JP2014151834A - 車両の運転支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバが違和感を感じることなく、レスポンス良く障害物との衝突を確実に回避する。
【解決手段】ブレーキ制御ユニット３０は、自車両の前方障害物の側方への回避走行の可否を判定し、前方障害物の側方への回避走行が可能な際に、自車両が前方障害物を回避走行する際に通過する目標地点を前方障害物の側方に設定し、目標地点を通過する走行ルートを目標ルートＲｔとして、この目標ルートに沿って走行するヨーレートで、且つ、自車両に発生する横加速度の変化量が略０となるヨーモーメントを算出し、自車両の旋回内輪と旋回外輪に制動力を付加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の所定の車輪に制動力を付加することでヨーモーメントを付加して車両挙動を制御する車両の運転支援装置に関する。

近年、車両においては、安全性を向上する様々な技術が搭載されている。例えば、特開２００７−３２６５２１号公報（以下、特許文献１）では、画像情報により検出された障害物と自車両との接触の可能性を判断し、自車両と障害物との接触を回避するための自車両の目標横加速度を設定し、自車両と障害物との接触を回避するための自車両の目標舵角を設定し、自車両の実横加速度が目標横加速度に近づくように操舵制御して、車両挙動の応答遅れが検出された場合は、自車両の実舵角が目標舵角に近付くように制御する車両の走行安全装置の技術が開示されている。

特開２００７−３２６５２１号公報

しかしながら、上述の引用文献１に開示されるようなセンサにより検出される実横加速度を目標横加速度に近づけるように制御する車両挙動制御では、実横加速度の値は車両に既に発生している値であるため、たとえ応答遅れを補正するように制御しても応答性が悪化することが避けられないという課題がある。また、横加速度をパラメータとして車両挙動を制御する場合、制御により生じる横加速度の変化がドライバに違和感を与えてしまう虞もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ドライバが違和感を感じることなく、レスポンス良く障害物との衝突を確実に回避することが可能な車両の運転支援装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態による車両の運転支援装置は、自車両の前方障害物情報を検出する前方障害物情報検出手段と、自車両の上記前方障害物の側方への回避走行の可否を判定する回避走行判定手段と、自車両が上記前方障害物の側方への回避走行が可能な際に、自車両が上記前方障害物を回避走行する際に通過する目標地点を上記前方障害物の側方に設定する目標地点設定手段と、上記目標地点を通過する走行ルートを目標ルートとして、該目標ルートに沿って走行するヨーレートで、且つ、自車両に発生する横加速度の変化量が略０となるヨーモーメントを算出し、該ヨーモーメントを自車両に付加する制動力制御手段とを備える。

本発明による車両の運転支援装置によれば、ドライバが違和感を感じることなく、レスポンス良く障害物との衝突を確実に回避することが可能となる。

本発明の実施の一形態による、車両の概略構成を示す説明図である。 本発明の実施の一形態による、ブレーキ制御ユニットの機能ブロック図である。 本発明の実施の一形態による、衝突防止制御のフローチャートである。 本発明の実施の一形態による、自車両と障害物と目標ルートの説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１において、符号１は自車両を示し、車両前部に配置されたエンジン２による駆動力は、このエンジン２後方の自動変速装置（トルクコンバータ等も含んで図示）３からトランスミッション出力軸３ａを経てセンターディファレンシャル装置４に伝達される。

このセンターディファレンシャル装置４から、リヤドライブ軸５、プロペラシャフト６、ドライブピニオン７を介して後輪終減速装置８に入力される一方、センターディファレンシャル装置４から、フロントドライブ軸９を介して前輪終減速装置１０に入力される。ここで、自動変速装置３、センターディファレンシャル装置４および前輪終減速装置１０等は、一体にケース１１内に設けられている。

後輪終減速装置８に入力された駆動力は、後輪左ドライブ軸１２rlを経て左後輪１３rlに、後輪右ドライブ軸１２rrを経て右後輪１３rrに伝達される。一方、前輪終減速装置１０に入力された駆動力は、前輪左ドライブ軸１２flを経て左前輪１３flに、前輪右ドライブ軸１２frを経て右前輪１３frに伝達される。

符号１５は車両のブレーキ駆動部を示し、このブレーキ駆動部１５には、ドライバにより操作されるブレーキペダル１６と接続されたマスターシリンダ１７が接続されており、ドライバがブレーキペダル１６を操作する（踏み込む）とマスターシリンダ１７により、ブレーキ駆動部１５を通じて、４輪１３fl，１３fr，１３rl，１３rrの各ホイールシリンダ（左前輪ホイールシリンダ１８fl，右前輪ホイールシリンダ１８fr，左後輪ホイールシリンダ１８rl，右後輪ホイールシリンダ１８rr）にブレーキ圧が導入され、これにより４輪にブレーキがかかって制動される。

ブレーキ駆動部１５は、加圧源、減圧弁、増圧弁等を備えたハイドロリックユニットで、入力信号に応じて、各ホイールシリンダ１８fl，１８fr，１８rl，１８rrに対して、それぞれ独立にブレーキ圧を導入自在に形成されている。このブレーキ駆動部１５には、ブレーキ制御ユニット３０から信号が入力される。

ブレーキ制御ユニット３０は、前方障害物情報検出手段としての前方環境認識装置２１、車速Ｖを検出する車速センサ２２、ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ２３が接続されている。

前方環境認識装置２１は、本実施の形態では、ステレオカメラシステムで構成されている。前方環境認識装置（ステレオカメラシステム）２１は、例えば、固体撮像素子を用いた１組の（左右の）カメラ２１ａを有し、各カメラは、それぞれ車室内の天井前方に一定の基線長をもって取り付けられて、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像する。そして、ステレオカメラシステム２１では、ステレオカメラ２１ａで撮像した画像を高速処理する画像処理エンジンを備え、この画像処理エンジンの出力結果と自車両の走行情報（自車速Ｖ等の走行情報）に基づいて認識処理を行う。このステレオカメラシステム２１における画像処理は、例えば、次のように行われる。

まず、ステレオカメラ２１ａで撮像した自車両１の進行方向の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から距離情報を求め、距離画像を生成する。そして、このデータを基に、周知のグルーピング処理を行い、予め記憶しておいた３次元的な道路形状データ、側壁データ、立体物データ等の枠（ウインドウ）と比較し、白線データ、道路に沿って存在するガードレール、縁石等の側壁データを抽出すると共に、立体物を、車両（トラック等の大型車両、他の普通車両）、横断歩行者、その他の立体物等の種別に分類して抽出する。

これらのデータは、自車両１を原点として、自車両１の前後方向をＺ軸、幅方向をＸ軸とする座標系でのデータとして演算され、白線データ、道路に沿って存在するガードレール、縁石等の側壁データ、及び、立体物の種別、自車両１からの距離Ｌｓ、速度、加速度、中心位置、両端位置等が障害物情報として抽出される。尚、上述の説明では、自車両１の前方障害物情報を、ステレオカメラ２１ａからの画像情報を基に認識するようになっているが、他に、単眼カメラや、カラーカメラからの画像情報を基に認識する装置でも良く、また、このようなカメラに、ミリ波レーダ、レーザレーダ等の他のセンサを組み合わせても適用できることは云うまでもない。

ブレーキ制御ユニット３０には、前方環境認識装置２１から障害物情報、車速センサ２２から車速Ｖ、ヨーレートセンサ２３からヨーレートγが入力される。そして、ブレーキ制御ユニット３０は、図４に示すように、自車両１の前方障害物Ｓの側方への回避走行の可否を判定し、前方障害物Ｓの側方への回避走行が可能な際に、自車両１が前方障害物Ｓを回避走行する際に通過する目標地点Ｐｔを前方障害物Ｓの側方に設定し、目標地点Ｐｔを通過する走行ルートを目標ルートＲｔとして、この目標ルートＲｔに沿って走行するヨーレートで、且つ、自車両１に発生する横加速度の変化量が略０となるヨーモーメントを算出し、自車両１の旋回内輪と旋回外輪に制動力を付加する（ブレーキ駆動部１５に信号を出力する）ことにより、該ヨーモーメントを自車両１に付加するようになっている。

このため、ブレーキ制御ユニット３０は、図２に示すように、障害物判定部３０ａ、障害物への到達時間算出部３０ｂ、障害物への到達時間判定部３０ｃ、第１のブレーキ制御部３０ｄ、第２のブレーキ制御部３０ｅ、ブレーキ力制御部３０ｆから主要に構成されている。

障害物判定部３０ａは、前方環境認識装置２１から障害物情報が入力される。そして、障害物が検出されているか（存在するか）否か判定し、判定結果を障害物への到達時間算出部３０ｂ、ブレーキ力制御部３０ｆに出力する。

障害物への到達時間算出部３０ｂは、前方環境認識装置２１から障害物情報が入力され、障害物判定部３０ａから障害物存在の判定結果が入力される。そして、障害物が存在する場合に、以下の（１）式により、障害物への到達時間Δｔを算出し、障害物への到達時間判定部３０ｃ、第１のブレーキ制御部３０ｄに出力する。
Δｔ＝Ｌｓ／Ｖ …（１）
障害物への到達時間判定部３０ｃは、障害物への到達時間算出部３０ｂから障害物への到達時間Δｔが入力される。そして、障害物への到達時間Δｔと予め実験・計算等により設定しておいた判定時間ｔｄと比較することにより、障害物への到達時間Δｔが判定時間ｔｄより長い（Δｔ＞ｔｄ）場合は、障害物の側方への回避走行が可能と判定する一方、障害物への到達時間Δｔが判定時間ｔｄ以下（Δｔ≦ｔｄ）の場合は、障害物の側方への回避走行は不可であり衝突防止のブレーキ制御（第２のブレーキ制御）を実行するように判定して、判定結果を第１のブレーキ制御部３０ｄ、第２のブレーキ制御部３０ｅに出力する。このように、障害物への到達時間判定部３０ｃは回避走行判定手段として設けられている。

第１のブレーキ制御部３０ｄは、前方環境認識装置２１から障害物情報が入力され、車速センサ２２から車速Ｖが入力され、ヨーレートセンサ２３からヨーレートγが入力され、障害物への到達時間算出部３０ｂから障害物への到達時間Δｔが入力され、障害物への到達時間判定部３０ｃから障害物の側方への回避走行の可否の判定結果が入力される。そして、障害物の側方への回避走行が可能な場合に、以下の（２）式により、旋回内側後輪の制動力Ｆxinを算出すると共に、以下の（３）式により、旋回外側後輪の制動力Ｆxoutを算出してブレーキ力制御部３０ｆに出力する。
Ｆxin＝(tan^-1(Ｌｙ／Ｌｓ）・（γ・Ｉｚ−Ｖ・ｍ・ｄ））
／（２・ｄ・Δｔ^２・γ） …（２）
Ｆxout＝−(tan^-1(Ｌｙ／Ｌｓ）・（γ・Ｉｚ＋Ｖ・ｍ・ｄ））
／（２・ｄ・Δｔ^２・γ） …（３）
ここで、Ｌｙは、図４に示すように、自車両１と障害物Ｓとを結ぶ自車進行路に対して直交し、障害物Ｓの回避側後端部から、障害物１を回避可能な側方の距離Ｌｃ（例えば２ｍ）離間した位置を回避走行の目標地点Ｐｔとして設定し、自車進行路から目標地点Ｐｔまでの垂直方向距離である。また、Ｉｚは自車両１のヨー慣性、ｍは車両質量、ｄはトレッドである。このように、第１のブレーキ制御部３０ｄは、目標地点設定手段、制動力制御手段としての機能を有して構成されている。

上述の（２）、（３）式で算出される、旋回内側後輪の制動力Ｆxin、旋回外側後輪の制動力Ｆxoutの意味を以下説明する。

図４に示すように、自車両１が目標地点Ｐｔを通過する走行ルートを目標ルートＲｔとして考慮すると、この目標ルートＲｔに沿って走行するために、目標ヨーレートγｔと実ヨーレートγの偏差は、以下の（４）式により算出される。
γｔ−γ＝tan^-1(Ｌｙ／Ｌｓ）／Δｔ …（４）
また、目標ヨーレートγｔになるために必要なヨーモーメントは、以下の（５）式で算出される。
（（γｔ−γ）／Δｔ）・Ｉｚ＝（Ｆxin−Ｆxout）・ｄ …（５）
Δｔ秒後のヨーレートγ（Δｔ）は、以下の（６）式となる。
γ（Δｔ）＝γ＋（（Ｆxin−Ｆxout）／Ｉｚ）・ｄ・Δｔ …（６）
制動によるヨーレート変化Δγは、以下の（７）式で算出される。
Δγ＝（（Ｆxin−Ｆxout）／Ｉｚ）・ｄ・Δｔ …（７）
Δｔ秒後の速度Ｖ（Δｔ）は、以下の（８）式で算出される。
Ｖ（Δｔ）＝Ｖ＋（（Ｆxin＋Ｆxout）／ｍ）・Δｔ …（８）
制動による速度変化ΔＶは、以下の（９）式で算出される。
ΔＶ＝（（Ｆxin＋Ｆxout）／ｍ）・Δｔ …（９）
一方、横加速度ａｙは、以下の（１０）式で与えられる。
ａｙ＝Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋γ） …（１０）
ここで、（ｄβ／ｄｔ）は横すべり角速度である。

理論的な横加速度ａｙは、上述の（１０）式で求められるが、横すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）が小さいものと考えると、以下の（１１）式を得る。
ａｙ＝Ｖ・γ …（１１）
ここで、Δｔ秒後の横加速度ａｙ（Δｔ）を考えると、以下の（１２）式が得られる。 ａｙ（Δｔ）＝Ｖ（Δｔ）・γ（Δｔ）
＝（Ｖ＋ΔＶ）・（γ＋Δγ）
＝Ｖ・γ＋γ・ΔＶ＋Ｖ・Δγ＋ΔＶ・Δγ …（１２）
この（１２）式で、（γ・ΔＶ＋Ｖ・Δγ＋ΔＶ・Δγ）の項が横加速度ａｙ（Δｔ）のΔｔ秒間の変化分であり、ΔＶ・Δγが略０と考えると、横加速度ａｙ（Δｔ）のΔｔ秒間の変化分（予測値）が略０となるようにするには、以下の（１３）式が成立すれば良いことになる。
γ・ΔＶ＋Ｖ・Δγ＝０ …（１３）
上述の（１３）式に、（７）、（９）式を代入することにより、以下の（１４）式を得ることができる。
Ｆxin・（γ・Ｉｚ＋Ｖ・ｍ・ｄ））
＋Ｆxout・（γ・Ｉｚ−Ｖ・ｍ・ｄ）＝０…（１４）
以上の式より、上述の目標ヨーレートγｔになるために必要なヨーモーメントの（４）、（５）式と、横加速度の変化分が略０となる（１４）式を満たす制動力は、前述の（２）、（３）式となる。このように、前述の（２）、（３）式で付加される制動力は、目標ルートＲｔに沿って走行する目標ヨーレートγｔを満足し、且つ、自車両１に発生する横加速度の変化量が略０となるヨーモーメントとなっている。

第２のブレーキ制御部３０ｅは、車速センサ２２から車速Ｖが入力され、障害物への到達時間判定部３０ｃから障害物の側方への回避走行の可否の判定結果が入力される。そして、障害物への到達時間判定部３０ｃから障害物の側方への回避走行は不可と判定された場合に、例えば、予め設定しておいた一定値、或いは、予め設定しておいた車速Ｖに応じたマップ等を参照して制動力を設定し、ブレーキ力制御部３０ｆに出力する。このように、第２のブレーキ制御部３０ｅは、制動力制御手段としての機能を有して構成されている。

ブレーキ力制御部３０ｆは、障害物判定部３０ａから障害物が検出されているか否かの判定結果が入力され、第１のブレーキ制御部３０ｄ、或いは、第２のブレーキ制御部３０ｅで設定された各輪の制動力が入力される。そして、障害物が検出されている場合、ブレーキ駆動部１５で発生している現在の制動力（＝（ブレーキ圧）・（車両諸元で設定されるブレーキ係数））と、第１のブレーキ制御部３０ｄ、或いは、第２のブレーキ制御部３０ｅから入力された制動力との偏差を求め、ブレーキ駆動部１５のブレーキ圧が第１のブレーキ制御部３０ｄ、或いは、第２のブレーキ制御部３０ｅで設定された各輪の制動力となるようにＰＤ制御により付加させる。このようにブレーキ力制御部３０ｆは制動力制御手段としての機能を有して構成されている。

次に、上述の如く構成されるブレーキ制御ユニット３０で実行される衝突防止制御を、図３のフローチャートで説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）Ｓ１０１で、必要パラメータ、すなわち、障害物情報、車速Ｖ、ヨーレートγを読み込む。

次に、Ｓ１０２に進み、障害物判定部３０ａで、障害物が存在するか否か判定し、障害物が存在しない場合は、そのままプログラムを抜け、障害物が存在する場合は、Ｓ１０３に進む。

Ｓ１０２で障害物が存在すると判定されてＳ１０３に進むと、障害物への到達時間算出部３０ｂで、障害物への到達時間Δｔを、前述の（１）式により算出する。

次いで、Ｓ１０４に進み、障害物への到達時間判定部３０ｃで、障害物への到達時間Δｔと予め実験・計算等により設定しておいた判定時間ｔｄと比較する。このＳ１０４の判定の結果、障害物への到達時間Δｔが判定時間ｔｄ以下（Δｔ≦ｔｄ）の場合は、障害物の側方への回避走行は不可であり、衝突防止のブレーキ制御（第２のブレーキ制御）を実行するように判定して、Ｓ１０５に進む。

Ｓ１０５に進むと、第２のブレーキ制御部３０ｅは、例えば、予め設定しておいた一定値、或いは、予め設定しておいた車速Ｖに応じたマップ等を参照して制動力（衝突防止のブレーキ力）を設定し、ブレーキ力制御部３０ｆに、各輪が、この衝突防止のブレーキ力のブレーキ圧となるように制御させてプログラムを抜ける。

一方、Ｓ１０４で、Δｔ＞ｔｄであり、障害物の側方への回避走行が可能と判定されるとＳ１０６に進み、第１のブレーキ制御部３０ｄで、自車進行路から目標地点Ｐｔまでの垂直方向距離である目標地点Ｐｔの横位置Ｌｙが設定される。

次に、Ｓ１０７に進み、第１のブレーキ制御部３０ｄは、前述の（２）式により、旋回内側後輪の制動力Ｆxinを算出すると共に、（３）式により、旋回外側後輪の制動力Ｆxoutを算出する。

次いで、Ｓ１０８に進んで、ブレーキ力制御部３０ｆは、旋回内側後輪の制動力Ｆxinと現在の制動力との偏差ΔＦxin、旋回外側後輪の制動力Ｆxoutと現在の制動力との偏差ΔＦxoutを算出し、Ｓ１０９に進んで、ブレーキ力制御部３０ｆは、ΔＦxin、ΔＦxoutに基づき、各輪のブレーキ圧をＰＤ制御する。

このように本発明の実施の形態によれば、ブレーキ制御ユニット３０は、自車両１の前方障害物Ｓの側方への回避走行の可否を判定し、前方障害物Ｓの側方への回避走行が可能な際に、自車両１が前方障害物Ｓを回避走行する際に通過する目標地点Ｐｔを前方障害物Ｓの側方に設定し、目標地点Ｐｔを通過する走行ルートを目標ルートＲｔとして、この目標ルートＲｔに沿って走行するヨーレートで、且つ、自車両１に発生する横加速度の変化量が略０となるヨーモーメントを算出し、自車両１の旋回内輪と旋回外輪に制動力を付加するようになっている。従って、制御により生じる横加速度の変化がドライバに違和感を与えることもなく、また、前方環境認識装置２１で検出された障害物情報によりレスポンス良く障害物との衝突を確実に回避することが可能となる。

尚、本発明の実施の形態では、障害物の側方に回避走行する場合、旋回内側後輪と旋回外側後輪に制動力を付加してヨーモーメントを発生させるようにしているが、これに限ること無く、所定の前後制動力配分比で旋回内側前後輪と旋回外側前後輪に制動力を付加してヨーモーメントを発生させるようにしても良い。

１ 自車両
２ エンジン
３ 自動変速装置
４ センターディファレンシャル装置
８ 後輪終減速装置
１０ 前輪終減速装置
１３fl、１３fr、１３rl、１３rr 車輪
１５ ブレーキ駆動部
１８fl、１８fr、１８rl、１８rr ホイールシリンダ
２１ 前方環境認識装置（前方障害物情報検出手段）
２１ａ カメラ
２２ 車速センサ
２３ ヨーレートセンサ
３０ ブレーキ制御ユニット
３０ａ 障害物判定部
３０ｂ 障害物への到達時間算出部
３０ｃ 障害物への到達時間判定部（回避走行判定手段）
３０ｄ 第１のブレーキ制御部（目標地点設定手段、制動力制御手段）
３０ｅ 第２のブレーキ制御部（制動力制御手段）
３０ｆ ブレーキ力制御部（制動力制御手段）

Claims (3)

1. 自車両の前方障害物情報を検出する前方障害物情報検出手段と、
   自車両の上記前方障害物の側方への回避走行の可否を判定する回避走行判定手段と、
   自車両が上記前方障害物の側方への回避走行が可能な際に、自車両が上記前方障害物を回避走行する際に通過する目標地点を上記前方障害物の側方に設定する目標地点設定手段と、
   上記目標地点を通過する走行ルートを目標ルートとして、該目標ルートに沿って走行するヨーレートで、且つ、自車両に発生する横加速度の変化量が略０となるヨーモーメントを算出し、該ヨーモーメントを自車両に付加する制動力制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の運転支援装置。
2. 上記制動力制御手段は、旋回内輪と旋回外輪とに付加する制動力の差により上記ヨーモーメントを車両に付加するものであって、
   上記ヨーモーメントの値は、上記目標ルートを走行するのに必要な目標ヨーレートと実際のヨーレートとの偏差が０となる値で、且つ、上記旋回内輪と旋回外輪とに制動力を付加した場合に生じる横加速度の変化量を略０に維持する値であることを特徴とする請求項１記載の車両の運転支援装置。
3. 上記回避走行判定手段は、自車両の上記前方障害物への到達時間が予め設定しておいた時間を超える場合に自車両が上記前方障害物の側方への回避走行が可能と判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の運転支援装置。

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