CN102371995B - 用于控制运动物体的速度的设备 - Google Patents

Abstract

一种用于获取运动物体的驾驶员的速度感的获取装置，在这种获取装置中，注视点设定器设定驾驶员的注视点，并且运动检测器检测运动物体周围的环境场相对于该运动物体的相对运动。发散分量计算器将环境场的相对运动投影到坐标系中。该坐标系通过模拟运动物体的驾驶员的视网膜球体而形成。该发散分量计算器计算环境场的投影的相对运动的从注视点放射状扩展的各个发散分量。速度感计算器基于由发散分量计算器计算出的环境场的投影的相对运动的从注视点放射状扩展的发散分量来计算驾驶员的速度感。

Description

用于控制运动物体的速度的设备

技术领域

本公开涉及用于控制运动物体的速度的设备。

背景技术

日本专利申请公开文献No.H05-270368公开了一种用于控制车辆速度以自动保持速度极限值的速度控制系统。

该速度控制系统包括多个收发器、接收器、速度检测器、比较仪、和制动控制器。这多个收发器位于车用车道上。每个收发器传递与车用速度极限值相关联的信号。接收器安装在待控制的车辆中，并且接收从收发器传递的信号以产生与速度极限值相关联的第一信号。速度检测器产生与行驶中的受控车辆的速度相关联的第二信号。比较仪将第一信号与第二信号相比较，并且制动控制器接收比较的结果，并将第三信号发给受控车辆的制动器。特别地，在行驶中的受控车辆的速度高于速度极限值的情况下，制动控制器致动制动器以将受控车辆的速度降低至等于或小于速度极限值。

发明内容

本发明人已经发现在上述专利公开文献中存在待解决的问题点。

特别地，在该专利公开文献中所公开的速度控制系统控制车辆的待基于由条例所规定的速度限制值进行控制的速度。为此，在前述专利公开文献中所公开的速度控制系统将受控车辆的速度控制成等于或低于速度限制值，而不考虑受控车辆所行驶的道路的形状，例如直道或弯道。

然而，在受控车辆在弯曲的道路上以与在直线道路上相同的速度行驶的情况下，受控车辆的乘员可感到受控车辆的速度过快。这会导致乘员感到不舒服和/或恐惧。在相关技术中，由于难于以具体值来掌握驾驶员的速度感，因此，难于控制驾驶员的速度感。

考虑到上述情况，本公开的一方面试图提供用于获取运动物体的驾驶员的速度感而作为具体值的获取装置。

本公开的替代方面试图提供用于控制运动物体的速度的设备，所述设备设计成满足如上所述的这种要求。

特别地，本公开的另一方面旨在提供这种用于在控制运动物体的速度过程中减小运动物体的乘员的不舒适感或恐惧感的设备。

本公开的发明人已经注意到，在运动物体运动的同时，运动物体的驾驶员在视觉上能够通过视觉上识别出运动物体周围的环境场的场流而获知运动物体的运动。能够被视觉识别出的环境场的场流包括：从驾驶员的注视点放射状扩展的散度分量(发散分量)；和围绕注视点旋转的旋度分量(旋转分量)。

本公开的发明人已经发现，各个散度分量均与驾驶员的速度感紧密相关。即，散度分量随着车辆的速度的增大而增大，并随着车辆的速度的降低而减小。此外，作为环境场的相对场流的一种因素的各个散度分量的特征在于，随着相对于车辆的距离的缩短而增大，并且随着相对于车辆的距离的增大而减小。

在作为运动物体示例的车辆转向的情况下，由于除了车辆的向前运动之外，出现车辆的旋转运动，因此，只要转向车辆的速度在转向前是恒定的，则各个散度分量就由于车辆的旋转运动而增加。此外，在改变车辆所行进的路面的坡度的情况下，由于除了车辆的向前运动之外，出现车辆的竖直运动，因此，只要转向车辆的速度在转向前是恒定的，则各个散度分量就增大。

根据基于该发现的本发明的一个方面，提供了一种获取运动物体的驾驶员的速度感的获取装置。该获取装置包括：注视点设定器，其设定运动物体的驾驶员的注视点；运动检测器，其检测运动物体周围的环境场相对于运动物体的相对运动；和发散分量计算器。该发散计算器将环境场的相对运动投影到坐标系中。该坐标系通过模拟运动物体的驾驶员的视网膜球体而形成。该发散计算器计算环境场的投影的相对运动的从注视点放射状扩展的各个发散分量。该获取装置包括速度感计算器，速度感计算器基于由发度分量计算器计算出的环境场的投影的相对运动的从注视点放射状扩展的发散分量来计算驾驶员的速度感。

本公开的该方面使得驾驶员的速度感能够被明确地掌握住。这使得能够容易地控制驾驶员的速度感以减小驾驶员因驾驶员的速度感而不舒服感或恐惧感。

本公开的多个方面的上述和/或其它特征、和/或优点将在考虑结合附图进行的下列说明的情况下得到进一步的理解。本公开的多个方面可在适用的情况下包括和/或排除不同的特征、和/或优点。此外，本公开的多个方面可在适用的情况下结合其它实施方式的一个或多个特征。对于特定实施方式的特征和/或优点进行的说明不应该被理解为对其它实施方式或权利要求进行限定。

附图说明

本公开的其它方面将通过参照附图对实施方式进行的如下说明而变得明白，附图中：

图1是根据本公开的实施方式的速度控制设备的框图；

图2A是示意性地示出了将要由根据本实施方式的示于图1中的速度控制ECU执行的速度控制任务的流程图；

图2B是示意性地示出了根据本实施方式的设定在车辆周围的行驶环境场中的预定区域中的多个点的视图；

图3是示意性地示出图2A的步骤S110中的驾驶员的速度感的计算过程的流程图，所述计算过程作为子程序；

图4A是示意性地示出了根据本实施方式的从注视点放射状扩展的散度分量的视图；

图4B是示意性地示出了根据本实施方式的围绕注视点旋转的旋度分量的视图；

图5A是示意性地示出了由根据本实施方式的速度控制ECU设定的直角坐标系的X轴与Y轴之间的关系的视图；

图5B是示意性地示出了由根据本实施方式的速度控制ECU设定的直角坐标系的视图；

图5C是示意性地示出了由根据本实施方式的速度控制ECU限定的直角坐标系与视网膜球形坐标系之间的关系的视图。

图6A是示意性地示出了用于计算根据本实施方式的散度分量的总和的方法；

图6B是示意性地示出了用于计算根据本实施方式的散度分量的总和的方法；

图7是示意性地示出了具有连续弯道的道路的视图，以便验证散度分量的总和适当地示出了根据本实施方式的驾驶员的速度感；

图8是根据本发明将在熟练的驾驶员驾驶车辆期间的散度分量的总和(FOG)的计算值示意性地示出为实线并将在同一道路上以匀速驾驶同一车辆期间的散度分量的总和的计算值示意性地示出为长短交替的虚线的视图；

图9是示意性地示出了由根据本实施方式的速度控制ECU限定的直角坐标系与视网膜球形坐标系之间的关系的视图；并且

图10是示意性地示出了注视点与根据本实施方式的多个点中的每个点的偏心角变化率的绝对值的视图。

具体实施方式

下文中，将结合附图对本发明的实施方式进行描述。

图1示出了用于控制诸如机动车辆之类的车辆的速度的设备AP的结构的示例，该车辆能够在根据本公开的道路上行驶；该车辆是多种运动物体的示例。

安装在车辆中的设备AP包括环境检测器10、车辆运动检测器16、速度控制ECU(电子控制单元)26、驱动力控制执行器28、制动控制执行器30、控制开关32和面部图像摄像机34。每个元件10、16、28、30、32和34都与速度控制ECU26以可通信的方式相连。

环境检测器10包括道路地图数据库12和诸如GPS接收器之类的当前位置传感器14。道路地图数据库(DB)12中存储道路地图的数据。当前位置传感器14操作从而确定车辆的当前位置。环境检测器10操作从而基于存储在道路地图数据库12中的道路地图数据和车辆的由当前位置传感器14所确定的当前位置来检测车辆周围的诸如行驶区域之类的行驶环境场。例如，环境检测器10操作从而将车辆从当前位置沿向前运动的方向行驶的道路的形状测量为车辆周围的行驶环境场。环境检测器10同样操作从而将检测到的车辆周围的行驶环境场发送到速度控制ECU26。

车辆运动检测器16包括横向加速度传感器18、竖向加速度传感器20、速度传感器22和横摆率传感器24。

横向加速度传感器18操作从而测量车辆沿车辆的横向(宽度方向)的运动幅度，并将表示测量到的沿车辆横向的运动幅度的信号输出至速度控制ECU26。

竖向加速度传感器20操作从而测量车辆沿车辆的竖直方向(高度方向)的运动幅度，并将表示测量到的沿车辆的竖直方向的运动幅度的信号输出至速度控制ECU26。

速度传感器22操作从而测量车辆的速度，并将表示测量到的车辆的速度的信号输出至速度控制ECU26。

横摆率传感器24操作从而测量车辆的横摆率，并将表示测量到的车辆的横摆率的信号输出至速度控制ECU26；该横摆率是车辆在其行驶方向上的转向角度的变化率。

控制开关32被设计成能够由驾驶员操作。当被驾驶员开启时，控制开关32将用以起动速度控制任务的触发信号发送至速度控制ECU26。

面部图像摄像机34操作从而连续获取车辆驾驶员的面部图像，并将因此连续获取的面部图像输出至速度控制ECU26。

速度控制ECU26被设计成例如标准的微机电路，该标准的微机电路包括例如CPU、包括诸如可改写的ROM(只读存储器)之类的ROM和RAM(随机存取存储器)等在内的存储介质26a、IO(输入和输出)界面等。标准的微机电路在本实施方式中被限定为至少包括CPU和用于该CPU的主存储器。

存储介质26a中预先存储有多种程序。

速度控制ECU26包括作为功能模块的计算器26b、存储单元26c和控制器26d。这些功能模块可通过执行包括在随后所述的多种程序中的速度控制程序P来实现。

计算器26b操作从而基于连续获取的面部图像来计算表示驾驶员的速度感的参数。

存储单元26c操作从而在存储介质26a中存储在驾驶员利用控制开关32指示速度控制ECU26开始控制车辆的时刻所计算的参数值；该数值在存储介质26a中被存储为目标值。

控制器26d操作从而利用驱动力控制执行器28和制动控制执行器30控制车辆的速度，从而使计算的参数值与该目标值相匹配。

在使用带有内燃机(简称为发动机)的车辆的情况下，可使用用于调整进入到发动机中的进气气流的节气门和用于调整将要被喷射到发动机中的燃料量的喷射器中的每一个而作为驱动力控制执行器28。在使用利用电动马达作为动力源的电动车辆的情况下，可将用于控制从电池供给到电动马达以控制电动马达的输出的控制器作为驱动力控制执行器28。

作为制动力控制执行器30，在安装于车辆中的ABS(防抱死制动系统)或VSC(车辆稳定性控制)系统中使用的液压系统被设计成用于产生制动压力，以经由用于各个车轮的制动器将制动力液压地施加于对应车轮，从而使得对应车轮的旋转减速或停止。用于控制车辆的变速器的档位以产生制动力的控制器作为制动力控制执行器30。在车辆是电动车辆的情况下，通常用作驱动器的电动马达用作发电机，该发电机在减速的车辆可被用作制动力控制器30的期间将其动能转换为电能。

然后，在下文中将参照图2A对待被速度控制ECU26根据速度控制程序P执行的速度控制任务进行说明。例如，速度控制任务由速度控制ECU26周期性地执行。

首先，速度控制ECU26在步骤S100中捕获从传感器18、20、22和24输出的测量信号并捕获从面部图像传感器34连续获取的面部图像。

然后，速度控制ECU26在步骤S110中基于所捕获到的测量信号和所捕获到的连续的面部图像，计算表示驾驶员的速度感的参数。在下文中将参照图3将表示驾驶员的速度感的参数的计算过程作为步骤S110的子程序进行描述。

参照图3，速度控制ECU26在步骤S200中执行连续获取的面部图像的图像处理，从而基于连续获取的面部图像来检测驾驶员的双眼虹膜的位置。

在步骤S200之后，速度控制ECU26在步骤S210中基于虹膜的位置确定驾驶员的视线所指向的驾驶员的注视点的方向。

在该实施方式中，环境检测器10装配有道路地图数据库12和当前位置传感器14。为此，在步骤S120中，速度控制ECU26基于存储在道路地图数据库12中的道路地图数据和由当前位置传感器14所确定的车辆的当前位置来识别车辆周围的行驶环境场，例如车辆从当前位置沿向前行进的方向行驶的道路的形状。随后，在步骤S210中，速度控制ECU26基于所确定的驾驶员的视线所指向的驾驶员的注视点的方向、在识别出的车辆周围的行驶环境场中设定驾驶员的注视点。

在步骤S210之后，速度控制ECU26在步骤S220中执行发散分量(散度分量)计算过程。下文中将详细说明如何执行发散分量计算过程。

首先，速度控制ECU26在步骤S220a中在识别出的行驶环境场中的诸如驾驶员可视觉识别出的区域AL之类的预定区域AL中设定多个点P。即，这多个点P表示识别出的车辆周围的行驶环境场。优选地，预定区域AL可被设定为位于车辆前方的道路上的区域；该区域是能够由驾驶员通过车辆的风挡玻璃看到的。这是由于车辆的驾驶员通过经由风挡玻璃观看位于车辆前方的环境场获得速度感。

由这多个点P的排列所形成的形状可以是矩阵图案、同心图案、同心的椭圆形图案等。例如，图2B示意性地示出了位于行驶环境场中的区域AL中的多个点P的矩阵图案。

注意，这多个点P可被设定成使得各个点P与车辆之间的位置关系是连续恒定的，或者它们可被固定地设定在行驶环境场中从而使各个点P与车辆之间的相对位置关系随着车辆的行进而变化。在将这多个点P固定地设定在行驶环境场中从而使各个点P与车辆之间的相对位置关系随着车辆的行进而变化的情况下，当车辆近侧处的某些点P从区域AL消失时，可将对应的点P重新设定于车辆的远侧处。这以与车辆的行进无关的方式将点P的数量保持为恒定。

在步骤S220a之后，速度控制ECU26在步骤S220b中基于横向加速度传感器18、竖向加速度传感器20、速度传感器22和横摆率传感器24的测量信号检测车辆的运动。随后，在步骤S220b中，速度控制ECU26将检测到的车辆运动转换成行驶环境场相对于车辆的相对运动，即，将检测到的车辆运动转换成各个点P相对于车辆的相对运动，由此检测各个点P相对于车辆的相对运动。即，由于可由驾驶员视觉识别出的行驶环境场(道路)的场流(运动)源自驾驶员与行驶环境场之间的相对运动，因此，能够基于车辆运动检测各个点P相对于车辆的相对运动。

在步骤S220b之后，速度控制ECU26在步骤S220c中将各个点P的相对运动投影到三维坐标系中，该三维坐标系通过假设驾驶员靠近地观察注视点来模拟车辆驾驶员的视网膜球体而形成；该三维坐标系将被称之为“视网膜球形坐标系”。

随后，速度控制ECU26在步骤S220d中计算各个点P的投影的相对运动的散度分量；各个点P的投影的相对运动的散度分量表示对应点P的投影的相对运动的从注视点放射状扩展的发散分量。即，速度控制ECU26在步骤S22d中计算由驾驶员视觉识别出的环境场的相对场流中的发散分量；在步骤S22d中的环境场的相对场流的各个发散分量从驾驶员的注视点放射状地相对发散。

特别地，在车辆行驶的同时，车辆驾驶员通过在视觉上识别出车辆周围的环境场的场流而在视觉上察觉到车辆的运动。环境场在视觉上能够识别出的场流包括从注视点放射状扩展的散度分量(发散分量)(参见图4A)和围绕注视点旋转的旋度分量(旋转分量)(参见图4B)。

散度分量随着车辆速度的增加而增大，并随着车辆速度的降低而减小。由此，各个散度分量与驾驶员的速度感紧密相关。

作为环境场的相对场流的一个因素的各个散度分量的特征在于，随着相对于车辆的距离的缩短而增大，并且随着相对于车辆的距离的增大而减小。在车辆转向的情况下，由于除了车辆的向前运动之外，出现车辆的旋转运动，因此，只要转向车辆的速度在转向前是恒定的，那么各个点P的投影的相对运动的各个散度分量就由于车辆的旋转运动而增加。此外，在改变车辆所行进的路面坡度的情况下，由于除了车辆的向前运动之外，出现车辆的竖直运动，因此，只要转向车辆的速度在转向前是恒定的，那么各个点P的投影的相对运动的各个散度分量就增大。

在步骤S220d中，速度控制ECU26利用如下过程计算各个点P的散度分量。

首先，速度控制ECU26通过：将注视点设定为目标点、将从车辆的当前位置(驾驶员的视点位置)朝向目标点的方向设定为X轴、将正交于X轴并且在车辆的横向方向上延伸的方向设定为Y轴、并将正交于X轴和Y轴并在车辆的竖直方向上延伸的方向设定为Z轴来在存储介质26a中限定直角坐标系(参见图5A)。随后，如图5B中所示，速度控制ECU26获得多个点P的坐标(x、y、z)。

如图5C中所示，将与直角坐标系的原点相距距离R的具有坐标(x、y、z)的点A的相对运动投影到视网膜球形坐标系中(参见步骤S220c)。注意，直角坐标系中的点A被转变成视网膜球形坐标系中的点(图像)α(θ，φ)；θ表示在由X轴与Y轴形成的XY平面上相对于X轴的方位角，并且φ表示由X轴和Z轴形成的XZ平面上相对于X轴的仰角。

随后，速度控制ECU26在下列等式[1]中计算视网膜球形坐标系中的点A的投影的相对运动的散度分量

$\stackrel{\·}{\mathrm{\τ}}=\frac{x\stackrel{\·}{R}-\stackrel{\·}{x}R}{R\sqrt{R^2-x^2}}---\left[1\right]$

式[1]中字母上方的点(·)表示时间导数‘d/dt(时间)。

即，由于驾驶员的视线指向注视点的方向被设定为X轴，因此可以基于车辆速度的X轴分量、车辆速度的R方向分量、三维坐标(x、y、z)的对应点和距离R计算从注视点放射状扩展的散度分量。车辆速度的R方向分量可通过结合车辆速度在车辆的前向和后向上的分量、车辆速度在车辆的横向上的分量、以及车辆速度在车辆速度的竖直方向上的分量来获得。车辆速度在车辆的前向和后向上的分量可基于从车辆速度传感器22输出的测量信号获得，车辆速度在车辆的横向上的分量可通过从横向加速度传感器18输出的测量信号获得。同样，车辆速度在车辆的竖直方向上的分量可基于从竖向加速度传感器20输出的测量信号获得。

速度控制ECU26在步骤S220d中以与点A相同的方式计算各个点P的投影的相对运动的散度分量。

在完成各个点P的投影的相对运动的散度分量的计算之后，速度控制ECU26进入步骤S230，并在步骤S230中基于相应点P的投影的相对运动的计算出的散度分量来确定表示驾驶员的速度感的参数。

注意，当车辆行进(运动)时，车辆驾驶员基于代替环境场中的一个点的场流的环境场的总场流来识别车辆的运动。由此，根据本实施方式的速度控制ECU26被编程为在步骤S230中来计算相应点P的投影的相对运动的散度分量的总和而作为表示驾驶员的速度感的参数。例如，在步骤S230中，速度控制ECU26将通量计算应用在矢量分析(微积分学)中，以获得相应点P的投影的相对运动的散度分量的总和。

特别地，如图6A中所示，速度控制ECU26在例如存储介质26a中围绕注视点建立闭环，并根据下列等式[2]获得流出圆形环路的通量：

式[2]中，l表示闭环，表示闭环l周围的闭合线积分，表示闭环l中的矢量场，是从闭环l向外的法向矢量，dl表示闭环l的无穷小的单元体(微分)，并且通量表示越过闭环l的矢量场的散度。

随后，为了获得由驾驶员视觉识别的散度分量的总和，速度控制ECU26在步骤S230中根据如下等式[3]计算积分半径从0至r_n的变量r的全通量，从而计算相应点P的投影的相对运动的散度分量的总和而作为表示驾驶员速度感的参数：

式[3]中，r_n表示覆盖预定区域AL的闭环l的半径的变量r的值；闭环l的半径的变量r的为0的值表示注视点。

结果，能够计算作为相应点P的投影的相对运动的散度分量的总和的表示驾驶员的速度感的参数。

为了验证散度分量的总和适当地示出了驾驶员的速度感，从而使得基于该散度分量的总和来控制车辆的速度是有效的，熟练驾驶员在图7中所示的带有连续弯道的道路上驾驶安装有根据本实施方式的设备AP的车辆，并且在驾驶车辆期间，连续计算散度分量的总和(FOD)。注意图7中所示的道路部分地起伏行进。

图8将散度分量的FOG的计算值示出为如实线所示的曲线。相反，在同一道路上匀速驾驶同一车辆期间，连续计算散度分量的总和(FOD)的计算值以被绘制成如以长短交替的虚线示出的曲线。

图8清楚地表明了在匀速驾驶车辆时，散度分量的总和(FOD)根据道路的诸如在弯道和/或起伏的区段处的形状而波动。这是因为，如上所述，在车辆于该道路的弯道处行进的情况下，由于除了车辆的向前运动之外，出现车辆的旋转运动，因此，只要转向车辆的速度在转向前是恒定的，则各个点P的投影的相对运动的各个散度分量就由于车辆的旋转运动而增加。此外，在车辆所行进的路面坡度发生变化的情况下，由于除了车辆的向前运动之外，出现车辆的竖直运动，因此，只要转向车辆的速度在转向前是恒定的，则各个点P的投影的相对运动的各个散度分量就增大。

任一诸如驾驶员和乘客之类的乘员的速度感在车辆匀速行驶期间以相同的散度分量总和(FOD)波动趋势波动。

相反，当由熟练的驾驶员驾驶的车辆在同一道路的每个弯道处或每个起伏部分处行进时，尽管降低了车辆的速度，但散度分量的总和(FOD)是大致恒定的，而与道路形状无关。那时，任一诸如驾驶员和乘客之类的乘员的速度感在车辆由熟练的人员驾驶期间同样是大致恒定的。

这些验证的结果表明，散度分量的总和(FOD)适当地示出了驾驶员的速度感，并且期望这种熟练的驾驶员在散度分量的总和是自动恒定的、换言之、驾驶员的速度感是自动恒定的情况下驾驶车辆。

为此，根据本实施方式的速度控制ECU26被构造成将车辆的速度控制成保持散度分量的总和恒定。这使得甚至是不熟练的驾驶员也能以与熟练的驾驶员相同的方式控制车辆的速度。在控制车辆速度期间，不管道路的形状如何变化，驾驶员的速度感均大致保持恒定，从而能够降低车辆的各个乘员的不舒适感或恐惧感。

在完成步骤S230中的操作后，即，在于步骤S110中计算驾驶员的速度感的参数之后，速度控制ECU26从子程序返回至图2A中所示的主程序，并且在步骤S120中判断是否通过驾驶员的对控制开关32的开启操作而从控制开关32发出速度控制启动信号。一旦判定并未从控制开关32发出速度控制启动信号(步骤S120中为否)，速度控制ECU26就返回步骤S100，并重复步骤S100、S110和S120中的操作，直到在步骤S120中的判断是肯定的。

由此，一旦判定从控制开关32发出了速度控制启动信号(步骤S120中为是)，就在步骤S130中，速度控制ECU26在存储介质26a中将存储在步骤S110中计算出的表示驾驶员的速度感的参数的散度分量的总和存储为速度控制目标值(驾驶员的目标速度感)。

如上所述，在图2A中所示的速度控制任务中，速度控制ECU26反复计算表示驾驶员的速度感的参数，并在存储介质26A中，将表示驾驶员的速度感的参数存储为速度控制的在开启控制开关32的时刻的目标值。这使得能够将驾驶员在驾驶员开启控制开关32时的速度感设定为速度控制目标值。注意，速度控制ECU26可计算表示驾驶员在开启控制开关32后的速度感的参数，并可将计算参数存储在存储介质26a中。

在步骤S130之后，速度控制ECU26在与步骤S100相同的过程中捕获从传感器18、20、22和24输出的测量信号，并捕获从面部图像传感器32连续获取的面部图像。随后，在步骤S150中，速度控制ECU26在基本与步骤S110相同的过程中(步骤S200至S230)基于所捕获的测量信号和所捕获的连续的面部图像计算表示驾驶员的速度感的参数。即，在步骤S150中，速度控制ECU26计算表示驾驶员的当前速度感的当前参数。在步骤S150中，考虑到控制延时，由于当前假设车辆的速度在N秒的过程期间是恒定的，因此速度控制ECU26可计算表示经过N秒过后在车辆的将来位置处时驾驶员的速度感的参数。

在步骤S150后，速度控制ECU26在步骤S160中计算表示驾驶员的当前(或自当前时起在N秒之后处于车辆的将来位置处时)的速度感的参数与表示驾驶员的速度感的参数的目标值之间的偏差。即，在步骤S160中，速度控制ECU26计算驾驶员的当前速度感与驾驶员的目标速度感之间的偏差。随后，速度控制ECU26在步骤S170中基于计算出的参数偏差(计算出的速度感偏差)计算车辆的速度指令值。

例如，存储介质26a中存储有信息I，该信息被设计为例如地图、程序和/或函数；该信息F表示用于车辆速度指令值补偿的变量与参数偏差的变量之间的关系。该信息I可已经基于通过试验和/或利用设备AP和车辆或它们的等效计算机模型进行的模拟获得的数据所确定。

特别地，速度控制ECU26在步骤S170中参照将参数偏差的计算值用作关键值的信息I，以便基于该参照的结果而选取出与参数偏差的计算值相对应的用于车辆速度指令值的补偿值。

在步骤S170之后，速度控制ECU26在步骤S180中基于补偿值对当前设定的车辆速度指令值进行补偿，由此计算车辆速度的新指令值。由此，在步骤S180中，速度控制ECU26基于所计算出的车辆速度指令值来执行对于车辆速度的控制。例如，速度控制ECU26控制驱动力控制执行器28和/或制动控制执行器30，从而使车辆速度当前值与所计算出的车辆速度指令值大致匹配。

随后，速度控制ECU26在步骤S190中判断控制开关32是否关闭，换言之，是否并未从控制开关32输入触发信号。在步骤S190的判断是肯定的(是)之前，速度控制ECU26周期性地执行从S140至S190的速度控制任务。当步骤S190的判断是肯定的(是)，速度控制ECU26终止该速度控制任务。

如上所述，根据本实施方式的速度感获取装置(计算器26b)被构造成基于相应点P的投影的相对运动的散度分量计算驾驶员的速度感。该构造使得驾驶员的速度感能够被明确地掌握。这使得能够容易地控制驾驶员的速度感以降低驾驶员因驾驶员的速度感而造成的不舒适感或恐惧感。

此外，根据本实施方式的速度控制设备AP被构造成计算相应点P的投影的相对运动的散度分量的总和作为表示驾驶员的速度感的参数，并且控制车辆的速度，从而使相应点P的投影的相对运动的散度分量的总和大致保持恒定。该构造使得甚至是不熟练的驾驶员也能以与熟练的驾驶员相同的方式在无论道路形状如何改变均将驾驶员的速度感大致保持恒定的情况下控制车辆的速度。由此，能够降低驾驶员的不舒适感或恐惧感。

根据本实施方式的速度控制设备AP适于自动调整车辆的速度，从而使驾驶员在驾驶员不操作加速器踏板AC的情况下得到匀速的感觉。

此外，速度控制设备AP可在驾驶员操作加速器踏板AC期间执行车辆速度控制。在该变型中，速度控制设备AP可被构造成用于在步骤S180a中控制驱动力控制执行器28和/或制动控制执行器30，从而使得车辆速度当前值与所计算出的车辆速度指令值和基于加速器踏板AC的操作的驾驶员预期车辆速度值中的任一个大致匹配。该变型将车辆的速度控制为使得受控速度等于或低于通过速度控制设备AP获得的、作为其上限值的车辆速度指令值，这使得能够改善车辆速度控制的安全性。

与常规的自动巡航系统一样，速度控制设备AP可设有加速/减速开关SW(参见图1，如由虚线所示)。响应于驾驶员对于加速/减速开关SW的操作，速度控制ECU26d的控制器26d将车辆的速度增大/减低例如预定值。在该变型中，速度控制设备AP可被构造成每当车辆速度因驾驶员操作加速/减速开关SW而改变时就执行步骤S100至S130中的操作，从而将散度分量的总和更新为驾驶员的目标速度感。该变型可将车辆的速度控制为使得在驾驶员操作加速/减速开关SW之后，驾驶员能够得到对应于车辆的受控速度的速度感。

根据本实施方式的速度控制ECU26被构造成用于响应于接收到用于启动速度控制的指令而在存储介质26a中，将相应点P的投影的相对运动的散度分量的总和存储为速度控制目标值，但本公开并不限于该构造。特别地，速度控制ECU26可被构造成用于仅在车辆在道路上直线向前行驶时，接收用于启动速度控制的指令。该变型可将车辆的速度，控制为使得即使在车辆于拐弯等处转向的情况下，驾驶员的速度感也与驾驶员在车辆于道路上直线向前行驶时所获得的速度感(目标速度感)大致匹配。这即使是在车辆于拐角处转向时，也可进一步降低驾驶员的不舒适感或恐惧感。

本公开并不限定于上述实施方式，并且可在本公开的范围内进行修改或变形。

在该实施方式中，速度控制设备AP装配有面部图像摄像机34，以便连续获取车辆驾驶员的面部图像，并且速度控制设备AP被构造成基于连续获取的面部图像来检测驾驶员的双眼虹膜的位置，并可基于虹膜的位置来设定驾驶员的注视点。然而，本公开并不限于该构造。

特别地，速度控制设备AP可设有安装在车辆上的前部摄像机34a(参见图1中的虚线)，并且可被构造成用于将设定在通过前部摄像机获得的图像中的多个点中的每个的运动表现为矢量——即光流，并将具有最小光流的一点设定为数值点。这是因为，基于心理学理论和其它研究结果以及经验知识，驾驶员知道凝视于在驾驶员的视域中运动最少的一点。在这种情况下，速度控制ECU26可在步骤S220b中计算这多个点中的每个点处的光流，或者可计算这多个点中的某些点处的光流；这些计算出光流的点被限定成位于道路上。在这多个点中的某些点中具有最小光流的一点可被选择成注视点；作为注视点的候选点的这些点被限定成位于道路上。

在步骤S210中，速度控制ECU26可将通过车辆运动检测器160检测到的车辆运动转换成行驶环境场相对于车辆的相对运动，即，可将检测到的车辆运动转换成在识别出的行驶环境场中的预定范围AL中设定的多个点P中的每个相对于车辆的相对运动，由此检测各个点P相对于车辆的相对运动。基于该各个点P的相对运动，速度控制ECU26可将相对于车辆具有最小相对运动的一点设定为注视点。

在该变型中，假定车辆驾驶员沿车辆的行进方向进行观察，速度控制ECU26可将各个点P的相对运动投影在视网膜球形坐标系中，该视网膜球形坐标系通过模拟车辆驾驶员的视网膜球体而形成。随后，速度控制ECU26计算各个点P的投影的相对运动的量；所观察到的各个点P的相对运动的量。

在与图5C相对应的图9中，通过：将车辆的行进方向设定为Y轴、将正交于该Y轴并且在车辆的横向方向上延伸的方向设定为X轴、并将正交于X轴和Y轴并在车辆的竖直方向上延伸的方向设定为Z轴来限定直角坐标系。随后，如图9中所示，速度控制ECU26获得多个点P的坐标(x、y、z)。

如图9中所示，将与直角坐标系的原点相距距离R的具有坐标(x、y、z)的点A的相对运动投影到视网膜球形坐标系中。注意，直角坐标系中的点A被转变成视网膜球形坐标系中的点(图像)α(θ，φ)；θ表示在由X轴与Y轴形成的XY平面上相对于X轴的方位角，并且φ表示由X轴和Z轴形成的XZ平面上相对于X轴的仰角。

即，在步骤S210中，速度控制ECU26根据下列等式[4]计算图像的偏心角ω的绝对变化率而作为观察到的运动：

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{V}{R}\sqrt{1-{\cos }^2\mathrm{\θ}\·{\cos }^2\mathrm{\φ}}+\mathrm{\γ}\·\frac{\sin \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ}}{\sqrt{1-{\cos }^2\mathrm{\θ}\·{\cos }^2\mathrm{\φ}}}---\left[4\right]$

等式[4]中，V表示车辆的速度，并且γ表示横摆率。

等式[4]以如下方式导出。通过利用方位角θ和仰角φ如在下列等式[5]中所示来表示偏心角ω：

ω＝cos^-1(cosφcosθ)  [5]

此外，视网膜坐标系中的角度θ、角度φ以及偏心角ω与图10中所示的直角坐标系中的坐标(x、y、z)之间的关系以如下等式[6]至[10]表示：

$\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\left(\frac{x}{y}\right)---\left[6\right]$

$\mathrm{\φ}={\tan }^{-1}\left(\frac{z}{\sqrt{x^2+y^2}}\right)---\left[7\right]$

x＝y·tanθ    [8]

y＝R·cosω    [9]

$z=\sqrt{x^2+y^2}\·\tan \mathrm{\φ}---\left[10\right]$

此外，当利用示出为下列等式[11]的公式来对等式[5]求微分时，导出下列等式[12]：

${\left({\cos }^{-1}x\right)}^{\′}=\frac{1}{\sqrt{1-x^2}}---\left[11\right]$

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{1}{\sqrt{1-{(\cos \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ})}^2}}\·(-\sin \·\cos \mathrm{\φ}\·\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}-\cos \mathrm{\θ}\·\sin \mathrm{\φ}\·\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}})$

$=\frac{-(\sin \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ})}{\sqrt{1-{(\cos \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ})}^2}}\·\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+\frac{-(\cos \mathrm{\θ}\·\sin \mathrm{\φ})}{\sqrt{1-{(\cos \mathrm{\θ}\·\cos \mathrm{\φ})}^2}}\·\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}$

$=\mathrm{\α}(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})\·\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+\mathrm{\β}(\mathrm{\θ},\mathrm{\φ})\·\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}---\left[12\right]$

当考虑车辆速度V和横摆率γ时，基于等式[6]和[7]以下列等式[13]和[14]来计算θ和φ的微分值：

$\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}=\frac{1}{1+{\left(\frac{z}{x^2+y^2}\right)}^2}{\left(\frac{z}{\sqrt{x^2+y^2}}\right)}^{\′}$

$=\frac{x^2+y^2}{x^2+y^2+z^2}\left\{\frac{-z(x\stackrel{\·}{x}+y\stackrel{\·}{y})+\stackrel{\·}{z}(x^2+y^2)}{{(x^2+y^2)}^{\frac{3}{2}}}\right\}=\frac{-\mathrm{zx}\stackrel{\·}{x}}{(x^2+y^2+z^2)\sqrt{x^2}+y^2}$

$=-\frac{R\sin \mathrm{\φ}\·R\cos \mathrm{\φ}\cos \mathrm{\θ}\·V}{R^{2}R\cos \mathrm{\φ}}$

$=-\frac{V}{R}\cos \mathrm{\θ}\sin \mathrm{\φ}---\left[13\right]$

$\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}=\frac{1}{1+{\left(\frac{x}{y}\right)}^2}{\left(\frac{x}{y}\right)}^{\′}+\mathrm{\γ}=\frac{\stackrel{\·}{x}y-x\stackrel{\·}{y}}{x^2+y^2}+\mathrm{\γ}$

$=\frac{-\mathrm{VR}\cos \mathrm{\φ}\·\sin \mathrm{\θ}}{R^2{\cos }^2\mathrm{\φ}}+\mathrm{\γ}$

$=\frac{-V\sin \mathrm{\θ}}{R\cos \mathrm{\φ}}+\mathrm{\γ}---\left[14\right]$

将等式[13]和[14]代入到等式[12]中建立等式[4]。

在步骤S210中，速度控制ECU26可利用位置(θ，φ)、距离R、车辆速度V、以及横摆率γ且根据等式[4]连续计算相应点的变化率。各个点P的变化率表示驾驶员的视觉中的相对运动量，这是因为它是基于视网膜球形坐标系计算出的。即，速度控制ECU26可将设定在预定区域AL中的各个点P的物理相对运动转换成视觉相对运动。

在步骤S210中，速度控制ECU26基于各个点P的偏心角的变化率来设定驾驶员的注视点。图10示意性地示出了相应点P的偏心角变化率的绝对值，每个绝对值均由具有成比例的长度的节段所表示。如图10中所示，速度控制ECU26搜索所有的偏心角变化率的绝对值，以发现作为注视点的点P的最小绝对值。

注意，由于驾驶员假定在驾驶车辆时凝视道路上的一点，因此，注视点的位置可被限定在车辆前方的道路上。

在前述实施方式中，速度控制设备AP检测车辆的运动，并将检测到的车辆运动转换成行驶环境场相对于车辆的相对运动，但是本公开并不限于此。

特别地，速度控制设备AP可被构造成，利用诸如毫米波激光器、激光雷达和立体摄像机之类的物体检测单元检测在行驶环境场中存在的至少一个静止物体的诸如方位方向和与车辆相距的距离之类的位置信息，由此检测至少一个静止物体的运动。可将车辆前方的道路表面上的一点、护栏、标记等用作为待检测的至少一个静止物体。速度控制设备AP可基于至少一个静止物体的位置信息检测至少一个静止物体在视网膜球形坐标系中的相对运动。

在前述实施方式中，速度控制设备AP可将设定在行驶环境场中的区域AL中的多个点P中的每个点的相对运动投影在视网膜球形坐标系中，并计算各个点P的投影的相对运动的旋度分量，但是本公开并不限于此。

特别地，由于目标轨迹应该被设定在估计车辆所要行驶的道路上，所以这多个点P可被设定在估计车辆所要行驶的道路上。这减少了速度控制ECU26的处理量。

根据本实施方式的速度控制ECU26被构造成响应于接收到用于启动速度控制的指令而在存储介质26a中，将相应点P的投影的相对运动的散度分量的总和存储为速度控制目标值，但本公开并不限于该构造。特别地，由于每个车辆驾驶员都根据他/她的偏好而具有基本上唯一的速度感，因此，速度控制ECU26可将每个个体驾驶员的速度感视为是大致恒定的。

由此，对于车辆的用于每个个体驾驶员的第一速度控制，速度控制ECU26可在存储介质26a中将相应点P的投影的相对运动的散度分量的总和存储为速度控制目标值。对于车辆的下一速度控制并且此后对于驾驶员，速度控制ECU26可对驾驶员进行识别，并基于与所识别出的驾驶员相对应的且存储在存储介质26a中的目标值来执行速度控制。识别任一正在驾驶车辆的驾驶员的方法可以是：基于对应的驾驶员的连续的面部图像来识别驾驶员；或者提供多个用于驾驶员的开关并基于操作了哪个开关来识别出任一驾驶员。

在前述实施方式中，将车辆用作本公开的运动物体的示例。然而，同样可将诸如飞机、摩托车、轮椅等其它类型的运动物体用作本公开的运动物体。

尽管已经于此描述了本公开的说明性的实施方式，但本公开并不限于于此所述的实施方式，而是包括具有如所属领域技术人员基于本公开将会理解的变型、省略、结合(例如对遍及多个实施方式的方面进行的)、改型和/或变换的任一及全部实施方式。权利要求中的限制应该基于权利要求中所使用的语言被广义地进行解释，且并不限于本说明书或本申请的实施期间所述的示例，这些示例应被理解为是非排他性的。

Claims (13)

1.一种用于获取运动物体的驾驶员的速度感的获取装置，所述获取装置包括：

注视点设定器，所述注视点设定器设定所述运动物体的所述驾驶员的注视点；

运动检测器，所述运动检测器检测所述运动物体周围的环境场相对于所述运动物体的相对运动；

发散分量计算器，所述发散分量计算器：

将所述环境场的所述相对运动投影到坐标系中，所述坐标系通过模拟所述运动物体的所述驾驶员的视网膜球体而形成，并

计算所述环境场的投影的相对运动的从所述注视点放射状扩展的各个发散分量；以及

速度感计算器，所述速度感计算器基于由所述发散分量计算器计算出的所述环境场的投影的相对运动的从所述注视点放射状扩展的发散分量来计算所述驾驶员的速度感。

2.根据权利要求1所述的获取装置，其中，所述速度感计算器包括总和计算器，所述总和计算器计算所述环境场的投影的相对运动的多个发散分量的总和而作为所述驾驶员的速度感，所述多个发散分量包括在包含有所述注视点的预定区域中。

3.一种用于运动物体的速度控制设备，所述设备包括：

注视点设定器，所述注视点设定器设定所述运动物体的驾驶员的注视点；

运动检测器，所述运动检测器检测所述运动物体周围的环境场相对于所述运动物体的相对运动；

发散分量计算器，所述发散分量计算器：

将所述环境场的相对运动投影到坐标系中，所述坐标系通过模拟所述运动物体的所述驾驶员的视网膜球体而形成，并

计算所述环境场的投影的相对运动的从所述注视点放射状扩展的各个发散分量；以及

总和计算器，所述总和计算器计算所述环境场的投影的相对运动的多个发散分量的总和，所述多个发散分量包括在包含有所述注视点的预定区域中；和

控制器，所述控制器将所述运动物体的速度控制成使得所述环境场的投影的相对运动的多个发散分量的总和大致保持恒定。

4.根据权利要求3所述的速度控制设备，其中，所述运动检测器构造成将多个点设定在所述预定区域中，并检测所述多个点中的每个点相对于所述运动物体的相对运动而作为所述运动物体周围的所述环境场的相对运动。

5.根据权利要求3所述的速度控制设备，其中，所述运动物体具有风挡玻璃，并且所述预定区域设定为由所述驾驶员通过所述运动物体的风挡玻璃能够观察到的区域。

6.根据权利要求4所述的速度控制设备，其中，所述运动物体是在道路上行进的车辆，所述运动检测器包括：

道路地图存储单元，所述道路地图存储单元中存储道路地图的数据；

当前位置检测器，所述当前位置检测器检测所述车辆的当前位置；和

车辆运动检测器，所述车辆运动检测器检测所述车辆在所述车辆的横向上的运动，并检测所述车辆在所述车辆的竖直方向上的运动，

所述运动检测器构造成：将基于所述道路地图的数据和检测到的所述车辆的当前位置的所述车辆周围的行驶环境场限定为所述车辆周围的所述环境场；并且基于检测到的所述车辆在横向上的运动和检测到的所述车辆在竖直方向上的运动检测所述多个点中的每个点相对于所述行驶环境场中的所述运动物体的相对运动。

7.根据权利要求3所述的速度控制设备，其中，所述运动检测器进一步包括位置检测器，所述位置检测器检测在所述环境场中存在的静止物体的位置而作为表示所述环境场的参数，并基于检测到的所述静止物体的位置检测所述环境场的相对运动。

8.根据权利要求3所述的速度控制设备，其中，所述注视点设定器构造成将所述环境场的投影的相对运动的点设定为所述注视点，所述环境场的投影的相对运动的所述点与所述环境场的投影的相对运动的其它点相比具有最小相对运动。

9.根据权利要求3所述的速度控制设备，进一步包括驾驶员摄像机，所述驾驶员摄像机获取所述驾驶员的图像，所述图像包括驾驶员的至少一只眼睛，并且所述注视点设定器构造成用于分析所述图像并基于对所述图像的分析结果设定所述注视点。

10.根据权利要求3所述的速度控制设备，进一步包括前部摄像机，所述前部摄像机连续获取在所述运动物体的行进方向上的图像，并且所述注视点设定器构造成基于每个获取的图像中的光流来设定所述注视点。

11.根据权利要求3所述的速度控制设备，其中，所述控制器构造成：响应于由所述运动物体的所述驾驶员输入指令的时刻而启动所述运动物体的速度控制；将在所述运动物体的所述驾驶员输入指令时由所述总和计算器计算出的所述环境场的投影的相对运动的所述多个发散分量的总和的值设定为目标值；并将所述运动物体的速度控制成使得：

在计算所述目标值之后由所述总和计算器计算出的所述环境场的投影的相对运动的所述多个发散分量的总和的值与所述目标值大致匹配。

12.根据权利要求11所述的速度控制设备，其中，所述控制器构造成：在启动所述运动物体的所述速度控制之后，每当所述驾驶员输入用于改变所述运动物体的速度的指令时，所述控制器就更新所述目标值。

13.根据权利要求11所述的速度控制设备，其中，所述控制器构造成将所述运动物体的速度调整至第一值，在所述第一值处，所述环境场的投影的相对运动的所述多个发散分量的总和大致保持恒定，当在启动所述运动物体的速度控制之后由所述驾驶员操作用于将所述运动物体的速度调整至第二值的速度调整构件时，所述控制器构造成用于将所述运动物体的速度调整为所述第一值与所述第二值中的一个，所述第一值与所述第二值中的所述一个小于所述第一值与所述第二值中的另一个。