JP2008062672A

JP2008062672A - 車両制御装置

Info

Publication number: JP2008062672A
Application number: JP2006239420A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Isaji; 和美伊佐治; Naohiko Tsuru; 直彦津留
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2008-03-21
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: JP4232806B2

Abstract

【課題】道路の実際の状況や車両状態に適した車速制御を行うことができる車両制御装置を提供する。
【解決手段】自車が障害物との衝突を回避する若しくは障害物を追い抜く場合に自車の横方向に発生する横加速度の現在値Gy_pを取得し、この取得した横加速度の現在値Gy_pと、自車が障害物との衝突を回避する若しくは障害物を追い抜くために必要な自車の旋回半径Roとから障害物と自車との目標相対速度Vr_tを演算する。そして、目標相対速度Vr_tまで自車を減速するための目標相対減速度dVr/dtに基づいて減速制御を行う。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両制御装置に関するものである。

従来、車速制御を行う車両制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の車両制御装置によれば、自車が車速Ｖ０から所定の減速度で減速した場合に所定時間ｔ２内に停止できる距離（先読距離）を求め、自車位置よりも先読距離だけ前方に設定した仮自車位置に第２基準ノードを設定し、この第２基準ノードから距離ａ（ａ＝車速Ｖ０×所定時間ｔ１）だけ前方位置に第３基準ノードを設定する。また、第２基準ノードと第３基準ノードとの間を基準横加速度以下で通過するための通過可能車速を求める。そして、前方の道路にカーブの存在が判定され、車速Ｖ０が通過可能車速を上回っている場合には、カーブを確実に通過し得るように車速制御手段による自動減速を行う。
特許第３４３２８８１号公報

上述したように、特許文献１の車両制御装置では、基準横加速度以下で通過するための通過可能車速を求めているため、この基準横加速度の設定次第で、求めるべき通過可能車速が、実際に車両が通過することのできる車速よりも高くなったり低くなったりする。従って、基準横加速度は適切に設定される必要があり、この基準横加速度が適切でなければ、道路の実際の状況や車両状態に適した車速制御を行うことができなくなる。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたもので、道路の実際の状況や車両状態に適した車速制御を行うことができる車両制御装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の車両制御装置は、
自車進行方向の延長線上に位置し、自車の前方に存在するカーブ道路の道路境界又はその付近に設けられた道路付帯物と自車との距離を取得する距離取得手段と、
道路付帯物に対する接近離間状態を表す指標として、道路付帯物に接近する相対速度が高くなるほど大きくなるとともに、各相対速度において道路付帯物との距離が短くなるほど増加勾配が急峻になる接近離間状態評価指標を算出する評価指標算出手段と、
自車がカーブ道路を走行しているときに、自車の横方向に発生する横加速度を取得する横加速度取得手段と、
カーブ道路の曲率半径を取得する曲率半径取得手段と、
横加速度とカーブ道路の曲率半径に基づいて、自車がカーブ道路を走行する際の目標速度を設定する目標速度設定手段と、
自車の速度を取得する速度取得手段と、
接近離間状態評価指標、道路付帯物と自車との距離、自車の速度、及び目標速度から、自車を目標速度まで加減速するための目標加減速度を算出する目標加減速度算出手段と、
自車の速度と目標速度とを比較した結果に基づいて、自車に発生する加減速度が目標加減速度となるように加減速制御を行う車両制御手段と、を備えることを特徴とする。

このように、本発明は、自車がカーブ道路を走行しているときの自車の横方向に発生する横加速度を取得し、この取得した横加速度とカーブ道路の曲率半径に基づいて、カーブ道路を走行する際の目標速度を設定するものである。この自車の横方向に発生する横加速度は、実際に、自車がカーブ道路を走行しているときの横加速度であるから、道路の実際の状況や自車の車両状態とは無関係な値ではない。従って、自車がカーブ道路を走行しているときの横加速度を用いて目標速度を設定し、この設定した目標速度と自車の速度とを比較した結果に基づいて加減速制御を行うことで、道路の実際の状況や車両状態に適した車速制御を行うことができるのである。

請求項２に記載の車両制御装置は、自車が当該自車の進行方向前方の道路上に存在する障害物との衝突を回避する、若しくは障害物を追い抜く場合において、自車の速度を減速させる減速制御を行うものであって、
障害物と自車との距離を取得する距離取得手段と、
障害物と自車との相対速度を取得する相対速度取得手段と、
障害物に対する接近離間状態を表す指標として、障害物に接近する相対速度が高くなるほど大きくなるとともに、各相対速度において障害物との距離が短くなるほど増加勾配が急峻になる接近離間状態評価指標を算出する評価指標算出手段と、
自車の横方向に発生する横加速度を取得する横加速度取得手段と、
距離取得手段の取得した距離に基づいて、自車が障害物との衝突を回避する、若しくは障害物を追い抜くために必要な自車の旋回半径を演算する旋回半径演算手段と、
横加速度と旋回半径とから、障害物と自車との目標相対速度を演算する目標相対速度演算手段と、
障害物と自車との距離、相対速度、接近離間状態評価指標から、自車を目標相対速度まで減速するための目標相対減速度を演算する目標相対減速度演算手段と、
相対速度が目標相対速度を上回る場合に、自車に発生する相対減速度が目標相対減速度となるように減速制御を行う車両制御手段と、を備えることを特徴とする。

このように、本発明は、自車が障害物との衝突を回避する若しくは障害物を追い抜く場合に自車の横方向に発生する横加速度を取得し、この取得した横加速度と、自車が障害物との衝突を回避する若しくは障害物を追い抜くために必要な自車の旋回半径とから、目標相対速度を演算するものである。この自車の横方向に発生する横加速度は、実際に、自車が障害物との衝突を回避する若しくは障害物を追い抜く場合に自車の横方向に発生する横加速度であるから、道路の実際の状況や自車の車両状態とは無関係な値ではない。従って、この横加速度を用いて目標相対速度を演算し、この目標相対速度まで自車を減速するための目標相対減速度に基づいて減速制御を行うことで、道路の実際の状況や車両状態に適した車速制御を行うことができるのである。

請求項３に記載の車両制御装置は、
自車の進行方向前方のカーブ道路上に存在する障害物、及びカーブ道路の道路境界、又はその付近に設けられた道路付帯物の何れかの物体と自車との距離を取得する距離取得手段と、
障害物及び道路付帯物の何れかの物体に対する接近離間状態を表す指標として、障害物及び道路付帯物の何れかの物体に接近する相対速度が高くなるほど大きくなるとともに、各相対速度において障害物及び道路付帯物の何れかの物体との距離が短くなるほど増加勾配が急峻になる接近離間状態評価指標を算出する評価指標算出手段と、
自車の横方向に発生する横加速度を取得する横加速度取得手段と、
カーブ道路の曲率半径を取得する曲率半径取得手段と、
横加速度とカーブ道路の曲率半径に基づいて、自車がカーブ道路を走行する際の目標速度を設定する目標速度設定手段と、
自車の速度を取得する速度取得手段と、
障害物と自車との相対速度を取得する相対速度取得手段と、
距離取得手段の取得した障害物と自車との距離に基づいて、自車が障害物との衝突を回避する、若しくは障害物を追い抜くために必要な自車の旋回半径を演算する旋回半径演算手段と、
横加速度と旋回半径演算手段の演算した旋回半径とから、障害物と自車との目標相対速度を演算する目標相対速度演算手段と、
道路付帯物に対する接近離間状態評価指標、道路付帯物と自車との距離、自車の速度、及び目標速度から、自車を目標速度まで加減速するための目標加減速度を算出する目標加減速度算出手段と、
障害物と自車との距離、相対速度、障害物に対する接近離間状態評価指標から、自車を目標相対速度まで減速するための目標相対減速度を演算する目標相対減速度演算手段と、
カーブ道路上に障害物が存在するとともに相対速度が目標相対速度を上回る場合には、自車に発生する相対減速度が目標相対減速度となるように減速制御を行い、カーブ道路上に障害物が存在しない場合には、自車の速度と目標速度とを比較した結果に基づいて、自車に発生する加減速度が目標加減速度となるように加減速制御を行う車両制御手段と、を備えることを特徴とする。

これにより、カーブ道路上に障害物が存在するとともに相対速度が目標相対速度を上回る場合には、自車に発生する相対減速度が目標相対減速度となるように減速制御が行われるため、障害物との衝突が回避可能となる。一方、カーブ道路上に障害物が存在しない場合には、自車の速度と目標速度とを比較した結果に基づいて、自車に発生する加減速度が目標加減速度となるように加減速制御が行われるため、カーブ道路を走行する際、通過可能な速度となるように自車を減速させたり、或いは、通過可能な速度まで自車を加速させたりすることができるようになる。

ここで、自車がカーブ道路を走行する際の目標速度は、実際に、自車がカーブ道路を走行しているときの横加速度から設定されるものであり、また、障害物と自車との目標相対速度は、実際に、自車が障害物との衝突を回避する若しくは障害物を追い抜く場合に自車の横方向に発生する横加速度であるから、道路の実際の状況や自車の車両状態とは無関係な値ではない。従って、自車に発生する横加速度を用いて減速制御や加減速制御を行うことにより、道路の実際の状況や車両状態に適した車速制御を行うことができるのである。

請求項４に記載のように、車両制御手段は、自車の速度が目標速度を上回る場合に、自車に発生する減速度が目標減速度となるように減速制御を行い、自車の速度が目標速度を下回る場合に、自車に発生する加速度が目標加速度となるように加速制御を行うことを特徴とする。これにより、自車の前方に存在するカーブ道路を走行する際の目標速度を基準として、自車を減速させたり加速させたりすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本実施形態は、本発明の車両制御装置を運転支援システムに適用した場合について説明するものである。

（第１実施形態）
図１に、本実施形態の運転支援システムの全体構成を示す。同図に示すように、本運転支援システムは、VSC_ECU１０、舵角センサ２０、Gセンサ３０、ヨーレートセンサ４０、ENG_ECU５０、CCDカメラ６０ａ、画像認識処理装置６０ｂ、レーダ７０、操作SW８０、ナビゲーション装置９０、及び車両制御ECU１００によって構成される。

図１に示すVSC_ECU１０は、自車に制動力を印加するブレーキアクチュエータ（図示せず）を制御するもので、自車の横滑りを抑制するVSC（Vehicle Stability Control、登録商標）の制御機能を備える。このVSC_ECU１０は、車内LANから目標減速度の情報を受信し、この目標減速度が自車に発生するように、ブレーキアクチュエータを制御する。また、VSC_ECU１０は、自車の速度（車速）Vs0、及びブレーキ圧力の情報を車内LANに送信する。舵角センサ２０は、自車のステアリングの操舵角の情報を検出するセンサであり、検出した操舵角の情報を車内LANに送信する。

Gセンサ３０は、自車の前後方向に発生する加速度（前後Ｇ）と、横（左右）方向に発生する加速度（横Ｇ）を検出する加速度センサであり、検出した前後Ｇ及び横Ｇの情報を車内LANに送信する。ヨーレートセンサ４０は、自車の鉛直軸まわりの角速度（ヨーレート）を検出するセンサであり、検出したヨーレートの情報を車内LANに送信する。

ENG_ECU５０は、車内LANから目標加速度の情報を受信し、自車が目標加速度を発生するように、図示しないスロットルアクチュエータを制御する。CCDカメラ６０ａは、自車前方の所定範囲内の画像を撮影する撮像手段であり、撮像画像を画像認識処理装置６０ｂへ出力する。

画像認識処理装置６０ｂは、CCDカメラ６０ａから出力された撮像画像に対して所定の画像認識処理を施すことによって、例えば、自車前方のカーブ道路の道路境界やその付近に設けられた通行区分線、ポール、ガードレール、縁石等の道路付帯物を認識し、その道路付帯物と自車との相対位置を求める。そして、道路付帯物の種類とその相対位置の情報を車両制御ECU１００へ出力する。

レーダ７０は、例えば、レーザ光を自車前方の所定範囲に照射し、その反射光を受信して、カーブ道路の道路境界やその付近に設けられた所定強度以上の反射光強度を示す反射板、デリニエータ等の道路付帯物との距離、自車幅中心軸と道路付帯物の中心軸とのズレ量（横ずれ量）等を検出し、車両制御ECU１００へ出力する。

操作SW８０は、ドライバが操作するスイッチ群であり、スイッチ群の操作情報は車両制御ECU１００へ出力される。ナビゲーション装置９０は、何れも図示しない周知の地磁気センサ、ジャイロスコープ、距離センサ、及び衛星からの電波に基づいて自車の位置を検出するＧＰＳ（Global Positioning System ）のためのＧＰＳ受信機等から構成される位置検出部、道路地図データを記憶する道路地図データ記憶部、液晶やＣＲＴ等を用いたカラーディスプレイ、及び制御回路によって構成される。

道路地図データは、地図上の道路をリンクとノードによって表現するためのリンクデータ及びノードデータが含まれており、このリンクデータ及びノードデータは、リンクの始点及び終点座標、リンク長、通行区分幅、道路の曲率半径の情報を含んでいる。ナビゲーション装置９０は、車両制御ECU１００からの指令を受けて、自車の現在位置を特定し、自車前方の所定距離以内に存在するカーブ道路のリンクデータ及びノードデータを出力する。

車両制御ECU１００は、主にマイクロコンピュータとして構成され、何れも周知のCPU、ROM、RAM、I/O、及びこれらを接続するバスによって構成される。この車両制御ECU１００は、自車の進行方向前方にカーブ道路が存在する場合、そのカーブ道路を走行する際の目標速度を設定し、その設定した目標速度まで自車を加減速するための目標加減速度を算出する。そして、自車の速度とその目標速度を比較した結果に基づいて、自車に発生する加減速度が目標加減速度となるように加減速制御を実行する。

車両制御ECU１００の機能ブロックを図２に示す。図２に示すように、車両制御ECU１００は、接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを演算する接近離間状態評価指標演算部１０１、自車の目標速度を設定する目標速度設定部１０２、自車の目標加減速度を演算する目標加減速度演算部１０３によって構成される。

接近離間状態評価指標演算部１０１は、自車前方に存在するカーブ道路に設けられた道路付帯物と自車との距離D（言い換えれば、自車がカーブ道路から逸脱する地点までの距離）、自車の速度Vs0から、数式１によって道路付帯物と自車との接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを算出する。なお、次式の|-2×Vs0|は、（-2×Vs0）の絶対値を示す記号である。

（数１）
KdB_p=10×log{|-2×Vs0|/(D³×5×10^-8)}
上述した通行区分線、ポール、ガードレール、縁石、反射板、デリニエータ等の道路付帯物は、カーブ道路の境界やその付近に設けられる。従って、これらの道路付帯物までの距離から、自車がカーブ道路から逸脱する地点までの距離Dを取得することができる。なお、ＧＰＳ受信機の検出結果と道路地図データのリンクデータ及びノードデータとを用いて、道路付帯物と自車との距離Dを取得するようにしてもよい。

ここで、接近離間状態評価指標KdBについて説明する。自車両の運転者は、自車両の進行方向にカーブ道路が存在する場合に、通常、そのカーブ道路の道路境界やその付近に設けられた道路付帯物の視覚的な面積変化から、自車両が道路付帯物に接近しているのか、道路付帯物から離間しているのかを判断し、アクセル操作やブレーキ操作によって自車両の加減速を調整する。従って、この運転者の判断基準となる道路付帯物の視覚的な面積変化を表す指標を、接近離間状態評価指標KdBとして求めることとした。

以下、具体的な接近離間状態評価指標KdBの算出方法について説明する。道路付帯物の実際の高さをH_０、幅をW_０、面積をS_０（＝H_０×W_０）とし、自車両の運転者の目（網膜上）に映る道路付帯物の像の高さをH、幅をW、面積をS（＝W×H）とし、さらに、運転者の目（水晶体）から道路付帯物までの距離をD、ドライバの目の焦点距離をfとした場合、道路付帯物の見かけ上の面積Sは数式２で示される。

（数２）
S=W×H=W₀×H₀×(f/D)²
従って、運転者の網膜上に投影される道路付帯物の見かけ上の面積Sの時間変化率dS/dtは数式３で示される。

（数３）
dS/dt=d(W×H)/dt∝d(f/D)²/dt∝d(1/D²)/dt
上記数式３を距離Dで偏微分すると、道路付帯物の見かけ上の面積Sの時間変化率dS/dtは数式４のように表すことができ、これを道路付帯物面積の時間変化率Kとする。

（数４）
dS/dt∝d(1/D²)/dt={d(1/D²)/dD}×(dD/dt)=(-2/D³)×Vr=K
このように、道路付帯物と自車両との車間距離Dと、車間距離Dの時間変化率である相対速度Vr（道路付帯物は固定物であるから自車の速度Vs0に等しい）とから、道路付帯物面積の時間変化率Kを算出することができる。

なお、道路付帯物面積の時間変化率Kは、道路付帯物の見かけ上の面積Sの時間変化率dS/dtを示すものであるため、CCDカメラ６０a等の撮像手段の撮影した道路付帯物の画像の単位時間当たりの大きさの時間変化率と等しい。従って、CCDカメラ６０ａで撮影した道路付帯物の画像の大きさの単位時間当たりの時間変化率から、道路付帯物面積の時間変化率Kを算出するようにしてもよい。

この道路付帯物面積の時間変化率Kは、例えば距離D=1〜100ｍの範囲で、10^６のオーダで大きく変化する。このため、時間変化率Kをデシベル表示することとした。デシベル表示に際しては、自車の100ｍ前方に存在し、相対速度Ｖｒ=-0.1km/hで自車が道路付帯物に接近するときの道路付帯物面積の時間変化率K_０を、運転者が面積変化に気づくことができる最小面積変化と仮定し、このときの値を0[dB]と定義する。時間変化率K_０は数式５によって示される。

（数５）
K₀=(-2/D³)×Vr=(-2/100³)×(-0.1/3.6)≒5×10^-8
つまり、道路付帯物面積の時間変化率K_０=5×10^−８の時のデシベル値を0[dB]とし、数式６によって表される指標を、接近離間状態評価指標KdBと定義する。なお、接近離間状態評価指標KdBは、道路付帯物に自車が接近するとき正の値を取り、離れていくときに負の値を取る。なお、数式６における相対速度Vrは、道路付帯物は固定物であるため自車の速度Vs0に等しい。従って、数式６の相対速度Vrを自車の速度Vs0に置き換えることで、数式１を得る。

(数６)
KdB=10×log(|K/(5×10^-8)|)=10×log{|-2×Vr|/(D³×5×10^-8)}
目標速度設定部１０２は、自車の横Gと自車前方のカーブ道路の曲率半径Rから、自車がカーブ道路を走行する際の目標速度を設定する。ここで、カーブ道路の曲率半径Rについて、図３を用いて説明する。なお、一般的な道路においては、直線区間→緩和曲線（クロソイド、３次放物線等）区間→円曲線区間→緩和曲線区間→直線区間のように、円曲線区間の前後に緩和曲線区間の道路が設けられるが、本実施形態では説明を簡単にするため、図３に示すように、円曲線区間のみで構成されるカーブ道路の曲率半径Rについて説明する。

自車の前方にカーブ道路が存在する場合、そのカーブ道路の円曲線の中心Oからカーブ道路の自車通行区分の中心線までの距離をそのカーブ道路の曲率半径Rとする。この曲率半径Rは、ナビゲーション装置９０から出力される道路地図データを構成するリンクデータ及びノードデータに基づいて取得してもよいし、レーダ７０や画像認識処理装置６０ｂから出力される通行区分線、ポール、ガードレール、縁石４、反射板、デリニエータ等の道路付帯物に関わる情報からカーブ道路の曲率半径Rを推定するようにしてもよい。この場合、ポール、ガードレール、縁石、反射板、デリニエータ等の情報から推定する場合には、それらの情報から近似曲線を求め、その近似曲線の曲率半径Rを求めるとよい。

また、図３に示すように、自車進行方向の延長線上に位置する通行区分線、ポール、ガードレール、縁石４、反射板、デリニエータ等の道路付帯物と自車との距離D、自車前端部と自車前輪中心軸との距離y、及び自車前輪中心軸における自車幅の中心点と道路付帯物との距離Lとすると次式が成り立つ。

（数７）
(D+y)²＋R²=(R+L)²
従って、カーブ道路の曲率半径Rは、数式７を変形した数式８を計算することによって求めるようにしてもよい。

（数８）
R={(D+y)²-L²}/2×L
目標速度設定部１０２は、自車がカーブ道路を走行している（及びカーブ道路に進入しようとしている）ときに、自車の横方向に発生する横Gの現在値Gy_pとカーブ道路の曲率半径から、数式９を演算することによって目標速度Vs0_tを設定する。

（数９）
Vs0_t=-(R×Gy_p)^1/2
目標加減速度演算部１０３は、現在の自車の速度Vs0と目標速度Vs0_tとを比較し、この比較した結果、現在の自車の速度Vs0と目標速度Vs0_tとの速度差が所定速度差よりも小さい場合には、現在の自車の速度Vs0を維持するための目標加減速度を算出する。

一方、上記速度差が所定速度差よりも大きい場合には、接近離間状態評価指標の現在値KdB_p、道路付帯物と自車との距離D、自車の速度Vs0、及び目標速度Vs0_tを用いて数式１０を計算することによって、目標速度Vs0_tまで自車を加減速するための目標加減速度dVs0/dtを求める。

（数１０）
dVs0/dt=gain×7.5×D²×10^{｛(|KdB_p|/10)-8｝}×Vs0
ここで、目標加減速度dVs0/dtの算出方法について説明する。まず、数式１を数式１１、数式１２のように変形する。

（数１１）
10^{（|KdB_p|/10）}=|-2×Vs0|/(D³×5×10^-8)
（数１２）
｜-Vs0|=(D³×5×10^-8/2)×10^{（|KdB_p|/10）}＝2.5×D³×10^{｛(|KdB|/10)-8｝}
数式１２を時間微分すると数式１３を得る。

（数１３）
(dVs0/dD)×(dD/dt)=7.5×D²×10^{｛(|KdB_p|/10)-8｝}×Vs0
上記数式１３は、接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを維持するための自車の加減速度の目標値を表すものである。この数式１３に変数gainを乗じることで数式１０が得られる。変数gainは、数式１４から得られる。

（数１４）
gain=Gx_t/(7.5×D²×10^{｛(|KdB_p|/10)-8｝}×Vs0)
上記数式１４におけるGx_tは、自車の現在の速度Vs0と、目標速度Vs0_tとから、数式１５を演算することで得られる。なお、Δｔは、自車の現在の速度Vs0と、目標速度Vs0_tとの差分を目標となる自車の減速度Gx_tに変換するための除数であり、適宜、設定されるものである。

（数１５）
Gx_t=(Vs0-Vs0_t)/Δt
目標加減速度演算部１０３は、数式１０を演算することで求まった目標加減速度dVs0/dtを車内LANへ出力する。

次に、車両制御ECU１００による制御処理について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。先ず、同図に示すステップＳ１０では、自車の速度Vs0等の車両状態量を取得する。ステップＳ２０では、自車進行方向の延長線上に位置する道路付帯物と自車との距離Dを求め、これを用いて、接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを算出する。ステップＳ３０では、自車前方のカーブ道路を走行する際の目標速度Vs0_tを算出（設定）する。

ステップＳ４０では、自車の現在の速度Vs0とステップＳ３０で設定した目標速度Vs0_tとを比較して、自車の現在の速度Vs0と目標速度Vs0_tとの速度差が所定速度差より小さいかどうかを判定する。ここで、肯定判定される場合にはステップＳ６０へ処理を進め、否定判定される場合にはステップＳ５０へ処理を進める。

ステップＳ５０では、自車の現在の速度Vs0が目標速度Vs0_tを上回る場合には、目標車速Vs0_tまで自車を減速するための目標減速度dVs0/dtを算出し、自車の現在の速度Vs0が目標速度Vs0_tを下回る場合には、目標車速Vs0_tまで自車を加速するための目標加速度dVs0/dtを算出する。

ステップＳ６０では、自車の現在の速度Vs0を維持するための目標加減速度を算出する。ステップＳ７０では、ステップＳ５０或いはステップＳ６０で求めた目標加減速度を車内LANへ出力する。以後、上述した各ステップを所定のタイミングで繰り返し実行する。

これにより、自車の現在の速度Vs0が目標速度Vs0_tを上回る場合には、自車に発生する減速度が目標減速度dVs0/dtとなるように減速制御が行われ、また、自車の現在の速度Vs0が目標速度Vs0_tを下回る場合には、自車に発生する加速度が目標加速度dVs0/dtとなるように加速制御が行われる。これにより、自車の前方に存在するカーブ道路を走行する際の目標速度Vs0_tを基準として、自車を減速させたり加速させたりすることができる。

また、自車の現在の速度Vs0と目標速度Vs0_tとの速度差が所定速度差より小さい場合には、自車の現在の速度Vs0を維持するための速度制御が実行されるため、通過可能な速度を維持しながらカーブ道路を走行する際のドライバの運転操作を支援することができる。

このように、本実施形態の運転支援システムは、自車がカーブ道路を走行しているときの自車の横Gの現在値Gy_pとカーブ道路の曲率半径Rに基づいて、カーブ道路を走行する際の目標速度Vs0_tを設定するものである。この横Gの現在値Gy_pは、実際に、自車がカーブ道路を走行しているときの横加速度であるから、道路の実際の状況や自車の車両状態とは無関係な値ではない。従って、自車がカーブ道路を走行しているときの横Gの現在値Gy_pを用いて目標速度Vs0_tを設定し、この設定した目標速度Vs0_tと自車の速度Vs0とを比較した結果に基づいて加減速制御を行うことで、道路の実際の状況や車両状態に適した車速制御を行うことができる。

（変形例１）
また、例えば、ドライバがステアリングを一定の操舵角で保持している場合には、目標速度Vs0_tをゼロ（０）に設定して減速制御を実行するようにしてもよい。

（変形例２）
また、例えば、本実施形態の運転支援システムは加減速制御を行うものであるが、減速制御、又は加速制御のみを実行するようにしてもよい。

（第２実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。第１の実施形態の運転支援システムは、自車の進行方向前方にカーブ道路が存在する場合、そのカーブ道路を走行する際の目標速度を設定し、その設定した目標速度まで自車を加減速するための目標加減速度を算出し、自車の速度とその目標速度を比較した結果に基づいて、自車に発生する加減速度が目標加減速度となるように加減速制御を実行するものである。

一方、第２の実施形態における運転支援システムは、自車が進行方向前方の道路上に存在する障害物との衝突を回避する、若しくは障害物を追い抜く場合に自車の速度を減速させる減速制御を実行するものである。

図５に、本実施形態の車両制御ECU１００の機能ブロックを示す。図５に示すように、車両制御ECU１００は、接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを演算する接近離間状態評価指標演算部１０１、自車が障害物との衝突を回避する（若しくは障害物を追い抜く）ために必要な自車の旋回半径を演算する旋回半径演算部１１２、この旋回半径Roと、自車が障害物との衝突を回避する（若しくは障害物を追い抜く）ときに自車の横方向に発生する横Gの現在値Gy_pから、障害物と自車との目標相対速度Vr_tを演算する目標相対速度演算部１１３、及び接近離間状態評価指標の現在値KdB_p、目標相対速度Vr_t等から自車を目標相対速度まで減速するための目標相対減速度dVr/dtを演算する目標相対減速度演算部１１４によって構成される。

接近離間状態評価指標演算部１０１は、自車投影面の将来軌跡と重なる先行車等の障害物が道路上に存在する場合には、自車前方に存在する先行車等の障害物と自車との距離D、自車と障害物との相対速度Vrから、数式１６によって障害物と自車との接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを算出する。なお、次式の|-2×Vr|は、（-2×Vr）の絶対値を示す記号である。また相対速度Vrは、自車と障害物とが近づく場合に負(-)の符号で表し、自車と障害物とが遠ざかる場合に正(+)の符号で表す。

（数１６）
KdB_p=10×log{|-2×Vr|/(D³×5×10^-8)}
ここで、自車投影面の将来軌跡は、自車の走行状態に関する情報に基づいて、自車が現在の走行状態を保持したまま走行した場合の将来軌跡が推定される。例えば、自車が直進状態である場合には、直進状態を保持したまま走行した場合の将来軌跡を推定する。なお、本実施形態では、自車の横幅Wsと高さHsからなる自車投影面の将来軌跡を推定する。すなわち、自車の進行方向、横幅方向、及び高さ方向からなる３次元の将来軌跡を推定する。

そして、推定した自車投影面の将来軌跡と重なる障害物が道路上に存在する場合には、その障害物と自車との距離Dを取得する。これにより、自車投影面の将来軌跡から外れた位置に存在する障害物は、自車と衝突する可能性の低いため距離取得の対象から除外しつつ、自車と衝突する可能性の高い障害物との距離を取得することができる。なお、自車投影面の将来軌跡と重なる障害物が複数存在する場合には、自車から最も近い位置に存在する障害物との距離を取得する。

なお、自車投影面の将来軌跡を推定する際、自車の最低地上高Hgを踏まえて自車投影面の将来軌跡を推定するとよい。例えば、センターラインに沿って道路に敷設されるキャッツアイ等は、自車の障害とならない物体であるため、距離取得の対象から除外する必要がある。そのため、自車の最低地上高Hgを踏まえ、自車のフロア下の部分Sgを除いた自車投影面の将来軌跡を推定することで、自車の障害とならない物体を距離取得の対象から除外することが可能となる。

また、ここで、接近離間状態評価指標KdBについても説明する。自車両の運転者は、自車両の進行方向に障害物としての先行車が存在する場合に、通常、その先行車の視覚的な面積変化から、自車両が先行車に接近しているのか、先行車から離間しているのかを判断し、アクセル操作やブレーキ操作によって自車両の加減速を調整する。従って、この運転者の判断基準となる先行車の視覚的な面積変化を表す指標を、接近離間状態評価指標KdBとして求めることとした。以下、具体的な接近離間状態評価指標KdBの算出方法について説明する。

先行車の実際の高さをH_０、幅をW_０、面積をS_０（＝H_０×W_０）とし、自車両の運転者の目（網膜上）に映る先行車の像の高さをH、幅をW、面積をS（＝W×H）とし、さらに、運転者の目（水晶体）から先行車までの距離をD、ドライバの目の焦点距離をfとした場合、先行車の見かけ上の面積Sは数式１７で示される。

（数１７）
S=W×H=W₀×H₀×(f/D)²
従って、運転者の網膜上に投影される先行車の見かけ上の面積Sの時間変化率dS/dtは数式１８で示される。

（数１８）
dS/dt=d(W×H)/dt∝d(f/D)²/dt∝d(1/D²)/dt
上記数式１８を距離Dで偏微分すると、先行車の見かけ上の面積Sの時間変化率dS/dtは数式１９のように表すことができ、これを先行車面積の時間変化率Kとする。

（数１９）
dS/dt∝d(1/D²)/dt={d(1/D²)/dD}×(dD/dt)=(-2/D³)×Vr=K
このように、先行車と自車両との車間距離Dと、車間距離Dの時間変化率である相対速度Vrとから、先行車面積の時間変化率Kを算出することができる。

なお、先行車面積の時間変化率Kは、先行車の見かけ上の面積Sの時間変化率dS/dtを示すものであるため、CCDカメラ６０a等の撮像手段の撮影した先行車の画像の単位時間当たりの大きさの時間変化率と等しい。従って、CCDカメラ６０ａで撮影した先行車の画像の大きさの単位時間当たりの時間変化率から、先行車面積の時間変化率Kを算出するようにしてもよい。

この先行車面積の時間変化率Kは、例えば距離D=1〜100ｍの範囲で、10^６のオーダで大きく変化する。このため、時間変化率Kをデシベル表示することとした。デシベル表示に際しては、自車の100ｍ前方に存在し、相対速度Ｖｒ=-0.1km/hで自車が先行車に接近するときの先行車面積の時間変化率K_０を、運転者が面積変化に気づくことができる最小面積変化と仮定し、このときの値を0[dB]と定義する。時間変化率K_０は数式２０によって示される。

（数２０）
K₀=(-2/D³)×Vr=(-2/100³)×(-0.1/3.6)≒5×10^-8
つまり、先行車面積の時間変化率K_０=5×10^−８の時のデシベル値を0[dB]とし、数式２１によって表される指標を、接近離間状態評価指標KdBと定義する。なお、接近離間状態評価指標KdBは、先行車に自車が接近するとき正の値を取り、離れていくときに負の値を取る。

(数２１)
KdB=10×log(|K/(5×10^-8)|)=10×log{|-2×Vr|/(D³×5×10^-8)}
旋回半径演算部１１２は、障害物と自車との距離Dに基づいて、自車が障害物との衝突を回避する（若しくは障害物を追い抜く）ために必要な自車の旋回半径Roを演算する。例えば、図６に示すように、自車から距離Dだけ前方に障害物としての先行車が存在する場合、自車前端部と自車前輪中心軸との距離y、及び自車の横幅の中心点と先行車の右後端部との距離Lとすると数式２２が成り立つ。

（数２２）
(D+y)²＋Ro²=(Ro+L)²
従って、旋回半径Roは、上記数式２２を変形することで得られる数式２３を計算することによって求められる。

（数２３）
Ro={(D+y)²-L²}/2×L
目標相対速度演算部１１３は、旋回半径Roと、自車が障害物との衝突を回避する（若しくは障害物を追い抜く）ときに自車の横方向に発生する横Gの現在値Gy_pから、数式２４を演算することによって、障害物と自車との目標相対速度Vr_tを演算する。

（数２４）
Vr_t=-(Ro×Gy_p)^1/2
目標相対減速度演算部１１４は、障害物と自車との距離D、相対速度の現在値Vr_p、接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを用いて数式２５を演算することによって、自車を目標相対速度Vr_tまで減速するための目標相対減速度dVr/dtを求める。

（数２５）
dVr/dt=gain×7.5×D²×10^{｛(|KdB_p|/10)-8｝}×(Vr_p)
ここで、目標加減速度dVr/dtの算出方法については、第１の実施形態にて説明した通りである。変数gainは、数式２６から得られる。

（数２６）
gain=Gx_t/(7.5×D²×10^{｛(|KdB_p|/10)-8｝}×Vr_p)
上記数式２６におけるGx_tは、相対速度の現在値Vr_pと、目標相対速度Vr_tとから、数式２７を演算することで得られる。なお、Δｔは、相対速度の現在値Vr_pと、目標相対速度Vr_tとの差分を目標となる自車の減速度Gx_tに変換するための除数であり、適宜、設定されるものである。

（数２７）
Gx_t=(Vr_p-Vr_t)/Δt
目標相対減速度演算部１１４は、数式２７を演算することで求まった目標相対減速度dVr/dtを車内LANへ出力する。

次に、車両制御ECU１００による制御処理について、図７に示すフローチャートを用いて説明する。先ず、同図に示すステップＳ１１０では、自車の速度Vs0等の車両状態量を取得する。ステップＳ１２０では、自車投影面の将来軌跡と重なる障害物が道路上に存在する場合に、その障害物と自車との距離Dを取得し、この取得した距離Dを用いて、接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを算出する。ステップＳ１３０では、障害物と自車との目標相対速度Vr_tを算出する。

ステップＳ１４０では、自車の速度を目標相対速度Vr_tまで減速するための目標相対減速度dVr/dtを算出する。ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０で求めた目標相対減速度dVr/dtを車内LANへ出力する。以後、上述した各ステップを所定のタイミングで繰り返し実行する。

このように、本実施形態の運転支援システムは、自車が障害物との衝突を回避する若しくは障害物を追い抜く場合に自車の横方向に発生する横加速度の現在値Gy_pを取得し、この取得した横加速度の現在値Gy_pと、自車が障害物との衝突を回避する若しくは障害物を追い抜くために必要な自車の旋回半径Roとから、目標相対速度Vr_tを演算する。

この自車の横方向に発生する横加速度の現在値Gy_pは、実際に、自車が障害物との衝突を回避する若しくは障害物を追い抜く場合に自車の横方向に発生する横加速度であるから、道路の実際の状況や自車の車両状態とは無関係な値ではない。従って、この横加速度現在値Gy_pを用いて目標相対速度Vr_tを演算し、この目標相対速度Vr_tまで自車を減速するための目標相対減速度dVr/dtに基づいて減速制御を行うことで、道路の実際の状況や車両状態に適した車速制御を行うことができる。

（第３実施形態）
第３の実施形態は、第１及び第２の実施形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。本実施形態における運転支援システムは、カーブ道路上に障害物が存在しない場合には、上述した第１の実施形態の運転支援システムと同様の動作を実行し、カーブ道路上に障害物が存在する場合には、その障害物との衝突を回避するための減速制御を行うものである。

図８に、本実施形態の車両制御ECU１００の機能ブロックを示す。第１及び第２の実施形態と異なる機能ブロックは、接近離間状態評価指標演算部１０１と出力判定部１２０のみであるため、その異なる機能ブロックについて説明する。

接近離間状態評価指標演算部１０１は、自車投影面の将来軌跡と重なる先行車等の障害物が道路上に存在する場合には、自車前方に存在する先行車等の障害物と自車との距離D、自車と障害物との相対速度Vrから、上述した数式１６を用いて障害物と自車との接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを算出する。一方、自車投影面の将来軌跡と重なる障害物がカーブ道路上に存在しない場合には、道路付帯物と自車との距離D、自車の速度Vs0から、上述した数式１を用いて、道路付帯物に対する接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを算出する。

出力判定部１２０は、道路上に障害物が存在する場合には目標相対減速度演算部１１４によって演算された目標相対減速度dVr/dtを車内LANへ出力し、道路上に障害物が存在しない場合には、目標加減速度演算部１０３によって演算された目標加減速度dVs0/dtを車内LANへ出力する。

次に、車両制御ECU１００による制御処理について、図９に示すフローチャートを用いて説明する。先ず、同図に示すステップＳ２１０では、自車の速度Vs0等の車両状態量を取得する。ステップＳ２２０では、自車投影面の将来軌跡と重なる障害物が道路上に存在するかどうかを判断する。ここで、肯定判断される場合にはステップＳ２３０へ処理を進め、否定判断される場合にはステップＳ２６０へ処理を進める。

ステップＳ２３０では、自車投影面の将来軌跡と重なる障害物と自車との距離Dを取得し、この取得した距離Dを用いて、障害物と自車との接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを算出する。ステップＳ２４０では、障害物と自車との目標相対速度Vr_tを算出する。ステップＳ２５０では、自車の速度を目標相対速度Vr_tまで減速するための目標相対減速度dVr/dtを算出する。

ステップＳ２６０では、自車進行方向の延長線上に位置する道路付帯物と自車との距離Dを求め、これを用いて、道路付帯物と自車との接近離間状態評価指標の現在値KdB_pを算出する。ステップＳ２７０では、自車前方のカーブ道路を走行する際の目標速度Vs0_tを算出（設定）する。

ステップＳ２８０では、自車の現在の速度Vs0とた目標速度Vs0_tとを比較して、自車の現在の速度Vs0と目標速度Vs0_tとの速度差が所定速度差より小さいかどうかを判定する。ここで、肯定判定される場合にはステップＳ３００へ処理を進め、否定判定される場合にはステップＳ２９０へ処理を進める。

ステップＳ２９０では、自車の現在の速度Vs0が目標速度Vs0_tを上回る場合には、目標車速Vs0_tまで自車を減速するための目標減速度dVs0/dtを算出し、自車の現在の速度Vs0が目標速度Vs0_tを下回る場合には、目標車速Vs0_tまで自車を加速するための目標加速度dVs0/dtを算出する。ステップＳ３００では、自車の現在の速度Vs0を維持するための目標加減速度を算出する。

ステップＳ３１０では、道路上に障害物が存在するかどうかを判断し、肯定判断される場合にはステップＳ３２０にて目標相対減速度を車内LANへ出力し、否定判断される場合にはステップＳ３３０にて、目標加減速度を車内LANへ出力する。以後、上述した各ステップを所定のタイミングで繰り返し実行する。

以上、本実施形態の運転支援システムにより、カーブ道路上に障害物が存在するとともに相対速度が目標相対速度を上回る場合には、自車に発生する相対減速度が目標相対減速度となるように減速制御が行われるため、障害物との衝突が回避可能となる。一方、カーブ道路上に障害物が存在しない場合には、自車の速度と目標速度とを比較した結果に基づいて、自車に発生する加減速度が目標加減速度となるように加減速制御が行われるため、カーブ道路を走行する際、通過可能な速度となるように自車を減速させたり、或いは、通過可能な速度まで自車を加速させたりすることができるようになる。

第１の実施形態に係わる、運転支援システムの全体構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係わる、車両制御ECU１００の機能ブロック図である。第１の実施形態に係わる、カーブ道路の曲率半径R、道路付帯物と自車前端部との距離D、自車前端部と自車前輪中心軸との距離y、及び自車前輪中心軸における自車幅の中心点と道路付帯物との距離L、及び横Gの現在値Gy_pを示す図である。第１の実施形態に係わる、車両制御ECU１００による制御処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施形態に係わる、車両制御ECU１００の機能ブロックを示す。自車が先行車との衝突を回避するために必要な旋回半径Roを説明するための図である。第２の実施形態に係わる、車両制御ECU１００による制御処理の流れを示すフローチャートである。第３の実施形態に係わる、車両制御ECU１００の機能ブロックを示す。第３の実施形態に係わる、車両制御ECU１００による制御処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ VSC_ECU１０
２０舵角センサ
３０ Gセンサ
４０ヨーレートセンサ
５０ ENG_ECU
６０ａ CCDカメラ
６０ｂ画像認識処理装置
７０レーダ
８０操作SW
９０ナビゲーション装置
１００車両制御ECU

Claims

自車進行方向の延長線上に位置し、前記自車の前方に存在するカーブ道路の道路境界又はその付近に設けられた道路付帯物と前記自車との距離を取得する距離取得手段と、
前記道路付帯物に対する接近離間状態を表す指標として、前記道路付帯物に接近する相対速度が高くなるほど大きくなるとともに、各相対速度において前記道路付帯物との距離が短くなるほど増加勾配が急峻になる接近離間状態評価指標を算出する評価指標算出手段と、
前記自車が前記カーブ道路を走行しているときに、前記自車の横方向に発生する横加速度を取得する横加速度取得手段と、
前記カーブ道路の曲率半径を取得する曲率半径取得手段と、
前記横加速度と前記カーブ道路の曲率半径に基づいて、前記自車が前記カーブ道路を走行する際の目標速度を設定する目標速度設定手段と、
前記自車の速度を取得する速度取得手段と、
前記接近離間状態評価指標、前記道路付帯物と前記自車との距離、前記自車の速度、及び前記目標速度から、前記自車を前記目標速度まで加減速するための目標加減速度を算出する目標加減速度算出手段と、
前記自車の速度と前記目標速度とを比較した結果に基づいて、前記自車に発生する加減速度が前記目標加減速度となるように加減速制御を行う車両制御手段と、を備えることを特徴とする車両制御装置。
自車が当該自車の進行方向前方の道路上に存在する障害物との衝突を回避する、若しくは前記障害物を追い抜く場合において、前記自車の速度を減速させる減速制御を行う車両制御装置であって、
前記障害物と前記自車との距離を取得する距離取得手段と、
前記障害物と前記自車との相対速度を取得する相対速度取得手段と、
前記障害物に対する接近離間状態を表す指標として、前記障害物に接近する相対速度が高くなるほど大きくなるとともに、各相対速度において前記障害物との距離が短くなるほど増加勾配が急峻になる接近離間状態評価指標を算出する評価指標算出手段と、
前記自車の横方向に発生する横加速度を取得する横加速度取得手段と、
前記距離取得手段の取得した距離に基づいて、前記自車が前記障害物との衝突を回避する、若しくは前記障害物を追い抜くために必要な前記自車の旋回半径を演算する旋回半径演算手段と、
前記横加速度と前記旋回半径とから、前記障害物と前記自車との目標相対速度を演算する目標相対速度演算手段と、
前記障害物と前記自車との距離、前記相対速度、前記接近離間状態評価指標から、前記自車を前記目標相対速度まで減速するための目標相対減速度を演算する目標相対減速度演算手段と、
前記相対速度が前記目標相対速度を上回る場合に、前記自車に発生する相対減速度が前記目標相対減速度となるように減速制御を行う車両制御手段と、を備えることを特徴とする車両制御装置。
自車の進行方向前方のカーブ道路上に存在する障害物、及び前記カーブ道路の道路境界、又はその付近に設けられた道路付帯物の何れかの物体と前記自車との距離を取得する距離取得手段と、
前記障害物及び前記道路付帯物の何れかの物体に対する接近離間状態を表す指標として、前記障害物及び前記道路付帯物の何れかの物体に接近する相対速度が高くなるほど大きくなるとともに、各相対速度において前記障害物及び前記道路付帯物の何れかの物体との距離が短くなるほど増加勾配が急峻になる接近離間状態評価指標を算出する評価指標算出手段と、
前記自車の横方向に発生する横加速度を取得する横加速度取得手段と、
前記カーブ道路の曲率半径を取得する曲率半径取得手段と、
前記横加速度と前記カーブ道路の曲率半径に基づいて、前記自車が前記カーブ道路を走行する際の目標速度を設定する目標速度設定手段と、
前記自車の速度を取得する速度取得手段と、
前記障害物と前記自車との相対速度を取得する相対速度取得手段と、
前記距離取得手段の取得した障害物と自車との距離に基づいて、前記自車が前記障害物との衝突を回避する、若しくは前記障害物を追い抜くために必要な前記自車の旋回半径を演算する旋回半径演算手段と、
前記横加速度と前記旋回半径演算手段の演算した旋回半径とから、前記障害物と前記自車との目標相対速度を演算する目標相対速度演算手段と、
前記道路付帯物に対する接近離間状態評価指標、前記道路付帯物と前記自車との距離、前記自車の速度、及び前記目標速度から、前記自車を前記目標速度まで加減速するための目標加減速度を算出する目標加減速度算出手段と、
前記障害物と前記自車との距離、前記相対速度、前記障害物に対する接近離間状態評価指標から、前記自車を前記目標相対速度まで減速するための目標相対減速度を演算する目標相対減速度演算手段と、
前記カーブ道路上に前記障害物が存在するとともに前記相対速度が前記目標相対速度を上回る場合には、前記自車に発生する相対減速度が前記目標相対減速度となるように減速制御を行い、前記カーブ道路上に障害物が存在しない場合には、前記自車の速度と前記目標速度とを比較した結果に基づいて、前記自車に発生する加減速度が前記目標加減速度となるように加減速制御を行う車両制御手段と、を備えることを特徴とする車両制御装置。
前記車両制御手段は、
前記自車の速度が前記目標速度を上回る場合に、前記自車に発生する減速度が前記目標減速度となるように減速制御を行い、
前記自車の速度が前記目標速度を下回る場合に、前記自車に発生する加速度が前記目標加速度となるように加速制御を行うことを特徴とする請求項１又は３記載の車両制御装置。