JP2013205196A

JP2013205196A - 路面状態推定装置

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Publication number: JP2013205196A
Application number: JP2012073960A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Sugai; 晴彦菅井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-10-07

Abstract

【課題】シンプルな構成によるシンプルな処理により路面状態の推定を行う路面状態推定装置を提供する。
【解決手段】左前輪が通過を予定する左路面領域および右前輪が通過を予定する右路面領域のそれぞれに所定形状の参照パターンを投射する。また、左路面領域および右路面領域に投射された参照パターン３６を撮影する。そして、撮影された左路面領域の参照パターン３６および撮影された右路面領域の参照パターン３６を基準投射パターン４８と比較し、車両進行方向のパターンの形状変化に基づき、参照パターン３６が投射されている左路面領域および右路面領域の路面勾配を推定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、路面状態推定装置、特にシンプルな構成で路面の勾配状態を推定する装置に関する。

従来、路面形状を認識して、その認識結果を用いて車両の走行状態を安定化させたり、乗り心地を向上させたりする技術の開発が進められている。従来の路面形状の認識は、例えば、車両前方の状況をカメラ等の撮影装置で撮影し、その撮影した画像を画像処理することによって路面形状を認識する装置がある。例えば、特許文献１に開示された路面形状認識装置は、車両前方の路面上に格子状のパターン画像を投射し、そのパターン画像を撮影装置で撮影している。このとき、路面に凹凸等が存在する場合、投射したパターン画像の格子が路面の凹凸の状態によって歪む。この歪み具合を解析することによって路面形状を認識している。

特開２００８−２１７２６７号公報

しかし、特許文献１の装置の場合、車両前方の比較的広範囲に格子状のパターン画像を投射している。また、撮影装置は、そのパターン画像の全体を撮影している。そして、画像処理部は撮影した車両前方のパターン画像全体の解析を行い、格子の歪みを検出している。この場合、認識精度を向上させるためには、投射するパターン画像の格子ピッチを細かくする必要がある。また、格子の歪みを正確に認識するためには、撮影装置の解像度を高くする必要がある。そのため、投射装置および撮影装置は高性能なものが要求され、装置の大型化やコスト上昇等を招くという問題があった。また、細かい格子ピッチのパターン画像の画像処理には時間がかかり、路面状態の判定に遅れが出るおそれがあった。路面状態の判定の遅れは車両制御の遅れにもつながり、路面状態の認識結果を有効に利用できないおそれがあった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シンプルな構成によるシンプルな処理により路面状態の推定を行う路面状態推定装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の路面状態推定装置は、左前輪が通過を予定する左車輪通過ラインを含む左路面領域および右前輪が通過を予定する右車輪通過ラインを含む右路面領域のそれぞれに所定形状の参照パターンを投射する投射手段と、実質的に平坦と見なせる基準路面で前記参照パターンを投射したときの基準投射パターンを保持する記憶手段と、前記左路面領域および前記右路面領域に投射された前記参照パターンを撮影する撮影手段と、撮影された前記左路面領域の前記参照パターンおよび撮影された前記右路面領域の前記参照パターンを前記基準投射パターンと比較し、車両進行方向のパターンの形状変化に基づき、前記参照パターンが投射されている前記左路面領域および前記右路面領域の路面勾配を推定する勾配推定手段と、を含む。

この態様によると、前輪前方の路面に凹凸などに基づく勾配が存在する状況で、参照パターンがその勾配部分に投射されると、平坦路面に投射された場合と比較して、参照パターンの車両前後方向の形状が変化する。例えば、登り勾配に参照パターンが投射されると平坦路面に投射された場合と比較して車両前後方向の長さが短くなる。逆に下り勾配に参照パターンが投射されると平坦路面に投射された場合と比較して車両前後方向の長さが長くなる。つまり、参照パターンの長さ比較を行うシンプルな処理により、前輪が通過を予定する車輪通過ライン上に勾配があることが推定できる。また、車両前後方向の参照パターンの長さ変化に基づいて、勾配度合いを推定できる。

前記勾配推定手段は、前記参照パターンが投射されている前記左路面領域および前記右路面領域の路面勾配に基づいて、前記参照パターンが投射されている位置の横断勾配を推定してもよい。左路面領域の路面勾配と右路面領域の路面勾配との差は、車両左右方向の路面の高さの差に対応する。したがって、左路面領域の路面勾配と右路面領域の路面勾配の差から横断勾配が推定できる。

前記記憶手段は、車両の姿勢によって当該車両の前後方向に投射位置を所定量だけ変化させた複数の修正基準投射パターンを保持し、前記勾配推定手段は、前記基準投射パターンの投射位置と前記撮影手段が撮影した前記参照パターンの投射位置の車両前後方向の変化量に対応した前記修正基準投射パターンを用いて前記路面勾配を推定してもよい。投射手段が投射する参照パターンの投射位置は、車両の姿勢、例えば車両前後方向のピッチ角の変化や乗員数や積載量の変化による車高の変化により車両前後方向に変化する。その結果、参照パターンを勾配のない平坦路面に投射しても大きさが変化する。そこで、修正基準投射パターンを複数準備しておき、車両の姿勢に応じて勾配推定に用いる基準投射パターンを使い分ける。その結果、勾配推定精度が車両姿勢によって低下することが防止できる。

前記参照パターンは、少なくとも車両前後方向に対角線を有する形状であってもよい。参照パターンを車両前後方向に対角線を有する形状にすることにより、車両前後方向の形状の変化を容易かつ正確に検出できる。その結果、勾配推定精度が向上できる。

本発明によれば、シンプルな構成によるシンプルな処理により路面状態の推定を行う路面状態推定装置が提供できる。

実施の形態に係る路面状態推定装置を搭載する車両の斜視図である。実施の形態に係る路面状態推定装置を説明する機能ブロック図である。実施の形態に係る路面状態推定装置において車両姿勢の変化に応じて参照パターンの投射位置および参照パターンの形状が変化することを説明する説明図である。実施の形態に係る路面状態推定装置を用いた勾配推定処理を説明する説明図である。実施の形態に係る路面状態推定装置において、車両の姿勢が変化したときの参照パターンによる勾配推定を説明する説明図である。実施の形態に係る路面状態推定装置の勾配推定処理を説明するフローチャートである。実施の形態に係る路面状態推定装置において、横断勾配の推定処理を説明するフローチャートである。実施の形態に係る路面状態推定装置における参照パターンの車両前後方向の長さ変化を検出する際の別の実施例を説明する説明図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。
本実施形態の路面状態推定装置は、左前輪が通過を予定する左路面領域および右前輪が通過を予定する右路面領域のそれぞれに所定形状の参照パターンを投射する。また、左路面領域および右路面領域に投射された参照パターンを撮影する。そして、撮影された左路面領域の参照パターンおよび撮影された右路面領域の参照パターンをそれぞれ基準投射パターンと比較する。そして、車両進行方向の参照パターンの形状変化に基づき、参照パターンが投射されている左路面領域および右路面領域の路面勾配を推定するものである。

図１は、本発明の実施形態にかかる路面状態推定装置を搭載する車両１０の斜視図である。車両１０は、車両タイプの一例として４ドアセダンタイプを示しているが、２ドアタイプ、ワンボックスタイプ、ＲＶタイプ等車両タイプに拘わらず本実施形態の路面状態推定装置は適用できる。路面状態推定装置は、投射手段により参照パターンを車両１０前方位置に投射して、その参照パターンを撮影手段で撮影する。そして、撮影した参照パターンを解析することにより、車両前方の路面状態を推定する。

投射手段は、例えば、赤外線レーザ、紫外線レーザ、可視光レーザ等の平行光を照射可能な投射装置１２で構成できる。本実施形態の場合、投射装置１２は、左前輪が通過を予定する左車輪通過ライン１４Ｌを含む左路面領域１６Ｌに、後述する形状の参照パターンを投射する左投射装置１２Ｌと、右前輪が通過を予定する右車輪通過ライン１４Ｒを含む右路面領域１６Ｒに、参照パターンを投射する右投射装置１２Ｒとで構成される。なお、特に区別する必要のない場合には、単に「投射装置１２」と表す。また、左路面領域１６Ｌ、右路面領域１６Ｒは特に区別する必要のない場合には、単に「路面領域１６」と表す。投射装置１２は、左路面領域１６Ｌと右路面領域１６Ｒに個別に参照パターンを投射できればよい。例えば、左路面領域１６Ｌ用と右路面領域１６Ｒ用に左右別々の投射装置１２を設けてもよい。また、１つの投射装置１２で左路面領域１６Ｌ用の参照パターンと右路面領域１６Ｒ用の参照パターンを投射してもよい。

撮影手段は、投射装置１２が照射する光による参照パターンを撮影可能なカメラ１８であり、例えば、投射装置１２より路面側にオフセットした位置に固定されている。カメラ１８は、左路面領域１６Ｌに投射された参照パターンを撮影するカメラ１８Ｌと、右路面領域１６Ｒに投射された参照パターンを撮影するカメラ１８Ｒとで構成される。なお、特に区別する必要のない場合には、単に「カメラ１８」と表す。カメラ１８も左路面領域１６Ｌと右路面領域１６Ｒの参照パターンが撮影できればよく、例えば、左路面領域１６Ｌ用と右路面領域１６Ｒ用に左右別々のカメラ１８を設けることができる。また、１つのカメラ１８で左路面領域１６Ｌ用の参照パターンと右路面領域１６Ｒ用の参照パターンを撮影してもよい。なお、投射装置１２の投射角が路面に対して浅い角度になると、光の反射量が少なくなったり、太陽光の影響を受けやすくなる。そのため、投射角はできるだけ深くすることが望ましい。ただし、投射角を深くすると、左路面領域１６Ｌ、右路面領域１６Ｒの位置が車両１０に接近することになる。この照射位置が極端に車両１０に近づくと、その位置で路面状態を検出しても、その路面状態に対して車両のアクチュエータの応答速度が追いつかない場合がある。したがって、例えば８０ｋｍ／ｈ等で走行している場合において、車両のアクチュエータが応答速度に基づいて算出できる移動距離より前方位置の路面状態を推定できるように、投射装置１２の照射角の設定、つまり左路面領域１６Ｌ、右路面領域１６Ｒの位置を設定する必要がある。なお、図１は、説明のために投射装置１２、カメラ１８を誇張表現しているが、実際は、前照灯の一部やフロントバンパの一部に埋め込み、外観上目立たないように配慮することが望ましい。

参照パターンの大きさは、少なくとも車輪の幅と同等またはそれ以上、例えば、車輪幅の２倍程度までとすることができる。車両１０の乗り心地や走行安定性を制御するためには、少なくとも前輪が通過する位置の路面状態が分かればよい。そのため、路面領域１６の幅は必要以上に大きくする必要はなく車輪幅より少し大きければ十分である。また、カメラ１８も路面領域１６に投射される参照パターンが撮影できればよく、撮影範囲を路面領域１６と同等またはそれより少し広い範囲を撮影できれば十分である。また、このように、撮影範囲を前輪が通過する領域に限定することで、画像処理範囲を狭くすることが可能で処理速度の向上に寄与できる。

図２は、本実施の形態に係る路面状態推定装置を説明する機能ブロック図である。
路面状態推定装置全体を制御する制御部２２は、ＣＰＵを含むマイクロプロセッサとして構成されている。制御部２２は、投射制御部２４、カメラ制御部２６、画像取得部２８、判定部３０、記憶部３２、結果出力部３４等を含んでいる。

投射制御部２４は、投射装置１２の制御全般を行い、参照パターンの投射／非投射を制御したり、周囲の状況に応じて照射強度の調整を行ったりする。カメラ制御部２６は、カメラ１８の画像取得制御の全般を行い、参照パターンを撮影／非撮影を制御したり、撮影感度の調整や撮影領域の調整を行う。なお、投射装置１２およびカメラ１８は、基本的には、走行状態であると確認できるとき、例えばシフト位置が「走行レンジ」のとき等に常時参照パターンの投射および撮影を行う。別の例では、路面状態推定を実行するか否かをドライバが選択できる場合は、路面状態推定モードが選択された場合のみ投射制御部２４、カメラ制御部２６等を動作させるようにしてもよい。

画像取得部２８は、カメラ制御部２６を介してカメラ１８が撮影した画像を一時的に保存し、適宜判定部３０に画像を提供する。判定部３０は、記憶部３２から判定に用いる基準投射パターンを選択する。記憶部３２は、当該車両１０に搭載された投射装置１２およびカメラ１８を用いて、実質的に平坦と見なせる基準路面に参照パターンを投射したときに得られる参照パターンを基準投射パターンとして保持する。基準投射パターンは、車両１０を出荷検査場等、路面と見なせる平坦な床面に停車した状態で取得する。投射装置１２により、車両１０が停止した床面と同一平面上の所定位置、つまり、前輪接地点を基準に所定の車両前方位置（路面領域１６）に参照パターンを投射する。そして、記憶部３２は、カメラ１８により撮影された参照パターンを基準投射パターンとして記憶する。なお、この、基準投射パターンは、車両１０ごとにデフォルト値として記憶することが望ましいが、車両１０として、投射装置１２やカメラ１８の設置位置が一定であることを保証できる場合は、車種ごとに設計段階等で定めた基準投射パターンを記憶してもよい。

また、記憶部３２は、車両１０の姿勢によって当該車両１０の前後方向に投射位置を所定量だけ変化させた複数の修正基準投射パターンを保持する。図３は、路面状態推定装置において車両姿勢の変化に応じて参照パターンの投射位置および参照パターンの形状が変化することを説明する説明図である。前述したように、投射装置１２は車両１０の前方の所定位置の路面領域１６に深い投射角度で参照パターンを投射している。したがって、図３（ａ）に示すように、投射装置１２やカメラ１８の位置が上下方向に変化することにより、参照パターン３６の位置が変化する。例えば、前輪が路面の凸部を登る場合や凹部からの脱出の際に登る場合は、車輪の姿勢が平坦路面に車輪が接地している場合に比べて上向きになる。その結果、例えば車両１０が平坦路面に存在するときの投射装置１２の位置１２Ａが位置１２Ｂに変化する。同様に、カメラ１８の位置１８Ａが位置１８Ｂに変化する。その結果、参照パターンが平坦路面での投射位置である参照パターン３６Ａの位置から参照パターン３６Ｂの位置へ遠のくように移動する。同様に、サスペンションの設定等により車高が標準車高より高くなっている場合も参照パターンが、平坦路面で投射されたときに比べ遠くに照射される。逆に、前輪が路面の凸部から下る場合や凹部を下る場合は、車輪の姿勢が平坦路面に車輪が接地している場合に比べて下向きになる。その結果、参照パターンが平坦路面で投射したときに比べて近くに照射される。同様に、サスペンションの設定等により車高が標準車高より低くなっている場合や乗員数や積載物が標準設定より多い場合も参照パターンは平坦路面で投射されたときに比べ近くに照射される。

図３（ｂ）は、カメラ１８が撮影する参照パターン３６の位置の変化を示している。なお、図３（ｂ）の場合、参照パターン３６の形状の一例として「菱形」を示している。後述するように、参照パターン３６の投射位置に勾配があると、投射距離が車両前後方向に変化するので、参照パターン３６の車両前後方向の長さが変化する。したがって、参照パターン３６は、車両前後方向の長さの変化を検出し易いように、少なくとも車両前後方向に対角線を有する形状であることが望ましい。図３（ｂ）の参照パターン３６Ａは、車両１０が平坦路面に存在し、車高が標準車高である場合に撮影された場合を示している。この参照パターン３６Ａの位置を基準に、車両１０姿勢が上向きになった場合、または車高が標準車高より高くなった場合に撮影されたものが参照パターン３６Ｂである。投射装置１２が照射する光は平行光なので、撮影画面上では、路面領域１６が遠くなるほど参照パターン３６の大きさは小さくなる。逆に、車両１０姿勢が下向きになった場合、または車高が標準車高より低くなった場合に撮影されたものが参照パターン３６Ｃである。この場合、撮影画面上では、路面領域１６が近くなるほど参照パターン３６の大きさは大きくなる。したがって、路面状態推定中において、参照パターン３６の投射／撮影のタイミングで車両１０の姿勢が平坦路面にあると見なせる場合は、参照パターン３６Ａと同じ基準投射パターンを参照することになる。また、路面状態推定中において、車両１０の姿勢が上向きまたは車高が高くなった場合は、その変化量に応じて、参照パターン３６Ｂのように参照パターン３６Ａより小さい修正基準投射パターンを参照することになる。同様に、路面状態推定中において、車両１０の姿勢が下向きまたは車高が低くなった場合は、その変化量に応じて、参照パターン３６Ｃのように参照パターン３６Ａより大きな修正基準投射パターンを参照することになる。

基準投射パターン（参照パターン３６Ａと同じパターン）に対する修正基準投射パターン（参照パターン３６Ｂや参照パターン３６Ｃと同じパターン）は、図３（ａ）に示すように、車両１０を平坦路面上でリフトや車高調整装置等により上下方向に動かすことで得ることができる。例えば、平坦路面上に停止した標準車高の車両１０に搭載された投射装置１２で参照パターンを投射し、カメラ１８により参照パターン３６Ａを撮影した状態で、車両１０の車高を上げて行くことで、参照パターン３６はＺｕ方向に移動し、参照パターン３６Ｂが得られる。この場合、参照パターン３６Ａの中心位置Ｐ０が参照パターン３６Ｂの中心位置Ｐ１に移動することになる。この参照パターン３６Ｂを修正基準投射パターンとすることができる。同様に、車両１０の車高を下げて行くことで、参照パターン３６はＺｄ方向に移動し、参照パターン３６Ｃが得られる。この場合、参照パターン３６Ａの中心位置Ｐ０が参照パターン３６Ｃの中心位置Ｐ２に移動することになる。この参照パターン３６Ｃを修正基準投射パターンとすることができる。このとき、修正基準投射パターンの基準投射パターンに対する車両前後方向の形状変形量、つまり車両前後方向の長さＬの変化は、Ｚｕ方向またはＺｄ方向の移動量Ｚの関数Ｌ（ｚ）で示すことができる。

言い換えれば、車両１０の姿勢が変化していても、カメラ１８で撮影した画像上の参照パターン３６の位置（中心位置）の基準投射パターン（参照パターン３６Ａと同じ）の中心位置からの変化量Ｚが分かれば、修正基準投射パターン（参照パターン３６Ｂや参照パターン３６Ｃと同じパターン）が記憶部３２から選択できる。なお、車両１０は加減速するときも車両前後方向のピッチ角が変化するので、平坦路と見なせる道路を走行中でも加減速状態時には、修正基準投射パターンが選択されることになる。

図２に戻り、判定部３０は、画像取得部２８から提供される推定対象の路面領域の参照パターン３６の画像と記憶部３２から選択した基準投射パターンまたは修正基準投射パターンの車両前後方向の長さＬの差分に基づいて、対象路面の勾配、例えば登り勾配や下り勾配を推定しその大きさ（勾配値）を算出する。結果出力部３４は、判定部３０が算出した勾配値を外部の機器の制御部に対し出力する。外部機器としては、例えば、スタビライザ３８、サスペンション４０、ブレーキ制御部４２、エンジン制御部４４等、車両の乗り心地を向上させるための機器や、車両の安定化走行を実現するための機器に提供される。例えば、スタビライザ３８をモータ等によって強制的に制御できる場合、路面の勾配状態（凹凸状態）に応じてスタビライザの状態を変化させれば乗り心地の向上に寄与できる。また、サスペンション４０の設定を変化させることができる場合、路面の勾配状態（凹凸状態）に応じてサスペンションの硬さを変化させれば乗り心地の向上に寄与できる。ブレーキ制御部４２やエンジン制御部４４を路面の勾配状態（凹凸状態）に応じて制御すれば、制動状態や加減速状態を路面状態に対応させ、乗り心地を向上すると共に走行安定性の向上にも寄与できる。なお、図２に示す外部機器は一例であり、車両１０に搭載された種々の機器に路面の勾配状態を提供し制御に利用することができる。

図４は、本実施形態の路面状態推定装置を用いた勾配推定処理を説明する説明図である。なお、図４の場合、説明の簡略化のため、車両１０が実質的に平坦な路面、すなわち路面に対して投射装置１２やカメラ１８の高さの変化が無視できる程度の路面を走行しているときの前方の路面状態を推定する例を説明する。路面領域１６Ｌと路面領域１６Ｒにおける勾配推定は同じなので、以下の説明では左右を区別せずに説明する。

図４（ａ）は、前輪１０ａの前方の路面４６にある凹凸の登り勾配面４６ａまたは下り勾配面４６ｂを路面状態として推定する場合を示している。なお、図４（ａ）は、説明のために例えば路面４６に存在する凹凸に起因する登り勾配面４６ａおよび下り勾配面４６ｂを誇張表現している。前述したように、投射装置１２の照射する参照パターン３６は平行光で形成されるので、図４（ａ）に示すように路面状態の推定対象である路面領域１６に凹凸などによる登り勾配面４６ａが存在する場合、参照パターン３６は、実際より車両１０から近い位置に投射されることになる。その結果、図４（ｂ）に示すように、同じ路面領域１６が平坦路面Ｇであった場合に形成される基準投射パターン４８の車両前後方向の長さＬ０に比べ、実際に投射される参照パターン３６の車両前後方向の長さＬの長さが短くなる。この場合、長さＬ０に対して長さＬは、登り勾配面４６ａの角度に比例し、登り角度が大きくなるほど短くなる。同様に、路面状態の推定対象である路面領域１６に凹凸などによる下り勾配面４６ｂが存在する場合、参照パターン３６は、実際より車両１０から遠い位置に投射されることになる。その結果、図４（ｃ）に示すように、同じ路面領域１６が平坦路面Ｇであった場合に形成される基準投射パターン４８の車両前後方向の長さＬ０に比べ、実際に投射される参照パターン３６の車両前後方向の長さＬの長さが長くなる。この場合、長さＬ０に対して長さＬは、下り勾配面４６ｂの角度に比例し、下り角度が大きくなるほど長くなる。

このように、記憶部３２が保持する基準投射パターン４８より実際に取得した参照パターン３６の車両前後方向の長さが短ければ、推定対象である路面領域１６の勾配は登り勾配であると推定できる。また、基準投射パターン４８より実際に取得した参照パターン３６の車両前後方向の長さが長ければ、推定対象である路面領域１６の勾配は下り勾配であると推定できる。また、基準投射パターン４８に対する参照パターン３６の車両前後方向の長さ変化の大きさに基づいて、勾配の大きさを推定できる。この場合、例えば記憶部３２に、基準投射パターン４８に対する参照パターンの車両前後方向の長さ変化量と勾配の大きさを対応付けたマップを予め準備しておけばよい。したがって、範囲が限定された路面領域１６における参照パターンを撮影するというシンプルな構成で路面状態の推定を実現できる。また、参照パターンの形状変化を検出するというシンプルな処理により容易かつ迅速に路面状態の推定で実現できる。

ところで、前述したように、車両１０の姿勢、例えば車両前後方向のピッチ角や車高が変化すると基準投射パターン４８が変化する。つまり、路面状態の推定対象となる路面領域１６に凹凸などにより勾配が存在する場合の比較基準が変化することになる。したがって、路面状態推定装置の制御部２２は、路面状態の推定時に適切な修正基準投射パターンを記憶部３２から選択する必要がある。図５は、修正基準投射パターンを利用した路面状態の推定を説明する説明図である。

ここでは、例えば車両１０の前輪が路面の凸に登っている場合または、路面の凹から脱出するために登っている場合で、車両前後方向のピッチ角が上方向に変化した場合を説明する。図３に示したように、車両１０のピッチ角の変化に伴い、投射装置１２の照射位置が変化してカメラ１８は、図５（ａ）に示すように例えば参照パターン３６Ｂを得る。判定部３０は、まず、撮影した参照パターン３６Ｂの中心位置Ｐ０と、車両１０のピッチ角変化がない場合、すなわち、車両１０が路面に対して水平と見なせる場合に撮影される参照パターン３６Ａの中心位置Ｐ０との車両前後方向の移動量Ｚを検出する。この場合、画像上で参照パターン３６Ｂが車両１０から遠ざかる方向に移動しているので移動量Ｚｕを検出することになる。そして、この移動量Ｚｕに対応する修正基準投射パターン５０Ａを記憶部３２から選択する。判定部３０は、修正基準投射パターン５０Ａを選択した後は、図４（ｂ）での説明と同様に、修正基準投射パターン５０Ａの車両前後方向の長さＬ０に対して、現在撮影された参照パターン３６Ｂの車両前後方向の長さＬの長さを比較する。そして、図５（ａ）に示すように、Ｌ０＞Ｌの場合、路面領域１６には登り勾配面が存在すると推定する。一方、Ｌ０＜Ｌの場合は、路面領域１６には下り勾配面が存在すると推定する。なお、Ｌ０＝Ｌの場合は、路面領域１６に勾配がないと推定する。

図５（ｂ）は、車両１０の前輪が路面の凹に侵入している場合または、路面の凸から下っている場合で、車両前後方向のピッチ角が下方向に変化した場合である。この場合、図３に示したように、車両１０のピッチ角の変化に伴い、投射装置１２の照射位置が変化してカメラ１８は、図５（ｂ）に示すように例えば参照パターン３６Ｃを得る。この場合も判定部３０は、まず、撮影した参照パターン３６Ｃの中心位置Ｐ２と、車両１０のピッチ角変化がない場合、すなわち、車両１０が路面に対して水平と見なせる場合に撮影される参照パターン３６Ａの中心位置Ｐ０との車両前後方向の移動量Ｚを検出する。この場合、画像上で参照パターン３６Ｂが車両１０に近づく方向に移動しているので移動量Ｚｄを検出することになる。そして、この移動量Ｚｄに対応する修正基準投射パターン５０Ｂを記憶部３２から選択する。判定部３０は、修正基準投射パターン５０Ｂを選択した後は、図４（ｃ）での説明と同様に、修正基準投射パターン５０Ｂの車両前後方向の長さＬ０に対して、現在撮影された参照パターン３６Ｃの車両前後方向の長さＬの長さを比較する。そして、図５（ｂ）に示すように、Ｌ０＜Ｌの場合、路面領域１６には下り勾配面が存在すると推定する。一方、Ｌ０＞Ｌの場合は、路面領域１６には登り勾配面が存在すると推定する。なお、Ｌ０＝Ｌの場合は、路面領域１６に勾配がないと推定する。

図６は、本実施形態の路面状態推定装置の推定処理を説明するフローチャートである。この処理は、例えば、車両１０の走行が確認できる場合、例えば、シフトレバーの位置が「走行レンジ」にある場合や、車輪速センサ等からの信号に基づき、車両１０が現実に走行している場合に、所定の周期で左右の路面領域１６に対して繰り返し実行される。制御部２２は、投射制御部２４を制御して投射装置１２により参照パターンを照射する（Ｓ１００）。そして、カメラ制御部２６を制御してカメラ１８により参照パターン３６を撮影する（Ｓ１０２）。続いて、制御部２２は、撮影した参照パターン３６の画像上の位置を検出し（Ｓ１０４）、車両１０が路面に対して水平と見なせる状態で撮影されたか否か、つまり投射位置ズレがあるか否かを参照パターンの中心位置の変化の有無から判定する。投射位置ズレがない場合（Ｓ１０６のＮ）、判定部３０は、記憶部３２から基準投射パターンを選択する（Ｓ１０８）。一方、投射位置ズレがある場合（Ｓ１０６のＹ）、修正基準投射パターンを選択する（Ｓ１１０）。

そして、判定部３０は、選択した基準投射パターンまたは修正基準投射パターンの車両前後方向の長さＬ０と実際に撮影した参照パターン３６の車両前後方向の長さＬの比較を行う（Ｓ１１２）。比較の結果、長さ変化がなくＬ＝Ｌ０の場合は（Ｓ１１４のＹ）、路面領域１６の路面に勾配はないと推定して、このフローを一旦終了する。一方、Ｌ≠Ｌ０の場合で（Ｓ１１４のＮ）、Ｌ＞Ｌ０の場合は（Ｓ１１６のＹ）、推定対象の路面領域１６には下り勾配が存在すると推定する（Ｓ１１８）。前述したように、長さＬ０と長さＬとの差分は勾配に比例するので、この差分に予め試験等により算出しておいた下り勾配係数Ｋａをかけることで、実際の下り勾配の大きさＳｄ＝Ｋａ＊（Ｌ−Ｌ０）を推定できる。また、Ｌ＜Ｌ０の場合は（Ｓ１１６のＮ）、推定対象の路面領域１６には登り勾配が存在すると推定する（Ｓ１２０）。この場合も予め試験等により算出しておいた登り勾配係数Ｋｂをかけることで、実際の登り勾配の大きさＳｕ＝Ｋｂ＊（Ｌ０−Ｌ）を推定できる。Ｓ１１６またはＳ１１８で路面勾配ありと推定した場合、制御部２２は結果出力部３４を介して、推定した勾配値を各種機器に出力して（Ｓ１２２）、車両の乗り心地向上処理や車両の走行安定化処理に利用する。

図６で説明したフローチャートでは、車両１０の左右の車輪ごとに勾配を推定して、車両１０の制御に利用したが、判定部３０は左車輪の前方の勾配状態と右車輪の前方の勾配状態を用いて、車両前方の路面の横断勾配（カント）を推定することができる。図７のフローチャートに示すように、少なくとも左前輪の前方または右前輪の前方の一方に勾配ありと推定された場合は（Ｓ２００のＹ）、路面領域１６を含む路面に横断勾配が存在する可能性がある。例えば、左車輪前方の路面領域１６Ｌに登り勾配面４６ａが存在し、右車輪前方の路面領域１６Ｒには下り勾配面４６ｂが存在する場合、または左の登り勾配より小さな登り勾配が存在する場合、または勾配が存在しない場合、左右の路面領域１６を含む路面は左側が高く、右側が低い横断勾配の路面であると推定できる。逆に右車輪前方の路面領域１６Ｒに登り勾配面４６ａが存在し、左車輪前方の路面領域１６Ｌには下り勾配面４６ｂが存在する場合、または右の登り勾配より小さな登り勾配が存在する場合、または勾配が存在しない場合、左右の路面領域１６を含む路面は右側が高く、左側が低い横断勾配の路面であると推定できる。この場合、左車輪前方の路面領域１６Ｌの勾配値と右車輪前方の路面領域１６Ｒの勾配値の差分から横断勾配値と方向が算出できる（Ｓ２０２）。そして、制御部２２は結果出力部３４を介して、推定した横断勾配値を各種機器に出力して（Ｓ２０４）、車両の乗り心地向上処理や車両の走行安定化処理に利用する。例えば、スタビライザ３８を制御して車両１０のロールを抑制するようにすることができる。なお、Ｓ２００で左右いずれの勾配も推定されていない場合（Ｓ２００のＮ）、この処理を一旦終了する。

上述した実施形態では、参照パターンの形状として、車両前後方向に対角線を有する「菱形」を一例として示した。そして、車両前後方向の長さ（対角線の長さ）Ｌを基準投射パターンの車両前後方向の長さ（対角線の長さ）Ｌ０と比較することにより、路面領域１６における勾配の有無や勾配の程度を推定した。別の例では、図８に示すように、参照パターンの菱形の車両前後方向の長さ（対角線の長さ）Ｌ０を車両左右方向の対角線の位置で分割して、長さＬＡ、ＬＢについてそれぞれ長さ比較を行ってもよい。この場合、長さＬＡの部分と長さＬＢの部分で個別の勾配推定が可能になる。例えばＬＡの部分では、登り勾配、長さＬＢの部分では下り勾配である等の推定が可能になり、より、勾配推定精度の向上が可能になる。

また、上述した実施形態では、参照パターンの形状として「菱形」を示したが、車両前後方向に対角線を有する形状であれば適宜変更可能である。例えば、４角以上の多角形でもよい。例えば、菱形の左右方向を切り取った六角形状でもよいし、切り取り部分を曲面としてもよい。また、車両前後方向の長さ（例えば最大長）の検出が可能であれば、円形や楕円形等で本実施形態と同様の効果を得ることができる。

本実施形態では、車両１０の前方の路面の状態を推定して前輪の制御を主に行うことを示した。この場合、後輪の制御は、前輪の制御状態に応じて制御するようにすればよい。他の実施例では、前輪と後輪の距離に応じて遅延処理を行い、前輪で用いた路面の状態を後輪の制御に用いてもよい。

以上、本発明を上述の実施形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、実施形態や変形例の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０車両、１０ａ前輪、１２投射装置、１４車輪通過ライン、１６Ｌ左路面領域、１６Ｒ右路面領域、１６路面領域、１８カメラ、３６参照パターン、４６路面、４８基準投射パターン、５０修正基準投射パターン。

Claims

左前輪が通過を予定する左車輪通過ラインを含む左路面領域および右前輪が通過を予定する右車輪通過ラインを含む右路面領域のそれぞれに所定形状の参照パターンを投射する投射手段と、
実質的に平坦と見なせる基準路面で前記参照パターンを投射したときの基準投射パターンを保持する記憶手段と、
前記左路面領域および前記右路面領域に投射された前記参照パターンを撮影する撮影手段と、
撮影された前記左路面領域の前記参照パターンおよび撮影された前記右路面領域の前記参照パターンを前記基準投射パターンと比較し、車両進行方向のパターンの形状変化に基づき、前記参照パターンが投射されている前記左路面領域および前記右路面領域の路面勾配を推定する勾配推定手段と、
を含むことを特徴とする路面状態推定装置。
前記勾配推定手段は、前記参照パターンが投射されている前記左路面領域および前記右路面領域の路面勾配に基づいて、前記参照パターンが投射されている位置の横断勾配を推定することを特徴とする請求項１記載の路面状態推定装置。
前記記憶手段は、車両の姿勢によって当該車両の前後方向に投射位置を所定量だけ変化させた複数の修正基準投射パターンを保持し、
前記勾配推定手段は、前記基準投射パターンの投射位置と前記撮影手段が撮影した前記参照パターンの投射位置の車両前後方向の変化量に対応した前記修正基準投射パターンを用いて前記路面勾配を推定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の路面状態推定装置。
前記参照パターンは、少なくとも車両前後方向に対角線を有する形状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の路面状態推定装置。