JPH03265007A - 自動走行装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 抜Δた夏 本発明は、走行路を探索しながら車両の自動走行を行わ
せる自動走行装置に関する。

炎米韮亙 最近、自ら走行路を探索しながら、その走行路上に最適
な目標経路を設定して、車両がその目標経路上を走行す
るべく車両の走行制御を行わせるようにした自動走行装
置が開発されている。

この種の自動走行装置にあっては、車両に取り付けられ
た撮像装置により車両の進行方向の領域を撮像し、その
撮像された画像をサンプリングして、そのサンプリング
画像をデータ処理することによって道路エツジなどの連
続した線分の抽出を行い、その抽出された線分にもとづ
いて車両の進行方向における走行可能領域を認識し、そ
の認識された走行可能領域内に車両走行の目標経路を設
定したうえで、現在検出されている車両の走行状態にも
とづいて車両がその目標経路上を走行するのに必要な制
御目標量を所定の演算処理によって求め、その求められ
た制御目標量にしたがって目標経路に追従させるような
車両の走行制御を行わせるようにしている（特願昭６３
−１９９６１０号参照）。

しかしてこのような自動走行装置では、撮像画像のサン
プリング周期をもって、その周期ごとに車両の走行制御
が行われるが、その制御内容には、走行可能領域内に設
定された目標経路上を車両が走行するのに必要な制御目
標量を現在の車両の走行状態から求めるという予測要因
が含まれているため、画像のサンプリング周期すなわち
本装置の制御周期が短いほど車両の走行制御の精度が良
いものとなる。

しかし、各制御周期において、撮像画像をサンプリング
してから車両の走行可能領域を認識するまでのデータ処
理をマイクロコンピュータなどによって行わせる場合、
取り扱う情報量が多くてデータ処理に時間がかかるもの
となっており、制御周期を短くするには限界があるもの
となっている。

■ 本発明は以上の点を考慮してなさ九たもので。

制御周期のあいだに、そのとき認識されている走行可能
領域に対する車両の位置を実際の車両の走行状態に応じ
て更新しながら、その更新位置で走行可能領域に対する
目標経路を再設定させていくようにして、制御周期をみ
かけ上短くシ、車両の走行制御の精度を上げるようにし
た自動走行装置を提供するものである。

豊處 以下、添付図面を参照して本発明の一実施例について詳
述する。

本発明による自動走行装置にあっては、第１図に示すよ
うに、車両の進行方向の領域を撮像することができるよ
うに車両に取り付けられたビデオカメラなどによる撮像
部１と、その撮像部１によって撮像された画像をデータ
処理して道路エツジなどの連続した線分の抽出を行う画
像処理部２と、その抽出された連続した線分にしたがっ
て道路などの車両の走行可能領域を認識する走行可能領
域認識部３と、そ、の認識された走行可能領域内に車両
走行の目標経路を設定する目標経路設定部４と、車両の
走行速度Ｖを検出する車速センサ６、車両の走行にとも
なうヨーレートＴを検出するヨーレートセンサ７および
車両の操舵によるタイヤ角度δを検出する舵角センサ８
などの各センサ出力に応じてそのときの車両の走行状態
を検出して、その検出された車両の走行状態にもとづい
て車両が目標経路上を走行するのに必要な操舵の制御目
標量を所定の演算処理によって求める制御部５と。

その求められた制御目標量にしたがって車両の操舵を行
わせるステアリング制御部９およびステアリング駆動部
１０とによって構成さ九ている。

実際には、画像処理部２．走行可能領域認識部３、目標
経路設定部４および制御部５はマイクロコンピュータに
よって置き換えられる。また、そのコンピュータにステ
アリング制御部９をも含めることも可能である。

撮像部１におけるビデオカメラとしては、標準レンズに
よるもの以外に、車速や走行中の道路状況などに応じた
適切な画像が得られるように望遠レンズや広角レンズに
よるものが設けられ、また夜間用などに赤外線カメラや
超高感度カメラなどの特殊なビデオカメラが複数設けら
れており、コンピュータの制御下において、それら複数
のビデオカメラが車速や撮像画像の状態などに応じて適
宜切り換えられて使用されるようになっている。

また、撮像特性が同一の２台のビデオカメラを並設して
、２眼立体視による画像を得るようにすることも可能で
ある。

画像処理部２における道路エツジなどの連続した線分の
抽出は、以下のようにして行われる。

まず、撮像部１から送られてくる撮像画像をサンプリン
グして、そのサンプリングされた入力画像を微分処理す
ることによって画像エツジの検出の処理を行わせたうえ
で、画像処理部２内に設けられた自動しきい値設定回路
により、そのときの入力画像の濃淡の程度に応じた最適
しきい値を自動的に設定して、そのエツジ画像の２値化
を行わせる。

なおその際、入力画像の２値化を先に行わせたうえで、
エツジ検出のための微分処理を行わせるようにしてもよ
い。また、２値化を行わせる代わりに、画像の濃淡を表
現した多値化を行わせるようにしてもよい。

次いで、そのエツジ検出され、２値化または多値化され
た処理画像にもとづいて、Ｘ−Ｙ座標上の線分をρ−θ
座標上の点であられす座標変換を行わせる公知手法であ
るＲｏｕｇｈ変換処理を行わせることにより、連続性の
ある点列を結合したり、連続性のない孤立した点を除去
したりして、例えば第２図に示すような道路エツジの連
続した線分の情報を得る。

ここで、θはＸ−ＹＩ１１標上の直線からその座標の原
点におろした垂線の角度であり、またρはその垂線の長
さである０例えば、第１０図に示すＸ−Ｙ座標上の線分
りは、第１１図に示すようにρ−θ座標上における点ｏ
１としてあられされる。

なおその際、２値化された処理画像にもとづいて、エツ
ジ追跡の処理を行わせて連続性をもった画像のエツジ部
分をわり出すようにしてもよい。

また、画像エツジの連続性を求めるためのＨｏｕｇｈ変
換処理およびエツジ追跡処理などの複数の処理を並列的
に行わせ、それら各処理結果から総合的に判断するよう
にすれば、より精度の高い道路エツジの情報を求めるこ
とができるようになる。さらに、車両の走行にともなっ
て入力画像の領域成長を行いながら前述の連続性ある画
像エツジの抽出のための処理を行えば、より精度の高い
道路エツジの情報の抽出を行うことができるよう、にな
る。

走行可能領域認識部３は、撮像部１におけるビデオカメ
ラによって撮像される画像が遠近投影によるものである
ため、第２図に示すような遠近投影による道路エツジの
画像を第３図に示すような遠近投影の影響をなくした道
路エツジの画像に変換する公知手法である射影変換処理
を行う。

なおその射影変換特性は、ビデオカメラの遠近投影の特
性にしたがって、予め走行可能領域認識部３に設定され
ている。

そして、走行可能領域認識部３は、射影変換処理された
道路エツジの画像にもとづいて１例えば第４図に示すよ
うに、連続した道路エツジＥｌ。

Ｅ２間を、撮像部１の撮像方向すなわち車両１１の進行
方向をＹ軸方向としたときのＸ−Ｙ座標上における車両
の走行可能領域ＲＡとして認識する。

なお、第４図において、Ｐ点は車両１１の現在位置を示
すもので、撮像部１のビデオカメラによる撮像領域の下
端中央がＰ点としてＸ−Ｙ座標上の原点の位置にくるよ
うに、予めビデオカメラの車両に対する搭載位置が設定
されている。

次に、走行可能領域認識部３において認識された走行可
能領域である車両前方の道路が認識されると、目標経路
設定部４において、その認識された道路上における車両
の最適な走行経路となる目標経路が以下のようにして設
定される。

その目標経路は、後述するように、道路形状および車速
をも考慮したうえで、そのときの車両の走行状況に適す
るように設定されるのが望ましいが、基本的には、認識
された道路が狭いかまたは広いかによって以下のように
して一律に認定される。

すなわち、目標経路設定部４において、道路幅が一定以
上の広軌道であると判断された場合には。

例えば第４図に示すように、左側通行路の場合、道路の
左側の基準となるエツジから例えば１．５ｍ程度の所定
の隔離幅Ｗをもってその基準エツジに沿う目標経路○Ｃ
を設定する。

また、目標経路設定部４において、道路幅が一定未満の
狭軌道であると判断された場合には、特に図示しないが
、その道路の中央に目標経路を設定する。

そしてその設定された目標経路のＸ−Ｙ座標上における
位置のデータが、目標経路設定部４の内部メモリに記憶
される。

なお、Ｘ−Ｙ座標上における走行可能領域および目標経
路の尺度は、撮像部１におけるビデオカメラの倍率によ
って決定される。

第４図中、Ｐ点から０点に至るまでの軌跡は、後述する
ように、制御部５の制御下において車両の操舵制御がな
されることにより、Ｐ点にいる車両が目標経路○Ｃに合
流するまでの走行経路を示している。０点は、そのとき
の車両の目標経路ＯＣへの合流位置となる。

また本発明では、車両の走行状態を検出して、その検出
された走行状態にしたがい、以下のように道路における
最適な車両の目標経路を設定するようにすることも可能
である。

すなわち、目標経路設定部４においで１例えば。

車速センサ６によって検出される車両の走行速度を読み
込んで、そのときの車速が予め設定されたしきい値以下
の低速域内にあれば、第５図（ａ）に示すように、道路
の形状に沿うように目標経路ＯＣを設定する。

同様に、そのときの車速か予め設定されたしきい値を越
える高速域内にあれば、第５図（ｂ）に示すように１曲
りくねった道路を走行する場合、車両に作用する横方向
の加速度ができるだけ軽減されるような緩い曲率をもっ
た目標経路○Ｃを道路内に設定する。

次に、道路上における目標経路が設定されたら、制御部
５において、車両をその目標経路に合流させるための制
御目標量が、以下のように演算処理によって求められる
。

その際、ここでは、制御対象を車両の舵角に設定し、現
在検品されている車両の走行状態からこれから先の走行
経路を予測し、その車両の予測経路と目標経路との偏差
から車両がその目標経路上を走行するための舵角補正量
を求め、その舵角補正量を制御目標量として、その舵角
補正量にしたがって車両の走行制御を行わせるようにし
ている。

具体的には２例えば、車両の走行状態から、現在の進行
方向をＹ軸方向としたときのＹ軸方向の一定距離先にお
けるＸ軸上の車両到達位置を予測し、その予測位置とＹ
軸方向の一定距離先における目標経路上の前記同一のＸ
軸上にある目標位置との偏差に応じた舵角補正量を求め
るようにしている。

いま、例えば第６図に示すように、Ｐ点にある車両１１
を目標経路○Ｃに合流させる場合を考えてみる。

まず、車速センサ６によって検出された車両の現在車速
ｖ（ｍ／ｓ）にもとづいて、Ｐ点にある車両のｔｍ　後
後におけるＹ軸上の距離Ｌ（ｍ）（Ｌ＝ｖｘｔｆｆ、）
が求められ、そのＹ軸上におけるＰ点から距離したけ離
れたＣ点と目標経路○Ｃとの間の偏差Ｘλ、すなわちｔ
ｌＴ１秒後に８ける目標経路ｏＣ上の位置に比例した値
がわり出される。

同様に、ヨーレートセンサ７によって検出される車両の
ヨーレートＴ　（ｒａｄ／　ｓ　）にもとづいて車両の
予測経路ＡＣがわり出され、Ｙ軸上のＣ点からの予測経
路ＡＣの偏差ｘ、ｎ、すなわちｔｍｍ後後おける予測経
路ＡＣ上の位置に比例した値が以下のようにして求めら
れる。

いま、予測径路ＡＣが描く円弧の半径をＲとしたとき、
Ｘ□は次式によって与えられる。

！、、、＝Ｒ−（Ｒ”　−（ｖ　Ｘ　ｔ　ｍ　）”戸＝
Ｒ−Ｒ（１−（ｖ　Ｘ　ｔｍ　／Ｒ）”　）”ここで、
Ｒ＞ｖＸｔｍとすると、 ｘ、ｎ≠Ｒ−Ｒ（１−（ｖ　ｘ　ｔｍ　／Ｒ）２／　２
）＝ｖ２　Ｘｔｒｎ”　／２Ｒ ＝Ｌ２／２Ｒ・・・（１） また、 Ｔ　＝　ｖ　／　Ｒ・・・　（２） であるので、（１）、（２）式から、 Ｘｗｌ＝Ｌ”　　Ｉ　Ｔ／２　ｖ　　　　　　−（３）
なお、ヨーレートＴの符号としては、例えば予測経路Ａ
Ｃが左曲りのときを正とする。

そして、各求められた偏差Ｘ、Ｑとｘｌｌ、との差ｅ（
ｅ＝ＸＡ−ｘｍ）に応じて車両の修正すべきヨーレート
ΔＴが下記式にしたがって求められる。

ΔＴ：ｅ　Ｘ２　Ｖ／Ｌ２　　　　−　（４）次いで、
舵角センサ８によって検出されたＰ点における車両のタ
イヤ角度δがとり込まれ、車両を目標経路ＯＣに合流さ
せるためのタイヤ角度の制御目標量δ′が以下のように
して決定される。

いま、第７図に示す関係にあって。

Ｒ＞ｆｌのとき、 δ中Ｑ／Ｒ・・・（５） となり、　（２）、（５）式から δ＝（Ｑ／ｖ）Ｔ　　　　　　　　・・・（６）が得ら
れる。ここで、Ｑはホイールベースである。

したがって、（６）式の関係からして、車両の修正すべ
きヨーレートΔＴに応じたタイヤ角度の修正分Δδは１
次式によって与えられる。

Δδ＝（Ｑ／ｖ）ΔＴ　　　　　　・・・（７）ここで
、車速Ｖに対する舵角の一般式であるＱ＝ＩＩＩ（１＋
Ｋｖ”）を考慮すると、（７）式からΔδ＝ΔＴ　（Ｑ
（１＋Ｋｖ”　）／ｖ）−（８）となる。

Ｋは、タイヤ特性やホイールベースなどの車両特性によ
って決まる一定の係数である。

そして、車両を目標経路ＯＣに合流させるためのタイヤ
角度の制御目標量δ′は。

δ′；δ＋Δδ　　　　　　　　・・・（９）として求
められる。

ステアリング制御部９は、制御部５から与えられる制御
目標量δ′に応じてステアリング駆動部１０に駆動指令
を出し、それによりステアリング駆動部１０がステアリ
ングの駆動を適宜なして車両を目標経路ｏＣへ合流させ
るような操舵を行う。

以上の処理が、予めその処理に要する時間を見込んだ所
定の制御周期をもってくり返し行われ。

それにより車両の走行が進むにしたがって、各制御周期
ごとに逐次認識された走行可能領域内に設定されていく
目標経路ＯＣに追従する車両の走行制御が継続的に行わ
れる。

本発明では１以上のような自動走行装置において、特に
、１つの制御周期のあいだに、そのとき認識されている
走行可能領域に対する車両の位置を車両の走行状態に応
じて更新する手段部、その更新位置でそのとき認識され
ている走行可能領域に対する目標経路を再設定する手段
とをとり、以後、その再設定された目標経路に対する制
御目標量を新たに求めて車両の走行制御を行わせるよう
にしている。

これらの手段は、具体的には、第１図の構成における制
御部５において、それぞれ以下のようにして実行される
。

いま、第８図に示すように、ある制御周期において、Ｘ
−Ｙ座標上に走行可能領域ＲＡが認識されて、その制御
周期の初期時にＸ−Ｙ座標上の原点Ｐｏ　（Ｘｏ、Ｙｏ
）に車両１１が位置している場合、制御周期よりも短い
予め設定された単位時間Δｔごとに、車速センサ６によ
℃て検出された車速Ｖおよびヨーレートセンサ７によっ
て検出されたヨーレートＴすなわち車両のヨ一方向変化
の角速度の各値から、車両の走行にしたがって刻々変化
するＸ−Ｙ座標上における車両の位［Ｐ　ｎ（Ｘｎ、Ｙ
ｎ）（ｎ＝１．２，３＋−）を以下に示す所定の演算処
理によって逐次求めて、走行可能領域ＲＡに対する車両
位置を更新させる。図中、ＯＣは制御周期の初期時に設
定された目標経路である。

ここで、ΔＬは単位時間当りの車両の走行距離である。

ΔＬ＝ヮ、Δ、　　　　　　　・・・（１１）また、Δ
θ（＝θｎ−θｎ−＋　）はヨーレートＴから求められ
る単位時間当りの車両の方向変化量である。

Δθ＝Ｔ・Δｔ　　　　　　　　・・・（１２）そして
、車両１１の更新位置Ｐ　ｎ　（Ｘ　ｎ　＊　Ｙ　ｎ　
）で走行可能領域ＲＡに対して目標経路の再設定を行わ
せ、その再設定された目標経路に対する制御目標量を新
たに求めて、その再設定された目標経路に追従させるた
めの車両の走行制御が行われる。

その場合、第９図（ａ）、（ｂ）に示すように、更新位
１ｉＰｎにおける車両１１の進行方向をＸ′軸方向とし
て新たなＸ’−Ｙ’座標を形成ル、Ｘ−Ｙｍｍ上の更新
位置Ｐｎ　（Ｘｎ、Ｙｎ）がそのＸ’−Ｙ’座標上の原
点Ｐｏ’　　（Ｘｏ’　、Ｙｏ’　）にくるように走行
可能領域ＲＡ’および目標経路ＯＣ′の各位置の座標変
換を行わせる。

そして、その変換されたｘ’−ｙ’座標上において、前
述と同様に、車両１１が目標経路○Ｃ′上を走行するよ
うな制御目標量が求められて、その制御目標量にしたが
って車両の走行制御が行われることになる。

走行可能領域ＲＡ内に初期設定された目標経路ＯＣにし
たがう制御目標量は、前述した演算処理によって予測的
に求められている。

したがって、比較的長い制御周期にわたり、最初に予測
的に求められた制御目標量にしたがって初期位［Ｐｏに
ある車両１１の走行制御を行わせるのでは、予測による
誤差要因が問題となって。

車両１１の走行が進むにしたがってその位置が初期設定
された目標経路○Ｃから外れてしまう。

しかして本発明によれば、その制御周期のあいだ、比較
的短い周期で逐次更新されていく車両の現在位置Ｐｎか
らみた走行可能領域ＲＡ’内に再設定された目標経路○
Ｃ′が優先的に取り扱われ、その目標経路ｏＣ′に応じ
て新たに求められた制御目標量にしたがって、以後の車
両１１の走行制御が高精度に行われていく。その際、制
御目標量を更新させる周期が比較的短いので、予測によ
る誤差要因が何ら問題とならない。

また本発明によれば、第５図（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、走行可能領域内に車速に応じた目標経路を設定する
ような場合、制御周期のあいだに、車速の変化に応じて
目標経路の設定変更を最適に行わせることができるよう
になる。

麦困 以上１本発明による自動走行装置にあっては、車両に取
り付けられた撮像装置により車両の進行方向の領域を撮
像した画像をサンプリングして、そのサンプリング画像
をデータ処理することによって連続した線分の抽出を行
い、その抽出された連続した線分にもとづいて車両の進
行方向における走行可能領域を認識したうえで、その走
行可能領域内に目標経路を設定し、さらに車両の現在の
走行状態を検出して、車両が目標経路上を走行するのに
必要な制御目標量を求め、その求められた制御目標量に
したがって車両の走行制御を行わせる際、画像のサンプ
リング周期のあいだに、そのとき認識されている走行可
能領域に対する車両の位置を車両の走行状態に応じて更
新し、その更新位置で走行可能領域に対する目標経路を
再設定していくようにしたもので、画像のサンプリング
周期すなわち本装置の制御周期をみかけ上短くして。

車両の走行制御の精度を上げることができ、また画像の
サンプリング周期が変動しても車両の走行制御は常に一
定周期で制御できるという優れた利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動走行装置の一実施例を示すブ
ロック構成図、第２図はビデオカメラによって撮像され
た画像のデータ処理を行うことによって得られた道路の
線分を示す図、第３図は第２図の画像を射影変換するこ
とによって得られた画像を示す図、第４図は認識された
道路エツジ間の走行可能領域に設定された目標経路の一
例を示す図、第５図（ａ）、（ｂ）は車両の低速時およ
び高速時に道路上に設定される目標経路をそれぞれ示す
図、第６図は目標経路と車両の予測経路との関係を示す
図、第７図は車両の舵角とその回転半径との関係を示す
図、第８図は走行可能領域内における車両の移動状態を
示す図、第９図（ａ）はある時点における走行可能領域
内における車両の位置および進行方向を示す図、第９図
（ｂ）は走行可能領域内における車両の位置および進行
方向を基準として走行可能領域を座標変換した状態を示
す図、第１Ｏ図はＸ−Ｙ座標上の線分を示す図、第１１
図は第１０図の線分を）ｌａｕｇｈ変換したときのρ−
θ座標上の点を示す図である。 ■・・・撮像部　２・・・画像処理部　３・・・走行可
能領域認識部　４・・・目標経路設定部　５・・・制御
部　６車速センサ　７・・・ヨーレートセンサ　８・・
・舵角センサ　９・・・ステアリング制御部　１０・・
・ステアリング駆動部　１１・・・車両　ＲＡ、ＲＡ’
・・走行可能領域　ｏｃ、ｏｃ’・・・目標経路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　車両に取り付けられた撮像装置により車両の進行方向
   の領域を撮像する手段と、その撮像された画像をサンプ
   リングして、そのサンプリング画像をデータ処理するこ
   とにより連続した線分の抽出を行う手段と、その抽出さ
   れた連続した線分にもとづいて車両の進行方向における
   走行可能領域を認識する手段と、その認識された走行可
   能領域内に目標経路を設定する手段と、車両の走行状態
   を検出する手段と、その検出された車両の走行状態にも
   とづいて車両が目標経路上を走行するのに必要な制御目
   標量を求める手段と、その求められた制御目標量にした
   がって車両の走行制御を行わせる手段とからなる自動走
   行装置において、画像のサンプリング周期のあいだに、
   そのとき認識されている走行可能領域に対する車両の位
   置を車両の走行状態に応じて更新する手段と、その更新
   位置で走行可能領域に対する目標経路を再設定する手段
   とをとるようにしたことを特徴とする自動走行装置。