JP3753893B2 - 走行車両の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、走行車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両にＣＣＤカメラなどを搭載し、進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識する技術は、例えば、特開平８−３１５１２５号公報などから知られている。また、操舵アクチュエータを備え、認識された走行路区分線に沿って走行するように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御技術も、例えば、特開平１１−７８９４８号公報から知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＣＤカメラなどで進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識しつつ走行すると共に、例えば、認識された走行路区分線に沿って走行させるべく上記した操舵アシスト制御を行う際、走行路の屈曲度が増加する、即ち、カーブがきつくなると、運転者の予期しない車両の挙動変化を招くことがある。
【０００４】
そのような場合には、少なくとも運転者に警報を発するか、あるいは操舵アシスト制御を中止して運転者の自発的な操作に委ねるのが望ましい。かかる不都合は、操舵アシスト制御に限らず、認識された走行路区分線に沿って先行車を追従走行する制御を行うときなどにも生じ得る。
【０００５】
従って、この発明の目的は、進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識しつつ走行するときに車両の挙動を予測し、よって、例えば、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御などを行うときも運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じないようにした走行車両の制御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】
上記した目的を達成するために、請求項１項にあっては、車両に取り付けられた撮像手段により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出する画像処理手段、前記抽出された特徴点列群に基づいて前記走行路の曲率を経時的に推定する曲率推定手段、少なくとも走行距離を含む前記車両の走行状態を経時的に検出する検出手段、前記推定された曲率と、それに対応する時刻に検出された前記走行距離を時系列データとして組み合わせ、組み合わせた時系列データを保持する時系列データ保持手段、前記保持された時系列データに基づいて前記走行路の屈曲度合いを示す特徴量を算出する特徴量算出手段、および警報装置および前記走行路に沿って前記車両を走行させるように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御手段を備えると共に、前記算出された特徴量を基準値と比較し、前記特徴量が前記基準値以上であると判断されるとき、前記警報装置の作動および前記操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段を備える如く構成した。
【０００７】
算出された特徴量を基準値と比較し、特徴量が基準値以上であると判断されるとき、警報装置の作動および操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段を備える如く構成したので、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御などを行うときも、警報の作動あるいは操舵アシスト中止によって運転者に自ら操舵をする機会を与えることができ、よって運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１はこの出願に係る走行車両の制御装置を全体的に示す概略図であり、図２はその装置を操舵系などに焦点をおいて示す同様の説明図である。
【００１２】
以下、図１および図２を併せて参照して説明すると、車両１０において運転席１２に配置されたステアリングホイール１４は、ステアリングシャフト１６に連結され、ステアリングシャフト１６はユニバーサルジョイント１８，２０を介してコネクティングシャフト２２に連結される。
【００１３】
コネクティングシャフト２２は、ラック・ピニオン型ステアリングギア２４のピニオン２６に連結され、よってステアリングホイール１４から入力された回転運動はピニオン２６を介してラック２８の往復運動に変換され、フロントアクスルの両端に配置されたタイロッド（ステアリングロッド）３０およびキングピン（図示せず）を介して２個の前輪（操舵輪）３２を所望の方向に転舵させる。
【００１４】
ラック２８上には同軸に電動モータ３８およびボールねじ機構４０が配置され、モータ出力はボールねじ機構４０を介してラック２８の往復運動に変換され、ステアリングホイール１４を介して入力された操舵力（操舵トルク）を減少する方向にラック２８を駆動する。
【００１５】
ここで、ステアリングギア２４の付近にはトルクセンサ４２が設けられ、運転者が入力した操舵力（操舵トルク）の方向と大きさに応じた信号を出力する。また、ステアリングシャフト１６の付近にはロータリエンコーダなどからなる舵角センサ４４が設けられ、運転者が入力した操舵角度θの方向と大きさに応じた信号を出力する。
【００１６】
２個の前輪３２の付近にはそれぞれ電磁ピックアップなどからなる車輪速センサ４６が配置されて前輪の回転に応じてパルス信号を出力すると共に、２個の後輪４８の付近にも同種構造の車輪速センサ５０がそれぞれ配置されて後輪の回転に応じてパルス信号を出力する（図１で左側の後輪のみ示す）。尚、車両１０においては内燃機関（図示せず）は前輪側に配置されており、前輪３２を駆動輪、後輪４８を従動輪とする。
【００１７】
図１に示す如く、運転席１２の上部には、フロントウインドウ６０の内面にルームミラー６２と組み合わされてＣＣＤカメラ（撮像手段）６４が１基、取り付けられると共に、車両１０のフロントバンパ付近の適宜位置には、複数基のミリ波レーダ６６が設けられ（図１で１基のみ示す）、前方に変調波を発信する。
【００１８】
ＣＣＤカメラ６４は車両進行方向道路を単眼視し、撮像信号を出力する。ＣＣＤカメラ６４の出力は、図２に示す如く、マイクロコンピュータからなる画像処理ＥＣＵ６８に送られて画像処理される。ミリ波レーダ６６の出力も同様にマイクロコンピュータからなるレーダ出力処理ＥＣＵ７０に送られ、車両進行方向の先行車の有無が検出される。
【００１９】
この出願に係る走行車両の制御装置は、同様にマイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（「ＳＡＳ ＥＣＵ」と示す）７４を備え、画像処理ＥＣＵ６８などの出力はＳＡＳ ＥＣＵ７４に入力される。
【００２０】
また、この装置は第２の電子制御ユニット（「ＥＰＳ ＥＣＵ」と示す）７６を備える。前記したトルクセンサ４２および車輪速センサ４６の出力はＥＰＳ ＥＣＵ７６にも入力される。
【００２１】
ＳＡＳ ＥＣＵ７４とＥＰＳ ＥＣＵ７６は信号線７８を介して相互に通信可能に接続される。ＳＡＳ ＥＣＵ７４は車両１０を走行路区分線に沿って走行させるべく、レーンキーピング操舵アシストトルクＴＬＫを演算し、ＥＰＳ ＥＣＵ７６に送信する。
【００２２】
ＥＰＳ ＥＣＵ７６は操舵トルクが検出されるとき、それに応じてパワーステアリング操舵アシストトルクを演算し、レーンキーピング操舵アシストトルクとパワーステアリング操舵アシストトルクに基づいて最終操舵アシストトルクを演算し、それから操作量（電動モータ３８の制御電流）を決定する。
【００２３】
ＥＰＳ ＥＣＵ７６には、モータ駆動回路８０が接続される。モータ駆動回路８０は４個のパワーＦＥＴスイッチング素子からなる公知のブリッジ回路を備え、ＦＥＴスイッチング素子のオン・オフによって電動モータ３８が正転あるいは逆転する。
【００２４】
ＥＰＳ ＥＣＵ７６は、モータ制御電流をデューティ比（ＰＷＭによるデューティ比）で決定し、モータ駆動回路８０に出力する。より具体的には、ＥＰＳ ＥＣＵ７６は、ＦＥＴスイッチング素子をデューティ比制御してモータ通電電流を制御し、電動モータ３８を駆動制御する。尚、上記したレーンキーピング操舵アシスト制御の詳細は特開平１１−７８９４８号公報などに記述されているので、説明はこの程度に止める。
【００２５】
図１の説明に戻ると、車両１０の重心位置付近にはヨーレートセンサ８２が配置され、車両重心の鉛直（重力）軸回りのヨーレート（回転角速度。車両旋回挙動）に応じた信号を出力する。
【００２６】
また、運転席１２のステアリングホイール１４には感圧センサ８４が適宜個数配置され、圧力、即ち、運転者のステアリングホイール操作の有無に応じた信号を出力すると共に、シート下部には第２の感圧センサ８６が適宜個数配置され、圧力、即ち、運転者の着座の有無に応じた信号を出力する。
【００２７】
また、ダッシュボード付近にはナビゲーション装置８８が配置される。
【００２８】
ナビゲーション装置８８は、ＣＰＵ８８ａ、車両走行予定地域を多数のノード（座標位置情報）で示すナビゲーション情報を記憶したＣＤ−ＲＯＭ８８ｂ、およびＧＰＳからの信号をアンテナ８８ｃを介して受信するＧＰＳ受信装置（『ＧＰＳ』と示す）８８ｄを備える。
【００２９】
ナビゲーション装置８８のＣＰＵ８８ａとＳＡＳ ＥＣＵ７４とは双方向通信自在に接続され、ＳＡＳ ＥＣＵ７４はＣＰＵ８８ａを介して上記した多数のノードからなるナビゲーション情報を入力し、走行路が高速道路か否かなどの情報を得る。
【００３０】
さらに、車両１０に搭載される機関のスロットルバルブ（図示せず）下流の吸気管（図示せず）は分岐され、スロットルアクチュエータ９０（図１で図示省略）に接続される。
【００３１】
即ち、この装置は定速走行制御および先行車追従制御を行う第３の電子制御ユニット（「ＡＣＣ ＥＣＵ」と示す）９２を備え、ＡＣＣ ＥＣＵ９２はスロットル開度センサ（図示せず）および前記した車輪速センサ４６（あるいは５０）の出力に基づいてスロットルアクチュエータ９０を駆動してスロットル開度を制御する。尚、スロットルアクチュエータの詳細は、本出願人が先に提案した特開平９−２０７６１６号に詳細に記載されているので、説明は省略する。
【００３２】
また、図２に示す如く、運転席１２の床面に配置されたブレーキペダル１００は、負圧ブースタ１０２を介してマスタシリンダ１０４に接続される。
【００３３】
即ち、負圧ブースタ１０２において負圧供給系と大気圧供給系（共に図示せず）を介して供給される吸気負圧と大気圧の割合が調節されて運転者のペダル踏み込み力が倍力され、それに応じた油圧（ブレーキオイル圧）がマスタシリンダ１０４から油路（図示せず）を介して車輪３８，４８のブレーキ装置（図示せず）に供給され、車両１０を制動する。
【００３４】
負圧ブースタ８２の負圧供給系と大気圧供給系には電磁バルブ（空圧電磁バルブ）１０６が設けられ、ＡＣＣ ＥＣＵ９２の指令に応じて運転者のブレーキ操作と独立に車両１０を自動的に制動する。
【００３５】
尚、定速走行制御のために、公知のセットＳＷ（スイッチ）１１０、リジュームＳＷ（スイッチ）１１２、キャンセルＳＷ（スイッチ）１１４が設けられると共に、ブレーキペダル１００の付近にはブレーキＳＷ（スイッチ）１１６が設けられる。
【００３６】
上記したセンサの出力はＡＣＣ ＥＣＵ９２に入力される。ＡＣＣ ＥＣＵ９２は上記スイッチ出力から運転者の定速走行（オートクルーズ）指令を認識し、スロットルアクチュエータ９０を介して定速走行制御を実行すると共に、必要に応じて電磁バルブ１０６を介して追従走行制御を実行する。
【００３７】
尚、運転席１２の付近には音声あるいは表示による警報装置１２０が設けられ、ＳＡＳ ＥＣＵ７４の出力に応じて運転者に警報する。
【００３８】
図３はこの出願に係る走行車両の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００３９】
尚、同図に示す処理は、前記したナビゲーション装置８８から得られた地理情報に基づいて車両１０が走行する走行路が高速道路（法令に言う第１種および第２種）であることを認識していることを前提とし、そこで走行路（レーン）の区分線（白線）を認識して前記した特開平１１−７８９４８号公報で提案されるレーンキーピング操舵アシスト制御を実行している状況において車両１０の挙動を予測するものとする。
【００４０】
以下説明すると、Ｓ１０においてＣＣＤカメラ６４により撮像された車両前方の走行路を含む画像のエッジ（点）を検出する。
【００４１】
尚、ＣＣＤカメラ６４の画像データは６６ｍｓｅｃごとに取り込まれると共に、図３に示すプログラムは６６ｍｓｅｃごとに実行される。従って、後述する曲率の推定なども経時的、即ち、６６ｍｓｅｃごとに行われる。
【００４２】
次いでＳ１２に進んで検出したエッジ（点）をハフ（Hough)変換し、Ｓ１４に進んで変換値の中の走行路区分線の代表直線を選択し、Ｓ１６に進んでエッジ画像をスキャンしてカーブ（屈曲路）を含む走行路区分線を示す点列群を検出する。
【００４３】
上記した処理が、車両１０に取り付けられた撮像手段（ＣＣＤカメラ６４）により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点（上記したエッジ検出およびハフ変換で得られる点列群）を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出（上記した走行路区分線の代表直線を選択）することに相当する。
【００４４】
尚、これに関しては本出願人が先に提案した特開平８−３１５１２５号公報に記載されており、この発明の要旨はそこにないので、詳細な説明は省略する。
【００４５】
次いでＳ１８に進み、検出された点列群から走行路の曲率Ｃを推定する。即ち、特開平８−３１５１２５号公報の図３０に示す如く、抽出した走行路区分線に相当する特徴点列群（図示例の場合は３本）に相当する特徴点列群を二次関数、ｙ＝ａｘ2 ＋ｂｘ＋ｃで最小近似する。
【００４６】
即ち、各関数と点列（ｘｉｊ，ｙｉｊ）（ｉ：走行路区分線、ｊ：点列）の誤差の二乗をｅｉとするとき、ｅ＝Σｅｉを最小とする、ａ，ｂ，ｃを算出する。
【００４７】
ところで、曲線の方程式ｙ＝ｆ（ｘ）のある点での曲率Ｃは、数１のように定義することができる。
【００４８】
【数１】
【００４９】
従って、上記した二次曲線ｙ＝ａｘ2 ＋ｂｘ＋ｃ上の点Ｐ（ｘ０，ｙ０）における曲率Ｃ０は、ｙの１階微分および２階微分を数１に代入することにより、数２のように定義することができる。
【００５０】
【数２】
【００５１】
次いで、Ｓ２０に進み、前記した車輪速センサ４６の出力パルスをカウントして時刻ｔｎにおける車両１０の走行距離Ｌｎを経時的に検出する。ここで、ｎは時刻ｔｎ（図３プログラム実行時刻）における値である。
【００５２】
また、同様に図３プログラムの実行ごとに算出される曲率Ｃ０をＣｎ（時刻ｔｎのときの値）と書き換えて時刻を対応させつつ時系列データとして組み合わせると共に、組み合わせた時系列データを所定時間分、例えば図３プログラムの５０ループ分（５０×６６ｍｓｅｃ＝３．３ｓｅｃ）保持する。
【００５３】
次いでＳ２２に進み、保持する時系列データよりクロソイドパラメータ（特徴量基準値）Ａｎを算出する。
【００５４】
クロソイドパラメータについて説明する。
【００５５】
高速道路は設計基準が道路構造令により定められ、屈曲路における曲率の設計基準についての指針が示されており、屈曲部には緩和区間を設けるべきことが義務づけられている（「道路構造令の解説と運用」社団法人 日本道路協会 昭和５８年２月）。
【００５６】
そして、緩和区間の長さの規定する手法の一つとして横Ｇの変化率を用いる手法が示されている。即ち、ステアリングホイールを等速回転させ、等速走行の最終曲線に入るまでの軌跡に対し、
ｐ：横Ｇの変化率〔ｍ／ｓ3 〕
ｖ：走行速度〔ｍ／ｓ〕
Ｌ：緩和区間の長さ〔ｍ〕
Ｒ：円曲線の最終半径〔ｍ〕
とすると、
最終円曲線部における横Ｇ＝ｖ2 ／Ｒ
緩和区間の走行時間＝Ｌ／ｖ
より、
ｐ＝ｖ3 ／ＬＲ
【００５７】
道路構造令ではｐの許容値を０．５ｍから０．７５ｍ／ｓ3 とし、ｐを決めたとき必要な緩和区間の長さＬをいわゆるショーツの式
Ｌ≧ｖ3 ／ｐＲ
により算出する。道路種別に応じたｐの許容値は、例えば、図４に示すように設定される。
【００５８】
その緩和曲線としては通常、クロソイド（コルニュの螺線）が使用されるが、クロソイドを数３に示すようにパラメータ表示すると、クロソイドパラメータＡは、一般式、ＬＲ＝Ａ2 で定義される。
【００５９】
【数３】
【００６０】
図５に、ｐおよび設計速度ならびにＲから規定されるクロソイドパラメータの例を挙げる。図５の場合、例えば設計速度１００ｋｍ／ｈの高速道路であれば、クロソイドパラメータの許容限界値は２０７となる。
【００６１】
クロソイドパラメータＡは概略的には曲率Ｃの逆数なので、前記した一般式を変形し、時刻ｔｎで検出された曲率Ｃｎとそのときの走行距離Ｌｎを用いると、曲率Ｃｎは、Ｃｎ＝（Ｌｎ−Ｌ０）／Ａ2 で表すことができる（Ｌ０：初期値）。
【００６２】
ここで、Ｃｎ，Ｌｎは検出（算出）値、Ａ，Ｌ０は未知であるので、前記した最小近似法を用いて誤差関数を数４のように定義し、数５に示す誤差ｅの二乗の総和が最小となる条件からＡ，Ｌ０を算出する。
【００６３】
【数４】
【００６４】
【数５】
【００６５】
次いでＳ２４に進み、算出したクロソイドパラメータＡｎ（時刻ｔｎのときの走行路の屈曲度合いを示す特徴量）が、予め設定された基準値Ａｒｅｆ以上か否か判断する。基準値Ａｒｅｆは設計速度（走行速度）に応じて安全に走行可能な基準値を意味し、具体的には、図５に示すＡを意味する。
【００６６】
より具体的には、図５に示すＡの中で、ｐが最少値（＝０．３５）で設計速度が６０〔ｋｍ／ｈ〕のときの値、即ち、１１５を使用する。尚、前記したナビゲーション装置８８の情報に設計速度が含まれるときはその値を利用し、該当する設計速度のｐが最少のときの値に基づいて基準値Ａｒｅｆを設定しても良い。
【００６７】
従って、Ｓ２４の処理は走行路における車両１０の将来（ｔｎ＋ｍ）の挙動を予測する作業を意味する。Ｓ２４で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ２６に進み、警報装置１２０を作動させて運転者に警報すると共に、アシストトルクＴＬＫの値を零として徐々に（１ｓｅｃ程度かけて）レーンキーピングアシスト制御を中止する。
【００６８】
尚、このとき、算出したクロソイドパラメータＡｎが基準値Ａｒｅｆを超える程度に応じて動作を相違させても良い。例えば、Ａｒｅｆ−Ａｎの差が比較的小さいときは警報装置１２０の作動のみに止め、差が比較的大きいときは警報装置１２０を作動させると共に、操舵アシスト制御を中止するようにしても良い。
【００６９】
この実施の形態は上記の如く構成したので、進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識しつつ走行するときに屈曲路における車両の挙動を予測することができ、よって、例えば、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御を行うときなども運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【００７０】
より具体的には、車両の挙動の予測結果に応じて警報装置１２０の作動およびレーンキーピング操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する如く構成したので、認識された走行路区分線に沿って走行させるようなレーンキーピング操舵アシスト制御などを行うときも、警報の作動あるいは操舵アシスト中止によって運転者に自ら操舵をする機会を与えることができ、よって予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【００７１】
この実施の形態は上記の如く、車両１０に取り付けられた撮像手段（ＣＣＤカメラ６４、画像処理ＥＣＵ６８）により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点（エッジ検出およびハフ変換で得られる点列群）を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出、即ち、走行路区分線の代表直線を選択する画像処理手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ１０からＳ１６）、前記抽出された特徴点列群に基づいて前記走行路の曲率Ｃｎを経時的に推定する曲率推定手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ１８）、少なくとも走行距離Ｌｎを含む前記車両の走行状態を経時的に検出する検出手段（車輪速センサ４６，５０，ＳＡＳ ＥＣＵ７４）、前記推定された曲率Ｃｎと、それに対応する時刻ｔｎに検出された前記走行距離Ｌｎを時系列データとして組み合わせ、組み合わせた時系列データを保持する時系列データ保持手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ２０）、前記保持された時系列データに基づいて前記走行路の屈曲度合いを示す特徴量（クロソイドパラメータＡｎ）を算出する特徴量算出手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ２２）、および警報装置１２０および前記走行路に沿って前記車両を走行させるように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，ＥＰＳ ＥＣＵ７６）を備えると共に、前記算出された特徴量を基準値Ａｒｅｆと比較し、前記特徴量が前記基準値Ａｒｅｆ以上であると判断されるとき、前記警報装置の作動および前記操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ２６）を備える如く構成した。
【００７３】
尚、上記において、操舵アシスト制御を例にとったが、定速走行制御あるいは先行車追従制御を行うときなども同様である。
【００７４】
また、上記した実施の形態において、舵角センサ４４などは開示した構成以外でも良く、また配置位置も必要とする検出値が得られる限り、どこに配置しても良い。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、算出された特徴量を基準値と比較し、特徴量が基準値以上であると判断されるとき、警報装置の作動および操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段を備える如く構成したので、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御などを行うときも、警報の作動あるいは操舵アシスト中止によって運転者に自ら操舵をする機会を与えることができ、よって運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明に係る走行車両の制御装置の全体を示す概略図である。
【図２】 図１の装置を操舵系などに焦点をおいて示す、図１と同様の全体概略図である。
【図３】 図１の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図４】 図３フロー・チャートのクロソイドパラメータの算出で前提とする道路構造令に基づく道路種別に応じたｐ（横Ｇ変化率）を示す説明図である。
【図５】 図３フロー・チャートで算出されるクロソイドパラメータが比較される基準値の根拠となる、ｐ（横Ｇ変化率）などに応じて設定されるクロソイドパラメータの説明図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、走行車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両にＣＣＤカメラなどを搭載し、進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識する技術は、例えば、特開平８−３１５１２５号公報などから知られている。また、操舵アクチュエータを備え、認識された走行路区分線に沿って走行するように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御技術も、例えば、特開平１１−７８９４８号公報から知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＣＤカメラなどで進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識しつつ走行すると共に、例えば、認識された走行路区分線に沿って走行させるべく上記した操舵アシスト制御を行う際、走行路の屈曲度が増加する、即ち、カーブがきつくなると、運転者の予期しない車両の挙動変化を招くことがある。
【０００４】
そのような場合には、少なくとも運転者に警報を発するか、あるいは操舵アシスト制御を中止して運転者の自発的な操作に委ねるのが望ましい。かかる不都合は、操舵アシスト制御に限らず、認識された走行路区分線に沿って先行車を追従走行する制御を行うときなどにも生じ得る。
【０００５】
従って、この発明の目的は、進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識しつつ走行するときに車両の挙動を予測し、よって、例えば、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御などを行うときも運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じないようにした走行車両の制御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】
上記した目的を達成するために、請求項１項にあっては、車両に取り付けられた撮像手段により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出する画像処理手段、前記抽出された特徴点列群に基づいて前記走行路の曲率を経時的に推定する曲率推定手段、少なくとも走行距離を含む前記車両の走行状態を経時的に検出する検出手段、前記推定された曲率と、それに対応する時刻に検出された前記走行距離を時系列データとして組み合わせ、組み合わせた時系列データを保持する時系列データ保持手段、前記保持された時系列データに基づいて前記走行路の屈曲度合いを示す特徴量を算出する特徴量算出手段、および警報装置および前記走行路に沿って前記車両を走行させるように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御手段を備えると共に、前記算出された特徴量を基準値と比較し、前記特徴量が前記基準値以上であると判断されるとき、前記警報装置の作動および前記操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段を備える如く構成した。
【０００７】
算出された特徴量を基準値と比較し、特徴量が基準値以上であると判断されるとき、警報装置の作動および操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段を備える如く構成したので、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御などを行うときも、警報の作動あるいは操舵アシスト中止によって運転者に自ら操舵をする機会を与えることができ、よって運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
図１はこの出願に係る走行車両の制御装置を全体的に示す概略図であり、図２はその装置を操舵系などに焦点をおいて示す同様の説明図である。
【００１２】
以下、図１および図２を併せて参照して説明すると、車両１０において運転席１２に配置されたステアリングホイール１４は、ステアリングシャフト１６に連結され、ステアリングシャフト１６はユニバーサルジョイント１８，２０を介してコネクティングシャフト２２に連結される。
【００１３】
コネクティングシャフト２２は、ラック・ピニオン型ステアリングギア２４のピニオン２６に連結され、よってステアリングホイール１４から入力された回転運動はピニオン２６を介してラック２８の往復運動に変換され、フロントアクスルの両端に配置されたタイロッド（ステアリングロッド）３０およびキングピン（図示せず）を介して２個の前輪（操舵輪）３２を所望の方向に転舵させる。
【００１４】
ラック２８上には同軸に電動モータ３８およびボールねじ機構４０が配置され、モータ出力はボールねじ機構４０を介してラック２８の往復運動に変換され、ステアリングホイール１４を介して入力された操舵力（操舵トルク）を減少する方向にラック２８を駆動する。
【００１５】
ここで、ステアリングギア２４の付近にはトルクセンサ４２が設けられ、運転者が入力した操舵力（操舵トルク）の方向と大きさに応じた信号を出力する。また、ステアリングシャフト１６の付近にはロータリエンコーダなどからなる舵角センサ４４が設けられ、運転者が入力した操舵角度θの方向と大きさに応じた信号を出力する。
【００１６】
２個の前輪３２の付近にはそれぞれ電磁ピックアップなどからなる車輪速センサ４６が配置されて前輪の回転に応じてパルス信号を出力すると共に、２個の後輪４８の付近にも同種構造の車輪速センサ５０がそれぞれ配置されて後輪の回転に応じてパルス信号を出力する（図１で左側の後輪のみ示す）。尚、車両１０においては内燃機関（図示せず）は前輪側に配置されており、前輪３２を駆動輪、後輪４８を従動輪とする。
【００１７】
図１に示す如く、運転席１２の上部には、フロントウインドウ６０の内面にルームミラー６２と組み合わされてＣＣＤカメラ（撮像手段）６４が１基、取り付けられると共に、車両１０のフロントバンパ付近の適宜位置には、複数基のミリ波レーダ６６が設けられ（図１で１基のみ示す）、前方に変調波を発信する。
【００１８】
ＣＣＤカメラ６４は車両進行方向道路を単眼視し、撮像信号を出力する。ＣＣＤカメラ６４の出力は、図２に示す如く、マイクロコンピュータからなる画像処理ＥＣＵ６８に送られて画像処理される。ミリ波レーダ６６の出力も同様にマイクロコンピュータからなるレーダ出力処理ＥＣＵ７０に送られ、車両進行方向の先行車の有無が検出される。
【００１９】
この出願に係る走行車両の制御装置は、同様にマイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（「ＳＡＳ ＥＣＵ」と示す）７４を備え、画像処理ＥＣＵ６８などの出力はＳＡＳ ＥＣＵ７４に入力される。
【００２０】
また、この装置は第２の電子制御ユニット（「ＥＰＳ ＥＣＵ」と示す）７６を備える。前記したトルクセンサ４２および車輪速センサ４６の出力はＥＰＳ ＥＣＵ７６にも入力される。
【００２１】
ＳＡＳ ＥＣＵ７４とＥＰＳ ＥＣＵ７６は信号線７８を介して相互に通信可能に接続される。ＳＡＳ ＥＣＵ７４は車両１０を走行路区分線に沿って走行させるべく、レーンキーピング操舵アシストトルクＴＬＫを演算し、ＥＰＳ ＥＣＵ７６に送信する。
【００２２】
ＥＰＳ ＥＣＵ７６は操舵トルクが検出されるとき、それに応じてパワーステアリング操舵アシストトルクを演算し、レーンキーピング操舵アシストトルクとパワーステアリング操舵アシストトルクに基づいて最終操舵アシストトルクを演算し、それから操作量（電動モータ３８の制御電流）を決定する。
【００２３】
ＥＰＳ ＥＣＵ７６には、モータ駆動回路８０が接続される。モータ駆動回路８０は４個のパワーＦＥＴスイッチング素子からなる公知のブリッジ回路を備え、ＦＥＴスイッチング素子のオン・オフによって電動モータ３８が正転あるいは逆転する。
【００２４】
ＥＰＳ ＥＣＵ７６は、モータ制御電流をデューティ比（ＰＷＭによるデューティ比）で決定し、モータ駆動回路８０に出力する。より具体的には、ＥＰＳ ＥＣＵ７６は、ＦＥＴスイッチング素子をデューティ比制御してモータ通電電流を制御し、電動モータ３８を駆動制御する。尚、上記したレーンキーピング操舵アシスト制御の詳細は特開平１１−７８９４８号公報などに記述されているので、説明はこの程度に止める。
【００２５】
図１の説明に戻ると、車両１０の重心位置付近にはヨーレートセンサ８２が配置され、車両重心の鉛直（重力）軸回りのヨーレート（回転角速度。車両旋回挙動）に応じた信号を出力する。
【００２６】
また、運転席１２のステアリングホイール１４には感圧センサ８４が適宜個数配置され、圧力、即ち、運転者のステアリングホイール操作の有無に応じた信号を出力すると共に、シート下部には第２の感圧センサ８６が適宜個数配置され、圧力、即ち、運転者の着座の有無に応じた信号を出力する。
【００２７】
また、ダッシュボード付近にはナビゲーション装置８８が配置される。
【００２８】
ナビゲーション装置８８は、ＣＰＵ８８ａ、車両走行予定地域を多数のノード（座標位置情報）で示すナビゲーション情報を記憶したＣＤ−ＲＯＭ８８ｂ、およびＧＰＳからの信号をアンテナ８８ｃを介して受信するＧＰＳ受信装置（『ＧＰＳ』と示す）８８ｄを備える。
【００２９】
ナビゲーション装置８８のＣＰＵ８８ａとＳＡＳ ＥＣＵ７４とは双方向通信自在に接続され、ＳＡＳ ＥＣＵ７４はＣＰＵ８８ａを介して上記した多数のノードからなるナビゲーション情報を入力し、走行路が高速道路か否かなどの情報を得る。
【００３０】
さらに、車両１０に搭載される機関のスロットルバルブ（図示せず）下流の吸気管（図示せず）は分岐され、スロットルアクチュエータ９０（図１で図示省略）に接続される。
【００３１】
即ち、この装置は定速走行制御および先行車追従制御を行う第３の電子制御ユニット（「ＡＣＣ ＥＣＵ」と示す）９２を備え、ＡＣＣ ＥＣＵ９２はスロットル開度センサ（図示せず）および前記した車輪速センサ４６（あるいは５０）の出力に基づいてスロットルアクチュエータ９０を駆動してスロットル開度を制御する。尚、スロットルアクチュエータの詳細は、本出願人が先に提案した特開平９−２０７６１６号に詳細に記載されているので、説明は省略する。
【００３２】
また、図２に示す如く、運転席１２の床面に配置されたブレーキペダル１００は、負圧ブースタ１０２を介してマスタシリンダ１０４に接続される。
【００３３】
即ち、負圧ブースタ１０２において負圧供給系と大気圧供給系（共に図示せず）を介して供給される吸気負圧と大気圧の割合が調節されて運転者のペダル踏み込み力が倍力され、それに応じた油圧（ブレーキオイル圧）がマスタシリンダ１０４から油路（図示せず）を介して車輪３８，４８のブレーキ装置（図示せず）に供給され、車両１０を制動する。
【００３４】
負圧ブースタ８２の負圧供給系と大気圧供給系には電磁バルブ（空圧電磁バルブ）１０６が設けられ、ＡＣＣ ＥＣＵ９２の指令に応じて運転者のブレーキ操作と独立に車両１０を自動的に制動する。
【００３５】
尚、定速走行制御のために、公知のセットＳＷ（スイッチ）１１０、リジュームＳＷ（スイッチ）１１２、キャンセルＳＷ（スイッチ）１１４が設けられると共に、ブレーキペダル１００の付近にはブレーキＳＷ（スイッチ）１１６が設けられる。
【００３６】
上記したセンサの出力はＡＣＣ ＥＣＵ９２に入力される。ＡＣＣ ＥＣＵ９２は上記スイッチ出力から運転者の定速走行（オートクルーズ）指令を認識し、スロットルアクチュエータ９０を介して定速走行制御を実行すると共に、必要に応じて電磁バルブ１０６を介して追従走行制御を実行する。
【００３７】
尚、運転席１２の付近には音声あるいは表示による警報装置１２０が設けられ、ＳＡＳ ＥＣＵ７４の出力に応じて運転者に警報する。
【００３８】
図３はこの出願に係る走行車両の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【００３９】
尚、同図に示す処理は、前記したナビゲーション装置８８から得られた地理情報に基づいて車両１０が走行する走行路が高速道路（法令に言う第１種および第２種）であることを認識していることを前提とし、そこで走行路（レーン）の区分線（白線）を認識して前記した特開平１１−７８９４８号公報で提案されるレーンキーピング操舵アシスト制御を実行している状況において車両１０の挙動を予測するものとする。
【００４０】
以下説明すると、Ｓ１０においてＣＣＤカメラ６４により撮像された車両前方の走行路を含む画像のエッジ（点）を検出する。
【００４１】
尚、ＣＣＤカメラ６４の画像データは６６ｍｓｅｃごとに取り込まれると共に、図３に示すプログラムは６６ｍｓｅｃごとに実行される。従って、後述する曲率の推定なども経時的、即ち、６６ｍｓｅｃごとに行われる。
【００４２】
次いでＳ１２に進んで検出したエッジ（点）をハフ（Hough)変換し、Ｓ１４に進んで変換値の中の走行路区分線の代表直線を選択し、Ｓ１６に進んでエッジ画像をスキャンしてカーブ（屈曲路）を含む走行路区分線を示す点列群を検出する。
【００４３】
上記した処理が、車両１０に取り付けられた撮像手段（ＣＣＤカメラ６４）により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点（上記したエッジ検出およびハフ変換で得られる点列群）を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出（上記した走行路区分線の代表直線を選択）することに相当する。
【００４４】
尚、これに関しては本出願人が先に提案した特開平８−３１５１２５号公報に記載されており、この発明の要旨はそこにないので、詳細な説明は省略する。
【００４５】
次いでＳ１８に進み、検出された点列群から走行路の曲率Ｃを推定する。即ち、特開平８−３１５１２５号公報の図３０に示す如く、抽出した走行路区分線に相当する特徴点列群（図示例の場合は３本）に相当する特徴点列群を二次関数、ｙ＝ａｘ2 ＋ｂｘ＋ｃで最小近似する。
【００４６】
即ち、各関数と点列（ｘｉｊ，ｙｉｊ）（ｉ：走行路区分線、ｊ：点列）の誤差の二乗をｅｉとするとき、ｅ＝Σｅｉを最小とする、ａ，ｂ，ｃを算出する。
【００４７】
ところで、曲線の方程式ｙ＝ｆ（ｘ）のある点での曲率Ｃは、数１のように定義することができる。
【００４８】
【数１】
従って、上記した二次曲線ｙ＝ａｘ2 ＋ｂｘ＋ｃ上の点Ｐ（ｘ０，ｙ０）における曲率Ｃ０は、ｙの１階微分および２階微分を数１に代入することにより、数２のように定義することができる。
【００５０】
【数２】
次いで、Ｓ２０に進み、前記した車輪速センサ４６の出力パルスをカウントして時刻ｔｎにおける車両１０の走行距離Ｌｎを経時的に検出する。ここで、ｎは時刻ｔｎ（図３プログラム実行時刻）における値である。
【００５２】
また、同様に図３プログラムの実行ごとに算出される曲率Ｃ０をＣｎ（時刻ｔｎのときの値）と書き換えて時刻を対応させつつ時系列データとして組み合わせると共に、組み合わせた時系列データを所定時間分、例えば図３プログラムの５０ループ分（５０×６６ｍｓｅｃ＝３．３ｓｅｃ）保持する。
【００５３】
次いでＳ２２に進み、保持する時系列データよりクロソイドパラメータ（特徴量基準値）Ａｎを算出する。
【００５４】
クロソイドパラメータについて説明する。
【００５５】
高速道路は設計基準が道路構造令により定められ、屈曲路における曲率の設計基準についての指針が示されており、屈曲部には緩和区間を設けるべきことが義務づけられている（「道路構造令の解説と運用」社団法人 日本道路協会 昭和５８年２月）。
【００５６】
そして、緩和区間の長さの規定する手法の一つとして横Ｇの変化率を用いる手法が示されている。即ち、ステアリングホイールを等速回転させ、等速走行の最終曲線に入るまでの軌跡に対し、
ｐ：横Ｇの変化率〔ｍ／ｓ3 〕
ｖ：走行速度〔ｍ／ｓ〕
Ｌ：緩和区間の長さ〔ｍ〕
Ｒ：円曲線の最終半径〔ｍ〕
とすると、
最終円曲線部における横Ｇ＝ｖ2 ／Ｒ
緩和区間の走行時間＝Ｌ／ｖ
より、
ｐ＝ｖ3 ／ＬＲ
【００５７】
道路構造令ではｐの許容値を０．５ｍから０．７５ｍ／ｓ3 とし、ｐを決めたとき必要な緩和区間の長さＬをいわゆるショーツの式
Ｌ≧ｖ3 ／ｐＲ
により算出する。道路種別に応じたｐの許容値は、例えば、図４に示すように設定される。
【００５８】
その緩和曲線としては通常、クロソイド（コルニュの螺線）が使用されるが、クロソイドを数３に示すようにパラメータ表示すると、クロソイドパラメータＡは、一般式、ＬＲ＝Ａ2 で定義される。
【００５９】
【数３】
図５に、ｐおよび設計速度ならびにＲから規定されるクロソイドパラメータの例を挙げる。図５の場合、例えば設計速度１００ｋｍ／ｈの高速道路であれば、クロソイドパラメータの許容限界値は２０７となる。
【００６１】
クロソイドパラメータＡは概略的には曲率Ｃの逆数なので、前記した一般式を変形し、時刻ｔｎで検出された曲率Ｃｎとそのときの走行距離Ｌｎを用いると、曲率Ｃｎは、Ｃｎ＝（Ｌｎ−Ｌ０）／Ａ2 で表すことができる（Ｌ０：初期値）。
【００６２】
ここで、Ｃｎ，Ｌｎは検出（算出）値、Ａ，Ｌ０は未知であるので、前記した最小近似法を用いて誤差関数を数４のように定義し、数５に示す誤差ｅの二乗の総和が最小となる条件からＡ，Ｌ０を算出する。
【００６３】
【数４】
【数５】
次いでＳ２４に進み、算出したクロソイドパラメータＡｎ（時刻ｔｎのときの走行路の屈曲度合いを示す特徴量）が、予め設定された基準値Ａｒｅｆ以上か否か判断する。基準値Ａｒｅｆは設計速度（走行速度）に応じて安全に走行可能な基準値を意味し、具体的には、図５に示すＡを意味する。
【００６６】
より具体的には、図５に示すＡの中で、ｐが最少値（＝０．３５）で設計速度が６０〔ｋｍ／ｈ〕のときの値、即ち、１１５を使用する。尚、前記したナビゲーション装置８８の情報に設計速度が含まれるときはその値を利用し、該当する設計速度のｐが最少のときの値に基づいて基準値Ａｒｅｆを設定しても良い。
【００６７】
従って、Ｓ２４の処理は走行路における車両１０の将来（ｔｎ＋ｍ）の挙動を予測する作業を意味する。Ｓ２４で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ２６に進み、警報装置１２０を作動させて運転者に警報すると共に、アシストトルクＴＬＫの値を零として徐々に（１ｓｅｃ程度かけて）レーンキーピングアシスト制御を中止する。
【００６８】
尚、このとき、算出したクロソイドパラメータＡｎが基準値Ａｒｅｆを超える程度に応じて動作を相違させても良い。例えば、Ａｒｅｆ−Ａｎの差が比較的小さいときは警報装置１２０の作動のみに止め、差が比較的大きいときは警報装置１２０を作動させると共に、操舵アシスト制御を中止するようにしても良い。
【００６９】
この実施の形態は上記の如く構成したので、進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識しつつ走行するときに屈曲路における車両の挙動を予測することができ、よって、例えば、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御を行うときなども運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【００７０】
より具体的には、車両の挙動の予測結果に応じて警報装置１２０の作動およびレーンキーピング操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する如く構成したので、認識された走行路区分線に沿って走行させるようなレーンキーピング操舵アシスト制御などを行うときも、警報の作動あるいは操舵アシスト中止によって運転者に自ら操舵をする機会を与えることができ、よって予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【００７１】
この実施の形態は上記の如く、車両１０に取り付けられた撮像手段（ＣＣＤカメラ６４、画像処理ＥＣＵ６８）により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点（エッジ検出およびハフ変換で得られる点列群）を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出、即ち、走行路区分線の代表直線を選択する画像処理手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ１０からＳ１６）、前記抽出された特徴点列群に基づいて前記走行路の曲率Ｃｎを経時的に推定する曲率推定手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ１８）、少なくとも走行距離Ｌｎを含む前記車両の走行状態を経時的に検出する検出手段（車輪速センサ４６，５０，ＳＡＳ ＥＣＵ７４）、前記推定された曲率Ｃｎと、それに対応する時刻ｔｎに検出された前記走行距離Ｌｎを時系列データとして組み合わせ、組み合わせた時系列データを保持する時系列データ保持手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ２０）、前記保持された時系列データに基づいて前記走行路の屈曲度合いを示す特徴量（クロソイドパラメータＡｎ）を算出する特徴量算出手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ２２）、および警報装置１２０および前記走行路に沿って前記車両を走行させるように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，ＥＰＳ ＥＣＵ７６）を備えると共に、前記算出された特徴量を基準値Ａｒｅｆと比較し、前記特徴量が前記基準値Ａｒｅｆ以上であると判断されるとき、前記警報装置の作動および前記操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段（ＳＡＳ ＥＣＵ７４，Ｓ２６）を備える如く構成した。
【００７３】
尚、上記において、操舵アシスト制御を例にとったが、定速走行制御あるいは先行車追従制御を行うときなども同様である。
【００７４】
また、上記した実施の形態において、舵角センサ４４などは開示した構成以外でも良く、また配置位置も必要とする検出値が得られる限り、どこに配置しても良い。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１項にあっては、算出された特徴量を基準値と比較し、特徴量が基準値以上であると判断されるとき、警報装置の作動および操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段を備える如く構成したので、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御などを行うときも、警報の作動あるいは操舵アシスト中止によって運転者に自ら操舵をする機会を与えることができ、よって運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明に係る走行車両の制御装置の全体を示す概略図である。
【図２】 図１の装置を操舵系などに焦点をおいて示す、図１と同様の全体概略図である。
【図３】 図１の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図４】 図３フロー・チャートのクロソイドパラメータの算出で前提とする道路構造令に基づく道路種別に応じたｐ（横Ｇ変化率）を示す説明図である。
【図５】 図３フロー・チャートで算出されるクロソイドパラメータが比較される基準値の根拠となる、ｐ（横Ｇ変化率）などに応じて設定されるクロソイドパラメータの説明図である。
Claims (1)
- ａ．車両に取り付けられた撮像手段により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出する画像処理手段、
ｂ．前記抽出された特徴点列群に基づいて前記走行路の曲率を経時的に推定する曲率推定手段、
ｃ．少なくとも走行距離を含む前記車両の走行状態を経時的に検出する検出手段、
ｄ．前記推定された曲率と、それに対応する時刻に検出された前記走行距離を時系列データとして組み合わせ、組み合わせた時系列データを保持する時系列データ保持手段、
ｅ．前記保持された時系列データに基づいて前記走行路の屈曲度合いを示す特徴量を算出する特徴量算出手段、
および
ｆ．警報装置および前記走行路に沿って前記車両を走行させるように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御手段を備えると共に、
ｇ．前記算出された特徴量を基準値と比較し、前記特徴量が前記基準値以上であると判断されるとき、前記警報装置の作動および前記操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段、
を備えたことを特徴とする走行車両の制御装置。
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