JP7435841B2 - 車両制御装置、方法、プログラム、車両 - Google Patents

Description

本開示は、車両の運動を制御する車両制御装置等に関する。

車両には、車両の運転を支援するため、車両の運動を制御する制御指令を出力する車両運転支援装置が複数搭載されうる。このような、複数の運転支援装置からの制御指令を調停する車両制御装置が提案されている。例えば、特許文献１は、車両が障害物に衝突することを回避するようにユーザーの運転を支援する運転支援装置である衝突回避支援装置からの操舵指令と、車両が車線内を走行するようにユーザーの運転を支援する運転支援装置である車線逸脱回避支援装置からの操舵指令とを調停する車両制御装置を開示している。

特開２０１７－３０４７２号公報

運転支援装置が、ハンドル角を目標制御量として操舵制御を行う場合、車両の現在の実際のハンドル角である実ハンドル角を取得して制御に利用することで、操舵制御の改善を図ることが考えられるが、実ハンドル角を好適に取得するのには限界があり、操舵制御の改善にも限界があった。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、運転支援装置の操舵制御を改善できる車両制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示技術の一態様は、運転支援機能をそれぞれ実現する複数の運転支援装置から取得した複数の制御指令を調停し、調停結果に基づいて、少なくとも操舵アクチュエータを制御するための制御指令を出力する調停部と、車両の運動状態を表す情報を取得し、取得した情報に基づいて、車両の実ハンドル角を導出して、運転支援装置に提供可能な実ハンドル角導出部とを備える車両制御装置である。

本開示の車両制御装置によれば、車両の運動状態を反映した操舵制御に好適に利用できる実ハンドル角を導出して運転支援装置に提供するので、運転支援装置による操舵制御を改善することができる。

一実施形態に係る車両制御装置とその周辺部の機能ブロック図 一実施形態に係る車両制御装置が実行する処理のフローチャート

本開示に係る車両制御装置は、車両の運動状態に基づいて実ハンドル角を好適に導出し、運転支援装置に提供する。車両の運動状態に基づいて実ハンドル角を導出するには、車両固有の特性に基づいて、比較的高度な演算を行うことが要求されるが、複数の運転支援装置が個別にこのような導出処理を実装、実行する必要がないので、開発コストや処理負荷を抑制することができる。

（実施形態）
［構成］
図１は、一実施形態に係る車両制御装置２０とその周辺部の機能ブロック図である。図１に例示した機能ブロックは、複数の制御要求部１１～１３と、車両制御装置２０と、パワートレイン制御部３１と、ブレーキ制御部３２と、ステアリング制御部３３と、アクチュエータ４１～４３と、を備えている。これらの構成は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）やイーサネット（登録商標）等の車載ネットワークを介して通信可能に接続されている。なお、図１の矢印は例示する情報の流れを模式的に表すものであり、実際の通信線の接続態様は限定されない。

制御要求部１１～１３は、それぞれ、運転支援アプリケーションを実行することにより、自動運転や自動駐車、アダプティブクルーズコントロール、レーンキープアシスト、衝突軽減ブレーキ等の車両の運転支援機能を実現するための構成（運転支援装置）である。制御要求部１１～１３は、ＣＰＵ等のプロセッサとメモリとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のコンピューターによって実現される。複数の制御要求部１１～１３は、それぞれ異なる運転支援機能を実現し、同時に動作可能である。なお、車両に実装される制御要求部の数は、図１に示した３つに限定されず、２つ以下又は４つ以上であってもよい。制御要求部１１～１３は、アクチュエータ４１～４３の動作を要求するための制御指令を出力する。

制御要求部１１～１３は、それぞれ、車両の「走る」「曲がる」「止まる」といった車両の運動に関する制御内容の一部又は全部を、それぞれの運転支援機能に応じて決定し、制御指令として出力する。制御指令は、例えば「走る」「止まる」のための車両の進行方向の運動の要求値、「曲がる」のための車両の横方向の運動の要求値等である。進行方向の運動の要求値は、具体的には、例えば、進行方向の加速度を目標制御量として表現される。また、横方向の運動の要求値は、具体的には、例えば、運転支援アプリケーションの仕様に応じて横加速度、ヨーレート、ハンドル角等のいずれかを目標制御量として表現される。

車両制御装置２０は、制御要求部１１～１３からの制御指令に基づいて車両の「走る」「曲がる」「止まる」といった車両の運動に関する制御内容を決定し、決定した制御内容に基づいて、パワートレイン制御部３１、ブレーキ制御部３２、及びステアリング制御部３３（さらにはシフトポジションを制御する図示しないシフト制御部）に対して必要な指示を行って、車両の運動に関わるアクチュエータ４１～４３を適切に制御する運動マネージャーとして、あるいは運動マネージャーの一部として機能し、車両の運動を制御する。車両制御装置２０は、あるいは専ら車両の横方向の運動を制御する装置であってもよい。この車両制御装置２０は、調停部２１と、複数の指示出力部２２～２４と、実ハンドル角導出部２５とを、備えている。

調停部２１は、制御要求部１１～１３（運転支援装置）が出力する制御指令を取得し、この取得した制御指令を調停する。

この調停部２１は、調停処理として、例えば、所定の選択基準に基づいて取得した複数の制御指令の中から１つの制御指令を選択したり、取得した複数の制御指令に基づいて新たな制御指令を設定したりする。この調停した結果は、調停部２１から各制御要求部１１～１３にフィードバックされてもよい。また、調停部２１は、後述するパワートレイン制御部３１、ブレーキ制御部３２、及びステアリング制御部３３から通知されるアクチュエータ４１～４３の動作状態や現在の動作可能な性能範囲であるアベイラビリティを表す情報に基づいて、調停処理を行ってもよい。

また、調停部２１は、調停により得られた制御指令に基づいて、運転支援アプリケーションによって要求される車両の運動に関する制御を、指示出力部２２～２４を介してパワートレイン制御部３１、ブレーキ制御部３２、及びステアリング制御部３３の１つ又は２つ以上に指示することができる。車両の横方向の運動は、典型的にはステアリング装置の操舵を制御することによって実現できる。車両の進行方向の運動は、ブレーキ装置による制動力の発生、及びパワートレインによる駆動力又は制動力の発生を、単独又は組み合わせて制御することによって実現できる。なお、調停部２１は、指示出力部２２～２４を介してパワートレイン制御部３１、ブレーキ制御部３２、及びステアリング制御部３３から取得するアクチュエータ４１～４３の動作状態やアベイラビリティを表す情報に基づいて、車両の横方向の運動に関する制御の指示を行ってもよい。

指示出力部２２は、調停部２１により調停された制御指令に基づいて、パワートレインを構成するアクチュエータ４１に駆動力又は制動力を発生させるための指示情報を生成する。指示出力部２２が生成した指示情報は、パワートレイン制御部３１によって取得される。

指示出力部２３は、調停部２１により調停された制御指令に基づいて、ブレーキ装置を構成するアクチュエータ４２に制動力を発生させるための指示情報を生成する。指示出力部２３が生成した指示情報は、ブレーキ制御部３２によって取得される。

指示出力部２４は、調停部２１により調停された制御指令に基づいて、ステアリング装置を構成するアクチュエータ４３に操舵角を発生させるための指示情報を生成する。指示出力部２４が生成した指示情報は、ステアリング制御部３３によって取得される。

パワートレイン制御部３１は、駆動アクチュエータの１つである、パワートレインを構成するアクチュエータ４１の動作を制御することにより、指示出力部２２から指示された駆動力を発生させる。パワートレイン制御部３１は、パワートレインの構成に応じて、例えば、エンジン制御ＥＣＵ、ハイブリッド制御ＥＣＵ、トランスミッションＥＣＵ等のいずれか又は組み合わせにより実現される。図１ではパワートレイン制御部３１の制御対象として１つのアクチュエータ４１を示しているが、パワートレイン制御部３１が制御するアクチュエータの数は、車両のパワートレインの構成に応じて２つ以上の場合もある。パワートレインを構成するアクチュエータ４１の例としては、エンジン、駆動用モーター、クラッチ、トランスミッション、トルクコンバータ等が挙げられる。また、パワートレイン制御部３１は、アクチュエータ４１から出力された信号又はセンサーによる測定値に基づいて、アクチュエータ４１の動作状態に関する情報を取得する。アクチュエータの動作状態に関する情報の例としては、アクチュエータのアベイラビリティを表す情報や、アクチュエータが実現している駆動力のモニター値を表す情報等が挙げられる。パワートレイン制御部３１が取得したアクチュエータ４１の動作状態に関する情報は、指示出力部２２によって取得される。

ブレーキ制御部３２は、制動アクチュエータの１つである、各車輪に設けられたブレーキ装置を動作させるアクチュエータ４２を制御（例えば、４輪を独立制御又は左側２輪と右側２輪とを独立制御）することにより、指示出力部２３から指示された制動力を発生させる。この制動アクチュエータには、左右の車輪で制動力を配分できる油圧ブレーキや、インホイールモーター（ＩＷＭ）等の回生ブレーキが含まれる。ブレーキ制御部３２は、例えば、ブレーキ制御ＥＣＵにより実現される。ブレーキ制御部３２には、各車輪に設けられた車輪速センサーの出力値が入力される。また、ブレーキ制御部３２は、アクチュエータ４２から出力される信号又はセンサーによる測定値に基づいて、アクチュエータ４２の動作状態に関する情報を取得する。アクチュエータ４２の動作状態に関する情報としては、上述したアベイラビリティを表す情報や、アクチュエータ４２が実現している制動力のモニター値を表す情報の他に、ブレーキパッドの温度が過熱方向に遷移しているか否か等のアクチュエータ４２に固有の情報を例示できる。ブレーキ制御部３２が取得したアクチュエータ４２の動作状態に関する情報は、指示出力部２３によって取得される。

ステアリング制御部３３は、操舵アクチュエータの１つである、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）が備えるアクチュエータ４３を制御することにより、ステアリングの操舵角を制御する。ステアリング制御部３３は、例えば、パワーステアリング制御ＥＣＵにより実現される。また、ステアリング制御部３３は、アクチュエータ４３から出力される信号又はセンサーによる測定値に基づいて、アクチュエータ４３の動作状態に関する情報を取得する。アクチュエータ４３の動作状態に関する情報の例としては、上述したアベイラビリティを表す情報や、アクチュエータ４３が実現している操舵角のモニター値を表す情報等が挙げられる。ステアリング制御部３３が取得したアクチュエータ４３の動作状態に関する情報は、指示出力部２４によって取得される。

実ハンドル角導出部２５は、車両の運動状態を表す情報に基づいて車両の現在の実際のハンドル角である実ハンドル角を導出する。車両の運動状態とは、一例として、横加速度及びヨーレートの少なくとも一方と、車速と、車体スリップ角である。これらの情報は車両が備える、車速センサー、加速度センサー、ヨーレートセンサー等の各種センサーから取得したり、各種センサーから取得した値に基づいて適宜導出したりすることができる。実ハンドル角導出部２５は、これらの情報と、車両に固有のホイールベースとから、操舵輪タイヤ切れ角を導出する。実ハンドル角導出部２５は、さらに、車両に固有の、操舵輪タイヤ切れ角からハンドル角への換算係数を、導出した操舵輪タイヤ切れ角に乗算して、実ハンドル角を導出する。このような車両に固有の情報は、実ハンドル角導出部２５が予め記憶しておいてもよいし、車両が備える他の機器から取得してもよい。なお、実ハンドル角の導出方法は、車両の運動状態に基づいて導出できれば、限定されない。

ハンドル角とは、ステアリングホイールの回転角であり、実ハンドル角は、ステアリングホイールに設けられたハンドル角センサーから直接的に取得することもできる。しかし、一般にハンドル角センサーは、ハンドル角の中点を学習したのちに制御に使用せねばならないことや、ステアリングホイールを含むステアリング装置全体には仕様上許容された撓みや遊びがあることにより、ハンドル角センサーの出力値には誤差があり、実際の車両の運動状態を好適に反映した値ではない場合がある。そのため後述するようなフィードバック制御に好適に利用できない場合があった。本実施形態では、実ハンドル角導出部２５は、車両の実際の運動状態に基づいて、運動状態を好適に反映した実ハンドル角を導出することができる。

実ハンドル角導出部２５は、導出した実ハンドル角を出力し、適宜制御要求部１１～１３に提供することができる。例えば、制御要求部のうち、要求値がハンドル角によって表された、操舵を要求する制御指令を出力する制御要求部に対して、実ハンドル角を提供する。

［制御］
図２をさらに参照して、本実施形態に係る車両制御装置２０が実行する操舵制御処理を説明する。図２は、車両制御装置２０が実行する操舵制御処理を説明するフローチャートである。この図２に示す操舵制御処理は、例えば所定の周期で実行され得る。車両制御装置２０は、上述のように、操舵のような横方向の運動制御だけでなく、加減速のような進行方向の運動制御も行うが、ここでは、操舵制御を説明する。

ここでは、一例として、制御要求部１１は、レーンキープアシスト機能を実行する運転支援装置であり、操舵を要求する制御指令としてハンドル角によって表された操舵量の要求値を出力するものとする。制御要求部１２、１３も例えば、衝突回避機能等を実行するため操舵を要求する制御指令としてハンドル角、横加速度、ヨーレート等によって表された操舵量の要求値を出力することが可能である。

ステップＳ２０１：車両制御装置２０の調停部２１は、制御要求部１１～１３が出力する制御指令として操舵角及びヨーレート等を取得し、この取得した制御指令を調停する。なお、一定の待機時間中に、制御要求部１１～１３から取得した制御指令が１つのみであれば、例えばこの制御指令が調停後の制御指令として採用される。ここでは一例として、調停部２１は、制御要求部１１が出力した制御指令を選択して、調停後の制御指令として、出力するものとする。

ステップＳ２０２：車両制御装置２０の指示出力部２４は、調停後の制御指令に基づいて、操舵アクチュエータであるアクチュエータ４３に操舵角を発生させるための制御を、ステアリング制御部３３に行わせる。指示出力部２４は、必要ならば、制御指令に含まれる要求値を、ステアリング制御部３３が受付可能な物理量や単位に換算する。

ステップＳ２０３：車両制御装置２０の実ハンドル角導出部２５は、上述したように、横加速度、ヨーレート、車速、車体スリップ角等のような、車両の運動状態を表す情報を取得し、これに基づいて車両の現在の実際のハンドル角である実ハンドル角を導出する。

ステップＳ２０４：車両制御装置２０の実ハンドル角導出部２５は、導出した実ハンドル角を出力する。本実施形態では、現在の操舵制御は制御要求部１１が出力した制御指令に基づいて行われているので、実ハンドル角は、制御要求部１１が取得する。以上で本操舵制御処理が終了する。

制御要求部１１は、取得した実ハンドル角を用いたフィードバック制御を行って、次に出力する制御指令の決定を行う。例えば、制御要求部１１は、制御指令に含まれるハンドル角の要求値と取得した実ハンドル角との間に差異がある場合、差異を解消するように、次の制御指令に含まれるハンドル角の要求値を変化させることができる。

なお、本実施形態において、車両制御装置２０の実ハンドル角導出部２５が実ハンドル角を導出し、制御要求部１１が実ハンドル角を取得するものとした。車両制御装置２０は、これに加えて、車両のヨーレートや横加速度等を導出する各導出部を備えてもよい。制御要求部１２、１３は、それぞれの制御指令に含まれる要求値に含まれる物理量及び単位、又は、アプリケーションの実行処理に利用する物理量及び単位に応じて、実ハンドル角、ヨーレートや横加速度等のうち、好適なものを各導出部から適宜取得し、操舵制御に利用することができる。なお、ヨーレートや横加速度のように各種センサーから比較的精度の高い値が取得できるものについては、各制御要求部が各種センサーから直接的に取得してもよい。

［作用・効果］
以上のように、本実施形態に係る車両制御装置は、制御要求部（運転支援装置）に対して、車両の実ハンドル角を提供することができる。運転支援装置は、制御指令に対するフィードバックとして、実ハンドル角を取得し、これに基づいて次の制御指令を決定することができる。これにより、操舵の精度を向上したり、制御の安定性を向上して乗り心地を改善したりすることができる。また、調停の結果により、一の運転支援装置による操舵制御が行われていた状態から、他の運転支援装置による操舵制御が行われる状態に切り替わる際、他の運転支援装置は、車両の実ハンドル角を早期に取得できるので、切り替えの前後でスムーズに操舵制御を承継することができる。

実ハンドル角は、車体スリップ角の影響を無視できる通常の安全運転の場合では、ハンドル角センサーの出力値よりも、車両の運動状態に基づいて導出した値のほうが、車両の運動状態を正確に反映しており、操舵制御に好適に利用できる。しかし、車両の運動状態に基づいて実ハンドル角を導出するには、車両固有の特性に基づいて、比較的高度な演算を行うことが要求され、制御要求部が個別にこのような導出処理を実装、実行するのは、開発コストや処理負荷が大きい。本実施形態では、とくに導出が困難な実ハンドル角の提供を行う実ハンドル角導出部２５を車両制御部に備えることで、各制御要求部の開発コストや処理負荷を抑制することができる。

なお、上述の実施形態では、実ハンドル角導出部２５は、制御要求部１１からの制御指令に応じて、指示出力部２４及びステアリング制御部３３によるアクチュエータ４３の制御を行った後の実ハンドル角を導出し、制御指令に対するフィードバックとして制御要求部１１に提供するものとした。しかし、制御要求部１１が所望するタイミングで実ハンドル角を要求し、実ハンドル角導出部２５は、これに応じて実ハンドル角を導出して制御要求部１１に提供してもよい。例えば、制御要求部１１は、初期動作において、制御指令を決定する前に現在の実ハンドル角を取得し、これに基づいて最初の制御指令を決定することで、より安定的な操舵制御を行うことができる。このように、実ハンドル角の導出及び取得の契機及びタイミングは限定されない。

以上、本開示技術の一実施形態を説明したが、本開示技術は、車両制御装置、プロセッサとメモリとを備えた車両制御装置が実行する制御方法、制御方法を実行するための制御プログラム、制御プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な非一時的記憶媒体、及び車両制御装置と制御要求部とアクチュエータ制御部とアクチュエータとを含めたシステム、あるいは車両制御装置を搭載した車両として捉えることが可能である。

本発明は、車両の運動を制御する車両制御装置に利用可能である。

１１、１２、１３ 制御要求部
２０ 車両制御装置
２１ 調停部
２２、２３、２４ 指示出力部
２５ 実ハンドル角導出部
３１ パワートレイン制御部
３２ ブレーキ制御部
３３ ステアリング制御部
４１、４２、４３ アクチュエータ

Claims (6)

1. 運転支援機能をそれぞれ実現する複数の運転支援装置から取得した複数の制御指令を調停し、調停結果に基づいて、少なくとも操舵アクチュエータを制御するための制御指令を出力する調停部と、
   車両の運動状態を表す情報を取得し、取得した情報に基づいて、車両の実ハンドル角を導出して、前記運転支援装置に提供可能な実ハンドル角導出部と、を備え、
   前記調停部が、前記運転支援装置から、ハンドル角によって表された操舵を要求する制御指令を取得した場合に、前記実ハンドル角導出部は、前記ハンドル角によって表された操舵を要求する制御指令を出力した前記運転支援装置に、導出した前記実ハンドル角を提供する、車両制御装置。
2. 前記調停部が前記ハンドル角によって表された操舵を要求する制御指令に基づく制御指令を出力した後の車両の運動状態を表す情報に基づいて、前記実ハンドル角導出部が前記実ハンドル角を導出する、請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記実ハンドル角導出部は、車両の運動状態を表す情報として、横加速度及びヨーレートの少なくとも一方と、車速と、車体スリップ角とを取得する、請求項１または２に記載の車両制御装置。
4. 車両制御装置のコンピューターが実行する車両制御方法であって、
   運転支援機能をそれぞれ実現する複数の運転支援装置から取得した複数の制御指令を調停し、調停結果に基づいて、少なくとも操舵アクチュエータを制御するための制御指令を出力するステップと、
   車両の運動状態を表す情報を取得し、取得した情報に基づいて、車両の実ハンドル角を導出して、前記運転支援装置に提供するステップと、を含み、
   前記運転支援装置からハンドル角によって表された操舵を要求する制御指令が取得された場合、前記提供するステップは、前記ハンドル角によって表された操舵を要求する制御指令を出力した前記運転支援装置に、導出した前記実ハンドル角を提供する、車両制御方法。
5. 車両制御装置のコンピューターに実行させる車両制御プログラムであって、
   運転支援機能をそれぞれ実現する複数の運転支援装置から取得した複数の制御指令を調停し、調停結果に基づいて、少なくとも操舵アクチュエータを制御するための制御指令を出力するステップと、
   車両の運動状態を表す情報を取得し、取得した情報に基づいて、車両の実ハンドル角を導出して、前記運転支援装置に提供するステップと、を含み、
   前記運転支援装置からハンドル角によって表された操舵を要求する制御指令が取得された場合、前記提供するステップは、前記ハンドル角によって表された操舵を要求する制御指令を出力した前記運転支援装置に、導出した前記実ハンドル角を提供する、車両制御プログラム。
6. 請求項１～３のいずれか１項に記載の車両制御装置を搭載した、車両。

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