JP2014218098A - 運転支援装置および運転支援方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】自動運転によるカーブ走行時に運転者が覚える違和感を軽減させる目標軌跡を設定できる運転支援装置および運転支援方法を提供する。
【解決手段】車両の走行可能領域を検出する走行可能領域検出装置13と、走行可能領域検出装置13が検出した走行可能領域を車両が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、軌跡制御を実行する走行制御装置4,5,6と、車両の進行方向先にカーブが存在する場合、車両の自車位置から、車両の車両速度に応じて設定される先読み距離分、進行方向先に位置するカーブの道路中心を基準点として決定し、当該基準点におけるカーブの曲率半径に応じて設定される横変位分、基準点からカーブ内側へオフセットした位置を目標点として決定し、自車位置と目標点を通るように目標軌跡を生成する制御装置7と、を備える。
【選択図】図1
【解決手段】車両の走行可能領域を検出する走行可能領域検出装置13と、走行可能領域検出装置13が検出した走行可能領域を車両が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、軌跡制御を実行する走行制御装置4,5,6と、車両の進行方向先にカーブが存在する場合、車両の自車位置から、車両の車両速度に応じて設定される先読み距離分、進行方向先に位置するカーブの道路中心を基準点として決定し、当該基準点におけるカーブの曲率半径に応じて設定される横変位分、基準点からカーブ内側へオフセットした位置を目標点として決定し、自車位置と目標点を通るように目標軌跡を生成する制御装置7と、を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、運転支援装置および運転支援方法に関する。
従来、車両を目標軌跡に沿って走行させる自動運転を行う技術がある。
例えば、特許文献1には、カーブを曲がる時、運転者の視線の方向によって目標走行ラインをカーブ内側寄りにする技術が開示されている。特許文献2には、カーブで検出されたアウトインアウトの経路に基づいて補正値を設定し、当該補正値に基づいて補正したカーブ形状をカーブ情報として学習する技術が開示されている。特許文献3には、カーブをアウトインアウトで走行することが開示されており、またカーブでは逸脱警報判定ラインを広げる技術が開示されている。
ところで、従来技術においては、自動運転によるカーブ走行時に運転者にとって理想的な目標軌跡の設定を行う点で改善の余地があった。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、自動運転によるカーブ走行時に運転者が覚える違和感を軽減させる目標軌跡を設定できる運転支援装置および運転支援方法を提供することを目的とする。
本発明の運転支援装置は、車両の走行可能領域を検出する走行可能領域検出装置と、前記走行可能領域検出装置が検出した前記走行可能領域を前記車両が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、軌跡制御を実行する走行制御装置と、前記車両の進行方向先にカーブが存在する場合、前記車両の自車位置から、前記車両の車両速度に応じて設定される先読み距離分、進行方向先に位置する前記カーブの道路中心を基準点として決定し、当該基準点における前記カーブの曲率半径に応じて設定される横変位分、前記基準点からカーブ内側へオフセットした位置を目標点として決定し、前記自車位置と前記目標点を通るように前記目標軌跡を生成する制御装置と、を備えたことを特徴とする。
上記運転支援装置において、前記先読み距離は、前記車両速度が速くなるほど長く設定されることが好ましい。
上記運転支援装置において、前記横変位は、前記カーブの曲率半径が大きくなるほど小さく設定されることが好ましい。
上記運転支援装置において、前記制御装置は、前記目標軌跡を生成した地点から所定の軌跡更新割合分、前記車両が前記目標軌跡を走行した場合、新たに目標軌跡を再生成することが好ましい。
上記運転支援装置において、前記目標軌跡を再生成するための前記軌跡更新割合は、道路形状に応じて設定されることが好ましい。
上記運転支援装置において、前記道路形状は、前記カーブの曲率半径の変化率により決定されることが好ましい。
上記運転支援装置において、前記制御装置は、前記車両の自車位置が前記走行可能領域のうちの外側領域に位置する場合、前記目標点を道路中心側へ変更することが好ましい。
上記運転支援装置において、前記制御装置は、前記車両の自車位置から前記先読み距離以内の隣接車線上に周辺物体が存在する場合、前記走行可能領域内で前記周辺物体から離れる方向へ前記目標点を変更することが好ましい。
また、本発明の運転支援方法は、車両の走行可能領域を検出する走行可能領域検出装置と、前記走行可能領域検出装置が検出した前記走行可能領域を前記車両が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、軌跡制御を実行する走行制御装置と、各種制御を実行する制御装置と、を備えた運転支援装置において実行される運転支援方法であって、前記制御装置において実行される、前記車両の進行方向先にカーブが存在する場合、前記車両の自車位置から、前記車両の車両速度に応じて設定される先読み距離分、進行方向先に位置する前記カーブの道路中心を基準点として決定する基準点決定工程と、前記基準点決定工程で決定された前記基準点における前記カーブの曲率半径に応じて設定される横変位分、前記基準点からカーブ内側へオフセットした位置を目標点として決定する目標点決定工程と、前記自車位置と前記目標点決定工程で決定された前記目標点を通るように前記目標軌跡を生成する目標軌跡生成工程と、を含むことを特徴とする。
本発明にかかる運転支援装置および運転支援方法は、自動運転によるカーブ走行時に運転者にとって理想的な目標軌跡を設定できるという効果を奏する。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
[実施形態]
本実施形態に係る車両制御装置の構成について図1〜図20を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係る運転支援装置1が適用された車両2の概略構成図である。
本実施形態に係る車両制御装置の構成について図1〜図20を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係る運転支援装置1が適用された車両2の概略構成図である。
本実施形態の運転支援装置1は、図1に示すように四輪操舵の車両2に搭載される。なおここでは、車両2は、図1の矢印Y方向に前進する。車両2が前進する方向は、車両2の運転者が座る運転席からハンドルへ向かう方向である。左右の区別は、車両2の前進する方向(図1の矢印Y方向)を基準とする。すなわち、「左」とは、車両2の前進する方向に向かって左側をいい、「右」とは、車両2の前進する方向に向かって右側をいう。また、車両2の前後は、車両2が前進する方向を前とし、車両2が後進する方向、すなわち車両2が前進する方向とは反対の方向を後とする。
車両2は、車輪3として、左前輪(左前側の車輪3)3FL、右前輪(右前側の車輪3)3FR、左後輪(左後側の車輪3)3RL、右後輪(右後側の車輪3)3RRを備える。なお、以下の説明では、左前輪3FL、右前輪3FR、左後輪3RL、右後輪3RRを特に分けて説明する必要がない場合には単に「車輪3」という場合がある。また、以下の説明では、左前輪3FL、右前輪3FRを特に分けて説明する必要がない場合には単に「前輪3F」という場合がある。同様に、以下の説明では、左後輪3RL、右後輪3RRを特に分けて説明する必要がない場合には単に「後輪3R」という場合がある。
この運転支援装置1は、車両2の前輪3Fおよび後輪3Rを操舵可能であるステアリングアクチュエータとしての操舵装置6等を搭載した装置である。運転支援装置1は、典型的には、前輪操舵装置9および後輪操舵装置10等からなる4輪操舵(4 Wheel Steering)機構である操舵装置6を備える車両2にて車両制御を実行する。
図1に示すように、運転支援装置1は、駆動装置4と、制動装置5と、操舵装置6と、制御装置としてのECU(Electronic Control Unit)7とを備える。
駆動装置4は、車両2において、動力源4a、トルクコンバータ4b、変速機4c等を含んだパワートレーンを構成し、駆動輪となる車輪3を回転駆動するものである。動力源4aは、車両2を走行させる回転動力を発生させるものであり、内燃機関(機関)や電動機(回転機)などの走行用の動力源である。駆動装置4は、動力源4aが発生させた回転動力を動力源4aからトルクコンバータ4b、変速機4c等を介して車輪3(例えば、駆動輪としての左後輪3RL、右後輪3RR)に伝達する。駆動装置4は、ECU7に電気的に接続され、このECU7によって制御される。車両2は、運転者によるアクセルペダル8aの操作(アクセル操作)に応じて駆動装置4が動力(トルク)を発生させ、この動力が車輪3に伝達され、車輪3に駆動力を発生させる。本実施形態において、駆動装置4は、後述する前方検出装置13が検出した走行可能領域を車両2が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、加速制御による軌跡制御を実行する走行制御装置の一部として機能する。
制動装置5は、車両2において、車輪3に制動力を発生させるものである。制動装置5は、各車輪3にそれぞれ制動部5aが設けられる。各制動部5aは、車両2の各車輪3に摩擦による制動力を付与するものであり、例えば、油圧ブレーキ装置である。各制動部5aは、ホイールシリンダに供給されるブレーキオイルによるホイールシリンダ圧に応じて作動し車輪3に圧力制動力を発生させる。制動装置5は、運転者によるブレーキペダル8bの操作(ブレーキ操作)に応じてマスタシリンダによりブレーキオイルにマスタシリンダ圧が付与される。そして、制動装置5は、このマスタシリンダ圧に応じた圧力、あるいは、油圧制御装置によって調圧された圧力が各ホイールシリンダにてホイールシリンダ圧として作用する。各制動部5aは、ホイールシリンダ圧によってキャリパに支持されたブレーキパッドがディスクロータに当接し押し付けられることで、ブレーキパッドとディスクロータとの当接面が摩擦面となる。そして、各制動部5aは、当該摩擦面に生じる摩擦力により、車輪3と共に回転するディスクロータに対して、ホイールシリンダ圧に応じた所定の回転抵抗力が作用し車輪3に摩擦による制動力を付与することができる。本実施形態において、制動装置5は、後述する前方検出装置13が検出した走行可能領域を車両2が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、減速制御による軌跡制御を実行する走行制御装置の一部として機能する。
操舵装置6は、車両2の前輪3Fおよび後輪3Rを操舵可能なものであり、ここでは、前輪操舵装置9と後輪操舵装置10とを含んで構成される。前輪操舵装置9は、車両2の前輪3Fを操舵可能であり、左前輪3FL、右前輪3FRを操舵輪として操舵する。後輪操舵装置10は、車両2の後輪3Rを操舵可能であり、左後輪3RL、右後輪3RRを操舵輪として操舵する。本実施形態において、操舵装置6は、後述する前方検出装置13が検出した走行可能領域を車両2が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、操舵制御による軌跡制御を実行する走行制御装置の一部として機能する。
なお、以下の説明では、上述の駆動装置4、制動装置5および操舵装置6を走行制御装置という場合がある。つまり、本実施形態の走行制御装置は、後述する前方検出装置13が検出した走行可能領域を車両2が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、操舵制御および加減速制御のうち少なくとも1つによる軌跡制御を実行する機能を有する。
前輪操舵装置9は、運転者による操舵操作子である操舵部材としてのステアリングホイール(ハンドル)9aと、このステアリングホイール9aの操舵操作に伴い駆動し前輪3Fを転舵させる転舵角付与機構9bとを備えている。転舵角付与機構9bは、例えば、ラックギヤやピニオンギヤを備えた所謂ラック&ピニオン機構等を用いることができるがこれに限らない。更に、前輪操舵装置9は、ステアリングホイール9aと転舵角付与機構9bとの間に設けられるVGRS(Variable Gear Ratio Steering)装置9c、前輪用の操舵駆動器(倍力装置)9d等を含んで構成される。VGRS装置9cは、ステアリングホイール9aのギヤ比を変更することができるギヤ比可変ステアリング機構である。前輪操舵装置9は、例えば、VGRS装置9cによって、車両2の車両状態(例えば車両2の走行速度である車速V)に応じて、ステアリングホイール9aの操作量であるハンドル操舵角MA(切れ角)に対する前輪3Fの転舵角(以下、「前輪転舵角」という場合がある。)を変更することができる。操舵駆動器(操舵補助装置)9dは、運転者からステアリングホイール9aに加えられた操舵力を、電動機等の動力(操舵補助力)により補助する所謂電動パワーアシストステアリング装置(EPS(Electric Power assist Steering)装置)である。前輪操舵装置9は、ECU7に電気的に接続され、このECU7によってVGRS装置9c、操舵駆動器9d等が制御される。
後輪操舵装置10は、所謂ARS(Active Rear Steering)装置である。後輪操舵装置10は、電動機等の動力により駆動し後輪3Rを転舵させる後輪用の操舵駆動器10aを備えている。後輪操舵装置10は、前輪操舵装置9と同様に、例えば、操舵駆動器10aによって、車両2の車両状態(例えば車速V)に応じて、ハンドル操舵角MAに対する後輪3Rの転舵角(以下、「後輪転舵角」という場合がある。)を変更することができる。後輪操舵装置10は、ECU7に電気的に接続され、このECU7によって操舵駆動器10a等が制御される。後輪操舵装置10は、例えば、ECU7によって、車両2の車両状態(例えば車速Vや旋回状態)に応じて、前輪3Fの転舵角と同位相、あるいは逆位相で後輪3Rを操舵する。
運転支援装置1は、上記のように前輪操舵装置9および後輪操舵装置10により操舵装置6が構成され、左前輪3FLおよび右前輪3FRと共に、左後輪3RLおよび右後輪3RRも操舵輪となる。また、前輪操舵装置9、後輪操舵装置10は、ECU7の制御により運転者による操舵操作とは無関係に前輪3F、後輪3Rの転舵角を変化させることもできる。
また、この操舵装置6は、車両2の車体スリップ角βを調節可能なアクチュエータでもある。ここで、車体スリップ角βは、車両2の車体の前後方向中心線(車体の向き)と車両2の車体の進行方向(速度ベクトル)とがなす角度であり、例えば、車両2の旋回接線方向に対して車両2の車体の前後方向中心線がなす角度である。車体スリップ角βは、例えば、車体の前後方向中心線と車体進行方向とが一致する状態を0[rad]とする。車体スリップ角βは、例えば、車両2の前輪転舵角δf、後輪転舵角δr等に応じて定まる。操舵装置6は、前輪転舵角δf、および、後輪転舵角δrを調節することで車両2の車体スリップ角βを調節することができる。
ECU7は、車両2の各部の駆動を制御する制御装置であり、CPU、ROM、RAMおよびインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路を含んで構成される。ECU7は、例えば、種々のセンサ、検出器類が電気的に接続され、検出結果に対応した電気信号が入力される。そして、ECU7は、各種センサ、検出器類等から入力された各種入力信号や各種マップに基づいて、格納されている制御プログラムを実行することにより、駆動装置4、制動装置5、操舵装置6等の車両2の各部に駆動信号を出力しこれらの駆動を制御する。以下の説明では、ECU7を「制御装置」という場合がある。
本実施形態の運転支援装置1は、種々のセンサ、検出器類として、例えば、車輪速センサ11、ホイールシリンダ圧センサ12、前方検出装置13、GPS情報受信部14等を備えている。
車輪速センサ11は、左前輪3FL、右前輪3FR、左後輪3RL、右後輪3RRに対してそれぞれ1つずつ、合計4つが設けられる。各車輪速センサ11は、それぞれ左前輪3FL、右前輪3FR、左後輪3RL、右後輪3RRの回転速度である車輪速を検出する。ECU7は、各車輪速センサ11から入力される各車輪3の車輪速に基づいて、車両2の走行速度である車速Vを算出することができる。
ホイールシリンダ圧センサ12は、左前輪3FL、右前輪3FR、左後輪3RL、右後輪3RRの各制動部5aに対してそれぞれ1つずつ、合計4つが設けられる。各ホイールシリンダ圧センサ12は、それぞれ左前輪3FL、右前輪3FR、左後輪3RL、右後輪3RRの各制動部5aのホイールシリンダ圧を検出する。
前方検出装置13は、車両2の進行方向(前進方向Yに沿った方向)前方側の状況を検出する。前方検出装置13は、例えば、ミリ波レーダ、レーザや赤外線などを用いたレーダ、UWB(Ultra Wide Band)レーダ等の近距離用レーダ、可聴域の音波または超音波を用いたソナー、CCDカメラなどの撮像装置により車両2の走行方向前方を撮像した画像データを解析することで車両2の進行方向前方側の状況を検出する画像認識装置等を用いてもよい。なお、前方検出装置13は、レーダまたはカメラが1つずつであってもよい。
前方検出装置13は、車両2の進行方向前方側の状況として、例えば、車両2の進行方向前方側の周辺物体(障害物や前走車等)の有無、検出した周辺物体と車両2との相対位置関係を示す相対物理量、車両2が走行する道路の形状(直線やカーブ等)、走行車線(レーン)などのうちの少なくとも1つを検出する。
本実施形態において、前方検出装置13は、車両2の走行可能領域を検出する走行可能領域検出装置として機能する。ここで、走行可能領域とは、例えば、道路に沿って引かれた白線、ガードレール、反射板等の対象物に基づいて決定される、走行中の車両2が走行すべき一定範囲であって、上述の対象物の連続性により規定される一定範囲を意味する。以下の説明では、前方検出装置13を走行可能領域検出装置という場合がある。また、走行可能領域検出装置は、検出した走行可能領域の形状から当該走行可能領域が曲率を有するカーブであるか否かを判定可能である。
GPS情報受信部14は、GPS衛星から位置情報としてGPS情報を受信する。GPS情報受信部14は、GPS衛星から受信した位置情報に基づく車両2の現在位置を示す情報をECU7に出力する。
ここで、本実施形態の運転支援装置1が備えるECU7の機能の詳細について説明する。ECU7は、VGRS装置9cからハンドル操舵角センサが検出したハンドル操舵角MA(切れ角)に対応した電気信号が入力される。ハンドル操舵角MAは、ステアリングホイール9aの操舵角(ステアリングホイール9aの回転角度)である。また、ECU7は、操舵駆動器9dから前輪転舵角センサが検出した前輪転舵角δfに対応した電気信号が入力される。前輪転舵角δfは、前輪3Fの転舵角(前輪3Fの回転角度)である。同様に、ECU7は、操舵駆動器10aから後輪転舵角センサが検出した後輪転舵角δrに対応した電気信号が入力される。後輪転舵角δrは、後輪3Rの転舵角(後輪3Rの回転角度)である。
そして、ECU7は、例えば、予め設定された車両2の車体スリップ角特性に応じて、前輪操舵装置9、後輪操舵装置10を制御し前輪3F、後輪3Rを操舵して、前輪転舵角δf、後輪転舵角δrを変更する。ECU7は、例えば、ハンドル操舵角MA、車速V等に基づいて、目標ヨーレートおよび目標車体スリップ角を算出する。この目標ヨーレート、目標車体スリップ角は、前輪操舵装置9、後輪操舵装置10を操舵制御する際に目標とするヨーレート、車体スリップ角βであり、例えば、車両2の挙動を安定化させる値に設定される。そして、ECU7は、算出した目標ヨーレート、目標車体スリップ角が実現できるように、前輪転舵角δfの制御量および後輪転舵角δrの制御量を算出する。ECU7は、例えば、予め記憶部に記憶されている車両2の車両運動モデルを用いて、目標ヨーレート、目標車体スリップ角から前輪転舵角δf、後輪転舵角δrの制御量を逆演算する。そして、ECU7は、算出した前輪転舵角δf、後輪転舵角δrの制御量に基づいて、前輪操舵装置9、後輪操舵装置10に制御指令を出力する。ECU7は、操舵駆動器9dの前輪転舵角センサ、操舵駆動器10aの後輪転舵角センサが検出する実際の前輪転舵角δf、後輪転舵角δrをフィードバック制御し、実際のヨーレート、車体スリップ角βが目標ヨーレート、目標車体スリップ角に収束するように前輪操舵装置9、後輪操舵装置10を制御する。この結果、車両2は、前輪操舵装置9、後輪操舵装置10によって前輪3F、後輪3Rが所定の車体スリップ角特性に応じて操舵されながら走行することができる。
また更に、ECU7は、車両2を自動運転で走行させる自動運転制御を行うこともできる。ECU7は、例えば、前方検出装置13による検出結果に基づいて車両2を制御し自動運転制御を実行可能である。自動運転制御は、例えば、前方検出装置13による検出結果に基づいて目標軌跡を生成し、当該目標軌跡に沿って車両2が走行するように走行制御装置としての駆動装置4、制動装置5、操舵装置6(前輪操舵装置9および後輪操舵装置10)を制御する軌跡制御である。ECU7は、前方検出装置13が検出した車両2の進行方向前方側の周辺物体の有無、周辺物体と車両2との相対物理量、車両2が走行する道路の形状、走行車線(レーン)、ガードレール等に基づく走行可能領域内で、車両2の目標とする走行軌跡である目標軌跡を生成する。ECU7は、例えば、自車である車両2を現在の走行車線内に維持したまま走行させる走行軌跡(レーンキーピングアシスト)、車両2の進行方向前方側の障害物を回避する走行軌跡、車両2を前走車に追従走行させる走行軌跡等に応じて、車両2の目標軌跡を生成する。なお、運転支援装置1は、例えば、所定の切替スイッチを介した運転者の切り替え操作に応じて、運転者の意思に応じて任意に自動運転制御(軌跡制御)のオンとオフとを切り替えることができる。
例えば、自動運転制御の際、ECU7は、GPSや車輪パルスの累積により得た地図上での道のり距離および撮像画像解析により得た道路区画内位置により自車位置を特定する。そして、ECU7は、カーブRやカント情報および道路区画線幅等の道路情報を含む地図情報(以下、「ロケータ情報」と呼ぶ場合もある。)を利用して、進行方向前方の道路情報等から車両2が進行すべき目標軌跡を生成する。そして、走行制御装置は、ECU7が生成したこの目標軌跡に沿うようにレーンキーピングアシスト制御を行う。このように、本実施形態の運転支援装置1は、撮像画像解析や地図情報等に基づいて目標軌跡を生成し、車両2の操舵角等を自動制御してこの目標軌跡に沿った軌跡制御を実行する機能を有する。
ここで、従来、カメラ等による撮像画像から白線等の道路区間線を認識し、自車両の両側の道路区画線で区間される走行車線内を走行するように操舵角を制御する制御システムが、レーンキーピングアシスト(LKA)等の名称で実用化されている。このLKAでは、自車両の両側の区画線から道路中央線を演算し、自車両が道路中央線を通るようにフィードバック制御が行われる。しかし、従来のLKAでは、自車両が道路中央線を通るようにフィードバック制御を行うことで、図2〜図4に示すように運転者が違和感を覚える状況が考えられる。ここで、図2〜図4は、レーン中心を目標とすることで運転者が覚える違和感の一例を説明するための図である。
例えば、従来のLKAでは、図2に示すようなカーブ走行時は、自車両が中央線上を走行するかまたは若干中央線より外側を走行することになる。特にある程度曲率半径が小さくてきつめのカーブを走行する場合では、自車両が中央線またはその外側を走行することで、運転者がハンドルを切り遅れたような違和感を覚える可能性が高い。一方、人による制御では、カーブ走行時は、カーブの内側を走行することで違和感を軽減させている。
また、従来のLKAでは、図3に示すように、自車両の周辺に他の車両が存在していたとしても、自車両は中央線上を走行し続けることになり、圧迫感等の違和感を覚える可能性が高い。一方、人による制御では、例えば大きなトラックや挙動が若干怪しい車両等の周辺車両を追い抜く場合は、この周辺車両との横方向車間距離を、周辺車両と道路中央線との間よりも長くなるように空けることで、違和感を軽減させている。
更に、従来のLKAでは、図4に示すように、横風等の外乱で中央線から外れた場合は、画一的に中央線にすばやく戻すように制御されるが、人による制御のように、走行状況によってはむしろ緩やかに中央線に戻るほうが、違和感が少なくなる場合が多い。
そこで、本実施形態の運転支援装置1は、上述の図2〜図4に示した人による制御のように、運転者の違和感を軽減させる目標軌跡を設定している。
以下、図5〜図8を参照して、カーブ走行時を一例として、本実施形態における目標軌跡の設定処理の詳細について説明する。ここで、図5は、実施形態において生成される目標軌跡の一例を示す図である。図6は、先読み距離Lと速度との関係の一例を示す図である。図7は、横変位Hと曲率半径との関係の一例を示す図である。図8は、横変位Hの最大値の一例を説明するための図である。
例えば、図5に示すように、運転支援装置1の制御装置は、車両2の進行方向先にカーブが存在する場合、車両2の自車位置から、車両2の車両速度に応じて設定される先読み距離L分、進行方向先に位置するカーブの道路中心を基準点として決定する。そして、制御装置は、決定した基準点におけるカーブの曲率半径に応じて設定される横変位H分、基準点からカーブ内側へオフセットした位置を目標点として決定する。そして、制御装置は、自車位置と目標点を通るように目標軌跡を生成する。具体的には、制御装置は、道路線形に沿って横変位Hを徐変させる目標軌跡を生成する。その後、制御装置は、走行制御装置を制御して、生成された目標軌跡に基づいて、軌跡制御を実行する。
本実施形態において、先読み距離Lは、車両2を運転者が運転中に見ている進行方向先の距離に対応する値に設定される。先読み距離Lの値は、図6に示すように、車両2の車両速度に応じて設定される。例えば、図5の例では、先読み距離Lは、3.6秒に設定される。これは、図5の例において、車両2の車両速度が100kmで走行している場合、車両2の運転者は100m先の進行方向を見ていると予想されるためである。図6を参照すると、100m分の先読み距離Lは、車両2が時速100kmで3.6秒進んだ距離に対応する。なお、文献「萩原、浜岡、ドライバの予見時間に関する研究のレビュー、自動車技術学術講演会前刷集、2012」などによると、先読み距離L(文献では予見時間と表現)は3秒から5秒となっており、その間で設定するのが妥当と考えられている。また、図6に示すように、先読み距離Lは、車両速度が速くなるほど長く設定される。更に、先読み距離Lは、カーブ走行時では、運転者は車両2が直線路を走行しているときよりも近くを見ていると考えられるため、カーブRに応じて調整されてもよい。例えば、カーブがきつくなるほど、先読み距離Lは短めに調整される。これは、カーブがきつくなるほど、運転者が見れる進行方向先の距離が短くなるからである。
ここで、横変位Hは、図7に示すように、基準点におけるカーブの曲率半径が大きくなるほど小さく設定される。図7に示す例では、曲率半径が1000mの場合、横変位Hは最小値0mに設定される。これは、曲率半径が大きな値をとるほどカーブがゆるくなり、曲率半径が1000mの場合は、実質的に直進路に近いと判断できるためである。つまり、実質的に直進路に近いと判断できる場合は、目標軌跡を生成する際の目標点を、カーブ内側へオフセットさせずに道路中心にセットしたほうが運転者の違和感が軽減されると考えられるからである。一方、曲率半径が50mの場合、横変位Hは最大値1.0mに設定される。これは、曲率半径が小さな値をとるほどカーブがきつくなり、曲率半径が50mの場合はかなりきつめのカーブであるため、最大限カーブ内側を通ることで運転者の違和感を軽減させることが可能になるからである。
ここで、横変位Hの最大値Hmax=1.0mは、次のように設定される。例えば、図8に示すように、道路幅が3.5mあり、車幅が1.5mある場合、このときの車両2が横方向に動ける余裕は左右1mであるため、この値を最大値として設定する。なお、ここでは説明の便宜上、横変位Hの最大値を1mとしたが、道路幅や車幅に応じてHmaxの値を変更してもよい。また、道路横へのマージンをとるように設定してもよい。例えば上記のような設定でマージンを0.3mとった場合、横変位Hの最大値を、Hmax=0.7mとしてもよい。
このように、本実施形態の運転支援装置1は、カーブ走行時には、先読み距離Lと横変位Hにより定義される目標点を用いて、目標軌跡を設定する。具体的には、運転支援装置1は、自車位置から目標点まで中央線からの横変位Hを徐変させるように目標軌跡を設定する。つまり、運転支援装置1は、先読み距離L先において道路中心より横変位Hだけカーブ内側に目標点を定めて、自車位置からその目標点まで道路中心からの横変位Hが線形に変化するように目標軌跡を設定する。
これにより、本実施形態によれば、図9〜図14に示すように、自動運転によるカーブ走行時に運転者にとって理想的な目標軌跡を設定できる。ここで、図9は、軌跡制御の条件の一例を示す図である。図10は、図9の条件における横変位Hと曲率半径との関係の一例を示す図である。図11は、カーブ内側走行を達成する目標軌跡の一例を示す図である。図12は、カーブ内側走行を達成する目標軌跡の一例の一部を拡大して示す図である。図13は、カーブ走行時において運転者が不安を感じる状況の一例を示す図である。図14は、カーブ走行時において運転者の不安感を指標化した一例を示す図である。
図9は、一例として、本実施形態の運転支援装置1がカーブ走行時に実行した軌跡制御の条件を示している。図9において、車両2が走行するS字カーブの曲率半径は、両カーブともに450mであり、緩和長さは70mである。緩和長さは、曲率半径が変化する区間の距離を示している。緩和長さが70mの場合、曲率半径が0mのカーブ入り口から70m後に曲率半径が450mになることを示している。また、図9のS字カーブの変曲点の曲率半径は0mになるので、この変曲点から70m手前の地点の曲率半径450mから変化し始めて、変曲点で0mになることを示している。図9において、車両2の走行速度は80km/hであり、先読み距離Lは80mであり、軌跡更新(以下、「軌跡更新割合」と呼ぶ場合もある)は、50%使用時である。軌跡更新は、目標軌跡を生成した地点からその目標軌跡のうちどの程度分の目標軌跡を走行した際に、目標軌跡を新たに再生成するかを示している。軌跡更新が50%使用時の場合、生成した目標軌跡のうち半分の目標軌跡を走行した場合に、新たな目標軌跡が再生成される。図9において、目標点横位置は、58cm@450Rである。目標点横位置が58cm@450Rの場合、図10に示すように、目標点の位置は、基準点が決定された道路中心のカーブの曲率半径が450Rであるときに、この道路中心からカーブ内側へ0.58m(58cm)の横変位H分だけオフセットされた位置であることを示している。
図11は、本実施形態の運転支援装置1がカーブ走行時に実行した際の軌跡制御の実行結果を示している。図11では、S字カーブに沿ったレーン中心に対して、太線で示すシミュレーション結果(Sim結果)がカーブ内側へ約0.55m(約55cm)オフセットされている様子を示しているが、図11のスケールではほぼレーン中心に重なっているように見えるため、説明の便宜上、点線で示すシミュレーション結果(Sim結果)をデフォルメして表現している。図12は、図11のシミュレーション結果の一部を拡大して示している。図12に示すように、本発明を用いない場合は、目標軌跡は道路中心に設定されているが、この目標軌跡に対してフィードバック制御を行う為、結果として道路中心に対してカーブ外側を走行している様子が示されている。一方、本発明を用いる場合は、道路中心に対してカーブ内側へ目標軌跡を設定して走行した結果、実際に走行した走行軌跡がカーブ内側となる様子が示されている。このように、本実施形態の運転支援装置1は、図11および図12に示すように狙いとするカーブ内側走行を達成することができる。
更に、本実施形態によれば、カーブに差し掛かるときの運転者の不安感も軽減することができる。本実施形態では、説明の便宜上、以下に示す仮説に基づいて運転者の不安感を指標化している。図13に示すように、人は、カーブを無事に回れるかどうかの判断を、T秒先の予見位置で行っていると考えられる。つまり、図13に示すように、自車位置P0から現在のカーブ曲率でT秒進んだ位置P1を予見し、その位置における道路中心からの横偏差Eがカーブ外側にあると、車両がカーブを飛び出そうとしているという飛び出し感などの不安を感じると考えられる。このように考えると、図13のP1に対応する予見位置がカーブ内側にあれば、運転者の不安感を軽減させることできるといえる。
例えば、図13のP1に対応する予見位置を縦軸にとった図14に示すように、本発明を用いない場合の走行軌跡(図14中の点線)は、ほぼ道路中央をなぞるが、カーブの入り口においては予見位置がカーブ外側となっている。図14において、P1に対応する予見位置は、T秒後の車両位置が道路中央線からどの程度の横変位H分だけ離れているかを示している。ここで、図14において、カーブの入り口の予見位置がカーブ外側となる走行軌跡のふくらみ具合(図14中で丸で囲んだ箇所)は、カーブに差し掛かるときの運転者の不安感を指標化しているといえる。一方、本発明を用いた場合には、早めにカーブ内側へ向かって旋回を開始していることによりこの予見位置がカーブ内側をキープしているため、本発明を用いない場合の走行遺跡(図14中の点線)と比較して、不安感が発生しない走行軌跡(図14中の実線)になることを示している。このように、本実施形態によれば、自動運転によるカーブ走行時に、運転者にとってより違和感が少なく安全でかつ最短距離となる目標軌跡を設定することができる。
ここで、本実施形態の運転支援装置1は、目標軌跡にしたがって走行し、予め定めた割合だけ目標軌跡を走行した場合に新たに目標軌跡を生成する機能も有する。具体的には、制御装置は、目標軌跡を生成した地点から所定の軌跡更新割合分、車両2が目標軌跡を走行した場合、新たに目標軌跡を再生成する。しかし、カーブ走行時における軌跡制御において、運転者の違和感をより一層軽減させるためには、この軌跡更新割合(例えば、図9の軌跡更新:50%使用時を参照)の値を適切な値に設定することが望ましい。これは、図15に示すように、軌跡更新割合の値によって、生成される目標軌跡がばらつくためである。図15は、更新位置の初期値を変化させたときの生成軌跡のばらつきを説明するための図である。
例えば、図15に示すように、軌跡更新の値を25%に設定した場合、約2cm分、生成される目標軌跡にばらつきが生じる。また、軌跡更新の値を50%に設定した場合、約10cm分、生成される目標軌跡にばらつきが生じる。また、軌跡更新の値を75%に設定した場合、約20cm分、生成される目標軌跡にばらつきが生じる。また、軌跡更新の値を99%に設定した場合、約35cm分、生成される目標軌跡にばらつきが生じる。このように、目標軌跡を長く使う(例えば、軌跡更新の値を99%や75%に設定する)場合ほど、初期の更新位置の違いが大きくなることで、生成される目標軌跡にばらつきが生じやすい。
そこで、本実施形態では、目標軌跡を再生成するための軌跡更新割合(すなわち、軌跡更新の値)を、道路形状に応じて設定している。この道路形状は、カーブの曲率半径の変化率により決定される。例えば、カーブの曲率半径の変化率が大きい場合、道路形状の変化が大きくなると考えられるため、軌跡更新の値を小さく設定することが望ましい。これによって、走行道路に対して目標軌跡の更新が遅く、運転者が意図した目標軌跡とずれるという違和感を軽減させることができるからである。一方、カーブの曲率半径の変化率が小さい場合、道路形状の変化が小さくなると考えられるため、軌跡更新の値を大きく設定することが望ましい。これによって、道路形状があまり変化しない走行道路を自動運転している際は、不必要な目標軌跡を生成しないように制御することができ、計算負荷を圧迫させずに効率的な軌跡制御を実行することが可能となるからである。
本実施形態によれば、目標軌跡を再生成するための軌跡更新割合を、道路形状に応じて設定しているので、例えば図16に示すように、生成される目標軌跡のばらつきを抑えることができる。図16は、軌跡のばらつきの一例を示す図である。図16の左上は、本発明を用いない場合を示しており、軌跡更新タイミング(軌跡更新割合)は75%一律である。図16の右上は、カーブ曲率が変化する部分の軌跡更新タイミングを25%にした場合を示している。図16の下では、比較のため両者を重ねて表示している。つまり、図16は、最大23cmずれていた軌跡のばらつきを最大6cmまで抑えた結果を示している。軌跡がばらつくと、図14に示した本実施形態の効果が得られない可能性があるが、図16に示すように軌跡のばらつきを抑えることで、図14の効果を保証することができる。
ここで、本実施形態の運転支援装置1は、自車の状態誤差(横のずれ)が閾値以上に大きいとき(すなわち、横変位Hを超える場合)には目標点を変更して目標軌跡を生成する機能も有する。具体的には、制御装置は、車両2の自車位置が走行可能領域のうちの外側領域に位置する場合、目標点を道路中心側へ変更する。例えば、図7で求めた横変位Hに対して、図17に示すように、その外側を外側領域として定義する。図17は、外側領域の一例を示す図である。通常の制御状態ならば自車の目標軌跡は外側領域には来ないものの、横風等の外乱により外側領域に出る場合が考えられる。このときは車線を逸脱する危険性が高まっているので通常の目標点よりも中央よりに変更する。例えば、図18は、変更された目標軌跡の一例を示す図である。図18に示すように、制御装置は、自車位置が外側領域にある場合は、通常、カーブ内側へ設定される目標軌跡(図18中の通常時目標軌跡)よりも、中央線側へ寄せて横変位H=0になるような目標軌跡(図18中の本実施例での目標軌跡)に変更する。
また、本実施形態の運転支援装置1は、周囲の他の車両や障害物を認識して目標軌跡を変更する機能も有する。具体的には、制御装置は、車両2の自車位置から先読み距離L以内の隣接車線上に周辺物体が存在する場合、走行可能領域内で周辺物体から離れる方向へ目標点を変更する。例えば、制御装置は、自車位置から先読み距離L以内の隣接車線に障害物や周辺車両等の周辺物体を認識した場合、その周辺物体から離れるように横変位Hだけオフセットさせた目標軌跡を設定する。この横変位Hの値は、道路幅と自車幅、自車の位置、および周辺物体の横位置などから決定される。
例えば、周辺物体との距離をH=0.5mとした場合に、制御装置が自車両の目標軌跡を生成する例を、図19および図20に示す。図19は、周辺物体が静止している場合の目標軌跡の一例を示す図である。図20は、周辺物体が動いている場合の目標軌跡の一例を示す図である。図19および図20ともに、自車は80km/hで走行しており、図19では障害物が停止している場合を示し、図20では大型トラック等の周辺車両が60km/hで進行している場合を示している。図19および図20において、周辺物体と自車両との距離を示す直線は、同時刻における両者の位置を結んだものであり、両者の位置関係を示している。これをみると、障害物や周辺車両等の周辺物体と並列に並ぶ以前から自車は余裕を持って間を空け始め、周辺物体を追い抜いたところで元の位置に戻る様子が分かる。
続いて、上述のように構成された運転支援装置1において実行される処理の一例について図21を参照して説明する。図21は、本実施形態に係る運転支援装置1において実行される処理の一例を示すフローチャートである。図21に示す処理は、具体的には、運転支援装置1の制御装置において実行される。
図21に示すように、制御装置は、自動運転のオンオフを制御する切替スイッチがオン状態に設定されているか否かを判定する(ステップS10)。ステップS10において、切替スイッチがオン状態に設定されていると判定した場合は、ステップS20の処理へ移行する。一方、ステップS10において、切替スイッチがオフ状態に設定されていると判定した場合は、その後本処理を終了する。
そして、制御装置は、車両2の前方の道路形状を検知する(ステップS20)。具体的には、ステップS20において、制御装置は、走行可能領域検出装置により検出された道路上の白線の情報に基づいて、車両2の前方の道路曲率を検出する。より具体的には、制御装置は、走行可能領域検出装置を構成するカメラによる画像処理や、ミリ波レーダや超音波センサ等による前方サーベイ結果に基づいて、白線の形状を認識し、白線の形状に対応する車両2の前方の道路曲率を検出する。また、制御装置は、GPS情報受信部14から入力される車両2の現在位置と、地図情報に基づいて、車両2の前方の道路曲率を検出してもよい。より具体的には、制御装置は、車両2の現在位置の前方に存在する道路形状を地図データから取得して、地図データに含まれる道路情報に基づいて車両2の前方の道路曲率を検出してもよい。
そして、制御装置は、ステップS20の前方曲率検知結果に基づいて、カーブであるか否かを判定する(ステップS30)。具体的には、ステップS30において、制御装置は、白線の形状に対応する車両2の前方の道路曲率の検出結果に基づいて、曲率がある場合はカーブであると判定し、曲率がない場合は直線であると判定する。また、ステップS30において、制御装置は、地図データに含まれる道路情報に基づく車両2の前方の道路曲率の検出結果に基づいて、曲率がある場合はカーブであると判定し、曲率がない場合は直線であると判定してもよい。
そして、制御装置は、ステップS30においてカーブであると判定した場合(ステップS30:Yes)、上述の図5に示したように、車両2の自車位置から、車両2の車両速度に応じて設定される先読み距離L分、進行方向先に位置するカーブの道路中心を基準点として決定する(ステップS40)。そして、制御装置は、ステップS40で決定された基準点におけるカーブの曲率半径に応じて設定される横変位H分、基準点からカーブ内側へオフセットした位置を目標点として決定する(ステップS50)。そして、制御装置は、自車位置とステップS50で決定された目標点を通るように目標軌跡を生成する(ステップS60)。その後、制御装置は、走行制御装置を制御して、ステップS60で生成された自車位置と目標点を通る目標軌跡に基づいて、軌跡制御を実行する(ステップS70)。
一方、制御装置は、ステップS30においてカーブではないと判定した場合(ステップS30:No)、走行可能領域検出装置により検出される走行可能領域の中央ラインに対応する道路中央線上に沿った目標軌跡を生成する。その後、制御装置は、走行制御装置を制御して、ステップ80で生成された道路中央線上の目標軌跡に基づいて、軌跡制御を実行する(ステップS70)。
そして、ステップS70で軌跡制御の実行を開始後、制御装置は、軌跡更新割合分、車両2が走行したか否かを判定する(ステップS90)。ステップS90において、軌跡更新割合分、車両2が走行したと判定した場合(ステップS90:Yes)、ステップS10に戻り、切替スイッチがオン状態のままであれば、ステップS20以降へ進んで、新たに目標軌跡を再生成する。なお、ステップS90において、軌跡更新割合分、車両2が走行していないと判定した場合(ステップS90:No)は、軌跡更新割合分、車両2が走行するまで、ステップS70の軌跡制御を継続する。
なお、図21のステップS50の処理において、制御装置は、車両2の自車位置が走行可能領域のうちの外側領域に位置する場合、目標点を道路中心側へ変更してもよい。また、図21のステップS50の処理において、制御装置は、車両2の自車位置から先読み距離L以内の隣接車線上に周辺物体が存在する場合、走行可能領域内で周辺物体から離れる方向へ目標点を変更してもよい。同様に、制御装置は、直進路を走行している場合も、車両2の自車位置が走行可能領域のうちの外側領域に位置する場合、目標軌跡を道路中心側へ変更してもよく、隣接車線上に周辺物体が存在する場合、走行可能領域内で周辺物体から離れる方向へ目標軌跡を変更してもよい。
なお、本実施形態において、運転支援装置1は、上述の図1に示すような四輪操舵の車両2に搭載される例を主に説明したが、これに限定されない。本実施形態にかかる運転支援装置1は、前輪操舵の車両2に搭載されていてもよい。この場合、本実施形態にかかる運転支援装置1は、前輪操舵装置9からなる二輪操舵(2 Wheel Steering)機構として操舵装置6を備える車両2にて車両制御を実行してもよい。更に、運転支援装置1は、四輪操舵の車両2に搭載されている場合であっても、四輪操舵モードと二輪操舵モードとを運転者の操作により切替え可能なスイッチを介して二輪操舵モードに切り替えられた場合は、二輪操舵の車両2として車両制御を実行してもよい。
ここで、二輪操舵の場合は、操舵装置6は、車両2の前輪3Fを操舵可能であり、ここでは、前輪操舵装置9を含んで構成される。つまり、運転支援装置1は、二輪操舵の場合は前輪操舵装置9により操舵装置6が構成され、左前輪3FLおよび右前輪3FRが操舵輪となる。そして、二輪操舵の場合は、ECU7は、例えば、目標車両挙動量として、ハンドル操舵角MA、車速Vに加えて、生成した目標軌跡に関する指標に基づき算出される前輪転舵角δfの制御量によって、前輪操舵装置9を制御することになる。この結果、車両2は、軌跡制御によって前輪操舵装置9を介して前輪3Fが操舵されながら、目標軌跡に沿って走行することができる。
1 運転支援装置
2 車両
3 車輪
4 駆動装置(走行制御装置)
5 制動装置(走行制御装置)
6 操舵装置(走行制御装置)
7 ECU(制御装置)
8a アクセルペダル
8b ブレーキペダル
9 前輪操舵装置
9a ステアリングホイール
9b 転舵角付与機構
9c VGRS装置
9d 操舵駆動器
10 後輪操舵装置
10a 操舵駆動器
11 車輪速センサ
12 ホイールシリンダ圧センサ
13 前方検出装置(走行可能領域検出装置)
14 GPS情報受信部
2 車両
3 車輪
4 駆動装置(走行制御装置)
5 制動装置(走行制御装置)
6 操舵装置(走行制御装置)
7 ECU(制御装置)
8a アクセルペダル
8b ブレーキペダル
9 前輪操舵装置
9a ステアリングホイール
9b 転舵角付与機構
9c VGRS装置
9d 操舵駆動器
10 後輪操舵装置
10a 操舵駆動器
11 車輪速センサ
12 ホイールシリンダ圧センサ
13 前方検出装置(走行可能領域検出装置)
14 GPS情報受信部
Claims (9)
- 車両の走行可能領域を検出する走行可能領域検出装置と、
前記走行可能領域検出装置が検出した前記走行可能領域を前記車両が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、軌跡制御を実行する走行制御装置と、
前記車両の進行方向先にカーブが存在する場合、前記車両の自車位置から、前記車両の車両速度に応じて設定される先読み距離分、進行方向先に位置する前記カーブの道路中心を基準点として決定し、当該基準点における前記カーブの曲率半径に応じて設定される横変位分、前記基準点からカーブ内側へオフセットした位置を目標点として決定し、前記自車位置と前記目標点を通るように前記目標軌跡を生成する制御装置と、
を備えた運転支援装置。 - 前記先読み距離は、前記車両速度が速くなるほど長く設定される請求項1に記載の運転支援装置。
- 前記横変位は、前記カーブの曲率半径が大きくなるほど小さく設定される請求項1または2に記載の運転支援装置。
- 前記制御装置は、
前記目標軌跡を生成した地点から所定の軌跡更新割合分、前記車両が前記目標軌跡を走行した場合、新たに目標軌跡を再生成する請求項1乃至3のいずれか一項に記載の運転支援装置。 - 前記目標軌跡を再生成するための前記軌跡更新割合は、道路形状に応じて設定される請求項4に記載の運転支援装置。
- 前記道路形状は、前記カーブの曲率半径の変化率により決定される請求項5に記載の運転支援装置。
- 前記制御装置は、
前記車両の自車位置が前記走行可能領域のうちの外側領域に位置する場合、前記目標点を道路中心側へ変更する請求項1乃至6のいずれか一項に記載の運転支援装置。 - 前記制御装置は、
前記車両の自車位置から前記先読み距離以内の隣接車線上に周辺物体が存在する場合、前記走行可能領域内で前記周辺物体から離れる方向へ前記目標点を変更する請求項1乃至7のいずれか一項に記載の運転支援装置。 - 車両の走行可能領域を検出する走行可能領域検出装置と、前記走行可能領域検出装置が検出した前記走行可能領域を前記車両が走行するように生成される目標軌跡に基づいて、軌跡制御を実行する走行制御装置と、各種制御を実行する制御装置と、を備えた運転支援装置において実行される運転支援方法であって、
前記制御装置において実行される、
前記車両の進行方向先にカーブが存在する場合、前記車両の自車位置から、前記車両の車両速度に応じて設定される先読み距離分、進行方向先に位置する前記カーブの道路中心を基準点として決定する基準点決定工程と、
前記基準点決定工程で決定された前記基準点における前記カーブの曲率半径に応じて設定される横変位分、前記基準点からカーブ内側へオフセットした位置を目標点として決定する目標点決定工程と、
前記自車位置と前記目標点決定工程で決定された前記目標点を通るように前記目標軌跡を生成する目標軌跡生成工程と、
を含む運転支援方法。
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