JP5516043B2

JP5516043B2 - 走行制御装置

Info

Publication number: JP5516043B2
Application number: JP2010108914A
Authority: JP
Inventors: 宏寿植田; 正康島影; 一郎山口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-05-11
Also published as: JP2011238025A

Description

本発明は、走行制御装置に関する。

従来から、レーザを、車両方向前方に向けて照射するとともに、車幅方向に走査（前方スキャン）することにより、先行車両や、車両方向前方にある障害物や路面に付された白線（走行路区分線）等を検出する車載レーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１４７１２４号公報

しかしながら、上記した車載レーダ装置では、レーザを円弧状に走査しているので、停止線などの道路上を横切る白線に対しては、サンプリング周期を短くしないと検出できない。しかし、サンプリング周期を短くすると、データの処理に時間が掛かり、車両制御に遅れが生じる可能性がある。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、停止線などの道路上を横切る白線に対しても、サンプリング周期を短くすることなく検出可能となり、適切なタイミングで走行制御が可能となる走行制御装置を提供することである。

本発明の特徴は、車両に搭載された第１のビーム発生手段から光ビームを発生させ、この光ビームを、車両前方に対して第１の角度だけ鉛直下方に傾かせ、かつ車両前方に対して第２の角度だけ車幅方向に傾かせて固定し、車線幅の中央を横切るように走査し、車両前方の道路上で反射された光ビームの反射光を受光し、車両の速度を検出し、車両の速度に基づいて反射光の位置を算出し、この反射光の位置に基づいて、道路上の車幅方向に伸びる白線を検出し、この白線と車両の速度に基づいて車両の走行制御を行う走行制御装置であって、第２の角度が走行速度及び光ビームの走査周期により定められることである。

本発明の走行制御装置によれば、停止線などの道路上を横切る白線に対しても、サンプリング周期を短くすることなく検出可能となり、適切なタイミングで走行制御が可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係わる走行制御装置の構成を示すブロック図である。図２（ａ）は、図１の走行制御装置を搭載した車両ＳＣから車両前方に向けて射出される光ビームＬＢを示す模式図であり、図２（ｂ）は、車両前方の道路上に照射される光ビームＬＢの走査領域を示す模式図である。図１の走行制御装置により行われる制御手順の一例を示すフローチャートである。図３のステップＳ１３０に示す停止線検出の詳細な処理手順の一例をフローチャートである。図４のステップＳ２１０で抽出される画像の一例として、横断歩道、停止線、横断歩道又は自転車横断帯あり、などの指示表示、規制表示、区画線の画像を示す模式図である。図４のステップＳ２３０において抽出されるグループ結果Ｇ１〜Ｇ８の一例を示す模式図である。図７（ａ）は、通行区分が左側であって右カーブを走行する際の光ビームを車幅方向に傾かせる方向を示す模式図であり、図７（ｂ）は、通行区分が左側であって左カーブを走行する際の光ビームを車幅方向に傾かせる方向を示す模式図である。本発明の第４の実施の形態に係わる走行制御装置の構成を示すブロック図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、第４の実施の形態における照射位置の軌跡ＲＰ１、ＲＰ２を示す上面図である。

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。

（第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係わる走行制御装置の構成を説明する。第１の実施の形態に係わる走行制御装置は、光ビームを発生する第１の光ビーム発生部（第１の光ビーム発生手段）１０と、第１の光ビーム発生部１０により発生する光ビームを車両前方の道路上において走査する第１の光ビーム走査部（第１の光ビーム走査手段）１５と、車両前方の道路上で反射された光ビームの反射光を受光する第１の受光部（第１の受光手段）２０と、車両の速度を検出する車速検出部（車速検出手段）４０と、車速検出部４０により検出された車両の速度に基づいて第１の受光部２０が受光した反射光の位置を算出する反射位置算出部（反射位置算出手段）２５と、反射光位置算出部２５により算出された反射光の位置を記憶する反射位置記憶部（反射位置記憶手段）３０と、反射光位置記憶部３０に記憶された反射光の位置に基づいて、道路上の車幅方向に伸びる白線を検出する白線検出部（白線検出手段）５０と、白線検出部５０で検出した白線と車速検出部４０により検出した車両の速度に基づいて車両の走行制御を行う走行制御部（走行制御手段）６０とを備える。

図２（ａ）は、図１の走行制御装置を搭載した車両ＳＣから車両前方に向けて射出される光ビームＬＢを示す模式図であり、図２（ｂ）は、車両前方の道路上に照射される光ビームＬＢの走査領域を示す模式図である。

車両ＳＣの前面部に搭載された第１の光ビーム発生部１０により発生する光ビームＬＢは、図２（ａ）に示すように鉛直方向において第１の角度αだけ下方に向けて射出される。

第１の光ビーム走査部１５は、図２（ｂ）に示すように、水平方向の走査角度範囲γにおいて、光ビームＬＢを走査する。この時、走査角度範囲γは、走行車線の両端の白線が検出可能な角度範囲が望ましい。

道路上に照射される光ビームＬＢの照射位置は、光ビームＬＢの走査により移動する。光ビームＬＢの照射位置の軌跡ＲＰは、図２（ｂ）に示すように、車幅方向の中央部を横切り、車幅方向に対して車両前後方向に第２の角度θを成している。第２の角度θは、走行速度及び光ビームＬＢの走査周期ｆにより定められる。なお、本発明の実施の形態において軌跡ＲＰは、線分を成しているが、軌跡ＲＰの全体が曲線或いは軌跡ＲＰの一部が曲
線であっても構わない。

このように、第１の光ビーム走査部１５は、先ず、第１の光ビーム発生部１０により発生する光ビームＬＢを、車両前方に対して第１の角度αだけ鉛直下方に傾かせ、かつ車両前方に対して第２の角度θだけ車幅方向に傾かせて固定する。そして、車両前方に対して第２の角度θだけ車幅方向に傾かせた方向を走査中心として、車線幅の中央を横切るように走査角度範囲γにおいて光ビームＬＢを走査する。なお、第２の角度θは、車両の走行速度Ｖ及び光ビームの走査周期ｆにより定められる

具体的には、第１の光ビーム発生部１０の車載高さをＨ、走行車線幅をＷとすると、（１）式に従って、走査角度範囲γを設定すればよい。これにより、走行車線の両端の白線が検出可能な走査角度範囲γを設定することができる。

γ>arctan（Ｗtanα／２Ｈcosθ）・・・（１）

例えば、第１の角度αが０．０８[rad]（約４．６°）、第２の角度θが０．３５[rad]（約２０°）、光ビーム発生部１０の車載高さＨが０．５[ｍ]、走行車線幅Ｗが３[ｍ]である場合、（１）式から、γを、０．２５[rad]（約１４°）以上に設定することができ
る。

第１の受光部２０は、光ビームＬＢの反射光を受光して、少なくとも車両ＳＣに対する反射光の相対的な位置と反射光の強さを検知する。

反射位置算出部２５は、車両ＳＣに対する反射光の相対的な位置、車両ＳＣの位置、及び車速検出部４０により検出された車両ＳＣの速度Ｖに基づいて、第１の受光部２０が受光した反射光の位置を算出する。反射位置記憶部３０は、反射光位置算出部２５により算出された反射光の位置及び反射光の強さを関連づけて記憶する。

白線検出部５０は、先ず、射光位置記憶部３０に記憶された反射光の位置及び反射光の強さに基づいて、白線を検出する。その後、検出した白線の内、道路上の車幅方向に伸びる白線を、停止線として検出する。

図３を参照して、図１の走行制御装置により行われる制御手順の一例を説明する。

先ず、図３のステップＳ１１０では、第１の光ビーム発生部１０により光ビームＬＢを発生するとともに、図２を示したように、第１の光ビーム走査部１５により光ビームＬＢを走査する。これと同時に、第１の受光部２０により光ビームＬＢの反射光を受光し、自車に対する反射光の相対位置と反射光の強さを検知する。

次に、ステップＳ１２０では、車両ＳＣの位置と、ステップＳ１１０で検知した車両ＳＣに対する反射光の相対位置と、車速検出部４０により検出された車両ＳＣの速度Ｖとから反射光の位置を算出する。そして、算出された反射光の位置を、ステップＳ１１０で検知した反射光の強さと関連付けて反射位置記憶部３０に記憶する。なお、車両ＳＣの位置ｐは初期状態ではｐ＝０でよい。

次に、ステップＳ１３０では、反射位置記憶部３０に記憶されている反射光の位置と反射光の強さとから、道路上の車幅方向に伸びる白線（停止線）を検出する。停止線が検出された場合は、停止線までの距離Ｌを取得する。ステップＳ１３０の停止線検出の詳細な処理手順の一例を図４のフローチャートに示す。

先ず、図４のステップＳ２１０では、反射位置記憶部３０に記憶されている反射光の位置と反射光の強さとから、路面標示の画像を抽出する。アスファルトに比べて路面標示の反射率が高いことを利用し、反射光が強い部分を路面標示の画像として抽出する。これにより、例えば図５に示すような、横断歩道、停止線、横断歩道又は自転車横断帯あり、などの指示表示、規制表示、区画線の画像を得ることができる。図５に記載された平行な複数の斜線は図２（ｂ）の光ビームＬＢの照射位置の軌跡ＲＰに相当する。

ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で抽出した結果から白線を検出する。白線の検出には種種の方法が知られているが、ここでは、ハフ変換により直線（曲線でも良い）を検出し、検出したうち、長さが所定値（例えば１０ｍ）以上のものを白線として検出する。

ステップＳ２３０では、ステップＳ２１０で抽出した画像と、ステップＳ２２０で検出した白線とに基づいて停止線を検出する。まず、ステップＳ２１０で抽出した画像において、距離が近いスキャン点同士でクラスタリングを行う。次に、クラスタリング結果をステップＳ２２０で検出された白線（曲線の場合は接線）に垂直な方向にグルーピングを行う。さらに、各グルーピング結果の白線に平行な方向の所定距離（例えば０．５ｍ）以内に別のグルーピング結果があるは否かを判断し、あった場合には、それらを更にグルーピングする。その結果、例えば、図６に示すような幾つかのグループ結果Ｇ１〜Ｇ８が抽出される。このグルーピング結果Ｇ１〜Ｇ８のうち、ステップＳ２２０で検出された白線に平行な方向の大きさが所定範囲内（例えば、０．３ｍ以上且つ０．５ｍ以下）のグルーピング結果Ｇ２を停止線として検出する。

図３のステップ１４０に進み、車速検出部４０により自車の速度Ｖを検出する。

ステップ１５０では、ステップＳ１３０で取得した停止線までの距離Ｌと、ステップＳ１４０で検出した自車の速度Ｖとに基づいて、走行制御の必要性を判断する。停止線までの距離Ｌと自車の速度Ｖが（２）式を満たす場合（Ｓ１５０でＹＥＳ）、走行制御が必要有ると判断して、ステップ１６０に進み、（２）式を満たさない場合（Ｓ１５０でＮＯ）、走行制御が必要無いと判断して、ステップ１７０に進む。ここで、βは停止に必要な減速度に関する係数で、例えばβ＝８とする。

Ｌ<Ｖ^２／２β ・・・（２）

ステップＳ１６０では、停止線で停止できるように自車のブレーキを制御する。

ステップＳ１７０では、イグニッションスイッチ（ＩＧＮ）がオフされたか否かを判断する。オフされていれば（Ｓ１７０でＹＥＳ）、図３の処理フローを終了し、オフされていなければ（Ｓ１７０でＮＯ）、ステップＳ１１０に戻る。

本発明の第１の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。

第１の光ビーム発生部１０により発生する光ビームを、車両前方に対して第１の角度αだけ鉛直下方に傾かせ、かつ車幅方向に対して第２の角度θだけ車両前後方向に傾かせて固定し、車線幅の中央を横切るように走査する。これにより、図２（ｂ）に示すように、照射位置の軌跡ＲＰ（走査線）が車線幅の中央を横切るので、停止線などの道路上を横切る白線に対してもサンプリング周期を短くすることなく検出可能となり、適切なタイミングで走行制御が可能となる。

（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、車幅方向に傾かせる第２の角度θを、走行制御を行う最大速度や走査周期に応じて決定する場合について説明する。なお、第２の実施の形態に係わる走行制御装置の構成及び処理内容は、第１の実施の形態と同様であり、図示及び説明を省略する。

第１の光ビーム走査部１５が光ビームを走査する周期（走査周期）をｆとし、走行制御を行う最大速度をＶｍａｘとすると、（３）式を満たすように、第２の角度θを設定する。

ここで、Ｌは検出すべき対象物の車幅方向の長さの半分の値であり、例えば、検出すべき対象物が第１の実施の形態と同じ停止線である場合は、Ｌ＝２[ｍ]／２＝１とする。δは光ビームの太さなどの特性に応じて調整する調整シロであり、例えばδ＝０．１[rad]
程度である。例えば、ｆ＝１０[Hz]、Ｖmax＝３０[km/h]とすると、θ≧約０．５９[rad]（約３４度）で有り、また、白線検出を考慮するとθ≦約０．７９[rad]（４５度）とな
る。白線を検出するためにはθは小さい方が良いことを考えると、例えば、θ＝０．５９[rad]（約３４度）と設定することができる。

なお、第２の角度θは、走行速度Ｖ及び光ビームの走査周期ｆにより定められるため、走行速度を、走行制御を行う最大速度Ｖｍａｘに応じて定めることができる。よって、車両前後方向に傾かせる第２の角度θも、走行制御を行う最大速度Ｖｍａｘに応じて決定されることになる。よって、停止線などの道路上を横切る白線を検出可能となり、適切なタイミングで走行制御が可能となる。

第２の実施の形態においては、第２の角度θを走査周期ｆと走行制御を行う最大速度Ｖmaxによって決定するので、走行制御を行う速度では停止線の検出精度を高めることがで
きる。

（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、光ビームを車両前後方向に傾かせる方向（第２の角度θの符号）を車両の通行区分により定める場合について説明する。なお、第３の実施の形態に係わる走行制御装置の構成及び処理内容は、第１の実施の形態と同様であり、図示及び説明を省略する。

例えば、通行区分が左側の場合には、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、同じ曲率のカーブを曲がる際、左カーブの場合の方が右カーブの場合に比べて旋回曲率が小さくなる。よって、図７（ｂ）に示す左カーブの場合、図２（ｂ）と反対方向に第２の角度θを与えてしまうと、照射位置の軌跡ｒｐは図７（ｂ）の破線で示すようになり、車線幅の中央を横切ることが難しくなる。このため、白線を検出できなくなってしまう。よって、図２（ｂ）と同じ方向、すなわち通行区分の内側に向かうにつれて車両前方に第２の角度θを与えれば、図７（ｂ）の実線で示す照射位置の軌跡ｒｐが車線幅の中央を横切るので、白線を検出することが可能である。

以上説明したように、光ビームを車幅方向に傾かせる方向を通行区分により定めること
により、カーブ路においても停止線等の道路上を横切る白線を検出可能となり、適切なタイミングで走行制御が可能となる。

（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、２つの光ビームを用いて、停止線の検出を行う場合について説明する。

図８を参照して、本発明の第４の実施の形態に係わる走行制御装置の構成を説明する。第４の実施の形態に係わる走行制御装置は、図１の走行制御装置の構成要素に加えて、更に、第２のビーム発生部（第２のビーム発生手段）１２、第２の光ビーム走査部（第２の光ビーム走査手段）１７、及び第２の受光部（第２の受光手段）２２を備えている。

即ち、図８の走行制御装置は、車両に搭載された、光ビームを発生する第２のビーム発生部１２と、第２の光ビーム発生部１２により発生する光ビームを、車両前方に対して第１の角度αだけ鉛直下方に傾かせ、かつ車幅方向に対して第２の角度θの符号を入れ替えた、すなわち第２の角度θの前後方向の傾きに対して逆向きの第３の角度（−θ）だけ車両前後方向に傾かせて固定し、車線幅の中央を横切るように走査する第２の光ビーム走査部１７と、車両前方の道路上で反射された光ビームの反射光を受光する第２の受光部２２とを更に備える。

そして、反射光位置算出部２５は、車速検出部４０により検出された車両の速度に基づいて、図３に示す処理フローにしたがって、第２の受光部２２が受光した反射光の位置を算出する（Ｓ１２０）。反射光位置記憶部３０は、第２の受光部２２が受光した反射光の位置を記憶する（Ｓ１２０）。白線検出部５０は、第１の受光部２０及び第２の受光部２２が受光した各反射光の位置に基づいて、道路上の車幅方向に伸びる白線を停止線として検出する（Ｓ１３０）。

なお、第４の実施の形態に係わる走行制御装置のその他の構成及び処理内容は、第１の実施の形態と同様であり、図示及び説明を省略する。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、第１の光ビーム走査部１５による光ビームの照射位置の軌跡ＲＰ１と、第２の光ビーム走査部１７による光ビームの照射位置の軌跡ＲＰ２は、それぞれ車幅方向の中央部を横切し、互いに交差している。車幅方向に対して、互いに反対方向に第２の角度θを有している。例えば、θ_１＝０．３５[rad]（約２０度
）、θ_２＝０．５９[rad]（約３４度）とする。

第４の実施の形態においては、２つの光ビームが互いに反対方向に第２の角度θを成しているので、左右どちらのカーブに対しても安定して検出可能であるとともに、記憶されるスキャン結果が格子状となり、より高い速度においても停止線等の検出が可能である。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、４つの実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、本発明の実施の形態では、停止線があるところでは停止するものとして説明したが、例えば、一時停止交差点や赤信号情報を取得した場合や、横断者などがいる場合だけに適用するようにしてもよい。

また、光ビームを車両に対してヨー角を与えて固定することにより、単路だけでなく交
差点においても適切に路面標示を認識することができる。車載ヨー角は、進行方向に垂直な対象物（例えば、停止線等の道路上の車幅方向に伸びる白線）の長さと対象物通過時の最大速度、及び、光ビームの走査周波数から算出することができる。

１０第１の光ビーム発生部（第１の光ビーム発生手段）
１２第２の光ビーム発生部（第２の光ビーム発生手段）
１５第１の光ビーム走査部（第１の光ビーム走査手段）
１７第２の光ビーム走査部（第２の光ビーム走査手段）
２０第１の受光部（第１の受光手段）
２２第２の受光部（第２の受光手段）
２５反射光位置算出部（反射光位置算出手段）
３０反射光位置記憶部（反射光位置記憶手段）
４０車速検出部（車速検出手段）
５０白線検出部（白線検出手段）
６０走行制御部（走行制御手段）
α 第１の角度
θ 第２の角度

Claims

車両に搭載された、光ビームを発生する第１のビーム発生手段と、
前記第１の光ビーム発生手段により発生する光ビームを、車両前方に対して第１の角度だけ鉛直下方に傾かせ、かつ車幅方向に対して第２の角度だけ車両前後方向に傾かせて固定し、車線幅の中央を横切るように走査する第１の光ビーム走査手段と、
車両前方の道路上で反射された前記光ビームの反射光を受光する第１の受光手段と、
前記車両の速度を検出する車速検出手段と、
前記車速検出手段により検出された前記車両の速度に基づいて前記第１の受光手段が受光した反射光の位置を算出する反射光位置算出手段と、
前記反射光位置算出手段により算出された反射光の位置を記憶する反射光位置記憶手段と、
前記反射光位置記憶手段に記憶された反射光の位置に基づいて、道路上の車幅方向に伸びる白線を検出する白線検出手段と、
前記白線検出手段で検出した前記白線と前記車速検出手段により検出した車両の速度に基づいて車両の走行制御を行う走行制御手段と、を備え、
前記第２の角度は、走行速度及び光ビームの走査周期により定められる
ことを特徴とする走行制御装置。
前記走行速度を、前記走行制御を行う最大速度に基づいて決定することを特徴とする請求項１に記載の走行制御装置。
光ビームを車幅方向に傾かせる方向を通行区分により定めることを特徴とする請求項１又は２に記載の走行制御装置。
車両に搭載された、光ビームを発生する第２のビーム発生手段と、
前記第２の光ビーム発生手段により発生する光ビームを、車両前方に対して前記第１の角度だけ鉛直下方に傾かせ、かつ車両前方に対して前記第２の角度の符号を入れ替えた第３の角度だけ車幅方向に傾かせて固定し、車線幅の中央を横切るように走査する第２の光ビーム走査手段と、
車両前方の道路上で反射された前記光ビームの反射光を受光する第２の受光手段と、を更に備え、
前記反射光位置算出手段は、前記車速検出手段により検出された前記車両の速度に基づいて、前記第２の受光手段が受光した反射光の位置を算出し、
前記反射光位置記憶手段は、前記第２の受光手段が受光した反射光の位置を記憶し、
前記白線検出手段は、前記第１の受光手段及び前記第２の受光手段が受光した反射光の位置に基づいて、道路上の車幅方向に伸びる白線を検出する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の走行制御装置。