JP2017144769A - 車両維持制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】直線道路の走行時に、車線維持制御によって車両の挙動が不安定になることを防止した車両制御装置を提供する。【解決手段】操舵制御部１３は、車線認識部１１による車線の認識状況に基づいて、車線の幅方向の中央箇所と車両１の走行位置との間隔ΔＨを減少させるように、操舵機構７を作動させる車線維持制御を実行する。道路形状判断部１２は、車両１が走行している道路が直線道路であるか否かを判断する。車線維持応答性設定部１４は、道路形状判断部１２により車両１が走行している道路が直線道路であると判断されているときに、間隔ΔＨに対する車線維持制御の応答性を、車両１が走行している道路が直線道路ではないと判断されているときよりも低く設定する。【選択図】 図２

Description

本発明は、車両を走行中の車線内に維持する制御を行う車両制御装置に関する。
従来、車両に搭載されたカメラによる撮像画像から、車両が走行している車線の中央位置付近からの車両の逸脱を検知したときに、車両が車線の中央位置に復帰するように操舵機構を作動させる制御を行う車両制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された車両制御装置においては、運転者のステアリングに対する操舵トルクを検出する操舵トルクセンサが設けられ、ステアリングに対する操舵トルクの大きさに応じて、車両を車線の中央位置付近に維持するための操舵機構の反力を調節することによって、車線変更時等に、運転者が違和感なくステアリング操作を行うことができるようにしている。
特開２００５−３０６２８３号公報
車線における車両の位置は、車両に搭載されたカメラによる撮像画像からレーンマークの位置等を認識することによって検出されるが、カメラによるレーンマークの見え方は、車両のピッチングや道路の勾配によって変化する。そして、本願発明者らは、このようなレーンマークの見え方の変化に起因して、車線の中央付近に車両を維持するための制御（車線維持制御）により車両の挙動が不安定になる場合があることを知見した。
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、直線道路の走行時に、車線維持制御によって車両の挙動が不安定になることを防止した車両制御装置を提供することを目的とする。
本発明の車両制御装置の第１の態様は、
車両に搭載されたカメラによる撮像画像から、前記車両が走行している車線を認識する車線認識部と、
前記車線認識部による車線の認識状況に基づいて、車線の幅方向の中央箇所と前記車両の走行位置との間隔を減少させるように、前記車両の操舵機構を作動させる車線維持制御を実行する操舵制御部と、
前記車両が走行している道路が直線道路であるか否かを判断する道路形状判断部と、
前記道路形状判断部により前記車両が走行している道路が直線道路であると判断されているときに、前記間隔に対する前記車線維持制御の応答性を、前記道路形状判断部により前記車両が走行している道路が直線道路ではないと判断されているときよりも低く設定する車線維持応答性設定部と
を備えたことを特徴とする。
かかる本発明によれば、車線認識部による車線の認識結果に基づいて、操舵制御部により車両を走行車線の中央箇所付近に維持するための車線維持制御が実行される。ここで、カメラによる撮像画像においては、車両が直線道路を走行している場合であっても、車両のピッチングや道路の勾配に応じて車線の見え方が変化する。そして、このような車線の見え方の変化に応じて、操舵制御部により認識される道路の幅方向の中央箇所と車両の位置との間隔が頻繁に変化すると、車両が直線道路を走行している状況下であるために、本来は行う必要がない車線維持制御が実行されて車両の挙動が不安定になるおそれがある。
そこで、車線維持制御部は、道路形状判断部により、車両が走行している道路が直線道路であると判断されているときには、車線の幅方向の中央箇所と車両との間隔に対する車線維持制御の応答性を、車両が走行している道路が直線道路であると判断されていないときよりも低く設定する。これにより、車両が直線道路を走行しているときに、車両の走行状況に起因して、車線維持制御により車両の挙動が不安定になることを防止することができる。
また、前記車両の現在位置を検出する車両位置検出部と、
地図データを保持した地図データベースにアクセスして、地図データを取得する地図データ取得部とを備え、
前記道路形状判断部は、前記車両位置検出部により検出された前記車両の現在位置を含む地図データを、前記地図データ取得部により取得することによって、前記車両が走行している道路が直線道路であるか否かを判断することを特徴とする。
この構成によれば、車両位置検出部と地図データ取得部を備えることにより、道路形状判断部は、車両が走行している道路の地図データから、車両が走行している道路が直線道路であるか否かを容易に判断することができる。
また、道路形状判断部は、前記カメラによる時系列の撮像画像間における消失点の水平方向の位置の変化量が第１所定値以下であるときに、前記車両が走行している道路が直線道路であると判断することを特徴とする。
この構成によれば、車両が直線道路を走行しているときには、カメラによる時系列の撮像画像間における消失点の水平方向の位置は、車両のピッチングや道路の勾配の変化が生じても殆ど変化しない点に着目して、車両が走行している道路が直線道路であるか否かを容易に判断することができる。
また、前記車線維持応答性設定部は、前記道路形状判断部により前記車両が走行している道路が直線道路であると判断され、且つ前記間隔が第２所定値以下であるときという判断条件が成立しているときに、前記間隔に対する前記車線維持制御の応答性を、該判断条件が成立していないときよりも低く設定することを特徴とする。
この構成によれば、車両が車線の幅方向の中央箇所付近を走行していて、車線維持制御を行う必要性が低いときに、車線維持制御の応答性を低く設定することにより、車両が直線道路を走行しているときに車線維持制御によって車両の挙動が却って不安定になることをより効果的に防止することができる。
次に、本発明の車両制御装置の第２の態様は、
車両に搭載されたカメラによる撮像画像から、前記車両が走行している車線を認識する車線認識部と、
前記車両が道路を走行しているときに、前記車線認識部による車線の認識状況に基づいて、車線の幅方向の中央箇所と前記車両の位置との間隔を減少させるように、前記車両の操舵機構を作動させる車線維持制御を実行する操舵制御部と、
前記カメラによる時系列の撮像画像間における消失点の水平方向の位置の変化量が所定値以下であるときに、前記間隔に対する前記車線維持制御の応答性を、該変化量が該所定値よりも大きいときよりも低く設定することを特徴とする車線維持応答性設定部と
を備えたことを特徴とする。
かかる本発明によれば、車両が直線道路を走行しているときには、カメラによる時系列の撮像画像間における消失点の水平方向の位置の変化量は、車両のピッチングや道路の勾配の変化が生じても殆ど変わらない状況になる。そこで、操舵制御部は、この変化量が所定値以下であるとき（車両が直線道路を走行していると想定される状況であるとき）に、道路の幅方向の中央箇所と車両との間隔に対する車線維持制御の応答性を、この変化量が所定値よりも大きいときよりも低く設定する。これにより、車両が直線道路を走行しているときに、車両の走行状況に起因して、車線維持制御により車両の挙動が不安定になることを防止することができる。
車両制御装置が搭載された車両の説明図。 車両制御装置の制御ブロック図。 車線維持制御における制御量の調整処理のフローチャート。 車線維持制御の説明図。 車両のピッチングによる消失点位置の変化の説明図。図５Ａはピッチングが生じていないとき、図５Ｂは下方向のピッチングが生じているとき、図５Ｃは上方向のピッチングが生じているときを示す。
本発明の実施の形態について、図１〜図５を参照して説明する。
［１．車両制御装置の構成］
図１を参照して、本実施形態の車両制御装置１０は、前方を撮像するカメラ２、ステアリング７ａを含む操舵機構７、制動機構８、ナビゲーション装置３０（本発明の地図データ取得部の機能を含む）等を備えた車両１に搭載される。
操舵機構７は、車両１の車輪５１〜５４のうちの前輪（操舵輪）５１，５２の向きを変更する。制動機構８は、車輪５１〜５４の回転を制動して車両１を減速させる。車両制御装置１０は、車両１の全体的な作動を制御する。
次に、図２を参照して、車両制御装置１０は、図示しないＣＰＵ、メモリ、インターフェース回路等により構成された電子回路ユニットであり、メモリに保持された車両１の制御用プログラムをＣＰＵで実行することにより、車線認識部１１、道路形状判断部１２、操舵制御部１３、及び車線維持応答性設定部１４として機能する。
車両制御装置１０には、カメラ２により撮像される車両１の前方の画像が入力される。また、車両制御装置１０には、車両１に備えられた車速センサ２０、ヨーレートセンサ２１、舵角センサ２２（操舵輪５１，５２の舵角を検出する）、トルクセンサ２３（ステアリング７ａに加えられている運転者による操作トルクを検出する）、アクセルペダルセンサ２４（図示しないアクセルペダルの操作状況を検出する）、及びブレーキペダルセンサ２５（図示しないブレーキペダルセンサの操作状況を検出する）による検出信号が入力される。
車両制御装置１０は、これらの検出信号に基づいて、操舵機構７、制動機構８、及び図示しない駆動機構等の作動を制御する。
また、車両制御装置１０から出力される制御信号により、スピーカ５、表示器６、操舵機構７、制動機構８、及びナビゲーション装置３０等の作動が制御される。ナビゲーション装置３０は、車両１の現在位置を検出するＧＰＳ（Global Positioning System、本発明の車両位置検出部に相当する）ユニット３１と、地図データが保持された地図データベース３２とを備えて、目的地までのルート案内を実行する。
［２．車線維持制御］
次に、図３に示したフローチャートに従って、車両制御装置１０により実行される車線維持制御の処理について説明する。
図３のＳＴＥＰ２０〜ＳＴＥＰ２１は、車線認識部１１による処理である。車線認識部１１は、ＳＴＥＰ２０で、カメラ２の撮像画像をメモリ記憶する。続くＳＴＥＰ２１で、車線認識部１１は、撮像画像に対してエッジ点抽出等の処理を行ってレーンマーク（白線、黄線、ボッツドッツ等）を抽出する。レーンマークの抽出処理は、例えば特開２０１５−１９７８２９号等に記載された公知の技術を用いて行うことができる。
そして、車線認識部１１は、各レーンマークの画像部分に対して、カメラ座標から実空間座標への逆射影変換を行って、実空間での車両１に対する各レーンマークの位置を認識することにより、車両１が走行している車線を認識する。
続くＳＴＥＰ２２は操舵制御部１３による処理である。操舵制御部１３は、図４に示したように、車両１が走行している車線を区分する左側のレーンマーク８１ｂ〜８４ｂの内側位置ＸＬと、右側のレーンマーク９１ｂ〜９４ｂの内側位置ＸＲとの中央位置Ｘｃを、車線の幅方向の中央位置として認識する。
操舵制御部１３は、車両１の車幅方向の中央位置ＣとＸｃとの間隔ΔＨを、予め設定された許容範囲と比較し、間隔幅ΔＨが許容範囲を超えたときに、車両１をＸｃに近付けて（間隔幅ΔＨを減少させて）、車両１を車線の中央箇所付近に維持するための操舵機構７の制御量（操舵角度）θａを算出して、ＳＴＥＰ７に進む。
次に、図３のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４、及びＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１２は、道路形状判断部１２による処理である。道路形状判断部１２は、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４の処理とＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１２の処理とを並行して実行する。
ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４は、カメラ２の時系列の撮像画像に基づいて、車両１が走行している道路が直線道路であるか否かを判断する処理であり、道路形状判断部１２は、ＳＴＥＰ１で、カメラ２により撮像された画像（原画像）をメモリに記憶する。
続くＳＴＥＰ２で、道路形状判断部１２は、撮像画像における消失点を推定する。ここで、図５Ａは、車両１のピッチングが生じておらず、車両１が走行している道路が平坦路である状態での撮像画像１１０、及びこのような状態を実空間座標に変換した場合の車線の俯瞰図１００を示している。撮像画像１１０のｄ１は消失点を示しており、ｄ１の垂直方向の位置がＬになっている。また、俯瞰図１００において、車線の左レーンマーク１０１Ｌと右レーンマーク１０１Ｒは平行になっている。
また、図５Ｂは、車両１が下向きにピッチングしているか、車両１が下り坂の道路を走行している状態での撮像画像１２０、及びこのような状態を実空間座標に変換した場合の車線の俯瞰図１３０を示している。撮像画像１３０のｄ２は消失点を示しており、ｄ２の位置が上方向に変化している。また、俯瞰図１３０において、車線の左レーンマーク１２１Ｌと右レーンマーク１２１Ｒとの間隔が次第に広がっている。
また、図５Ｃは、車両１が上向きにピッチングしているか、車両１が上り坂の道路を走行している状態での撮像画像１５０、及びこのような状態を実空間座標に変換した場合の車線の俯瞰図１４０を示している。撮像画像１５０のｄ３は消失点を示しており、消失点ｄ３の位置がＬよりも下方向に変化している。また、俯瞰図１４０において、車線の左レーンマーク１４１Ｌと右レーンマーク１４１Ｒとの間隔が次第に狭まっている。
図５Ａの俯瞰図１００においては、車両１の車幅方向の中央位置ＣとＸｃとのずれ幅ΔＨの許容範囲が、車線の幅に応じてＥ１に設定されている。それに対して、図５Ｂの俯瞰図においては、車両１の車幅方向の中心位置ＣとＸｃとの間隔ΔＨの許容範囲が、車線の幅に応じたＥ２に設定される。また、図５Ｃの俯瞰図１４０においては、車両１の車幅方向の中央位置ＣとＸｃとのずれ幅ΔＨの許容範囲が、車線の幅に応じたＥ３に設定される。
このように、車両１が直線道路を走行している場合に、車両１のピッチングや道路の勾配の変化が生じると、車線認識部１１により認識される実空間座標での車線の幅が変化して、撮像画像１１０，１３０，１５０における消失点ｄ１〜ｄ３の垂直方向の位置が変化するが、消失点ｄ１〜ｄ３の水平方向の位置は変化しない。これに対して、車両１走行している道路が直線道路でない場合（曲線道路である場合）は、消失点の位置が水平方向に変化する。
そこで、ＳＴＥＰ３で、道路形状判断部１２は、カメラ２による時系列の撮像画像間における消失点フロー（消失点の位置の移動経路）を算出する。そして、次のＳＴＥＰ４で、道路形状判断部１２は、消失点フローから認識される水平方向の消失点の変化量が第１所定値以下であるときに、車両１が走行している道路が直線道路であると判定する処理（第１直線判定処理）を実行してＳＴＥＰ５に進む。
また、道路形状判断部１２は、ＳＴＥＰ１０でＧＰＳユニット３１により検出される車両１の現在位置をメモリに記憶し、続くＳＴＥＰ１１で、必要に応じてマップマッチング補正処理（ＧＰＳユニット３１により検出された車両位置とこれまで走行してきた道路を比較して、最も適切な道路上に車両１の現在地を補正する処理）を行う。
次のＳＴＥＰ１２で、道路形状判断部１２は、地図データベース（ＤＢ）３２にアクセスして車両１が走行している道路の地図データを取得し、道路の地図データに基づいて車両１が走行している道路が直線道路であるか否かを判定する処理（第２直線判定処理）を実行してＳＴＥＰ５に進む。
ＳＴＥＰ５〜ＳＴＥＰ６及びＳＴＥＰ２０は、車線維持応答性設定部１４による処理である。車線維持応答性設定部１４は、ＳＴＥＰ５で、車両１が走行している道路が、第１直線判定処理及び第２直線判定処理によって直線道路であると判定されたか否かを判断する。
そして、車両１が走行している道路が、第１直線判定処理及び第２直線判定処理によって直線道路であると判定されたときはＳＴＥＰ６に進み、判定されなかったときにはＳＴＥＰ２０に分岐する。
車両１が走行している道路が、第１直線判定処理及び第２直線判定処理によって直線道路であると判定されなかったとき（車両１が走行している道路が直線ではないと想定されるとき）は、ＳＴＥＰ２０で、車線維持応答性設定部１４は、車両１の車幅方向の中央位置Ｃと車線の幅方向の中央位置Ｘｃとの間隔ΔＨから、操舵機構７の制御量θａを算出する際の制御ゲイン（間隔ΔＨに対する車線維持制御の応答性を決定する）を標準ゲインＧｓに設定する。
一方、車両１が走行している道路が、第１直線判定処理及び第２直性判定処理によって直線道路であると判定されたとき（車両１が直線道路を走行していると想定されるとき）は、ＳＴＥＰ６で、車線維持応答性設定部１４は、車両１の車幅方向の中央位置Ｃと車線の幅方向の中央位置Ｘｃとの間隔ΔＨから、操舵機構７の制御量θａを算出する際の制御ゲインを標準ゲインＧｓよりも小さいＧｗに設定する。
ここで、図５Ａ〜５Ｃを参照して、俯瞰図１００においては、左レーンマーク１０１Ｌと右レーンマーク１０１Ｒ間の幅に応じて、間隔ΔＨの許容範囲Ｅ１が設定され、操舵制御部１３は、間隔ΔＨが許容範囲Ｅ１を超えたときに、車線維持制御を実行する。
また、俯瞰図１２０では、左レーンマーク１２１Ｌと右レーンマーク１２１Ｒ間の幅に応じて、水平方向の幅が許容範囲Ｅ１よりも広い許容範囲Ｅ２が設定され、俯瞰図１４０では、左レーンマーク１４１Ｌと右レーンマーク１４１Ｒ間の幅に応じて、水平方向の幅が許容範囲Ｅ１よりも狭い許容範囲Ｅ３が設定される。
このように、車両１が直線道路を走行しているにも拘わらず、俯瞰図１００，１２０，１４０から認識される車線の幅が変化し、これに応じて許容範囲がＥ１〜Ｅ３の間で変化すると、車線維持制御の実行条件の変化によって、上述したＳＴＥＰ２２で算出される操舵機構７の制御量θａが変動する。そして、この変動により車両１の挙動が不安定になる。
そこで、ＳＴＥＰ５で、車両１が走行している道路が直線道路であると、第１直線判定処理（ＳＴＥＰ４）と第２直線判定処理（ＳＴＥＰ１２）の双方で認識されたとき（車両１が直線道路を走行していると想定されるとき）に、ＳＴＥＰ６で、車両１の車幅方向の中央位置Ｃと車線の幅方向の中央位置Ｘｃとの間隔ΔＨから、操舵機構７の制御量θａを算出する際のゲインを標準ゲインＧｓよりも小さく設定することによって、車両１の挙動が不安定になることを防止することができる。
ＳＴＥＰ７で、操舵制御部１３は、ＳＴＥＰ６又はＳＴＥＰ２０で設定された制御ゲインＧｓ又はＧｗを用いて、操舵機構７の制御量θａを算出してＳＴＥＰ８に進み、処理を終了する。
［３．他の実施形態］
上記実施形態では、道路形状判断部１２は、消失点フローに基づく第１直線判定処理と、地図データに基づく第２直線判定処理とを実行したが、第１直線判定処理と第２直線判定処理のいずれか一方のみを実行するようにしてもよい。この場合には、図３のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４の処理、又はＳＴＥＰ１０〜ＳＴＥＰ１２の処理が実行され、ＳＴＥＰ５で、第１直線判定処理又は第２直線判定処理の判定結果により、車両１が走行している道路が直線道路であるか否かが判定される。
また、車両１が走行している道路が直線道路であるという条件に加えて、車両１の車幅方向の中央位置ＣとＸｃとの間隔ΔＨが第２所定値以下であるという条件が成立しているときに限定して、車線維持応答性設定部１４により制御ゲインを低減する処理を行うようにしてもよい。
また、車線認識部１１は、道路のレーンマークを抽出して車両１が走行している車線を認識したが、道路の端部（車道と歩道の境界部等）を抽出して車両１が走行している車線を認識するようにしてもよい。
また、道路形状判断部１２の機能を車線維持応答性設定部１４に含めて、車線維持応答性設定部１４が、消失点フローから消失点の水平方向の移動量が所定値以下であると判断したときに、該移動量が該所定値よりも大きいときよりも制御ゲインを低減するようにしてもよい。
１…車両（乗用車）、２…カメラ、７…操舵機構、８…制動機構、１０…車両制御装置、１１…車線認識部、１２…道路形状判断部、１３…操舵制御部、１４…車線維持応答性設定部、３０…ナビゲーション装置、３１…ＧＰＳユニット、３２…地図データベース。

Claims (5)

  1. 車両に搭載されたカメラによる撮像画像から、前記車両が走行している車線を認識する車線認識部と、
    前記車線認識部による車線の認識状況に基づいて、車線の幅方向の中央箇所と前記車両の走行位置との間隔を減少させるように、前記車両の操舵機構を作動させる車線維持制御を実行する操舵制御部と、
    前記車両が走行している道路が直線道路であるか否かを判断する道路形状判断部と、
    前記道路形状判断部により前記車両が走行している道路が直線道路であると判断されているときに、前記間隔に対する前記車線維持制御の応答性を、前記道路形状判断部により前記車両が走行している道路が直線道路ではないと判断されているときよりも低く設定する車線維持応答性設定部と
    を備えたことを特徴とする車両制御装置。
  2. 請求項１に記載の車両制御装置において、
    前記車両の現在位置を検出する車両位置検出部と、
    地図データを保持した地図データベースにアクセスして、地図データを取得する地図データ取得部とを備え、
    前記道路形状判断部は、前記車両位置検出部により検出された前記車両の現在位置を含む地図データを、前記地図データ取得部により取得することによって、前記車両が走行している道路が直線道路であるか否かを判断することを特徴とする車両制御装置。
  3. 請求項１に記載の車両制御装置において、
    前記道路形状判断部は、前記カメラによる時系列の撮像画像間における消失点の水平方向の位置の変化量が第１所定値以下であるときに、前記車両が走行している道路が直線道路であると判断することを特徴とする車両制御装置。
  4. 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の車両制御装置において、
    前記車線維持応答性設定部は、前記道路形状判断部により前記車両が走行している道路が直線道路であると判断され、且つ前記間隔が第２所定値以下であるときという判断条件が成立しているときに、前記間隔に対する前記車線維持制御の応答性を、該判断条件が成立していないときよりも低く設定することを特徴とする車両制御装置。
  5. 車両に搭載されたカメラによる撮像画像から、前記車両が走行している車線を認識する車線認識部と、
    前記車両が道路を走行しているときに、前記車線認識部による車線の認識状況に基づいて、車線の幅方向の中央箇所と前記車両の位置との間隔を減少させるように、前記車両の操舵機構を作動させる車線維持制御を実行する操舵制御部と、
    前記カメラによる時系列の撮像画像間における消失点の水平方向の位置の変化量が所定値以下であるときに、前記間隔に対する前記車線維持制御の応答性を、該変化量が該所定値よりも大きいときよりも低く設定することを特徴とする車線維持応答性設定部と
    を備えたことを特徴とする車両制御装置。
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