JP3911492B2 - 車両用走行支援装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標位置への走行経路を求めて、この経路に沿って車両が走行するよう、その走行を支援する車両用走行支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動操舵や操舵指示を用いて、車両を目標位置へと誘導する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。目標位置へ車両を的確に誘導するとともに、その目標位置における車両の方位角を目標方位角に合致させるため、３つの基本となる軌道パターンを用意し、位置、方位角、曲率の誤差を補償するために３次方程式を解き、求めた解を用いて、これらの軌道パターンを相似変換することで目標軌道を設定するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２９７９３５号公報（段落００５４〜００６８、図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この手法では３次方程式を解く必要があり、複素数を含む演算を行うことになるため、演算負荷が大きくなり、リアルタイムで計算を行うのは、既存の車載の演算装置では困難である。演算能力の高い演算装置を利用することはコストアップにつながり、好ましくない。
【０００５】
そこで本発明は、車載の演算装置でのリアルタイムでの経路演算に適したアルゴリズムにより経路計算を行う車両用走行支援装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る車両用走行支援装置は、目標位置へ至る経路を算出して、該経路に沿って車両を誘導する車両用走行支援装置において、目標位置における車両の向きに対する現在の車両の向きである偏向角の初期位置における角度である初期偏向角を求める偏向角検出手段と、走行距離に応じて所定の条件で操舵を行うことにより、初期偏向角から偏向角０の状態へと移行する基本経路を走行距離と操舵角または旋回曲率の対応として求める基本経路算出手段と、目標位置における車両方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とするとき、任意の係数倍した基本経路のＺ方向の長さが初期位置と目標位置とのＺ方向の距離以下となり、かつ任意の係数倍した基本経路のＸ方向の長さが初期位置と目標位置とのＸ方向の距離以下となるように、任意の係数により基本経路を相似拡大し、相似拡大後の基本経路のＺ方向の長さが初期位置と目標位置とのＺ方向の距離未満である場合、及び相似拡大後の基本経路のＸ方向の長さが初期位置と目標位置とのＸ方向の距離未満である場合の少なくともいずれかであるときは、相似拡大後の基本経路の前後の少なくとも一方に直線経路を付与して初期位置から目標位置へと至る目標経路を算出する目標経路算出手段と、を備えているものである。
【０００７】
現在の車両の向きから所定の条件で操舵を行って目標位置における車両の向きと一致させる基本経路は、方位角のみに着目しているため、比較的簡単な演算で経路を求めることができる。こうして設定した経路に直線経路を付与して目標経路を算出するので、経路算出が簡単であり、また、精度よく経路を算出することができる。また、基本経路を相似拡大すると、経路全体で変更される偏向角は元の基本経路と同一となるが、操舵速度を遅くすることができるため、自動操舵装置への負荷を低減することができ、また、操舵遅れの発生も抑制されるので、目標位置への誘導精度がさらに向上する。
【０００８】
あるいは本発明に係る車両用走行支援装置は、目標位置へ至る経路を算出して、該経路に沿って車両を誘導する車両用走行支援装置において、目標位置における車両の向きに対する現在の車両の向きである偏向角の初期位置における角度である初期偏向角を求める偏向角検出手段と、走行距離に応じて所定の条件で操舵を行うことにより、初期偏向角から所定の偏向角へと移行する第１の基本経路を走行距離と操舵角または旋回曲率の対応として求める第１基本経路算出手段と、走行距離に応じて所定の条件で操舵を行うことにより、所定の偏向角から偏向角０の状態へと移行する第２の基本経路を走行距離と操舵角または旋回曲率の対応として求める第２基本経路算出手段と、目標位置における車両方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とするとき、任意の第１の係数倍した第１基本経路と任意の第２の係数倍した第２基本経路とのＺ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＺ方向の距離以下となり、かつ任意の第１の係数倍した第１基本経路と任意の第２の係数倍した第２基本経路とのＸ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＸ方向の距離以下となるように、任意の第１の係数により第１基本経路を相似拡大し、任意の第２の係数により第２基本経路を相似拡大し、相似拡大後の第１基本経路と第２基本経路とのＺ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＺ方向の距離未満である場合、及び相似拡大後の第１基本経路と第２基本経路とのＸ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＸ方向の距離未満である場合の少なくともいずれかであるときは、相似拡大後の第１基本経路と第２基本経路の中間及び前後の少なくともいずれか一箇所に直線経路を付与して初期位置から目標位置へと至る目標経路を算出する目標経路算出手段と、を備えているものである。
【０００９】
この手法によれば、縦列駐車のように経路の途中まで偏向角を増大させ、その後偏向角を減少させて目標位置での車両方向に一致させる経路を設定する必要がある場合でも、同様に方位角変化のみに着目して基本経路（この場合は、第１基本経路と第２基本経路の２つの基本経路を有する。）を設定し、この前後または中間に直線経路を付与することで目標経路を算出するので、経路算出が簡単であり、また、精度よく経路を算出することができる。
【００１０】
これら基本経路の各々は、少なくとも、走行距離に対する旋回曲率の設定された変化速度で旋回曲率を変化させる段階から構成されていることが好ましい。舵角増大、減少段階での走行距離に対する旋回曲率変化量を一定とすると、走行距離に対する旋回曲率変化の図形は台形として表される。旋回曲率変化量の走行距離に対する積分値、つまり、この図形の面積が偏向角の変化量に合致するから、偏向角を所定量偏向するのに必要な基本経路の演算式が簡略化できる。
【００１１】
設定した目標経路を走行するよう自動的に操舵を行う自動操舵手段をさらに備えていると、経路に沿った誘導を確実に行うことができ、好ましい。
【００１２】
この目標経路の設定は、初期位置における操舵角が略０の場合に設定を行うことが好ましい。操舵角が略０の場合に設定を行うことで、経路演算における方位角以外の影響を排除することができ、演算の精度が向上し、目標位置への誘導精度が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１５】
以下、本発明に係る走行支援装置として駐車支援装置を例に説明する。図１は、本発明の実施形態である駐車支援装置１００のブロック構成図である。この駐車支援装置１００は、自動操舵装置２０を備えており、制御装置である駐車支援ＥＣＵ１により制御される。駐車支援ＥＣＵ１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成され、後述する後方カメラ３２で取得された画像を処理する画像処理部１０と、自動操舵装置の制御を行う操舵制御部１１を有している。この画像処理部１０と操舵制御部１１とは駐車支援ＥＣＵ１内でハード的に区分されていてもよいが、共通のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を用い、ソフト的に区分されていてもよい。
【００１６】
ステアリングホイール２２の動きを転舵輪２５に伝えるステアリングシャフト２１には、ステアリングシャフト２１の操舵量を検出する操舵角センサ２３と、操舵力を付与する操舵アクチュエータ２４が接続されている。ここで、操舵アクチュエータ２４は、自動操舵時に操舵力を付与するほか、運転者の操舵時にアシスト操舵力を付与するパワーステアリング装置を兼ねてもよい。操舵制御部１１は、操舵アクチュエータ２４の駆動を制御するとともに、操舵角センサ２３の出力信号が入力される。
【００１７】
また、操舵制御部１１には、操舵角センサ２３の出力のほか、各輪に配置されてその車輪速を検出する車輪速センサ４１と、車両の加速度を検出する加速度センサ４２の出力が入力されている。
【００１８】
駐車支援ＥＣＵ１の前述した画像処理部１０には、車両後部に配置されて、後方画像を取得する後方カメラ３２の出力信号である画像信号が入力されるほか、駐車支援にあたって運転者の操作入力を受け付ける入力手段３１と、運転者に対して画像により情報を表示するモニタ３４と、音声により情報を提示するスピーカー３３が接続されている。
【００１９】
次に、この駐車支援装置における支援動作を具体的に説明する。まず、支援動作の第１の制御形態について説明する。この第１の制御形態においては、図２に示されるように、道路２１０に面して設けられた車庫２２０内に、後退によって車両２００を収容する、いわゆる車庫入れ操作の支援を行う。図３は、この第１の制御形態の制御フローチャートであり、図５、図６は、この制御における支援経路の設定を説明する図である。ここで、図５が走行距離と曲率の関係として支援経路を説明する図であり、図６は、車両と目標位置の位置関係とともに経路を説明する図である。
【００２０】
図３に示される制御は、運転者が入力手段３１を操作して、駐車支援制御の開始を駐車支援ＥＣＵ１に指示してから、指示した目標駐車位置近傍へ到達するまで、あるいは、目標駐車位置へ１回の後退で到達することができないと判定されるまで、運転者が入力手段３１から支援動作をキャンセルしない限り駐車支援ＥＣＵ１により実行され続ける。
【００２１】
具体的には、運転者は、任意の駐車支援の開始位置へと車両を移動させ、モニタ３４に表示されている後方カメラ３２で撮像した後方画像中で目標位置を確認した後、入力手段３１を操作して、この駐車支援制御を開始する。目標位置がモニタ３４の表示画像中で確認できない場合には、確認可能な位置へと車両を移動させて支援をスタートさせる。以下、この駐車支援の開始位置における車両２００の基準点（以下の説明では、車両の後輪の車軸中心を基準点として説明する。もちろん、他の位置、例えば、車両の後端の中心や重心、片側の前端あるいは後端等を基準点にとってもよい。）をＡ点とし、この位置での車両を２００ａで表すものとする。
【００２２】
駐車支援ＥＣＵ１は、操舵角センサ２３の出力から操舵角δの絶対値としきい値δthとを比較する（ステップＳ１）。δがδth以下であって十分に小さいときには、舵角中立状態であると判定し、駐車支援制御への移行を許可し、ステップＳ２へと移行する。図Ｘに示されるように、中立付近では、ステアリングホイール２２、ステアリングシャフト２１の回転量である操舵角δに対して転舵輪２５の転舵量である曲率γは小さく設定されているため、このしきい値δthは、γが略０の範囲を規定しうるよう設定されていればよく、例えば、１５度程度に設定される。これに対して、舵角が中立状態でない場合には、ステップＳ４０へと移行し、スピーカ３３とモニタ３４により、運転者に対して、舵角が制御範囲から外れている旨を報知し、ステアリングホイール２２を操作して、舵角中立状態へと戻すよう促し、再びステップＳ１へと戻る。これにより、運転者が据え切り操作等によって舵角を略中立状態に戻すと駐車支援制御へと移行することができる。
【００２３】
ステップＳ２では、運転者はモニタ３４に表示されている後方カメラ３２で撮像した画像を見ながら、入力手段３１を操作することにより、画面上に表示されている駐車枠を動かして目標駐車位置へと移動させることにより目標駐車位置の設定を行う。
【００２４】
駐車支援ＥＣＵ１は、画像認識処理により目標駐車位置における車両位置２００ｇ、具体的には、基準点Ｇの位置と、その位置における車両の方向を求める（ステップＳ４）。このＧ点の位置は、例えば現在の車両位置における基準点Ａに対する相対座標として求めればよい。以下、図２に示されるように、目標位置Ｇ点を原点とし、目標位置における車両の向きをｚ軸方向にとり、これに直交する方向をｘ軸にとった座標系により説明する。以下、現在の車両の向きとｚ軸のなす角度を偏向角θと称する。また、Ａ点の位置を座標（ｘ0，ｚ0）で表す。
【００２５】
次に、現在位置（初期位置Ａ点）、現在の偏向角θ0から、偏向角θを０にする最短経路（以下、基本経路と称する。）Ｐ0を算出する（ステップＳ６）。この走行軌跡Ｐ0は、走行距離に対する旋回曲率（＝旋回半径の逆数）変化として設定される。図５（ａ）は、この基本経路Ｐ0の走行距離−旋回曲率線図を示している。
【００２６】
この最短経路Ｐ0は、舵角を増大させる過程（過程１）と、増大した状態で舵角を維持する過程（過程２）と、舵角を中立に戻す過程（過程３）の３つの過程からなり、過程１と過程３においては、走行距離に対する旋回曲率の変化量（旋回曲率の変化速度）を一定としている。この旋回曲率の変化速度は、車速が走行支援時の上限値の場合であっても、操舵アクチュエータ２４の最大操舵速度での曲率変化量を下回るように設定されている。これにより、確実に操舵が行える経路を算出しうる。このとき設定される軌跡の代表例は、まず、初期位置Ｂ点からＣ点まで旋回曲率の走行距離に対する変化速度を一定として旋回曲率を増大させていき、Ｃ点で操舵角、旋回曲率が設定最大値で、旋回半径が設定最小旋回半径（Ｒmin、曲率γmax＝１／Ｒmin）となる状態に移行する（過程１）。Ｃ点からＤ点まではこの操舵角（旋回曲率、旋回半径）を維持する（過程２）。Ｄ点からは逆に旋回曲率の走行距離に対する変化速度を一定として旋回曲率を減少させて、Ｅ点で舵角０の中立状態へと移行する（過程３）。この結果、走行軌跡Ｐは、ＣＤ間が半径Ｒminの円弧であり、ＢＣ間、ＤＥ間は、それぞれ一端が曲率１／Ｒmin、他端が曲率０のクロソイド曲線となる。
【００２７】
偏向角θが小さい場合には、円弧区間を有しない場合もありうる。ここでＢＥ間の偏向角θの変化量Δθは、以下の（１）式で表せる。
【００２８】
【数１】
ここで、γ（ｐ）は、走行距離ｐにおける曲率を表す。すなわち、偏向角の変化量Δθは、図５（ａ）に示される走行軌跡の面積Ｓ0に合致する。この面積はＢＣ間の経路長をＬ1（ＤＥ間の経路長も同じＬ1になる。）、ＣＤ間の経路長をＬ2とすると、円弧区間が存在するときは、γmax×（Ｌ1＋Ｌ2）で表せる。一方、Δθが小さい場合には、走行距離に対する曲率変化量を増大時はω、減少時は−ωで一定とした場合、その面積はＬ1×ω2で表せる。したがって、簡単な演算で経路を求めることができる。
【００２９】
次に、この基本経路Ｐ0のＸ方向、Ｚ方向のそれぞれの長さを求める（ステップＳ８）。基本経路Ｐ0のＸ方向の長さＸｆとＺ方向の長さＺｆは、以下の（２）（３）式から求めることができる。
【００３０】
【数２】
ここで、θ（ｐ）は走行距離ｐにおける偏向角である。
【００３１】
続いて、基本経路Ｐ0に直線経路を付与して目標経路Ｐ1を設定する（ステップＳ１０）。すなわち、図６に示されるように、基本経路Ｐ0の両端を延長してＡ点からＧ点へと至る経路を求める。具体的には、Ａ点から基本経路Ｐ0の始点Ｂ点へと至る直線経路の経路長をＬ0、基本経路Ｐ0の終点Ｅ点からＧ点へと至る直線経路の経路長をＬ3とすると、次の（４）（５）式が成り立つ。
【００３２】
【数３】
Ｌ0、Ｌ3以外は既知であるから、２式からＬ0、Ｌ3を簡単に求めることができる。
【００３３】
図５（ｂ）にこうして設定された目標経路Ｐ1の走行距離に対する曲率の対応を示す。図６には、この目標経路Ｐ1が描く軌跡を示している。この経路Ｐ1においては、目標経路が車両の速度、加速度に依存しない。そのため、走行時に経路に追従する制御が簡略化できる利点がある。
【００３４】
続く、ステップＳ１２では、経路が設定できたか否かを判定する。具体的には、Ｌ0、Ｌ3のいずれもが負でない。つまり、０か正であれば経路が設定できたと判断される。Ｌ0が負の場合とは、基本経路Ｐ0のＸ方向の長さＸｆが、Ａ点とＧ点とのＸ方向の距離（ｘ0）を上回る場合であり、Ｌ3が負の場合とは、基本経路Ｐ0のＺ方向の長さＺｆが、Ａ点とＧ点とのＺ方向の長さｚ0から初期直線経路のＺ軸方向の長さＬ0×ｓｉｎθを差し引いた長さを超えている場合である。Ａ点から目標位置Ｇ点に到達する経路が正しく設定できないと判定した場合には、ステップＳ５０に移行し、現在位置Ａからは目標位置Ｇ点に到達できない旨をモニタ３４やスピーカー３３を用いて運転者に報知し、処理を終了する。運転者は、必要であれば、車両２００を移動させて再度駐車支援動作を作動させればよい。
【００３５】
目標経路が設定できた場合には、ステップＳ１４に移行して、実際の支援制御を開始する。ここで、駐車支援ＥＣＵ１は、シフトレバーが後退位置に設定されたら、図示していない駆動系に対して、エンジンのトルクアップ制御を行うよう指示することが好ましい。トルクアップ制御とは、エンジンを通常のアイドル時より高い回転数で回転させることで、駆動力の高い状態（トルクアップ状態）に移行させるものである。これにより、運転者がアクセル操作を行うことなく、ブレーキペダルのみで調整できる車速範囲が拡大し、車両のコントロール性が向上する。運転者がブレーキペダルを操作すると、そのペダル開度に応じて各輪に付与される制動力を調整することで車速の調整を行う。このとき、車輪速センサ３２で検出している車速が上限車速を超えないよう各車輪に付与する制動力を制御することで上限車速のガードを行うことが好ましい。
【００３６】
誘導制御においては、まず、車両の現在位置の判定を行う（ステップＳ１４）。この現在位置判定は、後方カメラ３２で撮像している画像における特徴点の移動を基に判定することも可能であるし、車輪速センサ４１や加速度センサ４２の出力を基にした走行距離変化と操舵角センサ２３の出力を基にした舵角変化を基にして判定を行うこともできる。
【００３７】
そして、この現在位置（走行距離）を基に先に設定した走行距離−操舵角の設定経路に基づいて実際の舵角制御を行う（ステップＳ１６）。具体的には、操舵制御部１１は、操舵角センサ２３の出力を監視しながら、操舵アクチュエータ２４を制御してステアリングシャフト２１を駆動し、転舵輪２５の舵角が設定した舵角変位（曲率）に合致するよう制御する。
【００３８】
こうして設定した経路に沿った移動が行われるので、運転者は進路上の安全確認と車速調整に専念することができる。進路上に障害物や歩行者等が存在した場合は、運転者がブレーキペダルを踏み込むと、それに応じた制動力が各車輪へと付与されるので安全に減速、停止することができる。
【００３９】
舵角制御後は、現在位置が目標経路上からずれていないかを判定し、ずれが大きい場合には経路修正を要すると判定する（ステップＳ１８）。この目標経路からのずれは、目標位置と現在の位置のずれ、あるいは、目標操舵量と実際の操舵量のずれを走行距離に対して積算すること等により求めることができる。経路修正を要する場合には、ステップＳ６へと移行することで、経路を設定し直す。
【００４０】
一方、目標経路とのずれが小さい場合には、ステップＳ２０へと移行し、目標駐車位置Ｇ点近傍に到達したか否かを判定する。目標駐車位置へ到達していない場合には、ステップＳ１４へと戻ることで、支援制御を継続する。目標駐車位置へと到達したと判定された場合には、ステップＳ２２へと移行し、モニタ３４、スピーカー３３により運転者に目標駐車位置へと到達した旨を報知して処理を終了する。
【００４１】
このように、基本経路を求め、必要ならその両端またはいずれか一方に直線経路を付与することで経路設定を行うので、経路演算のアルゴリズムが単純化され、また、計算も簡略化できるので、演算負荷が小さくて済み、少ない計算機資源で容易にリアルタイムでの演算を行うことができる。また、計算に際して精度の低下もないため、目的位置へ高精度で誘導することができる。
【００４２】
次に、支援動作の第２の制御形態について説明する。この第２の制御形態は、図７に示されるように、道路２１１の脇に沿って駐車している前車両２１０と後車両２０２の間の駐車スペース２２１に自車両２００を後退によって収容する、いわゆる縦列駐車操作の支援を行うものである。図８は、この第２の制御形態の制御フローチャートであり、図９は、この制御における支援経路の設定を説明する図である。
【００４３】
この実施形態は、基準点と目標位置との関係を求めるまでの処理は、上述した第１の実施形態と同様である。まず、舵角を逆方向に転換する中間位置である切り返し点Ｍ点までの経路Ｐ52を目標駐車位置Ｇ点から逆算により求める（ステップＳ３１）。以下、この中間位置Ｍ点の位置座標を（ｘM、ｚM）で表す。この中間位置Ｍ点における偏向角θMは予め設定された値を採るものとする。ここで、計算を簡略化するため、経路Ｐ52は、中間位置Ｍ点からは、走行距離に対する曲率変化量を−ωで変化させるものとし、Ｎ点で、曲率が−γmaxに達したら、曲率を−γmaxで維持したまま目標位置Ｇ点へと至る経路であるものとする（以下、第２の基本経路と称する）。
【００４４】
ＭＮ間の経路長をＬ51、ＮＧ間の経路長をＬ52とすると、この経路Ｐ52の走行距離と曲率の関係は図９（ａ）に示されるようになる。そして、上述したようにこの走行距離−曲率曲線の面積Ｓが偏向角の変化量に合致するから、目標位置で偏向角θを０にするためには、この面積ＳがθMに合致する必要がある。したがって、以下の（６）（７）式が成立する。
【００４５】
【数４】
以上の関係からＬ51とＬ52が求まる。こうして設定される経路Ｐ52が第２の基本経路にあたる。
【００４６】
次に、こうして設定した経路Ｐ52を基にして中間地点Ｍの位置座標を求める（ステップＳ３２）。まず、Ｇ点からＮ点までは、円弧区間となるから、この部分における偏向角変動量θCは、円弧の中心角に等しい。したがって、Ｎ点の座標を（ｘN，ｚN）とすると、以下の（８）〜（１０）式が成り立つ。
【００４７】
【数５】
これらの式と先ほど求めたＬ52からＮ点の位置座標を求めることができる。さらに、Ｎ点の位置からＭ点の位置を逆算する。Ｍ点の位置関係については、以下の（１１）〜（１３）式が成立する。
【００４８】
【数６】
この式から中間地点Ｍ点の位置を算出することができる。
【００４９】
続いて、初期位置Ａ点からＭ点までの経路算出を行う。この経路算出手法は、車庫入れの経路算出手法と類似する。すなわち、まず、ステップＳ６と同様の手法により、現在の偏向角０から偏向角θMの状態に移行するための基本経路（第１の基本経路）Ｐ4を算出する（ステップＳ３３）。
【００５０】
次に、ステップＳ８と同様の手法により、この第１の基本経路Ｐ4のＸ方向、Ｚ方向のそれぞれの長さを求める（ステップＳ３４）。続いて、ステップＳ１０と同様の手法により基本経路Ｐ4に直線経路を付与してＭ点までの目標経路Ｐ51を設定する（ステップＳ３５）。図９（ｂ）はこうして設定した第１の基本経路Ｐ4の走行距離に対する曲率変化量を示したグラフである。この目標経路Ｐ51とＭ点からの目標経路Ｐ52とを組み合わせることで、Ａ点からＧ点へと至る経路Ｐ5が求まる（ステップＳ３６）。図９（ｃ）はこうして設定した経路Ｐ5を示したものである。
【００５１】
ここでは、第１の基本経路Ｐ4側に直線経路を付与する例を説明したが、第２の基本経路Ｐ52側でハンドルを中立に戻す操作を行う場合には、第２の基本経路側に直線経路を付与することもできる。また、第１の基本経路、第２の基本経路の双方に直線経路を付与することも可能である。
【００５２】
経路設定後の実際の誘導処理は、図３に示される処理と同一であることから、その説明は省略する。本制御形態によれば、第１の制御形態における車庫入れ操作の場合と同様に、縦列駐車の支援操作においても基本経路を求め、必要なら直線経路を付与して実際の誘導経路を設定することで、経路演算のアルゴリズムが単純化され、また、計算も簡略化できるので、演算負荷が小さくて済み、少ない計算機資源で容易にリアルタイムでの演算を行うことができる。また、計算に際して精度の低下もないため、目的位置へ高精度で誘導することができる。
【００５３】
次に、支援動作の第３の制御形態について説明する。この第３の制御形態は、上述した第１の制御形態と同様に、車庫入れ操作の支援を行うものである。本実施形態では、基本経路Ｐ0からの目標経路の設定方法のみが異なる。具体的には、図１０にその設定部分のフローチャートを示すように、基本経路Ｐ0に直線経路を付与して目標経路を設定するのではなく、基本経路Ｐ0を相似拡大した経路Ｐ2に直線経路を付与して目標経路Ｐ3を生成する（ステップＳ１１）。
【００５４】
図１１は設定される経路の位置関係を示す図である。相似拡大の倍率をεとし、この相似拡大経路Ｐ2の始点をＢ’、終点をＥ’で表す。そして、Ａ点からＢ’点へと至る直線経路の経路長をＬ0、Ｅ’点からＧ点へと至る直線経路の経路長をＬ3とすると、次の（１４）（１５）式が成り立つ。
【００５５】
【数７】
ここでεは、Ｚｆ／Ｘｆがｚ0／ｘ0以下のとき、つまり、基本経路Ｐ0のＺ方向とＸ方向の比が、目標経路のＺ方向とＸ方向の比に比べて小さく、横（Ｘ方向）に長い場合には、ε≦ｘ0／Ｘｆに設定すればよい。逆に基本経路が縦に長い場合には、例えば、ε＝ｘ0／Ｘｆとすると、相似拡大経路の終点が目標駐車位置Ｇ点を通過してしまうので、これより小さい値、に設定する必要がある。この場合、εの最大値は、Ｌ3を０とした時の値であり、（１４）（１５）式より
【００５６】
【数８】
となる。最大値でなく、これを下回る任意の値を用いてもよい。相似拡大係数εを設定すれば、（１４）（１５）式より各直線区間の長さを計算できる。これにより、目標経路Ｐ3を設定することができる。
【００５７】
ここで、こうして設定された目標経路Ｐ3における相似変換経路Ｐ2においては、基本経路Ｐ0において、Ａ点から走行距離ｐ離れた位置における曲率がγ（ｐ）で表されるとき、そのＡ点から走行距離εｐ離れた位置における曲率が、γ（ｐ）／εとして表される。図１２に示されるように、この相似拡大経路Ｐ2は、基本経路Ｐ0を距離方向にε倍に引き延ばすとともに、曲率方向に１／ε倍へと圧縮（旋回半径をε倍に拡大）したものである。したがって、相似変換経路Ｐ2の走行距離−曲率線図における面積は、基本経路Ｐ0の走行距離−曲率線図における面積は合致し、偏向角の変化量は同一に保たれる。
【００５８】
この相似変換によって、曲率の最大値は基本経路のγmaxから１／ε倍のγmax／εへと低下し、操舵速度ωは１／ε2に低下させることができるので、操舵アクチュエータ２４の負荷を減らすことができ、操舵制御の制御性が向上する。
【００５９】
ここでは、車庫入れについて基本経路を相似変換する例を説明したが、縦列駐車の場合も同様に基本経路を相似変換することが可能である。この場合、基本経路が第１の基本経路と第２の基本経路２つあることになる。その相似拡大は、それぞれの基本経路を同じ倍率で相似拡大してもいいが、それぞれの基本経路を異なる倍率で相似拡大してもよく、さらには、一方の基本経路はそのまま維持して他方の基本経路のみを相似拡大してもよい。ところで、縦列駐車の場合、切り返し点以降の経路のＺ方向の長さは、前車両２０１に接触しないよう前車両２０１と後車両２０２との間隔に比べてできるだけ短くすることが好ましい。そのため、基本経路の相似拡大は、第１の基本経路の相似拡大を優先して行うことが好ましい。
【００６０】
ここでは、初期操舵角（旋回曲率）が略０の場合に、経路を設定し、初期操舵角（旋回曲率）が大きい場合には、経路設定を行わない例を説明したが、初期操舵角が大きい場合には、初期操舵角を略０とする据え切り操作を運転者に指示するようにしてもよい。このようにすれば、初期操舵角が略０でない場合であっても、支援制御を中止することなく、そのまま継続することができるため、操作性が向上する。
【００６１】
なお、基本経路は、演算によって求めてもよいが、駐車支援ＥＣＵ１内に、偏向角θに対して状態量をマップ形式で保持しておいてもよい。このようにすると、駐車支援ＥＣＵ１の演算能力を高くする必要がなく、また、経路の算出をより高速で行うことができる。
【００６２】
以上の説明では、自動操舵機能を有する駐車支援装置における実施例を説明してきたが、操舵を自動的に行う技術だけでなく、運転者に対して適切な操舵量を指示する操舵ガイダンスを行う技術においても同様に用いることができる。また、駐車支援装置に限らず、経路に応じた移動を誘導する走行支援装置、レーンキープシステム等にも適用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車両の向きを目標の向きに一致させるための基本経路を求め、この基本経路に必要ならば直線経路を付与することで目標経路を算出することで、目標経路を算出するため、目標経路算出のアルゴリズムが簡略化され、演算能力の高くない車載演算装置においてもリアルタイムで経路演算を行うことができる。
【００６４】
さらに、基本経路を相似拡大して目標経路設定を行えば、誘導時の操舵速度を小さくすることができるため、操舵負荷を抑制することができるので、目標位置への誘導精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である駐車支援装置１００のブロック構成図である。
【図２】図１の装置の第１の制御形態における駐車支援である車庫入れ操作を説明する図である。
【図３】図１の装置における第１の制御形態の制御を示すフローチャートである。
【図４】図１の装置における操舵角δと旋回曲率γの関係を示す図である。
【図５】図３の制御形態で設定される支援経路を走行距離と曲率の関係として説明する図である。
【図６】図３の制御形態で設定される支援経路を車両と目標位置の位置関係とともに説明する図である。
【図７】図１の装置の第２の制御形態における駐車支援である縦列駐車操作を説明する図である。
【図８】図１の装置における第２の制御形態の制御を示すフローチャートである。
【図９】図８の制御形態で設定される支援経路を走行距離と曲率の関係として説明する図である。
【図１０】図１の装置における第３の制御形態の特徴部分を示すフローチャートである。
【図１１】図１０の制御形態により設定される経路の位置関係を示す図である。
【図１２】図１０の制御形態により設定される経路を走行距離と曲率の関係として説明する図である。
【符号の説明】
１…駐車支援ＥＣＵ、１０…画像処理部、１１…操舵制御部、２０…自動操舵装置、３１…入力手段、３２…後方カメラ、３３…スピーカー、３４…モニタ、４１…車輪速センサ、４２…加速度センサ、２４…操舵アクチュエータ、２２…ステアリングホイール、２１…ステアリングシャフト、２３…操舵角センサ、１００…駐車支援装置、２００…車両、２０１…前車両、２０２…後車両、２１０、２１１…道路、２２０…車庫、２２１…駐車スペース。
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標位置への走行経路を求めて、この経路に沿って車両が走行するよう、その走行を支援する車両用走行支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動操舵や操舵指示を用いて、車両を目標位置へと誘導する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。目標位置へ車両を的確に誘導するとともに、その目標位置における車両の方位角を目標方位角に合致させるため、３つの基本となる軌道パターンを用意し、位置、方位角、曲率の誤差を補償するために３次方程式を解き、求めた解を用いて、これらの軌道パターンを相似変換することで目標軌道を設定するものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２９７９３５号公報（段落００５４〜００６８、図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この手法では３次方程式を解く必要があり、複素数を含む演算を行うことになるため、演算負荷が大きくなり、リアルタイムで計算を行うのは、既存の車載の演算装置では困難である。演算能力の高い演算装置を利用することはコストアップにつながり、好ましくない。
【０００５】
そこで本発明は、車載の演算装置でのリアルタイムでの経路演算に適したアルゴリズムにより経路計算を行う車両用走行支援装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る車両用走行支援装置は、目標位置へ至る経路を算出して、該経路に沿って車両を誘導する車両用走行支援装置において、目標位置における車両の向きに対する現在の車両の向きである偏向角の初期位置における角度である初期偏向角を求める偏向角検出手段と、走行距離に応じて所定の条件で操舵を行うことにより、初期偏向角から偏向角０の状態へと移行する基本経路を走行距離と操舵角または旋回曲率の対応として求める基本経路算出手段と、目標位置における車両方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とするとき、任意の係数倍した基本経路のＺ方向の長さが初期位置と目標位置とのＺ方向の距離以下となり、かつ任意の係数倍した基本経路のＸ方向の長さが初期位置と目標位置とのＸ方向の距離以下となるように、任意の係数により基本経路を相似拡大し、相似拡大後の基本経路のＺ方向の長さが初期位置と目標位置とのＺ方向の距離未満である場合、及び相似拡大後の基本経路のＸ方向の長さが初期位置と目標位置とのＸ方向の距離未満である場合の少なくともいずれかであるときは、相似拡大後の基本経路の前後の少なくとも一方に直線経路を付与して初期位置から目標位置へと至る目標経路を算出する目標経路算出手段と、を備えているものである。
【０００７】
現在の車両の向きから所定の条件で操舵を行って目標位置における車両の向きと一致させる基本経路は、方位角のみに着目しているため、比較的簡単な演算で経路を求めることができる。こうして設定した経路に直線経路を付与して目標経路を算出するので、経路算出が簡単であり、また、精度よく経路を算出することができる。また、基本経路を相似拡大すると、経路全体で変更される偏向角は元の基本経路と同一となるが、操舵速度を遅くすることができるため、自動操舵装置への負荷を低減することができ、また、操舵遅れの発生も抑制されるので、目標位置への誘導精度がさらに向上する。
【０００８】
あるいは本発明に係る車両用走行支援装置は、目標位置へ至る経路を算出して、該経路に沿って車両を誘導する車両用走行支援装置において、目標位置における車両の向きに対する現在の車両の向きである偏向角の初期位置における角度である初期偏向角を求める偏向角検出手段と、走行距離に応じて所定の条件で操舵を行うことにより、初期偏向角から所定の偏向角へと移行する第１の基本経路を走行距離と操舵角または旋回曲率の対応として求める第１基本経路算出手段と、走行距離に応じて所定の条件で操舵を行うことにより、所定の偏向角から偏向角０の状態へと移行する第２の基本経路を走行距離と操舵角または旋回曲率の対応として求める第２基本経路算出手段と、目標位置における車両方向をＺ方向、Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とするとき、任意の第１の係数倍した第１基本経路と任意の第２の係数倍した第２基本経路とのＺ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＺ方向の距離以下となり、かつ任意の第１の係数倍した第１基本経路と任意の第２の係数倍した第２基本経路とのＸ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＸ方向の距離以下となるように、任意の第１の係数により第１基本経路を相似拡大し、任意の第２の係数により第２基本経路を相似拡大し、相似拡大後の第１基本経路と第２基本経路とのＺ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＺ方向の距離未満である場合、及び相似拡大後の第１基本経路と第２基本経路とのＸ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＸ方向の距離未満である場合の少なくともいずれかであるときは、相似拡大後の第１基本経路と第２基本経路の中間及び前後の少なくともいずれか一箇所に直線経路を付与して初期位置から目標位置へと至る目標経路を算出する目標経路算出手段と、を備えているものである。
【０００９】
この手法によれば、縦列駐車のように経路の途中まで偏向角を増大させ、その後偏向角を減少させて目標位置での車両方向に一致させる経路を設定する必要がある場合でも、同様に方位角変化のみに着目して基本経路（この場合は、第１基本経路と第２基本経路の２つの基本経路を有する。）を設定し、この前後または中間に直線経路を付与することで目標経路を算出するので、経路算出が簡単であり、また、精度よく経路を算出することができる。
【００１０】
これら基本経路の各々は、少なくとも、走行距離に対する旋回曲率の設定された変化速度で旋回曲率を変化させる段階から構成されていることが好ましい。舵角増大、減少段階での走行距離に対する旋回曲率変化量を一定とすると、走行距離に対する旋回曲率変化の図形は台形として表される。旋回曲率変化量の走行距離に対する積分値、つまり、この図形の面積が偏向角の変化量に合致するから、偏向角を所定量偏向するのに必要な基本経路の演算式が簡略化できる。
【００１１】
設定した目標経路を走行するよう自動的に操舵を行う自動操舵手段をさらに備えていると、経路に沿った誘導を確実に行うことができ、好ましい。
【００１２】
この目標経路の設定は、初期位置における操舵角が略０の場合に設定を行うことが好ましい。操舵角が略０の場合に設定を行うことで、経路演算における方位角以外の影響を排除することができ、演算の精度が向上し、目標位置への誘導精度が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１５】
以下、本発明に係る走行支援装置として駐車支援装置を例に説明する。図１は、本発明の実施形態である駐車支援装置１００のブロック構成図である。この駐車支援装置１００は、自動操舵装置２０を備えており、制御装置である駐車支援ＥＣＵ１により制御される。駐車支援ＥＣＵ１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成され、後述する後方カメラ３２で取得された画像を処理する画像処理部１０と、自動操舵装置の制御を行う操舵制御部１１を有している。この画像処理部１０と操舵制御部１１とは駐車支援ＥＣＵ１内でハード的に区分されていてもよいが、共通のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を用い、ソフト的に区分されていてもよい。
【００１６】
ステアリングホイール２２の動きを転舵輪２５に伝えるステアリングシャフト２１には、ステアリングシャフト２１の操舵量を検出する操舵角センサ２３と、操舵力を付与する操舵アクチュエータ２４が接続されている。ここで、操舵アクチュエータ２４は、自動操舵時に操舵力を付与するほか、運転者の操舵時にアシスト操舵力を付与するパワーステアリング装置を兼ねてもよい。操舵制御部１１は、操舵アクチュエータ２４の駆動を制御するとともに、操舵角センサ２３の出力信号が入力される。
【００１７】
また、操舵制御部１１には、操舵角センサ２３の出力のほか、各輪に配置されてその車輪速を検出する車輪速センサ４１と、車両の加速度を検出する加速度センサ４２の出力が入力されている。
【００１８】
駐車支援ＥＣＵ１の前述した画像処理部１０には、車両後部に配置されて、後方画像を取得する後方カメラ３２の出力信号である画像信号が入力されるほか、駐車支援にあたって運転者の操作入力を受け付ける入力手段３１と、運転者に対して画像により情報を表示するモニタ３４と、音声により情報を提示するスピーカー３３が接続されている。
【００１９】
次に、この駐車支援装置における支援動作を具体的に説明する。まず、支援動作の第１の制御形態について説明する。この第１の制御形態においては、図２に示されるように、道路２１０に面して設けられた車庫２２０内に、後退によって車両２００を収容する、いわゆる車庫入れ操作の支援を行う。図３は、この第１の制御形態の制御フローチャートであり、図５、図６は、この制御における支援経路の設定を説明する図である。ここで、図５が走行距離と曲率の関係として支援経路を説明する図であり、図６は、車両と目標位置の位置関係とともに経路を説明する図である。
【００２０】
図３に示される制御は、運転者が入力手段３１を操作して、駐車支援制御の開始を駐車支援ＥＣＵ１に指示してから、指示した目標駐車位置近傍へ到達するまで、あるいは、目標駐車位置へ１回の後退で到達することができないと判定されるまで、運転者が入力手段３１から支援動作をキャンセルしない限り駐車支援ＥＣＵ１により実行され続ける。
【００２１】
具体的には、運転者は、任意の駐車支援の開始位置へと車両を移動させ、モニタ３４に表示されている後方カメラ３２で撮像した後方画像中で目標位置を確認した後、入力手段３１を操作して、この駐車支援制御を開始する。目標位置がモニタ３４の表示画像中で確認できない場合には、確認可能な位置へと車両を移動させて支援をスタートさせる。以下、この駐車支援の開始位置における車両２００の基準点（以下の説明では、車両の後輪の車軸中心を基準点として説明する。もちろん、他の位置、例えば、車両の後端の中心や重心、片側の前端あるいは後端等を基準点にとってもよい。）をＡ点とし、この位置での車両を２００ａで表すものとする。
【００２２】
駐車支援ＥＣＵ１は、操舵角センサ２３の出力から操舵角δの絶対値としきい値δthとを比較する（ステップＳ１）。δがδth以下であって十分に小さいときには、舵角中立状態であると判定し、駐車支援制御への移行を許可し、ステップＳ２へと移行する。図Ｘに示されるように、中立付近では、ステアリングホイール２２、ステアリングシャフト２１の回転量である操舵角δに対して転舵輪２５の転舵量である曲率γは小さく設定されているため、このしきい値δthは、γが略０の範囲を規定しうるよう設定されていればよく、例えば、１５度程度に設定される。これに対して、舵角が中立状態でない場合には、ステップＳ４０へと移行し、スピーカ３３とモニタ３４により、運転者に対して、舵角が制御範囲から外れている旨を報知し、ステアリングホイール２２を操作して、舵角中立状態へと戻すよう促し、再びステップＳ１へと戻る。これにより、運転者が据え切り操作等によって舵角を略中立状態に戻すと駐車支援制御へと移行することができる。
【００２３】
ステップＳ２では、運転者はモニタ３４に表示されている後方カメラ３２で撮像した画像を見ながら、入力手段３１を操作することにより、画面上に表示されている駐車枠を動かして目標駐車位置へと移動させることにより目標駐車位置の設定を行う。
【００２４】
駐車支援ＥＣＵ１は、画像認識処理により目標駐車位置における車両位置２００ｇ、具体的には、基準点Ｇの位置と、その位置における車両の方向を求める（ステップＳ４）。このＧ点の位置は、例えば現在の車両位置における基準点Ａに対する相対座標として求めればよい。以下、図２に示されるように、目標位置Ｇ点を原点とし、目標位置における車両の向きをｚ軸方向にとり、これに直交する方向をｘ軸にとった座標系により説明する。以下、現在の車両の向きとｚ軸のなす角度を偏向角θと称する。また、Ａ点の位置を座標（ｘ0，ｚ0）で表す。
【００２５】
次に、現在位置（初期位置Ａ点）、現在の偏向角θ0から、偏向角θを０にする最短経路（以下、基本経路と称する。）Ｐ0を算出する（ステップＳ６）。この走行軌跡Ｐ0は、走行距離に対する旋回曲率（＝旋回半径の逆数）変化として設定される。図５（ａ）は、この基本経路Ｐ0の走行距離−旋回曲率線図を示している。
【００２６】
この最短経路Ｐ0は、舵角を増大させる過程（過程１）と、増大した状態で舵角を維持する過程（過程２）と、舵角を中立に戻す過程（過程３）の３つの過程からなり、過程１と過程３においては、走行距離に対する旋回曲率の変化量（旋回曲率の変化速度）を一定としている。この旋回曲率の変化速度は、車速が走行支援時の上限値の場合であっても、操舵アクチュエータ２４の最大操舵速度での曲率変化量を下回るように設定されている。これにより、確実に操舵が行える経路を算出しうる。このとき設定される軌跡の代表例は、まず、初期位置Ｂ点からＣ点まで旋回曲率の走行距離に対する変化速度を一定として旋回曲率を増大させていき、Ｃ点で操舵角、旋回曲率が設定最大値で、旋回半径が設定最小旋回半径（Ｒmin、曲率γmax＝１／Ｒmin）となる状態に移行する（過程１）。Ｃ点からＤ点まではこの操舵角（旋回曲率、旋回半径）を維持する（過程２）。Ｄ点からは逆に旋回曲率の走行距離に対する変化速度を一定として旋回曲率を減少させて、Ｅ点で舵角０の中立状態へと移行する（過程３）。この結果、走行軌跡Ｐは、ＣＤ間が半径Ｒminの円弧であり、ＢＣ間、ＤＥ間は、それぞれ一端が曲率１／Ｒmin、他端が曲率０のクロソイド曲線となる。
【００２７】
偏向角θが小さい場合には、円弧区間を有しない場合もありうる。ここでＢＥ間の偏向角θの変化量Δθは、以下の（１）式で表せる。
【００２８】
【数１】
【００２９】
次に、この基本経路Ｐ0のＸ方向、Ｚ方向のそれぞれの長さを求める（ステップＳ８）。基本経路Ｐ0のＸ方向の長さＸｆとＺ方向の長さＺｆは、以下の（２）（３）式から求めることができる。
【００３０】
【数２】
【００３１】
続いて、基本経路Ｐ0に直線経路を付与して目標経路Ｐ1を設定する（ステップＳ１０）。すなわち、図６に示されるように、基本経路Ｐ0の両端を延長してＡ点からＧ点へと至る経路を求める。具体的には、Ａ点から基本経路Ｐ0の始点Ｂ点へと至る直線経路の経路長をＬ0、基本経路Ｐ0の終点Ｅ点からＧ点へと至る直線経路の経路長をＬ3とすると、次の（４）（５）式が成り立つ。
【００３２】
【数３】
【００３３】
図５（ｂ）にこうして設定された目標経路Ｐ1の走行距離に対する曲率の対応を示す。図６には、この目標経路Ｐ1が描く軌跡を示している。この経路Ｐ1においては、目標経路が車両の速度、加速度に依存しない。そのため、走行時に経路に追従する制御が簡略化できる利点がある。
【００３４】
続く、ステップＳ１２では、経路が設定できたか否かを判定する。具体的には、Ｌ0、Ｌ3のいずれもが負でない。つまり、０か正であれば経路が設定できたと判断される。Ｌ0が負の場合とは、基本経路Ｐ0のＸ方向の長さＸｆが、Ａ点とＧ点とのＸ方向の距離（ｘ0）を上回る場合であり、Ｌ3が負の場合とは、基本経路Ｐ0のＺ方向の長さＺｆが、Ａ点とＧ点とのＺ方向の長さｚ0から初期直線経路のＺ軸方向の長さＬ0×ｓｉｎθを差し引いた長さを超えている場合である。Ａ点から目標位置Ｇ点に到達する経路が正しく設定できないと判定した場合には、ステップＳ５０に移行し、現在位置Ａからは目標位置Ｇ点に到達できない旨をモニタ３４やスピーカー３３を用いて運転者に報知し、処理を終了する。運転者は、必要であれば、車両２００を移動させて再度駐車支援動作を作動させればよい。
【００３５】
目標経路が設定できた場合には、ステップＳ１４に移行して、実際の支援制御を開始する。ここで、駐車支援ＥＣＵ１は、シフトレバーが後退位置に設定されたら、図示していない駆動系に対して、エンジンのトルクアップ制御を行うよう指示することが好ましい。トルクアップ制御とは、エンジンを通常のアイドル時より高い回転数で回転させることで、駆動力の高い状態（トルクアップ状態）に移行させるものである。これにより、運転者がアクセル操作を行うことなく、ブレーキペダルのみで調整できる車速範囲が拡大し、車両のコントロール性が向上する。運転者がブレーキペダルを操作すると、そのペダル開度に応じて各輪に付与される制動力を調整することで車速の調整を行う。このとき、車輪速センサ３２で検出している車速が上限車速を超えないよう各車輪に付与する制動力を制御することで上限車速のガードを行うことが好ましい。
【００３６】
誘導制御においては、まず、車両の現在位置の判定を行う（ステップＳ１４）。この現在位置判定は、後方カメラ３２で撮像している画像における特徴点の移動を基に判定することも可能であるし、車輪速センサ４１や加速度センサ４２の出力を基にした走行距離変化と操舵角センサ２３の出力を基にした舵角変化を基にして判定を行うこともできる。
【００３７】
そして、この現在位置（走行距離）を基に先に設定した走行距離−操舵角の設定経路に基づいて実際の舵角制御を行う（ステップＳ１６）。具体的には、操舵制御部１１は、操舵角センサ２３の出力を監視しながら、操舵アクチュエータ２４を制御してステアリングシャフト２１を駆動し、転舵輪２５の舵角が設定した舵角変位（曲率）に合致するよう制御する。
【００３８】
こうして設定した経路に沿った移動が行われるので、運転者は進路上の安全確認と車速調整に専念することができる。進路上に障害物や歩行者等が存在した場合は、運転者がブレーキペダルを踏み込むと、それに応じた制動力が各車輪へと付与されるので安全に減速、停止することができる。
【００３９】
舵角制御後は、現在位置が目標経路上からずれていないかを判定し、ずれが大きい場合には経路修正を要すると判定する（ステップＳ１８）。この目標経路からのずれは、目標位置と現在の位置のずれ、あるいは、目標操舵量と実際の操舵量のずれを走行距離に対して積算すること等により求めることができる。経路修正を要する場合には、ステップＳ６へと移行することで、経路を設定し直す。
【００４０】
一方、目標経路とのずれが小さい場合には、ステップＳ２０へと移行し、目標駐車位置Ｇ点近傍に到達したか否かを判定する。目標駐車位置へ到達していない場合には、ステップＳ１４へと戻ることで、支援制御を継続する。目標駐車位置へと到達したと判定された場合には、ステップＳ２２へと移行し、モニタ３４、スピーカー３３により運転者に目標駐車位置へと到達した旨を報知して処理を終了する。
【００４１】
このように、基本経路を求め、必要ならその両端またはいずれか一方に直線経路を付与することで経路設定を行うので、経路演算のアルゴリズムが単純化され、また、計算も簡略化できるので、演算負荷が小さくて済み、少ない計算機資源で容易にリアルタイムでの演算を行うことができる。また、計算に際して精度の低下もないため、目的位置へ高精度で誘導することができる。
【００４２】
次に、支援動作の第２の制御形態について説明する。この第２の制御形態は、図７に示されるように、道路２１１の脇に沿って駐車している前車両２１０と後車両２０２の間の駐車スペース２２１に自車両２００を後退によって収容する、いわゆる縦列駐車操作の支援を行うものである。図８は、この第２の制御形態の制御フローチャートであり、図９は、この制御における支援経路の設定を説明する図である。
【００４３】
この実施形態は、基準点と目標位置との関係を求めるまでの処理は、上述した第１の実施形態と同様である。まず、舵角を逆方向に転換する中間位置である切り返し点Ｍ点までの経路Ｐ52を目標駐車位置Ｇ点から逆算により求める（ステップＳ３１）。以下、この中間位置Ｍ点の位置座標を（ｘM、ｚM）で表す。この中間位置Ｍ点における偏向角θMは予め設定された値を採るものとする。ここで、計算を簡略化するため、経路Ｐ52は、中間位置Ｍ点からは、走行距離に対する曲率変化量を−ωで変化させるものとし、Ｎ点で、曲率が−γmaxに達したら、曲率を−γmaxで維持したまま目標位置Ｇ点へと至る経路であるものとする（以下、第２の基本経路と称する）。
【００４４】
ＭＮ間の経路長をＬ51、ＮＧ間の経路長をＬ52とすると、この経路Ｐ52の走行距離と曲率の関係は図９（ａ）に示されるようになる。そして、上述したようにこの走行距離−曲率曲線の面積Ｓが偏向角の変化量に合致するから、目標位置で偏向角θを０にするためには、この面積ＳがθMに合致する必要がある。したがって、以下の（６）（７）式が成立する。
【００４５】
【数４】
【００４６】
次に、こうして設定した経路Ｐ52を基にして中間地点Ｍの位置座標を求める（ステップＳ３２）。まず、Ｇ点からＮ点までは、円弧区間となるから、この部分における偏向角変動量θCは、円弧の中心角に等しい。したがって、Ｎ点の座標を（ｘN，ｚN）とすると、以下の（８）〜（１０）式が成り立つ。
【００４７】
【数５】
【００４８】
【数６】
【００４９】
続いて、初期位置Ａ点からＭ点までの経路算出を行う。この経路算出手法は、車庫入れの経路算出手法と類似する。すなわち、まず、ステップＳ６と同様の手法により、現在の偏向角０から偏向角θMの状態に移行するための基本経路（第１の基本経路）Ｐ4を算出する（ステップＳ３３）。
【００５０】
次に、ステップＳ８と同様の手法により、この第１の基本経路Ｐ4のＸ方向、Ｚ方向のそれぞれの長さを求める（ステップＳ３４）。続いて、ステップＳ１０と同様の手法により基本経路Ｐ4に直線経路を付与してＭ点までの目標経路Ｐ51を設定する（ステップＳ３５）。図９（ｂ）はこうして設定した第１の基本経路Ｐ4の走行距離に対する曲率変化量を示したグラフである。この目標経路Ｐ51とＭ点からの目標経路Ｐ52とを組み合わせることで、Ａ点からＧ点へと至る経路Ｐ5が求まる（ステップＳ３６）。図９（ｃ）はこうして設定した経路Ｐ5を示したものである。
【００５１】
ここでは、第１の基本経路Ｐ4側に直線経路を付与する例を説明したが、第２の基本経路Ｐ52側でハンドルを中立に戻す操作を行う場合には、第２の基本経路側に直線経路を付与することもできる。また、第１の基本経路、第２の基本経路の双方に直線経路を付与することも可能である。
【００５２】
経路設定後の実際の誘導処理は、図３に示される処理と同一であることから、その説明は省略する。本制御形態によれば、第１の制御形態における車庫入れ操作の場合と同様に、縦列駐車の支援操作においても基本経路を求め、必要なら直線経路を付与して実際の誘導経路を設定することで、経路演算のアルゴリズムが単純化され、また、計算も簡略化できるので、演算負荷が小さくて済み、少ない計算機資源で容易にリアルタイムでの演算を行うことができる。また、計算に際して精度の低下もないため、目的位置へ高精度で誘導することができる。
【００５３】
次に、支援動作の第３の制御形態について説明する。この第３の制御形態は、上述した第１の制御形態と同様に、車庫入れ操作の支援を行うものである。本実施形態では、基本経路Ｐ0からの目標経路の設定方法のみが異なる。具体的には、図１０にその設定部分のフローチャートを示すように、基本経路Ｐ0に直線経路を付与して目標経路を設定するのではなく、基本経路Ｐ0を相似拡大した経路Ｐ2に直線経路を付与して目標経路Ｐ3を生成する（ステップＳ１１）。
【００５４】
図１１は設定される経路の位置関係を示す図である。相似拡大の倍率をεとし、この相似拡大経路Ｐ2の始点をＢ’、終点をＥ’で表す。そして、Ａ点からＢ’点へと至る直線経路の経路長をＬ0、Ｅ’点からＧ点へと至る直線経路の経路長をＬ3とすると、次の（１４）（１５）式が成り立つ。
【００５５】
【数７】
【００５６】
【数８】
【００５７】
ここで、こうして設定された目標経路Ｐ3における相似変換経路Ｐ2においては、基本経路Ｐ0において、Ａ点から走行距離ｐ離れた位置における曲率がγ（ｐ）で表されるとき、そのＡ点から走行距離εｐ離れた位置における曲率が、γ（ｐ）／εとして表される。図１２に示されるように、この相似拡大経路Ｐ2は、基本経路Ｐ0を距離方向にε倍に引き延ばすとともに、曲率方向に１／ε倍へと圧縮（旋回半径をε倍に拡大）したものである。したがって、相似変換経路Ｐ2の走行距離−曲率線図における面積は、基本経路Ｐ0の走行距離−曲率線図における面積は合致し、偏向角の変化量は同一に保たれる。
【００５８】
この相似変換によって、曲率の最大値は基本経路のγmaxから１／ε倍のγmax／εへと低下し、操舵速度ωは１／ε2に低下させることができるので、操舵アクチュエータ２４の負荷を減らすことができ、操舵制御の制御性が向上する。
【００５９】
ここでは、車庫入れについて基本経路を相似変換する例を説明したが、縦列駐車の場合も同様に基本経路を相似変換することが可能である。この場合、基本経路が第１の基本経路と第２の基本経路２つあることになる。その相似拡大は、それぞれの基本経路を同じ倍率で相似拡大してもいいが、それぞれの基本経路を異なる倍率で相似拡大してもよく、さらには、一方の基本経路はそのまま維持して他方の基本経路のみを相似拡大してもよい。ところで、縦列駐車の場合、切り返し点以降の経路のＺ方向の長さは、前車両２０１に接触しないよう前車両２０１と後車両２０２との間隔に比べてできるだけ短くすることが好ましい。そのため、基本経路の相似拡大は、第１の基本経路の相似拡大を優先して行うことが好ましい。
【００６０】
ここでは、初期操舵角（旋回曲率）が略０の場合に、経路を設定し、初期操舵角（旋回曲率）が大きい場合には、経路設定を行わない例を説明したが、初期操舵角が大きい場合には、初期操舵角を略０とする据え切り操作を運転者に指示するようにしてもよい。このようにすれば、初期操舵角が略０でない場合であっても、支援制御を中止することなく、そのまま継続することができるため、操作性が向上する。
【００６１】
なお、基本経路は、演算によって求めてもよいが、駐車支援ＥＣＵ１内に、偏向角θに対して状態量をマップ形式で保持しておいてもよい。このようにすると、駐車支援ＥＣＵ１の演算能力を高くする必要がなく、また、経路の算出をより高速で行うことができる。
【００６２】
以上の説明では、自動操舵機能を有する駐車支援装置における実施例を説明してきたが、操舵を自動的に行う技術だけでなく、運転者に対して適切な操舵量を指示する操舵ガイダンスを行う技術においても同様に用いることができる。また、駐車支援装置に限らず、経路に応じた移動を誘導する走行支援装置、レーンキープシステム等にも適用可能である。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車両の向きを目標の向きに一致させるための基本経路を求め、この基本経路に必要ならば直線経路を付与することで目標経路を算出することで、目標経路を算出するため、目標経路算出のアルゴリズムが簡略化され、演算能力の高くない車載演算装置においてもリアルタイムで経路演算を行うことができる。
【００６４】
さらに、基本経路を相似拡大して目標経路設定を行えば、誘導時の操舵速度を小さくすることができるため、操舵負荷を抑制することができるので、目標位置への誘導精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である駐車支援装置１００のブロック構成図である。
【図２】図１の装置の第１の制御形態における駐車支援である車庫入れ操作を説明する図である。
【図３】図１の装置における第１の制御形態の制御を示すフローチャートである。
【図４】図１の装置における操舵角δと旋回曲率γの関係を示す図である。
【図５】図３の制御形態で設定される支援経路を走行距離と曲率の関係として説明する図である。
【図６】図３の制御形態で設定される支援経路を車両と目標位置の位置関係とともに説明する図である。
【図７】図１の装置の第２の制御形態における駐車支援である縦列駐車操作を説明する図である。
【図８】図１の装置における第２の制御形態の制御を示すフローチャートである。
【図９】図８の制御形態で設定される支援経路を走行距離と曲率の関係として説明する図である。
【図１０】図１の装置における第３の制御形態の特徴部分を示すフローチャートである。
【図１１】図１０の制御形態により設定される経路の位置関係を示す図である。
【図１２】図１０の制御形態により設定される経路を走行距離と曲率の関係として説明する図である。
【符号の説明】
１…駐車支援ＥＣＵ、１０…画像処理部、１１…操舵制御部、２０…自動操舵装置、３１…入力手段、３２…後方カメラ、３３…スピーカー、３４…モニタ、４１…車輪速センサ、４２…加速度センサ、２４…操舵アクチュエータ、２２…ステアリングホイール、２１…ステアリングシャフト、２３…操舵角センサ、１００…駐車支援装置、２００…車両、２０１…前車両、２０２…後車両、２１０、２１１…道路、２２０…車庫、２２１…駐車スペース。
Claims (5)
- 目標位置へ至る経路を算出して、該経路に沿って車両を誘導する車両用走行支援装置において、
目標位置における車両の向きに対する現在の車両の向きである偏向角の初期位置における角度である初期偏向角を求める偏向角検出手段と、
走行距離に応じて所定の条件で操舵を行うことにより、初期偏向角から偏向角０の状態へと移行する基本経路を走行距離と操舵角または旋回曲率の対応として求める基本経路算出手段と、
目標位置における車両方向をＺ方向、前記Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とするとき、
任意の係数倍した前記基本経路のＺ方向の長さが初期位置と目標位置とのＺ方向の距離以下となり、かつ前記任意の係数倍した前記基本経路のＸ方向の長さが初期位置と目標位置とのＸ方向の距離以下となるように、前記任意の係数により前記基本経路を相似拡大し、
相似拡大後の前記基本経路のＺ方向の長さが初期位置と目標位置とのＺ方向の距離未満である場合、及び前記相似拡大後の前記基本経路のＸ方向の長さが初期位置と目標位置とのＸ方向の距離未満である場合の少なくともいずれかであるときは、相似拡大後の基本経路の前後の少なくとも一方に直線経路を付与して初期位置から目標位置へと至る目標経路を算出する目標経路算出手段と、
を備えていることを特徴とする車両用走行支援装置。 - 目標位置へ至る経路を算出して、該経路に沿って車両を誘導する車両用走行支援装置において、
目標位置における車両の向きに対する現在の車両の向きである偏向角の初期位置における角度である初期偏向角を求める偏向角検出手段と、
走行距離に応じて所定の条件で操舵を行うことにより、初期偏向角から所定の偏向角へと移行する第１の基本経路を走行距離と操舵角または旋回曲率の対応として求める第１基本経路算出手段と、
走行距離に応じて所定の条件で操舵を行うことにより、前記所定の偏向角から偏向角０の状態へと移行する第２の基本経路を走行距離と操舵角または旋回曲率の対応として求める第２基本経路算出手段と、
目標位置における車両方向をＺ方向、前記Ｚ方向に直交する方向をＸ方向とするとき、
任意の第１の係数倍した前記第１基本経路と任意の第２の係数倍した前記第２基本経路とのＺ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＺ方向の距離以下となり、かつ前記任意の第１の係数倍した前記第１基本経路と前記任意の第２の係数倍した前記第２基本経路とのＸ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＸ方向の距離以下となるように、前記任意の第１の係数により前記第１基本経路を相似拡大し、前記任意の第２の係数により前記第２基本経路を相似拡大し、
相似拡大後の前記第１基本経路と前記第２基本経路とのＺ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＺ方向の距離未満である場合、及び相似拡大後の前記第１基本経路と前記第２基本経路とのＸ方向の長さの和が初期位置と目標位置とのＸ方向の距離未満である場合の少なくともいずれかであるときは、相似拡大後の前記第１基本経路と前記第２基本経路の中間及び前後の少なくともいずれか一箇所に直線経路を付与して初期位置から目標位置へと至る目標経路を算出する目標経路算出手段と、
を備えていることを特徴とする車両用走行支援装置。 - 前記基本経路の各々は、少なくとも、走行距離に対する旋回曲率の設定された変化速度で旋回曲率を変化させる段階から構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の車両用走行支援装置。
- 設定した目標経路を走行するよう自動的に操舵を行う自動操舵手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両用走行支援装置。
- 前記目標経路の設定は、初期位置における操舵角が０の場合に設定を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両用走行支援装置。
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