JP2013125327A - Curvature estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像手段で撮像した画像に基づいて道路の曲率を推定する曲率推定装置に関する。 The present invention relates to a curvature estimation apparatus that estimates the curvature of a road based on an image captured by an imaging unit.
特許文献1は、自車両の左右両側の車線区間線を検出し、車線区間線の検出結果に基づいて自車両の車線逸脱防止を支援する車線逸脱防止支援装置について記載されており、カメラで撮像した自車両前方の画像から車線の曲率を検出することが開示されている。
上記のように、道路(車線)の曲率を推定する場合、通常、カメラが用いられる。カメラで撮像した画像を処理して曲率を推定すると、ノイズ(例えば、画像に対するエッジ処理のノイズ、カメラノイズ)が含まれる場合がある。そのため、曲率の推定精度が低下する。 As described above, when estimating the curvature of a road (lane), a camera is usually used. When the image captured by the camera is processed and the curvature is estimated, noise (for example, noise of edge processing on the image, camera noise) may be included. Therefore, the accuracy of curvature estimation decreases.
そこで、本発明は、道路の曲率を高精度に推定する曲率推定装置を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the curvature estimation apparatus which estimates the curvature of a road with high precision.
本発明に係る曲率推定装置は、撮像手段で撮像した画像に基づいて道路の曲率を推定する曲率推定装置であって、車両の運転者の操舵による蛇行に基づいて、操舵の舵角を入力とし、道路の曲率を出力とする道路モデルを構築し、道路モデルを組み込んだカルマンフィルタに実際の車両走行データを適用し、撮像手段で撮像した画像から求めた道路の曲率に対してカルマンフィルタを駆動した結果に基づいて曲率を推定する。 A curvature estimation apparatus according to the present invention is a curvature estimation apparatus that estimates the curvature of a road based on an image captured by an imaging unit, and inputs a steering angle of steering based on meandering by steering of a vehicle driver. The result of driving the Kalman filter against the road curvature obtained from the image captured by the imaging means by constructing a road model that outputs the road curvature and applying the actual vehicle driving data to the Kalman filter incorporating the road model Based on the above, the curvature is estimated.
幾何学的な道路はカルマンフィルタで構成できない。そこで、曲率推定装置では、車両の運転者の操舵による蛇行を考慮し、操舵の舵角を入力とし、道路の曲率を出力とする道路モデルを構築する。車両は運転者の操舵に応じて道路(車線)に沿って走行するが、走行中の車両から車線を観測したと仮定すると車線は周期的に微少な蛇行をしており、その車線の蛇行は運転者の操舵によって発生すると考えられる。そこで、この車線の変化(蛇行)は運転者の操舵に応じた舵角と関連付けられるので、車線の曲線と舵角とから構成される道路モデルを構築し、この道路モデルを用いることによってカルマンフィルタを可制御とすることができる。そして、この曲率推定モデルでは、道路モデルを組み込んだカルマンフィルタに実際の車両走行データ(舵角、ヨーレート(横加速度)、ヨー角(横速度)等)を適用し、画像から求めた道路の曲率に対してカルマンフィルタを駆動した結果に基づいて曲率を推定する。このように、曲率推定装置では、道路の曲率を運転者の操舵による蛇行と関連付けた道路モデルを組み込んだカルマンフィルタを構成することにより、簡易な構成(演算)で演算負荷が少なく、画像から求められる曲率に含まれるノイズを抑制でき、道路の曲率を高精度に推定することができる。 Geometric roads cannot be constructed with Kalman filters. Therefore, the curvature estimation device takes into account meandering caused by steering by the driver of the vehicle, and constructs a road model with the steering angle as an input and the road curvature as an output. The vehicle travels along the road (lane) according to the driver's steering, but assuming that the lane is observed from the running vehicle, the lane is periodically meandering, and the lane meander is It is thought that it is generated by driver's steering. Therefore, since this lane change (meandering) is associated with the rudder angle according to the driver's steering, a road model composed of the lane curve and the rudder angle is constructed, and the Kalman filter is applied by using this road model. It can be controlled. In this curvature estimation model, actual vehicle travel data (steering angle, yaw rate (lateral acceleration), yaw angle (lateral velocity), etc.) is applied to the Kalman filter incorporating the road model, and the curvature of the road obtained from the image is calculated. On the other hand, the curvature is estimated based on the result of driving the Kalman filter. Thus, in the curvature estimation apparatus, a Kalman filter that incorporates a road model in which the curvature of the road is associated with meandering by the driver's steering is configured, so that the calculation load is reduced with a simple configuration (calculation) and is obtained from the image. Noise contained in the curvature can be suppressed, and the curvature of the road can be estimated with high accuracy.
本発明の上記曲率推定装置では、車両の運転者の操舵による蛇行の周波数を計算し、該蛇行周波数を道路モデルに適用すると好適である。運転者によって操舵特性が異なるので、蛇行の周波数も異なる。そこで、この曲率推定装置では、各運転者についての操舵による蛇行周波数を求めて、その蛇行周波数を道路モデルに適用することにより、運転者の操舵特性に応じた道路モデルを組み込んだカルマンフィルタを構成することができ、道路の曲率をより高精度に推定することができる。 In the curvature estimation apparatus of the present invention, it is preferable to calculate the meander frequency by the steering of the vehicle driver and apply the meander frequency to the road model. Since the steering characteristics are different depending on the driver, the meandering frequency is also different. Therefore, in this curvature estimation device, a meandering frequency by steering for each driver is obtained, and the meandering frequency is applied to a road model to constitute a Kalman filter incorporating a road model according to the driver's steering characteristics. The curvature of the road can be estimated with higher accuracy.
本発明の上記曲率推定装置では、道路がカーブの出入口の場合、単調増加又は単調減少の関数を用いて曲率を推定すると好適である。通常の車両走行では、カーブの入口でインカットとなり、カーブの出口で膨らむ。そこで、この曲率推定装置では、そのカーブ出入口での走行特性を考慮するために、単調増加又は単調減少の関数を用いて曲率を推定することにより、道路の曲率をより高精度に推定することができる。 In the curvature estimation apparatus of the present invention, it is preferable to estimate the curvature using a monotonically increasing function or a monotonically decreasing function when the road is an entrance / exit of a curve. In normal vehicle travel, the vehicle is incut at the entrance of the curve and bulges at the exit of the curve. Therefore, in this curvature estimation device, it is possible to estimate the curvature of the road with higher accuracy by estimating the curvature using a monotonically increasing function or a monotonically decreasing function in order to consider the running characteristics at the curve entrance. it can.
本発明の上記曲率推定装置では、道路が直線の場合、カルマンフィルタを駆動しないと好適である。道路が直線路の場合、ノイズよりも蛇行のほうが大きくなり、上記のカルマンフィルタを用いると誤差が大きくなる。そこで、この曲率推定装置では、道路が直線の場合、画像から求めた道路の曲率に対してカルマンフィルタを駆動せずに、曲率の誤差を抑制する。 In the curvature estimation apparatus of the present invention, it is preferable that the Kalman filter is not driven when the road is a straight line. When the road is a straight road, the meandering is larger than the noise, and the error increases when the Kalman filter is used. Therefore, in this curvature estimation apparatus, when the road is a straight line, the curvature error is suppressed without driving the Kalman filter for the curvature of the road obtained from the image.
本発明によれば、道路の曲率を運転者の操舵による蛇行と関連付けた道路モデルを組み込んだカルマンフィルタを構成することにより、簡易な構成(演算)で演算負荷が少なく、画像から求められる曲率に含まれるノイズを抑制でき、道路の曲率を高精度に推定することができる。 According to the present invention, by configuring a Kalman filter that incorporates a road model in which the curvature of the road is associated with meandering by the driver's steering, the calculation load is reduced with a simple configuration (calculation) and is included in the curvature required from the image. Noise can be suppressed, and the curvature of the road can be estimated with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明に係る曲率推定装置の実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of a curvature estimation apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element which is the same or it corresponds in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
本実施の形態に係る曲率推定装置は、車両に搭載され、車載カメラで撮像した画像に基づいて道路(特に、車線を構成する白線)の曲率を推定する。この推定された曲率情報は、車両に搭載される各種運転支援装置(例えば、車線逸脱防止装置、レーンキープ装置)や居眠り検出装置に用いる運転者モデル等で利用される。なお、本実施の形態では、道路の曲率として、道路上に描かれる車線を構成する白線の曲率を推定する。白線は道路に沿って描かれているので、白線の曲率は道路の曲率に相当する。 The curvature estimation apparatus according to the present embodiment is mounted on a vehicle and estimates the curvature of a road (particularly, a white line constituting a lane) based on an image captured by an in-vehicle camera. The estimated curvature information is used in various driving support devices (for example, a lane departure prevention device and a lane keeping device) mounted on the vehicle, a driver model used for a dozing detection device, and the like. In this embodiment, the curvature of the white line constituting the lane drawn on the road is estimated as the curvature of the road. Since the white line is drawn along the road, the curvature of the white line corresponds to the curvature of the road.
図1及び図2を参照して、本実施の形態に係る曲率推定装置1について説明する。図1は、本実施の形態に係る曲率推定装置の構成図である。図2は、本実施の形態で用いる曲率モデルを示す図である。
With reference to FIG.1 and FIG.2, the
曲率推定装置1は、カメラ画像による道路の曲率に加えて道路の曲率と相関関係がある車両情報(舵角、ヨーレート(横加速度)等)を用いて、運転者の操舵による蛇行に関連付けた曲率モデル(道路モデル)を構築し、その曲率モデルをカルマンフィルタに組み込む。そしてに、曲率推定装置1は、運転者の操舵による舵角等を入力とし、曲率を出力としてそのカルマンフィルタを駆動し、カルマンフィルタの観測結果に基づいて曲率を推定する。
The
このようにカメラ画像による曲率情報に加えて曲率と相関関係がある車両情報(舵角、ヨーレート等)を併用するので、曲率と相関関係がある車両情報も用いることにより、カーブ出入口等における道路曲線の波形の鈍化に対応できる。 Since vehicle information (steering angle, yaw rate, etc.) correlated with the curvature is used in addition to the curvature information based on the camera image in this way, the road curve at the entrance / exit of the curve can be obtained by using the vehicle information correlated with the curvature. It can cope with the slowing of the waveform.
カメラ画像による曲率のノイズを抑制するためのカルマンフィルタを用いるが、カルマンフィルタが成立するための必要十分条件は、観測対象とする系が可制御かつ可観測であることである。しかし、幾何学的な道路をそのままモデル化した場合、運転者が右操舵した場合でも左操舵した場合でも道路の幾何学的な曲率が変化しないので、舵角やヨーレート(横加速度)では曲率は不可制御である。そのため、カルマンフィルタを構成できない。しかし、実際の車両の走行では、道路に沿った走行を行っているので、曲率と舵角(ヨーレート、横加速度)とには有意な相関関係がある。したがって、可制御な状態方程式であれば、カルマンフィルタを構成できる。 A Kalman filter is used to suppress curvature noise due to the camera image. A necessary and sufficient condition for the Kalman filter to be established is that the system to be observed is controllable and observable. However, if the geometric road is modeled as it is, the geometric curvature of the road will not change even if the driver steers the vehicle to the right or left, so the curvature at the steering angle and yaw rate (lateral acceleration) is Impossible control. Therefore, a Kalman filter cannot be configured. However, since the actual vehicle travels along the road, there is a significant correlation between the curvature and the steering angle (yaw rate, lateral acceleration). Therefore, a Kalman filter can be configured if it is a controllable state equation.
実際に車両が道路を走行する場合、車線を構成する白線に対して完全に平行な走行軌跡ではなく。道路の幅方向に対して微少の振幅(例えば、10−2mオーダの振幅)で蛇行している。したがって、車両から白線を観測した場合、白線は蛇行して見える。そこで、車両は道路にほぼ沿って走行し、走行中の車両から白線を見ると白線はほぼ周期的に蛇行をしているように観測され、白線の蛇行は運転者の操舵によって発生すると仮定すると、白線の変化は舵角と関連付けられるので、白線(曲率)と舵角やヨーレート(横加速度)とで構成される系は可制御になり得る。 When the vehicle actually travels on the road, it is not a travel locus that is completely parallel to the white line that constitutes the lane. It meanders with a slight amplitude (for example, an amplitude of the order of 10 −2 m) in the width direction of the road. Therefore, when the white line is observed from the vehicle, the white line appears to meander. Therefore, it is assumed that the vehicle travels almost along the road, and when the white line is seen from the running vehicle, it is observed that the white line is meandering substantially periodically, and the white line meandering is generated by the driver's steering. Since the change in the white line is associated with the rudder angle, the system composed of the white line (curvature) and the rudder angle or yaw rate (lateral acceleration) can be controllable.
そこで、図2に示す道路(白線)の曲率モデルを考える。ここでは、車両固定座標系を用い、車両MVから白線WLを観測する。Vは、車両MVの速度である。aは、車両MVの横加速度である(白線WLの曲率ρにV2を乗算すればaの次元となる)。yは、車両MVに対する白線WLの横位置である。vは、車両MVに対する白線WLの横速度である。αは、車両MVに対する白線WLの横加速度である。白線WLに対する車両MVのヨー角度をθとすると、θ=v/Vの関係がある。曲率推定装置1では、このような車両固定座標系において道路(白線)が蛇行していると仮定して曲率モデルを構築し、この道路の曲率モデルを用いてカルマンフィルを構成する。
Therefore, the curvature model of the road (white line) shown in FIG. 2 is considered. Here, the white line WL is observed from the vehicle MV using a vehicle fixed coordinate system. V is the speed of the vehicle MV. a is the lateral acceleration of the vehicle MV (the dimension of a is obtained by multiplying the curvature ρ of the white line WL by V 2 ). y is the lateral position of the white line WL with respect to the vehicle MV. v is the lateral speed of the white line WL with respect to the vehicle MV. α is the lateral acceleration of the white line WL with respect to the vehicle MV. When the yaw angle of the vehicle MV with respect to the white line WL is θ, there is a relationship θ = v / V. The
運転者の操舵による蛇行は、周期的な蛇行であるが、運転者によって蛇行の周期が異なる。そこで、蛇行の周波数を計算し、その蛇行周波数を曲率モデルに用いる。また、蛇行は、LSB付近の蛇行なので、SN比が低い周波数分析となる。そこで、蛇行周波数は単振動なので、横加速度aと横速度v(白線のヨー角)の各値のオーバオールパワー比によって蛇行周波数を計算する。また、カメラ画像による検知で曲率を検知できなかった場合には、曲率の推定誤差が大きくなる。そこで、検知できなった場合にはカルマンフィルタの推定機能を重視して、曲率を推定する。 The meandering by the driver's steering is periodic meandering, but the meandering period varies depending on the driver. Therefore, the meander frequency is calculated, and the meander frequency is used in the curvature model. Further, since the meandering is meandering in the vicinity of the LSB, the frequency analysis has a low SN ratio. Therefore, since the meandering frequency is a single vibration, the meandering frequency is calculated from the overall power ratio of each value of the lateral acceleration a and the lateral velocity v (white line yaw angle). Further, when the curvature cannot be detected by the detection by the camera image, the curvature estimation error becomes large. Therefore, when it cannot be detected, the curvature is estimated with an emphasis on the Kalman filter estimation function.
ただし、カーブの出入口の場合、通常のカーブ走行中のように蛇行せずに、入口ではインカットした走行となり、出口では膨らんだ走行となる。そこで、カーブの入口では単調増加の関数を用い、出口では単調減少の関数を用いる。また、道路が直線の場合、カメラ画像による曲率に含まれるノイズよりも蛇行のほうが大きくなるので、カルマンフィルタを駆動するとかえって誤差が大きくなる。そこで、道路が直線の場合、カルマンフィルタを駆動せずにカメラによる検知の曲率をそのまま用いるか、あるいは、カルマンフィルタにおけるノイズ設定値を調整する。 However, in the case of the entrance / exit of the curve, it does not meander like during normal curve travel, but travels in-cut at the entrance and swells at the exit. Therefore, a monotonically increasing function is used at the entrance of the curve, and a monotonically decreasing function is used at the exit. Further, when the road is a straight line, meandering is larger than noise included in the curvature of the camera image, so that the error becomes larger when the Kalman filter is driven. Therefore, when the road is a straight line, the curvature detected by the camera is used as it is without driving the Kalman filter, or the noise setting value in the Kalman filter is adjusted.
図2で示した白線の曲率モデルの式は、式(1)の微分方程式となる。また、カーブの出入口での単調増加や単調減少の関数となる白線の曲率モデルの式は、式(2)の微分方程式となる。式(1)、(2)におけるρfiltは、カメラ画像による検知の曲率ρcamに対して、カメラ画像による前方(又は後方)の検知位置と自車両位置(舵角等の検出位置)との時間差分を除去するためのフィルタがかけられた曲率であり、自車両位置での曲率となる。ζは、蛇行減衰比である。ωは、蛇行周波数である。Gは、舵角に対する横加速度のゲインである。τは、舵角に対する横加速度の時定数である。なお、各記号の上「・」は、1階時間微分を示す。
それでは、曲率推定装置1について具体的に説明する。曲率推定装置1は、図1に示すように、カメラセンサ10、舵角センサ11、横加速度センサ12、車速センサ13及びECU[Electronic Control Unit]20を備えている。
Now, the
カメラセンサ10は、車線を構成する白線を認識するセンサであり、カメラ(撮像手段)と画像処理装置からなる。カメラは、CCD[Charge Coupled Device]等を用いたカメラである。カメラは、車両の前方又は後方に取り付けられる。この際、カメラは、その光軸方向が車両の進行方向と一致するように取り付けられる。カメラでは、一定時間毎に、車両の前方又は後方の道路を含む領域を撮像し、その撮像した画像を取得し、その画像情報を画像処理装置に出力する。カメラは、左右方向に撮像範囲が広く、走行している車線を示す左右両側(一対)の白線を十分に撮像可能である。なお、カメラは、カラーのカメラでもよいし、白黒のカメラでもよい。
The
画像処理装置では、カメラから画像情報を入力する毎に、画像から車両が走行している車線を示す一対の白線を認識する。この認識方法としては、例えば、路面とその上に描かれた白線との輝度差が大きいことからエッジ処理による方法がある。そして、画像処理装置では、認識した一対の白線のうちの一方の白線の曲率ρcamを計算する。また、画像処理装置では、その一方の白線の横位置y(車両から白線までの横方向の距離)を計算する。そして、画像処理装置では、その横位置yの時系列データを用いて横速度vを計算する。さらに、画像処理装置では、その横速度vの時系列データを用いて横加速度αを計算する。また、画像処理装置では、白線を認識でき、曲率を検知できた場合には曲率ロストフラグflag_lostに0を設定し、白線を認識できず、曲率を検知できなかった場合(ロストした場合)には曲率ロストフラグflag_lostに1を設定する。そして、カメラセンサ10では、一定時間毎に、曲率ロストフラグflag_lostと、検知できた場合には曲率ρcam、横位置y、横速度v、横加速度αの各データをECU20に出力する。なお、曲率ρcam、横位置y、横速度v、横加速度αはカメラが撮像した前方(又は後方)の画像を用いているので、曲率ρcam、横位置y、横速度v、横加速度αが検知される位置は自車両前方(又は後方)の所定位置であるので、これらの前方(又は後方)の検知位置と自車両位置とでは時間差がある。
Each time image information is input from the camera, the image processing apparatus recognizes a pair of white lines indicating the lane in which the vehicle is traveling from the image. As this recognition method, for example, there is a method based on edge processing because a difference in luminance between a road surface and a white line drawn thereon is large. Then, the image processing apparatus calculates the curvature ρ cam of one of the recognized pair of white lines. Further, the image processing apparatus calculates the horizontal position y (the horizontal distance from the vehicle to the white line) of one of the white lines. In the image processing apparatus, the lateral velocity v is calculated using the time series data of the lateral position y. Further, the image processing apparatus calculates the lateral acceleration α using the time series data of the lateral velocity v. Also, in the image processing apparatus, when the white line can be recognized and the curvature can be detected, the curvature lost flag flag_lost is set to 0, and when the white line cannot be recognized and the curvature cannot be detected (when lost), The curvature lost flag flag_lost is set to 1. Then, the
舵角センサ11は、運転者による操舵に応じて変化する転舵輪の舵角を検出するセンサである。舵角センサ11では、一定時間毎に、舵角δを検出し、その舵角δのデータをECU20に出力する。横加速度センサ12は、車両の横加速度を検出するセンサである。横加速度センサ12では、一定時間毎に、横加速度aを検出し、その横加速度aのデータをECU20に出力する。車速センサ13は、車両の速度を検出するセンサである。車速センサ13では、一定時間毎に、車速Vを検出し、その車速VのデータをECU20に出力する。
The
ECU20は、CPU[CentralProcessing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]等からなる電子制御ユニットである。ECU20では、一定時間毎に、各センサ10,11,12,13からのデータをそれぞれ入力し、その入力した車両走行データを用いて白線の曲率ρを推定する。一定時間毎に入力するデータは、上記したように、カメラセンサ10からの曲率ρcam、横位置y、横速度v、横加速度α、曲率ロストフラグflag_lost、舵角センサ11からの舵角δ、横加速度センサ12からの横加速度a、車速センサ13からの車速Vである。
The
ECU20では、起動時に、予め設定されている設定値を読み込む。設定値としては、スタビリティファクタA、ステアリングギヤ比N、ホイールベースl、カメラ〜曲率測定点間距離L、自車両位置での曲率閾値ρo、カメラセンサ10で検知される前方位置(又は後方位置)での曲率閾値ρocam、蛇行減衰比ζ0(例えば、0.5)、クロソノイド発散係数ζp(例えば、0.5)、クロソノイド減衰係数ζn(例えば、0.5)、蛇行周波数観測時定数T、舵角に対する横加速度の時定数τ、曲率分散σρ 2、横加速度分散σa 2、横速度分散σv 2、横位置分散σy 2、ロスト時重み付け係数の底W_lost(<<1)、直線路重み付け係数W_str(>>1)がある。これらの各設定値は、ホイールベース等の車両固有の値についてはその値が設定され、それ以外の値については実験等によって予め設定され、ECU20内にROMに記憶されている。
The
また、ECU20では、起動時に、初期値を設定する。初期値としては、横速度の2乗平均値の増分Δv2*として0を設定し、横加速度の2乗平均値の増分Δa2*として0を設定し、トランジェントフラグ(カーブ出入口フラグ)trに0を代入し、曲率ρに0を設定し、直線状態フラグstraightに0を設定する。trは、0/1のフラグであり、1の場合がカーブ出入口である。straightは、0/1のフラグであり、1の場合が直線路である。なお、増分Δは、前回値からの増分である。
Further, the
ECU20では、横速度vの2乗値と横加速度aの2乗値についての積分値を逐次的にそれぞれ求め、その各積分値の比(横加速度と横速度(白線のヨー角)の各値のオーバオールパワー比)から蛇行周波数ωを求める。具体的には、横速度の2乗平均値v2*(前回値)と今回入力した横速度v及び蛇行周波数観測時定数Tを用いて式(3)により横速度の2乗平均値の増分Δv2*を計算し、式(5)に示すように横速度の2乗平均値v2*(前回値)にその増分Δv2*を加算して横速度の2乗平均値v2*の今回値とする。また、横加速度の2乗平均値a2*(前回値)と今回入力した横加速度a及び蛇行周波数観測時定数Tを用いて式(4)により横加速度の2乗平均値の増分Δa2*を計算し、式(6)に示すように横加速度の2乗平均値a2*(前回値)にその増分Δa2*を加算して横加速度の2乗平均値a2*の今回値とする。そして、その横速度の2乗平均値v2*(今回値)と横加速度の2乗平均値a2*(今回値)を用いて、式(7)により蛇行周波数ωを計算する。
また、ECU20では、カメラ画像による曲率ρcamの検知位置(前方位置)と舵角δの検知位置(自車両位置)との時間差を調整するために、位相調整を行う。具体的には、位相調整した曲率ρfilt(前回値)と今回入力したカメラ画像による曲率ρcamと車速V及びカメラ〜曲率測定点間距離を用いて式(8)により曲率の増分Δρfiltを計算する。そして、式(9)に示すようにカメラ画像による曲率ρcamの増分Δρcamにその増分Δρfiltを加算した値を、位相調整した曲率ρfiltの今回値とする。位相調整した曲率ρfilt(今回値)は、今回検知されたカメラ画像による前方位置での曲率ρcamが自車両位置になるように位相調整された値である。
また、ECU20では、今回入力した車速V及びスタビリティファクタA、ホイールベースl、ステアリングギヤ比Nを用いて、式(10)により舵角に対する横加速度ゲインGを計算する。
ECU20では、カーブの出入口を判定してトランジェントフラグtrを設定し、カーブ出入口の場合(tr=1の場合)には蛇行減衰比ζと蛇行周波数ωを設定する。具体的には、式(11)の条件式で示すように、カメラ検知の前方位置での曲率ρcamの絶対値が閾値ρocamより大きいか否かを判定する。曲率ρcamの絶対値が閾値ρocamより大きい場合には前方位置では白線が円を示す曲率であり、曲率ρcamの絶対値が閾値ρocam以下の場合には前方位置では白線が直線を示す曲率である。さらに、式(12)の条件式で示すように、自車両位置での曲率ρの絶対値が閾値ρoより大きいか否かを判定する。曲率ρの絶対値が閾値ρoより大きい場合には自車両位置では白線が円を示す曲率であり、曲率ρの絶対値が閾値ρo以下の場合には自車両位置では白線が直線を示す曲率である。
したがって、曲率ρcamの絶対値が閾値ρocamより大きい場合かつ曲率ρの絶対値が閾値ρoより大きい場合、(13)に示すように、円から円であり(カーブ走行中)、トランジェントフラグtrとして0を設定する。曲率ρcamの絶対値が閾値ρocamより大きい場合かつ曲率ρの絶対値が閾値ρo以下の場合、(14)に示すように、円から直線であり(カーブ出口走行中)、トランジェントフラグtrとして1を設定し、蛇行減衰比ζとしてクロソノイド減衰係数ζnを設定し、蛇行周波数ωとして1を設定する。曲率ρcamの絶対値が閾値ρocam以下の場合かつ曲率ρの絶対値が閾値ρoより大きい場合、(15)に示すように、直線から円であり(カーブ入口走行中)、トランジェントフラグtrとして1を設定し、蛇行減衰比ζとしてクロソノイド発散係数ζpを設定し、蛇行周波数ωとして1を設定する。曲率ρcamの絶対値が閾値ρocam以下の場合かつ曲率ρの絶対値が閾値ρo以下の場合、(16)に示すように、直線から直線であり(直線走行中)、トランジェントフラグtrとして0を設定し、直線状態フラグstraightとして1を設定する。
Therefore, when the absolute value of the case and the curvature [rho absolute value of the curvature [rho cam is greater than the threshold value .rho.o cam is greater than the threshold .rho.o, as shown in (13), a circular from the circle (in cornering), Transient Flag tr Is set to 0. If the absolute value of the curvature [rho cam absolute value if and curvature [rho threshold .rho.o cam greater is less than the threshold value .rho.o, as shown in (14), a straight line from the circle (in the curve exit travel), as
ECU20では、各設定値、各センサ10,11,12,13から入力した曲率ロストフラグflag_lost、横速度v、横位置y、舵角δ、横加速度a、車速V、計算した蛇行周波数ωと舵角に対する横加速度ゲインG、位相調整した曲率ρfilt、設定したトランジェントフラグtr、直線状態フラグstraight、蛇行減衰比ζを用いて、カルマンフィルタのカルマンゲインを計算し、このカルマンゲインに基づいてカルマンゲインを駆動し、自車両位置での曲率ρを推定する。以下に、ECU20で用いるカルマンフィルタについて具体的に説明する。
In the
カルマンフィルタは、トランジェントフラグtr=0の場合(カーブ出入口でない場合)には上記の式(1)のモデル式が適用され、トランジェントフラグtr=1の場合(カーブ出入口の場合)には上記の式(2)のモデル式が適用されるように構成される。また、カルマンフィルタは、直線状態フラグstraight=0の場合(直線路の場合)にはフィルタが作用しないように構成される。また、カルマンフィルタは、曲率ロストフラグflag_lost=1の場合(カメラ検知で曲率が検知されなかった場合)にはカルマンフィルタの推定機能が重視されるように構成される。 The Kalman filter applies the model expression of the above equation (1) when the transient flag tr = 0 (when it is not the curve entrance / exit), and the above equation (when the transient flag tr = 1 (when the curve entrance / exit)) The model formula of 2) is configured to be applied. Further, the Kalman filter is configured such that the filter does not act when the straight state flag straight = 0 (in the case of a straight road). Further, the Kalman filter is configured such that when the curvature lost flag flag_lost = 1 (when no curvature is detected by camera detection), the Kalman filter estimation function is emphasized.
以上の条件を満たすようにカルマンフィルタを構成する。カルマンフィルタの状態方程式は、式(17)である。状態方程式(17)における状態量xは、式(18)で示す各値である。状態方程式(17)における入力量uは、式(19)で示すように、舵角δである。状態方程式(17)におけるAは、式(20)で示す4×4行列となる。状態方程式(17)におけるBは、式(21)で示す4次元ベクトルとなる。
また、プロセスノイズPは、式(22)である。システムノイズQは、式(23)である。このプロセスノイズPとシステムノイズQのバランスによって、カルマンフィルタにおける修正機能と推定機能との重視する度合いが変わる。なお、σδ 2は舵角δの分散である。
カルマンフィルタの出力方程式は、式(24)である。出力方程式(24)における観測量zは、式(25)で示す各値である。特に、この中の舵角δが出力となる。出力方程式(25)におけるCは、式(26)で示す4×4行列となる。なお、rは白線に対する車両のヨー角速度であり、θは白線に対する車両のヨー角である。
トランジェントフラグtr=1の場合、式(20)の行列における−(1−tr)ω=0となり、上記の式(2)のモデル式が適用される。トランジェントフラグtr=0の場合、式(20)の行列における−(1−tr)ω=−ωとなり、上記の式(1)のモデル式が適用される。 When the transient flag tr = 1, − (1−tr) ω = 0 in the matrix of Expression (20), and the model expression of Expression (2) is applied. When the transient flag tr = 0, − (1-tr) ω = −ω in the matrix of the equation (20) is obtained, and the model equation of the above equation (1) is applied.
曲率ロストフラグflag_lost=1の場合(カメラ画像で曲率を検知できなかった場合)、式(22)においてPがほぼ0となる。曲率ロストフラグflag_lost=0の場合(カメラ画像で曲率を検知でき場合)、式(22)においてP=W_strstraightとなる。これによって、プロセスノイズPとシステムノイズQとの比が変わるので、カルマンフィルタの推定機能と修正機能との重視する度合いが変わり、特に、カメラ画像で曲率を検知できなかった場合には推定機能が重視されることになる。 In the case where the curvature lost flag flag_lost = 1 (when the curvature cannot be detected from the camera image), P in the equation (22) is almost zero. When the curvature lost flag flag_lost = 0 (when the curvature can be detected from the camera image), P = W_str straight in Expression (22). As a result, the ratio between the process noise P and the system noise Q changes, so the degree of emphasis between the Kalman filter estimation function and the correction function changes, especially when the curvature cannot be detected from the camera image. Will be.
曲率ロストフラグflag_lost=0の場合に直線状態フラグstraight=1の場合(直線路の場合)、式(22)においてP=W_strとなる。曲率ロストフラグflag_lost=0の場合に直線状態フラグstraight=0の場合(カーブ路の場合)、式(22)においてP=1となる。これによって、直線路の場合にはカルマンフィルタが作用しなくなり、カーブ路の場合にはカルマンフィルタが作用する。 When the curvature lost flag flag_lost = 0 and the straight line state flag straight = 1 (in the case of a straight road), P = W_str in equation (22). When the curvature lost flag flag_lost = 0 and the straight line state flag straight = 0 (in the case of a curved road), P = 1 in the equation (22). As a result, the Kalman filter does not work on straight roads, and the Kalman filter works on curved roads.
そして、式(20)によってA、式(21)によってB、式(26)によってC、式(22)によってP、式(24)によってQを求めると、カルマンゲインはA、B、C、P、Qから一意に決まる。そして、この求めたA、B、C、P、Qに用いてカルマンフィルタを駆動する。その結果、式(25)に示す各観測値が得られ、その中の曲率ρを出力する。 Then, when A is obtained by equation (20), B is obtained by equation (21), C is obtained by equation (26), P is obtained by equation (22), and Q is obtained by equation (24), the Kalman gain is A, B, C, P , Q is uniquely determined. Then, the Kalman filter is driven using the obtained A, B, C, P, and Q. As a result, the observed values shown in Expression (25) are obtained, and the curvature ρ is output.
図1及び図2を参照して、曲率推定装置1の動作を説明する。特に、ECU20における処理については、図3のフローチャートに沿って説明する。図3は、図1のECUにおける曲率推定処理の流れを示すフローチャートである。曲率推定装置1は、イグニッションスイッチがONすると起動し、イグニッションスイッチがOFFすると停止し、イグニッションスイッチがON中は以下の動作を所定時間毎に繰り返し行う。
With reference to FIG.1 and FIG.2, operation | movement of the
カメラセンサ10では、カメラで自車両の前方を撮像し、画像処理装置で撮像画像に基づいて曲率ρcam、横位置y、横速度v、横加速度αを計算するとともに曲率ロストフラグflag_lostを設定し、曲率ρcam、横位置y、横速度v、横加速度α及び曲率ロストフラグflag_lostの各データをECU20に出力する。
In the
舵角センサ11では、舵角δを検出し、舵角δのデータをECU20に出力する。横加速度センサ12では横加速度aを検出し、横加速度aのデータをECU20に出力する。車速センサ13では、車速Vを検出し、車速VのデータをECU20に出力する。
The
起動時に、ECU20では、上記した各設定値を読み込む(S1)。また、ECU20では、上記した各初期値を設定する(S2)。
At start-up, the
ECU20では、カメラセンサ10、舵角センサ11、横加速度センサ12、車速センサ13から各データが出力される毎に、その各データを読み込む(S3)。
Each time the data is output from the
ECU20では、今回読み込んだ横速度vを用いて式(3)によって横速度の2乗平均値の増分Δv2*を計算し、その増分Δv2*と横速度の2乗平均値v2*(前回値)を用いて式(5)によって横速度の2乗平均値v2*(今回値)を計算する(S4)。また、ECU20では、今回読み込んだ横加速度aを用いて式(4)によって横加速度の2乗平均値の増分Δa2*を計算し、その増分Δa2*と横加速度の2乗平均値a2*(前回値)を用いて式(6)によって横加速度の2乗平均値a2*(今回値)を計算する(S4)。そして、ECU20では、その横速度の2乗平均値v2*(今回値)と横加速度の2乗平均値a2*(今回値)を用いて式(7)によって蛇行周波数ωを計算する(S4)。
The
また、ECU20では、今回読み込んだカメラ画像による曲率ρcamと車速Vを用いて式(8)によって位相調整した曲率の増分Δρfiltを計算する。そして、ECU20では、その増分Δρfiltを用いて式(9)によってカメラ画像による曲率ρcamを位相調整した曲率ρfilt(今回値)を計算する(S4)。
Further, the
また、ECU20では、今回読み込んだ車速Vを用いて式(10)によって舵角に対する横加速度ゲインGを計算する(S4)。
Further, the
ECU20では、今回読み込んだ前方位置での曲率ρcamの絶対値が曲率閾値ρocamより大きいか否か(条件式(11))を判定する(S5)。前方位置での曲率ρcamの絶対値が曲率閾値ρocamより大きいと判定した場合、ECU20では、自車両位置での曲率ρの絶対値が閾値ρoより大きいか否か(条件式(12))を判定する(S5)。前方位置での曲率ρcamの絶対値が閾値ρocamより大きいかつ自車両位置での曲率ρの絶対値が閾値ρoより大きいと判定した場合、ECU20では、トランジェントフラグtrとして0を設定する(S5)。前方位置での曲率ρcamの絶対値が閾値ρocamより大きいかつ自車両位置での曲率ρの絶対値が閾値ρo以下と判定した場合、トランジェントフラグtrとして1を設定し、蛇行減衰比ζとしてクロソノイド減衰係数ζnを設定し、蛇行周波数ωとして1を設定する(S5)。
The
また、前方位置での曲率ρcamの絶対値が曲率閾値ρocam以下と判定した場合、ECU20では、自車両位置での曲率ρの絶対値が閾値ρoより大きいか否か(条件式(12))を判定する(S5)。前方位置での曲率ρcamの絶対値が閾値ρocam以下かつ自車両位置での曲率ρの絶対値が閾値ρo以下と判定した場合、ECU20では、トランジェントフラグtrとして0を設定し、直線状態フラグstraightとして1を設定する(S5)。前方位置での曲率ρcamの絶対値が閾値ρocam以下かつ自車両位置での曲率ρの絶対値が閾値ρoより大きいと判定した場合、トランジェントフラグtrとして1を設定し、蛇行減衰比ζとしてクロソノイド発散係数ζpを設定し、蛇行周波数ωとして1を設定する(S5)。
When the absolute value of the curvature ρ cam at the front position is determined to be equal to or less than the curvature threshold value ρo cam , the
そして、ECU20では、舵角に対する横加速度の時定数τ、蛇行周波数ω、蛇行減衰比ζ、トランジェントフラグtrを用いて式(20)によってAを求める(S6)。また、ECU20では、舵角に対する横加速度の時定数τ、舵角に対する横加速度ゲインGを用いて式(21)によってBを求める(S6)。また、ECU20では、車速Vを用いて式(26)によってCを求める(S6)。また、ECU20では、直線状態フラグstraight、曲率ロストフラグflag_lost、ロスト時重み付け係数の底W_lost、直線路重み付け係数W_str、舵角分散σδ 2を用いて式(22)によってプロセスノイズPを求める(S6)。また、ECU20では、曲率分散σρ 2、横加速度分散σa 2、横速度分散σv 2、横位置分散σy 2を用いて式(23)によってシステムノイズQを求める(S6)。そして、ECU20では、このA,B,C,P,Qに基づいてカルマンゲインを計算する(S6)。さらに、ECU20では、今回読み込んだ横加速度a、車速V、横速度v、横位置y及び位相調整した曲率ρfiltを用いて式(18)によって状態量xを設定するとともに、今回読み込んだ舵角δを用いて式(19)によって入力量uを設定する(S6)。そして、ECU20では、A,B,C,P,Q(カルマンゲイン)及び状態量xと入力量uを用いて、式(17)を状態方程式とし、式(24)を出力方程式とするカルマンフィルタを駆動し、式(25)に示す観測量zを計算する(S6)。そして、ECU20では、観測量zに含まれる自車両位置での曲率ρを運転支援装置等に出力する(S7)。
Then, the
ECU20では、イグニッションスイッチがOFFしたか否かを判定する(S8)。イグニッションスイッチがONを継続していると判定した場合、ECU20では、所定時間経過後、S3に戻って上記の処理を繰り返す。イグニッションスイッチがOFFと判定した場合、ECU20では、処理を終了する。
The
この曲率推定装置1によれば、道路の曲率を運転者の操舵による蛇行と関連付けた曲率モデルを組み込んだカルマンフィルタを構成して曲率ρを推定することにより、カメラ画像から検知した曲率ρcamに含まれるノイズを抑制でき、道路(車線を構成する白線)の曲率を高精度に推定することができる。また、カルマンフィルタによる簡易な構成なので、計算負荷も少ない。
According to this
また、曲率推定装置1によれば、各運転者についての操舵特性に応じた蛇行周波数ωを求めて、その蛇行周波数ωを曲率モデルに適用することにより、運転者の操舵特性に応じた曲率モデルを組み込んだカルマンフィルタを用いることができ、道路の曲率をより高精度に推定することができる。
Moreover, according to the
また、曲率推定装置1によれば、カーブ出入口を判定し、カーブ出入口では単調増加又は単調減少の関数となる曲率モデルを組み込んだカルマンフィルタを構成して曲率ρを推定することにより、道路の曲率をより高精度に推定することができる。
Further, according to the
また、曲率推定装置1によれば、直線路か否かを判定し、直線路ではカメラ画像から検知した曲率ρcamに対してカルマンフィルタを働かせないので、直線路でカルマンフィルタを用いた場合の誤差を抑制できる。
Moreover, according to the
以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。 As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment.
例えば、本実施の形態では曲率推定装置に適用したが、レーンキープ装置等の曲線情報を利用する各種装置に曲線推定機能として組み込まれる構成としてもよい。 For example, in the present embodiment, the present invention is applied to the curvature estimation device, but it may be configured to be incorporated as a curve estimation function in various devices using curve information such as a lane keeping device.
また、本実施の形態では観測量の一例を示したが、他の観測量でもよい。但し、観測量には曲率ρが含まれることが必須である。また、本実施の形態では運転者毎に蛇行周波数を求める構成としたが、実験等によって求めた一般的な運転者の蛇行周波数を設定してもよい。 In the present embodiment, an example of the observation amount is shown, but other observation amounts may be used. However, it is essential that the observed quantity includes the curvature ρ. In the present embodiment, the meandering frequency is obtained for each driver. However, a general meandering frequency of the driver obtained by experiments or the like may be set.
また、本実施の形態ではカーブ出入口の判定方法の一例を示したが、他の方法でカーブ出入口を判定してもよい。また、カーブ出入口の場合、カーブの曲率モデル式と異なる曲率モデル式を用いたが、同じモデル式を適用してもよい。 In this embodiment, an example of the method for determining the curve entrance / exit is shown, but the curve entrance / exit may be determined by another method. In the case of the curve entrance / exit, a curvature model formula different from the curvature model formula of the curve is used, but the same model formula may be applied.
1…曲率推定装置、10…カメラセンサ、11…舵角センサ、12…横加速度センサ、13…車速センサ、20…ECU。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
車両の運転者の操舵による蛇行に基づいて、操舵の舵角を入力とし、道路の曲率を出力とする道路モデルを構築し、前記道路モデルを組み込んだカルマンフィルタに実際の車両走行データを適用し、前記撮像手段で撮像した画像から求めた道路の曲率に対して前記カルマンフィルタを駆動した結果に基づいて曲率を推定することを特徴とする曲率推定装置。 A curvature estimation device that estimates the curvature of a road based on an image captured by an imaging means,
Based on the meandering by the steering of the driver of the vehicle, a steering wheel angle is set as an input, a road model is output with the road curvature as an output, and actual vehicle driving data is applied to the Kalman filter incorporating the road model, A curvature estimation apparatus that estimates a curvature based on a result of driving the Kalman filter with respect to a curvature of a road obtained from an image captured by the imaging unit.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017088006A (en) * | 2015-11-11 | 2017-05-25 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle travel control apparatus |
JP2018060326A (en) * | 2016-10-04 | 2018-04-12 | 株式会社豊田中央研究所 | Tracking device and program thereof |
JP2019059449A (en) * | 2017-09-28 | 2019-04-18 | トヨタ自動車株式会社 | Vehicle driving support device |
CN114987611A (en) * | 2021-03-01 | 2022-09-02 | 沃尔沃卡车集团 | Low speed maneuver assist for a vehicle |
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2011
- 2011-12-13 JP JP2011272374A patent/JP2013125327A/en active Pending
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