先進運転支援の機能を実現するＡＤＡＳアプリケーションなどを例示できる。ＡＤＡＳアプリケーションには、衝突回避支援（ＰＣＳなど）の機能を実現するアプリケーション、前走車との車間距離を一定に保ちながら走行する前車追従走行（ＡＣＣなど）の機能を実現するアプリケーション、走行する車線の維持を行う車線維持支援（ＬＫＡ、ＬＴＡなど）の機能を実現するアプリケーション、衝突の被害を軽減させるために自動的に制動をかける衝突被害軽減ブレーキ（ＡＥＢなど）の機能を実現するアプリケーション、車両の走行車線の逸脱を警告する車線逸脱警報（ＬＤＷ、ＬＤＡなど）の機能を実現するアプリケーションなど、がある。

運転支援システム２０の各アプリケーション２１～２３は、図示しない各種センサなどから取得（入力）する車両の情報（認識センサ情報など）に基づいて、アプリケーションの要求として、アプリケーション単独での機能性（商品性）を担保した行動計画の要求を、マネージャ１０にそれぞれ出力する。この行動計画には、車両の前後方向（縦方向）の運動を表す情報として、前後加速度や減速度などの要求が含まれる。また、行動計画には、車両の横方向の運動を表す情報（以下「第１情報」という）として、舵角や曲率（又は曲率半径）などの要求が含まれる。また、各アプリケーション２１～２３は、行動計画と共に、自身のアプリケーションを一意に特定することができる識別情報（アプリＩＤ）を、マネージャ１０にそれぞれ出力することができる。このアプリＩＤは、アプリケーションごとに予めユニークに定められている。

この運転支援システム２０は、ＣＰＵなどのプロセッサ、メモリ、及び入出力インターフェイスを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）などのコンピューターによって実現される。なお、運転支援システム２０を構成するＥＣＵの数や、ＥＣＵが実装するアプリケーションの数は、特に限定されない。また、運転支援システム２０として、アプリケーションごとにそれぞれのＥＣＵが設けられてもよい。例えば、自動運転アプリケーションが実装された自動運転ＥＣＵ、自動駐車アプリケーションが実装された自動駐車ＥＣＵ、及び先進運転支援アプリケーションが実装されたＡＤＡＳ－ＥＣＵによって、運転支援システム２０が構成されてもよい。また、ＡＣＣ機能を実現するＡＤＡＳアプリケーションが実装されたＥＣＵ、ＬＫＡ機能を実現するＡＤＡＳアプリケーションが実装されたＥＣＵ、及びＡＥＢ機能を実現するＡＤＡＳアプリケーションが実装されたＥＣＵのように、複数のＡＤＡＳアプリケーションが複数のＥＣＵに実装されてもよい。

複数のアクチュエータシステム３１～３３は、運転支援システム２０の各アプリケーション２１～２３が出力する行動計画の要求を実現するための実現システムの１つである。アクチュエータシステム３１～３３の一例としては、ステアリングシャフトにステアリングホイールの操舵を補助するトルクを発生させることが可能なステアリングアクチュエータ（ＥＰＳモータなど）を含み、このステアリングアクチュエータの動作を制御することによって行動計画の要求の一部又は全部を実現させる電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Electric Power Steering）システムがある。また、アクチュエータシステム３１～３３の一例としては、車両に制動力を発生させることが可能なブレーキアクチュエータ（油圧ブレーキなど）を含み、このブレーキアクチュエータの動作を制御することによって行動計画の要求の一部又は全部を実現させる電動ブレーキシステム（ＥＢＳ：Electronic Brake System）がある。また、アクチュエータシステム３１～３３の一例としては、車両に制駆動力を発生させることが可能なパワートレインアクチュエータ（エンジンやトランスミッションなど）を含み、パワートレインアクチュエータの動作を制御することによって行動計画の要求の一部又は全部を実現させるパワートレインシステムがある。なお、車両に搭載されるアクチュエータシステムの数は、図示した３つに限定されない。

マネージャ１０は、運転支援システム２０の複数のアプリケーション２１～２３から受け付ける行動計画の要求に基づいて、車両の運動に関する制御内容を決定し、この決定した制御内容に基づいて複数のアクチュエータシステム３１～３３の少なくとも１つに対して必要な要求を出力する。換言すると、マネージャ１０は、アクチュエータシステム３１～３３のうちの１つ又は複数に対して運動要求の分配を行う。

このマネージャ１０は、いわゆる車両の運動に関わるＡＤＡＳ－ＭＧＲやＶｅｈｉｃｌｅ－ＭＧＲなどとして、あるいはＡＤＡＳ－ＭＧＲやＶｅｈｉｃｌｅ－ＭＧＲの一部として機能し、車両の動きを制御する。図２に、マネージャ１０の機能ブロック図の一例を示す。図２に示すマネージャ１０は、受付部１１と、調停部１２と、第１出力部１３と、第２出力部１４、記憶部１５と、を含む。

受付部１１は、運転支援システム２０のアプリケーション２１～２３が出力する１つ又は複数の行動計画の要求を受け付ける。本実施形態における行動計画には、ＡＤＡＳアプリケーションが出力する車両の横方向の運動を表す第１情報として舵角もしくは曲率（又は曲率半径）が含まれる。受付部１１が受け付けた行動計画の要求は、調停部１２に出力される。

調停部１２は、受付部１１が運転支援システム２０のアプリケーション２１～２３から受け付けた１つ又は複数の行動計画の要求を調停する。この調停の処理としては、所定の選択基準（例えば、Ｍｉｎ選択）に基づいて複数の行動計画の中から１つの行動計画を選択することが例示できる。また、他の調停処理として、複数の行動計画に基づいて新たな行動計画を設定することもできる。行動計画の要求が１つである場合には、その行動計画が調停結果として採用される。

第１出力部１３は、調停部１２における行動計画の要求の調停結果に基づく運動要求を、アクチュエータシステム３１～３３の少なくとも１つに対して出力する。この運動要求は、調停された行動計画を実現させるための車両の動きを要求する物理量であり、出力先のアクチュエータシステムに好適な物理量である。この物理量は、必要に応じて変換される。例えば、出力先のアクチュエータシステムがＥＰＳシステムである場合には、運動要求として車輪の舵角（ステアリングの操舵角）が出力される。

第２出力部１４は、運転支援システム２０のアプリケーション２１～２３が行動計画に含める車両の横方向の運動を表す第１情報を生成するために用いる情報やデータ（以下「第２情報」という）を、複数のアプリケーション２１～２３の少なくとも１つに出力する。第２情報には、一例として、車両の諸元（定数）に関する情報である車両の重心点から前輪までの距離、車両の重心点から後輪までの距離、前輪タイヤから発生するコーナリングスティフネス、及び後輪タイヤから発生するコーナリングスティフネスや、車両の状態量（変数）に関する情報である車両の質量、車両の走行速度、車両の重心点の横すべり角（又は車体スリップ角）、及びヨーレートの、１つ以上が含まれる。車両の諸元（定数）に関する情報は、後述する記憶部１５に記憶されている。車両の状態量（変数）に関する情報は、図示しない種々の車載機器から取得することができる。

より具体的には、第２出力部１４は、受付部１１がアプリケーション２１～２３から受け付ける第１情報が舵角である場合、車両の重心点から前後輪までの距離、前後輪タイヤから発生するコーナリングスティフネス、車両の質量、速度、横すべり角、及びヨーレートを、第１情報を生成するアプリケーションに対して第２情報として出力する。また、第２出力部１４は、第２出力部１４は、受付部１１がアプリケーション２１～２３から受け付ける第１情報が曲率又は曲率半径である場合、車両の速度、横すべり角、及びヨーレートを、第１情報を生成するアプリケーションに対して第２情報として出力する。

記憶部１５は、第２出力部１４がアプリケーション２１～２３に対して出力する第２情報である、車両の重心点から前輪までの距離、車両の重心点から後輪までの距離、前輪タイヤから発生するコーナリングスティフネス、及び後輪タイヤから発生するコーナリングスティフネスなどの、車両の諸元（定数）に関する情報を記憶する。

なお、以上説明した、車両に搭載されたマネージャ１０、運転支援システム２０、及び複数のアクチュエータシステム３１～３３の構成は一例であって、適宜、追加、置換、変更、省略などが可能である。また、各機器の機能は適宜１つの機器に統合したり複数の機器に分散したりして実装することが可能である。

［第１情報の生成手法］
図３及び図４をさらに参照して、アプリケーション２１～２３において行われる、第２情報に基づく第１情報の生成手法を説明する。

（１）第１例
第１例は、第１情報として舵角を生成する手法を説明する。図３は、二輪車モデルの運動方程式を説明するための図である。

車両の運動方程式は、コーナリングフォースがｙ軸方向に作用すると仮定すると、質量ｍの車両が一定の速度Ｖで走行する場合には、車両の重心点の横すべり角（又は車体スリップ角）βと車両のヨーレートγとに関して、次の式［１］のように求められる。ここで、Ｉは、慣性モーメントである。ｌｆは、車両の重心点から前輪までの距離である。ｌｒは、車両の重心点から後輪までの距離である。ＣＦｆは、前輪のコーナリングフォースである。ＣＦｒは、後輪のコーナリングフォースである。

上述した式［１］は、次の式［２］で示すコーナリングフォースの線形モデルを代入すると、下記の式「３」によって表現することができる。Ｋｆは、前輪タイヤから発生するコーナリングスティフネスである。Ｋｒは、後輪タイヤから発生するコーナリングスティフネスである。

さらに、上述した式［３］は、次の式［４］で示すタイヤの横すべり角の関係を代入すると、下記の式「５」のように表現することができる。ここで、βｆは、前輪タイヤの横すべり角であり、βｒは、後輪タイヤの横すべり角である。また、δは、前輪の舵角である。

上述した式［５］を前輪の舵角δに着目して整理すると、次の式［６］のように表すことができる。

このように、アプリケーション２１～２３は、第２情報としてマネージャ１０から取得する車両の重心点から前輪までの距離ｌｆ、車両の重心点から後輪までの距離ｌｒ、前輪タイヤから発生するコーナリングスティフネスＫｆ、後輪タイヤから発生するコーナリングスティフネスＫｒ、車両の質量ｍ、速度Ｖ、横すべり角β、及びヨーレートγに基づいて、前輪の舵角δ（第１情報）を容易に生成することができる。

（２）第２例
第２例は、第２情報として曲率を生成する手法を説明する。図４は、曲率と加速度との関係を説明するための図である。

図４において、接線の速度Ｖは、曲率半径ρ及び角速度ωに基づいて、次の式［７］で表せる。

上述した式［７］は、次の式［８］のように変形することができ、曲率半径ρ及びその曲率半径の逆数である曲率１／ρは、車両の速度Ｖ、重心点の横すべり角（又は車体スリップ角）β、及び車両のヨーレートγを用いて表現することができる。

従って、法線方向の加速度は、次の式［９］で求めることができる。

このように、アプリケーション２１～２３は、第２情報としてマネージャ１０から取得する車両の速度Ｖ、横すべり角β、及びヨーレートγに基づいて、曲率１／ρ又は曲率半径ρ（第１情報）を容易に生成することができる。

＜作用・効果＞
以上のように、本開示の一実施形態に係る車両システムによれば、マネージャが、車両の横方向の運動を表す情報（第１情報）を生成するために必要な情報（第２情報）を、ＡＤＡＳアプリケーションの少なくとも１つに出力する。これにより、第２情報を取得するＡＤＡＳアプリケーションは、マネージャからフィードバック取得した第２情報としての車両の諸元や状態量などに基づいて、取得時における車両の横方向の運動を表す情報（舵角や曲率など）を算出し、この算出した値に基づいて要求する行動計画を適宜補正することができる。

また、本開示の一実施形態に係る車両システムでは、車両の横方向の運動を表す情報（第１情報）を生成するために必要な情報（第２情報）は、マネージャが保持又は生成する。これにより、第２情報の精度を向上させることができる。また、ＡＤＡＳアプリケーションは、車両の諸元などの情報を予め設定及び保持する必要がなくなり、アプリケーションの仕様を簡略化することができる。

また、本開示の一実施形態に係る車両システムでは、車両の横方向の運動を表す情報（第１情報）として曲率又は曲率半径を用いる場合、その算出に必要な情報（データ）が少なくて済むため、ＡＤＡＳアプリケーションを実装した電子制御ユニット（ＥＣＵ）の処理負荷の軽減、及びマネージャとＡＤＡＳアプリケーション間の通信負荷の軽減を、実現することが可能となる。

以上、本開示技術の一実施形態を説明したが、本開示は、車両に搭載されるマネージャだけでなく、電子制御ユニット、電子制御ユニットとマネージャとを含むシステム、プロセッサとメモリと記憶装置とを備えたマネージャが実行する制御方法、制御プログラム、制御プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的な記憶媒体、あるいはマネージャを備えた車両など、として捉えることが可能である。

本開示は、車両などに搭載されるマネージャなどに有用である。

１ 車両システム
１０ マネージャ
１１ 受付部
１２ 調停部
１３ 第１出力部
１４ 第２出力部
１５ 記憶部
２０ 運転支援システム
２１～２３ アプリケーション
３１～３３ アクチュエータシステム

Claims (7)

1. 車両に搭載されたマネージャであって、
   複数のＡＤＡＳアプリケーションから、車両の横方向の運動を表す情報である第１情報を含む複数の行動計画を受け付ける受付部と、
   前記複数の行動計画を調停する調停部と、
   前記調停部による調停結果に基づく運動要求を、複数のアクチュエータシステムの少なくとも１つに分配する第１出力部と、
   前記第１情報を生成するために用いる第２情報を、前記複数のＡＤＡＳアプリケーションの少なくとも１つに出力する第２出力部と、を備える、マネージャ。
2. 前記第２情報は、車両の重心点から前輪までの距離、車両の重心点から後輪までの距離、タイヤから発生するコーナリングスティフネス、車両の質量、速度、横すべり角、及びヨーレートの１つ以上を含む、請求項１に記載のマネージャ。
3. 前記横方向の運動を表す前記第１情報が、舵角であり、
   前記第２出力部は、前記第２情報として、車両の重心点から前輪までの距離、車両の重心点から後輪までの距離、前輪タイヤから発生するコーナリングスティフネス、後輪タイヤから発生するコーナリングスティフネス、車両の質量、速度、横すべり角、及びヨーレートを出力する、請求項２に記載のマネージャ。
4. 前記横方向の運動を表す前記第１情報が、曲率又は曲率半径であり、
   前記第２出力部は、前記第２情報として、速度、横すべり角、及びヨーレートを出力する、請求項２に記載のマネージャ。
5. プロセッサと、メモリと、記憶装置とを備え、車両に搭載されたマネージャのコンピューターが実行する制御方法であって、
   複数のＡＤＡＳアプリケーションから、車両の横方向の運動を表す情報である第１情報を含む複数の行動計画を受け付けるステップと、
   前記複数の行動計画を調停するステップと、
   前記調停の結果に基づく運動要求を、複数のアクチュエータシステムの少なくとも１つに分配するステップと、
   前記第１情報を生成するために用いる第２情報を、前記複数のＡＤＡＳアプリケーションの少なくとも１つに出力するステップと、を含む、制御方法。
6. プロセッサと、メモリと、記憶装置とを備え、車両に搭載されたマネージャのコンピューターに実行させる制御プログラムであって、
   複数のＡＤＡＳアプリケーションから、車両の横方向の運動を表す情報である第１情報を含む複数の行動計画を受け付けるステップと、
   前記複数の行動計画を調停するステップと、
   前記調停の結果に基づく運動要求を、複数のアクチュエータシステムの少なくとも１つに分配するステップと、
   前記第１情報を生成するために用いる第２情報を、前記複数のＡＤＡＳアプリケーションの少なくとも１つに出力するステップと、を含む、制御プログラム。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマネージャを搭載した、車両。

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