JP3903913B2 - 車両用運転操作補助装置およびその装置を備えた車両 - Google Patents
車両用運転操作補助装置およびその装置を備えた車両 Download PDFInfo
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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、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。
【特許文献1】
特開平10−166889公報
【特許文献2】
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、上述したような車両用運転操作補助装置では、先行車に対する車間距離が一定で先行車に追従走行を行っている場合でも、車間距離の大きさによっては常に大きなアクセルペダル反力が発生し、運転者は肉体的疲労を感じ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、自車両と自車両周囲に存在する障害物との車間距離と、自車両と障害物との相対速度、自車速、障害物の速度の少なくともいずれかとを検出する状況認識手段と、状況認識手段からの信号に基づいて自車両が障害物へ接近する接近度合を表す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からの信号に基づいて、リスクポテンシャルが大きくなるほど運転者が自車両を運転操作するための運転操作機器に発生する操作反力が大きくなるように、操作反力を決定する反力決定手段と、反力決定手段によって決定される操作反力を発生するように運転操作機器を制御する車両操作機器制御手段と、自車両の障害物に対する相対的な走行状態を判定する走行状態判定手段と、走行状態判定手段によって、自車両と障害物との相対位置関係が略一定で相対的な走行状態に変化がない定常状態であると判定された場合、反力決定手段によって算出される操作反力を低減補正する反力補正手段とを有する。
【0005】
【発明の効果】
自車両の障害物に対する走行状態が定常走行状態であると判定されると、自車両周囲のリスクポテンシャルに基づく運転操作機器の操作反力を補正した。これにより、運転者の肉体的負荷を軽減した効果的な反力制御を行うことができる。
【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50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。
【0008】
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。
【0009】
アクセルペダル62にはリンク機構を介してサーボモータ61およびアクセルペダルストローク量検知部70が接続されている。アクセルペダルストローク量検知部70は、例えばストロークセンサを有し、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62のストローク量を検出する。アクセルペダルストローク量検知部70は、検出したストローク量をコントローラ50へ出力する。
【0010】
コントローラ50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、自車両周囲の障害物状況を検出し、検出した障害物状況に基づいて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。そして、算出したリスクポテンシャルに応じて、後述するようにリスクポテンシャルに応じたアクセルペダル反力制御を行う。さらに、自車両周囲の環境の変化を認識し、環境変化がない場合には、運転者の運転負荷を低減するようにアクセルペダル反力制御の調整を行う。
【0011】
アクセルペダル反力制御装置60は、コントローラ50からの信号に応じて、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トルクおよび回転角を制御し、運転者がアクセルペダル62を操作する際に発生する操作反力を任意に制御することができる。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、例えばアクセルペダルストローク量の増加に対してアクセルペダル反力がリニアに増加するように設定されている。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62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】
図3に、コントローラ50の内部構成のブロック図を示す。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ている。そして、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、運転操作反力決定部53,走行状態判定部54,および運転操作反力補正部55を構成している。
【0013】
障害物認識部51は、レーザレーダ10から入力される信号を用いて自車両前方に存在する前方障害物との車間距離および相対速度を算出する。そして、車速センサ20から入力される自車速と、車間距離および相対速度とから、自車前方の障害物状況を認識する。リスクポテンシャル算出部52は、障害物認識部51からの信号に基づいて、前方障害物に対する自車両のリスクポテンシャルRPを算出する。運転操作反力決定部53は、リスクポテンシャル算出部52で算出されたリスクポテンシャルから、アクセルペダル62に発生させる反力の制御指令値を算出する。
【0014】
走行状態判定部54は、障害物認識部51からの信号に基づいて、障害物に対する自車両の走行状態、すなわち自車両周囲の環境変化を判定する。運転操作反力補正部55は、走行状態判定部54で判定される障害物に対する走行状態と、アクセルペダルストローク量検知部70から入力されるストローク量とから、運転操作反力決定部53によって算出された反力制御指令値に補正を加え、反力指令値補正値を算出する。運転操作反力補正部55で算出された反力指令値補正値は、アクセルペダル反力制御装置60に出力される。
【0015】
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。まず、その概要を説明する。
コントローラ50は、自車両周囲の障害物状況に基づいて、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に応じてアクセルペダル62に発生する反力の制御指令値を算出してペダル反力制御を行う。反力制御により、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反力Fが大きくなるので、運転者に自車両周囲の環境をペダル反力として知らせることができる。ただし、自車両周囲の環境に変化がない場合は、アクセルペダル62に発生する反力も変化しないので、走行中、アクセルペダル62に常に大きな反力が発生することがある。
【0016】
例えば、先行車との車間距離を比較的短く保って先行車に追従走行するような状況では、先行車に対するリスクポテンシャルRPに応じて比較的大きなペダル反力が発生する。自車両が先行車との追従走行状態を維持すると、アクセルペダル62には常に大きな反力が発生することになり、運転者の運転負荷が増加する。そこで、本発明の第1の実施の形態においては、自車両と先行車との走行状態を判定し、判定した走行状態に基づいてアクセルペダル反力制御指令値を補正し、運転者の肉体的負荷を軽減するようにペダル反力制御の調整を行う。
【0017】
以下に、上述したような制御においてどのようにペダル反力制御の調整を行うかについて、図面を用いて詳細に説明する。図4は、第1の実施の形態によるコントローラ50における運転操作補助制御処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、本処理内容は、一定間隔、例えば50msec毎に連続的に行われる。
【0018】
まず、ステップS100で走行環境を読み込む。ここで、走行環境は、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により検出される先行車までの車間距離やその存在方向と、車速センサ20によって検出される自車両の走行車速を読み込む。さらに、アクセルペダルストローク量検知部70によって検出されるアクセルペダルストローク量Sを読み込む。
【0019】
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。さらに、自車両の加速度および障害物の加速度を認識する。
【0020】
ステップS300では、自車両の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を算出するために、まず、認識された前方障害物に対する余裕時間(TTC:Time To Collision)を算出する。ここで、前方障害物に対する余裕時間TTCは、以下の(式1)で求められる。
【数1】
TTC=D/Vr (式1)
ここで、D:自車両から先行車までの相対距離、Vr:自車両と先行車との相対速度(自車速−先行車速)をそれぞれ示す。(式1)に示すように、余裕時間TTCは、車間距離Dを相対速度Vrで除したものである。余裕時間TTCは、前方障害物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。
【0021】
算出した余裕時間TTCを用いて、先行車に対するリスクポテンシャルRPを算出する。先行車に対するリスクポテンシャルRPは以下の(式2)で求められる。
【数2】
RP=1/TTC (式2)
(式2)に示すように、リスクポテンシャルRPは余裕時間TTCの逆数を用いて、余裕時間TTCの関数として表される。リスクポテンシャルRPが大きいほど前方障害物への接近度合が大きいことを示している。
【0022】
ステップS400では、ステップS300で算出したリスクポテンシャルRPから、アクセルペダル62に発生させるアクセルペダル反力Fの反力制御指令値FAを算出する。リスクポテンシャルRPに応じて、リスクポテンシャルRPが大きいほど、アクセルペダル62を戻す方向へ制御反力を発生させる。
【0023】
図5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5に示すように、リスクポテンシャルRPが所定値RPminよりも大きく、所定値RPmaxよりも小さい場合は、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。このように反力制御指令値FAを算出することにより、リスクポテンシャルRPの大きさをアクセルペダル反力Fとして運転者に伝達する。
【0024】
ステップS500では、自車両の障害物に対する走行状態を判定する。具体的には、自車両の障害物に対する走行状態が定常状態であるか非定常状態であるかを判定する。定常走行状態は、自車両と先行車との相対位置関係をほぼ一定に保ったまま自車両が先行車に追従走行する状態であり、自車両および先行車に大きな加減速操作がなく自車速および先行車速が安定しているような、自車両周囲の環境変化がない状態である。一方、非定常走行状態は、例えば先行車が減速を行って自車両と先行車との安定した追従走行状態が乱れ、自車両周囲の環境が変化している状態である。ここでは、自車両と先行車との相対速度Vr、先行車加速度a1、および自車加速度a0を用いて、障害物に対する走行状態を判定する。
【0025】
ステップS500における走行状態判定処理を、図6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、自車両と障害物との相対速度Vrの絶対値が所定値Vr0(例えば1[m/s2])よりも小さいか否かを判定する。ステップS501が肯定判定されると、ステップS502に進む。ステップS502では、自車加速度a0の絶対値が所定値ad0(例えば0.5[m/s2])よりも小さいか否かを判定する。ここで、自車加速度a0が正の値の場合、自車両が加速していることを示し、負の値の場合、自車両が減速していることを示す。ステップS502が肯定判定されると、ステップS503に進む。
【0026】
ステップS503では、先行車の加速度a1の絶対値が所定値ad1(例えば0.5[m/s2])よりも小さいか否かを判定する。ここで、先行車加速度a1が正の値の場合は先行車が加速していることを示し、負の値の場合は先行車が減速していることを示す。ステップS503が肯定判定されると、ステップS504へ進む。
【0027】
ステップS504では、自車両と先行車との相対速度|Vr|、自車加速度|a0|および先行車加速度|a1|がそれぞれ所定値より小さく、0に近い状態であり、自車両と先行車との走行状態が定常走行状態であると判断して、走行状態フラグflgSTATEに1をセットして終了する。ステップS501からステップS503のいずれかが否定判定されると、ステップS505へ進む。ステップS505では、自車両と先行車との走行状態が非定常走行状態であると判断し、走行状態フラグflgSTATEに0をセットして終了する。
【0028】
ステップS500で障害物に対する走行状態を判定した後、ステップS600へ進む。
ステップS600では、ステップS500で判定した自車両と障害物との走行状態に応じて、ステップS400で算出した反力制御指令値FAの補正を行う。ステップS600における運転操作反力補正処理を、図7のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【0029】
ステップS601では、ステップS500で設定した走行状態フラグflgSTATEが1か否かを判定する。ステップS601が肯定判定され、定常走行状態の場合は、ステップS602に進む。ステップS602では、ステップS100で読み込んだアクセルペダルストローク量Sを用いて、アクセルペダル62の操作速度Vsを算出する。ペダル操作速度Vsは、例えば現在のストローク量Sと、コントローラ50のメモリに記憶された前回のストローク量Sとから算出することができる。
【0030】
ステップS603では、ステップS602で算出したアクセルペダル操作速度Vsに基づいて、反力減少率基準値ΔF0を算出する。図8に、アクセルペダル操作速度Vsに対する反力減少率基準値ΔF0の特性を示す。図8において、操作速度Vsが正の値の場合は、アクセルペダル62が踏み込まれていることを示し、操作速度Vsが負の値の場合は、アクセルペダル62が戻されていることを示している。
【0031】
図8に示すように、アクセルペダル62を戻し方向に操作している場合(Vs<0)は、操作速度Vsが速くなるほど、反力減少率基準値ΔF0が所定値ΔF0aから大きくなるように設定する。戻し方向の操作速度Vsがさらに速くなり所定値Vs1を越えると、反力減少率基準値ΔF0を所定値ΔF0bに固定する。アクセルペダル62を戻している場合、運転者はペダル反力Fの変化を感じにくい傾向にあるため、定常走行状態でペダル反力Fを速やかに減少して運転者の肉体的疲労を軽減するように、反力減少率基準値ΔF0を大きく設定する。一方、アクセルペダル62を踏み込み方向に操作している場合(Vs≧0)は、反力減少率基準値ΔF0を所定値ΔF0aに固定する。
【0032】
ステップS604では、ステップS300で算出したリスクポテンシャルRPに基づいて、反力減少率補正係数krpを算出する。図9に、リスクポテンシャルRPに対する反力減少率補正係数krpの特性を示す。図9に示すように、リスクポテンシャルRPが所定値RPminよりも大きい場合は、リスクポテンシャルRPが大きくなるほど反力減少率補正係数krpが小さくなるように設定する。リスクポテンシャルRPが所定値RPmaxを越えると、反力減少率補正係数krpを所定値krp0に固定する。また、リスクポテンシャルRPが所定値RPminより小さい場合は、krp=1とする。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減少率補正係数krpを小さくすることにより、アクセルペダル反力Fの減少量を小さくして、運転者に自車両周囲の状況を認識させる時間を確保する。
【0033】
ステップS605では、ステップS603で算出した反力減少率基準値ΔF0と、ステップS604で算出した反力減少率補正係数krpとを用いて、ペダル反力減少率ΔFを以下の(式3)により算出する。
【数3】
ΔF=krp・ΔF0 (式3)
(式3)に示すように、反力減少率基準値ΔF0に反力減少率補正係数krpを積算することにより、反力減少率ΔFを算出する。
【0034】
つづくステップS606で、ペダル反力補正量ΔFsumを算出する。ペダル反力補正量ΔFsumは、以下の(式4)に表すように、コントローラ50のメモリに記憶された前回のペダル反力補正量ΔFsumに、ステップS605で算出したペダル反力減少率ΔFを加算することにより算出する。
【数4】
ΔFsum=ΔFsum+ΔF (式4)
ステップS606でペダル反力補正量ΔFsumを算出した後、ステップS607へ進む。
【0035】
一方、ステップS601が否定判定され、非定常走行状態である場合は、ペダル反力補正量ΔFsumを算出することなく、ステップS607へ進む。なお、非定常状態においては、前回周期で設定した反力補正量ΔFsumをそのまま用いる。また、ペダル反力補正量ΔFsumの初期値は0に設定されている。
【0036】
ステップS607では、ペダル反力補正量ΔFsumが、ステップS400で算出した反力制御指令値FAよりも大きい(ΔFsum>FA)か否かを判定する。ステップS607が否定判定されると、ステップS609に進む。一方、ステップS607が肯定判定されると、ステップS608に進む。ステップS608では、反力補正量ΔFsumの上限を反力制御指令値FAに制限するように、(式5)に示すようなリミッタ処理を行う。
【数5】
ΔFsum=FA (式5)
【0037】
つづくステップS609では、反力制御指令値FAを補正して反力指令値補正値FAhoseiを算出する。ここでは、以下の(式6)に表すように、反力制御指令値FAからペダル反力補正量ΔFsumを減算することにより、反力指令値補正値FAhoseiを算出する。
【数6】
FAhosei=FA−ΔFsum (式6)
ステップS600で反力指令値補正値FAhoseiを算出した後、ステップS700へ進む。
【0038】
ステップS700では、ステップS600で算出した反力指令値補正値FAhoseiを、アクセルペダル反力制御装置60に出力し、今回の処理を終了する。アクセルペダル反力制御装置60は、入力された信号に応じてサーボモータ61を制御する。
【0039】
次に、第1の実施の形態における車両用運転操作補助装置1の作用を、図10(a)(b)を用いて説明する。図10(a)(b)は、自車両が先行車両に追従走行している状態における、反力制御指令値FAと反力指令値補正値FAhoseiとの関係の一例を、走行状態フラグflgSTATEの変化とともに時系列的に示したものである。なお、図10(a)(b)は、それぞれ異なる走行シーンを示しているが、いずれのシーンにおいても自車両は先行車を検知し続けている。
【0040】
図10(a)に示すシーンでは、時間T1で先行車を検知してから自車両は先行車に追従走行するように運転操作を行い、時間T2で先行車に対する走行状態が定常状態になっている(flgSTATE=1)。定常走行状態になっている間は、リスクポテンシャルRPに応じた反力制御指令値FAに対して、反力指令値補正値FAhoseiがリスクポテンシャルRPに応じた減少率で、すなわち補正量ΔFsumずつ徐々に減少する。これにより、定常走行状態が持続すると、アクセルペダル反力Fは徐々に小さくなっていく。
【0041】
その後、時間T3で、例えば先行車両が減速するなどして先行車に対する走行状態が定常状態から非定常状態(flgSTATE=0)に移行すると、障害物状況に応じてリスクポテンシャルRPが大きくなる。このとき、リスクポテンシャルRPに応じて反力制御指令値FAが増加し、反力指令値補正値FAhoseiも増加する。これにより、アクセルペダル反力Fが大きくなり、運転者はアクセルペダル反力Fを介して車両周囲の環境変化によるリスクポテンシャルRPの増加を認識できる。なお、定常状態から非定常状態に移行した後も、反力指令値補正値FAhoseiは、反力制御指令値FAに対して補正量ΔFsumだけ低下した値となる。しかし、非定常状態では補正量ΔFsumを新たに算出しないので、反力制御指令値FAと反力指令値補正値FAhoseiとの差は一定である。
【0042】
時間T4以降、再び先行車との走行状態が定常状態になると、リスクポテンシャルRPに応じた反力制御指令値FAに対して、リスクポテンシャルRPに応じた減少率(反力補正量ΔFsum)で反力指令値補正値FAhoseiが徐々に低下する。これにより、定常走行状態が持続すると、アクセルペダル反力Fが徐々に小さくなっていく。
【0043】
図10(b)に示すシーンでは、時間T5で先行車両を検知してからから自車両は先行車に追従走行するように運転操作を行い、時間T6で先行車に対する走行状態が定常状態になっている(flgSTATE=1)。定常走行状態になっている間は、リスクポテンシャルRPに応じた反力制御指令値FAに対して、反力指令値補正値FAhoseiがリスクポテンシャルRPに応じた減少率(補正量ΔFsum)で徐々に減少する。これにより、定常走行状態が持続すると、アクセルペダル反力Fは徐々に小さくなっていく。
【0044】
時間T7で、例えば先行車両が加速するなどして先行車に対する走行状態が定常状態から非定常状態(flgSTATE=0)に移行すると、障害物状況に応じてリスクポテンシャルRPが小さくなる。このとき、リスクポテンシャルRPに応じて反力制御指令値FAが減少し、反力指令値補正値FAhoseiも減少する。これにより、アクセルペダル反力Fが小さくなる。
【0045】
その後、時間T8で、先行車両が減速するなどしてリスクポテンシャルRPが減少から増加に切り換わると、リスクポテンシャルRPの増加に応じて反力制御指令値FAが増加する。このとき、先行車に対する走行状態は非定常状態のままであるので、反力制御指令値FAの増加に伴って反力指令値補正値FAhoseiも増加する。これにより、アクセルペダル反力Fが大きくなり、運転者はアクセルペダル反力Fを介して自車両周囲の環境変化によるリスクポテンシャルRPの増加を認識できる。
【0046】
図10(a)、(b)において、反力制御指令値FAと反力指令値補正値FAhoseiとの差(ペダル反力補正量ΔFsum)に相当する斜線部分は、反力制御指令値FAを補正することによりアクセルペダル62を操作する際に発生する反力Fが減少した領域を示しており、運転者の肉体的疲労が軽減された領域である。なお、ペダル反力補正量ΔFsumは、反力制御指令値FAが0になったとき、あるいは先行車が検知されなくなったときに0となる。そして、再び自車両が先行車両に対して定常走行状態となると、リスクポテンシャルRPに応じた反力制御指令値FAに対して、反力指令値補正値FAhoseiが徐々に低下を始める。
【0047】
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)自車両周囲に存在する障害物の自車両に対する車間距離や相対速度、さらに自車両の走行車速といった走行状況を認識し、障害物に対する自車両のリスクポテンシャルRPを算出する。算出したリスクポテンシャルRPに基づいて、アクセルペダル62を操作する際に発生する反力を制御する。また、自車両の障害物に対する走行状態を判定し、走行状態が定常状態である場合は、アクセルペダル62に発生する操作反力を補正するようにした。これにより、自車両の障害物に対する走行状態が定常走行状態、すなわち自車両周囲の環境変化がない状態において運転者の肉体的負荷を軽減した、効果的なアクセルペダル反力制御を行うことができる。
(2)自車両と障害物とが定常走行状態である場合は、アクセルペダル反力Fが徐々に減少するように操作反力の補正を行うので、運転者の肉体的負荷を確実に軽減することができる。一方、自車両と障害物とが非定常状態であり、自車両周囲の環境が変化している場合は、リスクポテンシャルRPに応じてアクセルペダル反力Fが変動するので、アクセルペダル反力Fとして周囲の環境変化を確実に運転者に伝達することができる。
(3)自車両と障害物との相対速度Vr、先行車加減速度a1、および自車両の加減速度a0に基づいて、障害物に対する走行状態を判定した。これにより、相対速度Vr、先行車加減速度a1、および自車両の加減速度a0がほぼ0の状態、すなわち自車両周囲の環境変化がない状態を定常走行状態として定義して、走行状態を正確に判定することができる。
(4)定常走行状態においては、アクセルペダル操作速度Vsに基づいて反力減少率基準値ΔF0を算出し、これを用いてペダル反力補正量ΔFsumを算出した。そして、反力制御指令値FAをΔFsumずつ減少して、アクセルペダル反力Fが徐々に低下するように補正した。これにより、アクセルペダル操作に関する運転者の感覚にあったアクセルペダル反力Fの補正を行うことができる。
(5)図8に示すように、アクセルペダル62が戻し方向に操作されている場合は、その操作速度Vsが速くなるほど、反力減少率基準値ΔF0が大きくなるように設定した。また、アクセルペダル62が戻し方向に操作されている場合は、踏み込み方向に操作されている場合に比べて、反力減少率基準値ΔF0が大きくなるように設定した。アクセルペダル62を戻す方向に操作している場合、運転者はアクセルペダル反力Fの変化を感じにくい傾向にあるので、反力減少率基準値ΔF0を大きく設定してアクセルペダル反力Fを速やかに減少させることにより、運転者の運転負荷をより軽減することができる。また、アクセルペダル62を速く戻すほどアクセルペダル反力Fがより小さくなるように補正するので、アクセルペダル反力Fが必要以上に変動することがなく、運転者の煩わしさを低減することができる。
(6)定常走行状態においては、さらに、リスクポテンシャルRPに応じて反力減少率補正係数krpを算出し、ペダル操作速度Vsに応じて設定した反力減少率基準値ΔF0と反力減少率補正係数krpとを用いて反力補正量ΔFsumを算出した。図9に示すように、リスクポテンシャルRPが大きくなるほど反力減少率補正係数krpが小さくなるように設定するので、リスクポテンシャルRPが大きい場合はペダル反力補正量ΔFsumが小さくなり、アクセルペダル反力Fがゆるやかに減少する。これにより、運転者に自車両周囲の状況を認識させながら、運転負荷を軽減することができる。
【0048】
《第2の実施の形態》
つぎに、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。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を用いて説明した第1の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。ここでは、第1の実施の形態との相違点を主に説明する。
【0049】
第2の実施の形態においては、図4のフローチャートにおけるステップS600での運転操作反力補正処理のみが、上述した第1の実施の形態と相違する。第2の実施の形態では、定常走行状態において、所定時間だけ遅延した後にアクセルペダル反力Fが徐々に低下するように補正を行い、反力指令値補正値FAhoseiを算出する。以下、図11のフローチャートを用いて、ステップS600における運転操作反力補正処理について詳細に説明する。
【0050】
ステップS611では、ステップS500で設定した走行状態フラグflgSTATEが1か否かを判定する。ステップS611が否定判定されて非定常走行状態である場合は、ステップS619に進む。ステップS619では、遅延時間カウンタΔTcntに0をセットし、反力補正量ΔFsumを算出することなく、ステップS620に進む。なお、遅延時間カウンタΔTcntは、先行車に対する走行状態が定常状態であると判定されてからの経過時間を示している。一方、ステップS611が肯定判定され、定常走行状態である場合は、反力補正量ΔFsumを算出するためにステップS612へ進む。
【0051】
ステップS612では、ステップS300で算出したリスクポテンシャルRPに応じて、アクセルペダル反力Fの減少開始タイミングの遅延時間ΔTを算出する。図12に、リスクポテンシャルRPに対する反力遅延時間ΔTの特性を示す。図12に示すように、リスクポテンシャルRPが所定値RPminを越えて大きくなるほど、ペダル反力遅延時間ΔTが大きくなるように設定する。リスクポテンシャルRPがさらに大きくなり所定値RPmaxを越えると、遅延時間ΔTを所定の最大値ΔTmaxに固定する。このように、リスクポテンシャルRPが大きくなるほど遅延時間ΔTを大きく設定することにより、アクセルペダル反力Fの減少開始タイミングを遅くして、運転者に自車両周囲の状況を認識させる時間を確保する。
【0052】
ステップS613では、定常走行状態になってからの経過時間を示す遅延時間カウンタΔTcntが、ステップS612で求めたペダル反力遅延時間ΔT以上であるか否かを判定する。ステップS613が否定判定され、定常走行状態と判定されてからの経過時間ΔTcntがペダル反力遅延時間ΔTに達していない場合は、ステップS618に進む。ステップS618では、遅延時間カウンタΔTcntに1を加えてカウントアップし、反力補正量ΔFsumを算出することなくステップS620に進む。一方、ステップS613が肯定判定され、定常走行状態であると判定されてからの経過時間ΔTcntがペダル反力遅延時間ΔT以上である場合は、ステップS614へ進む。
【0053】
ステップS614では、遅延時間カウンタΔTcntを最大値ΔTmaxに設定する。ペダル反力遅延時間ΔTの最大値はΔTmaxであるので、遅延時間カウンタΔTcntを最大値ΔTmaxとすることにより、定常走行状態の場合は次回以降の処理においてリスクポテンシャルRPが変動して、ステップS612で算出するペダル反力遅延時間ΔTが変化した場合にも、ステップS613が必ず肯定判定される。これにより、一旦アクセルペダル反力Fの減少処理を開始した後は、再度遅延させることなくその処理を継続し、必要以上のペダル反力Fの変動を抑制する。
【0054】
ステップS615では、ステップS100で読み込んだアクセルペダルストローク量Sを用いて、アクセルペダル62の操作速度Vsを算出する。操作速度Vsは、例えば、読み込んだ現在のストローク量Sとコントローラ50のメモリに記憶された前回のストローク量Sとから算出することができる。
【0055】
ステップS616では、ステップS615で算出したアクセルペダル操作速度Vsに基づいて、ペダル反力減少率ΔFvを算出する。図13に、アクセルペダル操作速度Vsに対する反力減少率ΔFvの特性を示す。図13において、操作速度Vsが正の値の場合は、アクセルペダル62が踏み込まれていることを示し、操作速度Vsが負の値の場合は、アクセルペダル62が戻されていることを示している。
【0056】
図13に示すように、アクセルペダル62を戻し方向に操作している場合(Vs<0)は、操作速度Vsが速くなるほど、反力減少率ΔFvが所定値ΔFvaから大きくなるように設定する。戻し方向の操作速度Vsがさらに速くなり所定値Vs2を越えると、反力減少率ΔFvを所定値ΔFvbに固定する。アクセルペダル62を戻している場合、運転者はペダル反力Fの変化を感じにくい傾向にあるため、定常走行状態ではペダル反力Fを速やかに減少して運転者の肉体的疲労を軽減するように、反力減少率ΔFvを大きく設定する。一方、アクセルペダル62を踏み込み方向に操作している場合(Vs≧0)は、反力減少率ΔFvを所定値ΔFvaに固定する。
【0057】
ステップS617では、ステップS616で算出した反力減少率ΔFvを用いて、ペダル反力補正量ΔFsumを算出する。ペダル反力補正量ΔFsumは、以下の(式7)に表すように、コントローラ50のメモリに記憶された前回のペダル反力補正量ΔFsumに、ペダル反力減少率ΔFvを加算することにより算出する。
【数7】
ΔFsum=ΔFsum+ΔFv (式7)
【0058】
ステップS620では、ペダル反力補正量ΔFsumと、ステップS400で算出した反力制御指令値FAとを比較する。ペダル反力補正量ΔFsumが反力制御指令値FAを上回る場合は、ステップS621へ進んでΔFsum=FAとするリミッタ処理を行う。その後、ステップS622で、上述した第1の実施の形態と同様に、(式6)により反力指令値補正値FAhoseiを算出する(FAhosei=FA−ΔFsum)。
【0059】
このようにステップ600で反力指令値補正値FAhoseiを算出した後、ステップS700で反力指令値補正値FAhoseiをアクセルペダル反力制御装置60に出力する。アクセルペダル反力制御装置60は、入力された信号に応じてサーボモータ61を制御する。
【0060】
次に、第2の実施の形態における車両用運転操作補助装置の作用を、図14(a)(b)を用いて説明する。図14(a)(b)は、自車両が先行車両に追従走行している状態における、反力制御指令値FAと反力指令値補正値FAhoseiとの関係の一例を、走行状態フラグflgSTATEの変化とともに時系列的に示したものである。なお、図14(a)(b)は、それぞれ異なる走行シーンを示しているが、いずれのシーンにおいても自車両は先行車を検知し続けている。
【0061】
図14(a)に示すシーンでは、時間T1で先行車を検知してから自車両は先行車に追従走行するように運転操作を行い、時間T2で先行車に対する走行状態が定常状態になっている(flgSTATE=1)。定常走行状態になると遅延時間カウンタΔTcntのカウントを開始し、リスクポテンシャルRPに応じた遅延時間ΔTだけ経過した後、反力制御指令値FAに対して反力指令値補正値FAhoseiが徐々に減少を始める。これにより、定常走行状態が持続するとアクセルペダル反力Fは徐々に小さくなっていく。
【0062】
時間T3で、例えば先行車両が減速するなどして先行車に対する走行状態が定常状態から非定常状態(flgSTATE=0)に移行すると、障害物状況に応じてリスクポテンシャルRPが大きくなる。このとき、リスクポテンシャルRPに応じて反力制御指令値FAが増加し、反力指令値補正値FAhoseiも増加する。これにより、アクセルペダル反力Fが大きくなり、運転者はアクセルペダル反力Fを介して車両周囲の環境変化によるリスクポテンシャルRPの増加を認識できる。なお、非定常状態では反力補正量ΔFsumを新たに算出しないので、反力制御指令値FAと反力指令値補正値FAhoseiとの差は一定である。
【0063】
時間T4以降、再び先行車との走行状態が定常状態になると、リスクポテンシャルRPに応じた遅延時間ΔTだけ経過した後、リスクポテンシャルRPに応じた反力制御指令値FAに対して反力指令値補正値FAhoseiが徐々に減少する。これにより、定常走行状態が持続するとアクセルペダル反力Fが徐々に小さくなる。
【0064】
図14(b)に示すシーンでは、時間T5で先行車を検知してから自車両は先行車に追従走行するように運転操作を行い、時間T6で先行車に対する走行状態が定常状態になっている(flgSTATE=1)。定常走行状態になると遅延時間カウンタΔTcntのカウントを開始し、リスクポテンシャルRPに応じた遅延時間ΔTだけ経過した後、反力制御指令値FAに対して反力指令値補正値FAhoseiが徐々に低下を始める。これにより、定常走行状態が持続するとアクセルペダル反力Fは徐々に小さくなっていく。
【0065】
時間T7で、例えば先行車両が加速するなどして先行車に対する走行状態が定常状態から非定常状態(flgSTATE=0)に移行すると、障害物状況に応じてリスクポテンシャルRPが小さくなる。このとき、リスクポテンシャルRPに応じて反力制御指令値FAが減少し、反力指令値補正値FAhoseiも減少する。これにより、アクセルペダル反力Fが小さくなる。
【0066】
その後、時間T8で、先行車両が減速するなどしてリスクポテンシャルRPが減少から増加に切り換わると、リスクポテンシャルRPの増加に応じて反力制御指令値FAが増加する。このとき、先行車に対する走行状態は非定常状態のままであるので、反力制御指令値FAの増加に伴って反力指令値補正値FAhoseiも増加する。これにより、アクセルペダル反力Fが大きくなり、運転者はアクセルペダル反力Fを介して自車両周囲の環境変化によるリスクポテンシャルRPの増加を認識できる。
【0067】
図14(a)、(b)において、反力制御指令値FAと反力指令値補正値FAhoseiとの差(ペダル反力補正量ΔFsum)に相当する斜線部分のは、反力制御指令値FAを補正することによりアクセルペダル62を操作する際に発生する反力Fが減少した領域を示しており、運転者の肉体的疲労が軽減された領域である。なお、ペダル反力補正量ΔFsumは、反力制御指令値FAが0になったとき、あるいは先行車が検知されなくなったときに0となる。そして、再び自車両が先行車両に対して定常走行状態となると、所定時間ΔT遅延後に、リスクポテンシャルRPに応じた反力制御指令値FAに対して反力指令値補正値FAhoseiが徐々に低下を始める。
【0068】
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の実施の形態の効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。
(1)自車両と障害物とが定常走行状態の場合は、所定時間ΔTだけ遅延した後、アクセルペダル反力Fが徐々に減少するように操作反力の補正を行う。これにより、定常走行状態に移行した後、自車両周囲の状況を運転者に認識させてからアクセルペダル反力Fを徐々に低下して運転負荷を軽減することができる。また、定常走行状態が所定時間ΔT継続して、自車両周囲の環境が変化しないと判断されるとアクセルペダル反力Fの減少を開始する。これにより、定常走行状態である時間が所定時間ΔTより短い場合には、アクセルペダル反力Fを減少させないので、必要以上の反力変動を抑制することができ、運転者の煩わしさを低減することができる。
(2)リスクポテンシャルRPに基づいて、アクセルペダル反力Fの減少開始タイミングの遅延時間ΔTを算出した。図12に示すように、リスクポテンシャルRPが大きくなるほど、遅延時間ΔTが大きくなるように設定する。これにより、例えば先行車との車間距離Dが小さくなってリスクポテンシャルRPが大きくなった場合に、アクセルペダル反力Fにより運転者に自車両周囲の状況を認識させる時間を十分に確保することができる。さらに、定常走行状態が所定時間ΔT以上継続する場合にはアクセルペダル反力Fを徐々に減少するので、運転者の肉体的負荷を軽減することができる。
【0069】
第1および第2の実施の形態においては、図5に示すようにリスクポテンシャルRPの増加に対して反力制御指令値FAがリニア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することもできる。また、自車両周囲のリスクポテンシャルRPを余裕時間TTCを用いて算出したが、これには限定されない。例えば、余裕時間TTCと、自車両と先行車との車間距離Dを自車速あるいは先行車速で除して得られる車間時間THWとを用いて算出することもできる。
【0070】
本発明におけるペダル反力補正量ΔFsumの算出方法は、上述した第1および第2の実施の形態には限定されない。第1の実施の形態においては、ペダル操作速度Vsに応じた反力減少率基準値ΔF0と、リスクポテンシャルRPに応じた反力減少率補正係数krpとを積算して反力減少率ΔFを算出し、ペダル反力補正量ΔFを算出した。しかし、例えば第2の実施の形態のように、ペダル操作速度Vsから直接反力減少率ΔFを算出することもできる。同様に、第2の実施の形態において、第1の実施の形態のように反力減少率基準値ΔF0と反力減少率補正係数krpとを用いて反力減少率ΔFを算出することもできる。また、リスクポテンシャルRPのみを用いて反力減少率ΔFを算出することもできる。
【0071】
すなわち、反力補正量ΔFsumは、アクセルペダル反力Fにより運転者に自車両周囲の状況を認識させながら運転負荷を軽減できるような値を設定できれば、その算出方法は限定されない。また、図8,図9および図13に示すマップの形状も、上記実施の形態には限定されない。例えば、図8においてアクセルペダル操作速度Vsが正の値である場合に、反力減少率基準値ΔF0を0とすることもできる。
【0072】
上記第1および第2の実施の形態においては、自車両と先行車との相対速度Vr、自車加速度a0,および先行車加速度a1を用いて自車両と障害物との走行状態を判定したが、少なくともこれらのうちの一つのパラメータを用いて走行状態を判定することができる。また、走行状態の判定に自車両のアクセルペダル操作速度Vs、あるいはブレーキペダル操作速度等の他のパラメータを加えることもできる。
【0073】
上記第2の実施の形態においては、リスクポテンシャルRPに応じた遅延時間ΔTを設定したが、予め設定した所定値を遅延時間ΔTとすることもできる。
【0074】
また、第1および第2の実施の形態におけるアクセルペダル反力Fの補正方法を、操舵反力制御に適用することもできる。
【0075】
第1から第3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、反力決定手段、走行状態判定手段および反力補正手段としてコントローラ50を用い、車両操作機器制御手段として、アクセルペダル反力制御装置60を用いた。また、操作速度検出手段としてアクセルペダルストローク量検知部70およびコントローラ50を用いた。なお、例えば障害物検出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】 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。
【図3】 コントローラの内部構成を示すブロック図。
【図4】 第1の実施の形態のコントローラにおける運転操作補助制御処理の処理手順を示すフローチャート。
【図5】 リスクポテンシャルに対するアクセルペダル反力制御指令値の特性を示す図。
【図6】 走行状態判定処理の処理手順を示すフローチャート。
【図7】 第1の実施の形態における運転操作反力補正処理の処理手順を示すフローチャート。
【図8】 アクセルペダル操作速度に対する反力減少率基準値の特性を示す図。
【図9】 リスクポテンシャルに対する反力減少率補正係数の特性を示す図。
【図10】(a)(b)第1の実施の形態における車両用運転操作補助装置の作用を説明する図。
【図11】 第2の実施の形態における運転操作反力補正処理の処理手順を示すフローチャート。
【図12】 リスクポテンシャルに対する反力遅延時間の特性を示す図。
【図13】 アクセルペダル操作速度に対する反力減少率の特性を示す図。
【図14】(a)(b)第2の実施の形態における車両用運転操作補助装置の作用を説明する図。
【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
61:サーボモータ
62:アクセルペダル
70:アクセルペダルストローク量検知部
Claims (13)
- 自車両と自車両周囲に存在する障害物との車間距離と、前記自車両と前記障害物との相対速度、自車速、前記障害物の速度の少なくともいずれかとを検出する状況認識手段と、
前記状況認識手段からの信号に基づいて前記自車両が前記障害物へ接近する接近度合を表す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からの信号に基づいて、前記リスクポテンシャルが大きくなるほど運転者が前記自車両を運転操作するための運転操作機器に発生する操作反力が大きくなるように、前記操作反力を決定する反力決定手段と、
前記反力決定手段によって決定される操作反力を発生するように前記運転操作機器を制御する車両操作機器制御手段と、
前記自車両の前記障害物に対する相対的な走行状態を判定する走行状態判定手段と、
前記走行状態判定手段によって、前記自車両と前記障害物との相対位置関係が略一定で前記相対的な走行状態に変化がない定常状態であると判定された場合、前記反力決定手段によって算出される前記操作反力を低減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、
前記運転操作機器はアクセルペダルであり、
前記反力補正手段は、前記走行状態判定手段によって前記走行状態が定常状態であると判定された場合、前記アクセルペダルに発生する前記操作反力を徐々に減少するよう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、
前記運転操作機器はアクセルペダルであり、
前記反力補正手段は、前記走行状態判定手段によって前記走行状態が定常状態であると判定された場合、前記アクセルペダルに発生する前記操作反力を、所定時間だけ遅延した後、徐々に減少するよう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、
前記走行状態判定手段は、前記自車両と前記障害物との相対速度、前記障害物の加速度、および前記自車両の加速度の少なくともいずれかを用いて前記走行状態が定常であるかを判定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項2から請求項4のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置において、
前記アクセルペダルの操作速度および操作方向を検出する操作速度検出手段をさらに備え、
前記反力補正手段は、前記操作速度検出手段からの信号に基づいて、前記操作反力の減少量を設定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項5に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記反力補正手段は、前記アクセルペダルが戻す方向に操作されている場合、前記アクセルペダル操作速度が速くなるほど前記操作反力の減少量が大きくなるよう設定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項5または請求項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、前記アクセルペダルが戻す方向に操作されている場合、前記アクセルペダルが踏み込む方向に操作されている場合に対して、前記操作反力の減少量が大きくなるよう設定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項2から請求項4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、前記操作反力の減少量を設定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項5から請求項7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、さらに、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、前記操作反力の減少量を設定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、
前記反力補正手段は、前記リスクポテンシャルによって算出されるリスクポテンシャルに基づいて、前記所定時間を設定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から請求項10のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置を備えたことを特徴とする車両。
- 請求項1から請求項10のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置において、
前記リスクポテンシャルは、前記障害物に対する前記接近度合を、時間を用いて定義した値であることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 請求項1から請求項10のいずれかに記載の車両用運転操作補助装置において、
前記リスクポテンシャルは、前記自車両と前記障害物との車間距離と、前記自車両と前記障害物との相対速度、自車速、前記障害物の速度の少なくともいずれかとに基づいて算出される物理量であり、前記自車両が前記障害物に接近するほど大きくなることを特徴とする車両用運転操作補助装置。
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