JP4063169B2 - 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る車両 - Google Patents

Description

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。

従来の車両用運転操作補助装置は、車両周囲の状況（障害物）を検出し、その時点における潜在的リスクポテンシャルを求めている（例えば、特許文献１参照）。この車両用運転操作補助装置は、算出したリスクポテンシャルに基づいて操舵補助トルクを制御することにより、不慮の事態に至ろうとす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。
特開平１０−２１１８８６号公報 特開平１０−１６６８８９号公報 特開平１０−１６６８９０号公報

このような車両用運転操作補助装置にあっては、どの障害物を反力制御の対象としているかを運転者が容易に理解できるようにしながら、自車両周囲のリスクポテンシャルを車両操作機器の操作反力として確実に運転者に伝達することが望まれている。

本発明による車両用運転操作補助装置は、自車両の前方領域を撮像する撮像手段と、撮像手段により撮像された前方領域の画像から、車線境界を検出する車線境界検出手段と、画像における２本の垂直線が車線境界とそれぞれ交わる交点までの、２本の垂直線の長さを検出する車線境界距離検出手段と、車線境界距離検出手段によって検出される２本の垂直線の長さに基づいて、自車両が車線境界上の２点に接触するまでの余裕時間をそれぞれ算出する余裕時間算出手段と、余裕時間算出手段によって算出される２つの余裕時間に基づいて、車両操作機器の操作反力を制御する操作反力制御手段とを備え、２本の垂直線は、車線境界を検出するために設定された２つの車線境界検出方向に対応する画像における２つの水平方向位置からそれぞれ鉛直方向に延びる線である。

撮像手段によって撮像される自車両前方領域の画像において、２本の垂直線と車線境界との交点までの垂直線の長さを検出し、それらの長さに基づいて自車両が車線境界上の２点に接触するまでの余裕時間を算出する。これにより、自車両前方領域の画像からのみ車線境界に対する余裕時間を算出し、車両操作機器の操作反力制御を行うことができる。

《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。

まず、車両用運転操作補助装置１の構成を説明する。
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による検知領域は自車両正面に対して水平方向に±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。

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。操舵角センサ４０は、ステアリングホイール６２の操舵角を検出する。検出された操舵角はコントローラ５０に出力される。

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、車両用運転操作補助装置１の全体の制御を行う。コントローラ５０は、車速センサ３０から入力される自車速と、前方カメラ２０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各障害物に対する自車両のリスクポテンシャルを算出し、リスクポテンシャルに応じた車両操作機器の反力制御を行う。コントローラ５０において実行する画像処理および画像処理認識結果を用いた反力制御については、後述する。

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。

アクセルペダル反力制御装置８０は、コントローラ５０からの信号に応じてサーボモータ８１で発生させるトルクを制御する。サーボモータ８１は、アクセルペダル操作反力制御装置８０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８２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。

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は、例えばアクセルペダル操作量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８２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。

ブレーキペダル反力制御装置９０は、コントローラ５０からの指令に応じて、ブレーキブースタ９１で発生させるブレーキアシスト力を制御する。ブレーキブースタ９１は、ブレーキペダル反力制御装置９０からの指令値に応じて発生させるブレーキアシスト力を制御し、運転者がブレーキペダル９２を操作する際に発生する踏力を任意に制御することができる。ブレーキアシスト力が大きいほどブレーキペダル操作反力は小さくなり、ブレーキペダル９２を踏み込みやすくなる。

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。
コントローラ５０は、自車両周囲に存在する障害物、例えばレーンマーカに対するリスクポテンシャルを算出する。そして、リスクポテンシャルに応じて操舵反力、アクセルペダル反力およびブレーキペダル反力を制御し、車両前後方向および左右方向の反力制御を行う。

ここで、例えば自車両の周囲３６０°の範囲に存在する障害物に対してそれぞれリスクポテンシャルを算出する場合を考える。この場合、自車両周囲の全障害物に対するリスクポテンシャルを前後方向および左右方向の成分毎に積分することにより、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できる。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に応じた反力制御量により、前後／左右の連続的な反力制御を行うことができる。

ただし、このように自車両周囲に存在する全ての障害物を検出し、各障害物に対するリスクポテンシャルを総合して前後／左右の反力制御を行った場合、実際に反力制御の対象となっている障害物が何であるかを、運転者が理解しづらくなってしまう。また、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するための処理が複雑になるとともに、前後方向および左右方向における反力制御のバランスを適切に設定することが困難である。

そこで、第１の実施の形態においては、自車両の前方に障害物を検出するための２方向を設定し、設定した障害物検出方向上に存在する障害物に対するリスクポテンシャルをそれぞれ算出する。そして、２つの障害物に対するリスクポテンシャルを比較し、前後方向および左右方向の反力制御量のバランスを適切に設定する。

第１の実施の形態においては、前方カメラ２０からの画像情報に基づいて２つの障害物検出方向上に存在するレーンマーカを検出する。そして、障害物検出方向、すなわち車線境界検出方向上に存在するレーンマーカに対する自車両のリスクポテンシャルに応じて、車両前後方向および左右方向の反力制御を行う。

以下に、第１の実施の形態において、どのように反力制御量、すなわち操舵反力制御、アクセルペダル反力制御およびブレーキペダル反力制御を行う際の反力制御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。

−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、および操舵角センサ４０によって検出される操舵角ＳＴＲを読み込む。ステップＳ１２０では、前方カメラ２０によって検出される自車両前方領域の画像情報を読み込む。

ステップＳ１３０では、車線境界検出方向を決定する。具体的には、図４に示すように、２つの車線境界検出方向の中心線を決定する中心角θｃと、中心線と各検出方向とがなす開き角αとをそれぞれ算出する。具体的には、ステップＳ１１０で検出した自車速Ｖと操舵角ＳＴＲから自車両のおよその進行方向を推定し、自車両正面に対する進行方向にほぼ一致する角度を中心角θｃとする。自車両の進行方向は操舵角ＳＴＲに比例し、自車速Ｖにほぼ反比例するため、操舵角ＳＴＲが大きくなるほど中心角θｃは大きくなり、反対に自車速Ｖが大きくなるほど中心角θｃは小さくなる。

開き角αは、自車速Ｖに応じて決定する。図５に、自車速Ｖと開き角αの関係を示す。開き角αは、操舵角ＳＴＲが微小角度だけ変化したときに予測される自車両の進行方向の変化を示している。自車速Ｖが大きくなるほど操舵角ＳＴＲの変化に対する進行方向の変化は小さいため、図５に示すように、自車速Ｖが大きくなるほど開き角αは小さくなるよう設定される。

コントローラは、算出した中心角θｃと開き角αとから、自車両正面に対する２つの車線境界検出方向θＬ、θＲを決定する。図４に示す走行状況においては、右側の車線境界検出方向θＲ＝θｃ＋α、左側の車線境界検出方向θＬ＝α−θｃで表される。

ステップＳ１４０では、ステップＳ１２０で読み込んだ自車両前方領域の画像情報に画像処理を施し、レーンマーカ、すなわち車線境界を認識する。つづくステップＳ１５０では、自車両前方領域の画像情報を用いて、自車両から２つの車線境界検出方向上にあるレーンマーカまでの距離Ｄを算出する。ここで、右側の車線境界検出方向上のレーンマーカまでの距離ＤをＤＲ、左側の車線境界検出方向上のレーンマーカまでの距離ＤをＤＬとする。以下に、前方カメラ２０の画像を用いて自車両とレーンマーカとの距離ＤＬ、ＤＲを検出する方法について説明する。

図６は、前方カメラ２０によって検出される自車両前方領域の画像（カメラ画面）である。図６に示すカメラ画面において、水平方向にＸ軸、鉛直方向にＹ軸をとる。コントローラ５０は、カメラ画面上で、ステップＳ１３０で設定した２つの車線境界検出方向θＬ、θＲに対応するＸ座標ＸＬ、ＸＲを決定する。そして、コントローラ５０は、Ｘ座標値ＸＬ、ＸＲにおける水平エッジの画面下端からの上下位置、すなわちレーンマーカのＹ座標値ＹＬ、ＹＲをそれぞれ算出し、自車両からレーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲを算出する。

２つの車線境界検出方向θＬ、θＲに対応するＸ座標ＸＬ、ＸＲは、以下の（式１）（式２）を用いて設定することができる。
ＸＬ＝ｋ・θＬ ・・・（式１）
ＸＲ＝ｋ・θＲ ・・・（式２）
（式１）（式２）において、ｋは角度θＬ、θＲをカメラ画面のＸ座標に変換するための定数である。

レーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲを算出する方法について、図７，８を用いてより詳細に説明する。ここでは、自車両前方のレーンマーカ位置６０までの距離Ｄを算出する場合を例として説明する。図７は、自車両とレーンマーカ位置６０との位置関係を示す側面図である。図８は、前方カメラ２０のカメラ画面を示す。レーンマーカ位置６０は、図８に示すカメラ画面において座標値Ｘ０の垂直線とレーンマーカとの交点として表される。カメラ画面における座標値Ｘ０の垂直線の長さ、すなわちレーンマーカ位置６０のＹ座標値ＹＥを用いて、自車両からレーンマーカまでの距離Ｄを算出することができる。

レーンマーカ位置６０までの距離Ｄを算出する際に用いるパラメータは、以下の通りである。
Ｈｃ：前方カメラ２０の取付高さ（ｍ、固定値）。
Ｄ０：車体の前端と前方カメラ２０の取付位置との前後方向距離（ｍ、固定値）。
ＤＣ：前方カメラ２０からレーンマーカ位置６０までの距離（ｍ）。
Ｙ０：カメラ画面内で無限遠点（水平方向）を示すＹ座標値（固定値）。
ＹＥ：カメラ画面内でのレーンマーカ位置６０のＹ座標値。
ｄＹ：カメラ画面内における、レーンマーカ位置６０の無限遠点に対する相対Ｙ座標値。

Ｈｃ、Ｄ０，Ｙ０は固定値であり、予めコントローラ５０のメモリに記憶されている。距離ＤＣ、およびＹ座標値ｄＹは、それぞれ以下の（式３）（式４）で表される。
ＤＣ＝Ｄ＋Ｄ０ ・・・（式３）
ｄＹ＝Ｙ０−ＹＥ ・・・（式４）

ここで、前方カメラ２０のＹ座標値１当たりの角度分解能Δθ（rad）を用いると、図７および図８に示す幾何学的関係より、以下の（式５）が成立する。
ｄＹ＝Ｈｃ／ＤＣ／Δθ ・・・（式５）
（式３）〜（式５）を整理すると、以下の（式６）を得る。
Ｄ＝ＨＣ／（Ｙ０−ＹＥ）／Δθ−Ｄ０ ・・・（式６）

カメラ画面から求められるＹ座標値Ｙ０，ＹＥを用いて、（式６）よりレーンマーカ位置６０までの距離Ｄを算出することができる。コントローラ５０は、図６に示すＸ座標ＸＬ、ＸＲにおいて上述したようにレーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲを算出する。

ステップＳ１６０では、ステップＳ１５０で算出した距離ＤＬ、ＤＲを用いて、２つの車線境界検出方向上のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣ（Time To Contact）をそれぞれ算出する。コントローラ５０は、レーンマーカまでの距離Ｄ（ＤＬ、ＤＲ）を自車速Ｖで除することにより、以下の（式７）から余裕時間ＴＴＣを算出することができる。
ＴＴＣ＝Ｄ／Ｖ ・・・（式７）

余裕時間ＴＴＣは、レーンマーカ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、自車両が距離Ｄにあるレーンマーカに到達するまでの時間を示す値であり、レーンマーカは道路に固定されているので、距離Ｄを自車速Ｖで除することにより算出できる。ここで、２つの車線境界検出方向において右側のライン上に存在するレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣをＴＴＣＲ、左側のライン上に存在するレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣをＴＴＣＬとする。

ステップＳ１７０では、ステップＳ１６０で算出した左右の余裕時間ＴＴＣＲ、ＴＴＣＬを比較し、左右いずれのレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣが小さいかを判定する。右側のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＲが左側のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＬよりも小さい場合は、ステップＳ１８０へ進む。

ステップＳ１８０では、小さい方の右側の余裕時間ＴＴＣＲに基づいて、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralを算出する。図９に、余裕時間ＴＴＣと左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralとの関係を示す。図９に示すように、余裕時間ＴＴＣが小さくなり自車両とレーンマーカとの接近度合が大きくなるほど、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralが大きくなる。余裕時間ＴＴＣが所定値ＴＴＣ１よりも小さいときは、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralは所定値ＲＰｍに固定される。

つづくステップＳ１９０では、大きい方の左側の余裕時間ＴＴＣＬが所定値Ｔ０よりも小さいか否かを判定する。左側の余裕時間ＴＴＣＬが所定値Ｔ０よりも小さい場合は、ステップＳ２００へ進む。ステップＳ２００では、左側の余裕時間ＴＴＣＬに基づいて前後方向のリスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出する。図１０に、余裕時間ＴＴＣと前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalとの関係を示す。図１０に示すように、余裕時間ＴＴＣが小さくなり自車両とレーンマーカとの接近度合が大きくなるほど、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalが大きくなる。余裕時間ＴＴＣが所定値ＴＴＣ２よりも小さいときは、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalは所定値ＲＰｎに固定される。

ステップＳ１９０が否定判定され、大きい方の左側の余裕時間ＴＴＣＬが所定値Ｔ０以上の場合は、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalは算出しない。すなわち、余裕時間ＴＴＣが所定値Ｔ０以上の場合には自車両とレーンマーカとの接近度合が小さいと判断し、前後方向の反力制御は行わないこととする。ここで、所定値Ｔ０は例えば７秒程度に設定する。

一方、ステップＳ１７０で、左側のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＬが右側のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＲ以下であると判定されると、ステップＳ２１０へ進む。ステップＳ２１０では、小さい方の左側の余裕時間ＴＴＣＬに基づいて、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralを算出する。ここでは、ステップＳ１８０と同様に図９のマップを用いて、左側の余裕時間ＴＴＣＬに応じた左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralを算出する。

つづくステップＳ２２０では、大きい方の右側の余裕時間ＴＴＣＲが所定値Ｔ０よりも小さいか否かを判定する。右側の余裕時間ＴＴＣＲが所定値Ｔ０よりも小さい場合は、ステップＳ２３０へ進む。ステップＳ２３０では、右側の余裕時間ＴＴＣＲに基づいて前後方向のリスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出する。ここでは、ステップＳ２００と同様に図１０を用いて、右側の余裕時間ＴＴＣＲに応じた前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出する。ステップＳ２２０が否定判定され、大きい方の右側の余裕時間ＴＴＣＲが所定値Ｔ０以上の場合は、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalは算出せず、前後方向の反力制御を行わないようにする。

ステップＳ２４０では、ステップＳ２００またはステップＳ２３０で算出した前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalに基づいて、前後方向制御指令値、すなわちアクセルペダル反力制御装置８０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。前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalに応じて、リスクポテンシャルが大きいほど、アクセルペダル８２を戻す方向へ制御反力を発生させ、また、ブレーキペダル９２を踏み込みやすい方向へ制御反力を発生させる。これにより、運転者の操作をアクセルペダル操作からブレーキペダル操作へと促す。

図１１に、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalとアクセルペダル反力制御指令値ＦＡとの関係を示す。図１１に示すように、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalが大きくなるほど、アクセルペダル反力が大きくなるようにアクセルペダル反力制御指令値ＦＡが増加する。前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalが所定値ＲＰｍａｘ以上となると、最大のアクセルペダル反力を発生させるようにアクセルペダル反力制御指令値ＦＡを最大値ＦＡｍａｘに固定する。

図１２に、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalとブレーキペダル反力制御指令値ＦＢとの関係を示す。図１２に示すように、所定値ＲＰｍａｘ以上で前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalが大きくなるほど、ブレーキペダル反力を小さく、すなわちブレーキアシスト力を大きくするようにブレーキペダル反力制御指令値ＦＢが小さくなる。

なお、ステップＳ１９０またはステップＳ２２０が否定判定された場合は前後方向の反力制御は行わず、アクセルペダル８２およびブレーキペダル９２にはそれぞれの操作量に応じた通常のペダル反力が発生する。

ステップＳ２５０では、ステップＳ１８０またはステップＳ２１０で算出した左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralから、左右方向制御指令値、すなわち操舵反力制御装置６０へ出力する操舵反力制御指令値ＦＳを算出する。左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じて、リスクポテンシャルが大きいほどステアリングホイール６２を中立位置へと戻す方向へ大きな操舵反力を発生させる。

図１３に、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralと操舵反力制御指令値ＦＳとの関係を示す。図１３に示すように、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralが大きくなるほど操舵反力制御指令値ＦＳが大きくなり、ステアリングホイール６２を中立位置へ戻す方向の操舵反力が大きくなる。なお、図１３において、右側の車線境界検出方向上に存在するレーンマーカに対する左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralはプラスの領域に示し、左側の車線境界検出方向上に存在するレーンマーカに対する左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralはマイナスの領域に示している。

ステップＳ２６０では、ステップＳ２４０で算出した前後方向制御指令値ＦＡ、ＦＢをアクセルペダル反力制御装置８０およびブレーキペダル反力制御装置９０に出力し、ステップＳ２５０で算出した左右方向制御指令値ＦＳを操舵反力制御指令値６０に出力する。これにより、今回の処理を終了する。

図１４（ａ）（ｂ）に、第１の実施の形態の作用を説明するための図を示す。図１４（ａ）は自車両が直線路を走行している状態を示し、図１４（ｂ）は自車両がカーブ路を走行している状態を示している。

図１４（ａ）に示す走行状況において、自車両は自車線の左寄りを直進している。自車両の進行方向はほぼ自車両正面であるため、中心角θｃは０となり、開き角αは自車両正面に対して左右にα°である。中心角θｃと開き角αによって設定された２つの車線境界検出方向上には、自車両右側および左側のレーンマーカが存在する。そこで、コントローラ５０はそれぞれのレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＲ、ＴＴＣＬを算出する。

図１４（ａ）に示すように自車両は自車線の左寄りを走行しているため、左側のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＬが右側のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＲよりも小さくなる。したがって、コントローラ５０は、左側の余裕時間ＴＴＣＬに基づいて左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralを算出し、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じて操舵反力を制御する。また、右側の余裕時間ＴＴＣＲが所定値Ｔ０よりも小さい場合、コントローラ５０は、余裕時間ＴＴＣＲに基づいて前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出し、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalに応じてアクセルペダル反力制御およびブレーキペダル反力制御を行う。

これにより、左側のレーンマーカに対応する操舵反力が発生し、また、右側のレーンマーカに対応するアクセルペダル反力およびブレーキペダル反力が発生する。このように前後および左右のバランスを適切に設定した操作反力が発生し、運転者の運転操作を適切な方向へ促す。なお、図１４（ａ）に示すような走行状況においては右側の余裕時間ＴＴＣＲが比較的大きいため、車両前後方向の反力制御量は小さくなる。したがって、反力制御を行うことによって運転者のアクセルペダル操作およびブレーキペダル操作を妨げるほどの操作反力は発生しない。

図１４（ｂ）に示す走行状況において、自車両はカーブ路走行中に自車線から逸脱しようとしている。自車両の進行方向はほぼ自車両正面であるため、中心角θｃは０となり、開き角αは自車両正面に対して左右にα°である。中心角θｃと開き角αによって設定された２つの車線境界検出方向上には、自車線左側のレーンマーカが存在する。そこで、コントローラ５０は２つの車線境界検出方向上のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＲ、ＴＴＣＬをそれぞれ算出する。

図１４（ｂ）に示すように自車両は右カーブから左側に逸脱しようとしているため、左側の余裕時間ＴＴＣＬが右側の余裕時間ＴＴＣＲよりも小さくなる。したがって、コントローラ５０は、左側の余裕時間ＴＴＣＬに基づいて左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralを算出し、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じて操舵反力を制御する。また、右側の余裕時間ＴＴＣＲが所定値Ｔ０よりも小さい場合、コントローラ５０は、余裕時間ＴＴＣＲに基づいて前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出し、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalに応じてアクセルペダル反力制御およびブレーキペダル反力制御を行う。これにより、自車両に近い左側の車線境界検出方向上のレーンマーカに対応する操舵反力が発生し、また、自車両から遠い右側の車線境界検出方向上のレーンマーカに対応するアクセルペダル反力およびブレーキペダル反力が発生する。

したがって、図１４（ｂ）に示すように自車両がカーブから逸脱しようとしている場合には、ステアリングホイール６２を戻す方向に操舵反力が発生し、運転者の運転操作を適切な方向へ促す。このとき、右側の余裕時間ＴＴＣＲが比較的大きい場合は車両前後方向の反力制御量は小さい。自車両が前進をつづけてレーンマーカに一層接近すると、左側の余裕時間ＴＴＣＬおよび右側の余裕時間ＴＴＣＲがともに小さくなり、車両左右方向および前後方向の反力制御量が大きくなる。これにより、自車両がカーブから逸脱しないように操舵反力を発生させるとともに、運転者による減速操作を促す。このように前後および左右の反力制御のバランスを適切に設定して反力制御を行う。

図１５および図１６に、第１の実施の形態による他の作用を説明するための図を示す。ここでは、自車両が坂道を走行する場合に、前方カメラ２０の画像から検出されるレーンマーカまでの距離に基づく前後方向反力制御の作用について説明する。図１５（ａ）〜（ｅ）は、自車両が上り坂を走行する場合の前方カメラ２０のカメラ画面の変化および前後方向制御指令値の変化を示す。図１６（ａ）〜（ｅ）は、自車両が下り坂を走行する場合の前方カメラ２０のカメラ画面の変化および前後方向制御指令値の変化を示す。

図１５（ａ）に示すように、自車両が平坦な道路から上り坂に進入する場合、前方カメラ２０のカメラ画面における無限遠点（水平方向）は、矢印で示すようにカメラ画面の上方へ移動する。これにより、カメラ画面における車線境界検出方向上のレーンマーカのＹ座標値が増加する。上述したように、レーンマーカのＹ座標値はカメラ画面の下端から算出され、カメラ画面における無限遠点のＹ座標値Ｙ０は固定値である。従って、レーンマーカのＹ座標値および無限遠点のＹ座標値を用いて算出される、自車両から車線境界検出方向上のレーンマーカまでの距離Ｄが増加し、レーンマーカまでの余裕時間ＴＴＣも増加する。余裕時間ＴＴＣの増加により前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalが減少するため、前後方向制御指令値が減少する。

したがって、自車両が上り坂に進入する場合は、道路勾配に応じてカメラ画面の画像状態が変化し、前後方向制御指令値が自動的に減少する。これにより、アクセルペダル８２を操作する際に発生するアクセルペダル反力が減少し、自車両が上り坂に進入する際に加速を促すことができる。なお、上述したように、２つの車線境界検出方向上のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣがともに所定値Ｔ０未満の場合のみ、前後方向反力制御を行う。

図１５（ｂ）に示すように自車両が上り坂に進入した後は、道路勾配に対して自車両の車体が平行になるため、カメラ画面における無限遠点は矢印で示すようにカメラ画面のほぼ中間に復帰する。これに伴って、上り坂進入時に増加したレーンマーカのＹ座標値が、道路勾配の影響を受けない値、すなわち通常の値に復帰する。これにより、上り坂進入時に減少していた前後方向制御指令値は、自車両が平坦な道路を走行する場合と同様な通常の値に復帰する。

したがって、図１５（ｂ）および図１５（ｃ）に示すように自車両が上り坂の途中を走行している場合は、道路勾配の影響を受けることなくレーンマーカのＹ座標値が算出される。これにより、自車両が平坦な道路を走行している場合と同様に、レーンマーカまでの正確な距離Ｄを用いて前後方向制御指令値が算出される。

図１５（ｄ）に示すように自車両が上り坂から抜け出す場合、前方カメラ２０のカメラ画面における無限遠点は矢印で示すようにカメラ画面の下方へ移動する。これに伴い、レーンマーカまでのＹ座標値が低下し、レーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣが減少する。このように、自車両が上り坂から抜け出す場合は、道路勾配の変化に応じてカメラ画面の画像状態が変化し、前後方向制御指令値が自動的に増加する。これにより、アクセルペダル８２を操作する際に発生するアクセルペダル反力が増加し、上り坂から平坦な道路へ移行する際に自車両の減速を促すことができる。

図１５（ｅ）に示すように自車両が上り坂を抜け出した後は、カメラ画面における無限遠点が矢印で示すようにカメラ画面のほぼ中間に復帰し、レーンマーカまでのＹ座標値が通常の値に復帰する。これにより、レーンマーカまでの正確な距離Ｄを用いて前後方向制御指令値が算出され、上り坂から抜け出すときに増加した前後方向制御指令値は通常の値に復帰する。

一方、図１６（ａ）に示すように自車両が平坦な道路から下り坂に進入する場合は、前方カメラ２０のカメラ画面における無限遠点が矢印で示すようにカメラ画面の下方へ移動する。これに伴ってレーンマーカのＹ座標値が低下し、レーンマーカまでの余裕時間ＴＴＣが減少して前後方向制御指令値が自動的に増加する。これにより、アクセルペダル反力が増加し、下り坂に進入する際に自車両の減速を促すことができる。

図１６（ｂ）に示すように自車両が下り坂に進入した後は、カメラ画面における無限遠点が矢印で示すようにほぼ中間に復帰する。これにより、レーンマーカのＹ座標値が通常の値に復帰し、下り坂進入時に増加した前後方向制御指令値は、レーンマーカまでの正確な距離Ｄから算出される通常の値に復帰する。

従って、図１６（ｂ）および図１６（ｃ）に示すように自車両が下り坂の途中を走行している場合は、道路勾配の影響を受けることなくレーンマーカのＹ座標値が算出される。これにより、平坦な道路を走行する場合と同様にレーンマーカまでの正確な距離Ｄを用いて前後方向制御指令値が算出される。

図１６（ｄ）に示すように自車両が下り坂から抜け出す場合は、カメラ画面における無限遠点が矢印で示すようにカメラ画面の上方へ移動する。これに伴って、レーンマーカまでのＹ座標値が増加し、レーンマーカまでの余裕時間ＴＴＣが増加して前後方向制御指令値が自動的に減少する。これによりアクセルペダル反力が減少し、下り坂から抜け出す際に自車両の加速を促すことができる。

図１６（ｅ）に示すように自車両が下り坂を抜け出した後は、カメラ画面における無限遠点が矢印で示すようにカメラ画面のほぼ中間に復帰し、レーンマーカまでのＹ座標値が通常の値に復帰する。これにより、レーンマーカまでの正確な距離Ｄを用いて前後方向制御指令値が算出され、下り坂から抜け出すときに減少した前後方向制御指令値は通常の値に復帰する。
なお、以上説明した道路勾配による反力制御指令値の変化は、前後方向だけでなく左右方向の反力制御指令値にも当てはまる。

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の画像に画像処理を施して車線境界を認識し、図６に示すように前方画像において２本の垂直線が車線境界とそれぞれ交わる交点までの２本の垂直線の長さＹＬ、ＹＲを検出する。垂直線の長さＹＬ、ＹＲを用いて上述した（式６）より車線境界上の２点までの距離ＤＬ、ＤＲを算出することができる。そしてコントローラ５０は、距離ＤＬ、ＤＲを用いて自車両が車線境界上の２点に接触するまでの余裕時間ＴＴＣＬ、ＴＴＣＲをそれぞれ算出し、余裕時間ＴＴＣＬ、ＴＴＣＲに基づいて車両操作機器の操作反力を制御する。これにより、自車両から車線境界までの距離を検出するセンサ等を設けることなく、前方カメラ２０からの画像情報のみに基づいて車線境界までの距離Ｄを検出することができる。
（２）図１５および図１６を用いて説明したように、自車両が坂道に進入するとき、あるいは坂道から抜け出すときは、自車線の道路勾配の変化により前方カメラ２０のカメラ画面において無限遠点が上下方向に移動する。カメラ画面における無限遠点のＹ座標値Ｙ０を固定値とすることにより、自車両が坂道に進入または抜け出すときに算出される自車両から車線境界までの距離Ｄが道路勾配の変化に応じて変化し、余裕時間ＴＴＣおよび反力制御指令値が自動的に変化する。これにより、図１５（ａ）に示すように自車両が上り坂に進入する場合は前後方向制御指令値が減少して運転者の加速を促すとともに、アクセルペダル反力の変化に対して運転者が敏感になっている状況で運転者の感覚に合った反力制御を行うことができる。また、図１５（ｄ）に示すように自車両が上り坂から抜け出す場合は前後方向制御指令値が増加し、運転者の減速を促すことができる。一方、図１６（ａ）に示すように自車両が下り坂に進入する場合は前後方向制御指令値が増加して運転者の減速を促すとともに、アクセルペダル反力の変化に対して運転者が鈍感になっている状況で運転者の感覚に合った反力制御を行うことができる。
（３）コントローラ５０は、自車両に対する２つの車線境界検出方向上のレーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲを検出し、それぞれのレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＬ、ＴＴＣＲを算出する。そして、算出した余裕時間ＴＴＣＬ、ＴＴＣＲのうち、小さい方の第１の余裕時間に基づいて左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralを算出し、車両左右方向の反力制御を行う。また、大きい方の第２の余裕時間に基づいて前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出し、車両前後方向の反力制御を行う。これにより、簡単な手法により車両前後方向および左右方向の反力制御を両立させるとともに、前後方向および左右方向の反力制御のバランスを適切に設定することができる。
（４）コントローラ５０は、大きい方の第２の余裕時間が所定値Ｔ０よりも小さい場合に、車両前後方向の反力制御を行う。これにより、自車両とレーンマーカとの接近度合が大きい場合には、操舵角を戻すように操舵反力制御を行うとともに減速操作を促し、運転者の運転操作を適切な方向へ導くことができる。
（５）コントローラ５０は、自車両の走行状態に応じて自車両の前方に２つの車線境界検出方向を設定するので、自車両周囲のレーンマーカを適宜検出し、走行状況に応じた操作反力制御を行うことができる。なお、自車両正面に対する車線境界検出方向のなす角度θＲ、θＬは、（式１）（式２）に表すように、前方カメラ２０のカメラ画面における水平方向位置、すなわちＸ座標値ＸＬ、ＸＲに対応する。
（６）コントローラ５０は、自車速Ｖに応じて自車両の進行方向に対する車線境界検出方向の開き角α、すなわちカメラ画面におけるＸ座標値ＸＬ、ＸＲの間隔を設定する。これにより、自車速Ｖから予測される自車両の進行方向に応じて２つの車線境界検出方向を設定し、自車両の走行に影響を与えるレーンマーカを適切に検出することができる。
（７）コントローラ５０は、自車速Ｖおよび操舵角ＳＴＲに基づいて自車両の概略の進行方向を推定し、進行方向に応じて２つの車線境界検出方向の中心角θｃ、すなわちカメラ画面におけるＸ座標値ＸＬ、ＸＲの中心を設定する。これにより、自車両周囲のレーンマーカを検出するための車線境界検出方向を適切に設定することができる。なお、上記実施の形態においては自車速Ｖおよび操舵角ＳＴＲに基づいて中心角θｃを設定したが、いずれか一方に基づいて中心角θｃを設定することもできる。ただし、自車速Ｖおよび操舵角ＳＴＲの両方を用いることにより、自車両の進行方向をより正確に推定することができる。
《第２の実施の形態》

つぎに、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運転操作補助装置の構成は、図１および図２に示す第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。

前方カメラ２０によって撮像される自車両前方領域の画像は、自車両の車両状態に応じて変化する。すなわち、前方カメラ２０は自車両に固定されているため、道路に対する自車両の姿勢が変化すると、前方カメラ２０によるカメラ画面の画像も自車両の姿勢に伴って変化する。

図１７に、自車両が右カーブを走行しているときの前方カメラ２０のカメラ画面の画像を示す。図１７のカメラ画面において、自車両がロールした場合のレーンマーカおよび無限遠点（水平方向）を実線で示し、自車両がロールしていない場合のレーンマーカおよび無限遠点を点線で示す。

自車両が図１７に示すような右カーブを走行するとき、カーブに伴って自車両には左向きの横加速度が発生し、自車両は左、すなわち反時計回りにロールする。これによって、図１７に示すように前方カメラ２０のカメラ画面では、点線で示すロールしていないときの画像に対して、実線で示すように画像が時計回りに回転する。その結果、２つの車線境界検出方向上のレーンマーカ位置のＹ座標値がそれぞれ変化する。具体的には、車線境界検出方向に対応するＸ座標値ＸＬ、ＸＲにおけるレーンマーカ位置のＹ座標値ＹＬ、ＹＲが、それぞれ以下のように変化する。
・ＹＬ → ＹＬ’（増加）
・ＹＲ → ＹＲ’（減少）

自車両に発生するロール角に応じてレーンマーカの各検出座標値ＹＬ、ＹＲが変化すると、各車線境界検出方向上のレーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲが変化する。これにより、余裕時間ＴＴＣＬ、ＴＴＣＲが変化して、前後方向および左右方向の反力制御指令値も変化する。図１７に示すような状況においては、Ｙ座標値ＹＬの増加に伴って前後方向制御指令値、とくにアクセルペダル反力制御指令値ＦＡが減少する。また、Ｙ座標値ＹＲの減少に伴って左右方向制御指令値ＦＳが増加する。

そこで第２の実施の形態においては、前方カメラ２０の画像情報から算出するレーンマーカまでの距離Ｄおよび余裕時間ＴＴＣを、カーブを走行する場合等に自車両に発生するロール角に応じて補正する。以下に、自車両がロールする場合の補正方法について詳細に説明する。

自車両に発生するロール角φを算出するために、まず、自車両に発生する横加速度ＹＧを算出する。自車両が旋回中の横加速度ＹＧは、操舵角ＳＴＲおよび自車速Ｖの２乗の積に比例する。従って、横加速度ＹＧは定数ｋ１を用いて以下の（式８）より推定することができる。
ＹＧ＝ｋ１・ＳＴＲ・Ｖ^２ ・・・（式８）

自車両に発生するロール角φの大きさは、横加速度ＹＧの大きさにほぼ比例する。従って、ロール角φは定数ｋ２を用いて以下の（式９）より算出することができる。
φ＝ｋ２・ＹＧ
＝ｋ２・ｋ１・ＳＴＲ・Ｖ^２ ・・・（式９）

（式９）により算出したロール角φを用いて、カメラ画面から得られる各レーンマーカの検出座標値ＹＬ’、ＹＲ’を補正し、ロール角φの影響を排除したレーンマーカのＹ座標値ＹＬ、ＹＲを算出する。補正したレーンマーカのＹ座標値ＹＬ、ＹＲを以下の（式１０）（式１１）に示す。
ＹＬ＝ＹＬ’−ＸＬ・φ ・・・（式１０）
ＹＲ＝ＹＲ’＋ＸＲ・φ ・・・（式１１）

カメラ画面から検出したＹ座標値ＹＬ’、ＹＲ’を（式１０）（式１１）に代入し、補正したＹ座標値ＹＬ、ＹＲを用いて、上述した第１の実施の形態と同様に（式６）からレーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲを算出することができる。

ここでは、自車両が反時計回りにロールすることによって左側の車線境界検出方向上のレーンマーカのＹ座標値ＹＬ’が増加し、右側の車線境界検出方向上のレーンマーカのＹ座標値ＹＲ’が減少する場合を例として説明した。ただし、反対に自車両が右、すなわち時計回りにロールする場合も同様に、レーンマーカのＹ座標値ＹＬ、ＹＲを補正することができる。すなわち、カメラ画面におけるレーンマーカの検出座標値ＹＬ’が減少し、検出座標値ＹＲ’が増加する場合は、検出座標値ＹＬ’にＸ座標値ＸＬとロール角φとの積を加算し、検出座標値ＹＸ’からＸ座標値ＸＲとロール角φとの積を減算することにより、レーンマーカのＹ座標値を補正することができる。

このように、以上説明した第２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、自車両の車両状態の変化によるカメラ画面の画像状態から、車線境界検出方向上のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣを補正する。具体的には、コントローラ５０は、自車速Ｖと操舵角ＳＴＲから自車両に発生するロール角φを算出し、ロール角φによるカメラ画面の画像状態の変化に基づいてレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣを補正する。これにより、車両状態によらず、正確な余裕時間ＴＴＣを算出することができる。
（２）コントローラ５０は、図１７に示すように自車両に発生するロール角φに応じて、カメラ画面の画像における２本の垂直線の長さＹＬ、ＹＲを補正することにより、レーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＬ、ＴＴＣＲを補正する。すなわち画像における２本の垂直線の長さＹＬ、ＹＲを補正して自車両からレーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲを補正し、ロール角φによらずに正確な余裕時間ＴＴＣＬ、ＴＴＣＲを算出することができる。
《第３の実施の形態》

つぎに、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３の実施の形態による車両運転操作補助装置の構成は、図１および図２に示す第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。

第１の実施の形態において図１５（ａ）〜（ｅ）および図１６（ａ）〜（ｅ）を用いて説明したように、前方カメラ２０による画像を用いてレーンマーカまでの距離Ｄを算出する場合、道路勾配の変化にカメラ画面におけるレーンマーカのＹ座標値が変化し、前後方向制御指令値が自動的に変化する。

第３の実施の形態においては、道路勾配の変化によって車両前後方向の反力制御指令値が変化しないようにする。具体的には、自車両が上り坂あるいは下り坂から抜け出すときに、道路勾配に応じて前後方向制御指令値が自動的に変化しないようにする。なお、自車両が上り坂あるいは下り坂に進入する場合は、道路勾配に応じて前後方向制御指令値を自動的に変化させる。

自車線の道路勾配に応じて前後方向制御指令値が変化しないようにするために、コントローラ５０は前方カメラ２０による画像から算出するレーンマーカまでの距離Ｄを補正する。上述した第１の実施の形態においては、図８に示すカメラ画面における無限遠点のＹ座標値Ｙ０を固定値とした。第３の実施の形態においては、自車両が上り坂あるいは下り坂から抜け出す場合に、カメラ画面における無限遠点のＹ座標値Ｙ０を道路勾配に応じて変更する。なお、レーンマーカまでの距離Ｄの補正は、上述した図３のフローチャートのステップＳ１５０における車線境界距離算出の処理において実行される。

そこで、コントローラ５０は、前方カメラ２０による画像に画像処理を施し、カメラ画面内の２本あるいは３本のレーンマーカ（車線境界）を検出する。そして、検出した道路境界が道路遠方で交差すると想定されるカメラ画面上の仮想点、すなわち消失点を算出し、消失点のＹ座標値をカメラ画面における無限遠点のＹ座標値Ｙ０とする。このように、コントローラ５０は道路勾配によるカメラ画像の画像状態の変化に応じて、無限遠点のＹ座標値を算出する。

コントローラ５０は、算出した無限遠点のＹ座標値Ｙ０と車線境界検出方向上のレーンマーカのＹ座標値とから、（式６）によりレーンマーカまでの距離Ｄを算出する。これにより、道路勾配の影響を受けない正確なレーンマーカまでの距離Ｄを算出することができる。その結果、自車両が上り坂あるいは下り坂から抜け出す際に、図１５（ｄ）（ｅ）、図１６（ｄ）（ｅ）に示すように、前後方向制御指令値が道路勾配の変化の影響を受けない通常の値となる。

このように、レーンマーカまでの距離Ｄを道路勾配に応じて補正することにより、道路勾配によらずに正確な距離Ｄを算出することができる。これにより、自車両が上り坂あるいは下り坂から抜け出す場合に自動的に前後方向制御指令値が変化しないようにすることができる。すなわち、自車両が上り坂から抜け出すときにアクセルペダル反力が自動的に増加して減速を促すことや、自車両が下り坂から抜け出すときにアクセルペダル反力が自動的に減少して加速を促すことがなく、運転者による運転操作を妨げることがない。

一方、自車両が上り坂あるいは下り坂に進入する際には、道路勾配に応じて前後方向制御指令値が自動的に変化するので、上り坂に進入する場合は自車両の加速を促し、下り坂に進入する場合は自車両の減速を促すことができる。

このように、以上説明した第３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、自車線の道路勾配の変化を検出し、道路勾配の変化に応じて２本の車線境界検出方向上のレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣを補正する。これにより、道路勾配によらず、レーンマーカに対する正確な余裕時間ＴＴＣに基づいて反力制御を行うことができる。なお、コントローラ５０は、前方カメラ２０のカメラ画面における画像状態の変化から自車線の道路勾配を推定することができる。
（２）コントローラ５０は、自車両が上り坂または下り坂から抜け出すときにレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣを補正する。具体的には、自車両が上り坂から抜け出すときは、図１５（ｄ）に示すようにカメラ画面における無限遠点のＹ座標値を道路勾配に応じて変更し、変更した無限遠点のＹ座標値を用いて２本の垂直線の長さＹＬ、ＹＲ、すなわちレーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲを補正する。また、自車両が下り坂から抜け出すときには、図１６（ｄ）に示すようにカメラ画面において上方に移動した無限遠点のＹ座標値を用いて、レーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲを補正する。これにより、道路勾配によらずレーンマーカまでの正確な距離ＤＬ、ＤＲを検出することができ、正確な余裕時間ＴＴＣＬ、ＴＴＣＲを算出することができる。また、自車両が上り坂または下り坂から抜け出すときにカメラ画像の状態変化によって前後方向制御指令値が自動的に変化することがなく、運転者による運転操作を妨げることがない。

一方、自車両が上り坂あるいは下り坂に進入する場合は、図１５（ａ）、図１６（ａ）に示すように道路勾配の変化によるカメラ画像の状態変化によって前後方向制御指令値が自動的に変化する。これにより、自車両が上り坂に進入する場合は前後方向制御指令値を減少して自車両の加速を促すことができるとともに、自車両が下り坂に進入する場合は前後方向制御指令値を増加して自車両の減速を促すことができる。
《第４の実施の形態》

つぎに、本発明の第４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。
上述した第３の実施の形態においては、自車両が上り坂あるいは下り坂から抜け出す際に、道路勾配に応じて前後方向制御指令値が自動的に変化しないように、レーンマーカまでの距離Ｄを補正した。第４の実施の形態では、自車両が上り坂あるいは下り坂に進入する場合も、前方カメラ２０の画像から算出するレーンマーカまでの距離Ｄを補正し、道路勾配に応じて前後方向制御指令値が自動的に変化しないようにする。

コントローラ５０は、上述した第３の実施の形態と同様に、道路勾配に応じてカメラ画面の無限遠点のＹ座標値Ｙ０を変更する。そして、変更した無限遠点のＹ座標値Ｙ０と車線境界検出方向上のレーンマーカのＹ座標値とを用いて、（式６）より自車両からレーンマーカまでの距離Ｄを算出する。

これにより、図１５（ａ）〜（ｅ）、図１６（ａ）〜（ｅ）に示すように、自車両が上り坂あるいは下り坂に進入する際、および上り坂あるいは下り坂から抜け出す際に、前後方向制御指令値が道路勾配の変化の影響を受けない通常の値となる。

このように、レーンマーカまでの距離Ｄを道路勾配に応じて補正することにより、道路勾配によらずに正確な距離Ｄを算出することができる。これにより、自車両が上り坂あるいは下り坂に進入する場合、および抜け出す場合に、自動的に前後方向制御指令値が変化しないようにすることができる。すなわち、道路勾配が変化した場合でも、自車両が平坦な道路を走行している場合と同様に、レーンマーカまでの正確な距離Ｄに応じた前後方向制御指令値を発生させることができる。

このように、以上説明した第４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。
コントローラ５０は、自車両が坂道に進入するとき、または坂道から抜け出すときにレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣを補正する。具体的には、自車両が坂道に進入するとき、または坂道から抜け出すときは、図１５（ａ）〜（ｅ）、図１６（ａ）〜（ｅ）に示すように道路勾配に応じてカメラ画面における無限遠点のＹ座標値を変更し、２本の垂直線の長さＹＬ、ＹＲ、すなわちレーンマーカまでの距離ＤＬ、ＤＲを補正する。これにより、道路勾配によらずレーンマーカまでの正確な距離ＤＬ、ＤＲを検出することができ、正確な余裕時間ＴＴＣＬ、ＴＴＣＲを算出することができる。また、自車両が坂道に進入または抜け出すときにカメラ画像の状態変化によって前後方向制御指令値が自動的に変化することがなく、常にレーンマーカに対する正確な余裕時間ＴＴＣを用いて反力制御を行うことができる。
《第５の実施の形態》

つぎに、本発明の第５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５の実施の形態による車両運転操作補助装置の構成は、図１および図２に示す第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。

第５の実施の形態においては、上述した第１の実施の形態と同様に自車両前方の２つの車線境界検出方向上に存在するレーンマーカまでの距離Ｄを、前方カメラ２０の画像から算出する。そして、それぞれのレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＲ、ＴＴＣＬに応じて車両左右方向および前後方向の反力制御を行う。ただし、第５の実施の形態においては、２本の車線境界検出方向において同一のレーンマーカを検出した場合のみ、車両前後方向の反力制御を行う。

以下に、第５の実施の形態において、どのように車両左右方向および前後方向の反力制御指令値を決定するかについて、図１８を用いて説明する。図１８は、第５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。

−コントローラ５０の処理フロー（図１８）−
ステップＳ３１０〜Ｓ３８０における処理は、第１の実施の形態の図３のフローチャートを用いて説明したステップＳ１１０〜Ｓ１８０における処理と同様である。ステップＳ３８０で、小さい方の右側の余裕時間ＴＴＣＲに基づいて左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralを算出した後、ステップＳ３９０へ進む。

ステップＳ３９０では、２本の車線境界検出方向上で検出しているレーンマーカが同一であるか否かを判定する。例えば図１９（ｂ）に示すように、２本の車線境界検出方向上に同じレーンマーカが存在する場合は、ステップＳ４００へ進む。ステップＳ４００では、大きい方の左側の余裕時間ＴＴＣＬに基づいて前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出する。ここでは、上述した第１の実施の形態と同様に、図１０のマップを用いて前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出する。一方、図１９（ａ）に示すように、２本の車線境界検出方向上のレーンマーカが異なる場合は、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出しない。なお、２本の車線境界検出方向上のレーンマーカが同一であるか否かは、例えば前方カメラ２０による検出画像に画像処理を施し、検出したレーンマーカが連続するかを判別することによって判断することができる。

ステップＳ３７０で、左側の余裕時間ＴＴＣＬが右側の余裕時間ＴＴＣＲ以下であると判定されると、ステップＳ４１０へ進む。ステップＳ４１０では左側の余裕時間ＴＴＣＬに基づいて、図９により左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralを算出する。つづくステップＳ４２０では２本の車線境界検出方向上のレーンマーカが同一であるか否かを判定する。２本の車線境界検出方向において同一のレーンマーカを検出している場合は、ステップＳ４３０へ進む。ステップＳ４３０では、右側の余裕時間ＴＴＣＲに基づいて、図１０により前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出する。一方、２本の車線境界検出方向上で検出されるレーンマーカが異なる場合は、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalは算出しない。

つづくステップＳ４４０〜Ｓ４６０における処理は、図３のフローチャートに示すステップＳ２４０〜Ｓ２６０における処理と同様である。

図１９（ａ）（ｂ）に、第５の実施の形態の作用を説明するための図を示す。図１９（ａ）は自車両が直線路を走行している状態（ヨー角小）を示し、図１９（ｂ）は自車両が直線路から逸脱しようとしている状態（ヨー角大）を示している。

図１９（ａ）に示す走行状況において、自車両は自車線の左寄りを直進している。自車両の進行方向はほぼ自車両正面であるため、中心角θｃは０となり、開き角αは自車両正面に対して左右にα°である。中心角θｃと開き角αによって設定された２つの車線境界検出方向上には、自車両右側および左側のレーンマーカが存在する。そこで、コントローラ５０はそれぞれのレーンマーカに対する余裕時間ＴＴＣＲ、ＴＴＣＬを算出する。

コントローラ５０は、算出した左右の余裕時間ＴＴＣＲ、ＴＴＣＬのうち、小さい方の左側の余裕時間ＴＴＣＬに基づいて左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralを算出する。そして、左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralに応じて操舵反力制御を行う。このとき、図１９（ａ）に示すように左右の車線境界検出方向上に存在するレーンマーカは同一ではないので、前後方向リスクポテンシャルＲＰlongitudinalは算出せず、前後方向反力制御は行わない。このように、左右の車線境界検出方向において異なるレーンマーカが検出される場合は、左右方向の反力制御のみを行う。

図１９（ｂ）に示すように、自車両のヨー角が大きく自車両が自車線から逸脱しようとしている走行状況においては、２つの車線境界検出方向上で同一のレーンマーカが検出される。そこで、コントローラ５０は、小さい方の左側の余裕時間ＴＴＣＬに基づいて左右方向のリスクポテンシャルＲＰlateralを算出し、左右方向リスクポテンシャルＲＰlateralに応じて操舵反力制御を行う。また、大きい方の右側の余裕時間ＴＴＣＲに基づいて前後方向のリスクポテンシャルＲＰlongitudinalを算出し、前後方向のリスクポテンシャルＲＰlongitudinalに応じてアクセルペダル反力制御およびブレーキペダル反力制御を行う。

このように、自車両が自車線から逸脱しようとしている場合には、操舵角を戻すとともに減速操作を促すように自車両の左右方向および前後方向の反力制御を行う。図１９（ｂ）に示す走行状況から自車両がより一層レーンマーカに接近すると、左右方向および前後方向の反力制御量が増加し、自車両が自車線から逸脱しない方向へと運転操作を促す。

このように、以上説明した第５の実施の形態においては、つぎのような作用効果を奏することができる。
コントローラ５０は、２つの車線境界検出方向上に存在するレーンマーカが同一であるかを判別し、同一のレーンマーカを検出している場合に車両前後方向の反力制御を行う。これにより、図１９（ｂ）に示すように自車両が自車線から逸脱しようとしている場合に、操舵角を戻すとともに減速操作を促して運転者の運転操作を適切な方向へ促すことができる。また、２つの車線境界検出方向で検出されるレーンマーカが異なる場合は車両前後方向の反力制御を行わないので、例えば左右の車線境界検出方向において自車両の右側および左側のレーンマーカを検出している状態で、自車線の車線幅が減少して余裕時間ＴＴＣＲ、ＴＴＣＬが小さくなった場合でも、アクセルペダル反力の増加により運転者の運転操作を妨げることがない。

上記第２の実施の形態においては、自車両に発生するロール角φに応じて、前方カメラ２０の画像から得られるレーンマーカまでの距離Ｄを補正した。また、上記第３および第４の実施の形態においては、自車線の道路勾配に応じて前方カメラ２０の画像から得られるレーンマーカまでの距離Ｄを補正した。自車両に発生するロール角φに応じた補正方法、および自車線の道路勾配に応じた補正方法を組み合わせて、前方カメラ２０の画像から得られるレーンマーカまでの距離Ｄを補正することもできる。

すなわち、コントローラ５０は、前方カメラ２０の画像から得られるレーンマーカまでの距離Ｄ、さらには余裕時間ＴＴＣを、車両状態によって変化する画像の状態に基づいて補正する。これにより、レーンマーカまでの距離Ｄを車両状態によらずに算出し、また、車両操作機器の反力制御により運転者による運転操作をより適切な方向へ促すことができる。

上記第１から第５の実施の形態においては、アクセルペダル反力制御装置８０およびブレーキペダル反力制御装置９０を用いて車両の前後方向の運動を制御するように構成したが、これには限定されず、例えばいずれか一方のみを用いることもできる。また、上記第１および第２の実施の形態では、ブレーキブースタ９１によってエンジンの負圧を利用してブレーキアシスト力を発生させているが、これには限定されず、例えばコンピュータ制御による油圧力を用いてブレーキアシスト力を発生させることもできる。

本発明による車両用運転操作補助装置を備える車両は、図２に示す構成には限定されない。

以上説明した第１から第５の実施の形態においては、撮像手段として前方カメラ２０を用い、車線境界検出手段、車線境界距離検出手段、余裕時間算出手段、補正手段、判定手段、車線境界位置設定手段としてコントローラ５０を用いた。左右方向操作反力制御手段として操舵反力制御装置６０を用い、前後方向操作反力制御手段としてアクセルペダル反力制御装置８０およびブレーキペダル反力制御装置９０を用いた。また、車両状態検出手段として車速センサ３０，操舵角センサ４０およびコントローラ５０を用い、走行状態検出手段として車速センサ３０および操舵角センサ４０を用いた。ただし、これらには限定されず、前方カメラ２０からの画像信号に画像処理を施す装置をコントローラ５０とは独立して設けることもできる。また、車両状態、例えば自車両に発生するロール角φや自車線の道路勾配を直接検出するセンサを設けることもできる。

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システム図。 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。 第１の実施の形態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。 自車両に対する車線境界検出方向を示す図。 自車速と車線境界検出方向の開き角との関係を示す図。 前方カメラによって得られる自車両前方領域のカメラ画面を示す図。 自車両からレーンマーカ検出位置までの位置関係を示す側面図。 カメラ画面におけるレーンマーカ検出位置を示す図。 小さい方の余裕時間と左右方向リスクポテンシャルとの関係を示す図。 大きい方の余裕時間と前後方向リスクポテンシャルとの関係を示す図。 前後方向リスクポテンシャルに対するアクセルペダル反力制御指令値の特性を示す図。 前後方向リスクポテンシャルに対するブレーキペダル反力制御指令値の特性を示す図。 左右方向リスクポテンシャルに対する操舵反力制御指令値の特性を示す図。 （ａ）（ｂ）第１の実施の形態の車両用運転操作補助装置による作用を説明するための図。 （ａ）〜（ｅ）第１，第３および第４の実施の形態による車両用運転操作補助装置の他の作用を説明するための図。 （ａ）〜（ｅ）第１，第３および第４の実施の形態による車両用運転操作補助装置の他の作用を説明するための図。 自車両にロールが発生する前後におけるカメラ画面の画像状態を示す図。 第５の実施の形態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。 （ａ）（ｂ）第５の実施の形態の車両用運転操作補助装置による作用を説明するための図。

符号の説明

２０：前方カメラ
３０：車速センサ
４０：操舵角センサ
５０：コントローラ
６０：操舵反力制御装置
８０：アクセルペダル反力制御装置
９０：ブレーキペダル反力制御装置

Claims (14)

1. 自車両の前方領域を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された前記前方領域の画像から、車線境界を検出する車線境界検出手段と、
   前記画像における２本の垂直線が前記車線境界とそれぞれ交わる交点までの、前記２本の垂直線の長さを検出する車線境界距離検出手段と、
   前記車線境界距離検出手段によって検出される前記２本の垂直線の長さに基づいて、前記自車両が前記車線境界上の２点に接触するまでの余裕時間をそれぞれ算出する余裕時間算出手段と、
   前記余裕時間算出手段によって算出される２つの前記余裕時間に基づいて、車両操作機器の操作反力を制御する操作反力制御手段とを備え、
   前記２本の垂直線は、前記車線境界を検出するために設定された２つの車線境界検出方向に対応する前記画像における２つの水平方向位置からそれぞれ鉛直方向に延びる線であることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
2. 請求項１に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記自車両の車両状態を検出する車両状態検出手段と、
   前記車両状態検出手段によって検出される前記車両状態の変化による前記画像の状態から、前記余裕時間を補正する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。
3. 請求項２に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記車両状態検出手段は、前記自車両に発生するロール角を検出し、
   前記補正手段は、前記自車両の前記ロール角による前記画像の状態変化に基づいて前記余裕時間を補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
4. 請求項３に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記補正手段は、前記車両状態検出手段によって検出される前記ロール角に応じて、前記画像における前記２つの垂直線の長さを補正することにより、前記余裕時間を補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
5. 請求項２に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記車両状態検出手段は、自車線の道路勾配の変化を検出し、
   前記補正手段は、前記車両状態検出手段によって検出される前記道路勾配の変化に応じて前記余裕時間を補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
6. 請求項５に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記補正手段は、前記自車両が坂道に進入するとき、および坂道から抜け出すときに、前記画像における前記２本の垂直線の長さを補正することにより、前記余裕時間を補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
7. 請求項５に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記補正手段は、前記自車両が坂道から抜け出すときに、前記画像における前記２本の垂直線の長さを補正することにより、前記余裕時間を補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操作反力制御手段は、前記自車両の左右方向の運転操作に関わる車両操作機器の操作反力を制御する左右方向操作反力制御手段と、前記自車両の前後方向の運転操作に関わる車両操作機器の操作反力を制御する前後方向操作反力制御手段とを備え、
   前記左右方向操作反力制御手段は、前記余裕時間算出手段で算出した前記余裕時間のうち、小さい方の第１の余裕時間に基づいて、前記左右方向の前記操作反力を制御し、
   前記前後方向操作反力制御手段は、前記余裕時間算出手段で算出した前記余裕時間のうち、大きい方の第２の余裕時間に基づいて、前記前後方向の前記操作反力を制御することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
9. 請求項８に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記前後方向操作反力制御手段は、前記第２の余裕時間が所定値よりも小さい場合に、前記前後方向の前記操作反力を制御することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
10. 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、
    前記車線境界距離検出手段が１つの車線境界に対して前記２本の垂直線の長さを検出しているかを判定する判定手段をさらに備え、
    前記前後方向操作反力制御手段は、前記判定手段によって前記２本の垂直線の長さを検出するための前記車線境界が同一であると判定された場合に、前記前後方向の前記操作反力を制御することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
11. 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置において、
    前記自車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
    前記走行状態検出手段による検出結果に応じて、前記画像において前記２本の垂直線の前記水平方向位置をそれぞれ設定する車線境界検出位置設定手段をさらに有することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
12. 請求項１１に記載の車両用運転操作補助装置において、
    前記車線境界検出位置設定手段は、前記走行状態検出手段によって検出される自車速に応じて、２つの前記水平方向位置の間隔を設定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
13. 請求項１１または請求項１２に記載の車両用運転操作補助装置において、
    前記車線境界検出位置設定手段は、前記走行状態検出手段によって検出される自車速および操舵角の少なくともいずれかに応じて、２つの前記水平方向位置の中心を設定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
14. 請求項１から請求項１３のいずれか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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