WO2020008515A1 - 車両制御装置 - Google Patents

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WO2020008515A1
WO2020008515A1 PCT/JP2018/025151 JP2018025151W WO2020008515A1 WO 2020008515 A1 WO2020008515 A1 WO 2020008515A1 JP 2018025151 W JP2018025151 W JP 2018025151W WO 2020008515 A1 WO2020008515 A1 WO 2020008515A1
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control
steering
vehicle
control device
control amount
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大介 川上
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三菱電機株式会社
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    • B60W2552/40—Coefficient of friction

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device that automatically controls driving of a vehicle.
  • ECUs Electronic Control Units
  • ⁇ A function may be provided to limit the control of the steering control device so that an unintended steering operation is not performed even when an abnormality occurs in the steering control device.
  • a target steering angle is limited according to road information by obtaining road information of a traveling route of the own vehicle obtained from a navigation device.
  • Patent Document 2 discloses a method of detecting an output current of an actuator calculated by a steering control device and detecting an abnormal output.
  • Patent Literature 1 although a target steering angle is limited so that an unintended steering operation is not performed, the target steering angle is set when the operation unit itself of the actuator operation amount of the steering control device breaks down. Regardless, there is a possibility that an unintended output may occur. Further, in Patent Document 2, by comparing the output current of the actuator calculated by the steering control device with a threshold, a state in which the output current is excessive can be detected as abnormal.
  • a threshold such as when turning right and left and parking on general roads, in addition to traveling on straight roads such as expressways.
  • Patent Literature 2 monitors the upper limit of the output current, but does not refer to monitoring of the lower limit. Therefore, there is a problem that it is not possible to cope with a situation in which steering is stopped during a curve running, for example. .
  • the present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a vehicle control device capable of appropriately setting a threshold value of a steering control amount.
  • a vehicle control device determines an traveling route when performing automatic driving based on surrounding environment information and position information of a vehicle, and outputs an automatic driving control device that outputs a control target value according to the traveling route.
  • a steering control device that calculates a steering control amount based on the control target value, and performs a steering control of the vehicle based on the steering control amount, wherein the automatic driving control device controls the automatic driving of the vehicle.
  • a control amount threshold dynamically defining a limit of the steering control amount is dynamically determined based on the automatic driving control information indicating a control state, and is provided to the steering control device. If the control amount exceeds the threshold, the control amount is changed so as not to exceed the control amount threshold.
  • the control amount threshold value of the steering control can be appropriately set, and both the extension of the functionality and the safety in the automatic driving can be achieved.
  • FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a configuration of a vehicle control device according to a first embodiment of the present invention.
  • 5 is a flowchart illustrating an operation of determining a control amount threshold of the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of transition of a control state in the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a table for determining a control amount threshold of the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating conditions for correcting a control amount threshold in the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a functional block diagram illustrating a configuration of a vehicle control device according to a first embodiment of the present invention.
  • 5 is a flowchart illustrating an operation of determining a control amount threshold of the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a
  • FIG. 4 is a diagram illustrating conditions for correcting a control amount threshold in the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating conditions for correcting a control amount threshold in the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating conditions for correcting a control amount threshold in the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention. It is a figure showing the relation between road shoulder width and a correction coefficient. It is a figure showing the relation between a road surface friction coefficient and a correction coefficient.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a vehicle speed and a correction coefficient.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a hardware configuration of an automatic driving ECU of the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a hardware configuration of an automatic driving ECU of the vehicle control device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a functional block diagram illustrating a configuration of a vehicle control device according to a second embodiment of the present invention.
  • 9 is a flowchart illustrating an operation of determining a control amount threshold of the vehicle control device according to the second embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the operation
  • FIG. 1 is a functional block diagram showing a configuration of a vehicle control device 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • a vehicle control device 100 is mounted on a vehicle, and a plurality of surrounding environment information obtaining units 30, 31 and 32 for obtaining information on the surrounding environment of the vehicle, and a vehicle position for obtaining own vehicle position information.
  • An automatic driving ECU 20 (automatic driving control device) that controls automatic driving based on the surrounding environment information and the vehicle position information output from the information acquisition unit 40; a steering control device 50 controlled by the automatic driving ECU 20; 60 and an accelerator control device 70.
  • the surrounding environment information obtaining units 30 to 32 and the vehicle position information obtaining unit 40 are connected to the automatic driving ECU 20 via a network 80, and the steering control device 50, the brake control device 60, and the accelerator control device 70 are connected via a network 81, It is connected to the automatic driving ECU 20.
  • the surrounding environment information acquisition units 30 to 32 include a vehicle-to-vehicle-to-vehicle communication module in addition to various sensors such as a camera, a millimeter-wave radar, and a sonar.
  • FIG. 1 illustrates three peripheral environment information acquisition units 30 to 32, the invention is not limited to this.
  • examples of the own vehicle position information acquisition unit 40 include a receiving device for a GPS (Global Positioning System) signal and the like, and a receiving device for high-accuracy map information with an absolute position accuracy of a centimeter class.
  • GPS Global Positioning System
  • the automatic driving ECU 20 includes an information obtaining unit 21, an automatic driving control unit 22, and a limit determining unit 23.
  • the information obtaining unit 21 is connected to the surrounding environment information obtaining units 30 to 32 and the own vehicle position information obtaining unit 40 via the network 80. And the surrounding environment information and the own vehicle position information are obtained from each other, and the information is aggregated. The collected information is input to the automatic operation control unit 22.
  • the automatic driving control unit 22 determines a traveling route to be followed by the own vehicle when executing the automatic driving based on the input information, calculates a target steering angle corresponding to the traveling route, and outputs an output of the automatic driving ECU 20. And input to the steering control device 50.
  • the steering control device 50 calculates a steering control amount (torque amount) for operating the steering actuator 53 based on the input target steering angle.
  • a target braking amount and a target acceleration amount are also sent from the automatic driving ECU 20 to the brake control device 60 and the accelerator control device 70, and the brake control device 60 and the accelerator control device 70 respectively perform actuator control.
  • the target steering angle, the target braking amount, and the target acceleration output from the automatic driving ECU 20 are control target values for realizing automatic driving.
  • the limit determining unit 23 acquires road information and obstacle information around the own vehicle from the information acquiring unit 21, and further transmits information indicating how the own vehicle is controlled by automatic driving from the automatic driving control unit 22. get. This information is called automatic operation control information.
  • the automatic driving control information created by the automatic driving control unit 22 includes, for example, state information for determining control states such as straight driving, curve driving, changing lanes, turning right and left, and automatic parking. It is. Further, the automatic driving control information may include control target values such as a target steering angle, a target braking amount, and a target acceleration amount.
  • the limit determination unit 23 determines a future target steering angle of the own vehicle based on the control information, and, in accordance with the target steering angle, an upper limit value of the steering control amount calculated by the steering control device 50 and A control amount threshold value defining a lower limit value is determined. Further, the limit determination unit 23 inputs the determined control amount threshold value to the steering limiter 52 in the steering control device 50.
  • This control amount threshold is a threshold for the steering control amount (torque amount) of the steering actuator 53. For example, when the current value of the motor driving the actuator corresponds to the steering control amount (torque amount), the control amount threshold value is a threshold value for the motor current value.
  • the steering control device 50 has a steering ECU 51, a steering limiter 52, a steering actuator 53, and a steering mechanism 54.
  • the steering control device 50 calculates a steering control amount (torque amount) for driving the steering actuator 53 in the steering ECU 51 based on the control target value (target steering angle) input from the automatic driving ECU 20, and the steering limiter 52 and the steering Input to the actuator 53.
  • the steering limiter 52 detects whether or not the input steering control amount (torque amount) of the steering actuator 53 exceeds the control amount threshold value input from the limit determination unit 23. Change to be within the range not exceeding the quantity threshold. For example, the value is changed to a value corresponding to the control amount threshold. Then, the steering actuator 53 is driven by a motor current corresponding to the changed steering control amount (torque amount), and becomes a steering torque of a steering mechanism 54 mechanically connected to the steering actuator 53 to be used for steering control. . This can prevent the vehicle from performing dangerous control.
  • the steering actuator 53 If the steering control amount (torque amount) of the steering actuator 53 does not exceed the control amount threshold, the steering actuator is driven by a motor current corresponding to the steering control amount (torque amount) directly input from the steering ECU 51 to the steering actuator 53. 53 is driven.
  • the steering actuator 53 selects the steering control amount (torque amount) input from the steering limiter 52.
  • the steering control amount is illustrated as a torque amount, but the steering control amount may be a motor current.
  • FIG. 2 shows a flowchart of the operation in which the limit determination unit 23 determines the control amount threshold.
  • This flow is executed at a constant cycle, but may be executed in accordance with the execution cycle of the automatic operation control unit 22.
  • the constant cycle is a cycle in which the automatic driving control unit 22 sends the target steering angle, the target braking amount, and the target acceleration amount to the steering control device 50, the brake control device 60, and the accelerator control device 70
  • the execution cycle of the control unit 22 is a cycle for determining one target steering angle.
  • step S101 the limit determination unit 23 acquires the surrounding environment information, the own vehicle position information, and the automatic driving control information from the information acquiring unit 21 and the automatic driving control unit 22, Also, check the vehicle control state and the vehicle speed in the future.
  • step S102 it is determined whether there is a change in the surrounding state of the own vehicle, the control state, or the own vehicle speed accompanied by a change of a threshold value described later.
  • a control amount threshold value (upper limit value and lower limit value) is selected, and the process proceeds to step S104.
  • the selection method is determined by referring to a table described later. On the other hand, when it is determined that there is no change, the control amount threshold is maintained, and the series of operations ends.
  • step S104 the control amount threshold value selected in step S103 is corrected according to the surrounding situation and the traveling speed of the own vehicle. The correction method will be described later.
  • step S105 the corrected control amount threshold is notified to the steering limiter 52. It should be noted that the correction in step S104 is not an indispensable process. Therefore, when step S104 is not provided, the control amount threshold value selected in step S103 is notified to the steering limiter 52.
  • Fig. 3 shows an example of transition of control state. As shown in FIG. 3, the control state is roughly divided into a stopped state C1, a manually driven state C2, an automatically parked state C3, and an automatically driven state C4.
  • the automatic traveling C4 is a straight road (curvature ⁇ r1) traveling on a straight road or a road having a small curve curvature (less than r1) (curvature ⁇ r1), and a curve traveling on a gentle curved road (r1 ⁇ curvature ⁇ r2).
  • the vehicle is classified into C42 during traveling, C43 while traveling on a curve (r2 ⁇ curvature) traveling on a sharp curved road, and C44 during right / left turn performing right / left turn.
  • C41 during straight (curvature ⁇ r1) traveling is classified into lane change C411 and normal traveling C412.
  • C42 during running on a curve (r1 ⁇ curvature ⁇ r2) is classified into lane change (curve direction) C421, lane change (reverse curve direction) C422, and normal travel C423.
  • C43 during running on a curve (r2 ⁇ curvature) is classified into lane change (curve direction) C431, lane change (curve reverse direction) C432, and normal travel C433.
  • the control state of the vehicle described above is determined by the limit determination unit 23 based on information from the information acquisition unit 21 and the automatic driving control unit 22.
  • the information from the information acquisition unit 21 includes map information around the own vehicle, information on obstacles around the own vehicle, and position information of the own vehicle. It determines whether the vehicle is running, and what road it will take in the future, and determines whether it is a straight line, a curve, the curvature of the curve, the direction of the curve, and the like.
  • the information from the automatic driving control unit 22 includes automatic driving control information for determining a control state such as whether the vehicle is traveling automatically or is parked automatically.
  • the control state determined by the limit determination unit 23 is a state in which the state information included in the automatic driving control information is more detailed using the information from the information acquisition unit 21.
  • the surrounding environment information includes the preceding vehicle information
  • the lane change includes, for example, information indicating that the speed of the preceding vehicle is slow, and the automatic driving control information from the automatic driving control unit 22 indicates that “passing” is performed. Is included, and when the information that the own vehicle turns right at the intersection a little ahead is included, it is determined that the lane change is performed in the right lane.
  • the automatic parking C3 is classified into a normal movement C31 during a normal movement and a return C32 executing the return control.
  • the limit determination unit 23 determines whether there is a state change in step S102 in FIG. That is, the automatic operation control information created by the automatic operation control unit 22 includes information on these control states, and based on this information, the limit determination unit 23 determines whether there is a state change. As described above, when the control state changes, the limit determination unit 23 determines the control amount threshold value corresponding to the control state after the change.
  • FIG. 4 shows an example of a table for determining the control amount threshold.
  • the limit determination unit 23 refers to the table in FIG. 4 when selecting the control amount threshold based on the automatic driving control information in step S103 in FIG.
  • control state of the own vehicle defined in FIG. 3 and the upper limit value and the lower limit value of the control amount threshold value according to the control state are shown as motor current values according to the torque amount of the steering actuator 53. ing.
  • the upper limit is set to a lower threshold value at which sufficient control can be performed to ensure the stability of the vehicle.
  • the value L1 High is set. Further, since there is a possibility that steering control is hardly performed, a threshold value as a lower limit value is not set.
  • the motor current value corresponding to the steering force required to travel the curve is added to the threshold value, and the upper limit value is L1 High.
  • L2 Low is set to prevent a collision with a wall surface without performing steering control.
  • the value of L2 Low is determined from the steering holding force required to maintain the steering wheel in accordance with the curvature of the curve when traveling on a curve.
  • L1 High + L3 High is set as the upper limit and L3 Low is set as the lower limit.
  • L2 High is such that the larger the curvature of the curve, the larger the motor current value required for traveling on the curve, so that L2 High ⁇ L3 High .
  • the lower limit is also L2 Low ⁇ L3 Low .
  • the upper limit L1 High during straight running is set to the maximum value of the control amount threshold that can be generated by the steering of the lane change. Add the value L4 High and set it to L1 High + L4 High . It should be noted that no threshold value is set for the lower limit value because the steering returns to straight-line running at the start and end of the steering due to the lane change.
  • a threshold is set according to the direction of lane change.
  • the upper limit value is L1 High + L2 High + L4 High, which is obtained by adding the maximum value L4 High of the control amount threshold that can be generated by the steering of the lane change to the upper limit value during the curve traveling.
  • the lower limit value a lower limit value L2 Low when traveling on a curve is set.
  • the lower limit is set to the same lower limit as when traveling on a curve, but may be set to a value smaller than L2 Low or not to be set.
  • L1 High + L3 High + L4 High is set as the upper limit and L3 Low is set as the lower limit as the control amount threshold.
  • the upper limit is set to the same upper limit L1 High + L3 High as when the vehicle is traveling on the curve, and the lower limit is set to L3 Low .
  • L5 High is set as the upper limit
  • the lower limit is not set.
  • the upper limit is set to a different control amount threshold, such as L6 High and L7 High
  • the lower limit is not set at the time of normal movement and return. This is because when the vehicle is parked, the steering amount of the steering greatly differs between when the vehicle is turned back and when the vehicle is moving normally, so that the control amount threshold value differs depending on the situation.
  • the setting of the control amount threshold shown in FIG. 4 is an example, and the control amount threshold may be set in accordance with the situation of the vehicle.
  • This correction can be determined in consideration of the time (FTTI: Fault Tolerant Time Interval) from the occurrence of the assumed abnormality to the occurrence of the hazardous event in the vehicle and the road condition obtained as a result of the safety analysis.
  • FTTI Fault Tolerant Time Interval
  • the FTTI changes depending on the situation around the vehicle. For example, when it is assumed that data of the target steering angle given from the automatic driving ECU 20 changes in the steering ECU 51 and the steering state suddenly changes during straight running, the vehicle collides with an obstacle, for example, a guard rail. It depends on whether the distance to is long or short.
  • the upper limit L1 High of the control amount threshold value selected in step S103 is not corrected.
  • V 60 km / h
  • ⁇ 0.5 assuming a wet road surface.
  • the limit determination unit 23 performs correction so that the control amount threshold value (upper limit value) is set small.
  • a method for estimating the road surface state for example, information on rainfall and snowfall can be obtained based on an image of a vehicle-mounted camera, and a rough coefficient of friction can be estimated. It is also possible to estimate whether or not the road surface is frozen in consideration of temperature and humidity.
  • the coefficient of friction on a snow-covered road is 0.5 to 0.2, and the coefficient of friction on an icy road is 0.2 to 0.1.
  • the control amount threshold value upper limit value
  • the correction method has been described based on the time until collision with the guardrail. However, when a pedestrian is detected on the road shoulder from the surrounding environment information, the correction method is based on the possibility of collision with the pedestrian. May be corrected. If the shoulder width is included in the map information, the value is used. If the shoulder width is not included in the map information, the road shoulder width can be calculated from the own vehicle position, the lateral width of the own vehicle, and the road surface width of the map information. it can.
  • FIG. 9 is a graph showing the relationship between the road shoulder width and the correction coefficient using the horizontal axis as the road shoulder width [m] and the vertical axis as the correction coefficient, with a margin for the road shoulder width described with reference to FIGS. 5 and 6. 5 and 6 are indicated by arrows, respectively.
  • control amount threshold is increased by increasing the correction coefficient as the road shoulder width, that is, the distance from the vehicle to the obstacle increases.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the road surface friction coefficient and the correction coefficient with the horizontal axis being the road surface friction coefficient and the vertical axis being the correction coefficient.
  • the road surface friction coefficient described with reference to FIGS. 7 and 8 is small.
  • the case and the large case are indicated by arrows as FIGS. 7 and 8, respectively.
  • control amount threshold value is reduced by decreasing the correction coefficient as the road surface friction coefficient decreases.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the vehicle speed and the correction coefficient with the horizontal axis representing the vehicle speed [km / h] and the vertical axis representing the correction coefficient.
  • the vehicle speed described with reference to FIGS. 5 and 8 is 60 km / h.
  • the cases of h and 100 km / h are indicated by arrows in FIGS. 5 and 8, respectively.
  • control coefficient threshold value is reduced by decreasing the correction coefficient as the vehicle speed increases.
  • the graphs shown in FIGS. 9 to 11 are examples, and the shapes (features) of the graphs are not limited to these, and the characteristics of the vehicle, the force applied to the vehicle, the amount of movement of the vehicle in the lateral direction, the automatic driving system, It is calculated in consideration of the time until the driver takes action, and the like, and a proportional relationship, a quadratic curve, an upwardly convex shape, a downwardly convex shape, or the like may be adopted.
  • the limit determining unit 23 corrects the control amount threshold by multiplying the control amount threshold by the above-described correction coefficient in step S104 shown in FIG.
  • the components of the automatic driving ECU 20 described above can be configured using a computer, and these components are realized by the computer executing a program. That is, the information acquiring unit 21, the automatic driving control unit 22, and the limit determining unit 23 of the automatic driving ECU 20 illustrated in FIG. 1 are realized by, for example, the processing circuit 120 illustrated in FIG. A processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a DSP (Digital Signal Processor) is applied to the processing circuit 120, and the functions of the above-described configurations are realized by executing a program stored in a storage device.
  • a processor such as a CPU (Central Processing Unit) and a DSP (Digital Signal Processor) is applied to the processing circuit 120, and the functions of the above-described configurations are realized by executing a program stored in a storage device.
  • CPU Central Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • the processing circuit 120 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field Programmable Gate). Array) or a combination of these.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate
  • FIG. 13 shows a hardware configuration in a case where the components (the information acquisition unit 21, the automatic driving control unit 22, and the limit determination unit 23) of the automatic driving ECU 20 shown in FIG. 1 are configured using a processor. Is shown.
  • the function of each component of the automatic driving ECU 20 is realized by a combination of software and the like (software, firmware, or software and firmware).
  • Software and the like are described as programs and stored in the memory 122.
  • the processor 121 functioning as the processing circuit 120 reads out and executes a program stored in the memory 122 (storage device) to realize the function of each unit.
  • FIG. 14 is a functional block diagram showing a configuration of a vehicle control device 200 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the difference between the vehicle control device 200 shown in FIG. 14 and the vehicle control device 100 shown in FIG. 1 is that the input to the limit determining unit 23 in the automatic driving ECU 20 is only the input from the automatic driving control unit 22. Is a point. That is, in the vehicle control device 200 of the second embodiment, the determination of the control amount threshold value performed by the limit determining unit 23 is determined by the control target value output as the automatic driving control information by the automatic driving control unit 22.
  • FIG. 15 shows a flowchart of the operation in which the limit determining unit 23 determines the control amount threshold. This flow is executed at a constant cycle, but may be executed in accordance with the execution cycle of the automatic operation control unit 22.
  • step S201 the limit determining unit 23 acquires a target steering angle (control target value) calculated by the automatic driving control unit 22 and input to the steering control device 50 as automatic driving control information. I do.
  • the limit determining unit 23 holds a target steering angle (control target value) of the previous cycle in advance, and calculates a difference value from the target steering angle of the previous cycle in step S202, thereby obtaining a steering actuator to be generated from the difference value.
  • 53 steering control amounts (torque amounts) can be determined. Then, for example, a value that is 10% larger than the determined steering control amount is set as the upper limit of the control amount threshold, and a value that is smaller by 10% is set as the lower limit of the control amount threshold. Note that the above ratio is an example, and the present invention is not limited to this.
  • step S203 the control amount threshold value is notified to the steering limiter 52.
  • the control amount threshold of the steering control device 50 is dynamically determined based on the target steering angle input to the steering control device 50. Therefore, automatic operation corresponding to various situations can be realized as compared with the case where the control amount threshold is fixed. In addition, since the control amount threshold is set, safety in the event of a failure of the steering ECU 51 can be ensured.
  • the limit determining unit 23 sends the control amount threshold dynamically generated to the steering limiter 52, so that the steering limiter 52 controls the steering control amount (torque) of the steering actuator 53. It is detected whether or not the control amount exceeds the control amount threshold. If the control amount exceeds the control amount threshold, the steering control amount is changed so as to fall within a range not exceeding the control amount threshold. In addition, in this modification, even when the steering control amount is changed so as to be within the control amount threshold, the steering limiter 52 detects the motor current value exceeding the control amount threshold. In this case, a function is provided for notifying the automatic driving control unit 22 that an abnormality has been detected by the steering limiter 52.
  • FIG. 16 shows a flowchart of abnormality detection in the steering limiter 52.
  • the steering limiter 52 detects in step S301 that the motor current value of the steering actuator 53 has exceeded the control amount threshold value, it is determined that the steering limiter 52 has detected an abnormality. Then, the process proceeds to step S302.
  • the steering control amount (torque amount) of the steering actuator 53 is less than the control amount threshold, a series of processing ends.
  • step S302 the automatic operation control unit 22 is notified that an abnormality has been detected, and a series of processing ends.
  • the case where the motor current value exceeding the range of the control amount threshold value is detected is when the data of the control target value given from the automatic driving ECU 20 is missing or changed due to, for example, electric noise, or It is conceivable that the steering ECU 51 breaks down, for example, the memory is destroyed.
  • FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the automatic driving control unit 22 after receiving the notification of the abnormality detection from the steering limiter 52.
  • the automatic driving control unit 22 that has received the notification of the abnormality detection confirms the surrounding situation based on the surrounding environment information input from the information acquiring unit 21 in step S401, and in step S402, The target steering angle, target braking amount, and target acceleration amount for ensuring safety are determined.
  • the target steering angle, the target braking amount, and the target acceleration amount are control target values that realize an operation of applying a brake and stopping an accelerator control unless there is an obstacle or the like around the host vehicle.
  • a control target value in a range where the obstacle can be avoided for example, an operation of slowly applying a brake and stopping while maintaining a distance between the vehicle before and after the own vehicle. Is achieved.
  • step S402 The control target value determined in step S402 is sent to the brake control device 60 and the accelerator control device 70 in step S403 to implement vehicle control.
  • each embodiment can be freely combined, or each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.

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Abstract

本発明は、車両制御装置に関し、車両の周辺環境情報および位置情報に基づいて自動運転を実行する際の走行経路を決定し、該走行経路に応じた制御量を出力する自動運転制御装置と、制御目標値に基づいてステアリング制御量を演算し、ステアリング制御量に基づいて車両のステアリング制御を行うステアリング制御装置と、を備え、自動運転制御装置は、車両の自動運転における制御状態を表す自動運転制御情報に基づいてステアリング制御量のリミットを規定する制御量閾値を動的に決定してステアリング制御装置に与え、ステアリング制御装置は、ステアリング制御量が制御量閾値を超える場合は、制御量閾値を超えないようにステアリング制御量を変更する。

Description

車両制御装置
　本発明は、車両の運転を自動制御する車両制御装置に関する。
　車載システムでは多種多様な電子機器が搭載されている。これらの電子機器を制御するためのＥＣＵ（Electronic Control Unit）と呼ばれる車載制御装置は、近年の電子機器の多機能化、複雑化に伴い、搭載数が増加している。特に昨今研究開発が加速している自動運転システムにおいては、車両のエンジン制御、ブレーキ制御、ステアリング制御を連携させることによって高度な自動運転を実現するシステムが考案されている。
　自動運転に活用される電動パワーステアリング制御装置（ステアリング制御装置）においては、システムの一部に故障が発生した場合、フェールオペレーション動作を実現する必要がある。また、フェールオペレーションも困難な場合、故障対象以外の機能を用いて、最低限の機能により、フェールセーフ、を実現する必要がある。
　ステアリング制御装置に異常が発生した場合においても意図せぬステアリング操作を行わないように、ステアリング制御装置の制御を制限する機能が搭載されている場合がある。例えば、特許文献１では、ナビゲーション装置から得られる自車の走行経路の道路情報を得ることによって、道路情報に応じて目標とする操舵角に制限を設けている。また、特許文献２ではステアリング制御装置で演算されるアクチュエータの出力電流を検出し、異常出力を検出する方法が開示されている。
国際公開第２０１７／０７７８０７号 特開２０１５－２０９１４０号公報
　特許文献１では、意図せぬステアリング操作が行われないように目標とする操舵角に制限を設けているものの、ステアリング制御装置のアクチュエータ動作量の演算部自体が故障した場合、目標とする操舵角に関わらず、意図せぬ出力をしてしまう可能性が考えられる。また、特許文献２では、ステアリング制御装置で演算されるアクチュエータの出力電流を閾値と比較することで、出力電流が過大である状態を異常として検知できる。しかし、自動運転が高度化すると、高速道路のような直線路の走行以外に、一般道での右左折時および駐車時など、様々な大きさのステアリング操作を必要とするユースケースが発生するため、固定の閾値を用いると適切な制御ができないといった課題が存在する。さらに、特許文献２では、出力電流の上限を監視しているが、下限の監視については言及されていないため、例えばカーブ走行中に操舵をしなくなるという状況については対処ができないという課題も存在する。
　本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、ステアリング制御量の閾値を適切に設定することができる車両制御装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る車両制御装置は、車両の周辺環境情報および位置情報に基づいて自動運転を実行する際の走行経路を決定し、該走行経路に応じた制御目標値を出力する自動運転制御装置と、前記制御目標値に基づいてステアリング制御量を演算し、前記ステアリング制御量に基づいて前記車両のステアリング制御を行うステアリング制御装置と、を備え、前記自動運転制御装置は、前記車両の自動運転における制御状態を表す自動運転制御情報に基づいて前記ステアリング制御量のリミットを規定する制御量閾値を動的に決定して前記ステアリング制御装置に与え、前記ステアリング制御装置は、前記ステアリング制御量が前記制御量閾値を超える場合は、前記制御量閾値を超えないように前記制御量を変更する。
　本発明に係る車両制御装置によれば、ステアリング制御の制御量閾値を適切に設定することができ、自動運転における、機能性の拡張と安全性を両立することができる。
本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の制御量閾値の決定動作を示すフローチャートである。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置における制御状態の遷移例を説明する図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の制御量閾値を決定するためのテーブルの一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置において制御量閾値の補正を行う条件を説明する図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置において制御量閾値の補正を行う条件を説明する図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置において制御量閾値の補正を行う条件を説明する図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置において制御量閾値の補正を行う条件を説明する図である。 路肩幅と補正係数との関係を示す図である。 路面摩擦係数と補正係数との関係を示す図である。 車速と補正係数との関係を示す図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の自動運転ＥＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態１の車両制御装置の自動運転ＥＣＵのハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の車両制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る実施の形態２の車両制御装置の制御量閾値の決定動作を示すフローチャートである。 本発明に係る変形例の車両制御装置におけるリミット決定部での異常検出時の動作を示すフローチャートである。 本発明に係る変形例の車両制御装置における異常検出の通知を受けた後の自動運転制御部の動作を示すフローチャートである。
　＜実施の形態１＞
　図１は、本発明に係る実施の形態１の車両制御装置１００の構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように車両制御装置１００は、車両に搭載され、車両の周辺環境の情報を取得する複数の周辺環境情報取得部３０、３１および３２と、自車位置情報を取得する自車位置情報取得部４０から出力される周辺環境情報および自車位置情報に基づいて自動運転を制御する自動運転ＥＣＵ２０（自動運転制御装置）と、自動運転ＥＣＵ２０によって制御されるステアリング制御装置５０、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０を備えている。
　周辺環境情報取得部３０～３２および自車位置情報取得部４０はネットワーク８０を介して自動運転ＥＣＵ２０と接続され、ステアリング制御装置５０、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０はネットワーク８１を介して、自動運転ＥＣＵ２０と接続されている。
　周辺環境情報取得部３０～３２としては、カメラ、ミリ波レーダー、ソナー等の各種センサに加え、車車間－路車間通信モジュール等が挙げられる。なお、図１では周辺環境情報取得部３０～３２として３つを例示しているが、これに限定されるものではない。また、自車位置情報取得部４０としてはＧＰＳ（Global Positioning System）信号等の受信装置および絶対位置精度がセンチメートル級の高精度地図情報の受信装置等が挙げられる。
　自動運転ＥＣＵ２０は、情報取得部２１、自動運転制御部２２およびリミット決定部２３を備え、情報取得部２１は、ネットワーク８０を介して周辺環境情報取得部３０～３２および自車位置情報取得部４０からそれぞれ周辺環境情報および自車位置情報を取得し、情報を集約する。集約した情報は自動運転制御部２２に入力される。
　自動運転制御部２２では、入力された情報に基づいて自動運転を実行する際の自車が進むべき走行経路を決定し、当該走行経路に応じた目標操舵角を演算して自動運転ＥＣＵ２０の出力とし、ステアリング制御装置５０に入力する。ステアリング制御装置５０では入力された目標操舵角に基づいて、ステアリングアクチュエータ５３を動作させるためのステアリング制御量（トルク量）を演算する。自動運転を実現するためにはブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０にも自動運転ＥＣＵ２０から目標制動量、目標加速量を送り、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０がそれぞれアクチュエータ制御を行うことで自動運転を実現する。自動運転ＥＣＵ２０から出力される、目標操舵角、目標制動量、目標加速量は、自動運転を実現するための制御目標値となる。
　リミット決定部２３は、情報取得部２１から自車周辺の道路情報および障害物情報を取得し、さらに、自動運転制御部２２から自車が自動運転によってどのように制御されるかを表す情報を取得する。この情報を自動運転制御情報と呼称する。自動運転制御部２２で作成される自動運転制御情報には、例えば、直線走行中、カーブ走行中、車線変更中、右左折中および自動駐車中などの制御状態を判定するための状態情報が含まれる。また、自動運転制御情報には、目標操舵角、目標制動量、目標加速量などの制御目標値が含まれても良い。リミット決定部２３は、これらの制御情報に基づいて、自車の今後の目標操舵角を判断し、当該目標操舵角に対応して、ステアリング制御装置５０で演算されるステアリング制御量の上限値および下限値を規定する制御量閾値を決定する。また、リミット決定部２３は、決定された制御量閾値をステアリング制御装置５０内のステアリングリミッタ５２に入力する。この制御量閾値は、ステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）に対する閾値である。例えば、アクチュエータを駆動するモーターの電流値がステアリング制御量（トルク量）に対応する場合、制御量閾値はモーターの電流値に対する閾値となる。
　ステアリング制御装置５０は、ステアリングＥＣＵ５１、ステアリングリミッタ５２、ステアリングアクチュエータ５３および操舵機構５４を有している。ステアリング制御装置５０では、自動運転ＥＣＵ２０から入力された制御目標値（目標操舵角）に基づいて、ステアリングＥＣＵ５１においてステアリングアクチュエータ５３を駆動するステアリング制御量（トルク量）を演算し、ステアリングリミッタ５２およびステアリングアクチュエータ５３に入力する。
　ステアリングリミッタ５２では、入力されたステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）がリミット決定部２３から入力された制御量閾値を超えるか否かを検出し、制御量閾値を超える場合には、制御量閾値を超えない範囲内に納めるように変更する。例えば、制御量閾値に対応する値に変更する。そして、変更されたステアリング制御量（トルク量）に対応するモーター電流でステアリングアクチュエータ５３が駆動され、ステアリングアクチュエータ５３に機構的に接続された操舵機構５４のステアリングトルクとなってステアリング制御に使用される。これにより、車両が危険な制御を行うことを防ぐことができる。
　なお、ステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）が制御量閾値を超えない場合は、ステアリングＥＣＵ５１からステアリングアクチュエータ５３に直接に入力されたステアリング制御量（トルク量）に対応するモーター電流でステアリングアクチュエータ５３が駆動される。ステアリングアクチュエータ５３は、ステアリングＥＣＵ５１およびステアリングリミッタ５２の両方からステアリング制御量（トルク量）が入力された場合は、ステアリングリミッタ５２から入力されたステアリング制御量（トルク量）を選択する。なお、ここではステアリング制御量をトルク量として例示したが、ステアリング制御量はモーター電流であっても良い。
　図２にリミット決定部２３が制御量閾値を決定する動作のフローチャートを示す。本フローは一定の周期で実行されるが、自動運転制御部２２の実行周期に合わせて実行しても良い。ここで、上記一定の周期とは、自動運転制御部２２がステアリング制御装置５０、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０に目標操舵角、目標制動量、目標加速量を送る周期であり、自動運転制御部２２の実行周期とは、１つの目標操舵角を決める周期である。
　図２に示すように、リミット決定部２３は、まずステップＳ１０１において、情報取得部２１および自動運転制御部２２から周辺環境情報、自車位置情報および自動運転制御情報を取得し、周辺状況、現在および今後の自車制御状態および自車速度を確認する。
　次に、ステップＳ１０２において、後述する閾値の変更を伴う自車の周辺状況、制御状態および自車速度の何れかに変化があるかを判別する。そして、変化があると判別される場合には、ステップＳ１０３において、制御量閾値（上限値および下限値）を選択し、ステップＳ１０４に移行する。選択方法は後述するテーブルを参照することによって決定する。一方、変化がないと判別される場合には制御量閾値を維持して一連の動作を終了する。
　ステップＳ１０４では、周辺状況および自車の走行速度に応じて、ステップＳ１０３で選択した制御量閾値を補正する。補正の方法については後述する。
　次に、ステップＳ１０５において、ステアリングリミッタ５２に補正された制御量閾値を通知する。なお、ステップＳ１０４における補正は必須の処理ではないので、ステップＳ１０４を設けない場合には、ステップＳ１０３で選択した制御量閾値が、ステアリングリミッタ５２に通知されることとなる。
　図３に制御状態の遷移例を示す。図３に示すように、制御状態は大きく分けて、停車中Ｃ１、手動走行中Ｃ２、自動駐車中Ｃ３および自動走行中Ｃ４に分けられる。
　イグニッション（ＩＧ）がオン（ＯＮ）された時点では車両は停車中Ｃ１にある。また、自動走行中Ｃ４は、直線道路またはカーブ曲率が小さい（ｒ１未満）道路を走行中の直線（曲率＜ｒ１）走行中Ｃ４１、緩やかなカーブ道路を走行中のカーブ（ｒ１≦曲率＜ｒ２）走行中Ｃ４２、急なカーブ道路を走行中のカーブ（ｒ２≦曲率）走行中Ｃ４３および右左折を行う右左折中Ｃ４４に分類される。
　さらに、直線（曲率＜ｒ１）走行中Ｃ４１は、レーンチェンジＣ４１１および通常走行Ｃ４１２に分類される。また、カーブ（ｒ１≦曲率＜ｒ２）走行中Ｃ４２は、レーンチェンジ（カーブ方向）Ｃ４２１、レーンチェンジ（カーブ逆方向）Ｃ４２２および通常走行Ｃ４２３に分類される。また、カーブ（ｒ２≦曲率）走行中Ｃ４３は、レーンチェンジ（カーブ方向）Ｃ４３１、レーンチェンジ（カーブ逆方向）Ｃ４３２および通常走行Ｃ４３３に分類される。
　上述した自車の制御状態は、情報取得部２１及び自動運転制御部２２からの情報に基づいてリミット決定部２３で判定される。情報取得部２１からの情報には、自車周辺の地図情報、自車周辺の障害物の情報および自車位置情報が含まれており、例えば、地図情報から自車がどのような道を走っているか、また今後どのような道を走るかを取得し、直線か、カーブか、カーブの曲率、カーブの方向などを判定する。自動運転制御部２２からの情報には、自動走行中であるか、自動駐車中であるかといった制御状態を判定するための自動運転制御情報が含まれる。リミット決定部２３で判定される制御状態は、情報取得部２１からの情報を用いて、自動運転制御情報に含まれる状態情報をより詳細化したものである。
　また、周辺環境情報には先行車情報が含まれており、レーンチェンジは、例えば、先行車の速度が遅く、自動運転制御部２２からの自動運転制御情報に「追越を行う」との情報が含まれていた場合および自車が少し先の交差点で「右折する」との情報が含まれていた場合に、右側車線にレーンチェンジを行うと判定する。
　自動駐車中Ｃ３は、通常の移動時の通常移動Ｃ３１および切り返し制御を実行している切り返しＣ３２に分類される。このような状態遷移を定義することで、リミット決定部２３は、図２のステップＳ１０２において状態変化の有無を判断する。すなわち、自動運転制御部２２で作成される自動運転制御情報には、これらの制御状態の情報を含んでおり、この情報に基づいてリミット決定部２３は状態変化の有無を判断する。このようにリミット決定部２３は、制御状態が変化した場合は、変化後の制御状態に対応した制御量閾値を決定する。
　図４に制御量閾値を決定するためのテーブルの一例を示す。リミット決定部２３は、図２のステップＳ１０３において自動運転制御情報に基づいて制御量閾値を選択する際に図４のテーブルを参照する。
　図４に示すテーブルには、図３で定義した自車の制御状態と制御状態に応じた制御量閾値の上限値および下限値が、ステアリングアクチュエータ５３のトルク量に応じたモーター電流値として示されている。
　例えば、車両が曲率ｒ１未満の直線走行中の場合、大きな操舵を必要とする可能性はないため、上限値には車両の安定性を確保するために十分な制御を実施可能な低めの閾値としてＬ１Ｈｉｇｈという値が設定される。また、操舵制御をほとんど行わない可能性もあるため、下限値としての閾値は設定されない。
　走行環境の変化によって、曲率がｒ１以上ｒ２未満のカーブ走行に変化した場合、カーブを走行するために必要な操舵力に相当する分のモーター電流値を閾値に上乗せし、上限値としてはＬ１Ｈｉｇｈ＋Ｌ２Ｈｉｇｈ、下限値としては、操舵制御を行わずに壁面に衝突することを防止するためＬ２Ｌｏｗを設定する。Ｌ２Ｌｏｗの値は、カーブ走行時にカーブの曲率に合わせてハンドルを維持するために必要な保舵力から決定される。
　さらに、大きな曲率（ｒ２以上）のカーブの場合、上限値としては、Ｌ１Ｈｉｇｈ＋Ｌ３Ｈｉｇｈ、下限値としては、Ｌ３Ｌｏｗを設定する。ここで、Ｌ２ＨｉｇｈとＬ３Ｈｉｇｈの関係は、カーブの曲率が大きくなるほど、カーブ走行に必要なモーター電流値は大きくなるので、Ｌ２Ｈｉｇｈ＜Ｌ３Ｈｉｇｈとなる。また、下限値についても、Ｌ２Ｌｏｗ＜Ｌ３Ｌｏｗとなる。このように、カーブの曲率によって制御量閾値を変更できるようにすることで、より適切なステアリング制御が可能となる。
　また、直線走行中にレーンチェンジを行う際には直線走行時よりも大きな操舵を行うため、上限値として、直線走行時の上限値Ｌ１Ｈｉｇｈにレーンチェンジの操舵によって発生しうる制御量閾値の最大値Ｌ４Ｈｉｇｈを上乗せし、Ｌ１Ｈｉｇｈ＋Ｌ４Ｈｉｇｈに設定する。なお、下限値については、レーンチェンジによる操舵の開始および終了時には直線走行の操舵に戻るため、閾値は設定しない。
　また、曲率ｒ１以上ｒ２未満のカーブ中のレーンチェンジ時にはレーンチェンジする方向によって閾値を設定する。カーブと同じ方向にレーンチェンジする場合、上限値としては、カーブ走行時の上限値にレーンチェンジの操舵によって発生しうる制御量閾値の最大値Ｌ４Ｈｉｇｈを足した、Ｌ１Ｈｉｇｈ＋Ｌ２Ｈｉｇｈ＋Ｌ４Ｈｉｇｈとし、下限値としては、カーブ走行時の下限値Ｌ２Ｌｏｗを設定する。
　また、カーブと逆方向にレーンチェンジする場合、カーブ走行時よりも大きな制御量閾値にはならないため、カーブ走行時と同じ上限値Ｌ１Ｈｉｇｈ＋Ｌ２Ｈｉｇｈを設定する。なお、下限値については、図４ではカーブ走行時と同じ下限値を設定するようにしているが、Ｌ２Ｌｏｗよりも小さい値を設定しても良いし、あるいは設定しないようにしても良い。
　曲率ｒ２以上のカーブ中のレーンチェンジ時には、カーブと同じ方向にレーンチェンジする場合、上限値としては、Ｌ１Ｈｉｇｈ＋Ｌ３Ｈｉｇｈ＋Ｌ４Ｈｉｇｈ、下限値としては、Ｌ３Ｌｏｗを制御量閾値として設定する。また、カーブと逆方向にレーンチェンジする場合は、上限値としては、カーブ走行時と同じ上限値Ｌ１Ｈｉｇｈ＋Ｌ３Ｈｉｇｈを設定し、下限値としては、Ｌ３Ｌｏｗを設定する。
　また、右左折中では上限値としてはＬ５Ｈｉｇｈを設定し、下限値は設定しない。駐車中では、通常移動時および切り返し時では、上限値をそれぞれＬ６ＨｉｇｈおよびＬ７Ｈｉｇｈといった、異なる制御量閾値に設定し、下限値は設定しない。これは、駐車中の場合、車両切り返し時と通常移動時とでステアリングの操舵量が大きく異なるため、状況に応じて異なる制御量閾値とするためである。なお、図４に示した制御量閾値の設定は一例であり、これ以外にも車両の状況に応じて制御量閾値を設定しても良い。
　このように制御量閾値を選択するためのテーブルを用いることで、制御量閾値の設定が容易となる。
　次に、図５～図８を用いて、直線走行中においてリミット決定部２３が制御量閾値の補正を行う条件について説明する。この補正は、安全分析の結果として得られる、想定される異常の発生から車両に危険事象が発生するまでの時間（ＦＴＴＩ：Fault Tolerant Time Interval）および路面状況を考慮して決定することができる。
　ＦＴＴＩについては、車両の周辺状況によって変わる。例えば、自動運転ＥＣＵ２０から与えられた目標操舵角のデータがステアリングＥＣＵ５１で変化し、直線走行中に急に進路が変わるような操舵状態となることを想定する場合、障害物、例えばガードレールに衝突するまでの距離が長いか短いかで変わる。図５は車線からガードレールＧＲまでの幅、すなわち路肩幅に余裕がなく、乾いた路面を想定した路面摩擦係数μ＝０．８の道路を速度Ｖ＝６０ｋｍ／ｈで車両が走行している状況を表している。この状況においては、意図せぬ操舵による少しの横方向移動でもガードレールＧＲに衝突する可能性が高いため、ステップＳ１０３で選択した制御量閾値の上限値のＬ１Ｈｉｇｈは補正しない。
　一方、図６に示すように路肩幅に余裕がある場合には、同じ速度Ｖ＝６０ｋｍ／ｈで走行していても意図せぬ操舵によりガードレールＧＲに衝突するまでには時間的余裕があるので、制御量閾値（上限値）を大きくするような補正を行っても良い。以上のように、ＦＴＴＩが短いほど、小さな横方向の変化が危険に繋がる可能性が高いと考えられるため、リミット決定部２３は制御量閾値を小さくするか、または変更しない。
　また、リミット決定部２３が制御量閾値の補正を行う条件として、周辺状況として推定した路面状態を用いることもできる。図７は、濡れた路面を想定した路面摩擦係数μ＝０．５の道路を速度Ｖ＝６０ｋｍ／ｈで車両が走行している状況を表している。図７に示すように路面摩擦係数μが低い路面（低μ路）を走行している場合、意図せぬ操舵による小さなステアリングトルクでも滑ってしまい、ガードレールＧＲに衝突する可能性がある。従って、周辺状況として、路面の状態を推定できれば、低μ路を走行している場合には、リミット決定部２３は制御量閾値（上限値）を小さく設定するように補正を行う。
　なお、路面の状態を推定する方法としては、例えば、車載カメラの映像に基づいて降雨および降雪の情報を取得し、大まかな摩擦係数を推定することができる。また、気温および湿度を考慮して路面が凍っているか否かを推定することもできる。なお、積雪路面の摩擦係数は０．５～０．２、氷結路面の摩擦係数は０．２～０．１とされている。
　また、リミット決定部２３が制御量閾値の補正を行う条件として、自車の速度（車速）を用いることもできる。図８は、路面摩擦係数μ＝０．８の道路を速度Ｖ＝１００ｋｍ／ｈで車両が高速走行している状況を表している。図８に示すように車両が１００ｋｍ／ｈで高速走行中の場合、意図せぬ操舵による小さなステアリングトルクでも大きな横方向の移動になるため、制御量閾値（上限値）を小さく設定するように補正を行う。逆に低速の場合には制御量閾値（上限値）を大きくするように補正しても良い。なお、図５～図８ではガードレールに衝突するまでの時間に基づいて補正方法を説明したが、周辺環境情報から路肩に歩行者を検出した場合には、歩行者との衝突の可能性に基づいて補正しても良い。なお、路肩幅は、地図情報に含まれている場合はその値を利用し、地図情報に含まれていない場合は、自車位置、自車の横幅および地図情報の路面幅から算出することもできる。
　次に、図５～図８を用いて説明した制御量閾値の補正を行う状況における、補正係数と路肩幅、路面摩擦係数および車速との関係について、図９～図１１を用いて説明する。
　図９は、横軸を路肩幅［ｍ］とし、縦軸を補正係数として路肩幅と補正係数との関係をグラフで示す図であり、図５および図６を用いて説明した路肩幅に余裕がない場合と余裕がある場合を、それぞれ図５および図６として矢印で示している。
　図９に示されるように、路肩幅、すなわち車両から障害物までの距離が大きくなるほど補正係数を大きくすることで、制御量閾値が大きくなるようにしている。
　図１０は、横軸を路面摩擦係数とし、縦軸を補正係数として路面摩擦係数と補正係数との関係をグラフで示す図であり、図７および図８を用いて説明した路面摩擦係数が小さい場合と大きい場合を、それぞれ図７および図８として矢印で示している。
　図１０に示されるように、路面摩擦係数が小さくなるほど補正係数を小さくすることで、制御量閾値が小さくなるようにしている。
　図１１は、横軸を車速［ｋｍ／ｈ］とし、縦軸を補正係数として車速と補正係数との関係をグラフで示す図であり、図５および図８を用いて説明した車速が６０ｋｍ／ｈの場合と１００ｋｍ／ｈの場合を、それぞれ図５および図８として矢印で示している。
　図１１に示されるように、車速が大きくなるほど補正係数を小さくすることで、制御量閾値が小さくなるようにしている。
　なお、図９～１１に示したグラフは一例であり、グラフの形状（特徴）もこれらに限定されず、車両の特性、車両に働く力、横方向への車両の移動量、自動運転システムまたはドライバが対処するまでの時間等を考慮して算出され、比例関係、２次曲線、上に凸の形状、下に凸の形状などを採ることも考えられる。
　リミット決定部２３は、図２に示したステップＳ１０４において、上述した補正係数を制御量閾値に乗じることによって、制御量閾値を補正する。
　以上説明したように、ステアリング制御装置５０の制御量閾値を周辺状況および自車の制御状態に応じて適切に設定することにより、自動運転における、機能性の拡張と安全性を両立することができる。
　以上説明した自動運転ＥＣＵ２０の各構成はコンピュータを用いて構成することができ、これらの各構成はコンピュータがプログラムを実行することで実現される。すなわち、図１に示した自動運転ＥＣＵ２０の情報取得部２１、自動運転制御部２２およびリミット決定部２３は、例えば図１２に示す処理回路１２０により実現される。処理回路１２０には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサが適用され、記憶装置に格納されるプログラムを実行することで上記各構成の機能が実現される。
　なお、処理回路１２０には専用のハードウェアが適用されても良い。処理回路１２０が専用のハードウェアである場合、処理回路１２０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）またはこれらを組み合わせたものなどが該当する。
　また、図１３には、図１に示した自動運転ＥＣＵ２０の各構成（情報取得部２１、自動運転制御部２２およびリミット決定部２３は）がプロセッサを用いて構成されている場合におけるハードウェア構成を示している。この場合、自動運転ＥＣＵ２０の各構成の機能は、ソフトウェア等（ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェア）との組み合わせにより実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリ１２２に格納される。処理回路１２０として機能するプロセッサ１２１は、メモリ１２２（記憶装置）に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。
　＜実施の形態２＞
　図１４は、本発明に係る実施の形態２の車両制御装置２００の構成を示す機能ブロック図である。図１４に示す車両制御装置２００と図１に示した車両制御装置１００との相違点は、自動運転ＥＣＵ２０におけるリミット決定部２３への入力が、自動運転制御部２２からの入力のみとなっている点である。すなわち、実施の形態２の車両制御装置２００では、リミット決定部２３が行う制御量閾値の決定を自動運転制御部２２が自動運転制御情報として出力する制御目標値によって決定する。
　図１５はリミット決定部２３が制御量閾値を決定する動作のフローチャートを示す。本フローは一定の周期で実行されるが、自動運転制御部２２の実行周期に合わせて実行しても良い。
　図１５に示すように、リミット決定部２３は、まずステップＳ２０１において、自動運転制御部２２で演算されたステアリング制御装置５０へ入力される目標操舵角（制御目標値）を自動運転制御情報として取得する。
　リミット決定部２３では予め前周期の目標操舵角（制御目標値）を保持しておき、ステップＳ２０２において前周期の目標操舵角との差分値を計算することにより、差分値から発生させるべきステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）を決めることができる。そして、決定したステアリング制御量に対して、例えば１０％大きな値を制御量閾値の上限値とし、１０％小さな値を制御量閾値の下限値として演算する。なお、上記比率は一例であり、これに限定されるものではない。
　次に、ステップＳ２０３において、ステアリングリミッタ５２に制御量閾値を通知する。
　以上説明したように、本発明に係る実施の形態２の車両制御装置２００においては、ステアリング制御装置５０の制御量閾値をステアリング制御装置５０へ入力される目標操舵角に基づいて動的に決定するので、制御量閾値を固定した場合に比べて、様々なシチュエーションに対応した自動運転を実現できる。また、制御量閾値を設定しているので、ステアリングＥＣＵ５１の故障時の安全性の確保もできる。
　＜変形例＞
　以上説明した実施の形態１および実施の形態２では、リミット決定部２３が動的に生成した制御量閾値をステアリングリミッタ５２に送ることによって、ステアリングリミッタ５２では、ステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）が制御量閾値を超えるか否かを検出し、制御量閾値を超える場合には、制御量閾値を超えない範囲内に納めるようにステアリング制御量を変更している。これに加えて、本変形例では、制御量閾値を超えない範囲内に納めるようにステアリング制御量を変更した場合であっても、ステアリングリミッタ５２が制御量閾値の範囲を超えるモーター電流値を検出した場合に、ステアリングリミッタ５２で異常を検出したものとして自動運転制御部２２に通知する機能を備えている。
　図１６にステアリングリミッタ５２における異常検出のフローチャートを示す。図１６に示すように、ステアリングリミッタ５２では、ステップＳ３０１において、ステアリングアクチュエータ５３のモーター電流値が制御量閾値を超えたことを検出した場合には、ステアリングリミッタ５２で異常を検出したものと判断してステップＳ３０２に移行する。一方、ステアリングアクチュエータ５３のステアリング制御量（トルク量）が制御量閾値未満である場合には、一連の処理を終了する。
　ステップＳ３０２では、異常を検出したことを自動運転制御部２２に通知し、一連の処理を終了する。
　なお、制御量閾値の範囲を超えるモーター電流値を検出する場合とは、自動運転ＥＣＵ２０から与えられる制御目標値のデータが、例えば電気的なノイズにより欠落または変化した場合、または、ステアリングＥＣＵ５１内のメモリが破壊する等のステアリングＥＣＵ５１が故障した場合が考えられる。
　図１７は、ステアリングリミッタ５２から異常検出の通知を受けた後の自動運転制御部２２の動作を示すフローチャートである。図１７に示すように、異常検出の通知を受けた自動運転制御部２２は、ステップＳ４０１において情報取得部２１から入力された周辺環境情報に基づいて周辺状況を確認し、ステップＳ４０２において自車両の安全を確保するための目標操舵角、目標制動量、目標加速量を決定する。
　目標操舵角、目標制動量、目標加速量は自車両の周囲に障害物等がなければブレーキをかけて止まる動作およびアクセルの制御を止める動作を実現する制御目標値となる。また、自車両の周囲に障害物がある場合には、障害物を避けることができる範囲の制御目標値、例えば自車両の前後の車両との車間を維持したまま、ゆっくりブレーキをかけて止まる動作を実現する制御目標値となる。
　ステップＳ４０２で決定した制御目標値は、ステップＳ４０３において、ブレーキ制御装置６０およびアクセル制御装置７０に送られ、車両制御を実現する。
　以上説明したように、本変形例のような制御を行うことで、例えば、ステアリングＥＣＵ５１に異常が発生した場合においても、安全を保ちながら車両を停止させることが可能となる。
　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定されうるものと解される。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (11)

  1. 　車両の周辺環境情報および位置情報に基づいて自動運転を実行する際の走行経路を決定し、該走行経路に応じた制御目標値を出力する自動運転制御装置と、
    　前記制御目標値に基づいてステアリング制御量を演算し、前記ステアリング制御量に基づいて前記車両のステアリング制御を行うステアリング制御装置と、を備え、
    　前記自動運転制御装置は、
    　前記車両の自動運転における制御状態を表す自動運転制御情報に基づいて前記ステアリング制御量のリミットを規定する制御量閾値を動的に決定して前記ステアリング制御装置に与え、
    　前記ステアリング制御装置は、
    　前記ステアリング制御量が前記制御量閾値を超える場合は、前記制御量閾値を超えないように前記ステアリング制御量を変更する、車両制御装置。
  2. 　前記自動運転制御情報は、
    　前記制御状態として、
    　少なくとも自動走行中および自動駐車中の状態情報を含み、
    　前記自動走行中の状態情報は、直線走行中およびカーブ走行中の状態情報を含み、
    　前記直線走行中および前記カーブ走行中の状態情報は、レーンチェンジ中か否の状態情報を含み、
    　前記自動駐車中の状態情報は、通常移動中および切り返し中の状態情報を含み、
    　前記自動運転制御装置は、
    　前記状態情報の組み合わせごとに設定された前記制御量閾値のテーブルに基づいて前記制御量閾値を決定する、請求項１記載の車両制御装置。
  3. 　前記自動運転制御装置は、
    　前記周辺環境情報または前記車両の走行速度に基づいて、前記制御量閾値の補正を行う、請求項１記載の車両制御装置。
  4. 　前記制御量閾値の補正は、
    　前記周辺環境情報から得られる、前記車両と衝突が想定される障害物までの距離に応じて設定された補正係数を前記制御量閾値に乗じることで実行される、請求項３記載の車両制御装置。
  5. 　前記補正係数は、
    　前記障害物までの距離が長い場合には前記制御量閾値を大きくし、
    　前記障害物までの距離が短い場合には前記制御量閾値を小さくするように設定される、請求項４記載の車両制御装置。
  6. 　前記制御量閾値の補正は、
    　前記周辺環境情報から得られる路面摩擦係数に応じて設定された補正係数を前記制御量閾値に乗じることで実行される、請求項３記載の車両制御装置。
  7. 　前記補正係数は、
    　前記路面摩擦係数が比較的大きい場合には前記制御量閾値を大きくし、
    　前記路面摩擦係数が比較的小さい場合には前記制御量閾値を小さくするように設定される、請求項６記載の車両制御装置。
  8. 　前記制御量閾値の補正は、
    　前記走行速度に応じて設定された補正係数を前記制御量閾値に乗じることで実行される、請求項３記載の車両制御装置。
  9. 　前記補正係数は、
    　前記走行速度が比較的速い場合には前記制御量閾値を大きくし、
    　前記走行速度が比較的遅い場合には前記制御量閾値を小さくするように設定される、請求項７記載の車両制御装置。
  10. 　前記自動運転制御情報は、前記制御目標値を含み、
    　前記自動運転制御装置は、
    　前記制御目標値に基づいて前記制御量閾値を決定して前記ステアリング制御装置に与え、
    　前記ステアリング制御装置は、
    　前記ステアリング制御量が前記制御量閾値を超える場合は、前記制御量閾値を超えないように前記ステアリング制御量を変更する、請求項１記載の車両制御装置。
  11. 　前記ステアリング制御装置は、
    　前記ステアリング制御量が前記制御量閾値を超える場合に、異常を検出したことを前記自動運転制御装置に通知し、
    　前記自動運転制御装置は、
    　前記ステアリング制御装置で異常が検出された場合に、前記車両を停車させるようにブレーキおよびアクセルを制御する、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の車両制御装置。
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