JP2017016272A - 衝突予測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突予測のために、車両のカーブへの進入を高精度に判定する。【解決手段】走行予測部は、車両の走行軌道を予測する。障害物検出部は、障害物を検出する。衝突予測部は、予測された走行軌道および障害物の位置から車両と障害物が衝突する可能性があるか否かを判定する。衝突対応部は、車両と障害物との衝突可能性があると判定されたとき、所定の衝突対応処理を実行する。操舵角検出部は、ステアリング１４４の操舵角を検出する。操舵判定部は、ステアリング１４４の操舵角の変化から切り戻し操作を判定する。走行予測部は、操舵角の変化速度が所定の閾値より大きく、かつ、切り戻し操作ではないとき、車両がカーブ軌道を走行していると判定する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両の走行軌道に基づいて車両と障害物との衝突可能性を予測する技術、特に、車両がカーブを走行しているか否かを判定する技術に関する。

近年の自動車は、センサやカメラなどの多数の情報収集機器（以下、「センサユニット」とよぶ）を搭載して情報収集力を強化している。これにともない、センサユニットを管理するＥＣＵ（Electronic Control Unit）などのプロセッサも車両に多数搭載されるようになってきている。

情報収集力の強化は運転支援技術を高度化する。その一つが、他車両や歩行者、建築物等の「障害物」に自車両が衝突する可能性を予測する衝突予測装置である。衝突予測装置は、障害物がどこにあるか、障害物は動いているか、どのように動いているかといった情報をセンシングする。同時に、自車両の走行軌道を算出し、障害物との衝突可能性を時々刻々と計算する。衝突可能性が高まると、衝突予測装置は警報等によりドライバーに回避行動を促したり、ブレーキの自動制御により積極的に衝突回避を試みたり、衝突に備えてエアバッグの開放を準備するといった処理（以下、まとめて「衝突対応処理」とよぶ）を実行する。

特許文献１の車両は、前方に作動領域（センシング対象領域）を設定し、この作動領域に障害物があるか否かを検出する。車両がカーブに差し掛かると、作動領域は道路形状に合わせて変形する。特許文献１では、ＧＰＳ（Global Positioning System）に基づく位置測定と地図情報を照合することでカーブ進入を判定している。

特開２０１０−１５４５０号公報

しかし、カーナビゲーションシステムが常に最新の地図情報を提供できるとは限らない。車両のヨーレートでカーブ判定する方法も考えられるが、ヨーレートは車両の挙動が変わるまでその変化を検出できないため判定が遅れる可能性がある。一方、ステアリングの操舵角の変化でカーブ判定する場合、直進道路で車両がふらついたときにもカーブを走行していると誤判定されてしまう可能性がある。

本発明は、こうした状況に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、衝突予測のために、車両のカーブへの進入タイミングを高精度に判定するための技術、を提供することである。

本発明のある態様の衝突予測装置は、自車両の走行軌道を予測する走行予測部と、障害物を検出する障害物検出部と、予測された走行軌道および障害物の位置から自車両と障害物が衝突する可能性があるか否かを判定する衝突予測部と、自車両と障害物との衝突可能性があると判定されたとき、所定の衝突対応処理を実行する衝突対応部と、ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出部と、ステアリングの操舵角の変化から切り戻し操作を判定する操舵判定部と、を備える。
走行予測部は、操舵角の変化速度が所定の閾値より大きく、かつ、切り戻し操作ではないとき、自車両がカーブ軌道を走行していると判定する。

ステアリングの操舵角に基づく判定は応答性が高く、道路情報がなくても判定できるというメリットがある。ステアリングを操舵する速度をチェックするとともに、切り戻し操作でないことも判定条件に含めることで、判定精度を高めやすくなる。

本発明によれば、カーブへの車両の進入タイミングを高精度に判定しやすくなるため、障害物との衝突予測の精度を高めることができる。

車両と作動領域の関係を示す模式図である。 衝突予測システムの機能ブロック図である。 ステアリングと操舵角の関係を説明するための模式図である。 衝突予測処理の基本フローチャートである。 カーブ進入判定処理のフローチャートである。

図１は、車両と作動領域の関係を示す模式図である。
衝突予測機能を備えた車両１００は、その前方に作動領域１０２を設定する。作動領域１０２は、カメラやミリ波レーダーによって障害物の有無をセンシングする対象領域である。作動領域１０２内に障害物が検出されると、車両１００は障害物の位置や動きと自車両の走行軌道から衝突可能性を予測し、必要に応じて衝突対応処理を実行する。

直進する車両１００ａの作動領域１０２ａは、車両１００ａの前方にまっすぐ延びる。一方、カーブに差し掛かっている車両１００ｂの作動領域１０２ａは、カーブ形状に合わせて進行方向に傾く。特許文献１にも記載されているように、作動領域１０２ａを道路形状に合わせて変化させないと、カーブの外側にある路側物１４６を障害物と誤認識してしまう可能性があるためである。

また、車両１００がカーブに差し掛かると、衝突予測処理や衝突対応処理のための各種設定も変化させる必要がある。具体的には、前方衝突警告音の発生タイミングや警告内容、衝突被害軽減ブレーキシステムの制御タイミングや強度、衝突可能性を判断するアルゴリズムにおける各種判定基準などがカーブ用に設定変更される。
したがって、車両１００がカーブに差し掛かるタイミング（以下、「カーブ進入タイミング」とよぶ）を確実かつ迅速に検出することは、衝突予測処理や衝突対応処理のための各種設定を適正化する上で重要である。

図２は、衝突予測システム１４２の機能ブロック図である。
衝突予測システム１４２の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウェアとソフトウェアの任意の組み合わせによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。以下説明する各図は、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

衝突予測システム１４２は、衝突予測装置１０８、センサユニット１１０および制御デバイス１１２を含む。センサユニット１１０は、外部環境や自車の走行軌道に関する情報を収集する。センサユニット１１０は、操舵角センサ１１４、ヨーレートセンサ１１６、車輪パルスセンサ１１８および障害物センサ１２０を含む。操舵角センサ１１４は、ステアリングホイールの操舵角を検出する。ヨーレートセンサ１１６は、車体にかかるヨーレートを検出する。車輪パルスセンサ１１８は、車輪の回転速度から車速を検出する。障害物センサ１２０は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラやミリ波レーダー等により作動領域１０２内における障害物を検出する。

制御デバイス１１２は、車両１００が備える各種制御機器であり、衝突対応処理に際して衝突予測装置１０８によって制御される。制御デバイス１１２は、警報デバイス１２２、ギア比可変ステアリング１２４、シートベルト１２６、座席１２８、ブレーキ１３０およびエアバッグ１３２を含む。警報デバイス１２２は衝突の危険をドライバーに報知する。ギア比可変ステアリング１２４は、車速に応じてステアリングのギア比を調整可能である。シートベルト１２６は乗員拘束力を制御可能であり、座席１２８は位置制御が可能である。

衝突予測装置１０８は、センサユニット１１０から各種のセンサ情報を取得し、衝突予測を行い、衝突の可能性が高いと判断したときには制御デバイス１１２に警戒信号（制御信号）を送信して衝突対応処理を実行する。本実施形態における衝突予測装置１０８の各機能ブロックは、ＥＣＵおよびその上で実行されるソフトウェアプログラムにより構成される。

衝突予測装置１０８は、操舵角検出部１０４、操舵判定部１０６、走行予測部１３４、障害物検出部１３６、衝突予測部１３８および衝突対応部１４０を含む。操舵角検出部１０４は、操舵角センサ１１４からステアリングの操舵角を定期的に検出し、操舵角の変化履歴を記録する。操舵判定部１０６は、操舵角検出部１０４が検出した操舵角情報からステアリングの切り戻し操作を判定する（詳細後述）。走行予測部１３４は、操舵角等の情報に基づいて車両１００の旋回半径、速度および走行軌道を計算する。特に、走行予測部１３４は、車両１００がカーブに差し掛かっているか否かを後述の方法により判定する。走行予測部１３４は、カーブ進入タイミングにあるときには、障害物センサ１２０の作動領域１０２を設定変更し、衝突予測や衝突対応のための制御条件をカーブ用に設定変更する。

障害物検出部１３６は、障害物センサ１２０からの情報に基づき、作動領域１０２内における障害物の位置や動き、形状、移動距離を計算する。衝突予測部１３８は、走行予測部１３４および障害物検出部１３６からの情報に基づいて、衝突想定領域の計算や衝突可能性の計算を行う。衝突可能性は特開２００９−２１４８３２号公報等に記載されている既知技術の応用により計算されればよい。衝突対応部１４０は、衝突予測部１３８において衝突可能性が高いと判定されたとき、警戒信号を制御デバイス１１２に送信して、各デバイスに所定の衝突対応処理を実行させる。

衝突対応処理についても、上述の特開２００９−２１４８３２号公報等において一般的に知られている。具体的には、警報デバイス１２２は音声や表示デバイスによりドライバーに危険を通知する。ギア比可変ステアリング１２４は衝突回避または衝撃緩和の方向へ自動操舵し、シートベルト１２６は乗員を強く拘束して衝突に備え、座席１２８も衝撃緩和のために自動移動する。ブレーキ１３０は車両を自動減速させ、エアバッグ１３２は展開またはその準備を開始する。

衝突予測部１３８が衝突判定するための制御条件や、衝突対応処理の内容は、カーブ進入時とそれ以外とで異なる。衝突予測部１３８は、カーブ進入タイミングにあると判定したときには、これらの設定をカーブ用に設定変更する。

図３は、ステアリング１４４と操舵角の関係を説明するための模式図である。
ステアリング１４４の操舵角の時系列情報から、走行予測部１３４はカーブ進入タイミングか否かを判定する。操舵角は、ヨーレートよりも応答性が高い。また、地図情報がなくても利用できるというメリットがある。走行予測部１３４は操舵角変化の時系列情報を解析することでカーブ進入判定の精度を高めている。

操舵角検出部１０４は、短期間、たとえば、１６ミリ秒ごとにステアリング１４４の操舵角を検出し、時系列情報として記録する。走行予測部１３４は、操舵角の時系列情報を解析することにより、車両１００がカーブに進入するタイミングか否かを判定する。カーブ進入判定条件は、
条件１：ステアリング１４４の操舵角の変化速度（以下、単に「操舵速度」とよぶ）の絶対値が閾値よりも大きい。
条件２：切り戻し操作ではない。
の二つである。

カーブに進入するとき、通常は、カーブに進入する手前の地点で、ドライバーはステアリング１４４を進行方向に素早く回転させる。この操舵速度の絶対値が所定の閾値Ｔ１よりも大きいとき、条件１が成立する。高速走行でカーブに差し掛かったときは、低速走行のときに比べて操舵速度が小さくなる傾向があるため、閾値Ｔ１は車速に応じて複数の値が設定される。複数の車速に応じて複数の閾値Ｔ１をテーブルデータとして設定してもよいし、車速を変数とする任意の単調減少関数により車速に応じた閾値Ｔ１を算出してもよい。高速時は小さな閾値Ｔ１が設定され、低速時は大きな閾値Ｔ１が設定される。

切り戻し操作とは、いったんステアリング１４４を進行方向に回転させたあと、ステアリング１４４をホームポジション方向に戻す操作である。右カーブのときにはステアリング１４４は右回転されたあとに左に戻され、左カーブのときにはステアリング１４４は左回転されたあとに右に戻される。切り戻し操作は、いったんカーブに進入したあとの操舵調整であるため、切り戻し操作をカーブ進入のための操舵と区別する必要がある。切り戻し操作が行われていなければ条件２が成立する。まとめると、ステアリング１４４がある程度の操舵速度にて操舵され、かつ、それが切り戻し操作でないときにカーブ進入と判定される。

図３では、ステアリング１４４がホームポジションにあるときの操舵角ａを０（deg）、右に９０度回転されたときの操舵角ａを＋９０（deg）、左に９０度回転されたときの操舵角ａを−９０（deg）と表現している。操舵判定部１０６は、時刻ｔにおける操舵角ａ（ｔ）、時刻ｔ−ｎにおける操舵角ａ（ｔ−ｎ）として、ａ（ｔ）の絶対値からａ（ｔ−ｎ）の絶対値を減算し、その減算値が閾値Ｔ２以下なら切り戻し操作と判定する。

図３には、右回転のＲ１，Ｒ２、左回転のＬ１，Ｌ２の４つのパターンが示されている。具体例として、閾値Ｔ２＝０（deg）として説明する。
（１）右回転Ｒ１：単位時間あたり操舵角ａが＋１（deg）から＋２０（deg）に変化したとする。このときには、２０−１＞Ｔ２であるため、切り戻しではないと判定される。
（２）左回転Ｌ１：単位時間あたり操舵角ａが−１（deg）から−２２（deg）に変化したとする。このときには、２２−１＞Ｔ２であるため、切り戻しではないと判定される。
（３）右回転Ｒ２：単位時間あたり操舵角ａが−２０（deg）から−４（deg）に変化したとする。このときには、４−２０＜Ｔ２であるため、切り戻しと判定される。
（４）左回転Ｌ２：単位時間あたり操舵角ａが２５（deg）から６（deg）に変化したとする。このときには、６−２５＜Ｔ２であるため、切り戻しと判定される。
すなわち、単位時間あたりの操舵速度がある程度大きく、かつ、ステアリング１４４をホームポジションに戻す方向の操作であるとき、切り戻し操作と判定される。

図４は、衝突予測処理の基本フローチャートである。
図４に示す衝突予測処理（Ｓ１０〜Ｓ１６）は、エンジン開始後、繰り返し実行される。まず、障害物検出部１３６は作動領域１０２において障害物を検出する（Ｓ１０）。障害物センサ１２０は画像処理やミリ波レーダー等により障害物を検出する。走行予測部１３４は、車両１００の走行軌道を予測する（Ｓ１２）。走行軌道予測は、センサユニット１１０の各センサからの情報に基づいて行われる。操舵角に基づくカーブ進入判定も走行軌道予測の一種である。

衝突予測部１３８が衝突地点と衝突可能性を予測する（Ｓ１４）。衝突可能性が高ければ（Ｓ１４のＹ）、衝突対応部１４０は衝突対応処理を実行する（Ｓ１６）。衝突可能性が高くなければ（Ｓ１４のＮ）、Ｓ１６の処理はスキップされる。ここで、衝突可能性が高いとは、障害物の大きさや位置、速度などから割り出される衝突確率値の積算値が所定の閾値を超えることをいう。このような判定方法は特開２００９−２１４８３２号公報にもあるように既知である。

図５は、カーブ進入判定処理のフローチャートである。
図５に示すカーブ進入判定処理（Ｓ２０〜Ｓ４０）は、エンジン開始後、繰り返し実行される。本実施形態においては、１６ミリ秒ごとにカーブ進入判定処理が実行される。カーブ進入判定処理と、図４の衝突判定処理は別プロセス（スレッド）として実行されるが、カーブ進入判定処理と衝突判定処理は同プロセス（スレッド）として実行されてもよい。カーブ進入判定処理の目的は、カーブ進入タイミングか否かを判定することである。カーブ進入判定処理の結果にしたがって、衝突判定処理における各種の制御条件が設定変更される。

まず、操舵角検出部１０４は、操舵角センサ１１４からステアリング１４４の（最新の）操舵角ａを検出し、これを記録する（Ｓ２０）。操舵角検出部１０４は、操舵角ａの変化履歴から、操舵速度Δａを算出する（Ｓ２２）。本実施形態においては、最新の操舵角ａ１と１６ミリ秒前（１ループ前）の操舵角ａ２の差分値をΔａとする。

走行予測部１３４は、操舵速度Δａの絶対値と閾値Ｔ１を比較する（Ｓ２４）。上述のように走行予測部１３４は、閾値Ｔ１を車速に応じて選択する。Ｓ２４は、カーブ進入判定条件のうち、上述の条件１に対応する。条件１が成立するとき（Ｓ２４のＹ）、操舵判定部１０６は切り戻し判定（条件２）を実行する（Ｓ２６）。条件１が成立しないとき（Ｓ２４のＮ）、Ｓ２６はスキップされる。

本実施形態の切り戻し判定では、最新の操舵角ａ１の絶対値から１６ミリ秒前の操舵角ａ２の絶対値を減算した値を閾値Ｔ２と比較する。切り戻しでなければ（Ｓ２６のＮ）、走行予測部１３４はカウンタに規定値をセットする（Ｓ３０）。条件１，２のいずれかが成立していないときには（Ｓ２４のＮまたはＳ２６のＹ）、走行予測部１３４はカウンタはデクリメントする（Ｓ２８）。

カウンタ値が所定の閾値ＭＩＮよりも大きいとき（Ｓ３２のＹ）、いいかえれば、カーブ進入判定がなされたばかりのときには、走行予測部１３４はカーブ進入フラグＦをオンにセットする（Ｓ３２）。カウンタ値が閾値ＭＩＮ以下のときには（Ｓ３２のＮ）、カーブ進入フラグＦはオフとなる（Ｓ３６）。

カーブ進入フラグＦがオンのときには（Ｓ３８のＹ）、衝突予測部１３８および衝突対応部１４０はカーブ用に各種制御条件の設定変更を行う（Ｓ４０）。カーブ進入フラグＦがオフのときには（Ｓ３８のＮ）、Ｓ４０はスキップされる。このときには、カーブ用の設定から直進用の設定に戻されてもよい。

まとめると、条件１，２が共に成立するときにはカーブ進入タイミングと判定されてカウンタに規定値が設定され、不成立のときにはカウンタはデクリメントされる。カウンタが閾値ＭＩＮ以下まで減少すると、カーブ進入タイミングを過ぎたと判断する。

以上、実施形態に基づいて衝突予測装置１０８を説明した。
本実施形態においては、衝突対応や衝突予測のために、車両１００がカーブに進入するタイミングにあるか否かをステアリング１４４の操舵角の時系列情報から算出している。操舵角は応答性が高いだけでなく、ドライバーは、通常、カーブに進入する手前からステアリング１４４を操舵することが多いため、このような判定方法によればカーブ進入判定を迅速に行うことができる。カーブ進入判定条件のうちの条件１は、操舵速度が大きくないと成立しない。このため、直進道路において車両が左右にふらつく程度では条件１は成立しにくくなる。また、車両１００の走行軌道を変化させるための操舵から切り戻し操作を分離し、切り戻し操作でカーブ進入と誤判定しないように工夫している。カーブ進入判定の精度を高めることにより、カーブにおける衝突予測や衝突対応のための制御条件設定を速やかに実行することができる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１００ 車両、 １０２ 作動領域、 １０４ 操舵角検出部、 １０６ 操舵判定部、 １０８ 衝突予測装置、 １１０ センサユニット、 １１２ 制御デバイス、 １１４ 操舵角センサ、 １１６ ヨーレートセンサ、 １１８ 車輪パルスセンサ、 １２０ 障害物センサ、 １２２ 警報デバイス、 １２４ ギア比可変ステアリング、 １２６ シートベルト、 １２８ 座席、 １３０ ブレーキ、 １３２ エアバッグ、 １３４ 走行予測部、 １３６ 障害物検出部、 １３８ 衝突予測部、 １４０ 衝突対応部、 １４２ 衝突予測システム、 １４４ ステアリング、１４６ 路側物。

Claims (1)

1. 自車両の走行軌道を予測する走行予測部と、
   障害物を検出する障害物検出部と、
   前記予測された走行軌道および前記障害物の位置から前記自車両と前記障害物が衝突する可能性があるか否かを判定する衝突予測部と、
   前記自車両と前記障害物との衝突可能性があると判定されたとき、所定の衝突対応処理を実行する衝突対応部と、
   ステアリングの操舵角を検出する操舵角検出部と、
   前記ステアリングの操舵角の変化から切り戻し操作を判定する操舵判定部と、を備え、
   前記走行予測部は、前記操舵角の変化速度が所定の閾値より大きく、かつ、切り戻し操作ではないとき、自車両がカーブ軌道を走行していると判定することを特徴とする衝突予測装置。

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