JP6131813B2 - 先行車選択装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車の前方を走行する車両（先行車）を選択する技術に関する。

車両を運転する運転者の操作負担を軽減する技術の一つとして、自車の前方を走行する車両（先行車）を検出し、先行車との車間を一定に保持するように車速等を制御して、自動的に追従させる車間制御装置が知られている。

この種の装置では、自車のヨーレートや車速に基づいて、自車が走行中の道路の推定カーブ半径を求めると共に、レーダ装置などによって、自車の前方に存在する車両の位置を検出する。そして、これら推定カーブ半径と前方車両の位置とに基づいて、検出した前方車両毎に、その車両が自車の推定進路上に存在する確率である自車線確率を求め、この自車線確率に従って先行車の選択，解除を行っている。

更に、ヨーレートの検出値がばらつくことにより、推定カーブ半径の演算結果もばらつくため、そのバラツキの影響を抑制するために、自車線確率にフィルタ演算を施すことが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３４２７８１５号公報

ところで、一端、先行車として選択された車両については、ノイズなどによって誤って選択が解除されることがないように安定性の高い選択が要求される。一方、先行車以外の車両である非先行車については、自車の前方に割り込んできた時に、これを速やかに検出できるよう応答性のよい選択が要求される。

これら、安定性や応答性は、フィルタ演算の特性によって実現することができるが、両者は相反する要求であるため、先行車および非先行車のいずれにも適したフィルタ演算を実行することが困難であるという問題があった。

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、先行車および非先行車のいずれにも適したフィルタ演算を実現する技術を提供することを目的とする。

本発明の先行車選択装置は、曲率推定手段と、物体位置検出手段と、瞬時確率算出手段と、フィルタ演算手段と、先行車選択手段と、フィルタ特性設定手段とを備える。
曲率推定手段は、自車が走行する走行路の曲率を推定する。物体位置検出手段は、自車の前方に存在する物体である前方物体を検出し、その前方物体毎に自車に対する相対位置を求める。瞬時確率算出手段は、曲率推定手段にて推定された推定曲率と物体位置検出手段で求められた相対位置とに基づいて、前方物体毎に、その前方物体が自車と同一車線上に存在する確率の瞬時値である自車線確率瞬時値を繰り返し求める。フィルタ演算手段は、瞬時確率算出手段にて算出された自車線確率瞬時値に対してフィルタ演算を施すことで自車線確率を求める。先行車選択手段は、フィルタ演算手段にて求められた自車線確率に基づいて先行車を選択する。そして、フィルタ特性設定手段は、前回の処理サイクルで先行車選択手段によって選択された先行車に対応づけられる前方物体が、該先行車以外に対応づけられる前方物体より、自車線確率瞬時値の影響が相対的に小さくなるようにフィルタ演算の特性を設定する。

このように構成された本発明の先行車選択装置によれば、先行車に対応づけられる前方物体については、自車線確率瞬時値が反映され難いフィルタ演算が行われるため、一端、先行車と判断されると、ノイズ等の影響で選択が解除され難い安定性に優れた処理が行われる。また、非先行車に対応づけられる前方物体については、自車線確率瞬時値が反映され易いフィルタ演算が行われるため、割込車両等を速やかに先行車として選択する応答性に優れた処理が行われる。つまり、先行車および非先行車のいずれにも適したフィルタ演算を実現することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

また、本発明は、前述した先行車選択装置の他、当該先行車選択装置を構成要素とするシステム、当該先行車選択装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させるためのプログラムなど、種々の形態で実現することができる。

車間制御システムの全体構成を示すブロック図である。 車間制御コントローラが実行する先行車選択処理のフローチャートである。 フィルタ定数設定処理の詳細を示すフローチャートである。 フィルタ定数の設定に用いるフィルタ定数テーブルの内容を示すグラフである。 フィルタの作用を示すグラフである。 フィルタ定数の設定状況を例示する説明図である。

以下に本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
＜全体構成＞
車間制御システム１は、自動車に搭載され、自車の前方を走行する車両（先行車）との車間距離を適切に保持するように車速を制御する装置である。

車間制御システム１は、図１に示すように、車間制御コントローラ４を中心に構成され、車両周辺の状況や車両の挙動や状態を検出するための各種センサからなるセンサ群２、車間制御コントローラ４への指示を入力するための各種スイッチからなるスイッチ群３、車間制御コントローラ４からの指令に従って各種制御を実行するＥＣＵ群５を備えている。

＜センサ群＞
センサ群２は、レーダセンサ２１、ヨーレートセンサ２２、車輪速度センサ２３、ステアリングセンサ２４を少なくとも含む。

レーダセンサ２１は、車両前方へレーザ光を所定角度の範囲でスキャンして出力すると共に、その反射光を検出し、レーザ光を反射した物体との間をレーザ光が往復するのに要した時間から物体までの距離を求めると共に、反射光を検出した時にレーザ光を照射した方向から物体が存在する方位を求める。なお、レーダセンサ２１は、レーザ光を利用するものに限らず、ミリ波帯またはマイクロ波帯の電波を利用するものや、超音波を利用するものの他、カメラ等を使用してもよい。

ヨーレートセンサ２２は、車両の旋回角速度（ヨーレート）に応じた信号を出力する。
車輪速度センサ２３は、左前輪、右前輪、左後輪および右後輪のそれぞれに取り付けられ、各車輪軸の回転に応じて所定角度毎にエッジが生じるパルス信号、即ち、車輪軸の回転速度に応じたパルス間隔を有するパルス信号を出力する。

ステアリングセンサ２４は、ハンドルの相対的な操舵角（操舵角の変化量）、あるいはハンドルの絶対的な操舵角（直進時の操舵位置を基準とした実際の操舵角）に応じた信号を出力する。

＜スイッチ群＞
スイッチ群３は、制御許可スイッチ３１、制御モード選択スイッチ３２を少なくとも含む。

制御許可スイッチ３１は、アダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ）の実行を許可するか否かを入力するためのスイッチである。ＡＣＣは、先行車が存在しない場合に、所定の設定速度で走行し、先行車が存在する場合に、所定の車間距離を保った追従走行を実行する周知の制御である。

制御モード選択スイッチ３２は、ＡＣＣの制御モードを選択するためのスイッチである。
＜ＥＣＵ群＞
ＥＣＵ群５は、エンジンＥＣＵ５１、ブレーキＥＣＵ５２、メータＥＣＵ５３を少なくとも含む。

エンジンＥＣＵ５１は、エンジンの始動／停止、燃料噴射量、点火時期等を制御する電子制御装置であって、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える。具体的には、エンジンＥＣＵ５１は、吸気管に設けられたスロットルを開閉するアクチュエータであるスロットルＡＣＴを、アクセルペダルの踏込量を検出するセンサの検出値に応じて制御する。また、エンジンＥＣＵ５１は、車間制御コントローラ４からの指示に従い、内燃機関の駆動力を増加減させるようにスロットルＡＣＴを制御する。

ブレーキＥＣＵ５２は、自車の制動を制御する電子制御装置であって、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備える。具体的には、ブレーキＥＣＵ５２は、ブレーキ液圧回路に設けられた増圧制御弁および減圧制御弁を開閉するアクチュエータであるブレーキＡＣＴを、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサの検出値に応じて制御する。また、ブレーキＥＣＵ５２は、車間制御コントローラ４からの指示に従い、自車の制動力を増減させるようにブレーキＡＣＴを制御する。

メータＥＣＵ５３、車間制御コントローラ４を含む車両各部からの指示に従って、車両に設けられたメータディスプレイの表示制御を行う電子制御装置であって、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭなどを備える。具体的には、メータＥＣＵ５３は、メータディスプレイに、車速やエンジンの回転数、車間制御コントローラが実行する制御の実行状態や制御モードを表示する。

＜車間制御コントローラ＞
車間制御コントローラ４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成されている。また、車間制御コントローラ４は、センサ群２から出力される信号を検出してデジタル値に変換する検出回路，Ａ／Ｄ変換回路、スイッチ群３からの入力を受け付ける入出力インターフェース（Ｉ／Ｏ）、ＥＣＵ群５との通信を行う通信回路などを備えている。これらのハードウェア構成は一般的なものであるので詳細な説明は省略する。

車間制御コントローラ４は、制御許可スイッチ３１によりＡＣＣが許可されると、先行車判定処理を周期的（例えば１００ｍｓ毎）に実行すると共に、その先行車判定処理での判定結果を用いて、制御モード選択スイッチによって選択された車間制御処理を実行する。

このうち、車間制御処理では、通常は、エンジンＥＣＵ５１に対してアクセル操作量を増減する指令を出力することによって車速を制御し、アクセル操作量で対応することができない場合に、ブレーキＥＣＵ５２に対して制動指令を出力することによって車速を制限する。また、これと共に、メータＥＣＵ５３に対して、ＡＣＣに関する各種表示情報や、所定の条件に適合した場合に警報を発生させるための指令を出力する。

＜先行車判定処理＞
ここで、車間制御コントローラ４が実行する先行車判定処理の内容を、図２に示すフローチャートに沿って説明する。

本処理が起動すると、まず、Ｓ１１０では、レーダセンサ２１で検出された距離・角度計測データを読み込む。
続くＳ１２０では、読み込んだ距離・角度計測データを、これらのデータによって表現される極座標系から直交座標系に変換し、その変換後のデータに基づき、自車の前方に存在する物体を認識する物体認識処理を実行する。この物体認識処理では、距離・角度計測データをクラスタリングし、クラスタ毎に物体の中心位置座標、自車に対する相対速度などを求める。ここで認識された物体を、以下では「物標」と呼ぶこととする。

続くＳ１３０では、ヨーレートセンサ２２にて検出されたヨーレートγと、車輪速度センサ２３での検出結果に基づいて算出された自車速Ｖに基づき、（１）式に従って、自車進行曲線のカーブ半径（曲率の逆数）である推定Ｒを算出する。

以下で説明するＳ１４０〜Ｓ１７０については、Ｓ１２０（物体認識処理）で得られた全ての物標について同じ処理を実行する。

Ｓ１４０では、物標の自車線確率瞬時値を算出する。自車線確率とは、物標が自車と同一レーンを走行している車両である確からしさを表すパラメータである。自車線確率瞬時値とは、今回の処理サイクルでの検出データに基づいて算出された瞬間的な自車線確率の値のことをいう。

この処理では、まず、Ｓ１２０で求められた物標の位置を、Ｓ１３０で算出された推定Ｒを用いて、自車が走行する走行路を直線路であると見なして換算した位置を求める。そして、物標の換算位置から、予め設定された自車線確率マップを用いて、自車線確率瞬時値を求める。なお、自車線確率マップは、換算された位置が自車の正面付近かつ近距離である場合に最も確率が高く、距離が離れているほど、自車の正面から横方向に外れるほど確率が低くなる傾向を有した周知のものである。この自車線確率マップは、例えば、特許文献１等に、その具体例が使い方と共に詳述されている。なお、自車線であるか否かを確率的に表現する理由は、ヨーレートから求められるカーブ曲率半径（推定Ｒ）と、実際のカーブ曲率半径との間に誤差が存在するからである。

続くＳ１５０では、自車から物標までの車間時間を演算する。この車間時間は、物標までの距離を自車速で除することによって求めることができる。
続くＳ１６０では、フィルタ定数を設定する処理を実行する。

この処理は、図３に示すように、まずＳ２１０では、着目する物標が、前回の処理サイクルで先行車と判定された物標に対応づけられたものであるか否かを判断する。Ｓ２１０で肯定判断した場合は、Ｓ２２０にて、予め設定された先行車用のフィルタ定数テーブルに基づき、車間時間からフィルタ定数αを設定する。一方、Ｓ２１０にて否定判断した場合は、Ｓ２３０にて、予め設定された非先行車用のフィルタ定数テーブルに基づき、車間時間からフィルタ定数αを設定する。

フィルタ定数テーブルは、図４に示すように、先行車用および非先行車用のいずれも、車間時間が近距離閾値Ｔａより小さい場合は、フィルタ定数が上限値となり、車間時間が遠距離閾値Ｔｂより大きい場合は下限値となり、車間時間が近距離閾値Ｔａ以上で遠距離閾値Ｔｂ以下の場合は車間時間が増大に比例して、上限値から下限値まで減少するように設定されている。但し、先行車用のフィルタ定数テーブルは、どの車間時間でも、非先行車用のフィルタ定数テーブルより、フィルタ定数αが小さな値となるように設定されている。

図２に戻り、続くＳ１７０では、Ｓ１６０で設定したフィルタ定数αを用い、（２）式を用いてフィルタ処理（フィルタ定数を加重値とした加重平均演算）を実行することによって、先行車の判定に使用する自車線確率を算出する。但し、求める自車線確率をＰ（ｔ）、前回の処理サイクルで求めた自車線確率をＰ（ｔ−１）、Ｓ１４０で求めた自車線確率瞬時値をＰｃで表すものとする。

つまり、フィルタ処理は、いわゆるローパスフィルタとして作用し、αが大きいほど、即ち、車間時間が短いほど、自車線確率瞬時値Ｐｃが自車線確率Ｐ（ｔ）に反映され易い、いわゆる軽い（応答性のよい）フィルタとなり、αが小さいほど、即ち、車間時間が長いほど、自車線確率瞬時値Ｐｃが自車線確率Ｐ（ｔ）に反映され難い、いわゆる重い（安定性の高い）フィルタとなる。また、図６に示すように、先行車に対応づけられた物標の自車線確率を演算する際には、安定性を重視した相対的に重いフィルタが用いられ、非先行車に対応づけられた物標の自車線確率を演算する際には、応答性を重視した相対的に軽いフィルタが用いられているとも言える。

続くＳ１８０では、Ｓ１７０にて算出された自車線確率Ｐ（ｔ）に基づき先行車を判定して、本処理を終了する。具体的には、例えば、自車線確率Ｐ（ｔ）が閾値（例えば５０％）以上の物標の中で、自車との距離が最小のものを先行車と判断する。

そして、車間制御コントローラ４は、この先行車判定処理によって先行車と判断した物標との距離や相対速度に従って、車間制御処理を実行し、ＥＣＵ群５に対して各種指令を出力する。

＜効果＞
以上説明したように、車間制御システム１では、先行車判定に使用する自車線確率Ｐ（ｔ）を算出する際に、自車線確率瞬時値Ｐｃに対して施すフィルタ演算を施しているため、図５に示すように、自車線確率瞬時値Ｐｃと比較して、自車線確率Ｐ（ｔ）の変動が抑制されるため、先行車判定の判定結果が頻繁に切り替わってしまうことを防止することができる。

また、フィルタの特性を、車間時間に応じて変化させ、車間時間が長い時にはフィルタを重くし、車間時間が短い時にはフィルタを軽くしている。このため、自車線確率が不安定になりやすい遠距離では、自車線確率を安定させることで、安定した先行車の選択を実現することができ、自車線確率が比較的安定している近距離では、応答性のよい先行車の選択を実現することができる。また、フィルタ特性を車間距離に応じて変化させる場合とは異なり、全車速に渡って（即ち、車速によらず）、ドライバの感覚に適合したタイミングで先行車を選択することができ、その適切なタイミングで選択される先行車を利用した車間制御をタイミングよく実現することができる。

更に、車間制御システム１では、前回の処理サイクルで先行車と判断されたものに対応づけられた物標（以下単に「先行車」という）と、それ以外の非先行車に対応づけられた物標（以下単に「非先行車」という）とで、使用するフィルタの特性を異ならせており、先行車には重いフィルタが適用され、非先行車は軽いフィルタが適用されている。このため、先行車については、ノイズや検出誤差などによって選択が解除されることを抑制することができ、非先行車については、割込時等に先行車であるか否かの判断を迅速に行うことができる。つまり、先行車および非先行車のいずれにも適したフィルタ演算を実現することができる。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（１）上記実施形態では、推定Ｒを、ヨーレートセンサによって検出されるヨーレートから算出しているが、ステアリングセンサによって検出される操舵角から算出するように構成してもよい。

（２）上記実施形態では、本発明を車間制御システムに適用した例を示したが、これに限るものではなく、先行車を設定し、先行車の状況または先行車と自車との間の相対的な状況に応じて何等かの制御を実行するものであれば、どのようなシステムに適用してもよい。

（３）本発明の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、一つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を一つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

１…車間制御システム ２…センサ群 ３…スイッチ群 ４…車間制御コントローラ ５…ＥＣＵ群 ２１…レーダセンサ ２２…ヨーレートセンサ ２３…車輪速度センサ ２４…ステアリングセンサ ３１…制御許可スイッチ ３２…制御モード選択スイッチ ５１…エンジンＥＣＵ ５２…ブレーキＥＣＵ ５３…メータＥＣＵ

Claims (1)

1. 自車が走行する走行路の曲率を推定する曲率推定手段（Ｓ１３０）と、
   自車の前方に存在する物体である前方物体を検出し、該前方物体毎に自車に対する相対位置を求める物体位置検出手段（Ｓ１２０）と、
   前記曲率推定手段にて推定された曲率と前記物体位置検出手段で求められた相対位置とに基づいて、前記前方物体毎に、該前方物体が自車と同一車線上に存在する確率の瞬時値である自車線確率瞬時値を繰り返し求める瞬時確率算出手段（Ｓ１４０）と、
   前記瞬時確率算出手段にて算出された自車線確率瞬時値に対してフィルタ演算を施すことで自車線確率を求めるフィルタ演算手段（Ｓ１７０）と、
   前記フィルタ演算手段にて求められた自車線確率が予め設定された閾値以上の前記前方物体の中で、自車との距離が最小のものを先行車として選択する先行車選択手段（Ｓ１８０）と、
   前回の処理サイクルで前記先行車選択手段によって選択された先行車に対応づけられる前方物体が、該先行車以外に対応づけられる前方物体より、前記自車線確率瞬時値の影響が相対的に小さくなるように前記フィルタ演算の特性を設定するフィルタ特性設定手段（Ｓ１６０）と、
   を備え、
   前記フィルタ特性設定手段は、前記前方物体との車間時間に応じて、該車間時間が短いほど前記自車線確率瞬時値の影響が増大するように前記フィルタ演算の特性を変化させ、
   前記フィルタ演算手段は、前記自車線確率瞬時値と、前記フィルタ演算手段での演算結果の前回値との加重平均を求め、前記車間時間に応じて加重値を変化させることを特徴とする先行車選択装置。

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