JP6177666B2 - 移動体の駆動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は，外界認識センサを利用した電動車両の回生制御の方法に関するものである。
近年，車輪をエンジン及びモータ（電動機）による駆動して走行する電動車両が開発されている。
この電動車両においては，加速時においてはモータによってエンジンのトルクの補助を行う，もしくはモータのみにより加速し，減速時においてはモータで発電する事によりエネルギーを回収する。これにより，エンジンのエネルギー効率が悪い領域で，モータでトルクをアシスト，もしくはモータのみを使いエネルギー効率を向上させる事と，減速時に回収したエネルギーを加速時に使用する事が出来，燃費の改善を行う事が出来る。
また，衝突時の衝撃の軽減や，運転者の運転負荷を低減するための外界認識装置を利用した自動制動制御や自動車速制御装置も提案されている。この自動制動制御装置においては，外界認識装置で障害物までの距離や，車間距離，相対速度を検出し，その検出結果から適切な減速度を算出し自動で減速を行い，減速度を調整することが出来る。
この様な中で，特許文献１の回生制動制御装置の様に，シフトポジション，車速，障害物等に基づき回生制動力を制御するものが提案されている。特許文献１では，アクセルがオフされたとき、その直前の車速、アクセル戻し速度、路面勾配、車重、前方障害物との相対位置関係及び路面の摩擦係数のうち少なくともいずれかに基づき目標制動力を決定する手段と、目標制動力に基づき回生制動力を制御する手段と、を備えることを特徴としている。特許文献１によれば，エンジンブレーキ力相当の回生制動力を発生させることが可能な電動機式の車両において、この回生制動力の制御によって車両走行抵抗の変動に対処可能とし、またブレーキ操作に先立って大きな制動力を必要とする場面で大きなエンジンブレーキ効果を発生させることが可能な車両を実現することができるとしている。
特開平9-37407
しかし，特許文献１では，目標回生制動力を制御するものの，目標とする停止位置に対してどのような回生制動力を発生させるかの記載はない。加えて，目標停止位置までの走行区間において回生制動力のみで減速するのか，フットブレーキによる摩擦制動力を併用するのかの記載はない。（尚，以下では回生制動力に起因する減速度を回生減速度と呼ぶ。）
その結果として，目標とする停止位置を定めた場合に，回生制動力のみで目標停止位置に停止できる場合や，回生制動力のみで目標停止位置よりも手前で停止してしまう場合や，摩擦制動力の併用が必要な場合など，様々なケースが考えられ，運転者に違和感を与えてしまう恐れがある。また，先行車との車間距離制御においても，回生制動力のみで目標車間距離を確保できる場合や，回生制動力のみで目標車間距離よりも手前で減速を終了してしまう場合や，摩擦制動力の併用が必要な場合など，様々なケースが考えられ，運転者に違和感を与えてしまう恐れがある。また，外界認識装置で目標停止位置が認識できる場合，認識できない場合とで回生制動力に変化が生じた場合も，運転者に違和感を与えてしまう虞がある。
本発明では，車両の目標停止位置から回生制動力を演算し，回生制動力に起因する回生減速度を目標停止位置では停止できない大きさ，または目標車間距離を確保できない大きさに留めるように制御することを特徴とする。
本発明の回生制動制御装置は，回生制動力を目標停止位置では停止できない大きさ，または目標車間距離を確保できない大きさに留めることで，運転者のブレーキペダル操作を促し，運転者自身が減速度を調整することで運転者の違和感を低減できる。
本発明の駆動制御装置を搭載した車両構成を示す図 本発明の主な構成要素と信号の流れを説明する図 本発明の駆動制御装置のフローチャートを示す図 本発明の制御方法を示す図 本発明の制御方法を示す図 本発明の制御方法を示す図 本発明の制御方法を示す図 本発明の制御方法を示す図
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態の制動支援装置を搭載した車両の構成である。尚，本実施例は乗用車の車両で説明するが，商用車や建設機械など運転者が操作する移動体であれば本発明を適用できる。
車両には運転者の操作量検出手段として、ステアリングの操舵角センサ２、方向指示器レバー３、アクセルペダル２４，アクセルペダル操作量センサ４、ブレーキペダル２５，ブレーキペダル操作量センサ５が備わり、運転者の操作量に応じた信号をコントローラ１へ伝送する。
また、コントローラ１は、ナビゲーション装置６と接続されており、設定された経路、地図情報、地図上の自車両位置、自車両の向き、周囲の道路情報（信号の位置，停止線の位置，車線の幅、車線の数、車線の曲線情報、レーンマーカの幅、レーンマーカの数、レーンマーカの曲線情報、制限速度、自動車専用道と一般道の区別、分岐路の有無など）をナビゲーション装置６から取得する。ナビゲーション装置６は，車外との通信機能を備えており，例えば信号機の色の情報や，信号機の色が変わるタイミングの情報，車両からは見えない他車両の位置に関する情報などを取得できる。
また車両には、車両の運動状態を検出する手段として、車両の前後の左右に車輪速センサ７ｆＬ、７ｆＲ、７ｒＬ、７ｒＲ、車両挙動センサ８が備わり、車両の運動状態に応じた信号をコントローラ１へ伝送する。車両挙動センサ８は、前後加速度、横加速度、ヨーレートを検出できる。
また車両には、自車両周辺の外界環境を検出する手段として、前方カメラ１０ｆ、前方レーダ１１ｆ、後方カメラ１０ｒ、後方レーダ１１ｒが備わり、自車両周辺のレーンマーカや障害物などの情報をコントローラ１へ伝送する。前方カメラ１０ｆは自車周辺の画像を取得する画像取得手段と、取得画像中のレーンマーカまたは路面境界に基づいて車線を認識する車線認識手段としての機能を有している。前方カメラ１０ｆは信号の位置や停止線の位置，信号の色や右左折可否の表示，白線などのレーンマーカ、路肩などの路面境界を認識し、自車両との位置関係や、自車線または隣接車線のレーンマーカ間の幅、左右の路面境界間の幅、レーンマーカと路面境界の種類を出力する。レーンマーカと路面境界に関する道路情報は、自車両前方の複数の位置での情報を有する。さらに、自車両の後方と側方に関しても、複数の位置での道路情報を有する。レーンマーカの種類とは、線、キャッツアイ、ボッツドッツなどの種類、線の色、線の種類（実線・破線・点線・ハッチング）などのである。路面境界の種別とは、路肩の端部、側溝、縁石、ガードレール、壁、土手などである。
また、前方カメラ１０ｆは他車両や歩行者などの障害物を認識し、自車両との位置関係や相対速度を出力する。前方レーダ１１ｆは他車両や歩行者などの障害物を認識し、自車両との位置関係や相対速度を出力する。前方レーダ１１ｆは、前方カメラ１０ｆよりも遠方の障害物を精度良く認識できるという特徴をもつ。
一方、前方カメラ１０ｆは、前方レーダ１１ｆよりも検出角度が広く、障害物の種類を判別できるという特徴をもつ。
また車両には、エンジン２１、モータ２２が備わっており、コントローラ１が運転者の操作量と外界環境に基づいてこれらの駆動装置へ駆動要求を行う。車両に加速が必要な場合はエンジン２１とモータ２２へ加速要求を行い、車両に減速が必要な場合はモータ２２へ減速要求を行う。モータ２２は、例えば後輪に接続された交流同期モータ装置であり、制動要求を受けると後輪にブレーキ力を加え，車両に回生制動力を加える。モータ２２の回生制動によって，車両の運動エネルギは図示しないバッテリに電気エネルギとして蓄えられ，その電気エネルギはモータ駆動時に再利用される。また，車両には摩擦制動装置２３が備わり，運転者のブレーキペダル２５に対する操作力を図示しないブレーキ液，ブレーキパッド，ブレーキロータを介して車輪に伝達し，摩擦制動力を車両へ作用させる。摩擦制動装置２３は，車両の運動エネルギをブレーキパッドとブレーキロータによって熱エネルギへ変換し，車外へ放出する。
また、車両には運転者への情報提供を行うための情報提供手段２６が備わり、走行支援の種類に応じて、画像表示、音、警告灯などによって支援の情報を提供する。情報提供手段２６は例えばスピーカを内蔵したモニタ装置であり、１ヶ所だけでなく、複数箇所へ設置しても良い。
図２は、本発明の実施形態の制動支援装置に関して、主な構成要素と信号の流れを説明する図である。道路状態取得部５１は、前方カメラ１０ｆ、前方レーダ１１ｆ、ナビゲーション装置６の少なくとも一つから、信号の位置，停止線の位置，信号の色，右左折可否の表示，車線の位置、車線の曲率、車線の幅、車線の数などの情報を取得する演算部である。目標停止位置演算部５２は、道路状態取得部５１からの情報（特に、先行車の位置、停止線の位置）に基づき、車両が停止すべき位置（以下、目標停止位置と呼ぶ）と、そこまでの距離を演算する。運転者意思取得部５３は、アクセルペダル操作量センサ４、ブレーキペダル操作量センサ５や、図示しない走行モード設定スイッチからの情報によって、運転者の操作に関わる情報を取得する演算部である。減速意思判断部５４は、運転者意思取得部５３からの情報に基づき、運転者に減速の意思があるか否かを判断する演算部である。例えば、アクセルペダルから足が離れているときには、減速意思があると判断する。目標速度，目標加速度演算部５５は、目標停止位置までの距離、運転者の減速意思，車両の運動状態に基づいて、目標停止位置での目標速度，目標停止位置で停止するまでの減速度を演算する。車両運動制御部５６は、目標加速度演算部５５からの目標減速度に基づいて車両運動を制御する。具体的には、モータ２２に回生トルクを与えて、車両に制動力を付与する。
次に、本発明の実施形態の動作について、図３と図４を用いて説明する。図３は回生制動制御を実行するフローチャートであり、図４は停止線３３までの回生制動制御の例である。
ステップｓ１にて、各種センサから、停止線３３の位置などの道路情報、運転者の操作情報、速度などの車両運動情報を取得する。
ステップｓ２では、停止線３３の位置などの道路情報に基づいて、図４に示すような、目標停止位置Ｘ，自車両３１との停止線までの距離Ｌ（目標停止距離Ｌ）を求める。ステップｓ３では、運転者の操作量情報によって、運転者が自動減速の介入を許可している否かの判断を行う。運転者がアクセルペダルを離していれば、自動減速の許可意思があるとして、ステップｓ４へ進む。運転者の許可意思がないと判断すれば、制御を終了する。
ステップｓ４では，目標停止距離Ｌから、目標停止位置Ｘまでの目標減速度Ｇｘを演算する。
ステップｓ５では、回生制動の要否を判断する。ステップｓ４で求めた目標減速度Ｇｘが、所定の下限減速度Ｇｘｍｉｎと比較して大きければ、回生制動による減速が必要と判断し、ステップｓ６へ進む。一方、下限減速度Ｇｘｍｉｎ以下であれば、走行抵抗程度の減速で十分と判断し、回生制動を実施せずに制御を終了する。
ステップｓ６では、ステップｓ５で導出した目標減速度Ｇｘを発生できるように、具体的には、モータ２２を駆動して、車両に制動力を与える。
これらの処理では、停止線の位置を基準位置として、目標減速度Ｇｘを求めたが、目標停止位置Ｘは停止線に限定せずに，信号の位置，交差点の位置，先行車の位置を基準位置について目標減速度Ｇｘを求めても良い。
図５を用いて、本発明を実施した場合の速度、および加速度の変化を示す。図４のように、目標停止位置Ｘの前でアクセルペダルが離され，ブレーキペダルも操作されていないとき，目標停止距離Ｌ、速度Ｖに応じて、目標減速度Ｇｘが算出され、減速度が発生する。
目標減速度Ｇｘを算出するにあたり，目標停止位置Ｘまで一定の減速度で停止することを想定した停止減速度Ｇｘｓを

Ｇｘｓ＝ Ｖ2／（２Ｌ）

から求める。すなわち停止減速度Ｇｘｓで減速を続ければ，目標停止位置Ｘで停止できることになる。次に，ブレーキペダルが踏まれていないときの，回生制動のみによる目標減速度Ｇｘが，

Ｇｘ＜Ｇｘｓ

となるように目標減速度Ｇｘを設定する。このように，目標減速度Ｇｘを停止減速度よりも小さく設定することで，回生制動のみの減速度では目標停止位置Ｘで停止できないことになるため，運転者のブレーキペダル操作を促すことができる。
Ｇｘを設定するために，回生制動のみの減速度する場合に目標停止位置を通過するときの目標速度Ｖｓを次式で設定する。


Ｇｘ＝（Ｖ2―Ｖｓ2）／（２Ｌ）
目標速度Ｖｓをゼロより大きく設定することで，目標減速度Ｇｘは停止減速度Ｇｘｓよりも必然的に小さくなり，運転者に対してブレーキペダルの操作を促すことができる。
速度Ｖの変化は，停止減速度Ｇｘｓでの減速を想定すれば，図５(ｂ)の速度変化のようになり，目標停止位置Ｘで停車することになる。一方，回生制動のみの減速度では，図５(a)の速度変化のようになり，目標停止位置Ｘでの速度Ｖｓはゼロより大きくなる。
運転者が目標停止位置Ｘで停止する意思があれば，運転者は回生制動の減速度Ｇｘに加えて，ブレーキペダル操作による摩擦制動にて減速度の不足分ΔＧｘを発生する。これにより，回生制動と摩擦制動の併用によって目標停止位置で停車することができる。
目標減速度Ｇｘを，停止減速度Ｇｘｓ（＝Ｖ2／（２Ｌ））よりも小さく設定する場合に，アクセルペダルを話した時点の速度Ｖと停止距離Ｌを継続して使用することも可能であるが，アクセルペダル解放のタイミングに限定されるわけではない。つまり，時々刻々変化するＶとＬに応じて停止減速度Ｇｘｓを遂次算出し，その時点の目標減速度Ｇｘを停止減速度Ｇｘｓよりも小さく設定することで，回生制動のみでは目標停止位置で停車できないことを運転者に認知させることができる。
次に図６を用いて、外界情報に応じて減速度の大きさをより緻密に調整する場合の制御例を示す。図４の説明では，停止線での停車を想定したが，信号が伴う停止線の場合は，停止線で停止すべきか否かは，信号の色によって異なる。また，ある時点での信号が赤色であっても，自車両が信号が通過するタイミングで青色に変わることが予測できれば，停止線で停止する必要はなくなる。したがって，停止線で停止すべき確率（確度）に応じて減速度を変化させることによって，より運転者の運転操作に近づけることができ，回生制動制御の違和感を低減できる。
信号の色や，色の変化は，必ずしも全ての外界センサで検出できるとは限らない。前方カメラ１０ｆがモノクロカメラであれば，信号の位置，信号までの距離は検出できても，色の検出は難しい。また，前方カメラ１０ｆがカラーカメラであれば，色の検出の可能となる。さらに，通信機能を備えたナビゲーション装置６が，信号機の色の変化タイミングに関する情報を取得できれば，自車両の速度と信号変化のタイミング情報から，自車両が現在の速度のまま交差点を通過できるか否かを判断できる。
図６では，(a)信号機の位置は検出できるが，色の情報が不明の場合，(b)信号機の位置も色も検出できるが，色の変化タイミングは検出できない場合，(c)信号機の位置，色の情報に加え，変化タイミングも検出できる場合，の３パターンに応じて，目標減速度Ｇｘを変化させている。
信号機の位置は検出できるが，色の情報が不明の場合の速度と減速度の変化を図６-(a)で示す。色情報が不明の場合，停止すべき場合と停止する必要がない場合の確率は，おおよそ半々程度と考えられる。このとき比較的弱めの目標減速度Ｇｘとすることで，運転者操作への依存度を高める。
信号機の位置と色を検出できるが，色変化タイミングは検出できない場合の速度と減速度の変化を図６-(b)で示す。信号機の色が赤色と判別できていれば，停止すべき確率は，停止不要の確率よりも高いと考えられるので，比較的強めの目標減速度Ｇｘを設定し，比較的大きい回生量を確保する。
信号機の位置，色の情報に加え，変化タイミングも検出できる場合の速度と減速度の変化を図６-(c)で示す。信号機で停車することをほぼ確実に予測できるので，停車が必要と判断されれば，上記(a)や(b)の場合よりも大きい目標減速度Ｇｘを設定し，強い回生制動を作用させる。
これら信号機の色で目標減速度Ｇｘを変化させる場合においても，その大きさは，停止減速度Ｇｘｓよりも小さく設定することで，運転者の操作を促す。また，信号機の情報に応じて停止すべき確率を推定し，目標減速度Ｇｘを調節することで，運転者の違和感を低減できる。
次に図７を用いて、外界情報に応じて減速度の大きさを調整する別の制御例を示す。図７の左図のように，自車両３１の前方に停止車両(先行車３２)がある場合，その車両が自車線内の中央に停車していれば，自車両３１もそれに衝突しないよう減速し，停車する必要がある。しかし，図７の右図のように，前方の停止車両が自車線から逸れた位置に停車していれば，自車両３１は減速する必要がない。このように，自車両３１が前方の車両に対して停車すべきか否かは，前方車両との距離だけではなく，自車線からのオフセット量Ｙによっても変化する。
図７の左図のように，高い確率で停車が必要と判断できる場合には，図６-(c)のように，比較的強い回生制動を作用させ，回生量の増加を図る。一方，図７の右図のように，停止する必要性が低い場合は，図６-(ａ)のように，比較的弱い回生制動に留め，運転者の違和感を低減する。
次に図８を用いて、外界情報に応じて減速度の大きさを調整する別の制御例を示す。図８では，前方カメラ１０ｆまたは前方レーダ１１ｆが，自車の前方に速度Ｖａで走行中の先行車３２を検知できており，自車の速度Ｖの方が速いため（Ｖ＞Ｖａ），先行車３２へ接近している状態である。
目標車間距離Ｄで追従走行することを想定し，自車の目標速度は先行車と同じＶａにすることを目標とする。減速しながら接近する間の減速度を車間確保減速度Ｇｘｃとし，一定値とすると，

Ｇｘｃ＝（Ｖ2―Ｖａ2）／（２Ｌ）

から算出する。すなわち車間確保減速度Ｇｘｃで減速を続ければ，所定時間内の経過時間後に目標車間距離Ｄで追従走行できることになる。次に，ブレーキペダルが踏まれていないときの，回生制動のみによる目標減速度Ｇｘが，

Ｇｘ＜Ｇｘｃ

となるように目標減速度Ｇｘを設定する。このように，目標減速度Ｇｘを車間確保減速度Ｇｘｃよりも小さく設定することで，回生制動のみの減速度では目標車間距離Ｄを越えて先行車へ接近してしまうことになるため，運転者のブレーキペダル操作を促すことができる。
以上のような回生減速度Ｇｘの大小を，情報提示手段２６で運転者に提示することで，運転者の違和感をより低減できる。また，目標停止位置での目標速度Ｖｓを表示することで，コントローラ１の意図を運転者に提示することもできる。また，コントローラ１がドライバのブレーキペダル操作を想定しているにもかかわらず，運転者のブレーキペダル操作が行われない場合，音や警告灯によって運転者に警告する。これによって，運転者のブレーキペダル操作をより確実に促すことができる。
また，違和感低減には，運転者の個性に合わせた制御を行うことも有効である。例えば車両システムを起動するためのキーに個人認証の機能があれば，個人認証の結果に基づき，個々の運転者の運転パターンを学習して，回生減速度を調整することもできる。これによって，回生減速度の強弱に起因する違和感を低減することができる。
以上のように、本発明を適用した実施形態によれば、停止位置や先行車などの外界環境に応じて回生制動による減速度を調整し，目標停止位置で停止する減速度や，目標車間距離を確保する減速度よりも小さく設定する。これにより、運転者にブレーキペダルの操作を促すことができ，運転者に停車動作や減速度の微調整を委ねることができ，運転者の違和感を低減可能な回生制動制御装置を提供できる。
１…コントローラ
２…操舵角センサ
３…方向指示器レバー
４…アクセルペダル操作量センサ
５…ブレーキペダル操作量センサ
６…ナビゲーション装置
７ｆＬ，７ｆＲ，７ｒＬ，７ｒＲ…車輪速度センサ
８…車両挙動センサ
１０ｆ…前方カメラ
１０ｒ…後方カメラ
１１ｆ…前方レーダ
１１ｒ…後方レーダ
２１…エンジン
２２…モータ
２３…摩擦制動装置
２…アクセルペダル
２５…ブレーキペダル
２６…情報提示手段
３１…自車両
３２…先行車
３３…停止線
５１…道路状態取得部
５２…目標停止位置演算部
５３…運転者意思取得部
５４…減速意思判断部
５５…目標加速度演算部
５６…車両運動制御部

Claims (3)

  1. 運転者のブレーキペダル操作に応じて車両の運動エネルギを熱エネルギとして放出する摩擦制動装置と，
    車両の運動エネルギを電気エネルギとして回生するモータと，車両が停止すべき位置を検出する外界認識センサと，
    車両の目標停止位置を演算する目標位置演算手段を備え，
    運転者がアクセルペダルおよびブレーキペダルの操作を行わないときのモータによる回生減速度を，前記目標停止位置で停止するために必要な減速度よりも小さく制御し、
    又は、運転者がアクセルペダルとブレーキペダルの操作を行わない状態で，モータによって回生減速度を発生させる場合，前記目標停止位置における車両の速度をゼロより大きい速度に制御し、
    運転者が目標停止位置で停止すべき確率が高いほど，モータによる回生減速度を大きく，または停止位置での速度が小さくなるように，回生制動力を制御することを特徴とする車両の駆動制御装置。
  2. 請求項１に記載の駆動制御装置において、
    信号機の色が識別できる場合は，信号機の色が識別できない場合よりも，モータによる回生減速度を大きく，または停止位置での速度が小さくなるように，回生制動力を制御する車両の駆動制御装置。
  3. 請求項１に記載の駆動制御装置において、
    車両に対する前記先行車の左右方向の位置のオフセット量が小さいほど，モータによる回生減速度を大きく，または停止位置での速度が小さくなるように，回生制動力を制御する車両の駆動制御装置。
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