JP2005186813A - 車両用運転支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】路面勾配による車両の加速／減速応答性の変化の影響を排除し、先行車との適正な車間距離を維持した追従走行を可能とする。
【解決手段】自車走行レーン上に適正に先行車を捕捉できている場合、先行車との適正な車間距離に基づく演算値により目標車速を算出し（Ｓ１０８）、現在の自車の走行路が下り勾配或いは上り勾配であるとの勾配判定がなされているか否かを調べる（Ｓ１０９）。そして、下り勾配或いは上り勾配であるとの判定がなされている場合、目標車速を勾配の程度に応じて補正する（Ｓ１１０）。これにより、路面勾配に応じて車速の指示値と実際の速度とを適切に調整し、先行車との適切な車間距離を保持し、安定した追従走行を実現することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、自車走行レーン上の先行車に対する追従走行制御を行う車両用運転支援装置に関する。

近年、ミリ波レーダ、赤外線レーザレーダ、ステレオカメラや単眼カメラ等を用いて車両前方の車外環境を認識し、認識した車外環境に基づいて自車の走行制御等を行う車両用運転支援装置が実用化されつつある。この種の車両用運転支援装置においては、特に、先行車の認識結果に応じて定速走行制御や先行車に対する追従走行制御を行う車間距離制御クルーズコントロール（ＡＣＣ；Adaptive Cruise Control）機能が主となっている。

ところで、この種の車両用運転支援装置においては、雨、雪、霧、逆光、夜間時等に先行車等の認識能力が低下する場合がある。これに対処するに、例えば特許文献１には、ステレオカメラで得られた画像を処理することにより先行車等との車間距離を検出し、ミリ波レーダによって得られたデータから先行車等との車間距離を検出するとともに、外部環境等に基づいてステレオカメラ及びミリ波レーダの信頼度を判定し、判定した信頼度に基づき、画像処理で得られた車間距離とミリ波レーダからのデータ処理で得られた車間距離のうちの何れかを選択的に用いる技術が開示されている。
特開平６−２３０１１５号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、走行路の路面勾配の影響を考慮しておらず、先行車に対する追従走行中に下り勾配や上り勾配にさしかかると、車両の加速／減速応答性が過敏になったり鈍感になったりしてしまい、先行車に接近しすぎたり離れたりし過ぎて適正な車間距離を維持することが困難となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、路面勾配による車両の加速／減速応答性の変化の影響を排除し、先行車との適正な車間距離を維持した追従走行を可能とすることのできる車両用運転支援装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両用運転支援装置は、自車の走行レーン上の先行車を検出する手段と、自車の目標車速を上記先行車との車間距離に基づいて算出する手段と、自車の運転状態情報に基づいて、走行路の路面勾配を判定する手段と、上記目標車速を、上記路面勾配に応じて補正する手段とを備えたことを特徴とする。

本発明の車両用運転支援装置は、路面勾配による車両の加速／減速応答性の変化の影響を排除し、先行車との適正な車間距離を維持した追従走行を可能とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係わり、図１は運転支援装置を搭載した車両の概略構成図、図２は車両用運転支援装置の全体システム構成図、図３はクルーズコントロール機能のブロック図、図４は目標車速算出ルーチンのフローチャート、図５は路面勾配と目標車速との関係を示す説明図である。

図１において、符号１は自動車等の車両（自車）を示し、この車両１には運転支援装置（ＡＤＡ；Active Drive Assist system）２が搭載されている。図２に示すように、運転支援装置２は、ステレオカメラユニット３と、ミリ波レーダユニット４と、イメージプロセッシングユニット（ＩＰＵ）５と、プレビューコントロールユニット（ＰＣＵ）６と、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）７と、ビークルダイナミクスコントロールユニット（ＶＤＣ）８と、統合ユニット９とを有し、これらがＣＡＮ（Controller Area Network）等の多重通信系で接続されている。また、統合ユニット９には、例えば、通信速度の異なる他の通信系（車体側通信系）を介して、センターディスプレイ１０と、コンビネーションメータ１１と、オーディオ装置１２とが接続されている。

ステレオカメラユニット３は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いた１組の（左右の）ＣＣＤカメラを有して構成されている。これら左右のＣＣＤカメラは、それぞれ車室内の天井前方に所定の基線長をもって取付けられ（図１参照）、車外の対象を異なる視点で撮像する。そして、ステレオカメラユニット３は、左右のＣＣＤカメラで撮像した各画像（基準画像及び比較画像）をＡ／Ｄ変換して各種補正処理を行い、これらの画像信号をＩＰＵ５に出力する。

ミリ波レーダユニット４は、例えば、車両１のフロントバンパ構造材に取り付けられている（図１参照）。このミリ波レーダユニット４は送受信部（図示せず）を有し、送受信部は、車両１の水平方向に、所定の走査範囲で、一定の間隔毎にミリ波を送受信する。そして、ミリ波レーダユニット４は、送信したミリ波が立体物等の反射対象で反射されて戻ってくるまでの時間差を基に、自車前方の立体物の二次元分布情報からなるミリ波レーダ画像を生成し、これをＩＰＵ５に出力する。

ステレオカメラユニット３及びミリ波レーダユニット４からの各画像信号は、ＩＰＵ５にて処理され、車外環境が認識される。すなわち、ＩＰＵ５では、ステレオ画像に基づく立体物認識処理、レーダ画像に基づく立体物認識処理、更に、ステレオ画像に基づいて認識した立体物（以下、画像立体物と称す）とレーダ画像に基づいて認識した立体物（以下、レーダ立体物と称す）とを融合した立体物認識処理を行う。

具体的には、ステレオ画像に基づく立体物認識処理では、ステレオ画像の三角測量の原理等を用いた周知の演算処理により、道路上の白線、道路に沿って存在するガードレールや縁石等の側壁、車両等の立体物を認識する。そして、認識された白線、側壁、立体物に係る各データに、それぞれのデータ毎に異なったＩＤを割り当てる。その際、車両等の立体物は２以上の面がコーナーを介して連続して認識されることが多いため、このような車両等の可能性が高い立体物を、コーナー状立体物として別途登録する。また、レーダ画像に基づく立体物認識処理では、レーダ画像上の距離値が連続する部分を１つの立体物として抽出し、抽出された立体物に係る各データに、ＩＤを割り当てる。

次に、各画像立体物と各レーダ立体物と位置や移動速度に基づいて、各画像立体物と各レーダ立体物の各組合せ全てについての同一確率の判定を行い、同一確率が所定以上で最も一致する画像立体物とレーダ立体物の各組み合わせを、ステレオ画像とミリ波レーダとのセンサフュージョンによる立体物（フュージョン立体物）として認識する。その結果、画像立体物単体により認識された立体物、レーダ立体物単体により認識された立体物、画像立体物とレーダ立体物との組み合わせにより認識されたフュージョン立体物の何れかからなる各立体物を自車前方に認識する。

更に、ステレオ画像から認識した白線、側壁等の情報や、ＶＤＣ８から得られる自車１の走行状態情報等に基づいて自車走行レーンの推定を行い、推定した自車走行レーン上に存在する立体物を抽出する。そして、自車走行レーン上に立体物が抽出された場合、その中から自車に最も近距離に位置する立体物を先行車として捕捉する。

以上のＩＰＵ５による車外環境の認識結果は、運転支援装置２の各機能を統括するＰＣＵ６に入力される。ＰＣＵ６は、ＩＰＵ５やＶＤＣ８から得られる情報等に基づいて各種運転支援機能を実行し、センターディスプレイ１０やコンビネーションメータ１１への表示信号の出力、コンビネーションメータ１１やオーディオ装置１２に接続するスピーカ１１ａ，１２ａへのブザー（或いは音声）信号の出力、ＥＣＵ７、ＶＤＣ８への制御信号の出力等を適宜行う。

ＰＣＵ６による運転支援機能としては、例えば、以下に示すように、車間距離、車線逸脱、ふらつきに対する警報機能、グリップ予測機能、視界支援機能があり、更に、先行車の認識結果に応じて定速走行制御や先行車に対する追従走行制御を行う車間距離制御クルーズコントロール（Adaptive Cruise Control；ＡＣＣ）機能がある。

（ａ）車間距離警報機能
自車走行レーン上に先行車を捕捉している場合において、先行車との車間距離を監視し、この車間距離が所定の警報車間距離以下になったとき、コンビネーションメータ１１の警報灯を表示するとともに、スピーカ１１ａからのブザー音による警報を出力する。

（ｂ）車線逸脱警報機能
自車走行レーンの白線と自車１との位置関係から、予め設定された前方距離内で、白線と自車１の外側側壁の延長線の間隔とが略”０”となると判定したとき、コンビネーションメータ１１の警報灯を点灯表示すると共に、スピーカ１１ａからのブザー音による警報を出力する。

（ｃ）ふらつき警報機能
自車１と白線との関係に基づいて自車走行レーン上でのふらつきを計測し、その周波数分析からよそ見や居眠りに関係の深いふらつきを検出したとき、車線逸脱警報の警報タイミングを早める。さらに、車線逸脱を検出した際にスピーカ１２ａからの音声による警報を行う。

（ｄ）グリップ予測機能
ドライバによるブレーキ踏み込み時の前後輪の車輪速差を検出し、この値が所定値を越えたとき、タイヤがスリップしやすい状態にあると判断し、センターディスプレイ１０を通じてその旨を表示する。

（ｅ）視界支援機能
自車走行レーン上を走行する先行車や、対向車との車間距離情報をセンターディスプレイ１０を通じて表示する。また、先行車に自車が一定速度以上の速さで接近しているとき、スピーカ１２ａからのブザー音による警報を出力する。

（ｆ）ＡＣＣ機能
センターディスプレイ１０に設けられたタッチスイッチを操作してドライバが所望の走行車速をセットした場合、自車走行レーン上に先行車がいないときには、セットされた車速で自動定速走行を行い、自車走行レーン上に自車より低速の先行車を捕捉したときには、適切な車間距離を保持するように追従走行制御を行う。

尚、センターディスプレイ１０のタッチスイッチは、各運転支援機能の実行／解除やセンターディスプレイ１０の表示切り替え等を行うものであり、ＡＣＣ機能のＯＮ／ＯＦＦを行うメインスイッチ、定速走行時の目標車速を設定する車速スイッチ、主に目標車速を下降側へ変更設定するコーストスイッチ、主に目標車速を上昇側へ変更設定するリジュームスイッチ等を操作することにより、ＡＣＣ機能を選択することができる。

このＡＣＣ制御機能は、各ユニットで異常を検出したシステム異常時は勿論のこと、ＩＰＵ５において、ステレオ画像に基づく霧や雨或いは逆光等の撮像環境の悪化を検出した場合、フロントガラス，カメラレンズの汚れ、ミリ波レーダ画像に基づくレーダの軸ズレやレーダカバーの汚れ等を検出した場合には、ＯＦＦとされる。また、ＡＣＣ制御機能がＯＮであっても、先行車情報に付加される後述の認識種別情報から誤認識の可能性があると判断される場合には、先行車に対する追従走行が禁止される。

図３は、ＰＣＵ６によるＡＣＣ制御機能の主要構成を示すものであり、状態遷移演算部２０、路面勾配判定部２１、目標車速演算部２２を主として構成される。目標車速演算部２２では、ＩＰＵ５で捕捉した先行車の速度や距離等の先行車情報に基づいて、状態遷移演算部２０で演算した走行モードに応じた目標車間距離を演算し、更に、路面勾配判定部２１で判定した走行路の勾配に応じて目標車速を修正し、ＥＣＵ７によるエンジン出力制御の指示値としてＥＣＵ７へ出力する。

詳細には、状態遷移演算部２０は、自車走行レーン上に先行車が存在しないとき、ドライバがセットしたセット車速を維持するよう制御する定速走行モード、自車走行レーン上に自車よりも低速の先行車を捕捉したとき、捕捉した先行車との適切な車間距離を保って追従走行する追従走行モードを基本として、追従走行中に先行車をロストしたとき、ロスト時の車速を保持する保持走行モード、ＶＤＣ８を介した加減速モード等を、ＩＰＵ５からの先行車情報に基づいて演算する。この状態遷移の演算結果は、ＩＰＵ５からの先行車情報に基づいて随時更新される。

路面勾配判定部２１は、走行路が平坦路から下り勾配や上り勾配のある走行路に変化すると、この路面勾配の変化に相応して自車の運転状態が変化することに着目し、少なくとも自車のエンジン出力制御状態と速度変化状態と制動状態とを組合わせ、自車の走行レーンの路面勾配を判定する。具体的には、エンジンのスロットル開度情報、自車速度変化、ブレーキ操作の有無、ブレーキ制御実施の有無等の自車の運転状態の情報から、現在の自車の走行路が下り勾配であるか、上り勾配であるか、平坦路であるかを判定する。

例えば、下り勾配の走行路では、平坦路に比較して目標車速への制御応答性が相対的に速くなるため、エンジンのスロットル開度を相対的に小さくするよう制御され、自車の加速度如何によっては、ブレーキ制御の実施やドライバによるブレーキ操作が加わる。逆に、上り勾配の走行路では、平坦路に比較して目標車速への制御応答性が相対的に遅くなるため、加速度が相対的に小さくなり、これを補うためにエンジンのスロットル開度を相対的に大きくするよう制御される。

従って、車両の走行特性や制動能力に基づいて運転状態の変化と路面勾配との関係を、例えばニューラルネットワーク等により予め学習しておき、現在の運転状態情報をニューラルネットワークに入力することで、傾斜センサ等の特別なセンサを備えることなく、走行路の路面勾配を判定することができる。路面勾配判定部２１による路面勾配の判定結果は、平坦路、下り勾配路、上り勾配路の種別と共に勾配の大きさが目標車速演算部２２に出力される。

目標車速演算部２２は、状態遷移演算部２０からの各モードの状態遷移に対応して、各走行モードにおける自車の目標車速を演算する。この目標車速はＥＣＵ７へ出力され、ＥＣＵ７において、目標車速と実際の車速との偏差に応じてスロットル弁を開閉駆動するアクチュエータを介してスロットル開度がフィードバック制御され、自車の車速が制御される。この場合、目標車速演算部２２では、追従走行モード中に、路面勾配判定部２１によって路面が平坦でないと判定されたときには、勾配の程度に応じて目標車速を補正する。これにより、下り勾配路での過剰な応答速度によって先行車に接近しすぎ、減速及び加速の制御ハンチングが発生することを回避し、また、上り勾配路での応答速度の低下によって車間距離が不適正に増加することを防止する。

以上のＡＣＣ制御機能における目標車速は、具体的には、図４に示すプログラム処理によって算出される。以下、図４の目標車速算出ルーチンについて説明する。

この目標車速算出ルーチンは、ＡＣＣ制御実施可能条件下において、センターディスプレイ１０のＡＣＣメインスイッチのＯＮ操作によってスタートされ、所定時間毎に繰り返し実行される。

このルーチンがスタートすると、先ず、ステップＳ１０１において、ＩＰＵ５からの先行車情報に基づいて演算された状態遷移を読込み、ステップＳ１０２で、現在の状態遷移が自車走行レーン上に先行車を捕捉していない定速走行モードであるか否かを調べる。そして、現在の状態遷移が定速走行モードである場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０３へ進んでドライバがセットしたセット車速を目標車速として算出し、ルーチンを抜ける。

定速走行モードでは、ＰＣＵ６からＥＣＵ７へ目標車速が出力され、ＥＣＵ７において、目標車速と現在の自車速との偏差を０に収束させるようエンジンのスロットル弁の開度をフィードバック制御する。すなわち、スロットルの開度が大きくなると、エンジン回転数が上昇して車速が上昇し、逆にスロットルの開度を小さくしていくと、エンジンブレーキが作動して減速していく。これにより、自車両１は、ドライバがセットした車速で定速走行するよう自動的に制御される。

また、ステップＳ１０２において、現在の状態遷移が定速走行モードでない場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０４へ進み、カーブ走行や車線変更等によりＩＰＵ５が先行車を捕捉できなくなり、一時的な先行車のロスト判定がなされているか否かを調べる。

その結果、先行車のロスト判定があった場合には、ステップＳ１０４からステップＳ１０５へ進み、ロスト状態の継続時間を計時するためのカウンタＴを、前回の値からカウントダウンする（Ｔ←Ｔ−１）。カウンタＴには、追従走行中に先行車をロストしたとき、現在の車速変化状態を保持する保持時間（例えば、２ｓｅｃ）を与える初期値がセットされ、ロスト直後には初期値からカウントダウンされる。

続くステップＳ１０６では、カウンタＴが０に達したかか否かを調べる。そして、Ｔ＞０であり、先行車ロスト後の保持時間が経過していないときには、ステップＳ１０６からステップＳ１０７へ進み、目標車速をロスト直前の目標車速に保持し、ルーチンを抜ける。これにより、現在の状態遷移が追従走行モードから保持走行モードに遷移する。

保持走行モードでは、ＰＣＵ６からＥＣＵ７に出力される目標車速と現在の自車の車速との偏差に応じてスロットル弁の開度がフィードバック制御され、先行車を捕捉できなくなったときの目標車速に等しくなるような制御を維持する。すなわち、追従中の先行車両が捕捉できなくなったとしても、直ちに加速することなく現在の車速変化状態を保持し、制御上の緩衝帯を設けると共にドライバが違和感を持つことを防止する。

その後、ルーチンが繰返され、ステップＳ１０６においてＴ≦０となり、先行車のロスト状態が保持時間を経過したときには、先行車の一時的なロストではなく、自車走行レーン上に先行車が存在しない（先行車が離脱状態にある）と判定し、ステップＳ１０６から前述のステップＳ１０３へ分岐して目標車速をセット車速とすることで直ちに加速を開始する。このロスト状態からの復帰により目標車速が変更されると、状態遷移は定速走行モードに遷移し、ドライバにもたつき感（加速不良の感覚）を抱かせることなく速やかに設定車速へ復帰する。

一方、ステップＳ１０４において、先行車のロスト判定がなく、自車走行レーン上に適正に先行車を捕捉できている場合には、ステップＳ１０４からステップＳ１０８へ進み、先行車との適正な車間距離に基づく演算値により目標車速を算出する。例えば、自車の速度に設定時間を乗算して追従対象との車間距離の目標値を求め、先行車の速度に、目標車間距離と実際の車間距離との偏差及び自車と先行車との間の相対速度に応じた演算値を加算し、目標車速を演算する。

このとき、状態遷移は追従走行モードとなり、この追従走行モードでは、ＰＣＵ６からＥＣＵ７に出力される目標車速と実際の自車の車速との偏差に応じてスロットル弁の開度がフィードバック制御され、自車の走行レーンに他車の割込みがあった場合等、必要に応じてＰＣＵ６からＶＤＣ８を介して自動ブレーキによる減速を行うことにより、自車と先行車との車間距離が目標車間距離に等しくなるように制御される。これにより、自車両１は、先行車に対して適正車間距離を保持した状態で追従走行する。

次に、ステップＳ１０９へ進み、現在の自車の走行路が平坦路でなく、下り勾配或いは上り勾配であるとの勾配判定がなされているか否かを調べる。そして、勾配判定がなされておらず、平坦路である場合には、先にステップＳ１０８で算出した目標車速を変更することなくルーチンを抜け、下り勾配或いは上り勾配であるとの判定がなされている場合、ステップＳ１１０へ進んで、先に算出した目標車速を勾配の程度に応じて補正する。

例えば、現在の自車の走行路が下り勾配であると判定された場合には、目標車速増加率（今回算出された目標車速と前回の目標車速との差）を調べ、この目標車速増加率が勾配の大きさに応じて設定される上限値以下となるよう、今回の目標車速を減少補正することで、下り勾配路での車両の加速度を制限する。また、自車の走行路が上り勾配であると判定された場合には、目標車速増加率が勾配の大きさに応じて設定される下限値を下回らないよう、今回の目標車速を増加補正することで、上り勾配路での実車速と目標車速との偏差を平坦路に比べて大きくし、加速不良によるもたつき感をなくして適正車間距離の維持を可能とする。

以上の路面勾配による目標車速の変化を、図５を用いて説明する。同図に示すように、追従走行中に先行車が速度が上げた場合、下り勾配路では、自車の目標車速の増加率を平坦路に比較して小さくし、上り勾配では、自車の目標車速の増加率を平坦路に比較して大きくすることで、図中、破線で示すように、目標車速に対する実車速の応答遅れを勾配に拘わらず、略一定にする。

これにより、追従走行中に、路面勾配の影響を受けて自車の加速／減速応答性が過敏になったり鈍感になったりして制御ハンチングを生じることがなく、路面勾配に応じて車速の指示値と実際の速度とを適切に調整し、山岳路のような勾配変化の激しい路面状況においても、先行車との適切な車間距離を保持することができ、安定した追従走行を実現することができる。

尚、本実施の形態においては、ステレオ画像とレーダ画像とのセンサフュージョンにより先行車を捕捉する例について説明したが、何れか一方を用いて先行車を捕捉するようにしても良く、或いは、赤外線レーザレーダや単眼カメラとの組合せや単独により、先行車を捕捉するようにしても良い。

運転支援装置を搭載した車両の概略構成図 車両用運転支援装置の全体システム構成図 クルーズコントロール機能のブロック図 目標車速算出ルーチンのフローチャート 路面勾配と目標車速との関係を示す説明図

符号の説明

１ 自車両
２ 運転支援装置
３ ステレオカメラユニット
４ ミリ波レーダユニット
５ イメージプロセッシングユニット
６ プレビューコントロールユニット
２１ 路面勾配判定部
２２ 目標車速演算部
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (2)

1. 自車の走行レーン上の先行車を検出する手段と、
   自車の目標車速を上記先行車との車間距離に基づいて算出する手段と、
   自車の運転状態情報に基づいて、走行路の路面勾配を判定する手段と、
   上記目標車速を、上記路面勾配に応じて補正する手段とを備えたことを特徴とする車両用運転支援装置。
2. 上記路面勾配を、少なくとも自車のエンジン出力制御状態と速度変化状態と制動状態とを組合わせて判定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。

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