JP2008247111A - 車両の衝突安全制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】事故発生の直前でこれから起こる現象を予測し、実際に起こり得る様々な事故形態に対応して歩行者保護性能を向上させる。
【解決手段】歩行者と自車両との衝突が不可避で衝突までの時間的余裕がある場合、衝突シミュレーション解析処理を実行し（Ｓ５）、歩行者の傷害を最小限とする保護デバイスの作動タイミングや車両挙動の最適解を探索する処理を、計算条件を変更しながら繰り返す（Ｓ５〜Ｓ８）。そして、傷害値が最小となったとき、或いは衝突までの時間的余裕がない場合、衝突シミュレーション解析の解析結果に基づいて、ブレーキや操舵による車両挙動制御を実行し、また、フードエアバッグやアクティブフード等の保護デバイスを作動させる（Ｓ９）。これにより、実際に起こり得る様々な事故形態に対応して歩行者保護性能を向上することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、歩行者の衝突被害を低減して歩行者を保護する車両の衝突安全制御システムに関する。

従来より、自動車の衝突安全性能を向上させるため様々なシステムの開発が行われており、代表的には、車両衝突時の衝撃から乗員を保護するためのシステムとして、エアバッグ装置を用いた乗員保護システムが広く普及している。また、近年では、車両の乗員の保護のみならず、車両から歩行者を保護するため、フードエアバッグや、アクティブフード等の歩行者保護デバイスを備えたシステムが開発されている。

例えば、特許文献１には、物体の種類、物体の移動方向、自車に対する相対速度と相対高さ、車両の幅方向における衝突位置に応じて、予め設定されたマップに従い、ポップアップフード（アクティブフード）の前後・左右の傾き量を変化させ、また、フードエアバッグの展開位置や内圧、作動タイミングを制御する技術が開示されている。
特開２００３−２２６２１１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような従来の技術は、予め想定された代表的な事故形態のみを念頭においており、現実の事故形態とは必ずしも一致せず、歩行者保護の観点から十分とは言えない。

すなわち、リアルワールドで発生する事故形態は、事故の直前になって初めて明らかになるため、リアルワールドで起こり得る様々な事故形態に対応して歩行者を保護するためには、事故の直前でこれから起こる現象を予測し、それに対応したアクションを取ることが必要である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、事故発生の直前でこれから起こる現象を予測し、実際に起こり得る様々な事故形態に対応して歩行者の保護性能を向上することのできる車両の衝突安全制御システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による車両の衝突安全制御システムは、自車両前方の歩行者を捕捉し、捕捉した歩行者の動きを追跡する歩行者検出手段と、上記歩行者の関節の動きに基づいて自車両との衝突をシミュレートし、上記歩行者の傷害リスクを最小とする最適解を探索するシミュレーション手段と、上記シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づいて、車両挙動を制御すると共に、必要に応じて歩行者保護デバイスを作動させる制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明による車両の衝突安全制御システムは、事故発生の直前でこれから起こる現象を予測し、実際に起こり得る様々な事故形態に対応して歩行者の保護性能を向上することができる。

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４は本発明の実施の一形態に係り、図１は衝突安全制御システムの基本構成図、図２は人体モデルの説明図、図３は衝突安全制御処理のフローチャート、図４は衝突シミュレーション解析処理のフローチャートである。

図１において、符号１は、車両に搭載され、自車両と進行方向に存在する物体との衝突に伴う乗員や歩行者の傷害を軽減するよう制御する衝突安全制御システムを示す。この衝突安全制御システム１は、車外の走行環境を検出するための車外状況検出用センサ群２、自車両の乗員の姿勢や乗車状態を検出するための車内状況検出用センサ群３、自車両の走行状態を検出するための走行状態検出用センサ群４、これらのセンサ群２，３，４からの信号をリアルタイムで処理する演算装置１０、衝突時に乗員や歩行者を保護して傷害を軽減するための保護デバイス群５０、ブレーキ制御装置や操舵制御装置等の車両挙動を制御するための車両制御装置６０、各種情報の表示や警報を行う警報装置７０を備えて構成されている。

車外状況検出用センサ群２は、例えばレーザレーダ等のアクティブセンサとカメラ等のパッシブセンサとの一方或いは両者を組み合わせて構成され、車内状況検出用センサ群３は、車内監視カメラ、着座センサ、シートベルト着用センサ等から構成されている。走行状態検出用センサ群４は、車速センサ、舵角センサ、Ｇセンサ等から構成されている。

また、保護デバイス群５０は、乗員保護用としてのデバイスと、歩行車保護用のデバイスとから構成されている。乗員保護用のデバイスとして、車室内に設けられるエアバッグがあり、また、歩行者保護用のデバイスとしては、車両前部に設けられるフードエアバッグ（歩行者保護用エアバッグ）やアクティブフード（アクチュエータによって高さを調節可能なフード）等がある。

一方、演算装置１０は、互いに通信ラインを介して接続される複数のマイクロコンピュータ群、或いはマルチプロセッサ構成のマイクロコンピュータを中心として構成されるものであり、現実に起こりえる様々な事故形態に対応して保護デバイス群５０を迅速に作動させるための制御量をリアルタイムで演算する。

演算装置１０のリアルタイム演算機能は、各センサ群２，３，４からの信号に基づいて進行方向に存在する物体と自車両との衝突可能性を判断する衝突判断部１５と、衝突判断部１５で衝突不可避と判断されたとき、現在の状態から予想される衝突形態を短時間でシミュレーション解析し、乗員や歩行者の傷害を最も軽減できる保護デバイス群５０の作動タイミングや車両挙動を演算する衝突シミュレーション解析部２０とを中心として構成されている。衝突シミュレーション解析部２０には、衝突解析用の固定データや学習データ等を格納した解析データ蓄積部２５が接続されている。

更に、演算装置１０には、デバイス制御部３０と警報制御部４０とが備えられており、衝突シミュレーション解析部２０による解析結果がデバイス制御部３０，警報制御部４０，車両制御装置６０に出力される。デバイス制御部３０、警報制御部４０、車両制御装置６０は、衝突シミュレーション解析部２０による解析結果を受けて、それぞれ、保護デバイス群５０に対する制御信号、ブレーキや操舵による回避制御の制御信号、警報装置７０を介した運転者に対する警報信号を生成する。

尚、警報制御部４０には、衝突シミュレーション解析部２０からの解析結果に先立ち、衝突判断部１５からの衝突危険性の判断結果が出力され、衝突の危険性がある状況下での予備警報等により、予め運転者の注意を喚起する。

演算装置１０においては、極めて短時間の処理が要求される機能、少なくとも衝突シミュレーション解析部２０の機能は、専用のプロセッサによって実現される。この専用処理に特化したプロセッサを採用して高速化を図ることにより、リアルタイムでの演算に対応することが可能となる。

本形態における演算装置１０は、主として歩行者と自車両との衝突（接触）を判断して歩行者を保護する安全制御を行う。すなわち、衝突判断部１５で歩行者の検出及び接触を判断し、衝突不可避の場合、事故の直前に、これから起こる現象を衝突シミュレーション解析部２０で瞬時にシミュレートし、歩行者の傷害を最小限に抑制することのできる最適解を探索し、歩行者との衝突を回避すべくブレーキや操舵等により車両挙動を制御すると共に、必要に応じてフードエアバッグやアクティブフードの歩行者保護デバイスを最適タイミングで作動させる。

衝突判断部１５における歩行者の検出及び衝突判断は、本形態においては、車外状況検出用センサ群２としてステレオカメラを備え、このステレオカメラで撮像した画像をステレオ処理して検出される立体物の測距情報に基づいて歩行者を捕捉し、捕捉した歩行者の動きを追跡する。例えば、ステレオ法によって検出した立体物の中から、道路表面からの高さ、移動速度等により歩行者を抽出し、抽出した歩行者の動きを追跡して自車両の進行方向及び速度との関係から衝突の可能性を判断する。

尚、ステレオカメラで撮像した元画像内の物体を一塊の動いている領域として捕らえ、この領域の動きベクトルの大きさと方向とに基づいて特定の方向の物体を検出し、画像内で自車両の走行路中心に向かう領域を歩行者であると認識（画像内で自車両の走行路中心から外側に向かう領域は、道路脇の電柱や立木等の物体であると認識）するようにしても良い。この場合においても、同様に、歩行者の位置と自車両の進行方向及び速度との関係から衝突可能性を判断する。

衝突シミュレーション解析部２０は、衝突判断部１５で歩行者との衝突が不可避と判断された場合、各センサ群２，３，４から得られた情報を初期条件として、衝突後に起こる現象を、解析データ蓄積部２５に格納されている解析モデルを用いてシミュレートする。解析データ蓄積部２５には、解析モデルとして、図２に示すような歩行者を想定した人体モデル２６が格納されている。

人体モデル２６は、頭部要素２６ａ、肩部分を含む胸部要素２６ｂ、腹部要素２６ｃ、腰部要素２６ｄ、胸部要素２６ｂに連結される左右の上腕部要素２６ｅ，２６ｆと左右の下腕部要素２６ｇ，２６ｈ、腰部要素２６ｄに連結される左右の大腿部要素２６ｉ，２６ｊと左右の下肢部要素２６ｋ，２６ｌを備え、各要素が関節に相当するバネ要素ｋ１〜ｋ７で連結される力学モデルとして構成されている。この人体モデル２６は、身長差による大人と子供との識別、歩行速度等による年齢の識別等といった歩行者の識別可能範囲に対応して、大きさや力学的特性が異なる複数のモデルが予め用意されている。

人体モデル２６の力学的特性は、各要素を関節に相当するバネ要素で連結したモデルとして表現することができる。すなわち、質量ｍ１の頭部要素２６ａと質量ｍ２の胸部要素２６ｂとがバネ要素ｋ１で連結され、胴体部として、胸部要素２６ｂにバネ要素ｋ２を介して質量ｍ３の腹部要素２６ｃが連結されると共に、腹部要素２６ｃにバネ要素ｋ３を介して質量ｍ４の腰部要素２６ｄが連結されている。

また、胸部要素２６ｂ，腰部要素２６ｄに連結される各要素は、本形態では左右対称としており、胸部要素２６ｂに、それぞれバネ要素ｋ４を介して質量ｍ５の上腕部要素２６ｅ，２６ｆが連結され、上腕部要素２６ｅ，２６ｆに、それぞれバネ要素ｋ５を介して質量ｍ６の下腕部要素２６ｇ，２６ｈが連結されている。更に、腰部要素２６ｄには、それぞれバネ要素ｋ６を介して質量ｍ７の大腿部要素２６ｉ，２６ｊが連結され、大腿部要素２６ｉ，２６ｊに、それぞれバネ要素ｋ７を介して質量ｍ８の下肢部要素２６ｋ，２６ｌが連結されている。

この人体モデル２６を用いたシミュレーション解析では、検出した歩行者の位置や各関節の角度等を人体モデル２６に適用し、歩行者の姿勢や車体に対する向きや速度と自車の速度や重量等の諸元から衝突時の歩行者の挙動を人体モデル２６を用いてシミュレーションする。このシミュレーション解析においては、衝突直前の歩行者の挙動から車両との接触部位を特定し、この接触部位への衝突力を人体モデル２６への入力条件として各要素の質量及び要素間のバネ特性から運動方程式を解き、人体に過大な傷害値が発生するか否かを予測する。

人体の傷害値は、頭部や頸部と脚部といったように、予想される傷害の重度が異なる部位毎に重み付けして算出され、例えば、頭部及び頸部の重みを最も大きくし、胸部及び腰部の重みを次に大きくし、相対的に手足の重みを小さくする。そして、人体に過大な傷害値が発生すると予測される場合、傷害値を目的関数として、操舵角やブレーキ制御量、フードエアバッグやアクティブフードの作動形態を設計変数とする最適化問題（最小設計問題）の解を繰り返し計算によって探索することで、歩行者の傷害を最小限に抑制する。

次に、以上の演算装置１０による衝突安全制御処理について、図３及び図４のフローチャートを用いて説明する。

図３は衝突安全制御処理のメイン処理であり、先ず、最初のステップＳ１において、歩行者が検出されているか否かを調べる。そして、歩行者が検出されていない場合には、本処理を抜け、歩行者が検出されている場合、ステップＳ２へ進んで歩行者の位置と自車両の向きや速度との関係から歩行者と自車両との衝突判定を行い、ステップＳ３で歩行者と自車両との衝突が不可避であるか否かを調べる。

そして、ステップＳ３において、衝突が回避できる場合には、警報を発して運転者の注意を喚起して本処理を抜け、衝突が不可避の場合、ステップＳ３からステップＳ４へ進み、衝突までに時間的余裕があるか否かを調べる。その結果、予め歩行者を捕捉していない状況での突然の飛び出し等のように、衝突までに時間的余裕がない場合には、ステップＳ４からステップＳ９へジャンプして、フードエアバッグやアクティブフード等の保護デバイスを作動させると共に、ブレーキや操舵による車両挙動制御を直ちに実行し、歩行者の傷害を最小限に抑える。

一方、ステップＳ４において、衝突までの時間的余裕がある場合には、ステップＳ４からステップＳ５へ進み、図４のフローチャートに示す衝突シミュレーション解析処理を実行し、歩行者の傷害を最小限とする保護デバイスの作動タイミングや車両挙動の最適解を探索する。この衝突シミュレーション解析処理については後述する。

そして、ステップＳ６へ進み、衝突シミュレーション解析で算出された傷害値が、シミュレーション解析の反復実行において最小であるか否かを調べる。１回目のシミュレーション実行時や前回よりも傷害値が小さくない場合には、ステップＳ６からステップＳ７へ進んでデバイス作動タイミングや車両挙動の計算条件を変更し、ステップＳ８で衝突までの時間的余裕が残っている場合、ステップＳ５へ戻って再計算を行う。

一方、ステップＳ６において傷害値が最小となったとき、或いはステップＳ８で衝突までの時間的余裕がない場合には、ステップＳ９へ進み、衝突シミュレーション解析の解析結果に基づいて、ブレーキや操舵による車両挙動制御を実行し、また、フードエアバッグやアクティブフード等の保護デバイスを作動させる。例えば、頭部が車体の固い部分に当ると予測された場合、柔らかい部分に当るよう車両の操舵等を制御するか、それが不可能な場合、打撃部位においてフードエアバッグやアクティブフードを作動させることで、歩行者の傷害を最小限に抑える。

次に、以上の衝突安全制御処理におけるステップＳ５の衝突シミュレーション解析処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。

この衝突シミュレーション解析処理では、最初のステップＳ１１において、衝突直前の歩行者の位置・姿勢を、関節の角度や頭部の位置を主要として検出する。次に、ステップＳ１２へ進み、人体モデル２６を用いて歩行者の動きをシミュレートし、現時点での歩行者の姿勢（関節の角度）から衝突時点での歩行者の位置・姿勢を求める。

そして、ステップＳ１３で、現時点の制御形態による車両挙動から歩行者の車両への衝突部位や衝突の強度を人体モデル２６を用いて予測し、ステップＳ１４で傷害値を最小とする最適解を探索し、ステップＳ１５へ進む。ステップＳ１５では、ステップＳ１４で探索した解での傷害値を算出し、処理を抜ける。このシミュレーション解析処理による傷害値の算出は、衝突までの時間的余裕が残っている限り、繰り返し実行され、時間内で最も小さい傷害値となるブレーキや操舵等の車両挙動の制御量が算出され、また、フードエアバッグやアクティブフード等の歩行者保護デバイスの作動タイミングが決定されて、頭部や頚部等の重大な障害を最小に抑制可能とする。

以上のように本実施の形態においては、歩行者を捕捉してその動きを追跡し、自車両との衝突が不可避と判断されたとき、現在の状態から予想される衝突形態を短時間でシミュレーション解析し、歩行者の傷害を最も軽減できる保護デバイスの作動タイミングや車両挙動を演算するので、現実に起こりえる様々な事故形態に対応して歩行者の保護性能を向上することができる。しかも、衝突シミュレーション解析部２０を、歩行者を想定した人体の力学モデルを用いて自車両との衝突をシミュレートする専用のプロセッサで構成することで、リアルタイムでの高速演算に対応することが可能となる。

衝突安全制御システムの基本構成図 人体モデルの説明図 衝突安全制御処理のフローチャート 衝突シミュレーション解析処理のフローチャート

符号の説明

１ 衝突安全制御システム
２ 車外状況検出用センサ群
３ 車内状況検出用センサ群
４ 走行状態検出用センサ群
１０ 演算装置
１５ 衝突判断部
２０ 衝突シミュレーション解析部
２６ 人体モデル

Claims (2)

1. 自車両前方の歩行者を捕捉し、捕捉した歩行者の動きを追跡する歩行者検出手段と、
   上記歩行者の関節の動きに基づいて自車両との衝突をシミュレートし、上記歩行者の傷害リスクを最小とする最適解を探索するシミュレーション手段と、
   上記シミュレーション手段によるシミュレーション結果に基づいて、車両挙動を制御すると共に、必要に応じて歩行者保護デバイスを作動させる制御手段と
   を備えることを特徴とする車両の衝突安全制御システム。
2. 上記シミュレーション手段を、
   上記歩行者を想定した人体の力学モデルを用いて自車両との衝突をシミュレートし、上記最適解を探索する専用のプロセッサで構成することを特徴とする請求項１記載の車両の衝突安全制御システム。

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