JP4063283B2 - 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
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Description
本発明による車両用運転操作補助方法は、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を算出し、リスクポテンシャルに基づいて、車両操作機器に発生させる操作反力を算出し、操作反力を車両操作機器に発生させ、運転者の車線変更意図を推定し、車線変更意図の推定結果に基づいて自車両の将来の走行状況を予測し、将来の走行状況に応じて、車両操作機器に発生させる操作反力を補正し、運転者による運転操作機器の操作状態を検出し、車線変更意図ありと推定されると、現在の自車両の前方に存在する障害物に対するリスクポテンシャルと、車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルとを比較し、リスクポテンシャルの比較結果と運転操作機器の操作状態とに基づいて将来の走行状況を予測し、車線変更意図ありと推定されると、リスクポテンシャルの比較結果と運転操作機器の操作状態とに基づいて操作反力を補正する。
本発明による車両は、自車両周囲の障害物状況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、車両操作機器に発生させる操作反力を算出する操作反力算出手段と、操作反力算出手段によって算出された操作反力を車両操作機器に発生させる操作反力発生手段と、運転者の車線変更意図を推定する車線変更意図推定手段と、車線変更意図推定手段の推定結果に基づいて、自車両の将来の走行状況を予測する走行状況予測手段と、走行状況予測手段によって予測される将来の走行状況に応じて、車両操作機器に発生させる操作反力を補正する補正手段と、運転者による運転操作機器の操作状態を検出する運転操作状態検出手段とを備え、走行状況予測手段は、車線変更意図推定手段によって車線変更意図ありと推定されると、リスクポテンシャル算出手段によって算出される、現在の自車両の前方に存在する障害物に対するリスクポテンシャルと、車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルとを比較し、リスクポテンシャルの比較結果と運転操作状態検出手段によって検出される運転操作機器の操作状態とに基づいて将来の走行状況を予測し、補正手段は、車線変更意図推定手段によって車線変更意図ありと推定されると、リスクポテンシャルの比較結果と運転操作機器の操作状態とに基づいて操作反力を補正する車両用運転操作補助装置を備える。
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。
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自車両の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、先行車の後端)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、先行車までの車間距離と相対速度を検出する。検出した車間距離及び相対速度はコントローラ60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前方物体が検出される。
コントローラ60は、自車両周囲のリスクポテンシャルRPに基づいてアクセルペダル82に発生させる操作反力を制御し、リスクポテンシャルRPを運転者に伝達する。自車両が車線変更を行って反力制御の対象となる前方障害物が変化すると、アクセルペダル82に発生する操作反力も変化するため、運転者に違和感を与えてしまう可能性がある。
仮想ドライバの操舵角θidを算出するために、まず仮想ドライバの運転意図が車線維持である場合の前方参照点LK(i)を設定し、前方参照点LK(i)の横位置p_lkを算出する。前方参照点LK(i)の個数は任意であるが、ここでは自車両の前後方向中心線上に2つの前方参照点LK1,LK2を設定した場合を例として説明する。図7に示すように、自車両中心点Oから前方参照点LK1,LK2までの距離px(i)は、例えばpx(1)=10m、px(2)=30mに設定する(px={10m、30m})。距離px(i)は、例えば自車速に応じて設定することもできる。
p_lk(px(i))=lat_pos(px(i)) i={1,...,n}・・・(式1)
ここで、n=2である。
θid_lk=Σ{a(i)×p_lk(px(i))} ・・・(式2)
ここで、a(i)は前方参照点LK(i)における横位置p_lk(px(i))に重み付けをする重み付け係数であり、予め適切な値を設定しておく。
仮想ドライバの操舵角θidを算出するために、仮想ドライバの運転意図が右車線変更である場合の前方参照点LCR(i)を設定する。図7には、自車両の前方に2つの前方参照点LCR1,LCR2を設定した場合を例として示している。
p_lcr(px(i))=lat_pos(px(i))+lc_offset_lcr i={1,...,n}・・・(式3)
ここで、n=2である。オフセット量lc_offset_lcrは、右車線変更の場合の前方参照点LCR(i)の横位置p_lcr(px(i))を設定するために予め適切な値、例えばlc_offset_lcr=−1.75に設定する。
θid_lcr=Σ{a(i)×p_lcr(px(i))} ・・・(式4)
ここで、a(i)は前方参照点LCR(i)における車線内横位置p_lcr(px(i))に重み付けをする重み付け係数であり、予め適切な値を設定しておく。
仮想ドライバの操舵角θidを算出するために、仮想ドライバの運転意図が左車線変更である場合の前方参照点LCL(i)を設定する。図7には、自車両の前方に2つの前方参照点LCL1,LCL2を設定した場合を例として示している。
p_lcl(px(i))=lat_pos(px(i))+lc_offset_lcl i={1,...,n}・・・(式5)
ここで、n=2である。オフセット量lc_offset_lclは、左車線変更の場合の前方参照点LCL(i)の横位置p_lcl(px(i))を設定するために予め適切な値、例えばlc_offset_lcl=1.75に設定する。
θid_lcl=Σ{a(i)×p_lcl(px(i))} ・・・(式6)
ここで、a(i)は前方参照点LCL(i)における車線内横位置p_lcl(px(i))に重み付けをする重み付け係数であり、予め適切な値を設定しておく。
Pid=log{Probn((θid−θrd)/ρrd)} ・・・(式7)
ここで、Probnは、与えられた標本が、正規分布で表される母集団から観測される確率を計算するための確率密度変換関数である。
Pid_lc=max{Pid_lcr, Pid_lcl} ・・・(式8)
なお、車線維持の場合の近似度合Pid_lkは、実際のドライバが車線維持をする尤度(車線維持尤度Pr(LK))を表し、車線変更の場合の近似度合Pid_lcは、実際のドライバが車線変更をする尤度(車線変更尤度Pr(LC))を表す。このようにして実際のドライバの運転意図尤度を算出した後、ステップS1023へ進む。
このように運転意図推定装置100で推定された運転意図推定結果をステップS102で読み込んだ後、ステップS103へ進む。
TTC=−D/Vr ・・・(式10)
THW=D/V1 ・・・(式11)
RP=a/THW+b/TTC ・・・(式12)
ΔF=k・RPn ・・・(式13)
ここで、定数k、nはそれぞれ車種等によって異なり、ドライブシミュレータや実地試験によって取得される結果に基づいて、リスクポテンシャルRPを効果的に反力増加量ΔFに変換できるように予め適切に設定しておく。
図11(a)(b)に示すように、車線変更意図推定時点taにおいて隣接車線先行車B1,B2に対するリスクポテンシャルRPnextが自車線先行車Aに対するリスクポテンシャルRPoよりも小さい、またはRPnextとRPoとの差が所定範囲内で同等とみなせる場合で、かつアクセルペダル82が戻し方向に操作されている場合を、シーン1とする。
図13(a)(b)に示すように、車線変更意図推定時点taにおいて隣接車線先行車B1,B2に対するリスクポテンシャルRPnextが自車線先行車Aに対するリスクポテンシャルRPoよりも大きい場合で、かつアクセルペダル82が戻し方向に操作されている場合を、シーン2とする。
図15(a)(b)に示すように、車線変更意図推定時点taにおいて隣接車線先行車B1,B2に対するリスクポテンシャルRPnextが自車線先行車Aに対するリスクポテンシャルRPoよりも小さい場合で、かつアクセルペダル82が踏み込み方向に操作、あるいは保持されている場合を、シーン3とする。
図17(a)(b)に示すように、車線変更意図推定時点taにおいて隣接車線先行車B1,B2に対するリスクポテンシャルRPnextが自車線先行車Aに対するリスクポテンシャルRPoよりも大きい、またはRPnextとRPoとの差が所定範囲内で同等とみなせる場合で、かつアクセルペダル82が踏み込み方向に操作、あるいは保持されている場合を、シーン4とする。
図11(a)(b)に示すようなシーン1においては、制御対象が切り替わる車線変更意図推定時点taからアクセルペダル反力を遅く変化させる。これにより、とくに隣接車線先行車B1,B2に対するリスクポテンシャルRPnextが自車線先行車Aに対するリスクポテンシャルRPoよりも小さい場合に、自車線先行車Aと自車両との距離の調整を行いやすくする。
図13(a)(b)に示すようなシーン2においては、制御対象が切り替わる車線変更意図推定時点taからアクセルペダル反力を早く変化させる。これにより、例えば道路の合流地点で隣接車線に割り込むような状況において、隣接車線上の車両に対するリスクが高いという情報を早い段階で運転者に伝えるようにする。
図15(a)(b)に示すようなシーン3においては、制御対象が切り替わる車線変更意図推定時点taからアクセルペダル反力を早く変化させる。これにより、例えば道路の合流地点で隣接車線に割り込むような状況において隣接車線上の車両に対するリスク情報を早い段階で運転者に伝え、スムーズな運転操作を実現するようにする。
図17(a)(b)に示すようなシーン4においては、制御対象が切り替わる車線変更意図推定時点taからアクセルペダル反力を遅く変化させる。これにより、とくに隣接車線先行車B1,B2に対するリスクポテンシャルRPnextが自車線先行車Aに対するリスクポテンシャルRPoよりも大きい場合に、アクセルペダル反力の大きな変化を抑制する。
つづくステップS109では、ステップS108で決定した走行状況シーンがシーン1またはシーン4であり、制御対象の切り替えを遅くするか否か、すなわちアクセルペダル反力の推定時遅延制御を行うか否かを判定する。
(a)車線変更後の先行車に対するリスクポテンシャルの時間当たりの増加量(増加率)ΔRPvが所定値ΔRPvoを超える場合。
(b)運転者のアクセルペダル踏み込み速度ACCvが所定値ACCvoを超える場合。
(c)車線変更後の先行車に対するリスクポテンシャルRPが所定の最大値RPmaxを超える場合。
シーン1においては、図12(a)に示すように車線変更意図推定時点taまでは、自車線先行車Aを対象としたアクセルペダル反力指令値FAcが発生する。自車両が実際に車線変更を実行するタイミングtbよりも早い時点taで制御対象が切り替わるので、時点taからアクセルペダル反力指令値FAcは実線で示すように急に低下する。
(1)コントローラ60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に基づいて車両操作機器、具体的にはアクセルペダル82に発生させる操作反力の指令値FAを算出する。コントローラ60は、運転者の車線変更意図を推定する運転意図推定装置100の推定結果に基づいて自車両の将来の走行状況を予測し、アクセルペダル82に発生させる操作反力を補正する。これにより、運転者が車線変更を行う意図を持っていると推定される場合に、将来の走行状況に応じて予め適切な反力制御を行うことができる。
(2)コントローラ60は、リスクポテンシャルRPに基づいて算出される反力指令値FAを補正する。これにより、アクセルペダル82の操作反力を介してリスクポテンシャルRPを運転者に伝達しながら、将来の走行状況を考慮して適切な情報伝達を行うことができる。
(3)コントローラ60は、操作反力をアクセルペダル82に発生させる付与タイミングを、将来の走行状況に応じて補正する。具体的には、図8(c)に示すように、車線変更意図が推定されると、実際に車線変更を行うタイミングtbよりも早い車線変更意図推定タイミングtaで、車線変更後の隣接車線上に存在する車両に対するリスクポテンシャルRPnextに応じた操作反力の付与を開始する。さらに、図11(a)(b)に示すようなシーン1および図17(a)(b)に示すようなシーン4においては、隣接車線先行車Bに対するリスクポテンシャルRPnextに応じた操作反力の付与タイミングを、車線変更意図推定タイミングtaよりも遅らせる。これにより、図13(a)(b)に示すようなシーン2や、図15(a)(b)に示すようなシーン3のように、隣接車線先行車Bに対するリスクポテンシャルRPnextを早く知らせることが望ましい走行状況が予測される場合は、操作反力の付与タイミングを早くする。一方、シーン1やシーン4では、操作反力の付与タイミングを遅くすることによって、自車線先行車Aとの車間距離を調整しやすくしたり、アクセルペダル反力の急な変化を抑制する。これにより、予測される将来の走行状況に応じて、運転者に与える違和感を軽減しながら、必要な情報を確実に運転者に伝えることができる。
(4)コントローラ60は、運転者の運転操作量と、運転意図推定装置100の推定結果とに基づいて、自車両の将来の走行状況を予測する。具体的には、車線変更意図が推定される場合に、図10に示すように運転者の運転操作に基づいて自車両の将来の走行状況を予測する。これにより、運転者が車線変更を意図している場合に、将来的にどのような走行状況になるかを客観的に判定することができる。
(5)自車両の走行状況を予測する際の運転者の運転操作量としては、アクセルペダル82の操作量Sを用いる。運転者は車線変更を行う際に走行状況に応じたアクセルペダル操作を行う。そこで、アクセルペダル操作量Sを用いて将来の走行状況を予測することにより、将来的にどのような走行状況になるかを的確に判定することができ、適切な操作反力制御を行うことが可能となる。
(6)コントローラ60は、車線変更意図が推定される前後のリスクポテンシャルRPの変化と、運転操作量とに基づいて、将来の走行状況に対応するように操作反力を補正する。具体的には、図19に示すように、自車線先行車AのリスクポテンシャルRPoと隣接車線先行車BのリスクポテンシャルRPnextとの差と、アクセルペダル82の操作状態との関係から、操作反力をどのように補正するかを決定する。これにより、車線変更を行うことにより自車両の将来的な走行状況がどのようになるかを判定し、適切な操作反力制御を行うことが可能となる。
ここでは、車線変更意図推定時の遅延制御を行う際に、シーン1またはシーン4において、一時遅れフィルタを用いてアクセルペダル反力を緩やかに変化させる。具体的には、一時遅れフィルタの時定数Tsの係数Kshを、隣接車線先行車Bに対するリスクポテンシャルRPnextに基づいて設定する。係数Kshは、リスクポテンシャルRPnextが大きくなるほど大きくなるように設定する。
FAc=K×1/(1+(1+Ksh)×Ts)×FA ・・・(式14)
(式14)において、Kは適切に設定された定数である。
20:前方カメラ
40:車速センサ
60:コントローラ
70:アクセルペダル反力制御装置
80:サーボモータ
100:運転意図推定装置
Claims (10)
- 自車両周囲の障害物状況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、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前記リスクポテンシャルに基づいて、車両操作機器に発生させる操作反力を算出する操作反力算出手段と、
前記操作反力算出手段によって算出された前記操作反力を前記車両操作機器に発生させる操作反力発生手段と、
運転者の車線変更意図を推定する車線変更意図推定手段と、
前記車線変更意図推定手段の推定結果に基づいて、前記自車両の将来の走行状況を予測する走行状況予測手段と、
前記走行状況予測手段によって予測される前記将来の走行状況に応じて、前記車両操作機器に発生させる前記操作反力を補正する補正手段と、
前記運転者による運転操作機器の操作状態を検出する運転操作状態検出手段とを備え、
前記走行状況予測手段は、前記車線変更意図推定手段によって前記車線変更意図ありと推定されると、前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される、現在の自車両の前方に存在する障害物に対するリスクポテンシャルと車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルとを比較し、前記リスクポテンシャルの比較結果と前記運転操作状態検出手段によって検出される前記運転操作機器の操作状態とに基づいて前記将来の走行状況を予測し、
前記補正手段は、前記車線変更意図推定手段によって前記車線変更意図ありと推定されると、前記リスクポテンシャルの比較結果と前記運転操作機器の操作状態とに基づいて前記操作反力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、
前記補正手段は、前記操作反力算出手段によって算出される前記操作反力を補正する操作反力補正手段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に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記補正手段は、前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される前記リスクポテンシャルを補正するリスクポテンシャル補正手段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3のいずれか一項に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記補正手段は、前記車線変更意図推定手段によって前記車線変更意図ありと推定されると、前記操作反力発生手段による前記車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルに応じた前記操作反力の付与を開始し、前記操作反力の付与開始タイミングを前記リスクポテンシャルの比較結果と前記運転操作機器の操作状態とに基づいて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、
前記運転操作状態検出手段は、前記運転操作機器の操作状態として、アクセルペダルの操作状態を検出し、
前記走行状況予測手段によって、(a)前記車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルが前記現在の自車両の前方に存在する障害物に対するリスクポテンシャルよりも小さい、もしくは同等で、前記アクセルペダルが戻し方向に操作されていると判定された場合、または、(b)前記車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルが前記現在の自車両の前方に存在する障害物に対するリスクポテンシャルよりも大きい、もしくは同等で、前記アクセルペダルが踏み込み方向に操作、あるいは保持されていると判定された場合、前記補正手段は、前記車線変更意図推定手段によって前記車線変更意図ありと推定されたタイミングよりも前記車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルに応じた前記操作反力の付与開始タイミングを遅らせることを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 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、
前記運転操作状態検出手段は、前記運転操作機器の操作状態として、アクセルペダルの操作状態を検出し、
前記走行状況予測手段によって、(c)前記車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルが前記現在の自車両の前方に存在する障害物に対するリスクポテンシャルよりも大きく、前記アクセルペダルが戻し方向に操作されていると判定された場合、または、(d)前記車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルが前記現在の自車両の前方に存在する障害物に対するリスクポテンシャルよりも小さく、前記アクセルペダルが踏み込み方向に操作、あるいは保持されていると判定された場合、前記補正手段は、前記車線変更意図推定手段によって前記車線変更意図ありと推定されたタイミングで前記車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルに応じた前記操作反力の付与を開始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3のいずれか一項に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記運転操作状態出手段は、前記運転操作機器の操作状態として、ハンドル操舵状態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5に記載の車両用運転操作補助装置において、
前記補正手段は、前記車線変更意図推定手段によって前記車線変更意図ありと推定されたタイミングから前記車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルに応じた前記操作反力の付与開始タイミングまでの時間を、前記車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルが大きくなるほど長く設定することを特徴とする車両用運転操作補助装置。 - 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を算出し、
前記リスクポテンシャルに基づいて、車両操作機器に発生させる操作反力を算出し、
前記操作反力を前記車両操作機器に発生させ、
運転者の車線変更意図を推定し、
前記車線変更意図の推定結果に基づいて前記自車両の将来の走行状況を予測し、
前記将来の走行状況に応じて、前記車両操作機器に発生させる前記操作反力を補正し、
前記運転者による運転操作機器の操作状態を検出し、
前記車線変更意図ありと推定されると、現在の自車両の前方に存在する障害物に対するリスクポテンシャルと、車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルとを比較し、前記リスクポテンシャルの比較結果と前記運転操作機器の操作状態とに基づいて前記将来の走行状況を予測し、
前記車線変更意図ありと推定されると、前記リスクポテンシャルの比較結果と前記運転操作機器の操作状態とに基づいて前記操作反力を補正することを特徴とする車両用運転操作補助方法。 - 自車両周囲の障害物状況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、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前記リスクポテンシャルに基づいて、車両操作機器に発生させる操作反力を算出する操作反力算出手段と、
前記操作反力算出手段によって算出された前記操作反力を前記車両操作機器に発生させる操作反力発生手段と、
運転者の車線変更意図を推定する車線変更意図推定手段と、
前記車線変更意図推定手段の推定結果に基づいて、前記自車両の将来の走行状況を予測する走行状況予測手段と、
前記走行状況予測手段によって予測される前記将来の走行状況に応じて、前記車両操作機器に発生させる前記操作反力を補正する補正手段と、
前記運転者による運転操作機器の操作状態を検出する運転操作状態検出手段とを備え、
前記走行状況予測手段は、前記車線変更意図推定手段によって前記車線変更意図ありと推定されると、前記リスクポテンシャル算出手段によって算出される、現在の自車両の前方に存在する障害物に対するリスクポテンシャルと、車線変更後に存在する障害物に対するリスクポテンシャルとを比較し、前記リスクポテンシャルの比較結果と前記運転操作状態検出手段によって検出される前記運転操作機器の操作状態とに基づいて前記将来の走行状況を予測し、
前記補正手段は、前記車線変更意図推定手段によって前記車線変更意図ありと推定されると、前記リスクポテンシャルの比較結果と前記運転操作機器の操作状態とに基づいて前記操作反力を補正する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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