JP5417832B2 - 車両用運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は車両用運転支援装置に関し、さらに詳しくは、後続車両による追突の危険性を緩和することができる車両用運転支援装置に関する。

従来、車両用運転支援装置として、先行車と後方障害物に挟まれてどちらかに接触する危険がある場合に、自車が先行車と後方障害物の両方に接触すると仮定した際に自車が受ける接触エネルギーの和を最小にするように制動調整を行う装置に関する発明が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１６０２０５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている発明では、自車が先行車と後方障害物の両方に接触すると仮定した場合に、自車が受ける接触エネルギーが小さい車速になるように制動制御量を決定している。つまり、このような従来の装置は、被害最小接触のための制動制御を行うものである。この制御方法は、実際に自車が接触する場合には有効な手法となりえるが、回避のための制動制御ではないため、自車制動のかけ方によっては接触を回避できる確率が高い場合であっても、被害最小接触を行おうとする問題点がある。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、自車の制動によって後方障害物との追突危険性がある場合に、後方障害物に制動操作を働きかけるような自車制動を行い、追突危険性を緩和することができる車両用運転支援装置を提供することにある。

そこで、本発明の特徴は、車両用運転支援装置であって、自車が制動を行う場面か否かを判断する制動必要性判別手段と、自車の運動状態を検出する自車状態検出手段と、自車の後方を走行する車両を検出する後続車検出手段と、制動必要性判別手段によって自車が制動を行う必要性があると判断したときに、自車と後続車の情報に基づいて、後続車と接触せずかつ後続車の制動特性を考慮した自車制動を実現する自車制動力決定手段と、を備え、自車制動力決定手段は、自車の現在の減速度Ｖ’ｖが当該自車の前方障害物との接触を回避するために必要であるとして仮に設定された最小制動基準量ａ _ｍｉｎ 以上である場合には、さらに、自車の制動運動に伴って制動する後続車の制動までの反応時間Ｔａｃに後続車が一定減速をすると仮定した場合に反応時間Ｔａｃ後における後続車に必要な最低減速度ａ _Ｒ を算出し、自車制動力決定手段は、最低減速度ａ _Ｒ が制動の余裕があるとみなされる見なされる減速度基準ａ _ｔｈ 以下である場合には自車制動を行わず、最低減速度ａ _Ｒ が減速度基準ａ _ｔｈ よりも大きい値である場合には、仮置きしたａ _ｍｉｎ を自車の減速度の目標指令値として自車制動を実現し、自車制動力決定手段は、少なくとも自車と後続車との間の相対位置、相対速度、自車がかけようとする制動力のいずれか一つに基づいて算出される、少なくとも後続車の制動までの反応時間と後続車の制動量のいずれか一つである後続車の制動特性を表現する後続車モデルを備え、後続車モデルは、少なくとも自車又は後続車の車種、路面状態、後続車絶対速度のいずれかをパラメータとして用いられることを特徴とする。

制動必要性判別手段は、後方を走行する車両の慣性が大きい場合には、減速度基準ａ _ｔｈ を低く設定することができる。

また、本発明では、制動必要性判別手段は、後方を走行する車両の制動性能が高い場合には、減速度基準ａ _ｔｈ を高く設定することができる。

さらに、制動必要性判別手段は、後方を走行する車両の制動性能が高い場合には、減速度基準ａ _ｔｈ を高く設定することができる。

また、本発明では、自車制動力決定手段は、最低減速度ａ _Ｒ が減速度基準ａ _ｔｈ よりも大きい場合には、仮に設定した最小制動基準量ａ _ｍｉｎ よりも大きい減速度ａ _ｍｉｎ −Δａを再度仮に設定して最低減速度ａ _Ｒ を再度算出し、最低減速度ａ _Ｒ が減速度基準ａ _ｔｈ よりも大きくなったときのＮ回目の、ａ _ｍｉｎ −Δａ・Ｎを自車の減速度の目標指令値として自車制動を実現することができる。

さらに、自車制動力決定手段は、所定の時間間隔ごとに新たに取得した自車、後続車および前方の環境の情報に基づいて、制動力範囲の逐次演算の結果に基づいて、現時点における自車の制動量を決定する構成としてもよい。

本発明によれば、自車の制動によって後方障害物との追突危険性がある場合に、後方障害物に制動操作を働きかけるような自車制動を行い、後方障害物に早い段階で制動を促すことで、追突危険性を緩和することができる。特に、本発明は、後続車の制動特性を表す後続車モデルに基づいて自車の制動力を決定する構成とすることにより、後続車への制動操作の働きかけを効果的に行うことができる。

また、本発明によれば、後方障害物の重要な制動特性である制動反応時間か制動量の少なくとも一つ以上を算出する構成とすることで、自車制動による後方障害物の動き予測の精度を向上させることができる。

さらに、本発明によれば、後続車の重要な制動特性である制動反応時間と制動量を算出する構成とすることにより、自車制動による後続車の動き予測の精度を向上させることができる。

また、本発明によれば、後方障害物や後方障害物走行状態に応じて後方障害物制動特性を変化させる構成とすることにより、自車との相対位置や速度だけでは表せないような細かい特性も表現することができる。

さらに、本発明によれば、自車前方の環境から自車が制動を行う必要性を判断する構成のため、自車の緊急度に応じて後方障害物への働きかけを変更することができる。

また、本発明によれば、自車、後方障害物、前方環境等の最新の情報に基づいて自車制動量の更新を行う構成とすることにより、後方障害物制動量の見積もり不足や環境の変化にも適宜対応することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る車両用運転支援装置を説明する。なお、図１〜図５は、本発明の実施の形態に係る車両用運転支援装置を示している。

図１は、本実施の形態に係る車両用運転支援装置と、車両用運転支援装置に必要な装置構成を示した配置図である。

図１において、車両１の車室内前部には前方に向けて２台のステレオカメラ２が配置されている。これらのカメラ２は、前方障害物や前方の道路環境を検出するようになっている。このように２台のステレオカメラ２を配置することにより、前方物体との相対速度、相対距離を検出することができる。

車両１の後部には、後方に向けてミリ波レーダ３が取り付けられている。このミリ波レーダ３から出射したミリ波の反射波を利用して後方障害物との相対速度、相対距離を検出することができる。

ロータリエンコーダ４は、各輪のホイール回転に応じて発生するパルス信号から各輪の回転数を検出し、自車進行方向の速度や各輪スリップ率算出の際に使用する。

加速度センサ５は、圧電素子等を用いて構成される公知のデバイスを利用して車両に発生する特定方向の加速度を検出する。ここでは車両１の縦方向に発生する加速度を検出する構成を想定する。

マイクロプロセッサ６は、Ａ／Ｄ変換回路、Ｄ／Ａ変換回路、中央演算処理装置、メモリ等から構成される集積回路であり、メモリに格納されたプログラムに従って、各種センサで検出した信号の処理情報に基づき、本発明の運転支援アルゴリズムを演算し、その演算結果をブレーキコントローラ７に伝達する。ブレーキコントローラ７は、制御演算のためのマイクロプロセッサ６とアクチュエータ駆動の昇圧回路から構成され、マイクロプロセッサ６から出力される制動トルク信号を指令値として、ブレーキアクチュエータ８を操作する。ブレーキアクチュエータ８は、ブレーキコントローラ７からの出力信号に応じて各輪の制駆動力を調整することで、各輪制動系を自動かつ独立に動かせる役割を担う。

図２は、図１に示した装置構成を機能ブロック別にまとめて表現したブロック図である。まず、自車の運動状態を表す情報は自車状態検出手段として、車輪速センサや加速度センサ５からの検出信号を統合的に処理することで得られる。また、前方環境認識手段として、自車の前方に存在する前方障害物の相対的な位置と速度を検出する方法は、車両前方に設置されたステレオカメラ２を、後方障害物検出手段(後続車検出手段)として自車の後方を走行する後方障害物の相対的な位置と速度を検出する方法は、車両後方に設置された各々のミリ波レーダ３を使用する。

マイクロプロセッサには、これらセンサ情報の処理機能に加えて、自車が制動を行うべきか否かを判断するための自車制動必要性判別手段９と、自車が前方障害物に接触せずかつ後方障害物に追突されないような自車制動力を決定する自車制動力決定手段１０を有する。

この自車制動必要性判別手段９は、前方障害物との接近度合いに応じて制動の必要性を決定する。また、自車制動力決定手段１０は、自車制動必要性判別手段９から制動を行う必要があると判断された時に、後方障害物との接近度合い等に基づき、後方障害物の制動特性を考慮した効果的な自車制動量を決定する。

この制動量算出結果に基づき、車両に搭載されたブレーキアクチュエータ８を駆動することで、自車制動力決定手段１０から出力された時系列操作量をドライバーに実現させる。本実施の形態では、制動系での介入操作を行うことを想定し、ロータリエンコーダ４、ブレーキコントローラ７、ブレーキアクチュエータ８から構成されている。制動系の制御システムは、公知の技術を使用することが可能であるためその説明は省略する。

以下に、マイクロプロセッサ６における演算手順について、図３に示したフローチャートに基づいて説明する。また、本実施の形態に具体性を持たせるため、図４に示す場面を想定して各処理内容の説明を行う。図４は、片側１車線の直線道路上を自車が走行しており、自車の前方と後方に移動障害物が存在している。図４に示す状態では、それぞれ道路に沿って同じ方向に移動しているが、前方障害物の減速に伴い、自車は回避操作を行う必要があるものとする。

まず、ステレオカメラ２、ミリ波レーダ３、そして各センサからの検出信号を読み込み、その信号情報をマイクロプロセッサ６内の図示しないメモリ上に格納する。そして、自車、前方障害物、後方障害物の情報を、統一された座標値に対応づけて運動状態の記述をするために、ステレオカメラ２から撮像されたイメージから座標系を確定する（ステップＳ１）。本実施の形態では、図４に示すように、道路の進行方向にＸ軸を、Ｘ軸と垂直方向にＹ軸を設定する。また、座標原点は自車の現在値をＸ座標の原点、道路の中心をＹ座
標の原点に設定することにする。

このように設定された座標上に、自車重心点の位置情報を（Ｘｖ，Ｙｖ）前方障害物、後方障害物の位置情報はステレオカメラ２、ミリ波レーダ３の情報に基づいて算出し、それぞれ（Ｘ_Ｆ，Ｙ_Ｆ）（Ｘ_Ｒ，Ｙ_Ｒ）と表記する。また、カメラ画像の情報から道路境界を検出し、道路左境界のＹ座標をｙ_Ｌ、道路右境界のＹ座標をｙ_Ｒと表記する。そして、確定された座標系における各々の移動速度、移動減速度を算出する。

本実施の形態では、自車、各障害物共にＸ軸方向に進行しているため、自車速度はロータリエンコーダ４から（Ｖ_Ｖ，０）、そして前方障害物、後方障害物の速度は前回取得した各絶対位置情報との差分から、（Ｖ_Ｆ，０）、（Ｖ_Ｒ，０）とする。そして、前方障害物は減速しているため、（Ｖ_Ｆ，０）の時間変化情報に基づいて減速度Ｖ’_Ｆを算出する。また、自車の減速度は車載された加速度センサから取得される。

次に、前方障害物を操舵で避けるためのスペースが存在するか否かの判断を行う（ステップＳ２）。まず、カメラ画像から、前方障害物と左右道路境界との間の距離Ｄ_Ｒ，Ｄ_Ｌを検出し、自車の横幅以上の値で設定されるパラメータΔ_Ｄとの比較を行う。
Ｄ_Ｒ＞Δ_Ｄ、Ｄ_Ｌ＞ΔＤ …… （１）
上記（１）式に示した条件のいずれかが成立する場合、操舵による回避スペースが前方に存在すると見なされ、例えば特開２００２−２９３２２６号公報に開示されるような操舵回避制御、または操舵回避支援装置に切り替える（ステップＳ３）。どちらも成立しない場合は制動による回避が必要となり、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、自車制動必要性判断手段９として自車前方の環境情報から減速の必要性があるか否かを判断し、減速の必要性がある場合は、どの程度減速する必要があるかを見積もる。今、（Ｘｖ，Ｙｖ）に位置しＸ軸方向にＶ_Ｖで走行している自車が、（Ｘ_Ｆ，Ｙ_Ｆ）に位置しＸ軸方向に速度Ｖ_Ｆ、減速度Ｖ’_Ｆで走行している前方障害物との接触を回避するためには、以下に示す減速度より大きい制動で減速を行う必要がある。
ａ_ｍｉｎ＝（Ｖｖ−Ｖ_Ｆ）^２／２（Ｘｖ−Ｘ_Ｆ）＋Ｖ’_Ｆ ……（２）
としてステップ４に進む。

ステップＳ５では、現在の自車減速度Ｖ’ｖを基に、以下に示す２つの判定を行う。まず、一つ目の判定は、自車が前方障害物に接触する可能性が高いか否かの判定で、ステップＳ４で算出した最小制動基準量ａ_ｍｉｎとの比較を行う。
Ｖ’ｖ＜ａ _ｍｉｎ …… （３）
上記（３）式を満たさない場合はステップＳ５を中断し、ステップＳ７へと進む。上記（３）式を満たす場合は、ステップＳ５の二つ目の判定（後方障害物の制動余裕高いか）において、自車の制動運動に伴い本装置が検知した後方障害物がどのような制動操作を行うかを見積もり、この見積もり結果に基づいて自車と後方障害物の追突危険度が高いか否かの判定を行う。ここで、主に見積もるものとして、本実施の形態では後方障害物の制動までの反応時間と、反応後の制動量を想定する。

まず、反応時間の見積もりに関する一例を説明する。一般的に、ドライバーは視覚情報に基づいて、先行車の制動に気づくものであり、その視覚情報例として、先行車の視覚的な大きさの変化が考えられる。この視覚的変化を基にブレーキタイミングを見積もる方法としてカメラ情報に基づいて算出された障害物の大きさ変化率という変数を使用して、ブレーキ操作までの反応時間を見積もる方法、例えば「Time-To-Collisionはブレーキタイ
ミングを決定するか（森田和元，大野督史，関根道昭，第4回ITSシンポジウム）」の中で扱われている方法を用いることができる。この反応時間を、Ｔａｃと表すことにする。

次に、後方障害物が上で算出した反応時間Ｔａｃ後に、ブレーキ操作の余裕度を見積もる。以下に見積もり方法例を示す。

まず、一つ目の方法は、Ｔａｃ秒後に後方障害物が一定減速をすると仮定して、最低どれほどの制動量が必要かを算出する。まず、自車はＶ’ｖで一定減速するとして、Ｔａｃ秒後の相対距離、相対速度は以下のように表される。
Ｄｒｅ＝（Ｘｖ−Ｘ_Ｒ）＋（Ｖ_Ｖ−Ｖ_Ｒ）・Ｔａｃ＋Ｖ’ｖＴ^２ａｃ／２ …… （４）
Ｖｒｅ＝（Ｖ_Ｖ−Ｖ_Ｒ）＋Ｖ’ｖＴａｃ …… （５）
上記２式（４）、（５）を使用して、後方障害物が必要とするＴａｃ秒後に一定減速すると仮定した際の、最低減速度ａ_Ｒを以下のように示す。
ａＲ＝Ｖ^２ｒｅ／２Ｄｒｅ−Ｖ’ｖ ……（６）
上記（６）式によって算出されたａ_Ｒを用いて、以下の判定を行う。
ａ_Ｒ≦ａ_ｔｈ …… （７）
ａ_ｔｈは、制動余裕があると見なされる減速度基準を表しており、ａ _Ｒ がこの値よりも小さい場合、Ｖ’ｖは後方障害物にとって余裕のある自車減速度であると見なされ、本装置での制動制御は行わず、ドライバー操作を優先する（ステップＳ６）。また、上記（７）式を満たさないのであれば、前方障害物を回避することは可能だが、後方障害物に追突される可能性があると見なし、ステップＳ７に進む。以上が後方障害物の制動量見積もり方法である。

ここで、ａ _ｔｈ は状況に応じて可変とすることができる。例えば、自車後方を撮像することが可能なカメラを自車に設置することで、後方障害物の種類を判別することができ、これによりトラックであれば慣性が大きく、急な制動を行えないのでａ _ｔｈ を低めに設定したり、スポーツカーであれば制動性能が高いのでａ _ｔｈ を高めに設定することができる。また走行路上の路面摩擦係数を推定する手段を搭載することで、乾いたアスファルト路のような路面摩擦係数が高いような場合であればａ _ｔｈ を高めに設定するなど、路面状態に応じて基準値を変えることができる。以上がステップＳ５での処理の説明である。

ステップＳ７では、後方障害物に追突される危険がより少ない自車減速度介入量を算出する。まず、自車減速度の目標指令値をステップＳ４で算出したａ_ｍｉｎとして仮置きする。そして、自車減速度をａ_ｍｉｎとしたときに、ステップＳ５で使用した後方障害物制動特性の見積もり方法と同じ処理を行う。このとき、上記（７）式または（９）式に示すような判定式を満たすのであれば、仮置きしたａ_ｍｉｎを自車減速度の目標指令値として制御を行う。また、判定式を満たさないのであれば、ａ_ｍｉｎよりもやや強めの減速度ａ_ｍｉｎ−Δａとして仮置きしなおし、再度判定を行う。ここで、Δａは正の値とする。これをＮ回繰り返したときに、自車減速度ａ_ｍｉｎ−Δａ・Ｎが初めて判定式を満たすときに、このａ_ｍｉｎ−Δａ・Ｎが後方障害物との接触可能性を抑えることができる自車減速度として決定する。

次に、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ステップＳ７で決定した自車目標減速度を制動力コントローラに出力する。この信号に基づいて制動力コントローラ内で各輪のブレーキ力を決定し、各輪に伝えて実際に車両制動制御を行う。この目標減速度に基づいた各輪制動制御に関してはブレーキ制御の公知の（例えば、特開２００７−５５５８３号公報）技術の使用を想定するため、本実施例での詳しい説明は省略する。

以上が、図３に示したマイクロプロセッサ内での処理の流れである。また、本実施の形態では、自車制動必要性判別手段が働いてから一定時間ごとに各センサ、カメラ、レーダの最新情報を取得し、この情報に基づいて前述した処理を行い、制動制御量の更新を行う。これにより、環境の急変化や後方障害物制動特性の見積もり不足を補うことができる。

また、本実施の形態では、ここでの自車制動必要性判別手段はステレオカメラを用いて前方障害物の減速動作を感知し、自車の制動必要性可否を判断していたが、カーナビゲーション等を用いて自車が走行する前方道路形状の情報を取得することができれば、図５にしめすようなカーブ路を減速して曲がるような場面や、交差点を減速して左折するような場面でも後方障害物の制動特性を考慮した自車制動量を決定することができる。

以下にカーブ路、交差点に適用する際の自車制動必要性判別手段の一例を示す。まず、カーブ路に適用する際は、カーナビゲーションによりカーブの曲率半径を取得し、そのカーブ情報や路面情報からカーブ進入に適した目標速度を算出する。ここでの算出方法の考えは、図６に示すように、曲率半径が小さいほど進入速度を小さくし、路面摩擦が小さいほど、進入速度が小さくなるものとする。この目標速度とカーブ進入位置、そして現在の自車位置と自車速度を用いて自車がかけるべき最小の減速度を算出する。このような方法で制動必要性判別手段を構成する。次に、交差点に適用する際は、自車のウインカー操作とカーナビゲーション情報から自車ドライバーが自車がどの交差点を曲がるのかを判断し、その交差点までの距離から自車がかけるべき最小の減速度を算出する。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、構成の要旨に付随する各種の設計変更が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施の形態に係る車両用運転支援装置を備えた車両の構成図である。 本発明の実施の形態に係る車両用運転支援装置のブロック図である。 本発明の実施の形態に係る車両用運転支援装置の処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る車両用運転支援装置を適用する状況を示す説明図である。 (Ａ)及び(Ｂ)は本発明の実施の形態に係る車両用運転支援装置の応用可能な状況を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係る車両用運転支援装置をカーブ路に適用する際の、自車制動量判定手段で使用する曲率半径と進入速度の関係を示す図である。

符号の説明

１ 車両
２ ステレオカメラ
３ ミリ波レーダ
４ ロータリエンコーダ
５ 加速度センサ
６ マイクロプロセッサ
７ ブレーキコントローラ
８ ブレーキアクチュエータ
９ 自車制動必要性判別手段
１０ 自車制動力決定手段

Claims (5)

1. 自車が制動を行う場面か否かを判断する制動必要性判別手段と、
   自車の運動状態を検出する自車状態検出手段と、
   自車の後方を走行する車両を検出する後続車検出手段と、
   前記制動必要性判別手段によって自車が制動を行う必要性があると判断したときに、自車と後続車の情報に基づいて、後続車と接触せずかつ後続車の制動特性を考慮した自車制動を実現する自車制動力決定手段と、
   を備え、
   前記自車制動力決定手段は、
   前記自車の現在の減速度Ｖ’ｖが当該自車の前方障害物との接触を回避するために必要であるとして仮に設定された最小制動基準量ａ_ｍｉｎ以上である場合には、さらに、前記自車の制動運動に伴って制動する前記後続車の制動までの反応時間Ｔａｃに前記後続車が一定減速をすると仮定した場合に前記反応時間Ｔａｃ後における前記後続車に必要な最低減速度ａ_Ｒを算出し、
   前記自車制動力決定手段は、前記最低減速度ａ_Ｒが制動の余裕があるとみなされる見なされる減速度基準ａ_ｔｈ以下である場合には前記自車制動を行わず、前記最低減速度ａ_Ｒが前記減速度基準ａ_ｔｈよりも大きい値である場合には、前記仮置きしたａ_ｍｉｎを前記自車の減速度の目標指令値として前記自車制動を実現し、
   前記自車制動力決定手段は、少なくとも自車と後続車との間の相対位置、相対速度、自車がかけようとする制動力のいずれか一つに基づいて算出される、少なくとも後続車の制動までの反応時間と後続車の制動量のいずれか一つである後続車の制動特性を表現する後続車モデルを備え、前記後続車モデルは、少なくとも自車又は後続車の車種、路面状態、後続車絶対速度のいずれかをパラメータとして用いられることを特徴とする車両用運転支援装置。
2. 前記制動必要性判別手段は、前記後方を走行する車両の慣性が大きい場合には、前記減速度基準ａ_ｔｈを低く設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用運転支援装置。
3. 前記制動必要性判別手段は、前記後方を走行する車両の制動性能が高い場合には、前記減速度基準ａ_ｔｈを高く設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用運転支援装置。
4. 前記自車制動力決定手段は、前記最低減速度ａ_Ｒが前記減速度基準ａ_ｔｈよりも大きい場合には、前記仮に設定した前記最小制動基準量ａ_ｍｉｎよりも大きい減速度ａ_ｍｉｎ−Δａを再度仮に設定して前記最低減速度ａ_Ｒを再度算出し、前記最低減速度ａ_Ｒが前記減速度基準ａ_ｔｈよりも大きくなったときのＮ回目の、前記ａ_ｍｉｎ−Δａ・Ｎを前記自車の減速度の目標指令値として前記自車制動を実現することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の車両用運転支援装置。
5. 前記自車制動力決定手段は、所定の時間間隔ごとに新たに取得した自車、後続車および前方の環境の情報に基づいて、制動力範囲の逐次演算の結果に基づいて、現時点における前記自車の制動量を決定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の車両用運転支援装置。

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