JP6320522B2 - 自動走行モードでの自動車の動作方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動走行モードでの自動車の動作方法および装置に関し、ここでは、運転者によって設定された目的地と現在の周辺状況とに従った車両誘導が行われる標準軌道が求められ、また、現在の車両周辺状況に依存して、非常時に車両が安全に止められる安全策軌道が求められ、標準軌道は、第１の制御装置に転送され、安全策軌道は第２の制御装置に転送され、標準モードでは、車両誘導を行うアクチュエータ装置が第１の制御装置によって駆動制御され、自動走行モードが保証できない、安全策をとるケースでは、車両を安全に停止させるためにアクチュエータ装置が第２の制御装置によって駆動制御される。

独国特許出願公開第１０２０１１０８６２４１号明細書から、車両を安全に停止させるための計算ユニットおよび属する方法が公知であり、ここでは、非常事態が生じているかが検査され、非常事態が識別された後、運転者支援システムは車両を道路縁へと走行させ、これは、外部データバンクからの情報を問い合わせ、これを運転者支援システムが考慮することによって行われる。

発明の概要
本発明の課題は、車両を自動走行させることができ、さらに、車両をこれ以上自動走行させることができない非常事態が生じているかを識別することができる方法、および、この方法に属するシステムを提供することである。この方法ないしシステムは、このような非常事態において、車両乗員または他の交通関与者に危険を与えることなく、車両を安全に停止させることができるように構成されている。本発明では、この課題は、独立請求項の特徴部分に記載された構成によって解決される。有利な発展形態および構成は、従属請求項に記載されている。

本発明では、上述の課題は、軌道計画モジュールが、標準軌道と安全策軌道とを求めることによって解決される。標準軌道は、運転者によって事前に入力された目的地点へ車両を走行させるための、目前にある区間における、計画された車両走行路をあらわす。安全策軌道は、車両をこれ以上自動走行させることができない非常事態が生じている場合に選択されるのが有利であり、かつ、近隣の適切な停止場所に車両を安全に停止させることに関する、目前にある車両走行路に関する。標準軌道は第１の制御装置に供給される。第１の制御装置では、この標準軌道に基づいて、車両のアクチュエータ装置のための信号が求められ、後続配置されているアクチュエータ装置に出力される。これらのアクチュエータ装置は、車両の前後方向の誘導（すなわち、走行方向における車両の速度および加速度の調整）にも、車両の横方向の調整（すなわち操舵アクチュエータの駆動制御）にも関する。これによって車両の方向が制御され、現在走行している走行車線が維持される、ないしは、所期の方向変化が実行される。用語「加速度」は本願においては、正の加速度値の意味でも、負の加速度値の意味でも用いられ、減速度も含まれる。通常の走行モードにおいて並行して計算された安全策軌道は、第２の制御装置に転送される。第２の制御装置は、この安全策軌道に基づいて、同様に、後続配置されているアクチュエータ装置のための信号を求める。しかし、安全策軌道に基づく、後続配置されたアクチュエータ装置のためのこの信号は、車両を自動走行モードで走行させることが可能である限りは、第２の制御装置によって、後続のアクチュエータに移送されない。

有利には、車両の停止は、第２の制御装置に供給された安全策軌道を用いて行われる。ここで特に有利には、安全策をとるケースになると、すなわち、車両が安全策軌道を用いて停止されなければならない状況になると、安全策軌道が既に第２の制御装置内に格納されているので、安全策モードへの切り替えが、時間的な遅延を伴わずに行われる。

さらに、有利には、車両のアクチュエータ装置は、第１の制御装置によって、または、第２の制御装置によって駆動され、車両前後方向の動力および車両横方向の動力に影響を与える。車両前後方向の動力に影響を与えるアクチュエータは、車両速度並びに車両加速度を変化させることができる装置であり、車両横方向の動力に影響を与える装置は、車両の走行方向に所期のように影響を与えるために、車両の操舵部を駆動制御することができる装置である。第１の制御装置ないしは第２の制御装置によって駆動制御可能である車両前後方向動力アクチュエータ装置が、別個の複数のアクチュエータであってもよい。これらのアクチュエータは相互に依存しないで、車両前後方向の動力、すなわち速度、加速度ないしは減速度を別個の装置を用いて変化させることができる。さらに、第１の制御装置および第２の制御装置によって駆動制御可能であるこのアクチュエータ装置が、相互に依存しない２つの入力端を有する１つのアクチュエータから形成されてもよい。２つの入力端を有しているので、このアクチュエータの１つの信号経路が故障した場合に、第２の信号経路によって、制限なく、その機能が維持される。例えば、このようなアクチュエータ装置は、２つのコイルを伴う電動機が用いることによって、または、別個にされた電動機を用いることによって実現可能である。ここでは一方のモータは、他方のモータがアクチュエータの設定を変更している間は、アイドリングモードに留まる。

さらに、第１の制御装置が第２の制御装置に依存せずに動作するのは有利である。これは、独立した、相互に依存しない２つの機器が設けられることによって実現される。しかしこれを、別個にされた２つの制御機器回路が内部に収容されている、１つの共通のケーシングを用いて実現することもできる。ここでは、給電線路並びに入力信号線路および出力信号線路が、これら２つの制御装置に対して別個にされており、共通のリソースを用いない、ということも重要である。

さらに、有利には、第１の制御装置と車両誘導のためのアクチュエータ装置との間の通信装置は、第２の制御装置と車両誘導のためのアクチュエータ装置との間の通信装置に依存しない。これによって、アクチュエータ装置のための調整信号の計算が相互に依存しなくなるだけでなく、これらの信号のための伝送経路も冗長性を有するようになる。従って、ケーブル損傷が生じた場合、または、１つの制御機器だけではなく、制御機器のグループ全体が故障した場合に、このような損傷または故障にもかかわらず、自動走行している車両が確実に機能することが保証される。

特に有利には、第１の制御装置ないし第２の制御装置は、別個にされた給電網に接続されている。従って、エネルギー供給源が故障した場合でも、少なくとも次の非常停止場所まで、走行動作を確実に行うことができる。

さらに有利には、標準モード時の自動走行モードのために設けられている周辺センサ装置以外に、他の周辺センサまたは複数の他の周辺センサが設けられている。他の周辺センサの信号は、通常の走行モードでは、車両誘導に対して必要とされない。このような１つまたは複数の他の周辺センサは、目前に迫っている、対象物との衝突を識別することができ、この信号を直接的に第２の制御装置に供給する装置である。この第２の制御装置は、安全策をとるケースにおいて、車両を、近隣の停止場所で停止させる。これによって、次のことが可能になる。すなわち、必要な場合には、非常停止モードの間、１つまたは複数の他の周辺センサによって供給された情報に基づいて、自動化された非常ブレーキを実行することが可能になる。これによって、非常時モードにおいて車両の衝突を回避することができる、または、少なくとも、もはや回避することが不可能な衝突の衝突結果を緩和することができる。この１つないしは複数の他の周辺センサは、例えば、ライダセンサ装置、レーダーセンサ装置、超音波センサ装置、ビデオセンサ装置またはステレオビデオセンサ装置に基づくセンサ装置であり得る。

本発明の方法が、制御要素の形態で実現される、ということが特に重要である。この制御要素は、自動車の自動車両誘導のために設けられている。ここで、この制御要素には、は、プログラムが格納されている。このプログラムは、計算機器、特にマイクロプロセッサまたは信号プロセッサ上で走行可能であり、本発明の方法を実行するのに適している。すなわちこの場合、本発明は、制御要素に格納されているプログラムによって実現される。従って、このプログラムが設けられた制御要素も同様に本発明である。また、このプログラムがその実行に適している方法も本発明である。制御要素として、特に電気的な記録媒体が使用可能である。これは例えばリードオンリーメモリである。

本発明の他の特徴、用途並びに利点は、図示された本発明の実施例の以降の説明から明らかである。ここで、記載されたまたは示された全ての特徴は、それ自体で、または、任意の組み合わせで、本発明の構成要件を形成する。これは、特許請求の範囲におけるその統合またはその引用関係とは無関係であり、さらに、明細書ないしは図面におけるその文言ないしは図示とも無関係である。

以降で本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

標準モードと、エラー時とにおける、本発明に従って自動化された自動車の基本図 本発明に係る装置の実施形態の基本的なブロック回路図

図１には車道１が示されている。車両３はこの車道上を走行する。車両３はここで、自律して、自動走行モードで走行することができる。運転者が目的地を入力すると、軌道が部分的に計算され、この軌道に基づいて、車両のアクチュエータ装置のための制御命令が決定される。自動走行モードの標準モードにおける車両３の走行に対しては、軌道４が求められる。ここでこの軌道４は、車両を、車道１に沿って走行させ、図示された部分の例では、これは、ほぼ直線走行である。同時に、車両内に設けられている周辺センサ装置によって、車道１の右隣に、安全な停車領域２が存在していることが識別される。この停車領域２は例えば、高速道路または高速道路に類似して形成された国道上のパンク時用の車線であり得る。しかしこれが、非常停止用の駐車地帯、固定された車道路肩、例えば、走行方向に対して平行に配向されている駐車場、または、合流する進入口であってもよい。この標準軌道４を求めるのと同時に、継続的に、安全策軌道５も求められる。この安全策軌道５は、周辺センサ装置が、位置測定システムと結び付いていることによって生成される。ここでこの位置測定システムは、自身の位置を、精度の高い地図情報を用いて求め、これに従って、次に可能な、安全な停車領域２を探し、選択肢としての軌道、すなわち安全策軌道５を求める。この安全策軌道は、現在の位置から停車位置６への車両３の移動に関する。その後の走行において車両３がもはや、軌道４に沿って自動走行モードにおいて持続的に走行可能でないことが識別されると、車両誘導は非常時モードに切り替わり、車両３は安全策軌道５に沿っていちばん近い停車位置６へと誘導される。ここでこの車両は、自動的に安全な停車状態にされる。このような非常時モードは、自動走行のためのシステムコンポーネントの故障によって生じ得る。しかし、隔離した車両コンポーネントが故障し、搭載電源網の一部がオフされる、または、特に複雑な周辺環境に基づいて、または、動作に必要なデータの損失に基づいて、自動モードでの走行を継続することが不可能になることもある。

図２には、車両３の自動車両誘導のため、および、自動的な安全停止のための説明したシステムがどのように構成され得るのかを示している。位置特定部と、ルート計画部と、周辺センサ装置とを含んでいるモジュール７が示されている。このモジュール７は、車両３の現在の位置を求め、この現在の位置と入力された目的地とに基づいて、計画された走行ルートを求める。これは、格納されている、または、外部データサーバからロードされた地図データを用いて行われる。さらに、モジュール７は、このルート情報を軌道計画モジュール８並びに第１の制御装置９に伝送する。さらに、車両３は周辺センサ装置を有している。これは、車両周辺内の対象物を検出し、この対象物の位置データ並びに運動データを提供する。車両周辺にあるこの対象物は、他の交通関与者であり得るが、木、看板、橋または建物の外壁等の定常的な対象物であってもよい。さらにこの周辺センサ装置は、車両が通行可能であり、軌道計画に用いることができる自由二次空間を識別することができる。車両周辺に存在する対象物および自由二次空間に関するこのような対象物データは、同様に、モジュール７によって、軌道計画モジュール８並びに第１の制御装置９に転送される。ここで軌道計画モジュール８内では、供給されたルートデータと対象物データとに基づいて、標準軌道４が求められる。この標準軌道４は、前にある道路区間に対する前後方向および横方向の車両３の計画された動きに関しており、地理的な状況並びに現在の対象物状況を考慮する。さらに、軌道計画モジュール８によって継続的に安全策軌道５が求められる。安全策軌道５を求めるために、最も近い、適切な停車位置６が求められ、車両３の動きが次のように計画される。すなわち、車両３がこの停車位置６で、確実に停止状態にされるように計画される。この安全策軌道５は、軌道計画モジュール８から、第２の制御装置１２に転送される。この第２の制御装置１２は、第１の制御装置９に対して並行に、かつ、冗長的に構成されている。第１の制御装置９では、軌道計画モジュール８から供給された標準軌道４から、事前に計算された標準軌道４に沿って車両３を誘導するためには、いつ、および、どの程度、アクチュエータが駆動制御されるべきであるのかが求められる。アクチュエータ装置に対するこのような信号を求めることは、現在の所在地が正確に判明していることを前提条件とする。従って、位置特定モジュールとルート計画モジュールと周辺センサ装置モジュール７とから、付加的に、位置情報が供給される。

次に、第１の制御装置９は信号を計算する。この信号によって、事前に計算された車両の前後方向の動力を実現するために、車両の駆動装置および減速装置が駆動制御されなければならない。これと同時に、車両３を標準軌道４上で走行させるために、操舵アクチュエータがどのような操舵運動を実行しなければいけないかが求められる。択一的に複数の個別アクチュエータから形成することも可能である、後続配置された前後方向アクチュエータ１０は、車両３の前後方向の動力に対する制御命令を、速度、減速度を含めた加速度並びに変速比の変更に変換し、このようにして車両３は標準軌道４に従って運動させられる。同様に、横方向アクチュエータ１１は、車両の横方向動力に対する、第１の制御装置９から得られた制御信号を操舵運動に変換する。従って、車両３は、前後方向動力との相互作用において、標準軌道４に沿って運動させられる。第２の制御装置１２に供給された安全策軌道５は同様に、前後方向アクチュエータ１３および横方向アクチュエータ１４のための制御信号に変換される。しかし、アクチュエータのためのこれらの制御信号は、標準モード時には、出力されない、または、さらなる処理がされない。

例えば自動走行モードに必要なコンポーネントのうちの１つが故障している、または、自動走行モードにその他の妨害が存在することによって、自動走行モードが保持不可能であることが車両３内で識別されると、第１の制御装置９からのアクチュエータ装置のための制御信号の出力がリアルタイムで、第２の制御装置１２におけるアクチュエータ装置のための制御信号の出力に切り替わる。従って、遅延することなく、車両３は、事前に計算されていた安全策軌道５に従って、確実に、近くの停車位置６で安全な停車状態にされる。択一的に、エンジン制御部、ブレーキ制御部およびギア制御部のための複数のアクチュエータから形成される冗長的な前後方向アクチュエータ１３はここで、エンジン制御部、ブレーキ制御部およびギア制御部のための、１つないしは複数の前後方向アクチュエータ１０に対して並行に、かつ、これに依存しないで形成可能である。従って、２つの前後方向アクチュエータ１０、１３のうちの各々を、それぞれ他方の前後方向アクチュエータに依存しないで制御することができる。機能エラーを回避するために必要なことは、前後方向アクチュエータ１０または前後方向アクチュエータ１３が、同じ時点で、制御信号を実行に移すことが保証されることだけである。２つの前後方向アクチュエータ１０、１３を、１つのアクチュエータにすることもできる。しかし、この場合には、このような１つの共通の前後方向アクチュエータが、別個にされた２つの入力回路と駆動制御システムとを有していることが必要である。これらはそれぞれ、それ自体で、相互に依存しないで、アクチュエータに影響を与えることができる。例えばこれを、２つのコイルを用いて、電磁式駆動装置で実現することができる。前後方向アクチュエータ１０および１３に関して記載したものと同じ冗長性が、同様に、ブロック回路記号１１および１４を有する横方向アクチュエータ装置に対して当てはまる。

さらに、任意に、他の周辺センサ１５を設けることができる。これは択一的に、複数の個別センサから成る周辺センサ装置システムであってもよい。これは、次のようなタスクを有している。すなわち、すぐ前にある車両周辺領域を、対象物が存在するか否かに関して走査し、非常時モードの間、すなわち車両３が安全策軌道５に沿ってコントロールされ、確実に、停車位置６に誘導される時間の間、他の対象物との衝突が生じないことを保証するというタスクである。対象物としては、特に、他の交通関与者または定常的な対象物が考えられる。この任意の、付加的な周辺センサ１５が、安全策軌道５の領域内で前方に存在する対象物を識別すると、この付加的な他の周辺センサ１５によって、自動的に導入および実行される非常ブレーキがトリガされ、目前に迫っている衝突が回避される、または、衝突が回避可能でない場合には少なくとも、発生する衝突の結果が緩和される。この付加的な周辺センサ装置１５は、非常時モードに対してだけ、すなわち、安全策軌道５を利用する間だけ必要であるので、廉価であるが、頑強であるタイプのセンサをこのために使用することが推奨される。このために例えば、基本的に、駐車システムから公知である、ライダセンサまたは超音波センサを使用することが可能である。しかし他のタイプのセンサ、例えば、ステレオビデオカメラ（これはカメラを２つ有しているので、自身の冗長性を有している）を、ライダセンサまたは他の対象物検出技術と同じように、このために使用することができる。

Claims (11)

1. 自動走行モードを含む、自動車（３）の動作方法であって、
   ・運転者によって設定された目的地と前記自動車（３）の現在の車両周辺状況とに従った車両誘導を実現する標準軌道（４）を計算するステップと、
   ・前記自動車（３）の現在の車両周辺状況に依存して、非常時における前記自動車（３）の安全な停止を実現する安全策軌道（５）を計算するステップと、
   ・前記標準軌道（４）を第１の制御装置（９）に供給するステップと、
   ・前記安全策軌道（５）を第２の制御装置（１２）に供給するステップとを有しており、
   前記標準軌道（４）に基づいて車両誘導する、前記自動車（３）のアクチュエータ装置（１０、１１）に、前記第１の制御装置（９）によって、信号が転送可能であり、
   前記安全策軌道（５）に基づいて車両誘導する、前記自動車（３）のアクチュエータ装置（１３、１４）に、前記第２の制御装置（１２）によって、信号が転送可能である、方法において、
   ・前記自動走行モードでは、車両誘導を行うように前記アクチュエータ装置（１０、１１）を、前記第１の制御装置（９）によって駆動制御し、
   ・前記自動走行モードが保証できない、安全策をとるケースでは、前記自動車（３）を安全に停止させるために、前記アクチュエータ装置（１３、１４）を、前記第２の制御装置（１２）によって駆動制御し、前記安全策をとるケースの発生時に事前に計算されて既に前記第２の制御装置（１２）に供給されている前記安全策軌道（５）を用いて前記自動車（３）を停止させる、
   ことを特徴とする、自動走行モードを含む、自動車（３）の動作方法。
2. 前記自動車（３）の前記アクチュエータ装置（１０、１１、１３、１４）は、前記第１の制御装置（９）によって、または、前記第２の制御装置（１２）によって、車両前後方向の動力と車両横方向の動力とに影響を与えるように駆動制御される、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の制御装置（９）と、前記第２の制御装置（１２）とは、相互に依存せずに動作する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記第１の制御装置（９）のエネルギー供給と、前記第２の制御装置（１２）のエネルギー供給とは、相互に依存していない、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記第１の制御装置（９）と前記アクチュエータ装置（１０、１１）との間の通信装置と、前記第２の制御装置（１２）と前記アクチュエータ装置（１３、１４）との間の通信装置とは、相互に依存していない、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記第２の制御装置（１２）は、前記安全策をとるケースにおいて、車両周辺状況を識別する１つまたは複数の非常時用の周辺センサ（１５）から信号を受信し、
   前記安全策をとるケースにおいて、衝突を回避するためないしは衝突の結果を緩和するために、前記１つまたは複数の非常時用の周辺センサ（１５）からの前記信号に基づいて前記第２の制御装置（１２）によって非常ブレーキ機能が作動させられる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 自動走行モードを有する、自動車（３）の動作装置であって、
   ・前記自動車（３）の現在の車両周辺状況を識別すると共に、前記自動走行モードが保証できない、安全策をとるケースの発生を識別するセンサ装置（７）と、
   ・運転者によって設定された目的地と前記自動車（３）の現在の車両周辺状況とに従った車両誘導を実現する標準軌道（４）、及び、前記自動車（３）の現在の車両周辺状況に依存して、非常時における前記自動車（３）の安全な停止を実現する安全策軌道（５）を計算して軌道計画を求めるための装置（８）と、
   ・前記標準軌道（４）が供給される第１の制御装置（９）と、
   ・前記安全策軌道（５）が供給される第２の制御装置（１２）と、
   を備えており、
   前記第１の制御装置（９）の信号は、前記自動走行モードにおいて前記標準軌道（４）に基づいて車両誘導する、前記自動車（３）のアクチュエータ装置（１０、１１）に転送可能であり、
   前記第２の制御装置（１２）の信号は、前記安全策軌道（５）に基づいて車両誘導する、前記自動車（３）のアクチュエータ装置（１３、１４）に転送可能であり、
   前記自動走行モードが保証できない、安全策をとるケースの発生を前記センサ装置（７）によって識別した時に、前記アクチュエータ装置（１０、１１、１３、１４）は、前記自動走行モード時のように前記第１の制御装置（９）によって駆動制御されず、前記第２の制御装置（１２）によって駆動制御され、これによって、前記自動車（３）を安全に停止させることが可能であり、前記安全策をとるケースの発生時に事前に計算されて既に前記第２の制御装置（１２）に供給されている前記安全策軌道（５）を用いて前記自動車（３）を停止させる、
   ことを特徴とする、自動走行モードを有する、自動車（３）の動作装置。
8. 前記第１の制御装置（９）と、前記第２の制御装置（１２）とは、相互に依存せずに動作する、請求項７記載の装置。
9. 前記第１の制御装置（９）が接続されているエネルギー供給部と、前記第２の制御装置（１２）が接続されているエネルギー供給部とは、相互に依存していない、請求項７または８記載の装置。
10. 前記第２の制御装置（１２）には、１つまたは複数の非常時用の周辺センサ（１５）の信号が供給される、請求項７から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 前記安全策をとるケースでの衝突を回避するために、ないしは、衝突の結果を緩和するために、前記第２の制御装置（１２）は、前記１つまたは複数の非常時用の周辺センサ（１５）の信号に基づいて非常ブレーキ機能を作動させる、請求項１０記載の装置。

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