JP3988713B2 - 車両用走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車間距離を一定に保ちながら先行車両に追従走行する車両用走行制御装置に関する。

先行車両に追従走行しているときに、先行車両のブレーキランプとターンシグナルランプが点灯したら先行車両が走行車線から離脱すると判断し、先行車両が走行車線から完全に離脱する前に自車両の加速を開始させることによって、一般的な運転者の運転感覚に合った走行制御を行うようにした車両用走行制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開平１０−１０９５６４号公報

しかしながら、先行車両が前方の障害物を回避するために走行車線を離脱する場合があり、そのような場合にもブレーキランプとターンシグナルランプが点灯することがある。このような場合に、先行車両のブレーキランプとターンシグナルランプが点灯したからといって自車両の加速を開始すると、自車両が障害物を回避するための余裕時間が減少するという問題がある。

先行車両の横方向加速度がしきい値以上の場合は先行車両が障害物を回避動作中であると判定し、先行車両に追従走行中に先行車両が障害物回避動作中であると判定された場合は自車の加速を禁止する。
また、先行車両の横方向の変位量がしきい値以上で、かつ先行車両の横方向の加速度がしきい値以上の場合には、先行車両が障害物を回避動作中であると判定し、先行車両に追従走行中に先行車両が障害物回避動作中であると判定された場合は自車の加速を禁止する。

本発明によれば、運転者の障害物に対する余裕時間の減少を防止することができる。

図１は一実施の形態の構成を示す。この車両はエンジン１を走行駆動源とする車両であり、エンジン１の駆動力は自動変速機２、プロペラシャフト３、最終減速機４を介して駆動輪５ａ、５ｂに伝達される。また、駆動輪５ａ、５ｂと従動輪６ａ、６ｂにはそれぞれディスクブレーキ７ａ〜７ｄが装備されている。

エンジン制御装置８はスロットルバルブ開度指令値θ^＊に応じてエンジン１のスロットルバルブ開度制御、燃料噴射制御、点火時期制御などを行い、エンジン１のトルクと回転速度を制御する。また、制動制御装置９は制動圧指令値Ｐ^＊に応じて制動油圧を発生させ、ディスクブレーキ７ａ〜７ｄに供給する。

自動変速機２の出力側には自車速Ｖを検出する車速センサー１０が設けられている。また、車両前部の車体下部には先行車両との車間距離Ｄを検出する車間距離センサー１１が設けられている。この車間距離センサー１１は、例えばレーザー光を発射して先行車両からの反射光を受光し、先行車両との車間距離Ｄを計測するとともに、先行車両の位置を検出して自車線上の先行車両を認識する。車間距離センサー１１には、スキャンニング式あるいはマルチビーム式のレーザーレーダー装置やミリ波レーダー装置などを用いることができる。

一方、車室内のフロントウインドウ上部の車幅方向中央には、車両前方を撮像するためのカメラ１２が設けられている。このカメラ１２には、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどを用いることができる。画像処理装置１３は、カメラ１２で撮像した画像を処理して先行車両の横方向の変位量Ｅと、横変位量Ｅの時間的変化に基づいて先行車両の横方向の速度ｖと加速度αを検出する。

図２はカメラ１２で撮像した自車両前方の画像である。画像処理装置１３は、カメラ１２で撮像した画像から先行車両と自車線の白線を検出し、先行車両下側の車幅方向中央位置Ｐと自車線中央との水平距離を先行車両の横変位量Ｅとして算出するとともに、横変位量Ｅの時間的変化に基づいて横方向速度ｖと横方向加速度αを検出する。自車線の中央線は、図３に示すように、左右の白線の間の水平方向の中央位置（図中に△印で示す）をピックアップして求める。この実施の形態では、先行車両の右方向への変位を正とし、左方向への変位を負として表す。なお、画像処理による先行車両の横変位量Ｅ、横方向速度ｖおよび横方向加速度αの検出方法については、例えば特開平１０−２０８０４７号公報などにより公知であり、この実施の形態ではこれ以上の詳細な説明を省略する。

車室内の運転席近傍には操作スイッチ１４が設けられている。この操作スイッチ１４には、運転者が車両用走行制御装置の起動と停止を行うスイッチや、設定車速Ｖsetを入力するスイッチなどが含まれる。

走行制御用コントローラー１５は、車間距離センサー１１により検出された先行車両の有無と車間距離Ｄなどの情報、画像処理装置１３により検出された先行車両の横変位量Ｅ、横方向速度ｖ、横方向加速度αなどの情報、操作スイッチ１４により設定された設定車速Ｖsetなどの情報に基づいて、先行車両が存在する場合には設定車速Ｖset以下で先行車両との車間距離Ｄがその目標値Ｄ^＊になるように車間距離制御を行うとともに、先行車両が存在しない場合には自車速Ｖが設定車速Ｖsetになるように車速制御を行い、制御演算結果のスロットルバルブ開度指令値θ^＊をエンジン制御装置８へ出力し、制御結果の制動圧指令値Ｐ^＊を制動制御装置９へ出力する。

図４は走行制御コントローラー１５の機能を示す制御ブロック図である。走行制御コントローラー１５はマイクロコンピューターのソフトウエア形態による目標車間距離設定部２１、車間距離指令値演算部２２、相対速度演算部２３、目標車速演算部２４、目標車速選択部２５および車速制御部２６を備えている。

目標車間距離設定部２１は次式により自車速Ｖに応じた目標車間距離Ｄ^＊を設定する。
Ｄ^＊＝Ｖ＊Ｔo＋Ｄo ・・・（１）
（１）式において、Ｔoは車間時間、Ｄoは停車時の車間距離である。なお、自車速Ｖに代えて先行車両の車速Ｖtに応じた目標車間距離Ｄ^＊を設定してもよい。

車間距離指令値演算部２２は、車間距離Ｄがその目標値Ｄ^＊に達するまでの車間距離の時間的な変化を表す車間距離指令値Ｄtを決定する。具体的には、目標車間距離Ｄ^＊に対して次式に示すローパスフィルターＦt(s)を施し、車間距離指令値Ｄtを演算する。
Ｆt(s)＝ω^２／（ｓ^２＋２ζωｓ＋ω） ・・・（２）
（２）式において、ωとζは車間距離制御系における応答特性を目標の応答特性とするための固有振動数と減衰係数であり、ｓは微分演算子である。

相対速度演算部２３は、車間距離センサー１１により検出した先行車両との車間距離Ｄに基づいて先行車両との相対速度ΔＶを演算する。具体的には、車間距離Ｄに対して次式に示すバンドパスフィルターＦd(s)を施し、相対速度ΔＶを演算する。
Ｆd(s)＝ωc^２ｓ／（ｓ^２＋２ζcωcｓ＋ωc^２） ・・・（３）
（３）式において、ωcは固有振動数、ζcは減衰係数であり、これらは車間距離Ｄに含まれるノイズ成分の大きさと、短周期の車体前後の加速度変動の許容値とにより決定する。また、ｓは微分演算子である。なお、バンドパスフィルターに代えてハイパスフィルターを車間距離Ｄに施し、相対速度ΔＶを演算してもよい。

目標車速演算部２４は、フィードバック補償器を用いて車間距離Ｄを車間距離指令値Ｄtに一致させるための目標車速Ｖ^＊を演算する。具体的には、次式により先行車両との車間距離Ｄと相対速度ΔＶに基づいて目標車速Ｖ^＊を演算する。
Ｖ^＊＝Ｖt−｛ｆd（Ｄt−Ｄ）＋ｆv＊ΔＶ｝ ・・・（４）
（４）式において、ｆdは距離制御ゲイン、ｆvは車速制御ゲインであり、Ｖtは先行車速度（Ｖt＝Ｖ＋ΔＶ）である。

目標車速選択部２５は、先行車両の有無、先行車両が離脱傾向にあるか否か、および先行車両が障害物を回避中か否かに基づいて目標車速Ｖ^＊、設定車速Ｖsetおよび現在の自車速Ｖのいずれかを選択し、選択目標車速Ｖs^＊として出力する。詳細を後述するが、先行車両が存在しないときは設定車速Ｖsetを選択目標車速Ｖs^＊とする。また、先行車両が自車の走行車線から離脱傾向にない場合は目標車速Ｖ^＊と設定車速Ｖsetの低い方の車速を選択目標車速Ｖs^＊とする。

さらに、先行車両が障害物を回避中でなく自車の走行車線から離脱傾向にある場合には、設定車速Ｖsetを選択目標車速Ｖs^＊として加速を許可する。一方、先行車両が自車の走行車線から離脱傾向にあっても障害物を回避中の場合は、現在の自車速Ｖを選択目標車速Ｖs^＊として加速を禁止する。

車速制御部２６は、自車速Ｖを選択目標車速Ｖs^＊に一致させるための目標制駆動力Ｆorを演算し、目標制駆動力Ｆorに基づいてスロットルバルブ開度指令値θ^＊と制動圧指令値Ｐ^＊を決定し、エンジン制御装置８と制動制御装置９へ出力する。

図５は一実施の形態の走行制御プログラムを示すフローチャートである。走行制御コントローラー１５は、操作スイッチ１４により走行制御装置が起動されると例えば１０ｍsecごとに図５に示す走行制御プログラムを実行する。

ステップ１において、車間距離センサー１１から先行車両との車間距離Ｄ、画像処理装置１３から先行車両の横変位量Ｅ、横方向速度ｖおよび横方向加速度α、操作スイッチ１４により設定された設定車速Ｖsetを読み込むとともに、上記（４）式により目標車速Ｖ^＊を演算する。ステップ２では、車間距離センサー１１による検出結果に基づいて自車線上の先行車両の有無を判定する。先行車両が存在しないときはステップ５へ進み、自車速Ｖを設定車速Ｖsetに一致させる車速制御を行うために選択目標車速Ｖs^＊に設定車速Ｖsetを設定する。

一方、自車線上に先行車両が存在するときはステップ３へ進み、先行車両が自車線から離脱傾向にあるか否かを判定する。

ここで、先行車両が自車線から離脱傾向にあるか否かの判定方法について説明する。図６は先行車両の離脱判定マップを示す。図において、マップの横軸には先行車両の横変位量Ｅをとり、縦軸には先行車両の横方向速度ｖをとる。横変位量Ｅが自車線の幅Ｗの±１／１０で、横方向速度ｖが比較的大きな所定値±ｖ１であるときのマップ上の座標（±Ｗ／１０，±ｖ１）と、横変位量Ｅが自車線の幅Ｗの±１／２で、横方向速度ｖが０であるときのマップ上の座標（±Ｗ／２，０）とを結んだ直線を、先行車両離脱判定の境界線Ｌ１とし、この境界線Ｌ１を超えて横変位量Ｅまたは横方向速度ｖの絶対値が大きくなった場合には、先行車両が自車線から離脱傾向にあると判定する。なお、横変位量Ｅが自車線幅Ｗの１／１０未満の場合には、横方向速度ｖに関わらず先行車両は離脱傾向にないと判定する。

離脱判定の境界線Ｌ１は、種々の実験により運転者が先行車両の離脱を認識する適当な境界線を設定することが望ましく、その形状は直線形状に限定されない。また、図７に示すように、境界線Ｌ１を先行車両との車間距離Ｄに応じて変化させる、すなわち車間距離Ｄが長くなるほど横方向速度ｖ１の絶対値を小さくして先行車両が離脱傾向にあると判定され易くし、逆に車間距離Ｄが短くなるほど横方向速度ｖ１の絶対値を大きくして先行車両が離脱傾向にあると判定されにくくする。

ふたたび図５に示すフローチャートに戻り、先行車両が自車線から離脱傾向にない場合はステップ７へ進み、目標車速Ｖ^＊と設定車速Ｖsetの内のいずれか低い方を選択目標車速Ｖs^＊に設定する。一方、先行車両が自車線から離脱傾向にある場合にはステップ４へ進み、先行車両が障害物を回避中か否かを判定する。

ここで、先行車両が障害物を回避中か否かの判定方法を説明する。第１の判定方法は、横方向加速度絶対値｜α｜が所定加速度αA以上のときに先行車両が障害物を回避中と判定する。ここで、所定加速度αAは予め実験などにより決定する。なお、所定加速度αAは車間距離Ｄが短いほど、または自車速Ｖが高いほど小さくなるようにしてもよい。

第２の判定方法は、図８に示すように、横変位量絶対値｜Ｅ｜と横方向加速度絶対値｜α｜との二次元マップ上において、横変位量絶対値｜Ｅ｜が所定量ＥA以上で、かつ横方向加速度絶対値｜α｜が所定値αA以上の領域にある場合に、先行車両が障害物を回避中であると判定する。この第２の判定方法によれば、上述した第１の判定方法に比べ、例えば車輪が轍の上を走行して先行車両の挙動が多少乱れても、そのような先行車両の横ぶれの影響を受けずに障害物回避中か否かを正確に判定することができる。ここで、所定加速度αAと所定変位量ＥAは予め実験などにより決定する。なお、図８の判定マップにおいて、車間距離Ｄが短いほど、または自車速Ｖが高いほど所定加速度αAを小さくしてもよい。

図５のフローチャートに戻って、先行車両が自車線から離脱傾向にあって、かつ障害物を回避中でない場合はステップ５へ進み、選択目標車速Ｖs^＊に設定車速Ｖsetを設定して加速を許可する。一方、先行車両が自車線から離脱傾向にあって、かつ障害物を回避中の場合にはステップ６へ進み、選択目標車速Ｖs^＊に現在の自車速Ｖを設定して加速を禁止する。

選択目標車速Ｖs^＊を設定したらステップ８へ進み、自車速Ｖを選択目標車速Ｖs^＊まで加速するための目標加速度α^＊を演算する。
α^＊＝ｋ（Ｖs^＊−Ｖ） ・・・（５）
（５）式において、ｋは速度を加速度に変換する係数である。続くステップ９で目標加速度α^＊が許容最大加速度αa_maxを上まわるか、または許容最大減速度αd_maxを下回る場合には、それらの許容値以内に制限する。

ステップ１０において目標加速度α^＊に車両質量Ｍを乗じて目標制駆動力Ｆorを演算する。
Ｆor＝α^＊＊Ｍ ・・・（６）
続くステップ１１では制御指令値であるスロットルバルブ開度指令値θ^＊と制動圧指令値Ｐ^＊を演算し、スロットルバルブ開度指令値θ^＊をエンジン制御装置８へ出力し、制動圧指令値Ｐ^＊を制動制御装置９へ出力する。エンジン制御装置８はスロットルバルブ開度指令値θ^＊にしたがってエンジン１のスロットルバルブ開度を調節し、制動制御装置９は制動圧指令値Ｐ^＊にしたがってディスクブレーキ７ａ〜７ｄを駆動制御する。

このように、一実施の形態によれば、自車線上の先行車両を認識して先行車両との車間距離を検出する車間距離センサー１１と、自車速を検出する車速センサー１０と、先行車両に追従走行する場合は予め設定した車速Ｖset以下で先行車両との車間距離Ｄが目標車間距離Ｄ^＊となるように車間距離制御を行い、自車線上に先行車両がいない場合には自車速Ｖが設定車速Ｖsetとなるように車速制御を行う走行制御コントローラー１５とを備えた車両用走行制御装置において、走行制御コントローラー１５によって、先行車両が障害物回避動作中であるか否かを判定し、先行車両に追従走行中に先行車両が障害物回避動作中であると判定された場合は自車の加速を禁止するようにしたので、運転者の障害物に対する余裕時間の減少を防止することができる。

また、一実施の形態によれば、走行制御コントローラー１５によって、先行車両が自車線から離脱傾向にあるか否かを判定するとともに、先行車両が障害物回避動作中であるか否かを判定し、先行車両に追従走行中に、先行車両が自車線から離脱傾向にあると判定されても、先行車両が障害物回避動作中であると判定された場合には自車の加速を禁止するようにしたので、先行車両の障害物回避のための自車線からの離脱を確実に検知でき、運転者の障害物に対する余裕時間の減少を防止することができる。

一実施の形態によれば、カメラ１２と画像処理装置１３により先行車両の横方向の加速度αを検出し、走行制御コントローラー１５によって、検出された先行車両の横方向加速度絶対値｜α｜がしきい値αA以上の場合は先行車両が障害物を回避動作中であると判定するようにしたので、先行車両の障害物回避動作を確実に検知できる。

一実施の形態によれば、カメラ１２と画像処理装置１３により先行車両の横方向の変位量Ｅと加速度αを検出し、走行制御コントローラー１５によって、検出された先行車両の横方向の変位量絶対値｜Ｅ｜がしきい値ＥA以上で、かつ検出された先行車両の横方向の加速度絶対値｜α｜がしきい値αA以上の場合には、先行車両が障害物を回避動作中であると判定するようにしたので、例えば車輪が轍の上を走行して先行車両の挙動が多少乱れても、そのような先行車両の横ぶれの影響を受けずに障害物回避中か否かをより正確に検知できる。

一実施の形態によれば、カメラ１２と画像処理装置１３により先行車両の横方向の変位量Ｅと速度ｖを検出し、走行制御コントローラー１５によって、検出された先行車両の横方向の変位量Ｅと速度ｖとが先行車両の横方向変位量と横方向速度との二次元マップ上に予め設定された領域内にある場合には、先行車両が自車線から離脱傾向にあると判定するようにしたので、先行車両の自車線からの離脱傾向を正確に検知できる。

一実施の形態によれば、車間距離センサー１１により検出された先行車両との車間距離Ｄが短いほど、障害物回避判定における横方向加速度αのしきい値αAを低くするようにしたので、車間距離Ｄが短いときに先行車両が障害物回避動作を行っても、運転者の障害物に対する余裕時間の減少を防止することができる。

一実施の形態によれば、車速センサー１０により検出された自車速Ｖが高いほど、障害物回避判定における横方向加速度αのしきい値αAを低くするようにしたので、自車速Ｖが高いときに先行車両が障害物回避動作を行っても、運転者の障害物に対する余裕時間の減少を防止することができる。

特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、車間距離センサー１１が車間距離検出手段を、車速センサー１０が自車速検出手段を、走行制御コントローラー１５が走行制御手段、障害物回避判定手段および離脱判定手段を、カメラ１２と画像処理装置１３が横変位検出手段、横方向速度検出手段および横方向加速度検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。

一実施の形態の構成を示す図である。 カメラで撮像した自車両前方の画像を示す図である。 自車線中央の求め方を説明するための図である。 走行制御コントローラーの構成を示すブロック図である。 一実施の形態の走行制御プログラムを示すフローチャートである。 先行車両の自車線からの離脱傾向を判定するためのマップ図である。 先行車両の自車線からの離脱傾向を判定するためのマップ図である。 先行車両が障害物を回避中か否かを判定するためのマップ図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 自動変速機
３ プロペラシャフト
４ 最終減速機
５ａ、５ｂ 駆動輪
６ａ、６ｂ 従動輪
７ａ〜７ｄ ディスクブレーキ
８ エンジン制御装置
９ 制動制御装置
１０ 車速センサー
１１ 車間距離センサー
１２ カメラ
１３ 画像処理装置
１４ 操作スイッチ
１５ 走行制御コントローラー
２１ 目標車間距離設定部
２２ 車間距離指令値演算部
２３ 相対速度演算部
２４ 目標車速演算部
２５ 目標車速選択部
２６ 車速制御部

Claims (6)

1. 自車線上の先行車両を認識して先行車両との車間距離を検出する車間距離検出手段と、
   自車速を検出する自車速検出手段と、
   先行車両に追従走行する場合は予め設定した車速（以下、設定車速という）以下で先行車両との車間距離が目標車間距離となるように車間距離制御を行い、自車線上に先行車両がいない場合には自車速が前記設定車速となるように車速制御を行う走行制御手段とを備えた車両用走行制御装置において、
   先行車両の横方向の加速度を検出する横方向加速度検出手段と、
   前記横方向加速度検出手段により検出された先行車両の横方向加速度がしきい値以上の場合は先行車両が障害物を回避動作中であると判定する障害物回避判定手段とを備え、
   前記走行制御手段は、先行車両に追従走行中に、前記障害物回避判定手段により先行車両が障害物回避動作中であると判定された場合は自車の加速を禁止することを特徴とする車両用走行制御装置。
2. 自車線上の先行車両を認識して先行車両との車間距離を検出する車間距離検出手段と、
   自車速を検出する自車速検出手段と、
   先行車両に追従走行する場合は予め設定した車速（以下、設定車速という）以下で先行車両との車間距離が目標車間距離となるように車間距離制御を行い、自車線上に先行車両がいない場合には自車速が前記設定車速となるように車速制御を行う走行制御手段とを備えた車両用走行制御装置において、
   先行車両の横方向の変位量を検出する横変位検出手段と、
   先行車両の横方向の加速度を検出する横方向加速度検出手段と、
   前記横変位検出手段により検出された先行車両の横方向の変位量がしきい値以上で、かつ前記前記横方向加速度検出手段により検出された先行車両の横方向の加速度がしきい値以上の場合には、先行車両が障害物を回避動作中であると判定する障害物回避判定手段とを備え、
   前記走行制御手段は、先行車両に追従走行中に、前記障害物回避判定手段により先行車両が障害物回避動作中であると判定された場合は自車の加速を禁止することを特徴とする車両用走行制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用走行制御装置において、
   先行車両が自車線から離脱傾向にあるか否かを判定する離脱判定手段を備え、
   前記走行制御手段は、先行車両に追従走行中に、前記離脱判定手段により先行車両が自車線から離脱傾向にあると判定されても、前記障害物回避判定手段により先行車両が障害物回避動作中であると判定された場合には自車の加速を禁止することを特徴とする車両用走行制御装置。
4. 請求項３に記載の車両用走行制御装置において、
   前記離脱傾向判定手段は、先行車両の横方向の変位量を検出する横変位検出手段と、先行車両の横方向の速度を検出する横方向速度検出手段とを有し、前記横変位検出手段により検出された先行車両の横方向の変位量と前記横方向速度検出手段により検出された先行車両の横方向の速度とが、先行車両の横方向変位量と横方向速度との二次元マップ上に予め設定された領域内にある場合には、先行車両が自車線から離脱傾向にあると判定することを特徴とする車両用走行制御装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の車両用走行制御装置において、
   前記車間距離検出手段により検出された先行車両との車間距離が短いほど、前記横方向加速度のしきい値を低くすることを特徴とする車両用走行制御装置。
6. 請求項１または請求項２に記載の車両用走行制御装置において、
   前記自車速検出手段により検出された自車速が高いほど、前記横方向加速度のしきい値を低くすることを特徴とする車両用走行制御装置。

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