システム操作者支援のための支援制御装置を備えたシステム、制御操作支援装置、制御操作支援方法、運転操作支援装置、及び運転操作支援方法
走行目標経路生成回路が、制御対象物の現在位置から制御対象物が将来走行することができる走行目標経路を算出し、理想制御信号算出回路が、走行目標経路Ｐに沿って走行するための制御プロフィールＳ’を算出し、差異算出回路が、理想制御の大きさＳ’と制御の現在の大きさＳ’との差異δを算出する。そして、制御システム支援制御装置は、算出された差異δの大きさに基づいて制御システムを制御することにより、操作者の制御操作を支援する。これにより、理想的な制御状態、操作者の制御操作状態、環境状態及び要求される操作精度からの差異δの大きさの関数である制御操作の支援を運転者に提供することができるので、操作者、環境及び制御対象物を特徴づける諸条件に適した制御操作支援制御を出力することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象物に対する操作者の制御操作を支援する制御操作支援装置及び制御操作支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特開平９−１５６５２８号公報に開示されているように、車両の進行方向方位角と車両が走行している道路の接線方向方位角とを検出し、検出された進行方向方位角と接線方向方位角の偏差が減少する向きに操舵トルクを発生させることにより、道路から車両が逸脱しない方向に操舵力を発生させる車両操作支援装置が知られている。
【０００３】
従来の車両操作支援装置は、運転者の車両操作の状態や車両周囲の環境を考慮せず、制御点における進行方向方位角と接線方向方位角の偏差のみに基づいて操舵制御を出力する構成になっている。このため、従来の車両操作支援装置によれば、運転者の車両操作の状態（運転意図）や車両周囲の環境に適していない操舵制御が出力されることにより、運転者が操舵制御に対し違和感や煩わしさを感じることがあった。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、システムの操作者を支援する支援制御装置が設けられたシステムであって、システムの操作状態に関する情報を検出するシステム状態検出部と、少なくとも前記システム状態検出部により検出されたシステム状態に依存して、前記システムの理想状態を生成する理想状態生成部と、前記理想状態生成部により生成された理想状態に沿って動作するように、前記システムに対する理想入力を算出する理想入力算出部と、操作者の制御動作を前記システムに対する制御信号に変換するシステム入力インターフェースと、前記理想入力算出部により算出された理想入力と前記システムに対して前記システム入力インターフェースが提供する実際の制御信号との差異を算出する差異算出部と、を備え、前記システム入力インターフェースは前記支援制御装置を備え、前記支援制御装置は、前記システムの動作において操作者を支援するように、前記差異算出部により算出された差異に依存して、操作者の制御動作を前記システムに対する制御信号に変換することに関連する少なくとも一つの変換パラメータを定める。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、制御対象物の制御のための、マニピュレータに対する操作者の制御操作を支援する制御操作支援装置は、前記制御対象物の状態に関する情報を検出する制御対象物状態検出部と、前記マニピュレータの状態に関する情報を検出するマニピュレータ状態検出部と、前記制御対象物の周囲の制御操作環境の状態に関する情報を検出する環境状態検出部と、前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態と前記環境状態検出部により検出された環境状態とに関する情報から、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスを生成する理想相互作用生成部と、前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、マニピュレータに対する理想インピーダンスを生成する理想マニピュレータインピーダンス生成部と、前記理想マニピュレータインピーダンス生成部により生成された理想マニピュレータインピーダンスに基づいてマニピュレータのインピーダンスを制御することにより、制御対象物と環境との間に所望の相互作用ダイナミックスを生成するマニピュレータインピーダンス制御装置支援システムと、前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、理想マニピュレータ制御信号を生成する理想マニピュレータ制御信号生成部と、前記理想マニピュレータ制御信号生成部により生成された理想マニピュレータ制御信号と前記マニピュレータ状態検出部により検出されたマニピュレータの状態との間の差異を算出するマニピュレータ制御信号差異算出部と、前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、制御対象物の制御操作に要求される精度を推定する操作精度推定部と、前記操作精度推定部により推定された要求精度から、制御差異インピーダンスを生成する制御差異インピーダンス生成部と、前記マニピュレータ制御信号差異算出部により算出された差異の大きさと前記制御差異インピーダンス生成部により算出された差異インピーダンスとに基づいて、アクチュエータにより生成される付加トルクを制御することにより、マニピュレータに対する操作者の制御操作を支援して、要求される操作精度を達成するアクチュエータトルク制御装置支援システムと、を備える。
【０００６】
本発明の第３の態様によれば、車両操作状態に関する情報と車両操作環境に関する情報とから操作対象物に対する理想制御経路が生成され、操作対象物が生成された理想制御経路に沿って動作するように、制御システムの制御履歴が理想制御信号として算出され、算出された理想制御信号と車両操作状態に関する情報との差異が算出され、算出された差異の大きさに基づいて操作システムが制御されることにより、操作システムに対する操作者の操作が支援され、車両操作状態に関する情報及び／又は車両操作環境に関する情報から、操作対象物の車両操作に要求される正確さが推定され、そして、推定された正確さが高くなることに応じて操作システムの制御レベルが上げられる。
【０００７】
本発明の第１の態様のシステム状態検出部は、本発明の第２の態様の制御対象物状態検出部、マニピュレータ状態検出部及び環境状態検出部と、本発明の第３の態様の環境状態検出部とに対応する。
【０００８】
本発明の第１の態様の理想状態生成部は、本発明の第２の態様の理想相互作用生成部と、本発明の第３の態様の理想制御経路生成部とに対応する。
【０００９】
本発明の第１の態様の支援制御装置は、本発明の第２の態様のアクチュエータトルク制御装置支援システムと、本発明の第３の態様の操作システム支援制御装置とに対応する。
【００１０】
本発明の第１の態様の理想入力算出部は、本発明の第２の態様の理想マニピュレータインピーダンス生成部と、本発明の第３の態様の理想制御信号算出部とに対応する。
【００１１】
本発明の第１の態様のシステム入力インターフェース部は、本発明の第２の態様のマニピュレータインピーダンス制御装置支援システム及び理想マニピュレータ制御信号生成部と、本発明の第３の態様の理想制御信号算出部とに対応する。
【００１２】
本発明の第１の態様の差異算出部は、本発明の第２の態様のマニピュレータ制御信号差異算出部と、本発明の第３の態様の差異算出部とに対応する。
【００１３】
本発明の第２の態様の操作精度推定部は、本発明の第３の態様の操作システム支援制御装置に対応する。
【００１４】
本発明の第２の態様の制御差異インピーダンス生成部は、本発明の第３の態様の操作精度推定部に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に係る制御操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明に係る車両操作支援装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は、図４に示すステップＳ１における、環境内での車両の位置と向きを検出する処理の説明図である。
【図６】図６は、図４に示すステップＳ２における、車両が直線路を走行している場合における走行目標点の生成処理の説明図である。
【図７】図７は、図４に示すステップＳ２における、車両が曲線路を走行している場合における走行目標点の生成処理の説明図である。
【図８】図８は、車両が走行している道路の道幅と操舵操作に求められる正確さとの関係の一例を示すグラフである。
【図９】図９は、図４に示すステップＳ８の処理に用いられるトルク出力則の一例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、図１１に示すステップＳ１５における、車両の走行目標経路の生成処理の説明図である。
【図１３】図１３は、運転者の運転負荷と操舵操作に求められる正確さとの関係の一例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、図１１に示すステップＳ１５における、車両の走行目標経路の生成処理の変形例の説明図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、操舵操作に求められる正確さと、車両周囲の照度、天候、及び車両の走行時間帯との関係の一例を示すグラフである。
【図１８】図１８は、操舵操作に求められる正確さと走行目標経路を生成する際に設定する走行目標点の数との関係の一例を示すグラフである。
【図１９】図１９は、本発明の第４の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、本発明の第４の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、図２０に示すステップＳ４４における、走行目標点の生成および補正処理の説明図である。
【図２２】図２２は、図２０に示すステップＳ５０の処理において用いられるトルク出力則の一例を示すグラフである。
【図２３】図２３は、運転者の運転技量と図２１に示す距離Ｌ０との関係の一例を示すグラフである。
【図２４】図２４は、本発明の第５の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】図２５は、本発明の第５の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図２６】図２６は、図２５に示すステップＳ７１の処理において用いられるトルク出力則の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る制御操作支援装置システムは、制御対象物の制御のための操作者の制御操作を支援する。図１に示すように、本発明に係る制御操作支援装置は、環境状態検出部１０１、制御対象物状態検出部１０２、理想相互作用生成部１０３、理想マニピュレータ制御信号生成部１０４、操作精度推定部１０５、理想マニピュレータインピーダンス生成部１０６、マニピュレータ制御信号差分算出部１０７、制御差分インピーダンス生成部１０８、アクチュエータトルク制御装置支援システム１０９、マニピュレータインピーダンス制御装置支援システム１１０、アクチュエータ１１１、マニピュレータ１１２、及びマニピュレータ状態検出部１１３を備える。
【００１７】
環境状態検出部１０１は、制御対象物１１４の周囲の制御操作環境の状態についての情報を検出する。制御対象物状態検出部１０２は、制御対象物１１４の状態についての情報を検出する。理想相互作用生成部１０３は、制御対象物状態検出部１０２により検出された制御対象物１１４の状態と、環境状態検出部１０１により検出された環境状態との情報から、制御対象物１１４と環境との間の理想相互作用ダイナミックスを生成する。
【００１８】
理想マニピュレータ制御信号生成部１０４は、理想相互作用生成部１０３により生成された制御対象物１１４と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、理想マニピュレータ制御信号を生成する。操作精度推定部１０５は、理想相互作用生成部１０３により生成された制御対象物１１４と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、制御対象物１１４の制御操作に必要な精度を推定する。
【００１９】
理想マニピュレータインピーダンス生成部１０６は、理想相互作用生成部１０３により生成された制御対象物１１４と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、マニピュレータ１１２のための理想インピーダンスを生成する。マニピュレータ制御信号差分算出部１０７は、理想マニピュレータ制御信号生成部により生成された理想マニピュレータ制御信号とマニピュレータ状態検出部１１３により検出されたマニピュレータ１１２の状態との間の差分を算出する。
【００２０】
制御差分インピーダンス生成部１０８は、操作精度推定部１０５により推定された要求精度から、制御差分インピーダンスを生成する。アクチュエータトルク制御装置支援システム１０９は、マニピュレータ制御信号差分算出部１０７により算出された差分の大きさと制御差分インピーダンス生成部１０８により算出された差分インピーダンスとに基づいて、アクチュエータ１１１により生み出された付加トルクを制御し、これにより、マニピュレータ１１２に対する操作者の制御操作を支援し、要求操作精度を達成する。
【００２１】
マニピュレータインピーダンス制御装置支援システム１１０は、理想マニピュレータインピーダンス生成部１０６により生成された理想マニピュレータインピーダンスに基づいてマニピュレータ１１２のインピーダンスを制御して、これにより、制御対象物１１４と環境との間に、所望の相互作用ダイナミックスを生成する。
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第５の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。以下に示す実施形態においては、操作者が操作する制御対象物として車両を想定している。しかしながら、本発明はこれらの実施形態に限定されることはなく、長距離無人車両制御（航空又は宇宙無人機）、（距離的又は大きさ的な）遠隔操作手術、航空飛行シュミレーション、工場労働者／ダンサー／スポーツ選手、及び（距離的又は大きさ的に）（超小型の）組立作業など、人間が制御に関与する操作制御対象物の全般に適用することができる。
【００２３】
本発明が無人車両制御に適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、遠隔操作支援装置、遠隔操作者、遠隔制御車両、マニピュレータ出力信号、制御入力プロフィール、遠隔制御車両の理想三次元軌道、操縦桿アクチュエータ、道路条件（気象条件、静的及び動的対象物の場所）、及び静的又は動的対象物（制限地域、通信時間遅延）に対するＴＴＣに対応する。
【００２４】
本発明が遠隔操作手術に適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、手術支援装置、外科医、ロボット手術装置、マニピュレータ出力信号、マニピュレータ出力プロフィール、遠隔制御手術装置の理想配置及び発揮力、触感手袋アクチュエータ、損傷しやすい組織の場所（把持部が移動する流体の物性、施術が必要な組織の場所）、及び静的又は動的対象物（制限地域、通信時間遅延）に対するＴＴＣに対応する。
【００２５】
本発明が航空飛行シュミレーションに適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、航空機飛行支援装置、パイロット、航空機／ヘリコプタ、操縦桿信号、操縦桿出力プロフィール、航空機の理想三次元軌道、操縦桿アクチュエータ、地面及び飛行禁止地域までの距離（着陸地点の場所と方位、他の飛行機までの距離）、及び静的又は動的対象物（制限地域）に対するＴＴＣに対応する。
【００２６】
本発明が工場労働者／ダンサー／スポーツ選手に適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、身体運動支援装置（触感スーツ）、工場労働者／ダンサー／スポーツ選手、人体、身体運動制御信号（身体への圧力、四肢トルク、及び位置制御信号）、身体運動プロフィール、四肢による理想発揮力又は理想四肢運動経路（制限的だが別個であるおのおのの剛体）、触感スーツ又は身体運動支持スーツ（圧力とアクチュエータ）、対象物の場所（かかる対象物の物性、四肢の運動を良好に行うために必要な筋肉活動プロフィール、要操作対象物との接触力）、及び静的又は動的対象物（制限地域、通信時間遅延）に対するＴＴＣに対応する。
【００２７】
本発明が（超小型の）組立作業に適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、組立作業支援装置、組立工、遠隔制御把持部、マニピュレータ出力信号、マニピュレータ出力プロフィール、遠隔制御把持具の理想配置及び発揮力、触感手袋アクチュエータ（触感マスタ）、対象物の場所（かかる対象物の物性、要操作対象物のと接触力）、及び静的又は動的対象物（制限地域、通信時間遅延）に対するＴＴＣに対応する。
【００２８】
第１の実施形態
始めに、図２乃至図９を参照して、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【００２９】
車両操作支援装置の構成
本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置１は、制御対象物としての車両に搭載され、図２に示すように、車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、走行目標点生成回路４、理想操舵信号算出回路５、差異算出回路６、操作精度推定回路７、及び操舵系補助制御装置８を主な構成要素として備える。
【００３０】
車両操作状態検出装置２は、図３に示す本発明に係る車両操作状態検出手段１１に対応する。車両操作状態検出装置２は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、速度センサ、地磁気センサ、加速度センサ、及び操舵角センサ等の各種センサを備え、車両の位置、速度、進行方向角、加速度、及び操舵角を検出する。
【００３１】
環境状態検出装置３は、図３に示す本発明に係る環境状態検出手段１２に対応する。環境状態検出装置３は、車両の前部及び側部に配置された撮像装置、レーザレーダ、超音波センサ、ナビゲーション装置、粗さセンサ等を備え、車両周囲に存在する障害物、車両が走行している道路の曲率プロフィール、車線幅、及び粗さ、車両に隣接する移動体を検出する。
【００３２】
走行目標点生成回路４、理想操舵信号算出回路５、差異算出回路６、及び操作精度推定回路７は、それぞれ、図３に示す本発明に係る理想制御経路生成手段１３、理想制御信号算出手段１４、差異算出手段１５、及び操作精度推定手段１６に対応する。これらの回路の機能（動作）は、車両に搭載されたマイクロコンピュータが制御プログラムを実行することにより実現される。各回路の機能については後述する。
【００３３】
操舵系補助制御装置８は、図３に示す本発明に係る操作系補助制御部１７に対応する。操舵系補助制御装置８は、車両のステアリングに配置された公知の電動パワーステアリング機構やパワーアシスト機構により構成され、詳しくは後述するが、運転者の操舵操作を支援する制御を実行する。
【００３４】
このような構成を有する車両操作支援装置１は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置１の動作について説明する。
【００３５】
車両操作支援制御処理
図４に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられると開始され、車両操作支援制御処理はステップＳ１の処理に進む。この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００３６】
ステップＳ１の処理では、環境状態検出装置３が、車両が走行している走行車線内における車両の位置を検出する。具体的には、環境状態検出装置３は、車両側方に配置された撮像装置により撮影された車両側方方向の映像からエッジ画像を抽出することにより、車両の走行車線の左右のレーンマーカーＬＬ、ＬＲ（図５参照）を抽出する。そして、環境状態検出装置３は、抽出された左右のレーンマーカーＬＬ、ＬＲから走行車線の中心線ＬＣ（図５参照）を算出し、これにより、算出された中心線ＬＣと車両Ａの走行位置Ｐ０との間の水平方向距離ｌｎ（図５参照）を算出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ２の処理に進む。
【００３７】
ステップＳ２の処理では、走行目標点生成回路４が、車両の現在位置から、車両が将来通過すべき走行目標点を算出する。具体的には、走行目標点生成回路４は、環境状態検出装置３を介して車両前方方向の映像を取得し、取得した映像からエッジ画像を抽出することにより、走行車線の中心線ＬＣの線形（曲率Ｒ）を検出する。そして、走行目標点生成回路４は、検出された線形についての情報に基づいて走行目標点を設定する。本実施形態では、走行目標点生成回路４は、車両が直線路を走行している時と曲線路を走行している時とで走行目標点の設定方法を変更する。
【００３８】
すなわち、車両が直線路を走行している場合には、走行目標点生成回路４は、図６に示すように、車両Ａの現在位置Ｐ０からＨ［ｍ］前方の位置を走行目標点Ｐに設定する。一方、車両が曲線路を走行している場合には、走行目標点生成回路４は、図７に示すように、車両Ａの現在位置Ｐ０を通る曲線路内側のレーンマーカー（図７に示す例では右のレーンマーカーＬＲ）等の車線境界に対する接線ＬＰを算出し、算出された接線ＬＰが走行車線の中心線ＬＣと交差する点を走行目標点Ｐに設定する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ３の処理では、理想操舵信号算出回路５が、ステップＳ２の処理により算出された走行目標点Ｐに到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。具体的には、理想操舵信号算出回路５は、車両の現在位置Ｐ０と走行目標点Ｐとを結ぶベクトルと車両の進行方向とがなす角度をυとした時に理想操舵角Ｓ’の値を２・Ｇ・υ・(ｖ／Ｌ)（ｖは車速、Ｇは車両の操舵ゲインを示す）とする運転者モデルに対して、車両操作状態検出装置２及び環境状態検出装置３により検出された情報を入力することにより、ステップＳ２の処理により算出された走行目標点Ｐに到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４の処理に進む。
【００４０】
ステップＳ４の処理では、車両操作状態検出装置２が、車両の現在の操舵角Ｓを検出する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ５の処理に進む。
【００４１】
ステップＳ５の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ３の処理により算出された理想操舵角Ｓ’とステップＳ４の処理により検出された車両の現在の操舵角Ｓとの差異δ（＝Ｓ’−Ｓ）を算出する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６の処理に進む。
【００４２】
ステップＳ６の処理では、操作精度推定回路７が、環境状態検出装置３により検出された車両周囲の運転環境の状態において要求される操舵操作の正確さ「ａ」を推定する。一般に、走行路の道幅が狭い時、走行路が混雑している時、車両が曲線路に進入する時、走行路の表面粗さが低い時等の走行シーンでは、操舵操作に正確さが要求される。一方、車両が長い直線路や高速道路を走行している時等の走行シーンでは、操舵操作に要求される正確さは低くなる。そこで本実施形態では、操作精度推定回路７は、走行シーンと操舵の正確さとの対応関係を示すマップを予め保持し、このマップを参照し、これにより、要求される操舵操作の正確さを推定する。具体的には、操作精度推定回路７は、図８に示すような、車両が走行している道路の道幅と要求される操舵操作の正確さとの対応関係を示すマップを予め保持し、環境状態検出装置３により検出された走行路の道幅に対応する操舵操作の正確さをマップから読み出すことにより、要求される操舵操作の正確さを推定する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ７の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ７の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ１の処理により検出された、車両の走行車線の中心線ＬＣと車両Ａの走行位置との間の水平方向距離ｌｎと、ステップＳ５の処理により算出された、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δと、及びステップＳ６の処理により推定された操舵の正確さ「ａ」とに基づいて、後述のステップＳ８の処理に用いるトルク出力則を変更する。本実施形態では、トルク出力則は、図９に実線Ｌ１で示すように、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δの大きさに比例した大きさのトルクを生成するパワーアシスト機構における出力則であり、トルクＴは、比例定数をＫとすると、Ｔ＝Ｋ×δと表される。
【００４４】
また、比例定数Ｋは、横方向距離ｌｎと操舵操作の正確さ「ａ」との関数であり、例えば、数式：Ｋ＝Ｆ（ｌｎ，ａ）＝｜ｌｎ｜×ａ×Ｋ０により表される。すなわち、生成されるトルクは水平方向距離ｌｎと操舵の正確さ「ａ」の大きさに応じて変更される。具体的には、水平方向距離ｌｎ及び操舵の正確さ「ａ」が大きくなるのに従って比例定数Ｋが大きくなり、トルク出力則は図９に点線Ｌ２で示すように変更される。一方、水平方向距離ｌｎと操舵操作の正確さ「ａ」が小さくなるのに従って比例定数Ｋは小さくなり、トルク出力則は図９に点線Ｌ３で示すように変更される。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ８の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ８の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。第１の実施形態では、操舵系補助制御装置８は、操舵力を発生する機構として電動モータを有し、ステップＳ７の処理により設定されたトルク出力則に従ってモータ制御を実施する。この結果、運転者は操舵輪に付与された操舵トルクを操舵輪を介して体感することになる。なお、本実施形態では、トルク出力則として記述された、運転者の操舵操作に対する反発力が制御される。しかし、逆に運転者の非操作に対する誘導力を制御するようにしても良い。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置１によれば、走行目標点生成回路４が、車両の現在位置から車両が将来通過すべき走行目標点を算出し、理想操舵信号算出回路５が、走行目標点Ｐに到達するための理想操舵角Ｓ’を算出し、差異算出回路６が、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δを算出する。そして、操舵系補助制御装置８は、算出された差異δの大きさに基づいて操舵系を制御することにより、運転者の車両操作を支援する。そして、このような構成によれば、理想的な運転状態からの差異δの大きさに応じた操舵操作の支援を運転者に提供することが可能であるので、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力することができる。
【００４７】
また、従来の車両操作支援装置は、車両操作支援を運転者に提供してから運転者が制御行動を起こすまでの時間遅れを取り戻すために支援制御量を増幅させた結果、発散傾向のシステムが生成されることがある。しかしながら、本発明の第１の実施形態の運転支援装置１によれば、上述のように、操舵系補助制御装置８が、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δの大きさに基づいて操舵系を制御するので、従来の車両操作支援装置とは異なり、本発明は、発散傾向のシステムになることを抑制することができる。
【００４８】
また、本発明の第１の実施形態の車両操作支援装置１によれば、操作精度推定回路７が、環境状態検出装置３により検出された、車両の周囲の運転環境の状態において必要とされる操舵操作の正確さ「ａ」を推定し、操舵系補助制御装置８が、推定された操舵操作の正確さ「ａ」が高いほど操舵系の制御レベルを上げる。これにより、現在の運転環境における操舵操作の要求精度に合致した車両操作支援を運転者に提供することができる。
【００４９】
また、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置１によれば、理想操舵信号算出回路５は、車両の現在位置Ｐ０と走行目標点Ｐとを結ぶベクトルと車両の進行方向とがなす角度をυとした時に理想操舵角Ｓ’の値を２・Ｇ・υ・(ｖ／Ｌ)（ｖは車速、Ｇは車両の操舵ゲインを示す）とする運転者モデルに対して、車両操作状態検出装置２及び環境状態検出装置３により検出された情報を入力することにより、理想操舵角Ｓ’を算出する。このため、運転者の操舵特性を考慮することにより得られた制御経路によって、運転者の操舵操作を支援することができる。
【００５０】
また、本発明の第１の実施形態の車両操作支援装置１によれば、操舵系補助制御装置８は、トルク出力則として記述された、運転者の操舵操作に対する反発力のレベルを制御することにより、操舵系の制御レベルを制御する。このため、操舵系を介して運転者が認識するトルクの変化による操舵操作の支援を運転者に提供することができる。
【００５１】
第２の実施形態
次に、図１０乃至図１４を参照して、本発明の第２の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【００５２】
車両操作支援装置の構成
図１０に示すように、本発明の第２の実施形態に係る車両操作支援装置２０は、第１の実施形態に係る車両操作支援装置１０における車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、差異算出回路６、及び操舵系補助制御装置８に加えて、走行可能領域算出回路２１、近似走行領域生成回路２２、走行目標経路生成回路２３、操作信号予測回路２４、及び車両操作負荷推定装置２５を備える。
【００５３】
走行可能領域算出回路２１、近似走行領域生成回路２２、走行目標経路生成回路２３、操作信号予測回路２４、及び車両操作負荷推定装置２５は、それぞれ、本発明に係る移動可能領域算出手段、近似制御領域算出手段、理想制御経路生成手段、操作信号予測手段、及び車両操作負荷推定手段に対応する。これらの機能は、車両に搭載されたマイクロコンピュータが制御プログラムを実行することにより実現される。各要素の機能については後述する。
【００５４】
このような構成を有する車両操作支援装置２０は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図１１に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置２０の動作について説明する。
【００５５】
車両操作支援制御処理
図１１に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、車両操作支援制御処理はステップＳ１１の処理に進む。この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００５６】
ステップＳ１１の処理では、環境状態検出装置３が、走行車線の中心線ＬＣと車両Ａの現在位置Ｐ０との間の水平方向距離ｌｎ（図５参照）と走行車線の道幅ｗｒ（図１１参照）を算出する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１２の処理に進む。
【００５７】
ステップＳ１２の処理では、環境状態検出装置３が、車両が走行している走行車線上に障害物が存在するか否かを判別する。障害物が存在する場合、図１２に示すように、環境状態検出装置３は、車両Ａの現在位置Ｐ０から障害物Ｏまでの距離ξと障害物の幅ｗＯを検出する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１３の処理に進む。
【００５８】
ステップＳ１３の処理では、走行可能領域算出回路２１が、走行車線領域内において車両が走行可能な領域を算出する。具体的には、図１２に示すように、走行可能領域算出回路２１は、ステップＳ１１、Ｓ１２の処理により検出された、車両Ａの走行車線の幅ｗｒと障害物Ｏまでの距離ξと障害物ｗＯとから、走行可能領域Ｒ１を算出する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１４の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ１４の処理では、近似走行領域生成回路２２が、ステップＳ１３の処理により算出された走行可能領域Ｒ１内に、走行車線に相当する走行領域を近似的に生成する。具体的には、近似走行領域生成回路２２は、所定の道幅を各々有する曲線路及び直線路のテンプレートを予め保持し、図１２に示すように、走行可能領域Ｒ１内に曲線路及び直線路のテンプレートの組合せを当て嵌めた際に最も面積の大きくなる曲線路及び直線路のテンプレートの組合せ（図１２に示す例では曲線路のテンプレートＲＲ１、ＲＲ２、ＲＲ３、ＲＲ４と直線路のテンプレートＲＳ１との組み合わせ）を近似走行領域として決定する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１５の処理に進む。
【００６０】
ステップＳ１５の処理では、走行目標経路生成回路２３が、ステップＳ１４の処理により生成された近似走行領域を走行する車両の経路を走行目標経路として算出する。具体的には、図１１に示すように、走行目標経路生成回路２３は、車両Ａの現在位置Ｐ０からＨメートル前方の近似走行領域の中央点をＴとし、車両Ａの現在位置Ｐ０と中央点Ｔとを結ぶベクトルと自車の進行方向とがなす角度をυとした時、数式Ｓ’＝Ｇ×Ｈ×υにより求められる理想操舵角Ｓ’によって走行した場合の経路を走行目標経路として算出する。第２の実施形態では、Ｈの値は１５［ｍ］、Ｇの値は０．１５である。しかし、Ｇの値は車種、運転者、環境の状態に応じて変更することが望ましい。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１６の処理に進む。
【００６１】
ステップＳ１６の処理では、操作信号予測回路２４が、車両操作状態検出装置２により検出された情報を利用して、経路内における車両の１秒後の左右方向位置と進行方向角を算出する。第２の実施形態では、左右方向位置には、ステップＳ１４の処理により算出された近似走行領域における左右位置を採用する。具体的には、ステップＳ１５の処理により算出された走行目標経路を実現する理想操舵角Ｓ’を１秒間維持した場合に車両が到達する位置を採用する。また、進行方向角は、ステップＳ１５の処理により算出された走行目標経路上における車両の進行方向角であって、具体的には、ステップＳ１５の処理により算出された走行目標経路を実現する理想操舵角Ｓ’を１秒間維持した場合に車両が回転する角度である。これにより、ステップＳ１６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１７の処理に進む。
【００６２】
ステップＳ１７の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ１５の処理により算出された走行目標経路に対する、ステップＳ１６の処理により算出された左右方向位置と進行方向角との差異を算出する。具体的には、差異算出回路６は、１秒後における車両の位置と走行目標経路との相対距離を算出することにより位置の差異ｄを算出し、１秒後における車両の進行方向角と走行目標経路との相対角度を算出することにより進行方向角の差異φを算出する。これにより、ステップＳ１７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１８の処理に進む。
【００６３】
ステップＳ１８の処理では、車両操作負荷推定装置２５が、運転者の車両操作負荷ＷＬを推定する。第２の実施形態では、車両操作負荷推定装置２５は、本願発明の出願時点で公知のステアリングエントロピー手法を用いて運転者の車両操作負荷ＷＬを推定する。例えば、運転者の心拍数等の生理指標等から推定するようにしても良い。運転者の車両操作負荷ＷＬは、図１２に示すように、要求される操舵操作の正確さ「ａ」が大きくなるのに応じて大きくなり、操舵操作の正確さ「ａ」との間に相関関係を有する。これにより、ステップＳ１８の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１９の処理に進む。
【００６４】
ステップＳ１９の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ１７の処理により算出された位置の差異ｄ及び進行方向角の差異φとステップＳ１８の処理により推定された運転者の運転操作負荷ＷＬとに基づいて、トルク出力則を変更する。第２の実施形態では、トルク出力則は、数式：Ｔ＝Ｋ１×（Ｋ２×ｄ＋Ｋ３×φ）のように表される。この数式における比例定数Ｋ１は、例えばＫ１＝Ｆ（ＷＬ）＝ｂ×ＷＬのように記述される、運転者の車両操作負荷ＷＬの関数である。すなわち、第２の実施形態では、生成されるトルクＴは運転者の車両操作負荷ＷＬの大きさに応じて変更される。具体的には、運転者の車両操作負荷ＷＬ（＝要求される操舵操作の正確さ）が大きくなるのに応じて、生成されるトルクは大きくなる。一方、運転者の車両操作負荷ＷＬ（＝要求される操舵操作の正確さ）が小さくなるのに応じて、生成されるトルクは小さくなる。これにより、ステップＳ１９の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ２０の処理に進む。
【００６５】
ステップＳ２０の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。これにより、ステップＳ２０の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【００６６】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態の車両操作支援装置２０によれば、操作信号予測回路２４が、車両の１秒後の左右方向位置と進行方向角を算出し、差異算出回路６が、走行目標経路に対する左右方向位置と進行方向角との差異を算出する。このような構成によれば、障害物が存在する走行環境においても、運転者の感覚に合致した操舵操作の支援を運転者に提供することができる。
【００６７】
また、本発明の第２の実施形態の車両操作支援装置２０によれば、車両操作負荷推定装置２５が、運転者の車両操作負荷ＷＬを推定し、操舵系補助制御装置８が、車両操作負荷ＷＬに比例して操舵系の制御レベルを上げる。このような構成によれば、運転者の車両操作負荷ＷＬが高いほど運転者に伝達される操舵輪における操舵トルクが大きくなる。そのため、過度の運転負荷により生じる操舵操作の遅れや不安定な操舵操作が抑止された車両操作の支援を運転者に提供することができる。
【００６８】
なお、上記ステップＳ１５の処理では、走行目標経路生成回路２３は、数式Ｓ’＝Ｇ×Ｈ×υにより求められる理想操舵角Ｓ’によって走行した場合の経路を走行目標経路として算出した。しかし、例えば数式Ｓ’＝Ｇ１×ξ１＋Ｇ２×ξ２により求められる理想操舵角Ｓ’によって走行した場合の経路を走行目標経路として算出しても良い。この数式中のパラメータξ1は、図１４に示すように、車両Ａの現在の進行方向と１秒後の中心線Ｌｃ上の位置Ｐ１とがなす角度を示す。また、パラメータξ2は、車両Ａ前方の曲線路における内側の境界ＬＲに外接する接線ＬＰと車両Ａの進行方向とがなす角度を示す。この数式中のパラメータＧ１、Ｇ２は、車両や運転者、走行環境によって変更することが望ましい。
【００６９】
第３の実施形態
次に、図１５乃至図１８を参照して、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【００７０】
車両操作支援装置の構成
図１５に示すように、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援装置３０は、第１の実施形態に係る車両操作支援装置１０における車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、理想操舵信号算出回路５、差異算出回路６、操作精度推定回路７、及び操舵系補助制御装置８に加えて、天候判別装置３１、時間帯判別装置３２、及び走行目標点生成・補正回路３３を備える。
【００７１】
天候判別装置３１は、本発明に係る天候判別手段に対応する。天候判別装置３１は、雨滴センサや照度センサを備え、車両の運転操作時の天候を判別する。時間帯判別装置３２は、本発明に係る時間帯判別手段に対応する。時間帯判別装置３２は、時計等の計時装置を備え、車両の運転操作時の時間帯を判別する。走行目標点生成・補正回路３３は、本発明に係る理想制御経路生成手段に対応する。走行目標点生成・補正回路３３の機能は、車両に搭載されたマイクロコンピュータが制御プログラムを実行することにより実現される。走行目標点生成・補正回路３３の機能については後述する。
【００７２】
このような構成を有する車両操作支援装置３０は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図１５に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置３０の動作について説明する。
【００７３】
車両操作支援制御処理
図１６に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、車両操作支援制御処理はステップＳ３１の処理に進む。なお、この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。また、ステップＳ３１の処理は、図４に示すステップＳ１の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ３２の処理から説明を始める。
【００７４】
ステップＳ３２の処理では、天候判別装置３１が車両周囲の天候を判別し、時間帯判別装置３２が現在の時間帯を判別する。具体的には、雨滴センサにより雨滴が検出された場合、天候判別装置３１は、車両周囲の天候が雨であると判別する。また、時間帯判別装置３２は、現在の時間帯を早朝、日中、夕方、夜間に区分して判別する。これにより、ステップＳ３２の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３３の処理に進む。
【００７５】
ステップＳ３３の処理では、走行目標点生成・補正回路３３が、ステップＳ３２の処理結果に基づいて、走行目標点を生成、補正する。具体的には、走行目標点生成・補正回路３３は、ステップＳ３１の処理により検出された車両の現在位置に基づいて、車両の進行方向における車線中央位置を車両が将来通過すべき走行目標点として算出する。引き続き、ステップＳ３２の処理により判別された天候が雨又はこのように判別された時間帯が夜間である場合、走行目標点生成・補正回路３３は、算出された走行目標点をＨ１［ｍ］先の車線中央位置に補正する。また、天候が晴れであり、且つ、時間帯が早朝又は夕方である場合には、算出された走行目標点をＨ２（＞Ｈ１）［ｍ］先の車線中央位置に補正する。天候が晴れであり、時間帯が日中である場合には、走行目標点生成・補正回路３３は、算出された走行目標点をＨ３（＞Ｈ２）［ｍ］先の車線中央位置に補正する。これにより、ステップＳ３３の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３４の処理に進む。
【００７６】
ステップＳ３４の処理では、理想操舵信号算出回路５が、ステップＳ３３の処理により算出された走行目標点に到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。具体的には、理想操舵信号算出回路５は、車両の現在位置Ｐ０と走行目標点Ｐとを結ぶベクトルと車両の進行方向とがなす角度をυとした時に理想操舵角Ｓ’の値を２・Ｇ”・υ・(ｖ／Ｌ)（ｖは車速、Ｇ”は車両の操舵ゲインを示す）とする運転者モデルに対して、車両操作状態検出装置２及び環境状態検出装置３により検出された情報を入力することにより、ステップＳ３３の処理により算出された走行目標点に到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。なお、操舵ゲインＧ”は、ステップＳ３２により判別された天候が雨又は時間帯が夜間である場合はＧ１、天候が晴れであり、且つ、時間帯が早朝又は夕方である場合にはＧ２（＜Ｇ１）、天候が晴れであり、且つ、時間帯が日中である場合にはＧ３（＜Ｇ２）とする。これにより、ステップＳ３４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３５の処理に進む。
【００７７】
ステップＳ３５の処理では、車両操作状態検出装置２が、車両の現在の操舵角Ｓを検出する。これにより、ステップＳ３５の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３６の処理に進む。
【００７８】
ステップＳ３６の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ３４の処理により算出された理想操舵角Ｓ’とステップＳ３５の処理により検出された車両の現在の操舵角Ｓとの差異δ（＝Ｓ’−Ｓ）を算出する。これにより、ステップＳ３６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３７の処理に進む。
【００７９】
ステップＳ３７の処理では、操作精度推定回路７が、ステップＳ３２の処理により判別された車両周囲の天候と現在の時間帯において必要とされる操舵の正確さ「ａ」とを推定する。一般に、車両周囲の天候、照度、及び車両が走行している時間帯は、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、操舵操作の正確さ「ａ」との間に相関関係を有する。そこで第３の実施形態では、操作精度推定回路７は、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すマップを予め保持し、ステップＳ３２の処理により判別された車両周囲の天候と現在の時間帯に対応する操舵の正確さ「ａ」とをマップから読み出すことにより、必要とされる操舵の正確さ「ａ」を推定する。これにより、ステップＳ３７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３８の処理に進む。
【００８０】
ステップＳ３８の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ３１の処理により検出された、車両の走行車線の中心線ＬＣと車両Ａの走行位置との間の水平方向距離ｌｎと、ステップＳ３６の処理により算出された理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓの差異δ、及びステップＳ３７の処理により推定された操舵操作の正確さ「ａ」とに基づいて、トルク出力則を変更する。これにより、ステップＳ３８の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３９の処理に進む。
【００８１】
ステップＳ３９の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。これにより、ステップＳ３９の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【００８２】
以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援装置３０によれば、天候判別装置３１が車両操作時の天候を判別し、時間帯判別装置３２が車両操作時の時間帯を判別する。そして、天候判別装置３１によって判別された天候が悪い場合及び／又は時間帯判別装置３２によって判別された時間帯が夜間である場合、走行目標点生成・補正回路３３が、判別された天候及び時間帯に応じて走行目標点の位置を補正し、操舵系補助制御装置８が操舵系の制御レベルを上げる。そのため、より安定的な車両操作の支援を運転者に提供することができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、走行目標点生成・補正回路３３は、１回の処理で走行目標点を１つのみ算出する。しかしながら、１回の処理で複数の走行目標点を時系列的に算出しても良い。またこの場合、走行目標点生成・補正回路３３は、図１７に示すように、算出する走行目標点の数を、ステップＳ３７の処理により算出される操舵の正確さ「ａ」に応じて変更しても良い。
【００８４】
第４の実施形態
次に、図１９乃至図２３を参照して、本発明の第４の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【００８５】
車両操作支援装置の構成
図１９に示すように、本発明の第４の実施形態に係る車両操作支援装置４０は、第１の実施形態に係る車両操作支援装置１０における車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、差異算出回路６、及び操舵系補助制御装置８と、第２の実施形態に係る車両操作支援装置２０における操作信号予測回路２４とに加えて、運転技量推定装置４１、走行目標点生成・補正回路４２、及び漫然運転検出装置４３を備える。
【００８６】
運転技量推定装置４１は、本発明に係る車両操作技量推定手段に対応する。運転技量推定装置４１は、本願発明の出願時点で公知の、運転者の操舵操作における修正操舵の頻度から運転者の運転技量を推定する技術を利用して、運転者の運転技量を推定する。走行目標点生成・補正回路４２は、本発明に係る理想制御経路生成手段に対応する。走行目標点生成・補正回路４２の機能（動作）は、車両に搭載されたマイクロコンピュータが制御プログラムを実行することにより実現される。走行目標点生成・補正回路４２の機能については後述する。漫然運転検出装置４３は、本発明に係る漫然操作運転検出手段に対応する。漫然運転検出装置４３は、本願発明の出願時点で公知の、運転者の操舵操作において操舵を実施していない時間の長さやその発生頻度から漫然運転を検出する技術を利用して、運転者の漫然運転を推定する。
【００８７】
このような構成を有する車両操作支援装置４０は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図１９に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置４０の動作について説明する。
【００８８】
車両操作支援制御処理
図２０に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、車両操作支援制御処理はステップＳ４１の処理に進む。なお、この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。また、ステップＳ４１、４２の処理は、図１１に示すステップＳ１１、Ｓ１２の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ４３の処理から説明を始める。
【００８９】
ステップＳ４３の処理では、運転技量推定装置４１が、運転者の運転技量を推定する。本実施形態では、運転技量推定装置４１は、車両操作状態検出装置２に設けられた操舵角センサを介して検出される修正操舵の頻度が多いほど運転者の運転技量が低いと推定する。これにより、ステップＳ４３の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４４の処理に進む。
【００９０】
ステップＳ４４の処理では、走行目標点生成・補正回路４２が、ステップＳ４３の処理により推定された運転者の運転技量に基づいて、走行目標点を生成、補正する。具体的には、走行目標点生成・補正回路４２は、図２１に示すように、車両Ａが障害物Ｏの位置に到達する際に車両Ａが走行可能な経路幅の中間位置Ｐ１を走行目標点として算出する。そして、走行目標点生成・補正回路４２は、ステップＳ４３の処理により推定された運転者の運転技量が高い場合には、走行目標点の位置を可能な限り障害物Ｏに接近した位置に補正する。すなわち、図２１に示すように、車両Ａが走行車線の中央から距離ωだけオフセットした位置Ｐ０に位置している場合には、車両Ａが距離Ｌ０［ｍ］走行する間に位置Ｐ１に到達するためには、車両は距離ζ（＝ω＋ｗ０／２）だけ左右方向に移動する必要がある。そこで、ステップＳ４３の処理により推定された運転技量が高い場合、走行目標点生成・補正回路４２は、可能な限り障害物に接近した走行目標点を得るために、距離ζから距離σを減算し、位置Ｐ０から位置Ｐ１に到達するまでの中間地点として位置Ｐ０から相対的に（Ｌ０／２，ζ／２）の地点である位置Ｐ２を設定する。これにより、ステップＳ４４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４５の処理に進む。
【００９１】
ステップＳ４５の処理では、理想操舵信号算出回路５が、ステップＳ４４の処理により算出された走行目標点に到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。具体的には、理想操舵信号算出回路５は、車両Ａが位置Ｐ０から位置Ｐ２に移動する間は、理想操舵角Ｓ’の値をＧ×（Ｌ０／２）×（ζ／２）（Ｇは車両の操舵ゲインを示す）とする運転者モデルに対して、車両Ａが位置Ｐ２から位置Ｐ１に移動する間は、理想操舵角Ｓ’の値を−Ｇ×（Ｌ０／２）×（ζ／２）とする運転者モデルに対して、車両操作状態検出装置２及び環境状態検出装置３により検出された情報を入力することにより、ステップＳ４４の処理により算出された走行目標点に到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。これにより、ステップＳ４４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４５の処理に進む。
【００９２】
ステップＳ４６の処理では、操作信号予測回路２４が、車両操作状態検出装置２により検出された情報を利用して、車両の１秒後の左右方向位置と進行方向角を算出する。なお、この処理は、図１１に示すステップＳ１６の処理と同じであるので、その詳細な説明は省略する。これにより、ステップＳ４６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４７の処理に進む。
【００９３】
ステップＳ４７の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ４５の処理により算出された理想操舵角Ｓ’に対する、ステップＳ４６の処理により算出された左右方向位置と進行方向角との差異を算出する。なお、この処理は、図１０に示すステップＳ１７の処理と同じであるので、その詳細な説明は省略する。これにより、ステップＳ４７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４８の処理に進む。
【００９４】
ステップＳ４８の処理では、漫然運転検出装置４３が、運転者が漫然運転を行っているか否かを判別する。具体的には、漫然運転検出装置４３は、車両操作状態検出装置２に設けられた操舵角センサを介して検出される操舵の頻度が少ない場合、運転者が漫然運転を行っていると判定する。これにより、ステップＳ４８の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４９の処理に進む。
【００９５】
ステップＳ４９の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ４８の判別処理の結果に基づいてトルク出力則を変更する。本実施形態では、トルク出力則は、図２２に実線Ｌ１で示すように、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δの大きさに比例してトルクを生成するパワーアシスト機構における出力則である。トルクＴは、比例定数をＫとするとＴ＝Ｋ×δと表される。そして、運転者の漫然運転が検出された場合、トルク出力則は図２２に示す比例定数が比例定数Ｋより大きい点線Ｌ２で示すように変更され、その結果として、通常時よりも大きいトルクが出力される。これにより、ステップＳ４９の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ５０の処理に進む。
【００９６】
ステップＳ５０の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。これにより、ステップＳ５０の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【００９７】
以上の説明から明らかなように、本発明の第４の実施形態の車両操作支援装置４０によれば、運転技量推定装置４１が運転者の運転技量を推定する。運転者の運転技量が低い場合、走行目標点生成・補正回路４２が走行目標点を補正し、操舵系補助制御装置８が操舵系の制御レベルを上げる。このため、運転者を誘導支援するために生成する走行目標点を運転者の運転技量に則したものに補正することができ、その結果として、運転者の技量に則した走行目標経路による車両操作の支援を運転者に提供することができる。
【００９８】
また、本発明の第４の実施形態の車両操作支援装置４０によれば、漫然運転検出装置４３によって運転者の漫然運転が検出された場合、操舵系補助制御装置８が、運転者に伝達される、操舵輪における操舵トルクを大きくするので、漫然運転により生じる操舵の遅れや不安定な操舵が抑止された車両操作の支援を運転者に提供することができる。 なお、上記ステップＳ４４の処理では、距離Ｌ０を固定値であるが、図２２に示すように、運転者の運転技量の大きさに応じて距離Ｌ０を変化させても良い。
【００９９】
第５の実施形態
最後に、図２４乃至図２６を参照して、本発明の第５の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【０１００】
車両操作支援装置の構成
図２４に示すように、本発明の第５の実施形態に係る車両操作支援装置５０は、第１の実施形態に係る車両操作支援装置１０における車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、差異算出回路６、及び操舵系補助制御装置８と、第２の実施形態に係る車両操作支援装置２０における走行目標経路生成回路２３と操作信号予測回路２４とに加えて、車線変更意図推定装置５１、合流意図判定装置５２、及び操舵履歴記憶回路５３を備える。
【０１０１】
車線変更意図推定装置５１は、本発明に係る車線変更意図推定手段に対応する。車線変更意図推定装置５１は、本願発明の出願時点で公知のパターンマッチング手法を用いることにより、車両の前方を走行する先行車両との車間距離や相対速度を推定し、且つ、ターンシグナルのオン／オフから運転者の車線変更の意図を推定する技術を利用して、運転者の車線変更の意図を推定する。
【０１０２】
合流意図判定装置５２は、本発明に係る合流意図推定手段に対応する。合流意図判定装置５２はナビゲーション装置を備え、車両が合流車線を走行し、且つ、ターンシグナルがオンである場合、運転者に合流の意図があると判定する。操舵履歴記憶回路５３は、本発明に係る操舵角履歴記憶手段に対応する。操舵履歴記憶回路５３は、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶装置により構成され、過去の車線変更時や合流時の操舵角の時系列変化を記憶する。
【０１０３】
このような構成を有する運転操作支援装置５０は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図２４に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置５０の動作について説明する。
【０１０４】
車両操作支援制御処理
図２５に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、車両操作支援制御処理はステップＳ６１の処理に進む。なお、この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。また、ステップＳ６１の処理は、図４に示すステップＳ１１の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ６２の処理から説明を始める。
【０１０５】
ステップＳ６２の処理では、車線変更意図推定装置５１が、運転者に車線変更の意図があるか否かを判別する。判別の結果、運転者に車線変更の意図がある場合、車線変更意図推定装置５１は、車両操作支援制御処理をステップＳ６５の処理に進める。一方、運転者に車線変更の意図がない場合には、車線変更意図推定装置５１は、車両操作支援制御処理をステップＳ６３の処理に進める。
【０１０６】
ステップＳ６３の処理では、合流意図判定装置５２が、運転者に被合流車線への合流意図があるか否かを判別する。判別の結果、運転者に合流意図がある場合、合流意図判定装置５２は、車両操作支援制御処理をステップＳ６５の処理に進める。一方、運転者に合流意図がない場合には、合流意図判定装置５２は、車両操作支援制御処理をステップＳ６４の処理に進める。
【０１０７】
ステップＳ６４の処理では、環境状態検出装置３が、車両が走行している車線に隣接する車線の混雑度を検出する。具体的には、環境状態検出装置３は、レーザレーダや超音波センサを利用して、車両が走行している車線に隣接する車線に車両が存在するか否かを検出し、所定時間内における車両の検出台数を混雑度として検出する。これにより、ステップＳ６４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６７の処理に進む。
【０１０８】
ステップＳ６５の処理では、環境状態検出装置３が、車両がこれから進入する被進入車線における混雑度を検出する。具体的には、環境状態検出装置３は、レーザレーダや超音波センサを利用して、被進入車線に車両が存在するか否かを検出し、所定時間内における車両の検出台数を混雑度として検出する。これにより、ステップＳ６５の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６６の処理に進む。
【０１０９】
ステップＳ６６の処理では、走行目標経路生成回路２３が、操舵履歴記憶回路５３に記憶されている過去の車線変更時又は合流時の操舵角の時系列変化に関する情報を取得する。一般に、車線変更や合流を行う際、運転者は定型的な時系列変化で操舵操作を行う。そこで第５の実施形態では、操舵履歴記憶回路５３が、過去の車線変更時又は合流時の操舵角の時系列変化を操舵履歴として内部に保持し、走行目標経路生成回路２３は、適宜前記当する操舵角の時系列変化を操舵履歴として取得する。これにより、ステップＳ６６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６７の処理に進む。
【０１１０】
ステップＳ６７の処理では、走行目標経路生成回路２３が、車線変更及び合流意図が検出されなかった場合と車線変更と合流意図の少なくとも一方が検出された場合とに分けて走行目標経路を生成する。具体的には、車線変更及び合流意図が検出されなかった場合、走行目標経路生成回路２３は、車両の前方Ｈ［ｍ］の位置における走行車線の中央点をＴとし、車両の現在位置と中央点Ｔとを結ぶベクトルと車両の進行方向とがなす角度をυとした時、理想操舵角Ｓ＝Ｇ×Ｈ×υによって走行した場合の経路を、走行目標経路として生成する。一方、車線変更と合流意図の少なくとも一方が検出された場合には、走行目標経路生成回路２３は、ステップＳ６６の処理により取得した過去の操舵履歴によって走行した場合の経路を、走行目標経路として生成する。これにより、ステップＳ６７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６８の処理に進む。
【０１１１】
ステップＳ６８の処理では、操作信号予測回路２４が、車両操作状態検出装置２により検出された情報を利用して、経路内における車両の１秒後の左右方向位置と進行方向角を算出する。なお、この処理は、図１１に示すステップＳ１６の処理と同じであるので、その詳細な説明は省略する。これにより、ステップＳ６８の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６９の処理に進む。
【０１１２】
ステップＳ６９の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ６７の処理により生成された理想操舵角Ｓ’に対する、ステップＳ４６の処理により算出された左右方向位置と進行方向角との差異を算出する。なお、この処理は、図１１に示すステップＳ１７の処理と同じであるので、その詳細な説明は省略する。これにより、ステップＳ６９の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ７０の処理に進む。
【０１１３】
ステップＳ７０の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ６４及びステップＳ６５の処理により検出された混雑度に基づいて、トルク出力則を変更する。第５の実施形態におけるトルク出力則は、図２６に実線Ｌ１で示すように、ステップＳ６９の処理により算出された差異δの大きさに比例してトルクを生成するパワーアシスト機構における出力則である。なお、トルクＴは、比例定数をＫとするとＴ＝Ｋ×δと表される。そして、混雑度が大きくなるのに応じて比例定数Ｋが大きくなり、トルク出力則は図２５に点線Ｌ２で示すように変更される。一方、混雑度が小さくなるのに応じて比例定数Ｋが小さくなり、トルク出力則は図２５に点線Ｌ３で示すように変更される。これにより、ステップＳ７０の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ７１の処理に進む。
【０１１４】
ステップＳ７１の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。これにより、ステップＳ７１の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【０１１５】
以上の説明から明らかなように、本発明の第５の実施形態の車両操作支援装置５０によれば、環境状態検出装置３が、車両が走行している車線に隣接する車線や車両がこれから進入する被進入車線における混雑度を検出し、操舵系補助制御装置８が、混雑度が大きくなるのに応じて、操舵系の制御レベルを上げる。そのため、運転者による不安定な操舵が発生する可能性が高い場面においても、操舵操作を安定化させる支援を運転者に提供することができる。
【０１１６】
また、本発明の第５の実施形態の車両操作支援装置５０によれば、運転者の車線変更の意図や合流意図が推定された場合、走行目標経路生成回路２３は、過去の操舵履歴に基づいて走行した場合の経路を走行目標経路として生成するので、運転者間においてばらつきが大きい操舵の場面においても、運転者の感覚に合致した車両操作の支援を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、制御対象物に対する操作者の制御操作を支援する技術に適用することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象物に対する操作者の制御操作を支援する制御操作支援装置及び制御操作支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特開平９−１５６５２８号公報に開示されているように、車両の進行方向方位角と車両が走行している道路の接線方向方位角とを検出し、検出された進行方向方位角と接線方向方位角の偏差が減少する向きに操舵トルクを発生させることにより、道路から車両が逸脱しない方向に操舵力を発生させる車両操作支援装置が知られている。
【０００３】
従来の車両操作支援装置は、運転者の車両操作の状態や車両周囲の環境を考慮せず、制御点における進行方向方位角と接線方向方位角の偏差のみに基づいて操舵制御を出力する構成になっている。このため、従来の車両操作支援装置によれば、運転者の車両操作の状態（運転意図）や車両周囲の環境に適していない操舵制御が出力されることにより、運転者が操舵制御に対し違和感や煩わしさを感じることがあった。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の第１の態様によれば、システムの操作者を支援する支援制御装置が設けられたシステムであって、システムの操作状態に関する情報を検出するシステム状態検出部と、少なくとも前記システム状態検出部により検出されたシステム状態に依存して、前記システムの理想状態を生成する理想状態生成部と、前記理想状態生成部により生成された理想状態に沿って動作するように、前記システムに対する理想入力を算出する理想入力算出部と、操作者の制御動作を前記システムに対する制御信号に変換するシステム入力インターフェースと、前記理想入力算出部により算出された理想入力と前記システムに対して前記システム入力インターフェースが提供する実際の制御信号との差異を算出する差異算出部と、を備え、前記システム入力インターフェースは前記支援制御装置を備え、前記支援制御装置は、前記システムの動作において操作者を支援するように、前記差異算出部により算出された差異に依存して、操作者の制御動作を前記システムに対する制御信号に変換することに関連する少なくとも一つの変換パラメータを定める。
【０００５】
本発明の第２の態様によれば、制御対象物の制御のための、マニピュレータに対する操作者の制御操作を支援する制御操作支援装置は、前記制御対象物の状態に関する情報を検出する制御対象物状態検出部と、前記マニピュレータの状態に関する情報を検出するマニピュレータ状態検出部と、前記制御対象物の周囲の制御操作環境の状態に関する情報を検出する環境状態検出部と、前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態と前記環境状態検出部により検出された環境状態とに関する情報から、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスを生成する理想相互作用生成部と、前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、マニピュレータに対する理想インピーダンスを生成する理想マニピュレータインピーダンス生成部と、前記理想マニピュレータインピーダンス生成部により生成された理想マニピュレータインピーダンスに基づいてマニピュレータのインピーダンスを制御することにより、制御対象物と環境との間に所望の相互作用ダイナミックスを生成するマニピュレータインピーダンス制御装置支援システムと、前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、理想マニピュレータ制御信号を生成する理想マニピュレータ制御信号生成部と、前記理想マニピュレータ制御信号生成部により生成された理想マニピュレータ制御信号と前記マニピュレータ状態検出部により検出されたマニピュレータの状態との間の差異を算出するマニピュレータ制御信号差異算出部と、前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、制御対象物の制御操作に要求される精度を推定する操作精度推定部と、前記操作精度推定部により推定された要求精度から、制御差異インピーダンスを生成する制御差異インピーダンス生成部と、前記マニピュレータ制御信号差異算出部により算出された差異の大きさと前記制御差異インピーダンス生成部により算出された差異インピーダンスとに基づいて、アクチュエータにより生成される付加トルクを制御することにより、マニピュレータに対する操作者の制御操作を支援して、要求される操作精度を達成するアクチュエータトルク制御装置支援システムと、を備える。
【０００６】
本発明の第３の態様によれば、車両操作状態に関する情報と車両操作環境に関する情報とから操作対象物に対する理想制御経路が生成され、操作対象物が生成された理想制御経路に沿って動作するように、制御システムの制御履歴が理想制御信号として算出され、算出された理想制御信号と車両操作状態に関する情報との差異が算出され、算出された差異の大きさに基づいて操作システムが制御されることにより、操作システムに対する操作者の操作が支援され、車両操作状態に関する情報及び／又は車両操作環境に関する情報から、操作対象物の車両操作に要求される正確さが推定され、そして、推定された正確さが高くなることに応じて操作システムの制御レベルが上げられる。
【０００７】
本発明の第１の態様のシステム状態検出部は、本発明の第２の態様の制御対象物状態検出部、マニピュレータ状態検出部及び環境状態検出部と、本発明の第３の態様の環境状態検出部とに対応する。
【０００８】
本発明の第１の態様の理想状態生成部は、本発明の第２の態様の理想相互作用生成部と、本発明の第３の態様の理想制御経路生成部とに対応する。
【０００９】
本発明の第１の態様の支援制御装置は、本発明の第２の態様のアクチュエータトルク制御装置支援システムと、本発明の第３の態様の操作システム支援制御装置とに対応する。
【００１０】
本発明の第１の態様の理想入力算出部は、本発明の第２の態様の理想マニピュレータインピーダンス生成部と、本発明の第３の態様の理想制御信号算出部とに対応する。
【００１１】
本発明の第１の態様のシステム入力インターフェース部は、本発明の第２の態様のマニピュレータインピーダンス制御装置支援システム及び理想マニピュレータ制御信号生成部と、本発明の第３の態様の理想制御信号算出部とに対応する。
【００１２】
本発明の第１の態様の差異算出部は、本発明の第２の態様のマニピュレータ制御信号差異算出部と、本発明の第３の態様の差異算出部とに対応する。
【００１３】
本発明の第２の態様の操作精度推定部は、本発明の第３の態様の操作システム支援制御装置に対応する。
【００１４】
本発明の第２の態様の制御差異インピーダンス生成部は、本発明の第３の態様の操作精度推定部に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明に係る制御操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、本発明に係る車両操作支援装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】図５は、図４に示すステップＳ１における、環境内での車両の位置と向きを検出する処理の説明図である。
【図６】図６は、図４に示すステップＳ２における、車両が直線路を走行している場合における走行目標点の生成処理の説明図である。
【図７】図７は、図４に示すステップＳ２における、車両が曲線路を走行している場合における走行目標点の生成処理の説明図である。
【図８】図８は、車両が走行している道路の道幅と操舵操作に求められる正確さとの関係の一例を示すグラフである。
【図９】図９は、図４に示すステップＳ８の処理に用いられるトルク出力則の一例を示すグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、図１１に示すステップＳ１５における、車両の走行目標経路の生成処理の説明図である。
【図１３】図１３は、運転者の運転負荷と操舵操作に求められる正確さとの関係の一例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、図１１に示すステップＳ１５における、車両の走行目標経路の生成処理の変形例の説明図である。
【図１５】図１５は、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１７】図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、操舵操作に求められる正確さと、車両周囲の照度、天候、及び車両の走行時間帯との関係の一例を示すグラフである。
【図１８】図１８は、操舵操作に求められる正確さと走行目標経路を生成する際に設定する走行目標点の数との関係の一例を示すグラフである。
【図１９】図１９は、本発明の第４の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、本発明の第４の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図２１】図２１は、図２０に示すステップＳ４４における、走行目標点の生成および補正処理の説明図である。
【図２２】図２２は、図２０に示すステップＳ５０の処理において用いられるトルク出力則の一例を示すグラフである。
【図２３】図２３は、運転者の運転技量と図２１に示す距離Ｌ０との関係の一例を示すグラフである。
【図２４】図２４は、本発明の第５の実施形態に係る車両操作支援装置の構成を示すブロック図である。
【図２５】図２５は、本発明の第５の実施形態に係る車両操作支援制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図２６】図２６は、図２５に示すステップＳ７１の処理において用いられるトルク出力則の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る制御操作支援装置システムは、制御対象物の制御のための操作者の制御操作を支援する。図１に示すように、本発明に係る制御操作支援装置は、環境状態検出部１０１、制御対象物状態検出部１０２、理想相互作用生成部１０３、理想マニピュレータ制御信号生成部１０４、操作精度推定部１０５、理想マニピュレータインピーダンス生成部１０６、マニピュレータ制御信号差分算出部１０７、制御差分インピーダンス生成部１０８、アクチュエータトルク制御装置支援システム１０９、マニピュレータインピーダンス制御装置支援システム１１０、アクチュエータ１１１、マニピュレータ１１２、及びマニピュレータ状態検出部１１３を備える。
【００１７】
環境状態検出部１０１は、制御対象物１１４の周囲の制御操作環境の状態についての情報を検出する。制御対象物状態検出部１０２は、制御対象物１１４の状態についての情報を検出する。理想相互作用生成部１０３は、制御対象物状態検出部１０２により検出された制御対象物１１４の状態と、環境状態検出部１０１により検出された環境状態との情報から、制御対象物１１４と環境との間の理想相互作用ダイナミックスを生成する。
【００１８】
理想マニピュレータ制御信号生成部１０４は、理想相互作用生成部１０３により生成された制御対象物１１４と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、理想マニピュレータ制御信号を生成する。操作精度推定部１０５は、理想相互作用生成部１０３により生成された制御対象物１１４と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、制御対象物１１４の制御操作に必要な精度を推定する。
【００１９】
理想マニピュレータインピーダンス生成部１０６は、理想相互作用生成部１０３により生成された制御対象物１１４と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、マニピュレータ１１２のための理想インピーダンスを生成する。マニピュレータ制御信号差分算出部１０７は、理想マニピュレータ制御信号生成部により生成された理想マニピュレータ制御信号とマニピュレータ状態検出部１１３により検出されたマニピュレータ１１２の状態との間の差分を算出する。
【００２０】
制御差分インピーダンス生成部１０８は、操作精度推定部１０５により推定された要求精度から、制御差分インピーダンスを生成する。アクチュエータトルク制御装置支援システム１０９は、マニピュレータ制御信号差分算出部１０７により算出された差分の大きさと制御差分インピーダンス生成部１０８により算出された差分インピーダンスとに基づいて、アクチュエータ１１１により生み出された付加トルクを制御し、これにより、マニピュレータ１１２に対する操作者の制御操作を支援し、要求操作精度を達成する。
【００２１】
マニピュレータインピーダンス制御装置支援システム１１０は、理想マニピュレータインピーダンス生成部１０６により生成された理想マニピュレータインピーダンスに基づいてマニピュレータ１１２のインピーダンスを制御して、これにより、制御対象物１１４と環境との間に、所望の相互作用ダイナミックスを生成する。
【００２２】
以下、図面を参照して、本発明の第１乃至第５の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。以下に示す実施形態においては、操作者が操作する制御対象物として車両を想定している。しかしながら、本発明はこれらの実施形態に限定されることはなく、長距離無人車両制御（航空又は宇宙無人機）、（距離的又は大きさ的な）遠隔操作手術、航空飛行シュミレーション、工場労働者／ダンサー／スポーツ選手、及び（距離的又は大きさ的に）（超小型の）組立作業など、人間が制御に関与する操作制御対象物の全般に適用することができる。
【００２３】
本発明が無人車両制御に適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、遠隔操作支援装置、遠隔操作者、遠隔制御車両、マニピュレータ出力信号、制御入力プロフィール、遠隔制御車両の理想三次元軌道、操縦桿アクチュエータ、道路条件（気象条件、静的及び動的対象物の場所）、及び静的又は動的対象物（制限地域、通信時間遅延）に対するＴＴＣに対応する。
【００２４】
本発明が遠隔操作手術に適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、手術支援装置、外科医、ロボット手術装置、マニピュレータ出力信号、マニピュレータ出力プロフィール、遠隔制御手術装置の理想配置及び発揮力、触感手袋アクチュエータ、損傷しやすい組織の場所（把持部が移動する流体の物性、施術が必要な組織の場所）、及び静的又は動的対象物（制限地域、通信時間遅延）に対するＴＴＣに対応する。
【００２５】
本発明が航空飛行シュミレーションに適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、航空機飛行支援装置、パイロット、航空機／ヘリコプタ、操縦桿信号、操縦桿出力プロフィール、航空機の理想三次元軌道、操縦桿アクチュエータ、地面及び飛行禁止地域までの距離（着陸地点の場所と方位、他の飛行機までの距離）、及び静的又は動的対象物（制限地域）に対するＴＴＣに対応する。
【００２６】
本発明が工場労働者／ダンサー／スポーツ選手に適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、身体運動支援装置（触感スーツ）、工場労働者／ダンサー／スポーツ選手、人体、身体運動制御信号（身体への圧力、四肢トルク、及び位置制御信号）、身体運動プロフィール、四肢による理想発揮力又は理想四肢運動経路（制限的だが別個であるおのおのの剛体）、触感スーツ又は身体運動支持スーツ（圧力とアクチュエータ）、対象物の場所（かかる対象物の物性、四肢の運動を良好に行うために必要な筋肉活動プロフィール、要操作対象物との接触力）、及び静的又は動的対象物（制限地域、通信時間遅延）に対するＴＴＣに対応する。
【００２７】
本発明が（超小型の）組立作業に適用される場合には、本発明の操作者支援装置、操作者、制御対象物、制御入力信号、制御入力プロフィール、制御対象物と環境との間の理想相互作用、マニピュレータアクチュエータ、環境、及び制御対象物と環境との間の相互作用の制限は、それぞれ、組立作業支援装置、組立工、遠隔制御把持部、マニピュレータ出力信号、マニピュレータ出力プロフィール、遠隔制御把持具の理想配置及び発揮力、触感手袋アクチュエータ（触感マスタ）、対象物の場所（かかる対象物の物性、要操作対象物のと接触力）、及び静的又は動的対象物（制限地域、通信時間遅延）に対するＴＴＣに対応する。
【００２８】
第１の実施形態
始めに、図２乃至図９を参照して、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【００２９】
車両操作支援装置の構成
本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置１は、制御対象物としての車両に搭載され、図２に示すように、車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、走行目標点生成回路４、理想操舵信号算出回路５、差異算出回路６、操作精度推定回路７、及び操舵系補助制御装置８を主な構成要素として備える。
【００３０】
車両操作状態検出装置２は、図３に示す本発明に係る車両操作状態検出手段１１に対応する。車両操作状態検出装置２は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、速度センサ、地磁気センサ、加速度センサ、及び操舵角センサ等の各種センサを備え、車両の位置、速度、進行方向角、加速度、及び操舵角を検出する。
【００３１】
環境状態検出装置３は、図３に示す本発明に係る環境状態検出手段１２に対応する。環境状態検出装置３は、車両の前部及び側部に配置された撮像装置、レーザレーダ、超音波センサ、ナビゲーション装置、粗さセンサ等を備え、車両周囲に存在する障害物、車両が走行している道路の曲率プロフィール、車線幅、及び粗さ、車両に隣接する移動体を検出する。
【００３２】
走行目標点生成回路４、理想操舵信号算出回路５、差異算出回路６、及び操作精度推定回路７は、それぞれ、図３に示す本発明に係る理想制御経路生成手段１３、理想制御信号算出手段１４、差異算出手段１５、及び操作精度推定手段１６に対応する。これらの回路の機能（動作）は、車両に搭載されたマイクロコンピュータが制御プログラムを実行することにより実現される。各回路の機能については後述する。
【００３３】
操舵系補助制御装置８は、図３に示す本発明に係る操作系補助制御部１７に対応する。操舵系補助制御装置８は、車両のステアリングに配置された公知の電動パワーステアリング機構やパワーアシスト機構により構成され、詳しくは後述するが、運転者の操舵操作を支援する制御を実行する。
【００３４】
このような構成を有する車両操作支援装置１は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図４に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置１の動作について説明する。
【００３５】
車両操作支援制御処理
図４に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられると開始され、車両操作支援制御処理はステップＳ１の処理に進む。この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００３６】
ステップＳ１の処理では、環境状態検出装置３が、車両が走行している走行車線内における車両の位置を検出する。具体的には、環境状態検出装置３は、車両側方に配置された撮像装置により撮影された車両側方方向の映像からエッジ画像を抽出することにより、車両の走行車線の左右のレーンマーカーＬＬ、ＬＲ（図５参照）を抽出する。そして、環境状態検出装置３は、抽出された左右のレーンマーカーＬＬ、ＬＲから走行車線の中心線ＬＣ（図５参照）を算出し、これにより、算出された中心線ＬＣと車両Ａの走行位置Ｐ０との間の水平方向距離ｌｎ（図５参照）を算出する。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ２の処理に進む。
【００３７】
ステップＳ２の処理では、走行目標点生成回路４が、車両の現在位置から、車両が将来通過すべき走行目標点を算出する。具体的には、走行目標点生成回路４は、環境状態検出装置３を介して車両前方方向の映像を取得し、取得した映像からエッジ画像を抽出することにより、走行車線の中心線ＬＣの線形（曲率Ｒ）を検出する。そして、走行目標点生成回路４は、検出された線形についての情報に基づいて走行目標点を設定する。本実施形態では、走行目標点生成回路４は、車両が直線路を走行している時と曲線路を走行している時とで走行目標点の設定方法を変更する。
【００３８】
すなわち、車両が直線路を走行している場合には、走行目標点生成回路４は、図６に示すように、車両Ａの現在位置Ｐ０からＨ［ｍ］前方の位置を走行目標点Ｐに設定する。一方、車両が曲線路を走行している場合には、走行目標点生成回路４は、図７に示すように、車両Ａの現在位置Ｐ０を通る曲線路内側のレーンマーカー（図７に示す例では右のレーンマーカーＬＲ）等の車線境界に対する接線ＬＰを算出し、算出された接線ＬＰが走行車線の中心線ＬＣと交差する点を走行目標点Ｐに設定する。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３の処理に進む。
【００３９】
ステップＳ３の処理では、理想操舵信号算出回路５が、ステップＳ２の処理により算出された走行目標点Ｐに到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。具体的には、理想操舵信号算出回路５は、車両の現在位置Ｐ０と走行目標点Ｐとを結ぶベクトルと車両の進行方向とがなす角度をυとした時に理想操舵角Ｓ’の値を２・Ｇ・υ・(ｖ／Ｌ)（ｖは車速、Ｇは車両の操舵ゲインを示す）とする運転者モデルに対して、車両操作状態検出装置２及び環境状態検出装置３により検出された情報を入力することにより、ステップＳ２の処理により算出された走行目標点Ｐに到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４の処理に進む。
【００４０】
ステップＳ４の処理では、車両操作状態検出装置２が、車両の現在の操舵角Ｓを検出する。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ５の処理に進む。
【００４１】
ステップＳ５の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ３の処理により算出された理想操舵角Ｓ’とステップＳ４の処理により検出された車両の現在の操舵角Ｓとの差異δ（＝Ｓ’−Ｓ）を算出する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６の処理に進む。
【００４２】
ステップＳ６の処理では、操作精度推定回路７が、環境状態検出装置３により検出された車両周囲の運転環境の状態において要求される操舵操作の正確さ「ａ」を推定する。一般に、走行路の道幅が狭い時、走行路が混雑している時、車両が曲線路に進入する時、走行路の表面粗さが低い時等の走行シーンでは、操舵操作に正確さが要求される。一方、車両が長い直線路や高速道路を走行している時等の走行シーンでは、操舵操作に要求される正確さは低くなる。そこで本実施形態では、操作精度推定回路７は、走行シーンと操舵の正確さとの対応関係を示すマップを予め保持し、このマップを参照し、これにより、要求される操舵操作の正確さを推定する。具体的には、操作精度推定回路７は、図８に示すような、車両が走行している道路の道幅と要求される操舵操作の正確さとの対応関係を示すマップを予め保持し、環境状態検出装置３により検出された走行路の道幅に対応する操舵操作の正確さをマップから読み出すことにより、要求される操舵操作の正確さを推定する。これにより、ステップＳ６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ７の処理に進む。
【００４３】
ステップＳ７の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ１の処理により検出された、車両の走行車線の中心線ＬＣと車両Ａの走行位置との間の水平方向距離ｌｎと、ステップＳ５の処理により算出された、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δと、及びステップＳ６の処理により推定された操舵の正確さ「ａ」とに基づいて、後述のステップＳ８の処理に用いるトルク出力則を変更する。本実施形態では、トルク出力則は、図９に実線Ｌ１で示すように、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δの大きさに比例した大きさのトルクを生成するパワーアシスト機構における出力則であり、トルクＴは、比例定数をＫとすると、Ｔ＝Ｋ×δと表される。
【００４４】
また、比例定数Ｋは、横方向距離ｌｎと操舵操作の正確さ「ａ」との関数であり、例えば、数式：Ｋ＝Ｆ（ｌｎ，ａ）＝｜ｌｎ｜×ａ×Ｋ０により表される。すなわち、生成されるトルクは水平方向距離ｌｎと操舵の正確さ「ａ」の大きさに応じて変更される。具体的には、水平方向距離ｌｎ及び操舵の正確さ「ａ」が大きくなるのに従って比例定数Ｋが大きくなり、トルク出力則は図９に点線Ｌ２で示すように変更される。一方、水平方向距離ｌｎと操舵操作の正確さ「ａ」が小さくなるのに従って比例定数Ｋは小さくなり、トルク出力則は図９に点線Ｌ３で示すように変更される。これにより、ステップＳ７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ８の処理に進む。
【００４５】
ステップＳ８の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。第１の実施形態では、操舵系補助制御装置８は、操舵力を発生する機構として電動モータを有し、ステップＳ７の処理により設定されたトルク出力則に従ってモータ制御を実施する。この結果、運転者は操舵輪に付与された操舵トルクを操舵輪を介して体感することになる。なお、本実施形態では、トルク出力則として記述された、運転者の操舵操作に対する反発力が制御される。しかし、逆に運転者の非操作に対する誘導力を制御するようにしても良い。これにより、ステップＳ８の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【００４６】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置１によれば、走行目標点生成回路４が、車両の現在位置から車両が将来通過すべき走行目標点を算出し、理想操舵信号算出回路５が、走行目標点Ｐに到達するための理想操舵角Ｓ’を算出し、差異算出回路６が、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δを算出する。そして、操舵系補助制御装置８は、算出された差異δの大きさに基づいて操舵系を制御することにより、運転者の車両操作を支援する。そして、このような構成によれば、理想的な運転状態からの差異δの大きさに応じた操舵操作の支援を運転者に提供することが可能であるので、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力することができる。
【００４７】
また、従来の車両操作支援装置は、車両操作支援を運転者に提供してから運転者が制御行動を起こすまでの時間遅れを取り戻すために支援制御量を増幅させた結果、発散傾向のシステムが生成されることがある。しかしながら、本発明の第１の実施形態の運転支援装置１によれば、上述のように、操舵系補助制御装置８が、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δの大きさに基づいて操舵系を制御するので、従来の車両操作支援装置とは異なり、本発明は、発散傾向のシステムになることを抑制することができる。
【００４８】
また、本発明の第１の実施形態の車両操作支援装置１によれば、操作精度推定回路７が、環境状態検出装置３により検出された、車両の周囲の運転環境の状態において必要とされる操舵操作の正確さ「ａ」を推定し、操舵系補助制御装置８が、推定された操舵操作の正確さ「ａ」が高いほど操舵系の制御レベルを上げる。これにより、現在の運転環境における操舵操作の要求精度に合致した車両操作支援を運転者に提供することができる。
【００４９】
また、本発明の第１の実施形態に係る車両操作支援装置１によれば、理想操舵信号算出回路５は、車両の現在位置Ｐ０と走行目標点Ｐとを結ぶベクトルと車両の進行方向とがなす角度をυとした時に理想操舵角Ｓ’の値を２・Ｇ・υ・(ｖ／Ｌ)（ｖは車速、Ｇは車両の操舵ゲインを示す）とする運転者モデルに対して、車両操作状態検出装置２及び環境状態検出装置３により検出された情報を入力することにより、理想操舵角Ｓ’を算出する。このため、運転者の操舵特性を考慮することにより得られた制御経路によって、運転者の操舵操作を支援することができる。
【００５０】
また、本発明の第１の実施形態の車両操作支援装置１によれば、操舵系補助制御装置８は、トルク出力則として記述された、運転者の操舵操作に対する反発力のレベルを制御することにより、操舵系の制御レベルを制御する。このため、操舵系を介して運転者が認識するトルクの変化による操舵操作の支援を運転者に提供することができる。
【００５１】
第２の実施形態
次に、図１０乃至図１４を参照して、本発明の第２の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【００５２】
車両操作支援装置の構成
図１０に示すように、本発明の第２の実施形態に係る車両操作支援装置２０は、第１の実施形態に係る車両操作支援装置１０における車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、差異算出回路６、及び操舵系補助制御装置８に加えて、走行可能領域算出回路２１、近似走行領域生成回路２２、走行目標経路生成回路２３、操作信号予測回路２４、及び車両操作負荷推定装置２５を備える。
【００５３】
走行可能領域算出回路２１、近似走行領域生成回路２２、走行目標経路生成回路２３、操作信号予測回路２４、及び車両操作負荷推定装置２５は、それぞれ、本発明に係る移動可能領域算出手段、近似制御領域算出手段、理想制御経路生成手段、操作信号予測手段、及び車両操作負荷推定手段に対応する。これらの機能は、車両に搭載されたマイクロコンピュータが制御プログラムを実行することにより実現される。各要素の機能については後述する。
【００５４】
このような構成を有する車両操作支援装置２０は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図１１に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置２０の動作について説明する。
【００５５】
車両操作支援制御処理
図１１に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、車両操作支援制御処理はステップＳ１１の処理に進む。この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
【００５６】
ステップＳ１１の処理では、環境状態検出装置３が、走行車線の中心線ＬＣと車両Ａの現在位置Ｐ０との間の水平方向距離ｌｎ（図５参照）と走行車線の道幅ｗｒ（図１１参照）を算出する。これにより、ステップＳ１１の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１２の処理に進む。
【００５７】
ステップＳ１２の処理では、環境状態検出装置３が、車両が走行している走行車線上に障害物が存在するか否かを判別する。障害物が存在する場合、図１２に示すように、環境状態検出装置３は、車両Ａの現在位置Ｐ０から障害物Ｏまでの距離ξと障害物の幅ｗＯを検出する。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１３の処理に進む。
【００５８】
ステップＳ１３の処理では、走行可能領域算出回路２１が、走行車線領域内において車両が走行可能な領域を算出する。具体的には、図１２に示すように、走行可能領域算出回路２１は、ステップＳ１１、Ｓ１２の処理により検出された、車両Ａの走行車線の幅ｗｒと障害物Ｏまでの距離ξと障害物ｗＯとから、走行可能領域Ｒ１を算出する。これにより、ステップＳ１３の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１４の処理に進む。
【００５９】
ステップＳ１４の処理では、近似走行領域生成回路２２が、ステップＳ１３の処理により算出された走行可能領域Ｒ１内に、走行車線に相当する走行領域を近似的に生成する。具体的には、近似走行領域生成回路２２は、所定の道幅を各々有する曲線路及び直線路のテンプレートを予め保持し、図１２に示すように、走行可能領域Ｒ１内に曲線路及び直線路のテンプレートの組合せを当て嵌めた際に最も面積の大きくなる曲線路及び直線路のテンプレートの組合せ（図１２に示す例では曲線路のテンプレートＲＲ１、ＲＲ２、ＲＲ３、ＲＲ４と直線路のテンプレートＲＳ１との組み合わせ）を近似走行領域として決定する。これにより、ステップＳ１４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１５の処理に進む。
【００６０】
ステップＳ１５の処理では、走行目標経路生成回路２３が、ステップＳ１４の処理により生成された近似走行領域を走行する車両の経路を走行目標経路として算出する。具体的には、図１１に示すように、走行目標経路生成回路２３は、車両Ａの現在位置Ｐ０からＨメートル前方の近似走行領域の中央点をＴとし、車両Ａの現在位置Ｐ０と中央点Ｔとを結ぶベクトルと自車の進行方向とがなす角度をυとした時、数式Ｓ’＝Ｇ×Ｈ×υにより求められる理想操舵角Ｓ’によって走行した場合の経路を走行目標経路として算出する。第２の実施形態では、Ｈの値は１５［ｍ］、Ｇの値は０．１５である。しかし、Ｇの値は車種、運転者、環境の状態に応じて変更することが望ましい。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１６の処理に進む。
【００６１】
ステップＳ１６の処理では、操作信号予測回路２４が、車両操作状態検出装置２により検出された情報を利用して、経路内における車両の１秒後の左右方向位置と進行方向角を算出する。第２の実施形態では、左右方向位置には、ステップＳ１４の処理により算出された近似走行領域における左右位置を採用する。具体的には、ステップＳ１５の処理により算出された走行目標経路を実現する理想操舵角Ｓ’を１秒間維持した場合に車両が到達する位置を採用する。また、進行方向角は、ステップＳ１５の処理により算出された走行目標経路上における車両の進行方向角であって、具体的には、ステップＳ１５の処理により算出された走行目標経路を実現する理想操舵角Ｓ’を１秒間維持した場合に車両が回転する角度である。これにより、ステップＳ１６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１７の処理に進む。
【００６２】
ステップＳ１７の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ１５の処理により算出された走行目標経路に対する、ステップＳ１６の処理により算出された左右方向位置と進行方向角との差異を算出する。具体的には、差異算出回路６は、１秒後における車両の位置と走行目標経路との相対距離を算出することにより位置の差異ｄを算出し、１秒後における車両の進行方向角と走行目標経路との相対角度を算出することにより進行方向角の差異φを算出する。これにより、ステップＳ１７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１８の処理に進む。
【００６３】
ステップＳ１８の処理では、車両操作負荷推定装置２５が、運転者の車両操作負荷ＷＬを推定する。第２の実施形態では、車両操作負荷推定装置２５は、本願発明の出願時点で公知のステアリングエントロピー手法を用いて運転者の車両操作負荷ＷＬを推定する。例えば、運転者の心拍数等の生理指標等から推定するようにしても良い。運転者の車両操作負荷ＷＬは、図１２に示すように、要求される操舵操作の正確さ「ａ」が大きくなるのに応じて大きくなり、操舵操作の正確さ「ａ」との間に相関関係を有する。これにより、ステップＳ１８の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ１９の処理に進む。
【００６４】
ステップＳ１９の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ１７の処理により算出された位置の差異ｄ及び進行方向角の差異φとステップＳ１８の処理により推定された運転者の運転操作負荷ＷＬとに基づいて、トルク出力則を変更する。第２の実施形態では、トルク出力則は、数式：Ｔ＝Ｋ１×（Ｋ２×ｄ＋Ｋ３×φ）のように表される。この数式における比例定数Ｋ１は、例えばＫ１＝Ｆ（ＷＬ）＝ｂ×ＷＬのように記述される、運転者の車両操作負荷ＷＬの関数である。すなわち、第２の実施形態では、生成されるトルクＴは運転者の車両操作負荷ＷＬの大きさに応じて変更される。具体的には、運転者の車両操作負荷ＷＬ（＝要求される操舵操作の正確さ）が大きくなるのに応じて、生成されるトルクは大きくなる。一方、運転者の車両操作負荷ＷＬ（＝要求される操舵操作の正確さ）が小さくなるのに応じて、生成されるトルクは小さくなる。これにより、ステップＳ１９の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ２０の処理に進む。
【００６５】
ステップＳ２０の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。これにより、ステップＳ２０の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【００６６】
以上の説明から明らかなように、本発明の第２の実施形態の車両操作支援装置２０によれば、操作信号予測回路２４が、車両の１秒後の左右方向位置と進行方向角を算出し、差異算出回路６が、走行目標経路に対する左右方向位置と進行方向角との差異を算出する。このような構成によれば、障害物が存在する走行環境においても、運転者の感覚に合致した操舵操作の支援を運転者に提供することができる。
【００６７】
また、本発明の第２の実施形態の車両操作支援装置２０によれば、車両操作負荷推定装置２５が、運転者の車両操作負荷ＷＬを推定し、操舵系補助制御装置８が、車両操作負荷ＷＬに比例して操舵系の制御レベルを上げる。このような構成によれば、運転者の車両操作負荷ＷＬが高いほど運転者に伝達される操舵輪における操舵トルクが大きくなる。そのため、過度の運転負荷により生じる操舵操作の遅れや不安定な操舵操作が抑止された車両操作の支援を運転者に提供することができる。
【００６８】
なお、上記ステップＳ１５の処理では、走行目標経路生成回路２３は、数式Ｓ’＝Ｇ×Ｈ×υにより求められる理想操舵角Ｓ’によって走行した場合の経路を走行目標経路として算出した。しかし、例えば数式Ｓ’＝Ｇ１×ξ１＋Ｇ２×ξ２により求められる理想操舵角Ｓ’によって走行した場合の経路を走行目標経路として算出しても良い。この数式中のパラメータξ1は、図１４に示すように、車両Ａの現在の進行方向と１秒後の中心線Ｌｃ上の位置Ｐ１とがなす角度を示す。また、パラメータξ2は、車両Ａ前方の曲線路における内側の境界ＬＲに外接する接線ＬＰと車両Ａの進行方向とがなす角度を示す。この数式中のパラメータＧ１、Ｇ２は、車両や運転者、走行環境によって変更することが望ましい。
【００６９】
第３の実施形態
次に、図１５乃至図１８を参照して、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【００７０】
車両操作支援装置の構成
図１５に示すように、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援装置３０は、第１の実施形態に係る車両操作支援装置１０における車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、理想操舵信号算出回路５、差異算出回路６、操作精度推定回路７、及び操舵系補助制御装置８に加えて、天候判別装置３１、時間帯判別装置３２、及び走行目標点生成・補正回路３３を備える。
【００７１】
天候判別装置３１は、本発明に係る天候判別手段に対応する。天候判別装置３１は、雨滴センサや照度センサを備え、車両の運転操作時の天候を判別する。時間帯判別装置３２は、本発明に係る時間帯判別手段に対応する。時間帯判別装置３２は、時計等の計時装置を備え、車両の運転操作時の時間帯を判別する。走行目標点生成・補正回路３３は、本発明に係る理想制御経路生成手段に対応する。走行目標点生成・補正回路３３の機能は、車両に搭載されたマイクロコンピュータが制御プログラムを実行することにより実現される。走行目標点生成・補正回路３３の機能については後述する。
【００７２】
このような構成を有する車両操作支援装置３０は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図１５に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置３０の動作について説明する。
【００７３】
車両操作支援制御処理
図１６に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、車両操作支援制御処理はステップＳ３１の処理に進む。なお、この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。また、ステップＳ３１の処理は、図４に示すステップＳ１の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ３２の処理から説明を始める。
【００７４】
ステップＳ３２の処理では、天候判別装置３１が車両周囲の天候を判別し、時間帯判別装置３２が現在の時間帯を判別する。具体的には、雨滴センサにより雨滴が検出された場合、天候判別装置３１は、車両周囲の天候が雨であると判別する。また、時間帯判別装置３２は、現在の時間帯を早朝、日中、夕方、夜間に区分して判別する。これにより、ステップＳ３２の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３３の処理に進む。
【００７５】
ステップＳ３３の処理では、走行目標点生成・補正回路３３が、ステップＳ３２の処理結果に基づいて、走行目標点を生成、補正する。具体的には、走行目標点生成・補正回路３３は、ステップＳ３１の処理により検出された車両の現在位置に基づいて、車両の進行方向における車線中央位置を車両が将来通過すべき走行目標点として算出する。引き続き、ステップＳ３２の処理により判別された天候が雨又はこのように判別された時間帯が夜間である場合、走行目標点生成・補正回路３３は、算出された走行目標点をＨ１［ｍ］先の車線中央位置に補正する。また、天候が晴れであり、且つ、時間帯が早朝又は夕方である場合には、算出された走行目標点をＨ２（＞Ｈ１）［ｍ］先の車線中央位置に補正する。天候が晴れであり、時間帯が日中である場合には、走行目標点生成・補正回路３３は、算出された走行目標点をＨ３（＞Ｈ２）［ｍ］先の車線中央位置に補正する。これにより、ステップＳ３３の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３４の処理に進む。
【００７６】
ステップＳ３４の処理では、理想操舵信号算出回路５が、ステップＳ３３の処理により算出された走行目標点に到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。具体的には、理想操舵信号算出回路５は、車両の現在位置Ｐ０と走行目標点Ｐとを結ぶベクトルと車両の進行方向とがなす角度をυとした時に理想操舵角Ｓ’の値を２・Ｇ”・υ・(ｖ／Ｌ)（ｖは車速、Ｇ”は車両の操舵ゲインを示す）とする運転者モデルに対して、車両操作状態検出装置２及び環境状態検出装置３により検出された情報を入力することにより、ステップＳ３３の処理により算出された走行目標点に到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。なお、操舵ゲインＧ”は、ステップＳ３２により判別された天候が雨又は時間帯が夜間である場合はＧ１、天候が晴れであり、且つ、時間帯が早朝又は夕方である場合にはＧ２（＜Ｇ１）、天候が晴れであり、且つ、時間帯が日中である場合にはＧ３（＜Ｇ２）とする。これにより、ステップＳ３４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３５の処理に進む。
【００７７】
ステップＳ３５の処理では、車両操作状態検出装置２が、車両の現在の操舵角Ｓを検出する。これにより、ステップＳ３５の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３６の処理に進む。
【００７８】
ステップＳ３６の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ３４の処理により算出された理想操舵角Ｓ’とステップＳ３５の処理により検出された車両の現在の操舵角Ｓとの差異δ（＝Ｓ’−Ｓ）を算出する。これにより、ステップＳ３６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３７の処理に進む。
【００７９】
ステップＳ３７の処理では、操作精度推定回路７が、ステップＳ３２の処理により判別された車両周囲の天候と現在の時間帯において必要とされる操舵の正確さ「ａ」とを推定する。一般に、車両周囲の天候、照度、及び車両が走行している時間帯は、図１７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、操舵操作の正確さ「ａ」との間に相関関係を有する。そこで第３の実施形態では、操作精度推定回路７は、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すマップを予め保持し、ステップＳ３２の処理により判別された車両周囲の天候と現在の時間帯に対応する操舵の正確さ「ａ」とをマップから読み出すことにより、必要とされる操舵の正確さ「ａ」を推定する。これにより、ステップＳ３７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３８の処理に進む。
【００８０】
ステップＳ３８の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ３１の処理により検出された、車両の走行車線の中心線ＬＣと車両Ａの走行位置との間の水平方向距離ｌｎと、ステップＳ３６の処理により算出された理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓの差異δ、及びステップＳ３７の処理により推定された操舵操作の正確さ「ａ」とに基づいて、トルク出力則を変更する。これにより、ステップＳ３８の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ３９の処理に進む。
【００８１】
ステップＳ３９の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。これにより、ステップＳ３９の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【００８２】
以上の説明から明らかなように、本発明の第３の実施形態に係る車両操作支援装置３０によれば、天候判別装置３１が車両操作時の天候を判別し、時間帯判別装置３２が車両操作時の時間帯を判別する。そして、天候判別装置３１によって判別された天候が悪い場合及び／又は時間帯判別装置３２によって判別された時間帯が夜間である場合、走行目標点生成・補正回路３３が、判別された天候及び時間帯に応じて走行目標点の位置を補正し、操舵系補助制御装置８が操舵系の制御レベルを上げる。そのため、より安定的な車両操作の支援を運転者に提供することができる。
【００８３】
なお、本実施形態では、走行目標点生成・補正回路３３は、１回の処理で走行目標点を１つのみ算出する。しかしながら、１回の処理で複数の走行目標点を時系列的に算出しても良い。またこの場合、走行目標点生成・補正回路３３は、図１７に示すように、算出する走行目標点の数を、ステップＳ３７の処理により算出される操舵の正確さ「ａ」に応じて変更しても良い。
【００８４】
第４の実施形態
次に、図１９乃至図２３を参照して、本発明の第４の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【００８５】
車両操作支援装置の構成
図１９に示すように、本発明の第４の実施形態に係る車両操作支援装置４０は、第１の実施形態に係る車両操作支援装置１０における車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、差異算出回路６、及び操舵系補助制御装置８と、第２の実施形態に係る車両操作支援装置２０における操作信号予測回路２４とに加えて、運転技量推定装置４１、走行目標点生成・補正回路４２、及び漫然運転検出装置４３を備える。
【００８６】
運転技量推定装置４１は、本発明に係る車両操作技量推定手段に対応する。運転技量推定装置４１は、本願発明の出願時点で公知の、運転者の操舵操作における修正操舵の頻度から運転者の運転技量を推定する技術を利用して、運転者の運転技量を推定する。走行目標点生成・補正回路４２は、本発明に係る理想制御経路生成手段に対応する。走行目標点生成・補正回路４２の機能（動作）は、車両に搭載されたマイクロコンピュータが制御プログラムを実行することにより実現される。走行目標点生成・補正回路４２の機能については後述する。漫然運転検出装置４３は、本発明に係る漫然操作運転検出手段に対応する。漫然運転検出装置４３は、本願発明の出願時点で公知の、運転者の操舵操作において操舵を実施していない時間の長さやその発生頻度から漫然運転を検出する技術を利用して、運転者の漫然運転を推定する。
【００８７】
このような構成を有する車両操作支援装置４０は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図１９に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置４０の動作について説明する。
【００８８】
車両操作支援制御処理
図２０に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、車両操作支援制御処理はステップＳ４１の処理に進む。なお、この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。また、ステップＳ４１、４２の処理は、図１１に示すステップＳ１１、Ｓ１２の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ４３の処理から説明を始める。
【００８９】
ステップＳ４３の処理では、運転技量推定装置４１が、運転者の運転技量を推定する。本実施形態では、運転技量推定装置４１は、車両操作状態検出装置２に設けられた操舵角センサを介して検出される修正操舵の頻度が多いほど運転者の運転技量が低いと推定する。これにより、ステップＳ４３の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４４の処理に進む。
【００９０】
ステップＳ４４の処理では、走行目標点生成・補正回路４２が、ステップＳ４３の処理により推定された運転者の運転技量に基づいて、走行目標点を生成、補正する。具体的には、走行目標点生成・補正回路４２は、図２１に示すように、車両Ａが障害物Ｏの位置に到達する際に車両Ａが走行可能な経路幅の中間位置Ｐ１を走行目標点として算出する。そして、走行目標点生成・補正回路４２は、ステップＳ４３の処理により推定された運転者の運転技量が高い場合には、走行目標点の位置を可能な限り障害物Ｏに接近した位置に補正する。すなわち、図２１に示すように、車両Ａが走行車線の中央から距離ωだけオフセットした位置Ｐ０に位置している場合には、車両Ａが距離Ｌ０［ｍ］走行する間に位置Ｐ１に到達するためには、車両は距離ζ（＝ω＋ｗ０／２）だけ左右方向に移動する必要がある。そこで、ステップＳ４３の処理により推定された運転技量が高い場合、走行目標点生成・補正回路４２は、可能な限り障害物に接近した走行目標点を得るために、距離ζから距離σを減算し、位置Ｐ０から位置Ｐ１に到達するまでの中間地点として位置Ｐ０から相対的に（Ｌ０／２，ζ／２）の地点である位置Ｐ２を設定する。これにより、ステップＳ４４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４５の処理に進む。
【００９１】
ステップＳ４５の処理では、理想操舵信号算出回路５が、ステップＳ４４の処理により算出された走行目標点に到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。具体的には、理想操舵信号算出回路５は、車両Ａが位置Ｐ０から位置Ｐ２に移動する間は、理想操舵角Ｓ’の値をＧ×（Ｌ０／２）×（ζ／２）（Ｇは車両の操舵ゲインを示す）とする運転者モデルに対して、車両Ａが位置Ｐ２から位置Ｐ１に移動する間は、理想操舵角Ｓ’の値を−Ｇ×（Ｌ０／２）×（ζ／２）とする運転者モデルに対して、車両操作状態検出装置２及び環境状態検出装置３により検出された情報を入力することにより、ステップＳ４４の処理により算出された走行目標点に到達するための理想操舵角Ｓ’を算出する。これにより、ステップＳ４４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４５の処理に進む。
【００９２】
ステップＳ４６の処理では、操作信号予測回路２４が、車両操作状態検出装置２により検出された情報を利用して、車両の１秒後の左右方向位置と進行方向角を算出する。なお、この処理は、図１１に示すステップＳ１６の処理と同じであるので、その詳細な説明は省略する。これにより、ステップＳ４６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４７の処理に進む。
【００９３】
ステップＳ４７の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ４５の処理により算出された理想操舵角Ｓ’に対する、ステップＳ４６の処理により算出された左右方向位置と進行方向角との差異を算出する。なお、この処理は、図１０に示すステップＳ１７の処理と同じであるので、その詳細な説明は省略する。これにより、ステップＳ４７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４８の処理に進む。
【００９４】
ステップＳ４８の処理では、漫然運転検出装置４３が、運転者が漫然運転を行っているか否かを判別する。具体的には、漫然運転検出装置４３は、車両操作状態検出装置２に設けられた操舵角センサを介して検出される操舵の頻度が少ない場合、運転者が漫然運転を行っていると判定する。これにより、ステップＳ４８の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ４９の処理に進む。
【００９５】
ステップＳ４９の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ４８の判別処理の結果に基づいてトルク出力則を変更する。本実施形態では、トルク出力則は、図２２に実線Ｌ１で示すように、理想操舵角Ｓ’と車両の現在の操舵角Ｓとの差異δの大きさに比例してトルクを生成するパワーアシスト機構における出力則である。トルクＴは、比例定数をＫとするとＴ＝Ｋ×δと表される。そして、運転者の漫然運転が検出された場合、トルク出力則は図２２に示す比例定数が比例定数Ｋより大きい点線Ｌ２で示すように変更され、その結果として、通常時よりも大きいトルクが出力される。これにより、ステップＳ４９の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ５０の処理に進む。
【００９６】
ステップＳ５０の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。これにより、ステップＳ５０の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【００９７】
以上の説明から明らかなように、本発明の第４の実施形態の車両操作支援装置４０によれば、運転技量推定装置４１が運転者の運転技量を推定する。運転者の運転技量が低い場合、走行目標点生成・補正回路４２が走行目標点を補正し、操舵系補助制御装置８が操舵系の制御レベルを上げる。このため、運転者を誘導支援するために生成する走行目標点を運転者の運転技量に則したものに補正することができ、その結果として、運転者の技量に則した走行目標経路による車両操作の支援を運転者に提供することができる。
【００９８】
また、本発明の第４の実施形態の車両操作支援装置４０によれば、漫然運転検出装置４３によって運転者の漫然運転が検出された場合、操舵系補助制御装置８が、運転者に伝達される、操舵輪における操舵トルクを大きくするので、漫然運転により生じる操舵の遅れや不安定な操舵が抑止された車両操作の支援を運転者に提供することができる。 なお、上記ステップＳ４４の処理では、距離Ｌ０を固定値であるが、図２２に示すように、運転者の運転技量の大きさに応じて距離Ｌ０を変化させても良い。
【００９９】
第５の実施形態
最後に、図２４乃至図２６を参照して、本発明の第５の実施形態に係る車両操作支援装置の構成について説明する。
【０１００】
車両操作支援装置の構成
図２４に示すように、本発明の第５の実施形態に係る車両操作支援装置５０は、第１の実施形態に係る車両操作支援装置１０における車両操作状態検出装置２、環境状態検出装置３、差異算出回路６、及び操舵系補助制御装置８と、第２の実施形態に係る車両操作支援装置２０における走行目標経路生成回路２３と操作信号予測回路２４とに加えて、車線変更意図推定装置５１、合流意図判定装置５２、及び操舵履歴記憶回路５３を備える。
【０１０１】
車線変更意図推定装置５１は、本発明に係る車線変更意図推定手段に対応する。車線変更意図推定装置５１は、本願発明の出願時点で公知のパターンマッチング手法を用いることにより、車両の前方を走行する先行車両との車間距離や相対速度を推定し、且つ、ターンシグナルのオン／オフから運転者の車線変更の意図を推定する技術を利用して、運転者の車線変更の意図を推定する。
【０１０２】
合流意図判定装置５２は、本発明に係る合流意図推定手段に対応する。合流意図判定装置５２はナビゲーション装置を備え、車両が合流車線を走行し、且つ、ターンシグナルがオンである場合、運転者に合流の意図があると判定する。操舵履歴記憶回路５３は、本発明に係る操舵角履歴記憶手段に対応する。操舵履歴記憶回路５３は、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶装置により構成され、過去の車線変更時や合流時の操舵角の時系列変化を記憶する。
【０１０３】
このような構成を有する運転操作支援装置５０は、以下に示す車両操作支援制御処理を実行することにより、運転者による車両に対する車両操作の状態や車両周囲の環境に適した車両操作支援制御を出力する。以下、図２４に示すフローチャートを参照して、この車両操作支援制御処理を実行する際の車両操作支援装置５０の動作について説明する。
【０１０４】
車両操作支援制御処理
図２５に示すフローチャートは、車両のイグニッションスイッチがオフ状態からオン状態に切り換えられたタイミングで開始となり、車両操作支援制御処理はステップＳ６１の処理に進む。なお、この車両操作支援制御処理は、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。また、ステップＳ６１の処理は、図４に示すステップＳ１１の処理と同じであるので、以下ではその説明を省略し、ステップＳ６２の処理から説明を始める。
【０１０５】
ステップＳ６２の処理では、車線変更意図推定装置５１が、運転者に車線変更の意図があるか否かを判別する。判別の結果、運転者に車線変更の意図がある場合、車線変更意図推定装置５１は、車両操作支援制御処理をステップＳ６５の処理に進める。一方、運転者に車線変更の意図がない場合には、車線変更意図推定装置５１は、車両操作支援制御処理をステップＳ６３の処理に進める。
【０１０６】
ステップＳ６３の処理では、合流意図判定装置５２が、運転者に被合流車線への合流意図があるか否かを判別する。判別の結果、運転者に合流意図がある場合、合流意図判定装置５２は、車両操作支援制御処理をステップＳ６５の処理に進める。一方、運転者に合流意図がない場合には、合流意図判定装置５２は、車両操作支援制御処理をステップＳ６４の処理に進める。
【０１０７】
ステップＳ６４の処理では、環境状態検出装置３が、車両が走行している車線に隣接する車線の混雑度を検出する。具体的には、環境状態検出装置３は、レーザレーダや超音波センサを利用して、車両が走行している車線に隣接する車線に車両が存在するか否かを検出し、所定時間内における車両の検出台数を混雑度として検出する。これにより、ステップＳ６４の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６７の処理に進む。
【０１０８】
ステップＳ６５の処理では、環境状態検出装置３が、車両がこれから進入する被進入車線における混雑度を検出する。具体的には、環境状態検出装置３は、レーザレーダや超音波センサを利用して、被進入車線に車両が存在するか否かを検出し、所定時間内における車両の検出台数を混雑度として検出する。これにより、ステップＳ６５の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６６の処理に進む。
【０１０９】
ステップＳ６６の処理では、走行目標経路生成回路２３が、操舵履歴記憶回路５３に記憶されている過去の車線変更時又は合流時の操舵角の時系列変化に関する情報を取得する。一般に、車線変更や合流を行う際、運転者は定型的な時系列変化で操舵操作を行う。そこで第５の実施形態では、操舵履歴記憶回路５３が、過去の車線変更時又は合流時の操舵角の時系列変化を操舵履歴として内部に保持し、走行目標経路生成回路２３は、適宜前記当する操舵角の時系列変化を操舵履歴として取得する。これにより、ステップＳ６６の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６７の処理に進む。
【０１１０】
ステップＳ６７の処理では、走行目標経路生成回路２３が、車線変更及び合流意図が検出されなかった場合と車線変更と合流意図の少なくとも一方が検出された場合とに分けて走行目標経路を生成する。具体的には、車線変更及び合流意図が検出されなかった場合、走行目標経路生成回路２３は、車両の前方Ｈ［ｍ］の位置における走行車線の中央点をＴとし、車両の現在位置と中央点Ｔとを結ぶベクトルと車両の進行方向とがなす角度をυとした時、理想操舵角Ｓ＝Ｇ×Ｈ×υによって走行した場合の経路を、走行目標経路として生成する。一方、車線変更と合流意図の少なくとも一方が検出された場合には、走行目標経路生成回路２３は、ステップＳ６６の処理により取得した過去の操舵履歴によって走行した場合の経路を、走行目標経路として生成する。これにより、ステップＳ６７の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６８の処理に進む。
【０１１１】
ステップＳ６８の処理では、操作信号予測回路２４が、車両操作状態検出装置２により検出された情報を利用して、経路内における車両の１秒後の左右方向位置と進行方向角を算出する。なお、この処理は、図１１に示すステップＳ１６の処理と同じであるので、その詳細な説明は省略する。これにより、ステップＳ６８の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ６９の処理に進む。
【０１１２】
ステップＳ６９の処理では、差異算出回路６が、ステップＳ６７の処理により生成された理想操舵角Ｓ’に対する、ステップＳ４６の処理により算出された左右方向位置と進行方向角との差異を算出する。なお、この処理は、図１１に示すステップＳ１７の処理と同じであるので、その詳細な説明は省略する。これにより、ステップＳ６９の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ７０の処理に進む。
【０１１３】
ステップＳ７０の処理では、操舵系補助制御装置８が、ステップＳ６４及びステップＳ６５の処理により検出された混雑度に基づいて、トルク出力則を変更する。第５の実施形態におけるトルク出力則は、図２６に実線Ｌ１で示すように、ステップＳ６９の処理により算出された差異δの大きさに比例してトルクを生成するパワーアシスト機構における出力則である。なお、トルクＴは、比例定数をＫとするとＴ＝Ｋ×δと表される。そして、混雑度が大きくなるのに応じて比例定数Ｋが大きくなり、トルク出力則は図２５に点線Ｌ２で示すように変更される。一方、混雑度が小さくなるのに応じて比例定数Ｋが小さくなり、トルク出力則は図２５に点線Ｌ３で示すように変更される。これにより、ステップＳ７０の処理は完了し、車両操作支援制御処理はステップＳ７１の処理に進む。
【０１１４】
ステップＳ７１の処理では、操舵系補助制御装置８が、操舵輪に対し操舵トルクを発生する制御を実施する。これにより、ステップＳ７１の処理は完了し、一連の車両操作支援制御処理は終了する。
【０１１５】
以上の説明から明らかなように、本発明の第５の実施形態の車両操作支援装置５０によれば、環境状態検出装置３が、車両が走行している車線に隣接する車線や車両がこれから進入する被進入車線における混雑度を検出し、操舵系補助制御装置８が、混雑度が大きくなるのに応じて、操舵系の制御レベルを上げる。そのため、運転者による不安定な操舵が発生する可能性が高い場面においても、操舵操作を安定化させる支援を運転者に提供することができる。
【０１１６】
また、本発明の第５の実施形態の車両操作支援装置５０によれば、運転者の車線変更の意図や合流意図が推定された場合、走行目標経路生成回路２３は、過去の操舵履歴に基づいて走行した場合の経路を走行目標経路として生成するので、運転者間においてばらつきが大きい操舵の場面においても、運転者の感覚に合致した車両操作の支援を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、制御対象物に対する操作者の制御操作を支援する技術に適用することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムの操作者を支援する支援制御装置が設けられたシステムであって、
システムの操作状態に関する情報を検出するシステム状態検出部と、
少なくとも前記システム状態検出部により検出されたシステム状態に依存して、前記システムの理想状態を生成する理想状態生成部と、
前記理想状態生成部により生成された理想状態に沿って動作するように、前記システムに対する理想入力を算出する理想入力算出部と、
操作者の制御動作を前記システムに対する制御信号に変換するシステム入力インターフェースと、
前記理想入力算出部により算出された理想入力と前記システムに対して前記システム入力インターフェースが提供する実際の制御信号との差異を算出する差異算出部と、
を備え、
前記システム入力インターフェースは前記支援制御装置を備え、前記支援制御装置は、前記システムの動作において操作者を支援するように、前記差異算出部により算出された差異に依存して、操作者の制御動作を前記システムに対する制御信号に変換することに関連する少なくとも一つの変換パラメータを定めることを特徴とするシステム。
【請求項２】
制御対象物の制御のための、マニピュレータに対する操作者の制御操作を支援する制御操作支援装置であって、
前記制御対象物の状態に関する情報を検出する制御対象物状態検出部と、
前記マニピュレータの状態に関する情報を検出するマニピュレータ状態検出部と、
前記制御対象物の周囲の制御操作環境の状態に関する情報を検出する環境状態検出部と、
前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態と前記環境状態検出部により検出された環境状態とに関する情報から、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスを生成する理想相互作用生成部と、
前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、マニピュレータに対する理想インピーダンスを生成する理想マニピュレータインピーダンス生成部と、
前記理想マニピュレータインピーダンス生成部により生成された理想マニピュレータインピーダンスに基づいてマニピュレータのインピーダンスを制御することにより、制御対象物と環境との間に所望の相互作用ダイナミックスを生成するマニピュレータインピーダンス制御装置支援システムと、
前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、理想マニピュレータ制御信号を生成する理想マニピュレータ制御信号生成部と、
前記理想マニピュレータ制御信号生成部により生成された理想マニピュレータ制御信号と前記マニピュレータ状態検出部により検出されたマニピュレータの状態との間の差異を算出するマニピュレータ制御信号差異算出部と、
前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、制御対象物の制御操作に要求される精度を推定する操作精度推定部と、
前記操作精度推定部により推定された要求精度から、制御差異インピーダンスを生成する制御差異インピーダンス生成部と、
前記マニピュレータ制御信号差異算出部により算出された差異の大きさと前記制御差異インピーダンス生成部により算出された差異インピーダンスとに基づいて、アクチュエータにより生成される付加トルクを制御することにより、マニピュレータに対する操作者の制御操作を支援して、要求される操作精度を達成するアクチュエータトルク制御装置支援システムと、
を備えることを特徴とする制御操作支援装置。
【請求項３】
前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態と前記環境状態検出部により検出された環境状態とに関する情報から、制御対象物に対する理想制御経路を生成する理想制御経路生成部を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の制御操作支援装置。
【請求項４】
前記理想マニピュレータ制御信号として、前記理想制御経路生成部により生成された理想制御経路に沿って走行するように制御対象物を制御する制御信号プロフィールを生成する理想マニピュレータ制御信号生成部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の制御操作支援装置。
【請求項５】
前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態に関する情報に基づいて、所定の将来の時点に至ったときの制御操作状態に関する情報を予測する制御信号予測部を更に備え、
前記マニピュレータ制御信号差異算出部は、前記理想マニピュレータ制御信号生成部により生成された、所定の将来の時点に至ったときの理想マニピュレータ制御信号と、前記制御信号予測部により予測された、所定の将来の時点に至ったときの制御操作状態に関する情報との差異を算出することを特徴とする請求項４に記載の制御操作支援装置。
【請求項６】
前記理想マニピュレータ制御信号算出部は、前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態に関する情報と、前記環境状態検出部により検出された制御操作環境の状態に関する情報とから、操作者モデルを用いて理想マニピュレータ制御信号を算出することを特徴とする請求項４又は５に記載の制御操作支援装置。
【請求項７】
前記制御対象物状態検出部は、制御対象物の状態に関する情報として、制御対象物の方位、速度、進行方向角、加速度、及びマニピュレータの値のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項８】
前記環境状態検出部は、前記制御操作環境の状態に関する情報として、制御対象物の周囲に存在する障害物と、前記制御対象物が走行する経路に沿った、直線・曲線障壁、幅、及び粗さと、制御対象物に隣接する移動体とのうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項９】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記制御対象物の力出力則を適正にして制御対象物を制御し、力出力則として記述された、操作者のマニピュレータに対する制御操作に付加される力のレベルを制御することにより、制御操作の支援レベルを制御することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、力出力則として記述された、制御対象物の力出力則を参照して制御対象物を制御することにより、制御操作の支援レベルを制御することを特徴とする請求項９に記載の制御操作支援装置。
【請求項１１】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、操作者のマニピュレータに対する制御操作に付加される力のレベルを制御することにより、制御操作の支援レベルを制御することを特徴とする請求項９に記載の制御操作支援装置。
【請求項１２】
操作者の制御操作負荷を推定する制御操作負荷推定部を更に備え、
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記制御操作負荷推定部により推定された制御操作負荷が大きくなるのに応じて、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１３】
前記力出力則は、前記アクチュエータのトルク出力則であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記制御差異インピーダンス生成部により生成された制御差異インピーダンスに応じてトルク出力則を変更することを特徴とする請求項１３に記載の制御操作支援装置。
【請求項１５】
前記環境状態検出部により検出された制御操作環境の状態に関する情報から、制御対象物が移動可能な領域の幅を算出する移動可能領域算出部と、
前記移動可能領域算出部により算出された移動可能領域を複数の曲線領域及び直線領域により近似する近似制御領域算出部とを備え、
前記環境状態検出部が、操作対象物の周囲に障害物を検出した場合、前記理想相互作用生成部は、前記近似制御領域算出部により近似された領域内に理想相互作用経路を生成することを特徴とする請求項２乃至１４のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１６】
操作者の制御操作技量を推定する制御操作技量推定部を更に備え、
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記制御操作技量推定部により推定された操作者の制御操作技量が小さくなるのに応じて、制御操作の制御レベルを上げることを特徴とする請求項２乃至１５のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１７】
制御操作時の制御条件を判別する制御条件判別部及び／又は制御操作時の時間帯を判別する時間帯判別部を更に備え、
前記制御条件判別部により判別された制御条件が悪い場合及び／又は前記時間帯判別部により判別された時間帯が夜間である場合、前記理想相互作用生成部は、生成した理想制御経路を適正にし、前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の制御操作支援装置。
【請求項１８】
操作者の操作が低下したことを検出する操作低下検出部を更に備え、
前記操作低下検出部により操作者の操作が低下したことが検出された場合、前記理想相互作用生成部は、生成した理想制御経路を補正し、前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１９】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記環境状態検出部により検出されて制御対象物に隣接する移動体の数が多くなるのに応じて、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項２乃至１８のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項２０】
前記制御対象物は車両であり、
前記装置は、操作者の車線変更の意図を推定する車線変更意図推定部と、過去の車線変更時に前記制御対象物状態検出部により検出された、車両の操舵角の時系列変化に関する情報を記憶する第１の操舵角プロフィール記憶部と、を更に備え、
前記車線変更意図推定部により操作者の車線変更の意図が推定された場合、前記理想マニピュレータ制御信号生成部は、前記第１の操舵角プロフィール記憶部が記憶している車両の操舵角の時系列変化に関する情報を参照することにより、過去の車線変更時における車両の操舵プロフィールを理想マニピュレータ制御信号として生成することを特徴とする請求項２乃至１９のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項２１】
操作者の合流意図を推定する合流意図推定部と、
過去の合流時に前記制御対象物状態検出部により検出された、操舵角の時系列変化に関する情報を記憶する第２の操舵角プロフィール記憶部と、
を更に備え、
前記合流意図推定部により操作者の合流意図が推定された場合、前記理想マニピュレータ制御信号生成部は、前記第２の操舵角プロフィール記憶部が記憶している、車両の操舵角の時系列変化に関する情報を参照することにより、過去の合流時における車両の操舵プロフィールを理想マニピュレータ制御信号として算出し、さらに、前記環境状態検出部が被合流車線を走行する車両を所定数以上検出した場合、前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項２０に記載の制御操作支援装置。
【請求項２２】
制御対象物の制御に対する操作者の制御操作を支援する制御操作支援方法であって、
操作者の制御操作状態に関する情報と制御対象物の周囲の制御操作環境に関する情報とから制御対象物の理想制御経路を生成する工程と、
生成された理想制御経路に沿って制御対象物が動作するように、操作システムの制御プロフィールを理想制御信号として算出する工程と、
算出された理想制御信号と制御操作状態に関する情報との差異を算出する工程と、
算出された差異の大きさに基づいて操作システムを制御することにより、操作システムに対する操作者の操作を支援する工程と、
制御操作状態に関する情報及び／又は制御操作環境に関する情報から、制御対象物の制御操作に要求される正確さを推定する工程と、
を有し、
操作者の操作を支援する前記工程において、推定された正確さが高くなるのに応じて操作システムの支援レベルを上げることを特徴とする制御操作支援方法。
【請求項２３】
操作対象物に対する操作者の車両操作を支援する運転操作支援装置であって、
操作者の車両操作状態に関する情報を検出する車両操作状態検出部と、
前記操作対象物の周囲の車両操作環境に関する情報を検出する環境状態検出部と、
前記車両操作状態検出部により検出された車両操作状態に関する情報と前記環境状態検出部により検出された車両操作環境に関する情報とから、前記操作対象物の理想制御経路を生成する理想制御経路生成部と、
前記操作対象物が前記理想制御経路生成部により生成された理想制御経路に沿って動作するように、操作システムの制御履歴を理想制御信号として算出する理想制御信号算出部と、
前記理想制御信号算出部により算出された理想制御信号と前記車両操作状態検出部により検出された車両操作状態に関する情報との間の差異を算出する差異算出部と、
前記差異検出部により算出された差異の大きさに基づいて前記操作システムを制御して、前記操作システムに対する操作者の操作を支援する制御を実行する操作システム支援制御装置と、
前記車両操作状態検出部により検出された車両操作状態に関する情報及び／又は前記環境状態検出部により検出された車両操作環境に関する情報から、前記操作対象物の車両操作に要求される正確さを推定する操作精度推定部と、
を備え、
前記操作システム支援制御装置は、前記操作精度推定部により推定された正確さが高くなるのに応じて、操作システムの制御レベルを上げることを特徴とする運転操作支援装置。
【請求項２４】
操作対象物に対する操作者の車両操作を支援する運転操作支援方法であって、
前記操作者の車両操作状態に関する情報と前記操作対象物の周囲の車両操作環境に関する情報とから、前記操作対象物の理想制御経路を生成する工程と、
生成された理想制御経路に沿って前記操作対象物が動作するように、操作システムの制御履歴を理想制御信号として算出する工程と、
算出された理想制御信号と車両操作状態に関する情報との間の差異を算出する工程と、
算出された差異の大きさに基づいて前記操作システムを制御して、前記操作システムに対する操作者の操作を支援する工程と、
前記車両操作状態に関する情報及び／又は車両操作環境に関する情報から、前記操作対象物の車両操作に要求される正確さを推定する工程と、
を有し、
前記操作者の操作を支援する工程では、推定された正確さが高くなるのに応じて、前記操作システムの制御レベルを上げることを特徴とする運転操作支援方法。
【請求項１】
システムの操作者を支援する支援制御装置が設けられたシステムであって、
システムの操作状態に関する情報を検出するシステム状態検出部と、
少なくとも前記システム状態検出部により検出されたシステム状態に依存して、前記システムの理想状態を生成する理想状態生成部と、
前記理想状態生成部により生成された理想状態に沿って動作するように、前記システムに対する理想入力を算出する理想入力算出部と、
操作者の制御動作を前記システムに対する制御信号に変換するシステム入力インターフェースと、
前記理想入力算出部により算出された理想入力と前記システムに対して前記システム入力インターフェースが提供する実際の制御信号との差異を算出する差異算出部と、
を備え、
前記システム入力インターフェースは前記支援制御装置を備え、前記支援制御装置は、前記システムの動作において操作者を支援するように、前記差異算出部により算出された差異に依存して、操作者の制御動作を前記システムに対する制御信号に変換することに関連する少なくとも一つの変換パラメータを定めることを特徴とするシステム。
【請求項２】
制御対象物の制御のための、マニピュレータに対する操作者の制御操作を支援する制御操作支援装置であって、
前記制御対象物の状態に関する情報を検出する制御対象物状態検出部と、
前記マニピュレータの状態に関する情報を検出するマニピュレータ状態検出部と、
前記制御対象物の周囲の制御操作環境の状態に関する情報を検出する環境状態検出部と、
前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態と前記環境状態検出部により検出された環境状態とに関する情報から、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスを生成する理想相互作用生成部と、
前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、マニピュレータに対する理想インピーダンスを生成する理想マニピュレータインピーダンス生成部と、
前記理想マニピュレータインピーダンス生成部により生成された理想マニピュレータインピーダンスに基づいてマニピュレータのインピーダンスを制御することにより、制御対象物と環境との間に所望の相互作用ダイナミックスを生成するマニピュレータインピーダンス制御装置支援システムと、
前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、理想マニピュレータ制御信号を生成する理想マニピュレータ制御信号生成部と、
前記理想マニピュレータ制御信号生成部により生成された理想マニピュレータ制御信号と前記マニピュレータ状態検出部により検出されたマニピュレータの状態との間の差異を算出するマニピュレータ制御信号差異算出部と、
前記理想相互作用生成部により生成された、制御対象物と環境との間の理想相互作用ダイナミックスから、制御対象物の制御操作に要求される精度を推定する操作精度推定部と、
前記操作精度推定部により推定された要求精度から、制御差異インピーダンスを生成する制御差異インピーダンス生成部と、
前記マニピュレータ制御信号差異算出部により算出された差異の大きさと前記制御差異インピーダンス生成部により算出された差異インピーダンスとに基づいて、アクチュエータにより生成される付加トルクを制御することにより、マニピュレータに対する操作者の制御操作を支援して、要求される操作精度を達成するアクチュエータトルク制御装置支援システムと、
を備えることを特徴とする制御操作支援装置。
【請求項３】
前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態と前記環境状態検出部により検出された環境状態とに関する情報から、制御対象物に対する理想制御経路を生成する理想制御経路生成部を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の制御操作支援装置。
【請求項４】
前記理想マニピュレータ制御信号として、前記理想制御経路生成部により生成された理想制御経路に沿って走行するように制御対象物を制御する制御信号プロフィールを生成する理想マニピュレータ制御信号生成部を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の制御操作支援装置。
【請求項５】
前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態に関する情報に基づいて、所定の将来の時点に至ったときの制御操作状態に関する情報を予測する制御信号予測部を更に備え、
前記マニピュレータ制御信号差異算出部は、前記理想マニピュレータ制御信号生成部により生成された、所定の将来の時点に至ったときの理想マニピュレータ制御信号と、前記制御信号予測部により予測された、所定の将来の時点に至ったときの制御操作状態に関する情報との差異を算出することを特徴とする請求項４に記載の制御操作支援装置。
【請求項６】
前記理想マニピュレータ制御信号算出部は、前記制御対象物状態検出部により検出された制御対象物の状態に関する情報と、前記環境状態検出部により検出された制御操作環境の状態に関する情報とから、操作者モデルを用いて理想マニピュレータ制御信号を算出することを特徴とする請求項４又は５に記載の制御操作支援装置。
【請求項７】
前記制御対象物状態検出部は、制御対象物の状態に関する情報として、制御対象物の方位、速度、進行方向角、加速度、及びマニピュレータの値のうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項８】
前記環境状態検出部は、前記制御操作環境の状態に関する情報として、制御対象物の周囲に存在する障害物と、前記制御対象物が走行する経路に沿った、直線・曲線障壁、幅、及び粗さと、制御対象物に隣接する移動体とのうちの少なくとも１つを検出することを特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項９】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記制御対象物の力出力則を適正にして制御対象物を制御し、力出力則として記述された、操作者のマニピュレータに対する制御操作に付加される力のレベルを制御することにより、制御操作の支援レベルを制御することを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１０】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、力出力則として記述された、制御対象物の力出力則を参照して制御対象物を制御することにより、制御操作の支援レベルを制御することを特徴とする請求項９に記載の制御操作支援装置。
【請求項１１】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、操作者のマニピュレータに対する制御操作に付加される力のレベルを制御することにより、制御操作の支援レベルを制御することを特徴とする請求項９に記載の制御操作支援装置。
【請求項１２】
操作者の制御操作負荷を推定する制御操作負荷推定部を更に備え、
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記制御操作負荷推定部により推定された制御操作負荷が大きくなるのに応じて、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項２乃至１１のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１３】
前記力出力則は、前記アクチュエータのトルク出力則であることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記制御差異インピーダンス生成部により生成された制御差異インピーダンスに応じてトルク出力則を変更することを特徴とする請求項１３に記載の制御操作支援装置。
【請求項１５】
前記環境状態検出部により検出された制御操作環境の状態に関する情報から、制御対象物が移動可能な領域の幅を算出する移動可能領域算出部と、
前記移動可能領域算出部により算出された移動可能領域を複数の曲線領域及び直線領域により近似する近似制御領域算出部とを備え、
前記環境状態検出部が、操作対象物の周囲に障害物を検出した場合、前記理想相互作用生成部は、前記近似制御領域算出部により近似された領域内に理想相互作用経路を生成することを特徴とする請求項２乃至１４のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１６】
操作者の制御操作技量を推定する制御操作技量推定部を更に備え、
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記制御操作技量推定部により推定された操作者の制御操作技量が小さくなるのに応じて、制御操作の制御レベルを上げることを特徴とする請求項２乃至１５のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１７】
制御操作時の制御条件を判別する制御条件判別部及び／又は制御操作時の時間帯を判別する時間帯判別部を更に備え、
前記制御条件判別部により判別された制御条件が悪い場合及び／又は前記時間帯判別部により判別された時間帯が夜間である場合、前記理想相互作用生成部は、生成した理想制御経路を適正にし、前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の制御操作支援装置。
【請求項１８】
操作者の操作が低下したことを検出する操作低下検出部を更に備え、
前記操作低下検出部により操作者の操作が低下したことが検出された場合、前記理想相互作用生成部は、生成した理想制御経路を補正し、前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項１９】
前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、前記環境状態検出部により検出されて制御対象物に隣接する移動体の数が多くなるのに応じて、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項２乃至１８のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項２０】
前記制御対象物は車両であり、
前記装置は、操作者の車線変更の意図を推定する車線変更意図推定部と、過去の車線変更時に前記制御対象物状態検出部により検出された、車両の操舵角の時系列変化に関する情報を記憶する第１の操舵角プロフィール記憶部と、を更に備え、
前記車線変更意図推定部により操作者の車線変更の意図が推定された場合、前記理想マニピュレータ制御信号生成部は、前記第１の操舵角プロフィール記憶部が記憶している車両の操舵角の時系列変化に関する情報を参照することにより、過去の車線変更時における車両の操舵プロフィールを理想マニピュレータ制御信号として生成することを特徴とする請求項２乃至１９のいずれか一項に記載の制御操作支援装置。
【請求項２１】
操作者の合流意図を推定する合流意図推定部と、
過去の合流時に前記制御対象物状態検出部により検出された、操舵角の時系列変化に関する情報を記憶する第２の操舵角プロフィール記憶部と、
を更に備え、
前記合流意図推定部により操作者の合流意図が推定された場合、前記理想マニピュレータ制御信号生成部は、前記第２の操舵角プロフィール記憶部が記憶している、車両の操舵角の時系列変化に関する情報を参照することにより、過去の合流時における車両の操舵プロフィールを理想マニピュレータ制御信号として算出し、さらに、前記環境状態検出部が被合流車線を走行する車両を所定数以上検出した場合、前記アクチュエータトルク制御装置支援システムは、制御操作の支援レベルを上げることを特徴とする請求項２０に記載の制御操作支援装置。
【請求項２２】
制御対象物の制御に対する操作者の制御操作を支援する制御操作支援方法であって、
操作者の制御操作状態に関する情報と制御対象物の周囲の制御操作環境に関する情報とから制御対象物の理想制御経路を生成する工程と、
生成された理想制御経路に沿って制御対象物が動作するように、操作システムの制御プロフィールを理想制御信号として算出する工程と、
算出された理想制御信号と制御操作状態に関する情報との差異を算出する工程と、
算出された差異の大きさに基づいて操作システムを制御することにより、操作システムに対する操作者の操作を支援する工程と、
制御操作状態に関する情報及び／又は制御操作環境に関する情報から、制御対象物の制御操作に要求される正確さを推定する工程と、
を有し、
操作者の操作を支援する前記工程において、推定された正確さが高くなるのに応じて操作システムの支援レベルを上げることを特徴とする制御操作支援方法。
【請求項２３】
操作対象物に対する操作者の車両操作を支援する運転操作支援装置であって、
操作者の車両操作状態に関する情報を検出する車両操作状態検出部と、
前記操作対象物の周囲の車両操作環境に関する情報を検出する環境状態検出部と、
前記車両操作状態検出部により検出された車両操作状態に関する情報と前記環境状態検出部により検出された車両操作環境に関する情報とから、前記操作対象物の理想制御経路を生成する理想制御経路生成部と、
前記操作対象物が前記理想制御経路生成部により生成された理想制御経路に沿って動作するように、操作システムの制御履歴を理想制御信号として算出する理想制御信号算出部と、
前記理想制御信号算出部により算出された理想制御信号と前記車両操作状態検出部により検出された車両操作状態に関する情報との間の差異を算出する差異算出部と、
前記差異検出部により算出された差異の大きさに基づいて前記操作システムを制御して、前記操作システムに対する操作者の操作を支援する制御を実行する操作システム支援制御装置と、
前記車両操作状態検出部により検出された車両操作状態に関する情報及び／又は前記環境状態検出部により検出された車両操作環境に関する情報から、前記操作対象物の車両操作に要求される正確さを推定する操作精度推定部と、
を備え、
前記操作システム支援制御装置は、前記操作精度推定部により推定された正確さが高くなるのに応じて、操作システムの制御レベルを上げることを特徴とする運転操作支援装置。
【請求項２４】
操作対象物に対する操作者の車両操作を支援する運転操作支援方法であって、
前記操作者の車両操作状態に関する情報と前記操作対象物の周囲の車両操作環境に関する情報とから、前記操作対象物の理想制御経路を生成する工程と、
生成された理想制御経路に沿って前記操作対象物が動作するように、操作システムの制御履歴を理想制御信号として算出する工程と、
算出された理想制御信号と車両操作状態に関する情報との間の差異を算出する工程と、
算出された差異の大きさに基づいて前記操作システムを制御して、前記操作システムに対する操作者の操作を支援する工程と、
前記車両操作状態に関する情報及び／又は車両操作環境に関する情報から、前記操作対象物の車両操作に要求される正確さを推定する工程と、
を有し、
前記操作者の操作を支援する工程では、推定された正確さが高くなるのに応じて、前記操作システムの制御レベルを上げることを特徴とする運転操作支援方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【公表番号】特表２０１２−５０４２６９（Ｐ２０１２−５０４２６９Ａ）
【公表日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２８５０１（Ｐ２０１１−５２８５０１）
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０６８１３５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３８３１７
【国際公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（５１１０８０２８１）デルフト ユニバーシティー オブ テクノロジー (1)
【出願人】（５１１０８０２９２）エントロピー コントロール インク (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月３０日（２００８．９．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０６８１３５
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３８３１７
【国際公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【出願人】（５１１０８０２８１）デルフト ユニバーシティー オブ テクノロジー (1)
【出願人】（５１１０８０２９２）エントロピー コントロール インク (1)
【Ｆターム（参考）】
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