JP2005343210A - 運転支援装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明の目的は、違和感の少ない運転支援制御を実現することのできる運転支援装置を提供することにある。
【解決手段】 本発明の運転支援装置は、車両転舵輪FR,FLを転舵させるアクチュエータ15を用いて車両の運転を支援する制御を行うもので、車両1の前方を撮像する撮像手段8と、撮像手段8によって取得した前方画像に基づいてアクチュエータ15の制御量を決定する決定手段2,9と、決定手段2,9によって決定されたアクチュエータ15の制御量の時間変化が所定範囲外であるときに、該制御量に制限を設ける制限手段2と、アクチュエータ15を制御する制御手段2とを備えており、制限手段2が、アクチュエータ15の制御量の時間変化を制限する制限値を、運転支援制御開始時と運転支援制御継続時とで異ならせることを特徴としている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、車両転舵輪を転舵させるアクチュエータを備え、このアクチュエータを用いてこの車両の運転を支援する運転支援装置に関する。
車両前方をカメラなどで撮像し、撮像した画像や映像に基づいて車両の走行経路を検出し、車両が走行経路を逸脱しないように運転を支援する運転支援装置が知られており、市販車への搭載も始まっている。このような運転支援装置はレーンキープ(アシスト)システムなどと呼ばれ、走行経路を逸脱した際に注意を喚起するだけのものや、走行経路を逸脱した際には転舵輪をアクチュエータで転舵させ(転舵を補助し)、走行経路逸脱を修正するものがある。後者の例としては、下記[特許文献1]に記載のものなどが知られている。
特開2001−10518号公報
上述した走行経路逸脱を修正する運転支援装置では、運転者が介入したときや諸条件によって前方経路の検出ができなくなったときは、支援制御は一旦停止される。このため、運転支援制御は、停止と開始を繰り返すこととなる。従来の運転支援装置においては、運転支援制御が開始されるとき、あるいは、停止(終了)されるときに、転舵輪を転舵させることによる操舵反力が急激に変動されることとなり、運転者に与える違和感が大きい。従って、本発明の目的は、違和感の少ない運転支援制御を実現することのできる運転支援装置を提供することにある。
請求項1に記載の運転支援装置は、車両転舵輪を転舵させるアクチュエータ備え、該アクチュエータによる転舵を用いて車両の運転を支援する制御を行うもので、車両の前方を撮像する撮像手段と、撮像手段によって取得した前方画像に基づいてアクチュエータの制御量を決定する決定手段と、決定手段によって決定されたアクチュエータの制御量の時間変化が所定範囲外であるときに、該制御量に制限を設ける制限手段と、アクチュエータを制御する制御手段とを備えており、制限手段が、アクチュエータの制御量の時間変化を制限する制限値を、運転支援制御開始時と運転支援制御継続時とで異ならせることを特徴としている。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の運転支援装置において、制限手段が、運転支援制御開始時の制限値の絶対値を、運転支援制御継続時の制限値の絶対値よりも小さくすることを特徴としている。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の運転支援装置において、制限手段が、運転支援制御終了時の制限値も、運転支援制御継続時の制限値と異ならせることを特徴としている。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の運転支援装置において、制限手段が、運転支援制御終了時の制限値の絶対値を、運転支援制御継続時の制限値の絶対値よりも小さくすることを特徴としている。
請求項5に記載の運転支援装置は、車両転舵輪を転舵させるアクチュエータ備え、該アクチュエータによる転舵を用いて車両の運転を支援する制御を行うもので、車両の前方を撮像する撮像手段と、撮像手段によって取得した前方画像に基づいてアクチュエータの制御量を決定する決定手段と、決定手段によって決定されたアクチュエータの制御量の時間変化が所定範囲外であるときに、該制御量に制限を設ける制限手段と、アクチュエータを制御する制御手段とを備えており、制限手段は、アクチュエータの制御量の時間変化を制限する制限値を、運転支援制御終了時と運転支援制御継続時とで異ならせることを特徴としている。
請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の運転支援装置において、制限手段が、運転支援制御終了時の制限値の絶対値を、運転支援制御継続時の制限値の絶対値よりも小さくすることを特徴としている。
請求項1に記載の運転支援装置によれば、アクチュエータの制御量の時間変化が所定範囲外であるときに、この制御量に制限を設けるが、この制限値を運転支援制御開始時と運転支援制御継続時とで異ならせる。このようにすることで、運転支援制御開始時には運転支援制御が開始されるにあたって運転者に違和感を与えない制限値を設定しつつ、既に開始された後の運転支援制御継続時には運転支援制御に適した制限値を設定することで、支援制御開始時の違和感抑制と継続時の支援制御性能の向上とを両立することができる。なお、制御量の時間変化とは、時間変化率や時間変化量などで示されるように、支援制御によってアクチュエータを駆動させたときに操舵系反力の変動がどの程度であるかを示すものである。
請求項2に記載の運転支援装置によれば、運転支援制御開始時の制限値の絶対値を運転支援制御継続時の制限値の絶対値よりも小さくすることで、運転支援制御開始時に、操舵系反力として運転者に与える違和感を効果的に抑制することができる。
請求項3に記載の運転支援装置によれば、運転支援制御開始時の制限値に加えて、さらに、運転支援制御終了時の制限値も運転支援制御継続時の制限値と異ならせる。このようにすることで、運転支援制御開始時だけでなく、運転支援制御終了時には運転者に違和感を与えない制限値を設定しつつ、運転支援制御継続時には運転支援制御に適した制限値を設定することできる。この結果、支援制御開始時及び終了時の違和感抑制と継続時の支援制御性能の向上とを両立することができる。
請求項4に記載の運転支援装置によれば、運転支援制御開始時と同様に、運転支援制御終了時の制限値の絶対値を運転支援制御継続時の制限値の絶対値よりも小さくすることで、運転支援制御終了時に操舵系反力として運転者に与える違和感を効果的に抑制することができる。なお、運転支援制御開始時の制限値の絶対値と運転支援制御終了時の制限値の絶対値とが同一である必要はない。
請求項5に記載の運転支援装置によれば、アクチュエータの制御量の時間変化が所定範囲外であるときに、この制御量に制限を設けるが、この制限値を運転支援制御終了時と運転支援制御継続時とで異ならせる。このようにすることで、運転支援制御終了時には運転支援制御が停止されるにあたって運転者に違和感を与えない制限値を設定しつつ、停止される以前の運転支援制御継続時には運転支援制御に適した制限値を設定することで、支援制御終了時の違和感抑制と継続時の支援制御性能の向上とを両立することができる。
請求項6に記載の運転支援装置によれば、運転支援制御終了時の制限値の絶対値を運転支援制御継続時の制限値の絶対値よりも小さくすることで、運転支援制御停止時に、操舵系反力として運転者に与える違和感を効果的に抑制することができる。
本発明の運転支援装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の運転支援装置を備えた車両1の構成図を図1に示す。車両1は、電子制御ユニット(ECU:Electrical Contorol Unit)2を備えており、ECU2によって運転支援(車線維持制御)が制御される。図1に示されるように、車両1は、ステアリングホイール3を備えている。ステアリングホイール3は、車両1の車室内に配設されており、運転者によって操作されることで転舵輪(ここでは左右前輪FR,FL)を転舵させる。ステアリングホイール3は、ステアリングシャフト4の一端に固定されている。ステアリングシャフト4は、ステアリングホイール3の回転に伴って回転する。
ステアリングシャフト4の他端には、ステアリングギヤボックス5を介してラックバー6が連結されている。ステアリングギヤボックス5は、ステアリングシャフト4の回転運動をラックバー6の軸方向への直進運動に変換する機能を有している。ラックバー6の両端は、ナックルアーム7を介して車輪FL,FRの各ハブキャリアに連結されている。このように構成されているため、車輪FL,FRは、ステアリングホイール3が回転されると、ステアリングシャフト4やステアリングギヤボックス5(ラックバー6)を介して転舵される。
また、前方を撮像するCCDカメラ8が、ルームミラーに内蔵されている。CCDカメラ8は、車両1の前方の所定領域内の周辺状況を撮影する。CCDカメラ8には、画像処理部9が接続されている。CCDカメラ8が撮影した周辺状況の画像データは、画像処理部9に供給される。画像処理部9は、CCDカメラ8による画像データを画像処理し、車両1が走行する道路上に描かれた白線などを基に車線(レーン:走行経路)を検出する。撮像した画像や映像内では、路面とその上に描かれた白線との輝度差が大きく、白線は比較的検出しやすく、車両前方の車線を検出するのに都合がいい。
画像処理部9は、上述したECU2に接続されている。画像処理部9は、検出した車線に基づいて、前方走行経路のカーブ曲率(1/R)や、車線に対する車両1のオフセットD及びヨー角θを演算によって検出し、結果をECU2に送出する。画像に基づいて、前方走行経路の各種情報量(カーブ曲率(1/R)や自車のオフセットD・ヨー角θ)を検出する方法は、公知の方法を用いることができる。なお、オフセットDやヨー角θがどういう値であるかはについては既に説明したとおりである。なお、オフセットDやヨー角θについては既に説明したとおりである。ここでは、CCDカメラ8が撮像手段として機能し、画像処理部9が検出手段として機能している。あるいは、画像処理部9は、画像をある程度処理した後にECU2に送出し、ECU2によってカーブ曲率(1/R)・オフセットD・ヨー角θを演算してもよい。この場合は、ECU2が検出手段として機能する。
ECU2には、舵角センサ10及び車速センサ11も接続されている。舵角センサ10は、ステアリングホイール3の操舵角に応じた信号を出力する。なお、舵角センサ10に代えて(あるいは、加えて)操舵トルクセンサなどを設け、これに基づいてステアリングホイール3の操舵状態を検出するようにしてもよい。また、車速センサ11は、各車輪に取り付けられた車輪速センサであり車両1の速度に応じた周期でパルス信号を発生する。車速センサ11は、車速検出手段として機能している。なお、車速検出手段として車体前後加速度を検出するセンサを取り付け、この出力を時間積分することで車速を得るようにすることも可能である。舵角センサ10の出力信号および車速センサ11の出力信号は、それぞれECU2に供給されている。ECU2は、舵角センサ10の出力信号に基づいてステア角を検出すると共に、車速センサ11の出力信号に基づいて車速を検出する。
また、ECU2には、ヨーレートセンサ12やナビゲーションシステム13も接続されている。ヨーレートセンサ12は、車両1の重心近傍に配置され、重心鉛直軸回りのヨーレートを検出し、検出結果をECU2に送出する。また、ナビゲーションシステム13は、GPS等を利用して車両1の位置を検出するための装置である。ナビゲーションシステム13は、車両1前方のカーブ曲率(1/R)や勾配等の状況を検知する機能をも有している。ECU2は、ナビゲーションシステム13を用いて車両1の位置及び走行すると予想される道路の状況を把握する。
さらに、ECU2には、モータドライバ14も接続されている。モータドライバ14は、上述したステアリングギヤボックス5に配設されたモータ(アクチュエータ)15が接続されている。図示されていないが、ラックバー6の一部外周面にはボールスクリュー溝が形成されており、モータ15のロータにはこのボールスクリュー溝に対応するボールスクリュー溝を内周面上に有するボールナットが固定されている。一対のボールスクリュー溝の間には複数のベアリングボールが収納されており、モータ15を駆動させるとロータが回転してラックバー6の軸方向の移動、即ち、転舵をアシストすることができる。
モータドライバ14は、ECU2の指令信号に従ってモータ15に駆動電流を供給する。モータ15は、モータドライバ14から供給された駆動電流に応じた操舵トルクをラックバー6に付与する。ECU2は、後述する論理に従ってモータドライバ14に指令信号を供給し、モータ15を駆動することにより,ラックバー6を変位させ、車輪FL,FRを転舵させる。
また、ECU2には、警告ランプ16及び警報ブザー17が接続されている。警告ランプ16は、車室内に搭乗した乗員が視認可能な位置に配置されており、ECU2からの指令信号に従って点灯する。また、警報ブザー17は、ECU2からの指令信号に従って車室内へ音声を発する。ECU2は、後述する論理に従って警告ランプ16及び警報ブザー17を駆動し、乗員に対して注意を喚起する。
車線維持制御(運転支援制御)の概要を説明する。まず、CCDカメラ8で車両1の前方画像を取得し、画像からカーブ曲率(1/R)、オフセットD、ヨー角θを検出する。オフセットDは、横ズレ量などとも呼ばれ、走行経路に対する車両の横方向のズレ(オフセット)を示す値である。なお、オフセットDは、センターラインや走行車線の中心線など、適当な基準に基づいて求められる。また、ヨー角θは、偏向角とも呼ばれ、走行経路に対して車両の進んでいる方向を示す値である。
車両1前方のカーブ曲率(1/R)に基づいて、車両1をこのカーブに沿って走行させるために必要なヨーレートωrを求める。また、自車両1の現在のオフセットDを目標オフセットD0とするために必要なヨーレートωdを求める。同様に、自車両1の現在のヨー角θを目標ヨー角θ0とするために必要なヨーレートωθを求める。これらのωr,ωd,ωθを合算した目標ヨーレートωを求める。車両に目標ヨーレートωを発生させることで、車両1を前方カーブに沿って走行させると共に、そのオフセットDとヨー角θとを目標値に収束させることができる。
なお、ヨーレートωと横加速度Gとの間には、G=Vω/g(gは重力加速度)の関係が成立し、車速Vが一定であれば両者は一対一に対応する。決定されたヨーレートω(あるいは、これに対応する横加速度G)を発生させるための操舵トルク、即ち、モータ15の制御量を算出し、これに基づいてモータ15を駆動する。この結果、車両1は、車線の逸脱が抑制され、車線を維持して走行する。
本実施形態の車線維持制御では、車線維持制御時に急激な転舵が行われないように、モータ15の制御量の時間変化が所定の範囲外となる場合は、これを制限するようにしている。また、上述したように、車線維持制御中に運転者が操舵に介入したときや諸条件によって前方経路の検出ができなくなったときは支援制御は一旦停止されるため、運転支援制御は停止と開始を繰り返すこととなる。上述したように、モータ15の制御量の時間変化は上限が制限されているが、運転支援制御が開始されたときや終了されるときは、操舵反力に変化が生じるため、即ち、ステアリングホイール3の操作が急に軽くなったり重くなり、運転者が違和感を感じてしまう。
そこで、本実施形態では、この違和感を解消、あるいは、低減するために、モータ15の制御量の時間変化を制限する制限値を、運転支援制御開始・終了時と運転支援制御継続時とで異ならせている。以下、図2及び図3に示したフローチャートを用いて具体的に説明する。
まず、CCDカメラ8による画像データ中の白線を検出し、前方経路(車線)を検出する(ステップ200)。次に、検出された車線に基づいて、車線維持のための目標操舵トルク(モータ15の制御量)を算出する(ステップ205)。この目標トルクの算出は、上述したように、カーブ曲率(1/R)、オフセットD、ヨー角θに基づいて決定される。車両1の前方走行経路に基づいて、車線維持のための制御量を算出する方法は、公知の方法を用いることができる。
次いで、モータ15の出力状態を示す出力フラグの状態によって、車線維持制御が開始時なのか継続時なのか終了時なのかが判定される。まず、出力フラグの現在値がONで、前回値がOFFであるかどうかが判定される(ステップ210)。この出力フラグは、車線維持制御のためにモータ15の駆動が開始される場合、及び、駆動が継続される場合にONとされるフラグである。また、この出力フラグは、車線維持制御のためのモータ15の駆動が停止される場合、及び、停止状態が継続される場合にOFFとされるフラグである。出力フラグがONとなるとモータ15の駆動が開始され(開始遷移状態となり)、OFFとなるとモータ15の停止が行われる(終了遷移状態となる)。
即ち、ステップ210が肯定される場合は、車線維持制御の開始遷移状態にあると判断できる。この場合は、トルク勾配制限絶対値Tに制御開始時用制限値Tsが設定される(ステップ215)。トルク勾配制限絶対値Tは、モータ15の制御量の時間変化を制限する上述した制限値である。一方、ステップ210が否定された(制御開始遷移状態ではない)場合は、出力フラグの現在値がOFFで、前回値がONであるかどうかが判定される(ステップ220)。ステップ220が肯定される場合は、車線維持制御の終了遷移状態にあると判断できる。この場合は、トルク勾配制限絶対値Tに制御終了時用制限値Teが設定される(ステップ225)。
ステップ220が否定される場合は、モータ15の駆動が継続されているか停止が継続されている状態である。この場合は、トルク勾配制限絶対値Tに通常時用制限値Tnが設定される(ステップ230)。ただし、モータ15の停止が継続されている状態の場合は、トルク勾配制限絶対値Tに通常時用制限値Tnが設定されても、この制限値が用いられることはなく、単に設定されるだけである。このトルク勾配制限絶対値Tは、モータ15の制御量、即ち、単位時間(ここでは、一回の演算サイクル)毎に許容される、操舵トルクの変動量の上限である。絶対値としてあるのは、操舵トルクの増加側(正側)の変動と減少側(負側)の変動とを幅(正の値)として規定しているからである。そして、ここでは、Ts<Tnであり、Te<Tnである。
ステップ215,225,230の何れかでトルク勾配制限絶対値Tが決定された後、ステップ205で算出された目標操舵トルクを採用した場合に、操舵トルクの前回値と今回値との偏差がどうなるかを算出する(ステップ235)。この偏差の絶対値が大きければ、操舵トルクの変動が大きく、即ち、操舵反力の変動が大きく、運転者が違和感を感じやすいと言える。ステップ235で偏差が算出されたら、まず、この偏差がトルク勾配制限絶対値Tよりも大きいか否かを判定する(ステップ240)。
ステップ240が肯定される場合は、偏差が設定されたトルク勾配制限絶対値Tよりも大きい。この場合は、許容し得る変動幅(=設定されたトルク勾配制限絶対値T)を超えて増加されるように設定されていると判断できるため、操舵出力トルクを前回値+Tに制限して設定する(ステップ245)。ここで、上述したように、トルク勾配制限絶対値Tは、車線維持制御の開始時・停止時には継続時よりも小さく設定されている。即ち、より制限がされる、より制限が厳しいように設定されている。換言すれば、制御開始時・停止時には許容される変動幅が小さくされており、操舵反力の変動幅が小さくなって運転者が違和感を感じないように(あるいは、感じにくくなるように)されている。
ステップ240が否定される場合は、次に、この偏差が−Tよりも小さいか否かを判定する(ステップ250)。ステップ250が肯定される場合は、偏差が設定されたトルク勾配制限絶対値Tに対応する負の値である−Tよりも小さい。この場合は、許容し得る変動幅(=設定されたトルク勾配制限絶対値T)を超えて減少されるように設定されていると判断できるため、操舵出力トルクを前回値−Tに制限して設定する(ステップ255)。ここでも、上述した場合と同様に、トルク勾配制限絶対値Tは、車線維持制御の開始時・停止時には継続時よりも小さく設定されているので、制御開始時・停止時には許容される変動幅が小さくされ、即ち、操舵反力の変動幅が小さくされて運転者が違和感を感じないように(あるいは、感じにくくなるように)されている。
ステップ250が否定される場合は、増加側にも減少側にも許容された変動幅(=設定されたトルク勾配制限絶対値T)に収まっているので、ステップ205で算出された目標操舵トルクを制限することなくそのまま出力トルクとして設定する(ステップ260)。ステップ245,255,260において出力トルクが決定されたら、決定された出力トルクに応じてモータ15を駆動し、車両1が車線を逸脱しないように操舵輪FR,FLを操舵させる。
なお、本実施形態において、モータ15が転舵輪FR,FLを転舵させるアクチュエータである。また、CCDカメラ8が撮像手段として機能している。画像処理部9やECUが決定手段として機能している。ECU2が、制限手段として機能している。
本発明の運転支援装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、モータ15(アクチュエータ)の制御量の時間変化を、今回値と今回値との偏差を用いて判断したが、比率などを用いて判断してもよい。要するに、モータ15を駆動させることで生じる操舵反力の変動の大きさを判断できればよい。また、上述した実施形態では、モータ15(アクチュエータ)の制御量の時間変化を判断する際の制御量として、操舵トルクをもとに判断した。しかし、操舵トルク以外にも、上述した目標ヨーレートや目標横加速度、あるいは、モータ15への供給電力量など、アクチュエータの制御量と対応する情報量であれば、モータ15(アクチュエータ)の制御量の時間変化を判断することが可能である。
本発明の運転支援装置の一実施形態を備えた車両の構成図である。 本発明の運転支援装置の一実施形態による運転支援制御(車線維持制御)のフローチャート(前半部)である。 本発明の運転支援装置の一実施形態による運転支援制御(車線維持制御)のフローチャート(後半部)である。
符号の説明
1…車両、2…ECU、3…ステアリングホイール、4…ステアリングシャフト、5…ステアリングギヤボックス、6…ラックバー、7…ナックルアーム、8…カメラ、9…画像処理部、10…舵角センサ、11…車速センサ、12…ヨーレートセンサ、13…ナビゲーションシステム、14…モータドライバ、15…モータ、16…警告ランプ、17…警報ブザー、FL,FR…操舵輪。

Claims (6)

  1. 車両転舵輪を転舵させるアクチュエータ備え、該アクチュエータによる転舵を用いて前記車両の運転を支援する制御を行う運転支援装置において、
    前記車両の前方を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段によって取得した前方画像に基づいて前記アクチュエータの制御量を決定する決定手段と、
    前記決定手段によって決定された前記アクチュエータの制御量の時間変化が所定範囲外であるときに、該制御量に制限を設ける制限手段と、
    前記アクチュエータを制御する制御手段とを備えており、
    前記制限手段が、前記アクチュエータの制御量の時間変化を制限する制限値を、運転支援制御開始時と運転支援制御継続時とで異ならせることを特徴とする運転支援装置。
  2. 前記制限手段が、運転支援制御開始時の制限値の絶対値を、運転支援制御継続時の制限値の絶対値よりも小さくすることを特徴とする請求項1に記載の運転支援装置。
  3. 前記制限手段が、運転支援制御終了時の制限値も、運転支援制御継続時の制限値と異ならせることを特徴とする請求項2に記載の運転支援装置。
  4. 前記制限手段が、運転支援制御終了時の制限値の絶対値を、運転支援制御継続時の制限値の絶対値よりも小さくすることを特徴とする請求項3に記載の運転支援装置。
  5. 車両転舵輪を転舵させるアクチュエータ備え、該アクチュエータによる転舵を用いて前記車両の運転を支援する制御を行う運転支援装置において、
    前記車両の前方を撮像する撮像手段と、
    前記撮像手段によって取得した前方画像に基づいて前記アクチュエータの制御量を決定する決定手段と、
    前記決定手段によって決定された前記アクチュエータの制御量の時間変化が所定範囲外であるときに、該制御量に制限を設ける制限手段と、
    前記アクチュエータを制御する制御手段とを備えており、
    前記制限手段が、前記アクチュエータの制御量の時間変化を制限する制限値を、運転支援制御終了時と運転支援制御継続時とで異ならせることを特徴とする運転支援装置。
  6. 前記制限手段が、運転支援制御終了時の制限値の絶対値を、運転支援制御継続時の制限値の絶対値よりも小さくすることを特徴とする請求項5に記載の運転支援装置。
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