JP7718366B2 - 運転支援システム - Google Patents

Description

本発明は、運転支援システムに関する。

運転支援システムに関する技術として、例えば特許文献１には、運転制御が自動運転制御（第１運転支援制御）及び手動運転制御（第２運転支援制御）の間で切り替わる際に、これらの運転制御で使用される目標回転角（要求量）の差が０へ向けて徐々に減少するように演算する操舵制御装置が開示されている。

特開２０２０－１８５９２０号公報

上述した技術では、要求量とアクチュエータで発生させるトルクとを対応付けるトルクマップが、アクチュエータの制御に用いられる場合がある。この場合、トルクマップが第１運転支援制御と第２運転支援制御とで異なると、例えば第１運転支援制御から第２運転支援制御へ切り替えた際、要求量の変化とトルクマップの変化とが同期しないときには、当該トルクが急変する可能性がある。

そこで、本発明の一態様は、トルクの急変を抑制できる運転支援システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る運転支援システムは、要求量に関する出力量を出力する第１制御部と、第１制御部から出力された出力量とアクチュエータの実測量との差分量を算出し、当該差分量とトルクマップとに基づいてアクチュエータを制御する第２制御部と、を備えた運転支援システムであって、第１運転支援を行う第１運転支援制御と、第１運転支援とは異なる第２運転支援を行う第２運転支援制御とのいずれかを選択的に実行可能であり、第１運転支援制御では、第１制御部は、第１要求量を出力量として出力し、第２制御部は、第１要求量と実測量との差分量を算出し、当該差分量と第１トルクマップとに基づいてアクチュエータを制御し、第２運転支援制御では、第１制御部は、第２要求量と実測量との差分量を算出し、当該差分量を所定値で除算することで除算量を取得し、除算量と実測量との合計量を出力量として出力し、第２制御部は、合計量と実測量との差分量を算出し、当該差分量と第２トルクマップとに基づいてアクチュエータを制御する。

本発明の一側面に係る運転支援システムでは、第２トルクマップは、第２要求量と実測量との差分量に対してトルクを対応付ける基準第２トルクマップを所定値で積算して成るトルクマップであってもよい。要求量は、車両の舵角量に関する要求舵角量であり、実測量は、実測された車両の舵角量である実測舵角量であり、第１運転支援制御は、自動運転制御であり、第２運転支援制御は、アシスト制御であってもよい。

本発明の一態様によれば、トルクの急変を抑制できる運転支援システムを提供することが可能となる。

本実施形態に係る運転支援システムを示す構成図である。 （ａ）は、運転支援制御の切り替えのタイミングの一例を示すタイミングチャートである。（ｂ）は、舵角量の時間変化の一例を示すグラフである。（ｃ）は、出力量と実測量との差分量である舵角差の時間変化の一例を示すグラフである。 （ａ）は、本実施形態に係る運転支援システムにおけるアクチュエータに発生させるトルクの時間変化を示すグラフである。（ｂ）は、比較例に係る運転支援システムにおけるアクチュエータに発生させるトルクの時間変化を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る運転支援システムを示す模式的な図である。図１に示される運転支援システム１は、例えば、乗用車等の車両に搭載され、当該車両の運転者の運転支援制御を実行する。運転支援システム１は、第１運転支援を行う第１運転支援制御と、第１運転支援とは異なる第２運転支援を行う第２運転支援制御とのいずれかを選択的に実行可能である。本実施形態では、第１運転支援制御は、自動運転を行う自動運転制御である。第２運転支援制御は、運転者による運転のアシストを行うアシスト制御である。

自動運転制御とは、予め設定された目的地に向かって自動で車両を走行させる車両制御である。自動運転制御では、運転者が運転操作を行うことなく、車両を自動で走行させる。アシスト制御とは、運転者による運転操作を支援する車両制御である。本実施形態では、アシスト制御において運転者による操舵のアシストが行われる。

運転者は、自動運転制御と、アシスト制御とを切り替え可能である。運転者は、例えば、走行中の状況等に応じて、自ら運転操作を行うことなく自動運転制御を運転支援システム１に実行させるか、或いは、自ら運転操作を行いつつ運転操作の支援を受けるアシスト制御を運転支援システム１に実行させるかを選択することができる。

本実施形態に係る自動運転制御及びアシスト制御では、車両の走行車線からの逸脱を抑制するためのレーンキープ制御が行われる。レーンキープ制御では、例えば、車両が走行車線の左右の区画線に近接すると、車両が走行車線の中央側に戻るように車両のアクチュエータ５にトルクを発生させる。運転支援システム１は、走行車線の中央側に戻る等のために要求される舵角量を取得し、当該要求量に応じたトルクをアクチュエータ５で発生させる。自動運転制御の実行時において要求される舵角量に応じたトルクは、アシスト制御の実行時において要求される舵角量に応じたトルクよりも大きい。このため、自動運転制御の実行時において要求される舵角量に対する車両の舵角量の追従性は、アシスト制御の実行時において要求される舵角量に対する車両の舵角量の追従性よりも大きい。運転支援システム１は、撮像装置２と、第１制御部３と、第２制御部４と、アクチュエータ５とを備える。

撮像装置２は、車両の外部状況を撮像する撮像機器である。撮像装置２は、例えば、車両のフロントガラスの裏側に設けられ、車両前方を撮像する。撮像装置２は、車両の外部状況に関する撮像情報を第１制御部３に出力する。撮像情報は、例えば、走行車線の区画線と車両との距離、道路の曲率、車両の向き（ヨー角）に関する情報である。撮像装置２は、単眼カメラでもよく、ステレオカメラでもよい。撮像装置２には、撮像情報を取得するためのアプリケーションが実装されていてもよい。

第１制御部３及び第２制御部４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する電子制御ユニットである。第１制御部３及び第２制御部４では、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。第１制御部３及び第２制御部４のそれぞれは、複数の電子ユニットから構成されていてもよい。

第１制御部３は、撮像装置２から撮像情報を取得する。第１制御部３は、撮像情報に基づいて、運転支援制御に要求される要求量を取得する。本実施形態では、要求量は、車両の舵角量に関する要求舵角量である。要求舵角量は、例えば、外部状況に応じて要求される車両の舵角量である。本実施形態では、第１制御部３は、第１要求量及び第２要求量を取得する。第１要求量は、自動運転制御の実行時において第１制御部３により取得される要求量である。第２要求量は、アシスト制御の実行時において第１制御部３により取得される要求量である。第１制御部３は、要求量に関する出力量を第２制御部４に出力する。当該出力量については、後述する。

第２制御部４は、アクチュエータ５の実測量を取得する。本実施形態では、実測量は、実測された車両の舵角量である実測舵角量である。第２制御部４は、例えば、トルクセンサにより実測量を取得する。第２制御部４は、第１制御部３から出力された出力量と実測量との差分量（以下、単に「出力差分量」と称することがある。）を算出する。第２制御部４は、当該出力差分量とトルクマップとに基づいてアクチュエータ５を制御する。トルクマップは、出力差分量に対してアクチュエータ５で発生させるトルクを対応付ける制御マップである。

アクチュエータ５は、車両の制御に用いられる機器である。本実施形態では、アクチュエータ５は、操舵アクチュエータである。操舵アクチュエータは、トルクを付与するアシストモータ（不図示）の駆動を、第２制御部４からの制御信号に応じて制御する。これにより、操舵アクチュエータは、車両のトルクを制御する。

本実施形態では、アクチュエータ５は、アシストモータの駆動量を制御する。運転支援システム１は、例えば、アシストモータの駆動により生じる直線運動を、ラックアンドピニオン機構を介して回転運動に変換する。ラックアンドピニオン機構は、例えば、ラックが形成された転舵軸と、ピニオンが形成されたピニオン軸とを有する。ピニオン軸は、例えば、ステアリングコラムにより回転可能に支持されたステアリングシャフトに接続されており、回転運動をステアリングシャフト、及び、ステアリングシャフトに接続されたステアリングホイールに伝達する。

第１制御部３は、第１減算器３１と、除算器３２と、加算器３３と、第１切替部３４とを有する。第１減算器３１は、撮像装置２から取得した撮像情報に基づく第２要求量と実測量との差分量（以下、単に「要求差分量」と称することがある。）を算出し、除算器３２に要求差分量を出力する。除算器３２は、当該要求差分量を所定値で除算することで除算量を取得すると共に、加算器３３に当該除算量を出力する。所定値は、１よりも大きい実数であり、一例として１０である。所定値を決定する方法は、後述する。

加算器３３は、アクチュエータ５から実測量を取得する。加算器３３は、除算量と実測量との合計量を算出すると共に、第２制御部４に合計量を出力量として出力する。第１切替部３４は、第２制御部４に出力する出力量を切り替える。本実施形態では、第１切替部３４は、第１要求量及び上記合計量のいずれを出力量として第２制御部４に出力するかを切り替える。

第２制御部４は、第２減算器４１と、第２切替部４２と、第１トルク演算部４３と、第２トルク演算部４４と、トルク出力部４５とを有する。また、第２制御部４は、トルクマップとして、自動運転制御の実行時に用いられる第１トルクマップと、アシスト制御の実行時に用いられる第２トルクマップとを記憶している。

第２減算器４１は、アクチュエータ５から実測量を取得する。第２減算器４１は、出力差分量を算出する。第２切替部４２は、算出した出力差分量の出力先を、第１トルク演算部４３と第２トルク演算部４４との間で切り替える。第１トルク演算部４３は、第１トルクマップを記憶している。第１トルク演算部４３は、出力差分量と第１トルクマップとに基づいて、アクチュエータ５で発生させるトルクを演算し、演算結果をトルク出力部４５に出力する。第２トルク演算部４４は、第２トルクマップを記憶している。第２トルク演算部４４は、出力差分量と第２トルクマップとに基づいて、アクチュエータ５で発生させるトルクを演算し、演算結果をトルク出力部４５に出力する。トルク出力部４５は、第１トルク演算部４３の演算結果及び第２トルク演算部４４の演算結果のいずれかをアクチュエータ５に出力し、当該演算結果に係るトルクをアクチュエータ５で発生させる。

第２トルクマップは、基準第２トルクマップを上述した所定値で積算して成るトルクマップである。基準第２トルクマップは、第２要求量と実測量との差分量に対してトルクを対応付けるトルクマップである。第２トルクマップにおけるトルクゲインである第２トルクゲインは、基準第２トルクマップにおけるトルクゲインである基準第２トルクゲインを所定値で積算した値である。本実施形態では、第１トルクマップのトルクゲインである第１トルクゲインは、第２トルクゲインと略等しい。一例として、第１トルクゲインと第２トルクゲインとが互いに等しくなるように所定値が決定される。換言すれば、所定値は、第１トルクゲインを基準第２トルクゲインで除算した値としてもよい。第１トルクゲインをτＡとし、第２トルクゲインをτＢ２とし、基準第２トルクゲインをτＢとし、上述した所定値をＧＢとすると、以下の式（１）～（３）を満たしていてもよい。
τＡ＞＞τＢ…（１）、 τＡ≒τＢ２…（２）、 ＧＢ≒τＡ／τＢ…（３）

自動運転制御では、第１制御部３は、第１要求量を出力量として出力するように第１切替部３４を切り替える。第２制御部４は、出力差分量と第１トルクマップとを対応付けるように第２切替部４２を切り替える。この結果、第１制御部３は、第１要求量を出力量として第２制御部４に出力する。第２制御部４は、第１要求量（出力量）と実測量との差分量である出力差分量を算出し、当該出力差分量と第１トルクマップとに基づいてアクチュエータ５で発生させるトルクを演算する。そして、第２制御部４は、当該トルクをアクチュエータ５で発生させる。

アシスト制御では、第１制御部３は、合計量を出力量として出力するように第１切替部３４を切り替える。第２制御部４は、出力差分量と第２トルクマップとを対応付けるように第２切替部４２を切り替える。この結果、第１制御部３は、第２要求量と実測量の要求差分量を算出し、要求差分量を所定値で除算することで除算量を取得する。第１制御部３は、除算量と実測量との合計量を出力量として第２制御部４に出力する。第２制御部４は、合計量と実測量との差分量である出力差分量を算出し、当該出力差分量と第２トルクマップとに基づいてアクチュエータ５で発生させるトルクを演算する。そして、第２制御部４は、当該トルクをアクチュエータ５で発生させる。

次に、本実施形態に係る運転支援システム１の作用効果を説明する。

図２（ａ）は、運転支援制御の切り替えのタイミングの一例を示すタイミングチャートである。図２（ａ）の例では、自動運転制御の実行タイミングを「１」で示しており、アシスト制御の実行タイミングを「０」で示している。つまり、図２の例では、運転支援システム１が、基準となる所定の時刻から４秒後に自動運転制御からアシスト制御に切り替え、当該所定の時刻から８秒後にアシスト制御から自動運転制御に切り替えた状態を示している。

図２（ｂ）は、舵角量の時間変化の一例を示すグラフである。図２（ｂ）の例では、自動運転制御の実行時において第１制御部３から第２制御部４に出力される出力量（第１要求量）を細い破線のグラフＡ１で図示している。また、アシスト制御の実行時において第１制御部３から第２制御部４に出力される出力量（合計量）を太い破線のグラフＡ２で図示している。また、実測量を細い実線のグラフＢで図示している。さらに、第１制御部３から第２制御部４に出力される出力量を太い実線のグラフＣで図示している。

運転支援システム１は、いわゆるサーボ機構を含む。サーボ機構では、トルクマップのトルクゲインが大きいほど実測量と要求量との差が小さくなり、トルクマップのトルクゲインが小さいほど実測量と要求量との差が大きくなる。よって、図２（ｂ）に示されるように、第１要求量は、実測量と略一致する。第１要求量に対する実測量の追従性は、第２要求量に対する実測量の追従性よりも大きい。

図２（ｃ）は、出力量と実測量との差分量である舵角差の時間変化の一例を示すグラフである。図２（ｃ）の例では、第１制御部３から第２制御部４に出力される出力量と実測量との差分量をグラフＤで図示している。

図３（ａ）は、本実施形態に係る運転支援システムにおけるアクチュエータで発生させるトルクの時間変化を示すグラフである。図３（ｂ）は、比較例に係る運転支援システムにおけるアクチュエータで発生させるトルクの時間変化を示すグラフである。図３の例では、第１切替部３４の切り替えと第２切替部４２の切り替えとが同期している場合における、アクチュエータ５で発生させるトルクを太い実線のグラフＥで図示している。また、第２切替部４２の切り替えが第１切替部３４の切り替えに対して遅延した場合における、アクチュエータ５で発生させるトルクを細い破線のグラフＦ１で図示している。さらに、第１切替部３４の切り替えが第２切替部４２の切り替えに対して遅延した場合における、アクチュエータ５で発生させるトルクを太い破線のグラフＦ２で図示している。

運転支援制御を切り替えるに際し、第１切替部３４の切り替えと第２切替部４２の切り替えとが同期することが理想的である。しかし現実的には、例えば、要求量の平坦化処理（第１切替部３４を切り替えた時に要求量を漸増、又は漸減させる処理）、第１制御部３と第２制御部４との間の通信遅延等を原因として、第１切替部３４の切り替え及び第２切替部４２の切り替えの一方が、他方に対して遅延する可能性がある。

本実施形態に係る運転支援システム１では、アシスト制御の実行時において、第１制御部３が合計量を出力量として第２制御部４に出力する。この場合、第２要求量を出力量として第２制御部４に出力する場合と比較して、図２（ｂ）に示されるように、出力量と実測量との差が小さくなる。換言すれば、アシスト制御の実行時における出力量に対する実測量の追従性を向上させることができる。この結果、自動運転制御の実行時における出力量（第１要求量）と、アシスト制御の実行時における出力量（合計量）との差を小さくすることができる。よって、第１切替部３４の切り替えと第２切替部４２の切り替えとが同期しない場合でも、運転支援制御の切り替えの前後で第２制御部４への出力量が急変することを抑制できる。この結果、図２（ｃ）に示されるように、出力量と実測量との差分量（出力差分量）が急変することを抑制できる。そして、アクチュエータ５で発生させるトルクは、トルクマップにより出力差分量と対応付けられる。よって、図３（ａ）に示されるように、運転支援制御を切り替えた際に生じるトルクの急変を抑制できる。

本実施形態に係る運転支援システム１では、第２トルクマップは、第２要求量と実測量との差分量に対してトルクを対応付ける基準第２トルクマップを所定値で積算して成るトルクマップである。この場合、第１制御部３が第２要求量と実測量との差分量を所定値で除算したことに対応して、基準第２トルクマップを所定値で積算して第２トルクマップとする。これにより、アシスト制御の実行時における第２制御部４への出力量を変化させた場合でも、アクチュエータ５で発生させるトルクの変化を抑制できる。

本実施形態に係る運転支援システム１では、要求量は、車両の舵角量に関する要求舵角量であり、実測量は、実測された車両の舵角量である実測舵角量である。運転支援システム１では、第１運転支援制御は、自動運転制御であり、第２運転支援制御は、アシスト制御である。この場合、自動運転制御及びアシスト制御の間で実行する制御を相互に切り替えた場合でも、車両の舵角量が急変することを抑制できる。

次に、比較例に係る運転支援システムについて説明する。以下の説明では、運転支援システム１と重複する説明は適宜省略する。比較例に係る運転支援システムでは、第１制御部が第１減算器３１、除算器３２及び加算器３３を有していない。アシスト制御の実行時において、第１制御部は、第２要求量を出力量として第２制御部に出力する。また、第１トルクゲインと第２トルクゲインとは、互いに異なる。具体的には、第２トルクゲインは、第１トルクゲインよりも小さい。例えば、第２トルクゲインは、第１トルクゲインを上述した所定値で除算した値である。

運転支援制御を切り替えるに際し、第２切替部の切り替えが第１切替部の切り替えに対して遅延した場合、第１制御部は、第２要求量を出力量として第２制御部に出力する。一方で、第２制御部は、出力差分量を第１トルクマップと対応付ける。このとき、第１要求量と第２要求量とが互いに異なるタイミングで運転支援制御を切り替えた場合、第２制御部に出力される出力量が急変する。そして、第２制御部への出力量が急変する結果、出力量と実測量との差分量（出力差分量）が急変する。これに加え、第１トルクゲインは、第２トルクゲインよりも大きい。よって、図３（ｂ）におけるグラフＦ１で示されるように、アクチュエータで発生させるトルクが急に増大する。

運転支援制御を切り替えるに際し、第１切替部の切り替えが第２切替部の切り替えに対して遅延した場合、第１制御部は、第１要求量を出力量として第２制御部に出力する。一方で、第２制御部は、出力差分量を第２トルクマップと対応付ける。このとき、第１要求量と第２要求量とが互いに異なるタイミングで運転支援制御を切り替えた場合、第２制御部に出力される出力量が急変し、出力差分量も急変する。これに加え、第２トルクゲインは、第１トルクゲインよりも小さい。よって、図３（ｂ）におけるグラフＦ２で示されるように、アクチュエータで発生させるトルクが急に減少する。このような比較例に係る運転支援システムに対して本実施形態では、上述したように、出力差分量の急変を抑制でき、アクチュエータ５で発生させるトルクの急変を抑制できる。よって、本実施形態に係る運転支援システム１は有効なものである。

以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。

上記実施形態では、運転支援システム１が車両に適用される例について説明した。しかし、運転支援システム１は、車両に限らず、種々のシステムに適用可能である。当該システムは、例えば、互いに通信可能とされた２つの演算装置を有し、当該２つの演算装置のそれぞれが２以上の機能を有すると共に当該２以上の機能が切り替わる可能性があるシステムであってもよい。この場合、一方の演算装置から出力される指令値に応じて他方の演算装置の出力が変化し、当該一方の演算装置の機能が切り替わる際の指令値を滑らかに変化させることが必要であってもよい。

上記実施形態では、アクチュエータ５が操舵アクチュエータである例について説明した。アクチュエータ５は、第２制御部４からの制御信号に応じて所定の制御を行うものであればよい。例えば、アクチュエータ５は、車両のアクセル量を制御するアクセルアクチュエータ、車両のブレーキ量を制御するブレーキアクチュエータであってもよい。また、パワートレーンにおいても、２つ以上の機能を有し且つこれらの機能が切り替わる場合には、本発明の一態様を適用可能である。上記実施形態では、撮像装置２及び第１制御部３は、同一の装置構成により実現されてもよい。上記実施形態では、第２制御部４及びアシストモータは、同一の装置構成により実現されてもよい。

１…運転支援システム、３…第１制御部、４…第２制御部、５…アクチュエータ。

Claims (1)

1. 要求量に関する出力量を出力する第１制御部と、
   前記第１制御部から出力された前記出力量とアクチュエータの実測量との差分量を算出し、当該差分量とトルクマップとに基づいて前記アクチュエータを制御する第２制御部と、を備えた運転支援システムであって、
   第１運転支援を行う第１運転支援制御と、前記第１運転支援とは異なる第２運転支援を行う第２運転支援制御とのいずれかを選択的に実行可能であり、
   前記第１運転支援制御では、
   前記第１制御部は、第１要求量を前記出力量として出力し、
   前記第２制御部は、前記第１要求量と前記実測量との差分量を算出し、当該差分量と第１トルクマップとに基づいて第１トルク演算部により前記アクチュエータで発生させるトルクを演算し、前記第１トルク演算部の演算結果を前記アクチュエータに出力し、
   前記第２運転支援制御では、
   前記第１制御部は、第２要求量と前記実測量との差分量を算出し、当該差分量を所定値で除算することで除算量を取得し、前記除算量と前記実測量との合計量を前記出力量として出力し、
   前記第２制御部は、前記合計量と前記実測量との差分量を算出し、当該差分量と第２トルクマップとに基づいて第２トルク演算部により前記アクチュエータで発生させるトルクを演算し、前記第２トルク演算部の演算結果を前記アクチュエータに出力し、
   前記第１制御部は、第１切替部を有し、
   前記第２制御部は、第２切替部を有し、
   前記第１運転支援制御では、
   前記第１制御部は、前記第１切替部において、前記第１要求量を出力量として前記第２制御部に出力するように切り替え、
   前記第２制御部は、前記第２切替部において、前記第１要求量と前記実測量との差分量の出力先を前記第１トルク演算部へ切り替え、
   前記第２運転支援制御では、
   前記第１制御部は、前記第１切替部において、前記合計量を出力量として前記第２制御部に出力するように切り替え、
   前記第２制御部は、前記第２切替部において、前記合計量と前記実測量との差分量の出力先を前記第２トルク演算部へ切り替える、運転支援システム。