JP4743159B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

従来、例えば、特許文献１に記載のように、自車と先行車との相対速度に基づいて目標とする車間距離を一定に保持するように自車の車速を制御する車間距離制御装置が提案されている。この車間距離制御装置では、例えば、車速が高いとき、及び車間距離が短いときには相対速度のフィルタの時定数を小さくし、また、車速が低いとき、及び車間距離が長いときには、相対速度のフィルタの時定数を大きくすることで、車間距離制御の応答性向上と安定性確保を実現しようとしている。
特許第２５６７５４８号公報

上記のような一般的な車間距離制御装置は、自車と先行車との相対速度に基づいて目標とする車間距離を一定に保持するように自車の車速を制御するものであり、その際の加速感は、ドライバにとって必ずしも快適なものであるとは限らない。

そこで、本願出願人は、運転に適した状態のドライバが先行車と自車との車間距離を一定の距離に保つように運転操作を行っている状況におけるドライバ状態係数を目標とすべきドライバ状態係数（目標ドライバ状態係数）とし、この目標ドライバ状態係数と、現在のドライバ状態係数とに基づいて、自車と先行車との目標とすべき相対加減速度（目標相対加減速度）を算出し、この目標相対加減速度に基づいて自車両を加減速する運転支援システムを出願した（特願２００６−５３３０）。

しかしながら、この運転支援システムでは、加速目標KdB_aaは車間距離Dと相対速度Vrのみで算出されるため、ドライバにとって快適な加速感が得られない走行場面があった。

本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、さまざまな走行場面においてドライバの快適な加速感を得ることができる車両制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の車両制御装置は、
前方物体との距離を検出する距離検出手段と、
前方物体との相対速度を検出する相対速度検出手段と、
前方物体の速度を考慮した前方物体に対する接近離間状態を表す指標として、前記前方物体の速度が高くなるほど大きくなり、且つ、前方物体に接近する相対速度が高くなるほど大きくなるとともに、各相対速度において前方物体との距離が短くなる変化に対する増加勾配が前記前方物体との距離が短くなるほど急峻になり、前方物体のドライバの目に映る像を想定し、当該想定した像の面積の単位時間当たりの変化度合いを表す補正接近離間状態評価指標を算出する評価指標算出手段と、
補正接近離間状態評価指標が、前方物体との距離に応じて一つに定まる補正接近離間状態評価指標の閾値を下回る値であるかどうかを判定する加速目標判定手段と、
加速目標判定手段によって補正接近離間状態評価指標が補正接近離間状態評価指標の閾値を下回る値であると判定された場合、自車を加速する加速制御の実行を開始する制御手段と、を備えることを特徴とする。

ドライバは、先行車などの前方物体から離間する場合の相対速度の大きさが同じであっても、自車が減速することで前方物体から離間する場合と、前方物体が加速することで前方物体から離間する場合とでは、後者において自車の加速遅れを感じる傾向がある。従って、前方物体から離間する場合の相対速度の大きさが同じであっても、自車の加速遅れを感じる状況では、自車の加速を早めに開始することが望ましい。

そこで、本発明では、前方物体の速度を考慮した補正接近離間状態評価指標を算出し、この算出した補正接近離間状態評価指標が補正接近離間状態評価指標の閾値を下回る値である場合に、加速制御の実行を開始するようにした。これにより自車のドライバは、さまざまな走行場面において良好な加速感を得ることができる。

請求項２に記載の車両制御装置によれば、
加速目標判定手段によって補正接近離間状態評価指標が補正接近離間状態評価指標の閾値を上回る値であると判定された場合、補正接近離間状態評価指標の閾値を補正接近離間状態評価指標の目標値として設定する目標値設定手段と、
目標値設定手段の設定した目標値に対応する目標相対速度と実際の相対速度とに基づいて、自車の目標加速度を算出する目標加速度算出手段と、を備え、
制御手段は、自車の加速度が目標加速度となるように加速制御を実行することを特徴とする。

このように、補正接近離間状態評価指標が補正接近離間状態評価指標の閾値を下回る値である場合に加速制御の実行を開始し、予め設定された補正接近離間状態評価指標の閾値の値を目標値として設定することで、ドライバが快適に感じる加速開始タイミング、加速感とすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本実施形態は、本発明の車両制御装置を運転支援システムに適用した場合について説明するものである。図１に、本実施形態の運転支援システムの全体構成を示す。同図に示すように、本運転支援システムは、VSC_ECU１０、舵角センサ２０、Gセンサ３０、ヨーレートセンサ４０、ENG_ECU５０、レーダ７０、操作SW８０、及び車両制御ECU１００によって構成される。

図１に示すVSC_ECU１０は、自車に制動力を印加するブレーキアクチュエータ（図示せず）を制御するもので、自車の横滑りを抑制するVSC（Vehicle Stability Control、登録商標）の制御機能を備える。このVSC_ECU１０は、車内LANから目標減速度の情報を受信し、この目標減速度が自車に発生するように、ブレーキアクチュエータを制御する。また、VSC_ECU１０は、自車の速度（車速）Vs0、及びブレーキ圧力の情報を車内LANに送信する。舵角センサ２０は、自車のステアリングの操舵角の情報を検出するセンサであり、検出した操舵角の情報を車内LANに送信する。

Gセンサ３０は、自車の前後方向に発生する加速度（前後Ｇ）と、横（左右）方向に発生する加速度（横Ｇ）を検出する加速度センサであり、検出した前後Ｇ及び横Ｇの情報を車内LANに送信する。ヨーレートセンサ４０は、自車の鉛直軸まわりの角速度（ヨーレート）を検出するセンサであり、検出したヨーレートの情報を車内LANに送信する。

ENG_ECU５０は、車内LANから目標加速度の情報を受信し、自車が目標加速度を発生するように、図示しないスロットルアクチュエータを制御する。レーダ７０は、例えば、レーザ光を自車前方の所定範囲に照射し、その反射光を受信して、先行車との距離、先行車と自車との相対速度、自車幅中心軸と先行車の中心軸とのズレ量（横ずれ量）等を検出し、車両制御ECU１００へ出力する。

操作SW８０は、自車のドライバが操作するスイッチ群であり、スイッチ群の操作情報は車両制御ECU１００へ出力される。車両制御ECU１００は、主にマイクロコンピュータとして構成され、何れも周知のCPU、ROM、RAM、I/O、及びこれらを接続するバスによって構成される。

車両制御ECU１００は、後述する判別式KdB_cを用いて、自車が先行車に追従して走行する際の加速制御開始タイミングを決定し、この判別式KdB_cに対応する目標相対速度Vr_c_tと、自車の相対速度Vr_c_pから算出される目標加速度G_Dpを自車に発生させる加速制御を実行することにより、さまざまな走行場面においてドライバが快適に感じる加速感を得るものである。従って、まず、判別式KdB_cについて説明する。

判別式KdB_cは、先行車の速度を考慮した接近離間状態評価指標KdB_cを元に導き出されたものであるので、はじめに、接近離間状態評価指標KdBから説明する。自車のドライバは、自車の進行方向に先行車が存在する場合に、通常、その先行車の視覚的な面積変化から、自車が先行車に接近しているのか、先行車から離間しているのかを判断し、アクセル操作やブレーキ操作によって自車の加減速を調整する。従って、このドライバの判断基準となる先行車の視覚的な面積変化を表す指標が接近離間状態評価指標kdBとなる。

この接近離間状態評価指標kdBの具体的な算出方法について説明すると、先行車の実際の高さをH0、幅をW0、面積をS0（＝H0×W0）とし、自車のドライバの目（網膜上）に映る先行車の像の高さをH、幅をW、面積をS（＝W×H）とし、さらに、ドライバの目（水晶体）から先行車までの距離をD、ドライバの目の焦点距離をfとした場合、先行車の見かけ上の面積Sは式１で示される。

S=W×H=W0×H0×(f/D)² ・・・式１
従って、ドライバの網膜上に投影される先行車の見かけ上の面積Sの時間変化率dS／dtは式２で示される。

dS/dt=d(W×H)/dt∝d(f/D)²/dt∝d(1/D²)/dt ・・・式２
上記式２を距離Dで偏微分すると、先行車の見かけ上の面積Sの時間変化率dS／dtは、式３のように表すことができ、これを先行車面積の時間変化率Kとする。

dS/dt∝d(1/D²)/dt={d(1/D²)/dD}×(dD/dt)=(-2/D³)×Vr=K ・・・式３
このように、先行車と自車との車間距離Dと、車間距離Dの時間変化率である相対速度Vrとから、先行車面積の時間変化率Kを算出することができる。

なお、先行車面積の時間変化率Kは、先行車の見かけ上の面積Sの時間変化率dS/dtを示すものであるため、カメラ等の撮像手段の撮影した先行車の画像の単位時間当たりの大きさの時間変化率と等しい。従って、カメラ等の撮像手段を備えて、その撮影した先行車の画像の大きさの単位時間当たりの時間変化率から、先行車面積の時間変化率Kを算出するようにしてもよい。

この先行車面積の時間変化率Kは、例えば車間距離D＝１〜１００ｍの範囲で、１０^６のオーダで大きく変化する。このため、時間変化率Kをデシベル表示することとした。

このデシベル表示に際しては、自車両の１００ｍ前方に存在し、相対速度Vr=−0.1km/hで接近してくる先行車の面積の時間変化率K_０を、ドライバが面積変化に気づくことができる最小面積変化と仮定し、このときの値を０[dB]と定義する。時間変化率K_０は式４によって示される。

K₀=(-2/D³)×Vr=(-2/100³)×(-0.1/3.6)≒5×10^-8 ・・・式４
つまり、先行車面積の時間変化率K_０＝５×１０^−８の時のデシベル値を０[dB]とし、式５によって表される指標を、接近離間状態評価指標KdBと定義する。なお、接近離間状態評価指標KdBは、先行車が接近してくるとき正の値を取り、離れていくときに負の値を取る。

KdB=10×log(|K/(5×10^-8)|)=10×log{|-2×Vr|/(D³×5×10^-8)}・・・式５
この式５によって定義される接近離間状態評価指標KdBが、先行車との距離D及び相対速度Vrに依存してどのように変化するかを図２に示す。図２から明らかなように、接近離間状態評価指標KdBは、先行車に接近する相対速度Vrが高くなるほど大きくなるとともに、各相対速度において先行車との距離Dが短くなるほど増加勾配が急峻になる特性を有する。

しかしながら、接近離間状態評価指標現在値KdBは、先行車の速度を考慮していないため、ドライバの感覚に見合った加速開始タイミングとならない場面がある。すなわち、ドライバは、先行車から離間する場合の相対速度の大きさが同じであっても、自車が減速することで先行車から離間する場合と、先行車が加速することで先行車から離間する場合とでは、後者において自車の加速遅れを感じる傾向がある。従って、先行車から離間する場合の相対速度の大きさが同じであっても、自車の加速遅れを感じる状況では、自車の加速を早めに開始することが望ましい。

そこで、式６に示すように、先行車の速度Vbを考慮した補正接近離間状態評価指標KdB_cを用いる。なお、式６のαは１以下の係数であり、α＝０．３程度が最適であることがわかっている。

KdB_c=10×log{|-2×(|Vr|＋α×|Vb|)/(D³×5×10^-8)|} ・・・式６
本願発明者らは、先行車に自車が接近する状況において、テストドライバに対して先行車に衝突しないようブレーキのコントロールが可能なぎりぎりのタイミングでブレーキ操作を開始するように教示して実験したところ、式６から算出される補正接近離間状態評価指標KdB_cを用いることにより、ドライバのブレーキ操作開始ポイントが、一つの曲線上に分布することが明らかとなった。この曲線の近似式は式７で与えられ、図３の特性を示す。

KdB_c=-23.76×logD＋76.96 ・・・式７
従って、式７の近似式（判別式）を用いて加減速開始タイミングを決定することで、ドライバが加速遅れを感じることなく、快適な加速開始タイミング、加速感とすることができるのである。

次に、車両制御ECU１００の実行する加速制御処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。先ず、ステップＳ１０では、各種のセンサからの入力信号を取り込む。ステップＳ２０では、補正接近離間状態評価指標KdBの現在値KdB_c_pを算出する。ステップＳ３０では、式７の近似式から、先行車と自車との実際（現在）の距離Dpに対応する判別式上の閾値KdB_c_tを算出する。

ステップＳ４０では、補正接近離間状態評価指標KdBの現在値KdB_c_pが判別式上の閾値KdB_c_tを下回る値であるかどうか判定する。ここで、肯定判定される場合にはステップＳ５０へ処理を進め、否定判定される場合にはステップＳ１０へ処理を移行し、上述した処理を繰り返す。

ステップＳ５０では、自車に発生すべき目標加速度G_Dpを式８により算出する。

G_Dp＝（Vr_c_p−Vr_c_t）／T
この式８におけるVr_c_pは、自車の実際の相対速度を表し、Vr_c_tは、式７の近似式から求まる、先行車と自車との実際（現在）車間距離DpにおけるKdB_c_tを式６に代入すること求まる目標相対速度である。また、Tは、自車の現在の相対速度Vr_c_pと、目標相対速度Vr_c_tとの差分を目標となる自車の加速度G_Dpに変換するための除数であり、適宜、設定されるものである。

ステップＳ４０では、加速制御の終了条件が成立したか否かを判定する。この加速制御終了条件として、例えば、自車が停止したことや、補正接近離間状態評価指標KdB_cの現在値KdB_c_pが判別式上の閾値KdB_c_tを上回ったりしたことを用いることができる。制御終了条件が成立していない場合には、ステップＳ１０からの処理を繰り返す。

図５に、自車が先行車に追従して加速する走行場面における、補正接近離間状態評価指標KdB_cの現在値KdB_c_pの変化を示す。図５の(I)〜(V)は、図６に示すように、先行車と自車の走行場面(I)〜(V)に対応している。

図６の走行場面(I)は、自車が定速制御により一定速（セット車速１００ｋｍ／ｈ）で定速走行しているときに８０ｋｍ／ｈで走行する先行車に接近する場面を示し、走行場面(II)は、先行車の車速と同じ８０ｋｍ／ｈまで自車を減速する場面を示している。走行場面が(I)から(II)に遷移する際の補正接近離間状態評価指標KdB_cの現在値KdB_c_pは、判別式を上回ることで減速を開始し、判別式上に収束することになる。

図６の走行場面(III)は、車速８０ｋｍ／ｈで走行する先行車に同じ速度で自車が追従する場面を示している。この走行場面(III)における補正接近離間状態評価指標KdB_cの現在値KdB_c_pは判別式上に収束している。

図６の走行場面(IV)は、先行車が１００ｋｍ／ｈを目標に加速したときに、自車が先行車に追従する場面を示している。この走行場面(IV)における補正接近離間状態評価指標KdB_cの現在値KdB_c_pは判別式を下回り、加速領域に入ることで加速を開始する。加速開始から先行車の車速に到達するまでは先行車との距離Dが増え続け、先行車の車速に達すると、距離Dの増加がなくなる。

図６の走行場面(V)は、１００ｋｍ／ｈで走行する先行車に自車が追従する場面を示している。この走行場面(V)における補正接近離間状態評価指標KdB_cの現在値KdB_c_pは、走行場面(III)と同じように判別式上に収束することになる。

以上、説明したように、本車両制御装置を運転支援システムは、前方物体の速度を考慮した補正接近離間状態評価指標KdB_cの現在値KdB_c_pが判別式上の閾値KdB_c_tを下回る値である場合に加速制御の実行を開始し、自車の加速度が、判別式上の閾値KdB_c_tに対応する目標相対速度Vr_c_tと実際の相対速度Vr_c_pから算出される自車の目標加速度G_Dpとなるように加速制御を実行する。これにより、さまざまな走行場面において、ドライバが快適に感じる加速開始タイミング、加速感とすることができる。

運転支援システムの全体構成を示すブロック図である。 接近離間状態評価指標KdBが、先行車との距離D及び相対速度Vrに依存してどのように変化するかを説明するための図である。 判別式を示す図である。 車両制御ECU１００の実行する加速制御処理を示すフローチャートである。 自車が先行車に追従して加速する走行場面における、補正接近離間状態評価指標KdB_cの現在値KdB_c_pの変化を示した図である。 先行車と自車の走行場面(I)〜(V)を示した図である。

符号の説明

１０ VSC_ECU
２０ 舵角センサ
３０ Gセンサ
４０ ヨーレートセンサ
５０ ENG_ECU
７０ レーダ
８０ 操作ＳＷ
１００ 車両制御ECU

Claims (2)

1. 前方物体との距離を検出する距離検出手段と、
   前記前方物体との相対速度を検出する相対速度検出手段と、
   前記前方物体の速度を考慮した前記前方物体に対する接近離間状態を表す指標として、前記前方物体の速度が高くなるほど大きくなり、且つ、前記前方物体に接近する相対速度が高くなるほど大きくなるとともに、各相対速度において前記前方物体との距離が短くなる変化に対する増加勾配が前記前方物体との距離が短くなるほど急峻になり、前記前方物体のドライバの目に映る像を想定し、当該想定した像の面積の単位時間当たりの変化度合いを表す補正接近離間状態評価指標を算出する評価指標算出手段と、
   前記補正接近離間状態評価指標が、前方物体との距離に応じて一つに定まる補正接近離間状態評価指標の閾値を下回る値であるかどうかを判定する加速目標判定手段と、
   前記加速目標判定手段によって前記補正接近離間状態評価指標が前記補正接近離間状態評価指標の閾値を下回る値であると判定された場合、自車を加速する加速制御の実行を開始する制御手段と、を備えることを特徴とする車両制御装置。
2. 前記加速目標判定手段によって前記補正接近離間状態評価指標が前記補正接近離間状態評価指標の閾値を上回る値であると判定された場合、前記補正接近離間状態評価指標の閾値を前記補正接近離間状態評価指標の目標値として設定する目標値設定手段と、
   前記目標値設定手段の設定した目標値に対応する目標相対速度と実際の相対速度とに基づいて、前記自車の目標加速度を算出する目標加速度算出手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記自車の加速度が前記目標加速度となるように前記加速制御を実行することを特徴とする請求項１記載の車両制御装置。

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