CN111629942A - 车辆控制系统 - Google Patents

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Abstract

一种车辆控制系统(100)，在规定的对象物的周围设定规定上限相对速度(Vlim)的分布的速度分布区域(40)，并执行车辆(1)的速度控制和/或转向控制以使车辆的速度不超过该速度分布区域(40)规定的上限相对速度(Vlim)，该车辆控制系统(100)基于外部状态检测传感器(例如，雨刮器传感器(26)、光度传感器(27))取得的外部信息(例如，雨刮器工作情况、光度)来推定车辆(1)的驾驶员的可视性的程度(S21、S22、S24)，并且根据推定的可视性的程度来变更速度分布区域(40)中的上限相对速度(Vlim)的分布。

Description

车辆控制系统
技术领域
本发明涉及一种车辆控制系统，尤其涉及一种对车辆的行驶进行支援的车辆控制系统。
背景技术
以往，提出有各种车辆用的行驶支援装置。例如，在专利文献1所记载的行驶支援装置中，基于车速，在车辆与对象物之间设定安全距离，并以使车辆与对象物之间的距离不小于安全距离的方式进行车辆的减速控制、转向控制。
在该行驶支援装置中，车辆与对象物之间的安全距离被设定为能够通过由驾驶员的操作、自动控制而进行的转向/制动来避免与对象物的碰撞。因此，例如，即使在车辆与对象物(车辆等)擦身而过并超过对象物的情况下，在车辆与对象物之间也要至少确保安全距离，从而能够避免碰撞、接触。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-218935号公报
发明要解决的技术问题
在如上所述的车辆超过对象物的情况下，车辆与对象物的间隔(横向距离)需要至少大于能够避免碰撞和接触的规定距离。此外，上述横向距离优选为车辆的驾驶员(以及对象物)感到安全和安心的距离。
但是，根据由天气(降雨、降雪、雾等)、时间/亮度(傍晚、夜间等)引起的外部环境的变化，驾驶员的可见性发生变化。而且，当可见性发生变化时，感到安全和安心的距离也会发生变化。即，在因雨、暗等原因使可见性降低时，即使以在可见性良好时感到安全和安心的距离与对象物擦身而过，也会产生驾驶员感到不安全和不安心的情况。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于提供一种车辆控制系统，该车辆控制系统能够实现即使可见性降低，驾驶员也感到安全和安心地使车辆与对象物擦身而过。
用于解决技术问题的技术手段
为了实现上述目的，本发明的车辆控制系统搭载于车辆，该车辆控制系统具有：障碍物检测传感器，该障碍物检测传感器检测对象物；以及车辆控制装置，当车辆在对象物的周围行驶时，该车辆控制装置至少在车辆与对象物之间设定速度分布区域，该速度分布区域被设定为越接近对象物则车辆相对于对象物的上限相对速度越小，在该速度分布区域中，车辆控制装置执行车辆的速度控制和/或转向控制以使车辆不超过上限相对速度，车辆控制系统还具有外部状态检测传感器，该外部状态检测传感器取得外部信息，该外部信息是影响车辆的驾驶员的可见性的与车辆的外部的状态有关的信息，车辆控制装置构成为：基于由外部状态检测传感器取得的外部信息，推定车辆的驾驶员的可见性的程度，并根据推定的可见性的程度变更速度分布区域中的上限相对速度。
根据上述构成的本发明，车辆控制系统能够根据驾驶员的可见性的变化，在速度分布区域中变更车辆相对于对象物的上限相对速度的分布。由此，在本发明中，能够考虑可见性地设定车辆与对象物擦身而过时的对象物与车辆之间的距离。
在本发明中，优选的是，在速度分布区域中，车辆控制装置将距离对象物相同距离处的上限相对速度设定为可见性的程度越低则越小。
在可见性低的状况下，车辆的驾驶员感到安心和安全的相对速度变得更低速。因此，在本发明中，通过将可见性低的状况下的上限相对速度设定为较小的值，能够实现即使可见性降低，驾驶员也感到安心和安全地使车辆与对象物擦身而过。
在本发明中，优选的是，速度分布区域根据距离对象物的横向距离规定上限相对速度，车辆控制装置根据可见性的程度变更距离对象物的横向距离与上限相对速度的关系。
当车辆与对象物擦身而过时感到安全和安心的相对速度依赖于对象物与车辆的横向距离。因此，在本发明中，通过至少变更横向距离与上限相对速度的关系，能够规定与可见性的程度对应的合适的上限相对速度。
在本发明中，优选的是，外部信息至少包括天气、时刻或车辆外部的亮度。
根据上述构成的本发明，至少能够将天气(雨天等)、时刻(傍晚、夜间等)或者车辆外部的亮度作为影响可见性的主要因素来考虑。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种车辆控制系统，该车辆控制系统能够实现即使可见性降低，驾驶员也感到安全和安心地使车辆与对象物擦身而过。
附图说明
图1是本发明的实施方式的车辆控制系统的结构图。
图2是本发明的实施方式的障碍物回避控制的说明图。
图3是表示本发明的实施方式的相对于障碍物的相对速度的容许上限值与间隙的关系的图。
图4是本发明的实施方式的行驶路径修正处理的说明图。
图5是本发明的实施方式的车辆模型的说明图。
图6是本发明的实施方式的禁止进入区域的说明图。
图7A是本发明的实施方式的关于可见性良好时的速度分布区域的设定的说明图。
图7B是本发明的实施方式的关于可见性良好时的速度分布区域的设定的说明图。
图8A是本发明的实施方式的关于可见性不良时的速度分布区域的设定的说明图。
图8B是本发明的实施方式的关于可见性不良时的速度分布区域的设定的说明图。
图9是本发明的实施方式的车辆控制装置的处理流程。
图10是本发明的实施方式的用于设定速度分布区域的增益系数的设定处理流程。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的车辆控制系统进行说明。首先，参照图1对车辆控制系统的结构进行说明。图1是车辆控制系统的结构图。
如图1所示，车辆控制系统100搭载于车辆1(参照图2)，具有车辆控制装置(ECU)10、多个传感器以及多个控制系统。多个传感器包含车载拍摄装置21、毫米波雷达22、车速传感器23、定位系统24、导航系统25、雨刮器传感器26以及光度传感器27。另外，多个控制系统包含发动机控制系统31、制动控制系统32以及转向控制系统33。
ECU10由具有处理器、存储各种程序的存储器以及输入输出装置等的计算机装置构成。ECU10构成为基于从多个传感器接收到的信号，能够对发动机控制系统31、制动控制系统32以及转向控制系统33分别输出用于使发动机系统、制动系统以及转向系统适当地工作的请求信号。因此，ECU10在功能上具有数据获取部、对象物检测部、位置及相对速度计算部、速度分布区域设定部、路径计算部以及行驶控制执行部。
车载拍摄装置21对车辆1的周围进行拍摄，并输出拍摄到的图像数据。ECU10基于图像数据确定对象物(例如，车辆、行人、结构物)。另外，ECU10能够从图像数据中确定对象物的行进方向或前后方向。
毫米波雷达22是测定对象物(特别是前方的车辆、停车中的车辆、行人、障碍物以及道路结构物等)的位置和速度的测定装置，该毫米波雷达22向车辆1的前方发送电波(发射波)，并接收由对象物反射发射波而产生的反射波。然后，毫米波雷达22基于发射波和接收波测定车辆1与对象物之间的距离(例如，车间距离)、对象物与车辆1的相对速度以及对象物的存在范围或大小(宽度)。另外，在本实施方式中，代替毫米波雷达22，也可以构成为使用激光雷达、超声波传感器以及车载拍摄装置等来测定与对象物的距离及相对速度、以及对象物的存在范围或大小。另外，也可以使用多个传感器来构成用于测定对象物的位置、速度以及存在范围的测定装置。在本实施方式中，车载拍摄装置21和/或毫米波雷达22相当于障碍物检测传感器。
车速传感器23计算出车辆1的绝对速度。
定位系统24为GPS系统和/或陀螺系统，并计算出车辆1的位置(当前车辆位置信息)。
导航系统25在其内部存储地图信息，并能够向ECU10提供地图信息。ECU10基于地图信息以及当前车辆位置信息，确定存在于车辆1周围(尤其是行进方向前方)的道路、交通信号、结构物等。地图信息也可以存储于ECU10内。
雨刮器传感器26输出表示雨刮器的工作状态的工作信号。即，在雨刮器工作期间输出“开”信号，在雨刮器不工作期间输出“关”信号。当ECU10接收到开信号时，ECU10判定天气是雨天。
光度传感器27测定车辆1的外部的亮度(光度)，并输出与外部的光度对应的测定信号。在本实施方式中，雨刮器传感器26和光度传感器27相当于外部状态检测传感器。
发动机控制系统31是控制车辆1的发动机的控制器。在需要使车辆1加速或减速的情况下，ECU10对发动机控制系统31输出请求变更发动机输出的发动机输出变更请求信号。
制动控制系统32是用于控制车辆1的制动装置的控制器。在需要使车辆1减速的情况下，ECU10对制动控制系统32输出请求产生对车辆1的制动力的制动请求信号。
转向控制系统33是控制车辆1的转向装置的控制器。在需要变更车辆1的行进方向的情况下，ECU10对转向控制系统33输出请求变更转向方向的转向方向变更请求信号。
接下来，参照图2到图5，对本实施方式的车辆控制系统100中所执行的目标行驶路径计算处理进行说明。图2是障碍物回避控制的说明图，图3是表示障碍物回避控制中的障碍物与车辆之间的擦身而过的速度的容许上限值与间隙的关系的说明图，图4是行驶路径修正处理的说明图，图5是车辆模型的说明图。
在图2中，车辆1在行驶道路(车道)7上行驶，与行驶中或停车中的车辆3擦身而过并正要超过车辆3。
一般而言，在与道路上或道路附近的障碍物(例如，前方的车、停车中的车辆、行人、结构物等)擦身而过时(或超过时)，车辆1的驾驶员在与行进方向正交的横向上使车辆1与障碍物之间保持规定的间隙或间隔(横向距离)并且减速至车辆1的驾驶员感到安全的速度。具体而言，为了避免前方的车突然改变前进道路、从障碍物的死角出现行人、停车中的车辆的车门打开等危险，间隙越小，相对于障碍物的相对速度越小。
另外，一般而言，从后方接近前方的车时，车辆1的驾驶员根据沿行进方向的车间距离(纵向距离)调整速度(相对速度)。具体而言，当车间距离大时，维持大的接近速度(相对速度)，但当车间距离变小时，使接近速度变为低速。并且，在规定的车间距离使两车之间的相对速度为零。这在前方的车是停车中的车辆的情况下也是一样的。
这样，驾驶员一边考虑障碍物与车辆1之间的距离(包括横向距离和纵向距离)和相对速度的关系，一边驾驶车辆1以避开危险。
在此，如图2所示，在本实施方式中，车辆1构成为相对于由车辆1检测到的障碍物(例如，停车中的车辆3)，在障碍物的周围(遍及横向区域、后方区域以及前方区域)或至少在障碍物与车辆1之间设定二维分布(速度分布区域40)，该二维分布规定车辆1的行进方向上的相对速度的容许上限值(以下也称为“上限相对速度”)。在速度分布区域40中，在障碍物的周围的各点处设定有相对速度的容许上限值(上限相对速度)Vlim。在本实施方式中的自动驾驶支援控制中，实施了用于防止车辆1相对于障碍物的相对速度超过速度分布区域40内的容许上限值Vlim的障碍物回避控制。
由图2可知，速度分布区域40原则上被设定为与障碍物的横向距离以及纵向距离越小(越接近障碍物)，则相对速度的容许上限值越小。另外，在图2中，为了便于理解，显示了将具有相同容许上限值的点连结而成的等相对速度线。等相对速度线a、b、c、d各自的容许上限值Vlim相当于0km/h、20km/h、40km/h、60km/h。在本例中，各等相对速度区域设定为大致矩形。另外，在等相对速度线a和障碍物之间设定有禁止进入区域42。
另外，速度分布区域40不一定要设定为遍及障碍物的整周，也可以设定为至少在障碍物的后方以及车辆1所存在的障碍物的横向的一侧(在图2中是车辆3的右侧区域)。
如图3所示，当车辆1以某个绝对速度行驶时，在障碍物的横向上设定的容许上限值Vlim是：当间隙X为D0(安全距离)时容许上限值Vlim为0(零)km/h；当间隙X在D0以上时容许上限值Vlim以二次函数的方式增加(Vlim＝k(X-D0)2。其中X≥D0)。即，为了确保安全，在间隙X为D0以下时车辆1的相对速度为零。另一方面，在间隙X为D0以上时，间隙越大则车辆1就越有可能以较大的相对速度擦身而过。
在图3的例子中，障碍物的横向上的容许上限值由Vlim＝f(X)＝k(X-D0)2定义。另外，k是与Vlim相对于X的变化程度相关联的增益系数(常数)。另外，D0也是常数。但是，k、D0也可以构成为根据障碍物的种类等来设定。
另外，在本实施方式中，Vlim被定义为X的二次函数，但不限于此，也可以由其他函数(例如一次函数等)来定义。另外，参照图3对障碍物的横向的容许上限值Vlim进行了说明，但是能够同样地设定包含障碍物的纵向在内的所有的径向方向。此时，可以根据自障碍物的方向来设定系数k、安全距离D0。
另外，速度分布区域40能够基于各种参数来设置。作为参数，例如能够考虑车辆1与障碍物的相对速度、车辆1的行进方向、障碍物的移动方向和移动速度、障碍物的长度以及车辆1的绝对速度等。即，能够基于这些参数来选择系数k和安全距离D0。另外，也可以考虑障碍物的种类。
另外，在本实施方式中，障碍物包含车辆、行人、自行车、悬崖、沟、洞以及坠落物等。此外，能够用汽车、卡车以及摩托车等来区分车辆。能够用大人、小孩以及团体等来区分行人。在本实施方式中，特别是，障碍物被分类为车辆、行人(包括自行车)、在道路上不移动的结构物(护栏、电线杆、路缘石、墙等)的至少三种类别。
如图2所示，当车辆1在行驶道路7上行驶时，车辆1的ECU10基于来自车载拍摄装置21的图像数据检测到障碍物(车辆3)。此时，障碍物的类别(在该情况下为车辆)被确定。
另外，ECU10基于毫米波雷达22的测定数据和车速传感器23的车速数据，计算出障碍物(车辆3)相对于车辆1的位置与相对速度(和绝对速度)、以及障碍物的大小。另外，障碍物的位置包含沿着车辆1的行进方向的y方向位置(纵向距离)和沿着与行进方向正交的横向的x方向位置(横向距离)。
ECU10对于检测到的所有障碍物(在图2的情况下为车辆3)分别设定速度分布区域40。并且，ECU10进行障碍物回避控制以使车辆1的速度不超过速度分布区域40的容许上限值Vlim。因此，伴随着障碍物回避控制，ECU10修正目标行驶路径。目标行驶路径(包含目标位置和目标速度)由ECU10按规定的重复时间(例如每0.1～0.3秒)来计算。例如，目标行驶路径被设定为车辆1以规定速度(用户设定速度、标识速度等)在行驶道路7的宽度方向的中央位置行驶。
即，当车辆1在目标行驶路径行驶时，当在某个目标位置处的目标速度超过由速度分布区域40规定的容许上限值时，不变更目标位置而降低目标速度(图2的路径Rc1)，或者不变更目标速度而将目标位置变更到迂回路径上以使得目标速度不超过容许上限值(图2的路径Rc3)，或者变更目标位置和目标速度双方(图2的路径Rc2)。
例如，图2表示计算出的目标行驶路径R是以60km/h(目标速度)在行驶道路7的宽度方向的中央位置(目标位置)行驶的路径的情况。在该情况下，停车中的车辆3在前方作为障碍物而存在，但是如上所述，在目标行驶路径R的计算阶段中，为了降低计算负荷，没有考虑该障碍物。
当在目标行驶路径R行驶时，车辆1依次横穿过速度分布区域40的等相对速度线d、c、c、d。即，以60km/h行驶的车辆1进入等相对速度线d(容许上限值Vlim＝60km/h)的内侧区域。因此，ECU10修正目标行驶路径R以将目标行驶路径R的各目标位置处的目标速度限制为容许上限值Vlim以下，并生成修正后的目标行驶路径Rc1。即，在修正后的目标行驶路径Rc1中，为了在各目标位置处目标车速为容许上限值Vlim以下，随着与车辆3接近而目标速度逐渐降低到小于40km/h，之后，随着与车辆3远离而目标速度逐渐增加到原来的60km/h。
另外，目标行驶路径Rc3是设定为不变更目标行驶路径R的目标速度(60km/h)，因而在等相对速度线d(相当于相对速度60km/h)的外侧行走的路径。为了维持目标行驶路径R的目标速度，ECU10修正目标行驶路径R以变更目标位置而使得目标位置位于等相对速度线d上或其外侧，并生成目标行驶路径Rc3。因此，目标行驶路径Rc3的目标速度维持在作为目标行驶路径R的目标速度的60km/h。
另外，目标行驶路径Rc2是目标行驶路径R的目标位置和目标速度双方都被变更的路径。在目标行驶路径Rc2中，目标速度不维持在60km/h，而是随着与车辆3接近而逐渐降低，之后随着与车辆3远离而逐渐增加到原来的60km/h。
如图4所示，ECU10作为目标行驶路径计算部(路径计算部)10a发挥作用，并且基于上述传感器信息等来计算目标行驶路径R。然后，当检测到障碍物时，ECU10(目标行驶路径计算部10a)通过行驶路径修正处理来计算修正行驶路径(例如，R1～R3)。在本实施方式中，该行驶路径修正处理是使用评价函数J的最优化处理。
ECU10将评价函数J、约束条件以及车辆模型存储于存储器。在行驶路径修正处理中，在满足约束条件以及车辆模型的范围内，ECU10计算出评价函数J为最小的修正行驶路径(最优化处理)。
评价函数J具有多个评价因子。本例的评价因子是例如关于速度(纵向及横向)、加速度(纵向及横向)、加速度变化量(纵向及横向)、偏航率、相对于车道中心的横向位置、车辆角度、转向角以及其他的软约束，用于评价目标行驶路径与修正行驶路径的差的函数。
评价因子包括与车辆1的纵向行动有关的评价因子(纵向评价因子：纵向的速度、加速度、加速度变化量等)以及与车辆1的横向行动有关的评价因子(横向评价因子：横向的速度、加速度、加速度变化量、偏航率、相对于车道中心的横向位置、车辆角度、转向角等)。
具体而言，用以下公式来描述评价函数J。
Figure BDA0002585055370000081
公式中，Wk(Xk-Xrefk)2是评价因子，Xk是与修正行驶路径的评价因子相关的物理量，Xrefk是与目标行驶路径(修正前)的评价因子相关的物理量，Wk是评价因子的权重值(例如0≤Wk≤1)(其中，k＝1～n)因此，本实施方式的评价函数J是关于n个评价因子的物理量，对修正行驶路径的物理量相对于假设不存在障碍物而计算出的目标行驶路径(修正前)的物理量的差的平方和进行加权，相当于规定期间(例如N＝3秒)的整个行驶路径长度上的合计值。
约束条件包括限制车辆1的行动的至少一个约束因子。各约束因子与任意的评价因子直接或间接地相关联。因此，利用约束条件限制车辆1的行动(即，评价因子的物理量)，由此能够使通过评价函数J进行的最优化处理提前收敛，从而能够缩短计算时间。另外，根据驾驶支援控制而设定不同的约束条件。
在本例的约束因子中，例如速度(纵向及横向)、加速度(纵向及横向)、加速度变化量(纵向及横向)、车速时间偏差、相对于中心位置的横向位置、车间距离时间偏差、转向角、转向角速度、转向转矩、转向转矩率、偏航率、车辆角度。在这些约束因素中，分别设定容许的数值范围(例如，-4m/s2≤纵向加速度≤3m/s2、-5m/s2≤横向加速度≤5m/s2)。例如，通过约束条件来限制对乘坐舒适度产生较大影响的纵向以及横向的加速度，能够限制修正行驶路径中的纵向G与横向G的最大值。
车辆模型规定车辆1的物理运动，并通过以下的运动方程式来记述。该车辆模型在本例中是图5所示的两轮模型。通过用车辆模型来规定车辆1的物理运动，能够计算出降低了行驶时的违和感的修正行驶路径，并且能够使通过评价函数J进行的最优化处理提前收敛。
Figure BDA0002585055370000091
Figure BDA0002585055370000092
在图5及公式中，m为车辆1的质量，I为车辆1的偏航惯性力矩，l为轴距，lf为车辆重心点与前车轴之间的距离，lr为车辆重心点与后车轴之间的距离，Kf为前轮每个轮子的轮胎侧偏力(日语：タイヤコーナリングパワー)，Kr为后轮每个轮子的轮胎侧偏力，V是车辆1的车速，δ是前轮的实际转向角，β是车辆重心点的侧滑角，r是车辆1的偏航角速度，θ是车辆1的偏航角，y是车辆1相对于绝对空间的横向位移，t是时间。
ECU10基于目标行驶路径、约束条件、车辆模型以及障碍物信息等，从多个修正行驶路径中计算出评价函数J成为最小的修正行驶路径。即，在行驶路径修正处理中，ECU10作为输出最优化问题的解的求解器发挥作用。因此，作为最优解而被计算出的修正行驶路径确保相对于障碍物的适度的距离和相对速度，并选择沿着最(接近)修正前的目标行驶路径的路径。
接下来，参照图6对设置在本实施方式的速度分布区域内的禁止进入区域(个人区域)进行说明。图6是禁止进入区域的说明图。另外，图6中的尺寸未必正确。
如图6所示，在速度分布区域40中，在等相对速度线a(Vlim＝0km/h；零边界线)的内侧区域设定有接近区域(相对速度零区域)44。在自动驾驶支援控制的执行期间，车辆1被控制为不进入接近区域44内。然而，当对象物做出急剧的行动(例如，紧急制动、变道等)时，允许车辆1进入接近区域44内。在车辆1进入接近区域44内的情况下，ECU10计算行驶路径以使车辆1从接近区域44向外部远离，并基于此执行速度控制和/或转向控制。
例如，在车辆1从后方进入前方的车辆3(行驶车辆)的接近区域44内的情况下，车辆1以相对速度变为负的方式(即，车辆1的车速比前方的车辆3的车速慢)进行速度控制(例如制动控制)。通过该控制，车辆1成为位于接近区域44的后方。
另外，在接近区域44内，在前方的车辆3的外侧与等相对速度线a分离地设定有进入禁止区域42。与接近区域44不同，不允许车辆1进入禁止进入区域42内。因此，即使在由于对象物的急剧的行动而导致车辆1超过等相对速度线a而进入了接近区域44内(进入禁止区域42与等相对速度线a之间的安全缓冲区内)的情况下，ECU10也执行自动驾驶支援控制从而不使车辆1进入禁止进入区域42内。因此，在使用上述评价函数J的行驶路径修正处理中，禁止进入区域被设定为最严格的约束条件(约束因子)之一。由此，在对象物做出了急剧的行动的情况下，通过速度控制和/或转向控制，能够避免车辆1进入禁止进入区域内。
在本实施方式中，禁止进入区域42不是简单地被设定为用于避免车辆1与前方的车辆3碰撞的距离，而是设定为当车辆1接近前方的车辆3时，车辆1的乘员能够不感到危险，而是感到正在安全驾驶的距离。
以下对禁止进入区域42和接近区域44进行详细说明。
如图6所示，禁止进入区域42被设定为前方的车辆3的周围(整周)的区域。即，禁止进入区域42是分别设定在前方的车辆3的前方位置、后方位置以及侧方位置的，被前方边界线42A(前方端)、后方边界线42B(后方端)以及侧方边界线42C(侧方端)所包围的矩形区域。
另外，在以下的公式中，Lc是车辆1的全长(纵长)(m)，Wc是车辆1的全宽(横向的长度)(m)。
前方边界线42A被设定为从前方的车辆3的前方端离开规定的前方距离Da的位置。规定的前方距离Da由以下的公式1求出。
Da＝Lc/2+Ma…(公式1)
Ma＝k1Vp+k2
其中，Ma为安全裕度(m)，Vp是前方的车辆3的行驶速度(m/s)(车辆1的行进方向的绝对速度)，k1是速度系数，k2是距离系数。安全裕度Ma包括速度因子项(k1Vp)和距离因子项(k2)。速度系数k1是常数(例如k1＝0.5)，距离系数k2根据对象物的类别而设定(例如，在为车辆的情况下，k2＝5(m))。
另外，后方边界线42B被设定为从前方的车辆3的后方端离开规定的后方距离Db的位置。规定的后方距离Db由以下的公式2求出。
Db＝Lc/2+Mb…(公式2)
Mb＝k3
其中，Mb是安全裕度(m)，k3是距离系数。安全裕度Mb仅包括距离因子项(k3)。距离系数k3根据对象物的类别而设定(例如，在为车辆的情况下，k3＝2(m))。其中，Mb也可以包括速度因子项。
另外，侧方边界线42C被设定为从前方的车辆3的侧方端离开规定的侧方距离Dc的位置。规定的侧距离Dc由以下的公式3求出。
Dc＝Wc/2+Mc…(公式3)
Mc＝k4Vp+k5
其中，Mc是安全裕度，k4是速度系数，k5是距离系数。安全裕度Mc包括速度因子项(k4Vp)和距离因子项(k5)。另外，速度系数k4是常数(例如k4＝0.1)，距离系数k5根据对象物的类别而设定(例如，在为车辆的情况下，k5＝0.5(m))。
另外，如图6所示，由从前方的车辆3的前方端和后方端离开距离(Lc/2)的位置所示的单点划线与从前方的车辆3的侧方端离开距离(Wc/2)的位置所示的一点划线所包围的矩形区域设定为接触区域T。
在本实施方式中，车辆1作为位于车辆1的中心位置C(纵向及横向的中点)的车辆进行各种计算。因此，如果车辆1的中心位置C未进入接触区域T，则车辆1与前方的车辆3不会接触或碰撞。
在本实施方式中，从公式1、公式2可知，除了在接触区域T内设定的距离(Lc/2)之外，还设定有用于对应速度变化的纵向的安全裕度Ma、Mb。此外，从公式3可知，除了在接触区域T内设定的距离(Wc/2)之外，还设定有用于对应紧急的横向移动、车门的开门等的横向的安全裕度Mc。
另外，在本实施方式中，速度系数k1、k4是常数，但也可以设定为根据车辆1和/或前方的车辆3的车速(绝对速度)等而变化。
另外，如图6所示，接近区域(相对速度零区域)44形成为大致五角形。相对速度零区域44是分别设定在前方的车辆3的前方位置、后方位置以及侧方位置的，由前方边界线44A(前方端)、后方边界线44B(后方端)以及侧方边界线44C(侧方端)所包围的区域。另外，后方边界线44B的两端部和侧方边界线44C的后方端部通过俯视下为斜线的后方倾斜线44D而连接。
前方边界线44A被设定为从前方边界线42A向前方离开规定的前方距离Ka的位置。规定的前方距离Ka由以下的公式4求出。
Ka＝k6×(Vp-Vc)+k7(其中，Ka≥0)…(公式4)
其中，Vc为车辆1的行驶速度(绝对速度)。系数k6、k7为常数(例如k6＝1、k7＝20(m))。另外，在Vc>Vp且Ka<0的情况下，设定Ka＝0。
后方边界线44B被设定为从后方边界线42B向后方离开规定的后方距离Kb的位置。规定的后方距离Kb由以下的公式5求出。
Kb＝(THW或TTC)×Vc+k8…(公式5)
其中，THW为车头时间。另外，TTC为碰撞余量时间，即车辆1与前方的车辆3的车间距离除以相对速度得到的值。在本实施方式中，(THW或TTC)该项采用车头时间或碰撞余量时间中较大的一方。另外，系数k8为常数(例如，k8＝2(m))。
侧方边界线44C被设定为从侧方边界线42C向侧方离开规定的侧方距离Kc的位置。规定的侧方距离Kc由以下的公式6求出。
Figure BDA0002585055370000121
其中，(Dc-Wc/2)是禁止进入区域42和接触区域T的横向上的间隔距离，并且在考虑公式3的情况下，规定的侧方距离Kc通过以下的公式7求出。
Figure BDA0002585055370000122
其中，系数k9是常数(例如，k9＝3.29)。
后方倾斜线44D是将侧方边界线44C和后方边界线42B的假想交点与后方边界线44B和接触区域T的侧方边界线的假想交点相连接的线。
在本实施方式中，ECU10在存储器中存储上述的系数k(k1～k9)、其他数值Lc、Wc等，并使用与对象物的类别对应的系数设定速度分布区域40。
另外，速度分布区域40不限于上述的计算方法，能够基于各种参数而设定。作为参数，例如可以考虑车辆1与对象物的相对速度、车辆1的行进方向、对象物的移动方向与移动速度、对象物的长度以及车辆1的绝对速度等。也可以考虑对象物的种类。即，能够基于这些参数来选择系数k、计算公式。
接下来，参照图7和图8对本实施方式中根据可见性的程度的速度分布区域的设定进行说明。图7是当可见性良好时的速度分布区域的设定的说明图，图8是当可见性不良时的速度分布区域的设定的说明图。另外，在图7A和图8A中，为了便于理解，以简单的形状表示速度分布区域。
在本实施方式中，可见性良好时是指驾驶员通过肉眼观察容易掌握车辆1的外部的交通环境的状况(例如，白天的晴天时)。另一方面，在本实施方式中，可见性不良时是指驾驶员难以通过肉眼观察来掌握车辆1的外部的交通环境的状况(例如，下雨时、不满足规定亮度的傍晚/夜间)。
在图7A中，在可见性良好的状况下，车辆1在行驶道路7上行驶。在车辆1的周围，存在停车中的车辆3以及行人5。ECU10对于这些对象分别设定速度分布区域40a1、40b1。另外，在图7A中显示了维持相同速度(例如20km/h、40km/h、60km/h以及80km/h)时的作为目标的行驶路径。
在图7A中，在各对象物的横向位置中，基于图7B所示的关系(Vlim＝k(X-D0)2)设定速度分布区域。增益系数k设定为10(k＝10)。另外，参照图6，横向的安全距离D0相当于“Mc+Kc”。另外，从横向距离X减去安全距离D0得到的横向容许距离(X-D0)相当于从等相对速度线a到车辆1的侧部的距离。
因此，在可见性良好的情况下(图7)，在横向容许距离1m(X-D0＝1)处，相对速度的容许上限值为10km/h(Vlim＝10)，在横向容许距离2m(X-D0＝2)处，相对速度的容许上限值为40km/h(Vlim＝40)。
另一方面，在图8A中，在可见性不良的状况下，车辆1在行驶道路7上行驶。同样地，ECU10对于存在于车辆1周围的停车中的车辆3、行人5，在各对象物的横向位置中，基于图8B所示的关系，分别设定速度分布区域40a 2、40b2。在该情况下，将增益系数k设定为8(k＝8)。通过将增益系数k设定为较小的值，使速度分布区域沿横向扩展。在图8B中，虚线相当于k＝10。
因此，在可见性不良的情况下(图8)，在横向容许距离1m(X-D0＝1)处，相对速度的容许上限值为8km/h(Vlim＝8)，在横向容许距离2m(X-D0＝2)处，相对速度的容许上限值为32km/h(Vlim＝32)。相对速度的容许上限值为40km/h(Vlim＝40)时的横向容许距离约为2.24m(X-D0＝2.24)。
这样，例如，在车辆以相对速度40km/h超过对象物的情况下，在可视性良好的情况下(图7)，车辆能够通过横向容许距离2m的位置，但是在可视性不良的情况下(图8)，车辆必须通过横向容许距离约2.24m的位置。即，在可见性不良时，车辆1受到限制因而在横向上离对象物更远的位置行驶。
接着，参照图9和图10对本实施方式的车辆控制系统的处理流程进行说明。图9是车辆控制装置的处理流程图，图10是用于速度分布区域的设定的增益系数的设定处理流程图。
如图9所示，当车辆1在行驶道路上行驶时(参照图2)，车辆1的ECU10(数据取得部)从多个传感器取得各种数据(S10)。具体而言，ECU10从车载拍摄装置21接收拍摄车辆1的前方的图像数据并从毫米波雷达22接收测定数据。
ECU10(对象物检测部)对从至少包括车载拍摄装置21的外部传感器取得的数据进行处理并检测对象物(S11)。具体而言，ECU10执行图像数据的图像处理，并将前方的车辆3作为对象物进行检测。此时，对象物的类别(在该情况下为车辆)被确定。另外，ECU10能够从地图信息检测出特定的障碍物的存在。
另外，ECU10(位置与相对速度计算部)根据测定数据，计算出检测到的对象物(前方的车辆3)相对于车辆1的位置与相对速度以及对象物的大小。另外，对象物的位置包括沿着车辆1的行进方向的纵向位置(纵向距离)和沿着与行进方向正交的横向的横向位置(横向距离)。相对速度可以直接使用测定数据中包含的相对速度，也可以从测定数据计算出沿着行进方向的速度分量。另外，虽然不一定要计算与行进方向正交的速度分量，但是如果需要，也可以从多个测定数据和/或多个图像数据来推定该速度分量。
ECU10(速度分布区域设定部)对于检测到的对象物(即，前方的车辆3)设定速度分布区域40(S12)。ECU10(路径计算部)基于设定的速度分布区域40，计算车辆1能够行驶的路径以及该路径上的各位置处的设定车速或目标速度(S13)。并且，为了使车辆1在计算出的路径行驶，ECU10(行驶控制执行部)执行行驶控制(S14)。
另外，由于图9的处理流程每隔规定时间(例如0.1秒)重复执行，所以计算出的路径(位置及速度)随着时间经过而变化。
此外，如图10所示，ECU10与设定速度分布区域40的处理(S12)相关联地基于传感器信息执行设定增益系数k的处理。在该处理中，推定车辆1的驾驶员的可见性，根据推定的可见性的程度来设定增益系数k的大小。
在该处理中，ECU10首先读取从雨刮器传感器26、光度传感器27接收的信号(S20)。具体而言，ECU10接收来自雨刮器传感器26的工作信号(开信号或关信号)，并且接收来自光度传感器27的与外部光度相应的测定信号。
接着，ECU10对从雨刮器传感器26接收的工作信号是否为开信号进行判定(S21)。当工作信号为开信号时(S21：是)，ECU10判定外部状态为雨天。进一步，ECU10基于从光度传感器27接收到的测定信号对外部状态是否为夜间进行判定(S22)。具体而言，在测定信号所表示的光度为规定值以下的情况下，ECU10判定外部状态为夜间(S22：是)。在该情况下，推定可见性的程度为最不良。基于该推定，ECU10将增益系数设定为“7”(k＝7)(S23)，并结束处理。
另一方面，当工作信号为关信号时(S21：否)，ECU10判定外部状态为晴天(或阴天)。进一步，ECU10基于从光度传感器27接收到的测定信号，对外部状态是否为夜间进行判定(S24)。具体而言，在测定信号所表示的光度超过规定值的情况下，ECU10判定外部状态不是夜间(即，白天)(S24：否)。在该情况下，推定可见性的程度为良好。基于该推定，ECU 10将增益系数设定为“10”(k＝10)(S26)，并结束处理。
此外，在判定为雨天(S21：是)且白天(S22：否)的情况下，以及判定为晴天(S21：否)且夜间(S24：是)的情况下，推定可见性的程度为第二不良。基于该推定，ECU10将增益系数设定为“8”(k＝8)(S25)，并结束处理。
如上所述，在本实施方式中，在可见性最不良的状况的“雨天且夜间”的情况下，增益系数k被设定为7，在可见性第二不良的状况的“雨天且白天”以及“晴天且夜间”的情况下，增益系数k被设定为8，在可见性良好的状态的“晴天且白天”的情况下，增益系数k被设定为10。
这样，在本实施方式中，随着可见性降低，增益系数k被设定为较小的值。由此，在本实施方式中，若以相同的相对速度的容许上限值进行比较，则可见性越低对于对象物的容许上限值的横向距离被设定为越大。因此，在本实施方式中，能够实现即使可见性降低，车辆1的驾驶员也能感到安全和安心地使车辆1与对象物擦身而过。
另外，在本实施方式中，根据雨刮器的工作状况来判定天气，但并不限于此，也可以通过外部信息取得传感器从外部取得无线天气信息来判定天气。另外，在本实施方式中，仅将天气分类为雨天和晴天的两个等级，但不限于此，也可以分类为更多的等级。例如，天气也可以包括积雪时、起雾时、微粒子状物质(PM2.5等)的悬浮时等。
进一步，在本实施方式中，根据光度测定数据来判定亮度，但不限于此，也可以使用时钟作为外部状态检测传感器，根据季节和时刻来判定亮度。此时，也可以将定位系统24、导航系统25作为附加传感器来考虑当前位置。进一步，虽然仅将亮度分类为夜间和白天两个等级，但也可以分为更多等级。并且，也可以根据这些多等级的天气与光度的组合来设定增益系数k。此外，根据可见性的程度，可以无级地连续地变更增益系数k。
另外，在本实施方式中，相对速度的容许上限值为零(0km/h)的位置(图2的等相对速度线a)不受可见性的变化的影响，但不限于此，也可以根据可见性的程度来变更等相对速度线a的位置。具体而言，若可见性降低，则也可以将等相对速度线a的位置设定在离对象物更远的位置。
以下，对本实施方式的车辆控制装置的作用进行记载。
在本实施方式中，在规定的对象物(例如，车辆3、行人5)的周围，至少在车辆1与对象物之间设定速度分布区域40(40a1、40b1、40a2、40b2)，该速度分布区域40规定相对于对象物的多个相对速度的容许上限值Vlim(例如0、20、40、60km/h等)的分布，车辆控制装置(ECU)10执行车辆1的速度控制和/或转向控制以使车辆1不超过该速度分布区域40规定的多个相对速度的容许上限值Vlim，车辆控制装置10构成为基于由外部状态检测传感器(例如，雨刮器传感器26，光度传感器27)取得的外部环境信息(例如，雨刮器工作状况、光度)来推定车辆1的驾驶员的可见性的程度(图10的S21、S22、S24)，并根据推定的可见性的程度对速度分布区域40中的多个相对速度的容许上限值Vlim的分布进行变更。
在这样的本实施方式中，车辆控制装置10能够根据驾驶员的可见性的变化，在速度分布区域40中，对车辆1相对于对象物的相对速度的容许上限值Vlim的分布进行变更。由此，在本实施方式中，能够考虑可见性地设定车辆1与对象擦身而过时的对象物与车辆之间的距离。
另外，在本实施方式中，在速度分布区域40中，车辆控制装置10将距离对象物相同距离处的相对速度的容许上限值Vlim设定为可见性的程度越低则越小。在可见性低的情况下，使车辆1的驾驶员感到安心和安全的相对速度变得更低速。因此，在本实施方式中，在可见性低的情况下，通过将相对速度的容许上限值Vlim设定为较小的值，能够实现即使可见性降低，车辆1的驾驶员也感到安心和安全地使车辆1与对象物擦身而过。
另外，在本实施方式中，速度分布区域40根据距离对象物的横向距离X规定有多个相对速度的容许上限值Vlim，车辆控制装置10根据可见性的程度来变更相对于距离对象物的横向距离X的相对速度的容许上限值Vlim的关系(图10的S23、S25、S26)。车辆1与对象物擦身而过时感到安全和安心的相对速度依赖于对象物与车辆1的横向距离X。因此，在本实施方式中，通过至少变更相对于横向距离X的相对速度的容许上限值Vlim的关系，能够规定与可见性的程度对应的合适的相对速度的容许上限值Vlim。
另外，在本实施方式中，外部环境信息至少包含天气、时刻或车辆外部的亮度。在本实施方式中，至少能够将天气(雨天等)、时刻(傍晚、夜间等)或者车辆1外部的亮度作为影响可见性的主要因素来考虑。
符号说明
1 车辆
3 车辆(对象物)
5 行人(对象物)
40、40a1、40a2、40b1、40b2 速度分布区域
44 接近区域
100 车辆控制系统
a、b、c、d 等相对速度线
D0 安全距离
T 接触区域
Ma、Mb、Mc 安全裕度
X 间隙
R1、R2、R3 路径

Claims (4)

1.一种车辆控制系统，该车辆控制系统装载于车辆，其特征在于，具有：
障碍物检测传感器，该障碍物检测传感器检测对象物；以及
车辆控制装置，当所述车辆在所述对象物的周围行驶时，该车辆控制装置至少在所述车辆与所述对象物之间设定速度分布区域，该速度分布区域被设定为越接近所述对象物则所述车辆相对于所述对象物的上限相对速度越小，在该速度分布区域中，所述车辆控制装置执行所述车辆的速度控制和/或转向控制以使所述车辆不超过所述上限相对速度，
所述车辆控制系统还具有外部状态检测传感器，该外部状态检测传感器取得外部信息，该外部信息是影响所述车辆的驾驶员的可见性的与所述车辆的外部的状态有关的信息，
所述车辆控制装置构成为：基于由所述外部状态检测传感器取得的所述外部信息，推定所述车辆的驾驶员的可见性的程度，并根据推定的可见性的程度变更所述速度分布区域中的所述上限相对速度。
2.根据权利要求1所述的车辆控制系统，其特征在于，
在所述速度分布区域中，所述车辆控制装置将距离所述对象物相同距离处的所述上限相对速度设定为所述可见性的程度越低则越小。
3.根据权利要求1或2所述的车辆控制系统，其特征在于，
所述速度分布区域根据距离所述对象物的横向距离规定所述上限相对速度，
所述车辆控制装置根据所述可见性的程度变更距离所述对象物的横向距离与所述上限相对速度的关系。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的车辆控制系统，其特征在于，
所述外部信息至少包括天气、时刻或车辆外部的亮度。
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