JP2021115967A - 車両制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施形態の車両制御システム1の構成を例示する。車両制御システム1は、車両(具体的には自動四輪車)に設けられる。車両は、マニュアル運転とアシスト運転と自動運転とに切り換え可能である。マニュアル運転は、運転者の操作(例えばアクセルの操作など)に応じて走行する運転である。アシスト運転は、運転者の操作を支援して走行する運転である。自動運転は、運転者の操作なしに走行する運転である。車両制御システム1は、アシスト運転および自動運転において、車両を制御する。具体的には、車両制御システム1は、車両に設けられたアクチュエータ20を制御することで車両の動作(特に走行)を制御する。
アクチュエータ20は、駆動系のアクチュエータ、操舵系のアクチュエータ、制動系のアクチュエータなどを含む。駆動系のアクチュエータの例としては、エンジンE、トランスミッションT、モータが挙げられる。制動系のアクチュエータの例としては、ブレーキBが挙げられる。操舵系のアクチュエータの例としては、ステアリングSが挙げられる。
情報取得部7は、車両の制御に用いられる各種情報を取得する。この例では、情報取得部7は、複数のカメラ70と、複数のレーダ71と、位置センサ72と、車両状態センサ73と、乗員状態センサ74と、車外通信部75と、運転操作センサ76とを含む。
複数のカメラ70は、互いに同様の構成を有する。複数のカメラ70は、複数のカメラ70の撮像エリアが車両の周囲を囲うように車両に設けられる。複数のカメラ70は、車両の周囲に広がる環境(車外環境)を撮像することで、車外環境を示す画像データを取得する。複数のカメラ70の各々により得られた画像データは、車両制御装置10に送信される。
複数のレーダ71は、互いに同様の構成を有する。複数のレーダ71は、複数のレーダ71の探索エリアが車両の周囲を囲うように車両に設けられる。複数のレーダ71は、車外環境を検出する。具体的には、レーダ71は、車両の車外環境へ向けて探索波を送信して車外環境からの反射波を受信することで車外環境を検出する。複数のレーダ71の検出結果は、車両制御装置10に送信される。
位置センサ72は、車両の位置(例えば緯度および経度)を検出する。例えば、位置センサ72は、全地球測位システムからのGPS情報を受信し、GPS情報に基づいて車両の位置を検出する。位置センサ72により得られた情報(車両の位置)は、車両制御装置10に送信される。
車両状態センサ73は、車両の状態(例えば速度や加速度やヨーレートなど)を検出する。例えば、車両状態センサ73は、車両の速度を検出する車速センサ、車両の加速度を検出する加速度センサ、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサなどを含む。車両状態センサ73により得られた情報(車両の状態)は、車両制御装置10に送信される。
乗員状態センサ74は、車両を運転する運転者の状態(例えば運転者の身体挙動や生体情報など)を検出する。乗員状態センサ74により得られた情報(運転者の状態)は、車両制御装置10に送信される。例えば、乗員状態センサ74は、車内カメラ、生体情報センサなどを含む。車内カメラは、車両の内部に設けられる。車内カメラは、運転者を含む領域を撮像することで運転者を含む画像データを取得する。車内カメラにより得られた画像データは、車両制御装置10に送信される。例えば、車内カメラは、運転者の前方に配置され、運転者の顔が撮像範囲内に位置するように撮像範囲が設定される。生体情報センサは、運転者の生体情報(例えば発汗や心拍や血流量や皮膚温など)を検出する。
車外通信部75は、車両の外部に設けられた車外ネットワーク(例えばインターネットなど)を通じて情報を受信する。例えば、車外通信部75は、車両の周囲に位置する他車両(図示を省略)からの通信情報、ナビゲーションシステム(図示を省略)からのカーナビゲーションデータ、交通情報、ダイナミックマップなどの高精度地図情報などを受信する。車外通信部75により得られた情報は、車両制御装置10に送信される。
運転操作センサ76は、車両に加えられる運転操作を検出する。例えば、運転操作センサ76は、アクセル開度センサ、操舵角センサ、ブレーキ油圧センサなどを含む。アクセル開度センサは、車両のアクセルの操作量を検出する。操舵角センサは、車両のハンドルの操舵角を検出する。ブレーキ油圧センサは、車両のブレーキの操作量を検出する。運転操作センサ76により得られた情報(車両の運転操作)は、車両制御装置10に送信される。
車両制御装置10は、アクチュエータ20および車両制御システム1の各部(この例では情報取得部7など)と信号伝送可能に接続される。そして、車両制御装置10は、車両制御システム1の各部により得られた情報に基づいてアクチュエータ20および車両制御システム1の各部を制御する。
車両制御装置10は、制御部100を備える。制御部100は、車両制御システム1の各部により得られた情報に基づいてアクチュエータ20および車両制御システム1の各部を制御する。具体的には、制御部100は、情報取得部7により取得された各種情報に基づいて、アクチュエータ20の動作を制御することで車両の走行を制御する。
車外環境認識部111は、複数のカメラ70の出力と、複数のレーダ71の出力と、位置センサ72の出力と、車外通信部75の出力と、車両挙動推定部113の出力に基づいて、車両の外部環境を認識する。
運転操作認識部112は、運転操作センサ76の出力に基づいて車両に加えられる運転操作を認識する。例えば、運転操作認識部112は、深層学習により生成された学習モデルを用いて、運転操作センサ76の出力から車両に加えられる運転操作を示すデータを生成する。
車両挙動推定部113は、車両状態センサ73の出力に基づいて車両の挙動(例えば速度や加速度やヨーレートなど)を推定する。例えば、車両挙動推定部113は、深層学習により生成された学習モデルを用いて、車両状態センサ73の出力から車両の挙動を示すデータを生成する。
乗員状態推定部114は、乗員状態センサ74の出力に基づいて運転者の状態(例えば運転者の健康状態や感情や姿勢など)を推定する。例えば、乗員状態推定部114は、深層学習により生成された学習モデルを用いて、乗員状態センサ74の出力から運転者の状態を示すデータを生成する。この例では、乗員状態推定部114は、運転者の体調異常を検出する。なお、乗員状態推定部114による運転者の体調異常の検出には、国土交通省により策定された「ドライバー異常自動検知システム 基本設計書」などに記載された周知の異常検出技術を用いることが可能である。
走行制御部115は、車外環境認識部111の出力と、運転操作認識部112の出力と、車両挙動推定部113の出力と、乗員状態推定部114の出力とに基づいて、アクチュエータ20を制御する。この例では、走行制御部115は、経路生成部116と、経路決定部117と、車両運動決定部118と、アクチュエータ制御部119とを有する。
経路生成部116は、車外環境認識部111の出力に基づいて1つまたは複数の候補経路を生成する。候補経路は、車両が走行可能な経路であり、目標経路の候補である。候補経路には、車外環境認識部111により認識された道路上において車外環境認識部111により認識された障害物(物体)を回避する走行経路が含まれていてもよい。
経路決定部117は、運転操作認識部112の出力と、乗員状態推定部114の出力とに基づいて、経路生成部116とルールベース制御部120と退避制御部130の各々により生成された1つまたは複数の候補経路の中から目標経路となる候補経路を選択する。例えば、経路決定部117は、複数の候補経路のうち運転者が最も快適であると感じる候補経路を選択する。
車両運動決定部118は、経路決定部117により目標経路として選択された候補経路(または退避経路)に基づいて目標運動を決定する。この目標運動は、目標経路を走行するために必要となる車両の運動のことである。この例では、車両運動決定部118は、目標運動を達成するための駆動力と制動力と操舵量である目標駆動力と目標制動力と目標操舵量をそれぞれ導出する。例えば、車両運動決定部118は、車両6軸モデルに基づいて目標経路における車両の動きを演算し、その演算結果に基づいて目標運動を決定する。
アクチュエータ制御部119は、車両運動決定部118により決定された目標運動に基づいてアクチュエータ20を制御する。この例では、アクチュエータ制御部119は、PT(Power Train)制御部119aと、ブレーキ制御部119bと、操舵制御部119cとを有する。PT制御部119aは、目標駆動力を示す駆動指令値を駆動系のアクチュエータに送信する。ブレーキ制御部119bは、目標制動力を示す制動指令値を制動系のアクチュエータに送信する。操舵制御部119cは、目標操舵量を示す操舵指令値を操舵系のアクチュエータに送信する。
ルールベース制御部120は、深層学習により生成された学習モデルの代わりに、予め定められたルールに基づくアルゴリズムを用いて処理を行う。
退避制御部130は、道路情報30を生成する。また、退避制御部130は、退避走行制御において、退避場所の設定、退避経路の生成、フリースペースの探索などを行う。道路情報30と退避制御部130の動作については、後で詳しく説明する。
また、車両制御装置10は、記憶部200を備える。記憶部200は、各種情報を記憶する。また、記憶部200は、退避制御部130により生成された道路情報30を記憶する。
次に、図2を参照して、道路情報30について説明する。道路情報30は、車両の進行方向前方にある道路に関する情報である。図2に示すように、道路情報30は、道路端情報31と、外側線情報32と、路肩領域情報33と、道路条件情報34と、障害物情報35と、評価情報36とを含む。評価情報36は、静的評価情報37と、動的評価情報38とを含む。
道路端情報31は、道路端に関する情報である。図3に示すように、道路端41は、道路の幅方向端のことである。道路の幅方向は、道路の延伸方向と直交する方向である。道路の延伸方向は、道路における車両の進行方向に沿う方向である。
外側線情報32は、自車両が走行する道路の外側線に関する情報である。図3に示すように、外側線42は、道路に描かれた区画線(道路の延伸方向に沿う線)のうち道路端41に最も近い区画線のことである。例えば、外側線42は、車道外側線であり、第一走行車線の外側(左側通行の場合は左側)の区画線である。
路肩領域情報33は、路肩領域に関する情報である。図3に示すように、路肩領域40は、道路端41に沿う領域である。具体的には、路肩領域40は、道路端41と外側線42との間の領域である。
幅員情報33aは、路肩領域40の幅員に関する情報である。路肩領域40の幅員は、道路の幅方向における路肩領域40の長さである。幅員情報33aは、複数の観測点P毎に路肩領域40の幅員を示す。幅員情報33aは、第1情報の一例である。第1情報は、路肩領域40の幅員に関する情報である。
区分情報33bは、路肩領域40の区分に関する情報である。区分情報33bは、複数の観測点P毎に路肩領域40の区分を示す。区分情報33bは、第2情報の一例である。第2情報は、路肩領域40のどの部分が車両を停車可能であるのかを示す情報である。
線種類情報33cは、路肩領域40を規定する区画線(道路に描かれた線)の種類に関する情報である。線種類情報33cは、複数の観測点P毎に路肩領域40を規定する区画線の種類を示す。線種類情報33cは、第2情報の一例である。
道路条件情報34は、道路条件に関する情報である。道路条件は、路肩領域40が停車許可領域に該当するか否かを区別するための条件である。例えば、道路条件には、道路構造に関する条件、交通規制に関する条件などが含まれる。道路条件情報34は、複数の観測点P毎に路肩領域40が停車許可領域に該当するか否かを示す。道路条件情報34は、第2情報の一例である。
(2)観測点Pから横断歩道までの距離が5m以上であるという条件
(3)観測点Pから自転車横断帯までの距離が5m以上であるという条件
(4)観測点Pから道路の進行方向の終端までの距離が5m以上であるという条件
(5)観測点Pから分流路までの距離が所定距離以上であるという条件
(6)観測点Pから合流路までの距離が所定距離以上であるという条件
(7)観測点Pから踏切までの距離が10m以上であるという条件
(8)観測点Pにおける道路の勾配が所定勾配以下であるという条件
(9)観測点Pがトンネルの外にあるという条件
(10)観測点Pが軌道敷の外にあるという条件
(11)観測点Pからバス停留所までの距離が10m以上であるという条件
(12)観測点Pから安全地帯までの距離が10m以上であるという条件
(13)観測点Pが駐停車禁止領域の外にあるという条件
以上の条件は、観測点Pにおける路肩領域40が停車許可領域に該当するための条件の一例である。なお、上記の「5m」や「10m」という距離は、所定距離の一例である。また、上記の所定距離および所定勾配は、道路交通法などに基づいて設定されてもよい。
障害物情報35は、複数の観測点P毎に路肩領域40における障害物の有無を示す。障害物情報35は、第2情報の一例である。障害物の例としては、他車両、電柱などが挙げられる。
静的評価情報37は、複数の観測点P毎に路肩領域40の幅員の余裕度を示す。静的評価情報37は第1情報の一例である。路肩領域40の幅員の余裕度が高くなるほど、路肩領域40における路肩停車の適性が高くなる。
動的評価情報38は、複数の観測点P毎に路肩領域40における車両の停車の可否を示す。動的評価情報38は、第2情報の一例である。
次に、道路情報30の生成について説明する。制御部100は、車両の車外環境を認識し、車外環境の認識結果に基づいて道路情報30を生成し、道路情報30を記憶部200に記憶する。具体的には、退避制御部130は、次のように道路情報30を生成する。
次に、図3および図4を参照して、道路端情報31と外側線情報32と幅員情報33aの生成について説明する。
まず、退避制御部130は、走行マップデータに表される道路の道路端41に沿うように配列される複数の特徴点Qを設定する。また、退避制御部130は、走行マップデータに表される道路の外側線42に沿うように配列される複数の特徴点Rを設定する。
次に、退避制御部130は、処理の対象として第1番目の観測点P1を選択する。これにより、処理の対象である第k番目の観測点Pkが第1番目の観測点P1に設定される。すなわち、変数kが1に設定される。
退避制御部130は、第k番目の観測点Pkと観測点Pkの両隣にある第k−1番目の観測点Pk−1および第k+1番目の観測点Pk+1との近似直線である第k番目の近似直線LPkを導出する。そして、退避制御部130は、第k番目の観測点Pkを通過して近似直線LPkと直交する第k番目の法線NPkを導出する。
退避制御部130は、複数の特徴点Qの中から第k番目の法線NPkの両隣にある第i番目の特徴点Qiおよび第i+1番目の特徴点Qi+1を抽出する。次に、退避制御部130は、第i番目の特徴点Qiと第i+1番目の特徴点Qi+1とを結ぶ直線と第k番目の法線NPkとの交点である第k番目の交点PQkを求める。そして、退避制御部130は、第k番目の観測点Pkと第k番目の交点PQkとを結ぶ直線の長さを、第k番目の観測点Pkから道路端41までの距離とする。このようにして、第k番目の観測点Pkから道路端41までの距離が導出される。
また、退避制御部130は、複数の特徴点Rの中から第k番目の法線NPkの両隣にある第j番目の特徴点Rjおよび第j+1番目の特徴点Rj+1を抽出する。次に、退避制御部130は、第j番目の特徴点Rjと第j+1番目の特徴点Rj+1とを結ぶ直線と第k番目の法線NPkとの交点である第k番目の交点PRkを求める。そして、退避制御部130は、第k番目の観測点Pkと第k番目の交点PRkとを結ぶ直線の長さを、第k番目の観測点Pkから外側線42までの距離とする。このようにして、第k番目の観測点Pkから外側線42までの距離が導出される。
次に、退避制御部130は、ステップST14において導出された「第k番目の観測点Pkから道路端41までの距離」からステップST15において導出された「第k番目の観測点Pkから外側線42までの距離」を減算して得られる距離を、第k番目の観測点Pkにおける路肩領域40の幅員とする。このようにして、第k番目の観測点Pkにおける路肩領域40の幅員が導出される。
次に、退避制御部130は、処理の対象である第k番目の観測点Pkが第n番目の観測点Pnであるか否かを判定する。すなわち、変数kがnであるか否かが判定される。処理の対象である第k番目の観測点Pkが第n番目の観測点Pnである場合には、処理が終了し、そうでない場合には、ステップST18の処理が行われる。
第k番目の観測点Pkが第n番目の観測点Pnではない場合、退避制御部130は、第k番目の観測点Pkの次の第k+1番目の観測点Pk+1を次の処理の対象として選択する。そして、ステップST13の処理が行われる。
次に、区分情報33bと線種類情報33cの生成について説明する。なお、以下の説明において、路肩領域40のうち第k番目の観測点Pkを通過して車道の幅方向に延びる法線NPkと交差する部分を「第k番目の観測点Pkにおける路肩領域40」と記載する。
次に、道路条件情報34の生成について説明する。退避制御部130は、統合マップデータに含まれる各種情報に基づいて、車両の進行方向前方にある道路の構造および交通規制を検出し、それらの検出結果に基づいて、n個の観測点P1〜Pnの各々における道路条件情報34を生成する。
次に、障害物情報35の生成について説明する。退避制御部130は、統合マップデータに含まれる物体情報に基づいて、n個の観測点P1〜Pnの各々において路肩領域40内の物体の有無を検出し、その検出結果に基づいて、n個の観測点P1〜Pnの各々における障害物情報35を生成する。
次に、静的評価情報37の生成について説明する。退避制御部130は、車両の車幅に関する情報を取得し、n個の観測点P1〜Pnの各々における幅員情報33aと車両の車幅とに基づいて、n個の観測点P1〜Pnの各々における静的評価情報37を生成する。車両の車幅に関する情報は、記憶部200に記憶されていてもよい。
次に、動的評価情報38の生成について説明する。退避制御部130は、n個の観測点P1〜Pnの各々における道路条件情報34と障害物情報35とに基づいて、n個の観測点P1〜Pnの各々における動的評価情報38を生成する。
次に、図5を参照して、退避走行制御における退避制御部130の動作について説明する。この例では、運転者の体調異常が検出されると、退避走行制御が開始される。退避走行制御において、退避制御部130は、予め定められた周期毎に以下の処理を繰り返し行う。
まず、退避制御部130は、退避走行制御の開始時点からの経過時間Tが予め定められた制限時間Tth以上であるか否かを判定する。経過時間Tが制限時間Tth以上である場合には、ステップST22の処理が行われ、そうでない場合には、ステップST30の処理が行われる。例えば、制限時間Tthは、国土交通省により策定された「ドライバー異常時対応システム(路肩退避型)基本設計書」において定められた上限時間(具体的には180秒)に設定されてもよい。
退避制御部130は、経過時間Tがゼロ以下であるか否かを判定する。経過時間Tがゼロ以下である場合には、ステップST23の処理が行われ、そうでない場合には、ステップST24の処理が行われる。
退避制御部130は、走行マップデータの道路において探索範囲50を設定する。探索範囲50は、後述する退避場所60を探索すべき範囲のことである。例えば、退避制御部130は、路肩領域40へ向けて自車両を退避させる準備のために必要となる走行距離を考慮して、探索範囲50を設定する。
次に、退避制御部130は、走行マップデータの道路において退避場所60の設定が済んでいるか否かを判定する。退避場所60の設定が済んでいる場合には、ステップST27の処理が行われ、そうでない場合には、ステップST25の処理が行われる。
退避場所60の設定が済んでいない場合、退避制御部130は、探索範囲50内の道路情報30を生成する。道路情報30の生成手順は、上述のとおりである。次に、ステップST26の処理が行われる。なお、この例では、車外環境認識部111は、複数のカメラ70および複数のレーダ71などの情報取得部7の出力に基づいて、統合マップデータを順次更新する。退避制御部130は、退避走行制御において、統合マップデータの更新に応じて道路情報30のうち動的な情報(具体的には障害物情報35と動的評価情報38)を順次更新する。なお、道路情報30のうち静的な情報(例えば幅員情報33aや静的評価情報37など)は、更新されない。
退避制御部130は、探索範囲50内の道路情報30に基づいて、走行マップデータの道路において退避場所60を設定する。これにより、路肩領域40の一部を含む退避場所60へ向けて退避させるための退避経路が生成され、自車両が退避経路を走行するように自車両の走行が制御される。
一方、退避場所60の設定が済んでいる場合、退避制御部130は、自車両が判定範囲55に到達したか否かを判定する。図8に示すように、判定範囲55は、退避場所60の開始位置から予め定められた判定距離だけ後退した位置から退避場所60の開始位置までの範囲である。自車両が判定範囲55に到達している場合には、ステップST28の処理が行われ、そうでない場合には、ステップST29の処理が行われる。
退避制御部130は、走行マップデータの道路からフリースペース65を探索する。例えば、退避制御部130は、予め設定された探索ルールに基づいてフリースペース65を探索してもよいし、深層学習により生成された学習モデルに基づいてフリースペース65を探索してもよい。そして、退避制御部130は、退避場所60がフリースペース65に該当するか否かを判定する。退避場所60がフリースペース65に該当する場合には、ステップST29の処理が行われ、そうでない場合には、ステップST26の処理が行われる。
退避場所60がフリースペース65に該当する場合、退避制御部130は、退避場所60を変更せずに維持する。これにより、退避経路が維持され、自車両が退避経路を走行するように自車両の走行制御が継続される。
なお、退避走行制御の開始時点からの経過時間Tが時間閾値Tthを上回る場合、退避制御部130は、自車両の最寄りの場所を退避場所60に設定する。これにより、自車両の最寄りの場所を目標位置とする退避経路が生成され、その最寄りの場所へ向かうように車両の走行が制御される。
また、車両制御システム1は、表示装置Dと、キャンセルスイッチ77とを備える。
以上のように、実施形態の車両制御装置10では、路肩領域40の幅員を考慮して退避経路を生成することができる。具体的には、複数の観測点P毎の路肩領域40の幅員および幅員の余裕度の少なくとも1つを考慮して退避経路を生成することができる。これにより、車両を路肩領域40に適切に退避させることができる。
以上の説明において、車両制御装置10は、上記の機能(制御部100)に加えて、その他の機能を備えるものであってもよい。
7 情報取得部
100 制御部
111 車外環境認識部
112 運転操作認識部
113 車両挙動推定部
114 乗員状態推定部
115 走行制御部
116 経路生成部
117 経路決定部
118 車両運動決定部
119 アクチュエータ制御部
120 ルールベース制御部
130 退避制御部
200 記憶部
Claims (6)
- 車両を制御する車両制御装置であって、
前記車両の進行方向前方にある道路に関する道路情報を記憶する記憶部と、
退避走行制御を行う制御部とを備え、
前記道路情報は、前記道路の幅方向端に沿う路肩領域の幅員に関する第1情報を含み、
前記制御部は、前記退避走行制御において、前記記憶部に記憶された道路情報に基づいて前記車両を前記路肩領域へ向けて退避させるための退避経路を生成し、前記車両が前記退避経路を走行するように前記車両の走行を制御する
ことを特徴とする車両制御装置。 - 請求項1において、
前記第1情報は、前記車両の進行方向に配列される複数の観測点毎に前記路肩領域の幅員を示す幅員情報、前記複数の観測点毎に前記路肩領域の幅員の余裕度を示す静的評価情報の少なくとも1つを含む
ことを特徴とする車両制御装置。 - 請求項1または2において、
前記道路情報は、前記路肩領域のどの部分が前記車両を停車可能であるのかを示す第2情報を含む
ことを特徴とする車両制御装置。 - 請求項3において、
前記第2情報は、前記車両の進行方向に配列される複数の観測点毎に前記路肩領域における障害物の有無を示す障害物情報、前記複数の観測点毎に前記路肩領域が停車許可領域に該当するか否かを示す道路条件情報、前記複数の観測点毎に前記路肩領域における前記車両の停車の可否を示す動的評価情報の少なくとも1つを含む
ことを特徴とする車両制御装置。 - 請求項1〜4のいずれか1つにおいて、
前記制御部は、前記車両の車外環境を認識し、前記車外環境の認識結果に基づいて前記道路情報を生成し、前記道路情報を前記記憶部に記憶する
ことを特徴とする車両制御装置。 - 請求項1〜5のいずれか1つにおいて、
前記制御部は、前記車両の運転者の体調異常を検出すると前記退避走行制御を行う
ことを特徴とする車両制御装置。
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