JPH03268109A - 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】 技亙圀互 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。。

坑−未読ｌ 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５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ろ走行可能領域を
認識し、その認識さ才し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て、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
のに必要な舵角の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１］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６３−１９９６］０号参照）。

このような自動走行装置では、車速との協調をとって、
舵角の制御目標量が車両の最大許容舵角を越えることが
ないようにして、車両走行の安定性を図る必要がある。

−１１−ｒヴ 本発明は以」二の点を考慮してなされたもので、舵角の
制御目標量をもって走行可能領域内に設定されたｌ」漂
経路に追従させるような車両の走行制御を行わせる際、
小運に応じて、車両の最大許容舵角や最大許容ヨーレー
１−などの車両特性から車両の最大許容舵角を求めて、
制御目′ＪＩ！Ａ景をその最大許容舵角以下に制限する
ようにした自動走行装置を提供するものである。

１風 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登データ
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■を検出する車速センサ６、車両の走行にともな
うヨ一方向の角速度変化分であるヨーレー１−　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」二
を走行するのに必要な舵角の制御目標量を所定の演算処
理によって求めるとともに、その制御目標量が車両の最
大許容舵角以下になるように制限する制御部５と、その
求めら才した制御［］標量にしたがって小雨の操舵を行
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とによって構成されている。

実際には、画像処理部２．走行可能領域認識部３、ＩＩ
標糸回路設定部４オンよび制御部５はマイクロコンピュ
ータによって置ぎ換えられる。また、そのコンピュータ
にステアリング制御部９をも含めることが可能である。

■品位ｊ部１におけるビデオカメラとしては、４累増レ
ンズによるもの以外に、車速や走行中の道路状況などに
応し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県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。

次いて、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」二の線分を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Ｉｌ　ｏ　ｕ　ｇ　ｈ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、０はＸ、　−Ｙ座標］二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。例えば、第１２図に示すＸＹ座座上上線分
りは、第１３図に示すようにρ０座標」二における点０
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、例えば一 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−■座標」二におりる車
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の現在位置に示
ずもので、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Ｉｔ
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
にして一律に設定さｔＬ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ＯＣ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」、：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
よって決定さ九る。

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■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において、例えば、車速セ
ンサ６によって検出さ九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］′：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、そのときの車速が予め設定されたし７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、
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ＯＣを道路内に設定づる。

次に、道路−４−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ろだめ
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
在検出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」二を走行するための舵角補正
量を求め、その舵角補正量から制御目標ｌ：をわり出す
ようにしている。

具体的には、例えば、現在の進行方向をＹ軸方向とした
とき、車両の走行状態から、Ｙ軸方向の一定距離先にお
けるＸ軸」二の車両到達位置を予測し、その予測位置と
それに苅応し７て目標経路」二に設定された目標位置と
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１′：、Ｐ点しＳ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　）　Ｉｃ、もとづいて、■）点にあ
る車両のｔ　Ｉｎ　　秒後におけるＹ軸上の距離り、（
ｍ）１ ２ （Ｔ−、、＝ｖＸｔ、ｏ）が求められ、そのＹ軸上にお
ける１９点から距離■−だけ煎れた６点と目標経路○Ｃ
との間の偏差Ｘ１、すなわちｔ、。秒後における目標経
路ＯＣ１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ｌ−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」二の６点からの予
測経路ＡＣの偏差Ｘ、。、すなわぢｉ　ｍ秒後にお【づ
る予測経路Ａ　Ｃ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Ａ、Ｃが描く円弧の半径をＲとしたとき
、Ｘｍは次式によって与えられる。

Ｘ１ｌｌ　＝Ｒ−（Ｒ′−（Ｖ　Ｘ　１．。）２）Ｚ＝
Ｒ−Ｒ（］　−（ｖ　ｘ　ｔｍ　／Ｒ）”　）　’ここ
で、Ｒ＞ｖＸｔ、。とすると、 Ｘ　、＋、＝Ｒ−Ｒ（１−（ｖＸｔｍ／Ｒ）”　／２）
＝ｖ’Ｘｔ、、、′／２Ｒ Ｌ’／２Ｒ・・・（１） また、 Ｔ　＝　ｖ　／　Ｒ・・・　（２） であるので、（１，）、（２）式から。

ｘｍ＝Ｌ′　・Ｔ／２　　　　−（３）なお、ヨーレー
１−　Ｔの符号としては、例えばｐ測経路ＡＣ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ｘｍとの差（３（６
＝ｘ、１＞　　ｘｍ）に応じて車両の修正すべき囲−レ
ート八Ｔが下記式にしたがって求められる。

ΔＴ　＝　ｅ　Ｘ　２　ｖ　／　Ｌ　２−　（４）次い
で、舵角センサ８によつ″Ｃ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○Ｃに
合流させるノｔ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ンＱのとき、 δ士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市分Δδは
、次式によって与えられる。

Δδ二（ＩＮ／ｖ）八Ｔ　　　　　・・（７）ここで、
車速に対する舵角の一般式であるＱｌｌ、（］　→−Ｋ
ｖ′）を考慮すると、（７）式からΔδ二ΔＴ　（Ｑ（
］　＋Ｋｖ２）／ｖ）−（８）どなる。

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○Ｃ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１１標経路ＯＣへ合流さ
せるような操舵を行う。

なお、第６図の関係にあって、Ｙ軸上の距離丁４（［１
標合流距＃）を設定する場合、制御部５の制御下におい
て、車速センサ６によって検出される車両の走行速度■
に応じてその設定距離りを可変にすることができろ。す
なわち、走行速度Ｖが低速であるほどその距離１−　ｋ
短く設定し、１３点にいる車両が目標経路ＯＣに合流す
るまでの走行経路が短くなるようにして、車両の目標経
路ＯＣへの合流を速やかに行なわせる。また、走行速度
Ｖが高速であるほどその距ｆｉＬを長く設定し、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が長
くなるようにして、車両の目標経路ＯＣへの合流を緩や
かに行なわせる。

さらに、曲りくねった道路を走行する場合、その曲率が
小さいほど距離りを短く設定して、車両の目標経路ＯＣ
への合流を速やかに行なわせるようにすることも可能で
ある。

また、目標経路○Ｃに車両を合流させる際のＰ点から０
点に至るまでの走行経路の曲線モデルを用いて、目標合
流圧ＭＬおよび車速■に応じて制御部５において求めら
れる経路曲率にしたがって所定の曲線のパターンによる
走行経路を近似的な解析によってわり出し、そのわり出
された走行経５ ＝１６− 路のパターンをもって目標経路ＯＣへの合流をスムーズ
に行なわせるようにすることも可能である。

なお、走行経路の曲線モデルとしては、例えば関数ｙ　
＝　ｘ−ｓｊｎｘまたば関数ｙ−Ｘ３などが用いられる
。

第８図に、関数ｙ＝ｘ−ｓｊｎｘによる走行経路の曲線
モデルを用いたときの走行経路のパターンを示している
。

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ｔｌ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、このような自動走行装置において、特に、
検出された車両の走行状態にしたがって、最大許容横荷
重または最大許容ヨーレートなどの車両特性から車両の
最大許容舵角を求める手段と、舵角の制御目標量をその
最大許容舵角以下に制限する手段とをとるようにしてい
る。

それら各手段は、具体的に、以下のようにして実行され
る。

まず、制御部５において、車速センサ６によって検出さ
れた車速Ｖにしたがい、予め内部メモリに登録されてい
る車両特性としての最大許容横荷重Ｇｍａｘの値を用い
て、以下の演算式から車速Ｖで曲率半径Ｒをもって旋回
する際にお番づる最大許容舵角δｍａｘを求める。

一般に、車速Ｖで曲率半径Ｒをもって旋回する際に車両
に加わる横荷重Ｇは次式によって与えられる。

Ｇ＝Ｔ−ｖ　　　　　　　　　　　　・・・（１０）こ
こで、Ｔ　＝　ｖ　／　Ｒである。

また、前記（６）式の関係から１次式が得ら九る。

Ｔ−δ　・　■／α　　　　　　　　　　　　・・・　
（１１）したがって、車速Ｖに対する舵角の一般式であ
るＱ＝ｎ　（１＋Ｋｖ２）を考慮したうえで、（１０）
、　　（１１）式の関係から、最大許容舵角δｍａｘが
次式によって求められる。

δｍａｘ＝Ｇｍａｘ−Ｑ　（１＋Ｋ　ｖ２）／　ｖ’　
・・・（１２）また、制御部５の内部メモリに、車両特
性として最大許容ヨーレートＴ　ｍａｘを予め登録して
おき、その最大許容ヨーレートＴｍａｘから、以下の演
算式により車速Ｖで曲率半径Ｒ１もって旋回する際にお
ける最大許容舵角δｍａｘを求めるようにしてもよい。

（１０）式の関係から、 Ｇｍａｘ＝　Ｔｍａｘ−ｖ　　　　　　　　−（１３）
が成立するので、（１２）　、　　（１，３）式から、
最大許容舵角δｍａｘが次式によって求められる。

δｍａｘ＝　Ｔｍａｘ・Ｑ　（１＋　Ｋ　ｖ２）／　ｖ
　　・・・（＋４）車両の最大許容横荷重Ｇｍａｘまた
は最大許容ヨーレートＴ　ｍａｘは、路面が濡れている
かまたは乾いているかの程度によって、第９図または第
１０図に示すような特性をもって変化するものである。

そのため、第９図または第１０図に示す特性にしたがっ
て、路面の濡れまたは乾きの程度に応じた最大許容横荷
重Ｑｍａｘまたは最大許容ヨーレーｈＴｍａｘの各位を
予め求めてメモリに登録しておき、路面の実際の濡れま
たは乾きの程度を検出して、その検出結果に応じてメモ
リから所定の最大許容横荷重Ｇｍａｘまたは最大許容ヨ
ーレーｌ−Ｔｍａｘの値を読み出すようにする。

路面の濡れまたは乾きの程度を検出する具体的な手段と
しては、例えば、ビデオカメラによって走行可能領域を
撮像したときの画像の輝度に応して路面の濡れの程度ま
たは乾きの程度を判定するようにすればよい。

そして、制御部５は、制御目標量にしたがって目標経路
○Ｃに追従させるための操舵を行わせる際に、そのとき
の制御目標量としての舵角δ′が最大許容舵角δｍａｘ
を越えることがないように制限する。

したがって、最大許容舵角δｎ１ａＸを越える舵角δ′
をもって目標経路ＯＣに追従させるための車両の操舵が
行われることがなくなる。

なおその際、制御目標量としての舵角δ′がそのときの
車速Ｖによって最大許容舵角δｍａｘを越えたときの処
理が、以下のようにして行われる。

９ ０ すなわち、制御部５において、例えば、舵角δ′が最大
許容舵角δＩｌｌ　ａ　Ｘを越える程度に応じて、車両
の現在位置Ｐ点から目標経路○Ｃに合流するまでの距離
りの値を予め決められているように所定に大きくして、
それにより最大許容舵角δｍａｘを越えることがない舵
角の制御目標量を再度求め、その再度求められた制御目
標量にしたがって目標経路○Ｃに追従させるための車両
の走行制御が実行される。

しかして、本発明によれば、車速Ｖにしたがい、そのと
きの最大許容舵角δｍａｘを越えることがない舵角δ′
をもって、目標経路○Ｃに追従させるための車両の操舵
が安定して行われる。

第１１図（ａ）、（ｂ）に、最大許容舵角δｍａｘを越
える舵角δ′をもって目標経路ＯＣに合流させるときの
車両の走行経路Ｐ１と、最大許容舵角δ＋ｎａｘ以下の
舵角δ′をもって目標経路ｏＣに合流させるときの車両
の走行経路Ｐ２との関係をそれぞれ示している。ここで
、Ｌｌは舵角δ′が最大許容舵角δｍａｘを越えるとき
のしの最初の設定値、Ｌ２は舵角δ′が最大許容舵角δ
ｍａｘを越える程度に応じて再設定されたＬの値をそれ
ぞれ示している。

例退− 以上、本発明による自動走行装置にあっＣ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における走
行可能領域を探索しながら、その探索された走行可能領
域内に目標経路を設定して、その目標経路に追従させる
ための舵角の制御目標量を求めて、その制御目標量にし
たがって車両の走行制御を行わせる際、制御目標量が最
大許容舵角以下になるように制限したもので、車両の実
際の走行状態との協調をとって、目標経路に追従させる
ための車両の操舵を安定して行わせることができるとい
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
とによって得ら九た画像を示す図、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」二に設定されろ目標経路をそ、Ｉｔ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図は目標経路に合流するときの車両の走
行経路の一例を示す図、第９図は路面の濡れまたは乾き
の程度に応じた車両の最大許容横荷重の特性図、第１０
図は路面の濡れまたは乾きの程度に応した車両の最大許
容ヨーレト・の特性図、第１１図（ａ）、（ｂ）は目標
経路に合流するときの車両の走行経路の一例をそれぞれ
示す図、第１２図はＸ−Ｙ座標上の線分を示す図、第１
３図は第１２図の線分をＨｏ　１１　ｇｈ変換したとき
のρ−Ｏ座標上の点を示す図である。 認識部　４・・目標経路設定部　５・・・制御部　６車
速センサ　７・・・ヨーシー１ヘセンサ　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・・走行可能領域○Ｃ
・・目標経路　Ｐ　・車両の位置

Claims (1)

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
   必要な舵角の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う手段と
   からなる自動走行装置において、検出された車両の走行
   状態にしたがって、車両特性から車両の最大許容舵角を
   求める手段と、前記制御目標量をその最大許容舵角以下
   に制限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。 ２、車両特性が車両の最大許容横荷重であることを特徴
   とする前記第１項の記載による自動走行装置。 ３、車両特性が車両の最大許容ヨーレートであることを
   特徴とする前記第１項の記載による自動走行装置。