JP4003736B2 - 車両用運転操作補助装置および車両用運転操作補助装置を備えた車両 - Google Patents
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Description
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を搭載した車両の構成図である。
図9(a)に示すように、自車両前方に仮想的な弾性体を設けたと仮定し、この仮想的な弾性体が前方車両に当たって圧縮され、自車両に対する擬似的な走行抵抗を発生するというモデルを考える。ここで、障害物に対するリスクポテンシャルRPは、図9(b)に示すように仮想弾性体が前方車両に当たって圧縮された場合の圧縮量と定義する。リスクポテンシャルRPは、以下の(式1)で表すことができる。
RP=l−D ・・・(式1)
l=Th×Vh ・・・(式2)
制御パラメータThは、例えばTh=1secとする。図9(b)に示すように、自車両と前方車両との車間距離Dが短い場合には、仮想弾性体の長さlよりも前方車との車間距離Dが小さくなり、リスクポテンシャルRPは大きな値となる。なお、車間距離Dが弾性体の長さl以上の場合、リスクポテンシャルRP=0とする。
Fc=k×RP ・・・(式3)
ここで、kは、仮想的な弾性体の弾性定数であり、適切な制御効果が得られるように予め適切に調整される制御パラメータである。
まず、ステップS401で、自車両の前方に仮想的に設けた弾性体の反発力Fcを、上述した(式3)を用いて算出する。ステップS402では、ドライバ要求駆動力Fdaを推定する。コントローラ50内には、駆動力制御装置63内に記憶されたドライバ要求駆動力算出マップ(図4)と同一のものが用意されている。そこで、コントローラ50は、図4に示すマップに従って、アクセルペダル操作量SAに応じたドライバ要求駆動力Fdaを推定する。
ステップS500では、前方車両に対するリスクポテンシャルRPに基づいて、アクセルペダル反力制御装置60へ出力する反力制御指令値FAと、ブレーキペダル反力制御装置90へ出力する反力制御指令値FBとを算出する。具体的には、ステップS300で算出した現在の走行状況に基づくリスクポテンシャルRPに対して所定時間Δtだけ遅延するリスクポテンシャル(以降、遅延リスクポテンシャルと呼ぶ)RPdelayを算出し、この遅延リスクポテンシャルRPdelayに基づいてアクセルペダル反力制御指令値FAとブレーキペダル反力制御指令値FBとを算出する。
ステップS501では、現在のリスクポテンシャルRPに対して所定時間Δtだけ遅延させたリスクポテンシャルRPdelayを算出する。遅延リスクポテンシャルRPdelayの算出処理を、図13のフローチャートを用いて説明する。ここでは、所定時間Δtを、例えば200msecとして設定する。なお、所定時間Δtは200msecに限定されることなく、適切な任意の値を設定することができる。
RPdelay=RP_z5 ・・・(式4)
このようにステップS501で遅延リスクポテンシャルRPdelayを算出した後、ステップS502へ進む。
ステップS600では、ステップS400で算出した駆動力補正量ΔDa、及び制動力補正量ΔDbをそれぞれ駆動力制御装置63、及び制動力制御装置93に出力する。駆動力制御装置63は、駆動力補正量ΔDaと要求駆動力Fdaとから目標駆動力を算出し、算出した目標駆動力を発生するようにエンジンコントローラを制御する。また、制動力制御装置93は、制動力補正量ΔDbと要求制動力Fdbとから目標制動力を算出し、目標制動力を発生するようにブレーキ液圧コントローラを制御する。
(1)コントローラ50は、自車両周囲の障害物状況に基づいて、障害物に対するリスクポテンシャルRPを算出し、算出したリスクポテンシャルRPに基づいて、運転操作装置に発生する操作反力を制御するとともに、自車両に発生する駆動トルクを減少するよう制御する。自車両周囲のリスクポテンシャルに応じて操作反力制御を行うことにより、運転者による自車両の加減速操作を補助して適切にアシストすることができる。リスクポテンシャルRPが大きくなると駆動トルクが減少するので、加速感の低下または減速感を警報として運転者に与えることができる。さらに、コントローラ50は操作反力制御を駆動トルク制御に対して遅延して行うので、アクセルペダル反力またはブレーキペダル反力の変化を強調して運転者に伝えることができる。
(2)コントローラ50は、自車両周囲の現在の障害物状況に基づいて、現在のリスクポテンシャルRPを算出するとともに、リスクポテンシャルRPに対して遅延させた遅延リスクポテンシャルRPdelayを算出する。コントローラ50は、現在のリスクポテンシャルRPに基づいて駆動トルクを補正し、遅延リスクポテンシャルRPdelayに基づいて操作反力を制御する。これにより、現在のリスクポテンシャルRPに基づいて補正した駆動トルクの補正量を操作反力として遅れて発生させ、車両の制御状態を操作反力の変化として運転者に強調して知らせることができる。
(3)コントローラ50は、現在のリスクポテンシャルRPに基づいて駆動トルク補正量ΔDaを算出し、所定時間Δtだけ遅延させた遅延リスクポテンシャルRPdelayに基づいて操作反力制御指令値FA、FBを算出する。リスクポテンシャルRPが大きい場合には、アクセルペダル操作量SAに対する駆動トルクの関係が、図11に示すように駆動トルク補正量ΔDaだけ減少する方向に補正される。これにより、アクセルペダル操作を行った際に運転者は期待するほどの加速感が得らず、自車両の加速感の減少または減速感を警報として運転者に与えることができる。ただし、図11に示すように、運転者がアクセルペダル62を踏み増ししてアクセルペダル操作量SAが増加すると、駆動トルクも増加する。すなわち、リスクポテンシャルRPが大きく駆動トルク補正制御を行っている場合でも、運転者のアクセルペダル操作に対して駆動トルクが増大することを許容しているので、運転者の意図による加速操作の自由度を確保することができる。さらに、駆動トルク補正量ΔDaに対応する制御量を、操作反力制御指令値FA、FBとして所定時間Δtだけ遅れて算出し、操作反力制御を行うので、操作反力の変化を強調して運転者に伝達することができる。
(4)コントローラ50は、現在のリスクポテンシャルRPに応じてブレーキペダル操作量SBに対する制動トルクの関係を増大方向に補正する。これにより、リスクポテンシャルRPが高い場合に運転者がブレーキペダル操作を行うと、制動力補正量ΔDbだけ増大した制動力が発生し、運転者の減速操作を適切に補助することができる。
(5)アクセルペダル操作量SAが所定値よりも小さい場合は、アクセルペダル操作量SAに応じて緩制動を行う。具体的には、アクセルペダル操作量SAに応じたドライバ要求駆動力Fdaが仮想弾性体の反発力Fcよりも小さい場合は、反発力Fcと要求駆動力Fdaとの差(Fc−Fda)を制動力補正量ΔDbとして制動力制御装置93に出力する。これにより、アクセルペダル操作量SAに応じた駆動力が小さい場合でも、運転者の運転操作を補助することができる。
(6)自車両周囲の遅延リスクポテンシャルRPdelayが大きくなるほどアクセルペダル操作反力を大きくするので、確実に運転者の注意を喚起することができる。
(7)自車両周囲の遅延リスクポテンシャルRPdelayが大きくなるほどブレーキペダル操作反力を小さくするので、運転者がブレーキペダル操作を行う際に運転者の減速操作を補助することができる。
以下に、本発明の第2の実施の形態による車両用運転操作補助装置について説明する。第2の実施の形態による車両用運転操作補助装置の構成は、図1および図2に示した第1の実施の形態と同様である。ここでは、第1の実施の形態との相違点を主に説明する。
RPdelay=max(RP_z1,RP_z2,RP_z3,RP_z4,RP_z5) ・・・(式5)
(式5)に示すように、リスクポテンシャルRPが増加している場合は、保存した過去値(RP_z1〜RP_z5)の中から最大値を遅延リスクポテンシャルRPdelayとして選択する。一方、リスクポテンシャルRPが減少している場合は、過去値RP_z1、すなわち現在のリスクポテンシャルRPを遅延リスクポテンシャルRPdelayとして選択する。
(1)コントローラ50は、現在のリスクポテンシャルRPに基づいて、遅延リスクポテンシャルRPdelayを遅延させる遅延時間Δtを変更する。これにより、自車両周囲の状況に応じて制駆動力制御に対する操作反力制御の遅延時間Δtを設定することができ、適切な制御を行うことができる。
(2)コントローラ50は、現在のリスクポテンシャルRPが増加している場合は、現在のリスクポテンシャルRPが減少する場合よりも遅延リスクポテンシャルRPdelayの遅延時間Δtを短くする。例えば、自車両が先行車に接近してリスクポテンシャルRPが高くなっていく状況においては、制駆動力補正量の発生に対して短い遅延時間で操作反力が発生する。これにより、自車両の制御状態を操作反力を介して速やかに運転者に伝達し、適切な運転操作を促すことができる。一方、自車両が先行車から遠ざかりリスクポテンシャルRPが減少していくような状況では、駆動力制御に対する操作反力制御の遅延時間Δtが長くなるので、アクセルペダル操作反力またはブレーキペダル操作反力の変化を強調して運転者に伝えることができる。
以下に、本発明の第3の実施の形態による車両用運転操作補助装置について説明する。第2の実施の形態による車両用運転操作補助装置の構成は、図1および図2に示した第1の実施の形態と同様である。ここでは、第1の実施の形態との相違点を主に説明する。
y=D×sin(θ1)+lw/2 ・・・(式6)
ここで、D:車間距離、lw:車両の幅である。
m×v×(r+dβ/dt)=2Yf+2Yr ・・・(式7)
Iz×dr/dt=2lf×Yf−2lr×Yr ・・・(式8)
ここで、
m:車両重量
Iz:車両ヨー方向の慣性モーメント
v:車速
r:ヨーレート
β:車体スリップ角
lf:車両重心から前輪までの距離
lr:車両重心から後輪までの距離
Yf=Ff{β+(lf/v)×r−θf} ・・・(式9)
Yr=Fr{β−(lr/v)×r} ・・・(式10)
Ff、Frはタイヤスリップ角に対して発生する横力を表す関数であり、図23のような関係として定義される。
y=∫v×sin(∫r×dt+β)dt ・・・(式11)
以上の(式7)〜(式11)を解くことにより、自車両が前方障害物を回避するために必要な横移動距離yだけ横移動するのに必要な時間tyを算出できる。
ステップS540では、制動による回避可能性判断を行う。具体的には、ステップS200で認識した自車両と前方障害物との距離Dと相対速度Vrが以下の(式12)に示す関係であるとき、制動によって前方障害物を回避することは不可能であると判断する。
D<−Vr×Td+Vr2/2a ・・・(式12)
ここで、Tdはドライバのブレーキ操作時に減速度が発生するまでの無駄時間であり、例えばTd=0.2秒とする。aはドライバのブレーキ操作により発生する減速度であり、例えばa=8.0m/s2とする。
T1=D/Vr − ty ・・・(式13)
T1=−(D−Vr2/2a+Vr×Td)/Vr ・・・(式14)
ここで、Tdはドライバによるブレーキ操作時の無駄時間、aはブレーキ操作によって発生する減速度である。
α=p1/T1 ・・・(式15)
(1)コントローラ50は、障害物に対する回避の可能性を判定し、自車両が障害物を回避できないと判定すると、自動制動を行うように制動力制御装置93を制御する。これにより、自車両を自動的に減速して不慮の事態による影響を緩和させることが可能となる。
(2)コントローラ50は、自車両が制動のみで障害物を回避できるか否か、また、操舵のみで障害物を回避できるか否かを判定し、少なくとも制動または操舵のみで障害物を回避できない場合は、自動制動を行う。これにより、障害物を回避できないと予測される場合は自動制動を行って不慮の事態による影響を緩和することが可能となる。また、図23に示すように、制動または操舵で障害物を回避できない状態から、制動でも操舵でも障害物を回避できない状態に変化すると、制動力目標値Ftが制動力1から制動力2に増加する。これにより、制動力を増加して自動的に急制動を行い、不慮の事態に至った場合でもその影響を緩和することが可能となる。
(3)障害物を回避できないと予測される場合は、操作反力制御指令値FA、FBを所定値FAmax、FBminに補正するので、運転者の注意を喚起して減速操作を促すことができる。
20:車速センサ
50:コントローラ
60:アクセルペダル反力制御装置
63:駆動力制御装置
64:アクセルペダルストロークセンサ
90:ブレーキペダル反力制御装置
93:制動力制御装置
94:ブレーキペダルストロークセンサ
Claims (16)
- 自車両周囲の障害物を検出する障害物検出手段と、
前記障害物検出手段による検出結果に基づいて、前記障害物に対する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前記リスクポテンシャルに基づいて、前記リスクポテンシャルの大きさを運転者が自車両の運転操作を行う際に操作する運転操作装置に発生する操作反力として前記運転者に伝えるように、前記操作反力を制御する操作反力制御手段と、
前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記リスクポテンシャルに基づいて、前記リスクポテンシャルが大きくなるほどエンジンにより発生する駆動力が小さくなるように前記駆動力を減少する駆動力補正手段と、
前記駆動力補正手段による前記駆動力の制御を開始した後、前記操作反力制御手段による前記操作反力の制御を開始し、前記駆動力の制御に対し時間遅れを持たせて前記操作反力の制御を行うよう制御する制御手段とを備え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、
前記リスクポテンシャル算出手段は、前記障害物検出手段による検出結果に基づいて、前記障害物に対する現在のリスクポテンシャルを算出するとともに、前記現在のリスクポテンシャルよりも前の時点で算出されたリスクポテンシャルを遅延リスクポテンシャルとして設定し、
前記制御手段は、前記現在のリスクポテンシャルに基づいて前記駆動力を減少するよう前記駆動力補正手段を制御し、前記遅延リスクポテンシャルに基づいて前記操作反力を発生するよう前記操作反力制御手段を制御することにより、前記操作反力の制御を前記駆動力の制御に対して遅延させることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 自車両周囲の障害物を検出する障害物検出手段と、
前記障害物検出手段による検出結果に基づいて、前記自車両の前記障害物に対する現在のリスクポテンシャルを算出するとともに、前記現在のリスクポテンシャルよりも前の時点で算出されたリスクポテンシャルを遅延リスクポテンシャルとして設定するリスクポテンシャル算出手段と、
アクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダル操作量検出手段と、
前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記現在のリスクポテンシャルに基づいて、エンジンにより発生する、前記アクセルペダル操作量に応じた駆動力に対して、前記現在のリスクポテンシャルが大きくなるほど前記駆動力が小さくなるように前記駆動力を補正する駆動力補正手段と、
前記駆動力補正手段によって算出される前記駆動力を発生させる駆動力制御手段と、
前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記遅延リスクポテンシャルに基づいて、前記遅延リスクポテンシャルの大きさを運転者が自車両の運転操作を行う際に操作する運転操作装置に発生する操作反力として前記運転者に伝えるように、前記操作反力を決定する操作反力決定手段と、
前記操作反力決定手段によって決定される前記操作反力を前記運転操作装置に発生する操作反力発生手段とを備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項3に記載の車両用運転操作補助装置において、
ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキペダル操作量検出手段と、
前記ブレーキペダル操作量に応じた制動力を発生するブレーキ制御手段と、
前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記現在のリスクポテンシャルに基づいて、前記ブレーキペダル操作量に応じて発生する前記制動力に対して、前記現在のリスクポテンシャルが大きくなるほど前記制動力が大きくなるように前記制動力を補正する制動力補正手段とをさらに備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項4に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記ブレーキ制御手段は、前記アクセルペダル操作量に応じた前記駆動力よりも、前記現在のリスクポテンシャルに基づく前記駆動力の減少量が大きい場合は、前記駆動力の減少量と前記アクセルペダル操作量に応じた前記駆動力との差を制動力として発生するような緩制動を行うことを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項3から請求項5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、
前記リスクポテンシャル算出手段によって算出された前記リスクポテンシャルの変化を検出するリスクポテンシャル変化検出手段をさらに備え、
前記リスクポテンシャル変化検出手段によって検出された前記現在のリスクポテンシャルの変化に基づいて、前記現在のリスクポテンシャルと前記遅延リスクポテンシャルとの時間差を表す遅延時間を変更する遅延時間変更手段をさらに備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、
前記遅延時間変更手段は、前記リスクポテンシャル変化検出手段によって前記現在のリスクポテンシャルが増加していると検出された場合は、前記現在のリスクポテンシャルが減少していると検出された場合よりも前記遅延時間を短くすることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項3、請求項6および請求項7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、
前記障害物検出手段による検出結果に基づいて、前記障害物に対する回避の可能性を判定する回避判定手段と、
前記回避判定手段によって前記障害物を回避できないと判定されると、ブレーキ制御手段によって自動制動を行うよう制御する自動制動制御手段とをさらに備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項4または請求項5に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記障害物検出手段による検出結果に基づいて、前記障害物に対する回避の可能性を判定する回避判定手段と、
前記回避判定手段によって前記障害物を回避できないと判定されると、前記ブレーキ制御手段によって自動制動を行うよう制御する自動制動制御手段とをさらに備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項8または請求項9に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記回避判定手段は、前記障害物を制動のみで回避できるかを判定する制動回避判定手段と、前記障害物を操舵のみで回避できるかを判定する操舵回避判定手段とを有し、
前記自動制動制御手段は、少なくとも前記制動回避判定手段または前記操舵回避判定手段で前記障害物を回避できないと判定されると、前記ブレーキ制御手段によって前記自動制動を行うよう制御することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項8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において、
前記回避判定手段によって前記障害物を回避できないと判定されると、前記操作反力決定手段で決定される前記操作反力を最大値に補正する操作反力補正手段をさらに備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項3から請求項11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、
前記運転操作装置は、アクセルペダルを含むことを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項12に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記操作反力決定手段は、前記遅延リスクポテンシャルが大きくなるほど前記アクセルペダルの前記操作反力を大きくすることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項3から請求項13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、
前記運転操作装置は、少なくともブレーキペダルを含むことを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項14に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記操作反力決定手段は、前記遅延リスクポテンシャルが大きくなるほど前記ブレーキペダルの前記操作反力を小さく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から請求項15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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