JP6088251B2 - 車両走行支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両走行を支援する技術に関する。

従来より、走行レーンの位置座標から最小二乗法によって走行レーンを円弧と仮定し、円弧の曲率および車両状態から走行支援を行う車両のレーン走行支援装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第４３２５３６３号公報

しかし、上述のような車両のレーン走行支援装置においては、走行レーンの位置座標の精度によって曲率の推定精度にばらつきが生じ、車両のふらつきを招くという問題があった。また、走行路が直線からカーブへ移行する際に、実際よりも早くカーブと認識して、目標とする位置座標群よりもカーブの内側へ走行するという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、車両走行支援装置において、操舵制御の信頼性を高めることにある。

上記課題を解決するためになされた本発明の車両走行支援装置（１）では、走行状態量検出手段（１０）が、自車両の走行状態を示す走行状態量である車速およびヨーレートを検出し、周辺監視手段（２０）が、自車両を走行させる走行車線および自車両の前方に存在する先行車両の位置を検出し、目標走行座標記録手段（３１）が、周辺監視手段により検出された自車両の走行車線および先行車両の位置から、自車両が目標として走行すべき座標である目標走行座標を演算して記録する。

そして、走行経路曲率推定手段（３２）が、目標走行座標記録手段が記録する目標走行座標群に関する情報に基づき、目標走行座標群の曲率である走行経路曲率を推定する。
なお、この走行経路曲率推定手段においては、曲率推定演算調整手段（３２ａ）が、走行状態量検出手段によって検出された車速およびヨーレートと前回推定した走行経路曲率に基づき、走行経路曲率の推定に用いる目標走行座標ごとの重みを調整する。

さらに、操舵フィードフォワード演算手段（３３）が、走行経路曲率推定手段により推定された走行経路曲率から自車両が予め操舵すべき操舵量を演算し、操舵制御手段が、操舵フィードフォワード演算手段よって演算された操舵量に基づき、自車両が走行経路曲率推定手段によって推定された走行経路曲率に従って走行するよう操舵制御を行う。

このように構成された本発明の車両走行支援装置によれば、走行経路曲率の推定精度が向上して、自車両の走行状態や道路の形状変化にも追従可能な操舵制御を実現することができ、操舵制御の信頼性を高めることができる。

なお、走行経路曲率推定手段が、目標走行座標群に基づいて最小二乗法によって円弧状の近似曲線を求めることで走行経路曲率を推定してもよい。このように近似曲線を求める際には、円弧の中心が自車両の走行ベクトルの法線上となるよう設定することや、円弧の中心が自車両の走行ベクトルの法線上となり且つ円弧が自車両の重心または前記自車両の後輪中央上となるよう設定すること、円弧の中心を任意点に設定すること、などが考えられる。

また、走行経路曲率推定手段が、複数の走行経路曲率の推定結果からその曲率が滑らかに変化するよう演算を行う複数曲率推定結果演算手段（３２ｂ）を備えるようにしてもよい。

また、曲率推定演算調整手段が、目標走行座標群の目標走行座標を追加または除外する場合に重みがゼロとなるよう目標走行座標群の境界付近の重みを滑らかに偏差させるようにしてもよい。

実施形態の走行支援装置の構成を示すブロック図である。 目標走行座標と重みとの関係を説明する模式図である。 走行経路曲率を説明する模式図である。 走行経路曲率の算出方法を説明する模式図である。 走行支援処理の手順を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。なお、本発明は下記実施形態に限定されるものではなく、様々な態様にて実施することが可能である。
［１．走行支援装置１の構成の説明］
本発明が適用された車両走行支援装置（以下走行支援装置）１は、図１に示すように、車両状態量検出部１０と、車両周辺の状況を検出する周辺監視部２０と、演算部３０と、操舵制御部４０と、を備える。

［１．１．車両状態量検出部１０の構成の説明］
車両状態量検出部１０は、操舵角エンコーダと、車速エンコーダと、ヨーレートセンサと、を備える。操舵角エンコーダは、自車両の走行状態を示す走行状態量として自車両の操舵角を検出するセンサであり、操舵角に応じた信号を演算部３０に出力する。また、車速エンコーダは、走行状態量として自車両の走行速度（車速）を検出するセンサであり、走行速度に応じた信号を演算部３０に出力する。また、ヨーレートセンサは、走行状態量として自車両の鉛直方向に向けた軸の回転速度を検出するセンサであり、ヨーレートに応じた信号を演算部３０に出力する。なお、操舵角エンコーダや、車速エンコーダや、ヨーレートセンサとしては公知のセンサを用いることができ、特に限定するものではない。また、車速エンコーダから出力された信号を用いて自車両の走行速度を検出してもよいし、車速エンコーダの代わりに、自車両の位置を測位するＧＰＳ装置などの衛星測位装置を用いて自車両の走行速度を求めてもよい。

［１．２．周辺監視部２０の構成の説明］
周辺監視部２０は、車両前方の直進方向を中心とする所定角度範囲を検出エリアとする前方センサと、車両左側方の車幅方向を中心とする所定角度範囲を検出エリアとする左側方センサと、車両右側方の所定角度範囲（左側方センサと同様）を検出エリアとする右側方センサとを少なくとも備え、自車両を走行させる走行車線および自車両の前方に存在する先行車両の位置を検出する。なお、前方センサは、画像センサ（カメラ）又はレーザレーダからなり、左右側方センサは、いずれも画像センサ、レーダセンサ、ミリ波センサ、ソナーのいずれかからなる。

［１．３．演算部３０の構成の説明］
演算部３０には、目標走行座標記録手段３１と、走行経路曲率推定手段３２と、操舵フィードフォワード演算手段３３と、が主に設けられている。また、走行経路曲率推定手段３２には、曲率推定演算調整手段３２ａと、複数曲率推定結果演算手段３２ｂと、が設けられている。また、演算部３０は、ＣＰＵ（中央演算処理ユニット）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース等を有するマイクロコンピュータである。ＲＯＭ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムは、ＣＰＵを上述の目標走行座標記録手段３１や、走行経路曲率推定手段３２（曲率推定演算調整手段３２ａおよび複数曲率推定結果演算手段３２ｂを含む）、操舵フィードフォワード演算手段３３として機能させる。

［１．４．操舵制御部４０の構成の説明］
操舵制御部４０は、演算部３０によって演算された操舵量に基づき、自車両が演算部３０によって推定された走行経路曲率に従って走行するよう操舵制御を行う。

［２．走行支援処理の説明］
次に、走行支援装置１が実行する走行支援処理を、図５のフローチャートを参照して説明する。

本処理は、運転者が走行支援装置１を有効に設定している間、繰り返し実行される。
まず、最初のステップＳ１１０では、車両状態量および周辺情報を取得する。ここでは、車両状態量検出部１０が、操舵角エンコーダを用いて自車両の操舵角（以下操舵角）を検出するとともに、車速エンコーダを用いて自車両の走行速度（以下車速）を検出し、ヨーレートセンサを用いて自車両のヨーレートを検出し、検出した操舵角、車速およびヨーレートを演算部３０に出力する。また、周辺監視部２０が、前方センサ、左側方センサ、右側方センサなどを用いて自車両を走行させる走行車線および自車両の前方に存在する先行車両の位置を検出し、検出した走行車線に関する情報および先行車両に関する情報を周辺情報として演算部３０に出力する。

続くＳ１２０では、自車の走行距離または走行時間が、予め実験等により設定された所定値以上か否かを判断する。自車の走行距離または走行時間が所定値以上である場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、目標走行座標を更新し（Ｓ１３０）、Ｓ１４０に移行する。このとき目標座標の更新は、最も古い目標走行座標を削除し、最も新しい目標走行座標を追加して行なう。一方、自車の走行距離または走行時間が所定値以上ではない場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、そのままＳ１４０に移行する。

Ｓ１４０では、走行経路曲率を推定する。ここでは、目標走行座標記録手段３１が、周辺監視部２０により検出された自車両の走行車線および先行車両の位置から、自車両が目標として走行すべき座標である目標走行座標を演算して記録する。次に、走行経路曲率推定手段３２が、目標走行座標記録手段３１が記録する目標走行座標群に関する情報に基づき、目標走行座標群の曲率である走行経路曲率を推定する。なおこの場合、曲率推定演算調整手段３２ａが、車両状態量検出部１０によって検出された車速およびヨーレートと走行経路曲率推定手段３２が前回推定した走行経路曲率に基づき、走行経路曲率の推定に用いる目標走行座標ごとの重みを調整し、複数曲率推定結果演算手段３２ｂが、走行経路曲率推定手段３２によって推定された複数の走行経路曲率の推定結果からその曲率が滑らかに変化するよう演算を行う。

なお、重み調整については、例えば次のような観点から実行する。
（１）走行経路曲率推定の履歴により走行目標座標が直線形状に近く、自車が直線を走行していると判断したときは、曲率の推定精度を向上するために自車から遠い座標の重みを大きくする（図２（ａ）参照）。

（２）走行経路曲率推定の履歴により走行目標座標が直線から曲線に移行しており、走行路が直線からカーブへ移行していると判断したときは、自車が直線路上でカーブと誤認識し操舵しないように自車に近い座標の演算の重みを大きくする（図２（ｂ）参照）。

（３）自車の車速が高い（所定値よりも大きい）場合は自車から遠い座標の重みを大きくする（図２（ｃ）参照）。
（４）車速が低い（所定値未満）場合は自車に近い座標の重みを大きくする（図２（ｄ）参照）。

なお、上記（１）〜（４）の場合、目標走行座標群の目標走行座標を追加または除外する場合に重みがゼロとなるように、目標走行座標群の境界付近の重みを滑らかに偏差させる。

また、走行経路曲率の推定は、目標走行座標群に基づいて最小二乗法によって円弧状の近似曲線を求めることで行うが（最小二乗法については図４（ａ）参照）、次の（１）〜（３）のような条件に基づいて実行する。

（１）円弧の中心が自車両の走行ベクトルの法線上となるよう設定する（図３（ａ）の推定曲線（１）参照）。
（２）円弧の中心が自車両の走行ベクトルの法線上となり且つ円弧が自車両の重心または前記自車両の後輪中央上となるよう設定する（図３（ｂ）の推定曲線（２）参照）。

（３）円弧の中心を任意点に設定する（図３（ｃ）の推定曲線（３）参照）。
さらに、上記３つの走行経路曲率（図３の推定曲率（１）、推定曲率（２）、推定曲率（３））から平均値または最小値を算出して最終的な走行経路曲率とする（図４（ｂ）参照）。

続くＳ１５０では、曲率推定結果および目標走行座標と自車姿勢の差分から目標操舵量を演算する。ここでは、操舵フィードフォワード演算手段３３が、走行経路曲率推定手段３２により推定された走行経路曲率から自車両が予め操舵すべき操舵量を演算する。

続くＳ１６０では、操舵制御部４０が、演算部３０によって演算された操舵量に基づき、自車両が演算部３０によって推定された走行経路曲率に従って走行するよう操舵制御を行う。

そして、本処理を終了する。
［３．実施形態の効果］
このように本実施形態の走行支援装置１によれば、走行経路曲率の推定精度が向上して、自車両の走行状態や道路の形状変化にも追従可能な操舵制御を実現することができ、操舵制御の信頼性を高めることができる。

なお、本実施形態では、車両状態量検出部１０が走行状態量検出手段に該当し、周辺監視部２０が周辺監視手段に該当し、演算部３０の目標走行座標記録手段３１が目標走行座標記録手段に該当し、演算部３０の走行経路曲率推定手段３２が走行経路曲率推定手段に該当し、演算部３０の操舵フィードフォワード演算手段３３が操舵フィードフォワード演算手段に該当し、演算部３０の曲率推定演算調整手段３２ａが曲率推定演算調整手段に該当し、演算部３０の複数曲率推定結果演算手段３２ｂが複数曲率推定結果演算手段に該当し、操舵制御部４０が操舵制御手段に該当する。

１…走行支援装置、１０…車両状態量検出部、２０…周辺監視部、３０…演算部、３１…目標走行座標記録手段、３２…走行経路曲率推定手段、３２ａ…曲率推定演算調整手段、３２ｂ…複数曲率推定結果演算手段、３３…操舵フィードフォワード演算手段、４０…操舵制御部。

Claims (7)

1. 自車両の走行状態を示す走行状態量である車速およびヨーレートを検出する走行状態量検出手段（１０）と、
   前記自車両を走行させる走行車線および前記自車両の前方に存在する先行車両の位置を検出する周辺監視手段（２０）と、
   前記周辺監視手段により検出された前記自車両の走行車線および先行車両の位置から、前記自車両が目標として走行すべき座標である目標走行座標を演算して記録する目標走行座標記録手段（３１）と、
   前記目標走行座標記録手段が記録する目標走行座標群に関する情報に基づき、前記目標走行座標群の曲率である走行経路曲率を推定する走行経路曲率推定手段（３２）と、
   前記走行経路曲率推定手段により推定された前記走行経路曲率から前記自車両が予め操舵すべき操舵量を演算する操舵フィードフォワード演算手段（３３）と、
   前記操舵フィードフォワード演算手段よって演算された前記操舵量に基づき、前記自車両が前記走行経路曲率推定手段によって推定された前記走行経路曲率に従って走行するよう操舵制御を行う操舵制御手段（４０）と、
   を備える車両走行支援装置において、
   前記走行経路曲率推定手段は、前記走行経路曲率の推定に用いる前記目標走行座標ごとの重みを調整する曲率推定演算調整手段（３２ａ）を備え、
   前記走行経路曲率推定手段は、
   前回推定した前記走行経路曲率の前記目標走行座標群に対する残差を前記目標走行座標ごとに算出し、
   前記曲率推定演算調整手段が次の（ａ）〜（ｄ）の少なくとも何れか一つを行うことにより、前記走行経路曲率の推定に用いる前記目標走行座標ごとの前記残差の重みを調整し、
   さらに、前記曲率推定演算調整手段によって重みを調整された、前記目標走行座標ごとの前記残差の二乗和が最小となる前記走行経路曲率を推定すること
   を特徴とする車両走行支援装置。
   （ａ）前記目標座標群の軌跡が直線である場合には、前記目標走行座標群のうち前記自車両から相対的に遠くにある前記目標走行座標に対応する残差の重みを大きくする。
   （ｂ）前記目標座標群の軌跡が直線から曲線に移行している場合には、前記目標走行座標群のうち前記目標座標群の軌跡が直線となる部分にある前記目標走行座標に対応する残差の重みを大きくする。
   （ｃ）前記車速が予め設定された所定値よりも大きい場合には、前記目標走行座標群のうち前記自車両から相対的に遠くにある前記目標走行座標に対応する残差の重みを大きくする。
   （ｄ）前記車速が予め設定された所定値よりも小さい場合には、前記目標走行座標群のうち前記自車両から相対的に近くにある前記目標走行座標に対応する残差の重みを大きくする。
2. 請求項１に記載の車両走行支援装置において、
   前記走行経路曲率推定手段は、前記曲率推定演算調整手段によって重みを調整された、前記目標走行座標ごとの前記残差の二乗和が最小となる円弧状の近似曲線を求めることで前記走行経路曲率を推定すること
   を特徴とする車両走行支援装置。
3. 請求項２に記載の車両走行支援装置において、
   前記走行経路曲率推定手段は、前記近似曲線を求める際に、円弧の中心が前記自車両の走行ベクトルの法線上となるよう設定すること
   を特徴とする車両走行支援装置。
4. 請求項２に記載の車両走行支援装置において、
   前記走行経路曲率推定手段は、前記近似曲線を求める際に、円弧の中心が前記自車両の走行ベクトルの法線上となり且つ円弧が前記自車両の重心または前記自車両の後輪中央上となるよう設定すること
   を特徴とする車両走行支援装置。
5. 請求項２に記載の車両走行支援装置において、
   前記走行経路曲率推定手段は、前記近似曲線を求める際に、円弧の中心を任意点に設定すること
   を特徴とする車両走行支援装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の走行支援装置において、
   前記走行経路曲率推定手段は、複数の前記走行経路曲率の推定結果からその曲率が滑らかに変化するよう演算を行う複数曲率推定結果演算手段（３２ｂ）を備えること
   を特徴とする車両走行支援装置。
7. 請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の車両走行支援装置において、
   前記曲率推定演算調整手段は、前記目標走行座標群の前記目標走行座標を追加または除外する場合に重みがゼロとなるよう前記目標走行座標群の境界付近の重みを滑らかに偏差させること
   を特徴とする車両走行支援装置。