JP7172794B2 - 自動運転システム - Google Patents

Description

本発明は、車両の自動運転を制御する自動運転システムに関する。

特許文献１は、車両の自動運転を制御する技術を開示している。制御部は、センサによって検出される情報に基づいて、車両の操舵及び加減速を自動的に制御する。

特開２００６－３１８４４６号公報

車両の自動運転を制御する自動運転制御について考える。自動運転制御は、車両の走行（操舵及び加減速）を制御する車両走行制御を含む。一般的な車両では、前輪と後輪、すなわち、前方向と後方向は予め定義（固定）されている。

本発明の１つの目的は、車両の自動運転を制御する自動運転制御において、前方向と後方向をフレキシブルに切り替えることができる新たな技術を提供することにある。

第１の観点は、車両の自動運転を制御する自動運転システムに関連する。
前記車両は、前後方向に分かれて配置された第１車輪と第２車輪を備える。
第１方向は、前記第２車輪から前記第１車輪に向かう方向である。
第２方向は、前記第１車輪から前記第２車輪に向かう方向である。
前記自動運転システムは、
前記車両の走行状態を表すパラメータを検出するセンサと、
前記車両の操舵及び加減速を行う走行装置と、
前記パラメータの検出値に対応付けられた入力値に基づいて制御量を算出し、前記制御量に従って前記走行装置を制御する車両走行制御を行う制御装置と
を備える。
定義情報は、前記検出値と前記入力値との間の対応関係を定義する。
前記車両走行制御のモードは、
前記第１方向を前方向として前記車両走行制御を行う第１モードと、
前記第２方向を前記前方向として前記車両走行制御を行う第２モードと
を含む。
前記制御装置は、
前記第１モード用の前記定義情報である第１定義情報と、前記第２モード用の前記定義情報である第２定義情報とを保持し、
前記第１モードでは前記第１定義情報に従って前記車両走行制御を行い、
前記第２モードでは前記第２定義情報に従って前記車両走行制御を行う。

第２の観点は、車両の自動運転を制御する自動運転システムに関連する。
前記車両は、前後方向に分かれて配置された第１車輪と第２車輪を備える。
第１方向は、前記第２車輪から前記第１車輪に向かう方向である。
第２方向は、前記第１車輪から前記第２車輪に向かう方向である。
前記自動運転システムは、
前記車両の走行状態を表すパラメータを検出するセンサと、
前記車両の操舵及び加減速を行う走行装置と、
前記パラメータに基づいて制御量を算出し、前記算出された制御量に対応付けられた指示制御量に従って前記走行装置を制御する車両走行制御を行う制御装置と
を備える。
定義情報は、前記算出された制御量と前記指示制御量との間の対応関係を定義する。
前記車両走行制御のモードは、
前記第１方向を前方向として前記車両走行制御を行う第１モードと、
前記第２方向を前記前方向として前記車両走行制御を行う第２モードと
を含む。
前記制御装置は、
前記第１モード用の前記定義情報である第１定義情報と、前記第２モード用の前記定義情報である第２定義情報とを保持し、
前記第１モードでは前記第１定義情報に従って前記車両走行制御を行い、
前記第２モードでは前記第２定義情報に従って前記車両走行制御を行う。

自動運転システムの制御装置は、車両走行制御を行う。車両走行制御において、制御装置は、センサによって検出されたパラメータに基づいて制御量を算出し、制御量に従って走行装置を制御する。

車両走行制御のモードは、第１モードと第２モードを含んでいる。第１モードでは、制御装置は、第２車輪から第１車輪に向かう第１方向を前方向として車両走行制御を行う。一方、第２モードでは、制御装置は、第１車輪から第２車輪に向かう第２方向を前方向として車両走行制御を行う。すなわち、本発明では、前方向及び後方向は固定されておらず、フレキシブルに切り替え可能である。

車両走行制御を適切に行うためには、モード（前方向及び後方向）の切り替えと共に、検出パラメータあるいは制御量の定義も切り替える必要がある。検出パラメータの定義とは、センサによって検出された検出値と制御量演算のための入力値との間の対応関係である。制御量の定義とは、制御装置によって算出された制御量と走行装置に対する指示制御量との間の対応関係である。

制御装置は、検出パラメータと制御量の少なくとも一方を定義する定義情報を保持している。定義情報は、第１モード用の第１定義情報と、第２モード用の第２定義情報を含んでいる。第１モードでは、制御装置は、第１定義情報に従って車両走行制御を行う。一方、第２モードでは、制御装置は、第２定義情報に従って車両走行制御を行う。このようにして、前方向と後方向をフレキシブルに切り替え、且つ、適切に車両走行制御を行うことが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る自動運転システムを説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る自動運転システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車両走行制御を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る車両走行制御の一例を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態における定義の切り替えの一例を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態における定義の切り替えの他の例を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態における定義の切り替えの更に他の例を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る自動運転システムの制御装置の機能構成例を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に係る状態維持制御を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る自動運転システムの制御装置の機能構成例を示すブロック図である。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．第１の実施の形態
１－１．自動運転システムの概略構成
図１は、本実施の形態に係る自動運転システム１０を説明するための概念図である。自動運転システム１０は、車両１の自動運転を制御する自動運転制御を行う。自動運転制御は、車両１の走行（操舵、加減速）を制御する車両走行制御を含む。典型的には、自動運転システム１０は、車両１に搭載されている。

図２は、本実施の形態に係る自動運転システム１０の構成例を示すブロック図である。自動運転システム１０は、走行状態センサ２０、運転環境取得装置３０、走行装置５０、及び制御装置１００を備えている。

走行状態センサ２０は、車両１の走行状態を表すパラメータを検出する。例えば、走行状態センサ２０は、車輪速センサ２１、車速センサ２２、加速度センサ２３、ヨーレートセンサ２４、等を含んでいる。車輪速センサ２１は、車両１の各車輪５の回転速度を検出する。車速センサ２２は、車両１の速度である車速を検出する。加速度センサ２３は、車両１の加速度（横加速度、前後加速度、上下加速度）を検出する。ヨーレートセンサ２４は、車両１のヨーレートを検出する。走行状態センサ２０は、検出パラメータＳＥＮを制御装置１００に送る。

運転環境取得装置３０は、車両１の運転環境を示す運転環境情報ＥＮＶを取得する。例えば、運転環境取得装置３０は、地図データベース３１、認識センサ３２、ＧＰＳ（Global Positioning System）装置３３、通信装置３４、等を含んでいる。

地図データベース３１は、車線配置や道路形状を示す地図情報のデータベースである。運転環境取得装置３０は、地図データベース３１から、必要なエリアの地図情報を取得する。地図データベース３１は、車両１に搭載されている所定の記憶装置に格納されていてもよいし、車両１の外部の管理サーバに格納されていてもよい。後者の場合、運転環境取得装置３０は、通信装置３４を用いて管理サーバと通信を行い、管理サーバの地図データベース３１から必要な地図情報を取得する。

認識センサ３２は、車両１の周囲の状況を認識（検出）する。例えば、認識センサ３２は、カメラ、ライダー（LIDAR: Laser Imaging Detection and Ranging）、及びレーダを含んでいる。周辺状況情報は、認識センサ３２による認識結果を示す。例えば、周辺状況情報は、車両１の周囲の周辺車両や白線の情報を含む。

ＧＰＳ装置３３は、車両１の位置及び方位を示す位置情報を取得する。また、認識センサ３２によって検出された白線の配置と地図情報で示される車線配置とを照合することによって、更に精度の高い位置情報を取得することもできる。他の例として、通信装置３４を用いたＶ２Ｘ通信（車車間通信および路車間通信）により、位置情報が取得されてもよい。

運転環境情報ＥＮＶは、上述の地図情報、周辺状況情報、及び位置情報を含む。運転環境取得装置３０は、取得した運転環境情報ＥＮＶを制御装置１００に送る。

走行装置５０は、車両１の操舵（車輪５の転舵）及び加減速を行う。より詳細には、走行装置５０は、操舵装置５１、駆動装置５２、及び制動装置５３を含んでいる。操舵装置５１は、車輪５を転舵する。例えば、操舵装置５１は、パワーステアリング（EPS: Electric Power Steering）装置を含んでいる。駆動装置５２は、車輪５の駆動力を発生させる。駆動装置５２としては、エンジンや電動機が例示される。制動装置５３は、車輪５の制動力を発生させる。走行装置５０の動作は、制御装置１００によって制御される。

制御装置１００は、プロセッサ１０１及びメモリ１０２を備えるマイクロコンピュータを含んでいる。制御装置１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。プロセッサ１０１がメモリ１０２に格納された制御プログラムを実行することにより、制御装置１００による各種処理が実現される。

例えば、制御装置１００は、走行装置５０を制御することによって、車両１の走行を制御する車両走行制御を行う。より詳細には、制御装置１００は、検出パラメータＳＥＮや運転環境情報ＥＮＶに基づいて、車両走行制御のための制御量ＣＯＮを算出する。そして、制御装置１００は、制御量ＣＯＮに従って走行装置５０を制御して車両走行制御を行う。車両走行制御は、操舵（車輪５の転舵）を制御する操舵制御と、加減速を制御する加減速制御を含む。制御装置１００は、操舵装置５１を制御することによって、操舵制御を行う。また、制御装置１００は、駆動装置５２及び制動装置５３を制御することによって、加減速制御を行う。

更に、制御装置１００は、上述の車両走行制御を利用して、車両１の自動運転を制御する自動運転制御を行う。例えば、制御装置１００は、運転環境情報ＥＮＶに基づいて、目標軌道を定期的に生成する。例えば、目標軌道は、走行車線の中央を通る線である。制御装置１００は、地図情報と位置情報に基づいて、目標軌道を算出することができる。他の例として、制御装置１００は、周辺状況情報（白線の情報）に基づいて、目標軌道を算出することができる。但し、目標軌道やその算出方法は、それらに限定されない。目標軌道を生成すると、制御装置１００は、車両１が目標軌道に追従するように車両走行制御を行う。

以下、本実施の形態に係る車両走行制御について更に詳しく説明する。

１－２．車両走行制御
図３は、本実施の形態に係る車両走行制御を説明するための概念図である。車両１は、前後方向（longitudinal direction）に分かれて配置された第１車輪５－１と第２車輪５－２を備えている。前後方向は、車両１の横方向（lateral direction）と直交する平面方向である。以下の説明において、第１方向Ｄ１は、第２車輪５－２から第１車輪５－１に向かう方向である。一方、第２方向Ｄ２は、第１車輪５－１から第２車輪５－２に向かう方向である。

本実施の形態に係る車両１は、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２のそれぞれに対して同様の車両挙動を実現することができるように構成されている。具体的には、操舵装置５１は、第１車輪５－１と第２車輪５－２を独立して転舵することができるように構成されている。駆動装置５２は、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２のそれぞれの駆動力を発生させることができるように構成されている。駆動輪は、第１車輪５－１と第２車輪５－２の一方であってもよいし、第１車輪５－１と第２車輪５－２の両方であってもよい。制動装置５３は、第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２のそれぞれの制動力を発生させることができるように構成されている。

一般的な車両では、前輪と後輪、すなわち、前方向と後方向は予め定義（固定）されている。例えば、第１車輪５－１が前輪であり、第２車輪５－２が後輪であり、第１方向Ｄ１が前方向であり、第２方向Ｄ２が後方向である。

一方、本実施の形態によれば、前輪と後輪、すなわち、前方向と後方向は、予め定義（固定）されず、フレキシブルに変更可能である。そのために、車両走行制御のモードとして、「第１モード」と「第２モード」の２種類が用意されている。

第１モードでは、第１方向Ｄ１が前方向であり、第２方向Ｄ２が後方向である。制御装置１００は、第１方向Ｄ１を前方向として車両走行制御を行う。従って、第１モードでは、第１車輪５－１が前輪に相当し、第２車輪５－２が後輪に相当する。

第２モードでは、第２方向Ｄ２が前方向であり、第１方向Ｄ１が後方向である。制御装置１００は、第２方向Ｄ２を前方向として車両走行制御を行う。従って、第２モードでは、第２車輪５－２が前輪に相当し、第１車輪５－１が後輪に相当する。

例えば、制御装置１００は、運転環境情報ＥＮＶに基づいて、所望の進行方向を前方向として決定する。前方向が第１方向Ｄ１である場合、制御装置１００は、第１モードで車両走行制御を行う。一方、前方向が第２方向Ｄ２である場合、制御装置１００は、第２モードで車両走行制御を行う。制御装置１００は、必要に応じて、車両走行制御のモードを第１モードと第２モードとの間で切り替える切替処理を行う。

一例として、図４に示されるような状況を考える。Ａ地点からＢ地点に移動する際、制御装置１００は、第１モードで車両走行制御を行い、第１方向Ｄ１に車両１を前進させる。Ｂ地点において、制御装置１００は、車両走行制御のモードを第１モードから第２モードに切り替える。Ｂ地点からＣ地点に移動する際、制御装置１００は、第２モードで車両走行制御を行い、第２方向Ｄ２に車両１を前進させる。このように、制御装置１００は、車両１が後退することなく常に前方向に前進するように、車両走行制御を行うことができる。

比較例として、第１車輪５－１が前輪として固定され、第２車輪５－２が後輪として固定されている場合を考える。Ａ地点からＢ地点までの区間、車両１が前方向に前進するように前進制御が行われる。Ｂ地点からＣ地点までの区間、車両１が後方向に後退するように後退制御が行われるかもしれない。しかしながら、後退制御を長時間にわたって継続することは現実的ではない。また、後退制御が長時間にわたって継続すると、車両１の乗員は違和感を感じる。Ｂ地点からＣ地点までの区間においても前進制御を行うためには、車両１を回頭する必要がある。しかしながら、その場合、Ｂ地点からＣ地点まで車両１が移動するために要する移動時間が増加し、移動効率が低下する。

一方、本実施の形態によれば、図４で示されたように、Ｂ地点からＣ地点に移動する際に車両１を回頭する必要がない。前方向（モード）をフレキシブルに切り替えることによって、車両１を効率的に移動させることが可能となる。

１－３．定義の切り替え
上述の通り、車両走行制御において、制御装置１００は、検出パラメータＳＥＮに基づいて制御量ＣＯＮを算出し、制御量ＣＯＮに従って走行装置５０を制御する。車両走行制御のモード（前方向及び後方向）を切り替える際、検出パラメータＳＥＮあるいは制御量ＣＯＮの“定義”も共に切り替える必要がある場合がある。

一例として、車輪速センサ２１について考える。車輪速センサ２１は、各車輪５の回転速度と共に回転方向も検出することができるとする。例えば、車両１が第１方向Ｄ１に移動する場合、回転速度の検出値の符号は「正」であり、車両１が第２方向Ｄ２に移動する場合、回転速度の検出値の符号は「負」である。符号が「正」である場合、制御装置１００は、車両１が前進していると判断し、符号が「負」である場合、制御装置１００は、車両１が後退していると判断する。

上述の図４において、Ｂ地点からＣ地点に車両１が移動する場合、回転速度の検出値の符号は「負」である。負の検出値がそのまま用いられると、制御装置１００は、車両１が後退していると誤って判断してしまう。その結果、制御装置１００は、不必要な制動制御を行い、車両１の移動が停止してしまう。このような誤判断及び誤制御を防止するためには、符号を適切に修正する必要がある。すなわち、検出パラメータＳＥＮの“定義”を適切に切り替える必要がある。

他の例として、車輪５の転舵を制御する操舵制御について考える。制御装置１００は、第１車輪５－１と第２車輪５－２を区別することなく、単純に前輪の目標操舵量を制御量ＣＯＮとして算出するとする。但し、実際の前輪はモードに応じて変わるため、算出した制御量ＣＯＮを適用する対象を適切に切り替える必要がある。具体的には、第１モードでは、制御量ＣＯＮに従って第１車輪５－１を制御し、第２モードでは、制御量ＣＯＮに従って第２車輪５－２を制御する必要がある。このように、制御量ＣＯＮの“定義”を適切に切り替える必要がある。

以下の説明においては、便宜上、走行状態センサ２０によって検出される検出パラメータＳＥＮを、「検出値ＳＥＮ－Ａ」と呼ぶ。制御量ＣＯＮの算出に用いられる検出パラメータＳＥＮを、「入力値ＳＥＮ－Ｂ」と呼ぶ。また、制御装置１００によって算出される制御量ＣＯＮを、「算出制御量ＣＯＮ－Ａ」と呼ぶ。走行装置５０の制御に用いられる制御量ＣＯＮを、「指示制御量ＣＯＮ－Ｂ」と呼ぶ。

検出値ＳＥＮ－Ａと入力値ＳＥＮ－Ｂは、互いに対応付けられる。そのような検出値ＳＥＮ－Ａと入力値ＳＥＮ－Ｂとの間の対応関係が、検出パラメータＳＥＮの“定義”に相当する。また、算出制御量ＣＯＮ－Ａと指示制御量ＣＯＮ－Ｂは、互いに対応付けられる。そのような算出制御量ＣＯＮ－Ａと指示制御量ＣＯＮ－Ｂとの間の対応関係が、制御量ＣＯＮの“定義”に相当する。

１－３－１．検出パラメータの定義の切り替え
図５は、検出パラメータＳＥＮの定義の切り替え例を示している。

一例として、車輪速センサ２１あるいは車速センサ２２によって検出される前後速度について考える。前後速度の検出値ＳＥＮ－Ａの符号は、車両１の進行方向が第１方向Ｄ１か第２方向Ｄ２かによって異なるとする。第１モードにおいて、前後速度の入力値ＳＥＮ－Ｂは、検出値ＳＥＮ－Ａである。一方、第２モードにおいて、前後速度の入力値ＳＥＮ－Ｂは、検出値ＳＥＮ－Ａの－１倍である。言い換えれば、第２モードでは、入力値ＳＥＮ－Ｂと検出値ＳＥＮ－Ａとの間で符号が反転する。このように、前後速度の定義は、第１モードと第２モードとで異なり、モードに応じて切り替えられる。

尚、第１モード用の定義内容と第２モード用の定義内容を入れ替えてもよい。これは、以下の説明においても同様である。いずれにせよ、第１モードと第２モードとで異なる定義が用いられる。

他の例として、車速が正値であることを前提とした車両走行制御について考える。車速は、車輪速センサ２１あるいは車速センサ２２によって検出される。その車速の検出値ＳＥＮ－Ａの符号は、車両１の進行方向が第１方向Ｄ１か第２方向Ｄ２かによって異なるとする。例えば、車両１が第１方向Ｄ１に移動する場合、車速の検出値ＳＥＮ－Ａの符号は正であり、車両１が第２方向Ｄ２に移動する場合、車速の検出値ＳＥＮ－Ａの符号は負である。第１モードにおいて、車速の入力値ＳＥＮ－Ｂは、検出値ＳＥＮ－Ａである。第２モードにおいて、車速の入力値ＳＥＮ－Ｂは、検出値ＳＥＮ－Ａの絶対値である。このように、車速の定義は、第１モードと第２モードとで異なり、モードに応じて切り替えられる。

更に他の例として、加速度センサ２３によって検出される加速度（前後加速度、横加速度）について考える。加速度の検出値ＳＥＮ－Ａの符号は、車両１の加速方向が第３方向か第４方向かによって異なるとする。前後加速度の場合、第３方向は第１方向Ｄ１であり、第４方向は第２方向Ｄ２である。横加速度の場合、第３方向は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２と直交する横方向であり、第４方向は、第３方向と反対の横方向である。第１モードにおいて、加速度の入力値ＳＥＮ－Ｂは、検出値ＳＥＮ－Ａである。一方、第２モードにおいて、加速度の入力値ＳＥＮ－Ｂは、検出値ＳＥＮ－Ａの－１倍である。言い換えれば、第２モードでは、入力値ＳＥＮ－Ｂと検出値ＳＥＮ－Ａとの間で符号が反転する。このように、加速度の定義は、第１モードと第２モードとで異なり、モードに応じて切り替えられる。

１－３－２．操舵制御に関連する定義の切り替え
図６は、操舵制御に関連する定義の切り替え例を示している。制御装置１００は、操舵制御に関連する算出制御量ＣＯＮ－Ａを算出する。算出制御量ＣＯＮ－Ａは、前輪の目標操舵量である前輪操舵量ＳＴＦと、後輪の目標操舵量である後輪操舵量ＳＴＲとを含んでいる。制御装置１００は、前方向を参照して、前輪操舵量ＳＴＦと後輪操舵量ＳＴＲを算出制御量ＣＯＮ－Ａとして算出する。

操舵装置５１の制御に用いられる指示制御量ＣＯＮ－Ｂは、第１車輪５－１の目標操舵量である第１操舵量ＳＴ１と、第２車輪５－２の目標操舵量である第２操舵量ＳＴ２とを含んでいる。第１モードにおいて、第１操舵量ＳＴ１は、前輪操舵量ＳＴＦであり、第２操舵量ＳＴ２は、後輪操舵量ＳＴＲである。一方、第２モードにおいて、第１操舵量ＳＴ１は、後輪操舵量ＳＴＲであり、第２操舵量ＳＴ２は、前輪操舵量ＳＴＦである。このように、制御量ＣＯＮの定義は、第１モードと第２モードとで異なり、モードに応じて切り替えられる。

ここで、制御量ＣＯＮを算出するための演算処理自体は、第１モードと第２モードとで同じであることに留意されたい。モードによらず、制御装置１００は、必要な前輪操舵量ＳＴＦと後輪操舵量ＳＴＲを算出するだけである。制御量ＣＯＮの定義がモードに応じて適切に切り替えられるため、制御量ＣＯＮの演算処理自体はモードに応じて切り替える必要が無いのである。第１モード用の演算処理と第２モード用の演算処理を用意する必要が無いため、演算処理が簡略化される。このことは、演算負荷の軽減及び演算時間の短縮に寄与する。

１－３－３．加減速制御に関連する定義の切り替え
図７は、加減速制御に関連する定義の切り替え例を示している。

一例として、駆動装置５２を制御するための制御量ＣＯＮについて考える。まず、第１車輪５－１と第２車輪５－２の一方が駆動輪である場合を考える。算出制御量ＣＯＮ－Ａは、目標駆動力ＡＣＴを含んでいる。制御装置１００は、車両１を前進させるために必要な目標駆動力ＡＣＴを算出する。駆動装置５２の制御に用いられる指示制御量ＣＯＮ－Ｂは、駆動輪に対する指示駆動力ＡＣを含んでいる。第１モードにおいて、指示駆動力ＡＣは、目標駆動力ＡＣＴである。一方、第２モードにおいて、指示駆動力ＡＣは、目標駆動力ＡＣＴの－１倍である。言い換えれば、第２モードでは、指示制御量ＣＯＮ－Ｂと算出制御量ＣＯＮ－Ａとの間で符号が反転する。

次に、第１車輪５－１と第２車輪５－２の両方が駆動輪である場合を考える。算出制御量ＣＯＮ－Ａは、前輪の目標駆動力である前輪駆動力ＡＣＦと、後輪の目標駆動力である後輪駆動力ＡＣＲとを含んでいる。制御装置１００は、前方向を参照して、前輪駆動力ＡＣＦと後輪駆動力ＡＣＲを算出制御量ＣＯＮ－Ａとして算出する。駆動装置５２の制御に用いられる指示制御量ＣＯＮ－Ｂは、第１車輪５－１の目標駆動力である第１駆動力ＡＣ１と、第２車輪５－２の目標駆動力である第２駆動力ＡＣ２とを含んでいる。第１モードにおいて、第１駆動力ＡＣ１は、前輪駆動力ＡＣＦであり、第２駆動力ＡＣ２は、後輪駆動力ＡＣＲである。一方、第２モードにおいて、第１駆動力ＡＣ１は、後輪駆動力ＡＣＲの－１倍であり、第２駆動力ＡＣ２は、前輪駆動力ＡＣＦの－１倍である。

他の例として、制動装置５３を制御するための制御量ＣＯＮについて考える。算出制御量ＣＯＮ－Ａは、前輪の目標制動力である前輪制動力ＢＲＦと、後輪の目標制動力である後輪制動力ＢＲＲとを含んでいる。制御装置１００は、前方向を参照して、前輪制動力ＢＲＦと後輪制動力ＢＲＲを算出制御量ＣＯＮ－Ａとして算出する。制動装置５３の制御に用いられる指示制御量ＣＯＮ－Ｂは、第１車輪５－１の目標制動力である第１制動力ＢＲ１と、第２車輪５－２の目標制動力である第２制動力ＢＲ２とを含んでいる。第１モードにおいて、第１制動力ＢＲ１は、前輪制動力ＢＲＦであり、第２制動力ＢＲ２は、後輪制動力ＢＲＲである。一方、第２モードにおいて、第１制動力ＢＲ１は、後輪制動力ＢＲＲの－１倍であり、第２制動力ＢＲ２は、前輪制動力ＢＲＦの－１倍である。

制動装置５３のキャリパー等のアクチュエータに対する指示量が、正あるいは負の符号を有する場合も同様である。

このように、制御量ＣＯＮの定義は、第１モードと第２モードとで異なり、モードに応じて切り替えられる。制御量ＣＯＮの定義がモードに応じて適切に切り替えられるため、制御量ＣＯＮの演算処理自体をモードに応じて切り替える必要は無い。第１モード用の演算処理と第２モード用の演算処理を用意する必要が無いため、演算処理が簡略化される。このことは、演算負荷の軽減及び演算時間の短縮に寄与する。

１－４．制御装置による処理
図８は、本実施の形態に係る制御装置１００の機能構成例を示すブロック図である。制御装置１００は、機能ブロックとして、制御量演算部１１０、定義切替部１２０、及びモード判定部１３０を備えている。これら機能ブロックは、制御装置１００のプロセッサ１０１がメモリ１０２に格納された制御プログラムを実行することにより実現される。

制御量演算部１１０は、検出パラメータＳＥＮ及び運転環境情報ＥＮＶに基づいて、車両走行制御のための制御量ＣＯＮを算出する。より詳細には、制御量演算部１１０は、検出パラメータＳＥＮの入力値ＳＥＮ－Ｂに基づいて、算出制御量ＣＯＮ－Ａを算出する。この制御量演算部１１０における演算処理を、第１モードと第２モードとで切り替える必要はない。よって、制御量演算部１１０にかかる演算負荷が軽減され、また、演算時間が短縮される。

定義切替部１２０は、定義情報ＤＥＦを保持している。定義情報ＤＥＦは、検出値ＳＥＮ－Ａと入力値ＳＥＮ－Ｂとの間の対応関係、及び、算出制御量ＣＯＮ－Ａと指示制御量ＣＯＮ－Ｂとの間の対応関係を定義している（図５～図７参照）。このような定義情報ＤＥＦは、予め作成され、制御装置１００のメモリ１０２に格納される。

定義切替部１２０は、走行状態センサ２０から検出値ＳＥＮ－Ａを受け取る。定義切替部１２０は、定義情報ＤＥＦを参照して、検出値ＳＥＮ－Ａに対応付けられた入力値ＳＥＮ－Ｂを取得する。言い換えれば、定義切替部１２０は、検出値ＳＥＮ－Ａを入力値ＳＥＮ－Ｂに変換する。そして、定義切替部１２０は、入力値ＳＥＮ－Ｂを制御量演算部１１０に出力する。

また、定義切替部１２０は、制御量演算部１１０によって算出された算出制御量ＣＯＮ－Ａを受け取る。定義切替部１２０は、定義情報ＤＥＦを参照して、算出制御量ＣＯＮ－Ａに対応付けられた指示制御量ＣＯＮ－Ｂを取得する。言い換えれば、定義切替部１２０は、算出制御量ＣＯＮ－Ａを指示制御量ＣＯＮ－Ｂに変換する。そして、制御装置１００は、指示制御量ＣＯＮ－Ｂに従って走行装置５０を制御する。

更に、定義情報ＤＥＦは、第１モード用の第１定義情報ＤＥＦ１と、第２モード用の第２定義情報ＤＥＦ２を含んでいる。図５～図７で説明されたように、第１定義情報ＤＥＦ１による定義と第２定義情報ＤＥＦ２による定義は異なっている。第１モードでは、定義切替部１２０は、第１定義情報ＤＥＦ１を定義情報ＤＥＦとして用いる。一方、第２モードでは、定義切替部１２０は、第２定義情報ＤＥＦ２を定義情報ＤＥＦとして用いる。つまり、定義切替部１２０は、モードに応じて定義情報ＤＥＦを切り替える切替処理を行う。

モード判定部１３０は、車両走行制御のモードを判定する。例えば、モード判定部１３０は、運転環境情報ＥＮＶに基づいて、所望の進行方向を前方向として決定する。前方向が第１方向Ｄ１である場合、モード判定部１３０は、第１モードを選択する。一方、前方向が第２方向Ｄ２である場合、モード判定部１３０は、第２モードを選択する。つまり、モード判定部１３０は、車両走行制御のモードを第１モードと第２モードとの間で切り替える切替処理を行う。

モード判定部１３０は、選択モードを定義切替部１２０に通知する。定義切替部１２０は、選択モードに対応した定義情報ＤＥＦを用いる。前方向が変わる場合、モード判定部１３０は、選択モードを切り替え、定義切替部１２０は、用いる定義情報ＤＥＦを切り替える。車両走行制御のモードの切り替えは、定義情報ＤＥＦの切り替えであると言うこともできる。

以上に説明されたように、本実施の形態に係る制御装置１００は、第１定義情報ＤＥＦ１と第２定義情報ＤＥＦ２とを保持している。第１モードでは、制御装置１００は、第１定義情報ＤＥＦ１に従って車両走行制御を行う。一方、第２モードでは、制御装置１００は、第２定義情報ＤＥＦ２に従って車両走行制御を行う。これにより、車両走行制御を適切に行うことが可能となる。

１－５．変形例
上述の説明では、検出パラメータＳＥＮ及び制御量ＣＯＮの両方の定義が切り替えられていた。但し、本実施の形態は、それに限定されない。

制御量ＣＯＮの定義の切り替えが不要な車両構成の場合、検出パラメータＳＥＮの定義だけが切り替えられる。その場合、定義情報ＤＥＦは、検出値ＳＥＮ－Ａと入力値ＳＥＮ－Ｂとの間の対応関係を定義する。制御装置１００によって算出される算出制御量ＣＯＮ－Ａは、そのまま指示制御量ＣＯＮ－Ｂとして用いられる。

検出パラメータＳＥＮの定義の切り替えが不要な車両構成の場合、制御量ＣＯＮの定義だけが切り替えられる。その場合、定義情報ＤＥＦは、算出制御量ＣＯＮ－Ａと指示制御量ＣＯＮ－Ｂとの間の対応関係を定義する。検出パラメータＳＥＮの検出値ＳＥＮ－Ａは、そのまま入力値ＳＥＮ－Ｂとして用いられる。

１－６．まとめ
本実施の形態によれば、自動運転システム１０の制御装置１００は、車両走行制御を行う。車両走行制御において、制御装置１００は、検出パラメータＳＥＮに基づいて制御量ＣＯＮを算出し、制御量ＣＯＮに従って走行装置５０を制御する。

車両走行制御のモードは、第１モードと第２モードを含んでいる。第１モードでは、制御装置１００は、第２車輪５－２から第１車輪５－１に向かう第１方向Ｄ１を前方向として車両走行制御を行う。一方、第２モードでは、制御装置１００は、第１車輪５－１から第２車輪５－２に向かう第２方向Ｄ２を前方向として車両走行制御を行う。すなわち、本実施の形態では、前方向及び後方向は固定されておらず、フレキシブルに切り替え可能である。

車両走行制御を適切に行うためには、モード（前方向及び後方向）の切り替えと共に、検出パラメータＳＥＮあるいは制御量ＣＯＮの定義も切り替える必要がある。そのために、制御装置１００は、検出パラメータＳＥＮあるいは制御量ＣＯＮを定義する定義情報ＤＥＦを保持している。定義情報ＤＥＦは、第１モード用の第１定義情報ＤＥＦ１と、第２モード用の第２定義情報ＤＥＦ２を含んでいる。第１モードでは、制御装置１００は、第１定義情報ＤＥＦ１に従って車両走行制御を行う。一方、第２モードでは、制御装置１００は、第２定義情報ＤＥＦ２に従って車両走行制御を行う。このようにして、前方向と後方向をフレキシブルに切り替え、且つ、適切に車両走行制御を行うことが可能となる。

本実施の形態によれば、前方向がフレキシブルに切り替え可能であるため、車両１を効率的に移動させることができる場合がある。例えば、図４で説明されたように、前方向をフレキシブルに切り替えることによって、Ｂ地点からＣ地点に移動する際に車両１を回頭する必要がなくなる。

また、制御装置１００は、車両１が後退することなく常に前方向に前進するように、車両走行制御を行ってもよい。これにより、車両走行制御に必要な処理が簡略化される。

本実施の形態に係る技術は、例えばＭａａＳ（Mobility as a Service）等にも適用され得る。

２．第２の実施の形態
上述の通り、制御装置１００は、車両走行制御のモードを第１モードと第２モードとの間で切り替える「切替処理」を行う。車両１の挙動が大きい最中に切替処理が行われると、車両１の挙動が意図しないものになる可能性がある。また、車両１に対する制御（操作）が大きい最中に切替処理が行われると、車両１の制御が意図しないものになる可能性がある。これらのことは、安定的な車両走行制御の観点から好ましくない。また、意図しない車両１の挙動や制御に対して、車両１の乗員が違和感を覚える。そこで、第２の実施の形態では、制御装置１００は、状況に応じて切替処理を許可／禁止する。

例えば、車両１の挙動の大きさを表す「車両挙動量」を考える。車両挙動量としては、前後速度、前後加速度、横加速度、上下加速度、ヨーレート、ピッチレート、ロールレート、等が例示される。切替許可条件は、車両挙動量が許容範囲内にあることである。言い換えれば、切替許可条件は、車両挙動量が閾値以下であることである。制御装置１００は、検出パラメータＳＥＮに基づいて、切替許可条件が成立するか否かを判定することができる。

他の例として、車両１の制御の大きさを表す「車両制御量」を考える。車両制御量としては、前輪操舵角、前輪操舵角速度、前輪操舵角加速度、後輪操舵角、後輪操舵角速度、後輪操舵角加速度、駆動力、制動力、等が例示される。切替許可条件は、車両制御量が許容範囲内にあることである。言い換えれば、切替許可条件は、車両制御量が閾値以下であることである。制御装置１００は、制御量ＣＯＮに基づいて、切替許可条件が成立するか否かを判定することができる。

切替許可条件は、車両挙動量と車両制御量のそれぞれが閾値以下であることであってもよい。制御装置１００は、検出パラメータＳＥＮ及び制御量ＣＯＮに基づいて、切替許可条件が成立するか否かを判定することができる。

切替許可条件が成立しない場合、制御装置１００は、切替処理を禁止する。一方、切替許可条件が成立する場合、制御装置１００は、切替処理を許可する。切替処理が許可された後、制御装置１００は、切替処理を実行する。

第２の実施の形態によれば、車両挙動量あるいは車両制御量が大きい期間に切替処理が行われることが防止される。これにより、車両１の挙動あるいは制御が意図しないものになることが防止される。その結果、車両走行制御の安定性が確保される。また、車両走行制御に対する違和感が抑制される。

３．第３の実施の形態
第３の実施の形態によれば、制御装置１００は、切替処理の開始後、切替許可条件が成立する状態を第１期間にわたって維持する。例えば、制御装置１００は、制動装置５３を制御して、車両１が停止した状態を第１期間にわたって維持する。第１期間は、一定期間であってもよいし、可変期間であってもよい。切替許可条件が成立する状態を第１期間にわたって維持する制御は、以下「状態維持制御」と呼ばれる。

図９は、状態維持制御を説明するためのタイミングチャートである。横軸は時間を表し、縦軸は車両挙動量あるいは車両制御量を表している。時刻ｔａにおいて、車両挙動量あるいは車両制御量が閾値ＴＨを下回る。これにより、切替許可条件が成立する。その後、時刻ｔｂ～ｔｃの期間、切替処理が行われる。制御装置１００は、時刻ｔｂ～ｔｃの期間、状態維持制御を行い、切替許可条件が成立する状態を維持する。これにより、切替処理を確実に実行することが可能となる。

図１０は、本実施の形態に係る制御装置１００の機能構成例を示すブロック図である。制御装置１００は、主体切替部１４０と状態維持制御部１５０を更に備えている。

主体切替部１４０は、制御量ＣＯＮの算出主体を切り替える。通常、主体切替部１４０は、制御量演算部１１０を制御量ＣＯＮの算出主体として選択する。主体切替部１４０は、モード判定部１３０からモード切替に関する情報を取得する。切替処理の開始から第１期間にわたって、主体切替部１４０は、状態維持制御部１５０を制御量ＣＯＮの算出主体として選択する。

状態維持制御部１５０は、検出パラメータＳＥＮの検出値ＳＥＮ－Ａに基づいて、指示制御量ＣＯＮ－Ｂを算出する。このとき、指示制御量ＣＯＮ－Ｂは、切替許可条件が成立する状態が維持されるように算出される。例えば、状態維持制御部１５０は、車両１が停止し続けるような目標制動力及び目標駆動力を指示制御量ＣＯＮ－Ｂとして算出する。そして、制御装置１００は、状態維持制御部１５０によって算出された指示制御量ＣＯＮ－Ｂに従って走行装置５０を制御する。

第３の実施の形態によれば、切替処理の開始後、切替許可条件が成立する状態が維持される。これにより、切替処理を確実に実行することが可能となる。

１ 車両
５ 車輪
５－１ 第１車輪
５－２ 第２車輪
１０ 自動運転システム
２０ 走行状態センサ
３０ 運転環境取得装置
５０ 走行装置
５１ 操舵装置
５２ 駆動装置
５３ 制動装置
１００ 制御装置
１１０ 制御量演算部
１２０ 定義切替部
１３０ モード判定部
１４０ 主体切替部
１５０ 状態維持制御部
ＣＯＮ 制御量
ＣＯＮ－Ａ 算出制御量
ＣＯＮ－Ｂ 指示制御量
ＤＥＦ１ 第１定義情報
ＤＥＦ２ 第２定義情報
ＥＮＶ 運転環境情報
ＳＥＮ 検出パラメータ
ＳＥＮ－Ａ 検出値
ＳＥＮ－Ｂ 入力値

Claims (11)

1. 車両の自動運転を制御する自動運転システムであって、
   前記車両は、前後方向に分かれて配置された第１車輪と第２車輪を備え、
   第１方向は、前記第２車輪から前記第１車輪に向かう方向であり、
   第２方向は、前記第１車輪から前記第２車輪に向かう方向であり、
   前記自動運転システムは、
   前記車両の走行状態を表すパラメータを検出するセンサと、
   前記車両の操舵及び加減速を行う走行装置と、
   前記パラメータの検出値に対応付けられた入力値に基づいて制御量を算出し、前記制御量に従って前記走行装置を制御する車両走行制御を行う制御装置と
   を備え、
   定義情報は、前記センサによって検出される前記パラメータの前記検出値と前記制御量の算出に用いられる前記入力値との間の対応関係を定義し、
   前記車両走行制御のモードは、
   前記第１方向を前方向として前記車両走行制御を行う第１モードと、
   前記第２方向を前記前方向として前記車両走行制御を行う第２モードと
   を含み、
   前記制御装置は、
   前記第１モード用の前記定義情報である第１定義情報と、前記第２モード用の前記定義情報である第２定義情報とを保持し、前記車両走行制御の前記モードに応じて前記定義情報を切り替える定義切替部と、
   前記入力値に基づいて前記制御量を算出する制御量演算部と
   を含み、
   前記第１モードにおいて、前記定義切替部は、前記第１定義情報に基づいて前記パラメータの前記検出値を前記入力値に変換し、前記入力値を前記制御量演算部に出力し、
   前記第２モードにおいて、前記定義切替部は、前記第２定義情報に基づいて前記パラメータの前記検出値を前記入力値に変換し、前記入力値を前記制御量演算部に出力する
   自動運転システム。
2. 請求項１に記載の自動運転システムであって、
   前記検出値の符号は、前記車両の進行方向が前記第１方向か前記第２方向かによって異なり、
   前記第１モードと前記第２モードの一方において、前記入力値は、前記検出値であり、
   前記第１モードと前記第２モードの他方において、前記入力値は、前記検出値の－１倍である
   自動運転システム。
3. 請求項１又は２に記載の自動運転システムであって、
   前記検出値の符号は、前記車両の加速方向が第３方向か前記第３方向と反対の第４方向かによって異なり、
   前記第１モードと前記第２モードの一方において、前記入力値は、前記検出値であり、
   前記第１モードと前記第２モードの他方において、前記入力値は、前記検出値の－１倍である
   自動運転システム。
4. 車両の自動運転を制御する自動運転システムであって、
   前記車両は、前後方向に分かれて配置された第１車輪と第２車輪を備え、
   第１方向は、前記第２車輪から前記第１車輪に向かう方向であり、
   第２方向は、前記第１車輪から前記第２車輪に向かう方向であり、
   前記自動運転システムは、
   前記車両の走行状態を表すパラメータを検出するセンサと、
   前記車両の操舵及び加減速を行う走行装置と、
   前記パラメータの検出値に対応付けられた入力値に基づいて制御量を算出し、前記算出された制御量に対応付けられた指示制御量に従って前記走行装置を制御する車両走行制御を行う制御装置と
   を備え、
   定義情報は、前記センサによって検出される前記パラメータの前記検出値と前記制御量の算出に用いられる前記入力値との間の対応関係、及び、前記算出された制御量と前記走行装置の制御に用いられる前記指示制御量との間の対応関係を定義し、
   前記車両走行制御のモードは、
   前記第１方向を前方向として前記車両走行制御を行う第１モードと、
   前記第２方向を前記前方向として前記車両走行制御を行う第２モードと
   を含み、
   前記制御装置は、
   前記第１モード用の前記定義情報である第１定義情報と、前記第２モード用の前記定義情報である第２定義情報とを保持し、前記車両走行制御の前記モードに応じて前記定義情報を切り替える定義切替部と、
   前記入力値に基づいて前記制御量を算出する制御量演算部と
   を含み、
   前記第１モードにおいて、前記定義切替部は、前記パラメータの前記検出値を前記第１定義情報に基づいて前記入力値に変換し、前記入力値を前記制御量演算部に出力し、また、前記制御量演算部によって算出された前記制御量を前記第１定義情報に基づいて前記指示制御量に変換し、
   前記第２モードにおいて、前記定義切替部は、前記パラメータの前記検出値を前記第２定義情報に基づいて前記入力値に変換し、前記入力値を前記制御量演算部に出力し、また、前記制御量演算部によって算出された前記制御量を前記第２定義情報に基づいて前記指示制御量に変換する
   自動運転システム。
5. 請求項４に記載の自動運転システムであって、
   前記走行装置は、前記第１車輪及び前記第２車輪を独立して転舵する操舵装置を含み、
   前記指示制御量は、前記第１車輪の第１操舵量と、前記第２車輪の第２操舵量とを含み、
   前記制御装置は、前輪操舵量と後輪操舵量を前記制御量として算出し、
   前記第１モードと前記第２モードの一方において、前記第１操舵量は、前記前輪操舵量であり、前記第２操舵量は、前記後輪操舵量であり、
   前記第１モードと前記第２モードの他方において、前記第１操舵量は、前記後輪操舵量であり、前記第２操舵量は、前記前輪操舵量である
   自動運転システム。
6. 請求項４又は５に記載の自動運転システムであって、
   前記走行装置は、前記第１方向と前記第２方向のそれぞれの駆動力を発生させる駆動装置を含み、
   前記指示制御量は、前記第１車輪及び前記第２車輪の一方である駆動輪に対する指示駆動力を含み、
   前記制御装置は、目標駆動力を前記制御量として算出し、
   前記第１モードと前記第２モードの一方において、前記指示駆動力は、前記目標駆動力であり、
   前記第１モードと前記第２モードの他方において、前記指示駆動力は、前記目標駆動力の－１倍である
   自動運転システム。
7. 請求項４又は５に記載の自動運転システムであって、
   前記走行装置は、前記第１方向と前記第２方向のそれぞれの駆動力を発生させる駆動装置を含み、
   前記指示制御量は、前記第１車輪の第１駆動力と、前記第２車輪の第２駆動力とを含み、
   前記制御装置は、前輪駆動力と後輪駆動力を前記制御量として算出し、
   前記第１モードと前記第２モードの一方において、前記第１駆動力は、前記前輪駆動力であり、前記第２駆動力は、前記後輪駆動力であり、
   前記第１モードと前記第２モードの他方において、前記第１駆動力は、前記後輪駆動力の－１倍であり、前記第２駆動力は、前記前輪駆動力の－１倍である
   自動運転システム。
8. 請求項４乃至７のいずれか一項に記載の自動運転システムであって、
   前記走行装置は、前記第１方向と前記第２方向のそれぞれの制動力を発生させる制動装置を含み、
   前記指示制御量は、前記第１車輪の第１制動力と、前記第２車輪の第２制動力とを含み、
   前記制御装置は、前輪制動力と後輪制動力を前記制御量として算出し、
   前記第１モードと前記第２モードの一方において、前記第１制動力は、前記前輪制動力であり、前記第２制動力は、前記後輪制動力であり、
   前記第１モードと前記第２モードの他方において、前記第１制動力は、前記後輪制動力の－１倍であり、前記第２制動力は、前記前輪制動力の－１倍である
   自動運転システム。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の自動運転システムであって、
   前記制御装置は、前記モードを前記第１モードと前記第２モードとの間で切り替える切替処理を行い、
   切替許可条件は、前記車両の挙動の大きさを表す車両挙動量及び前記車両の制御の大きさを表す車両制御量のうち少なくとも一方が閾値以下であることであり、
   前記制御装置は、
   前記パラメータ及び前記制御量の少なくとも１つに基づいて、前記切替許可条件が成立するか否かを判定し、
   前記切替許可条件が成立する場合、前記切替処理を許可し、
   前記切替許可条件が成立しない場合、前記切替処理を禁止する
   自動運転システム。
10. 請求項９に記載の自動運転システムであって、
    前記制御装置は、前記切替処理の開始後、前記切替許可条件が成立する状態を第１期間にわたって維持する状態維持制御を行う
    自動運転システム。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の自動運転システムであって、
    前記制御装置は、前記車両が後退することなく前記前方向に前進するように前記車両走行制御を行う
    自動運転システム。

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