(57)【要約】【課題】  前方の障害物への衝突の危険があるとき、ドライバーの衝突回避操作をアシストし、緊急時の安全性を向上すること。【解決手段】  前方の障害物への衝突の危険信号ＤＳを発したとき、障害物の横幅Ｗを含む大きさ指標Ｓに応じて、ＶＧＲ機構８によりステアリングギア比Ｇを小さくし、少ないハンドル操作αで大きな操舵角βを得る。また、パワーステアリング装置９のパワステアシスト力を増強して、小さい力でも衝突回避のためのハンドル操作を可能とする。さらに、ハンドルを切った方向のブレーキ力を増強し、同じハンドル操作に対しても、車両の大きな旋回を可能とした。【効果】  ドライバーが、ハンドル操作によって衝突を回避しようとする際に、ハンドルを切った方向への衝突回避を容易とすると共に、過操作を防ぎ、運転の操作性と安全性を向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車の前方に存在する物体を検出する物体検出手段と、自車の速度を検出する自車速度検出手段と、ステアリングホイールの操作に基づいて操舵輪の操舵角を制御する操舵制御機構と、前記物体の大きさを検出する物体大きさ検出手段と、前記物体検出手段で検出された物体の位置情報と、前記物体の大きさ情報と、前記自車の速度情報とに基づいて、前記操舵制御機構の制御特性を変更する制御特性変更手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項２】
請求項１において、前記物体の大きさは、自車の進行方向とほぼ直角をなす水平方向への物体の横幅の成分を含むことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項３】
請求項１において、前記物体の大きさは、自車から発射した進行波の反射面の広さの成分を含むことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項４】
請求項１において、前記制御特性変更手段は、前記物体の大きさに応じて、前記ステアリングホイールの操作量に対する前記操舵輪の操舵角が大きくなるように変更する手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項５】
請求項１において、前記制御特性変更手段は、前記物体の大きさに応じて、パワーステアリング装置によるアシスト力が大きくなるように変更する手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項６】
請求項１において、前記制御特性変更手段は、前記物体の大きさに応じて、前記ステアリングホイールの操作量に対する前記操舵輪の操舵角が大きくなるように変更する手段と、前記物体の大きさに応じて、パワーステアリング装置によるアシスト力が大きくなるように変更する手段とを備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項７】
請求項１において、ステアリングホイールが操作された方向の前車輪に他方の前車輪よりも大きなブレーキ力を作動させる手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項８】
請求項４において、前記ステアリングホイールの操作量に対する前記操舵輪の操舵角が大きくなるように変更する手段は、ステアリングホイールが中立点から所定値以内の範囲にあるときに動作することを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項９】
請求項１において、自車の操舵輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記物体の位置，前記物体の大きさ，前記自車速度及び前記操舵輪の操舵角に基き自車にとって危険な領域を演算する危険領域演算手段と、この危険領域情報に基いて自車と物体の衝突の危険性を予測し前記制御特性変更手段を動作させる危険性予測手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１０】
自車の前方に存在する物体を検出する物体検出手段と、自車の速度を検出する自車速度検出手段と、ステアリングホイールの操作に基づいて操舵輪の操舵角を制御する操舵制御機構と、前記物体の大きさを検出する物体大きさ検出手段と、前記物体検出手段で検出された物体の位置情報と、前記物体の大きさ情報と、前記自車の速度情報とに基づいて、前記ステアリングホイールの操作に対する左右のブレーキ力の相関制御特性を変更するブレーキ制御特性変更手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記物体の大きさは、自車の進行方向とほぼ直角をなす水平方向への物体の横幅の成分を含むことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記物体の大きさは、自車から発射した進行波の反射面の広さの成分を含むことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１３】
請求項１０において、前記制御特性変更手段は、前記物体の大きさに応じて、前記ステアリングホイールの操作量に対する前記操舵輪の操舵角が大きくなるように変更する手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１４】
請求項１０において、前記制御特性変更手段は、前記物体の大きさに応じて、前記ステアリングホイールの操作量に対する前記操舵輪の操舵角が大きくなるように変更する手段と、前記物体の大きさに応じて、パワーステアリング装置によるアシスト力が大きくなるように変更する手段とを備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１５】
請求項１３において、前記ステアリングホイールの操作量に対する前記操舵輪の操舵角が大きくなるように変更する手段は、ステアリングホイールが中立点から所定値以内の範囲にあるときに動作することを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１６】
請求項１０において、自車の操舵輪の操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記物体の位置，前記物体の大きさ，前記自車速度及び前記操舵輪の操舵角に基き自車にとって危険な領域を演算する危険領域演算手段と、この危険領域情報に基いて自車と物体の衝突の危険性を予測し前記制御特性変更手段を動作させる危険性予測手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１７】
請求項１０において、ステアリングホイールが操作された方向の前車輪に他方の前車輪よりも大きなブレーキ力を作動させる手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１８】
請求項１０において、ステアリングホイールの操作角度に応じて、ステアリングホイールが操作された方向の前車輪に対するブレーキ力を増加させるとともに、前記物体の大きさに応じて前記操作角度に対するブレーキ力の増大率を大きくする手段を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
【請求項１９】
少なくとも、物体検出手段からの物体までの距離情報、この物体と自車との相対速度情報、及び自車速度検出手段からの自車の速度情報とを入力し、少なくとも車両の操舵に関する特性変更を指令する信号と、物体の横幅を含む大きさ信号とを出力することを特徴とする車両制御ユニット。
【請求項２０】
請求項１９において、ステアリングホイールの操作量と、このステアリングホイールの操作量に対する操舵輪の操舵角との比であるステアリングギア比の目標値に関する情報を出力することを特徴とする車両制御ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダやカメラなど車両の周囲を監視するセンサを用いて、自車の走行環境を認識し、車両の走行状態を支援する車両の走行制御装置及び車両制御ユニットの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両が前方の障害物に衝突しそうな場合に、障害物との衝突を回避するように車両の走行を支援する装置が知られている。例えば、特許文献１に記載されたものは、ドライバーの回避操作のみで衝突を回避できないと判断した場合に、車両の制動力を増大させることで、衝突を回避することが可能となる。さらに、上記の手法で車両を障害物の手前で停止させることが困難な場合に、車両の回避性能を向上させるような緊急時走行支援装置が、特許文献２に開示されている。この特許文献２に記載されたものは、緊急時にステアリングホイール（ハンドル）の操作に対する操舵アクチュエータの作動ゲインを通常時に比べて大きくすることで、車両の旋回性能を向上させるものであった。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１３７５９０号公報（要約ほか）
【０００４】
【特許文献２】特開２０００−１７７６１６公報（図３、段落４２−４９ほか）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、緊急時であるとの判断の下に、ハンドルの操作に対する操舵アクチュエータの作動ゲインを一律に大きくした場合、物体の大きさや周りの環境によっては、衝突回避が困難であったり、逆に、回避操作が大きすぎて、さらに危険になる場合がある。
【０００６】
本発明は、ステアリング操作によってドライバーが衝突を回避しようとする際に、前方の障害物に応じた適切な回避支援を実行し、衝突回避の操作性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の望ましい実施態様においては、車両の前方の障害物の横幅を含む障害物の大きさに応じて、車両の操舵に関係する制御機構の制御特性を変更する制御特性変更手段を有する。
【０００８】
ここで、車両の操舵に関係する制御機構の制御特性を変更する手段としては、ステアリングホイールの操作量に対する操舵輪の操舵角が、物体の大きさに応じて大きくなるように変更する手段がある。
【０００９】
また、制御特性変更手段は、物体の大きさに応じて、パワーステアリング装置によるアシスト力が大きくなるように変更する手段を備えることが望ましい。
【００１０】
さらに、制御特性変更手段は、ステアリングホイールが操作された方向の前車輪に他方の前車輪よりも大きなブレーキ力を作動させる手段を備えることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、前方の障害物との衝突の危険があり、ドライバーが衝突回避操作を行うとき、その障害物の大きさに応じた衝突回避操作のアシストを行うことができ、適切なアシストにより、運転の操作性と安全性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態による車両走行制御装置の全体構成図である。物体検出部１は、車両の周囲の物体を検知するものであり、具体的には、センサとして、光や電波を照射して物体を検出し、その速度や位置を検出可能なレーダ装置が好適である。あるいは、画像認識を用いて物体までの距離検知や物体認識を行うものを用いてもよい。この物体検出部１は、その信号処理部１００にて、自車と物体との距離ｒと、物体への前方角度θ及び自車と物体間の相対速度ｖを演算し、車両制御ＥＣＵ（ Electronic Control Unit ）２へ出力する。この物体検出部１の内部の詳細は後述する。
【００１４】
さて、車速センサ３は、自車の車輪速度Ｖを検出し、ジャイロ４は、ヨーレート（ Yaw Rate ）ＹＲを検出し、これらの検出情報Ｖ，ＹＲは、車両制御ＥＣＵ２に入力される。車両制御ＥＣＵ２は、物体検出部１からの前記出力ｒ，ｖ，及びθと、上記検出情報Ｖ，ＹＲに基いて、物体の横幅Ｗを含む大きさ指標Ｓ，危険領域ＤＺ及びその後の自車１３の位置の演算を行う。その結果、自車１３が危険領域ＤＺに突入する危険があると判断すれば、危険信号ＤＳを発する。この危険信号ＤＳは、障害物１４の大きさ指標Ｓ等とともにステア（ Steer ）ＥＣＵ７に入力される。
【００１５】
ハンドル（ステアリングホイール）角度センサ５は、ドライバーによって操作されたハンドルの角度αを検出し、これによって操舵された実際の車輪の操舵角βは、操舵角センサ６で検出される。ステアＥＣＵ７は、車速センサ３、ジャイロ４、ハンドル角度センサ５及び操舵角センサ６の検出出力を入力するとともに、車両制御ＥＣＵ２での演算結果から、前方の障害物への衝突の危険信号ＤＳ及びその障害物の横幅Ｗを含む大きさ指標Ｓを入力する。障害物の大きさ指標Ｓは、後述するように、前方の障害物の寸法のうち、自車の進行方向と直角方向の寸法すなわち横幅Ｗを含む障害物の大きさの指標であり、横幅Ｗだけでも良い。言い換えれば、ハンドル操作による衝突回避の難易度の指標である。
【００１６】
車両制御ＥＣＵ２で衝突の危険があると判断され、ステアＥＣＵ７に危険信号ＤＳが入力されると、ステアＥＣＵ７は、ＶＧＲ（ Variable Gear Ratio ）機構８へステアリングギア比Ｇの変更指令ＧＡを送出する。すなわち、障害物の大きさ指標Ｓをはじめとする入力情報に基き、ステアリングギア比Ｇの指令値Ｇ＊を演算し、ＶＧＲ機構８とパワーステアリング（以下、パワステ）装置９へ出力する。
【００１７】
このステアリングギア比Ｇとは、ハンドル操作量αと実際の操舵輪の操舵角度βの比（Ｇ＝α／β）であり、このギア比Ｇを小さくすると、少しのハンドル操作量αで通常よりも大きい操舵輪の操舵角度βを得ることができる。本発明の一実施形態においては、ＶＧＲ機構８をモータ８１で操作して、ステアリングギア比Ｇが調整される。
【００１８】
これによって、前方に衝突の危険がある障害物が現れたとき、障害物の横幅Ｗが大きいほど、少ないハンドル操作で車両の大きな旋回が得られ、安全性を増すことができる。
【００１９】
ギア比変更指令ＧＡは、パワステ装置９へも出力されるので、障害物の大きさ指標Ｓに応じてパワステ装置のアシスト力を強化することが望ましい。
【００２０】
一方、前記車両制御ＥＣＵ２からの危険信号ＤＳ及び障害物の大きさ指標Ｓは、ブレーキＥＣＵ１０にも入力される。ブレーキＥＣＵ１０は、危険信号ＤＳが与えられると、障害物の大きさ指標Ｓに応じて、ハンドルが切られた右又は左方向のブレーキ力を増強させるよう、ブレーキアクチュエータ１１を介してブレーキ１２を制御する。この結果、前方に衝突の危険がある障害物が現れたとき、ドライバーがこの障害物を避けようとしてハンドルを切った右又は左方向のブレーキ力を、障害物の横幅Ｗが大きいほど大きく増強し、少ないハンドル操作で所望方向への車両の大きな旋回が得られる。このとき、総合ブレーキ力も増すことになるので、安全性を更に向上することができる。
【００２１】
ここで、物体検出部１としてレーダ装置を用いた場合について、物体の各点からの反射波に基き、物体の横幅Ｗを含む大きさ指標Ｓを検出する例について説明する。
【００２２】
まず、レーダ装置による前方障害物との距離ｒと相対速度ｖの計測方法について説明する。アンテナ部は、送信アンテナ１０１と受信アンテナ１０２，１０３より構成されている。変調器１０４からの変調信号に基づく発信周波数で発信器１０５より発信された進行波例えばミリ波帯の高周波信号が、送信アンテナ１０１より放射される。車や道路沿いの物体など、自車の周囲に存在する反射物に反射して戻ってきた電波は、受信アンテナ１０２，１０３で受信され、ミキサ回路１０６で周波数変換される。このミキサ回路１０６には、発信器１０５からの信号も供給されており、この２つの信号のミキシングによって発生する低周波信号がアナログ回路１０７へ出力される。アナログ回路１０７で増幅され、出力される信号は、Ａ／Ｄコンバータ１０８によってディジタル信号に変換され、ＦＦＴ（高速フーリエ変換： Fast Fourier Transform ）処理部１０９に供給される。ＦＦＴ処理部１０９では、高速フーリエ変換により信号の周波数スペクトラムを振幅と位相の情報として計測し、信号処理部１００へ送る。ＦＦＴ処理部１０９で得た周波数領域でのデータより、障害物との距離ｒ、障害物への前方角度θ及び相対速度ｖが信号処理部１００で算出される。
【００２３】
ここでは、ドップラーシフト（ Doppler Shift ）を利用して自車と物体の相対速度ｖを計測し、２つの周波数を切替えることでそれぞれの周波数における受信信号の位相情報から、物体までの距離ｒを計測する２周波ＣＷ（ Continuous Wave ）方式を用いている。このようにして得られた距離計測値ｒ、角度計測値θ及び相対速度計測値ｖは、車両制御ＥＣＵ２へ出力される。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施形態の物体検出部として用いる２周波ＣＷ方式のレーダ装置の動作原理説明図である。２周波ＣＷ方式レーダの場合、発信器１０５へ変調信号を入力し、図２（Ａ）に示すように、２つの周波数ｆ１、ｆ２を時間的に切替えながら送信する。送信アンテナ１０１から送信された電波は前方の物体で反射し、反射信号を受信アンテナ１０２，１０３で受信する。受信信号と発信器１０５の信号をミキサ１０６で掛け合わせ、それらのビート信号を得る。直接ベースバンド（ Baseband ）に変換するホモダイン（ Homodyne ）方式の場合、ミキサ１０６からの出力のビート信号がドップラー周波数ｆｃとなり、（１）式で算出される。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
ここで、ｆｃは搬送周波数であり、ｖは相対速度、ｃは光速である。受信側では、それぞれの送信周波数における受信信号を、アナログ回路１０７で分離復調し、それぞれの送信周波数に対する受信信号をＡ／Ｄコンバータ１０８でＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換で得られたディジタルのサンプルデータをＦＦＴ処理部１０９で高速フーリエ変換処理し、受信されたビート信号の全周波数帯域での周波数スペクトラムを得る。ＦＦＴ処理の結果得られたピーク信号に対し、２周波ＣＷ方式の原理に基づいて、図２（Ｂ）に示すような送信周波数ｆ１とｆ２のそれぞれに対するピーク信号のパワースペクトラムＦ１，Ｆ２を計測し、２つのパワースペクトラムの位相差φから距離rを次の（２）、（３）式で算出する。
【００２７】
【数２】
2005254835.tif 000004
【００２８】
Δｆ＝ｆ２−ｆ１……………………………………………………………（３）
図３は、自車１３に搭載したレーダ装置１が前方の物体１４を検出する状況の平面図とＦＦＴ波形図である。図３（Ａ）に示すように、レーダ装置１を車両１３の前方に取付けた自車１３が、前方の車両１４を検出する例において、送信周波数ｆ１に対するピーク信号のパワースペクトラム１５を同図（Ｂ）に示す。これは、検出した車両１４からの周波数ｆ１ｉ（この例では、ｉ＝１〜５）の反射波に対して、ＦＦＴ処理を施した結果であり、送信周波数ｆ２に対するピーク信号のパワースペクトラム１６も同様に得られる。これら周波数ｆ１ｉ（ｉ＝１〜５）でのピーク信号を検出し、その周波数より、（１）式と（２）式を用いて、車両１４との相対速度ｖや距離ｒを算出することができる。
【００２９】
自車１３に取付けたレーダ装置１を基準とし、検出した車両１４の各反射点における速度（自車との相対速度ｖ）が異なると、その速度分布が周波数軸に対して図３（Ｂ）のように現れる。したがって、まず、信号強度が所定値（閾値レベル）ＴＬ以上のピーク値を算出する。次に、検出した各ピーク値に対して相対速度ｖ、距離ｒ、角度θの計算を行う。ここで、レーダ装置１を原点とし、自車１３の進行方向をｙ軸とした座標系において、検出した各反射点の位置座標を（Ｘｉ，Ｙｉ）とする。検出した車両１４の各反射点までの距離ｒｉ，角度θｉとすると、検出した位置座標は（４）、（５）式で表現できる。
【００３０】
Ｘｉ＝ｒｉｓｉｎθｉ……………………………………………………………（４）
Ｙｉ＝ｒｉｃｏｓθｉ……………………………………………………………（５）
次に、検出されたｋ個の反射点における反射断面積σｉを次式で算出する。
【００３１】
１０logσｉ＝４０log（ｒｉ）＋１０logＰｒ
−１０log｛ＰｔＧｔＧｒλ２＋３０log（４π）｝………………（６）
ここで、Ｐｒはレーダの受信電力、Ｐｔはレーダの送信電力、Ｇｔは送信アンテナゲイン、Ｇｒは受信アンテナゲイン、λは波長である。
【００３２】
次に、前方車両１４からの各反射点の位置座標の中で、ｘ軸方向において、最も小さいｘ座標をＸｍｉｎ、最も大きいｘ座標をＸｍａｘと定義すると、自車にとっての車両３３の横幅Ｗは、（７）式で表される。
【００３３】
Ｗ＝Ｘｍａｘ−Ｘｍｉｎ………………………………………………………（７）
ここで、ｘ軸方向への物体１４の寸法すなわち物体の横幅Ｗ情報と、（６）式で算出した各点における反射断面積σｉの平均値σｉ／ｋとの和を（８）式で算出し、物体の大きさを表す指標Ｓとする。
【００３４】
【数３】
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【００３５】
レーダ装置１を基準としたときに、検出した物体１４の横幅Ｗが大きいほど、（８）式で算出した大きさ指標Ｓは、大きい値となる。先にも述べたように、この大きさ指標Ｓに代えて横幅Ｗを用いても良いが、この実施形態では、ドライバーの障害物に対するフィーリングを考慮して、反射断面積の平均値σｉ／ｋを加算している。
【００３６】
図４は、車載レーダ装置１が前方の物体１４を検出する動作状況の一例を示す平面図である。自車１３の前方に連続して物体１４が存在している場合には、その物体１４全体から反射波が戻ってくるため、反射点が更に多く検出される。それら多数の反射点における位置情報を算出し、上記方法にて、物体１４の大きさ指標Ｓを得る。この場合、前述した図３（Ａ）に比べて、前方の物体１４の横幅Ｗが大きく、物体１４の大きさ指標Ｓも大きくなる。
【００３７】
次に、算出した物体の横幅Ｗ又は大きさ指標Ｓを用いて、自車１３と物体１４が衝突する可能性を演算し、その結果に応じて、ステアリング、ブレーキ及び／又はパワステの制御を行う方法について説明する。
【００３８】
まず、図１の車両制御ＥＣＵ２において、車速センサ３から自車１３の車輪速度Ｖを入力する。車速センサ３は、四輪に付いている車輪速センサで実現でき、車輪速度の平均値を自車速度Ｖｈとする。また、車速センサ３は、ミリ波レーダを車の下部に搭載し、地面に向けて電波を送信して反射波を受信することによって、地面に対する自車速度Ｖｈを直接計測する対地速度センサでも実現できる。対地速度センサでは、雨や雪道などでタイヤが滑った際にも、地面に対する自車速度を算出可能であるため、自車の動きを検出するのに有効である。
【００３９】
次に、自車速度Ｖｈ及び、（７）式で算出した検知物体１４の横幅情報Ｗを用いて、危険領域ＤＺを演算する。ここで、危険領域ＤＺとは、自車１３が、現在の速度Ｖｈと操舵角のまま進行し続けた場合に、物体１４に衝突するであろう平面座標上の領域である。この領域ＤＺの縦方向の長さをＤｙ、横方向の長さをＤｘとして、次の（９）、（１０）式のように定義する。
【００４０】
Ｄｘ＝Ｗ      ……………………………………………………………（９）
Ｄｙ＝ｋ１・Ｖｈ＋ｋ２・Ｗ……………………………………………（１０）
ここで、ｋ１、ｋ２は定数である。
【００４１】
図５は、自車１３の現状から見て危険な領域ＤＺを設定する方法を示す平面図である。図５（Ａ）において、自車速度Ｖｈ＝５０ｋｍ／ｈの場合と、Ｖｈ＝１００ｋｍ／ｈの場合では、Ｖｈ＝１００ｋｍ／ｈの場合の方が、危険領域ＤＺの長さＤｙが長くなる。同じ自車速度Ｖｈ＝６０ｋｍ／ｈの場合においても、図５（Ａ）のように物体の横幅Ｗが広いときは、図５（Ｂ）のように物体の横幅Ｗが狭いときよりも、危険領域ＤＺの長さＤｙが長くなる。
【００４２】
図６は、時間変化に伴う車両１３の位置の推定方法を説明する平面図である。まず、Δｔ後の時刻における自車位置を次のようにして算出する。ジャイロ４で算出した車両１３の重心回りの回転角速度（ヨーレート）をω［ｒａｄ／ｓ］とすると、自車速度Ｖｈを用いて、自車の進路となるカーブ半径Ｒが（１１）式で求められる。
【００４３】
Ｒ＝Ｖｈ／ω    …………………………………………………………（１１）
そこで、図６に示す自車１３の位置から、次の時刻（ｔ＋Δｔ）における自車１３の位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）までに移動する横方向距離Ｈｃ及び縦方向距離Ｈｄは、次の（１２）、（１３）式で算出される。
【００４４】
【数４】
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【００４５】
【数５】
2005254835.tif 000007
【００４６】
したがって、時刻ｔでのレーダ装置１の送受信点を原点（０，０）とすると、Δｔ［ｓ］後の自車１３の位置Ｐ（ｔ＋Δｔ）の座標は、（１４）式で表される。
【００４７】
【数６】
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以上で算出した結果を用いて、Δｔ［ｓ］後の自車位置が、前述した危険領域ＤＺ内に入っている場合、自車１３は、前方の物体１４に衝突する危険があると判断する。そこで、次のようにして、ステアＥＣＵ７によるＶＧＲ機構８やパワステ９の制御及び／又はブレーキＥＣＵによりブレーキアクチュエータ１１を介してブレーキ１２を調整し、衝突を回避する制御を行う。
【００４８】
前方障害物１４に衝突しそうな場合、ドライバーは、衝突を回避するために、ブレーキをかけたり、ハンドル操作を行う。しかし、操舵角を急激に変化させる必要がある場合には、ドライバーの力だけでは時間がかかり、衝突する恐れがある。そこで、確実に衝突を回避するために、検出した物体１４の横幅Ｗ又は大きさ指標Ｓに応じて、少ない操作量で車両１３の衝突回避方向への転舵が容易なように、次のような制御を行う。
【００４９】
１）ステアリングギア比Ｇの調整
２）左右ブレーキ力の相関関係制御
３）ステアリングギア比の調整＋左右ブレーキ力の相間関係制御
４）ステアリングギア比の調整＋パワステアシスト力の調整、あるいは
５）ステアリングギア比調整＋パワステアシスト力調整＋左右ブレーキ力相間関係制御
図７は、ステアリング動力伝達機構として、ＶＧＲ（ Variable Gear Ratio ）機構８付パワステ動力伝達機構１７を用いた本発明の具体的実施形態を示す構成図である。この実施形態は、ハンドル（ステアリングホイール）１８と操舵輪１９，２０との間に、ギア比を可変にする可変操舵ギア比（ＶＧＲ：Variable  Gear Ratio ）機構８付のステアリング動力伝達機構１７を設けている。したがって、ハンドル１８の操作量αと操舵輪１９，２０の実際の操舵角βの比、すなわちステアリングギア比Ｇを調整することができる。
【００５０】
まず、ステアリングギア比Ｇの制御例として、ＶＧＲ機構８付のステアリング動力伝達機構１７のみを制御する方法について説明する。この実施形態においては、太い実線で示す車内ＬＡＮ２１によって、レーダ装置（物体検出部）１、車両制御ＥＣＵ２、ステアＥＣＵ７及びブレーキＥＣＵ１０が接続されており、これら各部相互間での情報のやり取りを行うことができる。
【００５１】
車両制御ＥＣＵ２は、算出した前方物体１４の横幅Ｗを含む大きさ指標Ｓと、車速センサ３（３１〜３４）で検出した車輪速度ＶをステアＥＣＵ７に入力する。また、ハンドル１８の回転角度αをハンドル角度センサ５によって検出する一方、実際の操舵輪１９，２０の操舵角βは、タイロッド２２の変位を検出する操舵角センサ６によって計測し、それぞれステアＥＣＵ７に入力する。車両制御ＥＣＵ２は、危険信号ＤＳを発するときには、前方障害物１４の横幅Ｗを含む大きさ指標ＳをもステアＥＣＵ７に出力する。
【００５２】
ステアＥＣＵ７では、例えば、図８に示すように、自車速度Ｖｈとギア比Ｇとの関係より、ステアリングギア比Ｇの目標値Ｇ＊を算出する。
【００５３】
図８は、本発明の一実施形態における車両速度Ｖｈに対するステアリングギア比の目標値Ｇ＊の設定例を示した図である。ステアリング特性は、車両速度Ｖｈに応じてステアリングギア比Ｇを可変にできるようなＶＧＲ機構８によるものであり、ステアリングギア比Ｇの許容変化範囲は、Ｇｍｉｎ〜Ｇｍａｘである。通常のステアリングギア比の目標値Ｇ＊の特性は、Ｇ１＊で示している。すなわち、走行速度Ｖｈが０〜Ｖ１［ｋｍ／ｈ］までは、ステアリングギア比の目標値Ｇ＊は最小のＧｍｉｎとし、速度ＶｈがＶ１〜Ｖｍａｘまでは、速度Ｖｈの増大に比例してギア比目標値Ｇ＊をＧｍａｘまでの範囲で大きくなるように設定している。また、速度がＶｍａｘ以上においては、ギア比目標値Ｇ＊は、許容最大値Ｇｍａｘに固定している。
【００５４】
ここで、前方障害物１４への衝突の危険を検知して危険信号ＤＳが発生した場合の非常時のステアリングギア比目標値をＧ２＊で示している。すなわち、与えられた障害物１４の大きさ指標Ｓの大きさに応じて、ギア比目標値Ｇ＊を小さく変更する。障害物１４の大きさ指標Ｓが小さい場合には、この減少率は少なく、大きさ指標Ｓが大きいほど、この減少率は大きくなる。
【００５５】
先に述べたように、ステアリングギア比Ｇを小さくすると、少しのハンドル１８の操作量αで通常よりも大きな操舵輪１９，２０の操舵角βが得られる。ハンドル１８は、ステアリングシャフトの入力回転軸２３に固定されている。動力伝達機構１７内には、例えばウォームギアを用いて、入出力ギア比を可変にするＶＧＲ機構８を備えている。動力伝達機構１７の出力回転軸２４は、ステアリングギアボックス２５において、例えばラックとピニオン機構によりタイロッド２２に連結される。出力回転軸２４の回転がタイロッド２２の軸方向の変移に変換され、タイロッド２２の変移は、リンク機構２６を介して操舵輪１９，２０に伝達される。なお、パワーステアリング機構は、ギアボックス２５内に存在するものとして図示していない。２７はブレーキペダルである。
【００５６】
先に、図１を参照して説明したように、動力伝達機構１７内のＶＧＲ機構８は、モータ８１によりギア比Ｇを調整する。ステアＥＣＵ７から指令が無い場合にはモータ８１が停止しており、図８の例えば目標値Ｇ１＊に基いて、ギア比が決定されている。ここで、車両制御ＥＣＵ２からの危険信号ＤＳに基き、ステアＥＣＵ７からＶＧＲ機構８へギア比調整指令ＧＡが与えられると、ＶＧＲ機構８のモータ８１を回転させて入出力ギア比を障害物１４の大きさ指標Ｓに応じて、例えば特性Ｇ２＊へと調整する。これにより、ギア比Ｇは小さくなり、比較的小さなハンドル操作αで、操舵輪１９，２０の大きな操舵角βを得て、車両１３を大きく旋回させ、障害物を容易に回避することが可能となる。
【００５７】
なお、変形例として、次のような制御手法とすることもできる。ステアＥＣＵ７において、各センサの出力値に基づいて車両運動状態や推測されるドライバー意図などから、その時点で好適な操舵輪１９，２０の目標操舵角を演算する。この目標操舵角を、操舵角センサ６の出力と比較し、目標操舵角と一致しない場合に、操舵輪１９，２０の操舵角βが目標操舵角と一致するように、ＶＧＲ機構８のモータ８１を制御するのである。このような構成によっても、上記と同様な障害物回避の容易性が得られる。
【００５８】
以上のように、障害物の横幅Ｗが大きくない場合には、必要以上にギア比Ｇを低減せず、ドライバーがハンドルを切りすぎないようにすることで、過操作を低減でき、運転操作性と安全性が向上する。
【００５９】
また、ドライバーがハンドルを操作している最中に、ギア比Ｇを変更することを防ぐために、ギア比の変更は、ハンドルが中立点±α１［ｄｅｇ］の範囲にあるときに行うこととする。操舵角センサ５を用いて、ハンドルの操舵角αを算出しておき、操舵角αが、−α１〜＋α１の範囲内でのみ、ギア比Ｇを変更できるようにする。例えば、α１＝５度程度に設定することが望ましい。
【００６０】
図９は、本発明の一実施形態におけるハンドル操作量αに対するブレーキ力指令ＢＬ，ＢＲの設定例を示した図である。この例では、まず、通常状態において、ハンドル操作に応じ、その方向のブレーキ力を他方のブレーキ力より強くして、車両の旋回を容易にしている。例えば、ドライバーがハンドルを左に切れば、その操作量αに応じて図９の中央から左方に移動し、実線で示す左前車輪のブレーキ力指令ＢＬは、破線で示す右前車輪のブレーキ力指令ＢＲに比べ大きくなるように設定されているのである。
【００６１】
ここで、前方に障害物があり、前述した危険信号ＤＳが発生している場合には、更に、ハンドル操作に対する車両の旋回を容易にするブレーキ力の調整を行う。すなわち、ドライバーが、ハンドル操作でこの障害物を避けようとし、例えば、左側に曲げようとした際、危険信号ＤＳがある場合には、図９の左半分に示すように、左前車輪のブレーキ力指令ＢＬを更に増大させるのである。その増大率は、前方の障害物の大きさ指標Ｓが大きいほど大きくしている。
【００６２】
したがって、ドライバーのハンドル操作の方向のブレーキ力が更に増大し、比較的小さなハンドル操作αで、左右のブレーキ力の差が拡大し、車両１３を大きく旋回させ、障害物を容易に回避することが可能となる。しかも、障害物の大きさ指標Ｓが大きいほど、車両は旋回し易く、更に、総合ブレーキ力も増大させ、安全性を更に向上させることができる。
【００６３】
次に、本発明の実施形態による車両制御ＥＣＵ２における演算処理について説明する。
【００６４】
図１０は、車両制御ＥＣＵ２における演算処理の第１の実施形態を示す処理フローである。この実施形態では、図１のレーダ装置１から得られた諸信号と、センサ類からの検出信号に対して演算処理を行い、衝突の危険を予測した場合に、ステアリングギア比Ｇの調整を行う。
【００６５】
まず、ステップＳ１において、レーダ装置（物体検出部）１から相対速度ｖ、距離ｒ及び角度θを入力する。ステップＳ２では、各反射点における反射断面積σを算出する。また、ステップＳ３では、前述（７）式により障害物の横幅Ｗを算出する。ステップＳ４では、前述（８）式により、障害物の大きさ指標Ｓを演算する。次に、ステップＳ５において、算出した物体の横幅Ｗ又は大きさ指標Ｓを用いて、危険領域ＤＺを求め、ステップＳ６では自車１３の進行方向と速度から、Δｔ秒後の自車位置を算出する。これを受けて、ステップＳ７では、自車１３が障害物１４に基く危険領域ＤＺに突入するか否かから、衝突する可能性を演算する。その結果に応じて、ステップＳ８において、ステアＥＣＵ７へ危険信号ＤＳを送出し、ステアリングギア比の目標値Ｇ＊の変更指令を発する。
【００６６】
ステアリングギア比の目標値Ｇ＊の変更については前述した通りであり、ステアリングギア比の目標値Ｇ＊を小さくすることによって、ドライバーにとっては同じ操作角でも、実際の操舵角を大きくすることが可能となる。これによって、ドライバーが障害物との衝突を回避しようとした場合に、回避操作が容易になる。
【００６７】
次に、ブレーキ制御を用いた本発明の実施形態について説明する。この実施形態においては、前方障害物との衝突の可能性があると判定した場合、ハンドルの操作量に応じて左右のブレーキ力の相間関係を調整する。この場合、ブレーキＥＣＵ１０、ブレーキアクチュエータ１１において、以下のようにブレーキ１２の制御を行う。
【００６８】
図１１は、車両制御ＥＣＵ２における演算処理の第２の実施形態を示す処理フローである。図１１において、ステップＳ１〜Ｓ７の処理は図１０と同一である。ステップＳ７で衝突の危険を予測したことにより、ステップＳ８で、ブレーキＥＣＵ１０に危険信号ＤＳを送出し、ブレーキアクチュエータ１１を介してブレーキ１２を制御し、障害物への衝突回避を援助する。
【００６９】
ブレーキ力の相関関係の調整については、前述した通りであり、ハンドルが操作された方向のブレーキ力を大きくすることによって、ドライバーにとっては同じハンドル操作でも、実際の車両の旋回を大きくすることが可能となる。これによって、ドライバーが障害物との衝突を回避しようとした場合に、回避操作が容易になる。
【００７０】
図１２は、車両制御ＥＣＵ２における演算処理の第３の実施形態を示す処理フローである。この実施形態では、衝突の危険を予測した場合に、ステアリングギア比Ｇの調整と左右のブレーキ力の相関関係の調整を行う。図１２においても、ステップＳ１〜Ｓ７の処理は図１０や図１１と同一である。ステップＳ７で衝突の危険を予測したことにより、ステップＳ８で、ステアＥＣＵ７へ危険信号ＤＳを送出し、ステアリングギア比の目標値Ｇ＊の変更指令を発する。また、ステップＳ９において、ブレーキＥＣＵ１０へも危険信号ＤＳを送出し、ハンドル（ステアリング）操作量αに応じた左右ブレーキ力の相関関係の調整指令を発する。
【００７１】
ステアリングギア比の目標値Ｇ＊の変更及びブレーキ力の相関関係の調整については、前述した通りである。これにより、ステアリングギア比の目標値Ｇ＊を小さくすることによって、ドライバーにとっては同じ操作角でも、実際の操舵角を大きくすることが可能となる。また同時に、ハンドルが操作された方向のブレーキ力を大きくすることによって、ドライバーにとっては同じハンドル操作でも、実際の車両の旋回を大きくすることが可能となる。これによって、ドライバーが障害物との衝突を回避しようとした場合に、回避操作がさらに容易になる。
【００７２】
図１３は、車両制御ＥＣＵ２における演算処理の第４の実施形態を示す処理フローである。この実施形態では、衝突の危険を予測した場合に、ステアリングギア比Ｇの調整とパワーステアリング装置によるパワステアシストを行う。図１３においては、ステップＳ１〜Ｓ８の処理は図１０及び図１２と同一であり、ステップＳ７で衝突の危険を予測したことにより、ステップＳ８で、ステアＥＣＵ７へ危険信号ＤＳを送出し、ステアリングギア比の目標値Ｇ＊の変更指令を発する。これに加え、ステップＳ１０において、ステアリングギア比Ｇに応じて、パワーステアリング装置にパワステアシスト特性の変更を指令する。前述したように、ステアリングギア比の目標値Ｇ＊を小さくすると、少ないハンドル操作で操舵輪の大きな操舵角が得られる。しかし、それだけハンドルが重くなる可能性があるので、小さい力でもハンドルを切れるようにパワステアシスト力をギア比の目標値Ｇ＊に比例して増強するのである。
【００７３】
これによって、ドライバーにとっては同じ腕力によるハンドル操作でも、車両の操舵輪の実際の操舵角を大きくすることが可能となる。これによって、ドライバーが障害物との衝突を回避しようとした場合に、回避操作がさらに容易になる。
【００７４】
また、図示しないが、図１０〜１３におけるステップＳ８，Ｓ９及びＳ１０を全て備えることもでき、これによって、ドライバーの衝突回避操作をさらに援助することができることは、容易に理解できる。
【００７５】
以上の実施形態においては、レーダ装置を用いて、車両の衝突を検知する例で説明をおこなったが、例えば、物体検出部において、画像処理装置を用いて自車の周辺を認識するように構成してもよい。
【００７６】
図１４は、ＳＢＷ（ Steer By Wire ）式ステアリング動力伝達機構２９を用いた本発明の具体的な実施形態を示す構成図である。この実施形態においては、ハンドル１８は機構的には、操舵輪１９，２０と連結されておらず、ハンドル１８の操作角αは、ハンドル角度センサ５で検出され、ステアＥＣＵ７に入力される。このステアＥＣＵ７には、実際の操舵輪１９，２０の操舵角βも操舵角センサ６から入力され、これまでの実施形態で述べた全ての演算の下で、駆動機構２８へ操舵角目標値β＊を送出する。駆動機構２８は、この操舵角目標値β＊に応じてＳＢＷ式ステアリング動力伝達機構２９を駆動し、実際の操舵輪の操舵角βが目標値β＊に一致するように制御される。
【００７７】
この実施形態においても、これまで述べた全ての制御を同様に適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１の実施形態による車両走行制御装置の全体構成図。
【図２】物体検出部として用いる２周波ＣＷ方式のレーダ装置の動作原理説明図。
【図３】レーダ装置が前方の物体を検出する状況の平面図とＦＦＴ波形図。
【図４】車載レーダ装置が前方の物体を検出する動作状況の一例を示す平面図。
【図５】自車にとって危険な領域ＤＺを設定する方法を示す平面図。
【図６】時間変化に伴う車両位置の推定方法を説明する平面図。
【図７】ＶＧＲ付ステアリング動力伝達機構を用いた本発明の具体的実施形態の構成図。
【図８】本発明の一実施形態におけるステアリングギア比の調整例の説明図。
【図９】本発明の一実施形態におけるブレーキ力指令の調整例の説明図。
【図１０】車両制御ＥＣＵにおける演算処理の第１の実施形態を示す処理フロー。
【図１１】車両制御ＥＣＵにおける演算処理の第２の実施形態を示す処理フロー。
【図１２】車両制御ＥＣＵにおける演算処理の第３の実施形態を示す処理フロー。
【図１３】車両制御ＥＣＵにおける演算処理の第４の実施形態を示す処理フロー。
【図１４】ＳＢＷ式ステアリング動力伝達機構を用いた本発明の具体的実施形態の構成図。
【符号の説明】
【００７９】
１…物体検出部（レーダ装置）、２…車両制御ＥＣＵ、３…車速センサ、４…ジャイロ、５…ステアリングホイール（ハンドル）角度センサ、６…操舵角センサ、７…ステアＥＣＵ、８…ＶＧＲ（可変ギア比）機構、９…パワーステアリング装置、１０…ブレーキＥＣＵ、１１…ブレーキアクチュエータ、１２…ブレーキ、１３…自車、１４…前方の障害物、１７…ステアリング動力伝達機構、１８…ステアリングホイール（ハンドル）、１９，２０…操舵輪、２１…車内ＬＡＮ、２２…タイロッド、２３…入力回転軸、２４…出力回転軸、２５…ステアリングギアボックス、２６…リンク機構、２７…ブレーキペダル、２８…駆動機構、２９…ＳＢＷ式ステアリング動力伝達機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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