JP2013193576A - 操舵量推定装置及びそれを用いた車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハンドルの持ち手を変える必要があるようなカーブを走行する場合において、地図などの経路情報を用いなくとも、安定した車両制御を可能な車両制御装置を提供する。
【解決手段】取得した撮像画像から距離画像を生成する距離画像生成手段と、検出された方向指示信号に基づいて、自車前方のカーブを旋回するか否かを判定する左右折開始判断手段と、距離画像からカーブの最大半径を推定する最大カーブ半径推定手段と、推定したカーブの最大半径に対する最大操舵角度を推定する最大操舵角度推定手段と、推定した最大操舵角度から運転者のハンドル持ち手位置を推定し、出力するハンドル持ち手位置出力手段と、を有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、操舵角度を推定する操舵量推定装置及びそれを用いた車両制御装置に関する。

従来、人工衛星から送られてくる信号を用いて、前方の道路形状情報や自車位置を取得できるナビゲーションシステムがある。このナビゲーションシステムを用いて将来のカーブ情報を推定し、ステアリング操舵角度を推定する方法が知られている（特許文献１）。

また、撮像装置から得られた画像を処理することによって将来のカーブ情報を推定する方法も知られている（特許文献２）。

特開２００３−３００４６８号公報 特開平７−１９８９３号公報

しかし、従来知られている、ナビゲーションシステムを用いた方法では、経路情報としてカーブ情報を含んでいることが前提であり、経路情報の無い場所や道路拡張などによる路の変化によってはカーブ情報の推定ができない。

また、従来知られている画像から将来のカーブ情報を推定する方法では、微分可能であることが前提であるため、持ち手を変える必要のある交差点などにおいてカーブ情報を推定することができない。

上記課題に鑑みて、本発明は、ハンドルの持ち手を変える必要があるカーブを走行する場合において、地図などの経路情報を用いなくとも、操舵角度を推定する操舵量推定装置を提供することを目的とする。

本発明の操舵量推定装置は、取得した撮像画像から距離画像を生成する距離画像生成手段と、検出された方向指示信号に基づいて、自車前方のカーブを旋回するか否かを判定する左右折開始判断手段と、距離画像からカーブの最大半径を推定する最大カーブ半径推定手段と、推定したカーブの最大半径に対する最大操舵角度を推定する最大操舵角度推定手段と、推定した最大操舵角度から運転者のハンドル持ち手位置を推定し、出力するハンドル持ち手位置出力手段と、を有する構成とする。

また、本発明の車両制御装置は、取得した撮像画像から距離画像を生成する距離画像生成手段と、検出された方向指示信号に基づいて、自車前方のカーブを旋回するか否かを判定する左右折開始判断手段と、距離画像からカーブの最大半径を推定する最大カーブ半径推定手段と、推定したカーブの最大半径に対する最大操舵角度を推定する最大操舵角度推定手段と、推定した最大操舵角度から運転者のハンドル持ち手位置を推定し、出力するハンドル持ち手位置出力手段と、を有する操舵量推定装置と、ハンドル持ち手位置出力手段から出力された持ち手位置を運転者に報知する報知信号を生成する報知制御装置と、を有する構成とする。

ハンドルの持ち手を変える必要があるようなカーブを走行する場合において、地図などの経路情報を用いなくとも、操舵角度を推定する操舵量推定装置を提供できる。

本発明に係る操舵量推定装置を搭載した車両制御装置の概略構成を示す図である。 １８０度回転、２７０度回転、３６０度回転のハンドル持ち手の位置を示す図である。 本発明の操舵量推定装置の制御フローを示す図である。 本発明の操舵量推定装置の詳細な制御フローを示す図である。 本発明の操舵量推定装置の分岐判断制御処理を説明する図である。 本発明の操舵量推定装置の最大カーブ半径推定処理を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、操舵量推定装置を搭載した車両制御装置の概略構成を示す図である。

本発明の車両制御装置は、自車前方の画像情報を取得し、距離画像を生成するステレオカメラなどの撮像装置１１２と、撮像装置１１２から取得した画像情報や距離画像、車速センサ１０９で検知した車速情報、運転者の右左折の意思表示を検出するためのウィンカー１１０などの方向指示部から出力された方向指示信号、に基づいて、車両制御を行う操舵量推定装置である制御コントローラ１０８と、制御コントローラ１０８で生成された制御信号に基づいて減速制御を行う減速制御装置１１１と、制御コントローラ１０８で生成された制御信号に基づいて運転者に危険状態や走行状態を報知する報知信号を生成する報知制御装置１０７と、を備える。

また、報知制御装置１０７からの報知信号に基づいて、ハンドル１０２の操作位置を表示装置１０３，１０４，１０５に表示し、運転者に報知したり、スピーカー１０１から音声で運転者に報知したり、運転席に設けた計器盤であるインストルメントパネル１０６に表示して運転者に報知したりする。

なお、撮像装置１１２は、左右２つのカメラで撮像された画像の実空間上で同一の地点となる画像間の位置ずれを視差として抽出し、障害物との距離を算出する。また、過去の画像から同一の地点の距離の変化により障害物の自車両に対する相対速度を算出する。よって、地図などの経路情報を用いずに、自車前方のカーブまでの距離とカーブ半径を推定できる。

ここで、ハンドル１０２の持ち手を３つに分類した場合を図２に示す。

通常は１８０度回転のハンドル持ち手（左手位置はＬ１、右手位置はＲ１）をしており、カーブがきつくなるに従って２７０度回転のハンドル持ち手（右旋回する場合は、左手位置はＬ１のままで、右手位置はＲ１より上方の位置Ｒ２、左旋回する場合は、左手位置はＬ１より上方の位置Ｌ２で、右手位置はＲ１のまま）、３６０度回転のハンドル持ち手（右旋回する場合は、左手位置はＬ１のままで、右手位置はＲ２より右手側の位置Ｌ３、左旋回する場合は、右手位置はＲ１のままで、左手位置はＬ２より左手側の位置Ｒ３）である。

また、図３には、図１の操舵量推定装置である制御コントローラ１０８の制御フローを示す。

制御コントローラ１０８は、距離画像生成処理１０００と、右左折開始判断処理１００１と、最大カーブ半径推定処理１００２と、最大操舵角度推定処理１００３と、ハンドル位置出力処理１００４と、右左折終了判断処理１００５と、を備える。

距離画像生成処理１０００は、ステレオカメラなどの撮像装置で取得した画像情報から距離画像を生成する。

右左折開始判断処理１００１は、方向指示器であるウィンカー１１０がＯＮか否か、又、左のウィンカーがＯＮなのか、右のウィンカーがＯＮなのかを判断する。

最大カーブ半径推定処理１００２は、詳細は後述するが、撮像装置１１２であるステレオカメラで取得した画像情報や距離情報から車両前方のカーブの最大半径を推定する。

最大操舵角度推定処理１００３は、推定したカーブの最大半径に対する最大操舵角度を推定する。

ハンドル位置出力処理１００４は、詳細は後述するが、推定した最大操舵角度に基づいて、ハンドルの操作位置（持ち手位置）を出力する。

右左折終了判断処理１００５は、方向指示器であるウィンカー１１０がＯＦＦか否か、又、左のウィンカーがＯＦＦなのか、右のウィンカーがＯＦＦなのかを判断し、ＯＦＦであれば、推定した最大操舵角度信号の出力を停止する。

このような処理により、本発明は、ハンドルの持ち手を変える必要があるようなカーブを走行する場合において、地図などの経路情報を用いなくとも、操舵角度を推定する操舵量推定装置を提供できる。

よって、この操舵量推定装置を搭載した車両制御装置では、ハンドルの持ち手を変える必要があるようなカーブを走行する場合において、地図などの経路情報を用いなくとも、安定した車両制御が可能となる。

更に、具体的に図４を用いて、操舵量推定装置の制御フローを説明する。

図４が、ドライバのウィンカー操作をトリガーとして、ハンドル操作位置を出力するまでの処理フローを示したものである。

まず、ステップＳ１において、方向指示器であるウィンカー１１０がＯＮかどうかを判断する、つまり方向指示信号が入力されたか否かを判断する。ウィンカー１１０がＯＮであれば、ステップＳ２に遷移する。

ステップＳ２は、撮像装置１１２であるステレオカメラで取得した画像情報や距離情報から車両前方のカーブの最大半径を推定する。

その後、ステップＳ３は、推定したカーブの最大半径に対する最大操舵角度を推定する。

ステップＳ４は、その最大操舵角度の絶対値が０度以上１８０度未満を満たすか否かを判断する。満たす場合（ｙｅｓの場合）は、ステップＳ６にて、ハンドルの操作位置（持ち手位置）を１８０度回転の操作位置として出力する。満たさない場合（ｎｏの場合）、ステップＳ５にて、最大操舵角度の絶対値が１８０度以上２７０度未満を満たすか否かを判断する。満たす場合（ｙｅｓの場合）は、ステップＳ７にて、ハンドルの操作位置（持ち手位置）を２７０度回転の操作位置として出力する。満たさない場合（ｎｏの場合）、ステップＳ８にて、ハンドルの操作位置（持ち手位置）を３６０度回転の操作位置として出力する。

その後、ステップＳ９において、ウィンカー１１０がＯＦＦか否かを判断し、ｎｏの場合は、ウィンカー１１０がＯＦＦになるまで判断を継続し、ｙｅｓの場合は、ステップＳ１０にて、最大操舵角度信号の出力を停止する。

図６は、図４のステップＳ２の最大カーブ半径推定処理について説明する図である。

まず、撮像装置１１２から取得した撮像画像又は距離画像から、道路標示や標識、レーンなどの区画線、カーブ分岐点までの距離を検出し、更に、ウィンカー１１０から方向指示信号を検出し、運転者が単に車線変更しようとしているのか、カーブを曲がろうとしているのか、走行状態を判断する（図５参照）。

もし、運転者がカーブを曲がろうとしていると判断した場合、撮像装置１１２から取得した撮像画像を平面視点に射影変換し、その変換画像からコーナーエッジおよび道路の交差方向を算出する。そして、ウィンカー１１０方向に対するコーナーの出入口の位置を算出し、算出したコーナーの出入口の位置を曲線補間した曲線の最大カーブ半径を算出する。

また、図４のステップＳ３の最大操舵角推定処理について説明する。

ＣＳＷＳ（カーブ速度警報システム）によると、カーブを横加速度５.９ｍ／ｓ（０.６Ｇ）以下とするための安全速度Ｖ_WTは、以下（１）式により算出する。

よって、２自由度モデルの定常特性より、カーブ半径Ｒが決まるとき、図６で算出した最大カーブ半径に対する目標最大操舵角δは、以下（４）式により算出する。なお、ｍ：車両質量［kg］、ｌ：ホイールベール［ｍ］、ｌ_f，ｌ_r：フロント／リア車軸重心間距離［ｍ］、Ｋ_f，Ｋ_r：フロント／リアコーナリングスティフネス［Ｎ／rad］、ｉ_s：ギアレシオ、κ：曲率［１／ｍ］、Ｋ：スタビリティファクタ［ｓ²／ｍ²］とする。

但し、以下κおよびＫは、それぞれ（５）式、（６）式とする。

例えば、ギアレシオｉ_s＝１６.５、カーブ半径Ｒ＝１５［ｍ］のときの最大操舵角度δは、以下の通りとなる。
e.g.
δ_f＝2.6(1／15＋5.9×2.31×10^-3)＝0.2088［rad］＝11.96［deg］
δ＝11.96×16.5＝197.36［deg］

１０１ スピーカー
１０２ ハンドル
１０３，１０４，１０５ 表示装置
１０６ インストルメントパネル
１０７ 報知制御装置
１０８ 制御コントローラ
１０９ 車速センサ
１１０ ウィンカー
１１１ 減速制御装置
１１２ 撮像装置

Claims (5)

1. 取得した撮像画像から距離画像を生成する距離画像生成手段と、
   検出された方向指示信号に基づいて、自車前方のカーブを旋回するか否かを判定する左右折開始判断手段と、
   前記距離画像から前記カーブの最大半径を推定する最大カーブ半径推定手段と、
   推定した前記カーブの最大半径に対する最大操舵角度を推定する最大操舵角度推定手段と、
   推定した最大操舵角度から運転者のハンドル持ち手位置を推定し、出力するハンドル持ち手位置出力手段と、を有する操舵量推定装置。
2. 請求項１記載の操舵量推定装置において、
   前記最大操舵角度推定手段は、最大操舵角度の絶対値が０度以上１８０度未満を満たすか否かを判断し、満たす場合は、
   前記ハンドル持ち手位置出力手段は、前記最大操舵角度の絶対値が０度以上１８０度未満を満たす場合は、ハンドルの持ち手位置を１８０度回転の操作位置として出力する操舵量推定装置。
3. 請求項２記載の操舵量推定装置において、
   前記最大操舵角度推定手段は、前記最大操舵角度の絶対値が０度以上１８０度未満を満たさない場合に、前記最大操舵角度の絶対値が１８０度以上２７０度未満を満たすか否かを判断し、
   前記ハンドル持ち手位置出力手段は、前記最大操舵角度の絶対値が１８０度以上２７０度未満を満たす場合は、ハンドルの持ち手位置を２７０度回転の操作位置として出力する操舵量推定装置。
4. 請求項３記載の操舵量推定装置において、
   前記ハンドル持ち手位置出力手段は、前記最大操舵角度の絶対値が０度以上１８０度未満を満たさない場合で、且つ、前記最大操舵角度の絶対値が１８０度以上２７０度未満を満たさない場合、ハンドルの持ち手位置を３６０度回転の操作位置として出力する操舵量推定装置。
5. 取得した撮像画像から距離画像を生成する距離画像生成手段と、検出された方向指示信号に基づいて、自車前方のカーブを旋回するか否かを判定する左右折開始判断手段と、前記距離画像から前記カーブの最大半径を推定する最大カーブ半径推定手段と、推定した前記カーブの最大半径に対する最大操舵角度を推定する最大操舵角度推定手段と、推定した最大操舵角度から運転者のハンドル持ち手位置を推定し、出力するハンドル持ち手位置出力手段と、を有する操舵量推定装置と、
   前記操舵量推定装置の前記ハンドル持ち手位置出力手段から出力された前記持ち手位置を運転者に報知する報知信号を生成する報知制御装置と、
   を有する車両制御装置。