JP7616112B2 - 車両制御装置及びシステム - Google Patents

Description

本開示は、車両と通信を行って車両を制御する制御装置などに関する。

特許文献１に、道路網を自動運転する複数の自律車両と通信可能にネットワークを介して接続された自律車両サービスプラットフォームが、開示されている。この自律車両サービスプラットフォームは、複数の自律車両を遠隔制御して、自律車両を用いた様々なサービスをユーザーに提供する。

特開２０１９－５０５０５９号公報

ネットワークを介して車両とクラウド上に設けられる制御装置とが接続されるシステムにおいては、車両とクラウドとの間に通信遅延が発生する。このため、制御装置による車両の制御に際しては、車両とクラウドとの間に発生する通信遅延の影響を低減させることが望まれる。

本開示は、上記課題を鑑みてなされたものであり、クラウド上に設けられる制御装置を用いて車両を制御する際において、車両とクラウドとの間で発生する通信遅延の影響を低減させることができる車両制御装置など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、車両と通信を行う車両制御装置であって、複数の通信回線を使用して車両との間で複数の信号の送受信を行う通信部と、複数の通信回線それぞれの通信遅延量を取得する取得部と、取得部が取得した通信遅延量に基づいて、複数の信号のそれぞれに割り当てる通信回線を決定する決定部と、を備え、通信部は、決定部によって割り当てられた通信回線を用いて、車両との間で複数の信号それぞれの送受信を実行する、車両制御装置である。

上記本開示の車両制御装置などによれば、クラウド上に設けられる制御装置を用いて車両を制御する際において、車両とクラウドとの間で発生する通信遅延の影響を低減させることができる。

本開示の一実施形態に係る車両制御装置を含むシステムの概略構成図 本車両制御装置の概略構成例を示す機能ブロック図 本車両制御装置が実行する通信回線決定制御の処理フローチャート 本車両制御装置を含む応用例のシステムの概略構成図

本開示の車両制御装置は、車両との通信で使用する複数の通信回線それぞれの通信遅延量を取得して、この通信遅延量に基づいて車両との間で送受信する複数の信号に割り当てる通信回線をそれぞれ決定する。通信回線は、優先度が高い信号を優先度が低い信号よりも通信遅延量が少ない通信回線に優先して割り当てる。これにより、通信遅延量が少ない安定した通信回線に優先度が高い信号を優先して割り当てることができるので、高プライオリティな機能の通信安定性を確保することができる。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜実施形態＞
［構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る車両制御装置１００と１つ以上の車両２００とを含む、車両用システム１０の概略構成図である。この車両用システム１０は、車両制御装置１００と各車両２００とが、それぞれ複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３を介して通信可能に接続された構成のシステムであり、例えば車両制御装置１００が少なくとも１つの車両２００を遠隔制御することができる。なお、車両制御装置１００が通信可能な車両２００の数は、図１に示した数に限られるものではない。

図２は、図１の車両制御装置１００の概略構成例を示す機能ブロック図である。図２に例示する車両制御装置１００は、複数のアプリケーション１１１、１１２、及び１１３と、通信調停部１２０と、通信部１３０と、通信遅延量取得部１４０と、通信回線決定部１５０と、を備える。この車両制御装置１００は、例えばクラウド上（クラウドサーバーなど）に構成され得る。

複数のアプリケーション１１１、１１２、及び１１３は、車両制御装置１００に実装されており、車両２００に関する様々な機能（又はサービス）を実現する。実現される機能としては、車両２００の「安全／安心」に関わる機能、車両２００の「ＥＣＯ」に関わる機能、車両２００の「快適」に関わる機能、及び車両２００の「ｅｎｊｏｙ」に関わる機能などを、例示できる。「安全／安心」に関わる機能には、例えば車両２００の運動（走る、止まる、曲がる）に関する機能が含まれる。「ＥＣＯ」に関わる機能には、例えば車両２００の燃費／電費に関する機能が含まれる。「快適」に関わる機能には、例えば車室内の空調に関する機能が含まれる。「ｅｎｊｏｙ」に関わる機能には、例えば車両２００におけるエンタテーメントに関する機能が含まれる。

これらの複数のアプリケーション１１１、１１２、及び１１３には、それらが実現する機能（又はサービス）に予め優先度が設定されている。すなわち、「安全／安心」に関わる機能、「ＥＣＯ」に関わる機能、「快適」に関わる機能、及び「ｅｎｊｏｙ」に関わる機能のそれぞれには、各機能を実現するための信号の通信に関する優先度が予め設定されている。一例として、安全に関わる機能には最も高い優先度［１］が設定され、それ以降は優先の順序に応じて「安心」に関わる機能に優先度［２］が、「ＥＣＯ」に関わる機能に優先度［３］が、「快適」に関わる機能に優先度［４］が、「ｅｎｊｏｙ」に関わる機能に優先度［５］が、それぞれ設定されている。これらの優先度は、複数のアプリケーション１１１、１１２、及び１１３に対してタグ情報としてそれぞれ付与されており、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３は、車両２００と通信する信号やデータの一部に予め付与されたタグ情報を埋め込むことによって、要求のプライオリティを表現することができる。また、この優先度は、車両２００の「安全／安心」に関わる機能については重要項目であるため変更を不可能とすることが望ましく、その一方で車両２００のＥＣＯに関わる機能や「快適」に関わる機能や「ｅｎｊｏｙ」に関わる機能については、車両２００のユーザー（ドライバーなど）の嗜好に応じて変更可能としてもよい。

なお、本実施形態では、優先度が最も高いアプリケーション１１１（高優先度）、優先度が最も低いアプリケーション１１３（低優先度）、及び優先度がアプリケーション１１１とアプリケーション１１３との中間であるアプリケーション１１２（中優先度）の３つを例示した。しかし、優先度の区分の数は、図２に示した数に限られるものではない。また、車両制御装置１００に実装される各優先度のアプリケーションの数は、図２に示した数に限られるものではない。

通信調停部１２０は、複数のアプリケーション１１１、１１２、及び１１３から受け付けた車両２００との通信に関する複数の要求を調停するための機能を有している。この調停機能には、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される信号の優先順位を決定する機能や、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される信号の通信量を間引く機能など、が含まれる。これらの機能は、後述する通信遅延量取得部１４０から与えられる通信遅延量に基づいて実行される。複数の要求を調停した結果は、通信部１３０及び通信回線決定部１５０に出力される。また、通信調停部１２０は、通信部１３０を介して車両２００から受信した信号を、複数のアプリケーション１１１、１１２、及び１１３に出力することができる。

通信部１３０は、複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３を介して、通信の対象である車両２００と通信を行うことができる。この複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３は、全て異なる回線環境であることが望ましいが、同じ種類の通信回線が物理的に独立して複数設けられていてもよい。一例として、複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３は、使用するネットワークが異なっていたり、通信を提供するサービス事業者が異なっていたり、通信帯域が異なっていたりする。通信部１３０は、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から受け付けた車両２００との通信に関する要求に基づいて、要求に応じた信号を車両２００に送信する。また、通信部１３０は、車両２００から受信した信号を対応するアプリケーションや通信遅延量取得部１４０に出力する。なお、本実施形態においては、車両制御装置１００と車両２００との間に３つの通信回線５０１、５０２、及び５０３が設けられる例を説明した。しかし、通信回線の数は、図２に示した数に限られるものではない。また、複数の車両２００が車両用システム１０を構成する場合、車両２００の全てが同じ複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３を使用していなくてもよい。

通信遅延量取得部１４０は、通信部１３０を介した車両制御装置１００と車両２００との間で実行される通信について、通信の遅延量を取得する。通信遅延量取得部１４０は、通信遅延量として、複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３を１つにまとめた場合（１つの通信回線と見なしたとき）の通信遅延量と、複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３それぞれの通信遅延量とを、取得する。これらの通信遅延量は、一例として、車両制御装置１００が予め実装している通信遅延量計測ツールや予めインストールしている通信遅延量計測アプリケーションソフトなどを実行させ、車両制御装置１００から車両２００に対して所定のテスト信号を所定の周期で送受信することによって得られた結果などから求めることが可能である。通信遅延量取得部１４０は、取得した通信遅延量を通信調停部１２０に出力する。

通信回線決定部１５０は、通信調停部１２０による調停結果に基づいて、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される各信号が通信に使用する通信回線を、通信回線５０１、５０２、及び５０３の中から１つ又は複数を決定する。この通信回線の決定方法については、後述する。

上述した車両制御装置１００は、典型的にはＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）やソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの読み書き可能な記憶デバイスと、を備えた装置として構成され、ＣＰＵが記憶デバイスから読み出したプログラムを、ＲＡＭを作業領域として用いて実行することにより、所定の処理を実現する。

また、この車両制御装置１００は、通信遅延量取得部１４０が取得した通信遅延量に基づく車両２００との間の通信遅延時間などを用いて、記憶デバイスにデジタルツインを形成してもよい。このデジタルツインは、車両２００について収集された現在及び過去の車両状態に関するデータ（車両位置、走行時刻など）がリアルタイムで更新されて格納されることによって、現実世界（現実空間）と時刻同期した仮想世界（仮想空間）をクラウドコンピューター上に再現したものである。

［制御］
次に、図３をさらに参照して、本実施形態に係る車両制御装置１００が実行する処理を説明する。図３は、車両制御装置１００の各構成が実行する通信回線決定制御の処理手順を説明するフローチャートである。この図３に例示する通信回線決定制御は、車両制御装置１００が車両２００と通信可能に接続されると開始され、車両２００との通信が終了するまで、複数のアプリケーション１１１、１１２、及び１１３の少なくともいずれかから信号の通信（送信及び受信の一方又は両方）が要求されるごとに、又は定期的に、繰り返し実行される。

（ステップＳ３０１）
通信遅延量取得部１４０は、車両２００と車両制御装置１００との間を接続する複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３を１つにまとめた場合の通信遅延量である「全体通信遅延量」を取得する。通信遅延量取得部１４０は、例えば、通信部１３０を介して複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３の全てを使用して車両２００に対して所定のテスト信号を送受信することによって得られた結果などから、全体通信遅延量を取得することが可能である。なお、通信遅延量に代えて、通信遅延時間を取得するようにしてもよい。複数の通信回線を１つにまとめた全体通信遅延量が取得されると、ステップＳ３０２に処理が進む。

（ステップＳ３０２）
通信遅延量取得部１４０は、車両２００と車両制御装置１００との間を接続する複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３ごとの通信遅延量である「個別通信遅延量」をそれぞれ取得する。通信遅延量取得部１４０は、例えば、通信部１３０を介して通信回線５０１、５０２、及び５０３のいずれか１つを使用して車両２００に対して所定のテスト信号を送受信することによって得られた結果から、通信回線ごとの個別通信遅延量をそれぞれ取得することが可能である。なお、通信遅延量に代えて、通信遅延時間を取得するようにしてもよい。通信回線ごとの個別通信遅延量がそれぞれ取得されると、ステップＳ３０３に処理が進む。

（ステップＳ３０３）
通信調停部１２０は、通信遅延量取得部１４０が取得した全体通信遅延量の大きさを判定する。具体的には、通信調停部１２０は、全体通信遅延量が、予め定めた閾値Ｔ１未満であるか、閾値Ｔ１以上かつ予め定めた閾値Ｔ２未満であるか、閾値Ｔ２以上であるか、のいずれかを判定する（閾値Ｔ１＜閾値Ｔ２）。この閾値Ｔ１には、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される複数の信号について、通信回線の割り当てを調停する必要があるか否かを判定するための遅延量が設定される。また、閾値Ｔ２には、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される複数の信号について、通信量の間引きをする必要があるか否かを判定するための遅延量が設定される。

全体通信遅延量が閾値Ｔ１未満である場合には（ステップＳ３０３、閾値Ｔ１未満）、ステップＳ３０４に処理が進む。全体通信遅延量が閾値Ｔ１以上かつ閾値Ｔ２未満である場合には（ステップＳ３０３、閾値Ｔ１以上かつ閾値Ｔ２未満）、ステップＳ３０５に処理が進む。全体通信遅延量が閾値Ｔ２以上である場合には（ステップＳ３０３、閾値Ｔ２以上）、ステップＳ３０６に処理が進む。

（ステップＳ３０４）
通信回線決定部１５０は、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される各信号の優先度にかかわらず、各信号が通信に使用する通信回線を通信回線５０１、５０２、及び５０３の中からそれぞれ決定する。典型的には、通信回線決定部１５０は、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される各信号を、複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３に平等に割り当てることを行う。平等の定義については、等データ量や等間隔など、特に限定されない。各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３の各信号が通信に使用する通信回線が決定されると、ステップＳ３０８に処理が進む。

（ステップＳ３０５）
通信調停部１２０は、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される各信号のうち、優先度が低い信号に対する通信量の間引きを実施しない（未実施）と判断する。この判断は、全体通信遅延量が閾値Ｔ２未満であれば優先度が高い信号に通信リソースを十分に割り当てることが可能である、という理由に基づいている。優先度が低い信号に対する通信量の間引きを実施しない（未実施）と判断されると、ステップＳ３０７に処理が進む。

（ステップＳ３０６）
通信調停部１２０は、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される各信号のうち、優先度が低い信号に対する通信量の間引きを実施する。この判断は、全体通信遅延量が閾値Ｔ２以上になると優先度が高い信号に通信リソースを割り当てることが不可能である、という理由に基づいている。ここで、優先度が低いとは、基準となる所定の優先度に比べて低い優先度をいう。よって、優先度が低い信号は、例えば、所定の基準を高優先度の信号とした場合には、中優先度の信号及び低優先度の信号となり、所定の基準を中優先度の信号とした場合には、低優先度の信号となる。優先度が低い信号の通信量を間引く例としては、合計の通信データ量を削減させたり、通信レートを低下させたり、通信の周期を長くしたり、することなどが挙げられる。優先度が低い信号に対する通信量の間引きが実施されると、ステップＳ３０７に処理が進む。

（ステップＳ３０７）
通信回線決定部１５０は、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される各信号を、優先度が高い信号を優先させて、各信号が通信に使用する通信回線５０１、５０２、及び５０３をそれぞれ決定する。ここで、優先度が高いとは、基準となる所定の優先度に比べて高い優先度をいう。よって、優先度が高い信号は、例えば、所定の基準を中優先度の信号とした場合には、高優先度の信号となり、所定の基準を低優先度の信号とした場合には、中優先度の信号及び高優先度の信号となる。なお、このステップＳ３０７で判断する所定の基準は、上記ステップＳ３０６で判断する所定の基準と同じであっても異なっていてもよい。通信回線決定部１５０は、典型的には、通信遅延量取得部１４０が取得した個別通信遅延量が少ない通信回線を、優先度が高い信号に優先的に割り当てることを行う。優先度に基づいて各信号が通信に使用する通信回線が決定されると、ステップＳ３０８に処理が進む。

（ステップＳ３０８）
通信部１３０は、複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３の中から通信回線決定部１５０によって割り当てが決定された１つ又は複数の通信回線を使用して、各アプリケーション１１１、１１２、及び１１３から要求される各信号の通信をそれぞれ実行する。各信号の通信が実行されると、本通信回線決定制御処理が終了する。

なお、上述した処理フローでは、複数の通信回線５０１、５０２、及び５０３を１つにまとめた全体通信遅延量を取得してから（ステップＳ３０１）、通信回線５０１、５０２、及び５０３ごとの個別通信遅延量をそれぞれ取得する（ステップＳ３０２）場合を説明した。しかし、この全体通信遅延量と個別通信遅延量との取得の順序は、逆であってもよい。また、全体通信遅延量を別途取得することなく、通信回線５０１、５０２、及び５０３ごとに取得した複数の個別通信遅延量に基づいて、全体通信遅延量を推定及び導出してもよい。

＜応用例＞
図１を用いた上記実施形態では、車両制御装置１００が複数のアプリケーション１１１、１１２、及び１１３を実装する場合における機能（又はサービス）の実現を前提とした。このため、通信調停部１２０、通信部１３０、通信遅延量取得部１４０、及び通信回線決定部１５０の各構成は、車両制御装置１００だけが備えていた。

しかしながら、１つの機能（又はサービス）を実現するため、クラウド側である車両制御装置１００とモビリティ側である車両２００とに、１つのアプリケーションを分割して実装（配置）するケースもあり得る。このようなケースの場合は、図４に例示するように、車両制御装置１００側と同様に、車両２００側にも通信調停部１２０、通信部１３０、通信遅延量取得部１４０、及び通信回線決定部１５０の各構成を備えるシステムが用いられてもよい。

＜作用・効果＞
以上のように、本開示の一実施形態に係る車両制御装置によれば、複数の通信回線を使用して車両との間の通信を行う。通信に際して、車両制御装置は、複数の通信回線の通信遅延量（全体、個別）を取得して、この取得した通信遅延量に基づいて車両との間で送受信する複数の信号に割り当てる通信回線をそれぞれ決定する。通信回線の決定においては、相対的に優先度が高い信号を、相対的に優先度が低い信号よりも、通信遅延量が少ない通信回線に優先して割り当てることを行う。

この処理によって、通信遅延量が少ない安定した１つ又は複数の通信回線に優先度が高い信号を割り当てることができるので、車両の安全／安心に関わる機能である高プライオリティな機能の通信安定性を確保することができる。

また、本実施形態に係る車両制御装置によれば、通信遅延量が少ない通信回線における余剰の通信リソースが少ない場合には、相対的に優先度が低い信号の通信量を間引くことを行う。

この処理のように、車両の安全／安心に関わる機能以外の低プライオリティな機能の通信量を間引くことによって、高プライオリティな機能の通信リソースを確保し、機能の安定性を確保することができる。

以上、本開示の一実施形態を説明したが、本開示は、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方法、この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車両とを備えたシステムとして捉えることが可能である。

本開示は、クラウド上に設けられる車両制御装置を用いて車両を制御する際において、車両とクラウドとの間で発生する通信遅延の影響を低減させたい場合などに有用である。

１０ 車両用システム
１００ 車両制御装置
１１１、１１２、１１３ アプリケーション
１２０ 通信調停部
１３０ 通信部
１４０ 通信遅延量取得部
１５０ 通信回線決定部
２００ 車両
５０１、５０２、５０３ 通信回線

Claims (7)

1. 車両と通信を行う車両制御装置であって、
   複数の通信回線を使用して、前記車両との間で通信に関する優先度が予め設定された複数の信号の送受信を行う通信部と、
   前記複数の通信回線それぞれの通信遅延量及び前記複数の通信回線をまとめた全体の通信遅延量を取得する取得部と、
   前記通信遅延量、前記全体の通信遅延量、及び前記優先度に基づいて、前記複数の信号のそれぞれに割り当てる通信回線を決定する決定部と、を備え、
   前記決定部は、
   前記全体の通信遅延量が第１閾値未満である場合、前記複数の信号を、前記優先度に関わらず前記複数の通信回線に割り当て、
   前記全体の通信遅延量が前記第１閾値以上かつ第２閾値未満である場合、前記複数の信号を、第１基準よりも前記優先度が高い信号を優先させて前記複数の通信回線に割り当て、
   前記全体の通信遅延量が前記第２閾値以上である場合、前記複数の信号を、第２基準よりも前記優先度が低い信号の通信量を間引いた後、前記第１基準よりも前記優先度が高い信号を優先させて前記複数の通信回線に割り当て、
   前記通信部は、前記決定部によって割り当てられた前記通信回線を用いて、前記車両との間で前記複数の信号それぞれの送受信を実行する、車両制御装置。
2. 前記決定部は、所定の基準よりも前記優先度が高い信号を、前記通信遅延量が少ない通信回線に優先して割り当てる、請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記複数の信号には、前記車両のユーザーによって、前記優先度の変更が不可能な信号と前記優先度の変更が可能な信号とが含まれる、請求項１又は２に記載の車両制御装置。
4. 前記車両のユーザーによって前記優先度の変更が不可能な信号は、前記車両の安全及び安心に関わる高優先度の信号である、請求項３に記載の車両制御装置。
5. 複数のアプリケーションを有し、
   前記複数の信号は、前記複数のアプリケーションからの要求に基づく信号である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両制御装置。
6. 前記通信遅延量に基づく前記車両と前記車両制御装置との間の通信遅延時間を用いて、仮想空間上に現実空間と時刻同期したデジタルツインを形成する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両制御装置。
7. 複数の車両と、前記複数の車両と通信を行う車両制御装置と、を備えるシステムであって、
   前記車両制御装置は、前記複数の車両のうち通信を行う対象車両ごとに、
   複数の通信回線を使用して、前記対象車両との間で通信に関する優先度が設定された複数の信号の送受信を行う通信部と、
   前記複数の通信回線それぞれの通信遅延量及び前記複数の通信回線をまとめた全体の通信遅延量を取得する取得部と、
   前記通信遅延量、前記全体の通信遅延量、及び前記優先度に基づいて、前記複数の信号のそれぞれに割り当てる通信回線を決定する決定部と、を備え、
   前記決定部は、
   前記全体の通信遅延量が第１閾値未満である場合、前記複数の信号を、前記優先度に関わらず前記複数の通信回線に割り当て、
   前記全体の通信遅延量が前記第１閾値以上かつ第２閾値未満である場合、前記複数の信号を、第１基準よりも前記優先度が高い信号を優先させて前記複数の通信回線に割り当て、
   前記全体の通信遅延量が前記第２閾値以上である場合、前記複数の信号を、第２基準よりも前記優先度が低い信号の通信量を間引いた後、前記第１基準よりも前記優先度が高い信号を優先させて前記複数の通信回線に割り当て、
   前記通信部は、前記決定部によって割り当てられた前記通信回線を用いて、前記対象車両との間で前記複数の信号それぞれの送受信を実行する、システム。

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