JP2007196903A - 自動制動制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】トラックやバスにおける自動制動制御を実現する。
【解決手段】対象物と自車との相対距離および相対速度とに基づき導出されるTTCが設定値を下回ったときに自動的に、時系列的に複数段階にわたり制動力を徐々に増大させる段階的な制動制御を行う。このときに、先行車が急制動を行ったことを先行車と自車との間の相対加速度の変化を監視することによって検出し、先行車が急制動を行った場合と急制動を行っていない場合とでTTCの計算式を変える。これにより、先行車が急制動を行った場合は、相対加速度に基づきTTCを計算することができる。
【選択図】 図1
【解決手段】対象物と自車との相対距離および相対速度とに基づき導出されるTTCが設定値を下回ったときに自動的に、時系列的に複数段階にわたり制動力を徐々に増大させる段階的な制動制御を行う。このときに、先行車が急制動を行ったことを先行車と自車との間の相対加速度の変化を監視することによって検出し、先行車が急制動を行った場合と急制動を行っていない場合とでTTCの計算式を変える。これにより、先行車が急制動を行った場合は、相対加速度に基づきTTCを計算することができる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、貨物や乗客を輸送するための大型車(トラック、バス)に利用する。
自動車の電子制御化は、日進月歩で進歩し、これまでは運転者の判断のみに頼っていた事象についても車載したコンピュータによって行われるようになった。
その一つの例として、先行車と自車との間の距離(車間距離)をレーダによって監視し、車間距離が異常に接近した場合には、自動的に適切な制動制御を行い、万が一の衝突時に、その被害を小さく抑えるという自動制動制御装置がある(例えば、特許文献1参照)。
上述した自動制動制御装置は、乗用車においては既に実用化されつつあるが、同様の機能を、貨物や乗客を輸送するための大型車(トラック、バス)に利用しようとしたときに、解決しなければならない問題がある。
すなわち、大型車は乗用車と比較して質量がきわめて大きく、また、運転者自身の安全の他に、乗客や貨物の安全を確保しなければならず、乗用車の自動制動制御で行われているような単純な急制動制御だけでは所期の目的を達成することは困難であり、乗用車の場合と比較してより高度な自動制動制御を行う必要がある。しかし、そのような手段が確立されていないため、トラックやバスにおける自動制動制御装置は未だ実用化されていない。
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、トラックやバスにおける自動制動制御を実現することができる自動制動制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、自車の進行方向に有る対象物との距離を含むセンサ出力に基づき運転操作がなくとも自動的に制動制御を行う制御手段を備え、前記制御手段は、前記センサ出力により得られた前記対象物と自車との相対距離および相対速度とに基づき導出される前記対象物と自車とが所定距離以下となるまでに要する予測時間が設定値を下回ったときに自動的に、時系列的に複数段階にわたり制動力を徐々に増大させる段階的な制動制御を行う段階的制動制御手段を備えた自動制動制御装置である。
前記対象物と自車との相対距離および相対速度とに基づき導出される前記対象物と自車とが所定距離以下となるまでに要する予測時間とは、例えば、対象物と自車とが衝突するまでに要する予測時間(以下では、TTC(Time To Collision)と呼ぶ)である。
これにより、複数の段階にわたり制動力を徐々に増大させる制動制御を行うことができ、トラックやバスなどの大型車に適した制動制御を行うことができる。
ここで、本発明の特徴とするところは、前記段階的制動制御手段は、TTC=t(s)の値に応じて前記複数段階のうちのいずれかの段階を選択して制動制御を実行する手段と、自車と前記対象物との間の相対加速度を算出する相対加速度算出手段と、この相対加速度算出手段の算出結果が予め定められた閾値以上のときには、TTC=t(s)を、前記対象物との相対距離をS(m)、前記対象物との相対速度をV(m/s)、前記対象物との相対加速度をa(m/s2)としたときに、
t=[(−2/a)V±√{(4/a2)V2+(8/a)S}]/2
により求め、前記相対加速度算出手段の算出結果が予め定められた閾値未満のときには、TTC=t(s)を、
t=S/V
として求める手段とを備えたところにある。
t=[(−2/a)V±√{(4/a2)V2+(8/a)S}]/2
により求め、前記相対加速度算出手段の算出結果が予め定められた閾値未満のときには、TTC=t(s)を、
t=S/V
として求める手段とを備えたところにある。
すなわち、本発明が対象とする自動制動制御装置におけるTTCの計算では、精密な距離測定や複雑な演算処理を極力省き、汎用の簡易な距離測定装置や演算装置を用いることを前提としている。このような配慮は、車両の製造コストあるいは維持費を低く抑えるために有用である。
よって、厳密には、対象物である先行車と自車とは、制動(減速)によって等加速度運動を行っているのであるから、TTC計算も等加速度運動に基づき計算しなければならないところを、単に等速運動を行っているものとしてTTCを計算することにより、精密な距離測定や複雑な演算処理を省くことができる。
また、このような等速運動とみなした計算を行うことにより、計算されたTTCの値は実際のTTCの値よりも小さくなるが、これは安全側への誤差であるから容認しても何ら支障はない。このようなTTC計算は、ごく短い周期(例えば数十ミリ秒周期)で繰り返し実行される。
このときに、対象物である先行車が急制動を行ったとすると、自車と先行車との間の相対距離は、急激に短くなる。したがって、先行車が急制動を行っていない場合と比較して段階的制動制御を実行可能な時間は短くなる。
このような状況下において、前述したように、自車が先行車に対して等速運動を行っているとみなしたTTC計算を行うと、ただでさえ段階的制動制御を実行する時間が短い状況であるにも関わらず、計算上の時間はさらに短い時間になってしまう。これでは、満足な段階的制動制御を実行することが困難になってしまうことが懸念される。したがって、先行車が急制動を行った状況下では、自車と先行車との間の相対加速度に基づくTTC計算を行うことが望ましい。
さらに、対象物である先行車が急制動を行ったとすると、前回のTTC計算時の先行車との相対距離S(m)あるいは先行車との相対速度V(m/s)は今回のTTC計算時のそれらと比較して著しく小さくなるのであるから、加速度計算のために、特に精密な距離測定を必要とせずに加速度計算のためのパラメータを容易に取得できる。
よって、本発明では、明らかに先行車が急制動を行ったことが検出された場合に限定してTTCの計算を自車と先行車との間の相対加速度を用いて行うことを特徴とする。
また、自車速が所定値未満であり、操舵角あるいはヨーレイトのとる値が所定範囲外であるときには、前記段階的制動制御手段の起動を禁止する手段を備えることが望ましい。
すなわち、本発明の自動制動制御装置が行う段階的制動制御は、制動制御開始以前の自車速が例えば60km/h以上であり、車線変更中や急カーブ走行中などのような大きなハンドル操作を行っていない状態での使用を想定しているため、それ以外の走行状態では、段階的制動制御の起動を制限することができる。
例えば、制動制御開始以前の自車速が60km/h未満であれば、車両の有する運動エネルギは少ないため、従来から乗用車に適用されているような単純な急制動制御を行っても支障はないので、段階的制動制御の起動を制限する。また、例えば、制動制御開始以前の操舵角が+30度以上あるいは−30度以下であれば、これは車線変更中や急カーブ走行中であるので、段階的制動制御の適用事象外であり起動を制限する。この場合には、操舵角の代わりにヨーレイトを用いてもよい。
本発明によれば、トラックやバスにおける自動制動制御を実現することができる。特に、先行車が突然、急制動を行うなどにより、TTCに急激な変化がある場合においても適切な制動制御を行うことができる。
本発明実施例の自動制動制御装置を図1ないし図6を参照して説明する。図1は本実施例の自動制動制御装置の制御系統構成図である。図2は本実施例の制動制御ECU(Electric Control Unit)の動作を示すフローチャートである。図3は空積時の制動パターンの動作手順を示すフローチャート。図4は制動制御ECUが有する空積時の制動パターンを示す図である。
図1に示すように、制動制御ECU4、ゲートウェイECU5、メータECU6、エンジンECU8、軸重計9、EBS(Electric Breaking System)_ECU10はVehicleCAN(J1939)7を介してそれぞれ接続される。
また、ステアリングセンサ2、ヨーレイトセンサ3、車速センサ13は、ゲートウェイECU5を介してVehicleCAN(J1939)7にそれぞれ接続され、これらのセンサ情報は、制動制御ECU4に取り込まれる。また、ブレーキ制御は、EBS_ECU10がブレーキアクチュエータ11を駆動することによって行われる。なお、EBS_ECU10に対するブレーキ指示は、運転席(図外)のブレーキ操作および制動制御ECU4によって行われる。運転者によるブレーキ操作の情報を含むブレーキ情報もEBS_ECU10が出力して制動制御ECU4に取り込まれる。エンジンECU8は、エンジン12の燃料噴射量制御その他のエンジン制御を行う。なお、エンジンECU8に対する噴射量制御指示は運転席のアクセル操作によって行われる。また、制動制御ECU4により出力された警報表示やブザー音がメータECU6により運転席の表示部(図示省略)に表示される。ステアリングセンサ2以外の操舵に関連する制御系統は本発明とは直接関係が無いので図示を省略した。
本実施例は、図1に示すように、自車の進行方向に有る先行車あるいは落下物などの対象物との距離を測定するミリ波レーダ1、操舵角を検出するためのステアリングセンサ2、ヨーレイトを検出するためのヨーレイトセンサ3、自車速を検出するための車速センサ13などのセンサ出力に基づき運転操作がなくとも自動的に制動制御を行う制動制御ECU4を備え、制動制御ECU4は、ミリ波レーダ1および車速センサ13からのセンサ出力により得られた前記対象物と自車との相対距離および相対速度とに基づき導出されるTTCが設定値を下回ったときに自動的に、時系列的に複数段階にわたり制動力を徐々に増大させる段階的な制動制御を行う。この段階的制動制御は、図3(b)に示すように、時系列的に三段階にわたり制動力を徐々に増大させる。
ここで、本実施例の特徴とするところは、制動制御ECU4は、TTCの値に応じて、例えば図3(b)に示した三段階のうちのいずれかの段階を選択して制動制御を実行するが、自車と前記対象物との間の相対加速度を算出する加速度算出部40を備え、この加速度算出部40の算出結果が予め定められた閾値以上のときには、TTC=t(s)を、前記対象物との相対距離をS(m)、前記対象物との相対速度をV(m/s)、前記対象物との相対加速度をa(m/s2)としたときに、
t=[(−2/a)V±√{(4/a2)V2+(8/a)S}]/2
により求め、加速度算出部40の算出結果が予め定められた閾値未満のときには、TTC=t(s)を、
t=S/V
として求めるところにある。
t=[(−2/a)V±√{(4/a2)V2+(8/a)S}]/2
により求め、加速度算出部40の算出結果が予め定められた閾値未満のときには、TTC=t(s)を、
t=S/V
として求めるところにある。
ここで、先行車の急制動検出手順を説明する。制動制御ECU4は、ミリ波レーダ1のレーダ情報から先行車と自車との間の相対距離を短い周期で連続的に測定する。異なる周期でそれぞれ測定された複数の相対距離に基づき先行車と自車との間の相対速度が導出される。加速度算出部40は、異なる周期でそれぞれ導出された複数の相対速度に基づき先行車と自車との間の相対加速度を算出する。制動制御ECU4は、この相対加速度の変化を監視することによって先行車の急制動(急減速)を検出する。
なお、以下の説明では、先行車を対象として説明するが、本実施例の自動制動制御装置は、道路上の落下物などに対しても有効である。
制動制御ECU4は、図3(b)の例では、まず、「警報」と記された第一段階で、0.1G程度の制動をTTC2.4秒〜1.6秒までかける。この段階では、未だ、いわゆる急制動がかかった状態にはなっておらず、ストップランプが点灯することにより後続車に対し、これから急制動が行われることを知らせることができる。次に、制動制御ECU4は、「拡大領域制動」と記された第二段階で、0.3G程度の制動をTTC1.6秒〜0.8秒までかける。最後に、「本格制動」と記された第三段階で、最大の制動(0.5G程度)をTTC0.8秒〜0秒までかける。
なお、運転者が上記に示した制動力以上の強い制動操作を行った場合には、より強い制動力が優先して働くようにする。ただし、運転者の制動操作は、EBS(Electric Breaking System)_ECU10に対するブレーキ指示として作用し、運転者が万が一過剰な制動操作を行った場合でもEBS_ECU10が適切にブレーキアクチュエータ11の制動力を調整する。
また、図4は制動制御ECU4が有する半積時の制動パターンを示す図であり、図5は制動制御ECU4が有する定積時の制動パターンを示す図であるが、図3、図4、図5に示すように、制動制御ECU4の制動パターン選択部41は、積載貨物や乗客の重量に応じて制動パターンを選択する。選択する方法としては、制動制御ECU4の制動パターン記憶部42に、予め「空積時」、「半積時」、「定積時」における制御パターンを複数記憶しておき、制動パターン選択部41が重量に応じてこれらの制動パターンから適合(または近似)する制動パターンを選択することにより実現できる。積載貨物や乗客の重量情報は、図1に示す軸重計9によって得られ、制動制御ECU4に取り込まれる。
また、自車速度が60km/h未満であり、操舵角が+30度以上あるいは−30度以下であるときには、制動制御ECU4は、段階的制動制御の起動を禁止する。なお、操舵角に代えてヨーレイトを用いることもできる。
すなわち、本実施例の自動制動制御装置が行う段階的制動制御は、制動制御開始以前の自車速度が60km/h以上であり、車線変更中や急カーブ走行中などのような大きなハンドル操作を行っていない状態での使用を想定しているため、それ以外の走行状態では、段階的制動制御の起動を制限することができる。
また、制動制御開始以前の自車速度が60km/h未満であれば、自車の有する運動エネルギは少ないため、従来から乗用車に適用されているような単純な急制動制御を行っても支障はなく、段階的制動制御を実施する有用性は低いので、段階的制動制御の起動を制限する。または、制動制御開始以前の操舵角が+30度以上あるいは−30度以下であれば、これは車線変更中や急カーブ走行中であるので、段階的制動制御の適用事象外であり段階的制動制御の起動を制限する。この場合には、操舵角の代わりにヨーレイトを用いてもよい。
本実施例では、制動制御開始以前の自車速度が60km/h未満であり15km/h以上である場合には、段階的制動制御は行わないが、図6に示すように、図3(b)、図4(b)、図5(b)に示す本格制動制御のみは実施することとする。このような本格制動制御のみを実施する場合は、乗用車に用いられている従来の自動制動制御と同等の制動制御を適用することができる。なお、このような従来と同等の自動制動制御を適用する場合には車線変更中や急カーブ走行中であるか否かを判断するステップは必要ない。
次に、本実施例の自動制動制御装置の動作を図2のフローチャートを参照しながら説明する。図2は空積時(図3)の制動パターンを例にとって説明を行うが、半積時(図4)または定積時(図5)においても図2のフローチャートの手順に準じる。図2に示すように、制動制御ECU4は、先行車との車間距離および先行車の車速をミリ波レーダ1により測定して監視する。また、自車速を車速センサ13により測定して監視する。さらに、軸重計9により積載貨物や乗客の重量を測定して監視する。当該重量の測定結果に基づき制動パターン(図3、図4、図5)のいずれかが制動パターン選択部41により予め選択される(S1)。以下の説明は、図3の制動パターンが選択された例である。
制動制御ECU4は、車間距離、自車速、先行車の車速によりTTCを計算するが、このときに、加速度算出部40は、自車と先行車との間の相対加速度を算出し(S2)、この算出した相対加速度a(m/s2)が閾値(本実施例では0.3Gとした)以上である場合には(S3)、計算方法は、先行車との相対距離をS(m)、先行車との相対速度をV(m/s)、TTCをt(s)としたときに、
t=[(−2/a)V±√{(4/a2)V2+(8/a)S}]/2
とし(S4)、加速度算出部40が算出した相対加速度a(m/s2)が閾値未満である場合には(S3)、
t=S/V
として計算する(S17)。
t=[(−2/a)V±√{(4/a2)V2+(8/a)S}]/2
とし(S4)、加速度算出部40が算出した相対加速度a(m/s2)が閾値未満である場合には(S3)、
t=S/V
として計算する(S17)。
制動制御開始以前の自車速が60km/h以上であり(S5)、制動制御開始以前の操舵角が+30度以下であり−30度以上であり(S6)、TTCが図3(a)に示す(1)の領域にあれば(S7)、制動制御ECU4は、「警報」制動制御を実行する(S10)。また、TTCが図3(a)に示す(2)の領域にあれば(S8)、「拡大領域制動」制御を実行する(S11)。また、TTCが図3(a)に示す(3)の領域にあれば(S9)、「本格制動」制御を実行する(S12)。
また、制動制御ECU4は、制動制御開始以前の自車速が60km/h未満15km/h以上であり(S5、S13)、TTCが図3(c)に示す(4)の領域にあれば(S14)、運転者に対して先行車との相対距離が近いことを報知する(S15)。報知は、警報表示やブザー音により行う。さらに、TTCが図3(c)に示す(5)の領域にあれば(S16)、「本格制動」制御を実行する(S12)。
なお、ステアリングセンサ2からの操舵角の代わりにヨーレイトセンサ3からのヨーレイトを利用することもできる。あるいは、操舵角とヨーレイトを併用してもよい。
ここで、図3、図4、図5について説明する。図3、図4、図5における直線c、f、iは、操舵回避限界直線と呼ばれるものである。また、図3、図4、図5における曲線B、D、Fは、制動回避限界曲線と呼ばれるものである。
すなわち、操舵回避限界直線とは、障害物までの一つの相対距離および障害物との一つの相対速度の関係において、所定のTTC以内にハンドル操作によって衝突を回避可能な限界を示す直線である。また、制動回避限界曲線とは、障害物までの一つの相対距離および障害物との一つの相対速度の関係において、所定のTTC以内に制動操作によって衝突を回避可能な限界を示す曲線である。
図3、図4、図5において、これらの直線または曲線の下側の領域の内、双方が共に関わる領域では、もはやハンドル操作によってもブレーキ操作によっても衝突を回避することはできない。
例えば、図3の空積時の例では、直線cは、TTCが0.8秒に設定されている。本実施例では、操舵回避限界直線cの上側に、TTCが1.6秒である場合の直線bを設け、TTCが2.4秒である場合の直線aを設ける。また、TTCが0.8秒に設定された制動回避限界曲線Bの上側にTTCが1.6秒に設定された曲線Aを設ける。
当初の車両の状態は、図3の黒点Gに示す障害物との相対距離および相対速度を有している。制動制御開始以前の自車速が60km/h以上であるときに、次第に相対距離が短くなり、直線aの位置に来たときには、警報モードとなる(領域(1))。警報モードでは、0.1G程度の制動をTTC2.4秒〜1.6秒までかける。この期間は、ストップランプを点灯させ、後続車にブレーキをかけることを知らせる意義がある。さらに相対速度が下がり、直線bの位置に来たときには、拡大領域制動モードとなる(領域(2))。拡大領域制動モードでは、0.3G程度の制動をTTC1.6秒〜0.8秒までかける。直線cの位置に来たときには、本格制動モードとなる(領域(3))。本格制動モードでは、最大の制動力(0.5G程度)をTTC0.8秒〜0秒までかける。図2のステップS4の計算によれば、このときに衝突が起こることになる。
さらに、制動制御開始以前の自車速が15km/h以上であり60km/h未満であるときには、次第に相対距離が短くなり、直線bの位置に来たときには、報知モードとなる(領域(4))。報知モードでは、運転者に対して警報表示やブザー音によって、障害物との相対距離が短くなっていることを知らせる。直線cの位置に来たときには、本格制動モードとなる(領域(5))。本格制動モードでは、最大の制動力(0.5G程度)をTTC0.8秒〜0秒までかける。
また、図4は半積時の例であり、図5は定積時の例であるが、積載貨物や乗客の重量が増すにつれて制動距離も長くなるため、操舵回避限界直線および制動回避限界曲線も図の上方にそれぞれ移動する。これにより、領域(1)、(2)、(3)、(4)、(5)の面積は、積載貨物や乗客の重量に応じて大きくなる。
図3における直線a〜cは、図4における直線d〜f、図5における直線g〜iに対応し、図3における曲線A、Bは、図4における曲線C、D、図5における曲線E、Fに対応し、図3における黒点Gは、図4における黒点H、図5における黒点Iに対応する。
本発明によれば、トラックやバスにおける自動制動制御を実現することができ、交通安全に寄与することができる。特に、先行車が突然、急制動を行うなどにより、TTCに急激な変化がある場合においても適切な制動制御を行うことができるため、不測の事態に幅広く対応することができる。
1 ミリ波レーダ
2 ステアリングセンサ
3 ヨーレイトセンサ
4 制動制御ECU
5 ゲートウェイECU
6 メータECU
7 VehicleCAN(J1939)
8 エンジンECU
9 軸重計
10 EBS_ECU
11 ブレーキアクチュエータ
12 エンジン
13 車速センサ
40 加速度算出部
41 制動パターン選択部
42 制動パターン記憶部
2 ステアリングセンサ
3 ヨーレイトセンサ
4 制動制御ECU
5 ゲートウェイECU
6 メータECU
7 VehicleCAN(J1939)
8 エンジンECU
9 軸重計
10 EBS_ECU
11 ブレーキアクチュエータ
12 エンジン
13 車速センサ
40 加速度算出部
41 制動パターン選択部
42 制動パターン記憶部
Claims (2)
- 自車の進行方向に有る対象物との距離を含むセンサ出力に基づき運転操作がなくとも自動的に制動制御を行う制御手段を備え、前記制御手段は、前記センサ出力により得られた前記対象物と自車との相対距離および相対速度とに基づき導出される前記対象物と自車とが所定距離以下となるまでに要する予測時間が設定値を下回ったときに自動的に、時系列的に複数段階にわたり制動力を徐々に増大させる段階的な制動制御を行う段階的制動制御手段を備えた自動制動制御装置において、
前記段階的制動制御手段は、
前記対象物と自車とが所定距離以下となるまでに要する予測時間t(s)の値に応じて前記複数段階のうちのいずれかの段階を選択して制動制御を実行する手段と、
自車と前記対象物との間の相対加速度を算出する相対加速度算出手段と、
この相対加速度算出手段の算出結果が予め定められた閾値以上のときには、前記予測時間t(s)を、前記対象物との相対距離をS(m)、前記対象物との相対速度をV(m/s)、前記対象物との相対加速度をa(m/s2)としたときに、
t=[(−2/a)V±√{(4/a2)V2+(8/a)S}]/2
により求め、前記相対加速度算出手段の算出結果が予め定められた閾値未満のときには、前記予測時間t(s)を、
t=S/V
として求める手段と
を備えたことを特徴とする自動制動制御装置。 - 自車速が所定値未満であり、操舵角あるいはヨーレイトのとる値が所定範囲外であるときには、前記段階的制動制御手段の起動を禁止する手段を備えた請求項1記載の自動制動制御装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20120116665A1 (en) * | 2009-05-29 | 2012-05-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Vehicle control apparatus, vehicle, and vehicle control method |
JP2016052868A (ja) * | 2014-09-04 | 2016-04-14 | トヨタ自動車株式会社 | 車両制御装置 |
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2006
- 2006-01-27 JP JP2006019292A patent/JP2007196903A/ja active Pending
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