(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記運動推定手段は、前記操作権限委譲推定手段によって前記運転支援手段への操作委譲が推定された時点からの、前記入力手段により入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、初期の力覚的情報の範囲の長さとして、感覚特性に基づいた、前記力覚的情報の変化を認識するまでの時間を求め、求めた時間に基づいて、前記後に発生する前記移動体の運動を推定する請求項1記載の運転支援装置。
前記入力手段は、前記ドライバによりハンドルに与えられた操舵トルクを、前記ドライバの運転意図を示す力覚的情報として入力する請求項1又は2に記載の運転支援装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
高度運転支援時の介入操作には、ドライバによる支援システムへの介入と、システムへの操舵権限の委譲との2場面がある。上記特許文献1、2の技術は、ともに支援システムへの介入時を想定している。
【0007】
上記特許文献1の技術を、システムへの操舵権限の委譲時にあてはめた場合、その後に生じる車両挙動を推定しないため、ほぼ手放しの場合、ドライバの意図と乖離した速い車両挙動が発生してしまう。
【0008】
また、上記特許文献2の技術を、システムへの操舵権限の委譲時にあてはめた場合、車両位置は推定されるが、支援システムがオフになっているため、安全な運転になるように対応できない。
【0009】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたもので、ドライバの支援システムへの操舵権限の委譲意図に合った、運転支援による移動体の運動制御を行うことができる運転支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の目的を達成するために本発明に係る運転支援装置は、移動体の運動を制御する運転支援を行う運転支援手段と、ドライバの運転意図を示す力覚的情報を入力するための入力手段と、前記入力手段により入力された力覚的情報に応じて、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図を推定する操作権限委譲推定手段と、前記操作権限委譲推定手段によって前記運転支援手段への操作権限の委譲意図が推定された時点からの、前記入力手段により入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、後に発生する前記移動体の運動を推定する運動推定手段と、を含み、前記運転支援手段は、前記運動推定手段によって推定された、前記後に発生する前記移動体の運動に基づいて、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記移動体の運動を制御する。
【0011】
本発明に係る運転支援装置によれば、入力手段によって、ドライバの運転意図を示す力覚的情報を入力し、操作権限委譲推定手段によって、前記入力手段により入力された力覚的情報に応じて、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図を推定する。
【0012】
そして、運動推定手段によって、前記操作権限委譲推定手段によって前記運転支援手段への操作権限の委譲意図が推定された時点からの、前記入力手段により入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、後に発生する前記移動体の運動を推定する。運転支援手段によって、前記運動推定手段によって推定された、前記後に発生する前記移動体の運動に基づいて、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記移動体の運動を制御する。
【0013】
このように、運転支援手段への操作権限の委譲意図が推定された時点からの、入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、後に発生する前記移動体の運動を推定し、運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った移動体の運動となるように、移動体の運動を制御することにより、ドライバの支援システムへの操作権限の委譲意図に合った、運転支援による移動体の運動制御を行うことができる。
【0014】
本発明に係る運転支援手段は、前記操作委譲推定手段によって前記運転支援手段への操作委譲が推定された時点からの、前記入力手段により入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、初期の力覚的情報の範囲の長さとして、感覚特性に基づいた、前記力覚的情報の変化を認識するまでの時間を求め、求めた時間に基づいて、前記後に発生する前記移動体の運動を推定することができる。
【0015】
本発明に係る入力手段は、前記ドライバによりハンドルに与えられた操舵トルクを、前記ドライバの運転意図を示す力覚的情報として入力することができる。
【0016】
本発明に係る運動支援手段は、前記運動推定手段によって推定された、前記後に発生する前記移動体の運動が、予め定められた許容範囲外である場合、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記操舵トルクの制御ゲインや目標操舵角を修正することができる。
【0017】
本発明に係る運転支援手段は、前記移動体の走行する目標コース上の所定時間後の目標点に基づいて、ハンドルを操舵することにより、前記運転支援を行い、前記運動推定手段によって推定された後に発生する前記移動体の運動が、予め定められた許容範囲外である場合、前記ドライバによる、前記運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った前記移動体の運動となるように、前記所定時間後の目標点を修正することができる。
【発明の効果】
【0018】
以上説明したように、本発明の運転支援装置によれば、運転支援手段への操作権限の委譲意図が推定された時点からの、入力された初期の力覚的情報の変化に基づいて、後に発生する前記移動体の運動を推定し、運転支援手段への操作権限の委譲意図に合った移動体の運動となるように、移動体の運動を制御することにより、ドライバの支援システムへの操作権限の委譲意図に合った、運転支援による移動体の運動制御を行うことができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本実施の形態では、車両に搭載され、かつ、車両のハンドルの操舵を制御する運転支援装置に本発明を適用した場合を例に説明する。
【0021】
図1に示すように、本発明の実施の形態に係る運転支援装置10は、撮像装置12と、角度計14と、トルクセンサ16と、演算部18と、サーボアンプ20と、モータ22とを備えている。なお、トルクセンサ16が、入力手段の一例である。
【0022】
モータ22は、例えば、電動パワーステアリング装置用モータ及び反力モータである。
【0023】
演算部18は、CPUと、RAMと、後述する運転支援処理ルーチン及び運転支援修正処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したROMと、を含むコンピュータで構成することが出来る。演算部18は、機能的には
図1に示すように、画像処理部30、走行路計算部32、及び制御部34を備えている。
【0024】
撮像装置12は、自車両の前方を撮像し、画像の画像信号を生成する単眼のカメラで構成される撮像部(図示省略)と、撮像部で生成された画像をA/D変換するA/D変換部(図示省略)と、A/D変換された画像信号を一時的に格納するための画像メモリ(図示省略)とを備えている。
【0026】
トルクセンサ16は、ドライバによりハンドルに加えられた操舵トルクを検出する。
【0027】
演算部18は、撮像装置12によって撮像された前方画像、角度計14によって計測された操舵角、及びトルクセンサ16によって検出された操舵トルクに基づいて、モータ22を、サーボアンプ20を介して制御することにより、車両の運動を制御する運転支援を行う。
【0028】
画像処理部30は、撮像装置12によって撮像された前方画像から、走行路領域を検出する。
【0029】
走行路計算部32は、画像処理部30によって検出された走行路領域に基づいて、自車両の目標コースを計算する。例えば、走行路領域の中央線を、自車両の目標コースとして計算する。
【0030】
制御部34は、走行路計算部32によって計算された自車両の目標コース、及び角度計14によって計測された操舵角に基づいて、モータ22を、サーボアンプ20を介して制御することにより、運転支援を行う。
【0031】
制御部34は、
図2に示すように、走行目標点設定部40、目標操舵角算出部44、ハンドル制御部46、意図推定部48、車両運動推定部50、操舵制御修正部52、感覚特性データベース54、車両運動データベース56、及びドライバ許容性データベース58を備えている。なお、意図推定部48が、操作権限委譲推定手段の一例であり、画像処理部30、走行路計算部32、走行目標点設定部40、目標操舵角算出部44、ハンドル制御部46、及び操舵制御修正部52が、運転支援手段の一例である。
【0032】
走行目標点設定部40は、走行路計算部32によって計算された自車両の目標コース上の、前方注視時間後(例えば2秒後)の点を、目標点として設定する。
【0033】
目標操舵角算出部44は、設定された目標点に基づいて、目標操舵角δ
swを算出する(
図3参照)。
【0034】
ハンドル制御部46は、目標操舵角算出部44によって算出された目標操舵角δ
swと、角度計14によって計測された操舵角δ
sw0とに基づいて、目標操舵角δ
swを実現するように、サーボアンプ20を介してモータ22を制御する。
【0035】
具体的には、ハンドル制御部46は、角度計14によって計測された操舵角δ
sw0と、目標操舵角算出部44によって算出された目標操舵角δ
swとに基づいて、以下の式に従って、操舵トルクτを計算し、操舵トルクτを実現するように、サーボアンプ20を介してモータ22を制御する。
【0037】
ただし、K
cは、予め定められた制御ゲインである。
【0038】
意図推定部48は、角度計14によって計測された操舵角とトルクセンサ16によって検出された操舵トルクとに基づいて、ドライバによる支援システムへの介入意図、又はドライバによる支援システムへの操舵権限の委譲意図を推定する。
【0039】
例えば、トルクセンサ16によって検出された操舵トルクが閾値以上である場合には、ドライバによる支援システムへの介入意図があると推定する。
【0040】
また、ドライバによる支援システムへの介入意図があると推定されたオーバーライド状態において、角度計14によって計測された操舵角の絶対値が閾値(例えば、0.1deg)以上である場合、角度計14によって計測された操舵角から求められる操舵角速度が閾値(1.0deg/s)以上である場合、又はトルクセンサ16によって検出された操舵トルクから求められる操舵トルクの時間微分が閾値(1.0Nm/s)以上である場合、ドライバがハンドルを手放しすることによる、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定する。支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定された時のトルク値τを、初期トルク(100%と正規化したもの)とする。
【0041】
なお、上記の3つの条件の少なくとも1つが満たされた場合に、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定してもよいし、複数の条件が満たされた場合に、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定してもよい。
【0042】
車両運動推定部50は、まず、支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定された時点から、トルクセンサ16によって検出された操舵トルクの変化を取得し、感覚特性に基づく、人間が認識する力の変化を表す設定値(例えば、以下の式に示すウエーバーの法則に基づくトルク変化10%〜20%の範囲内の設定値)となるまでの時間を計測し、初期操舵範囲の長さとする。例えば、
図4に示すように、操舵トルクが15%変化するまでの時間を、初期操舵範囲の長さとする。感覚特性に基づく設定値は、感覚特性データベース54に格納されている。
【0044】
また、車両運動推定部50は、初期操舵範囲の長さから、現時点の後に発生する車両運動の最大値を推定する。例えば、車両運動データベース56に格納された、
図5に示すような、初期操舵範囲の長さと、横加速度最大値との相関関係に基づいて、初期操舵範囲の長さに対応する、後に発生する横加速度の最大値を求める。
【0045】
操舵制御修正部52は、車両運動推定部50によって推定された、後に発生する車両運動の最大値に基づいて、ドライバによる、支援システムへの操舵権限の委譲意図とは異なる、大きな車両運動が発生する場合には、支援システムへの操舵権限の委譲意図と合った運転支援が行われるように、走行目標点設定部40で設定される目標点を修正する。例えば、
図6に示すように、後に発生する車両運動の最大値が、ドライバの許容限界を超える場合には、走行目標点設定部40で設定される目標点を、初期に設定した時間よりも先(例えば、4秒後)の目標点に修正する(上記
図3参照)。ドライバの許容限界は、ドライバ許容性データベース58に格納されており、例えば、横加速度0.2Gである。
【0046】
なお、目標点を修正するのではなく、制御ゲインKcを小さくするように修正してもよい。
【0047】
次に、本実施の形態に係る運転支援装置10の作用について説明する。
【0048】
運転支援装置10を搭載した車両の走行中に、演算部18において、
図7に示す運転支援処理ルーチンが繰り返し実行される。
【0049】
まず、ステップ100において、角度計14より計測された操舵角及びトルクセンサ16より検出された操舵トルクの各々を取得する。そして、ステップ102において、撮像装置12によって撮像された前方画像を取得する。
【0050】
次のステップ104では、上記ステップ102で取得した前方画像から、自車両の走行路領域を検出する。ステップ106では、上記ステップ104で検出された自車両の走行領域に基づいて、目標コースを計算する。そして、ステップ108において、上記ステップ106で計算された目標コース上の、前方注視時間後の点を、目標点として設定する。
【0051】
次のステップ110では、上記ステップ108で設定された目標点と、上記ステップ100で検出された操舵トルクとに基づいて、目標点へ移動するための目標操舵角を計算する。そして、ステップ112において、上記ステップ110によって計算された目標操舵角と、上記ステップ100で計測された操舵角とに基づいて、目標操舵トルクを算出する。
【0052】
次のステップ114において、上記ステップ112で算出された目標操舵トルクを実現するように、サーボアンプ20を介してモータ22を制御する。
【0053】
また、上記の運転支援処理ルーチンと並行して、運転支援装置10は、トルクセンサ16によって検出された操舵トルクが、閾値以上である場合には、ドライバによる支援システムへの介入意図があると推定し、そして、ドライバによる支援システムへの介入意図があると推定されたオーバーライド状態において、演算部18によって、
図8に示す運転支援修正処理ルーチンが実行される。
【0054】
まず、ステップ120において、角度計14より計測された操舵角及びトルクセンサ16より検出された操舵トルクの各々を取得する。そして、ステップ122において、上記ステップ120で取得した操舵角及び操舵トルクに基づいて、ドライバがハンドルを手放しすることによる、支援システムへの操舵権限の委譲意図を推定する。
【0055】
ステップ124において、上記ステップ122で、ドライバがハンドルを手放しすることによる、支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定されたか否かを判定し、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定されていない場合には、上記ステップ120へ戻る。一方、支援システムへの操舵権限の委譲意図があると推定された場合には、ステップ126へ進む。また、このときの操舵トルクを、初期トルクとする。
【0056】
ステップ126では、上記ステップ124で支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定された時点からの、トルクセンサ16より検出された操舵トルクの変化を取得する。そして、ステップ128では、上記ステップ126で取得した操舵トルクの変化が、感覚特性に基づく設定値に到達したか否かを判定する。では、上記ステップ126で取得した操舵トルクの変化が、感覚特性に基づく設定値に到達していない場合には、上記ステップ126へ戻るが、一方、では、上記ステップ126で取得した操舵トルクの変化が、感覚特性に基づく設定値に到達した場合には、ステップ130へ進む。
【0057】
ステップ130では、上記ステップ126で取得した操舵トルクの変化が、感覚特性に基づく設定値に到達するまでの時間を、初期操舵範囲の長さとして計算する。
【0058】
そして、ステップ132では、上記ステップ130で計算された初期操舵範囲の長さに基づいて、現時点の後に発生する車両運動の最大値を推定する。ステップ134では、上記ステップ132で推定された、後に発生する車両運動の最大値が、許容範囲内であるか否かを判定する。後に発生する車両運動の最大値が、許容範囲内である場合には、操舵制御の修正を行わず、運転支援修正処理ルーチンを終了する。一方、後に発生する車両運動の最大値が、許容範囲内でない場合には、後に発生する車両運動が、違和感があるレベルであると判断し、ステップ136において、上記ステップ108で設定される目標点を修正して、運転支援修正処理ルーチンを終了する。
【0059】
以上説明したように、本実施の形態に係る運転支援装置によれば、支援システムへの操舵権限の委譲意図が推定された時点からの、入力された初期の操舵トルクの変化に基づいて、初期操舵の範囲の長さを計算して、後に発生する車両運動の最大値を推定し、支援システムへの操作権限の委譲意図に合った車両運動となるように、車両運動を制御することにより、ドライバの支援システムへの操舵権限の委譲意図に合った、運転支援による車両運動制御を行うことができる。
【0060】
本発明の実施の形態では、ドライバの、支援システムへの操舵権限の委譲意図を最も純粋に反映するのは、操作初期の、ドライバが操作入力の変化を認識する前と考え、人間の感覚特性を基に操作初期の範囲を設定し、発明者らが、その範囲内のトルクの変化パターンと、その後の車両挙動の最大値とに関連があることを実験的に見出した。
【0061】
また、運転支援時に、ドライバから支援システムに操舵権限を委譲する場面にて、ドライバが手放しのように速く操作した場合、ドライバの意図よりも速い車両挙動が発生する場合がある。これは支援システムの制御の特性がそのまま反映されたために生じるものであり、操作の初期の段階で、ドライバの介入意図の強さ、およびその後に生じる車両挙動の判断を行い、ドライバの意図と乖離がある場合は、支援システムの制御を変更することで、ドライバの意図に合う車両挙動を実現できる。これにより、支援システムとドライバのスムーズな協調操作を実現する。
【0062】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【0063】
例えば、ドライバの力覚的情報として、操舵トルクにより、ドライバの運転意図を入力している場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ハンドル把持部に圧力を加えたり、ハンドル把持部にドライバの握力を加えたりすることによって、ドライバの運転意図を入力してもよいし、ドライバが、ドライバに対するハンドルの傾斜角を変化させることによって、ドライバの運転意図を入力してもよい。
【0064】
また、初期操舵の範囲の長さから、後に発生する車両運動として、横加速度を推定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、車両の他の運動量を推定するようにしてもよい。
【0065】
また、電動パワーステアリング装置用モータや反力モータにより、ハンドルを操舵したり、ハンドルにトルクを作用させる場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、アクチュエータを用いて、ハンドルを操舵したり、ハンドルに反力トルクを作用させるようにしてもよい。
【0066】
また、車両の運転支援を行う場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、車両以外の移動体の運転支援を行う場合についても、本発明を適用してもよい。また、目標走行路の検出に撮像装置を用いた場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、GPSと地図情報を用いて、自車位置と目標走行路の検出を行ってもよい。