JP6597457B2 - 運転支援装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両に搭載された運転支援装置に関する。

車両に搭載され、車両の運転者の運転操作を支援する運転支援装置として、走行中に車両の前方のカーブを検知すると、そのカーブの進入前に、車両のドライバへの報知や車両の減速を行う運転支援装置が知られている。

特許文献１に記載の構成では、車速及び路面状態に応じた車両の安全停止距離を導出し、ＧＰＳレシーバから取得した車両の現在位置と地図データベースから得られる道路データとを比較する。この比較により、導出した安全停止距離内にカーブが存在するか否かを判定する。カーブが存在すると判定した場合、地図データベースから得られる道路データにおいて最も曲率の大きい部分を探索する。当該最も曲率の大きい部分に進入する際の適正な車両の速度に基づき、警報の出力や減速制御が行われる。

つまり、特許文献１に記載の、走行している車両の前方の所定区間にカーブがある場合、地図データベースに含まれる道路データから、最大曲率の部分を検出し、その部分を安全に曲がることができる適正な車両の速度を求める。そして、この、最初のカーブに進入する前に適正な車両の速度になるようにドライバへの報知である警報の出力や車両の減速制御を行う。

特開平１０−１９５９５号公報

しかしながら特許文献１に記載の構成では、自車の適正な速度を求めるためにはカーブの曲率が必要となり、カーブの曲率は地図データベースに含まれる道路データから取得される。このため、カーブの曲率を求めるために高精度の地図データが必要となる。

本開示では、高精度の地図データを用いなくても、カーブを安全に曲がるための適正な速度を求めることができる運転支援装置を提供することを目的としている。

本開示の一側面は、車両（１）に搭載された運転支援装置（１５）であって、地図データ取得部（１５１）、位置データ取得部（１５２）、速度データ取得部（１５３）、方向データ取得部（１５４）、位置データ予測部（１５５）、方向データ予測部（１５６）、角度導出部（１５７）及び目標速度導出部（１５８）を備える。地図データ取得部は、車両が走行可能な道路を表す地図データを取得する。位置データ取得部は、車両の位置を表す位置データを取得する。速度データ取得部は、車両の速度を表す速度データを取得する。方向データ取得部は、車両の進行方向を表す方向データを取得する。位置データ予測部は、地図データ、位置データ及び速度データに基づいて、所定の予測時間を経過した時点での車両の位置を表す位置予測データを導出する。方向データ予測部は、地図データ及び位置予測データに基づいて、予測時間を経過した時点での車両の進行方向を表す方向予測データを導出する。角度導出部は、方向データが表す進行方向及び方向予測データが表す進行方向がなす角度である変針角度を導出する。目標速度導出部は、変針角度に基づいて、予測時間を経過した時点での車両の目標速度を導出する。

このような構成によれば、現在の車両の進行方向と予測時間を経過した時点での車両の進行方向とがなす角度である変針角度を導出し、変針角度に基づいて目標速度を導出するので、カーブの曲率を必要とすることなく目標速度を導出することができる。したがって、高精度の地図データを用いない場合においても適正な目標速度を導出することができる運転支援装置を提供することができる。

なお、この欄及び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、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

実施形態における車両内の装置の構成を示すブロック図である。 実施形態における運転支援装置内の構成を示すブロック図である。 実施形態における運転支援処理を示すフローチャートである。 実施形態における運転支援処理の具体例を示す図である。 実施形態における運転支援処理を行った場合の、各パラメータを表すグラフである。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示す車両１は、地図データベース１１、ＧＰＳ受信機１２、速度センサ１３、方位センサ１４、運転支援装置１５及び加減速装置１６を備える。

地図データベース１１は、通常のナビゲーションに使用するための地図データとして、車両１が走行可能な道路を表す地図データを記憶している。
ＧＰＳ受信機１２は、ＧＰＳ用の人工衛星からの送信電波をＧＰＳアンテナを介して受信する装置である。ＧＰＳ受信機１２は、車両１の絶対位置を測定し、測定した絶対位置を位置データとして運転支援装置１５に出力する。

速度センサ１３は、車両１の速度を測定し、車両１の速度を速度データとして運転支援装置１５に出力するためのセンサである。具体的には、速度センサ１３は、車軸の回転を光学的手法や磁気的手法で検出し、車輪の回転数に応じてパルス信号を発生させることで、速度を測定する。

方位センサ１４は、車両１の進行方向を測定し、車両１の進行方向を方向データとして運転支援装置１５に出力するためのセンサである。方位センサ１４は、地磁気を検出して方位を割り出すセンサである。

運転支援装置１５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を構成要素とするマイクロコンピュータを備え、車両１の運転者の運転操作を支援するための処理を行い、車両１の速度制御を実行する装置である。運転支援装置１５は、ＣＰＵがＲＯＭに記録されているプログラムを実行することで、図２に示す仮想的な構成要素を備える装置として機能する。図２に示すように、運転支援装置１５は、地図データ取得部１５１、位置データ取得部１５２、速度データ取得部１５３、方向データ取得部１５４、位置データ予測部１５５、方向データ予測部１５６、角度導出部１５７、目標速度導出部１５８及び加減速制御部１５９を備える。運転支援装置１５は、当該プログラムを実行することにより、後述する図３に示す運転支援処理を行う。

地図データ取得部１５１は、地図データベース１１から地図データを取得する。
位置データ取得部１５２は、ＧＰＳ受信機１２から車両１の現時点での絶対位置（ｘ０，ｙ０）を表す位置データを取得する。なお、この記載及び以下の記載における「現時点」とは、演算を行う上で基準とする時刻であり、時刻Ｔ＝０の時点である。

速度データ取得部１５３は、速度センサ１３から車両１の現時点での速度Ｖ０を表す速度データを取得する。
方向データ取得部１５４は、方位センサ１４から車両１の現時点での進行方向Ｄ０を表す方向データを取得する。

位置データ予測部１５５は、地図データ、位置データ及び速度データに基づいて、現時点から所定の予測時間Ｔｎが経過した時点、つまり、時刻Ｔ＝Ｔｎの時点で車両１が走行していると予測される位置（ｘｎ，ｙｎ）を表す位置予測データを導出する。ここでいう予測時間Ｔｎは、カーブに進入する前の車両１が、当該カーブに進入するのに十分な時間であって、当該カーブから退出しない程度の長すぎない時間に設定され、例えば、数秒〜数十秒程度である。

方向データ予測部１５６は、地図データ及び位置予測データに基づいて、時刻Ｔ＝Ｔｎの時点での車両１の進行方向Ｄｎを表す方向予測データを導出する。
角度導出部１５７は、方向データが表す進行方向Ｄ０及び方向予測データが表す進行方向Ｄｎがなす角度である変針角度θを導出する。

目標速度導出部１５８は、第１導出部１５８ａ及び第２導出部１５８ｂを備える。
第１導出部１５８ａは、変針角度θ及び予測時間Ｔｎに基づいて、時刻Ｔ＝Ｔｎの時点での車両１のヨーレートを表す予測ヨーレートＲｎを導出する。

第２導出部１５８ｂは、設定横加速度Ｌ及び予測ヨーレートＲｎに基づいて、車両１の目標速度Ｖｎを導出する。ここでいう設定横加速度Ｌとは、車両１の横方向にかかる加速度である横加速度について設定された値であって、車両１が安全にカーブを曲がるための横加速度の上限値である。

加減速制御部１５９は、目標速度Ｖｎ及び速度Ｖ０との差分に基づいて、現時点からカーブ進入時間Ｔｓが経過した時点、つまり、時刻Ｔ＝Ｔｓの時点で車両１の速度が目標速度Ｖｎになるために必要な車両１の目標加減速度Ａｔを導出する。そして、加減速制御部１５９は、導出した目標加減速度Ａｔに基づいて、車両１の加減速装置１６の制御を行う。ここでいうカーブ進入時間Ｔｓは、時刻Ｔ＝Ｔｎの時点で車両１が走行していると予測されるカーブに差し掛かるまでの時間であって、地図データ、絶対位置（ｘ０，ｙ０）及び速度Ｖ０から求められる。具体的には、地図データに基づきカーブの開始地点が特定され、絶対位置（ｘ０，ｙ０）からカーブの開始地点までの道のりを速度Ｖ０で割った値がカーブ進入時間として導出される。

図１に戻り、加減速装置１６は、スロットルアクチュエータ、変速アクチュエータ、ブレーキアクチュエータ等を備え、運転支援装置１５の加減速制御部１５９による制御に従って、車両１の加減速を行う。

［２．処理］
図３のフローチャートに示す、運転支援装置１５が行う運転支援処理は、車両１のイグニッションスイッチがオンである間に周期的に実行される。

Ｓ１０１で、運転支援装置１５は、地図データベース１１から車両１の前方の道路を表す地図データを取得する。Ｓ１０１は、地図データ取得部１５１としての処理に相当する。例えば、図４に示すような道路を表す地図データが取得される。

Ｓ１０２で、運転支援装置１５は、ＧＰＳ受信機１２から位置データを取得する。Ｓ１０２は、位置データ取得部１５２としての処理に相当する。例えば、図４に示すような現時点での絶対位置（ｘ０，ｙ０）を表す位置データが取得される。

Ｓ１０３で、運転支援装置１５は、速度センサ１３から速度データを取得する。Ｓ１０３は、速度データ取得部１５３としての処理に相当する。例えば、図４に示すような現時点での速度Ｖ０を表す速度データが取得される。

Ｓ１０４で、運転支援装置１５は、方位センサ１４から方向データを取得する。Ｓ１０４は、方向データ取得部１５４としての処理に相当する。例えば、図４に示すような現時点での方向Ｄ０を表す方向データが取得される。

Ｓ１０５で、運転支援装置１５は、取得した地図データ、位置データ及び速度データに基づいて、時刻Ｔ＝Ｔｎの時点での車両１の位置を表す位置予測データを導出する。Ｓ１０５は、位置データ予測部１５５としての処理に相当する。例えば、図４に示すような位置（ｘｎ，ｙｎ）を表す位置予測データが導出される。ここでいう位置（ｘｎ，ｙｎ）は、時刻Ｔ＝Ｔｎの時点で車両１が走行していると予測される位置であって、地図データ、絶対位置（ｘ０，ｙ０）及び速度Ｖ０から求められる。具体的には、絶対位置（ｘ０，ｙ０）から、速度Ｖ０のまま時刻Ｔ＝Ｔｎの時点まで車両１が進行した場合の地図データに表された道路上の位置を特定することで導出される。

Ｓ１０６で、運転支援装置１５は、取得した地図データ及び導出した位置予測データに基づいて、時刻Ｔ＝Ｔｎの時点での車両１の進行方向を表す方向予測データを導出する。Ｓ１０６は、方向データ予測部１５６としての処理に相当する。例えば、図４に示すような位置（ｘｎ，ｙｎ）における道路の接線方向であって、地図データの表す道路情報から特定される車両１の進行方向に基づき、時刻Ｔ＝Ｔｎの時点での、車両１の進行方向を表す方向予測データとして導出される。

Ｓ１０７で、運転支援装置１５は、方向データが表す進行方向Ｄ０及び方向予測データが表す進行方向Ｄｎがなす角度である変針角度θを導出する。Ｓ１０７は、角度導出部１５７としての処理に相当する。

Ｓ１０８で、運転支援装置１５は、前述の予測時間Ｔｎ及び導出した変針角度θに基づいて、予測ヨーレートＲｎを導出する。Ｓ１０８は、目標速度導出部１５８の第１導出部１５８ａとしての処理に相当する。例えば、予測ヨーレートＲｎは下記の式１により導出される。
Ｒｎ＝θ／Ｔｎ・・・式１
Ｓ１０９で、運転支援装置１５は、設定横加速度Ｌ及び予測ヨーレートＲｎに基づいて、車両１の目標速度Ｖｎを導出する。Ｓ１０９は、目標速度導出部１５８の第２導出部１５８ｂとしての処理に相当する。例えば、目標速度Ｖｎは下記の式２により導出される。
Ｖｎ＝Ｌ／Ｒｎ・・・式２
Ｓ１１０で、運転支援装置１５は、目標速度Ｖｎ及び速度Ｖ０の差分に基づいて、車両１の速度が時刻Ｔ＝Ｔｓの時点で目標速度Ｖｎになるために必要な車両１の目標加減速度Ａｔを導出する。例えば、目標加減速度Ａｔは下記の式３により導出される。
Ａｔ＝ｆ（（Ｖｎ−Ｖ０）／Ｔｓ）・・・式３
なお、ｆ（（Ｖｎ−Ｖ０）／Ｔｓ）は（Ｖｎ−Ｖ０）／Ｔｓの関数であり、種々の関係式が考えられる。Ｓ１１０は、加減速度導出部としての処理に相当する。例えば、図４に示すような時刻Ｔ＝Ｔｓの時点で車両１の速度がＶｓになるような目標加減速度Ａｔである。この際、例えば図５に示すように、車両１のヨーレートＲ、速度Ｖ、加減速度Ａが変化する。すなわち、時刻Ｔ＝Ｔｓの時点で予測ヨーレートＲｎ，目標速度Ｖｎになるように目標加減速度Ａｔが導出される。

Ｓ１１１で、運転支援装置１５は、導出した目標加減速度Ａｔに基づいて、車両１の加減速装置１６の制御を行う。Ｓ１１１は、加減速制御部１５９としての処理に相当する。
［３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。

（１ａ）本実施形態の運転支援装置１５によれば、カーブの曲率が認識できる程度に高精度の地図データを用いない場合においても、適正な目標速度Ｖｎを導出することができ、車両１の加減速制御を適正に行うことができる。すなわち前述のとおり、目標速度Ｖｎは設定横加速度Ｌ及び予測ヨーレートＲｎから求められる。設定横加速度Ｌは設定された値であり、予測ヨーレートＲｎは予測時間Ｔｎ及び変針角度θに基づいて導出され、カーブの曲率によらず求められる。つまり、カーブの曲率を用いることなく、目標速度Ｖｎを導出することができる。さらに、加減速制御は目標加減速度Ａｔを求めることで行われる。目標加減速度Ａｔは、目標速度Ｖｎ、現時点での速度Ｖ０及びカーブ進入時間Ｔｓから求められる。現時点での速度Ｖ０及びカーブ進入時間Ｔｓもカーブの曲率によらないので、カーブの曲率を用いることなく目標加減速度Ａｔを導出することができる。よって、カーブの曲率を用いない場合においても、車両１の加減速制御を行うことができる。

（１ｂ）本実施形態の運転支援装置１５によれば、カーブが徐々に急になっている場合や緩やかになっている場合など、カーブの途中で曲がり具合が変化する場合においても、適切に加減速制御を行うことができる。すなわち前述のとおり、加減速制御は運転支援装置１５の求めた目標加減速度Ａｔに基づいて行われる。目標加減速度Ａｔは目標速度Ｖｎに応じて変化し、目標速度Ｖｎは変針角度θに応じて変化する。変針角度θは、時刻Ｔ＝０の時点における方向データが表す車両１の進行方向Ｄ０及び時刻Ｔ＝Ｔｎの時点における方向予測データが表す車両１の進行方向Ｄｎがなす角度である。したがって、差し掛かるカーブ全体の形状によらず、時刻Ｔ＝０の時点及び時刻Ｔ＝Ｔｎの時点での道路の曲がり具合に応じて目標速度Ｖｎが求められる。よって、カーブの途中で曲がり具合が変化する場合においても、より適切に目標速度Ｖｎを求めることができ、ひいては、より適切に加減速制御を行うことができる。

［４．他の実施形態］
以上、本開示を実施するための形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施できる。

（２ａ）上記実施形態では、地図データ取得部１５１は、地図データベース１１から地図データを取得するとしたが、取得される地図データは地図データベース１１にあらかじめ保存された地図データに限定されるものではない。例えば、地図データ取得部１５１は、車両１の外部から配信される地図データを受信することで、地図データを取得してもよい。

（２ｂ）上記実施形態では、車両１の目標速度Ｖｎは、設定横加速度Ｌ及び予測ヨーレートＲｎに基づいて導出されるが、目標速度Ｖｎの導出方法はこれに限定されるものではない。例えば、変針角度θの値に応じた目標速度Ｖｎをあらかじめ設定してもよい。

（２ｃ）上記実施形態では、予測ヨーレートＲｎは式１を用いて導出されたが、導出に用いられる式はこれに限定されるものではない。例えば、予測ヨーレートＲｎは、下記式４によって導出されてもよい。
Ｒｎ＝θｓ／（Ｔｎ−Ｔｓ）・・・式４
なお、ここでいう変針角度θｓは、時刻Ｔ＝Ｔｓの時点における方向データが表す車両１の進行方向Ｄｓ及び時刻Ｔ＝Ｔｎの時点における方向予測データが表す車両１の進行方向Ｄｎがなす角度であり、θｓ＝Ｄｎ−Ｄｓで表される。ここで、θｓ及びＴｎ−Ｔｓは時刻Ｔ＝０によらない値であるので、予測ヨーレートＲｎは、導出する時刻Ｔ＝０のタイミングによらない。すなわち、このような式を用いると、予測対象とするカーブが同一である場合には、車両１の予測を行う時刻Ｔ＝０の時点での位置によらず、同一の予測ヨーレートＲｎが導出される。つまり、予測対象とするカーブが同一である場合には、予測を行う時刻Ｔ＝０の時点での位置によらず、同一の目標速度Ｖｎ及び同一の目標加減速度Ａｔが導出される。

（２ｄ）設定横加速度Ｌは、あらかじめ設定された１つの値に限定されるものではなく、変更できるものとしてもよい。例えば、ドライバの意思により設定横加速度Ｌの値を変更できるものとしてもよい。また、路面状態や天候といった車両１の周辺の状況に応じて、設定横加速度Ｌの値を算出し、変更できるものとしてもよい。このような構成によると、車両１の周辺の状況に対応した、より安全な走行が実現できる。

（２ｅ）上記実施形態では、時刻Ｔ＝０での車両１の進行方向Ｄ０を表す方向データを方位センサ１４から取得することで特定したが、現時点での車両１の進行方向の特定方法はこれに限定されるものではない。例えば、地図データベース１１から取得された地図データ及びＧＰＳ受信機１２から取得された位置データに基づいて、時刻Ｔ＝０の時点での車両１の道路の接線方向であって、地図データの表す道路情報から特定される方向を、車両１の進行方向としてもよい。つまり、方位センサを用いない構成でも、変針角度θを求めることができる。さらに、このような構成によれば、例えば車両１の向きによらず車両１の進行方向Ｄ０を取得することができるので、時刻Ｔ＝０の時点での車両１の向きが車両１の走行している道路と平行でない場合にも、車両１の方向データに基づいた変針角度θを求めることができる。つまり、時刻Ｔ＝０の時点で、車両１の向きが車両１の走行している道路と平行でない場合にも、道路の曲がり具合を予測することができ、ひいては目標速度Ｖｎ及び目標加減速度Ａｔの導出を行うことができる。

（２ｆ）上記実施形態では、運転支援装置１５は、導出した目標加減速度Ａｔに基づいて、車両１の加減速装置１６の制御を行うが、加減速装置１６の制御は運転支援装置１５が行うものに限定されるものではない。例えば、運転支援装置１５は、車両１のドライバに対して、目標速度Ｖｎ又は目標加減速度Ａｔに基づいて、加減速制御を指示するような警告などの報知を行い、加減速制御をドライバが行うといった構成にしてもよい。

（２ｇ）上記実施形態で、運転支援装置１５が実行する機能の一部又は全部を、１つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。
（２ｈ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（２ｉ）本開示は、前述した運転支援装置１５の他、運転支援装置１５を構成要素とする車載システム、運転支援装置１５としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実体的記録媒体、運転支援方法など、種々の形態で実現することができる。

１…車両、１１…地図データベース、１２…ＧＰＳ受信機、１３…速度センサ、１４…方位センサ、１５…運転支援装置、１６…加減速装置、１５１…地図データ取得部、１５２…位置データ取得部、１５３…速度データ取得部、１５４…方向データ取得部、１５５…位置データ予測部、１５６…方向データ予測部、１５７…角度導出部、１５８…目標速度導出部、１５８ａ…第１導出部、１５８ｂ…第２導出部、１５９…加減速制御部。

Claims (3)

1. 車両（１）に搭載された運転支援装置（１５）であって、
   前記車両が走行可能な道路を表す地図データを取得する地図データ取得部（１５１）と、
   前記車両の位置を表す位置データを取得する位置データ取得部（１５２）と、
   前記車両の速度を表す速度データを取得する速度データ取得部（１５３）と、
   前記車両の進行方向を表す方向データを取得する方向データ取得部（１５４）と、
   前記地図データ、前記位置データ及び前記速度データに基づいて、所定の予測時間を経過した時点での前記車両の位置を表す位置予測データを導出する位置データ予測部（１５５）と、
   前記地図データ及び前記位置予測データに基づいて、前記予測時間を経過した時点での前記車両の進行方向を表す方向予測データを導出する方向データ予測部（１５６）と、
   前記方向データが表す進行方向及び前記方向予測データが表す進行方向がなす角度である変針角度を導出する角度導出部（１５７）と、
   前記変針角度に基づいて、前記予測時間を経過した時点での前記車両の目標速度を導出する目標速度導出部（１５８）と、
   を備え、
   前記方向データ予測部は、前記位置予測データが表す前記車両の位置における道路の接線方向であって、前記地図データの表す道路情報から特定される前記車両の進行方向を、前記方向予測データとして導出する運転支援装置。
2. 請求項１に記載の運転支援装置であって、
   前記目標速度導出部は、
   前記変針角度及び前記予測時間に基づいて、前記予測時間を経過した時点での前記車両のヨーレートを表す予測ヨーレートを導出する第１導出部（１５８ａ）と、
   前記車両の横方向にかかる加速度である横加速度のあらかじめ設定された値である設定横加速度及び前記予測ヨーレートに基づいて、前記目標速度を導出する第２導出部（１５８ｂ）と、
   を備える、運転支援装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の運転支援装置であって、
   前記目標速度と前記速度データが表す速度との差分に基づいて、前記車両の速度が、前記予測時間を経過した時点で前記目標速度になるために必要な前記車両の加減速度を導出し、前記導出した加減速度に基づいて、前記車両を加減速するための処理を実行する加減速制御部（１５９）を更に備える運転支援装置。

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