JP4352998B2 - 異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両において、通信途絶を許容する通信手段を用いている所定機能の異常を検出する際に、より的確かつ正確に異常を検出することのできる異常検出装置に関する。

車両前方をカメラなどで撮像し、撮像した画像や映像に基づいて車両の走行経路を検出し、車両が走行経路を逸脱しないように運転を支援する異常検出装置が知られており、市販車への搭載も始まっている。このような異常検出装置は車線維持制御や装置レーンキープ（アシスト）システムなどと呼ばれ、走行経路を逸脱した際に注意を喚起するだけのものや、走行経路を逸脱した際には転舵輪をアクチュエータで転舵させ（転舵を補助し）、走行経路逸脱を修正するものがある。後者の例としては、下記［特許文献１］に記載のものなどが知られている。
特開２００１−１０５１８号公報

上述した公報に記載の制御では、車線維持制御に必要な操舵トルクは、車両上に構築されたネットワークによって通信され、最終的にアクチュエータを駆動する。この車両上の通信には、ＣＡＮ通信システムなどの、通信途絶を許容する通信システムが利用され得る。しかし、上述した公報には、異常の検出についての記載はなく、車線維持制御の異常判定時にはこの通信途絶を考慮する必要がある。この通信途絶を考慮しないと、通信システム上許容されている通信途絶が生じただけで、すぐに異常であると判定されてしまうことが考えられる。従って、本発明の目的は、許容された通信途絶が通信システムに生じた場合であっても、車両の所定機能の制御に異常が発生しているか否かを正確に判定することのできる異常検出装置を提供することにある。

請求項１に記載の異常検出装置は、車両の所定の走行状態を検出する走行状態検出手段と、車両の所定機能を制御する制御コントローラと、走行状態検出手段によって検出された車両走行状態に基づいて、制御コントローラが所定機能を制御するための指令値を決定する指令値決定手段と、通信途絶を許容する通信手法によって、指令値決定手段によって決定された指令値を指令値決定手段から制御コントローラに通信する通信手段とを備え、制御コントローラが、前回受信した前回指令値と今回受信した今回指令値との偏差を所定閾値と比較して所定機能の異常を検出するに際して、前回指令値と今回指令値との間に生じた途絶回数に応じて、所定閾値を変更することを特徴としている。

なお、ここに言う途絶回数には、途絶がない場合と途絶があったときとで所定閾値を異ならせる場合を含む。また、この途絶回数には、途絶がない場合と途絶が一回であるときとで所定閾値を異ならせる場合も含む。さらに、例示すると、この途絶回数には、途絶がない場合と途絶が一回であるときと途絶が二回であるときとで所定閾値を全て異ならせる場合なども含む。途絶が一回及び二回であるときと、三回以上であるときで所定閾値を異ならせても良い。即ち、所定閾値の異ならせ方は限定されない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の異常検出装置において、走行状態検出手段が、車両前方を撮像して取得した前方画像に基づいて走行経路に対する該車両の位置を検出するものであり、所定機能が、検出された走行経路に対する車両位置に基づいて転舵機構に操舵トルクを付加して車両に所望の走行経路を走行させるものであり、指令値決定手段が、転舵機構に付加する操舵トルクを算出するものであり、制御コントローラが、前回指令値である前回操舵トルクと今回指令値である今回操舵トルクとの偏差が所定閾値よりも大きいときに異常であると判定するもので、前回操舵トルクと今回操舵トルクとの間の途絶回数が大きいほど、該所定閾値を大きく設定することを特徴としている。

請求項１に記載の異常検出装置によれば、生じた通信途絶の回数に応じて異常判定に用いる所定閾値を変えることで、通信途絶の影響を加味して、より的確かつ正確に異常を検出することができる。例えば、通信途絶が生じると、前回指令値と今回指令値との偏差が通常よりも大きくなる。しかし、途絶が生じていたことを考慮しないで、大きめの偏差と所定閾値とを比較して異常と判定してしまうと、正常であるのに異常と判定してしまう可能性が高くなってしまう。一方、通信途絶を考慮して所定閾値を大きく確保してしまうと、通信途絶が生じていない際（偏差の大きさがそれほど大きくならない状況）に異常であるのに正常であると判定してしまう可能性がある。本発明は、生じた通信途絶の回数に応じて異常判定に用いる所定閾値を変えることで、より的確かつ正確に異常を検出することができる。

請求項２に記載の異常検出装置は、車両の前方経路に応じて車両を操舵するものに関する異常検出装置である。この装置では、上述した所定値が操舵機構に付加する操舵トルクである。ここで、操舵トルクの変化量を上述した所定閾値で制限しており、所定閾値を超えているようであると判定する。しかし、通信途絶が生じていると、一回以上の指令値が抜けているため、上述した偏差（操舵トルクの変化量）は大きくなることが考えられる。そこで、このような場合には、途絶回数が大きいほど所定閾値を大きくし（換言すれば、途絶が少なければ所定閾値は緩和されることはない）、途絶回数に応じた所定閾値を設定することで、より的確かつ正確に異常を検出することができる。

本発明の異常検出装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の異常検出装置を備えた車両１の構成図を図１に示す。本実施形態の異常検出装置は、車線維持制御装置の異常を検出するものである。まず、車線維持制御装置について説明する。車両１は、操舵支援（車線維持制御）用の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２を備えており、操舵支援ＥＣＵ２によって運転支援（車線維持制御）が制御される。なお、操舵支援ＥＣＵ２は、後述するＥＰＳ−ＥＣＵ１４と協働することで、電子制御式パワーステアリング機構（ＥＰＳ）の制御の一部も担っている。

図１に示されるように、車両１は、ステアリングホイール３を備えている。ステアリングホイール３は、車両１の車室内に配設されており、運転者によって操作されることで転舵輪（ここでは左右前輪ＦＲ，ＦＬ）を転舵させる。ステアリングホイール３は、ステアリングシャフト４の一端に固定されている。ステアリングシャフト４は、ステアリングホイール３の回転に伴って回転する。

ステアリングシャフト４の他端には、ステアリングギヤボックス５を介してラックバー６が連結されている。ステアリングギヤボックス５は、ステアリングシャフト４の回転運動をラックバー６の軸方向への直進運動に変換する機能を有している。ラックバー６の両端は、ナックルアーム７を介して車輪ＦＬ，ＦＲの各ハブキャリアに連結されている。このように構成されているため、車輪ＦＬ，ＦＲは、ステアリングホイール３が回転されると、ステアリングシャフト４やステアリングギヤボックス５（ラックバー６）を介して転舵される。

また、前方を撮像するＣＣＤカメラ８が、ルームミラーに内蔵されている。ＣＣＤカメラ８は、車両１の前方の所定領域内の周辺状況を撮影する。ＣＣＤカメラ８には、画像処理部９が接続されている。ＣＣＤカメラ８が撮影した周辺状況の画像データは、画像処理部９に供給される。画像処理部９は、ＣＣＤカメラ８による画像データを画像処理し、車両１が走行する道路上に描かれた白線などを基に車線（レーン：走行経路）を検出する。撮像した画像や映像内では、路面とその上に描かれた白線との輝度差が大きく、白線は比較的検出しやすく、車両前方の車線を検出するのに都合がいい。

画像処理部９は、上述した操舵支援ＥＣＵ２に接続されている。画像処理部９は、検出した車線に基づいて、前方走行経路のカーブ曲率（１／Ｒ）や、車線に対する車両１のオフセットＤ及びヨー角θを演算によって検出し、結果を操舵支援ＥＣＵ２に送出する。画像に基づいて、前方走行経路の各種情報量（カーブ曲率（１／Ｒ）や自車のオフセットＤ・ヨー角θ）を検出する方法は、公知の方法を用いることができる。

なお、オフセットＤは、横ズレ量などとも呼ばれ、走行経路に対する車両の横方向のズレ（オフセット）を示す値である。なお、オフセットＤは、センターラインや走行車線の中心線など、適当な基準に基づいて求められる。また、ヨー角θは、偏向角とも呼ばれ、走行経路に対して車両の進んでいる方向を示す値である。ここでは、ＣＣＤカメラ８が撮像手段として機能し、画像処理部９及び運転支援ＥＣＵ２が検出手段として機能している。あるいは、画像処理部９は、画像をある程度処理した後に操舵支援ＥＣＵ２に送出し、操舵支援ＥＣＵ２によってカーブ曲率（１／Ｒ）・オフセットＤ・ヨー角θを演算してもよい。この場合も、画像処理部９及び操舵支援ＥＣＵ２が検出手段として機能する。

操舵支援ＥＣＵ２には、舵角センサ１０及び車速センサ１１も接続されている。舵角センサ１０は、運転者によって操作されるステアリングホイール３の操舵角に応じた信号を出力する。なお、舵角センサ１０に加えて舵角トルクセンサなども設けられ得る。また、車速センサ１１は、各車輪に取り付けられた車輪速センサであり車両１の速度に応じた周期でパルス信号を発生する。なお、車速センサ１１の代わりに車体前後加速度を検出するセンサを取り付け、この出力を時間積分することで車速を得るようにすることも可能である。舵角センサ１０の出力信号および車速センサ１１の出力信号は、それぞれ操舵支援ＥＣＵ２に供給されている。操舵支援ＥＣＵ２は、舵角センサ１０の出力信号に基づいてステア角を検出すると共に、車速センサ１１の出力信号に基づいて車速を検出する。

また、操舵支援ＥＣＵ２には、ヨーレートセンサ１２やナビゲーションシステム１３も接続されている。ヨーレートセンサ１２は、車両１の重心近傍に配置され、重心鉛直軸回りのヨーレートを検出し、検出結果を操舵支援ＥＣＵ２に送出する。また、ナビゲーションシステム１３は、ＧＰＳ等を利用して車両１の位置を検出するための装置である。ナビゲーションシステム１３は、車両１前方のカーブ曲率（１／Ｒ）や勾配等の状況を検知する機能をも有している。操舵支援ＥＣＵ２は、ナビゲーションシステム１３を用いて車両１の位置及び走行すると予想される道路の状況を把握する。

さらに、操舵支援ＥＣＵ２には、ＥＰＳ−ＥＣＵ１４も接続されている。ＥＰＳ−ＥＣＵ１４には、上述したステアリングギヤボックス５に配設されたモータ（アクチュエータ）１５が接続されている。図示されていないが、ラックバー６の一部外周面にはボールスクリュー溝が形成されており、モータ１５のロータにはこのボールスクリュー溝に対応するボールスクリュー溝を内周面上に有するボールナットが固定されている。一対のボールスクリュー溝の間には複数のベアリングボールが収納されており、モータ１５を駆動させるとロータが回転してラックバー６の軸方向の移動、即ち、転舵をアシストすることができる。

ＥＰＳ−ＥＣＵ１４は、操舵支援ＥＣＵ２の指令信号に従ってモータ１５に駆動電流を供給する。モータ１５は、ＥＰＳ−ＥＣＵ１４から供給された駆動電流に応じた操舵トルクをラックバー６に付与する。操舵支援ＥＣＵ２は、後述する論理に従ってＥＰＳ−ＥＣＵ１４に指令信号を供給し、モータ１５を駆動することにより，ラックバー６を変位させ、車輪ＦＬ，ＦＲを転舵させる。ＥＰＳ−ＥＣＵ１４や操舵支援ＥＣＵ２が、車線維持制御の制御コントローラとして機能している。

また、操舵支援ＥＣＵ２には、警告ランプ１６及び警報ブザー１７が接続されている。警告ランプ１６は、車室内に搭乗した乗員が視認可能な位置に配置されており、操舵支援ＥＣＵ２からの指令信号に従って点灯する。また、警報ブザー１７は、操舵支援ＥＣＵ２からの指令信号に従って車室内へ音声を発する。操舵支援ＥＣＵ２は、後述する論理に従って警告ランプ１６及び警報ブザー１７を駆動し、乗員に対して注意を喚起する。

操舵支援ＥＣＵ２とＥＰＳ−ＥＣＵ１４との間の通信は、ＣＡＮ通信システムによって行われている。操舵支援ＥＣＵ２及びＥＰＳ−ＥＣＵ１４には、このＣＡＮ通信を行うための送受信ユニット（通信手段）が内蔵されている。ＣＡＮ通信システムは、通信回路によってデジタル信号に変換された複数項目の情報やデータを一対の通信線（ツイストペア結線など）で伝送する通信システムである。ＣＡＮとは、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋの略称で、国際標準化機構ISOの規格［ISO11898］に準拠したシリアル通信である。

ＣＡＮ通信システムは、ＣＡＮ ＨｉｇｈとＣＡＮ Ｌｏｗの二本の通信線（バス）を一対としてその作動電圧によってバスのレベルを判断し、これを専用の通信プロトコルに準じたデジタル信号として所定の伝送速度で伝達するものである。ＣＡＮ通信システムは、ネットワークを更生するすべてのＥＣＵやセンサが一対の通信線（バス）を利用し、時間をずらしながらデータを送信することも受信することも可能とした、時分割多重双方向通信システムである。このため、通信が円滑かつ確実に行われるように、各ＥＣＵ及びセンサは共通の通信プロトコルに従って通信を行っている。

このＣＡＮ通信プロトコルには、すべてのＥＣＵ及びセンサにデータ送信を開始する権利を持たせながら、一対の通信線を共有できるよう、通信線へデータを送り出す規則としてＣＳＭＡ／ＣＤ（衝突検出付き搬送波感知多重アクセス）方式を採用している。ＣＳＭＡ／ＣＤとは、Ｃａｒｒｉｅｒ Ｓｅｎｓｅ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎの略であり、常時各ＥＣＵが通信線の状態（搬送波）を感知し、通信線に他のデータが流れていないときに限りデータ送信を開始する通信アクセス制御のことである。また、ＣＳＭＡ／ＣＤでは、これに加えて、データが衝突した（複数のＥＣＵから同時にデータが送信された）ことを検出した場合には、一定時間待機した後、再びデータ送信が行われる。

上述したように、各ＥＣＵやセンサは、ＣＡＮバス上に他のデータが流れていない状態でデータ送信を開始するが、同時に複数のＥＣＵやセンサからデータ送信が開始された場合は、送信されるデータ自体が含んでいるＩＤ情報に基づいて、送信優先順位の判定が行われ、優先されなかったデータは破棄（上述したように、再送信はされる）される。破棄されたデータに関しては、受け手側には届かないため、通信途絶となる。また、破棄されたデータは再送信されるが、このとき再送信されるデータは、破棄されたデータそのものを再度送信する場合もあれば、再度演算が行われて更新されたデータが再送信される場合もある。

後者の場合は、データを受け取る側では、二回分の制御量を合わせたものとして受け取ることとなる。例えば、通常は、一回の指令でモータを一回転させるものに関して、一回の途絶があった場合は、次回の指令では途絶分を含む二回転モータを回転させる指令が生成され得る。同様に、二回の途絶があった場合は、次回の指令では二回の途絶分を含む三回転モータを回転させる指令が生成され得る。このように、ＣＡＮ通信システムでは、通信途絶は異常ではなく、通信途絶を許容するシステムである。

車線維持制御（運転支援制御）の概要を説明する。車線維持制御においては、まず、ＣＣＤカメラ８で車両１の前方画像を取得し、画像からカーブ曲率（１／Ｒ）、オフセットＤ、ヨー角θを検出する。オフセットＤは、横ズレ量などとも呼ばれ、走行経路に対する車両の横方向のズレ（オフセット）を示す値である。なお、オフセットＤは、センターラインや走行車線の中心線など、適当な基準に基づいて求められる。また、ヨー角θは、偏向角とも呼ばれ、走行経路に対して車両の進んでいる方向を示す値である。これらのオフセットＤやヨー角θが、走行経路に対する車両位置を示す値となる。

次に、車両１前方のカーブ曲率（１／Ｒ）に基づいて、車両１をこのカーブに沿って走行させるために必要なヨーレートω_ｒが求められる。また、自車両１の現在のオフセットＤを目標オフセットＤ_０とするために必要なヨーレートω_ｄが求められる。同様に、自車両１の現在のヨー角θを目標ヨー角θ_０とするために必要なヨーレートω_θを求める。これらのω_ｒ，ω_ｄ，ω_θを合算した目標ヨーレートωを求める。車両に目標ヨーレートωを発生させることで、車両１を前方カーブに沿って走行させると共に、そのオフセットＤとヨー角θとを目標値に収束させることができる。

なお、ヨーレートωと横加速度Ｇとの間には、Ｇ＝Ｖω／ｇ（ｇは重力加速度）の関係が成立し、車速Ｖが一定であれば両者は一対一に対応する。決定されたヨーレートω（あるいは、これに対応する横加速度Ｇ）を発生させるための操舵トルク、即ち、モータ１５の制御量を算出し、これに基づいてモータ１５を駆動する。この結果、車両１は、車線の逸脱が抑制され、車線を維持して走行する。

次に、上述した車線維持制御の異常を検出する制御について、図２のフローチャートを参照して説明する。ここでは、モータ１５に対する目標操舵トルクの変化量に基づいて異常であるか否かが検出される。通常は、前回目標トルクと今回目標トルクとの間の変化量は、所定の上限値以下となるように制御が行われている。しかし、上述した通信途絶が生じた場合は、何回かの制御指令が抜けていることになるため、上述した上限値を超えた制御指令を受信することがある。これを、異常（フェイル）と判定せずに、通信途絶が発生したときは判定閾値を緩和してやることで、不要な異常判定を回避しつつ、より正確な判定を行う。

目標操舵トルクの変化に基づいて異常判定を行うに際しては、まず、前回の目標操舵トルク指令値と今回受信した目標操舵トルクとの間に途絶があったかなかったかを判定する（ステップ２００）。この判定は、指令信号に含まれるＩＤ情報などから判別ができる。もし、途絶がなければ、通常の判定閾値αを用いて、｜ΔＴ｜＞αであるかどうかを判定する（ステップ２０５）。なお、ΔＴ＝（今回目標操舵トルク）−（前回記憶した目標操舵トルク）である。｜ΔＴ｜＞αである場合は、目標操舵トルクの制御に異常が生じていると判断される（ステップ２１０）。｜ΔＴ｜＞αでなければ、制御は正常であると判断される（ステップ２１５）。

一方、ステップ２００が否定される場合は、途絶が生じている場合であるが、途絶が一回だけであるかどうかをまず判定する（ステップ２２０）。途絶が一回だけである場合は、判定閾値を通常時（途絶無し時）の倍の２αにし、｜ΔＴ｜＞２αであるかどうかを判定する（ステップ２２５）。｜ΔＴ｜＞２αである場合は、目標操舵トルクの制御に異常が生じていると判断される（ステップ２１０）。｜ΔＴ｜＞２αでなければ、制御は正常であると判断される（ステップ２１５）。

このように、判定閾値を２倍に変更したのは、途絶が一回生じているため、一回分の制御量がさらに加算されており、通常の判定閾値αをそのまま用いることが適当でないからである。そのため、ここでは、判定閾値を通常の二回分の２αに設定し、異常判定を行うことでより的確な判定を行えるようにしている。

ステップ２２０も否定される場合は、途絶が連続して二回であるかどうか判定する（ステップ２３０）。途絶が連続二回である場合は、判定閾値を通常時（途絶無し時）の３倍の３αにし、同様に、｜ΔＴ｜＞３αであるかどうかを判定する（ステップ２３５）。｜ΔＴ｜＞３αである場合は異常が生じていると判断され（ステップ２１０）、｜ΔＴ｜＞３αでない場合は正常であると判断される（ステップ２１５）。このように判定閾値を３倍にする理由は、判定閾値を２倍にする場合と同様である。ただ、途絶回数が増えた分だけ判定閾値も大きくされている。なお、ステップ２３０が否定されている場合は、通信途絶が連続して３回以上発生している場合である。この場合は、操舵トルク制御ではなく通信制御に異常が発生していると判定される（ステップ２４０）。

本発明の異常検出装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態の車線維持制御は、車線を維持するために必要な操舵トルクの全てをアクチュエータで発生させるものであるものとして説明した。しかし、車線維持制御としては、必要な操舵トルク以下のトルクを発生させて運転者に操舵を促すアシストシステムとしてのものも考えられる。また、請求項１に関しては、車両の所定機能は、上述した実施形態の車線維持機能に限られない。

本発明の異常検出装置の一実施形態を備えた車両の構成図である。 本発明の異常検出装置の一実施形態による異常検出制御のフローチャートである。

符号の説明

１…車両、２…操舵支援ＥＣＵ、３…ステアリングホイール、４…ステアリングシャフト、５…ステアリングギヤボックス、６…ラックバー、７…ナックルアーム、８…カメラ、９…画像処理部、１０…操舵トルクセンサ、１１…車速センサ、１２…ヨーレートセンサ、１３…ナビゲーションシステム、１４…ＥＰＳ−ＥＣＵ、１５…モータ、１６…警告ランプ、１７…警報ブザー、ＦＬ，ＦＲ…操舵輪。

Claims (2)

1. 車両の所定の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   車両の所定機能を制御する制御コントローラと、
   前記走行状態検出手段によって検出された車両走行状態に基づいて、前記制御コントローラが前記所定機能を制御するための指令値を決定する指令値決定手段と、
   通信途絶を許容する通信手法によって、前記指令値決定手段によって決定された指令値を前記指令値決定手段から前記制御コントローラに通信する通信手段とを備え、
   前記制御コントローラが、前回受信した前回指令値と今回受信した今回指令値との偏差を所定閾値と比較して前記所定機能の異常を検出するに際して、前回指令値と今回指令値との間に生じた途絶回数に応じて、前記所定閾値を変更することを特徴とする異常検出装置。
2. 前記走行状態検出手段が、車両前方を撮像して取得した前方画像に基づいて走行経路に対する該車両の位置を検出するものであり、
   前記所定機能が、検出された走行経路に対する車両位置に基づいて転舵機構に操舵トルクを付加して車両に所望の走行経路を走行させるものであり、
   前記指令値決定手段が、前記転舵機構に付加する操舵トルクを算出するものであり、
   前記制御コントローラが、前回指令値である前回操舵トルクと今回指令値である今回操舵トルクとの偏差が所定閾値よりも大きいときに異常であると判定するもので、前回操舵トルクと今回操舵トルクとの間の途絶回数が大きいほど、該所定閾値を大きく設定することを特徴とする請求項１に記載の異常検出装置。

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