JP2005162025A - 車両用運転操作補助装置および車両用運転操作補助装置を備えた車両 - Google Patents

Abstract

【課題】
左右方向のリスクポテンシャルに応じて操舵反力制御を行う際に、運転者による操舵の操作性を損なうことのない車両用運転操作補助装置を提供する。
【解決手段】
車両用運転操作補助装置は、自車両周囲の障害物状況に基づいて自車両の左右方向のリスクポテンシャルを算出し、リスクポテンシャルに基づいて操舵反力制御指令値を算出する。操舵反力制御指令値が運転者による操舵操作の方向と反対方向である場合は、操舵反力制御指令値を０に補正し、操舵反力制御指令値と運転者による操舵操作の方向が同一の方向である場合は、補正されていた操舵反力を左右方向のリスクポテンシャルに応じた値まで徐々に変化させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、運転者の操作を補助する車両用運転操作補助装置に関する。

従来の車両用運転操作補助装置は、車両周囲の障害物状況を検出し、その時点における潜在的リスクポテンシャルを求めている（例えば特許文献１参照）。この装置は、算出したリスクポテンシャルに基づいて操舵補助トルクを制御することにより、不慮の事態に至ろうとする操舵操作を抑制する。

本願発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開平１０−２１１８８６号公報 特開平１０−１６６８８９号公報 特開平１０−１６６８９０号公報

上述したような従来の装置は、自車両周囲の障害物に対するリスクポテンシャルに応じて操舵反力を増大させるので、リスクポテンシャルを操舵反力として運転者に伝えることができる。しかし、左右方向のリスクポテンシャルに応じて操舵反力制御を行う際に、運転者による操舵の操作性を損なう可能性があるという問題があった。

本発明による車両用運転操作補助装置は、自車両周囲の障害物状況を検出する障害物検出手段と、障害物検出手段による検出結果に基づいて、自車両周囲のリスクポテンシャルを算出するリスクポテンシャル算出手段と、リスクポテンシャル算出手段によって算出されるリスクポテンシャルに基づいて、操舵装置に発生させる操舵反力を算出する操舵反力算出手段と、操舵装置に操舵反力を発生させる操舵反力発生手段と、運転者による操舵装置の操舵方向を判定する操舵方向判定手段と、操舵反力算出手段によって算出される操舵反力が操舵方向判定手段によって判定された操舵方向と反対方向の場合は、操舵反力を低下させ、操舵反力算出手段によって算出される操舵反力が操舵方向判定手段によって判定された操舵方向と同方向の場合は、低下させていた操舵反力を操舵反力算出手段によって算出される操舵反力まで徐々に変化させる操舵反力補正手段とを備える。

リスクポテンシャルに基づく操舵反力が操舵装置の操舵方向と反対方向の場合は操舵反力を低下させ、同方向の場合は低下させていた操舵反力をリスクポテンシャルに基づく値まで徐々に変化させるので、運転者による操舵の操作性を損なうことなく、自車両周囲のリスクポテンシャルを運転者に知らせることができる。

《第１の実施の形態》
本発明の第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置１の構成を示すシステム図であり、図２は、車両用運転操作補助装置１を搭載した車両の構成図である。

まず、車両用運転操作補助装置１の構成を説明する。レーザレーダ１０は、車両の前方グリル部もしくはバンパ部等に取り付けられ、水平方向に赤外光パルスを照射して車両前方領域を走査する。レーザレーダ１０は、前方にある複数の反射物（通常、前方車の後端）で反射された赤外光パルスの反射波を計測し、反射波の到達時間より、複数の前方車までの車間距離とその存在方向を検出する。検出した車間距離及び存在方向はコントローラ５０へ出力される。なお、本実施の形態において、前方物体の存在方向は、自車両に対する相対角度として表すことができる。レーザレーダ１０によりスキャンされる前方の領域は、自車正面に対して±６deg程度であり、この範囲内に存在する前方物体が検出される。

前方カメラ２０は、フロントウィンドウ上部に取り付けられた小型のＣＣＤカメラ、またはＣＭＯＳカメラ等であり、前方道路の状況を画像として検出し、コントローラ５０へと出力する。前方カメラ２０による検知領域は水平方向に±３０deg程度であり、この領域に含まれる前方道路風景が画像として取り込まれる。

後側方カメラ２１は、リヤウインドウ上部に取り付けられた小型のCCDカメラ、またはCOMSカメラ等であり、前方カメラ２０と同等の性能で後方および側方の道路状況を検出し、コントローラ５０へと出力する。

車速センサ３０は、車輪の回転数や変速機の出力側の回転数を計測することにより自車両の車速を検出し、検出した自車速をコントローラ５０に出力する。
舵角センサ９０は、ステアリングコラムもしくはステアリングホイール６２付近に取り付けられた角度センサ等であり、ステアリングシャフトの回転からドライバの転舵による操舵角を検出し、コントローラ５０へと出力する。

コントローラ５０は、ＣＰＵと、ＲＯＭおよびＲＡＭ等のＣＰＵ周辺部品とから構成され、車両用運転操作補助装置１全体の制御を行う。コントローラ５０は、車速センサ３０から入力される自車速と、レーザレーダ１０から入力される距離情報と、前方カメラ２０および後側方カメラ２１から入力される自車両周辺の画像情報とから、自車両周囲の障害物状況を検出する。なお、コントローラ５０は、前方カメラ２０および後側方カメラ２１から入力される画像情報を画像処理することにより、自車両周囲の障害物状況を認識する。

ここで、自車両周囲の障害物状況としては、自車両前方を走行する他車両までの車間距離、隣接車線を自車両後方から接近する他車両の有無と接近度合、および車線識別線（白線）に対する自車両の左右位置、つまり相対位置と角度、さらに車線識別線の形状などである。また、自車両前方を横断する歩行者や二輪車等も障害物状況として検出される。コントローラ５０は、検出した障害物状況に基づいて各障害物に対する自車両のリスクポテンシャルを算出する。さらに、コントローラ５０は、それぞれの障害物に対するリスクポテンシャルを総合して自車両周囲の総合的なリスクポテンシャルを算出し、以下のようにリスクポテンシャルに応じた制御を行う。

第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置１は、アクセルペダル８２の踏み込み操作やハンドル（ステアリングホイール）操舵操作の際に発生する反力を制御することによって、運転者による自車両の加減速操作や操舵操作を補助し、運転者の運転操作を適切にアシストするものである。そこで、コントローラ５０は、自車両周囲の各障害物に対するリスクポテンシャルを、それぞれ車両前後方向および左右方向に分けて加算し、それぞれの加算結果から車両前後方向の反力制御量および車両左右方向の反力制御量を算出する。コントローラ５０は、算出した前後方向の反力制御量をアクセルペダル反力制御装置８０へと出力し、算出した左右方向の反力制御量を操舵反力制御装置６０へと出力する。

操舵反力制御装置６０は、車両の操舵系に組み込まれ、コントローラ５０から出力される反力制御量に応じて、サーボモータ６１で発生させるトルクを制御する。サーボモータ６１は、操舵反力制御装置６０からの指令値に応じて発生させるトルクを制御し、運転者がハンドル６２を操作する際に発生する操舵反力を任意に制御することができる。

アクセルペダル反力制御装置８０は、コントローラ５０から出力される反力制御量に応じて、アクセルペダル８２のリンク機構に組み込まれたサーボモータ８１で発生させるトルクを制御する。サーボモータ８１は、アクセルペダル操作反力制御装置８０からの指令値に応じて発生させる反力を制御し、運転者がアクセルペダル８２を操作する際に発生する踏力を任意に制御することができる。

次に、第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置１の動作を説明する。その概略を以下に述べる。
コントローラ５０は、自車両周囲の障害物状況に基づいて、各障害物に対する自車両のリスクポテンシャルを求め、各障害物に対するリスクポテンシャルを前後方向および左右方向の成分毎に加算することにより、前後方向の反力制御量および左右方向の反力制御量を算出する。コントローラ５０は、算出した前後方向の反力制御量を、前後方向の反力制御指令値としてアクセルペダル反力制御装置８０へ出力する。アクセルペダル反力制御装置８０は、入力された反力制御指令値に応じてサーボモータ８１を制御することにより、アクセルペダル反力特性を変更する。アクセルペダル反力特性を変更することにより、運転者の実際のアクセルペダル操作量を適切な値に促すように制御する。

また、コントローラ５０は、算出した左右方向の反力制御量を、左右方向の反力制御指令値として操舵反力制御装置６０へ出力する。操舵反力制御装置６０は、入力された制御反力指令値に応じてサーボモータ６１を制御することにより、操舵反力特性を変更する。操舵反力特性を変更することにより、運転者の実際の操舵角を適正な操舵角に促すように制御する。さらに、コントローラ５０は、後述するようにリスクポテンシャルに応じた左右方向の反力制御指令値を補正し、左右方向のリスクの大きさを操舵反力として運転者に知らせる際に運転者による操舵の操作性を損なわないようにする。

上述した制御において、どのように反力特性指令値、すなわち反力制御指令値を決定するかについて、以下に、図３を用いて説明する。図３は、本発明の第１の実施の形態によるコントローラ５０における運転操作補助制御処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、本処理内容は、一定間隔、例えば１０msec毎に連続的に行われる。

−コントローラ５０の処理フロー（図３）−
まず、ステップＳ１００で走行状態を読み込む。ここで、走行状態は、自車周囲の障害物状況を含む自車両の走行状況に関する情報である。そこで、レーザレーダ１０により検出される前方走行車までの相対距離や相対角度と、前方カメラ２０および後側方カメラ２１からの画像入力に基づく自車両に対する白線の相対位置、すなわち左右方向の変位と相対角度、白線の形状および前方走行車までの相対距離や相対角度と、車速センサ３０によって検出される自車両の走行車速と、舵角センサ９０によって検出される操舵角を読み込む。さらに、前方カメラ２０および後側方カメラ２１で検出される画像に基づいて、自車周囲に存在する障害物の種別、つまり障害物が四輪車両、二輪車両、歩行者またはその他であるかを認識する。

ステップＳ２００では、ステップＳ１００で読み込み、認識した走行状態データに基づいて、現在の車両周囲状況を認識する。ここでは、前回の処理周期以前に検出され、コントローラ５０のメモリに記憶されている自車両に対する各障害物の相対位置やその移動方向・移動速度と、ステップＳ１００で得られた現在の走行状態データとにより、現在の各障害物の自車両に対する相対位置やその移動方向・移動速度を認識する。そして、自車両の走行に対して障害物となる他車両や白線が、自車両の周囲にどのように配置され、相対的にどのように移動しているかを認識する。

ステップＳ３００では、認識された各障害物に対する余裕時間ＴＴＣ（Time To Contact）を障害物毎に算出する。ここで、障害物ｋに対する余裕時間ＴＴＣｋは、以下の（式１）で求められる。
ＴＴＣｋ＝｛Ｄｋ−σ（Ｄｋ）｝／｛Ｖｒｋ＋σ（Ｖｒｋ）｝ ・・・（式１）
ここで、Ｄｋ：自車両から障害物ｋまでの相対距離、Ｖｒｋ：自車両に対する障害物ｋの相対速度、σ（Ｄｋ）：相対距離のばらつき、σ（Ｖｒｋ）：相対速度のばらつき、をそれぞれ示す。

相対距離のばらつきσ（Ｄｋ）および相対速度のばらつきσ（Ｖｒｋ）は、検出器の不確定性や不測の事態が発生した場合の影響度合の大きさを考慮して、障害物ｋを認識したセンサの種類や、認識された障害物ｋの種別に応じて設定する。レーザレーダ１０は、カメラ、例えばＣＣＤ等による前方カメラ２０および後側方カメラ２１による障害物の検出と比べて、検出距離、つまり自車両と障害物との相対距離の大きさによらず正しい距離を検出することができる。そこで、レーザレーダ１０で障害物ｋまでの相対距離Ｄｋを検出した場合は、相対距離Ｄｋによらずそのばらつきσ（Ｄｋ）をほぼ一定値に設定する。

一方、カメラ２０、２１で相対距離Ｄｋを検出した場合は、相対距離Ｄｋが大きくなるほどばらつきσ（Ｄｋ）が指数関数的に増加するように設定する。ただし、障害物ｋの相対距離Ｄｋが小さい場合、レーザレーダ１０で相対距離Ｄｋを検出した場合に比べて、カメラ２０，２１によって、より正確に相対距離を検出することができるので、相対距離のばらつきσ（Ｄｋ）を小さく設定する。

レーザレーダ１０で相対距離Ｄｋを検出した場合は、相対速度Ｖｒｋのばらつきσ（Ｖｒｋ）が相対速度Ｖｒｋに比例して大きくなるように設定する。一方、カメラ２０，２１で相対距離Ｄｋを検出した場合は、相対速度Ｖｒｋが大きくなるほど相対速度のばらつきσ（Ｖｒｋ）が指数関数的に増加するように設定する。

ステップＳ４００では、ステップＳ３００で算出した余裕時間ＴＴＣを用いて、各障害物ｋに対するリスクポテンシャルＲＰｋを算出する。ここで、各障害物ｋに対するリスクポテンシャルＲＰｋは以下の（式２）で求められる。
ＲＰｋ＝（１／ＴＴＣｋ）×ｗｋ ・・・（式２）
ここで、ｗｋ：障害物ｋの重みを示す。（式２）に示すように、リスクポテンシャルＲＰｋは、余裕時間ＴＴＣの逆数を用いて余裕時間ＴＴＣｋの関数として表され、リスクポテンシャルＲＰｋが大きいほど障害物ｋへの接近度合が大きいことを示している。

障害物ｋ毎の重みｗｋは、検出された障害物の種別に応じて設定する。例えば、障害物ｋが四輪車両、二輪車両あるいは歩行者である場合、自車両が障害物ｋに近接した場合の重要度、つまり影響度が高いため、重みｗｋ＝１に設定する。一方、障害物ｋがレーンマーカである場合、自車両が近接あるいは接触した場合の重要度はその他の障害物に比べて相対的に小さくなるため、例えば重みｗｋ＝０．５程度に設定する。また、同じレーンマーカでも、その向こう側に隣接車線が存在する場合と、レーンマーカの向こう側に車線が存在せずガードレールのみの場合では、自車両の近接時の重要度が異なるため、重みｗｋを異なるように設定することができる。

レーンマーカは、自車両に対する存在方向が一つの方向に定まるものではなく、ある存在方向範囲に分布するものである。そこで、レーンマーカについては、微小角度に分割してそれぞれのリスクポテンシャルを算出し、それを存在方向範囲で積分してリスクポテンシャルＲＰlaneを算出する。すなわち、レーンマーカに対するリスクポテンシャルＲＰlaneは、以下の（式３）で表される。
ＲＰlane＝∫｛（１／ＴＴＣlane）×ｗlane｝ｄＬ ・・・（式３）

ステップＳ５００では、ステップＳ４００で算出した障害物ｋ毎のリスクポテンシャルＲＰｋから、車両前後方向の成分を抽出して加算し、車両周囲に存在する全障害物に対する総合的な前後方向リスクポテンシャルを算出する。前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalは以下の（式４）で算出される。なお、各障害物ｋに対するリスクポテンシャルＲＰｋは、レーンマーカに対するリスクポテンシャルＲＰlaneを含む。
ＲＰlongitudinal＝Σ（ＲＰｋ×cosθｋ） ・・・（式４）
ここで、θｋは自車両に対する障害物ｋの存在方向を示す。障害物ｋが車両前方向、つまり自車正面に存在する場合、θｋ＝０とし、障害物ｋが車両後方向に存在する場合、θｋ＝１８０とする。

つづくステップＳ６００では、ステップＳ４００で算出した障害物ｋ毎のリスクポテンシャルＲＰｋから、車両左右方向の成分を抽出して加算し、車両周囲に存在する全障害物に対する総合的な左右方向リスクポテンシャルを算出する。左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralは、以下の（式５）で算出される。
ＲＰlateral＝Σ（ＲＰｋ×sinθｋ） ・・・（式５）

ステップＳ７００では、ステップＳ５００で算出した前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalから、前後方向制御指令値、すなわちアクセルペダル反力制御装置８０へ出力する反力制御指令値ＦＡを算出する。前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalに応じて、リスクポテンシャルが大きいほどアクセルペダル８２を戻す方向へ制御反力を発生させる。

図４に、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalと、アクセルペダル反力制御指令値ＦＡとの関係を示す。図４に示すように、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalが所定値ＲＰmaxよりも小さい場合、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalが大きいほど、大きなアクセルペダル反力を発生させるようにアクセルペダル反力制御指令値ＦＡを算出する。前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalが所定値ＲＰmaxより大きい場合には、最大のアクセルペダル反力を発生させるように、アクセルペダル反力制御指令値ＦＡを最大値ＦＡmaxに固定する。

ステップＳ８００では、ステップＳ６００で算出した左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralから、左右方向制御指令値、すなわち操舵反力制御装置６０への操舵反力制御指令値ＦＳを算出する。操舵反力制御指令値ＦＳは、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralに応じて、リスクポテンシャルが大きいほどハンドル操舵角を戻す方向、つまり自車両をリスクから遠ざける方向へ大きな操舵反力を発生させる。図５に、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralと、操舵反力制御指令値ＦＳとの関係を示す。

なお、図５において、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralがプラスである場合は、右方向のリスクであることを示し、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralがマイナスである場合は、左方向のリスクであることを示している。また、操舵反力指令値ＦＳがプラスである場合は左への操舵を促すための右方向からの反力であり、マイナスである場合は右への操舵を促すための左方向からの反力であることを示している。

図５に示すように、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralの絶対値が所定値ＲＰmaxよりも小さい場合は、リスクポテンシャルの絶対値が大きくなるほどハンドル６２を戻す方向の操舵反力が大きくなるように操舵反力制御指令値ＦＳを設定する。左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralの絶対値が所定値ＲＰmaxよりも大きい場合は、ハンドル６２を迅速に戻すように、最大の操舵反力制御指令値ＦＳmaxを設定する。

ステップＳ９００では、ステップＳ６００で算出した左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralに基づいて、リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた操舵反力制御指令値ＦＳを補正するための操舵反力の変化量ΔＦｓを算出する。

図６に、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralと操舵反力変化量ΔＦｓとの関係を示す。図６に示すように、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralが所定値ＲＰmaxよりも小さい場合は、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralが大きいほど、補正した操舵反力が操舵反力制御指令値ＦＳまでより早く復帰するように、大きな操舵反力変化量ΔＦｓを算出する。左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralが所定値ＲＰmaxより大きい場合には、最大の変化量で操舵反力制御指令値ＦＳに復帰するように、操舵反力変化量ΔＦｓを最大値ΔＦｓmaxに固定する。また、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralが所定値ＲＰminよりも小さい場合は、操舵反力変化量ΔＦｓを最小値ΔＦｓminに固定する。

ステップＳ１０００では、舵角センサ９０から読み込んだハンドル操舵角に基づいて、操舵方向を判定する。ステップＳ１０００で行う操舵方向判定処理を図７のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１００１では、舵角センサ９０で検出されるハンドル操舵角Ｓを読み込む。ステップＳ１００２では、ステップＳ１００１で読み込んだハンドル操舵角Ｓを微分することにより、ハンドル操舵角速度Ｓｖを算出する。ステップＳ１００３では、ハンドル操舵角速度Ｓｖが正（Ｓｖ＞０）か否かを判定する。ステップＳ１００３が肯定判定された場合は、右方向に操舵していると判断し、ステップＳ１００４に進んで操舵フラグfSteerに１をセットして終了する。

ステップＳ１００３が否定判定されると、ステップＳ１００５に進んでハンドル操舵角速度Ｓｖが負（Ｓｖ＜０）か否かを判定する。ステップＳ１００５が肯定判定された場合は、左方向に操舵していると判断し、ステップＳ１００６に進んで操舵フラグfSteerに０をセットして終了する。ステップＳ１００５が否定判定されるとそのまま終了する。
このようにステップＳ１０００で操舵方向を判定して操舵フラグfSteerを設定した後、ステップＳ１１００へ進む。

ステップＳ１１００では、ステップＳ９００で算出した操舵反力変化量ΔＦｓと、ステップＳ１０００でセットした操舵フラグfSteerとに基づいて、ステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳを補正する。具体的には、操舵反力制御指令値ＦＳが現在の操舵方向と逆方向の場合、すなわち操舵反力制御指令値ＦＳが運転者による操舵操作を妨げる方向の力でない場合は操舵反力制御指令値ＦＳを０に補正する。また、操舵反力制御指令値ＦＳが操舵方向と同方向の場合、すなわち運転者による操舵操作を妨げる方向の力である場合は、補正されていた操舵反力を操舵反力変化量ΔＦｓで徐々に左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた操舵反力制御指令値ＦＳまで復帰させる。

以下に、ステップＳ１１００で行う操舵反力補正処理を図８を用いて説明する。
ステップＳ１１０１では、ステップＳ１０００でセットされた操舵フラグfSteerが０か否かを判定する。ステップＳ１１０１が肯定判定されて左操舵を行っている場合は、ステップＳ１１０２に進み、ステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳが正（ＦＳ＞０）か否かを判定する。ステップＳ１１０２が肯定判定され、右方向の操舵反力制御指令値ＦＳの場合は、運転者による操舵方向と逆方向の反力であると判断し、ステップＳ１１０３へ進む。ステップＳ１１０３では、操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiに０をセットする。

一方、ステップＳ１１０２が否定判定されるとステップＳ１１０４に進み、ステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳが、反力指令値補正値の前回値ＦＳhosei_zとステップＳ９００で算出した操舵反力変化量ΔＦｓとの差（ＦＳhosei_z−ΔＦｓ）よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１１０４が肯定判定されるとステップＳ１１０５に進み、操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiを以下の（式６）に従って算出する。
ＦＳhosei＝ＦＳhosei_z−ΔＦｓ ・・・（式６）

ステップＳ１１０４が否定判定されるとステップＳ１１０６に進み、操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiに、ステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳをそのままセットする。

ステップＳ１１０１が否定判定されて右操舵を行っている場合は、ステップＳ１１０７に進んで操舵反力制御指令値ＦＳが負（ＦＳ＜０）か否かを判定する。ステップＳ１１０７が肯定判定され、左方向の操舵反力制御指令値ＦＳの場合は、運転者による操舵方向と逆方向の反力であると判断し、ステップＳ１１０８へ進む。ステップＳ１１０８では操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiに０をセットする。

ステップＳ１１０７が否定判定されるとステップＳ１１０９に進み、ステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳが、反力指令値補正値の前回値ＦＳhosei_zとステップＳ９００で算出した操舵反力変化量ΔＦｓとの和（ＦＳhosei_z＋ΔＦｓ）よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１１０９が肯定判定されるとステップＳ１１１０に進み、操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiを以下の（式７）に従って算出する。
ＦＳhosei＝ＦＳhosei_z＋ΔＦｓ ・・・（式７）

ステップＳ１１０９が否定判定されるとステップＳ１１１１に進み、操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiにステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳをそのままセットする。
ステップＳ１１１２では、反力指令値補正値の前回値ＦＳhosei_zとして操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiをセットして終了する。
このようにステップＳ１１００で操舵反力制御指令値補正の処理を行った後、ステップＳ１２００へ進む。

ステップＳ１２００では、ステップＳ７００で算出したアクセルペダル反力制御指令値ＦＡ、及びステップＳ１１００で算出した操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiを、アクセルペダル反力制御装置８０、及び操舵反力制御装置６０にそれぞれ出力する。コントローラ５０から入力される指令値に応じて、アクセルペダル反力制御装置６０はアクセルペダル反力を制御し、操舵反力制御装置６０は操舵反力を制御する。これにより、今回の処理を終了する。

このように、以上説明した第１の実施の形態においては、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）コントローラ５０は、自車両周囲の障害物状況に基づいて自車両左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralを算出し、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに基づいて操舵反力制御指令値ＦＳを算出する。さらに、コントローラ５０は運転者によるハンドル６２の操舵方向を判定し、操舵反力制御指令値ＦＳが操舵方向と反対方向の場合は反力制御指令値ＦＳを低下するとともに、操舵反力制御指令値ＦＳが操舵方向と同方向の場合は、低下していた反力制御指令値ＦＳを左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた値まで徐々に変化させる。具体的には、例えば自車両の右側に他車両が存在するときに右側車両から遠ざかろうと左操舵を行うと、右側車両のリスクに基づく操舵反力制御指令値が低下し、軌道を修正しようと右操舵を行うと低下していた操舵反力が徐々に増加する。これにより、運転者が自車線を走行するためにリスクの存在する方向への修正舵を行う場合にも、ハンドル６２が動かないような拘束感を運転者に与えることがなく、自車両左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralを操舵反力として運転者に知らせながらハンドル操作性を向上させることができる。なお、自車両の左右両側に他車両が存在する場合も同様に、リスクの大きな方の他車両から遠ざかるための操舵操作を行った後に修正舵を行うときの操舵反力が補正されるので、ハンドル操作性を向上することができる。
（２）コントローラ５０は、運転者によるハンドル操舵角Ｓに基づいて操舵方向を判定するので、特別なセンサ等を用いることなく操舵方向を判定することができる。
（３）コントローラ５０は、操舵方向と同方向の操舵反力を、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた値まで反力変化量（所定の変化量）ΔＦｓで徐々に変化させる。これにより、リスクの存在する方向と同方向へ修正舵を行う場合に、ハンドル６２が動かないような拘束感を運転者に与えることがなく、自車両左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralを操舵反力として運転者に知らせながらハンドル操作性を向上させることができる。
（４）コントローラ５０は、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じて反力変化量ΔＦｓを変更するので、自車両周囲の状況に合った変化量ΔＦｓで左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた操舵反力まで復帰し、運転者の違和感を軽減することができる。
（５）左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralが大きいほど反力変化量ΔＦｓが大きくなるので、修正舵を行う場合のハンドル操作性を向上させるとともに、自車両左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralが大きい場合は、リスクが小さい場合よりも早く運転者に適切な操舵操作を促すことができる。

《第２の実施の形態》
以下に、本発明の第２の実施の形態による車両用運転操作補助装置について説明する。図９に、第２の実施の形態による車両用運転操作補助装置２の構成を示すシステム図を示し、図１０に、車両用運転操作補助装置２を搭載する車両の構成図を示す。図９および図１０において、図１および図２に示した第１の実施の形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付している。ここでは、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図９に示すように、第２の実施の形態による車両用運転操作補助装置２は、舵角センサ９０の代わりにトルクセンサ９１を備えている。
トルクセンサ９１は、車両の操舵系に組み込まれており、運転者がハンドル６２を操舵する際の操舵トルクを検出する。検出した操舵トルクは、コントローラ５０Ａへ出力される。ここでは、トルクセンサ９１によって検出される操舵トルクがプラスである場合は右方向へ操舵していることを表し、マイナスである場合は左方向へ操舵していることを表す。

次に第２の実施の形態の作用の概略を説明する。
コントローラ５０Ａは、上述した第１の実施の形態と同様に自車両周囲の障害物に対するリスクポテンシャルを算出し、リスクポテンシャルに基づいてアクセルペダル反力制御指令値ＦＡ、および操舵反力指令値ＦＳを算出する。また、コントローラ５０は、トルクセンサ９１で検出された操舵トルクに基づいて運転者の操舵方向を判定し、さらに、リスクポテンシャルに基づいて一時遅れフィルタの時定数を算出する。そして、コントローラ５０は、運転者の操舵方向と、リスクポテンシャルに応じた時定数とに基づいて、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに基づいて算出した操舵反力制御指令値ＦＳを補正する。

以下に、上述した制御において、どのように操舵反力制御指令値を決定するかについて、図１１を用いて詳細に説明する。図１１は、第２の実施の形態のコントローラ５０Ａにおける運転操作補助制御処理の処理手順のフローチャートである。本処理内容は、一定間隔、例えば１０msec毎に連続的に行われる。

ステップＳ１００〜Ｓ８００での処理は、図３のフローチャートを用いて説明した第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ９５０では、ステップＳ６００で算出した左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに基づいて、一時遅れフィルタの時定数Ｔを算出する。図１２に左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralと一時遅れフィルタの時定数Ｔとの関係を示す。

図１２に示すように、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralが所定値ＲＰmaxよりも小さい場合は、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralが大きいほど、補正していた操舵反力が左右方向リスクポテンシャルＲＰlateral に応じた操舵反力制御指令値ＦＳまでより早く復帰するように、小さな一時遅れフィルタの時定数Ｔを算出する。左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralが所定値ＲＰmaxより大きい場合には、操舵反力が最小の時間で反力制御指令値ＦＳまで復帰するように、一時遅れフィルタの時定数Ｔを最小値Ｔminに固定する。また、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralが所定値ＲＰminよりも小さい場合は、一時遅れフィルタの時定数Ｔを最大値Ｔmaxに固定する。

ステップＳ１０５０では、操舵トルクＳｔに基づいて運転者の操舵方向を判定する。ステップＳ１０５０で行う操舵方向判定処理を図１３のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ１０５１では、トルクセンサ９１によって検出される操舵トルクＳｔを読み込む。ステップＳ１０５２では、ステップＳ１０５１で読み込んだ操舵トルクＳｔが正（Ｓｔ＞０）か否かを判定する。ステップＳ１０５２が肯定判定されると、右方向に操舵していると判断し、ステップＳ１０５３に進んで操舵フラグfSteerに１をセットして終了する。

ステップＳ１０５２が否定判定されるとステップＳ１０５４に進み、操舵トルクＳｔが負（Ｓｔ＜０）か否かを判定する。ステップＳ１０５４が肯定判定されると、左方向に操舵していると判断し、ステップＳ１０５５へ進んで操舵フラグfSteerに０をセットして終了する。ステップＳ１０５４が否定判定されるとそのまま終了する。
このように、ステップＳ１０５０で操舵方向判定処理を行った後、ステップＳ１１５０へ進む。

ステップＳ１１５０では、ステップＳ９５０で算出した一時遅れフィルタの時定数Ｔと、ステップＳ１０５０でセットした操舵フラグfSteerとに基づいて、ステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳを補正する。具体的には、操舵反力制御指令値ＦＳが、運転者の操舵方向と逆方向の場合、すなわち運転者による操舵操作を妨げる方向の反力でない場合は操舵反力制御指令値ＦＳを０に補正する。また、操舵反力制御指令値ＦＳが運転者の操舵方向と同方向の場合、すなわち運転者による操舵操作を妨げる方向の反力である場合は、時定数Ｔの一時遅れフィルタにより、操舵反力を徐々に左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた操舵反力制御指令値ＦＳまで復帰させる。

ステップＳ１１５０で行う操舵反力補正処理を図１４を用いて説明する。
ステップＳ１１５１では、ステップＳ１０５０でセットされた操舵フラグfSteerが０か否かを判定する。ステップＳ１１５１が肯定判定されて左操舵を行っている場合は、ステップＳ１１５２に進んで操舵反力制御指令値ＦＳが正（ＦＳ＞０）か否かを判定する。ステップＳ１１５２が肯定判定されて右方向の操舵反力制御指令値ＦＳの場合は、運転者による操舵方向と逆方向の反力であると判断し、ステップＳ１１５３へ進む。ステップＳ１１５３では、操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiに０をセットする。

ステップＳ１１５２が否定判定されるとステップＳ１１５４に進み、ステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳが、反力指令値補正値の前回値ＦＳhosei_zと予め設定した所定値ΔＦ０との差（ＦＳhosei_z−ΔＦ０）よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１１５４が肯定判定されるとステップＳ１１５５に進む。ステップＳ１１５５では、以下の（式８）に示すように、ステップＳ９５０で算出した時定数Ｔの一時遅れフィルタを用いて操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiを算出する。
ＦＳhosei＝｛１／（Ｔｓ＋１）｝・ＦＳ ・・・（式８）

ステップＳ１１５４が否定判定されるとステップＳ１１５６に進み、操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiにステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳをそのままセットする。

ステップＳ１１５１が否定判定されて右操舵を行っている場合は、ステップＳ１１５７に進んで操舵反力制御指令値ＦＳが負（ＦＳ＜０）か否かを判定する。ステップＳ１１５７が肯定判定されて左方向の操舵反力制御指令値ＦＳの場合は、運転者の操舵方向とは逆方向の反力であると判断し、ステップＳ１１５８へ進んで操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiに０をセットする。

ステップＳ１１５７が否定判定されるとステップＳ１１５９に進み、ステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳが、反力指令値補正値の前回値ＦＳhosei_zと予め設定した所定値ΔＦ０との和（ＦＳhosei_z＋ΔＦ０）よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１１５９が肯定判定されるとステップＳ１１６０へ進み、上述した（式８）に示すように、ステップＳ９５０で算出した時定数Ｔの一時遅れフィルタを用いて操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiを算出する。

ステップＳ１１５９が否定判定されるとステップＳ１１６１に進み、操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiにステップＳ８００で算出した操舵反力制御指令値ＦＳをそのままセットする。
ステップＳ１１６２では、反力指令値補正値の前回値ＦＳhosei_zに操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiをセットして終了する。
このようにステップＳ１１５０で操舵反力制御指令値補正を行った後、ステップＳ１２００へ進む。

ステップＳ１２００では、ステップＳ７００で算出したアクセルペダル反力制御指令値ＦＡ、及びステップＳ１１５０で算出した操舵反力指令値補正値ＦＳhoseiを、アクセルペダル反力制御装置８０、及び操舵反力制御装置６０にそれぞれ出力し、今回の処理を終了する。

このように、以上説明した第２の実施の形態においては、上述した第１の実施の形態による効果に加えて以下のような作用効果を奏することができる。
（１）コントローラ５０Ａは、運転者がハンドル６２を操作する際の操舵トルクＳｔを検出し、操舵トルクＳｔに基づいて操舵方向を判定する。これにより、例えば操舵角が変化しない場合であっても、運転者がハンドル６２に力を加えている方向を検出するので、操舵方向をより確実に判定することができる。
（２）コントローラ５０Ａは、運転者による操舵方向と同方向の操舵反力を、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた値まで、所定の時定数Ｔを持った一時遅れフィルタにより徐々に変化させる。これにより、リスクの存在する方向と同方向へ修正舵を行う場合に、ハンドル６２が動かないような拘束感を運転者に与えることがなく、自車両左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralを操舵反力として運転者に知らせながらハンドル操作性を向上させることができる。
（３）コントローラ５０Ａは、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じて時定数Ｔを変更するので、自車両周囲の状況に合った時定数Ｔで左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた操舵反力まで復帰し、運転者の違和感を軽減することができる。
（４）左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralが大きいほど時定数Ｔが小さくなるので、修正舵を行う場合のハンドル操作性を向上させるとともに、自車両左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralが大きい場合は、リスクが小さい場合よりも早く運転者に適切な操舵操作を促すことができる。

上述した第１の実施の形態においては、図６に示すマップを用いて左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた反力変化量ΔＦｓを設定した。ただし、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralが大きくなるほど反力変化量ΔＦｓが大きくなるように設定すれば、図６のマップ以外のマップに従って反力変化量ΔＦｓを算出することもできる。同様に、第２の実施の形態において左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じた時定数Ｔを算出する際には、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralが大きくなるほど時定数Ｔが小さくなるように設定すれば、図１２に示すマップには限定されない。

上述した第１の実施の形態においては、操舵角Ｓに基づいて操舵方向を判定した。しかしこれには限定されず、第２の実施の形態と同様に運転者がハンドル６２を操作する際の操舵トルクＳｔに基づいて操舵方向を判定することもできる。また、第２の実際の形態において、操舵トルクＳｔの代わりに操舵角Ｓに基づいて操舵方向を判定することも可能である。

上述した第１および第２の実施の形態においては、自車両周囲の総合的な前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalおよび左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralを算出し、アクセルペダル反力制御および操舵反力制御を行った。しかし、これには限定されず、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに基づく操舵反力制御のみを行うように構成することも可能である。この場合、アクセルペダル反力制御装置８０を省略することができる。

上述した第１および第２の実施の形態においては、運転者による操舵操作の方向と左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに基づいて算出される操舵反力制御指令値ＦＳが反対方向の場合は、操舵反力制御指令値ＦＳを０に補正したが、これには限定されない。例えば、運転者が操舵反力制御指令値ＦＳと同方向に操舵すると、反対方向に操舵していたときよりも低い値から、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに基づいて算出される現時点での操舵反力制御指令値ＦＳまで、操舵反力を徐々に変化させることも可能である。このように構成することによっても、上述した第１および第２の実施の形態と実質的に同様の効果を得ることができる。

以上説明した第１および第２の実施の形態においては、障害物検出手段として、レーザレーダ１０、前方カメラ２０，後側方カメラ２１および車速センサ３０を用い、リスクポテンシャル算出手段、操舵反力算出手段および操舵反力補正手段としてコントローラ５０，５０Ａを用いた。また、操舵反力発生手段としてコントローラ５０，５０Ａおよび操舵反力制御装置６０を用いた。操舵方向判定手段としてコントローラ５０，５０Ａ、舵角センサ９０およびトルクセンサ９１を用い、操舵角検出手段として舵角センサ９０，操舵トルク検出手段としてトルクセンサ９１を用いた。ただし、これらには限定されず、障害物検出手段として、レーザレーダ１０の代わりに例えば別方式のミリ波レーダを用いることもできる。

本発明の第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置のシステム図。 図１に示す車両用運転操作補助装置を搭載した車両の構成図。 第１の実施の形態による車両用運転操作補助制御プログラムの処理手順を示すフローチャート。 前後方向リスクポテンシャルとアクセルペダル反力制御指令値との関係を示す図。 左右方向リスクポテンシャルと操舵反力制御指令値との関係を示す図。 左右方向リスクポテンシャルと操舵反力変化量との関係を示す図。 操舵方向判定処理を説明するフローチャート。 操舵反力補正処理を説明するフローチャート。 第２の実施の形態による車両用運転操作補助装置のシステム図。 図９に示す車両用運転操作補助装置を搭載した車両の構成図。 第２の実施の形態による車両用運転操作補助制御プログラムの処理手順を示すフローチャート。 左右方向リスクポテンシャルと一時遅れフィルタの時定数との関係を示す図。 操舵方向判定処理を説明するフローチャート。 操舵反力補正処理を説明するフローチャート。

符号の説明

１０：レーザレーダ
２０：前方カメラ
２１：後側方カメラ
３０：車速センサ
５０，５０Ａ：コントローラ
６０：操舵反力制御装置
８０：アクセルペダル反力制御装置
９０：舵角センサ
９１：トルクセンサ

Claims (11)

1. 自車両周囲の障害物状況を検出する障害物検出手段と、
   前記障害物検出手段による検出結果に基づいて、前記自車両周囲のリスクポテンシャルを算出するリスクポテンシャル算出手段と、
   前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記リスクポテンシャルに基づいて、操舵装置に発生させる操舵反力を算出する操舵反力算出手段と、
   前記操舵装置に前記操舵反力を発生させる操舵反力発生手段と、
   運転者による前記操舵装置の操舵方向を判定する操舵方向判定手段と、
   前記操舵反力算出手段によって算出される前記操舵反力が前記操舵方向判定手段によって判定された前記操舵方向と反対方向の場合は、前記操舵反力を低下させ、前記操舵反力算出手段によって算出される前記操舵反力が前記操舵方向判定手段によって判定された前記操舵方向と同方向の場合は、低下させていた前記操舵反力を前記操舵反力算出手段によって算出される前記操舵反力まで徐々に変化させる操舵反力補正手段とを備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
2. 請求項１に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操舵方向判定手段は、前記操舵装置の操舵角を検出する操舵角検出手段を備え、前記操舵角検出手段によって検出される前記操舵角に基づいて前記操舵方向を判定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
3. 請求項１に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操舵方向判定手段は、運転者が前記操舵装置を操作する際の操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段を備え、前記操舵トルク検出手段によって検出される前記操舵トルクに基づいて前記操舵方向を判定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操舵反力補正手段は、前記操舵方向判定手段によって判定された前記操舵方向と同方向の前記操舵反力を、前記操舵反力算出手段によって算出される前記操舵反力まで所定の変化量で徐々に変化させることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
5. 請求項４に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操舵反力補正手段は、前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記リスクポテンシャルに基づいて、前記所定の変化量を変更することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
6. 請求項５に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操舵反力補正手段は、前記リスクポテンシャルが大きくなるほど前記所定の変化量を大きくすることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
7. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操舵反力補正手段は、前記操舵方向判定手段によって判定された前記操舵方向と同方向の前記操舵反力を、前記操舵反力算出手段によって算出される前記操舵反力まで、所定の時定数を持った一時遅れフィルタにより徐々に変化させることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
8. 請求項７に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操舵反力補正手段は、前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記リスクポテンシャルに基づいて、前記所定の時定数を変更することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
9. 請求項８に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操舵反力補正手段は、前記リスクポテンシャルが大きくなるほど前記所定の時定数を小さくすることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置を備えることを特徴とする車両。
11. 障害物検出手段によって検出される自車両周囲の障害物状況に基づいて、前記自車両周囲のリスクポテンシャルを算出し、前記リスクポテンシャルに基づいて算出される操舵反力を操舵装置に発生するよう制御する車両用運転操作補助装置において、
    前記操舵装置が、前記リスクポテンシャルに基づいて算出される前記操舵反力の方向と同方向に操舵されると、前記操舵装置が前記操舵反力の方向とは反対方向に操舵されていたときよりも低い値から、前記リスクポテンシャルに基づいて算出される現時点での前記操舵反力まで、前記操舵装置に発生させる前記操舵反力を徐々に変化させることを特徴とする車両用運転操作補助装置。

Images