JP6103693B2 - 車両の衝突判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車両に接近する接近物と自車両との衝突を判定する車両の衝突判定装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、自車両に接近する物体（接近物）を検出し、この接近物と自車両とが衝突する可能性があると判定した場合、ドライバに対する警報や自動的なブレーキ制御を行うシステムが開発されている。

接近物との衝突を回避するための制御は、一般的に、接近物が自車両前方に到達するまでの時間を予測し、この予測時間の大小に応じて、警報を発したり強制的にブレーキを作動させる等して衝突を回避するようにしている。特に、交差点の出会い頭等、側方から自車両に接近する接近物との衝突事故を回避するためには、横方向の動きを把握する必要がある。

例えば、特許文献１には、自車の進行方向と交差する方向に移動する横移動物体と自車との衝突までの時間（衝突予測時間）を算出して閾値と比較することで、衝突判定を行う技術が開示されている。この先行技術では、自車に対する移動物体の進行方向の相対距離Ｙ及び相対速度Ｖｙから衝突予測時間ＴＴＣを算出し（ＴＴＣ＝Ｙ/Ｖｙ）、この衝突予測時間ＴＴＣが、横方向の相対距離Ｘ及び相対速度Ｖｘ，自車幅Ｗから決定される以下の（ａ）式の条件を満たしたとき、衝突発生と判定している。
−Ｗ/２＜Ｘ＋Ｖｘ×ＴＴＣ＜Ｗ/２ …（ａ）

特許第４８１４９２８号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、自車が停止から発進しようとしているとき若しくは極低速で走行しているような状況で移動物体が接近した場合、衝突予測時間ＴＴＶＣが非常に大きな値となって（ａ）式の条件に当てはまらなくなり、警報・制御が行われない虞がある。自車が動かない場合は衝突しないので問題ないが、もし、その後自車が動いたとすると、衝突の可能性が高くなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、自車両が停止若しくは低速走行中にも、自車両に接近する接近物との衝突を信頼性高く判定することのできる車両の衝突判定装置を提供することを目的としている。

本発明による車両の衝突判定装置は、自車両に接近する接近物を検出する接近物検出部と、自車両に対する前記接近物の横方向における相対距離と相対速度とから横方向衝突予測時間を算出する横方向衝突予測時間算出部と、自車両に対する前記接近物の進行方向における相対距離と相対速度とから進行方向衝突予測時間を算出する進行方向衝突予測時間算出部と、前記横方向衝突予測時間と前記進行方向衝突予測時間とに基づいて自車両と前記接近物との衝突を判定する衝突判定部とを備え、前記進行方向衝突予測時間算出部は、自車両が設定車速以下のとき、ブレーキ圧力に基づいてドライバの発進の意思を推定し、発進の意思があると推定された場合にのみ、自車両の加速度に、過去の発進時における加速度の履歴に基づいて作成した頻度分布によって推定した複数の値を設定して、設定したそれぞれの加速度で前記横方向衝突予測時間が零になるときの前記進行方向衝突予測時間を修正した複数の予測時間の候補を算出し、前記衝突判定部は、前記複数の予測時間の候補の一つでも衝突判定条件を満足するとき、衝突発生と判定する。

本発明によれば、自車両が停止若しくは低速走行中にも、自車両に接近する接近物との衝突を信頼性高く判定することができる。

衝突判定装置の構成図 衝突判定装置全体の処理を示すフローチャート 入力画像例を示す説明図 実空間座標での自車両及び接近物の位置を示す説明図 発進時の加速度の頻度分布を示す説明図 予測時間座標系で衝突領域を表現した説明図 警報領域の説明図

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１に示す衝突判定装置１は、例えば自動車等の車両の衝突防止システムの一部として搭載され、主として、交差点等の交差路における他車両等の移動物体と自車両との出会い頭の衝突を判定する。具体的には、衝突判定装置１は、交差点等の交差路で側方（左右方向）から自車両に接近する他車両等の移動物体（接近物）を検出し、検出した接近物が自車両位置に到達する時間を予測し、自車両と接近物との衝突の可能性を判定する。

自車両と接近物との衝突判定は、接近物が自車両位置に達するまでの横方向からの予測時間（横方向衝突予測時間）ＴＴＣＲと、接近物が自車両位置に達するまでの進行方向からの予測時間（進行方向衝突予測時間）ＴＴＣとを用いて判定する。すなわち、横方向衝突予測時間ＴＴＣＲは、接近物が自車両を横切るまでの時間であり、自車両と衝突する場合以外にも、自車両の前を横切る（接近物が先に通り過ぎる）、自車両の後を横切る（自車両が先に通過する）場合も含むため、進行方向の予測時間ＴＴＣを加えることにより、衝突判定の精度を上げて不要な警報や制御介入を回避する。

その際、横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが０になるとき、すなわち接近物が自車両の横位置に達したときの進行方向衝突予測時間ＴＴＣの値で一義的に衝突判定を行うと、自車両が停止から発進しようとしている場合、若しくは極低速で走行している場合には、進行方向衝突予測時間ＴＴＣが非常に大きな値となってしまい、衝突回避の警報・制御が実行されない虞がある。自車両が動かない場合は衝突しないので問題はないが、その後、自車両が動いた場合には、衝突の可能性が高くなる。

このため、衝突判定装置１は、自車両が設定車速以下の場合には、横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが０となるときの進行方向衝突予測時間ＴＴＣの値を自車両の加速度を考慮して修正し、この修正した衝突予測時間に基づいて衝突判定を行う。これにより、衝突の可能性がない場合の不要な警報を抑制するとともに、自車両が停止時（極低速時）であってもドライバに発進の意思がある場合の未警報・警報遅れを回避することができる。

自車両に接近する移動物体は、本実施の形態においては、自車両の外界の環境を認識するデバイスとして、単眼の広画角のカメラ（例えば、画角１８０°の魚眼カメラ）２を用いて検出する。衝突判定装置１は、このカメラ２と、カメラ２で撮像した画像を処理して自車両と接近物との衝突を判定する単一のコンピュータ或いはワーク接続される複数のコンピュータとによって構成されている。

このような衝突判定装置１の機能部は、接近物検出部１１，接近物距離算出部１２、横方向衝突予測時間算出部１３、進行方向衝突予測時間算出部１４、衝突判定部１５、警報・回避制御判定部１６によって構成され、更に、進行方向衝突予測時間算出部１４は、付加機能として、設定車速以下で進行方向衝突予測時間を修正する予測時間修正部１４ａを備えている。以下では、先ず、図２のフローチャートに示す衝突判定装置１の全体の処理の流れについて説明し、その後、各部の処理の詳細について説明する。

図２のフローチャートに示す全体の処理では、最初にステップＳ１でカメラ２から図３に示すような広画角の画像Ｇ（魚眼レンズによる１８０度画像）を入力し、ステップＳ２でカメラ画像Ｇから自車両に接近する移動物体（接近物）及びその位置を検出する。例えば、カメラ画像Ｇのフレーム間での画像上の動き（オプティカルフロー）を求め、このオプティカルフローから自車両に接近する移動物体を検出する。図３は、自車両に右側から接近する他車両ＣＲｏを接近物として検出した例を示している。

次に、ステップＳ３において、自車両に対する接近物の横方向位置（横方向距離）Ｘと相対速度Ｖｘとから横方向衝突予測時間ＴＴＣＲを算出するとともに、自車両に対する接近物の進行方向位置（進行方向距離）Ｚと相対速度Ｖｚとから進行方向衝突予測時間ＴＴＣを算出する。ここで、衝突予測時間は、距離／相対速度であるので、横方向衝突予測時間ＴＴＣＲ、進行方向衝突予測時間ＴＴＣは、それぞれ、以下の（１），（２）式より求められる。
ＴＴＣＲ＝Ｘ/Ｖｘ …（１）
ＴＴＣ ＝Ｚ/Ｖｚ …（２）

その後、ステップＳ４において、自車両の車速が設定車速以下のとき、横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが０となるときの進行方向衝突予測時間ＴＴＣ（（ＴＴＣ0とする）を自車両の加速度の推定値に基づいて修正する。そして、ステップＳ５で横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが０となるときの進行方向衝突予測時間ＴＴＣを用いて衝突判定を行い、ステップＳ６で衝突判定の判定結果に応じてドライバに対する警報や衝突回避のブレーキ制御等の制御介入の可否を判定する。

次に、以上の全体処理における各機能部の処理について、詳細に説明する。
接近物検出部１１は、画像上の動き情報（オプティカルフロー）を主として、この動き情報に基づいて画像上から接近物の領域を切り出し、追跡を行う。例えば、図３に示すような入力画像Ｇのサイズを６４０×６０ピクセルとするとき、８×８ピクセルのブロック毎に、時間的に連続するフレーム間でのオプティカルフローをブロックマッチング等によって求め、画像中心方向への動き（自車両に向かう動き）を調べる。そして、画像中心方向へ動いているブロックすなわち自車両に向かって動いているブロックを纏めて接近物領域として切り出し、この接近物領域の時系列的な追跡を行う。図３の例では、他車両ＣＲｏを含む矩形の領域ＡＲが画像中心方向に動いている接近物として検出される。

次に、接近物距離算出部１２は、画像座標上の接近物領域の位置を、図４に示すように、自車両ＣＲｓを原点として接近物（他車両）ＣＲｏまでの横方向の距離をＸ、進行方向の距離をＺとする実空間座標上の位置に変換する。この画像上の位置から実空間上の位置への変換は、予め作成してある距離変換テーブルを用いて行い、テーブル参照により接近物領域の画像座標（ｉ，ｊ）から距離Ｘ,Ｚのそれぞれを求める。

距離変換テーブルの参照に際しては、先ず、接近物領域において自車両に一番近い接地点Ｐｏを求める。具体的には、画像左半分では、接近物領域の右下、右半分では接近物領域の右下に接地点Ｐｏを設定する。図３の例では、矩形状に囲われた領域ＡＲの左下の点が接地点Ｐｏとなる。

次に、距離変換テーブルで接地点Ｐｏの位置を参照する。距離変換テーブルは、カメラの設置位置や角度から画像上の各画素がどの距離（Ｘ,Ｚ）に対応するかを表すテーブルである。本実施の形態におけるカメラ２は立体射影方式の魚眼カメラであるため、立体射影カメラモデルと地表面への射影モデルとを合わせたモデルを用いて予めテーブルを作成しておく。その際、カメラパラメータは、実カメラ画像からキャリブレーションにより設定する。

尚、距離変換テーブルによって現時刻ｔで変換された距離Ｘ，Ｚは、時系列のフィルタをかけて安定化する。理想的には、時系列のフィルタはかけないことが望ましいが、現実的には、画像の分解能（特に遠方は分解能が悪くなる）や、接近物領域、トラッキング等の処理精度が十分でない場合等に誤差が大きくなることがある。このため、時系列のフィルタをかけることで、衝突予測時間ＴＴＣＲ，ＴＴＣを算出するために扱う距離データを時系列で安定させる。

以上の接近物距離算出部１２で求めた距離Ｘ，Ｚは、それぞれ、横方向衝突予測時間算出部１３、進行方向衝突予測時間算出部１４に送られる。横方向衝突予測時間算出部１３は、接近物のオプティカルフローの変化量又はトラッキングによる位置微分により自車両に対する接近物の横方向相対速度Ｖｘを求め、（１）式に基づいて横方向衝突予測時間ＴＴＣＲを算出する。同様に、進行方向衝突予測時間算出部１４は、接近物のオプティカルフロー変化量又はトラッキングによる位置微分により自車両に対する接近物の進行方向相対速度Ｖｚを求め、（２）式に基づいて進行方向衝突予測時間ＴＴＣを算出する。

更に、自車両の速度が０若しくは設定車速（例えば、３km/h）以下の場合、予測時間修正部１４ａにおいて、横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが０となる時刻の進行方向衝突予測時間ＴＴＣ0を、自車両がこの後加速すると仮定して修正する。具体的には、現時刻をｔ＝０とし、自車両の加速度をＡとすると、時刻ｔでの進行方向距離Ｚ(t)、進行方向相対速度Ｖｚ(t)は、以下の（３），（４）式で求められる。
Ｚ(t) ＝Ｚ0―Ａ×ｔ×ｔ/２−Ｖｚo×ｔ …（３）
Ｖｚ(t)＝Ａ×ｔ＋Ｖｚo …（４）
但し、Ｚ0 ：現時刻の進行方向距離
Ｖｚ0：現時刻の進行方向相対速度

横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが０になる時刻ｔは、t＝ＴＴＣＲつまり現在の横方向衝突予測時間ＴＴＣＲの値であるため、（３），（４）式からt＝ＴＴＣＲでの進行方向距離Ｚ、進行方向相対速度Ｖｚを求めて、（２）式に代入する。これにより得られる進行方向衝突予測時間ＴＴＣ0が自車両の加速度Ａで修正した予測時間となる。

ここで、加速度Ａは、一般的な発進時の加速度（例えば、Ａ＝０．２Ｇ）としても良く、また、ドライバ毎の差を考慮した推定値としても良い。ドライバ毎の差を考慮する場合には、過去のドライバの発進時の加速度を記憶しておき、平均化処理する等した値を用いることができる。

また、今後の加速度の予測精度を上げて予測時間ＴＴＣ0の修正をより適正なものとするため、複数の加速度を仮定しても良い。具体的には、異なる加速度での複数の予測時間ＴＴＣ0の候補を計算し、以下に説明する衝突判定部１５にて、複数の候補のうち一つでも衝突判定条件を満足するとき、衝突が発生すると判定する。

複数の加速度の候補は、例えば、図５に示すように、過去のドライバの発進時の加速度の履歴から作成した頻度分布を用いて、上位の頻度（例えば、上位３０％）に位置する第１候補の加速度Ａ１、下位の頻度（例えば、下位３０％）に位置する第２候補の加速度Ａ２等により、加速度が大きめの予測と加速度が小さめの予測とを行うようにして良い。

但し、この場合、ドライバに発進の意思がない場合にも警報が発生する虞がある。そこで、ドライバの運転操作から発進の意思があると推定されるときにのみ複数の加速度を適用することで、不要な警報を回避することができる。具体的には、ドライバのブレーキ圧力を参照し、ブレーキ圧力の微分値が負の値（ブレーキを離す方向）若しくはブレーキ圧力が零のときドライバに発進の意思があるものとして、複数の加速度を適用する。

以上の横方向衝突予測時間ＴＴＣＲ及び進行方向衝突予測時間ＴＴＣは衝突判定部１５に送られ、横方向衝突予測時間ＴＴＣＲ及び進行方向衝突予測時間ＴＴＣに基づいて自車両と接近物との衝突が判定される。自車両と接近物との衝突は、横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが０となる時刻の進行方向衝突予測時間ＴＴＣ0が以下の条件で示す範囲に入ったときに発生すると判定される。この衝突判定条件は、自車両の幅Ｗｓ及び長さＬｓ、接近物の幅Ｗｏ及び長さＬｏを用いて、以下の（５）式で与えられる。
−(Ｗｏ＋Ｌｓ)/Ｖｚ＜ＴＴＣ0＜(Ｗｓ＋Ｌｏ)/Ｖｘ …（５）

ここで、自車両の加速度Ａによる修正がある場合には、進行方向相対速度Ｖｚが変化するため、（５）式の条件は、具体的には、（４）式でｔ＝ＴＴＣＲとした進行方向相対速度Ｖｚを用いて表現した以下の（５’）式で示すことができる。予測時間ＴＴＣ0が（５’）式の判定条件を満足するとき、自車両と接近物とが衝突すると判定する。
−(Ｗｏ＋Ｌｓ)/(Ａ×ＴＴＣＲ＋Ｖｚ0)＜ＴＴＣ0＜(Ｗｓ＋Ｌｏ)／Ｖｘ …（５’）

以上の衝突判定の条件は、図６に示す横方向衝突予測時間ＴＴＣＲと進行方向衝突予測時間ＴＴＣとを軸とするＴＴＣＲ−ＴＴＣ空間で示すことができる。図６において、現在の時刻ｔ＝０で自車両が現在位置Ｐｓにあるとき、現在から時刻が進むと、図中の曲線Ｐｔで示すように横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが小さくなる一方、自車両の加速により進行方向相対速度Ｖｚが大きくなって進行方向衝突予測時間ＴＴＣは小さくなっていく。そして、最終的に横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが０となる時刻の進行方向衝突予測時間ＴＴＣ0が図６中に破線で示すラインＬｕ，Ｌｄの間の領域内に入るとき、自車両と接近物が衝突すると判定される。

詳細には、図６において、ＴＴＣＲ−ＴＴＣ空間の座標原点を通るラインＬｃは、自車両と接近物とを代表点で表したときの両者が衝突する衝突ラインを示している（ＴＴＣＲ＝０のとき、ＴＴＣ＝０）。このラインＬｃに対して、上側の破線のラインＬｕは、自車両及び接近物のサイズを加味した場合の衝突範囲の上限となる(Ｗｓ＋Ｌｏ)/Ｖｘのラインを示し、下側の破線のラインＬｄは、衝突範囲の下限となる(Ｗｏ＋Ｌｓ)/Ｖｚのラインで、自車両の加速度で修正したラインを示している。

ラインＬｕの上側の領域は、接近物が衝突することなく先に自車両の前を通り過ぎることを示し、ラインＬｕ，Ｌｃの間の領域は、自車両が接近物にぶつけるような状況を表している。逆に、ラインＬｃ，Ｌｄの間の領域は、自車両が接近物にぶつられるような状況を表し、ラインＬｄの下側の領域は、自車両が接近物に衝突することなく先に通り過ぎる（接近物が自車両の後を通る）ことを示している。

警報・回避制御判定部１６は、衝突判定部１５で衝突と判定され、且つ横方向衝突予測時間ＴＴＣＲが閾値Ｔh_war（例えば、Ｔh_war＝３ｓｅｃ）以下のとき、警報発令又は回避制御介入と判定する。図７は、ＴＴＣＲ−ＴＴＣ空間上での警報領域を示している。図７において、同図（ａ）の領域Ｋ_TTCRは、横方向衝突予測時間ＴＴＣＲのみの条件で判定を行った場合の従来の警報範囲を示し、同図（ｂ）の領域Ｋ_TTC0は、本手法の衝突予測時間ＴＴＣＲ,ＴＴＣ0による条件で判定を行った場合の警報範囲を示している。

図７からは、単に横方向衝突予測時間ＴＴＣＲのみで警報判定を行う従来の手法では、衝突が発生しないと予測される領域でも警報が発令されてしまう。これに対して、本手法では、衝突が発生しないと予測される領域では警報が発令されず、不要な警報を抑制できることがわかる。

また、上述したように、自車両と接近物との衝突の形態として、双方の何れが先に相手に接触するかの衝突形態、すなわち自車両が接近物にぶつける場合と、自車両が接近物にぶつけられる場合とがある。自車両が接近物にぶつける場合は、減速による回避が望ましいが、自車両が接近物からぶつけられる場合には、逆に加速したほうが衝突を回避できる場合もある。従って、衝突判定部１５で衝突の形態を含めた衝突判定を行い、衝突の形態により警報又は制御介入の方法を変更することで、ドライバにより安全な事故回避を促すことができる。

このように本実施の形態においては、自車両と接近物とが出会い頭に衝突する可能性を横方向の衝突予測時間と進行方向の衝突予測時間とに基づいて判定し、自車両が設定車速以下のときには、横方向の衝突予測時間が零になるときの進行方向の衝突予測時間を自車両の加速度に基づいて修正するようにしている。これにより、自車両が停止から発進しようとしている場合、若しくは極低速で走行している場合にも、衝突判定の信頼性を向上して誤判定を回避することができ、更に、衝突の可能性がない場合の不要な警報を抑制するとともに、自車両が停止時であってもドライバに発進の意思がある場合の未警報・警報遅れを回避することができる。

１ 衝突判定装置
１１ 接近物検出部
１２ 接近物距離算出部
１３ 横方向衝突予測時間算出部
１４ 進行方向衝突予測時間算出部
１４ａ 予測時間修正部
１５ 衝突判定部
１６ 警報・回避制御判定部
Ａ 加速度
ＴＴＣ 進行方向衝突予測時間
ＴＴＣ0 横方向衝突予測時間が零になるときの進行方向衝突予測時間
ＴＴＣＲ 横方向衝突予測時間
Ｘ 横方向距離
Ｚ 進行方向距離
Ｖｘ 横方向相対速度
Ｖｚ 進行方向相対速度

Claims (2)

1. 自車両に接近する接近物を検出する接近物検出部と、
   自車両に対する前記接近物の横方向における相対距離と相対速度とから横方向衝突予測時間を算出する横方向衝突予測時間算出部と、
   自車両に対する前記接近物の進行方向における相対距離と相対速度とから進行方向衝突予測時間を算出する進行方向衝突予測時間算出部と、
   前記横方向衝突予測時間と前記進行方向衝突予測時間とに基づいて自車両と前記接近物との衝突を判定する衝突判定部とを備え、
   前記進行方向衝突予測時間算出部は、自車両が設定車速以下のとき、ブレーキ圧力に基づいてドライバの発進の意思を推定し、発進の意思があると推定された場合にのみ、自車両の加速度に、過去の発進時における加速度の履歴に基づいて作成した頻度分布によって推定した複数の値を設定して、設定したそれぞれの加速度で前記横方向衝突予測時間が零になるときの前記進行方向衝突予測時間を修正した複数の予測時間の候補を算出し、
   前記衝突判定部は、前記複数の予測時間の候補の一つでも衝突判定条件を満足するとき、衝突発生と判定する
   ことを特徴とする車両の衝突判定装置。
2. 前記衝突判定部は、自車両と前記接近物との衝突を、双方の何れが先に相手に接触するかの衝突形態を含めて判定することを特徴とする請求項１記載の車両の衝突判定装置。