WO2013046293A1

WO2013046293A1 - 車両の運転支援システム

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Publication number: WO2013046293A1
Application number: PCT/JP2011/071872
Authority: WO
Inventors: 信之五十嵐; 利之松原; 知範秋山
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-04-04
Also published as: EP2763122A1; CN103827937A; US20140240115A1

Abstract

　本発明は、車両の衝突回避を支援するシステムにおいて、運転者の感覚に適した運転支援を行うことができる技術の提供を課題とする。この課題を解決するために、本発明は、車両の衝突回避を支援するシステムにおいて、自車両が現時点から所定期間の空走をした後に到達する位置を起点として、運転者が通常に行い得る運転操作の範囲内で自車両が走行し得る経路の範囲を予測し、予測された経路の範囲内に立体物を回避可能な経路が存在する場合は運転支援を実施せず、予測された経路の範囲内に立体物を回避可能な経路が存在しない場合は運転支援を実施するようにした。

Description

車両の運転支援システム

　本発明は、自車両の進路上に存在する立体物を回避するための運転支援を行う技術に関する。

　従来、自車両の前方に存在する立体物を検出し、検出された立体物と自車両との接触が予測される場合に、運転者に警告したり、自車両と立体物の接触を回避するための運転操作を自動的に行ったりする運転支援システムが提案されている。

　自車両と立体物の接触を回避するための運転操作を自動的に行う技術としては、たとえば、制動操作によって自車両と立体物の接触を回避することが不可能であると判定された場合に、旋回操作を自動的に行うものが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００１－２４７０２３号公報

　ところで、運転者が警告を受けてから運転操作を開始するまでにはある程度の時間がかかる（反応遅れ）とともに、手動又は自動による運転操作が車両の挙動に反映されるまでにもある程度の時間がかかる（応答遅れ）。そのため、警告を受けた運転者が運転操作を開始する前に自動による運転操作が開始されたり、或いは自車両と立体物の接触を回避しきれなかったりする可能性がある。

　本発明は、上記したような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の運転支援システムにおいて、運転者の反応遅れやシステムの応答遅れが発生した場合に有効な運転支援を行うことができる技術の提供にある。

　本発明は、上記した課題を解決するために、車両の衝突回避を支援するシステムにおいて、自車両が所定期間の空走をした後に到達する位置である到達点を求めるとともに、該到達点をを起点として、運転者が通常に行い得る運転操作の範囲内において自車両が走行し得る経路の範囲を求め、その範囲内に立体物を回避可能な経路が存在しないことを条件に運転支援を実施するようにした。

　詳細には、本発明に係わる車両の運転支援システムは、
　自車両の周囲に存在する立体物を認識する認識手段と、
　自車両の現在の運動量を取得する取得手段と、
　前記取得手段により取得された運動量をパラメータとして、自車両が現時点から所定期間の空走をした後に到達する位置である到達点を求めるとともに、該到達点を起点として、前記取得手段により取得された運動量と運転者が通常に行い得る運転操作の範囲内で発生する運動量の変化分とを加算した場合に自車両が走行し得る経路の範囲である走行範囲を求め、前記認識手段により認識された立体物との衝突を回避可能な経路である回避ラインが前記走行範囲内に存在しないことを条件に、前記立体物との衝突を回避するための運転支援を実施する支援手段と、
を備えるようにした。

　本発明によれば、運転者が通常に行い得る運転操作によって増減する自車両の運動量の変化分（以下、「通常変化分」と称する）と現在の自車両の運動量とに基づいて、自車両が将来的に走行し得る経路の範囲（走行範囲）が求められる。このような走行範囲は、運転者の運転操作状態が現状のままであると仮定した場合（車両の運動量が現状のままであると仮定した場合）に自車両が走行する経路に加え、運転者が通常の運転操作を行うと仮定した場合（運転者が通常の運転操作を行うことによって自車両の運動量が変化すると仮定した場合）に自車両が走行する経路を含むことになる。なお、ここでいう「通常の運転操作」には、制動操作に加え、旋回操作（たとえば、車輪の舵角を変更する操作）も含まれるものとする。

　前記走行範囲内に回避ラインが存在する場合は、運転者が通常の運転操作を行うことにより、自車両と立体物の衝突を回避することができる。そのため、運転者が将来的に通常通りの運転操作を行う意志を持っているにもかかわらず、運転支援が実施されると、運転者が煩わしさを覚える可能性がある。

　これに対し、本発明の運転支援システムは、走行範囲内に回避ラインが存在する場合、すなわち、運転者が通常の運転操作を行うことにより自車両と立体物との衝突を回避可能な場合は、運転支援を実施しない。その結果、運転者が通常の運転操作を行う意志を持っているにもかかわらず、運転支援が実施される事態を回避することができる。

　なお、支援手段による運転支援が実施されなかった場合に、運転者が通常通りの運転操作を行わない可能性もある。たとえば、運転者の意識レベルが低い場合は、運転者が通常の運転操作を行わない可能性がある。ただし、運転者が通常の運転操作を行わない場合は、車両が立体物に近づくにつれ、回避ラインの選択肢が少なくなっていく。そして、走行範囲内に回避ラインが存在しなくなった時点で、運転支援が実行されることになる。その結果、運転者が通常の運転操作を行わなかった場合であっても、自車両と立体物との衝突を回避することが可能になる。

　上記した通常変化分は、予め実験などを利用した適合処理によって求められていてもよく、或いは運転者の運転操作履歴に基づいて学習されるようにしてもよい。その際、通常変化分は、固定値であってもよく、或いは自車両の走行速度に応じて増減される可変値であってもよい。通常変化分が走行速度に応じて増減される場合は、車速が低いときは高いときに比して通常変化分が大きくされてもよい。これは、車速が低いときは高いときに比べ、運転者が通常に行い得る運転操作の範囲が拡大する傾向があり、それによって通常変化分も大きくなるからである。

　本発明における自車両の「運動量」としては、自車両に作用するヨーレート、車両前後方向に作用する加速度（前後加速度）、車両左右方向に作用する加速度（横加速度）、車両前後方向に作用するＧ（前後Ｇ）、車両左右方向に作用するＧ（左右Ｇ）、コーナリングフォースなどを用いることができる。

　なお、本発明における自車両の「運動量」として用いられるパラメータは、横加速度や左右Ｇのように、自車両の走行速度が高いときは低いときに比べ、前記した走行範囲が狭くなるパラメータであることが望ましい。このようなパラメータが運動量として用いられると、車速が高いときは低いときに比べ、走行範囲が狭くなる。その結果、車速が高いときは低いときに比べ、走行範囲内に回避ラインが存在しなくなるタイミング（言い換えれば、運転支援が実施されるタイミング）が早くなる。よって、自車両の走行速度が高い場合であっても、自車両と立体物との衝突を回避することが可能になる。

　次に、本発明の車両の運転支援システムにおいて、前記走行範囲内に回避ラインが存在しない場合に、支援手段は、直ちに運転支援を実施してもよく、若しくは走行範囲に含まれる経路のうち最長の経路の長さが閾値以下となった時点で運転支援を実施してもよい。

　前記走行範囲内に回避ラインが存在しない場合に、直ちに運転支援が実施されると、より確実に衝突を回避し易くなる。ただし、運転者によっては比較的遅い時期に運転操作を開始する場合もあるため、前記走行範囲内に回避ラインが存在しないときに直ちに運転支援が実施されると、運転者が煩わしさを覚える可能性もある。これに対し、前記走行範囲に含まれる経路のうち、最長の経路の長さが閾値以下となった時点で運転支援が実施されると、上記したような運転者に煩わしさを覚えさせることなく、運転支援を実施することができる。なお、ここでいう「閾値」は、運転支援を実施することにより、自車両と立体物の衝突を回避することができる最短の長さにマージンを加算した値である。

　本発明における運転支援は、運転者に対して警告する処理、又は自車両と立体物の衝突を回避するための運転操作を自動的に実行する処理の少なくとも一方である。運転者に対して警告する方法としては、たとえば、警告音、警告灯、或いはメッセージの少なくとも１つをスピーカやディスプレイに出力する方法を用いることができる。自車両と立体物の衝突を回避するために自動的に実行される運転操作としては、車輪の舵角を変更する操作（操舵）、或いは左右の車輪に作用する制動力を相異させる操作などのような旋回操作を用いることができる。

　なお、旋回操作と制動操作を組み合わせた運転支援が実施される場合は、旋回操作或いは制動操作の何れか一方のみによる運転支援が実施される場合に比べ、前記した閾値を小さくすることができるため、運転支援の実施タイミングを可及的に遅らせつつ、自車両と立体物の衝突を回避することができる。

　ところで、運転支援が開始されてから該運転支援が車両の挙動に反映されるまでには、ある程度の時間がかかる。たとえば、運転支援として運転者に対する警告が実施される場合は、運転者が警告を受けてから運転操作を開始するまでに反応遅れが発生する。また、運転支援として、制動操作や旋回操作が自動的に実施される場合は、制動操作や旋回操作が開始されてからそれらの操作が車両の挙動に反映されるまでに応答遅れが発生する。上記したような反応遅れや応答遅れが発生すると、自車両が現在の運動量と略同等の運動量を維持したまま走行（空走）すると考えられる。そのため、自車両の現時点における位置を起点として走行範囲が求められると、運転支援の実施タイミングが遅くなる可能性や、立体物を実際に回避可能な経路と想定された回避ラインとが相異する可能性がある。

　これに対し、本発明の車両の運転支援システムは、自車両が所定期間の空走をした後に到達する位置を起点として走行範囲を求めるため、運転支援の実施タイミングが遅くなる事態を防ぐことができるとともに、立体物を実際に回避可能な経路と想定された回避ラインとの乖離を少なくすることができる。よって、本発明の車両の運転支援システムによれば、運転者の反応遅れやシステムの応答遅れが発生した場合であっても、有効な運転支援を実施することが可能になる。

　ここでいう「所定期間」は、運転者の反応遅れとシステムの応答遅れのうち、少なくとも１つを考慮して決定される期間である。たとえば、運転支援として運転者に対する警告が実施される場合は、運転者の反応遅れ期間とシステムの応答遅れ期間との和にマージンを加算した期間を所定期間とすればよい。また、運転支援として制動操作や旋回操作が自動的に実施される場合は、システムの応答遅れ期間にマージンを加算した期間を所定期間とすればよい。ここで、運転者の反応遅れ期間の長さは、予め統計的に求めておくようにしてもよい。また、システムの応答遅れ期間の長さは、実験などを利用した適合作業によって予め求めておくようにしてもよい。

　なお、上記した運転者の応答遅れ期間の長さは、予め統計的に求められた最大の反応遅れ期間に応じて決定される固定値であってもよく、又は運転者の状態（エアコンディショナやナビゲーションシステムなどの機器を操作中であるか否か、若しくは、意識レベルが低いか否かなど）に応じて変更される可変値であってもよい。また、上記したシステムの応答遅れ期間の長さは、車輪の舵角を変更するためのアクチュエータの応答遅れ、左右輪に作用するブレーキ油圧を調整するアクチュエータなどの応答遅れ、若しくはブレーキフルードの輸送遅れなどの長さに応じて決定される固定値であってもよく、又はシステムの通信負荷に応じて変更される可変値であってもよい。

　次に、本発明に係わる車両の運転支援システムにおいて、自車両が現時点から所定期間の空走をした後に到達する位置（到達点）を求める場合に、自車両が左右方向へ所定量移動すると仮定して複数の到達点を求めてもよい。その際、走行範囲は、複数の到達点のそれぞれについて求められてもよい。

　車両が走行するときは、ステアリング機構のあそび、路面のカント、或いは車輪のスリップ角度などの要因によって車両が左右方向へふらつく場合がある。このようなふらつきが発生した場合に、到達点が１つに絞り込まれると、想定された走行範囲と実際の走行経路が乖離する可能性がある。これに対し、自車両が空走する際に左右方向へ所定量移動すると仮定して複数の到達点が求められるとともに、複数の到達点のそれぞれについて走行範囲が求められると、実際の走行経路と想定された走行範囲との乖離をより確実に抑制することができる。なお、複数の到達点のそれぞれについて走行範囲が求められる場合は、回避ラインが何れの走行範囲内にも存在しないことを条件として運転支援が実行されればよい。

　本発明に係わる車両の運転支援システムによれば、運転者の反応遅れやシステムの応答遅れが発生した場合であっても、有効な運転支援を行うことができる。

本発明に係わる車両の運転支援システムの構成を示す図である。走行範囲を求める方法を示す図である。走行範囲を求める他の方法を示す図である。走行範囲内に回避ラインが存在する例を示す図である。走行範囲内に回避ラインが存在しない例を示す図である。想定される回避ラインと運転者の反応遅れが発生したときの実際の回避ラインを示す図である。想定される回避ラインとシステムの応答遅れが発生したときの実際の回避ラインとを示す図である。運転者の反応遅れ期間又はシステムの応答遅れ期間に基づいて走行範囲を求める方法を示す図である。運転支援の実行手順を示すフローチャートである。第２の実施例における到達点の特定方法を示す図である。

　以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。ここでは、自車両の走路や障害物を判定し、判定された走路からの逸脱や障害物との衝突を回避するための運転支援を行うシステムに本発明を適用する例について説明する。なお、ここでいう「運転支援」は、自車両が障害物たる立体物を回避可能なタイミングで実行される処理であり、車両と障害物との衝突が不可避な場合に実行される衝突被害軽減処理より早い時期に実行される。また、以下の実施例において説明する構成は、本発明の一実施態様を示すものであり、本発明の構成を限定するものではない。

　＜実施例１＞
　まず、本発明の第１の実施例について図１乃至図９に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する車両の運転支援システムの構成を機能別に示すブロック図である。図１に示すように、車両には、運転支援用の制御ユニット（ＥＣＵ）１が搭載されている。

　ＥＣＵ１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェイスなどを備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１には、外界認識装置２、ヨーレートセンサ３、車輪速センサ４、加速度センサ５、ブレーキセンサ６、アクセルセンサ７、舵角センサ８、操舵トルクセンサ９などの各種センサが電気的に接続され、それらセンサの出力信号がＥＣＵ１へ入力されるようになっている。

　外界認識装置２は、たとえば、ＬＩＤＡＲ（Laser Imaging Detection And Ranging）、ＬＲＦ（Laser Range Finder）、ミリ波レーダ、ステレオカメラなどの測定装置のうち、少なくとも１つを含み、車両の周囲に存在する立体物と自車両との相対位置に関する情報（たとえば、相対距離や相対角度）を検出する。

　ヨーレートセンサ３は、たとえば、自車両の車体に取り付けられ、自車両に作用しているヨーレートと相関する電気信号を出力する。車輪速センサ４は、自車両の車輪に取り付けられ、車両の走行速度（車速）に相関する電気信号を出力するセンサである。加速度センサ５は、自車両の前後方向に作用している加速度（前後加速度）、並びに自車両の左右方向に作用している加速度（横加速度）に相関する電気信号を出力する。

　ブレーキセンサ６は、たとえば、車室内のブレーキペダルに取り付けられ、ブレーキペダルの操作トルク（踏力）に相関する電気信号を出力する。アクセルセンサ７は、たとえば、車室内のアクセルペダルに取り付けられ、アクセルペダルの操作トルク（踏力）に相関する電気信号を出力する。舵角センサ８は、たとえば、車室内のステアリングホイールに接続されたステアリングロッドに取り付けられ、ステアリングホイールの中立位置からの回転角度（操舵角）に相関する電気信号を出力する。操舵トルクセンサ９は、ステアリングロッドに取り付けられ、ステアリングホイールに入力されるトルク（操舵トルク）に相関する電気信号を出力する。

　また、ＥＣＵ１には、ブザー１０、表示装置１１、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２、電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３などの各種機器が接続され、それら各種機器がＥＣＵ１によって電気的に制御されるようになっている。

　ブザー１０は、たとえば、車室内に取り付けられ、警告音などを出力する装置である。表示装置１１は、たとえば、車室内に取り付けられ、各種メッセージや警告灯を表示する装置である。電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２は、電動モータが発生するトルクを利用して、ステアリングホイールの操舵トルクを助勢する装置である。電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３は、各車輪に設けられた摩擦ブレーキの作動油圧（ブレーキ油圧）を電気的に調整する装置である。

　ＥＣＵ１は、上記した各種センサの出力信号を利用して各種機器を制御するために、以下のような機能を有している。すなわち、ＥＣＵ１は、走路認識部１００、走行範囲予測部１０１、支援判定部１０２、警報判定部１０３、制御判定部１０４、および制御量演算部１０５を備えている。

　走路認識部１００は、前記外界認識装置２から出力される情報に基づいて、自車両がこれから走行する道路（走路）に関する情報を生成する。たとえば、走路認識部１００は、自車両を原点とする座標系において、自車両の障害物となり得る立体物や車線境界を示す指標（たとえば、車線境界を示す白線や黄色線などの道路標示や、車線脇に延在する縁石、ガードレール、溝、壁、ポールなどの立体物など）の位置や、それら立体物や車線境界に対する自車両の姿勢（距離やヨー角など）に関する情報を生成する。なお、走路認識部１００は、本発明に係わる認識手段に相当する。

　走行範囲予測部１０１は、前記走路認識部１００により生成された座標系において、自車両がこれから通ると予測される経路を特定する。その際、走行範囲予測部１０１は、運転者が通常に行い得る運転操作の範囲内において自車両が将来的に走行し得る経路の範囲（走行範囲）を予測する。

　具体的には、走行範囲予測部１０１は、図２に示すように、加速度センサ５の出力信号から自車両Ａの現在の横加速度Ｇｙ０を取得し、自車両Ａが現在の横加速度Ｇｙ０を維持したまま走行した場合に通ると予測される経路ａを特定する。

　続いて、走行範囲予測部１０１は、自車両Ａの現在の横加速度Ｇｙ０に通常変化分ΔＧｙを加算した場合に自車両Ａが通ると予測される経路ｂ１を特定するとともに、自車両Ａの現在の横加速度Ｇｙ０から通常変化分ΔＧｙを減算した場合に自車両Ａが通ると予測される経路ｂ２を特定する。

　その際、走行範囲予測部１０１は、現在の横加速度Ｇｙ０に通常変化分ΔＧｙを加算又は減算した値から自車両Ａの旋回半径Ｒを演算し、算出された旋回半径Ｒと自車両の幅にしたがって経路ｂ１，ｂ２を特定すればよい。なお、旋回半径Ｒは、車速Ｖをヨーレートγで除算することにより求めることができるとともに（Ｒ＝Ｖ／γ）、ヨーレートγは横加速度Ｇｙを車速Ｖで除算することにより求めることができる（γ＝Ｇｙ／Ｖ）。次に、走行範囲予測部１０１は、前記した経路ｂ１からｂ２までの範囲（走行範囲）において、操舵角又は横加速度を一定量ずつ変化させた場合の経路ｂ０を特定する。

　ここで、前記通常変化分ΔＧｙは、運転者が通常に行い得る運転操作の範囲内における横加速度の最大変化量に相当する量であり、予め実験的に求められている量である。その際、通常変化分ΔＧｙは、車速に応じて補正されてもよい。たとえば、車速が低いときは高いときに比べ、通常変化分ΔＧｙが大きくされてもよい。その場合、自車両が低速走行しているときに、運転者の意図に反して運転支援が実施される機会を減少させることができるとともに、運転支援の実施タイミングを可及的に遅らせることができる。さらに、自車両が高速走行しているときに、運転支援の実施タイミングが遅くなる事態を回避することもできる。

　なお、自車両Ａが現時点において既に旋回状態にある場合（｜Ｇｙ０｜＞０）は、現在の横加速度Ｇｙ０に通常変化分ΔＧｙを加減した値の絶対値（｜Ｇｙ０±ΔＧｙ｜）が運転者の通常の運転操作によって発生し得る最大横加速度（たとえば、０．２Ｇから０．３Ｇ）より大きくなる可能性がある。よって、通常変化分ΔＧｙの大きさは、現在の横加速度Ｇｙ０に通常変化分ΔＧｙを加減した値の絶対値が前記最大横加速度以下となるように制限されてもよい。

　また、走行範囲予測部１０１は、走行範囲を特定する際に、自車両が前記最大横加速度で走行した場合に通ると予測される経路を経路ｂ１，ｂ２に設定してもよい。たとえば、走行範囲予測部１０１は、図３に示すように、自車両が最大横加速度で右旋回しながら走行した場合に通ると予測される経路を経路ｂ１に設定するとともに、自車両が最大横加速度で左旋回しながら走行した場合に通る経路を経路ｂ２に設定してもよい。

　次に、支援判定部１０２は、走路認識部１００により生成された情報と走行範囲予測部１０１により予測された走行範囲とに基づいて、運転支援を実施するか否かを判別する。具体的には、支援判定部１０２は、図４に示すように、立体物Ｂを回避可能な経路（回避ライン）Ｅが前記走行範囲内に存在する場合は、運転支援の実行を禁止する。一方、支援判定部１０２は、図５に示すように、回避ラインが存在しない場合は、運転支援の実施を許可する。

　警報判定部１０３は、前記支援判定部１０２により運転支援の実施が許可された場合に、ブザー１０の鳴動や、表示装置１１による警告メッセージ若しくは警告灯の表示などを行うことにより、運転者に警告を促す。たとえば、警報判定部１０３は、前記支援判定部１０２により運転支援の実施が許可されたとき（前記走行範囲内に回避ラインが存在しなくなったとき）に直ちにブザー１０を鳴動させ、又は表示装置１１に警告メッセージ若しくは警告灯を表示させてもよい。

　また、警報判定部１０３は、前記走行範囲に含まれる経路のうち、自車両と立体物との距離が最も長い経路について、自車両と立体物との距離が所定距離以下になった時点でブザー１０を鳴動させ、又は表示装置１１に警告メッセージ若しくは警告灯を表示させてもよい。さらに、警報判定部１０３は、自車両と立体物との距離が最も長い経路について、自車両Ａが立体物Ｂに到達するまでの時間を演算し、その演算結果が所定時間以下となった時点でブザー１０を鳴動させ、又は表示装置１１に警告メッセージ若しくは警告灯を表示させるようにしてもよい。このように、自車両と立体物との距離が最も長い経路を基準にして、ブザー１０の鳴動タイミングや表示装置１１による警告メッセージ若しくは警告灯の表示タイミングが決定されると、それらのタイミングを可及的に遅くすることができる。その結果、運転者に対して煩わしさを覚えさせることなく、運転支援を実施することができる。

　ここで、前記した所定距離や所定時間は、ヨーレートセンサ３の出力信号や車輪速センサ４の出力信号に応じて変更されてもよい。たとえば、車速が高いときは低いときに比べ、所定距離や所定時間が長く設定されてもよい。また、ヨーレートが大きいときは小さいときに比べ、所定距離や所定時間が長く設定されてもよい。

　なお、走行範囲に含まれる各経路の長さを前記所定距離に設定し、走行範囲内の全ての経路が立体物と干渉した時点でブザー１０を鳴動させ、又は表示装置１１に警告メッセージ若しくは警告灯を表示させるようにしてもよい。また、運転者に対する警告の方法は、ブザー１０を鳴動させる方法や、表示装置１１に警告メッセージ若しくは警告灯を表示させる方法に限られず、たとえば、シートベルトの締め付けトルクを断続的に変化させる方法を採用してもよい。

　制御判定部１０４は、前記支援判定部１０２により運転支援処理の実行が許可された場合に、自車両と立体物との衝突を回避するために必要な運転操作（以下、「回避操作」と称する）を自動的に実施するタイミングを決定する。

　具体的には、制御判定部１０４は、前記走行範囲に含まれる経路のうち、自車両と立体物との距離が最も長い経路について、自車両と立体物との距離が所定距離以下になるタイミングを、回避操作の実施タイミングに設定してもよい。また、制御判定部１０４は、前記走行範囲に含まれる経路のうち、自車両と立体物との距離が最も長い経路について、自車両が立体物に到達する時間を演算し、その演算結果が所定時間以下となるタイミングを、回避操作の実施タイミングとしてもよい。なお、走行範囲に含まれる各経路の長さを前記所定距離に設定し、走行範囲内の全ての経路が立体物と干渉するタイミングを、回避操作の実施タイミングとしてもよい。

　このように、自車両と立体物との距離が最も長い経路を基準にして、回避操作の実施タイミングが決定されると、それらのタイミングを可及的に遅くすることができる。その結果、運転者に対して煩わしさを覚えさせることなく、運転支援を実施することができる。なお、ここでいう「回避操作」は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２を利用して車輪の舵角を変更する操作や、電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３を利用して車輪に作用する制動力を変更する操作などを含む。

　ここで、制御判定部１０４が使用する所定距離や所定時間は、前記警報判定部１０３が使用する所定距離や所定時間と同様に車速やヨーレートに応じて変更されてもよいが、前記警報判定部１０３が使用する所定距離や所定時間と同等以下に設定されるものとする。

　制御量演算部１０５は、前記制御判定部１０４により回避操作の実施タイミングが決定されたときに、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２や電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３の制御量を演算するとともに、算出された制御量と前記制御判定部１０４により決定された回避操作実施タイミングとにしたがって電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２や電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３を制御する。

　具体的には、制御量演算部１０５は、自車両と立体物との衝突を回避可能な回避ラインを決定し、決定された回避ラインに沿って自車両を走行させるために必要な目標ヨーレートを演算する。次いで、制御量演算部１０５は、自車両の実際のヨーレート（ヨーレートセンサ３の出力信号）が目標ヨーレートと一致するように、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２の制御量（操舵トルク）や電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３の制御量（ブレーキ油圧）を決定する。その際、目標ヨーレートと操舵トルクとの関係、および目標ヨーレートとブレーキ油圧との関係は、予めマップ化されていてもよい。

　なお、車両を減速させる方法は、電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３により摩擦ブレーキを作動させる方法に限られず、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換（回生）させる方法や、変速機の変速比を変更させてエンジンブレーキを増大させる方法を用いてもよい。また、車両のヨーレートを変更する方法は、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２により舵角を変化させる方法に限られず、自車両の左右輪に対して異なるブレーキ油圧を印加する方法を用いてもよい。

　ここで、前記した走行範囲予測部１０１、支援判定部１０２、警報判定部１０３、制御判定部１０４、及び制御量演算部１０５は、本発明に係わる支援手段に相当する。

　上記したように構成されたＥＣＵ１によれば、走行範囲予測部１０１により予測された走行範囲内に回避ラインが存在する場合、すなわち、運転者が通常の運転操作を行うことにより自車両と立体物との衝突を回避可能な場合は、運転支援が実施されなくなる。その結果、運転者が通常の運転操作を行う意志を持っているにもかかわらず、運転支援が実施される事態を回避することができる。

　また、運転支援が実行されない場合において、運転者が通常通りの運転操作を行わない可能性もある。たとえば、運転者の意識レベルが低い場合（脇見をしている場合や、居眠りしている場合など）は、運転者が通常の運転操作を行わない可能性がある。ただし、運転者が通常の運転操作を行わない場合は、自車両が立体物に近づくにつれ、回避ラインの選択肢が少なくなっていく。そして、走行範囲内に回避ラインが存在しなくなった時点で、警告や回避操作などの運転支援が実行される。つまり、運転者が通常の運転操作を行わなかった場合であっても、走行範囲内に回避ラインが存在しなくなった時点で運転支援が実施されることになる。

　ところで、運転者が警告を受けてから運転操作を開始するまでには反応遅れが発生する。たとえば、図６に示すように、現時点における自車両Ａの位置を起点とした走行範囲（図６中の実線で示す走行範囲Ｒａ１）が予測された場合は、自車両Ａが立体物Ｂを回避可能な回避ラインＬｅが走行範囲に含まれるため、上記したような運転支援は実施されないことになる。

　しかしながら、現時点において運転者に対する警告が為されたと仮定した場合に、警告を受けた運転者が立体物Ｂを回避するための運転操作を開始するまでにはある程度の時間（反応遅れ）がかかる。反応遅れ期間中は、自車両Ａが現時点の運動量と略同等の運動量で空走すると考えられるため、空走後に自車両Ａの運動量が変化し始めることになる。その場合の回避ラインＬｅ’は、運転者の通常の運転操作の範囲内で自車両Ａが走行し得る範囲（図６中の走行範囲Ｒａ２）から逸脱する可能性がある。

　よって、現時点における自車両の位置を起点として走行範囲が予測されると、警告の実施タイミングが遅くなったり、立体物を実際に回避可能な回避ラインと予測された回避ラインとが乖離したりする可能性がある。

　また、制御量演算部１０５が回避操作を開始してから実際のヨーレートが変化し始めるまでには応答遅れが発生する。たとえば、図７に示すように、自車両Ａの現在位置を起点として予測された走行範囲Ｒａに回避ラインが存在しない場合に、制御量演算部１０５は、立体物Ｂを回避可能な回避ラインＬｅを決定し、決定された走行経路Ｌに基づいて電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２や電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３を制御することになる。

　しかしながら、制御量演算部１０５が電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２や電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３の制御を開始してから車輪の舵角やブレーキ油圧が変化し始めるまでにはある程度の時間（応答遅れ）がかかる。応答遅れ期間中は、自車両Ａが現時点の運動量と略同等の運動量で空走すると考えられるため、空走後に自車両Ａの運動量が変化し始めることになる。つまり、自車両Ａは、空走後に前記回避ラインＬｅと同形状の経路Ｌｅ’を辿ることになる。

　よって、現時点における自車両の位置を起点として走行範囲が予測されると、回避操作の実施タイミングが遅くなったり、制御量演算部１０５により決定される回避ラインと立体物を実際に回避可能な回避ラインとが乖離したりする可能性がある。

　そこで、本実施例の車両の運転支援システムでは、走行範囲予測部１０１は、図８に示すように、自車両Ａが現時点の位置Ｐ０から所定期間の空走をした後に到達する位置Ｐ１を起点として、走行範囲Ｒａを予測するようにした。

　ただし、運転者の反応遅れ期間の長さとシステムの応答遅れ期間の長さは相異する。よって、前記所定期間の長さは、警告の実施タイミングを決定する場合と回避操作の実施タイミングを決定する場合とにおいて異なる長さに設定されることが望ましい。

　そこで、走行範囲予測部１０１は、運転者の反応遅れ期間に基づく走行範囲（以下、「第１走行範囲」と称する）と、システムの応答遅れ期間に基づく走行範囲（以下、「第２走行範囲」と称する）とをそれぞれ個別に予測する。

　ここで、運転者の反応遅れ期間の長さは、予め統計的に求めておくものとする。その際、反応遅れ期間の長さは、運転者の意識レベルに応じて補正されてもよい。たとえば、走行範囲予測部１０１は、運転者の顔を撮影するカメラを利用して意識レベル（脇見しているか否か、或いは眠気をもよおしているか否かなど）を判定し、意識レベルが低いときは高いときに比して反応遅れ期間が長くなるような補正を行ってもよい。また、走行範囲予測部１０１は、エアコンディショナやナビゲーションシステムなどの操作スイッチから出力される信号を利用して運転者が上記した機器を操作中であるか否かを判別し、運転者が上記した機器を操作しているときは操作していないときに比して反応遅れ期間が長くなるような補正を行ってもよい。

　また、システムの応答遅れ期間の長さは、予め実験などを利用した適合作業により求めておくものとする。その際、応答遅れ期間の長さは、ＥＣＵ１と各種機器を接続する車内ネットワークの通信負荷に応じて補正されてもよい。たとえば、走行範囲予測部１０１は、車内ネットワークの通信負荷が高いときは低いときに比して、応答遅れ期間が長くなるような補正を行ってもよい。

　以上述べたように、運転者の反応遅れやシステムの応答遅れに起因した空走期間を含めて走行範囲が予測されると、運転支援の実施タイミングが遅くなる事態を防ぐことができるとともに、立体物を実際に回避可能な経路と予測された回避ラインとの乖離を少なくすることができる。よって、運転者の反応遅れやシステムの応答遅れが発生した場合であっても、有効な運転支援を実施することが可能になる。

　以下、本実施例における運転支援の実行手順について図９に沿って説明する。図９は、ＥＣＵ１によって繰り返し実行される処理ルーチンであり、ＥＣＵ１のＲＯＭなどに予め記憶されている。

　図９の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１は、先ずＳ１０１において、外界認識装置２の出力信号に基づいて、自車両が将来走行する走路に関する情報（走路情報）を生成する。すなわち、ＥＣＵ１は、自車両を原点とする座標系において、自車両の障害物となり得る立体物や車線境界を示す指標の位置座標や大きさに関する情報を生成するとともに、それら立体物や車線境界に対する自車両の姿勢に関する情報を生成する。

　Ｓ１０２では、ＥＣＵ１は、前記Ｓ１０１で生成された走路情報に基づいて、自車両の進路上に障害物となる立体物が存在するか否かを判別する。ここでいう「進路」は、自車両が現在の横加速度Ｇｙ０を維持したまま走行した場合に通ると予測される経路である。Ｓ１０２において否定判定された場合は、ＥＣＵ１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０２において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１は、Ｓ１０３へ進む。

　Ｓ１０３では、ＥＣＵ１は、運転者の反応遅れ期間の長さＴ１及びシステムの応答遅れ期間の長さＴ２を演算する。詳細には、ＥＣＵ１は、予めＲＯＭなどに記憶されている反応遅れ期間の長さＴ１ｂａｓｅ及び応答遅れ期間の長さＴ２ｂａｓｅを読み込み、それらの値を運転者の意識レベルに応じた補正係数Ｆ１及び車内ネットワークの通信負荷などに応じた補正係数Ｆ２により補正する（Ｔ１＝Ｔ１ｂａｓｅ×Ｆ１、Ｔ２＝Ｔ２ｂａｓｅ×Ｆ２）。補正係数Ｆ１は、運転者の意識レベルが高い場合より低い場合の方が大きい値に設定される。補正係数Ｆ２は、車内ネットワークの通信負荷が低い場合より高い場合の方が大きい値に設定される。なお、運転者の意識レベルと補正係数Ｆ１との関係、並びに車内ネットワークの通信負荷と補正係数Ｆ２との関係は、予めマップ化されていてもよい。

　Ｓ１０４では、ＥＣＵ１は、ヨーレートセンサ３の出力信号（ヨーレート）γ、車輪速センサ４の出力信号（車速）Ｖ、及び加速度センサ５の出力信号（横加速度）Ｇｙ０などの各種データを読み込む。

　Ｓ１０５では、ＥＣＵ１は、自車両が反応遅れ期間及び応答遅れ期間の空走をした後に到達する位置（到達点）Ｐ１，Ｐ２を演算する。詳細には、ＥＣＵ１は、前記Ｓ１０４で読み込まれたヨーレートγと車速Ｖとをパラメータとして、現時点における自車両の旋回半径Ｒ（＝Ｖ／γ）を演算する。ＥＣＵ１は、前記Ｓ１０３で算出された反応遅れ期間の長さＴ１と前記Ｓ１０４で読み込まれた車速Ｖとをパラメータとして、反応遅れ期間中に自車両が空走する距離（以下、「第１空走距離」と称する）Ｌ１を演算する（Ｌ１＝Ｔ１×Ｖ）。ＥＣＵ１は、前記旋回半径Ｒと第１空走距離Ｌ１をパラメータとして、前記Ｓ１０１で生成された座標系における到達点Ｐ１の座標を演算する。また、ＥＣＵ１は、前記Ｓ１０３で算出された応答遅れ期間の長さＴ２と前記Ｓ１０４で読み込まれた車速Ｖとをパラメータとして、反応遅れ期間中に自車両が空走する距離（以下、「第２空走距離」と称する）Ｌ２を演算する（Ｌ２＝Ｔ２×Ｖ）。ＥＣＵ１は、前記旋回半径Ｒと第２空走距離Ｌ２をパラメータとして、前記Ｓ１０１で生成された座標系における到達点Ｐ２の座標を演算する。

　Ｓ１０６では、ＥＣＵ１は、前記Ｓ１０５で算出された到達点Ｐ１，Ｐ２の座標を起点として、第１走行範囲及び第２走行範囲の座標を演算する。詳細には、ＥＣＵ１は、前記Ｓ１０４で読み込まれた横加速度（自車両の現時点における横加速度）Ｇｙ０に通常変化分ΔＧｙを加算及び減算することにより、到達点Ｐ１，Ｐ２を起点とする経路ｂ１，ｂ２を特定する。次いで、ＥＣＵ１は、経路ｂ１からｂ２までの範囲において舵角又は横加速度を一定量ずつ変化させた場合の経路ｂ０を特定する。

　Ｓ１０７では、ＥＣＵ１は、前記Ｓ１０１で生成された座標系における立体物の位置と前記Ｓ１０６で予測された第２走行範囲とを比較し、自車両が立体物を回避可能な回避ラインが前記第２走行範囲内に存在するか否かを判別する。

　前記Ｓ１０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１は、回避操作による運転支援を実施せずに、Ｓ１０８へ進む。Ｓ１０８では、ＥＣＵ１は、前記Ｓ１０１で生成された立体物の位置座標と前記Ｓ１０６で予測された第１走行範囲とを比較し、自車両が立体物を回避可能な回避ラインが前記第１走行範囲内に存在するか否かを判別する。

　前記Ｓ１０８において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１は、警告による運転支援を実施せずに、本ルーチンの実行を終了する。

　また、前記Ｓ１０７において否定判定された場合は、ＥＣＵ１は、Ｓ１０９へ進み、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２およびまたは電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３を利用した回避操作を実行する。詳細には、ＥＣＵ１は、到達点Ｐ２を起点として、自車両が立体物を回避することができる走行経路（回避ライン）Ｌｅを決定し、決定された回避ラインＬｅに沿って自車両を走行させるために必要な目標ヨーレートを演算する。次いで、ＥＣＵ１は、自車両の実際のヨーレートが目標ヨーレートと一致するように、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）１２およびまたは電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）１３を制御する。

　その場合、自車両は現在位置から到達点Ｐ２まで空走する可能性があるが、回避ラインＬｅが到達点Ｐ２を起点として設定されているため、自車両と立体物との衝突をより確実に回避することができる。また、自車両が回避ラインＬｅを走行する際の横加速度を小さく抑えることもできる。

　前記Ｓ１０８において否定判定された場合は、ＥＣＵ１は、Ｓ１１０へ進み、ブザー１０若しくは表示装置１１を利用した警告を実施する。その場合、警告を受けた運転者が立体物を回避するための運転操作を開始するまでに反応遅れが発生し、その反応遅れ期間中に自車両が到達点Ｐ１まで空走する可能性があるが、第１走行範囲が到達点Ｐ１を起点として設定されているため、警告の実施タイミングが遅くなったり、立体物を実際に回避可能な回避ラインと予測された回避ラインとが乖離したりする事態を回避することができる。

　以上述べた実施例によれば、運転者が通常の運転操作を行うことにより自車両と立体地物との衝突を回避することができる場合は、運転支援が実施されないことになる。そのため、運転者が通常の運転操作を行う意志を持っているにもかかわらず、運転支援が実施されることがなくなる。

　さらに、本実施例の運転支援システムによれば、運転者の反応遅れやシステムの応答遅れに起因した空走期間を含めて走行範囲が予測されるため、運転支援の実施タイミングが遅くなる事態を防ぐことができるとともに、立体物を実際に回避可能な経路と予測された回避ラインとの乖離を少なくすることができる。その結果、運転者の反応遅れやシステムの応答遅れが発生した場合であっても、有効な運転支援を実施することが可能になる。

　なお、本実施例においては、自車両の運動量を示すパラメータとして、横加速度を用いたが、ヨーレート、左右Ｇ、コーナリングフォースなどを用いることもできる。ただし、横加速度や左右Ｇのように、ヨーレートと車速に相関するパラメータを用いることが好ましい。

　横加速度や左右Ｇは、ヨーレートが大きくなるほど大きくなるとともに、車速が高くなるほど大きくなる。よって、自車両の運動量を示すパラメータとして横加速度又は左右Ｇが用いられる場合は、前記走行範囲予測部１０１により予測される走行範囲は、車速が低いときより高いときの方が狭くなる。その結果、車速が高いときは低いときに比べ、走行範囲内に回避ラインが存在しなくなるタイミング（運転支援が実施されるタイミング）が早くなる。よって、自車両の走行速度が高い場合であっても、自車両と立体物との衝突をより確実に回避することが可能になる。

　＜実施例２＞
　次に、本発明の第２の実施例について図１０に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

　前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、自車両のふらつきを考慮して到達点を特定する点にある。すなわち、本実施例では、走行範囲予測部１０１は、自車両が空走する際に、該自車両が左右方向へ移動すると仮定して到達点を特定する。

　自車両が空走するときは、ステアリング機構のあそび、路面のカント、或いは車輪のスリップ角度などの要因によって自車両が左右方向へふらつく場合がある。このようなふらつきが発生した場合は、前述した第１の実施例で述べたような方法により特定された到達点と実際の到達点とが相異する可能性がある。

　これに対し、本実施例では、走行範囲予測部１０１は、図１０に示すように、自車両が空走する際に左右方向へふらつくと仮定して複数の到達点Ｐを特定するようにしてもよい。その際、左右方向のふらつき量は、予め実験などを用いた適合作業により求めておくようにしてもよい。

　上記したように複数の到達点Ｐが特定された場合に、走行範囲予測部１０１は、複数の到達点Ｐのそれぞれについて第１走行範囲又は第２走行範囲を予測してもよく、若しくは現時点のヨーレートから左右方向の何れにふらつくかを予測するとともに、予測された方向の到達点Ｐについてのみ第１走行範囲又は第２走行範囲を予測してもよい。また、走行範囲予測部１０１は、現時点のヨーレートからふらつき方向に加えて、ふらつき量も予測し、ふらつき方向及びふらつき量から特定される到達点Ｐについてのみ第１走行範囲又は第２走行範囲を予測してもよい。

　なお、走行範囲予測部１０１が複数の到達点Ｐのそれぞれについて第１走行範囲又は第２走行範囲を予測した場合は、支援判定部１０２は、全ての第１走行範囲に回避ラインが存在しないことを条件に警告による運転支援を許可するとともに、全ての第２走行範囲に回避ラインが存在しないことを条件に回避操作による運転支援を許可するようにしてもよい。

　以上述べたように、空走期間中のふらつきを考慮して到達点の特定や走行範囲の予測が行われると、運転支援の実施タイミングが遅くなる事態をより確実に防ぐことができるとともに、立体物を実際に回避可能な経路と予測された回避ラインとの乖離を一層少なくすることができる。

１     ＥＣＵ
２     外界認識装置
３     ヨーレートセンサ
４     車輪速センサ
５     加速度センサ
６     ブレーキセンサ
７     アクセルセンサ
８     舵角センサ
９     操舵トルクセンサ
１０   ブザー
１１   表示装置
１２   電動パワーステアリング（ＥＰＳ）
１３   電子制御式ブレーキ（ＥＣＢ）
１００走路認識部
１０１走行範囲予測部
１０２支援判定部
１０３警報判定部
１０４制御判定部
１０５制御量演算部

Claims

　自車両の周囲に存在する立体物を認識する認識手段と、
　自車両の現在の運動量を取得する取得手段と、
　前記取得手段が取得した運動量をパラメータとして、自車両が所定期間の空走をした後に到達する位置である到達点を求めるとともに、該到達点を起点として、前記取得手段により取得された運動量と運転者が通常に行い得る運転操作の範囲内で発生する運動量の変化分とを加算した場合に自車両が走行し得る経路の範囲である走行範囲を求め、前記認識手段により認識された立体物との衝突を回避可能な経路である回避ラインが前記走行範囲内に存在しないことを条件に、前記立体物との衝突を回避するための運転支援を実施する支援手段と、
を備える車両の運転支援システム。
　請求項１において、前記支援手段は、自車両が所定期間の空走する際に左右方向へ所定量移動すると仮定して複数の到達点を求めるとともに、それら複数の到達点のそれぞれについて走行範囲を求め、それらの走行範囲の何れにも回避ラインが存在しないことを条件に、前記立体物との衝突を回避するための運転支援を実施する車両の運転支援システム。
　請求項１又は２において、前記支援手段により実施される運転支援は、自車両の運転者に対して警告する処理であり、
　前記所定期間は、自車両の運転者が警告を受けてから前記立体物との衝突を回避するための運転操作を開始するまでに要する期間である車両の運転支援システム。
　請求項１又は２において、前記支援手段により実施される運転支援は、前記立体物との衝突を回避するための運転操作を自動的に実行する処理であり、
　前記所定期間は、前記支援手段が運転支援を開始してから該運転支援が自車両の挙動に反映されるまでに要する期間である車両の運転支援システム。