JP4487534B2 - 車両用運転操作補助装置および車両用運転操作補助装置を備えた車両 - Google Patents

Description

本発明は、運転者の操作を補助する車両用運転操作補助装置に関する。

従来の車両用運転操作補助装置は、先行車と自車両との車間距離に基づき、アクセルペダルの操作反力を変更している（例えば特許文献１）。この装置は、車間距離の減少に伴いアクセルペダルの反力を増加させることによって、運転者の注意を喚起する。

本願発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
特開平１０−１６６８８９号公報 特開平１０−１６６８９０号公報 特開２０００−５４８６０号公報 特開平９−２８６３１３号公報

上述したような車両用運転操作補助装置にあっては、自車両周囲のリスクを運転者に知らせるとともに、自車両と障害物との接触の可能性を考慮して自車両の挙動を制御することが望まれている。

本発明による車両用運転操作補助装置は、自車両周囲の障害物を検出する障害物検出手段と、障害物検出手段による検出結果に基づいて、自車両の障害物に対する現在のリスクポテンシャルを算出するリスクポテンシャル算出手段と、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダル操作量検出手段と、リスクポテンシャル算出手段によって算出される現在のリスクポテンシャルに基づいて、アクセルペダル操作量に対する駆動トルクの関係を減少方向に補正する駆動トルク補正手段と、駆動トルク補正手段によって算出される駆動トルクを発生するようエンジンを制御するエンジン制御手段と、リスクポテンシャル算出手段によって算出される現在のリスクポテンシャルに基づいて、運転操作装置を操作する際に発生する操作反力を決定する操作反力決定手段と、操作反力決定手段によって決定される操作反力を発生する操作反力発生手段とを備える。

運転操作装置は、アクセルペダルを含み、操作反力決定手段は、駆動トルク補正手段による駆動トルクの制御と同時に操作反力を制御するとともに、現在のリスクポテンシャルが大きくなるほどアクセルペダルの操作反力を大きくする。

自車両周囲の現在のリスクポテンシャルに基づいて、駆動トルクを減少方向に補正するとともに運転操作装置の操作反力を決定する。

これにより、リスクが大きい場合に駆動力を低下させることができるとともに、そのリスクを操作反力として運転者に知らせることができる。

《第１の実施の形態》
本発明の第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置１の構成を示すシステム図であり、図２は、車両用運転操作補助装置１を搭載した車両の構成図である。

まず、車両用運転操作補助装置１の構成を説明する。レーザレーダ１０は、車両の前方グリル部もしくはバンパ部等に取り付けられ、水平方向に赤外光パルスを照射して車両前方領域を走査する。レーザレーダ１０は、前方にある複数の反射物（通常、前方車の後端）で反射された赤外光パルスの反射波を計測し、反射波の到達時間より、複数の前方車までの車間距離とその存在方向を検出する。検出した車間距離及び存在方向はコントローラ５０へ出力される。なお、本実施の形態において、前方物体の存在方向は、自車両に対する相対角度として表すことができる。レーザレーダ１０によりスキャンされる前方の領域は、自車正面に対して±６deg程度であり、この範囲内に存在する前方物体が検出される。

車速センサ２０は、車輪の回転数や変速機の出力側の回転数を計測することにより自車両の車速を検出し、検出した自車速をコントローラ５０に出力する。

コントローラ５０は、ＣＰＵと、ＲＯＭおよびＲＡＭ等のＣＰＵ周辺部品とから構成され、車両用運転操作補助装置１全体の制御を行う。コントローラ５０は、車速センサ２０から入力される自車速と、レーザレーダ１０から入力される距離情報から、自車両周囲の障害物状況、例えば自車両と各障害物との相対距離および相対速度といった障害物に対する走行状態を判定する。コントローラ５０は、障害物状況に基づいて各障害物に対する自車両のリスクポテンシャルを算出する。さらに、コントローラ５０は、障害物に対するリスクポテンシャルに基づいて、以下のような制御を行う。

本発明の第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置１は、アクセルペダル６２，およびブレーキペダル９２の踏み込み操作の際に発生する反力を制御することによって、運転者による自車両の加減速操作を補助し、運転者の運転操作を適切にアシストするものである。そこで、コントローラ５０は、障害物状況から自車前方の障害物に対するリスクポテンシャルに基づいて、車両前後方向の反力制御量を算出する。コントローラ５０は、算出した前後方向の反力制御量をアクセルペダル反力制御装置６０およびブレーキペダル反力制御装置９０へと出力する。

アクセルペダル反力制御装置６０は、コントローラ５０から出力される反力制御量に応じて、アクセルペダル６２のリンク機構に組み込まれたサーボモータ６１で発生させるトルクを制御する。サーボモータ６１は、アクセルペダル反力制御装置６０からの指令値に応じて発生させる反力を制御し、運転者がアクセルペダル６２を操作する際に発生する踏力を任意に制御することができる。

アクセルペダルストロークセンサ６４は、リンク機構を介してサーボモータ６１の回転角に変換されたアクセルペダル６２の操作量を検出する。アクセルペダルストロークセンサ６４は、検出したアクセルペダル操作量をコントローラ５０および駆動力制御装置６３にそれぞれ出力する。

ブレーキペダル反力制御装置９０は、コントローラ５０から出力される反力制御量に応じて、ブレーキペダル９２のリンク機構に組み込まれたサーボモータ９１で発生させるトルクを制御する。サーボモータ９１は、ブレーキペダル反力制御装置９０からの指令値に応じて発生させる反力を制御し、運転者がブレーキペダル９２を操作する際に発生する踏力を任意に制御することができる。なお、ここでは、サーボモータ９１によってブレーキペダルの反力を制御しているが、これには限定されず、例えばコンピュータ制御による油圧力を用いてブレーキアシスト力を発生させることもできる。

ブレーキペダルストロークセンサ９４は、リンク機構を介してサーボモータ９１の回転角に変換されたブレーキペダル９２の操作量を検出する。ブレーキペダルストロークセンサ９４は、検出したブレーキペダル操作量をコントローラ５０および制動力制御装置９３にそれぞれ出力する。

駆動力制御装置６３は、エンジンへの制御指令を算出する。図３に、駆動力制御装置６３における駆動力制御のブロック図を示す。図４に、アクセルペダル操作量ＳＡとドライバ要求駆動力Ｆｄａとの関係を定めた特性マップを示す。駆動力制御装置６３は、図４に示すようなマップを用いて、アクセルペダル操作量ＳＡに応じてドライバ要求駆動力Ｆｄａを算出する。そして、駆動力制御装置６３は、ドライバ要求駆動力Ｆｄａに、後述する駆動力補正量ΔＤａを加えて目標駆動力を算出する。駆動力制御装置６３のエンジンコントローラは、目標駆動力に従ってエンジンへの制御指令を算出する。

制動力制御装置９３は、ブレーキ液圧指令を出力する。図５に、制動力制御装置９３における制動力制御のブロック図を示す。図６に、ブレーキペダル操作量ＳＢとドライバ要求制動力Ｆｄｂとの関係を定めた特性マップを示す。制動力制御装置９３は、図６に示すようなマップを用いて、ブレーキペダル操作量ＳＢに応じてドライバ要求制動力Ｆｄｂを算出する。そして、制動力制御装置９３は、ドライバ要求制動力Ｆｄｂに、後述する制動力補正値ΔＤｂを加えて目標制動力を算出する。制動力制御装置９３のブレーキ液圧コントローラは、目標制動力に従ってブレーキ液圧指令を出力する。ブレーキ液圧コントローラからの指令に応じて各車輪に設けられたブレーキ装置９５が作動する。

図７に、コントローラ５０の内部および周辺の構成を示すブロック図を示す。コントローラ５０は、例えばＣＰＵのソフトウェア形態により、障害物認識部５１、リスクポテンシャル算出部５２、制駆動力補正量算出部５３，および運転操作反力算出部５４を構成する。

障害物認識部５１は、レーザレーダ１０および車速センサ２０からの信号を入力し、自車両前方の障害物状況を認識する。具体的には、前方車との車間距離および相対速度を算出し、さらに自車速を検出する。リスクポテンシャル算出部５２は、障害物認識部５１の認識結果に基づいて、前方障害物に対する自車両のリスクポテンシャルを算出する。制駆動力補正量算出部５３は、リスクポテンシャル算出部５２で算出したリスクポテンシャルに基づいて、自車両の制駆動力の補正量を算出する。運転操作反力算出部５４は、リスクポテンシャル算出部５２で算出したリスクポテンシャルに基づいてアクセルペダル６２の反力制御指令、及びブレーキペダル９２の反力制御指令を算出する。コントローラ５０は、リスクポテンシャル算出部５２で算出された同一のリスクポテンシャルＲＰに基づいて、アクセルペダル６２およびブレーキペダル９２の操作反力制御、および制駆動力制御を行う。すなわち、操作反力制御と制駆動力制御とを同一のリスクポテンシャルＲＰに基づいて同時に行う。

以下に、第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置１の動作を詳細に説明する。図８に、第１の実施の形態のコントローラ５０における運転操作補助制御処理の処理手順のフローチャートを示す。本処理内容は、一定間隔、例えば５０ｍｓｅｃ毎に連続的に行われる。

まず、ステップＳ１００で走行状態を読み込む。ここで、走行状態は、自車前方の障害物状況を含む自車両の走行状況に関する情報である。そこで、レーザレーダ１０により検出される前方障害物までの車間距離Ｄや存在方向と、車速センサ２０によって検出される自車両の走行車速Ｖｈを読み込む。また、アクセルペダルストロークセンサ６４およびブレーキペダルストロークセンサ９４で検出されるアクセルペダル操作量ＳＡおよびブレーキペダル操作量ＳＢも読み込む。

ステップＳ２００では、ステップＳ１００で読み込み、認識した走行状態データに基づいて、前方障害物の状況を認識する。ここでは、前回の処理周期以前に検出され、コントローラ５０のメモリに記憶されている自車両に対する障害物の相対位置やその移動方向・移動速度と、ステップＳ１００で得られた現在の走行状態データとにより、現在の障害物の自車両に対する相対位置やその移動方向・移動速度を認識する。そして、自車両の走行に対して障害物が、自車両の前方にどのように配置され、相対的にどのように移動しているかを認識する。

ステップＳ３００では、障害物に対するリスクポテンシャルＲＰを算出する。障害物に対するリスクポテンシャルＲＰは以下のようにして算出する。
図９（ａ）に示すように、自車両前方に仮想的な弾性体を設けたと仮定し、この仮想的な弾性体が前方車両に当たって圧縮され、自車両に対する擬似的な走行抵抗を発生するというモデルを考える。ここで、障害物に対するリスクポテンシャルＲＰは、図９（ｂ）に示すように仮想弾性体が前方車両に当たって圧縮された場合の圧縮量と定義する。リスクポテンシャルＲＰは、以下の（式１）で表すことができる。
ＲＰ＝ｌ−Ｄ ・・・（式１）

ここで、Ｄは自車両と前方車両との車間距離、ｌは仮想的な弾性体の長さである。仮想弾性体の長さｌは、自車速Ｖｈおよび予め適切に設定した制御パラメータＴｈに基づいて、以下の（式２）で表すことができる。
ｌ＝Ｔｈ×Ｖｈ ・・・（式２）
制御パラメータＴｈは、例えば１ｓｅｃとする。図９（ｂ）に示すように、自車両と前方車両との車間距離Ｄが短い場合には、仮想弾性体の長さｌよりも前方車との車間距離Ｄが小さくなり、リスクポテンシャルＲＰは大きな値となる。なお、車間距離Ｄが弾性体の長さｌ以上の場合、リスクポテンシャルＲＰ＝０とする。

ステップＳ４００では、ステップＳ３００で算出した障害物に対するリスクポテンシャルＲＰに基づいて、制駆動力の補正量を算出する。制駆動力補正量は、仮想弾性体が前方車両に当たって圧縮されたときの、自車両に対する擬似的な走行抵抗として定義する。すなわち、図９（ｂ）に示すように車間距離Ｄが短い場合の仮想弾性体の反発力を、制駆動力補正量として算出する。仮想弾性体の反発力Ｆｃは、以下の（式３）で表される。
Ｆｃ＝ｋ×ＲＰ ・・・（式３）
ここで、ｋは、仮想的な弾性体の弾性定数であり、適切な制御効果が得られるように予め適切に調整される制御パラメータである。

（式３）に示すように前方車両に対するリスクポテンシャルＲＰが高くなるほど、すなわち仮想弾性体の長さｌに対して車間距離Ｄが小さくなるほど、反発力Ｆｃが大きくなる。

以下に、ステップＳ４００で行う制駆動力補正量算出処理を、図１０のフローチャートに従って詳細に説明する。
まず、ステップＳ４０１で、自車両の前方に仮想的に設けた弾性体の反発力Ｆｃを、上述した（式３）を用いて算出する。ステップＳ４０２では、ドライバ要求駆動力Ｆｄａを推定する。コントローラ５０内には、駆動力制御装置６３内に記憶されたドライバ要求駆動力算出マップ（図４）と同一のものが用意されている。そこで、コントローラ５０は、図４に示すマップに従って、アクセルペダル操作量ＳＡに応じたドライバ要求駆動力Ｆｄａを推定する。

ステップＳ４０３では、ステップＳ４０１で算出した仮想弾性体の反発力ＦｃとステップＳ４０２で算出したドライバ要求駆動力Ｆｄａとを比較する。ドライバ要求駆動力Ｆｄａが反発力Ｆｃ以上（Ｆｄａ≧Ｆｃ）の場合は、ステップＳ４０４へ進む。ステップＳ４０４では、駆動力補正量ΔＤａとして−Ｆｃをセットし、つづくステップＳ４０５で制動力補正量ΔＤｂとして０をセットする。すなわち、Ｆｄａ−Ｆｃ≧０であることから、駆動力Ｆｄａを反発力Ｆｃにより補正した後も正の駆動力が残る。従って、補正量の出力は駆動力制御装置６３のみで行うことができる。この場合、車両の状態としては、ドライバがアクセルペダル６２を踏んでいるにも関わらず期待した程の駆動力が得られない状態となる。補正後の駆動力が走行抵抗より大きい場合には、加速が鈍くなる挙動としてドライバに感じられ、補正後の駆動力が走行抵抗より小さい場合には、減速する挙動としてドライバに感じられる。

一方、ステップＳ４０３が否定判定され、ドライバ要求駆動力Ｆｄａが反発力Ｆｃより小さい場合（Ｆｄａ＜Ｆｃ）は、駆動力制御装置６３のみでは目標とする補正量を出力できない。そこで、ステップＳ４０６において駆動力補正量ΔＤａに−Ｆｄａをセットし、ステップＳ４０７で制動力補正量ΔＤｂとして、補正量の不足分（Ｆｃ−Ｆｄａ）をセットする。この場合、車両の減速挙動としてドライバには察知される。

図１１に、駆動力および制動力の補正方法を説明する図を示す。図１１の横軸はアクセルペダル操作量ＳＡおよびブレーキペダル操作量ＳＢを示しており、原点０から右へ進むほどアクセルペダル操作量ＳＡが大きく、左へ進むほどブレーキペダル操作量ＳＢが大きいことを示している。図１１の縦軸は駆動力および制動力を示し、原点０から上へ進むほど駆動力が大きく、下へ進むほど制動力が大きいことを示している。

図１１において、アクセルペダル操作量ＳＡに応じた要求駆動力Ｆｄａ、およびブレーキペダル操作量ＳＢに応じた要求制動力Ｆｄｂをそれぞれ一点差線で示す。また、リスクポテンシャルＲＰに応じて補正した駆動力および制動力を実線で示す。

アクセルペダル操作量ＳＡが大きく、アクセルペダル操作量ＳＡに応じた要求駆動力Ｆｄａが反発力Ｆｃ以上の場合は、駆動力を補正量ΔＤａに応じて減少方向に補正する。一方、アクセルペダル操作量ＳＡが小さく、アクセルペダル操作量ＳＡに応じた要求駆動力Ｆｄａが反発力Ｆｃよりも小さい場合は、駆動力を発生しないような補正量ΔＤａを設定して駆動力を補正する。さらに、反発力Ｆｃと要求駆動力Ｆｄａとの差を補正量ΔＤｂとして設定する。これにより、アクセルペダル操作量ＳＡに応じた緩制動を行う。

ブレーキペダル９２が踏み込まれると、補正量ΔＤｂに基づいて制動力を増大方向に補正する。これにより、全体として車両の走行抵抗を補正量、すなわち仮想弾性体の反発力Ｆｃに相当して増大させるように制駆動力の特性を補正している。

このようにステップＳ４００で制駆動力補正量を算出した後、ステップＳ５００へ進む。
ステップＳ５００では、前方車両に対するリスクポテンシャルＲＰに基づいて、アクセルペダル反力制御装置６０へ出力する反力制御指令値ＦＡと、ブレーキペダル反力制御装置９０へ出力する反力制御指令値ＦＢとを算出する。具体的には、ステップＳ４００で算出した制駆動力補正量ΔＤａ、ΔＤｂに対応する操作反力制御指令値ＦＡ、ＦＢを算出し、操作反力制御を制駆動力制御と同時進行で行う。

ステップＳ５００における運転操作反力算出処理を、図１２のフローチャートを用いて詳細に説明する。
ステップＳ５０１ではステップＳ３００で算出した現在の障害物状況に基づくリスクポテンシャルＲＰに基づいて、アクセルペダル反力制御指令値ＦＡを算出する。図１３に、リスクポテンシャルＲＰと、アクセルペダル反力制御指令値ＦＡとの関係を示す。図１３に示すように、リスクポテンシャルＲＰが所定値ＲＰmaxよりも小さい場合、リスクポテンシャルＲＰが大きいほど、大きなアクセルペダル反力を発生させるようにアクセルペダル反力制御指令値ＦＡを算出する。リスクポテンシャルＲＰが所定値ＲＰmaxより大きい場合には、最大のアクセルペダル反力を発生させるように、アクセルペダル反力制御指令値ＦＡを最大値ＦＡmaxに固定する。

ステップＳ５０２では、リスクポテンシャルＲＰに基づいて、ブレーキペダル反力制御指令値ＦＢを算出する。図１４に、リスクポテンシャルＲＰと、ブレーキペダル反力制御指令値ＦＢとの関係を示す。図１４に示すように、リスクポテンシャルＲＰが大きくなるほど、小さなブレーキペダル反力、すなわち大きなブレーキアシスト力を発生させるようなブレーキペダル反力制御指令値ＦＢを算出する。リスクポテンシャルＲＰが所定値ＲＰmaxより大きくなると、最小のブレーキペダル反力を発生させるように反力制御指令値ＦＢをＦＢminに固定する。

図１３および図１４に示すように、リスクポテンシャルＲＰが所定値ＲＰmaxより小さい場合は、アクセルペダル反力特性およびブレーキペダル反力特性を変更し、現在のリスクポテンシャルＲＰの大きさをアクセルペダル操作反力として運転者に知らせる。一方、リスクポテンシャルＲＰが所定値ＲＰmaxより大きい場合は、アクセルペダル反力制御指令値ＦＡを最大として、運転者がアクセルペダル６２を解放するように促す。さらに、ブレーキペダル反力制御指令値ＦＢを最小として、運転者がブレーキ操作に移行した際にブレーキペダル９２を踏み込みやすいように制御する。

また、現在の障害物状況に基づく現在のリスクポテンシャルＲＰに基づいて、制駆動力補正量ΔＤａ、ΔＤｂおよび反力制御指令値ＦＡ、ＦＢを算出することで、制駆動力の補正と、アクセルペダル反力制御およびブレーキペダル反力制御が同時に実行される。これにより、現時点で自車両に発生している制駆動力補正量ΔＤａ、ΔＤｂは、同時にアクセルペダル操作反力またはブレーキペダル操作反力として運転者に伝達される。そのため、運転者は自車両の制駆動力の補正状態、すなわち自車両の制御状態を、アクセルペダル６２またはブレーキペダル９２の操作反力として間接的また直感的に知ることができ、安心感を得ることができる。

このようにステップＳ５００で反力制御指令値ＦＡ、ＦＢを算出した後、ステップＳ６００へ進む。
ステップＳ６００では、ステップＳ４００で算出した駆動力補正量ΔＤａ、及び制動力補正量ΔＤｂをそれぞれ駆動力制御装置６３、及び制動力制御装置９３に出力する。駆動力制御装置６３は、駆動力補正量ΔＤａと要求駆動力Ｆｄａとから目標駆動力を算出し、算出した目標駆動力を発生するようにエンジンコントローラを制御する。また、制動力制御装置９３は、制動力補正量ΔＤｂと要求制動力Ｆｄｂとから目標制動力を算出し、目標制動力を発生するようにブレーキ液圧コントローラを制御する。

ステップＳ７００では、ステップＳ５００で算出したアクセルペダル反力制御指令値ＦＡ、及びブレーキペダル反力制御指令値ＦＢを、それぞれアクセルペダル反力制御装置６０およびブレーキペダル反力制御装置９０へ出力する。アクセルペダル反力制御装置６０およびブレーキペダル反力制御装置９０は、それぞれコントローラ５０から入力される指令値に応じてアクセルペダル反力およびブレーキペダル反力を制御する。

このように、以上説明した第１の実施の形態においては、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）コントローラ５０は、自車両周囲の障害物状況に基づいて、障害物に対するリスクポテンシャルＲＰを算出し、算出したリスクポテンシャルＲＰに基づいて、運転操作装置に発生する操作反力を制御するとともに、自車両に発生する駆動トルクを減少するよう制御する。自車両周囲のリスクポテンシャルに応じて操作反力制御を行うことにより、運転者による自車両の加減速操作を補助して適切にアシストすることができる。リスクポテンシャルＲＰが大きくなると駆動トルクが減少するので、加速感の低下または減速感を警報として運転者に与えることができる。さらに、コントローラ５０は、駆動トルクの補正量に応じて操作反力制御を行うので、運転者は駆動トルクの補正量を運転操作装置の操作反力として間接的かつ直感的に知覚することができる。運転者は自車両の制御状態を把握することができるため、安心感を得ることができる。
（２）コントローラ５０は、自車両周囲の現在の障害物状況に基づいて、現在のリスクポテンシャルＲＰを算出し、算出した現在のリスクポテンシャルＲＰに基づいて、駆動トルクの補正量ΔＤａおよび操作反力制御指令値ＦＡ、ＦＢを算出する。駆動トルク補正量ΔＤａおよび操作反力制御指令値ＦＡ、ＦＢを、同一のリスクポテンシャルＲＰから算出することにより、駆動トルクの補正量ΔＤａに対応する操作反力が発生し、現時点における自車両の制御状態を、運転操作装置の操作反力として運転者に間接的かつ直感的に知覚させることができる。
（４）コントローラ５０は、現在のリスクポテンシャルＲＰに基づいて、駆動トルク補正量ΔＤａ、および操作反力制御指令値ＦＡ、ＦＢを算出する。リスクポテンシャルＲＰが大きい場合には、アクセルペダル操作量ＳＡに対する駆動トルクの関係が、図１１に示すように駆動トルク補正量ΔＤａだけ減少する方向に補正される。これにより、アクセルペダル操作を行った際に運転者は期待するほどの加速感が得らず、自車両の加速感の減少または減速感を警報として運転者に与えることができる。ただし、図１１に示すように、運転者がアクセルペダル６２を踏み増ししてアクセルペダル操作量ＳＡが増加すると、駆動トルクも増加する。すなわち、リスクポテンシャルＲＰが大きく駆動トルク補正制御を行っている場合でも、運転者のアクセルペダル操作に対して駆動トルクが増大することを許容しているので、運転者の意図による加速操作の自由度を確保することができる。さらに、駆動トルク補正量ΔＤａに対応する制御量を操作反力制御指令値ＦＡ、ＦＢとして算出し、駆動トルクの補正制御と同時に操作反力制御を行うので、運転者は現時点における駆動トルクの減少量を、アクセルペダル６２またはブレーキペダル９２に発生する操作反力として間接的に知覚することができる。
（５）コントローラ５０は、現在のリスクポテンシャルＲＰに応じてブレーキペダル操作量ＳＢに対する制動トルクの関係を増大方向に補正する。これにより、リスクポテンシャルＲＰが高い場合に運転者がブレーキペダル操作を行うと、制動力補正量ΔＤｂだけ増大した制動力が発生し、運転者の減速操作を適切に補助することができる。
（６）アクセルペダル操作量ＳＡが所定値よりも小さい場合は、アクセルペダル操作量ＳＡに応じて緩制動を行う。具体的には、アクセルペダル操作量ＳＡに応じたドライバ要求駆動力Ｆｄａが仮想弾性体の反発力Ｆｃよりも小さい場合は、反発力Ｆｃと要求駆動力Ｆｄａとの差（Ｆｃ−Ｆｄａ）を制動力補正量ΔＤｂとして制動力制御装置９３に出力する。これにより、アクセルペダル操作量ＳＡに応じた駆動力が小さい場合でも、運転者の運転操作を補助することができる。
（７）自車両周囲の現在のリスクポテンシャルＲＰが大きくなるほどアクセルペダル操作反力を大きくするので、確実に運転者の注意を喚起することができる。
（８）自車両周囲の現在のリスクポテンシャルＲＰが大きくなるほどブレーキペダル操作反力を小さくするので、運転者がブレーキペダル操作を行う際に運転者の減速操作を補助することができる。

《第２の実施の形態》
以下に、本発明の第２の実施の形態による車両用運転操作補助装置について説明する。第２の実施の形態による車両用運転操作補助装置の構成は、図１および図２に示した第１の実施の形態と同様である。ここでは、第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

第２の実施の形態では、自車両が前方の障害物を操舵操作あるいは制動操作によって回避できるか否かを判定し、その判定結果に基づいて制駆動力の補正量を決定する。すなわち、回避可能判断の判定結果に基づいて、自動的に制動力を発生する自動制動制御を行う。

以下に、第２の実施の形態による車両用運転操作補助装置の動作を詳細に説明する。図１５は、第２の実施の形態のコントローラ５０における運転操作補助制御処理の処理手順のローチャートを示す。本処理内容は、一定間隔、例えば５０ｍｓｅｃ毎に連続的に行われる。

ステップＳ１００〜Ｓ５００での処理は、第１の実施の形態で説明した図８のフローチャートのステップＳ１００〜Ｓ５００での処理と同様であるので説明を省略する。

ステップＳ５２０では、ステップＳ２００で認識した前方障害物の状況に基づいて、自車両が操舵操作によって前方障害物を回避できるか否かを判断する。ここでは、前方障害物を回避するために必要な横移動距離ｙを算出し、操舵による回避可能性判断を行う。自車両が操舵操作によって前方障害物を左右いずれかに回避可能である場合は、操舵回避可能であると判断し、自動制動制御を行わないようにする。

図１６に、自車両と前方車両との位置関係を示す。図１６に示すように、自車両の正面に対する前方障害物の右端部および左端部の角度をそれぞれθ１，θ２とする。このように、前方の障害物に対して回避できる方向が左右２方向（θ１，θ２）ある場合には、小さい方の値θ１を選択する。そして、自車両がθ１方向に操舵して前方車両を回避するために必要な横移動距離ｙを算出する。横移動距離ｙは、以下の（式７）から算出できる。
ｙ＝Ｄ×sin（θ１）＋ｌｗ／２ ・・・（式７）
ここで、Ｄ：車間距離、ｌｗ：車両の幅である。

なお、ここではレーザレーダ１０が自車両の中央に取り付けられている例を説明した。レーザレーダ１０が自車両中央から左右いずれかにオフセットして取り付けられている場合は、上記（式７）においてレーザレーダ１０の取り付け位置のオフセット分を適宜加算または減算する。

また、所定の幅を持った複数本のビームにより前方障害物を検出する検出器を用いる場合は、図１７に示すように前方障害物の方向が、ある幅θ１〜θ２の範囲内であるということが検出される。この場合は、前方障害物の方向を、存在範囲θ１〜θ２のうちの最小値θ１として回避に必要な横移動距離ｙを上述した（式７）を用いて算出する。なお、この場合も、レーダが車両の中央から左右どちらかにオフセットして取り付けられている場合には、上記（式７）においてレーダの取り付け位置のオフセット分を適宜加算または減算する。

以上のような方法により操舵回避に必要な横移動量ｙを演算することで、自車両に対する障害物のオフセット量、すなわち自車両と前方車両との左右方向の相対位置が異なる場合においても、それぞれの場合に応じて操舵回避に必要な横移動量ｙを算出できる。従って、操舵回避が可能か不可能かを正確に演算することができる。

さらに、自車両が回避に必要な横移動距離ｙだけ横移動するのに必要な時間ｔｙを算出する。車両の操舵特性は、以下の（式８）（式９）のように表される。
ｍ×ｖ×（ｒ＋ｄβ／ｄｔ）＝２Ｙｆ＋２Ｙｒ ・・・（式８）
Ｉｚ×ｄｒ／ｄｔ＝２ｌｆ×Ｙｆ−２ｌｒ×Ｙｒ ・・・（式９）
ここで、
ｍ：車両重量
Ｉｚ：車両ヨー方向の慣性モーメント
ｖ：車速
ｒ：ヨーレート
β：車体スリップ角
ｌｆ：車両重心から前輪までの距離
ｌｒ：車両重心から後輪までの距離

Ｙｆ、Ｙｒはそれぞれ前輪、後輪の発生する横力であり、以下の（式１０）（式１１）のように表される。
Ｙｆ＝Ｆｆ｛β＋（ｌｆ／ｖ）×ｒ−θｆ｝ ・・・（式１０）
Ｙｒ＝Ｆｒ｛β−（ｌｒ／ｖ）×ｒ｝ ・・・（式１１）

ここで、θｆは前輪舵角である。緊急時にはドライバは図１８に示すような操舵速度と操舵量最大値で操舵すると仮定し、図１８に示す特性に従って前輪舵角θｆを設定する。
Ｆｆ、Ｆｒはタイヤスリップ角に対して発生する横力を表す関数であり、図１９のような関係として定義される。

このとき、横移動量ｙは以下の（式１２）のように表される。
ｙ＝∫ｖ×sin（∫ｒ×ｄｔ＋β）ｄｔ ・・・（式１２）
以上の（式８）〜（式１２）を解くことにより、自車両が前方障害物を回避するために必要な横移動距離ｙだけ横移動するのに必要な時間ｔｙを算出できる。

（式８）〜（式１２）の演算をオンラインで実行するには非常に時間がかかるため、ここではこれらの演算を予めオフラインで行い、その演算結果を図２０に示すようにマップ化しておく。図２０は、操舵回避に必要な横移動量ｙがｙ１である場合、回避に必要な時間ｔｙがｔｙ１であることを示している。この必要時間ｔｙは、自車速が高いほど短くなり、自車速が低いほど長くなる。

回避に必要な横移動距離ｙだけ横移動するのに必要な時間ｔｙを演算する場合は、図２０に示す車速ｖと横移動距離ｙに対するマップの値を参照して算出する。

このように算出した横移動時間ｔｙを、自車両と前方障害物とが接触するまでの推定時間Ｄ／Ｖｒと比較する。接触するまでの推定時間Ｄ／Ｖｒが横移動時間ｔｙよりも小さい場合（Ｄ／Ｖｒ＜ｔｙ）は、操舵による回避が不可能であると判断する。

以上説明したように、車両の操舵特性の違いに応じて操舵回避時間ｔｙを演算するため、車両ごとに異なる操舵特性や車速域で異なる操舵特性によらず、操舵で前方障害物を回避可能か不可能かを正確に演算できる。また、ドライバの緊急時のステアリング操作の特性も加味して車両の操舵回避時間ｔｙを演算するため、より正確に緊急時の操舵回避時間ｔｙを演算することができる。

このようにステップＳ５２０で操舵による回避可能性を判断した後、ステップＳ５４０へ進む。
ステップＳ５４０では、制動による回避可能性判断を行う。具体的には、ステップＳ２００で認識した自車両と前方障害物との距離Ｄと相対速度Ｖｒが以下の（式１３）に示す関係であるとき、制動によって前方障害物を回避することは不可能であると判断する。
Ｄ＜−Ｖｒ×Ｔｄ＋Ｖｒ^２／２ａ ・・・（式１３）
ここで、Ｔｄはドライバのブレーキ操作時に減速度が発生するまでの無駄時間であり、例えばＴｄ＝０．２秒とする。ａはドライバのブレーキ操作により発生する減速度であり、例えばａ＝８．０ｍ／ｓ^２とする。

ステップＳ５６０では、ステップＳ５２０で判断した操舵回避可能性、及びステップＳ５４０で判断した制動回避可能性の結果に基づいて、ステップＳ４００で算出した制駆動力補正量に補正を行う。ステップＳ５６０で行う処理を図２１のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ５６１で制動および操舵による前方障害物の回避が不可能かを判定する。制動による回避が不可能かつ操舵による回避が不可能と判定されると、ステップＳ５６２へ進む。ステップＳ５６２では、図２２に示す制動力２による制動力目標値Ｆｔを算出する。具体的には、図２２に示すように所定の傾きで予め設定した制動力２まで増加する制動力目標値Ｆｔを算出する。

ステップＳ５６１が否定判定されると、ステップＳ５６３へ進み、制動による前方障害物の回避または操舵による回避が不可能であるか否かを判定する。制動または操舵による前方障害物の回避が不可能と判定されると、ステップＳ５６４へ進む。ステップＳ５６４では、図２２に示す制動力１による制動力目標値Ｆｔを算出する。具体的には、制動力２より小さい制動力１を制動力目標値Ｆｔとして算出する。制動力１は０から一定の傾きαで徐々に大きくなる。制動力１の傾きαは、制動力１から制動力２に移行する際にその制動力の差ｐ１が所定値以下となるように演算される。傾きαは以下のように演算する。

まず、制動力１が作動し始めてから制動力２が作動するまでの時間Ｔ１を推定する。制動による前方障害物の回避が不可能となってから操舵による回避が不可能となる場合、時間Ｔ１は、操舵回避に要する横移動時間ｔｙを用いて以下の（式１４）で表される。
Ｔ１＝Ｄ／Ｖr − ｔｙ ・・・（式１４）

また、操舵による前方障害物の回避が不可能となってから制動による回避が不可能となる場合、時間Ｔ１は以下の（式１５）で表される。
Ｔ１＝−（Ｄ−Ｖｒ^２／２ａ＋Ｖｒ×Ｔｄ）／Ｖｒ ・・・（式１５）
ここで、Ｔｄはドライバによるブレーキ操作時の無駄時間、ａはブレーキ操作によって発生する減速度である。

制動力１の傾きαは、上述したように算出した時間Ｔ１、および制動力２と制動力１との差ｐ１を用いて以下の（式１６）から算出することができる。なお、ここで用いる制動力の差ｐ１は、予め適切な値を設定しておく。
α＝ｐ１／Ｔ１ ・・・（式１６）

ステップＳ５６３が否定判定され、制動による回避と操舵による回避のいずれも可能である場合には、ステップＳ５６５へ進み、設定された制動力目標値Ｆｔを所定の傾きで徐々に小さくし、最終的に制動力目標値Ｆｔを０とする。

図２３に、制動力目標値Ｆｔの時系列変化を示す。時間ｔ＝ｔａにおいて制動または操舵による前方障害物の回避が不可能と判定されると、制動力１に従って制動力目標値Ｆｔを０から徐々に大きくする。時間ｔ＝ｔａからＴ１経過後の時間ｔ＝ｔｂにおいて制動による回避も操舵による回避も不可能と判定されると、制動力目標値Ｆｔを所定の傾きで制動力２まで増加させ、制動力１から制動力２へと移行して急制動を行う。

つづくステップＳ５６６では、ステップＳ４００で算出した制動力補正量ΔＤｂが、ステップＳ５６２，Ｓ５６４，またはＳ５６５で算出した制動力目標値Ｆｔよりも小さいか否かを判定する。制動力補正量ΔＤｂが制動力目標値Ｆｔよりも小さい場合（ΔＤｂ＜Ｆｔ）は、ステップＳ５６７へ進んで制動力目標値Ｆｔを制動力補正量ΔＤｂとして設定する。つづくステップＳ５６８では、駆動力を０とするために、アクセルペダル操作量ＳＡに応じた値−Ｆｄａを駆動力補正量ΔＤａとして設定する。ステップＳ５６６が否定判定されると、ステップＳ４００で算出した制動力補正量ΔＤｂおよび駆動力補正量ΔＤａをそのまま使用する。

このようにステップＳ５６０で駆動力補正量ΔＤａおよび制動力補正量ΔＤｂを補正した後、ステップＳ５８０へ進む。ステップＳ５８０では、ステップＳ５２０で判断した操舵回避可能性、およびステップＳ５４０で判断した制動回避可能性に応じて操作反力の補正を行う。ここでの処理を、図２４に示すフローチャートに従って説明する。

ステップＳ５８１では、上述したように判断した操舵回避可能性および制動回避可能性に基づいて、制動による前方障害物の回避が不可能、かつ操舵による回避が不可能であるか否かを判定する。操舵および制動による前方障害物の回避が不可能である場合は、ステップＳ５８２へ進み、最大のアクセルペダル反力を発生させるように、アクセルペダル反力制御指令値ＦＡを最大値ＦＡｍａｘに設定する。ステップＳ５８３では、最小のブレーキペダル反力を発生させるようにブレーキペダル反力制御指令値ＦＢをＦＢｍｉｎに設定する。

ステップＳ５８１が否定判定され、少なくとも操舵あるいは制動によって前方障害物を回避できる場合は、ステップＳ５００で算出した反力制御指令値ＦＡ、ＦＢをそのまま使用する。

このようにステップＳ５８０で操作反力制御指令値を補正した後、ステップＳ６００へ進む。ステップＳ６００では、ステップＳ５８０で補正した反力制御指令値ＦＡ、ＦＢをアクセルペダル反力制御装置６０およびブレーキペダル反力制御装置９０にそれぞれ出力し、アクセルペダル反力制御およびブレーキペダル反力制御を行う。ステップＳ７００では、ステップＳ５６０で補正した駆動力補正量ΔＤａおよび制動力補正量ΔＤｂを駆動力制御装置６３および制動力制御装置９３にそれぞれ出力し、制駆動力制御を行う。これにより、今回の処理を終了する。

このように、以上説明した第２の実施の形態においては、上述した第１の実施の形態による効果に加えて以下のような作用効果を奏することができる。
（１）コントローラ５０は、障害物に対する回避の可能性を判定し、自車両が障害物を回避できないと判定すると、自動制動を行うように制動力制御装置９３を制御する。これにより、自車両を自動的に減速して不慮の事態による影響を緩和させることが可能となる。
（２）コントローラ５０は、自車両が制動のみで障害物を回避できるか否か、また、操舵のみで障害物を回避できるか否かを判定し、少なくとも制動または操舵のみで障害物を回避できない場合は、自動制動を行う。これにより、障害物を回避できないと予測される場合は自動制動を行って不慮の事態による影響を緩和することが可能となる。また、図２３に示すように、制動または操舵で障害物を回避できない状態から、制動でも操舵でも障害物を回避できない状態に変化すると、制動力目標値Ｆｔが制動力１から制動力２に増加する。これにより、制動力を増加して自動的に急制動を行い、不慮の事態に至った場合でもその影響を緩和することが可能となる。
（３）障害物を回避できないと予測される場合は、操作反力制御指令値ＦＡ、ＦＢを所定値ＦＡmax、ＦＢminに補正するので、運転者の注意を喚起して減速操作を促すことができる。

なお、第２の実施の形態においては、ステップＳ５８０の処理において前方障害物に対する回避可能性に応じて反力制御指令値ＦＡ、ＦＢを所定値ＦＡmax、ＦＢminにするよう補正を行った。しかし、これには限定されず、ステップＳ５００で算出した反力制御指令値ＦＡ、ＦＢを接触可能性に応じて補正することなく用いることもできる。

上述した第１の実施の形態においては、現在のリスクポテンシャルＲＰに応じて反力制御および制駆動力制御を行った。ただし、反力制御と駆動力制御のみを行うようにすることもできる。具体的には、自車両と前方車両との車間距離Ｄが短く現在のリスクポテンシャルＲＰが高い場合、アクセルペダル６２が操作されているときは駆動力を低下するように補正し、制動力の補正は行わない。なお、この場合もリスクポテンシャルＲＰに応じた反力制御を行い、駆動力補正量ΔＤａをアクセルペダル反力またはブレーキペダル反力の変化としてリアルタイムで運転者に知らせる。

また、上述した第２の実施の形態においては、現在のリスクポテンシャルＲＰに応じた反力制御および制駆動力制御と、前方障害物回避の可能性に応じた自動制動制御とを行ったが、現在のリスクポテンシャルＲＰに応じた制動力制御を行わないようにすることもできる。例えば現在のリスクポテンシャルＲＰが高い場合は駆動力補正量ΔＤａを適切に設定して駆動力を低下し、障害物の回避が不可能となると制動力目標値Ｆｔを適切に設定して制動力を増加させる。

上述した第１および第２の実施の形態においては、自車両周囲の現在のリスクポテンシャルＲＰに応じたアクセルペダル反力制御およびブレーキペダル反力制御をそれぞれ行った。ただし、これには限定されず、アクセルペダル反力制御またはブレーキペダル反力制御を行うこともできる。

以上説明した第１および第２の実施の形態においては、障害物検出手段として、レーザレーダ１０および車速センサ２０を用い、リスクポテンシャル算出手段、駆動トルク補正手段、駆動トルク補正量算出手段、操作反力決定手段、制動トルク補正手段、回避判定手段、自動制動制御手段、制動回避判定手段、操舵回避判定手段、および操作反力補正手段としてコントローラ５０を用いた。また、操作反力制御手段としてコントローラ５０，アクセルペダル反力制御装置６０，およびブレーキペダル反力制御装置９０を用いた。操作反力発生手段として、アクセルペダル反力制御装置６０およびブレーキペダル反力制御装置９０を用いた。アクセルペダル操作量検出手段としてアクセルペダルストロークセンサ６４を用い、ブレーキペダル操作量検出手段としてブレーキペダルストロークセンサ９４を用い、エンジン制御手段として駆動力制御装置６３を用い、ブレーキ制御手段として制動力制御装置９３を用いた。ただし、これらには限定されず、障害物検出手段として、レーザレーダ１０の代わりに例えば別方式のミリ波レーダを用いたり、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラを用いることもできる。

本発明の第１の実施の形態による車両用運転操作補助装置のシステム図。 図１に示す車両用運転操作補助装置を搭載した車両の構成図。 駆動力制御の概要を説明する図。 アクセルペダル操作量と要求駆動力との関係を示す図。 制動力制御の概要を説明する図。 ブレーキペダル操作量と要求制動力との関係を示す図。 コントローラ内部の構成を示すブロック図。 第１の実施の形態における運転操作補助制御プログラムの処理手順を示すフローチャート。 （ａ）（ｂ）制駆動力制御の概念を説明する図。 制駆動力補正量算出処理を説明するフローチャート。 駆動力補正および制動力補正の特性を説明する図。 操作反力算出処理を説明するフローチャート。 リスクポテンシャルとアクセルペダル制御反力指令値との関係を示すマップ。 リスクポテンシャルとブレーキペダル制御反力指令値との関係を示すマップ。 第２の実施の形態における運転操作補助制御プログラムの処理手順を示すフローチャート。 前方検出装置としてスキャニング式のレーザレーダを用いた場合の前方障害物と自車の位置関係を示す図。 前方検出装置として複数本のビーム式のレーザレーダを用いた場合の前方障害物と自車の位置関係を示す図。 緊急時のドライバの操舵特性を表す図。 タイヤスリップ角に対して発生する横力を表す図。 操舵回避に必要な横移動距離と必要時間との関係を示す図。 制駆動力補正処理を説明するフローチャート。 制動力１と制動力２を示す図。 制動力目標値の変化を時系列で示す図。 操作反力補正処理を説明するフローチャート。

符号の説明

１０：レーザレーダ
２０：車速センサ
５０：コントローラ
６０：アクセルペダル反力制御装置
６３：駆動力制御装置
６４：アクセルペダルストロークセンサ
９０：ブレーキペダル反力制御装置
９３：制動力制御装置
９４：ブレーキペダルストロークセンサ

Claims (10)

1. 自車両周囲の障害物を検出する障害物検出手段と、
   前記障害物検出手段による検出結果に基づいて、前記自車両の前記障害物に対する現在のリスクポテンシャルを算出するリスクポテンシャル算出手段と、
   アクセルペダルの操作量を検出するアクセルペダル操作量検出手段と、
   前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記現在のリスクポテンシャルに基づいて、前記アクセルペダル操作量に対する駆動トルクの関係を減少方向に補正する駆動トルク補正手段と、
   前記駆動トルク補正手段によって算出される前記駆動トルクを発生するようエンジンを制御するエンジン制御手段と、
   前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記現在のリスクポテンシャルに基づいて、運転操作装置を操作する際に発生する操作反力を決定する操作反力決定手段と、
   前記操作反力決定手段によって決定される前記操作反力を発生する操作反力発生手段とを備え、
   前記運転操作装置は、アクセルペダルを含み、
   前記操作反力決定手段は、前記駆動トルク補正手段による前記駆動トルクの制御と同時に前記操作反力を制御するとともに、前記現在のリスクポテンシャルが大きくなるほど前記アクセルペダルの前記操作反力を大きくすることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
2. 請求項１に記載の車両用運転操作補助装置において、
   ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキペダル操作量検出手段と、
   前記ブレーキペダル操作量に応じた制動トルクを発生するブレーキ制御手段と、
   前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記現在のリスクポテンシャルに基づいて、前記ブレーキペダル操作量に対する前記制動トルクの関係を増大方向に補正する制動トルク補正手段とをさらに備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
3. 請求項２に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記ブレーキ制御手段は、前記アクセルペダル操作量が所定値より小さい場合は、前記アクセルペダル操作量に応じた緩制動を行うことを特徴とする車両用運転操作補助装置。
4. 請求項１に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記障害物検出手段による検出結果に基づいて、前記障害物に対する回避の可能性を判定する回避判定手段と、
   前記回避判定手段によって前記障害物を回避できないと判定されると、ブレーキ制御手段によって自動制動を行うよう制御する自動制動制御手段とをさらに備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
5. 請求項２または請求項３に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記障害物検出手段による検出結果に基づいて、前記障害物に対する回避の可能性を判定する回避判定手段と、
   前記回避判定手段によって前記障害物を回避できないと判定されると、前記ブレーキ制御手段によって自動制動を行うよう制御する自動制動制御手段とをさらに備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
6. 請求項４または請求項５に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記回避判定手段は、前記障害物を制動のみで回避できるかを判定する制動回避判定手段と、前記障害物を操舵のみで回避できるかを判定する操舵回避判定手段とを有し、
   前記自動制動制御手段は、少なくとも前記制動回避判定手段または前記操舵回避判定手段で前記障害物を回避できないと判定されると、前記ブレーキ制御手段によって前記自動制動を行うよう制御することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
7. 請求項４から請求項６のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記回避判定手段によって前記障害物を回避できないと判定されると、前記操作反力決定手段で決定される前記操作反力を所定値に補正する操作反力補正手段をさらに備えることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記運転操作装置は、さらにブレーキペダルを含むことを特徴とする車両用運転操作補助装置。
9. 請求項８に記載の車両用運転操作補助装置において、
   前記操作反力決定手段は、さらに、前記現在のリスクポテンシャルが大きくなるほど前記ブレーキペダルの前記操作反力を小さくすることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の車両用運転操作補助装置を備えることを特徴とする車両。
    

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