JP2015128967A - 操舵制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車線変更対象車線の左右の区画線を検出できない場合であっても、車線変更を行うための目標位置を適切に設定することができる操舵制御装置を提供する。
【解決手段】車両の進行方向前方の車線の左右の区画線を検出する区画線検出部3と、区画線検出部3により検出された車線の左右の区画線から、車両の将来の目標位置を設定する目標位置設定部52と、目標位置設定部52で設定した目標位置に向かうように車両の操舵制御を行う操舵制御部54と、を備え、自車走行車線から車線変更対象車線に車線変更を行う場合に、目標位置設定部52は、区画線検出部3により検出された自車走行車線の左右の区画線から自車走行車線の車線幅を算出し、自車走行車線の車線変更対象車線側の区画線から自車走行車線の車線幅の略半分の距離だけ離れた線上に、目標位置を設定する。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両の操舵制御を行う操舵制御装置に関する。
従来から、車両に搭載されたカメラの撮像画像に基づいて車両の操舵制御行う操舵制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この従来の操舵制御装置は、カメラの撮像画像から、車両が走行している車線である自車走行車線の左右の白線を検出し、検出した白線に基づいて将来の自車両の目標位置を設定し、設定した目標位置に車両が進むように操舵制御を行うものである。
特開2005−145402号公報
ところで、追い越し車線を走行している場合に、運転者が居眠りをした場合や急病になった場合等の運転者が運転できなくなった場合は、自動操舵により車線変更を行い、路肩等の安全なエリアに車両を停止させることが考えられる。
しかしながら、操舵制御装置に用いるカメラとしては、車両の進行方向前方の解像度を高めるために視野角の狭いカメラが用いられている。このようなカメラでは、車線変更を行う隣接車線である車線変更対象車線の左右の白線までは検出することができないため、車線変更を行う際に目標位置を適切に設定することができないという問題がある。なお、カメラの代わりにレーダを用いても、同様の問題がある。
そこで、本発明は、車線変更対象車線の左右の区画線を検出できない場合であっても、車線変更を行うための目標位置を適切に設定することができる操舵制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る操舵制御装置は、車両の操舵制御を行って車両を車線変更させる操舵制御装置であって、車両の進行方向前方の車線の左右の区画線を検出する区画線検出部と、区画線検出部により検出された車線の左右の区画線から、車両の将来の目標位置を設定する目標位置設定部と、目標位置設定部で設定した目標位置に向かうように車両の操舵制御を行う操舵制御部と、を備え、車両が走行している車線である自車走行車線から自車走行車線に隣接する車線である車線変更対象車線に車線変更を行う場合に、目標位置設定部は、区画線検出部により検出された自車走行車線の左右の区画線から自車走行車線の車線幅を算出し、自車走行車線の車線変更対象車線側の区画線から自車走行車線の車線幅の略半分の距離だけ離れた線上に、目標位置を設定する。
本発明に係る操舵制御装置によれば、区画線検出部が車線の左右の区画線を検出すれば、この左右の区画線の距離を計算することで車線幅を算出することができる。そして、自車走行車線と車線変更対象車線とは車線幅がほぼ同じであると推定される。そこで、自車走行車線から車線変更対象車線に車線変更を行う場合は、まず、区画線検出部により検出された左右の区画線から自車走行車線の車線幅を算出する。そして、自車走行車線の車線変更対象車線側の区画線から自車走行車線の車線幅の略半分の距離だけ離れた線上に、車線変更のための目標位置を設定する。これにより、区画線検出部により車線変更対象車線の左右の区画線を検出できない場合であっても、車線変更を行うための目標位置を適切に設定することができるため、操舵制御部により車両を車線変更させる操舵制御を行うことができる。
この場合、車両が自車走行車線の車線変更対象車線側の区画線を越えると、目標位置設定部は、区画線検出部により検出された左右の区画線の中央を通る線上に、目標位置を設定することができる。車線変更により区画線を超えると、区画線検出部により車線変更対象車線の左右の区画線が検出される。そこで、車線変更を行う側の区画線を超えると、区画線検出部により検出された左右の区画線の中央を通る線上に、目標位置を設定する。これにより、目標位置の設定精度を高めることができる。
本発明によれば、車線変更対象車線の左右の区画線を検出できない場合であっても、車線変更を行うための目標位置を適切に設定することができる。
実施形態に係る操舵制御装置の概略構成を示すブロック図である。 異なる車型の車両における目標位置のズレ量を説明するための図である。 目標操舵角を算出するための制御ロジックを示す図である。 操舵制御装置の処理動作を示すフローチャートである。 車線変更の状態を示す図である。 車線変更の状態を示す図である。 車線変更の状態を示す図である。 車線変更の状態を示す図である。
以下、本実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。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。
本実施形態に係る操舵制御装置は、車両に搭載されて、運転者が急病等により運転できなくなった場合等に、運転者に代わって又は運転者の運転支援として車両の操舵制御を行い、車両を路肩側の車線に車線変更(レーンチェンジ)させるものである。なお、車線変更を行う前に車両が走行している車線を「自車走行車線」といい、自車走行車線に隣接した車線であって自車走行車線から車線変更を行った後に車両が走行する車線(車線変更する車線)を「車線変更対象車線」という。
図1は、実施形態に係る操舵制御装置の概略構成を示すブロック図である。図1に示すように、実施形態に係る操舵制御装置1は、ステアリングシステム2の回転駆動制御を行うことで車両の操舵制御を行う装置であり、区画線検出部3と、運動情報取得部4と、制御部5と、を備えている。
ステアリングシステム2は、操舵輪に連結されたギアボックス21に連結されたステアリングシャフト22に、運転者が操舵操作を行うステアリングホイール23が接続されている。そして、回転駆動装置24によりステアリングシャフト22を回転駆動可能になっている。回転駆動装置24は、モータ等の電動機により構成されている。回転駆動装置24とステアリングシャフト22とは、遊星歯車等の歯車機構により接続されており、回転駆動装置24によりステアリングシャフト22を回転駆動することが可能となっている。なお、図1では、ステアリングホイール23直下に回転駆動装置24を配置しているが、スペース等の関係でギアボックス21近傍に回転駆動装置24を配置してもよい。
区画線検出部3は、車両の進行方向前方の車線の左右の区画線を検出するものである。区画線は、車線を区画する白線等の線である。区画線検出部3は、区画線を検出すると、検出した区画線の情報を取得する。区画線の情報は、自車両を中心とした座標軸における座標情報で表わすことができる。区画線検出部3の搭載位置は、特に限定されるものではないが、車両の前端部に搭載することで、車両の進行方向前方の区画線を適切に取得することができる。区画線検出部3としては、カメラ等の撮像装置やミリ波レーダ等の各種レーダを用いることができる。区画線検出部3として撮像装置を用いる場合、区画線検出部3は、例えば、当該撮像装置により撮像した画像データを画像解析して区画線を抽出し、この注出した区画線から座標情報(区画線の情報)を取得することができる。区画線検出部3としてレーダを用いる場合、区画線検出部3は、例えば、当該レーダにより区画線を検出し、この注出した区画線から座標情報(区画線の情報)を取得することができる。なお、以下の説明では、区画線検出部3として撮像装置を用いる場合について説明する。そして、区画線検出部3は、車両の進行方向前方の車線の左右の区画線を検出すると、検出した区画線の情報を制御部5に送信する。
運動情報取得部4は、車両の運動情報を取得するものである。運動情報取得部4は、運動情報として、速度及び車両に発生しているヨーレートを取得する。なお、運動情報取得部4は、運動情報として、速度及びヨーレート以外の情報を取得してもよい。車速は、例えば、各車輪の回転速度を検出し、各車輪の回転速度から車両の車速を算出することにより求めることができる。ヨーレートは、ヨーレートセンサにより車両に発生しているヨーレートを求めることができる。そして、運動情報取得部4は、取得した運動情報を制御部5に送信する。
制御部5は、区画線検出部3及び運動情報取得部4から送信された情報に基づいて、ステアリングシステム2の回転駆動装置24の回転駆動制御を行うものである。このため、制御部5は、車線変更判断部51と、目標位置設定部52と、推定位置算出部53と、操舵制御部54と、の機能を備えている。なお、制御部5は、主にCPU等の演算装置とメモリ等の記憶装置とにより構成されており、予め記憶された様々なプログラムに従って各種制御を行うものである。
車線変更判断部51は、車両の操舵制御により車両を車線変更するか否かを判断する機能を有する。車両の操舵制御により車両を車線変更する場合としては、例えば、追い越し車線の走行中に運転者が急病等により運転できない状態になった場合が挙げられる。運転者が急病等により運転できなくなっているか否かは、例えば、運転席や助手席等に設置した非常ボタンの操作に基づいて、また、車室内に設置したカメラにより撮像した運転者の顔画像の分析結果に基づいて判断することができる。車両が追い越し車線を走行しているか否かは、例えば、路肩までの距離が所定距離以上であるか否か、車両に搭載されたGPSにより検出される現在位置が地図情報上における追い越し車線であるか否か、により判断することができる。路肩までの距離は、例えば、カメラ等の撮像装置やミリ波レーダ等の各種レーダ等によりガードレールや縁石までの距離を検出し、この検出したガードレールや縁石までの距離を、路肩までの距離とすることにより求めることができる。
目標位置設定部52は、区画線検出部3が取得した区画線に基づいて、車両の操舵制御により車両を車線変更させるための将来の車両の目標位置を設定する機能を有する。将来の車両の目標位置とは、例えば、所定時間後(τ時間後)の車両の目標位置や、車線変更が完了した後の車両の目標位置とすることができる。
ここで、目標位置設定部52が設定する目標位置について詳しく説明する。車両が自車走行車線の車線変更対象車線側の区画線を越えるまで(自車走行車線を走行している間)、区画線検出部3は、自車走行車線の左右の区画線を検出する。一方、車両が車線変更を行って区画線を越えると(車線変更対象車線に入ると、区画線検出部3は、車線変更対象車線の左右の区画線を検出する。このため、車両が自車走行車線の車線変更対象車線側の区画線を超えるまで、車線変更対象車線の左右の区画線のうち、自車走行車線側の区画線を検出できるものの、自車走行車線の反対側の区画線を検出できない。
そこで、車両が区画線を越えるまで、目標位置設定部52は、区画線検出部3が検出した自車走行車線の左右の区画線の情報に基づいて、車線変更対象車線における目標位置を設定する。具体的に説明すると、目標位置設定部52は、まず、区画線検出部3から自車走行車線の左右の区画線の情報を取得し、この取得した左右の区画線の情報から自車走行車線の車線幅である自車走行車線幅を算出する。また、目標位置設定部52は、区画線検出部3が取得した自車走行車線の左右の区画線のうち、車線変更対象車線側の区画線を車線変更側区画線として選択する。また、目標位置設定部52は、車線変更側区画線から自車走行車線幅の略半分の距離だけ離れた線を中央予想線として算出する。略半分とは、実質的に半分であることを意味し、その中には半分が含まれる。そして、目標位置設定部52は、算出した中央予想線上に目標位置を設定する。
一方、車両が区画線を越えると、目標位置設定部52は、区画線検出部3が検出した車線変更対象車線の左右の区画線の情報に基づいて、車線変更対象車線における目標位置を設定する。具体的に説明すると、目標位置設定部52は、まず、区画線検出部3から車線変更対象車線の左右の区画線の情報を取得し、取得した左右の区画線の情報から、当該左右の区画線の中央を通る中央線を算出する。そして、目標位置設定部52は、算出した中央線上に目標位置を設定する。
推定位置算出部53は、運動情報取得部4が取得した現在の車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する機能を有する。将来の車両の推定位置とは、将来の車両の目標位置と同様に、所定時間後(τ時間後)の車両の推定位置であって、例えば、5秒後の車両の推定位置とすることができる。
ここで、図2に示すように、車両前後方向をx軸とし、x軸に直交する方向(車両横方向)をy軸とした座標軸を考える。また、車速をV、ヨーレートをγ、y軸方向におけるτ秒後の車両の推定位置をy、x軸方向におけるτ秒後の車両の推定位置lとする。そして、推定位置算出部53は、運動情報取得部4から車両の運動情報として車速及びヨーレートを取得すると、次の式(1)及び式(2)を演算することにより、τ秒後の車両の推定位置y及び推定位置lを算出する。なお、この算出した推定位置y及び推定位置lが、τ秒後の車両の推定位置となる。
=τ・V・γ(τ)/2 …(1)
=τ・V …(2)
操舵制御部54は、目標位置と推定位置とのズレ量(差分)に基づいて車両の操舵制御を行う機能を有する。つまり、操舵制御部54は、目標位置設定部52が設定した目標位置と推定位置算出部53が算出した推定位置とのズレ量ε(図2参照)に基づいて、車両の操舵制御を行う。
図3は、車両の操舵制御を行うための制御ロジックを示す図である。図3に示すように、操舵制御部54は、PID(Proportional Integral Derivative)制御を行うPID制御部56と、ステアリングシステム2の回転駆動装置24の回転駆動制御を行う駆動指令部57と、を備えている。
PID制御部56は、比例制御(P制御)を行うP項56aと、積分制御(I制御)を行うI項56bと、微分制御(D制御)を行うD項56cと、を備えている。PID制御部56は、目標位置と推定位置とのズレ量に基づくPID制御により目標とするべき操舵角である目標操舵角を算出し、現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量を算出する。そして、操舵制御部54は、現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量が所定の閾値以上である場合に、駆動指令部57から回転駆動装置24を回転駆動する指令を出力する。なお、PID制御部56としては、PID制御を行う公知の制御装置を用いることができる。
ここで、回転駆動装置24の回転駆動制御としては、回転角度を指令する場合と、トルクを指令する場合とがある。何れの場合も、ズレ量が所定の閾値以上である場合に指令を出力するが、回転角度を指令する場合は、トルクを指令する場合よりも閾値を小さくすることができる。例えば、回転角度を指令する場合は、ズレ量の閾値を±100mmとし、トルクを指令する場合は、ズレ量の閾値を±200mmとする。
そして、駆動指令部57から回転駆動装置24に指令が出力されると、回転駆動装置24が回転駆動することによりステアリングシャフト22が回転して自動操舵が行われ、推定位置算出部53によりτ秒後の推定位置が算出される。
次に、図4を参照して、操舵制御装置1の処理動作について説明する。図4は、操舵制御装置の処理動作を示すフローチャートである。
図4に示すように、制御部5は、まず、車両の操舵制御により車両を車線変更させるか否かを判定する(ステップS1)。ステップS1の処理は、車線変更判断部51により行われる。そして、車両の操舵制御により車両を車線変更させないと判定した場合(ステップS1:NO)、操舵制御装置1は、処理を終了する。
一方、車両の操舵制御により車両を車線変更させると判定すると(ステップS1:YES)、制御部5は、区画線検出部3が取得した車両の進行方向前方における車線の左右の区画線の情報を取得するとともに(ステップS2)、運動情報取得部4が取得した車両の運動情報を取得する(ステップS3)。ステップS2の処理は、目標位置設定部52により行われ、ステップS3の処理は、推定位置算出部53により行われる。ステップS2において左右の区画線を検出する車線は、車両が区画線を越えるまで自車走行車線となり、車両が区画線を越えると車線変更対象車線となる。なお、ステップS2とステップS3とは、何れを先に処理してもよく、平行して処理してもよい。
次に、制御部5は、車線変更側区画線を越えたか否かを判定する(ステップS4)。ステップS4の処理は、目標位置設定部52により行われる。車両が区画線を越えたか否かは、例えば、車両に搭載されたGPSにより検出される現在位置が地図情報上における区画線を越えたか否か、又は、区画線検出部3が検出した左右の区画線が変わったか否か、により判断することができる。
車線変更側区画線を越えていないと判定した場合(ステップS4:NO)、制御部5は、自車走行車線の左右の区画線の情報に基づいて、車線変更対象車線における目標位置を設定する(ステップS5)。ステップS5の処理は、目標位置設定部52により行われる。ステップS5では、まず、ステップS2において取得した自車走行車線の左右の区画線の情報から、自車走行車線幅が算出される。次に、車線変更側区画線から自車走行車線幅の略半分の距離だけ離れた中央予想線が算出される。そして、算出された中央予想線上に目標位置が設定される。
車両が車線変更側区画線を越えたと判定した場合(ステップS4:YES)、制御部5は、車線変更対象車線の左右の区画線の情報に基づいて、車線変更対象車線における目標位置を設定する(ステップS6)。ステップS6の処理は、目標位置設定部52により行われる。ステップS6では、まず、ステップS2において取得した車線変更対象車線の左右の区画線の情報から、当該左右の区画線の中央を通る中央線が算出される。そして、この算出された中央線上に目標位置が設定される。
次に、制御部5は、ステップS2において取得した車両の運動情報に基づいて将来の車両の推定位置を算出する(ステップS7)。ステップS7の処理は、推定位置算出部53により行われる。
次に、制御部5は、ステップS5又はステップS6で設定した目標位置とステップS7で算出した推定位置とに基づいて目標操舵角を算出し、現在の操舵角と目標操舵角とのズレ量を算出する(ステップS8)。ステップS8の処理は、操舵制御部54により行われる。
次に、制御部5は、ステップS8で算出したズレ量が所定の閾値以上であるか否かを判断する(ステップS9)。ステップS9の処理は、操舵制御部54により行われる。
ズレ量が所定の閾値以上であると判断した場合(ステップS9:YES)、制御部5は、回転駆動装置24を回転駆動する(ステップS10)。ステップS10の処理は、操舵制御部54により行われる。そして、操舵制御装置1の処理動作を一旦終了し、再度ステップS1から繰り返す。
一方、ズレ量が所定の閾値未満であると判断した場合(ステップS9:NO)、制御部5は、回転駆動装置24を回転駆動することなく、操舵制御装置1の処理動作を一旦終了し、再度ステップS1から繰り返す。
ここで、図5〜図8を参照して、操舵制御装置1による車両の車線変更動作について説明する。図5〜図8は、車線変更の状態を示す図である。図5〜図8では、車両Vが、左側の区画線L1及び右側の区画線L2で区画された自車走行車線Aから、左側の区画線L3及び右側の区画線L1で区画された車線変更対象車線Bに車線変更する状態を示している。このため、区画線L1が車線変更側区画線となる。
図5に示すように、本実施形態の処理を行なう前は、自車走行車線Aの中央線Cを目標位置Oとして、車両Vのレーンキープを行う操舵制御が行われている。なお、車両Vのレーンキープを行う操舵制御は、公知の制御を用いることができる。
車両Vが自車走行車線Aから車線変更対象車線Bに車線変更する場合、まず、図6に示すように、区画線検出部3が検出した自車走行車線Aの区画線L1及び区画線L2から自車走行車線Aの車線幅が算出され、区画線L1から自車走行車線Aの車線幅の略半分の距離だけ離れた中央予想線C’上に目標位置Oが設定される。そして、この設定した目標位置Oに向けて、車両Vの車線変更を行う操舵制御が行われる。
車両Vが区画線L1を超えると、図7に示すように、区画線検出部3により検出された車線変更対象車線Bの区画線L3及び区画線L1から算出される車線変更対象車線Bの中央線C上に目標位置Oが設定される。そして、車両Vが中央線C上に至るまで、この設定した目標位置Oに向けて、車両Vの車線変更を行う操舵制御が行われる。
車両Vの車線変更が完了すると、図8に示すように、区画線検出部3により検出された車線変更対象車線Bの区画線L3及び区画線L1から算出される車線変更対象車線Bの中央線C上に目標位置Oが設定される。そして、この設定した目標位置Oに向けて、車両のレーンキープを行う操舵制御が行われる。
このように、本実施形態によれば、区画線検出部3が車線の左右の区画線を検出すれば、この左右の区画線の距離を計算することで車線幅を算出することができる。そして、自車走行車線と車線変更対象車線とは車線幅がほぼ同じであると推定される。そこで、自車走行車線から車線変更対象車線に車線変更を行う場合は、まず、区画線検出部3により検出された左右の区画線から自車走行車線の車線幅を算出する。そして、車線変更側区画線から自車走行車線の車線幅の略半分の距離だけ離れた中央予想線上に、車線変更のための目標位置を設定する。これにより、区画線検出部3により車線変更対象車線の左右の区画線を検出できない場合であっても、車線変更を行うための目標位置を適切に設定することができるため、操舵制御部54により車両を車線変更させる操舵制御を行うことができる。
また、車線変更により車線変更側区画線を超えると、区画線検出部3により車線変更対象車線の左右の区画線が検出される。そこで、車線変更側区画線を超えると、区画線検出部3により検出された左右の区画線の中央を通る中央線上に、目標位置を設定する。これにより、目標位置の設定精度を高めることができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、区画線検出部及び運動情報取得部の具体的な構成を説明したが、区画線検出部及び運動情報取得部は、それぞれ区画線及び運動情報を取得できれば如何なる構成であってもよい。
また、上記実施形態では、操舵制御部の具体的な制御態様を説明したが、操舵制御部は目標位置と推定位置との差分に基づいて車両の操舵制御を行うことができれば如何なる制御態様であってもよい。
また、上記実施形態では、一つの制御装置で全ての機能を実現するものとして説明したが、これらの機能を複数の制御装置で実現してもよく、一つの機能を複数の制御装置で実現してもよい。
また、上記実施形態では、操舵制御装置の処理動作を具体的に説明したが、各ステップの処理順序は適宜変更することができ、例えば、各ステップの処理順序を適宜入れ替えてもよく、2以上のステップを並行して行ってもよい。
1…操舵制御装置、2…ステアリングシステム、3…区画線検出部、4…運動情報取得部、5…制御部、21…ギアボックス、22…ステアリングシャフト、23…ステアリングホイール、24…回転駆動装置、51…車線変更判断部、52…目標位置設定部、53…推定位置算出部、54…操舵制御部、56…PID制御部、56a…P項、56b…I項、56c…D項、57…駆動指令部。

Claims (2)

  1. 車両の操舵制御を行って前記車両を車線変更させる操舵制御装置であって、
    前記車両の進行方向前方の車線の左右の区画線を検出する区画線検出部と、
    前記区画線検出部により検出された前記車線の左右の区画線から、前記車両の将来の目標位置を設定する目標位置設定部と、
    前記目標位置設定部で設定した前記目標位置に向かうように前記車両の操舵制御を行う操舵制御部と、
    を備え、
    前記車両が走行している車線である自車走行車線から前記自車走行車線に隣接する車線である車線変更対象車線に車線変更を行う場合に、前記目標位置設定部は、前記区画線検出部により検出された前記自車走行車線の左右の区画線から前記自車走行車線の車線幅を算出し、前記自車走行車線の前記車線変更対象車線側の前記区画線から前記自車走行車線の前記車線幅の略半分の距離だけ離れた線上に、前記目標位置を設定する、
    操舵制御装置。
  2. 前記車両が前記自車走行車線の前記車線変更対象車線側の前記区画線を越えると、前記目標位置設定部は、前記区画線検出部により検出された前記左右の区画線の中央を通る線上に、前記目標位置を設定する、
    請求項1に記載の操舵制御装置。
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