JP5347747B2 - 障害物認識装置 - Google Patents

Description

本発明は、障害物認識装置に関する。

人が通常歩行しているエリアを走行可能な車両が開発されている。このような車両は、人などの障害物に対する衝突安全性を向上させる必要がある。衝突安全装置としては、例えば、特許文献１に記載の装置では、レーダセンサで車両前方の障害物を検出し、検出した障害物と衝突する可能性がある場合には警報出力や車両制御などを行う。

特開２００９−７３２８２号公報

車両には、旋回する場合に車体を走行面に対してロール方向に傾けて走行するものがある。このような車両に上記のような衝突安全装置が搭載されている場合、旋回中、障害物を検出するためのセンサも走行面に対して傾く。そのため、傾けた角度によっては、センサが走行面を検出し、走行面を障害物と誤認識する虞がある。この場合、衝突安全装置では、不要な警報出力や車両制御を行うことになる。

そこで、本発明は、車体が傾いた場合でも適切に障害物を認識することができる障害物認識装置を提供することを課題とする。

本発明に係る障害物認識装置は、移動体に搭載される障害物認識装置であって、移動体の周辺の物体を検出し、物体を検出した場合には当該検出した物体の移動体に対する左右の相対方向を取得する物体検出手段と、物体検出手段で物体を検出した場合、移動体の車体のロール方向の傾斜に応じて物体検出手段で検出した物体の左右の相対方向において物体検出手段で検出可能な走行面の領域を算出する面領域算出手段とを備え、物体検出手段で物体を検出した場合、物体検出手段で検出した物体の左右の相対方向において物体検出手段による物体の検出領域から面領域算出手段で算出した走行面の領域を排除することを特徴とする。

この障害物認識装置では、物体検出手段によって移動体の周辺の物体を検出する。車体が走行面（例えば、道路、地面、移動体が室内を走行する場合には床面）に対して傾斜した場合、物体検出手段も走行面に対して傾斜するので、その傾斜した角度によっては、物体検出手段の検出領域内に走行面が含まれ、走行面を物体として検出する。そこで、障害物認識装置では、面領域算出手段によって車体の傾斜に応じて物体検出手段で検出可能な走行面の領域を算出する。そして、障害物認識装置では、物体検出手段による物体の検出領域からその算出された車体の傾斜に応じて物体検出手段で検出可能な走行面の領域を排除する。このように、障害物認識装置では、車体の傾斜に応じて物体検出手段が検出可能な走行面の領域を物体検出手段の検出領域から外すことにより、車体が傾いた場合でも走行面を障害物として認識することはなく、適切に障害物を認識することができる。

本発明は、車体の傾斜に応じて物体検出手段が検出可能な走行面の領域を除いて障害物を認識するので、車体が傾いた場合でも走行面を障害物として認識することはなく、適切に障害物を認識することができる。

本実施の形態に係る衝突安全装置の構成図である。 車体がロール方向に傾いた場合の車両の鉛直面での模式図である。 車体がロール方向に傾いた場合のレーダのスキャンする面の位置関係を示す図である。 図１のＥＣＵにおける障害物認識処理の流れを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明に係る障害物認識装置の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施の形態では、本発明に係る障害物認識装置を、車両（移動体）に搭載される衝突安全装置に適用する。本実施の形態に係る車両は、少なくとも人が通常歩行するエリアで走行することが可能な車両であり、モータの駆動によって駆動力を発生し、モータの回生とメカブレーキによって制動力を発生する。また、本実施の形態に係る車両は、少なくとも前輪側に右輪と左輪を有しており、その左右輪の車体に対する上下方向の位置が独立して移動可能な車両である。そして、本実施の形態に係る車両は、旋回する場合、旋回安定性を向上させるために、制御によって左右輪の車体に対する上下方向の位置を移動させて車体を走行面（例えば、道路、地面、車両が室内を走行する場合には床面）に対して傾斜させる（旋回外側を旋回内側より高くする）。

図１〜図３を参照して、本実施の形態に係る衝突安全装置１について説明する。図１は、本実施の形態に係る衝突安全装置の構成図である。図２は、車体がロール方向に傾いた場合の車両の鉛直面での模式図である。図３は、車体がロール方向に傾いた場合のレーダのスキャンする面の位置関係を示す図である。

衝突安全装置１は、レーダによる物体検出を利用して車両の進行方向（前方）に障害物（歩行者、自転車などの移動物体、電柱、郵便ポスト、落下物などの静止物体）を認識した場合、障害物と衝突する可能性があるときには車両制御と警報出力を行う。特に、衝突安全装置１は、旋回時に車体がロール方向に傾いた場合でも障害物を高精度に認識するために、車体の傾き角に応じてレーダのビームが走行面に当たる領域（位置）を推定し、レーダで検出した物体の中からその推定した領域の物体を除いて障害物を認識する。

衝突安全装置１は、前方監視レーザレーダ１０、インバータ２０、モータ２１、ブレーキアクチュエータ２２、ブレーキ２３、オーディオアンプ２４、スピーカ２５及びＥＣＵ[Electronic Control Unit]３０を備えており、ＥＣＵ３０に物体情報検知部３１、障害物認識部３２、衝突防止制御部３３が構成される。

なお、本実施の形態では、前方監視レーザレーダ１０及び物体情報検知部３１が特許請求の範囲に記載する物体検出手段に相当し、障害物認識部３２が特許請求の範囲に記載する面領域算出手段に相当する。

前方監視レーザレーダ１０は、レーザビームを利用して物体を検出するための一次元のビームスキャンレーザレーダである。前方監視レーザレーダ１０は、車両の前側の中央に取り付けられ、車両の進行方向の物体を検出する。また、前方監視レーザレーダ１０は、車体に対して水平に設置される。前方監視レーザレーダ１０では、一定時間毎に、レーザビームを所定角度毎に左右方向にスキャンしながら車両から前方に向けて出射し、物体に当たって反射してきたレーザビームを受光する。そして、前方監視レーザレーダ１０では、そのレーザビームのデータをレーダ信号としてＥＣＵ３０に送信する。このデータには、スキャンした角度毎に出射したレーザビームの情報（車両正面方向からのスキャン角度、出射時刻など）、出射したレーザビームを受光できたか否かの情報、受光できた場合にはその受光情報（受光角度（スキャン角度）、受光時刻、受光強度など）などが含まれる。なお、このレーダ信号として送信するデータについては、受光できた場合のデータだけでもよい。

なお、車体が走行面に対して傾いていない場合、前方監視レーザレーダ１０から出射されるレーザビームは、走行面に対して平行である。したがって、物体が存在しない場合、出射されたレーザビームは、反射しない。しかし、旋回時に車体が走行面に対してロール方向に傾いた場合、車体に水平に設置される前方監視レーザレーダ１０も走行面に対してロール方向に傾くので、前方監視レーザレーダ１０から出射されるレーザビームも、走行面に対してロール方向に傾く。そのため、左右方向に扇状に広がっているレーザビームは、傾斜する角度が大きくなるほど、走行面に当たる領域が大きくなる。したがって、物体が存在しない場合でも、この領域に向けて出射されたレーザビームは、走行面で反射する。

インバータ２０は、モータ２１の回転駆動／回生発電を制御するインバータである。インバータ２０では、ＥＣＵ３０からモータ駆動制御信号を受信すると、そのモータ駆動制御信号に応じてバッテリ（図示せず）に充電されている電力を直流から交流に変換し、その交流電流をモータ２１に供給する。また、インバータ２０では、ＥＣＵ３０からモータ回生制御信号を受信すると、そのモータ回生制御信号に応じてモータ２１の回生発電による電力を交流から直流に変換し、バッテリに充電する。

モータ２１は、車両の駆動源である電気モータである。また、モータ２１は、ジェネレータとしての機能を有しており、車輪の回転エネルギ（運動エネルギ）を電気エネルギに変換し、回生発電を行う。モータ２１では、インバータ２０から交流電流が供給されると、その交流電流に応じて回転駆動して駆動力を発生する。また、モータ２１では、インバータ２０による制御によって回生発電し、その発電した電力をインバータ２０を介してバッテリに充電する。

ブレーキアクチュエータ２２は、車両のブレーキ２３を作動させるアクチュエータである。ブレーキアクチュエータ２２では、ＥＣＵ３０からメカブレーキ制御信号を受信すると、そのメカブレーキ制御信号に応じてブレーキ２３を作動させる。

ブレーキ２３は、車両のメカブレーキである。ブレーキ２３では、ブレーキアクチュエータ２２によって作動されると、制動力を発生する。

オーディオアンプ２４は、スピーカ２５からの出力音を制御するアンプである。オーディオアンプ２４では、ＥＣＵ３０から音制御信号を受信すると、その音制御信号を増幅し、その増幅された音制御信号（電気信号）をスピーカ２５に送信する。

スピーカ２５は、車両に備えられるスピーカであり、運転者に対する音の出力装置である。スピーカ２５では、オーディオアンプ２４から増幅された音制御信号を受信すると、その音制御信号（電気信号）を音に変換して出力する。

ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ[CentralProcessing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[RandomAccess Memory]などからなる電子制御ユニットであり、衝突安全装置１を統括制御する。ＥＣＵ３０は、ＲＯＭに格納されているアプリケーションプログラムをＲＡＭ上にロードし、ＣＰＵで実行することによって物体情報検知部３１、障害物認識部３２、衝突防止制御部３３を構成する。ＥＣＵ３０では、所定時間毎に、前方監視レーザレーダ１０からレーダ信号を受信するとともに、旋回時に車体のロール方向の傾きを制御する装置から車体の傾き角を示す傾き角信号を受信する。そして、ＥＣＵ３０では、その受信した各信号に基づいて各部３１，３２，３３の処理を行い、必要に応じてインバータ２０、ブレーキアクチュエータ２２、オーディオアンプ２４に各制御信号をそれぞれ送信する。

物体情報検知部３１では、レーダ信号に基づいて、レーザビームを受光できたときのデータがある場合（検出点（反射点）がある場合）には車両の前方に物体が存在すると判定し、検出点のデータがない場合には車両の前方に物体が存在しないと判定する。この際、物体はある程度の大きさを有するので、隣り合う検出点の個数が所定個数以上の場合に、物体が存在すると判定してもよい。物体が存在すると判定した場合、物体情報検知部３１では、各検出点についてのデータに基づいて、車両に対する物体の相対距離ｒを算出する。この算出方法としては、例えば、レーザビームの速度とその検出点でのレーザビームの出射から受光までの時間に基づいて検出点との相対距離ｒを算出する。また、物体情報検知部３１では、各検出点についてのデータから、車両に対する物体の相対方向としてその検出点のスキャン角度θを取得する。この距離ｒと角度θは、検出された物体についての車両に対する相対的な位置を示す。

障害物認識部３２では、物体情報検知部３１で物体が存在すると判定した場合、その物体毎に以下の処理を行う。まず、障害物認識部３２では、傾き角信号に基づいて、車体のロール方向の傾き角から前方監視レーザレーダ１０から出射されるレーザビームの走行面に対する傾き角αを設定する。図２に示すように、旋回時に車体Ｆが走行面Ｓに対して角度αで傾いている場合、前方監視レーザレーダ１０は車体Ｆに対して水平に設置されているので、前方監視レーザレーダ１０から出射されるレーザビームも傾き角αとなる。

次に、障害物認識部３２では、レーザビームの傾き角αと前方監視レーザレーダ１０の取付位置（走行面からの取付高さ）の関係から、スキャン角θで出射されたレーザビームが走行面と交差する位置（Ｒｂ，θ）（すちわち、レーザビームが走行面に当たる位置）を算出する。Ｒｂは、スキャン角度θで出射されたレーザビームが前方監視レーザレーダ１０から走行面に到達するまでの距離である。ここでは、まず、図２に示すように、傾き角αと取付高さｈを用いて、ＡＢ間距離＝ｈ／ｓｉｎαを算出する。次に、図３に示すように（図３における符号Ｄで示す方向は車両の正面方向であり、符号Ｌで示す線はレーザビームが走行面と交わる線である）、ＡＢ間距離＝ｈ／ｓｉｎαとスキャン角度θを用いて、ＢＣ間距離（Ｒｂ）＝ｈ／（ｓｉｎα×ｓｉｎθ）を算出する。ちなみに、車体が走行面に対して傾いている場合、前方監視レーザレーダ１０からスキャン角度θで出射されたレーザビームは距離Ｒｂだけ進むと走行面で反射するので、前方監視レーザレーダ１０で検出された物体の相対距離がＲｂに近い場合にはその物体を走行面と推定できる。

次に、障害物認識部３２では、前方監視レーザレーダ１０で検出された物体の位置（ｒ，θ）の距離ｒと算出したスキャン角度θでの走行面までの距離Ｒｂを比較し、距離ｒと距離Ｒｂが近いか否かを判定する。ここでは、距離ｒと距離Ｒｂの差の絶対値を算出し、その絶対値が閾値ΔＲ以下か否かで判定を行う。閾値ΔＲは、車両のサスペンションや車体剛性による変動及び前方監視レーザレーダ１０の検出位置誤差などから予め決定される。また、この閾値ΔＲは、物体までの距離が遠いほど大きな値を設定するようにしてもよい。

距離ｒと距離Ｒｂの差の絶対値が閾値ΔＲ以下の場合、障害物認識部３２では、前方監視レーザレーダ１０で検出された位置（ｒ，θ）の物体を走行面と判断し、その物体を無視する（障害物として認識しない）。一方、距離ｒと距離Ｒｂの差の絶対値が閾値ΔＲより大きい場合、障害物認識部３２では、前方監視レーザレーダ１０で検出された位置（ｒ，θ）の物体を障害物と判断し、障害物として認識する。

ちなみに、走行面に対して車体が傾いていない場合あるいは車体の傾きが小さい場合、全てのスキャン角度θについて、算出される走行面までの距離Ｒｂは、無限大あるいは大きな値（レーザビームが届かない距離）となる。したがって、前方監視レーザレーダ１０で検出された全ての物体について、距離ｒと距離Ｒｂの差の絶対値が閾値ΔＲより大きくなるので、障害物と判断される。

衝突防止制御部３３では、障害物認識部３２で障害物と認識した場合、その障害物毎に以下の処理を行う。衝突防止制御部３３では、障害物までの距離ｒが制御開始距離Ｒ以下か否かを判定する。制御開始距離Ｒは、障害物までの距離に基づいて衝突の可能性があるか否かを判定するための閾値であり、実験などによって予め設定される。この制御開始距離Ｒは、車両の速度が高くなるほど長くなる可変値としてもよい。障害物までの距離ｒが制御開始距離Ｒ以下の場合、衝突防止制御部３３では、障害物と衝突の可能性があると判定する。

衝突の可能性があると判定した場合、衝突防止制御部３３では、車両を障害物に到達する前に停止させるために必要な目標制動力を設定する。そして、衝突防止制御部３３では、その目標制動力をモータ２１による回生制動力だけで発生できるか否かを判定する。目標制動力をモータ２１による回生制動力だけで発生できると判定した場合、衝突防止制御部３３では、その目標制動力をモータ２１による回生制動力で発生させるために必要な目標回生量を設定し、その目標回生量を示すモータ回生制御信号をインバータ２０に送信する。一方、目標制動力をモータ２１による回生制動力だけで発生できないと判定した場合、衝突防止制御部３３では、そのときにモータ２１で発生できる最大の回生制動力に応じて目標回生量を設定し、その目標回生量を示すモータ回生制御信号をインバータ２０に送信するとともに、目標制動力から最大の回生制動力を引いた制動力をブレーキ２３で発生させるために必要な目標ブレーキ量を設定し、その目標ブレーキ量を示すメカブレーキ制御信号をブレーキアクチュエータ２２に送信する。さらに、衝突防止制御部３３では、障害物との衝突を回避するためにシステム側で停止（減速）させることを知らせる警報音を出力するための音制御信号をオーディオアンプ２４に送信する。

図１〜図３を参照して、衝突安全装置１における動作について説明する。特に、ＥＣＵ３０における障害物認識処理については、図４のフローチャートに沿って説明する。図４は、図１のＥＣＵにおける障害物認識処理の流れを示すフローチャートである。

前方監視レーザレーダ１０では、一定時間毎に、車両の前方をスキャンしながらレーザビームを出射するとともに反射してきたレーザ光を受光し、レーダ信号をＥＣＵ３０に送信している。ＥＣＵ３０では、このレーダ信号を受信し、車両前方の物体検出のレーダ情報を取得する（Ｓ１）。また、ＥＣＵ３０では、旋回時に車体のロール方向の傾きを制御する装置から傾き角信号を受信し、車体の傾き角を取得する。

一定時間毎に、ＥＣＵ３０では、前方監視レーザレーダ１０からのレーダ情報に基づいて、車両前方に物体が存在するか否かを判定する（Ｓ２）。Ｓ２の判定で物体が存在しないと判定した場合、ＥＣＵ３０では、今回の処理を終了する。

Ｓ２の判定で物体が存在すると判定した場合、物体毎に、ＥＣＵ３０では、レーダ情報に基づいて、スキャン角度θのレーザビームで検出された物体の位置（距離ｒ，角度θ）を算出する（Ｓ３）。また、ＥＣＵ３０では、車体の傾き角から前方監視レーザレーダ１０からのレーザビームの傾き角αを設定する（Ｓ４）。そして、ＥＣＵ３０では、レーザビームの傾き角αと前方監視レーザレーダ１０の取付高さｈに基づいて、物体が検出されたスキャン角度θのレーザビームが走行面と交差する位置（距離Ｒｂ，角度θ）を算出する（Ｓ５）。

ＥＣＵ３０では、前方監視レーザレーダ１０で検出されたスキャン角度θの物体までの距離ｒとスキャン角度θのレーザビームが走行面と交差するまでの距離Ｒｂとの差の絶対値を算出し、その絶対値が閾値ΔＲ以下か否か判定する（Ｓ６）。Ｓ６の判定で差の絶対値が閾値ΔＲ以下と判定した場合、ＥＣＵ３０では、スキャン角度θのレーザビームで検出された物体を走行面と判断し、その物体を無視する（Ｓ７）。一方、Ｓ６の判定で差の絶対値が閾値ΔＲより大きいと判定した場合、ＥＣＵ３０では、スキャン角度θのレーザビームで検出された物体を障害物と認識する（Ｓ８）。

Ｓ８で障害物と認識された物体が存在する場合、ＥＣＵ３０では、その障害物までの距離ｒに基づいて障害物と衝突する可能性があるか否かを判定する。障害物と衝突する可能性があると判定した場合、ＥＣＵ３０では、車両が停止するために必要な目標制動力を設定し、この目標制動力に基づいて目標回生量を示すモータ回生制御信号をインバータ２０に送信し、更に必要な場合には目標ブレーキ量を示すメカブレーキ制御信号をブレーキアクチュエータ２２に送信する。インバータ２０では、ＥＣＵ３０からモータ回生制御信号を受信すると、そのモータ回生制御信号に応じてモータ２１の回生発電による電力を交流から直流に変換し、バッテリに充電する。この際、モータ２１は、回転エネルギを電気エネルギに変換して回生発電し、回生制動力を発生させる。また、ブレーキアクチュエータ２２では、ＥＣＵ３０からメカブレーキ制御信号を受信すると、そのメカブレーキ制御信号に応じてブレーキ２３を作動させる。この際、ブレーキ２３では、作動し、制動力を発生させる。これによって、車両は、障害物の手前で停止する。また、ＥＣＵ３０では、警報音を出力するための音制御信号をオーディオアンプ２４に送信する。オーディオアンプ２４では、この音制御信号を受信すると、その音制御信号を増幅してスピーカ２５に送信する。この際、スピーカ２５では、増幅された音制御信号を警報音に変換して出力する。

この衝突安全装置１によれば、走行面に対して車体が傾いた場合でも、前方監視レーザレーダ１０で検出した物体が障害物かあるいは走行面かを高精度に判別でき、適切に障害物を認識することができる。その結果、衝突安全装置１では、障害物の誤認識による不要な警報出力や車両制御を防止でき、安全性や信頼性を向上させることができる。

特に、衝突安全装置１では、車体が傾いた場合にレーザビームが走行面に当たる位置を推定し、その推定した位置と前方監視レーザレーダ１０で検出した物体の位置を比較して位置が近いか否かを判定することにより、前方監視レーザレーダ１０で検出した物体が障害物かあるいは走行面かを高精度に判別できる。

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。

例えば、本実施の形態では移動体として人が通常歩行しているエリアで走行可能であり、少なくとも前輪に左右輪を有する電動の車両に適用したが、一般的な四輪自動車やオートバイ、自転車などの他の移動体にも適用可能である。また、移動体の駆動方式や制動方式についても他の方式でも適用可能である。

また、本実施の形態では旋回時に制御で車体を傾ける車両に適用したが、制御で車体を傾けない車両にも適用可能である。例えば、落下物や段差に左右輪の片輪が乗り上げて車体が傾いた場合などに有用となる。

また、本実施の形態では障害物認識の他に衝突防止制御まで行う衝突安全装置に適用したが、障害物認識装置に適用し、その認識結果を衝突防止装置などの他の装置に提供するようにしてもよい。

また、本実施の形態では認識した障害物の情報を用いた衝突防止制御の一例として障害物までの距離ｒが制御開始距離Ｒ以下の場合に停止制御を行う車両制御を示したが、認識した障害物の情報を用いた衝突防止制御としては様々な制御が適用可能であり、例えば、減速制御などの他の車両制御を行ってもよいし、あるいは、通知や警報出力だけを行うものでもよい。

また、本実施の形態では物体を検出する手段としてレーザレーダを適用したが、ミリ波レーダ、カメラなどの他の検出手段でもよい。

また、本実施の形態では車体のロール方向の傾きを制御する装置における制御値から車体の傾き角を取得する構成としたが、車体の傾き角をセンサで検出する構成としてもよい。

また、本実施の形態では車両の前方に適用したが、後方などの他の方向にも適用可能である。

また、本実施の形態では車体がロール方向に傾く場合に適用したが、車体がピッチ方向やヨー方向に傾く場合あるいはそれらの各方向が複合して傾く場合にも同様に適用可能である。

また、本実施の形態では車体の傾き角に応じてレーダで検出可能な走行面の位置を算出し、その算出した位置とレーダで実際に検出した物体の位置とを比較し、その位置が近い場合にはその物体を障害物として認識しない構成としたが、車体の傾き角に応じてレーダで検出可能な走行面の領域（位置）を算出し、その算出した領域をレーダの検出領域から排除し、その残った領域内で検出された物体を障害物として認識してもよい。

また、本実施の形態では物体検出手段として一次元のレーダを適用したが、二次元のレーダあるいは画像センサのように面で検出するセンサ（左右方向に加えて上下方向も検出するセンサ）を用いた場合、そのようなセンサで検出される面での検出情報のうち走行面の位置よりも下方の部分を無視すれば同様の方法によって障害物か走行面かを判別できる。

１…衝突安全装置、１０…前方監視レーザレーダ、２０…インバータ、２１…モータ、２２…ブレーキアクチュエータ、２３…ブレーキ、２４…オーティオアンプ、２５…スピーカ、３０…ＥＣＵ、３１…物体情報検知部、３２…障害物認識部、３３…衝突防止制御部

Claims (1)

1. 移動体に搭載される障害物認識装置であって、
   前記移動体の周辺の物体を検出し、物体を検出した場合には当該検出した物体の前記移動体に対する左右の相対方向を取得する物体検出手段と、
   前記物体検出手段で物体を検出した場合、前記移動体の車体のロール方向の傾斜に応じて前記物体検出手段で検出した物体の左右の相対方向において前記物体検出手段で検出可能な走行面の領域を算出する面領域算出手段と
   を備え、
   前記物体検出手段で物体を検出した場合、前記物体検出手段で検出した物体の左右の相対方向において前記物体検出手段による物体の検出領域から前記面領域算出手段で算出した走行面の領域を排除することを特徴とする障害物認識装置。

Images