JP3582449B2 - 車両用自動操舵装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両が車線に沿って走行するように自動的に操舵を行う車両用自動操舵装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両前方の道路をカメラで撮像して画像処理により道路の白線を検出し、白線検出結果に基づいて車両を車線に沿って走行させるための目標操舵角を演算し、目標操舵角にしたがって操舵を行う車両用自動操舵装置が知られている(例えば、特開平07−081602号公報参照)。
【0003】
この種の車両用自動操舵装置では、自動操舵制御中に車線変更や緊急回避などの運転者による手動操舵が行われたときは、自動操舵制御を中断するか、あるいは制御を終了させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、道路の轍(車両が道路に残した車輪の跡や窪み)を走行すると、車両がふらついて乗り心地が悪化し、乗員に違和感を与えるおそれがある。また、轍との干渉による路面反力が大きい場合は運転者による手動操舵が行われたと誤認し、自動操舵制御が中断または終了されてしまうことがある。
【0005】
本発明の目的は、道路の轍を検出して轍を避けて走行するようにした車両用自動操舵装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
発明の一実施の形態を示す図2および図3に対応づけて本発明を説明すると、
(1) 請求項1の発明は、車両前方を撮像する撮像手段と、車両前方の左右に撮像手段で受像可能なレーザー光を走査するレーザー光照射手段と、車両前方の撮像画像11を処理して道路の白線15,15a,15bと轍14,14a,14bを検出する画像処理手段と、車速を検出する車速検出手段と、白線15,15a,15bの検出結果と車速検出値に基づいて目標操舵角を演算する舵角演算手段と、道路の轍14,14a,14bの検出結果に基づいて目標操舵角を補正する舵角補正手段と、操舵角を検出する舵角検出手段と、操舵角検出値が補正後の目標操舵角となるようにステアリングを駆動制御するステアリング駆動制御手段とを備え、これにより上記目的を達成する。
(2) 請求項2の車両用自動操舵装置は、舵角補正手段によって、轍14,14a,14bを回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両17の幅と車線幅(15a〜15b)とに応じた許容オフセット量W以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正するようにしたものである。
(3) 請求項3の車両用自動操舵装置は、舵角補正手段によって、轍14,14a,14bを回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両17の幅と車線幅(15a〜15b)とに応じた許容オフセット量W以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角を補正するようにしたものである。
(4) 請求項4の車両用自動操舵装置は、所定時間以上、操舵角検出値が目標操舵角に収束しない場合はステアリング駆動制御手段によるステアリングの駆動制御を停止する制御停止手段を備えたものである。
(5) 請求項5の発明は、自車線を逸脱しなように目標舵角を演算し、ステアリングに修正操舵トルクを加え、かつ修正操舵トルクを加えている最中に修正操舵トルクに所定値以上のトルクがステアリングに加えられた場合、修正操舵トルクを加える制御を中断する車両用自動操舵装置に適用され、轍を検出し、轍とタイヤが干渉するか否かを検出し、轍とタイヤとが干渉する場合は目標舵角を補正することを特徴とする車両用自動操舵装置。
【0007】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【0008】
【発明の効果】
(1) 請求項1の発明によれば、車両前方の左右に撮像手段で受像可能なレーザー光を走査しながら車両前方を撮像し、車両前方の撮像画像を処理して道路の白線と轍を検出する。そして、白線の検出結果と車速検出値に基づいて目標操舵角を演算するとともに、道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角を補正し、操舵角検出値が補正後の目標操舵角となるようにステアリングを駆動制御するようにしたので、轍の上を走行して車両がふらついて乗り心地が悪化し、乗員に違和感を与えるのを防止することができる。
(2) 請求項2の発明によれば、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正するようにしたので、請求項1の上記効果に加え、轍の回避方向がオフセット量を演算するたびに車線中央の左右に変化し、乗員に違和感を与えるのを防止できる。
(3) 請求項3の発明によれば、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角を補正するようにしたので、請求項1の上記効果に加え、轍を回避して走行するときでも車線の中央寄りを走行することができる。
(4) 請求項4の発明によれば、所定時間以上、操舵角検出値が目標操舵角に収束しない場合はステアリング駆動制御手段によるステアリングの駆動制御を停止するようにしたので、請求項1〜3の上記効果に加え、道路の轍を回避して走行しているときに車線変更や緊急回避などの運転者による手動操舵が行われた場合は、自動操舵を停止して運転者の手動操舵を優先させることができる。
(5) 請求項5の発明によれば、轍との干渉を防止できるため、轍によって路面反力が大きくなって、ステアリングに所定値以上のトルクが発生することを防止でき、運転者の介入と誤判断して制御が中断することを抑制できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は発明の一実施の形態の構成を示す図である。
カメラ1は車両前方の道路を撮像し、レーザー照射装置2は前方路上にカメラ1が受像可能な周波数のレーザー光を照射する。レーザー照射装置2は、平坦な路面から反射したレーザー光がカメラ1の撮像画像上で自車線を横断する直線として認識できる範囲と速度でレーザー光を左右に走査する。車速センサー3は車速vを検出し、舵角センサー4はステアリングの操舵角θを検出する。また、起動スイッチ5は自動操舵制御を開始させるためのスイッチである。
【0010】
画像処理回路6はカメラ1で撮像された画像を処理し、道路の白線と轍を検出する。なお、道路の轍の検出方法については後述する。演算制御回路7はCPU7aとメモリなどの周辺部品から構成され、車両前方道路の白線と轍の検出結果に基づいて轍を避けながら車両を車線に沿って走行させるための目標操舵角θ*を演算し、舵角センサー4の操舵角検出値θが目標操舵角θ*になるように駆動回路8を制御してステアリング駆動モーター9を駆動する。
【0011】
なお、演算制御回路7が駆動回路8およびステアリング駆動モーター9を駆動制御して自動操舵制御を行っているときに、所定時間を経過しても舵角センサー4による操舵角検出値θが目標操舵角θ*に収束しない場合は、運転者がステアリングを手動操作していると判断し、自動操舵制御を停止する。
【0012】
図2は、レーザー照射装置2によりレーザー光を照射しながらカメラ1で撮像した車両前方道路の画像を示す。
レーザー照射装置2は、車両から所定距離前方の道路面にレーザー光を左右に走査しながら照射する。したがって、カメラ1により撮像された車両前方道路の画像11には、車両から所定距離前方の路面で反射されたレーザー光の横断線12,13が捕捉される。路面に轍がなく平坦な場合は、レーザー光の反射光は直線の横断線12として観測される。ところが、路面に轍14がある場合には、レーザー反射光の横断線13は轍14の部分で湾曲したり不連続になる。
【0013】
なお、図2において15は道路の白線である。また、図2には、説明を解りやすくするために、直線上の横断線12と、轍14により湾曲したり不連続になった横断線13の2本の横断線を対比して示すが、この実施の形態では、車両の所定距離前方に左右に走査しながら照射されたレーザー光による1本の横断線を用いて道路上の轍を検出する。車両の走行中は、車両の所定距離前方の左右にレーザー光を走査しながら車両前方道路を繰り返し撮像することによって、車両の所定距離前方の道路上の轍を常に検出することができる。
【0014】
レーザー反射光の横断線が湾曲したり不連続なる原因には、路上の障害物や先行車などもあるが、カメラ1による撮像画像にはこれらの路上障害物や先行車も捕捉され、画像処理により路上障害物や先行車と轍とを明確に区別することができる。
【0015】
ここで、道路の轍を考慮しない場合の目標操舵角θ*の演算方法について説明する。道路の轍を考慮しない目標操舵角の演算方法については、従来から多くの方法が提案されているが、ここではその一例を説明する。
【0016】
曲線路の半径をR、車両のホイールベースをLw、車両のスタビリティーファクターをFとすると、目標操舵角θ*は運動力学的に次式により表される。
【数1】
θ*=(1+F・v2)・Lw/R ・・・(1)
(1)式において、vは車速センサー3により検出した車速である。なお、曲線路の半径Rは、画像処理回路6の白線検出結果に基づいて車両から距離Lkだけ前方の地点における、曲線路の道路中心線の接線と車両中心線とのなす角、すなわち偏角βを求め、偏角βが小さいことを条件に次式により近似することができる。
【数2】
R=Lk/β ・・・(2)
したがって、目標操舵角θ*は次式により表される。
【数3】
θ*=(1+F・v2)・Lw・β/Lk ・・・(3)
【0017】
次に、図3により道路の轍を回避して走行する場合の目標操舵角θ*の演算方法を説明する。なお、図2に示す道路各部と同様な部分には同一の符号を付して説明する。
道路の轍が検出されないときは、基本的に車両が車線中央付近を走行するように目標進路を設定し、その目標進路に向かうように操舵角を制御する。一方、道路の轍が検出されたときは次のように操舵角を制御する。
【0018】
一般に、車両17の幅は道路の車線幅(白線15aと15bの距離)より短いため、図3aに示すように、目標進路の設定可能範囲は車線中央から左右にWの幅を有する。したがって、図3bに示すように道路の左右にそれぞれ轍14a、14bを検出したときは、車線中央を走行した場合に車輪の軌跡16a、16bが轍14a、14bと干渉するかどうかを判断し、干渉する場合は轍14a、14bの手前で目標進路を左右いずれかにオフセット量Sだけ変更し、左右の轍14a、14bの上を車輪が通らないような目標進路を設定する。
【0019】
なお、オフセット量Sは目標進路の設定可能範囲W以内とし、設定可能範囲Wを越える場合は轍14a、14bを回避することができないとして、通常の車線中央付近を走行するような目標進路を設定する。
【0020】
図4は一実施の形態の自動操舵制御を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
演算制御回路7のCPU7aは、起動スイッチ5により自動操舵制御が開始されると所定時間ごとにこの自動操舵制御プログラムを実行する。
【0021】
ステップ1において、画像処理回路6から白線および轍の検出結果を入力するとともに、車速センサー3から車速vと舵角センサー4から操舵角θをそれぞれ入力する。続くステップ2では車両からx[m]前方の轍の有無を検出し、轍が検出されたときはステップ3へ進み、検出されなかったときはステップ8へ進む。
【0022】
x[m]先に轍を検出しなかったときは、ステップ8で現在轍を回避して走行しているかどうかを確認する。現在轍を回避していないときはステップ10へ進み、車線中央を走行させるために、x[m]先の車線中央からのオフセット量S(x)に0を設定してステップ6へ進む。
【0023】
一方、現在すでに轍を回避して走行しているときはステップ9へ進み、x[m]先の車線中央からのオフセット量S(x)に現在の車線中央からのオフセット量S(0)を設定する。轍を回避して走行しているときに、車線中央付近に戻るようにいきなりオフセット量S(x)に0を設定すると、轍に干渉するおそれがあるため、完全に轍がなくなるx[m]先まで現在のオフセット量S(0)を保持する。
【0024】
ステップ2でx[m]先に轍を検出したときは、ステップ3でx[m]先の轍を回避するための車線中央からのオフセット量S(x)を演算する。このオフセット量S(x)は車線中央を0とし、道路左側へのオフセット量OL(負値)と、道路右側へのオフセット量OR(正値)とを別個に算出する。
【0025】
ステップ4において、算出したオフセット量OL、ORに基づいて轍を回避できるかどうかを判断する。すなわち、左右のオフセット量|OL|、ORがいずれも目標進路設定可能範囲Wを越えている場合は、轍を回避することは不可能と判断してステップ10へ進み、車線中央を走行するようにx[m]先の車線中央からのオフセット量S(x)に0を設定してステップ6へ進む。なお、目標進路設定可能範囲Wは左右方向への許容オフセット量である。
【0026】
一方、左右のオフセット量|OL|、ORのいずれかが目標進路設定可能範囲W以下の場合は、轍を回避可能と判断してステップ5へ進み、図5に示すサブルーチンを実行して左右のオフセット量|OL|、ORのいずれかを選択する。
【0027】
図5のステップ21において、道路左方向への回避が可能かどうかを判断する。左方向へのオフセット量|OL|が目標進路設定可能範囲Wを越えている場合はステップ27へ進み、左方向への回避は不可能と判断してx[m]先の車線中央からのオフセット量S(x)に道路右側へのオフセット量ORを設定する。
【0028】
一方、左方向へのオフセット量|OL|が目標進路設定可能範囲W以下の場合はステップ22へ進み、道路右方向への回避が可能かどうかを判断する。右方向へのオフセット量ORが目標進路設定可能範囲Wを越えている場合はステップ26へ進み、道路左方向への回避は可能であるが、右方向への回避は不可能であると判断し、x[m]先の車線中央からのオフセット量S(x)に道路左側へのオフセット量OLを設定する。
【0029】
ステップ22で右方向へのオフセット量ORが目標進路設定可能範囲W以下の場合は、左右どちらにも回避可能であるとしてステップ23へ進む。ステップ23では、現在轍を回避して走行しているかどうかを確認する。轍を回避して走行中のときはステップ24へ進み、現在のオフセット量S(0)が負、すなわち現在、轍を避けるために車線中央から左側へオフセットして走行しているのかどうかを確認する。
【0030】
現在、道路左側にオフセットして走行しているときはステップ26へ進み、x[m]先のオフセット量S(x)に左方向へのオフセット量OLを設定する。一方、現在のオフセット量S(0)が正、すなわち現在、轍を避けるために車線中央から右側へオフセットして走行しているときはステップ27へ進み、x[m]先のオフセット量S(x)に右方向へのオフセット量ORを設定する。
【0031】
このように、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量OL、ORを演算し、左右方向のオフセット量OL、ORがともに目標進路設定可能範囲W(許容オフセット量)以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正するようにしたので、轍の回避方向がオフセット量を演算するたびに車線中央の左右に変化し、乗員に違和感を与えるのを防止できる。
【0032】
ステップ23で轍の回避を行っていないときはステップ25へ進み、車線中央寄りの目標進路を設定するために、左方向へのオフセット量|OL|と右方向へのオフセット量ORとを比較し、いずれか小さい方、すなわち絶対値が小さい方を選択する。左方向へのオフセット量|OL|が右方向へのオフセット量ORより小さい場合はステップ26へ進み、x[m]先のオフセット量S(x)に左方向へのオフセット量OLを設定する。一方、左方向へのオフセット量|OL|が右方向へのオフセット量OR以上の場合はステップ27へ進み、x[m]先のオフセット量S(x)に右方向へのオフセット量ORを設定する。
【0033】
このように、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量OL、ORを演算し、左右方向のオフセット量OL、ORがともに目標進路設定可能範囲W(許容オフセット量)以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角θ*を補正するようにしたので、轍を回避して走行するときでも車線の中央寄りを走行することができる。
【0034】
x[m]先の道路中央からのオフセット量S(x)を設定したら図4のプログラムへリターンする。図4のステップ6において、上記(3)式の偏角βをx[m]先の車線中央からのオフセット量S(x)だけ補正して目標操舵角θ*を演算する。つまり、道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角θ*を補正する。さらに、その目標操舵角θ*に到達するまでの角速度を演算する。続くステップ7では目標操舵角θ*と角速度により駆動回路8を制御し、ステアリング駆動モーター9を駆動して自動操舵を行う。
【0035】
このように一実施の形態によれば、車両前方の左右にカメラ1で受像可能なレーザー光を走査しながら車両前方を撮像し、車両前方の撮像画像を処理して道路の白線と轍を検出する。そして、白線の検出結果と車速vに基づいて目標操舵角θ*を演算するとともに、道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角θ*を補正し、操舵角θが補正後の目標操舵角θ*となるようにステアリングを駆動制御するようにしたので、轍の上を走行して車両がふらついて乗り心地が悪化し、乗員に違和感を与えるのを防止することができる。
【0036】
以上の実施の形態の構成において、カメラ1が撮像手段を、レーザー照射装置2がレーザー光照射手段を、画像処理回路6が画像処理手段を、車速センサー3が車速検出手段を、演算制御回路7が舵角演算手段、舵角補正手段および制御停止手段を、舵角センサー4が舵角検出手段を、演算制御回路7、駆動回路8およびステアリング駆動モーター9がステアリング駆動制御手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施の形態の構成を示す図である。
【図2】レーザー照射装置によりレーザー光を照射しながらカメラで撮像した車両前方道路の画像を示す図である。
【図3】道路の轍を回避して走行する場合の目標操舵角θ*の演算方法を説明する図である。
【図4】自動操舵制御を示すフローチャートである。
【図5】道路の轍を回避するための回避方向とオフセット量を決定する処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 カメラ
2 レーザー照射装置
3 車速センサー
4 舵角センサー
5 起動スイッチ
6 画像処理回路
7 演算制御回路
7a CPU
8 駆動回路
9 ステアリング駆動モーター
11 画像
12,13 横断線
14,14a,14b 轍
15,15a,15b 白線
16a,16b 車輪の軌跡
17 車両
Claims (5)
- 車両前方を撮像する撮像手段と、
車両前方の左右に前記撮像手段で受像可能なレーザー光を走査するレーザー光照射手段と、
車両前方の撮像画像を処理して道路の白線と轍を検出する画像処理手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
白線の検出結果と車速検出値に基づいて目標操舵角を演算する舵角演算手段と、
道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角を補正する舵角補正手段と、
操舵角を検出する舵角検出手段と、
操舵角検出値が補正後の目標操舵角となるようにステアリングを駆動制御するステアリング駆動制御手段とを備えることを特徴とする車両用自動操舵装置。 - 請求項1に記載の車両用自動操舵装置において、
前記舵角補正手段は、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正することを特徴とする車両用自動操舵装置。 - 請求項1の記載の車両用自動操舵装置において、
前記舵角補正手段は、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角を補正することを特徴とする車両用自動操舵装置。 - 請求項1〜3のいずれかの項に記載の車両用自動操舵装置において、
所定時間以上、操舵角検出値が目標操舵角に収束しない場合は前記ステアリング駆動制御手段によるステアリングの駆動制御を停止する制御停止手段を備えることを特徴とする車両用自動操舵装置。 - 自車線を逸脱しなように目標舵角を演算し、ステアリングに修正操舵トルクを加え、かつ修正操舵トルクを加えている最中に修正操舵トルクに所定値以上のトルクがステアリングに加えられた場合、修正操舵トルクを加える制御を中断する車両用自動操舵装置において、
轍を検出し、轍とタイヤが干渉するか否かを検出し、轍とタイヤとが干渉する場合は目標舵角を補正することを特徴とする車両用自動操舵装置。
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JP2012238230A (ja) * | 2011-05-12 | 2012-12-06 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 自律走行装置及び自律走行方法並びにそのプログラム |
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JP2001260921A (ja) | 2001-09-26 |
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