JP7372750B2 - 車両の制御装置、車両の制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御装置、車両の制御方法及びプログラムに関する。

従来、例えば下記の特許文献１には、自動運転の継続が困難と判断した際に、運転者の覚醒状態を把握して、マニュアル運転能力があるときには、自動運転からマニュアル運転へ移行し、マニュアル運転能力がない場合には、緊急退避することが記載されている。

特開２０１６－１１５３５６号公報

車両の自動運転は、様々なセンサ情報に基づいて行われる。例えば、有効なセンサ情報を取得できない事態が生じた場合、自動運転から手動運転に切り換えることが想定される。しかし、自動運転から手動運転に切り換える際に、運転者が急なアクセル、ブレーキ、ハンドル操作などをした場合に、車両の挙動が不安定になることが想定される。上記特許文献１に記載された技術は、手動運転への切り換え時に車両挙動が乱れることについて何ら考慮していなかった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、自動運転から手動運転への切り換え時に、車両挙動を安定させることが可能な、新規かつ改良された車両の制御装置、車両の制御方法及びプログラムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、車両が走行する路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定部と、自動運転を行っている場合に、自動運転の継続可否を判断する自動運転可否判断部と、前記自動運転可否判断部が自動運転を継続できないと判断した場合に、推定した前記摩擦係数から定まる制限値に基づいて手動運転における車両の駆動力を制限する車両制御部と、を備え、前記車両制御部は、前記駆動力を制限した後、所定時間をかけて前記制限を解除する、車両の制御装置が提供される。

前記摩擦係数推定部は、上限値と下限値で定まる前記摩擦係数を推定し、前記車両制御部は、前記摩擦係数の前記下限値から定まる前記制限値に基づいて前記駆動力を制限するものであっても良い。

また、前記車両制御部は、前記駆動力を制限した後、所定時間をかけて前記下限値から定まる前記制限値を前記上限値から定まる前記制限値まで上昇させるものであっても良い。また、前記車両制御部は、前記駆動力を制限した後、所定の上昇速度で、前記下限値から定まる前記制限値を前記上限値から定まる前記制限値まで上昇させるものであっても良い。

また、前記車両制御部は、前輪と後輪の前記駆動力を共に制限するものであっても良い。

また、前記自動運転を継続できないと判断された場合に、手動運転へ切り換える運転切換部を備えるものであっても良い。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、車両の制御装置が、前記車両が走行する路面の摩擦係数を推定するステップと、前記制御装置が、前記車両の自動運転を行っている場合に、前記自動運転の継続可否を判断するステップと、前記制御装置が、前記自動運転を継続できないと判断した場合に、推定した前記摩擦係数から定まる制限値に基づいて手動運転における車両の駆動力を制限するステップと、前記制御装置が、前記駆動力を制限した後、所定時間をかけて前記制限を解除するステップと、を含む、車両の制御方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、車両が走行する路面の摩擦係数を推定する手段、自動運転を行っている場合に、自動運転の継続可否を判断する手段、前記自動運転を継続できないと判断した場合に、推定した前記摩擦係数から定まる制限値に基づいて手動運転における車両の駆動力を制限する手段、前記駆動力を制限した後、所定時間をかけて前記制限を解除する手段、としてコンピュータを機能させるためのプログラムが提供される。

本発明によれば、自動運転から手動運転への切り換え時に、車両挙動を安定させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る車両システム１０００の構成を示す模式図である。 路面摩擦係数算出部が路面状態を判定する際に使用するマップを示す模式図である。 図３Ａのマップ３次元マップを２次元マップに分解して示す模式図である。 図３Ａのマップ３次元マップを２次元マップに分解して示す模式図である。 図３Ａのマップ３次元マップを２次元マップに分解して示す模式図である。 図３Ａのマップ３次元マップを２次元マップに分解して示す模式図である。 路面状態と摩擦係数の関係を予め規定したデータベースの例を示す模式図である。 本実施形態の車両システム１０００で行われる処理を示すフローチャートである。 図４のステップＳ２２において、路面状況に応じた駆動力を説明するための模式図である。 手動運転に切り換える際に、駆動力が制限される様子を示すタイミングチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

先ず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る車両システム１０００の構成について説明する。この車両システム１０００は、自動車などの車両に搭載される。本実施形態において、車両システム１０００が搭載される車両は、自動運転と手動運転が可能な車両である。図１に示すように、本実施形態に係る車両システム１０００は、第１のセンサ１５０、第２のセンサ１６０、車速センサ１７０、制御装置２００、車両制駆動装置３００、操舵装置４００、情報提示装置５００、を有して構成されている。

制御装置２００は、車両システム１０００の全体を制御する。制御装置２００は、路面摩擦係数算出部（路面摩擦係数推定部）２１０、自動運転可否判断部２２０、車両制御部２３０、制限値算出部２４０、情報提示処理部２５０、運転切換部２６０、を有している。なお、図１に示す制御装置２００の構成要素は、回路（ハードウェア）、またはＣＰＵなどの中央演算処理装置とこれを機能させるためのプログラム（ソフトウェア）から構成することができる。

第１のセンサ１５０は、車両前方を撮像するカメラ、温度センサ（外気温センサ、路面温度センサ）、近赤外線センサ、ミリ波レーダ、レーザレーダ（ＬｉＤＡＲ）、レーザ光センサ（ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサ）等の非接触式センサ（環境認識センサ）を備えるハイブリッドタイプのセンサであり、車両前方の画像、温度、路面状態等の環境情報を検出する。なお、第１のセンサ１５０による路面状態の判別の際に、例えば特開２００６－４６９３６号公報に記載されている方法を採用しても良い。

第２のセンサ１６０は、車両が自動運転を行う際に利用されるセンサであり、位置センサ（ＧＰＳ）、車両前方を撮像するカメラ、ミリ波レーダ、レーザレーダ等を含む。なお、第１のセンサ１５０と第２のセンサ１６０の一部または全部は共通に構成されていても良い。

制御装置２００の路面摩擦係数算出部２１０は、第１のセンサ１５０により車両前方の画像、温度等が検出されると、これに基づいて路面の摩擦係数をリアルタイムに算出する。

具体的に、路面摩擦係数算出部２１０は、第１のセンサ１５０のカメラの画像から車両前方の路面の色、路面粗さ等を取得する。また、路面摩擦係数算出部２１０は、第１のセンサ１５０の非接触式温度計から、外気温、路面温度を取得する。

また、路面摩擦係数算出部２１０は、第１のセンサ１５０の近赤外線センサの検出値から、路面の水分量を取得する。近赤外線を路面に照射した際に、路面に水分が多いと近赤外線の反射量が少なくなり、路面に水分が少ないと近赤外線の反射量が多くなる。従って、路面摩擦係数算出部２１０は、近赤外線センサの検出値に基づいて、路面の水分量を取得することができる。

また、路面摩擦係数算出部２１０は、第１のセンサ１５０のレーザ光センサから、路面の粗さを取得する。より詳細には、レーザ光を照射してからその反射光が検出されるまでの時間に基づいて、車両前方の路面の粗さ（凹凸）を取得することができる。なお、路面摩擦係数算出部２１０は、車両速度に基づいて、車両走行に伴う路面の移動分を考慮して、車両前方の領域の路面の粗さを取得する。

路面摩擦係数算出部２１０は、第１のセンサ１５０から取得したこれらの情報から、路面状態がドライ（Ｄ）、ウェット（Ｗ）、雪（Ｓ）、氷（Ｉ）であるかを判定する。図２Ａは、路面摩擦係数算出部２１０が路面状態を判定する際に使用するマップを示す模式図である。図２Ａに示すマップは、路面温度、路面凹凸、及び路面の水分量のそれぞれを正規化した値をパラメータとする、３次元マップとされている。図２Ｂ～図２Ｅは、図２Ａのマップ３次元マップを２次元マップに分解して示す模式図である。図２Ｂは、路面温度（Ｚ軸）、路面凹凸（Ｘ軸）、及び路面の水分量（Ｙ軸）の座標系を、図２Ｃは図２Ｂの（１）面の２次元マップを、図２Ｄは図２Ｂの（２）面の２次元マップを、図２Ｅは図２Ｂの（３）面の２次元マップを、それぞれ示している。路面摩擦係数算出部２１０は、第１のセンサ１５０による検出値から取得した路面温度、路面凹凸、路面水分量を図２Ａのマップに当てはめて、路面状態を判定する。

そして、路面摩擦係数算出部２１０は、図２Ａのマップから判定した路面状態を、路面状態と路面摩擦係数の関係を予め規定したデータベースに反映させることで、路面摩擦係数μＮを算出する。図３は、路面状態と摩擦係数の関係を予め規定したデータベースの例を示す模式図である。図３に示すデータベースでは、縦方向では、路面状況である「アスファルト」、「コンクリート」、「砂利」、「氷」、「雪」に応じた摩擦係数が示されている。また、横方向では、路面状況として、乾（ドライ（Ｄ））、濡（ウェット（Ｗ））に応じた摩擦係数が示されている。

路面摩擦係数算出部２１０は、図２Ａのマップから判定した路面状態を図３のデータベースに当てはめ、路面摩擦係数μ_Ｎを算出する。この際、「アスファルト」、「コンクリート」、「砂利」の判定については、第１のセンサ１５０のカメラから取得した路面の画像と、予め取得しておいた「アスファルト」、「コンクリート」、「砂利」の各画像との類似度を判定した結果から、車両前方の路面が「アスファルト」、「コンクリート」、「砂利」のいずれであるかを判定する。

更に、路面摩擦係数算出部２１０は、車両前方の路面が「アスファルト」であると判定した場合に、第１のセンサ１５０のカメラから取得した路面の画像と、予め取得しておいた「新舗装」、「普通舗装」、「舗装摩減」、「タール過剰」の各画像との類似度を判定した結果から、車両前方の路面が「アスファルト」であり、「新舗装」、「普通舗装」、「舗装摩減」、「タール過剰」ののいずれであるかを判定する。路面摩擦係数算出部２１０は、車両前方の路面が「コンクリート」、「砂利」であると判定した場合も同様に、更に細分化した判定を行うことができる。

以上により、路面摩擦係数算出部２１０は、路面状況と車両速度に基づいて、図３のデータベースから、車両前方の路面摩擦係数μｆを算出する。例えば、第１のセンサ１５０のカメラの画像から、路面が「アスファルト」の「新舗装」であることが判定され、車速センサ１７０から検出される車両速度が４０ｋｍ／ｈであり、図２Ａのマップから路面状況が乾（ドライ（Ｄ））と判定された場合、路面摩擦係数μｆの値は０．８２～１．０２として算出される。

自動運転可否判断部２２０は、第２のセンサ１６０から取得した情報に基づいて、自動運転の可否を判断する。自動運転可否判断部２２０は、第２のセンサ１６０による適切なセンサ情報の収集ができない場合に、自動運転が不可であると判断する。具体的に、例えば、位置センサ（ＧＰＳ）は、ビルの近辺、トンネル内などでは利用することができず、このような場合に、自動運転可否判断部２２０は、自動運転が不可であると判断する。また、例えば、第２のセンサ１６０を構成するカメラが、夜間や逆光など光源が不適切なシーン、濃霧、豪雨、豪雪、濃霧などの悪天候のシーンを撮影する場合に、適切な画像が撮影できないことから、自動運転が不可であると判断する。

また、第２のセンサ１６０を構成するミリ波レーダについては、検出の際の空間分解能が他のセンサに比べて劣り、例えば段ボール箱や発泡スチロールなど電波の反射率の低い物体を検出した場合などは物体の識別は困難であるため、自動運転が不可であると判断する。

また、第２のセンサ１６０を構成するレーザレーダについては、赤外光を用いるため、豪雨、豪雪、濃霧などの悪天候時に検出性能が低下する。このような場合、自動運転可否判断部２２０は、自動運転が不可であると判断する。

また、自動運転可否判断部２２０は、上記のような条件の組み合わせにより、センサが精度良く機能しないと判断した場合に、自動運転が不可であると判断しても良い。

また、自動運転可否判断部２２０は、第２のセンサ１６０の基幹部品の破損、故障など、センサ失陥時に、自動運転が不可であると判断する。

運転切換部２６０は、自動運転が不可と判断された場合に、自動運転から手動運転へ運転モードを切り換える。車両制御部２３０は、車両制駆動装置３００を制御する。特に、車両制御部２３０は、自動運転が不可と判断された場合に、車両制駆動装置３００を制御して、手動運転時の車両の駆動力を制限する。制限値算出部２４０は、自動運転が不可と判断された場合に、車両の駆動力を制限するための駆動力制限値を算出する。情報提示処理部２５０は、自動運転が不可と判断された場合に、情報提示装置５００を制御して、手動運転へ切り換える旨の情報提示を車両の乗員に対して行う。

車両制駆動装置３００は、車両を制駆動する装置である。具体的には、車両制御装置３００は、車両の車輪を駆動するとともに回生により発電するモータ、エンジン（内燃機関）、摩擦ブレーキ等の装置である。操舵装置４００は、操舵により主に車両の前輪を転舵する装置である。操舵装置４００はアクチュエータの駆動力により、前輪を転舵することができる。操舵装置４００は、後輪を転舵するものであっても良い。

情報提示装置５００は、車内に設置されたディスプレイ、スピーカ等から構成され、情報提示処理部２５０の指示に基づき、自動運転から手動運転へ切り換える旨の情報提示を車両の乗員に対して行う。

次に、図４のフローチャートに基づいて、本実施形態の車両システム１０００で行われる処理について説明する。先ず、ステップＳ１０では、車両システム１０００を搭載した車両が自動運転を行う。自動運転は、第２のセンサ１６０が検出した情報に基づいて、車両制御部２３０が車両制駆動装置３００、操舵装置４００を制御することによって行われる。

次のステップＳ１２では、第１のセンサ１５０が、路面状態を把握するため、路面摩擦係数を算出するための環境情報を検出する。次のステップＳ１４では、路面摩擦係数算出部２１０が、第１のセンサ１５０が検出した情報に基づいて、現在走行中の路面の路面摩擦係数を算出する。

次のステップＳ１６では、自動運転可否判断部２２０が、第２のセンサ１６０が検出した情報に基づいて、自動運転を継続できるかを示す情報を収集する。次のステップＳ１８では、自動運転可否判断部２２０が、ステップＳ１６で収集した情報に基づいて、自動運転を継続可能か否か判断する。

ステップＳ１８で自動運転を継続可能と判断した場合は、ステップＳ１０に戻る。一方、ステップＳ１８で自動運転を継続できないと判断した場合は、ステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０では、手動運転（非自動運転）に切り換える旨の警告を車両の乗員に報知する。警告は、情報提示処理部２５０が情報提示装置５００へ指令を出すことによって行われる。

ステップＳ２０の後はステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では、制限値算出部２４０が、路面状況に応じて車両の駆動力の制限値を算出する。次のステップＳ２４では、自動運転から手動運転への切り換えを行い、ステップＳ２２で算出した制限値に基づき、手動運転を行う。

ステップＳ２４では、手動運転により車両の乗員（ドライバ）がアクセル操作を行い、車両制駆動装置３００が駆動力を制限する。この際、アクセル操作により指示された車両の駆動力が、ステップＳ２２で算出された制限値を超える場合は、車両の駆動力は制限値を上限として制限される。

図５は、図４のステップＳ２２で算出された制限値に基づき、路面状況に応じて設定された駆動力を説明するための模式図である。図５では、車両のフロント（前輪）とリア（後輪）のそれぞれの駆動力を摩擦円で示している。図５中に破線で示す摩擦円は、図４のステップＳ１８で自動運転を継続できないと判断された時点での駆動力（自動運転時の駆動力）を示している。一方、図５中に一点鎖線で示す摩擦円は、図４のステップＳ２４において、路面状況に応じて算出された制限値により制限された手動運転時の駆動力を示している。

路面摩擦係数算出部２１０による演算では、図３に基づき、路面摩擦係数μＮの上限値と下限値が算出される。図４のステップＳ２２では、安全を見込んで、路面摩擦係数の下限値（最小摩擦係数）を用いて駆動力の制限値を算出する。具体的に、図５中に一点鎖線で示す駆動力の半径は、ステップＳ１４で算出した路面摩擦係数の下限値に車輪の垂直荷重を乗算することで得られる。駆動力の制限は、フロントとリアの双方で行われる。これにより、フロントとリアの双方で、駆動力は制限値以下に制御される。

以上のように、自動運転を継続できない場合は、車両制駆動装置３００による駆動力（または制動力）が、現在の摩擦係数の下限値に応じた値に制限される。これにより、現在の路面状態に応じて駆動力を制限することができ、自動運転から非自動運転（手動運転）に切り換わる際に、車両挙動を安定させることができる。特に、現在の路面摩擦係数の下限値に応じた値に駆動力を制限することで、安全を見込んだ最小限の値まで駆動力を制限することができるため、車両挙動を確実に安定させることができる。

一方、上述した例では、現在の路面摩擦係数の下限値に応じた値に駆動力を制限する例を示したが、駆動力制限値は現在の路面摩擦係数に基づいて設定されていれば良く、必ずしも下限値に対応した値でなくても良い。例えば、路面摩擦係数の上限値と下限値の間の値に基づいて制限値を定めても良い。また、路面摩擦係数の算出精度が非常に高く、上限値と下限値との間の差分が非常に小さい場合、算出された路面摩擦係数から所定量を減算して得られる安全を見込んだ摩擦係数に基づいて制限値を設定しても良い。

なお、本実施形態において、駆動力制限値に基づいて実際の駆動力を制限する手法は、様々な手法を用いることができる。例えば、ドライバによって操作されるアクセルのアクセル開度を制限しても良いし、アクセル開速度を制限しても良い。また、電動車の場合は、車輪を駆動するモータの電力を制限しても良い。

図６は、非自動運転に切り換える際に、駆動力が制限される様子を示すタイミングチャートである。図６では、自動運転不可フラグの状態と、前輪、後輪の駆動力制限値とが、時間の経過に伴って変化する様子を示している。

図６に示す時刻ｔ０は、図４のステップＳ２４で自動運転から手動運転へ切り換えた時点を示している。時刻ｔ０以前では、自動運転が行われ、前輪、後輪の駆動力は、ステップＳ１４で算出された摩擦係数の上限値から求まる駆動力に制限されている。時刻ｔ０で自動運転を継続できないと判断されると、自動運転不可フラグが立ち上がる。

また、時刻ｔ０で自動運転を継続できないと判断されると、車両の駆動力が、制限値算出部２４０が算出した制限値を上限として低下し、前輪と後輪の駆動力に制限がかけられる。駆動力制限値は、ステップＳ１４で算出された摩擦係数の下限値から求まる駆動力に相当し、図５中に示した一点鎖線で示す摩擦円の駆動力に相当する。これにより、前輪と後輪のトルクダウンが行われ、自動運転から非自動運転に切り換わる際の車両挙動を安定させ、安全性を確保することができる。

トルクダウンは、時刻ｔ１まで継続して行われ、時刻ｔ１以降は駆動力制限値が徐々に増加し、時刻ｔ２で時刻ｔ０以前の値に復帰する。なお、上述したように、時刻ｔ０以前の駆動力制限値は、摩擦係数の上限値から求まる値である。時刻ｔ１からｔ２までの時間は、所定の時間（ｎ秒間）とする。駆動力制限値をｎ秒間かけて上昇させることで、加速不良が起きないようにすることができる。また、時刻ｔ１以降、所定の上昇速度で駆動力制限値を徐々に増加させ、時刻ｔ２で時刻ｔ０以前の値に復帰するようにしても良い。

なお、時刻ｔ２の時点で、路面摩擦係数算出部２１０が算出した路面摩擦係数が、ステップＳ１４の時点から変化している場合は、時刻ｔ２の時点の路面摩擦係数に基づいて駆動力に制限をかけても良い。例えば、時刻ｔ０以前では路面状態が「ドライ」であり、時刻ｔ２の時点で路面状態が「凍結」に変化した場合は、時刻ｔ２の時点の路面摩擦係数に基づいて駆動力に制限をかける。これにより、自動運転から手動運転に切り換わる過渡期の路面状態の変化に対応して車両挙動を安定させることができる。

その後、自動運転可否判断部２２０が、第２のセンサ１６０が検出した情報等に基づいて、自動運転に復帰可能と判断した場合は、自動運転に復帰することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

２００ 制御装置
２１０ 路面摩擦係数算出部
２２０ 自動運転可否判断部
２３０ 車両制御部

Claims (8)

1. 車両が走行する路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定部と、
   自動運転を行っている場合に、自動運転の継続可否を判断する自動運転可否判断部と、
   前記自動運転可否判断部が自動運転を継続できないと判断した場合に、推定した前記摩擦係数から定まる制限値に基づいて手動運転における車両の駆動力を制限する車両制御部と、
   を備え、
   前記車両制御部は、前記駆動力を制限した後、所定時間をかけて前記制限を解除することを特徴とする、車両の制御装置。
2. 前記摩擦係数推定部は、上限値と下限値で定まる前記摩擦係数を推定し、
   前記車両制御部は、前記摩擦係数の前記下限値から定まる前記制限値に基づいて前記駆動力を制限することを特徴とする、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記車両制御部は、前記駆動力を制限した後、所定時間をかけて前記下限値から定まる前記制限値を前記上限値から定まる前記制限値まで上昇させることを特徴とする、請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記車両制御部は、前記駆動力を制限した後、所定の上昇速度で、前記下限値から定まる前記制限値を前記上限値から定まる前記制限値まで上昇させることを特徴とする、請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 前記車両制御部は、前輪と後輪の前記駆動力を共に制限することを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の車両の制御装置。
6. 前記自動運転を継続できないと判断された場合に、手動運転へ切り換える運転切換部を備えることを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載の車両の制御装置。
7. 車両の制御装置が、前記車両が走行する路面の摩擦係数を推定するステップと、
   前記制御装置が、前記車両の自動運転を行っている場合に、前記自動運転の継続可否を判断するステップと、
   前記制御装置が、前記自動運転を継続できないと判断した場合に、推定した前記摩擦係数から定まる制限値に基づいて手動運転における車両の駆動力を制限するステップと、
   前記制御装置が、前記駆動力を制限した後、所定時間をかけて前記制限を解除するステップと、
   を含むことを特徴とする、車両の制御方法。
8. 車両が走行する路面の摩擦係数を推定する手段、
   自動運転を行っている場合に、自動運転の継続可否を判断する手段、
   前記自動運転を継続できないと判断した場合に、推定した前記摩擦係数から定まる制限値に基づいて手動運転における車両の駆動力を制限する手段、
   前記駆動力を制限した後、所定時間をかけて前記制限を解除する手段、
   としてコンピュータを機能させるためのプログラム。

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