JP6025273B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、路上に轍が存在しても安定して走行できる車両の走行制御装置に関する。

近年、車両においては、ドライバの運転を、より快適に安全に行えるように自動運転の技術を利用した様々な装置が開発され提案されている。例えば、特開２０１４−１８４７４７号公報（以下、特許文献１）では、車両の走行可能領域を検出し、走行可能領域を車両が走行するために算出された目標車両挙動量に基づいて軌跡制御を実行する走行制御装置において、走行可能領域が曲率を有するカーブであるときに、カーブの内側に轍を検知した場合、検知したカーブの内側の轍上を車両の内輪が走行するように目標車両挙動量を補正する車両制御装置の技術が開示されている。

特開２０１４−１８４７４７号公報

上述の特許文献１に開示されるような車両制御装置の技術によれば、轍走行時の車両挙動や操舵制御の安定性の向上に有効ではあるが、轍の状況は時々刻々変化する上、車両の轍への落ち込み、脱出時に車両挙動が大きく乱れることを考慮すると、轍への入脱走行を繰り返すことは車両挙動の持続的な安定性上から好ましくない。また、轍への入脱走行以外においても、特に、タイヤ１本分程度の幅しかない狭い轍を走行している場合には、タイヤの接地状態が不安定となり、狙いの制駆動力が発揮できなくなる虞がある。更に、通常の轍走行で、上述の特許文献１に開示されるような車両制御装置の技術を採用したとしても、轍と、轍ではない路面間で路面摩擦係数差が生じ、制動時や加速時にヨーモーメントが発生して車両挙動が不安定になる可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、たとえ、路面に轍が存在する道路を走行する際においても、車両挙動や操舵制御が不安定となることなく安定性の向上した走行制御を行うことができる車両の走行制御装置を提供することを目的としている。

本発明の車両の走行制御装置の一態様は、画像情報を基に車両の前方環境を認識して前方環境情報を取得する前方環境認識手段と、地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、自車両の位置情報を取得する自車位置情報取得手段と、上記地図情報と上記自車両の位置情報に基づいて自車両の走行路情報を取得する走行路情報取得手段と、上記前方環境情報に基づいて路面上の轍を検出し、該轍の情報を取得する轍情報検出手段と、上記地図情報に基づいて自車両が走行する路面上の目標コースを第１のコースとして設定する第１のコース設定手段と、上記轍情報に基づいて、自車両の左側から前方に延出する轍と自車両の右側から前方に延出する轍の少なくとも一方の轍に沿って自車両が走行する路面上の目標コースを第２のコースとして設定する第２のコース設定手段と、上記第１のコースと上記第２のコースとを比較し、上記走行路情報と上記轍情報とに基づき車両挙動や操舵制御が変動すること無く安定して自車両が走行する路面上の目標コースを設定する目標コース設定手段とを備えた。

本発明による車両の走行制御装置によれば、たとえ、路面に轍が存在する道路を走行する際においても、車両挙動や操舵制御が不安定となることなく安定性の向上した走行制御を行うことが可能となる。

本発明の実施の一形態に係る車両の操舵系の構成説明図である。 本発明の実施の一形態に係る自動運転制御プログラムのフローチャートである。 本発明の実施の一形態に係る第１のコースと第２のコースとが離れている場合に設定される目標コースの説明図である。 本発明の実施の一形態に係る第１のコースと第２のコースとが略同じ位置にあり、溝幅が狭い轍の場合に設定される目標コースの説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１において、符号１は操舵角をドライバ入力と独立して設定自在な電動パワーステアリング装置を示し、この電動パワーステアリング装置１は、ステアリング軸２が、図示しない車体フレームにステアリングコラム３を介して回動自在に支持されており、その一端が運転席側へ延出され、他端がエンジンルーム側へ延出されている。ステアリング軸２の運転席側端部には、ステアリングホイール４が固設され、また、エンジンルーム側へ延出する端部には、ピニオン軸５が連設されている。

エンジンルームには、車幅方向へ延出するステアリングギヤボックス６が配設されており、このステアリングギヤボックス６にラック軸７が往復移動自在に挿通支持されている。このラック軸７に形成されたラック（図示せず）に、ピニオン軸５に形成されたピニオンが噛合されて、ラックアンドピニオン式のステアリングギヤ機構が形成されている。

また、ラック軸７の左右両端はステアリングギヤボックス６の端部から各々突出されており、その端部に、タイロッド８を介してフロントナックル９が連設されている。このフロントナックル９は、操舵輪としての左右輪１０Ｌ，１０Ｒを回動自在に支持すると共に、車体フレームに転舵自在に支持されている。従って、ステアリングホイール４を操作し、ステアリング軸２、ピニオン軸５を回転させると、このピニオン軸５の回転によりラック軸７が左右方向へ移動し、その移動によりフロントナックル９がキングピン軸（図示せず）を中心に回動して、左右輪１０Ｌ，１０Ｒが左右方向へ転舵される。

また、ピニオン軸５にアシスト伝達機構１１を介して、電動パワーステアリングモータ（電動モータ）１２が連設されており、この電動モータ１２にてステアリングホイール４に加える操舵トルクのアシスト、及び、設定された目標制御量の付加が行われる。電動モータ１２は、後述する操舵制御部２０から制御出力値としての電動パワーステアリングモータ電流値がモータ駆動部２１に出力されてモータ駆動部２１により駆動される。

操舵制御部２０は、図示しない自動運転制御装置の一部として、又は、自動運転制御装置と接続されており、車両が走行する目標コースを設定し、該目標コースに対して、周知のフィードフォワード制御、フィードバック制御等の制御を行って、設定される目標コースに沿って車両を走行制御する。

このため、操舵制御部２０には、車両の前方環境を認識して前方環境情報を取得する前方環境認識装置３１、自車位置情報（緯度・経度、移動方向等）を検出して地図情報上に自車両位置の表示、及び、目的地までの経路誘導を行うナビゲーションシステム３２、その他センサ・スイッチ３３からの信号が入力される。

前方環境認識装置３１は、例えば、車室内の天井前方に一定の間隔をもって取り付けられ、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像する１組のカメラと、このカメラからの画像データを処理するステレオ画像処理装置とから構成されている。

前方環境認識装置３１のステレオ画像処理装置における、カメラからの画像データの処理は、例えば以下のように行われる。まず、カメラで撮像した自車両の進行方向の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から距離情報を求め、距離画像を生成する。

白線等の車線区画線のデータの認識では、白線は道路面と比較して高輝度であるという知得に基づき、道路の幅方向の輝度変化を評価して、画像平面における左右の車線区画線の位置を画像平面上で特定する。この車線区画線の実空間上の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、画像平面上の位置（ｉ，ｊ）とこの位置に関して算出された視差とに基づいて、すなわち、距離情報に基づいて、周知の座標変換式より算出される。自車両の位置を基準に設定された実空間の座標系は、本実施の形態では、カメラの中央真下の道路面を原点として、車幅方向をｘ軸、車高方向をｙ軸、車長方向（距離方向）をｚ軸とする。このとき、ｘ−ｚ平面（ｙ＝０）は、道路が平坦な場合、道路面と一致する。道路モデルは、道路上の自車両の走行レーンを距離方向に複数区間に分割し、各区間における左右の車線区画線を所定に近似して連結することによって表現される。

また、前方環境認識装置３１は、三次元の距離分布を表す距離画像のデータを基に、周知のグルーピング処理や、予め記憶しておいた三次元的な道路形状データ、立体物データ等と比較し、道路に沿って存在するガードレール、縁石、中央分離帯等の側壁データ、車両等の立体物データを抽出する。立体物データでは、立体物までの距離と、この距離の時間的変化（自車両に対する相対速度）が求められ、特に自車進行路上にあるもっとも近い車両で、自車両と略同じ方向に所定の速度（例えば、０km/h以上）で走行するものが先行車として抽出される。尚、先行車の中で速度が略０km/hである車両は、停止した先行車として認識される。

更に、前方環境認識装置３１は、例えば、特開２０１４−１８４７４７号公報に開示されているように、カメラからの画像情報と、図示しないレーダ装置によるレーザ光の前方走査情報とを組み合わせて路面上の轍情報（路面上の位置、溝幅、深さ等）を取得する。尚、前方環境認識装置３１からの画像情報のみで轍情報が検出可能であれば、画像情報のみで轍情報を検出するようにしても良い。このように、前方環境認識装置３１は、前方環境認識手段、轍情報検出手段として設けられている。

また、ナビゲーションシステム３２は、周知のシステムであり、例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波信号を受信して車両の位置情報（緯度、経度）を取得し、センサ３３から車速を取得し、また、地磁気センサあるいはジャイロセンサ等により、移動方向情報を取得する。そして、ナビゲーションシステム３２は、ナビゲーション機能を実現するための経路情報を生成するナビＥＣＵと、地図情報（サプライヤデータ、及び、所定に更新されたデータ）を記憶する地図データベースと、例えば液晶ディスプレイ等の表示部（以上、何れも図示せず）を備えて構成される。

ナビＥＣＵは、利用者によって指定された目的地までの経路情報を地図画像に重ねて表示部に表示させるとともに、検出された車両の位置、速度、走行方向等の情報に基づき、車両の現在位置を表示部上の地図画像に重ねて表示する。また、地図データベースには、ノードデータ、施設データ等の道路地図を構成するのに必要な情報が記憶されている。ノードデータは、地図画像を構成する道路の位置及び形状に関するものであり、例えば道路（車線）の幅方向中心点、道路の分岐点（交差点）を含む道路上の点（ノード点）の座標（緯度、経度）、当該ノード点が含まれる道路の方向、種別（例えば、高速道路、幹線道路、市道といった情報）、当該ノード点における道路のタイプ（直線区間、円弧区間（円弧曲線部）、クロソイド曲線区間（緩和曲線部））及びカーブ曲率（或いは、半径）のデータが含まれる。従って、車両の現在位置が重ねられた地図上の位置により自車両の走行路が特定され、該自車両の走行路を目標進行路として自車両の位置に最も近いノード点の情報により、道路のカーブ曲率（或いは、半径）、道路の方向等の走行路情報が取得される。更に、施設データは、各ノード点の付近に存在する施設情報に関するデータを含み、ノードデータ（或いは、当該ノードが存在するリンクデータ）と関連づけて記憶されている。このように、ナビゲーションシステム３２は、地図情報記憶手段、自車位置情報取得手段、走行路情報取得手段として設けられている。

そして、操舵制御部２０は、上述の各入力信号に基づき、図２に示す、自動運転制御プログラムのフローチャートに従って、地図情報に基づいて自車両が走行する路面上の目標コースを第１のコースとして設定し、轍情報に基づいて自車両が走行する路面上の目標コースを第２のコースとして設定し、第１のコースと第２のコースとを比較し、走行路情報と轍情報とに基づき自車両が走行する路面上の目標コースを設定する。このように、操舵制御部２０は、第１のコース設定手段、第２のコース設定手段、目標コース設定手段、自動運転制御手段としての機能を備えて構成されている。

以下、図２のフローチャートに従って、操舵制御部２０で実行される自動運転制御について説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、自動運転状態か否か判定され、自動運転状態ではない場合には、そのままプログラムを抜ける。

Ｓ１０１で自動運転状態と判定されると、Ｓ１０２に進み、上述の如く画像情報に基づき路面上の轍情報が検出される。

次いで、Ｓ１０３に進み、路面上に轍が存在するか否か判定され、轍が存在しない場合は、Ｓ１０４に進んで、地図情報に基づいて設定した自車両が走行する路面上の第１のコースを目標コースに設定してプログラムを抜ける。この地図情報に基づいて設定した第１のコースとは、例えば、地図情報により得られる道路（車線）の幅方向中心点を結んだコースである。

一方、Ｓ１０３で、路面上に轍が存在すると判定された場合は、Ｓ１０５に進み、地図情報に基づき車線中央の目標コース、すなわち、前述のＳ１０４で説明した、第１のコースと同様のコースを読み込む。

次に、Ｓ１０６に進み、画像情報に基づき轍による目標コースを第２のコースとして読み込む。具体的には、左右の轍が検出されている場合には、その中央を第２のコースとして設定して読み込む。また、左右のどちらか一方の轍のみしか検出されていない場合には、検出されている轍を基準として、略車幅の１／２の位置を第２のコースとして読み込む。

そして、Ｓ１０７に進み、第１のコースの横位置と第２のコースの横位置との差｜（第１のコースの横位置）−（第２のコースの横位置）｜が、予め実験、計算等により設定しておいた閾値ｘｃ以上か否か判定する。

この判定の結果、｜（第１のコースの横位置）−（第２のコースの横位置）｜≧ｘｃの場合は、Ｓ１０８に進み、第２のコースの両側近傍に路側障害物（例えば、駐車車両、対向車、歩行者、ガードレール、電柱等）の存在が確認される。

Ｓ１０８の判定の結果、第２のコースの両側近傍に路側障害物が存在すると判定された場合は、Ｓ１０４に進み、地図情報に基づいて設定した第１のコースを目標コースとしてプログラムを抜ける。

逆に、第２のコースの両側近傍に路側障害物が存在しないと判定された場合は、Ｓ１０９に進み、轍の走行安定性の評価処理が実行される。この轍の走行安定性の評価処理とは、路面のブラックアイス状態やウェット路状態を検出することで行われ、何れか一方が検出された場合は、轍になっていない圧雪部分との路面摩擦係数差が大きく、轍の走行安定性が不十分と判定される。

路面のブラックアイス状態を検出するには、例えば、特開２０１０−８３３９５号公報に開示されるように、サンプリング時間が異なる複数のラック推力をラック推力推定値として検出し、このラック推力推定値と同じタイミングで、基準とするラック推力（基準ラック推力）を少なくとも路面摩擦係数をパラメータとして含むタイヤモデルにより推定し、少なくともラック推力推定値と基準ラック推力との偏差を最小とする路面摩擦係数の値を最適化計算により求める。そして、この算出した路面摩擦係数の値が予め設定しておいた値よりも小さい場合に、路面がブラックアイス状態と判定するようになっている。

また、路面のウェット路状態を検出するには、例えば、特開２０１１−４６２５６号公報に開示されるように、路面温度とタイヤ振動（走行中の路面からタイヤに入力する振動）とタイヤ発生音（タイヤが路面に接地する際にタイヤ接地面付近に発生する音）とから路面状態を推定し、路面のウェット路状態を検出するようになっている。

Ｓ１０９で、轍の走行安定性の評価処理を行った後はＳ１１０に進み、轍の走行安定性が十分確保できるか否か判定する。

そして、轍の走行安定性が十分確保できると判定した場合は、Ｓ１１１に進み、画像情報に基づく轍により設定した第２のコースを目標コースとしてプログラムを抜ける（図３参照）。

逆に、轍の走行安定性が十分確保できないと判定した場合は、Ｓ１０４に進み、地図情報に基づいて設定した第１のコースを目標コースとしてプログラムを抜ける。

一方、前述のＳ１０７で、｜（第１のコースの横位置）−（第２のコースの横位置）｜＜ｘｃと判定され、第１のコースの横位置−第２のコースの横位置が略一致すると判定された場合は、Ｓ１１２に進み、第１のコースを外側に、予め実験、計算等により設定した距離オフセットして第３のコースを設定する（図４参照）。そして、Ｓ１１３に進み、前述のＳ１０８と同様、第３のコースの両側近傍に路側障害物（例えば、駐車車両、対向車、歩行者、ガードレール、電柱等）の存在が確認される。

Ｓ１１３の判定の結果、第２のコースの両側近傍に路側障害物が存在すると判定された場合は、Ｓ１０４に進み、地図情報に基づいて設定した第１のコースを目標コースとしてプログラムを抜ける。

逆に、第３のコースの両側近傍に路側障害物が存在しないと判定された場合は、Ｓ１１４に進む。

Ｓ１１４では、轍溝幅が予め設定しておいた閾値（例えば、タイヤ幅）Ｗｗ以下の狭い轍か否か判定される。

この判定の結果、轍溝幅が予め設定しておいた閾値（例えば、タイヤ幅）Ｗｗよりも大きく、通常の轍の溝幅と判定された場合は、Ｓ１０９からの処理を行う。

逆に、轍溝幅が予め設定しておいた閾値（例えば、タイヤ幅）Ｗｗ以下の狭い轍と判定した場合は、Ｓ１１５に進み、タイヤの接地状態が不安定となることを防止すべく、第３のコースを目標コースに設定し、プログラムを抜ける。これは、左右両輪が共に、同じ条件（同じ路面摩擦係数等）で走行できるようにし、車両挙動を安定させるようにするためである。尚、Ｓ１１４で、轍の溝幅が狭いことを判定するのは、画像情報に限定することなく、他に、例えば、轍を走行中に、所定の細かい周期のヨーレート変動、ハンドル角の変動、車輪加速度の変動、上下加速度の変動、カメラ画像のブレが起きている場合に、狭い轍を走行していると判断するようにしても良い。

このように、本発明の実施の形態によれば、地図情報に基づいて自車両が走行する路面上の目標コースを第１のコースとして設定し、轍情報に基づいて自車両が走行する路面上の目標コースを第２のコースとして設定し、第１のコースと第２のコースとを比較し、第１のコースと第２のコースの路面上の横方向のずれが予め設定した閾値ｘｃ以上の場合には、第２のコースを自車両が走行する路面上の目標コースとして設定する一方、第１のコースと第２のコースの路面上の横方向のずれが予め設定した閾値ｘｃよりも小さい場合で、轍の溝幅が予め設定した閾値Ｗｗ以下の際には、第１のコースを路側方向に予め設定した距離オフセットさせた第３のコースを自車両が走行する路面上の目標コースとして設定する。このため、たとえ、路面に轍が存在する道路を走行する際においても、また、轍が狭い場合であっても、車両挙動や操舵制御が不安定となることなく安定性の向上した走行制御を行うことができる。

１ 電動パワーステアリング装置
２ ステアリング軸
４ ステアリングホイール
５ ピニオン軸
１０Ｌ、１０Ｒ 車輪
１２ 電動モータ
２０ 操舵制御部（第１のコース設定手段、第２のコース設定手段、目標コース設定手段、自動運転制御手段）
２１ モータ駆動部
３１ 前方環境認識装置（前方環境認識手段、轍情報検出手段）
３２ ナビゲーションシステム（地図情報記憶手段、自車位置情報取得手段、走行路情報取得手段）
３３ センサ・スイッチ

Claims (6)

1. 画像情報を基に車両の前方環境を認識して前方環境情報を取得する前方環境認識手段と、
   地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、
   自車両の位置情報を取得する自車位置情報取得手段と、
   上記地図情報と上記自車両の位置情報に基づいて自車両の走行路情報を取得する走行路情報取得手段と、
   上記前方環境情報に基づいて路面上の轍を検出し、該轍の情報を取得する轍情報検出手段と、
   上記地図情報に基づいて自車両が走行する路面上の目標コースを第１のコースとして設定する第１のコース設定手段と、
   上記轍情報に基づいて、自車両の左側から前方に延出する轍と自車両の右側から前方に延出する轍の少なくとも一方の轍に沿って自車両が走行する路面上の目標コースを第２のコースとして設定する第２のコース設定手段と、
   上記第１のコースと上記第２のコースとを比較し、上記走行路情報と上記轍情報とに基づき車両挙動や操舵制御が変動すること無く安定して自車両が走行する路面上の目標コースを設定する目標コース設定手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
2. 上記目標コース設定手段は、上記第１のコースと上記第２のコースの路面上の横方向のずれが予め設定した閾値以上の場合には、上記第２のコースを上記自車両が走行する路面上の目標コースとして設定することを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。
3. 上記目標コース設定手段は、上記第１のコースと上記第２のコースの路面上の横方向のずれが予め設定した閾値よりも小さい場合で、轍の溝幅が予め設定した閾値以下の際には、上記第１のコースを路側方向に予め設定した距離オフセットさせた第３のコースを上記自車両が走行する路面上の目標コースとして設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の走行制御装置。
4. 上記目標コース設定手段は、上記第２のコースを走行する際の走行安定性を評価し、上記走行安定性が不十分と判断した場合は、上記第１のコースを上記自車両が走行する路面上の目標コースとして設定することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
5. 上記目標コース設定手段が設定する上記自車両が走行する路面上の目標コースは、該目標コースの両側近傍に路側立体物が存在しないコースとすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
6. 車両を自動運転制御する自動運転制御手段を有し、
   上記目標コース設定手段は、上記自動運転制御手段により上記自動運転制御を実行している場合にのみ、上記自車両が走行する路面上の目標コースを設定することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。

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