(57)【要約】【課題】  モデル予測制御を用いた自動運転システムにおけるアクチュエータ故障時の実車両と自車モデルの同定を簡易化する。【解決手段】  故障情報に基づいて自車モデルの故障個所を固定値に更新し、故障が検出されたアクチュエータ制御装置へ状態を上書きする指令値を固定化させることで解決する。【選択図】  図１
2020090229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車の挙動モデルに基づき自車挙動を計画する自動運転制御装置と、
当該自動運転制御装置により計画される自車挙動に基づき、自車の有する各アクチュエータの駆動方法を決定するアクチュエータ制御装置群およびアクチュエータ群と、を備える車両制御システムにおいて、
前記アクチュエータ制御装置群および／またはアクチュエータ群の一部に故障が検出された場合に、前記故障が検出された箇所からの故障情報に基づき、自車モデルの故障個所を固定値に更新するステップと、
前記故障が検出された箇所が前記固定値に対応する状態となる指令値を送信するステップと、を備えることを特徴とする車両制御システム。
【請求項２】
前記アクチュエータ制御装置によって制御される減速装置を有することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記アクチュエータ制御装置によって制御される舵角制御装置を有することを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記アクチュエータ制御装置によって制御される駆動装置を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の制御システム。
【請求項５】
前記挙動モデルの更新パターンを保有するモデルパターン管理部を有することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の制御システム。
【請求項６】
各アクチュエータが存在しない場合および固定した場合の挙動モデルを生成し、前記挙動モデルの更新パターンとして保有することを特徴とする請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記更新した挙動モデルに基づいて車両挙動の予測を行い、各アクチュエータへの指令値を決定することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の制御システム。
【請求項８】
前記アクチュエータの故障時に故障個所および状態を検知する故障検知部を有することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の制御システム。
【請求項９】
前記アクチュエータの故障時に故障状態を前記アクチュエータ制御装置群および自動運転制御装置へ通知する故障通知部を有することを特徴とする請求項８に記載の制御システム。
【請求項１０】
前記故障が検出されたアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置へ、アクチュエータを休止状態へ移行する指示を送信することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の制御システム。
【請求項１１】
前記故障が検出されたアクチュエータを制御するアクチュエータ制御装置へ、アクチュエータの状態を初期値へ固定する指示を送信することを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の制御システム。
【請求項１２】
前記故障が検出されたアクチュエータ制御装置へ、アクチュエータの状態を固定する指示を送信することを特徴とする請求項１乃至１１の何れかに記載の制御システム。
【請求項１３】
前記故障が検出されたアクチュエータを休止状態へ移行することを特徴とする請求項１から請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記故障が検出された際にサービス工場および/またはドライバへ故障を通知することを特徴とする請求項１乃至１３の何れかに記載の制御システム。
【請求項１５】
前記故障が検出されたアクチュエータの操作量を他のアクチュエータで代替することを特徴とする請求項１乃至１４の何れかに記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御装置に関し、特に制御システムのフェールオペレーショナルに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開2012-121380号公報（特許文献１）がある。この公報には、「車両状態を制御する各種のデバイスが故障した場合において、故障したデバイスに対応する状態制御量を中立点に復帰させるまでの過渡的過程における車両挙動を安定に維持する」ことを課題とし、解決手段として、「異常側車輪の舵角の戻し量に応じて状態異常にない他方に対する正常側車輪の舵角と左右制駆動力差とを制御する制御手段とを具備する」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１２１３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記背景技術では車輪舵角可変手段に異常が発生した場合に、異常車輪が中立点に戻るまでの挙動不安定化を防ぐ方法について記載されている。
【０００５】
しかしながら、モデルベース制御を行う自動運転システムにおいて、故障した実車両と自車モデルの間に乖離が発生するため、故障状態を車両モデルに反映する必要がある。これはシステム同定と呼ばれる複雑な問題であり、低価なECU上でリアルタイムに解くことは困難である。そのため、自車故障モデルの同定を簡易化し、故障発生時の実車両状態と自車モデルとの一致性を高める必要がある。
【０００６】
本発明は上記課題を鑑みて為されたものであり、車両制御装置による制御の安定性を向上させる手段を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一実施の態様は、例えば特許請求の範囲に記載されている技術的思想を用いればよい。具体的には、故障情報に基づいて自車モデルの故障個所を固定値に更新し、故障が検出されたアクチュエータ制御装置へ状態を上書きする指令値を固定化させることで、実車両の挙動と自車モデルの挙動との整合を取ることにより解決可能である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、車両の故障パターンを少なくすることで、故障した実車両と自車モデルのシステム同定を簡易化可能となる。これにより、低価なＥＣＵ上でモデルの更新および走行の継続を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】車両制御システムの構成例である。
【図２】車両システムの構成例である。
【図３】自動運転ＥＣＵの構成例である。
【図４】自動運転ＥＣＵによるモデル予測制御の動作フロー例である。
【図５】VMCの動作フロー例である。
【図６】故障通知装置の動作フロー例である。
【図７】モデル管理部の動作フローである。
【図８】モデルパターン表の例である。
【図９】自車モデルイメージの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に好適な実施形態の例（実施例）を説明する。本実施例は、主には車両システムにおける車両制御システム、および車両制御装置について説明しており、車両システムにおける実施に好適であるが、車両システム以外への適用を妨げるものではない。
【００１１】
［実施例１］
＜車両システムの構成＞
図２は本実施例の車両制御装置を有する車両システムの概要である。２０１は自動車など内部に車両制御装置を有する車両システム、２０２は車両を制御するための自動運転ＥＣＵ（Electoronic contorol unit）(車両制御装置)、２０３は地図などの情報を取得する無線通信部、２０４は車両制御装置２０２の制御に従って車両運動を制御する、たとえばエンジン、ホイール、ブレーキ、操舵装置等の駆動を行う駆動装置(アクチュエータ)、２０５は外界から入力される情報を取得し、外界認識情報を生成するための情報を出力するカメラやセンサーなどの認識装置、２０６は車両の速度や警告など必要情報を表示する出力装置、２０７はペダル、ハンドルなど車両操作の指示を入力するための入力装置、２０８は車両システム２０１が外界に対して、車両の状態等を通知するための、ランプ、ＬＥＤ、スピーカ等の通知装置、を示している。
【００１２】
＜自動運転ＥＣＵの構成＞
様々な自動車の自動運転技術が実現されつつある。多くの自動運転技術はコンピュータによる制御装置により実現されている。図３は自動運転ＥＣＵ２０２のブロック図である。アプリケーション３１１としてセンサーデバイス等の周辺装置から外部情報を処理するセンサーフュージョン３２１、自動運転のための地図情報を処理するマップフュージョン３２２、他の車両などに追突しそうになる直前に自動ブレーキを作動させて停止させたり前を走る車両と一定の間隔を保ったまま追従したり車線からはみ出さないようにステアリングを制御するといった機能を実現するＡＤＡＳ(Advanced Driving Assistant System)３２３、自動駐車を実現するオートパーキング３２４、自動運転のための経路を生成する経路計画３２５などがある。またアプリケーションで利用されるデータは共有データ管理部３１２により処理・管理が一元化されている。これにより各アプリケーションでのデータ管理機能を省くことができ自動運転での自動車の制御に求められる高速な応答を実現している。
【００１３】
自動運転に使用するモデル予測制御では、指令値生成部３１３が生成した動作指令値を用いてモデル管理部３１４にて自車の挙動を予測し、予測結果を用いて評価部３１５で動作指令値を評価する。
【００１４】
オペレーティングシステムは組み込みＯＳ３１６が使用されている。ハードウェア３０２はＣＰＵ３３１、メモリ３３２、リアルタイム制御のタイミングをとるためのタイマ３３３、ネットワークにアクセスするためのネットワークアダプタ３３４、そしてセンサーなどの外部状況を監視するものや自動ブレーキ装置などの周辺装置３３５を備える。
＜モデル予測制御＞
モデル予測制御とは制御対象の挙動モデルを使用した制御方法である。制御する車両の挙動をモデル化して保持しておき、モデルを用いて各アクチュエータの動作に対する車両の挙動を予測する。これにより、運転計画を実現するための最適な動作指令値を探索する。
【００１５】
図４はモデル予測制御のフローである。自動運転ＥＣＵ２０２はセンサから外界情報および自車位置情報を取得し（Ｓ４０１）、取得した情報をもとに自車の運転経路計画を生成する（Ｓ４０２）。その後各アクチュエータ２０４を動かす動作指令値候補を生成し（Ｓ４０３）、生成した指令値をもとに自車モデルを用いて車両の挙動を予測する（Ｓ４０４）。予測結果を評価し、優れている場合には動作指令値の候補を更新する（Ｓ４０５）。これを指令値探索終了まで繰り返す（Ｓ４０５のＮｏ）。予測が終了した場合（Ｓ４０５のＹｅｓ）、最も優れている動作指令値を出力する。また、指令値探索終了の判断には指令値候補の生成回数、探索時間、評価値の変動量、評価値の停滞回数などを用いる。
【００１６】
＜自車モデル＞
自車モデルの例について図９を用いて説明する。図９において、x,yは車両の座標、φは車両の向き、vは車両速度、θは角速度、v′はvをθで屈折させた際の進行ベクトルである。車体全長をL、１stepの間隔をΔt、step数をt、車両加速度をaとしたとき、１step後の車両位置、向きおよび速度は次式よりあらわされる。
xt+1 = xt + vtΔt cosθsinφ - vtΔt sinθsin(φ+90°) - (1/2)aΔt2 cosθsinφ - (1/2)aΔt2 sinθsin(φ+90°) - (vt2/L)Δt sinθsin(φ+90°) - (a2/2l)Δt2 sinθsin(φ+90°)    (1)
yt+1 = yt + vtΔt cosθcosφ - vtΔt sinθcos(φ+90°) - (1/2)aΔt2 cosθcosφ - (1/2)aΔt2 sinθcos(φ+90°) - (vt2/L)Δt sinθcos(φ+90°) - (a2/2l)Δt2 sinθcos(φ+90°)  (2)
vt+1 = vt + aΔt          (3)
φt+1 = φt + (vt/L)Δt sinθ + (a/L)Δt2 sinθcosφ    (4)
【００１７】
＜車両制御システム＞
アクチュエータ故障時のフェールオペレーショナルを実現する車両制御システムの構成例について図１を用いて説明する。自動運転ＥＣＵ２０２にてモデル予測により生成した動作指令値をＶＭＣ（Vehicle Motion Controller）１０２が取得し、各アクチュエータを制御する制御指令値へと変換する。制御指令値を各アクチュエータのアクチュエータＥＣＵ（１０４〜１０６）が受信し、各アクチュエータ（１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１）を制御する。
【００１８】
アクチュエータの一部に故障が生じた場合、故障通知装置１０１が自動運転ＥＣＵへ故障情報を送信する。故障情報に基づいて自動運転ＥＣＵ２０２がモデル管理部３１４の更新を行い、指令値固定化装置１０３が更新したモデルに基づいてアクチュエータへの制御指令値を固定化する。
【００１９】
＜ＶＭＣ（Vehicle Motion Contoroller）＞
ＶＭＣ１０２の動作フロー例を図５を用いて説明する。ＶＭＣ１０２は自動運転ＥＣＵ２０２から受信した動作指令をチェックし、動作指令が有効な信号か、現在のアクチュエータ等の車両状態で実行可能な指令であることをチェックする（Ｓ５０１）。その後、動作指令を満たすように各アクチュエータ（１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１）の制御指令を生成する（Ｓ５０２）。生成した制御指令は各アクチュエータＥＣＵ（１０４〜１０６）へ送信される（Ｓ５０３）。各アクチュエータＥＣＵ（１０４〜１０６）は制御指令に基づいて各アクチュエータ（１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１）を制御する。
【００２０】
＜故障通知装置＞
アクチュエータ（１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１）に故障が生じた場合、故障通知装置１０１は故障状態を自動運転ＥＣＵ２０２へ通知する。図６は故障通知装置１０１の動作フロー例である。故障通知装置１０１はアクチュエータの状態を監視するセンサからの情報を取得し（Ｓ６０１）、故障か否かの判断を行う（Ｓ６０２）。アクチュエータ（１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１）のいずれかに故障がある場合（Ｓ６０２のＹｅｓ）、故障情報を自動運転ＥＣＵに通知する（Ｓ６０３）。故障が無い場合は（Ｓ６０２のＮｏ）、システム終了まで監視を継続する（Ｓ６０４のＮｏ）。
【００２１】
＜モデル管理部＞
モデル予測制御に用いるモデル管理部３１４の動作フロー例について図７を用いて説明する。モデル管理部３１４はまず車両情報を取得し（Ｓ７０１）、アクチュエータ（１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１）に故障があるか否かを判断する（Ｓ７０２）。故障が無い場合（Ｓ７０２のＮｏ）、自動運転ＥＣＵ２０２が生成した動作指令候補を使用した場合の車両挙動を自車モデルにより予測する（Ｓ７０５）。予測した車両挙動は自動運転ＥＣＵ２０２に送信される（Ｓ７０６）。アクチュエータ（１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１）に故障がある場合（Ｓ７０２のＹｅｓ）、自車モデルを故障に合わせて更新する。自車モデルの更新は、故障したアクチュエータの出力をゼロに固定するよう更新する。その後、更新したモデルに合わせて、故障したアクチュエータにシャットダウン指令を送信する（Ｓ７０３）。また、モデル更新および故障アクチュエータへの指令は、アクチュエータが固着など故障状況に合わせて、最大値固定や段階的に固定値を設定するなど変えてもよい。また、故障したアクチュエータの操作量を他のアクチュエータで代替可能である場合には、故障したアクチュエータの指令値を固定値としつつ、他のアクチュエータで代替するようにモデルを更新して動作を継続してもよい。
【００２２】
＜実施例の効果＞
以上説明した実施例によれば、モデル予測制御を用いる自動運転システムにおいて、故障発生による自車の挙動と自車挙動モデルとの間にかい離が発生した際に、実車両への指令値固定化とそれを踏まえた自車モデル更新を行うことにより、複雑な演算を必要とせずにアクチュエータ故障時の実車両と自車モデルのシステム同定を簡易化することが可能となる。そのため、本実施例によれば、低価なＥＣＵ上でも故障発生による自車の実挙動と自車の挙動モデルとの整合を取ることができ、モデル更新による走行の継続を可能とする。
【００２３】
［実施例２］
＜自車モデルパターン化＞
本発明にかかる第２の実施例について図８を用いて説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。本実施例では、故障時の自車モデル更新パターンを事前保持する例を示す。各アクチュエータの故障ケースを想定し、自車モデルの更新パターン候補を事前に作成、保持しておく。アクチュエータに故障が発生した場合、モデル管理部３１４は、遷移可能かつ一番近い更新パターンを選択し、自車モデルを更新する。指令値固定化装置１０３は、更新した自車モデルに合わせてアクチュエータへの指令を上書きする。
【００２４】
＜実施例の効果＞
以上説明した実施例によれば、自車モデル更新パターンを事前に用意しておくことにより、アクチュエータ故障時の自車モデル候補の判断を簡易化し、システム同定の負荷を軽減可能となる。
【００２５】
［実施例３］
＜制御指令値使用モデル予測制御＞
本発明にかかる第３の実施例について説明する。本実施例では、モデル予測制御の指令値候補に制御指令値を用いる例を説明する。自車モデルには車両動作およびアクチュエータ性能を用いる。前述した式（１）〜（４）に加え、加速度aおよび角速度θをアクチュエータ操作量から求める。パワートレインの各車輪の操作量がPfr,Pfl,Prr,Prl、ブレーキの各車輪の操作量がBfr,Bfl,Brr,Brl、ステアリングの操作量をSとしたとき、加速度aおよび角速度θは次式よりあらわされる。
a = ( Pfr - Bfr ) + ( Pfl - Bfl ) + ( Prr - Brr ) + ( Prl - Brl )    (５)
θ = S + ( ( Pfr - Bfr ) - ( Pfl - Bfl ) + ( Prr - Brr ) - ( Prl - Brl ) )（６）
自動運転ＥＣＵ２０２は各アクチュエータの制御指令値候補を生成し、自車モデルを用いて車両挙動を予測する。ＶＭＣ１０２は決定した制御指令値を取得し、各アクチュエータ（１１１〜１１４、１２１〜１２４、１３１）が使用可能な指令値か否かを確認、各アクチュエータＥＣＵ（１０４〜１０６）へ送信する。
【００２６】
＜実施例の効果＞
以上説明した実施例によれば、アクチュエータ制御指令値をモデル予測制御の探索対象とすることで、より安定した走行の継続を可能とする。
【符号の説明】
【００２７】
１０１  故障通知装置
１０２  ＶＭＣ
１０３  指令値固定化装置
１０４  ブレーキＥＣＵ
１０５  パワートレインＥＣＵ
１０６  ステアＥＣＵ
１１１  右前ブレーキ
１１２  左前ブレーキ
１１３  右後ろブレーキ
１１４  左後ろブレーキ
１２１  右前パワートレイン
１２２  左前パワートレイン
１２３  右後ろパワートレイン
１２４  左後ろパワートレイン
１３１  ステアリング
２０１  車両システム
２０２  自動運転ＥＣＵ
２０３  無線通信部
２０４  駆動装置
２０５  認識装置
２０６  出力装置
２０７  入力装置
３０１  ソフトウェア
３０２  ハードウェア
３１１  アプリケーション部
３１２  共有データ管理部
３１３  指令値生成部
３１４  モデル管理部
３１５  評価部
３１６  ＯＳ
３２１  センサーフュージョン
３２２  マップフュージョン
３２３  ＡＤＡＳ
３２４  オートパーキング
３２５  経路計画
３３１  ＣＰＵ
３３２  メモリ
３３３  タイマ
３３４  ネットワークアダプタ
３３５  周辺装置
【図１】
2020090229.tif 000003
【図２】
2020090229.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020090229.tif 000007
【図６】
2020090229.tif 000008
【図７】
2020090229.tif 000009
【図８】
2020090229.tif 000010
【図９】
2020090229.tif 000011