JP4595725B2 - 走行支援装置 - Google Patents

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Description

本発明は、走行支援装置に関し、特に、カーブ手前の所定の位置に進入する際の進入推奨速度を設定することで快適な操作を可能とする走行支援装置に関する。
車両がカーブを走行する場合、コースアウトの防止や運転者に過大な横Gを感じさせないように速度調整を行なう必要がある。例えば、車両のカーブ走行に際して、過大な走行速度にならないように車両の速度を制御する速度制御装置が提案されている。この装置では、カーブ走行中の車速及びハンドル角を検出して車両の横加速度を推定し、横加速度が大き過ぎる場合にはエンジン出力を抑えて車両の速度を制限することができる。
また、車両の前方の道路状況を検出して、車両がカーブに進入する前に運転者にカーブの存在を報知する制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。当該制御装置では、ナビゲーションシステムを使用して車両前方のカーブの情報に基づき目標車速を算出する。そして目標車速と現在の車速とに基づき警報を吹聴する距離を決定する。
特開平8−194891号公報
特許文献1記載の制御装置は、カーブに進入する前に目標車速に減速できるように運転者に報知するものであるが、報知により運転者が減速した場合の減速度を一定のものと想定している。
しかしながら、カーブの進入前に緩和曲線など直線以外の道路があると、減速度が一定であっても車両の減速中の横Gが変化する場合が多い。このため、カーブへの進入速度は適切でも減速の過程では横Gの変化が急になり、運転者が違和感や不安感を感じることがある。一方で、カーブまでの走行速度が低すぎると快適性が損なわれる。
本発明は、上記問題に鑑み、運転者が違和感や不安感を感じることを低減してカーブへの進入速度を設定する走行支援装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、車両の走行位置を推定する走行位置推定手段と、 車両の走行方向前方の道路情報を抽出する道路情報抽出手段と、前記道路情報抽出手段によりカーブの道路情報が抽出された場合に、該カーブを走行する際のカーブ推奨速度を設定するカーブ推奨速度設定手段と、前記カーブ推奨速度設定手段により設定されたカーブ推奨速度に基づき、カーブ手前のクロソイド区間を走行中の車両の横加速度の変化率が所定以下となり、かつ、前記クロソイド区間を走行中の車両の減速度が所定以下となるように、前記カーブ推奨速度よりも大きい、前記クロソイド区間の開始位置に進入する際の進入推奨速度を設定する進入推奨速度設定手段と、前記進入推奨速度設定手段により設定された前記進入推奨速度を報知する報知手段と、備えることを特徴とする走行支援装置を提供する。
本発明によれば、運転者が違和感や不安感を感じることを低減してカーブへの進入を誘導する走行支援装置を提供することができる。
本発明によれば、クロソイド区間の開始位置の車速を推奨される進入速度とすることでカーブへの適切な誘導が可能となる。
本発明によれば、クロソイド区間を走行している間の横加速度の変化が過大となることを防止してクロソイド区間への進入速度を設定できる。
本発明によれば、クロソイド区間を走行している減速度が過大となることを防止してクロソイド区間への進入速度を設定できる。
また、本発明の一形態において、前記進入推奨速度設定手段により設定された前記進入推奨速度に対し所定の範囲の車速となるよう、前記クロソイド区間の開始位置の車速を制御する車速制御手段を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、運転者が車速を調整する操作を行わなくても、設定された進入推奨速度となるように、カーブ手前のクロソイド区間開始位置の車速が制御される。
運転者が違和感や不安感を感じることを低減してカーブへの進入速度を設定する走行支援装置を提供すること。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、走行支援装置1のブロック図を示す。走行支援装置1は、進行方向前方のカーブの情報に基づき設定されたカーブを走行する際のカーブ推奨速度に、クロソイド区間を走行している間に滑らかに誘導されるようなクロソイド区間への進入速度を設定する。横加速度の急激な変化や大きな減速度が車両に加わることがないようにクロソイド区間への進入速度を設定するので、運転者は安心感のある操作が可能となる。
走行支援装置1は、走行位置推定手段6、道路情報抽出手段7、カーブ推奨速度設定手段9、進入推奨速度設定手段8及び車速制御手段11を有し、また、走行支援装置1には車速センサ2、GPS受信機3、ジャイロコンパス4、地磁気センサ5、ブレーキアクチュエータ(以下、単にブレーキACTという)12及びエンジンECU13、が接続されている。
走行位置推定手段6は、GPS(Grobal Positioning System)航法及び自律航法による位置推定に、マップマッチング法による補正を加えながら現在位置を推定するようになっている。すなわち複数(3個以上)のGPS衛星から発信される電波をGPS受信機3により受信し、電波の到達時間及びGPS衛星の位置情報に基づきGPS航法により車両の現在位置を推定する。
また、走行位置推定手段6は、車速センサ2、地磁気センサ5,ジャイロコンパス4からの情報に基づいて車両の走行経路を累積しながら自律航法により車両の現在位置を推定する。そして、これらのGPS航法及び自律航法による位置推定に対して、道路地図情報DB14から抽出した道路地図情報の道路と車両の位置とを対応づけるマップマッチング法により最終的に現在位置を精度よく推定する。
なお、車速センサ2は、各車輪に設けられた例えばパルスセンサであり、所定時間間隔毎に検出されるパルス数に基づき車速を検出する。ジャイロコンパス4は、車両に作用する横Gやその変化速度に基づき車両の進行方向を検出するものであり、また、地磁気センサ5は地磁気に対する方角を測る磁気センサである。
道路地図情報を格納する道路地図DB14は、CDやDVD−ROM、ハードディスクで構成され、道路網や交差点などの道路地図情報が、緯度経度に対応づけて格納されている。道路地図情報は、実際の道路網に対応して、ノード(道路と道路が交差する点、すなわち交差点)に関係する情報と、リンク(ノードとノードを接続する道路)に関係する情報とからなるテーブル状のデータベースに格納される。
ノードテーブルは、ノードの番号、座標、そのノードから流出するリンク数及びそれらのリンク番号を有する。また、リンクテーブルは、リンクの番号、リンクを構成する始点ノードと終点ノード、リンク長を有する。ノード番号及びリンク番号は、互いに重複しないように定められている。したがって、ノード番号とリンク番号をそれぞれ辿ることで道路網が形成される。道路地図情報には、この他にも道路の幅、車線数、並びに、カーブがあればカーブの曲率、カーブの道路長や緩和区間の道路長及び緩和率等の道路情報が格納されている。なお、道路地図情報を、互いに縮尺の異なる複数の階層レベルでそれぞれ記憶していてもよい(ラスタ地図)。また、高速道路,一般国道,地方道というような道路種別情報や、制限速度や一方通行、Uターン禁止などの交通法規が記憶されている。
道路情報抽出手段7は、走行位置推定手段6が推定した車両の位置に基づき走行方向前方の道路情報を、道路地図DB14から抽出する。道路情報抽出手段7が抽出する道路情報は、カーブに関する情報であり、カーブの曲率、カーブ長、カーブ手前の緩和区間の長さ、緩和率等である。
ところで、道路設計においては直線の道路形状からすぐに曲率一定のカーブにつながるものではなく、カーブ手前にクロソイド区間のような緩和区間が設けられることが多い。したがって、道路は、直線区間、一定曲率部分のカーブ及びクロソイド曲線で形成されるクロソイド区間とを結合して道路形状が設計される場合が多い。
クロソイド曲線とは、道路の曲がり方の度合いが飛躍することなく連続して「大から小へ」あるいは「小から大へ」と変化する曲線をいい、極座標系では次の式により定義される。但し、rはカーブの半径(1/rが曲率)、sはその曲線上の工程距離、a
は定数である。車両が等速で走行しながらハンドルが一定速度で操作されると、車両の走行軌跡はクロソイド曲線になる。

r=a2/s(θ)

図2は、カーブを有する道路形状の一例を示す。図2では、車両の位置をPで表し、車両位置PからA地点までが直線、A地点からB地点までがクロソイド区間、B地点以降がカーブである。道路情報抽出手段7は、車両位置Pに基づいて道路地図DB14から、直線距離L1、クロソイド区間長L2、緩和率、カーブ長L3、カーブの曲率κ(=1/R)、を抽出する。
図3は、道路情報抽出手段7が抽出した車両進行方向前方の道のりの曲率を示す。図3に示すように、クロソイド区間では曲率が連続的に増大し、曲率一定のカーブに繋げられている。
カーブ推奨速度設定手段9は、カーブの曲率κと推奨される横加速度Gyに基づきカーブ走行時の推奨速度Vtgt_Bを設定する。カーブを走行する場合のカーブ推奨速度Vtgt_Bは、例えばカーブの曲率κと推奨する横加速度Gy(運転者が横方向に過度なGを受けない横加速度Gy)に基づき算出される。

Vtgt_B = √(Gy×R) …(1)

なお、式(1)では道路勾配の影響は省略した、また、横加速度Gyは、運転者の運転スタイルや路面の摩擦係数μ等によって変動する値であり、運転者により設定されていてもよい。
進入推奨速度設定手段8について説明する。進入推奨速度設定手段8は、カーブ推奨速度設定手段9が設定したカーブ推奨速度Vtgt_Bに違和感なく誘導されるようにクロソイド区間の進入速度Vtgt_Aを設定する。
クロソイド区間は上述のとおり徐々に曲率κが高くなるため、一定の速度で走行すると徐々に横加速度が増大する。そこで、クロソイド区間への進入速度を高めに設定すると共に、クロソイド区間を走行する間に徐々に減速することで、快適なコーナリング走行が可能となり、更に横加速度Gyの変化が過大になることが防止できる。また、一方で、横加速度Gyの変化を抑制するため(クロソイド区間の進入速度を上げすぎて)減速度が過大になると運転者が不安感や不快感等を体感するので、減速度が所定以上とならないように担保することが好適となる。
図4(a)は、カーブまでの道のりと車両に推奨される速度の関係を示す図である。なお、参考に、クロソイド区間を一定速度で走行する場合の道のりと車両速度の関係を点線で示した。
地点Bではカーブ推奨速度設定手段9が設定したカーブ推奨速度Vtgt_Bが設定される。また、クロソイド区間では、横加速度Gyの急激な変化が生じないよう速度一定でクロソイド区間を走行する場合よりも高い進入速度Vtgt_Aが設定されている。なお、P地点からA地点までのクロソイド区間への進入まではいずれの場合も緩やかに減速したものとしている。
図4(b)は、カーブまでの道のりと車両に加わる横加速度Gyの関係を示す図である。一定の速度で走行した場合、クロソイド区間では徐々に曲率κが高くなるため徐々に横加速度が増大しているが、クロソイド区間への進入速度をVtgt_Aとした場合、クロソイド区間の横加速度Gyの変化(図4(b)では傾き)が一定速度の場合よりも大きいがある制限値Jyよりは小さく抑えることができる。したがって、運転者は過度な横加速度Gyの変化を体感することなく進入速度を上げることができる。
図4(c)は、カーブまでの道のりと車両に加わる減速度Gxの関係を示す図である。クロソイド区間を一定速度で走行する場合、減速度はほぼゼロとなる。これに対し、クロソイド区間への進入速度をVtgt_Aとした場合、クロソイド区間で減速してカーブ進入地点Bで速度Vtgt_Bとなるよう減速するが、当該減速が適切所定の減速度以下(急激な減速が生じない)となるようにクロソイド区間の進入時に推奨される車速が設定される。
横加速度Gyの変化が過大になることを防止し、かつ、減速度が所定以上とならない推奨速度Vtgt_Bの算出について説明する。
〔クロソイド区間走行時の横加速度Gyの変化率が所定以下となるように進入速度Vtgt_Aを設定する〕
クロソイド区間の終了時に推奨されるカーブ推奨速度Vtgt_Bに対し、クロソイド区間走行時の横加速度Gyの変化率が所定以下となる進入速度Vtgt_Aの算出について説明する。
クロソイド区間を一定速度Vで走行したとすると、横加速度Gyは式(1)を使用して次のように表せる。

Gy=V/R

一定速度Vで走行した場合のクロソイド区間の横加速度Gyの変化率Jyは、クロソイド区間の走行時間がT=L2/Vであるので、次のように表せる。

Jy=Gy/T
=V /(L2・R)

したがって、横加速度Gyの変化率Jyを所定値Jy_max以下とするためには、クロソイド区間への進入速度Vtgt_Jyを次にように決定する。なお、所定値Jy_maxは運転者の運転スタイルに応じて可変の値であり、運転者は所望の所定値Jy_maxを設定できる。

Vtgt_Jy = √( Jy_max ・R・L2 ) … (2)

〔カーブ進入速度Vtgt_Bになるようクロソイド区間走行時の減速度が所定以下となるように進入速度Vtgt_Aを設定する〕
カーブ進入速度Vtgt_Bになるようクロソイド区間走行時の減速度が所定以下となる進入速度Vtgt_Aの算出について説明する。
一定減速度Gxはクロソイド区間の走行時間Tに生じる速度差であるので次のように表せる。なお、Vはクロソイド区間に進入する速度をVtgt_Gxとした。

Gx =(Vtgt_Gx−Vtgt_B)/T

走行時間Tは減速度一定であるのでその間の走行距離がL2であることから次のようになる。

T= 2・L2/ (Vtgt_Gx+Vtgt_B)

Tを上式に代入すれば、減速度Gxを表す式として次式が得られる。

Gx = (Vtgt_Gx−Vtgt_B)/2・L2

したがって、減速度Gxを所定値Gx_max以下とするためには、クロソイド区間への進入速度Vtgt_Gxを次にように決定する。なお、所定値Gx_maxは運転者の運転スタイルに応じて可変の値であり、運転者は所望の所定値Gx_maxを設定できる。

Vtgt_Gx = √( Vtgt_B+ 2・L2・Gx_max ) … (3)

したがって、進入推奨速度設定手段8は、式(2)を用いて算出されるクロソイド区間への進入速度Vtgt_Jyと、式(3)を用いて算出されるクロソイド区間への進入速度Vtgt_Gxとの、小さい方をVtgt_Aとして設定する。
すなわち、進入推奨速度設定手段8は、進入推奨速度設定手段8は、横加速度Gyの変化率Jyが所定値Jy_max以下となり、かつ、減速度Gxが所定値Gx_max以下となるように進入速度Vtgt_Aを設定する。
進入推奨速度設定手段8が推奨されるクロソイド区間への進入速度を設定すると、報知手段10は進入速度Vtgt_Aを運転者に報知する。報知手段10は、例えば液晶や有機EL、HUD(Head Up Display)などの表示装置とスピーカを介して進入速度Vtgt_Aを運転者に報知する。
報知手段10は、車両がA地点から所定距離にまで到達すると推奨速度Vtgt_Aを表示装置に表示し、また、スピーカからの音声で運転者に報知する。運転者は、推奨速度Vtgt_Aと現在の車速、クロソイド区間までの距離L1に応じて、制動等の車両操作を行いクロソイド区間に進入する際に車両の速度を推奨速度Vtgt_Aに近づけることができる。なお、運転者への報知を開始する所定距離は、運転者が所望の距離を設定してもよいし、現在の車速が大きいほど速く報知してもよい。
図5は、表示装置に表示された推奨速度Vtgt_Aを報知する内容の一例を示す。報知手段10は、道路地図DB14から抽出した道路地図を表示すると共に、当該道路地図の現在の走行位置に車両C1を表示する。これにより運転者は現在の走行位置を把握できる。
また、報知手段10は、クロソイド区間の進入地点Aに推奨速度Vtgt_Aになるように最適化された速度で走行する車両C2を表示する。したがって、運転者は表示装置を参照しながら車両C1が車両C2に重なるように制動等の車両操作を行うことができる。なお、最適化された速度は、例えば、一定減速度又は加速度で走行して地点Aで推奨速度Vtgt_Aとなるような速度である。
また、図5では、クロソイド区間の進入地点Aに推奨速度Vtgt_Aを、現在の走行地点を示す車両C1に現在の車速を表示すると共に、車両C2に最適化された速度を表示した。最適化された速度の一形態として、図5では「A地点にVtgt_Aで進入するには、速度XXXが適切です」と表示されている。運転者は、数値で表示された速度に基づき適切な速度調整を行うこともできる。
また、報知手段10は、現在の車速と推奨速度Vtgt_Aとの乖離が所定より大きくなると、スピーカから「速度の出し過ぎ」又は「減速のしすぎ」等のメッセージを音声出力する。
また、走行支援装置1は、進入推奨速度設定手段8に接続された車速制御手段11を有しているので、運転者が速度調整しなくても車両の速度調整を行うことができる。車速制御手段11は、進入推奨速度設定手段8から送出された推奨速度Vtgt_Aに基づき車速を制御する。車速制御手段11は、推奨速度Vtgt_Aと現在の車速との差、及び、地点Aまでの距離に基づき、地点Aまでに必要な減速量又は加速量を演算する。
車速制御手段11はブレーキACT12接続されているので、減速が必要な場合、演算された減速量が得られるようにブレーキACT12に制御信号を送出する。ブレーキACT12は制御信号にしたがい、マスタシリンダとホイールシリンダの間の制御弁の開度を制御し車両に制動力を加える。また、車速制御手段11はエンジンECU13と接続されているので、加速が必要な場合、演算された加速量が得られるようにエンジンECU13に制御信号を送出する。エンジンECU13は、制御信号にしたがいスロットル開度等を制御し車両を加速する。なお、運転者の操作なしに加速することが好ましくない場合、推奨速度Vtgt_Aが現在の車速より高い場合であっても、自動的に加速しないように設定しておく。
また、図5では車両の速度のみを制御することとしたが、ステアリングの操舵角を制御するステアリングアクチュエータを備え、車両を自動で操舵してもよい。
以上のように、本実施の形態の走行支援装置1は、カーブを走行する場合、クロソイド区間の進入時の車速を運転者に推奨できる。推奨される速度は、クロソイド区間を走行する場合に過度な横加速度の変化や減速度とならないように設定され、カーブへの進入速度に違和感なく運転者の操作を誘導できる。
以上の構成を用いて、カーブを走行する場合に走行支援装置1が行う処理を図6のフローチャート図に基づき説明する。図6のフローチャート図の処理は、例えばナビゲーションシステムを起動すると連動してスタートする。
走行している間、走行位置推定手段6は、GPS受信機3が受信した電波に基づきGPS航法により車両の現在位置を推定し、また、車速センサ2、地磁気センサ5及びジャイロコンパス4からの情報に基づいて車両の走行経路を累積しながら自律航法を用いて車両の現在位置を推定する。そして、推定された車両位置に基づき道路地図DB14を参照し、車両進行方向前方にあるカーブを検出する。走行位置推定手段6は、カーブがあった場合、カーブ手前のクロソイド区間の進入地点Aまでの距離が所定以下か否かを判定する(S11)。
A地点までの距離が所定以下となると(S11のYes)、道路情報抽出手段7が道路情報を抽出する(S12)。道路情報抽出手段7は、走行方向前方のカーブの曲率κ、カーブ長L3、カーブ手前のクロソイド曲線の長さL2、クロソイド区間までの距離L1等を道路地図DB14から抽出する。
次いで、カーブ推奨速度設定手段8は、カーブ進入時のカーブ推奨速度Vtgt_Bを設定する(S13)。上記のとおり、カーブ推奨速度Vtgt_Bは、カーブの曲率κと推奨する横加速度Gyに基づき算出される。
カーブ推奨速度Vtgt_Bが設定されると進入推奨速度設定手段8は、カーブ推奨速度Vtgt_Bに違和感なく誘導され、かつ、上記のようにクロソイド区間走行時に急激な横加速度Gyの変化及び減速度を生じさせないように、クロソイド区間への進入推奨速度Vtgt_Aを設定する(S14)。
進入推奨速度Vtgt_Aが設定されると、報知手段10は例えば図5のように運転者に進入推奨速度Vtgt_Aを報知して、運転者の車両操作に提供する(S15)。
また、報知手段10が進入推奨速度Vtgt_Aを報知しても進入推奨速度Vtgt_Aと現在の車速が所定以上乖離した場合(S16のYes)、報知手段10は警報を吹聴し(S17)、運転者に注意を促す(S17)。運転者が速度を制御しない場合には、次いで、車速制御手段11がブレーキACT12やエンジンECUに制御信号を送出して速度を制御する(S18)。
本実施の形態の走行支援装置によれば、クロソイド区間走行中の横加速度Gyの変化及び減速度が過大とならない範囲でクロソイド区間への進入速度を設定するので、運転者が不安感や違和感を感じることなく進入速度を上げることができる。また、横加速度Gyの変化及び減速度が過大とならないので、急激な操舵操作が要求されることもない。また、カーブの走行速度として推奨されるカーブ推奨速度に基づいてクロソイド区間の進入推奨速度が設定されるのでクロソイド区間からカーブまで滑らかな速度変化となるよう誘導できる。また、クロソイド区間への進入速度は運転者の好みに応じて設定可能であるので個々の運転者の運転スタイルに合わせてクロソイド区間への進入速度を設定できる。
走行支援装置1のブロック図である。 カーブを有する道路形状の一例である。 車両進行方向前方の道のりの曲率を示す図である。 カーブまでの道のりと車両に推奨される速度の関係を示す図である。 推奨速度Vtgt_Aを報知するため表示装置に表示される内容の一例である。 走行支援装置がクロソイド区間への進入速度を設定する処理を示すフローチャート図である。
符号の説明
1 走行支援装置
6 走行位置推定手段
7 道路情報抽出手段
8 進入推奨速度設定手段
9 カーブ推奨速度設定手段
10 報知手段
11 車速制御手段

Claims (2)

  1. 車両の走行位置を推定する走行位置推定手段と、
    車両の走行方向前方の道路情報を抽出する道路情報抽出手段と、
    前記道路情報抽出手段によりカーブの道路情報が抽出された場合に、該カーブを走行する際のカーブ推奨速度を設定するカーブ推奨速度設定手段と、
    前記カーブ推奨速度設定手段により設定されたカーブ推奨速度に基づき、カーブ手前のクロソイド区間を走行中の車両の横加速度の変化率が所定以下となり、かつ、前記クロソイド区間を走行中の車両の減速度が所定以下となるように、前記カーブ推奨速度よりも大きい、前記クロソイド区間の開始位置に進入する際の進入推奨速度を設定する進入推奨速度設定手段と、
    前記進入推奨速度設定手段により設定された前記進入推奨速度を報知する報知手段と、
    を備えることを特徴とする走行支援装置。
  2. 前記進入推奨速度設定手段により設定された前記進入推奨速度に対し所定の範囲の車速となるよう、前記クロソイド区間の開始位置の車速を制御する車速制御手段を有する、
    ことを特徴とする請求項1記載の走行支援装置。
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