JP4970134B2 - 車両の運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車両に対する目標減速度を演算し、当該目標減速度に基づいて走行制御を行う車両の運転支援装置に関する。

近年、車載したミリ波レーダや赤外線レーザレーダ等のレーダ手段、ステレオカメラや単眼カメラ等の撮像手段、或いは、これらレーダ手段と撮像手段との併用によって車両前方の車外情報を認識し、認識した車外情報に基づいて車両の各種制御等を行う運転支援装置については様々な提案がされている。このような運転支援装置の機能の一つとして、自車前方での先行車の捕捉状態に応じて、追従走行制御と定速走行制御とを選択的に行う車間距離制御付クルーズコントロール（ＡＣＣ；Adaptive Cruise Control）機能が広く実用化されている。

この場合、運転支援装置では、例えば、追従走行制御時において、自車両と先行車との相対距離及び相対速度に基づいて自動制動（ブレーキの自動介入）による減速の必要性があるか否かを判定し、減速の必要性があると判定したときには、相対距離（車間距離）及び相対速度に基づき自車両の目標減速度を演算し、目標減速度と実際の減速度との偏差に基づいて各車輪の目標制動圧を演算することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１８２１４９号公報

ところで、この種の運転支援装置において、自動制動による減速の可否を判定するための閾値や目標減速度を演算するためのマップ等は、一般に、自車両が予め設定した走行条件下（例えば、所定の冷却水温、空気抵抗等の各種条件下）で平地等を走行しているときの走行抵抗等に基づいて設定されている。

従って、例えば、登坂路走行時には、平地走行時よりも走行抵抗が大きくなり、特に、自動制動介入の初期段階の減速度が目標減速度よりも大きくなって乗員に違和感を与える虞がある。また、走行抵抗が大きな登坂路走行時に、平地走行時と同様の判定によって減速の可否判定を行うと、実際に必要とされるタイミングよりも早いタイミングで減速が行われたり、不要な減速が行われる等の虞がある。

逆に、例えば、降坂路走行時には、平地走行時よりも走行抵抗が小さくなり、特に、自動制動介入の初期段階の減速度が目標減速度よりも小さくなって乗員に違和感を与える虞がある。また、走行抵抗が小さな降坂路走行時に、平地走行時と同様の判定によって減速の可否判定を行うと、実際に必要とされるタイミングよりも遅いタイミングで減速が行われたり、必要な減速が行われない等の虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、適切なタイミングで円滑な走行制御の介入を行うことができる車両の運転支援装置を提供することを目的とする。

本発明の一形態による車両の運転支援装置は、自車両に対する目標減速度を演算し、当該目標減速度に基づいてブレーキの自動介入を伴う走行制御を行う車両の運転支援装置において、実際の自車両の走行状態で、予め設定された基準条件下で基準路を走行していると仮定した場合に自車両に発生することが予測される発生予測減速度を演算する発生予測減速度演算手段と、前記発生予測減速度と自車両に実際に発生する減速度との偏差を演算する偏差演算手段と、前記偏差を用いて前記目標減速度を補正する補正手段と、を備え、前記偏差演算手段は、ドライバの操作或いは前記ブレーキの自動介入によるブレーキ介入時における前記偏差の値を、当該ブレーキ介入がされる直前の値に保持するものである。

本発明の車両の運転支援装置によれば、適切なタイミングで円滑な走行制御の介入を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は車両に搭載した運転支援装置の概略構成図、図２はブレーキ制御プログラムのフローチャート、図３は要求減速度マップの概念図、図４は発生予測減速度マップの概念図、図５はブレーキの出力液圧マップの概念図、図６は要求減速度と指示減速度と減速度との関係を示すタイミングチャートである。

図１において、符号１は自動車等の車両（自車両）で、この車両１には、車両用運転支援装置の一例として、クルーズコントロールシステム（ＡＣＣ(Adaptive Cruise Control)システム）２が搭載されている。

このＡＣＣシステム２は、ステレオカメラ３、ステレオ画像認識装置４、走行制御ユニット５等を有して要部が構成され、このＡＣＣシステム２では、基本的に、先行車が存在しない定速走行制御時にはドライバが設定した車速を保持した状態で走行し、先行車が存在する場合には、この先行車に対して自動追従制御を行う。

ステレオカメラ３は、ステレオ光学系として例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いた１組の（左右の）ＣＣＤカメラで構成され、これら左右のＣＣＤカメラは、それぞれ車室内の天井前方に一定の間隔をもって取り付けられ、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像する。

ステレオ画像認識装置４には、ステレオカメラ３からの画像が入力されるとともに、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信等の車内通信回線１８を通じて、トランスミッション制御ユニット（Ｔ／Ｍ＿ＥＣＵ）１６から自車速Ｖown等が入力される。そして、ステレオ画像認識装置４では、ステレオカメラ３からの画像に基づき自車両１の前方の立体物データや白線データ等の前方情報を検出し、自車両１の進行路（自車進行路）を推定する。さらに、自車両１前方の先行車検出を行い、先行車が存在する場合には、先行車距離（車間距離）Ｄnow、先行車速Ｖfwd（＝（車間距離Ｄnowの変化量）＋（自車速Ｖown））、先行車との相対速度Ｖrel、先行車減速度Ｇfwd（＝先行車速Ｖfwdの微分値）等を演算する。

ここで、ステレオ画像認識装置４における、ステレオカメラ３からの画像の処理は、例えば以下のように行われる。まず、ステレオカメラ３のＣＣＤカメラで撮像した自車両１の進行方向の環境の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理によって距離情報を生成する。そして、この距離情報に対して周知のグルーピング処理を行い、予め記憶しておいた三次元的な道路形状データ、立体物データ等と比較することにより、白線データ、道路に沿って存在するガードレール、縁石等の側壁データ、車両等の立体物データを抽出する。立体物データとしては、立体物までの距離、この距離の時間的変化（自車両１に対する相対速度）等が求められ、特に自車進行路上にある最も近い車両で、自車両１と略同じ方向に所定の速度（例えば、0Km/h以上）で走行するものが先行車として抽出される。尚、先行車の中で速度Ｖfwdが0Km/hである車両は、停止した先行車として認識される。また、自車両１の前方に存在する障害物も上述の先行車と同様に扱われる。

走行制御ユニット５には、定速走行スイッチ８が接続されている。この定速走行スイッチ８は、例えば、ステアリングコラムの側部等に設けられた定速走行操作レバーに連結される複数のスイッチ類で構成されている。具体的には、この定速走行スイッチ８は、定速走行時の車速（設定車速Ｖset）を設定する車速セットスイッチ、主に設定車速Ｖsetを下降側へ変更するコーストスイッチ、主に設定車速Ｖsetを上昇側へ変更するリジュームスイッチ等のスイッチ類を備えて構成されている。さらに、この定速走行操作レバーの近傍には、ＡＣＣ制御（定速走行制御及び自動追従制御）のＯＮ／ＯＦＦを行うメインスイッチ（図示せず）が配設されている。そして、ドライバが図示しないメインスイッチをＯＮし、定速走行操作レバーにより、希望する車速（設定車速Ｖset）をセットすると、定速走行スイッチ８からの信号が走行制御ユニット５に入力される。

また、走行制御ユニット５には、例えば、車内通信回線１８を通じて、ステレオ画像認識装置４から各種先行車情報（車間距離Ｄnow、先行車速Ｖfwd、相対速度Ｖrel、先行車減速度Ｇfwd等）が入力される。さらに、走行制御ユニット５には、例えば、車内通信回線１８を通じて、エンジン制御ユニット（Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ）１５からエンジン発生トルクＥt等が入力されるとともに、Ｔ／Ｍ＿ＥＣＵ１６から自車速Ｖown、現在の変速段等が入力される。

これらの各種入力情報に基づき、走行制御ユニット５は、先行車が存在しない定速走行制御時には、Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ１５を通じた電子制御スロットル弁１０の開度制御（エンジンの出力制御）、或いは、ブレーキ制御装置（ＢＲＫ＿ＥＣＵ）１７を通じたアクティブブースタ１１からの出力液圧Ｐaの制御（ブレーキ１２の自動介入制御）を行い、自車速Ｖownを設定車速Ｖsetに収束させる。

また、走行制御ユニット５は、定速走行制御を行っている際に、ステレオ画像認識装置４にて先行車を認識した場合には、追従走行制御へと移行する。そして、追従走行制御に移行すると、走行制御ユニット５は、Ｅ／Ｇ＿ＥＣＵ１５を通じた電子制御スロットル弁１０の開度制御（エンジンの出力制御）、或いは、ＢＲＫ＿ＥＣＵ１７を通じたアクティブブースタ１１からの出力液圧Ｐaの制御（ブレーキ１２の自動介入制御）を行い、車間距離Ｄnowを目標距離Ｄtuibiに収束させる。なお、目標距離Ｄtuibiは、例えば、予め設定されたマップ等に基づき、自車速Ｖown等に応じて可変設定される。

ここで、本実施形態において、出力液圧Ｐaの制御によって実現されるブレーキ１２の自動介入制御（自動制動制御）は、自車両１に対して設定される要求減速度（目標減速度）Ｇaに基づいて行われる。

この要求減速度Ｇaは、自車両１の走行状態に基づいて設定されるもので、例えば、定速走行制御時には自車速Ｖownと設定車速Ｖsetとに基づいて設定され、追従走行制御時には車間距離Ｄnowと相対速度Ｖrelとに基づいて設定される。すなわち、走行制御ユニット５には、例えば、自車速Ｖownと設定車速Ｖsetとに基づいて定速走行制御時の要求減速度Ｇaを設定するための定速走行用要求減速度マップと、車間距離Ｄnowと相対速度Ｖrelとに基づいて追従走行制御時の要求減速度Ｇaを設定するための追従走行用要求減速度マップとが格納されており、走行制御ユニット５は各要求減速度マップを適宜参照して要求減速度Ｇaを演算する。

なお、好適な要求減速度Ｇaの設定を実現するため、本実施形態において、追従走行用要求減速度マップには、目標距離Ｄtuibi及び先行車減速度Ｇfwdに基づく補正が行われている。すなわち、例えば、図３に示すように、追従走行用要求減速度マップは、目標距離Ｄtuibiと車間距離Ｄnowとの偏差ΔＤと、予測相対速度Ｖpr-rel（＝（相対速度Ｖrel）＋（先行車減速度Ｇfwd）×（時定数））とに基づいて、要求減速度Ｇaを演算するよう設定されている。

ところで、本実施形態において、上述の各要求減速度マップは、例えば、自車両１が予め設定された基準走行条件下（例えば、所定の冷却水温、所定の空気抵抗等等の各種条件下）で基準路（例えば平坦路）を走行しているときに発生する走行抵抗等に基づく実験やシミュレーション等により設定されている。従って、各種走行条件や路面勾配等によっては、走行抵抗が大きく変化し、上述の各要求減速度マップから演算される要求減速度Ｇaが必ずしも適正な値とならない場合がある。

そこで、走行制御ユニット５は、自車両１が各種走行条件や路面勾配が基準路と異なる路面を走行している際に、自車両１に対し実際に発生しているエンジン発生トルクＥtや自車速Ｖownで上述の基準走行条件下で基準路を走行していると仮定した場合に発生することが予測される発生予測減速度Ｇhを演算するとともに、当該発生予測減速度Ｇhと自車両１に実際に発生する減速度Ｇ0との偏差ΔＧを演算し、偏差ΔＧに基づいて要求減速度Ｇaを補正することにより、最終的な目標減速度である指示減速度Ｇrを演算する。すなわち、本実施形態において、自動制動制御の制御パラメータには、要求減速度Ｇaを自車両１の減速度Ｇ0と発生予測減速度Ｇhとの偏差ΔＧに基づいて補正した指示減速度Ｇrが用いられる。そして、走行制御ユニット５は、指示減速度Ｇrに基づいて、ブレーキ１２の自動介入の可否を判定するとともに、ブレーキ１２の自動介入を判定した場合の出力液圧Ｐaを演算する。このように、本実施形態において、走行制御ユニット５は、発生予測減速度演算手段、偏差演算手段、及び、補正手段としての各機能を有する。

次に、走行制御ユニット５で実行されるブレーキ制御について、図２のブレーキ制御プログラムのフローチャートに従って説明する。このプログラムがスタートすると、走行制御ユニット５は、先ず、ステップＳ１０１において、例えば、自車速Ｖownを微分することにより、現在、自車両１に発生している減速度Ｇ0を演算する。

続くステップＳ１０２において、走行制御ユニット５は、前回演算された偏差ΔＧの値をΔＧprとして保持した後、ステップＳ１０３に進み、現在、ブレーキ１２がＯＮされているか否かを判定する。ここで、ステップＳ１０３で判定するブレーキ１２のＯＮとは、ＡＣＣ制御のＯＮ時にブレーキ１２が自動介入によってＯＮされた場合は勿論のこと、ＡＣＣ制御のＯＦＦ時にドライバによってブレーキ１２がＯＮされた場合も含む。

そして、ステップＳ１０３において、ブレーキ１２がＯＦＦされていると判定した場合、走行制御ユニット５は、ステップＳ１０４に進み、自車両１の運転状態と走行状態とに基づいて発生予測減速度Ｇhを演算する。具体的には、走行制御ユニット５には、例えば、エンジン発生トルクＥtと自車速Ｖownとをパラメータとする発生予測減速度マップ（図４参照）が変速段毎に予め設定されて格納されており、走行制御ユニット５は、現在の変速段に対応する発生予測減速度マップを参照して、発生予測減速度Ｇhを演算する。なお、発生予測減速度Ｇhの演算においては、自車両１の運転状態を表すパラメータとして、例えば、エンジン発生トルクＥtに代えて、スロットル開度等を用いてもよい。

そして、ステップＳ１０５に進むと、走行制御ユニット５は、発生予測減速度Ｇhと減速度Ｇ0との偏差ΔＧを演算した後（ΔＧ＝Ｇh−Ｇ0）、ステップＳ１０７に進む。

一方、ステップＳ１０３において、ブレーキ１２がＯＮされていると判定した場合、走行制御ユニット５は、ステップＳ１０６に進み、ステップＳ１０２で保持した偏差の前回値ΔＧprを、そのまま、今回の偏差ΔＧにセットした後（ΔＧ＝ΔＧpr）、ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０５或いはステップＳ１０６からステップＳ１０７に進むと、走行制御ユニット５は、ＡＣＣ制御がＯＮされているか否かを調べ、ＡＣＣ制御がＯＦＦされていると判定した場合には、そのままルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０５において、ＡＣＣ制御がＯＮされていると判定すると、走行制御ユニット５は、ステップＳ１０８に進み、要求減速度Ｇaを演算する。すなわち、現在定速走行制御が行われている場合、走行制御ユニット５は、定速走行用要求減速度マップを参照し、自車速Ｖownと設定車速Ｖsetとに基づいて要求減速度Ｇaを演算する。また、現在追従走行制御が行われている場合、走行制御ユニット５は、追従走行用減速度マップを参照し、車間距離Ｄnowと相対速度Ｖrelとに基づいて要求減速度Ｇaを演算する。

そして、ステップＳ１０９に進むと、走行制御ユニット５は、以下の（１）式に基づいて指示減速度Ｇrを演算する。
Ｇr=Ｇa−ΔＧ＋Ｇf …（１）
ここで、（１）式においてＧfは、自車両１の減速度Ｇ0を要求減速度Ｇaへと収束させるためのフィードバック補正項であり、このフィードバック補正項Ｇfは、例えば、ブレーキ１２の非介入時には「０」に設定され、ブレーキ１２の介入時にのみ、例えば、ＰＩＤ（比例積分微分）制御やＰＩ（比例積分）制御等により可変設定される。

そして、ステップＳ１１０に進むと、走行制御ユニット５は、指示減速度Ｇrが予め設定された閾値Ｇtよりも大きいか否かを調べる。ここで、閾値Ｇtは、ブレーキ１２による制動を介入させるか否かを判定するための閾値であり、この閾値Ｇtは、発生予測減速度Ｇhに対応して設定されるものである。

そして、ステップＳ１１０において、指示減速度Ｇrが閾値Ｇt以下であると判定した場合、走行制御ユニット５は、ステップＳ１１１に進み、ブレーキ１２を非介入とすべく、アクティブブースタ１１の出力液圧Ｐaを「０」に設定した後、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１１０において、指示減速度Ｇrが閾値Ｇtよりも大きいと判定した場合、走行制御ユニット５は、ステップＳ１１２に進み、指示減速度Ｇrに応じた制動力でブレーキ１２を介入すべく、アクティブブースタ１１の出力液圧Ｐaを指示減速度Ｇrに対応した値に設定した後、ルーチンを抜ける。ここで、走行制御ユニット５には、例えば、図５に示すように、指示減速度Ｇrと出力液圧Ｐaとの関係を示すマップが格納されており、走行制御ユニット５は、このマップを参照して、指示減速度Ｇrに応じた出力液圧Ｐaを演算する。

上述のようにＡＣＣの制御ＯＮ時に走行制御ユニット５で演算された出力液圧Ｐaは、ＢＲＫ＿ＥＣＵ１７に入力される。そして、ＡＣＣ制御のＯＮ時には、ＢＲＫ＿ＥＣＵ１７が、アクティブブースタ１１からブレーキ１２への出力液圧をＰaに制御することにより、ブレーキ１２の自動介入による自動制動制御が実現される。尚、ＡＣＣ制御のＯＦＦ時には、ドライバによるブレーキペダルの踏み込み量に応じた制動が行われる。

このような実施形態によれば、ＡＣＣ制御時の目標減速度（要求減速度Ｇa）の演算を予め設定されたマップ等の演算情報を用いて行い、演算した目標減速度に基づいてブレーキ１２の自動介入等の走行制御を行う運転支援装置２において、自車両１が基準条件下で基準路を走行していると仮定した場合に発生することが予測される発生予測減速度Ｇhを演算するとともに、発生予測減速度Ｇhと実際の減速度Ｇ0との偏差ΔＧを演算し、この偏差ΔＧを用いて要求減速度Ｇaを補正して最終的な目標減速度である指示減速度Ｇrを演算することにより、適切なタイミングで円滑な走行制御の介入を行うことができる。

すなわち、偏差ΔＧで補正された最終的な目標減速度（指示減速度Ｇr）と閾値Ｇtとの比較に基づいてブレーキ１２の介入の可否判定を行うことにより、走行抵抗等の変化にも対応した適切なタイミングでのブレーキ１２の自動介入を実現することができる。

しかも、指示減速度Ｇrは偏差ΔＧで補正されているため、特に、ブレーキ１２の自動介入の初期において、走行抵抗等の影響を受けることなく、適切な減速度で減速を行うことができる。さらに、ブレーキ１２の介入中は、偏差ΔＧの値をブレーキ介入時の値（前回値ΔＧpr）に保持することにより、指示減速度Ｇrに対する適切なフィードバック制御を実現することができる。

ここで、上述のフローチャートの説明からも明らかなように、例えば、ドライバ自身がブレーキ１２を介入させながら走行し、ＡＣＣ制御をＯＮしたことにより、ドライバによるブレーキ１２の介入に引き続いてブレーキ１２の自動介入がなされた場合には、ドライバ自身がブレーキ１２を介入させた時点での減速度の偏差ΔＧが指示減速度Ｇrの演算に用いられることとなる。これにより、ブレーキ１２の自動介入は、ドライバ自身がブレーキ１２を介入させたときの走行条件等に基づいて行われるので、ドライバによるブレーキ１２の介入時と違和感のない適切な減速度でブレーキ１２の自動介入を行うことができる。

ここで、ＡＣＣ制御ＯＮ時の登坂路走行時における要求減速度Ｇaと指示減速度Ｇrと減速度Ｇ0との関係の一例を図６のタイミングチャートに示す。同図に示されているように、走行抵抗が大きい登坂路では、基準路走行時にブレーキ１２の自動介入を必要とするタイミングｔ1よりも遅いタイミングｔ2でブレーキ１２の自動介入がなされる。しかも、ブレーキ１２の自動介入の初期においても、減速度Ｇ0が急減に増大することなく円滑な減速が行われ、その後も、減速度Ｇ0は、要求減速度Ｇaに略沿った挙動で推移される。

なお、上述の実施形態においては、ＡＣＣ制御で行われる走行制御の一例として、要求減速度Ｇaを偏差ΔＧで補正した指示減速度Ｇrに基づいてブレーキ１２の自動介入（自動制動制御）を行う場合の一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、電子制御スロットル弁１０の開度を上述の指示減速度Ｇr（或いは、指示減速度Ｇrと同様の概念で演算されたスロットル開度制御用の指示減速度）に基づいて制御し、自車両１の自動加減速制御等を行ってもよい。

また、本実施形態では、先行車等の認識をステレオカメラからの画像を基に行うようになっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ミリ波レーダと単眼カメラからの情報を基に先行車等を認識してもよく、さらに、レーザレーダからの情報を基に先行車等を認識してもよい。

車両に搭載した運転支援装置の概略構成図 ブレーキ制御プログラムのフローチャート 要求減速度マップの概念図 発生予測減速度マップの概念図 ブレーキの出力液圧マップの概念図 要求減速度と指示減速度と減速度との関係を示すタイミングチャート

符号の説明

１ … 車両（自車両）
２ … クルーズコントロールシステム（運転支援装置）
３ … ステレオカメラ
４ … ステレオ画像認識装置
５ … 走行制御ユニット
８ … 定速走行スイッチ
１０ … 電子制御スロットル弁
１１ … アクティブブースタ
１２ … ブレーキ
１８ … 車内通信回線
Ｄnow … 車間距離
Ｄtuibi … 目標距離
Ｅt … エンジン発生トルク
Ｇ0 … 自車両に発生する減速度
Ｇa … 要求減速度（目標減速度）
Ｇf … フィードバック補正項
Ｇfwd … 先行車減速度
Ｇh … 発生予測減速度
Ｇr … 指示減速度（補正された目標減速度）
Ｇt … 閾値
Ｐa … 出力液圧
Ｖfwd … 先行車速
Ｖown … 自車速
Ｖpr-rel … 予測相対速度
Ｖrel … 相対速度
Ｖset … 設定車速
ΔＧ … 偏差
ΔＧpr … 前回値

Claims (3)

1. 自車両に対する目標減速度を演算し、当該目標減速度に基づいてブレーキの自動介入を伴う走行制御を行う車両の運転支援装置において、
   実際の自車両の走行状態で、予め設定された基準条件下で基準路を走行していると仮定した場合に自車両に発生することが予測される発生予測減速度を演算する発生予測減速度演算手段と、
   前記発生予測減速度と自車両に実際に発生する減速度との偏差を演算する偏差演算手段と、
   前記偏差を用いて前記目標減速度を補正する補正手段と、を備え、
   前記偏差演算手段は、ドライバの操作或いは前記ブレーキの自動介入によるブレーキ介入時における前記偏差の値を、当該ブレーキ介入がされる直前の値に保持することを特徴とする車両の運転支援装置。
2. 前記発生予測減速度は、エンジン出力と車速とに基づいて演算されることを特徴とする請求項１記載の車両の運転支援装置。
3. 前記補正手段は、前記ブレーキ介入時には、前記目標減速度に対し、前記偏差を用いた補正に加え、自車両の減速度を前記目標減速度に収束させるためのフィードバック補正を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両の運転支援装置。

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