CN112606839A - 车外环境识别装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供车外环境识别装置，实现恰当的跟随控制。车外环境识别装置具备：行进路径导出部，其推定作为本车辆(1)的行进路径的本车辆行进路径(210)，并且导出通过作为跟随控制的对象的对象车辆(3)且与本车辆行进路径成为平行曲线的对象行进路径(220)；速度导出部，其导出作为对象车辆的速度矢量的对象速度矢量Vs；跟随控制部，如果对象速度矢量与对象行进路径的在对象车辆的位置处的切线即对象切线(222)所成的角θ在预定角度范围内，则基于对象速度矢量本身进行跟随控制，如果所述角θ在预定角度范围外，则基于对象速度矢量在对象切线的速度分量(对象切线速度分量Vt)进行跟随控制。

Description

车外环境识别装置

技术领域

本发明涉及跟随存在于本车辆的行进方向上的对象车辆的车外环境识别装置。

背景技术

以往，已知如专利文献1那样的ACC(Adaptive Cruise Control：自适应巡航控制)技术，该ACC技术检测位于本车辆的前方的车辆等立体物，并进行控制以避免与前行车辆的碰撞、或将与前行车辆之间的车间距离保持为安全的距离。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3349060号公报

发明内容

技术问题

在车辆中，有时执行跟随控制来作为上述的ACC的一个功能。跟随控制是在本车辆的行进路径上存在前行车辆的情况下，以将前行车辆与本车辆之间的车间距离保持为恒定的方式使本车辆跟随前行车辆的控制。

为了实现这样的跟随控制，在本车辆内，进行推导出成为对象的前行车辆(以下称为对象车辆)在本车辆的行进方向上的速度分量Vz，并基于该速度分量将车间距离保持为恒定的控制。在此，即使有车辆插队到了本车辆的前方，也由于在本车辆的行进方向上的速度分量依插队角度而变得足够低，所以能够使速度降得比较低等恰当地进行应对。

但是，如果一律执行这样的控制，则当成为对象的前行车辆在远处转弯了的情况下速度分量也不必要地变低，伴随于此，本车辆的速度也急剧地变低。于是，驾驶员有时会对本车辆的速度的变化感到不适。

此外，今后，如果用于实现跟随控制的相机的视场角变大、分辨率提高，则能够高精度地推导出前行车辆的转弯等，本车辆的速度的变化有可能变得显著。

本发明鉴于这样的课题，目的在于提供一种能够实现恰当的跟随控制的车外环境识别装置。

技术方案

为了解决上述课题，本发明的车外环境识别装置具备：行进路径导出部，其推定本车辆行进路径，并且导出对象行进路径，所述本车辆行进路径是本车辆的行进路径，所述对象行进路径通过作为跟随控制的对象的对象车辆且与本车辆行进路径成为平行曲线；速度导出部，其导出对象速度矢量，所述对象速度矢量是对象车辆的速度矢量；以及跟随控制部，如果对象速度矢量与对象切线所成的角在预定角度范围内，则基于对象速度矢量本身进行跟随控制，如果所述角在预定角度范围外，则基于对象速度矢量在对象切线的速度分量进行跟随控制，所述对象切线是对象行进路径的在所述对象车辆的位置处的切线。

本车辆行进路径和对象行进路径可以被表示为同心圆的一部分。

如果将本车辆行进路径表示为圆的情况下的半径为预定长度以上，则可以将本车辆行进路径设为直线。

技术效果

根据本发明，能够实现恰当的跟随控制。

附图说明

图1是表示车外环境识别系统的连接关系的框图。

图2是用于说明亮度图像的说明图。

图3是用于说明距离图像的说明图。

图4是表示车外环境识别装置的概略功能的功能框图。

图5是表示车外环境识别处理的流程的流程图。

图6是用于说明本车辆行进路径的说明图。

图7是用于说明对象行进路径的说明图。

图8是用于说明对象车辆的速度矢量的说明图。

图9是用于说明跟随控制的说明图。

图10是用于说明跟随控制的说明图。

符号说明

1 本车辆

2 候选车辆

3 对象车辆

160 路面确定部

162 立体物确定部

164 行进路径导出部

166 速度导出部

168 跟随控制部

210 本车辆行进路径

220 对象行进路径

222 对象切线

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。该实施方式所示的尺寸、材料、其他具体的数值等只是用于使发明容易理解的例示，除了特别说明的情况以外，并不限定本发明。应予说明，在本说明书及附图中，对于实质上具有相同的功能、结构的要素，通过标注相同的符号而省略重复说明，此外，对于与本发明没有直接关系的要素省略图示。

(车外环境识别系统100)

图1是表示车外环境识别系统100的连接关系的框图。车外环境识别系统100构成为包括拍摄装置110、车外环境识别装置120和车辆控制装置130。

拍摄装置110构成为包含CCD(Charge-Coupled Device：电荷耦合器件)、CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)等拍摄元件，能够拍摄本车辆1的前方的车外环境，并生成至少包含亮度信息的亮度图像(彩色图像或单色图像)。此外，拍摄装置110以两个拍摄装置110各自的光轴大致平行的方式在大致水平方向上分离地配置在本车辆1的行进方向侧。拍摄装置110以例如1/60秒每帧(60fps)连续地生成对在本车辆1的前方的检测区域中存在的立体物进行拍摄而得到的亮度图像。在此，立体物不仅包括车辆、自行车、行人、信号灯、道路标识、护栏、建筑物这类独立地存在的物体，还包括车辆的各车灯、自行车的车轮等能够确定为其一部分的物体。

此外，车外环境识别装置120从两个拍摄装置110分别取得亮度图像，并利用所谓的图案匹配，导出视差信息，该视差信息包含视差以及表示任意的区块在图像内的位置的图像位置。在此，区块例如由水平4像素×垂直4像素的阵列来表示。此外，水平表示所拍摄的图像的图像横向，垂直表示所拍摄的图像的图像纵向。此外，图案匹配是从一个亮度图像检索与从另一个亮度图像任意地提取的区块相对应的区块的方法。

例如，作为评价图案匹配中的区块间的一致度的函数，有取亮度之差的SAD(Sumof Absolute Difference，绝对差值和)、将差求平方来使用的SSD(Sum of Squaredintensity Difference，亮度差的平方和)、取从各像素的亮度减去平均值而得的方差的相似度的NCC(Normalized Cross Correlation，归一化互相关)等方法。车外环境识别装置120例如对在600像素×200像素的检测区域映现出的所有区块进行这样的以区块为单位的视差导出处理。在此，将区块设为4像素×4像素，但区块内的像素数能够任意地设定。

但是，在车外环境识别装置120中，虽然能够按每个作为检测分辨率单位的区块导出视差，但无法识别该区块是怎样的立体物的一部分。因此，视差信息不是以立体物为单位来导出，而是以检测区域中的检测分辨率单位、例如区块为单位而独立地导出。在此，将与这样导出的视差信息相对应的图像与上述的亮度图像进行区分而称为距离图像。

图2是用于说明亮度图像126的说明图，图3是用于说明距离图像128的说明图。例如，假设通过两个拍摄装置110，针对检测区域124生成了图2那样的亮度图像126。但是，在此，为了易于理解，仅示意性地示出了两个亮度图像126中的一个图像。车外环境识别装置120根据这样的亮度图像126求出每个区块的视差，形成图3那样的距离图像128。对于距离图像128中的各区块，关联有该区块的视差。在此，为了便于说明，用黑点表示被导出了视差的区块。

另外，车外环境识别装置120使用基于亮度图像126的亮度值(或颜色值)、以及基于距离图像128而算出的包括与本车辆1之间的相对距离在内的实际空间中的三维空间的位置信息，首先确定路面。此后，车外环境识别装置120将位于所确定的路面上、颜色值相等且三维位置信息接近的区块彼此作为立体物而进行分组，来确定本车辆1前方的检测区域中的立体物与哪一对象物、例如前行车辆、自行车对应。

另外，如果车外环境识别装置120这样确定了立体物，则对本车辆1进行控制，以避免与立体物之间的避撞，或者将与前行车辆之间的车间距离保持为安全距离。在此，跟随控制是在本车辆1的行进路径上存在前行车辆的情况下，辅助驾驶员的加速操作、制动操作，以将前行车辆与本车辆1之间的车间距离保持为恒定的方式使本车辆1跟随前行车辆的控制。

应予说明，上述相对距离是通过使用所谓的立体法将距离图像128中的每个区块的视差信息转换为三维位置信息来求出。在此，立体法是通过使用三角测量法根据立体物的视差来导出该立体物相对于拍摄装置110的相对距离的方法。

车辆控制装置130由ECU(Electronic Control Unit：电子控制单元)构成，通过方向盘132、加速踏板134和制动踏板136来接收驾驶员的操作输入，并将其传递到转向机构142、驱动机构144和制动机构146，从而控制本车辆1。另外，车辆控制装置130根据车外环境识别装置120的指示，控制转向机构142、驱动机构144、制动机构146。

如上所述，在车外环境识别系统100中，将颜色值相等且三维位置信息接近的区块彼此分组化而作为立体物。例如，若假定在本车辆1的前方存在前行车辆的情况，则相当于前行车辆的背面的多个区块由于其相对距离相等而作为立体物被分组化。然后，根据该分组化而得的立体物的特征可判断为是前行车辆。

并且，车外环境识别装置120将存在于本车辆1的前方的全部前行车辆作为候选车辆，其中，如果在本车辆1所行驶的本车辆行进路径上存在候选车辆，则将其中相对距离最短的候选车辆设为对象车辆。而且，车外环境识别装置120基于与该相对距离最短的候选车辆之间的相对距离、相对速度来执行跟随控制。在此，本车辆行进路径表示被预测为当前时刻以后本车辆1所行驶的车道等具有本车辆1以上的宽度的行进路径。例如，车外环境识别装置120能够进行导出对象车辆在本车辆1的行进方向上的速度分量Vz，并基于该速度分量Vz将车间距离保持为恒定的控制。在此，即使候选车辆插队到本车辆1的前方，也由于在本车辆1的行进方向上的速度分量Vz依插队角度而变得足够低，所以本车辆1能够使速度降得比较低等恰当地进行应对。

但是，如果对插队来的候选车辆以及继续在前行驶的对象车辆都一律执行这样的控制，则当对象车辆在远处转弯了的情况下也会判定为插队来的候选车辆，速度分量Vz不必要地变低，并伴随于此，本车辆的速度也急剧地变低。于是，驾驶员有时会对本车辆的速度的变化感到不适。因此，在本实施方式中，目的在于通过准确地判断对象车辆的速度，从而实现恰当的跟随控制。

以下，对用于实现这样的目的的车外环境识别装置120的结构进行详细描述。在此，详细说明本实施方式中特征性的应该应用怎样的速度作为对象车辆的速度的选择。

(车外环境识别装置120)

图4是表示车外环境识别装置120的概略功能的功能框图。如图4所示，车外环境识别装置120构成为包括I/F部150、数据保持部152以及中央控制部154。

I/F部150是用于进行与拍摄装置110及车辆控制装置130之间的双向信息交换的接口。数据保持部152由RAM、闪速存储器、HDD等构成，保持以下示出的各功能部的处理所需的各种信息。

中央控制部154由包括中央处理装置(CPU)、存储有程序等的ROM、作为工作区的RAM等的半导体集成电路构成，并通过系统总线156来控制I/F部150、数据保持部152等。另外，在本实施方式中，中央控制部154也作为路面确定部160、立体物确定部162、行进路径导出部164、速度导出部166、跟随控制部168而起作用。以下，关于车外环境识别处理，还依据该中央控制部154的各功能部的工作进行详细描述。

(车外环境识别处理)

图5是表示车外环境识别处理的流程的流程图。在车外环境识别处理中，由路面确定部160确定本车辆1前方的路面(S200)。接着，由立体物确定部162确定候选车辆(S202)。接着，由行进路径导出部164导出本车辆行进路径以及通过对象车辆且与本车辆行进路径成为平行曲线的对象行进路径(S204)。接着，由速度导出部166导出对象车辆的速度矢量即对象速度矢量(S206)。接着，由跟随控制部168根据对象速度矢量和对象行进路径的在对象车辆的位置处的切线即对象切线所成的角来进行跟随控制(S208)。

(路面确定处理S200)

路面确定部160基于亮度图像126及距离图像128，确定本车辆1的前方的路面。另外，路面确定部160基于位于本车辆1所行驶的车道左右的白线等车道边界线来确定本车辆1前方的路面。应予说明，路面确定部160不限于基于车道左右的车道边界线来确定本车辆1前方的路面，也能够基于路面标识、墙壁、设置在路肩的台阶、杆、栅栏等立体物来确定本车辆1前方的路面。

(立体物确定处理S202)

立体物确定部162确定在由路面确定部160确定的路面的铅垂上方具有高度的立体物。具体地，立体物确定部162将距路面的高度位于±预定距离(例如0.3m)的范围内的区块判定为不是立体物。另一方面，立体物确定部162将距路面的高度位于预定距离以上的区块设为从路面向高度方向突出的立体物的候选。

并且，立体物确定部162将被设为在路面的铅垂上方具有高度的立体物的候选的多个区块中的与本车辆1的相对距离相等的区块分组化，并确定为立体物。接着，立体物确定部162基于成为立体物的点群的立体物相似度(形状、大小等)，判断立体物是否为候选车辆(前行车辆)。应予说明，关于立体物是否为车辆的判定，由于能够利用现有的各种技术，所以在此省略其详细的说明。

(行进路径导出处理S204)

图6是用于说明本车辆行进路径的说明图。本车辆1根据行驶的道路、目的地而在各种行进路径上移动。在此，首先，行进路径导出部164基于通过搭载于本车辆1的惯性测量装置(Inertial Measurement Unit)获取的本车辆1的速度和绕铅垂轴的角速度、以及车道左右的车道边界线和通过使用GPS的导航装置获取的地图信息(或道路信息)，推定本车辆1的行进路径即本车辆行进路径210。

例如，在本车辆1以图6中箭头所示的轨迹移动着时，维持该轨迹的情况下的推定轨迹成为由实线所示的本车辆行进路径210。在此，依据本车辆1正在转弯这一情形，如图6所示，推定为在本车辆1正在行驶的路面上沿着由半径R表示的圆移动。因此，本车辆行进路径210描绘圆弧。

此外，在本车辆1的前方存在各种候选车辆2。在该候选车辆2中，除了沿与本车辆1相同的行进方向行驶的车辆之外，还包括向本车辆1的行进路径插队的车辆、在对向车道上行驶的车辆、以及在与行进路径正交的道路上行驶的车辆。

如果候选车辆2存在于本车辆行进路径210、例如本车辆1行驶的车道内，则行进路径导出部164将该候选车辆2作为对象车辆3，设为后述的跟随控制部168的控制对象。

图7是用于说明对象行进路径的说明图。行进路径导出部164导出对象行进路径220，该对象行进路径220通过对象车辆3的背面的水平方向中心且与本车辆行进路径210成为平行曲线(相对于曲线，位于与该曲线上的各点在法线方向有一定距离处的曲线)。具体地，如图7中虚线所示，行进路径导出部164将通过对象车辆3的背面的水平方向中心且与本车辆行进路径210为同心圆(具有同一中心的圆)的圆设为对象行进路径220。但是，如图7所示，本车辆行进路径210与对象行进路径220的半径R不一定一致。应予说明，平行曲线所通过的点不限于对象车辆3的背面的水平方向中心，只要是对象车辆3中的任意位置即可，例如，也可以设为对象车辆3的水平面中心。

应予说明，若本车辆行进路径210为直线或无限接近于直线的曲线，则其圆的大小(半径的大小)变得庞大。于是，由于用圆来近似本车辆行进路径210，所以导致处理负荷会增大，有可能影响计算时间。

因此，如果将本车辆行进路径210表示为圆的情况下的半径R为预定长度以上，则行进路径导出部164将本车辆行进路径210作为直线来处理。在该情况下，行进路径导出部164将通过对象车辆3且与作为本车辆行进路径210的直线平行的直线设为对象行进路径220。这样，能够防止处理负荷的增大。

(速度导出处理S206)

图8是用于说明对象车辆3的速度矢量的说明图。应予说明，图8及以后所示的图9、图10中的矢量用与路面平行的二维矢量表示。速度导出部166将对象车辆3相对于本车辆1的相对速度矢量与本车辆1的对地速度矢量Vm相加，导出对象车辆3的对地速度矢量即对象速度矢量Vs，所述相对速度矢量是基于距离图像128中的对象车辆3的帧间的移动推移而导出，所述本车辆1的对地速度矢量Vm是基于本车辆1的速度由车外环境识别装置120生成。

接着，速度导出部166将与本车辆行进路径210为平行曲线的对象行进路径220在对象车辆3的位置处的切线即对象切线222设为速度计算轴，导出将对象速度矢量Vs分解到对象切线222而得的速度分量即对象切线速度分量Vt。在此，对象切线速度分量Vt能够使用对象速度矢量Vs与对象切线222所成的角θ表示为Vs·cosθ。然后，速度导出部166将该对象切线速度分量Vt的方向(符号)视为对象速度矢量Vs的方向(符号)。这样，能够对不具有方向的对象速度矢量Vs定义方向(符号)。

(跟随控制S208)

跟随控制部168根据对象速度矢量Vs与对象切线222所成的角θ来切换跟随控制。

再次使用图8进行说明，对象速度矢量Vs相对于对象行进路径220的切线即对象切线222具有角度。在对象车辆3是沿与本车辆1相同的行进方向行驶着的车辆的情况下，对象车辆3的对象速度矢量Vs与对象行进路径220为相同方向，因此对象速度矢量Vs与对象切线222所成的角θ应该变小。另一方面，在对象车辆3是插队到本车辆1的行进路径的车辆的情况下，对象速度矢量Vs与对象切线222所成的角θ应该变大。

因此，如果对象速度矢量Vs与对象切线222所成的角θ在预定角度(例如±45度)范围内，则跟随控制部168基于对象速度矢量Vs本身，进行跟随对象车辆3的跟随控制。另一方面，如果对象速度矢量Vs与对象切线222所成的角θ在预定角度范围外，则跟随控制部168基于对象速度矢量Vs在对象切线222的速度分量即对象切线速度分量Vt，进行跟随对象车辆3的跟随控制。

图9及图10是用于说明跟随控制的说明图。这样，如果对象速度矢量Vs与对象切线222所成的角θ在预定角度范围外，则跟随控制部168沿着对象切线速度分量Vt的方向，将对象车辆3作为跟随控制的对象进行跟随控制。具体地，如图9所示，跟随控制部168将对象切线速度分量Vt分解到本车辆1的行进方向的Z轴230和与行进方向正交的X轴232上，导出速度分量Vz和速度分量Vx。然后，跟随控制部168按照速度分量Vz，控制本车辆1的速度，以将车间距离保持为安全的距离。

这样，在对象车辆3是插队到本车辆1的行进路径的车辆的情况下，跟随控制部168基于对象切线速度分量Vt而使本车辆1的速度降低，从而能够针对对象车辆3恰当地进行跟随控制。

此外，如果对象速度矢量Vs与对象切线222所成的角θ在预定角度范围内，则跟随控制部168沿着对象速度矢量Vs本身的方向进行跟随对象车辆3的跟随控制。具体地，如图10所示，跟随控制部168将对象速度矢量Vs分解到本车辆1的行进方向的Z轴230和X轴232上，导出速度分量Vz和速度分量Vx。然后，跟随控制部168按照速度分量Vz，控制本车辆1的速度，以将车间距离保持为安全的距离。

这样，在对象车辆3是在与本车辆1相同的行进方向上行驶的车辆的情况下，即使假设对象车辆3进行了转弯，跟随控制部168也不会基于对象速度矢量Vs使本车辆1的速度急剧地变化，而能够进行顺畅的行驶控制。

应予说明，在此，虽然列举出45度作为预定角度进行了说明，但并不限于该情况，只要能够判断对象车辆3是否是在与本车辆1相同的行进方向上行驶的应跟随的车辆即可，例如，也可以是10～45度的角度中的任意地选择的角度。

这样，由于预定角度被设定为能够区分是在与本车辆1相同的行进方向上行驶的车辆的角度，所以只要作为对象车辆3在对象行进路径220上行驶，对象车辆3的对象速度矢量Vs与对象切线222所成的角θ就不会超过预定角度。即，成为跟随控制的对象的速度不会在对象速度矢量Vs和对象切线速度分量Vt上产生跳跃。此外，即使万一超过了预定角度，跟随控制部168也通过对控制动作设置LPF(Low Pass Filter，低通滤波器)来抑制本车辆1的急剧的行为变化。

如以上说明的那样，由于判断对象车辆3是否是在与本车辆1相同的行进方向上行驶的车辆，并据此选择跟随控制的速度，所以能够实现恰当的跟随控制。

另外，还提供使计算机作为车外环境识别装置120而发挥功能的程序、存储有该程序并可通过计算机读取的软盘、磁光盘、ROM、CD、DVD、BD等存储介质。在此，程序是指通过任意的语言和/或记述方法而记述得到的数据处理手段。

以上，参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明当然不限于该实施方式。应理解的是，本领域技术人员在权利要求书所记载的范围内，可以想到各种变形例或修改例是显而易见的，这些变形例或修改例当然也属于本发明的技术范围。

例如，在上述的实施方式中，将本车辆行进路径210和对象行进路径220均近似为由半径R表示的圆，但不限于该情况，也可以近似为多阶曲线。

应予说明，本说明书的车外环境识别处理的各步骤不一定必须按照作为流程图而记载的顺序按时间序列来进行处理，也可以包括并列的或由子例程实现的处理。

工业上的可用性

本发明能够用于对存在于本车辆的行进方向上的对象车辆进行跟随的车外环境识别装置。

Claims (3)

1.一种车外环境识别装置，其特征在于，具备：

行进路径导出部，其推定本车辆行进路径，并且导出对象行进路径，所述本车辆行进路径是本车辆的行进路径，所述对象行进路径通过作为跟随控制的对象的对象车辆且与所述本车辆行进路径成为平行曲线；

速度导出部，其导出对象速度矢量，所述对象速度矢量是所述对象车辆的速度矢量；以及

跟随控制部，如果所述对象速度矢量与对象切线所成的角在预定角度范围内，则基于所述对象速度矢量本身进行跟随控制，如果所述角在预定角度范围外，则基于所述对象速度矢量在所述对象切线的速度分量进行跟随控制，所述对象切线是所述对象行进路径的在所述对象车辆的位置处的切线。

2.根据权利要求1所述的车外环境识别装置，其特征在于，

所述本车辆行进路径和所述对象行进路径被表示为同心圆的一部分。

3.根据权利要求1或2所述的车外环境识别装置，其特征在于，

如果将所述本车辆行进路径表示为圆的情况下的半径为预定长度以上，则所述行进路径导出部将所述本车辆行进路径设为直线。

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