JP3539204B2

JP3539204B2 - 運転支援装置

Info

Publication number: JP3539204B2
Application number: JP13054598A
Authority: JP
Inventors: 靖牧野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 2004-07-07
Anticipated expiration: 2018-05-13
Also published as: JPH11328596A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーブ走行時においてドライバーの運転操作を支援する措置を実行する運転支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両走行時の経路案内を行うナビゲーション装置が知られており、これが車両に搭載される場合も多くなってきている。このナビゲーション装置では、道路形状データを含む地図データを有している。そこで、走路の前方にカーブが存在すること等をそのカーブ進入前に知ることができる。
【０００３】
そこで、ナビゲーション装置を利用して、カーブ進入時車速の適正化を図ることも提案されている。例えば、特開平８−２０２９９１号公報では、走路の前方にカーブが存在する場合に、そのカーブ走路を安全に通過可能な速度と現在の車速とをカーブ走路の手前で比較する。そして、現在の車速が安全に通過可能な速度より大きかった場合には、警報を発する。そこで、ドライバーが、この警報に応じて、減速することで、カーブ進入時の車速を適正なものにでき、カーブ走路を円滑に通過できる。また、自動的なシフトダウンなどによって減速することについても記載がある。また、この従来技術では、安全に通過可能な速度を求める際に、道路幅に対応した補正を行っている。具体的には、ドライバーは、カーブ走路の道路幅が狭いときは比較的小さな横加速度でも危険感を感じやすく、逆に道路幅が広いときには大きな横加速度でも危険感を感じにくい。このことから、上記従来技術では、道路幅が狭いときには通過可能速度を低めに、一方、道路幅が広いときには通過可能速度を高めに設定するといった補正を行うことが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術においては、進入するカーブ走路の曲率半径を考慮してカーブ進入時の適正な車速を求めていた。このカーブ走路の曲率半径は、道幅に関係なくカーブ毎に固有の一定値であり、例えば、地図データ等に記憶されたものを直接用いていた。しかし、カーブ走路を走行する際の走行ラインには、道幅とカーブの弧の長さに応じた選択の余地がある。例えば、アウト・イン・アウトの走行ラインをとることによって、走行ラインの曲率半径はカーブ走路の中心線に基づいた曲率半径より緩和される。
【０００５】
従来は、これらのことを考慮していないので警報や減速等の措置が不必要に行われる可能性があるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、カーブ走路で取りうる実際の走行ラインに応じてカーブ進入時の車速の適正化を図り、より安全かつ快適な走行を実現する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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の参考例に係る運転支援装置は、カーブした走路への進入前に、道幅を有したカーブ走路上において車両がカーブ外側からカーブ内側へ向けて進入しカーブ外側へ脱出するアウト・イン・アウト形状の走行ラインを取ることによって得られ、カーブ走路自体の曲率半径より大きな走行ラインの最大曲率半径を取得する最大曲率半径取得手段と、前記最大曲率半径を考慮してカーブ進入時の目標車速を算出する目標車速演算手段と、を有し、前記目標車速に基づいて運転支援措置を行うことを特徴とする。
【０００８】
本発明の参考例によれば、最大曲率半径取得手段が、道幅を有した実際のカーブ走路上において、車両がカーブ外側からカーブ内側へ向けて進入しカーブ外側へ脱出するアウト・イン・アウト形状の走行ラインを取ることによって得られる、走行ラインの最大曲率半径を取得する。最大曲率半径取得手段は、予め計算してカーブ走路の属性として地図データに記憶された最大曲率半径を読み出す構成でもよいし、他のカーブ走路の属性から計算により求める演算手段であってもよい。カーブ走路の走行時には、カーブ走路固有の曲率半径から、最大曲率半径取得手段にて取得した最大曲率半径までの範囲内のいずれかの曲率半径を有した走行ラインにて、当該カーブをまわることができる。目標車速演算手段は、例えば、この曲率半径の範囲に対応して目標車速の範囲を求めてもよいし、曲率半径の範囲から選択された一の値に対応した目標車速を求めてもよい。
【０００９】
本発明に係る運転支援装置においては、前記目標車速演算手段が、前記カーブ走路の曲率半径から前記最大曲率半径までの範囲内で取り得る前記走行ラインから予定走行ラインを選択し、当該予定走行ラインの曲率半径を出力する走行ライン選択手段を有し、前記選択された曲率半径に基づいて前記目標車速を求めることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、例えばカーブ走路進入時に、ドライバーがいずれの走行ラインをとるかを推定することなどにより、予定走行ラインが選択され、その予定走行ラインの曲率半径に基づいて、例えば適正値以下の横加速度を生じる目標車速が求められる。
【００１１】
本発明の参考例に係る運転支援装置においては、前記最大曲率半径が、当該カーブ走路の道幅と当該カーブの形状とに基づいて求められることを特徴とする。また本発明に係る運転支援装置においては、前記最大曲率半径が、当該カーブ走路の道幅、中心角及び曲率半径とに基づいて求められることを特徴とする。

【００１２】
最大曲率半径は、例えばカーブの形状の影響を受ける。例えば、カーブの中心線の曲率半径が同一であっても、カーブがブラインドカーブのように走路の方向を大きく変える形状より、そうでない形状の方が最大曲率半径を大きくとることができる。カーブは多くの場合、円弧形状とみなすことができ、その場合、カーブによる走路の方向変化の度合いは、その円弧の中心角により表される。すなわち、カーブが円弧で近似される場合には形状を表すパラメータとしてその円弧の半径（すなわちカーブ走路の曲率半径）とともにその中心角を用いることができる。また、最大曲率半径は道幅の影響も受ける。例えば、カーブ走路の曲率半径と中心角との双方が同一であっても、道幅が広い方がアウト・イン・アウトを有効に行うことができ、最大曲率半径を大きくとることができる。
【００１３】
本発明の好適な態様は、前記運転支援措置として、実際の車速と前記目標車速との比較に基づいた警報の出力を行うものである。本態様においては、例えばカーブの手前において実際の車速が、目標車速より大きい場合にはドライバーに対して警報により警告し、減速を促すことができる。
【００１４】
本発明の他の好適な態様は、前記運転支援措置として、車両の制動を行うものである。本態様においては、例えばカーブ進入時に車速を目標車速に近づけるように減速制御が行われ、カーブにおける安定した走行が確保される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る運転支援装置の全体構成を示すブロック図である。まず、演算処理装置１０は、各種の入力信号に基づき演算処理を行い、制御用の各種信号を出力する。
【００１６】
ＧＰＳレシーバ１２は、人工衛星からの電波を受信して、現在位置を検出するＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）の処理を行うもので、ここから現在位置信号が演算処理装置１０に供給される。なお、ＦＭ多重放送などにより、ＧＰＳの誤差情報を取得し、現在位置検出の精度を上昇するＤＧＰＳ（ディファレンシャル・ＧＰＳ）を利用することも好適である。
【００１７】
地図データベース１４は、通常のナビゲーションに使用するために全国の道路地図情報を有しており、またカーブ形状などのカーブ情報や、各道路の路面の摩擦係数μ等の情報を記憶している。演算処理装置１０は、必要な情報をこの地図データベース１４から得る。
【００１８】
特に地図データベース１４は、カーブ情報としては、カーブ走路の曲率半径Ｒroad及び、カーブにおける方向変化に対応するカーブの中心角θをカーブ形状の情報として格納・保持し、さらにカーブ走路の道幅Ｄも格納・保持している。地図データベース１４は、カーブ走路の曲率半径Ｒroadは、その曲率中心からカーブ走路のイン側までの値Ｒin、またはアウト側までの値Ｒout、またはカーブ走路の中心線までの値Ｒcenterなどのいずれを保持しても構わない。なぜなら、これらは道幅Ｄを用いて相互に容易に換算により求めることができるからである。ここでは、地図データベース１４は、各カーブ走路固有の曲率半径Ｒroadとして、カーブ走路の中心線についての曲率半径Ｒcenterを保持しているものとする。また、中心角θの代わりに、カーブ走路の長さlrを保持するようにしてもよい。なぜなら、これらは、例えばカーブ走路の中心線の長さlrとθとがＲcenterを介して、θ＝lr／Ｒcenterと表されるように、一義的に対応づけられるからである。
【００１９】
車速センサ１６は、回転軸の回転を光学的手法や磁気的な手法で検出するものであり、車輪の回転数に応じてパルス信号を発生する。ヨーレートセンサ１８は、ジャイロなどで形成され、車両の水平面内の旋回についての加速度（ヨーレート）を検出する。演算処理装置１０は、車速センサ１６及びヨーレートセンサ１８の出力により、現時点における車両の挙動を検出する。
【００２０】
警報出力装置２０は、音声出力用のスピーカ、ブザー、ＬＥＤ（光射出ダイオード）、ディスプレイ等からなり、演算処理装置１０からの信号により、減速を指示する警報を出力する。なお、ディスプレイは、ナビゲーション用の表示を行う。減速装置２２は、スロットルアクチュエータ、変速アクチュエータ、ブレーキアクチュエータ等からなり、演算処理装置１０からの信号に応じて、車両を減速制御する。
【００２１】
次に、このような運転支援装置の動作について説明する。図２は、本装置における本発明の特徴的動作を示すフローチャートである。演算処理装置１０は、カーブが所定距離に近づくと、当該カーブでの安定な走行を確保するための処理を開始する。例えば、ここではその所定の距離として安全停止距離Ｌを採用している。このように安全停止距離Ｌを採用すれば、前方のカーブ走路が急な曲がりを有し、ほとんどその手前で停止しなければならないような場合であっても、当該カーブに対応するための処理を行うための時間を確保することができる。演算処理装置１０は、車両重量、路面状態、及び車速を取り込み、安全停止距離Ｌを算出する（Ｓ５０）。
【００２２】
路面上でのタイヤの最大摩擦力Ｆmaxは、
Ｆmax＝μＨ（μは最大摩擦係数、Ｈは垂直荷重）
で表される。直線で減速する場合、この最大摩擦力の全てを減速力に使える。
【００２３】
このため、最大減速度ａは、
ａ＝Ｆmax／Ｍ＝μＨ／Ｍ（Ｍは質量）
で表され、垂直荷重Ｈは、質量Ｍ×重力加速度ｇで表されるため、
ａ＝μｇ
となる。従って、路面の摩擦係数μが分かれば、直線での最大減速度が求まる。
【００２４】
ここで、摩擦係数μは、地図データベース１４に道路毎に記憶しておけばよい。この場合、雨滴センサや、ワイパースイッチや路面の撮像装置により、路面の濡れ具合を検出し、摩擦係数μを補正するとよい。
【００２５】
また、各道路について、摩擦係数μを記憶しておくのではなく、アスファルトでドライならいくつ、ウェットならいくつというようなテーブルをもっておき、道路の舗装状況（これを地図データベース１４にもっておく）から摩擦係数μを判定してもよい。
【００２６】
また、路側のビーコンから、走行中の道路の摩擦係数μの値を送信するようにし、車両に搭載した通信機で受信して、摩擦係数μを得てもよい。
【００２７】
さらに、過去のブレーキや加速時におけるスリップなどの車両の挙動から摩擦係数μを推定してもよいし、セルフアライニングトルク（タイヤがあるスリップ角をもって転動しているとき、タイヤの接地面にスリップ角を小さくする方向に働くトルク）から推定してもよい。
【００２８】
このようにして、最大減速度ａが求まれば、現在車速をＶ0に対し、停止までの時間ｔは、
ｔ＝Ｖ0／ａ
で求まり、従って安全停止距離Ｌは、
Ｌ＝−ａｔ²／２＋Ｖ0・ｔ＝Ｖ0²／２μｇ
となり、その時の車速Ｖ0、路面の摩擦係数μ、重力加速度ｇに基づいて、決定される。
【００２９】
このようにして、求めた安全停止距離Ｌに対応して、現在位置から距離Ｌ内にカーブが存在するかを判定する（Ｓ５５）。この判定は、ＧＰＳレシーバ１２で得られる現在位置と、地図データベース１４から得られる現在位置の前方の道路データの比較により行う。なお、本実施形態では、ナビゲーション機能により、目的地までの経路設定がなされていることを前提としており、交差点による右左折などもカーブとして取り扱うことも好適である。
【００３０】
そして、カーブが存在しなければ、処理Ｓ５０に戻り、その時点での距離Ｌを算出して処理Ｓ５５に戻ってくる。これは、前方距離Ｌ内にカーブがなければ、カーブへの対処は不要だからである。
【００３１】
一方、距離Ｌ内にカーブが存在した場合には、そのカーブへの対処のための処理が開始される。演算処理装置１０は、まず地図データベース１４から、当該カーブ走路の曲率半径Ｒroad、中心角θ、道幅Ｄを読み出す（Ｓ６０）。図３は、カーブ走路の一例の模式的な平面図であり、カーブ走路の曲率半径等のパラメータを意味を視覚的に示すものである。
【００３２】
次にこれらのパラメータに基づいて、次式（１）式より、当該カーブ走行路３０において取りうる走行ライン３２の最大曲率半径Ｒmaxを算出する（Ｓ６５）。但し、Ｒout＝Ｒcenter＋Ｄ／２である。
【００３３】
【数１】

一方、当該カーブ走行路において取りうる走行ラインの最小曲率半径Ｒminとして、カーブのイン側の曲率半径Ｒinが次の（２）式により算出される（Ｓ７０）。
【００３４】
【数２】
Ｒmin ＝Ｒin ＝Ｒcenter−Ｄ／２ ………（２）
次に、演算処理装置１０は、アウト・イン・アウトの度合いを表すパラメータαを用いて、次の（３）式により、予定走行ラインの曲率半径Ｒを算定する（Ｓ７５）。
【００３５】
【数３】
Ｒ＝α（Ｒmax−Ｒmin）＋Ｒmin ………（３）
ここで、パラメータαは、０≦α≦１であり、α＝０のとき予定走行ラインの曲率半径Ｒは、走行可能な曲率半径の最小値であるＲminとなり、一方、α＝１のとき予定走行ラインの曲率半径Ｒは、走行可能な曲率半径の最大値であるＲmaxとなる。
【００３６】
例えば、αは、カーブ走路の曲率半径Ｒroad、中心角θ、道幅Ｄといったパラメータとの相関を考慮しつつ実験的・統計的に定めることが可能である。運転者に影響を与える可能性がある道路の状況、例えば、道路が自動車専用道路であるか一般道か、またセンターラインがある道路か否か、左カーブか右カーブか、道路端にガードレールがあるか否か、道路のイン側・アウト側が谷や山か、天候、時刻が昼か夜か、夜間の場合には照明があるか否か、等々の要因との相関を考慮することも可能であり、必要に応じて地図データから得られる情報や別途設けた各種センサからの情報に基づいてそれらの状況を検知し、αを選択することができる。
【００３７】
また、αは運転者の個性や心理状態の影響を受け得る。例えば、運転者の個性に関しては、装置が運転者毎に、上述したような様々な要因とαとの関連を学習するような構成が可能である。また、運転開始時に運転者が装置に、自分の好みのαを指定するようにしてもよい。また、運転者の心理状態を観測するためのセンサを設け、その出力に応じて、運転者が急いでいるか否か等を判断しαを選択する構成も可能である。
【００３８】
このようにしてαを選択し、それに応じて算定された予定走行ラインの曲率半径Ｒ（目標車速演算用曲率半径）を求めると（Ｓ７５）、演算処理装置１０は次にそのＲを用いて目標車速Ｖを算定する（Ｓ８０）。カーブ走行時には、遠心力による横加速度が生じる。許容される横加速度を目標横加速度Ｇyとすると、目標車速Ｖは、次の（４）式によって算出される。
【００３９】
【数４】
Ｖ＝（Ｒ・Ｇy）^1/2 ………（４）
例えば、目標横加速度Ｇyは、路面とタイヤとの最大摩擦力μＨに応じて定める、すなわちＧy＝μＨとすることができる。また、路面が傾斜を有している場合には、それを考慮してＧyを定めることもできる。なお、路面の傾斜は地図データベース１４のカーブ情報として保持させる構成が可能である。
【００４０】
このようにして、カーブ進入時の目標車速が求められると、演算処理装置１０は、現在の車速を取り込み、当該現在車速と目標車速とを比較する（Ｓ８５）。現在の車速が目標車速以上であった場合には、減速装置２２に対し、車両の減速を行うよう指示したり、警報出力装置２０に対して運転者への警報を発するよう指示したりする（Ｓ９０）。判断Ｓ８５においてＮＯであった場合には、それらの運転支援措置を行わずに当該カーブ走路に対する処理を終了する。
【００４１】
まず、運転支援措置として減速を行う場合を説明する。この減速は、具体的にはスロットルの閉操作、シフトダウン、ブレーキの操作による（基本的にはこの優先順位で減速を行う）。なお、この際、ヨーレートセンサ１８の出力を用い、車両が安定な範囲にとどまるように減速度を調整するとよい。判断Ｓ８５においてＮＯであった場合には、処理を終了する。
【００４２】
この減速は、予定走行ラインのカーブの開始点前に行われる。この開始点は、必ずしもカーブ走路のカーブ開始点とは一致せず、一般には、その手前に位置する。演算処理装置１０はαに応じたそのカーブ開始位置Ｐを算出し、例えば安全停止距離Ｌからの当該ポイントＰまでの間に車速が目標車速に達するような減速度を算定して減速装置２２に指示を与える。
【００４３】
このように、本装置はカーブ走路への進入に際し、予定走行ラインに応じた適正な速度まで減速を行うので、カーブ走路を安定して通過することができる。
【００４４】
次に、減速は、原則的にドライバーに任せ、警報を出力する場合について、説明する。警報の場合には、処理Ｓ９０において減速処理に代えて、警報が発せられる。この場合には、例えば、目標車速を小さめに設定することにより警報が発せられるタイミングを上述の自動的な減速開始のタイミングより早めにし、これにより、ドライバーに余裕を持ってブレーキ操作を行わせるように構成することができる。
【００４５】
また、音声で警報を行う場合には、音声の警報の出力時間を考慮して、上述の距離Ｌを大きくするとよい。また、警報発生からブレーキ操作までの時間などを考慮することも好ましい。
【００４６】
さらに、警報を基本として、スロットル閉による減速のみを組み合わせることも好適である。また、上述のように、警報は減速制御より早いタイミングで出力される。そこで、両方とも行うようにしておくことで、警報に応じた減速操作が行われないときに、減速制御が行われるようになる。このように両制御を組み合わせることも好適である。また、減速制御を行っているときには、その旨の表示を行うとよい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の運転支援装置によれば、カーブ走路を進行方向のみを考慮した単なる線としてではなく、道幅をも考慮した二次元的な対象として取り扱う。すなわち、道幅を有する現実のカーブ走路上では、アウト・イン・アウトといった走法が可能であり、カーブ走路自体の曲率半径より大きな曲率半径を有した走行ラインを選択する余地がある。本発明は、このような実際の走行ラインにおける曲率半径の緩和の可能性を考慮することによって、カーブ走路通過時の車速の一層の適正化を図ることができる。すなわち、不必要な減速やそのための警報を行うことがなく、安全かつ、運転者の感性に合った快適な走行を実現することができるという効果を有する。また、適正車速の計算において、適正車速にそれぞれ影響を与える道幅と弧の中心角とを統一的に取り扱うことにより、計算ロジックが簡単であり、演算負荷を抑制することができ、走行中におけるリアルタイムでの動作が確保されるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る運転支援装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本装置における本発明の特徴的動作を示すフローチャートである。
【図３】カーブ走路の一例の模式的な平面図である。
【符号の説明】
１０演算処理装置、１２ＧＰＳレシーバ、１４地図データベース、１６車速センサ、１８ヨーレートセンサ、２０警報出力装置、２２減速装置。

Claims

カーブ走行時において、ドライバーの運転操作を支援する措置を実行する運転支援装置であって、
カーブした走路への進入前に、道幅を有したカーブ走路上において車両がカーブ外側からカーブ内側へ向けて進入しカーブ外側へ脱出するアウト・イン・アウト形状の走行ラインを取ることによって得られ、カーブ走路自体の曲率半径より大きな走行ラインの最大曲率半径を取得する最大曲率半径取得手段と、
前記最大曲率半径を考慮してカーブ進入時の目標車速を算出する目標車速演算手段と、
を有し、前記目標車速に基づいて運転支援措置を行う運転支援装置において、
前記目標車速演算手段は、
前記カーブ走路の曲率半径から前記最大曲率半径までの範囲内で取り得る前記走行ラインから予定走行ラインを選択し、当該予定走行ラインの曲率半径を出力する走行ライン選択手段を有し、
前記選択された曲率半径に基づいて前記目標車速を求めることを特徴とする運転支援装置。
カーブ走行時において、ドライバーの運転操作を支援する措置を実行する運転支援装置であって、
カーブした走路への進入前に、道幅を有したカーブ走路上において車両がカーブ外側からカーブ内側へ向けて進入しカーブ外側へ脱出するアウト・イン・アウト形状の走行ラインを取ることによって得られ、カーブ走路自体の曲率半径より大きな走行ラインの最大曲率半径を取得する最大曲率半径取得手段と、
前記最大曲率半径を考慮してカーブ進入時の目標車速を算出する目標車速演算手段と、
を有し、前記目標車速に基づいて運転支援措置を行う運転支援装置において、
前記最大曲率半径は、当該カーブ走路の道幅、中心角及び曲率半径とに基づいて求められることを特徴とする運転支援装置。