JP3767572B2 - 車両用運転操作補助装置およびその装置を備えた車両 - Google Patents
車両用運転操作補助装置およびその装置を備えた車両 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転者の操作を補助する車両用運転操作補助装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の車両用運転操作補助装置は、先行車と自車両との車間距離に基づき、アクセルペダルの操作反力を変更している(例えば特許文献1)。この装置は、車間距離の減少に伴いアクセルペダルの反力を増加させることによって、運転者の注意を喚起する。
本願発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献1】
特開平10−166889号公報
【特許文献2】
特開平10−166890号公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このような車両用運転操作補助装置は、アクセルペダル反力を変化させて自車両周囲の環境変化を運転者に確実に知らせるとともに、運転者の意図しないアクセルペダル反力の変化を抑制することが望まれている。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明による車両用運転操作補助装置は、自車両状態および自車両周囲の障害物状況を検出する走行状況認識手段と、走行状況認識手段からの信号に基づいて自車両周囲の障害物に対する接近度合を表すリスクポテンシャルを算出するリスクポテンシャル算出手段と、リスクポテンシャル算出手段によって算出されるリスクポテンシャルに基づいて、車両操作機器に発生する操作反力を算出する反力算出手段と、反力算出手段からの信号に基づいて、車両操作機器に操作反力を発生する操作反力発生手段と、反力算出手段によって算出される操作反力の変化速度(以降、反力変化速度とする)を算出する反力変化速度算出手段と、反力変化速度算出手段で算出される反力変化速度が、運転者が車両操作機器に発生する操作反力の変化に反応して車両操作機器を操作するときの反応速度の限界値である限界反応速度よりも速い場合と遅い場合とで、リスクポテンシャルに基づいて算出される操作反力の変化特性を変更する特性変更手段とを有し、限界反応速度は、運転者が車両操作機器に発生する操作反力の変化を知覚してから車両操作機器を操作し始めるまでの反応時間を略最小とする値である。
【0005】
【発明の効果】
リスクポテンシャルに応じて車両操作機器に発生する操作反力の変化特性を、反力変化速度の所定値を境として変更することにより、自車両周囲のリスクポテンシャルを運転者の伝達することができるとともに、運転者の意図しない反力変化を抑制することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態による車両用運転操作補助装置について、図面を用いて説明する。図1は、第1の実施の形態による車両用運転操作補助装置1の構成を示すシステム図であり、図2は、車両用運転操作補助装置1を搭載した車両の構成図である。図3は、アクセルペダル周辺の構成を示す図である。
【0007】
まず、車両用運転操作補助装置1の構成を説明する。レーザレーダ10は、車両の前方グリル部もしくはバンパ部等に取り付けられ、水平方向に赤外光パルスを照射し、自車両の前方領域を走査する。レーザレーダ10は、自車両の前方にある複数の反射物(通常、前方車の後端)で反射された赤外光パルスの反射波を計測し、反射波の到達時間より、前方車までの車間距離と相対速度を検出する。検出した車間距離および相対速度はコントローラ30へ出力される。レーザレーダ10によりスキャンされる前方の領域は、自車正面に対して±6deg程度であり、この範囲内に存在する障害物が検出される。
【0008】
車速センサ20は、車輪の回転数や変速機の出力側の回転数を計測することにより自車両の車速を検出し、検出した自車速をコントローラ30に出力する。
【0009】
コントローラ30は、レーザレーダ10および車速センサ20から入力される信号に基づいて、自車両周囲の障害物状況を検出し、検出した障害物状況に基づいて障害物に対する自車両のリスクポテンシャルを算出する。そして、算出したリスクポテンシャルに応じて、後述するようにリスクポテンシャルに応じたアクセルペダル反力制御を行う。
【0010】
図3に示すように、アクセルペダル63にはリンク機構を介してサーボモータ61およびアクセルペダルストロークセンサ62が接続されている。アクセルペダル反力制御装置60は、コントローラ30からの信号に応じてサーボモータ61で発生させるトルクを制御する。サーボモータ61は、アクセルペダル操作反力制御装置60からの指令値に応じて発生させるトルクおよび回転角を制御し、運転者がアクセルペダル63を操作する際に発生する操作反力を任意に制御することができる。
【0011】
アクセルペダル反力制御を行わない場合の、通常のアクセルペダル反力特性Finiは、例えば図4に示すように、アクセルペダル操作量Sが大きくなるほどアクセルペダル反力Fがリニアに増加するように設定されている。通常のアクセルペダル反力特性は、例えばアクセルペダル63の回転中心に設けられたねじりバネ(不図示)のバネ力によって実現することができる。
【0012】
コントローラ30は、CPUと、ROMおよびRAM等のCPU周辺部品とから構成されており、車両用運転操作補助装置1全体の制御を行う。コントローラ30は、レーザレーダ10および車速センサ20から入力される信号に基づいて、自車両の走行状態および周囲環境によるリスクポテンシャルRPを算出する。そして、算出したリスクポテンシャルRPに基づいて、運転者にリスクポテンシャルRPを伝達するためのアクセルペダル反力の制御量F(RP)を算出する。コントローラ30は算出した反力制御量F(RP)をアクセルペダル反力制御装置60に出力し、アクセルペダル反力制御を行う。
【0013】
また、コントローラ30は、アクセルペダル63に発生する操作反力の変化速度に応じて、アクセルペダル反力Fの変化特性を変更する。すなわち、アクセルペダル63に発生する操作反力に対する運転者の反応を考慮して実際に発生させる操作反力を決定する。
【0014】
以下に、本発明の一実施の形態による車両用運転操作補助装置1の動作を説明する。まず、車両用運転操作補助装置1におけるアクセルペダル反力制御の基本的な流れを、図5のフローチャートを用いて説明する。図5は車両用運転操作補助装置1のコントローラ30におけるアクセルペダル反力制御処理の処理手順を示すフローチャートであり、一定間隔、例えば50msec毎に連続的に行われる。
【0015】
ステップS101で、自車両の走行状態および障害物状況といった、自車両周囲の走行状況を読み込む。具体的には、レーザレーダ10および車速センサ20から、自車線前方の障害物、例えば先行車までの車間距離Dおよび相対車速Vr、先行車速Va、および自車速Vfを読み込む。
【0016】
ステップS102では、ステップS101で読み込んだ走行状況データに基づいて、自車両周囲のリスクポテンシャルRPを算出する。リスクポテンシャルRPを算出するために、まず、認識した障害物に対する余裕時間TTC(Time To Collision)および車間時間THWを算出する
【0017】
余裕時間TTCは、先行車に対する現在の自車両の接近度合を示す物理量である。余裕時間TTCは、現在の走行状況が継続した場合、つまり自車速Vf、先行車速Vaおよび相対車速Vrが一定の場合に、何秒後に、車間距離Dがゼロとなり自車両と先行車両とが接触するかを示す値であり、以下の(式1)により求められる。
【数1】
余裕時間TTC=D/Vr (式1)
(式1)からわかるように、余裕時間TTCは、車間距離Dを相対車速Vrで除したものである。余裕時間TTCの値が小さいほど、先行車への接触が緊迫し、先行車への接近度合が大きいことを意味している。
【0018】
車間時間THWは、自車両が先行車に追従走行している場合に、想定される将来の先行車の車速変化による余裕時間TTCへの影響度合、つまり相対車速Vrが変化すると仮定したときの影響度合を示す物理量である。車間時間THWは、以下の(式2)で表される。
【数2】
車間時間THW=D/Vf (式2)
【0019】
車間時間THWは、車間距離Dを自車速Vfで除したものであり、先行車の現在位置に自車両が到達するまでの時間を示す。この車間時間THWが大きいほど、もしも将来に先行車の車速が変化しても、先行車までの接近度合には大きな影響を与えないことを示している。なお、自車両が先行車に追従し、自車速Vf=先行車速Vaである場合は、(式2)において自車速Vfの代わりに先行車速Vaを用いて車間時間THWを算出することもできる。
【0020】
リスクポテンシャルRPは、余裕時間TTCと車間時間THWとを用いて算出する。リスクポテンシャルRPは、余裕時間の逆数1/TTCと、車間時間の逆数1/THWとを用いて、以下の(式3)で表される。
【数3】
RP=a/THW+b/TTC (式3)
ここで、a、bは定数であり、例えばa=1,b=8に設定する(a<b)。
【0021】
つづくステップS103では、ステップS102で算出したリスクポテンシャルに基づいて、アクセルペダル反力制御量F(RP)を算出する。反力制御量F(RP)は、図6に示すようにリスクポテンシャルRPが大きくなるほど増加し、例えば以下の(式4)を用いて算出する。
【数4】
F(RP)=k・RP (式4)
ここで、kは適切に設定された定数である。このように、反力制御量F(RP)はリスクポテンシャルRPに比例する。
【0022】
ステップS104では、ステップS103で算出した反力制御量F(RP)をアクセルペダル反力制御装置60に出力する。アクセルペダル反力制御装置60は、コントローラ30から入力される反力制御量F(RP)を発生するようにサーボモータ61を制御し、アクセルペダル反力制御を行う。アクセルペダル63には、図4に示すように通常の反力特性に反力制御量F(RP)を付加したアクセルペダル反力Fが発生する。これにより今回の処理を終了する。
【0023】
次に、アクセルペダル反力の変化に対する運転者の反応状態に応じてアクセルペダル63に発生させるアクセルペダル反力Fの変化特性を変更する方法について、詳細に説明する。
【0024】
まず、アクセルペダル63に発生する操作反力の変化に対する運転者の反応について説明する。アクセルペダル63を所定量だけ踏み込んだ状態でアクセルペダル反力Fを変化させ、運転者がアクセルペダル反力Fの変化に気付いた時点でアクセルペダル63から足を離すようにして実験を行い、アクセルペダル反力Fの変化に対する運転者の反応を調べたところ、図7に示すような結果を得た。この実験はアクセルペダル反力Fの変化速度Fvをパラメータとして、アクセルペダル反力Fが変化した時点からアクセルペダル63が緩めはじめられ、そして解放されるまでの時間を計測した。
【0025】
図7の横軸は時間t、縦軸はアクセルペダル63の操作量Sとアクセルペダル反力Fを示している。図7において、アクセルペダル反力Fが変化し始めた時点(t=0)でのアクセルペダル反力Fを点線で示し、アクセルペダル63に実際に発生させたアクセルペダル反力Fを実線で示す。また、アクセルペダル操作量Sを一点鎖線で示す。アクセルペダル反力Fの傾きが大きいほどアクセルペダル反力Fの変化速度Fvが大きいことを示している。なお、この実験ではアクセルペダル反力Fをそれぞれ増加および減少させて運転者の反応時間を計測しているが、図7ではアクセルペダル反力Fの増加速度および減少速度を変化速度Fvとして表している。アクセルペダル操作量Sの変化はアクセルペダル反力Fを増加した場合に対応している。
【0026】
図7に示すように、アクセルペダル反力Fが変化し始めてから、時間t=t1で運転者はアクセルペダル63を緩めはじめ、時間t=t2でアクセルペダル63から完全に足を離している。ただし、運転者がアクセルペダル63を緩め始める時間t=t1以前に、アクセルペダル操作量Sは徐々に減少しており、運転者が無意識のうちにアクセルペダル反力Fの増加によってアクセルペダル63が押し戻されていることを示している。アクセルペダル反力Fの変化速度Fvが速いほど運転者は早いタイミングでアクセルペダル反力Fの変化に気付くが、実際にアクセルペダル63を緩める前に、アクセルペダル反力Fの変化によってアクセルペダル63が押し戻され、あるいは踏み込んでしまう。
【0027】
運転者がアクセルペダル反力Fの変化に気付いてから実際にアクセルペダル63を離す動作を開始するまでには所定時間を要し、ここでは、アクセルペダル反力Fが変化してから実際にアクセルペダル63が緩め始められるまでの時間を反応時間Trとする。また、アクセルペダル反力Fが変化してからアクセルペダル63を緩め始める時点(t=t1)までの、アクセルペダル反力Fの変化量ΔFを閾値ΔFr、アクセルペダル操作量Sの変化量をΔSrとする。図7に示すように、アクセルペダル反力Fの変化速度Fvによって、アクセルペダル63を緩め始めるまでの反応時間Tr、閾値ΔFrおよび操作量変化量ΔSrが異なる。
【0028】
図8に、アクセルペダル反力変化速度Fvと反応時間Trとの関係を示す。ここで、反力変化速度Fvはアクセルペダル反力Fの増加速度および減少速度を表している。図8に示すように、アクセルペダル反力変化速度Fvが大きくなるほど反応時間Trは小さくなり、運転者がアクセルペダル反力Fの変化に気付いてアクセルペダル63を緩め始めるまでの時間が短くなる。ただし、反力変化速度Fvが所定値Fvdを越える領域では反応時間Trがほぼ変化しなくなる。反力変化速度Fvが所定値Fvdを越える場合、反応時間Trは運転者がアクセルペダル反力Fの変化に気付いてからアクセルペダル63を緩めるまでに要する最小時間、すなわち、反応速度限界時間に漸近する。
【0029】
図9に、アクセルペダル反力変化速度Fvと反力変化量ΔFの閾値ΔFrとの関係を示す。ここで、反力変化速度Fvはアクセルペダル反力Fの増加速度および減少速度を表し、反力変化量ΔFはアクセルペダル反力Fの増加量および減少量を表している。図9に示すように、反力変化速度Fvが大きくなるほど閾値ΔFrは減少していくが、所定値Fvdを超えると閾値ΔFrが増加していく。反力変化速度Fvが所定値Fvd以下の領域では、反力変化速度Fvが小さいほど運転者がアクセルペダル反力Fの変化に気付いてアクセルペダル63を緩めるまでに大きな反力変化が必要となる。一方、反力変化速度Fvが所定値Fvdを超える領域では、破線で示すような反力変化量ΔFrvが発生した時点で運転者はアクセルペダル反力Fの変化に気付いているが、実際のアクセルペダル操作が間に合わず閾値ΔFrが増加していく。
【0030】
図10に、アクセルペダル反力変化速度Fvとアクセルペダル反力Fが変化し始めてからのアクセルペダル操作量Sの変化量ΔSrとの関係を示す。ここで、反力変化速度Fvはアクセルペダル反力Fの増加速度および減少速度を表し、操作量変化量ΔSrはアクセルペダル操作量Sの増加量および減少量を表している。図10に示すように、反力変化速度Fvが大きくなるほど操作量変化量ΔSrは減少し、所定値Fvdを超えると操作量変化量ΔSrが増加していく。反力変化速度Fvが所定値Fvd以下の領域では、反力変化速度Fvが小さいほど運転者が無意識のうちにアクセルペダル63が押し戻され、あるいは踏み込まされ、運転者がアクセルペダル63を緩め始める時点での操作量変化量ΔSrが大きくなる。一方、反力変化速度Fvが所定値Fvdを超える領域では、運転者がアクセルペダル反力Fの変化に気付いていても、アクセルペダル63の戻し操作が間に合わず操作量変化量ΔSrが増加していく。
【0031】
図8〜図10で示したアクセルペダル反力変化速度Fvの所定値Fvdは、アクセルペダル反力Fの変化に対する運転者の反応速度の限界値であり、限界反応速度とする。
【0032】
図8〜図10に示す結果から、アクセルペダル反力Fの変化に対する運転者の反応状態を図11のマップに示すように定義する。図11は図9に示した反力変化速度Fvと反力変化量ΔFとの関係に対応し、横軸はアクセルペダル反力変化速度Fvを、縦軸は反力変化量ΔFおよびリスクポテンシャルRPを示している。図11に示すように、反力変化速度Fvと反力変化量ΔFとからなるマップ上で運転者の反応状態を5つの領域に分類する。
【0033】
図12は、各領域1〜5における運転者の反応状態を示す表である。領域1はアクセルペダル反力変化速度Fvが限界反応速度Fvd以下で、かつ反力変化量ΔFが閾値ΔFrよりも大きい。従って、運転者はアクセルペダル反力Fの変化を確実に知覚し、またアクセルペダル操作量Sが変化することも理解して意識的にアクセルペダル操作を行うことができる
【0034】
領域2は反力変化速度Fvが限界反応速度Fvd以下で、反力変化量ΔFが閾値ΔFrよりも若干小さい。反力変化量ΔFは閾値ΔFrよりも小さいため確率的には領域1よりも低いが、運転者はアクセルペダル反力Fの変化をある程度知覚することができる。反力変化速度Fvが限界反応速度Fvd以下なので運転者が意識的にアクセルペダル操作を行うことは可能であるが、運転者が無意識のうちにアクセルペダル63を操作してしまう。
【0035】
領域3は、反力変化速度Fvが限界反応速度Fvd以下で反力変化量ΔFが領域2よりも小さい領域、および反力変化速度Fvは限界反応速度Fvdを上回るが反力変化量ΔFが非常に小さい領域である。従って、運転者はアクセルペダル反力Fの変化を知覚することができない。
【0036】
領域4は反力変化速度Fvが限界反応速度Fvdよりも大きく、反力変化量ΔFが、運転者がアクセルペダル反力Fの変化に気付く値ΔFrvよりも若干小さい領域である。従って、運転者はアクセルペダル反力Fの変化をある程度知覚することはできるが、反力変化速度Fvが限界反応速度Fvdよりも速いので運転者によるアクセルペダル操作が間に合わず無意識のうちにアクセルペダル63を操作してしまう。
【0037】
領域5は反力変化速度Fvが限界反応速度Fvdよりも大きく、かつ反力変化量ΔFが運転者がアクセルペダル反力Fの変化に気付く値ΔFrvよりも大きい。従って、運転者はアクセルペダル反力Fの変化を確実に知覚することができるが、反力変化速度Fvが限界反応速度Fvdよりも速いのでアクセルペダル63がシステム側に操作されてしまう。
【0038】
以上説明したように、アクセルペダル反力Fの変化に対する運転者の反応状態を反力変化速度Fvと反力変化量ΔFとの関係から5つに分類することができる。そこで、本発明の一実施の形態による車両用運転操作補助装置1においては、アクセルペダル反力Fの変化に対する運転者の反応状態に応じて、リスクポテンシャルRPに応じたアクセルペダル反力Fを運転者に認識させて運転者による適切なアクセルペダル操作を促すようにアクセルペダル反力Fの変化特性を変更する。アクセルペダル反力Fの変化特性を変更することによって、運転者の意図に関わらずシステムによってアクセルペダル63が操作されてしまうことを抑制し、さらに、リスクポテンシャルRPが増加している場合には、その情報を運転者に確実に知覚させる。
【0039】
具体的には、領域1,2では、リスクポテンシャルRPに応じてアクセルペダル反力Fを増加する場合および減少する場合に、上述した図6のフローチャートに従ってアクセルペダル反力制御を行う。領域3〜5では、リスクポテンシャルRPの低下に応じてアクセルペダル反力Fが減少する場合は、アクセルペダル反力変化速度Fvが限界反応速度Fvdよりも速く、運転者の意図に関わらずアクセルペダル63を踏み込まされてしまうので、後述する方法(A)によりアクセルペダル反力Fの変化特性を変更する。一方、リスクポテンシャルRpの増加に応じてアクセルペダル反力Fを増加する場合は、リスクポテンシャルRPを運転者に確実に知覚させるためにアクセルペダル63がシステムによって押し戻されることを許容する。したがって、この場合は上述した図5のフローチャートに従ってアクセルペダル反力制御を行う。
【0040】
ただし、領域2,3において、運転者が無意識のうちにアクセルペダル63が大きく操作されてしまう場合は、後述する方法(B)によりアクセルペダル反力Fの変化特性を変更する。また、領域2,3において、運転者がアクセルペダル反力Fの変化を明確に知覚できないような状態でリスクポテンシャルRPが所定値RPmaxを越える場合は、後述する方法(C)によりアクセルペダル反力Fの変化特性を変更する。
【0041】
以下に、方法(A)〜(C)によるアクセルペダル反力Fの変化特性の変更について説明する。
(A)アクセルペダル反力減少時(図12のAに対応)
図13に示すようにアクセルペダル反力Fが運転者の操作能力を超える限界反応速度Fvd以上で減少する場合、運転者の操作がアクセルペダル反力Fの変化に追いつかず、運転者の意図に関わらずアクセルペダル63を踏み込んでしまう。そこで、運転者の意図に関わらずシステムがアクセルペダル63を自動的に踏み込ませてしまうようなアクセルペダル反力制御は行わないようにする。具体的には、アクセルペダル反力Fの変化速度が限界反応速度Fvdを超える場合は、アクセルペダル反力Fの変化によるアクセルペダル操作量Sの変化を抑制するような変化速度でアクセルペダル反力Fを減少する。
【0042】
以下に、リスクポテンシャルRPの変化によってアクセルペダル反力Fが減少する場合の、アクセルペダル反力制御の処理手順について図14のフローチャートを用いて説明する。この処理はコントローラ30によって一定間隔、例えば50msec毎に連続的に行われる。
【0043】
ステップS201〜S203における処理は上述した図5のフローチャートのステップS101〜S103と同様である。ステップS204では、ステップS203で算出した反力制御量F(RP)からアクセルペダル反力Fの変化速度Fv=dF/dtを算出する。変化速度dF/dtは、例えばコントローラ30のメモリに記憶された前回の反力制御量と今回の反力制御量F(RP)との差を処理周期時間で除することにより算出できる。
【0044】
ステップS205では、ステップS204で算出したアクセルペダル反力Fの変化速度dF/dtと運転者の操作の限界反応速度Fvdとを比較する。変化速度dF/dtが限界反応速度Fvdよりも速い、すなわちアクセルペダル反力Fが運転者の限界反応速度Fvdを越える速度で減少する場合は、ステップS206へ進む。
【0045】
ステップS206では限界反応速度Fvdをアクセルペダル反力Fの変化速度dF/dtとして設定する。ステップS207では、ステップS203で算出した反力制御量F(RP)を限界反応速度Fvdで徐々に減少するように反力制御量F(RP)を補正する。補正した反力制御量Fc(RP)は以下の(式5)で表される。
【数5】
Fc(RP)=F(RP)−Fvd・dt (式5)
一方、ステップS205でアクセルペダル反力Fの変化速度dF/dtが限界反応速度Fvdよりも遅いと判定されると、反力制御量F(RP)の補正は行わない。
【0046】
つづくステップS208で、ステップS203で算出した反力制御量F(RP)またはステップS207で補正した反力制御量Fc(RP)をアクセルペダル反力制御装置60に出力し、今回の処理を終了する。
【0047】
図15に、アクセルペダル反力Fの時間変化を模式的に示す。図15に示すように、時間t=taで先行車両が車線変更を行うなどしてリスクポテンシャルRPが減少すると、アクセルペダル反力Fが急減する。上述したようにアクセルペダル反力制御量F(RP)を補正することにより、アクセルペダル反力Fは破線で示すように一定の変化速度、すなわち限界反応速度Fvdで徐々に減少する。このような補正反力制御量Fc(RP)を発生することにより、運転者の意図に関わらずアクセルペダル63を急に踏み込んでしまうことを抑制する。
【0048】
(B)運転者が無意識のうちにアクセルペダル63が操作される場合(図12のBに対応)
図16に示すようにアクセルペダル反力Fの変化速度Fvが限界反応速度Fvd以下で反力変化量ΔFが小さく、運転者がアクセルペダル反力Fの変化を明確に知覚できない場合、上述したように運転者が無意識のうちにシステムによってアクセルペダル63が押し戻され、または踏み込まされてしまう。そこで、運転者が無意識のうちにアクセルペダル63が操作されてしまう場合はアクセルペダル反力Fの変化の形態を変更する。具体的には、リスクポテンシャルRPに応じてアクセルペダル反力Fが変化し始めてからのアクセルペダル操作量Sの変化量ΔSが所定値Srを越えると、アクセルペダル63に振動を与える。所定値Srは運転者が無意識でアクセルペダル63を操作しているか否かを判断するためのしきい値であり、予め適切な値を設定しておく。
【0049】
以下に、アクセルペダル反力Fの変化速度が限界反応速度Fvdよりも遅い場合のアクセルペダル反力制御の処理手順について図17のフローチャートを用いて説明する。この処理はコントローラ30によって一定間隔、例えば50msec毎に連続的に行われる。なお、図16において反力変化速度Fvはアクセルペダル反力Fの増加速度および減少速度を表し、反力変化量ΔFはアクセルペダル反力Fの増加量および減少量を表しており、図17に示す処理はアクセルペダル反力Fが増加する場合および減少する場合に同様に実行される。
【0050】
ステップS301〜S303における処理は上述した図5のフローチャートのステップS101〜S103と同様である。ステップS304では、ステップS303で算出した反力制御量F(RP)からアクセルペダル反力Fの変化速度Fv=dF/dtを算出する。変化速度dF/dtは、例えばコントローラ30のメモリに記憶された前回の反力制御量と今回の反力制御量F(RP)との差を処理周期時間で除することにより算出できる。
【0051】
ステップS305では、ステップS304で算出したアクセルペダル反力Fの変化速度dF/dtと、リスクポテンシャルRPの変化に応じてアクセルペダル反力Fが変化し始めてからのアクセルペダル反力Fの変化量ΔFとを用いて、現在の運転者の反応状態の領域を判定する。反力変化速度dF/dtが限界反応速度Fvd以下で、かつ反力変化量ΔFが閾値ΔFrよりも小さい場合(領域2,および反力変化速度Fvの小さい領域3)は、ステップS306へ進む。
【0052】
ステップS306では、リスクポテンシャルRPの変化に応じてアクセルペダル反力Fが変化し始めてからのアクセルペダル操作量Sの変化量ΔSを算出する。ここで、アクセルペダル操作量変化量ΔSは、アクセルペダル反力Fが変化し始めた時点でのアクセルペダル操作量Sを基準として、アクセルペダル反力Fの変化によって運転者が無意識のうちにどれだけアクセルペダル63が操作されてしまうかを示す。
【0053】
ステップS307では、ステップS306で算出したアクセルペダル操作量変化量ΔSが所定値Srよりも大きいか否かを判定する。なお、アクセルペダル操作量変化量ΔSおよび所定値Srは、アクセルペダル操作量Sが増加する場合および減少する場合をともに表している。ステップS307が肯定判定され、アクセルペダル操作量変化量ΔSが所定値Srよりも大きい場合は、ステップS308へ進む。
【0054】
ステップS308では、アクセルペダル63に振動を発生させる。例えばサーボモータ61の駆動を制御してアクセルペダル63に振動を発生させる。一方、ステップS305で、反力変化速度dF/dtが限界反応速度Fvdよりも小さく、かつ反力変化量ΔFが閾値ΔFr以上の場合(領域1)は、運転者がアクセルペダル反力Fの変化を確実に知覚できるため、アクセルペダル63に振動を発生させない。また、反力変化速度dF/dtが限界反応速度Fvd以上の場合は、上述した図5または図14の処理によりアクセルペダル反力制御を行う。
【0055】
ステップS309では、ステップS303で算出した反力制御量F(RP)をアクセルペダル反力制御装置60へ出力する。これにより、領域1の場合はリスクポテンシャルRPに応じたアクセルペダル反力Fが発生する。領域2または領域3の場合はリスクポテンシャルRPに応じたアクセルペダル反力Fが発生するとともに、アクセルペダル反力変化量ΔFが閾値、すなわち運転者が知覚できる反力変化量ΔFrに達するまでアクセルペダル63に振動を発生する。
【0056】
図18に、アクセルペダル反力Fおよびアクセルペダル操作量Sの時間変化を模式的に示す。図18に示すように、リスクポテンシャルRPの変化に応じてアクセルペダル反力Fが増加し始めると、アクセルペダル反力Fの変化によって運転者が無意識のうちにアクセルペダル63が押し戻される(時間t=tb)。時間t=tcでアクセルペダル63の操作量変化量ΔSが所定値Srに達すると、アクセルペダル63に振動を発生させる。その後、振動を発生しながらアクセルペダル反力変化量ΔFが知覚反力量ΔFrまで増加すると、アクセルペダル63の振動を停止する。
【0057】
(C)リスクポテンシャルRPの変化およびアクセルペダル反力Fの変化が非常に小さい場合(図12のCに対応)
図19に示すようにアクセルペダル反力Fの変化速度Fvが限界反応速度Fvd以下で反力変化量ΔFが小さく、運転者がアクセルペダル反力Fの変化を明確に知覚できない場合は、アクセルペダル反力Fの変化の形態を変更し、リスクポテンシャルRPの増加を運転者に知らせる。具体的には、リスクポテンシャルRPが最大値RPmaxまで増加した場合に、アクセルペダル63に振動を与える。ここでリスクポテンシャル最大値RPmaxは、運転者がアクセルペダル63を解放することが望ましいリスクポテンシャルRPの値として予め設定しておく。
【0058】
以下に、アクセルペダル反力Fの変化速度が限界反応速度Fvdよりも遅い場合のアクセルペダル反力制御の処理手順について図20のフローチャートを用いて説明する。この処理はコントローラ30によって一定間隔、例えば50msec毎に連続的に行われる。なお、図19において反力変化速度Fvはアクセルペダル反力Fの増加速度および減少速度を表し、反力変化量ΔFはアクセルペダル反力Fの増加量および減少量を表しており、図20に示す処理はアクセルペダル反力Fが増加する場合および減少する場合に同様に実行される。
【0059】
ステップS401〜S403における処理は上述した図5のフローチャートのステップS101〜S103と同様である。ステップS404では、ステップS403で算出した反力制御量F(RP)からアクセルペダル反力Fの変化速度Fv=dF/dtを算出する。変化速度dF/dtは、例えばコントローラ30のメモリに記憶された前回の反力制御量と今回の反力制御量F(RP)との差を処理周期時間で除することにより算出できる。
【0060】
ステップS405では、ステップS404で算出したアクセルペダル反力Fの変化速度dF/dtと、リスクポテンシャルRPの変化に応じてアクセルペダル反力Fが変化し始めてからのアクセルペダル反力Fの変化量ΔFとを用いて、現在の運転者の反応状態の領域を判定する。反力変化速度dF/dtが限界反応速度Fvdよりも小さく、かつ反力変化量ΔFが閾値ΔFrよりも小さい場合(領域2,および反力変化速度Fvの小さい領域3)は、ステップS406へ進む。
【0061】
ステップS406では、ステップS402で算出したリスクポテンシャルRPが最大値RPmaxより大きいか否かを判定する。ステップS406が肯定判定されるとステップS407へ進む。ステップS407ではリスクポテンシャルRPが最大値RPmaxを上回ることを運転者に知らせるために、アクセルペダル63に振動を発生させる。一方、ステップS405で、反力変化速度dF/dtが限界反応速度Fvdよりも小さく、かつ反力変化量ΔFが閾値ΔFr以上の場合(領域1)は、運転者がアクセルペダル反力Fの変化を確実に知覚できるため、アクセルペダル63に振動を発生させない。また、反力変化速度dF/dtが限界反応速度Fvd以上の場合は、上述した図5または図14の処理によりアクセルペダル反力制御を行う。
【0062】
ステップS408では、ステップS403で算出した反力制御量F(RP)をアクセルペダル反力制御装置60へ出力する。これにより、領域1の場合はリスクポテンシャルRPに応じたアクセルペダル反力Fが発生する。領域2または領域3でリスクポテンシャルRPが最大値RPmaxを上回る場合はリスクポテンシャルRPに応じたアクセルペダル反力Fが発生するとともに、アクセルペダル63に振動が発生する。
【0063】
図21に、アクセルペダル反力Fおよびアクセルペダル操作量Sの時間変化を模式的に示す。図21に示すように、リスクポテンシャルRPの変化に応じて運転者が知覚できないような反力変化量ΔFおよび変化速度Fvでアクセルペダル反力Fが増加する場合、リスクポテンシャルRPが最大値RPmaxまで増加すると、アクセルペダル63に振動を発生させる(時間t=te)。
【0064】
このように、上述した一実施の形態においては、以下のような作用効果を奏することができる。
(1)コントローラ30は、レーザレーダ10および車速センサ20によって検出される車両状態および自車両周囲の走行環境から、自車両周囲のリスクポテンシャルRPを算出し、リスクポテンシャルRPに基づいてアクセルペダル63に発生させる反力制御量F(RP)を算出した。さらに、コントローラ30は反力制御量F(RP)からアクセルペダル反力Fの変化速度Fvを算出し、算出した反力変化速度Fvが所定速度よりも速い場合と遅い場合とでアクセルペダル反力Fの変化特性を変更した。これにより、自車両周囲のリスクポテンシャルRPをアクセルペダル反力Fとして運転者に伝達することができるとともに、運転者の意図しないアクセルペダル反力Fの変化を抑制することができる。
(2)アクセルペダル反力Fの変化特性を変更する反力変化速度Fvの所定値として、アクセルペダル反力Fの変化に対する運転者の反応速度の限界値、すなわち運転者がアクセルペダル63を操作する際の限界反応速度Fvdを用いた。限界反応速度Fvdを境としてアクセルペダル反力Fの変化特性を変更するので、アクセルペダル反力Fの変化に対して運転者が十分に反応できるかを考慮してアクセルペダル反力制御を行うことができる。
(3)コントローラ30は、反力変化速度Fvが所定値Fvdよりも速い場合はアクセルペダル反力Fが一定の速度で徐々に変化するように反力制御量F(RP)を補正する。これにより、アクセルペダル反力Fの変化に運転者が追いつけない場合はアクセルペダル反力Fの変化を緩やかにしてシステムによってアクセルペダル63が操作されてしまうことを抑制することができる。
(4)コントローラ30は、アクセルペダル反力Fが所定値Fvdよりも速い速度で減少する場合はアクセルペダル反力Fが一定の速度で徐々に減少するように反力制御量F(RP)を補正する。これにより、運転者がアクセルペダル反力Fの変化に追いつけないような速度でアクセルペダル反力Fが減少する場合は、アクセルペダル反力Fを徐々に減少させて、運転者が意図せずにアクセルペダル63を踏み込まされてしまう減少を抑制することができる。一方、アクセルペダル反力Fが所定値Fvdよりも速い速度で増加する場合は、リスクポテンシャルRPに応じた反力制御量F(RP)をアクセルペダル63に発生させる。これにより、自車両周囲のリスクポテンシャルRPが急増している場合にアクセルペダル63から速やかに足を離すように運転者を促すことができる。
(5)コントローラ30は、アクセルペダル反力Fが所定値Fvdよりも速い速度で変化する場合に、アクセルペダル反力Fが限界反応速度Fvdで徐々に変化するように反力制御量F(RP)を補正するので、運転者はアクセルペダル反力Fの変化に応じて意識的に運転操作を行うことができる。
(6)コントローラ30は、アクセルペダル反力Fの変化速度Fvが限界反応速度Fvd以下の場合はリスクポテンシャルRPに応じた反力制御量F(RP)を発生させるので、運転者に自車両周囲のリスクポテンシャルRPを正確に伝達することができる。
(7)コントローラ30はアクセルペダル反力Fの変化速度Fvおよび変化量ΔFからアクセルペダル反力Fの変化に対する運転者の反応状態を推定し、推定される運転者の反応状態に応じてアクセルペダル反力Fの変化特性を変更した。これにより、リスクポテンシャルRPに応じてアクセルペダル反力Fが変化した際に運転者がどのように反応するかを考慮してきめ細かなアクセルペダル反力制御を行うことができる。
(8)アクセルペダル反力Fの変化速度Fvが限界反応速度Fvd以下で、運転者がアクセルペダル反力Fの変化を知覚できない領域2,3においては、アクセルペダル反力Fの変化によるアクセルペダル操作量Sの変化量ΔSが変動すると、アクセルペダル反力Fに付加力を加える。これにより、アクセルペダル反力Fの変化を知覚できていないことを運転者に知らせて注意を喚起することができる。
(9)アクセルペダル反力Fの変化速度Fvが限界反応速度Fvd以下で、運転者がアクセルペダル反力Fの変化を知覚できない領域2,3においては、自車両周囲のリスクポテンシャルRPが最大値RPmaxに達するとアクセルペダル反力Fに付加力を加える。これにより、アクセルペダル反力Fの変化を知覚できていないことを運転者に知らせて注意を喚起することができる。
(10)アクセルペダル反力Fの変化を知覚できていない場合にはアクセルペダル63に振動を発生することにより、運転者の注意を喚起することができる。
【0065】
上記実施の形態においては、図6に示すようにリスクポテンシャルRPの増加に対して反力制御量F(RP)がリニアに増加するように設定したが、例えばリスクポテンシャルRPに対して反力制御量F(RP)が指数関数的に増加するように設定することもできる。また、自車両周囲のリスクポテンシャルRPを余裕時間TTCおよび車間時間THWを用いて算出したが、これには限定されず、例えば余裕時間TTCのみを用いて算出することもできる。
【0066】
上記実施の形態においては、アクセルペダル反力Fが限界反応速度Fvdよりも速い速度で減少する場合に、アクセルペダル反力Fが一定速度で減少するように反力制御量F(RP)を補正した。しかしこれには限定されず、アクセルペダル反力Fが限界反応速度Fvdよりも速い速度で増加する場合に、アクセルペダル反力Fが一定速度で増加するように反力制御量F(RP)を補正することもできる。ただし、アクセルペダル反力Fが速い速度で増加する場合は自車両周囲のリスクポテンシャルRPが急激に増加しているため、アクセルペダル63の解放を促すようにリスクポテンシャルRPに応じた反力制御量F(RP)を運転者に伝達することが好ましい。なお、反力制御量F(RP)を補正する際に、アクセルペダル反力Fが限界反応速度Fvdで変化するようにしたが、これには限定されず、アクセルペダル反力Fが変化した際にアクセルペダル操作量Sの変化量ΔSが最小となり、運転者の意図しないアクセルペダル操作を抑制するような速度でアクセルペダル反力Fを変化するように反力制御量F(RP)を補正することができる。
【0067】
上記実施の形態において、方法(B)および(C)により、運転者がアクセルペダル反力Fの変化を知覚できない場合にはアクセルペダル63に振動を発生させたが、これには限定されず、運転者にアクセルペダル反力Fの変化を知覚できていないことを知らせて注意を喚起することができるような付加力をアクセルペダル反力Fに加えればよい。また、方法(B)および(C)を組み合わせることもできる。この場合には、運転者がアクセルペダル反力Fの変化を知覚できない場合に、アクセルペダル操作量変化量ΔSが所定値以上変動し、かつリスクポテンシャルRPが最大値RPmaxに達したときにアクセルペダル63に振動を発生させることもできる。アクセルペダル63に振動を発生する機構をサーボモータ61とは別に設けることもできる。さらに、アクセルペダル63に振動を発生させる代わりにブザー音等を出力して運転者に注意を喚起することもできる。
【0068】
上記実施の形態においては、走行状況認識手段としてレーザレーダ10および車速センサ20を用い、リスクポテンシャル算出手段、反力算出手段、反力変化速度算出手段、特性変更手段および反応推定手段としてコントローラ30を用い、操作反力発生手段として、アクセルペダル反力制御装置60を用いた。なお、例えば走行状況認識手段としてレーザレーダ10の代わりに別方式のミリ波レーダ等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態による車両用運転操作補助装置のシステム図。
【図2】 図1に示す車両用運転操作補助装置を搭載した車両の構成図。
【図3】 アクセルペダル周辺の構成を示す図。
【図4】 アクセルペダルストローク量に対するアクセルペダル反力の特性を示す図。
【図5】 アクセルペダル反力制御の処理手順を示すフローチャート。
【図6】 リスクポテンシャルに対する反力制御量の特性を示す図。
【図7】 アクセルペダル反力変化に対する運転者の反応状態を説明する図。
【図8】 反力変化速度と運転者の反応時間との関係を示す図。
【図9】 反力変化速度と反力変化速度との関係を示す図。
【図10】 反力変化速度とアクセルペダル操作量の変化量との関係を示す図。
【図11】 反力変化速度と反力変化量とのマップ上において分類される運転者の反応状態を示す図。
【図12】 図11で分類した各領域の特徴を示す図。
【図13】 反力変化速度と反力変化量およびリスクポテンシャルとの関係を示す図。
【図14】 アクセルペダル反力が減少する場合のアクセルペダル反力制御の処理手順を示すフローチャート。
【図15】 図14に示す処理の作用を説明する図。
【図16】 反力変化速度と反力変化量およびリスクポテンシャルとの関係を示す図。
【図17】 反力変化速度が限界反応速度以下の場合のアクセルペダル反力制御の処理手順を示すフローチャート。
【図18】 図17に示す処理の作用を説明する図。
【図19】 反力変化速度と反力変化量およびリスクポテンシャルとの関係を示す図。
【図20】 反力変化速度が限界反応速度以下の場合のアクセルペダル反力制御の処理手順を示すフローチャート。
【図21】 図20に示す処理の作用を説明する図。
【符号の説明】
10:レーザレーダ
20:車速センサ
30:コントローラ
60:アクセルペダル反力制御装置
61:サーボモータ
63:アクセルペダル
Claims (11)
- 自車両状態および自車両周囲の障害物状況を検出する走行状況認識手段と、
前記走行状況認識手段からの信号に基づいて前記自車両周囲の障害物に対する接近度合を表すリスクポテンシャルを算出するリスクポテンシャル算出手段と、
前記リスクポテンシャル算出手段によって算出されるリスクポテンシャルに基づいて、車両操作機器に発生する操作反力を算出する反力算出手段と、
前記反力算出手段からの信号に基づいて、前記車両操作機器に前記操作反力を発生する操作反力発生手段と、
前記反力算出手段によって算出される前記操作反力の変化速度(以降、反力変化速度とする)を算出する反力変化速度算出手段と、
前記反力変化速度算出手段で算出される前記反力変化速度が、運転者が前記車両操作機器に発生する前記操作反力の変化に反応して前記車両操作機器を操作するときの反応速度の限界値である限界反応速度よりも速い場合と遅い場合とで、前記リスクポテンシャルに基づいて算出される前記操作反力の変化特性を変更する特性変更手段とを有し、
前記限界反応速度は、運転者が前記車両操作機器に発生する前記操作反力の変化を知覚してから前記車両操作機器を操作し始めるまでの反応時間を略最小とする値であることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項1に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記特性変更手段は、前記操作反力が前記限界反応速度を超える前記反力変化速度で減少する場合は前記操作反力を徐々に減少するように補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項1に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記特性変更手段は、前記操作反力が前記限界反応速度を超える前記反力変化速度で減少する場合は前記操作反力を徐々に減少するように補正し、前記操作反力が前記限界反応速度を超える前記反力変化速度で増加する場合は、前記リスクポテンシャルに応じた前記操作反力を前記車両操作機器に発生させることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項2または請求項3に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記特性変更手段は、前記操作反力が前記限界反応速度を超える前記反力変化で減少する場合に、前記操作反力を前記限界反応速度で徐々に減少するように補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記特性変更手段は、前記反力変化速度が前記限界反応速度以下の場合は前記リスクポテンシャルに応じた前記操作反力を前記車両操作機器に発生させることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項1に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記車両操作機器に発生する前記操作反力が前記リスクポテンシャルに応じて変化し始めてからの前記操作反力の変化量(以降、反力変化量とする)を算出する反力変化量算出手段と、
前記反力変化速度および前記反力変化量から、運転者が前記操作反力の反力変化を知覚しているかという運転者の知覚状態を推定する反応推定手段とをさらに有し、
前記特性変更手段は、前記反応推定手段で推定される運転者の知覚状態に応じて、前記操作反力の前記反力変化を運転者に知覚させるように前記操作反力の変化特性を変更することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項6に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記特性変更手段は、前記反力変化速度が前記限界反応速度以下で、前記反応推定手段によって運転者が前記操作反力の変化を知覚できないと判定され、前記操作反力の変化によって運転者による前記車両操作機器の操作量が変動する場合には、運転者の注意を喚起する付加力を加えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項6に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記特性変更手段は、前記反力変化速度が前記限界反応速度以下で、前記反応推定手段によって運転者が前記操作反力の変化を知覚できないと判定された場合に、前記リスクポテンシャルが所定値を上回ると、運転者の注意を喚起する付加力を加えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項7または請求項8に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記付加力は、前記車両操作機器に発生する振動であることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記車両操作機器は、アクセルペダルであることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の車両用運転操作補助装置を備えることを特徴とする車両。
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