JP4596459B2 - 自動車における非常制動プロセスを自動的に開始する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は，自動車における，先行する警告制動を伴って非常制動プロセスを自動的に開始する方法，および，この方法を実施するための制御装置に関する。

自動車は，車両ガイドによって運転者を支援し，かつ運転者における所定の走行操作の実施を容易にする，運転者アシストシステムを搭載することが多くなってきている。既知の運転者アシストシステムの例は，レーダー支援される間隔警告システムまたは間隔制御システム（ＡＣＣ：Adaptive Cruise Control）であり，同システムにおいては車両に取り付けられたレーダーセンサを用いて前を走行する車両の間隔と相対速度が測定され，車両の自己速度にも依存した所定の安全間隔を下回った場合に，運転者に警告が出力され，あるいは，車両の駆動システムおよび／またはブレーキシステムへの介入によって前を走行する車両に対する間隔が自立的に制御される。

ＤＥ４３１０３５４Ａ１には，この種の間隔制御システムが記載されており，同システムにおいては，前を走行する車両に接近し所定の警告間隔を下回った場合，運転者，車両同乗者および場合によっては後続交通に，差し迫ったブレーキ操作に対する準備のために比較的ソフトな警告制動が実施され，その後，前を走行する車両に対する間隔がさらに減少した場合には，間隔を目標間隔に制御するという目的で，ブレーキシステムへの自動的な介入が行われる。この提案によれば，警告制動を，同時に走行路の摩擦係数に関する詳細な認識を獲得するために利用しようとしており，その摩擦係数は道路条件，タイヤ状態および天候条件に依存し，それがブレーキ操作とそれに伴う車両の停止経路に影響を与える。その場合に警告制動の際に獲得される摩擦係数に関する情報は，間隔制御の目標値を変化させるために利用される。警告制動の際に，走行路が比較的小さい摩擦係数を有することが明らかになった場合，それに応じてより大きい目標間隔が選択されるので，走行安全性が向上する。

それに対して本発明は，運転者アシストシステムの他の観点，すなわち自動的な非常制動（ブレーキ）に関する。ここでは，比較的突然障害物が発生した場合に，運転者自身が障害物に間に合う時期に気づかず，あるいは，十分迅速に反応しない場合に，自動的な非常制動プロセスが開始されることが重要である。これらの場合に，非常制動の開始によって，緊急の衝突の危険を回避し，あるいは，衝突がすでに不可避である場合には，少なくとも損傷，特に人的損傷を制限しようとしている。

自動的な非常制動の機能も，レーダーセンサまたは同様なセンサ技術による自動的な障害物認識に基づいている。その場合に自動的な障害物認識と妥当な状況評価に基づいて，システムは，非常制動を導入すべきか，ないしはいつ導入すべきか，を決定しなければならない。ここで，本来，非常制動より警告制動が先行し，その警告制動は第１に，運転者に危険状況に気づかせ，かつ運転者の事象へのアクティブな介入を促すという，目的を有している。

その場合，一般に，この種の非常制動を搭載した車両は，アンチブロッキングシステム（ＡＢＳ）および／または走行動特性を安定化させるための，電子的な安定化プログラム（ＥＳＰ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｏｇｒａｍ）を有していると仮定される。これらのシステムは，フルブレーキングの場合でも車両がまだ操作可能であり続けることを保証する。従って好ましい衝突回避ストラテジーは，通常，硬直した操舵のままできるだけ迅速に停止状態へ制動することにはなく，むしろ，連続するブレーキプロセスの間に，操舵への介入による回避操作を行い，それによってできるだけ障害物を迂回することにある。

多くの場合に，例えば，障害物が，突然右の隣接車線から横滑りしてきた低速の車両であった場合，運転者は，例えば横滑りして来た車両の運転者にクラクションまたはパッシングライトによって警告することにより，あるいは（３車線の道路において）左の隣接車線へよけることが可能であるかを調べるため，後続交通の情報を得ることにより，危険状況を他の方法によって回避することを試みる。従って運転者は，突然，多くの動作を実際に同時に行う必要性に直面する。その場合に過大な要求がもたらされやすく，その結果，運転者は，運転者自体に必要な非常制動を決定的な何分の１秒かだけ遅く開始することになる。このような背景から，自動的な非常制動機能は，走行安全性を向上させる有意義な支援措置となる。

しかし，自動的な非常制動の効果と導入に対して決定的に必要なことは，非常制動機能が，一方では間に合う時期に，他方では早すぎずかつ不必要に開始されないことにある。非常制動プロセスの早まったあるいは過剰な開始は，快適性を著しく損なうだけでなく，後続交通をとまどわせて，それ自体が事故原因となる可能性もある。

従って，本発明の課題は，非常制動（非常ブレーキ）プロセスの開始時点を最適化することが可能な，方法および制御装置を提供することである。

この課題は，冒頭で挙げた種類の方法において，警告制動の際に達成可能な車両減速が求められ，かつ非常制動の開始の時点が，求められた車両減速に基づいて設定されることによって，解決される。

従って提案されている解決は，上述した方法における間隔制御に使用される措置に対して所定の類似性を有しているが，ここでは，この措置が他の文脈にあって，他の目標設定を追求するために用いられる。本発明における目標設定は，警告制動と，本来の非常制動との間の時間的な遅延を，車両の求められた減速能力に従って修正することにある。その場合に本発明は，警告制動と本来の非常制動の開始との間に，正常時においては，運転者に危険状況に対して心構えをし，例えば必要な回避操作に備える機会を与えるための，典型的に１秒かそれより短い規模の所定の待機時間が経過する，という考えに基づいている。しかし，警告制動の際に，実際の道路状態に基づいて車両の減速能力が著しく減少されていることが明らかな場合には，通常時に意味のある待機時間を著しく，極端な場合にはゼロまで短縮することができる。従ってこの特殊な場合，待機時間の短縮に応じて非常制動をより早く開始することが可能である。

警告制動は非常制動に直接先行し，警告制動の際に求められた車両の減速能力は高い信頼性をもって実際の走行路状態を表しているので，非常制動を開始するための時点を適切に選択することができる。同時に，警告制動と非常制動との間の可変のインターバルによって所定の余地が得られ，その余地は，警告制動の開始に対して比較的遅い時点を決定し，それによって，システム全体の許容の問題である不必要な誤警告の頻度を減少させる。

本発明の好ましい形態が，従属請求項から明らかにされる。

警告制動の際に求められる達成可能な車両減速の適当な尺度として，特にタイヤと走行路表面との間の摩擦係数が注目され，その摩擦係数はＥＳＰシステムの範囲内でも必要であり，かつ求められる。しかし，達成可能な車両減速は，他の変量によって，特に，最近の幾つかの車両タイプ，所謂トラック（Ｖａｎｓ）において全体の重さが相当な割合に達し，従ってブレーキ動作に重大な影響を有する可能性のある積載によっても，影響を受ける可能性がある。この積載の影響も，警告制動の際に求めて，その後適切に考慮することができる。

摩擦係数と場合によっては積載も，ＥＳＰ機能の範囲内において本来の非常制動との間に必要とされるので，本発明は同時に，警告制動の際にすでに求められているこの変量をＥＳＰシステム内に記憶させる好ましい可能性を提供し，その変量は非常制動の際に始めから提供され，ブレーキプロセスの所望の特に迅速な開始を可能にする。

減速能力をできるだけ正確に定めるために，警告制動の間にブレーキ圧を増大させ，少なくとも１つの車輪において短時間のブロッキングを行い，それに伴ってスリップに到達する最大値を求める。その場合，ブロッキングされた車輪に対し，摩擦係数を，公知の方法，例えば車輪がブロッキングしたブレーキ圧を用いて，あるいは選択的に，ブレーキを緩めた後に車輪を再び加速させる角加速度を用いて正確に定めることができる。この角加速度は，摩擦係数に関係するトルクと，車輪の既知の慣性モーメントとの商によって与えられる。

警告制動の際にはまだ最大の車両減速は望ましくないので，警告制動の際には，車両の特定の車軸における車輪のみ，好ましくは駆動される車軸の車輪を制動することが望ましい。その場合に制動される車輪と自由回転する（スリップのない）車輪との車輪速度を比較することによって，制動される車輪のスリップを正確に定めることが可能になる。

非常にグリップの良い走行路であって，従って摩擦係数が大きい場合には，警告制動の途上で，場合によっては，制動される車輪を実際にスリップ限界まで制動することは不可能であり，あるいは無意味である。従って警告制動の間にブレーキ力を単に所定の最大値まで高めると効果的である。制動される車輪に取り立てて言うほどのスリップが発生することなしに，この最大値が達成された場合には，それは，道路の高い摩擦係数を示唆しており，その場合には本来の非常制動の時点を定める際に，測定された摩擦係数の代わりに，高い摩擦係数に応じた高い値が基礎となる。

以下，本発明の実施形態を，図面を用いて詳細に説明する。

図１は，自動車内の自動的な非常制動のための制御装置を，ブロック図として示している。制御装置は，状況評価ユニット１０とＡＢＳ／ＥＳＰ制御ユニット１２とを有している。上記状況評価ユニット１０は，例えばＡＣＣシステム（Adaptive Cruise Control）の一部とすることができ，車両の前にある対象を位置測定する，図示されていないレーダーシステムから信号を得る。上記ＡＢＳ／ＥＳＰ制御ユニット１２は，一般に，運転者自身によるあるいはＡＣＣシステムによって促されるものを含めて，制動プロセスを制御するため，および，走行動特性を安定化させるために用いられ，特に，車両のすべての制動される車輪におけるブレーキ圧を，タイヤの十分な道路グリップが保証されるように開ループ制御もしくは閉ループ制御する機能を有している。

状況評価ユニット１０がそれぞれ位置測定された対象についてレーダーセンサから得るデータは，対象に対する測定された間隔Ｄ，ドップラーシフトを用いて定められた，対象の相対速度Ｖｒおよび角度データ（図示せず）であり，それらに基づいて，位置測定された対象が自己の走行車線上にあってかつ重要な障害物であるか，が決定される。便宜上，図１では，唯一の重要な対象のみが存在すると仮定されている。上記間隔および相対速度データに基づいて，状況評価ユニット１０は，衝突の危険が存在するかどうかを決定する。そのために状況評価ユニット１０は，自己車両をフルブレーキした場合に，測定された相対速度Ｖｒを間隔Ｄの範囲内でゼロに減少させることができるか，または，間隔Ｄがゼロに減少したときどのような残留相対速度（衝突速度）が残っているか，を計算する。その場合，フルブレーキングの際の自己車両の減速を計算するために，現実的な値を基礎としなければならない。その現実的な値は，予備知識が存在しない限り，走行路の摩擦係数と自己車両の自重とに対する妥当な評価に基づいている。車両の自重については，通常予備知識を得ることができる。というのは，この自重が，ＡＣＣ制御の範囲内で車両の加速動作を用いて，かつエンジンマネージメントシステム内で提供可能な駆動トルクを用いて，多かれ少なかれ正確に見積もられるからである。走行路の摩擦係数について，特に氷または雪で滑る走行路上における摩擦係数の予備知識を予め設けておくことができる。というのは，ＥＳＰシステムが，駆動スリップ制御の範囲内でしばしばアクティブにされ，かつこの制御の範囲内において走行路の摩擦係数も求められ，さらに評価されているからである。一般的に，この種の予備知識が存在していない場合，摩擦係数は，乾燥した通常のグリップの走行路を仮定して評価される。例えば，ウィンドウワイパーが連続的にオンにされている場合には，湿った走行路のための評価値が基礎とされるといったように，評価値を細かく分けることも可能である。

その後，このように見積もられた車両の減速能力に基づいて，衝突の危険が見積もられ，緊急な衝突の危険により，まず警告制動を開始すべき時点ｔ０が定められる。さらに，例えば０．８秒の所定の時間的遅延をもって警告制動に続く，本来の非常制動の暫定的な値ｔ１が定められる。衝突の危険の評価とそれに伴う時点ｔ０とｔ１の決定に，例えば測定された相対速度Ｖｒの時間的な微分を考慮することによって，障害物の動特性を取り入れることもできる。例えば，障害物が，前を走行するそれ自体がフルブレーキングを始めた車両である場合に，自己の車両の自己速度がほとんど変化しないときは（負の）相対速度Ｖｒの絶対値が急速に増大し，前を走行する車両がいつ停止状態へ制動されるかが見積もられる。

頻繁な誤警告は回避されるべきなので，時点ｔ０とｔ１を決定する場合に厳しい衝突回避ストラテジーを追求することは，実際には不可能であることが多い。むしろ，時点ｔ０とｔ１は，時点ｔ１で非常制動が開始された場合でも，運転者が回避操作を行わない限り，あるいは他の方法でこの状況をクリアしない限り，衝突がもたらされるように定められる。もちろん，時点ｔ０とｔ１は，衝突速度が，通常の状況下において少なくとも車両同乗者の損傷をもたらさない程度に減少されるよう選ばれる。その場合に許容される衝突速度の決定に，車両のクラッシュ動作に関する車両固有のデータが取り入れられ，同様に，エアバッグのようなパッシブな安全システムの存在ないし不在も取り入れられる。

時点ｔ０とｔ１が上記のように定められた場合，時点ｔ０において，ＡＢＳ／ＥＳＰ制御ユニット１２は警告制動を開始する指令を受け取る。この警告制動の途中でブレーキ力はだんだんと高められ，ＥＳＰシステムは，制動される車輪にスリップが発生するかどうかを調べる。例えば，警告制動は，後車輪のみによって実施されるので，スリップＳを計算するための基準として前車輪の車輪速度を利用することができる。その場合にスリップは，例えばＳ＝（Ｖｕ−Ｖｂ）／Ｖｕとして計算され，その場合にＶｕは制動されない車輪の車輪速度であり，Ｖｂは制動される車輪の車輪速度である。従って制動される車輪がブロッキングした場合（Ｖｂ＝０），Ｓ＝１が成立する。その場合に測定されたスリップＳと既知のブレーキ力Ｆを用いて，走行路の摩擦係数ないし車両の減速能力が定められ，例えば負の加速度値ａによって表現される。この減速能力ａは，状況評価ユニット１０へフィードバックされ，そこでまず，暫定的に計算された時点ｔ１を，より正確にわかった道路の摩擦係数に修正するために用いられる。摩擦係数が低く，従って減速能力が小さい場合には，時点ｔ１は前へ動かされ，それに従って本来の非常制動がより早く開始される。

このプロセスが，図２と３に例で示されている。

図２（Ａ）の水平軸には時間ｔが記入され，垂直軸には制動される車輪に作用するブレーキ力Ｆが記入されている。カーブ１４は，ブレーキ力に時間的な推移を示している。状況評価ユニット１０によって計算された時点ｔ０から警告制動が開始される。この警告制動の途上において，ブレーキ力Ｆは所定の上昇率で連続して増大し，制動される車輪にスリップがあれば，それが測定される。図２（Ｂ）の破線で示すカーブ１６は，測定されたスリップを示している。仮定された例においては，警告制動の間にスリップが発生していないことが示されている。これは，走行路が比較的高い摩擦係数（元々の評価のように）を有していることを意味している。従って非常制動を開始する時点として暫定的に仮定された値ｔ１を変更する必要はない。警告制動は，もたらされたブレーキ力Ｆ（またはブレーキトルクあるいは同様なパラメータ）が所定の最大値Ｆｍａｘに到達すると中断される。

その後時点ｔ１で，本来の非常制動が開始される。走行路が比較的グリップがよく，Ｆｍａｘの下方のブレーキ力においてまだスリップが発生しないことが既にわかっているので，ここではブレーキ力を少なくとも点Ｆｍａｘまでより高い上昇率（急勾配）で増大させることができ，これに応じてブレーキプロセスはより速く開始される。ブレーキ力を，Ｆｍａｘを越えてさらに上昇可能な場合には，上昇率を幾分変化させる（例えば，勾配を緩める）と効果的であって，それによって車輪スリップが開始する正しい時期を認識でき，システムのオーバーシュートを防止することができる。その後，車輪スリップが発生すると（カーブ１６），すぐに，ブレーキ力はＡＢＳ制御の範囲内で公知のように変化され，車両は確実に停止状態に制動される。

図３は，同じプロセスを滑りやすい走行路上で説明している。計算された時点ｔ０で，警告制動が開始される。しかし，走行路の摩擦係数が小さいので，図３（Ｂ）のカーブ１６が示すように，小さいブレーキ力Ｆｓにおいてすでに車輪スリップが発生する。警告制動は，ブレーキ力をだんだんと増大させながら，スリップＳが所定の限界値（≦１）に達するまで，例えば制動される車輪がブロッキングするまで続行される。その後に初めて，警告制動が中断される。このようにして制動される車輪の動的な動作に基づいて，走行路の摩擦係数が正確に定められ，それから得られた，車両の減速能力ａが状況評価ユニット１０へフィードバックされる。この状況評価ユニットはそれを受けて，非常制動を開始する時点ｔ１を修正する。図３（Ａ）において，非常制動がｔ１より早い時点ｔ１’で開始されていることが認められる。それぞれ測定された走行路の摩擦係数が小さくなるほど，それだけ時点ｔ１’が前へ移動される。走行路がつるつるした極端な場合においては，警告制動から非常制動に中断なしで接続するように，その時点を前へ移動させることができる。

警告制動ｔ０と非常制動ｔ１’の間に所定の遅延時間が残っている限りにおいて，ここでも点ｔ１’から高い上昇率でブレーキ力Ｆが値Ｆｓまで高められる。この値はすでにわかっているので，急速なブレーキ圧構築にもかかわらずブレーキ圧のオーバーシュートを防止することができる。引き続き，ブレーキ圧を通常の方法で再び変化される。

従って，非常制動を開始するための時点ｔ１’を前へ移動させることによって，全体として提供される制動時間が増大されるので，減速能力ａの初期の誤評価を少なくとも部分的に再び補償することができる。さらに，スリップ限界を早期に認識することが，非常制動プロセスの開始を最適化することを可能にする。

方法を実施するための制御装置のブロック図である。 （Ａ）および（Ｂ）は，グリップの良い走行路上の非常制動プロセスにおけるブレーキ力と車輪スリップの時間的な推移を示している。 （Ａ）および（Ｂ）は，滑りやすい走行路上の非常制動プロセスについての，図２（Ａ）および（Ｂ）と同様のタイミングチャートである。

Claims (6)

1. 車両において先行する警告制動プロセスを伴う非常制動プロセスを自動的に開始する方法であって，
   前記警告制動プロセスに際して，１以上の車輪をロッキング限界まで減速し，前記ロッキング限界の車輪について走行路と前記車輪の間の摩擦係数を取得し，かつ
   前記警告制動プロセスの始動と前記非常制動プロセスの始動の間の時間間隔を，前記取得した摩擦係数から求められる前記車両の減速能力に基づき変化させ，
   前記非常制動プロセスの初期段階において，前記警告制動の際に増大された制動力以下の範囲では前記制動力が相対的に高い上昇率で増大し，前記警告制動の際に増大された制動力を超える範囲では前記制動力が相対的に低い上昇率で増大することを特徴とする，非常制動プロセスを自動的に開始する方法。
2. 前記警告制動プロセスに際して，前記車両の単一の軸の車輪が制動されることを特徴とする，請求項１に記載の方法。
3. 前記単一の軸の制動された車輪は，駆動軸の車輪であることを特徴とする，請求項２に記載の方法。
4. 前記警告制動の際に，少なくとも１つの車輪が前記ロッキング限界に達するまで，または前記制動力もしくは前記制動力と相関する状態量が所定の最大値（Ｆｍａｘ）に達するまで，前記制動力（Ｆ）が増大され，かつ
   車輪が前記ロッキング限界に達することなく前記最大値が達成された場合に，前記摩擦係数について，より高い算出値が基礎にされることを特徴とする，請求項１に記載の方法。
5. 前記警告制動の際に求められた前記摩擦係数は，前記非常制動を開始する際のブレーキ圧機構の制御に考慮されることを特徴とする，請求項４に記載の方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法を実施するための制御装置において：
   状況評価ユニット（１０）は，障害物との測定された間隔（Ｄ）および障害物の測定された相対速度（Ｖｒ）に基づいて，並びに，前記車両の減速（ａ）のための暫定的な値に基づいて，警告制動を開始する時点（ｔ０）と，かかる時点より遅い，非常制動を開始する暫定的な時点（ｔ１）を定めるように構成されており，
   前記制動される車輪のスリップ状態に基づいて前記制動圧力を変化させ，走行路との前記摩擦係数も計算するように構成されたＡＢＳ／ＥＳＰ制御ユニット（１２）は，前記警告制動の際に前記摩擦係数を求めて，前記状況評価ユニット（１０）へ報告し，かつ
   前記状況評価ユニット（１０）は，前記求められた摩擦係数によって与えられる前記車両の減速（ａ）に基づいて，前記非常制動を開始するための前記暫定的に仮定された時点（ｔ１）を修正することを特徴とする，制御装置。

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