JP4112372B2 - 自動車運転補助システム - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

自動車運転補助システム
本発明は、自動車運転補助システム、特に、事故の発生を回避することができ、若しくは少なくとも事故を小さくするように操作できるシステム、詳細には、前方の障害物に衝突することを回避しさらに自動車を道路から逸れないように操縦可能なシステムに関する。

自動車ブレーキのシステムが多数提案されている。基本的に、そのような既知のシステムは、前方の障害物に対する相対距離及び相対速度にのみ基づいて自動車の自動ブレーキをかけるものが多い。

本発明の目的は、電気的に制御されたブレーキ作動手段を備える改良自動車運転補助システムを提供することである。

第一の発明では、この目的は、第一検出手段と、処理及び制御手段とを備えるシステムにより達成される。この第一検出手段を用いて、前方に静置された障害物及び移動している障害物に対する自動車との相対距離及び相対速度を示す電気信号を与えることができる。この処理装置及び制御手段は、上記ブレーキ作動手段と同様、第一検出手段及び第二検出手段に接続され、このブレーキ作動手段を作動させて、自動車の自動緊急ブレーキを行うように設定される。自動車と前方の障害物との間の相対的な距離が以下の場合に、自動車自動緊急ブレーキが作動する。以下の場合とは、第一限界値をブレーキをかけることにより衝突を回避できる最小値とし、第二限界値を第一限界値より小さく、障害物を回避するための進路を辿ることができる相対距離の最小値とし、中間値を、前記第一限界値と第二限界値との間の値として、自動車と前方の障害物との間の相対距離が、予め決定されていた第一限界値と中間値との間に含まれるとき、若しくは、第二限界値より小さいときである。

本発明に係るシステムのさらなる特性及び利点が、以下の詳細な説明から明確になる。詳細な説明は、添付の図面を参照して、具体例により与えられるが、これらの実施例に限定されるものではない。

図１では、参照記号Ｖは、本発明に係る運転補助システムを備える自動車全体を示している。

本明細書の最後の部分でより明らかになるが、本発明に係る運転補助システムは、複数の機能のうち一以上を発揮することができるように形成される。これらの機能のそれぞれのために、この運転補助システムは、自動車Ｖが特定の複数の装置を備えることが必要である。そのような装置は、異なる機能のパフォーマンスのために共有されていても良い。
図１を参照して説明する。以下に記載されている全ての機能を発揮するために自動車上に備えることが必要な装置について説明する。どの装置が、それぞれの特定の機能をとるために特に必要であるかが、添付のクレーム及び次の詳細な説明から明らかになる。

この運転補助システムにより行われる第一の機能は、「緊急ブレーキ」の機能である。

この緊急ブレーキ機能は、進行中の進路に存在する静置された障害物若しくは移動している障害物に、自動車が衝突することを回避することを目的とする。その機能により、障害物に対して評価された適切な距離において、自動車のブレーキを自動的に作動させることができる。

その機能は、アラーム信号を発して、運転手に差し迫った危険な状態を示し、そして衝突を回避するために必要な行動を取るように促すことを含んでいてもよい。例えば、注意が散漫であることにより、若しくは逆に行動を取ることができないことにより、運転手が必要なときに介入できないならば、自動的にブレーキがかけられる。

緊急ブレーキ機能を作動させるために、自動車Ｖには、前方マイクロ波レーダー装置１が設けられる。この前方マイクロ波レーダー装置１は、自動車前方の予め決められた距離の範囲に亘って、静置された障害物を検出することができる走査タイプのものである。このレーダー装置を操作して、特に、自動車Ｖと存在しうる前方の障害物との相対速度及び相対距離を示す信号を発生させることも可能である。

前方レーダー装置１は、電子的処理及び制御ユニットＥＣＵに接続されている。レーダー装置１とユニットＥＣＵとの間の接続は、直接的なタイプ即ち専用のタイプであってもよいし、例えば、ＣＡＮネットワークのような、自動車（Ｖ）上に導入されたコミュニケーションネットワーク手段により行っても良い。

自動車Ｖには、既知の方法で、ブレーキシステムが設けられる。そのブレーキシステムは、電気的油圧ユニット３により操縦される作動装置２を備える。電気的油圧ユニット３は、電気的ブレーキ制御ユニット４により制御される。

ユニット４は、ＣＡＮネットワークのような搭載型コミュニケーションネットワークを介して電気的制御ユニットに接続されるか、若しくは直接的に電気的制御ユニットに接続される。

電気的処理及び制御ユニットＥＣＵは、符号５で表されたマン−マシン通信インターフェースに接続されている。

自動車Ｖには、ステアリングコラム６が設けられている。そのステアリングコラム６は、ステアリングホイール７に接続されている。

ステアリングコラム６は、ＤＣ電気モータのような電気的制御作動装置８に接続される。電気的ステアリング制御ユニット９の制御の下、その電気的制御作動装置８を操作して、回転を起こすことができる。その電気的ステアリング制御ユニット９は、電気的処理及び制御ユニットＥＣＵに接続されている。

ステアリングコラム６は、連結されたセンサー１０をさらに有する。そのセンサー１０を作動させて、運転手がこのシャフトに加えたトルクを示した電気的信号を与えることができる。

このユニットＥＣＵは、例えば、位置センサー１１、位置センサー１２、及び位置センサー１３などのセンサーに接続されている。この位置センサー１１及び１２は、ブレーキ制御ペダル及びアクセルペダルにそれぞれ接続され、さらに位置センサー１３は方向指示器の作動状況を示す信号を与えることができる。

図１中の参照番号１４及び１５は、自動車の速度及び回転速度、若しくは自動車の内部燃焼エンジン（図示せず）の単位時間当たりの回転数を示す電気的信号を与えるセンサー装置を示している。

このモータ自動車Ｖには、別の一連のセンサーが設けられる。そのセンサーは、以下により明らかになるように、前方の障害物を回避するために回避コースを進むことができるかを評価するために使用される電気的信号を与えることができる。説明された具体的実施の形態において、これらのセンサーは、少なくとも一つのビデオカメラ１６、一連のショートレンジレーダーシステム１７、一対のビデオカメラ１８を備える。ビデオカメラ１６は自動車の前方領域に向けられており、ショートレンジレーダーシステム１７は横に設置されており、ビデオカメラ１８は「死角スポット」として知られている側面領域をモニターする。

説明された具体的実施の形態において、自動車Ｖは、それぞれの側面に２つのショートレンジレーダー１７が設けられ、自動車の前面にそれぞれのサイドの接続領域をカバーするようなショートレンジレーダーがさらに設けられる。

ビデオカメラ１６、ショートレンジレーダー１７及びビデオカメラ１８は、インターフェース装置（interface device）により処理及び制御装置に接続してもよいし、処理及び制御ユニットＥＣＵに接続されたそれぞれの信号処理ユニットに接続してもよい。

図１の自動車Ｖは、後部検出器若しくはセンサー装置２０が設けられる。それらは、処理及び制御ユニットＥＣＵと接続され、この処理及び制御ユニットＥＣＵに、自動車Ｖの後方から迫ってくる自動車の相対速度を示す信号と、存在の有無を示す信号及び相対距離を示す信号を与える。例えば、この検出器もしくはセンサー２０は、マイクロ波レーダー、ライダー若しくは超小型ビデオカメラであってもよい。

本発明に係る運転補助システムにより行われるいくつかの機能、及び特に次の機能が以下に記載されている。
−緊急ブレーキ及び可能性のある障害物回避、
−自動車の縦方向の動力制御、及び
−道路レーンの維持。

緊急ブレーキ及び可能性のある障害物回避
添付された図面の図２には、それぞれの方向に２つのレーンを有する片側二車線の道路の一部が示されている。このレーンは、それぞれ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３及びＬ４で表される。図示しているように、この図面において、右方向のレーンＬ１を走行する自動車Ｖが示されている。

自動車Ｖの前方の障害物は、Ｏで示されている。図示された具体例において、障害物Ｏは静置されている。しかし、容易にわかるように、存在し得る移動中の障害物、例えば同じ方向に進行している自動車に対しても以下の考察は有効である。

緊急ブレーキ機能を作動させるため、自動車Ｖに処理及び制御ユニットＥＣＵを設置し、前方レーダー１により与えられた情報により障害物Ｏが存在することを検出する。このレーダーは、自動車Ｖと障害物Ｏとの間の相対距離ｄ_Ｒ及び障害物の速度（可能性としては零であることが多い。）と自動車の速度との間の差である相対速度Ｖ_Ｒを特に検出することができる。

ユニットＥＣＵが、自動車と障害物Ｏとの相対速度Ｖ_Ｒが負となったこと（即ち障害物が近づいている）を検出するとすぐ、このユニットは、最小距離ｄ_Ｆを動的に評価する。この最小距離ｄ_Ｆとは、障害物との衝突が避けられる場合に、自動緊急ブレーキを行うために自動車Ｖのブレーキシステムが自動的に起こらなければならない距離である。

ユニットＥＣＵにより、ブレーキシステムの既知の反応時間の関数として、また、同様にその瞬間に利用可能なブレーキパワーの関数として、距離ｄ_Ｆを計算しても良い。この情報は、ブレーキシステムを管理する電気的ユニット４からユニットＥＣＵに与えることができる。さらに、距離ｄ_Ｆは、地面との摩擦状態の関数として計算してもよい。この摩擦状態は、既知の方法で、適切なセンサー（図示せず）により検出してもよいし、利用可能な全ての道路インフラ（図示せず）から自動車Ｖに対して示してもよいし、また、他の自動車から伝達してもよい。

ユニットＥＣＵにより、様々なブレーキパワーレベルに対して距離ｄ_Ｆを計算してもよい。このブレーキパワーは、運転手によりなされる予備設定に依存して、可能性のある緊急ブレーキ作動において加えられるものである。

相対距離ｄ_Ｒが、計算された距離ｄ_Ｆに近づくとき、ユニットＥＣＵは、マン−マシンインターフェース５を介してアラームを自動車の運転手に与えて、危険な状態であることを知らせ、ブレーキを作動させるよう促し衝突を回避する。しかし、もし、運転手が注意散漫若しくは適切に動くことができないために、適切な時間に行動できないならば、このユニットＥＣＵは、自動緊急ブレーキを引き起こし、ブレーキシステムを管理する電気的ユニット４にそれに対応する信号を与える。

しかし、自動車Ｖと前方の障害物Ｏとの間の相対距離ｄ_Ｒが、距離ｄ_Ｆより小さいか若しくは小さくなるが、横方向の回避措置を取ることにより障害物Ｏとの衝突を回避できる状況が起こり得る。

図２において、参照記号ｄ_Ｅは、相対距離の中間値を示しており、ｄ_Ｆより小さい。この距離ｄ_Ｅは、ブレーキだけで衝突を回避することがもはや不可能であり、もし横方向回避が可能なら、レーン横方向に障害物回避を行うことにより衝突回避を試みることを開始する距離である。

このｄ_Ｅの値は、自動車の特性に基づいて予め選択される。同じく図２において、ｄ_{Ｅｃｒｉｔ}は、これより短ければ障害物Ｏとの衝突をもはや回避することができず、回避措置をとることによっても衝突を回避できない相対距離を示している。

相対距離ｄ_Ｒがｄ_{Ｅｃｒｉｔ}より小さいなら、ブレーキ制御ユニット４を介して、利用できる最大ブレーキパワーで緊急ブレーキを制御して、ユニットＥＣＵは、避けられない衝突ダメージを最小限に抑える。

本発明に係る運転補助システムにより行われる障害物回避機能は、自動車の進路に突然現れ、同じレーンを普通に連続して走行することを妨げる障害物を横方向に回避できるよう設計される。

マン―マシンインターフェース５を介して、自動車の運転手に与えられるアラーム信号は、好ましくは、自動障害物回避措置より先に行われる。

もし、たとえば、注意散漫のため若しくは逆に行動することができないために、運転手がすぐに介入できないならば、若しくは、もし、運転手の平均的な反応時間を考慮すると、とり得る介入時間のために、手動で障害物回避措置をとることが遅すぎ、そのことにより効果が得られないならば、ユニットＥＣＵにより、自動車を制御し、全自動的に障害物回避措置の作動装置を操作する。それは、全自動的な方法により、例えば、図２の鎖線Ｅにより直接的に図示したように自動車の進路を修正するために、ステアリング制御ユニット９を介してステアリングコラムと連結されたステアリング作動装置８を制御することにより行われる。運転手は、このマン−マシンインターフェース５により、措置の推移に関する情報を常に得ても良いし、もし、運転手が望むのであれば、自動回避機能と共同的に作動するように決定しても良い。

自動的障害物回避措置の作動に対して予備的で必要な条件は、ショートレンジレーダー１７、及びビデオカメラ１８及び２０により与えられる一連の信号が、他の障害物若しくは後ろから迫ってきている自動車と衝突することなく、車道からはみ出すことなく、障害物を左若しくは右から通過することにより自動車が障害物を回避することができる衝突回避進路の効果的な有効性を表示していることである。

それゆえ、処理及び制御ユニットＥＣＵにより、この措置が達成可能であるか、可能性のある回避進路が存在するかを評価する。もしその措置が可能であり、運転手が介入できないならば、ユニットＥＣＵは障害物回避機能を作動させる。

もし、道路が、連続的な破線若しくは描かれた側部ストリップにより範囲を画定されたレーンを有するならば、回避措置の間に、ユニットＥＣＵは、前面カメラ１６からこのユニットに与えられたデータから自動車の横切り位置を計算しても良い。前面ビデオカメラ１６は、映像を与えることができ、その映像により、瞬間的な自動車の進路に対する距離及び角度の両方から、レーンの境界線に対する自動車の位置を推定することができる。

レーンに境界線が存在しない場合、自動車の位置を、他のセンサー手段、例えばジャイロスコープ及び加速度計を用いて、ユニットＥＣＵにより再構築してもよい。それらは、偏揺れ率及び自動車の横方向の加速度に対する情報及び／又は前面レーダー１及び側面のショートレンジレーダー１７により与えられる信号から推定される自動車の位置に関する情報の基礎となる情報を与える。

自動車が、障害物を回避できるに十分な距離だけ横方向に変位された時点で決定される回避措置が終了したと考えても良い。

ある実施の形態では、障害物回避措置は、自動車が移動したレーンに戻るような措置により終了しても良い。言うまでも無く、この措置に先んじて、自動車の周りの領域を分析して、この措置の有効性を評価する。

図３には、障害物回避機能を実行するための制御システムの体系が概略的に示されている。この機能のために、システムは、自動車位置再構築ユニット２１を備え、この自動車位置再構築ユニット２１は、機能を果たすために備えられた様々なセンサーから与えられる情報を受け取る。例えば、図２に概略的に示すように、ｘ軸が、自動車の前方への動き方向と一致し、ｙ軸がｘ軸と垂直に横切る軸であって、自動車の重力中心を通過する軸であるような座標系において、再構築ユニット２１は、自動車の横切位置ｙを示したアウトプット信号を与える。

その上、これらのセンサーのうち少なくともいくつかはリファレンス発生器２２に接続される。レファレンス発生器２２は、回避操作を行う領域の特性を検出した後、自動車が可能な限り辿らなければならない回避道路の形状及び形を発生させる。この回避進路の形状は、実質的に横方向位置参照値ｙ_ｒｅｆを連続信号として発生される。ｙ_ｒｅｆを計算するために、参照信号発生器２２は、自動車と障害物間の相対速度及び横方向における障害物の位置を考慮する。

位置再構築ユニット２１及び発生器２２のアウトプットは、制御装置２３のインプットに接続される。この制御装置２３は、必要とされるステアリング角αｒを示す信号を発生させる。このステアリング角は、上記発生器２２により生み出された回避進路を辿るのに必要である。

制御装置２３のアウトプットは、ステアリング作動装置８を操作するステアリング制御ユニット９に接続される。

緊急ブレーキ及び障害物回避機能を操作するためのロジックを、状態マシン（state machine）により記載しても良い。この状態マシンは、図４に概略的に記載されているように、以下に示された３つの状態、即ちレスト若しくはアイドル状態、障害物回避状態、及び緊急ブレーキ状態を有している。

図４において、上記３つの状態が１０１、１０２、１０３により示された３つのサークルにより示されている。

図４では、ある状態から他の状態への移り変わりが、矢印により示されている。それぞれのブロックは、矢印に重ね合わされている。各ブロック内には、そこで起こる状態変化が要約的に記載されている。

図４の図は、見れば明らかであるから、さらに説明しない。

最後に、図５には、見れば分かるような形で、緊急ブレーキ及び障害物回避機能をとるための基本的な状態を表すフロー図が示されている。

縦方向動的制御機能
以下でさらに明確になるが、自動車の縦方向動的制御機能（以下に縦方向制御と呼ぶ）は、基本的に２つの副次的機能を統合したものを与える。２つの副次的な機能は、アングロサクソン系の専門用語における「適用できるクルーズ速度制御（adaptive cruise speed control）」及び「ストップアンドゴー（stop-and-go）」として定義される。この縦方向制御機能は、自動車のクルーズ速度を制御することにより、また、進路を先行する自動車に対する安全距離を制御することにより、運転手を補助するという目的を有する。
この機能は、相対速度Ｖ_Ｒ及び相対距離ｄ_Ｒに関する情報を基礎として作動する。この相対速度Ｖ_Ｒ及び相対距離ｄ_Ｒは、主として、センサー１４、１５と、前面レーダー１により与えられる。センサー１４、１５は、自動車の速度Ｖ_Ｆと自動車エンジンの回転速度ｒｐｍを示す信号を与える。

走行速度の適応型走行制御機能は、従来の走行速度制御機能の拡張を意味している。即ち、運転手により設定された速度に到達し維持するだけでなく、加速度及び減速度を制御することにより、前進する自動車の速度に対して自動車の速度を適応することができる。

ストップアンドゴー機能は、低速度への適応型走行速度制御の拡張を意味しており、都市の交通渋滞地域において、また、後退時に、運転手を補助することができるようにしている。

図６のブロック線図に示すように、縦方向制御機能の性能を管理する処理及び制御ユニットＥＣＵは、ブレーキペダル及びアクセルペダルにそれぞれ連結されたセンサー１１及び１２に接続されている。ブレーキペダルに対して介入することにより、この機能は不能になり、自動車の運転手による制御に戻る。一方、アクセルペダルに加えられる圧力により、必ずしもこの機能を不能にすることなく、設定された参照速度に優先させても良い。

所望の走行速度及び所望の安全距離を設定するために、ユニットＥＣＵは、図６の２５及び２６により示される手動操作される設定装置にそれぞれ接続されている。以下にさらに明確になるが、この機能を取り扱うために、処理及び制御ユニットＥＣＵにより、自動車エンジン管理ユニット１９に対して信号Ｔ_Ｒを送信し、また、ブレーキ制御ユニット４に対して信号Ｂを送信する。信号Ｔ_Ｒは、自動車エンジンにより発生されることが必要とされるトルク値を示しており、信号Ｂは、必要とされるブレーキ強度を示している。

可能な制御構成を示した図６のブロック線図に関して説明する。前面レーダー１により与えられる信号及びセンサー１４、１５により与えられる信号は、オブザーバブロック３０に到達する。このブロックでは、信号のノイズがフィルターされ、もし、必要であれば、再構築される。

オブザーバブロック３０は、参照信号発生器３１に、フィルターされた信号Ｖ_Ｆ（ハット）、Ｖ_Ｒ（ハット）及びｄ_Ｒ（ハット）を与える。この参照信号発生器３１は、所望の走行速度Ｖｃｃ若しくは所望の安全距離ｄ_Ｓを表示したものを受け取り、一定値に達し、その後基本的に一定に保持する。

発生器３１により、自動車Ｖの相対的縦方向加速度を示す参照信号ａ_ｘｒｅｆを発生させる。自動車Ｖの相対的縦方向加速度は、前方にある障害物に対する相対距離及び相対速度と同様、自動車速度、エンジン回転速度、前方を走行する自動車に対する自動車の速度及び安全距離の設定値の関数である。

この信号は、補償ブロック若しくはフィードバック制御３２のインプットに与えられ、さらに、合計ユニット３３のインプットに与えられる。この補償ブロック３２は、オブザーバブロック３０からの信号Ｖ_Ｆ（ハット）を受け取るインプットをさらに有する。

上記補償ブロック３２により、例えば、比例積分タイプのフィードバック制御を行い、また、この場合、自動車の相対的縦方向加速度ａ_ｘｒｅｆ及びその瞬間の縦方向加速度ａ_Ｆ間の差を積分したものに対して基本的に比例関係を有するアウトプット補償信号ａ_{ｘｃｏｍｐ}を与える。その瞬間の加速度ａ_Ｆは、信号Ｖ_Ｆ（ハット）の時間微分として計算される。

補償ブロック３２のアウトプットは、合計ユニット３３の第二のインプットに接続される。この合計ユニット３３は、作動中、アウトプット信号ａ_ｘｒｅｑを与える。アウトプット信号ａ_ｘｒｅｑは、信号ａ_ｘｒｅｆとａ_{ｘｃｏｍｐ}との合計に対応し、設定された走行速度値及び安全距離に到達若しくは維持するために、必要とされる自動車（Ｖ）の縦方向加速度を示している加速度要求信号である。

合計ユニット３３のアウトプットは、制御及び操作ブロック３４のインプットに接続されている。この制御及び操作ブロック３４により、予め決定された自動車の数学的モデルを基礎として、信号Ｔ_Ｒ及びＢを発生させる。信号Ｔ_Ｒは、自動車のエンジンにより発生されるトルクを制御するための信号であり、信号Ｂは、自動車のブレーキを制御するための信号である。これらの信号は、この縦方向加速度要求信号ａ_ｘｒｅｑと同様、自動車の速度、エンジンの回転速度の関数である。

自動車の縦方向動的制御機能は、例えば、図７に示された５つの状態の略図に対応する状態マシンを達成しても良い。このマシンは、図７の中において、番号２０１から２０５で表された次の状態を与える。

「レスト若しくはアイドル状態」２０１では、縦方向制御機能が不能の状態であり、運転手がブレーキペダルを作動させた瞬間若しくは例えば適切なスイッチを作動させることにより機能を抑制した瞬間に、他の全ての状態２０２〜２０５からこの状態へ戻ってくることができる。

「オーバーライド」状態２０２では、もし次の状態のうち一つが起こったならば、この状態への移行が起こる。
１）前進中ギア変換があった場合（クラッチがオープンされるかオンの状態にされた時）、及び同時に運転補助システムが、ブレーキシステムが介入することが未だ要求されていない場合、
２）運転手がアクセルペダルを踏んだ場合。
機能は待機した状態にしてあり、自動車制御は運転手に戻る。

「走行」若しくは「速度制御」の状態２０３では、このシステムは、運転手により設定された走行速度Ｖｃｃに達しその後保持する。

「軌道」若しくは「距離制御」状態２０４では、このシステムは、前進する自動車が運転手が設定した安全距離に達し、保持する。

「停止」状態２０５では、制御が直ちに凍結され、自動車は静止した状態で保持される。

図７において、移行矢印上のラベルには、一見すればわかるような形で、一つの状態から他の状態へ移行するための状態を示している。

これらのラベル中の表題は、基本的に次の意味を有する。
−ＡＣＣ＝オンとは、走行速度の適応型制御機能がオンに切り替わっているということである。
−Ｓ＆Ｇ＝オンとは、ストップアンドゴー機能がオンに切り替わっているということである。
−加速装置＝オンとは、アクセルペダルが踏み込まれているということである。
−ブレーキ＝オンとは、ブレーキペダルが踏み込まれているということである。
−クラッチ＝オンとは、クラッチがオープンになっている状態である。
−障害物が存在しない又は存在するとは、自動車の進路中に前面レーダー１により示された障害物が存在しないか若しくは存在することを意味する。
−新しいＶｃｃとは、設定された走行速度の新しい値である。
−新しいｄ_Ｓとは、設定された新しい安全距離である。
−新しい障害物とは、新しい障害物の検出である。

レーン保持機能
この機能は、様々な理由により、長時間の移動手段として若しくは長旅で自動車を利用することが強いられている人々に広く受け入れられるであろう。

図示された特性により、この機能は、運転手が、長時間自動車を運転した後に経験する緊張的負荷を緩和するのに有益であるという点で、運転補助機能のグループに属する。しかし、運転手の注意散漫若しくは一時的な過失の結果として生じるアクションに関して、安全のマージンを良好に保障するため、同時に、予防的な安全機能のグループにも属する。

以下に述べるように、この機能により、自動車は、運転手が、ステアリングホイールから直接介入することがない限り、自動的に元の走行レーンに戻ることができる。

この機能は、ビデオカメラ１６のような視界センサーにより与えられる情報を利用することにより作動する。ビデオカメラ１６は、動いている自動車の前方の道路の地形及び走行するレーンの横方向の制限に対して自動車の位置を分析するように操作可能な連結イメージ処理装置を備える。

必要な所で行う自動車の進路の補正は、ステアリング作動装置８により、達成される。この補正は、ステアリングコラム６に連結されたセンサー１０からの情報に基づいたフィードバック制御を用いて達成される。

制御体系は、基本的にオブザーバを有していても良い。このオブザーバは、ステアリングコラムに連結されたセンサー１０から与えられる情報を基礎として、レーンの境界線内で自動車の横方向位置を再構築し、閉じたループ位置制御装置に対して必要な状態を概算する。自動車の横方向への変位を監視するこの制御装置は、参照信号発生器から送信される情報と、オブザーバから送信される情報とを比較する。この参照信号発生器により予め、緊急時の位置から、自動車が走行しているレーンの中心に向かって車を移動するように、自動車が辿らなければならない快適な進路若しくは形状を発生させる。横方向変位制御装置は、アウトプットにおいて、自動車をレーンの中心に移動させる必要があるステアリング角を示した信号を発生する。この信号は、ステアリング制御ユニット９に伝達され、そのステアリング制御ユニット９が、ステアリング作動装置８を一致するように操縦する。

好ましくは、このレーン維持機能は、制御システムにより実行されるアクションが、運転手による手動操縦に自然に移行することと矛盾ないような、協働タイプのものである。言い換えれば、このシステムが、理想のゾーン（道路の中心）から離れて自動車を移動させたいという運転手の位置を認識したときはいつでも、このシステムにより、運転手は、手動で自動車を操縦することができる。理想的なゾーンでは、システムは、自動車を保持しようとする。

このため、機能を監視する処理及び制御ユニットにより、運転手が、予め決められていた値より大きなトルクをステアリングコラムに加えるとき、制御アクションの重みを減じ、また、運転手が方向指示器を作動させたときに制御アクションを中断することが好ましい。

また別の実施の形態では、協働レーン保持機能を、例えば、横方向レーダー１７及びビデオカメラ１８のようなセンサーにより自動車の側面若しくは背面の交通状態をモニターすることと組み合わせても良い。また、処理及び制御ユニットＥＣＵにより、ステアリング作動装置手段を操作し、ステアリングシャフト６に対して反対のトルクを加えることにより、運転手により引き起こされる変位を制限し、この変位により、追い掛けてくる自動車若しくは横にある障害物と衝突しないようにしても良い。制限するトルクは、措置の危険度の関数として調整しても良い。

全体的抗衝突機能
前述の機能を統合及び共同作用させることにより、全体的若しくはグローバルな抗衝突システムを達成することができ、緊急時において、障害物との衝突を回避することにより、また、可能性のある衝突の結末を制限することにより、自動車の安全を向上させることができる。

このタイプのシステムを使用できる運転補助の基本的機能は、以下のとおりである。
−緊急ブレーキ
−障害物回避
−レーン保持
−縦方向制御
−緊急ブレーキ及びレーン保持

このシステムは、エンジン管理ユニット、ステアリングユニット、ギアーボックス、ブレーキ及びマン−マシンインターフェース５からの信号同様、センサーシステム（レーダー１、ショートレンジレーダー１７、ビデオカメラ等）からの信号を基礎として、自動車Ｖの周辺領域をモニターすることができ、安全の面から、検出されたシナリオに上手く適応させるための機能を介入させることができる。その後、このシステムは、危険なシナリオを認識することができ、例えば、障害物が自動車の進行を妨げ、これを運転手に送信し、運転手が介入することができない場合に、自動的に最も適切な緊急機能を可能とする。

自動車の周辺領域のモニターと関連付けて共同レーン保持機能を常に作動した状態にしてもよい。一方、運転手が他の機能を選択的に作動させたり、若しくは作動させなかったりしてもよい。

図８に示された状態図において、機能がサークルで示されている。一方、ある状態から他の状態に移行する条件が移行矢印により表されている。図８の図には、レスト若しくは「アイドル」状態に対応するサークル３０１、緊急ブレーキ状態に対応するサークル３０２、「障害物回避」状態に対応するサークル３０３、「縦方向制御」状態に対応するサークル３０４、及び「レーン保持」に対応するサークル３０５が表されている。これらのサークルと同様、図８の線図は、「縦方向制御及びレーン保持」と呼ばれるサークル３０６を示している。ここでは、「縦方向制御」及び「レーン保持」機能は、それらが両方可能である限り、単一の状態と考えてもよい。事実、縦方向制御及び横方向制御の作動に対する信号は、互いに衝突しないし、そのため、エンジン、ブレーキシステム及びステアリングシステムに同時に作用することを含む制御戦略を操作する可能性がある。

図８において、「緊急ブレーキ及びレーン保持」と称されるさらに別のサークル３０７が存在する。このサークルにも、サークル３０６に関して上で説明したのと同様の考えが適用できる。

図８の状態マシンのすべての移行について、これから説明する。これらの移行は、基本的に自動車の普通の移動の間起こりうる全てのシナリオを記載している。

図８では、それぞれの移行に関連するラベルには、関連付けの数字が付されており、その数字は、全ての移行に対するその移行の優位性を示している。

以下に記載されている状態において、マン−マシンインターフェース５からの信号及び様々なセンサー、検出器もしくはそれらの処理装置からの信号は考慮される。

様々な状態及びそれに関連する移行が以下に記載されている。

３０１−レスト若しくは「アイドル」状態
この状態において、システムは、シナリオをモニターする一方、作動装置に対して介入しない。この状態から、次の移行が可能である。

３０１．１−緊急ブレーキ状態への移行
感知システムが、自動車が走行しているレーンにおいて、予め確立された方法により計算された介入限界距離より短い距離に存在する危険な障害物を認識し、さらに、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより、衝突を回避することが可能であり、若しくはそれを回避することができないとしても横方向の回避措置を形成する可能性がないならば、緊急ブレーキ状態に移る。

３０１．２−緊急ブレーキ及びレーン保持状態
感知システムが、自動車が走行しているレーンの地形を検出でき、このレーンにおいて、この介入距離より短い距離に存在する障害物を認識し、さらに相対速度が負であり、利用可能な最大ブレーキパワーにより衝突の回避が可能であるか、回避が不可能であるとしても、横方向の回避措置の可能性もないならば、緊急ブレーキ及びレーン保持状態へ移行する。

３０１．３−障害物回避状態
感知システムが、自動車が走るレーンにおいて、介入距離より短い距離に障害物を認識し、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより衝突回避ができず、横方向回避措置を行う可能性が存在するならば、障害物回避状態に移行する。

３０１．４−縦方向制御及びレーン保持状態
感知システムが、自動車が走行しているレーンの地形を検出し、運転手が縦方向制御機能を要求しているならば、縦方向制御及びレーン保持状態に移行する。

３０１．５−レーン保持状態
感知システムが、自動車が走行しているレーンの地形を検出することができるならば、アイドル状態からレーン保持状態に移行する。

３０１．６−縦方向制御状態
もし、運転手が縦方向制御機能を選択したならば、縦方向制御状態へと移行する。

３０２−緊急ブレーキ状態
３０２．１−アイドル状態への移行
もし、緊急ブレーキが終われば（零以上の相対速度が到達し、相対距離が介入距離より大きくなるので）、使用されていない状態に移行する。

３０２．２−障害物回避状態への移行
緊急ブレーキの間、システムが、障害物との距離及び相対速度の偏差を追跡して、最大ブレーキパワーでも、衝突を回避できるほど十分でないことを検出したならば、横方向措置を実行する可能性が存在するならば障害物回避状態へと移行する。

３０３−障害物回避状態
３０３．１−アイドル状態への移行
もし、障害物回避が終わり、計算された回避進路を進むならば、使用しない状態へ移行する。

３０４−縦方向制御状態
３０４．１−アイドル状態への移行
もし、使用者が縦方向制御機能を作動しない状態にしたならば、使用しない状態に移行される。

３０４．２−緊急ブレーキ及びレーン保持状態への移行
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンの地形を検出でき、このレーンにおいて、介入距離より短い距離に障害物が検出され、さらに、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより、衝突回避できるか、若しくは回避できず横方向回避措置を実行する可能性も存在しないならば、緊急ブレーキ及びレーン保持状態に移行する。

３０４．３−緊急ブレーキ状態への移行
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンにおいて、介入距離よりも短い距離に障害物を検出し、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより衝突を回避ができるか、若しくは障害物との衝突が回避できないが横方向回避措置を実行する可能性が存在しないならば、緊急ブレーキ状態へと移行する。

３０４．４−障害物回避状態への移行
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンにおいて、介入距離より短い距離に障害物を検出し、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより衝突を回避できないが、横方向回避措置を行う可能性が存在するならば、障害物回避状態へ移行する。

３０４．５−縦方向制御及びレーン保持状態
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンの地形を検出可能であるならば、縦方向制御及びレーン保持状態へと移行する。

３０５−レーン保持状態
３０５．１−アイドル状態への移行
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンの地形を検出できないならば、アイドル状態へと移行する。

３０５．２−緊急ブレーキ及びレーン保持状態への移行
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンの地形を検出することができ、レーン中の障害物を介入距離より短い距離で検出され、相対速度が負であり、利用できる最大のブレーキパワーにより衝突を回避ができるか、若しくは、衝突が回避はできないけれども、横方向回避措置をとる可能性もないならば、緊急ブレーキ及びレーン保持状態に移行する。

３０５．３−緊急ブレーキ状態への移行
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンにおいて、介入距離より短い距離に障害物を認識し、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより衝突を回避できるか、もしくは、衝突を回避することができないけれども、横方向回避措置をとる可能性が存在しないならば、緊急ブレーキ状態へ移行する。

３０５．４−障害物回避状態への移行
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンにおいて、介入距離より短い距離に障害物を認識し、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより衝突を回避できないが、横方向の回避措置を実行する可能性が存在するならば、障害物回避状態へと移行する。

３０５．５−縦方向制御及びレーン保持状態
もし、使用者が、縦方向制御機能を作動させたならば、縦方向制御及びレーン保持状態へと移行する。

３０６−縦方向制御及びレーン保持状態
３０６．１−アイドル状態への移行
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンの地形を検出できず、使用者が縦方向制御機能を作動させないならば、使用しない状態へ移行する。

３０６．２−緊急ブレーキ及びレーン保持状態への移行
もし、感知システムが、レーンの地形を検出でき、レーン中の障害物を介入距離より短い距離において認識し、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより衝突を回避でき、若しくは、衝突を回避ができず、横方向回避措置を実行する可能性が存在しないならば、緊急ブレーキ及びレーン保持状態へと移行する。

３０６．３−緊急ブレーキ状態への移行
もし、障害物が、自動車が走行しているレーンにおいて、介入距離より短い距離で認識され、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより衝突を回避することができ、若しくは、衝突を回避できないが、横方向回避措置をとる可能性が存在しないならば、緊急ブレーキ状態へ移行する。

３０６．４−障害物回避状態への移行
もし、障害物が、自動車が走行しているレーンにおいて、介入距離より短い距離で認識され、相対速度が負であり、利用できる最大ブレーキパワーにより衝突を回避することができ、若しくは横方向回避措置を実行する可能性が存在するならば、障害物回避状態へと移行する。

３０６．５−縦方向制御状態への移行
もし、感知システムが、自動車が走行しているレーンの地形を検出できないならば、縦方向制御状態へと移行する。

３０６．６−レーン保持状態への移行
もし、使用者が、縦方向制御機能を作動させなければ、レーン保持状態へと移行する。

３０７−緊急ブレーキ及びレーン保持状態
３０７．１−アイドル状態への移行
もし、緊急ブレーキが終了したならば（零以上の相対速度を達成し、相対距離が介入距離より大きくなるので）、アイドル状態へ移行する。

３０７．２−障害物回避状態への移行
緊急ブレーキの間、最大ブレーキパワーが、衝突を回避するには十分でない場合に、障害物との距離及び相対速度の差に依存して、もし、横方向回避措置を実行する可能性が存在するならば、障害物回避状態へと移行する。

当然に、同じものを含む本発明の本質、実施の形態、構成の詳細は、添付のクレームにおいて定義される発明の境界から分離することなく、非限定的な具体例により明確に記載され図示したものから広く変形することができる。

図１は、本発明に係る運転補助システムを備える自動車の概略図である。 図２は、自動車が移動する道路の一部を上から見た平面図である。 図３は、本発明に係る運転補助システムに含まれる処理及び制御システムの一部のブロック線図である。 図４は、本発明に係る運転補助のための制御システムの状態が示された線図である。 図５は、本発明に係る運転補助システムの様々な機能が果たされる方法を示したフロー図である。 図６は、本発明に係る運転補助システムのための処理及び制御システムのさらに別の部分を示したブロック線図である。 図７は、本発明に係る運転補助システム制御システムの状態を示した線図である。 図８は、本発明に係る運転補助のための全体制御の状態を示した線図である。

Claims (10)

1. 電気的に制御されるブレーキ作動手段（２−４）を備える自動車用運転補助システムであって、
   前記自動車用運転補助システムは、第一検出手段（１）と、第一センサー手段（１４、１５）と、処理及び制御手段（ＥＣＵ）とを備え、
   前記第一検出手段（１）は、静置されているか若しくは移動している前方の障害物（Ｏ）に対する自動車（Ｖ）の相対距離及び相対速度を表す電気的信号を与え、
   前記第一センサー手段（１４、１５）は、自動車の縦方向速度を表す信号を与え、
   第一限界値（ｄ_Ｆ）を、ブレーキにより衝突を回避可能な最小距離と等しい値とし、第二限界値（ｄ_{Ｅｃｒｉｔ}）を、前記第一限界値（ｄ_Ｆ）より小さく障害物（Ｏ）を迂回して回避進路を辿ることができるような最小相対距離と等しい値とし、中間値を、前記第一限界値（ｄ_Ｆ）と第二限界値（ｄ_{Ｅｃｒｉｔ}）との間の値として、自動車（Ｖ）と前方の障害物（Ｏ）との間の相対距離（ｄ_Ｒ）が、予め決定された第一限界値と予め選択された中間値（ｄ_Ｅ）との間にある状態を第一作動状態とし、
   相対距離（ｄ_Ｒ）が第二限界値（ｄ_{Ｅｃｒｉｔ}）より小さい状態を第二作動状態として、
   前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）は、前記ブレーキング作動手段（２−４）及び前記第一検出手段（１）に接続され、前記第一作動状態と、前記第二作動状態とを検出することができるよう配置され、上記作動状態のどちらか一つが発現すると、前記ブレーキ作動手段（２−４）を作動させて、自動車の自動緊急ブレーキを行う自動車用運転補助システムにおいて、
   前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）が、自動車の推進手段のための電気的制御システム（１９）に接続され、前記第一検出手段（１）から与えられる信号を基に、自動車（Ｖ）の前進における縦方向速度を制御するよう操作可能であり、
   前記第一検出手段（１）が、予め決定されていた範囲内で前方の障害物を検出しないときには、予め決定されていた値に自動車の縦方向速度を維持し、
   若しくは、選択的に、前記検出手段（１）が、予め決定された範囲内において、障害物の存在を示すときは、前方を同じ方向に前進する自動車に対する相対距離を維持するよう作動させることができ、
   前記第一センサー手段（１４、１５）は、自動車のエンジンの回転速度を表す信号を送信するよう作動させることができ、
   前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）は、参照信号発生手段（３１）、フィードバック制御手段（３２）、加算手段（３３）、及び操縦制御手段（３４）を備え、
   前記参照信号発生手段（３１）は、前記第一センサー手段（１４、１５）と前記第一検出手段（１）に接続され、
   前記参照信号発生手段（３１）により、前方の障害物に対する距離及び相対速度の関数である、自動車（Ｖ）の縦方向相対加速度、自動車の縦方向速度、エンジンの回転速度、並びに自動車の前進速度の設定値若しくは前進する自動車（Ｏ）に対する安全距離の設定値を表す参照信号（ａ_ｘｒｅｆ）を発生させ、
   前記フィードバック制御手段（３２）は、前記参照信号発生手段（３１）に接続され、自動車（Ｖ）の相対加速度信号（ａ_ｘｒｅｆ）と自動車（Ｖ）の縦方向瞬間加速度（ａ_Ｆ）との差の関数であるアウトプット補正信号（ａ_{ｘｃｏｍｐ}）を与えるように配列され、
   前記加算手段（３３）は、自動車に対して、前記参照信号（ａ_ｘｒｅｆ）と補正信号（ａ_{ｘｃｏｍｐ}）を加算したものに略比例するアウトプット加速度要求信号（ａ_ｘｒｅｑ）を与えるように作動させることができ、
   前記操縦及び制御手段（３４）により、予め決定された自動車（Ｖ）の数学的モデルを基に、自動車の縦方向速度、エンジンの回転速度、及び前記縦方向加速度要求信号（ａ_ｘｒｅｑ）の関数である、自動車により発生したトルクの制御信号（Ｔ _Ｒ ）もしくは自動車ブレーキ強度の制御信号（Ｂ）、または、自動車により発生したトルクの制御信号（Ｔ _Ｒ ）および自動車ブレーキ強度の制御信号（Ｂ）を発生させることを特徴とする自動車運転補助システム。
2. 前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）により、自動車（Ｖ）と前方の障害物との相対距離が、前記中間値（ｄ_Ｅ）と第二限界値（ｄ_{Ｅｃｒｉｔ}）との間にあるとき、障害物（Ｏ）を迂回して横方向回避措置を行う機会を運転手に示すよう動作可能な信号手段（５）を作動させることを特徴とする請求項１記載の自動車運転補助システム。
3. 電気的に制御されたステアリング作動手段（８，９）がさらに設けられた自動車（Ｖ）のためのシステムであって、
   自動車（Ｖ）の前方にある障害物（Ｏ）を迂回する回避進路の実行可能性を評価するために利用可能な電気的信号を与える第二検出手段（１７、１８）と、
   自動車（Ｖ）と前記障害物（Ｏ）との間の相対距離が、前記中間値（ｄ_Ｅ）と第二限界値（ｄ_{Ｅｃｒｉｔ}）との間にある場合に、前記ステアリング作動手段（８、９）を自動的に制御して、前方の障害物（Ｏ）を迂回し回避進路を辿るように配列された処理及び制御手段（ＥＣＵ）と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２記載の自動車運転補助システム。
4. 前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）により、相対距離（ｄ_Ｒ）が、上記中間値（ｄ_Ｅ）と第二限界値（ｄ_{Ｅｃｒｉｔ}）との間にあり、前記第二検出手段（１７、１８）が、障害物（Ｏ）を迂回して横方向回避進路を進行することが不可能であることを示したとき、前記ブレーキ作動装置手段（２−４）を作動させて、自動緊急ブレーキを行うことを特徴とする請求項３記載の自動車運転補助システム。
5. 前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）は、後方から自動車（Ｖ）に接近している自動車の存在の有無、距離、及び相対速度を示す信号を与える第三検出手段（２０）に接続され、前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）により、後方から自動車（Ｖ）に接近している自動車との距離及び相対速度に基づいて、前記ブレーキング作動手段（２−４）もしくはステアリング手段（８、９）、または、前記ブレーキング作動手段（２−４）およびステアリング手段（８、９）を作動させることを特徴とする請求項３又は４記載の自動車運転補助システム。
6. ブレーキ制御ペダル及びアクセルペダルの位置を検出するための検出手段（１１、１２）がさらに設けられた自動車のためのシステムであって、前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）が、前記検出手段（１１、１２）に接続され、前記ペダルの一つが作動させられたとき、前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）により自動車（Ｖ）の縦方向速度制御を中断することを特徴とする請求項１記載の自動車運転補助システム。
7. 前記フィードバック制御手段（３２）が、正比例−積分タイプのものであり、前記補正信号（ａ_{ｘｃｏｍｐ}）が、自動車（Ｖ）の相対加速度（ａ_{ｘｃｏｍｐ}）と自動車（Ｖ）の縦方向瞬間加速度（ａ_Ｆ）との差を積分したものと略比例することを特徴とする請求項１記載の自動車運転補助システム。
8. 電気的に制御されたステアリング作動手段（８、９）が設けられた自動車のためのシステムであって、
   自動車（Ｖ）が走行する道路のレーンの範囲を定めたり若しくは境界を画定する境界線検出手段と関連しており、自動車（Ｖ）の瞬間の位置を認識するために使用可能な信号を与える第四検出手段（１６）と、
   前記第四検出手段（１６）に接続され、前記境界線画定手段に関連して自動車（Ｖ）の瞬間位置を決定するように、また、自動車（Ｖ）が、前記道路レーン内を進行し続けるという予め決定された方法で、前記作動手段（８、９）を制御するよう配列された処理及び制御手段（ＥＣＵ）とをさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の自動車運転補助システム。
9. 運転手によりこのコラム（６）に加えられたトルクを表す信号を与える連結されたセンサー手段（１０）を有するステアリングコラム（６）を備える自動車のためのシステムであって、方向指示器の作動を検出するためのセンサー手段（１３）が設けられ、
   前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）により、運転手が、予め決定された値より大きいトル クをこのステアリングコラム（６）に与えるとき、前記ステアリング作動手段（８、９）の制御動作の重さを減じ、もしくは、運転手が方向指示器を作動させたとき、前記制御動作を中断し、または、運転手が、予め決定された値より大きいトルクをこのステアリングコラム（６）に与えるとき、前記ステアリング作動手段（８、９）の制御動作の重さを減じ、かつ、運転手が方向指示器を作動させたとき、前記制御動作を中断することを特徴とする請求項８記載の自動車運転補助システム。
10. 自動車（Ｖ）の側面及び後部の交通状態をモニターすることができる信号を与えるよう作動することができる検出手段（１７、１８）をさらに備え、
    前記検出手段（１７、１８）により与えられる信号が、追いかけてきている他の自動車若しくは横方向の障害物と衝突する状況を示し、運転手が横方向に自動車を変位させるときに、前記ステアリングコラムに、制限されたトルクを与えるように、前記処理及び制御手段（ＥＣＵ）が、前記ステアリング作動手段（８、９）を操作することを特徴とする請求項８又は９記載の自動車運転補助システム。

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