JP2007026289A

JP2007026289A - 車両制御装置

Info

Publication number: JP2007026289A
Application number: JP2005210047A
Authority: JP
Inventors: Akira Matsui; 章松井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2005-07-20
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】道路外の危険度に応じて車線の逸脱防止を図る車両制御装置を提供すること。
【解決手段】車両の位置を推定する車両位置推定手段と、車両位置推定手段により推定された車両位置の走行方向前方の道路外の状況を検出する道路外状況検出手段と、走行車線に対する車両位置を検出する走行位置検出手段と、走行位置検出手段により検出された走行車線からの車両位置のずれ量と、道路外状況検出手段により検出された道路外の状況とに基づき警告方法を判定する判定手段と、判定手段により判定された警告方法に応じて警告を行う警告手段と、を有することを特徴とする車両制御装置を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両を制御する車両制御装置に関し、特に、車両が走行車線から逸脱することを防止するように車両を制御する車両制御装置に関する。

進路方向の道路形状を推定して自車両が車線から逸脱しそうな場合に警報を発し運転者に報知する車線逸脱警報装置や車線に沿った走行を支援するレーンキーピングアシスト等が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

かかる車両制御では、進行方向の道路を撮影し撮影された画像から走行の目標とする誘導線と、誘導線に対する自車両の走行位置を検出する。そして、車両が誘導線から逸脱する可能性が生じると、警報音等を発生して運転者に注意を促したり、逸脱を防止する方向に操舵して運転者を支援する。
特開２００１−１７５９９９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された車線逸脱抑制装置は、走行の目標とする誘導線からのずれ量に応じて逸脱防止制御を行うものであり、逸脱した場合の危険度については考慮されていない。道路を走行する場合、路肩の広さや路外の地形など道路外の状況は様々であるため、道路外の状況に応じて走行車線を逸脱した場合の危険度を考慮し逸脱防止制御を行うことが望ましいと言える。

本発明は、上記問題に鑑み、道路外の危険度に応じて車線の逸脱防止を図る車両制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、車両の位置を推定する車両位置推定手段と、車両位置推定手段により推定された車両位置の走行方向前方の道路外の状況を検出する道路外状況検出手段と、走行車線に対する車両の走行位置を検出する走行位置検出手段と、走行位置検出手段により検出された走行車線からの走行位置のずれ量と、道路外状況検出手段により検出された道路外の状況とに基づき警告をする警告手段と、を有することを特徴とする車両制御装置を提供する。

本発明によれば、道路外の危険度に応じて車線の逸脱防止を図る車両制御装置を提供することができる。

また、本発明の一形態において、警告手段は、道路外の状況の危険度が高い場合、危険度が低い場合より早く警告を実行する、ことを特徴とする。

本発明によれば、道路外の危険度が高い場合に早めに警告できるので、危険度の高い道路外に逸脱する可能性を低減できる。

また、本発明の一形態において、警告手段は、道路外の状況の危険度が高い場合、危険度が低い場合より警報の作動を大きくする、ことを特徴とする。

本発明によれば、道路外の危険度が高い場合に強く警告できるので、危険度の高い道路外に逸脱する可能性を低減できる。

道路外の危険度に応じて車線の逸脱防止を図る車両制御装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態の車両制御装置１０の機能ブロック図を示す。車両制御装置１０は、車両の進行方向前方を撮影するカメラ１１に接続され、カメラ１１で撮影された車両前方の画像を処理する画像処理手段１２と、画像処理手段１２の処理結果を利用して走行車線（走行レーン）を検出する走行車線検出手段１３と、を有する。また、走行車線検出手段１３は、走行車線に沿って求めた車両が走行すべき誘導線（例えば、走行車線の略中央を結ぶ線）に対して自車両の走行位置を検出する走行位置検出手段２１を有する。したがって、走行位置検出手段２１により、自車両が走行すべき誘導線からどの程度ずれているか判断できる。

また、車両制御装置１０はナビゲーションシステム１７を有し、車両の道路上の車両位置を推定することができる。ナビゲーションシステム１７は道路情報を格納した道路地図ＤＢ１９を有し、ＧＰＳ受信機１４、ジャイロコンパス１５及び車速センサ１６から入力される信号に基づき道路地図ＤＢ１９を参照する。これにより車両位置に基づく道路情報を利用可能となる。

また、道路地図ＤＢ１９には走行する路面外の状況（以下、道路外状況という）が格納されており、道路外状況検出手段２２は車両が走行車線を逸脱した場合に遭遇する道路外状況を検出する。道路外とは通常は車両が走行しない道路に接した領域又は空間であり、左右の車線外の状況、例えば、路肩、崖、畑等をいう。

判定手段２０は、走行位置検出手段２１により自車両の位置が走行車線から所定以上乖離したと検出された場合、道路外状況検出手段２２により検出された道路外状況に応じて、警告方法を判定する。判定の結果は車両制御手段２３に送出され、車両制御手段２３が有する警告手段２４は表示装置２６やスピーカ２７により警告を発し、また、操舵手段２５がステアリングアクチュエータ２８を制御して車両を操舵し、逸脱防止を図る。

なお、車両制御装置１０は、マイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インターフェイス等を備えた電子制御ユニットにより構成される。ＲＯＭには本実施の形態の車両制御を行うプログラムが格納されており、かかるプログラムがマイクロプロセッサにより実行されることで車両制御装置１０として作動する。

走行車線の検出について説明する。カメラ１１はＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子で構成され、例えば、車室内のルームミラー付近に設置され、車両前方の所定範囲を撮影する。カメラ１１で撮影された画像は画像処理手段１２に送出される。

画像処理手段１２は、車両前方の画像に基づき白線を検知する。図２は、カメラ１１により撮影された車両前方の画像を示す。画像には車両の左右に位置する白線５０が撮影されている。

画像処理手段１２は画面上で等間隔になるような複数の水平線５１を想定し、各水平線の明度をそれぞれ横方向に微分する。通常の路面は輝度が低く、輝度変化も小さい。これに対して、白線５０は通常の路面に比較して輝度が高いので、道路の明度を微分すると、通常の路面から白線５０への境界点でプラスとなる輝度変化が、白線５０から通常の路面への境界点で輝度変化がマイナスとなるような微分データが得られる。各水平線５１の微分データについて、微分値のピークが左からプラス，マイナスの順に並んで現れ、ピークの間隔が白線５０として妥当と思われる程度の組み合わせを白線として検出する。このような白線認識の処理は、所要の周期で繰り返し行なわれ、その都度白線の認識が更新される。

なお、画像処理手段１２は、パターン認識により所定の閾値以上の輝度を有する白線５０を検出してもよい。白線であれば、画像底部から上方に向け、長方形状の領域が連続又は所定の間隔で現れるので、長方形状のパターンを用いてパターン認識して当該所定の閾値以上の長方形状が検出されたら白線として検知する。このような白線の候補点の探索を画像の各上下位置において多数行なうことにより、自車両前方の道路上の白線を遠方まで認識することができる。

走行車線検出手段１３は、検出された白線に基づき白線の略中心を誘導線５２とする。そして、走行位置検出手段２１は、車両中心線５３と誘導線５２とを比較して車両からの所定距離毎又は連続的に、誘導線５２と車両中心線５３とのずれ量δ１、δ２…を算出する。なお、車両中心線５３は、操舵輪の操舵角に基づく車両の走行方向とする。

車両の走行位置における誘導線５２と車両中心線５３とのなす角がαである場合、ずれ量δは、誘導線５２と車両中心線５３とのなす角αとずれ量の算出地点までの距離によりδ＝α×距離、として算出できる。

なお、車両の走行位置は、車線に沿って埋設された磁気ネイルや磁気センサにより検出してもよい。また、次述のように車両制御装置はナビゲーションシステムを有しているので、ナビゲーションシステムの車両位置推定手段１８が推定した車両位置に基づき、道路地図ＤＢ１９から抽出した白線の略中心からのずれ量δを検出してもよい。

続いて、車両位置の推定と道路外状況の検出について説明する。車両位置推定手段１８は、ＧＰＳ（ＧｒｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）航法及び自律航法による位置推定に、マップマッチング法による補正を加えながら現在位置を推定するようになっている。すなわち複数（３個以上）のＧＰＳ衛星から発信される電波をＧＰＳ受信機１４により受信し、電波の到達時間及びＧＰＳ衛星の位置情報に基づきＧＰＳ航法により車両の現在位置を推定する。

また、車両位置推定手段１８は、車速センサ１６、ジャイロコンパス１５からの情報に基づいて車両の走行経路を累積しながら自律航法により車両の現在位置を推定する。そして、これらのＧＰＳ航法及び自律航法による位置推定に対して、道路地図ＤＢ１９から抽出した道路地図情報の道路と車両の位置とを対応づけるマップマッチング法により最終的に現在位置を精度よく推定する。

なお、車速センサ２は、各車輪に設けられた例えばパルスセンサであり、所定時間間隔毎に検出されるパルス数に基づき車速を検出する。ジャイロコンパス１５は、車両に作用する横Ｇやその変化速度に基づき車両の進行方向を検出するものである。

道路地図情報を格納する道路地図ＤＢ１９は、ＣＤやＤＶＤ−ＲＯＭ、ハードディスクで構成され、道路網や交差点などの道路地図情報が、緯度経度に対応づけて格納されている。道路地図情報は、実際の道路網に対応して、ノード(道路と道路が交差する点、すなわち交差点)に関係する情報と、リンク(ノードとノードを接続する道路)に関係する情報とからなるテーブル状のデータベースに格納される。

ノードテーブルは、ノードの番号、座標、そのノードから流出するリンク数及びそれらのリンク番号を有する。また、リンクテーブルは、リンクの番号、リンクを構成する始点ノードと終点ノード、リンク長を有する。ノード番号及びリンク番号は、互いに重複しないように定められている。したがって、ノード番号とリンク番号をそれぞれ辿ることで道路網が形成される。

道路地図情報には、道路の幅長、車線数、路肩の幅、道路外の状況等の道路情報が格納されている。また、高速道路，一般国道，地方道というような道路種別情報や、制限速度や一方通行、Ｕターン禁止などの交通規則が記憶されている。

道路外状況検出手段２２は、推定された車両位置に基づき道路地図ＤＢ１９から道路外状況を抽出する。図３は車両の推定位置に基づき抽出された道路と道路外状況の一例を示す図である。図３は片側一車線の道路において車両進行方向の右側には崖５５と畑５４とが検出され、車両進行方向の左側には緊急通行用の路肩５６が検出されている。このような道路外状況で仮に車線を逸脱した場合、畑５４に逸脱した場合には脱輪や横転の可能性が、崖５４に逸脱した場合は車両が損傷する可能性があり、路肩５６に逸脱するよりも運転者や車両に加わる可能性が多いと予想できる。

なお、対向車線がある場合、最右の走行車線から右側に逸脱すると対向車線も道路外の状況となる。したがって、道路外状況には対向車線を含む。走行車線が複数ある場合の自車両が走行している車線は、走行位置検出手段２１が行うマップマッチングの結果から判定してもよいし、検出された走行車線を超えて右側に対向車が撮影されていれば右側が対向車線であることが、検出された白線を超えて右側又は左側に先行車両が撮影されていれば少なくも最右又は最左の走行車線でないと判定できる。

そして、判定手段２０は、走行位置検出手段２１が検出した誘導線５２と車両中心線５３とのずれの方向と、道路外状況検出手段２２が検出した道路外の状況とに基づき、危険レベルを判定する。

図４（ａ）は、判定手段２０が有する道路外状況と危険レベルの関係を示すレベルテーブルを示す。図４（ａ）では危険レベルとしてＨｉｇｈとＬｏｗに対応づけて、道路外状況が格納されている。一例として、崖、海、川、対向車線は危険レベルＨｉｇｈとして、水田、畑、路肩は危険レベルＬｏｗとして、それぞれ格納されている。判定手段２０は道路地図ＤＢ１９から道路外状況を抽出してレベルテーブルを参照することで、危険レベルがＨｉｇｈかＬｏｗか取得できる。なお、危険レベルをより細かく分類してもよい。

また、判定手段２０は危険レベルに対応づけて運転者への警告方法を規定した警告判定テーブルを有する。図４（ｂ）は警告判定テーブルの一例を示す。警告判定テーブルでは、危険レベル（Ｈｉｇｈ及びＬｏｗ）とずれ量の基準値（δａ及びδｂ（但しδａ＜δｂ））とに基づき、警報レベル（レベル１〜４）が規定されている。なお、誘導線からのずれ量の代わりに道路外までの距離を用いて警報レベルを判定してもよい。

警報レベルは警報の大きさや種類又は警報を発する距離（警報タイミング）を表す。例えば、レベル１は小さい警報音かつ遅い警報タイミングで警告することを、レベル２は小さい警報音かつ早い警報タイミングで警告することを、レベル３は大きい警報音かつ遅い警報タイミングで警告することを、レベル４は大きい警報音かつ早い警報タイミングで警告することを、それぞれ表す。警報音の種類をレベル毎に変えてもよい。

すなわち、図４（ｂ）によれば、道路外の危険レベルがＬｏｗでずれ量δがδａ＜δ＜δｂの場合レベル１の警報が発せられ、道路外の危険レベルがＬｏｗでずれ量δがδｂよりも大きい場合レベル２の警報が発せられ、道路外の危険レベルがＨｉｇｈでずれ量δがδａ＜δ＜δｂの場合レベル３の警報が発せられ、道路外の危険レベルがＨｉｇｈでずれ量δがδｂよりも大きい場合レベル４の警報が発せられる。

したがって、判定手段２０は道路外状況の危険レベルが高いほど警報音を大きく吹聴するように、また、警報タイミングを早くするように判定できる。

判定手段２０が警告を行うように判定すると、車両制御装置２３が警告手段２４を制御して運転者に警告を行う。判定手段２０は警告判定テーブルから抽出した警報レベルに基づき警報音の大きさや種類及びタイミングを車両制御手段２３に送出するので、警告手段２４が表示装置２６やスピーカ２７から警告を行う。表示手段２６は、例えば液晶や有機EL、HUD（Head Up Display）などである。警報音は、警告判定テーブルの条件を満たす限り吹聴が継続され、また、走行している間に警報レベルがあがった場合、警報レベルに応じて警報音の音量等が切り替わる。

また、例えば、運転者がナビゲーションの道路地図画面を表示している場合に、判定テーブル２０が警告を発すると判定した場合、道路地図画面を警告の文字に切り替えたり、画面を点滅表示するなどで運転者に警告してもよい。

また、操舵手段２５は、車線を逸脱する可能性が増大した場合、ステアリングアクチュエータ２８を制御して車線の逸脱を防止する。ステアリングアクチュエータ２８は、ドライバの加える操舵トルクとは別に操舵用制御トルクを操舵系に付与するアクチュエータである。

操舵手段２５は、ずれ量δに基づいて設定される操舵用トルクによりステアリングアクチュエータ２８を制御する。操舵用トルクは、運転者の操舵操作を妨げない程度の大きさに、つまり、運転者が容易に打ち勝てる程度の大きさに制限されている。このため、車線を逸脱しそうな場合にこの逸脱を回避する方向に操舵用制御トルクを加えた場合はもちろん、運転者が車線を逸脱する方向に操舵操作を行なうこともできる。これにより、車両を走行車線外に退避させるための操舵も行なえ、また、レーンチェンジの際に操舵用制御トルクが働いたとしても、レーンチェンジの妨げにはならない。

なお、ステアリングアクチュエータ２８に加え、ハンドル２０を振動させる振動用アクチュエータを備えてもよい。車両制御手段２３は、警告判定テーブルを参照してハンドル２０に振動を生じさせることで運転者に車線を逸脱する可能性があることを警告できる。

また、車両制御手段２３は警報の吹聴やステアリングアクチュエータ２８による操舵により車線の逸脱を防止するだけでなく、車両を制動してもよい。この場合、例えば、誘導線と車両中心線とのずれ量が所定値よりも大きくなったような場合、車線を逸脱する前にブレーキアクチュエータを制御して車両の減速するので逸脱の可能性を低減できる。

すなわち、警告判定テーブルには危険レベルとずれ量に応じて、ハンドルの振動やステアリングアクチュエータ２８による操舵、及び、車両の制動等による警告方法を規定しておいてもよい。

以上の構成に基づき、車両制御装置が道路外状況に応じて車両を制御する処理を図５のフローチャート図に基づき説明する。図５の処理は例えば車両が走行を開始するとスタートし、車両制御装置を停止しない限り繰り返し行われる。

カメラ１１は所定のフレームレート（例えば１０〜３０フレーム／秒）で進行方向前方の画像を撮影するので、画像処理手段１２が白線を各フレーム毎に白線を検出する。走行車線検出手段１３が走行車線に沿って誘導線を求める（Ｓ１１）。

次いで、走行位置検出手段２１は誘導線に対する車両中心線のなす角αを求め、誘導線と車両位置とのずれ量を、車両からの所定の距離毎に検出する（Ｓ１２）。

自車両の位置は車両位置推定手段１８により定期的に取得されているので、道路外状況検出手段２２は車両前方の道路外の状況を道路地図ＤＢ１９から検出する。判定手段２０は道路外の状況に基づきレベルテーブルを参照し、道路外の状況の危険レベルを取得する（Ｓ１３）。

次いで、判定手段２０は車両から所定距離（例えば３０ｍ）のずれ量δがずれ量の基準値δａより大きいか否かを判定する（Ｓ１４）。ずれ量δａは車線を逸脱するほどのずれ量でない値が設定されているので、ずれ量δが基準値δａより小さい場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、警報を吹聴せず又は警報を吹聴していたら停止する（Ｓ１５）。

ずれ量δがずれ量の基準値δａより大きい場合（ステップＳ１４のＮｏ）、判定手段２０は警告判定テーブルを参照して警報レベルを抽出し、警報レベルに基づき車両を制御する（Ｓ１６）。

例えば、車両から所定距離のずれ量δがδａ〜δｂであり、逸脱方向の道路外状況の危険レベルがＨｉｇｈの場合、レベル３の警報が吹聴される。警告手段２４はレベル３の音量及び警報タイミングに従い警報を吹聴する。また、例えば、車両から所定距離のずれ量δがδ＞δｂであり、逸脱方向の道路外状況の危険レベルがＨｉｇｈの場合、レベル４の警報が吹聴される。警告手段２４はレベル４の音量及び警報タイミングに従い警報を吹聴する。

以上のように、本実施の形態の車両制御装置によれば、道路外の状況に応じて警報の強弱やタイミングを制御して警報を吹聴できる。走行車線を逸脱した場合の危険レベルが大きい場合、警報タイミングを早くすると共に強く警告できるので、車線を逸脱する可能性を低減できる。なお、運転者に対する警告は、音に限らず体感的な振動、光等によって知らせることも含む。

車両制御装置の機能ブロック図である。カメラにより撮影された車両前方の画像の一例である。車両の推定位置に基づき抽出された道路と道路外状況の一例を示す図である。道路外状況と危険レベルの関係、警報レベルと危険レベル及びずれ量の関係を示すテーブルである。車両制御装置が道路外の状況に応じて車両を制御する処理の流れを示すフローチャート図である。

符号の説明

１０車両制御装置
１１カメラ
１２画像処理手段
１３走行車線検出装置
１８車両位置推定手段
１９道路地図ＤＢ
２０判定手段
２１走行位置検出手段
２２道路外状況検出手段
２３車両制御手段
２４警告手段
２５操舵手段

Claims

車両の位置を推定する車両位置推定手段と、
前記車両位置推定手段により推定された車両位置の走行方向前方の道路外の状況を検出する道路外状況検出手段と、
走行車線に対する車両の走行位置を検出する走行位置検出手段と、
前記走行位置検出手段により検出された走行車線からの前記走行位置のずれ量と、前記道路外状況検出手段により検出された道路外の状況とに基づき警告する警告手段と、
を有することを特徴とする車両制御装置。
前記警告手段は、道路外の状況の危険度が高い場合、危険度が低い場合より早く警告を実行する、
ことを特徴とする請求項１記載の車両制御装置。
前記警告手段は、道路外の状況の危険度が高い場合、危険度が低い場合より警報の作動を大きくする、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の車両制御装置。