JP5720969B2 - 車両運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されたモニタに車両運転に関する情報を表示することで、運転者を支援する車両運転支援装置に関する。

車載カメラによる車両周辺の運転者にとって死角となる領域を含む撮影画像をモニタに表示する車両運転支援装置はよく知られている。最近では、さらに、撮影画像を車両上方視点で視点変換することで得られた俯瞰画像をモニタに表示する車両運転支援装置も登場している。

また、岩場や砂利道などのオフロードを走行する車両のための車両運転支援装置として特許文献１に記載のものがある。この車両運転支援装置は、車輪が足場の悪い土壌に進入したり、脱輪したりしないように、車両の進行方向を写した進行先画像を撮像する撮像手段と、車両の舵角を検出する舵角検出手段と、車両の進行方向側に備えられた各車輪の進行経路を舵角に基づいて予測し、撮像手段の視点から見た当該各車輪の進行経路を示す経路画像を生成する経路画像生成手段と、進行先画像に経路画像を重ね合わせた重畳画像を生成する重畳画像生成手段と、重畳画像を表示する画像表示手段とを備えている。このような車両運転支援装置を利用することで、運転者は、車両周囲の様子および当該車両の車輪の進行経路を示す重畳画像をモニタ通じて視認して、進行経路を確認することができる。従って、運転者は、モニタに表示された画像を見ながら操舵角を変更することで、脱輪回避走行や所望の岩場への乗り移り走行を行う。

しかしながら、車両のサスペンションストロークの変化により操舵輪のトーインも変化し、そのトーインの変化により転舵角も変化してしまう。そこで、所望の走行軌跡を得るために、サスペンションストロークの変化に応じた転舵角を調整する技術が、例えば特許文献２から知られている。

また、悪路での乗り心地を改善するため道路形状に最適なサスペンション制御値を設定する車両用サスペンション制御装置が特許文献３に記載されている。この車両用サスペンション制御装置は、走行中の道路形状が所定条件を満足するとき、道路形状に応じたサスペンション制御特性を設定し、道路位置と関連付けて記憶手段へ記憶するサスペンション制御特性学習手段と、既にサスペンション制御特性を学習した道路位置を走行するとき、記憶されたサスペンション制御特性に基づいてサスペンション特性を制御するサスペンション特性制御手段と、記憶されたサスペンション制御特性を道路情報と共にドライバへ表示する表示手段(モニタ)と、所定道路位置における所望の入力されたサスペンション制御特性に基づいて、記憶された所定道路位置におけるサスペンション制御特性を変更するサスペンション制御特性変更手段を備えている。モニタには、記憶されたサスペンション制御特性が道路情報とともに表示される。しかしながら、この車両用サスペンション制御装置は悪路での乗り心地を改善するために、前もって最適なサスペンション制御特性を設定することを目的としているので、走行中のサスペンション制御特性をリアルタイムで表示する機能は備えていない。

国際公開ＷＯ２０１１／０１０３４６号公報（段落番号〔０００５−００２６〕、図９） 特開２０１０‐２３４９３７号公報（段落番号〔０００４−００１６〕、図２） 特開２００６‐２４０４０１号公報（段落番号〔０００３−００４５〕、図１）

上記実情に鑑み、本発明の目的は、サスペンション機構の実時間の挙動（現在の挙動）を考慮した車両運転支援が可能な車両運転支援装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明による車両運転支援装置は、車輪を懸架するサスペンション機構における車輪毎の現在の挙動値を演算する車両挙動演算モジュールと、車輪毎に得られた前記挙動値を画像化した挙動画像を車両画像の対応する位置に配置させた運転支援画像を生成する運転支援画像生成部と、前記運転支援画像を表示するモニタとからなり、前記車両挙動演算モジュールに前記挙動値の１つとして前記車輪の空転率を求める空転率演算部が備えられている。

この構成によると、サスペンション機構の挙動状態を示す挙動値が車輪毎に実時間で演算され、演算された挙動値の視覚化のためにこの挙動値を画像化して挙動画像を生成する。さらに、この挙動画像をモニタに表示することで、運転者にサスペンション機構の挙動状態を報知することができる。運転者はこのサスペンション機構の挙動状態から、適切なハンドル操作やアクセル操作を行って、車両を適切に運転することができる。このような運転支援は、頻繁にサスペンション機構の挙動状態が変動するオフロード走行などに特に大きな利点をもたらす。

また、直接的なサスペンション機構の挙動状態ではないが、サスペンション機構の挙動の結果として生じる運転にとって重要な現象として車輪の空転状態がある。このことから、本発明ではこの車輪の空転状態も本発明の対象となる車両挙動としてサスペンション挙動と同様に取り扱う。本構成によれば、運転者は、各車輪の空転率（空転状態）をモニタ画面から視覚的に把握することで、より適切な運転を行うことができる。

岩場などを走行するオフロード走行などでは、各車輪、特に前輪が次にどの岩に乗り上げるかということを意識しなければならない。従って、車輪毎の挙動値を直感的に把握することが重要である。この目的のため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記挙動値は前記車両画像における車輪イメージとして画像化され、当該車輪イメージの視覚的相違によって前記挙動値が表現されるように構成されている。挙動値が車輪イメージを視覚的相違させることにより表されるので、モニタ画面が小さくても運転者は直感的に挙動値を把握することができる。

各車輪の空転率を画像化して視覚的に表現する好適な方法は、例えば、ほぼ完全に空転している車輪に対しては、そのモニタに映し出された車両画像における車輪が空転しているように示すかあるいはその車輪の付近に空転を示すマークを施すことが好適である。従って、本発明の好適に実施形態では、前記挙動画像に、前記車輪の空転率を表現した車輪画像が含まれている。

また、各車輪の空転率を画像化して視覚的に表現する好適な方法は、演算された空転率を色で表現することである。例えば、ほぼ完全に空転している車輪に対しては、そのモニタに映し出された車両画像における車輪自体を赤で着色するかあるいはその車輪の付近に赤い色のマークを施すことが好適である。従って、本発明の好適な実施形態では、前記車輪の空転率が色で表現することができる。

運転者にとって最も重要なサスペンション挙動の１つはサスペンションストローク長である。このサスペンションストローク長によって車の沈み込みや浮き上がりを把握することができるからである。従って、前記車両挙動演算モジュールには、前記挙動値の１つとして各車輪のサスペンションストローク長を求めるストローク長演算部が備えられることが好ましい。

サスペンション機構の挙動状態を画像化して視覚的に表現されたサスペンション画像から、運転者は、現時点のサスペンション機構の挙動状態を把握することができるので、次の運転操作のための参考情報となる。しかしながら、運転の適切な操作のためには、車両の周囲の状況、特に路面状況を把握することも重要である。このため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記運転支援画像生成部は、車両の前方及び前記車両の左右側方を撮影する車載カメラユニットからの撮影画像を前記運転支援画像に組み込むように構成されている。これにより、運転者は、モニタに表示される運転支援画像を通じてサスペンション機構の挙動状態と車両の周囲の路面状況を同時に把握することができる。

さらに好適な実施形態では、前記車両挙動演算モジュールには、前記サスペンション機構の状態とステアリング角度とから予想タイヤ軌跡を求めるタイヤ軌跡演算部が備えられ、前記運転支援画像生成部は、前記予想タイヤ軌跡を前記運転支援画像に組み込むように構成されている。これにより、本発明による運転支援画像は、オフロード走行などにおける精密な操舵を助けることになる。

本発明による挙動値の画像化を図解する模式図である。 本発明による車両運転支援装置を搭載した車両におけるセンサ系を図解する模式図である。 本発明による車両運転支援装置を搭載した車両の車両運転支援装置に関係する機能を示す機能ブロック図である。 本発明による車両運転支援装置の機能ブロック図である。 モニタに表示された運転支援画像の一例を示すモニタ画面図である。 モニタに表示された運転支援画像の他の例を示すモニタ画面図である。 サスペンションストローク長を画像化した挙動画像を説明する模式図である。 サスペンションストローク長を画像化した挙動画像を説明する模式図である。 モニタに表示された運転支援画像のさらに別な例を示すモニタ画面図である。

具体的な実施形態を説明する前に、本発明の車両運転支援装置による運転支援画像生成の基本構想を図１の模式図を用いて説明する。ここでは挙動画像として、空転率表示画像とストローク長表示画像とが採用されている。従って、この車両運転支援装置は、挙動値として、サスペンション機構の左右前輪と左右後輪におけるサスペンション機構のストローク長さ（以後、単にストローク長と略称する）Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4、及び左右前輪と左右後輪の車輪速度（以後、単に車輪速と略称する）Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4を実質的に実時間で、つまり所定のサンプリング周期で検出する。各車輪の空転率は、ここでは、各車輪速の最低値：Ｖmin＝Min（Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4）を基準車輪速Ｖrとして、この基準車輪速Ｖｒに対する各車輪の車輪速の割合で求める（Min（）は入力パラメータの内の最小を求める関数とする）。従って、各車輪の空転率は、
Ｒ1＝Ｖ1／Ｖr
Ｒ2＝Ｖ2／Ｖr
Ｒ3＝Ｖ3／Ｖr
Ｒ4＝Ｖ4／Ｖr
となり、その値は１.０以上（％表示なら１００％以上）になる場合もある。なお、経時的に演算出力（演算繰り返し周期は０.５〜１.０秒とする）される基準車輪速から求められる基準車輪速の変化率（加速度）が所定値（例えば１Ｇ）以上の場合は、走行路が泥地などで、全車輪が空転しているとみなすようにしてもよい。

ここでは、ストローク長表示画像は、このようにして得られたストローク長（実ストローク長）Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4は、平面視での車輪をイメージした棒グラフ状の長方形枠を用いて、その長辺を全ストローク長とし、当該実ストローク長の長さ分だけその長方形枠を塗りつぶす形態を採用している。また、空転率表示画像は、所定以上の空転率を示している車輪に対しては、空転を示す車輪イラスト画とし、それ以外は空白または透明化等により空転車輪イラスト画と区別する形態を採用している。

この例における、実際にモニタに表示される運転支援画像では、車両平面視の自動車イラスト画を用いて、各車輪領域に各車輪のストローク長表示画像が配置されるとともに、各車輪の外側領域に各車輪の空転率表示画像が配置される。このように生成された運転支援画像を通じて、運転者は、実質的に実時間での各車輪のストローク長及び空転率を直感的に把握することができる。換言すると、運転者は、現在の各車輪のストローク長及び空転率を直感的に把握することができる。図示した運転支援画像では、挙動画像として、ストローク長表示画像と空転率表示画像の両方が表示されているが、いずれか一方だけを採用してもよいし、両者を交互に繰り返し表示するような表示形態を採用してもよい。もちろん、挙動画像として、その他のサスペンション特性（車両ロール角やトー角）を示す挙動値を画像化したものを採用することが可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図２は、本発明による車両運転支援装置を搭載した車両におけるセンサ系を図解する模式図である。
この車両には、サスペンション機構の左右前輪と左右後輪におけるストローク長を検出するために、各車輪に対応させてストローク長検出器８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ、及び左右前輪と左右後輪の車輪速を検出する速度検出器８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄも備えられている。さらにステアリングホイールによって操作される操向輪としての前輪に対する操舵角を検出する操舵角検出器８３も備えられている。

ストローク長検出器８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄで検出されたストローク長Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4、速度検出器８２ａ、８２ｂ、８２ｃ、８２ｄで検出された車輪速Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，Ｖ4、操舵角検出器８３で検出された操舵角θはセンサ信号処理モジュール２２に転送され、必要な前処理を施され、内部使用されるフォーマットに変換された後、要求する制御モジュールに送られる。

また、車両周囲を撮影するために、４つの車載カメラ１、つまり、フロントカメラ１ａ、バックカメラ１ｄ、左サイドカメラ１ｂ、右サイドカメラ１ｃも装備されている。これらの車載カメラ１からの撮影画像はそのまま、車両の特定周囲領域を監視するための監視画像としてモニタ表示されるだけでなく、これらの撮影画像から全周囲俯瞰画像も作成可能である。以下の説明において、適宜、これらの車載カメラ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを単にカメラ１と総称する場合がある。車両周辺監視制御が動作する際には、カメラ１による撮影画像ないしは当該撮影画像を用いて生成される俯瞰画像がモニタ表示される。カメラ１は車両周辺を時系列に撮影して得られて撮影画像をデジタル変換してリアルタイムに出力するデジタルカメラである。カメラ１は、広角レンズまたは魚眼レンズを備えている。

図３に示すように、車両運転支援装置の中核をなす制御装置２０は、上述したような挙動値を検出するセンサからの信号入力を受けるセンサ信号処理モジュール２２のほか、表示制御部２３と、音声処理モジュール２４、画像処理モジュール５０、車両挙動演算モジュール６０などが含まれている。また、この制御装置２０は、車載ＬＡＮを通じて、モニタ２１、タッチパネル２１Ｔ、パワーステアリングユニットＰＳ、変速機構Ｔ、サスペンション機構ＳＵなど車載機器ともデータ伝送可能に接続されている。

センサ信号処理モジュール２２には、上述したセンサ以外に運転操作や車両走行の状態を検出する車両状態検出センサ群が接続されている。この車両状態検出センサ群には、図示していないが、シフトレバーのシフト位置を判別するシフト位置センサ、アクセルペダルの操作量を計測するアクセルセンサ、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ、自車の走行距離を検出する距離センサなどが含まれる。

表示制御部２３は、画像処理モジュール５０で生成されたモニタ表示画像をビデオ信号に変換してモニタ２１に転送する機能を有する。音声処理モジュール２４は、報知指令に基づいて音声ガイドや緊急時の警告音などをスピーカ２５を通じて出力する。

図４に、本発明による車両運転支援装置の中核構成要素である車両挙動演算モジュール６０及び画像処理モジュール５０の機能ブロック図が示されている。

この実施形態の車両挙動演算モジュール６０は、車両挙動値演算部として、ストローク長演算部６１と、空転率演算部６２と、タイヤ軌跡演算部６３とを有する。ストローク長演算部６１と空転率演算部６２とは挙動値演算部として機能する。ストローク長演算部６１は、センサ信号処理モジュール２２を介して受け取る車輪毎のストローク長検出値に基づいてストローク長を演算する。空転率演算部６２は、センサ信号処理モジュール２２を介して受け取る車輪毎の車輪速検出値に基づいて、前述した演算式を用いて、車輪毎の空転率を演算する。タイヤ軌跡演算部６３は、センサ信号処理モジュール２２を介して受け取る操舵角検出値に基づいて、車両の走行経路を表すタイヤ軌跡を演算する。なお、タイヤ軌跡演算する場合、ストローク長演算部６１で演算されたストローク長によって規定されるトー角を考慮するように構成してもよい。

この実施形態の画像処理モジュール５０は、挙動画像を生成する機能として、ストローク長画像生成部５６と、空転率画像生成部５７と、タイヤ軌跡画像生成部５８とを有する。ストローク長画像生成部５６は、ストローク長演算部６１からの車輪毎のストローク長に基づいて図１や図５で例示するようなストローク長表示画像を生成する。空転率画像生成部５７は、空転率演算部６２からの車輪毎の空転率に基づいて図１や図５で例示するような空転率表示画像生成する。ここでの空転率表示画像は、所定の空転率をしきい値として、しきい値以上の空転率には中実で描画された車輪シンボルを割り当て、しきい値未満の空転率には中空で描画された車輪シンボルを割り当てている。タイヤ軌跡画像生成部５８は、タイヤ軌跡演算部６３からのタイヤ軌跡に基づいて図５で例示するような、数ｍ先のタイヤ軌跡を輪郭線で描画したタイヤ軌跡表示画像を生成する。

また画像処理モジュール５０は、自車周辺を撮影するカメラ１によって取得された撮影画像を処理して周辺領域表示画像を生成する機能として、撮影画像メモリ５２と、画像補正部５３と、画像選択部５４とを有する。カメラ１によって取得された撮影画像は撮影画像メモリ５２に展開され、画像補正部５３によって、カメラ１によって個々に取得された撮影画像間の輝度バランス調整やカラーバランス調整、あるいはひずみ補正、トリミング処理等が行われる。画像選択部５４は、自動または手動設定によってモニタに表示すべき撮影画像を選択する。選択される車両周辺画像としてはフロントカメラ１ａ、左・右サイドカメラ１ｂ,１ｃ、バックカメラ１ｄによる撮影画像から運転者によって選択された１つでもよいし、複数撮影画像の組み合わせでもよい。

さらに画像処理モジュール５０は、運転支援画像生成部５１と、自車画像格納部５５と、フレームメモリ５９とを有する。自車画像格納部５５には、運転支援画像における自車画像として用いられる、平面視での車両のイラストまたは写真が格納されている。運転支援画像生成部５１は、車輪毎に得られた挙動値を画像化した挙動画像を含む車両挙動画像を車両画像の対応する位置に配置させた運転支援画像を生成する機能を有する。この実施形態では、運転支援画像には、図５に例示されているように、タイヤ軌跡表示画像と、空転率表示画像と、ストローク長表示画像と前方撮影画像、左右の側方撮影画像と、自車画像とが含まれている。従って、運転支援画像生成部５１は、ストローク長画像生成部５６、空転率画像生成部５７、タイヤ軌跡画像生成部５８、画像選択部５４、自車画像格納部５５と接続されている。図５で示された運転支援画像では、その上側領域にタイヤ軌跡表示画像を合成した前方撮影画像が配置され、その下側領域の中央に、ストローク長表示画像と空転率表示画像とを合成した自車画像及び当該自車画像の両側に左側方撮影画像と右側方撮影画像が配置されている。運転支援画像生成部５１で生成された運転支援画像は車両運転支援用のモニタ表示画像としてフレームメモリ５９に転送される。フレームメモリ５９に転送された、モニタ表示画像は表示制御部２３を介してモニタ２１に表示される。

図４では図示されていないが、画像処理モジュール５０に、撮影画像メモリ５２に展開されている１枚又は複数の撮影画像を上方仮想視点で射影変換することで俯瞰画像を生成する俯瞰画像生成機能を備えることも可能である。このような俯瞰画像を撮影画像として用いた運転支援画像の一例が図６に例示されている。この図６に示された運転支援画像では、その右側領域に、ストローク長表示画像を合成した自車画像を中央に位置させた俯瞰画像が配置されており、その左側領域に、タイヤ軌跡表示画像を合成した前方撮影画像が配置されている。このように、運転支援画像として、車両挙動画像や撮影画像を含む種々の形態を採用することができる。

ストローク長を表示する、別な形態の挙動画像が図７及び図８に示されている。図７に示されている形態では、点線で斜視図的に示された車体における各車輪の側方に、全ストローク長と実ストローク長とを色分けで棒グラフ状に重ねた図案として実ストローク表示画像が生成されている。図８に示されている形態では、平面視での車両の車輪位置に、細線で示した全ストローク長に極太線で示した実ストローク長を棒グラフ状に重ねた図案として実ストローク表示画像が生成されている。ここでは、実ストローク表示画像が車輪の俯瞰的な図案としてみることもできるので、例えばこの実ストローク表示画像を操舵角表示またはトー角表示に兼用することも可能である。

〔別実施の形態〕
上述した実施形態の説明では、車両運転支援装置の中核構成要素である車両挙動演算モジュール６０及び画像処理モジュール５０が制御装置２０の中に組み込まれている機能ブロック図が用いられたが、これはあくまで説明の便宜のためである。例えば、車両挙動演算モジュール６０と画像処理モジュール５０とを独立させて、車載ＬＡＮなどで接続してもよい。また、車両挙動演算モジュール６０と画像処理モジュール５０とを一体化させてよい。それぞれの機能部は適宜その組み合わせを変更してもよい。

上述したように、運転支援画像における挙動画像や撮影画像は種々のレイアウトが可能であるが、このような複数のレイアウトでの運転支援画像を手動または自動で適宜選択して表示するようにしてもよい。

図９には、モニタ２１に表示される、さらに別な形態の運転支援画像が示されている。この運転支援画像は、ストローク長表示画像と空転率表示画像とを合成した自車画像、及びタイヤ軌跡表示画像を前方撮影画像に合成した画像である。タイヤ軌跡表示画像はそのタイヤ軌跡位置を前方撮影画像に合わせるように合成されている。自車画像は、タイヤ軌跡位置とは重ならない位置、この例では前方撮影画像の左上隅に合成されている。このような前方撮影画像を、図９に示すように、モニタ画面全体に表示することで、タイヤ軌跡を含む走行時の前方状況が分かり易いだけでなく、ストローク長や空転率などのサスペンション挙動も把握することができる。

本発明は、車両挙動をモニタに表示して運転支援を行う全てのシステムに利用することができる。

１：カメラ
２０：制御装置
２１：モニタ
５０：画像処理モジュール
５１：運転支援画像生成部
５２：撮影画像メモリ
５３：画像補正部
５４：画像選択部
５６：ストローク長画像生成部
５７：空転率画像生成部
５８：タイヤ軌跡画像生成部
６０：車両挙動演算モジュール
６１：ストローク長演算部
６２：空転率演算部
６３：タイヤ軌跡演算部

Claims (7)

1. 車輪を懸架するサスペンション機構における車輪毎の現在の挙動値を演算する車両挙動演算モジュールと、
   車輪毎に得られた前記挙動値を画像化した挙動画像を車両画像の対応する位置に配置させた運転支援画像を生成する運転支援画像生成部と、
   前記運転支援画像を表示するモニタと、
   からなり、
   前記車両挙動演算モジュールに前記挙動値の１つとして前記車輪の空転率を求める空転率演算部が備えられている車両運転支援装置。
2. 前記挙動値は前記車両画像における車輪イメージとして画像化され、当該車輪イメージの視覚的相違によって前記挙動値が表現される請求項１に記載の車両運転支援装置。
3. 前記挙動画像に、前記車輪の空転率を表現した車輪画像が含まれている請求項１又は２に記載の車両運転支援装置。
4. 前記車輪の空転率が色で表現されている請求項３に記載の車両運転支援装置。
5. 前記車両挙動演算モジュールには、前記挙動値の１つとして各車輪のサスペンションストローク長を求めるストローク長演算部が備えられている請求項１から４のいずれか一項に記載の車両運転支援装置。
6. 前記運転支援画像生成部は、車両の前方及び前記車両の左右側方を撮影する車載カメラユニットからの撮影画像を前記運転支援画像に組み込む請求項１から５のいずれか一項に記載の車両運転支援装置。
7. 前記車両挙動演算モジュールには、前記サスペンション機構の状態とステアリング角度とから予想タイヤ軌跡を求めるタイヤ軌跡演算部が備えられ、前記運転支援画像生成部は、前記予想タイヤ軌跡を前記運転支援画像に組み込む請求項１から６のいずれか一項に記載の車両運転支援装置。

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