JP2015140114A

JP2015140114A - 横変位算出装置

Info

Publication number: JP2015140114A
Application number: JP2014014677A
Authority: JP
Inventors: 善宗山岸; Yoshimune Yamagishi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2015-08-03

Abstract

【課題】現在の車両の横変位を前回の算出結果を用いて算出する横変位算出装置において、車線変更直後であっても信頼性の高い横変位を算出する。
【解決手段】ＣＰＵ１２は、現在の各種状態量（車両２の横変位ｙｃ、車線幅Ｗ、走行車線４の曲率ρ、車両２のヨー角φ、及びカメラ８の俯角η）ｘ_ｓを、現在の区画線座標（ｘ，ｙ）と前回算出した各種状態量ｘ_ｓを用いて算出する。ＣＰＵ１２は、車両２が走行車線４を変更したとき、前回算出した横変位ｙｃに車線幅Ｗを加算又は減算することによって、現在の各種状態量ｘ_ｓの算出に用いる前回の横変位ｙｃを、車線変更前の走行車線４に対する値から車線変更後の走行車線４に対する値に補正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、走行車線に対する車両の横変位を算出する横変位算出装置に関する。

特許文献１には、車線状態を検出するとともに、車線内の目標ラインと自車の走行ラインとの偏差量（車線偏差量）を算出し、検出した車線状態及び算出した車線偏差量に基づいて、ステアリングシャフトにトルクを付与するモータに適切なトルクを発生させて、自車の車線内走行を支援する車線追従装置が記載されている。

特許文献２には、前方に存在する車両が自車線上に存在する確率（自車線確率）を算出し、算出した自車線確率に基づいて先行車を選択する先行車選択装置が記載されている。この装置では、自車線確率を求める際、信頼性を高めるために、それまでの算出結果を用いたフィルタ処理を行っている。

特開２００５−１６２０１５号公報特開２００１−９３０９８号公報

特許文献１に記載の装置のように、走行車線の曲率等の車線状態量や走行車線に対する車両の横方向の変位（横変位）等の車両状態量を算出する装置には、各種状態量を算出する際、ノイズを除去して信頼性の高い結果を得るために、特許文献２に記載のようなフィルタ処理を行うものがある。

しかし、車両の横変位は、走行車線が変わるときに不連続に変化するので、前回の算出結果を用いたフィルタ処理を行うと、車線変更直後において、車線変更前の走行車線に対する横変位が影響して、算出される横変位と実際の横変位とが乖離してしまう。

そこで、本発明は、現在の車両の横変位を前回の算出結果を用いて算出する横変位算出装置において、車線変更直後であっても信頼性の高い横変位を算出することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の横変位算出装置は、区画線位置検出手段と車線変更検出手段と横変位算出手段とを備える。区画線位置検出手段は、車両が走行する走行車線を区画する区画線の車両に対する位置を検出する。車線変更検出手段は、走行車線の変更を検出する。横変位算出手段は、走行車線に対する現在の車両の横変位を、区画線位置検出手段によって検出された区画線の位置と前回算出した前回の車両の横変位とを用いて算出する。横変位算出手段は、車線変更検出手段によって走行車線の変更が検出されたときに、現在の車両の横変位の算出に用いる前回の車両の横変位を変更前の走行車線に対する横変位から変更後の走行車線に対する横変位に更新する。

上記構成により、車線変更直後においても、実際の横変位と算出される横変位とが乖離せず、信頼性の高い横変位を算出することができる。

本発明によれば、現在の車両の横変位を前回の算出結果を用いて算出する横変位算出装置において、車線変更直後であっても信頼性の高い横変位を算出することができる。

一実施形態の状態量算出装置の構成図である。三次元道路モデルの算出に用いる各種情報を示す図である。状態量算出処理の手順を示すフローチャートである。車線変更時の車両の横変位を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態は、本発明の横変位算出装置における車両の横変位（車線に対する車両の横方向の変位）を算出する際の各種処理を適用した状態量算出装置であって、ＬＫＡＳ（Lane Keeping Assist System）やＬＤＷＳ（Lane Departure Warning System）等で行うステアリング制御に必要な車両の横変位を含む各種状態量を算出する状態量算出装置である。図１は、一実施形態の状態量算出装置の構成図である。図２は、三次元道路モデルの算出に用いる各種情報を示す図であって、（ａ）は車両上方からの図であり、（ｂ）は車両側方からの図である。図３は、状態量算出処理の手順を示すフローチャートである。図４は、車線変更時の車両の横変位を示す図であって、（ａ）は車両上方から視た車両の走行位置を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に対応する車両の横変位の推移を示す図である。

図１に示すように、本実施形態の状態量算出装置１は、カメラ８と処理ユニット１０とを備える。

カメラ８は、車両２の前部の幅方向の略中心に設けられる。カメラ８は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＯＭＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等、入射する光をデジタル信号に変換して画像データを生成する撮像素子を有し、所定時間毎に、車両２の前方を撮像して画像データを生成し、生成した画像データを処理ユニット１０へ順次出力する。

処理ユニット１０は、記憶部１１とＣＰＵ（Central Processing Unit）１２とを有する。

記憶部１１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの記録媒体によって構成され、ＣＰＵ１２が状態量算出処理を実行するための状態量算出処理プログラムと状態量算出処理において用いる各種データとが記憶されている。また、記憶部１１は、各種情報が読み書き自在に記憶される記憶領域を有する。記憶領域には、区画線座標（ｘ，ｙ）が時系列に記憶される区画線座標記憶テーブルと、各種状態量ｘ_ｓが時系列に記憶される状態量記憶テーブルとが設定されている。なお、本実施形態において、各種状態量ｘ_ｓは、車両２が走行している車線（走行車線）４に対する車両２の横方向の変位（横変位）ｙｃ、走行車線４の幅（車線幅）Ｗ、走行車線４の曲率ρ、走行車線４に対する車両２のヨー方向の回転角（ヨー角）φ、及び路面６に対するカメラ８の俯角ηであるものとする。また、横変位ｙｃは、車両２の前部の幅方向の中心３（カメラ８の位置）が走行車線４の横方向の中心（車線中心）５にあるときを０とし、車線中心５よりも左側にあるときを正、右側にあるときを負とする。

ＣＰＵ１２は、状態量算出処理プログラムを実行することによって、区画線座標算出部１３と車線変更判定部１４と横変位補正部１５と状態量算出部１６として機能する。

区画線座標算出部１３は、所定時間毎に、区画線７の画像平面座標系（二次元座標系）における位置座標（区画線座標）（ｘ，ｙ）を算出する。なお、区画線７は、走行車線４を区画するものを示し、白色や黄色のペイントの他、縁石などの構造物等も含むものとする。また、二次元座標系は、カメラ８が撮像する画像の中心（カメラ８の光軸９上）を原点とし、画像の水平方向をｘ軸、垂直方向をｙ軸とする。

区画線座標（ｘ，ｙ）の算出において、区画線座標算出部１３は、カメラ８が出力した画像データを用いて区画線７を検出する。区画線７の検出は、例えば、画像内のエッジを検出することによって行う。この場合、区画線座標算出部１３は、画像に対してソーベルフィルタによる一次空間微分を行って垂直方向及び水平方向のエッジを検出し、このエッジ検出された画像に対してハフ変換を行って直線成分のエッジを検出する。直線成分のエッジを検出すると、区画線座標算出部１３は、物体や舗装の継ぎ目等、区画線７以外の不要なエッジを除外するために、検出した直線成分のエッジの中から所定の条件を満たすエッジのみを抽出する。区画線７を検出すると、区画線座標算出部１３は、検出した区画線７の位置座標（区画線座標）（ｘ，ｙ）を算出し、算出した区画線座標（ｘ，ｙ）を記憶部１１の区画線座標記憶テーブルに記憶する。すなわち、カメラ８及び区画線座標算出部１３は、車両２に対する区画線７の位置を検出する区画線位置検出手段として機能する。

車線変更判定部１４は、所定時間毎に、車両２が走行車線４を変更したか否かを判定する。走行車線４の変更の判定は、例えば、状態量記憶テーブルに記憶されている最新の横変位ｙｃの絶対値が最新の車線幅Ｗの所定の割合（約５０％）を超えるか否かを判定することによって行う。この場合、車線変更判定部１４は、横変位ｙｃの絶対値が車線幅Ｗの所定の割合を超えるときには、走行車線４を変更したと判定し、横変位ｙｃの絶対値が車線幅Ｗの所定の割合を超えないときには、走行車線４を変更していないと判定する。なお、所定の割合は、履歴効果を持たせるために５０％よりも少し大きい値に設定することが好ましい。また、本実施形態では、車両２の幅方向の中心３（カメラ８の位置）が車線中心５にあるときの横変位ｙｃを０としているため、所定の割合を約５０％としているが、所定の割合は、例えば、車両２の幅方向の中心３が走行車線４の一端にあるときの横変位ｙｃを０とする場合には約１００％に設定する等、横変位ｙｃの基準位置（ｙｃ＝０）に応じて設定するものとする。

横変位補正部１５は、車両２が走行車線４を変更したと車線変更判定部１４が判定したとき、状態量記憶テーブルに記憶されている最新の横変位（前回の横変位）ｙｃを、車線変更前の走行車線４に対する値から車線変更後の走行車線４に対する値に補正して更新する。具体的には、横変位補正部１５は、最新の横変位ｙｃが正負の何れであるかを判定し、正であると判定した場合には、最新の横変位ｙｃから最新の車線幅Ｗを減算し、負であると判定した場合には、最新の横変位ｙｃに最新の車線幅Ｗを加算する。最新の横変位ｙｃに車線幅Ｗを加算又は減算すると、横変位補正部１５は、状態量記憶テーブルに記憶されている最新の横変位ｙｃを算出した値（補正値）に更新する。

状態量算出部１６は、所定時間毎に、前回算出した各種状態量（横変位ｙｃ、車線幅Ｗ、走行車線４の曲率ρ、車両２のヨー角φ、及びカメラ８の俯角η）ｘ_ｓと区画線座標算出部１３が算出した区画線座標（ｘ，ｙ）とを用いて、現在の各種状態量ｘ_ｓを算出する。現在の各種状態量ｘ_ｓの算出は、例えば、１ステップ前に推定した１ステップ前のシステムの状態及び現在のシステムの状態と現在の観測値とを用いて、現在のシステムの状態と１ステップ後のシステムの状態とを推定するカルマンフィルタを用いて行う。

本実施形態において用いるカルマンフィルタの構成について説明する。なお、本実施形態におけるカルマンフィルタは、区画線座標記憶テーブルに記憶されている最新の区画線座標（ｘ，ｙ）を現在の観測値として用い、現在及び１ステップ後の各種状態量ｘ_ｓを推定する構成である。

ここでは、出力方程式として、次式（１）によって表される二次元座標系における道路モデル（二次元道路モデル）を用いる。

式（１）で表される二次元道路モデルは、空間座標系（三次元座標系）における道路モデル（三次元道路モデル）を二次元座標系に変換することによって算出される。三次元座標系は、カメラ８のレンズの中心を原点とし、路面６に対して水平方向であって且つカメラ８の光軸９に対して垂直方向をＸ軸、カメラ８の光軸９に対して垂直方向をＹ軸、カメラ８の光軸９方向をＺ軸とする。

図２に示すように、車線中心５に対する車両２の位置の識別をｉ、カメラ８の地上高をｈとすると、三次元道路モデルは、次式（２）（３）によって表される。なお、車線中心５に対する車両２の位置の識別ｉは、車両２の幅方向の中心３が車線中心５に対して左側の場合には０、右側の場合には１とする。

ここで、二次元座標系と三次元座標系との関係は、カメラ８のレンズの焦点距離をｆとすると、次式（４）（５）によって表される。

式（４）（５）を用いて、式（２）（３）で表される三次元道路モデルを二次元座標系に変換すると、式（１）で表される出力方程式（二次元道路モデル）が算出される。

また、カメラ８のレンズの焦点距離ｆ及びカメラの地上高ｈを一定とし、各種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、状態方程式は次式（６）によって表される。

式（１）で表される出力方程式と式（６）で表される状態方程式とを簡略化して表現すると、次式（７）（８）によって表される。なお、ｘ_ｓ（ｋ）は、時刻ｋにおいて算出される時刻ｋにおける各種状態量ｘ_ｓ（＝ｙｃ，Ｗ，ρ，φ，η）を示し、ｘ_ｓ（ｋ＋１）は、時刻ｋ＋１（時刻ｋの１ステップ後）において算出される時刻ｋ＋１における各種状態量ｘ_ｓを示す。

これにより、カルマンフィルタの構成は、次式（９）〜（１２）によって表される。なお、ｘ（ｋ）は、時刻ｋにおける区画線座標ｘを示し、ｙ（ｋ）は、時刻ｋにおける区画線座標ｙを示す。

状態量算出部１６は、上記構成のカルマンフィルタを用いて、現在（時刻ｋ）の各種状態量ｘ_ｓ（ｋ）及び１ステップ後の各種状態量を算出し、算出した各種状態量ｘ_ｓ（ｋ）を状態量記憶テーブルに記憶する。なお、状態量算出部１６が今回（時刻ｋ）の各種状態量の算出に用いる前回（時刻ｋ−１）の横変位ｙｃ（ｋ−１）（ｙｃ（ｋ−１）は、ｘ_ｓ（ｋ−１）に含まれる）は、前回の各種状態量ｘ_ｓ（ｋ−１）の算出後に車両２が車線変更をしていない場合には前回算出した値ｙｃ（ｋ−１）そのものであり、前回の各種状態量ｘ_ｓ（ｋ−１）の算出後に車両２が車線変更した場合には横変位補正部１５によって算出された補正値ｙｃ（ｋ−１）±Ｗである。

すなわち、車線変更判定部１４及び状態量算出部１６は、走行車線４の変更を検出する車線変更検出手段として機能する。また、横変位補正部１５及び状態量算出部１６は、走行車線４に対する現在の車両２の横変位ｙｃを、区画線座標算出部１３によって算出された区画線座標（ｘ，ｙ）と前回算出した車両２の横変位ｙｃとを用いて算出する横変位算出手段であって、車線変更判定部１４によって車両２が走行車線４を変更したと判定されたとき、現在の車両２の横変位ｙｃの算出に用いる前回の車両２の横変位ｙｃを変更前の走行車線４に対する横変位から変更後の走行車線４に対する横変位に更新する横変位算出手段として機能する。

次に、ＣＰＵ１２が実行する状態量算出処理の手順について、図３を参照して説明する。本処理は、状態量算出装置１が作動している間、所定時間毎に繰り返して実行される。

本処理が開始されると、カメラ８が出力した画像データを用いて、区画線座標（ｘ，ｙ）を算出する（ステップＳ１）。

次に、車両２が走行車線４を変更したか否かを判定する（ステップＳ２）。

車両２が走行車線４を変更したと判定した場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、状態量記憶テーブルに記憶されている最新の横変位ｙｃを車線変更後の走行車線４に対する値に補正する（ステップＳ３）。

最新の横変位ｙｃを補正すると、補正した横変位ｙｃ±Ｗと最新の区画線座標（ｘ，ｙ）とを用いて現在の各種状態量（横変位ｙｃ、車線幅Ｗ、走行車線４の曲率ρ、車両２のヨー角φ、及びカメラ８の俯角η）ｘ_ｓを算出し（ステップＳ４）、本処理を終了する。

一方、車両２が走行車線４を変更していないと判定（ステップＳ２：ＮＯ）した場合、前回の横変位ｙｃと最新の区画線座標（ｘ，ｙ）とを用いて現在の各種状態量ｘ_ｓを算出し（ステップＳ４）、本処理を終了する。

上記のように構成された状態量算出装置１では、車両２が走行車線４を変更したとき、現在の各種状態量ｘ_ｓの算出に用いる前回の横変位ｙｃを、車線変更前の走行車線４に対する値から車線変更後の走行車線４に対する値に補正する。このため、図４に示すように、車線変更によって横変位ｙｃが不連続に変化した場合であっても、車線変更直後において、実際の横変位ｙｃ（図４（ｂ）の曲線Ｌｐ）と算出された横変位ｙｃ（図４（ｂ）の曲線Ｌｎ）とが乖離せず、信頼性の高い横変位ｙｃを算出することができる。なお、図４（ｂ）の曲線Ｌｕは、車線変更時に前回の横変位ｙｃを補正しないで算出される横変位ｙｃの推移を示す。

なお、本実施形態では、各種状態量ｘ_ｓを算出する状態量算出装置１に本発明の横変位算出装置における各種処理を適用しているが、これらの処理を車両の横変位ｙｃを算出する構成を有する他の装置等に適用してもよい。また、本発明の横変位算出装置を他の装置等とは別に独立して備えてもよい。

また、上記の状態量算出装置１は、車線幅Ｗを所定時間毎に算出し、算出した最新の車線幅Ｗを用いて車線変更の有無の判定と前回の横変位（今回の各種状態量ｘ_ｓの算出に用いる横変位）ｙｃの補正とを行う構成であるが、これに限定されるものではなく、例えば、車線幅Ｗを算出せず、予め所定の車線幅（３．０ｍや３．５ｍ等）を記憶して、記憶されている所定の車線幅を用いて車線変更の有無の判定等の各種処理を行う構成であってもよい。

また、区画線７の検出方法は、上記に限定されるものではなく、他の方法であってもよい。

上記実施形態は、本発明の一例であり、本発明を逸脱しない範囲において変更可能である。

本発明は、車両の横変位の算出に有効である。

１：状態量算出装置
８：カメラ（区画線検出手段）
１０：処理ユニット
１２：ＣＰＵ
１３：区画線座標算出部（区画線検出手段）
１４：車線変更判定部（車線変更検出手段）
１５：横変位補正部（横変位算出手段）
１８：状態量算出手段（車線変更検出手段、横変位算出手段）

Claims

車両が走行する走行車線を区画する区画線の前記車両に対する位置を検出する区画線位置検出手段と、
走行車線の変更を検出する車線変更検出手段と、
走行車線に対する現在の前記車両の横変位を、前記区画線位置検出手段によって検出された区画線の位置と前回算出した前回の前記車両の横変位とを用いて算出する横変位算出手段と、を有し、
前記横変位算出手段は、前記車線変更検出手段によって走行車線の変更が検出されたときに、現在の前記車両の横変位の算出に用いる前回の前記車両の横変位を、変更前の走行車線に対する横変位から変更後の走行車線に対する横変位に更新する
ことを特徴とする車両の横変位算出装置。