JP6624677B2

JP6624677B2 - 車両の走行制御装置

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Publication number: JP6624677B2
Application number: JP2016052773A
Authority: JP
Inventors: 小山　哉; 哉小山
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2019-12-25
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: JP2017165277A

Description

本発明は、特に、カーブ路を自動運転で走行する車両の走行制御装置に関する。

近年、車両においては、ドライバの運転を、より快適に安全に行えるように自動運転制御に係る様々な技術が開発され実用化されている。このような自動運転制御において、目標コースに沿って走行するように自動操舵される制御系に失陥が生じた場合、特に、目標コースがカーブ形状で、このカーブ旋回中に電動パワーステアリングモータ等が故障した場合は、タイヤのセルフアライニングトルクにより、舵戻りが生じ、カーブしている車線からの逸脱を引き起こすことになる。こうした、操舵系の失陥に対し、例えば、特開２０１２−１６６７１５号公報（以下、特許文献１）では、前輪操舵機能が失陥した時、後輪操舵もしくは左右ブレーキ制御により、スリップ角とヨーレートを維持するように制御する車両の走行制御装置の技術が開示されている。

特開２０１２−１６６７１５号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されるような技術では、車載する装置、制御も著しく増加し、これらを、それぞれが搭載される車種毎に協調させて行わせることは困難で、また、コストアップも招いてしまうという課題がある。更に、自動運転中に操舵系に失陥が生じた場合であっても車両が車線内に留まれる時間等を考慮して自動運転により走行可能なカーブの限界半径を設定しておき、この限界半径以下となった場合に、自動運転をＯＦＦ状態となるようにすることも考えられるが、このような自動運転制御とした場合、車線によっては、自動運転のＯＦＦ状態が頻繁に発生して、自動運転の制御継続性を確保することが困難になってしまうという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、特に、装置や制御を操舵系の失陥のために追加して搭載する必要がなく、また、自動運転の制御継続性も向上させることができる車両の走行制御装置を提供することを目的とする。

本発明の車両の走行制御装置の一態様は、自車両が走行する走行環境情報を取得する走行環境情報取得手段と、自車両の走行情報を検出する走行情報検出手段と、上記走行環境情報と上記自車両の走行情報に基づいて自動運転制御を実行する車両の走行制御装置において、ドライバのステアリングホイールの保持状態を検出するステアリング保持状態検出手段と、ドライバがステアリングホイールを非保持状態で上記自動運転制御が実行されている際に、自車両が走行する車線のカーブ半径が予め設定する閾値以下のカーブ半径の場合は、ドライバにステアリングホイールを保持することを促して、上記ドライバのステアリングホイールの保持状態と上記走行する車線のカーブ半径に応じて、ドライバがステアリングホイールを非保持で運転可能な通常の自動運転制御とドライバによる手動運転のどちらかに移行させる自動運転保舵モードを実行する自動運転保舵モード実行手段とを備えた。

本発明による車両の走行制御装置によれば、特に、装置や制御を操舵系の失陥のために追加して搭載する必要がなく、また、自動運転の制御継続性も向上させることが可能となる。

本発明の実施の一形態による、車両の走行制御装置の全体構成図である。本発明の実施の一形態による、自動運転制御プログラムのフローチャートである。本発明の実施の一形態による、車速に応じて設定される閾値の特性の一例を示す説明図である。本発明の実施の一形態による、カーブを走行する車両とカーブ半径の説明図である。本発明の実施の一形態による、ドライバのステアリングホイールの保持状態により変化する車線内走行距離とカーブ半径の限界を示す説明図で、図５（ａ）はステアリングホイール非保持状態を示し、図５（ｂ）はステアリングホイール保持状態を示す。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１において、符号１は、車両の走行制御装置を示し、この走行制御装置１には、走行制御部１０に、周辺環境認識装置１１、ドライバ状態検出装置１２、走行パラメータ検出装置１３、自車位置情報検出装置１４、車車間通信装置１５、道路交通情報通信装置１６、スイッチ群１７の各入力装置と、エンジン制御装置２１、ブレーキ制御装置２２、ステアリング制御装置２３、表示装置２４、スピーカ・ブザー２５の各出力装置が接続されている。

周辺環境認識装置１１は、車両の外部環境を撮影して画像情報を取得する車室内に設けた固体撮像素子等を備えたカメラ装置（ステレオカメラ、単眼カメラ、カラーカメラ等）と、車両の周辺に存在する立体物からの反射波を受信するレーダ装置（レーザレーダ、ミリ波レーダ等）、ソナー等（以上、図示せず）で構成されている。

周辺環境認識装置１１は、カメラ装置で撮像した画像情報を基に、例えば、距離情報に対して周知のグルーピング処理を行い、グルーピング処理した距離情報を予め設定しておいた三次元的な道路形状データや立体物データ等と比較することにより、車線区画線データ、道路に沿って存在するガードレール、縁石等の側壁データ、車両（先行車、対向車、並走車、駐車車両）等の立体物データ等を自車両からの相対的な位置（距離、角度）を、速度と共に抽出する。

また、周辺環境認識装置１１は、レーダ装置で取得した反射波情報を基に、反射した立体物の存在する位置（距離、角度）を、速度と共に検出する。このように、周辺環境認識装置１１は走行環境情報取得手段として設けられている。

ドライバ状態検出装置１２は、例えば、特開２０１３−９０８３４号公報に開示されるようなステアリングホイールに設けられ、ドライバの生体信号を検出するステアリングホイール用生体検出センサであり、本実施の形態においては、このステアリングホイール用生体検出センサにより、ドライバのステアリングホイールの保持状態を検出するようになっており、すなわち、ドライバ状態検出装置１２は、ステアリング保持状態検出手段として設けられている。

走行パラメータ検出装置１３は、自車両の走行情報、具体的には、車速、前後加速度、横加速度、操舵角、操舵トルク、ヨーレート、アクセル開度、スロットル開度、及び走行する路面の路面勾配、路面摩擦係数推定値等を検出する。このように、走行パラメータ検出装置１３は走行情報検出手段として設けられている。

自車位置情報検出装置１４は、例えば、公知のナビゲーションシステムであり、例えば、ＧＰＳ[Global Positioning System：全地球測位システム]衛星から発信された電波を受信し、その電波情報に基づいて現在位置を検出して、フラッシュメモリや、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ブルーレイ（Blu−ray：登録商標）ディスク、ＨＤＤ（Hard disk drive）等に予め記憶しておいた地図データ上に自車位置を特定する。

この予め記憶される地図データとしては、道路データおよび施設データを有している。道路データは、リンクの位置情報、種別情報、ノードの位置情報、種別情報、ノードにおけるカーブ曲率（或いは、カーブ半径）、および、ノードとリンクとの接続関係の情報、すなわち、道路の分岐、合流地点情報と分岐路における最大車速情報等を含んでいる。施設データは、施設毎のレコードを複数有しており、各レコードは、対象とする施設の名称情報、所在位置情報、施設種別（デパート、商店、レストラン、駐車場、公園、車両の故障時の修理拠点の別）情報を示すデータを有している。そして、地図位置上の自車位置を表示して、操作者により目的地が入力されると、出発地から目的地までの経路が所定に演算され、ディスプレイ、モニタ等の表示装置２４に表示され、また、スピーカ・ブザー２５により音声案内して誘導自在になっている。このように、自車位置情報検出装置１４は、走行環境情報取得手段として設けられている。

車車間通信装置１５は、例えば、無線ＬＡＮなど１００[m]程度の通信エリアを有する狭域無線通信装置で構成され、サーバなどを介さずに他の車両と直接通信を行い、情報の送受信を行うことが可能となっている。そして、他の車両との相互通信により、車両情報、走行情報、交通環境情報等を交換する。車両情報としては車種（本形態では、乗用車、トラック、二輪車等の種別）を示す固有情報がある。また、走行情報としては車速、位置情報、ブレーキランプの点灯情報、右左折時に発信される方向指示器の点滅情報、緊急停止時に点滅されるハザードランプの点滅情報がある。更に、交通環境情報としては、道路の渋滞情報、工事情報等の状況によって変化する情報が含まれている。このように、車車間通信装置１５は、走行環境情報取得手段として設けられている。

道路交通情報通信装置１６は、所謂、道路交通情報通信システム（VICS：Vehicle Information and Communication System：登録商標）で、FM多重放送や道路上の発信機から、渋滞や事故、工事、所要時間、駐車場の道路交通情報をリアルタイムに受信し、この受信した交通情報を、上述の予め記憶しておいた地図データ上に表示する装置となっている。このように、道路交通情報通信装置１６は、走行環境情報取得手段として設けられている。

スイッチ群１７は、ドライバの運転支援制御に係るスイッチ群で、例えば、速度を予め設定しておいた一定速で走行制御させるスイッチ、或いは、先行車との車間距離、車間時間を予め設定しておいた一定値に維持して追従制御させるためのスイッチ、走行車線を設定車線に維持して走行制御するレーンキープ制御のスイッチ、走行車線からの逸脱防止制御を行う車線逸脱防止制御のスイッチ、先行車（追い越し対象車両）の追い越し制御を実行させる追い越し制御実行許可スイッチ、これら全ての制御を協調して行わせる自動運転制御を実行させるためのスイッチ、これら各制御に必要な車速、車間距離、車間時間、制限速度等を設定するスイッチ、或いは、これら各制御を解除するスイッチ等から構成されている。

エンジン制御装置２１は、例えば、吸入空気量、スロットル開度、エンジン水温、吸気温度、酸素濃度、クランク角、アクセル開度、その他の車両情報に基づき、車両のエンジン（図示せず）についての燃料噴射制御、点火時期制御、電子制御スロットル弁の制御等の主要な制御を行う公知の制御ユニットである。また、エンジン制御装置２１は、自動運転状態の際に、走行制御部１０から、上述の各自動運転制御（障害物等との衝突防止制御、定速走行制御、追従走行制御、レーンキープ制御、車線逸脱防止制御、その他追い越し制御等）に必要な加速度（要求加速度）が入力された場合には、該要求加速度に基づいて駆動トルク（自動運転要求トルク）を算出し、この自動運転要求トルクを目標トルクとするエンジン制御を行う。

ブレーキ制御装置２２は、例えば、ブレーキスイッチ、４輪の車輪速、ハンドル角、ヨーレート、その他の車両情報に基づき、４輪のブレーキ装置（図示せず）をドライバのブレーキ操作とは独立して制御可能で、公知のＡＢＳ制御や、横すべり防止制御等の車両に付加するヨーモーメントを制御するヨーブレーキ制御を行う公知の制御ユニットである。また、ブレーキ制御装置２２は、自動運転状態の際に、走行制御部１０から、上述の各自動運転制御（障害物等との衝突防止制御、定速走行制御、追従走行制御、レーンキープ制御、車線逸脱防止制御、その他追い越し制御等）に必要な減速度（要求減速度）が入力された場合には、該要求減速度に基づいて、各輪ブレーキのホイールシリンダの目標液圧を設定し、ブレーキ制御を行う。

ステアリング制御装置２３は、例えば、車速、操舵トルク、ハンドル角、ヨーレート、その他の車両情報に基づき、車両の操舵系に設けた電動パワーステアリングモータ（図示せず）によるアシストトルクを制御する、公知の制御装置である。また、ステアリング制御装置２３は、上述の走行車線を設定車線に維持して走行制御するレーンキープ制御、走行車線からの逸脱防止制御を行う車線逸脱防止制御、これらを協調して実行する自動運転操舵制御が可能となっており、これらレーンキープ制御、車線逸脱防止制御、自動運転操舵制御に必要な目標操舵角や目標操舵トルクが、走行制御部１０により算出されてステアリング制御装置２３に入力され、入力された制御量に応じて電動パワーステアリングモータが駆動制御される。具体的には、走行制御部１０は、例えば、以下の（１）式により算出される目標操舵角θｔを制御量として自動運転における操舵制御を実行する。

θｔ＝Ｇ・（１＋Ａ・Ｖ^２）・（ｌ／Ｒ）・ｎ・・・（１）
ここで、Ｇは制御量の重み付けを決定する予め設定したゲイン、Ａは車両固有のスタビリティファクタ、Ｖは車速、ｌはホイールベース、Ｒは車線の目標コースのカーブ半径、ｎはステアリングギヤ比である。尚、カーブ半径Ｒは辺環境認識装置１１の画像情報から認識される目標コース（例えば、車線中央）であっても良く、自車位置情報検出装置１４のナビゲーションシステムの地図情報から得られるものであっても良い。

表示装置２４は、例えば、モニタ、ディスプレイ、アラームランプ等のドライバに対して視覚的な警告、報知を行う装置である。また、スピーカ・ブザー２５は、ドライバに対して聴覚的な警告、報知を行う装置である。

そして、走行制御部１０は、上述の各装置１１〜１７からの各入力信号に基づいて、障害物等との衝突防止制御、定速走行制御、追従走行制御、レーンキープ制御、車線逸脱防止制御、その他追い越し制御等を協調させて行って自動運転制御等を実行する。この自動運転制御の状態で、走行制御部１０は、ドライバがステアリングホイールを非保持状態で自動運転制御が実行されている際に、自車両が走行する車線のカーブ半径Ｒが予め設定する閾値Ｒｄ以下のカーブ半径の場合は、ドライバにステアリングホイールを保持することを促して、ドライバのステアリングホイールの保持状態と走行する車線のカーブ半径Ｒに応じて、ドライバがステアリングホイールを非保持で運転可能な通常の自動運転制御とドライバによる手動運転のどちらかに移行させる自動運転保舵モードを実行させる。このように、走行制御部１０は、自動運転保舵モード実行手段の機能を有して設けられている。

次に、走行制御部１０で実行される、自動運転制御プログラムを、図２のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１では、自動運転状態か否か判定し、自動運転状態ではない場合（ドライバによる手動運転の場合）は、そのままプログラムを抜け、自動運転状態の場合は、Ｓ１０２に進む。

Ｓ１０１で自動運転状態と判定されてＳ１０２に進むと、カーブ半径Ｒが閾値Ｒｄ以下か否か判定される。

この閾値は、例えば、図３に示すような、車速Ｖに応じて可変設定される。

すなわち、図４に示すように、カーブを走行する車両では、操舵角が０とするとカーブから接線方向への逸脱に関しては、以下の（２）式が成立する。

ｄ＝（１／２）・（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）₀・ｔ^２・・・（２）
ここで、ｄは目標進路から外側への膨らみ量、（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）₀は元の旋回横加速度、ｔは経過時間である。

また、（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）₀＝Ｖ^２／Ｒの関係が成り立つから、以下の（３）式が得られる。

Ｒ＝（１／２）・Ｖ^２／ｄ・ｔ^２・・・（３）
この（３）式において、目標進路から外側への膨らみ量ｄを、車体の右側面からカーブ外側の車線区画線までの距離ｄｏとし、ｔを車両が車線内に維持できる車線保持時間ｔｋと置き換えて、以下の（４）式を得る。尚、図４中、Ｗｂは車幅、Ｗｒは車線幅、ｄｉは車体の左側面からカーブ内側の車線区画線までの距離を示す。

Ｒ＝（１／２）・Ｖ^２／ｄｏ・ｔｋ^２・・・（４）
この（４）式からも明らかなように、カーブ半径Ｒは、車線内保持時間ｔｋによっても大きく変化する。

すなわち、ドライバがステアリングホイールを非保持状態の場合（図５（ａ）の場合）は、ドライバが操舵するまでの遅れが生じるため、車線内保持時間ｔｋによる走行距離が長くなり、操舵系が失陥した場合に車線内に維持できるようにするためのカーブの限界半径が大きくなる。

逆に、ドライバがステアリングホイールを保持状態の場合（図５（ｂ）の場合）は、ドライバが直ぐに対応できるため、車線内保持時間ｔｋによる走行距離が短くなり、操舵系が失陥した場合に車線内に維持できるようにするためのカーブの限界半径を小さく設定することができる。

本願の実施の形態では、このような車線内保持時間ｔｋの違いを考慮し、図５（ａ）に示すような、ドライバがステアリングホイールを非保持状態の場合であっても、一定時間以上車線内に留まれるように車線内保持時間ｔｋを、更に、車両固有の操舵特性等を考慮して実験、計算等により定め、カーブ半径Ｒの限界値となる閾値Ｒｄを、図３に示すように設定しておくものである。

そして、前述のＳ１０２で、カーブ半径Ｒが閾値Ｒｄよりも大きいと判定された場合（Ｒ＞Ｒｄの場合）は、そのまま自動運転を継続させる。

逆、Ｓ１０２で、カーブ半径Ｒが閾値Ｒｄ以下と判定された場合（Ｒ≦Ｒｄの場合）は、操舵系が失陥した場合であっても、車両が車線内に維持されるように、Ｓ１０３に進んで、ドライバにステアリングホイールの保持を促す。これは、表示装置２４による視覚的な報知や、スピーカ・ブザー２５による聴覚的な報知で行われる。

次いで、Ｓ１０４に進み、ドライバがステアリングホイールを保持して自動運転制御を行う自動運転の保舵モードに移行される。

この自動運転の保舵モードに移行すると、まず、Ｓ１０５で、ドライバのステアリングホイールの保持状態が判定され、ドライバがステアリングホイールを保持していると判定されると、Ｓ１０６に進み、カーブ半径Ｒが閾値Ｒｄよりも大きい（Ｒ＞Ｒｄ）か、或いは、走行路が略直線路か判定される。尚、この閾値Ｒｄは、再度、図３のマップを参照して設定される。

Ｓ１０６の判定の結果、カーブ半径Ｒが閾値Ｒｄ以下（Ｒ≦Ｒｄ）の場合は、Ｓ１０５の判定を繰り返し、Ｒ＞Ｒｄ、或いは、走行路が略直線路の場合は、Ｓ１０７に進み、自動運転保舵モードからの復帰を、表示装置２４やスピーカ・ブザー２５により報知し、Ｓ１０８に進み、ドライバがステアリングホイールを非保持で運転可能な通常の自動運転制御に復帰してプログラムを抜ける。

一方、前述のＳ１０５でドライバがステアリングホイールを保持していないと判定された場合は、Ｓ１０９に進み、自動運転制御量を漸減し、操舵制御をＯＦＦにする。これは、具体的には、前述の（１）式におけるゲインＧを、レートリミッタ処理等により次第に０に漸減させることにより行われる。

そして、Ｓ１１０に進み、ドライバによる手動運転に移行する。こうしてドライバによる手動運転に移行した場合には、ドライバに対して表示装置２４やスピーカ・ブザー２５により報知される。

このように、本発明の実施の形態によれば、自動運転制御の状態で、走行制御部１０は、ドライバがステアリングホイールを非保持状態で自動運転制御が実行されている際に、自車両が走行する車線のカーブ半径Ｒが予め設定する閾値Ｒｄ以下のカーブ半径の場合は、ドライバにステアリングホイールを保持することを促して、自動運転保舵モードを実行し、ドライバがステアリングホイールを非保持状態の場合は、自動運転による制御量を漸減し、ドライバによる手動運転に移行させる一方、ドライバがステアリングホイールを保持状態の場合は、走行する車線のカーブ半径Ｒが予め設定する閾値Ｒｄを越えた場合に通常の自動運転制御に移行させる。このため、たとえ、カーブを走行する場合であっても、特に装置や制御を操舵系の失陥のために追加して搭載する必要がなく、また、カーブにおいて自動運転がＯＦＦされることを最小として自動運転の制御継続性も向上させることが可能となる。

尚、前述のＳ１０２で自動運転保舵モードに入る判定に用いる閾値Ｒｄと、Ｓ１０６で自動運転保舵モードから通常の自動運転制御に復帰する判定に用いる閾値Ｒｄとは、例えば、ヒステリシス等を考慮して異なる値に設定しても良い。

また、本実施の形態で説明したように、通常の自動運転制御を実行するには、Ｒ＞Ｒｄ、或いは、走行路が略直線路の場合であるので、ドライバが自動運転実行のスイッチをＯＮした際に、Ｒ＞Ｒｄ、或いは、走行路が略直線路の場合を、自動運転制御実行の条件の一つとして設定しても良い。

１走行制御装置
１０走行制御部（自動運転保舵モード実行手段）
１１周辺環境認識装置（走行環境情報取得手段）
１２ドライバ状態検出装置（ステアリング保持状態検出手段）
１３走行パラメータ検出装置（走行情報検出手段）
１４自車位置情報検出装置（走行環境情報取得手段）
１５車車間通信装置（走行環境情報取得手段）
１６道路交通情報通信装置（走行環境情報取得手段）
１７スイッチ群
２１エンジン制御装置
２２ブレーキ制御装置
２３ステアリング制御装置
２４表示装置
２５スピーカ・ブザー

Claims

自車両が走行する走行環境情報を取得する走行環境情報取得手段と、自車両の走行情報を検出する走行情報検出手段と、上記走行環境情報と上記自車両の走行情報に基づいて自動運転制御を実行する車両の走行制御装置において、
ドライバのステアリングホイールの保持状態を検出するステアリング保持状態検出手段と、
ドライバがステアリングホイールを非保持状態で上記自動運転制御が実行されている際に、自車両が走行する車線のカーブ半径が予め設定する閾値以下のカーブ半径の場合は、ドライバにステアリングホイールを保持することを促して、上記ドライバのステアリングホイールの保持状態と上記走行する車線のカーブ半径に応じて、ドライバがステアリングホイールを非保持で運転可能な通常の自動運転制御とドライバによる手動運転のどちらかに移行させる自動運転保舵モードを実行する自動運転保舵モード実行手段とを備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
上記自動運転保舵モード実行手段は、上記自動運転保舵モードの際に、ドライバがステアリングホイールを非保持状態の場合は、自動運転による制御量を漸減し、上記ドライバによる手動運転に移行させることを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。
上記自動運転保舵モード実行手段は、上記自動運転保舵モードの際に、ドライバがステアリングホイールを保持状態の場合は、上記走行する車線のカーブ半径が上記予め設定する閾値を越えた場合に上記通常の自動運転制御に移行させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の走行制御装置。
上記予め設定する閾値は、車速に応じて可変設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。