JP2005332192A - 操舵支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】 正確な操舵支援を行うことが可能な操舵支援システムを提供する。
【解決手段】 操舵支援システムは、走行目標点を設定し、この走行目標点上を通るように目標走行軌跡を決定し、この目標走行軌跡上を車両が走行した場合における目標ヨーレートに、実ヨーレートが一致するように操舵制御を行っている。先行車両が遠くにいる場合には、走行路がよく見えるため、走行路情報から得られる走行路注視点とし、近くにいる場合には、走行路は見えない領域が多いため、先行車両位置を先行車注視点とし、選択された注視点に基づいて目標走行軌跡を設定する。なお、注視点を、車両走行予定となる目標点とし、この目標点を通る目標走行軌跡を設定することもできるが、若干の補正を行う場合もある。
【選択図】 図３

Description

本発明は、操舵支援システムに関する。

従来の操舵支援システムは、下記特許文献１、特許文献２に記載されている。これらの特許文献では、走行目標点を設定し、この走行目標点上を通るように目標走行軌跡を決定し、この目標走行軌跡上を車両が走行した場合における目標ヨーレートに、実ヨーレートが一致するように操舵制御を行っている。

特開平２−２７６８８号公報

特開平５−１９７４２３号公報

しかしながら、従来の操舵支援システムにおいて、ビデオカメラの出力から走行路情報を取得し、走行路上に走行目標点を設定しようとする場合、先行車両が非常に近くにいる場合には前方の走行情報を取得不能で画像処理ができず、したがって、正確な操舵支援が行えないという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、正確な操舵支援を行うことが可能な操舵支援システムを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、請求項１に記載の操舵支援システムは、目標走行軌跡上に沿って自車両を操舵する操舵支援システムにおいて、自車両の前方に位置する先行車両の位置を検出する車両位置検出手段と、先行車両の位置を先行車注視点として設定する先行車注視点設定手段と、自車両から所定の走行路注視点までの距離が、自車両から先行車注視点までの距離よりも小さい場合には、走行路注視点に基づき目標走行軌跡を設定し、大きい場合には先行車注視点に基づき目標走行軌跡を設定することを特徴とする注視点選択手段とを備えることを特徴とする。

この場合、先行車両が十分遠くにいる場合には、走行路を遮ることがないため、走行路情報から得られる走行路注視点を用い、近くにいる場合には、走行路検知を遮る領域が多いため、先行車両位置を先行車注視点を用い、選択された注視点に基づいて目標走行軌跡を設定する。なお、注視点を、車両走行予定となる目標点とし、この目標点を通る目標走行軌跡を設定することもできる。

また、請求項２に記載の操舵支援システムは、走行路を撮影する撮像手段と、撮像手段によって撮影された走行路の画像から走行路上に走行路注視点を設定する走行路注視点設定手段とを更に備えることを特徴とする。すなわち、撮像手段によって、走行路を撮影すれば、画像処理によって走行路上に走行路注視点を設定することができる。

また、請求項３に記載の操舵支援システムは、先行車注視点の時間的変化から先行車両の旋回半径を演算し、この旋回半径に沿って先行車注視点を通る目標走行軌跡を設定する先行車追従用の目標走行軌跡設定手段を更に備えることを特徴とする。

時間的に変化する先行車注視点は、ある円上に近似させて載せることができる。すなわち、この円の方程式を満たす半径が、走行路の近似的な旋回半径となる。目標走行軌跡は、当該旋回半径に沿って先行車注視点を通るものとすることができ、この場合には、目標走行軌跡を自車両が通ると、先行車に追従することになる。

本発明の操舵支援システムによれば、接近した先行車に応じて走行路認識を行い、的確な正確な操舵支援を行うことができる。

以下、実施の形態に係る走行支援システムについて説明する。同一要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

図１は、走行支援システムのブロック図である。

車体ＢＤＹには、車輪Ｗが設けられており、車輪Ｗのうちの前輪は操舵装置１によって操舵される。車輪Ｗは動力機関２によって駆動され、その回転数は車輪速センサ３によって検出される。車輪Ｗの回転は、制動装置４によって制動される。この車両には、ビデオカメラなどの撮像装置５が搭載されており、車両前方走行路を撮影する。また、この車両には、ミリ波レーダなどのレーダ６が搭載されており、車両前方の物体からの反射波から、物体の位置や相対速度を検出する。

撮像装置５の出力は、画像処理装置７に入力され、画像処理装置７は走行路の白線（車線）をエッジ処理（近似曲線処理）し、画像上の白線の曲率を実際の走行路の旋回半径Ｒ_{（ｒｏａｄ）}に変換して出力する。すなわち、撮像装置５への入力画像は、水平方向に描かれた白線を、鉛直方向に延びる画像処理装置７の撮像面に投影した画像であるから、この得られた垂直画像を水平面上に逆投影変換し、逆変換されてできる白線の円弧の中の少なくとも３点の位置を満たす円の方程式を演算し、２つの白線がある場合には双方の円の半径の平均をとれば、この平均半径が走行路の旋回半径Ｒ_{（ｒｏａｄ）}となる。また、走行路の白線が検知できない場合は、路肩をエッジ処理して白線と見なせばよい。

すなわち、撮像装置５は走行路を撮影するが、画像処理装置７は制御装置９と共に、撮像装置５によって撮影された走行路の画像から走行路上に、後述の走行路注視点を設定する走行路注視点設定手段としても機能する。撮像装置５によって、走行路を撮影すれば、画像処理によって走行路上に走行路注視点を設定することができる構成とした。

この車両には、ヨーレートセンサ８が搭載されており、車両のヨーレートγを出力する。また、操舵角センサ１０は、前輪の操舵角θを出力する。

制御装置９には、少なくとも車輪速センサ３の出力（車速Ｖｓ）、レーダ６の出力（先行車位置、相対距離：Ｌ、相対速度等）、画像処理装置７の出力（Ｒ_{（ｒｏａｄ）}）、ヨーレートセンサ８の出力（ヨーレートγ）、操舵角センサ１０の出力（操舵角θ）が入力される。制御装置９は、入力されたデータに基づいて、動力機関２の制御信号Ｅ、制動装置４への制御信号Ｂ、操舵装置１への制御信号を出力する。

図２は、制御装置９における制御のフローチャートである。

操舵支援モードが実行されると、まず、注視点距離Ｐ_αｎと旋回半径Ｒ_ｎを演算し（Ｓ１）、次に、これらの演算値に実際のパラメータが合うように車両を制御するためのパラメータを演算する（Ｓ２）。車両を制御するためのパラメータとしては、操舵角θのほか、動力機関２への制御信号Ｅに含まれる動力回転数、制動装置４への制御信号Ｂに含まれる制動力が挙げられる。

すなわち、ステップＳ２では、注視点Ｐ_αｎを目標点として、これを通る旋回半径Ｒ_ｎの目標走行軌跡を設定し、この目標走行軌跡を車両が速度Ｖｓで走行した場合の目標ヨーレートγ_ｔを求め、実ヨーレートγが目標ヨーレートγ_ｔよりも小さい場合には、基本的には、操舵角θが増加するように操舵装置１を制御し、大きい場合には、操舵角θが減少するように操舵装置１を制御する。このような制御において、動力回転数や制動力の制御によって、目標走行軌跡を走行する車両の走行経路を制御しても良い。なお、速度Ｖ_ｓで旋回半径Ｒ_ｎである場合の目標ヨーレートγ_ｔは単純式であれば一意的に決定することができる。これによって、目標走行軌跡に沿って車両が走行することとなる。

操舵支援の制御実行モード中であれば、ステップＳ１に戻って演算を継続し、そうでない場合には制御を終了する（Ｓ３）。

次に、ステップＳ１を実行するためのサブルーチンについて説明する。

図３は、制御装置９におけるサブルーチン制御のフローチャートである。データサンプリングのカウント数をｎとし、ｎ＝０，１，２，３，４・・・であるものとし、これを添え字で示す。

なお、図４は車両の走行軌跡を説明するための図である。自車両ｓの位置を原点Ｏｎとし、自車両ｓの前方をｙ軸、幅方向をｘ軸とする。

サブルーチン制御では、まず、データサンプリングのカウント数ｎ（初期値ｎ＝０）に、ｎ＋１を代入し（Ｓ１１）、検出データの読み込みを行う（Ｓ１２）。検出データであるレーダ出力Ｌは、先行車位置（Ａｘ_ｎ，Ａｙ_ｎ）、自車両ｓから先行車両ｂまでの相対速度（ΔＶ_ｎ）を有し、車輪速センサ出力Ｖｓは自車速Ｖｓ_ｎ、画像処理装置７の出力である走行路旋回半径Ｒ_{ｎ（ｒｏａｄ）}を有している。

次に、カウント数が２以上であるかどうかを判定し（Ｓ１３）、ｎが１の場合は、後段ステップで微分値を求めるため、ステップＳ１１に戻ってｎにｎ＋１を代入し、もう一度、検出データの読み込みを行い（Ｓ１２）、ｎが２以上の場合には次のステップへと進む。

次のステップでは、先行車両の旋回半径Ｒ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}を演算する（Ｓ１４）。ｎ＝１のデータに加え、時間的に後のサンプリングタイミングであるｎ＝２のデータが得られた時点で、先行車ベースの旋回半径Ｒ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}を演算する。先行車両の速度をＶ_ｎとし、データサンプリングのタイミングをｄｔ、この期間ｄｔの間に変位した先行車両の角度をθ_ｎとすると、旋回半径Ｒ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}は以下の式で与えられる。

旋回半径Ｒ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}＝Ｖ_ｎ・ｄｔ／θ_ｎ

なお、先行車両の速度Ｖ_ｎ＝自車速Ｖｓ_ｎ＋相対速度ΔＶ_ｎである。角度θ_ｎは、サンプリング時刻ｎ−１におけるＶ_ｎ−１の速度ベクトルをＶ_ｎ−１ ^＊、サンプリング時刻ｎにおけるＶ_ｎの速度ベクトルをＶ_ｎ ^＊とすると、以下の式で与えられる。なお、これらのベクトルは、先行車両の相対速度と位置が判明していれば、各位置における微小期間微分値から求めることができる。

角度θ_ｎ＝ｃｏｓ^−１（Ｖ_ｎ−１ ^＊×Ｖ_ｎ ^＊）／（｜Ｖ_ｎ−１ ^＊｜｜Ｖ_ｎ ^＊｜）

すなわち、この操舵支援システムは、先行車注視点Ａｎの時間的変化から先行車の旋回半径Ｒ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}を演算し、この旋回半径Ｒ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}に沿って先行車注視点Ａｎを通る目標走行軌跡を設定し、先行車追従用の目標走行軌跡設定手段を備えている。時間的に変化する先行車注視点Ａｎ（微小期間では速度ベクトルとなる）は、ある円上に載せることができる。すなわち、この円の方程式を満たす半径が、先行車両の旋回半径となる。目標走行軌跡は、当該旋回半径に沿って先行車注視点を通るものとすることができ、この場合には、目標走行軌跡を自車両が通ると、先行車に追従することになる。

ちなみに、旋回半径Ｒ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}を与える回転中心をＡＯｎで図４中に示す。

次に、走行路注視点距離Ｌ_αｎを読み込む（Ｓ１５）。この走行路注視点距離Ｌ_αｎは、操舵支援制御ロジックによって決定される値であり、簡単な例として、Ａ、Ｂを定数としてＬ_αｎ＝Ａ＋Ｂ×Ｖｓ_ｎで与えられる。なお、例えば、走行路注視点距離Ｌ_αｎは、自車速Ｖｓが５０ｋｍ／ｈであれば、５０ｍに設定することができる。自車両ｓから走行路画像ベースの旋回半径Ｒ_{ｎ（ｒｏａｄ）}に沿って走行路注視点距離Ｌ_αｎだけ離れた位置α（ｄ_αｎ，Ｌ_αｎ）を走行路注視点とする。なお、先行車両ｂの位置Ａｎ（Ａｘ_ｎ，Ａｙ_ｎ）を先行車注視点とする。

次に、走行路注視点距離Ｌ_αｎと先行車注視点距離Ａｙ_ｎを比較し（Ｓ１６）、Ｌ_αｎ＞Ａｙ_ｎの場合は、先行車両ｂが近くにいるため、先行車の動きに従い、先行車両追従モード制御を行い（Ｓ１７）、Ｌ_αｎ≦Ａｙ_ｎの場合は、走行路検知情報に従い、走行路追従モード制御を行う（Ｓ１８）。

先行車両追従モード制御では、注視点距離Ｐ_αｎを先行車注視点距離Ａｙ_ｎとし、旋回半径Ｒ_ｎは先行車ベースの旋回半径Ｒ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}を採用する。

走行路追従モード制御では、注視点距離Ｐ_αｎを走行路注視点距離Ｌ_αｎとし、旋回半径Ｒ_ｎは走行路ベースの旋回半径Ｒ_{ｎ（ｒｏａｄ）}を採用する。

このようにして、注視点距離Ｐ_αｎに応じて選択された旋回半径Ｒ_ｎを出力する（Ｓ１９）。

上述のように、ステップＳ２では、注視点Ｐ_αｎを目標点として、これを通る旋回半径Ｒ_ｎの目標走行軌跡を設定し、この目標走行軌跡を車両が速度Ｖｓで走行した場合の目標ヨーレートγ_ｔを求め、実ヨーレートγが目標ヨーレートγ_ｔよりも小さい場合には、操舵角θ（またはトルク）が増加するように操舵装置１を制御し、大きい場合には、操舵角θが減少するように操舵装置１を制御している。

すなわち、上述の操舵支援システムは、目標走行軌跡上に沿って自車両ｓを操舵する操舵支援システムにおいて、自車両ｓの前方に位置する先行車両ｂの位置Ａｎ（Ａｘ_ｎ、Ａｙ_ｎ）を検出するレーダ（車両位置検出手段）６と、先行車両ｂの位置を先行車注視点Ａｎとして設定する先行車注視点設定手段（ステップＳ１２）と、自車両ｓから所定の走行路注視点αまでの距離Ｌ_αｎが、自車両ｓから先行車注視点Ａｎまでの距離Ａｙ_ｎよりも小さい場合には、走行路注視点Ａｎに基づき目標走行軌跡を設定し（旋回半径Ｒ_{ｎ（ｒｏａｄ）}と車速Ｖｓ_ｎから目標ヨーレートγを求める）、大きい場合には先行車注視点に基づき目標走行軌跡を設定する（旋回半径Ｒ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}と車速Ｖｓ_ｎから目標ヨーレートγを求める）ことを特徴とする注視点選択手段（ステップＳ１６〜Ｓ１９）とを備えている。

図５は、操舵支援について説明するための図である。

自車両ｓには撮像装置５が設けられており、前方に向けたある画角内の画像を得ることができる。先行車両ｂが存在し、先行車両ａが存在しない場合、先行車両ｂは遠くにいるので、走行路ＲＯＡＤが撮像装置５によって正確に撮像できるため、走行路情報から得られる走行路注視点αを目標となる注視点Ｐ_αｎをとする。

図６、図７及び図８は、自車両ｓの撮像装置５から撮影される画像例を示す。

図５に示すように、先行車両ａは自車両ｓの近くにいる場合、図６〜図８に示す様々な走行路の形状によっても走行路（白線ＷＴ）が完全には撮影できない領域が多くなる。走行軌跡は平行な白線の幅方向の中央に設定すればよいのだが、カメラで取得可能な範囲で走行路に基づく旋回半径Ｒ_{ｎ（ｒｏａｄ）}の演算は困難である。

このように、近くに先行車両ａが存在する場合、走行路ＲＯＡＤは撮像装置５によって正確には撮像できない領域が多い。この場合には、先行車両位置ａを先行車注視点（Ａｎ）とする。いずれかの選択された注視点Ｐ_αｎ（α又はＡｎ）に基づいて、旋回半径Ｒ_{ｎ（ｒｏａｄ）}又はＲ_{ｎ（ｖｅｈｉｃｌｅ）}を選択することで、目標走行軌跡を設定する。

なお、注視点を、車両走行予定となる目標点とし、この目標点を通る目標走行軌跡を設定することもできる。

以上の操舵支援システムでは、追従先行車両の動きを検知し、その情報に基づき推定演算された旋回半径から先行車両より先の走行路情報を獲得することもできる。先行車両が接近したことで、前方の白線が車両に隠れて検知できない場合でも、先行車両の旋回半径に基づいて目標走行軌跡を設定でき、白線検知可能な範囲から推定した走路形状よりも、精度良く先行車両前方の走路形状（先行車走行経路）を推定できる。

操舵支援時の前方の注視点距離が、先行車両までの車間距離より遠方ならば、注視点距離を先行車までの距離とし、走行路の旋回半径等の走行路情報を制御情報に用いたことにより、前方白線が先行車両に隠れて検知できない場合でも、実走行路に沿った操舵支援制御が可能となる。操舵支援時の前方注視点距離が、先行車までの車間距離より近方ならば、画像処理等で獲得した白線情報から演算された曲率半径等の走行路情報を制御情報に用いたことにより、白線が前方車両の影響により断片的にしか検出できない場合であっても正確なカーブ情報を得ることができ、これにより実走行絽にあった操舵支援が可能となる。

追従先行車の移動ベクトルの時間変化から、先行車両の旋回半径を算出したことにより、車両の進行方向を考慮（タイヤスリップ角等含）した上の演算が可能となるため、より実走行路半径に近似した値が算出できるようになる。また、常に前方の注視点距離を先行車位置とすることにより、白線検知を行わずに先行車に追従しながら操舵制御させることも可能となる。この場合、環境変化などで急に白線検知できなくなった場合のフェールセーフ対応にも利用できる。

本発明は、操舵支援システムに利用することができる。

走行支援システムのブロック図である。 制御装置９における制御のフローチャートである。 制御装置９におけるサブルーチン制御のフローチャートである。 走行軌跡を説明するための図である。 操舵支援について説明するための図である。 自車両ｓの撮像装置５から撮影される画像を示す。 自車両ｓの撮像装置５から撮影される画像を示す。 自車両ｓの撮像装置５から撮影される画像を示す。

符号の説明

１・・・操舵装置、２・・・動力機関、３・・・車輪速センサ、４・・・制動装置、５・・・撮像装置、６・・・レーダ、７・・・画像処理装置、８・・・ヨーレートセンサ、９・・・制御装置、１０・・・操舵角センサ、ａ・・・先行車両、ＢＤＹ・・・車体、ＲＯＡＤ・・・走行路、ｓ・・・自車両、Ｗ・・・車輪、ＷＴ・・・白線。

Claims (3)

1. 目標走行軌跡上に沿って自車両を操舵する操舵支援システムにおいて、
   自車両の前方に位置する先行車両の位置を検出する車両位置検出手段と、
   前記先行車両の位置を先行車注視点として設定する先行車注視点設定手段と、
   前記自車両から所定の走行路注視点までの距離が、前記自車両から前記先行車注視点までの距離よりも小さい場合には、前記走行路注視点に基づき目標走行軌跡を設定し、大きい場合には前記先行車注視点に基づき目標走行軌跡を設定することを特徴とする注視点選択手段と、
   を備えることを特徴とする操舵支援システム。
2. 走行路を撮影する撮像手段と、
   前記撮像手段によって撮影された走行路の画像から走行路上に前記走行路注視点を設定する走行路注視点設定手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の操舵支援システム。
3. 前記先行車注視点の時間的変化から先行車両の旋回半径を演算し、この旋回半径に沿って前記先行車注視点を通る目標走行軌跡を設定する先行車追従用の目標走行軌跡設定手段を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の操舵支援システム。
   
   

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