JP2005174218A - 車両用運転支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転者の感じる煩わしさを最小限に抑えながら運転の支援を行なう。
【解決手段】自車両の走行状態を検出する自車両状態検出手段２と、自車両の周囲環境を認識する周囲環境認識手段１と、自車両の運転操作機器１５の運転操作量を検出する運転操作量検出手段１３と、運転操作量の変化の履歴と周囲環境から運転者の運転意図を推定する運転意図推定手段９ａと、推定された運転意図に沿った操作を実行した場合に自車両および周囲環境の未来状態を予測する未来状態予測手段９ｂと、予測された未来状態に基づいて推定された運転意図のリスクを評価するリスク評価手段９ｃと、算出されたリスクに基づいて運転操作機器１５の操作反力の指令値を算出する操作反力指令値算出手段９ｄと、指令値に基づいて運転操作機器１５の操作反力を制御する運転操作機器制御手段１４とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両に搭載される車両用運転支援装置に関する。

下記特許文献１に開示されている車両用運転操作補助装置では、自車両と先行車両との車間距離や相対速度といった自車両および先行車両の走行状況を検出し、検出された走行状況から、自車両の先行車両までの現在の接近度合、および将来予測される走行状況の変化による影響度合を算出する。そして、これらに基づいて予測される将来のリスクポテンシャルに応じたアクセルペダル反力指令値が算出され、アクセルペダル反力制御装置が指令値に応じた反力を発生させる構成となっていた。

特開２００３−２４６２２５号公報

上記従来例では、自車両と先行車両との車間距離や相対速度といった車両の運動状態を表す物理量に基づいてリスクポテンシャルが算出される構成となっており、運転者がどのような車両運転操作を行なっているかを明示的に考慮していない。従って、運転者には先行車両との運動状態に応じたアクセルペダル反力が常に提示される構成となっている。このような構成の発明では、運転者に常に周囲状況を客観的に認識させ、注意力の低下を防止する効果が期待できる。一方で、運転者の注意力が十分に高い状態にある場合には、このように反力が常に提示される構成の装置は、かえって運転者に煩わしさを感じさせ、アクセルペダルの反力が増加することによって操作感覚を悪化させる場面が出てきたり、運転者が車線変更を伴う操作を行なおうとしているような場面においては、将来の走行状況は運転者のとる操作によって大きく変わるので、運転者の操作を考慮した予測でないと有効な支援情報にならない場面も出てくる、という問題点があった。

本発明の目的は、運転者にとって必要と思われる場面においてのみ、運転者の特定の運転意図に対してシステム側の予測判断を操作反力の形で提示し、運転者の感じる煩わしさを最小限に抑えながら運転の支援を行なうことができる車両用運転支援装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、自車両の走行状態を検出する自車両状態検出手段と、自車両の周囲環境認識手段と、自車両の運転操作機器の運転操作量検出手段と、運転操作量の変化の履歴と周囲環境から運転者の運転意図を推定する運転意図推定手段と、推定された運転意図に沿った操作を実行した場合の自車両および周囲環境の未来状態予測手段と、予測された未来状態に基づいて推定された運転意図のリスク評価手段と、算出されたリスクに基づいて運転操作機器の操作反力の指令値を算出する操作反力指令値算出手段と、指令値に基づいて運転操作機器の操作反力を制御する運転操作機器制御手段とを備える。

本発明によれば、運転者にとって必要と思われる場面においてのみ、運転者の特定の運転意図に対してシステム側の予測判断を操作反力の形で提示することになり、運転者の感じる煩わしさを最小限に抑えながら運転の支援を行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態を図１から図８までの図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は本発明の実施の形態の車両用運転支援装置の全体の構成を示す配置図である。
図１において、前方レーダー１ａは、自車両１０の前面に取り付けられ、自車両１０の前方に位置する複数の先行車両の位置を測定する。白線検出センサ１ｂは、ＣＣＤカメラ等によって構成され、自車両１０の前面の適当な位置に取り付けられ、道路上に引かれた白線を検出する。白線検出によって走行車線を認識する。後方レーダー１ｃは、自車両１０の背面に取り付けられ、自車両１０の後方に位置する複数の車両の位置を測定する。側方センサ１ｄは、自車両１０の左右の側面に１個ずつ取り付けられ、前方レーダー１ａと後方レーダー１ｃの死角となる自車両１０の側方に位置する車両の位置を検出する。なお、側方センサ１ｄとしては、レーダーを用いることもできるが、超音波センサや画像センサを用いることができる。
車速センサ２ａは、ロータリーエンコーダーを自車両１０のホイールに取り付けることで実現できる。ホイールの回転速度に応じた周期のパルス列を出力し、自車両１０の車速の計測値を得る。
アクセルペダル３には、アクセルペダル角度センサ４が取り付けられ、運転者のアクセルペダルの踏み込み角度を計測する。さらに、アクセルペダル３には、アクセルペダル反力モーター５が取り付けられ、演算部９からの信号を受けて、アクセルペダル３にかかる操作反力の大きさを調整する。
ステアリングハンドル６には、ステアリング角度センサ７が取り付けられ、運転者の操作したステアリングハンドル６の操舵角度を計測する。さらに、ステアリングコラム６ａには、ステアリング反力トルクモーター８が取り付けられ、演算部９からの信号を受けて、ステアリングハンドル６にかかる操作反力（操作反力トルク）の大きさを調整する。
演算部９は、マイクロコンピュータとその周辺部品から構成され、前方レーダー１ａ、白線検出センサ１ｂ、後方レーダー１ｃ、側方センサ１ｄ、車速センサ２ａからの信号を内蔵メモリに記録されたプログラムに従って処理し、アクセルペダル反力モーター５およびステアリング反力トルクモーター８に対する制御信号を生成する。

図２は本実施の形態における車両用運転支援装置の機能別ブロックの構成を示す図である。
演算部３は、マイクロコンピュータのソフトウェア形態により、図２に示すブロック、すなわち、運転意図推定手段９ａ、未来状態予測手段９ｂ、リスク評価手段９ｃ、操作反力指令値算出手段９ｄを構成する。また、図２に示すように、前方レーダー１ａ、白線検出センサ１ｂ、後方レーダー１ｃ、側方センサ１ｄの周囲センサにより周囲環境認識手段１が、車速センサ２ａにより自車両状態検出手段２が、アクセルペダル角度センサ４、ステアリング角度センサ７により運転操作量検出手段１３が、アクセルペダル反力モーター５、ステアリング反力トルクモーター８により運転操作機器制御手段１４が、アクセルペダル３、ステアリングハンドル６により運転操作機器１５が構成されている。

以下、図３に示すような道路状況における動作の例に基づいて、各ブロックの具体的な構成方法を説明する。
図３では、片側ニ車線の道路の左側車線を自車両１０が走行しており、自車両１０の前方を他車両１１が走行している。自車両１０の後方の右側車線には他車両１２が走行している。他車両１１の速度は自車両１０の速度よりも遅く、自車両１０はこのまま左車線に留まる場合には減速を強いられることになる。一方、後方右側車線の他車両１２の速度は自車両１０よりもやや速く、車間距離もそれほど大きくないため、ただちに車線変更するのが躊躇される場面である。
説明の便宜のため、図３のような車両配置図に座標を導入する。原点の位置を適当に定め、各車両の縦方向の位置ｘ_ｉを、縦方向の速度をｖ_ｉ（ｉは車両につけられたインデックスであり、０を自車両１０に対するインデックスとして、０から２までの整数値をとるものとする）と表記する。また、ｘ軸と垂直方向にｙ軸をとり、各車両の座標をｙ_ｉで表す。座標原点は図３のような二車線道路の場合、中央のレーンマーカー上にとることにする。ここでは、左右両車線の車線の幅はＷであるとする。すなわち、ｙ_ｉ＝−Ｗ／２で右車線中央を走行していることを示し、ｙ_ｉ＝Ｗ／２で左車線中央を走行していることを示すものとする。

以下、図４に示すフローチャートに沿って本実施の形態の車両用運転支援装置の動作の流れを説明する。
演算部９では、所定のある一定時間間隔ごとに図４に示すフローチャートの処理サイクルが呼び出されて、実行される。
《ステップ１》
ステップ１では、周囲環境認識手段１を構成する各センサ（１ａ〜１ｄ）の信号と自車両状態検出手段２を構成する車速センサ２ａの信号を取り込んで、自車両１０および周囲車両の位置と速度の情報を得る。センサ（１ａ〜１ｄ）から得られた信号を処理することにより、ｘ_ｉ、ｖ_ｉ、ｙ_ｉの具体的な値を得ることができる。なお、本実施の形態に示したレーダー（１ａ、１ｃ）からは自車両１０との相対位置が得られるだけであるが、座標系の原点を処理系で適当に定めればｘ_ｉの値を確定することができる。相対位置を微分すれば相対速度の情報が得られ、相対速度と自車速の和をとることによって、各車両の対地速度ｖ_ｉの値も確定する。車線位置ｙ_ｉについては白線検出センサ１ｂと各車両の検出位置を照合することでやはりその値を得ることができる。
説明の便宜のため、以下では処理された信号をまとめて、

と表記する。

《ステップ２》
ステップ２では、運転操作量検出手段１３を構成するセンサであるアクセルペダル角度センサ４とステアリング角度センサ７から、アクセルペダル３の踏み込み角度θ_Ａとステアリングハンドル６の操舵角度θ_Ｓを計測し、その情報を処理装置のメモリに格納する。
ステップ３からステップ６までが運転意図推定手段９ａの処理内容になる。
《ステップ３》
ステップ３では、現在よりも一段前の実行サイクルにおいて反力補正制御が行なわれたかどうかがチェックされ、行なわれていればステップ９に、行われていなければステップ４へと処理を分岐する。
《ステップ４》
ステップ４では、周囲状況Ｘと運転者の操作量θ_Ａおよびθ_Ｓから、運転者の運転意図を推定し、システム側で想定した運転意図と合致するものがあるかどうかがチェックされる。運転者が考える運転意図には細かく分類すれば様々なものが考えられるが、高速道路の単路部のような比較的単純な場面を想定すれば、加速、減速、車線変更のいずれかに還元される。ただし、車線変更については、それに先行して加速や減速運動を伴う場合があるので、加速を伴う車線変更、減速を伴う車線変更、現状を維持したまま行なう車線変更、の三つに細分することができる。
この中で、運転者（特に運転に慣れていない非熟練運転者）が緊張を強いられることが多いのは車線変更であるから、車線変更の意図を検出することが運転支援に関しては重要である。そこで、本実施の形態では、単純な加速や減速は推定の範囲外として除外する。また、減速を伴う車線変更の場合は、加速を伴う車線変更に比べてリスクが小さい場合が多い上、ブレーキペダル３を踏みながら車線変更する場面はあまり多くないこともあるので、本実施の形態では減速を伴う車線変更についても推定の範囲外とし、反力提示による運転支援の対象とはしない。

このように絞り込んでいくと、支援が必要なのは、現状を維持したまま（即座に）行なう車線変更と、加速を伴う車線変更の二つが残る。そこで、ステップ４では、周囲の車両配置および運動状態を考慮した上で、運転者の運転操作から上記の二つの運転意図のいずれかを持ってなされたものであるかどうかを推定する。具体的な処理の内容を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
ステップ４−１では、運転者のステアリング操舵角度θ_Ｓが、以前の実行ステップと比較して大きく変化したかどうかが判定される。判定ロジックとしては、例えば（２）式のようなものを利用することができる。

ただし、ｎは現在の実行ステップを表すインデックスであり、θ_Ｓ ^＊は判定の閾値である。
あるいは、（３）式のようなロジックも考えられる。

ただし、

である。
ステアリング操舵角度θ_Ｓが大きく変化したと判定された場合には、ステップ４−６に進み、ステアリング操舵角度θ_Ｓの変化した方向に走行可能な車線が存在しているかどうかを、白線検出センサ１ｂの検出結果と照合してチェックする。もし、ステアリング操舵角度θ_Ｓの変化した方向に走行可能な車線が存在しているのであれば、ステップ４−８へ進み、即座に車線変更する意図を持っていると判定した上で、ステップ５以降の処理へと戻る。ステアリング操舵角度θ_Ｓの変化した方向に走行可能な車線が存在していないのであれば、ステップ４−７へ進み、ステアリング操舵角度θ_Ｓの変化は車線変更を意図したものではないとして、非検出の判定結果を返して、ステップ５へ戻る。
ステアリングハンドル６の操舵角度θ_Ｓの変化が小さいと判定された場合には、ステップ４−２へ進む。
ステップ４−２では、今度はアクセルペダル３の踏み込み角度θ_Ａが大きく増加したかどうかが判定される。判定ロジックとしては、（２）、（３）式と同様の（５）式または（６）式を用いることができる。

ただし、θ_ａ ^＊は判定の閾値であり、

である。

アクセルペダル３の踏み込み角度θ_Ａが大きく増加したと判定されなかった場合には、ステップ４−７へ進み、非検出の判定結果を返して、ステップ５へ戻る。
アクセルペダル３の踏み込み角度θ_Ａが大きく増加したと判定された場合には、ステップ４−３へ進む。ステップ４−３では、自車両１０と同一車線上に先行車両が存在しているかどうかを周囲環境認識手段１の認識結果と照合することで判定する。同一車線上に先行車両が存在しない場合には、車線変更を伴わない加速であるか、車線変更を伴うにしても前後方向の速度調整に関する支援が必要のない場面であるとして、ステップ４−７で非検出の判定結果を返して、ステップ５へ戻る。
同一車線上に先行車両が存在している場合には、ステップ４−４で走行可能な隣接車線が存在しているかどうかを判定する。片側一車線の道路のような走行可能な隣接車線が存在していない場面では、ステップ４−７で非検出の結果を返して、ステップ５に戻る。走行可能な隣接車線が存在しているのなら、ステップ４−５で運転者に加速を伴う車線変更の意図があるものと判定して、ステップ５に戻る。
《ステップ５》
ステップ５では、以上で説明したステップ４の判定結果を受けて処理を分岐する。非検出の判定結果が出た場合には、ただちに処理を終了する。即座の車線変更または加速を伴う車線変更の意図が検出された場合には、ステップ６へ進む。

《ステップ６》
ステップ６では、検出された運転意図を反映した未来予測が行なわれる。
即座の車線変更の意図が検出された場合、自車両１０の縦方向の速度ｖ_０はそのままであると仮定して、まず、自車両１０の横方向の運動を予測する。予測の方法の一例として、車線変更の運動が一次遅れ系のモデルで記述できると仮定し、モデルのシミュレーションを行なうことで予測を行なう方法を説明する。
車線変更に伴う運動のモデルを次式のように記述する。

ここで、Ｔ_ＬＣは車線変更運動の速さを表す時定数、ｕ_ｙは車線変更先の横方向位置の目標値である。例えば、図３のように左車線から右車線へと車線変更しようとしている場合には、ｕ_ｙ＝−Ｗ／２と設定される。現時刻ｔ_０におけるｙ_０の測定値ｙ_０（ｔ_０）を初期値として、（８）式を積分すれば、任意の時刻ｔにおける予測値ｙ^∧ _０（ｔ）を得ることができる。
なお、ここで「^∧」は予測値を表し、括弧（）付きの数式においては、「^∧」は変数の上にあるものとし、上付きの「^∧」と、変数の上にある「^∧」は同意とする。
自車両１０の縦方向の運動は、速度が一定であると仮定すれば、現時刻ｔ_０におけるｘ_０、ｖ_０の測定値をそれぞれｘ_０（ｔ_０）、ｖ_０（ｔ_０）とすれば、任意の時刻ｔにおける予測値は、

で計算できる。

次に、周囲車両の運動を予測する。周囲車両のうち、他車両１１については自車両１０の前方を走行しており、基本的に自車両１０の挙動の影響は受けないと考えられる。従って、現時刻において測定された速度を保って走行を続けると想定される。すなわち、予測値を次式で計算できるものと仮定する。

他車両１２については、自車両１０の車線変更によってその挙動は大きく変わってくる。自車両１０が車線変更する前は、他車両１１と同様、一定速度で走行を続けるという仮定を置くことができるが、自車両１０が車線変更してきた場合には、自車両１０を先行車両とした追従挙動へと運動が切り替わるので、予測モデルも切り替える必要が出てくる。切り替えの閾値をｙ_０＝０として、他車両１２の挙動モデルを次式のように設定する。

ここで、ｆ（Ｒ，Ｒ_ｖ，v）は先行車両との車間距離がＲ、相対速度がＲ_{ｖ、追従車両の車速がv}であるような追従車両の目標車速指令値を算出する関数、ω_ｖは車速制御系において目標車速に対する実車速の応答遅れの大きさを表す定数であり、例えば、特開２０００−１３５９３４号公報の「先行車両追従制御装置」に開示されている［数2］から［数８］および［表１］、［表2］から構成される制御アルゴリズムを利用することができる。

以上の予測方法により、運転者が即座の車線変更の意図をもっている場合に関して、（１）式で定義した自車両１０および周囲車両の運動状態をまとめたベクトルＸの任意の時刻ｔにおける予測値であるＸ^∧（ｔ）を構成することができる。

次に、検出された運転意図が、加速を伴う車線変更、であった場合の予測の方法について説明する。この場合も、他車両１１については自車両１０の挙動の影響を受けないと考えられるので、（１１）、（１２）、（１３）式によって挙動予測の計算ができる。他車両１２についても、自車両１０が他車両１２の前方へ車線変更してくるという運動の基本パターンが変わらなければ、（１４）、（１５）、（１６）式によって挙動予測の計算ができる。
自車両１０の挙動予測については、例えば、特開２００３−２２８８００号公報の「車両用推奨操作量生成装置」において開示されている［数55］から［数66］から構成される計算方法を、以下に説明するような設定のもとで実行することで得ることができる。この特開２００３−２２８８００号公報の「推奨操作量生成装置」では、自車両１０および周囲車両の挙動を予測する予測式と自車両１０の操作量を数値的に評価する評価関数の二つを定義する必要がある。本実施の形態の場合、周囲車両の挙動を予測する予測式については、（１１）〜（１６）式ですでに定義されているので、これらの式をそのまま流用することができる。自車両１０の予測式については、横方向の運動については（８）式を流用することができる。縦方向の運動については、次式のモデルを利用することができる。

ここで、ｕ_ｘは自車両１０の加減速指令値である。
自車両１０の操作量を数値的に評価する評価関数は、本実施の形態の場合には、次のような形式の関数として定義する必要がある。

すなわち、評価区間の長さを表すＴ、終端状態を評価する関数φ、評価区間内の操作量および状態を評価する関数Ｌの三つの要素を具体的に定義する必要がある。
評価区間の長さＴは、一般に車線変更に伴う動作が開始されてから車線変更が完了するまでの時間をカバーできるだけの長さがとられていればよく、例えば１０秒程度の値を設定しておけば多くの場合、十分であると考えられる。
終端状態の評価については、この場合、加速を伴う車線変更を考えているので、
１．右車線を走行している状態
２．他車両１２よりも前方を走行している状態
という二項目の評価が高くなるような関数を定義すれば良いことになる。
具体的な関数形としては、項目１．について、

という関数、項目２．について、

という関数を考えることができる。ここで、ｐ_１、ｐ_２は評価項目の重みを表す正の定数、Ｄは後方車両に対する評価を無視してもよいくらい十分に大きな距離の値が設定される。例えばセンサレンジの限界である１００ｍ程度の値をとればよい。
終端状態の評価式φ（Ｘ）は、項目（１）と項目（２）の評価の和で構成される。

評価式Ｌについては、
３．なるべく大きな加減速をしない
４．頻繁に車線変更しない
５．周囲車両に近づきすぎない
といった一般的な要請項目を表現した関数の和で構成される。
項目３．を表現する関数としては、次式のような例が挙げられる。

ｗ_ｘは項目３．に対する評価重みを表す正定数である。
項目４．を表現する関数としては、次式のような例が挙げられる。

ｗ_ｙは項目４．に対する評価重みを表す正定数である。
項目５．を表現する関数は、さらに他車両１１に対する評価を表現する関数と他車両１２に対する評価を表現する関数との和から構成される。基本的には同一車線上を走行する車両に対する評価だけが計上され、自車両１０の車線変更に伴って評価の対象となる車両が切り替わる構成とする。
周囲車両に対するリスクを評価する指標としては、車間時間（＝車間距離／追従車両の速度）と衝突時間（＝車間距離／相対速度）が知られている。評価関数（２０）式の評価関数は値が小さいほど良い評価となるように構成しているので、車間時間と衝突時間の逆数を評価式として利用することができる。各々の線形結合で評価を構成するとすれば、他車両１１に対する評価式として（２６）式を、他車両１２に対する評価式として（２７）式を構成することができる。

ただし、αは車間時間と衝突時間との間の重みづけを設定する０から１までの値をとる定数であり、βは評価関数が下に有界となるように導入した飽和要素の形状を決める正の定数である。
左車線にいる間は他車両１１が、右車線に移った後は他車両１２が評価されるように、（２６）、（２７）式を結合して、（２８）式を項目５．を表現した関数として構成する。

ただし、ｗ_１、ｗ_２はそれぞれ他車両１１、他車両１２に対する重みを表す正の定数であり、

である。
（２４）、（２５）、（２８）式の和をとることで、評価式Ｌが構成される。

以上のようにして、予測式（８）、（１１）〜（１６）、（１８）、（１９）式、および評価関数（２０）式を定義すれば、評価関数を最小にするような操作量ｕ_ｘ、ｕ_ｙを現在時刻ｔ_０からＴだけ先の未来までの時系列信号として計算することができる。このようにして算出した操作量を、運転者が実際にとる操作量とみなして、（８）式以下の予測式を再度計算すれば、加速を伴う車線変更の意図に対応する予測値Ｘ^∧（ｔ）を得ることができる。
以上、ステップ６では、運転者がとる操作量を適当な方法で生成し、そのような操作量をとった場合の自車両１０および周囲車両の運動予測であるＸ^∧（ｔ）を計算する処理が実行される。

《ステップ７》
ステップ７では、リスク評価手段９ｃによって、未来の状態の予測であるＸ^∧（ｔ）が参照され、自車両１０にとっての車線変更のリスクが評価される。リスク評価については、ここでは評価式（２８）を流用することにして、（２８）式を車線変更開始から完了までの間で積分した時の値を評価値として採用することにする。すなわち、（３２）式が評価関数となる。

図６は本実施の形態におけるリスク算出の対象となる区間を説明する図で、図中、１６は予測操作量生成区間である。
ここで、積分区間ＬＣは、図６に示すように、ｙ_０の値がＷ／２−εを下回った時間から、−Ｗ／２＋εを下回った時間までの区間をとるものとする。
なお、ステップ７において車線変更する操作量が得られなかった場合には、すでに車線変更のリスクが大きく、システム側の想定の範囲内では車線変更すべきでない状態であると判断し、リスク評価値ｒとして十分大きな値を持つｒ_ｍａｘを割り当てるものとする。
以上、車線変更のリスク評価値ｒの値を算出することが、ステップ７の処理内容である。
《ステップ８》
ステップ８では、操作反力指令値算出手段９ｄによって、反力補正が必要であるかどうかが判定され、必要であればその指令値を算出する処理が行なわれる。
最初にステップ７の処理を経て、ステップ８に処理が移ってきた場合の処理について説明する。この場合、まずリスク評価値を次式に従って正規化する。

ここで、ｒ_ｍｉｎは反力提示が必要と判断される最低レベルのリスク評価値の値である。
即座の車線変更の意図が検出された場合には、通常のステアリングハンドル６の操舵反力トルクに加える補正トルクΔＴを次式のようにして算出する。

ΔＴ_ｍａｘは補正トルクの大きさの最大値である。トルクの方向はステアリングハンドル６を動かした方向とは逆向きにかける。
加速を伴う車線変更の意図が検出された場合には、通常のアクセルペダル３の反力に加える補正反力ΔＦを次式のようにして算出する。

ΔＦ_ｍａｘは補正反力の大きさの最大値である。
なお、（３４）式、あるいは（３５）式として０以外の値が算出された場合には、反力補正制御を実行中であることを示すフラグ、補正量ΔＴまたはΔＦの値、およびフラグが立てられたステップ数のインデックスが演算部９のメモリに格納される。このフラグを読み取ることで、ステップ３の分岐処理が行なわれるようにする。

ステップ９からステップ８へと進んできた場合の処理については、ステップ９の処理内容を説明した後に改めて説明する。
《ステップ９》
ステップ９では、既に反力補正制御が実行中である場合に、補正制御を続けるか解除するかを判定する処理を行なう。
まず、現在の処理サイクルにおいて検出された操作量を以前のサイクルにおける操作量と比較する。ステアリングハンドル６に対して、操舵角θ_Ｓの値を減少させることを促す反力トルク補正制御が行なわれている場合、次式の条件式を用いて、運転者によるステアリングハンドル６の操舵角θ_Ｓが減少しているかどうかがチェックされる。

ただし、θ_Ｓ ^ｔｈｒは判定の閾値を表す正の定数である。逆方向の場合は、次式が用いられる。

アクセルペダル３に対する反力補正制御が行なわれている場合には、次式が用いられる。

以上の式が成立した場合には、運転者が反力補正制御に反応して操作量を戻したものと判断し、反力補正制御の解除信号を生成してステップ８に移行する。そうでない場合には、反力補正制御を続行することになるので、そのままステップ８に処理を移す。
ステップ８からステップ９に処理が移った場合には、最初に反力補正制御の解除信号が生成されているかどうかがチェックされ、生成されていれば反力補正制御実行フラグおよび反力補正量、ステップインデックスの情報を消去し、反力補正量を０にセットして処理を終える。
解除信号が生成されていない場合には、現在のステップインデックスｎとメモリに記録されている反力補正制御の開始ステップインデックスｎ_ｏｎとが比較され、ステアリングハンドル６の反力トルクの補正制御を実行している場合には、反力トルク補正指令値を以下のように修正する。

ただし、Ｎ_ｈｏｌｄは反力補正値を維持するステップ幅を表す自然数、Δ_ＴはステップＮ_ｈｏｌｄが経過した後、反力トルク補正値を減少させていくときの減少幅である。
アクセルペダル反力の補正制御を実行している場合には、反力補正指令値を以下のように修正する。

Δ_ＦはステップＮ_ｈｏｌｄが経過した後、反力補正値を減少させていくときの減少幅である。
すなわち、（３９）、（４０）式は、運転者が反力補正制御を無視して操作量を戻さなかった場合には、最初のステップＮ_ｈｏｌｄの間は最初に算出された補正反力をかけ続けるが、その後は補正反力を漸減させ、最終的には補正反力を０にすることを意味している。
なお、補正反力が０と算出された場合には、反力補正制御実行フラグと反力補正量、ステップインデックスを消去して、反力補正制御を解除する。
以上のようにしてステップ８の処理が終了すると、演算部９は反力補正指令値ΔＴまたはΔＦをステアリング反力トルクモーター８あるいはアクセルペダル反力モーター５へと転送して、処理サイクルを終了する。
ステアリング反力トルクモーター８とアクセルペダル反力モーター５は、演算部９からの指令値を受けた制御回路によって指令値に対応した出力を出すように制御され、補正反力がアクセルペダル３またはステアリングハンドル６に提示される。

図７に図３の場面において、運転者が右方向にステアリングハンドル６を操舵した場合の車両用運転支援装置の動作例を示す。
ステアリングハンドル６の操舵角θ_Ｓの変化のみが検出されるので、運転意図推定手段９ａは、即座の車線変更の意図を検出する。未来状態予測手段９ｂは加減速を伴わずに車線変更する操作量を生成し、予測式に従って車線変更完了後までの周囲環境を予測する。予測に基づいてリスク評価手段９ｃは車線変更に伴うリスク評価値を算出する。算出された評価値は、補正反力トルクの提示が必要であると判断される最小の値ｒ_ｍｉｎを越える値であったため、操作反力指令値算出手段９ｄによって補正反力トルク指令値ΔＴが算出され、ステアリング反力トルクモーター８が駆動されて運転者に通常の操舵時よりも強い反力トルクが提示される。
図８に図３の場面において、運転者がアクセルペダル３を踏み込んだ場合の車両用運転支援装置の動作例を示す。
アクセルペダル３の踏み込み角度θ_Ａの変化のみが検出されるので、運転意図推定手段９ａは、加速を伴う車線変更の意図を検出する。未来状態予測手段９ｂは加速しながら車線変更する操作量を生成し、予測式に従って車線変更完了後までの周囲環境を予測する。今度は算出された評価値はよりも小さくなり、補正反力の提示は不要と判定され、運転者は通常と同じ操作感覚でアクセルペダル３を踏み込むことができる。

以上説明したように本実施の形態の車両用運転支援装置では、自車両１０の走行状態を検出する自車両状態検出手段２と、自車両１０の周囲環境を認識する周囲環境認識手段１と、自車両１０の運転操作機器１５の運転操作量を検出する運転操作量検出手段１３と、運転操作量の変化の履歴と周囲環境から運転者の運転意図を推定する運転意図推定手段９ａと、推定された運転意図に沿った操作を実行した場合に自車両１０および周囲環境の未来状態を予測する未来状態予測手段９ｂと、予測された未来状態に基づいて推定された運転意図のリスクを評価するリスク評価手段９ｃと、算出されたリスクに基づいて運転操作機器１５の操作反力の指令値を算出する操作反力指令値算出手段９ｄと、指令値に基づいて運転操作機器１５の操作反力を制御する運転操作機器制御手段１４とを備えている。
このように運転者がとる操作量の変化の大きさを考慮し、運転者の運転意図を推定して、運転者が意識的に操作量を変化させたと思われる場面で運転操作機器１５の反力特性を変化させる構成となっているので、運転者にとって必要と思われる場面においてのみ、運転者の特定の運転意図に対してシステム側の予測判断を操作反力の形で提示することになり、運転者の感じる煩わしさを最小限に抑えながら運転の支援を行なうことができる。
また、運転意図推定手段９ａは、運転者の運転意図として、即座の車線変更、加速を伴う車線変更のいずれかに該当するか否かを推定し、運転操作機器制御手段１４は、運転意図推定手段９ａの推定結果が上記の二種類の運転意図のいずれにも該当しないという結果であった場合には、事前に設計された通常の反力特性に従うように操作反力を制御するようになっている。このように検出すべき運転意図を、即座の車線変更、加速を伴う車線変更の二種類に限定し、これらの意図が明確に検出されない場合には通常の反力特性をそのまま提示するようにしているので、運転意図の推定が比較的容易な操作に対してのみ装置が動作する構成となり、運転意図の誤推定による反力特性の変更により、運転者の運転感覚が悪化することを抑制することができる。
また、運転操作機器制御手段１４は、算出されたリスクが所定の水準以上に大きく評価された場合には、操作反力を通常の反力特性よりもリスクの水準に応じて増加させるようになっている。このようにリスクの大きさによって操作反力を大きくすることで、運転者に対して、該当する操作の結果予測されるリスクを、直感的にわかりやすい形で伝達することができる。
また、運転操作機器制御手段１４は、操作反力の増加によって操作量が所定量以上戻された場合には、操作反力の増加制御を中止し、通常の反力特性に復帰させるようになっている。このように操作反力の増加に反応して運転者が該当する運転操作機器１５の操作量を戻した場合に、通常の反力特性へと速やかに復帰させているので、運転者の運転操作に対する介入が最小限に抑えられ、運転者の感じる煩わしさを軽減することができる。
また、運転操作機器制御手段１４は、操作反力を増加させても操作量が所定の操作量以上に保たれた場合には、操作反力の増加制御を開始してから所定時間が経過した後に、増加させた操作反力を漸減させ、通常の反力特性に復帰させるようになっている。このように運転者が操作反力の増加に反応せずに、反力増加制御のトリガーとなった操作をとり続けた場合には、一定時間経過後、反力の増加分を減少させているので、運転者の主体性を損なわない運転支援を提供することができる。

また、未来状態予測手段９ｂは、運転意図推定手段９ａによって推定された運転意図に沿った操作量のパターンを生成し、生成された操作量に従って自車両１０の操作を行なった場合の自車両１０および周囲車両の運動のパターンを算出するようになっている。このように推定された意図に対する具体的な操作量のパターンを生成し、それに基づいて自車両１０および周囲車両の運動パターンを予測しているので、操作予測の自由度が大きくなって、一定速走行、一定加速度走行のような単純な予測以外の予測も可能になるので、予測の精度が向上し、それに伴ってリスク評価もより妥当なものになり、システムがより適切な判断を下すことができるようになる。
例えば、上記で想定した加速を伴う車線変更といった複合的な操作が必要な運転意図に対しても、自車両１０が車線変更する操作のパターンを生成することで、系統的かつ明示的な操作予測を行なうことができる。上記で想定した運転意図以外にも適用範囲を広げることが可能であり、例えば未来状態予測手段９ｂに他車両の車線変更を予測する機能を加えることで、隣接車線上を走行する他車両が自車両１０の前方へ割り込みことを受け入れる、または拒否する、といった運転意図も考慮することができるようになる。
また、運転操作量検出手段１３は、運転操作機器１５のアクセルペダル３の踏み込み角度θ_Ａを検出し、運転操作機器制御手段１４は、アクセルペダル３の操作反力を制御するようになっている。このようにアクセルペダル３の操作から運転意図を推定し、アクセルペダル３の反力を通して運転者に情報を提示する構成となっているので、加速または加速を伴う車線変更の意図を精度良く推定できるようになり、加速または加速を伴う車線変更のリスクが大きいと評価された場合には、アクセルペダル３を踏み込みにくくすることで運転者にリスクの小さい操作をとることを促すことができる。
また、運転操作量検出手段１３は、運転操作機器１５のステアリングハンドル６の操舵角度θ_Ｓを検出し、運転操作機器制御手段１４は、ステアリングハンドル６の操作反力を制御するようになっている。このようにステアリングハンドル６の操作から運転意図を推定し、ステアリングハンドル６の反力トルクを通して運転者に情報を提示する構成となっているので、車線変更または加速を伴う車線変更の意図を精度良く推定できるようになり、車線変更または加速を伴う車線変更のリスクが大きいと評価された場合には、ステアリングハンドル６を操舵しにくくすることで運転者にリスクの小さい操作をとることを促すことができる。

上記のように本実施の形態の車両用運転支援装置を用いることにより、例えば、運転者が車線変更の判断に迷った場合に、アクセルペダル３を多少強めに踏み込んで反力の戻り具合を調べることで、運転者が考える車線変更にどの程度のリスクがあるのかに関して、システム側の評価を参照するような使い方ができる。上記従来例とは異なり、運転者からの積極的な働きかけ（操作）がなければ作動しない構成となっているので、運転者が感じる煩わしさを低減しつつ、効果的な運転支援を行なうことができる。

なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施の形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

本発明の実施の形態の車両用運転支援装置におけるハードウェア構成部品の配置を示す図である。 本発明の実施の形態の車両用運転支援装置における機能ブロックの構成を示す図である。 本発明の実施の形態の車両用運転支援装置における適用場面の一例を示す図である。 本発明の実施の形態の車両用運転支援装置における演算処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態の車両用運転支援装置における運転意図推定手段の主要部分の処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施の形態の車両用運転支援装置におけるリスク算出の対象となる区間を説明する図である。 本発明の実施の形態の車両用運転支援装置における動作例を示す図である。 本発明の実施の形態の車両用運転支援装置における別の動作例を示す図である。

符号の説明

１…周囲環境認識手段
１ａ…前方レーダー １ｂ…白線検出センサ
１ｃ…後方レーダー １ｄ…側方センサ
２…自車両状態検出手段 ２ａ…車速センサ
３…アクセルペダル ４…アクセルペダル角度センサ
５…アクセルペダル反力モーター ６…ステアリングハンドル
６ａ…ステアリングコラム ７…ステアリング角度センサ
８…ステアリング反力トルクモーター ９…演算部
１０…自車両 １１、１２…他車両
１３…運転操作量検出手段 １４…運転操作機器制御手段
１５…運転操作機器 １６…予測操作量生成区間

Claims (8)

1. 自車両の走行状態を検出する自車両状態検出手段と、
   前記自車両の周囲環境を認識する周囲環境認識手段と、
   前記自車両の運転操作機器の運転操作量を検出する運転操作量検出手段と、
   前記運転操作量の変化の履歴と前記周囲環境から運転者の運転意図を推定する運転意図推定手段と、
   推定された前記運転意図に沿った操作を実行した場合に前記自車両および前記周囲環境の未来状態を予測する未来状態予測手段と、
   予測された前記未来状態に基づいて推定された運転意図のリスクを評価するリスク評価手段と、
   算出された前記リスクに基づいて前記運転操作機器の操作反力の指令値を算出する操作反力指令値算出手段と、
   前記指令値に基づいて前記運転操作機器の前記操作反力を制御する運転操作機器制御手段と、を備えることを特徴とする車両用運転支援装置。
2. 前記運転意図推定手段は、前記運転者の運転意図として、即座の車線変更、加速を伴う車線変更、のいずれかに該当するか否かを推定し、
   前記運転操作機器制御手段は、前記運転意図推定手段の推定結果が上記の二種類の運転意図のいずれにも該当しないという結果であった場合には、事前に設計された通常の反力特性に従うように前記操作反力を制御することを特徴とする請求項１記載の車両用運転支援装置。
3. 前記運転操作機器制御手段は、算出された前記リスクが所定の水準以上に大きく評価された場合には、前記操作反力を前記通常の反力特性よりも前記リスクの水準に応じて増加させることを特徴とする請求項１または２記載の車両用運転支援装置。
4. 前記運転操作機器制御手段は、前記操作反力の増加によって前記操作量が所定量以上戻された場合には、前記操作反力の増加制御を中止し、前記通常の反力特性に復帰させることを特徴とする請求項３記載の車両用運転支援装置。
5. 前記運転操作機器制御手段は、前記操作反力を増加させても前記操作量が所定の操作量以上に保たれた場合には、前記操作反力の増加制御を開始してから所定時間が経過した後に、増加させた前記操作反力を漸減させ、前記通常の反力特性に復帰させることを特徴とする請求項３または４記載の車両用運転支援装置。
6. 前記未来状態予測手段は、前記運転意図推定手段によって推定された前記運転意図に沿った前記操作量のパターンを生成し、生成された前記操作量に従って前記自車両の操作を行なった場合の前記自車両および周囲車両の運動のパターンを算出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の車両用運転支援装置。
7. 前記運転操作量検出手段は、前記運転操作機器のアクセルペダルの踏み込み角度を検出し、
   前記運転操作機器制御手段は、前記アクセルペダルの前記操作反力を制御することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載の車両用運転支援装置。
8. 前記運転操作量検出手段は、前記運転操作機器のステアリングハンドルの操舵角度を検出し、
   前記運転操作機器制御手段は、前記ステアリングハンドルの前記操作反力を制御することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の車両用運転支援装置。

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