JP4893118B2 - 回避制御装置、この回避制御装置を備える車両および回避制御方法 - Google Patents
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Description
ブレーキコントローラ24は、油圧制御系25の制御弁(図示せず。)を開閉動作を制御して算出した制動トルクを発揮させる。これにより、車両11を減速させることと共に、左右輪における制動力に差を設けることによって車両11にヨーモーメントを発生させることができる。
この場合、例えば、車両11では前後方向の速度成分に比べて幅方向の速度成分が十分に小さいとみなし、vxをvとする。また、vyは加速度センサ19の出力を積分することによって求めることができる。このため、(2)式からすべり角βの近似値を得ることができる。なお、車輪速センサ17からの車輪速、ヨーレートセンサ18からのヨーレート、加速度センサ19からの横加速度等の信号からオブザーバによってより精度良くすべり角を推定する公知技術も知られているので、そのような手法を用いてすべり角βを求めてもよい。
また、例えば、障害物15が大人で、右方向へ移動しているが移動速度vpが適切に検出できていない場合(右方向へ移動してくる可能性があるが歩いているのか走っているのか判然としない場合(例えば、道路14の左測の端部に障害物15を検出した直後の場合。)。)には、停止、右方向歩行、右方向小走りすべての状態を想定して、当該障害物15の移動速度範囲は、次式(4)に設定される。
さらに、障害物15を検出したが、その属性および移動速度が判然としない場合、すべての可能性を考慮して、当該障害物15の移動速度範囲は、次式(5)に設定される。
なお、検出された障害物の移動速度が、設定された速度範囲の境界付近である場合には、その境界を跨ぐ2つの速度範囲を選択するように設定してもよい。
yP R(t)=yP(t0)+vpMax×t (7)
この(6)、(7)式で表される推定到達領域Aを図8に示す。図8では、縦軸が検出時(t0)を原点とした時間を示し、横軸が検出時(t0)の障害物15の位置を原点とした距離を示している。
また、回避経路では、図3に示す場面では、障害物15の位置への到達だけではなく、道路14の境界部分(yL、yR参照。)への到達回避(路外逸脱の防止。)を考慮する必要があることから、障害物15を回避した後の経路も考慮する必要が出てくる。そこで、実施例1では回避経路は、障害物15を回避してから所定の時間Tafterが経過するまで算出する構成とされている。このため、回避経路を算出する時間の区間長Tは、次式(9)に設定される。
車両の走行経路は、当該車両に対する操作量としてどのような入力時系列を加えたかにより決定されることから、回避経路算出手段37は、回避経路の算出のために、操作量と走行経路とを結びつけかつ車両のダイナミクスを表現する車両運動モデル方程式を導入する。車両運動モデル方程式として、例えば、以下に示すものが用いられる(例えば、「U. Kiencke and L. Nielsen, “Automotive control systems,” Springer Verlag, (2000)」参照。)。なお、x´と表記したのはxの時間微分を示す。
x=(v β γ)T (11)
u=(F1 F2 F3 F4 δ)T (12)
ただし、δは前輪舵角、Fi(i=1、2、3、4)は各輪に発生する制動力、fは車両の挙動を記述する非線形関数、uは入力ベクトルである。添え字Tは行列、ベクトルの転置をあらわす。
y´=v・sin(β+θ) (14)
θ´=γ (15)
この走行経路に基づいて回避経路を算出するために、障害物15を検出した現在時刻t0から前述した所定時間Tafterまでの時間区間長Tに至る間の入力ベクトルuの時系列を考え、次式(16)に示す、値が小さいほど良い評価を表す評価関数を設定する。
ここで、(16)式の被積分関数であるLには、走行経路の回避経路としての適切さを数値的に表現する関数を設定する。回避経路としての適切さとして、実施例1では、以下の3つの要請項目からなる評価基準を有している。
要請項目2は、道路14の境界部14aに対する車両11の接近状態を示しており、車両11と境界部14aとの距離が近くなるにしたがって値が大きくなる関数によって表現する。具体的には、例えば次式(18)の関数を利用することができる。
ただし、Δは境界部14aへの接近の余裕幅を指定するパラメータであり、Δの値が大きいほど車両11と境界部14aとの間に大きな間隔を置く回避経路が算出される。
ただし、σx、σyは関数の形状を決めるパラメータであり、ここではそれぞれ検出した障害物15のX軸方向の幅、Y軸方向の幅に応じた値が設定される。奥行き方向であるX軸方向の情報が得られない場合には、σx=σyと設定する。
yP(t)=yP0+vp×t (22)
以上で定義した3つの評価式に適当な重みを付して3つの評価項の線形結合をとった次式(23)で評価式Lを構成する。
図6は、(23)式のうち、道路14上に存在するものに対する車両11の接近状態、すなわちリスクポテンシャルを示す(wRLR+wPLP)の具体的な関数形状の一例を道路14と共にX−Y平面上に示したものである。
ここで、μの値には、車両が走行すると想定される道路の典型的な値を設定すればよく、あるいは、路面摩擦係数を推定する公知技術は多数提案されているので、それらの技術を利用して値を設定してもよい。Wiは、車両11が静止状態の際の輪荷重の値を基準として、加速度センサ19の測定値を用いた補正を行うことで精度良く推定することができる。
次に、回避制御装置10による障害物15を回避するための工程を図9に示すフローチャートに沿って説明する。このフローチャートは、図3に示す場面を想定している。図3は、道路14を自車両である車両11が走行しており、車両11の前方の左側から歩行者(障害物15)が道路14に飛び出してきた場面を表している。なお、このフローチャートは、車両11が走行している間、繰り返し行なわれるものである。
時刻t1の時点では、障害物15が大人で右へ移動していると判断したが、歩行であるのか小走りであるのかの判断ができず速度範囲を(vaS≦vp≦vaR)(図5参照。)として推定到達領域Aを算出したものとし、時刻t2の時点では、障害物15が大人で右へ歩行していると判断し速度範囲を(vaS≦vp≦vaW)(図5参照。)として推定到達領域Aを算出したものとする。時刻t1の時点では、操舵による回避経路を見つけることができずに制動制御が継続され、車両11の速度がさらに低減される。時刻t2の時点では、車両11の速度vc2まで減速されており、速度vc2を基準として速度範囲(vaS≦vp≦vaW)から算出された推定到達領域Aを回避可能な回避経路を算出することができた。図10の例では、障害物15が車両11の前方を通り過ぎて、障害物15の後方を通過する回避経路が生成され、操舵制御が実行される。
時刻t1の時点では、障害物15が大人で右へ移動していると判断したが、歩行であるのか小走りであるのかの判断ができず速度範囲を(vaS≦vp≦vaR)(図5参照。)として推定到達領域Aを算出したものとし、時刻t2の時点では、障害物15が大人で右へ小走りしていると判断し速度範囲を(vaW≦vp≦vaR)(図5参照。)として推定到達領域Aを算出したものとする。図15の例では、障害物15が小走りになったため、時刻t1の時点で、既に障害物15が車両11の前方を通り過ぎており、障害物15の後方を通過する回避経路が算出された。このため、時刻t1の時点で、操舵制御に移行し(ステップS9参照。)、障害物15の回避が実現されている。
時刻t1の時点で、障害物15が大人で停止していると判断したので、速度範囲を(−vaS≦vp≦vaS)(図5参照。)として推定到達領域Aを算出したものとする。時刻t1の時点で、障害物15が停止状態となったために推定到達領域Aが縮小し、障害物15の前方を通過する回避経路が算出される。そこで、右方向への操舵制御が開始され、障害物15の前方を通過して当該障害物15を回避する回避制御が実行される。
|yp−y|≦ΔY (27)
P≧PON (28)
マイクロプロセッサ20による判定が回避制御を行う必要がある場面であるの場合、回避制御を行うべくステップS4に進み、判定が回避制御を行う必要がない場面であるの場合、回避制御を行わないことからステップS9に進む(ステップS3)。
これにより、実施例1と同様に回避経路が算出されなかった場合に最大制動力を発揮するような制動力制御を実行し、回避経路が算出された場合に制動力制御を停止しても、運転者の操作によって発生する制動力は残ることに対応させることができる。
11、110 車両
14 道路
14a 境界部
15 障害物
16 (障害物検出手段、自車情報検出手段および道路境界部検出手段の一部を構成する)カメラ
17 (自車情報検出手段の一部を構成する)車速センサ
18 (自車情報検出手段の一部を構成する)ヨーレートセンサ
19 (自車情報検出手段の一部を構成する)加速度センサ
28 (自車情報検出手段の一部を構成する)自車情報処理部
29 (障害物検出手段の一部を構成する)障害物情報処理部
30 回避経路設定手段
34 制動力制御手段
35 (道路境界部検出手段の一部を構成する)道路境界情報処理部
36 障害物到達領域推定手段
37 回避経路算出手段
38 回避判定手段
A 推定到達領域
Claims (27)
- 自車両よりも前方の道路上に存在する障害物の移動状態を含む障害物情報を検出する障害物検出手段と、
前記自車両の走行状態を含む自車情報を検出する自車情報検出手段と、
前記自車両に制動力を付与する制動機構を制御可能な制動力制御手段と、
前記障害物検出手段により検出された前記障害物の前記移動状態に基づいて前記障害物の移動予測状態を推定し該移動予測状態での前記障害物が検出時から所定の時間後までに到達し得る最大領域を推定到達領域として算出する障害物到達領域推定手段と、
前記障害物情報と前記自車情報とに基づいて、前記自車両が前記推定到達領域を回避可能な回避実行経路を設定する回避経路設定手段とを備え、
予め複数の速度域が段階的に設定され、前記障害物到達領域推定手段は、予め設定された前記各速度域のうち、前記障害物の移動速度が含まれる前記速度域を選択して前記移動予測状態に適応する速度範囲として設定し、該速度範囲の最大値および最小値から前記推定到達領域を算出し、
前記制動力制御手段は、設定された前記回避実行経路を実行させるべく前記制動機構を制御することを特徴とする回避制御装置。 - 前記障害物到達領域推定手段は、検出された前記障害物に対する最初の前記推定到達領域を算出する際、複数の前記速度域のすべてを選択して複数の前記速度域のすべてを含む範囲を前記速度範囲として設定することを特徴とする請求項1に記載の回避制御装置。
- 前記回避経路設定手段は、前記自車情報検出手段により検出された前記走行状態に基づいて前記自車両が前記障害物の前記推定到達領域を回避するための回避経路を算出する回避経路算出手段と、
該回避経路算出手段により算出された前記回避経路を辿る前記自車両が前記障害物の前記推定到達領域を侵害するか否かを判定する回避判定手段とを有し、
該回避判定手段により侵害しないと判定されると、判定対象とされた前記回避経路を前記回避実行経路として採用し、
前記回避判定手段により侵害すると判定されると、前記制動力制御手段に前記自車両に作用する制動力を増加させるべく前記制動機構を制御させた後、
前記障害物検出手段から新たな障害物情報を取得して障害物情報履歴として記憶すると共に、前記自車情報検出手段から新たな自車情報を取得し、
前記障害物到達領域推定手段が蓄積された障害物情報に基づいて前記推定到達領域を再設定し、
前記回避経路算出手段が新たな自車情報に基づいて前記自車両が前記障害物の再設定された前記推定到達領域を回避するための新たな回避経路を算出し、
前記回避判定手段が新たな回避経路を辿る前記自車両が前記障害物の新たな前記推定到達領域を侵害するか否かを判定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回避制御装置。 - 前記回避経路設定手段は、前記回避判定手段により侵害すると判定された場合であっても、前記自車両に制動力が作用していないときは、前記制動力制御手段に前記制動機構の制御を行わせることなく、前記障害物検出手段から新たな障害物情報を取得して障害物情報履歴として記憶すると共に、前記自車情報検出手段から新たな自車情報を取得し、
前記障害物到達領域推定手段が蓄積された障害物情報に基づいて前記推定到達領域を再設定し、
前記回避経路算出手段が新たな自車情報に基づいて前記自車両が前記障害物の再設定された前記推定到達領域を回避するための新たな回避経路を算出し、
前記回避判定手段が新たな回避経路を辿る前記自車両が前記障害物の再設定された前記推定到達領域を侵害するか否かを判定することを特徴とする請求項3に記載の回避制御装置。 - 前記回避経路算出手段は、前記自車両を操舵による旋回運動を考慮して前記回避経路を算出することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の回避制御装置。
- 前記回避経路算出手段は、前記自車両に生じる加速力、減速力および横力の合成力が前記自車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さくなる範囲内で前記回避経路を算出することを特徴とする請求項5に記載の回避制御装置。
- 前記回避経路算出手段は、前記制動機構が操作されることにより前記自車両に作用している制動力が該自車両に作用する条件下で前記回避経路を算出することを特徴とする請求項6に記載の回避制御装置。
- 前記回避経路算出手段は、前記自車両に制動力を作用させない条件を含めて前記回避経路を算出して前記回避実行経路を設定し、前記制動力制御手段は、設定された前記回避実行経路を実現するために、前記自車両に作用している制動力を適宜増減させるように前記制動機構を制御することを特徴とする請求項6に記載の回避制御装置。
- 前記回避経路算出手段は、前記自車両が取り得る走行経路の中から、前記障害物の前記推定到達領域に対する前記自車両の接近状態に基づいて評価する評価関数による評価が最もよいものを前記回避経路として算出することを特徴とする請求項3ないし請求項8のいずれか1項に記載の回避制御装置。
- さらに、前記自車両の操舵操作量を検出する操舵量検出手段を備え、
前記回避経路設定手段は、前記障害物を検出した時点での操舵操作量を維持することを前提条件として前記回避実行経路を設定することを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の回避制御装置。 - さらに、前記自車両の操舵機構を制御可能な操舵角制御手段を備え、
該操舵角制御手段は、前記制動力制御手段と協働して、設定された前記回避実行経路を実行させるべく前記操舵機構を適宜制御することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の回避制御装置。 - 前記障害物到達領域推定手段は、前記障害物情報に基づいて前記障害物の属性を判断し、該障害物の属性に応じて前記移動予測状態に適応する速度範囲を設定することを特徴とする請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載の回避制御装置。
- さらに、前記自車両が走行している道路の境界部を検出する道路境界検出手段を備え、
前記回避経路設定手段は、前記境界部の回避を併せて考慮して前記回避実行経路を設定することを特徴とする請求項1ないし請求項12のいずれか1項に記載の回避制御装置。 - 請求項1ないし請求項13のいずれか1項に記載の回避制御装置を備えることを特徴とする車両。
- 自車両よりも前方の道路上に存在する障害物の移動状態を含む障害物情報を検出し、前記自車両の走行状態を含む自車情報を検出し、検出された前記障害物の前記移動状態に基づいて前記障害物の移動予測状態を推定し該移動予測状態での前記障害物が検出時から所定の時間後までに到達し得る最大領域を推定到達領域として算出し、前記障害物情報と前記自車情報とに基づいて、前記自車両が前記推定到達領域を回避可能な回避実行経路を設定し、
予め複数の速度域が段階的に設定され、予め設定された該各速度域のうち、前記障害物の移動速度が含まれる前記速度域を選択して前記移動予測状態に適応する速度範囲として設定し、該速度範囲の最大値および最小値から前記推定到達領域を算出し、
設定された前記回避実行経路を実行させるべく前記自車両に制動力を付与する制動機構を制御することを特徴とする回避制御方法。 - 検出された前記障害物に対する最初の前記推定到達領域を算出する際、複数の前記速度域のすべてを選択して複数の前記速度域のすべてを含む範囲を前記速度範囲として設定することを特徴とする請求項15に記載の回避制御方法。
- 検出された前記走行状態に基づいて前記自車両が前記障害物の前記推定到達領域を回避するための回避経路を算出し、算出された該回避経路を辿る前記自車両が前記障害物の前記推定到達領域を侵害するか否かを判定し、
侵害しないと判定されると、判定対象とされた前記回避経路を前記回避実行経路として採用し、
侵害すると判定されると、前記自車両に作用する制動力を増加させるべく前記制動機構を制御した後、
新たな障害物情報を取得して障害物情報履歴として記憶すると共に、新たな自車情報を取得し、
蓄積された障害物情報に基づいて前記推定到達領域を再設定し、
新たな自車情報に基づいて前記自車両が前記障害物の再設定された前記推定到達領域を回避するための新たな回避経路を算出し、
新たな回避経路を辿る前記自車両が前記障害物の新たな前記推定到達領域を侵害するか否かを判定することを特徴とする請求項15または請求項16に記載の回避制御方法。 - 侵害すると判定された場合であっても、前記自車両に制動力が作用していないときは、前記制動機構の制御を行うことなく、新たな障害物情報を取得して障害物情報履歴として記憶すると共に、新たな自車情報を取得し、
蓄積された障害物情報に基づいて前記推定到達領域を再設定し、
新たな自車情報に基づいて前記自車両が前記障害物の再設定された前記推定到達領域を回避するための新たな回避経路を算出し、
新たな回避経路を辿る前記自車両が前記障害物の再設定された前記推定到達領域を侵害するか否かを判定することを特徴とする請求項17に記載の回避制御方法。 - 前記自車両を操舵による旋回運動を考慮して前記回避経路を算出することを特徴とする請求項17または請求項18に記載の回避制御方法。
- 前記自車両に生じる加速力、減速力および横力の合成力が前記自車両のタイヤのグリップ力の最大値よりも小さくなる範囲内で前記回避経路を算出することを特徴とする請求項19に記載の回避制御方法。
- 前記制動機構が操作されることにより前記自車両に作用している制動力が該自車両に作用する条件下で前記回避経路を算出することを特徴とする請求項20に記載の回避制御方法。
- 前記自車両に制動力を作用させない条件を含めて前記回避経路を算出して前記回避実行経路を設定し、設定された前記回避実行経路を実現するために、前記自車両に作用している制動力を適宜増減させるように前記制動機構を制御することを特徴とする請求項20に記載の回避制御方法。
- 前記自車両が取り得る走行経路の中から、前記障害物の前記推定到達領域に対する前記自車両の接近状態に基づいて評価する評価関数による評価が最もよいものを前記回避経路として算出することを特徴とする請求項17ないし請求項22のいずれか1項に記載の回避制御方法。
- さらに、前記自車両の操舵操作量を検出し、前記障害物を検出した時点での操舵操作量を維持することを前提条件として前記回避実行経路を設定することを特徴とする請求項15ないし請求項23のいずれか1項に記載の回避制御方法。
- 設定された前記回避実行経路を実行させるべく、前記自車両の操舵機構を制御可能な操舵角制御手段および前記制動機構を適宜制御することを特徴とする請求項15ないし請求項24のいずれか1項に記載の回避制御方法。
- 前記障害物情報に基づいて検出された前記障害物の属性を判断し、該障害物の属性に応じて前記移動予測状態に適応する速度範囲を設定することを特徴とする請求項15ないし請求項25のいずれか1項に記載の回避制御方法。
- さらに、前記自車両が走行している道路の境界部を検出し、該境界部の回避を併せて考慮して前記回避実行経路を設定することを特徴とする請求項15ないし請求項26のいずれか1項に記載の回避制御方法。
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