JP6757273B2 - 車載制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車載制御装置に関する。
車両には、車両の挙動を検知するヨーレートセンサや加速度センサなどの挙動センサが搭載されている。そして、挙動センサの値に基づいて車両の姿勢を制御しており、安全上の理由から、挙動センサを二重化するなど冗長的に作られている。
例えば、特許文献1には、道路に埋め込まれた磁気マーカの磁気を検出する磁気センサと白線を認識するカメラとを備え、どちらも横変位距離を出力し、磁気センサが故障と判断されると、カメラにより同等の機能を置き換えることが示されている。
車両は、高温や振動の影響下にあり、車両に搭載された挙動センサはノイズ等による一時故障で一定期間不正な値を入力する場合がある。このセンサ値に基づき制御介入が行われると、意図しない制動などの制御が行われる虞がある。このため、挙動センサの不正値による制御介入を行わないことが求められる。
特開平9−245298号公報
特許文献1の装置では、挙動センサの不正値による制御介入を抑制することができなかった。
本発明による車載制御装置は、車両の挙動を検知する挙動センサの値に基づいて前記車両の姿勢を制御し、前記挙動センサの値が閾値を超えた場合は前記挙動センサに基づく制御を禁止する制御部と、カメラにより撮影された画像情報に基づいて前記車両の走行環境を判定する走行環境判定部とを備え、前記制御部は、前記走行環境判定部による前記走行環境に基づいて、前記閾値をより低い値に変更する。
本発明によれば、挙動センサの不正値による制御介入を抑制することができる。
車載装置と車両とを示す全体構成図である。 閾値算出部のブロック構成図である。 一般的なヨーレートセンサの出力と既定閾値を示すタイムチャートである。 本実施形態におけるヨーレートセンサの出力と閾値変更を示すタイムチャートである。 故障耐性時間間隔を説明する図である。 ヨーレートセンサに基づく車両の一般的な走行モデルを示す図である。 本実施形態によるヨーレートセンサに基づく車両の走行モデルを示す図である。 前後Gセンサに基づく車両の一般的な走行モデルを示す図である。 本実施形態による前後Gセンサに基づく車両の走行モデルを示す図である。 走行環境情報作成部で作成される走行環境情報の一例を示す図である。 閾値テーブルの一例を示す図である。 走行環境判定部の処理を示すフローチャートである。 制御部の処理を示すフローチャートである。 車載制御装置の動作シーケンスを示す図である。
以下、図面を参照して本発明に係る車載制御装置の実施形態を説明する。
図1は、車載制御装置1と車両30とを示す全体構成図である。車載制御装置1は、走行環境判定部10と、制御部20とを備える。車載制御装置1は、車両30に搭載される。
走行環境判定部10は、カメラ11、画像認識部12、および走行環境情報作成部13を備える。カメラ11は、例えば車両30の走行方向前方を撮影するステレオカメラである。カメラ11で撮影された画像情報は画像認識部12へ入力される。画像認識部12は、画像情報を認識し、走行している前方の道路が全長何mの直線道路か、また、前方の何m先に障害物(前方の車両等)があるか等を認識する。また、画像認識部12は、画像情報に基づいて走行している路面の摩擦係数を求める。路面の摩擦係数は、例えば、カメラ11に偏向フィルタを設け、偏向フィルタを通した光での画像情報と、偏向フィルタを通していない光での画像情報をフーリエ変換などのフィルタを掛けた値と比較し、その比較結果と路面の摩擦係数μが記載された辞書を参照して求める。これにより、走行している道路がスリップし難いかどうかを認識する。
画像認識部12で認識された、直線道路を示す情報、路面の摩擦係数μを示す情報等は走行環境情報作成部13へ入力される。走行環境情報作成部13には、車両30より、操舵角等の車両情報も入力される。走行環境情報作成部13は、入力された情報に基づいて後述する走行環境情報を作成する。例えば、画像の認識により全長100mの直線道路、車両情報による操舵角がゼロであれば、信頼度の高い100mの直線道路であることを示す走行環境情報を作成する。作成した走行環境情報は制御部20へ入力される。
制御部20は、閾値算出部21、制御値算出部22を備える。閾値算出部21は、走行環境情報作成部13から入力された走行環境情報と車両30の挙動センサ32から入力されたセンサ情報とに基づいて、制御閾値を求めて出力する。挙動センサ32は、車両のヨーレートや前後Gセンサである。一般に、制御部20は、挙動センサ32の出力値に既定閾値を設け、挙動センサ32の故障等により既定閾値を超える大きなセンサ値が出力された場合にその挙動センサ32に基づく制御介入を行わないようにしている。既定閾値とは、予め設定したデフォルトの閾値である。更に、本実施形態では、制御部20は、例えば、走行環境が良好である場合に、挙動センサ32から既定閾値以下であっても大きな値のセンサ情報が出力された場合は、センサ情報が不正な値であると見做す。挙動センサ32の不正な値は、高温、振動、ノイズ等の影響で、一時的に出力される。この場合、本実施形態では、既定閾値を低い値の制御閾値に変更し、制御部20による制御介入を抑制することにより、挙動センサ32の不正な値による制御介入を抑制して機能安全を計る。ここで、制御介入とは、センサ情報に基づいて種々の制御を実行することも含む概念である。
制御値算出部22には、閾値算出部21より制御閾値が、挙動センサ32よりセンサ値が入力される。制御値算出部22は、閾値算出部21より制御閾値が入力されない場合は、挙動センサ32より入力されるセンサ値が予め定められた既定閾値以下であれば、入力されたセンサ値に基づいて車両30のアクチュエータ31を制御する。なお、アクチュエータ31は、ブレーキ制動制御、エンジン駆動制御等に用いるアクチュエータである。一方、制御値算出部22は、閾値算出部21より制御閾値が入力されると、センサの既定閾値をより低い制御閾値に変更し、その結果、挙動センサ32の一時的な不正値に起因した制御介入が抑制される。
車両30は、アクチュエータ31、挙動センサ32を備える。更に、アクチュエータ31により制御される図示省略した横滑り防止装置、ABS(アンチブロック・ブレーキ・システム)等の制御システムを備える。
図2は、閾値算出部21のブロック構成図である。
閾値算出部21は、CANデコーダ211、演算部212、閾値テーブル213を備える。CANデコーダ211は、挙動センサ32より入力されたセンサ情報に基づいて、走行環境情報作成部13より入力されたCANデータ形式の走行環境情報をデコードし、デコードして得た走行環境データを演算部212へ出力する。また、CANデコーダ211は、センサ識別子を閾値テーブル213へ出力する。
演算部212は、走行環境情報を条件1〜条件3よりなる条件パラメータの形式に変換して閾値テーブル213へ出力する。閾値テーブル213は、センサ識別子と条件パラメータに応じた制御閾値を記憶したテーブルであり、入力されたセンサ識別子と条件パラメータに合致する制御閾値を出力する。閾値テーブル213の詳細は後述する。
図3は、一般的なヨーレートセンサの出力と既定閾値を示すタイムチャート、図4は、本実施形態におけるヨーレートセンサの出力と閾値変更を示すタイムチャートである。図3、図4の横軸は時間を、縦軸はヨーレートセンサの出力値を示し、車両30が時間taまではカーブを、時間taから時間tbまでは直線道路を、その後、カーブを走行した例を示す。
図3に示すように、車両30の走行に伴うヨーレートセンサ値は時間ごとに変動する。一般に、ヨーレートセンサの出力値に既定閾値を設け、ヨーレートセンサの故障等により既定閾値s2を超える大きなセンサ値が出力された場合にその出力を禁止するようにしている。閾値s1は制御介入が開始される最も小さい値であり、閾値s1から既定閾値s2までの範囲はヨーレートセンサの出力値に応じた制御が行われる。センサの明白な故障として扱われる既定閾値s2を超える値で、制御介入が禁止される。一般に、車両30が直線道路を走行している場合でも、センサ値が既定閾値s2を超えない範囲で閾値s1以上となると車両の制御システムによる制御介入が行われる。
本実施形態では、図4に示すように、車両30が直線道路を走行している場合には、既定閾値を制御閾値に変更する。すなわち、時間taから時間tbの間に、既定閾値s2を閾値s3に変更する。この期間では、センサ値が閾値s1と閾値s3の間において制御介入が行われ、センサ値が閾値s3を超えると制御介入は行われない。なお、既定閾値s2を閾値s1に変更することも可能であり、この場合は、センサ値が閾値s1を超えると制御介入は行われなくなる。このように走行環境が良好である場合に、高温、振動、ノイズ等の影響で、一時的に出力される挙動センサ32の不正な値による制御介入を抑制することができる。
図5は、故障耐性時間間隔FTTI(Fault tolerant time interval)を説明する図である。
図5において、横軸は時間経過を表す。車両30を通常運用し、時間t1で故障が発生した場合を示す。時間t1で故障してから時間t2で車両30に異常が発生し、診断後に時間t3で故障が検知され、フェイルセーフ後に安全状態へ移行する。故障発生から安全状態へ移行するまでの時間を故障耐性時間間隔FTTIと呼ぶ。故障耐性時間間隔FTTIは故障発生から診断し、故障を検知するまでの故障検出時間F1と、故障検知から安全状態へ移行するまでの故障反応時間F2の和として表すことができる。
図6は、ヨーレートセンサに基づく車両30の一般的な走行モデルを示す図であり、図7は、本実施形態によるヨーレートセンサに基づく車両30の走行モデルを示す図である。図6、図7において車両30の走行路は同一であり、車両30が時間t4までは直線道路を、その後、カーブを走行した例で示す。
図6に示すように、時間t1〜時間t4が故障耐性時間間隔FTTIである。時間t1で車両30に反時計回りのヨーレートセンサの不正値が発生したとする。不正なヨーレートセンサの値は制御部へ伝達される。一定時間後にその不正値の値を元に、車両30の位置を戻すように、本来必要でない横滑り防止装置が作動し、車両30に時計回りの回転が掛かるよう制御される。時間t2〜時間t3で診断が行われ、診断の結果、ヨーレートセンサが故障であることを検知し、時間t3〜時間t4でフェイルセーフが行われ、時間t4以後はヨーレートセンサによる制御介入が禁止される。
本実施形態では、図7に示すように、時間t1で車両30に反時計回りのヨーレートセンサの不正値が発生して、不正なヨーレートセンサの値は制御部へ伝達される。一方で、制御部は、車両30が直線道路を走行中であることを判定すると、時間t2’で不正なヨーレートセンサの値に基づく制御介入を禁止する。そして、診断が行われ、診断の結果、ヨーレートセンサが故障であることを検知し、時間t3〜時間t4でフェイルセーフが行われ、時間t4以後はヨーレートセンサによる制御介入が禁止される。
図8は、前後Gセンサに基づく車両30の一般的な走行モデルを示す図であり、図9は、本実施形態による前後Gセンサに基づく車両30の走行モデルを示す図である。図8、図9において車両30の走行路は同一であり、走行路には障害物が無く、道路の摩擦係数μは走行に支障のない摩擦係数を有するものとする。
図8に示すように、時間t1〜時間t4が故障耐性時間間隔FTTIである。時間t1で運転者がフットブレーキを軽く踏んだとする。この時、不正な前後Gセンサの値が発生したとすると、この値は制御部へ伝達され、例えば、急ブレーキと判定されて、タイヤがロックしないように本来は不要なABSが作動する。時間t2〜時間t3で診断が行われ、診断の結果、前後Gセンサが故障であることを検知し、時間t3〜時間t4でフェイルセーフが行われ、時間t4以後は前後Gセンサによる制御介入が禁止される。
本実施形態では、図9に示すように、時間t1で運転者がフットブレーキを軽く踏んだとする。この時、不正な前後Gセンサの値が発生したとすると、この値は制御部へ伝達される。一方で、制御部は、車両30が障害物の無い、走行に支障のない摩擦係数を有する道路を走行中であることを判定し、時間t2’で不正な前後Gセンサの値に基づく制御介入を禁止する。そして、診断が行われ、診断の結果、前後Gセンサが故障であることを検知し、時間t3〜時間t4でフェイルセーフが行われ、時間t4以後は前後Gセンサによる制御介入が禁止される。
図10は、走行環境情報作成部13で作成される走行環境情報の一例を示す図である。走行環境情報作成部13は、画像認識部12で認識された、直線道路を示す情報、路面の摩擦係数μを示す情報、車両30からの操舵角等の車両情報を基に図10に示す走行環境情報を作成する。
図10の1行目の走行環境情報C1は、CAN IDとデータ1〜データ3より成る走行環境データの一例を示す。この走行環境情報C1は、データ1が直線道路であり、データ2が100mであり、データ3が信頼度90%であることを示している。すなわち、画像認識部12により、車両30の前方が100mの直線道路であることが認識され、その認識の信頼度が90%であることを示している。なお、直線道路であることを車両情報の操舵角をも加味して判定してもよい。
走行環境情報C2は、前方80mの距離に障害物(先行車等)があり、信頼度99%であることを示している。走行環境情報C3は、前方の路面摩擦係数μが0.60であり、信頼度が70%であることを示している。ここで、信頼度は、障害物や車線を連続的に認識した時間などから認識の信頼性を表すものである。例えば、認識した時間が短いほどノイズの可能性があり、信頼度が低い。逆に、認識した時間が長いほど認識は安定しており、信頼度は高い。また、例えば、画像の認識により100mの直線道路であり、車両情報による操舵角がゼロであれば、信頼度を高くする。
図11は、閾値算出部21の閾値テーブル213の一例を示す図である。
走行環境情報は、演算部212で条件1〜条件3よりなる条件パラメータの形式に変換されて閾値テーブル213へ入力される。また、CANデコーダ211からセンサ識別子が閾値テーブル213へ入力される。閾値テーブル213は、入力されたセンサ識別子と条件パラメータに応じて出力する制御閾値を記憶する。図11の1行目の情報D1は、センサ識別子がヨーレートセンサで、条件パラメータから100m以上の直線道路である場合に、ヨーレートセンサの制御閾値を30%にすることを示している。なお、この場合は良好な走行環境であり、ヨーレートセンサの出力があったとしてもこれは不正な出力値であると見做して、制御閾値を0%にしてもよい。
情報D2から情報D3では、直線距離が100mよりも短くなっており、これに合わせて制御閾値を上昇させている。情報D4では、センサ識別子が前後Gセンサで、前方30m以上先に障害物がある場合に、前後Gセンサの制御閾値を50%にすることを示している。情報D5から情報D6では、前方30m以内に障害物がある場合に、路面の摩擦係数に合わせて制御閾値を上昇させている。
なお、図11に示した閾値テーブル213では、図10に示した走行環境データの信頼度(データ3)を利用していないが、これを利用してもよい。例えば、出力する制御閾値に信頼度を示す%を乗算して、これを制御閾値として出力する。具体的には、ヨーレートセンサの制御閾値を30%にする場合であって、信頼度が90%であれば、ヨーレートセンサの制御閾値×30%×90%を制御閾値として出力する。
図12は、走行環境判定部10の処理を示すフローチャートである。
図12のステップS40では、カメラ11で撮影された画像情報を取得する。ステップS41では、画像認識部12は、画像情報を認識し、走行している道路が全長何mの直線道路か、前方の何m先に障害物があるかを認識する。また、路面の画像情報に基づいて道路の摩擦係数を求める。
ステップS42では、走行環境情報作成部13は、認識された画像情報や入力された車両情報に基づいて、図10で説明した走行環境情報を作成する。そして、ステップS43で、作成した走行環境情報をCANのデータ形式で制御部20へ出力する。その後、ステップS40に戻り、処理を繰り返す。その結果、走行環境情報として、認識された直線道路、前方障害物、路面の摩擦係数などが定量化され、常に決められた周期で、制御部20へ出力される。
図13は、制御部20の処理を示すフローチャートである。
図13のステップS50では、走行環境情報作成部13より入力された走行環境情報、及び車両30から入力された挙動センサ32のセンサ情報を取得する。ステップS51では、センサ識別子と走行環境情報による条件パラメータとに基づいて、図11に示す閾値テーブル213を参照する。ステップS52では、閾値テーブル213に合致する条件パラメータの入力があったかを判別し、合致する条件パラメータの入力があった場合は、すなわち、閾値を変更する場合は、ステップS53へ進む。ステップS53では、閾値テーブル213より条件パラメータとセンサ識別子が合致する制御閾値を読み出して出力する。そして、ステップS54で、センサの既定閾値を制御閾値に変更してステップS55へ進む。ステップS52で、閾値テーブル213に合致する条件パラメータの入力がなかった場合もステップS55へ進む。ステップS55では、挙動センサ32より出力されるセンサ値に基づいてアクチュエータ31を制御するが、センサの既定閾値が制御閾値に変更されている場合は、センサ値が制御閾値を超えた場合に制御介入を行わない。
例えば、図11に示す閾値テーブル213の情報D1により、100m以上の直線道路である場合に、ヨーレートセンサの制御閾値を30%にすることが出力された場合には、ステップS54で制御閾値として既定閾値の30%の値に変更する。そして、ステップS55では、ヨーレートセンサの値が制御閾値を超えた場合に制御介入を行わない。また、例えば、図11に示す閾値テーブル213の情報D4により、前方30m以上先に障害物がある場合に、前後Gセンサの制御閾値を50%にすることが出力された場合は、ステップS54で制御閾値として既定閾値の50%の値に変更する。そして、ステップS55では、前後Gセンサの値が制御閾値を超えた場合に制御介入を行わない。
図14は、車載制御装置の動作シーケンスを示す図である。
走行環境判定部10は、車両30より操舵角などの車両情報を、カメラ11から画像情報を取得する。そして、画像情報を認識し、車両情報を参照して車両30の走行環境情報を作成して閾値算出部21へ出力する。閾値算出部21は、走行環境情報と車両30からのセンサ情報とに基づいて閾値テーブル213を参照して制御閾値を出力する。制御値算出部22は、閾値算出部21より制御閾値が入力されない場合は、入力されたセンサ値に基づいて車両30のアクチュエータ31を制御する。また、制御値算出部22は、閾値算出部21より制御閾値が入力されると、センサの既定閾値をより低い制御閾値に変更し、その結果、挙動センサ32の一時的な不正値に起因した制御介入が抑制される。
本実施形態によれば、車両に通常に搭載されているカメラの画像情報を認識することにより、車両の走行環境が良好な場合は制御介入を抑制するようにしたので、搭載するセンサを多重化することなく、センサの一時的な不正値による制御介入を抑制することが可能となる。
以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)車載制御装置1は、車両30の挙動を検知する挙動センサ32の値に基づいて車両30の姿勢を制御し、挙動センサ32の値が閾値を超えた場合は挙動センサ32に基づく制御を禁止する制御部20と、カメラ11により撮影された画像情報に基づいて車両30の走行環境を判定する走行環境判定部10とを備え、制御部20は、走行環境判定部10による走行環境に基づいて、閾値をより低い値に変更する。これにより、挙動センサ32の不正値による制御介入を抑制することができる。
(2)制御部20は、走行環境が予め定めた走行環境である場合に、閾値をより低い値に変更する。これにより、予め定めた走行環境に応じて、挙動センサ32の不正値による制御介入を抑制することができる。
(3)挙動センサ32は車両30のヨーレートを検知するヨーレートセンサであり、制御部20は、走行環境判定部10により車両30が直線道路を走行中と判定された場合は、ヨーレートセンサの閾値をより低い値に変更する。これにより、車両30が直線道路を走行中に、ヨーレートセンサの不正値による制御介入を抑制することができる。
(4)走行環境判定部10は、カメラ11により撮影された画像情報に加えて車両30より操舵角に関する情報を取得して、車両30が直線道路を走行中と判定する。これにより、車両30が直線道路を走行中であることをより確実に判定できる。
(5)挙動センサ32は車両30の前後加速度を検知する加速度センサであり、制御部20は、走行環境判定部10により車両30と前方の障害物との距離が所定距離以上と判定された場合は、加速度センサの閾値をより低い値に変更する。これにより、車両30が前方に障害物がない道路を走行中に、加速度センサの不正値による制御介入を抑制することができる。
(6)走行環境判定部10は、カメラ11により撮影された画像情報に基づいて車両30が走行中の道路の摩擦係数を判定し、制御部20は、道路の摩擦係数に応じて加速度センサの閾値をより低い値に変更する。これにより、摩擦係数が高い道路を走行中に、加速度センサの不正値による制御介入を抑制することができる。
(7)走行環境判定部10により判定される走行環境と挙動センサ32の低い値に変更すべき閾値とを対応付けて格納する閾値テーブル213を更に備え、制御部20は、走行環境に応じて低い値に変更すべき閾値を閾値テーブル213より読み出し、閾値を変更する。これにより、走行環境に応じた閾値に変更することができる。
(変形例)
本発明は、以上説明した実施形態を次のように変形して実施することができる。
(1)車載制御装置1は、走行環境判定部10、制御部20を備えて、図12、図13のフローチャートで示した処理を行う例で説明した。しかし、これらのフローチャートで示したプログラムを、CPU、メモリなどを備えたコンピュータにより実行することにより実現してもよい。更に、これらのプログラムは、記録媒体やデータ信号(搬送波)などの種々の形態のコンピュータ読み込み可能なコンピュータプログラム製品として供給してもよい。
(2)走行環境判定部10は、カメラ11、画像認識部12、および走行環境情報作成部13を備える構成で説明した。しかし、カメラ11をカメラのレンズとし、画像認識部12、および走行環境情報作成部13の機能を備える走行環境判定部10に相当する部分をカメラ、あるいはステレオカメラとして構成してもよい。
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の実施形態と変形例を組み合わせた構成としてもよい。
1 ・・・車載制御装置
10・・・走行環境判定部
11・・・カメラ
12・・・画像認識部
13・・・走行環境情報作成部
20・・・制御部
21・・・閾値算出部
22・・・制御値算出部
31・・・アクチュエータ
32・・・挙動センサ
211・・・CANデコーダ
212・・・演算部
213・・・閾値テーブル

Claims (7)

  1. 車両の挙動を検知する挙動センサの値に基づいて前記車両の姿勢を制御し、前記挙動センサの値が閾値を超えた場合は前記挙動センサに基づく制御を禁止する制御部と、
    カメラにより撮影された画像情報に基づいて前記車両の走行環境を判定する走行環境判定部とを備え、
    前記制御部は、前記走行環境判定部により判定された前記走行環境に基づいて、前記閾値をより低い値に変更する車載制御装置。
  2. 請求項1に記載の車載制御装置において、
    前記制御部は、前記走行環境が予め定めた走行環境である場合に、前記閾値をより低い値に変更する車載制御装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の車載制御装置において、
    前記挙動センサは前記車両のヨーレートを検知するヨーレートセンサであり、
    前記制御部は、前記走行環境判定部により前記車両が直線道路を走行中と判定された場合は、前記ヨーレートセンサの前記閾値をより低い値に変更する車載制御装置。
  4. 請求項3に記載の車載制御装置において、
    前記走行環境判定部は、前記カメラにより撮影された画像情報に加えて前記車両より操舵角に関する情報を取得して、前記車両が直線道路を走行中と判定する車載制御装置。
  5. 請求項1または請求項2に記載の車載制御装置において、
    前記挙動センサは前記車両の前後加速度を検知する加速度センサであり、
    前記制御部は、前記走行環境判定部により前記車両と前方の障害物との距離が所定距離以上と判定された場合は、前記加速度センサの前記閾値をより低い値に変更する車載制御装置。
  6. 請求項5に記載の車載制御装置において、
    前記走行環境判定部は、前記カメラにより撮影された画像情報に基づいて前記車両が走行中の道路の摩擦係数を判定し、
    前記制御部は、前記摩擦係数に応じて前記加速度センサの前記閾値をより低い値に変更する車載制御装置。
  7. 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の車載制御装置において、
    前記走行環境判定部により判定される前記走行環境と前記挙動センサの前記低い値に変更すべき閾値とを対応付けて格納する記憶部を更に備え、
    前記制御部は、前記走行環境に応じて前記低い値に変更すべき閾値を前記記憶部より読み出し、前記閾値を変更する車載制御装置。
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