JP5413264B2

JP5413264B2 - 車両制御装置

Info

Publication number: JP5413264B2
Application number: JP2010062852A
Authority: JP
Inventors: 宏文青木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: JP2011194980A

Description

本発明は、車両制御装置に関する。

従来から、カーブを走行する際の車両の減速制御を行う技術が知られている。例えば特許文献１に記載の車両制御装置では、カーブに進入する前の地点における車両の速度、スロットル操作パターン及びブレーキ操作パターンを運転者毎にカーブの曲率及びカーブに接続する道路の路面傾斜角と対応付けて記憶し、車両の進路の前方にカーブがあると判断した際に、カーブの曲率及び接続道路の路面傾斜角を検索して、このカーブ曲率及び路面傾斜角によりカーブに車両が安全に進入できる限界速度を求めている。そして、この車両制御装置では、検索されたカーブ曲率に対応するスロットル操作パターン及びブレーキ操作パターンに基づいて検索されたカーブ曲率における車両のカーブ進入時の速度を推定し、この速度が限界速度を超えると判断した場合、変速制御手段に減速制御を実施させている。

特開平９−１４２１７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の制御装置にあっては、運転者及びカーブの曲率毎にデータを保持する必要があると共に、減速制御を実施させるための学習方法が複雑であるため、膨大なデータ記憶容量が必要となる。そのため、従来の車両制御装置は実現性に乏しかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、データ量を抑えることができ、実現性の向上を図ることができる車両制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両制御装置は、運転者の減速度傾向に基づいて、カーブ走行時における自車両の旋回操作特性を算出する旋回操作特性算出手段と、旋回操作特性算出手段によって算出された旋回操作特性に基づいて、カーブの入口に到達したときの到達車速を推定する到達車速推定手段と、旋回操作特性算出手段によって算出された旋回操作特性に基づいて、カーブへの進入時における最大車速を算出する最大車速算出手段と、到達車速推定手段によって推定された到達車速が最大車速算出手段によって算出された最大車速よりも大きい場合に、運転支援を実施するように制御する運転支援制御手段とを備えることを特徴とする。

この車両制御装置では、運転者の減速度傾向に基づいて旋回操作特性を算出し、この旋回操作特性からカーブの入口に到達したときの到達車速を推定すると共に、カーブへの進入時における最大車速を算出している。そして、到達車速が最大車速よりも大きい場合に、運転支援を実施するように制御している。このように、運転者の減速度傾向に基づいて到達車速と最大車速とを算出し、この到達車速と最大車速の大きさを比較して運転支援を実施するため、運転者の減速度傾向に関するデータのみを記憶しておけばよい。したがって、運転者毎にカーブ等の各種パラメータを記憶する必要がないため、データ量を抑えることができる。その結果、膨大なデータ記憶容量を必要としないため、実現性の向上を図ることができる。

また、運転者の通常走行時における減速度を取得して減速度に関する学習を行う減速度学習手段を備え、旋回操作特性算出手段は、減速度学習手段によって学習された減速度を予め設定されている回帰式に適用し、旋回操作特性としてカーブ進入時の減速度及びカーブを走行中の前記自車両の横加速度を算出し、到達車速推定手段は、カーブ進入時の減速度に基づいて、カーブの入口に到達したときの到達車速を推定し、最大車速算出手段は、カーブを走行中の車両の横加速度に基づいて、カーブへの進入時における最大車速を算出することが好ましい。このように、旋回操作特性であるカーブ進入時の減速度及びカーブ走行中の横加速度を、予め設定した回帰式に学習した減速度（減速度傾向）を適用することにより算出できるので、複雑な学習をする必要がない。したがって、演算負荷の低減を図ることができる。

また、回帰式は、カーブ進入時の減速度を算出するための第１回帰式と、カーブ走行中の横加速度を算出するための第２回帰式とからなり、第１回帰式は、複数の運転者から取得された通常走行時の減速度及びカーブ進入時の減速度の関係分布図に基づいて求められており、第２回帰式は、複数の運転者から取得された通常走行時の減速度及びカーブを走行中の車両の横加速度の関係分布図に基づいて求められていることが好ましい。このように、複数の運転者から取得したデータに基づいて第１及び第２回帰式が設定されているため、運転者を特定しなくとも旋回操作特性を算出することができる。したがって、運転者毎にデータを保持する際に必要となる認証システムやスイッチ等の構成が不要となり、装置の簡易化を図ることができる。

本発明によれば、カーブ走行における運転支援の制御に必要なパラメータを低減でき、データ記憶容量に記憶されるデータ量を抑えることができる。これにより、実現性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る車両制御装置の構成を示す図である。通常ブレーキにおける減速度の設定を説明する図である。通常ブレーキの減速度とカーブ進入時の減速度との相関関係を示す関係分布図である。第１回帰式を示す図である。通常ブレーキの減速度とカーブ中の横Ｇとの相関関係を示す関係分布図である。第２回帰式を示す図である。車両制御装置の動作を示すフローチャートである。車両制御装置の動作を模式的に示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両制御装置の構成を示す図である。車両制御装置１は、自車両がカーブに進入する際、走行前方のカーブに対して自車両が速度超過状態のときに警報を実施させ、さらに運転者の操作が不十分な場合に、補助制動を実施させる装置である。

図１に示すように、車両制御装置１は、減速度取得部１１と、減速度記憶部１２と、カーブ判定部１３と、距離取得部１４と、曲率取得部１５と、減速度学習部（減速度学習手段）１６と、旋回操作特性算出部（旋回操作特性算出手段）１７と、到達車速推定部（到達車速推定手段）１８と、最大車速算出部（最大車速算出手段）１９と、車速判定部２０と、運転支援制御部（運転支援制御手段）２１とを備えている。なお、車両制御装置１は、演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵに各処理を実行させるためのプログラム等を記憶するＲＯＭ（Read OnlyMemory）、演算結果などの各種データを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成される電子制御ユニット（ＥＣＵ：ElectricalControl Unit）である。

減速度取得部１１は、車両の制動の際の減速度を取得する部分である。この減速度取得部１１は、運転者の通常走行時のブレーキ（以下、通常ブレーキとも称する）による減速度を取得する。通常走行時のブレーキとは、信号機や先行車両に接近する際のブレーキであり、エンジンブレーキ、シフトダウンを含むブレーキである。減速度取得部１１は、取得した減速度を示す減速度情報を減速度記憶部１２に出力する。なお、減速度取得部１１は、例えば前後Ｇセンサ（図示しない）から減速度を取得する。

減速度記憶部１２は、減速度情報を記憶する部分である。この減速度記憶部１２は、減速度取得部１１から出力された減速度情報を受け取ると、この減速度情報を格納して記憶する。

カーブ判定部１３は、自車両の進行方向前方にカーブが存在するか否かを判定する部分である。このカーブ判定部１３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いたカーナビゲーションシステム、ＲＳＥ（Road Side Equipment）等のインフラ装置から出力された情報、前方を走行する車両からの情報（操舵や挙動等）、又は自車両に搭載されたセンサ等により、自車両の進行方向前方にカーブが存在しているか否かを判定する。カーブ判定部１３は、自車両の進行方向前方にカーブが存在していると判定した場合、その旨を示すカーブ情報を距離取得部１４及び曲率取得部１５に出力する。

距離取得部１４は、現在の自車両の位置からカーブ入口までの距離を取得する部分である。距離取得部１４は、カーブ判定部１３から出力されたカーブ情報を受け取ると、自車両の位置からカーブ情報が示すカーブまでの距離を取得する。具体的には、距離取得部１４は、例えばＧＰＳを用いたカーナビゲーションシステムに記憶されている道路情報から、自車両の位置とカーブの位置とを検索して、自車両の位置からカーブ入口までの距離を取得する。距離取得部１４は、取得した距離を示す距離情報を到達車速推定部１８に出力する。

曲率取得部１５は、対象となるカーブの曲率を取得する部分である。この曲率取得部１５は、カーブ判定部１３から出力されたカーブ情報を受け取ると、このカーブ情報が示す対象カーブの曲率を取得する。具体的には、曲率取得部１５は、例えばカーブ情報が示すカーブをカーナビゲーションシステムに記憶されている道路情報において検索し、この道路情報から対象となるカーブの曲率を取得する。曲率取得部１５は、取得したカーブの曲率を示す曲率情報を到達車速推定部１８及び最大車速算出部１９に出力する。なお、曲率取得部１５は、ＲＳＥ等のインフラ装置から出力された情報、前方を走行する車両からの情報（操舵や挙動等）、又は自車両に搭載されたセンサ等によりカーブの曲率を取得してもよい。

減速度学習部１６は、運転者の減速度に関する学習を行う部分である。この減速度学習部１６は、図２に示すように、減速度記憶部１２に記憶されている運転者の通常走行時の減速度に基づいて、各ブレーキによる減速度をサンプリングし、その平均をとることで通常走行時の減速度α_normalの学習、つまり運転者の減速度傾向の学習を行う。減速度学習部１６は、学習した減速度α_normalを示す減速度情報を旋回操作特性算出部１７に出力する。なお、減速度学習部１６は、１回のブレーキによる減速度がある所定の値（ΔＶ_ｌ）以下である場合には先行車両との車間距離を調整する意図で成される場合が多いため、その所定の値に該当する値を省略する。これにより、学習精度の向上が図ることができる。

旋回操作特性算出部１７は、運転者の減速度傾向からカーブ走行時の自車両の旋回操作特性を算出する部分である。この旋回操作特性算出部１７は、旋回操作特性として、カーブ進入時の減速度と、カーブを走行中の横加速度（以下、横Ｇ）とを算出する。具体的には、旋回操作特性算出部１７は、減速度学習部１６から出力された減速度情報を受け取ると、この減速度情報が示す減速度α_normalを予め設定された第１及び第２回帰式に適用し、カーブ進入時の減速度及びカーブを走行中の横Ｇを算出する。

ここで、第１及び第２回帰式について、図３〜図６を参照しながら詳細に説明する。図３は、通常ブレーキの減速度とカーブ進入時の減速度との相関関係を示す関係分布図である。同図において、横軸は通常ブレーキの減速度α_normal、縦軸はカーブ進入時の減速度α_ToCurveとなっている。また、図４は、第１回帰式を示す図である。図３及び図４に示すように、通常ブレーキとカーブ進入時に減速する際の減速度には相関関係がある。そのため、第１回帰式Ｒ１は、一般的な複数の運転者の通常ブレーキの減速度及びカーブ進入時の減速度のサンプルを収集し、このサンプルの分布から設定されている。図４に示すように、旋回操作特性算出部１７は、この第１回帰式Ｒ１に通常ブレーキの減速度α_normalを適用して、カーブ進入時の減速度α_ToCurveを算出する。

また、図５は、通常ブレーキの減速度とカーブ中の横Ｇとの相関関係を示す関係分布図である。同図において、横軸は通常ブレーキの減速度α_normal、縦軸はカーブ中の横Ｇα_curveとなっている。また、図６は、第２回帰式を示す図である。図５及び図６に示すように、通常ブレーキの減速度（前後の加速度に対する運転者の通常領域）とカーブ中の横Ｇ（左右の加速度に対する運転者の通常領域）には相関関係がある。そのため、第２回帰式Ｒ２は、一般的な運転者の通常ブレーキの減速度及びカーブ中の横Ｇのサンプルを収集し、このサンプルの分布から設定されている。図６に示すように、旋回操作特性算出部１７は、この第２回帰式Ｒ２に通常ブレーキの減速度α_normalを適用して、カーブ中の横Ｇα_curveを算出する。旋回操作特性算出部１７は、算出したカーブ進入時の減速度α_ToCurveを示すカーブ減速度情報を到達車速推定部１８に出力すると共に、算出したカーブ中の横Ｇα_curveを示す横Ｇ情報を最大車速算出部１９に出力する。

到達車速推定部１８は、カーブの入口に到達したときの自車両の到達車速を推定する部分である。この到達車速推定部１８は、距離取得部１４から出力された距離情報、曲率取得部１５から出力された曲率情報、及び旋回操作特性算出部１７から出力されたカーブ減速度情報を受け取ると、以下の式（１）によりカーブの入口に到達したときの到達車速Ｖ_curveを推定する。具体的には、到達車速推定部１８は、現在の自車両の車速Ｖ_currentを車速センサ（図示しない）から取得すると共に、距離情報が示す距離、曲率情報が示す対象カーブの曲率及び減速度α_ToCurveに基づいて、自車両の現在位置から、カーブ入口に到達するまでに要する時間を求める。

そして、到達車速推定部１８は、上記パラメータを以下の式（１）に適用して到達車速Ｖ_curveを推定する。なお、式（１）においては、Ｖ_current：自車両の現在の車速、Ｄ：自車両の現在の地点からカーブ入口までの距離、ｔ_ToCurve：減速度α_ToCurveで走行した時間、ＲＴ：警報に対する反応時間である。

なお、Ｄ及びｔ_ToCurveは、以下の式（２）、（３）で表される。

ここで、警報に対する反応時間ＲＴは、一般的な固定値（０．８秒：ＪＡＲＩ試験）を用いてもよいし、あるいは可変値として運転者に選択させてもよい。また、警報を鳴らした際の運転者の反応時間を実際に測定し、その時間を反応時間ＲＴとして用いてもよい。到達車速推定部１８は、推定した到達車速Ｖ_curveを示す車速情報を車速判定部２０に出力する。

最大車速算出部１９は、カーブへの進入時における最大車速を算出する部分である。この最大車速算出部１９は、曲率取得部１５から出力された曲率情報を受け取ると共に、旋回操作特性算出部１７から出力された横Ｇ情報を受け取り、曲率情報が示す曲率Ｒと横Ｇ情報が示すカーブ中の横Ｇα_curveとに基づいて最大車速Ｖ_threshを算出する。最大車速算出部１９は、以下の式（４）により最大車速Ｖ_threshを算出する。なお、式（４）において、α_curve：横Ｇ（横加速度）、Ｒ：カーブの曲率である。

最大車速算出部１９は、上記式（４）により算出した最大車速Ｖ_threshを示す最大車速情報を車速判定部２０に出力する。

車速判定部２０は、カーブの入口に到達したときの自車両の到達車速Ｖ_curveとカーブへの進入時における最大車速Ｖ_threshとの大きさを比較して判定する部分である。この車速判定部２０は、到達車速推定部１８から出力された車速情報を受け取ると共に、最大車速算出部１９から出力された最大車速情報を受け取ると、車速情報が示す到達車速Ｖ_curveが最大車速情報が示す最大車速Ｖ_threshよりも大きいか否かを判定する。車速判定部２０は、到達車速Ｖ_curveが最大車速Ｖ_threshよりも大きいと判定した場合に、運転支援制御部２１に制御情報を出力する。

運転支援制御部２１は、車速判定部２０の判定結果に応じて運転支援の制御を実施させる部分である。運転支援制御部２１は、車速判定部２０から出力された制御情報を受け取ると、例えばブザーから警報を鳴らすように制御したり、ブレーキ、スロットルアクチュエータ、変速機等を制御して補助制動を実施させる。具体的には、運転支援制御部２１は、ブザーに鳴動開始信号を出力したり、スロットルアクチュエータにアクセルスロットを絞る制御を指示する信号を出力する。これにより、自車両では、補助制動などの運転支援が実施される。なお、上述のように、ここで言う運転支援とは、運転者に対して警告音にて警告したり、補助制動を行うことである。

続いて、車両制御装置１の動作について図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、車両制御装置の動作を示すフローチャートであり、図８は、車両制御装置の動作を模式的に示す図である。

図７及び８に示すように、まず減速度学習部１６において、減速度の学習が行われ（ステップＳ０１）、通常ブレーキの減速度α_normalが設定される。また、図７に示すように、自車両の進行方向前方にカーブが存在するか否かが、カーブ判定部１３にて判定される（ステップＳ０２）。自車両の進行方向前方にカーブがあると判定された場合には、ステップＳ０３に進む。一方、自車両の進行方向前方にカーブがあると判定されなかった場合には、同処理を繰り返す。

ステップＳ０３では、カーブの曲率Ｒが曲率取得部１５によって取得される。また、自車両の現在位置からカーブ入口までの距離が距離取得部１４によって取得される（ステップＳ０４）。続いて、カーブの入口に到達したときの到達車速Ｖ_curveが到達車速推定部１８によって推定される（ステップＳ０５）。このとき、図８に示すように、ステップＳ０１にて学習された通常ブレーキの減速度α_normalを第１回帰式Ｒ１に適用してカーブ進入時の減速度α_ToCurveを求め、この減速度α_ToCurve、自車両の現在位置からカーブ入口までの距離、対象カーブの曲率Ｒ、自車両の車速Ｖ_current等に基づき、カーブの入口に到達したときの到達車速Ｖ_curve（進入速度）が推定（設定）される。

また、カーブへの進入時における最大車速が最大車速算出部１９によって算出される（ステップＳ０６）。このとき、図８に示すように、ステップＳ０１にて学習された通常ブレーキの減速度α_normalを第２回帰式Ｒ２に適用してカーブ中横Ｇα_curveを求め、このカーブ中横Ｇα_curveと対象カーブの曲率Ｒに基づき、カーブ進入時における最大車速が算出（設定）される。

そして、カーブの入口に到達したときの到達車速Ｖ_curveがカーブへの進入時における最大車速Ｖ_threshよりも大きいか否かが車速判定部２０にて判定される（ステップＳ０７）。カーブの入口に到達したときの到達車速Ｖ_curveがカーブへの進入時における最大車速Ｖ_threshよりも大きいと判定された場合には、運転支援制御部２１の制御により補助制御（減速制御）等が実施される。一方、カーブの入口に到達したときの到達車速Ｖ_curveがカーブへの進入時における最大車速Ｖ_threshよりも大きいと判定されなかった場合には、処理を終了する。

以上説明したように、車両制御装置１では、運転者の通常ブレーキの減速度α_normalに基づいてカーブの入口に到達したときの車速Ｖ_curve及びカーブへの進入時における最大車速Ｖ_threshを求め、車速Ｖ_curveが最大車速Ｖ_threshよりも大きい場合に、運転支援制御を実施させている。このように、運転者の通常ブレーキの減速度α_normalを記憶するだけで、適切な運転支援を行うことができる。そのため、運転者毎にカーブ等のパラメータを記憶する必要がない。したがって、データ記憶容量に記憶されるデータ量を抑えることができ、その結果、実現性の向上を図ることができる。

また、カーブの入口に到達したときの車速Ｖ_curveは、第１回帰式Ｒ１に減速度α_normalを適用することで求められ、カーブへの進入時における最大車速Ｖ_threshは、第２回帰式Ｒ２に減速度α_normalを適用することにより求められている。このように、旋回操作特性であるカーブ進入時の減速度α_ToCurve及びカーブ走行中の横Ｇα_curveを、予め設定した第１及び第２回帰式Ｒ１，Ｒ２に学習した減速度（減速度傾向）α_normalを適用することにより算出できるので、複雑な学習をする必要がない。したがって、演算負荷の低減を図ることができ、実現性の更なる向上を図ることができる。

また、第１回帰式Ｒ１は、複数の運転者から取得された通常ブレーキの減速度α_normal及びカーブ進入に減速する際の減速度α_ToCurveの相関関係から設定されており（図３参照）、第２回帰式Ｒ２は、複数の運転者の通常ブレーキの減速度α_normal及びカーブ中の横Ｇα_curveの相関関係から設定されている（図５参照）。このように、複数の運転者から取得したデータに基づいて第１回帰式Ｒ１と第２回帰式Ｒ２とが設定されているため、運転者を特定しなくとも旋回操作特性を算出することができる。したがって、運転者毎にデータを保持する際に必要となる認証システムやスイッチ等の構成が不要となり、装置の簡易化を図ることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態に加えて、警報や制御を開始するタイミングをカーブ入口までの距離や時間で表現してもよい。具体的には、カーブ入口までの距離Ｄが、下記式（５）で示される警報・制御を開始すべきタイミング（カーブ入口までの距離）を下回ったときに、警報・制御を開始してもよい。

また、現在速度におけるカーブ入口までの時間は、下記式（６）にて示される。

そして、上記式（６）が下記式（７）で示される警報・制御を開始すべきタイミング（カーブ入口までの時間）を下回ったときに、警報・制御を開始してもよい。

また、上記実施形態では、減速度学習部１６において、減速度記憶部１２に記憶されている運転者の通常走行時の減速度に基づいて、各ブレーキによる減速度をサンプリングし、その平均をとることで通常走行時の減速度α_normalの学習をしているが、減速度の学習方法はこれに限定されない。例えば、複数の運転者の通常ブレーキによる減速度の分布を近似した回帰式を予め用意し、この回帰式とサンプリングされた減速度との関係から運転者の減速度傾向を求め、この減速度傾向の値から減速度α_normalを設定してもよい。

１…車両制御装置、１６…減速度学習部（減速度学習手段）、１７…旋回操作特性算出部（旋回操作特性算出手段）、１８…車速推定部（車速推定手段）、１９…最大車速算出部（最大車速算出手段、２１…運転支援制御部（運転支援制御手段）、Ｒ１…第１回帰式、Ｒ２…第２回帰式、Ｖ_curve…到達車速、Ｖ_ToCurve…最大車速、α_normal…通常ブレーキの減速度、α_ToCurve…カーブ進入時の減速度、α_curve…横Ｇ（横加速度）。

Claims

運転者の減速度傾向に基づいて、カーブ走行時における自車両の旋回操作特性を算出する旋回操作特性算出手段と、
前記旋回操作特性算出手段によって算出された前記旋回操作特性に基づいて、前記カーブの入口に到達したときの到達車速を推定する到達車速推定手段と、
前記旋回操作特性算出手段によって算出された前記旋回操作特性に基づいて、前記カーブへの進入時における最大車速を算出する最大車速算出手段と、
前記到達車速推定手段によって推定された前記到達車速が前記最大車速算出手段によって算出された前記最大車速よりも大きい場合に、運転支援を実施するように制御する運転支援制御手段とを備えることを特徴とする車両制御装置。
前記運転者の通常走行時における減速度を取得して当該減速度に関する学習を行う減速度学習手段を備え、
前記旋回操作特性算出手段は、前記減速度学習手段によって学習された前記減速度を予め設定されている回帰式に適用し、前記旋回操作特性として前記カーブ進入時の減速度及び前記カーブを走行中の前記自車両の横加速度を算出し、
前記到達車速推定手段は、前記カーブ進入時の減速度に基づいて、前記カーブの入口に到達したときの到達車速を推定し、
前記最大車速算出手段は、前記カーブを走行中の車両の横加速度に基づいて、前記カーブへの進入時における最大車速を算出する請求項１記載の車両制御装置。
前記回帰式は、前記カーブ進入時の減速度を算出するための第１回帰式と、前記カーブ走行中の横加速度を算出するための第２回帰式とからなり、
前記第１回帰式は、複数の運転者から取得された通常走行時の減速度及びカーブ進入時の減速度の関係分布図に基づいて求められており、
前記第２回帰式は、前記複数の運転者から取得された通常走行時の減速度及びカーブを走行中の車両の横加速度の関係分布図に基づいて求められている請求項１又は２記載の車両制御装置。