JP2023079443A - 運転支援システム及び運転支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自己車両の周囲における音を利用して、自己車両と他車両との関係を検知できる運転支援システム及び運転支援方法を提供する。【解決手段】本発明は、自己車両の位置情報及び走行パラメータと地図情報とに基づいて、地図上の自己車両の現在位置を把握する運転支援システムである。当該システムは、同一直線上に複数のマイクロホンを所定の間隔で整列させたマイクロホンアレイと、複数のマイクロホンのそれぞれから受信される音波に基づいて、他車両の接近を検知する判断装置と、を含み、この判断装置は、複数のマイクロホンのそれぞれから受信される複数の音圧信号の到達時間差に基づいて他車両の到来方向を演算するとともに、到来方向における複数の音波の強度分布及びその時間変化に基づいて他車両の接近速度を推定する。【選択図】図３

Description

本発明は、車両どうしの衝突事故を防止できる運転支援システム及び運転支援方法に関する。

従来、自動車等の自走車両に対する運転支援システムとして、自己車両と衝突の可能性のある他車両を見つけるために、光学的な情報を収集するカメラで周囲の状況を画像として収集する手法や、例えばＬｉＤＥＲ（Light Detection And Ranging）等のレーダーあるいはレーザー等の自ら発射した電磁波の反射波情報を収集する手法により得られたデータに基づいて、運転者に各種の情報を提供する技術が用いられてきた。これらのシステムは、取得した情報に様々な解析を加えることで、運転に必要な情報が抽出されて運転者に提供される。

このような運転支援システムとして、例えば特許文献１には、車両に搭載され、車両運転者による車外環境の認識を支援する運転支援装置であって、自車両周囲の環境音を収集し、収集された該環境音を第一の電気信号に変換して出力する集音手段と、第一の電気信号に所定の雑音を重畳し、第二の電気信号として出力する雑音重畳手段と、第二の電気信号を音響信号に変換して車室内に放射する放射手段と、を有し、雑音重畳手段は、音響信号が自車両運転者に確率共振現象を生じさせるように所定の雑音の音圧レベルを調節することを特徴とする運転支援装置が開示されている。この運転支援装置によれば、運転者による車外環境の認識について容易性及び確実性を向上させた運転支援装置を提供することができるとされている。

また、別の運転支援システムとして、例えば特許文献２には、車両の互いに異なる位置に配置され、それぞれが周囲から収音して収音データを生成する複数の音センサと、当該収音データを受け、周辺車両の急減速を示す目的音及びその発生位置を検出し、急減速発生位置データを生成する音響信号処理部と、急減速発生位置データに基づいて、目的音の発生位置が自車前方にある場合に急減速予告信号を生成する予告信号生成部と、を備えることを特徴とする車両周辺監視装置が開示されている。このような車両周辺監視装置によれば、周辺車両の速度急変を素早く検出することができるとされている。

特開２００７－１７６３７９号公報 特開２０２０－８７１２５号公報

上記のとおり、従来の運転支援システムは、自己車両の挙動や状態を把握して運転手に今後どのような運転をすべきか、あるいはどんな運転が可能かを示唆するものが大半を占めていた。しかしながら、通常の運転には自己車両に加えて周囲を自由に移動する他車両（例えば自動車や二輪車等）が存在するため、運転手は自己車両の挙動や状態だけでなく、自己車両の周囲の状況を把握して運転を行う必要がある。

そこで、本発明は、自己車両の周囲における音を利用して、自己車両と他車両との関係を検知できる運転支援システム及び運転支援方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の代表的な態様の一つは、自己車両の位置情報及び走行パラメータと地図情報とに基づいて、地図上の自己車両の現在位置を把握する運転支援システムであって、自己車両の同一直線上に複数のマイクロホンを所定の間隔で整列させたマイクロホンアレイと、複数のマイクロホンのそれぞれから受信される音波に基づいて、他車両の接近を検知する判断装置と、を含み、判断装置は、複数のマイクロホンのそれぞれから受信される複数の音圧信号の到達時間差に基づいて他車両の到来方向を演算するとともに、上記到来方向における複数の音波の強度分布及びその時間変化に基づいて他車両の接近速度を推定することを特徴とする。

また、本発明の他の態様の一つは、自己車両の位置情報及び走行パラメータと地図情報とに基づいて、地図上の自己車両の現在位置を把握する運転支援システムにおける運転支援方法であって、当該運転支援システムは、同一直線上に複数のマイクロホンを所定の間隔で整列させたマイクロホンアレイと、複数のマイクロホンのそれぞれから受信される音波に基づいて、他車両の接近を検知する判断装置と、を含み、複数のマイクロホンのそれぞれから受信される複数の音圧信号の到達時間差に基づいて他車両の到来方向を演算するステップと、上記到来方向における複数の音波の強度分布及びその時間変化に基づいて他車両の接近速度を推定するステップと、を含むことを特徴とする。

これらの構成を備えた本発明による運転支援システム及び運転支援方法によれば、複数の音圧信号の到達時間差に基づいて他車両の到来方向を演算するとともに、上記到来方向における音波の強度分布及びその時間変化に基づいて他車両の接近速度を推定するため、自己車両の周囲における音を利用して、自己車両と他車両との関係を検知できる。

本発明の代表的な一例による運転支援システムの概要を示す上面図及び正面図である。 本発明の実施例１による運転支援方法の適用事例の一例を示す上面図である。 図１に示した運転支援システムが他車両からの音波を受信する動作の概要を示す模式図である。 図３に示したマイクロホンアレイから受信した音圧信号の一例を示すグラフである。 本発明の実施例２による運転支援方法の適用事例の一例を示す上面図である。

以下、本発明の代表的な一例による運転支援システム及び運転支援方法について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の代表的な一例による運転支援システムの概要を示す上面図及び正面図である。なお、本実施例において、自己車両１０の位置情報及び走行パラメータと地図情報とに基づいて、地図上の自己車両１０の現在位置を把握する運転支援システム１００は、一般的に公知なナビゲーションシステムと同様に、例えば自走する普通乗用車等の自己車両１０に搭載される場合を例示するが、バスやトラック等の中型又は大型車両や二輪あるいは三輪の車両に適用してもよい。

図１に示すように、運転支援システム１００は、その一例として、ナビゲーション機能等の主たる運転支援動作を実行する主制御装置（図示せず）と、同一直線上に複数のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅを所定の間隔で整列させたマイクロホンアレイ１１０と、複数のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅのそれぞれから受信される音波ＳＷに基づいて、他車両２０の接近を検知する判断装置１２０と、ユーザ（運転者）に地図情報を含む各種情報を表示するとともにユーザからの情報入力を可能とするユーザインターフェース１３０と、を備える。

マイクロホンアレイ１１０は、その一例として、自己車両１０の前面のバンパー１２に沿った同一直線上に、所定の間隔Ｄごとに複数のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅが配置された構成となっている。ここで、図１では、マイクロホンアレイ１１０に５つのマイクロホンが配列された場合を例示しているが、複数個であればその個数は任意である。また、音波の進入方向（進入角度）を把握するために、複数個のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅは水平な直線上に配列されることが好ましい。

なお、他車両２０の検出精度を高めるために、マイクロホンアレイ１１０を上下に複数列設けてもよい。また、個々のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅの間隔Ｄは、後述する図３で示すように演算の容易性の上では同一間隔とするのが好ましいが、任意の間隔を採用してもよい。

判断装置１２０は、複数のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅと電気的に接続されており、それぞれから受信される複数の音圧信号の到達時間差に基づいて他車両２０の到来方向を演算するとともに、上記到来方向における複数の音波ＳＷの強度分布及びその時間変化に基づいて他車両２０の接近速度を推定する機能を有する。なお、複数のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅが取得する音波ＳＷとしては、その一例として、他車両２０のエンジンが発するエンジン音やタイヤが発する走行音などを適用し得る。

ここで、判断装置１２０は、個々のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅが測定した音波ＳＷの生波形データから対象としたいエンジン音や走行音以外の成分を除去するために、例えばケプストラム分析等の公知の信号処理を行う機能や、上記した生波形データに含まれることが避けられない自己車両１０のエンジン音や走行音等のフィルタリングを行う機能を併せて有する。これらの機能により、後述するような接近してくる他車両２０の有無やその接近速度の演算処理の精度を向上させることができる。

ユーザインターフェース１３０は、その一例として、汎用のタッチパネル方式の表示装置が適用できる。なお、本実施例においては、通常の地図情報等によるナビゲーション画像だけでなく、判断装置１２０の演算結果に基づいて、地図上に自己車両１０と他車両２０の情報を表示するように構成してもよい。

＜実施例１＞
図２は、本発明の実施例１による運転支援方法の適用事例の一例を示す上面図である。

図２に示すように、本発明による運転支援システム及び運転支援方法は、その一例として、道路Ｒ１を矢印Ａ１の方向に走行する自己車両１０と道路Ｒ２を矢印Ａ２の方向に走行する他車両２０とが、ともに交差点Ｃ１に進入する場合に適用される。このような場合、他車両２０から発せられる音波ＳＷは所定の方向で進行し、自己車両１０の前面に設けられたマイクロホンアレイ１１０で検出される。

次に、図３及び図４を用いて、本発明の実施例１における運転支援システムを用いた他車両の検知動作の具体例を説明する。

図３は、図１に示した運転支援システムが他車両からの音波を受信する動作の概要を示す模式図である。また、図４は、図３に示したマイクロホンアレイから受信した音圧信号の一例を示すグラフである。なお、図４に示した音圧信号は、上記した判断装置１２０による信号処理及びフィルタリング処理を行った結果を示している。

図３に示すように、自己車両１０の前面には、仮想直線Ｌ１上に５つのマイクロホン１１２ａ～１１２ｅの受感部が所定の間隔Ｄごとに配列されたマイクロホンアレイ１１０が設けられている。ここに、図示上の右斜めの方向から他車両２０が接近してくると仮定した場合、当該他車両２０から発せられた音波ＳＷが自己車両１０の進行方向Ａ１に対して到来角度θで進入する（矢印Ａ参照）。このとき、音波ＳＷの伝搬距離がマイクロホンアレイ１１０の全長より十分に長い場合、音波ＳＷは波面が図示上で直線となる平面波で近似できる。なお、図中に間隔Ｕをあけて平行に引かれた複数の直線ＳＷは、上記平面波の波面の時々刻々の位置変化を示したものであり、それぞれの波形はほぼ同一である。

図３において、ある音波ＳＷの波面が個々のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅで検知されるまでの音波ＳＷの移動距離をＵとすると、マイクロホンの間隔Ｄ及び音波ＳＷの到来角度θとの間には、「Ｕ＝Ｄｓｉｎθ」の関係式が成立する。この関係は、到来する音波ＳＷの周波数や振幅あるいは波形形状とは無関係に、どのような音波ＳＷに対しても成立する。そこで、間隔Ｄがマイクロホン１１０の設計による装置固有の定数であることから、音波ＳＷの移動距離Ｕを知ることができれば到来角度θを算出することができる。

例えば、図４に示すように、縦軸を音圧、横軸を時間とすると、個別のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅで検知された音圧信号ＳＳａ～ＳＳｅは、時間差ΔＴだけずれた態様で検知される。マイクロホンの間隔Ｄが一様であれば、時間差ΔＴは各信号の間で一様となるが、この条件は必ずしも必要とはせず、時間差ΔＴを計測できればよい。なお、簡単のため、ここでは間隔Ｄが一様な場合で説明をする。

例えば、時刻Ｔ１において、マイクロホン１１２ａが音波ＳＷを検知し始めて音圧信号ＳＳａを判断装置１２０に送った後、時刻Ｔ２において、マイクロホン１１２ｂが音波ＳＷを検知し始めて音圧信号ＳＳｂを判断装置１２０に送信する。このような態様がマイクロホン１１２ｃ～１１２ｅでも実行され、結果として音圧信号ＳＳａ～ＳＳｅは、所定の到達時間差ΔＴずつずれて受信されることとなる。

ここで、通常の大気中における音速ｃは既知であることから、音波ＳＷの移動距離Ｕは、当該大気中の音速ｃと上記到達時間差ΔＴとを用いて「Ｕ＝ｃΔＴ」と表すことができる。そこで、複数のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅで検知された音圧信号ＳＳａ～ＳＳｅから得られる音波ＳＷの到達時間差ΔＴに基づいて、他車両２０から発せされる音波ＳＷの進行方向と自己車両１０の進行方向とのなす角度θ（到来角度θ）を算出することができる（他車両の到来方向を演算するステップ）。

また、図４に示す複数のマイクロホン１１２ａ～１１２ｅで検知された音圧信号ＳＳａ～ＳＳｅの時間軸をそれぞれずらして重ね合わせることにより、マイクロホンアレイ１１０が受信した音波ＳＷに関して各々ずらした時間に対応した到来方向の強度を演算することができる。ここで、到来方向推定の角度分解能は、マイクロホンアレイ１１０の全長が長いほど高くなることが知られているが、当該全長は有限であるため、真の到来方向にピークを持ちつつそこから外れる方向に徐々に減衰する角度分解能をもつ。

その結果として、検知される音圧信号の強度に関する到達角度θごとの分布は、真の到来方向に極大値をもつ分布になる。他車両２０が接近するとこの極大値近傍の部分も広がるので、音圧信号の強度分布範囲の時間的変化から、他車両２０の接近の程度を検知することができる。そして、この重ね合わせた波形が最大となるような到来方向における音圧信号の強度の増加速度から、例えば他車両２０の接近速度Ｖを推定することも可能となる（他車両の接近速度を推定するステップ）。

以上のような構成を備えることにより、本発明の実施例１による運転支援システム及び運転支援方法は、複数の音波における音圧信号の到達時間差に基づいて他車両の到来方向を演算するとともに、上記到来方向における音波の強度分布及びその時間変化に基づいて他車両の接近速度を推定するため、自己車両の周囲における音を利用して、自己車両と他車両との関係を検知できる。

また、本実施例の変形例として、判断装置１２０が、上記した他車両２０の到来方向（到来角度θ）及び接近速度Ｖに基づいて当該他車両２０の交差点Ｃ１への進入経路を予測し、そのままだと進入経路上で自己車両１０が他車両２０と衝突すると判別されたときに、自己車両１０の駆動系あるいはブレーキ（図示せず）に緊急停止措置を実行するように構成しても良い。これにより、交差点での出会い頭での衝突事故を回避あるいは抑制することが可能となる。

＜実施例２＞
図５は、本発明の実施例２による運転支援方法の適用事例の一例を示す上面図である。ここで、実施例２において、運転支援システムは実施例１と同一あるいは同様の構成を備えるものを適用し得るため、実施例１と同一の符号を用いることにより再度の説明を省略する。

図５に示すように、本発明の実施例２による運転支援システムは、その一例として、図２に示した交差点Ｃ１において、道路Ｒ１に沿って建物（あるいは壁）３０が存在し、自己車両１０の運転者が他車両２０を視認できない状況にある場合にも適用できる。このような場合、他車両２０から発せられる音波ＳＷは、交差点Ｃ１をそのまま直進して伝搬する波と、建物３０の角部Ｅ１で回折した後に自己車両１０に向けて伝搬する回折波ＤＷとに分かれる。そして、実施例１の場合と同様に、回折波ＤＷが自己車両１０の前面に設けられたマイクロホンアレイ１１０で検出される。

マイクロホンアレイ１１０で検知された音圧信号ＳＳａ～ＳＳｅは、図４に示したものと同様に、マイクロホン１１２ａ～１１２ｅごとに所定の到達時間差だけずれて受信される。そして、実施例１の場合と同様に、回折波ＤＷの音圧信号ＳＳａ～ＳＳｅから得られる音波ＳＷの到達時間差ΔＴに基づいて、当該回折波ＤＷの進行方向と自己車両１０の進行方向とのなす角度θ（到来角度θ）を算出することができる。

また、音圧信号ＳＳａ～ＳＳｅの強度分布範囲の時間的変化から、これらの重ね合わせた波形が最大となるような到来方向における音圧信号の強度の増加速度に基づいて、例えば他車両２０の接近速度Ｖを推定できる。そして、算出した到来角度θ及び接近速度Ｖから他車両２０の存在位置を推定し、ユーザインターフェース１３０に地図情報とともに表示することも可能となる。

以上のような構成を備えることにより、本発明の実施例２による運転支援システム及び運転支援方法は、実施例１で得られた効果に加えて、自己車両の運転者に対して視野外となる位置から他車両が接近した場合であっても、他車両の存在を検知することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１０ 自己車両
１２ バンパー
２０ 他車両
１００ 運転支援システム
１１０ マイクロホンアレイ
１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄ、１１２e マイクロホン
１２０ 判断装置
１３０ ユーザインターフェース

Claims (4)

1. 自己車両の位置情報及び走行パラメータと地図情報とに基づいて、地図上の前記自己車両の現在位置を把握する運転支援システムであって、
   同一直線上に複数のマイクロホンを所定の間隔で整列させたマイクロホンアレイと、
   前記複数のマイクロホンのそれぞれから受信される音波に基づいて、他車両の接近を検知する判断装置と、
   を含み、
   前記判断装置は、前記複数のマイクロホンのそれぞれから受信される複数の音圧信号の到達時間差に基づいて前記他車両の到来方向を演算するとともに、前記到来方向における前記複数の音波の強度分布及びその時間変化に基づいて前記他車両の接近速度を推定する
   ことを特徴とする運転支援システム。
2. 前記判断装置は、前記到来方向及び前記接近速度に基づいて前記他車両の進入経路を予測し、前記進入経路上で前記自己車両が前記他車両と衝突すると判別されたときに、前記自己車両に緊急停止措置を実行する
   ことを特徴とする請求項１に記載の運転支援システム。
3. 自己車両の位置情報及び走行パラメータと地図情報とに基づいて、地図上の前記自己車両の現在位置を把握する運転支援システムにおける運転支援方法であって、
   前記運転支援システムは、同一直線上に複数のマイクロホンを所定の間隔で整列させたマイクロホンアレイと、前記複数のマイクロホンのそれぞれから受信される音波に基づいて、他車両の接近を検知する判断装置と、を含み、
   前記複数のマイクロホンのそれぞれから受信される複数の音圧信号の到達時間差に基づいて前記他車両の到来方向を演算するステップと、
   前記到来方向における前記複数の音波の強度分布及びその時間変化に基づいて前記他車両の接近速度を推定するステップと、
   を含むことを特徴とする運転支援方法。
4. 前記到来方向及び前記接近速度に基づいて前記他車両の進入経路を予測し、前記進入経路上で前記自己車両が前記他車両と衝突すると判別されたときに、前記自己車両に緊急停止措置を実行するステップ
   をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の運転支援方法。
   

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