JP4947134B2 - 操作補助方法、操作補助装置、制御プログラム、および車両 - Google Patents
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Description
本発明による操作補助装置は、実際のオペレータによる、複数の運転意図に対応する車両の操作量を検出する検出手段と、与えられた運転意図を遂行するために必要な運転操作を行うモデルとして、それぞれ異なる運転意図に対応した複数の仮想オペレータを設定し、複数の異なる時点において検出された実際のオペレータによる操作量に基づいて、各仮想ドライバが与えられた運転意図を遂行するために必要な操作量を計算する生成手段と、実際のオペレータによる操作量および複数の仮想オペレータの操作量に基づいて、実際のオペレータが車両の移動方向に関してどのような運転操作を行おうとしているかを表す運転意図を推定する推定手段とを備え、推定手段は、実際のオペレータの推定された運転意図がどれほど確実であるかを示す実際のオペレータの運転意図の状態として、実際のオペレータが運転意図を維持している経過時間を計算する。
本発明による車両は、ドライバによる、複数の運転意図に対応する車両の操作量を検出する検出手段と、与えられた運転意図を遂行するために必要な運転操作を行うモデルとして、それぞれ異なる意図に対応した複数の仮想ドライバを設定し、検出手段によって複数の異なる時点において検出されたドライバによる操作量に基づいて、各仮想ドライバが与えられた運転意図を遂行するために必要な操作量を計算する生成手段と、ドライバによる操作量および複数の仮想ドライバの操作量に基づいて、ドライバが車両の移動方向に関してどのような運転操作を行おうとしているかを表す運転意図を推定する推定手段とを備え、推定手段は、実際のオペレータの推定された運転意図がどれほど確実であるかを示す実際のオペレータの運転意図の状態として、実際のオペレータが運転意図を維持している経過時間を計算する。
本発明の第1の実施の形態による運転意図推定装置について、図面を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態による運転意図推定装置1の構成を示すシステム図である。まず、第1の実施の形態による運転意図推定装置1の構成を説明する。
仮想ドライバの操舵角θidを算出するために、まず仮想ドライバの運転意図が車線維持である場合の前方参照点LK(i)を設定し、前方参照点LK(i)の横位置p_lkを算出する。前方参照点LK(i)の個数は任意であるが、ここでは自車両の前後方向中心線上に2つの前方参照点LK1,LK2を設定した場合を例として説明する。図3に示すように、自車両中心点Oから前方参照点LK1,LK2までの距離px(i)は、例えばpx(1)=10m、px(2)=30mに設定する(px={10m、30m})。距離px(i)は、例えば自車速に応じて設定することもできる。
p_lk(px(i))=lat_pos(px(i)) i={1,...,n}・・・(式1)
ここで、n=2である。
θid_lk=Σ{a(i)×p_lk(px(i))} ・・・(式2)
ここで、a(i)は前方参照点LK(i)における横位置p_lk(px(i))に重み付けをする重み付け係数であり、予め適切な値を設定しておく。
仮想ドライバの操舵角θidを算出するために、仮想ドライバの運転意図が右車線変更である場合の前方参照点LCR(i)を設定する。図3には、自車両の前方に2つの前方参照点LCR1,LCR2を設定した場合を例として示している。
p_lcr(px(i))=lat_pos(px(i))+lc_offset_lcr i={1,...,n}・・・(式3)
ここで、n=2である。オフセット量lc_offset_lcrは、右車線変更の場合の前方参照点LCR(i)の横位置p_lcr(px(i))を設定するために予め適切な値、例えばlc_offset_lcr=−1.75に設定する。
θid_lcr=Σ{a(i)×p_lcr(px(i))} ・・・(式4)
ここで、a(i)は前方参照点LCR(i)における車線内横位置p_lcr(px(i))に重み付けをする重み付け係数であり、予め適切な値を設定しておく。
仮想ドライバの操舵角θidを算出するために、仮想ドライバの運転意図が左車線変更である場合の前方参照点LCL(i)を設定する。図3には、自車両の前方に2つの前方参照点LCL1,LCL2を設定した場合を例として示している。
p_lcl(px(i))=lat_pos(px(i))+lc_offset_lcl i={1,...,n}・・・(式5)
ここで、n=2である。オフセット量lc_offset_lclは、左車線変更の場合の前方参照点LCL(i)の横位置p_lcl(px(i))を設定するために予め適切な値、例えばlc_offset_lcl=1.75に設定する。
θid_lcl=Σ{a(i)×p_lcl(px(i))} ・・・(式6)
ここで、a(i)は前方参照点LCL(i)における車線内横位置p_lcl(px(i))に重み付けをする重み付け係数であり、予め適切な値を設定しておく。
Pid=log{Probn((θid−θrd)/ρrd)} ・・・(式7)
ここで、Probnは、与えられた標本が、正規分布で表される母集団から観測される確率を計算するための確率密度変換関数である。
P(j)ids=ΠPid(j)(t−i+1) ・・・(式8)
ここで、Πは、動的運転意図系列jにおける現時点tでの仮想ドライバ運転操作量近似度合Pid(j)(t)から過去の時点(t−m+1)での仮想ドライバ運転操作量近似度合Pid(j)(t-m+1)までを全て積算した積和を表す。
ステップS107では、以下の(式9)に表すように、ステップS106で算出した動的仮想ドライバ運転操作量系列近似度合P(j)idsの最大値を有する仮想ドライバの運転意図系列jを、最大の尤度を持つ運転意図系列Lmaxとして選択する。そして、運転意図系列Lmaxを持つ仮想ドライバの現在の運転意図を、実際のドライバの運転意図λrdとして選択する。
λrd=max{Pids_lk, Pids_lcr, Pids_lcl} ・・・(式9)
λrd=Lmax(λdid(k)) ・・・(式10)
etlc=(t−k)×ΔT ・・・(式11)
(式11)において、ΔTは運転意図系列生成処理のサンプリング周期であり、例えば現時点tと、1フレーム前の時間(t−1)との時間間隔である。また、時間kは、運転意図系列Lmaxにおいて運転意図λrdが出現したときの時間を用いる。
ステップS113では、ステップS107で推定した実際のドライバの運転意図λrd、およびステップS112で算出した推定運転意図経過時間etlcを出力する。これにより、今回の処理を終了する。
(1)運転意図推定装置1は、現時点tを含む過去の所定時間区間における複数の仮想ドライバの運転意図系列を動的に生成し、運転意図系列j毎に、仮想ドライバの運転操作量Oidと実際のドライバの運転操作量Ordとの系列的な近似度合を表す運転操作量系列近似度合P(j)idsを算出する。そして、複数の運転操作量系列近似度合P(j)idsを比較することによって実際のドライバの運転意図λrdを推定し、推定した運転意図λrdについてその状態を推定する。このように、運転意図λrdの状態を推定することにより、運転意図推定部70において実際のドライバの意図がλrdであると推定したときの、実際のドライバの状態を判定することができる。
(2)運転意図状態判定部80は、運転意図λrdの状態として、推定された運転意図λrdが実際のドライバによって想起されてからの経過時間etlcを推定する。これにより、運転意図λrdの状態、すなわち実際のドライバがどれだけの間その運転行動を意図していたかを的確に推定することができる。
(3)運転意図状態判定部80において、実際のドライバが車線変更を想起してからの経過時間(車線変更意図経過時間)etlcを推定することにより、運転意図推定部70で推定した車線変更意図がどれほど確実であるかを知るすることができる。なお、上述した第1の実施の形態においては、推定された運転意図λrdについて推定運転意図経過時間etlcを算出したが、車線変更意図が推定された場合のみに推定運転意図経過時間etlcを算出することも可能である。
本発明の第2の実施の形態による車両用運転操作補助装置について、図面を用いて説明する。図7は、本発明の第2の実施の形態による車両用運転操作補助装置100の構成を示すシステム図であり、図8は、車両用運転操作補助装置100を搭載した車両の構成図である。
レーザレーダ110は、車両の前方グリル部もしくはバンパ部等に取り付けられ、水平方向に赤外光パルスを照射して自車両の前方領域を走査する。レーザレーダ110は、前方にある複数の反射物(通常、先行車の後端)で反射された赤外光パルスの反射波を計測し、反射波の到達時間より、先行車までの車間距離と相対速度を検出する。検出した車間距離及び相対速度はコントローラ150へ出力される。レーザレーダ110によりスキャンされる前方の領域は、自車正面に対して±6deg 程度であり、この範囲内に存在する前方物体が検出される。
さらに、上述した第1の実施の形態の運転意図推定装置1によって推定された実際のドライバの運転意図λrdおよび運転意図経過時間etlcがコントローラ150へ入力される。
TTC=−D/Vr ・・・(式12)
THW=D/V1 ・・・(式13)
RP=a/THW+b/TTC ・・・(式14)
ΔF=k・RPn ・・・(式15)
ここで、定数k、nはそれぞれ車種等によって異なり、ドライブシミュレータや実地試験によって取得される結果に基づいて、リスクポテンシャルRPを効果的に反力増加量ΔFに変換できるように予め適切に設定しておく。
FAc=gf(FA)
=kf・{1/(1+Tsf_etlc)}・FA ・・・(式16)
ここで、kfは適切に設定された定数、Tsf_etlcはローパスフィルタの時定数である。なお、時定数Tsf_etlcは、以下の(式17)に示すように実際のドライバの推定運転意図経過時間etlcの関数として設定される。
Tsf_etlc=f(etlc) ・・・(式17)
(1)コントローラ150は、自車両周囲の障害物状況に基づいてリスクポテンシャルRPを算出し、リスクポテンシャルRPに基づいてアクセルペダル操作反力制御を行う。このとき、推定された運転意図λrdおよび運転意図λrdの状態に基づいて、アクセルペダル160に発生させる操作反力を補正する。これにより、自車両周囲のリスクポテンシャルRPを操作反力としてドライバに知らせながら、実際のドライバの運転意図を反映し、ドライバの期待に合ったアクセルペダル反力制御を行うことができる。
(2)コントローラ150は、推定された運転意図λrdが車線変更である場合に、車線変更意図経過時間etlcに基づいて、アクセルペダル160に発生させる操作反力を補正する。これにより、車線変更を行おうとしているときにドライバの意図に合ったアクセルペダル反力制御を行うことができる。
(3)コントローラ150は、リスクポテンシャルRPと操作反力との関係を補正するアクセルペダル反力指令値補正部153を備えている。アクセルペダル反力指令値補正部153は、車線変更意図経過時間etlcが長くなるほど操作反力を低下させる。これにより、実際のドライバが長い間車線変更を意図し、アクセルペダル反力の速やかな減少を期待しているときに、ドライバの期待に合ったアクセルペダル反力制御を行うことができる。
ここでは、実際のドライバの推定運転意図経過時間etlcが所定値etlcoを上回る場合のみ、アクセルペダル反力指令値FAを補正する。以下に、アクセルペダル反力指令値FAをどのように補正するかを、図14を用いて説明する。図14は、コントローラ150における運転操作補助制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。本処理内容は、一定間隔(例えば50msec)毎に連続的に行われる。ステップS301〜S307での処理は、図10のフローチャートで説明したステップS201〜S207での処理と同様であるので説明を省略する。
FAc=gf(FA)
=kf・{1/(1+Ksf×Tsf_etlc)}・FA ・・・(式18)
(式18)において、Ksfは時定数Tsf_etlcにかかる係数である。係数Ksfは、以下の(式19)に示すように実際のドライバの推定運転意図経過時間etlcの関数として設定される。
Ksf=f(etlc) ・・・(式19)
本発明の第3の実施の形態による車両用運転操作補助装置について、図面を用いて説明する。図16は、本発明の第3の実施の形態による車両用運転操作補助装置200の構成を示すシステム図である。図16において、上述した第2の実施の形態と同様の機能を有する箇所には同一の符号を付している。ここでは、第2の実施の形態との相違点を説明する。
RPc=gp(RP)
=kp・{1/(1+Tsp_etlc)}・RP ・・・(式20)
ここで、kpは適切に設定された定数、Tsp_etlcはローパスフィルタの時定数である。なお、時定数Tsp_etlcは、以下の(式21)に示すように実際のドライバの推定運転意図経過時間etlcの関数として設定される。
Tsp_etlc=f(etlc) ・・・(式21)
コントローラ150Aは、障害物状況とリスクポテンシャルRPとの関係を補正するリスクポテンシャル補正部154を備えている。リスクポテンシャル補正部154は、車線変更意図経過時間etlcが長くなるほどリスクポテンシャルを低下させる。これにより、実際のドライバが長い間車線変更を意図し、アクセルペダル反力の速やかな減少を期待しているときに、ドライバの期待に合ったアクセルペダル反力制御を行うことができる。
ここでは、実際のドライバの推定運転意図経過時間etlcが所定値etlcoを上回る場合のみ、リスクポテンシャルRPを補正する。以下に、リスクポテンシャルRPをどのように補正するかを、図20を用いて説明する。図20は、コントローラ150Aにおける運転操作補助制御プログラムの処理手順を示すフローチャートである。本処理内容は、一定間隔(例えば50msec)毎に連続的に行われる。ステップS501〜S505での処理は、図17のフローチャートで説明したステップS401〜S405での処理と同様であるので説明を省略する。
RPc=gp(RP)
=kp・{1/(1+Ksp×Tsp_etlc)}・RP ・・・(式22)
(式22)において、Kspは時定数Tsp_etlcにかかる係数である。係数Kspは、以下の(式23)に示すように実際のドライバの推定運転意図経過時間etlcの関数として設定される。
Ksp=f(etlc) ・・・(式23)
10:車両周囲状態検出部
20:車両状態検出部
30:運転操作量検出部
40:仮想ドライバ運転意図系列動的決定部
50:仮想ドライバ運転操作量計算部
60:仮想ドライバ運転操作量近似度合計算部
70:運転意図推定部
80:運転意図状態判定部
100,200:車両用運転操作補助装置
150,150A:コントローラ
170:アクセルペダル反力制御装置
Claims (17)
- 実際のオペレータによる、複数の運転意図に対応する車両の操作量を検出し、
与えられた運転意図を遂行するために必要な運転操作を行うモデルとして、それぞれ異なる運転意図に対応した複数の仮想オペレータを設定し、複数の異なる時点において検出された前記実際のオペレータによる操作量に基づいて、各仮想オペレータが与えられた運転意図を遂行するために必要な操作量を計算し、
前記実際のオペレータによる操作量および前記複数の仮想オペレータの操作量に基づいて、前記実際のオペレータが前記車両の移動方向に関してどのような運転操作を行おうとしているかを表す運転意図を推定し、
前記実際のオペレータの前記推定された運転意図がどれほど確実であるかを示す前記実際のオペレータの運転意図の状態として、前記実際のオペレータが前記推定された運転意図を維持している経過時間を計算することを特徴とする操作補助方法。 - 請求項1に記載の操作補助方法において、
前記経過時間を計算する際に、
所定の時点における前記実際のオペレータの運転意図、および前記所定の時点以前の少なくとも一つの前記実際のオペレータの過去の運転意図を推定し、
前記所定の時点における前記実際のオペレータの運転意図、および前記所定の時点以前の少なくとも一つの前記実際のオペレータの前記過去の運転意図に基づいて、前記経過時間を計算することを特徴とする操作補助方法。 - 請求項1に記載の操作補助方法において、
前記複数の仮想オペレータに関するデータを生成する際に、
前記複数の異なる時点における操作にそれぞれ関連付けられた複数の運転意図からなる意図系列を生成し、前記意図系列をそれぞれ与えられた複数の仮想オペレータを設定し、
各意図系列および前記複数の異なる時点における前記操作に関連付けられた複数の部分近似度合を、各仮想オペレータについて、前記複数の異なる時点毎に検出された実際のオペレータの前記操作、および前記複数の異なる時点に対応する各仮想オペレータの操作に基づいて生成し、各仮想オペレータの前記複数の異なる時点における前記複数の部分近似度合に基づいて、各仮想オペレータの近似度合を算出し、
前記複数の仮想オペレータの前記近似度合に基づいて、前記複数の仮想オペレータから一つを選択し、
前記選択された仮想オペレータについて設定された運転意図(以降、仮想意図とする)に基づいて、前記実際のオペレータの前記運転意図を推定することを特徴とする操作補助方法。 - 請求項3に記載の操作補助方法において、
前記複数の仮想オペレータに関するデータを生成する際に、
前記選択された仮想オペレータについて前記仮想意図が設定された時点を判定し、
前記選択された仮想オペレータについて、前記仮想意図とは異なる運転意図が前記意図系列で最後に出現する時点を判定し、
前記仮想意図に対応する前記時点、および前記意図系列で前記仮想意図とは異なる運転意図が最後に出現する前記時点に基づいて、前記選択された仮想オペレータによって前記仮想意図が維持される経過時間を計算することを特徴とする操作補助方法。 - 請求項1に記載の操作補助方法において、
前記車両に関するリスクポテンシャルを算出し、
算出された前記リスクポテンシャル、推定された前記運転意図、および前記運転意図の状態に基づいて、車両操作手段に発生させる反力を算出し、
前記反力を前記車両操作手段に付加することを特徴とする操作補助方法。 - 請求項5に記載の操作補助方法において、
前記車両操作手段は、アクセルペダルまたはステアリングホイールであることを特徴とする操作補助方法。 - 請求項5に記載の操作補助方法において、
前記反力を算出する際に、
前記運転意図の状態に基づいて前記リスクポテンシャルを補正し、
補正された前記リスクポテンシャルと推定された前記運転意図に基づいて、前記反力を算出することを特徴とする操作補助方法。 - 請求項5に記載の操作補助方法において、
前記反力を算出する際に、
算出された前記リスクポテンシャルと推定された前記運転意図に基づいて、前記反力を算出し、
前記運転意図の状態に基づいて、算出した前記反力を補正することを特徴とする操作補助方法。 - 実際のオペレータによる、複数の運転意図に対応する車両の操作量を検出する検出手段と、
与えられた運転意図を遂行するために必要な運転操作を行うモデルとして、それぞれ異なる運転意図に対応した複数の仮想オペレータを設定し、複数の異なる時点において検出された前記実際のオペレータによる前記操作量に基づいて、各仮想ドライバが与えられた運転意図を遂行するために必要な操作量を計算する生成手段と、
前記実際のオペレータによる操作量および前記複数の仮想オペレータの操作量に基づいて、前記実際のオペレータが前記車両の移動方向に関してどのような運転操作を行おうとしているかを表す運転意図を推定する推定手段とを備え、
前記推定手段は、前記実際のオペレータの前記推定された運転意図がどれほど確実であるかを示す前記実際のオペレータの運転意図の状態として、前記実際のオペレータが前記運転意図を維持している経過時間を計算することを特徴とする操作補助装置。 - 請求項9に記載の操作補助装置において、
前記推定手段は、所定の時点における前記実際のオペレータの運転意図、および前記所定の時点以前の少なくとも一つの前記実際のオペレータの過去の運転意図を推定し、前記所定の時点における前記実際のオペレータの運転意図、および前記所定の時点以前の少なくとも一つの前記実際のオペレータの前記過去の運転意図に基づいて、前記経過時間を計算することを特徴とする操作補助装置。 - 請求項9に記載の操作補助装置において、
前記生成手段は、
前記複数の異なる時点における操作にそれぞれ関連付けられた複数の運転意図からなる意図系列を生成し、前記意図系列をそれぞれ与えられた複数の仮想オペレータを設定し、
各意図系列および前記複数の異なる時点における前記操作に関連付けられた複数の部分近似度合を、各仮想オペレータについて、前記複数の異なる時点毎に検出された実際のオペレータの前記操作、および前記複数の異なる時点に対応する各仮想オペレータの操作に基づいて生成し、各仮想オペレータの前記複数の異なる時点における前記複数の部分近似度合に基づいて、各仮想オペレータの近似度合を算出し、
前記複数の仮想オペレータの前記近似度合に基づいて、前記複数の仮想オペレータから一つを選択し、
前記推定手段は、前記選択された仮想オペレータについて設定された運転意図(以降、仮想意図とする)に基づいて、前記実際のオペレータの前記運転意図を推定することを特徴とする操作補助装置。 - 請求項11に記載の操作補助装置において、
前記生成手段は、
前記選択された仮想オペレータについて前記仮想意図が設定された時点を判定し、
前記選択された仮想オペレータについて、前記仮想意図とは異なる運転意図が前記意図系列で最後に出現する時点を判定し、
前記仮想意図に対応する前記時点、および前記意図系列で前記仮想意図とは異なる運転意図が最後に出現する前記時点に基づいて、前記選択された仮想オペレータによって前記仮想意図が維持される経過時間を計算することを特徴とする操作補助装置。 - 請求項11に記載の操作補助装置において、
前記車両に関するリスクポテンシャルを算出するリスクポテンシャル算出手段と、
前記リスクポテンシャル算出手段で算出された前記リスクポテンシャル、前記推定手段で推定された前記運転意図、および前記判定手段で判定された前記運転意図の状態に基づいて、車両操作手段に発生させる反力を算出する反力算出手段と、
前記反力算出手段で算出された前記反力を前記車両の車両操作手段に付加する付加手段とをさらに備えることを特徴とする操作補助装置。 - 請求項13に記載の操作補助装置において、
前記車両操作手段は、アクセルペダルまたはステアリングホイールであることを特徴とする操作補助装置。 - 車両の操作を補助する制御プログラムにおいて、
実際のオペレータによる、複数の運転意図に対応する前記車両の操作量を検出する処理と、
与えられた運転意図を遂行するために必要な運転操作を行うモデルとして、それぞれ異なる意図に対応した複数の仮想オペレータを設定し、複数の異なる時点において検出された前記実際のオペレータによる操作量に基づいて、各仮想オペレータが与えられた運転意図を遂行するために必要な操作量を計算する処理と、
前記実際のオペレータによる操作量および前記複数の仮想オペレータの操作量に基づいて、前記実際のオペレータが前記車両の移動方向に関してどのような運転操作を行おうとしているかを表す運転意図を推定する処理と、
前記実際のオペレータの前記推定された運転意図がどれほど確実であるかを示す前記実際のオペレータの運転意図の状態として、前記実際のオペレータが前記推定された運転意図を維持している経過時間を計算する処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする制御プログラム。 - ドライバによる、複数の運転意図に対応する車両の操作量を検出する検出手段と、
与えられた運転意図を遂行するために必要な運転操作を行うモデルとして、それぞれ異なる意図に対応した複数の仮想ドライバを設定し、前記検出手段によって複数の異なる時点において検出された前記ドライバによる前記操作量に基づいて、各仮想ドライバが与えられた運転意図を遂行するために必要な操作量を計算する生成手段と、
前記ドライバによる操作量および前記複数の仮想ドライバの操作量に基づいて、前記ドライバが前記車両の移動方向に関してどのような運転操作を行おうとしているかを表す運転意図を推定する推定手段とを備え、
前記推定手段は、前記実際のオペレータの前記推定された運転意図がどれほど確実であるかを示す前記実際のオペレータの運転意図の状態として、前記実際のオペレータが前記運転意図を維持している経過時間を計算することを特徴とする車両。 - 請求項16に記載の車両において、
前記ドライバの前記判定された運転意図の状態に基づいて、前記車両の作動を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする車両。
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