JP2017124660A - 駐車支援システム、駐車支援方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駐車支援システムは、連続する1回の前進および1回の後進からなる単位経路の移動を繰り返して車両を目標駐車位置に移動するにあたり、前記単位経路それぞれの軌道を計画するとともに、前記前進および前記後進の到達位置において前記車両の操舵角度が略0度となるように、前記車両を前記軌道に沿って移動させるための車両制御信号を算出する駐車経路計画部、を備える。
【選択図】図1
Description
以下、本発明の実施形態による駐車支援システムを図1〜図9を参照して説明する。
図1は、本発明に係る第一実施形態における駐車支援システムのブロック図である。
駐車支援システム10は、車両に搭載されるコンピュータ装置であって、駐車支援システム10が搭載された車両の自動駐車を支援する。駐車支援システム10は、入力部11と、駐車経路計画部12と、侵入検出部13と、駐車動作制御部14と、記憶部15と、出力部16とを備えている。
駐車動作制御部14は、駐車経路計画部12が生成した車両制御信号を車両の駐車動作に関する各アクチュエータに出力する。
記憶部15は、入力部11が取得した目標駐車位置の位置情報などを記憶する。また、記憶部15は、駐車経路計画部12が算出したフレームの軌道を示す情報などを記憶する。また、記憶部15は、操舵角度(ステア角度)の最大値、車両の車速の上下限値、操舵角速度(ステア角速度)の上下限値などハードウェアの性能値を記憶する。
出力部16は、車両の運転席に設けられたディスプレイに自動駐車の開始および完了の通知を表示したり、自動駐車の進捗状況の表示を行ったりする。
入力部11、駐車経路計画部12、侵入検出部13、駐車動作制御部14、出力部16は、駐車支援システム10が備えるCPUが、記憶部15が記憶するプログラムを読み込んで実行することにより駐車支援システム10に備わる機能である。
図2は、本発明に第一実施形態による車両制御信号の一例を示す図である。
図2(a)は、1フレームの後進時における車両の前輪の操舵角度を制御する信号の波形を示している。図2(a)の縦軸は角度(rad)、横軸は時間を示している。上述のとおり、本実施形態では1フレームの開始時および終了時、1フレーム内の切り返し時(前進と後進の変換時)にハンドルが正面を向いた状態となるように操舵角度を制御するので、初期状態の操舵角度は0度である。時刻0から時刻t1までの操舵角度は0度であり、このとき車両は直線上を移動する。時刻t1から時刻t2までの操舵角度は一定の角速度で増加し、このとき車両はクロソイド曲線上を移動する。時刻t2から時刻t3までの操舵角度は一定で、このとき車両は円弧上を移動する。時刻t3から時刻t4までの操舵角度は一定の角速度で0度まで減少し、車両はクロソイド曲線上を移動しつつ、時刻t4に停止する。このときハンドルは正面を向いている(操舵角度は0度)。前進時の制御信号の波形も同様に、操舵角度を0度から増加させ、所定の目標操舵角度を維持し、その後、切り返し地点では再び0度となるように減少させるような台形波形である。駐車経路計画部12は、図2(a)で例示する波形の操舵角度制御信号を1フレームの前進動作および後進動作のそれぞれについて生成する。
図示するように、時刻t1から時刻t2までの目標ステア角度φ(t)は、φ(t)=ω1t−t1、時刻t2から時刻t3までの目標ステア角度φ(t)は、φ(t)=ω1(t2−t1)、時刻t3から時刻t4までの目標ステア角度φ(t)は、φ(t)=−ω2t+ω2t3+ω1(t2−t1)で表すことができる。ここでtは時刻、ω1は操舵角度を増加させるときの角速度、ω2は操舵角度を減少させるときの角速度である。
駐車経路計画部12は、記憶部15から読み出した最大操舵角度または操舵角速度、図2(a)で例示した時刻t1〜t2の時間、時刻t2〜t3の時間、時刻t3〜t4の時間をパラメータとして、これらのパラメータに適切な範囲の値を設定し、1フレームの前進時における操舵角度制御信号を複数パターン生成する。また、駐車経路計画部12は、記憶部15から読み出した車速の上下限値の範囲内で適切な速度Vを選択し、操舵角度制御信号で規定する前進の開始から停止までの時間に合わせて、その時間を速度Vで前進することを指示する車速制御信号を生成する。駐車経路計画部12は、生成した複数の操舵角度制御信号とそれぞれに対応する車速制御信号を組にして、その車両制御信号で車両を前進させた場合の軌道、到達位置の位置情報、到達位置における姿勢情報を算出する。なお、到達位置の位置情報とは、例えば、駐車開始位置20における車両の所定位置(例えば両後輪の中心)を原点とし、車両進行方向にX軸、車幅方向にY軸を設定した座標系における、車両が到達位置に至ったときの車両の所定位置の座標情報である。また、到達位置における姿勢情報とは、駐車開始位置20における車両の向きに対して到達位置に至ったときの車両の向きがなす角度である。図3の前半軌道21A〜前半軌道23Aは、駐車開始位置20を出発位置とした複数パターンの車両制御信号に基づく車両の軌道を示している。図3の前半軌道到達位置21〜前半軌道到達位置23は、複数パターンの車両制御信号に基づいて車両を前進させた場合の到達位置を示している。また、例えば、駐車開始位置20と目標駐車位置25との位置関係に基づく好ましい切り返し位置の許容範囲を示す領域24を規定する座標情報が予め記憶部15に記録されていて、駐車経路計画部12は、性能の範囲内で任意に設定した操舵角速度、車速などに基づいて到達する前半軌道の到達位置がこの領域24に含まれるような軌道を前半軌道の候補として決定してもよい。このように前半軌道を多数模擬し、その中から前半軌道の候補を複数(例えば10パターン)決定すると、駐車経路計画部12は、後半軌道を算出して車両を目標駐車位置25へと移動させる駐車経路における1フレーム分の軌道を計画する。なお、目標駐車位置25の周囲の駐車スペースには、駐車車両100〜102が既に駐車している。
駐車経路計画部12は、前半軌道の計画で算出した前半軌道到達位置21〜前半軌道到達位置23の各点を出発位置として、1つの出発位置につき複数パターンの後半軌道を算出する。例えば、駐車経路計画部12は、最大操舵角度、操舵角度が0度の状態から最大操舵角度に至るまでの時間、最大操舵角度を維持する時間、操舵角度を最大角度から0度に戻す時間、後進時の車速などを性能値の範囲内で任意に設定し、前半軌道到達位置23を出発位置として複数の後半軌道を算出する。後半軌道23B1、23B2は、駐車経路計画部12がそのようにして算出した後半軌道の一例である。前半軌道と同様、駐車経路計画部12は、後半軌道の到達位置(1フレームの到達位置)が所定の領域に含まれるものだけを選択してもよい。同様に駐車経路計画部12は、前半軌道到達位置22を出発位置とする複数の後半軌道(例えば後半軌道22B1〜22B3)の候補を模擬する。前半軌道到達位置21についても同様の処理を行う。また、駐車経路計画部12は、複数の後半軌道のそれぞれについて、車両の到達位置の位置情報、到達位置における姿勢情報を算出する。次に駐車経路計画部12は、算出した複数の後半軌道の到達位置(例えば、到達位置23E1、23E2、22E1、22E2、22E3)と目標駐車位置25との距離を比較し、最も目標駐車位置25に近い到達位置を選択する。図4の例では、到達位置22E2が最も目標駐車位置25に近い到達位置である。駐車経路計画部12は、選択した到達位置に対応する後半軌道およびその後半軌道につながる前半軌道を選択し、それらを1フレームの軌道として決定する。図3、図4の例では、駐車経路計画部12は、前半軌道22Aと後半軌道22B2との組み合わせを1フレームとして決定する。なお、図3、図4の例では、車両は、駐車開始位置20から1フレームで目標駐車位置25へ移動したが、1フレームで目標駐車位置25へ到達することができない場合は、例えば1フレームの移動が完了する度に、図3、図4を用いて説明した前半軌道および後半軌道の算出を繰り返し、複数フレームの移動を繰り返すことで目標駐車位置25への移動を行う。
図5の各図において、駐車開始位置は(X、Y)=(0、0)の原点、目標駐車位置は(X、Y)=(−3、6)で表されている。車両が駐車開始位置に停車しているときに、ドライバの自動駐車開始指示操作により、駐車支援システム10は全自動での駐車支援を開始する。まず、駐車経路計画部12が、駐車開始位置から1フレーム目の軌道を計画する。具体的な計画方法は図3、図4で説明したとおりである。軌道を計画することによって舵角制御信号の波形などが決定され、その軌道の到達位置や姿勢情報が算出される。駐車経路計画部12は、計画した1フレーム目の軌道で車両を移動させるのに必要な車両制御信号を駐車動作制御部14に出力する。車両制御信号は、前進時の操舵角度制御信号、前進時の車速制御信号、後進時の操舵角度制御信号、後進時の車速制御信号を含んでいる。駐車動作制御部14は、前進時の操舵角度制御信号に基づいて、パワーステアリングシステムを操作し、前輪の操舵角度を制御する。また、駐車動作制御部14は、前進時の車速制御信号に基づいて、車輪駆動機構を制御し、車両を所定の速度で前進させる。これにより車両は、前半軌道上を移動して切り返し位置へ到達する。図2を用いて説明したように、本実施形態の操舵角度制御信号によれば、切り返し位置へ到達したときの前輪の操舵角度は約0度となっている。これにより、1フレームの後半の移動を行う際に据え切りを行うことなく、車両の後半軌道へスムーズな追随を実現することができる。切り返し位置へ到達すると、駐車動作制御部14は、後進時の車両制御信号に基づいて車両を後進させる。
次に、計画した1フレームの軌道が進入禁止領域と干渉する場合の処理について説明する。
図6において斜線で示した領域は、進入禁止領域33である。位置30に存在する車両に搭載された駐車支援システム10において、駐車経路計画部12が、前半軌道31と後半軌道32からなる1フレームの軌道を算出したとする。この場合、後半軌道32は、進入禁止領域33と干渉する。従って、後半軌道32を修正しなければ、車両は進入禁止領域33に侵入してしまい問題となる。このような場合、侵入検出部13が、後半軌道32の進入禁止領域33への侵入を検出し、駐車経路計画部12は、後半軌道32の軌道を修正する。具体的には、駐車経路計画部12は、後半軌道32を進入禁止領域33の手前(例えば位置34)で終了させる修正を行う。そして、駐車経路計画部12は、位置34を出発位置として再度フレームの計画を行い、目的駐車位置への移動を継続する。このような修正を行えば、車両の進入禁止領域33への侵入を防ぎ、車両を目的駐車位置に駐車させることができる。
図8は、本発明の第一実施形態による軌道の修正方法を説明する第二の図である。
操舵角度制御信号41は、駐車経路計画部12が生成した後半軌道の操舵角度制御信号の波形を示している。進入禁止領域33が時刻t41に車両が進入禁止領域に侵入することを検出すると、駐車経路計画部12は、操舵角度制御信号41を例えば操舵角度制御信号40の波形に修正する。また、駐車経路計画部12は、車速制御信号の波形(図示せず)を時刻t41で0にするよう修正する。操舵角度制御信号の修正の場合、駐車経路計画部12は、ハードウェアの制約条件である操舵角速度の最大値を考慮して修正を行う。ここで、図8を用いて据え切りが可能な車両における操舵角度制御信号の修正方法を説明する。据え切りが可能な車両においては、図8で例示するような単純なステップ型の波形を指令値として与えることができる。この波形は前輪の操舵角度が一定のまま前進または後進し、進入禁止領域の手前で停止しつつ、据え切りを行って操舵角度を0度にする制御を示している。このような動作は、操舵角度を制御する高性能なアクチュエータを備える車両では可能である。しかしながら、一般的な車両では、図8のような操舵角度制御信号を与えたとしてもこの通りに前輪を旋回させることができず、進入禁止領域手前で停止したときの前輪操舵角度が0度に戻らない。従って、据え切りが不可能または困難な車両に対しても適用できるように、本実施形態では、進入禁止領域手前の停止位置に至る前から操舵角度を逐次変化させ、図7のような波形を生成する。
前提として目標駐車位置、進入禁止領域の座標情報が駐車支援システム10の外部から与えられるものとする。また、車両は自車両の位置や姿勢を検出するセンサを有しており、駐車支援システム10は、これらのセンサの検出結果に基づく車両の位置情報や姿勢情報を取得できる。また、説明の便宜のため、以下の説明では、車速制御信号の生成に関して自動駐車時における前後進の速度Vを一定とする。また、前進時のシフトは1速、後進時のシフトはバックと定められているとする。また、ボタンを押下するなどのドライバによる自動駐車開始指示操作によって、自動駐車処理が開始されたとする。
一方、選択した候補のうち、進入禁止領域へ侵入しない前半軌道の候補については(ステップS14;No)、ステップS16の処理へ進む。
以下、本発明の第二実施形態による駐車支援システムについて図10を参照して説明する。
第一実施形態ではハードウェアの制約を陽に考慮して車両の駐車経路を生成した。第二実施形態における駐車支援システム10Aは、第一実施形態の駐車支援システム10をさらに有効に活用できる構成を備える。車両の操舵角度を制御するアクチュエータは、例えば熱によって本来の性能を発揮できなくなる場合がある。そのような場合、ハードウェアの制約条件で定めた最大操舵角度、操舵角速度ですら動作しない状況が生じる。第二実施形態では、このような事態に備え、各種アクチュエータの故障・異常を検出し、異常が生じた状況下でのハードウェアの性能値に基づいて駐車経路を計画する。
本発明の第二実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る駐車支援システム10を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それらの説明を省略する。第二実施形態に係る駐車支援システム10Aは、第一実施形態の構成に加えて、異常検出部17を備えている。
異常検出部17は、車両の状態を常に監視しておき、車両の備えるハードウェアのうち車両制御信号によって制御するハードウェア(アクチュエータなど)の異常を検出する。
駐車経路計画部12Aは、異常検出部17が異常を検出すると、異常が発生したハードウェアに関する車両制御信号の波形や前半軌道および後半軌道を、ハードウェアの制約を考慮した性能値をさらに下方修正した異常時における性能値に基づいて生成する。また、記憶部15は、異常時における各種の性能値を記憶している。
以下、本発明の第三実施形態による駐車支援システムについて図11〜12を参照して説明する。
第一実施形態、第二実施形態の方法を用いることで原理的には、幅広い車種の車両について自動駐車が可能であるが、切返し回数が多くなるにつれてセンサの検出値に基づく自己位置推定などの誤差が大きくなる。そのため、切り返し回数はなるべく少ない方が望ましい。一般的に知られているように,切り返し回数は駐車開始位置に依存する。第三実施形態では、切返し回数を少なくする駐車開始位置の提案を行う。
第三実施形態は、第一実施形態および第二実施形態のどちらと組み合わせることも可能であるが、ここでは第一実施形態と組み合わせた場合の構成を例に説明を行う。また、本発明の第三実施形態に係る構成のうち、第一実施形態に係る駐車支援システム10を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それらの説明を省略する。第三実施形態に係る駐車支援システム10Bは、第一実施形態の構成に加えて、初期位置提示部18を備えている。
初期位置提示部18は、切り返し回数を少なくする駐車開始位置を提示する。また、記憶部15は、駐車開始位置と切り替し回数との関係を定めた初期位置ガイド情報を記憶している。
図12の3次元グラフのX軸は駐車開始位置候補のX座標、Y軸は駐車開始位置候補のY座標、Z軸は切り返し回数を示している。このグラフは、例えば、ある駐車場で駐車開始位置を変えながら目標駐車位置に対して繰り返し駐車操作を行ったときの切り返し回数を蓄積したデータを用いて生成する。(X,Y)=(0、0)の位置は、車両の現在位置を示している。目標駐車位置は所定の位置である。図12のグラフは、この現在位置と目標駐車位置との位置関係の下での駐車開始位置と切り返し回数の関係を示している。このグラフによれば、Z軸の値が最も小さくなるときのX座標、Y座標の位置に車両を移動し、その位置から自動駐車を開始すれば、目標駐車位置への移動について切り返し回数を最も少なくすることができることがわかる。
以下、本発明の第三実施形態による駐車支援システムについて図13を参照して説明する。
第一実施形態〜第三実施形態の方法を用いることで、複数回の切り返しを行う自動駐車を実現することができる.しかしながら,複数回数の切返しを行うがゆえに自動駐車の進捗度合が不明であり、ドライバを不安にさせる可能性がある。そこで第四実施形態に係る駐車支援システム10Cは、ドライバの不安を和らげるために自動駐車の進捗状況を提示する機能を有している。
第四実施形態は、第一実施形態〜第三実施形態の何れとも組み合わせることも可能であるが、ここでは第一実施形態と組み合わせた場合の構成を例に説明を行う。また、本発明の第四実施形態に係る構成のうち、第一実施形態に係る駐車支援システム10を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それらの説明を省略する。第四実施形態に係る駐車支援システム10Cは、第一実施形態の構成に加えて、進捗状況算出部19を備えている。
進捗状況算出部19は、車両がフレームの軌道に基づく移動を完了する度に、フレームの到達位置における車両の位置および姿勢と目標駐車位置における車両の位置および姿勢との偏差を算出する。
進捗度(q)= 100 − (Xr−Xq)2
− (Yr−Yq)2 − (θr−θq)2[%]
ここでXr、Yrは目標駐車位置の位置情報のX座標とY座標、θrは目標駐車位置における姿勢情報である。また、qは何フレーム目かを表し、Xq、Yq、θqはそれぞれqフレーム目の最終到達位置のX座標、Y座標、姿勢情報である。qフレーム目の最終到達位置・姿勢が目標駐車位置・姿勢に近づけば近づくほど「進捗度(q)」は大きな値となり、最終到達位置・姿勢が目標駐車位置・姿勢と一致すると、「進捗度(q)」は100%となることが分かる。なお、この式の値が0を下回る場合は、進捗率0%とする。進捗状況算出部19は、算出した「進捗度(q)」を出力部16に出力し、出力部16がこの値を運転席のディスプレイ装置に表示する。進捗状況算出部19は、2フレーム目以降も後半軌道の移動が完了する度に同様の計算を行って「進捗度(q)」を算出する。これによってドライバは、1フレームの移動が完了する度に自動駐車の進捗状況を把握することができる。
また、駐車支援システム10は、1台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
11・・・入力部
12・・・駐車経路計画部
13・・・侵入検出部
14・・・駐車動作制御部
15・・・記憶部
16・・・出力部
17・・・異常検出部
18・・・初期位置提示部
19・・・進捗状況算出部
Claims (15)
- 連続する1回の前進および1回の後進からなる単位経路の移動を繰り返して車両を目標駐車位置に移動するにあたり、前記単位経路それぞれの軌道を計画するとともに、前記前進および前記後進の到達位置において前記車両の操舵角度が略0度となるように、前記車両を前記軌道に沿って移動させる車両制御信号を算出する駐車経路計画部、
を備える駐車支援システム。 - 前記車両制御信号は、前記単位経路の前進および後進における操舵角度の制御において、操舵角度を所定角度から増加した後に一定の操舵角度を維持し、その後操舵角度を減少し略0度とする制御信号を含む、
請求項1に記載の駐車支援システム。 - 前記単位経路の進入禁止領域への侵入を検出する侵入検出部、
をさらに備え、
前記侵入検出部が前記進入禁止領域への侵入を検出した場合、
前記駐車経路計画部は、前記単位経路の軌道を前記進入禁止領域へ侵入する手前で停止する軌道に変更し、変更後の前記単位経路において前記進入禁止領域の手前の停止位置での前記車両の操舵角度が略0度となるよう前記車両制御信号を変更する、
請求項1または請求項2に記載の駐車支援システム。 - 前記侵入検出部が進入禁止領域への侵入を検出した場合、
前記駐車経路計画部は、変更後の前記車両制御信号に基づいて変更後の前記単位経路の軌道を再度算出し、再度算出した軌道が前記侵入検出部によって前記進入禁止領域へ侵入しないと判定されるまで、前記車両制御信号の変更を繰り返す、
請求項3に記載の駐車支援システム。 - 前記駐車経路計画部は、前記車両の自動運転時におけるハードウェアの性能値に基づいて前記単位経路および前記車両制御信号を算出する、
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の駐車支援システム。 - 前記駐車経路計画部は、前記車両の自動運転時におけるハードウェアの性能値の上下限値の範囲内で前記車両を移動させた場合の前記単位経路の候補を複数算出し、それら複数の前記単位経路の中から、前記単位経路の到達位置の位置情報が前記目標駐車位置に最も近い前記単位経路を選択する、
請求項5に記載の駐車支援システム。 - 前記車両の備えるハードウェアのうち前記車両制御信号に係るハードウェアの異常を検出する異常検出部、
をさらに備え、
前記駐車経路計画部は、前記異常検出部により異常が検出されたハードウェアの異常時における性能値に基づいて前記単位経路および前記車両制御信号を算出する、
請求項1から請求項6の何れか1項に記載の駐車支援システム。 - 前記異常検出部は、前記車両制御信号に含まれる操舵角度制御信号と実際の操舵角度との偏差、または、車速制御信号と実際の車速との偏差のうち少なくとも一つが、それぞれについて設定された閾値以上となることに基づいて前記ハードウェアに異常が発生したことを検出し、
前記駐車経路計画部は、前記異常検出部により異常が検出されたハードウェアの異常時における性能値に基づいて前記単位経路を算出する、
請求項7に記載の駐車支援システム。 - 前記駐車経路計画部は、
駐車開始位置と切り替し回数との関係を定めた初期位置ガイド情報に基づく切り返し回数が少なくなる駐車開始位置を出発位置として、前記単位経路を算出する、
請求項1から請求項8の何れか1項に記載の駐車支援システム。 - 前記車両が前記単位経路に基づく移動を完了する度に、前記単位経路の到達位置における前記車両の位置および姿勢と前記目標駐車位置における前記車両の位置および姿勢との偏差を算出する進捗状況算出部、
をさらに備える請求項1から請求項9の何れか1項に記載の駐車支援システム。 - 前記駐車経路計画部は、前記単位経路の到達位置を出発位置とする連続した前記単位経路を、ある1回の前記単位経路の到達位置における前記車両の位置と前記目標駐車位置との差が所定の範囲内となるまで繰り返し計画し、一つまたは複数の前記単位経路からなる駐車経路を算出する、
請求項1から請求項10の何れか1項に記載の駐車支援システム。 - 連続する1回の前進および1回の後進からなる単位経路の移動を繰り返して車両を目標駐車位置に移動するにあたり、前記車両の操舵角度の変化を制御する操舵角度制御信号を生成する駐車経路計画部、
を備え、
前記駐車経路計画部は、前記前進および前記後進のそれぞれにおける操舵角度が略0度で開始し略0度で終了する台形波形を含む操舵角度制御信号を算出する
駐車支援システム。 - 連続する1回の前進および1回の後進からなる単位経路の移動を繰り返して車両を目標駐車位置に移動するにあたり、前記単位経路それぞれの軌道を計画する駐車経路計画部、
を備え、
前記駐車経路計画部は、前記単位経路の到達位置を出発位置とする連続した前記単位経路を、ある1回の前記単位経路の到達位置における前記車両の位置と前記目標駐車位置との差が所定の範囲内となるまで繰り返し計画する、
駐車支援システム。 - 連続する1回の前進および1回の後進からなる単位経路の移動を繰り返して車両を目標駐車位置に移動するにあたり、前記単位経路それぞれの軌道を計画するとともに、前記前進および前記後進の到達位置において前記車両の操舵角度が略0度となるように、前記車両を前記軌道に沿って移動させるための車両制御信号を算出する、
駐車支援方法。 - 駐車支援システムのコンピュータを、
連続する1回の前進および1回の後進からなる単位経路の移動を繰り返して車両を目標駐車位置に移動するにあたり、前記単位経路それぞれの軌道を計画するとともに、前記前進および前記後進の到達位置において前記車両の操舵角度が略0度となるように、前記車両を前記軌道に沿って移動させるための車両制御信号を算出する手段、
として機能させるためのプログラム。
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