JP5060166B2 - 車両の運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車両の前方に先行車を捕捉した場合に、この先行車に対する車間距離が予め設定された目標車間距離となるよう走行制御を行う車用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。

この種の運転支援装置で実行される追従走行制御について、例えば、特許文献１には、目標車間距離（追従目標車間距離）と実車間距離（実際の車間距離）との偏差に基づいて加減速度の目標値を設定し、設定した加減速度の目標値に応じたスロットル制御或いはブレーキ制御を行うことにより、先行車と自車両との車間距離を目標車間距離に一致させる速度制御を実行する技術が開示されている。
特開２００６−３４７５０７号公報

ところで、近年、運転支援装置においては、予め設定された複数パターンの追従目標車間距離（例えば、長距離、中距離、短距離の３パターンの追従目標車間距離）の中から、ドライバの操作入力等に応じて何れかを選択し、選択した追従目標車間距離を用いて追従走行制御を行う技術が実用化されている。

しかしながら、このように複数パターンの追従目標車間距離を選択的に設定可能な追従走行制御に上述の特許文献１の技術を適用すると、各種目標車間距離に対する偏差の占める割合が異なるため、適切な加減速を行うことが困難となり乗員に違和感を与える虞がある。例えば、短距離側の追従目標車間距離を基準として追従走行制御のチューニング等を行った場合、長距離側の追従目標車間距離が選択された際に、先行車との車間距離が十分であるにも拘わらず、過剰な減速度で減速が行われる等の虞がある。一方、長距離側の追従目標車間距離を基準として追従走行制御のチューニング等を行った場合、短距離側の追従目標車間距離が選択された際に、車間距離が縮まっているにも拘わらず、十分な減速度で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、複数パターンの追従目標車間距離を選択的に使用可能な場合にも、乗員に対して違和感を与えることなく円滑な追従走行制御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。

本発明の一態様に係る車両の運転支援装置は、自車両の車速に応じて変化する追従目標車間距離が異なる複数パターンのモードのうちの何れかを選択的に用いて先行車に対する追従走行時の自車両の目標車速を設定する目標車速設定手段と、前記設定した目標車速に基づいてスロットル弁の開度制御を行うスロットル制御手段とを備えた車両の運転支援装置において、前記目標車速設定手段は、前記選択されたモードの追従目標車間距離と、追従目標車間距離よりも短い距離に設定された基準距離と、先行車に対する自車両の車間距離と、を用いて、前記追従目標車間距離と前記車間距離との偏差である車間距離偏差が前記追従目標車間距離と前記基準距離との偏差である基準距離偏差に対して占める割合を算出し、前記各モード間で共通の演算に基づいて、前記車間距離偏差が前記基準距離偏差に対して占める割合がプラス側に増加するほど減速側に増大し、前記車間距離偏差が前記基準距離偏差に対して占める割合がマイナス側に増加するほど加速側に増大する前記目標車速を設定するものである。

本発明の車両の運転支援装置によれば、複数パターンの追従目標車間距離を選択的に使用可能な場合にも、乗員に対して違和感を与えることなく円滑な追従走行制御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は目標車速設定プログラムのフローチャート、図３は各パターンにおける車速と追従目標車間距離及びブレーキ目標距離との関係を示すマップ、図４はブレーキ目標距離の説明図、図５は正規化車間距離偏差及び自車速と加速度パラメータとの関係を示すマップである。

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走行制御を行う。

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、先行車との相対車速Ｖrel（＝車間距離Ｄnowの変化量）、先行車速Ｖfwd（＝（自車速Ｖown）＋（相対車速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、相対車速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、ドライバがセットした設定車速Ｖsetを目標車速Ｖtrgtとして設定し、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）を行うことで、自車速Ｖownを目標車速Ｖtrgtに収束させる。さらに、走行制御ユニット５は、エンジンの出力制御のみでは十分な減速度が得られないと判断した場合に、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）を併用し、自車速Ｖownを目標車速Ｖtrgt（＝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、後述する追従目標車間距離Ｄtuijuに基づいて目標車速Ｖtrgtを設定し、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）を行うことで、車間距離Ｄnowを追従目標車間距離Ｄtuijuに収束させる。さらに、走行制御ユニット５は、エンジンの出力制御のみでは十分な減速度が得られないと判断した場合に、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）を併用し、車間距離Ｄnowを追従目標車間距離Ｄtuijuに収束させる。

追従目標車間距離Ｄtuijuは、例えば、自車速Ｖownに応じて可変設定される。すなわち、走行制御ユニット５には、例えば、追従目標車間距離設定用のマップが予め設定され格納されており、走行制御ユニット５は、このマップを参照して、自車速Ｖownが大きくなるほど追従目標車間距離Ｄtuijuを長く設定する。

本実施形態において、走行制御ユニット５は、自車速Ｖownに応じて変化する複数パターンの追従目標車間距離Ｄtuijuを設定することが可能となっている。すなわち、走行制御ユニット５は、例えば、定速走行スイッチ８等を通じたドライバの操作入力に応じて、車間距離が相対的に短距離、中距離、或いは長距離に設定される各モードの追従走行制御のうちの何れかを選択するようになっており、これらのモードに対応して、走行制御ユニット５には、短距離の追従目標車間距離Ｄtuijuを設定するためのマップ（図３（ａ）中の実線参照）と、標準的な距離（中距離）の追従目標車間距離Ｄtuijuを設定するためのマップ（図３（ｂ）中の実線参照）と、長距離の追従目標車間距離Ｄtuijuを設定するためのマップ（図３（ｃ）中の実線参照）とが格納されている。そして、走行制御ユニット５は、各追従目標車間距離設定用のマップの中から、ドライバが選択したモードに応じたマップを選択し、選択したマップを用いて自車速Ｖownに応じた追従目標車間距離Ｄtuijuを設定する。

さらに、本実施形態において、走行制御ユニット５は、追従走行制御時の目標車速Ｖtrgtを設定するためのパラメータとして、追従目標車間距離Ｄtuijuよりも短い距離の基準距離Ｄbaseを設定する。そして、走行制御ユニット５は、基準距離Ｄbaseと、追従目標車間距離Ｄtuijuと、先行車に対する現在の車間距離Ｄnowとの相対関係に基づいて、追従走行制御時においてスロットル開度制御に供する目標車速Ｖtrgtを設定する。このように、本実施形態において、走行制御ユニット５は、目標車速設定手段、スロットル制御手段としての各機能を有する。

ここで、上述の基準距離Ｄbaseは、各モードの追従目標車間距離Ｄtuijuに対して共通の値に設定することも可能であるが、モード毎に個別に設定されていることが望ましい。本実施形態では、基準距離Ｄbaseとして、短、中、長距離の各モードおいてそれぞれ可変設定されるブレーキ目標距離Ｄbrkが好適に用いられている。

ブレーキ目標距離Ｄbrkとは、例えば、図４に示すように、追従走行制御によるブレーキ１２の介入時に、車間距離Ｄnowを追従目標車間距離Ｄtuijuに一致させてブレーキ１２の介入を終了させるまでの目標距離である。このブレーキ目標距離Ｄbrkは、各モードの追従走行制御毎に、自車速Ｖownに応じて可変設定される。すなわち、走行制御ユニット５には、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に一点鎖線で示すように、各モードによる追従走行制御時に自車速Ｖownに応じてブレーキ目標距離Ｄbrkを可変設定するためのマップが予め実験やシミュレーションに基づいて設定され格納されており、走行制御ユニット５は、現在選択中のモードに対応するブレーキ目標距離設定用のマップを参照してブレーキ目標距離Ｄbrkを設定する。そして、走行制御ユニット５は、追従走行制御時にブレーキ１２の介入が必要であると判断すると、ブレーキ目標距離Ｄbrkに基づいて目標減速度を演算し、当該目標減速度を発生させるべく、ＢＲＫ＿ＥＣＵ１７を通じたアクティブブースタ１１からの出力液圧Ｐaの制御を行う。

なお、図３（ａ）〜（ｃ）からも明らかなように、ブレーキ目標距離Ｄbrkは、自車速Ｖownが同一である場合の追従目標車間距離Ｄtuijuとの偏差（Ｄtuiju−Ｄbrk）が、短距離モードでの追従走行制御、中距離モードでの追従走行制御、長距離モードでの追従走行制御の順に大きくなるよう設定されている。

次に、走行制御ユニット５で実行される目標車速Ｖtrgtの設定制御について、図２の目標車速設定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、ＡＣＣ制御がＯＮされているか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０１において、ＡＣＣ制御が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Ｓ１０２に進み、ドライバのアクセル操作に応じたスロットル制御を実現すべく、目標車速Ｖtrgtを自車速Ｖownにセットした後、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０１において、ＡＣＣ制御が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Ｓ１０３に進み、ステレオ画像認識装置４からの情報に基づいて、自車両１の前方に先行車が存在するか否かを調べる。

そして、ステップＳ１０３において、自車両１の前方に先行車が存在しないと判定すると、走行制御ユニット５は、ステップＳ１０４に進み、定速走行制御を実現すべく、目標車速Ｖtrgtを設定車速Ｖsetにセットした後、ルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１０３において、自車両１の前方に先行車が存在していると判定すると、走行制御ユニット５は、ステップＳ１０５に進み、現在選択中のモードに対応する各マップを参照し、自車速Ｖownに応じた追従目標車間距離Ｄtuiju及びブレーキ目標距離Ｄbrkを演算する。

そして、ステップＳ１０６に進むと、走行制御ユニット５は、車間距離Ｄnowと、追従目標車間距離Ｄtuijuと、ブレーキ目標距離Ｄbrk（基準距離Ｄbase)との相対関係に基づいて正規化車間距離偏差Ｄerrを演算する。この正規化車間距離偏差Ｄerrは、例えば、追従目標車間距離Ｄtuijuと車間距離Ｄnowとの偏差（車間距離偏差）をブレーキ目標距離Ｄbrkに基づいて正規化したものであり、具体的には、以下の（１）式に基づいて演算される。
Ｄerr＝（（Ｄtuiju−Ｄnow）／（Ｄtuiju−Ｄbrk））・１００ …（１）
すなわち、ステップＳ１０６において、走行制御ユニット５は、正規化車間距離偏差Ｄerrとして、追従目標車間距離Ｄtuijuと車間距離Ｄnowとの偏差が、追従目標車間距離Ｄtuijuとブレーキ目標距離Ｄbrkとの偏差の何％を占めるかを演算する。

なお、ステップＳ１０６において、車間距離Ｄnowがブレーキ目標距離Ｄbrkを下回っている場合、走行制御ユニット５は、特例として、例えば、以下の（１）’式に基づいて正規化車間距離偏差Ｄerrを演算する。
Ｄerr＝（（Ｄbrk−Ｄnow）／Ｄbrk …（１）’
すなわち、車間距離Ｄnowがブレーキ目標距離Ｄbrkを下回っている場合、正規化車間距離偏差Ｄerrは、ブレーキ目標距離Ｄbrkと車間距離Ｄnowとの偏差を、ブレーキ目標距離Ｄbrkで正規化することにより求められる。

そして、ステップＳ１０７に進むと、走行制御ユニット５は、正規化車間距離偏差Ｄerrと自車速Ｖownとに基づいて、加速度パラメータＡｃｃＰａｒａを演算する。具体的に説明すると、走行制御ユニット５には、例えば、図５に示すように、正規化車間距離偏差Ｄerr及び自車速Ｖownと加速度パラメータＡｃｃＰａｒａとの関係を示す３次元マップが予め設定されて格納されている。本実施形態において、この３次元マップは、短，中，長距離の各モードによる追従走行制御に共通のマップとなっており、走行制御ユニット５は、この３次元マップを参照して加速度パラメータＡｃｃＰａｒａを設定する。

この加速度パラメータＡｃｃＰａｒａは、正規化車間距離偏差Ｄerrがプラスの値であるとき、当該正規化車間距離偏差Ｄerrが増加するほどマイナス（減速）側に増大し、さらに、自車速Ｖownが増加するほどマイナス（減速）側に増大する。一方、正規化車間距離偏差Ｄerrがマイナスの値であるとき、当該正規化車間距離偏差Ｄerrが減少するほどプラス（加速）側に増大し、さらに、自車速Ｖownが減少するほどプラス（加速）側に増大する。

そして、ステップＳ１０８において、走行制御ユニット５は、先行車速Ｖfwdに加速度パラメータＡｃｃＰａｒａを加算した値を目標車速Ｖtrgtとしてセットした後（Ｖtrgt＝Ｖfwd＋ＡｃｃＰａｒａ）、ルーチンを抜ける。

このような実施形態によれば、追従走行制御時のスロットル開度制御に供する目標車速Ｖtrgtを、追従目標車間距離Ｄtuijuと、追従目標車間距離Ｄtuijuよりも短い距離に設定された基準距離Ｄbaseと、先行車に対する車間距離Ｄnowとの相対関係に基づいて求めることにより、複数パターンのモードの追従目標車間距離を選択的に使用可能な場合にも、追従目標車間距離Ｄtuijuに対する車間距離Ｄnowの変化が目標車速Ｖtrgtに及ぼす影響度をモード毎に異ならせることができ、乗員に対して違和感を与えることなく円滑な追従走行制御を行うことができる。

具体的には、例えば、追従走行制御が長距離側のモードとなるほど追従目標車間距離Ｄtuijuとの偏差が大きくなるよう基準距離Ｄbaseを設定し、追従目標車間距離Ｄtuijuと車間距離Ｄnowとの偏差を、追従目標車間距離Ｄtuijuと基準距離Ｄbaseとの偏差で正規化した値（正規化車間距離偏差Ｄerr）に基づいて目標車速Ｖtrgtを設定することにより、長距離側のモードの選択時に追従目標車間距離Ｄtuijuに対して車間距離Ｄnowが変化したときの目標車速Ｖtrgtへの影響を、短距離側のモードの選択時よりも相対的に小さくすることができる。従って、追従目標車間距離Ｄtuijuに対して車間距離Ｄnowが同様に変化した場合にも、長距離側のモードの選択時には、短距離側のモードの選択時よりも緩やかな加減速度で追従走行制御を実現することができる。この場合、特に、長距離側のモードを選択したときの追従走行制御において、必要以上に大きな減速度が要求される場面が減少するため、ブレーキ１２の介入頻度を減少させることができる。

また、基準距離Ｄbaseとして各モードにおけるブレーキ目標距離Ｄbrkを兼用することにより、基準距離Ｄbaseを各モード毎に個別に設定することができ、目標車速Ｖtrgtを緻密に演算することができる。

なお、上述の実施形態では、基準距離Ｄbaseとしてブレーキ目標距離Ｄbrkを用いた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、長距離側のモードの追従走行制御になるほど目標車間距離Ｄtuijuとの偏差が大きくなるよう設定されるパ他のラメータ等を好適に用いることも可能である。

また、上述の実施形態では、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 目標車速設定プログラムのフローチャート 各パターンにおける車速と追従目標車間距離及びブレーキ目標距離との関係を示すマップ ブレーキ目標距離の説明図 正規化車間距離偏差及び自車速と加速度パラメータとの関係を示すマップ

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（目標車速設定手段、スロットル制御手段）
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
１５ … エンジン制御ユニット
１６ … トランスミッション制御ユニット
１７ … ブレーキ制御ユニット
ＡｃｃＰａｒａ … 加速度パラメータ
Ｄbase … 基準距離
Ｄbrk … ブレーキ目標距離（基準距離）
Ｄerr … 正規化車間距離偏差
Ｄnow … 車間距離
Ｄtuiju … 追従目標車間距離
Ｅt … エンジン発生トルク
Ｇfwd … 先行車減速度
Ｖfwd … 先行車速
Ｖown … 自車速
Ｖrel … 相対車速
Ｖset … 設定車速
Ｖtrgt … 目標車速

Claims (3)

1. 自車両の車速に応じて変化する追従目標車間距離が異なる複数パターンのモードのうちの何れかを選択的に用いて先行車に対する追従走行時の自車両の目標車速を設定する目標車速設定手段と、前記設定した目標車速に基づいてスロットル弁の開度制御を行うスロットル制御手段とを備えた車両の運転支援装置において、
   前記目標車速設定手段は、前記選択されたモードの追従目標車間距離と、追従目標車間距離よりも短い距離に設定された基準距離と、先行車に対する自車両の車間距離と、を用いて、前記追従目標車間距離と前記車間距離との偏差である車間距離偏差が前記追従目標車間距離と前記基準距離との偏差である基準距離偏差に対して占める割合を算出し、
   前記各モード間で共通の演算に基づいて、前記車間距離偏差が前記基準距離偏差に対して占める割合がプラス側に増加するほど減速側に増大し、前記車間距離偏差が前記基準距離偏差に対して占める割合がマイナス側に増加するほど加速側に増大する前記目標車速を設定することを特徴とする車両の運転支援装置。
2. 前記基準距離は、追従走行制御によるブレーキの介入時に車間距離を前記追従目標車間距離に一致させて前記ブレーキの介入を終了させるまでの目標距離として設定されたブレーキ目標距離であ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. 前記基準距離は、前記追従目標車間距離が相対的に大きく設定されるモードである程、自車速が同一である場合の前記各モードでの前記追従目標車間距離との偏差が大きくなるよう設定されている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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