JP7008537B2

JP7008537B2 - 車両制御装置、車両制御方法、及び、車両追従走行システム

Info

Publication number: JP7008537B2
Application number: JP2018034899A
Authority: JP
Inventors: 裕士中野; 健太郎上野; 智明藤林
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Astemo Ltd
Priority date: 2018-02-28
Filing date: 2018-02-28
Publication date: 2022-01-25
Anticipated expiration: 2038-02-28
Also published as: JP2019147526A

Description

本発明は、先行車と先行車に追従して走行する後続車からなる車両追従走行システムに関する。

先行車両に追従して走行するように走行支援を行う走行支援装置に関する技術分野の背景技術として、例えば特許文献1がある。特許文献1には、カーブ路走行中に車間誤差が目標よりも大きい場合に、操舵を行い追従対象車両よりもカーブの内側を走行することで車間誤差を減少させる点が開示されている。

特開２００８－１５５８８２号公報

特許文献１は、車間距離に基づくカーブ路の追従制御について記載しているが、切り返しが必要な極小旋回半径の道路への対応については考慮していない。すなわち、道路形状によって先行車の切り返し旋回が必要になる場合に、先行車の後退によって先行車と後続車が衝突するおそれがあり、その点について、特許文献１は考慮していない。

本発明の目的は、この従来の課題に鑑みて案出されたものであり、先行車と後続車の車両間で切り返し旋回に伴う衝突を抑制することが可能な車両制御装置、車両制御方法、及び、車両追従走行システムを提供することにある。

本発明は、上記背景技術及び課題に鑑み、その一例を挙げるならば、第１車両と第２車両とが非機械的に連結して追従走行する車両追従走行システムにおける第１車両に搭載される車両制御装置であって、入力された第２車両の切り返しに関する信号に基づいて、第１車両を減速または停止または後退させる指令を第１車両の制動駆動に関わるアクチュエータに出力するように構成する。

本発明によれば、先行車と後続車の車両間で切り返し旋回に伴う衝突を抑制することが可能な車両制御装置、車両制御方法、及び、車両追従走行システムを提供することができる。

実施例における車両追従走行システムの概念を示した構成図である。実施例における車両追従走行システムの構成ブロック図である。実施例におけるＬ字の走行路において切り返し旋回の有無の判定を説明する図である。実施例におけるＵターンをする場合の切り返し旋回の有無の判定を説明する図である。実施例における先行車と後続車が切り返し旋回を行う際のタイムチャートを示す図である。実施例における先行車が切り返し旋回を行う際のタイムチャートを示す図である。実施例における後続車が切り返し旋回を行う際のタイムチャートを示す図である。実施例における先行車と後続車が切り返し旋回を行わない際のタイムチャートを示す図である。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて詳細に説明する。

図１は本実施例における車両追従走行システムの概念を示した構成図である。図１において、１は先行車、２は先行車１に追従して走行する後続車である。先行車１は、自車の前方の障害物や車両を認識する外界認識センサ３や、自車の後方の障害物や車両を認識する外界認識センサ４、車車間通信機７を搭載し、ドライバーが運転する車両である。後続車２は、自車の前方の障害物や車両を認識する外界認識センサ５や、自車の後方の障害物や車両を認識する外界認識センサ６、車車間通信機８を搭載し、先行車１と電子的に非機械的に連結して無人で追従して走行する車両である。ドライバーは先行車１に乗り、後続車２は先行車１の後方を自動追従する。

ここで、先行車１と後続車２の最近接距離を例えば１ｍとすることで、車両間に他車は割り込ませないように後続車２は追従走行する。この際、車両間の車間距離を短くすると、狭小路などの道路形状や障害物、Ｕターンする場合などによって先行車の切り返し旋回が必要になる場合に、先行車の後退によって先行車と後続車が衝突するおそれがある。もしくは、後続車の切り返し旋回が行われることによって、先行車と後続車の車間距離が長くなり、後続車の追従走行が難しくなるおそれがある。

そこで本実施例では、先行車や後続車において、切り返し旋回を行う必要があることを検知し、車車間通信によってその情報を先行車と後続車間によって通信することで、一方の車が切り返しをしているときには他方の車は減速または停止または後退をするように制御し必要な車間距離に保つことで、切り返し旋回時の車両間の衝突を防止し、また追従走行の維持を可能とする。

図２は、本実施例における、車両追従走行システムの構成ブロック図である。図２において、先行車１の車両制御装置１０は、ドライバー９が操作するアクセル１１、ブレーキ１２、ステアリング１３の操作量である操作情報や、障害物の位置、後続車との相対速度、相対角度、相対距離を取得する外界認識部１４、車速や加速度など走行状態量や車両諸元からなる先行車情報を処理する先行車情報処理部１５を備え、先行車情報の送信と後続車情報の受信を行う送受信部１６を有している。

後続車２の車両制御装置２０は、先行車１の車両制御装置１０から送信された先行車情報の受信と後続車情報を先行車１の車両制御装置１０に送信する送受信部２１と、障害物の位置、先行車１との相対速度、相対角度、相対距離を取得する外界認識部２２と、受信した先行車情報と、外界認識部２２の情報に基づいて、後続車の走行軌跡を予測し、後続車の切り返し旋回の有無を判断する後続車情報処理部２３と、受信した先行車情報と、外界認識部２２の情報に基づいて先行車に追従する目標軌道を生成する目標軌道生成部２４と、目標軌道に追従走行するように自車の車両運動の制御指令を演算する車両運動制御部２５と、車両運動制御部２５の制御指令により、操舵および制動、駆動に関わるアクチュエータである、エンジンあるいは駆動モータ等の駆動系２７、ブレーキ２８、ステアリング２９の制御量を演算し出力するアクチュエータ制御部２６とを備えている。

なお、外界認識部１４は、車車間通信で後続車認識情報を取得してもよいし、ステレオカメラやレーザレーダ等の外界認識センサで後続車認識情報を取得してもよい。

また、外界認識部２２は、同様に、車車間通信で先行車認識情報を取得してもよいし、ステレオカメラやレーザレーダ等の外界認識センサで先行車認識情報を取得してもよい。

また、先行車情報処理部１５は、図示していないが、外界認識部１４で取得した障害物位置に基づき、先行車１の走行軌跡を予測し、切り返し旋回の有無の判断を行う。また、切り返しに関する信号である判断結果を送受信部１６により後続車へ送信する。また、送受信部１６により後続車２の切り返し旋回の有無を受信し、後続車の切り返し旋回が行われる場合にアクセル１１とブレーキ１２を制御することにより、後続車２の切り返し旋回によって先行車１と後続車２の相対位置情報である相対距離が増加し、先行車追従が不能になることを防ぐ。

また、後続車情報処理部２３は、図示していないが、外界認識部２２で取得した障害物位置に基づき、後続車２の走行軌跡を予測し、切り返し旋回の有無の判断を行う。また、切り返しに関する信号である判断結果を送受信部２１により先行車へ送信する。また、送受信部２１により先行車１の切り返し旋回の有無を受信し、先行車の切り返し旋回が行われる場合に駆動系２７とブレーキ２８を制御することにより、先行車１の切り返し旋回によって先行車１と後続車２の相対位置情報である相対距離が減少し、衝突することを防ぐ。

図３は、Ｌ字の走行路において、先行車や後続車に搭載した外界認識センサによって切り返し旋回の必要があることを判断する方法を示した模式図である。図３（Ａ）は、車両が旋回直前の状態を示している。この際、車両は外界認識センサによって旋回路外側端Ｓと、旋回路内側端Ｉを認識する。次に図３（Ｂ）に示す状態に移る。車両は旋回路に接近すると同時に、旋回路外側端Ｓに対し、あらかじめ設定した安全距離Ｌ_Ｓの位置まで接近する。また、外界認識センサによって、旋回路に車両が進入した後に接近する旋回路外側端Ｗを認識する。そしてこれらの情報を用いて、図３（Ｃ）に示すように自車の旋回時の走行軌跡を算出し、壁や障害物と走行軌跡が重なる場合に切り返し旋回が必要であると判断する。まず自車の旋回中心Ｏを算出する。旋回中心Ｏと旋回内側端Ｉとを結ぶ距離をＲ_ＯＩとする。また、旋回中心Ｏと車両の後輪軸上で旋回内側の車体上の点Ｒとを結ぶ距離をＲ_ＯＲとし、車両が旋回路外側端ＳからＬ_Ｓ離れた位置から最大転舵して旋回した際のＲの軌跡を半径Ｒ_ＯＲで描く。Ｒ_ＯＲ－Ｒ_ＯＩ＝Ｌ_Ｓとなるように旋回中心Ｏの位置を算出する。この旋回中心Ｏから車両が旋回を開始することにより、車両が壁や障害物から安全距離Ｌ_Ｓを保った状態で、旋回路外側端Ｗからもっとも離れた位置を旋回する軌跡を描くことが出来る。こうして算出した旋回中心Ｏを用い、車両の前側の旋回外側端Ｆの描く半径Ｒ_ＯＦの軌跡を算出する。半径Ｒ_ＯＦの軌跡と旋回路外側端Ｗが重なる場合を、切り返し旋回が必要である場合と判断する。もしくは、半径Ｒ_ＯＦの軌跡から安全距離Ｌ_Ｓを旋回外側方向に離れた位置に描いた軌跡と旋回路外側端Ｗが重なる場合を、切り返し旋回が必要である場合と判断してもよい。

図４は、Ｕターンをする場合の、先行車や後続車に搭載した外界認識センサによって旋回中に切り返し旋回の必要があることを判断する方法を示した模式図である。図３と同様の定義については同じ符号を付し、その説明は省略する。図３の方法と基本的に同様であるが、図４において、旋回中心Ｏと旋回路外側端Ｗとの距離Ｒ_Ｏｗに対して、旋回中心Ｏを中心として車両の前側の旋回外側端Ｆの描く半径Ｒ_ＯＦが長い場合、すなわち、半径Ｒ_ＯＦの軌跡が旋回路外側端Ｗと重なる場合に切り返し旋回が必要である場合と判断する。

図５は、本実施例における先行車と後続車が、ともに切り返し旋回を行う場合の運動状態、切り返し旋回の検知状態、および制御状態を示したタイムチャートである。図５において、まず、先行車は外界認識センサによって自車の前方にある旋回路を検知する。旋回路の検知には、ＧＰＳなどを用いてもよい。次に、図３で示したように、壁や障害物によって切り返し旋回が必要かどうかを検知する。これらの検知結果によって、先行車は後続車に対し、車車間通信によって走行許可指令を送信する。

後続車への走行許可指令は次のとおりである。図５において、先行車が旋回中でない場合（図中の（１）に対応）、および切り返し旋回を検知していない場合（２）は通常走行許可（３）とし、先行車は後続車の走行を制限しない。先行車が旋回中である場合（４）、もしくは切り返し旋回を検知した場合（５）は低速走行許可（６）とし、先行車は後続車の速度を低速に制限する。先行車が切り返し旋回を実施中（７）には走行不可（８）とし、先行車は後続車を停止させる。このとき、先行車と後続車の車間距離が短く、先行車と後続車の衝突が予想される場合には、後続車は停止後に後退してもよい。これにより先行車の切り返し旋回によって、車間距離が過度に小さくなることを防ぎ、後続車が先行車へ衝突することを防止する。

次に、先行車と同様に後続車も外界認識センサによって自車の前方にある旋回路を検知する。旋回路の検知には、ＧＰＳなどを用いてもよい。同様にして壁や障害物によって切り返し旋回が必要かどうかを検知する。これらの検知結果によって、後続車は先行車に対し、走行許可指令を送信する。

先行車への走行許可指令は次のとおりである。後続車が旋回中でない場合（１０）、および切り返し旋回を検知していない場合（１１）は通常走行許可（１２）とし、後続車は先行車の走行を制限しない。後続車が旋回中である場合（１３）、もしくは切り返し旋回を検知した場合（１４）は低速走行許可（１５）とし、後続車は先行車の速度を低速に制限する。後続車が切り返し旋回を実施中（１６）には走行不可（１７）とし、後続車は先行車を停止させる。これにより後続車の切り返し旋回によって、車間距離が過度に大きくなることを防ぎ、後続車が先行車に対し追従困難となることを防止する。また、後続車が大きく離れて追従走行が困難になることが予想される場合には、先行車は停車後に後退して後続車との車間距離を短くしてもよい。また、先行車の速度の低速への制限や先行車の停止はドライバーの操作によらず、先行車情報処理部が強制的に実施してもよい。また、ドライバーにシグナルを送ることで、ドライバーに速度の制限や停止を行うよう促すようにしてもよい。

図６は、本実施例における先行車が切り返し旋回を行い、後続車は切り返し旋回を行わない場合の運動状態、切り返し旋回の検知状態、および制御状態を示したタイムチャートである。図６において、この場合でも図５と同様に、先行車が切り返し旋回を実施中（１）には先行車は後続車に対し走行許可指令として走行不可（２）を送信し、先行車は後続車を停止させる。また、後続車は切り返し旋回を行わない（３）ため、図５と同様に、後続車は先行車に対し走行許可指令として通常走行許可か低速走行許可を送信し、走行不可は送信しない。これにより、先行車と後続車の衝突や、後続車が先行車に追従困難になることを防ぐことができる。

図７は、本実施例における後続車が切り返し旋回を行い、先行車は切り返し旋回を行わない場合の運動状態、切り返し旋回の検知状態、および制御状態を示したタイムチャートである。図７において、この場合でも図５と同様に、後続車が切り返し旋回を実施中（２）には後続車は先行車に対し走行許可指令として走行不可（３）を送信し、後続車は先行車を停止させる。また、先行車は切り返し旋回を行わない（１）ため、図５と同様に、先行車は後続車に対し走行許可指令として通常走行許可か低速走行許可を送信し、走行不可は送信しない。これにより、先行車と後続車の衝突や、後続車が先行車に追従困難になることを防ぐことができる。

図８は、本実施例における先行車と後続車が、ともに切り返し旋回を行わない場合の運動状態、切り返し旋回の検知状態、および制御状態を示したタイムチャートである。図８において、この場合でも図５と同様に、先行車と後続車が、ともに切り返し旋回を行わない（１）、（２）ため、先行車及び後続車は後続車及び先行車に対し走行許可指令として通常走行許可か低速走行許可を送信し、走行不可は送信しない。これにより、先行車と後続車の衝突や、後続車が先行車に追従困難になることを防ぐことができる。

以上のように、本実施例では、先行車と後続車の車両間で切り返し旋回に伴う後退によって起こる衝突を抑制することができる。また、切り返し旋回による車間距離が長くなるのを抑制でき追従走行の維持を可能とすることができる。

以上、実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例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。

１：先行車、２：後続車、３，４，５，６：外界認識センサ、７，８：車車間通信機、
９：ドライバー、１０，２０：車両制御装置、１１：アクセル、１２：ブレーキ、１３：ステアリング、１４，２２：外界認識部、１５：先行車情報処理部、１６，２１：送受信部、２３：後続車情報処理部、２４：目標軌道生成部、２５：車両運動制御部、２６：アクチュエータ制御部、２７：駆動系、２８：ブレーキ、２９：ステアリング

Claims

先行車と該先行車に非機械的に連結して追従走行する後続車からなる車両追従走行システムにおける前記後続車に搭載される車両制御装置であって、
前記先行車から送信された前記先行車の切り返しに関する信号を取得し、前記先行車の切り返しに関する信号に基づいて、前記後続車を減速または停止または後退させる指令を前記後続車の制動駆動に関わるアクチュエータに出力することを特徴とする車両制御装置。
請求項１に記載の車両制御装置において、
入力された前記先行車と前記後続車との相対位置情報に基づいて、前記後続車を減速または停止または後退させる指令を、前記アクチュエータに選択的に出力することを特徴とする車両制御装置。
先行車と該先行車に非機械的に連結して追従走行する後続車からなる車両追従走行システムにおける前記後続車に搭載された車両制御装置が、
前記先行車から送信された前記先行車の切り返しに関する信号を取得し、前記先行車の切り返しに関する信号に基づいて、前記後続車を減速または停止または後退させる指令を前記後続車の制動駆動に関わるアクチュエータに出力することを特徴とする車両制御方法。
先行車と該先行車に非機械的に連結して追従走行する後続車からなる車両追従走行システムであって、
前記先行車は、前記先行車の切り返しに関する信号を前記後続車に送信する送信部を備え、
前記後続車は、
前記先行車の切り返しに関する信号が入力される入力部と、
前記入力部によって入力された前記切り返しに関する信号に基づいて、前記後続車を減速または停止または後退させるための制御指令を求める車両運動制御部と、
前記車両運動制御部によって求められた前記制御指令を前記後続車の制駆動に関わるアクチュエータに出力する出力部と、
を備えることを特徴とする車両追従走行システム。
請求項１に記載の車両制御装置において、
前記後続車が減速または停止または後退した後に、前記後続車の切り返しに関する情報を取得した場合、前記先行車を減速または停止または後退させる指令を前記先行車へ出力することを特徴とする車両制御装置。
請求項３に記載の車両制御方法において、
前記後続車に搭載された車両制御装置が、
前記後続車が減速または停止または後退した後に、前記後続車の切り返しに関する情報を取得した場合、前記先行車を減速または停止または後退させる指令を前記先行車へ出力することを特徴とする車両制御方法。
請求項４に記載の車両追従走行システムにおいて、
前記後続車は、
前記後続車の切り返しの有無を判断する後続車情報処理部を備え、
前記後続車が減速または停止または後退した後に、前記後続車情報処理部により前記後続車の切り返しを検知した場合、前記先行車を減速または停止または後退させる指令を前記先行車へ出力する出力部を備えることを特徴とする車両追従走行システム。