JP2024088215A - 車両制御装置、車両制御方法、及び車両制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】運転者による手動操舵が継続された場合でも障害物の回避操舵を支援できる車両制御装置、車両制御方法、及び車両制御システムを提供する。【解決手段】車両制御装置１００は、車輪を操舵する操舵アクチュエータ５５を有する車両４０に備えられている。この車両制御装置が備えるコントロール部３０は、車両と車両の前方に位置する物体との位置関係と、車両の速度とに基づいて求められた、物体に対する車両の回避経路を取得する。そして、車両の運転者による操舵が介入した際に、回避経路に車両を自動操舵により追従させる舵角制御を実行する指令を操舵アクチュエータに出力し、舵角制御の介入後、運転者による操舵が所定時間継続した場合、舵角制御から運転者の操舵を補助するアシストトルク制御に切り替えて実行する指令を操舵アクチュエータに出力する、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の走路上の障害物に対する操舵回避支援を行う車両制御装置、車両制御方法、及び車両制御システムに関する。

特許文献１には、自動操舵モードから手動操舵モードへ移行すると判定され、かつ障害物が存在すると判定された場合に、ステアリングホイールが障害物を回避する側とは反対側に操作される場合のアシストトルクを、ステアリングホイールが障害物を回避する側に操作される場合に比べて小さくする車両制御装置が記載されている。

特開２０１９－１８２０３９号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、運転者（ドライバ）の操舵をトリガに自動操舵による操舵支援が作動した後、運転者がハンドル操作を継続していると、オーバーライド判定により自動操舵による操舵支援がキャンセルされる可能性がある。また、緊急回避のような状況では、運転者が適正なステアリング操作ができないことも考えられ（操舵過多もしくは操舵不足）、障害物との接触や挙動乱れなどを起こす可能性がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、運転者による手動操舵が継続された場合でも障害物の回避操舵を支援できる車両制御装置、車両制御方法、及び車両制御システムを提供することにある。

本発明の一側面によれば、車輪を操舵する操舵アクチュエータを有する車両に備えられた車両制御装置及びその車両制御方法であって、前記車両制御装置が備えるコントロール部が、前記車両と前記車両の前方に位置する物体との位置関係と、前記車両の速度と、に基づいて求められた前記物体に対する前記車両の回避経路を取得し、前記車両の運転者による操舵が介入した際に、前記回避経路に前記車両を自動操舵により追従させる舵角制御を実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力し、前記舵角制御の介入後、前記運転者による操舵が所定時間継続した場合、前記舵角制御から前記運転者の操舵を補助するアシストトルク制御に切り替え実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力する、車両制御装置及び車両制御方法が提供される。

また、本発明の他の側面によれば、前記車両制御装置のコントロール部と、このコントロール部で制御され、車両の車輪を操舵する操舵アクチュエータと、を備える車両制御システムが提供される。

本発明では、運転者による手動操舵が継続された場合に、操舵回避支援制御で演算した回避経路と自車両位置の関係からアシストトルクを制御することで、運転者による障害物の回避操舵を支援できる。また、不慣れな運転者が手動操舵を継続した場合でも、回避支援を継続させて回避性能を確保することができ、障害物との接触や挙動乱れなどを抑制できる。
従って、運転者による手動操舵が継続された場合でも障害物の回避操舵を支援できる車両制御装置、車両制御方法、及び車両制御システムを提供できる。

本発明の実施形態に係る車両制御装置及び車両制御システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る車両制御方法について説明するためのフローチャートである。 運転者による操舵継続の判断について説明するためのタイミングチャートである。 操舵アシストトルクの制御について説明するためのブロック線図である。 操舵支援制御時における自動操舵と、自動操舵から手動操舵への切り替えについて説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車両制御装置及び車両制御システムの概略構成を示している。車両制御装置１００は、外界認識装置１０、状態判断装置２０及び操舵回避支援装置（コントロール部）３０を備えている。この車両制御装置１００により車両４０の操舵装置５０が制御され、走路上の物体（障害物）に対する操舵回避支援が行われる。

外界認識装置１０は、自車位置を認識するための地図／ＧＰＳ１１、路面状況や障害物の位置を検出するカメラ１２、周辺情報を検出するレーダ１３などを含んでいる。この外界認識装置１０で認識した自車位置、障害物位置、周辺情報などの認識情報は、状態判断装置２０に入力される。

状態判断装置２０では、外界認識装置１０から入力される認識情報と、車速センサ５１で検出した車両４０の車速情報とに基づいて、自車と障害物がどの程度重なっているかの割合を示すオーバーラップ率の算出、障害物に衝突するまでの余裕時間（ＴＴＣ：Time-To-Collision）の算出、及び障害物を回避するための回避経路の生成などが実行される。状態判断装置２０で算出されたオーバーラップ率、ＴＴＣ、回避スペース、自車と経路の偏差などは、操舵回避支援装置３０に入力される。

操舵回避支援装置３０は、制御介入判断部３１、ドライバ操舵判断部３２、及び制御作動部３３で構成される。制御作動部３３には、舵角制御部（追従制御）３４、アシストトルク制御部３５、及び切替部３６などが設けられている。制御介入判断部３１には、状態判断装置２０からオーバーラップ率、ＴＴＣ、回避スペースの情報が入力され、ドライバ操舵判断部３２から運転者による操舵の判断情報が入力される。ドライバ操舵判断部３２には、運転者によるステアリング操作の情報が入力され、例えば操舵トルク値と操舵継続時間に基づき操舵の判断が行われる。

制御介入判断部３１は、状態判断装置２０から入力された情報と、ドライバ操舵判断部３２から入力された情報に基づき操舵回避支援に介入するか否かの判断を行い、介入と判断すると制御作動部３３に介入を実行する指令を出力する。この制御作動部３３には、車速センサ５１から車速情報が入力されている。

舵角制御部３４とアシストトルク制御部３５にはそれぞれ、状態判断装置２０からＴＴＣ及び自車と経路の偏差情報が入力される。これらの情報に基づき、舵角制御部３４で操舵装置５０の操舵角が算出され、アシストトルク制御部３５で操舵装置５０に対するアシストトルクが算出され、切替部３６にそれぞれ出力される。切替部３６は、ドライバ操舵判断部３２の出力により、操舵角とアシストトルクの一方を選択して操舵装置５０の操舵アクチュエータ５５に入力する。そして、操舵アクチュエータ５５で操舵装置５０を制御し、車両４０を車輪を操舵して走路上の障害物に対する操舵回避支援を行う。

上記のような構成の車両制御装置及び車両制御システムにおいて、概略的には次のような操舵回避支援制御が実行される。外界認識装置１０で車両４０の走路上に障害物が発見されると、認識情報と車速情報から状態判断装置２０でオーバーラップ率、ＴＴＣ、回避経路が算出される。状態判断装置２０で算出した情報とドライバ操舵判断部３２による運転者の操舵情報に基づき、制御介入判断部３１で操舵回避支援に介入するか否かが判断される。介入が必要と判断されると、制御作動部３３により操舵アクチュエータ５５が制御されて操舵回避支援が実行される。

走路上に障害物を発見した運転者がステアリングを操舵して回避支援に介入すると、ドライバ操舵判断部３２によりオーバーライド判定が行われる。オーバーライドではないと判断された場合には、舵角制御部３４から出力される操舵角になるように操舵アクチュエータ５５が制御される。運転者により所定トルクを超えるステアリング操作が所定時間継続すると、オーバーライドと判断されて切替部３６による切り替えが行われ、アシストトルク制御部３５から出力されるアシストトルクが発生するように操舵アクチュエータ５５が制御される。

アシストトルクによる制御では、状態判断装置２０で算出した、障害物の回避経路に対して操舵が不足している場合にはアシストトルクを増大させる。これに対し、障害物の回避方向と反対側に操舵された場合や、回避経路に対して操舵が過多の場合にはアシストトルクを低減させる。

このようなアシストトルクの制御によって、運転者が障害物の回避方向と同方向に操舵したときには、自車位置と回避経路の偏差に応じてアシストトルクを増減し、回避方向と逆方向に操舵したときにはアシストトルクを低減して障害物の方向に行き難くすることができる。

図２は、本発明の実施形態に係る車両制御方法について説明するためのフローチャートである。まず、走路上の障害物に対して衝突の危険性があるか否か判断し（ステップＳ１）、衝突の危険性があると判断されると、回避スペースの有無を判断する（ステップＳ２）。ステップＳ２で回避スペースが有ると判断されると、運転者による障害物の回避操舵の有無を判断する（ステップＳ３）。そして、運転者による回避操舵が有りと判断されると、操舵支援制御を作動させる（ステップＳ４）。

一方、ステップＳ１で衝突の危険性なし、ステップＳ２で回避スペースなし、ステップＳ３で運転者による回避操舵なしと判断された場合には、操舵回避支援制御を終了し、例えば自動緊急ブレーキ（ＡＥＢ：Autonomous Emergency Brake）や、緊急停止のための制駆動制御に移行する。
ステップＳ４において操舵支援制御が作動すると、運転者による操舵の継続があったか否か判断し（ステップＳ５）、操舵の継続がない場合には操舵支援制御（自動操舵）を実行し（ステップＳ６）、継続があった場合には操舵支援制御（アシストトルク制御）を実行する（ステップＳ７）。

図３は、上述したステップＳ５において実行される運転者による操舵継続判断について説明するためのタイミングチャートである。この操舵継続判断は、図１に示した操舵回避支援装置３０におけるドライバ操舵判断部３２で実行される。運転者による障害物の回避操舵が行われると、操舵トルク値が大きく変化し（時刻ｔ０）、操舵回避支援制御が作動する。その後、操舵トルク値が閾値を超えると（時刻ｔ１）、運転者による操舵継続と判断する。時刻ｔ１に判断カウンタがカウントを開始し、所定回数カウントした時刻ｔ２（所定時間継続）に、操舵継続判断の信号が“Ｈ”レベルとなり、運転者の操舵が継続されていると判断する。そして、操舵トルク値が閾値より低くなると（時刻ｔ３）、操舵継続判断の信号が“Ｌ”レベルとなる。従って、ドライバ操舵判断部３２では、時刻ｔ２－ｔ３間に操舵が継続したと判断される。

図４は、操舵アシストトルクの制御について説明するためのブロック線図である。本例では、ＥＰＳ（Electric Power Steering）システムによる通常の運転状態で発生している操舵アシストトルク（基準アシストトルク）に対して、自車と回避経路との横偏差量に基づいてアシストトルクの加算、または減算を行うものである。
図４に示すように、自車位置と回避経路の最近接点との距離（横偏差量）に対して調整項による調整を行い、横偏差量が大きくなるにしたがって調整項を大きくする。また、自車両と障害物との相対速度と、自車と障害物との相対速度と相対距離から衝突余裕時間（ＴＴＣ）を算出し、この衝突余裕時間に対して所定のゲインで補正を行う。衝突余裕時間が短いほど補正ゲインを大きくする。

このように、操舵アシストトルクは、自車位置と回避経路の最近接点との距離と車速に応じて制御する、換言すれば、車両の位置と回避経路との横方向の差と、車両の速度とに基づいてアシストトルク制御を実行する。そして、操舵不足時はアシストトルクを増加させ、操舵過多時はアシストトルクを低減させる。アシストトルクを増加させると、ステアリング操作が軽くなり、曲がり易くなる。アシストトルクを低減させるとステアリング操作が重くなり、曲げ難くなる。

図５は、操舵支援制御時における自動操舵と、自動操舵から手動操舵への切り替えについて説明するための模式図である。運転者が自車の走路上に障害物を発見し、ステアリングによる回避操舵を短時間行うと、操舵支援制御が実行され、図５（ａ）に示すように回避経路に沿って自動操舵による障害物の回避が行われる。
これに対し、運転者がステアリングによる回避操舵を行い、操舵トルク値が所定のトルク閾値を超える状態が所定の切替判断時間継続すると、運転者による操舵が所定時間継続したと判断し、自動操舵から手動操舵に切り替わる。この切り替えによって、図５（ｂ）に示すように、回避経路との横偏差が不足方向の場合にはアシストトルクを増加させ、回避経路との横偏差が過多方向の場合にはアシストトルクを減少させ、運転者のステアリング操作が回避経路に近付き易くする。

上記のような車両制御装置及び車両制御方法によれば、回避方向と同方向に操舵したときには、自車位置と回避経路の偏差に応じてアシストトルクを増減し、回避方向と逆方向に操舵したときにはアシストトルクを低減するので、運転者操舵をトリガに自動操舵に移行する操舵支援を行いつつ、運転者がハンドル操作を継続していると判断される場合には、自動操舵から操舵力をアシストする制御に切り替え、運転者による回避操舵を支援できる。

また、この車両制御装置を用いたＥＰＳシステムでは、手動操舵に移行した場合でも回避経路に対する自車位置の関係からアシストトルクを制御して回避経路に近い走行軌跡が描けるように操舵回避支援を行うことができる。
従って、運転者による手動操舵が継続された場合でも障害物の回避操舵を支援できる車両制御装置、車両制御方法、及び車両制御システムを提供できる。

なお、上述した実施形態で説明された構成や方法等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

例えば、手動操舵に移行した場合でも回避経路に近い走行軌跡が描けるように運転者を支援する手法として、下記（１）～（３）が挙げられる。
（１）ステアリングギア比を可変設定可能な機構を有する車両の場合は、車両の位置と回避経路との横方向の差（横偏差量）に応じてステアリングギア比を変えることで、運転者の回避動作を支援することも可能である。例えば、操舵不足時には、ステアリングギア比を小さくして車輪（タイヤ）転舵角を増やすようにしても良い。

（２）操舵装置がステアリングホイールと機械的に切り離された左右の転舵輪を転舵させるステアバイワイヤ（ＳＢＷ：Steer-by-Wire）システムを有する車両の場合は、車両の位置と前記回避経路との横方向の差（横偏差量）に応じて直接車輪（タイヤ）転舵角を補正することで、運転者の回避動作を支援することも可能である。例えば、操舵不足時には補正により車輪転舵角を増やすようにしても良い。

（３）操舵アクチュエータの種類によらず、操舵アクチュエータによる支援を実施してアシストトルク制御の実行に合わせて、制動（ブレーキ）によるヨーモーメントを車両に発生させることで、運転者の回避動作を支援することも可能である。

１０…外界認識装置、２０…状態判断装置、３０…操舵回避支援装置（コントロール部）、３１…制御介入判断部、３２…ドライバ操舵判断部、３３…制御作動部、３４…舵角制御部、３５…アシストトルク制御部、３６…切替部、４０…車両、５０…操舵装置、５１…車速センサ、５５…操舵アクチュエータ、１００…車両制御装置

Claims (8)

1. 車輪を操舵する操舵アクチュエータを有する車両に備えられた車両制御装置であって、
   前記車両制御装置が備えるコントロール部は、
   前記車両と前記車両の前方に位置する物体との位置関係と、前記車両の速度と、に基づいて求められた前記物体に対する前記車両の回避経路を取得し、
   前記車両の運転者による操舵が介入した際に、前記回避経路に前記車両を自動操舵により追従させる舵角制御を実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力し、
   前記舵角制御の介入後、前記運転者による操舵が所定時間継続した場合、前記舵角制御から前記運転者の操舵を補助するアシストトルク制御に切り替えて実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力する、
   車両制御装置。
2. 請求項１に記載の車両制御装置であって、
   前記コントロール部は、
   前記舵角制御の介入後、操舵トルク値が所定のトルク閾値を超える状態が、所定の切替判断時間継続したとき、前記運転者による操舵が所定時間継続したと判断する、
   車両制御装置。
3. 請求項１に記載の車両制御装置であって、
   前記コントロール部は、
   前記車両の位置と前記回避経路との横方向の差と、前記車両の速度と、に基づいて前記アシストトルク制御を実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力する、
   車両制御装置。
4. 請求項３に記載の車両制御装置であって、
   前記コントロール部は、
   前記運転者による操舵が前記回避経路の方向と同方向であり、かつ前記車両の位置と前記回避経路との横方向の差が、前記回避経路に対して前記物体と逆方向に生じる場合は、基準アシストトルクに対してアシストトルクを減少させ、
   前記運転者による操舵が前記回避経路の方向と同方向であり、かつ前記車両の位置と前記回避経路との横方向の差が、前記回避経路に対して前記物体と同方向に生じる場合は、前記基準アシストトルクに対してアシストトルクを増加させ、
   前記運転者による操舵が前記回避経路の方向と逆方向である場合は、前記基準アシストトルクに対してアシストトルクを減少させるように前記アシストトルク制御を実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力する、
   車両制御装置。
5. 請求項１に記載の車両制御装置であって、
   前記コントロール部は、
   ステアリングギア比が可変な機構を有する前記車両である場合、前記車両の位置と前記回避経路との横方向の差に応じて前記ステアリングギア比を変更して、前記アシストトルク制御を実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力し、
   ステアリングホイールと機械的に切り離された左右の転舵輪を転舵させるステアバイワイヤシステムを有する前記車両である場合、前記車両の位置と前記回避経路との横方向の差に応じて、前記車輪の転舵角を補正して、前記アシストトルク制御を実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力する、
   車両制御装置。
6. 前記車両に制動力を発生させる制動アクチュエータを有する請求項１に記載の車両制御装置であって、
   前記コントロール部は、
   前記アシストトルク制御の実行に合わせて、制動によるヨーモーメントを前記車両に発生させる指令を前記制動アクチュエータに出力する、
   車両制御装置。
7. 車両の車輪を操舵する操舵アクチュエータを制御するためのコントロール部が実行する車両制御方法であって、
   前記コントロール部が、
   前記車両と前記車両の前方に位置する物体との位置関係と、前記車両の速度と、に基づいて求められた前記物体に対する前記車両の回避経路を取得し、
   前記車両の運転者による操舵が介入した際に、前記回避経路に前記車両を自動操舵により追従させる舵角制御を実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力し、
   前記舵角制御の介入後、前記運転者による操舵が所定時間継続した場合、前記舵角制御から前記運転者の操舵を補助するアシストトルク制御に切り替えて実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力する、
   車両制御方法。
8. 車両の車輪を操舵する操舵アクチュエータと、
   前記操舵アクチュエータを制御するためのコントロール部であって、
   前記車両と前記車両の前方に位置する物体との位置関係と、前記車両の速度と、に基づいて求められた前記物体に対する前記車両の回避経路を取得し、
   前記車両の運転者による操舵が介入した際に、前記回避経路に前記車両を自動操舵により追従させる舵角制御を実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力し、
   前記舵角制御の介入後、前記運転者による操舵が所定時間継続した場合、前記舵角制御から前記運転者の操舵を補助するアシストトルク制御に切り替えて実行する指令を前記操舵アクチュエータに出力する、
   コントロール部と、
   を備える車両制御システム。