JP3351205B2 - 車両の安全走行制御装置及び制御方法 - Google Patents

車両の安全走行制御装置及び制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の安全走行
制御の制御装置及び制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ドライバの運転技量を判定しその結果を
車両制御に反映させる技術として、例えば特開平6−191
315 号公報などが既に知られている。ここでは、ドライ
バの技量を判定する手法として、ステアリングホイール
の操舵角の変化速度と、横加速度の変化速度を用いてい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような運転技量判定手法では、例えばコーナー走行中に
車両が横滑りを起こしドライバが高度なステアリング操
作（車両の旋回方向と逆方向にステアリングを操作す
る：カウンターステア）を行った場合などにおいて、的
確な技量判定が不可能である。
【０００４】したがって、本発明の目的はドライバの的
確な技量判定を行い、車両の安全走行を実現する安全走
行制御装置及び制御方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的は、車輌の走行
に伴う前車輪の走行軌跡を算出することができる画像情
報を得るカメラであって、前記前車輪の中心軸と同じ方
向に向けて且つ道路の白線とは垂直な方向に向けて車輌
の前車輪部に設けられ、前記前車輪が道路の軌跡と同じ
走行軌跡を描くときカメラに写る白線が水平となるよう
に前記前車輪部に設けられたカメラと、前記カメラの画
像情報から白線を認識する白線認識手段と、前記白線認
識手段により認識された白線の前記カメラの画像情報の
水平方向に対する勾配を求める勾配演算手段と、前記勾
配演算手段によって求められた勾配の値を用いて運転者
の運転技量を判定する運転技量判定手段と、前記運転技
量に応じた制御パラメータを演算する制御パラメータ演
算手段と、前記制御パラメータに基づいて、前記車両の
パワートレインを制御するパワートレイン制御手段と、
を備えたことを特徴とする車両の安全走行制御装置等に
より達成される。
【０００６】ここで、パワートレイン制御手段とは単に
燃料噴射制御，点火時期制御，スロットル制御，自動変
速機の変速比制御に限らず、ステアリング制御，自動ブ
レーキ制御等、車両の走行制御及び安全走行に必要なあ
らゆる制御手段をさす。
【０００７】上記目標走行軌跡設定手段では、ナビゲー
ションシステム等の自車位置検出手段により、自車位置
における走行路の目標走行奇跡を算出する。また、上記
車輪の走行軌跡を求める手段では、前方認識用車載カメ
ラなどによる画像情報から、実際に車両の車輪が走行し
ている軌跡を算出する。この２つの軌跡の偏差が上記走
行軌跡偏差演算手段で演算され、上記運転技量判定手段
における技量判定の指標となる。上記制御パラメータ演
算手段では、運転技量判定結果に応じた制御パラメータ
が演算され、エンジントルク制御等の上記パワートレイ
ン制御手段に用いられる。したがって、ドライバの運転
技量に応じたパワートレイン制御が施され、車両の安全
走行が可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の車両の安全走行制
御装置及び制御方法について、図示の実施例により詳細
に説明する。
【０００９】図１は本発明の基本構成を示すブロック図
である。車両の走行すべき軌跡、つまり走行している道
路の奇跡を、目標走行軌跡設定手段１０１により算出す
る。上記目標走行軌跡設定手段として、ナビゲーション
システム等の自車位置検出手段、あるいはコーナー進入
前の車載カメラの画像情報等があげられる。次に、実際
に車両の車輪が描く軌跡を車輪の走行軌跡を求める手段
１０２で検出する。上記車輪の走行軌跡を求める手段と
して、前方認識用車載カメラ等があげられる。上記車載
カメラは車両の前車輪と同じ方向を向くよう取り付けら
れている。上記車載カメラからの画像情報により、現在
前車輪が走行している軌跡を算出する事ができる。走行
軌跡偏差演算手段１０３では、上記２つの走行軌跡の偏
差を演算する。より分かりやすく言えば、走行すべき軌
跡に対する実際に車両の描く軌跡とのズレを算出する事
になる。運転技量判定手段１０４では、上記走行軌跡偏
差演算手段１０３で求められた演算結果を指標として、
ドライバの技量を上級者，中級者，初心者の３段階に判
定する。制御パラメータ演算手段１０５ではドライバの
技量に応じた制御パラメータが演算され、パワートレイ
ン制御手段１０６に出力される。
【００１０】図２にシステム構成の一例を示す。ロケー
タ装置２０１は自車の地図上の位置をＧＰＳ２０２，角
速度センサ２０３，地磁気センサ２０４，車輪速センサ
205，ＦＭ多重放送受信器２０６，ビーコン受信器２０
７、及び地図２０８からの情報により決定する。安全走
行コントローラ２０９はＩ／Ｏインターフェース210，C
PU211，メモリ２１２から構成される。上記安全走行コ
ントローラは、上記ロケータ装置２０１からの位置情報
とカメラ２１３からの画像情報によりドライバの技量を
判定し、車両が安全に走行するための制御パラメータを
上記安全走行コントローラ２０９で算出する。ここで、
上記カメラ２１３は車両の前車輪と同じ方向を向くよう
とりつけられている。そして、上記安全走行コントロー
ラ２０９での演算結果を基に、バルブタイミングコント
ローラ２１４，スロットルコントローラ２１５，点火時
期コントローラ２１６、及び燃料噴射コントローラ２１
７でエンジン２２０の制御を行い、変速機コントローラ
２１８でオートマチックトランスミッション２２１を、
ブレーキコントローラ２１９でブレーキ制御アクチュエ
ータ２２２をそれぞれ制御する。
【００１１】次にナビゲーションシステムと前車輪と同
じ方向を向くように取り付けられた前方認識用車載カメ
ラを用いて、走行軌跡偏差を算出する一例について述べ
る。図３（ａ）は地図情報から求めた道路の軌跡の模式
図を、図３（ｂ）はカメラの画像から求めた前車輪の軌
跡の模式図である。この２つを合成すると図３（ｃ）の
ようになり、斜線で示された部分が走行軌跡偏差であ
る。つまり、地図情報によって得られる道路の曲率半径
が目標走行軌跡となり、カメラの画像から演算される道
路の曲率半径が車輪の走行軌跡となる。この２つの曲率
半径の差分が走行軌跡偏差として演算される。
【００１２】次に、前車輪部に軸方向を向けて取り付け
られたカメラを用いて走行軌跡偏差を算出する一例につ
いて述べる。図４は車輪カメラの設置場所と前記カメラ
による道路の白線の画像を示すものである。前車輪に取
り付けられる車輪カメラは、道路の中央線（白線）と垂
直方向を向いている。したがって、前車輪が道路の軌跡
と同じ軌跡を描くとき、上記カメラに写る白線は水平と
なる。つまり、水平方向（ΔΦ＝０）が目標走行軌跡と
なる。これに対して、車両が白線に近づくとき、図４に
示す走行軌跡（１）のような画像となり、また車両が白
線から遠ざかるとき、走行軌跡（２）のような画像とな
る。そして、水平方向に対する勾配ΔΦが走行軌跡偏差
として求められる。また、カメラに写る白線の高さＨは
車輪と白線との距離Ｌの関数として求められる。このよ
うな車輪カメラと白線とを用いる手法は、車両の左前車
輪のカメラとガードレール(あるいは道路端などでも良
い)の認識においても同様の手法が適用できる。
【００１３】図５は時間ｔに対するステアリング操舵角
θ，車両に発生する横方向の加速度α、及び走行軌跡偏
差Δφを示したものである。この例は、車両がコーナー
の途中でグリップを失い、その後のドライバのステアリ
ング操作によってグリップを回復する例である。時刻t1
において、車両がコーナーへ進入しドライバはステアリ
ング操作を開始する。すると車両が旋回し、それに伴い
横加速度αが増加していく。適切なステアリング操舵角
になれば、コーナー終了時までその操舵角を保持する。
ところが、時刻t2においてタイヤのグリップが急激に低
下し（スリップ率μが小さくなる）、車両が横滑りを起
こすとα(t2)はゼロになる。このような状況においてド
ライバが上級者の場合には、車両の旋回方向と逆方向へ
ステアリング操作を行い（カウンタステア）、車両の前
車輪が道路の軌跡をトレースするような動作を行う。初
心者の場合には、このような一連の動作を行うことはで
きない。車両が横滑りを起こしたような場合には、走行
軌跡偏差Δφが大きく現れるが、カウンタステアにより
走行軌跡の修正に要する時間が短ければ、ドライバは上
級者であると判定する事ができる。したがって、道路の
軌跡と車両の前車輪の走行軌跡との偏差と、その偏差の
生じている時間とを、運転技量判定のパラメータとして
用いれば的確な技量判定が可能である。
【００１４】上記の運転技量判定の指標となるパラメー
タをマップとして、安全走行コントローラーのメモリ内
に確保する実施例について述べる。図６に車両の速度が
低，中速時における運転技量判定マップを、図７に高速
時における運転技量判定マップを示す。横軸は上記走行
軌跡偏差の生じている時間を反応速度Δｔとし、縦軸は
上記走行軌跡偏差Δφとする。この２つのパラメータを
用いてドライバの技量を上級者，中級者，初心者の３段
階に判定する。例えば、カウンタステア走行のように走
行軌跡偏差が大きくても反応速度が早い場合には上級者
であり、また走行軌跡偏差が小さいにも係わらず反応速
度が遅い場合には初心者であると判定する。この２つの
技量判定パラメータは車速によって大きく変化するた
め、中低速時のマップと高速時のマップとが用意されて
いる。図７に示すように、高速時には初心者の領域を拡
大し、中級者の領域を上級者側へシフトすることによ
り、中級者領域近傍の上級者による暴走運転の防止が図
れる。
【００１５】図８に運転技量判定手段のフローチャート
を示す。ステップ８０１にて車両の速度Ｖspをセンサか
ら読み込む。ステップ８０２において走行している道路
の曲率半径φの情報をメモリから読み出す。ステップ８
０３において、カメラからの画像を処理し車両の前車輪
の走行している軌跡φopを演算する。次にステップ８０
４においては、次の（数１）式の演算を行う。
【００１６】
【数１】 Δφ＝｜φop−φ｜ …（数１） このΔφを走行軌跡偏差として技量判定の指標に用い
る。ステップ８０５では次の（数２）式の演算を行う。
【００１７】
【数２】
【００１８】ここでτは走行軌跡偏差Δφを演算する周
期であり、（数２）式の演算により走行軌跡偏差の微分
値Δφ＊を演算する。次にステップ８０６において、上
記走行偏差微分値Δφ＊とあらかじめ設定したしきい値
ΔφＨとを比較する。しきい値を越えない場合、つまり
Δφがほとんど変化しない場合は、ステップ８０７にて
タイマをカウントし処理を終了する。またしきい値を越
えた場合、つまりΔφが変化した場合には、ステップ８
０８にて運転技量判定マップ検索を行いドライバの技量
を上級者，中級者，初心者の３段階で判定し、運転技量
パラメータSk1を出力する。そして、ステップ８０９で
タイマをリセットし処理を終了する。
【００１９】図９は時間Timeに対する走行軌跡偏差Δ
φ，偏差微分値Δφ＊，技量判定結果Skl1を示したもの
である。走行軌跡偏差は一定周期で演算され、同様に偏
差微分値も演算される。前記偏差微分値がしきい値を越
えた場合、つまり時刻ｔ1〜ｔ5において技量判定が行わ
れ、技量判定結果Skl1が演算される。ここで、前記技量
判定結果は上級者が３，中級者が２，初心者が１という
値が出力されるようになっている。
【００２０】上記のような運転技量判定手法は、車両の
コーナー走行時だけでなく直線走行の場合に於いても、
的確な技量判定が可能である。例えば、路面の摩擦係数
が小さい（雪道）などを走行する場合に、車両の横滑り
が発生するケースがある。このような場合には、上級者
は道路の軌跡と前車輪の軌跡が一致するようなステアリ
ング操作を行う。したがって、直線走行時においても、
目標走行軌跡と前車輪の走行軌跡を算出し、２つの走行
軌跡の偏差を求めることで、的確な技量判定が可能であ
る。
【００２１】図１０にドライバの運転技量判定結果を用
いた車両の安全走行制御フローチャートを示す。ステッ
プ１００１において、上記運転技量Skl1を算出する。次
にステップ１００２において、ドライバの総合運転技量
Skl2を算出する。前記総合運転技量Skl2とは、前記Skl1
の平均値である。次にステップ１００３では、総合技量
判定が終了か否かの判定を行う。これは、ある一定時
間、あるいは一定距離車両が進んだかなどにより設定さ
れるものである。次に、ステップ９００３での結果がＹ
ｅｓの場合には、ステップ１００４において安全な走行
状態を確保するような安全走行制御パラメータの演算を
行う。以下、安全走行パラメータの演算について述べ
る。まず、エンジントルクを制御するため、安全走行の
ためのスロットル開度を目標スロットル開度θｔとし次
の（数３）式により演算する。
【００２２】
【数３】 θｔ＝ｆ１（Sto，Vsp，Ne，Skl2） …（数３） ここで、Stoはアクセル開度、Vspは車速、Neはエンジン
回転数、Skl2は総合運転技量をそれぞれ表す。次に、ブ
レーキングによって車速を直接下げるために、ブレーキ
踏力の制御を行う。安全走行のためのブレーキ踏力を目
標ブレーキ踏力Brとし次の（数４）式により演算する。
【００２３】
【数４】 Br＝ｆ２（Brd，Vsp，Skl2） …（数４） ここで、Brdはブレーキ踏力、Vspは車速、Skl2は総合運
転技量をそれぞれ表す１。次に、変速機のギヤ比を下
げ、エンジンブレーキによって車速を低下させるために
ギヤ比の制御を行う。安全走行のためのギヤ比を目標ギ
ヤ比Grとし次の（数５）式により演算する。
【００２４】
【数５】 Gr＝ｆ２（Tvo，Vsp，Skl2） …（数５） ここで、Tvoはスロットル開度、Vspは車速、Skl2は総合
運転技量をそれぞれ表す。これらの安全走行制御パラメ
ータを演算し、処理を終了する。次に、ステップ１００
５において、判定回数をクリアし、処理を終了する。ま
た、ステップ１００３の結果がＮｏの場合には、ステッ
プ１００６において判定回数のカウントを行い、処理を
終了する。ここで、総合技量判定Skl2は、エンジン始動
時における初期値は上級者と設定されており、１回目の
総合技量判定が終了してから、安全走行制御が開始され
る。
【００２５】次に、ドライバ技量判定によって得られる
運転技量パラメータを、アンチロックブレーキングシス
テム（ＡＢＳ）に用いる一例について述べる。ＡＢＳと
は、すべりやすい路面等での制動で、車輪のロックを回
避しながらタイヤと路面の摩擦係数に追随し、車両を安
定した制動力に制御するシステムである。図１１にスリ
ップ率と路面の摩擦係数について示す。ここで、車輪の
スリップ率ρは次の（数６）式で定義される。
【００２６】
【数６】
【００２７】ここで、Ｖは車体速度を、ωは車輪角速度
を、ｒは車輪有効半径を表す。ABSの制御が行われる
と、制動時における車両の方向安定性及び操舵性を考慮
し、かつ大半の路面状況において満足しうる安定量域内
でのμの高い領域（図１１に示す領域ｂ）に制御され
る。ここで、上記ＡＢＳ制御領域を運転技量パラメータ
に応じて変化させる。図１２に運転技量パラメータに応
じたＡＢＳの制御領域を示す。初級者の場合は従来と同
じ領域であり、中級者の場合は制御領域をさらに拡大す
る。そして、上級者の場合にはＡＢＳ制御を解除する。
このようにＡＢＳの制御領域を運転技量に応じて変化さ
せることで、技量の高いドライバはＡＢＳの制御領域に
拘束されることなく、運転を楽しむ事ができる。
【００２８】
【発明の効果】このように構成した本発明によれば、ド
ライバの運転技量に応じた車両のパワートレイン制御が
行われ、車両の運動性能が運転技量との関係において適
正となり、かつ車両の安全走行が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基本構成を示すブロック図。
【図２】システム構成図。
【図３】走行軌跡偏差算出を説明するための図。
【図４】カメラにより得られた画像を示す図。
【図５】コーナー走行時における上級者走行の一例図。
【図６】運転技量判定マップ。
【図７】運転技量判定マップ。
【図８】運転技量判定手段のフローチャート。
【図９】運転技量判定結果のタイムチャート。
【図１０】安全走行制御フローチャート。
【図１１】スリップ率と路面の摩擦係数との関係を示す
図。
【図１２】運転技量パラメータに応じたＡＢＳの制御領
域を示す図。
【符号の説明】
１０１…目標走行軌跡設定手段、１０２…車輪の走行軌
跡を求める手段、103…走行軌跡偏差演算手段、１０４
…運転技量判定手段、１０５…制御パラメータ演算手
段、１０６…パワートレイン制御手段、２０１…ロケー
タ装置、２０２…ＧＰＳ、２０３…角速度センサ、２０
４…地磁気センサ、２０５…車輪速センサ、２０６…Ｆ
Ｍ多重放送受信器、２０７…ビーコン受信器、２０８…
地図、209…安全走行コントローラ、２１０…Ｉ／Ｏイ
ンターフェース、２１１…ＣＰＵ、２１２…メモリ、２
１３…カメラ、２１４…バルブタイミングコントロー
ラ、２１５…スロットルコントローラ、２１６…点火時
期コントローラ、２１７…燃料噴射コントローラ、２１
８…変速機コントローラ、２１９…ブレーキコントロー
ラ、２２０…エンジン、２２１…オートマチックトラン
スミッション、２２２…ブレーキ制御アクチュエータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ６０Ｔ 8/58 Ｂ６０Ｔ 8/58 Ｚ Ｆ０２Ｄ 29/02 ３１１ Ｆ０２Ｄ 29/02 ３１１Ａ Ｇ０６Ｔ 1/00 Ｇ０８Ｇ 1/0969 Ｇ０８Ｇ 1/0969 Ｇ０６Ｆ 15/62 ３８０ (72)発明者 倉垣 智 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (56)参考文献 特開 平６−199155（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−47970（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−81604（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−83424（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−268110（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−9880（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−171392（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−69757（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−202877（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−341839（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−287205（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−266538（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60K 41/00 - 41/28 B60K 28/00 - 28/16 B60T 8/58 F02D 29/00 - 45/00 G06T 1/00 G08G 1/0969 B62D 6/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】車輌の走行に伴う前車輪の走行軌跡を算出
    することができる画像情報を得るカメラであって、前記
    前車輪の中心軸と同じ方向に向けて且つ道路の白線とは
    垂直な方向に向けて車輌の前車輪部に設けられ、前記前
    車輪が道路の軌跡と同じ走行軌跡を描くときカメラに写
    る白線が水平となるように前記前車輪部に設けられたカ
    メラと、 前記カメラの画像情報から白線を認識する白線認識手段
    と、 前記白線認識手段により認識された白線の前記カメラの
    画像情報の水平方向に対する勾配を求める勾配演算手段
    と、 前記勾配演算手段によって求められた勾配の値を用いて
    運転者の運転技量を判定する運転技量判定手段と、 前記運転技量に応じた制御パラメータを演算する制御パ
    ラメータ演算手段と、 前記制御パラメータに基づいて、前記車両のパワートレ
    インを制御するパワートレイン制御手段と、を備えたこ
    とを特徴とする車両の安全走行制御装置。
  2. 【請求項２】車両の走行すべき目標走行軌跡を設定する
    目標走行軌跡設定手段と、 前記車両の進行方向を決定する車輪の実際の走行軌跡を
    検出または推定する実走行軌跡検出手段と、 前記目標走行軌跡設定手段によって設定された目標走行
    軌跡と前記実走行軌跡検出手段によって検出または推定
    された走行軌跡との偏差を演算する走行軌跡偏差演算手
    段と、 車輌の走行に伴う前車輪の走行軌跡を算出することがで
    きる画像情報を得るカメラであって、前記前車輪の中心
    軸と同じ方向に向けて且つ道路の白線とは垂直な方向に
    向けて車輌の前車輪部に設けられ、前記前車輪が道路の
    軌跡と同じ走行軌跡を描くときカメラに写る白線が水平
    となるように前記前車輪部に設けられたカメラと、 前記カメラの画像情報から白線を認識する白線認識手段
    と、 前記白線認識手段により認識された白線の前記カメラの
    画像情報の水平方向に 対する勾配を求める勾配演算手段
    と、 前記勾配演算手段によって求められた勾配の値を用いて
    運転者の運転技量を判定する運転技量判定手段と、 前記運転技量に応じた制御パラメータを演算する制御パ
    ラメータ演算手段と、 前記制御パラメータに基づいて、前記車両のパワートレ
    インを制御するパワートレイン制御手段と、を備え、 前記運転技量判定手段は、前記走行軌跡偏差と前記走行
    軌跡偏差が生じている時間とに基づいた判定マップを有
    し、前記判定マップにより運転者の運転技量を判定する
    車両の安全走行制御装置。
  3. 【請求項３】請求項２において、 前記判定マップが、前記車両の速度に応じて異なること
    を特徴とする車両の安全走行制御装置。
  4. 【請求項４】車輌の走行に伴う前車輪の走行軌跡を算出
    することができる画像情報を得て、前記画像情報から道
    路の白線を認識し、 前記白線の前記画像情報の水平方向に対する勾配を演算
    し、 前記勾配に基づいて予め定められたマップより運転者の
    運転技量を判定し、 前記運転技量に応じた制御パラメータを演算し、 前記制御パラメータに基づいて、前記車両のパワートレ
    インを制御する車両の安全走行制御方法。
  5. 【請求項５】車両の走行すべき目標走行軌跡を設定し、 前記車両の進行方向を決定する車輪の実際の走行軌跡を
    検出または推定し、 前記目標走行軌跡設定手段によって設定された目標走行
    軌跡と前記実走行軌跡検出手段によって検出または推定
    された走行軌跡との偏差を演算し、 車輌の走行に伴う前車輪の走行軌跡を算出することがで
    きる画像情報を得て、前記画像情報から道路の白線を認
    識し、 前記白線の前記画像情報の水平方向に対する勾配を演算
    し、 前記勾配に基づいて予め定められたマップであって更に
    前記走行軌跡偏差と前記走行軌跡偏差が生じている時間
    とに基づいたマップであり、このマップにより運転者の
    運転技量を判定し、 前記判定された運転技量に応じた制御パラメータを演算
    し、 前記制御パラメータに基づいて、前記車両のパワートレ
    インを制御する車両の安全走行制御方法。
  6. 【請求項６】請求項４または５において、 前記判定マップが、前記車両の速度に応じて異なること
    を特徴とする車両の安全走行制御方法。
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