JP2012187965A - 運転支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転支援装置に関し、周囲の走行環境の変化に応じた協調的な安定走行を実現する。
【解決手段】変速機１９を搭載した車両の運転支援装置において、変速比に応じた駆動輪の最大トルクと、走行状態に応じて駆動輪に要求される要求トルクとを演算する演算手段３を設ける。
また、車両の周囲の他車両の走行状況を検出する検出手段２を設ける。
さらに、演算手段３で演算された最大トルク及び要求トルクと、検出手段２で検出された走行状況とに基づき、変速比の変更の要否を判定する判定手段４を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の変速機の変速比の変更の要否を判定する運転支援装置に関する。

従来、運転者の運転操作負荷を軽減するための運転支援装置として、クルーズコントロール装置が知られている。典型的なクルーズコントロール装置では、自車両の車速を一定に維持する定速走行制御（オートクルーズ制御）が実施される。定速走行制御とは、例えば高速道路や地域高規格道路といった自動車専用道路の走行時に、路面勾配や走行負荷に応じてエンジン出力や制動力を調節することで自車両を一定の車速域で走行させる制御である。

近年では、先行車両との車間距離を自動的に一定に保つ追従走行制御（アダプティブ・クルーズ・コントロール）を実施するクルーズコントロール装置も開発されている。追従走行制御とは、車間距離や相対速度に応じてエンジン出力や制動力を調節し、自車両を先行車両に追従させる制御である。これらの制御により、運転者の能動的なアクセル操作，ブレーキ操作の負担を軽減しつつ、自車両の走行安定性を向上させている。

ところで、定速走行制御は、定常的な走行状態で実施されることが想定された制御である。そのため、定速走行制御によって維持される車速域の幅が比較的狭く設定されていたとしても、十分な制御性が確保される。これに対して追従走行制御では、先行車両の挙動に合わせて制御内容を変更しなければならず、比較的広い車速域で加減速が実施される。したがって、追従走行機能を搭載したクルーズコントロール装置には、幅の広い車速域に対応することが要求される。

一方、変速段の切り換えによって変速動作を行う変速機（例えば、マニュアルトランスミッションやセミオートマチック等）を備えた車両では、一つの変速段で賄うことのできるエンジントルクの範囲が決まっている。つまり、車両の加減速に必要なトルクの上限値が変速段によって制限されるため、幅の広い車速域に対応できない場合がある。
このような課題に関して、自車両の走行状態に応じて変速機のシフトチェンジを指示する技術が知られている。例えば、特許文献１には、現在の機関トルク（エンジントルク）及び最大機関トルク（最大エンジントルク）に基づき、シフトアップ指示をモニタに表示させる技術が記載されている。

特開昭６１−１２２０３５号公報

しかしながら、自車両の走行状態に応じた制御を実施する従来の手法では、必ずしも走行環境に適した運転を実施できるとはいえない。例えば、自車両の周囲に他車両が存在する場合と存在しない場合とでは、自車両が変化させるべき加減速度の大きさが異なり、すなわちシフトチェンジを実施すべきタイミングは走行環境に応じて変化する。したがって、自車両の走行状態のみに基づいた制御では、周囲の車両の挙動に合致した協調的な安定走行を実現することが難しいという課題がある。

また、自車両の先行車両よりもさらに前方を走行する車両や隣接レーンを走行する車両の挙動は、先行車両の将来の挙動に影響を与え、ひいては自車両の将来の挙動にも影響を与える可能性がある。一方、従来の手法ではこのような要因が考慮されないため、周囲の走行環境の変化に対する応答が遅れやすく、ドライブフィーリングを向上させにくいという課題がある。

本件の目的の一つは、上記のような課題に鑑みて創案されたものであり、周囲の走行環境の変化に応じた協調的な安定走行を実現することである。
なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的として位置づけることができる。

（１）ここで開示する運転支援装置は、変速機を搭載した車両の運転支援装置において、変速比に応じた駆動輪の最大トルクと、走行状態に応じて前記駆動輪に要求される要求トルクとを演算する演算手段と、前記自車両の周囲の他車両の走行状況を検出する検出手段とを備える。また、前記演算手段で演算された前記最大トルク及び前記要求トルクと、前記検出手段で検出された前記走行状況とに基づき、前記変速比の変更の要否を判定する判定手段を備える。

例えば、前記判定手段が、前記最大トルク及び前記要求トルクと、前記走行状況とに基づき、前記変速機の変速段の変更の要否を判定することとしてもよいし、所定の変速段を持たない無段変速機の場合には、変速比そのものの変更の要否を判定することとしてもよい。
なお、前記演算手段が、エンジンの最大トルクと、走行状態及び変速比に応じて前記エンジンに要求される要求トルクとを演算する構成としてもよい。エンジンの最大トルクと変速比（変速段のギヤ比）との積は、駆動輪の最大トルクに比例する。

（２）前記判定手段での判定結果を前記車両の乗員に報知する報知手段を備えることが好ましい。
（３）前記検出手段が、所定の範囲内に存在する前記他車両までの距離及び相対速度に基づき、前記車両の前方を走行する仮想車両を設定する仮想車両設定手段を有し、前記演算手段が、前記仮想車両設定手段で設定された前記仮想車両に前記車両を追従させるのに必要なトルクを前記要求トルクとして演算することが好ましい。

（４）前記所定の範囲内に複数の他車両が存在するとき、前記仮想車両設定手段が、複数の他車両までのそれぞれの距離及び相対速度のうちの最小距離及び最小相対速度を、前記仮想車両までの距離及び相対速度として設定することが好ましい。
（５）前記演算手段が、前記最大トルク及び前記要求トルクの差を演算するトルク差演算手段を有し、前記判定手段が、前記トルク差演算手段で演算された前記差に応じて前記変更の要否を判定することが好ましい。

（６）前記トルク差演算手段が、前記検出手段で検出された前記走行状況に基づいて前記差を補正することが好ましい。
（７）前記判定手段が、前記検出手段で検出された前記走行状況に基づいて前記変更の要否に係る判定基準を変更することが好ましい。
（８）前記判定手段が、前記変速機のクラッチ操作が検出された時に前記判定を保留するとともに、前記クラッチ操作が非検出となったときに前記判定を続行することが好ましい。

（９）前記判定手段による判定結果に基づいて前記車両の変速比を制御する制御手段を備えるとが好ましい。
（１０）前記演算手段が、前記変速比及び車速に基づいて前記最大トルクを演算するとともに、前記車速及び走行抵抗に基づいて前記要求トルクを演算することが好ましい。

開示の運転支援装置によれば、変速比の変更の要否を判定する際に、自車両のトルクに関する情報だけでなく、周囲の他車両の走行状況も参照することができる。これにより、走行環境に応じて変速比を変更すべきタイミングを相違させることができ、他車両の挙動に応じた協調的な安定走行を実現するための適切な判断を実施することができる。

一実施形態に係る運転支援装置の全体構成を例示するブロック構成図である。 （ａ），（ｂ）はともに本運転支援装置を備えた車両の走行状況を示す上面図である。 本運転支援装置での判定を説明するためのグラフである。 本運転支援装置で実施される制御例を示すフローチャートであり、仮想車両の設定に関して（ａ）は最小距離及び最小相対速度に基づくもの、（ｂ）は最小目標車速に基づくものを示す。 本運転支援装置で実施される制御例を示すフローチャートである。 本運転支援装置による制御作用を説明するためのグラフである。

図面を参照して運転支援装置について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。

［１．装置構成］
本実施形態の運転支援装置が適用された車両として、手動式の変速機１９（マニュアルトランスミッション）を備えた車両１０を図１に例示する。この変速機１９は、クラッチ１８を介してエンジン１７の出力軸に接続されている。エンジン１７の回転出力は、クラッチ１８の断接状態に応じて変速機１９に入力され、所定の減速比（変速比，ギヤ比）で減速された後に下流の駆動輪側へと伝達される。変速機１９の内部には、複数のギヤからなる変速機構が設けられ、これにより減速比の異なる複数の変速段が設定される。

エンジン１７の運転状況は、エンジン制御装置１１（エンジンECU）によって制御されている。エンジン制御装置１１は、エンジン１７に供給される空気量，燃料噴射量及び点火タイミングを制御する電子制御装置であり、例えばマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。エンジン制御装置１１は、図示しない各種センサから伝達される信号に基づいて制御用パラメータを演算し、その制御用パラメータに基づいてエンジン１７を制御する。

エンジン制御装置１１の具体的な制御対象としては、インジェクタから噴射される燃料量や噴射時期，点火プラグでの点火時期，スロットルバルブの開度等が挙げられる。また、ここで演算される制御用パラメータの具体例としては、エンジン回転数Ne，車速V，吸気流量Q等が挙げられる。エンジン回転数Neは、例えばエンジン１７のクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサからの信号に基づいて算出される。また、車速Vは例えば車速センサからの信号に基づいて算出され、吸気流量Qは例えばエアフローセンサからの信号に基づいて算出される。ここで算出されたエンジン回転数Ne，車速V及び吸気流量Qの情報は、後述するクルーズコントロール制御装置１に伝達される。

この車両１０には、運転者による操作状態を検出するためのセンサとして、シフトポジションセンサ１２，アクセル開度センサ１３，ブレーキスイッチ１４及びクラッチスイッチ１５が設けられる。シフトポジションセンサ１２は、シフトレバーの操作位置SP（シフトポジション）を検出するものである。なお、変速機１９の変速段はシフトレバーの操作位置SPに応じて設定される。また、アクセル開度センサ１３は、アクセルペダルの踏み込み操作量に対応するアクセル開度θ_ACを検出するものである。アクセル開度θ_ACは、運転者の加速要求に対応するパラメータである。

ブレーキスイッチ１４はブレーキペダルの踏み込み操作の有無を検出するものである。ここでは、例えばブレーキペダルが踏み込まれているときにオン信号（SW_BR=1）が出力され、ブレーキ操作がないときにオフ信号（SW_BR=0）が出力される。同様に、クラッチスイッチ１５はクラッチペダルの踏み込み操作の有無を検出するものであり、クラッチ操作の有無に応じてオン／オフ信号（SW_CL=1又はSW_CL=0）を出力する。
これらのセンサで検出されたシフトレバーの操作位置SPの情報，アクセル開度θ_ACの情報、及び踏み込み操作情報SW_BR，SW_CLは、クルーズコントロール制御装置１に伝達される。

車両１０の任意の位置にはミリ波レーダ１６が設けられる。このミリ波レーダ１６は、車両１０の周囲に存在する物体（他車両や障害物等）を検出するレーダ装置である。ここで、車両１０を自車両として、その前方を他車両が走行している状態を図２（ａ）に例示する。ミリ波レーダ１６は、例えば車両１０の前端部に設けられ、図２（ａ）中に破線で示す範囲に向かってミリ波を照射するとともに、その反射波を受信する。つまり、破線で囲まれた範囲がミリ波レーダ１６による物体の検出範囲である。この検出範囲は、少なくとも車両１０の前方を含む任意の広さとする。

図２（ａ）の例では、自車両よりも前方で車幅方向に広範囲にわたって設けられており、自車両が走行する車線上だけでなく、走行車線に隣接する車線上にも及んでいる。また、ミリ波レーダ１６には電子制御装置が内蔵されており、受信した反射波を解析して、ミリ波を反射した対象までの距離DR（車間距離）及び相対速度VRを検出する。ここで検出された距離DR及び相対速度VRの情報は、クルーズコントロール制御装置１に伝達される。

車両１０の車室内には、クルーズスイッチ６及び報知装置７が設けられる。クルーズスイッチ６は、定速走行制御及び追従走行制御の開始時に運転者によって操作される入力装置であり、例えば操作状態に応じてオン／オフ信号を出力する二位置スイッチである。クルーズスイッチ６からの出力信号はクルーズコントロール制御装置１に伝達される。
また、報知装置７は、定速走行制御及び追従走行制御に係る情報を運転者に知らせるための出力装置であり、例えばディスプレイ装置や表示ランプである。なお、図１中には、シフトアップランプ７ａ及びシフトダウンランプ７ｂを備えた報知装置７が示されている。

クルーズコントロール制御装置１（クルーズコントロールECU）は、定速走行制御及び追従走行制御を実施するための電子制御装置であり、例えばエンジン制御装置１１と同様にマイクロプロセッサやROM，RAM等を集積したLSIデバイスや組み込み電子デバイスとして構成される。このクルーズコントロール制御装置１は、各種センサから伝達される情報や車両１０の走行状態に基づいてエンジン出力及び制動力を調節し、定速走行制御及び追従走行制御を実施する。また、本実施形態のクルーズコントロール制御装置１はこれらの制御に加えて、定速走行制御及び追従走行制御の実施時における変速機１９の変速段が適切であるか否かを判定する変速段判定制御を実施する。

［２．制御の概要］
クルーズコントロール制御装置１で実施される三種類の制御の概要を説明する。
［２−１．定速走行制御］
定速走行制御では、車速Vを一定に維持するようにエンジン出力及び制動力が調節される。例えば、クルーズスイッチ６がオン操作されたときの車速Vがクルーズコントロール制御装置１によって検知され、これが基準車速V₀として記憶される。

また、クルーズコントロール制御装置１は、実際の車速Vの変化や路面勾配の変化，外部負荷の変化に応じて、車両１０を基準車速V₀で走行させるために要するトルクの大きさを演算し、これを定速要求トルクとしてエンジン制御装置１１に伝達する。
一方、エンジン制御装置１１はこれを受けて、クルーズコントロール制御装置１から要求された定速要求トルクがエンジン１７で発生するように、燃料噴射量，噴射時期，点火時期，吸入空気量等を制御する。

また、定速走行制御時にアクセル操作がなされた場合には、アクセル操作量θ_ACに応じたトルクが上乗せされ、より大きなトルクがエンジン１７で発生するようにエンジン１７が制御される。定速走行制御の終了条件としては、例えばクルーズスイッチ６がオフ操作されること，ブレーキスイッチ１４の出力信号がオン信号（SW_BR=1）であること，クラッチスイッチ１５の出力信号がオン信号（SW_CL=1）であること等が挙げられる。本実施形態では、これらの何れかの条件が成立したときに定速走行制御が終了する。

［２−２．追従走行制御］
追従走行制御は、定速走行制御の実施時であって車両１０の前方に先行車両が存在する場合に、先行車両との車間距離が一定になるようにエンジン出力及び制動力を調節する制御である。例えば、定速走行制御中に自車両が徐々に先行車両に追いつき、ミリ波レーダ１６の検出範囲内に先行車両が入ってきたときには、定速走行制御に加えて追従走行制御が実施される。

このときクルーズコントロール制御装置１は、ミリ波レーダ１６で検出された距離DR及び相対速度VRと自車両の車速Vとに基づき、距離DRを所定値に維持するために要するトルクや距離DRを変化させるのに要する時間、相対速度VRを0にするために要するトルク等を演算し、これを追従要求トルクとしてエンジン制御装置１１に伝達する。一方、エンジン制御装置１１はこれを受けて、クルーズコントロール制御装置１から要求された追従要求トルクがエンジン１７で発生するように、燃料噴射量，噴射時期，点火時期，吸入空気量等を制御する。
追従走行制御の終了条件としては、定速走行制御の終了条件が成立したことや、ミリ波レーダ１６の検出範囲内に先行車両が検出されなくなること等が挙げられる。

［２−３．変速段判定制御］
変速段判定制御は、定速走行制御又は追従走行制御が実施されている状態で実行される制御である。この制御では、クルーズコントロール制御装置１が、定速走行制御で要求される定速要求トルクや追従走行制御で要求される追従要求トルクをそのときの変速機１９の変速段で賄いきれるかどうかを判定し、その判定結果を報知装置７に表示する。

例えば、加速した先行車両に追従するために大きな追従要求トルクが要求されたとき、その時の変速段では十分なトルクが得られないと判定された場合には、クルーズコントロール制御装置１がシフトダウンランプ７ｂを点灯させ、運転者にシフトダウンを促す。また、例えば連続した上り坂の走行時に、車速Vの低下によって十分なトルクが得られないと判定された場合にも、運転者にシフトダウンを促すようにガイダンスされる。一方、例えば連続した下り坂の走行時に、車速Vの上昇によってトルクに余剰が生じると判定された場合（つまり、変速機１９よりも駆動輪側に伝達される回転数を上昇させたい場合）には、運転者にシフトアップを促すようにガイダンスされる。

また、本実施形態の変速段判定制御では、シフトアップ，シフトダウンのガイダンスが実施されたときに、定速走行制御の終了条件が変更される。例えば、通常時にはクラッチペダルの踏み込みによって定速走行制御が終了するのに対し、ガイダンスの実施時にはクラッチ操作によって定速走行制御が一時的に解除され、クラッチ操作の終了後に再び定速走行制御が継続される。つまり、クラッチスイッチ１５の出力信号がオン信号になったとしても、その出力信号が再びオフ信号になったときに定速走行制御を自動的に復帰させるレジューム機能が設けられている。
以下、変速段判定制御を実施するための具体的な制御構成を説明する。

［３．制御構成］
クルーズコントロール制御装置１には、変速段判定制御の機能を実現すべく、検出部２，演算部３，判定部４及び報知部５が設けられる。これらの検出部２，演算部３，判定部４及び報知部５の各機能は、電子回路（ハードウェア）によって実現してもよく、あるいはソフトウェアとしてプログラミングされたものとしてもよいし、あるいはこれらの機能のうちの一部をハードウェアとして設け、他部をソフトウェアとしたものであってもよい。

［３−１．検出部］
検出部２（検出手段）は、自車両の周囲の他車両の走行状況を検出するものである。ここでは、ミリ波レーダ１６の検出範囲内に存在する物体のそれぞれについて距離DR及び相対速度VRが演算され、それらの情報から仮想車両（仮想の先行車両）が設定される。仮想車両を設定するための機能として、検出部２には、距離検出部２ａ，相対速度検出部２ｂ及び仮想車両設定部２ｃが設けられる。

距離検出部２ａは、ミリ波レーダ１６の検出範囲内に存在する物体のそれぞれについて、自車両との距離DRを検出するものである。例えば、図２（ａ）に示すように、ミリ波レーダ１６の検出範囲内に三台の他車両（車両A，車両B及び車両C）が存在する場合、距離検出部２ａは三つの距離DR_A，DR_B及びDR_Cを検出する。ここで検出された全ての距離DRの情報は仮想車両設定部２ｃに伝達される。

相対速度検出部２ｂは、ミリ波レーダ１６の検出範囲内に存在する物体のそれぞれについて、自車両と相対速度VRを検出するものである。図２（ａ）の例では、相対速度検出部２ｂが車両A，車両B及び車両Cのそれぞれの相対速度VR_A，VR_B及びVR_Cを検出する。なお、相対速度VRの符号は、自車両の進行方向を正とする。ここで検出された全ての相対速度VRの情報は仮想車両設定部２ｃに伝達される。

仮想車両設定部２ｃ（仮想車両設定手段）は、距離検出部２ａで検出された全ての距離DRのうち最も小さい距離DR_MINを選択し、これを仮想車両の位置として設定する。また、仮想車両の相対速度の設定値は、相対速度検出部２ｂで検出された全ての相対速度VRのうち最も小さい相対速度VR_MINとする。

例えば、図２（ａ）に示す走行状況で、車両Aまでの距離DR_Aが最も小さく、車両Bの相対速度VR_Bが最も小さい場合を想定すると、仮想車両設定部２ｃは車両Aが走行している距離DR_Aの位置に車両Bの相対速度VR_Bで仮想車両が存在するものと判断する。仮想車両設定部２ｃで設定された仮想車両は、図２（ｂ）中の車両Dに対応する。ここで設定された仮想車両までの距離DR_MIN及び相対速度VR_MINは、演算部３に伝達される。

［３−２．演算部］
演算部３（演算手段）は、定速走行制御及び追従走行制御で用いられるトルク演算を実施するものである。ここには、最大トルク演算部３ａ，要求トルク演算部３ｂ及びトルク差演算部３ｃが設けられる。
最大トルク演算部３ａは、変速機１９の変速段に応じた駆動輪の最大トルクT_MAXを演算するものである。

この最大トルク演算部３ａには、エンジン１７のエンジン回転数Neとその時に発生しうる最大エンジントルクT_MAXENG（例えば、スロットル前回状態でのエンジントルク）との対応関係が予め記憶されている。この対応関係を用いて、最大トルク演算部３ａはエンジン回転数Neに基づいて最大エンジントルクT_MAXENGを演算する。また、最大トルク演算部３ａは、最大エンジントルクT_MAXENGにそのときの変速段のギヤ比を乗じて、変速機１９よりも駆動輪側に伝達されうる最大トルクT_MAXを演算する。

なお、エンジン回転数Ne及びギヤ比から駆動輪側の回転数を算出することができ、この駆動輪側の回転数は車両１０の車速Vに対応する。したがって、変速段及び車速Vから最大トルクT_MAXを求めることとしてもよい。ここで演算された最大トルクT_MAXは、トルク差演算部３ｃに伝達される。

要求トルク演算部３ｂは、駆動輪に要求される要求トルクT_REQを演算するものである。ここでは、車両１０の走行状態に基づいて要求される駆動力に応じた大きさのトルクが要求トルクT_REQとして演算される。例えば、車速V及び走行抵抗（路面抵抗や風抵抗，路面勾配等）に基づいて要求トルクT_REQを演算することが考えられる。あるいは、エンジン回転数Neや吸気流量Qに基づいてエンジン制御装置１１で演算される目標トルクをそのときの変速段のギヤ比で駆動トルクに換算し、これを要求トルクT_REQとすることが考えられる。ここで演算された要求トルクT_REQは、トルク差演算部３ｃに伝達される。

なお、要求トルクT_REQには、車両１０の車速Vの変化に伴って与えられるトルクや、加速要求，減速要求によって与えられるトルク等が含まれ、具体的には以下のようなトルクが含まれる。（１）は前述の定速要求トルクに対応し、（２）及び（３）は前述の追従要求トルクに対応する。
（１）定速走行制御時に、路面勾配に関わらず一定の車速Vを維持するためのトルク
（２）追従走行制御時に、先行車両と同一速度で走行するためのトルク
（３）追従走行制御時に、先行車両との間に一定の車間距離を維持するためのトルク

例えば、定速走行時に路面勾配が増大して車速Vが低下し始めた場合、要求トルク演算部３ｂは、低下した車速Vを上昇させるのに要するトルクを含む要求トルクT_REQを演算する。また、追従走行制御時に仮想車両設定部２ｃで仮想車両が設定された場合、要求トルク演算部３ｂは、仮想車両との相対速度VR_MINを0にするのに要するトルクと、仮想車両までの距離DR_MINを所定値にするのに要するトルクとを演算し、これらを含む要求トルクT_REQを演算する。このように、要求トルク演算部３ｂは、検出部２で検出された他車両の走行状況が反映された仮想車両の挙動に基づいて要求トルクT_REQを補正するように機能している。

また、ここで演算された要求トルクT_REQは、エンジン制御装置１１にも伝達される。これにより、エンジン１７の運転状態が制御され、定速走行制御や追従走行制御を達成するための燃料量，噴射時期，点火時期，吸入空気量等が適切に調節される。

トルク差演算部３ｃ（トルク差演算手段）は、最大トルク演算部３ａで演算された最大トルクT_MAXと、要求トルク演算部３ｂで演算された要求トルクT_REQとに基づき、これらのトルク間の相違の大小を判断するための指標値を演算するものである。本実施形態のトルク差演算部３ｃは、この指標値として、最大トルクT_MAXから要求トルクT_REQを減じたトルク差ΔT（=T_MAX-T_REQ）を演算する。トルク差ΔTは、エンジントルクの余裕が大きいほど増大し、余裕が小さいほど減少する。また、トルク差ΔTが0の状態は、要求トルクT_REQと等しい駆動トルクが変速機１９の下流側に伝達されていることを意味する。ここで演算されたトルク差ΔTは、判定部４に伝達される。

なお、トルク差演算部３ｃは、仮想車両の挙動に基づいて補正された要求トルクT_REQを用いてトルク差ΔTを演算するものといえる。したがって、トルク差演算部３ｃは、検出部２で検出された他車両の走行状況に基づいてトルク差ΔTを補正するように機能しているといえる。

［３−３．判定部］
判定部４（判定手段）は、最大トルクT_MAX，要求トルクT_REQ及び車両１０の走行状態に基づいて、変速段の変更の要否を判定するものである。例えば、トルク差演算部３ｃで演算されたトルク差ΔTの値に応じた判定が実施される。すなわち判定部４は、トルク差ΔTが第一しきい値T_A未満（T_A＞0）であるときには、シフトダウンが必要であると判定する。一方、トルク差ΔTが第一しきい値T_Aよりも大きい第二しきい値T_B以上であるときには、シフトアップが必要であると判定する。
また、トルク差ΔTが第一しきい値T_A以上かつ第二しきい値T_B未満であるときには、変速段の変更は不要であるものと判定する。なお、第一しきい値T_A及び第二しきい値T_Bは、車速Vやエンジン回転数Neに応じて変速段毎に予め設定された値とする。ここで判定された結果は、報知部５に伝達される。

ここで、図３を用いて判定部４での具体的な判定例を説明する。図３中に太実線で示すグラフL₁は、変速機１９の変速段を固定した状態における、車速V，路面勾配及び駆動輪側に伝達されるトルクの関係を示すものである。車速がV₁であり路面勾配が0[%]であるとき、車両１０の走行状態は点Ｐの位置に表され、変速機１９よりも駆動輪側に伝達されているトルクはT₁である。また、グラフL₁上において車速がV₁であるときのトルクT₂は、最大トルクT_MAXに対応する。点Ｐの状態で定常走行する車両のトルクT₁は要求トルクT_REQに対応するため、トルク差ΔTはT₂- T₁となり、すなわち点Ｐから点Ｑまでの距離に相当する。したがって、判定部４はこの距離の大きさを判定しているものと捉えることができる。

また、図３中の破線はグラフL₁から第一しきい値T_Aを減算した値の変動を示すグラフL₂であり、図３中の一点鎖線はグラフL₁から第二しきい値T_Bを減算した値の変動を示すグラフL₃である。つまり、グラフL₁及びL₂間の縦軸方向の幅が第一しきい値T_Aの大きさに対応し、グラフL₁及びL₃間の縦軸方向の幅が第二しきい値T_Bの大きさに対応する。ここで、グラフL₂及びL₃によって三分割された領域を想定すると、車両１０の走行状態に対応する点が含まれる領域の種類を判別することによって、変速段の変更の要否を判定することが可能である。

すなわち、車両１０の走行状態に対応する点がグラフL₂よりも上方に位置する場合には、シフトダウンが必要であると判定され、グラフL₁とグラフL₂との間に位置する場合には、変速段の変更が不要であると判定される。また、グラフL₂よりも下方に位置する場合には、シフトアップが必要であると判定される。

［３−４．報知部］
報知部５（報知手段）は、判定部４での判定結果に応じて報知装置に制御信号を出力し、車両１０の乗員や運転者に報知するものである。例えば、シフトアップが必要であると判定されたときには、シフトアップランプ７ａを点灯させ、シフトダウンが必要であると判定された場合には、シフトダウンランプ７ｂを点灯させる。
また、報知部５は、図示しない定速走行制御の制御手段やエンジン制御装置１１に対し、終了条件を変更する信号を出力する。これにより、運転者がクラッチペダル及びシフトレバーを操作して変速段を変更したとしても、その直後に定速走行制御が継続されることになる。

［４．フローチャート］
［４−１．定速走行制御・追従走行制御］
図４（ａ）は、クルーズコントロール制御装置１で実行される制御のうち、車両の周囲の他車両の走行状況を検出する手順を例示するフローチャートである。このフローは、定速走行制御時に所定の周期で繰り返し実行されている。

ステップＡ１０では、ミリ波レーダ１６による検出結果がクルーズコントロール制御装置１に入力される。続くステップＡ２０では、ミリ波レーダ１６による物体の検出範囲内に他車両が存在するか否かが判定される。ここで他車両が存在しない場合にはステップＡ１００へ進み、定速走行制御のみが継続される。なお、定速走行制御では、車速Vを基準車速V₀に維持するために要する定速要求トルクが演算され、エンジン制御装置１１に伝達される。これにより、車両１０が定速で走行するように、燃料噴射量，噴射時期，点火時期，吸入空気量等が調整される。

一方、他車両が存在する場合にはステップＡ２０からステップＡ３０へと進み、追従走行制御が開始される。続くステップＡ４０では、距離検出部２ａにおいて、検出範囲内に存在する各他車両までの距離DRが演算される。また、相対速度検出部２ｂでは、検出範囲内に存在する各他車両の相対速度VRが演算される。その後、ステップＡ５０では、仮想車両設定部２ｃにおいて、全ての距離DRのうち最も小さい距離DR_MINと、全ての相対速度VRのうち最も小さい相対速度VR_MINが選択され、仮想車両が設定される。車両１０の追従対象はこの仮想車両となる。また、仮想車両までの距離DR_MIN及び相対速度VR_MINが演算部３に伝達される。

ステップＡ６０では、要求トルク演算部３ｂにおいて、仮想車両までの距離DR_MIN及び相対速度VR_MINに基づいて要求トルクT_REQが演算される。ここで演算される要求トルクT_REQの値は、仮想車両の挙動に応じて変化する。例えば、図２（ａ）に示す状態で車両Bが制動をかけたにも関わらず、車両Aがまだ制動していなかった場合、車両１０の追従対象である仮想車両が制動をかけたものと判断され、これに応じて要求トルクT_REQが演算される。また、車両A〜Cが加速した場合には、仮想車両までの距離DR_MIN及び相対速度VR_MINも増大し、これに追従するための要求トルクT_REQが演算される。
そしてステップＡ７０では、要求トルクT_REQがエンジン制御装置１１に伝達され、車両１０が仮想車両に追従するように、燃料噴射量，噴射時期，点火時期，吸入空気量等が調整される。

［４−２．変速段判定制御］
図５は、図４（ａ）に示すような制御に並行してクルーズコントロール制御装置１内で実行される制御内容を例示するフローチャートである。ここでは、定速走行制御，追従走行制御の実施時における変速段判定制御について説明する。

ステップＢ１０では、要求トルク演算部３ｂで演算された要求トルクT_REQがトルク差演算部３ｃに入力される。なお、追従走行制御の非実施時には、定速走行制御に係る定速要求トルクが要求トルクT_REQとしてトルク差演算部３ｃに入力される。
続くステップＢ２０では、最大トルク演算部３ａにおいて、変速機１９の変速段に応じた最大トルクT_MAXが演算され、トルク差演算部３ｃに入力される。これを受けてトルク差演算部３ｃでは、最大トルクT_MAXから要求トルクT_REQを減じたトルク差ΔT（=T_MAX-T_REQ）が演算される。

ステップＢ３０では、判定部４において、要求トルクT_REQに対して最大トルクT_MAXが不足しているか否かが判定される。ここでは、トルク差ΔTと第一しきい値T_Aとの比較により、ΔT＜T_Aである場合にトルクが不足しているものとみなされ、シフトダウンが必要であると判定されてステップＢ４０に進む。ステップＢ４０では報知部５から報知装置７に制御信号が出力され、シフトダウンランプ７ｂが点灯する。

一方、ステップＢ３０においてΔT≧T_Aである場合には、ステップＢ５０へ進む。ステップＢ５０では、判定部４において、要求トルクT_REQに対して最大トルクT_MAXが過剰であるか否かが判定される。ここでは、トルク差ΔTと第二しきい値T_Bとの比較により、ΔT≧T_Bである場合にトルクが過剰であるものとみなされ、シフトアップが必要であると判定されてステップＢ６０に進む。ステップＢ６０では報知部５から報知装置７に制御信号が出力され、シフトアップランプ７ａが点灯する。
また、ステップＢ５０においてΔT＜T_Bである場合、すなわち、T_A≦ΔT＜T_Bである場合には、変速段の変更が不要であると判断される。したがって、報知部５から報知装置７に制御信号が出力されることなくこのフローが終了する。

［５．作用］
［５−１．定速走行制御時のシフトチェンジ判定］
上記の運転支援装置による制御作用を説明する。図６は駆動輪の最大駆動力と車両１０の車速Vとの関係を示す変速段毎のグラフに路面勾配による走行抵抗を重ねて表示したものである。
車速がV₁であり路面勾配が0[%]であるとき、車両１０の走行状態は点Ｘの位置に表される。この点Ｘの走行状態は図３の点Ｐの走行状態に対応し、この状態での駆動力はF₁である。また、車両１０の変速段は５速とする。ここで運転者によってクルーズスイッチ６がオン操作されると、車速V₁が基準車速V₀として記憶され、定速走行制御が開始される。これにより、車速V₁を維持するようにエンジン出力が調節され、車両１０は一定速度で走行する。

定速走行制御の実施中に路面勾配が登坂方向に変化すると、車両１０の走行状態が図５中の上方へと移動する。ここで仮に路面勾配が7[%]になったとすると、走行状態が点Ｙの位置まで図中の白矢印に沿って移動することになり、５速での最大駆動力F₂よりも大きな駆動力が車両１０に要求される。これによりトルク不足となり、車速V₁を維持することができなくなる。

一方、上記の運転支援装置では、定速走行制御とともに変速段判定制御が実施される。すなわち、車両１０の運転状態が点Ｘから点Ｙへと移動する過程で、要求トルクT_REQと最大トルクT_MAXとが比較され、トルク差ΔTが第一しきい値T_A未満となった場合にはシフトダウンのガイダンスがなされる。これにより、最大駆動力よりも下方に位置する点Ｗで４速へのシフトダウンが操作されると、トルク不足が解消される。

また、上記の運転支援装置ではこのようなシフトチェンジの過程において、クラッチスイッチ１５の出力信号がオン信号である状態でのみ定速走行制御が一時的に解除され、出力信号が再びオフ信号になったときに定速走行制御が復帰する。これにより、車両１０の走行状態は点Ｗから引き続き点Ｙに向かって移動することになり、車両１０は車速V₁を維持したまま、路面勾配が7[%]の登坂路を走行する。

［５−２．追従走行制御時のシフトチェンジ判定］
車両１０の走行状態が点Ｘに位置する状態で、ミリ波レーダ１６による物体の検出範囲内に他車両が検出されると、他車両の走行状況に基づく追従走行制御が開始される。追従走行制御では、他車両までの距離DR及び相対速度VRが演算され、それらの情報から仮想車両が設定される。仮想車両までの距離及び相対速度の設定値は、ミリ波レーダ１６で検出された全ての他車両に関する情報のうち、最も小さい距離DR_MIN及び相対速度VR_MINとなる。

これにより、車両１０の直前方を走行する先行車両だけでなく、前方の全体的な走行状況が仮想車両の走行状況に反映される。また、ミリ波レーダ１６の検出範囲が車幅方向に広範囲にわたって設けられているため、隣接レーンを走行する他車両の走行状況も仮想車両の走行状況に反映されることになる。仮想車両の車速がV₁であるとき、車両１０はこれに追従し、車速V₁及び所定の車間距離を維持するように追従走行制御を継続する。

また、仮想車両が車速V₁から車速V₂へと急加速した場合、仮想車両までの距離DR_MIN及び相対速度VR_MINが増大する。これにより、演算部３では、距離DR_MINを所定値にするのに要するトルクと相対速度VR_MINを0にするのに要するトルクとが演算され、これらのトルクが要求トルクT_REQに反映される。一方、変速段が５速の車両１０では、加速に必要な駆動力が不足して加速が遅れ、車間距離が拡大するおそれがある。

一方、上記の運転支援装置では、仮想車両の走行状況に応じて設定される要求トルクT_REQと最大トルクT_MAXとが比較され、トルク差ΔTが第一しきい値T_A未満となった場合にはシフトダウンのガイダンスがなされる。これにより、車両１０の走行状態が図中の黒矢印に沿って移動する過程において、最大駆動力よりも下方に位置する点Ｕで４速へのシフトダウンが操作されると、加速に十分な駆動力が確保されて追従応答性が確保される。

車両１０の加速により距離DR_MIN及び相対速度VR_MINが減少すると、これに応じて要求トルクT_REQも減少し、４速での最大トルクT_MAXが十分に確保された状態となる。さらに、車両１０が仮想車両に追いつき、車速V₂で所定の車間距離が保たれた点Ｚの状態に至る過程で、トルク差ΔTが第二しきい値T_B以上になると、シフトアップのガイダンスがなされる。これにより、十分な最大駆動力が確保された状態でエンジン回転数Neが低下し、点Ｚの状態を維持したまま定速走行制御及び追従走行制御が継続される。

［６．効果］
このように上記の運転支援装置では、シフトチェンジの要否を判定する際に、自車両のトルクに関する情報だけでなく、周囲の他車両の走行状況も参照することができる。これにより、走行環境に応じて変速段（すなわち変速比）を変更すべきタイミングを相違させることができ、他車両の挙動に応じた協調的な安定走行を実現するための適切な判断を実施することができる。

また、判定部４で判定した結果を報知装置７で乗員，運転者に報知することで、走行環境に適した運転を運転者に促すことができ、ドライブフィーリングを向上させつつ、周囲の車両の挙動に合致した協調的な安定走行を実現することができる。

さらに、上記の運転支援装置では、ミリ波レーダ１６が検出した対象をそのまま用いるのではなく、仮想車両を設定している。これにより、シフトチェンジの要否をより早期に判定することができ、周囲の走行環境に対する対応遅れを防止することができる。例えば、図２（ａ）中に示す車両Aの急制動だけでなく、車両Bの急制動にも対応することができ、車両の安定走行性を向上させることができる。また、車両Cのように隣接レーンを走行する他車両の割り込み動作にも早期対応が可能となる。

また、上述の運転支援装置では、仮想車両までの距離及び相対速度の設定値として、ミリ波レーダ１６が検出した全対象の最小距離DR_MIN及び最小相対速度VR_MINを用いている。これにより、クルーズコントロール制御装置１で実施される追従走行制御や車両のシフトチェンジの要否判定（変速段判定制御）に、検出範囲内の他車両の全ての挙動を反映させることができる。

また、シフトチェンジの要否判定に際し、トルク差演算部３ｃで最大トルクT_MAXと要求トルクT_REQとのトルク差ΔTを演算することより、適切な変速段（すなわち、適切な変速比）を正確に判定することができ、変速段（変速比）の変更の要否の判定精度を高めることができる。特に、トルクの大小がドライブフィーリングに多大な影響を与えかねない加減速時におけるシフトチェンジの要否を正確に判定することができる。

また、上述の運転支援装置では、検出部２で検出された他車両の走行状況に基づいて要求トルクT_REQが補正され、その要求トルクT_REQを用いて判定に係るトルク差ΔTが演算されている。このように、車両１０の周囲の走行環境に応じてトルク差ΔTを補正することにより、車両１０の走行状態を周囲の走行状況に追従しやすくすることができ、より協調的な安定走行を実現することができる。

さらに、上記の運転支援装置では、変速段判定制御によって変速段の変更が必要であると判定された場合に定速走行制御の終了条件が変更される。すなわち、変速段を変更させたい状況では、クラッチスイッチ１５の出力信号がオン信号になったとしても定速走行制御を終了せず、その出力信号が再びオフ信号になったときに定速走行制御を自動的に復帰させている。

このような制御により、運転者の操作軽減を図ることができ、操作性を向上させることができる。また、定速走行制御だけでなく、変速段判定制御もクラッチ操作によって終了することがないため、変速機１９のあらゆるレンジ，あらゆる変速比，あらゆる走行状態で変速タイミングを判定することができるという利点がある。例えば、図６に示す点Ｘから点Ｚへの移行時のように、シフトダウンの判定とシフトアップの判定とを継続的に実施することができる。

また、上記の運転支援装置では、車速V，変速段及び走行抵抗といった、変速機１９よりも下流側の駆動力に係るパラメータを用いて最大トルクT_MAXや要求トルクT_REQを演算しているため、車両１０の実際の駆動状態に合致した正確なシフトチェンジの要否判定を実現することができる。

［７．変形例］
上述した実施形態に関わらず、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。本実施形態の各構成は、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせてもよい。
上述の実施形態では、判定部４におけるトルク差ΔTの判定に係る第一しきい値T_A及び第二しきい値T_Bが、エンジン回転数Ne（車速V）に応じて変速段毎に予め設定された値とされたものを例示したが、判定条件の設定手法はこれに限定されない。例えば、検出部２で検出された距離DR及び相対速度VRを用いて、第一しきい値T_A及び第二しきい値T_Bを変更することが考えられる。

検出部２で距離DR及び相対速度VRが検出されるのは追従走行制御の実施時であり、追従走行制御には仮想車両の挙動に対する高い応答性が要求される。つまり、定速走行制御のみの実施時と比較して、要求される加速度及び減速度の幅が大きく、より大きなトルクの余裕分を確保しておく必要が生じる。このような観点から、追従走行制御の実施時における第一しきい値T_A及び第二しきい値T_Bを距離DR及び相対速度VRで補正する構成としてもよい。

例えば、距離DR又は相対速度VRが小さいほど、第一しきい値T_Aを小さく設定することが考えられる。この場合、変速段のシフトダウン方向への変更が促されやすくなり、トルクの余裕分が確保されやすくなる。また、距離DR又は相対速度VRが小さいほど、第二しきい値T_Bを小さく設定することも考えられる。この場合、変速段のシフトアップ方向への変更が促されにくくなり、変速段の変更に伴う駆動力の減少を抑制することができる。このように、ミリ波レーダ１６で検出された周囲の状況に合わせて判定基準を変更することにより、より走行環境に適した運転を運転者に促すことができる。

また、上述の実施形態では、最大トルク演算部３ａにおいて、変速機１９の変速段に応じた駆動輪の最大トルクT_MAXが演算されている。この最大トルクT_MAXは、そのときの運転状態でのエンジン１７の最大トルクを変速段に応じたギヤ比で増幅したものに相当する。すなわち、エンジン１７の最大トルクと変速段のギヤ比との積は、駆動輪の最大トルクに比例する。したがって、駆動輪の最大トルクT_MAXの代わりにエンジン１７の最大トルクを用いてもよい。

同様に、要求トルク演算部３ｂが、駆動輪の要求トルクT_REQの代わりにエンジン１７に要求される要求トルクを演算する構成としてもよい。つまり、変速状態及び変速段に応じてエンジン１７に要求される要求トルクを演算するものとする。例えば、駆動輪に要求される駆動力に対応するトルクをギヤ比で変換して、要求トルクを演算することが考えられる。最大トルク及び要求トルクの演算手法に関わらず、要求トルクがそのときの変速段で賄われる十分なエンジントルクの範囲内にあるか否かを判定することができる。

また、上述の実施形態のトルク差演算部３ｃでは、最大トルクT_MAXと要求トルクT_REQとのトルク差ΔTを演算しているが、最大トルクT_MAX及び要求トルクT_REQの大小関係を判断するための指標値はこれに限定されない。例えば、最大トルクT_MAXに対する要求トルクT_REQの比を演算する構成としてもよい。この場合、比が1に近いほどエンジントルクの余裕が小さいものと判定することが可能である。

また、上述の実施形態では、ミリ波レーダ１６の検出範囲内における最小の距離DR_MIN及び相対速度VR_MINを用いて仮想車両を設定する場合について説明したが、仮想車両の具体的な設定手法はこれに限定されない。例えば、ミリ波レーダ１６の検出範囲内に存在する各々の他車両に対する車両１０の目標車速を演算し、この目標車速が最小となる他車両を仮想車両としてもよい。また、目標車速に基づいて要求トルクT_REQを演算する構成としてもよい。

図４（ｂ）に示すフローチャートは、目標車速を用いて要求トルクT_REQを演算する場合の制御手順を例示するものである。なお、図４（ａ）に示すフローチャートと共通のステップには同一のステップ番号を付し、説明を省略する。

ステップＡ４５では、ステップＡ４０で演算された各他車両の相対速度VRに基づき、各他車両までの目標車速VIが演算される。また、続くステップＡ５５では、全ての目標車速VIのうち最も小さい目標車速VI_MINが選択され、その目標車速VI_MINの対象である他車両が仮想車両として設定される。
ステップＡ６５では、要求トルク演算部３ｂにおいて、仮想車両に追従するために要求される目標車速VI_MINに基づいて要求トルクT_REQが演算される。そしてステップＡ７０では、要求トルクT_REQがエンジン制御装置１１に伝達され、車両１０が仮想車両に追従するように、燃料噴射量，噴射時期，点火時期，吸入空気量等が調整される。このような演算でも、仮想車両の挙動に応じてシフトチェンジの要否の早期判定が可能となり、周囲の走行環境に対する加減速の遅れを防止することができる。

また、上述の実施形態では、マニュアルトランスミッションの車両１０における運転支援装置を例示したが、変速機１９の具体的な種類はこれに限られない。少なくとも、複数の変速段を備えた変速機、あるいは複数の変速比を備えた変速機であればよく、セミオートマチック変速機や自動変速機，無段変速機にも適用することができる。また、手動操作によらずに変速段を変更する機構を備えた変速機の場合には、判定部４による判定結果に基づいて変速段を制御する構成とすることが可能である。例えば、自動変速機の変速段を制御する制御手段として報知部５を機能させてもよい。これにより、遅滞なくシフトチェンジを実施することが可能となり、他車両の挙動に応じた協調的な安定走行をより確実に実現することができる。

また、上述の実施形態では、エンジン制御装置１１から独立して設けられたクルーズコントロール制御装置１内でシフトチェンジの要否判定を実施するものを例示したが、要否判定を実施する主体となる制御装置は任意であり、例えばエンジン制御装置１１でもよいし、他の電子制御装置でもよい。

１ クルーズコントロール制御装置（クルーズコントロールECU）
２ 検出部（検出手段）
２ａ 距離検出部
２ｂ 相対速度検出部
２ｃ 仮想車両設定部（仮想車両設定手段）
３ 演算部（演算手段）
３ａ 最大トルク演算部
３ｂ 要求トルク演算部
３ｃ トルク差演算部（トルク差演算手段）
４ 判定部（判定手段）
５ 報知部（報知手段，制御手段）
６ クルーズスイッチ
７ 報知装置

Claims (10)

1. 変速機を搭載した車両の運転支援装置において、
   変速比に応じた駆動輪の最大トルクと、走行状態に応じて前記駆動輪に要求される要求トルクとを演算する演算手段と、
   前記車両の周囲の他車両の走行状況を検出する検出手段と、
   前記演算手段で演算された前記最大トルク及び前記要求トルクと、前記検出手段で検出された前記走行状況とに基づき、前記変速比の変更の要否を判定する判定手段と
   を備えたことを特徴とする、運転支援装置。
2. 前記判定手段での判定結果を前記車両の乗員に報知する報知手段を備えた
   ことを特徴とする、請求項１記載の運転支援装置。
3. 前記検出手段が、所定の範囲内に存在する前記他車両までの距離及び相対速度に基づき、前記車両の前方を走行する仮想車両を設定する仮想車両設定手段を有し、
   前記演算手段が、前記仮想車両設定手段で設定された前記仮想車両に前記車両を追従させるのに必要なトルクを前記要求トルクとして演算する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の運転支援装置。
4. 前記所定の範囲内に複数の他車両が存在するとき、
   前記仮想車両設定手段が、複数の他車両までのそれぞれの距離及び相対速度のうちの最小距離及び最小相対速度を、前記仮想車両までの距離及び相対速度として設定する
   ことを特徴とする、請求項３記載の運転支援装置。
5. 前記演算手段が、前記最大トルク及び前記要求トルクの差を演算するトルク差演算手段を有し、
   前記判定手段が、前記トルク差演算手段で演算された前記差に応じて前記変更の要否を判定する
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の運転支援装置。
6. 前記トルク差演算手段が、前記検出手段で検出された前記走行状況に基づいて前記差を補正する
   ことを特徴とする、請求項５記載の運転支援装置。
7. 前記判定手段が、前記検出手段で検出された前記走行状況に基づいて前記変更の要否に係る判定基準を変更する
   ことを特徴とする、請求項５又は６記載の運転支援装置。
8. 前記判定手段が、前記変速機のクラッチ操作が検出された時に前記判定を保留するとともに、前記クラッチ操作が非検出となったときに前記判定を続行する
   ことを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載の運転支援装置。
9. 前記判定手段による判定結果に基づいて前記車両の変速比を制御する制御手段を備えた
   ことを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載の運転支援装置。
10. 前記演算手段が、前記変速比及び車速に基づいて前記最大トルクを演算するとともに、前記車速及び走行抵抗に基づいて前記要求トルクを演算する
    ことを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載の運転支援装置。

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