JP2010271750A

JP2010271750A - 車両走行制御装置

Info

Publication number: JP2010271750A
Application number: JP2009120488A
Authority: JP
Inventors: Keiki Okamoto; 桂喜岡本
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2009-05-19
Filing date: 2009-05-19
Publication date: 2010-12-02

Abstract

【課題】この発明は、先行車の不安定な運転状態を精度良く検出し、運転者に警告し、通常よりも長めの車間距離で追従走行し、先行車を避けて車線変更することで、自車の不安定な挙動を抑制した追従走行が可能な車両走行制御装置を実現することを目的とする。
【解決手段】この発明は、自車が先行車との車間距離を維持した状態で追従走行するよう自車の車両速度を制御する車両走行制御装置において、先行車の車線幅方向における位置である横位置を検出する先行車横位置検出手段と、先行車横位置検出手段により検出された先行車横位置の時系列データを周波数解析する先行車横位置周波数解析手段と、先行車横位置周波数解析手段により解析された先行車横位置の周波数解析結果から先行車の運転状態を判定する先行車運転状態判定手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は車両走行制御装置に係り、特に、先行車の居眠り運転などを精度良く検出して自車の運転者に警告を発する車両走行制御装置に関する。

近時の車両においては、自車の前方で走行する先行車の走行速度に合わせ、所定の車間距離を維持して追従走行するように、自車の走行速度を自動的に制御する車両走行制御装置（ＡＣＣ：車間距離制御付きクルーズコントロールシステム）を搭載することで、運転者の運転負担を軽減している。

従来の車両走行制御装置には、先行車の車線内における横位置を計測し、その横位置の変化パターンから居眠りなどの不安定な運転状態を検出し、自車の追従状態を変更するものがある。

特開２００４−２２０３４８号公報

しかし、居眠りなどにより先行車が急加速・急減速する場合があり、その様な走行をする先行車に追従して走行するように制御すると、自車の挙動が不安定になり、乗り心地が著しく低下するだけではなく、車両走行制御装置に対する信頼性を損ねてしまう問題がある。
前記特許文献１では、先行車の不安定な運転状態を検出する方法として、先行車の車線内における横位置を計測し、その横位置の変化パターンから、居眠りなどの不安定な運転状態を検出している。
しかし、居眠り運転のパターンは、人によって千差万別であり、この方法では、すべての居眠り運転を検出することが困難であるとの欠点がある。

この発明は、先行車の不安定な運転状態を精度良く検出して、運転者に警告し、通常よりも長めの車間距離で追従走行し、先行車を避けて車線変更することで、自車の不安定な挙動を抑制した追従走行が可能な車両走行制御装置を実現することを目的とする。

この発明は、自車が先行車との車間距離を維持した状態で追従走行するよう自車の車両速度を制御する車両走行制御装置において、先行車の車線幅方向における位置である横位置を検出する先行車横位置検出手段と、前記先行車横位置検出手段により検出された先行車横位置の時系列データを周波数解析する先行車横位置周波数解析手段と、前記先行車横位置周波数解析手段により解析された先行車横位置の周波数解析結果から先行車の運転状態を判定する先行車運転状態判定手段とを備えることを特徴とする。

この発明の車両走行制御装置は、先行車の車線内での横位置変動に対して周波数解析を行うことで、先行車の走行状態が居眠り運転であるかどうかを精度良く検出することができる。

車両走行制御装置のシステム構成を示すブロック図である。（実施例）車両走行制御装置の走行制御のフローチャートである。（実施例）Ｈｏｕｇｈ変換による白線検出を示し、（Ａ）はＸ−Ｙ座標系による直線上の複数の座標に対する距離ρと角度θとの関係を示す図、（Ｂ）は（Ａ）で得られた距離ρと角度θとをプロットしたρ−θ座標系による複数の座標の関係を示す図である。（実施例）先行車判定のフローチャートである。（実施例）カメラ座標系と世界座標系との対応関係を示す図である。（実施例）世界座標系での先行車の水平エッジ抽出処理を示し、（Ａ）は水平エッジ画像を示す図、（Ｂ）は車線における先行車の幅を示す図である。（実施例）追従する先行車が同一であるかどうかの判断を行う際の正規相関処理を示し、（Ａ）は時刻ｔ−ｄｔの画像における水平エッジの位置を示す図、（Ｂ）は時刻ｔの画像におけめ水平エッジの位置を示す図である。（実施例）時系列における横位置データの周期の示す図である。（実施例）図８の横位置データ列に対して離散高速フーリエ変換を実行して周波数系列上のデータに変換した処理結果を示す図である。（実施例）図９のピーク値を振幅−周波数平面にプロットした運転状態の判断を示す図である。（実施例）

この発明は、先行車の走行状態が居眠り運転であるかどうかを精度良く検出するものである。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。

図１〜図１０は、この発明の実施例を示すものである。図１において、１は車両走行制御装置である。車両走行制御装置１は、撮像手段であるカメラ２と距離計測手段であるレーダ３と警報手段であるブザー４と走行制御手段５とを備えている。車両走行制御装置１は、図６（Ｂ）に示すように、道路６上の一対の白線７・８で区画される車線９を走行する自車１０に搭載され、自車１０の前方の先行車１１の運転状態に応じて、自車１０の車両速度を制御する。
車両走行制御装置１は、道路６上の一対の白線７・８とこの一対の白線７・８で区画される車線９を走行する自車１０の前方の先行車１１とをカメラ２で撮像するとともに、自車１０から先行車１１までの距離をレーダ３でミリ波により計測し、カメラ２で撮像した画像及びレーダ３で計測した距離データを走行制御手段５に取り込み、走行制御手段５で自車１０が先行車１１との車間距離を維持した状態で追従走行するよう自車１０の車両速度を制御する。また、車両走行制御装置１は、先行車１１の運転状態に関連して、ブザー４で自車１０の運転者に警報を出力する。

この車両走行制御装置１は、図１に示すように、先行車横位置検出手段１２と、先行車横位置周波数解析手段１３と、先行車運転状態判定手段１４とを備えている。
前記先行車横位置検出手段１２は、先行車１１の車線幅方向における位置である横位置を検出する。前記先行車横位置周波数解析手段１３は、先行車横位置検出手段１２により検出された先行車横位置の時系列データを周波数解析する。前記先行車運転状態判定手段１４は、先行車横位置周波数解析手段１３により解析された先行車横位置の周波数解析結果から先行車１１の運転状態を判定する。
また、車両走行制御装置１は、自車１０と先行車１１との衝突が回避できないと判定された場合に警報する警報手段として前記ブザー４を備え、先行車運転状態判定手段１４による判定結果に応じて、ブザー４は警報を出力する時期を通常時よりも早めるよう走行制御手段５で制御される。

次に作用を説明する。
車両走行制御装置１は、走行制御手段５によって、図２に示すように、プログラムが開始されると（１０１）、カメラ２の撮像した画像を入力し（１０２）、ｓｏｂｅｌフィルタ処理を行い（１０３）、道路６の白線７・８の検出処理を行い（１０４）、レーダ３の計測した距離データを入力し（１０５）、先行車１１があるかを判断する（１０６）。

前記ｓｏｂｅｌフィルタ処理（１０３）においては、座標（ｘ，ｙ）の画素の輝度をｆ（ｘ，ｙ）とすると、エッジ強度ｅｄｇｅは以下の３つの式（１）、（２）、（３）により求められる。

前記道路６の白線７・８の検出処理（１０４）は、Ｈｏｕｇｈ変換を用いて行う。Ｈｏｕｇｈ変換による直線検出方法について、図３を用いて説明する。図３（Ａ）において、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、一つの直線上の点であり、座標を（ｘ，ｙ）と表現する。原点０から直線への距離をρ、ρがＸ軸となす角度をθとすると、以下の関係式（４）が成り立つ。

Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の座標を式（４）に代入して、ρ−θ座標系にプロットすると、図３（Ｂ）に示すような３本の曲線が描ける。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が一つの直線上にあれば、図３（Ｂ）に示すような曲線の交点（ρ_０，θ_０）が求められる。
実際の処理では、Ｓｏｂｅｌフィルタで検出したエッジ点ｅｄｇｅを式（４）に従って変換し、ρ−θ座標系にプロットし、出現頻度の高い交点を見つける。例えば、交点（ρ_０，θ_０）を検出した時、対応する直線式は、以下の式（５）、（６）により求められる。

前記レーダ３の計測した距離データの入力（１０５）おいて、入力する距離データには、先行車１１への距離、自車１０が走行する車線９内に先行車１１が存在する確率（自車線確率）等が含まれている。自車線確率が所定の閾値（例５０％）より大きい場合、「先行車あり」（前記先行車１１があるかの判断（１０６）がＹＥＳ）と判定する。一方、自車線確率が所定の閾値（例５０％）より小さい場合、「先行車なし」（前記先行車１１があるかの判断（１０６）がＮＯ）と判定する。

前記先行車１１があるかの判断（１０６）において、「先行車なし」でＮＯの場合は、画像の入力（１０２）に戻る。前記先行車１１があるかの判断（１０６）において、「先行車あり」によりＹＥＳの場合は、水平エッジの抽出処理を行い（１０７）、先行車１１の判定の処理を行う（１０８）。

前記水平エッジの抽出処理（１０７）においては、入力した現画像に対して、Ｐｒｅｗｉｔｔフィルタの縦方向フィルタを使用する。座標（ｘ，ｙ）の画素の輝度をｆ（ｘ，ｙ）とすると、エッジ強度ｅｄｇｅは以下の式により求められる。

前記先行車１１の判定の処理（１０８）においては、図４に示す処理アルゴリズム（時系列的に１画面分）に従って行う。図４において、プログラムが開始されると（２０１）、水平エッジを抽出する画像を取り込み（２０２）、レーダ３の計測した距離データ位置での水平エッジ列を抽出し（２０３）、水平エッジの幅ＷがＷ＿ＭＩＮとＷ＿ＭＡＸとの間の値であるか（Ｗ＿ＭＩＮ＜水平エッジ幅＜Ｗ＿ＭＡＸ）を判断する（２０４）。

前記水平エッジ列の抽出、水平エッジの幅Ｗは、以下のように求める。
まず、カメラ座標系である画像上の点から、世界座標系である道路面上の座標を求める方法について、図５を用いて説明する。図５において、画像上のある点ｐ（ｘ，ｙ）が世界座標の道路面上の点Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対応する場合、下記式（８）の射影変換式が成立する。道路面上に想定しているので、Ｚ＝Ｏとなり、Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）＝Ｐ（Ｘ，Ｙ，０）となる。

ここで、式（８）において、α，β，γ，ｕ_０，ｖ_０，ｍ，は、レンズなど撮像系に関係するカメラ２の内部バラメータを表し、ｒ_１１，ｒ_１２，ｒ_２１，ｒ_２２，ｒ_３１，ｒ_３２，Ｔ_ｘ，Ｔ_ｙ，Ｔ_ｚ，は、カメラ２の設置位置、向きなどに関係する外部パラメータを表す。これらのパラメータは、設置したカメラ２に対するキャリブレーションによって求められるため、既知の値であるとして考えられる。

前記式（８）に対して、

とすると、式（１０）になる。

従って、Ｐ（Ｘ，Ｙ）は以下の式（１１）によって求められる。

レーダ３による先行車１１への距離データから、前記（１０）式に従って、前記水平エッジの抽出処理（１０７）で求められた水平エッジ列画像から先行車１１の最後部（図６（Ａ）のｙ０）を求め、その距離の水平エッジ列を抽出し、水平方向での両端の座標を抽出する。前記（１１）式に従って、実世界系での座標を計算して、図６（Ｂ）のようなＰ１（Ｘ１，Ｙ１）、Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２）とすると、先行車１１の幅Ｗは、以下のように求められる。

前記判断（２０４）において、求められたＷが、実際の車両幅である、Ｗ＿ＭＩＮ＝１．４（軽自動車）〜Ｗ＿ＭＡＸ＝２．５ｍ（貨物車）以外の場合（判断（２０４）がＮＯ）、自動車でないものとして、その水平エッジ列を除去し、プログラムを終了する（２０９）。一方、求められたＷが、実際の車両幅である、Ｗ＿ＭＩＮ＝１．４（軽自動車）〜Ｗ＿ＭＡＸ＝２．５ｍ（貨物車）以内の場合（判断（２０４）がＹＥＳ）、前フレームデータがあるかを判断する（２０５）。

この判断（２０５）がＹＥＳの場合は、前のフレームと相関処理し（２０６）、相関値がＴＨ１以上であるかを判断する（２０７）。この判断（２０７）がＹＥＳの場合は、追従する先行車１１として判断して保存し（２０８）、プログラムを終了する（２０９）。また、前記前フレームデータがあるかの判断（２０５）がＮＯ場合、相関値がＴＨ１以上であるかの判断（２０７）がＮＯの場合は、新規の先行車１１として判断して保存し（２１０）、プログラムを終了する（２０９）。

前記判断（２０５）から処理（２１０）においては、先行車１１が他の車線９に変更したり、隣りの車線９から自車１０の走行する車線９への割り込みなどが発生したりすると、追従対象の先行車１１が変わる場合があることに対応するものである。現フレームの先行車１１が、追跡中の車両と同一であるかどうかの判断は、エッジ画像に対する正規相関処理により行う。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示すように、現在の時刻ｔの画像の水平エッジを検出した位置から、（幅、高）＝（ｗｘ，ｗｙ）のウインドウを設け、時刻ｔ−ｄｔの画像の水平エッジ位置に、同じサイズのウインドウを設ける。ウインドウ内に各画素に対して、以下の正規相開式（１３）に従って、相関値ｒを求める。

ここで、Ｉｉ，Ｉ（アッパーライン付き）は時刻ｔにおける画像のウインドウ内の各画素の輝度値、平均値を表し、Ｊｉ，Ｊ（アッパーライン付き）は、時刻ｔ−ｄｔにおける画像のウインドウ内の各面素の輝度値、平均値を表し、Ｎ＝ｗｘ＊ｗｙである。

水平方向にウインドウを移勤しながら、正規化相関処理を行い、ＴＨ１＝（全体処理数の７０％以上が、ｒ＊１００％値が７０％）以上の場合（判断（２０７）がＹＥＳ）は、先行車１１が同じ車両であると判断して保存し（２０８）、以下の場合（判断（２０７）がＮＯ）は、先行車１１が異なる車両であると判断して保存し（２１０）、図１の先行車１１の判定の処理（１０８）を終了する（２０９）。

前記図１の先行車１１の判定の処理（１０８）に続き、先行車１１の横位置の算出を行い（１０９）、先行車１１の横位置変動分の算出を行い（１１０）、周波数の解析を行い（１１１）、先行車１１が居眠り運転かどうかを判断する（１１２）。この判断（１１２）がＹＥＳの場合は、ブザー４の吹鳴により警報を出力し（１１３）、画像の入力（１０２）に戻る。この判断（１１２）がＮＯの場合は、画像の入力（１０２）に戻る。

前記先行車１１の横位置の算出（１０９）において、道路６の白線７・８の検出処理（１０４）で検出した道路６の左右の白線７・８の白線式を以下の式（１４）、（１５）とする。図６（Ｂ）の関係図から、先行車１１の最後部の中心Ｐｃ（Ｘｃ，Ｙｃ）は、以下の式（１４）、（１５）により求められる。

前記先行車１１の横位置変動分の算出（１１０）においては、Ｙｃにおける左右白線の座標をそれぞれＸｌ、Ｘｒとすると、横位置（車線中心からのずれ量）を以下の式（１６）により算出する。

所定の周期△ｔ（例、５０ｍｓｅｃ）で、図４の処理アルゴリズムによって同一先行車として判断された車両の横位置を保存する（２０８）と、以下のような式（１７）に示す時系列データが得られる。

図８は、正常運転、居眠り運転及び整備不良などの時の横位置の時系列データを示している。１．の正常運転では、横位置のずれ幅が小さく、周期時間が長い。これに対して、２．の運転未熟者やハンドルの整備不良の運転では、横位置のずれ幅が大きく、周期時間か短い。３．の居眠り運転では、横位置のずれ幅が最も大きく、周期時間が１．と２．との間である。

前記周波数の解析（１１１）においては、式（１７）の横位置データ列に対して、離散高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、周波数系列上のデータに変換する。離散フーリエ変換は、以下の式（１８）を用いた。

前記先行車１１が居眠り運転かどうかの判断（１１２）においては、図９より、各運転状態の結果のピーク値（周波数、振幅）を取得して、図１０の振幅−周波数平面上にプロットする。居眠り運転や、運転末熟者運転などのデータを多数収集すると、図９の中の「３．居眠り運転ゾーン」、「２．初心者運転ゾーン」に分けることができる。プロットの結果がどのゾーンに属するかを判断することによって、居眠り運転を検出することができる。

前記ブザー４の吹鳴による警報の出力（１１３）においては、先行車１１が居眠り運転であると検出した場合に、自車１０の運転者に報知する。また、自車１０と先行車１１との衝突が回避できないと判定され、先行車１１への衝突に対する警告を運転者に出す場合には、下記の表１のように、「先行車居眠り運転」と判断したときに、通常運転時に比べて、一段階早く警告を出すようにする。

なお、表１においては、ＴＴＣは、衝突余裕時間（ＴｉｍｅＴｏＣｏｌｌｉｓｉｏｎ）である。ＴＴＣは、ＴＴＣ算出時における走行状態を自車１０が維持して走行した時に、障害物（先行車１１）に衝突するまでの時間を示すものであり、自車１０がその算出時の走行状態を維持して走行した場合には必ず（１００％の確率で）障害物（先行車１１）に衝突するという、衝突の確率を表す指標であるともいえる。

このように、この車両走行制御装置１は、先行車１１の車線幅方向における横位置を検出し、検出された先行車横位置の時系列データを周波数解析し、解析された先行車横位置の周波数解析結果から先行車１１の運転状態を判定することで、先行車１１の走行状態が居眠り運転であるかどうかを精度良く検出することができる。
また、この車両走行制御装置１は、自車１０と先行車１１との衝突が回避できないと判定された場合に警報する警報手段としてブザー４を備え、先行車運転状態判定手段１４による判定結果に応じて、ブザー４は警報を出力する時期を通常時よりも早めることで、先行車１１の走行状態が居眠り運転であることを検出した場合に、早目に警告することが可能となる。

すなわち、この車両走行制御装置１は、画像処理により検出した先行車１１の車線９内での横位置変動に対して周波数解析を行うことで、先行車１１の走行状態が居眠り運転であるかどうかを精度良く検出することができ、自車１０の運転者に警告を出して知らせ、検出状態に応じて自車１０の運転者に警告を出すことができる。
これによって、この車両走行制御装置１は、運転者が、先行車１１に対して通常よりも長めの車間距離を取ったり、車線変更して他の先行車１１に追従走行したりすることにより、より安全で、安定的な追従走行を実現でき、また、システムに対する信頼性を高めることができる。

この発明は、画像処理により検出した先行車の車線内での横位置変動に対して周波数解析を行うことで、運転者に警告を行うものであり、車間距離制御付きクルーズコントロールシステムに利用することができる。

１車両走行制御装置
２カメラ
３レーダ
４ブザー
５走行制御手段
６道路
７・８白線
９車線
１０自車
１１先行車
１２先行車横位置検出手段
１３先行車横位置周波数解析手段
１４先行車運転状態判定手段

Claims

自車が先行車との車間距離を維持した状態で追従走行するよう自車の車両速度を制御する車両走行制御装置において、
先行車の車線幅方向における位置である横位置を検出する先行車横位置検出手段と、
前記先行車横位置検出手段により検出された先行車横位置の時系列データを周波数解析する先行車横位置周波数解析手段と、
前記先行車横位置周波数解析手段により解析された先行車横位置の周波数解析結果から先行車の運転状態を判定する先行車運転状態判定手段とを備えることを特徴とする車両走行制御装置。
自車と先行車との衝突が回避できないと判定された場合に警報する警報手段を備え、
前記先行車運転状態判定手段による判定結果に応じて、前記警報手段は警報を出力する時期を通常時よりも早めることを特徴とする請求項１に記載の車両走行制御装置。