JP6798138B2 - 車両制御装置及び車両制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に衝突を回避させる制御をする車両制御装置及び車両制御方法に関する。

従来、車両が前方の障害物に衝突することを回避させるために、車両の進行方向を変化させるように制御する技術が知られている。特許文献１においては、各タイヤの制動力を制御して車両を旋回させることにより障害物を回避させる技術が開示されている。

特開２０１０−１６３１３９号公報

従来の技術においては、小型乗用車が想定されていたので、車両の慣性モーメントはほぼ一定であった。しかしながら、大型トラックやバス等の商用車においては、重心の位置や重量が運行途中に大きく変化する。したがって、予め設定された制動力により車両を制御すると、車両の状態によって、車両を旋回させる力が異なるので、障害物を回避できない場合が発生してしまうという問題があった。

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、車両の状態によらず障害物を回避しやすくすることができる車両制御装置及び車両制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様の車両制御装置は、車両の制動部を制御する車両制御装置であって、前記車両の予測進路を推定する推定部と、前記予測進路に基づいて、前方の障害物との衝突を回避するために必要な横移動量を算出する算出部と、前記算出部が算出した前記横移動量と、前記車両における制動効果の大きさに影響する要素とに基づいて、右側の車輪を制動させる右側制動部及び左側の車輪を制動させる左側制動部に、それぞれ異なる大きさの制動力を発生させる制動制御部と、を有する。

前記制動制御部は、前記車両の重量に基づいて前記制動力の大きさを決定してもよい。また、前記制動制御部は、前記車両の重心位置に基づいて前記制動力の大きさを決定してもよい。また、前記制動制御部は、前記車両の速度に基づいて前記制動力の大きさを決定してもよい。

前記制動制御部は、前記車両のタイヤと前記車両が走行する路面との間の摩擦力の大きさに基づいて前記制動力の大きさを決定してもよい。

本発明の第２の態様の車両制御方法は、車両の制動部を制御する車両制御方法であって、前記車両の予測進路を推定するステップと、前記予測進路に基づいて、前方の障害物との衝突を回避するために必要な横移動量を算出するステップと、算出した前記横移動量と、前記車両における制動効果の大きさに影響する要素とに基づいて、右側の車輪を制動させる右側制動部及び左側の車輪を制動させる左側制動部に、それぞれ異なる大きさの制動力を発生させるステップと、を有する。

本発明によれば、車両の状態によらず障害物を回避しやすくすることができるという効果を奏する。

車両制御装置の概要を説明するための図である。 車両制御装置の構成を示す図である。 制動制御部が制動力を算出する方法について説明するための図である。 空積時と積載時の重心位置の変化を説明するための図である。 制御部が制動力を発生させる動作のフローチャートである。

［車両制御装置の概要］
図１は、本実施形態に係る車両制御装置の概要を説明するための図である。車両制御装置は、車両Ｓに搭載されており、車両Ｓの制動力を制御することによりヨーモーメントを発生させて車両Ｓを旋回させることにより、車両Ｓの前方の障害物との衝突を回避できるようにする。

図１（ａ）においては、車両Ｓの前方に、故障車等の障害物Ｂが示されている。車両Ｓは、前方を撮影して得られる撮像画像を解析したり、センサを用いたりすることにより、前方に障害物Ｂが存在することを検知する。車両Ｓは、障害物Ｂを検知した時点で自身の進路を予測し、衝突する可能性があるか否かを判定する。車両Ｓは、例えば図１（ｂ）に示すように、予測した進路上を車両Ｓが進行した場合に、車両Ｓの一部が障害物Ｂと接触する可能性があるか否かを判定する。

さらに、車両Ｓは、障害物Ｂと接触する位置に基づいて、衝突を回避するために必要な横移動量を特定する。そして、車両Ｓは、特定した横移動量に基づいて、右側車輪の制動力及び左側車輪の制動力を制御することでヨーモーメントを発生させて横方向に車両Ｓを移動させることにより、衝突を回避する。

車両Ｓは、例えばトラックやバス等の商用車であり、積載された荷物や乗客の重量及び位置によって重心が変化する。そこで、車両Ｓは、重心の位置のように、制動力がヨーモーメントを発生させる効果の大きさに影響する要素に基づいて、発生させる制動力を調整するという特徴を有している。
以下、車両制御装置の構成及び動作について詳細に説明する。

［車両制御装置１の構成］
図２は、車両制御装置１の構成を示す図である。車両制御装置１は、制御部１１と、記憶部１２とを有する。
制御部１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することにより、推定部１１１、判定部１１２、算出部１１３、及び制動制御部１１４として機能する。

記憶部１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスク等の記憶媒体を含む。記憶部１２は、制御部１１が実行するプログラムを記憶している。また、記憶部１２は、算出部１１３が、車両Ｓの衝突を回避するための横移動量を算出するために用いられるデータを記憶している。

推定部１１１は、車両Ｓの予測進路を推定する。推定部１１１は、車両Ｓの速度、ハンドルの角度、ハンドルの角速度及び路面の状態等に基づいて、予測進路を推定する。具体的には、推定部１１１は、現在位置を基準として、車両Ｓの特定の部位の位置が、時間の経過とともにどのように変化するかを特定することにより、予測進路を推定する。

判定部１１２は、前方の障害物Ｂとの衝突を回避するために車両Ｓを旋回させる緊急回避モードに切り替える必要があるか否かを判定する。判定部１１２は、例えば、以下の全ての条件が満たされる場合に、緊急回避モードに切り替える必要があると判定する。
（条件１）ハンドルの角度又はハンドルの角速度が所定の閾値以上であること
（条件２）推定部１１１が推定した予測進路上に障害物が存在すること
判定部１１２は、上記の条件が満たされた場合、緊急回避モードに切り替えることを算出部１１３に通知する。

算出部１１３は、推定部１１１が推定した予測進路に基づいて、前方の障害物との衝突を回避するために必要な横移動量ｗを算出する。具体的には、まず、算出部１１３は、前方を撮影して得られる撮像画像を解析したり、センサを用いたりすることによって障害物Ｂの位置（以下、障害物位置という）を特定する。また、算出部１１３は、予測進路上を車両Ｓが進行した場合に障害物Ｂに最も近くなる車両の部位の位置（以下、接触位置という）を特定する。そして、算出部１１３は、障害物位置と接触位置との間の位置関係に基づいて、車両Ｓが障害物Ｂと接触しないようにするために必要な横移動量ｗを算出する。

制動制御部１１４は、算出部１１３が算出した横移動量に基づいて、右側の車輪を制動させる右側制動部及び左側の車輪を制動させる左側制動部に、それぞれ異なる大きさの制動力を発生させる。制動制御部１１４は、記憶部１２に記憶されている、横移動量ｗに対応したマップを用いて各車輪に加える制動力を算出する。

図３は、制動制御部１１４が制動力を算出する方法について説明するための図である。図３（ａ）は、ヨーモーメントＭが発生していない状態を示している。この状態においては、左前輪にかかっている制動力Ｆ１はＡ０であり、右前輪にかかっている制動力Ｆ２はＡ０であり、左後輪にかかっている制動力Ｆ３はＢ０であり、右後輪にかかっている制動力Ｆ４はＢ０である。図３に示すように、トレッド幅（車幅）をｄとする。

図３（ｂ）は、ヨーモーメントＭが発生している状態を示している。この状態においては、左前輪及び左後輪にかかっている制動力が、図３（ａ）に示した状態における制動力よりも小さくなっており、右前輪及び右後輪にかかっている制動力が、図３（ａ）に示した状態における制動力よりも大きくなっている。具体的には、左前輪にかかっている制動力Ｆ１はＡ０−ΔＡであり、右前輪にかかっている制動力Ｆ２はＡ０＋ΔＡであり、左後輪にかかっている制動力Ｆ３はＢ０−ΔＢであり、右後輪にかかっている制動力Ｆ４はＢ０＋ΔＢである。ここで、ΔＡは、前輪における左右輪間の制動力の配分量であり、ΔＢは、後輪における左右輪間の制動力の配分量である。この状態で、トレッド幅をｄとした場合、ヨーモーメントＭは（ΔＡ＋ΔＢ）ｄとなる。

制動制御部１１４は、各種のセンサによってハンドル操舵角、ヨーレート、横方向加速度、車速等の情報を取得し、取得した情報に基づいて必要な回転角加速度αを計算することにより、必要なヨーモーメントＭの大きさ及び向きを特定する。制動制御部１１４は、ハンドル操舵角、ヨーレート、横方向加速度、車速等に対し経験則であらかじめ得られた値を含むマップを参照することにより、αを特定してもよい。また、ヨーモーメントＭの向きは、ハンドル操舵角が左方向の場合は、上方向から見て反時計回り方向に、ハンドル操舵角が右方向の場合は、上方向から見て時計回り方向となるようにする。制動制御部１１４は、必要なヨーモーメントＭの大きさ及び向きに基づいて、ΔＡ及びΔＢの大きさを決定する。制動制御部１１４は、車両Ｓにおける制動効果の大きさに影響する各種の要素に基づいて、各車輪にかかる制動力の大きさを決定する。以下、制動制御部１１４が制動力の大きさ、すなわちΔＡ及びΔＢを決定する方法の例について説明する。

［慣性モーメントＩに基づく決定方法］
車両Ｓの重心周りの慣性モーメントをＩ、車両Ｓの回転角加速度をαとすると、Ｍ＝Ｉαの関係があるので、α＝Ｍ／Ｉ＝（ΔＡ＋ΔＢ）ｄ／Ｉとなる。衝突を回避するには、αを十分に大きくする必要があるが、上記の関係式から、慣性モーメントＩが大きくなると回転角加速度αが小さくなり、衝突を回避しづらくなってしまうことがわかる。

そこで、制動制御部１１４は、慣性モーメントＩの大きさのように、車両Ｓにおける制動効果の大きさに影響する要素に基づいて、各車輪にかかる制動力の大きさを決定する。慣性モーメントＩは、例えば、車両Ｓの重量及び重心の位置によって変化するので、制動制御部１１４は、車両Ｓの重量及び重心の位置に基づいて、制動力の大きさを決定する。

制動制御部１１４は、記憶部１２から、空積時の車両Ｓの重量、重心位置及び重心位置周りの慣性モーメントに関する情報を取得する。また、制動制御部１１４は、重量センサ（不図示）からの信号に基づいて、現在の車両Ｓの重量及び重心の位置を特定する。制動制御部１１４は、空積時の車両Ｓの重量、重心位置及び重心位置周りの慣性モーメント、現在の車両Ｓの重量及び重心位置に基づいて現在の車両Ｓの慣性モーメントＩを算出する。このとき、積荷自体の慣性モーメントは、積荷が例えば密度が均一で、車両の荷台と同一の寸法の直方体として計算するものとする。制動制御部１１４は、算出した慣性モーメントＩに基づいて、十分な回転角加速度を得られるだけのヨーモーメントＭを発生させるべくΔＡ及びΔＢを決定する。

例えば、現在の車両Ｓに、ある重量の積荷が積載されているとすると、制動制御部１１４は、空積時の車両Ｓの重心位置から現在の車両Ｓの重心位置への距離と、積荷の重心位置から現在の車両Ｓの重心位置への距離を計算で求めることができる。空積時の車両Ｓの重量をｍ_ｅｍｐ、慣性モーメントをI_ｅｍｐ、現在の車両Ｓの重量をｍ、慣性モーメントをＩ、積荷の重量をｍ_ｆ、慣性モーメントをＩ_ｆとする。図４のように空積時の車両Ｓの重心位置から現在の車両Ｓの重心位置までの距離をＬ_１、積荷の重心位置から現在の車両Ｓの重心位置までの距離をＬ_２とすると、Ｉは、簡易的に（１）式で計算することができる。
Ｉ＝Ｉ_ｅｍｐ＋ｍ_ｅｍｐ・Ｌ_１ ^２＋Ｉ_ｆ＋ｍ_ｆＬ_２ ^２ （１）
（１）式のように、ＩはＩ_ｅｍｐに比較して大きくなるので、制動制御部１１４は、十分な回転角加速度αを得ることができるように、空積時よりもΔＡ及びΔＢを大きくする。

制動制御部１１４は、現在の慣性モーメントＩを、例えば回転角速度等の、車両に搭載したセンサから走行中に得られた情報を使って推定してもよい。

［車両Ｓの速度に基づく決定方法］
車両Ｓの速度が大きいと、障害物Ｂに衝突するまでの時間が短いので、回転角加速度αを大きくする必要がある。そこで、制動制御部１１４は、車両Ｓの速度に基づいて、ΔＡ及びΔＢを決定する。具体的には、制動制御部１１４は、車両Ｓの速度が大きければ大きいほどΔＡ及びΔＢを大きくする。

以上の通り、制動制御部１１４は、制動効果に影響する各種の要素に基づいてΔＡ及びΔＢを決定することにより、回転角加速度αを制御することができるが、発生する制動力は、車両Ｓのタイヤと車両Ｓが走行する路面との間の摩擦力の大きさによっても変化する。そこで、制動制御部１１４は、路面の状態を、路面を撮影した画像に基づいて推定、又は道路交通情報として通信で取得する等して、得られた路面の状態に対応する摩擦力に基づいて制動力の大きさを決定してもよい。

［制動制御部１１４の動作のフローチャート］
図５は、制御部１１が制動力を発生させる動作のフローチャートである。
まず、推定部１１１は、予測進路を推定する（Ｓ１１）。続いて、判定部１１２は、推定部１１１が推定した予測進路、車速、ハンドルの操舵角、ブレーキの状態等に基づいて、衝突を回避するための緊急回避モードに切り替える必要があるか否かを判定する（Ｓ１２）。

判定部１１２が、衝突を回避する必要があると判定した場合（Ｓ１２においてＹＥＳ）、算出部１１３は、予測進路、車速、ハンドルの操舵角、ブレーキの状態等に基づいて、衝突を回避するために必要な横移動量ｗを算出する（Ｓ１３）。

続いて、制動制御部１１４は、算出部１１３が算出した横移動量ｗよりも大きな距離だけ車両Ｓを移動させるために必要な制動力を算出する（Ｓ１４）。具体的には、制動制御部１１４は衝突を回避するために必要な回転角加速度αを算出し、慣性モーメントＩに影響する要素等も考慮して、必要な制動力を算出する。

制動制御部１１４が算出した値に応じて、制動部が制動力を発生させる（Ｓ１５）。判定部１１２が回避は不要と判定（Ｓ１２においてＮＯ）するまで、Ｓ１１〜Ｓ１５を繰り返す。なお、推定部１１１は、その時点でのヨーモーメントＭの値に関わらず、Ｍ＝０であるという仮定の下に、予測進路を推定する。これは、もしヨーモーメントＭの値を考慮に入れて予測進路の推定を行った場合、推定した予測進路と、判定部１１２が回避は不要と判定（Ｓ１２においてＮＯ）してＭ＝０になってから車両Ｓが取る進路との間に差異が出て、障害物を回避できない可能性があるためである。

［本実施形態の車両制御装置１による効果］
以上説明したように、車両制御装置１は、車両Ｓの前方に障害物を検知した場合、障害物を回避するために必要な横移動量を算出し、制動効果の大きさに影響する重量、重心位置等の要素に基づいて算出した制動力を発生させることでヨーモーメントＭを発生させる。このようにすることで、車両Ｓの状態が一定でない商用車において、車両Ｓの状態に応じて最適な大きさのヨーモーメントＭを発生させることができるので、障害物との衝突を回避できる可能性が高まるという効果が生じる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 車両制御装置
１１ 制御部
１２ 記憶部
１１１ 推定部
１１２ 判定部
１１３ 算出部
１１４ 制動制御部

Claims (4)

1. 車両の制動部を制御する車両制御装置であって、
   前記車両の予測進路を推定する推定部と、
   前記予測進路に基づいて、前方の障害物との衝突を回避するために必要な横移動量を算出する算出部と、
   前記算出部が算出した前記横移動量と、積荷が積載されている時の前記車両の重心位置周りの慣性モーメントＩとに基づいて、右側の車輪を制動させる右側制動部及び左側の車輪を制動させる左側制動部に、それぞれ異なる大きさの制動力を発生させる制動制御部と、
   を有する制御部と、
   前記積荷が積載されていない時の前記車両の重量ｍ _ｅｍｐ 、重心位置、及び重心位置周りの慣性モーメントI _ｅｍｐ を予め記憶する記憶部と、
   を有し、
   前記制動制御部は、前記積荷が積載されていない時の前記車両の重心位置から前記積荷が積載されている時の前記車両の重心位置までの距離をＬ _１ 、前記積荷の重心位置から前記積荷が積載されている時の前記車両の重心位置までの距離をＬ _２ 、前記積荷の重量をｍ _ｆ 、前記積荷の慣性モーメントをＩ _ｆ とした場合に、前記積荷が積載されている時の前記車両の重心位置周りの慣性モーメントＩをＩ＝Ｉ _ｅｍｐ ＋ｍ _ｅｍｐ ・Ｌ _１ ^２ ＋Ｉ _ｆ ＋ｍ _ｆ Ｌ _２ ^２ により算出する車両制御装置。
2. 前記制動制御部は、前記車両の速度に基づいて前記制動力の大きさを決定する、
   請求項１に記載の車両制御装置。
3. 前記制動制御部は、前記車両のタイヤと前記車両が走行する路面との間の摩擦力の大きさに基づいて前記制動力の大きさを決定する、
   請求項２に記載の車両制御装置。
4. 車両の制動部を制御する車両制御方法であって、
   前記車両の予測進路を推定するステップと、
   前記予測進路に基づいて、前方の障害物との衝突を回避するために必要な横移動量を算出するステップと、
   算出した前記横移動量と、積荷が積載されている時の前記車両の重心位置周りの慣性モーメントＩとに基づいて、右側の車輪を制動させる右側制動部及び左側の車輪を制動させる左側制動部に、それぞれ異なる大きさの制動力を発生させるステップと、
   を有し、
   前記制動力を発生させるステップは、
   前記積荷が積載されていない時の前記車両の重量ｍ _ｅｍｐ 、重心位置、及び重心位置周りの慣性モーメントI _ｅｍｐ を記憶部から読み出すステップと、
   前記積荷が積載されていない時の前記車両の重心位置から前記積荷が積載されている時の前記車両の重心位置までの距離をＬ _１ 、前記積荷の重心位置から前記積荷が積載されている時の前記車両の重心位置までの距離をＬ _２ 、前記積荷の重量をｍ _ｆ 、前記積荷の慣性モーメントをＩ _ｆ とした場合に、前記積荷が積載されている時の前記車両の重心位置周りの慣性モーメントＩをＩ＝Ｉ _ｅｍｐ ＋ｍ _ｅｍｐ ・Ｌ _１ ^２ ＋Ｉ _ｆ ＋ｍ _ｆ Ｌ _２ ^２ により算出するステップと、
   を有する車両制御方法。