JP5134448B2 - 車両の運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、ドライバ固有の運転特性に応じて運転支援を行う車両の運転支援装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、車載のカメラやレーザレーダ装置等により外界の走行環境を検出して障害物や先行車を認識し、警報・自動ブレーキ・自動操舵といった各種運転支援制御を実行することで、車両の衝突事故等を防止して安全性を向上させる技術が開発・実用化されている。

例えば、特許文献１（特開２００７−２０７０４７号公報）には、現在位置と停止必要地点と自車速に基づいて、自車両の停止必要地点への接近状態を検出し、自車両と先行車と後続車の少なくとも一方との相対位置関係に基づいて衝突リスクを判定し、接近状態と衝突リスクに基づいて警報制御する技術が開示されている。
特開２００７−２０７０４７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されるような従来の技術では、ドライバに拘わりなく車両の制御システムが判断したリスクに基づいて警報制御等の運転支援を行うようになっており、ドライバの運転スキルや運転スタイル等のドライバ固有の運転特性は考慮されていない。このため、ドライバによっては、警報が不自然で違和感を与える等といったように必ずしも適切な運転支援とならず、ドライバに対する運転支援という本来の目的を十分に発揮できないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ドライバ固有の運転特性を考慮し、個々のドライバに見合った自然で違和感が無く、且つ必要充分な運転支援を与えることのできる車両の運転支援装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による車両の運転支援装置は、自車両の走行環境と該走行環境に対応するドライバの運転操作との相関関係に基づいて、ドライバの運転特性を表す特性パラメータを演算するドライバ特性演算部と、上記特性パラメータに基づいて、障害物に対する回避操作を開始するまでのドライバ固有の操作余裕時間を設定するドライバ操作余裕時間設定部と、上記ドライバ固有の操作余裕時間と障害物の回避に必要な回避操作余裕時間とを比較し、該回避操作余裕時間が上記ドライバ固有の操作余裕時間を下回った場合、運転支援の開始と判断する運転支援開始判断部とを備え、上記ドライバ特性演算部は、上記特性パラメータを、走行路の形状とドライバの操舵操作との履歴に基づいて演算することを特徴とする。

本発明によれば、個々のドライバに見合った自然で違和感が無くて、必要充分な運転支援を与えることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図６は本発明の実施の一形態に係り、図１は運転支援装置の全体構成図、図２はハンドル角分散値とカーブ曲率分散値との相関関係を示す説明図、図３は特性係数と操作余裕時間との関係を示す説明図、図４は障害物に対する回避コースの説明図、図５は特性係数演算処理のフローチャート、図６は警報判断処理のフローチャートである。

本発明による運転支援装置は、自動車等の車両に搭載され、ドライバ個人の運転スキルや運転スタイル等の固有の運転特性を把握して運転支援を行うものである。本実施の形態においては、ドライバの操舵特性をドライバ固有の運転特性として、車両制御システムによる障害物の回避操作開始タイミングとの関係からドライバに対する警報タイミングを適切に調整する例について説明する。

図１に示すように、本実施の形態における運転支援装置１は、走行環境認識部２、障害物検出部３、運転状態検出部４、ドライバ特性演算部５、ドライバ操作余裕時間設定部６、回避操作余裕時間演算部７、警報判断部８の各機能部を備えており、警報判断部８で警報による運転支援を開始するか否かを判断し（運転支援開始判断部としての機能）、警報開始と判断したとき、警報装置９を介してドライバに警報を与える。尚、これらの各機能部は、単一或いは複数のコンピュータユニットで構成され、車内ネットワークを形成する通信バスを介して互いにデータを交換する。

この運転支援装置１は、概略的には次のように動作する。すなわち、運転支援装置１は、先ず、自車両の走行環境を認識して走行路形状データを取得し、また、そのときのドライバの操舵操作によるハンドル角データをサンプリングする。これらの走行路形状データ及びハンドル角データは、所定期間或いは所定サンプル数に達するまで収集されて蓄積され、蓄積された履歴データから互いの相関関係が求められ、ドライバ固有の運転特性を表す特性パラメータが算出される。

更に、ドライバ固有の特性パラメータからは、後述するドライバ固有の操作余裕時間が設定され、車両制御システムによる障害物回避に必要な後述の回避操作余裕時間と比較される。そして、この車両制御システムの回避操作余裕時間がドライバ固有の操作余裕時間を下回った場合、すなわち、障害物に対してドライバが回避操作を行うまでの時間が制御システムによる回避操作開始までの時間よりも短くなった場合には、ドライバの状態が通常の状態ではないと判断して警報を出力する。これにより、運転支援装置１は、個々のドライバに見合った自然で違和感の無い、必要充分な運転支援を可能としている。

以下、運転支援装置１の各機能部について説明する。走行環境認識部２は、例えばナビゲーション装置によって構成され、自車両位置の測位情報や地図情報等をドライバに提示し、また、これらのデータを通信バスを介して他のユニットに出力する。本実施の形態においては、自車両が走行している道路の形状データとして、道路のカーブ曲率を自己の保有する地図情報や路車間等の外部通信等によって取得し、ドライバ特性演算部５に送信する。

障害物検出部３は、例えばステレオカメラやミリ波レーダ等の認識センサや車車間通信・路車間通信によって取得した情報を主として、これらの情報に基づいて自車両の走行環境に存在する障害物（例えば、ガードレール、縁石、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等）を認識し、自車両の前後方向をＸ軸、幅方向をＹ軸とする座標系における位置や相対速度等を演算して回避操作余裕時間演算部７に送信する。尚、この障害物の検出処理には、走行環境認識部２からの情報も適宜加えられる。

運転状態検出部４は、自車両に備えられた各種センサ類、例えば、自車速を検出する車速センサやドライバのハンドル操作によるハンドル角（操舵角）を検出する舵角センサ等からの信号に基づいて、車速、ハンドル角等の車両走行時の運転状態を検出する。運転状態検出部４で検出した車速やハンドル角等のデータは、ドライバ特性演算部５、回避操作余裕時間演算部７に送信される。

ドライバ特性演算部５は、道路のカーブ曲率変化の高周波成分とハンドル角の高周波成分との相関関係を算出し、この相関関係に基づいてドライバ固有の運転特性を表す特性パラメータとしての特性係数Ｋｖを演算する。本実施の形態においては、カーブ曲率変化の高周波成分、ハンドル角の高周波成分として、それぞれの分散値Ｖｅ,Ｖθを用いるようにしている。このため、ドライバ特性演算部５は、カーブ曲率分散値演算部５ａとハンドル角分散値演算部５ｂと特性係数演算部５ｃとにより構成されている。

カーブ曲率分散値演算部５ａは、走行環境認識部２から送信されるカーブ曲率Ｃのサンプリング毎のデータＣｉを蓄積し、蓄積したデータから以下の（１）式により分散値Ｖｅを演算する。
Ｖｅ＝(１／ｎ)Σ(Ｃｉ−ΣＣｉ／ｎ)² …（１）
但し、ｎ：サンプリング数
Σ：ｉ＝１〜ｎの総和

また、ハンドル角分散値演算部５ｂは、運転状態検出部４から送信されるハンドル角θのサンプリング毎のデータθｉを蓄積し、蓄積したデータから以下の（２）式により分散値Ｖθを演算する。
Ｖθ＝(１／ｎ)Σ(θｉ−Σθｉ／ｎ)² …（２）
但し、ｎ：サンプリング数
Σ：ｉ＝１〜ｎの総和

特性係数演算部５ｃは、ハンドル角分散値Ｖθとカーブ曲率分散値Ｖｅとをそれぞれ軸とする座標平面において、分散値Ｖθ,Ｖｅのサンプリング毎のデータＶθ_i,Ｖｅ_iの分布から両者の相関関係を表す近似式を求め、この近似式から特性係数Ｋｖを演算する。本実施の形態においては、図２に示すように、ハンドル角分散値とカーブ曲率分散値との相関関係を一次式で線形近似し、この近似直線の傾きを、ドライバ固有の運転特性を表す特性係数Ｋｖとする。この特性係数Ｋｖの演算式は、以下の（３）式に例示される。
Ｋｖ＝(１／ｍ)Σ(Ｖθ_i／Ｖｅ_i) …（３）
但し、ｍ：サンプリング数
Σ：ｉ＝１〜ｍの総和

以上の特性係数Ｋｖは、ドライバ個人の操作スキルや運転スタイルによって異なり、その値の大小によってドライバ固有の操舵特性（操舵傾向）を表すことができる。すなわち、走行環境の変化に対する反応が速く、普段からクイックな操舵を行うドライバの場合には、カーブ曲率分散値Ｖｅに対応するハンドル角分散値Ｖθが高周波域まで分布するような特性となり、特性係数Ｋｖの値が大きくなる。一方、普段から余裕を持った運転を行うドライバでは、図２に破線で示すように、カーブ曲率分散値Ｖｅに対してハンドル角分散値Ｖθの高周波域の分布が相対的に少なくなり、特性係数Ｋｖが小さくなる。

この場合、ドライバ固有の運転特性を表す特性パラメータとしては、上述の相関関係の線形近似による特性係数Ｋｖに限定されることなく、カーブ曲率変化及びハンドル角の高周波成分をハイパスフィルタを用いて抽出し、同様に両者の関係を近似するパラメータを演算するようにしても良い。また、カーブ曲率変化及びハンドル角の高周波成分をＦＦＴ（Fast Fourie Transform;高速フーリエ変換）による周波数分析で抽出し、それぞれのパワースペクトラムを比較して特性パラメータを決定するようにしても良い。

ドライバ操作余裕時間設定部６は、特性係数演算部５ｃで算出された特性係数Ｋｖに基づいて、障害物に対する回避操作を開始するまでのドライバ固有の操作余裕時間Ｔｒを設定する。このドライバ固有の操作余裕時間Ｔｒは、特性係数Ｋｖで表現される運転特性を有するドライバに対して、通常の運転状態であれば障害物を認識してから回避のためのハンドル操作を開始すると考えられる時間であり、例えば図３に示すように、予め特性係数Ｋｖを軸とするテーブルを作成しておき、このテーブルを参照する等して設定される。

図３に示す特性のテーブルは、予めシミュレーション或いは実験等により特性係数Ｋｖと操作余裕時間Ｔｒとの関係を求め、特性係数Ｋｖが大きくなる程（すなわちドライバの操作応答性が高くなる程）、操作余裕時間Ｔｒが短くなるように設定されている。

回避操作余裕時間演算部７は、運転状態検出部４から送信される自車両の車速、障害物検出部３で検出した障害物の位置情報に基づき、車両制御システムが障害物を回避するために強制的な操作（自動ブレーキや自動操舵等）を開始するまでに必要な余裕時間を、回避操作余裕時間Ｔｃとして設定する。この回避操作余裕時間Ｔｃは、自車両の許容される最大横加速度に応じた回避コースと車速とに基づいて算出される。

すなわち、図４に示すように、本運転支援装置１を搭載する自車両１＿Ｓが前方に障害物Ｏｂを検出したとき、自車両１＿Ｓの進行方向をＸ軸、幅方向をＹ軸とする座標平面において、自車両１＿Ｓの相対速度をＶ、自車両１＿Ｓの現在位置と障害物Ｏｂとの距離をｄ、障害物を回避可能な限界の回避コースに修正するための操作開始位置に達したときの自車両１＿Ｓと障害物Ｏｂとの限界距離をｄｃとするとき、以下の（４）式により、回避操作余裕時間Ｔｃを算出する。
Ｔｃ＝(ｄ−ｄｃ)／Ｖ …（４）

障害物を回避可能な限界の回避コース（ｘ，ｙ）は、自車両１＿Ｓの最大横方向移動量をｗとするとき、回避操作開始位置と最大横方向移動量ｗとなる位置とを結ぶ経路が出来るだけ滑らかな曲線とるような形状、例えば、以下の（５）式に示すように、高次関数の曲線で形成される経路に設定される。
ｙ＝ｗ・{６・(ｘ／ｄ)⁵−１５・(ｘ／ｄ)⁴＋１０・(ｘ／ｄ)³} …（５）

このとき、回避操作の開始位置を示す限界距離ｄｃは、以下の（６）式に示すように、許容される最大横加速度ｙgmaxに基づいて演算される。この最大横加速度ｙgmaxは、固定値としても良く、或いは路面摩擦係数に応じて可変設定するようにしても良い。
ｄｃ＝(５．７７・ｗ・ｙgmax)^1/2・Ｖ …（６）

警報判断部８は、ドライバ固有の操作余裕時間Ｔｒと、制御システムの回避操作余裕時間Ｔｃとを比較し、Ｔｃ＜Ｔｒのとき、警報による運転支援開始と判断して警報装置９に信号を出力し、ドライバに警報を与える。この警報装置９を介したドライバへの警報は、音声とのディスプレイ表示との少なくとも何れかによって行われる。尚、警報装置９は、走行環境認識部２をナビゲーション装置によって構成する場合、ナビゲーション装置によって構成することができる。

次に、運転支援装置１で実行される運転支援制御に係るプログラム処理について、図５及び図６のフローチャートを用いて説明する。

図５のフローチャートは特性係数演算のプログラム処理を示し、先ず、最初のステップＳ１において、自車両周辺の走行環境を認識して走行路のカーブ曲率Ｃをサンプリングすると共に、自車両の運転状態を検出してドライバの操作によるハンドル角θをサンプリングする。

次に、ステップＳ２へ進み、蓄積したカーブ曲率Ｃ及びハンドル角θのサンプリングデータからそれぞれの分散値Ｖｅ，Ｖθを演算する（上述の（１）,（２）式参照）。続くステップＳ３では、カーブ曲率分散値Ｖｅとハンドル角分散値Ｖθとの相関関係からドライバ固有の運転特性を表す特性係数Ｋｖを算出し（上述の（３）式参照）、本処理を抜ける。

以上の特性係数Ｋｖは、運転支援装置１内の例えばフラッシュメモリ等の不揮発性且つ書き換え可能な記憶領域に格納され、所定期間で更新される（比較的長期で良い）。運転支援装置１内に格納された特性係数Ｋｖは、図６のフローチャートに示す警報判断のプログラム処理で読み込まれる。

図６の警報判断処理では、最初のステップＳ１１において、自車両前方に障害物を検出したか否かを調べる。障害物が検出されていない場合には、本処理を抜け、障害物を検出したとき、ステップＳ１２へ進んで、上述の（４）式により回避操作余裕時間（回避操作開始までの余裕時間）Ｔｃを設定し、次いで、ステップＳ１３でドライバ固有の特性係数Ｋｖを読み込み、この特性係数Ｋｖに基づいてテーブルを参照する等してドライバ固有の操作余裕時間Ｔｒを設定する（図３参照）。

その後、ステップＳ１４へ進み、回避操作余裕時間Ｔｃとドライバ固有の操作余裕時間Ｔｒとを比較する。その結果、Ｔｃ≧Ｔｒの場合には、ドライバが普段通りの運転状態にあり、警報の必要無しと判断してプログラムを抜ける。一方、Ｔｃ＜Ｔｒの場合には、ドライバの注意力が低下している等して普段と異なった運転状態にあり、運転支援が必要と判断してステップＳ１５へ進み、警報装置９を介してドライバに警報を発することで注意を喚起し、本処理を抜ける。

このように本実施の形態においては、ドライバの運転スキルや運転スタイル等のドライバ固有の運転特性を考慮して警報のタイミングを適切に調整するため、個々のドライバに見合った自然で違和感が無く且つ必要充分な運転支援を行うことができ、ドライバに対する運転支援という本来の目的を十分に発揮して安全性向上に寄与することができる。

尚、本実施の形態においては、ドライバ固有の運転特性を操舵特性として障害物回避に対する警報のタイミングを調整する例について説明したが、例えば、ドライバ固有のブレーキペダルの踏み込みタイミング等の特性を考慮して、警報のタイミングを調整するようにすることも可能である。更に、運転支援としては、障害物回避のための警報に限定されるものではなく、自動ブレーキ制御や自動操舵制御等を含むようにしても良い。

運転支援装置の全体構成図 ハンドル角分散値とカーブ曲率分散値との相関関係を示す説明図 特性係数と操作余裕時間との関係を示す説明図 障害物に対する回避コースの説明図 特性係数演算処理のフローチャート 警報判断処理のフローチャート

符号の説明

１ 運転支援装置
２ 走行環境認識部
３ 障害物検出部
４ 運転状態検出部
５ ドライバ特性演算部
５ａ カーブ曲率分散値演算部
５ｂ ハンドル角分散値演算部
５ｃ 特性係数演算部
６ ドライバ操作余裕時間設定部
７ 回避操作余裕時間演算部
８ 警報判断部（運転支援開始判断部）
Ｋｖ 特性係数
Ｔｒ 操作余裕時間
Ｔｃ 回避操作余裕時間

Claims (7)

1. 自車両の走行環境と該走行環境に対応するドライバの運転操作との相関関係に基づいて、ドライバの運転特性を表す特性パラメータを演算するドライバ特性演算部と、
   上記特性パラメータに基づいて、障害物に対する回避操作を開始するまでのドライバ固有の操作余裕時間を設定するドライバ操作余裕時間設定部と、
   上記ドライバ固有の操作余裕時間と障害物の回避に必要な回避操作余裕時間とを比較し、該回避操作余裕時間が上記ドライバ固有の操作余裕時間を下回った場合、運転支援の開始と判断する運転支援開始判断部とを備え、
   上記ドライバ特性演算部は、上記特性パラメータを、走行路の形状とドライバの操舵操作との履歴に基づいて演算することを特徴とする車両の運転支援装置。
2. 上記特性パラメータを、上記走行路のカーブ曲率変化の高周波成分と上記ドライバの操舵角の高周波成分とに基づいて演算す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. 上記高周波成分を分散値として抽出することを特徴とする請求項２記載の車両の運転支援装置。
4. 上記高周波成分を周波数分析によって抽出することを特徴とする請求項２記載の車両の運転支援装置。
5. 上記高周波成分をハイパスフィルタを用いて抽出することを特徴とする請求項２記載の車両の運転支援装置。
6. 上記ドライバ操作余裕時間設定部は、上記特性パラメータによって示されるドライバの操作応答性が高い程、上記ドライバ固有の操作余裕時間を短く設定することを特徴とする請求項１〜５の何れか一に記載の車両の運転支援装置。
7. 上記障害物の回避に必要な回避操作余裕時間を、許容される最大横加速度に応じた回避コースと車速とに基づいて算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一に記載の車両の運転支援装置。

Images