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JP6936350B2 - 車両制御装置および車両制御方法 - Google Patents

車両制御装置および車両制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、車両の制御技術に関するものである。
車両の自動運転を実現するための様々な技術が提案されている。特許文献1には、車両の走行制御をそれぞれ行う第1走行制御手段および第2走行制御手段を設け、それらの走行制御手段のうち一方で機能低下が検出された場合に、他方で代替制御を行うことが開示されている。このように車両の走行制御手段を複数設けた冗長構成とすることで、車両の自動運転制御の信頼性を向上させている。
国際公開第2019/116870号
冗長構成を備える車両において、第1走行制御手段が通常時における走行制御を行い、その第1走行制御手段の機能低下時などに、もう一方の第2走行制御手段による走行制御を行うことを考える。このような場合、各走行制御手段は互いに動作状況の監視を行うことで、走行制御を行うか否かが決定される。しかし、通信障害などの理由により、第2走行制御手段が、第1走行制御手段が正常に動作しているにもかかわらず第1走行制御手段の機能低下が発生したと判断した場合、第2走行制御手段は代替制御を開始してしまう。その結果、第1走行制御手段と第2走行制御手段の両方にて走行制御を行うこととなり、無駄な制御が行われてしまう。
そこで、本発明は、冗長構成を備えた車両において、各走行制御手段による走行制御の同時実行を抑制することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての車両制御装置は、車両の自動運転を制御する車両制御装置であって、前記車両の操舵及び加減速を制御して前記車両の走行制御を実行する第1走行制御手段と、前記車両の周辺走行環境の認識及び前記車両の走行支援を実行する第2走行制御手段と、前記第1走行制御手段からの指示に基づいて第1アクチュエータを制御する第1制御手段と、前記第2走行制御手段からの指示に基づいて第2アクチュエータを制御する第2制御手段と、を備え、前記第1制御手段は、前記第1走行制御手段からの指示を受信できない場合に、前記第1制御手段による前記第1アクチュエータの制御から前記第2制御手段による前記第2アクチュエータの制御へ制御状態を切り替える通知を前記第2制御手段に行い、前記第2走行制御手段は、前記第1走行制御手段との通信機能の低下を検知し、かつ、前記制御状態が前記第制御手段による前記第アクチュエータの制御であることを検知した場合に、記車両の代替制御を行う。
本発明によれば、冗長構成を備えた車両において、各走行制御手段による走行制御の同時実行を抑制することが可能となる。
本願発明の一実施形態に係る車両制御装置を示すブロック図 本願発明の一実施形態に係る車両制御装置を示すブロック図 本願発明の一実施形態に係る車両制御装置を示すブロック図 本願発明の一実施形態に係る車両制御装置を示すブロック図 本願発明の一実施形態に係る通信回線の接続概要を示す図 本願発明の一実施形態に係る切り替え動作を説明するための図 本願発明の一実施形態に係る処理のフローチャート
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図1〜図4は、本発明の一実施形態に係る車両制御装置1(制御システム)のブロック図である。車両制御装置1は、車両Vを制御する。図1および図2において、車両Vはその概略が平面図と側面図とで示されている。車両Vは一例としてセダンタイプの四輪の乗用車である。車両制御装置1は、第1制御部1Aと第2制御部1Bとを含む。図1は第1制御部1Aの構成を示すブロック図であり、図2は第2制御部1Bの構成を示すブロック図である。図3は主に、第1制御部1Aと第2制御部1Bとの間の通信回線及び電源の構成を示している。
第1制御部1Aと第2制御部1Bとは車両Vが実現する一部の機能を多重化又は冗長化したものである。これによりシステムの信頼性を向上させることができる。第1制御部1Aは、例えば、自動運転制御や、手動運転における通常の動作制御の他、危険回避等に関わる走行支援制御も行う。第2制御部1Bは、主に危険回避等に関わる走行支援制御を司る。走行支援のことを運転支援と呼ぶ場合がある。第1制御部1Aと第2制御部1Bとで機能を冗長化しつつ、異なる制御処理を行わせることで、制御処理の分散化を図りつつ、信頼性を向上させることができる。
本実施形態の車両Vはパラレル方式のハイブリッド車両であり、図2には、車両Vの駆動輪を回転させる駆動力を出力するパワープラント50の構成が模式的に図示されている。パワープラント50は、内燃機関EG、モータMおよび自動変速機TMを有している。モータMは、車両Vを加速させる駆動源として利用可能であると共に、減速時等において発電機としても利用可能である(回生制動)。
<第1制御部1A>
図1を参照して第1制御部1Aの構成について説明する。第1制御部1Aは、ECU群(制御ユニット群)2Aを含む。ECU群2Aは、複数のECU20A〜29Aを含む。各ECUは、CPUに代表されるプロセッサ、半導体メモリ等の記憶デバイス、外部デバイスとのインタフェース等を含む。記憶デバイスには、プロセッサが実行するプログラムやプロセッサが処理に使用するデータ等が格納される。各ECUは、プロセッサ、記憶デバイスおよびインタフェース等を複数備えていてもよい。なお、ECUの数や、担当する機能については適宜設計可能であり、本実施形態よりも細分化したり、あるいは、統合したりすることが可能である。なお、図1および図3においては、ECU20A〜29Aの代表的な機能の名称を付している。例えば、ECU20Aには「自動運転ECU」と記載している。
ECU20Aは、車両Vの走行制御として自動運転に関わる制御を実行する。自動運転においては、車両Vの駆動(パワープラント50による車両Vの加速等)、操舵または制動の少なくとも1つを、運転者の運転操作に依らず自動的に行う。本実施形態では、駆動、操舵、および制動を自動的に行う。
ECU21Aは、車両Vの周囲状況を検知する検知ユニット31A、32Aの検知結果に基づいて、車両Vの走行環境を認識する環境認識ユニットである。ECU21Aは、周辺環境情報として後述する物標データを生成する。
本実施形態の場合、検知ユニット31Aは、撮像により車両Vの周囲の物体を検知する撮像デバイス(以下、カメラ31Aと表記する場合がある)である。カメラ31Aは、車両Vの前方を撮影可能なように車両Vのルーフ前部に設けられている。カメラ31Aが撮影した画像の解析により、物標の輪郭抽出や、道路上の車線の区画線(白線等)を抽出可能である。
本実施形態の場合、検知ユニット32Aは、光により車両Vの周囲の物体を検知するライダ(LIDAR;Light Detection and Ranging)であり(以下、ライダ32Aと表記する場合がある)、車両Vの周囲の物標を検知したり、物標との距離を測距したりする。本実施形態の場合、ライダ32Aは5つ設けられており、車両Vの前部の各隅部に1つずつ、後部中央に1つ、後部各側方に1つずつ設けられている。ライダ32Aの数や配置は適宜選択可能である。
ECU29Aは、検知ユニット31Aの検知結果に基づいて、車両Vの走行制御として走行支援(換言すると運転支援)に関わる制御を実行する走行支援ユニットである。
ECU22Aは、電動パワーステアリング装置41Aを制御する操舵制御ユニットである。電動パワーステアリング装置41Aは、ステアリングホイールSTに対する運転者の運転操作(操舵操作)に応じて前輪を操舵する機構を含む。電動パワーステアリング装置41Aは、操舵操作をアシストしたり、あるいは、前輪を自動操舵するための駆動力を発揮したりするモータや、モータの回転量を検知するセンサや、運転者が負担する操舵トルクを検知するトルクセンサ等を含む。
ECU23Aは、油圧装置42Aを制御する制動制御ユニットである。油圧装置42Aは、例えばESB(電動サーボブレーキ)を実現する。ブレーキペダルBPに対する運転者の制動操作は、ブレーキマスタシリンダBMにおいて液圧に変換されて油圧装置42Aに伝達される。油圧装置42Aは、ブレーキマスタシリンダBMから伝達された液圧に基づいて、四輪にそれぞれ設けられたブレーキ装置(例えばディスクブレーキ装置)51に供給する作動油の液圧を制御可能なアクチュエータであり、ECU23Aは、油圧装置42Aが備える電磁弁等の駆動制御を行う。本実施形態の場合、ECU23Aおよび油圧装置42Aは電動サーボブレーキを構成し、ECU23Aは、例えば、4つのブレーキ装置51による制動力と、モータMの回生制動による制動力との配分を制御する。
ECU24Aは、自動変速機TMに設けられている電動パーキングロック装置50aを制御する停止維持制御ユニットである。電動パーキングロック装置50aは、主としてPレンジ(パーキングレンジ)選択時に自動変速機TMの内部機構をロックする機構を備える。ECU24Aは、電動パーキングロック装置50aによるロックおよびロック解除を制御可能である。
ECU25Aは、車内に情報を報知する情報出力装置43Aを制御する車内報知制御ユニットである。情報出力装置43Aは、例えばヘッドアップディスプレイ等の表示装置や音声出力装置を含む。更に、振動装置を含んでもよい。ECU25Aは、例えば、車速や外気温等の各種情報や、経路案内等の情報を情報出力装置43Aに出力させる。
ECU26Aは、車外に情報を報知する情報出力装置44Aを制御する車外報知制御ユニットである。本実施形態の場合、情報出力装置44Aは方向指示器(ハザードランプ)であり、ECU26Aは、方向指示器として情報出力装置44Aの点滅制御を行うことで車外に対して車両Vの進行方向を報知し、また、ハザードランプとして情報出力装置44Aの点滅制御を行うことで車外に対して車両Vへの注意力を高めることができる。
ECU27Aは、パワープラント50を制御する駆動制御ユニットである。本実施形態では、パワープラント50にECU27Aを1つ割り当てているが、内燃機関EG、モータMおよび自動変速機TMのそれぞれにECUを1つずつ割り当ててもよい。ECU27Aは、例えば、アクセルペダルAPに設けた操作検知センサ34aやブレーキペダルBPに設けた操作検知センサ34bにより検知した運転者の運転操作や車速等に対応して、内燃機関EGやモータMの出力を制御したり、自動変速機TMの変速段を切り替えたりする。なお、自動変速機TMには、車両Vの走行状態を検知するセンサとして、自動変速機TMの出力軸の回転数を検知する回転数センサ39が設けられている。車両Vの車速は回転数センサ39の検知結果から演算可能である。
ECU28Aは、車両Vの現在位置や進路を認識する位置認識ユニットである。ECU28Aは、ジャイロセンサ33A、GPSセンサ28b、通信装置28cの制御および検知結果あるいは通信結果の情報処理を行う。ジャイロセンサ33Aは、車両Vの回転運動を検知する。ジャイロセンサ33の検知結果等により車両Vの進路を判定することができる。GPSセンサ28bは、車両Vの現在位置を検知する。通信装置28cは、地図情報や交通情報を提供するサーバと無線通信を行い、これらの情報を取得する。データベース28aには、高精度の地図情報を格納することができ、ECU28Aは、この地図情報等に基づいて、車線上の車両Vの位置をより高精度に特定可能である。
入力装置45Aは、運転者が操作可能に車内に配置され、運転者からの指示や情報の入力を受け付ける。
<第2制御部1B>
図2を参照して第2制御部1Bの構成について説明する。第2制御部1Bは、ECU群(制御ユニット群)2Bを含む。ECU群2Bは、複数のECU21B〜25Bを含む。各ECUは、CPUに代表されるプロセッサ、半導体メモリ等の記憶デバイス、外部デバイスとのインタフェース等を含む。記憶デバイスには、プロセッサが実行するプログラムやプロセッサが処理に使用するデータ等が格納される。各ECUは、プロセッサ、記憶デバイスおよびインタフェース等を複数備えていてもよい。なお、ECUの数や、担当する機能については適宜設計可能であり、本実施形態よりも細分化したり、あるいは、統合したりすることが可能である。なお、ECU群2Aと同様、図2および図3においてはECU21B〜25Bの代表的な機能の名称を付している。
ECU21Bは、車両Vの周囲状況を検知する検知ユニット31B、32Bの検知結果に基づいて、車両Vの走行環境を認識する環境認識ユニットであると共に、車両Vの走行制御として走行支援(換言すると運転支援)に関わる制御を実行する走行支援ユニットである。ECU21Bは、周辺環境情報として後述する物標データを生成する。
なお、本実施形態では、ECU21Bが環境認識機能と走行支援機能とを有する構成としたが、第1制御部1AのECU21AおよびECU29Aのように、機能毎にECUを設けてもよい。逆に、第1制御部1Aにおいて、ECU21Bのように、ECU21AおよびECU29Aの機能を1つのECUで実現する構成であってもよい。
本実施形態の場合、検知ユニット31Bは、撮像により車両Vの周囲の物体を検知する撮像デバイス(以下、カメラ31Bと表記する場合がある)である。カメラ31Bは、車両Vの前方を撮影可能なように車両Vのルーフ前部に設けられている。カメラ31Bが撮影した画像の解析により、物標の輪郭抽出や、道路上の車線の区画線(白線等)を抽出可能である。本実施形態の場合、検知ユニット32Bは、電波により車両Vの周囲の物体を検知するミリ波レーダであり(以下、レーダ32Bと表記する場合がある)、車両Vの周囲の物標を検知したり、物標との距離を測距したりする。本実施形態の場合、レーダ32Bは5つ設けられており、車両Vの前部中央に1つ、前部各隅部に1つずつ、後部各隅部に1つずつ設けられている。レーダ32Bの数や配置は適宜選択可能である。
ECU22Bは、電動パワーステアリング装置41Bを制御する操舵制御ユニットである。電動パワーステアリング装置41Bは、ステアリングホイールSTに対する運転者の運転操作(操舵操作)に応じて前輪を操舵する機構を含む。電動パワーステアリング装置41Bは、操舵操作をアシストしたり、あるいは、前輪を自動操舵するための駆動力を発揮したりするモータや、モータの回転量を検知するセンサや、運転者が負担する操舵トルクを検知するトルクセンサ等を含む。また、ECU22Bには、後述する通信回線L2を介して操舵角センサ37が電気的に接続されており、操舵角センサ37の検知結果に基づいて電動パワーステアリング装置41Bを制御可能である。ECU22Bは、運転者がステアリングハンドルSTを把持しているか否かを検知するセンサ36の検知結果を取得可能であり、運転者の把持状態を監視することができる。
ECU23Bは、油圧装置42Bを制御する制動制御ユニットである。油圧装置42Bは、例えばVSA(Vehicle Stability Assist)を実現する。ブレーキペダルBPに対する運転者の制動操作は、ブレーキマスタシリンダBMにおいて液圧に変換されて油圧装置42Bに伝達される。油圧装置42Bは、ブレーキマスタシリンダBMから伝達された液圧に基づいて、各車輪のブレーキ装置51に供給する作動油の液圧を制御可能なアクチュエータであり、ECU23Bは油圧装置42Bが備える電磁弁等の駆動制御を行う。
本実施形態の場合、ECU23Bおよび油圧装置42Bには、四輪それぞれに設けられた車輪速センサ38、ヨーレートセンサ33B、ブレーキマスタシリンダBM内の圧力を検知する圧力センサ35が電気的に接続され、これらの検知結果に基づき、ABS機能、トラクションコントロールおよび車両Vの姿勢制御機能を実現する。例えば、ECU23Bは、四輪それぞれに設けられた車輪速センサ38の検知結果に基づき各車輪の制動力を調整し、各車輪の滑走を抑制する。また、ヨーレートセンサ33Bが検知した車両Vの鉛直軸回りの回転角速度に基づき各車輪の制動力を調整し、車両Vの急激な姿勢変化を抑制する。
また、ECU23Bは、車外に情報を報知する情報出力装置43Bを制御する車外報知制御ユニットとしても機能する。本実施形態の場合、情報出力装置43Bはブレーキランプであり、制動時等にECU23Bはブレーキランプを点灯可能である。これにより後続車に対して車両Vへの注意力を高めることができる。
ECU24Bは、後輪に設けられている電動パーキングブレーキ装置(例えばドラムブレーキ)52を制御する停止維持制御ユニットである。電動パーキングブレーキ装置52は、後輪をロックする機構を備える。ECU24Bは、電動パーキングブレーキ装置52による後輪のロックおよびロック解除を制御可能である。
ECU25Bは、車内に情報を報知する情報出力装置44Bを制御する車内報知制御ユニットである。本実施形態の場合、情報出力装置44Bは、インストルメントパネルに配置される表示装置を含む。ECU25Bは、情報出力装置44Bに車速、燃費等の各種の情報を出力させることが可能である。
入力装置45Bは、運転者が操作可能に車内に配置され、運転者からの指示や情報の入力を受け付ける。
<通信回線>
ECU間を通信可能に接続する、車両制御装置1の通信回線の例について図3を参照して説明する。車両制御装置1は、有線の通信回線L1〜L7を含む。通信回線L1には、第1制御部1Aの各ECU20A〜27A、29Aが接続されている。なお、ECU28Aも通信回線L1に接続されてもよい。
通信回線L2には、第2制御部1Bの各ECU21B〜25Bが接続されている。また、第1制御部1AのECU20Aも通信回線L2に接続されている。通信回線L3は、ECU20AとECU21Aとを接続する。通信回線L5は、ECU20A、ECU21AおよびECU28Aを接続する。通信回線L6は、ECU29AとECU21Aとを接続する。通信回線L7は、ECU29AとECU20Aとを接続する。
通信回線L1〜L7のプロトコルは同じであっても異なっていてもよいが、通信速度、通信量や耐久性等、通信環境に応じて異ならせてもよい。例えば、通信回線L3およびL4は、通信速度の点でイーサネット(登録商標)であってもよい。例えば、通信回線L1、L2、L5〜L7はCAN(Controller Area Network)であってもよい。
第1制御部1Aは、ゲートウェイGWを備えている。ゲートウェイGWは、通信回線L1と通信回線L2を中継する。このため、例えば、ECU21Bは、通信回線L2、ゲートウェイGWおよび通信回線L1を介してECU27Aに制御指令を出力可能である。
<電源>
車両制御装置1の電源について図3を参照して説明する。車両制御装置1は、大容量バッテリ6と、電源7Aと、電源7Bとを含む。大容量バッテリ6は、モータMの駆動用バッテリであると共に、モータMにより充電されるバッテリである。
電源7Aは、第1制御部1Aに電力を供給する電源であり、電源回路71Aとバッテリ72Aとを含む。電源回路71Aは、大容量バッテリ6の電力を第1制御部1Aに供給する回路であり、例えば、大容量バッテリ6の出力電圧(例えば190V)を基準電圧(例えば12V)に降圧する。バッテリ72Aは、例えば12Vの鉛バッテリである。バッテリ72Aを設けたことにより、大容量バッテリ6や電源回路71Aの電力供給が遮断あるいは低下した場合であっても、第1制御部1Aに電力の供給を行うことができる。
電源7Bは、第2制御部1Bに電力を供給する電源であり、電源回路71Bとバッテリ72Bとを含む。電源回路71Bは、電源回路71Aと同様の回路であり、大容量バッテリ6の電力を第2制御部1Bに供給する回路である。バッテリ72Bは、バッテリ72Aと同様のバッテリであり、例えば12Vの鉛バッテリである。バッテリ72Bを設けたことにより、大容量バッテリ6や電源回路71Bの電力供給が遮断あるいは低下した場合であっても、第2制御部1Bに電力の供給を行うことができる。
<全体構成>
図4を参照して車両Vの全体構成を別の観点から説明する。車両Vは、第1制御部1A、第2制御部1B、外界認識装置群82及びアクチュエータ群83を含む。図4では、第1制御部1Aに含まれるECUとして、ECU20A、ECU21A、ECU22A、ECU23AおよびECU27Aが例示されており、第2制御部1Bに含まれるECUとして、ECU21B、ECU22BおよびECU23Bが例示されている。
外界認識装置群82は、車両Vに搭載された外界認識装置(センサ)の集合である。外界認識装置群82は、一例として、上述のカメラ31A、カメラ31B、ライダ32Aおよびレーダ32Bを含む。本実施形態の場合、カメラ31Aおよびライダ32Aは、第1制御部1AのECU21Aに接続されており、ECU21Aからの指示に従って動作する(即ち、第1制御部1Aによって制御される)。ECU21Aは、カメラ31Aおよびライダ32Aで得られた外界情報を取得すると共に、当該外界情報を第1制御部1AのECU20Aに供給する。また、カメラ31Bおよびレーダ32Bは、第2制御部1BのECU21Bに接続されており、ECU21Bからの指示に従って動作する(即ち、第2制御部1Bによって制御される)。ECU21Bは、カメラ31Bおよびライダ32Bで得られた外界情報を取得すると共に、当該外界情報を第1制御部1AのECU20Aに供給する。これにより、第1制御部1A(ECU20A)は、カメラ31A、カメラ31B、ライダ32Aおよびレーダ32Bのそれぞれから得られた外界情報を用いて自動運転の制御を実行することができる。
アクチュエータ群83は、車両Vに搭載されたアクチュエータの集合である。アクチュエータ群83は、一例として、上述の電動パワーステアリング装置41A、電動パワーステアリング装置41B、油圧装置42A、油圧装置42Bおよびパワープラント50を含む。電動パワーステアリング装置41Aおよび電動パワーステアリング装置41Bはそれぞれ、車両Vの操舵を行うための操舵アクチュエータである。油圧装置42Aおよび油圧装置42Bはそれぞれ、車両Vの制動を行うための制動アクチュエータである。また、パワープラント50は、車両Vの駆動を行うための駆動アクチュエータである。
本実施形態の場合、電動パワーステアリング装置41A、油圧装置42Aおよびパワープラント50は、ECU22A、ECU23AおよびECU27Aをそれぞれ介してECU20Aに接続されており、ECU20Aからの指示に従って動作する(即ち、第1制御部1Aによって制御される)。また、電動パワーステアリング装置41Bおよび油圧装置42Bは、ECU22BおよびECU22Bをそれぞれ介してECU21Bに接続されており、ECU21Bからの指示に従って動作する(即ち、第2制御部1Bによって制御される)。
第1制御部1A(ECU20A)は、通信路を通じて外界認識装置群82の一部(カメラ31A、ライダ32A)と通信し、別の通信路を通じてアクチュエータ群83の一部(電動パワーステアリング装置41A、油圧装置42A、パワープラント50)と通信する。また、第2制御部1B(ECU21B)は、通信路を通じて外界認識装置群82の一部(カメラ31B、レーダ32B)と通信し、別の通信路を通じてアクチュエータ群83の一部(電動パワーステアリング装置41B、油圧装置42B)と通信する。ECU20Aに接続されている通信路とECU21Bに接続されている通信路とは互いに異なっていてもよい。これらの通信路は、例えばCAN(Controller Area Network)であってもよいし、イーサネット(登録商標)であってもよい。また、ECU20AとECU21Bとは、通信路を通じて互いに接続されている。この通信路は、例えばCAN(コントローラエリアネットワーク)であってもよいし、イーサネット(登録商標)であってもよい。また、CANとイーサネット(登録商標)との両方で接続されていてもよい。
第1制御部1A(ECU20A)は、CPUなどのプロセッサとRAMなどのメモリとによって構成され、車両Vの走行制御(例えば自動運転制御)を実行可能に構成される。例えば、ECU20Aは、外界認識装置群82で得られた外界情報として、カメラ31Aおよびライダ32Aで得られた外界情報をECU21Aを介して取得し、カメラ31Bおよびレーダ32Bで得られた外界情報をECU21Bを介して取得する。そして、ECU20Aは、取得した外界情報に基づいて、自動運転中に車両Vがとるべき経路および速度を生成し、この経路および速度を実現するための車両Vの目標制御量(駆動量、制動量、操舵量)を決定する。ECU20Aは、決定した車両Vの目標制御量に基づいて各アクチュエータの操作量(電圧または電流などの指令値(信号値))を生成し、当該操作量でアクチュエータ群83(電動パワーステアリング装置41A、油圧装置42A、パワープラント50)を制御することにより、車両Vの走行制御(例えば自動運転)を行うことができる。
ここで、ECU20Aは、第1制御部1Aによる車両Vの走行制御機能の低下を検出する検出部として動作することもできる。例えば、ECU20Aは、外界認識装置群82との通信路の通信状況およびアクチュエータ群83との通信路の通信状況を監視し、それらの通信状況に基づいて外界認識装置群82およびアクチュエータ群83との通信機能の低下を検出することにより、走行制御機能の低下を検出することができる。通信機能の低下とは、通信の切断や、通信速度の低下などを含みうる。また、ECU20Aは、外界認識装置群82での外界の検知性能の低下や、アクチュエータ群83の駆動性能の低下を検出することにより、走行制御機能の低下を検出してもよい。さらに、ECU20Aは、自身の処理性能(例えば処理速度など)を診断するように構成されている場合、その診断結果に基づいて、走行制御機能の低下を検出してもよい。なお、本実施形態では、ECU20Aを、自身の走行機能低下を検出する検出部として動作させているが、それに限られず、当該検出部がECU20Aとは別に設けられてもよいし、第2制御部1B(例えばECU21B)を当該検出部として動作させてもよい。
第2制御部1B(ECU21B)は、CPUなどのプロセッサとRAMなどのメモリとによって構成され、車両Vの走行制御を実行可能に構成される。ECU21Bは、第1制御部1AのECU20Aと同様に、車両Vの目標制御量(制動量、操舵量)を決定し、決定した目標制御量に基づいて各アクチュエータの操作量を生成し、当該操作量でアクチュエータ群83(電動パワーステアリング装置41B、油圧装置42B)を制御することができる。ただし、ECU21Bは、車両Vの走行制御を行うための処理性能がECU20Aより低い。処理性能は、例えばクロック数やベンチマークのテスト結果によって比較されうる。ECU21Bは、ECU20Aで走行制御機能の低下が検出されていない通常時では、カメラ31Bおよびライダ32Bで得られた外界情報を取得してECU20Aに供給するが、ECU20Aで走行制御機能の低下が検出された場合には、ECU20Aの代わりに車両Vの走行制御を行う(即ち、代替制御を行う)。代替制御は、例えば、車両Vの自動運転の制御レベルに応じて、その制御レベルを低下させる機能制限を実行する縮退制御を含みうる。また、ECU21Bの機能低下に応じて、ECU20Aが縮退制御を行う。ここでのECU21Bの機能低下とは、例えば、第2制御部1Bにより制御が行われるカメラ31Bやレーダ32Bの機能低下などを含みうる。
<制御例>
上述したように、本実施形態の車両制御装置1では、自動運転制御を行っている第1制御部1Aで走行制御機能の低下が検出された場合、第1制御部1Aの代わりに第2制御部1Bで車両Vの走行制御(代替制御)を行う。このように複数の制御部を設けた冗長構成とすることで、車両の自動運転制御の信頼性を向上させることができる。
制御主体が第1制御部1Aから第2制御部1Bに切り替わる場合を考える。図4を用いて示したように、第1制御部1Aと第2制御部1Bは、自動運転ECU20Aと走行支援ECU21Bにより互いに通信可能に接続され、各種データのやり取りが行われる。この構成において、第2制御部1Bは、第1制御部1Aからの信号が途絶えた場合に、第1制御部1Aによる走行制御機能の低下が生じたものとし、代替制御を開始する。この場合の信号が途絶える原因としては、自動運転ECU20Aと走行支援ECU21Bの間の通信回線(例えば、L3)の障害によるものや、第1制御部1Aへの電源障害による機能低下などが挙げられる。
一方、第1制御部1Aと第2制御部1Bの間の通信回線の障害や機能低下により、第1制御部1Aから第2制御部1Bに信号が途絶えた場合、第1制御部1A自体は正常に動作しており、走行制御を継続して行うことが可能である場合が想定される。このような場合でも、第2制御部1Bは、第1制御部1Aによる走行制御が不能となったものと判断し、第2制御部1Bも代替制御を開始してしまう。その結果、第1制御部1Aと第2制御部1Bの両方が走行制御を行ってしまい、無駄な制御が行われてしまう。
そこで、本願発明では、走行制御を行うための冗長構成を備える車両において、走行制御を実施可能な処理主体を適切に切り替える構成を有する。本願発明に係る構成について、図5を参照しながら説明する。図5は、図3や図4に示した構成において、本実施形態に係る部分を抽出した概略図である。図5において、ECU30AおよびECU30Bは、走行制御を行うために冗長的に設けられたECUであり、それぞれアクチュエータ群を制御可能に構成される。
本実施形態において、自動運転ECU20Aと運転支援ECU21Bは、通信回線L3を介して互いに通信可能に接続される。自動運転ECU20Aは、アクチュエータ群を制御するECU30AおよびGWに通信回線L1を介して接続される。自動運転ECU20Aは、走行支援ECU21BやECU30Aに対して制御指示を行う。また、自動運転ECU20Aは、走行支援ECU21BやECU30Aの動作に関する情報を適時取得する。自動運転ECU20Aは、ECU30Bの動作に関する情報を、走行支援ECU21BやGWを介して取得可能である。
走行支援ECU21Bは、アクチュエータ群を制御するECU30BおよびGWに通信回線L2を介して接続される。走行支援ECU21Bは、ECU30Bに対して制御指示を行う。本実施形態において、走行支援ECU21Bは、自動運転ECU20による走行制御が実行できないと判断した場合、代替制御として走行制御を行う。上述したように、通信回線L1、L2は、CANであってよく、通信回線L3はイーサネット(登録商標)であってよいが、複数の通信線による増長化やこれらが組み合わせて用いられてもよい。
本実施形態において、ECU30AとECU30Bは、いずれがアクチュエータ群の制御を行うかの制御状態が切り替えられる。ECU30Aは、自動運転ECU20Aからの制御指示や信号が受信できない場合など、自動運転ECU20Aの動作を確認できない場合、アクチュエータ群の制御がECU30Bによる制御状態へ移行する。例えば、ECU30Aは、自動運転ECU20Aの動作が確認できないため、ECU30Bにアクチュエータ群の制御を行うように通知してもよい。これにより、ECU30Bは、アクチュエータ群の制御を実行可能な状態となり、走行支援ECU21Bの制御指示に基づき、アクチュエータ群の制御を実行する。一方、自動運転ECU20Aが正常に動作していることが検知された場合は、ECU30Aがアクチュエータ群の制御を実行可能な状態となる。もしくは、ECU30AとECU30Bとが互いに動作状態を監視し、その動作状態に応じていずれかがアクチュエータ群の動作主体となるかが切り替えられてよい。例えば、ECU30Bは、ECU30Aからの信号を監視し、その信号を受信できなくなった場合に、アクチュエータ群の制御を実行する状態に遷移してもよい。なお、ECU30AとECU30Bとの間には信号を送受信するための別の信号線が設けられてもよい。
<切り替え動作>
図6は、本願発明の一実施形態に係る制御主体の切り替えの流れを説明するための図である。ここでは、図5と同様、説明に必要な部分のみを示しているが、各ECUは、他の部位との通信や監視が可能であってよい。
図6(a)は、自動運転ECU20Aと走行支援ECU21Bが正常に動作している状態を示す。また、ECU30Aがアクチュエータ群の制御を行う状態であり(ON状態)、ECU30Bはアクチュエータ群の制御を行っていない状態である(OFF状態)。
図6(b)は、図6(a)の状態から通信回線L3において通信障害が発生した状態を示す。このとき、自動運転ECU20Aおよび走行支援ECU22Bは正常に動作しているものとする。この状態になった場合、自動運転ECU20Aは、縮退制御を開始する。もしくは、図6(b)の状態になってから一定時間が経過した際に縮退制御を開始するような構成であってもよい。この状態では、自動運転ECU20Aは、GWを介して、第2制御部1B側の各部位の状態情報を取得できるため、その状態情報に基づいて、縮退制御を行ってよい。この場合、ECU30Aがアクチュエータ群の制御を行う状態であり(ON状態)、ECU30Bはアクチュエータ群の制御を行っていない状態である(OFF状態)。
図6(c)は、図6(b)の状態から更に、通信回線L1において通信障害が発生した状態を示す。この状態になった場合、ECU30Aは、自動運転ECU20Aによる制御ができないものとして、アクチュエータ群の制御の主体がECU30AからECU30Bに切り替わる。
図6(d)は、図6(c)の状態の後、縮退制御の処理主体が走行支援ECU21Bになった状態を示す。走行支援ECU21Bは、自動運転ECU20Aとの通信が不可になったこと、および、アクチュエータ群の制御の主体がECU30Bになったことを検知した場合に、縮退制御の処理を開始する。
<処理フロー>
図7は、本願発明の一実施形態に係る走行支援ECU21Bの処理フローを示す図である。なお、ここでは、処理主体を走行支援ECU21Bと記載するが、第2制御部1B側のECUにて処理が行われればよいため、これに限定するものではない。本処理フローは、車両Vが動作している際に継続して実行されてよい。
S701にて、走行支援ECU21Bは、自動運転ECU20Aとの通信障害が発生したか否かを判定する。ここでの通信障害は、例えば、図6に示す通信回線L3における通信障害が相当する。通信障害が発生した場合(S701にてYES)S703へ進み、通信障害が発生していない場合(S701にてNO)S702へ進む。なお、通信障害とは、通信断の他、通信機能の低下などを含めてよい。
S702にて、走行支援ECU21Bは、自動運転ECU20Aからの指示に従い、第2制御部1B側の各部位の制御を行う。そして、本処理フローを終了する。
S703にて、走行支援ECU21Bは、アクチュエータ群の制御の主体がECU30Bになっているか否かを判定する。図6を用いて説明したように、第1走行制御部1A側に位置するECU30Aにて自動運転ECU20Aによる縮退制御が不可であると判断された場合、アクチュエータ群の制御の主体がECU30AからECU30Bに切り替えられる。アクチュエータ群の制御の主体がECU30Bになっている場合(S703にてYES)S704へ進み、なっていない場合(S703にてNO)S705へ進む。
S704にて、走行支援ECU21Bは、自動運転ECU20A(すなわち、第1走行制御部1A)の制御による縮退制御が不可であるものとして、自ECUによる縮退制御を開始させる。そして、本処理フローを終了する。
S705にて、走行支援ECU21Bは、自動運転ECU20Aからの指示に従い、第2制御部1B側の各部位による縮退制御を行う。この場合、例えば、GWを介して第1走行制御部1Aから制御信号を受信してよい。そして、本処理フローを終了する。
以上、本願発明の一実施形態によれば、冗長構成を備えた車両において、各走行制御手段による走行制御の同時実行を抑制することが可能となる。
なお、上記の例において、アクチュエータ群を制御するECU30A、ECU30Bは、例えば、ステアリング装置41A、41Bを制御する操舵ECU22A、22Bであってもよいし、油圧装置42A、42Bを制御する制動ECU23A、23Bであってもよい。第1走行制御部1Aと第1走行制御部1Bのような冗長構造となる関係性があれば、本願発明は適用可能である。
<実施形態のまとめ>
1.上記実施形態の車両制御装置は、
車両(例えば、V)の自動運転を制御する車両制御装置(例えば、1)であって、
前記車両の走行を制御する第1走行制御手段(例えば、1A、20A)と、
前記第1走行制御手段からの指示に基づき、前記車両の走行を制御する第2走行制御手段(例えば、1B、21B)と、
前記第1走行制御手段からの指示に基づき第1アクチュエータを制御する第1制御手段(例えば、30A)と、
前記第2走行制御手段からの指示に基づき第2アクチュエータを制御する第2制御手段(例えば、30B)と
を備え、
前記第1走行制御手段の状態に応じて、アクチュエータの制御状態が前記第1制御手段または前記第2制御手段に切り替えられ、
前記第1走行制御手段と前記第2走行制御手段の間の通信機能の低下が検知され、かつ、前記アクチュエータの制御状態が前記第2制御手段により行われる状態である場合、前記第2走行制御手段により前記車両の代替制御を行う。
この実施形態によれば、冗長構成を備えた車両において、各走行制御手段による走行制御の同時実行を抑制することが可能となる。
2.上記実施形態では、
前記代替制御は、前記車両の自動運転の縮退制御である。
この実施形態によれば、第2走行制御手段が、第1の走行手段に代わって車両の自動運転の縮退制御を行うことが可能となる。
3.上記実施形態では、
前記第1走行制御手段と前記第2走行制御手段の間の通信機能の低下が検知され、かつ、前記アクチュエータの制御状態が前記第1制御手段により行われる状態である場合、前記第1走行制御手段により前記車両の自動運転の縮退制御を行う。
この実施形態によれば、第1走行制御手段と第2走行制御手段の間の通信機能の低下が検知された場合でも、アクチュエータの制御状態が第1制御手段により行われる状態である場合には、第1走行制御手段による縮退制御を継続し、第2走行制御手段による走行制御を抑制することが可能となる。
4.上記実施形態では、
前記第1走行制御手段と前記第2走行制御手段は、第1通信回線(例えば、L3)と、前記第1通信回線とは異なる第2通信回線(例えば、L1,L2、GW)とにより接続され、
前記第1通信回線と前記第2通信回線において通信機能の低下が検知され、かつ、前記アクチュエータの制御状態が前記第2制御手段により行われる状態である場合、前記第2走行制御手段により前記車両の代替制御を行う。
この実施形態によれば、第1走行制御手段と第2走行制御手段が冗長構造の通信回線にて接続され、そのいずれにおいて通信機能が低下した場合に、第2走行制御手段による代替制御を行うか否かを判断することが可能となる。
5.上記実施形態では、
前記アクチュエータは、操舵または制動に関する装置のアクチュエータである。
この実施形態によれば、操舵または制動に関する制御を適切に切り替えることが可能となる。
6.上記実施形態の車両制御方法は、
車両(例えば、V)の走行を制御する第1走行制御手段(例えば、1A、20A)と、
前記第1走行制御手段からの指示に基づき、前記車両の走行を制御する第2走行制御手段(例えば、1B、21B)と、
前記第1走行制御手段からの指示に基づき第1アクチュエータを制御する第1制御手段(例えば、30A)と、
前記第2走行制御手段からの指示に基づき第2アクチュエータを制御する第2制御手段(例えば、30B)と
を備える前記車両の自動運転を制御する車両制御方法であって、
前記第1走行制御手段の状態に応じて、アクチュエータの制御状態が前記第1制御手段または前記第2制御手段に切り替えられ、
前記第1走行制御手段と前記第2走行制御手段の間の通信機能の低下が検知され、かつ、前記アクチュエータの制御状態が前記第2制御手段により行われる状態である場合、前記第2走行制御手段により前記車両の代替制御を行う。
この実施形態によれば、冗長構成を備えた車両において、各走行制御手段による走行制御の同時実行を抑制することが可能となる。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。
1:車両制御装置、1A:第1制御部、1B:第2制御部、20A:自動運転ECU、21A:環境認識ECU、21B:走行支援ECU、41A,41B:電動パワーステアリング装置、42A,42B:油圧装置、82:外界認識装置群、83:アクチュエータ群

Claims (10)

  1. 車両の自動運転を制御する車両制御装置であって、
    前記車両の操舵及び加減速を制御して前記車両の走行制御を実行する第1走行制御手段と、
    前記車両の周辺走行環境の認識及び前記車両の走行支援を実行する第2走行制御手段と、
    前記第1走行制御手段からの指示に基づいて第1アクチュエータを制御する第1制御手段と、
    前記第2走行制御手段からの指示に基づいて第2アクチュエータを制御する第2制御手段と、
    を備え、
    前記第1制御手段は、前記第1走行制御手段からの指示を受信できない場合に、前記第1制御手段による前記第1アクチュエータの制御から前記第2制御手段による前記第2アクチュエータの制御へ制御状態を切り替える通知を前記第2制御手段に行い、
    前記第2走行制御手段は、前記第1走行制御手段との通信機能の低下を検知し、かつ、前記制御状態が前記第制御手段による前記第アクチュエータの制御であることを検知した場合に、記車両の代替制御を行うことを特徴とする車両制御装置。
  2. 前記代替制御は、前記車両の自動運転の制御に関する機能制限を実行する代替制御であることを特徴とする請求項1に記載の車両制御装置。
  3. 前記第2走行制御手段は、前記第1走行制御手段との通信機能の低下を検知した場合であっても、前記制御状態が前記第1制御手段による前記第1アクチュエータの制御であることを検知している場合には、前記代替制御を実行しないことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両制御装置。
  4. 前記第1アクチュエータには、第1電源回路を介して電力が供給され、
    前記第2アクチュエータには、前記第1電源回路とは異なる第2電源回路を介して電力が供給される、ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の車両制御装置。
  5. 前記第1アクチュエータには、第1電源から電力が供給され、
    前記第2アクチュエータには、前記第1電源とは異なる第2電源から電力が供給される、ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の車両制御装置。
  6. 前記第1走行制御手段は、前記第2走行制御手段との通信機能の低下を検知した場合、前記車両の自動運転の制御に関する機能制限を実行する縮退制御を行うことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  7. 前記第1走行制御手段と前記第2走行制御手段は、第1通信回線と、前記第1通信回線とは異なる第2通信回線とにより接続され、
    前記第2走行制御手段は、前記第1通信回線と前記第2通信回線において通信機能の低下を検知し、かつ、前記制御状態が前記第制御手段による前記第アクチュエータの制御であることを検知した場合に、前記第2アクチュエータを制御することにより前記車両の代替制御を行うことを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  8. 前記第1アクチュエータおよび前記第2アクチュエータはそれぞれ、前記車両の操舵または制動に関する装置のアクチュエータであることを特徴とする請求項1乃至のいずれか一項に記載の車両制御装置。
  9. 前記第1制御手段は、中継手段を介して前記第2制御手段による前記第2アクチュエータの制御状態を検出し、
    前記第2制御手段は、前記中継手段を介して前記第1制御手段による前記第1アクチュエータの制御状態を検出する、ことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の車両制御装置。
  10. 車両の操舵及び加減速を制御して前記車両の走行制御を実行する第1走行制御手段と、
    前記車両の周辺走行環境の認識及び前記車両の走行支援を実行する第2走行制御手段と、
    前記第1走行制御手段からの指示に基づいて第1アクチュエータを制御する第1制御手段と、
    前記第2走行制御手段からの指示に基づいて第2アクチュエータを制御する第2制御手段と、
    を備える前記車両の自動運転を制御する車両制御方法であって、
    前記第1制御手段は、前記第1走行制御手段からの指示を受信できない場合に、前記第1制御手段による前記第1アクチュエータの制御から前記第2制御手段による前記第2アクチュエータの制御へ制御状態を切り替える通知を前記第2制御手段に行い、
    前記第2走行制御手段は、前記第1走行制御手段と通信機能の低下を検知し、かつ、前記制御状態が前記第制御手段による前記第アクチュエータの制御であることを検知した場合に、記車両の代替制御を行うことを特徴とする車両制御方法。
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