JP2004106673A - 車両用運転操作補助装置、車両用運転操作補助方法、およびその方法を適用した車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両状態および車両周囲の走行環境を検出する走行状況認識手段10,20と、走行状況認識手段10,20の検出結果に基づいて自車両周囲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30Aと、リスクポテンシャル算出手段30によって算出されるリスクポテンシャルに基づいて、車両操作機器70の反力特性を調整する反力調整手段30Bと、運転者による車両操作機器70の操作に影響を与える外乱を検出する外乱検出手段30Dと、外乱検出手段30Dの検出結果に基づいて、反力調整手段30Bで調整する車両操作機器70の反力特性を補正する反力補正手段30Bとを有する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
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。
【0002】
【従来の技術】
従来の車両用運転操作補助装置は、車両周囲の状況(障害物)を検出し、その時点における潜在的リスク度を求めている(例えば、特許文献1参照)。この車両用運転操作補助装置は、算出したリスクポテンシャルに基づいて操舵補助トルクを制御することにより、不慮の事態に至ろうとする操舵操作を抑制する。
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。
【特許文献1】
特開平10−211886号公報
【特許文献2】
特開平10−166889号公報
【特許文献3】
特開平10−166890号公報
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、運転者が操舵反力から受ける感覚は運転者の状態によって異なるため、自車両と障害物との相対運動状態からリスクポテンシャルを算出し、操舵トルクを制御する場合には、運転者の感覚に沿ったリスクポテンシャルの伝達を行うことが困難であるという問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明による車両用運転操作補助装置は、車両状態および車両周囲の走行環境を検出する走行状況認識手段と、走行状況認識手段の検出結果に基づいて自車両周囲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、リスクポテンシャル算出手段によって算出されるリスクポテンシャルに基づいて、車両操作機器の反力特性を調整する反力調整手段と、運転者による車両操作機器の操作に影響を与える外乱を検出する外乱検出手段と、外乱検出手段の検出結果に基づいて、反力調整手段で調整する車両操作機器の反力特性を補正する反力補正手段とを有する。
【0005】
【発明の効果】
自車両の車両状態および車両周囲の走行環境に基づいて自車両周囲のリスクポテンシャルRPを算出し、リスクポテンシャルRPに基づいて車両操作機器の反力特性を調整した。このとき、運転者による車両操作機器の操作に影響を与える外乱を検出し、外乱に基づいて反力特性を補正するので、運転者の感覚にそってリスクポテンシャルRPを正確に知らせ、運転者の操作を補助することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
《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、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。
【0007】
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走査する。レーザレーダ10は、自車両の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、前方車までの車間距離と相対速度を検出する。検出した車間距離および相対速度はコントローラ30へ出力される。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障害物が検出される。車速センサ20は、車輪の回転数等から自車両の走行車速を検出し、検出した自車速をコントローラ30に出力する。
【0008】
コントローラ30は、CPUと、ROMおよびRAM等のCPU周辺部品とから構成されており、CPUのソフトウェア形態により、リスクポテンシャル算出部30A、反力算出/補正部30B、アクセルペダル反力制御部30Cおよび走行抵抗検知部30Dを構成している。
【0009】
リスクポテンシャル算出部30Aは、レーザレーダ10および車速センサ20から入力される信号に基づいて、自車両の走行状態および周囲環境によるリスクポテンシャルRPを算出する。リスクポテンシャル算出部30で算出されたリスクポテンシャルRPは、反力算出/補正部30Bへ出力される。
【0010】
アクセルペダル70には、リンク機構を介してサーボモータ60およびアクセルペダルストロークセンサ61が接続されている。アクセルペダルストロークセンサ61は、リンク機構を介してサーボモータ60の回転角に変換されたアクセルペダル70のストローク量Sを検出する。アクセルペダルストロークセンサ61は、検出したストローク量Sをコントローラ30へ出力する。
【0011】
アクセルペダル反力制御部30Cは、反力算出/補正部30Bからの信号に応じて、アクセルペダル70に発生させるアクセルペダル反力Fを算出する。そして、アクセルペダル反力制御部30Cは、算出したアクセルペダル反力Fを実現するように、サーボモータ60で発生させるトルクと回転角とを制御し、アクセルペダル70に発生する操作反力を任意に制御する。なお、アクセルペダル反力制御を行わない場合の、通常のアクセルペダル反力特性は、例えば、ストローク量Sが大きくなるほどアクセルペダル反力Fがリニアに大きくなるよう設定されている。通常のアクセルペダル反力特性は、例えばアクセルペダル70の回転中心に設けられたねじりバネ(不図示)のバネ力によって実現することができる。
【0012】
走行抵抗検知部30Dは、車速センサ20から入力される自車速、アクセルペダルストロークセンサ61から入力されるストローク量S、およびシフトポジションセンサ80から入力されるシフトポジションの信号に基づいて、自車両の走行抵抗RLを算出する。走行抵抗検知部30Dで算出した走行抵抗RLは、反力算出/補正部30Bへ出力される。
【0013】
反力算出/補正部30Bは、リスクポテンシャル算出部30Aで算出されるリスクポテンシャルRPに基づいてアクセルペダル70に発生させるペダル反力Fの反力増加量ΔFを算出するとともに、走行抵抗検知部80で算出される走行抵抗RLに基づいて反力増加量ΔFを補正する。なお、走行抵抗RLは、運転者がペダル反力Fから受ける感覚を判定するための判定基準として用いる。アクセルペダル反力制御については、後述する。
【0014】
次に、第1の実施の形態による車両用運転操作補助装置1の動作を説明する。リスクポテンシャル算出部30Aは、自車速Vf、先行車速Va、相対車速Vr、および自車両と先行車両との相対距離Dに基づいて、先行車に対する余裕時間TTC(Time To Collision)と、車間時間THWとを算出する。余裕時間TTCと、車間時間THWは、以下の(式1)、(式2)を用いて算出することができる。なお、相対車速Vr=Vf−Vaである。
【数1】
TTC=D/Vr (式1)
【数2】
THW=D/Vf (式2)
【0015】
余裕時間TTCは、先行車に対する現在の自車両の接近度合を示す物理量であり、現在の走行状況が継続した場合、つまり相対車速Vrが一定の場合に、何秒後に自車両と先行車が接触するかを示す値である。車間時間THWは、自車両が先行車に追従走行している場合に、将来予測される余裕時間TTCへの影響度合を示す値である。なお、自車両が先行車に追従する場合、自車速Vf=先行車速Vaであるので、車間時間THWを算出する際に、自車速Vfの代わりに先行車速Vaを用いることもできる。
【0016】
リスクポテンシャル算出部30Aは、余裕時間TTCと車間時間THWとに基づいて、自車両のリスクポテンシャルRPを算出する。リスクポテンシャルRPは、余裕時間の逆数1/TTCと、車間時間の逆数1/THWとを用いて、以下の(式3)で表される。
【数3】
RP=a/THW+b/TTC (式3)
ここで、a、bは、定数であり、例えばa=1,b=8に設定する。
【0017】
走行抵抗検知部30Dは、自車速Vfに基づいて自車両の現在の加速度acを算出し、自車両に実際に発生するトルク(実発生トルク)Trを算出する。実発生トルクTrは、例えば、輪荷重Wfおよびタイヤ半径Rtを用いて、以下の(式4)により算出する。
【数4】
Tr=ac・Wf・Rt (式4)
【0018】
また、走行抵抗検知部30Dは、ストローク量Sおよびシフトポジションに基づいて、自車両に発生させようとしているトルクの指令値(指令値トルク)Tcを算出する。指令値トルクTcは、予めストローク量Sとシフトポジションに関するマップとして設定しておく。走行抵抗検知部80は、実発生トルクTrと指令値トルクTcとの差を取ることにより、自車両の走行抵抗RLを算出する。走行抵抗RLは、以下の(式5)で表される。
【数5】
RL=Tc−Tr (式5)
【0019】
このように走行抵抗RLを算出することにより、運転者の感覚に影響を与え、運転者による車両操作機器の操作に影響を与える外乱を検出することができる。運転者の感覚に影響を与える外乱は、例えばペダルの踏み込み状態であり、ここでは、ペダルの踏み込み状態を走行抵抗RLから予測する。
【0020】
運転者がペダル反力Fから受ける感覚は、アクセルペダル70の踏み込み状態によって変化する。運転者がアクセルペダル70を積極的に踏み込む場合、運転者の感覚は能動的で、ペダル反力Fの変化に敏感になる。一方、アクセルペダル70の踏み込みを保持する場合は、運転者の感覚は受動的となり、敏感ではなくなる。さらに、運転者がアクセルペダル70を戻している場合、運転者の感覚は鈍くなり、ペダル反力Fの変化を感じ難くなる。
【0021】
図3に、アクセルペダル70の反力増加量ΔFと、運転者がペダル反力Fから受ける感覚との関係の一例を示す。図3に示すように、反力増加量ΔFが同じ値ΔF1の場合、運転者はアクセルペダル70を踏み込むときに、アクセルペダル70を保持するとき、および戻すときに比べてペダル反力Fを大きく感じている。すなわちペダル反力Fに対する運転者の感覚は、アクセルペダル70を戻す場合よりも保持する場合、さらに、アクセルペダル70を保持する場合よりも踏み込む場合の方が、鋭敏になっている。
【0022】
そこで、本発明の第1の実施の形態においては、運転者の感覚に沿ったアクセルペダル反力制御を行うために、アクセルペダル70の踏み込み状態に応じてペダル反力Fに付加する反力増加量ΔFを補正する。ここでは、上述したように、アクセルペダル70の踏み込み状態を予測するために走行抵抗RLを用いる。
【0023】
図4(a)に、走行抵抗RLと、アクセルペダル70の踏み込み状態毎の出現頻度との関係の一例を示す。図4(b)〜(d)は、走行抵抗RLに応じたアクセルペダル反力制御の概要を示す図であり、直線Finiはストローク量Sに応じてペダル反力Fが変化する通常のアクセルペダル反力特性を示している。図4(a)に示すように、指令値トルクTcよりも実発生トルクTrが小さく、走行抵抗が大きくなるほど、運転者はアクセルペダル70を踏み込む傾向にある。一方、指令値トルクTcよりも実発生トルクTrが大きく、走行抵抗が小さくなるほど、運転者はアクセルペダル70を戻す傾向にある。また、指令値トルクTcと実発生トルクTrがほぼ同じ場合、運転者はアクセルペダル70を保持する傾向にある。
【0024】
すなわち、走行抵抗RLが大きい場合は、ペダル反力Fから受ける運転者の感覚は鋭敏となり、走行抵抗RLが小さい場合は、ペダル反力Fから受ける運転者の感覚が鈍くなると予測することができる。ここで、走行抵抗RLが大きいと判断するしきい値をRLa、走行抵抗RLが小さいと判断するしきい値をRLbとし、予め適切な値を設定しておく。走行抵抗RLがRLb≦RL≦RLaの場合、走行抵抗が中程度であるとする。
【0025】
なお、走行抵抗RLが大きい場合は、例えば自車両が上り坂を走行している場合であり、走行抵抗RLが小さい場合は、例えば下り坂を走行している場合である。また、走行抵抗RLが中程度の場合は、例えば自車両が平坦な道路を走行している場合である。そこで、上り坂および下り坂等の道路形状を、運転者による操作に影響を与える外乱とすることができる。なお、この外乱は、運転者の運転操作、ここではアクセルペダル70の踏み込み操作に影響を与え、最終的に運転者がペダル反力Fから受ける感覚にも影響を与えている。
【0026】
反力算出/補正部30Bは、リスクポテンシャルRPに応じて、通常のアクセルペダル反力特性に付加する反力増加量ΔFを算出する。反力増加量ΔFは、例えば以下の(式6)を用いて算出することができる。
【数6】
ΔF=k・RPn (式6)
ここで、kは適切に設定された定数である。このように、リスクポテンシャルRPが大きくなるほど、反力増加量ΔFは指数関数的に増加する。
【0027】
反力算出/補正部30Bは、さらに、ペダル反力Fから運転者が受ける感覚が常に等しくなるように、図4(b)〜(d)に示すように、走行抵抗RLに応じて反力増加量ΔFを補正する。すなわち、リスクポテンシャルRPが等しい場合、走行抵抗RLが大きいときは反力増加量ΔFを小さくし、走行抵抗RLが小さいときには反力増加量ΔFを大きくする。ここでは、走行抵抗RLに応じて、(式6)の指数nを変更することにより、反力増加量ΔFを補正する。
【0028】
図5に、走行抵抗RL毎の、リスクポテンシャルRPに対する反力増加量ΔFの特性を示す。図5は、走行抵抗大(RL>RLa)、走行抵抗中(RLb≦RL≦RLa)、および走行抵抗小(RL<RLb)毎の反力増加量ΔFの特性をそれぞれ示している。走行抵抗大の場合の指数n=n1,走行抵抗中の場合の指数n=n2、および走行抵抗小の場合の指数n=n3は、n1<n2<n3となるようにそれぞれ適切に設定しておく。これにより、図5に示すように、リスクポテンシャルRPがRP1のとき、走行抵抗大の場合の反力増加量ΔF=ΔFa、走行抵抗中程度の場合の反力増加量ΔF=ΔFb、走行抵抗小の場合の反力増加量ΔF=ΔFcであり、ΔFa<ΔFb<ΔFcとなる。
【0029】
このように、反力算出/補正部30Bは、走行抵抗検知部30Dから入力される走行抵抗RLに応じて、反力増加量ΔFの算出式の指数nを変更して反力増加量ΔFを補正する。そして、補正した値をアクセルペダル反力制御部30Cへ出力し、サーボモータ60を制御して、運転者がリスクポテンシャルRPに応じて発生するペダル反力Fを走行抵抗RLによらず常に等しい大きさに感じるようにペダル反力制御を行う。
【0030】
次に、以上説明したリスクポテンシャルRPと走行抵抗RLの算出、およびアクセルペダル反力制御の処理手順について、図6のフローチャートを用いて説明する。なお、これらの処理は、コントローラ30において、一定間隔、例えば50msec毎に連続的に行われる。
【0031】
ステップS101で、レーザレーダ10および車速センサ20によって検出される自車速Vf、車間距離D、相対車速Vrおよび先行車速Vaといった走行状態を読み込む。ステップS102で、ストロークセンサ61およびシフトポジションセンサ80によって検出される操作状態、ここではアクセルペダルストローク量Sおよびシフトポジションを読み込む。
【0032】
ステップS103で、読み込んだ走行状態に基づいて余裕時間TTCと車間時間THWを算出し、さらに、(式3)を用いて自車両のリスクポテンシャルRPを算出する。
【0033】
ステップS104で、ステップS101で読み込んだ自車速Vfに基づいて、実発生トルクTrを算出する。ステップS105では、ステップS102で読み込んだストローク量Sおよびシフトポジションに基づいて、指令値トルクTcを算出する。ステップS106で、(式5)を用いて走行抵抗RLを算出する。
【0034】
ステップS107で、算出した走行抵抗RLが、しきい値RLaよりも大きいか否かを判定する。ステップS107が肯定判定されると、ステップS108へ進む。ステップS108では、走行抵抗RLが大きい場合(RL>RLa)に発生させるアクセルペダル反力Fの増加量ΔFを算出する。走行抵抗RL>RLaの場合の反力増加量ΔFは、以下の(式7)で表される。
【数7】
ΔF=f1(RP)=k・RPn1 (式7)
なお、(式7)は、上述した(式6)の指数nをn1に変更したものである。
【0035】
ステップS109では、ステップS108で算出した反力増加量ΔFを増加するように、アクセルペダル反力制御部30Cへ指令を出力する。アクセルペダル反力制御部30Cは、通常のアクセルペダル反力特性に反力増加量ΔFを付加したペダル反力Fを発生するようにサーボモータ60を制御する。
【0036】
一方、ステップS107が否定判定されると、ステップS110へ進む。ステップS110では、走行抵抗RLが、しきい値RLa以下、かつしきい値RLb以上であるか否かを判定する。ステップS110が肯定判定されると、ステップS111へ進む。ステップS111では、走行抵抗RLが中程度の場合(RLb≦RL≦RLa)に発生させる反力増加量ΔFを算出する。この場合の反力増加量ΔFは、以下の(式8)で表される。
【数8】
ΔF=f2(RP)=k・RPn2 (式8)
なお、(式8)は、上述した(式6)の指数nをn2に変更したものである。
【0037】
ステップS110が否定判定されると、ステップS112へ進む。ステップS112では、走行抵抗RLが小さい場合(RL<RLb)に発生させる反力増加量ΔFを算出する。この場合の反力増加量ΔFは、以下の(式9)で表される。
【数9】
ΔF=f3(RP)=k・RPn3 (式9)
なお、(式9)は、上述した(式6)の指数nをn3に変更したものである。
【0038】
ステップS109では、算出された反力増加量ΔFを増加するように、アクセルペダル反力制御部30Cへ指令を出力する。
【0039】
図7は、第1の実施の形態の車両用運転操作補助装置1による作用を説明するための図であり、走行抵抗毎のストローク量Sとペダル反力Fとの関係を模式的に示している。
【0040】
図7、および上述した図4(a)〜(d)に示すように、運転者が敏感となる場合、例えばアクセルペダル70を積極的に踏み込んでいる走行抵抗大の場合の反力増加量ΔFは、アクセルペダル70を保持している走行抵抗中程度の場合の反力増加量ΔFよりも小さい。また、運転者が鈍感となる場合、例えばアクセルペダル70を戻している走行抵抗小の場合の反力増加量ΔFは、走行抵抗中の場合の反力増加量ΔFよりも大きい。これにより、走行抵抗RL、すなわちアクセルペダル70の踏み込み状態によらず、リスクポテンシャルRPが一定の場合には、運転者は同程度のペダル反力Fを体感し、リスクポテンシャルRPを正確に認識することができる。
【0041】
このように、以上説明した第1の実施の形態によっては、以下のような効果を奏することができる。
(1)自車両の車両状態および車両周囲の走行環境に基づいて自車両周囲のリスクポテンシャルRPを算出し、リスクポテンシャルRPに基づいて車両操作機器の反力特性を調整した。このとき、運転者による車両操作機器の操作に影響を与える外乱を検出し、外乱に基づいて反力特性を補正するので、運転者の感覚にそってリスクポテンシャルRPを正確に知らせ、運転者の操作を補助することができる。
(2)リスクポテンシャルRPに基づいてアクセルペダル70あるいはステアリングホイールの反力特性を調整するので、リスクポテンシャルRPを操作反力として運転者に容易に伝達することができる。なお、ステアリングホイールの反力特性の調整については、後述する。
(3)外乱として自車線の傾斜状態を検出し、傾斜状態に応じてアクセルペダル70の反力特性を補正するので、車両前後方向のリスクポテンシャルRPが同じ場合にペダル反力Fから運転者が受ける感覚を略等しくし、リスクポテンシャルRPを正確に知らせ、運転操作を補助することができる。
(4)リスクポテンシャルRPに基づいてアクセルペダル70の反力増加量ΔFを算出し、上り坂の場合には反力増加量ΔFが小さくなるように補正し、下り坂の場合には反力増加量ΔFが大きくなるように補正した。これにより、運転者がペダル反力Fから受ける感覚を略等しくし、リスクポテンシャルRPを正確に知らせることができる。
(5)運転者による車両操作機器の操作に影響を与える外乱として、操作反力から受ける運転者の感覚を検出するようにしたので、運転者の感覚に沿ったリスクポテンシャルRPの伝達を行うことができる。
(6)アクセルペダル70の踏み込み状態を検出し、踏み込み量が増加する場合は、ペダル反力Fに対する運転者の感覚が鋭敏であり、踏み込み量が減少する場合は、ペダル反力Fに対する運転者の感覚が鈍いと判断した。これにより、運転者の感覚を容易に判断できる。さらに、運転者の感覚が異なる要因と、リスクポテンシャルRPに応じて制御する対称が、ともにアクセルペダル70であるため、運転者へのリスクポテンシャルRPの伝達を効果的に行うことができる。
(7)アクセルペダル70の踏み込み状態を自車両の走行抵抗から予測したので、運転者の感覚を容易に判断することができる。
【0042】
《第2の実施の形態》
次に、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、図面を用いて説明する。上述した第1の実施の形態においては、アクセルペダル反力制御を行うことにより運転者にリスクポテンシャルRPを伝達したが、第2の実施の形態においては、ステアリングホイールに発生する操舵反力を制御することにより、車両左右方向からのリスクポテンシャルRPを運転者に知らせる。
【0043】
図8は、第2の実施の形態による車両用運転操作補助装置2の構成を示すシステム図であり、図9は、車両用運転操作補助装置2を搭載した車両の構成図である。図8および図9において、上述した第1の実施の形態と同様の機能を有する部分には同一の符号を付している。ここでは、第1の実施の形態との相違点を主に説明する。
【0044】
レーザレーダ10は、自車両の左右前方に存在する障害物、例えば隣接車線の車両あるいは対向車両までの車間距離、相対速度およびその存在方向(相対角度)を検出する。
【0045】
前方カメラ50は、フロントウィンドウ上に取り付けられた小型のCCDカメラ、またはCMOSカメラ等であり、前方道路の状況を画像として検出し、コントローラ40へ出力する。前方カメラ50による検知領域は、水平方向に±30deg程度であり、この領域に含まれる前方道路風景が画像として取り込まれる。
【0046】
舵角センサ92は、ステアリングホイール90の回転角度、すなわち操舵角を検出し、コントローラ40へ出力する。
【0047】
リスクポテンシャル算出部40Aは、レーザレーダ10、車速センサ20および前方カメラ50から入力される信号に基づいて、自車両のリスクポテンシャルRPを算出する。ここで、リスクポテンシャル算出部40Aは、自車両の周囲に存在する障害物までの相対距離D、および相対速度Vrを用いて、自車両の左右方向からのリスクポテンシャルRPを算出する。算出した左右方向のリスクポテンシャルRPは、反力算出/補正部40Bへ出力される。
【0048】
コントローラ40は、反力算出/補正部40Bにおいて、前方カメラ50から入力される車両周囲の画像情報から自車両周囲の障害物状況を検出し、舵角センサ12から入力される操舵角に基づいて、自車両の操作状態を検出する。そして、コントローラ40は、自車両周囲の障害物状況、および自車両の操作状態に基づいて、リスクポテンシャルRPに応じた操舵反力制御を行う。
【0049】
操舵反力制御部40Cは、車両の操舵系に組み込まれ、反力算出/補正部40Bからの指令に応じてサーボモータ91で発生させるトルクを制御する。サーボモータ91は、操舵反力制御部40Cからの指令に応じて、発生させるトルクを制御し、運転者がステアリングホイール90を操作する際に発生する操舵反力を任意に制御する。
【0050】
つぎに、第2の実施の形態による車両用運転操作補助装置2の動作について説明する。
車両の走行中にステアリングホイール90を操作すると、タイヤにはセルフアライニングトルクが発生し、ステアリングホイール90を中立位置に戻そうとする操舵反力が発生する。ここでは、セルフアライニングトルク特性(SAT特性)による操舵反力に、自車両左右方向からのリスクポテンシャルRPに応じた反力調整量を加えることにより、操舵反力を制御する。
【0051】
図10および図11は、第2の実施の形態における操舵反力制御の基本原理を説明する図である。なお、図10(a)、図11(b)は操舵方向とリスクポテンシャルRPが発生する方向を示し、図10(b)および図11(b)において、横軸は右操舵をプラスとした操舵角θ、縦軸は右操舵から中立位置へ戻す方向の力をプラスとした操舵反力Tを示している。ステアリングホイールは中立位置にあり、現在の操舵角θ=0である。図10(b)および図11(b)に示すように、一点鎖線で示すSAT特性は、操舵角θの絶対値が大きくなるほど、操舵反力Tの絶対値が大きくなる。
【0052】
リスクポテンシャルRPが車両右側から発生する場合は、図10に示すように、SAT特性に一定の反力調整量ΔTa(ΔTa≧0)を付加する。これにより、ステアリングホイールを右方向へ操舵する場合の操舵反力Tが大きくなり、一方、左方向へ操舵する場合の操舵反力Tは小さくなる。リスクポテンシャルRPが車両左側から発生する場合は、図11に示すように、SAT特性に一定の反力調整量ΔTa(ΔTa<0)を付加する。これにより、ステアリングホイールを左方向へ操舵する場合の操舵反力Tが大きくなり、右方向へ操舵する場合の操舵反力Tは小さくなる。
【0053】
このように、リスクポテンシャルRPの発生する方向へ操舵を行う場合は、操舵反力Tを大きくして運転者にリスクポテンシャルRPを知らせる。また、リスクポテンシャルRPとは反対方向へ操舵する場合の操舵反力Tを小さくし、リスクポテンシャルRPが小さくなる方向へ運転者の操舵を誘導する。なお、図10および図11において、操舵反力Tが0となる操舵角θはステアリングホイールが安定する角度であり、運転操作を適切な方向へ導く推奨舵角である。
【0054】
車両が曲線路を走行するとき等、操舵操作を行っている場合は既にセルフアライニングトルクが発生しており、反力調整量ΔTaを付加してもそれに対応するリスクポテンシャルRPを正確に認識することが困難となってしまう。そこで、第2の実施の形態においては、曲線路走行中の走行状況を以下の4つのシーンに分類し、これらのシーン毎に、SAT特性に付加する反力調整量ΔTaを補正する。なお、自車線のカーブの方向は、例えば前方カメラ11によって検出される画像情報およびステアリングホイールの操舵方向、つまり操舵角θから判断する。
・シーン1:右カーブ中、車両右方向からリスクポテンシャルRP発生。
・シーン2:右カーブ中、車両左方向からリスクポテンシャルRP発生。
・シーン3:左カーブ中、車両右方向からリスクポテンシャルRP発生。
・シーン4:左カーブ中、車両左方向からリスクポテンシャルRP発生。
【0055】
シーン1〜4における操作反力制御について、以下に説明する。
−シーン1−
図12(a)に、シーン1の走行状況を具体的に示す。図12(b)(c)は、シーン1における操舵方向とリスクポテンシャルRPの発生方向、および操舵角−反力特性をそれぞれ示している。図12に示すように、自車両が右カーブ中に、自車両右前方に障害物、例えば対向車両が存在しているものとする。従って、シーン1は、カーブの方向とリスクポテンシャルRPcの方向が同じ場合である。
【0056】
リスクポテンシャル算出部40Aは、自車両と対向車との車間距離D、相対速度Vr、および障害物の存在方向に基づいて、右カーブ中の車両右方向からのリスクポテンシャルRPcを算出する。ここで、障害物の存在方向は、自車両正面を基準とした自車両と障害物との相対角度θrを用いる。相対角度θrは、障害物が右方向に存在する場合はプラスの値、左方向に存在する場合はマイナスの値とすることができるが、ここでは説明を簡単にするため相対角度θrの絶対値を用いてリスクポテンシャルRPcを算出する。右前方の障害物に対するリスクポテンシャルRPcは、例えば、障害物までの余裕時間TTC=D/Vrの車両左右方向成分を用いる。リスクポテンシャルRPcは、以下の(式10)で表される。
【数10】
RPc=(1/TTC)・sinθr (式10)
【0057】
反力算出/補正部40Bは、リスクポテンシャル算出部40Aで算出されたリスクポテンシャルRPcに基づいて、SAT特性に付加する反力調整量ΔTaを算出する。図13に、リスクポテンシャルRPcに対する反力調整量ΔTaの特性の一例を示す。反力調整量ΔTaは、リスクポテンシャルRPcの関数g1(RPc)として表され、例えば図13に示すように、リスクポテンシャルRPcが大きくなるほど増加する。この場合の反力調整量ΔTaは、以下の(式11)で表される。
【数11】
ΔTa=+g1(RPc)=+m・RPc (式11)
ここで、mは定数であり、予め適切に設定される。
【0058】
反力算出/補正部40Bは、SAT特性に、算出した反力調整量ΔTa(ΔTa≧0)を操舵反力制御部40Cに出力し、SAT特性に反力調整量ΔTaを付加して操舵反力制御を行う。
【0059】
図12(c)に示すように、シーン1においては、一点鎖線で示すSAT特性に一定の反力調整量ΔTaを付加することにより、右操舵の反力Tを大きくし、左操舵の反力Tを小さくする。なお、SAT特性は車速によって変動するが、SAT特性が変動する場合にも、リスクポテンシャルRPcに応じた反力調整量ΔTaを増加する。
【0060】
−シーン2−
図14(a)に、シーン2の走行状況を具体的に示す。図14(b)(c)は、シーン2における操舵方向とリスクポテンシャルRPの発生方向、および操舵角−反力特性をそれぞれ示す。図14に示すように、自車両が右カーブ中に、自車両左前方に障害物、例えば駐停車車両が存在しているものとする。従って、シーン2は、カーブの方向とリスクポテンシャルRPcの方向が異なる場合である。
【0061】
リスクポテンシャル算出部40Aは、右カーブ中の車両左方向からのリスクポテンシャルRPcを算出する。リスクポテンシャルRPcは、上述したシーン1と同様に、(式10)を用いて算出する。反力算出/補正部40Bは、(式11)を用いて、リスクポテンシャルRPcに応じた反力調整量ΔTa=−m・RPcを算出する(ΔTa<0)。
【0062】
反力算出/補正Bは、図14(c)に示すように、SAT特性に一定の反力調整量ΔTa(ΔTa<0)を付加し、これをシーン2の操舵角−反力特性とする。これにより、右操舵を行う場合の操舵反力Tは小さくなり、左操舵を行う場合の操舵反力Tが大きくなる。
【0063】
ただし、右カーブ中は、運転者はセルフアライニングトルクによって発生する操舵反力Tを感じながら、ステアリングホイールのバランスを保って運転している。そのため、右操舵中の操舵反力Tを小さくすると、運転者に操舵反力によってリスクポテンシャルRPcを知らせることが困難になるとともに、運転者に違和感を与えることがある。
【0064】
そこで、シーン2においては、操舵反力Tを一定量だけ小さくするとともに、左操舵を行う場合の操舵角−反力特性の傾きを大きくする。これにより、左側への操舵を行い難くして車両左側からのリスクポテンシャルRPcを運転者に知らせる。ここでは、左操舵時の反力調整量ΔTaを、操舵角θに応じた補正量Hを用いて補正することにより、左操舵の反力Tを大きくする。
【0065】
補正量Hは、操舵角θに比例し、例えば(式12)のように表される。
【数12】
H=h1(RPc)・θ (式12)
ここで、h1(RPc)は、リスクポテンシャルRPcの関数であり、補正量Hを決定するための係数である。図15に、リスクポテンシャルRPcに対する補正係数h1(RPc)の特性の一例を示す。図15に示すように、補正係数h1(RPc)は、リスクポテンシャルRPcに比例し、例えば定数n1を用いて以下の(式12)のように表すことができる。
【数13】
h1(RPc)=n1・RPc (式13)
【0066】
これらより、シーン2においては、左操舵における反力調整量ΔTaは、以下の(式14)で表される。なお、反力調整量ΔTaを算出する際には、補正量Hの絶対値を用いる。
【数14】
【0067】
シーン2においては、図14(c)に示すように、SAT特性に一定の反力調整量ΔTa=−g1(RPc)を付加することにより(ΔTa<0)、右操舵の反力Tを小さくし、左操舵の反力Tを大きくする。さらに、左操舵に対しては補正量Hを付加してSAT特性の傾きを補正し、左操舵の反力Tをより大きくする。
【0068】
−シーン3−
図16(a)に、シーン3の走行状況を具体的に示す。図16(b)(c)は、シーン3における操舵方向およびリスクポテンシャルRPの発生方向、および操舵角−反力特性をそれぞれ示す。図16に示すように、自車両が左カーブ中に、自車両右前方に障害物、例えば対向車両が存在しているものとする。従って、シーン3は、カーブの方向とリスクポテンシャルRPcの方向が異なる場合である。
【0069】
リスクポテンシャル算出部40Aは、上述したシーン1およびシーン2と同様に(式10)を用いて、左カーブ中の車両右側からのリスクポテンシャルRPcを算出する。反力算出/補正部40Bは、(式11)を用いて、リスクポテンシャルRPcに応じた反力調整量ΔTa=+m・RPcを算出する(ΔTa≧0)。
【0070】
リスクポテンシャルRPcは車両右方向から発生しているため、一定の反力調整量ΔTa(ΔTa≧0)をSAT特性に付加して、これをシーン3の操舵角−反力特性とする。ただし、反力調整量ΔTaをSAT特性に付加することにより、左操舵時の操舵反力Tが非常に小さくなり、リスクポテンシャルRPcを運転者に知らせることが困難となってしまう。そこで、上述したシーン2と同様に、反力調整量ΔTaに補正量Hを付加することにより、右操舵の反力調整量ΔTaを補正する。なお、左操舵の反力調整量ΔTaは、補正しない。
【0071】
シーン3における右操舵の反力調整量ΔTaは、以下の(式15)を用いて算出することができる。
【数15】
【0072】
シーン3においては、図16(c)に示すように、SAT特性に一定の反力調整量ΔTa=+g1(RPc)を付加することにより(ΔTa≧0)、右操舵の反力Tを大きくし、左操舵の反力Tを小さくする。さらに、右操舵に対しては補正量Hを付加してSAT特性の傾きを補正し、右操舵の反力Tをより大きくする。
【0073】
−シーン4−
図17(a)に、シーン4の走行状況を具体的に示す。図17(b)(c)は、シーン4における操舵方向およびリスクポテンシャルRPの発生方向、および操舵角−反力特性をそれぞれ示す。図17に示すように、自車両が左カーブ中に、自車両左前方に障害物、例えば駐停車車両が存在しているものとする。従って、シーン4は、カーブの方向とリスクポテンシャルRPcの方向が同じ場合である。
【0074】
リスクポテンシャル算出部40Aは、上述したシーン1〜3と同様に(式10)を用いて、左カーブ中の車両左側からのリスクポテンシャルRPcを算出する。反力算出/補正部40Bは、(式11)を用いて、リスクポテンシャルRPcに応じた反力調整量ΔTa=−m・RPcを算出する(ΔTa<0)。
【0075】
シーン4においては、図17(c)に示すように、SAT特性に一定の反力調整量ΔTa=−g1(RPc)を付加することにより、右操舵の反力Tを小さくし、左操舵の反力Tを大きくする。
【0076】
つぎに、以上説明したシーン毎の操舵反力制御の処理手順について、図18を用いて説明する。図18は、リスクポテンシャルRPの算出と操舵反力制御の処理手順を示すフローチャートである。これらの処理は、コントローラ40において、一定間隔、例えば50msec毎に連続的に行われる。
【0077】
ステップS201で、レーザレーダ10,車速センサ20および前方カメラ50によって検出される自車速Vfおよび障害物状況といった走行状態を読み込む。ここで、障害物状況は、自車両周囲に存在する障害物までの相対距離D、相対速度Vrおよび相対角度θr等である。ステップS202で、舵角センサ12によって検出される操舵角θを読み込む。ステップS203では、(式10)を用いて車両左右方向のリスクポテンシャルRPcを算出する。
【0078】
ステップS204で、ステップS201で読み込んだ前方カメラ画像およびステップS202で読み込んだ操舵角θから、右方向に操舵中、すなわち右カーブ中であるか否かを判定する。ステップS204が肯定判定されると、ステップS205へ進む。ステップS205では、ステップS201で読み込んだ障害物状況に基づいて、車両右方向に障害物、例えば対向車両が存在するか否かを判定する。ステップS205が肯定判定されると、ステップS206へ進む。
【0079】
ステップS206では、シーン1における操舵反力制御を行うために、リスクポテンシャルRPcに基づいて、(式11)を用いて反力調整量ΔTaを算出する(ΔTa≧0)。続くステップS207で、ステップS206で算出した反力調整量ΔTaをSAT特性に付加し、操舵角−反力特性を変更するよう操舵反力制御部40Cに指令を出力する。操舵反力制御部40Cは、指令に応じてサーボモータ91を制御し、ステアリングホイールに発生する操舵反力Tを制御する。
【0080】
ステップS205が否定判定されると、ステップS208へ進み、車両左方向に障害物、例えば駐停車車両が存在するか否かを判定する。ステップS208が肯定判定されると、ステップS209へ進む。ステップS209では、シーン2における操舵反力制御を行うために、リスクポテンシャルRPcに基づいて反力調整量ΔTaを算出する。上述したように、右操舵(θ≧0)については、(式11)を用いて反力調整量ΔTa=−g1(RPc)を算出する。左操舵(θ<0)については、(式14)を用いて反力調整量ΔTa=−{g1(RPc)+|h1(RPc)・θ|}を算出する。右操舵および左操舵の反力調整量ΔTaは、ともにマイナスの値である。
【0081】
ステップS208が否定判定されて、車両の右方向および左方向に障害物が存在しない場合は、ステップS210へ進み、反力調整量ΔTa=0に設定する。
【0082】
ステップS204が否定判定されると、ステップS211へ進み、左方向へ操舵中、すなわち左カーブ中であるか否かを判定する。ステップS211が肯定判定されると、ステップS212へ進み、車両右方向に障害物が存在するか否かを判定する。ステップS212が肯定判定されると、ステップS213へ進む。
【0083】
ステップS213では、シーン3における操舵反力制御を行うために、リスクポテンシャルRPcに基づいて、反力調整量ΔTaを算出する。上述したように、右操舵(θ≧0)については、(式15)を用いて反力調整量ΔTa=+g1(RPc)+|h1(RPc)・θ|を算出する(ΔTa≧0)。左操舵(θ<0)については、(式11)を用いて反力調整量ΔTa=+g1(RPc)を算出する(ΔTa≧0)。
【0084】
ステップS212が否定判定されると、ステップS214へ進み、車両左方向に障害物が存在するか否かを判定する。ステップS214が肯定判定されると、ステップS215へ進む。ステップS215では、シーン4における操舵反力制御を行うために、リスクポテンシャルRPcに基づいて、(式11)を用いて反力調整量ΔTaを算出する(ΔTa<0)。ステップS214が否定判定されて車両の左右方向に障害物が存在しない場合は、ステップS216へ進んで反力調整量ΔTa=0に設定する。
【0085】
ステップS211が否定判定されると、自車両は直進走行中であり、ステップS217へ進んで車両右方向に障害物が存在するか否かを判定する。ステップS217が肯定判定されると、ステップS206へ進んでリスクポテンシャルRPcに応じた反力調整量ΔTa=+g(RPc)を算出する(ΔTa≧0)。ステップS217が否定判定されると、ステップS218へ進み、車両左方向に障害物が存在するか否かを判定する。ステップS218が肯定判定されると、ステップS215へ進み、リスクポテンシャルRPcに応じた反力調整量ΔTa=−g1(RPc)を算出する(ΔTa<0)。ステップS218が否定判定されると、ステップS219へ進み、反力調整量ΔTa=0に設定する。
【0086】
ステップS207で、SAT特性に、算出した反力調整量ΔTaを付加して操舵反力Tを制御するように操舵反力制御部40Cに指令を出力する。
【0087】
このように、以上説明した第2の実施の形態においては、以下のような効果を奏することができる。
(1)外乱として自車線のカーブの方向およびリスクポテンシャルRPの発生する方向を検出し、カーブの方向およびリスクポテンシャルの方向に応じて操舵装置の反力特性を補正するので、操舵反力Tとして、運転者の感覚に沿って左右方向のリスクポテンシャルRPcを正確に知らせ、運転操作を補助することができる。
(2)リスクポテンシャルRPcに基づいてステアリングホイールの反力調整量ΔTaを算出し、カーブの方向とリスクポテンシャルの方向が同じ場合には、反力調整量ΔTaを補正せず、カーブの方向とリスクポテンシャルの方向が異なる場合には、反力調整量ΔTaを補正した。これにより、運転者にリスクポテンシャルRPcを正確に認識させるとともに、運転者の操作を適切な方向へ促すことができる。
(3)シーン1,4のようにカーブの方向とリスクポテンシャルRPcの方向が同じ場合には、カーブの方向と同じ操舵方向およびその逆方向に反力調整量ΔTaを付加した。シーン2,3のようにカーブの方向とリスクポテンシャルRPcの方向が異なる場合には、カーブの方向と同じ操舵方向に反力調整量ΔTaを付加し、逆方向には反力変化量を補正して付加した。これにより、運転者の感覚に沿ってリスクポテンシャルRPcを正確に知らせるとともに、運転者の操作を適切な方向へ促すことができる。
(4)リスクポテンシャルRPcおよび操舵角θに基づいて反力調整量ΔTaを補正するので、運転者の操作を適切な方向へ促すことができる。
【0088】
《第3の実施の形態》
つぎに、本発明の第3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。第3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8および図9に示す第2の実施の形態と同様である。ここでは、第2の実施の形態との相違点を主に説明する。
【0089】
図19および図20は、第3の実施の形態における操舵反力制御の基本原理を説明する図である。図19(a)、図20(a)は、操舵方向およびリスクポテンシャルRPの発生する方向を示している。図19(b)、図20(b)において、右側の操舵角度θおよび右操舵時の操舵反力Tをプラスの値、左側の操舵角度θおよび左操舵時の操舵反力Tをマイナスの値で示している。第3の実施の形態においては、リスクポテンシャルRPcに応じてSAT特性の傾きを変更することにより、操舵反力制御を行う。
【0090】
図19に示すように、リスクポテンシャルRPcが車両右側から発生する場合は、右操舵のSAT特性の傾きを大きくしてリスクポテンシャルRPcを運転者に伝達し、左操舵のSAT特性の傾きを小さくして運転操作を適切な方向へ導く。図20に示すように、リスクポテンシャルRPcが車両左側から発生する場合は、左操舵のSAT特性の傾きを大きくしてリスクポテンシャルRPcを運転者に伝達し、右操舵のSAT特性の傾きを小さくして運転操作を適切な方向へ導く。
【0091】
第3の実施の形態においては、曲線路走行中にも運転者にリスクポテンシャルRPを正確に知らせるために、上述した第2の実施の形態と同様に走行状況をシーン1〜4に分類し、それぞれのシーンにおいて操舵角−反力特性の傾きを補正する。
【0092】
−シーン1−
図21(a)〜(c)に、シーン1における走行状況、操舵方向とリスクポテンシャルRPの発生方向、および操舵角−反力特性をそれぞれ示す。
リスクポテンシャル算出部40Aは、上述した(式10)を用いて、右カーブ中の車両右側からのリスクポテンシャルRPcを算出する。コントローラ41は、リスクポテンシャルRPcおよび操舵角θの絶対値に基づいて、以下の(式16)を用いて反力調整量ΔTb(ΔTb≧0)を算出する。
【数16】
【0093】
ここで、反力調整量ΔTbを決定するための係数g2(RPc)はリスクポテンシャルRPcの関数である。関数g2(RPc)は、例えば予め設定された定数qを用いてg2(RPc)=q・RPcと表され、図22に示すように、リスクポテンシャルRPcが大きくなるほど増加する。
【0094】
シーン1においては、図21(c)に示すように、SAT特性にリスクポテンシャルRPcおよび操舵角θに応じた反力調整量ΔTb(ΔTb≧0)を付加する。これによりSAT特性の傾きを変更し、右操舵の反力Tを大きくするとともに、左操舵の反力Tを小さくする。
【0095】
−シーン2−
図23(a)〜(c)に、シーン2における走行状況、操舵方向とリスクポテンシャルRPの発生方向、および操舵角−反力特性をそれぞれ示す。右カーブ中の車両左側からのリスクポテンシャルRPcは、上述した(式10)を用いて算出する。
シーン2においては、右操舵のSAT特性は変更しない。一方、左操舵のSAT特性に、リスクポテンシャルRPcおよび操舵角θに応じた反力調整量ΔTb(ΔTb<0)を付加するとともに、補正量H1を付加してSAT特性の傾きを補正し、リスクポテンシャルRPcを運転者に知らせる。
【0096】
補正量H1は、操舵角θに比例し、以下の(式17)を用いて算出することができる。
【数17】
ここで、補正量H1を決定するための係数h2(RPc)は、リスクポテンシャルRPcの関数であり、例えば図24に示すように、リスクポテンシャルRPcが大きくなるほど増加する(すなわち、h2(RPc)=n2・RPc・θ)。定数n2は、予め適切な値を設定しておく。
【0097】
これらより、シーン2における左操舵時の反力調整量ΔTbは、以下の(式18)を用いて表すことができる。なお、反力調整量ΔTbを算出する際は、補正量H1の絶対値を用いる。
【数18】
【0098】
シーン2においては、図23(c)に示すように、右操舵時はSAT特性の傾きを変更せず、左操舵時はリスクポテンシャルRPcおよび操舵角θを用いて補正した反力調整量ΔTb(ΔTb<0)をSAT特性に付加し、その傾きを変更して左操舵の反力Tを大きくする。
【0099】
−シーン3−
図25(a)〜(c)に、シーン3における走行状況、操舵方向とリスクポテンシャルRPの発生方向、および操舵角−反力特性をそれぞれ示す。左カーブ中の車両右側からのリスクポテンシャルRPcは、上述した(式10)を用いて算出する。
シーン3においては、左操舵のSAT特性は変更しない。一方、右操舵のSAT特性に、リスクポテンシャルRPcおよび操舵角θに応じた反力調整量ΔTb(ΔTb≧0)を付加するとともに、補正量H1を付加してSAT特性の傾きを補正し、リスクポテンシャルRPcを運転者に知らせる。
【0100】
右操舵における反力調整量ΔTbは、以下の(式19)を用いて表すことができる。なお、定数q、n2は、それぞれ上述した(式18)の定数q、n2と同じである。
【数19】
【0101】
シーン3においては、図25(c)に示すように、左操舵時はSAT特性の傾きを変更せず、右操舵時はSAT特性にリスクポテンシャルRPcおよび操舵角θを用いて補正した反力調整量ΔTb(ΔTb≧0)を付加し、その傾きを変更して右操舵の反力Tを大きくする。
【0102】
−シーン4−
図26(a)〜(c)に、シーン4における走行状況、操舵方向とリスクポテンシャルRPの発生方向、および操舵角−反力特性を示す。左カーブ中の車両左側からのリスクポテンシャルRPcは、上述した(式10)を用いて算出する。また、(式16)を用いて反力調整量ΔTbを算出する(ΔTb<0)。
【0103】
シーン4においては、図26(c)に示すように、SAT特性に反力調整量ΔTb(ΔTb<0)を付加することによりSAT特性の傾きを変更し、右操舵の反力Tを小さくするとともに、左操舵の反力Tを大きくする。
【0104】
つぎに、以上説明したシーン毎の操舵反力制御の処理手順について、図27を用いて説明する。図27は、リスクポテンシャルRPcの算出と操舵反力制御の処理手順を示すフローチャートである。これらの処理は、コントローラ40において、一定間隔、例えば50msec毎に連続的に行われる。
【0105】
ステップS301〜S305までの処理は、上述した図18のフローチャートのステップS201〜S205と同様である。ステップS305が肯定判定されて、右操舵中かつ車両右方向に障害物が存在する場合は、ステップS306へ進む。
【0106】
ステップS306では、シーン1における操舵反力制御を行うために、リスクポテンシャルRPcに応じてSAT特性の傾きを変更する。ここでは、(式16)を用いて反力調整量ΔTbを算出する(ΔT≧0)。つづくステップS307で、算出した反力調整量ΔTbをSAT特性に付加し、SAT特性の傾きを変更するように操舵反力制御部40Cに指令を出力する。操舵反力制御部40Cは指令に応じてサーボモータ91を制御し、SAT特性の傾きを変更してステアリングホイールに発生する操舵反力Tを制御する。
【0107】
ステップS305が否定判定されると、ステップS308へ進み、車両左方向に障害物が存在するか否かを判定する。ステップS308が肯定判定されると、シーン2における操舵反力制御を行うために、ステップS309へ進み、リスクポテンシャルRPcに応じてSAT特性の傾きを変更する。ここでは、右操舵(θ≧0)については反力調整量ΔTb=0に設定する。左操舵(θ<0)については、リスクポテンシャルRPcおよび操舵角θに基づいて、(式18)を用いて反力調整量ΔTb=−{g2(RPc)・|θ|+|h2(RPc)・θ|}を算出する(ΔTb<0)。ステップS308が否定判定されると、ステップS310へ進み、反力調整量ΔTb=0に設定する。
【0108】
ステップS304が否定判定されると、ステップS311へ進み、左操舵中であるか否かを判定する。ステップS311が肯定判定されると、ステップS312へ進み、車両右方向に障害物が存在するか否かを判定する。ステップS312が肯定判定されると、ステップS313へ進む。ステップS313では、シーン3における操舵反力制御を行うために、リスクポテンシャルRPcに応じてSAT特性の傾きを変更する。ここでは、右操舵(θ≧0)については、リスクポテンシャルRPcおよび操舵角θに基づいて、(式19)を用いて反力調整量ΔTb=+g2(RPc)・|θ|+|h2(RPc)・θ|を算出する(ΔTb≧0)。左操舵(θ<0)については反力調整量ΔTb=0に設定する。ステップS312が否定判定されると、ステップS314へ進む。
【0109】
ステップS314では、車両左方向に障害物が存在するか否かを判定する。ステップS314が肯定判定されると、ステップS315へ進む。ステップS315では、シーン4における操舵反力制御を行うために、リスクポテンシャルRPcに応じてSAT特性の傾きを変更する。ここでは、リスクポテンシャルRPcおよび操舵角θに基づいて、(式16)を用いて反力調整量ΔTbを算出する(ΔTb<0)。ステップS314が否定判定されると、ステップS316へ進み、反力調整量ΔTb=0に設定する。
【0110】
ステップS311が否定判定されると、直進走行中であり、ステップS317へ進んで車両右方向に障害物が存在するか否かを判定する。ステップS317が肯定判定されると、ステップS306へ進み、リスクポテンシャルRPcおよび操舵角θに応じた反力調整量ΔTb=+g2(RPc)・|θ|を算出する(ΔTb≧0)。
【0111】
ステップS317が否定判定されると、ステップS318へ進み、車両左方向に障害物が存在するか否かを判定する。ステップS318が肯定判定されると、ステップS315へ進み、リスクポテンシャルRPcおよび操舵角θに応じた反力調整量ΔTb=−g2(RPc)・|θ|を算出する(ΔTb<0)。ステップS318が否定判定されると、ステップS319に進み、反力調整量ΔTb=0に設定する。
【0112】
ステップS307で、算出した反力調整量ΔTを付加してSAT特性の傾きを変更し、操舵反力Tを制御するように操舵反力制御装置90に指令を出力する。
【0113】
このように、以上説明した第3の実施の形態においては、つぎのような効果を奏することができる。
シーン1,4のようにカーブの方向とリスクポテンシャルRPcの方向が同じ場合には、カーブの方向と同じ操舵方向およびその逆方向に反力調整量ΔTbを付加して操舵反力特性の傾きを変更した。シーン2,3のようにカーブの方向とリスクポテンシャルRPcの方向が異なる場合には、カーブの方向と同じ操舵方向の操舵反力特性の傾きは変化させず、逆方向には反力調整量ΔTbを補正して付加し、操舵反力特性の傾きを変更した。これにより、運転者の感覚に沿ってリスクポテンシャルRPcを正確に知らせるとともに、運転者の操作を適切な方向へ促すことができる。さらに、シーン2,3においては、運転者はSAT特性による操舵反力を感じながらスムーズに走行することができる。
【0114】
なお、上述した第2の実施の形態においては、シーン2,3のようにカーブの方向とリスクポテンシャルRPcの方向が異なる場合に、カーブの方向と同じ操舵方向に反力調整量ΔTaを付加した。しかし、カーブの方向と同じ操舵方向には、反力調整量ΔTaを付加しないようにすることもできる。これにより、運転者はカーブ走行中にSAT特性による操舵反力Tを感じながらスムーズに走行することができる。
【0115】
上記実施の形態においては、運転者による車両操作機器の操作に影響を与える外乱として、走行抵抗RL、あるいはカーブの方向およびリスクポテンシャルRPcが発生する方向を用いたが、これには限定されない。運転者が車両操作機器に発生する反力から受ける感覚を検出し、外乱とすることもできる。
【0116】
例えば、第1の実施の形態においては、車両の走行抵抗RLを算出し、走行抵抗RLからアクセルペダル70の踏み込み状態を予測した。走行抵抗RLは自車線が上り坂であるか、あるいは下り坂であるかに大きく起因するので、走行抵抗RLを算出する代わりに、自車線の傾斜状態を検出することもできる。この場合、例えば傾斜計、あるいはナビゲーションシステムからの地図情報に基づいて、上り坂あるいは下り坂を検出する。また、アクセルペダル70のストローク量Sの変化から直接、踏み込み状態を予測することもできる。
【0117】
上記第1の実施の形態においては、リスクポテンシャルRPに対して反力増加量ΔFが指数関数的に増加するように設定したが、例えばリスクポテンシャルRPの増加に対して反力増加量ΔFがリニアに増加するように設定することもできる。また、アクセルペダル70の踏み込み状態に応じて反力増加量ΔFを補正する際に、(式6)の指数nを変更したが、例えば定数kを変更することにより反力増加量ΔTを補正することもできる。
【0118】
上記第2および第3の実施の形態においては、操舵角θから自車線のカーブの方向を検出したが、ナビゲーションシステムからの地図情報や路車間通信等を用いることもできる。
【0119】
上記第2の実施の形態においては、反力調整量ΔTaがリスクポテンシャルRPcに比例するように設定したが、これには限定されず、例えば反力調整量ΔTaをリスクポテンシャルRPcに対して指数関数的に増加させることもできる。また、補正量Hを算出する際の補正係数h1(RPc)がリスクポテンシャルRPcに比例するように設定したが、これには限定されない。反力調整量ΔTaおよび補正係数h1(RPc)は、リスクポテンシャルRPcが大きくなるほどそれぞれが増加するように種々の方法により設定することができる。
【0120】
上記第3の実施の形態においては、反力調整量ΔTbを算出するための係数g2(RPc)、および補正量H1を算出するための補正係数h2(RPc)がリスクポテンシャルRPcに比例するように設定したが、これには限定されない。係数g2(RPc)および補正係数h2(RPc)は、リスクポテンシャルRPcが大きくなるほどそれぞれが増加するように種々の方法により設定することができる。
【0121】
また、第2および第3の実施の形態において反力調整量ΔTa、ΔTbを補正する際に補正量H、H1を算出し、補正量H、H1を付加して反力調整量ΔTa、ΔTbを補正した。しかし、これに限定されることなく、例えば反力調整量ΔTa、ΔTbに所定の係数を積算することにより補正することもできる。
【0122】
なお、上記第1の実施の形態によるアクセルペダル反力制御と、上記第2および第3の実施の形態による操舵反力制御とを組み合わせて運転者の運転操作を補助することもできる。例えば、外乱の種類に応じてアクセルペダル反力制御あるいは操舵反力制御を行ったり、両方の反力制御を同時に行うこともできる。
【0123】
上記実施の形態においては、走行状況認識手段としてレーザレーダ10、車速センサ20、前方カメラ50および舵角センサ92を用い、リスクポテンシャル算出手段としてリスクポテンシャル算出部30A,40Aを用い、反力調整手段および反力補正手段として反力算出/補正部30B、40Bを用い、外乱検出手段として走行抵抗検知部30Dおよび反力算出/補正部40Bを用いた。なお、例えば走行状況認識手段としてレーザレーダ10の代わりに別方式のミリ波レーダ等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】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2】第1の実施の形態による車両用運転操作補助装置を搭載した車両の構成図。
【図3】ペダル踏み込み状態に応じた、反力増加量とペダル反力から受ける運転者の感覚との関係を示す図。
【図4】(a)走行抵抗とペダル踏み込み状態毎の頻度との関係を示す図、(b)〜(d)走行抵抗に応じたアクセルペダル反力制御の概要を示す図。
【図5】走行抵抗毎の反力増加量とリスクポテンシャルとの関係を示す図。
【図6】第1の実施の形態によるペダル反力制御の処理手順を示すフローチャート。
【図7】走行抵抗毎のストローク量とペダル反力との関係を示す図。
【図8】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のシステム図。
【図9】第2の実施の形態による車両用運転操作補助装置を搭載した車両の構成図。
【図10】(a)(b) 第2の実施の形態による操舵反力制御の基本原理を説明する図。
【図11】(a)(b) 第2の実施の形態による操舵反力制御の基本原理を説明する図。
【図12】(a)〜(c) シーン1における操舵反力制御を説明する図。
【図13】リスクポテンシャルに対する反力調整量の特性を示す図。
【図14】(a)〜(c) シーン2における操舵反力制御を説明する図。
【図15】リスクポテンシャルに対する補正係数の特性を示す図。
【図16】(a)〜(c) シーン3における操舵反力制御を説明する図。
【図17】(a)〜(c) シーン4における操舵反力制御を説明する図。
【図18】第2の実施の形態による操舵反力制御の処理手順を示すフローチャート。
【図19】(a)(b) 第3の実施の形態による操舵反力制御の基本原理を説明する図。
【図20】(a)(b) 第3の実施の形態による操舵反力制御の基本原理を説明する図。
【図21】(a)〜(c) シーン1における操舵反力制御を説明する図。
【図22】リスクポテンシャルに対する反力係数の特性を示す図。
【図23】(a)〜(c) シーン2における操舵反力制御を説明する図。
【図24】リスクポテンシャルに対する補正係数の特性を示す図。
【図25】(a)〜(c) シーン3における操舵反力制御を説明する図。
【図26】(a)〜(c) シーン4における操舵反力制御を説明する図。
【図27】第3の実施の形態による操舵反力制御の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
10:レーザレーダ
20:車速センサ
30,40:コントローラ
50:前方カメラ
60,91:サーボモータ
70:アクセルペダル
90:ステアリングホイール
Claims (15)
- 車両状態および車両周囲の走行環境を検出する走行状況認識手段と、
前記走行状況認識手段の検出結果に基づいて自車両周囲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、
前記リスクポテンシャル算出手段によって算出されるリスクポテンシャルに基づいて、車両操作機器の反力特性を調整する反力調整手段と、
運転者による前記車両操作機器の操作に影響を与える外乱を検出する外乱検出手段と、
前記外乱検出手段の検出結果に基づいて、前記反力調整手段で調整する前記車両操作機器の反力特性を補正する反力補正手段とを有することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項1に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記反力調整手段は、前記車両操作機器の反力特性として、アクセルペダルあるいは操舵装置の反力特性を調整することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項1に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記反力調整手段は、前記車両操作機器の反力特性として、アクセルペダルの反力特性を調整し、
前記外乱検出手段は、前記外乱として自車線の傾斜状態を検出し、
前記反力補正手段は、前記外乱検出手段によって検出される前記自車線の傾斜状態に応じて、前記アクセルペダルの反力特性を補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項1に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記反力調整手段は、前記車両操作機器として、操舵装置の反力特性を調整し、
前記外乱検出手段は、前記外乱として自車線のカーブの方向および前記リスクポテンシャルの発生する方向を検出し、
前記反力補正手段は、前記外乱検出手段によって検出される前記自車線のカーブの方向、および自車両に対する前記リスクポテンシャルの方向に応じて、前記操舵装置の反力特性を補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項3に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記反力調整手段は、前記リスクポテンシャルに応じて前記アクセルペダルの反力調整量を算出し、この反力調整量を付加することにより、前記アクセルペダル反力特性を調整し、
前記反力補正手段は、前記自車線が上り坂の場合に、前記反力調整手段によって算出される反力調整量が小さくなるように補正し、前記自車線が下り坂の場合には、前記反力調整手段によって算出される反力調整量が大きくなるように補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項4に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記反力調整手段は、前記リスクポテンシャルに基づいて前記操舵装置の反力調整量を算出し、この調整量を付加することにより、前記操舵装置の反力特性を調整し、
前記反力補正手段は、前記カーブの方向および前記リスクポテンシャルの方向が同じ場合には、前記反力調整手段によって算出される反力調整量を変化させず、前記カーブの方向および前記リスクポテンシャルの方向が異なる場合には、前記反力調整手段によって算出される反力調整量を補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項6に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記反力補正手段は、前記カーブの方向および前記リスクポテンシャルの方向が同じ場合には、前記カーブの方向と同じ操舵方向およびその逆方向に前記反力調整量を付加し、前記カーブの方向および前記リスクポテンシャルの方向が異なる場合には、前記カーブの方向と同じ操舵方向に前記反力調整量を付加し、前記操舵方向の逆方向に前記反力調整量を補正して付加することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項6に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記反力補正手段は、前記カーブの方向および前記リスクポテンシャルの方向が同じ場合には、前記カーブの方向と同じ操舵方向およびその逆方向に前記反力調整量を付加し、前記カーブの方向および前記リスクポテンシャルの方向が異なる場合には、前記カーブの方向と同じ操舵方向には前記反力調整量を付加せず、前記操舵方向の逆方向に前記反力調整量を補正して付加することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項6に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記反力補正手段は、前記カーブの方向および前記リスクポテンシャルの方向が同じ場合には、前記カーブの方向と同じ操舵方向およびその逆方向に前記反力調整量を付加して前記反力特性の傾きを変更し、前記カーブの方向および前記リスクポテンシャルの方向が異なる場合には、前記カーブの方向と同じ操舵方向の前記反力特性の傾きは変化させず、前記操舵方向の逆方向に前記反力調整量を補正して付加し、前記反力特性の傾きを変更することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項7から請求項9のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置において、前記反力補正手段は、前記リスクポテンシャル、および前記操舵装置の操舵角度に基づいて、前記反力調整量を補正することを特徴とする車両用運転操作補助装置。
- 請求項1に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記外乱検出手段は、前記外乱として、前記車両操作機器に発生する反力から受ける運転者の感覚を検出することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項11に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記車両操作機器は、アクセルペダルであり、
前記外乱検出手段は、前記アクセルペダルの踏み込み状態を検出し、前記アクセルペダルの踏み込み量が増加する場合は、運転者の感覚が鋭敏であり、前記踏み込み量が減少する場合は、運転者の感覚が鈍いと判断することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項12に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記外乱検出手段は、前記踏み込み状態を、自車両の走行抵抗から予測することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 車両状態および車両周囲の走行環境を検出し、
検出した車両状態および車両周囲の走行環境に基づいて自車両周囲のリスクポテンシャルを算出し、
算出したリスクポテンシャルに基づいて車両操作機器の反力特性を調整し、
運転者による前記車両操作機器の操作に影響を与える外乱を検出し、
検出した外乱に基づいて、前記リスクポテンシャルに基づいて調整する前記車両操作機器の反力特性を補正することを特徴とする車両用運転操作補助方法。 - 請求項14に記載の運転操作補助方法を適用することを特徴とする車両。
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