JP4181049B2 - 自動車のための車線変更アシスタント - Google Patents

Description

本発明は，自動車のための横ガイドシステムの範囲内で，運転者の指令に応じて隣接車線への車両の自動的な移動を制御し，かつ，ニュートラル位置から互いに逆となる方向へ移動可能な操作部を有する，車線変更アシスタントに関する。

自動車内には，車両ガイドにおいて運転者を支援し，また，運転者の特殊な走行操作を容易にするシステム（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｒｉｖｅｒ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ； ＡＤＡＳ）がますます多く使用されている。これらのシステムの機能は，横ガイド支援（Ｌａｎｅ Ｋｅｅｐｉｎｇ Ｓｕｐｐｏｒｔ； ＬＫＳ）である。ここでは，走行すべき走行車線に対する車両の実際位置が求められて，目標値と比較される。この目標値は，典型的に車線の中央に相当する。その場合に出力信号はアクチュエータのための操作信号であり，そのアクチュエータは，それが付加的な操舵トルクにより運転者を支援するため，あるいは，運転者の介入をもはや必要としない完全に自立した横ガイドを実施するために，車両の操舵システムへ介入する。

現在では，走行している車線を維持するために用いられるこの横ガイド支援に加えて，車線変更アシスタントが知られており，それは，たとえば追越しプロセスを始めるまたは終了しようとする場合に運転者の指令によって作動され，かつ，その後車線変更の際に運転者を支援し，あるいはこの車線変更を自動的に制御する。操作部は，車線変更指令を入力するために用いられる。車線変更指令が入力された後に，自動的な駆動において，車線変更プロセスは固定的に予め定められたプログラムに従って遂行される。しかし，そのプログラムは運転者の実際の意図に相当しないことが多い。

本発明の課題は，車線変更プロセスの遂行を運転者の意図により良く適合させることが可能な，車線変更アシスタントを提供することである。

この課題は，本発明によれば，操作部にいずれの制御方向にも対応するセンサが付設されており，そのセンサが操作部の操作に対応する多価の出力信号を出力し，その出力信号が車線変更プロセスのダイナミクスを定めることによって，解決される。

「車線変更プロセスのダイナミクス」という概念は，車線変更が実行される速度に関係する。ダイナミクスが低い場合には，車線変更プロセスは比較的長い期間にわたり，またステアリングの切れは比較的小さく留まるので，車線変更の際に生じる車両の横加速度はこれに応じて低く抑えられる。これが，車線変更のために十分な時間をとることができる交通状況において，高い快適性を有する車線変更を可能にする。それに対し他の交通状況において，たとえば前を走行している追い越すべき車両が突然ブレーキをかけた場合，車線変更プロセスのより高いダイナミクスが必要とされ，車両はより急速に隣接車線へ移動し，それに応じて高い横加速度が発生する。本発明は，運転者が操作部を操作するやり方に応じて，車線変更プロセスのダイナミクスを意図的に調整する可能性を，運転者に提供する。

操作部に対応づけられているセンサの多価の信号は，アナログ信号または多価のデジタル信号とすることができる。それらは運転者が操作部へ及ぼす変位距離，変位力，あるいは，トルクを表す。

横ガイド支援システムは，核心において，電気的な制御器からなり，その制御器はセンサ装置，たとえば電子的なカメラシステムから，走行している車線の境界に対する車両の実際位置を表す信号を得る。この制御器は，実際位置をたとえば車線中央に相当する目標値と比較し，出力信号としての操作指令を車両の操舵操作部に出力するので，車両の横位置が目標値に制御される。車線変更アシスタントのメインコンポーネントは，ソフトウェアおよび／またはハードウェアによって形成される，上記制御器の機能モジュールであって，その機能モジュールが目標値を，急にあるいは連続的に隣接車線に相当する値へ変化させる。付加的に制御コンポーネントを設けることもでき，その制御コンポーネントは，車線変更の間の移行段階において操舵運動や車両の横位置を制御するために，制御器から出力された操作指令を修正する。

車線変更プロセスのダイナミクスは，種々の方法で，たとえば，速度の目標値を変更することによって，ステアリングの切れの制限によって，制御器の出力信号を定めることによって，あるいは，この出力信号を直接修正することによって調節することができる。横ガイド支援のための制御アルゴリズムは，測定された目標／実際偏差が，所定の走行区間，いわゆる見越し距離内でゼロに戻されるように設計されることが多い。見越し距離は，大体において速度に依存し，好ましくはタイムギャップ，見越し時間の形式で表され，それは見越し距離を車両の絶対速度で割った値（商）に等しい。この見越し時間内に車両の横位置を再び目標値へ制御するためには，それぞれ見越し時間が少なくなるほど，それだけ操舵の振れが激しくなる。従って，横ガイドアシスタントによって目標値が変わる場合に，車線変更の高いダイナミクスは，少ない見越し時間の選択によって達成される。

本発明の好ましい形態が，従属請求項から明らかにされる。

操作部は，好ましくはレバーによって形成され，そのレバーは，運転者が両手をステアリングホィールにおいたままでレバーを操作することができるように，ステアリングホィールに配置されている。特に好ましい実施形態においては，レバーは車両の点滅スイッチであっても良い。点滅スイッチの変位距離は，通常，各方向のストッパによって制限される。上記各ストッパの前に押圧点が設けられており，この押圧点を克服しなければならない。そのため点滅スイッチをスイッチオン位置で係止し，操舵が再びニュートラル位置に戻されるまでスイッチオン状態を維持する。運転者が意図するダイナミクスを検出するセンサは，好ましくはストッパに配置されており，たとえば，運転者がレバーをストッパに押しつける力を測定する。

運転者が車線変更を意図し，交通状況がそれを許すと確信した場合に，彼は点滅スイッチの操作によってまず他の交通関与者のために車線変更の意図を表示する。その後，運転者が点滅スイッチを押圧点を超えてストッパへ移動させた場合に，車線変更アシスタントが作動され，同時にセンサによって測定された操作力を用いて車線変更のダイナミクスが定められる。その場合に車線変更のそれ以降の推移は，車線変更アシスタントによって自動的に制御されるとしても良い。車線変更プロセスが終了した場合には，点滅スイッチは通常のように自立的にニュートラル位置へ戻る。

改良された実施形態においては，センサを点滅スイッチの押圧点に配置することも可能である。

好ましい実施形態においては，センサによって測定された操作力が時分割されて評価され，この測定された操作力に従ってステアリングの切れが変化する。このようにして運転者は，少なくとも車線変更プロセスの初期段階において，コントロールできるので，運転者は，望みに応じて車線変更プロセスを加速し，減速し，あるいはまた完全に中止することができる。それに対して，車線変更プロセスの終端段階においては，たとえば車両の中央が他の車線へ移動した時点から，好ましくは再び自動的な制御が使用され，車両の横位置は，操作部の操作に拘わらず新しい車線の中央に制御される。その場合に運転者は，必要に応じて操作部を逆方向に操作することにより，いつでも車線変更プロセスを中止することができる。

改良された実施形態においては，車線変更プロセスは始めから自動制御され，ダイナミクスは，操作部が操作される際に，たとえばセンサ信号の最大値を用いて定められ，その後車線変更プロセス全体の間有効となる。センサに加わる力を測定する代わりに，この場合においては，運転者が操作部をストッパに押しつける時間を測定するとより効果的である。すなわち運転者は，操作部を短くたたくことによってゆっくりとした車線変更を行うことができる。運転者が急速な車線変更を望む場合には，運転者は，操作部をそれに応じた長さでストッパ位置に保持する。他の展開によれば，ストッパの代わりに複数の段階的な押圧点を設けることも考えられ，その場合に各押圧点の克服が，より高いダイナミクスを有する車線変更を生じる。

操作部とセンサを用いて得られた運転者の車線変更意図に関する情報は，好ましくはデジタル形式で，データバス，たとえばＣＡＮバスを介して車両の他のシステムコンポーネントへ伝達され，その後たとえばレーダー支援された間隔制御の範囲内で，車線変更に応じてレーダーの位置測定領域を適合させ，および／または，ＡＤＡＳシステムに属する，車両の縦ガイドシステムに介入して，（たとえば追越しプロセスの際に）車両速度を高めるために利用することができる。

以下，図面を用いて実施例を詳細に説明する。

図１には，車両１０が上方で概略的に示される。この車両は走行路の右車線１２上を走行し，その走行路はさらに追越し車線１４を有している。車線中央１６は，それぞれ破線で記載されている。車両１０は，前を走行する車両１８をまさに追い越そうとしている。

車両１０には，ＡＤＡＳシステムが搭載されている。上記ＡＤＡＳシステムは，部分システムとして，ブロック図の形式で示す以下のコンポーネントを備えた横ガイドシステムを有している。かかるコンポーネントは，ビデオカメラ２０と画像処理ユニット２２によって形成されるセンサ装置，自動車１０の横位置に関する目標値ΔＹ_ｓｏｌｌを設定する設定装置２４，制御装置２６，および操舵操作部２８であり，その操舵操作部は，制御装置２６の指令信号Ｂによって操作されて，車両１０の横位置を目標値に制御するために，車両制御へ介入する。

その長手軸に対する横方向の車両の実際位置は，図示の例においては，ビデオカメラ２０と画像処理システム２２によって形成されるセンサ装置によって検出される。さらに，車線１２，１４の境界と，これらの境界に対する自動車１０の位置とを認識するために，画像処理ユニット２２はカメラによって記録されたビデオ画像を評価する。センサ装置のこの実施形態は，単に例と考えるべきであって，たとえば走行路境界における磁気的なマーキングを検出する磁気センサによって代用することもできる。同様に，走行路境界をリフレクタによってマーキングすることもでき，そのリフレクタが車両のレーダーシステムによって検出される。

自動車１０に対する車線境界の位置がわかっている場合には，このデータから車線１２の幅と車線中央１６の位置も求められる。従ってセンサ装置は，車線中央からの横偏差に関する実際位置ΔＹ_ｉｓｔによって表される車両１０の実際位置を，制御装置２６へ伝達することができる。その後実際値ΔＹ_ｉｓｔと目標値ΔＹ_ｓｏｌｌとの比較を用いて制御装置１６は指令信号Ｂを形成し，その指令信号が操舵操作部２８へ伝達される。目標値ΔＹ_ｓｏｌｌは，同様に車線中央１６からの横の偏差として表される。たとえばΔＹ_ｓｏｌｌの正の値は車線中央から右への偏差に相当し，負の値は車線中央から左への偏差に相当する。設定装置２４は，メモリ３０を有しており，メモリの中に有効な目標値がその都度記憶される。

制御装置２６は，特殊な機能モジュールとして車線変更アシスタント３２を有しており，それは車両１０のステアリングホィールに配置されている操作部３４によって作動され，その操作部とはＣＡＮバス３６を介して接続されている。運転者が操作部３４を介して車線１４へ車線変更する指令を入力した場合，車線変更アシスタント３２は，メモリ３０に記憶されているそれまでの目標値を車線１４の車線中央１６に相当する新しい目標値に変更する。その場合に車両１０の横位置が新しい目標値に制御されるので，車両は車線１４上へ移動し，その場合にたとえば，図１に一点鎖線で記入されたカーブ３８，４０に従う。カーブ３８は，比較的高いダイナミクスを特徴としており，車線変更は比較的短い時間内かつそれに応じた短い区間上で実施される。カーブ４０はより低いダイナミクスを有している。

図２に詳細に示される操作部３４を用いて，運転者は車線変更のダイナミクスを調節することができる。

操作部３４は，メインコンポーネントとして車両のステアリングホィールの人間工学的に好ましい位置に配置されたレバー４２を有しており，そのレバーは同時に車両の点滅スイッチを形成している。レバー４２は，ジョイント点４４を中心に揺動可能であって，ばね４６で象徴されるように図２に実線で示すニュートラル位置に弾性的に保持される。２つのより強いばね４８，５０が，それぞれ右または左のウィンカーの連続したスイッチオンのための押圧点を形成している。押圧点を克服した後に，レバー４２の揺動領域は各方向にストッパ５２または５４によって制限され，そのストッパにそれぞれセンサ６０または６２が対応づけられている。センサ６０，６２は，運転者によってレバー４２が該当するストッパ５２または５４へ押圧される力を測定し，それに応じた信号Ｌ，ＲをＣＡＮバスを介して車線変更アシスタント３２へ供給する。この信号ＬまたはＲは，まず，メモリ３０内の目標値の変化をもたらす。さらに，それぞれの信号の強さが，車線変更を実行する速度を与える。

図１には，符号Ｗで見越し距離が記載されており，その見越し距離が制御装置２６の行動を定める。制御装置は，車両１０の実際位置が所定の見越し時間内に目標値と一致するように形成されている。この見越し時間と車両１０の速度との積が見越し距離Ｗを形成し，従ってその見越し距離は車両の速度に依存する。運転者が，図１に示す状況においてレバー４２をストッパ５４へ押圧した場合には，メモリ３０に記憶されている目標値が車線１２の中央から車線１４の中央へ変化し，かつ見越し距離Ｗ内で車両の実際値が新しい目標値に適合される。このようにして，図１のカーブ３８が得られる。

車線変更アシスタント３２は，図示の例においては，運転者がレバー４２をそれぞれのストッパへ押圧する力の変化によって表される信号ＬまたはＲの強さに従って，見越し時間とそれに伴った見越し距離Ｗも変化するように形成されている。運転者がレバー４２を介して比較的弱い力でストッパ５４を押圧した場合，より長い見越し時間とより大きい見越し距離が生じ，その場合に車両１０は，たとえばカーブ４０に従う。

車線変更プロセスの前半の間，たとえば車両１０が車線１２，１４の間の境界を横切る点までに，見越し時間は，連続的に運転者がレバー４２へ加える力に適合され，運転者はちょうど良いカーブ推移を意図に従って定めることができる。運転者がこの段階においてレバー４２を離した場合には，車線１２の中央に相当する元の目標値が再び形成され，車線変更は中止される。運転者が車線境界を横切り終わるまでレバー４２をストッパ５４へ押しつけている場合には，車線変更は自動的に完了する。目標値は，車線１４の中央に相当する値になり，見越し時間は再び標準値にセットされ，車両１０は過度の横加速度なしで緩やかに新しい車線１４の中央へ移動する。

改良された実施形態においては，車線変更プロセスは，レバー４２に加わる力の最大値に相当する見越し時間で完了する。

車線１２，１４の間の境界を既に横切った後，運転者が車線変更プロセスを中止しようとする場合，これはレバー４２を他方のストッパ５２へ押圧することによって行うことができる。選択的に，この方法でしか車線変更プロセスを中止できないように，システムを設計することもできる。この場合において，（左への）車線変更プロセスを中止するとき，右のウィンカーも操作されるので，同時に，他の通行に対して運転者の意図が変化したことを知らせることができる。

他の実施形態においては，車線変更プロセスのダイナミクスを，見越し時間と見越し距離Ｗを介して調節する代わりに，他の方法としてたとえば信号ＬまたはＲが車線１２の中央から車線１４の中央へ目標値が徐々に移行するように速度を定めることによって，あるいは信号ＬまたはＲが，操舵操作部２８によってもたらされるステアリングの切れを直接定めることによって，調節することができる。後者の場合，制御装置２６の閉ループ制御機能は，車線変更プロセスの第１の段階の間は中断され，代わりに開ループ制御が行われ，車両が車線境界を横切り終わって初めて閉ループ制御が再開される。

自動車のための横ガイドシステムのブロック図である。 車線変更アシスタントのための操作部を概略的に示している。

Claims (6)

1. 車両（１０）の車線保持支援システム（２２，２４，２６，２８）の範囲内で，運転者の指令に応じて隣接車線（１４）への車両の自動的な移動を制御し，かつ，ニュートラル位置から互いに対抗する第１及び第２の方向へ移動可能な操作部（３４）を有する，自動車のための車線変更アシスタントであって：
   前記操作部（３４）には前記第１及び第２の方向のいずれの制御方向に対してもセンサ（６０，６２）が付設されており，前記センサは操作部の操作に対応する多価の出力信号（Ｌ，Ｒ）を供給し，前記出力信号は車線変更プロセスの車両（１０）の車線変更を実行する速度を定めることを特徴とする，自動車のための車線変更アシスタント。
2. 前記操作部（３４）は，レバー（４２）を有しており，かつ，
   前記センサ（６０，６２）は，レバー（４２）がストッパ（５２，５４）または押圧点（４８，５０）へ押圧される力を測定するように形成されていることを特徴とする，請求項１に記載の車線変更アシスタント。
3. 前記レバー（４２）は，自動車のウィンカーの点滅スイッチを構成することを特徴とする，請求項２に記載の車線変更アシスタント。
4. 前記センサ（６０，６２）は，操作部（３４）の操作を分割された時間（ｚｅｉｔａｕｆｌｏｅｓｅｎ）毎に測定し，多価の出力信号として分割された時間毎の信号を供給するように形成され，前記信号が車両（１０）の操舵への介入量を定めることを特徴とする，請求項１から３のいずれか１項に記載の車線変更アシスタント。
5. 当該車線変更アシスタントは，車両（１０）の横位置を目標値（ΔＹ_ｓｏｌｌ）に制御する制御装置（２６）内に統合されており，かつ，
   車線変更アシスタント（３２）は，いずれかのセンサ（６０，６２）の出力信号（Ｌ，Ｒ）に応じて目標値を変化するように形成されていることを特徴とする，請求項１から４のいずれか１項に記載の車線変更アシスタント。
6. 当該車線変更アシスタントは，車線変更プログラムの前半の間だけセンサ（６０，６２）の信号（Ｌ，Ｒ）を評価して車線変更プロセスの車両（１０）の動きを定め，その後の制御を制御装置（２６）へ引き渡すように形成されていることを特徴とする，請求項５に記載の車線変更アシスタント。

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