JP7270795B1 - 車両用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対向車が自車との衝突を回避する動作を行う場合でも、衝突を回避できる車両用制御装置を得る。【解決手段】対向車検出手段１０１により、自車の前方の車両をカメラ２１０の画像を介して検出し、次に対向車接近判断手段１０２で、検出された車両について、自車との相対距離および相対速度を演算し、自車に向かう対向車かどうかを判断して、対向車と判断されれば、対向車操舵操作検出手段１０３が、カメラ２１０の画像を元にして、対向車のドライバの手の位置の変化による操舵操作を検出して、この検出された対向車の操舵操作を用いて、衝突位置予測手段１０４が、自車と対向車との相対距離と相対速度に基づき、衝突位置を予測して、衝突回避制御手段１０５が、予測された衝突位置を回避するように自車の操舵およびブレーキを制御するようにした。【選択図】図１

Description

本願は、車両用制御装置に関するものである。

近年、自動車においては、安全性をより高めるための予防安全性能を搭載およびその高度化が求められている。例えば、自車と、人、他車両などの対象物との衝突の可能性が高い場面での自動制御機能として挙げられる衝突安全機能の高度化が進められてきている。
対象物が動的である対向車との衝突は、様々な場面で想定される。
ドライバの不注意による対向車線での走行となってしまう逆走の場面、中央分離帯がない道路での対向車とのすれ違いの場面、右折のための対向車線進入時の場面などが考えられる。
これらの場面においては、お互いの車両が向かい合って走行しているため、その相対速度が高いことにより、衝突した時の被害が比較的大きく、またドライバによる判断および操作をする時間が短い。

このように衝突の被害が比較的大きく、判断および操作までの時間が短い衝突を回避する衝突安全機能は、自車に設置されたレーダー、カメラなどのセンシング技術を用いて、衝突の可能性のある対象物を検出し、その可能性に応じて衝突を回避するようブレーキおよびハンドル操作をシステムで行っており、例えば、特許文献１、特許文献２などの技術が公開されている。

特開平１０－３３８１１０号公報（第４～７頁、第１図） 特開２０００－０６５９２８号公報（第５～６頁、第５図）

特許文献１に記載された技術では、レーダーで対向車を検出し、対向車の実動作状態と自車状態から算出した相対距離に応じて、衝突の可能性がある場合にはブレーキ制御を実施して、衝突を回避するようにしている。
また、特許文献２に記載された技術では、レーダーで対向車を検出し、対向車の実動作状態と自車状態から算出した相対位置、相対距離および相対速度に応じて、衝突位置を予測し、衝突位置を走行しないようにハンドル操作を実施して、衝突を回避するようにしている。

ここで、対向車においても自車との衝突を回避する動作が行われることが考えられる。この場合、対向車では自車が想定していない動作が、衝突回避動作として行われる可能性もある。
例えば、対向車のドライバが慌てて実施する回避動作、あるいは自車と対向車の衝突安全機能の制御方法の違いなどにより、対向車の回避動作が自車の回避方向と同じ方向となってしまうケースも考えられる。

このような場合、特許文献１および特許文献２に記載の技術では、衝突を回避できない可能性が出てくる。すなわち、特許文献１および特許文献２では、対向車における衝突回避のための操舵操作によってタイヤ方向が変化し、タイヤ方向に向かって慣性および車外環境の影響を受けながら、対向車の車体方向が変化（対向車が実動作）した後に、ようやく対向車の位置などを検出して衝突予測および回避動作を実施している。
このため、対向車が自車と同じ方向に回避しようとしていると判断できるのは、対向車がすでに自車と同じ方向に回避し始めているタイミングとなってしまい、さらなる回避動作が間に合わなくなってしまうという問題がある。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、対向車が自車との衝突を回避する動作を行う場合でも、衝突を回避できる車両用制御装置を提供することを目的とする。

本願に開示される車両用制御装置は、自車の前方の車両を検出する車両検出部、この車両検出部により検出された車両について、自車との相対距離および相対速度を演算し、自車に向かう対向車かどうかを判定する対向車判定部、この対向車判定部により対向車と判定された場合に、対向車の操舵操作を検出する対向車操舵検出部、相対距離および相対速度に基づき、対向車操舵検出部により検出された対向車の操舵操作を加味して、自車と対向車との衝突位置を予測する衝突位置予測部、この衝突位置予測部により予測された衝突位置を回避するように自車の操舵およびブレーキを制御する衝突回避制御部を備え、対向車操舵検出部による対向車の操舵操作の検出は、自車の前方を撮影するカメラの映像を介して、対向車のドライバの動きを解析して行うものである。

本願に開示される車両用制御装置によれば、対向車が自車との衝突を回避する動作を行う場合でも、衝突を回避することができる。

実施の形態１による車両用制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１による車両用制御装置を含むシステムを示す構成図である。 実施の形態１による車両用制御装置の衝突回避制御を示すフローチャートである。 実施の形態１による車両用制御装置の対向車操舵操作検出を示すイメージ図である。 実施の形態１による車両用制御装置の衝突回避制御との比較例を示すイメージ図である。 実施の形態１による車両用制御装置の衝突回避制御における衝突回避動作を示すイメージ図である。 実施の形態２による車両用制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態２による車両用制御装置を含むシステムを示す構成図である。 実施の形態１、２による車両用制御装置のハードウェア構成を示す図である。

実施の形態１．
実施の形態１では、自車に搭載されたカメラおよびレーダーで対向車を検知し、対向車との相対距離および相対速度より自車との衝突の怖れがあるかどうかを予測する。
そして、自車に搭載されたカメラを用いて、対向車ドライバの手の動きから操舵操作を検出し、対向車の相対距離、相対速度、および操舵操作より衝突位置を予測し、衝突位置を回避するように自車の操舵およびブレーキを操作する制御を行うようにしている。

図１は、実施の形態１による車両用制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、車両用制御装置２１１は、次のように構成されている。
対向車検出手段１０１（車両検出部）は、自車に設置されたカメラ２１０の画像を元に、自車前方に障害物が存在し、かつそれが車両であることを検出する。
対向車接近判断手段１０２（対向車判定部）は、自車に設置されたレーダー２０９の信号を元に、自車前方の車両との相対距離および相対速度を演算して、前方車両が接近している、すなわち、対向車であることを判断する。
なお、カメラ２１０およびレーダー２０９は、図２で後述する。

対向車操舵操作検出手段１０３（対向車操舵検出部）は、カメラ２１０による対向車の運転席近傍の画像を元に、対向車ドライバの手の位置の変化量で、対向車の操舵操作量を検出する。
衝突位置予測手段１０４（衝突位置予測部）は、対向車接近判断手段１０２における対向車との相対距離および相対速度、さらに対向車操舵操作検出手段１０３によって検出された対向車の操舵操作量を用いて、自車と対向車の衝突位置を予測する。
衝突回避制御手段１０５（衝突回避制御部）は、衝突予測位置を通過しないよう、操舵制御およびブレーキ制御を実施する。操舵制御は、電動パワーステアリング２０６（以下、ＥＰＳ２０６と略称する。ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）により行う。ブレーキ制御は、ブレーキ２０４ａ～２０４を制御する。

図２は、実施の形態１による車両用制御装置を含むシステムを示す構成図である。
図２において、車両２００は、アクセルペダル２０１で、エンジン、モータ（共に図示せず）などの駆動源を操作して、車両を加速させ、ブレーキペダル２０２で、各タイヤ２０３ａ～２０３ｄに設置されたブレーキ２０４ａ～２０４ｄを操作して車両を減速させる。
ハンドル２０５およびＥＰＳ２０６は、ピニオンギア（図示せず）に接続されたシャフト２０７に操舵力を伝達させ、その操舵力で、ラック２０８が車両に対して左右方向に移動することで、タイヤ２０３ａ～２０３ｄの方向を変更させるようになっている。
また、車両前方の車外環境を検出するセンサとして、レーダー２０９とカメラ２１０が設置されている。

車両用制御装置２１１（以下、呼称として、ＥＣＵ２１１を用いる。ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）は、ハードウェアの一例を図９に示すように、演算を実施するプロセッサ１０００、プログラムデータおよび固定値データを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を含む記憶装置１００１、および各種信号の入出力を行うＩ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）インターフェース１００２を備えている。
記憶装置１００１は、格納されているデータを更新して、順次書き換えられるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。
プロセッサ１０００は、記憶装置１００１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１０００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１０００は、演算結果等のデータを記憶装置１００１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

ＥＣＵ２１１のＲＯＭには、対向車検出手段１０１、対向車接近判断手段１０２、対向車操舵操作検出手段１０３、衝突位置予測手段１０４、衝突回避制御手段１０５が、ソフトウェアとして記憶されている。
Ｉ／Ｏインターフェースによって、ＥＣＵ２１１には、アクセルペダル２０１の開度、ブレーキペダル２０２の位置、レーダー２０９の信号、カメラ２１０の画像が、入力情報として与えられ、ＥＣＵ２１１からブレーキ２０４ａ～２０４ｄおよびＥＰＳ２０６を動作させる信号を出すようになっている。

また、実施の形態１では、単一のＥＣＵ２１１のＲＯＭに上述の各手段が記憶されているものとして説明するが、これに限ったものではなく、例えば、機能が異なる複数のＥＣＵにわたって、すべての手段が記憶されているものでも良い。
複数のＥＣＵにわたる際には、各ＥＣＵ同士が車内通信できるよう、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの通信網を備えている。

図４は、実施の形態１による車両用制御装置の対向車操舵操作検出を示すイメージ図である。
図４においては、対向車ドライバの手の位置の変化量を検出する様子を示している。
図４（ａ）は、対向車ドライバの元の手の位置Ａを示す図、図４（ｂ）は、対向車ドライバの移動させた後の手の位置Ａ’を示す図、図４（ｃ）は、対向車ドライバの手の位置が動いた角度αを示す図である。なお、図４（ｃ）では、ハンドルの横方向中心線Ｂ－Ｂ’を示している。

図５は、実施の形態１による車両用制御装置の衝突回避制御との比較例を示すイメージ図である。
図５（ａ）～図５（ｆ）は、図５（ａ）に始まる時間の経過に伴う自車と対向車の状態を示す。
図５においては、自車２００ａと対向車２００ｂが、図５（ｆ）で衝突に至るまでの経過を示している。自車２００ａと対向車２００ｂの操舵操作方向３００と、ブレーキ中３０２の状態を示している。衝突予測位置４００を避けるように操舵３０１が行われる。図５（ｆ）では、衝突５００の発生に至っている。

図６は、実施の形態１による車両用制御装置の衝突回避制御における衝突回避動作を示すイメージ図である。
図６（ａ）～図６（ｇ）は、図６（ａ）に始まる時間の経過に伴う自車と対向車の状態を示す。
図６において、符号２００ａ、２００ｂ、３００～３０２、４００は図５におけるものと同一のものである。図６では、図５の衝突５００は避けられている。

次に、動作について説明する。
以下に、図３のフローチャートを参照して、実施の形態１のプログラム動作について説明する。
なお、図３のフローチャートは、ＥＣＵ２１１の演算処理装置において、演算周期毎にサブルーチンとして実行される。

ステップＳ３０１では、カメラ２１０の画像を元に自車前方に存在する物標を認識し、その物標の中に車両として認識されたものがあれは、ステップＳ３０２に進み、車両と認識されたものがなければ、そのままサブルーチンを終了する。このステップＳ３０１が対向車検出手段１０１に相当する。
また、ステップＳ３０１では、カメラ２１０を用いて車両を検出しているが、これに限らず、例えば、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）など他のセンサを用いて検出しても良い。

次に、ステップＳ３０２では、ステップＳ３０１で認識された前方車両が自車に接近しているかどうかを判断する。例えば、レーダー２０９の信号を元にして、自車前方との相対距離が小さくなり、かつその車両との相対速度が自車速度よりも大きい場合には、自車と前方車両がお互いに向き合っている対向車であると判断し、ステップＳ３０３へ進む。
接近していない場合には、そのままサブルーチンを終了する。
これが、対向車接近判断手段１０２に相当する。
また、ステップＳ３０２では、レーダー２０９を用いて、対向車の接近を検出しているが、これに限らず、例えば、ＬｉＤＡＲなど他のセンサを用いて検出しても良い。

次いで、ステップＳ３０３において、自車のカメラ２１０から対向車の運転席近傍の画像を抽出し、対向車における操舵操作を検出する。
図４のように、図４（ａ）の対向車ドライバの手の位置Ａから、図４（ｂ）の手の位置Ａ’になった際、操舵操作されたことを検出する。
さらに、図４（ｃ）に示すように、角度αを幾何学的に演算する。なお、ハンドルの横方向中心線Ｂ－Ｂ’の位置は、画像から推定する。角度αはハンドル角変化量であるため、ステアリングギア比で減衰させて、タイヤの切れ角変化量を演算する。

ここで、例えば、ステップＳ３０１で対向車を検出した際に、対向車の車格、車種を認識させ、車格、車種に応じたステアリングギア比の対応表を、自車にテーブルとして予め記憶しておけば、対向車のステアリングギア比を求められる。
これが、対向車操舵操作検出手段１０３に相当する。
なお、ステップＳ３０３では、対向車ドライバの手の位置から対向車の操舵操作を検出したが、例えば、対向車ハンドルそのものの角度変化、またはドライバの肩の変化などから対向車の操舵操作を検出しても良い。
また、より信頼性の高い操舵操作の検出とするために、例えば、手の位置とハンドルそのものの角度変化の２種類を用いることなどで、最終的な操舵操作を検出しても良い。

次に、ステップＳ３０４において、ステップＳ３０３までに検出された対向車との相対距離、相対速度、タイヤ切れ角変化量と、自車の速度とタイヤ切れ角とを用いて、自車と対向車の衝突予測位置を演算する。
演算式は、例えば、等速直線運動を前提とした幾何学的な式を用いても良いし、より精度良くする場合には、慣性または車外環境（風、路面状況など）を考慮した物理モデルを予め記憶しておき、自車および対向車に対して、物理モデルから衝突予測位置の演算をしても良い。これが、衝突位置予測手段１０４に相当する。

次いで、ステップＳ３０５では、ステップＳ３０４で演算された衝突予測位置を自車が通過しないように、車両横方向への操作量となるＥＰＳ２０６への制御指示値、および車両前後方向への操作量となるブレーキ２０４ａ～２０４ｄへの指示値を演算する。
このときの演算式は、例えば、等速直線運動を前提とした幾何学的な式を用いても良いし、より精度良くする場合には、慣性または車外環境（風、路面状況など）を考慮した物理モデルを予め記憶しておき、物理モデルから自車の操舵操作量およびブレーキ量を演算しても良い。
また、車両横方向への操作量は、ブレーキ２０４ａ～２０４ｄに対し、個別の指示値を与え、偏らせた値とすることでも可能である。

次に、ステップＳ３０６において、ステップＳ３０５で演算された指示値が、ＥＰＳ２０６とブレーキ２０４ａ～２０４ｄへ送信されて、ＥＰＳ２０６とブレーキ２０４ａ～２０４ｄが動作して、車両が旋回および減速し始める。
ステップＳ３０５とステップＳ３０６が、衝突回避制御手段１０５に相当する。

次に、図５および図６を用いて、衝突回避動作について説明する。
まず、図５を用いて、衝突に至る例について説明する。
図５は、自車２００ａと対向車２００ｂの衝突までの流れを、図５（ａ）～図５（ｆ）の時間に区切って表したものである。
図５（ａ）で、対向車２００ｂがあることを認識し、図５（ｂ）において、自車２００ａは、衝突回避機能によってブレーキがかかり、かつＥＰＳ２０６へ左に回避する指示が出されて、動作が始まる。このとき、自車２００ａは、まだ左方向には向いていない。
一方、対向車２００ｂにおいては、ブレーキのみで回避しようとしている。

次に、図５（ｃ）のタイミングにおいて、自車２００ａは、図５（ｂ）のタイミングで指示された左への回避動作が始まっている。しかし、対向車２００ｂのドライバが、自車２００ａの回避方向と同じ方向に操舵３０１をしてしまった場合、図５（ｄ）のタイミングで対向車が自車２００ａに向かってきていることを自車２００ａが検出する。
図５（ｄ）のタイミングで、自車２００ａは、さらなる操舵３０１をするべく指示するが、図５（ｅ）および図５（ｆ）のタイミングでも、衝突を回避できる操舵とはならずに、図５（ｆ）のタイミングで、衝突５００が発生している。

このような状況で、衝突を回避するべく、図６を用いて、衝突回避制御による車両動作について説明する。
図６（ｂ）において、自車２００ａは、衝突回避機能によってブレーキがかかり、かつＥＰＳ２０６により、タイヤが左に切られる回避動作が始まるが、自車２００ａは、まだ左方向には向いていない。
図６（ｃ）のタイミングにおいて、対向車２００ｂのドライバが、自車２００ａの回避方向と同じ方向に操舵３０１の操作をしてしまった場合、自車２００ａは対向車２００ｂが操舵３０１したことを検出しているため、衝突予測位置４００は更新され、その衝突予測位置を回避するべく操舵３０１の操作を実施している。
図６（ｄ）のタイミングでは、自車２００ａは、対向車２００ｂの動作を、図６（ｃ）のタイミングで、すでに予測して回避動作を予め実施していたため、図６（ｆ）以降は、衝突予測位置４００がなくなり、図６（ｇ）のタイミングでは、衝突回避ができている。

実施の形態１によれば、対向車との衝突を回避する場合に、対向車における回避のための操舵操作を検出し、その操舵操作と自車の状態に応じて衝突を予測し、操舵およびブレーキ制御を行うことで、対向車との衝突を回避することができる。

実施の形態２．
実施の形態１は、自車が衝突回避制御中に対向車のドライバが操舵したことを検出する場合についてのものであったが、実施の形態２は、対向車のドライバは操舵操作せず、自動運転制御など対向車のシステムが操舵操作した場合についてのものである。

実施の形態２では、自車に搭載されたカメラおよびレーダーで対向車を検知し、対向車との相対距離および相対速度より自車との衝突の怖れがあるかどうかを予測する。
また、広域通信網を介してサーバから送信される対向車の操舵に関連するデータを自車で受信することで、対向車の操舵操作を検出する。
そして、対向車の相対距離、相対速度、および操舵操作より衝突位置を予測し、衝突位置を回避するように自車の操舵およびブレーキを操作する制御について、説明する。
以下では、実施の形態２について、図を用いて説明する。

図７は、実施の形態２による車両用制御装置の概略構成を示すブロック図である。
図７において、符号１０１～１０５、２０９、２１０は図１におけるものと同一のものである。図７では、車外との通信を行う車外通信手段１０６（車外通信部）を設けている。車外通信手段１０６は、図８で後述する外部通信機２１２ａを通じて、対向車検出手段１０１によって検出された対向車におけるハンドル角を受信する。
なお、実施の形態２における各手段も、実施の形態１と同様に、ＥＣＵ２１１のＲＯＭに記憶されているものとする。

図８は、実施の形態２による車両用制御装置を含むシステムを示す構成図である。
図８において、自車２００ａには、広域通信網２１３を介して、サーバ２１４とデータを送受信するための外部通信機２１２ａが設けられている。
さらに、対向車２００ｂにも同様に、外部通信機２１２ｂが設けられている。
なお、この外部通信機２１２ａ、２１２ｂは、様々なデータが送受信できるが、実施の形態２では、少なくとも車両におけるリアルタイムのハンドル角のデータが送受信されるものである。

次に、動作について説明する。
以下では、図３のフローチャートを用いて、実施の形態２のプログラム動作について説明する。
なお、ステップＳ３０３以外の図３の各ステップの処理は、実施の形態１と同じであり、その説明を省略する。

ステップＳ３０３において、まず、サーバ２１４に送信・収集されている対向車ハンドル角のデータを、サーバ２１４から外部通信機２１２ａを用いて受信する。この部分が車外通信手段１０６に相当する。
サーバ２１４に送信・収集されている対向車ハンドル角データは、対向車２００ｂにおける外部通信機２１２ｂを通して送信されているものである。
なお、ステップＳ３０３においては、対向車のハンドル角データから、対向車操舵操作を検出したが、例えば、タイヤ角またはＥＰＳ２０６のデータなどから対向車操舵操作を検出しても良い。

また、実施の形態２の衝突回避制御による車両動作は、実施の形態１の図６と同じになるため、その説明を省略する。

実施の形態２によれば、広域通信網を介して、サーバから送信される対向車の操舵に関連するデータを自車で受信し、対向車の操舵操作を検出して、衝突位置を予測し、この衝突位置を回避するように自車の操舵およびブレーキを操作するので、対向車との衝突を回避することができる。

本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１０１ 対向車検出手段、１０２ 対向車接近判断手段、
１０３ 対向車操舵操作検出手段、１０４ 衝突位置予測手段、
１０５ 衝突回避制御手段、１０６ 車外通信手段、２００ 車両、２００ａ 自車、
２００ｂ 対向車、２０１ アクセルペダル、２０２ ブレーキペダル、
２０３ａ～２０３ｄ タイヤ、２０４ａ～２０４ｄ ブレーキ、２０５ ハンドル、
２０６ ＥＰＳ、２０７ シャフト、２０８ ラック、２０９ レーダー、
２１０ カメラ、２１１ 車両用制御装置、２１２ａ 外部通信機、
２１２ｂ 外部通信機、２１３ 広域通信網、２１４ サーバ、
１０００ プロセッサ、１００１ 記憶装置、１００２ Ｉ／Ｏインターフェース

Claims (2)

1. 自車の前方の車両を検出する車両検出部、
   この車両検出部により検出された車両について、自車との相対距離および相対速度を演算し、自車に向かう対向車かどうかを判定する対向車判定部、
   この対向車判定部により対向車と判定された場合に、上記対向車の操舵操作を検出する対向車操舵検出部、
   上記相対距離および相対速度に基づき、上記対向車操舵検出部により検出された対向車の操舵操作を加味して、自車と上記対向車との衝突位置を予測する衝突位置予測部、
   この衝突位置予測部により予測された衝突位置を回避するように自車の操舵およびブレーキを制御する衝突回避制御部を備え、
   上記対向車操舵検出部による上記対向車の操舵操作の検出は、自車の前方を撮影するカメラの映像を介して、上記対向車のドライバの動きを解析して行うことを特徴とする車両用制御装置。
2. 上記対向車のドライバの動きには、上記ドライバの手の位置の変化、肩の位置の変化およびハンドルの角度の変化のいずれかが含まれることを特徴とする請求項１に記載の車両用制御装置。

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