JP2009042115A - 車両用路面状態推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔路面の輝度に基づいて遠隔路面の乾湿状況を推定する場合に、周囲環境からの影響を極力排除して、より精度よく遠隔路面の乾湿状況を推定する。
【解決手段】センサ３で検出された自車両から所定距離内の路面水分と、センサ２で検出された自車両から前記所定距離内の路面輝度とに基づいて、判定用しきい値が設定される。センサ１で検出された自車両から前記所定距離以上離れた遠隔路面の輝度と前記判定用しきい値とを比較して、遠隔路面の乾湿状況となる路面状態が推定される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、遠隔路面の乾湿状況を推定する車両用路面状態推定装置に関するものである。

車両においては、種々の観点から、近々走行することとなる遠隔路面が乾燥状態であるか湿潤状態であるかを知ることが望まれている。例えば、２輪−４輪の駆動切換タイプの車両において、遠隔路面が湿潤状態であれば早めに４輪駆動状態にして安定走行を確保する一方、遠隔路面が乾燥状態であれば２輪駆動のままとして燃費向上を図る等を行うことができる。また、自動ブレーキ装置や自動操舵装置、ＡＢＳ制御装置等を搭載した車両では、これらの装置の作動タイミングや制御ゲインを遠隔路面の乾湿状況に応じて最適に設定することができる。さらに、もっとも簡単には、現在走行している路面が乾燥状態である一方、遠隔路面が湿潤状態であると推定されたときは、警報装置を作動させて、運転者に安全運転を心がけるように事前に注意することができる。

特許文献１には、遠隔路面の乾湿状況を遠隔路面の輝度に基づいて推定する技術が開示されている。また、特許文献２には、カメラで撮像された画像をガボールフィルタ処理することによって、画像の特徴部分をより一層明確にする技術が開示されている。
特開２００２−１６０５９８号公報 特開平１１−１１０５５６号公報

ところで、遠隔路面の輝度は、車両に搭載されたセンサ（カメラ）によって検出することが容易であるため、遠隔路面の輝度に基づいて遠隔路面の乾湿状況を推定するという技術は、実用化に向けての期待が大きいものである。しかしながら、遠隔路面の実際の輝度が同じであっても、センサによって検出される遠隔路面の輝度は、周囲環境の相違（特に天候の相違）に応じてかなり大きく変動してしまうため、遠隔路面の輝度そのものを正確に検出することが難しいものとなる。

本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、遠隔路面の輝度に基づいて遠隔路面の乾湿状況を推定する場合に、周囲環境からの影響を極力排除して、より精度よく遠隔路面の乾湿状況を推定できるようにした車両用路面状態推定装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明にあっては、基本的に、周囲環境特に天候の影響を、自車両から所定距離内つまり近距離における路面輝度と路面水分とに基づいて補償して、遠隔路面の輝度に基づく遠隔路面の乾湿状況の推定をより精度よく行えるようにしてある。具体的には、特許請求の範囲における請求項１に記載のように、
自車両から所定距離内の路面水分を検出する近距離水分検出手段と、
自車両から前記所定距離内の路面輝度を検出する近距離輝度検出手段と、
自車両から前記所定距離以上離れた遠隔路面の輝度を検出する遠隔輝度検出手段と、
前記近距離水分検出手段で検出された水分と前記近距離輝度検出手段で検出された輝度とに基づいてしきい値を設定するしきい値設定手段と、
前記遠隔輝度検出手段で検出された輝度と前記しきい値設定手段で設定されたしきい値とを比較して、遠隔路面の乾湿状況となる路面状態を推定する推定手段と、
を備えているようにしてある。

上記解決手法によれば、近距離の路面の輝度と水分とは、天候等の周囲環境の影響を殆ど受けることがなく、実際の輝度、水分に対応したほぼ正確な値として検出することが可能となる（近距離路面が乾燥状態なのか湿潤状態なのかは正確に検出できる）。したがって、この周囲環境の影響を受けない近距離の輝度と水分とに基づいて設定されるしきい値を、遠隔路面の輝度に対する比較値として用いることにより、周囲環境の相違が補償された状態で遠隔路面の乾湿状況が精度よく推定されることになる。

上記解決手法を前提とした好ましい態様は、特許請求の範囲における請求項２以下に記載のとおりである。すなわち、
自車両から前記所定距離内の路面温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記推定手段は、前記路面温度検出手段で検出された温度に基づいて、推定される路面状態として積雪、凍結の状況をも推定する、
ようにしてある（請求項２対応）。この場合、乾燥、湿潤という大きな区別のみならず、乾燥であっても積雪であるのか否か、あるいは湿潤であっても単なる水であるのか凍結（氷）なのかを区別して推定することができる。

遠隔路面の種類を検出する路面種検出手段をさらに備え、
前記路面種検出手段で検出された路面種に基づいて、前記しきい値設定手段で設定されるしきい値が補正される、
ようにしてある（請求項３対応）。この場合、路面種がコンクリートであるのかアスファルトであるかによって、路面輝度が同じであっても乾湿状況が相違するが、この路面種に応じた輝度と乾湿状況との対応関係の相違を補償して、遠隔路面の乾湿状況を精度よく検出することができる。

前記遠隔輝度検出手段が、遠隔路面を撮像するカメラを備え、
前記路面種検出手段が、前記カメラによって撮像された遠隔路面の画像をガボールフィルタによって処理することにより得られる遠隔路面の表面性状あるいは平滑度に基づいて路面種を検出する、ようにしてある（請求項４対応）。この場合、路面種を精度よく検出することができる。また、遠隔路面の輝度を検出するためのカメラを有効に利用して、路面種を検出することができる。

前記路面種検出手段が、カラーセンサによって得られる遠隔路面の画像の波長分布またはスペクトル分布に基づいて路面種を検出する、ようにしてある（請求項５対応）。この場合、路面種を精度よく検出することができる。

前記路面種検出手段が、道路地図情報に基づいて遠隔路面の路面種を検出する、ようにしてある（請求項６対応）。この場合、路面種を精度よく検出することができる。また、道路地図情報は、車両に搭載されたナビゲーションシステムに搭載（記憶）されているものや、基地局から送信されるものを手軽に利用できる。

前記しきい値設定手段は、前記近距離輝度検出手段で検出された輝度を基本しきい値として設定して、近距離路面が乾燥状態であるときは遠隔路面が湿潤状態であるとき判定しにくい方向に基本しきい値を補正すると共に、近距離路面が湿潤状態であるときは遠隔路面が乾燥状態であるとき判定しにくい方向に基本しきい値を補正する、ようにしてある（請求項７対応）。この場合、遠隔路面の乾湿状況は近距離路面の乾湿状況に対応している可能性が高いことを考慮して、近距離路面の乾湿状況とは相違する乾湿状況であると推定される方向へ判定されにくいようにして、遠隔路面の乾湿状況をより精度よく推定することができる。

遠隔路面が、コンクリートであるかアスファルトであるかを検出する路面種検出手段をさらに備え、
前記しきい値設定手段は、前記路面種検出手段で検出された路面種がコンクリートであるときはアスファルトであるときに比して、遠隔路面が乾燥状態であると判定されにくい方向に前記しきい値を補正する、
ようにしてある（請求項８対応）。この場合、路面種として一般的なコンクリートとアスファルトとの相違に応じて、遠隔路面の乾湿状況をより精度よく推定することができる。

本発明によれば、遠隔路面に輝度に基づいた遠隔路面の乾湿状況を、より精度よく推定することができる。

図１は、本発明による歩行者検出装置が搭載された車両としての自動車Ｖが示される。この自動車Ｖには、図２にも示すように、遠隔輝度検出手段としてのセンサ１が搭載されている。このセンサ１は、カメラから構成されて、所定距離以上離れた遠隔路面（例えば２０〜６０ｍ程度離れた路面）の画像を撮像して、撮像された画像に基づいてその輝度つまり明るさを検出するものであり（遠隔輝度の検出）車両用カメラとして利用されている適宜の型式のものを用いることができる。なお、センサ１は、実施形態では、後述するように遠隔路面の種類をも検出する関係上カメラを用いてあるが、路面種単に輝度のみを検出するのであれば、カメラ以外の適宜のものを用いることができる。

ｂ
自動車Ｖには、さらに３つのセンサ２，３，４が搭載されている。センサ２は、近距離輝度検出手段となるもので、前記所定距離よりも近い（例えば１〜５ｍ程度）位置にある路面の輝度（近距離輝度）を検出するものであり、例えばカメラを利用して構成することができる。このセンサ２は、画像センサ１と同一の種類のものを用いることができ、また画像センサ１の検知領域を前後方向に広げることによって、画像センサ１でもってセンサ２を兼用させることもできる。センサ３は、近距離路面の水分を検出するもので、例えば近赤外線波長吸収センサを用いることができる。センサ４は、路面温度を検出するものであるが、路面温度が０度Ｃよりも高いかあるいは低いかのみを識別する程度の簡易なものを用いることもできる。

自動車Ｖは、自動的にブレーキをかける自動ブレーキ用アクチュエータ５，自動的に操舵輪を操作する自動操舵用アクチュエータ６を備えている。また、自動車Ｖは、表示画面やブザー等からなる警報装置７を備えている。

図３は、制御回路例を示すものであり、図中Ｕは、マイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラ（制御ユニット）である。このコントローラＵは、３つの検出部１１〜１３と、しきい値設定部１４と、判定部１５とを有する。検出部１１は、センサ２からの出力に基づいて、近距離路面の輝度を検出（決定）するものである。検出部１２は、センサ３からの出力に基づいて、近距離路面の水分を検出（決定）するものである。検出部１３は、センサ１で撮像された画像に基づいて、遠隔路面がコンクリートであるのかアスファルトであるのかを検出（決定）するものである。より具体的には、検出部１３は、センサ１で撮像された画像をガボールフィルタ処理することによって、撮像された遠隔路面の表面正常や平滑度から、遠隔路面がコンクリートであるのかアスファルトであるのかを識別する。

しきい値設定部１４は、各検出部１１〜１３での検出結果に基づいて、後述のようにして、しきい値（しきい値としての輝度）を決定する。判定部１５は、基本的に、センサ１で検出された遠隔路面の輝度つまり遠隔輝度を、しきい値設定部１４で設定されたしきい値と比較して、遠隔路面が乾燥状態であるのか湿潤状態であるのかを判定する。この判定部１５は、判定内容をさらに詳細に識別して行うべく、センサ５で検出された路面温度に基づいて、遠隔路面が積雪状態であるのか凍結（氷）状態であるのかの判定までを行うようになっている。そして、判定部１５は、その判定結果を、前記アクチュエータ５，６や警報装置７に出力する。

次に、図３におけるしきい値設定部１４の処理内容について、図４を参照しつつより詳細に説明する。まず、縦軸に、センサ１で検出された遠隔路面の輝度が設定される。また、横軸は遠隔路面の路面種を区別するもので、右側がアスファルトの領域であり、左側がコンクリートの領域とされる。この図４において、センサ２で検出された近距離輝度が基本しきい値として設定され、この基本しきい値が図４中「ＢＡＳＥ」で示される。この基本しきい値ＢＡＳＥが、あらかじめ設定された所定輝度よりも小さい（暗い）場合に、近距離路面が湿潤状態であると判断され、逆に基本しきい値ＢＡＳＥが、あらかじめ設定された所定輝度よりも大きい（明るい）場合に、近距離路面が乾燥状態であると判断される。上記所定輝度は、アスファルトとコンクリートとで相違するように設定され、コンクリートの方が、乾燥と湿潤とを区別する所定輝度がアスファルトよりも高い（明るい）値に設定される。

図４中、「まる１」〜「まる４」が、基本しきい値をオフセット処理（補正処理）された後の最終しきい値である。「まる１」で示されるしきい値は、走行路面がコンクリートである場合で、かつ近距離路面が湿潤状態であるときに、遠隔路面が乾燥状態であるか否かを判定するときに用いられるものであり、「ＢＡＳＥ」よりも「Ｂ２１」分だけ高い輝度（明るい値）に設定される。

「まる２」で示されるしきい値は、走行路面がアスファルトである場合で、かつ近距離路面が湿潤状態であるときに、遠隔路面が乾燥状態であるか否かを判定するときに用いられるものであり、「ＢＡＳＥ」よりも「Ｂ２２」分だけ高い輝度（明るい値）に設定される。

「まる３」で示されるしきい値は、走行路面がコンクリートである場合で、かつ近距離路面が乾燥状態であるときに、遠隔路面が湿潤状態であるか否かを判定するときに用いられるものであり、「ＢＡＳＥ」よりも「Ｂ１１」分だけ低い輝度（暗い値）に設定される。

「まる４」で示されるしきい値は、走行路面がアスファルトである場合で、かつ近距離路面が乾燥状態であるときに、遠隔路面が湿潤状態であるか否かを判定するときに用いられるものであり、「ＢＡＳＥ」よりも「Ｂ１２」分だけ低い輝度（暗い値）に設定される。

センサ１で検出された遠隔路面の輝度が、上記のようにして決定されたしきい値（最終しきい値）となる「まる１」〜「まる４」のいずれか１つと比較される。しきい値「まる１」〜「まる４」のいずれを選択するかは、近距離路面が湿潤状態であるのか乾燥状態であるのかと、走行路面がコンクリートであるのかアスファルトであるのかに応じて行われる。すなわち、図５にも示すように、近距離路面が湿潤状態でかつ走行路面がコンクリートのときは、しきい値「まる１」が選択される。近距離路面が湿潤状態でかつ走行路面がアスファルトのときは、しきい値「まる２」が選択される。近距離路面が乾燥状態でかつ走行路面がコンクリートのときは、しきい値「まる３」が選択される。近距離路面が乾燥状態でかつ走行路面がアスファルトのときは、しきい値「まる４」が選択される。

センサ１で検出された遠隔路面の輝度が、上記のようにして選択されたしきい値（「まる１」〜「まる４」のいずれか）よりも大きければ（明るければ）、遠隔路面が乾燥状態であると判定され、逆にしきい値よりも小さければ（暗ければ）湿潤状態であると判定される。

上記のようにして、遠隔路面の乾湿状況が判定されたとき、センサ４によって検出される路面温度に応じて、遠隔路面の状況がさらに詳細に識別される。すなわち、図５において、「＋」は、路面温度が０度Ｃよりも高い場合を示し、「−」が路面温度０度Ｃよりも低い場合を示す。この図５に示すように、近距離路面が湿潤状態で、遠隔路面が乾燥状態であると推定されるときは、路面温度の「＋」、「−」に応じて、積雪であるのか単なる乾燥であるのかが区別される。ただし、近距離路面が乾燥状態のときは、積雪と単なる乾燥とは区別されないものとされる。また、近距離路面の乾湿状況や路面種を問わず、遠隔路面が湿潤状態であると推定されるときは、路面温度の「＋」、「−」に応じて、氷（凍結）であるのか単なる水（濡れ）であるのかが区別される。

図６，図７は、前述したコントローラＵの制御内容を示すフローチャートであり、以下このフローチャートについて説明する。なお、以下の説明でＱはステップを示す。まず、図６のＱ１において、各種センサ１〜４からの信号が入力され、この後Ｑ２において、近距離路面輝度、近距離路面水分、遠隔路面の路面種に基づいて、しきい値が設定される（図３に示す各検出部１１〜１３での処理と、しきい値設定部１４でのしきい値設定に対応した処理の実行）。

Ｑ２の後、Ｑ３において、近距離路面の水分が所定値以上であるか否かが判別される。このＱ３の判別でＹＥＳのときは、Ｑ４において、遠隔路面の路面種がコンクリートであるか否かが判別される。このＱ４の判別でＹＥＳのときは、Ｑ５において、遠隔路面の輝度が、しきい値（図４，図５における「まる１」のしきい値）よりも大きいか否かが判別される。このＱ５の判別でＹＥＳのときは、Ｑ６において、路面温度が０度Ｃよりも大きいか否かが判別される。このＱ６の判別でＹＥＳのときは、Ｑ７において、遠隔路面は乾燥していると判定（推定）される（図５のα１の推定）。また、Ｑ６の判別でＮＯのときは、遠隔路面が積雪であると判定（推定）される（図５のα２の推定）。

前記Ｑ５の判別でＮＯのときは、Ｑ９〜Ｑ１１の処理が行われて、図５のα３，α４の決定（推定）が行われる（Ｑ１０が図５のα３の推定に相当し、Ｑ１１が図５のα４の推定に相当する）。

前記Ｑ４の判別でＮＯのときは、Ｑ１２〜Ｑ１８の処理が行われる。Ｑ１２は、Ｑ５に対応するもので、比較されるしきい値としては「まる２」が用いられる。このうち、Ｑ１２〜Ｑ１５の処理によって、図５のα５，α６の決定（推定）が行われる（Ｑ１４が図５のα５の推定に相当し、Ｑ１６が図５のα６の推定に相当する）。また、Ｑ１２，Ｑ１６〜Ｑ１８の処理によって、図５のα７，α８の決定（推定）が行われる（Ｑ１７が図５のα７の推定に相当し、Ｑ１８が図５のα８の推定に相当する）。

前記Ｑ３の判別でＮＯのときは、図７のＱ２１に移行して、遠隔路面の路面種がコンクリートであるか否かが判別される。このＱ２１の判別でＹＥＳのときは、Ｑ２２〜Ｑ２８の処理が行われる。Ｑ２２は、図６のＱ５，Ｑ１２に対応するもので、しきい値としては「まる３」が用いられる。このうち、Ｑ２２〜Ｑ２５の処理によって、図５のα９，α１０の決定（推定）が行われる（Ｑ２４が図５のα９の推定に相当し、Ｑ２５が図５のα１０の推定に相当する）。また、Ｑ２２，Ｑ２６〜Ｑ２８の処理によって、図５のα１１，α１２の決定（推定）が行われる（Ｑ２７が図５のα１１の推定に相当し、Ｑ２８が図５のα１２の推定に相当する）。

前記Ｑ２１の判別でＮＯのときは、Ｑ２９〜Ｑ３５の処理が行われる。Ｑ２９は、図６のＱ５，Ｑ１２に対応するもので、しきい値としては「まる４」が用いられる。このうち、Ｑ２９〜Ｑ３２の処理によって、図５のα１３，α１４の決定（推定）が行われる（Ｑ３１が図５のα１３の推定に相当し、Ｑ３２が図５のα１４の推定に相当する）。また、Ｑ２９、Ｑ３３〜Ｑ３５の処理によって、図５のα１５，α１６の決定（推定）が行われる（Ｑ３４が図５のα１５の推定に相当し、Ｑ３５が図５のα１６の推定に相当する）。

前記Ｑ７、Ｑ８，Ｑ１０、Ｑ１１、Ｑ１４，Ｑ１５、Ｑ１７，Ｑ１８の後、およびＱ２４，Ｑ２５，Ｑ２７，Ｑ２８、Ｑ３１，Ｑ３２、Ｑ３４，Ｑ３５の後は、それぞれ、Ｑ３６に移行する。Ｑ３６では、遠隔路面の路面状況に応じて、警報装置７の作動タイミングや、自動ブレーキ用アクチュエータ５，自動操舵用アクチュエータ６の制御タイミングや制御ゲイン等が変更される（図４の判定部１５の処理に相当するが、別途専用の処理部を設けておいてもよいことは前述したとおりである）。

以上実施形態について説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載された範囲において適宜の変更が可能であり、例えば次のような場合をも含むものである。遠隔路面の種類を、センサ１で撮像された画像の波長分布またはスペクトル分布に基づいて行うこともでき、また電子データとしての道路地図情報に基づいて遠隔路面の路面種を決定するようにしてもよい。この道路地図情報は、自車両に搭載されたナビゲーション装置用の地図情報データを利用したり、基地局から送信された自車両付近の地図情報データを用いることができる。

乾湿状況の推定に用いる路面温度に不感帯あるいはヒステリシスを設定してもよい。例えば、積雪と推定する温度を例えば−２度Ｃ以下に設定すると共に、氷と推定される温度を＋２度Ｃ以上となるように設定してもよく（±２度Ｃの範囲内では、前回の推定状態を維持したままとする）。また、路面温度に応じた乾湿状況のさらなる詳細な識別は行わないようにすることもできる。乾湿状況の推定に際して用いる路面種として、コンクリートとアスファルト以外に、例えば砂利道、泥道を含むようにさらに細かく分類するようにしてもよく、逆に、乾湿状況の推定に際して路面種を用いないようにすることもできる。勿論、本発明の目的は、明記されたものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。

本発明が適用された車両の簡略平面図。 図１に示す車両の側面図。 本発明の正義回路例を示す図。 しきい値の設定手法を示す図。 近距離輝度と近距離路面の水分状況と路面種と路面温度とに応じた遠隔路面の乾湿状況の推定結果をまとめて示す図。 本発明の制御例を示すフローチャート。 本発明の制御例を示すフローチャート。

符号の説明

Ｖ：：車両
１：センサ（遠隔路面輝度）
２：センサ（近距離輝度）
３：センサ（近距離路面の水分）
４：センサ（路面温度）
「ＢＡＳＥ」：基本しきい値
まる１〜まる４：しきい値（最終しきい値）
Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ２２，Ｂ２３：基本しきい値に対する補正値

Claims (8)

1. 自車両から所定距離内の路面水分を検出する近距離水分検出手段と、
   自車両から前記所定距離内の路面輝度を検出する近距離輝度検出手段と、
   自車両から前記所定距離以上離れた遠隔路面の輝度を検出する遠隔輝度検出手段と、
   前記近距離水分検出手段で検出された水分と前記近距離輝度検出手段で検出された輝度とに基づいてしきい値を設定するしきい値設定手段と、
   前記遠隔輝度検出手段で検出された輝度と前記しきい値設定手段で設定されたしきい値とを比較して、遠隔路面の乾湿状況となる路面状態を推定する推定手段と、
   を備えていることを特徴とする車両用路面状態推定装置。
2. 請求項１において、
   自車両から前記所定距離内の路面温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
   前記推定手段は、前記路面温度検出手段で検出された温度に基づいて、推定される路面状態として積雪、凍結の状況をも推定する、
   ことを特徴とする車両用路面状態推定装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   遠隔路面の種類を検出する路面種検出手段をさらに備え、
   前記路面種検出手段で検出された路面種に基づいて、前記しきい値設定手段で設定されるしきい値が補正される、
   ことを特徴とする車両用路面状態推定装置。
4. 請求項３において、
   前記遠隔輝度検出手段が、遠隔路面を撮像するカメラを備え、
   前記路面種検出手段が、前記カメラによって撮像された遠隔路面の画像をガボールフィルタによって処理することにより得られる遠隔路面の表面性状あるいは平滑度に基づいて路面種を検出する、ことを特徴とする車両用路面状態推定装置。
5. 請求項３において、
   前記路面種検出手段が、カラーセンサによって得られる遠隔路面の画像の波長分布またはスペクトル分布に基づいて路面種を検出する、ことを特徴とする車両用路面状態推定装置。
6. 請求項３において、
   前記路面種検出手段が、道路地図情報に基づいて遠隔路面の路面種を検出する、ことを特徴とする車両用路面状態推定装置。
7. 請求項１または請求項２において、
   前記しきい値設定手段は、前記近距離輝度検出手段で検出された輝度を基本しきい値として設定して、近距離路面が乾燥状態であるときは遠隔路面が湿潤状態であるとき判定しにくい方向に基本しきい値を補正すると共に、近距離路面が湿潤状態であるときは遠隔路面が乾燥状態であるとき判定しにくい方向に基本しきい値を補正する、ことを特徴とする車両用路面状態推定装置。
8. 請求項７において、
   遠隔路面が、コンクリートであるかアスファルトであるかを検出する路面種検出手段をさらに備え、
   前記しきい値設定手段は、前記路面種検出手段で検出された路面種がコンクリートであるときはアスファルトであるときに比して、遠隔路面が乾燥状態であると判定されにくい方向に前記しきい値を補正する、
   ことを特徴とする車両用路面状態推定装置。

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