JP2005081999A - 車両用運転支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】先行車への追従走行中に先行車をロストし、保持時間を経過した後にカーブに進入した場合であっても、カーブに応じた適切な走行を可能とする。
【解決手段】先行車のロスト状態が保持時間を経過したとき、舵角センサからの情報に基づいてカーブの有無を判定する（Ｓ１０９）。そして、カーブ無しと判定した場合には、目標車速をセット車速として直ちに加速を開始し（Ｓ１０３）、カーブ判定有りの場合、舵角に基づくカーブ曲率半径に応じた適切な目標車速を算出する。これにより、先行車への追従走行中に先行車をロストし、保持時間を経過した後にカーブに進入した場合であっても、カーブに応じた適切な走行を可能とすることができ、運転者の意思に反した走行状態の発生を回避して運転者の違和感を防止することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両前方の車外環境を認識し、認識した車外環境に基づいて自車走行レーン上の先行車の捕捉を行う車両用運転支援装置に関する。

近年、ミリ波レーダ、赤外線レーザレーダ、ステレオカメラや単眼カメラ等を用いて車両前方の車外環境を認識し、認識した車外環境に基づいて自車の走行制御等を行う車両用運転支援装置が実用化されつつある。この種の車両用運転支援装置においては、特に、先行車の認識結果に応じて定速走行制御や先行車に対する追従走行制御を行う車間距離制御クルーズコントロール（ＡＣＣ；Adaptive Cruise Control）機能が主となっている。

このようなＡＣＣ機能の実行中において、車両用運転支援装置は、自車走行レーン上での先行車の捕捉時に捕捉した先行車に対する追従走行制御を行う一方、先行車が自車走行レーンから離脱したと判定すると、その制御を定速走行制御に移行する。

ところで、この種の車両用運転支援装置において、自車走行レーン上での先行車の捕捉が不能となる状態として、何らかの要因で先行車が一時的に消失（ロスト）する場合がある。このような先行車のロストが生じた場合、通常、ＡＣＣ制御では、先行車が捕捉不能状態となってから所定時の保持時間をもって先行車が離脱したと判定するようにしており、保持時間が経過するまでの間は追従走行制御時の走行状態を保持し、保持時間が経過すると、迅速に定速走行に復帰すべく加速を開始する。

例えば、特許文献１には、追従走行制御中に先行車を捕捉できなくなったときは、所定時間（例えば、２秒）だけ現車速を保持して走行した後に、定速走行制御に移行する技術が開示されている。
特開平７−８９３６６号公報

しかしながら、先行車のロストがカーブ走行によるものである場合、すなわち、図６（ａ）に示すように、自車Ｃ１が先行車Ｃ２に追従する状態で走行しており、先行車Ｃ２がカーブに進入して自車Ｃ１の捕捉範囲から外れてロストと判定された場合には、保持時間が経過するまではロスト直前の速度が保持されるが、図６（ｂ）に示すように、保持時間内に自車Ｃ１がカーブに到達しない場合には、自動的に追従走行制御から定速走行制御へ切換わってカーブに進入することになる。このため、ドライバの意志に反してカーブで加速され、先行車に接近したり、ドライバに違和感を与えてしまうといった事態が発生する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、先行車への追従走行中に先行車をロストし、保持時間を経過した後にカーブに進入した場合であっても、カーブに応じた適切な走行を可能とすることのできる車両用運転支援装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の車両用運転支援装置は、車外環境の認識結果に基づいて自車の走行レーン上に先行車を捕捉する手段と、捕捉した上記先行車への追従走行中に上記先行車がロストしたとき、走行路のカーブの有無を検出する手段と、上記先行車のロスト後に設定時間が経過し、且つ上記カーブを検出したとき、自車の目標車速を上記カーブの曲率半径に応じて加減速補正する手段とを備えることを特徴とする。

本発明の車両用運転支援装置は、先行車への追従走行中に先行車をロストし、保持時間を経過した後にカーブに進入した場合であっても、カーブに応じた適切な走行を可能とすることができ、運転者の意思に反した走行状態の発生を回避して運転者の違和感を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係わり、図１は運転支援装置を搭載した車両の概略構成図、図２は車両用運転支援装置の全体システム構成図、図３はクルーズコントロール機能のブロック図、図４は目標車速算出ルーチンのフローチャート、図５は先行車ロスト後の目標車速の変化を示す説明図である。

図１において、符号１は自動車等の車両（自車）を示し、この車両１には運転支援装置（ＡＤＡ；Active Drive Assist system）２が搭載されている。図２に示すように、運転支援装置２は、ステレオカメラユニット３と、ミリ波レーダユニット４と、イメージプロセッシングユニット（ＩＰＵ）５と、プレビューコントロールユニット（ＰＣＵ）６と、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）７と、ビークルダイナミクスコントロールユニット（ＶＤＣ）８と、統合ユニット９とを有し、これらがＣＡＮ（Controller Area Network）等の多重通信系で接続されている。また、統合ユニット９には、例えば、通信速度の異なる他の通信系（車体側通信系）を介して、センターディスプレイ１０と、コンビネーションメータ１１と、オーディオ装置１２とが接続されている。

ステレオカメラユニット３は、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いた１組の（左右の）ＣＣＤカメラを有して構成されている。これら左右のＣＣＤカメラは、それぞれ車室内の天井前方に一定の間隔をもって取付けられ（図１参照）、車外の対象を異なる視点で撮像する。そして、ステレオカメラユニット３は、左右のＣＣＤカメラで撮像した各画像（基準画像及び比較画像）にＡ／Ｄ変換やアフィン変換等を行い、これらの画像信号をＩＰＵ５に出力する。

ミリ波レーダユニット４は、例えば、車両１のフロントバンパ構造材に取り付けられている（図１参照）。このミリ波レーダユニット４は送受信部（図示せず）を有し、送受信部は、車両１の水平方向に、所定の走査範囲で、一定の間隔毎にミリ波を送受信する。そして、ミリ波レーダユニット４は、送信したミリ波が立体物等の反射対象で反射されて戻ってくるまでの時間差を基に、自車前方の立体物の二次元分布情報からなるレーダ画像を生成し、これをＩＰＵ５に出力する。

ステレオカメラユニット３及びミリ波レーダユニット４からの各画像信号は、ＩＰＵ５にて処理され、ＩＰＵ５から車外環境の認識結果が出力される。

具体的に説明すると、ＩＰＵ５は、ステレオ画像に基づき、三角測量の原理等を用いた周知の演算処理により、道路上の白線、道路に沿って存在するガードレールや縁石等の側壁、車両等の立体物を認識する。そして、ＩＰＵ５は、認識された白線、側壁、立体物に係る各データに、それぞれのデータ毎に異なったＩＤを割り当てる。その際、車両等の立体物は２以上の面がコーナーを介して連続して認識されることが多いため、ＩＰＵ５は、このような車両等の可能性が高い立体物を、コーナー状立体物として別途登録する。

また、ＩＰＵ５は、レーダ画像上の距離値が連続する部分を１つの立体物として抽出することで、レーダ画像に基づく立体物認識を行う。そして、ＩＰＵ５は、認識された立体物に係る各データに、ＩＤを割り当てる。

更に、ＩＰＵ５は、ステレオ画像に基づいて認識した立体物（以下、画像立体物と称す）とレーダ画像に基づいて認識した立体物（以下、レーダ立体物と称す）とを融合することで、最終的な立体物認識を行う。すなわち、ＩＰＵ５は、各画像立体物と各レーダ立体物と位置や移動速度に基づいて、各画像立体物と各レーダー立体物の各組合せ全てについての同一確率の判定を行い、同一確率が所定以上で最も一致する画像立体物とレーダ立体物の各組み合わせを、ステレオ画像とミリ波レーダとのセンサフュージョンによる立体物（フュージョン立体物）として認識する。

これにより、ＩＰＵ５では、画像立体物単体により認識された立体物、レーダ立体物単体により認識された立体物、画像立体物とレーダ立体物との組み合わせにより認識されたフュージョン立体物の何れかからなる各立体物を自車前方に認識する。

また、ＩＰＵ５は、ステレオ画像から認識した白線、側壁等の情報や、ＶＤＣ８から得られる自車１の走行状態情報等に基づいて自車走行レーンの推定を行い、さらに、推定した自車走行レーン上の先行車の捕捉を行う。具体的には、自車走行レーン上に存在する立体物を抽出し、自車走行レーン上に立体物が抽出された場合、その中から自車に最も近距離に位置する立体物を先行車として捕捉する。

以上のＩＰＵ５による車外環境の認識結果は、運転支援装置２の各機能を統括するＰＣＵ６に入力される。ＰＣＵ６は、ＩＰＵ５やＶＤＣ８から得られる情報等に基づいて警報や加減速制御等の要否判定を行い、これらの判定結果に応じて、センターディスプレイ１０やコンビネーションメータ１１への表示信号の出力、コンビネーションメータ１１やオーディオ装置１２に接続するスピーカ１１ａ、１２ａへのブザー（或いは音声）信号の出力、ＥＣＵ７、ＶＤＣ８への制御信号の出力等を適宜行うことで、各種運転支援機能を実現する。

ＰＣＵ６による運転支援機能として、例えば、自車走行レーン上に先行車を捕捉している場合において、ＰＣＵ６は、先行車との車間距離を監視し、この車間距離が所定の警報車間距離以下になったとき、コンビネーションメータ１１の警報灯を表示するとともに、スピーカ１１ａからブザーを出力する（車間距離警報機能）。

また、ＰＣＵ６は、自車走行レーンの白線と自車１との位置関係から、予め設定された前方距離内で、白線と自車１の外側側壁の延長線の間隔とが略”０”となると判定したとき、コンビネーションメータ１１の警報灯を点灯表示するとともに、スピーカ１１ａからブザーを出力する（車線逸脱警報機能）。

また、ＰＣＵ６は、自車１と白線との関係に基づいて自車走行レーン上でのふらつきを計測し、その周波数分析からよそ見や居眠りに関係の深いふらつきを検出したとき、車線逸脱警報の警報タイミングを早める。さらに、車線逸脱を検出した際にスピーカ１２ａからの音声による警報を行う（ふらつき警報機能）。

また、ＰＣＵ６は、ドライバによるブレーキ踏み込み時の前後輪の車輪速差を検出し、この値が所定値を越えたとき、タイヤがスリップしやすい状態にあると判断し、センターディスプレイ１０を通じてその旨を表示する（グリップ予測機能）。

また、ＰＣＵ６は、自車走行レーン上を走行する先行車や、対向車との車間距離情報をセンターディスプレイ１０を通じて表示する。また、先行車に自車が一定速度以上の速さで接近しているとき、スピーカ１２ａからブザーを出力する（視界支援機能）。

更に、ＰＣＵ６は、センターディスプレイ１０に設けられたタッチスイッチを操作してドライバが所望の走行車速をセットした場合、自車走行レーン上に先行車がいないときには、セットされた車速で自動定速走行を行い、自車走行レーン上に自車より低速の先行車を捕捉したときには、適切な車間距離を保持するように追従走行制御を行う（車間距離制御クルーズコントロール機能；ＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）機能）。

尚、センターディスプレイ１０のタッチスイッチは、各運転支援機能の実行／解除やセンターディスプレイ１０の表示切り替え等を行うものであり、ＡＣＣ機能のＯＮ／ＯＦＦを行うメインスイッチ、定速走行時の目標車速を設定する車速スイッチ、主に目標車速を下降側へ変更設定するコーストスイッチ、主に目標車速を上昇側へ変更設定するリジュームスイッチ等を操作することにより、ＡＣＣ機能を選択することができる。

また、このＡＣＣ制御機能は、各ユニットで異常を検出したシステム異常時は勿論のこと、ＩＰＵ５において、ステレオ画像に基づく霧や雨或いは逆光等の撮像環境の悪化を検出した場合、フロントガラス，カメラレンズの汚れ、レーダ画像に基づくレーダの軸ズレやレーダカバーの汚れ等を検出した場合には、実施が禁止される。

図３は、ＰＣＵ６におけるＡＣＣ制御機能の主要部を示すものであり、状態遷移演算部２０、カーブ演算部２１、目標車速演算部２２を主として構成され、目標車速がＥＣＵ７によるエンジン出力制御の指示値としてＰＣＵ６からＥＣＵ７へ出力される。

状態遷移演算部２０は、自車走行レーン上に先行車が存在しないとき、ドライバがセットしたセット車速を維持するよう制御する定速走行モード、自車走行レーン上に自車よりも低速の先行車を捕捉したとき、捕捉した先行車との適切な車間距離を保って追従走行する追従走行モードを基本として、追従走行中に先行車をロストしたとき、ロスト時の車速を保持する保持走行モード、ＶＤＣ８を介した加減速モード等を、ＩＰＵ５からの先行車情報に基づいて演算する。この状態遷移の演算結果は、ＩＰＵ５からの先行車情報に基づいて随時更新される。

カーブ演算部２１は、保持制御モードからの復帰時、図示しない舵角センサからの舵角情報に基づいてカーブの有無を判定し、カーブ有りと判定したとき、舵角からカーブの曲率半径を演算して目標車速演算部２２に出力する。

目標車速演算部２２は、状態遷移演算部２０からの各モードの状態遷移に対応して、目標車速を演算する。また、追従走行モード中に先行車をロストしたときには、保持時間経過のカーブ走行の有無に応じて目標車速を演算し、カーブ走行のときには、カーブ演算部２１からのカーブ曲率半径に基づいて目標車速を演算する。この目標車速はＥＣＵ７へ出力され、ＥＣＵ７において、目標車速と実際の車速との偏差に応じてスロットル弁を開閉駆動するアクチュエータを介してスロットル開度がフィードバック制御され、自車の車速が制御される。

以上のＡＣＣ制御機能における目標車速は、具体的には、図４に示すプログラム処理によって算出される。以下、図４の目標車速算出ルーチンについて説明する。

この目標車速算出ルーチンは、ＡＣＣ制御実施可能条件下において、センターディスプレイ１０のＡＣＣメインスイッチのＯＮ操作によってスタートされ、所定時間毎に繰り返し実行される。

このルーチンがスタートすると、先ず、ステップＳ１０１において、ＩＰＵ５からの先行車情報に基づいて演算された状態遷移を読込み、ステップＳ１０２で、現在の状態遷移が自車走行レーン上に先行車を捕捉していない定速走行モードであるか否かを調べる。そして、現在の状態遷移が定速走行モードである場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０３へ進んでドライバがセットしたセット車速を目標車速として算出し、ルーチンを抜ける。

定速走行モードでは、ＰＣＵ６からＥＣＵ７へ目標車速が出力され、ＥＣＵ７において、目標車速と現在の自車速との偏差を０に収束させるようエンジンのスロットル弁の開度をフィードバック制御する。すなわち、スロットルの開度が大きくなると、エンジン回転数が上昇して車速が上昇し、逆にスロットルの開度を小さくしていくと、エンジンブレーキが作動して減速していく。これにより、自車両１は、ドライバがセットした車速で定速走行するよう自動的に制御される。

また、ステップＳ１０２において、現在の状態遷移が定速走行モードでない場合には、ステップＳ１０２からステップＳ１０４へ進み、カーブ走行や車線変更等によりＩＰＵ５が先行車を捕捉できなくなり、一時的な先行車のロスト判定がなされているか否かを調べる。

その結果、先行車のロスト判定がなく、自車走行レーン上に適正に先行車を捕捉できている場合には、ステップＳ１０４からステップＳ１０５へ進み、先行車との適正な車間距離に基づく演算値により目標車速を算出し、ルーチンを抜ける。このとき、状態遷移は追従走行モードとなり、例えば、自車の速度に設定時間を乗算して追従対象との車間距離の目標値を求め、先行車の速度に、目標車間距離と実際の車間距離との偏差及び自車と先行車との間の相対速度に応じた演算値を加算し、目標車速を演算する。

この先行車両を捕捉しての追従走行モードでは、ＰＣＵ６からＥＣＵ７に出力される目標車速と実際の自車の車速との偏差に応じてスロットル弁の開度がフィードバック制御され、自車の走行レーンに他車の割込みがあった場合等、必要に応じてＰＣＵ６からＶＤＣ８を介して自動ブレーキによる減速を行うことにより、自車と先行車との車間距離が目標車間距離に等しくなるように制御される。これにより、自車両１は、先行車に対して適正車間距離を保持した状態で追従走行する。

一方、ステップＳ１０４において、先行車のロスト判定があった場合には、ステップＳ１０６へ進み、ロスト状態の継続時間を計時するためのカウンタＴを、前回の値からカウントダウンする（Ｔ←Ｔ−１）。カウンタＴには、追従走行中に先行車をロストしたとき、現在の車速を保持する保持時間（例えば、２ｓｅｃ）を与える初期値がセットされ、ロスト直後には初期値からカウントダウンされる。

続くステップＳ１０７では、カウンタＴが０に達したかか否かを調べる。そして、Ｔ＞０であり、先行車ロスト後の保持時間が経過していないときには、ステップＳ１０６からステップＳ１０７へ進み、目標車速を現在の自車の走行速度として算出し、ルーチンを抜ける。これにより、現在の状態遷移が追従走行モードから保持走行モードに遷移する。

保持走行モードでは、ＰＣＵ６からＥＣＵ７に出力される目標車速と現在の自車の車速との偏差に応じてスロットル弁の開度がフィードバック制御され、先行車を捕捉できなくなったときの自車の速度を維持する。すなわち、追従中の先行車両が捕捉できなくなったとしても、直ちに加速することなく現在の車速を保持し、制御上の緩衝帯を設けると共にドライバが違和感を持つことを防止する。

その後、ルーチンが繰返され、ステップＳ１０７においてＴ≦０となり、先行車のロスト状態が保持時間を経過したときには、先行車の一時的なロストではなく、自車走行レーン上に先行車が存在しない（先行車が離脱状態にある）と判定し、ステップＳ１０７からステップＳ１０９以降へ進んで復帰制御を実施する。

この復帰制御では、ステップＳ１０９において、舵角センサからの情報に基づいてカーブの有無を判定する。このカーブ判定は、例えば、舵角センサで検出した舵角が予め設定した閾値を越えたか否かで判定し、舵角が閾値以下でカーブ無しと判定した場合には、ステップＳ１０９から前述のステップＳ１０３へ分岐して目標車速をセット車速とすることで直ちに加速を開始する。このカーブ無しの判定により目標車速が変更されると、状態遷移は定速走行モードに遷移し、ドライバにもたつき感（加速不良の感覚）を抱かせることなく速やかに設定車速へ復帰する。

また、ステップＳ１０９において、カーブ判定有りの場合には、ステップＳ１０９からステップＳ１１０へ進み、舵角に基づくカーブ曲率半径に応じた演算値により、適切な目標車速を算出する。例えば、予め一般的なカーブ走行を想定した許容横加速度を設定しておき、この許容横加速度とカーブ曲率半径とに基づく旋回速度に道路勾配や路面摩擦係数等を加味して目標車速を演算する。

この舵角に基づく目標車速がＰＣＵ６からＥＣＵ７に出力されると、スロットル弁の開度が閉弁方向にフィードバック制御され、エンジンブレーキにより車速が減速される。このとき、必要ならばＰＣＵ６からＶＤＣ８を介して自動ブレーキによる減速を併用する。この復帰制御によるカーブ走行中には、先行車を捕捉しない限り、ロスト状態が継続するものとして状態遷移は変化せず、カーブを抜けた後、先行車の捕捉状態に応じて追従走行モードを維持或いは定速走行モードとなる。

以上のカーブ進入による目標車速の変化を、図５を用いて説明する。同図に示すように、ドライバのセットしたセット車速より低速の先行車に対する追従走行中、前方のカーブに先行車が進入してロスト状態になると、保持時間が経過するまでは目標車速は変化せず、保持時間が経過したとき、セット車速に向けて目標車速が上昇する。

次に、自車が実際にカーブに進入して舵角が変化すると、この舵角によって求まるカーブ曲率半径に応じて目標車速が変更され、エンジンのスロットル制御（場合によっては、ブレーキ制御も併用）により自車の車速が減速され、舵角の変化（カーブ曲率半径の変化）に応じて目標車速が随時変更される。従って。図５中に破線で示すように、保持時間が経過した後にセット車速に向けて目標車速が急激に上昇して加速しながらカーブ走行するといったことがなく、カーブ前半ではカーブに見合った弱い加速度或いは一定速度、カーブ後半で徐々に加速度が強まり、その後、先行車を認識・捕捉したときには、そのまま追従走行となる。

これにより、追従走行中にカーブで先行車をロストした場合、保持時間が経過した後にドライバの意思に反して加速しながらカーブに進入するといったことがなくなり、一般的なカーブ走行に近い自然な走行状態としてドライバの意思に沿った走行が可能となり、先行車をロストしたときとロストしていないときの挙動差が少ない走行制御を実現することができる。また、追従走行中にカーブで先行車が減速しても、自車もエンジン制御とブレーキ制御とを併用することにより適正な車間距離を確保することができ、安全性を確保することができる。

尚、本実施の形態においては、ステレオ画像とレーダ画像とのセンサフュージョンにより先行車を捕捉する例について説明したが、何れか一方を用いて先行車を捕捉するようにしても良く、或いは、赤外線レーザレーダや単眼カメラとの組合せや単独により、先行車を捕捉するようにしても良い。

本発明の実施の一形態に係り、運転支援装置を搭載した車両の概略構成図 同上、車両用運転支援装置の全体システム構成図 同上、クルーズコントロール機能のブロック図 同上、目標車速算出ルーチンのフローチャート 同上、先行車ロスト後の目標車速の変化を示す説明図 カーブを走行中の先行車と自車との関係を示す説明図

符号の説明

１ 自車両
２ 運転支援装置
３ ステレオカメラユニット
４ ミリ波レーダユニット
５ イメージプロセッシングユニット
６ プレビューコントロールユニット
７ エンジンコントロールユニット
２０ 状態遷移演算部
２１ カーブ演算部
２２ 目標車速演算部

代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (3)

1. 車外環境の認識結果に基づいて自車の走行レーン上に先行車を捕捉する手段と、
   捕捉した上記先行車への追従走行中に上記先行車がロストしたとき、走行路のカーブの有無を検出する手段と、
   上記先行車のロスト後に設定時間が経過し、且つ上記カーブを検出したとき、自車の目標車速を上記カーブの曲率半径に応じて加減速補正する手段とを備えることを特徴とする車両用運転支援装置。
2. 上記カーブの有無を、自車の操舵角情報に基づいて検出することを特徴とする請求項１記載の車両用運転支援装置。
3. 上記目標車速を、エンジン出力制御の指示値とすることを特徴とする請求項１又は２記載の車両用運転支援装置。

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