JP6584484B2

JP6584484B2 - 自律運転車両／自動運転車両のための予測的なパワートレイン限界戦略

Info

Publication number: JP6584484B2
Application number: JP2017241858A
Authority: JP
Inventors: マッケイブライアン; ソリマンイハブ
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2037-12-18
Also published as: JP2018108810A; US20180170382A1; US10435023B2; CN108216190A; CN108216190B

Description

関連出願との相互参照
本出願は、２０１６年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／４３６０５０号（U.S. Provisional Application No. 62/436, 050）の利益を主張するものである。上記の出願の開示内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。

発明の分野
本発明は、概して、車両のパワートレインコンポーネントの現在の性能および予測される性能に基づいて車両の運転経路を修正することができる自律運転システムのパワートレインインターフェースに関し、さらには、パワートレインコンポーネントの性能の変化に基づいてパワートレインコンポーネントの更新された運転性能を提供するものである。

発明の背景
自律運転制御装置とパワートレイン制御装置との間における現在の自律運転経路計画インターフェースは、現在の時点における単純なパワートレイントルク（または車両の前後方向の加速要求／減速要求）である。これは、クルーズコントロールシステムと比較すると、パワートレイン制御装置に類似した種類のインターフェースであり、所望の自律運転経路を車両が走行できるように要求されたトルク（または車両加速度／車両減速度）をパワートレインが供給できない場合には、不正確な車両経路計画につながる場合がある。このことは、特に車両の車線変更または追い越し操縦において特に重大であり、この場合には、車両加速度の点でパワートレインの性能が急激に変化または飽和する可能性があり、図１の時間ｔ１に示されるように安全でない状態に潜在的につながる可能性がある。この状況は、トラクションドライブの動作限界、高電圧の出力限界、熱管理等を含む、パワートレインの内部の複数の条件に起因して生じ得る。典型的な自律経路計画アルゴリズムは、パワートレインコンポーネントが目標プロファイル（図１に図示）を満たすことができる場合には、自律運転操縦の間に現在の車両の動作状態において未来の（または予測的な）把握なしに目標車両加速要求（または目標車両ホイールトルク要求）を出力する。パワートレインコンポーネントが自律運転操縦中に目標車両加速要求を満たすことができない場合には、既存の１つの解決策は、自律運転操縦が実施されているときに新しい目標経路計画に更新することであるか、または自律運転機能を停止して運転者に通知し、操縦中に車両の制御を運転者に戻すことであった。このことは、自律運転操縦を実施する場合に最適ではなく、潜在的に安全でない。１つの潜在的な負の結果は、自律運転操縦を実施している車両に他の車両が接近している間における、自律運転操縦の追い越し部分の間（時間ｔ１の間）での車両加速度の不足であろう。

したがって、種々のパワートレインコンポーネントの性能を予測し、パワートレインコンポーネントの性能の変化に基づいて車両の自律運転経路を変更するための戦略を提供し、この場合に、完全自律運転車両または半自律運転車両の加速／減速の制御のための最適化されたパワートレイン制御戦略を設けることが必要とされている。

発明の概要
本発明は、自律運転制御装置からの入力を拡充して、現在の動作点におけるパワートレイントルク性能（または車両加速性能／車両減速性能）と、さらには未来における後続の動作点における性能とを、未来におけるパワートレインのエネルギ管理、サブシステムの制約／限界、および性能に基づいて制御するための、拡張されたパワートレインインターフェースおよび戦略である。本発明は、自律運転（ＡＤ）性能（完全自律運転または半自律運転）を有する電気的なパワートレイン制御装置を有する車両（ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）または純バッテリ式電気自動車（ＢＥＶ））に適用される。この概念は、目標車両速度およびギアにおいて利用可能な燃焼エンジントルクに基づいて非電気的なパワートレインの（従来の）システムに拡張することができる。

１つの実施形態では、本発明は、少なくとも１つの自律運転操縦を実施するように車両を構成するために動作可能な自律運転制御装置と、前記自律運転制御装置と電気的に通信するパワートレイン制御装置と、前記パワートレイン制御装置によって制御される少なくとも１つのパワートレインコンポーネントとを有する、自律運転システムのパワートレインインターフェースである。前記パワートレイン制御装置は、前記パワートレインコンポーネントの現在の性能と、前記パワートレインコンポーネントの未来の性能とを計算するために動作可能であり、前記自律運転制御装置は、前記パワートレインコンポーネントの前記現在の性能と、前記パワートレインコンポーネントの前記未来の性能とに基づいて前記自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成する。

前記自律運転システムのパワートレインインターフェースは、前記車両を加速するための前記パワートレインコンポーネントの性能を表す車両加速度に関する少なくとも１つの予測的な動的限界も含む。前記自律運転制御装置は、前記パワートレインコンポーネントを使用して、前記車両加速度に関する予測的な動的限界に基づいて前記自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成する。

１つの実施形態では、前記車両加速度に関する予測的な動的限界は、前記車両を加速するための前記パワートレインコンポーネントの性能を表す複数の第１のデータ点を含み、前記複数の第１のデータ点のうちの少なくとも１つは、現在の時間における前記パワートレインコンポーネントの性能を表し、前記複数の第１のデータ点のうちの別の１つは、少なくとも１つの未来の時間における前記パワートレインコンポーネントの性能を表す。前記自律運転制御装置は、前記パワートレインコンポーネントを使用して、前記現在の時間と前記未来の時間との両方における前記複数の第１のデータ点に基づいて前記自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成する。前記パワートレイン制御装置はまた、前記車両が前記自律運転操縦を実施するときに、前記車両加速度に関する予測的な動的限界が変更され得るように、そして前記車両加速度に関する予測的な動的限界が変更されると前記自律運転操縦が変更され得るように、前記車両加速度に関する予測的な動的限界を再計算する。

本発明の自律運転システムのパワートレインインターフェースは、前記車両を減速するためのパワートレインコンポーネントの性能を表す車両減速度に関する予測的な動的限界も含み、前記自律運転制御装置は、前記パワートレインコンポーネントを使用して、前記車両減速度に関する予測的な動的限界に基づいて前記自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成する。

前記車両減速度に関する動的限界は、前記車両を減速するための前記パワートレインコンポーネントの性能を表す複数の第２のデータ点を含み、前記自律運転制御装置は、前記パワートレインコンポーネントを使用して、前記現在の時間と前記未来の時間との両方における前記複数の第２のデータ点に基づいて前記自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成する。前記パワートレイン制御装置は、前記車両が前記少なくとも１つの自律運転操縦を実施するときに、前記車両減速度に関する予測的な動的限界が変更され得るように、そして前記車両減速度に関する予測的な動的限界が変更されると前記自律運転操縦が変更され得るように、前記車両減速度に関する予測的な動的限界を再計算する。

本発明の自律運転システムのパワートレインインターフェースの特徴の１つは、前記パワートレインコンポーネントの性能が、前記自律運転操縦が進行している間ずっと変化する場合に、当該パワートレインコンポーネントの性能に基づいて前記自律運転操縦を変更することができることである。さらに、前記パワートレインコンポーネントが、前記自律運転操縦を実施するための性能を有していない場合には、当該自律運転操縦を完全に中止することができる。

１つの実施形態では、前記パワートレインコンポーネントは、トラクションドライブのモータリング限界と、トラクションドライブの発生限界とを有する少なくとも１つの駆動アクチュエータであり、前記自律運転操縦は、前記トラクションドライブのモータリング限界と、前記トラクションドライブの発生限界とに基づいて変更される。

別の実施形態では、前記パワートレインコンポーネントは、最大充電限界および最大放電限界を有する少なくとも１つのバッテリであり、前記自律運転操縦は、前記最大充電限界および前記最大放電限界に基づいて変更される。

さらに別の実施形態では、前記自律運転制御装置は、前記パワートレインコンポーネントが最も効率的に動作するように前記自律運転操縦を変更する。

本発明の適用可能性のさらなる範囲は、以下に記載される詳細な説明から明らかになるであろう。詳細な説明および特定の実施例は、本発明の好ましい実施形態を示すものであり、例示のみを目的としたものであって、本発明の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。

図面の簡単な説明
本発明は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。

他の車両を追い越しする或る１つの車両に関する自律運転経路および動作特性を示す図であり、この場合、当該車両のパワートレインコンポーネントは、当該車両が操縦を完了するための性能を有していない。本発明の実施形態による自律運転システムのパワートレインインターフェースのシステム図である。自律運転システムのパワートレインインターフェースを使用して他の車両を追い越しする或る１つの車両に関する自律運転経路および動作特性を示す図であり、この図には、本発明の実施形態による予測的なパワートレインの性能のウィンドウが含まれている。自律運転システムのパワートレインインターフェースを使用して他の車両を追い越しする或る１つの車両に関する自律運転経路および動作特性を示す第１の図であり、この図には、本発明の実施形態による第１の位置における予測的なパワートレインの性能のウィンドウが含まれており、このウィンドウは、時間の経過に伴って変化する。自律運転システムのパワートレインインターフェースを使用して他の車両を追い越しする或る１つの車両に関する自律運転経路および動作特性を示す第２の図であり、この図には、本発明の実施形態による第２の位置における予測的なパワートレインの性能のウィンドウが含まれており、このウィンドウは、時間の経過に伴って変化する。自律運転経路に沿って車両を操縦するために使用される、車両のパワートレインの予測的な加速度限界および減速度限界と、自律運転経路とを示す図であり、当該車両は、本発明の実施形態による自律運転システムのパワートレインインターフェースを有する。本発明の実施形態による自律運転システムのパワートレインインターフェースによって実施される各ステップを説明するフローチャートである。

好ましい実施形態の詳細な説明
好ましい実施形態の以下の説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、本発明、その適用、または使用を限定することを意図したものでは決してない。

本発明は、車両のパワートレインコンポーネントの現在の運転性能および予測される運転性能に基づいて車両の運転経路を修正することができる自律運転システムのパワートレインインターフェースであり、さらには、パワートレインの性能の変化に基づいて、もしくは道路勾配、車両環境、路面状態、交通流、または交通タイミング情報のような車両の外部の環境の変化に基づいて更新された運転性能を提供するものである。

自律運転システムのパワートレインインターフェースの１つの実施形態を有する車両のための自律運転システムが、図２に一般的に参照符号１０で示されている。システム１０は、パワートレイン制御装置１４と電気的に通信する自律運転車両制御装置１２を含む。自律運転車両制御装置１２は、車両によって種々の自律運転操縦が実施され得るように、短距離（ＳＲ）レーダ１６、長距離（ＬＲ）レーダ１８、カメラ２０、およびライダ２２のような種々の装置からの入力を受信する。これらの装置のそれぞれから自律運転車両制御装置１２によって受信されたデータは、車両経路に関する計画を展開するために使用され、この場合、この車両経路を車両が走行するように１つまたは複数の自律運転操縦が実施される。パワートレイン制御装置１４は、車両運転者２４からの入力と、（限定するわけではないが、車両速度、温度、気圧、および車両からの他の任意の種類の所望の入力のような）種々の種類の車両の入力２６と、シャーシ２８と、種々の道路データ３０とを受信し、これらの情報を使用してエネルギを管理し、本実施形態ではトラクションドライブのモータ３２Ａ、バッテリ３２Ｂ、エンジン３２Ｃ、およびドライブラインコンポーネント３２Ｄである少なくとも１つのアクチュエータのような種々のパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄに動作戦略を提供する。ドライブラインコンポーネント３２Ｄは、ギアボックスまたは動力分割装置のような、車両のドライブラインにおける任意のコンポーネントとすることができる。

（車両が走行しているときのような）未来における車両のパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能は、複数の要因に依存しており、なお、これらの要因には、限定するわけではないが、トラクションドライブの限界（ピーク／連続）、バッテリシステムの限界／充電状態（最大充電限界および最大放電限界を含む）、熱管理、パワートレインの動作状態等が含まれる。本発明の自律運転システム１０は、自律運転車両制御装置１２とパワートレイン制御装置１４との両方によって受信されたデータを使用して車両経路のより正確な計画が提供され得るように、車両のパワートレインシステムと自律運転制御装置１２との間のインターフェースを拡張し、現在の動作時間と未来の複数の時点との両方におけるパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に基づいて車両経路を潜在的に変更し、これによって、自律運転操縦を安全に中断することなく完了することができるようにするか、または要求された自律運転操縦を車両が実施し得るように要求された性能を、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄが有していない場合には、自律運転操縦を中止することができるようにする。これによって、前後方向の加速性能または減速性能の予期しない損失に起因した、自律操縦中における潜在的な機能安全性の危険が最小化される。

自律運転制御装置１２は、所望の自律運転経路に基づいてパワートレインシステムの現在の動作状態と未来の動作状態との両方における目標車両加速度／目標車両減速度（または目標車両ホイールトルク）を提供することもできる。パワートレイン制御装置１４は、所望の車両経路の情報と、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能の情報とを使用してエネルギ管理および燃費を最適化し、さらには車両の今後の加速要求に向けてパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄを準備する。

上で説明した種々のステップは、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に基づいた自律運転経路の計画と、潜在的な経路変更との一部であり、その例が図３に示されている。図３は、一般的に参照符号３４Ａ〜３４Ｅで示された５つのフェーズを含む。これらのフェーズ３４Ａ〜３４Ｅはそれぞれ、一般的に参照符号３６で示された第１の車両３８Ａの所望の自律運転経路を生成するために自律運転システム１０（図２に図示）の一部として使用される種々の動作パラメータを示す。図３は、２つの他の車両３８Ｂおよび３８Ｃも含み、この場合、第１の車両３８Ａは、当該第１の車両３８Ａに第２の車両３８Ｂが接近する前に第３の車両３８Ｃを追い越すための追い越し操縦を実施するために、自律運転経路３６に追従する。

引き続き図２〜３を参照すると、示された例における車両３８Ａの動作中に、自律運転制御装置１２は、前述した追い越し操縦を実施するために第１の車両３８Ａに対して要求される、当初の目標車両速度４０と、対応する当初の目標車両加速度とを命令する。しかしながら、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能の限界に起因して、車両３８Ａが追い越し操縦を実施することができないおそれがある状況が存在し得る。パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの限界に起因して当初の目標車両速度４０が達成できない場合には、車両３８Ａは、当初の目標車両加速度に到達することができず、したがって、追い越し操縦を実施するために所望の自律運転経路３６を走行することができない。車両３８Ａが、当初の目標車両速度４０と対応する当初の目標車両加速度とに基づいて追い越し操縦を試みたとして、それでも要求された速度４０および対応する加速度を達成することができないような場合には、車両３８Ａは、他の車両３８Ｂ，３８Ｃに衝突する危険があるだろう。

しかしながら、本発明のシステム１０は、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの限界に基づいて速度および加速度のような車両３８Ａの動作を変更することができるか、または要求された自律運転経路３６に沿った操縦をキャンセルすることができる。図２〜３に示された例では、車両３８Ａは、ｔ０とｔ１との間の第１のフェーズ３４Ａの間、一定速度で走行している。自律運転制御装置１２は、対応する目標車両加速度４２Ａ（すなわち目標車両加速性能または目標車両ホイールトルク性能）を含む、新しい目標車両速度４２を要求し、なお、この新しい目標車両速度４２は、時間ｔ１での操縦の開始時におけるパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの限界と、未来の或る時点または未来の時間ｔＹにおけるパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能とに基づいて達成可能な速度である。実際に達成された車両加速度が、参照符号４２Ｂで示されている。

本発明のシステム１０の利点の１つは、（パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に基づいた）車両３８Ａの新しい目標車両速度４２および目標車両加速度４２Ａを変更することができ、したがって、車両３８Ａが命令された自律運転経路３６を走行するときに、現在の動作時間と未来の複数の時点とに関してリアルタイムに更新することができることである。パワートレイン制御装置１４は、操縦の開始時である現在の時間ｔ１においてのみならず、未来の時間（すなわちｔ２，ｔ３，ｔ４，・・・ｔＹ）において要求される数のデータ点に関しても、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの更新された性能を、自律運転車両制御装置１２に通信する。図４Ａ〜４Ｂには、コンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの現在の動作特性を強調する移動ウィンドウ４４も示されている。図４Ａ〜４Ｂに示されるように、車両３８Ａが自律運転経路３６を走行するときにパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの状態および限界が動的に変化する場合があるので、移動ウィンドウ４４は変化する（すなわち図４Ａ〜４Ｂでは左から右に移動する）。これによってパワートレイン制御装置１４は、車両３８Ａが自律運転経路３６を走行するときに、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能の未来における状況を、自律運転車両制御装置１２のために更新することが可能となる。

示されている例では、時間ｔ１においてパワートレイン制御装置１４は、現在の時間ｔ１と、未来（すなわちｔ２，ｔ３，ｔ４，・・・ｔＹ）において所望される数のデータ点とに関して、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能の未来における状況を、自律運転車両制御装置１２のために更新する。時間ｔ２においてパワートレイン制御装置１４は、現在の時間ｔ２と、未来（すなわちｔ３，ｔ４，・・・ｔＹ）において要求される数のデータ点とに関して、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能の未来における状況を、自律運転車両制御装置１２のために更新する。パワートレイン制御装置１４は、未来におけるｔ１とｔＹとの間の複数の異なる点におけるパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に関して、自律運転車両制御装置１２を更新することもできる。図３〜４Ｂに示されるように、パワートレインの予測的な車両加速性能の情報が自律運転制御装置１２に供給される時期が早ければ早いほど、自律運転経路３６の軌道がより正確かつより迅速に更新される。

パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの限界に基づいた予測的な車両加速度に関する計算は、多数の要因を考慮に入れており、なお、これらの要因には、限定するわけではないが、トラクションドライブの限界（ピーク／連続）、バッテリシステムの限界／充電状態（ＳＯＣ）、車両安定化装置の限界、パワートレインの動作状態等が含まれる。図５〜６を参照すると、車線追い越し操縦のような自律運転操縦の一例が、車両３８Ａの動作特性と共に示されており、この例では、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能の限界に基づいて自律運転経路３６を適合および変更する、予測的な車両加速度によるパワートレイン限界戦略（a predictive vehicle acceleration powertrain limit strategy）が使用されている。

図３〜６を参照すると、第１のフェーズ３４Ａでの時間ｔ０から開始して、ステップ１００において、車両３８Ａは一定速度で運転しており、車両３８Ａが加速されるか、または減速されるかについての判定がなされる。この例では、ステップ１０２において、車両３８Ａを加速して追い越し操縦を実施するという決定がなされる。第１フェーズ３４Ａでの時間ｔ０から開始して、ステップ１０４において、パワートレイン制御装置１４は、車両３８Ａを加速するために車両加速度４６に関する予測的な動的限界を計算する。この場合、車両加速度４６に関する予測的な動的限界は、複数の第１のデータ点を有し、これら複数の第１のデータ点は、現在の時間（この例ではｔ０）と、所望の任意数の未来の時間（すなわちｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４・・・ｔＹ）との両方におけるパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能を表す。

次に、自律運転車両制御装置１２は、ステップ１０６において車両３８Ａが自律運転操縦を実施するように、車両３８Ａに対して自律運転操縦を実施するよう命令する。この例での操縦の間に、すなわち車両３８Ａが加速している第２のフェーズ３４Ｂにおける操縦の一部の間に、車両３８Ａが自律運転操縦を完了し得るような性能をパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄが有しているかどうかについて、ステップ１０８における別の判定がなされる。車両３８Ａは、図示のように第２のフェーズ３４Ｂにおいて加速するが、車両加速度４６に関する予測的な動的限界は、フェーズ３４Ａ〜３４Ｅのそれぞれにおいて変化する。なぜなら、現在の時間と未来の時間との両方におけるパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能は、変化する場合があるからである。

ステップ１０８において、考えられるいくつかの結果が存在する。１つの結果は、ステップ１１０に示されるように、車両３８Ａが自律運転操縦を実施することができるような性能をパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄが有していることである。別の結果は、ステップ１１２に示されるように、自律運転操縦を完全に中止しなければならないことである。自律運転操縦の中止は、１つまたは複数のパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの故障、または車両３８Ａのその他のコンポーネントの故障の結果であり得る。

ステップ１０８のさらに別の結果は、１つまたは複数のパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能の変化に基づいて自律運転操縦および自律運転経路３６が修正または変更され得ることである。パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能が変化すると、車両加速度４６に関する予測的な動的限界が変化し、そうすると、パワートレイン制御装置１４は、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に関する情報を自律運転車両制御装置１２に通信することができ、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能の変化に応じて自律運転経路３６を変更することができる。

第２フェーズ３４Ｂでの時間ｔ１において、パワートレイン制御装置１４は、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に基づいて車両加速度４６に関する予測的な動的限界を再び計算するが、この例では車両３８Ａは、第２フェーズ３４Ｂの間に加速しているので、車両加速度４６に関する予測的な動的限界は、トラクションドライブのモータリング限界４８と、トラクションドライブのモータ制御装置の限界（図示せず）と、高電圧バッテリの放電限界５２とによって制限される。車両加速度４６に関する予測的な動的限界は、車両３８Ａの現在の速度（および対応するトラクションドライブのモータ３２Ａの速度）においても、自律運転制御装置１２から受信された所望の未来の目標車両加速度４２Ａにおいても計算される。最初は、つまりこの例では第２のフェーズ３４Ｂの間は、車両加速度４６に関する予測的な動的限界は、トラクションドライブのモータリング限界４８ではなくバッテリ放電限界５２によって制限される。トラクションドライブのモータリング限界４８はピークに達しておらず、バッテリ３２Ｂは、バッテリ放電限界５２の最大値に接近しているところである。

この例では時間ｔ１に、すなわち第２のフェーズ３４Ｂの開始中に、１つまたは複数のパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能が不足しているせいで車両３８Ａが自律運転操縦を実施することができなくなると、ステップ１１４において、未来の時間（すなわちｔ２を過ぎて）のための新しい目標車両速度４２と、車両加速度４６に関する予測的な動的限界とが、自律運転制御装置１２およびパワートレイン制御装置１４によって再計算される。パワートレイン制御装置１４は、時間ｔ１に新しい目標車両速度４２および新しい目標車両加速度４２Ａを受信することにより、これらの情報を使用して、未来の或る時間（すなわちｔ１を過ぎて）におけるパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能を再び予測することができ、ひいては車両３８Ａの加速性能を予測することができる。車両加速度４６に関する予測的な動的限界は、ここでも複数のデータ点を含み、この場合、ｔ１とｔＹとの間の時間は、ｔ１とｔＹとの間に所望の任意数のデータ点が含まれ得るように増分的に分割される。第２のフェーズ３４Ｂの間、データ点は、新しい現在の時間ｔ１と、それぞれの未来の時間（すなわちｔ２，ｔ３，ｔ４・・・ｔＹ）とを含む。それぞれのデータ点は、全てのパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に基づいて計算され、この例では、全てのパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能は、トラクションドライブのモータリング限界４８と、トラクションドライブのモータ制御装置の限界と、高電圧バッテリの放電限界５２とによって制限される。

第２のフェーズ３４Ｂにおいて、車両３８Ａが第３の車両３８Ｃの追い越しを開始するように、車両３８Ａが新しい目標車両速度４２および新しい目標車両加速度４２Ａまで加速すると、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの車両加速度４６に関する予測的な動的限界は、高電圧バッテリの放電限界５２ではなく、トラクションドライブのモータリング限界４８によって制限されることとなる（すなわちモータ３２Ａが最大速度に達する）。車両加速度４６に関する予測的な動的限界は、時間ｔ３での第３のフェーズ３４Ｃにおいて、バッテリ放電限界５２によって制限されることから、トラクションドライブのモータリング限界４８によって制限されることへと推移する。この例では、この推移は、車両３８Ａの変化する速度と、これに応じて調整されるトラクションドライブのモータ３２Ａの速度と、さらには、モータ３２Ａの連続出力性能に対するピーク（すなわちモータ３２Ａの最大速度）とに起因して生じる。モータ３２Ａのトルク出力は、速度およびピークの正のトルク限界の関数である。第３のフェーズ３４Ｃでは、現在の時間がｔ３になり、それぞれの未来の時間がｔ４・・・ｔＹになり、車両加速度４６に関する予測的な動的限界は、現在の時間ｔ３とそれぞれの未来の時間（ｔ４・・・ｔＹ）との両方における新しいデータ点を含む。

自律運転操縦の間に、要求された自律運転操縦を車両３８Ａがパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に基づいて実施できること、または要求された自律運転操縦が必要に応じて中止または修正されることを保証するために、ステップ１０６〜１１４を所望の回数だけ繰り返すことができる。

図３〜５に示された追い越し操縦のような自律運転操縦を実施することの別の態様は、車両３８Ａを減速することであり、この場合、種々のパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄが、車両３８Ａの減速度を供給するためにも使用される。ステップ１１６において、パワートレイン制御装置１４は、車両３８Ａを減速するために、複数の第２のデータ点を有する車両減速度６４に関する予測的な動的限界を計算する。この場合、これら複数の第２のデータ点は、現在の時間（第１のフェーズ３４Ａの間はｔ０である）と、それぞれの未来の時間（すなわちｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４・・・ｔＹ）との両方におけるパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能を表す。この例では車両３８Ａは、第４のフェーズ３４Ｄにおいて減速しているが、車両減速度６４に関する予測的な動的限界は、それぞれのフェーズ３４Ａ〜３４Ｅに示されている。なぜなら、現在の時間と未来の時間との両方における、車両を減速するためのパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能は変化する場合があるので、車両３８Ａは、常に車両減速度６４に関する予測的な動的限界を有しているからである。

この例では、第１の車両３８Ａが第３の車両３８Ｃを追い越した後に、すなわちステップ１１６において車両減速度６４に関する予測的な動的限界が計算された後に、ステップ１０２において、第１の車両３８Ａを減速するとの決定がなされると、車両３８Ａは、ステップ１１８において自律運転操縦を実施することを試みる。

この例での操縦の間に、すなわち車両３８Ａが減速している第４のフェーズ３４Ｄにおける操縦の一部の間に、車両３８Ａが自律運転操縦を完了し得るような性能をパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄが有しているかどうかについて、ステップ１２０における別の判定がなされる。ステップ１２０において、考えられるいくつかの結果が存在する。１つの結果は、ステップ１１０に示されるように、車両３８Ａが自律運転操縦を実施することができるような性能をパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄが有していることである。別の結果は、ステップ１１２に示されるように、自律運転操縦を完全に中止しなければならないことである。

第４のフェーズ３４Ｄでの時間ｔ４において、パワートレイン制御装置１４は、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に基づいて車両減速度６４に関する予測的な動的限界を再び計算する。第１のフェーズ３４Ａおよび第２のフェーズ３４Ｂの間、車両減速度６４に関する予測的な動的限界は、全てのパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能によって決定され、高電圧バッテリシステムの充電限界５６によって制限される。なお、高電圧バッテリシステムの充電限界５６は、バッテリの充電状態５８が増加するにつれて低下する。第３のフェーズ３４Ｃが開始されて第４のフェーズ３４Ｄに進むと、車両減速度６４に関する予測的な動的限界は、ここでも全てのパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能によって決定されるが、現在のトラクションドライブのモータ制御装置の動作点におけるトラクションドライブの発生限界６０によって制限される。この例では車両３８Ａは、第４フェーズ３４Ｄにおいて減速しているので、車両３８Ａを減速するためのパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能は、バッテリ充電限界５６と、充電状態５８と、トラクションドライブの発生限界６０（ピークおよび連続の両方）と、車両安定化装置の回生限界６２とによって制限される。たとえ高電圧バッテリの充電限界５６が増加したとしても（車両３８Ａの加速要求に基づいてバッテリ３２Ｂが放電されているので）、車両３８Ａを減速するためのパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能を制限しているのが、トラクションドライブの発生限界６０であることに留意すべきである。

パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能が変化すると、車両減速度６４に関する予測的な動的限界が変化し、そうすると、パワートレイン制御装置１４は、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に関する情報を自律運転車両制御装置１２に通信することができ、車両減速度６４に関する予測的な動的限界を更新および変更することもできる。この例では時間ｔ４に、すなわち第４のフェーズ３４Ｄの開始中に、１つまたは複数のパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能が不足しているせいで車両３８Ａが自律運転操縦を実施することができなくなると、ステップ１２２において、未来の時間（すなわちｔ４を過ぎて）のための新しい目標車両速度４２と、車両減速度６４に関する予測的な動的限界とが、パワートレイン制御装置１４によって再計算される。パワートレイン制御装置１４は、時間ｔ４に新しい目標車両速度４２および新しい目標車両加速度４２Ａを受信することにより、これらの情報を使用して、未来のある時間（すなわちｔ４を過ぎて）におけるパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能を再び予測することができ、ひいては車両３８Ａの加速性能を予測することができる。

上述したように、車両減速度６４に関する予測的な動的限界は、複数の第２のデータ点を含み、この場合、ｔ０とｔＹとの間の時間は、ここでもｔ０とｔＹとの間に所望の任意数のデータ点が含まれ得るように増分的に分割される。ここでも、車両３８Ａが自律運転操縦を実施すると、現在の時間および未来の時間が変化する。要求された自律運転操縦を車両３８Ａがパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能に基づいて実施できることを保証するために、車両減速度６４に関する予測的な動的限界を、第４フェーズ３４Ｄの間に必要な回数だけ再計算することができる。

車両３８Ａが第５のフェーズ３４Ｅに到達すると、車両３８Ａは、自律運転操縦を完了して自律運転経路３６を継続する。第５のフェーズ３４Ｅの間に、車両３８Ａは、減速を完了し、車両３８Ａは、一定速度での走行を再開し、図３〜５に示されるように目標加速度４２Ａと、実際に達成される加速度４２Ｂは、実質的にゼロである。

バッテリ放電限界５２およびバッテリ充電限界５６は、バッテリ３２Ｂが放電および充電されるレートを意味しており、バッテリ３２Ｂの充電状態とは別のパラメータであることに留意すべきである。

本発明のシステム１０は、自律運転操縦の間に種々のパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの性能の予測に組み込むことができる他の特徴を含むこともできる。１つの実施形態では、車両３８Ａが回生制動性能を有し、この場合、回生ブレーキは、車両安定化装置／ＥＳＰ（Electronic Stability Program）に起因した回生制動限界を有する。回生制動限界は、車両減速度６４に関する予測的な動的限界の一部として含めることができる。別の実施形態では、熱管理やパワートレインの動作状態（エンジンオン／オフ）等も含まれる。種々のパワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄのこれらの予測的な限界（回生制動の使用、熱管理、パワートレイン動作状態等を含み得る）は、自律運転制御装置１２によって供給される車両３８Ａの経路計画のための目標加速度軌道／目標速度軌道に基づいて、現在の時間に関する時間ｔ１と、１つまたは複数の未来の時点ｔＹとにおいて計算することができる。パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄからの車両加速性能および車両減速性能の両方に対するこのアプローチは、現在および未来におけるエネルギ需要またはエネルギ回生に基づいている。この戦略には、種々異なるアルゴリズムおよびバリエーションが存在する。例えば、限定するわけではないが、道路勾配、車両環境、路面、交通流、または交通タイミング情報のような静的データおよび動的データを供給する追加的なコネクティビティが車両３８Ａに含まれている場合には、これらの情報を、車両３８Ａのパワートレインの予測的な加速および減速に関する限界計算に含めることもできる。静的データおよび動的データの埋め込みの一例は、パワートレインコンポーネント３２Ａ〜３２Ｄの熱管理の負荷を増加させるおそれがある未来の道路勾配が判明している状況であり、この追加的なエネルギ需要は、車両加速度４６に関する予測的な動的限界と、車両減速度６４に関する予測的な動的限界とに関する計算においてより早期に適時に予測的に考慮されるであろう。

上述した特徴に加えて、本発明の自律運転システムのパワートレインインターフェースを有するシステム１０を使用して運転経路３６または自律運転操縦の実施方法を修正して、車両３８Ａの効率も同様に最適化することもできる。例えば、車両３８Ａが電気自動車またはハイブリッド電気自動車である場合には、運転経路３６または自律運転操縦を修正して、トラクションドライブのモータ３２Ａ、パワーインバータ（図示せず）、高電圧バッテリシステム３２Ｂ等の効率を最適化することができる。

本発明の説明は、本質的に単なる例示に過ぎず、したがって、本発明の要旨から逸脱しない変形形態は、本発明の範囲内にあることが意図される。そのような変形形態は、本発明の精神および範囲からの逸脱であると見なすべきではない。

Claims

自律運転システムのパワートレインインターフェースにおいて、
少なくとも１つの自律運転操縦を実施するように車両を構成するために動作可能な自律運転制御装置と、
前記自律運転制御装置と電気的に通信するパワートレイン制御装置と、
前記パワートレイン制御装置によって制御される少なくとも１つのパワートレインコンポーネントであって、前記パワートレイン制御装置は、当該少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの現在の性能と、当該少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの未来の性能とを計算するために動作可能である、少なくとも１つのパワートレインコンポーネントと
を含み、
前記自律運転制御装置は、前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの前記現在の性能と、前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの前記未来の性能とに基づいて前記少なくとも１つの自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成し、
前記車両を加速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表す車両加速度に関する少なくとも１つの予測的な動的限界をさらに含み、
前記自律運転制御装置は、前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントを使用して、前記車両加速度に関する少なくとも１つの予測的な動的限界に基づいて前記少なくとも１つの自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成し、
前記車両加速度に関する少なくとも１つの予測的な動的限界は、
前記車両を加速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表す複数の第１のデータ点をさらに含み、
前記複数の第１のデータ点のうちの少なくとも１つは、現在の時間における前記車両を加速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表し、
前記複数の第１のデータ点のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの未来の時間における前記車両を加速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表し、
前記自律運転制御装置は、前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントを使用して、前記現在の時間における前記車両を加速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能と、前記少なくとも１つの未来の時間における前記車両を加速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能との両方に基づいて前記少なくとも１つの自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成する、
自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記パワートレイン制御装置は、前記現在の時間における前記車両を加速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能と、前記少なくとも１つの未来の時間における前記車両を加速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能との両方に基づいて、前記少なくとも１つの自律運転操縦を完了することができないと判断されるときに、前記車両加速度に関する予測的な動的限界を再計算する、
請求項１記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記車両を減速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表す車両減速度に関する少なくとも１つの予測的な動的限界をさらに含み、
前記自律運転制御装置は、前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントを使用して、前記車両減速度の少なくとも１つの予測的な動的限界に基づいて前記少なくとも１つの自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成し、
前記車両減速度に関する少なくとも１つの予測的な動的限界は、
前記車両を減速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表す複数の第２のデータ点をさらに含み、
前記複数の第２のデータ点のうちの少なくとも１つは、現在の時間における前記車両を減速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表し、
前記複数の第２のデータ点のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの未来の時間における前記車両を減速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表し、
前記自律運転制御装置は、前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントを使用して、前記現在の時間における前記車両を減速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能と、前記少なくとも１つの未来の時間における前記車両を減速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能との両方に基づいて前記少なくとも１つの自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成する、
請求項１記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記パワートレイン制御装置は、前記現在の時間における前記車両を減速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能と、前記少なくとも１つの未来の時間における前記車両を減速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能との両方に基づいて、前記少なくとも１つの自律運転操縦を完了することができないと判断されるときに、前記車両減速度に関する予測的な動的限界を再計算する、
請求項３記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記少なくとも１つの自律運転操縦は、前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能に基づいて変更される、
請求項１記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能は、前記少なくとも１つの自律運転操縦が進行している間ずっと変化する、
請求項５記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記少なくとも１つの自律運転操縦は、前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能に基づいて中止される、
請求項１記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントは、トラクションドライブのモータリング限界と、トラクションドライブの発生限界とを有する少なくとも１つの駆動アクチュエータをさらに含む、
請求項１記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記少なくとも１つの自律運転操縦は、前記トラクションドライブのモータリング限界と、前記トラクションドライブの発生限界とに基づいて変更される、
請求項８記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントは、最大充電限界および最大放電限界を有する少なくとも１つのバッテリをさらに含む、
請求項１記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記少なくとも１つの自律運転操縦は、前記最大充電限界および前記最大放電限界に基づいて変更される、
請求項１０記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
前記自律運転制御装置は、前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントが最も効率的に動作するように前記少なくとも１つの自律運転操縦を変更する、
請求項１記載の自律運転システムのパワートレインインターフェース。
車両の加速度限界を予測するための方法であって、
前記車両の現在の速度を供給するステップと、
前記車両の所望の速度を供給するステップと、
前記車両の車両加速度に関する予測的な動的限界を供給するステップと、
前記車両の車両減速度に関する予測的な動的限界を供給するステップと、
現在の時間を供給するステップと、
少なくとも１つの未来の時間を供給するステップと、
少なくとも１つのパワートレインコンポーネントを供給するステップと、
少なくとも１つの自律運転操縦を実施するために、前記現在の時間と前記少なくとも１つの未来の時間との両方における前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能に基づいて、前記車両加速度に関する予測的な動的限界と、前記車両減速度に関する予測的な動的限界とを計算するステップと、
前記車両加速度に関する予測的な動的限界を使用して前記車両を前記所望の速度まで加速するステップと、
前記車両減速度に関する予測的な動的限界を使用して前記車両を前記所望の速度まで減速するステップと、
前記車両加速度に関する予測的な動的限界と、前記車両減速度に関する予測的な動的限界とに基づいて前記車両加速度および前記車両減速度を変更して、前記現在の速度での走行から前記所望の速度での走行へと前記車両を変更するステップと
を含む、方法。
前記車両を加速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表す複数の第１のデータ点を供給するステップと、
前記複数の第１のデータ点を使用して、前記車両加速度に関する予測的な動的限界を計算するステップと、
前記複数の第１のデータ点のうちの少なくとも１つを使用して、前記現在の時間における前記車両を加速するための前記パワートレインコンポーネントの性能を表すステップと、
前記複数の第１のデータ点のうちの別の１つを使用して、前記少なくとも１つの未来の時間における前記車両を加速するための前記パワートレインコンポーネントの性能を表すステップと、
前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントを使用して、前記現在の時間と前記少なくとも１つの未来の時間との両方における前記複数の第１のデータ点に基づいて前記少なくとも１つの自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成するステップと、
前記複数の第１のデータ点に基づいて前記車両加速度を変更するステップと
をさらに含む、請求項１３記載の方法。
前記車両を減速するための前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントの性能を表す複数の第２のデータ点を供給するステップと、
前記複数の第２のデータ点に基づいて前記車両減速度に関する予測的な動的限界を計算するステップと、
前記複数の第２のデータ点のうちの少なくとも１つを使用して、前記現在の時間における前記車両を減速するための前記パワートレインコンポーネントの性能を表すステップと、
前記複数の第２のデータ点のうちの別の１つを使用して、前記少なくとも１つの未来の時間における前記車両を減速するための前記パワートレインコンポーネントの性能を表すステップと、
前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントを使用して、前記現在の時間と前記少なくとも１つの未来の時間との両方における前記複数の第２のデータ点に基づいて前記少なくとも１つの自律運転操縦を実施するように、前記車両を構成するステップと、
前記複数の第２のデータ点に基づいて前記車両減速度を変更するステップと
をさらに含む、請求項１３記載の方法。
少なくとも１つの駆動アクチュエータである前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントを供給するステップと、
トラクションドライブのモータリング限界を有する前記少なくとも１つの駆動アクチュエータを供給するステップと、
トラクションドライブの発生限界を有する前記少なくとも１つの駆動アクチュエータを供給するステップと、
前記トラクションドライブのモータリング限界と、前記トラクションドライブの発生限界と、前記車両の所望の速度とに基づいて前記車両加速度に関する予測的な動的限界を計算するステップと、
前記トラクションドライブのモータリング限界と、前記トラクションドライブの発生限界との両方に基づいて前記車両加速度を変更するステップと
をさらに含む、請求項１３記載の方法。
電気モータである前記少なくとも１つの駆動アクチュエータを供給するステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
少なくとも１つのバッテリである前記少なくとも１つのパワートレインコンポーネントを供給するステップと、
最大放電限界を有する前記少なくとも１つのバッテリを供給するステップと、
最大充電限界を有する前記少なくとも１つのバッテリを供給するステップと、
前記最大放電限界と、前記最大充電限界と、前記車両の所望の速度とに基づいて前記車両加速度に関する予測的な動的限界および前記車両減速度に関する予測的な動的限界を計算するステップと、
前記最大放電限界および前記最大充電限界に基づいて前記車両加速度に関する予測的な動的限界を変更するステップと、
前記最大放電限界および前記最大充電限界に基づいて前記車両減速度に関する予測的な動的限界を変更するステップと
をさらに含む、請求項１３記載の方法。