JP2007317018A - 衝突判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】他車両が旋回走行していても、他車両の走行軌道を正確に推定して衝突判定を行う衝突判定装置を提供すること。
【解決手段】
自車両周辺の衝突対象物の位置情報を取得するセンサ１１と、自車両の走行軌道を推定する自車軌道推定手段１７ａと、センサにより検出した衝突対象物の過去の位置情報の変化に基づき衝突対象物の移動軌道を推定する対象物軌道推定手段１６ａと、対象物軌道推定手段により推定された過去の移動軌道の変化に基づき、推定した移動軌道を補正する軌道補正手段１７ｃと、軌道補正手段により補正された移動軌道と走行軌道に基づき衝突対象物との衝突判定を行う衝突判定手段１７ｄと、を有することを特徴とする衝突判定装置１０を提供する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両走行の安全を図る衝突判定装置に関し、特に、衝突対象物との衝突判定を行う衝突判定装置に関する。

先行車両との車間距離を検出して先行車両との距離に応じた回避制御を行う衝突回避技術が提案されている。例えばＰＣＳ（Ｐｒｅ−Ｃｒａｓｈ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｙｓｔｅｍ）では、先行車と所定以上に接近すると運転者に警報ブザーなどで知らせ、ブレーキ操作があった場合はブレーキアシストを作動させ制動力を高め、また、衝突が避けられないと判定される場合には、シートベルトとを巻き上げて衝突被害を低減すると共に、ブレーキングを行い衝突速度を低減させる。すなわち、ＰＣＳは、衝突を回避する予防安全と、万一衝突が生じても被害を低減する衝突安全とを兼ね備えたシステムである。

ところで、車両と先行車が同じ車線を走行していない場合、すなわち互いの車両の走行線が交差するような場合は、単にブレーキを掛けるだけでは逆にキャビンに衝撃を受ける場合があるため、他車両との衝突部位など精度よく相対位置を予測して適切な制御を行う必要がある。

この点について、自車両と他車両の相対速度ベクトルを求め、他車両を基準にした相対速度ベクトルの延長戦が自車両に対しどの程度の距離で通過するかを予測して、その通過距離の程度に基づいて障害物判断を行う衝突判断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の衝突判断装置では、自車両と他車両の減速度を推定することで車両が制動した場合に高精度に相対位置が推定可能であるとしている。

また、自車両の位置データ及び将来の存在確率データをＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や操舵角、車速等により予測すると共に、他車両からも車車間通信により同様のデータを受信して、衝突する確率の高い場合にブレーキング等の衝突回避を行う衝突回避装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平５−１８１５２９号公報 特開２０００−２７６６９６号公報

しかしながら、特許文献１では、車両が直線走行することを仮定して衝突位置を予測するため、カーブしている道路を走行している場合、予測された衝突位置と実際の衝突位置がずれてしまうという問題がある。

また、特許文献２記載の衝突回避装置ではカーブを走行中の将来軌跡を推定するが、
他車両の将来軌跡を推定するために、車車間通信により他車両のセンサ検出値を受信するため、自車両と他車両の双方が車車間通信の装置を搭載していなければ衝突判定が困難である。

本発明は、上記課題に鑑み、他車両が旋回走行していても、他車両の走行軌道を正確に推定して衝突判定を行う衝突判定装置を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明は、自車両周辺の衝突対象物の位置情報を取得するセンサと、き自車両の走行軌道を推定する自車軌道推定手段と、センサにより検出した衝突対象物の過去の位置情報の変化に基づき衝突対象物の移動軌道を推定する対象物軌道推定手段と、対象物軌道推定手段により推定された過去の移動軌道の変化に基づき、推定した移動軌道を補正する軌道補正手段と、軌道補正手段により補正された移動軌道と走行軌道に基づき衝突対象物との衝突判定を行う衝突判定手段と、を有することを特徴とする衝突判定装置を提供する。

本発明によれば、位置情報の変化に基づき推定した衝突対象物の移動軌道を、過去の移動軌道の変化に基づき補正することで、他車両が旋回走行している場合でも、精度よく衝突対象物の移動軌道を推定できる。

また、本発明の衝突判定装置の一形態において、対象物軌道推定手段は、センサにより検出した位置情報に基づき、衝突対象物の２点の位置を結ぶ直線を移動軌道として推定することを特徴とする。

本発明によれば、直線により移動軌道を推定するので、旋回走行中の衝突対象物の軌道を曲線でカーブフィッティングするよりも計算量を低減することができる。

また、本発明の一形態において、自車軌道推定手段は自車両の車速、操舵角及びヨーレートの１以上に基づき自車両の走行軌道を推定する。

また、本発明の一形態において、対象物軌道推定手段は、センサにより検出した位置情報に基づき、衝突対象物の最新の位置と、過去の所定位置を結ぶ直線により移動軌道を推定することを特徴とする。

本発明によれば、衝突対象物の２点の位置を最新の位置とそれより過去の所定位置として移動軌道を推定することができる。

また、本発明の一形態において、軌道補正手段は、直線を規定するパラメータの変化量を算出し、変化量に応じて、推定した移動軌道を補正することを特徴とする。

本発明によれば、移動軌道の変化を直線を規定するパラメータにより算出するので、簡単な取り扱いで移動軌道の変化量を定量化することができる。

他車両が旋回走行していても、他車両の走行軌道を正確に推定して衝突判定を行う衝突判定装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。図１は車両に搭載された衝突判定装置の概略構成図を示す。本実施の形態の衝突判定装置１０は、他車両の走行軌道を直線として推定し、推定した走行軌道の変化に応じて補正することで旋回走行中の走行軌道を正確に推定する。なお、走行軌道とは将来走行すると予測された走行線である。

衝突判定装置１０は、他車両の起動を演算するレーダＥＣＵ（Electronic Control Unit)１６及び自車両の衝突部位を判定するシステムＥＣＵ１７とがＣＡＮ（Ｃｏｎｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの車内ＬＡＮにより接続されて構成されている。

なお、衝突の判定結果に応じて車内ＬＡＮに接続した例えばブレーキＥＣＵ１８が車両に制動を加える等、衝突の回避及び衝撃軽減などの車両制御を実行する。ブレーキＥＣＵ１８は、油圧回路のアクチュエータを制御して各車輪のホイルシリンダ圧を独立に制御することができる。ブレーキＥＣＵ１８は、周知のＡＢＳ（Antilock Brake System）制御、トラクションコントロール制御、スタビリティコントロール制御等を行う。

レーダＥＣＵ１１にはミリ波レーダ装置１１が、システムＥＣＵ１７には車速センサ１２、操舵角センサ１３、及び、ヨーレートセンサ１４がそれぞれ接続されている。

車速センサ１２は、各輪に設けられた車速を検出するセンサであり各輪の回転速度を検出する。車速センサ１２は、例えば各輪に備えられたロータの円周上に定間隔で設置された凸部が通過する際の磁束の変化をパルスとして検出し、単位時間あたりのパルス数に基づき車速を検出する。

操舵角センサ１３は、ステアリングホイールの操舵角を検出するセンサであり、例えば、ステアリングシャフトに圧入されたスリット板とフォトインタラプタの組み合わせで構成することができる。スリット板がステアリングの操舵に応じて回転し、フォトインタラプタの光を遮光することで信号を出力し、操舵角を検出する。

ヨーレートセンサ１４は、車両の重心回りの回転角速度、すなわちヨーレートを検出する。ヨーレートセンサ１４は、例えば、車両が回転した場合に生じるコリオリ力を利用して、多結晶シリコン薄膜の振動子の振動を静電容量の変化として検出するように構成される。

各ＥＣＵは、プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）、プログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、データやプログラムを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）、電源を切っても保持しておく情報を記憶するＮＶ−ＲＡＭ（Non-Volatile ＲＡＭ）、他のＥＣＵと通信する通信部、データを入出力する入出力インターフェイス等がバスにより接続されたマイコンとして構成される。

レーダＥＣＵ１６は他車軌道演算手段１６ａを、システムＥＣＵ１７は自車軌道推定手段１７ａ、衝突予測時間推定手段１７ｂ、軌道補正手段１７ｃ及び衝突部位判定手段１７ｄを、それぞれ有する。各ＥＣＵのＣＰＵがプログラムを実行することで、これら各手段が実現される。

以下、衝突判定装置１０の各手段について、衝突判定装置１０の衝突判定の手順に沿って説明する。図２は、衝突判定装置が他車両の走行軌道を推定して衝突判定する手順を示すフローチャート図である。図２のフローチャート図は、例えば、イグニッションがオンになるとシステムＥＣＵ１７が起動してスタートする。
〔Ｓ１〕
自車両の走行軌道Ｃａの推定について説明する。システムＥＣＵ１７の自車軌道推定手段１７ａは車速センサ１２が検出した車速、操舵角センサ１３が検出する操舵角及びヨーレートセンサ１４が検出するヨーレートに基づき自車両の走行軌道Ｃａを推定する。操舵角とヨーレートが検出されると走行しているカーブの半径Ｒが求められので、例えば、自車軌道推定手段１７ａはカーブの略中央を走行軌道Ｃａと推定する。なお、走行軌道Ｃａは、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などの電波航法測位により測位した自車両の位置情報から算出してもよい。

また、自車軌道推定手段１７ａは、自車両の位置、自車両の車速、操舵角及びヨーレートに基づき逐次シミュレーションを行い、現在から数秒後の自車両の四隅の位置座標を演算してもよい。自車両の四隅の位置は、自車両の車幅や全長等の車両モデルを利用してもよい。また、逐次シミュレーションを行うことに代えて、現在から数秒後の位置座標とその確率の分布パターンを多数予め学習しておき、車速等からニューラルネットワークにより逐次位置座標を推定してもよい。
〔Ｓ２〕
車両の例えばフロントグリル内にミリ波レーダ装置１１が配設されており、他車軌道演算手段１６ａはミリ波レーダ装置１１により他車両の位置情報を取得する。図３（ａ）は、自車両Ａと他車両Ｂの関係の一例を示す。ミリ波レーダ装置１１は、アンテナ部、高周波回路部及び信号処理部を有し、高周波回路部は、送信アンテナから時間と共に周波数が直線的に増加（又は減少）する無線信号を発信させ、受信アンテナはそれが物体で反射して戻ってきた反射波を受信する。

受信波は、送信波よりも対象物までの距離Ｌの往復分長い距離を伝わるので、時間にして ２×Ｌ／光速 だけ、送信波に対し時間遅れを持っており、その時間分、周波数が低い（高い）ことになる。このため、物体までの距離に応じて送信波と受信波に干渉が生じ（ビート信号が出力され）、信号処理部がビート信号に基づき対象物までの距離を検出する。また、ビート信号の周波数は他車両との相対速度が変化すると移動するので、このビート信号の周波数変化に基づき他車両との相対速度、及び、自車両の速度を利用して他車両の速度Ｖｂが得られる。

また、ミリ波レーダ装置１１は車幅方向に複数の受信アンテナを有しており、左右の受信アンテナが受信する反射電波の周波数又は強弱を解析することで他車両Ｂの存在する方向が取得される。例えば、自車両Ａの正面方向に他車両Ｂがある場合、左右の受信アンテナが受信する反射波の強度は同程度であり、正面方向に対する角度αが大きくなるほど左右の受信アンテナが受信する反射波の強度が異なってくる。

なお、ミリ波レーダは自車両Ａに最も近い他車両Ｂの部位（例えばフロント部又はリア部）に反射するので、例えば他車両Ｂの右先端部及び左先端部（又は左後端部及び右後端部）の位置が検出される。これに、標準的な他車両Ｂの仕様を適用して他車両Ｂの４隅の位置を検出してもよい。

〔Ｓ３〕
つづいて、他車両Ｂの軌道の推定について説明する。レーダＥＣＵ１６の他車両軌道演算手１６ａ段は、ミリ波レーダ装置１１が検出した他車両Ｂの位置に基づき他車両Ｂの軌道を演算する。

他車軌道演算手段１６ａは、所定のサンプリング時間（例えば、１００ミリ秒）毎に他車両Ｂの位置を検出する。サンプリングした他車両Ｂの位置はＲＡＭ等に記憶されていく。

図４は他車両Ｂの軌道データの一例を示す。図４において「ｘ」と「ｙ」が他車両Ｂの平面上の位置を示す座標である。

図５は、図４の軌道データに基づく他車両Ｂの位置と他車軌道演算手段が演算する他車両Ｂの走行軌道Ｃｂを示す図である。なお、図５の黒点の番号ｎ０〜ｎ１０は検出した順番を示し、図４のデータ番号と対応している。

図５では自車両Ａの位置を原点に取り、ＸＹ平面上にサンプリング時間毎の他車両Ｂの位置を示した。なお、黒点の位置は、ミリ波レーダ装置１１により検出された他車両Ｂの右先端部の位置である。また、略長方形で示した他車両Ｂの形状は、上記のように標準的な仕様を使用して表したものである。

片側一車線の走行路を、自車両Ａは右旋回、他車両Ｂは対向車として左旋回して走行している。自車両Ａの位置は原点に固定したが、この位置は自車軌道推定手段１７ａが推定した軌道上のある時刻における自車両Ａの予測位置である。

他車軌道演算手段１６ａは、新たに他車両Ｂの位置が検出されるたび（ｘ、ｙデータが得られるたびに）最新の位置と直前の検出位置とを通る直線を算出する。すなわち、ｎ０とｎ１、ｎ１とｎ２、…を通る直線を順次算出する。

ｙ＝ａｘ＋ｂ …（１）

式（１）により算出される直線が、他車軌道演算手段１６ａが算出する他車両の走行軌道Ｃｂとなる。図４に示したａ及びｂは式（１）の係数である。

なお、２点を通る直線で走行軌道Ｃｂを算出するのでなく、３点以上の位置から最小二乗法により直線を算出してもよい。

〔Ｓ４〕
続いて、衝突予測時間ＴＴＣの算出について説明する。システムＥＣＵ１７の衝突予測時間推定手段１７ｂは、予測される衝突位置に到達するまでの予測距離と自車両Ａの車速Ｖａとに基づき衝突予測時間ＴＴＣを算出する。

図３（ｂ）は衝突予測時間ＴＴＣの算出を説明するための図である。予測される衝突位置は自車両Ａの走行軌道Ｃａと他車両Ｂの走行軌道Ｃｂが交差する点（図３（ｂ）では星印で示した。以下、衝突予測点という。）である。しかし、軌道同士が交差しても衝突予測点を通過する時間が異なれば衝突することはないため、衝突予測時間推定手段１７ｂは衝突予測点を自車両Ａ及び他車両Ｂが通過する時間を算出し、それぞれの通過時間が同程度である場合の位置を衝突予測点とする。

衝突予測点が検出された場合、衝突予測点に到達するまでの衝突予測時間ＴＴＣは、衝突予測点までの距離をＬａ、自車両の車速をＶａとして、次式により算出される。なお、他車両Ｂが衝突予測点に到達する時間で算出しても同じである。

衝突予測時間ＴＴＣ＝Ｌａ／Ｖａ …（２）

〔Ｓ５〕
続いて、衝突予測時間ＴＴＣを使用して、他車両Ｂの走行軌道Ｃｂを補正した補正軌道Ｃｃの算出について説明する。システムＥＣＵ１７の補正軌道演算手段１７ｃは、衝突予測時間ＴＴＣにより衝突予測点を通る走行軌道を補正する。

走行軌道Ｃｂを推定したら、補正軌道演算手段１７ｃはその走行軌道Ｃｂの係数ａと１つ前の走行軌道Ｃｂの係数ａとの変化量Δａを算出し、ＲＡＭ等に記憶する。係数ａは直線の傾きを表すパラメータであるので、Δａは他車両の走行軌道（向き）の変化量を示すものである。なお、係数ｂについても同様に変化量Δｂを求める。

また、補正軌道演算手段１７ｃは、変化量Δａが算出されるたびに直近の所定個の変化量Δａについて平均ａｍを算出する。例えば、図４では５つのΔａの平均を算出しているので、５つのΔａ（図４では0.067〜0.083）が算出されたら平均ａｍの算出を開始し、以降はΔａが算出される毎に平均ａｍを算出する。変化量Δｂについても同様に平均ｂｍを求める。算出されたΔａ、Δｂ、ａｍ及びｂｍはＲＡＭ等に順次記憶される。

なお、平均ａｍ、ｂｍは、標本数が少ないほどその時点における他車両Ｂの走行軌道Ｃｂの変化傾向を表しやすくなるが、その分誤差を含みやすくなる。一方で標本数が多いほど他車両Ｂの走行軌道Ｃｂの変化を安定的に把握しやすくなるが、その時点における他車両Ｂの走行軌道Ｃｂとのズレが大きくなる。このように、平均ａｍ、ｂｍを算出するための標本数は設計事項であり、５より大又は小さくしてもよく、走行しているカーブの半径Ｒに応じて変更してもよい。

そして、例えば、衝突予測点を通る走行軌道の式がｙ＝ａ０・ｘ＋ｂ０ の場合、補正軌道演算手段１７ｃは次式により補正軌道Ｃｃを算出する。なお、Ｔはサンプリング時間である。

式（３）は、衝突が予測される走行軌道ｙ＝ａ０・ｘ＋ｂ０を、他車両Ｂの過去の走行軌道Ｃｂの変化を使用して補正するものである。サンプリング時間Ｔあたり、傾きａは平均的にａｍ変化するので、ａｍをサンプリング時間Ｔで割ったａｍ／Ｔは単位時間あたりの傾きの変化量である。そして、衝突までは衝突予測時間ＴＴＣ残されているので、「（ａｍ／Ｔ）×ＴＣＣ」は衝突予測時間までの傾きａの変化量となる。したがって、ａ０に「（ａｍ／Ｔ）×ＴＣＣ」を加えた値が衝突予測時間ＴＴＣにおける、走行軌道Ｃｂの係数ａとなる。なお、ｂについても同様である。

図４に示すように、走行軌道Ｃｂは、衝突予測点の手前における直線の軌道であるので、実際には衝突しないにもかかわらず、自車両Ａと衝突すると判定されてしまい誤判定となる。これに対し、走行軌道Ｃｂを補正した補正軌道Ｃｃは、自車両Ａの走行軌道Ｃｂと交差することがなく、誤判定を防止できる。すなわち、システムＥＣＵ１７はカーブを走行中の他車両の軌道を精度よく推定することができる。

〔Ｓ６〕
衝突部位判定部１７ｄは、補正軌道Ｃｃと自車両の走行軌道Ｃａとが交差するか否かを判定し、交差する場合には自車両のどの部位と衝突するかを判定する。補正軌道Ｃｃは、自車両Ａに最も近い部位の軌道であり、走行軌道における自車両Ａの４隅の位置は既知であるので、衝突部位判定部１７ｄは衝突部位を推定することができる。

〔Ｓ７〕
衝突部位判定部１７ｄが、例えば、自車両Ａのキャビン又はキャビンよりも前方で他車両Ｂと衝突すると判定した場合、システムＥＣＵ１７はブレーキＥＣＵ１８と通信し、衝突部位をキャビンよりも前方、より好ましくは他車両と接触しないように減速させる。また、自車両Ａのキャビンよりも後方で他車両Ｂと衝突すると判定した場合、減速するとキャビンと衝突するおそれがあるのでシステムＥＣＵ１７は減速しない。

また、周知のＰＣＳ制御を行ってもよい。例えば、衝突予測点の数秒前に警報を吹聴し、その後、エアバッグの作動閾値を下げておくとともに、運転者がブレーキペダルを操作したらブレーキアシスト制御により制動力を増大させる。また、衝突直前には自動ブレーキを作動させ、衝突時にはエアバッグを展開する。

以上のように、本実施の形態の衝突判定装置１０は、他車両（衝突対象物）が旋回走行している場合でも、その軌道を精度よく推定することができる。旋回走行している他車両の軌道は通常、曲線になるため曲線による近似が試みられることがあるが、図５の点線で示したように、曲線による近似は計算量が多くなってしまう割に、完全には実際のカーブと同じ曲線とならないので、他車両の実位置から離れるにつれ誤差が大きくなり実情に沿わない。

本実施の形態では、直線により他車両の走行軌道を推定するので計算量も低減でき、かつ、直線を刻々と補正して走行軌道を推定するので、旋回走行中の走行軌道を正確に推定することができ、精度よく衝突部位を判定することができる。

なお、図４では他車両Bが対向車両であるとして説明したが、他車両Bと自車両Aが同一方向に走行している場合でも、同様に他車両Bの走行軌道を推定できる。特に、他車両Bが合流してくる場合、合流前の他車両Bの走行軌道では自車両Aと衝突する軌道であっても、合流が近づくにつれその走行軌道が補正され自車両Aの走行方向と同じになるので、衝突するという誤判定を防止できる。

車両に搭載された衝突判定装置の概略構成図である。 衝突判定装置が他車両の走行軌道を推定して衝突判定する手順を示すフローチャート図である。 自車両Ａと他車両Ｂの関係の一例を示す図である。 他車両Ｂの軌道データの一例を示す図である。 他車軌道演算手段が演算する他車両の軌道を示す図である。

符号の説明

１０ 衝突判定装置
１１ ミリ波レーダ装置
１２ 車速センサ
１３ 操舵角センサ
１４ ヨーレートセンサ
１６ レーダＥＣＵ
１７ システムＥＣＵ
１８ ブレーキＥＣＵ

Claims (5)

1. 自車両周辺の衝突対象物の位置情報を取得するセンサと、
   自車両の走行軌道を推定する自車軌道推定手段と、
   前記センサにより検出した衝突対象物の位置情報の変化に基づき前記衝突対象物の移動軌道を推定する対象物軌道推定手段と、
   前記対象物軌道推定手段により推定された過去の前記移動軌道の変化に基づき、推定した前記移動軌道を補正する軌道補正手段と、
   前記軌道補正手段により補正された前記移動軌道と前記走行軌道に基づき前記衝突対象物との衝突判定を行う衝突判定手段と、
   を有することを特徴とする衝突判定装置。
2. 前記対象物軌道推定手段は、前記センサにより検出した前記位置情報に基づき、前記衝突対象物の２点の位置を結ぶ直線を前記移動軌道として推定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の衝突判定装置。
3. 前記自車軌道推定手段は、自車両の車速、操舵角及びヨーレートの１以上に基づき自車両の前記走行軌道を推定する、
   ことを特徴とする請求項１記載の衝突判定装置。
4. 前記対象物軌道推定手段は、前記センサにより検出した前記位置情報に基づき、前記衝突対象物の最新の位置と、過去の所定位置を結ぶ直線により前記移動軌道を推定する、
   ことを特徴とする請求項２記載の衝突判定装置。
5. 前記軌道補正手段は、前記直線を規定するパラメータの変化量を算出し、前記変化量に応じて推定した前記移動軌道を補正する、
   ことを特徴とする請求項２記載の衝突判定装置。
   
   
   
   

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