JP5166883B2 - 車両のドライバーが操舵操作によって妨害物を回避しようとする際に衝突を回避するかまたは衝突の結果を軽くするための方法および装置 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、殊に自動車において、妨害物をかわす際に衝突を回避するおよび／または衝突の結果を軽くするための方法および装置に関する。
【０００２】
自動車において電気的に制御可能なブレーキおよび操舵装置並びに車両周辺のあるかもしれない妨害物を捕捉検出するセンサの普及が増大するにつれて、妨害物との衝突を回避するおよび／または衝突の結果を軽くするためのシステムが可能になっている。
【０００３】
周辺捕捉検出装置を用いて例えば、妨害物とのひょっとしたらあるかもしれない衝突を早期に識別することが可能である。この種の事故は運転者に適時に警告することによりまたは制御可能な制動並びに操舵装置を用いて車両運動に対して影響を及ぼすことにより回避することができる。更にクリチカルな状況においてブレーキシステムは非常ブレーキを用意しまたは乗員保護システムは事故に備えることができる。
【０００４】
車両周辺の捕捉検出のためのセンサには、例えば超音波、レーダ、ライダーおよび／またはビデオシステムがある。アクティブな圧力形成に対するブレーキ装置の制御可能な部分システムとして、例えばＥＳＰシステムの液圧ユニット、アクティブにドライブ制御可能な制動力倍力装置、電気流体式ブレーキ装置または将来的な電気機械式ブレーキ装置が使用される。操舵に影響を及ぼすために、アクティブな操舵システムまたはステア・バイ・ワイアシステム（Steer-by-Wire System＝ＳＢＷ）が使用される。
【０００５】
ＤＥ１０１１８７０７Ａ１に、衝突の危険がある際に車両減速作用はしないが、車両減速を準備する準備的な措置を講ずることが記載されている。
【０００６】
更に、衝突回避のために警告装置も記載されているが、この装置の狙いは妨害物をかわそうとする操作の際にドライバーを支援することではない。
【０００７】
衝突回避もしくは起こってしまった衝突（衝突の結果）を軽くするためのシステムはシステムにおけるアクティブな制動および／または操舵に対して介入操作を実施する。しかし制動介入操作の強さは妨害物をかわす際の操作の支援に対しては最適化されない。つまり例えばＥＰ１３００２７５Ａ１およびＥＰ０８９１９０３Ａ２には、運転物理的な手段を尽くしてなお車両が妨害物との衝突をもはや回避することができないときにまさに車両を自動的に制動する装置が記載されている。最終的にシステムをトリガすることになる操作が配属されている個々のエスカレーション段はＤＥ１０２２０５６７Ａ１に記載されている。自動的にガイドされる車両に対して妨害物をかわすためおよび衝突回避のためのシステムはＤＥ３８３０７９０Ａ１、ＥＰ０４３３３２２Ｂ１またはＷＯ９００２９８５Ａ１に記載され、非自動的にガイドされる車両に対してこの種のシステムはＷＯ０２０８０１０Ａ１およびＤＥ１９８３１０７１Ａ１に示され、その際後者は完全自動には作用せずに、ドライバーに操舵モーメントによりかわすための必要な軌跡を提案する。
【０００８】
走行ダイナミック調整のための方法も示されているが、これらはドライバーの操舵設定量を最適に変換するという目的を有しているにすぎない。しかしこれらの装置は周辺センソトロニークを使用せず、車両固有のセンソトロニークを使用しているだけである。その結果として制動介入操作は妨害物の状況に整合できず、走行状態の安定化を狙っているだけである。
【０００９】
更にまだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願ＤＥ１０２００４００８８９４（２００４年２月２４日）には、適当な触覚的な操舵設定量により妨害物をかわす操作を支援することができるシステムが記載されている。妨害物をかわすために必要な軌跡を最適化することに加えて車両を同時にブレーキングすることには着目されていない。
【００１０】
発明の利点
以下に説明する手法により効果的に、自車並びに他車および妨害物の運動状態に関する情報に基づいて、妨害物をかわす際にドライバーを支援することにより、妨害物との事故の発生を回避もしくは事故の結果を軽くすることができる。
【００１１】
有利には支援は、妨害物をかわす過程の間、時間制御して所期に自車をブレーキングすることであり、こうしてドライバーがブレーキングの行われない場合に比べて良好な妨害物をかわす操作で運転することができる。また、ドライバーの先行するハンドル操作に基づき妨害物をかわそうとする意図を識別させ、妨害物をかわすというストラテジーをドライバーが追求しないと判断したならば、システムによりいずれの場合にも運動エネルギーが取り除かれ、これにより事故の結果が軽くされる。システムの実施例に応じて更に、ドライバーの操舵設定量は、適当な操舵アクチュエータにより変えることができる。
【００１２】
これにより妨害物をかわす支援をするためにいずれの場合も制動に作用するようにして、ドライバーがより効果的に妨害物をかわすために必要な軌跡を走行することができるようにされる。しかし衝突が制動と操舵とを正しく組み合わせることによってしか回避することができなくなる時点で介入される。すなわち有利には、衝突がまだ回避可能であるときにドライバーはアクティブに支援される。これにより有利にも、衝突が回避できないときにようやく介入操作するシステムに比べて、時間的な著しい利点が生じる。
【００１３】
さらなる利点は、以下の実施例の説明ないし従属請求項から明らかになる。
【００１４】
図面
次に、添付の図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
図１は妨害物に接近というシナリオでの、種々の運転ストラテジーの運転軌跡を略示している。
図２は種々のストラテジーにより衝突を回避することができる、妨害物に対する距離を略示している。
図３はシーケンスを略示している。
図４は図３のシーケンスを実施する装置を示している。
【００１５】
実施例の説明
次に、運転物理的な限界での妨害物をかわそうとする究極の操作は操舵と制動動作の組み合わせにあるという認識に基づいている、自動車のドライバー用アシストシステムについて説明する。運転物理的な限界はタイヤと走行路との間で伝達可能な力がその絶対値により制限されていることによって特徴付けられている。以下に「究極の運転操作」と表す運転物理的な限界は、力の大きさがいずれの時点においても実現可能な限界の大きさに相応していることによって特徴付けられている。すなわち力は文献から公知の「カム円（Kammscher Kreis）」上にあり、その際力の方向は任意の時間的な特性経過を有していることができる。力は、車両長手方向軸線に対して平行である成分（制動もしくは「アクセル操作」による長手方向加速度）と、車両長手方向軸線を横断する方向にある（車両長手方向軸線に対して垂直である）成分（操舵による横方向加速度）とに分解することができる。例えば究極の制動操作において（「フルブレーキング」）は車両長手方向における一定の成分しか（「制動力しか」）作用しない。これに対して究極の操舵操作（「究極の円走行」）においては車両長手方向に対して垂直である一定の成分しか（「操舵力しか」）働かない。
【００１６】
車両（自車）が所定の相対速度ｖ _ｒｅｌ で妨害物に連続的に接近していく場合、制動による衝突回避は計算可能な限界距離ｄ_{Ｂｒｅｍｓｅｎ}までしか可能ではない。この距離を下回ると（ｄ＜ｄ _{Ｂｒｅｍｓｅｎ} ）、衝突回避のための唯一の手段としてかわそうとする操作しか残らなくなる。この形式の妨害物をかわす操作が運転物理的な限界の枠内において可能であるかどうかは、相対速度の他に、自車および妨害物の拡がり（とりわけ幅）にも依存している。物体の拡がりは有限なので必ず、それより上であればかわそうとする操作による衝突回避が回避制動操作より僅かな妨害物間隔ｄ_{Ａｕｓｗｅｉｃｈｅｎ}まで（ｄ_{Ａｕｓｗｅｉｃｈｅｎ}＜ｄ_{Ｂｒｅｍｓｅｎ}）可能であるという限界相対速度ｖ _ｒｅｌ ＞ｖ _{ｒｅｌＡｕｓｗ} があることが分かっている。距離ｄ_{Ｂｒｅｍｓｅｎ}と類似して、限界距離ｄ_{Ａｕｓｗｅｉｃｈｅｎ}は、物理的な限界での妨害物をかわそうとする究極の操作によりその距離までは衝突が回避可能であるという距離を表す。その際「妨害物をかわそうとする究極の操作」として、運転物理的な限界での運転操作は次のように定義されている。つまり、所定の相対速度および妨害物距離（場合によっては妨害物加速度であることもある）において妨害物のある場所での自車の本来の運動方向に対して垂直方向における可能な最大のずれ（ｙ方向における可能な最大の道程）を作り出す操作である。このような妨害物をかわそうとする究極の操作で運転することができるようにするために、自車において長手方向および横方向加速度（ブレーキングする／操舵する）の最適な時間的な特性経過を計算することが必要である。妨害物をかわそうとする究極の操作を実施するためには制動を用いた著しい成分の長手方向加速度を供給する必要があることが分かっている。妨害物をかわそうとする究極の操作を実施するためのこの必要な制動操作こそ、ここに説明するアシストシステムが根本的に着目していることである。殊に、制動操作により妨害物をかわそうとする究極の操作により実現可能なｙ方向のずれ（ｙ方向は走行方向に対して横断している）が操舵のみによる（横方向加速度だけ）妨害物をかわそうとする操作の場合よりも大きいということに基づいてこの効果が発揮される。ｄ_{Ａｕｓｗｅｉｃｈｅｎ}＜ｄ_{Ｌｅｎｋｅｎ}が成り立ち、ここでｄ_{Ｌｅｎｋｅｎ}は、ここまでは操舵操作だけで衝突を回避できるという限界距離である。
【００１７】
すなわち、衝突は確かに運転物理的に回避可能であるが、操舵操作だけでも制動操作だけでも回避可能ではないという距離および相対速度領域が存在しているということである。以下に説明する機能ではまさにこの領域に着目する。
【００１８】
ｄ_{Ａｕｓｗｅｉｃｈｅｎ}＜＝ｄ＜ｄ_{Ｌｅｎｋｅｎ}である距離でのところでドライバーが操舵だけで妨害物を回避しようとすれば、これでは衝突が起こることになる。このことは、衝突を回避する、妨害物をかわす操作のために必要である制動加速度の時間的な特性経過を計算しかつ自動的に自車における操舵操作が開始されるようにするシステムによって識別される。間接的に、この制動操作を介して、横方向加速度の時間的な特性経過も一緒に影響を受けるようにされる。理想の場合にはドライバーはこれにより究極のまたは究極に準ずる妨害物をかわそうとする操作で運転することができ、このことは車両のブレーキングを伴わない操舵設定量だけでは可能ではない。
【００１９】
別の実施例において、システムは自車の操舵にも介入して、妨害物をかわそうとする操作に関した横方向加速度も一段と最適化されるようにすることができる。
【００２０】
ここまで説明してきたシナリオが図１および図２に図示されている。図１は、妨害物３に速度ｖ０で接近する車両１が図示されている。衝突を回避するもしくは衝突結果を軽くするために、ドライバーは制動および操舵操作を介入する余地がある。２で、制動操作だけが行われる場合に生じる軌跡が示されている。妨害物までの距離が著しく僅かであれば、衝突は回避されない。相応のことは妨害物が相応の拡がりを有しているとしてｙ方向における操舵介入操作だけ（軌跡４）にも当てはまる。軌跡５は制動および操舵操作が行われる状況を示している。そこでは状況次第で、衝突を回避することが可能である。
【００２１】
衝突が回避可能または回避不可能であるという条件が図２に示されている。ここでも妨害物３に接近する車両１が図示されている。その際水平方向に距離ｄがプロットされている。車両は速度ｖ０で移動する。６は制動介入操作の場合の軌跡を示し、７は操舵介入操作の場合の軌跡を示しかつ８は組み合わせされた操舵および制動介入操作の場合の軌跡を示している。距離ｄ１（ｄ_{Ｂｒｅｍｓｅｎ}）まで、唯一の措置としてのフルブレーキングにおいて衝突を回避できるもしくはその結果を僅かに抑えることができる。距離ｄ２（ｄ_{Ｌｅｎｋｅｎ}）を下回ると、このことは操舵介入操作だけで実現される。その際ｄ２はｄ１より短い。距離ｄ３（ｄ_{Ａｕｓｗｅｉｃｈｅｎ}）を下回ると、組み合わされた制動および操舵介入操作において衝突を回避できるもしくはその結果を僅かに抑えることができる。その際距離は自車の速度、妨害物の速度並びに自車および妨害物の拡がりに依存している。更に自車の制動およびタイヤ状態も関係してくる。それぞれの状況に対して相応の距離が計算される。１形態において制動介入操作とはフルブレーキ介入操作とされ、操舵介入操作は物理的な限界での操舵介入操作とされる。別の形態において計算のために所定の減速度を持った制動介入操作、所定の横方向加速度を持った操舵介入操作が仮定され、例えばドライバーが危険に際して通例調整設定することができる値が仮定される。
【００２２】
図３に示されているシーケンス図は、後で説明するドライバーアシストシステムの装置の計算機のプログラムの枠内で上に説明してきた手法の実施形態例を示すものである。
【００２３】
図示のプログラムは定めた時間間隔において実行される。これは次の基本的なモジュールを有している。１つのモジュールは、制動だけではもはや妨害物との衝突をいつ回避できなくなるかを識別する。別のモジュールは、操舵だけではもはや妨害物との衝突をいつ回避できなくなるかを識別する。
【００２４】
更に別のモジュールは、物体の規定の運動パラメータにおいて操舵および制動のいずれのストラテジーが有利であるかを計算する。
【００２５】
妨害物との衝突がもはや操舵だけまたは制動だけでは回避できない場合、操舵介入操作に相応して、最適なまたは予め定めた車両減速が調整設定されかつ連続的に、変化する運動パラメータに整合される。これによりドライバーは、衝突を回避する意味において減速が行われないときよりも有利な軌跡を走行することができる。
【００２６】
システム形態次第で、ドライバーの操舵設定量を適当な操舵アクチュエータを介して、求められたより有利な値に整合することができる。システムの有利な形態は、妨害物をかわそうとする意図を識別させる、ドライバーの先行するハンドル操作に依存してシステムによる操舵支援を行うことである。これによりドライバーには、別のストラテジーより妨害物との正面衝突を選ぶという可能性が残されている。
【００２８】
更に場合によっては後置接続されている非常ブレーキシステムの利用効率が、ブレーキ装置においてブレーキ液が既に満たされかつブレーキシステムにおいて必要なポンプ圧力が形成されていることによって高められる。これにより一層高い制動作用を実現することができる。というのはシステムは、衝突を、同時の制動および操舵介入操作によりまだ確実に回避することができるが、操舵または制動単独ではもはや回避できないという時点で非常ブレーキシステムにも拘わらずアクティブになるからである。
【００２９】
更にこの種のクリチカルな状況においてドライバーに対して光学的、音響的または触覚的に警告することができる。可逆的な安全システムを早期に活性化するまたは調整設定パラメータを整合させることができる。
【００３０】
図示のシステムは車両の意図したブレーキングにより妨害物をかわす際にドライバーを支援する。その際ブレーキングは物体（自車および妨害物）の状況および運動パラメータに整合される。システムは車両のブレーキングにより衝突の結果を軽くする。システムは周辺センソトロニーク（レーダ、ライダー、ビデオ、赤外線、超音波などのセンサの少なくとも１つ）を利用する。次の付加的なシステム形態が考えられる：ドライバーの操舵設定量を適当な操舵アクチュエータによって変更することができ、こうしてよりよい妨害物をかわすために必要な軌跡が実現されるようにする。衝突が回避できない場合には、自動的な非常ブレーキングを実施することができる。ドライバーはクリチカルな状況に関して警告されかつ通報される。可逆的な乗員保護手段がトリガされる。可逆的（ブレーキアシストおよびベルトテンショナー）および非可逆的な乗員保護手段（エアバッグ）は再パラメータ化される。
【００３１】
周辺センソトロニーク１０（例えばビデオ、レーダ、ライダー、超音波および／または純赤外線センサが含まれている）から第１および第２のモジュール１４，１６に、妨害物の相対速度、距離、拡がりなどのような量が供給される。例えば操舵角、制動操作、ヨーレートなどを検出する車両状態センソトロニーク１２はモジュール１４および１６に相応の量を供給する。これらの量からモジュール１４もしくは１６は制動による減速および横方向加速度に関して予め定めた値を考慮して、それを下回ると制動だけもしくは操舵だけでは衝突の回避はもはや可能でなくなる距離値を計算する。適当な車両モデルに基づいて、最後の可能な制動および最後の可能な操舵操作に対する妨害物までの距離を、モデルを走行安定性限界で２つの操作に対して動かすことによって比較的簡単に突き止めることができる。その際モデルの複雑さが２つの計算される距離のＱに対して決定的な影響を与える。最も簡単な場合このことは、車両と走行路との間の摩擦係数過大推定および質量点モデルにより行うことができる。１ｇの最大伝達可能な加速度から出発すると、最後の可能な距離は妨害物幅をｑとして運動方程式に基づいて非常に簡単に計算される（Ｖ_Ｅｇｏ＝自車の速度、Ｖ_{Ｈｉｎｄｅｒｎｉｓ}＝妨害物の速度、Δχ＝最後の可能な距離）：
【００３２】
【数１】

【００３３】
それからその時点での距離と比較することによって、衝突は制動だけもしくは操舵だけでは回避できないことが識別される。
【００３４】
制動だけでも操舵だけでも衝突を回避することができないことが識別されると、モジュール１８において距離、相対速度、予め定めた減速度および横方向加速度に基づいて衝突回避ストラテジーが求められる。車両および妨害物運動に対する質量点モデルから出発して、極値問題は次のように表される：
【００３５】
【数２】

【００３６】
時間ｔが消去され、その結果関数Δｘ＝ｆ（ａｘ，ａｙ）が得られる。それからこの関数の最小値が妨害物に対して長手方向にある最初の、まさにまだ衝突回避できる距離を供給し、ひいては横方向および長手方向加速度ａｘ，ａｙに対する解析的な解に行き当たる。実際の車両の振る舞いを考慮するために、計算された解がより詳細化された車両モデルに基づいて相応に修正されかつ最適化される。それから横方向および長手方向加速度の既知の経過特性から、対応する操舵および制動介入操作が突き止められる。その場合適当なストラテジーは少なくとも、計算された特性経過内での制動介入操作であり、必要に応じて対応する操舵介入操作で支援されている。
【００３７】
次のステップ２０において計算されたブレーキング（減速）が実施される。このことは、例えば減速度調整回路の枠内におけるブレーキ装置の意図した制御により行われる。ブレーキングに付加的に、ドライバーに対する光学的、音響的および／または触覚的なシグナリング２２、既存の乗員保護システム２４への介入操作、例えば駆動モーメントを低減するための機関制御部２６への介入操作および／または非常ブレーキの操作開始もしくはブレーキアシスト２８の再パラメータ化が行われる。更に付加的にまたは択一的に、ステップ３０におけるドライバーの妨害物をかわそうという意志を求め（例えば操舵角に基づいて）かつそれに依存してドライバー介入操作を強めるために操舵アクチュエータ３２をドライブ制御するようにすることができる。
【００３８】
図４には上で説明した仕方を実施するための装置が示されている。その際入力構成要素５６に周辺センサ５２ないし５４の信号が供給される制御ユニット５０が設けられている。これらのセンサは形態に応じて１つまたは複数のセンサ、例えばビデオ、レーダ、超音波センサである。制御ユニット５０は実質的に入力構成要素５６、計算機５８および出力構成要素５８から成っている。これらの構成要素はバスシステムを用いて相互に接続されている。出力構成要素を介してアクチュエータ６２ないし６４、例えばブレーキおよび／またはハンドル部がドライブ制御される。上で説明したプログラムは計算機５８において実行され、上に述べた入力および出力信号は構成要素５６および６０を介して導かれる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】妨害物に接近というシナリオでの、種々の運転ストラテジーの運転軌の略図
【図２】種々のストラテジーにより衝突を回避することができる、妨害物に対する距離の略図
【図３】シーケンスの略図
【図４】図３のシーケンスを実施する装置のブロック図

Claims (8)

1. 車両（１）のドライバーが操舵操作によって妨害物（３）を回避しようとする際に衝突を回避するかまたは衝突結果を軽くするための方法であって、
   少なくとも１つの周辺センサ（５２ないし５４）を用いて少なくとも１つの妨害物（３）を識別し、該妨害物（３）のデータを求め、
   ドライバーのハンドル操作に基づき妨害物を回避しようとする意図を識別し、
   前記妨害物（３）のデータと、車両（１）のデータとから、前記妨害物（３）との衝突が操舵だけまたはブレーキングだけで回避可能であるかを求め、
   前記妨害物（３）のデータと、前記車両（１）のデータと、車両（１）の長手方向加速度及び横方向加速度の時間的な経過特性とに基づいて計算されるドライバーの操舵操作による妨害物の回避を支援するために必要な車両減速度を求め、
   前記妨害物（３）のデータと、前記車両（１）のデータとに基づいて前記妨害物との衝突が操舵だけまたは制動だけでは回避できないと判断した場合であっても、前記のハンドル操作に基づきドライバーが妨害物を回避するという意図がないことを識別した場合には、
   前記求められた車両減速度に従い車両（１）のブレーキ装置を制御することによって車両（１）の減速を行って衝突結果を軽減する
   ことを特徴とする方法。
2. 前記データは妨害物（３）の運動パラメータまたは拡がりパラメータである
   請求項１記載の方法。
3. 車両（１）の前記データは該車両（１）の固有運動のデータである
   請求項１または２記載の方法。
4. 付加的に適当な操舵アクチュエータ（６２，６４）によりドライバーの操舵設定量を変更して、衝突回避に基づき妨害物を回避するためによりよい軌跡が実現されるようにする
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 付加的に自動的な非常ブレーキングを実施する
   請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 付加的にドライバーに、光学的、音響的または触覚的に通報または警告する
   請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 付加的に可逆的乗員保護システムの操作を行う
   請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 車両（１）のドライバーが操舵操作によって妨害物（３）を回避しようとする際に衝突を回避するかまたは衝突結果を軽くするための装置であって、
   少なくとも１つの周辺センサ（５２ないし５４）からの信号を受信し、該信号に基づいて妨害物（３）を識別し、該妨害物（３）のデータを求める制御ユニット（５０）を備えている形式のものにおいて、
   前記制御ユニット（５０）は、該制御ユニット（５０）がドライバーのハンドル操作に基づき妨害物を回避しようとする意図を識別し、
   前記妨害物（３）のデータと、車両（１）のデータとから前記妨害物（３）との衝突が操舵だけまたはブレーキングだけで回避可能であるかを求め、
   前記の妨害物（３）のデータと、車両（１）のデータと、車両（１）の長手方向加速度及び横方向加速度の時間的な経過特性とに基づいて計算されるドライバーの操舵操作による妨害物の回避を支援するために必要な車両減速度を求め、
   前記妨害物（３）のデータと、前記車両（１）のデータとに基づいて前記妨害物との衝突が操舵だけまたは制動だけでは回避できないと判断した場合であっても、前記のハンドル操作に基づきドライバーが妨害物を回避するという意図がないことを識別した場合には、前記計算した車両減速度に従い車両のブレーキ装置を制御することによって車両（１）の減速を行って衝突結果を軽減する少なくとも１つの制御信号を生成するように構成されている
   ことを特徴とする装置。

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