JP2018535891A - 自律緊急制動システムを備えた車両の制御システム及び制御方法 - Google Patents

自律緊急制動システムを備えた車両の制御システム及び制御方法 Download PDF

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Abstract

【解決手段】本発明は、自律緊急制動システム(16)を備えた車両(10)の制御システム(18)に関する。制御システムは、自律緊急制動システムが考えられうる介入を開始したとき、摩擦推定制動を行うように構成された制動制御手段(26)と、行われた摩擦推定制動に基づいて、縦車輪スリップの関数としての車両の制動力容量を推定するように構成された制動力容量推定手段(28)と、車両前方の道路曲率に関する情報を取得するように構成された道路情報手段(30)と、取得された道路曲率に関する情報に基づいて、自律緊急制動中に必要な横タイヤ力を予測するように構成された横タイヤ力予測手段(32)と、推定された制動力容量及び予測された必要な横タイヤ力に基づいて、自律緊急制動システムの制動ストラテジを適用するように構成された制動ストラテジ適用手段(34)と、を含んだことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、自律緊急制動システムを備えた車両の制御システム及び制御方法に関する。本発明は、例えば、トラックなどの大型車両、バス及び建設機械に適用することができる。
先進緊急制動システム(AEBS)とも呼ばれる自律緊急制動(AEB)システムは、事故を回避するか軽減するために、車両前方の交通状況を監視して、特定の条件が満たされたときに車両のブレーキを自動的にかける、道路車両の自律安全システムである。しかしながら、先進緊急制動システムは、特定の条件が適用されることを前提としている。例えば、国連欧州経済委員会(UN/ECE)規則第131条による先進緊急制動システムの試験手順によれば、車両は、機能部を試験する少なくとも2秒前に直線を走行していなければならない。また、先進緊急制動システムは、少なくとも4m/sの減速度の緊急制動フェーズを有している。
さらに、米国特許出願公開第2013/173132号明細書(湯浅など)には、運転者の制動操作にかかわらず、車両前方の障害物との関係に基づいて車両に作用させる制動力を制御する、制動力制御装置が開示されている。検出された障害物を回避するために、運転者が回避操舵を行う場合に発生する可能性がある横力を予測し、車両の縦方向に作用され得ると共に、このように予測された横力と車両走行中の路面に関する車両の摩擦とに基づいて計算された制動力に応じて、車両の縦方向に実際に作用させる実制動力が制限される。
本発明の目的は、特に、「非理想的な」道路状態を考慮に入れることができる、自律緊急制動システムを備えた車両の改良された制御システム及び制御方法を提供することである。
本発明の態様によれば、この目的は、請求項1に記載のシステムによって達成される。本発明の他の態様によれば、この目的は、請求項12に記載の方法によって達成される。
本発明の第1の態様によれば、自律緊急制動システムを備えた車両の制御システムが提供される。この制御システムは、自律緊急制動システムが考えられうる介入(possible intervention)を開始したとき、摩擦推定制動(friction-estimating braking)を行うように構成された制動制御手段と、行われた摩擦推定制動に基づいて、縦車輪スリップの関数としての車両の制動力容量(brake force capacity)を推定するように構成された制動力容量推定手段と、車両前方の道路曲率に関する情報を取得するように構成された道路情報手段と、取得された道路曲率に関する情報に基づいて、自律緊急制動中に必要な横タイヤ力を予測するように構成された横タイヤ力予測手段と、推定された制動力容量及び予測された必要な横タイヤ力に基づいて、自律緊急制動システムの制動ストラテジを適用するように構成された制動ストラテジ適用手段と、を含んでいる。
本発明は、車両前方のカーブで物体が検出されたとき、「標準的な」自律緊急制動(例えば、上記の4m/s以上の減速度)を行うことによって、車両が道路から滑り落ちる(又はその車線から逸脱)することが起こり得る知見に基づいている。なぜならば、行われた制動が、道路(又は車線)に留まるために必要な横タイヤ力を著しく低下させるからである。この目的のために、車両前方の道路曲率に関する情報に基づいて、緊急制動中に必要な横タイヤ力を予測することによって、カーブにおける緊急制動中に車両が道路(又は車線)から滑り落ちないように、自律緊急制動システムの制動ストラテジを適用することができる。また、自律緊急制動システムが考えられうる介入を開始したとき、摩擦推定制動を行うことによって、この特定の介入のための時間及び場所における実際の道路摩擦を考慮に入れることができる。この摩擦が比較的低い(例えば、ウェット道路状態、凍結道路状態又は雪道状態)、及び/又は、車両前方にかなりの道路曲率が確認されると、理想状態(乾燥した直線道路)より早くかつ低い縦制動力で自律緊急制動が開始されるように、制動ストラテジを独自に適用することができる。全体的には、本制御システムは、非理想状態で自律緊急制動が行われたとき、事故のリスクを低減することができる。さらに、適用された制動ストラテジに基づいて、より正確な停止位置までの距離を推定することができる。
車両前方の道路曲率に関する情報は、車両のカメラから取得することができる。カメラを使用する利点は、車両前方の実際の道路曲率が検出されることである。代替的に又は相補的に、車両前方の道路曲率に関する情報は、車両のナビゲーションシステムから取得してもよい。ナビゲーションシステムは、例えば、組み込まれたGPSであってもよい。ナビゲーションシステムを使用する利点は、そのようなナビゲーションシステムが既に車両に存在している可能性があり、これによって、制御システムが車両の既存のインフラストラクチャを利用できることである。
車両前方の道路曲率に関する情報は、半径rを含んでもよい。そして、必要な横タイヤ力Fyは、車両重量をm、車速をvxとすると、Fy=(mvx)/rという式を使用して予測することができる。
横タイヤ力予測手段は、車両前方の道路の自車線において、自律緊急制動システムによって検出された物体に対して、車両衝突のない望ましい状態に向かって横タイヤ力を繰り返し予測することによって、横タイヤ力を予測するように構成することができる。このようにして、例えば、低下した車速が必要な横タイヤ力を低下させ、及び/又は、道路の曲率(半径)が変化する可能性を考慮に入れて、制動ストラテジを介入中に連続的に更新することができる。小さくなった半径は横タイヤ力を増加させるが、大きくなった半径は横タイヤ力を減少させる。「衝突のない状態」とは、自律緊急制動システムによって検出された固定物体に対する車両の停止位置か、車両と移動物体との間の衝突時間(TTC)が無限大である状態かのいずれかであると解釈することができる。「自車線」とは、車両が走行している車線と解釈することができる。
摩擦推定制動は、タッグ車軸(tag axle)又はプッシャー車軸(pusher axle)など、車両の特定の車軸にのみ行われてもよい。この利点は、車両の通常の挙動及び安定性に対する摩擦推定制動の影響が低減され得ることである。
制動制御手段は、考えられうる介入が開始されたとき、又は、考えられうる介入が開始された後の所定時間、摩擦推定制動を直接行うように構成してもよい。この利点は、自律緊急制動システムの介入が開始された触覚警報(haptic warning)として、摩擦推定制動が機能し得ることである。摩擦推定制動はまた、自律緊急制動システムの制動前フェーズ(pre-brake phase)の一部であってもよい。また、摩擦推定制動が自律緊急制動システムの介入と一体となってのみ適用されるので、やっかいな燃料消費の増加又はブレーキディスクの摩耗がない。
車両は、トレーラを含んだ連結式車両であってもよく、トレーラの安定性を維持するために十分な摩擦が残るように、制動ストラテジ適用手段が制動ストラテジを適用するように構成されている。要求される摩擦は、トレーラ重量をmtrailer、車速をvx、道路曲率の半径をrとすると、Fy=(mtrailervx)/rとして計算することができる。
制御システムは、自律緊急制動システムが、適用された制動ストラテジに基づいて、自律緊急制動システムによって検出された物体を車両が回避することができないと判定すれば、車両の運転者に警報するように構成された警報手段を更に備えていてもよい。警報手段は、例えば、制動によって事故を回避することができず、操舵が唯一残っている選択肢であるということを示す、視覚警報及び/又は聴覚警報を出力するように構成されてもよい。制御システムが実際の状態(摩擦及び道路曲率)を考慮に入れているので、より正確な警報を発することができる。
制御システムは、自律緊急制動システムが、適用された制動ストラテジに基づいて、自律緊急制動システムによって検出された物体を車両が回避することができないと判定すれば、車両のそれぞれの車輪を自動的に制動して、物体を回避するために必要な車両のヨー運動を増加又は減少させることによって、自律緊急制動システムによって検出された物体を回避する運転者の操舵操作を支援するように構成された支援手段を更に備えていてもよい。これは、車両のヨー制御のための基準ヨーレート帯(reference yaw rate band)を狭めること、単純な自転車モデルを使用して、車速及び操舵角から計算された基準ヨーレートを中心とした不感帯を除いた、所望のヨーレートのフィードバック制御によって達成され得る。そして、支援手段の制動は、主に、アンダーステア又はオーバステアを修正することであり、回避操舵操作を成功させる可能性を増やすことができる。
本発明の第2の態様によれば、第1の態様に記載の制御システムを備えた車両が提供される。
本発明の第3の態様によれば、自律緊急制動システムを備えた車両の制御方法が提供される。この方法は、自律緊急制動システムが考えられうる介入を開始したとき、摩擦推定制動を行うステップと、行われた摩擦推定制動に基づいて、縦車輪スリップの関数として車両の制動力容量を推定するステップと、車両前方の道路曲率に関する情報を取得するステップと、取得された道路曲率に関する情報に基づいて、自律緊急制動中に必要な横タイヤ力を予測するステップと、推定された制動力容量及び予測された必要な横タイヤ力に基づいて、自律緊急制動システムの制動ストラテジを適用するステップと、を含んでいる。この態様は、本発明の他の態様と同一若しくは類似の特徴、及び/又は、技術的効果を示すことができる。
本発明の第4の態様によれば、プログラムがコンピュータで実行されたとき、第3の態様の制御方法のステップを実行する、プログラムコード手段を含んだコンピュータプログラムが提供される。
本発明の第5の態様によれば、プログラムがコンピュータで実行されたとき、第3の態様の制御方法のステップを実行する、プログラムコード手段を含んだコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体が提供される。
本発明のさらなる利点及び有利な特徴は、以下の説明及び従属請求項に開示される。
添付図面を参照して、例として挙げられた本発明の実施形態のより詳細な説明を以下に示す。
本発明の態様を組み込んだ車両を概略的に示す。 図1の車両の自律緊急制動システムのフェーズを示す。 自律緊急制動システムの適用フェーズを示す。 縦スリップの関数としてのタイヤ力を示す。 カーブに進入した図1の車両の上面図である。 本発明の実施形態に係る制御方法のフローチャートである。
図1は、車両10の側面図である。車両10は、(単一の)トラックなど、原動機を搭載した道路車両である。その代わりに、車両10は、連結式であってもよく、牽引車両12及びトレーラ14を備えている。牽引車両12は、トラクタであってもよい。
車両10は、自律緊急制動システム16と、制御システム18と、を備えている。
自律緊急制動システム16は、一般的に、車両10の前方の交通状況を監視して、特定の条件が満たされたときに車両のブレーキを自動的にかけて、車両10の前方の物体22との衝突を回避するように構成されている。物体22は、静止していても動いていてもよい。物体22は、例えば、他の車両であってもよい。自律緊急制動システム16の介入は、図2に示すように、衝突警報フェーズ24aと緊急制動フェーズ24bという、少なくとも2つのフェーズを有していてもよい。図2aにおいて、図2の横軸は衝突時間(TTC)であり、縦軸は減速度である。衝突警報フェーズ24aにおいて、自律緊急制動システム16は、車両10の運転者に対して、潜在的な正面衝突(即ち、物体22との衝突)を警報することができる。これに続く緊急制動フェーズ24bでは、自律緊急制動システム16は、車両10を自動的に制動させる。衝突警報フェーズ及び緊急制動フェーズ並びにそれらのタイミング、期間及び/又は関連する動作は、自律緊急制動システム16の制動ストラテジと呼ぶことができる。
車両10の制御システム18は、制動制御手段26と、制動力容量推定手段28と、道路情報手段30と、横タイヤ力予測手段32と、制動ストラテジ適用手段34と、を含んでいる。制御システム18の様々な手段は、適切なハードウエア及び/又はソフトウエアによって実現することができる。
制動制御手段26は、一般的に、車両10のブレーキを制御することができる。特に、制動制御手段26は、自律緊急制動システム16が考えられうる介入を開始したとき、摩擦推定制動を行うように構成されている。摩擦推定制動は、短くてもよい。摩擦推定制動は、車両10の特定の車軸にのみ行うことができる。また、摩擦推定制動は、考えられうる介入が開始されたとき、例えば、衝突警報フェーズ24aが開始したときに直接行うことができる。その代わりに、摩擦推定制動は、衝突警報フェーズ24aが開始された後の3秒未満など、考えられうる介入が開始された後の所定の短時間に行うことができる。
制動力容量推定手段28は、制動制御手段26に接続することができる。制動力容量推定手段28は、制動制御手段26によって行われた摩擦推定制動に基づいて、縦車輪スリップの関数として、車両10の制動力容量を推定するように構成されている。推定された制動力は、図3に示すように、縦スリップ率の関数として、縦タイヤ力Fx及び横タイヤ力Fyとして表すことができる。図3において、縦軸はタイヤ力Fx,Fy[kN]、横軸は縦スリップ率である。スリップは、タイヤとそれが走行している路面36との間の相対運動である。縦スリップ率0は、タイヤの回転速度が自由に回転している速度(free-rolling speed)と等しいことを意味し、縦スリップ率1は、タイヤがロックされて路面36に沿ってスリップしていることを意味する。スリップの関数としての縦タイヤ力Fxは、以下の式に基づいて決定することができる。
ここで、BrakePressureは摩擦推定制動によるもの、ToWheelTorqueは得られた制動トルク[bar/Nm]に対する圧力の制動係数、(dwheelspeed/dt)は車輪加速度、InertiaWheelは調べる車輪の回転慣性、WheelRadiusは調べる車輪の半径である。BrakePressureの単位は[bar]、ToWheelTorqueの単位は[Nm/bar]、(dwheelspeed/dt)の単位は[rad/s2]、InertiaWheelの単位は[kgm2]、WheelRadiusの単位は[m]である。BrakePressureは、摩擦推定制動中に数回抽出されて、図3に示す例示的なFx曲線を生成することができる。横タイヤ力Fyは、図3に示すように推定することができる。
道路情報手段30は、車両前方の道路曲率に関する情報を取得するように構成されている。この情報は、例えば、後述する図4の例のように、車両10の前方の道路又は車線の少なくとも1つの半径rを含んでいてもよい。道路曲率に関する情報は、車両10の少なくとも1つのカメラ38及びナビゲーションシステム40から取得することができる。ナビゲーションシステム40は、例えば、組み込まれたGPSであってもよい。
横タイヤ力予測手段32は、道路情報手段30に接続することができる。横タイヤ力予測手段32は、道路情報手段30によって取得された道路曲率に関する情報に基づいて、自律緊急制動中に必要な横タイヤ力Fyを予測するように構成されている。必要な横タイヤ力Fyは、車両10の重量をm、車両10の車速をvxとすると、Fy=(mvx)/rという式を使用して予測することができる。同様に、車両10の横加速度をayとすると、Fy=mayである。自律緊急制動中に必要な横タイヤ力Fyは、衝突警報フェーズ中に少なくとも1回予測することができるが、緊急制動フェーズ中にも予測して、自律緊急制動システム16の制動ストラテジを更新することができる。
制動ストラテジ適用手段34は、制動力容量推定手段28及び横タイヤ力予測手段32に接続されている。制動ストラテジ適用手段34は、制動力容量推定手段28によって推定された制動力容量、及び、横タイヤ力予測手段32によって予測された必要な横タイヤ力Fyに基づいて、自律緊急制動システム16の制動ストラテジを適用するように構成されている。例えば、車両10が道路曲率rに対応するため、横タイヤ力予測手段32が、現在の車速vxで4kNの横タイヤ力Fyが必要であることを予測すれば、図3に示すように、対応する縦タイヤ力Fxは約9kNである。縦タイヤ力Fx=9kNは最適な制動点42未満であるが、最適な制動点42において、対応する横タイヤ力が単に低すぎる(約2kN)。このため、制動ストラテジ適用手段34は、自律緊急制動がより早くかつより低い減速度(より低い縦制動力)で開始されるように、自律緊急制動システム16の制動ストラテジを適用する。これは図2bに示されており、衝突警報フェーズ24a’がより短く、緊急制動フェーズ24b’がより長く、より早くかつより低い縦制動力を有している。図2bはまた、衝突警報フェーズ24a’における、上述の摩擦推定制動44を示している。
ここで、制御システム18に対応する制御方法について、図4及び5をさらに参照して説明する。図4は、カーブ46に進入した車両10を示している。カーブは半径rを有している。車両10はその自車線48に位置している。車両10は重量m及び車速vxを有している。車両10の自律緊急制動システム16は、車両10の前方のカーブ46の物体22を検出し、考えられうる介入を開始する。最初に制動ストラテジを適用せずに自律緊急制動を行うだけでは、特に、道路が滑り易い場合及び/又はカーブ46がきつい(半径rが小さい)場合、矢印50で示すように、車両10がその車線48から逸脱して道路から滑り落ちることさえある。
しかしながら、この制御方法によれば、自律緊急制動システム16が考えられうる介入を開始したとき、摩擦推定制動が行われる(S1)。行われた摩擦推定制動に基づいて、縦車輪スリップとしての車両10の制動力容量が推定される(S2)。また、車両前方の道路曲率に関する情報、例えば、半径rが取得される(S3)。取得された道路曲率に関する情報に基づいて、自律緊急制動中に必要な横タイヤ力が予測される(S4)。そして、推定された制動力容量及び予測された必要な横タイヤ力に基づいて、自律緊急制動システム16の制動ストラテジが適用される(S5)。
その後、自律緊急制動システム16は、適用された制動ストラテジに応じて車両10を自動的に制動して、物体22との衝突を回避することができる。路面36に対する摩擦が比較的低い(例えば、ウェット道路状態、凍結道路状態又は雪道状態のため)ことを摩擦推定制動が明らかにしているか、及び/又は、カーブ46がきつければ、制動ストラテジが主として適用されて、自律緊急制動(即ち、緊急制動フェーズ)が、理想的な状態(乾燥した直線道路)より早くかつ低い縦制動力で開始される。このようにして、車両10は、緊急制動中にその車線48に留まることができる。図4の参照符号10’は、物体22が静止している場合、車両の停止位置(sは必要制動距離)を示している。また、参照符号10’は、車両が動いている物体22’と同じ速度又はこれより低速で走行する程度まで速度を低下させた状態(TTCは無限大)を示している。
車両10が連結されている場合、制動ストラテジ適用手段34は、トレーラの安定性を維持するために十分な摩擦が残るように、制動ストラテジを適用するように構成することができる。要求される摩擦は、トレーラの重量をmtrailer、車両10の車速をvx、道路の半径をrとすると、Fy=(mtrailervx)/rとして計算することができる。
また、自律緊急制動システム16が、適用された制動ストラテジに基づいて、車両10が制動しても物体22を回避できない(例えば、制動距離sが長すぎるか、衝突時間TTCが緊急制動フェーズ24b’より短い)と判定した場合、それに応じて車両10の運転者に警報することができる。この目的のため、制御システム18は、警報手段52(図1参照)を更に備えている。警報手段は、例えば、制動によって事故を回避することができず、操舵が唯一残っている選択肢であることを示す、視覚警報及び/又は聴覚警報を出力するように構成されてもよい。制御システム18は、車両10のそれぞれの車輪を自動的に制動して、物体22を回避するために必要な車両10のヨー運動を改善(例えば、ヨー運動を増加又は減少)することによって、運転者の操舵操作を支援するように構成された支援手段54を更に備えていてもよい。これは、例えば、車両10のヨー制御のための基準ヨーレート帯(例えば、不感帯を除く)を狭めることによって達成することができる。
本発明は、上述及び図示の実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で様々な変更及び修正がなされ得ることを認識するであろう。

Claims (14)

  1. 自律緊急制動システム(16)を備えた車両(10)の制御システム(18)であって、
    前記自律緊急制動システムが考えられうる介入を開始したとき、摩擦推定制動を行うように構成された制動制御手段(26)と、
    前記行われた摩擦推定制動に基づいて、縦車輪スリップの関数としての車両の制動力容量を推定するように構成された制動力容量推定手段(28)と、
    前記車両の前方の道路曲率に関する情報を取得するように構成された道路情報手段(30)と、
    前記取得された道路曲率に関する情報に基づいて、自動緊急制動中に必要な横タイヤ力を予測するように構成された横タイヤ力予測手段(32)と、
    前記推定された制動力容量及び前記予測された必要な横タイヤ力に基づいて、前記自律緊急制動システムの制動ストラテジを適用するように構成された制動ストラテジ適用手段(34)と、
    を含んだことを特徴とする制御システム。
  2. 前記車両の前方の道路曲率に関する情報は、前記車両のカメラ(38)から取得された、
    請求項1に記載の制御システム。
  3. 前記車両の前方の道路曲率に関する情報は、前記車両のナビゲーションシステム(40)から取得された、
    請求項1に記載の制御システム。
  4. 前記車両の前方の道路曲率に関する情報は、半径(r)を含んでいる、
    請求項1〜3のいずれか1つに記載の制御システム。
  5. 前記横タイヤ力予測手段(32)は、前記車両の前方の前記道路の自車線(48)において、前記自律緊急制動システムによって検出された物体(22)に対して、前記車両が衝突しない望ましい状態に向かって横タイヤ力を繰り返し予測することによって、前記横タイヤ力を予測するように構成された、
    請求項1〜4のいずれか1つに記載の制御システム。
  6. 前記制動制御手段(26)は、前記車両の特定の車軸にのみ前記摩擦推定制動を行うように構成された、
    請求項1〜5のいずれか1つに記載の制御システム。
  7. 前記制動制御手段(26)は、前記考えられうる介入が開始されたとき、又は、前記考えられうる介入が開始された後の所定時間、前記摩擦推定制動を直接行うように構成された、
    請求項1〜6のいずれか1つに記載の制御システム。
  8. 前記車両は、トレーラ(14)を含んだ連結式車両であり、
    前記制動ストラテジ適用手段(34)は、トレーラの安定性を維持するために十分な摩擦が残るように、前記制動ストラテジを適用するように構成された、
    請求項1〜7のいずれか1つに記載の制御システム。
  9. 前記自律緊急制動システムが、前記適用された制動ストラテジに基づいて、前記車両が制動しても前記自律緊急制動システムによって検出された物体(22)を回避することができないと判定した場合、前記車両の運転者に警報するように構成された警報手段(52)を更に備えた、
    請求項1〜8のいずれか1つに記載の制御システム。
  10. 前記自律緊急制動システムが、前記適用された制動ストラテジに基づいて、前記車両が制動しても前記自律緊急制動システムによって検出された物体(22)を回避することができないと判定した場合、前記車両のそれぞれを自動的に制動して、前記物体を回避するために必要な前記車両のヨー運動を増加又は減少させることによって、前記自律緊急制動システムによって検出された前記物体を回避するための運転者の操舵操作を支援するように構成された支援手段(54)を更に備えた、
    請求項1〜9のいずれか1つに記載の制御システム。
  11. 請求項1〜10のいずれか1つに記載の制御システム(18)を備えた車両(10)。
  12. 自律緊急制動システム(16)を備えた車両(10)の制御方法であって、
    前記自律緊急制動システムが考えられうる介入を開始したとき、摩擦推定制動を行うステップと、
    前記行われた摩擦推定制動に基づいて、縦車輪スリップの関数としての前記車両の制動力容量を推定するステップと、
    前記車両の前方の道路曲率に関する情報を取得するステップと、
    前記取得された道路曲率に関する情報に基づいて、自律緊急制動中に必要な横タイヤ力を予測するステップと、
    前記推定された制動力容量及び前記予測された必要な横タイヤ力に基づいて、前記自律緊急制動システムの制動ストラテジを適用するステップと、
    を含んだことを特徴とする制御方法。
  13. プログラムがコンピュータで実行されたとき、請求項12のステップを実行する、プログラムコード手段を含んだコンピュータプログラム。
  14. プログラムがコンピュータで実行されたとき、請求項12のステップを実行する、プログラムコード手段を含んだコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体。
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