JP2012088217A

JP2012088217A - 運転支援制御装置

Info

Publication number: JP2012088217A
Application number: JP2010236157A
Authority: JP
Inventors: Itsugun O; 軼群王
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-05-10

Abstract

【課題】Ｇセンサ（加速度センサ）を用いないコスト低減を図った安価な構成で自車両がこれから走行する路面勾配を事前に推定できるようにする。
【解決手段】単眼カメラ２により自車両１の進行方向を撮影し、勾配推定部３により、その撮影画像における先行車両のテールランプ部分の位置を判断し、判断された位置と基準位置との垂直方向の差から自車両１が走行する路面勾配を、Ｇセンサを用いることなく推定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、路面勾配に基づいて自車両の運転支援（例えば追従走行）制御を行う運転支援制御装置に関し、詳しくは、自車両が走行する路面勾配の推定に関する。

一般に、ＡＣＣ（ＡｄａｐｔｉｖｅＣｒｕｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌ）等の運転支援制御においては、自車両の走行路が平坦路から上りや下りの坂道に変化する際にも、一定の車間距離（車間時間）を維持したりするため、駆動力（エンジン出力）や制動力を平坦路における標準的なものから勾配を考慮したものに変える必要がある。

そこで、自車両が坂道走行に突入する前に前方の坂道の勾配を推定して把握することが望まれ、従来、自車両が突入しようとする坂道の路面勾配を、レーダの探査から算出した先行車の認識率等から間接的に算出して推定することが提案されている（例えば、特許文献１（段落［００２１］、図１９等）参照）。

特開２００３−２００７５１号公報

特許文献１に記載のレーダ探査結果を用いた道路勾配の推定では、レーダの特性（横方向（車幅方向）には物体を区別して認識できるが、垂直方向（上下方向）に物体を区別して認識し難い）に基づき、（１）前記したようにレーダの探査結果から先行車の認識率等を算出して間接的に道路勾配を推定するしかなく、道路勾配の推定精度が低い。（２）レーダの探査結果から推定される道路勾配は、先行車の下側の路面反射や先行車の上側の頭上看板等の影響を受け易く、この点から道路勾配の推定精度が低い。

また、レーダの探査結果は、平坦路の走行中であっても、先行車のリフレクタ汚れや、雨や雪の巻き上げ等の影響も容易に受けて先行車の認識確率が低下する。そのため、特許文献１に記載のレーダ探査結果を用いた道路勾配の推定では、先行車のリフレクタ汚れや、雨や雪の巻き上げ等の影響によって、道路勾配の推定精度が容易に一層低下し、ロバストとは言えない問題もある。

そこで、レーダの探査結果を用いて道路勾配を間接的に推定する代わりに、自車両にレーダと別にＧセンサ（加速度センサ）を設け、Ｇセンサを用いて道路勾配を直接測定して検出することが考えられる。

この場合、自車両が実際に坂道を上り、下りし始めてからでないと道路勾配を測定できないので、自車両が坂道に突入する前（実際に上ったり、下ったりし始める前）には、その道路勾配を推定できず、Ｇセンサを用いて道路勾配を直接測定するのでは、ＡＣＣ等の運転支援制御の情報としては十分ではない。

本発明は、Ｇセンサ（加速度センサ）を用いないコスト低減を図った構成により、自車両がこれから走行する路面勾配を事前に推定できるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の運転支援制御装置は、路面勾配に基づいて自車両の運転支援制御を行う運転支援制御装置であって、自車両の進行方向を撮影する車載カメラと、前記車載カメラの撮影画像における先行車両の特徴部分の位置を判断する判断手段と、前記特徴部分の前記判断手段により判断された位置と基準位置との垂直方向の差から路面勾配を推定する推定手段とを備えたことを特徴としている（請求項１）。

そして、前記特徴部分は先行車両のテールランプ部分であり、前記判断手段は、前記特徴部分の位置として前記車載カメラの撮影画像における先行車両の前記テールランプ部分の位置を判断し、前記推定手段は、前記判断手段により判断された前記テールランプ部分の位置と、前記基準位置としての先行車両の平坦路走行状態の前記テールランプ部分の位置との垂直方向の差から路面勾配を推定することが実用的で好ましい（請求項２）。

請求項１に記載の発明によれば、車載カメラはレーダに比して垂直方向（上下方向）の物体認識性能が高いという特性を有するので、先行車が前方の坂道を上り（または下り）、車載カメラの撮影画像における先行車両の特徴部分の位置が上下に移動することから、その位置と基準位置との垂直方向の差から前方の坂道の道路勾配を推定できる。その際、路面反射や頭上看板を先行車両として誤検出することがなく、先行車のリフレクタ汚れや、雨や雪の巻き上げ等の影響はレーダ探査の場合より少なく、路面勾配の誤認識が確実に防止できる。

そして、Ｇセンサを用いないので、Ｇセンサを用いないコスト低減を図った安価な構成により、路面勾配を事前に推定することができる。

請求項２に記載の発明によれば、車載カメラの撮影画像において識別容易な先行車両のテールランプ部分の位置を先行車の特徴部分の位置として判断するので、路面勾配を一層精度よく推定することができ、実用的である。

本発明の運転支援制御装置の一実施形態のブロック図である。図１の演算部の勾配推定演算のフローチャートである。（ａ）〜（ｄ）はＡＣＣの追従走行の走行状態の時間変化例の模式図である。（ａ）〜（ｄ）は図３（ａ）〜（ｄ）の走行状態における車載カメラの撮影画像例である。図１の演算部の坂道突入判定演算のフローチャートである。

本発明の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

図１はＡＣＣの走行制御機能を備えた自車両1に搭載された本実施形態の運転支援制御装置を示し、この運転支援制御装置は、自車両１の進行方向を撮影する車載カメラとして、少なくとも自車両１の前方を撮影する単眼カメラ２を備える。単眼カメラ２は、２次元ＣＣＤのモノクロまたはカラーの単眼のカメラであり、例えば１／３０秒のフレーム間隔で自車両１の前方を連続撮影する。

単眼カメラ２の毎フレームの例えばカメラ画角／４８０ピクセルの撮影画像は、マイクロコンピュータ等で形成された勾配推定部３の画像処理部４により例えば微分されて二値化され、後述する演算部のＲＯＩ（関心領域）の設定に基づき、二値化されて抽出された前方の輪郭画像の先行車両を含むほぼ画像中央部分がＲＯＩ（関心領域）として切り取られて演算部５に入力される。

車載カメラとして単眼カメラ２を備える場合、単眼カメラ２の撮影画像だけからは自車両１と先行車両との車間距離を測定することが困難であるので、自車両１のレーザレーダ、超音波レーダ等の測距レーダ６の測距結果も演算部５に入力される。なお、車載カメラとしてステレオカメラを備える場合は、ステレオカメラの撮影画像から自車両１と先行車両との車間距離を求めることができるので、測距レーダ６の測距結果は勾配推定には不要である。

自車速と車間距離とから先行車両の時々刻々の相対速度を把握するため、車速センサ７が検出した時々刻々の自車速も演算部５に入力される。

さらに、自車両１が先行車両に追従して平坦路を走行しているか否かを認識するため、車速センサ７が検出した自車速及び、スロットル開度センサ８が検出した自車両１の時々刻々のスロットル開度は、勾配推定部３の走行路判定部９に入力され、走行路判定部９は、自車速が一定、かつ、スロットル開度が一定でエンジン出力が一定であれば、ＡＣＣにより自車両１が先行車両に追従して平坦路を走行していると判定する。走行路判定部９の判定結果も演算部５に入力される。

演算部５は、設定された勾配推定演算プログラム及び坂道突入判定演算プログラムを実行し、勾配推定演算プログラムを実行することで本発明の判断手段及び推定手段を形成し、先行車両のテールランプ部分を特徴部分として、テールランプ部分の垂直方向の位置を判断し、その位置と基準位置との垂直方向の差から先行車両が走行中の坂道の路面勾配を推定する。また、坂道突入判定演算プログラムを実行することで先行車両に追従走行する自車両１が平坦路から坂道に突入したか否かを判定する。

図２のステップＡ１〜Ａ１０は演算部５の勾配推定の処理手順の一例を示す。また、図３（ａ）〜（ｄ）はＡＣＣの追従走行により先行車αの走行路が平坦路ｒａから上りの坂道ｒｂに変化し、それに伴って自車両１が平坦路ｒａから上りの坂道ｒｂに突入する場合の走行状態の時間変化を模式的に示し、図４（ａ）〜（ｄ）は図３（ａ）〜（ｄ）の走行状態における単眼カメラ２の撮影画像例を示す。

そして、演算部５は、測距レーダ６の測距結果、車側センサ７の自車速、走行路判定部９の判定結果等から、自車両１がＡＣＣによって先行車両αに追従走行中か否かを判断し（ステップＡ１）、追従走行中には、最新の車間距離、相対速度等を取得し（ステップＡ２）、単眼カメラ２の撮影画像の先行車探査に必要なＲＯＩを画像処理部４に設定する（ステップＡ３）。

また、複数フレームの撮影画像のＲＯＩの輪郭画像の差分から、輪郭画像上で先行車αの輪郭及びその高さを認識し（ステップＡ４）、さらに、毎フレームのＲＯＩの輪郭画像から、先行車両αの特徴部分であるテールランプ部分の位置を、左右対称に同じ形状で出現し、車体色（又は輝度）とは異なる色（又は輝度）である等の特徴に基づいて決定し（ステップＡ５）、決定した位置の輪郭画像から画像上での先行車両αのテールランプ部分を認識する。

認識したテールランプ部分の画像上の垂直方向の位置（高さ）は、先行車両αと追従走行する自車両１とが共に平坦路ｒａを走行している状態（図３（ａ））、先行車両αだけが坂道ｒｂを走行している状態（図３の（ｂ）、（ｃ））、先行車両αと追従走行する自車両１とが共に坂道ｒｂを走行している状態（図３（ｄ））では異なる。

まず、先行車両αと追従走行する自車両１とが共に平坦路ｒａを走行するｔ０時の標準走行状態（図３（ａ））では、図４（ａ）に示すように、ＲＯＩの画像部分Ｐに予定される高さ方向の基準位置ｈ０に、先行車両αの左右のテールランプ部分βが出現する。

つぎに、先行車両αだけが坂道ｒｂを走行して自車両１が平坦路ｒａを走行するｔ１時、ｔ２時の走行状態（図３の（ｂ）、（ｃ））になると、図４の（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＲＯＩの画像部分Ｐの左右のテールランプ部分βが出現する垂直方向の位置は、先行車両αの登坂量に応じて（換言すれば時間経過にしたがって）基準位置ｈ０より高い位置ｈ１、ｈ２（ｈ２＞ｈ１）に変化する。

つぎに、自車両１も坂道ｒｂに突入して先行車両α及び自車両１がともに同じ坂道ｒｂを走行する状態になると（図３（ｄ））、図４（ｄ）に示すように、ＲＯＩの画像部分Ｐの左右のテールランプ部分βが出現する垂直方向の位置は、自車両１が坂道ｒｂに突入した瞬時に激変して直ちに略基準位置ｈ０に戻る。

そこで、各フレームの時刻ｔにテールランプ部分βの位置ｈ（ｔ）＝ｈ１、ｈ２、…と基準位置ｈ０との垂直方向の差Δｈ（ｔ）を算出する（ステップＡ６）。

そして、先行車両αが坂道の走行状態になることを検出するため、フレーム毎に先行車両αと自車両１とが差Δｈ（ｔ）が生じた走行姿勢状態であるか否かを判定し（ステップＳ７、Ｓ８）、差Δｈ（ｔ）が生じると（ステップＳ８のＹＥＳ）、ステップＳ９により、差Δｈ（ｔ）が外乱による一時的なものでないことを確認し、差Δｈ（ｔ）が一定時間以上（一定フレーム数以上）継続すれば（ステップＳ９のＹＥＳ）、ステップＳ１０により、先行車両αが坂道の走行状態で自車両１がその手前の平坦路の走行状態（図３の（ｂ）、（ｃ）の状態）であると判定する。

この判定に基づき、自車両１が坂道に突入する前に、例えば、連続する２フレーム間の高さ（差Δｈ（ｔ））の差と、自車速及び相対速度から求まる先行車両αの車速と１フレームの時間とから算出される先行車両αのその間の移動距離とから、先行車両αが走行中の坂道の勾配θが、ｓｉｎθ＝高さ（差Δｈ（ｔ））の差／先行車両αの移動距離の関係から演算されて推定される。なお、厳密には差Δｈ（ｔ）は画像上の高さであり、実際の（物理空間の）高さではないため、より正確に勾配θを求める場合は、先行車両αと自車量１との車間距離及び、単眼カメラ２のカメラ画角、搭載情報（カメラの設置高さや光軸の向き等）から、差Δｈ（ｔ）を実際の高さ（以下、これをＨとし、その差をΔＨとする）に変換し、ｓｉｎθ＝差ΔＨ／先行車両αの移動距離から勾配θを推定すればよい。

したがって、単眼カメラ２の撮影画像における先行車両αのテールランプ部分βの位置の上下移動により、路面反射や頭上看板を先行車両αとして誤検出することなく、前方の坂道の路面勾配を推定することができる。その際、先行車両αのリフレクタ汚れや、雨や雪の巻き上げ等の影響はレーダ探査の場合より少なく、路面勾配の誤認識が確実に防止できる。

そして、Ｇセンサを用いないコスト低減を図った安価な構成により、自車両１の前方の坂道の路面勾配を、フレーム毎に更新して事前に推定できる。

ところで、自車両１が坂道に突入したときには、推定した路面勾配を考慮してＡＣＣの走行制御を行なうため、演算部５は、前記の勾配推定の演算処理を行なうと同時に、自車両１の坂道突入判定の演算処理も行なう。

図５のステップＢ１〜Ｂ５は演算部５の坂道突入判定演算処理の例を示し、まず、先行車両αが坂道を走行か否かを判定し（ステップＢ１）、坂道の走行中であればステップＢ２に移行し、画像上の先行車両αのテールランプ部分βの位置が今までとは逆方向に変化したか否かを判断する。

そして、自車両１が図３（ｃ）の坂道直前の平坦路走行状態から同図（ｄ）の坂道に突入した状態になって自車両１も坂道を上って走行し始めると、ＲＯＩの画像部分Ｐの左右のテールランプ部分βが出現する垂直方向の位置は、それまでは上方に変化していたものが、図４（ｄ）に示すように変化方向が下方に逆転し、瞬時に略基準位置ｈ０に戻り、その後はこの高さの状態を維持する。

そこで、画像上の先行車両αのテールランプ部分βの位置が今までとは逆方向に変化すると、図５のステップＢ２をＹＥＳで通過し、さらに、短時間に略基準位置ｈ０に戻ってその高さの状態が維持されると、同図のステップＢ３をＹＥＳで通過して自車両１が坂道に突入したと判定する（ステップＢ４）。

そして、例えば直前に推定した最新の路面勾配の上方を図１の演算部５から同図のＡＣＣ制御部１０送り、推定した路面勾配を加味してスロットル開度を制御しエンジン出力を路面勾配を加味して調整し、坂道の有無にかかわらず、全車速域においてＡＣＣの車間制御／減加速制御がよりスムーズに行なえるようにする。

したがって、本実施形態の場合、Ｇセンサを用いることなく、単眼カメラ２の撮影画像における、先行車両αの特徴部分であるテールランプ部分の上下方向の位置の変化から、路面勾配を直接に検出して推定することができる。しかも、推定した道路勾配に基づき、自車両１が坂道にさしかかったときにも遅れなく良好に推定した道路勾配を加味してエンジンのスロットル開度等を制御し、ＡＣＣの制御を一層向上することができる。

また、先行車両αの特徴部分を認識し易いテールランプ部分βとすることにより、極めて実用的な構成である利点もあり、さらには、テールランプ部分βは夜間には点灯されて明るくなるので、夜間走行であっても、単眼カメラ２撮影画像から坂道の勾配を推定できる利点もある。

そして、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であり、例えば、自車両１の進行方向を撮影する車載カメラとして、自車両１の後方を撮影する同様の単眼カメラも備え、さらに、後方の測距レーダも備え、後退走行時には後方を撮影する単眼カメラの撮影画像及び後方の測距レーダの測距結果に基づいて、自車両１の後方の坂道についても路面勾配を推定するようにしてもよい。

そして、坂道の路面勾配が下りの勾配であっても、本発明を同様に適用できるのは勿論である。

つぎに、先行車両αは、対向車いわゆる自動車に限るものではなく、二輪車等であってもよく、さらには、路上の静止した障害物であってもよい。

つぎに、先行車両αの特徴部分は、先行車両１の後部窓枠や後部のバンパー、ルーフのストライプやエッジなどであってもよい。

つぎに、推定した路面勾配の情報は、サスペンション制御等の他の運転支援制御にも用いることができる。

そして、本発明は、種々の車両の運転支援制御装置に適用することができる。

１自車両
２単眼カメラ
３勾配推定部
α 先行車両
β テールランプ部分

Claims

路面勾配に基づいて自車両の運転支援制御を行う運転支援制御装置であって、
自車両の進行方向を撮影する車載カメラと、
前記車載カメラの撮影画像における先行車両の特徴部分の位置を判断する判断手段と、
前記特徴部分の前記判断手段により判断された位置と基準位置との垂直方向の差から路面勾配を推定する推定手段とを備えたことを特徴とする運転支援制御装置。
請求項１に記載の運転支援制御装置において、
前記特徴部分は先行車両のテールランプ部分であり、
前記判断手段は、前記特徴部分の位置として前記車載カメラの撮影画像における先行車両の前記テールランプ部分の位置を判断し、
前記推定手段は、前記判断手段により判断された前記テールランプ部分の位置と、前記基準位置としての先行車両の平坦路走行状態の前記テールランプ部分の位置との垂直方向の差から路面勾配を推定することを特徴とする運転支援制御装置。