JP2008224352A - 車両の進行方向検出装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪速度センサや加速度センサの出力の信頼度が低下する極低速、例えば５［ｋｍ／ｈ］以下での車両の前進状態又は後進状態を確実に検出する。
【解決手段】撮像センサにより撮像した車両周囲画像１００〜１０３中の物体の形状に基づいて固定物１１１、１１２を抽出した後、抽出した固定物１１１、１１２のΔｔ後の画像１０１〜１０３中の位置の変化に基づいて車両の前進状態又は後進状態を判定する。
【選択図】図４

Description

この発明は、車両が前進しているのか後進しているのかを判定する車両の進行方向検出装置及びその方法に関し、例えば、坂道発進アシスト機能を有する車両等に適用して好適な車両の進行方向検出装置及びその方法に関する。

従来から、車両の坂道発進をアシストするための技術が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
特許文献１には、坂道発進の際に坂道発進用ブレーキペダルを踏んでブレーキを作動状態に保持した後、アクセルペダルを踏み、車速センサによる車速が０［ｋｍ／ｈ］を超えて１［ｋｍ／ｈ］になったときに、上記ブレーキの作動状態を自動的に解除する技術が記載されている。

特許文献２には、車両が所定値を超える上り勾配の坂に停車している場合に後退発進の操作が行われたとき、又は車両が所定値を超える下り勾配の坂に停車している場合に前進発進の操作が行われたとき、運転者の発進の意志を示す、所定値を越えたクラッチペダルの踏み込み操作を条件としてブレーキを解除することで、運転者が予期せぬ状態で不用意に車両が坂道を下りはじめることを防止するＭＴ車用の坂道発進アシスト技術が記載されている。

また、この出願の発明に関連する技術として、ＣＣＤカメラ等の撮像手段により捕らえた画像から自車の走行レーンを認識し、車両の走行レーンの逸脱を防止する装置や（特許文献３）、車両が停止しているときに、ヨーレートセンサ、横方向加速度センサ等、車両の運動状態検出センサの中点を学習して記憶するセンサ検出値補正装置がある（特許文献４、特許文献５）。

実公平４−３８９６号公報 特許第３６７００３７号公報 特許第３６３１８２５号公報 特許第３２８６５７３号公報 特許３３１９９８９号公報

しかしながら、上記特許文献１に係る技術では、通常のブレーキペダル以外に坂道発進用ブレーキペダルが必要となるので操作が煩雑となり、又、車速センサにより車速が０［ｋｍ／ｈ］を超えて１［ｋｍ／ｈ］になるときを検出することは、車速センサが一般的にはパルス数を検出するセンサであることから技術的に極めて困難であるという問題がある。

また、上記特許文献１に係る技術は、ＭＴ車用にしか適用することができないという問題がある。ＡＴ車両において燃費等を向上させるためにクリープ力を弱めておくチューニングがなされていた場合には、上り勾配での坂道発進を行う際に、パーキングブレーキを作動させた状態でアクセルペダルを踏み込み、実際に発進した後、パーキングブレーキを解除する操作が必要であるという煩雑さがある。

この発明はこのような課題を考慮してなされたものであって、車両の進行方向を確実に検出することを可能とする車両の進行方向検出装置及びその方法を提供することを目的とする。

また、この発明は、車両の進行方向を確実に検出することを含め、車両に搭載されている角速度センサの中点を好適に補正することを可能とする進行方向検出方法を提供することを目的とする。

この発明に係る車両の進行方向検出装置は、車両周囲を画像として撮像する撮像手段と、撮像した前記画像中の物体の形状に基づいて、固定物を抽出する固定物抽出手段と、抽出した前記固定物の前記画像中の位置の変化に基づいて前記車両の前進状態又は後進状態を判定する前進後進判定手段と、を備えることを特徴とする。

この発明に係る車両の進行方向検出方法は、撮像手段により車両周囲を画像として撮像する撮像過程と、撮像した前記画像中の物体の形状に基づいて、固定物を抽出する固定物抽出過程と、抽出した前記固定物の前記画像中の位置の変化に基づいて前記車両の前進状態又は後進状態を判定する前進後進判定過程と、を備えることを特徴とする。

この発明に係る車両の進行方向検出装置及びその方法によれば、撮像手段により撮像した車両周囲画像中の物体の形状に基づいて固定物を抽出した後、抽出した固定物の画像中の位置の変化に基づいて車両の前進状態又は後進状態を判定するようにしているので、車輪速度センサや前後加速度センサの出力の信頼度が低下する極低速、例えば５［ｋｍ／ｈ］以下での車両の前進状態又は後進状態を確実に検出することができる。

ここで、固定物には、例えばガードレール、一方通行・駐車可・速度制限等の道路標識、道路に描かれた車線、信号機、ポスト、又は電信柱等が含まれる。

この発明は、変速機のシフト位置に拘わらずに実施できるので、ＡＴ車両、ＭＴ車両を問わずに適用することができる。ＡＴ車両のＮレンジ（中立位置）において、クリープ力により車両が進行した場合も直ちに検出することができる。そして、静止と、５［ｋｍ／ｈ］程度以下の極低速（極微速移動）との切り分けを確実に行うことができることから、Ｄレンジ（前進位置）、Ｒレンジ（後進位置）に入っていた場合において、そのレンジを認識することなく、発進開始後、直ちに、進行方向を検出することができる。

また、この発明に係る進行方向検出方法において、前記固定物抽出過程の後であって、前記前進後進判定過程の前又は後に、抽出した前記固定物を含む前回画像と今回画像とを比較し、前記固定物が静止していると判断したとき、前記車両に搭載されている角速度センサの中点を補正する角速度センサ中点補正過程をさらに備えることで、ヨーレートセンサ、ロールレートセンサ、ピッチングレートセンサ等、角速度センサの中点が経年変化しても、それを補正（補償）することができる。

この発明によれば、静止と極微速移動の切り分けが確実に行え、さらに極低速移動の際の、進行方向（前進、後進）を確実に切り分けて検出することができる。また、角速度センサの中点が経年変化しても、その中点補正を好適に実施することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施形態が適用された車両１０の全体構成図である。

車両１０は、車体前部に、エンジンＥと変速機（トランスミッション）Ｔを一体化したパワーユニットＰを搭載し、このパワーユニットＰに接続された駆動輪である左右の前輪１２と、従動輪である左右の後輪１４とを備える。

前輪１２及び後輪１４には、それぞれブレーキキャリパ１６が設けられ、ブレーキペダル１８に接続された負圧ブースタ２０によって作動するマスタシリンダ２２が、油圧制御ユニット２６を介して各ブレーキキャリパ１６に接続される。

負圧ブースタ２０はブレーキペダル１８の踏力により作動するだけでなく、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０からの指令により作動してマスタシリンダ２２にブレーキ油圧を発生させる。負圧ブースタ２０及び油圧制御ユニット２６はブレーキアクチュエータを構成する。

ステアリングホイール３２には操舵角と操舵トルクを検出する操舵センサ３４が設けられる。また車体の適所にはヨーレート、ピッチレート、ロールレートを検出する角速度センサ３６と、ＸＹＺ方向の３軸の加速度を検出する加速度センサ３８とが設けられる。

さらに、前輪１２、後輪１４には、それぞれ、車輪速度センサ４０が設けられる。

さらに、フロントウインドシールド上部内側に車線を含む前方の車両周囲を画像として撮像する撮像手段であるＣＣＤカメラよりなる撮像センサ５０が設けられる。

ドライバーによるステアリングホイール３２の操作はステアリングアクチュエータ５２によりアシストされ、またエンジンＥのスロットルバルブ５４はドライバーによるアクセルペダルの操作に加えてスロットルアクチュエータ５６より制御される。車両が走行レーンを逸脱しそうになったとき、ドライバーに警報を発生するブザーやチャイム等の警報器５８が設けられる。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は、この実施形態において、車両の進行方向検出装置として機能し、マイクロコンピュータにより構成され、ＣＰＵが各センサ３４、３６、３８、４０、５０等から入力される検出データに基づきＲＯＭ等のメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能実現手段として動作する。ブレーキペダル１８を踏んだかどうかを検出するブレーキスイッチのオンオフ情報、パーキングブレーキのオンオフ情報、アクセルペダルの踏込量情報もセンサ情報として電子制御ユニット３０に入力される。

一般的な動作として、電子制御ユニット３０は、車両の走行レーン逸脱を防止するためにステアリングアクチュエータ５２や警報器５８を作動させるとともに、車両の旋回レベルが増加してコントロールが困難な運動性能の限界領域に入ったときに、ブレーキアクチュエータ（負圧ブースタ２０及び油圧制御ユニット２６）及びスロットルアクチュエータ５６を制御して車両の旋回レベルを低減し、コントロールが可能な通常領域に復帰させる。

図２に示すように、この実施形態に係る電子制御ユニット３０は、各センサ３４、３６、３８、４０、５０等から入力される検出データに基づき、車速が極低速走行状態であるか否かを判定する極低速判定手段３０Ａと、撮像センサ５０で撮像された画像中の物体の形状に基づいて固定物を抽出する固定物抽出手段３０Ｂと、撮像センサ５０による前回取得画像と今回取得画像とを比較する画像比較手段３０Ｃと、画像比較手段３０Ｃによる比較結果に基づき車両の前進又は後進を判定する前進後進判定手段３０Ｄと、画像比較手段３０Ｃによる比較結果により静止が確定したときに角速度センサ３６の中点を学習して補正する角速度センサ中点補正手段３０Ｅ等としてそれぞれ機能する。

次に、上記実施形態の要部動作について、図３のフローチャートを参照してより詳しく説明する。

まず、ステップＳ１において、検出データ読込手段又は検出データ取込手段として機能する電子制御ユニット３０は、検出データを読み込む。ここでは、前後輪１２、１４の４つの車輪速度センサ４０からの車輪速度、加速度センサ３８からの３軸の加速度、角速度センサ３６からのピッチングレート、ロールレート及びヨーレート、並びに撮像センサ５０からの車両周囲の画像を取り込む。

次いで、ステップＳ２（極低速判定手段３０Ａ）において、車輪速度センサ４０により検出した前後輪４つの車輪速度のうち、少なくとも１つの車輪速度が５［ｋｍ／ｈ］未満の速度であるかどうかの極低速判定を行う。ステップＳ２において、４つの車輪速度が全て５［ｋｍ／ｈ］以上である場合には、また、ステップＳ１にもどる。

ステップＳ２の極低速判定が肯定的である場合、ステップＳ３（固定物抽出手段３０Ｂ）において、撮像センサ５０により撮像した画像中の物体の形状に基づき固定物を抽出する画像処理を行う。

ここで、固定物には、例えばガードレール、一方通行・駐車可・速度制限等の道路標識、道路に描かれた車線、信号機、ポスト、又は電信柱等が含まれ、特に、好ましくは、車線、道路標識である。固定物を抽出する画像処理では、撮像した画像から輪郭を抽出し、抽出した輪郭と、予めＲＯＭに記録してある輪郭とを比較し、ＲＯＭに記録してある輪郭（基準画像）に対して相似の形状の輪郭（撮像画像）について、濃淡、色を比較し、これらが一致したときに固定物とみなす。このようにして画像中の固定物を抽出する。

次いで、ステップＳ４（画像比較手段３０Ｃ）において、撮像センサ５０により前回取得した画像と今回取得した画像を比較する。

図４は、今回画像（Δｔ後の画像）１０１、１０２、１０３と、前回画像（Δｔ前の画像：基点画像又は基準画像）１００を示している。ここでは、ステップＳ３の前回の画像処理で得られた前回画像１００に、固定物１１１（実際には、青い四角形で描いている。）と固定物１１２（実際には、赤い円形で描いている。）とが抽出されていたものとする。なお、微小時間Δｔは、例えば、ビデオカメラのフレームレートに等しい１／３０秒である。

ステップＳ４において、今回画像１０３が前回画像１００と一致した（固形物１１１、１１２の位置が画像上で移動していない、変化のない位置にある）場合には、次のステップＳ５、Ｓ６の処理を行う。

その一方、不一致である場合、すなわち、今回画像１０１、１０２に示すように、前回画像１００と一致していない場合、ステップＳ７において、第１に、固定物１１１、１１２が縮小して撮像されていた今回画像１０１の場合には、後進（後退）と判断し、ステップＳ８において後進状態フラグＦｂをＦｂ＝１に立て、第２に、固定物１１１、１１２が拡大して撮像されていた今回画像１０２の場合には、前進と判断し、ステップＳ９において前進状態フラグＦａをＦａ＝１に立てる。

次いで、ステップＳ１０において、この進行方向フラグＦａ、Ｆｂの状態が、油圧制御ユニット２６他、図示しないＥＣＵに出力される。

そして、例えば、坂道発進アシスト機能等に進行状態フラグＦａ、Ｆｂが利用される。この坂道発進の場合には、フラグＦａ、Ｆｂが立ったとき、例えば、油圧制御ユニット２６によるブレーキアシストの解除を行う信号として利用される。なお、このとき、フラグＦａ、Ｆｂは下げられる（Ｆａ＝０、Ｆｂ＝０）。

その一方、ステップＳ４において、今回画像１０３が前回画像１００と一致した場合には、ステップＳ５において、固定物１１１、１１２が静止していることから車両１０が静止中である（止まっている）ことが確定され、角速度センサ中点学習許可フラグＦｓがＦｓ＝１とされる。

次いで、ステップＳ６において、特許文献５（特許第３３１９９８９号）に開示しているように、車両１０が静止（停止）しているときに角速度センサ３６の中点学習処理が行われて中点が定められる。すなわち、停止中にタイマで規定時間を計時し、その間、各角速度センサ３６の入力値を積分し、積分値を平均化することで新たな中点とする（中点を補正する。）。このような構成によれば、車両の走行環境の変化および使用年数の経過によって角速度センサ３６の中点が変化したとしても、角速度センサ３６の検出値が最新の中点で補正されることになり、車両１０の運動制御に用いるピッチングレート、ロールレート、ヨーレートを正確な値として運動制御の精度向上を図ることができる。

以上説明したように、上述した実施形態によれば、車両周囲を画像１００〜１０３として撮像する撮像手段としての撮像センサ５０と、撮像した画像１００〜１０３中の物体の形状に基づいて、固定物１１１、１１２を抽出する固定物抽出手段３０Ｂと、抽出した固定物１１１、１１２の画像１００〜１０３中の位置の変化に基づいて車両１０の前進状態又は後進状態を判定する前進後進判定手段３０Ｄと、を備え、撮像センサ５０により撮像した車両周囲画像１００〜１０３中の物体の形状に基づいて固定物１１１、１１２を抽出した後、抽出した固定物１１１、１１２の微小時間Δｔ後の画像１０１〜１０３中の位置の変化に基づいて車両の前進状態又は後進状態を判定するようにしているので、車輪速度センサ４０や加速度センサ３８の出力の信頼度が低下する極低速、例えば５［ｋｍ／ｈ］以下での車両の前進状態又は後進状態を確実に検出することができる。

そして、この発明は、変速機Ｔのシフト位置に拘わらずに実施できるので、ＡＴ車両、ＭＴ車両を問わずに適用することができる。ＡＴ車両のＮレンジ（中立位置）において、クリープ力により車両が進行した場合にも直ちに検出することができる。この場合、静止と５［ｋｍ／ｈ］程度以下の極低速（極微速移動）の切り分けを確実に行うことができることから、Ｄレンジ（前進位置）、Ｒレンジ（後進位置）に入っていた場合において、そのレンジを認識することなく、発進開始後、直ちに、進行方向を検出することができる。

また、上述した実施形態において、固定物抽出過程（Ｓ３）の後であって、前進後進判定過程（Ｓ７〜Ｓ１０）の前又は後に、抽出した固定物１１１、１１２を含む前回画像１００と今回画像１０１〜１０３とを比較し、固定物１１１、１１２が静止していると判断したとき（Ｓ５）、車両１０に搭載されている角速度センサ３６の中点を補正する角速度センサ中点補正過程（Ｓ６）を備えているので、ヨーレートセンサ、ロールレートセンサ、ピッチングレートセンサ等、角速度センサ３６の中点が経年変化しても、それを補正（補償）することができる。

よって、上述した実施形態によれば、静止と極微速移動の切り分けが確実に行え、さらに極低速移動の際の、進行方向（前進、後進）を確実に切り分けて検出することができる。また、角速度センサの中点補正を好適に実施することができる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、例えば、車両周囲を画像として撮像する撮像手段（撮像センサ５０）と、撮像した画像１００〜１０３中の物体の形状に基づいて、固定物１１１、１１２を抽出する固定物抽出手段３０Ｂ（固定物抽出ステップ）と、固定物１１１、１１２を含む前回画像１００と今回画像１０１〜１０３とを比較して、固定物１１１、１１２が静止していると判断したとき車両１０が静止状態にあると確定する画像比較手段３０Ｃ（画像比較ステップ）と、車両１０が静止状態にあると確定したとき、車両１０に搭載されている角速度センサ３６の中点を補正する角速度センサ中点補正手段３０Ｅ（角速度センサ中点補正過程）と、を備える車両の角速度センサ中点補正装置及び方法もこの発明に含まれる等、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

この発明の一実施形態が適用された車両の全体構成図である。 電子制御ユニットの機能ブロック図である。 電子制御ユニットの動作説明に供されるフローチャートである。 車両の静止（停止）判定の動作説明図である。

符号の説明

１０…車両 ３０…電子制御ユニット
３０Ａ…極低速判定手段 ３０Ｂ…固定物抽出手段
３０Ｃ…画像比較手段 ３０Ｄ…前進後進判定手段
３０Ｅ…角速度センサ中点補正手段 １００…前回画像
１０１〜１０３…今回画像 １１１、１１２…固定物

Claims (3)

1. 車両周囲を画像として撮像する撮像手段と、
   撮像した前記画像中の物体の形状に基づいて、固定物を抽出する固定物抽出手段と、
   抽出した前記固定物の前記画像中の位置の変化に基づいて前記車両の前進状態又は後進状態を判定する前進後進判定手段と、
   を備えることを特徴とする車両の進行方向検出装置。
2. 撮像手段により車両周囲を画像として撮像する撮像過程と、
   撮像した前記画像中の物体の形状に基づいて、固定物を抽出する固定物抽出過程と、
   抽出した前記固定物の前記画像中の位置の変化に基づいて前記車両の前進状態又は後進状態を判定する前進後進判定過程と、
   を備えることを特徴とする車両の進行方向検出方法。
3. 請求項２記載の車両の進行方向検出方法において、
   前記固定物抽出過程の後であって、前記前進後進判定過程の前又は後に、抽出した前記固定物を含む前回画像と今回画像とを比較し、前記固定物が静止していると判断したとき、前記車両に搭載されている角速度センサの中点を補正する角速度センサ中点補正過程
   をさらに備えることを特徴とする車両の進行方法検出方法。

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