JP6463571B1 - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両制御装置に関し、車両の周辺環境情報および位置情報に基づいて自動運転を実行する際の走行経路を決定し、該走行経路に応じた制御量を出力する自動運転制御装置と、制御目標値に基づいてステアリング制御量を演算し、ステアリング制御量に基づいて車両のステアリング制御を行うステアリング制御装置と、を備え、自動運転制御装置は、車両の自動運転における制御状態を表す自動運転制御情報に基づいてステアリング制御量のリミットを規定する制御量閾値を動的に決定してステアリング制御装置に与え、ステアリング制御装置は、ステアリング制御量が制御量閾値を超える場合は、制御量閾値を超えないようにステアリング制御量を変更する。

Description

本発明は、車両の運転を自動制御する車両制御装置に関する。

車載システムでは多種多様な電子機器が搭載されている。これらの電子機器を制御するためのＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれる車載制御装置は、近年の電子機器の多機能化、複雑化に伴い、搭載数が増加している。特に昨今研究開発が加速している自動運転システムにおいては、車両のエンジン制御、ブレーキ制御、ステアリング制御を連携させることによって高度な自動運転を実現するシステムが考案されている。

自動運転に活用される電動パワーステアリング制御装置（ステアリング制御装置）においては、システムの一部に故障が発生した場合、フェールオペレーション動作を実現する必要がある。また、フェールオペレーションも困難な場合、故障対象以外の機能を用いて、最低限の機能により、フェールセーフ、を実現する必要がある。

ステアリング制御装置に異常が発生した場合においても意図せぬステアリング操作を行わないように、ステアリング制御装置の制御を制限する機能が搭載されている場合がある。例えば、特許文献１では、ナビゲーション装置から得られる自車の走行経路の道路情報を得ることによって、道路情報に応じて目標とする操舵角に制限を設けている。また、特許文献２ではステアリング制御装置で演算されるアクチュエータの出力電流を検出し、異常出力を検出する方法が開示されている。

国際公開第２０１７／０７７８０７号 特開２０１５−２０９１４０号公報

特許文献１では、意図せぬステアリング操作が行われないように目標とする操舵角に制限を設けているものの、ステアリング制御装置のアクチュエータ動作量の演算部自体が故障した場合、目標とする操舵角に関わらず、意図せぬ出力をしてしまう可能性が考えられる。また、特許文献２では、ステアリング制御装置で演算されるアクチュエータの出力電流を閾値と比較することで、出力電流が過大である状態を異常として検知できる。しかし、自動運転が高度化すると、高速道路のような直線路の走行以外に、一般道での右左折時および駐車時など、様々な大きさのステアリング操作を必要とするユースケースが発生するため、固定の閾値を用いると適切な制御ができないといった課題が存在する。さらに、特許文献２では、出力電流の上限を監視しているが、下限の監視については言及されていないため、例えばカーブ走行中に操舵をしなくなるという状況については対処ができないという課題も存在する。

本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、ステアリング制御量の閾値を適切に設定することができる車両制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る車両制御装置は、車両の周辺環境情報および位置情報に基づいて自動運転を実行する際の走行経路を決定し、該走行経路に応じた制御目標値を出力する自動運転制御装置と、前記制御目標値に基づいてステアリング制御量を演算し、前記ステアリング制御量に基づいて前記車両のステアリング制御を行うステアリング制御装置と、を備え、前記自動運転制御装置は、前記車両の自動運転における制御状態を表し、前記制御目標値を含む自動運転制御情報を生成し、生成した前記自動運転制御情報に基づいて前記ステアリング制御量のリミットを規定する制御量閾値を動的に決定して前記ステアリング制御装置に与え、前記ステアリング制御装置は、前記ステアリング制御量が前記制御量閾値を超える場合は、前記制御量閾値を超えないように前記制御量を変更する。

本発明に係る車両制御装置によれば、ステアリング制御の制御量閾値を適切に設定することができ、自動運転における、機能性の拡張と安全性を両立することができる。

本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の制御量閾値の決定動作を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置における制御状態の遷移例を説明する図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の制御量閾値を決定するためのテーブルの一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置において制御量閾値の補正を行う条件を説明する図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置において制御量閾値の補正を行う条件を説明する図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置において制御量閾値の補正を行う条件を説明する図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置において制御量閾値の補正を行う条件を説明する図である。 路肩幅と補正係数との関係を示す図である。 路面摩擦係数と補正係数との関係を示す図である。 車速と補正係数との関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の自動運転ＥＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の自動運転ＥＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の車両制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の車両制御装置の制御量閾値の決定動作を示すフローチャートである。 本発明に係る変形例の車両制御装置におけるリミット決定部での異常検出時の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る変形例の車両制御装置における異常検出の通知を受けた後の自動運転制御部の動作を示すフローチャートである。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明に係る実施の形態１の車両制御装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように車両制御装置１００は、車両に搭載され、車両の周辺環境の情報を取得する複数の周辺環境情報取得部３０、３１および３２と、自車位置情報を取得する自車位置情報取得部４０から出力される周辺環境情報および自車位置情報に基づいて自動運転を制御する自動運転ＥＣＵ２０（自動運転制御装置）と、自動運転ＥＣＵ２０によって制御されるステアリング制御装置５０、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０を備えている。

周辺環境情報取得部３０〜３２および自車位置情報取得部４０はネットワーク８０を介して自動運転ＥＣＵ２０と接続され、ステアリング制御装置５０、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０はネットワーク８１を介して、自動運転ＥＣＵ２０と接続されている。

周辺環境情報取得部３０〜３２としては、カメラ、ミリ波レーダー、ソナー等の各種センサに加え、車車間−路車間通信モジュール等が挙げられる。なお、図１では周辺環境情報取得部３０〜３２として３つを例示しているが、これに限定されるものではない。また、自車位置情報取得部４０としてはＧＰＳ（Global Positioning System）信号等の受信装置および絶対位置精度がセンチメートル級の高精度地図情報の受信装置等が挙げられる。

自動運転ＥＣＵ２０は、情報取得部２１、自動運転制御部２２およびリミット決定部２３を備え、情報取得部２１は、ネットワーク８０を介して周辺環境情報取得部３０〜３２および自車位置情報取得部４０からそれぞれ周辺環境情報および自車位置情報を取得し、情報を集約する。集約した情報は自動運転制御部２２に入力される。

自動運転制御部２２では、入力された情報に基づいて自動運転を実行する際の自車が進むべき走行経路を決定し、当該走行経路に応じた目標操舵角を演算して自動運転ＥＣＵ２０の出力とし、ステアリング制御装置５０に入力する。ステアリング制御装置５０では入力された目標操舵角に基づいて、ステアリングアクチュエータ５３を動作させるためのステアリング制御量（トルク量）を演算する。自動運転を実現するためにはブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０にも自動運転ＥＣＵ２０から目標制動量、目標加速量を送り、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０がそれぞれアクチュエータ制御を行うことで自動運転を実現する。自動運転ＥＣＵ２０から出力される、目標操舵角、目標制動量、目標加速量は、自動運転を実現するための制御目標値となる。

リミット決定部２３は、情報取得部２１から自車周辺の道路情報および障害物情報を取得し、さらに、自動運転制御部２２から自車が自動運転によってどのように制御されるかを表す情報を取得する。この情報を自動運転制御情報と呼称する。自動運転制御部２２で作成される自動運転制御情報には、例えば、直線走行中、カーブ走行中、車線変更中、右左折中および自動駐車中などの制御状態を判定するための状態情報が含まれる。また、自動運転制御情報には、目標操舵角、目標制動量、目標加速量などの制御目標値が含まれても良い。リミット決定部２３は、これらの制御情報に基づいて、自車の今後の目標操舵角を判断し、当該目標操舵角に対応して、ステアリング制御装置５０で演算されるステアリング制御量の上限値および下限値を規定する制御量閾値を決定する。また、リミット決定部２３は、決定された制御量閾値をステアリング制御装置５０内のステアリングリミッタ５２に入力する。この制御量閾値は、ステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）に対する閾値である。例えば、アクチュエータを駆動するモーターの電流値がステアリング制御量（トルク量）に対応する場合、制御量閾値はモーターの電流値に対する閾値となる。

ステアリング制御装置５０は、ステアリングＥＣＵ５１、ステアリングリミッタ５２、ステアリングアクチュエータ５３および操舵機構５４を有している。ステアリング制御装置５０では、自動運転ＥＣＵ２０から入力された制御目標値（目標操舵角）に基づいて、ステアリングＥＣＵ５１においてステアリングアクチュエータ５３を駆動するステアリング制御量（トルク量）を演算し、ステアリングリミッタ５２およびステアリングアクチュエータ５３に入力する。

ステアリングリミッタ５２では、入力されたステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）がリミット決定部２３から入力された制御量閾値を超えるか否かを検出し、制御量閾値を超える場合には、制御量閾値を超えない範囲内に納めるように変更する。例えば、制御量閾値に対応する値に変更する。そして、変更されたステアリング制御量（トルク量）に対応するモーター電流でステアリングアクチュエータ５３が駆動され、ステアリングアクチュエータ５３に機構的に接続された操舵機構５４のステアリングトルクとなってステアリング制御に使用される。これにより、車両が危険な制御を行うことを防ぐことができる。

なお、ステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）が制御量閾値を超えない場合は、ステアリングＥＣＵ５１からステアリングアクチュエータ５３に直接に入力されたステアリング制御量（トルク量）に対応するモーター電流でステアリングアクチュエータ５３が駆動される。ステアリングアクチュエータ５３は、ステアリングＥＣＵ５１およびステアリングリミッタ５２の両方からステアリング制御量（トルク量）が入力された場合は、ステアリングリミッタ５２から入力されたステアリング制御量（トルク量）を選択する。なお、ここではステアリング制御量をトルク量として例示したが、ステアリング制御量はモーター電流であっても良い。

図２にリミット決定部２３が制御量閾値を決定する動作のフローチャートを示す。本フローは一定の周期で実行されるが、自動運転制御部２２の実行周期に合わせて実行しても良い。ここで、上記一定の周期とは、自動運転制御部２２がステアリング制御装置５０、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０に目標操舵角、目標制動量、目標加速量を送る周期であり、自動運転制御部２２の実行周期とは、１つの目標操舵角を決める周期である。

図２に示すように、リミット決定部２３は、まずステップＳ１０１において、情報取得部２１および自動運転制御部２２から周辺環境情報、自車位置情報および自動運転制御情報を取得し、周辺状況、現在および今後の自車制御状態および自車速度を確認する。

次に、ステップＳ１０２において、後述する閾値の変更を伴う自車の周辺状況、制御状態および自車速度の何れかに変化があるかを判別する。そして、変化があると判別される場合には、ステップＳ１０３において、制御量閾値（上限値および下限値）を選択し、ステップＳ１０４に移行する。選択方法は後述するテーブルを参照することによって決定する。一方、変化がないと判別される場合には制御量閾値を維持して一連の動作を終了する。

ステップＳ１０４では、周辺状況および自車の走行速度に応じて、ステップＳ１０３で選択した制御量閾値を補正する。補正の方法については後述する。

次に、ステップＳ１０５において、ステアリングリミッタ５２に補正された制御量閾値を通知する。なお、ステップＳ１０４における補正は必須の処理ではないので、ステップＳ１０４を設けない場合には、ステップＳ１０３で選択した制御量閾値が、ステアリングリミッタ５２に通知されることとなる。

図３に制御状態の遷移例を示す。図３に示すように、制御状態は大きく分けて、停車中Ｃ１、手動走行中Ｃ２、自動駐車中Ｃ３および自動走行中Ｃ４に分けられる。

イグニッション（ＩＧ）がオン（ＯＮ）された時点では車両は停車中Ｃ１にある。また、自動走行中Ｃ４は、直線道路またはカーブ曲率が小さい（ｒ１未満）道路を走行中の直線（曲率＜ｒ１）走行中Ｃ４１、緩やかなカーブ道路を走行中のカーブ（ｒ１≦曲率＜ｒ２）走行中Ｃ４２、急なカーブ道路を走行中のカーブ（ｒ２≦曲率）走行中Ｃ４３および右左折を行う右左折中Ｃ４４に分類される。

さらに、直線（曲率＜ｒ１）走行中Ｃ４１は、レーンチェンジＣ４１１および通常走行Ｃ４１２に分類される。また、カーブ（ｒ１≦曲率＜ｒ２）走行中Ｃ４２は、レーンチェンジ（カーブ方向）Ｃ４２１、レーンチェンジ（カーブ逆方向）Ｃ４２２および通常走行Ｃ４２３に分類される。また、カーブ（ｒ２≦曲率）走行中Ｃ４３は、レーンチェンジ（カーブ方向）Ｃ４３１、レーンチェンジ（カーブ逆方向）Ｃ４３２および通常走行Ｃ４３３に分類される。

上述した自車の制御状態は、情報取得部２１及び自動運転制御部２２からの情報に基づいてリミット決定部２３で判定される。情報取得部２１からの情報には、自車周辺の地図情報、自車周辺の障害物の情報および自車位置情報が含まれており、例えば、地図情報から自車がどのような道を走っているか、また今後どのような道を走るかを取得し、直線か、カーブか、カーブの曲率、カーブの方向などを判定する。自動運転制御部２２からの情報には、自動走行中であるか、自動駐車中であるかといった制御状態を判定するための自動運転制御情報が含まれる。リミット決定部２３で判定される制御状態は、情報取得部２１からの情報を用いて、自動運転制御情報に含まれる状態情報をより詳細化したものである。

また、周辺環境情報には先行車情報が含まれており、レーンチェンジは、例えば、先行車の速度が遅く、自動運転制御部２２からの自動運転制御情報に「追越を行う」との情報が含まれていた場合および自車が少し先の交差点で「右折する」との情報が含まれていた場合に、右側車線にレーンチェンジを行うと判定する。

自動駐車中Ｃ３は、通常の移動時の通常移動Ｃ３１および切り返し制御を実行している切り返しＣ３２に分類される。このような状態遷移を定義することで、リミット決定部２３は、図２のステップＳ１０２において状態変化の有無を判断する。すなわち、自動運転制御部２２で作成される自動運転制御情報には、これらの制御状態の情報を含んでおり、この情報に基づいてリミット決定部２３は状態変化の有無を判断する。このようにリミット決定部２３は、制御状態が変化した場合は、変化後の制御状態に対応した制御量閾値を決定する。

図４に制御量閾値を決定するためのテーブルの一例を示す。リミット決定部２３は、図２のステップＳ１０３において自動運転制御情報に基づいて制御量閾値を選択する際に図４のテーブルを参照する。

図４に示すテーブルには、図３で定義した自車の制御状態と制御状態に応じた制御量閾値の上限値および下限値が、ステアリングアクチュエータ５３のトルク量に応じたモーター電流値として示されている。

例えば、車両が曲率ｒ１未満の直線走行中の場合、大きな操舵を必要とする可能性はないため、上限値には車両の安定性を確保するために十分な制御を実施可能な低めの閾値としてＬ１_Ｈｉｇｈという値が設定される。また、操舵制御をほとんど行わない可能性もあるため、下限値としての閾値は設定されない。

走行環境の変化によって、曲率がｒ１以上ｒ２未満のカーブ走行に変化した場合、カーブを走行するために必要な操舵力に相当する分のモーター電流値を閾値に上乗せし、上限値としてはＬ１_Ｈｉｇｈ＋Ｌ２_Ｈｉｇｈ、下限値としては、操舵制御を行わずに壁面に衝突することを防止するためＬ２_Ｌｏｗを設定する。Ｌ２_Ｌｏｗの値は、カーブ走行時にカーブの曲率に合わせてハンドルを維持するために必要な保舵力から決定される。

さらに、大きな曲率（ｒ２以上）のカーブの場合、上限値としては、Ｌ１_Ｈｉｇｈ＋Ｌ３_Ｈｉｇｈ、下限値としては、Ｌ３_Ｌｏｗを設定する。ここで、Ｌ２_ＨｉｇｈとＬ３_Ｈｉｇｈの関係は、カーブの曲率が大きくなるほど、カーブ走行に必要なモーター電流値は大きくなるので、Ｌ２_Ｈｉｇｈ＜Ｌ３_Ｈｉｇｈとなる。また、下限値についても、Ｌ２_Ｌｏｗ＜Ｌ３_Ｌｏｗとなる。このように、カーブの曲率によって制御量閾値を変更できるようにすることで、より適切なステアリング制御が可能となる。

また、直線走行中にレーンチェンジを行う際には直線走行時よりも大きな操舵を行うため、上限値として、直線走行時の上限値Ｌ１_Ｈｉｇｈにレーンチェンジの操舵によって発生しうる制御量閾値の最大値Ｌ４_Ｈｉｇｈを上乗せし、Ｌ１_Ｈｉｇｈ＋Ｌ４_Ｈｉｇｈに設定する。なお、下限値については、レーンチェンジによる操舵の開始および終了時には直線走行の操舵に戻るため、閾値は設定しない。

また、曲率ｒ１以上ｒ２未満のカーブ中のレーンチェンジ時にはレーンチェンジする方向によって閾値を設定する。カーブと同じ方向にレーンチェンジする場合、上限値としては、カーブ走行時の上限値にレーンチェンジの操舵によって発生しうる制御量閾値の最大値Ｌ４_Ｈｉｇｈを足した、Ｌ１_Ｈｉｇｈ＋Ｌ２_Ｈｉｇｈ＋Ｌ４_Ｈｉｇｈとし、下限値としては、カーブ走行時の下限値Ｌ２_Ｌｏｗを設定する。

また、カーブと逆方向にレーンチェンジする場合、カーブ走行時よりも大きな制御量閾値にはならないため、カーブ走行時と同じ上限値Ｌ１_Ｈｉｇｈ＋Ｌ２_Ｈｉｇｈを設定する。なお、下限値については、図４ではカーブ走行時と同じ下限値を設定するようにしているが、Ｌ２_Ｌｏｗよりも小さい値を設定しても良いし、あるいは設定しないようにしても良い。

曲率ｒ２以上のカーブ中のレーンチェンジ時には、カーブと同じ方向にレーンチェンジする場合、上限値としては、Ｌ１_Ｈｉｇｈ＋Ｌ３_Ｈｉｇｈ＋Ｌ４_Ｈｉｇｈ、下限値としては、Ｌ３_Ｌｏｗを制御量閾値として設定する。また、カーブと逆方向にレーンチェンジする場合は、上限値としては、カーブ走行時と同じ上限値Ｌ１_Ｈｉｇｈ＋Ｌ３_Ｈｉｇｈを設定し、下限値としては、Ｌ３_Ｌｏｗを設定する。

また、右左折中では上限値としてはＬ５_Ｈｉｇｈを設定し、下限値は設定しない。駐車中では、通常移動時および切り返し時では、上限値をそれぞれＬ６_ＨｉｇｈおよびＬ７_Ｈｉｇｈといった、異なる制御量閾値に設定し、下限値は設定しない。これは、駐車中の場合、車両切り返し時と通常移動時とでステアリングの操舵量が大きく異なるため、状況に応じて異なる制御量閾値とするためである。なお、図４に示した制御量閾値の設定は一例であり、これ以外にも車両の状況に応じて制御量閾値を設定しても良い。

このように制御量閾値を選択するためのテーブルを用いることで、制御量閾値の設定が容易となる。

次に、図５〜図８を用いて、直線走行中においてリミット決定部２３が制御量閾値の補正を行う条件について説明する。この補正は、安全分析の結果として得られる、想定される異常の発生から車両に危険事象が発生するまでの時間（ＦＴＴＩ：Fault Tolerant Time Interval）および路面状況を考慮して決定することができる。

ＦＴＴＩについては、車両の周辺状況によって変わる。例えば、自動運転ＥＣＵ２０から与えられた目標操舵角のデータがステアリングＥＣＵ５１で変化し、直線走行中に急に進路が変わるような操舵状態となることを想定する場合、障害物、例えばガードレールに衝突するまでの距離が長いか短いかで変わる。図５は車線からガードレールＧＲまでの幅、すなわち路肩幅に余裕がなく、乾いた路面を想定した路面摩擦係数μ＝０．８の道路を速度Ｖ＝６０ｋｍ／ｈで車両が走行している状況を表している。この状況においては、意図せぬ操舵による少しの横方向移動でもガードレールＧＲに衝突する可能性が高いため、ステップＳ１０３で選択した制御量閾値の上限値のＬ１_Ｈｉｇｈは補正しない。

一方、図６に示すように路肩幅に余裕がある場合には、同じ速度Ｖ＝６０ｋｍ／ｈで走行していても意図せぬ操舵によりガードレールＧＲに衝突するまでには時間的余裕があるので、制御量閾値（上限値）を大きくするような補正を行っても良い。以上のように、ＦＴＴＩが短いほど、小さな横方向の変化が危険に繋がる可能性が高いと考えられるため、リミット決定部２３は制御量閾値を小さくするか、または変更しない。

また、リミット決定部２３が制御量閾値の補正を行う条件として、周辺状況として推定した路面状態を用いることもできる。図７は、濡れた路面を想定した路面摩擦係数μ＝０．５の道路を速度Ｖ＝６０ｋｍ／ｈで車両が走行している状況を表している。図７に示すように路面摩擦係数μが低い路面（低μ路）を走行している場合、意図せぬ操舵による小さなステアリングトルクでも滑ってしまい、ガードレールＧＲに衝突する可能性がある。従って、周辺状況として、路面の状態を推定できれば、低μ路を走行している場合には、リミット決定部２３は制御量閾値（上限値）を小さく設定するように補正を行う。

なお、路面の状態を推定する方法としては、例えば、車載カメラの映像に基づいて降雨および降雪の情報を取得し、大まかな摩擦係数を推定することができる。また、気温および湿度を考慮して路面が凍っているか否かを推定することもできる。なお、積雪路面の摩擦係数は０．５〜０．２、氷結路面の摩擦係数は０．２〜０．１とされている。

また、リミット決定部２３が制御量閾値の補正を行う条件として、自車の速度（車速）を用いることもできる。図８は、路面摩擦係数μ＝０．８の道路を速度Ｖ＝１００ｋｍ／ｈで車両が高速走行している状況を表している。図８に示すように車両が１００ｋｍ／ｈで高速走行中の場合、意図せぬ操舵による小さなステアリングトルクでも大きな横方向の移動になるため、制御量閾値（上限値）を小さく設定するように補正を行う。逆に低速の場合には制御量閾値（上限値）を大きくするように補正しても良い。なお、図５〜図８ではガードレールに衝突するまでの時間に基づいて補正方法を説明したが、周辺環境情報から路肩に歩行者を検出した場合には、歩行者との衝突の可能性に基づいて補正しても良い。なお、路肩幅は、地図情報に含まれている場合はその値を利用し、地図情報に含まれていない場合は、自車位置、自車の横幅および地図情報の路面幅から算出することもできる。

次に、図５〜図８を用いて説明した制御量閾値の補正を行う状況における、補正係数と路肩幅、路面摩擦係数および車速との関係について、図９〜図１１を用いて説明する。

図９は、横軸を路肩幅［ｍ］とし、縦軸を補正係数として路肩幅と補正係数との関係をグラフで示す図であり、図５および図６を用いて説明した路肩幅に余裕がない場合と余裕がある場合を、それぞれ図５および図６として矢印で示している。

図９に示されるように、路肩幅、すなわち車両から障害物までの距離が大きくなるほど補正係数を大きくすることで、制御量閾値が大きくなるようにしている。

図１０は、横軸を路面摩擦係数とし、縦軸を補正係数として路面摩擦係数と補正係数との関係をグラフで示す図であり、図７および図８を用いて説明した路面摩擦係数が小さい場合と大きい場合を、それぞれ図７および図８として矢印で示している。

図１０に示されるように、路面摩擦係数が小さくなるほど補正係数を小さくすることで、制御量閾値が小さくなるようにしている。

図１１は、横軸を車速［ｋｍ／ｈ］とし、縦軸を補正係数として車速と補正係数との関係をグラフで示す図であり、図５および図８を用いて説明した車速が６０ｋｍ／ｈの場合と１００ｋｍ／ｈの場合を、それぞれ図５および図８として矢印で示している。

図１１に示されるように、車速が大きくなるほど補正係数を小さくすることで、制御量閾値が小さくなるようにしている。

なお、図９〜１１に示したグラフは一例であり、グラフの形状（特徴）もこれらに限定されず、車両の特性、車両に働く力、横方向への車両の移動量、自動運転システムまたはドライバが対処するまでの時間等を考慮して算出され、比例関係、２次曲線、上に凸の形状、下に凸の形状などを採ることも考えられる。

リミット決定部２３は、図２に示したステップＳ１０４において、上述した補正係数を制御量閾値に乗じることによって、制御量閾値を補正する。

以上説明したように、ステアリング制御装置５０の制御量閾値を周辺状況および自車の制御状態に応じて適切に設定することにより、自動運転における、機能性の拡張と安全性を両立することができる。

以上説明した自動運転ＥＣＵ２０の各構成はコンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成はコンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、図１に示した自動運転ＥＣＵ２０の情報取得部２１、自動運転制御部２２およびリミット決定部２３は、例えば図１２に示す処理回路１２０により実現される。処理回路１２０には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサが適用され、記憶装置に格納されるプログラムを実行することで上記各構成の機能が実現される。

なお、処理回路１２０には専用のハードウェアが適用されても良い。処理回路１２０が専用のハードウェアである場合、処理回路１２０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはこれらを組み合わせたものなどが該当する。

また、図１３には、図１に示した自動運転ＥＣＵ２０の各構成（情報取得部２１、自動運転制御部２２およびリミット決定部２３は）がプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成を示している。この場合、自動運転ＥＣＵ２０の各構成の機能は、ソフトウェア等（ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェア）との組み合わせにより実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリ１２２に格納される。処理回路１２０として機能するプロセッサ１２１は、メモリ１２２（記憶装置）に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。

＜実施の形態２＞
図１４は、本発明に係る実施の形態２の車両制御装置２００の構成を示す機能ブロック図である。図１４に示す車両制御装置２００と図１に示した車両制御装置１００との相違点は、自動運転ＥＣＵ２０におけるリミット決定部２３への入力が、自動運転制御部２２からの入力のみとなっている点である。すなわち、実施の形態２の車両制御装置２００では、リミット決定部２３が行う制御量閾値の決定を自動運転制御部２２が自動運転制御情報として出力する制御目標値によって決定する。

図１５はリミット決定部２３が制御量閾値を決定する動作のフローチャートを示す。本フローは一定の周期で実行されるが、自動運転制御部２２の実行周期に合わせて実行しても良い。

図１５に示すように、リミット決定部２３は、まずステップＳ２０１において、自動運転制御部２２で演算されたステアリング制御装置５０へ入力される目標操舵角（制御目標値）を自動運転制御情報として取得する。

リミット決定部２３では予め前周期の目標操舵角（制御目標値）を保持しておき、ステップＳ２０２において前周期の目標操舵角との差分値を計算することにより、差分値から発生させるべきステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）を決めることができる。そして、決定したステアリング制御量に対して、例えば１０％大きな値を制御量閾値の上限値とし、１０％小さな値を制御量閾値の下限値として演算する。なお、上記比率は一例であり、これに限定されるものではない。

次に、ステップＳ２０３において、ステアリングリミッタ５２に制御量閾値を通知する。

以上説明したように、本発明に係る実施の形態２の車両制御装置２００においては、ステアリング制御装置５０の制御量閾値をステアリング制御装置５０へ入力される目標操舵角に基づいて動的に決定するので、制御量閾値を固定した場合に比べて、様々なシチュエーションに対応した自動運転を実現できる。また、制御量閾値を設定しているので、ステアリングＥＣＵ５１の故障時の安全性の確保もできる。

＜変形例＞
以上説明した実施の形態１および実施の形態２では、リミット決定部２３が動的に生成した制御量閾値をステアリングリミッタ５２に送ることによって、ステアリングリミッタ５２では、ステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）が制御量閾値を超えるか否かを検出し、制御量閾値を超える場合には、制御量閾値を超えない範囲内に納めるようにステアリング制御量を変更している。これに加えて、本変形例では、制御量閾値を超えない範囲内に納めるようにステアリング制御量を変更した場合であっても、ステアリングリミッタ５２が制御量閾値の範囲を超えるモーター電流値を検出した場合に、ステアリングリミッタ５２で異常を検出したものとして自動運転制御部２２に通知する機能を備えている。

図１６にステアリングリミッタ５２における異常検出のフローチャートを示す。図１６に示すように、ステアリングリミッタ５２では、ステップＳ３０１において、ステアリングアクチュエータ５３のモーター電流値が制御量閾値を超えたことを検出した場合には、ステアリングリミッタ５２で異常を検出したものと判断してステップＳ３０２に移行する。一方、ステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）が制御量閾値未満である場合には、一連の処理を終了する。

ステップＳ３０２では、異常を検出したことを自動運転制御部２２に通知し、一連の処理を終了する。

なお、制御量閾値の範囲を超えるモーター電流値を検出する場合とは、自動運転ＥＣＵ２０から与えられる制御目標値のデータが、例えば電気的なノイズにより欠落または変化した場合、または、ステアリングＥＣＵ５１内のメモリが破壊する等のステアリングＥＣＵ５１が故障した場合が考えられる。

図１７は、ステアリングリミッタ５２から異常検出の通知を受けた後の自動運転制御部２２の動作を示すフローチャートである。図１７に示すように、異常検出の通知を受けた自動運転制御部２２は、ステップＳ４０１において情報取得部２１から入力された周辺環境情報に基づいて周辺状況を確認し、ステップＳ４０２において自車両の安全を確保するための目標操舵角、目標制動量、目標加速量を決定する。

目標操舵角、目標制動量、目標加速量は自車両の周囲に障害物等がなければブレーキをかけて止まる動作およびアクセルの制御を止める動作を実現する制御目標値となる。また、自車両の周囲に障害物がある場合には、障害物を避けることができる範囲の制御目標値、例えば自車両の前後の車両との車間を維持したまま、ゆっくりブレーキをかけて止まる動作を実現する制御目標値となる。

ステップＳ４０２で決定した制御目標値は、ステップＳ４０３において、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０に送られ、車両制御を実現する。

以上説明したように、本変形例のような制御を行うことで、例えば、ステアリングＥＣＵ５１に異常が発生した場合においても、安全を保ちながら車両を停止させることが可能となる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定されうるものと解される。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (11)

1. 車両の周辺環境情報および位置情報に基づいて自動運転を実行する際の走行経路を決定し、該走行経路に応じた制御目標値を出力する自動運転制御装置と、
   前記制御目標値に基づいてステアリング制御量を演算し、前記ステアリング制御量に基づいて前記車両のステアリング制御を行うステアリング制御装置と、を備え、
   前記自動運転制御装置は、
   前記車両の自動運転における制御状態を表し、前記制御目標値を含む自動運転制御情報を生成し、生成した前記自動運転制御情報に基づいて前記ステアリング制御量のリミットを規定する制御量閾値を動的に決定して前記ステアリング制御装置に与え、
   前記ステアリング制御装置は、
   前記ステアリング制御量が前記制御量閾値を超える場合は、前記制御量閾値を超えないように前記ステアリング制御量を変更する、車両制御装置。
2. 前記自動運転制御情報は、
   前記制御状態として、
   少なくとも自動走行中および自動駐車中の状態情報を含み、
   前記自動走行中の状態情報は、直線走行中およびカーブ走行中の状態情報を含み、
   前記直線走行中および前記カーブ走行中の状態情報は、レーンチェンジ中か否の状態情報を含み、
   前記自動駐車中の状態情報は、通常移動中および切り返し中の状態情報を含み、
   前記自動運転制御装置は、
   前記状態情報の組み合わせごとに設定された前記制御量閾値のテーブルに基づいて前記制御量閾値を決定する、請求項１記載の車両制御装置。
3. 前記自動運転制御装置は、
   前記周辺環境情報または前記車両の走行速度に基づいて、前記制御量閾値の補正を行う、請求項１記載の車両制御装置。
4. 前記制御量閾値の補正は、
   前記周辺環境情報から得られる、前記車両と衝突が想定される障害物までの距離に応じて設定された補正係数を前記制御量閾値に乗じることで実行される、請求項３記載の車両制御装置。
5. 前記補正係数は、
   前記障害物までの距離が長い場合には前記制御量閾値を大きくし、
   前記障害物までの距離が短い場合には前記制御量閾値を小さくするように設定される、請求項４記載の車両制御装置。
6. 前記制御量閾値の補正は、
   前記周辺環境情報から得られる路面摩擦係数に応じて設定された補正係数を前記制御量閾値に乗じることで実行される、請求項３記載の車両制御装置。
7. 前記補正係数は、
   前記路面摩擦係数が比較的大きい場合には前記制御量閾値を大きくし、
   前記路面摩擦係数が比較的小さい場合には前記制御量閾値を小さくするように設定される、請求項６記載の車両制御装置。
8. 前記制御量閾値の補正は、
   前記走行速度に応じて設定された補正係数を前記制御量閾値に乗じることで実行される、請求項３記載の車両制御装置。
9. 前記補正係数は、
   前記走行速度が比較的速い場合には前記制御量閾値を大きくし、
   前記走行速度が比較的遅い場合には前記制御量閾値を小さくするように設定される、請求項７記載の車両制御装置。
10. 前記自動運転制御装置は、
    前記制御目標値に基づいて前記制御量閾値を決定して前記ステアリング制御装置に与え、
    前記ステアリング制御装置は、
    前記ステアリング制御量が前記制御量閾値を超える場合は、前記制御量閾値を超えないように前記ステアリング制御量を変更する、請求項１記載の車両制御装置。
11. 前記ステアリング制御装置は、
    前記ステアリング制御量が前記制御量閾値を超える場合に、異常を検出したことを前記自動運転制御装置に通知し、
    前記自動運転制御装置は、
    前記ステアリング制御装置で異常が検出された場合に、前記車両を停車させるようにブレーキおよびアクセルを制御する、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の車両制御装置。

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