WO2020075477A1

WO2020075477A1 - 車両制御システム

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Publication number: WO2020075477A1
Application number: PCT/JP2019/036913
Authority: WO
Inventors: 俊晴菅原; 龍稲葉; 豊田　英弘
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2018-10-09
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2020-04-16
Also published as: JP2020059350A; US20210387632A1; US12012112B2; CN112805201A; JP7254474B2

Abstract

本発明は、安価で制御装置の故障時にも安全を確保でき、自動運転システム（または走行支援システム）の安全性を向上することのできる車両制御システムを提供する。本発明は、外界を認識するセンサの情報及び/又は地図データベースの情報に基づき自動運転に関する少なくとも2つ以上の機能を実現する第1の制御装置1と、外界を認識するセンサの情報及び/又は地図データベースの情報に基づき第1の制御装置1よりも少ない自動運転に関する機能を実現する第2の制御装置25と、第1または第2の制御装置1、25が計画した機能に基づいて自車の運転状態を自動的に制御する車両運動制御装置26と、を備える車両制御システム100であって、第1または第2の制御装置1、25が計画した将来の機能が第2の制御装置25でバックアップできるか否かを判断するバックアップ判断部302と、バックアップ判断部302によりバックアップできないと判断した場合、システム責任からドライバ責任に切り替えることを通知するHMI23とを有する。

Description

車両制御システム

　本発明は、車両制御システムに関する。

　特許文献１には、自動化レベル2の自動運転制御を行う予防安全システムと、自動化レベル3の自動運転制御を行う自動運転システムとを備え、予防安全システムおよび自動運転システムは、互いに独立した処理系として構成されている自動運転制御装置が開示されている。特許文献１に記載の自動運転制御装置では、予防安全システムによる自動運転制御が行われているときに当該予防安全システムが故障すると、自動運転システムによる自動運転制御へ移行する。自動運転システムによる自動運転制御が行われているときに当該自動運転システムが故障すると、予防安全システムによる自動運転制御へ移行する。すなわち、フル2重系の構成ではなく、比較的高価な自動運転システムを比較的安価な予防安全システムでバックアップすることで、コストの増大を抑えつつ、安全性を担保するとしている。

特開２０１７－１５７０６７号公報

　ところで、メインの自動運転システムとサブの予防安全システムを実装するハードウェアスペックが違うと、各システムで実現できる運転機能は異なる。しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、予防安全システムでバックアップできる機能を考慮していないため、自動運転システムの全ての機能を予防安全システムでバックアップできるとは限らない。すなわち、自動運転システムの故障時に予防安全システムでバックアップできない場合があり、ドライバが突然運転を代わらなければならない可能性がある。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、自動運転システムの安全性を向上することのできる車両制御システムを提供することにある。

　上記課題を解決するため、本発明の望ましい態様の一つは次の通りである。自動運転に関する少なくとも2つ以上の機能を実現する第1の制御装置と、前記第1の制御装置よりも少ない自動運転に関する機能を実現する第2の制御装置と、前記第1または第2の制御装置が計画した機能に基づいて自車の運転状態を自動的に制御する車両運動制御装置と、を備える車両制御システムであって、前記第1または第2の制御装置が計画した将来の機能が前記第2の制御装置でバックアップできるか否かを判断するバックアップ判断部と、前記バックアップ判断部によりバックアップできないと判断した場合、システム責任からドライバ責任に切り替えることを通知する通知部とを有することを特徴とする。

　本発明によれば、将来の自動運転機能を第2の制御装置でバックアップできるか否かを判断し、バックアップできないと判断した場合、システム責任の自動運転を継続せず、システム責任からドライバ責任に切り替えることを通知する。その結果、第2の制御装置がバックアップできない機能が実行される前に、ドライバが待機状態をとることができるため、当該機能実行中に万が一、第1の制御装置に故障が起こっても、システム責任の運転状態からドライバに急なハンドル操作等を要求することはなくなる。すなわち、自動運転システムの安全性を向上することができる。

　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

第1から4の実施形態における車両制御システム全体のシステム構成図。第1から4の実施形態における車両制御システム全体のブロック図。第1から4の実施形態における第1の認知判断部、第4の実施形態における第2の認知判断部のブロック図。第1から2の実施形態における第2の認知判断部のブロック図。第1の実施形態における故障時のバックアップ方法の一例を示す図。第1の実施形態におけるバックアップ可否判断のフローチャート。第1の実施形態における車両制御システムを適用した時の動作例を示す図。第1の実施形態におけるHMIのドライバへの通知方法の一例を示す図。第2の実施形態における故障時のバックアップ方法の一例を示す図。第2の実施形態におけるバックアップ可否判断のフローチャート。第2の実施形態における車両制御システムを適用した時の動作例を示す図。第3の実施形態における第2の認知判断部のブロック図。第3の実施形態における故障時のバックアップ方法の一例を示す図。第3の実施形態におけるバックアップ可否判断のフローチャート。第3の実施形態における第1の認知判断部と第2の認知判断部の機能一覧。第3の実施形態における車両制御システムを適用した時の動作例を示す図。第4の実施形態における故障時のバックアップ方法の一例を示す図。第4の実施形態における第1の認知判断部と第2の認知判断部の機能一覧。第4の実施形態における車両制御システムを適用した時の動作例を示す図。

　以下、本発明の車両制御システムの実施形態について、図面を用いて説明する。

［第1の実施形態］
　図1は、車両制御システム100のハードウェア構成を示すシステム構成図である。なお、図中、FL輪は左前輪、FR輪は右前輪、RL輪は左後輪、RR輪は右後輪を、それぞれ意味する。

　車両制御システム100は、例えば自動車等の車両に搭載され、基本的に、外界を認識するセンサ2、3、4、5と、自車両の絶対位置を検出するGNSS（Global Navigation Satellite System）27と、前記センサ2、3、4、5及びGNSS27の情報に基づき自車線内の自動運転、自動車線変更、自動合流、自動分岐などの複数の自動運転機能（自動運転に関する機能）の目標軌道を計算する第1の制御装置1と、前記センサ2、3、4、5及びGNSS27の情報に基づき前記第1の制御装置1よりも少ない自動運転機能の目標軌道を計算する第2の制御装置25と、前記自動運転を実現するアクチュエータとしてのステアリング制御機構10、ブレーキ制御機構13、スロットル制御機構20と、情報をドライバ等に通知する通知部としてのHMI（Human Machine Interface）23と、前記第1の制御装置1と前記第2の制御装置25の目標軌道に基づき各アクチュエータ10、13、20への指令値を演算する車両運動制御装置26と、前記車両運動制御装置26の指令値に基づき各アクチュエータ10、13、20を制御する制御装置としてのステアリング制御装置8、ブレーキ制御装置15、スロットル制御装置19と、を備える。ステアリング制御装置8は、当該指令値に基づき上記ステアリング制御機構10を制御し、ブレーキ制御装置15は、当該指令値に基づき上記ブレーキ制御機構13を制御して各輪（FL輪、FR輪、RL輪、RR輪）のブレーキ力配分を調整し、スロットル制御装置19は、当該指令値に基づきスロットル制御機構20を制御してエンジン（不図示）のトルク出力を調整する。

　外界を認識するセンサ2、3、4、5は、自車線（自車両が走行する車線）のレーンマーカや標識、自車両の周囲の他車両等（以下、オブジェクトということがある）を検知するためのものであり、そのセンサとして、本例では、前方にステレオカメラ2、左右側方にレーザレーダ3、４、後方にミリ波レーダ5を備えており、これらのセンサによって自車両と周囲車両の相対距離及び相対速度を検出することができる。また、前方のステレオカメラ2は、自車両が走行している車線のレーンマーカの横位置等を検出することができる。なお、本実施形態では、センサ構成の一例として上記センサの組み合わせを示しているが、それに限定するものではなく、超音波センサ、単眼カメラ、赤外線カメラなどとの組み合わせでもよい。GNSS27は、自車両の絶対位置を検出する。前記センサ2、3、4、5及びGNSS27の情報が、第1の制御装置1および第2の制御装置25に入力される。

　第1の制御装置1、および第2の制御装置25は、図1に詳細に示していないが、例えば、CPU、ROM、RAM及び入出力装置を有するECUで構成される。例えば、上記ROMには、自車線内の自動運転、自動車線変更、自動合流、自動分岐などの自動運転を実現するための認知、判断のプログラムが記憶されており、上記CPUが、自動運転のための目標軌道を生成して、車両運動制御装置26へ送信する。車両運動制御装置26は、第1の制御装置1、または第2の制御装置25から送られた目標軌道に車両が追従するように各アクチュエータ10、13、20の指令値を演算し、各アクチュエータ10、13、20の制御装置8、15、19に通信する。各アクチュエータ10、13、20の制御装置8、15、19は、車両運動制御装置26の指令値を通信により受信し、当該指令値に基づき各アクチュエータ10、13、20を制御する。

　次に、各アクチュエータ10、13、20を構成するステアリング、ブレーキ、アクセルの動作について説明する。

　まず、ブレーキの動作について説明する。ドライバのブレーキペダル12を踏む踏力を、ブレーキブースタ（不図示）で倍力し、マスタシリンダ（不図示）によって、その力に応じた油圧を発生させる。発生した油圧は、ブレーキ制御機構13を介して、各輪に設けられたホイルシリンダ16FL～16RRに供給される。ホイルシリンダ16FL～16RRは、シリンダ（不図示）、ピストン、パッド等から構成されており、マスタシリンダから供給された作動液によってピストンが推進され、ピストンに連結されたパッドがディスクロータに押圧される。なお、ディスクロータは、車輪とともに回転している。そのため、ディスクロータに作用したブレーキトルクは、車輪と路面との間に作用するブレーキ力となる。以上により、ドライバのブレーキペダル操作に応じて、各輪に制動力を発生させることができる。

　ブレーキ制御装置15は、図1に詳細に示していないが、第1の制御装置1等と同様に、例えばCPU、ROM、RAM及び入出力装置を有する。ブレーキ制御装置15には、前後加速度、横加速度、ヨーレートを検出可能なコンバインセンサ14と、各輪に設置された車輪速センサ22FL～22RRと、上述の車両運動制御装置26からのブレーキ力指令値と、後述するステアリング制御装置8を介してハンドル角検出装置21からのセンサ信号が入力されている。また、ブレーキ制御装置15の出力は、ポンプ（不図示）、制御バルブを有するブレーキ制御機構13に接続されており、ドライバのブレーキペダル操作とは独立に、各輪に任意の制動力を発生させることができる。ブレーキ制御装置15は、上記各種情報に基づいて車両のスピン、ドリフトアウト、車輪のロック等を推定し、それらを抑制するようにブレーキ制御機構13等を制御して該当輪の制動力を発生させ、ドライバの操縦安定性を高める役割を担っている。また、第1の制御装置1が、（車両運動制御装置26を介して）ブレーキ制御装置15にブレーキ指令値を通信することで、車両に任意のブレーキ力を発生させることができる。但し、本実施形態では、上記ブレーキ制御装置15に限定するものではなく、ブレーキバイワイヤ等のほかのアクチュエータを用いてもよい。

　次に、ステアリングの動作について説明する。ドライバがハンドル6を介して入力した操舵トルクとハンドル角をそれぞれ操舵トルク検出装置7とハンドル角検出装置21で検出し、それらの情報に基づいてステアリング制御装置8はモータ9を制御してアシストトルクを発生させる。なお、ステアリング制御装置8も、図1に詳細に示していないが、第1の制御装置1等と同様に、例えばCPU、ROM、RAM及び入出力装置を有する。上記ドライバの操舵トルクと、モータ9によるアシストトルクの合力により、ステアリング制御機構10が可動し、前輪が切れる。一方で、前輪の切れ角に応じて、路面からの反力がステアリング制御機構10に伝わり、路面反力としてドライバに伝わる構成となっている。

　ステアリング制御装置8は、ドライバのステアリング操作とは独立に、モータ9によりトルクを発生し、ステアリング制御機構10を制御することができる。従って、第1の制御装置1は、（車両運動制御装置26を介して）ステアリング制御装置8に目標操舵トルク指令値を通信することで、前輪を任意の切れ角に制御することができる。但し、本実施形態では、上記ステアリング制御装置8に限定するものではなく、ステアバイワイヤ等のほかのアクチュエータを用いてもよい。

　次に、アクセルについて説明する。ドライバのアクセルペダル17の踏み込み量はストロークセンサ18で検出され、スロットル制御装置19に入力される。なお、スロットル制御装置19も、図1に詳細に示していないが、第1の制御装置1等と同様に、例えばCPU、ROM、RAM及び入出力装置を有する。スロットル制御装置19は、上記アクセルペダル17の踏み込み量に応じてスロットル開度を調節し、エンジン（不図示）（のトルク出力）を制御する。以上により、ドライバのアクセルペダル操作に応じて車両を加速させることができる。また、スロットル制御装置19は、ドライバのアクセルペダル操作とは独立に、スロットル開度を制御することができる。従って、第1の制御装置1は、（車両運動制御装置26を介して）スロットル制御装置8に目標加速度指令値を通信することで、車両に任意の加速度を発生させることができる。

　以上により、車両制御システム100は、周囲車両の状況等に応じて、ブレーキ、スロットルを調整することで車両の速度を適切に制御するとともに、ステアリングを制御して自動的に自車線内の自動運転、自動車線変更、自動合流、自動分岐などを実現することができる。

　図2に、車両制御システム100全体の機能ブロックを示す。第1の制御装置1には第1の認知判断部201とバックアップ可否判断部203が、第2の制御装置25には第2の認知判断部202が、車両運動制御装置26には車両制御部204がそれぞれ実装されている。

　図2に示すように、センサ2、3、4、5及びGNSS27の情報が、第1の制御装置1の第1の認知判断部201と第2の制御装置25の第2の認知判断部202に入力される。前記センサ2、3、4、5及びGNSS27の情報に基づき、第1の認知判断部201で、将来の運転行動（実行される自動運転に関する機能）が計画され、バックアップ可否判断部203に入力される。ただし、将来の運転行動は、第2の認知判断部202あるいは他のブロックで計画されてもよい。バックアップ可否判断部203は、第2の認知判断部202で前記運転行動がバックアップ可能か否かを判断し（後で詳述）、そのバックアップの可否に基づき自動運転レベル、すなわちバックアップ不可でドライバ責任の自動運転か、バックアップ可能でシステム責任の自動運転か（自動運転レベル）をHMI23でドライバに通知する。車両制御部204には、第1の認知判断部201で計画された将来の運転行動に対応した軌道（目標軌道）と、第2の認知判断部202で計画された将来の運転行動に対応した軌道（目標軌道）が入力される。車両制御部204には、第1の認知判断部201と第2の認知判断部202の故障を判断する故障判断部205がさらに実装されている。車両制御部204は、第1の認知判断部201に故障が検出された場合、第2の認知判断部202からの軌道に追従するように（各制御装置8、15、19を介して）各アクチュエータ10、13、20を制御して、自車の運転状態（走行状態）を制御する。また、車両制御部204は、第2の認知判断部202に故障が検出された場合、第１の認知判断部201からの軌道に追従するように（各制御装置8、15、19を介して）各アクチュエータ10、13、20を制御して、自車の運転状態（走行状態）を制御する。なお、故障判断部205は、車両制御部204以外にも第1の認知判断部201、及び／又は第2の認知判断部202に実装されていてもよい。また、故障判断部205での故障判断は、従来知られた適宜の手法を用いることができる。

　図3を用いて第1の認知判断部201のブロック図を説明する。第1の認知判断部201は、本例では、地図情報認識部301、地図データベース302、センサフュージョン部303、運転行動計画部304、軌道計画部305からなる。地図情報認識部301は、GNSS27からの絶対位置情報と、センサ（ステレオカメラ）2からのランドマーク等の情報と、図示しない車両の内界センサの情報と、地図データベース302の地図情報とに基づき、地図上における自車の位置（自己位置）を推定し、当該自己位置を地図データベース302に保存するとともに、自車周辺の地図情報を運転行動計画部304および軌道計画部305に出力する。ここで、地図データベース302は、交通ルール（制限速度、通行可否等）、道路の接続状態、道路の種別（一般道、高速道路等）等の情報を記憶している。センサフュージョン部303は、各センサ2、3、4、5のオブジェクトの情報を統合し、白線、道路端、オブジェクトの情報を運転行動計画部304および軌道計画部305に出力する。運転行動計画部304は、地図情報認識部301からの地図情報及びセンサフュージョン部303からの白線、道路端、オブジェクトの情報に基づき、自車両が今後とる運転行動（実行される自動運転に関する機能）を計画し、軌道計画部305およびバックアップ可否判断部203（図2参照）に出力する。ここで、運転行動は、例えば、自車線内走行、自動合流、自動車線変更、分岐、交差点右折、交差点左折、交差点直進などの自動運転の機能である。ただし、上記機能に限定されるものではなく、運転行動は、走行車線などの情報で表現されてもよい。軌道計画部305は、前記運転行動、地図情報、白線、道路端、オブジェクトの情報に基づき、目標軌道（自車が走行すべき軌道）を生成・計画し、車両運動制御装置26（の車両制御部204）（図2参照）に出力する。

　続いて、図4を用いて第2の認知判断部202のブロック図を説明する。第2の認知判断部202は、本例では、バックアップ軌道生成部401からなる。バックアップ軌道生成部401は、各センサ2、3、4、5の情報に基づき目標軌道としてのバックアップ軌道を生成・計画し、車両運動制御装置26（の車両制御部204）（図2参照）に出力する。なお、本実施形態では、第2の認知判断部202のバックアップ軌道生成部401は、図5に示すように第1の制御装置1が故障した場合のバックアップ軌道として自車が走行している車線に沿って停止する軌道を生成する。この時、第2の認知判断部202のバックアップ軌道生成部401は、後続車に注意喚起するためにハザードを点滅させる。

　次に、バックアップ可否判断部203によるバックアップ可否判断のフローチャートを図6に示す。バックアップ可否判断部203は、前記運転行動を、自車が走行している際に第1の制御装置1が故障した場合に、自車が走行している車線に沿って停止する軌道（つまり、第2の制御装置25が生成し得るバックアップ軌道）でバックアップできるか否かを（運転行動における運転区間、詳しくはバックアップ可能・不可能区間を表すバックアップ可否区間と共に）判断する。詳しくは、S601では、前記運転行動において自車の進路と他車両の進路が交差するか否かを判断し、自車の進路が他車両の進路と交差すると判断した場合（Yes）、減速、停止が安全側とは限らないため、自車線内の停止軌道（バックアップ軌道）でバックアップできないと判断し、S602に進む。S602では、前記運転行動（の運転区間）で将来的にドライバ責任の自動運転になることをHMI23を介してドライバに予め（第1の制御装置1が故障する前に）通知する。一方、S601にて、前記運転行動において自車の進路が他車両の進路と交差しないと判断した場合は（No）、自車線で止まっても安全であるため、自車線内の停止軌道（バックアップ軌道）でバックアップできると判断し、S603に進む。S603では、前記運転行動（の運転区間）で将来的にシステム責任の自動運転とすることをHMI23を介してドライバに予め（第1の制御装置1が故障する前に）通知する。すなわち、本例では、バックアップ可否判断部203は、交差点や合流、車線変更などの他車両と進路が交差する動作以外は、安全にバックアップ可能と判断する。

　続いて、第1の実施形態の車両制御システム100を適用した場合の動作例を図7に示す。
図７は、自車が高速道路の合流の加速区間に向かって走行しているシーンである。図3に基づき説明したように、運転行動計画部304は、地図情報と白線、道路端、オブジェクトの情報に基づき、自車がこれから走行する将来の運転行動を計画する。ここでは、自車が加速区間の単一車線を走行し、その後に合流区間で合流し、その後に本線で単一車線を走行すると計画している。なお、運転行動の計画は、定期的に、あるいは自車が所定位置に到達した時に行われる。続いて、バックアップ可否判断部203は、図6に示すフローチャートで説明したように、前記運転行動に基づき、第1の制御装置1に故障が起こった場合に第2の制御装置25（のバックアップ軌道）でバックアップ可能か否かを判断する。ここでは、バックアップ可否判断部203は、単一車線の走行は、自車が走行している車線に沿った停止軌道（バックアップ軌道）でバックアップできると判断してシステム責任の自動運転（例えば自動運転レベル3）となり、合流は、自車が走行している車線に沿った停止軌道（バックアップ軌道）でバックアップできないと判断してドライバ責任の自動運転（例えば自動運転レベル2）となること（換言すれば、合流区間でシステム責任の自動運転からドライバ責任の自動運転に切り替えること）を、HMI23を介してドライバに通知する。

　HMI23でドライバに通知する方法としては、例えば図8に示すように、今後の実施される運転行動を画面上に示して、数秒から数十秒後に来る運転行動前（自車がドライバ責任の自動運転に切り替わる合流区間に到達する数秒から数十秒前）にハンドルを握るようにドライバに促す。ただし、HMI23での通知は、ハンドルを握るのを促す表示に限定するものではなく、自動運転レベルを表示する、あるいは運転行動の責任の所在を明示してもよい。また、上記の他には、ドライバ責任の自動運転中は、ドライバに機能実行の承認を得るようにしてもよい。

　以上で説明した第1の実施形態の車両制御システム100により、将来の運転行動を計画し、運転行動中に第1の制御装置1に故障が起こった場合に、第2の制御装置25が生成する自車が走行している車線に沿った停止軌道（バックアップ軌道）でバックアップできるか否かを判断し、バックアップできないと判断した場合にシステム責任の自動運転からドライバ責任の自動運転に切り替えることができる。すなわち、第2の制御装置25でバックアップできる運転行動はシステム責任の自動運転で走行し、第2の制御装置25でバックアップできない運転行動はドライバ責任の自動運転で走行することができる。よって、合流、車線変更、交差点走行などの自動運転中に万が一、第1の制御装置1に故障が起こっても、システム責任の運転状態からドライバに急なハンドル操作を要求することはなくなる。すなわち、安価で第1の制御装置1の故障時にも安全を確保でき、自動運転システム（または走行支援システム）の安全性を向上することができる。

［第2の実施形態］
　上記第1の実施形態は、故障時に自車が走行している車線に沿って停止する車両制御システム100であるが、本第2の実施形態は、故障時に自車が走行している車線の路肩に停止して安全を確保する車両制御システム100である。本第2の実施形態における車両制御システム100のシステム構成図、ブロック図、第1の制御装置1の第1の認知判断部201のブロック図、第2の制御装置25の第2の認知判断部202のブロック図は、図1～図4に基づき説明した第1の実施形態と基本的に同じである。よって、第1の実施形態と同一の機能を有する部分については、同一符号を付して説明を省略し、以下では、相違点を中心に説明する。

　第1の制御装置1が故障した場合のバックアップ軌道を図9に示す。本実施形態においては、図9に示すように、第2の認知判断部202のバックアップ軌道生成部401は、各センサ2、3、4、5からの白線、道路端、オブジェクトの情報に基づいて、自車が道路の端（路肩）に停止するバックアップ軌道を生成する。

　続いて、本第2の実施形態のバックアップ可否判断部203によるバックアップ可否判断のフローチャートを図10に示す。本実施形態では、バックアップ可否判断部203には、第1の認知判断部201が計画した運転行動に加えて、センサ情報及び/又は地図情報（図3等参照）が入力されている。バックアップ可否判断部203は、S1001で、前記運転行動中に路肩停止（つまり、第2の制御装置25が生成し得るバックアップ軌道）でバックアップできるか否かを（運転行動における運転区間、詳しくはバックアップ可能・不可能区間を表すバックアップ可否区間と共に）判断する。詳しくは、前記運転行動中に自車が停止するスペースが路肩に存在するか否かを判断し、路肩に停止するスペースがないと判断した場合（No）、自車が路肩に安全に停止できないため、路肩停止の軌道（バックアップ軌道）でバックアップできないと判断し、S602に進む。一方、S1001で、前記運転行動中に自車が停止するスペースが路肩にあると判断した場合（Yes）、自車が路肩に安全に停止できるため、路肩停止の軌道（バックアップ軌道）でバックアップできると判断し、S603に進む。S602、S603は、上記第1の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

　第2の実施形態の車両制御システム100を適用した場合の動作例を図11に示す。図11に示す運転行動はどちらも自車が単一車線を走行する行動であるが、図中のaの点線よりも左の運転行動（の運転区間）では路肩に停止するスペースがあるため、バックアップ可否判断部203が、第1の制御装置1に故障が起こった場合に第2の制御装置25（のバックアップ軌道）でバックアップ可能（換言すれば、バックアップ軌道を生成可能）と判断する。一方で、図中のaの点線よりも右の運転行動（の運転区間）では側壁により路肩にスペースがないため、バックアップ可否判断部203が、第1の制御装置1に故障が起こった場合に第2の制御装置25（のバックアップ軌道）でバックアップ不可（換言すれば、バックアップ軌道を生成できない）と判断する。そして、バックアップ可否判断部203は、図中のaの点線よりも左（手前）の走行は、路肩停止の軌道（バックアップ軌道）でバックアップできると判断してシステム責任の自動運転（例えば自動運転レベル3）となり、図中のaの点線よりも右（先）の走行は、路肩停止の軌道（バックアップ軌道）でバックアップできないと判断してドライバ責任の自動運転（例えば自動運転レベル2）となること（換言すれば、路肩にスペースがない区間でシステム責任の自動運転からドライバ責任の自動運転に切り替えること）を、HMI23を介してドライバに通知する。

　以上で説明した第2の実施形態の車両制御システム100により、将来の運転行動を計画し、運転行動中に第1の制御装置1に故障が起こった場合に、第2の制御装置25が生成する路肩への停止軌道（バックアップ軌道）でバックアップできるか否かを判断し、バックアップできないと判断した場合にシステム責任の自動運転からドライバ責任の自動運転に切り替えることができる。すなわち、第2の制御装置25でバックアップできる運転行動はシステム責任の自動運転で走行し、第2の制御装置25でバックアップできない運転行動はドライバ責任の自動運転で走行することができる。よって、路肩にスペースがない場面で、自動運転中に万が一、第1の制御装置1に故障が起こっても、システム責任の運転状態からドライバに急なハンドル操作を要求することはなくなる。すなわち、安価で第1の制御装置1の故障時にも安全を確保でき、自動運転システム（または走行支援システム）の安全性を向上することができる　

［第3の実施形態］
　本第3の実施形態は、第1の制御装置1の故障時に故障前の機能を継続する車両制御システム100で、特に単一車線自動走行の機能を継続する車両制御システム100の実施形態である。本第3の実施形態における車両制御システム100のシステム構成図、ブロック図、第1の制御装置1の第1の認知判断部201のブロック図は、図1～図3に基づき説明した第1の実施形態と基本的に同じである。よって、第1または第2の実施形態と同一の部分については、同一符号を付して説明を省略し、以下では、相違点を中心に説明する。

　図12に、第2の制御装置25の第2の認知判断部202のブロック図を示す。本第3の実施形態においては、図12に示すように、第2の認知判断部202は、センサフュージョン部403と軌道計画部405からなる。第2の認知判断部202のセンサフュージョン部403および軌道計画部405の動作・処理は、図3に基づき説明した第1の認知判断部201のセンサフュージョン部303および軌道計画部305の動作・処理と基本的に同じである。本実施形態の第2の認知判断部202は、このような構成により、バックアップ軌道として、各センサ2、3、4、5からの白線、道路端、オブジェクトの情報に基づき、単一車線内（換言すれば、自車線内）を走行する軌道（目標軌道）を生成・計画する機能を有する。

　続いて、図13に、第1の制御装置1が故障した時の第2の制御装置25のバックアップ方法を示す。本第3の実施形態においては、自車が単一車線走行中に第1の制御装置1に故障があった場合、第2の制御装置25（の第2の認知判断部202）が計画した単一車線内を走行する軌道（バックアップ軌道）で機能を維持する。すなわち、上記第1、2の実施形態では、自車線あるいは路肩に自車を停止していたが、本第3の実施形態では、故障により自車を即停止するのではなく、故障前の機能を継続、すなわち自車線内を走行する軌道を生成して自車線内の走行を継続することができる。

　次に、図14を用いて、バックアップ可否判断部203による、単一車線走行による機能維持によるバックアップ可否判定を説明する。本実施形態では、バックアップ可否判断部203は、S1401で、第1の制御装置1が故障した場合に、故障前の運転行動を継続する軌道を第2の制御装置25の第2の認知判断部202で生成可能か否かを（運転行動における運転区間、詳しくはバックアップ可能・不可能区間を表すバックアップ可否区間と共に）判断し、その軌道を生成できない、すなわち第2の制御装置25でバックアップできないと判断した場合（No）、S602に進む。一方、その軌道を生成できる、すなわち第2の制御装置25でバックアップできると判断した場合（Yes）、S603に進む。S602、S603は、上記第1の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

　図15は、第1の認知判断部201と第2の認知判断部202で実現できる自動運転機能を表にまとめたものである。第1の認知判断部201は、例えば、単一車線の自動走行、自動車線変更、自動合流、自動分岐、自動ゲート通過を実現できる。一方で、第2の認知判断部202は、前述したように、単一車線の自動走行のみ実現可能である。つまり、本例では、第1の認知判断部201と第2の認知判断部202で実現可能な機能（自動運転機能）が異なり、単一車線の自動走行は、第1の認知判断部201と第2の認知判断部202の両方が実現可能であるが、自動車線変更、自動合流、自動分岐、自動ゲート通過は、第1の認知判断部201のみが実現できて第2の認知判断部202が実現できない。なお、第1の認知判断部201と第2の認知判断部202で実現できる機能は、一例であって、これに限定されるものではない。

　続いて、図16に、第3の実施形態の車両制御システム100を適用した場合の動作例を示す。

　図16は、自車が高速道路の合流の加速区間に向かって走行しているシーンである。バックアップ可否判断部203は、図14に示すフローチャートで説明したように、第1の制御装置1に故障が起こった場合に第2の制御装置25でバックアップ可能か否かを判断する。ここでは、バックアップ可否判断部203は、単一車線の走行中の故障は第2の制御装置25で機能を継続できる（バックアップできる）と判断してシステム責任の自動運転（例えば自動運転レベル3）となり、単一車線の走行中以外の合流中の故障は第2の制御装置25で機能継続できない（バックアップできない）と判断してドライバ責任の自動運転（例えば自動運転レベル2）となること（換言すれば、合流区間でシステム責任の自動運転からドライバ責任の自動運転に切り替えること）を、HMI23を介してドライバに通知する。

　以上で説明した第3の実施形態の車両制御システム100により、将来の運転行動を実行中に第1の制御装置1に故障が起こった場合に、第2の制御装置25で機能（換言すれば、将来の運転行動）を継続できるか否かを判断し、機能継続できないと判断した場合にシステム責任の自動運転からドライバ責任の自動運転に切り替えることができる。第3の実施形態では、特に第2の制御装置25で機能継続できる単一車線走行はシステム責任の自動運転で走行し、第2の制御装置25で機能継続できないその他の運転行動はドライバ責任の自動運転で走行することができる。よって、合流、車線変更、交差点走行などの自動運転中に万が一、第1の制御装置1に故障が起こっても、システム責任の運転状態からドライバに急なハンドル操作を要求することはなくなる。すなわち、安価で第1の制御装置1の故障時にも安全を確保でき、自動運転システム（または走行支援システム）の安全性を向上することができる。

［第4の実施形態］
　本第4の実施形態は、第1の制御装置1の故障時に故障前の機能を継続する車両制御システム100で、特に単一車線自動走行、自動車線変更、自動合流、自動分岐の機能を継続する車両制御システム100の実施形態である。すなわち、本第4の実施形態は、上記第3の実施形態よりも継続できる機能が付加されている。本第4の実施形態における車両制御システム100のシステム構成図、ブロック図、第1の制御装置1の第1の認知判断部201のブロック図は、図1～図3に基づき説明した第1の実施形態と基本的に同じである。また、第2の制御装置25の第2の認知判断部202のブロック図は、図3に基づき説明した第1の実施形態の第1の制御装置1の第1の認知判断部201のブロック図と基本的に同じである。よって、第1、第2または第3の実施形態と同一の部分については、同一符号を付して説明を省略し、以下では、相違点を中心に説明する。

　前述したように、本実施形態の第2の制御装置25の第2の認知判断部202は、図3で示した第1の制御装置1の第1の認知判断部201と同様の構成となっている。ただし、本実施形態において、第1制御装置１と第2の制御装置25は、図示しないハードウェアスペックが異なるため、実現できる機能は異なる。

　続いて、図17に、第1の制御装置1が故障した時の第2の制御装置25のバックアップ方法を示す。本第4の実施形態においては、自車が単一車線走行（歩行者なし/あり）、車線変更、合流、分岐中に第1の制御装置1に故障があった場合、第2の制御装置25（の第2の認知判断部202）が故障前の機能を継続して走行する。すなわち、上記第1、2の実施形態では、自車線あるいは路肩に自車を停止していたが、本第4の実施形態では、上記第3の実施形態と同様に、故障により自車を即停止するのではなく、故障前の機能を継続、すなわち自車線内を走行する軌道、合流の軌道、車線変更の軌道、および分岐の軌道を生成して自車線内の走行、車線変更、合流、分岐を継続することができる。

　なお、バックアップ可否判断部203による、機能維持によるバックアップ可否判定は、上記第3の実施形態と同じであるため、説明を省略する。

　図18は、第１の認知判断部201と第2の認知判断部202で実現できる自動運転機能を表にまとめたものである。第1の認知判断部201は、例えば、単一車線の自動走行、歩行者および障害物に対するブレーキによる障害物自動回避、自動車線変更、自動合流、自動分岐、交差点、歩行者および障害物に対するステアリングによる障害物自動回避を実現できる。
一方で、第2の認知判断部202は、前述したように、単一車線の走行、歩行者および障害物に対するブレーキによる障害物回避、自動車線変更、自動合流、自動分岐を実現可能である。つまり、本例では、第1の認知判断部201と第2の認知判断部202で実現可能な機能（自動運転機能）が異なり、単一車線の自動走行、歩行者および障害物に対するブレーキによる障害物自動回避、自動車線変更、自動合流、自動分岐は、第1の認知判断部201と第2の認知判断部202の両方が実現可能であるが、交差点、歩行者および障害物に対するステアリングによる障害物自動回避は、第1の認知判断部201のみが実現できて第2の認知判断部202が実現できない。なお、第1の認知判断部201と第2の認知判断部202で実現できる機能は、一例であって、これに限定されるものではない。

　続いて、図19に、第4の実施形態の車両制御システム100を適用した場合の動作例を示す。

　図19は、自車が交差点右折に向けて走行しているシーンである。バックアップ可否判断部203は、図14に示すフローチャートで説明したように、第1の制御装置1に故障が起こった場合に第2の制御装置25でバックアップ可能か否かを判断する。ここでは、バックアップ可否判断部203は、単一車線の走行中、車線変更中の故障は第2の制御装置25で機能を継続できる（バックアップできる）と判断してシステム責任の自動運転（例えば自動運転レベル3）で走行することになり、交差点右折中の故障は第2の制御装置25で機能継続できない（バックアップできない）と判断してドライバ責任の自動運転（例えば自動運転レベル2）となること（換言すれば、交差点区間でシステム責任の自動運転からドライバ責任の自動運転に切り替えること）を、HMI23を介してドライバに通知する。

　なお、図19に示すシーンでは、ドライバ責任の自動運転（例えば自動運転レベル2）となることを、単一車線の走行中にドライバに通知してもよいし、車線変更中にドライバに通知してもよい。

　以上で説明した第4の実施形態の車両制御システム100により、将来の運転行動を実行中に第1の制御装置1に故障が起こった場合に、第2の制御装置25で機能（換言すれば、将来の運転行動）を継続できるか否かを判断し、機能継続できないと判断した場合にシステム責任の自動運転からドライバ責任の自動運転に切り替えることができる。第4の実施形態では、特に第2の制御装置25で機能継続できる単一車線の自動走行、歩行者および障害物に対するブレーキによる障害物自動回避、自動車線変更、自動合流、自動分岐の時はシステム責任の自動運転で走行し、第2の制御装置25で機能継続できないその他の運転行動はドライバ責任の自動運転で走行することができる。よって、交差点走行、歩行者および障害物に対するステアリングによる障害物自動回避の自動運転中に万が一、第1の制御装置1に故障が起こっても、システム責任の運転状態からドライバに急なハンドル操作を要求することはなくなる。すなわち、安価で第1の制御装置1の故障時にも安全を確保でき、自動運転システム（または走行支援システム）の安全性を向上することができる。

　本実施形態では、上記機能を例にしたが、それに限定される必要はなく、第1の認知判断部201で実現できる機能よりも、第2の認知判断部202で実現可能な機能が少ない場合に本実施形態が有効である。

　以上、各実施形態について説明したが、具体的な構成は上記各実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
また、各実施形態を適宜に組み合わせてもよいことは勿論である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

1…第1の制御装置、2…ステレオカメラ（センサ）、3，4…レーザレーダ（センサ）、5…ミリ波レーダ（センサ）、6…ハンドル、7…操舵トルク検出装置、8…ステアリング制御装置、9…モータ、10…ステアリング制御機構（アクチュエータ）、12…ブレーキペダル、13…ブレーキ制御機構（アクチュエータ）、14…コンバインセンサ、15…ブレーキ制御装置、16FL～16RR…ホイルシリンダ、17…アクセルペダル、18…ストロークセンサ、19…スロットル制御装置、20…スロットル制御機構（アクチュエータ）、21…ハンドル角検出装置、22FL～22RR…車輪速センサ、23…HMI（通知部）、25…第2の制御装置、 26…車両運動制御装置、27…GNSS、100…車両制御システム、201…第1の認知判断部、202…第2の認知判断部、203…バックアップ可否判断、204…車両制御部、205…故障判断部、301…地図情報認識部、302…地図データベース、303…センサフュージョン部、304…運転行動計画部、305…軌道計画部、401…バックアップ軌道生成部、403…センサフュージョン部、405…軌道計画部

Claims

　自動運転に関する少なくとも2つ以上の機能を実現する第1の制御装置と、前記第1の制御装置よりも少ない自動運転に関する機能を実現する第2の制御装置と、前記第1または第2の制御装置が計画した機能に基づいて自車の運転状態を自動的に制御する車両運動制御装置と、を備える車両制御システムであって、
　前記第1または第2の制御装置が計画した将来の機能が前記第2の制御装置でバックアップできるか否かを判断するバックアップ判断部と、
　前記バックアップ判断部によりバックアップできないと判断した場合、システム責任からドライバ責任に切り替えることを通知する通知部とを有することを特徴とする車両制御システム。
　請求項１に記載の車両制御システムであって、
　前記バックアップ判断部は、前記第1の制御装置に備えられていることを特徴とする車両制御システム。
　請求項１に記載の車両制御システムであって、
　前記通知部は、前記自車が前記バックアップ判断部でバックアップできないと判断した区間に到達する前に、システム責任からドライバ責任に切り替えることを通知することを特徴とする車両制御システム。
　請求項１に記載の車両制御システムであって、
　前記通知部は、システム責任からドライバ責任に切り替えることをバックアップ可否区間とともに通知することを特徴とする車両制御システム。
　請求項１に記載の車両制御システムであって、
　前記第2の制御装置は、自車が走行している車線に沿って停止する軌道を生成する機能を有し、
　前記バックアップ判断部は、運転行動における自車の進路と他車両の進路が交差する場合に、バックアップできないと判断することを特徴とする車両制御システム。
　請求項１に記載の車両制御システムであって、
　前記第2の制御装置は、自車が走行する車線の路肩に停止する軌道を生成する機能を有し、
　前記バックアップ判断部は、運転行動中に自車が停止するスペースが路肩に存在しない場合に、バックアップできないと判断することを特徴とする車両制御システム。
　請求項１に記載の車両制御システムであって、
　前記バックアップ判断部は、前記将来の機能と前記第2の制御装置が実現可能な機能に基づき、前記将来の機能が前記第1の制御装置が実現できて前記第2の制御装置が実現できない機能である場合に、バックアップできないと判断することを特徴とする車両制御システム。
　請求項７に記載の車両制御システムであって、
　前記第2の制御装置は、自車線内を走行する軌道を生成する機能を有し、
　前記バックアップ判断部は、単一車線の走行中以外の運転行動は、バックアップできないと判断することを特徴とする車両制御システム。
　請求項７に記載の車両制御システムであって、
　前記第2の制御装置は、自車線内を走行する軌道、合流の軌道、車線変更の軌道、および分岐の軌道を生成する機能を有し、
　前記バックアップ判断部は、単一車線の走行中、合流中、車線変更中、および分岐中以外の運転行動は、バックアップできないと判断することを特徴とする車両制御システム。