JP3891144B2 - 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
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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、自車両周囲の障害物状況を検出し、障害物状況に応じて算出したリスクポテンシャルに基づいて操舵反力を制御するものである(例えば、特許文献1参照)。この車両用運転操作補助装置は、自車両周囲のリスクポテンシャルに応じて運転者による操舵操作を抑制する。
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10−211886号公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
車両用運転操作補助装置は、自車両周囲のリスクポテンシャルに応じて操舵反力制御を行う場合には、操舵反力制御の対象となっている障害物がレーンマーカであるか、あるいは隣接車線を走行する他車両であるかを運転者にわかりやすく知らせ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、自車線に対する自車両の相対位置関係を検出する自車位置検出手段と、自車線に隣接する隣接車線を走行する他車両に関する情報を検出する他車両検出手段と、自車位置検出手段および他車両検出手段からの信号に基づいて、ステアリングホイールに発生する操舵反力を制御する操舵反力制御手段とを備え、自車位置検出手段は、自車線のレーンマーカまでの自車両の横方向の距離と自車線の車線幅を検出し、他車両検出手段は、隣接車線に他車両が存在する場合に、自車両と他車両との車両前後方向の接近度合を算出し、操舵反力制御手段は、横方向の距離と車線幅に基づいて自車両がレーンマーカに近づくほど操舵反力が大きくなるように、かつ、接近度合が大きくなるほど横方向の距離に対する操舵反力の変化率が大きくなるように操舵反力を制御し、操舵反力制御手段は、接近度合が大きくなるほど大きくなるゲインF0を設定し、以下の算出式に基づいて操舵反力の指令値 Fstr を算出する。
Fstr =F0 / X−2・F0 / W
(Xは前記レーンマーカまでの距離、Wは車線幅)
操舵反力制御手段は、接近度合が増加する場合と低下する場合とで、ゲインF0の変化にヒステリシスをもたせる。
【0005】
【発明の効果】
隣接車線上の他車両の有無に応じて操舵反力の変化特性の感度を変更するので、運転者は自車線に対する自車両の相対位置関係を操舵反力から認識しながら、隣接車線上に他車両が存在する場合はその情報も操舵反力から得ることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
《第1の実施の形態》
本発明の第1の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、本発明の第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を搭載する車両の構成図である。
【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て自車両の前方領域を走査する。レーザレーダ10は、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、複数の前方車までの車間距離と自車両との相対車速を検出する。検出した車間距離及び相対車速はコントローラ50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前方物体が検出される。
【0008】
前方カメラ20は、フロントウィンドウ上部に取り付けられた小型のCCDカメラ、またはCMOSカメラ等であり、前方道路の状況を画像として検出し、コントローラ50へと出力する。前方カメラ20による検知領域は水平方向に±30deg程度であり、この領域に含まれる前方道路風景が画像として取り込まれる。 後側方カメラ21は、リアウインドウ上部の左右端付近に取り付けられた2つの小型のCCDカメラ、もしくはCMOSカメラ等である。後側方カメラ21は、自車後方の道路、特に隣接車線上の状況を画像として検出し、コントローラ50へと出力する。
【0009】
車速センサ30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50に出力する。
【0010】
コントローラ50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、CPUのソフトウェア形態により後述するような車両用運転操作補助装置1全体の制御を行う。
【0011】
コントローラ50は、車速センサ20から入力される自車速と、レーザレーダ10から入力される距離情報と、前方カメラ20および後側方カメラ21から入力される車両周辺の画像情報とから、自車両周囲の障害物状況を検出する。なお、コントローラ50は、前方カメラ20および後側方カメラ21から入力される画像情報を画像処理することにより自車両周囲、特に隣接車線上の障害物状況を検出する。コントローラ50は、検出した障害物状況に基づいてステアリングホイール62に発生させる操舵反力指令値を算出する。操舵反力指令値の算出方法については後述する。
【0012】
操舵反力制御装置60は、車両の操舵系に組み込まれ、コントローラ50からの指令に応じて、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、操舵反力制御装置60からの指令値に応じて発生させるトルクを制御し、運転者がステアリングホイール62を操作する際に発生する操舵反力を任意に制御することができる。
【0013】
次に第1の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。その動作の概略を以下に述べる。
自車両周囲に存在する障害物状況に応じて反力制御を行う場合、各障害物に対する余裕時間TTCから自車両の前後方向および左右方向の総合的なリスクポテンシャルを算出し、前後/左右方向のリスクポテンシャルに基づいて前後/左右方向の反力制御量を算出することが考えられる。
【0014】
この場合、操舵反力制御に関しては、レーンマーカ(白線)に対する接近度合に応じた反力制御量がステアリングホイール62に発生する。さらに、隣接車線に他車両(以降、並走車とする)が存在する場合には、レーンマーカによる反力制御量に、並走車に対する接近度合に応じた反力制御量を加算した値、あるいは両者の内の大きい方の値が操舵反力としてステアリングホイール62に発生する。これにより、並走車が存在する場合は、並走車が自車両に近づくほど大きな操舵反力が発生することになる。
【0015】
しかしながら、自車両と並走車との正確な相対距離の測定は困難であり、センサによって検出される相対距離の精度が悪い場合にはステアリングホイールに発生する操舵反力が安定しないという問題がある。また、運転者にとってはレーンマーカに対する接近度合と並走車に対する接近度合とを操舵反力から同時に把握することは難しく、並走車が接近してくる場合には自車両に対する並走車の相対距離を操舵反力から理解することはできても、そのときに自車両がレーンマーカにどれくらい近づいているかは理解しにくい。
【0016】
そこで、第1の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、ステアリングホイール62に発生させる操舵反力制御量(操舵反力指令値)の基準を、常にレーンマーカとする。このとき、自車両のレーンマーカまでの距離に応じて操舵反力指令値を連続的に設定する。また、隣接車線に並走車が存在する場合は、自車両の並走車までの距離に応じて、レーンマーカを基準として算出される操舵反力指令値の変化特性を変更する。
【0017】
以下に、第1の実施の形態において、どのように操舵反力指令値を決定するかについて、図3を用いて説明する。図3は、第1の実施の形態によるコントローラ50における運転操作補助制御処理の処理手順を示すフローチャートである。本処理内容は、一定間隔、例えば50msec毎に連続的に行われる。
【0018】
−コントローラ50の処理フロー(図3)−
まず、ステップS110で走行状態を読み込む。ここでは、車速センサ30によって検出される自車速Vを検出する。ステップS120では、前方カメラ20で検出される自車両の前方領域の画像から自車両が走行する車線を認識し、レーンマーカに対する自車両の相対位置関係を検出する。具体的には、図4に示すように、レーンマーカに対する自車両の横方向の距離Xと、自車線の幅Wを検出する。なお、コントローラ50は、カメラ20,21から入力される画像信号に画像処理を施し、自車両の中心からレーンマーカまでの距離Xおよび自車線の車幅Wを検出する。
【0019】
ステップS130では、後側方カメラ21からの画像入力に基づいて、隣接車線を走行する並走車を認識する。具体的には、図5に示すように、ステップS120で検出したレーンマーカに対する自車両の相対位置関係に基づいて自車走行車線の隣接車線領域を特定する。そして、後側方カメラ21で検出される自車両後側方領域の画像から、隣接車線領域に存在する他車両までの距離Dを算出する。ここで、他車両までの距離Dは車両前後方向の距離であり、他車両が自車両の前側方に存在する場合も、前方カメラ20から画像入力に基づいて自車両に対する前後方向の距離Dを算出する。
【0020】
ステップS140では、自車両に対する並走車の接近度合を算出する。並走車の接近度合を算出するために、まず、ステップS130で算出した距離Dの時間変化から、自車両に対する並走車の相対速度Vrを算出する。さらに、並走車に対する距離Dと相対速度Vrとに基づいて、余裕時間TTCを算出する。ここで、余裕時間TTCは、並走車が自車両の位置、すなわち自車両と並走する位置に到達すると予想されるまでの時間である。余裕時間TTCは、以下の(式1)から求められる。
【数1】
TTC=D/Vr (式1)
(式1)からわかるように、余裕時間TTCが小さいほど並走車が自車両に接近しており、自車両と並走車との接近度合が大きいことを示している。
【0021】
ステップS150では、ステップS140で算出した並走車までの余裕時間TTCに応じて、走行車線に対する反力設定ゲインF0を算出する。図6に、並走車の余裕時間(接近度合)TTCと反力設定ゲインF0との関係を示す。図6に示すように、余裕時間TTCが所定値TTC2(例えば6秒)よりも小さく、並走車が自車両に近い場合は、反力設定ゲインF0=F2とする。一方、余裕時間TTCが所定値TTC1(TTC1>TTC2)よりも大きく、並走車が自車両から遠い場合は、反力設定ゲインF0=F1に設定する。
【0022】
ここで、F2>F1であり、これらの値を用いて算出される操舵反力指令値が明らかに異なる大きさであると運転者に容易に理解されるように、予め適切な値を設定しておく。余裕時間TTCの所定値TTC1およびTTC2は、並走車が自車両に近づいているかを判定するための基準となる値であり、TTC1とTTC2との差が微小になるように予め適切に設定しておく。
【0023】
続くステップS160では、ステアリングホイール62に発生させる操舵反力の指令値Fstrを算出する。操舵反力指令値Fstrは、ステップS120で算出した自車両のレーンマーカまでの距離Xと自車両の走行車線の車線幅W、およびステップS150で設定した反力設定ゲインF0を用いて、以下の(式2)を用いて算出する。
【数2】
Fstr=F0/X−2・F0/W (式2)
【0024】
図7に、自車両のレーンマーカまでの距離Xと操舵反力指令値Fstrとの関係を示す。図7において、自車両と並走車が近い場合(反力設定ゲインF0=F2)の操舵反力指令値Fstrの変化を実線で示し、自車両と並走車が遠い場合(F0=F1)の操舵反力指令値Fstrの変化を破線で示す。図7に示すように、並走車が自車両に近い場合は、並走車が遠い場合よりも大きな操舵反力指令値Fstrが設定される。また、図7に示すように、自車両が走行車線の中心(X=W/2)を走行する場合の操舵反力指令値Fstrを0として、自車両がレーンマーカに近づくほど操舵反力指令値Fstrが増加する。レーンマーカまでの距離Xが所定値X0以下の場合、例えば自車両のタイヤがほぼレーンマーカに接するほど接近した場合は、操舵反力指令値Fstrを一定値として操舵反力指令値Fstrを最大値に設定する。
【0025】
なお、図7において、レーンマーカまでの距離XがW/2以上であるか否か、すなわち自車両が走行車線内の右側あるいは左側を走行しているかで、ステアリングホイール62に発生する操舵反力の向きが異なる。具体的には、自車両が右側のレーンマーカに接近していく場合は、ステアリングホイール62を中立位置に戻す方向、すなわち自車両の右側からの操舵反力が発生する。一方、自車両が左側のレーンマーカに接近していく場合は、ステアリングホイール62を中立位置に戻す方向、すなわち自車両の左側からの操舵反力が発生する。図7においては、見やすくするためにレーンマーカまでの距離Xを走行車線の片側のレーンマーカからの距離で示すとともに、操舵反力指令値Fstrの変化を全て第1象限に示している。
【0026】
ステップS170では、ステップS160で算出した操舵反力指令値Fstrを操舵反力制御装置60に出力し、今回の処理を終了する。
【0027】
図8に、第1の実施の形態による車両用運転操作補助装置1の作用を説明する図を示す。図8に示すように、自車両の横方向(左右方向)に関しては、カメラ20,21によってレーンマーカまでの距離Xを検出し、また、隣接車線上の自車両に近い位置に他車両が存在するか否かを検出する。また、自車両の縦方向(前後方向)に関しては、隣接車線上に存在する他車両までの距離Dおよび相対速度Vrを検出し、上述した(式1)により自車両と他車両との接近度合(余裕時間TTC)を算出する。
【0028】
このように、自車両の左右方向に関する相対位置関係に応じて操舵反力を連続的に変化させるとともに、自車両の前後方向に関する相対位置関係に応じて操舵反力を瞬時に変化させる。これにより、運転者は操作反力の変化を認識して並走車との接近度合を容易に理解することができる。
【0029】
車両用運転操作補助装置1においては、レーンマーカに対する自車両の距離Xを基準として、(式2)を用いて操舵反力指令値Fstrを算出し、図7に示すように自車両がレーンマーカに近づくほど大きな操舵反力をステアリングホイール62に発生させる。このとき、隣接車線の並走車と自車両との余裕時間TTCが所定値TTC2以下となり並走車が自車両に近い場合は、操舵反力指令値Fstrを算出する際のゲインを大きくし、ステアリングホイール62に大きな操舵反力を発生させる。このように、自車両に近い並走車の有無に応じて、図7に示すように操舵反力の変化特性を切り換える。
【0030】
このように、以上説明した第1の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50は、前方カメラ20によって検出される自車線に対する自車両の相対位置関係に応じてステアリングホイール62に発生する操舵反力を制御する。このとき、自車線に隣接する車線における他車両(並走車)の有無に応じて操舵反力の変化特性の感度を変更する。これにより、隣接車線上の並走車の有無に応じて操舵反力の変化の感度が変化し、運転者は自車線のレーンマーカまでの距離を操舵反力から認識しながら、車線変更を行う場合に障害となる並走車が隣接車線上に存在するかを操舵反力から容易に認識することができる。
(2)コントローラ50は、自車両と並走車との接近度合を算出し、接近度合に応じて操舵反力の変化特性の感度を変更する。これにより、並走車との接近度合によって操舵反力の変化特性の感度が変化し、運転者は車線変更を行う場合に障害となる並走車が隣接車線上に存在するかを操舵反力から容易に認識することができる。とくに、並走車までの接近度合が大きい場合に操舵反力を大きくすることにより、並走車の存在を運転者に確実に知らせることができる。
(3)コントローラ50は、自車両と並走車との接近度合として、自車両と並走車との車両前後方向の車間距離Dを相対速度Vrで除した余裕時間TTCを算出する。これにより、自車両と並走車との接近度合を正確に算出することができる。
(4)コントローラ50は、自車線に対する自車両の相対位置関係に応じて、(式2)により操舵反力指令値Fstrを連続的に算出し、並走車までの接近度合に応じて操舵反力指令値Fstrの変化特性を切り換える。これにより、運転者はレーンマーカに対する距離Xを操舵反力から連続的に認識することができるとともに、隣接車線上の並走車との接近度合が所定範囲から変化すると操舵反力が大きく変化するため、車線変更を行う際の障害となる並走車が存在するか否かを容易に理解することができる。
(5)コントローラ50は、図6に示すように、他車両までの接近度合、すなわち余裕時間TTCが所定値TTC2(≒TTC1)よりも大きい場合と小さい場合とで、操舵反力指令値Fstrの算出式(式2)のゲインF0を変更する。これにより、並走車が自車両に近い場合は大きな操舵反力がステアリングホイール62に発生し、一方、並走車が自車両から遠い場合は相対的に小さな操舵反力が発生する。これにより、運転者は車線変更を行う際の障害となる並走車が存在するか否かを容易に理解することができる。
【0031】
なお、上述したように図6のマップにおいて所定値TTC1およびTTC2は、その差が微小となるように予め設定されている。図6に示すようにTTC1とTTC2との間で、反力設定ゲインF0は連続するように設定されている。これにより、例えば自車両がレーンマーカに近づいて走行する状態で、並走車との接近度合が増加することにより操舵反力が急激に変化して運転者の運転操作を妨げてしまうことがないようにしている。
【0032】
反力設定ゲインF0は、並走車が自車両から遠い場合と近い場合とで操舵反力の大きさが異なることを、運転者の運転操作を妨害しないように運転者に認識させることができるようにF1およびF2が設定されていればよい。従って、例えば所定値TTC1およびTTC2の間で反力設定ゲインF0が滑らかに変化するように設定することもできる。ただし、上述したように所定値TTC1およびTTC2の差は微小である。
【0033】
《第2の実施の形態》
第2の実施の形態においては、操舵反力指令値Fstrを算出する算出式(式2)の反力設定ゲインF0の設定方法が、第1の実施の形態と異なっている。
【0034】
図9に、第2の実施の形態における並走車の接近度合(余裕時間TTC)と反力設定ゲインF0との関係を示す。第1の実施の形態と同様に、自車両に対して並走車が近い場合は反力設定ゲインF0=F2を選択し、並走車が遠い場合は反力設定ゲインF0=F1を選択する。このとき、図9に示すように、余裕時間TTCが徐々に小さくなり所定値TTC1以下となると、反力設定ゲインF0がF1からF2へステップ状に増加し、一方、余裕時間TTCが徐々に大きくなって所定値TTC2以上となると、反力設定ゲインF0がF2からF1へステップ状に減少する。
【0035】
したがって、並走車と自車両との接近度合が連続的に変化した場合でも、並走車との接近度合が所定範囲内であるか否かによってステアリングホイール62に発生する操舵反力が不連続、すなわちステップ状に変化する。その結果、隣接車線に他車両が存在する場合に、その他車両が自車両が車線変更等を行う場合の障害となるかどうかを、運転者に明確に理解させることができる。
【0036】
《第3の実施の形態》
第3の実施の形態においては、自車両に接近した並走車の有無に応じて操舵反力指令値Fstrを算出するときの算出方法が、第1の実施の形態と異なっている。
【0037】
レーンマーカに対する距離Xに基づく基本的な操舵反力指令値Fstrは、上述した第1の実施の形態と同様に、(式2)を用いて算出する。並走車が自車両に近い場合は、反力設定ゲインF0=F2を用いて操舵反力指令値Fstrを算出する。一方、並走車が自車両から遠い場合は、以下の(式3)に示すように、並走車が近い場合の操舵反力指令値Fstrを一定量だけオフセットした値を操舵反力指令値Fstrとして算出する。
【数3】
Fstr=F2/X−2・F2/W−ΔF (式3)
ここで、ΔFはオフセット量(一定値)であり、操舵反力の変化により自車両に接近した並走車の有無を運転者が容易に理解することができるように、予め適切な値を設定しておく。
【0038】
図10に、第3の実施の形態におけるレーンマーカまでの距離Xと操舵反力指令値Fstrとの関係を示す。なお、第3の実施の形態では、自車両と並走車との接近度合が所定値TTC2以上となった場合に、(式3)により操舵反力指令値Fstrを算出する。図10に示すように操舵反力指令値Fstrの変化特性をシフトすることによっても、上述した第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、ここでは操舵反力指令値Fstrを一定量ΔFだけずらすことによって操舵反力の変化特性をシフトしたが、ΔFを例えばレーンマーカまでの距離Xに応じて変化させることもできる。ここでは、ΔFを変化して操舵反力指令値Fstrをずらす場合も、操舵反力の変化特性のシフトに含まれる。
【0039】
上述した第1から第3の実施の形態においては、操舵反力の算出式(式2)のゲインF0を変更したり、操舵反力の変化特性をシフトすることによって、操舵反力の変化特性の感度を変更した。しかし、これらには限定されず、自車両とレーンマーカとの相対位置関係を連続的に操舵反力に反映し、自車両の車線変更の障害となるような並走車が存在する場合にその情報を操舵反力の変化特性の変化として運転者に近くさせることができれば、操舵反力の変化特性の感度の変更方法は限定されない。ただし、上述した第1から第3の実施の形態のようにゲインF0の変更または変化特性のシフトによって容易に変化特性の感度を変更することができる。
【0040】
上述した第1から第3の実施の形態においては、自車位置検出手段として前方カメラ20および後側方カメラ21を用い、他車両検出手段としてレーザレーダ10,前方カメラ20および後側方カメラ21を用い、操舵反力制御手段としてコントローラ50を用いた。ただし、上述した実施の形態には限定されず、前方カメラ20および後側方カメラ21の画像信号に画像処理を施す装置をコントローラ50とは別に設けることもできる。また、他車両検出手段として車車間通信等を用いることもできる。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】 本発明の第1の実施の形態による車両用運転操作補助装置の構成を示すシステム図。
【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】 第1の実施の形態の車両用運転操作補助装置における運転操作補助制御プログラムの処理手順を示すフローチャート。
【図4】 前方カメラによる検出領域を示す図。
【図5】 後側方カメラによる検出領域を示す図。
【図6】 並走車の接近度合と操舵反力指令値ゲインとの関係を示す図。
【図7】 レーンマーカまでの距離に対する操舵反力指令値の変化を示す図。
【図8】 第1の実施の形態による作用を示す図。
【図9】 第2の実施の形態における並走車の接近度合と操舵反力指令値ゲインとの関係を示す図。
【図10】 第3の実施の形態におけるレーンマーカまでの距離に対する操舵反力指令値の変化を示す図。
【符号の説明】
10:レーザレーダ
20:前方カメラ
21:後側方カメラ
30:車速センサ
50:コントローラ
60:操舵反力制御装置
Claims (2)
- 自車線に対する自車両の相対位置関係を検出する自車位置検出手段と、
前記自車線に隣接する隣接車線を走行する他車両に関する情報を検出する他車両検出手段と、
前記自車位置検出手段および前記他車両検出手段からの信号に基づいて、ステアリングホイールに発生する操舵反力を制御する操舵反力制御手段とを備え、
前記自車位置検出手段は、前記自車線のレーンマーカまでの前記自車両の横方向の距離と前記自車線の車線幅を検出し、
前記他車両検出手段は、前記隣接車線に前記他車両が存在する場合に、前記自車両と前記他車両との車両前後方向の接近度合を算出し、
前記操舵反力制御手段は、前記横方向の距離と前記車線幅に基づいて前記自車両が前記レーンマーカに近づくほど前記操舵反力が大きくなるように、かつ、前記接近度合が大きくなるほど前記横方向の距離に対する前記操舵反力の変化率が大きくなるように前記操舵反力を制御し、
前記操舵反力制御手段は、前記接近度合が大きくなるほど大きくなるゲインF0を設定し、以下の算出式に基づいて前記操舵反力の指令値 Fstr を算出し、
Fstr =F0 / X−2・F0 / W
(Xは前記レーンマーカまでの距離、Wは車線幅)、
前記操舵反力制御手段は、前記接近度合が増加する場合と低下する場合とで、前記ゲインF0の変化にヒステリシスをもた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を備えることを特徴とする車両。
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