JP6011395B2 - 車両の運転支援装置 - Google Patents
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Description
通常、雨天等のように視認性が悪いときは、視認性が良好なときに比べて、乗員の障害物に対する反応時間が遅く(長く)なるため、より高いレベルの支援制御が行われている。
雨滴検出装置は、ウインドガラス外面の検知領域に雨滴が付着していない場合、投光された光がウインドガラスと外部空間との外側境界面から全反射されて受光素子(フォトダイオード)に受光される。一方、ウインドガラス外面の検知領域に雨滴が付着している場合、雨滴に対応した部分に投光された光の一部がウインドガラスとこれに付着した雨滴とを透過するため、投光された光のうちウインドガラスと雨滴とを透過しない光の反射光のみが受光素子に受光される。即ち、ウインドガラス外面に付着した雨滴量が少ない程、検出信号が大きくなり、ウインドガラス外面に付着した雨滴量が多い程、検出信号が小さくなるという特性に基づいて雨滴量を検出している。
しかし、特許文献1の車線逸脱防止制御装置では、雨滴の付着速度、雨滴径、雨滴輝度等のように雨滴の状態が多種存在するにも拘わらず、単純に乗員がワイパスイッチをオン操作したとき、雨天走行と判定し、雨天走行が検出されない場合に対して第1操舵力の比率を一様に増加させている。また、特許文献2の車両接近報知システムでは、雨滴検出センサを備え、特許文献1と同様に、雨天走行と判定された場合、一様に警報発生領域を低視認性用の広い領域に設定している。
それ故、乗員による車両周囲の障害物を認知して反応する認知反応時間が長くなる雨滴状態の場合、警報後に乗員が十分な認識反応時間を確保できないため、特許文献1,2の技術では、乗員の負担軽減が十分ではない虞がある。
乗員が進行方向を注視して走行しているとき、走行環境内の障害物について輪郭や色等の情報を取捨選択している。このとき、ウインドガラス外面に妨害刺激としての雨滴が付着した場合、雨滴に乗員の注意が引き付けられ、取捨選択処理が煩雑化する。この取捨選択処理が終了した後、乗員は障害物を抽出・認識し、適切な反応を行うものと推測される。
そこで、本発明者は、妨害刺激としての雨滴状態を変化させて、乗員が注視点の他に設定した目標刺激(障害物)を認識できる認知反応時間を検証する実験を行った。
図11に示すように、ディスプレイ50上に車両の進行方向に相当する乗員の注視点51(例えば、数字)を表示し、障害物に相当する目標刺激52(例えば、数字)を非定期的に表示し、雨滴に相当する円状の妨害刺激53を所定の条件で表示する。被験者は、注視点51を注視し、目標刺激52を認識した時点で、押し釦54を押し、目標刺激52の表示から押し釦54が操作されるまでの反応時間を計測した。
第1の検証実験は、雨滴の付着速度(個/sec)の影響を検証するため、妨害刺激53の表示速度(0,6.7,20.0)を変化させている。尚、妨害刺激53のサイズ及び輝度は一定である。
第3の検証実験は、雨滴輝度と外部輝度とのコントラストの影響を検証するため、妨害刺激53の輝度と背景の輝度とのコントラスト(0,0.2,1.0)を変化させている。尚、コントラストは妨害刺激53と背景との輝度差であり、妨害刺激53の表示速度及び表示サイズは一定である。
第4の検証実験は、雨滴による突然の出現と継続的な存在との影響を検証するため、妨害刺激53の面積率(0,0.3,1.1)を変化させ、夫々の面積率において妨害刺激53の間欠表示と継続表示を行なっている。尚、面積率(%)はディスプレイ50に対する妨害刺激53の占有率であり、妨害刺激53の表示サイズ及び輝度は一定である。
図13に示すように、妨害刺激53の表示速度及び輝度が一定の場合、妨害刺激53の表示サイズが大きい程、被験者の反応時間が遅いことが認識された。
図14に示すように、妨害刺激53の表示速度及び表示サイズが一定の場合、妨害刺激53のコントラストが大きい程、被験者の反応時間が遅いことが認識された。
図15に示すように、妨害刺激53の表示サイズ及び輝度が一定の場合、妨害刺激53の突然の出現よりも継続的な存在の方が、被験者の反応時間が遅いことが認識された。
即ち、ウインドガラス外面に付着する雨滴の状態は、乗員が車両を運転する上で、障害物等に対する認知反応時間を遅くする要因の1つであることを知見した。
また、雨滴の付着速度をパラメータにしているため、乗員の認知反応時間に影響を与える雨滴状態を一層精度よく検出することができる。
しかも、雨滴量を検出可能な汎用の雨滴検出装置であっても、乗員の認知反応時間に大きな影響を与える雨滴の付着速度に応じた認知反応時間の標準値に対する遅延時間を推定することができ、雨滴の付着速度に相当するウインドガラス外面に付着した雨滴の付着率の変化量が大きい程、警報タイミングを早くするため、雨滴の付着速度に応じた警報タイミングを設定することができる。
図1,図2に示すように、本実施例では、フロントウインドガラス(以下、ウインドガラスという)1の外面に付着した雨滴の雨滴状態を検出可能なレインセンサ2(雨滴検出装置)と、乗員に警報を出力可能な運転支援装置3等を備えた自車両Vを例として説明する。
図2に示すように、自動車Vは、ボディコントロールモジュール(Body Control Module:以下、BCMという)4と、エンジンコントロールモジュール(Engine Control Module:以下、ECMという)5と、ブレーキ制御機構6と、ヘッドライト制御機構(Adaptive Front-Lighting System:以下、AFSという)7と、報知機構8と、プリテンショナ機構9等を備え、これら各制御機構4〜9はCAN(Controller Area Network)10によって相互に送受信可能に接続されている。
マイコン12は、制御処理や演算処理を行うCPUと、各種プログラムや制御係数等の各種データを保存するための読み取り専用メモリ(ROM)と、ECM5や複数のセンサ等から出力された各種データを書き込み可能なメモリ(RAM)と、電源回路等を含んで構成され(何れも図示略)、後述するマイコン30から出力された制御信号を変換し、ワイパ装置11へ送信する。
AFS7は、傾動可能に形成されたヘッドライト14の向きをハンドル舵角や自車両Vの車速に基づいて走行中の自車両Vの進行方向に適合した方向へ変更可能に構成されている。
プリテンショナ機構9は、第1シートベルトプリテンショナ9aと第2シートベルトプリテンショナ9bとを備えている。第1シートベルトプリテンショナ9aは、乗員の衝突回避操作に影響しない程度に電動モータ(図示略)によってシートベルト(図示略)を引き込むように構成され、第2シートベルトプリテンショナ9bは、火薬等のインフレータ(図示略)によって乗員を強い拘束力で拘束するように構成されている。
各制御機構4〜9や各種センサから出力された通信信号は、フレームのデータフィールドに格納されてCANバス10aを介して夫々の送信先へ送信される。
図1〜図3に示すように、レインセンサ2は、ルームミラーの前方且つウインドガラス1の外面上端部分に設定された雨滴検出領域に対向した位置に着脱可能に装備されている。このレインセンサ2は、複数組(例えば、4組)の雨滴検出手段20と、マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)30等を備えている。
投光部制御部23は、マイコン30からの制御信号に基づいて投光部22の作動タイミングや赤外線αの照射量(強度)等を制御可能に構成されている。
図5に示すように、平行光レンズ24は、投光部22側の面が凸状且つウインドガラス1側の面が平面状に形成され、投光部22から照射された赤外線αの進行方向を拡散方向から平行方向に変更している。この平行光レンズ24は、ウインドガラス1外面に雨滴Wが付着していないとき、赤外線αがウインドガラス1の外側境界面から全反射されるように傾斜角度等が設定されている。
図5に示すように、ウインドガラス1の親水特性と重力との影響によって雨滴Wは扁平状に形成されている。
平行光レンズ24は、投光部22から照射された赤外線αがウインドガラス1と外部空間との平面状外側境界面から全反射するように傾斜角度等が設定されているため、ウインドガラス1の外側面に雨滴Wが付着していない部分では、投光部22から照射された赤外線αはウインドガラス1を透過することなくウインドガラス1の外側境界面から全反射される。また、雨滴Wが滴下してウインドガラス1の外側面に扁平状の雨滴Wが付着している部分では、投光部22から照射された赤外線αのうち、一部の赤外線α1がウインドガラス1と雨滴Wを透過するため、残りの赤外線α2(α−α1)が雨滴Wと外部空間との外側境界面から反射される。これにより、雨滴検出手段20は、ウインドガラス1又は雨滴Wの外側面からの反射光である赤外線α又はα2の反射光量を検出する。
マイコン30は、雨滴検出手段20で検出された赤外線α又はα2の反射光量に基づいてウインドガラス1の外側面に付着した雨滴量を検出している。
図3に示すように、マイコン30は、雨滴検出処理部31と、雨滴状態検出部32と、オートワイパ判断部33と、ワイパ制御部34等を備えた制御基盤によって構成されている。
図6に示すように、ウインドガラス1への雨滴Wの付着率は出力xと比例関係が成立しているため、この相関関係に基づいて、雨滴状態検出部32では、雨滴検出処理部31で設定された出力xを付着率X(%)に変換している。
ここで、出力xから変換された雨滴検出手段20の付着率Xは、ウインドガラス1に付着した雨滴Wが存在しないとき、付着率0%に設定され、ウインドガラス1の全面に雨滴Wが付着したとき、付着率100%になるように設定される。
尚、図6において、所定雨滴付着率(例えば、1.0%)以下では、雨滴検出手段20の検出精度の関係上、出力xが出力されない。
オートワイパ判断部33は、ユーザーがワイパスイッチを操作してオートモード制御が選択されたか否かを判定する。
運転支援装置3は、自車両Vと障害物との衝突を予測して警報やブレーキ制御を行うプリクラッシュ・ブレーキ機能と、自車両Vと障害物との衝突前に警報やシートベルトを巻き取るプリクラッシュ・テンショナ機能とを実行可能に構成されている。
図4に示すように、この運転支援装置3は、ECU40と、レインセンサ2と、BCM4と、ブレーキ制御機構6、報知機構8と、プリテンショナ機構9と、ミリ波レーダ13等を備えている。
遅延時間推定部42では、雨滴状態検出部32によって検出された雨滴の変化量dXをBCM4を介して受信し、この変化量dXをパラメータとして遅延時間マップMを参照することにより雨滴付着速度に応じた遅延時間ΔTを推定している。
認知反応時間Tは、次式(1)によって表すことができる。
T=T1+ΔT …(1)
作動機器制御部43は、障害物を検出したとき、障害物との離隔距離と相対速度とに基づき、自車両Vが現行の走行状態を維持した場合、障害物と衝突すると予想される時間(危険レベル)に応じて第1,第2報知タイミングW1,W2と、衝突判断タイミングW3とを設定している。
第1報知タイミングW1は、次式(2)によって表すことができる。
W1=2.5×T …(2)
自車両Vが第2報知タイミングW2に相当する距離まで障害物に接近したとき、作動機器制御部43は、報知機構8を作動させて第2報知タイミングW2に達したことを報知しつつ、シートベルトをリトラクタ(図示略)に引き込んで乗員を所定の張力(衝突回避操作に影響しない程度)で拘束するように第1シートベルトプリテンショナ9aを作動させる。同時に、作動機器制御部43は、比較的弱い、運転者に注意を促すための一次ブレーキをかけるようにブレーキ制御機構6を作動させる。これらの警報、第1シートベルトプリテンショナ9aの作動、一次ブレーキが第2報知機能である。
第2報知タイミングW2は、次式(3)によって表すことができる。
W2=1.25×T …(3)
自車両Vが第3報知タイミングW3に相当する距離まで障害物に接近したとき、作動機器制御部43は、報知機構8を作動させて衝突判断タイミングW3に達したことを報知しつつ、シートベルトを第1シートベルトプリテンショナ9aよりも更に強い拘束力で拘束するように第2シートベルトプリテンショナ9bを作動させる。同時に、作動機器制御部43は、一次ブレーキよりも強い、急制動するための二次ブレーキをかけるようにブレーキ制御機構6を作動させる。これらの警報、第2シートベルトプリテンショナ9bの作動、二次ブレーキが乗員保護機能である。
衝突判断タイミングW3は、次式(4)によって表すことができる。
W3=1.1×T …(4)
まず、ミリ波レーダ13によって、自車両Vの前方の障害物の離間距離とこの離間距離を時間微分した相対速度とを検出することによって、自車両Vの前方に障害物が検知されたか否か判定する(S1)。S1の判定の結果、障害物が検知された場合、レインセンサ2により雨滴が検出されたか否か判定する(S2)。S1の判定の結果、障害物が検知されない場合、自車両Vの前方の障害物検知を繰り返す。
S4では、予め設定されている標準値T1に対してS3で推定した遅延時間ΔTを加算して現時点(最新)の認知反応時間Tを決定する。
S2の判定の結果、雨滴が検知されなかった場合、S5に移行し、予め設定されている標準値T1を現時点の認知反応時間Tに決定する。
S7では、現在、自車両Vが第1報知タイミングW1に達したか否かを判定する。S7の判定の結果、自車両Vが第1報知タイミングW1に達している場合、乗員に注意を促すために報知機構8によって第1報知機能を実行し(S8)、S9に移行する。S7の判定の結果、自車両Vが第1報知タイミングW1に達していない場合、S8で開始した報知機構8による第1報知機能を停止し(S13)、リターンする。
この運転支援装置3によれば、乗員の認知反応時間Tに影響を与える雨滴の状態を精度よく検出することができるため、雨滴の付着速度に相当する変化量dXに応じた認知反応時間Tの標準値T1に対する遅延時間ΔTを推定することができ、この遅延時間ΔTに基づいたタイミングで乗員に警報することができる。これにより、乗員による障害物回避動作等を支援することができ、走行時の乗員の運転負担を軽減することができる。
実施例1では、雨滴の付着速度(変化量dX)をパラメータとして雨滴状態を設定したが、実施例2では、雨滴の付着速度と雨滴径rのうちの少なくとも1つをパラメータとして雨滴状態を設定している。
マイコン30Aは、雨滴検出処理部31と、雨滴状態検出部32と、オートワイパ判断部33と、ワイパ制御部34と、画像処理部35と、雨滴径測定部36等を備えた制御基盤によって構成されている。
デジタル画像信号は、撮像された画像の特徴量を強調するために、フィルタリング処理が施された後、輝度に関する所定の閾値に基づいて二値化処理が行われる。
二値化処理された画像に対して水平走査法或いは垂直走査法を適用し、雨滴の境界候補点である雨滴境界部分に対応した画素を複数抽出し、これらの画素と複数サイズの雨滴に対応したテンプレートとの照合によって検知された雨滴の雨滴径rを測定する。
尚、雨滴境界部分に対応した複数の画素を結んで近似曲線を演算し、雨滴を判定することによりその雨滴径rを測定しても良い。
遅延時間推定部42Aには、雨滴付着速度に相当する変化量dXと遅延時間ΔTとの相関関係が規定された遅延時間マップMと、雨滴径rと遅延時間ΔT1との相関関係が規定された遅延時間マップM1とが格納されている。図10に示すように、この遅延時間マップM1は、雨滴径rが大きい程、遅延時間ΔT1が大きくなる特性を有している。
1〕前記実施例においては、雨滴の状態として雨滴の付着速度や雨滴径によって遅延時間を設定した例を説明したが、雨滴輝度と外部輝度とのコントラストや雨滴が突然出現したか継続的に存在するか否かによる雨滴状態によって遅延時間を設定しても良い。
雨滴輝度と外部輝度とのコントラストによって遅延時間を設定する場合、CCDカメラから受信したデジタル画像信号に基づいて、横軸が輝度値(濃淡値)、縦軸が頻度(累積画素数)とした輝度ヒストグラムを作成する。この輝度ヒストグラムに形成された山状の集合のピーク同士の離隔距離をパラメータとした遅延時間マップを準備し、この遅延時間マップを用いて遅延時間を推定する。
そして、前記実施例のように、雨滴の付着速度や雨滴径の遅延時間に加え、雨滴輝度と外部輝度とのコントラストの遅延時間を夫々推定し、これらの3つの雨滴状態に基づく遅延時間のうち、最も大きい遅延時間を用いて警報を出力することも可能である。
2,2A レインセンサ
3,3A 運転支援装置
8 報知機構
42,42A 遅延時間推定部
43 作動機器制御部
T 認知反応時間
T1 (認知反応時間の)標準値
ΔT,ΔT1 遅延時間
V 自車両
Claims (2)
- 自車両の周囲情報に基づき乗員に警報を出力する車両の運転支援装置において、
ウインドガラス外面に付着した雨滴と外部空間との外側境界面から反射された反射光を受光可能な受光部により検出された反射光量に基づいて前記ウインドガラス外面に付着した雨滴状態を検出可能な雨滴検出装置と、
自車両周囲の障害物を認知して反応する認知反応時間の標準値に対する遅延時間を前記雨滴状態に基づいて推定する遅延時間推定手段と、
前記遅延時間推定手段によって推定された遅延時間に基づいて警報を出力する警報タイミングを制御するタイミング制御手段とを備え、
前記雨滴状態が、雨滴の付着速度をパラメータとして設定され、
前記雨滴の付着速度に相当するウインドガラス外面に付着した雨滴の付着率の変化量が大きい程、前記警報タイミングを早くすることを特徴とする車両の運転支援装置。 - 前記警報は、自車両周囲の障害物と自車両との離間距離に応じて出力される警報であることを特徴とする請求項1に記載の車両の運転支援装置。
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