JP7443820B2 - 車載機器制御装置および車両制御システム - Google Patents
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Description
図1は車両制御システムの構成例を示す図である。図1の車両制御システムは、車両1に搭載されているおり、複数のゾーンECU40と、複数のゾーンECU40を統括する中央コントローラ10とを備える。
車載機器20は、センサデバイス200及び信号受信デバイスを含む入力機器と、アクチュエータ300とを含む。センサデバイス200は、センサの一例であり、アクチュエータ300はデバイスの一例である。
センサデバイス200は、例えば、(1)車両1のボディ等に設けられかつ車外環境を撮影する複数のカメラ201、(2)車両1のボディ等に設けられかつ車外の物標等を検知する複数のレーダ202、(3)全地球測位システム(Global Positioning System:GPS)を利用して、車両1の位置(車両位置情報)を検出する位置センサ(図示省略)、(4)車速センサ、加速度センサ、ヨーレートセンサ等の車両の挙動を検出するセンサ類の出力から構成され車両1の状態を取得する車両状態センサ(図示省略)、(5)車内カメラ等により構成され、車両1の乗員の状態を取得する乗員状態センサ203、(6)運転者の運転操作を検出する運転操作センサ206、(7)キーレス装置を作動させるためのセンサ211(以下、キーレスセンサ211という)を含む。運転操作センサ206は、例えば、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。キーレスセンサ211は、例えば、キーレスリモコン80からの開錠/施錠信号を受信する受信装置と、鍵を所持した運転者が近づいたり、ドアノブに触れたことを検知する人感センサが含まれる。また、センサデバイス200には、乗員による操作を検出するスイッチが含まれる。スイッチは、例えば、乗員が電動ドアを開閉するためのドア開閉スイッチ212、電動パワーウィンドウを動作させるためのスイッチ、ウォッシャーレベルスイッチ、フードスイッチ等を含む。
アクチュエータ300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、トランスミッション、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、ステアリングが挙げられる。また、アクチュエータ300は、例えば、サイドドアをロックするためのドアロック装置301、電動でドアを開閉させるドア開閉装置302、前照灯FLの点灯を制御する点灯制御装置310、エアバック装置311、音響装置312等を含む。
図2に示すように、中央コントローラ10は、CPU100と、メモリ160と、接続部170とを備える。中央コントローラ10は、単一のIC(Integrated Circuit)により構成されてもよいし、複数のICにより構成されてもよい。
CPU100は、メモリ160からプログラムを読み出して実行することにより各種の処理をおこなう。具体的には、例えば、センサデバイス200で検出された検出データを読み取ったり、諸機能を実現するために各種の演算処理を行ったり、アクチュエータ300を制御するための制御信号を生成して出力する。CPU450は、マイクロコンピュータ(いわゆるマイコン)で実現されていてもよいし、SoC(System-on-Chip)で実現されてもよい。
CPU100は、ハードウェアの構成として、メモリ160に格納されたプログラムにしたがって各種の演算処理を実行する演算処理部と、接続部170とを備える。
CPU100は、ソフトウェアの構成として、最上位のアプリケーション層110と、アプリケーション層110の下位にあるランタイム環境140と、ランタイム環境140の下位にあるデバイスドライバ層150とを有する。CPU100は、いわゆるAUTOSARに準拠したソフトウェア構造を採用してもよい。この場合、アプリケーション層110は、AUTOSARのアプリケーション層に対応し、例えば、1または複数のSWC(Software Component)モジュールで構成される。ランタイム環境140は、AUTOSARのRTEに相当する。そして、デバイスドライバ層150は、AUTOSARのComplex Driver及びMCAL(Microcontroller Abstraction Layer)を含むBSW(Basic Software)に相当する。
アプリケーション層110は、車載機器20に対する諸機能を実現するためのアプリケーション111が実装されている。アプリケーション111は、車外環境認識モジュール113と、運転操作認識モジュール114と、車両挙動推定モジュール115と、乗員状態推定モジュール116と、走行制御モジュール120とを含む。
車外環境認識モジュール113は、複数のカメラ201の出力と、複数のレーダ202の出力と、位置センサ(図示省略)の出力と、車外通信部(図示省略)の出力と、車両挙動推定モジュール115の出力に基づいて、車両の外部環境を認識する。車外環境認識モジュール113は、車外環境認識手段の一例である。
運転操作認識モジュール114は、運転操作センサ206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、運転操作認識モジュール114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206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。
車両挙動推定モジュール115は、車両状態センサ(図示省略)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、車両挙動推定モジュール115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。
乗員状態推定モジュール116は、乗員状態センサ203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、乗員状態推定モジュール116は、深層学習により生成された学習モデルを用いて、乗員状態センサの出力から運転者の挙動を示すデータを生成する。そして、乗員状態推定モジュール116は、例えば、運転者の体調異常を検出する。
走行制御モジュール120は、車外環境認識モジュール113の出力と、運転操作認識モジュール114の出力と、車両挙動推定モジュール115の出力と、乗員状態推定モジュール116の出力とに基づいて、各ゾーンECU40に対して、アクチュエータ300を制御するための制御信号を出力する。走行制御モジュール120は、経路生成モジュール121と、経路決定モジュール122と、車両運動決定モジュール123と、アクチュエータ制御モジュールとを有する。
経路生成モジュール121は、車外環境認識モジュール113の出力に基づいて、車両の走行目標となる目標位置に車両を走行させるための1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、例えば、車外環境認識モジュール113により認識された路上障害物を回避する走行経路が含まれる。
経路決定モジュール122は、車外環境認識モジュール113の出力、運転操作認識モジュール114の出力、乗員状態推定モジュール116の出力の少なくとも1つに基づいて、経路生成モジュール121により生成された1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、経路決定モジュール122は、運転者が正常な状態(通常走行状態)において、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。
車両運動決定モジュール123は、経路決定モジュール122により目標経路として選択された候補経路に基づいて目標運動を決定する。この目標運動は、目標経路に追従して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、車両運動決定モジュール123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、車両運動決定モジュール123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モジュールは、車両運動決定モジュール123により決定された目標運動に基づいてアクチュエータ300を制御するための制御信号を生成して、ランタイム環境140に出力する。アクチュエータ制御モジュールは、PT制御モジュール124と、ブレーキ制御モジュール125と、操舵制御モジュール126とを有する。PT制御モジュール124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。ブレーキ制御モジュール125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。操舵制御モジュール126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。
ランタイム環境は、アプリケーション111とデバイスドライバ層150に実装されたソフトウェアとを抽象化して接続するように構成される。ランタイム環境は、周知構成のものを用いることができる。
デバイスドライバ層150には、例えば、オペレーティングシステムや、デバイスドライバが実装される。デバイスドライバは、車載ネットワークCNWの通信プロトコルに準拠した通信ドライバ(図示省略)を含む。例えば、車載ネットワークがCANの場合、通信ドライバとしてCANドライバを設ける。デバイスドライバ層150に実装されるソフトウェアは、周知構成のものを用いることができる。
メモリ160は、記憶領域として、CPU100を動作させるためのプログラムが記憶されたコード領域と、CPU100での処理結果等のデータを記憶する書き換え可能なデータ領域とを備える。具体的に、コード領域には、前述のアプリケーション111、ランタイム環境、オペレーティングシステム及びデバイスドライバを動作させるためのプログラムが格納されている。なお、後述するゾーンECU40のメモリ460のように、メモリ160のデータ領域にマッピングテーブルを設けて、データ領域のデータを変更することによりアプリケーション111とデバイスドライバとの間の通信経路を変更できるようにしてもよい。
車載機器制御装置400は、1または複数のゾーンECU40に搭載される。すなわち、車載機器制御装置400は、すべてのゾーンECU40に搭載されてもよいし、複数のゾーンECU40のうちの一部のゾーンECU40に搭載されてもよい。また、車載機器制御装置400が、ゾーンECU40の下位に接続された、各アクチュエータ専用に設けられた専用ECU(図示省略)に搭載されてもよい。専用ECUは、例えば、エンジンを駆動するためのエンジン駆動用ECUが例示される。中央コントローラ10及び各ECUは、単一のIC(Integrated Circuit)により構成されてもよいし、複数のICにより構成されてもよい。
図3A及び図3Bに共通して、CPU450は、メモリ460からプログラム462を読み出して実行することにより各種の処理をおこなう。具体的に、CPU450は、例えば、センサデバイス200で検出された検出データを読み取ったり、諸機能を実現するために各種の演算処理を行ったり、アクチュエータ300を制御するための制御信号を生成して出力する。CPU450は、制御部の一例である。なお、CPU450の具体的な態様は、特に限定されない。例えば、マイクロコンピュータ(いわゆるマイコン)で実現されていてもよいし、SoC(System-on-Chip)で実現されてもよい。
図3A及び図3Bに共通して、CPU450は、ハードウェアの構成として、メモリ460に格納されたプログラムにしたがって各種の演算処理を実行する演算部と、ペリフェラル機能ユニット480とを備える。ここでいうペリフェラルとは、中央コントローラ10及び/またはゾーンECU40と組み合わせて利用される車載機器20を指すものとする。
図3Bに示すように、第2ゾーンECU42のCPU450は、ソフトウェアの構成として、アプリケーション層420と、ミドルウェア層430と、デバイスドライバ層440とを有する。図3Aに示すように、第1ゾーンECU41のCPU450は、第2ゾーンECU42のCPU450から、アプリケーション層420を省いた構成となっている。すなわち、第1ゾーンECU41のCPU450は、ミドルウェア層430と、デバイスドライバ層440とを有する。
図3A及び図3Bに共通して、メモリ460は、記憶領域として、CPU450を動作させるためのプログラム462が記憶されたコード領域461と、CPU450での処理結果及び第1ルートモジュール466、第2ルートモジュール467及び選択モジュール468等のデータが記憶された書き換え可能なデータ領域465とを備える。
コード領域には、例えば、車載機器制御装置400の設計段階において、あらかじめ作成されたプログラム462がコンパイルされて実装されている。例えば、図3Aのケースにおいて、第1ゾーンECU41のコード領域461には、ルーティングモジュール434の基本的な枠組みや、デバイスドライバユニット441の各ドライバを構成するプログラム462が格納されている。例えば、図3Bのケースにおいて、第2ゾーンECU42のコード領域461には、第2ゾーンECU42のアプリケーション421を動作させるためのプログラム462が格納されている。また、第2ゾーンECU42のプログラム462として、第1ゾーンECU41のコード領域461と同様のプログラムが格納されている。
前述のとおり、データ領域465には、第1ルートモジュール466、第2ルートモジュール467及び選択モジュール468を含むデータが格納されている。
次に、図3A及び図3Bを用いて、車載機器制御装置400の動作の一例を説明する。前述のとおり、図3Aの車載機器制御装置400は第1ゾーンECU41に搭載され、図3Bの車載機器制御装置400は第2ゾーンECU42に搭載されているものとする。
200 センサデバイス(センサ)
300 アクチュエータ(デバイス)
400 車載機器制御装置
420 アプリケーション層
430 ミドルウェア層
434 ルーティングモジュール
440 デバイスドライバ層
467b 物理量変換モジュール
467c フィルタモジュール
Claims (4)
- 複数のセンサ及び複数のデバイスを有する車両の車載機器制御装置であって、
前記センサからの出力が入力されるとともに、該センサからの出力に基づく制御信号を前記デバイスまたは前記車両内の車載ネットワークに出力する制御部を備え、
前記制御部は、ソフトウェア構成として、
ハードウェア抽象化機能とこれらのデバイスドライバを含むデバイスドライバ層と、
前記デバイスドライバ層の上位に設けられたミドルウェア層と、を有し、
前記ミドルウェア層は、
前記デバイスドライバまたは前記車載ネットワークと通信パケットのやり取りをするための複数の通信パケットポートと、
ルーティングモジュールとを備え、
前記ルーティングモジュールは、
前記通信パケットポートの相互間の接続関係が定義された第1ルートモジュールと、
前記通信パケットポートの相互間の接続関係および当該接続関係で示された接続の途中において前記センサから出力される通信データに対して実行される所定の処理が定義された加工用モジュールを含む第2ルートモジュールと、
前記第1ルートモジュールまたは第2ルートモジュールのどちらを選択するかが定義された選択モジュールとを含み、
前記第1ルートモジュールと第2ルートモジュールのうち、前記選択モジュールの示すルートモジュールにしたがって前記通信パケットポート間の通信パケットを転送させる、ことを特徴とする車載機器制御装置。 - 請求項1に記載の車載機器制御装置において、
前記加工用モジュールは、
前記通信データに対してフィルタ処理をするフィルタモジュールと、
前記通信データの物理量を異なる物理量に変換させる変換モジュールと、
を含み、
前記所定の処理は、前記フィルタモジュールによるフィルタ処理と、前記変換モジュールによる物理量への変換処理とを含む、ことを特徴とする車載機器制御装置。 - 請求項1又は2に記載の車載機器制御装置において、
前記制御部は、前記車両に複数設けられており、
前記複数の制御部を統括的に制御する中央コントローラを更に備え、
前記ルーティングモジュールは、前記通信データを前記中央コントローラに送信することなく、前記デバイスに出力させる通信経路を選択可能に構成されている、ことを特徴とする車載機器制御装置。 - 請求項1に記載の車載機器制御装置である第1車載制御装置が搭載された第1ECUと、
請求項1に記載の車載機器制御装置である第2車載制御装置が搭載された第2ECUを備え、
前記第1ECUの前記ルートモジュールは、前記複数の通信パケットポートの接続関係の定義として、前記第1ECUの前記デバイスドライバから前記第1ECUのアプリケーション層を介さずに前記車載ネットワークに通信パケットを伝送する定義を含み、
前記第2ECUの前記ルートモジュールは、前記複数の通信パケットポートの接続関係の定義として、前記車載ネットワークから前記第2ECUのアプリケーション層を介さずに前記第2ECUの前記デバイスドライバに通信パケットを伝送する定義を含み、
前記第1ECUに接続されたセンサの出力が、前記第1ECUのアプリケーション層および前記第2ECUのアプリケーション層を介さずに、前記第2ECUに接続されたデバイスに出力されるように構成されている
ことを特徴とする車両制御システム。
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