JP4831509B2 - 自動車における衝突警告方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の自動車における衝突警告方法に関する。

現在の路面車両特に商用車両は、速度を一定保持するためのいわゆるクルーズコントロールシステムをますます備えるようになっている。このシステムは、自動車道路又は高速道路上で、運転者により規定可能な一定の巡航速度を設定しかつ保持する役割を持っている。この速度は、車両が上り坂又は下り坂を走行する時にも維持されねばならない。このためシステムは、適当に絞り弁を開くが、又は絞り弁の開度を減少するが、又は（通常の場合）車両の持続動作制動機（リターダ）を操作することができる。

上記のＡＣＣ（適応クルーズコントロール）又は間隔制御システム用の別の改良段階において、このシステムは先行する車両に対する間隔も検出して一定に保持することができる。そのためこの間隔を検出するセンサを組込むことが必要である。センサは例えばレーダセンサ又はレーザセンサとして構成することができる。先行する車両に対する間隔が所定の目標間隔まで減少し、これが間隔センサにより検出されると、ＡＣＣにより絞り弁を閉じるか又は常用制動機も更に操作することによって、車両間隔がこの目標値に制御される。所定の目標間隔は例えば貨物自動車に対して５０ｍである。その時車両速度は、設定された巡航速度より下にあるようにすることができる。続いて先行する車両が再び加速されると、設定された巡航速度が再び制御される。安全上及び快適さの理由から、ＡＣＣにより常用制動機が、約２．５ｍ／ｓ^２の車両減速度まで、従って最大に可能な６〜８ｍ／ｓ^２の減速度よりずっと下まで操作される。

先行する車両が急に強く減速されるが、又は別の車両が隣接する車線から突然先行する車両に対する安全間隔へ入って来ると、ＡＣＣに対して危険な条件が生じる。これらの場合、事故を避けるため、運転者への適当な警告（システム限界警告）を生じることが公知である。ＡＣＣの上述した制動機能が充分でない時、運転者は付加的な運転者制動によりＡＣＣを援助するので、先行する車両に対する充分な安全間隔を維持することができる。

しかし追突事故の危険が検知されると、運転者はＡＣＣの付勢状態に関係なく警告されることができる（衝突警告）。

米国特許第５，９３１，５４７号明細書から、衝突防止システムが公知であり、自身の車両の前にある障害物へのいわゆる衝突時間が所定の警告時間より小さいと、このシステムが運転者に対して音響警告を発する。この場合車両の液圧制動機が自動的に操作される。その際先行車両に対する間隔は、レーザ距離センサで求められる。例えば運転者制動により既に存在する車両の制動圧カが規定閾値より下にある時にのみ、自動制御が行われ、即ち運転者が充分に制動しない時にのみ、自動制動が行われる。

この公知のシステムでは、衝突時間ＴＴＣ又は“衝突までの時間”の計算は、次式によって行われる。

ここでΔｖは両方の車両の間の差速度である。ＴＴＣが閾値を下回ると、警告される。しかしこの方法は、特に小さい間隔又はほぼ零の相対速度の場合、実際の計算が非常に大きいＴＴＣを生じる、という欠点を持っている。それによりこの場合状況はＡＣＣにより危険なしと評価される。なぜならば、僅かな間隔のため危険な状況が存在しても、ＴＴＣが閾値より上に留まるからである。

更に上記の式による公知の計算は、著しく動的な走行状況の場合にも、即ち車両の間隔及び相対速度が常に著しく変化する時にも、適切とみなされる。

欧州特許出願公告第６８２７８６０号明細書から、車両用の間隔制御方法及びこの方法を実施するための装置が公知であり、自身の車両と先行する車両との間の目標間隔の超過の際、運転者に警告が与えられる。目標間隔は、自身の車両の走行速度、天候及び車両の走行態様に関係している。警告信号により運転者は、ＡＣＣによる制動に加えて手動で車両を制動することを要求される。車両の走行反応又はその走行様式は、今までの加速反応及び制動反応を介して求められる。

最後に米国特許第６，６０４，０４２号明細書から制動制御システムが公知であり、自身の車両が前にある物体に接近すると、自動制動を開始することができる。公知のシステムは、更に運転者が先行する車両を追い越そうとしているか否かを識別する。この場合万一の運転者制動の前に開始される自動制動が防止される。公知の方法は、更に先行する車両との衝突を避けるために必要な自身の車両の目標減速度を計算する。計算された目標減速度は、比較回路において自身の車両の減速度閾値と比較される。計算された目標減速度が所定の閾値より大きいか又はこれに等しく、同時に別の条件が満たされている時に、自身の車両の自動制動が開始される。

この公知の方法は、運転者による可能な付加制動を含めず、運転者反応時間も考慮しない。先行する車両に対する必要な残り時間も同様に考慮しない。更に運転者に対して制御介入とは無関係な衝突警告信号も発生しない。

本発明の基礎となっている課題は、間隔センサを備えている自動車において、上記の欠点を持たず、多分ＡＣＣ制動の終わり又は運転者制動の後に、先行する車両に対する残り間隔を維持できない場合、運転者のために信頼できる警告信号を発生できる、衝突警告方法を提示することである。

この課題は、請求項１に含まれる発明によって解決される。従属請求項は適切な展開を含んでいる。

本発明による方法は、発生される警告信号への運転者の反応時間を考慮するという特別な利点を持っている。この反応時間は、運転者が既に制動している時にも考慮される。この場合運転者反応時間、従って通常の制動から必要とされるもっと強いか最大の制動までの時間は、非制動から制動までの反応時間より当然小さい。なぜならば、運転者の足は既に制動ペダルの上にあるからである。

本発明による方法の別の利点は、行われる計算は物理的に正しく、従っていかなる状況においても使用可能なことである。それにより誤警告の危険が回避される。基準のすべての式は、その簡単な数学的構成のため、固定小数点演算を持つマイクロコントローラにより、限られた計算能力でも問題なく実現可能である。

図面により本発明が以下に詳細に説明される。

図１には、車両“ｅｇｏ”及び先行する車両“ｖｏｒｎｅ”が概略的に示されている。両方の車両のそのつどの間隔はｄｘである。仮想０線に対する両方の行程座標はＸｅｇｏ及びＸｖｏｒｎｅである。これらの行程座標は、Ｘｖｏｒｎｅ−Ｘｅｇｏ＝ｄｘに定義されている。

既に上述したように、周辺検出用の先を見るセンサ（例えばＡＣＣシステムの間隔センサ）を持つ車両に対して、原理的に衝突警告を出すことができる。この警告は、音、光又は触覚信号の形で行うことができる。

前述したセンサ例えばレーダセンサにより、先行する車両に対する間隔及び／又は相対速度を求めることができる。自身の車両の速度及び加速度又は減速度は、公知のように車輪センサを介して求めることができる。上述したように求められた間隔又は相対速度により、先行する車両の速度及び加速度又は減速度も求めることができる。前記のデータは、衝突警告の後述する誘導のために必要とされる。

衝突警告を実現するため、周囲センサ装置のほかに、現在の交通状況において衝突警告が必要であるか否かを計算する適当なアルゴリズム（ソフトウエア）を持つ制御器も必要なことはもちろんである。

低速の目標が自身の車両の前に突然現われるか、又は先行する車両が突然減速され（又は両方の問題が同時に起こる）ことによって、危険な交通状況が生じることが一般にある。

運転者反応時間のほかに、警告基準の形成のために、間隔制御中又は運転者介入中に万一の車両減速を知ることが役に立つ。近似的には、運転者が手動制動介入の際約６〜８ｍ／ｓ^２で減速できることを前提とすることができるが、欧州市場で利用可能な運転者補助システムは、縦方向の動的制御のため、通常２．５ｍ／ｓ^２までを生じる。この比較的小さい値は、安全上の理由から自動全制動は責任を負うことができないことで、根拠づけられている。なぜならば、後続の車両はもはや適時に制動できず、追突事故を起こすことがあるからである。このことは次の理由からも責任をとることができない。即ち全制動のためのＡＣＣの指令が誤って出されることもあるということを、完全に防止できないからである。

衝突警告のための基準、しかも特に後続車両“ｅｇｏ”のための車両減速度ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆの式が以下に誘導されるが、この式は、先行する車両に対する残り間隔ｄｘ_Ｒｅｓｔを維持できるようにするため、運転者反応時間Ｔ_{Ｒｅａｋｔ}の経過後車両によりＡＣＣの警告信号へ加えられねばならない。

こうして計算された減速度ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆの値が、ＡＣＣにより実現可能な減速度より上にある場合（これは比較によって知ることができる）、付加的な制動によりＡＣＣを援助することを運転者に要求するシステム限界警告が出される。

しかもこうして計算された減速度ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆの値が、運転者により発生すべき仮定最大減速度より上にある場合、ＡＣＣには関係なく、一般的な衝突警告が発生される。

基準即ち計算された必要な減速度ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆは、図２によれば、運転者が反応時間Ｔ＿Ｒｅａｋｔを持ち、この反応時間の経過後、例えば全制動により車両を減速度ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｒｅｍｓで減速できる、という仮定に基いている。反応時間Ｔ＿Ｒｅａｋｔは基準の適合パラメータであり、状況に関係している。例えば運転者が危険な状況を既に知っており、従って足が制動ペダルにある時、反応時間は短くされる。

先行する車両が全計算過程にわたってその現在の運動状態を続けているものと仮定する。即ち前の車両の加速度ａ＿ｖｏｒｎｅは、計算サイクル中一定のままである。計算は例えば５０ｍｓ行われる。

次に誘導される警告基準は、常に警告アルゴリズムの各クロック時間において、自身（ｅｇｏ）及び先行する（ｖｏｒｎｅ）車両の運動状態を、現在の運動状態に基いて将来へ外挿し、それにより先の車両への追突を避けるため、即ち残り間隔ｄｘ_Ｒｅｓｔを維持するため、上述した反応時間Ｔ＿Ｒｅａｋｔの経過後生じなければならない減速度ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆを計算する。

こうして計算されたａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆの値が、通常の条件で運転者により生じることができる車両減速度よりまだ上にあると、ＡＣＣにより、上述したシステム限界警告に加えて一般的な運転者衝突警告を発生せねばならない。

次の計算が基準の基礎になっている。各サイクル時間又はサイクルにおいて基準が新たに計算される。現在の時点（“０”）は、図２に示されている線図の時間の始めに相当する。

自身の車両（“ｅｇｏ”）が、将来において現在の減速度を反応時間“Ｔ＿Ｒｅａｋｔ”の終了（時点“１”）まで維持するものと仮定する。反応時間の終わりに、自身の車両及び前の車両の運動状態は次のように計算される。
図１による一般的な関係
間隔 ： ｄｘ＝Ｘ_{ｖｏｒｎｅ} − Ｘ_ｅｇｏ
相対速度 ： ｄｖ＝Ｖ_{ｖｏｒｎｅ} − Ｖ_ｅｇｏ

まず両方の車両の相対運動の一般式が時間（ｔ）に関係して立てられる。間隔ｄｘ（ｔ）及び相対速度ｄｖ（ｔ）の次の計算は、反応時間中（０＜ｔ＜Ｔ＿Ｒｅａｋｔ）従って図２の時点“０”と“１”との間で成立する。

ここでｄｘｏ＝時点０における間隔
ｖ＿ｏ＝時点０における速度
ａ＿ｏ＝時点０における減速度
ａ_{ｅｇｏ＿Ｒｅａｋｔ}＝時点“０”と“１”との間における自身の（一定な）減速度

上記の式の特殊な場合として、ｔ＝Ｔ＿Ｒｅａｋｔとし、従って前計算において反応時間の終わり（時点“１”）にあると、次の式が得られる。

さて反応時間Ｔ＿Ｒｅａｋｔの経過後、前の車両への追突を避けかつ僅かな残り間隔ｄｘ＿Ｒｅｓｔ（例えば５ｍ）を保証するために充分である自身の車両の減速度ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆが計算される。

その場合次の時間間隔のために、車両運動即ち間隔ｄｘ（ｔ）及び差速度ｄｖ（ｔ）のための一般式が立てられ、しかも（Ｔ＿Ｒｅａｋｔ＜ｔ＜Ｔ＿Ｂｒｅｍｓ）のため即ち図２における“１”と“２”との間の時間間隔のための式が立てられる。

ここでｄｘ_１，ｄｖ_１＝時点“１”における間隔又は相対速度
ａ_{ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆ}＝時点“１”と“２”との間における自身の車両の（一定の）減速度

ｔ＝Ｔ＿Ｂｒｅｍｓとし、従って前計算において時間的に制動操作の終わり（時点“２”）にあると、次式が得られる。

さて付加的な情報として、前計算へ、残り間隔に達すると（時点“２”）両方の車両の残り間隔ｄｘ（ｔ）がｄｘ_Ｒｅｓｔとなり、相対速度ｄｖ（ｔ）が完全に低下し即ち０になることが、前計算へ入れられる。従って次式が得られる。
ｄｘ_{Ｔ＿ｂｒｅｍｓ}＝ｄｘ（ｔ＝Ｔ＿Ｂｒｅｍｓ）＝ｄｘ_ｒｅｓｔ
ｄｖ_{Ｔ Ｂｒｅｍｓ}＝ｄｖ（ｔ＝Ｔ＿Ｂｒｅｍｓ）＝０

Ｔ＿Ｂｒｅｍｓにより式ｄｖ（ｔ＝Ｔ＿Ｂｒｅｍｓ）＝０を解き、結果をｄｘ（ｔ＝Ｔ＿Ｂｒｅｍｓ）の式へ入れると、次の関係を見出すことができる。

この式のすべての要素はわかっている。時点“１”における値即ちｄｘ_１及びｄｖ_１は既に上記のように計算されている。従って示された式は、現在の運動学的状況から生じてシステム又は車両に特有な反応時間の経過後追突を避けるために必要な自身の車両の減速度（又は場合によっては加速度）を直接示している。

値ｄｘ_Ｒｅｓｔ即ち制動の終わりにおいて先行する車両に対する残り間隔は、０と３０ｍとの間の値に適切に設定される。

システム限界警告及び運転者−衝突警告を発生するため、ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆのための上述した式により、同時に２つの異なる事例が計算される。

システム限界警告のために、０における反応時間Ｔ＿Ｒｅａｋｔが仮定され、ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆ（Ｔ＿Ｒｅａｋｔ＝０）が計算される。こうして計算された値は、それから上述したように、ＡＣＣが自動的に発生できる所定の減速度と比較される。必要減速度ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆ（Ｔ＿Ｒｅａｋｔ＝０）を得るため、ＡＣＣが実現できるよりもっと大きい制動が必要であると、適当にもっと強く制動することを運転者に要求するシステム限界警告が出される。

運転者−衝突警告のため、０に等しくない反応時間Ｔ＿Ｒｅａｋｔ（即ち実際の運転者反応時間）を持つａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆの上述した式が計算される。運転者が計算時点にまだ制動機を操作していない場合、Ｔ＿Ｒｅａｋｔが好都合に０．５〜３秒の間に設定される。しかしこの計算は、運転者が計算時点に既に積極的に制動しているという、特別な事例にも当てはまる。その場合にも、（図２による）点“０”と“１”との間の実際減速度を、ａ＿ｅｇｏ＿Ｒｅａｋｔとして（近似的に）使用することができる。しかしこの場合、運転者により既に行われた物体確定及び状況確認のため、通常の場合におけるより短い反応時間Ｔ＿Ｒｅａｋｔが出される。短くされた反応時間は、この場合運転者の足が既に制動ペダル上にあることによって生じる。従ってＴ＿Ｒｅａｋｔは０．１〜２秒の値に好都合に設定される。

このように計算される値ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆ（Ｔ＿Ｒｅａｋｔ＞０）を得るため、運転者が仮定した最大制動の際生じることができるより大きい車両減速度が必要な場合、衝突警告が出される。この警告は、ＡＣＣが使用されるか否かに関係なく行われる。運転者が警告時点に車両の仮定した最大減速度を変換すると、実際の残り間隔は上述した間隔ｄｘ＿Ｒｅｓｔ以内にある。回避がまだ可能である場合、衝突を避けるため、運転者は、先行する車両又は障害物を好都合に迂回するように、同時に適応することができる。

前の車両が自身の車両より速い時、基準を正確に適用することができない。しかしこの場合、間隔が小さすぎない限り、速度変化による衝突を恐れることはない。

前の車両が計算時間内に停止すると、欠陥を避けるため、計算を適当に拡張せねばならない。そのため前の車両の現在の運動状態（加速度及び速度）により、停止するまでの時間間隔を計算せねばならない。この時点以後、車両の間に残っている間隔及び相対速度は、自身の車両の運動に基いて計算すればよい。しかし上述したような一層簡単なアルゴリズムは、その結果により一層安全な側にあり、即ち運転者に早すぎる警告を行うので、計算の拡張は、事情によってはマイクロコントローラにおける計算時間の最適化のため、行わないことができる。

上述した衝突警告及び／又はシステム限界警告は、同時に車両の常用制動機による自動制動過程を開始するのにも適切に利用することができる。これは、制動が一般に特に速く行われるという利点を持っている。なぜならば、運転者の反応時間が節約されるからである。他方必要な大きい強さで直ちにも制動が行われる。このような自動制動の前提条件は、もちろん車両がＡＣＣ及び電気的に駆動可能な制動システムを備えていることである。このようなシステムにより、運転者に関係なく常用制動機を駆動することができる。

上述したように、この自動制動の減速度は、最大に可能な減速度よりずっと下の値に有利に限定される。これにより、特に起こり得る誤警告の場合、後続の車両の追突事故が防止される。従って最大制動の決定は運転者に留保されている。

システム限界警告及び／又は衝突警告は、音及び／又は光及び／又は触覚で適切に行うことができる。

簡単で拡張される基準のすべての式は、上述したように、固定小数点演算を行うマイクロコンピュータにおける限られた計算範囲でも実現可能である（開方なし、方程式の解なし）。これにより本発明による方法は安価に実現可能であり、場合によっては既存のマイクロコントローラが引受けることができる。

前後に走行する２つの車両の概略図を示す。 生じるべき車両減速度のため本発明による方法において使用される式の誘導を説明するための車両制動の線図を示す。

符号の説明

ｄｘ ２つの車両の間隔
ｅｇｏ 自身の車両
ｖｏｒｎｅ 先行する車両

Claims (7)

1. 自動車における衝突警告方法であって、自動車が先行する車両に対する間隔（ｄｘ）を少なくとも検出する測定装置を備えており、間隔信号が評価装置へ供給されるものにおいて、
   ａ）評価装置において、先行する車両に対する残り間隔（ｄｘ_Ｒｅｓｔ）を維持できるようにするため、運転者反応時間（Ｔ＿Ｒｅａｋｔ）の経過後自動車により生じなければならない車両減速度（ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆ）が、常に計算され、
   ｂ）計算された減速度（ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆ）の値が、運転者制動により発生可能な仮定車両減速度より上にある場合、衝突警告信号が出され、
   ｃ）運転者反応時間が零であるという条件（Ｔ＿Ｒｅａｋｔ＝０）で計算される車両減速度（ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆ）の値が、適応クルーズコントロール装置（ＡＣＣ）により実現可能な減速度より上にある場合、システム限界警告信号が出され、
   ｄ）次の式
   

   

   により車両減速度（ａ＿ｅｇｏ＿Ｂｅｄａｒｆ）が計算され、ここで
   ｄｖ_１＝運転者反応時間の終わりにおける両方の車両の相対速度
   ｄｘ_１＝運転者反応時間の終わりにおける両方の車両の間隔
   ｄｘ_Ｒｅｓｔ＝制動の終わりにおける先行車両の所定の残り間隔
   ａ_{ｖｏｒｎｅ}＿０＝先行車両の現在の減速度
   ことを特徴とする、方法。
2. 

   求項１に記載の方法。
3. 運転者がまだ制動しない時、運転者反応時間（Ｔ＿Ｒｅａｋｔ）が０．５〜３秒に設定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 運転者が既に制動している時、運転者反応時間（Ｔ＿Ｒｅａｋｔ）が０．１〜２秒に設定されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
5. システム限界警告信号又は衝突警告信号が、自動車の制動を開始するために利用されることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の方法。
6. 適応クルーズコントロール装置を持つ自動車において、運転者反応時間で計算される車両減速度が運転者制動により発生可能な仮定車両減速度より下の値に限定されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. システム限界警告信号又は衝突警告信号が音又は光又は触覚の信号であることを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載の方法。

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