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JP3171119B2 - 車両の自動運転制御装置 - Google Patents

車両の自動運転制御装置

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JP3171119B2
JP3171119B2 JP23763296A JP23763296A JP3171119B2 JP 3171119 B2 JP3171119 B2 JP 3171119B2 JP 23763296 A JP23763296 A JP 23763296A JP 23763296 A JP23763296 A JP 23763296A JP 3171119 B2 JP3171119 B2 JP 3171119B2
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traveling
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和則 香川
宏明 田中
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Toyota Motor Corp
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    • B60T7/12—Brake-action initiating means for automatic initiation; for initiation not subject to will of driver or passenger
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
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  • Regulating Braking Force (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Controls For Constant Speed Travelling (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【発明の属する技術分野】本発明は車両の自動運転制御
装置、特に自動運転（自律走行）から手動走行へのモー
ド切換に関する。
【０００３】
【従来の技術】従来より、各種センサからの情報に基づ
いて車両の速度や操舵角を制御して自律走行を行う自動
運転が知られており、切換スイッチにより自律走行モー
ドと手動走行モードを適宜切り換えられるようになって
いる。しかし、車両の走行が不安定な場合に自律走行か
ら手動走行に切り換えると、切り換え直後に高度の操舵
操作などが運転者に要求されてしまうため、切り換えを
いつ許容するかが重要な課題となっている。例えば、特
開平３−２８２７１３号には、自律走行でカーブ路を走
行中は、自律走行モードから手動走行モードへの切換を
禁止する技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車両走
行が安定しない状態は、カーブ走行のみならず、直線路
走行中にも起こりうる。例えば、直線路を走行中に強い
横風を受けた場合や不整地路を走行する場合、水たまり
通過時などでは大きな外乱の影響を受けて走行が不安点
な状態となり、このような状態で自律走行から手動走行
に切り換えると、運転者は予期しない操舵操作を強いら
れるおそれもある。
【０００５】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、車両走行が非安定状
態にあるときには自律走行から手動走行へのモード切換
を禁止し、安定状態にあるときのみモード切換を許容し
て円滑に手動走行モードに移行できる車両の自動運転制
御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数のセンサからの検出信号に基づいて
自動運転を実行する走行制御手段と、自動運転と手動運
転を切り換える切換手段と、操舵角が所定の範囲内にあ
ってほぼ中立状態にある場合の走行安定性を評価する評
価手段と、前記評価手段で車両走行が非安定状態にある
と評価された場合に前記切換手段による自動運転から手
動運転への切換を禁止するモード制御手段とを有するこ
とを特徴とする。
【０００７】ここで、操舵角がほぼ中立状態とは、車両
が直線路を走行していることを意味し、従来技術におけ
るカーブ走行時を除く趣旨である。また、非安定状態と
は、何らかの積極的な修正操作（例えばハンドル操作、
アクセル操作、ブレーキ操作等）が行わなければ所望の
走行を維持できないような状態をいい、その具体的な内
容は後述の実施形態を参照することにより明らかとなろ
う。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
【０００９】＜第１実施形態＞図１には本実施形態の構
成ブロック図が示されている。自律走行系としてＣＣＤ
カメラなどの進路認識・障害物検出センサ１０、車速セ
ンサ１１、赤外線送受信機などの路車間通信装置１２、
ＧＰＳ１４が設けられ、各検出信号が自動運転ＥＣＵ
（電子制御装置）２０に供給される。自動運転ＥＣＵ２
０は、これらの信号に基づいて操舵アクチュエータ２２
やブレーキアクチュエータ２４、アクセルアクチューエ
ータ２６を駆動して自律走行を行う。また、自律運転
（自動運転）と手動運転を切り換える切換インターフェ
ース（手動切換スイッチ）１６が運転席近傍に設けられ
ており、このスイッチを操作することにより、自律運転
と手動運転の相互の切換が可能となっている。但し、自
動運転から手動運転への切換は一定の条件下でのみ可能
であり、これについては後述する。なお、運転状況モニ
タディスプレイ１８は円滑な操作を補助することを目的
とし、自動／手動運転中の区別、自動→手動に切換（移
行）ができるか否かの区別、及び状況に合わせた操作案
内（自動運転中には手動運転への移行方法を案内する
等）を表示するもので、インストルメントパネル内にＬ
ＥＤディスプレイを設けて構成することができる。
【００１０】一方、車両の走行安定性を評価するために
必要な各種状態量を検出するための手段として、ピッチ
角センサ・ピッチ角速度センサ３４、ヨーレートセンサ
３８、横Ｇセンサ４０、前後Ｇセンサ４２、ロール角セ
ンサ・ロール角速度センサ４４が設けられており、各検
出信号は自動運転ＥＣＵ２０に供給される。また、車両
によっては搭載されている走行安全装置であるＴＲＣ
（トラクションコントロール：登録商標）、ＡＢＳ（ア
ンチロックブレーキシステム）、ＶＳＣ（ビークルスタ
ビリティーコントロール）各システムを制御するための
ＥＣＵ２８、３０、３２も状態検出センサとして用いる
ことができる。従って、以下の場合には、一般に車両の
走行が非安定状態にあると考えることができる。
【００１１】（Ａ）所定値以上の横Ｇが発生していると
き （Ｂ）所定値以上の前後Ｇが生じているとき （Ｃ）所定値以上のヨーレートが生じているとき （Ｄ）所定値以上のロール角、ロール角速度が生じてい
るとき （Ｅ）所定値以上のピッチ角、ピッチ角速度が生じてい
るとき （Ｆ）ＴＲＣが作動しているとき （Ｇ）ＡＢＳが作動しているとき （Ｈ）ＶＳＣが作動しているとき なお、横Ｇの所定値として、例えば車速と旋回半径を考
慮して決めてよく、例えば０．０２Ｇ以上とすることが
できる。また、前後Ｇの所定値としては、例えば０．４
Ｇ以上とすることができ、他の物理量の所定値について
も、種々の実験により最適の値を与えることができる。
【００１２】評価手段及びモード制御手段としての自動
運転ＥＣＵ２０は、これらのいずれか、あるいはこれら
を複合的に用いて車両の走行が安定状態にあるか非安定
状態にあるかを評価し、非安定状態にある場合にはたと
え車両が直進路を走行している場合であっても一律に自
動運転から手動運転への切換を禁止する。これにより、
非安定状態での手動運転に伴う運転者の操舵操作の負担
を低減して円滑な走行を維持することができる。
【００１３】以下、これらの条件を複合的に用いた自動
運転ＥＣＵ２０での切り換え禁止処理を詳細に説明す
る。
【００１４】図２には切換処理のフローチャートが示さ
れている。まず、自動運転ＥＣＵ２０は、手動切換スイ
ッチ（手動移行スイッチ）１６が操作されたか否かを判
定する（Ｓ１０１）。自律（自動）運転中に運転者が切
換スイッチを操作した場合には、次に走行安全装置が作
動中であるか否かを各ＥＣＵからの作動信号に基づいて
判定する（Ｓ１０２）。走行安全装置２８〜３２のいず
れか、あるいは複数が作動中である場合には、作動開始
後所定時間ｔ1 経過したか否かを判定する（Ｓ１０
７）。所定時間経過していない場合には、切換スイッチ
の操作にもかかわらず手動運転モードへの移行を禁止す
る（Ｓ１０９）。この移行禁止は、たとえ車両が直線路
を走行中であっても実行されることになる。そして、所
定時間経過した場合には、ディスプレイ上に「走行状態
が手動運転への切換に適さなかったためキャンセルされ
ました。もう一度、手動運転への切換をやり直して下さ
い。」というメッセージを表示し（Ｓ１０８）、再びＳ
１０１以降の処理を繰り返す。
【００１５】この状態で再び運転者が手動切換スイッチ
をオンした場合、走行安全装置が作動中であれば手動運
転への移行が禁止されるが、走行安全装置が作動を終了
したときには、次に強制手動スイッチがオンされたか否
かを判定する（Ｓ１０３）。この強制手動スイッチは、
運転者側の意思で強制的に運転に介入するためのスイッ
チであり、例えば長い間旋回状態が続いている場合や不
整地路が続いている場合でも運転者がそのことを十分認
識した上で手動運転へ移行したいと欲するときに使用す
るスイッチである。この強制手動スイッチ１７は、例え
ば図３に示すように切換スイッチ１６の近傍に設けるこ
とができる。強制手動スイッチ１７がオンされていない
場合には、次に車両挙動が設定値以上であるか否かを判
定する（Ｓ１１０）。この判定は、上記の（Ａ）〜
（Ｅ）のいずれか、あるいは複数のＡＮＤ条件を判定す
るものであり、走行安定装置が作動していなくても、こ
れらの条件を満たす場合には、手動運転への移行が運転
者への負担が増大するとして手動運転への移行を禁止す
る（Ｓ１１１，Ｓ１１２）。一方、車両挙動が設定値以
上でない場合には、車両走行が安定状態にあるとみなせ
るので、手動運転への移行開始を許容する（Ｓ１０
４）。また、手動切換スイッチ１６と強制手動スイッチ
１７がともにオンされている場合には、運転者の意思に
よるものであるから車両挙動の有無にかかわらず手動運
転への移行を開始する（Ｓ１０４）。これにより、以下
のモードが実現することになる。
【００１６】（１）走行安全装置作動 一律に手動運転への移行禁止 （２）走行安全装置非作動かつ車両挙動値が所定値以上 手動切換スイッチオンによる手動運転への移行を禁止 手動切換スイッチオン＋強制切換スイッチオンによる手
動運転への移行を許容 （３）走行安全装置非作動かつ車両挙動値が所定値以下 手動切換スイッチオンによる手動運転への移行を許容 但し、手動運転への移行が完了するまでにはある程度の
時間を要するため、この間に走行状態が変化して安定状
態から非安定状態に移行する可能性もある。そこで、所
定時間ｔ2 が経過したか否かを判定し（Ｓ１０５）、経
過していない場合であって走行安全装置が作動した場合
には、たとえ強制手動スイッチ１７がオンされていても
手動運転への移行をキャンセルする（Ｓ１１４，Ｓ１１
５，Ｓ１０８）。一方、走行安全装置が作動していない
場合には、次に強制手動スイッチがオンされているか否
かを判定する（Ｓ１１６）。強制手動スイッチ１７が操
作されておらず、単に手動切換スイッチ１６のみがオン
されている場合には、さらに車両挙動が非安定状態に変
化したか否かを判定し（Ｓ１１７）、車両走行状態が非
安定状態に変化している場合には手動運転への移行をキ
ャンセルする（Ｓ１１９）。一方、所定時間ｔ2 内で車
両挙動に変化がなかった場合には、円滑に手動運転への
切換が可能であるので手動運転への移行を完了する（Ｓ
１０６）。また、強制手動スイッチ１７がオンされてい
る場合には、上述したように運転者の意思によるものな
ので車両挙動の有無にかかわらず手動運転への移行を完
了する（Ｓ１０６）。
【００１７】このように、走行安全装置が作動中は一律
に手動運転への移行を禁止するとともに、走行安全装置
が作動していなくても車両挙動が所定値以上あって非安
定状態にあると判断される場合には、手動運転切換スイ
ッチのオンにかかわらず手動運転への移行を禁止するの
で、運転者は切換直後に高度の操舵操作などが要求され
ることが少なくなり、円滑に手動運転へ移行することが
できる。また、手動運転切換スイッチ操作時には車両走
行が安定状態にあったとしても、移行が完了するまでの
間の走行状態変化をモニタし、走行状態が非安定状態に
変化した場合には手動運転への移行をキャンセルするの
で、走行環境変化にも十分対応することができる。さら
に、走行安定装置の作動しきい値と横Ｇなどの車両挙動
物理量の所定値との大小関係に鑑み、車両挙動値のみが
所定値以上である場合には強制手動スイッチ操作による
運転者の介入を許容しているので、熟練した運転者が多
少の非安定状態下での手動運転を望む場合にも対応する
ことができる。
【００１８】なお、本実施形態では横Ｇなどの物理量が
所定値以上である場合と走行安全装置が作動している場
合に分けて走行の非安定状態を２段階で評価している
が、例えば走行安全装置の作動／非作動のみで走行の安
定／非安定を評価してもよく、また、横Ｇなどの物理量
が所定値以上か否かのみで走行の安定／非安定を評価し
てもよい。
【００１９】＜第２実施形態＞図４には本実施形態のシ
ステム構成が示されている。車両前方にはＣＣＤカメラ
などの進路・障害物検出センサ５０が設けられ、検出信
号を自動運転用ＥＣＵ（電子制御装置）５２に供給す
る。自動運転用ＥＣＵ５２は、入力された検出信号に基
づいて（あるいは、車速センサなどの他のセンサからの
信号にも基づいて）操舵アクチュエータ５６を制御する
とともに、前方車などの障害物と自車との距離が所定距
離以下となった場合にはブレーキアクチュエータ５８を
駆動して自動制動を行う。また、自動・手動切換スイッ
チ５４は、自動運転用ＥＣＵ５２に対して自律走行（自
動運転）と手動運転の相互のモード切換を指示するスイ
ッチで、運転席近傍に設けられる。
【００２０】ここで、本実施形態において特徴的なこと
は、自律走行実行中に切換スイッチ５４を操作すると、
モード制御手段としての自動運転用ＥＣＵ５２は手動運
転モードに移行するが、自動制動実行中は手動運転モー
ドへの移行を禁止して自動制動を維持する点であり、こ
れにより走行の安全を確保するとともに円滑な手動運転
への移行を可能とする点である。
【００２１】以下、この手動運転モードへの切換処理を
図５のフローチャートを用いて説明する。図５におい
て、まず自動運転用ＥＣＵ５２は切換スイッチ５４がオ
ンされたか否かを判定する（Ｓ２０１）。自律走行中に
オンされた場合には、次に自動制動が作動中であるか否
かを判定する（Ｓ２０２）。自動制動作動中である場合
には、このスイッチ操作を無視して手動運転への切換を
禁止する（Ｓ２０５）。なお、このとき運転席近傍に設
けたディスプレイに「自動制動中であるので手動運転へ
の切換は禁止されております。」などのメッセージを表
示してもよい。自動制動作動中でない場合には、さらに
切換スイッチ操作後所定時間Ｔ0 経過したか否かを判定
する（Ｓ２０３）。この判定は、自律走行から手動運転
への移行完了までにはある程度の時間を要することを考
慮したものである。そして、このタイムラグ時間Ｔ0 を
超えていない場合には、再び自動制動が作動中であるか
否かを判定する（Ｓ２０４）。そして、自動制御が作動
中である場合には、自動運転ＥＣＵ５２は一律に手動運
転モードへの切換を禁止し、自動制動を維持し続ける
（Ｓ２０５）。一方、自動制動が作動せずに所定時間Ｔ
0 を超えた場合に、手動運転へのモード切換を完了する
（Ｓ２０６）。
【００２２】このように、本実施形態では、自動制動実
行中及び手動運転への移行完了までのタイムラグの間に
自動制動が実行された場合には、ともに切換スイッチに
よる手動運転モードへの切換を禁止して自動制動を維持
するので、運転者は不必要な制動操作を強いられること
がなく円滑に手動運転に移行できる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安定状態にあるときのみモード切換を許容するので円滑
に手動走行モードに移行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の構成ブロック図である。
【図２】 同実施形態の処理フローチャートである。
【図３】 同実施形態の手動切換スイッチ（インターフ
ェース）と強制手動スイッチの配置説明図である。
【図４】 本発明の他の実施形態の構成図である。
【図５】 同実施形態の処理フローチャートである。
【符号の説明】
１０ 進路認識・障害物検出センサ、１１ 車速セン
サ、１２ 路車間通信装置、１４ ＧＰＳ、１６ 手動
運転切換インターフェース（手動運転切換スイッチ）、
１８ 運転状況モニタディスプレイ、２０ 自動運転Ｅ
ＣＵ、２２ 操舵アクチュエータ、２４ ブレーキアク
チュエータ、２６ アクセルアクチュエータ、２８ Ｔ
ＲＣ（トラクションコントロール）ＥＣＵ、３０ ＡＢ
Ｓ（アンチロックブレーキシステム）ＥＣＵ、３２ Ｖ
ＳＣ（ビークルスタビリティコントロール）ＥＣＵ、３
４ ピッチ角センサ・ピッチ角速度センサ、３８ ヨー
レートセンサ、４０ 横Ｇセンサ、４２ 前後Ｇセン
サ、４４ ロール角センサ・ロール角速度センサ、５０
進路・障害物検出センサ、５２ 自動運転ＥＣＵ、５
４ 自動・手動運転切換スイッチ、５６ 操舵アクチュ
エータ、５８ ブレーキアクチュエータ。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のセンサからの検出信号に基づいて
    自動運転を実行する走行制御手段と、 自動運転と手動運転を切り換える切換手段と、 操舵角が所定の範囲内にあってほぼ中立状態にある場合
    の走行安定性を評価する評価手段と、 前記評価手段で車両走行が非安定状態にあると評価され
    た場合に前記切換手段による自動運転から手動運転への
    切換を禁止するモード制御手段と、 を有することを特徴とする車両の自動運転制御装置。
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