JP4403962B2 - 自動操舵制御装置 - Google Patents
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Description
また、GPS測位による自車位置と、デッドレコニングにより推定した自車位置とを選択的に利用して自動操舵制御を行うことで、GPS測位に異常が発生した場合でも、自動操舵制御を継続するというものが知られている(例えば、特許文献2参照)。
また、上記特許文献2に記載の自動操舵制御装置にあっては、例えば、カーブなどのデッドレコニングが得意としない場所でGPS測位に異常が発生した場合、自車位置の推定誤差が拡大してしまう可能性があるという未解決の課題がある。また、自車前方の基準経路がデッドレコニング走行をしにくい場所であることを想定し、GPS測位に異常が発生した際に自車両を減速させることも考えられるが、直線路等では減速感が煩わしく運転者に違和感を与える場合がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、衛星をロストした場合であっても基準経路の形状に応じて、適切な自動操舵制御を継続することができる自動操舵制御装置を提供することを目的としている。
図1は、本発明の一実施形態を示す概略構成図であり、図中、1FL、1FR、1RL及び1RRは夫々左前輪、右前輪、左後輪及び右後輪であり、後輪1RL及び1RRは、エンジン2の駆動力が自動変速機3、プロペラシャフト4、最終減速装置5及び車軸6を順に介して伝達される駆動輪である。
ここで、制動制御装置12は、図示しないブレーキペダルの踏込みに応じて制動油圧を発生すると共に、後述するコントローラ20からの制動圧指令値PBRに応じて制動油圧を発生し、これをブレーキアクチュエータ11に出力するように構成されている。
また、車両には、人口衛星から送られる衛星電波を受信して現在の自車位置を検出する自車位置検出手段としてのGPS16と、所定領域の道路地図情報を記憶したCD−ROMやDVD−ROM等の記憶媒体がセットされた記憶ユニット17とが搭載されている。さらに記憶ユニット17には、経路情報とその経路を走行する際の標準車速Vnorm、トンネル等によってGPS衛星の電波が取得できずに自車位置を検出することが困難となる区間(以下、ロスト区間と称す)の情報も記憶されている。
先ず、ステップS1では、GPS16で検出された自車位置に従って記憶ユニット17に記憶された道路地図情報を読込み、道路地図情報を構成するノードデータ(X,Y)のうち、図3に示すように、自車位置(Xown,Yown)を基準とし前後に所定距離だけとった範囲(X0,Y0)〜(Xn,Yn)を常時バッファに保有する。ここで、前方側の距離は、例えば、車速Vに所定時間t1を乗じた値(=V・t1)、又は予め設定した最小値のうち大きい方に設定する。
ステップS2では、前記ステップS1で読み込んだ各車輪速VFL〜VRRの平均から車速VCを算出する。
次いでステップS4に移行して、前記ステップS1で読み込んだノードの中で、GPSの取得ができなくなる地点の該当ノード(Xlost,Ylost)を読み込み、現在の自車位置(Xown,Yown)との距離Dist2lostを次式をもとに算出する。
Dist2lost=√{(Xown−Xlost)2+(Yown−Ylost)2} ………(1)
なお、GPSがロストする地点は、インフラストラクチャから取得するようにしてもよい。
先ず、ロスト区間距離Doverall_lostを算出する。このロスト区間距離Doverall_lostは、GPS衛星が取得できない衛星取得不能区間距離Dgps_lostと、GPS衛星の取得が復帰し高精度な位置計測が再開されるまでの復帰区間距離Drecoverとの合計として算出する。
衛星取得不能区間距離Dgps_lostは、GPSが取得できなくなる地点のノード(Xlost,Ylost)と、GPSが再度取得できるようになる地点のノード(Xrecover,Yrecover)とに基づいて、次式をもとに算出する。
Dgps_lost=√{(Xlost−Xrecover)2+(Ylost−Yrecover)2} ………(2)
Drecover=Trecover×Vc ………(3)
このように前記(2)及び(3)式により算出された衛星取得不能区間距離Dgps_lost及び復帰区間距離Drecoverに基づいて、次式をもとにロスト区間距離Doverall_lostを算出する。
Doverall_lost=Dgps_lost+Drecover ………(4)
先ず、ロスト区間距離Doverall_lostでの道路曲率変化量を所定間隔毎(例えば、1m毎)に求め、この道路曲率変化量を操舵角変化量STRに換算し、操舵角変化量STRの積分値を算出する。そして、操舵角変化量STRの積分値に、実験的に求めた所定のゲインK1を乗算して道路難易度Diff_roadとする。
そして、このようにして算出した道路難易度Diff_roadと距離難易度Diff_distとに基づいて、次式をもとに走行難易度Diffを算出する。
Diff=Diff_road+Diff_dist ………(5)
なお、走行難易度Diffは、路面摩擦係数μに応じて、路面摩擦係数μが低ければ大きくなるように補正したり、路面勾配変化に応じて、路面勾配変化が大きければ大きくなるように補正したりしてもよい。
ステップS7では、前記ステップS5で算出した走行難易度Diffに応じて、速度制御のタイミング、即ちロスト地点からどの程度手前から自車両の減速を開始するかの減速開始地点Pstartを設定する。先ず、前記ステップS5で算出した走行難易度Diffに基づいて、図4に示す減速開始距離算出マップを参照し、減速開始距離Dstartを算出する。
そして、GPSロスト地点(Xlost,Ylost)の減速開始距離Dstart手前の地点を減速開始地点Pstartとして設定する。
ステップS10では、GPS衛星がロストする地点に到達したか否かを判定する。ここでは、GPS衛星が高精度での位置計測ができなくなったことをもってしてロストしたと判定する。そして、自車両がロスト地点に到達したと判定したときにはステップS11に移行し、デッドレコニングによる自車位置計測を開始してからステップS12に移行する。デッドレコニングは、車輪速VFL〜VRR、ヨーレートφ、横加速度Yg等の値に基づいて、公知の方法を用いて自車両の位置を推定するものである。
ステップS12では、高精度位置計測ができる状態であるか否かを判定する。この判定は、高精度計測に必要な衛星の取得が不能となった状態から、衛星の取得を再開してロスト復帰中となり、その後高精度な位置計測が復帰(ロスト復帰)するシーケンスの中で、高精度な位置計測が復帰したか否かを検出するものである。
一方、前記ステップS12でロスト復帰していないと判定された場合にはそのままタイマ割込み処理を終了する。
この図2の処理において、ステップS5の処理が難易度算出手段に対応し、ステップS7の処理が制御タイミング設定手段に対応し、ステップS6〜S9の処理が速度制御手段に対応し、ステップS10の処理がロスト検出手段に対応し、ステップS11の処理が自車位置推定手段に対応している。
図7に示すように、第2の前方注視点P2を中央として前後に所定距離Dsをとった地点における最寄りのノードをPF及びPRとし、P2及びPRを結ぶ線分P2PRと、P2及びPFを結ぶ線分P2PFとで成す角度θと、PF及びPRの距離dとを夫々算出する。ここで、所定距離Dsは、車速Vcに例えば1秒程度の一定時間t2を乗じて算出する(Ds=Vc×t2)。
なお、所定距離Dsが極めて短くなることを抑制するために最小値DMINを設け、この最小値DMIN及び車速Vcに応じて算出される値のうち大きい方を所定距離Dsとして算出するようにしてもよい。
Rn_road=d/2・sinθ ………(6)
先ず、車両のスリップ角θsを算出する。このスリップ角θsは、前後加速度Xg及び横加速度Ygに基づいて次式をもとに算出する。
θs=tan-1(Yg/Xg) ………(7)
εR=εT−ε1 ………(8)
さらに、初期状態における基準経路と自車位置との横偏差をYUとすると、車両姿勢に応じた横偏差YSは、横偏差YU、前方注視点距離D1、ヨー角εR及びスリップ角θsに基づいて次式をもとに算出される。
YS=YU+D1・tan(εR+θs) ………(9)
YP=D1・tanβ ………(10)
ここで、β=1/2・sin-1(D1・ε1/Xg)である。
したがって、前記(9)及び(10)式により算出される横偏差YS及び横偏差YPに基づいて、基準経路に対する横偏差YEが算出される。
δ1=k1・YE+k2・(dYE/dt) ………(11)
ここで、k1及びk2は係数であり、直線走行時の外乱に対して追従誤差が拡大しないように最適な値を実験から求めることが望ましい。
δ2=L/Rn_road ………(12)
次いでステップS36に移行して、前記ステップS34で算出した第一操舵量δ1と前記ステップS35で算出した第二操舵量δ2とに基づいて、最終的にステアリングに出力操舵量δcを算出する。
δc=δ1+δ2 ………(13)
この図5の処理において、ステップS34〜S36の処理が操舵量算出手段に対応し、ステップS37の処理が操舵制御手段に対応している。
今、図9に示すように、自車両MCが走行難易度の低い直線路を自動操舵されながら走行しており、自車両MCの前方にトンネルTuによってGPSが取得できないロスト区間が存在するものとする。この場合には、図2の操舵制御処理において、ステップS5で走行難易度Diffが比較的小さい値に算出され、ステップS7で図4に示す減速開始距離算出マップを参照し、減速開始距離Dstartが比較的小さい値に算出される。このとき自車両MCは地点Pownを走行しており、減速開始地点Pstartに到達していないのでそのまま自動操舵が継続される。
これにより、図9に示す走行難易度Diffが低い道路を走行している場合と比較して、減速開始地点Pstartが自車手前に設定されるので、減速するタイミングが早くなることになる。
また、上記第1の実施形態においては、図2のステップS12及びS13において、高精度計測に必要な衛星の取得が不能となった状態から、衛星の取得を再開してロスト復帰中となった際に、減速度を所定量に緩和したり減速を終了させたりしてもよい。
この第2の実施形態は、ロスト区間に差し掛かる際の減速時に、走行難易度に応じて速度制御の制御量(減速量)を変更するようにしたものである。
図11は、第2の実施形態におけるコントローラ20で実行される操舵制御処理を示すフローチャートであって、前述した第1の実施形態における図2の操舵制御処理において、ステップS4の処理を削除し、ステップS6の処理を走行難易度に応じて目標減速度Xgsを算出するステップS101に置換し、ステップS7及びS8の処理を削除し、ステップS9の処理をステップS11の処理の前に移動したことを除いては図2と同様の処理を行い、図2との対応部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
また、前記ステップS10で自車両がロスト地点に到達していないと判定されたときには、そのまま前記ステップS12に移行する。
この図11の処理において、ステップS101の処理が制御量設定手段に対応している。
今、図13に示すように、自車両MCが走行難易度の高いカーブ路を自動操舵されながら走行しており、自車両MCの走行車線横のビルBuによってGPSが取得できない区間が存在するものとする。この場合には、図11の操舵制御処理において、ステップS5で走行難易度Diffが比較的大きい値に算出されるので、ステップS101で図12に示す目標減速度算出マップを参照し、目標減速度Xgsが比較的大きい値に算出される。
これにより、GPS衛星がロストする地点Plostに到達したとき、自車両MCが大きく減速されることになる。
なお、上記第2の実施形態においては、走行難易度に応じて目標減速度のみを変更する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前述した第1の実施形態のような走行難易度に応じて減速タイミングを変更する処理を加えるようにしてもよい。
この第3の実施形態は、走行難易度に応じて、デッドレコニングで航続することができる目標車速を設定し、ロスト区間をこの目標車速で走行するようにしたものである。
図14は、第3の実施形態におけるコントローラ20で実行される操舵制御処理を示すフローチャートであって、前述した第1の実施形態における図2の操舵制御処理において、ステップS5の処理を走行難易度に応じて目標車速Vableを算出するステップS201に置換し、ステップS7の処理をロスト地点で目標車速Vableが達成できるように減速開始地点Pstartを設定するステップS202に置換したことを除いては図2と同様の処理を行い、図2との対応部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
また、道路難易度Diff_roadは前述したように、操舵角変化量STRの積分値に、実験的に求めた所定のゲインK1を乗算した値であり、次式で表される。
Diff_road=K1×操舵角変化量積分距離
=K1×Σ(ロスト距離+Trecover×Vable中の操舵角変化量積分) ………(14)
Diff_dist=K2×Doverall_lost
=K2×(Dgps_lost+Drecover)
=K2×(Dgps_lost+Vable×Trecover) ………(15)
Diff_a=K1×Σ(ロスト距離+Trecover×Vable中の操舵角変化量積分)+K2×(Dgps_lost+Vable×Trecover) ………(16)
そして、上記(16)式により、難易度許容量Diff_aを満たす目標車速Vableを算出してステップS6に移行する。なお、このようにして算出された目標車速Vableが現在の走行車速Vcより大きい場合には、減速の必要はないと判断してVable=Vcとする。
ステップS202では、前記ステップS6で設定した所定の目標減速度Xgsで減速したとき、ロスト地点(Xlost,Ylost)で自車速Vcが前記ステップS201で算出した目標車速Vableとなるための減速開始地点Pstartを算出し、前記ステップS8に移行する。すなわち、次式をもとに減速開始距離Dstartを算出し、ロスト地点(Xlost,Ylost)の減速開始距離Dstart手前の地点を減速開始地点Pstartとして設定する。
Dstart=(Vc2−Vable2)/2Xgs ………(17)
この図14の処理において、ステップS201の処理が目標車速設定手段に対応している。
今、図15に示すように、自車両MCが走行難易度の高いカーブ路を自動操舵されながら走行しており、トンネルTuによるロスト区間が走行難易なカーブ中であるものとする。この場合には、ステップS201で走行難易度に応じた目標車速Vableが算出され、ステップS202で、自車両MCがロスト地点Plostに到達したときの車速Vcが目標車速Vableとなるための減速開始地点Pstartが算出される。
このように、上記第3の実施形態では、ロスト時の走行難易度に応じてデッドレコニングで航続することができる目標車速を設定し、この目標車速に基づいて減速を行うので、カーブ中などの走行難易な場所でGPSが中断してしまうような場合であっても、適切な自動操舵制御を継続することができ、ロスト状態の復帰を図りやすくすることができる。
この第4の実施形態は、大型車などのロストが予想される移動体に対応して、自車両の加減速制御を行うようにしたものである。
ずなわち、第4の実施形態における概略構成図を図16に示すように、自車両と並走する車両の横距離Xpv、縦距離Ypv、横幅Wpv及び高さHpvを検出するCCDカメラ18と、近接する側方の障害物を検出可能なソナーセンサ19FL〜19RRとを備えていることを除いては図1と同様の構成を有し、図1と同様の構成を有する部分には同符号を付し、その詳細な説明は省略する。
また、CCDカメラ18で捕捉していた右側の大型車両を追い越す際には、右前方のソナーセンサ19FRで検出→右前方のソナーセンサ19FR+右後方のソナーセンサ19RRで検出→右後方のソナーセンサ19RRで検出というパターンを描いたときに追い越したと判断する。
次に、ステップS302では、前記ステップS301で検出した並走大型車両との相対速度Vreを算出する。例えば、前方大型車両を追い越す場合には自車両との相対速度は、大型車速<自車速となる。
(パターン1)自車両が前方大型車を追い越す
自車速>前方大型車速
(パターン2)自車両が後方大型車に追い越される
自車速<後方大型車速
(パターン3)自車両と大型車両とが並走する
自車速=大型車速
目標車速Vableは、前述したステップS201のように前記(16)式をもとに算出する。この(16)式において、ロスト距離の部分が移動障害物が対象となることにより可変となる。
Diff_a=K1×Σ(障害物長×相対速度+Trecover×Vable中の操舵角変化量積分)+K2×(Dgps_lost+Vable×Trecover) ………(18)
Diff_a=K1×Σ(障害物長×(|Vable−移動障害物速度|)+Trecover×Vable中の操舵角変化量積分)+K2×(Dgps_lost+Vable×Trecover) ………(19)
なお、障害物長が検出できない場合には、仮に10mと一般的な大型移動障害物の値を持たせるようにしてもよい。
相対速が前記(パターン1)の場合で、Vc≧Vableであるときには、車速Vcの継続による前方大型車両の追い越しが可能であると判断し、追い越し車速はVcのままとする。一方、Vc<Vableであるときには、加速をして自車速Vcが目標車速Vableとなるようにする。
また、相対速が前記(パターン2)の場合で、Vc≦Vableであるときには、車速Vcの継続により追い越されることが可能であると判断する。一方、Vc>Vableであるときには、減速をして自車速Vcが目標車速Vableとなるようにする。
次にステップS305では、自車速Vc、目標車速Vable及び目標加減速度Xgsに基づいて、次式をもとに減速開始距離Dstartを算出し、この減速開始距離Dstart手前の地点を減速開始地点Pstartとして設定し、ステップS8に移行する。
Dstart=(Vc2−Vable2)/2Xgs ………(20)
この図17の処理において、ステップS301の処理が移動障害物検出手段に対応し、ステップS302の処理が相対速度算出手段に対応し、ステップS303の処理が第2の目標車速設定手段に対応している。
今、図18に示すように、自車両MCが車線L1を走行中であり、車線L1の左側の隣接車線を大型車両BCが走行しているものとする。このとき、自車速Vcが大型車速Voより大きく、自車両MCが大型車両BCを追い越そうとしているものとすると、ステップS301で、左前方のソナーセンサ19FLで検出→左前方のソナーセンサ19FL+左後方のソナーセンサ19RLで検出→左後方のソナーセンサ19RLで検出というパターンにより追い越しを検出する。
また、自車両MCが加速することで相対速度を大きくして大型車両BCを追い越そうとしたときに、大型車両BCが加速するなどにより相対速度が小さくなり、自車両MCと大型車両BCとが並走状態となったものとする。この場合には、所定の減速度で自車両MCを減速させることで、なかなかロスト復帰しない状態を回避する。
また、操舵感度を低くする具体的な方法としては、図5のステップS34で(11)式のゲインk1を小さくしたり、ゲインk1を小さくすると共に前方注視点距離を長くしたりする。ここで、前方注視点距離を長くするためには、図6(a)の傾きを大きくしたり、図6(b)、(c)の誤差検出注視点距離の傾きを大きくしたりすればよい。
このように、移動障害物に対して操舵のゲインを調整することで、移動障害物の発生する横風などの大きな外乱の影響を少なくすることができると共に、距離に応じて蓄積するセンサ誤差の発生を抑えることができ、ロストした際の自動操舵制御中の誤差発生を極力抑えることができる。
11 ブレーキアクチュエータ
12 制動制御装置
13FL〜13RR 車輪速センサ
14 加速度センサ
15 ヨーレートセンサ
16 GPS
17 記憶ユニット
18 CCDカメラ
19FL〜19RR ソナーセンサ
20 コントローラ
Claims (8)
- 自車位置を検出する自車位置検出手段と、自車両が走行する基準経路を検出する基準経路検出手段と、前記基準経路上で前記自車位置検出手段による自車位置の検出が困難となるロスト区間を検出するロスト検出手段と、該ロスト検出手段で検出したロスト区間で自車位置を推定する自車位置推定手段と、前記自車位置検出手段で検出した自車位置及び前記自車位置推定手段で推定した自車位置の何れかに基づいて、自車両が前記基準経路に沿って走行するような操舵量を算出する操舵量算出手段と、該操舵量算出手段で算出した操舵量に基づいて操舵制御を行う操舵制御手段と、前記基準経路のロスト区間の走行難易度を算出する難易度算出手段と、該難易度算出手段で算出した走行難易度に応じて、自車両の速度を制御する速度制御手段とを備えることを特徴とする自動操舵制御装置。
- 前記速度制御手段は、前記難易度算出手段で算出された走行難易度に応じて、自車両を速度制御するタイミングを設定する制御タイミング設定手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の自動操舵制御装置。
- 前記速度制御手段は、前記難易度算出手段で算出された走行難易度に応じて、自車両を速度制御する制御量を設定する制御量設定手段を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の自動操舵制御装置。
- 前記速度制御手段は、前記難易度算出手段で算出された走行難易度に応じて、自車両の目標車速を設定する目標車速設定手段を備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の自動操舵制御装置。
- 自車近傍の移動障害物を検出する障害物検出手段と、該障害物検出手段で検出した移動障害物と自車両との相対速度を算出する相対速度算出手段とを有し、前記速度制御手段は、前記難易度算出手段で算出された走行難易度と、前記相対速度算出手段で算出した相対速度とに応じて、自車両の目標車速を設定する第2の目標車速設定手段を備えることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の自動操舵制御装置。
- 前記ロスト検出手段は、前記自車位置検出手段で前記操舵制御に必要な自車位置の検出が困難な状態である区間を前記ロスト区間として検出することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の自動操舵制御装置。
- 前記難易度算出手段は、前記ロスト区間の曲率半径及び前記ロスト区間の距離の少なくとも1つに基づいて前記走行難易度を算出することを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の自動操舵制御装置。
- 前記操舵制御手段は、前記自車位置検出手段による自車位置の検出が困難となるロスト要因に応じて操舵感度を変更する操舵感度変更手段を備えることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の自動操舵制御装置。
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