JP2017210217A - 運転支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ドライバの支援システムへの操作権限の委譲意図に合った、運転支援による移動体の運動制御を行うことができるようにする。【解決手段】トルクセンサ１６によって、操作トルクを入力し、意図推定部４８によって、支援システムへの操作権限の委譲意図を推定する。車両運動推定部５０によって、支援システムへの操作権限の委譲意図が推定された時点からの、初期の操舵トルクの変化に基づいて、後に発生する車両運動を推定する。操舵制御修正部５２によって、後に発生する車両運動に基づいて、支援システムへの操作権限の委譲意図に合った車両運動となるように、支援システムによる操舵制御を修正する。【選択図】図２

Description

本発明は、運転支援装置に係り、特に、移動体の運動を制御する運転支援を行う運転支援装置に関する。

従来より、高度運転支援時に、ドライバによる支援システムへの介入操作において、操舵感と違和感のない車両制御を両立させることに関する技術が知られている（特許文献１、２）。支援システムは、目標走行路をトレースするために、目標操舵角になるようにステアリングを制御している。

上記特許文献１では、ドライバの介入意図の程度を、目標操舵角と、実操舵角の偏差より計算し、介入意図が大きい場合は、支援システムは目標操舵角にステアリングを向けるためのトルクを軽減することで、ドライバ主体の操作に切り替える。

上記特許文献２では、実操舵角から自車両が目標走行路より逸脱すると推定した場合に、ドライバの介入意図があると判断し、支援システムをオフにして、操舵をドライバに委任している。

特開２０１５−９３５６９号公報 特開２０１５−６５４号公報

高度運転支援時の介入操作には、ドライバによる支援システムへの介入と、システムへの操舵権限の委譲との２場面がある。上記特許文献１、２の技術は、ともに支援システムへの介入時を想定している。

上記特許文献１の技術を、システムへの操舵権限の委譲時にあてはめた場合、その後に生じる車両挙動を推定しないため、ほぼ手放しの場合、ドライバの意図と乖離した速い車両挙動が発生してしまう。

また、上記特許文献２の技術を、システムへの操舵権限の委譲時にあてはめた場合、車両位置は推定されるが、支援システムがオフになっているため、安全な運転になるように対応できない。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、ドライバの支援システムへの操舵権限の委譲意図に合った、運転支援による移動体の運動制御を行うことができる運転支援装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明に係る運転支援装置は、移動体の運動を制御する運転支援を行う運転支援手段と、ドライバの運転意図を示す力覚的情報を入力するための入力手段と、前記入力手段により入力された力覚的情報に応じて、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図を推定する操作権限委譲推定手段と、前記操作権限委譲推定手段によって前記運転支援手段への操作権限の委譲意図が推定された時点からの、前記入力手段により入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、後に発生する前記移動体の運動を推定する運動推定手段と、を含み、前記運転支援手段は、前記運動推定手段によって推定された、前記後に発生する前記移動体の運動に基づいて、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記移動体の運動を制御する。

本発明に係る運転支援装置によれば、入力手段によって、ドライバの運転意図を示す力覚的情報を入力し、操作権限委譲推定手段によって、前記入力手段により入力された力覚的情報に応じて、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図を推定する。

そして、運動推定手段によって、前記操作権限委譲推定手段によって前記運転支援手段への操作権限の委譲意図が推定された時点からの、前記入力手段により入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、後に発生する前記移動体の運動を推定する。運転支援手段によって、前記運動推定手段によって推定された、前記後に発生する前記移動体の運動に基づいて、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記移動体の運動を制御する。

このように、運転支援手段への操作権限の委譲意図が推定された時点からの、入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、後に発生する前記移動体の運動を推定し、運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った移動体の運動となるように、移動体の運動を制御することにより、ドライバの支援システムへの操作権限の委譲意図に合った、運転支援による移動体の運動制御を行うことができる。

本発明に係る運転支援手段は、前記操作委譲推定手段によって前記運転支援手段への操作委譲が推定された時点からの、前記入力手段により入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、初期の力覚的情報の範囲の長さとして、感覚特性に基づいた、前記力覚的情報の変化を認識するまでの時間を求め、求めた時間に基づいて、前記後に発生する前記移動体の運動を推定することができる。

本発明に係る入力手段は、前記ドライバによりハンドルに与えられた操舵トルクを、前記ドライバの運転意図を示す力覚的情報として入力することができる。

本発明に係る運動支援手段は、前記運動推定手段によって推定された、前記後に発生する前記移動体の運動が、予め定められた許容範囲外である場合、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記操舵トルクの制御ゲインや目標操舵角を修正することができる。

本発明に係る運転支援手段は、前記移動体の走行する目標コース上の所定時間後の目標点に基づいて、ハンドルを操舵することにより、前記運転支援を行い、前記運動推定手段によって推定された後に発生する前記移動体の運動が、予め定められた許容範囲外である場合、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記所定時間後の目標点を修正することができる。

以上説明したように、本発明の運転支援装置によれば、運転支援手段への操作権限の委譲意図が推定された時点からの、入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、後に発生する前記移動体の運動を推定し、運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った移動体の運動となるように、移動体の運動を制御することにより、ドライバの支援システムへの操作権限の委譲意図に合った、運転支援による移動体の運動制御を行うことができる、という効果が得られる。

本発明の実施の形態に係る運転支援装置の構成を示す概略図である。 本発明の実施の形態に係る運転支援装置の制御部の構成を示すブロック図である。 操舵制御を修正する方法を説明するための図である。 操舵トルクの変化を示すグラフである。 初期操舵の範囲の長さと、横加速度最大値との関係を示すグラフである。 初期操舵の範囲の長さと、推定される車両運動の最大値との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る運転支援装置における運転支援処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る運転支援装置における運転支援修正処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、車両に搭載され、かつ、車両のハンドルの操舵を制御する運転支援装置に本発明を適用した場合を例に説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る運転支援装置１０は、撮像装置１２と、角度計１４と、トルクセンサ１６と、演算部１８と、サーボアンプ２０と、モータ２２とを備えている。なお、トルクセンサ１６が、入力手段の一例である。

モータ２２は、例えば、電動パワーステアリング装置用モータ及び反力モータである。

演算部１８は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する運転支援処理ルーチン及び運転支援修正処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。演算部１８は、機能的には図１に示すように、画像処理部３０、走行路計算部３２、及び制御部３４を備えている。

撮像装置１２は、自車両の前方を撮像し、画像の画像信号を生成する単眼のカメラで構成される撮像部（図示省略）と、撮像部で生成された画像をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部（図示省略）と、Ａ／Ｄ変換された画像信号を一時的に格納するための画像メモリ（図示省略）とを備えている。

角度計１４は、操舵角を計測する。

トルクセンサ１６は、ドライバによりハンドルに加えられた操舵トルクを検出する。

演算部１８は、撮像装置１２によって撮像された前方画像、角度計１４によって計測された操舵角、及びトルクセンサ１６によって検出された操舵トルクに基づいて、モータ２２を、サーボアンプ２０を介して制御することにより、車両の運動を制御する運転支援を行う。

画像処理部３０は、撮像装置１２によって撮像された前方画像から、走行路領域を検出する。

走行路計算部３２は、画像処理部３０によって検出された走行路領域に基づいて、自車両の目標コースを計算する。例えば、走行路領域の中央線を、自車両の目標コースとして計算する。

制御部３４は、走行路計算部３２によって計算された自車両の目標コース、及び角度計１４によって計測された操舵角に基づいて、モータ２２を、サーボアンプ２０を介して制御することにより、運転支援を行う。

制御部３４は、図２に示すように、走行目標点設定部４０、目標操舵角算出部４４、ハンドル制御部４６、意図推定部４８、車両運動推定部５０、操舵制御修正部５２、感覚特性データベース５４、車両運動データベース５６、及びドライバ許容性データベース５８を備えている。なお、意図推定部４８が、操作権限委譲推定手段の一例であり、画像処理部３０、走行路計算部３２、走行目標点設定部４０、目標操舵角算出部４４、ハンドル制御部４６、及び操舵制御修正部５２が、運転支援手段の一例である。

走行目標点設定部４０は、走行路計算部３２によって計算された自車両の目標コース上の、前方注視時間後（例えば２秒後）の点を、目標点として設定する。

目標操舵角算出部４４は、設定された目標点に基づいて、目標操舵角δ_swを算出する（図３参照）。

ハンドル制御部４６は、目標操舵角算出部４４によって算出された目標操舵角δ_swと、角度計１４によって計測された操舵角δ_sw0とに基づいて、目標操舵角δ_swを実現するように、サーボアンプ２０を介してモータ２２を制御する。

具体的には、ハンドル制御部４６は、角度計１４によって計測された操舵角δ_sw0と、目標操舵角算出部４４によって算出された目標操舵角δ_swとに基づいて、以下の式に従って、操舵トルクτを計算し、操舵トルクτを実現するように、サーボアンプ２０を介してモータ２２を制御する。

ただし、Ｋ_cは、予め定められた制御ゲインである。

意図推定部４８は、角度計１４によって計測された操舵角とトルクセンサ１６によって検出された操舵トルクとに基づいて、ドライバによる支援システムへの介入意図、又はドライバによる支援システムへの操舵権限の委譲意図を推定する。

例えば、トルクセンサ１６によって検出された操舵トルクが閾値以上である場合には、ドライバによる支援システムへの介入意図があると推定する。

また、ドライバによる支援システムへの介入意図があると推定されたオーバーライド状態において、角度計１４によって計測された操舵角の絶対値が閾値（例えば、０．１ｄｅｇ）以上である場合、角度計１４によって計測された操舵角から求められる操舵角速度が閾値（１．０ｄｅｇ／ｓ）以上である場合、又はトルクセンサ１６によって検出された操舵トルクから求められる操舵トルクの時間微分が閾値（１．０Ｎｍ／ｓ）以上である場合、ドライバがハンドルを手放しすることによる、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定する。支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定された時のトルク値τを、初期トルク（１００％と正規化したもの）とする。

なお、上記の３つの条件の少なくとも１つが満たされた場合に、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定してもよいし、複数の条件が満たされた場合に、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定してもよい。

車両運動推定部５０は、まず、支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定された時点から、トルクセンサ１６によって検出された操舵トルクの変化を取得し、感覚特性に基づく、人間が認識する力の変化を表す設定値（例えば、以下の式に示すウエーバーの法則に基づくトルク変化１０％〜２０％の範囲内の設定値）となるまでの時間を計測し、初期操舵範囲の長さとする。例えば、図４に示すように、操舵トルクが１５％変化するまでの時間を、初期操舵範囲の長さとする。感覚特性に基づく設定値は、感覚特性データベース５４に格納されている。

また、車両運動推定部５０は、初期操舵範囲の長さから、現時点の後に発生する車両運動の最大値を推定する。例えば、車両運動データベース５６に格納された、図５に示すような、初期操舵範囲の長さと、横加速度最大値との相関関係に基づいて、初期操舵範囲の長さに対応する、後に発生する横加速度の最大値を求める。

操舵制御修正部５２は、車両運動推定部５０によって推定された、後に発生する車両運動の最大値に基づいて、ドライバによる、支援システムへの操舵権限の委譲意図とは異なる、大きな車両運動が発生する場合には、支援システムへの操舵権限の委譲意図と合った運転支援が行われるように、走行目標点設定部４０で設定される目標点を修正する。例えば、図６に示すように、後に発生する車両運動の最大値が、ドライバの許容限界を超える場合には、走行目標点設定部４０で設定される目標点を、初期に設定した時間よりも先（例えば、４秒後）の目標点に修正する（上記図３参照）。ドライバの許容限界は、ドライバ許容性データベース５８に格納されており、例えば、横加速度０．２Ｇである。

なお、目標点を修正するのではなく、制御ゲインＫｃを小さくするように修正してもよい。

次に、本実施の形態に係る運転支援装置１０の作用について説明する。

運転支援装置１０を搭載した車両の走行中に、演算部１８において、図７に示す運転支援処理ルーチンが繰り返し実行される。

まず、ステップ１００において、角度計１４より計測された操舵角及びトルクセンサ１６より検出された操舵トルクの各々を取得する。そして、ステップ１０２において、撮像装置１２によって撮像された前方画像を取得する。

次のステップ１０４では、上記ステップ１０２で取得した前方画像から、自車両の走行路領域を検出する。ステップ１０６では、上記ステップ１０４で検出された自車両の走行領域に基づいて、目標コースを計算する。そして、ステップ１０８において、上記ステップ１０６で計算された目標コース上の、前方注視時間後の点を、目標点として設定する。

次のステップ１１０では、上記ステップ１０８で設定された目標点と、上記ステップ１００で検出された操舵トルクとに基づいて、目標点へ移動するための目標操舵角を計算する。そして、ステップ１１２において、上記ステップ１１０によって計算された目標操舵角と、上記ステップ１００で計測された操舵角とに基づいて、目標操舵トルクを算出する。

次のステップ１１４において、上記ステップ１１２で算出された目標操舵トルクを実現するように、サーボアンプ２０を介してモータ２２を制御する。

また、上記の運転支援処理ルーチンと並行して、運転支援装置１０は、トルクセンサ１６によって検出された操舵トルクが、閾値以上である場合には、ドライバによる支援システムへの介入意図があると推定し、そして、ドライバによる支援システムへの介入意図があると推定されたオーバーライド状態において、演算部１８によって、図８に示す運転支援修正処理ルーチンが実行される。

まず、ステップ１２０において、角度計１４より計測された操舵角及びトルクセンサ１６より検出された操舵トルクの各々を取得する。そして、ステップ１２２において、上記ステップ１２０で取得した操舵角及び操舵トルクに基づいて、ドライバがハンドルを手放しすることによる、支援システムへの操舵権限の委譲意図を推定する。

ステップ１２４において、上記ステップ１２２で、ドライバがハンドルを手放しすることによる、支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定されたか否かを判定し、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定されていない場合には、上記ステップ１２０へ戻る。一方、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定された場合には、ステップ１２６へ進む。また、このときの操舵トルクを、初期トルクとする。

ステップ１２６では、上記ステップ１２４で支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定された時点からの、トルクセンサ１６より検出された操舵トルクの変化を取得する。そして、ステップ１２８では、上記ステップ１２６で取得した操舵トルクの変化が、感覚特性に基づく設定値に到達したか否かを判定する。では、上記ステップ１２６で取得した操舵トルクの変化が、感覚特性に基づく設定値に到達していない場合には、上記ステップ１２６へ戻るが、一方、では、上記ステップ１２６で取得した操舵トルクの変化が、感覚特性に基づく設定値に到達した場合には、ステップ１３０へ進む。

ステップ１３０では、上記ステップ１２６で取得した操舵トルクの変化が、感覚特性に基づく設定値に到達するまでの時間を、初期操舵範囲の長さとして計算する。

そして、ステップ１３２では、上記ステップ１３０で計算された初期操舵範囲の長さに基づいて、現時点の後に発生する車両運動の最大値を推定する。ステップ１３４では、上記ステップ１３２で推定された、後に発生する車両運動の最大値が、許容範囲内であるか否かを判定する。後に発生する車両運動の最大値が、許容範囲内である場合には、操舵制御の修正を行わず、運転支援修正処理ルーチンを終了する。一方、後に発生する車両運動の最大値が、許容範囲内でない場合には、後に発生する車両運動が、違和感があるレベルであると判断し、ステップ１３６において、上記ステップ１０８で設定される目標点を修正して、運転支援修正処理ルーチンを終了する。

以上説明したように、本実施の形態に係る運転支援装置によれば、支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定された時点からの、入力された初期の操舵トルクの変化に基づいて、初期操舵の範囲の長さを計算して、後に発生する車両運動の最大値を推定し、支援システムへの操作権限の委譲意図に合った車両運動となるように、車両運動を制御することにより、ドライバの支援システムへの操舵権限の委譲意図に合った、運転支援による車両運動制御を行うことができる。

本発明の実施の形態では、ドライバの、支援システムへの操舵権限の委譲意図を最も純粋に反映するのは、操作初期の、ドライバが操作入力の変化を認識する前と考え、人間の感覚特性を基に操作初期の範囲を設定し、発明者らが、その範囲内のトルクの変化パターンと、その後の車両挙動の最大値とに関連があることを実験的に見出した。

また、運転支援時に、ドライバから支援システムに操舵権限を委譲する場面にて、ドライバが手放しのように速く操作した場合、ドライバの意図よりも速い車両挙動が発生する場合がある。これは支援システムの制御の特性がそのまま反映されたために生じるものであり、操作の初期の段階で、ドライバの介入意図の強さ、およびその後に生じる車両挙動の判断を行い、ドライバの意図と乖離がある場合は、支援システムの制御を変更することで、ドライバの意図に合う車両挙動を実現できる。これにより、支援システムとドライバのスムーズな協調操作を実現する。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、ドライバの力覚的情報として、操舵トルクにより、ドライバの運転意図を入力している場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ハンドル把持部に圧力を加えたり、ハンドル把持部にドライバの握力を加えたりすることによって、ドライバの運転意図を入力してもよいし、ドライバが、ドライバに対するハンドルの傾斜角を変化させることによって、ドライバの運転意図を入力してもよい。

また、初期操舵の範囲の長さから、後に発生する車両運動として、横加速度を推定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、車両の他の運動量を推定するようにしてもよい。

また、電動パワーステアリング装置用モータや反力モータにより、ハンドルを操舵したり、ハンドルにトルクを作用させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、アクチュエータを用いて、ハンドルを操舵したり、ハンドルに反力トルクを作用させるようにしてもよい。

また、車両の運転支援を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、車両以外の移動体の運転支援を行う場合についても、本発明を適用してもよい。また、目標走行路の検出に撮像装置を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＧＰＳと地図情報を用いて、自車位置と目標走行路の検出を行ってもよい。

１０ 運転支援装置
１２ 撮像装置
１４ 角度計
１６ トルクセンサ
１８ 演算部
２０ サーボアンプ
２２ モータ
３０ 画像処理部
３２ 走行路計算部
３４ 制御部
４０ 走行目標点設定部
４４ 目標操舵角算出部
４６ ハンドル制御部
４８ 意図推定部
５０ 車両運動推定部
５２ 操舵制御修正部
５４ 感覚特性データベース
５６ 車両運動データベース
５８ ドライバ許容性データベース

Claims (5)

1. 移動体の運動を制御する運転支援を行う運転支援手段と、
   ドライバの運転意図を示す力覚的情報を入力するための入力手段と、
   前記入力手段により入力された力覚的情報に応じて、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図を推定する操作権限委譲推定手段と、
   前記操作権限委譲推定手段によって前記運転支援手段への操作権限の委譲意図が推定された時点からの、前記入力手段により入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、後に発生する前記移動体の運動を推定する運動推定手段と、を含み、
   前記運転支援手段は、前記運動推定手段によって推定された、前記後に発生する前記移動体の運動に基づいて、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記移動体の運動を制御する
   運転支援装置。
2. 前記運動推定手段は、前記操作権限委譲推定手段によって前記運転支援手段への操作委譲が推定された時点からの、前記入力手段により入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、初期の力覚的情報の範囲の長さとして、感覚特性に基づいた、前記力覚的情報の変化を認識するまでの時間を求め、求めた時間に基づいて、前記後に発生する前記移動体の運動を推定する請求項１記載の運転支援装置。
3. 前記入力手段は、前記ドライバによりハンドルに与えられた操舵トルクを、前記ドライバの運転意図を示す力覚的情報として入力する請求項１又は２に記載の運転支援装置。
4. 前記運転支援手段は、前記運動推定手段によって推定された、前記後に発生する前記移動体の運動が、予め定められた許容範囲外である場合、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記操舵トルクの制御ゲインを修正する請求項３記載の運転支援装置。
5. 前記運転支援手段は、前記移動体の走行する目標コース上の所定時間後の目標点に基づいて、ハンドルを操舵することにより、前記運転支援を行い、
   前記運動推定手段によって推定された後に発生する前記移動体の運動が、予め定められた許容範囲外である場合、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記所定時間後の目標点を修正する請求項３記載の運転支援装置。