JP6638695B2

JP6638695B2 - 自動運転システム

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Publication number: JP6638695B2
Application number: JP2017099115A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　国仁; 国仁佐藤; 展秀鎌田; 文洋奥村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-05-18
Filing date: 2017-05-18
Publication date: 2020-01-29
Anticipated expiration: 2037-05-18
Also published as: US11150649B2; US20180335774A1; JP2018195121A

Description

本発明は、自動運転システムの異常検出装置に関する。

特許文献１には、車両を自動で走行させる自動運転システムが記載されている。特許文献１に記載された自動運転システムは、ブレーキを作動させたときに実際に車両が停止するまでのブレーキ距離と、期待されるブレーキ距離とを比較することによって、車両の異常（ブレーキ摩耗）を検知している。

特許６０１３３４０号

例えば、特許文献１に記載された自動運転システムにおいては、路面に水たまりが存在する場合のように悪路環境におけるハイドロプレーニング現象の発生時には、実際に車両が停止するまでのブレーキ距離が長くなり、車両に異常が発生していると誤判定されることがある。このため、本技術分野では、車両の外部環境を考慮して、自動運転システムの異常を精度良く検出することが望まれている。

本発明の一側面は、車両を自動で走行させる自動運転制御を実行する自動運転システムの異常検出装置であって、車両の走行状態を検出する走行状態検出部と、自動運転制御における車両の制御指令値を取得する指令値取得部と、走行状態検出部で検出された走行状態と指令値取得部で取得された制御指令値との差に基づいて、車両の走行状態の異常の有無を判定する走行状態判定部と、車両の外部環境を検出する外部環境検出部と、外部環境検出部の検出結果に基づいて、車両の外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であるか否かを判定する環境判定部と、走行状態判定部によって車両の走行状態に異常が有りと判定され、且つ環境判定部によって自動運転制御の実行に適した環境であると判定された場合に、自動運転システムに異常が有りと判定する異常判定部と、を備える。

この異常検出装置において異常判定部は、走行状態判定部の判定結果と環境判定部の判定結果とに基づいて、自動運転システムの異常の有無を判定する。すなわち、環境判定部によって自動運転制御の実行に適した環境であると判定されているにもかかわらず、車両の走行状態に異常が有りと判定されている場合とは、自動運転システムに異常が発生しているために車両を正常に走行させることができない状態であると考えられる。このため、異常検出装置は、車両の走行状態に加え、車両の外部環境（自動運転制御に適した環境であるか否か）も考慮して自動運転システムの異常の有無を判定する。このように、異常検出装置は、車両の外部環境を考慮して、自動運転システムの異常を精度良く検出することができる。

異常検出装置は、車両の走行路の路面形状を記憶する路面形状記憶部を更に備え、外部環境検出部は、車両の周囲に光を照射すると共に照射した光の反射光を検出するライダーを備え、ライダーの検出結果に基づいて走行路の路面形状を検出し、環境判定部は、路面形状記憶部に記憶された車両の周囲における路面形状と、外部環境検出部で検出された路面形状との差が予め定められた判定閾値未満の場合に、自動運転制御の実行に適した環境であると判定してもよい。この場合、異常検出装置は、車両の外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であるか否かを、路面形状記憶部に記憶された路面形状と、ライダーの検出結果に基づいて検出された路面形状との差に基づいて判定することができる。

走行状態検出部は、走行状態として車両のヨーレート又は横加速度を検出し、走行状態判定部は、指令値取得部で取得された制御指令値に基づいて車両が走行するときのヨーレート又は横加速度を算出し、制御指令値に基づいて算出されたヨーレートと走行状態検出部で検出されたヨーレートとの差が予め定められたヨーレート閾値を超える場合、又は制御指令値に基づいて算出された横加速度と走行状態検出部で検出された横加速度との差が予め定められた横加速度閾値を超える場合、車両の走行状態に異常が有りと判定し、外部環境検出部は、車両の周囲に光を照射すると共に照射した光の反射光を検出するライダー、又は車両の走行路を撮像するカメラを備え、ライダーの検出結果又はカメラの撮像画像に基づいて走行路の道路形状を検出し、環境判定部は、外部環境検出部によって検出された道路形状が直線である場合に、自動運転制御の実行に適した環境であると判定し、異常判定部は、ヨーレート又は横加速度に基づいて走行状態判定部が車両の走行状態に異常が有りと判定し、且つ走行路の道路形状に基づいて環境判定部が自動運転制御の実行に適した環境であると判定した場合に、自動運転システムに異常が有りと判定してもよい。例えば、直線の道路を車両が走行しているにも関わらず、実際に検出されたヨーレート等と、制御指令値に基づいて算出されたヨーレート等との差が大きい場合、車両のホイールアライメントの狂い、タイヤのパンク等、車両が真っ直ぐ走行することができない異常の発生の可能性が考えられる。このため、異常検出装置は、ヨーレート又は横加速度に基づいて車両の走行状態に異常が有りと判定され、且つ道路形状に基づいて自動運転制御の実行に適した環境であると判定された場合に、自動運転システムの異常と判定する。これにより、異常検出装置は、外部環境としての道路形状を考慮して、自動運転システムの異常を精度良く検出することができる。

本発明の一側面によれば、車両の外部環境を考慮して、自動運転システムの異常を精度良く検出することができる。

実施形態に係る異常検出装置が組み込まれた自動運転システムの概略構成を示す図である。制御指令値と走行状態の計測値との差の変動を示す図である。自動運転システムのボード線図を示す図である。自動運転システムのボード線図を示す図である。ライダーから路面に向けて照射された光ビームを示す図である。認識された路面形状及び地図データベースに記憶された路面形状を示す図である。自動運転システムの異常を判定する処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明に係る異常検出装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態では、異常検出装置が自動運転システム内に組み込まれている。以下では、異常検出装置が組み込まれた自動運転システムについて説明する。また、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示すように、本実施形態の自動運転システム１００は、車両Ｖを自動で走行させる自動運転制御を実行する。これにより、車両Ｖの運転状態が自動運転状態となる。自動運転状態とは、運転者が運転操作を行う必要なく、車両Ｖが自動で走行する運転状態である。自動運転状態とは、車両Ｖの速度制御及び操舵制御を含む自動運転制御が自動運転システム１００によって実行されている運転状態である。

図１に示すように、自動運転システム１００は、自動運転制御を実行するためのＥＣＵ[Electronic Control Unit]１０を備えている。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]等を有する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０では、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。ＥＣＵ１０は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。また、以下に説明するＥＣＵ１０の機能の一部は、車両Ｖと通信可能な情報管理センター等の施設のコンピュータ又は携帯情報端末において実行される態様であってもよい。

ＥＣＵ１０には、外部センサ１、ＧＰＳ受信部２、内部センサ３、地図データベース（路面形状記憶部）４、ナビゲーションシステム５、アクチュエータ６、及びＨＭＩ［Human Machine Interface］７が接続されている。

外部センサ１は、車両Ｖの周辺の状況を検出する検出機器である。外部センサ１は、ライダー［LIDAR：Light Detection and Ranging］１ａ、及びカメラ１ｂを備えている。ライダー１ａは、光を利用して車両Ｖの周辺の障害物を検出する検出機器である。ライダー１ａは、車両Ｖの周囲に光を照射して、車両Ｖが走行する走行路の路面で反射した反射光、及び車両Ｖの周囲の障害物等で反射した反射光を検出する。障害物には、ガードレール、建物等の固定障害物の他、歩行者、自転車、他車両等の移動障害物が含まれる。ライダー１ａは、検出した障害物等の情報をＥＣＵ１０へ送信する。

カメラ１ｂは、車両Ｖの外部状況を撮像する撮像機器である。カメラ１ｂは、車両Ｖのフロントガラスの裏側に設けられている。カメラ１ｂは、車両Ｖの外部状況に関する撮像情報をＥＣＵ１０へ送信する。カメラは、単眼カメラであってもよく、ステレオカメラであってもよい。ステレオカメラは、両眼視差を再現するように配置された二つの撮像部を有している。ステレオカメラの撮像情報には、奥行き方向の情報も含まれている。

ＧＰＳ受信部２は、車両Ｖに搭載され、車両Ｖの位置を測定する位置測定部として機能する。ＧＰＳ受信部２は、３個以上のＧＰＳ衛星から信号を受信することにより、車両Ｖの位置（例えば車両Ｖの緯度及び経度）を測定する。ＧＰＳ受信部２は、測定した車両Ｖの位置の情報をＥＣＵ１０へ送信する。

内部センサ３は、車両Ｖの走行状態を検出する検出機器である。内部センサ３は、ヨーレートセンサ３ａ、加速度センサ３ｂ、及び車速センサ３ｃを備えている。ヨーレートセンサ３ａは、車両Ｖの重心の鉛直軸周りのヨーレート（回転角速度）を検出する検出器である。ヨーレートセンサ３ａとしては、例えばジャイロセンサを用いることができる。ヨーレートセンサ３ａは、検出した車両Ｖのヨーレート情報をＥＣＵ１０へ送信する。

加速度センサ３ｂは、車両Ｖの加速度を検出する検出器である。加速度センサ３ｂは、車両Ｖの前後方向の加速度を検出する前後加速度センサと、車両Ｖの横加速度を検出する横加速度センサとを含んでいる。加速度センサ３ｂは、車両Ｖの加速度情報をＥＣＵ１０に送信する。車速センサ３ｃは、車両Ｖの速度を検出する検出器である。車速センサ３ｃとしては、車両Ｖの車輪又は車輪と一体に回転するドライブシャフト等に対して設けられ、車輪の回転速度を検出する車輪速センサが用いられる。車速センサ３ｃは、検出した車速情報をＥＣＵ１０に送信する。

地図データベース４は、地図情報を記憶するデータベースである。地図データベース４は、車両Ｖに搭載されたＨＤＤ［Hard Disk Drive］内に形成されている。地図情報には、例えば、道路の位置情報、道路形状の情報、交差点及び分岐点の位置情報、道路の制限速度が含まれる。道路形状の情報には、例えば、道路の形状がカーブであるか直線であるかの種別、カーブの曲率等が含まれる。また、地図情報には、車両Ｖが走行する走行路の路面形状が含まれる。路面形状とは、路面の高さ方向の形状である。すなわち、路面形状とは、水平方向の各位置における路面高さを表している。なお、地図データベース４は、車両Ｖと通信可能なサーバに記憶されていてもよい。

ナビゲーションシステム５は、車両Ｖに搭載され、自動運転によって車両Ｖが走行する目標ルートを設定する。ナビゲーションシステム５は、予め設定された目的地、ＧＰＳ受信部２によって測定された車両Ｖの位置、及び地図データベース４の地図情報に基づいて、車両Ｖの位置から目的地に至るまでの目標ルートを演算する。自動運転制御の目的地は、例えば、車両Ｖの乗員がナビゲーションシステム５に設けられた入力ボタン（又はタッチパネル）を操作することにより設定される。目標ルートは、道路を構成する車線を区別して設定される。ナビゲーションシステム５は、周知の手法により目標ルートを設定することができる。ナビゲーションシステム５は、ディスプレイの表示及びスピーカの音声出力により車両Ｖの乗員に対して目標ルートの報知を行う。ナビゲーションシステム５は、車両Ｖの目標ルートの情報をＥＣＵ１０へ出力する。

アクチュエータ６は、車両Ｖの走行制御を実行する装置である。アクチュエータ６は、スロットルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、及び操舵アクチュエータを少なくとも含む。スロットルアクチュエータは、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じてエンジンに対する空気の供給量（スロットル開度）を制御し、車両Ｖの駆動力を制御する。なお、車両Ｖがハイブリッド車である場合には、エンジンに対する空気の供給量の他に、動力源としてのモータにＥＣＵ１０からの制御信号が入力されて当該駆動力が制御される。車両Ｖが電気自動車である場合には、動力源としてのモータにＥＣＵ１０からの制御信号が入力されて当該駆動力が制御される。これらの場合における動力源としてのモータは、アクチュエータ６を構成する。

ブレーキアクチュエータは、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じてブレーキシステムを制御し、車両Ｖの車輪へ付与する制動力を制御する。ブレーキシステムとしては、液圧ブレーキシステムを用いることができる。操舵アクチュエータは、電動パワーステアリングシステムのうち操舵トルクを制御するアシストモータの駆動を、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じて制御する。これにより、操舵アクチュエータは、車両Ｖの操舵トルクを制御する。

ＨＭＩ７は、車両Ｖの乗員と自動運転システム１００との間で情報の出力及び入力をするためのインターフェイスである。ＨＭＩ７は、例えば、乗員に画像情報を表示するディスプレイ、音声を出力するスピーカ、及び乗員が入力操作を行うための入力ボタン又はタッチパネル、音声入力装置等を備えている。ＨＭＩ７は、乗員が入力した情報をＥＣＵ１０へ送信する。また、ＨＭＩ７は、ＥＣＵ１０からの制御信号に応じて、画像情報をディスプレイに表示すると共に、音声をスピーカから出力する。

次に、ＥＣＵ１０の機能的構成について説明する。ＥＣＵ１０は、車両位置認識部１１、走行環境認識部１２、走行状態認識部１３、走行計画生成部１４、走行制御部１５、指令値取得部１６、走行状態判定部１７、環境判定部１８、及び異常判定部１９を有している。なお、ＥＣＵ１０の機能の一部は、車両Ｖと通信可能なサーバで実行されてもよい。

車両位置認識部１１は、ＧＰＳ受信部２の位置情報及び地図データベース４の地図情報に基づいて、車両Ｖの地図上の位置を認識する。車両位置認識部１１は、地図データベース４の地図情報に含まれた電柱等の固定障害物の位置情報及び外部センサ１の検出結果を利用して、既存のＳＬＡＭ技術により車両Ｖの位置を認識してもよい。

走行環境認識部１２は、外部センサ１の検出結果に基づいて、車両Ｖの外部環境を認識する。走行環境認識部１２は、カメラ１ｂの撮像画像及び／又はライダー１ａの障害物情報に基づいて、周知の手法により、車両Ｖの周囲の障害物の位置を含む車両Ｖの外部環境を認識する。

また、走行環境認識部１２は、ライダー１ａの検出結果に基づいて、周知の手法により車両Ｖが走行する走行路の路面形状を認識（検出）する。路面形状とは、路面の高さ方向の形状である。すなわち、路面形状とは、水平方向の各位置における路面高さを表している。

走行環境認識部１２は、ライダー１ａの検出結果又はカメラ１ｂの撮像画像に基づいて、周知の手法により車両Ｖが走行する走行路の道路形状を検出する。ここでの道路形状とは、車両Ｖが走行する走行路を上方から見たときの道路の形状である。走行環境認識部１２は、道路形状として、走行路が直線であるかカーブであるかを検出する。なお、道路形状が直線の走行路とは、曲率がゼロの走行路に加え、予め定められた基準曲率未満の曲率（カーブの曲率）を有する走行路を含んでいてもよい。このように、外部センサ１及び走行環境認識部１２は、車両Ｖの外部環境を検出する外部環境検出部として機能する。

走行状態認識部１３は、内部センサ３の検出結果に基づいて、車両Ｖのヨーレート、加速度、及び速度等を含む車両Ｖの走行状態を認識（検出）する。具体的には、走行状態認識部１３は、ヨーレートセンサ３ａのヨーレート情報に基づいて車両Ｖのヨーレートを検出し、車両Ｖの向きを認識する。走行状態認識部１３は、加速度センサ３ｂの加速度情報に基づいて、車両Ｖの前後方向の加速度（縦加速度）及び横加速度を認識する。走行状態認識部１３は、車速センサ３ｃの車速情報に基づいて、車両Ｖの速度を認識する。このように、内部センサ３及び走行状態認識部１３は、車両Ｖの走行状態を検出する走行状態検出部として機能する。

なお、走行状態認識部１３は、車両位置認識部１１で認識された車両Ｖの位置の変化に基づいて車両Ｖの速度を認識してもよい。また、走行状態認識部１３は、ドップラー効果による周波数の変移に基づいて速度を検出するドップラーレーダ等を用いて車両Ｖの速度を認識してもよい。

走行計画生成部１４は、ナビゲーションシステム５により設定された目標ルート、地図データベース４の地図情報、走行環境認識部１２により認識された車両Ｖの外部環境、及び走行状態認識部１３により認識された車両Ｖの走行状態に基づいて、車両Ｖの走行計画を生成する。この走行計画は、車両Ｖの現在の位置から予め設定された目的地に車両が至るまでの走行計画となる。

走行計画には、車両Ｖの目標ルート上の位置に応じた車両Ｖの制御目標値が含まれている。目標ルート上の位置とは、地図上で目標ルートの延在方向における位置である。目標ルート上の位置は、目標ルートの延在方向において所定間隔（例えば１ｍ）毎に設定された設定縦位置を意味する。制御目標値とは、走行計画において車両Ｖの制御目標となる値である。制御目標値は、目標ルート上の設定縦位置毎に関連付けて設定される。走行計画生成部１４は、目標ルート上に所定間隔の設定縦位置を設定すると共に、設定縦位置毎に制御目標値（例えば目標横位置及び目標車速）を設定することで、走行計画を生成する。設定縦位置及び目標横位置は、合わせて一つの位置座標として設定されてもよい。設定縦位置及び目標横位置は、走行計画において目標として設定される縦位置の情報及び横位置の情報を意味する。

走行制御部１５は、車両位置認識部１１の認識した車両Ｖの地図上の位置と走行計画生成部１４で生成された走行計画とに基づいて、車両Ｖの速度制御及び操舵制御を含む自動運転制御を実行する。走行制御部１５は、アクチュエータ６に対して種々の制御指令値（制御信号）を送信することにより、自動運転制御を実行する。なお、この制御指令値は、走行計画等に基づいて算出される。また、制御指令値とは、車両Ｖの走行を制御するための指令値であり、例えば、車両Ｖの速度を制御するための制御指令値、車両Ｖの加速度（縦加速度）を制御するための制御指令値、操舵角を制御するための制御指令値等がある。走行制御部１５が自動運転制御を実行することで、車両Ｖの運転状態が自動運転状態となる。

指令値取得部１６は、走行制御部１５が自動運転制御を実行する際にアクチュエータ６に送信する車両Ｖの制御指令値を取得する。

走行状態判定部１７は、走行状態認識部１３で認識された車両Ｖの走行状態と、指令値取得部１６で取得された車両Ｖの制御指令値との差に基づいて、車両Ｖの走行状態の異常の有無を判定する。すなわち、走行状態判定部１７は、車両Ｖの実際の走行状態と、制御指令値に基づく車両Ｖの走行状態とのズレが大きい場合に、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。以下、車両Ｖの走行状態の異常の有無を判定するときの判定条件の具体例について説明する。

走行状態判定部１７は、
｜車両Ｖの縦加速度−指令加速度｜＞縦加速度閾値
を満たす場合に、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。なお、「｜」及び「｜」は、絶対値を表す記号である。走行状態判定部１７は、車両Ｖの縦加速度として、走行状態認識部１３で認識された値を用いる。走行状態判定部１７は、指令加速度として、指令値取得部１６によって取得された車両Ｖの加速度（縦加速度）の制御指令値を用いる。縦加速度閾値は、予め定められた値である。

走行状態判定部１７は、
｜車両Ｖの横加速度−指令値に基づいて算出された横加速度｜＞横加速度閾値
を満たす場合に、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。走行状態判定部１７は、車両Ｖの横加速度として、走行状態認識部１３で認識された値を用いる。走行状態判定部１７は、指令値に基づいて算出された横加速度として、指令値取得部１６によって取得された車両Ｖの速度の制御指令値と操舵角の制御指令値とに基づいて周知の算出方法によって算出した横加速度を用いる。横加速度閾値は、予め定められた値である。すなわち、走行状態判定部１７は、指令値取得部１６で取得された制御指令値に基づいて算出された横加速度と走行状態認識部１３で認識された横加速度との差が予め定められた横加速度閾値を超える場合、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。

走行状態判定部１７は、
｜車両Ｖの速度−指令速度｜＞速度閾値
を満たす場合に、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。走行状態判定部１７は、車両Ｖの速度として、走行状態認識部１３で認識された値を用いる。走行状態判定部１７は、指令速度として、指令値取得部１６によって取得された車両Ｖの速度の制御指令値を用いる。速度閾値は、予め定められた値である。

走行状態判定部１７は、
｜車両Ｖのヨーレート−指令値に基づいて算出されたヨーレート｜＞ヨーレート閾値
を満たす場合に、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。走行状態判定部１７は、車両Ｖのヨーレートとして、走行状態認識部１３で認識された値を用いる。走行状態判定部１７は、指令値に基づいて算出されたヨーレートとして、指令値取得部１６によって取得された車両Ｖの速度の制御指令値と操舵角の制御指令値とに基づいて周知の算出方法によって算出したヨーレートを用いる。ヨーレート閾値は、予め定められた値である。すなわち、走行状態判定部１７は、指令値取得部１６で取得された制御指令値に基づいて車両Ｖが走行するときのヨーレートを算出し、制御指令値に基づいて算出されたヨーレートと走行状態認識部１３で認識されたヨーレートとの差が予め定められたヨーレート閾値を超える場合、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。

また、走行状態判定部１７は、指令値取得部１６によって取得された制御指令値と、車両Ｖの走行状態の計測値との差の変動に基づいて、車両Ｖの走行状態の異常の有無を判定する。なお、車両Ｖの走行状態の計測値とは、走行状態認識部１３で認識された車両Ｖの走行状態（速度等）である。また、例えば、指令値取得部１６によって取得された制御指令値が車両Ｖの速度の制御指令値である場合、車両Ｖの走行状態の計測値として、車両Ｖの速度の計測値が用いられる。このように、制御指令値と計測値とは互いに対応した値が用いられる。

具体的には、走行状態判定部１７は、図２に示されるように、制御指令値と走行状態の計測値との差の変動を監視する。走行状態判定部１７は、制御指令値と計測値との差が、予め定められた変動閾値Ｋを超えたか否かを判定する。図２では、制御指令値と計測値との差が変動閾値Ｋを超えた部分を破線の丸印Ｐで示している。走行状態判定部１７は、制御指令値と計測値との差が単位時間あたりに変動閾値Ｋを超えた回数が、予め定められた回数を超えた場合、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。

また、走行状態判定部１７は、設計時又は製造時に特定された自動運転システム１００の特性と、自動運転制御の実行中に得られた入出力の特性とを比較することによって、車両Ｖの走行状態の異常の有無を判定する。なお、自動運転制御の実行中に得られた入出力とは、指令値取得部１６によって取得された制御指令値、及び走行状態認識部１３によって認識された車両Ｖの走行状態である。

ここで、一般的に、自動運転システム１００を設計もしくは製造したときの情報に基づいて、自動運転システム１００の入力と出力との間の周波数特性を把握することができる。この設計等の情報に基づいて得られる周波数特性は、例えば、図３のボード線図（実線部分に対応）によって表される。一方、自動運転制御の実行中に、自動運転システム１００の入力と出力とに基づいて、システムの入力と出力との間の周波数特性を、周知の方法によって動的に推定することができる（図３のバツ印に対応）。走行状態判定部１７は、設計等の情報に基づいて得られる周波数特性と、自動運転制御の実行中に推定される周波数特性とを比較し、両者の差（誤差）が予め定められた値よりも大きい場合、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。

なお、自動運転制御の実行中においては、広い周波数をカバーする制御指令値を入力することができないため、図４に示されるように、実際に推定される周波数特性は限定的となる（図４のバツ印に対応）。この場合であっても、走行状態判定部１７は、自動運転制御の実行中に推定される周波数特性と、設計等の情報に基づいて得られる周波数特性との差が予め定められた値よりも大きい場合、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。

走行状態判定部１７は、上述したように、縦加速度、横加速度、速度、ヨーレート、単位時間あたりに制御指令値が閾値を超えた回数、及び、自動運転システム１００の入力と出力との間の周波数特性を用いた判定条件のいずれかが満たされた場合に、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定する。但し、走行状態判定部１７は、これらの判定条件のうちの２つ以上が満たされた場合に、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定してもよい。

環境判定部１８は、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であるか否かを、種々の方法によって判定する。具体的には、環境判定部１８は、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であるか否かを、走行環境認識部１２の認識結果に基づいて判定する。例えば、環境判定部１８は、ライダー１ａが路面に向けて複数本の光ビームを照射したときに、路面で反射してライダー１ａで検出された光ビームの数の割合に基づいて、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であるかを判定してもよい。一例として、図５に示されるように、車両Ｖに搭載されたライダー１ａは、車両Ｖの走行路Ｒに向けて光ビームＬ１〜Ｌ５を照射する。ライダー１ａから照射された光ビームＬ１及びＬ２は、走行路Ｒで反射してライダー１ａで検出されたとする。ライダー１ａから照射された光ビームＬ３〜Ｌ５は、走行路Ｒに水たまりＷ等が存在することによって、ライダー１ａで検出されなかったとする。このように、車両Ｖの外部環境によっては、ライダー１ａから走行路Ｒに向けて照射された光ビームのすべてが検出されないことがある。

具体的には、ライダー１ａは、Ｎ本の光ビームを走行路Ｒに向けて照射し、路面で反射したｍ本の光ビームを検出したとする。環境判定部１８は、ライダー１ａによって走行路Ｒが検出された割合として、ｍ／Ｎを算出する。環境判定部１８は、算出した割合ｍ／Ｎが、予め定められたビーム数閾値を超えた場合に、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であると判定する。すなわち、環境判定部１８は、ライダー１ａによる走行路Ｒの検出精度が高い場合（走行路Ｒで反射した光ビームを検出できた本数が多い（割合が高い）場合）に、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であると判定する。

また、環境判定部１８は、例えば、図６に示されるように、地図データベース４に記憶された路面形状（路面高さ）と、走行環境認識部１２で認識された路面形状（路面高さ）との差δが予め定められた判定閾値未満の場合に、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であると判定する。図６において、走行路Ｒは、実際に車両Ｖが走行している走行路である。路面Ｒ１は、地図データベース４に記憶された路面形状に基づく走行路の路面である。路面Ｒ２は、走行環境認識部１２で認識された路面形状に基づく走行路の路面である。ここで、ライダー１ａの検出結果に基づいて推定される路面形状を、路面形状ｈ（ｘ，ｙ）とする。地図データベース４に記憶された路面形状を、路面形状Ｈ（ｘ，ｙ）とする。路面形状の差δは、次の式（１）によって表される。なお、「ｘ」及び「ｙ」は、車両Ｖを基準とする座標系における水平方向を表している。Ωは、車両Ｖの近傍の領域（例えば車両Ｖを中心とする半径３０ｍ以内の領域）を表す。

路面形状ｈ（ｘ，ｙ）は、次の式（２）によって推定される。なお、ｐ^ｎは、ライダー１ａから照射されたｎ番目の光ビームから得られた反射点を表す３次元ベクトルである。また、下添え字（ｘ），（ｙ），（ｚ）は、座標値を表す。

なお、関数ｈは、路面形状を近似する。３次元空間に定義された平面で路面を近似する場合、関数ｈは、次の式（３）で表される。また、ｈ（ｘ，ｙ）＝０が、路面を示す。

環境判定部１８は、走行環境認識部１２で認識された路面形状に基づいて得られる路面の縦勾配（車両Ｖの走行方向の勾配）を取得する。環境判定部１８は、取得した路面の縦勾配が予め定められた勾配閾値未満の場合、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であると判定する。なお、環境判定部１８は、走行環境認識部１２の認識結果に基づいて得られる路面の縦勾配以外にも、地図データベース４に記憶された路面形状に基づいて得られる車両Ｖの周囲の路面の縦勾配を用いてもよい。

環境判定部１８は、走行環境認識部１２で認識された道路形状が直線の場合、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であると判定する。なお、環境判定部１８は、走行環境認識部１２の認識結果に基づいて得られる道路形状以外にも、地図データベース４に記憶された車両Ｖの周囲の道路形状を用いてもよい。

異常判定部１９は、走行状態判定部１７によって車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定され、且つ環境判定部１８によって自動運転制御の実行に適した環境であると判定された場合に、自動運転システム１００に異常が有りと判定する。ここで、自動運転システム１００に異常が有る状態とは、走行計画に従って車両Ｖを走行させることができない状態又は困難な状態である。例えば、自動運転システム１００に異常が有る状態とは、外部センサ１等に異常（故障）が発生している状態である。また、例えば、自動運転システム１００に異常が有る状態とは、車両Ｖのタイヤがパンクしている状態、又はホイールアライメントが狂っている状態等、車両Ｖの走行に影響を与える異常（故障）等が発生している状態である。

一例として、異常判定部１９は、路面の縦勾配が小さいにも関わらず、車両Ｖの速度又は加速度に関する誤差（制御指令値とのズレ）が大きい場合に、自動運転システム１００に異常が発生していると判定する。具体的には、異常判定部１９は、車両Ｖの速度又は縦加速度に基づいて走行状態判定部１７が車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定し、且つ路面の縦勾配に基づいて環境判定部１８が自動運転制御の実行に適した環境であると判定した場合に、自動運転システム１００に異常が有りと判定する。この場合は、例えば、車両Ｖのタイヤのパンク、又は異物の引きずりなど、車両Ｖの走行抵抗が増大する異常の発生が考えられる。

一例として、異常判定部１９は、道路形状が直線であるにも関わらず、車両Ｖのヨーレート又は横加速度に関する誤差（制御指令値より算出されたヨーレート又は横加速度とのズレ）が大きい場合に、自動運転システム１００に異常が発生していると判定する。具体的には、異常判定部１９は、車両Ｖのヨーレート又は横加速度に基づいて走行状態判定部１７が車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定し、且つ道路形状に基づいて環境判定部１８が自動運転制御の実行に適した環境であると判定した場合に、自動運転システム１００に異常が有りと判定する。この場合は、例えば、車両のホイールアライメントの狂い、タイヤのパンク等、車両が真っ直ぐ走行することができない異常の発生の可能性が考えられる。

なお、異常判定部１９は、自動運転システム１００の異常の有無を判定する際に、上記において一例として説明した車両Ｖの走行状態の異常の種類と、自動運転制御の実行に適した環境であるか否かの判定基準との組合せ以外の組合せに基づいて、異常の有無を判定することができる。

異常判定部１９によって自動運転システム１００に異常が有りと判定された場合、例えば、自動運転システム１００は、次の動作のいずれか１つ又は２以上を組み合わせた動作を実行する。自動運転システム１００は、ＨＭＩ７を用いて車両Ｖの運転者に対して、自動運転制御から運転者が運転操作を行う手動運転制御に切り替える旨を報知する。自動運転システム１００は、手動運転制御に切り替わった後、自動運転制御への再度の切り替えを許可しない。自動運転システム１００は、車両Ｖの自動運転制御における目的地を最寄りの整備場等に変更する。自動運転システム１００は、整備場等で整備が行われた後でなければ、自動運転制御の実行を許可しない。

このように、走行状態検出部として機能する内部センサ３及び走行状態認識部１３と、指令値取得部１６と、走行状態判定部１７と、外部環境検出部として機能する外部センサ１及び走行環境認識部１２と、環境判定部１８と、異常判定部１９と、路面形状を記憶する地図データベース４とによって、自動運転システム１００の異常を判定する異常検出装置２０が構成される。

次に、異常検出装置２０が自動運転システム１００の異常を判定する処理の流れについて図７を用いて説明する。図７に示される処理は、走行計画に基づいて車両Ｖの自動運転制御が実行されているときに実行される。また、図７に示される処理において、処理がエンドに至った後、所定時間経過後に再びスタートから処理が開始される。

図７に示されるように、走行状態判定部１７は、走行状態認識部１３で認識された車両Ｖの走行状態と車両Ｖの制御指令値との差等に基づいて、車両Ｖの走行状態の異常の有無を判定する（Ｓ１０１）。車両Ｖの走行状態に異常が有る場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、走行環境認識部１２は、外部センサ１の検出結果に基づいて、車両Ｖの外部環境を認識する（Ｓ１０３）。

環境判定部１８は、走行環境認識部１２の認識結果等に基づいて、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境である場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、異常判定部１９は、自動運転システム１００に異常が有りと判定する（Ｓ１０５）。自動運転システム１００に異常が有りと判定された後、自動運転システム１００は、上述したように、車両Ｖの運転者に対して自動運転制御から手動運転制御に切り替える旨を報知する処理等を実行する。

一方、車両Ｖの走行状態に異常がない場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、異常判定部１９は、自動運転システム１００が正常に動作していると判定する（Ｓ１０６）。また、車両Ｖの走行状態に異常が有り（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、且つ車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境でない場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、異常判定部１９は、自動運転システム１００が正常に動作していると判定する（Ｓ１０６）。

以上のように、異常判定部１９は、走行状態判定部１７によって車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定され、且つ環境判定部１８によって自動運転制御の実行に適した環境であると判定された場合に、自動運転システム１００に異常が有りと判定する。すなわち、環境判定部１８によって自動運転制御の実行に適した環境であると判定されているにもかかわらず、車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定されている場合とは、自動運転システム１００に異常が発生しているために車両Ｖを正常に走行させることができない状態であると考えられる。このため、異常判定部１９は、車両Ｖの走行状態に加え、車両Ｖの外部環境（自動運転制御に適した環境であるか否か）も考慮して自動運転システム１００の異常の有無を判定する。このように、異常検出装置２０は、車両Ｖの外部環境を考慮して、自動運転システム１００の異常を精度良く検出することができる。

環境判定部１８は、自動運転制御の実行に適した環境であるか否かを判定する際に、路面形状を用いる。具体的には、環境判定部１８は、地図データベース４に記憶された路面形状と、ライダー１ａの検出結果に基づいて認識された路面形状との差δが予め定められた判定閾値未満の場合に、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であると判定する。このように、環境判定部１８は、車両Ｖの外部環境が自動運転制御の実行に適した環境であるか否かを、路面形状に基づいて判定することができる。

異常判定部１９は、車両Ｖのヨーレート又は横加速度に基づいて走行状態判定部１７が車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定し、且つ道路形状に基づいて環境判定部１８が自動運転制御の実行に適した環境であると判定した場合に、自動運転システム１００に異常が有りと判定する。例えば、直線の道路を車両が走行しているにも関わらず、ヨーレートセンサ３ａを用いて実際に検出されたヨーレート等と、制御指令値に基づいて算出されたヨーレート等との差が大きい場合、車両Ｖのホイールアライメントの狂い、タイヤのパンク等、車両Ｖが真っ直ぐ走行することができない異常の発生の可能性が考えられる。このため、異常判定部１９は、ヨーレート又は横加速度に基づいて車両Ｖの走行状態に異常が有りと判定され、且つ道路形状に基づいて自動運転制御の実行に適した環境であると判定された場合に、自動運転システム１００の異常と判定する。これにより、異常検出装置２０は、外部環境としての道路形状を考慮して、自動運転システム１００の異常を精度良く検出することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。実施形態では、自動運転制御を実行する自動運転システム１００内に異常検出装置２０が組み込まれた場合を例に説明したが、自動運転制御を実行する自動運転システムと異常検出装置２０とが個別に設けられていてもよい。

１…外部センサ（外部環境検出部）、１ａ…ライダー、３…内部センサ（走行状態検出部）、４…地図データベース（路面形状記憶部）、１２…走行環境認識部（外部環境検出部）、１３…走行状態認識部（走行状態検出部）、１６…指令値取得部、１７…走行状態判定部、１８…環境判定部、１９…異常判定部、２０…異常検出装置、１００…自動運転システム、Ｖ…車両。

Claims

車両を自動で走行させる自動運転制御を実行する自動運転システムであって、
前記車両の走行状態を検出する走行状態検出部と、
前記自動運転制御における前記車両の制御指令値を取得する指令値取得部と、
前記走行状態検出部で検出された前記走行状態と前記指令値取得部で取得された前記制御指令値との差に基づいて、前記車両の走行状態の異常の有無を判定する走行状態判定部と、
前記車両の外部環境を検出する外部環境検出部と、
前記外部環境検出部の検出結果に基づいて、前記車両の外部環境が前記自動運転制御の実行に適した環境であるか否かを判定する環境判定部と、
前記走行状態判定部によって前記車両の走行状態に異常が有りと判定され、且つ前記環境判定部によって前記自動運転制御の実行に適した環境であると判定された場合に、前記自動運転システムに異常が有りと判定する異常判定部と、を備え、
前記異常判定部の判定結果に基づいて前記車両の制御を実行するものであり、前記自動運転システムに異常が有りと判定された場合に、前記自動運転システムが異常であるときの予め定められた制御を実行し、前記走行状態判定部によって前記車両の走行状態に異常が有りと判定され且つ前記環境判定部によって前記自動運転制御の実行に適した環境でないと判定された場合に、前記車両の走行状態に異常が有りと判定されないときの前記自動運転制御を実行する、自動運転システム。
前記車両の走行路の路面高さを記憶する路面形状記憶部を更に備え、
前記外部環境検出部は、前記車両の周囲に光を照射すると共に照射した前記光の反射光を検出するライダーを備え、前記ライダーの検出結果に基づいて前記走行路の路面高さを検出し、
前記環境判定部は、前記路面形状記憶部に記憶された前記車両の周囲における前記路面高さと、前記外部環境検出部で検出された前記路面高さとの差が予め定められた判定閾値未満の場合に、前記自動運転制御の実行に適した環境であると判定する、請求項１に記載の自動運転システム。
前記走行状態検出部は、前記走行状態として前記車両のヨーレート又は横加速度を検出し、
前記走行状態判定部は、前記指令値取得部で取得された前記制御指令値に基づいて前記車両が走行するときのヨーレート又は横加速度を算出し、前記制御指令値に基づいて算出された前記ヨーレートと前記走行状態検出部で検出された前記ヨーレートとの差が予め定められたヨーレート閾値を超える場合、又は前記制御指令値に基づいて算出された前記横加速度と前記走行状態検出部で検出された前記横加速度との差が予め定められた横加速度閾値を超える場合、前記車両の走行状態に異常が有りと判定し、
前記外部環境検出部は、前記車両の周囲に光を照射すると共に照射した前記光の反射光を検出するライダー、又は前記車両の走行路を撮像するカメラを備え、前記ライダーの検出結果又は前記カメラの撮像画像に基づいて前記走行路の道路形状を検出し、
前記環境判定部は、前記外部環境検出部によって検出された道路形状が直線である場合に、前記自動運転制御の実行に適した環境であると判定し、
前記異常判定部は、前記ヨーレート又は前記横加速度に基づいて前記走行状態判定部が前記車両の走行状態に異常が有りと判定し、且つ前記走行路の道路形状に基づいて前記環境判定部が前記自動運転制御の実行に適した環境であると判定した場合に、前記自動運転システムに異常が有りと判定する、請求項１に記載の自動運転システム。
前記外部環境検出部は、前記車両の周囲に光を照射すると共に照射した前記光の反射光を検出するライダーを備え、前記ライダーの検出結果に基づいて前記車両の走行路の路面形状を検出し、
前記環境判定部は、前記外部環境検出部で検出された前記路面形状に基づいて得られる路面の縦勾配が予め定められた勾配閾値未満の場合に、前記自動運転制御の実行に適した環境であると判定する、請求項１に記載の自動運転システム。