JP6331233B2 - 車両制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、車両制御装置に係り、特に、車両の走行を支援する車両制御装置に関する。
従来、車両の走行支援システムとしては、例えば特許文献1に記載されたものがある。この特許文献1に記載の車両用走行支援装置では、自車と物体との間に安全距離を設定し、予測される自車と物体との間の最接近時距離が安全距離より小さい場合には、車両の減速制御、操舵制御等を行う。ここで、安全距離は、運転者の操作及び/又は自動制御により行われる車両の操舵及び/又は制動によって自車が物体に最接近する際に接触/衝突を回避できると判断される自車と物体との最小距離として設定されている。つまり、この車両用走行支援装置は、物体に最も接近したときでも物体との間に安全距離が確保されるように操舵/制動を行うので、例えば万が一移動していた物体が停止する等の予期せぬ動きがあった場合でも、物体との衝突を回避できるようになっている。
しかしながら、上記のような車両用走行支援装置において、物体への衝突回避を行う際、車両が物体に非常に近い位置で停止したり非常に近い位置を通過したりすると、車両の乗員が危険だと感じ、安心・安全を感じることができないことがある。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、乗員がより安心・安全を感じることができる運転支援のための車両制御装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は、車両に搭載される車両制御装置であって、車両の前方にある対象物を検知し、対象物の周囲の少なくとも一部に、車両の進行方向における対象物に対する車両の相対速度の許容上限値の分布を規定する速度分布領域を設定し、速度分布領域内において対象物に対する車両の相対速度が許容上限値を超えることを抑制する走行制御を実行するように構成されており、速度分布領域は、対象物から所定距離だけ離れた位置において車両の進入が禁止される進入禁止領域を有し、進入禁止領域は、対象物の移動速度に応じて変化するように設定され、対象物の移動速度が大きいほど、拡大して設定される、ことを特徴とする。
このように構成された本発明によれば、対象物の周囲の少なくとも一部に速度分布領域が設定される。そして、車両制御装置は、車両の対象物に対する相対速度が、この速度分布領域に設定された許容上限値を超えないように制御する。また、速度分布領域は、対象物から所定距離だけ離れた位置において車両の進入が禁止される車両進入禁止領域を有し、予期せぬ対象物の動き等によって車両が対象物により接近した場合でも、車両はその進入禁止領域に進入しないように制動/操舵制御される。したがって、衝突回避のために制動/操舵制御が行われた場合でも、車両と対象物との間に所定の距離が確保されるため、乗員が不安を感じることがなく安心・安全な運転支援が可能になる。
また、進入禁止領域は、対象物の移動速度に応じて変化するように設定される。ここで、車両の乗員が対象物に対して安心・安全を感じる距離および速度を確保する際、乗員が安全だと感じる距離および速度は、対象物の移動速度によって変わってくるものであることが分かった。本発明では、進入禁止領域を対象物の移動速度に応じて変化するように設定することにより、乗員の感覚に合った距離および速度が確保され、乗員が安心・安全だと感じる運転支援が可能になる。
また、進入禁止領域は、対象物の移動速度に応じて変化するように設定される。ここで、車両の乗員が対象物に対して安心・安全を感じる距離および速度を確保する際、乗員が安全だと感じる距離および速度は、対象物の移動速度によって変わってくるものであることが分かった。本発明では、進入禁止領域を対象物の移動速度に応じて変化するように設定することにより、乗員の感覚に合った距離および速度が確保され、乗員が安心・安全だと感じる運転支援が可能になる。
また、このように構成された本発明によれば、進入禁止領域が対象物の移動速度が大きいほど拡大して設定される。ここで、車両の運転者は、対象物の移動速度が大きくなると対象物に対してより大きな距離を取るようになり、また対象物に対してより小さな相対速度で走行するようになるものであることが分かった。本発明では、対象物の移動速度が大きいほど進入禁止領域を拡大して設定することにより、乗員が安心・安全を感じることができる運転支援が可能になる。
本発明において、好ましくは、対象物が車両の走行方向に沿って移動している場合、対象物の移動速度に応じた進入禁止領域の拡大量は、対象物の側方よりも前後方向において大きく設定される。
このように構成された本発明によれば、対象物の移動速度が大きいほど、進入禁止領域は、対象物の側方よりも前後方向においてより大きく拡大して設定される。ここで、車両が対象物との衝突を避けるために必要な距離あるいは乗員が安全だと感じる距離は、例えば車両が対象物を追い抜き、追い越しするために車両が対象物の側方に位置する場合に比べて、車両が対象物の後方から対象物に近づく場合や対象物の前方に移動する場合の方が大きいものであることが分かった。本発明では、進入禁止領域の拡大量を対象物の側方よりも前後方向において大きく設定することにより、より乗員の感覚に合った各方向に関する距離が確保され、乗員が安心・安全だと感じる運転支援が可能になる。
このように構成された本発明によれば、対象物の移動速度が大きいほど、進入禁止領域は、対象物の側方よりも前後方向においてより大きく拡大して設定される。ここで、車両が対象物との衝突を避けるために必要な距離あるいは乗員が安全だと感じる距離は、例えば車両が対象物を追い抜き、追い越しするために車両が対象物の側方に位置する場合に比べて、車両が対象物の後方から対象物に近づく場合や対象物の前方に移動する場合の方が大きいものであることが分かった。本発明では、進入禁止領域の拡大量を対象物の側方よりも前後方向において大きく設定することにより、より乗員の感覚に合った各方向に関する距離が確保され、乗員が安心・安全だと感じる運転支援が可能になる。
本発明において、好ましくは、進入禁止領域は、相対速度と対象物の移動速度とに応じて変化するとともに、相対速度よりも対象物の移動速度により大きく重みづけして設定される。
このように構成された本発明によれば、進入禁止領域が、相対速度よりも対象物の移動速度により大きく重みづけされて設定される。ここで、乗員が安心・安全だと感じる距離は、車両と対象物との相対速度によるよりも対象物の移動速度によってより支配的に決定されるものであることが分かった。本発明では、進入禁止領域を、相対速度よりも対象物の移動速度により大きく重みづけして決定することによって、対象物に対してより乗員の感覚に合った距離および速度が確保され、安心・安全な運転支援が可能になる。
このように構成された本発明によれば、進入禁止領域が、相対速度よりも対象物の移動速度により大きく重みづけされて設定される。ここで、乗員が安心・安全だと感じる距離は、車両と対象物との相対速度によるよりも対象物の移動速度によってより支配的に決定されるものであることが分かった。本発明では、進入禁止領域を、相対速度よりも対象物の移動速度により大きく重みづけして決定することによって、対象物に対してより乗員の感覚に合った距離および速度が確保され、安心・安全な運転支援が可能になる。
本発明において、好ましくは、進入禁止領域は、対象物の移動速度が所定値以下の場合には一定領域に設定され、対象物の移動速度が所定値よりも大きい場合には、移動速度が大きいほど一定領域より拡大して設定される。
このように構成された本発明によれば、進入禁止領域は、対象物の移動速度が所定値以下の場合には、対象物の移動速度に応じて進入禁止領域を拡大せずに一定領域に設定され、対象物の移動速度が所定値よりも大きい場合には、移動速度が大きいほど進入禁止領域が拡大される。対象物の移動速度が小さい場合には進入禁止領域を一定領域にすることによって制御を簡単にしながら安心・安全な運転支援が可能になる。
このように構成された本発明によれば、進入禁止領域は、対象物の移動速度が所定値以下の場合には、対象物の移動速度に応じて進入禁止領域を拡大せずに一定領域に設定され、対象物の移動速度が所定値よりも大きい場合には、移動速度が大きいほど進入禁止領域が拡大される。対象物の移動速度が小さい場合には進入禁止領域を一定領域にすることによって制御を簡単にしながら安心・安全な運転支援が可能になる。
本発明によれば、乗員がより安心・安全を感じることができる運転支援のための車両制御装置を提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両制御システムについて説明する。先ず、図1を参照して、車両制御システムの構成について説明する。図1は、車両制御システムの構成図である。
図1に示すように、車両制御システム100は、車両1(図3参照)に搭載されており、車両制御装置(ECU)10と、複数のセンサと、複数の制御システムとを備えている。複数のセンサには、車載カメラ21,ミリ波レーダ22,車速センサ23,測位システム24,ナビゲーションシステム25が含まれる。また、複数の制御システムには、エンジン制御システム31,ブレーキ制御システム32,ステアリング制御システム33が含まれる。
ECU10は、CPU,各種プログラムを記憶するメモリ,入出力装置等を備えたコンピュータにより構成される。ECU10は、複数のセンサから受け取った信号に基づき、エンジン制御システム31,ブレーキ制御システム32,ステアリング制御システム33に対して、それぞれエンジンシステム,ブレーキシステム,ステアリングシステムを適宜に作動させるための要求信号を出力可能に構成されている。このため、ECU10は、機能的に、データ取得部と、対象物検知部と、位置及び相対速度算出部と、速度分布領域設定部と、経路算出部と、回避制御実行部とを備えている。
車載カメラ21は、車両1の周囲を撮像し、撮像した画像データを出力する。ECU10は、画像データに基づいて対象物(例えば、先行車)を特定する。なお、ECU10は、画像データから対象物の進行方向又は前後方向を特定することができる。
ミリ波レーダ22は、対象物の位置及び速度を測定する測定装置であり、車両1の前方へ向けて電波(送信波)を送信し、対象物により送信波が反射されて生じた反射波を受信する。そして、ミリ波レーダ22は、送信波と受信波に基づいて、車両1と対象物との間の距離(例えば、車間距離)や車両1に対する対象物の相対速度を測定する。なお、本実施形態において、ミリ波レーダ22に代えて、レーザレーダや超音波センサ等を用いて対象物との距離や相対速度を測定するように構成してもよい。また、複数のセンサを用いて、位置及び速度測定装置を構成してもよい。
車速センサ23は、車両1の絶対速度を算出する。
測位システム24は、GPSシステム及び/又はジャイロシステムであり、車両1の位置(現在車両位置情報)を算出する。
ナビゲーションシステム25は、内部に地図情報を格納しており、ECU10へ地図情報を提供することができる。ECU10は、地図情報及び現在車両位置情報に基づいて、車両1の周囲(特に、進行方向前方)に存在する道路、交通信号、建造物等を特定する。また、ECU10は、車載カメラ21による画像データからは特定しにくい崖,溝,穴等を、地図情報に基づいて特定してもよい。地図情報は、ECU10内に格納されていてもよい。
測位システム24は、GPSシステム及び/又はジャイロシステムであり、車両1の位置(現在車両位置情報)を算出する。
ナビゲーションシステム25は、内部に地図情報を格納しており、ECU10へ地図情報を提供することができる。ECU10は、地図情報及び現在車両位置情報に基づいて、車両1の周囲(特に、進行方向前方)に存在する道路、交通信号、建造物等を特定する。また、ECU10は、車載カメラ21による画像データからは特定しにくい崖,溝,穴等を、地図情報に基づいて特定してもよい。地図情報は、ECU10内に格納されていてもよい。
エンジン制御システム31は、車両1のエンジンを制御するコントローラである。ECU10は、車両1を加速又は減速させる必要がある場合に、エンジン制御システム31に対して、エンジン出力の変更を要求するエンジン出力変更要求信号を出力する。
ブレーキ制御システム32は、車両1のブレーキ装置を制御するためのコントローラである。ECU10は、車両1を減速させる必要がある場合に、ブレーキ制御システム32に対して、車両1への制動力の発生を要求するブレーキ要求信号を出力する。
ステアリング制御システム33は、車両1のステアリング装置を制御するコントローラである。ECU10は、車両1の進行方向を変更する必要がある場合に、ステアリング制御システム33に対して、操舵方向の変更を要求する操舵方向変更要求信号を出力する。
次に、本実施形態の車両制御システム100の速度制御について説明する。
一般に、道路上又は道路付近の対象物(例えば、先行車、駐車車両、ガードレール等)に追いつくときや、これとすれ違うとき(又は追い抜く・追い越すとき)、走行車両の運転者は、進行方向に対して、車両と対象物との間に所定の距離又は間隔を保ち、且つ、減速する。具体的には、先行車が急に進路変更したり、道路の死角から歩行車が出てきたり、駐車車両のドアが開いたりするといった危険を回避するため、対象物との距離が小さいほど、対象物に対する相対速度は小さくされる。
一般に、道路上又は道路付近の対象物(例えば、先行車、駐車車両、ガードレール等)に追いつくときや、これとすれ違うとき(又は追い抜く・追い越すとき)、走行車両の運転者は、進行方向に対して、車両と対象物との間に所定の距離又は間隔を保ち、且つ、減速する。具体的には、先行車が急に進路変更したり、道路の死角から歩行車が出てきたり、駐車車両のドアが開いたりするといった危険を回避するため、対象物との距離が小さいほど、対象物に対する相対速度は小さくされる。
また、一般に、後方から先行車等の対象物に近づいているとき、走行車の運転者は、進行方向に沿った車間距離(縦方向距離)に応じて速度(相対速度)を調整する。具体的には、車間距離が大きいときは、接近速度(相対速度)が大きく維持されるが、車間距離が小さくなると、接近速度は低速にされる。そして、所定の車間距離で走行車両と対象物との間の相対速度はゼロとなる。これは、対象物が先行車である場合に限らず、駐車車両、ガードレール等であっても同様である。
このように、運転者は、対象物と車両との間の距離(横方向距離及び縦方向距離を含む)と相対速度との関係を考慮しながら、対象物に対して安全に運転できると感じる距離及び相対速度を確保して危険を回避するように車両を運転している。
図2は、本実施形態の車両制御システム100の対象物に対する相対速度の許容上限値と対象物に対する距離(クリアランス)との関係を示す説明図である。図2に示すように、車両1がある絶対速度で走行するときにおいて、対象物に対して設定される許容上限値Vlimは、対象物との距離XがD0(安全距離)までは0(ゼロ)km/hであり、D0以上で2次関数的に増加する(Vlim=k0(X−D0)2。ただし、X≧D0)。即ち、安全確保のため、距離XがD0以下では車両1は相対速度がゼロとなる。一方、距離XがD0以上では、距離が大きくなるほど、車両1は大きな相対速度で走行することが可能となる。
図2の例では、対象物に対する許容上限値は、Vlim=f(X)=k0(X−D0)2で定義されている。なお、k0は、Xに対するVlimの変化度合いに関連するゲイン係数であり、対象物の種類等に依存して設定される。
なお、本実施形態では、Vlimが安全距離を含み、且つ、Xの2次関数となるように定義されているが、これに限らず、他の関数(例えば、一次関数等)で定義されてもよい。また、対象物の許容上限値Vlimは、対象物の横方向または縦方向(前方または後方)に設定されてもよく、対象物を中心とするすべての径方向について設定することができる。その際、係数k0、安全距離D0は、対象物からの方向に応じて設定することができる。
上記のような許容上限値Vlimを考慮して、本実施形態では、車両1は、車両1から検知される対象物(先行車両、駐車車両、歩行者、ガードレール等に対して、対象物の周囲に(横方向領域、後方領域、及び前方領域にわたって)、車両1の進行方向における相対速度についての許容上限値を規定する2次元分布(速度分布領域40)を設定するように構成されている。
図3は、本実施形態による車両制御システムの通常走行時において先行車両3に対して設定された速度分布領域の説明図である。図3に示すように、速度分布領域40では、先行車両3の周囲の各点において、相対速度の許容上限値Vlimが設定されている。つまり、速度分布領域40は、先行車両3の周囲(前方向から横方向及び後ろ方向にわたる全周囲)にわたって相対速度の許容上限値Vlimが設定されている。車両1は、運転支援システムの作動時において、この速度分布領域40内の許容上限値Vlimによって、先行車両3に対する相対速度が制限される。
図3は、本実施形態による車両制御システムの通常走行時において先行車両3に対して設定された速度分布領域の説明図である。図3に示すように、速度分布領域40では、先行車両3の周囲の各点において、相対速度の許容上限値Vlimが設定されている。つまり、速度分布領域40は、先行車両3の周囲(前方向から横方向及び後ろ方向にわたる全周囲)にわたって相対速度の許容上限値Vlimが設定されている。車両1は、運転支援システムの作動時において、この速度分布領域40内の許容上限値Vlimによって、先行車両3に対する相対速度が制限される。
速度分布領域40は、先行車両3からの横方向距離及び縦方向距離が小さくなるほど(先行車両3に近づくほど)、相対速度の許容上限値が小さくなるように設定される。また、図3では、理解の容易のため、同じ許容上限値を有する点を結んだ等相対速度線が示されている。本実施形態では、等相対速度線a,b,c,dは、それぞれ許容上限値Vlimが0km/h,20km/h,40km/h,60km/hに相当する。
なお、図3では、許容上限値が60km/hまでの速度分布領域40が示されているが、更に大きな相対速度まで速度分布領域40を設定することができる。
このような速度分布領域40において、許容上限値Vlimが0km/hの等相対速度線aの内側で先行車両3の周囲には、車両1が進入することができない、すなわち、それ以上車両1が先行車両3に近づくことができない進入禁止領域42が設定されている。
また、進入禁止領域42の外側で且つ相対速度の許容上限値Vlimが0km/hの等相対速度線aの内側には、車両1と先行車両3との相対速度の許容上限値Vlimが0km/hに制限される相対速度ゼロ領域44が設定されている。
また、進入禁止領域42の外側で且つ相対速度の許容上限値Vlimが0km/hの等相対速度線aの内側には、車両1と先行車両3との相対速度の許容上限値Vlimが0km/hに制限される相対速度ゼロ領域44が設定されている。
ここで、上記の進入禁止領域42及び相対速度ゼロ領域42について詳しく説明する。
図4は、速度分布領域40の進入禁止領域42及び相対速度ゼロ領域44を示す図である。この図4に示すように、進入禁止領域42は、先行車両3の周囲(全周)に設定された矩形の領域である。車両3は、いかなる状況においても進入禁止領域42内に入らないように制御される。つまり、車両制御システム100は、衝突回避の制御を行う際には、進入禁止領域42よりも外側に目標走行経路を設定する、あるいは進入禁止領域42よりも外側で減速することによって、進入禁止領域42の内側に車両1が進入しないように車両1の制動制御及び/または操舵制御を行うように構成されている。
図4は、速度分布領域40の進入禁止領域42及び相対速度ゼロ領域44を示す図である。この図4に示すように、進入禁止領域42は、先行車両3の周囲(全周)に設定された矩形の領域である。車両3は、いかなる状況においても進入禁止領域42内に入らないように制御される。つまり、車両制御システム100は、衝突回避の制御を行う際には、進入禁止領域42よりも外側に目標走行経路を設定する、あるいは進入禁止領域42よりも外側で減速することによって、進入禁止領域42の内側に車両1が進入しないように車両1の制動制御及び/または操舵制御を行うように構成されている。
進入禁止領域42は、先行車両3の前方に設定された、進入禁止領域42の前方端である前方境界線42Aと、先行車両3の後方に設定された、進入禁止領域42の後方端である後方境界線42Bと、先行車両3の左右に設定された、進入禁止領域42の側方端である側方境界線42Cとで囲まれた領域である。
進入禁止領域42の前方境界線42Aは、先行車両3の前方端から所定の前方距離Daだけ離れた位置に設定されている。所定の前方距離Daは、以下の式で求められる。
[数1]
Da=Lc/2+k1Vp+k2 …(1)
[数1]
Da=Lc/2+k1Vp+k2 …(1)
ここで、Lcは車両1の縦の長さ(m)、Vpは先行車両3の走行速度(m/s)である。また、k1、k2は定数であり、本実施形態ではk1=0.5、k2=5に設定されている。
なお、本実施形態では、車両制御システム100は、車両1の位置を、車両1の中心Cの点として認識している。したがって、本実施形態では、上記数式1において、Lc/2の項を加算して車両1の中心Cから車両1の後方までの長さを加えることにより、先行車両3の前方端から車両1の中心Cまでの距離として所定の前方距離Daを算出している。このため、例えば進入禁止領域42の前方境界線42Aの所定の前方距離Daを、先行車両3の前方端から車両1の後方端までの距離として設定する場合には、Daは、Da=k1Vp+k2で表される。
なお、本実施形態では、車両制御システム100は、車両1の位置を、車両1の中心Cの点として認識している。したがって、本実施形態では、上記数式1において、Lc/2の項を加算して車両1の中心Cから車両1の後方までの長さを加えることにより、先行車両3の前方端から車両1の中心Cまでの距離として所定の前方距離Daを算出している。このため、例えば進入禁止領域42の前方境界線42Aの所定の前方距離Daを、先行車両3の前方端から車両1の後方端までの距離として設定する場合には、Daは、Da=k1Vp+k2で表される。
なお、図4においては、先行車両3の前方端及び後方端から車両1の縦方向の長さLcの半分(Lc/2)の距離の位置、及び先行車両の3の側方端から車両の横方向の長さWcの半分(Wc/2)の距離の位置を一点鎖線の矩形で接触領域Tとして示している。
進入禁止領域42の後方境界線42Bは、先行車両3の後方端から所定の後方距離Dbだけ離れた位置に設定されている。所定の後方距離Dbは、以下の式で求められる。
[数2]
Db=Lc/2+k3Vp+k4 …(2)
[数2]
Db=Lc/2+k3Vp+k4 …(2)
ここで、k3、k4は定数であり、本実施形態ではk3=0.3、k4=2に設定されている。
本実施形態では、前述のように、車両制御システム100は、車両1の位置を、車両1の中心Cの点として認識しているので、上記数式2においては、所定の後方距離Dbは、先行車両3の後方端から車両1の中心Cまでの距離として設定されている。このため、例えば進入禁止領域42の後方境界線42Bの所定の後方距離Dbを、先行車両3の後方端から車両2の前方端までの距離として設定する場合には、Dbは、Db=k3Vp+k4で表わされる。
本実施形態では、前述のように、車両制御システム100は、車両1の位置を、車両1の中心Cの点として認識しているので、上記数式2においては、所定の後方距離Dbは、先行車両3の後方端から車両1の中心Cまでの距離として設定されている。このため、例えば進入禁止領域42の後方境界線42Bの所定の後方距離Dbを、先行車両3の後方端から車両2の前方端までの距離として設定する場合には、Dbは、Db=k3Vp+k4で表わされる。
進入禁止領域42の側方境界線42Cは、先行車両3の側方端から所定の側方距離Dcだけ離れた位置に設定されている。所定の側方距離Dcは、以下の式で求められる。
[数3]
Dc=Wc/2+k5Vp+k6 …(3)
[数3]
Dc=Wc/2+k5Vp+k6 …(3)
ここで、Wcは車両1の横の長さ(m)である。また、k5、k6は定数であり、本実施形態ではk5=0.1、k6=0.5に設定されている。
本実施形態では、前述のように、車両制御システム100は、車両1の位置を、車両1の中心Cの点として認識しているので、上記数式3においては、所定の側方距離Dcは、先行車両3の側方端から車両1の中心点までの距離として設定されている。このため、例えば進入禁止領域42の側方境界線42Cの所定の側方距離Dcを、先行車両3の側方端から車両2の側方端までの距離として設定する場合には、Dcは、Dc=k5Vp+k6で表される。
本実施形態では、前述のように、車両制御システム100は、車両1の位置を、車両1の中心Cの点として認識しているので、上記数式3においては、所定の側方距離Dcは、先行車両3の側方端から車両1の中心点までの距離として設定されている。このため、例えば進入禁止領域42の側方境界線42Cの所定の側方距離Dcを、先行車両3の側方端から車両2の側方端までの距離として設定する場合には、Dcは、Dc=k5Vp+k6で表される。
ここで、所定の前方距離Da、後方距離Db、及び側方距離Dcは、図2で説明した安全距離D0に対応したものである。これらの距離Da,Db,Dcは、単に車両1が先行車両3に接近したときに制動/操舵によって先行車両3との衝突を回避できるだけの距離として設定されたものではなく、車両1が先行車両3との衝突を回避して先行車両3に接近した場合に、車両1の乗員が恐怖を感じることがなく、安全な運転だと感じることができる距離として設定されている。
また、車両1が先行車両3に後方から近づく場合には、先行車両3が車両1から遠ざかる方向に走行し車両1は先行車両3に近づく方向に走行している。このため、車両1および先行車両3の衝突回避における挙動は、先行車両3の挙動よりも車両1の挙動の方がより支配的となり、車両1が先行車両3に対する距離を制御しやすい。したがって、車両1乗員は、先行車両3に対する距離が比較的小さくても、安全な距離であると感じることができる。一方、車両1が先行車両3を追い越して先行車両3の前方を走行する場合には、先行車両3が車両1に気づいて車両1に対する距離および速度を考慮して走行するようになるまでに一定の時間が必要である。このため、先行車両3との衝突を回避するためには車両1の挙動よりも先行車両3の挙動をより考慮して制御をおこなう必要がある。したがって、車両1の乗員は、先行車両3に対する距離が比較的大きくないと、安全な距離であると感じることができない。
このような状況を勘案して、先行車両3に対しての距離を設定する際には、先行車両3の後方を走行する場合よりも前方を走行する場合においてより大きな距離を設ける必要がある。そこで、本実施形態では、数式(1)と数式(2)とを比較すると分かるように、数式(1)におけるk1、k2はいずれも、数式(2)におけるk3、k4よりも大きく設定されている。つまり、本実施形態では、進入禁止領域42の前方距離Daは、後方距離Dbよりも常に大きくなるように設定されている。
また、数式(1)、(2)及び(3)に示されるように、進入禁止領域42の前方距離Da、後方距離Db及び側方距離Dcはいずれも先行車両3の走行速度Vpに応じて変化するように設定されている。より具体的には先行車両3の走行速度Vpが大きいほど、所定の前方距離Da、後方距離Db、及び側方距離Dcが大きくなり進入禁止領域42が拡大されるように設定されている。
ここで、数式(1)におけるVpの係数k1は、数式(2)におけるVpの係数k3よりも大きく設定されている。つまり、本実施形態では、先行車両3の走行速度Vpが大きくなるほど、進入禁止領域42の前方距離Daは、後方距離Dbよりも大きくなるように設定されている。言い換えると、先行車両3の走行速度Vpに応じた進入禁止領域42の拡大量は、後方におけるよりも前方における方がより大きくなるように設定されている。
ここで、数式(1)におけるVpの係数k1は、数式(2)におけるVpの係数k3よりも大きく設定されている。つまり、本実施形態では、先行車両3の走行速度Vpが大きくなるほど、進入禁止領域42の前方距離Daは、後方距離Dbよりも大きくなるように設定されている。言い換えると、先行車両3の走行速度Vpに応じた進入禁止領域42の拡大量は、後方におけるよりも前方における方がより大きくなるように設定されている。
また、車両1が先行車両3を追い抜くまたは追い越すために先行車両3の側方を走行する際には、先行車両3が車両1と同じ方向に走行しているため、衝突回避の際に乗員が安全だと感じる先行車両3との横方向距離は比較的小さいが、車両1が先行車両3の後方または前方にいる場合には、乗員が安全だと感じる先行車両3との縦方向距離は比較的大きくなる。そこで、本実施形態では、数式(1)(2)におけるVpの係数k1、k3は、数式(3)におけるVpの係数k5よりも大きく設定されている。つまり本実施形態では、側方よりも前後方向の方が、先行車両3の走行速度Vpに応じた進入禁止領域42の拡大量が大きくなるように設定されている。
次に、相対速度ゼロ領域44について説明する。相対速度ゼロ領域44は、図4に示すように、前方側の略矩形領域とその後方の台形領域を組み合わせた形状に形成されている。車両制御システム100は、車両1が相対速度ゼロ領域44の内側に位置すると、車両1の先行車両3に対する相対速度の上限値を0(ゼロ)に制限する。より具体的には、本実施形態では、車両制御システム100は、何らかの理由で車両3が相対速度ゼロ領域44の内側の領域に進入した場合、車両1と先行車両3との相対速度が負になるように、つまり先行車両3の走行速度よりも車両1の走行速度の方が遅くなるように車両1を制動制御するように構成されている。このような制動制御により、車両1は、相対速度ゼロ領域44内に入ると、相対速度ゼロ領域44の外側に出るように、つまり先行車両3から離れるように制御されることとなる。
相対速度ゼロ領域44は、先行車両3の前方に設定された、相対速度ゼロ領域44の前方端である前方境界線44Aと、先行車両3の後方に設定された、相対速度ゼロ領域44の後方端である後方境界線44Bと、先行車両3の左右に設定された、相対速度ゼロ領域44の側方端である側方境界線44Cと、後方境界線44B及び側方境界線44Cを斜めの線でつなげた後方傾斜線44Dとで囲まれた領域である。
相対速度ゼロ領域44の前方境界線44Aは、進入禁止領域42の前方境界線42Aから前方に所定の前方距離Kaだけ離れた位置に設定されている。所定の前方距離Kaは、以下の式で求められる。
[数4]
Ka=k7(Vp−Vc)+k8
但しKa≧0 …(4)
[数4]
Ka=k7(Vp−Vc)+k8
但しKa≧0 …(4)
ここで、Vcは、車両1の走行速度、k7、k8は定数である。本実施形態ではk7=1、k8=20に設定されている。また、車両1の走行速度Vcが先行車両3の走行速度Vpよりも大きくKaが負の値になる場合には、Kaは0に設定される。
相対速度ゼロ領域44の後方境界線44Bは、進入禁止領域42の後方境界線42Bから後方に所定の後方距離Kbだけ離れた位置に設定されている。所定の後方距離Kbは、以下の式で求められる。
[数5]
Kb=(THW or TTC)×Vc+k9 …(5)
[数5]
Kb=(THW or TTC)×Vc+k9 …(5)
ここで、THWは車頭時間と称され、先行車両3がある地点を通過してから車両1がその地点を通過するまでの時間で表わされる。また、TTCは、衝突余裕時間と称され、車両1と先行車両3が現在の相対速度を維持したときに両者が衝突するまでの時間で表わされ、車両1と先行車両3の車間距離を両者の相対速度で除した値である。本実施形態では(THW or TTC)の項は、車頭時間または衝突余裕時間の大きい方を採用する。また、k9は定数であり、本実施形態ではk9=2に設定されている。
相対速度ゼロ領域44の側方境界線44Cは、進入禁止領域42の側方境界線42Cから側方に所定の側方距離Kcだけ離れた位置に設定されている。所定の側方距離Kcは、以下の式で求められる。
[数6]
ここで、Dc−Wc/2は、進入禁止領域42から接触領域Tまでの横方向の距離を示すから、数式(3)を考慮すると、所定の側方距離Kcは、以下のようになる。
[数7]
なお、k10は定数であり、本実施形態ではk10=3.29に設定されている。
ここで、Dc−Wc/2は、進入禁止領域42から接触領域Tまでの横方向の距離を示すから、数式(3)を考慮すると、所定の側方距離Kcは、以下のようになる。
[数7]
なお、k10は定数であり、本実施形態ではk10=3.29に設定されている。
相対速度ゼロ領域44の後方傾斜線44Dは、相対速度ゼロ領域44の側方境界線44Cと進入禁止領域42の後方境界線42Bとの交点と、相対速度ゼロ領域44の後方境界線44Bと接触領域Tの側方境界線との交点と、を結んだ線で表される。
なお、速度分布領域40は、上記の算出方法に限らず、種々のパラメータに基づいて設定することが可能である。パラメータとして、例えば、車両1と対象物の相対速度、対象物の種類、車両1の進行方向、対象物の移動方向及び移動速度、対象物の長さ、車両1の絶対速度等を考慮することができる。即ち、これらのパラメータに基づいて、係数kや算出式を選択することができる。
また、速度分布領域40は、様々な対象物に対して設定されることが可能である。対象物としては、例えば車両、歩行者、自転車、走行路区画物、障害物、交通信号、交通標識等を含む。車両は、自動車、トラック、自動二輪で区別可能である。歩行者は、大人、子供、集団で区別可能である。走行路区画物は、ガードレール、走行路の端部の段差を形成する路肩、中央分離帯、車線境界線が含まれる。障害物は、崖、溝、孔、落下物が含まれる。交通標識は、停止線、止まれ標識が含まれる。
次に、図5及び図6を参照して、本実施形態の車両制御システムの処理の流れについて説明する。図5は車両制御装置の処理フロー、図6は車両制御システムの作用の説明図である。
図5に示すように、車両1が走行路上を走行しているとき、車両1のECU10(データ取得部)は、複数のセンサから種々のデータを取得する(S10)。具体的には、ECU10は、車載カメラ21から車両1の前方を撮像した画像データを受け取り、且つ、ミリ波レーダ22から測定データを受け取る。
図5に示すように、車両1が走行路上を走行しているとき、車両1のECU10(データ取得部)は、複数のセンサから種々のデータを取得する(S10)。具体的には、ECU10は、車載カメラ21から車両1の前方を撮像した画像データを受け取り、且つ、ミリ波レーダ22から測定データを受け取る。
ECU10(対象物検知部)は、少なくとも車載カメラ21を含む外部センサから取得したデータを処理して対象物を検知する(S11)。具体的には、ECU10は、画像データの画像処理を実行して、先行車両3を対象物として検知する。このとき、対象物の種類(この場合は、車両)が特定される。また、ECU10は、地図情報から特定の障害物の存在を検知することができる。
また、ECU10(位置及び相対速度算出部)は、測定データに基づいて、車両1に対する検知された対象物(先行車両3)の位置及び相対速度を算出する。なお、対象物の位置は、車両1の進行方向に沿った縦方向位置(縦方向距離)と、進行方向と直交する横方向に沿った横方向位置(横方向距離)が含まれる。相対速度は、測定データに含まれる相対速度をそのまま用いてもよいし、測定データから進行方向に沿った速度成分を算出してもよい。また、進行方向に直交する速度成分は、必ずしも算出しなくてもよいが、必要であれば、複数の測定データ及び/又は複数の画像データから推定してもよい。
ECU10(速度分布領域設定部)は、検知した対象物(即ち、先行車両3)について、速度分布領域40を設定する(S12)。ECU10(経路算出部)は、設定された速度分布領域40に基づいて、車両1の走行可能な経路及びこの経路上の各位置における設定車速又は目標速度を算出する(S13)。そして、車両1が算出された経路を走行するため、ECU10(走行制御実行部)は、走行制御を実行する(S14)。
なお、図5の処理フローは、所定時間(例えば、0.1秒)毎に繰り返し実行されるため、算出される経路及びこの経路上の設定速度は、時間経過と共に変化する。
なお、図5の処理フローは、所定時間(例えば、0.1秒)毎に繰り返し実行されるため、算出される経路及びこの経路上の設定速度は、時間経過と共に変化する。
ここで、車両1が先行車両3の後方から先行車両3に近づいていく場合の車両1の速度制御について説明する。
図6の経路R1に示すように、車両1が先行車両3の後方から先行車両3に近づく場合、車両1は、速度分布領域40の等相対速度線d,c,bを横切るように車両1が走行する。この場合、例えば車両1が60km/hで走行しているとすると、等相対速度線dまではその走行速度を維持することができるが、等相対速度線dを超えると徐々に許容上限値Vlimが小さくなっていくため、車両制御システム100は、ブレーキ制御システム32にブレーキ要求信号を出力して車両1を減速させて、その地点に設定された許容上限値Vlimを超えないように車両1を制御する。
図6の経路R1に示すように、車両1が先行車両3の後方から先行車両3に近づく場合、車両1は、速度分布領域40の等相対速度線d,c,bを横切るように車両1が走行する。この場合、例えば車両1が60km/hで走行しているとすると、等相対速度線dまではその走行速度を維持することができるが、等相対速度線dを超えると徐々に許容上限値Vlimが小さくなっていくため、車両制御システム100は、ブレーキ制御システム32にブレーキ要求信号を出力して車両1を減速させて、その地点に設定された許容上限値Vlimを超えないように車両1を制御する。
車両1が相対速度ゼロ領域44の外縁、つまり後方境界線44Bまで到達した場合、車両1は先行車両3との相対速度が0(ゼロ)になるように制御される。このため、車両1は通常の運転状態では、それ以上先行車両3に近づかない。
しかしながら、例えば先行車両3が予期せず減速した場合には、車両1が相対速度ゼロ領域44内に進入する場合がある。この場合には、車両制御システム100は、車両1が相対速度ゼロ領域44の外側に移動するように車両1を制御する。より具体的には、車両制御システム100は、車両1と先行車両3との相対速度が負に、つまり0km/hよりも小さくなるようにブレーキ要求信号を出力し、車両1が先行車両3から離れるように制御する。
しかしながら、例えば先行車両3が予期せず減速した場合には、車両1が相対速度ゼロ領域44内に進入する場合がある。この場合には、車両制御システム100は、車両1が相対速度ゼロ領域44の外側に移動するように車両1を制御する。より具体的には、車両制御システム100は、車両1と先行車両3との相対速度が負に、つまり0km/hよりも小さくなるようにブレーキ要求信号を出力し、車両1が先行車両3から離れるように制御する。
また、車両制御システム100は、車両1が相対速度ゼロ領域44内に進入した場合、車両1が進入禁止領域42内に進入しないように車両1の速度及び/又は走行経路を制御する。つまり、車両制御システム100は、図6の経路R2に示すように、車両1が進入禁止領域42の後方境界線42Bよりも外側(後方)を走行し、後方境界線42Bを超えないように、車両1の制動力を決定し、ブレーキ制御システム32にブレーキ要求信号を出力する。その結果、車両1は進入禁止領域42の外側の位置で先行車両3に最接近するが、それ以上先行車両3には接近せず進入禁止領域42内に進入しない。
なお、車両制御システム100は、例えば先行車両3の側方に十分なスペースがある場合には、先行車両3との衝突を回避するように速度制御に加えて操舵制御も行ってもよい。その場合には、車両制御システム100は、例えば図6の経路R3に示すように、進入禁止領域42の外側に走行経路を設定すればよい。
以上のような実施形態によれば、次のような効果が得られる。
速度分布領域40が、進入禁止領域42を有するので、先行車両3の予期せぬ減速等によって車両1が相対速度ゼロ領域44内でより先行車両3に近づいた場合、車両制御システム100は車両1が進入禁止領域42に進入しないように車両1を加減速/操舵制御する。したがって、衝突回避制御を行う場合でも、車両1と先行車両3との間に所定の距離を確保することができる。したがって乗員が不安を感じるのを防止することができ、安心・安全な運転支援を行うことができる。
速度分布領域40が、進入禁止領域42を有するので、先行車両3の予期せぬ減速等によって車両1が相対速度ゼロ領域44内でより先行車両3に近づいた場合、車両制御システム100は車両1が進入禁止領域42に進入しないように車両1を加減速/操舵制御する。したがって、衝突回避制御を行う場合でも、車両1と先行車両3との間に所定の距離を確保することができる。したがって乗員が不安を感じるのを防止することができ、安心・安全な運転支援を行うことができる。
また、進入禁止領域42が、先行車両3の走行速度Vpに応じて変化するように、より具体的には、進入禁止領域42が、先行車両3の走行速度Vpが大きいほど拡大するように設定されている。車両1の乗員が先行車両3に対して安心・安全を感じる距離および速度を確保する際、乗員が安全だと感じる距離および速度は、先行車両の走行速度Vpによって変わってくるものであることが分かった。より具体的には、先行車両3の走行速度Vpが大きくなると車両1の運転者は先行車両3に対してより大きな距離を取るようになり、また先行車両3に対してより小さな相対速度で走行するようになるものであることが分かった。本実施形態では、進入禁止領域42を先行車両3の走行速度Vpに応じて、走行速度Vpが大きいほど進入禁止領域42を拡大するように設定することによって、先行車両3に対して、乗員の感覚に合った距離および速度を確保することができ、車両1の乗員が安心・安全だと感じる運転支援を行うことができる。
進入禁止領域42は、先行車両3の走行速度Vpが大きいほど、先行車両3の側方よりも前方及び後方においてより大きく拡大して設定される。つまり、先行車両3の走行速度Vpに応じた進入禁止領域42の拡大量は、先行車両3の側方よりも前後方向においてより大きく設定される。車両1が先行車両3との衝突を避けるために必要な距離あるいは車両1の乗員が安全だと感じる距離は、例えば車両1が先行車両3を追い抜き、または追い越しするために車両1が先行車両3の側方に位置する場合に比べて、車両1が先行車両3の後方から先行車両3に近づく場合や、車両1が先行車両3を追い越して先行車両3の前方を走行する場合の方が大きいものであることが分かった。そこで、本実施形態では、進入禁止領域42の拡大量を先行車両3の側方よりも前後方向において大きく設定することにより、より乗員の感覚に合った各方向に関する距離を確保することができ、乗員が安心・安全だと感じる運転支援を行うことができる。
本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、例えば、以下のような態様であってもよい。
前述の実施形態においては、進入禁止領域42を先行車両3の走行速度Vpに応じて拡大するように設定していたが、これに限らず、例えば進入禁止領域を、車両と対象物との間の相対速度と、対象物の移動速度の両方に応じて拡大するように設定してもよい。より具体的には、例えば、進入禁止領域の前方端である前方境界線から先行車両の前方端までの距離Da’を、以下の式によって設定してもよい。
[数8]
Da’=Lc/2+k11Vp+k12Vsop+k13 …(8)
ここで、Vsopは車両と先行車両との相対速度(m/s)である。また、k11、k12、k13は定数であり、本実施形態ではk11=0.4、k12=0.1、k13=5に設定されている。
なお、上記の数式(8)は先行車両の前方の領域に関しての式であるが、側方(横方向)や後方の領域に関しても同様に、車両と対象物との間の相対速度と、対象物の移動速度の両方に応じて進入禁止領域を拡大するように設定してもよい。
前述の実施形態においては、進入禁止領域42を先行車両3の走行速度Vpに応じて拡大するように設定していたが、これに限らず、例えば進入禁止領域を、車両と対象物との間の相対速度と、対象物の移動速度の両方に応じて拡大するように設定してもよい。より具体的には、例えば、進入禁止領域の前方端である前方境界線から先行車両の前方端までの距離Da’を、以下の式によって設定してもよい。
[数8]
Da’=Lc/2+k11Vp+k12Vsop+k13 …(8)
ここで、Vsopは車両と先行車両との相対速度(m/s)である。また、k11、k12、k13は定数であり、本実施形態ではk11=0.4、k12=0.1、k13=5に設定されている。
なお、上記の数式(8)は先行車両の前方の領域に関しての式であるが、側方(横方向)や後方の領域に関しても同様に、車両と対象物との間の相対速度と、対象物の移動速度の両方に応じて進入禁止領域を拡大するように設定してもよい。
ここで、乗員が安心・安全だと感じる距離は、車両と対象物との相対速度によるよりも対象物の移動速度によってより支配的に決定されるものであることが分かった。そこで、上記の数式(8)では、先行車両の走行速度の係数k11は、車両と先行車両との相対速度の係数k12よりも大きく設定されている。つまり、進入禁止領域は、相対速度よりも対象物の移動速度により大きく重みづけして設定されている。このようにすることにより、対象物に対してより乗員の感覚に合った距離および速度を確保することができ、安心・安全な運転支援を行うことができる。
前述の実施形態では、進入禁止領域42は、前方、後方、及び側方の全方向の領域に関して、先行車両3の走行速度Vpに応じて拡大するように設定されていたが、これに限らず、例えば進入禁止領域の後方領域を先行車両の後方端から一定の距離に設定してもよい。より具体的には、先行車両の後方端から進入禁止領域の後方境界線までの距離Db’は、以下の式によって設定されてもよい。
[数9]
Db’=Lc/2+k14 …(9)
ここで、k14は定数であり、例えばk14=2に設定してもよい。
要するに、進入禁止領域は、少なくとも一部が、対象物の移動速度が大きいほど拡大するように設定されていればよい。
[数9]
Db’=Lc/2+k14 …(9)
ここで、k14は定数であり、例えばk14=2に設定してもよい。
要するに、進入禁止領域は、少なくとも一部が、対象物の移動速度が大きいほど拡大するように設定されていればよい。
前述の実施形態では、進入禁止領域42は、先行車両3の走行速度Vpに比例して拡大するように設定されていたが、これに限らず、進入禁止領域は、例えば対象物の移動速度が所定値以下の場合には一定領域に設定され、対象物の移動速度が所定値よりも大きい場合には、移動速度が大きいほど一定領域より拡大するように、例えば前述の実施形態と同様に先行車両の走行速度に比例して拡大するように設定されてもよい。このように、対象物の移動速度が小さい場合には進入禁止領域を一定領域にすることによって、制御を簡単にしながら安心・安全な運転支援が可能になる。
速度分布領域は、先行車両の全周にわたって設定されるものに限らず、例えば先行車両の前方のみに設定されてもよいし、あるいは側方のみ、後方のみ等に設定されてもよい。要するに、速度分布領域は、対象物の周囲の少なくとも一部に設定されていればよい。
1 車両
2 走行路
3 先行車両
21 車載カメラ
22 ミリ波レーダ
23 車速センサ
24 測位システム
25 ナビゲーションシステム
31 エンジン制御システム
32 ブレーキ制御システム
33 ステアリング制御システム
40 速度分布領域
42 進入禁止領域
44 相対速度ゼロ領域
100 車両制御システム
a,b,c,d 等相対速度線
D0 安全距離
X クリアランス
R1、R2、R3 経路
2 走行路
3 先行車両
21 車載カメラ
22 ミリ波レーダ
23 車速センサ
24 測位システム
25 ナビゲーションシステム
31 エンジン制御システム
32 ブレーキ制御システム
33 ステアリング制御システム
40 速度分布領域
42 進入禁止領域
44 相対速度ゼロ領域
100 車両制御システム
a,b,c,d 等相対速度線
D0 安全距離
X クリアランス
R1、R2、R3 経路
Claims (4)
- 車両に搭載される車両制御装置であって、
前記車両の前方にある対象物を検知し、
前記対象物の周囲の少なくとも一部に、前記車両の進行方向における前記対象物に対する前記車両の相対速度の許容上限値の分布を規定する速度分布領域を設定し、
前記速度分布領域内において前記対象物に対する前記車両の相対速度が前記許容上限値を超えることを抑制する走行制御を実行するように構成されており、
前記速度分布領域は、前記対象物から所定距離だけ離れた位置において前記車両の進入が禁止される進入禁止領域を有し、
前記進入禁止領域は、前記対象物の移動速度に応じて変化するように設定され、前記対象物の前記移動速度が大きいほど、拡大して設定される、
ことを特徴とする車両制御装置。 - 前記対象物が前記車両の走行方向に沿って移動している場合、前記対象物の前記移動速度に応じた前記進入禁止領域の拡大量は、前記対象物の側方よりも前後方向において大きく設定される、
請求項1に記載の車両制御装置。 - 前記進入禁止領域は、前記相対速度と前記対象物の前記移動速度とに応じて変化するとともに、前記相対速度よりも前記対象物の前記移動速度により大きく重みづけして設定される、
請求項1に記載の車両制御装置。 - 前記進入禁止領域は、前記対象物の前記移動速度が所定値以下の場合には一定領域に設定され、前記対象物の前記移動速度が前記所定値よりも大きい場合には、前記移動速度が大きいほど前記一定領域より拡大して設定される、
請求項1に記載の車両制御装置。
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