JP6843665B2 - 自動運転制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動運転制御装置に関する。

高度な自動運転システムの実現に向け、自動運転を制御する上位の制御装置（電子制御装置）には、例えば自動運転を制御する装置自体に障害が発生したような場合でも、ドライバに操作を引き渡すまでの一定期間、動作を継続することが求められる。
この一定期間の動作継続を実現するためには、システムの多重化と動作監視を用いた冗長化が考えられる。
一方、一般に上位の制御装置は演算負荷が高くなる。
このような課題に対して、特許文献１では、上位の制御装置（電子制御装置）に予め制御指令値を蓄積することで、多重化された複数のアクチュエータの駆動装置（下位制御装置群）に対する制御を、電子制御装置の冗長化を行わずに一定期間継続する方式が提案されている。

特開２０１６−３８６８９号公報

一方で、上位の制御装置がその機能を果たさない状況においては、下位制御装置群の協調動作を実現することが困難となる。
下位制御装置群は、独立に自身に保持された制御指令値に基づいた制御を継続するため、それぞれの制御系における制御誤差が蓄積し、事前に上位の制御装置により定められていた走行形態から乖離した動作に至る可能性がある、という課題がある。
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、自動運転システムの信頼性を高めることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は一例として、車両の行動計画に基づきアクチュエータ群の制御目標値を出力する上位制御装置と、前記上位制御装置からの指令に基づいて、前記車両のアクチュエータ群を制御する下位制御装置と、を備え、前記上位制御装置から与えられる、前記車両の一定期間に亘る制御目標値を前記下位制御装置に保持し、前記上位制御装置が所望の機能を満たさない場合、保持されている制御目標値に基づいて前記下位制御装置が制御されるように構成され、前記車両の実動作値と前記制御目標値との差を判別して補正することにより、前記行動計画に追従するように制御する。

本発明によれば、自動運転システムの信頼性を高めることができる。

本発明の実施例における、自動運転システム構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における、軌道計画装置による出力データの例である。 本発明の実施例における、自車想定軌道を示す図である。 本発明の実施例における、自車想定軌道に対応する舵角値、速度値を示す図である。 本発明の実施例における、自車想定軌道と実走行軌道の乖離を示す図である。 本発明の実施例における、実走行軌道に対応する舵角値、速度値を示す図である。 本発明の実施例における、補正軌道を示す図である。 本発明の実施例における、補正軌道に対応する舵角値、速度値を示す図である。 本発明の実施例における、補正軌道に対応する舵角値、速度値の演算方式を示す図である。

以下、本発明の実施例に係る自動運転制御装置について図面を用いて説明する。本実施例は、制御対象に装着された各種センサから電子制御装置への入力信号を基に演算した結果を出力するにあたり、適切な演算結果を出力するものである。

図１に本実施例における自動運転システムの全体構成を示す。本システムは、図示しないセンサ等の外部情報観測機器、および自車両に搭載される自車状態量観測機器から入力される自車状態量観測値を入力とし、自車の速度指令値、舵角指令値等を含む自車の走行軌道を舵角、速度度に変換して出力とする、上位制御装置である軌道計画装置１を備える。
また、軌道計画装置１から出力される速度指令値、舵角指令値等に基づきアクチュエータを駆動するステアリング制御装置２１、ブレーキ制御装置２２、および図示しないパワートレイン制御装置やサスペンション制御装置等を含む下位制御装置２を備える。
本実施例においては、説明の簡単化のため、ステアリング制御装置２１およびブレーキ制御装置２２の二つの制御装置による協調動作を説明するが、これに限らず、二つ以上の制御装置による協調動作も対象とすることができる。

下位制御装置２は、上位制御装置である軌道計画装置１により生成される、予め定められた、図２に示すような一定期間先までの舵角・速度などの指令値データ群３を受信し、下位の制御装置群２にそれぞれ構成されるRAM（Random Access Memory）等により構成される記憶媒体へ保存する。本実施例においては、100ミリ秒間隔、10秒先までの舵角・速度指令値を軌道計画装置１が出力するようなシステムを想定する。また、図２には指令値データ群３を時刻情報つきで作成する例を示すが、時刻情報を付与せず、時系列順に指令値データ群３をソートして出力する等の方式についても、以下同様に処理を行うことが可能である。

この指令値データ群は、軌道計画装置１の動作する周期毎に都度更新される。本実施例においては、舵角指令値データ群３１をステアリング制御装置２１の内部もしくは外部に構成される舵角記憶媒体２１１に、舵角指令値データ群３１および速度指令値データ群３２を、それぞれブレーキ制御装置２２内部もしくは外部に構成される舵角記憶媒体２２１、速度記憶媒体２２２に保持するものとする。
軌道計画装置１が、求められる軌道生成機能を満たしている場合、ステアリング制御装置２１およびブレーキ制御装置２２は、軌道計画装置１から一定周期毎に送られる舵角指令値群３１、速度指令値群３２のうち、出力すべき制御指令値を用いて自車のステアリングおよびブレーキの制御を行う。

対して、軌道計画装置１内にて、例えば内部での演算失敗等により求められる軌道生成機能を満足できない場合には、前述の舵角記憶媒体２１１に保持された舵角指令値群３１に従いステアリング制御装置２１を、速度記憶媒体２２２に保持された速度指令値群３２に従いブレーキ制御装置２２を駆動させ、自車のステアリングおよびブレーキ制御を継続する。これにより、軌道計画装置１が所望の機能を満足しない場合においても、事前に軌道計画装置１により作成され、舵角記憶媒体２１１、速度記憶媒体２２２に保持された舵角指令値群３１、速度指令値群３２を用いることで、制御機能は縮退するものの一定期間自動運転を継続することが可能となる。

このような制御を行う自動運転システム構成においては、軌道計画装置１が正しく動作している限りにおいて、ステアリング制御装置２１が制御する自車の舵角と、ブレーキ制御装置２２が制御する自車の速度は、軌道計画装置１により協調動作が実現される。一方で、軌道計画装置１が所望の機能を満たさない場合、自社の舵角と自車の速度は、それぞれステアリング制御装置２１とブレーキ制御装置２２がそれぞれ保持する舵角指令値群３１、速度指令値群３２に従い独立に制御が行われることにより、協調動作の実現は困難となる。舵角・速度は、制御時の誤差や、軌道計画装置１による事前の判別が困難な道路勾配、路面状態等の影響を受けるため、軌道計画装置１により事前に生成された自車軌道である、自車想定軌道４からの乖離が発生する。このような乖離を補正するため、本実施例においてはブレーキ制御装置２２にて左右の速度を独立に制御しステアリング制御装置２１が行う自車舵角の制御に補正を加えることにより、上位の制御装置である軌道計画装置１が不在の場合においても、協調動作を実現することが可能になる。以下、軌道計画装置１が事前に計画した軌道からの誤差判別、および誤差の補正について概略を説明する。

以降、補正演算を行う際の状況例を示す。いま、自車が曲線軌道に沿って走行している中、時刻Ｔ０にて軌道計画装置１が所望の機能を満たさなくなったとする。この時、直前の軌道計画装置１の演算結果では、図３に示す自車想定軌道４に相当する、舵角記憶媒体２１１、および速度記憶媒体２２２に保持された舵角指令値データ群３１、速度指令値データ群３２が出力されているとし、これに従って縮退制御が開始される。この際の舵角指令値データ群３１、および速度指令値データ群３２の例を図４に示す。

前述のように、制御系における誤差や道路勾配、路面摩擦といった環境影響により、必ずしも表２に示す指令値群への追従が実現されるわけではない。補正演算を行わない場合の走行の様子を、図５および図６に示す。表３の表中時刻0.2における速度が、事前に定められた指令値群である図４の状態から変化したとする。この際、図６中の時刻0.2における速度の変化により、時刻0.3以降に、ブレーキ制御装置２２が制御する速度にフィードバックがかかり、同図６に示すように時刻0.3以降における速度が調整される。ただし、ステアリング制御装置２１においては、ブレーキ制御装置２２およびその制御系からは独立して制御が為されるため、軌道計画装置１で設定されていた自車想定軌道４から乖離した実走行軌道５をとり、元の自車想定軌道４への追従が困難であることが分かる。

そこで前述のように、速度制御において左右速度を独立に制御することで操舵に変更を加え、図７に示す補正軌道６に相当する図８に示すような指令値の補正を行うことで、当初設定の自車軌道への再追従を実現する。一例としては、補正舵角θ_corＡ６１、θ_corＢ６２、および補正速度V_cor６３から成る、補正軌道６が考えられる。補正舵角θ_corＡ６１、θ_corＢ６２、および補正速度V_cor６３は、例えば次の補正方法１により与えられる。なお、図９に示す自車想定軌道舵角θ_ref６４は、自車想定軌道４から乖離が発生した直後の制御時刻における軌道計画装置１により事前に規定された舵角指令値を、自車想定軌道からの乖離速度V_diff６５は前述の制御系における誤差や道路勾配、路面摩擦といった環境影響による自車想定軌道４と自車実速度との誤差値であるとする。

＜補正方法＞
補正目標点６８および補正開始位置の位置関係(距離)に基づき、V_cor６３を決定。
V_cor６３が定まることにより、θ_corA６１およびθ_corB６２が、下記数式１、２により得られる。
[数式１]
θ_corA = arcsin( Vref * sinθ_refA / V_cor)
[数式２]
θ_corB = θ_refB - θ_refA + θ_corA

以上の方式により、自車想定軌道４へ実軌道を補正する補正軌道６の作成が可能となる。

補正舵角θ_corA６１およびθ_corB６２は、ブレーキ制御装置２２により左右速度を個別に制御することにより、自車速度を補正速度V_cor６３に維持しつつ、補正舵角を作成することができる。

本例では時刻Ｔ０＋０．３における自車想定軌道４からの乖離から、時刻Ｔ０＋０．４にて復帰する、すなわち自動運転制御装置の１制御周期とした100msecにて復帰する例を示している。ただし、本実施例はステアリング制御装置２１およびブレーキ制御装置２２のみを協調動作させる例であり、パワートレイン制御装置等を用いていないため速度を増速することが困難な場合が存在する。このような場合においては、例えば自車想定軌道４からの乖離を時間軸に沿って低減するように、複数の制御周期に相当する時間に亘り、補正を継続する方法を取る必要がある。他にも乗員の乗り心地等の観点から、1制御周期での復帰を行わない場合にも同様である。

また、本例ではブレーキ制御装置２２に保持された速度指令値データ群３２と、速度センサにより測定される速度実測値に差異が発生し、自車想定軌道４からの乖離が発生するケースについて説明したが、ステアリング制御装置２１に保持された舵角指令値データ群３１と、舵角センサにより測定される舵角実測値に差異が発生する場合や、舵角および速度に同時に差異が発生する場合も発生し得る。舵角指令値データ群３１と舵角実測値に差異が発生する場合については、ブレーキ制御装置２２の系に搭載される速度センサや、車体に搭載されるヨーモーメントセンサにより、ブレーキ制御装置２２内の舵角記憶媒体２２１に保持される舵角指令値データ群３１との差異を検出し、同様の手段にて自車想定軌道４への追従が可能となる。

以上の実施例では、車両の行動計画に基づきアクチュエータ群の制御目標値を出力する上位制御装置と、前記上位制御装置からの指令に基づいて、前記車両のアクチュエータ群を制御する下位制御装置と、を備え、前記上位制御装置から与えられる、前記車両の一定期間に亘る制御目標値を前記下位制御装置に保持し、前記上位制御装置が所望の機能を満たさない場合、保持されている制御目標値に基づいて前記下位制御装置が制御されるように構成され、前記車両の実動作値と前記制御目標値との差を判別して補正することにより、前記行動計画に追従するように制御する。
また、前記下位制御装置は複数有し、一方の前記下位制御装置が他方の前記下位制御装置を監視し、前記車両の前記行動計画からの逸脱を検出した場合、一方の前記下位制御装置が他方の前記下位制御装置の制御目標値を補正する。
また、前記下位制御装置の一方であるブレーキコントローラが、前記下位制御装置の他方であるステアリングコントローラの挙動を監視し、前記車両の前記行動計画からの逸脱を検出した場合、左右の速度の制御により前記ステアリングコントローラの制御目標値を補正する。
以上の実施例により、軌道計画装置１が所望の機能を満たさない場合においても、ステアリング制御装置２１とブレーキ制御装置２２間での協調動作が実現され、事前に軌道計画装置１により設定された自車想定軌道４への追従継続が実現される。これにより、自動運転システムの信頼性を損なわずに軌道計画装置１の冗長化を解除でき、自動運転システムを安価に実現することが可能となる。
本実施例では、高度な自動運転システムを安価に実現できる。また、下位の制御装置群に指令値を蓄積するコンセプトにおいて、下位システム間での協調動作を実現することで、高度な自動運転システムを低コストかつ高信頼に実現することができる。
本実施例では、上位コントローラによる調停なく、下位コントローラ間に保持された制御指令蓄積値のみで協調動作を実現できる。その結果、機能安全対応のための指令値蓄積型 安全コンセプトを実現し、高度な自動運転システムを実現の信頼性を損なわずに上位の電子制御装置の多重化を解除でき、同システムの低コスト化が実現される。

以上説明した各実施形態や各種の変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。

１：軌道計画装置（上位制御装置）、２：下位の制御装置、２１：ステアリング制御装置、２２：ブレーキ制御装置、２３：ステアリング駆動装置、２４：ブレーキ駆動装置。

Claims (2)

1. 車両の行動計画に基づきアクチュエータ群の制御目標値を出力する上位制御装置と、
   前記上位制御装置からの指令に基づいて、前記車両のアクチュエータ群を制御する下位制御装置と、を備え、
   前記上位制御装置から与えられる、前記車両の一定期間に亘る前記制御目標値を前記下位制御装置に保持し、
   前記上位制御装置が所望の機能を満たさない場合、
   保持されている前記制御目標値に基づいて、前記下位制御装置が前記車両のアクチュエータ群を制御するように構成され、
   前記下位制御装置は、前記車両の実動作値と前記制御目標値との差を判別して前記制御目標値を補正することにより、前記行動計画に追従するように制御し、
   前記下位制御装置は複数有し、一方の前記下位制御装置は、他方の前記下位制御装置を監視し、前記車両の実動作値と前記制御目標値との差に基づいて前記車両の前記行動計画からの逸脱を検出した場合、一方の前記下位制御装置が他方の前記下位制御装置の前記制御目標値を補正することを特徴とする自動運転制御装置。
   
2. 請求項１に記載の自動運転制御装置であって、
   前記下位制御装置の一方であるブレーキコントローラが、前記下位制御装置の他方であるステアリングコントローラを監視し、
   前記車両の前記行動計画からの逸脱を検出した場合、前記ブレーキコントローラは、前記車両の左右速度を独立に制御し操舵に変更を加え、前記ステアリングコントローラの前記制御目標値を補正する、ことを特徴とする自動運転制御装置。

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