JP2014046710A - 操舵角センサの中立点補正装置及び中立点補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の操舵角センサの中立点補正の精度を向上する。
【解決手段】中立点補正用演算部３０は、カメラ１０により進行方向を撮影した画像から道路上の白線（車線）を抽出し、抽出された白線に基づき道路の曲率半径を推定し、操舵角センサ２０から取得した車両の操舵角及び推定された前記道路の曲率半径に基づき前記車両が直進しているか否か判定し、前記車両が直進していると判定されたときに、前記操舵角に対して中立点補正を行うとともに、補正された補正操舵角を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、操舵角センサの中立点のずれを補正する装置及び方法に関するものである。

ステアリングに対して加えられる操舵トルクに基づいて操舵力を補助するようにした操舵装置において、その操舵力補助機構の制御条件として舵角中点位置を高精度に設定する必要がある。舵角センサによって検出できる舵角中点と車両が直進するときの舵角は、舵角センサの取り付けに誤差が生じるために、必ずしも一致しない。したがって、舵角センサによって検出される操舵角の中点の位置と車両が直進するときの舵角のずれを予め求めるようにしている。

しかし、操舵角センサは個々のばらつきや経年劣化などにより中立点が変化するおそれがあり、このため中立点を適宜補正する必要がある。

このための補正方法としては、例えばセンサ信号にフィルタをかけるとともに、さらに精度を向上させるため、ヨーレイトセンサや左右車輪速などから操舵角センサの中立点補正を行う方法がある。

例えば、特許文献１に記載された方法では、操舵角および車速から車両の規範ヨーレートを算出し、算出した車両の所定の車速での直進走行中における規範ヨーレートおよび実ヨーレートの偏差である第１ヨーレート偏差と、車両の停止中における規範ヨーレートおよび実ヨーレートの偏差である第２ヨーレート偏差との差分を、前記所定の車速でのヨーレートゲインで除算することで、操舵角センサの出力のゼロ点ずれ量を算出する。これにより、操舵角センサの出力のゼロ点ずれ量を簡単にかつ精度良く算出することができる。

特開2010-120450号公報

上記特許文献１に記載の技術においては、用いられる各センサのノイズやオフセットの影響を無視できず、適切なセンサの値のみを抽出することが難しい。このため、操舵角センサの中立点の補正を正確に行うことができない。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、操舵角センサの中立点の補正を正確に行うことのできる操舵角センサの中立点補正装置及び中立点補正方法を提供することを目的とする。

本発明に係る操舵角センサの中立点補正装置は、画像取得部と、車線抽出処理部と、道路曲率半径推定処理部と、操舵角取得部と、直進判定部と、操舵角補正部とを備える。

画像取得部は、車両の進行方向を撮影する。車線抽出処理部は、画像取得部により取得された画像に基づき道路上の車線を抽出する。道路曲率半径推定処理部は、車線抽出処理部により抽出された車線に基づき道路の曲率半径を推定する。操舵角取得部は、車両の操舵角を取得する。直進判定部は、操舵角取得部により取得された操舵角と道路曲率半径推定処理部により推定された道路の曲率半径とに基づき、車両が直進しているか否か判定する。操舵角補正部は、直進判定部により車両が直進していると判定されたとき、操舵角を補正して補正操舵角を出力する。

上記道路曲率半径推定処理部は、好ましくは後述のカルマンフィルタにより道路の曲率半径を推定する。

本発明に係る操舵角センサの中立点補正方法は、以下の第１ステップ〜第４ステップを備える。

第１ステップでは、車両の進行方向を撮影した画像に基づき道路上の車線を抽出する。第２ステップでは、第１ステップで抽出された車線に基づき道路の曲率半径を推定する。第３ステップでは、車両の操舵角と第２ステップで推定された道路の曲率半径とに基づき車両が直進しているか否か判定する。第４ステップでは、車両が直進していると第３ステップで判定されたとき、操舵角を補正して補正操舵角を出力する。

本発明は、コンピュータを、車両の進行方向を撮影した画像に基づき道路上の車線を抽出する車線抽出部、車線抽出部が抽出した車線に基づき道路の曲率半径を推定する道路曲率半径推定処理部、車両の操舵角と道路曲率半径推定処理部が推定した道路の曲率半径とに基づき車両が直進しているか否か判定する直進判定部、及び車両が直進していると直進判定部が判定したとき、操舵角を補正して補正操舵角を出力する操舵角補正部として機能させるプログラムであってもよく、該プログラムは、媒体に記録されてもよい。

媒体には、例えば、ＥＰＲＯＭデバイス、フラッシュメモリデバイス、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気ディスク、ＣＤ（ＣＤ−ＲＯＭ、Ｖｉｄｅｏ−ＣＤを含む）、ＤＶＤ（ＤＶＤ−Ｖｉｄｅｏ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭを含む）、ＲＯＭカートリッジ、バッテリバックアップ付きのＲＡＭメモリカートリッジ、フラッシュメモリカートリッジ、不揮発性ＲＡＭカートリッジ等を含む。

また、電話回線等の有線通信媒体、マイクロ波回線等の無線通信媒体等の通信媒体を含む。インターネットもここでいう通信媒体に含まれる。

媒体とは、何等かの物理的手段により情報（主にデジタルデータ、プログラム）が記録されているものであって、コンピュータ、専用プロセッサ等の処理装置に所定の機能を行わせることができるものである。

本発明によれば、進行方向を撮影した画像から道路上の白線（車線）を抽出し、抽出された白線に基づき道路の曲率半径を推定し、車両の操舵角及び推定された前記道路の曲率半径に基づき前記車両が直進しているか否か判定し、前記車両が直進していると判定されたときに、前記操舵角に対して中立点補正を行うので、操舵角センサの中立点補正についてその精度を向上させることができる。直進判定を、より高い精度で推定される道路曲率半径に基づき行うことができ、正確な補正が可能になる。

発明の実施の形態に係る操舵角センサの中立点補正装置の概略ブロック図である。 発明の実施の形態に係る中立点補正用演算部のブロック図である。 発明の実施の形態に係る処理フローチャートである。 発明の実施の形態における３次元座標系、各種パラメータの説明図である。図４（ａ）は車両が曲率ρの道路を走行中の平面図、同図（ｂ）はカメラの取り付け状態を示すための車両先頭部の右側面図である。

本発明の一実施形態について、図面を参照して説明を加える。

図１に示すように、本実施形態に係る操舵角センサの中立点補正装置は、カメラ（画像取得部）１０と、操舵角センサ（操舵角取得部）２０と、中立点補正用演算部３０とを備え、車両に搭載される。中立点補正用演算部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えた電算処理装置（コンピュータ）である。

カメラ１０は、車両の進行方向を撮影するカメラ（画像取得部）である。カメラの撮影方向（カメラの画像の２次元座標と実際の３次元座標の関係）については後述する。

操舵角センサ２０は、車両の操舵角を所定時間毎に繰り返して取得する。

中立点補正用演算部３０は、カメラ１０の画像及び操舵角センサ２０の操舵角に基づき中立点補正を行う。中立点補正とは、舵角センサによる舵角中点と車両が直進するときの舵角を一致させるための補正である。中立点補正用演算部３０は、画像と操舵角に基づき補正を行うが、これらに加えて車両の速度を用いて補正を行うようにしてもよい。また、補正は常時行うのではなく、補正に適した条件を満たしたときに（例えば車両が一定速度以上で直進したときに）補正を行い、これ以外では操舵角センサ２０の出力をそのまま出力するようにしてもよい。

図２に示すように、中立点補正用演算部３０は、白線抽出処理部３１０と、道路曲率半径推定処理部３２０と、直進判定前処理部３３０と、直進判定部３４０と、信号処理部３５０と、操舵角補正部３６０と、選択部３７０とを備える。

白線抽出処理部３１０は、カメラ１０により撮影された画像に基づき道路（走行路）上の白線（車線）を抽出する。白線抽出処理には、例えば、ソーベルフィルタなどにより画像から垂直エッジを抽出し、ハフ変換を用いて直線成分を抽出して、車線幅・白線幅などの条件で白線候補を絞り込む方法などの公知の方法を適用する。

道路曲率半径推定処理部３２０は、白線抽出処理部３１０により抽出された白線に基づき道路の曲率半径を推定する。なお、この推定処理の詳細については後述する。

直進判定前処理部３３０は、操舵角θの挙動に関する情報を求めて出力する。操舵角θの挙動に関する情報は、例えば操舵角θの標準偏差である。直進判定前処理部３３０の出力は、直進判定部３４０において補正を行うか否か（直進しているか否か）の判定に用いられる。例えば、過去１００回の操舵角の標準偏差が３度以内ならば直進していると判定され、中立点補正が行われる。

直進判定部３４０は、道路の曲率半径（１／ρ）、直進判定前処理部３３０の出力、及び、車両の速度に基づき補正を行うか否か判定する。直進判定部３４０は、予め定められた速度閾値以上において、推定した道路の曲率半径の絶対値と操舵角を用いて直進判定を行う。例えば、時速４０ｋｍ以上で道路の曲率半径の絶対値が５０００ｍ以上、かつ、過去１００回の操舵角の標準偏差が３度以内ならば直進していると判定し、中立点補正を行わせる。図２の例では、選択部３７０により操舵角補正部３６０により補正された操舵角を選択させ出力させる。直進ではないと判定したら、操舵角補正部３６０により補正されない操舵角θを選択させて出力させ、中立点補正は行わない。直進判定部３４０は、判定処理を行うための速度閾値、道路曲率半径閾値、及び、操舵角標準偏差閾値を予め記憶している。

信号処理部３５０は、操舵角θの信号をローパスフィルタで処理する、あるいは操舵角θの平均を求めて出力する。信号処理部３５０の出力はθｆである。このθｆは、操舵角センサ２０によって検出される操舵角の中点の位置と車両が直進するときの舵角のずれに相当する。

操舵角補正部３６０は、操舵角θからθｆを減算して中立点補正を行う減算器である。

選択部３７０は、直進判定部３４０の制御によって、操舵角センサ２０の操舵角θ又は操舵角補正部３６０により補正された操舵角θｔのいずれか一方を選択して出力する。選択部３７０の出力が、中立点補正用演算部３０の出力となる。

図３は、発明の実施の形態に係る中立点補正用演算部３０の処理フローチャートである。例えば、コンピュータ（マイコン）が所定のプログラムに従って図３の処理を実行する。

本処理を開始すると、ステップＳ１において白線抽出処理部３１０が、カメラ１０から画像を取得する。

ステップＳ２では、白線抽出処理部３１０が、道路の白線（車線）を抽出する。例えば、ソーベルフィルタなどにより画像から垂直エッジを抽出し、ハフ変換を用いて直線成分を抽出して、車線幅・白線幅などの条件で白線候補を絞り込むことにより白線を抽出する。

ステップＳ３では、道路曲率半径推定処理部３２０が、道路曲率半径推定処理を行う。この処理の詳細については後述する。

ステップＳ４では、直進判定前処理部３３０が操舵角θを取得して、直進判定部３４０に与える。

ステップＳ５では、直進判定部３４０が、直進判定前処理部３３０の出力と道路曲率半径１／ρ及び速度に基づき、車両が直進しているか否かを判定する。例えば、時速４０ｋｍ以上で走行中であり、道路の曲率半径の絶対値が５０００ｍ以上であり、かつ、過去１００回の操舵角の標準偏差が３度以内ならば直進していると判定し（ＹＥＳ）、中立点補正を行う。直進ではない（ＮＯ）と判定したら、中立点補正は行わない。

ステップＳ６では、操舵角補正部３６０が、操舵角θからθｆを減算することによって中立点補正した補正操舵角θｉを算出する（次式参照）。θｆは、過去の操舵角の平均やローパスフィルタで信号処理をした操舵角センサの出力値である。

次に、道路曲率半径推定処理について説明する。

道路曲率半径が数千m以上になるとその正確な推定が難しくなり、直進判定において誤判定する可能性がでてくる。このため高精度で道路の曲率半径を推定する必要がある。高精度で道路曲率半径の推定する方法として、例えば、カルマンフィルタを用いた推定方法がある。

本実施形態では、カルマンフィルタを用いて、白線抽出処理で抽出した白線候補座標を観測値とし、車両の横位置や道路曲率などの車両や道路の動的な状態量を推定する。

カルマンフィルタの構成について、具体例を以下に示す。

次のようにＸ，Ｙ，Ｚの３次元座標系を定める。すなわち、カメラ１０の撮影方向をＺ軸とし、ｘ，ｙをカメラ１０の撮像面の２次元平面座標とする。Ｘ，Ｙ，Ｚの座標系の原点はカメラ１０のレンズの中心である。カメラ１０は、車両の正面を向くように運転席の上部に設けられ、その撮影方向は路面を向いている。なお、その角度（ピッチ角）をηとしている。

Ｘ，Ｙ，Ｚの３次元座標とｘ，ｙの２次元座標の関係は、

となる。ｆはレンズの焦点距離である。

道路構造を直線路と曲率一定のカーブ路の２種類と仮定して、図４（ａ）（ｂ）のように道路形状の各値を定義すると以下の関係式が求まる。

（１）〜（４）式からＸ，Ｙを消去して（５）式が求まる。

カルマンフィルタによる状態量は、車両の横位置、道路曲率、車両のヨー角、ピッチ角、カメラの高さとする。レンズ焦点距離、車線幅は一定として扱い、各推定状態量の変化は確率的な振舞いをするものとして白色ガウス雑音によって駆動される系として定義すると状態方程式は、

となる。

出力方程式（５）と状態方程式（６）を簡略化して表現すると、

となり、カルマンフィルタの構成は以下のように求めることができる。

以上に挙げたカルマンフィルタを用いることで道路曲率ρを推定することができ、道路曲率半径は道路曲率ρの逆数で導かれる。

以上のように、本実施形態によれば、カメラで撮影した画像から道路上の白線(車線)を抽出し、これに所定のカルマンフィルタを適用して道路の曲率（曲率半径）を求め、これに基づき車両が直進していると判定したときに中立点補正を行うことにより、操舵角センサの中立点補正についてその精度を向上させることができる。直進判定を、より高い精度で推定される道路曲率半径に基づき行うことができ、正確な補正が可能になる。

カルマンフィルタを用いるので、各センサの出力信号にノイズが重畳されているときでも道路曲率半径を適切に推定することができる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

また、本明細書において、部（手段）とは必ずしも物理的手段を意味するものではなく、各手段の機能が、ソフトウェアによって実現される場合も包含する。さらに、一つの手段の機能が、二つ以上の物理的手段により実現されても、若しくは、二つ以上の手段の機能が、一つの物理的手段により実現されてもよい。

１０ カメラ
２０ 操舵角センサ
３０ 中立点補正用演算部
３１０ 白線抽出処理部
３２０ 道路曲率半径推定処理部
３３０ 直進判定前処理部
３４０ 直進判定部
３５０ 信号処理部
３６０ 操舵角補正部
３７０ 選択部

Claims (3)

1. 車両の進行方向を撮影する画像取得部と、
   前記画像取得部が取得した画像に基づき道路上の車線を抽出する車線抽出処理部と、
   前記車線抽出処理部が抽出した車線に基づき前記道路の曲率半径を推定する道路曲率半径推定処理部と、
   前記車両の操舵角を取得する操舵角取得部と、
   前記操舵角取得部が取得した操舵角と前記道路曲率半径推定処理部が推定した道路の曲率半径とに基づき、前記車両が直進しているか否か判定する直進判定部と、
   前記車両が直進していると前記直進判定部が判定したとき、前記操舵角を補正して補正操舵角を出力する操舵角補正部と、を備えた
   ことを特徴とする操舵角センサの中立点補正装置。
2. 請求項１に記載の中立点補正装置であって、
   前記道路曲率半径推定処理部は、下記の式に基づくカルマンフィルタにより前記道路の曲率半径を推定する
   ことを特徴とする操舵角センサの中立点補正装置。
   

   
3. 車両の進行方向を撮影した画像に基づき道路上の車線を抽出する第１ステップと、
   前記第１ステップで抽出された車線に基づき前記道路の曲率半径を推定する第２ステップと、
   前記車両の操舵角と前記第２ステップで推定された前記道路の曲率半径とに基づき、前記車両が直進しているか否か判定する第３ステップと、
   前記車両が直進していると前記第３ステップで判定されたとき、前記操舵角を補正して補正操舵角を出力する第４ステップと、を備えた
   ことを特徴とする操舵角センサの中立点補正方法。

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