JPWO2014192368A1 - 車両の制御装置及び車両の走行制御システム - Google Patents

Abstract

ドライバに違和感を与えることなく、より安全性の高い走行制御が可能な車両の制御装置を得ること。本発明の制御装置１０１は、外界認識装置の外界認識情報に基づいて車両２０１が障害物と衝突する衝突危険度を算出する衝突危険度算出手段と、衝突危険度に応じて駆動装置１０２の駆動特性を変更する駆動特性変更手段と、を有する。

Description

本発明は、車両の制御装置及び車両の走行制御システムに関する。

従来から、ステレオカメラなどの外界認識装置によって自車両前方の障害物を認識し、自車両に衝突すると判断した場合に、制動アクチュエータを操作して衝突を回避するシステムの開発が進んでいる。そして、特許文献１には、他車両の予測進路と自車両の実現進路とから実現進路衝突確率を求め、実現進路衝突確率に基づいて運転者の危険度を算出する技術が示されている。

特開２００８−２５０４９２号公報

例えば、自車両の進行路に歩行者や他車両などの障害物が飛び込んできた場合は、衝突を十分手前で検出することが困難であり、障害物の動きから未来の位置を推定して衝突の可能性を予測している。しかしながら、あくまでも予測であるので、予測情報に基づいて制動制御を実施した場合に、実際には直前で停止するなどして障害物が自車進行路上に到達しないにもかかわらず制動制御が実行されることがあり、このような動作が頻繁に繰り返されると、ドライバに違和感を与えるおそれがある。一方、ドライバに違和感を与えないために、制動制御の開始タイミングを遅らせたり、制動制御の開始判断基準を変更したりすると、制動制御が真に必要なときにも効果が低くなるおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ドライバに違和感を与えることなく、より安全性の高い走行制御が可能な車両の制御装置を得ることである。

上記課題を解決する本発明の車両の制御装置は、外界認識装置の外界認識情報に基づいて前記車両が障害物と衝突する衝突危険度を算出する衝突危険度算出手段と、該衝突危険度に応じて駆動装置の駆動特性を変更する駆動特性変更手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、衝突危険度が高い場合に駆動装置の駆動特性を変更するので、例えば、衝突の危険があるにも関わらず、ドライバがアクセルを踏み込んでいる場合には、駆動力を低下させることで、車両を安全方向に制御できる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

走行制御システムの機能ブロック図。 制御装置の構成の一例を示す図。 制御装置の構成の一例を示す図。 制御装置の機能ブロック図。 走行制御方法の一例を説明するフローチャート。 衝突危険度の時間変化に応じて実行される制御内容を示す図。 駆動特性変更制御による車速の変化を示す図。 衝突危険度とトルク指令値のゲインとの関係を示す図。 あるモータ回転数におけるアクセル開度とトルク指令値との関係の一例を示す図。 あるモータ回転数におけるアクセル開度とトルク指令値との関係の一例を示す図。 アクセル開度毎のモータ回転数とトルク指令値との関係を説明する図。 障害物（歩行者）が自車の進行路上に存在する存在確率分布を示す図。 障害物の一定時間経過後の位置を算出する方法を説明するフローチャート。 自車両の前方に歩行者と他車両が存在する場合の模式図。

次に、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
本実施形態の走行制御システム１は、例えば図１４に示すように、歩行者３０１ｂや他車両３０１ａなどの障害物３０１が自車両２０１の予測進行路２０２に飛び出して自車両２０１に衝突することが予測される状況において、外界認識センサからの外界認識情報に基づき障害物３０１との衝突危険度を算出する。そして、第１閾値及び第２閾値と比較し、衝突危険度が第１閾値よりも大きいときは駆動特性変更制御を行い、衝突危険度が第２閾値以上の場合には制動制御を行う。

図１は、走行制御システムの機能ブロック図である。
走行制御システム１は、自車両２０１（図１４を参照）の走行を制御するシステムであり、制御装置１０１と、駆動装置１０２と、制動装置１０３を有している。自車両２０１は、電気自動車である。制御装置１０１は、モータコントローラを有し、駆動装置１０２は、車両走行用のモータを有している。制動装置１０３は、制動アクチュエータを有している。

制御装置１０１は、車速、アクセル開度、外界認識情報等に基づいて駆動装置１０２と制動装置１０３を制御する。車速情報は、車速センサから取得し、アクセル開度の情報は、アクセルペダルに設けられたアクセル開度センサから取得する。外界認識情報は、自車両２０１に搭載された外界認識センサや、例えばワイパー装置、前照灯などの車載装置の動作状態などから取得する。外界認識情報には、自車両２０１の前方に位置する障害物３０１との相対位置と、相対速度ベクトルが含まれており、さらに車両周囲の明暗、天候、路面状況などの情報が含まれていてもよい。

外界認識センサは、ステレオカメラを有している。ステレオカメラは、左右のカメラで自車両２０１の前方を撮像し、左右の画像の視差から障害物３０１の相対位置と、相対速度ベクトルを算出し、外界認識情報として制御装置１０１に出力する。外界認識センサとして、ステレオカメラを用いることによって、簡単な構成で正確な外界認識情報を取得することができる。なお、ステレオカメラの代わりに、単眼カメラとミリ波レーダとを組み合わせたものを用いてもよい。

図２及び図３は、制御装置の構成の一例を示す図、図４は、制御装置の機能ブロック図である。

制御装置１０１は、図２に示すように、ＡＤＡＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ）１１１と、ＶＣＭ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）１２１の２つのモジュールによって構成されていてもよく、また、図３に示すように、ＶＣＭ１２１の１つのモジュールによって構成されていてもよい。ＡＤＡＳ１１１は、トルク指令値算出手段１１２と、衝突危険度算出手段１１３を有しており、ＶＣＭ１２１は、モータ制御手段１２２を有している。

トルク指令値算出手段１１２は、図４に示すように、車速とアクセル開度の情報に基づいてトルク指令値（要求駆動力）を算出する。衝突危険度算出手段１１３は、衝突危険度を算出し、その衝突危険度に応じたゲインを出力する。そして、トルク指令値とゲインを用いて算出された最終トルク指令値（目標駆動力）がモータ制御手段１２２に出力される。モータ制御手段１２２は、最終トルク指令値に応じた電流指令値を駆動装置１０２に出力する。駆動装置１０２は、電流指令値によってモータを駆動させる。

図５は、走行制御システムによる走行制御方法を説明するフローチャートである。
まず、ステップＳ１０１で外界認識情報を取得する処理が行われ、次いで、ステップＳ１０２で衝突危険度を算出する処理が行われる。衝突危険度（％）は、障害物３０１が自車両２０１に衝突する可能性を示す値であり、自車両２０１の予測進行路２０２と外界認識情報に基づいて算出され、明暗状態、天候状態、路面状態などの車外環境に応じて補正してもよい。衝突危険度は、例えば特開２０１０−２５０５０１号公報に記載された公知の方法を用いて算出することができる。本実施の形態における衝突危険度の具体的な算出方法については後述する。

そして、ステップＳ１０３で衝突危険度が予め設定された第１閾値（Ｄ１）よりも大きいか否かが判断され、第１閾値（Ｄ１）以下（ｎｏ）の場合には、障害物３０１が自車両２０１に衝突する危険性は低いと判断して、そのまま処理を終了する（Ｅｎｄ）。したがって、駆動特性変更制御は行われず、通常制御が行われる。通常制御では、トルク指令値を調整するゲインの値は、１．０とされ、トルク指令値算出手段１１２で算出されたトルク指令値が、そのまま最終トルク指令値としてモータ制御手段１２２に出力される。これにより、アクセル開度に応じたトルクがモータから出力される。

一方、衝突危険度が第１閾値（Ｄ１）よりも大きい（Ｙｅｓ）場合には、障害物３０１が自車両２０１に衝突する危険性は高いと判断してステップＳ１０４に移行する。ステップＳ１０４では、衝突危険度に応じて制動制御と駆動特性変更制御のいずれを行うのかを選択するために、衝突危険度が予め設定された第２閾値（Ｄ２）よりも大きいか否かが判断される。第２閾値（Ｄ２）は、第１閾値（Ｄ１）よりも大きい値を有している（Ｄ２＞Ｄ１）。

衝突危険度が第２閾値（Ｄ２）よりも小さい（ｎｏ）場合には、駆動特性変更制御を行うべく、ステップＳ１０５に移行する。駆動特性変更制御では、駆動装置１０２へ送信する目標駆動力を変更することにより駆動特性を変更する処理が行われる（駆動特性変更手段）。具体的には、通常時よりもアクセル開度に応じた最終トルク指令値（目標駆動力）を低減させて加速応答を弱める制御が行われる。

したがって、例えば衝突危険度が第１閾値（Ｄ１）と第２閾値（Ｄ２）との間にある状況ではドライバがアクセルペダルを踏み続けても駆動力は低下し、自車両２０１の加速を抑制することで、この後さらに衝突危険度が増して、第２閾値（Ｄ２）を超えて制動制御が実施される場合には、（車速が低く抑えられるため）衝突回避や衝突被害軽減の効果が得やすくなる。

また、この後、衝突危険度が低下した場合でも、この段階で制動制御を実施する場合と比較すると、ドライバに違和感を与えにくい。特に、本実施形態で自車両２０１の駆動装置１０２に用いられているモータは、内燃機関と比較して出力トルクをリニアに調整することができるので、アクセル開度に応じた最終トルク指令（目標駆動力）を滑らかに低減させて加速応答を円滑に弱める制御が可能であり、ドライバに違和感を与えることなく安全方向に制御することができる。

一方、ステップＳ１０４で衝突危険度が第２閾値（Ｄ２）よりも大きい（Ｙｅｓ）場合には、衝突危険度が特に高いと判断して、制動制御を行うべく、ステップＳ１０６に移行する。制動制御は、従来と同様の方法で行うことができ、まず車室内にアラーム等を吹鳴させてドライバに対する警報を行い（警報吹鳴）、次いで、制動装置１０３の制動アクチュエータを動作させる制御が行われる。

図６は、衝突危険度の時間変化に応じて実行される制御内容を示す図、図７は、駆動特性変更制御が行われた場合と行われない場合における車速の変化を示す図である。

例えば、ドライバがアクセルペダルを踏むことにより車速が一定の傾きで上昇し、図１４に示すように、自車両２０１の前方に他車両３０１ａが割り込んできており、図６に示すように、衝突危険度が時間経過と共に上昇している場合に、従来は、図７に二点差線で示すように、そのままの傾きで車速が上昇する。一方、本発明の車両走行制御システムによれば、衝突危険度が第１閾値（Ｄ１）を超えることにより駆動特性変更制御が実行され、図７に実線で示すように、車速の上昇の傾きが緩くなる（加速しにくくなる）。そして、衝突危険度が第２閾値（Ｄ２）を超えることにより制動制御が実行され、所定の減速度で減速が行われる。したがって、衝突被害を軽減することができ、安全方向に制御することができる。

図８は、衝突危険度とトルク指令値のゲインとの関係を示す図である。
衝突危険度とゲインは、図８に破線Ｌ１で示すように、第１閾値（Ｄ１）と第２閾値（Ｄ２）の間で衝突危険度が高くなるのに応じてゲインが一定の傾きで漸次減少するように設定してもよく、また、図８に実線Ｌ２で示すように、衝突危険度が低いときはゲインの減少度合いは小さいが、衝突危険度が高くなるに応じてゲインの減少度合いが急激に大きくなるように、指数関数的に減少するように設定してもよい。

ゲインが一定の傾きで漸次減少する設定の場合（Ｌ１）、トルク指令値がリニアに減少されるので、より安全に車両を制御することが可能となる。一方、ゲインが二次曲線的な傾きで減少する設定の場合（Ｌ２）には、衝突危険度が第１閾値（Ｄ１）に近いときは、衝突の可能性もそれほど高くないので、トルク指令値のゲインによる調整量は極めて小さく、通常時とほぼ同じトルクが出力される。したがって、トルク指令が大幅に減少されてドライバに違和感を与えるのを防ぐことができる。そして、衝突危険度が第２閾値（Ｄ２）に近いときは、衝突の可能性が高いので、トルク指令値のゲインによる調整量を極めて大きくし、アクセル開度に応じた最終トルク指令値（目標駆動力）を大幅に低減させて加速応答を弱める。

図９及び図１０は、あるモータ回転数におけるトルク指令値とアクセル開度との関係を示す図、図１１は、アクセル開度毎のモータトルクとモータ回転数との関係を示す図である。

本実施の形態における駆動特性変更制御では、図９及び図１０に示すように、あるモータ回転数で同一のアクセル開度Ｐ１において、前述のように、トルク指令のゲインを調整することにより衝突危険度が大きい方が小さい方よりも最終トルク指令値（目標駆動力）を減少させるように駆動特性を変更させている。

衝突危険度は、その大きさに応じて複数の段階に分けられており、本実施の形態では、小、中、大に分けられている。駆動特性は、衝突危険度が大きくなるに応じてトルク指令値を低減させる量が漸次増大するように変更させてもよく、また、二次関数的に増大するように変更させてもよい。

トルク指令値は、図１１に示すように、例えば、アクセル開度P1、モータ回転数ω1の場合でみると、通常時はＴｏとなるが、本実施形態では、衝突危険度に応じて異なる値になり、危険度が小のときはＴｓ、中のときはＴｍ、大のときはＴｂに調整される（但し、Ｔｓ＞Ｔｍ＞Ｔｂ）。

なお、図９に示すように、各衝突危険度が小から大の順番で等間隔に最終トルク指令を調整する場合、ゲインは、図８に破線Ｌ１で示すように設定する。また、図１０に示すように、各衝突危険度を小から大の順番で間隔が漸次大きくなるように最終トルク指令を調整する場合、ゲインは、図８に実線Ｌ２で示すように設定する。

次に、本実施形態における衝突危険度を算出する具体例について説明する。
衝突危険度は、例えば自車両２０１の予測進行路と、障害物の現在の位置と、障害物の一定時間経過後の位置に基づいて算出することができる。本実施の形態では、障害物の現在の位置と一定時間経過後の位置に基づいて障害物の行動予測を行い、その行動予測と自車両２０１の予測進行路から、障害物存在確率を算出する。そして、ＴＴＣ（衝突予測時間）を障害物存在確率で割ることによって衝突危険度を算出している。

衝突危険度算出手段１１３は、自車両２０１の予測進行路を算出する手段と、歩行者や他車両等の障害物の現在位置を検出する手段と、障害物の一定時間経過後の位置を算出する手段を有している。

自車両２０１の予測進行路は、外界認識センサであるステレオカメラによって予測することができる。ステレオカメラは、自車両２０１の前方を撮像した画像に基づき、走行レーンの白線を認識することができる。したがって、通常は、走行レーンに沿った軌跡を予測し、その軌跡に基づいて進行路を予測する。また、走行レーンの白線がない場合、あるいは、自車両２０１が明らかにレーンから逸脱する場合には、自車両２０１の車速、ヨーレート、舵角から自車両の挙動を計算して軌跡を予測し、その軌跡に基づいて進行路を予測する。

障害物の現在位置や、障害物が歩行者なのか、車両なのか等の種別の判定は、外界認識センサであるステレオカメラによって検出することができる。検出方法は種々の技術が公知となっており、これらの技術を用いることができる。

図１２は、障害物（歩行者）が自車の進行路上に存在する存在確率分布を示す図である。
ドライバは、図１２に示すように、横方向から自車両２０１の進行路に向かって移動している歩行者３０１ｂの速度が速ければ進行路上に飛び出してくるかもしれないと判断し、遅ければ進行路の手前で止まるだろうと判断する行動予測を行っている（認知判断）。衝突危険度算出手段１１３は、ドライバの行動予測と同様の処理を、障害物がｔ秒後に存在していると推定される存在確率を求めることによって行う。

ドライバは、上記した認知判断の結果、衝突危険度がある程度以上と判断した場合に、まず、アクセルを緩める、あるいはアクセルペダルから足を離してブレーキペダルに足を載せる。そして、障害物が本当に飛び出してきた場合にはブレーキペダルを踏み込んで制動を行う。すなわち、衝突危険度に応じてアクセル応答を変化させて状態を観察し、その後、ブレーキ操作を行っている。走行制御システム１は、駆動特性変更制御及び制動制御によってドライバの動作と同様の処理を行っている。

図１３は、障害物の一定時間経過後の位置を算出する方法を説明するフローチャート、図１４は、状態量を算出する方法を説明する図である。

ステップＳ１２１では、まず撮像した画像の中から制御対象とするべき、障害物の検出が行われ、障害物の相対的な位置、速度、加速度が算出される。

ステップＳ１２２では、カルマンフィルタによる現在状態量の推定処理が行われる。これにより、検知結果の誤差を考慮した上での歩行者や他車両（障害物）の現在状態量の推定が可能となる。状態量には、障害物の相対的な位置、速度、加速度が含まれている。

ステップＳ１２３では、障害物の移動は運動方程式（加速度考慮）に従うものとして、ＴＴＣ後の位置を予測する処理が行われる。現在状態量をカルマンフィルタで安定させているので、より安定した未来状態量の推定が可能である。

そして、ステップＳ１２４では、過去ｎフレームの位置情報が保存され、ステップＳ１２５では、過去の未来位置推定情報からＴＴＣ後の存在確率分布を生成する処理が行われる。

そして、ステップＳ１２６では、過去の未来位置推定位置の分散を持つ正規分布として表現する処理が行われる。存在確率を求めることによってより柔軟な制御が可能になる。そして、各種条件を用いた誤推定抑制処理が行われる。例えば、車との間にガードレールがあれば、歩行者が車道に飛び出し難いという条件や、前後方向（自車進行方向）に大きな速度を持っていると、左右方向（車幅方向）への急な移動をし難いという条件を用いて、誤推定を抑制する処理が行われる。

本発明の走行制御システム１は、衝突危険度が第１閾値（Ｄ１）よりも大きく第２閾値よりも小さいときには、駆動装置の応答性を変更する駆動特性変更制御を実行し、アクセル開度に応じたトルク指令（要求駆動力）を低減させる。そして、衝突危険度が第２閾値（Ｄ２）よりも大きいときには制動制御を行う。したがって、まず最初に加速応答が弱められ、次いで、制動制御が実行されるので、図１４に示すように、自車両２０１の前方に歩行者３０１ｂが飛び出してきた場合や、他車両３０１ａが急に割り込んできた場合に、衝突被害を軽減し、より安全方向に制御することができる。

上記した実施形態では、衝突危険度という同一の基準を用いて駆動特性変更制御と、制動制御を行う場合について説明したが、例えば、駆動特性変更制御については衝突危険度を判断基準として用い、制動制御については従来のＴＴＣを判断基準として用いてもよい。かかる構成とした場合、制動制御を行う既存の構成に、駆動特性変更制御を追加するだけでよく、容易に導入することができる。

また、上記した実施形態では、自車両２０１が電気自動車であり、モータの駆動特性を変更する制御の場合を例に説明したが、自車両２０１が内燃機関を備えた自動車であり、その内燃機関の駆動特性を変更するものにも適用することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 走行制御システム
１０１ 制御装置
１０２ 駆動装置
１１２ トルク指令値算出手段
１１３ 衝突危険度算出手段
１２２ モータ制御手段
２０１ 自車両
２０２ 予測進行路
３０１ 障害物
３０１ａ 他車両
３０１ｂ 歩行者

Claims (9)

1. 外界認識装置から取得した外界認識情報に基づいて自車両が障害物と衝突する衝突危険度を算出する衝突危険度算出手段と、
   該衝突危険度に応じて駆動装置の駆動特性を変更する駆動特性変更手段と、を有することを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記駆動特性変更手段は、前記衝突危険度が予め設定された第１閾値よりも大きい場合に、アクセル開度に応じた目標駆動力を低減させることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記駆動特性は、前記衝突危険度の大きい方が小さい方よりも前記目標駆動力を低減させる量が大きくなるように変更されることを特徴とする請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記駆動特性は、前記衝突危険度が大きくなるに応じて前記目標駆動力を低減させる量が漸次増大するように変更されることを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 前記駆動特性は、前記衝突危険度が大きくなるに応じて前記目標駆動力を低減させる量が二次関数的に増大するように変更されることを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
6. 前記制御装置によりアクセル開度に応じて制御され、且つ、車両走行用のモータを有する駆動装置と、
   外界を認識する外界認識装置と、を有し、
   請求項１記載の前記制御装置は、前記モータを制御するモータ制御手段を有することを特徴とする車両の走行制御システム。
7. 前記駆動特性変更手段は、車速とアクセル開度に基づいて前記モータのトルク指令値を算出するトルク指令値算出手段を有し、前記トルク指令値と前記衝突危険度を用いて最終トルク指令値を算出して前記モータ制御手段に出力し、
   前記モータ制御手段は、前記最終トルク指令値に応じた電流指令値を前記モータに出力することを特徴とする請求項６に記載の車両の走行制御システム。
8. 前記外界認識装置は、ステレオカメラを有することを特徴とする請求項６に記載の車両の走行制御システム。
9. 前記車両を制動させる制動装置を有し、
   前記制御装置の前記駆動特性変更手段は、前記衝突危険度が予め設定された第１閾値よりも大きい場合に、アクセル開度に応じた目標駆動力を低減させ、
   前記制御装置は、前記衝突危険度が予め設定された第２閾値よりも高い場合に前記制動装置の制動制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の走行制御システム。

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