JP6319333B2

JP6319333B2 - 運転支援装置

Info

Publication number: JP6319333B2
Application number: JP2016005754A
Authority: JP
Inventors: 信平楠本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-01-15
Filing date: 2016-01-15
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2036-01-15
Also published as: JP2017124771A

Description

本発明は、自動操舵を行うようにした運転支援装置に関するものである。

車両においては、運転支援のために、例えば車線維持制御においては現在の走行車線を走行するように自動操舵が行われ、また自動運転においては車線変更や前方障害物回避を含めて自動操舵が行われる。特許文献１には、前方障害物が存在する場合の自動操舵として、自車両が走行する走行軌跡がシグモイド曲線となるようにして、前方障害物を回避しつつ前方障害物の側方を通過させるものが開示されている。すなわち、前方障害物の回避のためのハンドル操作として、直進状態から前方障害物を回避するためのハンドルの切り込み操作と、この後に前方障害物の側方を通過するように再び直進走行に戻すためのハンドルの切り戻し操作とを行うものが開示されている。

特開２０１４−２１８１９２号公報

自動操舵によって前方障害物を回避する操舵制御を行った場合、運転者によっては、危険（緊張）を感じる場合があるかなりある、ということが判明した。このような原因を追及したところ、運転者の視線移動に起因する場合がある、ということが判明した。すなわち、運転者は、フロントウインドガラスを通して前方（斜め前方を含む）の風景（景色）を目視しているが、ハンドルの切り込み操作に伴って風景が横方向に流れ、この風景の流れによって運転者の視線が前方障害物やその付近からかなり大きくずれてしまい、このような視線移動に起因して危険を感じてしまう、ということが判明した。特に、同じようにハンドルを切り操作した場合であっても、障害物を回避するための走行軌跡が相違したり車速が相違することにより、障害物を回避の際の風景の流れ方が相違してしまうことになり、上述した視線移動を生じやすいということが判明した。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、自動操舵によって前方障害物回避のためにハンドルを切り込み操作した際に、運転者に対して不必要に危険を感じさせてしまう事態を防止あるいは抑制できるようにした運転支援装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、請求項１に記載のように、
操舵制御手段によって前方障害物を避けるように自動操舵を行うようにした車両に対する運転支援装置であって、
風景の流れを示すオプティカルフローを検出するオプティカルフロー検出手段を備え、
前記操舵制御手段が、前記前方障害物を避けるための自動操舵として、ハンドルの切り込み操作とその後のハンドルの切り戻し操作を行うものとされ、
前記操舵制御手段は、ハンドルの切り込み開始からその後のハンドルの切り戻し開始までの間において前記オプティカルフロー検出手段により検出されるオプティカルフローの角度変化率が一定となるように決定された操舵タイミングでもって、ハンドルの切り込みを開始させる、
ようにしてある。上記解決手法によれば、ハンドルの切り込み操作を行うことによりフロントウインドガラスを通して目視される風景が横方向に流れることになるが、この風景の流れが変化する度合い（風景の流れる方向の変化率）が一定とされるので、運転者は風景の流れを特に意識することなく前方障害物に視線を向けている状態を維持することができ、前方障害物から大きく視線移動させて危険を感じてしまう事態を防止あるいは抑制することができる。そして、オプティカルフローの角度変化率という物理的な指標を用いて、風景の変化度合い（風景の流れる方向の変化率）を一定に制御することができる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、請求項２以下に記載のとおりである。

前記オプティカルフロー検出手段は、前記フロントウインドガラスの全面積範囲のうち、運転者の前方領域となる一部の面積範囲に限定したオプティカルフローを検出する、ようにしてある（請求項２対応）。この場合、運転者に影響を与える限定された面積範囲でもってオプティカルフローを検出すればよいので、制御系の負担を小さくする等の上で好ましいものとなる。

車速を検出する車速検出手段をさらに備え、
前記操舵制御手段は、前記車速検出手段で検出される車速が低いときは車速が高いときに比して、自車両の周囲でハンドルの切り込み方向に存在する危険物に対する衝突余裕時間が長くなるようにハンドルの切り込み開始タイミングを早めた自動操舵の制御を行う、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、ハンドルの切り込み方向に存在する側方障害物に対して危険を感じさせてしまう事態を防止あるいは抑制する上で好ましいものとなる。

本発明によれば、自動操舵によって前方障害物回避のためにハンドルを切り込み操作した際に、運転者に対して不必要に危険を感じさせてしまう事態を防止あるいは抑制できる。

前方障害物を回避する際の自車両の動き等を説明するための図。ハンドルの切り込み操作する前の直進状態でのオプティカルフローを示す図。ハンドルを切り込み操作したときのオプティカルフローを示す図。ハンドルを戻し操作したときのオプティカルフローを示す図。ハンドルを再び直進状態にしたときのオプティカルフローを示す図。前方障害物に対する危険感を示すデータ。側方障害物に対する危険感を示すデータ。危険感のばらつきを示すデータ。オプティカルフローの角度変化率の大きさと変化とが運転者の視線移動に及ぼす影響を示すデータ。オプティカルフローの角度変化率の最大値と視線移動の有無との関係を示すデータ。図１のような状況で走行を行う場合に、被験者が見ておく方向を複数位置に設定した状況を示す図。精神性発汗と瞬時心拍数との組み合わせによって被験者の危険感を検出する例を示す図。図１１に示す被験者の視線方向とオプティカルフローの角度変化率と衝突余裕時間の逆数と危険感との対応関係を示すデータ。本発明の制御系統例を示す図。本発明の制御例を示すフローチャート。

まず、図１を参照しつつ、前方障害物を回避するために自動操舵を行った場合に、運転者が感じる危険感を検証するための実験例についてについて説明する。なお、実施形態では、自動運転を行うものとなっており、この自動運転の一環として自動操舵を行うものとなっている。

まず、１１は、自車両Ｖが走行している走行路である。自車両Ｖは、走行路１１の左側端を図中左方から右方に向けて走行するものとされる。自車両Ｖの前方のうち、走行路１１の左側他に前方障害物としての前方パイロン２１が位置されている。また、走行路１１の右側他には、前方パイロン２１よりも自車両Ｖ側において、複数の側方パイロン２２が走行方向に間隔をあけて複数位置されている。

自車両Ｖが前方パイロン２１を回避するための走行軌跡（走行経路）が、図中Ｋで示される。自車両Ｖの走行軌跡Ｋは、直進走行から右方にハンドルの切り込み操作が行われ、その後、ハンドルの切り戻し操作が行われて、前方パイロン２１の側方（右方側）を直進するように設定されている。図中丸１で示す区間は、ハンドルの切り込み開始から前方パイロン２１までの区間である。また、丸２で示す区間は、ハンドルの切り込み開始からハンドルの切り戻し終了（ハンドルがニュートラルに戻る）までの間の区間で、ハンドル操作中となる区間である。さらに、丸３で示す区間は、前方パイロン２１と複数の側方パイロン２２のうち前方パイロン２１の右方に位置する側方パイロン２２との間隔を示し、自車両Ｖは、この２つのパイロン２１と２２との間を通過することになる。

自車両Ｖを走行軌跡Ｋに沿って自動運転したとき、運転者が目視するオプティカルフローの変化が図２〜図５に示される。図２〜図５において、フロントウインドガラスが符号３１で示され、インストルメントパネルが符号３２で示され、ルーフパネルが符号３３で示され、フロントピラーが符号３４で示される。なお、自車両Ｖは、ハンドル（ステアリングハンドル）３０が右側に位置された右ハンドル車とされている。

図２〜図５中、ハンドル５の前方（つまり運転者の前方）領域において、フロントウインドガラス３１の全面積に比して十分に小さい領域αが設定されて、この領域αにおけるオプティカルフローの検出が行われる。オプティカルフローは、走行中に運転者が前方を目視したときに、風景が流れる様子を示すもので、方向成分と速度成分とを有するものとなっている。つまり、オプティカルフローは、風景の流れを示すものとなる。特に、領域αで検出されるオプティカルフローのうち、運転者の中心方向に向かう側の流れが運転者の視線移動に大きな影響を与える。なお、以下の説明で用いるオプティカルフロー（の最大値や角度変化率）は、領域αで検出されるオプティカルフローのうち多くの割合を占めるもの（主流となるもの）についてのものである。

図２〜図５において、領域α中におけるオプティカルフローの方向を矢印で示してある。図２は、図１におけるＮ１点（直進走行中）に対応したオプティカルフローを示す。図３は、図１におけるＮ２点（ハンドルの切り込み中）でのオプティカルフローを示す。図４は、図１におけるＮ３点（ハンドルの切り戻し中）でのオプティカルフローを示す。図５は、図１におけるＮ４点（ハンドルがニュートラルに戻ったとき）のオプティカルフローを示す。

Ｎ１点でのオプティカルフローは、後方かつかなり大きく下方に向かうような流れとなる。Ｎ２点でのオプティカルフローは、自車両Ｖが右方向に操舵されていることから、左方向かる下方への流れとなるが、下向きの度合いは小さいものとなる。Ｎ３点でのオプティカルフローは、ハンドルの戻し操作中であることから、右方向かつ下向きの流れとなるが、下方へ向く度合いが図２の場合に比して小さくなっている。Ｎ４点でのオプティカルフローは、直進状態ではあるが、ハンドルの戻し操作が終了して間もない時点であることから、図２に近い流れとなるが、下向きの度合いが小さいものとなる。

図２〜図５で示すようなオプティカルフローの角度変化率は、オプティカルフローの方向を示す矢印のなす角度の単位時間あたりの変化量となる（deg／ｓ）。オプティカルフローの角度変化率が大きいほど、風景が変化する度合いが高いものとなる。そして、運転者は、風景の変化に応じて視線と視線移動を行ってしまう習性を有するものであり、新たに出現する風景に気をとられて、その方向に視線移動してしまう可能性が高いものとなる。特に、障害物を回避する際において、走行軌跡や車速が相違することによって風景が変化する度合いが大きく相違することによって視線移動が生じやすくなる。

ハンドル切り込み中においては、自車両Ｖが側方パイロン２２に向かう側となることから、側方パイロン２２に対応したオプティカルフローが領域αに大きく出現してくる状況となる。すなわち、運転者は、側方パイロン２２に向けて視線始動を行う可能性が高いものとなる。ハンドルの切り込み中は、側方パイロン２２に向けて自車両Ｖが移動することもあって、側方パイロン２２に対して運転者が危険を感じてしまう可能性が高いものとなる。

次に、衝突余裕時間ＴＴＣ（Time-To-Collision）と運転者の主観による危険感（緊張感）との関係について説明する。まず、図６、図７は、図１に示す自車両Ｖの運転席に被験者を着座させて、走行軌跡Ｋに沿って自車両Ｖを走行させた際の実験データを示すもので、横軸を衝突余裕時間ＴＴＣの逆数、縦軸を危険感（主観）としてある。なお、衝突余裕時間ＴＴＣの逆数は、大きいほど衝突までの時間が短いということを示す。

図６は、前方パイロン２１に対する危険感を示すものとなっている。前方パイロン２１に対する危険感は、被験者によるばらつきが小さいものとなる。図７は、側方パイロン２２に対する危険感を示すものとなっている。側方パイロン２２に対する危険感は、運転者（被験者）によるばらつきが大きいものとなる。

図８は、側方パイロン２２に対する危険感が平均特性から大きく外れているケース（図中γで示す）とそうでないケース（図中βで示す）とで、被験者の視認行動を分析した結果である。この分析の結果、平均特性から大きく外れるケースでは、見るべき対象（実施形態では前方パイロン２１やその付近）以外に視線が向く傾向にある、ということが判明した。

上記のように、見るべき対象以外への視線移動が、風景の変化度合いつまりオプティカルフローの角度変化率と大きな関係を有する、ということが判明した。すなわち、図９は、横軸を時間経過、縦軸をオプティカルフローの角度変化率としたもので、見るべき対象物からの視線移動なしと視線移動ありとが生じる相違を示す。この図９から明かなように、オプティカルフローの角度変化率が一定（ほぼ一定）、あるいはオプティカルフローの角度変化率が小さい状態であれば、視線移動なしとなる。これに対して、オプティカルフローの角度変化率が大きいとき、あるいは大きい状態へと変化したときに視線移動が生じることを示す。

図１０は、オプティカルフローの角度変化率の最大値と、視線移動の有無の頻度（正規化処理したもの）との関係を示す。この図１０から明かなように、オプティカルフローの最大値が大きいほど、視線移動を生じる頻度が高い、ということが理解される。

図１１〜図１３は、図１に対応した図１１において、被験者が見るべき視線方向を次のように設定した。まず、前方パイロン２１としたときを「１」とする。側方パイロン２２のうち自車両Ｖからもっとも遠い位置にある側方パイロン２２としたときを「２」とする。前方パイロン２１のすぐ側方地点としたときを「３」とし、「３」の遠方延長位置を「４」とする。さらに、複数の側方パイロン２２のうちハンドルの切り込み方向において自車両Ｖの延長上の位置を「５」とする。

図１２は、被験者の精神性発汗と瞬時心拍数とに基づいて、被験者の危険感の検出手法を示す。注意すべきと感じるときは、精神性発汗は上昇するものの、瞬時心拍数は低下する。一方、危険を感じたときは、精神性発汗および瞬時心拍数共に上昇する。なお、精神性発汗に関する値および瞬時心拍数共に、被験者に装着したセンサによって検出するようにした。

図１３は、上述した精神性発汗と瞬時心拍数とを用いて、視線方向の相違に応じた被験者の危険感を示したものである。この図１３から明かなように、オプティカルフローの角度変化率が大きく低下した経過時間３秒付近において、被験者の視線が、ハンドルの切り込み方向に存在する側方パイロン２２（図１１の「５」の位置）に向いて（図１３の（ａ）、（ｂ）参照）、その直後に、危険感を示す緊張状態となっている（図１３の（ｄ）、（ｅ）参照）、ということが理解される。そして、図１３の（ｃ）に示すように、衝突余裕時間ＴＴＣの逆数も大きく上昇している（危険度合いの高まり）。この一方において、オプティカルフローの角度変化率が一定あるいはほぼ一定のとき、あるいはオプティカルフローの角度変化率が小さい状態では、危険感を生じない、ということも理解される。

本発明は、ハンドルを切り込み操作した際に、前述した風景の変化度合いとなるオプティカルフローの角度変化率が一定（ほぼ一定を含む）となるようにすることによって、運転者に対して危険感を感じさせないようにしたものである。以下、本発明による制御例について説明する。

先ず、図１４は、本発明の制御系統例を示すもので、Ｕはマイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＵには、各種センサあるいは機器類Ｓ１〜Ｓ４からの信号が入力される。すなわち、Ｓ１は、ナビゲーション装置で、地図情報と自車両位置情報とが入手される。Ｓ２は、車速を検出する車速センサである．Ｓ３は、車外カメラであり、自車両Ｖの前方の状況を入手するものとなっており、また、図２〜図５で示すような領域αにおけるオプティカルフローを検出するものとなっている。Ｓ４は、レーダであり、前方障害物等への距離を検出するものとなっている。なお、オプティカルフロー検出用のカメラを別途設けるようにしてもよい（例えば運転席前方のインストルメントパネル３２上に設置）。

コントローラＵは、自動運転のために、各種機器類Ｓ１１〜Ｓ１３を制御する。すなわち、Ｓ１１は、スロットルアクチュエータであり、車速（加速、減速、車速維持）を制御するためのものである、Ｓ１２は、ブレーキアクチュエータであり、減速あるいは停止を行うためのものである、Ｓ１３はパワーステアリング装置であり、ハンドル３５を自動操舵するためのものである。

図１５は、コントローラＵによる自動運転の制御量を示すフローチャートであり、特に前方障害物（図１における前方パイロン２１相当）を回避するための制御に着目したものとなっている。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、Ｑ１において、各種センサあるいは機器類Ｓ１〜Ｓ４からの信号が入力される。この後、Ｑ２において、既知の手法によって自動運転が行われる（車速および走行軌跡を設定して、この設定された内容にしたがう自動運転の実行）。

Ｑ２の後、Ｑ３において、オプティカルフローが検出される。このＱ４において、操舵が必要であるか否かが判別される（例えば図１において前方パイロン２１の回避のための操舵の必要性の判別）。このＱ４の判別でＮＯのときは、そのままリターンされる。

Ｑ４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ５において、検出されたオプティカルフローの角度変化率が一定となるように、操舵タイミング（ハンドルの切り込み開始のタイミング）が決定される。この後、Ｑ６においてＱ５で決定された操舵タイミングでもってハンドルの切り込みが実行される。

Ｑ５、Ｑ６は、ハンドルの切り込みの自動操舵の制御となるが、オプティカルフロー一定とする制御は、ハンドルの切り込みの開始から、ハンドルの切り戻し開始までの期間について行われる。

ここで、車速が低いときは、車速が高いときに比して、前方障害物回避のための横移動に要するハンドルの切り込み量が大きくなり、自車両Ｖの向きが側方障害物（図１における側方パイロン２２）に対して正面方向から対向する度合いが高まって、危険をより感じやすいものとなる。このため、車速が低いときは、車速が高いときに比して、回避操舵タイミング（ハンドルの切り込み操作を開始するタイミング）を決定する際に用いる衝突余裕時間ＴＴＣを長くするのが好ましい（ハンドルの切り込みの開始タイミングを、前方障害物からの距離がより大きくされた（図１における丸１で示す区間距離）で行う）。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能である。本発明は、自動操舵を行う車両であれば適用できる。前方障害物の回避のための走行軌跡の設定は、適宜の手法（適宜の制御ロジック）によりなし得る。フロントウインドガラスを通して運転者が目視する風景の変化度合いは、オプティカルフローを用いることなく、例えば車外カメラＳ３で撮像される画像から取得することもできる。フローチャートに示す各ステップあるいはステップ群は、コントローラＵの有する機能を示すもので、この機能を示す名称に手段の文字を付して、コントローラＵの有する構成要件として把握することができる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明は、前方障害物の回避制御を行う上で好ましいものとなる。

Ｖ：自車両
Ｋ：走行軌跡（走行経路）
１１：走行路
２１：前方パイロン（前方障害物）
２２：側方パイロン（側方障害物）
３１：フロントウインドガラス
３５：ステアリングハンドル
α：領域（オプティカルフロー検出用）

Claims

操舵制御手段によって前方障害物を避けるように自動操舵を行うようにした車両に対する運転支援装置であって、
風景の流れを示すオプティカルフローを検出するオプティカルフロー検出手段を備え、
前記操舵制御手段が、前記前方障害物を避けるための自動操舵として、ハンドルの切り込み操作とその後のハンドルの切り戻し操作を行うものとされ、
前記操舵制御手段は、ハンドルの切り込み開始からその後のハンドルの切り戻し開始までの間において前記オプティカルフロー検出手段により検出されるオプティカルフローの角度変化率が一定となるように決定された操舵タイミングでもって、ハンドルの切り込みを開始させる、
ことを特徴とする運転支援装置。
請求項１において、
前記オプティカルフロー検出手段は、前記フロントウインドガラスの全面積範囲のうち、運転者の前方領域となる一部の面積範囲に限定したオプティカルフローを検出する、ことを特徴とする運転支援装置。
請求項１または請求項２において、
車速を検出する車速検出手段をさらに備え、
前記操舵制御手段は、前記車速検出手段で検出される車速が低いときは車速が高いときに比して、自車両の周囲でハンドルの切り込み方向に存在する危険物に対する衝突余裕時間が長くなるようにハンドルの切り込み開始タイミングを早めた自動操舵の制御を行う、
ことを特徴とする運転支援装置。