JP2000088872A

JP2000088872A - 車両用走行状態予測装置

Info

Publication number: JP2000088872A
Application number: JP25893798A
Authority: JP
Inventors: Yuji Hisaoka; 雄二久岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】より適切な将来の車両状態の予測を行う。【解決手段】演算処理装置２２において、路面μ取得
装置１６によって取得された路面の摩擦係数から許容横
加速度および許容減速度を算出する。地図データベース
１４から得られる所定地点毎の曲率情報を得る。現在の
車速より所定地点における横加速度を推定し、この横加
速度に対応する想定減速度を求める。この想定減速度は
摩擦円から求める許容減速度より小さい値とする。そし
て、この想定減速度により減速された後の推定車速、そ
の推定車速による横加速度、この横加速度に対応する想
定減速度、・・・を車速が０となるまで所定地点毎に順
次求める。ここで、この際得られる各地点毎の横加速度
のうち最大値が所定のしきい値を超える場合に、警報装
置２６から警報を発しあるいは減速装置２４により車両
の減速制御を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用走行状態予測
装置、特に車両の走行状態を正確に予測できる車両用走
行状態予測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より道路形状を利用した車両の走行
制御システムが種々提案されている。特開平６−３６１
８７号公報にもこのような走行制御システムの例とし
て、車両の走行経路に存在するコーナを適正に通過する
ための自動車の車速制御装置が開示されている。

【０００３】本従来例においては、走行中の走行経路の
ある一点において、タイヤのグリップ限界である許容合
成加速度と、その点における横方向加速度とから、自車
に与えてよい前後方向加速度の最大値を求め、この最大
値から、前後方向加速度に関する所定のしきい値を求め
るものである。次に、その前後方向加速度のしきい値に
より自車を減速していった場合に、停止するまでに要す
る走行距離の範囲内の区間に存在するコーナについて通
過可能な車両速度を求める。更に、現在車速からそのコ
ーナを通過できる車速まで減速するための前後方向加速
度が、前述した前後方向加速度のしきい値より大きいか
小さいかにより警報手段を作動させ、あるいは車速調整
手段を作動させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
おいては、実際に運転しているドライバの感覚とは合わ
ない警報、減速動作が行われる可能性がある。

【０００５】例えば、図８に示されるように、ノード
ａ，ｂ，ｃまでが直線部であり、ノードｄ，ｅでカーブ
となっているような走行経路を想定した場合、直線部で
あるノードａ，ｂ，ｃにおいて上述したしきい値を算出
すると、コーナの情報が考慮されないことになる。この
ため、カーブであるノードｄにおいて発生する横加速度
が考慮されず、直線部で求められたしきい値を基準とし
て減速の可否が決定される。しかし、ノードｄはカーブ
であるために、横加速度が発生する分許容合成加速度が
一定値の場合には、自車に与えてよい前後方向加速度は
相対的に小さくなるはずである。従って、横加速度を考
慮せずにもとめられた前後方向加速度のしきい値と同じ
大きさの減速を行ったと仮定した場合には、カーブであ
るノードｅを通過するための速度まで減速できるとして
も、ノードｄでは、その減速度を自車に与えることがで
きず、結果としてノードｅにおいて減速感が不足する可
能性がある。

【０００６】図８において、自車の進入速度を７０ｋｍ
／ｈとし、ノードｅにおいてコーナを回ることができる
速度を２０ｋｍ／ｈとした場合、破線で示されたタイミ
ングで減速を開始した場合には、ノードｅにおける適正
な速度である２０ｋｍ／ｈまでの減速は可能となる。し
かし、この場合には、ノードｄを通過するための適正な
速度である５０ｋｍ／ｈよりも、ノードｄを通過する時
点ではるかに小さな速度でノードｄを通過することにな
る。一方、ノードｄにおける通過速度を、なるべく適正
速度である５０ｋｍ／ｈに近づけようとして、減速の開
始を遅らせた場合には、ノードｄにおいて横加速度が発
生する分前後方向加速度を小さくせざるをえなくなり、
図８の実線に示されるように、ノードｅにおいて減速不
足が生じる可能性がある。

【０００７】以上の問題は、自車に与えてよい前後方向
加速度のしきい値を一度決定すると、所定の演算区間中
これを一定のものとして扱うために、その区間中に存在
する他のコーナ部における横加速度が考慮されないため
に発生する。このため、ドライバの感覚には必ずしも合
わない警報、減速制御となり、ドライブフィーリングを
悪化させる可能性がある。

【０００８】「関連技術」そこで、本出願人は、特願平
９−９７６８１号において、前後加速度（減速度）と、
横加速度のベクトル和が車両において許容される最大加
速度に一致する（許容最大加速度は前後加速度と横加速
度の摩擦円上に位置する）ことを前提とし減速度を推定
するシステムを提案した。これによって、横加速度が求
められれば、その時点における前後加速度（想定減速
度）が決定され、この推定減速度で減速が行われること
を前提とすることで、将来の車速および位置を予測でき
る。そこで、所定距離前方における車速を予測し、この
車速と道路曲率からそこでの横加速度を予測し、そこで
の想定減速度を決定できる。このような手法により、減
速を行うことを前提として将来の走行状態を予測するこ
とができ、前方を走行する際に横加速度が許容される値
をオーバーしてしまうかを判定することができる。従っ
て、ドライバのフィーリングにあった警告・減速制御が
行える。

【０００９】このように、この出願では、横加速度と減
速度のベクトル和を許容される最大の加速度に一致する
として推定減速度を決定した。ところが実際に各種試験
を行ったところ、横加速度と、減速度が同時に発生して
いる場合の合成加速度は、減速度だけ、あるいは横加速
度だけ発生している場合よりも小さいことが分かった。
さらに発生する最大横加速度と最大減速度は必ずしも一
致していないことが分かった。

【００１０】本発明は、上述の事実を前提としてなされ
たものであり、よりドライバのフィーリングに合致した
予測が行える車両用走行状態予測装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定地点にお
ける横加速度を検出する横加速度検出手段と、検出され
た横加速度に基づいて、その地点における想定減速度を
算出する想定減速度算出手段と、前記想定減速度に基づ
いて、将来の車速および車両位置を予測する予測手段
と、を含み、前記想定減速度算出手段は、検出した横加
速度と想定減速度との合成加速度が、少なくとも一部の
区間の横加速度に対し、横加速度許容値と前後加速度許
容値の合成として決定される許容合成加速度より小さく
なるように設定した関係に基づいて、想定減速度を算出
することを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、車速を検出する車速検出
手段と、道路の曲率を含む道路データを記憶する地図デ
ータベースと、を有し、前記予測手段は、想定減速度お
よび道路の曲率に基づいて、将来の複数地点における車
速、横加速度、想定減速度を順次予測することが好適で
ある。

【００１３】また、前記想定減速度算出手段は、上述の
請求項３記載の第（１）式に基づいて、想定減速度を算
出することが好適である。

【００１４】このように、本発明によれば、横加速度と
想定減速度のベクトル和がタイヤのグリップ力に対応す
る摩擦円上に位置するという力学的な減速によって、想
定減速度を算出するのではなく、実際に即した両者の関
係から、想定減速度を算出する。従って、よりドライバ
のフィーリングにあった想定減速度を算出することがで
き、よりドライバのフィーリングにあった車両走行状態
の予測が可能となる。

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）について、図面に基づいて説明する。

【００１５】図１には、本発明にかかる車両用走行状態
予測装置の構成のブロック図が示される。図１におい
て、車輪速センサ１０により車速が検出される。また、
現在位置取得装置１２により取得された車両の現在位置
に応じて地図データベース１４に記憶された道路形状等
のデータが読み出される。この現在位置取得装置１２
は、例えばＧＰＳ等から現在位置を取得している。ま
た、路面μ取得装置１６により、走行経路の路面の摩擦
係数μが取得される。この路面μ取得装置１６は、例え
ばインフラ等の情報網や予め保有しているデータベース
あるいは種々のセンサからの演算等により路面の摩擦係
数μを得る装置であり、本発明にかかる道路状態を取得
する手段に相当する。更に、横加速度取得装置１８によ
り車両に加わる実際の横加速度も取得される。前後加速
度取得装置２０では、車両にかかっている実際の前後方
向加速度が取得される。これらの各装置により取得され
たデータは演算処理装置２２に入力され、所定の演算が
行われる。

【００１６】この演算としては、路面μ取得装置１６に
よって取得された道路の摩擦係数μにより、タイヤのグ
リップ限界である許容合成加速度を算出し、この許容合
成加速度から横および前後方向の最大の加速度である許
容横加速度及び許容前後加速度が算出される。そして、
この許容横加速度および許容前後加速度に基づいて、横
加速度と、その横加速度の大きさに対応してドライバが
発生することができると考えられる想定減速度との関係
を決定する。

【００１７】次に、車輪速センサ１０によって取得され
た現在車速及び地図データベース１４から得られる所定
地点毎の曲率情報に基づき、所定地点における横加速度
を算出し、この算出した横加速度から、上述した関係に
基づいて想定減速度が算出される。更に、この想定減速
度により減速された後の所定距離先の推定車速を求め、
この推定車速から推定横加速度を求め、そして想定減速
度を求める。このような計算を所定地点毎に順次行う。
これによって、現在の走行状態から、将来のカーブにお
ける減速度を考慮して、車両の位置、車速などの走行状
態の予測が行える。

【００１８】また、上記演算処理装置２２には所定の減
速装置２４を接続するのも好適である。これにより、演
算処理装置２２で算出した車両の推定速度が所定の限界
を超えると予測された場合には、減速装置２４によって
減速する構成が可能となる。また、演算処理装置２２に
は警報装置２６を接続するのも好適である。これによ
り、上述した推定車速が所定の限界を超えると予測され
た場合には、警報装置２６により警報を発することが可
能となる。

【００１９】ここで、上述の想定減速度について、説明
する。路面の摩擦係数μが求まると、この摩擦係数に基
づいて発生可能なタイヤのグリップ力が決定される。そ
して、このタイヤのグリップ力で決定される摩擦円によ
り、許容横加速度と、許容前後加速度（許容減速度）が
決定される。すなわち、許容横加速度と許容前後加速度
のベクトル和（許容合成加速度）は、タイヤのグリップ
力に等しい。そこで、この横加速度を決定すれば、発生
されると想定される想定減速度は、この摩擦円を利用し
て計算で求められる。

【００２０】ところが、タイヤ、一輪でなく車両として
考えた場合、想定減速度ａｘｅと推定横加速度ａｙｅと
の関係は、必ずしも摩擦円を形成するとは限らない。そ
こで、マップや関数で、想定加速度を推定横加速度の間
に任意の関係を設定しておき、実際のドライバの特性に
応じてマップや関数を変更することで、ドライバにおい
て違和感のない警報・減速判定が可能になる。例えば、
ａｘｅ＝Ｆ（ａｙｅ）というような任意の関数として、
両者の関係を規定することができる。

【００２１】ここで、実際に実験を行い横加速度と減速
度（前後加速度）の関係を調べたところ、図２に示すよ
うに、最大横加速度と最大減速度は必ずしも一致しない
ことがわかった。また、横加速度と減速度の合成加速度
も円のようになることはむしろまれである。図の太線が
発生加速度の最大値から想定される許容摩擦円であり、
細線で示したのが実際の横加速度と前後加速度の関係を
示したものである。このように実際の合成加速度は円の
ようにならないことが多い。

【００２２】従って、想定減速度はこの実際に行われる
減速度に近いものとした方がドライバのフィーリングに
合ったものになると考えられる。すなわち、図３に、曲
線Ａで示したように、円ではなくこれに内接する三角形
に近い形で想定減速度を決定した方がよいと考えられ
る。そこで、図４に示すように、横加速度と前後加速度
の関係を下式のように決定する。

【００２３】

【数２】これによって、よりドライバのフィーリングにあった想
定減速度の設定が行える。ここで、図４からわかるよう
に、第（１）式によって決定される横加速度と前後加速
度の関係は、Ｎ＝２にすると円、Ｎ＝１にすると三角
形、Ｎ＝０．５にすると三角形の斜辺について対称に円
弧を反転させたγ関数的な形になる。

【００２４】次に、図１に示された車両用走行状態予測
装置の動作について説明する。図５にはこの動作のフロ
ーチャートが示され、図６には動作を説明するための具
体例が示される。以後図５及び図６に基づいて説明す
る。

【００２５】車両が現在位置を時刻ｔ₀において、車速
Ｖ（ｔ₀）で走行している。この時、路面μ取得装置１
６が路面の摩擦係数μを取得する（Ｓ１０１）。この摩
擦係数μに基づいて、演算処理装置２２が発生可能なタ
イヤのグリップ力、すなわち横方向の許容横加速度ａｙ
ｍａｘおよび許容前後加速度（許容減速度）ａｘｍａｘ
を第（２），（３）式により算出すると共に、両者の関
係を示すＮをセットする（Ｓ１０２）。

【００２６】

【数３】なお、上記第（２），（３）式において、許容横加速度
ａｙｍａｘおよび許容前後加速度ａｘｍａｘを算出する
際に係数Ｋｄ１，Ｋｄ２がかけられているが、これはド
ライバのレベル等に応じた補正係数であり、Ｋｄ１，Ｋ
ｄ２＜１である。また、摩擦係数μおよび／または補正
係数Ｋｄ１，Ｋｄ２は、横方向と前後方向で異なっても
よく、この場合には、許容横加速度ａｙｍａｘと許容前
後加速度ａｘｍａｘが異なる値となる。ｇは重力加速度
である。Ｋｄ１，Ｋｄ２が大きい場合、Ｎには０．５な
どの小さな値をセットし、逆にＫｄ１，Ｋｄ２が小さい
場合、Ｎには２などの大きい値をセットする。

【００２７】また同時に、車輪速センサ１０により現在
の車速Ｖ（ｔ₀）及び現在位置取得装置１２により現在
位置を取得する（Ｓ１０３）。現在位置取得装置１２に
よって取得された現在位置に基づき、地図データベース
１４から現在位置に関するデータを読み出し（Ｓ１０
４）、初期値として車両の位置に対応する番号ｉ＝０、
基準位置としての現在位置からの距離Ｓ（ｔ₀）＝０、
現在車速Ｖ（ｔ₀）＝Ｖをセットする（Ｓ１０５）。

【００２８】次に、上述のようにして取得されたデータ
から、将来通過する地点ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃・・・ｔ_i毎に推
定横加速度ａｙｅ（ｔ_i）及び想定減速度すなわち前後
方向加速度ａｘｅ（ｔ_i）を順次演算していく。この手
順は以下の通りである。なお、ｔ_iは、時刻及び通過地
点の両方を表すものとする。

【００２９】地図データベース１４から読み出した現在
位置ｔ₀における曲率情報Ｃｕｒｖ（ｔ₀）と、現在車速
Ｖ（ｔ₀）とから以下に示す第（４）式により、現在位
置における推定横加速度ａｙｅ（ｔ₀）を算出する。

【００３０】

【数４】次いで、算出した推定横加速度ａｙｅ（ｔ₀）と許容横
加速度ａｙｍａｘ、許容前後加速度ａｘｍａｘとから想
定減速度ａｘｅ（ｔ₀）を以下に示す第（５）式により
算出する（ｔ₀＝０）。

【００３１】

【数５】次に、時刻ｔ₀からｔ_lsb経過した時間ｔ₁までに車両が
走行する距離Ｓ（ｔ₁）及びその時の推定車速Ｖ（ｔ₁）
を以下の第（６）式及び第（７）式から算出する。

【００３２】

【数６】

【数７】なお、時間はこれ以後ｔ_lsb毎に増加してゆく。すなわ
ちｔ_i＝ｉ×ｔ_lsb（ｉ＝０，１，２・・・）となる。

【００３３】上記第（６）式により求めた走行距離Ｓ
（ｔ₁）によって定まる位置の曲率Ｃｕｒｖ（Ｓ
（ｔ₁））を地図データベース１４から取得し、この点
における推定横加速度ａｙ（ｔ₁）及び想定減速度ａｘ
（ｔ₁）を第（８）式及び第（９）式から算出する。

【００３４】

【数８】

【数９】この時、将来位置Ｓ（ｔ₁）における曲率Ｃｕｒｖ（Ｓ
（ｔ₁））が直接読みとれない場合には、前後のデータ
から線形補間等により求めることも可能である。

【００３５】以下同様にしてｔ_i秒後の状態を以下に示
す第（１０）式、第（１１）式、第（１２）式、第（１
３）式

【数１０】

【数１１】

【数１２】

【数１３】から演算する（Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０８、Ｓ１０
９、Ｓ１１０）。

【００３６】以上の演算をｔ_i秒後における車速Ｖ
（ｔ_i）が０以下となるまで繰り返す（Ｓ１１１）。以
上の各ステップにより、車両が将来走行する各地点にお
ける適正な減速度を用いて推定した推定横加速度列ａｙ
（ｔ_i）（ｉ＝０、１、・・・ｔ_end）が求められる。た
だしｔ_endは車速が最初に０以下となる時間である。

【００３７】このようにして求められた各地点における
推定横加速度ａｙ（ｔ_i）及び想定減速度ａｘ（ｔ_i）の
時系列（ｔ_i、ｉ＝０、１、２、３、４、５・・・
ｔ_end）のうち、推定横加速度列ａｙ（ｔ_i）の最大値ａ
ｙｅｍａｘが算出される（Ｓ１１２）。次に、上述した
最大値ａｙｅｍａｘを摩擦係数μで割った値すなわち摩
擦係数μに対する余裕度が所定のしきい値Ｓｌａｓｈ_j
（ｊ＝０、１、２、３・・・）より大きいか小さいかを
以下の第（１４）式

【数１４】によって判定する（Ｓ１１３）。

【００３８】Ｓ１１３において、｜ａｙｅｍａｘ／μ｜
が所定のしきい値を超えていない場合には、Ｓ１０１か
らＳ１１３までのステップが繰り返される。また、所定
のしきい値を超えている場合には、これをトリガとして
所定の警報あるいは減速制御が実行される（Ｓ１１
４）。この場合、許容合成加速度を求める際に用いた係
数Ｋｄあるいはしきい値Ｓｌａｓｈ_j（ｊ＝０、１、
２、３・・・）については、以上に述べたアルゴリズム
の使用目的により適宜その値を変更することが可能であ
り、応用する際の自由度を高くすることができる。な
お、以上の演算を実行する場合、図６に示されるよう
な、各地点ごとの道路の縦断勾配Ｇｒａｄ（ｔ_i）、横
断勾配Ｃａｎｔ（ｔ_i）を考慮してもよい。

【００３９】次に、上述したようなアルゴリズムによ
り、減速制御が必要と判定された場合の減速制御の方法
が、図７にフローチャートとして示される。図７におい
て、図５のＳ１１３で第（１４）式が成立していない場
合すなわち｜ａｙｅｍａｘ／μ｜が所定のしきい値Ｓｌ
ａｓｈ_jよりも小さい場合には減速制御は行わない（Ｓ
２０１、Ｓ２０２）。

【００４０】一方、Ｓ２０１において、第（１４）式が
成立している場合には、演算処理装置２２が、許容合成
加速度ａｙｍａｘ、許容減速度ａｘｍａｘを演算する
（Ｓ２０３）。次に横加速度取得装置１８から現在の横
加速度を取得するかあるいは演算処理装置２２におい
て、現在の車速と地図データベース１４から得た道路の
曲率より横加速度ａｙ０を取得する（Ｓ２０４）。

【００４１】以上のデータより、減速制御に使用する減
速指令値ａｘを、以下の第（１５）式

【数１５】により演算算出する（Ｓ２０５）。次にＳ２０５におい
て算出した減速指令値ａｘにより車両の減速制御を実行
する（Ｓ２０６）。

【００４２】以上のステップにより図５に示されたアル
ゴリズムを使用した車両の減速制御を実行することがで
きる。

【００４３】なお、本明細書において、乗算に＊、べき
乗に＾を適宜使用した。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
実際に即した両者の関係から、想定減速度を算出する。
従って、よりドライバのフィーリングにあった想定減速
度を算出することができ、よりドライバのフィーリング
にあった車両走行状態の予測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる車両用走行状態予測装置の構
成のブロック図である。

【図２】ドライバの操作による横加速度と前後加速度
の関係を示す図である。

【図３】ドライバの操作による横加速度と前後加速度
の関係を示す曲線を示す図である。

【図４】横加速度と前後加速度の関係を示す関数を説
明する図である。

【図５】図１に示された車両用走行状態予測装置によ
り走行状態予測を行う場合の動作を示すフロー図であ
る。

【図６】図５に示された走行状態予測動作の説明図で
ある。

【図７】図５に示された走行状態予測動作に基づいて
車両の減速制御を行う場合のフロー図である。

【図８】従来における車速制御装置の制御方法の説明
図である。

【符号の説明】

１０車輪速センサ、１２現在位置取得装置、１４
地図データベース、１６路面μ取得装置、１８横加
速度取得装置、２０前後加速度取得装置、２２演算
処理装置、２４減速装置、２６警報装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定地点における横加速度を検出する横
加速度検出手段と、検出された横加速度に基づいて、その地点における想定
減速度を算出する想定減速度算出手段と、前記想定減速度に基づいて、将来の車速を予測する予測
手段と、を含み、前記想定減速度算出手段は、検出した横加速度と想定減
速度との合成加速度が、少なくとも一部の区間の横加速
度に対し、横加速度許容値と前後加速度許容値の合成と
して決定される許容合成加速度より小さくなるように設
定した関係に基づいて、想定減速度を算出することを特
徴とする車両用走行状態予測装置。
【請求項２】車速を検出する車速検出手段と、道路の曲率を含む道路データを記憶する地図データベー
スと、所定地点における横加速度を検出する横加速度検出手段
と、検出された横加速度に基づいて、その地点における想定
減速度を算出する想定減速度算出手段と、前記想定減速度および道路の曲率に基づいて、将来の複
数地点における車速、横加速度、想定減速度を順次予測
する予測手段と、を含み、前記想定減速度算出手段は、検出した横加速度と想定減
速度との合成加速度が、少なくとも一部の区間の横加速
度に対し、横加速度許容値と前後加速度許容値の合成と
して決定される許容合成加速度より小さくなるように設
定した関係に基づいて、想定減速度を算出することを特
徴とする車両用走行状態予測装置。
【請求項３】請求項１または２に記載の装置におい
て、前記想定減速度算出手段は、下式に基づいて、想定減速
度を算出することを特徴とする車両用走行状態予測装
置。【数１】ここで、ａｘ：想定減速度ａｘｍａｘ：許容前後加速度Ｎ：任意の定数ａｙ：横加速度ａｙｍａｘ：許容横加速度