JP7233212B2 - 車両制御システム、及び車両制御方法 - Google Patents
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Description
<車両システムの構成>
図2は本実施例の車両制御装置を有する車両システムの概要である。201は自動車など内部に車両制御装置を有する車両システム、202は車両を制御するための自動運転ECU(Electronic control unit)(車両制御装置)、203は地図などの情報を取得する無線通信部、204は車両制御装置202の制御に従って車両運動を制御する、たとえばエンジン、ホイール、ブレーキ、操舵装置等の駆動を行う駆動装置(アクチュエータ)、205は外界から入力される情報を取得し、外界認識情報を生成するための情報を出力するカメラやセンサーなどの認識装置、206は車両の速度や警告など必要情報を表示する出力装置、207はペダル、ハンドルなど車両操作の指示を入力するための入力装置、208は車両システム201が外界に対して、車両の状態等を通知するための、ランプ、LED、スピーカ等の通知装置、を示している。
様々な自動車の自動運転技術が実現されつつある。多くの自動運転技術はコンピュータによる制御装置により実現されている。図3は自動運転ECU202のブロック図である。アプリケーション311としてセンサーデバイス等の周辺装置から外部情報を処理するセンサーフュージョン321、自動運転のための地図情報を処理するマップフュージョン322、他の車両などに追突しそうになる直前に自動ブレーキを作動させて停止させたり前を走る車両と一定の間隔を保ったまま追従したり車線からはみ出さないようにステアリングを制御するといった機能を実現するADAS(Advanced Driving Assistant System)323、自動駐車を実現するオートパーキング324、自動運転のための経路を生成する経路計画325などがある。またアプリケーションで利用されるデータは共有データ管理部312により処理・管理が一元化されている。これにより各アプリケーションでのデータ管理機能を省くことができ自動運転での自動車の制御に求められる高速な応答を実現している。
<モデル予測制御>
モデル予測制御とは制御対象の挙動モデルを使用した制御方法である。制御する車両の挙動をモデル化して保持しておき、モデルを用いて各アクチュエータの動作に対する車両の挙動を予測する。これにより、運転計画を実現するための最適な動作指令値を探索する。
自車モデルの例について図9を用いて説明する。図9において、x,yは車両の座標、φは車両の向き、vは車両速度、θは角速度、v′はvをθで屈折させた際の進行ベクトルである。車体全長をL、1stepの間隔をΔt、step数をt、車両加速度をaとしたとき、1step後の車両位置、向きおよび速度は次式よりあらわされる。
xt+1 = xt + vtΔt cosθsinφ - vtΔt sinθsin(φ+90°) - (1/2)aΔt2 cosθsinφ - (1/2)aΔt2 sinθsin(φ+90°) - (vt 2/L)Δt sinθsin(φ+90°) - (a2/2l)Δt2 sinθsin(φ+90°) (1)
yt+1 = yt + vtΔt cosθcosφ - vtΔt sinθcos(φ+90°) - (1/2)aΔt2 cosθcosφ - (1/2)aΔt2 sinθcos(φ+90°) - (vt 2/L)Δt sinθcos(φ+90°) - (a2/2l)Δt2 sinθcos(φ+90°) (2)
vt+1 = vt + aΔt (3)
φt+1 = φt + (vt/L)Δt sinθ + (a/L)Δt2 sinθcosφ (4)
アクチュエータ故障時のフェールオペレーショナルを実現する車両制御システムの構成例について図1を用いて説明する。自動運転ECU202にてモデル予測により生成した動作指令値をVMC(Vehicle Motion Controller)102が取得し、各アクチュエータを制御する制御指令値へと変換する。制御指令値を各アクチュエータのアクチュエータECU(104~106)が受信し、各アクチュエータ(111~114、121~124、131)を制御する。
VMC102の動作フロー例を図5を用いて説明する。VMC102は自動運転ECU
202から受信した動作指令をチェックし、動作指令が有効な信号か、現在のアクチュエータ等の車両状態で実行可能な指令であることをチェックする(S501)。その後、動作指令を満たすように各アクチュエータ(111~114、121~124、131)の制御指令を生成する(S502)。生成した制御指令は各アクチュエータECU(104~106)へ送信される(S503)。各アクチュエータECU(104~106)は制御指令に基づいて各アクチュエータ(111~114、121~124、131)を制御する。
アクチュエータ(111~114、121~124、131)に故障が生じた場合、故障通知装置101は故障状態を自動運転ECU202へ通知する。図6は故障通知装置101の動作フロー例である。故障通知装置101はアクチュエータの状態を監視するセンサからの情報を取得し(S601)、故障か否かの判断を行う(S602)。アクチュエータ(111~114、121~124、131)のいずれかに故障がある場合(S602のYes)、故障情報を自動運転ECUに通知する(S603)。故障が無い場合は(S602のNo)、システム終了まで監視を継続する(S604のNo)。
モデル予測制御に用いるモデル管理部314の動作フロー例について図7を用いて説明する。モデル管理部314はまず車両情報を取得し(S701)、アクチュエータ(111~114、121~124、131)に故障があるか否かを判断する(S702)。故障が無い場合(S702のNo)、自動運転ECU202が生成した動作指令候補を使用した場合の車両挙動を自車モデルにより予測する(S705)。予測した車両挙動は自動運転ECU202に送信される(S706)。アクチュエータ(111~114、121~124、131)に故障がある場合(S702のYes)、自車モデルを故障に合わせて更新する。自車モデルの更新は、故障したアクチュエータの出力をゼロに固定するよう更新する。その後、更新したモデルに合わせて、故障したアクチュエータにシャットダウン指令を送信する(S703)。また、モデル更新および故障アクチュエータへの指令は、アクチュエータが固着など故障状況に合わせて、最大値固定や段階的に固定値を設定するなど変えてもよい。また、故障したアクチュエータの操作量を他のアクチュエータで代替可能である場合には、故障したアクチュエータの指令値を固定値としつつ、他のアクチュエータで代替するようにモデルを更新して動作を継続してもよい。
以上説明した実施例によれば、モデル予測制御を用いる自動運転システムにおいて、故障発生による自車の挙動と自車挙動モデルとの間にかい離が発生した際に、実車両への指令値固定化とそれを踏まえた自車モデル更新を行うことにより、複雑な演算を必要とせずにアクチュエータ故障時の実車両と自車モデルのシステム同定を簡易化することが可能となる。そのため、本実施例によれば、低価なECU上でも故障発生による自車の実挙動と自車の挙動モデルとの整合を取ることができ、モデル更新による走行の継続を可能とする。
<自車モデルパターン化>
本発明にかかる第2の実施例について図8を用いて説明する。実施例1と同様の構成については説明を省略する。本実施例では、故障時の自車モデル更新パターンを事前保持する例を示す。各アクチュエータの故障ケースを想定し、自車モデルの更新パターン候補を事前に作成、保持しておく。アクチュエータに故障が発生した場合、モデル管理部314は、遷移可能かつ一番近い更新パターンを選択し、自車モデルを更新する。指令値固定化装置103は、更新した自車モデルに合わせてアクチュエータへの指令を上書きする。
以上説明した実施例によれば、自車モデル更新パターンを事前に用意しておくことにより、アクチュエータ故障時の自車モデル候補の判断を簡易化し、システム同定の負荷を軽減可能となる。
<制御指令値使用モデル予測制御>
本発明にかかる第3の実施例について説明する。本実施例では、モデル予測制御の指令値候補に制御指令値を用いる例を説明する。自車モデルには車両動作およびアクチュエータ性能を用いる。前述した式(1)~(4)に加え、加速度aおよび角速度θをアクチュエータ操作量から求める。パワートレインの各車輪の操作量がPfr,Pfl,Prr,Prl、ブレーキの各車輪の操作量がBfr,Bfl,Brr,Brl、ステアリングの操作量をSとしたとき、加速度aおよび角速度θは次式よりあらわされる。
a = ( Pfr - Bfr ) + ( Pfl - Bfl ) + ( Prr - Brr ) + ( Prl - Brl ) (5)
θ = S + ( ( Pfr - Bfr ) - ( Pfl - Bfl ) + ( Prr - Brr ) - ( Prl - Brl ) )(6)
自動運転ECU202は各アクチュエータの制御指令値候補を生成し、自車モデルを用いて車両挙動を予測する。VMC102は決定した制御指令値を取得し、各アクチュエータ(111~114、121~124、131)が使用可能な指令値か否かを確認、各アクチュエータECU(104~106)へ送信する。
以上説明した実施例によれば、アクチュエータ制御指令値をモデル予測制御の探索対象とすることで、より安定した走行の継続を可能とする。
102 VMC
103 指令値固定化装置
104 ブレーキECU
105 パワートレインECU
106 ステアECU
111 右前ブレーキ
112 左前ブレーキ
113 右後ろブレーキ
114 左後ろブレーキ
121 右前パワートレイン
122 左前パワートレイン
123 右後ろパワートレイン
124 左後ろパワートレイン
131 ステアリング
201 車両システム
202 自動運転ECU
203 無線通信部
204 駆動装置
205 認識装置
206 出力装置
207 入力装置
301 ソフトウェア
302 ハードウェア
311 アプリケーション部
312 共有データ管理部
313 指令値生成部
314 モデル管理部
315 評価部
316 OS
321 センサーフュージョン
322 マップフュージョン
323 ADAS
324 オートパーキング
325 経路計画
331 CPU
332 メモリ
333 タイマ
334 ネットワークアダプタ
335 周辺装置
Claims (16)
- 自車の挙動モデルに基づき自車挙動を計画する自動運転制御装置と、
当該自動運転制御装置により計画される自車挙動に基づき、自車の有する各アクチュエータの駆動方法を決定するアクチュエータ制御装置群およびアクチュエータ群と、を備える車両制御システムにおいて、
前記アクチュエータ制御装置群および/またはアクチュエータ群の一部に故障が検出された場合に、前記故障が検出された箇所からの故障情報に基づき、自車の前記挙動モデルの故障個所を最大値に固定することにより自車の前記挙動モデルを固定値に更新するステップと、
前記故障が検出された箇所が前記固定値に対応する状態となる指令値を送信するステップと、を備えることを特徴とする車両制御システム。 - 前記アクチュエータ制御装置によって制御される減速装置を有することを特徴とする請求項1に記載の車両制御システム。
- 前記アクチュエータ制御装置によって制御される舵角制御装置を有することを特徴とする請求項1または2に記載の車両制御システム。
- 前記アクチュエータ制御装置によって制御される駆動装置を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の車両制御システム。
- 前記挙動モデルの更新パターンを保有するモデルパターン管理部を有することを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の車両制御システム。
- 各アクチュエータが存在しない場合および固定した場合の挙動モデルを生成し、前記挙動モデルの更新パターンとして保有することを特徴とする請求項5に記載の車両制御システム。
- 前記更新した挙動モデルに基づいて車両挙動の予測を行い、各アクチュエータへの指令値を決定することを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の車両制御システム。
- 前記アクチュエータの故障時に故障個所および状態を検知する故障検知部を有することを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の車両制御システム。
- 前記アクチュエータの故障時に故障状態を前記アクチュエータ制御装置群および自動運転制御装置へ通知する故障通知部を有することを特徴とする請求項8に記載の車両制御システム。
- 前記故障が検出されたアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置へ、アクチュエータを休止状態へ移行する指示を送信することを特徴とする請求項1乃至9の何れかに記載の車両制御システム。
- 前記故障が検出されたアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置へ、アクチュエータの状態を初期値へ固定する指示を送信することを特徴とする請求項1乃至10の何れかに記載の車両制御システム。
- 前記故障が検出されたアクチュエータ制御装置へ、アクチュエータの状態を固定する指示を送信することを特徴とする請求項1乃至11の何れかに記載の車両制御システム。
- 前記故障が検出されたアクチュエータを休止状態へ移行することを特徴とする請求項1
から請求項12の何れかに記載の車両制御システム。 - 前記故障が検出された際にサービス工場および/またはドライバへ故障を通知することを特徴とする請求項1乃至13の何れかに記載の車両制御システム。
- 前記故障が検出されたアクチュエータの操作量を他のアクチュエータで代替することを特徴とする請求項1乃至14の何れかに記載の車両制御システム。
- 車両制御システムが自車の挙動モデルに基づき自車挙動を計画する車両制御方法であって、
前記車両制御システムは、自動運転制御装置により計画される自車挙動に基づき、自車の有する各アクチュエータの駆動方法を決定するアクチュエータ制御装置群およびアクチュエータ群と、を有し、
前記車両制御方法は、
前記アクチュエータ制御装置群および/またはアクチュエータ群の一部に故障が検出された場合に、前記故障が検出された箇所からの故障情報に基づき、自車の前記挙動モデルの故障個所を最大値に固定することにより自車の前記挙動モデルを固定値に更新するステップと、
前記故障が検出された箇所が前記固定値に対応する状態となる指令値を送信するステップと、を備えることを特徴とする車両制御方法。
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