JP4759878B2

JP4759878B2 - 車両用駐車支援装置

Info

Publication number: JP4759878B2
Application number: JP2001244202A
Authority: JP
Inventors: 逸朗村本; 崇猪野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-08-10
Also published as: JP2003054341A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駐車場へ駐車しようとする際にドライバが的確な運転操作を簡単に行うことができるようにドライバへ車両周辺の状況を勘案して最適な目標軌道情報を提供するようにした駐車支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に搭載したＣＣＤカメラで捉えた車両周囲の画像を利用し、駐車時にドライバの運転操作を支援するものとして、たとえば特開平２０００−７２０１８号公報に記載のものが知られている。
この技術においては、車体の左右側面と後方に設置されたカメラにより得られた周囲の画像を画像処理して車庫枠の白線に対する車両の位置、姿勢および走路幅を算出し、これら車庫枠の白線に対する車両の位置、姿勢および道路幅から車庫に入庫するための目標軌道を計算する。この目標軌道は、ステアリング操作やシフト操作の回数を最小とするように、回転半径と直線からなる軌道で設定するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、ステアリング操作やシフト操作の回数が少なくて済む点では優れているものの、一定操舵で旋回後退するような場面では、車体前端の張り出し量が大きくなって通路の壁面との間にほとんど隙間がない位置を車両が通過する軌道になったり、あるいは車体の内側が障害物のすぐそばを通過する軌道になったりすることがあり、ドライバに対し不安感を与え、場合によってはドライバが支援内容を無視して操作してしまう結果、ステアリング操作やシフト操作の回数が多くなり、やり直しを含め駐車操作が複雑になってしまったりすることがある、という改善すべき問題点があった。
【０００４】
上記問題点を具体的に図１７に基づいて説明する。
図１７は、自車両ｉが、一定の操舵角を保ったままの１回のステアリング操作のみで位置Ｓ_ａから位置Ｆ_ａまで旋回移動した場合の様子を示している。この場合、車両ｉの右前端が描く円弧軌道ｌ_１が壁Ｗに極端に近づくので、ドライバはこのまま後退すると車両が壁Ｗに接触するのではないかと不安になる。
【０００５】
この例では、操舵回数を減らそうとしたが故に、張り出し量が大きくなり、接触しそうだと感じる無用な不安感を与えるおそれがあることに加えて、壁面の位置によっては、接触を避けるために、無用なステアリング操作やシフト操作が発生するおそれもある。
【０００６】
このため本発明は、駐車時に車両がこの周囲にある障害物に極端に接近することでドライバに車両が障害物に接触しそうだと感じる無用の不安感を与えることがなく、またこれに起因した無用なステアリング操作やシフト操作を無くして最適な目標軌道を設定することができるようにした車両用駐車支援装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両が駐車場に駐車される際に、現在位置から目標の駐車位置までの目標軌道情報を提供する駐車支援装置であって、操舵角を検出する操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、車両周囲の障害物を検出する周囲障害物検出手段と、操舵角と車速とから車両の２次元平面上での車両位置及び車体向きを算出する車両運動算出部と、車両運動算出部で算出された車両運動と、障害物検出手段により得られた障害物までの相対位置関係とから、車両周囲の２次元地図を生成する周囲地図生成部と、周囲地図生成部で生成された周囲地図から駐車可能な空間を見つけ出し目標駐車位置を決定する目標駐車位置決定部と、目標駐車位置に関連した特定の参照位置を求める参照位置算出部と、自車両上の基準位置に対する自車両上の特定部位の位置座標を求める車両特定部位座標算出部と、車両の特定部位から参照位置までの距離を算出する評価距離算出部と、自車両が現在位置から目標駐車位置に達するまでに変化する車両特定部位と参照位置との評価距離の最小値を評価関数として、この評価関数が最大となるような、現在位置から目標駐車位置までの位置座標と車体向きで表される目標軌道を算出する目標軌道算出部とを有するものとする。
【０００８】
本発明は、車両特定部位座標算出部が、車体の４角のうちの少なくも１つの座標を算出し、参照位置算出部が、駐車空間の入口を示す間口の少なくも１つの座標を算出し、評価算出部が、車両特定部位座標算出部で得た座標と参照位置算出部で得た座標との組合せの中から少なくも１つの距離を算出するようにする。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、目標駐車位置決定部が生成された周囲地図から駐車可能な空間を見つけ出し目標駐車位置を決定し、参照位置算出部で目標駐車位置に関連した参照位置を求め、車両特定部位座標算出部にて自車両の基準位置と所定の関係を有する特定部位の位置座標を求めるとともに、目標軌道算出部が、評価距離算出部で算出した自車両が現在位置から目標駐車位置に達するまでに変化する車両特定部位と参照位置との評価距離の最小値を評価関数として、この評価関数が最大となるような、現在位置から目標駐車位置までの位置座標と車体向きで表される目標軌道を算出するので、車両の周囲にある障害物に車両が極端に接近するような軌道が算出されることが無くなり、ドライバに無用の不安感を与えることなく駐車スペースに誘導することができるようになる。また、切り返しを行なうことなく目標駐車位置に達することができる軌道が存在するにも拘わらず、切り返しなしには目標駐車位置に達することはできないとドライバが判断して、その時の位置から車両を移動し、一回で入れられる位置を探さなければならなくなるような不便やステアリング操作等が不要に多くなるのを避けることができる。
【００１４】
本発明によれば、評価距離を車体の角と駐車スペース間口の角との距離とし、その関数を評価関数としたので、駐車時に特に注意しなければならない、車体の角と駐車場の入り口の角とが接近しすぎることの無い軌道で誘導される結果、ドライバにとってさらに安心感の高い誘導が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づき説明する。
図１は、本駐車支援装置の全体を示すブロック図である。
コントロールユニット１は、マイクロコンピュー夕、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェイス回路などからなり、各スイッチ、各センサからの入力情報を処理して、ディスプレイ（表示手段）８へ出力するデー夕を算出する役割を担っている。
【００２０】
駐車動作開始スイッチ２は、ドライバが駐車場所に対して予め決められた位置まで車両を持っていった時点で、駐車支援装置を作動させるために操作するものである。駐車動作開始スイッチ２が操作されると、この出力信号がコントロールユニット１へ入力され、駐車支援装置全体が初期化され、駐車操作支援を開始するようになる。
【００２１】
駐車方法選択スイッチ３は、ドライバが後退縦列駐車左右、後退並列駐車左右の４つの駐車方法のうちどの駐車方法を行いたいのか、を手動で選択するためのスイッチである。
ここで、左右とは自車両の後方左側空間、自車両の後方右側空間をそれぞれ意味する。
ドライバが手動で駐車方法選択スイッチ３を切替選択することで、これらの選択信号がコントロールユニット１へ入力されるようになっている。
【００２２】
操舵角センサ（操舵角検出手段）４は、例えばステアリングホイールに連動するスリットディスクを挟んで２組のフォトインタラプタをステアリングコラムチューブに互いに位相差を有して固定して構成する。ステアリングホイールの回転に応じてスリットディスクによる光の透過・遮断に応じてパルスを発生する。このパルスをカウントし、ドライバが操作するステアリングの中立点、操舵角を、また上記位相差により操舵方向を判別する。得られた操舵角にステアリングギヤ比を乗じれば、容易に操舵輪の向いている角度（転舵角）に換算できる。
【００２３】
車速センサ（車速検出手段）５は、例えば車輪と一体に回転する磁性体のロータの歯に対し、コイルと永久磁石からなるピックアップを適当な空隙を設けて配置して、車輪の回転に応じてパルス電圧を発生させ、このパルスの時間間隔を計測し、得られた時間間隔と１パルス当たりの角度、タイヤ半径等の数値から車速を得るようになっている。
【００２４】
超音波センサ（周囲障害物検出手段）６は、例えばピエゾ圧電素子を利用したトランスミッタから超音波を発射し、この超音波が障害物に当たって反射してくるのを同じくピエゾ圧電素子を利用したレシーバで検知するもので、車両の周囲に設置されており、車体座標系における障害物までの距離及びその方位を検出するものである。障害物までの距離は、超音波の発射から反射して返ってくるまでの時間を計測し超音波の速度を乗じて得るようになっている。
ここでは、車両前端に真横方向に向けて設置されている。
【００２５】
カメラ（車両周囲撮影手投）７は、例えばＣＣＤカメラを用い、これを車両後部上方に設置することで車両の後方を撮影する。このカメラ７による画像信号は、コントロールユニット１へ入力される。ディスプレイ８は、例えば、いわゆるバックモニタやナビゲーション装置等で使われている液晶製のモニタディスプレイを用い、コントロールユニット１から出力される画像信号が入力されカメラ７が捉えた画像等を表示することで、ドライバが後退しながら駐車する際の参考情報を視覚的に提供するものである。
【００２６】
図２は、コントロールユニット１の機能ブロック図である。
車両運動算出部１０は、操舵角センサ４から得られる前輪の転舵角と、車速センサ５から得られる車速と、前進か後退かを識別するために変速機に設けた図外のシフトポジションセンサから得られるシフトポジションに基づいて、例えば、下記の状態方程式から、車両の位置、車体の向き等の車両運動情報を求める。この場合、初期位置は駐車動作開始スイッチ２をドライバが操作した時点のものとする。
【数１】

ここで、（ｘ，ｙ）は初期位置を原点としたときの後輪車軸中心点の座標、θは車体の向き、Ｌ_ｗｂは車両のホイールベース、Φは操舵角センサ４から得られる前輪の転舵角である。
【００２７】
周囲地図生成部１１は、超音波センサ６で得られた障害物までの距離及び方位に、車両運動算出部１０で求められた車両運動情報を加味しながら、車両周囲の障害物位置をマッピングして記憶していく。この結果、ここで得られる２次元の周囲地図は、車両が移動するに従い、超音波センサ６で検出したすべての障害物と自車両との応対位置関係を蓄積・記憶することにより、広域の地図が得られることとなる。したがって、超音波センサ６等で検出した情報は、駐車場に入って検出し始めた分から蓄積・記憶されている。
車両特定部位座標算出部１２は、目標軌道計算時に基準となる車体部位と、車両の特定部位との相対位置座標を算出するものである。
【００２８】
目標駐車位置決定部１３は、駐車方法選択スイッチ３により選択された駐車方法（例えば、後退縦列駐車左右、後退並列駐車左右の４通りのうちから選択した一つ）を参考に、周囲地図生成部１１で作成された周囲地図の中から駐車空間として最も適切なものを探し出すとともに、目標駐車位置としての目標後輪車軸中心点の座標、及び目標車体方向を決定する。
参照位置算出部１４は、目標駐車位置算出部１３で求められた目標駐車位置に対して、予め定められた位置関係にある特定の部位を参照部位として決定し、周囲地図生成部１１からの地図情報を用いて、その位置座標を算出するものである。
【００２９】
仮目標軌道算出部１５は、車両運動算出部１０で求めた車両の現在位置から、目標駐車位置決定部１３で決定された目標駐車位置までの仮の目標軌道を算出するものである。
仮目標軌道としては、上記運動方程式を満たしながら、現在位置から目標駐車位置まで到達できるような、ｘ、ｙ、θ、Φのデータを与えればよい。
なお、これらのデータは、上記運動方程式を厳密に満たさなくても、たとえば、位置座標データとして現在位置から目標駐車位置までを直線的に移動するようにしたｘ、ｙを、また、その間の車体向きθ、及び前輪転舵角をゼロとしてもよい。
【００３０】
評価距離算出部１６は、参照位置算出部１４で算出された参照位置座標と、車両特定部位座標算出部１２で算出された各特定部位座標とから、評価距離を算出するものである。
評価関数決定部１７は、上記評価距離算出部１６で求められた評価距離を用いて、予め定められた評価関数を求めるものである。
目標軌道算出部１８は、仮目標軌道算出部１５で与えられた仮目標軌道をベースにして、評価関数決定部１７で求められた評価関数の値を最小にするような目標軌道を求めるものである。
評価関数を最小にするような目標軌道の算出方法としては、例えば、最急降下法などの数値計算法を用いる。
【００３１】
画像合成部１９は、カメラ７により撮影された車両周囲画像（本実施例では車両後方の画像を上方からみたように座標変換した画像とする）上に、目標軌道算出部１８で算出された目標軌道と、周囲地図生成部１１で得られた地図情報とを重畳し、得られた合成画像をディスプレイ８へと出力するものである。
【００３２】
次に、図３を用いて、本発明に係る駐車支援装置の動作を、車両が左後方の駐車空間に後退並列駐車する場合につき説明する。
ここでは、前輪を操舵する車両を考えているので、車両位置は後輪車軸の中心点位置を基準として考える。座標系は、適当な位置を原点とする地上座標系として、例えば、駐車位置で車体前方へ向けてｘ軸を、またこの左横方向へ向けてｙ軸をとることとし、車体向きは、ｘ軸に対する車体の向きを指すものとする。
周囲地図生成部１１では、超音波センサ６を利用して他車両７０、８０や壁９０といった障害物を線分ａにて生成する。目標駐車位置決定部１３は、上記周囲地図をもとに、駐車場所として適切な空間を探索し、例えば、他車両７０、８０間の空間を目標駐車位置とし、そのときの後輪車軸中心点ｂを求める。
【００３３】
一方、参照位置算出部１４は、障害物としての線分ａにあって、目標駐車位置の間口の角となる、他車両７０の右前端位置、及び他車両８０の左前端位置をそれぞれ参照位置ｃ_１、ｃ_２とし、その座標を算出する。
自車両ｉは現在の車両位置にあってその後輪車軸中心点がｄにあり、車両運動算出部１０でその座標を算出する。
車両特定部位座標算出部１２は、自車両ｉの基準位置と特定の関係にある車両特定部位（ここでは、車両の左右後端である）ｅ_１、ｅ_２を算出する。
【００３４】
仮目標軌道算出部１５は、車両運動算出部１０で求めた自車両ｉの現在位置と目標駐車位置決定部１３で決定した目標駐車位置とから、図３中に点線で示される仮目標軌道ｇを算出する。この仮目標軌道ｇは、最初に与えられる適当な目標軌道であって、ここでは、初期位置と目標駐車位置を結んだ直線で与えている。車体向きは、例えば、初期位置での車体向きから、目標駐車位置における車体向きまで一定の割合で変化するものを与え、前輪転舵角にはゼロを与えている。
この仮目標軌道は、必ずしも軌道全体に渡って、上記の運動方程式を満たしてはいないが、評価距離算出部１６〜目標軌道算出部１８によって、目標軌道を算出する際の数値計算の過程で条件を満たすものに修正されていく。この計算方法は、最適制御と呼ばれる分野で提案されている数値計算法を用いればよく、ここでは詳細な説明は省くが、参考文献として、加藤寛一郎著「工学的最適制御」（東京大学出版会）をあげておく。
【００３５】
評価距離算出部１６は、各参照位置と、これらに対応する車両特定部位との距離ｃ_１〜ｅ_１、ｃ_２〜ｅ_２を求め、これらを評価距離ｆ_１、ｆ_２とする。
評価関数決定部１７は、上記で得た評価距離から後述の評価関数を決定する。この評価関数をもとに目標軌道算出部１８で目標軌道ｈを得る。
この目標軌道ｈは、例えば、車両が初期位置での後輪車軸中心点ｂから駐車位置での後輪車軸中心点ｂまで移動する際の、評価距離ｆ_１又はｆ_２の最小値を最大にする軌道、すなわち、車両が周囲障害物から、最も大きな距離を保ちながら目標駐車位置に到達する軌道である。
【００３６】
以上の処理の流れを図４のゼネラルフローチャート、及び図５〜図９のサブルーチンのフローチャートを用いて、詳細に説明する。
これらのプログラム処理は、コントロールユニット１のマイクロコンピュー夕により所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
また、図４のゼネラルフローを実行する際には、これと並行して周囲地図生成部１１により周囲地図が生成されているものとする。
【００３７】
駐車動作開始スイッチ２が操作されると、コントロールユニット１で以下の処理が開始される。
ステップ１００では、駐車動作開始フラグがセットされているか否かを調べる。セットされていればステップ２００へ、セットされていなければステップ１５０へ進んで駐車動作開始フラグをセットする。
ステップ２００では、車両運動算出部１０が、操舵角センサ４から操舵角を、また車速センサ５からの車速をそれぞれ読み込む。ここでの読み込み処理の詳細は、図５を用いて、後で説明する。
【００３８】
ステップ２５０では、目標駐車位置決定部１３において、目標駐車位置決定フラグがセットされているか否かを調べる。セットされていればステップ６００へ、セットされていなければステップ３００へ進む。
ステップ３００では、目標駐車位置決定部１３が、周囲地図生成部１１で生成されている周囲地図をもとに駐車空間として適切な場所を抽出し、その目標駐車位置と、その時の車体の向きを算出、設定する。ここでの目標駐車位置決定処理の詳細は、図６、図７を用いて後で説明する。
【００３９】
ステップ４００では、目標駐車位置決定フラグをセットする。
ステップ４５０では、参照位置算出部１４が、目標駐車位置決定部１３で決定した目標駐車位置と、周囲地図生成部１１で得た周囲地図情報とから、参照位置を決定する。参照位置としては、例えば、目標駐車位置の入口の間口の角を選定する。
【００４０】
ステップ５００では、車両運動算出部１０が、駐車動作開始フラグがセットされた時点での後輪車軸中心点を原点として、車両の運動に従い、車両の位置座標（ｘ，ｙ）、車両の向きθを算出する。ここでの自車両の位置座標・車体向き算出処理の詳細は、図８を用いて、後で説明する。
ステップ６００では、仮目標軌道算出部１５が、変速機のシフト位置を調べる。リバースに入っていればステップ７００へ、リバースに入っていなければ本処理から抜ける。
【００４１】
ステップ７００では、仮目標軌道算出部１５が、シフト位置がリバースにされた時点の車両位置から、ステップ３００で目標駐車位置決定部１３にて設定した目標駐車位置へ到る仮目標軌道を算出する。この仮目標軌道算出方法の詳細は、図９を用いて、後で説明する。
ステップ７１０では、車両特定部位座標算出部１２が、車両運動算出部１０で求めた自車両情報を基準にこれと所定の関係にある車両特定部位の位置座標を算出する。この車両特定部位の位置座標の算出方法については、図１３を用いて、後で説明する。
【００４２】
ステップ７５０では、評価距離算出部１６が、車両特定部位座標算出部１２で求めた車両特定部位の座標と、参照位置算出部１４で求めた参照位置の座標とから評価距離を算出する。
ステップ７７０では、評価関数決定部１７が、評価距離算出部１６で算出した評価距離に基づき評価関数を決定する。
【００４３】
ステップ８００では、目標軌道算出部１８が、仮目標軌道算出部１５で得た仮目標軌道と、評価関数決定部１７で決定した評価関数とに基づき、目標軌道を算出する。ここでの目標軌道算出方法の詳細は、図１４〜図１６を用いて後で説明する。
ステップ９００では、画像合成部１９が、目標軌道算出部１８が求めた目標軌道と、周囲地図生成部１１で得た周囲地図情報とを、カメラ７で撮像した後部の撮影画像に重畳合成し、ディスプレイ８ヘ、予め定められたフォーマットで転送する。
ステップ１０００では、コントロールユニット１が、駐車動作開始フラグ、目標駐車位置決定フラグ等の本処理に係わるフラグをリセットする。
【００４４】
図５は、図４のゼネラルフローチャートでのステップ２００におけるセンサ信号読み込み処理の詳細な流れを示したフローチャートである。
ステップ２１０では、車両運動算出部１０が車速センサ５から車速を読み込む。
ステップ２２０では、車両運動算出部１０が、操舵角センサ４からステアリングの操舵角を読み込む。
ステップ２３０では、ステップ１２０で読み込んだ操舵角に、ステアリングのギヤ比Ｇ１を乗じることで、前輪転舵角を算出する。
【００４５】
図６、図７は、図４のゼネラルフローチャートでのステップ３００における、目標駐車位置決定処理の詳細な流れを示したフローチャートである。
ステップ３１０では、目標駐車位置決定部１３が、駐車方法選択スイッチ３で後退並列駐車と後退縦列駐車のどちらが選択されているかを調べる。後退並列駐車側が選択されていればステップ３１５へ、また後退縦列駐車側が選択されていればステップ３２０へ進む。
ステップ３１５では、フラグｆｌｇ＿ｐ１をセットし、ステップ３２０では、フラグｆｌｇ＿ｐ１をリセットする。
【００４６】
続くステップ３２５では、駐車方法選択スイッチ３で左右のどちらの駐車空間が選択されているかを調べる。左側が選択されていればステップ３３０へ、右側が選択されていればステップ３３５へと進む。
ステップ３３０では、フラグｆｌｇ＿ｐ２をセットし、ステップ３３５では、フラグｆｌｇ＿ｐ２をリセットする。
【００４７】
ステップ３４０では、後退並列駐車か後退縦列駐車かを認識するため、フラグフラグｆｌｇ＿ｐ１を調べて、これが１であれば、ステップ３４５へ、１でなければステップ３７０へ進む。
ステップ３４５では、左右いずれの駐車空間が選択されたか認識するため、フラグｆｌｇ＿ｐ２を調べて、これが１でなければステップ３５０へ進み、１であればステップ３６０へ進む。
ステップ３７０でも、同様にフラグｆｌｇ＿ｐ２を調べて、これが１であればステップ３８０へ進み、１でなければステップ３９０へ進む。
【００４８】
ステップ３５０では、周囲地図生成部１１で得た周囲地図情報に基づき、右後方で後退並列駐車可能な駐車空間を探索する。
なお、周囲地図生成部１１における周囲地図の生成要領については、図１０〜図１２を用いて後で説明する。
続くステップ３５５では、上記目標駐車空間から、目標とする後輪車軸中心点の座標（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ）と、目標とする車体向きθ_ｂを算出する。
【００４９】
一方、ステップ３６０では、周囲地図生成部１１で得た周囲地図情報に基づき、左後方で後退並列駐車可能な駐車空間を探索する。
続くステップ３６５では、上記目標駐車空間から、目標とする後輪車軸中心点の座標（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ）と、目標とする車体向きθ_ｂを算出する。
また、ステップ３８０では、周囲地図生成部１１で得た周囲地図情報に基づき、左後方で後退縦列駐車可能な駐車空間を探索する。
続くステップ３８５では、上記目標駐車空間から、目標とする後輪車軸中心点の座標（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ）と、目標とする車体向きθ_ｂを算出する。
一方、ステップ３９０では、周囲地図生成部１１で得た周囲地図情報に基づき、右後方で後退縦列駐車可能な駐車空間を探索する。
続くステップ３９５では、上記目標駐車空間から、目標とする後輪車軸中心点の座標（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ）と、目標とする車体向きθ_ｂを算出する。
【００５０】
図８は、図４のゼネラルフローチャートでのステップ５００における、車両の位置座標、車体の方向を算出する車両位置算出処理の詳細な流れを示したフローチャートである。ステップ５０５では、車両運動算出部１０が、自車両の位置座標、車体方向を算出する際、それらの初期化が行われているか否かにつき、車両位置初期化フラグを調べて判断する。車両位置初期化フラグがセットされていればステップ５４０へ、リセットされていればステップ５１０へ進む。
【００５１】
ステップ５１０では、車両位置初期化フラグをセットする。
続くステップ５１５では、車体向きを初期化してθ_１＝π／２とする。
ステップ５２０では、後輪車軸中心点のｘ座標を初期化し、ｘ_１＝０とする。
ステップ５３０では、後輪車軸中心点のｙ座標を初期化し、ｙ_１＝０とする。
【００５２】
次いで、ステップ５４０では、Ｔ_ｓをサンプリング時間として、１サンプル前の車体向きθ_１と、その周期で計測した車速Ｖ、前輪切れ角（転舵角）Φから、車体向きθ_２を求める。
θ_２＝（Ｔ_ｓ・Ｖ／Ｌ_ｗｂ）・ｔａｎΦ＋θ_１
【００５３】
ステップ５５０では、Ｔ_ｓをサンプリング時間として、1サンプル前の後輪車軸中心点のｘ座標ｘ_１と、車体向きθ_１と、その周期で計測した車速Ｖとから、後輪車軸中心点のｘ座標ｘ_２を求める。
ｘ_２＝Ｔ_ｓ・Ｖ・ｃｏｓθ_１＋ｘ_１
【００５４】
ステップ５６０では、Ｔ_ｓをサンプリング時間として、１サンプル前の後輪車軸中心点のｙ座標ｙ_１と、車体向きθ_１と、その周期で計測した車速Ｖとから、後輪車軸中心点のｙ座標ｙ_２を求める。
ｙ_２＝Ｔ_ｓ・Ｖ・ｓｉｎθ_１＋ｙ_１
【００５５】
ステップ５７０では、θ_１＝θ_２として、ステップ５４０で求めた新たな車体の向きを、このサンプルでの車体の向きとする。
ステップ５８０では、ｘ_１＝ｘ_２として、ステップ５５０で求めた新たな後輪車軸中心点のｘ座標を、このサンプルでの車体の向きとする。
ステップ５９０では、ｙ_１＝ｙ_２として、ステップ５６０で求めた新たな後輪車紬中心点のｙ座標を、このサンプルでの車体の向きとする。
【００５６】
図９は、図４のゼネラルフローチャートでのステップ７００における仮目標軌道算出処理の詳細な流れを示したフローチャートである。
ここで、軌道の算出に関しては、上述の状態方程式を用いることから、位置座標ｘ、ｙ、車体向きθ、前輪転舵角Φを求める。
ステップ７１０では、仮目標軌道算出部１５が、車両運動算出部１０で求めた自車両位置情報と、目標駐車位置決定部１３で求めた目標駐車位置情報とから、目標駐車位置でのあるべき車体の状態を読み込む。
すなわち、地図情報を利用して求められた位置座標ｘ＝ｘ_ｆ、ｙ＝ｙ_ｆ、その時の車体の向きθ＝θ_ｆ、及び目標駐車位置に到達したときには例えばタイヤの向きは中立状態にするとして、前輪転舵角Φ＝Φ_ｆ＝０を読み込む。
【００５７】
ステップ７２０では、車両運動算出部１０から現在の車体の状態を読み込む。すなわち、周囲地図情報を利用して求められた位置座標ｘ＝ｘ_ｓ、ｙ＝ｙ_ｓ、現在の車体の向きθ＝θ_ｓ、及び、現在の前輪転舵角Φ＝Φ_ｓを読み込む。
ステップ７３０では、ステップ７２０で得た現在の位置座標ｘ＝ｘ_ｓ、ｙ＝ｙ_ｓ、及び、ステップ７１０で得られた目標駐車位置座標ｘ＝ｘ_ｆ、ｙ＝ｙ_ｆから、現在位置と目標駐車位置とを結ぶ直線を、例えば、予め定められた個数ｎに分割したときのｎ＋１個の位置座標群（（ｘ_０，ｙ_０），（ｘ_１，ｙ_１），…，（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ））を仮目標軌道における位置座標列として求める。
ここで、（ｘ_０，ｙ_０）＝（ｘ_ｓ，ｙ_ｓ）、（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）＝（ｘ_ｆ，ｙ_ｆ）である。
【００５８】
ステップ７４０では、ステップ７２０で得られた現在の車体の向きθ＝θ_ｓと、ステップ７１０で得られた目標駐車位置での車体向きθ＝θ_ｆから、両者を結ぶ直線を、ｎ分割したときのｎ＋１個の車体向きデータ群（θ_０，θ_１，…，θ_ｎ）を仮目標軌道における位置座標列として求める。ここで、θ_０＝θ_ｓ、θ_ｎ＝θ_ｆである。
ステップ７５０では、ステップ７２０で得られた現在の前輪転舵角Φ＝Φ_ｓと、ステップ７１０で得られた目標駐車位置での前輪転舵角Φ＝Φ_ｆとから、両者を結ぶ直線を、ｎ分割したときのｎ＋１個の前輪転舵角データ群（Φ_０，Φ_１，…，Φ_ｎ）を仮目標軌道における位置座標列として求める。ここで、Φ_０＝Φ_ｓ、Φ_ｎ＝Φ_ｆである。
【００５９】
次に、周囲地図の生成方法につき、図１０〜図１２に基づき、説明する。
図１０は、自車両ｉが図の右方から左方位置まで移動して来る間、車体左前方に横向きに取り付けた超音波センサ６で車両左側を測距し、その後、図の位置で一旦停止して、ドライバが車両進行方向に対し左側後方に後退並列駐車しようとする場合を示す。
周囲地図生成部１１は、超音波センサ６からの測距出力を受けて、車両が駐車列（他車両７０、８０）及び壁９０に沿って前進するに従い、これらを逐次サンプリングしていった測距結果、及び車両ｉの移動量を考慮して２次元平面上に障害物をサンプリング点によりマッピングする。
【００６０】
このサンプリング結果は、例えば図１０に示すように、壁９０についてのサンプリング点９１〜９９、２台の他車両７０、８０についてそれぞれのサンプリング点７１〜７５、８１〜８６として得られる。
周囲地図生成部１１では、図１１に示すように、上記サンプリング点をグルーピングして、サンプリング点７１〜７４、サンプリング点８２〜８６、及びサンプリング点９１〜９９をそれぞれ一塊として、他車両７０、８０にそれぞれ対応する２本の直線１０１、１０２、及び壁９０に対応する１本の直線１０３で直線近似する。
グルーピングは、例えば隣接している点間の距離が所定値より短いか否かで判断し、短ければグルーピングする。
これにより、ここでは、駐車中の他車両７０、８０の前面が２本の直線１０１、１０２で、これら他車両の間にある壁９０が１本の直線１０３でそれぞれ表されることになる。
【００６１】
目標駐車位置決定部１３は、この直線近似して抽出された左側車両、後方の壁、および右側車両の障害物の線分データを参照して、前述のとおり制御フローのステップ３００において駐車スペースを探索し、目標とする後輪車軸中心点の座標と、車体の向きを算出する。
この直線近似の線分データで表わされる周囲地図は画像合成部へ送られ、ディスプレイ８に表示される。
図１２は、車両後方画像に、上記直線近似して抽出された障害物がそれぞれ線分１０１、１０２、１０３として重畳表示された状態を示す。なお、ディスプレイ８には、表示枠１００内のみが映し出される。
【００６２】
次いで、図４のゼネラルフローチャートにおけるステップ７１０における車両特定部位座標算出方法につき、図１３に基づき詳細に説明する。
ここでは、図３に示した駐車のケースを考え、車両上の基準位置をそれぞれ表す車体の側面に沿う直線ｌ_１、ｌ_２と車体後面に沿う直線ｌ_３とが公差する点、すなわち車体左後端の座標（ｘ_ｒｌ，ｙ_ｒｌ）と車体右後端の座標（ｘ_ｒｒ，ｙ_ｒｒ）との各点の座標を車両特定部位座標とする。車体が座標系の原点にあり、ｘ軸方向に対する車体向きがゼロであったとすると、
【数２】

【数３】

である。
ここで、Ｒ_ｏｈは車体のリアオーバーハング、Ｗは車幅である。
従って、車両の後輪車軸中心点の位置が（ｘ_ｋ，ｙ_ｋ）、車体向きがθ_ｋであるときの車体左後端と車体右後端のそれぞれの座標は、後輪車軸中心点が原点Ｏにある車両ｉ’の位置でθ_ｋだけ回転し、それを車両位置座標分、平行移動すればよい。従って、０〜ｎ番目までのうちにおけるｋ番目の座標は、それぞれ、以下の式で与えられる。
【数４】

【数５】

【００６３】
次に、図４のジェネラルフローチャートにおけるステップ７５０、７７０における評価距離及び評価関数の算出方法につき、詳細に説明する。
図３に示した参照位置ｃ_１、ｃ_２の位置座標を（ｘ_ｃｌ，ｙ_ｃｌ）、（ｘ_ｃ２，ｙ_ｃ２）、また車両の特定位置ｅ_１、ｅ_２の座標を（ｘ_ｒｌ，ｙ_ｒｌ）、（ｘ_ｒｒ，_ｙｒｒ）とすると、評価距離ｆ_１、ｆ_２は、それぞれ、
【数６】

【数７】

となる。
これらの評価距離を用いて、評価関数Ｉとしては、例えば、次式のものを与える。
【数８】

すなわち、ここでＩ_１は、車両が現在位置から目標位置まで移動した際における評価距離の最小値を評価関数としている。そして、このＩ_１が最大となるような軌道を目標軌道とする。
【００６４】
以上で説明したように、本実施例では、駐車開始前から超音波センサ９により車両移動しながら測距したデータをもとに周囲地図生成部１１で生成した周囲地図を利用し、目標駐車位置を決定して仮目標軌道を算出する一方、車両の基準位置と所定の関係を有する車両特定部位と、周囲地図情報及び目標駐車位置情報から求めた参照位置とに基づき評価距離を算出し、これをもとに評価関数を用いて最適な目標軌道を算出するように構成したので、駐車操作中、車両が車両周囲の障害物に極端に接近するような軌道が算出されることが無くなる結果、ドライバに車両が障害物に接触するかもしれないといった無用の不安感を与えることがなくなる。この結果、不安に起因した不要なステアリング操作やシフト操作などをしなくて済み、スムーズに駐車することが可能となる。
【００６５】
なお、上記実施例にあっては、評価関数Ｉに、車両が現在位置から目標位置まで移動した際における評価距離の最小値とするＩ_１を用いたが、これに代えて下記の評価関数Ｉ_２〜Ｉ_４などを用いても良い。
たとえば、評価関数Ｉとして、次式のように、車両が現在位置から目標位置まで移動した際における評価距離の逆数を合計しこれの偶数乗の合計値とする評価関数Ｉ_２を用いてもよい。
【数９】

（ただし、ｍは偶数）
このＩ_２が最小となるような軌道が目標軌道となる。
【００６６】
上記評価関数Ｉ_２を用い、後退並列駐車で左後方の駐車空間に駐車するケースにつき、ｍ＝８として演算した結果（現在位置から目標駐車位置まで移動した際における車両ｉの位置と車体向きの変化）を図１４に示す。
ここで、座標軸は、駐車位置での車体の前方をｘ軸、その左側横方向をｙ軸とする。また、車両ｉの駐車開始の位置をｉ_ｄ、駐車位置での位置ｉ_ｂ、他車両や壁などの障害物Ｗ_１、Ｗ_２間にある駐車空間の間口の角Ｗ_Ａ、Ｗ_Ｂの座標をそれぞれ（ｘ_Ａ，ｙ_Ａ）、（ｘ_Ｂ，ｙ_Ｂ）とする。
参照位置としての左側の角Ｗ_Ａから車両特定部位としての車体左後端までの距離、参照位置としての右側の角Ｗ_Ｂから車両特定部位としての車体右後端までの距離が、それぞれ評価距離ｆ_ａ、ｆ_ｂである。これらの評価距離を用いて評価関数Ｉ_２により得た上記目標軌道に沿って車両を移動させた結果は、図示のように角Ｗ_Ａ、Ｗ_Ｂと車両ｉの特定部位との間隔が極端に大きくならず、ドライバにとって安心して駐車操作を実行できる。また、この場合、評価関数には評価距離のＮ乗の連続関数を用いているので、この導関数を容易に算出でき、数値計算にあっても一般的な手法で済み、演算が容易になる。
【００６７】
ここで、上記効果が得られる理由を、図１５に基づき説明する。
同図において、ここでは車両ｉが位置Ａからスタートして、位置Ｂに駐車する場合を考える。この時、軌道は、ほぼ同図（ａ）に示すように変化し、評価距離Ｒ_ｉ（ここでｉは０〜１０）は、位置C付近での評価距離Ｒ_５が最小値になるようにＲ_０〜Ｒ_１０へと変化する。
【００６８】
ここで、評価距離Ｒ_ｉそのものに等しい値ｆ_１の積分であるＧ_１が評価関数である場合、これを最小にしようとすると、Ｒ_ｉが小さくなった方がＧ_１が小さくなるので、最小距離はゼロになった方がよいことになる。
そこで、評価距離の逆数１／Ｒ_ｉである値ｆ_２の積分Ｇ_２を評価関数とすると、Ｒ_ｉが大きくなった方がＧ_２が小さくなり、特に、評価距離が最小となるＲ_５の増減が最も大きくＧ_２の増減に影響するので、求めたい軌道に近いものが得られる。
【００６９】
しかしながら、この場合は、Ｒ_５に近い別の評価距離（例えばＲ_４、Ｒ_６等）の増減も評価関数Ｇ_２の増減に大きく影響するという問題がある。そこで、評価関数のＮ乗（同図（ｂ）では４乗）の逆数である値ｆ_３の積分を評価関数Ｇ_３とすると、評価距離が最小になる部分（この図（ｂ）ではＲ_５）の増減が、Ｇ_３の増減に極端に大きく影響するようになる。このようにすることで、近似的に、現在位置から目標駐車位置に至るまでの間の評価距離の最小値を最大とする関数を評価関数として得た目標軌道に近い解が得られることになる。なお、最小値を求めるためには、Ｎを偶数とし、値ｆ_３が上に凸の関数となることが必要である。
【００７０】
次に、さらに別の評価関数として、車体の張り出し量をできるだけ小さくするような軌道を求めるため、下記の評価関数Ｉ_３あるいはＩ_４を用いるようにしてもよい。ここで、ｘ_ｆｒは、評価距離としての張り出し量であり、例えば図１６のようにｘ方向の張り出し量（距離Ｌ_０）を求めることとなる。
【数１０】

あるいは
【数１１】

（ただしmは偶数）
上記評価関数にあっては、Ｉ_３を最小、Ｉ_４を最大にする軌道を求め目標軌道とする。
【００７１】
図１６は、上記評価関数Ｉ_４を用い、後退並列駐車で左後方の駐車空間に駐車するケースにつき、ｍ＝８として演算した結果（現在位置から目標駐車位置まで移動した際における車両ｉの位置と車体向きの変化）を示す。ここで、座標軸は、駐車位置での車体の前方をｘ軸、その左側横方向をｙ軸とする。車両ｉの駐車開始の位置をｉ_ｄ、駐車位置での位置をｉ_ｂ、そして車体左前端、車体右前端、車体左後端、車体右後端の各座標をそれぞれ（ｘ_ＦＬ，ｙ_ＦＬ）、（ｘ_ＦＲ，ｙ_ＦＲ）、（ｘ_ＲＬ，ｙ_ＲＬ）、（ｘ_ＲＲ，ｙ_ＲＲ）とする。そして、駐車位置での後車輪軸中心点から所定距離（ここでは１ｍ）離れｙ軸に平行な線Ｌ_ｍから、ｘ軸に平行に車体右前端（ｘ_ＦＲ，ｙ_ＦＲ）までの距離Ｌ_０（図示位置ではｘ_ｆｒ（０））を各車両位置ごとに算出比較し、距離Ｌ_０を最大化する。このようにしても、ドライバが障害物への接触の不安を覚えずに駐車操作できる目標軌道を容易に算出できる。
【００７２】
なお、上記実施例の超音波センサに代え、レーザー、マイクロ波、ミリ波等を利用したレーダを用いるようにしてもよい。
また、車両後方を撮影するカメラは、車体後部上方に装着した１台に限ることなく、車体後端付近に２台のカメラを装着させるようにしてもよい。このようにすれば、これらで撮影した画像を合成することで、車両の後端も含んだ画像を容易に得ることができる。
【００７３】
また、実施例では、目標駐車位置決定部１３が周囲地図から駐車スペースとして適切な場所を抽出し、目標駐車位置と車体向きを算出・設定するものとしたが、そのほか、例えばディスプレイ８にタッチパネル機能を持たせておき、先の図１１に示すようなディスプレイ８に表示された周囲地図の画像を見ながら、ドライバが目標駐車位置Ｂを指で押して指定することにより、目標駐車位置決定部１３ではただちに当該指定位置の座標を決定する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る駐車支援装置の全体を示すブロック図である。
【図２】コントロールユニットの機能ブロック図である。
【図３】本発明に係る駐車支援装置の動作を示す説明図である。
【図４】実施例における制御の流れを示すゼネラルフローチャートである。
【図５】センサ信号を検出するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図６】目標駐車位置を決定するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図７】目標駐車位置を決定するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図８】車両の位置座標、車体の向きを算出するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図９】仮目標軌道を算出するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図１０】周囲地図生成の要領を示す説明図である。
【図１１】周囲地図生成の要領を示す説明図である。
【図１２】ディスプレイ上の周囲地図の表示態様を示す説明図である。
【図１３】車両特定部位座標の算出方法の要領を示す説明図である。
【図１４】評価距離と評価関数を利用した目標軌道の算出結果を示す図である。
【図１５】評価関数Ｉ_２を用いた場合の効果の理由を示す説明図である。
【図１６】他の評価距離と評価関数を利用した目標軌道の算出結果を示す図である。
【図１７】従来技術の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
１コントロールユニット
２駐車動作開始スイッチ
３駐車方法選択スイッチ
４操舵角センサ（操舵角検出手段）
５車速センサ（車速検出手段）
６超音波センサ（周囲障害物検出手段）
７カメラ（撮影手段）
８ディスプレイ（表示手段）
１０車両運動算出部
１１周囲地図生成部
１２車両特定部位座標算出部
１３目標駐車位置決定部
１４参照位置算出部
１５仮目標軌道算出部
１６評価距離算出部
１７評価関数決定部
１８目標軌道算出部
１９画像合成部

Claims

車両が駐車場に駐車される際に、現在位置から目標の駐車位置までの目標軌道情報を提供する駐車支援装置であって、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
車両周囲の障害物を検出する周囲障害物検出手段と、
前記操舵角と前記車速とから車両の２次元平面上での車両位置及び車体向きを算出する車両運動算出部と、
該車両運動算出部で算出された車両運動と、前記障害物検出手段により得られた障害物までの相対位置関係とから、車両周囲の２次元地図を生成する周囲地図生成部と、
該周囲地図生成部で生成された前記周囲地図から駐車可能な空間を見つけ出し目標駐車位置を決定する目標駐車位置決定部と、
前記目標駐車位置に関連した特定の参照位置を求める参照位置算出部と、
自車両上の基準位置に対する自車両上の特定部位の位置座標を求める車両特定部位座標算出部と、
該車両特定部位から前記参照位置までの距離を算出する評価距離算出部と、
自車両が現在位置から目標駐車位置に達するまでに変化する前記車両特定部位と前記参照位置との評価距離の最小値を評価関数として、当該評価関数が最大となるような、現在位置から目標駐車位置までの位置座標と車体向きで表される目標軌道を算出する目標軌道算出部とを有することを特徴とする車両用駐車支援装置。
前記車両特定部位座標算出部は、車体の４角のうちの少なくも１つの座標を算出し、前記参照位置算出部は、駐車空間の入口を示す間口の少なくも１つの座標を算出し、前記評価距離算出部は、前記車両特定部位座標算出部で得た座標と前記参照位置算出部で得た座標との組合せの中から少なくも１つの距離を算出するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の車両用駐車支援装置。