JP6331234B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両制御装置に係り、特に、車両の走行を支援する車両制御装置に関する。

従来、車両の走行支援システムとしては、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載の車両用走行支援装置では、自車と物体との間に安全距離を設定し、予測される自車と物体との間の最接近時距離が安全距離より小さい場合には、車両の減速制御、操舵制御等を行う。ここで、安全距離は、運転者の操作及び／又は自動制御により行われる車両の操舵及び／又は制動によって自車が物体に最接近する際に接触／衝突を回避できると判断される自車と物体との最小距離として設定されている。つまり、この車両用走行支援装置は、物体に最も接近したときでも物体との間に安全距離が確保されるように操舵／制動を行うので、例えば万が一移動していた物体が停止する等の予期せぬ動きがあった場合でも、物体との衝突を回避できるようになっている。

特開２００６−２１８９３５号公報

しかしながら、上記のような車両用走行支援装置において、物体への衝突回避を行う際、車両が物体に非常に近い位置で停止したり非常に近い位置を通過したりすると、車両の乗員が危険だと感じ、安心・安全を感じることができないことがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、乗員がより安心・安全を感じることができる運転支援のための車両制御装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、車両に搭載される車両制御装置であって、車両の前方にあり且つ前方を向いている対象物を検知し、対象物の周囲の少なくとも前方及び後方に、車両の進行方向における対象物に対する車両の相対速度の許容上限値の分布を規定する速度分布領域を設定し、速度分布領域内において対象物に対する車両の相対速度が許容上限値を超えることを抑制する走行制御を実行するように構成されており、速度分布領域は、対象物から所定距離だけ離れた位置において車両の進入が禁止される進入禁止領域を有し、進入禁止領域は、対象物の後端から後方に延びる距離よりも対象物の前端から前方に延びる距離の方が大きくなるように設定され、対象物の移動速度が大きいほど、拡大して設定される、ことを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、対象物の周囲の少なくとも前方及び後方に速度分布領域が設定される。そして、車両制御装置は、車両の対象物に対する相対速度が、この速度分布領域に設定された許容上限値を超えないように制御する。速度分布領域は、対象物から所定距離だけ離れた位置において車両の進入が禁止される車両進入禁止領域を有し、万が一予期せぬ対象物の動き等によって車両が対象物に接近した場合でも、車両はその進入禁止領域に進入しないように制動／操舵制御される。したがって、衝突回避のために制動／操舵制御が行われた場合でも、車両と対象物との間に所定の距離が確保されるため、乗員が不安を感じることがなく安心・安全な運転支援が可能になる。

また、進入禁止領域は、対象物の後端から後方に延びる距離よりも、対象物の前端から前方に延びる距離の方が大きくなるように設定される。ここで、例えば、車両が対象物の後方を走行する場合、車両が対象物に接近するように走行することになるので、車両の走行速度、走行経路によって対象物との距離を制御しやすい。このため、対象物との距離が比較的小さくても、乗員は安全な距離であると感じることができる。一方、車両が対象物を追い越して対象物の前方を走行する場合には、対象物が移動すると車両に接近するように移動することになる。このため、車両の乗員が対象物に対して安全な距離であると感じるためには、対象物が接近するように移動する可能性を勘案して、対象物との間に比較的大きな距離を確保する必要がある。そこで、本発明では、進入禁止領域が、対象物の後端から後方に延びる距離よりも、対象物の前端から前方に延びる距離の方が大きくなるように設定される。これにより、乗員の感覚に合った距離および速度が確保され、乗員が安心・安全だと感じる運転支援が可能になる。

また、このように構成された本発明によれば、進入禁止領域が対象物の移動速度が大きいほど拡大して設定される。ここで、車両の運転者は、対象物の移動速度が大きくなると対象物に対してより大きな距離を取るようになり、また対象物に対してより小さな相対速度で走行するようになるものであることが分かった。本発明では、対象物の移動速度が大きいほど進入禁止領域を拡大して設定することにより、乗員が安心・安全を感じることができる運転支援が可能になる。

本発明において、好ましくは、対象物の移動速度に応じた進入禁止領域の拡大量は、対象物の移動速度が大きいほど、対象物の後方よりも前方において大きく設定される。
このように構成された本発明によれば、対象物の移動速度が大きいほど、進入禁止領域は、対象物の後方よりも前方においてより大きく拡大して設定される。ここで、車両の運転者は、対象物の移動速度が大きくなると対象物に対してより大きな距離を取るようになり、また対象物に対してより小さな相対速度で走行するようになるものであることが分かった。そして、前述のように、車両の運転者が安全であると感じる対象物との距離は、対象物の前方において走行する場合の方が、後方において走行する場合よりも大きい。そこで、本発明では、進入禁止領域の拡大量を、対象物の移動速度が大きいほど、対象物の後方よりも前方において大きく設定する。これにより、より乗員の感覚に合った距離が確保され、乗員が安心・安全だと感じる運転支援が可能になる。

本発明によれば、乗員がより安心・安全を感じることができる運転支援のための車両制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態による車両制御システムの構成図である。 本発明の一実施形態による対象車に対する相対速度の許容上限値とクリアランスとの関係を示す図である。 本発明の一実施形態による対象車に対して設定される速度分布領域の図である。 本発明の一実施形態による速度分布領域の相対速度ゼロ領域及び進入禁止領域を示す図である。 本発明の一実施形態による車両制御装置の処理フローである。 本発明の一実施形態による車両制御システムの作用の説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両制御システムについて説明する。先ず、図１を参照して、車両制御システムの構成について説明する。図１は、車両制御システムの構成図である。

図１に示すように、車両制御システム１００は、車両１（図３参照）に搭載されており、車両制御装置（ＥＣＵ）１０と、複数のセンサと、複数の制御システムとを備えている。複数のセンサには、車載カメラ２１，ミリ波レーダ２２，車速センサ２３，測位システム２４，ナビゲーションシステム２５が含まれる。また、複数の制御システムには、エンジン制御システム３１，ブレーキ制御システム３２，ステアリング制御システム３３が含まれる。

ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ，各種プログラムを記憶するメモリ，入出力装置等を備えたコンピュータにより構成される。ＥＣＵ１０は、複数のセンサから受け取った信号に基づき、エンジン制御システム３１，ブレーキ制御システム３２，ステアリング制御システム３３に対して、それぞれエンジンシステム，ブレーキシステム，ステアリングシステムを適宜に作動させるための要求信号を出力可能に構成されている。このため、ＥＣＵ１０は、機能的に、データ取得部と、対象物検知部と、位置及び相対速度算出部と、速度分布領域設定部と、経路算出部と、回避制御実行部とを備えている。

車載カメラ２１は、車両１の周囲を撮像し、撮像した画像データを出力する。ＥＣＵ１０は、画像データに基づいて対象物（例えば、先行車）を特定する。なお、ＥＣＵ１０は、画像データから対象物の進行方向又は前後方向を特定することができる。

ミリ波レーダ２２は、対象物の位置及び速度を測定する測定装置であり、車両１の前方へ向けて電波（送信波）を送信し、対象物により送信波が反射されて生じた反射波を受信する。そして、ミリ波レーダ２２は、送信波と受信波に基づいて、車両１と対象物との間の距離（例えば、車間距離）や車両１に対する対象物の相対速度を測定する。なお、本実施形態において、ミリ波レーダ２２に代えて、レーザレーダや超音波センサ等を用いて対象物との距離や相対速度を測定するように構成してもよい。また、複数のセンサを用いて、位置及び速度測定装置を構成してもよい。

車速センサ２３は、車両１の絶対速度を算出する。
測位システム２４は、ＧＰＳシステム及び／又はジャイロシステムであり、車両１の位置（現在車両位置情報）を算出する。
ナビゲーションシステム２５は、内部に地図情報を格納しており、ＥＣＵ１０へ地図情報を提供することができる。ＥＣＵ１０は、地図情報及び現在車両位置情報に基づいて、車両１の周囲（特に、進行方向前方）に存在する道路、交通信号、建造物等を特定する。また、ＥＣＵ１０は、車載カメラ２１による画像データからは特定しにくい崖，溝，穴等を、地図情報に基づいて特定してもよい。地図情報は、ＥＣＵ１０内に格納されていてもよい。

エンジン制御システム３１は、車両１のエンジンを制御するコントローラである。ＥＣＵ１０は、車両１を加速又は減速させる必要がある場合に、エンジン制御システム３１に対して、エンジン出力の変更を要求するエンジン出力変更要求信号を出力する。

ブレーキ制御システム３２は、車両１のブレーキ装置を制御するためのコントローラである。ＥＣＵ１０は、車両１を減速させる必要がある場合に、ブレーキ制御システム３２に対して、車両１への制動力の発生を要求するブレーキ要求信号を出力する。

ステアリング制御システム３３は、車両１のステアリング装置を制御するコントローラである。ＥＣＵ１０は、車両１の進行方向を変更する必要がある場合に、ステアリング制御システム３３に対して、操舵方向の変更を要求する操舵方向変更要求信号を出力する。

次に、本実施形態の車両制御システム１００の速度制御について説明する。
一般に、道路上又は道路付近の対象物（例えば、先行車、駐車車両、ガードレール等）に追いつくときや、これとすれ違うとき（又は追い抜く・追い越すとき）、走行車両の運転者は、進行方向に対して、車両と対象物との間に所定の距離又は間隔を保ち、且つ、減速する。具体的には、先行車が急に進路変更したり、道路の死角から歩行車が出てきたり、駐車車両のドアが開いたりするといった危険を回避するため、対象物との距離が小さいほど、対象物に対する相対速度は小さくされる。

また、一般に、後方から先行車等の対象物に近づいているとき、走行車の運転者は、進行方向に沿った車間距離（縦方向距離）に応じて速度（相対速度）を調整する。具体的には、車間距離が大きいときは、接近速度（相対速度）が大きく維持されるが、車間距離が小さくなると、接近速度は低速にされる。そして、所定の車間距離で走行車両と対象物との間の相対速度はゼロとなる。これは、対象物が先行車である場合に限らず、駐車車両、ガードレール等であっても同様である。

このように、運転者は、対象物と車両との間の距離（横方向距離及び縦方向距離を含む）と相対速度との関係を考慮しながら、対象物に対して安全に運転できると感じる距離及び相対速度を確保して危険を回避するように車両を運転している。

図２は、本実施形態の車両制御システム１００の対象物に対する相対速度の許容上限値と対象物に対する距離（クリアランス）との関係を示す説明図である。図２に示すように、車両１がある絶対速度で走行するときにおいて、対象物に対して設定される許容上限値Ｖ_limは、対象物との距離ＸがＤ₀（安全距離）までは０（ゼロ）ｋｍ／ｈであり、Ｄ₀以上で２次関数的に増加する（Ｖ_lim＝ｋ₀（Ｘ−Ｄ₀）²。ただし、Ｘ≧Ｄ₀）。即ち、安全確保のため、距離ＸがＤ₀以下では車両１は相対速度がゼロとなる。一方、距離ＸがＤ₀以上では、距離が大きくなるほど、車両１は大きな相対速度で走行することが可能となる。

図２の例では、対象物に対する許容上限値は、Ｖ_lim＝ｆ（Ｘ）＝ｋ₀（Ｘ−Ｄ₀）²で定義されている。なお、ｋ₀は、Ｘに対するＶ_limの変化度合いに関連するゲイン係数であり、対象物の種類等に依存して設定される。

なお、本実施形態では、Ｖ_limが安全距離を含み、且つ、Ｘの２次関数となるように定義されているが、これに限らず、他の関数（例えば、一次関数等）で定義されてもよい。また、対象物の許容上限値Ｖ_limは、対象物の横方向または縦方向（前方または後方）に設定されてもよく、対象物を中心とするすべての径方向について設定することができる。その際、係数ｋ₀、安全距離Ｄ₀は、対象物からの方向に応じて設定することができる。

上記のような許容上限値Ｖ_limを考慮して、本実施形態では、車両１は、車両１から検知される対象物（先行車両、駐車車両、歩行者、ガードレール等に対して、対象物の周囲に（横方向領域、後方領域、及び前方領域にわたって）、車両１の進行方向における相対速度についての許容上限値を規定する２次元分布（速度分布領域４０）を設定するように構成されている。
図３は、本実施形態による車両制御システムの通常走行時において先行車両３に対して設定された速度分布領域の説明図である。図３に示すように、速度分布領域４０では、先行車両３の周囲の各点において、相対速度の許容上限値Ｖ_limが設定されている。つまり、速度分布領域４０は、先行車両３の周囲（前方向から横方向及び後ろ方向にわたる全周囲）にわたって相対速度の許容上限値Ｖ_limが設定されている。車両１は、運転支援システムの作動時において、この速度分布領域４０内の許容上限値Ｖ_limによって、先行車両３に対する相対速度が制限される。

速度分布領域４０は、先行車両３からの横方向距離及び縦方向距離が小さくなるほど（先行車両３に近づくほど）、相対速度の許容上限値が小さくなるように設定される。また、図３では、理解の容易のため、同じ許容上限値を有する点を結んだ等相対速度線が示されている。本実施形態では、等相対速度線ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ許容上限値Ｖ_limが０ｋｍ／ｈ，２０ｋｍ／ｈ，４０ｋｍ／ｈ，６０ｋｍ／ｈに相当する。

なお、図３では、許容上限値が６０ｋｍ／ｈまでの速度分布領域４０が示されているが、更に大きな相対速度まで速度分布領域４０を設定することができる。

このような速度分布領域４０において、許容上限値Ｖ_limが０ｋｍ／ｈの等相対速度線ａの内側で先行車両３の周囲には、車両１が進入することができない、すなわち、それ以上車両１が先行車両３に近づくことができない進入禁止領域４２が設定されている。
また、進入禁止領域４２の外側で且つ相対速度の許容上限値Ｖ_limが０ｋｍ／ｈの等相対速度線ａの内側には、車両１と先行車両３との相対速度の許容上限値Ｖ_limが０ｋｍ／ｈに制限される相対速度ゼロ領域４４が設定されている。

ここで、上記の進入禁止領域４２及び相対速度ゼロ領域４２について詳しく説明する。
図４は、速度分布領域４０の進入禁止領域４２及び相対速度ゼロ領域４４を示す図である。この図４に示すように、進入禁止領域４２は、先行車両３の周囲（全周）に設定された矩形の領域である。車両３は、いかなる状況においても進入禁止領域４２内に入らないように制御される。つまり、車両制御システム１００は、衝突回避の制御を行う際には、進入禁止領域４２よりも外側に目標走行経路を設定する、あるいは進入禁止領域４２よりも外側で減速することによって、進入禁止領域４２の内側に車両１が進入しないように車両１の制動制御及び／または操舵制御を行うように構成されている。

進入禁止領域４２は、先行車両３の前方に設定された、進入禁止領域４２の前方端である前方境界線４２Ａと、先行車両３の後方に設定された、進入禁止領域４２の後方端である後方境界線４２Ｂと、先行車両３の左右に設定された、進入禁止領域４２の側方端である側方境界線４２Ｃとで囲まれた領域である。

進入禁止領域４２の前方境界線４２Ａは、先行車両３の前方端から所定の前方距離Ｄａだけ離れた位置に設定されている。所定の前方距離Ｄａは、以下の式で求められる。
［数１］
Ｄａ＝Ｌｃ／２＋ｋ₁Ｖｐ＋ｋ₂ …（１）

ここで、Ｌｃは車両１の縦の長さ（ｍ）、Ｖｐは先行車両３の走行速度（ｍ／ｓ）である。また、ｋ₁、ｋ₂は定数であり、本実施形態ではｋ₁＝０．５、ｋ₂＝５に設定されている。
なお、本実施形態では、車両制御システム１００は、車両１の位置を、車両１の中心Ｃの点として認識している。したがって、本実施形態では、上記数式１において、Ｌｃ／２の項を加算して車両１の中心Ｃから車両１の後方までの長さを加えることにより、先行車両３の前方端から車両１の中心Ｃまでの距離として所定の前方距離Ｄａを算出している。このため、例えば進入禁止領域４２の前方境界線４２Ａの所定の前方距離Ｄａを、先行車両３の前方端から車両１の後方端までの距離として設定する場合には、Ｄａは、Ｄａ＝ｋ₁Ｖｐ＋ｋ₂で表される。

なお、図４においては、先行車両３の前方端及び後方端から車両１の縦方向の長さＬｃの半分（Ｌｃ／２）の距離の位置、及び先行車両の３の側方端から車両の横方向の長さＷｃの半分（Ｗｃ／２）の距離の位置を一点鎖線の矩形で接触領域Ｔとして示している。

進入禁止領域４２の後方境界線４２Ｂは、先行車両３の後方端から所定の後方距離Ｄｂだけ離れた位置に設定されている。所定の後方距離Ｄｂは、以下の式で求められる。
［数２］
Ｄｂ＝Ｌｃ／２＋ｋ₃Ｖｐ＋ｋ₄ …（２）

ここで、ｋ₃、ｋ₄は定数であり、本実施形態ではｋ₃＝０．３、ｋ₄＝２に設定されている。
本実施形態では、前述のように、車両制御システム１００は、車両１の位置を、車両１の中心Ｃの点として認識しているので、上記数式２においては、所定の後方距離Ｄｂは、先行車両３の後方端から車両１の中心Ｃまでの距離として設定されている。このため、例えば進入禁止領域４２の後方境界線４２Ｂの所定の後方距離Ｄｂを、先行車両３の後方端から車両２の前方端までの距離として設定する場合には、Ｄｂは、Ｄｂ＝ｋ₃Ｖｐ＋ｋ₄で表わされる。

進入禁止領域４２の側方境界線４２Ｃは、先行車両３の側方端から所定の側方距離Ｄｃだけ離れた位置に設定されている。所定の側方距離Ｄｃは、以下の式で求められる。
［数３］
Ｄｃ＝Ｗｃ／２＋ｋ₅Ｖｐ＋ｋ₆ …（３）

ここで、Ｗｃは車両１の横の長さ（ｍ）である。また、ｋ₅、ｋ₆は定数であり、本実施形態ではｋ₅＝０．１、ｋ₆＝０．５に設定されている。
本実施形態では、前述のように、車両制御システム１００は、車両１の位置を、車両１の中心Ｃの点として認識しているので、上記数式３においては、所定の側方距離Ｄｃは、先行車両３の側方端から車両１の中心点までの距離として設定されている。このため、例えば進入禁止領域４２の側方境界線４２Ｃの所定の側方距離Ｄｃを、先行車両３の側方端から車両２の側方端までの距離として設定する場合には、Ｄｃは、Ｄｃ＝ｋ₅Ｖｐ＋ｋ₆で表される。

ここで、所定の前方距離Ｄａ、後方距離Ｄｂ、及び側方距離Ｄｃは、図２で説明した安全距離Ｄ₀に対応したものである。これらの距離Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃは、単に車両１が先行車両３に接近したときに制動／操舵によって先行車両３との衝突を回避できるだけの距離として設定されたものではなく、車両１が先行車両３との衝突を回避して先行車両３に接近した場合に、車両１の乗員が恐怖を感じることがなく、安全な運転だと感じることができる距離として設定されている。

また、車両１が先行車両３に後方から近づく場合には、先行車両３が車両１から遠ざかる方向に走行し車両１は先行車両３に近づく方向に走行している。このため、車両１および先行車両３の衝突回避における挙動は、先行車両３の挙動よりも車両１の挙動の方がより支配的となり、車両１が先行車両３に対する距離を制御しやすい。したがって、車両１乗員は、先行車両３に対する距離が比較的小さくても、安全な距離であると感じることができる。一方、車両１が先行車両３を追い越して先行車両３の前方を走行する場合には、先行車両３が車両１に気づいて車両１に対する距離および速度を考慮して走行するようになるまでに一定の時間が必要である。このため、先行車両３との衝突を回避するためには車両１の挙動よりも先行車両３の挙動をより考慮して制御をおこなう必要がある。したがって、車両１の乗員は、先行車両３に対する距離が比較的大きくないと、安全な距離であると感じることができない。

このような状況を勘案して、先行車両３に対しての距離を設定する際には、先行車両３の後方を走行する場合よりも前方を走行する場合においてより大きな距離を設ける必要がある。そこで、本実施形態では、数式（１）と数式（２）とを比較すると分かるように、数式（１）におけるｋ₁、ｋ₂はいずれも、数式（２）におけるｋ₃、ｋ₄よりも大きく設定されている。つまり、本実施形態では、進入禁止領域４２の前方距離Ｄａは、後方距離Ｄｂよりも常に大きくなるように設定されている。

また、数式（１）、（２）及び（３）に示されるように、進入禁止領域４２の前方距離Ｄａ、後方距離Ｄｂ及び側方距離Ｄｃはいずれも先行車両３の走行速度Ｖｐに応じて変化するように設定されている。より具体的には先行車両３の走行速度Ｖｐが大きいほど、所定の前方距離Ｄａ、後方距離Ｄｂ、及び側方距離Ｄｃが大きくなり進入禁止領域４２が拡大されるように設定されている。
ここで、数式（１）におけるＶｐの係数ｋ₁は、数式（２）におけるＶｐの係数ｋ₃よりも大きく設定されている。つまり、本実施形態では、先行車両３の走行速度Ｖｐが大きくなるほど、進入禁止領域４２の前方距離Ｄａは、後方距離Ｄｂよりも大きくなるように設定されている。言い換えると、先行車両３の走行速度Ｖｐに応じた進入禁止領域４２の拡大量は、後方におけるよりも前方における方がより大きくなるように設定されている。

また、車両１が先行車両３を追い抜くまたは追い越すために先行車両３の側方を走行する際には、先行車両３が車両１と同じ方向に走行しているため、衝突回避の際に乗員が安全だと感じる先行車両３との横方向距離は比較的小さいが、車両１が先行車両３の後方または前方にいる場合には、乗員が安全だと感じる先行車両３との縦方向距離は比較的大きくなる。そこで、本実施形態では、数式（１）（２）におけるＶｐの係数ｋ₁、ｋ₃は、数式（３）におけるＶｐの係数ｋ₅よりも大きく設定されている。つまり本実施形態では、側方よりも前後方向の方が、先行車両３の走行速度Ｖｐに応じた進入禁止領域４２の拡大量が大きくなるように設定されている。

次に、相対速度ゼロ領域４４について説明する。相対速度ゼロ領域４４は、図４に示すように、前方側の略矩形領域とその後方の台形領域を組み合わせた形状に形成されている。車両制御システム１００は、車両１が相対速度ゼロ領域４４の内側に位置すると、車両１の先行車両３に対する相対速度の上限値を０（ゼロ）に制限する。より具体的には、本実施形態では、車両制御システム１００は、何らかの理由で車両３が相対速度ゼロ領域４４の内側の領域に進入した場合、車両１と先行車両３との相対速度が負になるように、つまり先行車両３の走行速度よりも車両１の走行速度の方が遅くなるように車両１を制動制御するように構成されている。このような制動制御により、車両１は、相対速度ゼロ領域４４内に入ると、相対速度ゼロ領域４４の外側に出るように、つまり先行車両３から離れるように制御されることとなる。

相対速度ゼロ領域４４は、先行車両３の前方に設定された、相対速度ゼロ領域４４の前方端である前方境界線４４Ａと、先行車両３の後方に設定された、相対速度ゼロ領域４４の後方端である後方境界線４４Ｂと、先行車両３の左右に設定された、相対速度ゼロ領域４４の側方端である側方境界線４４Ｃと、後方境界線４４Ｂ及び側方境界線４４Ｃを斜めの線でつなげた後方傾斜線４４Ｄとで囲まれた領域である。

相対速度ゼロ領域４４の前方境界線４４Ａは、進入禁止領域４２の前方境界線４２Ａから前方に所定の前方距離Ｋａだけ離れた位置に設定されている。所定の前方距離Ｋａは、以下の式で求められる。
［数４］
Ｋａ＝ｋ₇（Ｖｐ−Ｖｃ）＋ｋ₈
但しＫａ≧０ …（４）

ここで、Ｖｃは、車両１の走行速度、ｋ₇、ｋ₈は定数である。本実施形態ではｋ₇＝１、ｋ₈＝２０に設定されている。また、車両１の走行速度Ｖｃが先行車両３の走行速度Ｖｐよりも大きくＫａが負の値になる場合には、Ｋａは０に設定される。

相対速度ゼロ領域４４の後方境界線４４Ｂは、進入禁止領域４２の後方境界線４２Ｂから後方に所定の後方距離Ｋｂだけ離れた位置に設定されている。所定の後方距離Ｋｂは、以下の式で求められる。
［数５］
Ｋｂ＝（ＴＨＷ ｏｒ ＴＴＣ）×Ｖｃ＋ｋ₉ …（５）

ここで、ＴＨＷは車頭時間と称され、先行車両３がある地点を通過してから車両１がその地点を通過するまでの時間で表わされる。また、ＴＴＣは、衝突余裕時間と称され、車両１と先行車両３が現在の相対速度を維持したときに両者が衝突するまでの時間で表わされ、車両１と先行車両３の車間距離を両者の相対速度で除した値である。本実施形態では（ＴＨＷ ｏｒ ＴＴＣ）の項は、車頭時間または衝突余裕時間の大きい方を採用する。また、ｋ₉は定数であり、本実施形態ではｋ₉＝２に設定されている。

相対速度ゼロ領域４４の側方境界線４４Ｃは、進入禁止領域４２の側方境界線４２Ｃから側方に所定の側方距離Ｋｃだけ離れた位置に設定されている。所定の側方距離Ｋｃは、以下の式で求められる。

［数６］

ここで、Ｄｃ−Ｗｃ／２は、進入禁止領域４２から接触領域Ｔまでの横方向の距離を示すから、数式（３）を考慮すると、所定の側方距離Ｋｃは、以下のようになる。
［数７］

なお、ｋ₁₀は定数であり、本実施形態ではｋ₁₀＝３．２９に設定されている。

相対速度ゼロ領域４４の後方傾斜線４４Ｄは、相対速度ゼロ領域４４の側方境界線４４Ｃと進入禁止領域４２の後方境界線４２Ｂとの交点と、相対速度ゼロ領域４４の後方境界線４４Ｂと接触領域Ｔの側方境界線との交点と、を結んだ線で表される。

なお、速度分布領域４０は、上記の算出方法に限らず、種々のパラメータに基づいて設定することが可能である。パラメータとして、例えば、車両１と対象物の相対速度、対象物の種類、車両１の進行方向、対象物の移動方向及び移動速度、対象物の長さ、車両１の絶対速度等を考慮することができる。即ち、これらのパラメータに基づいて、係数ｋや算出式を選択することができる。

また、速度分布領域４０は、様々な対象物に対して設定されることが可能である。対象物としては、例えば車両、歩行者、自転車、走行路区画物、障害物、交通信号、交通標識等を含む。車両は、自動車、トラック、自動二輪で区別可能である。歩行者は、大人、子供、集団で区別可能である。走行路区画物は、ガードレール、走行路の端部の段差を形成する路肩、中央分離帯、車線境界線が含まれる。障害物は、崖、溝、孔、落下物が含まれる。交通標識は、停止線、止まれ標識が含まれる。

次に、図５及び図６を参照して、本実施形態の車両制御システムの処理の流れについて説明する。図５は車両制御装置の処理フロー、図６は車両制御システムの作用の説明図である。
図５に示すように、車両１が走行路上を走行しているとき、車両１のＥＣＵ１０（データ取得部）は、複数のセンサから種々のデータを取得する（Ｓ１０）。具体的には、ＥＣＵ１０は、車載カメラ２１から車両１の前方を撮像した画像データを受け取り、且つ、ミリ波レーダ２２から測定データを受け取る。

ＥＣＵ１０（対象物検知部）は、少なくとも車載カメラ２１を含む外部センサから取得したデータを処理して対象物を検知する（Ｓ１１）。具体的には、ＥＣＵ１０は、画像データの画像処理を実行して、先行車両３を対象物として検知する。このとき、対象物の種類（この場合は、車両）が特定される。また、ＥＣＵ１０は、地図情報から特定の障害物の存在を検知することができる。

また、ＥＣＵ１０（位置及び相対速度算出部）は、測定データに基づいて、車両１に対する検知された対象物（先行車両３）の位置及び相対速度を算出する。なお、対象物の位置は、車両１の進行方向に沿った縦方向位置（縦方向距離）と、進行方向と直交する横方向に沿った横方向位置（横方向距離）が含まれる。相対速度は、測定データに含まれる相対速度をそのまま用いてもよいし、測定データから進行方向に沿った速度成分を算出してもよい。また、進行方向に直交する速度成分は、必ずしも算出しなくてもよいが、必要であれば、複数の測定データ及び／又は複数の画像データから推定してもよい。

ＥＣＵ１０（速度分布領域設定部）は、検知した対象物（即ち、先行車両３）について、速度分布領域４０を設定する（Ｓ１２）。ＥＣＵ１０（経路算出部）は、設定された速度分布領域４０に基づいて、車両１の走行可能な経路及びこの経路上の各位置における設定車速又は目標速度を算出する（Ｓ１３）。そして、車両１が算出された経路を走行するため、ＥＣＵ１０（走行制御実行部）は、走行制御を実行する（Ｓ１４）。
なお、図５の処理フローは、所定時間（例えば、０．１秒）毎に繰り返し実行されるため、算出される経路及びこの経路上の設定速度は、時間経過と共に変化する。

ここで、車両１が先行車両３の後方から先行車両３に近づいていく場合の車両１の速度制御について説明する。
図６の経路Ｒ１に示すように、車両１が先行車両３の後方から先行車両３に近づく場合、車両１は、速度分布領域４０の等相対速度線ｄ，ｃ，ｂを横切るように車両１が走行する。この場合、例えば車両１が６０ｋｍ／ｈで走行しているとすると、等相対速度線ｄまではその走行速度を維持することができるが、等相対速度線ｄを超えると徐々に許容上限値Ｖ_limが小さくなっていくため、車両制御システム１００は、ブレーキ制御システム３２にブレーキ要求信号を出力して車両１を減速させて、その地点に設定された許容上限値Ｖ_limを超えないように車両１を制御する。

車両１が相対速度ゼロ領域４４の外縁、つまり後方境界線４４Ｂまで到達した場合、車両１は先行車両３との相対速度が０（ゼロ）になるように制御される。このため、車両１は通常の運転状態では、それ以上先行車両３に近づかない。
しかしながら、例えば先行車両３が予期せず減速した場合には、車両１が相対速度ゼロ領域４４内に進入する場合がある。この場合には、車両制御システム１００は、車両１が相対速度ゼロ領域４４の外側に移動するように車両１を制御する。より具体的には、車両制御システム１００は、車両１と先行車両３との相対速度が負に、つまり０ｋｍ／ｈよりも小さくなるようにブレーキ要求信号を出力し、車両１が先行車両３から離れるように制御する。

また、車両制御システム１００は、車両１が相対速度ゼロ領域４４内に進入した場合、車両１が進入禁止領域４２内に進入しないように車両１の速度及び／又は走行経路を制御する。つまり、車両制御システム１００は、図６の経路Ｒ２に示すように、車両１が進入禁止領域４２の後方境界線４２Ｂよりも外側（後方）を走行し、後方境界線４２Ｂを超えないように、車両１の制動力を決定し、ブレーキ制御システム３２にブレーキ要求信号を出力する。その結果、車両１は進入禁止領域４２の外側の位置で先行車両３に最接近するが、それ以上先行車両３には接近せず進入禁止領域４２内に進入しない。

なお、車両制御システム１００は、例えば先行車両３の側方に十分なスペースがある場合には、先行車両３との衝突を回避するように速度制御に加えて操舵制御も行ってもよい。その場合には、車両制御システム１００は、例えば図６の経路Ｒ３に示すように、進入禁止領域４２の外側に走行経路を設定すればよい。

以上のような実施形態によれば、次のような効果が得られる。
速度分布領域４０が、進入禁止領域４２を有するので、先行車両３の予期せぬ減速等によって車両１が相対速度ゼロ領域４４内でより先行車両３に近づいた場合、車両制御システム１００は車両１が進入禁止領域４２に進入しないように車両１を加減速／操舵制御する。したがって、衝突回避制御を行う場合でも、車両１と先行車両３との間に所定の距離を確保することができる。したがって乗員が不安を感じるのを防止することができ、安心・安全な運転支援を行うことができる。

進入禁止領域４２は、先行車両３の後端から後方境界線４２Ｂまでの距離Ｄｂよりも、先行車両３の前端から前方境界線４２Ａまでの距離Ｄａの方が大きくなるように設定されている。ここで、例えば、車両１が先行車両３の後方を走行する場合、車両１が先行車両３に接近するように走行することになるので、車両１の走行速度、走行経路によって先行車両３との距離を制御しやすい。このため、先行車両３との距離が比較的小さくても、乗員は安全な距離が確保されていると感じることができる。一方、車両１が先行車両３を追い越して先行車両３の前方を走行する場合には、先行車両３が車両１に気づいて車両１に対する距離および速度を考慮して走行するようになるまでに一定の時間が必要である。このため、車両の乗員が対象物に対して安全な距離であると感じるためには、先行車両３との間に比較的大きな距離を確保する必要がある。本実施形態では、進入禁止領域４２を、先行車両３の後端から後方境界線４２Ｂまでの距離Ｄｂよりも、先行車両３の前端から前方境界線４２Ａまでの距離Ｄａの方が大きくなるように設定することにより、乗員の感覚に合った距離および速度を確保することができ、乗員が安心・安全だと感じる運転支援を行うことができる。

進入禁止領域４２が、先行車両３の走行速度Ｖｐに応じて変化するように、より具体的には、進入禁止領域４２が、先行車両３の走行速度Ｖｐが大きいほど拡大するように設定されている。車両１の乗員が先行車両３に対して安心・安全を感じる距離および速度を確保する際、乗員が安全だと感じる距離および速度は、先行車両の走行速度Ｖｐによって変わってくるものであることが分かった。より具体的には、先行車両３の走行速度Ｖｐが大きくなると車両１の運転者は先行車両３に対してより大きな距離を取るようになり、また先行車両３に対してより小さな相対速度で走行するようになるものである。本実施形態では、進入禁止領域４２を先行車両３の走行速度Ｖｐに応じて、走行速度Ｖｐが大きいほど進入禁止領域４２を拡大するように設定することによって、先行車両３に対して、乗員の感覚に合った距離および速度を確保することができ、車両１の乗員が安心・安全だと感じる運転支援を行うことができる。

進入禁止領域４２は、先行車両３の走行速度Ｖｐが大きいほど、先行車両３の後方よりも前方においてより大きく拡大して設定される。ここで、車両の運転者は、先行車両３の走行速度Ｖｐが大きくなると先行車両３に対してより大きな距離を取るようになり、また先行車両３に対してより小さな相対速度で走行するようになるものである。また、前述のように、車両の運転者が安全であると感じる先行車両３との距離は、先行車両３の前方において走行する場合の方が、後方において走行する場合よりも大きい。そこで、本実施形態では、進入禁止領域４２の拡大量を、先行車両３の移動速度が大きいほど、先行車両３の後方よりも前方において大きく設定する。これにより、より乗員の感覚に合った先行車両３に対する距離を確保することができ、乗員が安心・安全だと感じる運転支援を行うことができる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、例えば、以下のような態様であってもよい。
前述の実施形態においては、進入禁止領域４２を先行車両３の走行速度Ｖｐに応じて拡大するように設定していたが、これに限らず、例えば進入禁止領域を、車両と対象物との間の相対速度と、対象物の移動速度の両方に応じて拡大するように設定してもよい。より具体的には、例えば、進入禁止領域の前方端である前方境界線から先行車両の前方端までの距離Ｄａ’を、以下の式によって設定してもよい。
［数８］
Ｄａ’＝Ｌｃ／２＋ｋ₁₁Ｖｐ＋ｋ₁₂Ｖ_sop＋ｋ₁₃ …（８）
ここで、Ｖ_sopは車両と先行車両との相対速度（ｍ／ｓ）である。また、ｋ₁₁、ｋ₁₂、ｋ₁₃は定数であり、本実施形態ではｋ₁₁＝０．４、ｋ₁₂＝０．１、ｋ₁₃＝５に設定されている。
なお、上記の数式（８）は先行車両の前方の領域に関しての式であるが、側方（横方向）や後方の領域に関しても同様に、車両と対象物との間の相対速度と、対象物の移動速度の両方に応じて進入禁止領域を拡大するように設定してもよい。

ここで、乗員が安心・安全だと感じる距離は、車両と対象物との相対速度によるよりも対象物の移動速度によってより支配的に決定されるものであることが分かった。そこで、上記の数式（８）では、先行車両の走行速度の係数ｋ₁₁は、車両と先行車両との相対速度の係数ｋ₁₂よりも大きく設定されている。つまり、進入禁止領域は、相対速度よりも対象物の移動速度により大きく重みづけして設定されている。このようにすることにより、対象物に対してより乗員の感覚に合った距離および速度を確保することができ、安心・安全な運転支援を行うことができる。

前述の実施形態では、進入禁止領域４２は、前方、後方、及び側方の全方向の領域に関して、先行車両３の走行速度Ｖｐに応じて拡大するように設定されていたが、これに限らず、例えば進入禁止領域の後方領域を先行車両の後方端から一定の距離に設定してもよい。より具体的には、先行車両の後方端から進入禁止領域の後方境界線までの距離Ｄｂ’は、以下の式によって設定されてもよい。
［数９］
Ｄｂ’＝Ｌｃ／２＋ｋ₁₄ …（９）
ここで、ｋ₁₄は定数であり、例えばｋ₁₄＝２に設定してもよい。
要するに、進入禁止領域は、少なくとも一部が、対象物の移動速度が大きいほど拡大するように設定されていればよい。

前述の実施形態では、進入禁止領域４２は、先行車両３の走行速度Ｖｐに比例して拡大するように設定されていたが、これに限らず、進入禁止領域は、例えば対象物の移動速度が所定値以下の場合には一定領域に設定され、対象物の移動速度が所定値よりも大きい場合には、移動速度が大きいほど一定領域より拡大するように、例えば前述の実施形態と同様に先行車両の走行速度に比例して拡大するように設定されてもよい。このように、対象物の移動速度が小さい場合には進入禁止領域を一定領域にすることによって、制御を簡単にしながら安心・安全な運転支援が可能になる。

速度分布領域は、先行車両の全周にわたって設定されるものに限らず、例えば先行車両の前方及び後方のみに設定されてもよいし、前方及び後方に加えて左右方向の一方に設定されていてもよい。要するに、速度分布領域は、対象物の周囲の少なくとも前方及び後方に設定されていればよい。

１ 車両
２ 走行路
３ 先行車両
２１ 車載カメラ
２２ ミリ波レーダ
２３ 車速センサ
２４ 測位システム
２５ ナビゲーションシステム
３１ エンジン制御システム
３２ ブレーキ制御システム
３３ ステアリング制御システム
４０ 速度分布領域
４２ 進入禁止領域
４４ 相対速度ゼロ領域
１００ 車両制御システム
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 等相対速度線
Ｄ₀ 安全距離
Ｘ クリアランス
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 経路

Claims (2)

1. 車両に搭載される車両制御装置であって、
   前記車両の前方にあり且つ前記前方を向いている対象物を検知し、
   前記対象物の周囲の少なくとも前方及び後方に、前記車両の進行方向における前記対象物に対する前記車両の相対速度の許容上限値の分布を規定する速度分布領域を設定し、
   前記速度分布領域内において前記対象物に対する前記車両の相対速度が前記許容上限値を超えることを抑制する走行制御を実行するように構成されており、
   前記速度分布領域は、前記対象物から所定距離だけ離れた位置において前記車両の進入が禁止される進入禁止領域を有し、
   前記進入禁止領域は、前記対象物の後端から後方に延びる距離よりも前記対象物の前端から前方に延びる距離の方が大きくなるように設定され、前記対象物の前記移動速度が大きいほど、拡大して設定される、
   ことを特徴とする車両制御装置。
2. 前記対象物の前記移動速度に応じた前記進入禁止領域の拡大量は、前記対象物の前記移動速度が大きいほど、前記対象物の後方よりも前方において大きく設定される、
   請求項１に記載の車両制御装置。

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