JP2020082879A

JP2020082879A - 運転支援システム

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Publication number: JP2020082879A
Application number: JP2018216966A
Authority: JP
Inventors: 久佐々木; Hisashi Sasaki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2020-06-04

Abstract

【課題】車両の操舵輪下端外側から最短の車線境界線内側まで距離をリアルタイムで計測し車線に沿う操舵の制御と、自車線と隣接車線の死角で生じる車線逸脱に纏わる交通事故を未然に回避する。【解決手段】車両(1)の操舵輪(2)、(3)直近のＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの３Ｄレーザセンサ(4)、(5)で最短の回帰反射性路面標示(8)、(9)を認知し、更に操舵輪(2)、(3)下端外側から車線境界線内側までの距離を一括センシング、計測値に基づきＣＰＵ(11)にてリアルタイムで車線に沿った操舵を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の操舵輪下端外側から最短の車線境界線内側までの距離をリアルタイムで計測し車線に沿う操舵の制御と、自車線と隣接車線の死角で生じる車線逸脱に纏わる交通事故の回避に関するものである。

車両の前方や側方の車線境界線形画像又は、車両の前方や側方の路上を光学機器でスキャンし照射したレーザ光が測定対象で反射して受光するまでの時間を計測して、距離を測定する方法で回帰した走査線上の不特定多数の車線境界線形候補の中から車線境界線の位置を推定する、所謂タイムオブフライト方式機能を備えた、例えは、特許文献１、特許文献２、特許文献４、特許文献５の技術がある。

また車両が走行車線から車線変更や車線逸脱する位置を特定し路車間通信にて交通事故を回避する、例えば特許文献３の車両認識装置がある。

更に、準天頂衛星の測位精度を利用し自車両及び同一車線区分の先行車両双方の緯度及び経度に基づく座標値から、先行車両との車間距離の演算を行う、例えば、特許文献４の車間距離制御装置や特許文献６の自動運転機構がある。

特開平１０−３１７９９号公報特開２００２−４９４２３号公報特許第３９７９１７９号公報特開２００９−２１１２６５号公報特開２０１１−２１０１６５号公報特開２０１６−２０１２５号公報特開２０１７−１６１３６３号公報特許第６１０９９９８号公報

車両は車線境界線間内に安全な停止距離を確保し車線逸脱や車線内進入を封じれば、物理的に交通事故は発生しません。

しかし、交通事故の７０％以上を死角に潜む障害物の認知の遅れや居眠り、脇見運転等による「発見の遅れ」が占めており、本課題を解決しない限り交通事故は無くなりません。

例えば、高速道路上に停止する車両を、時速100km/hで走行する車両が発見し停止に要する距離は約84m、車両の前面中央の高さ1mに設置し約84m前方の車両（幅1.9m）を検知するレーダーでは、およそ半径1m（1°）以下の円錐状のミリ波を照射が必要となります。また途中の縦断線形や横断線形によって検知距離は変化するため検知対象は平坦且つ直線路上の車両に限定され、仮に半径700ｍのカーブで車両を検知したと仮定した場合、二等辺三角形の定理から求めると停止車両の約25ｍ手前となり、既に大きく停止距離を割り込み車線内での事故は避けられないだけでなく途中のサグや車線外車両も誤って検知します。

即ち交通事故を防ぐには、図６の如く準天頂衛星の測位精度と高精度電子地図を活用し前方車両に停止距離直前まで接近して認知した時点で、前方車両が同一車線内の先行車有ればブレーキを制御し、車線外の対向車や並走車で車線内に進入が無ければ、そのまま自車線の中央に沿う走行するかを見極め判断する必要がある。

操舵では、操舵輪である前輪のトーイン、キャンバー、キャスターで内輪差を生じさせ車線に沿ったスマートな走行だけでなく、車線外への飛出しや後輪の接・脱輪の回避が求められ、常に軌道を車線中央へ操舵により補正する必要がある。

車間距離では、死角や横断線形・縦断線形を考慮して、車線毎に先行車両の停止を含む走行状態（速度・方向・車線逸脱の有無、有れば位置）、交通信号機や踏切遮断機、更にはトンネル内の火災・事故・崩落などを手前の入口に標示し、各信号の灯火区分と次なる信号までの時間、車線内残留者、交通事故処理や工事現場、災害の発生が予想される場所の位置情報を入手し適正な車間距離を確保する必要がある。

また逆走や自車線内への進入など危険情報を共有して交通事故の回避や隣接車線前方及び後方に位置する車両との車々間通信でスマートな車線変更や追い越しをする必要がある。

従来の技術では「蓄積走行データを道路に合わせる」や「平面画像から深度を想定し操舵する」と言ったアンマッチな操舵が行われているが、走行位置のズレや操舵基準が曖昧な操舵は有りえず、また車両先端部から走行方向に向けて路面を撮影した図２から図５が示す通り、路面の縦断線形により車線境界線形の白線は何れも変形して見えるものの、全く同じ操舵輪との接触面を持ち同一操舵を要する平面画像で画面上の線形位置や長さを基準に操舵する事は物理的に不可能、この事は意匠登録に六面体の作図を要する所以でもある。

特許文献１では、車両の両側壁までの距離計測が出来て側壁に沿った走行が可能でも路上の白線を検出できない場合は白線に沿うことは下より、車線変更して障害物を回避する事も出来ない課題が残る。

また特許文献２では、車線片側の白線に沿った走行は十分可能だが車両の両側白線までの距離計測が行われておらず車線中央に沿った操舵が出来ないだけでなく、同角延長線上の段差がある白線を誤検知する課題がある。

特許文献３の車両認識装置では、車両が走行する車線からの車線変更や車線逸脱する位置を特定する特徴を持つが路車間通信できる対象の位置や場所、圏内が限られる課題がある。

特許文献４の車間距離制御装置でも車間距離は自車両や先行車両の速度だけでなく路面の摩擦係数やタイヤ性能などの総合制動能力で決まるもので測位精度は兎も角、自車や周辺車両の位置を衛星からの電波により取得し共通した通信端末間で緯度・経度で表し自車と他車との車間距離は座標値から容易に求められる。しかし自車を中心に半径約３メートル圏内には何れかの方向に並走車線又は対向車線が存在しておりタイムオブフライト方式による車線境界線の推定では、即座に自車と特定他車が同一車線か否かを判別する機能のほか、車線逸脱や車線進入を関係車両相互間で検知する機能を有せず交通事故を未然に防ぐことが出来ない課題がある。

特許文献５の検知装置にも、特許文献４と全く同様のタイムオブフライト方式による車線境界線の推定では車両の側方の車線境界線の線形画像を基準に操舵を制御することは勿論、操舵輪から最短の回帰反射性路面標示を認知し車線境界線までの距離計測を一括センシングし即時に操舵を制御する機能を有していない。

特許文献７の区画線認識装置では、同発明の [図２]が示す通り、車両の最短の車線境界線をタイムオブフライト方式による車線境界線の推定では、均一な照射光を路面に照射する必要があり、車両の高所から前方や側方に向けセンサが設置され車両から指定する水平位置の両側壁面までの距離は計測出来ても側近の路上走査によっては時間経過に反し対象物の形状の影響で測定距離が短くなり、更に一度目のスキャンで最短の車線境界線を認知出来ないものは２度目、３度目の走査でも覚知できない課題もある。

更に、特許文献７の[図２]が示す通り、直接操舵を司る前輪は死角にあり操舵輪から車線境界線形までの正確な距離を計測することが出来ない問題がある。

特許文献６の自動運転機構では、準天頂衛星の測位精度から自車両及び同一車線区分の先行車両双方の緯度及び経度に基づく座標値から、先行車両との車間距離の演算を行う特徴を持つ技術が記載されているが、適正な車間距離はドライバーが危険を感じてブレーキを踏み制動が有効になるまでの空走距離や各車両の制動能力によって差異があるだけでなく現行の通信速度や情報処理能力が遅く制御や警告に遅れを生じる虞れが有る。

逆に、必要以上に速い制御や警告も無視や敬遠され各車両におけるドライバーの意思や意向を尊重して認知の遅れやミスが生じ、危険回避や被害の軽減が可能な段階での警告や運転支援が求められている。

更に路上走査に用いるレーザ光の照射範囲が狭いことや車体から車線境界線形までの距離が数値化されておらず片側検知の走行状態では車線中央に沿う操舵が出来ない課題を残す。

特許文献８の車両位置認識システムでは、後続車両の前部付近の車両中央もしくは両側の高所にレーザもしくは画像によって前車両の後部特定部、道路の白線もしくは路側、他車両や人の割込みを検出する位置検知装置を備えているが、前述した通り道路の縦断線形や横断線形だけでなく、僅かな路面の凹凸により計測値が大きく変動し操舵の制御は極めて難しい課題を有する。

上記目的を達成するために本発明では、図７及び図８の如く路面標示の表面にレーザ光を照射し入射方向に回帰反射させるレンズ機能を有する球形ガラスビーズを施した回帰反射性路面標示の車線境界線のみを更に傾斜させて検知する。

三角測量を応用した三角測距方式でレーザ光(6)を使用し受光素子との組み合わせて構成し、レーザ光(6)は、投光レンズで集光され多面回転鏡から側方の路上へ照射する。

車両(1)の操舵輪(2)、(3)直近の回帰反射性路面標示(8)、(9)に照射されたレーザ光(6)は、回帰反射して受光レンズを通過しＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの３Ｄレーザセンサ(4)、(5)の受光素子上にスポットを形成します。

回帰反射性路面標示(8)、(9)の位置が移動するとスポットも移動するためスポットの位置を検出することにより回帰反射性路面標示までの距離を測定することが下記の数式１によって求められる。

本発明の区画線認識制御装置では、車両(1)から最短の回帰反射性路面標示(8)、(9)を認知し、操舵輪(2)、(3)下端外側から車線境界線内側までの距離を一括センシング、計測値に基づきＣＰＵ(11)にてリアルタイムで車線に沿った操舵を制御する。

更に本発明の運転支援システムでは、前記車両(1)の車幅と車長との延長線が交差する路上に向け車体下部からレーザ光(6)を照射し回帰する様にＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの２Ｄレーザセンサ(15)、(16)、(17)、(18)を鋭角に固定、車両(1)の移動により回帰反射性路面標示(8)、(9)、(10)の何れかを検知した場合、検知したセンサを特定しＣＰＵ(11)にて無線符号に変換、更に準天頂衛星(19)の受信電波から測位したＧＰＳ受信アンテナ(21)の位置・座標をリアルタイムで車載通信端末(20)と路側のマイクロセル(22)との間で行われる路車間通信に付加して、第５世代移動通信システムネットワーク(24)上にアップロードし自車線や隣接車線での車線変更や車線逸脱に纏わる交通事故を未然に回避する。

夫々のＧＰＳ受信アンテナ(21)相互間の車間距離は、下記数式２によって求められる。

本発明では、こうした課題に鑑み車両の操舵輪から最短の回帰反射性路面標示を認知し距離計測も一括してセンシングして、リアルタイムでＣＰＵにて車線に沿った操舵を制御する。

また本発明では、図７から図８の如く車両から直近の正確な車線境界線を特定するため区画する路面標示の表面に、レーザ光を入射方向に回帰反射させるためレンズ機能を有する球形ガラスビーズを施した車線境界線を更に傾斜させて読取ることで路面標示上のレンズ密度を密にして輝度を高めて認知する。

更に図１１に示す通り正確な車線境界線の特定と操舵輪下端外側から車線境界線までの計測値を得るため、意図的にセンサを車両の低位置に設置し鋭角に走査光を路面に照射する事で、図７や図８の如く、路面の鏡面反射や乱反射する路上の多くの反射成分を入射角と同角の反対方向に反射させ回帰反射性路面標示の車線境界線のみを認知する。

前記路上の走査範囲において複数の回帰反射性路面標示を認知した場合、図１と図１１に示す通り、計測距離が最も短いもの持って車線境界線とする。

一方、本発明では、レーザ光で常に最短の回帰反射性路面標示までを走査しており、自車両(1)が車線境界線から車線逸脱しても判らないところから図１に示す通り、別系統で前記車両(1)の車幅と車長との延長線が交差する路上に向け車体下部からレーザ光(6)を照射し回帰する様にＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの２Ｄレーザセンサ(15)、(16)、(17)、(18)を鋭角に固定、車両(1)の移動により回帰反射性路面標示(8)、(9)、(10)の何れかを検知する。

検知したセンサを特定しＣＰＵ(11)にて無線符号に変換し、更に準天頂衛星(19)の受信電波から測位したＧＰＳ受信アンテナ(21)の位置・座標を、リアルタイムで車載通信端末(20)と路側のマイクロセル(22)との間で行われる路車間通信に付加して、第５世代移動通信システムネットワーク(24)上にアップロードし図１２及び図１３に示す通り自車線や隣接車線での車線変更や車線逸脱に纏わる交通事故を未然に回避する。

準天頂衛星(19)の受信電波から測位したＧＰＳ受信アンテナ(21)の位置・座標を各車両で利用するためアンテナの取付位置は、図１と図９から図１０が示す通り、車幅の中央とし後端から所定位置を共通化させることを目的とし、この場合の車間距離は、アンテナ相互間距離−自車長＝実車間距離とする。

本発明では、基地局のクラウド側で図１２で示す通り、国土地理院が開示する高精度電子地図上の緯度及び経度の度以下を十進法で区分する座標値を各道路の種別・上下線・車線別に細分化したものをコード化しクライアントからの走行車線別データの要求に応じ各車線フィルターを通し第５世代移動通信システムのネットワーク上にアップロードする。

図１は、本発明の運転支援システムの制御系統図である。図２は、車線境界線形が縦断線形により変形して見えることを説明する俯瞰写真(路面平坦)である。図３は、車線境界線形が縦断線形により変形して見えることを示す前方写真(路面降坂)である。図４は、車線境界線形が縦断線形により変形して見えることを示す前方写真(路面平坦)である。図５は、車線境界線形が縦断線形により変形して見えることを示す前方写真(路面登坂)である。図６は、本発明の車線境界線形における対応を示す前方写真である。図７は、本発明で認知する回帰反射性路面標示と拡散反射路面標示の比較正面写真(左が回帰反射性路面標示で右が拡散反射路面標示)である。図８は、本発明で認知する回帰反射性路面標示と拡散反射路面標示の傾斜比較写真(左が回帰反射性路面標示で右が拡散反射路面標示)である。図９は、本発明の運転支援システムの実施方法を示す車両の側面説明図である。図１０は、本発明の運転支援システムの実施方法を示す車両の正面説明図である。図１１は、本発明の操舵輪から車線境界線までの回帰反射性路面標示認知と計測方法を示す拡大説明図である。図１２は、本発明の運転支援システムの車線区分コードの範囲とシステム概要を示す俯瞰図である。図１３は、本発明の運転支援システムのカーブでの実施態様を示す俯瞰図である。図１４は、本発明の運転支援システムの登坂車線での実施態様を示す俯瞰図である。図１５は、本発明の運転支援システムの制御系別の系統図である。

車線の幅は、一般道路で、２．７５ｍ〜３．５ｍ、高速道路では、３．２５ｍ〜３．５ｍとなっている。また普通自動車の幅が１．７ｍとすると、一般道路で１．０５ｍ〜１．８ｍ、高速道路で１．５５ｍ〜１．８ｍの余地が有り、更にこれを２等分すると片側に一般道路で、０．５２ｍ〜０．９ｍ高速道路で０．８ｍ〜０．９ｍの移動余地が有り、当基準に準拠するよう図１と図９から図１１を参照し３Ｄレーザセンサ(4)、(5)の最大読取り距離が約１．５ｍ以下となる様に固定する。

図１１に示す通り、前記車両(1)の操舵輪付近下端部に搭載するＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの３Ｄレーザセンサ(4)、(5)は光源部(A)と受光部(B)は同一センサ内で至近距離にあり光源部(A)より多面回転鏡に照射するレーザ光(6)は、前記車両(1)の進行方向と直交する方向の、路面(7)上にある回帰反射性路面標示(8)、(9)、(10)越えまで、高速で鋭角に照射し走査して反射光が回帰する様に固定する。

照射したレーザ光(6)は、毎走査時、回帰反射性路面標示(8)、(9)、(10)上の接点(C)で交差し強い回帰反射光を発して受光部(B)のレンズを通過して受光素子上にスポットを形成する。

回帰反射性路面標示(8)、(9)、(10)が移動するとスポットも移動するため、そのスポット位置を検出することにより操舵輪(2)、(3)下端外側から車線境界線内側までの距離を測定することが出来る。

図１１に示す通り、受光素子にＣＭＯＳ又はＣＣＤを用いて、画素ごとにセンサ機能を持ち受光量を検出して、変位値を算出する。

図１１に示す通り、スポット形成時の操舵輪(2)、(3)下端外側(A’)と受光部(B)のレンズは垂直で距離も定まり、最短でセンサに回帰する接点(C)の角度を識別し、最短の回帰反射性路面標示(8)、(9)の接点(C)位置を決定し、即座に操舵輪(2)、(3)下端外側(A’)から接点(C)までの距離を３Ｄレーザセンサ(4)、(5)の受光素子の画素ごとの位置と受光量を検出して計測する。

計測値はＣＰＵ(11)にて、即時に操舵輪(2)、(3)下端外側から車線境界線内側までの距離に演算して操舵を制御する。

制御に用いるデータは、図１５で示す通りＣＰＵ(11)に付随するＡＩ(12)にも最良な車速と操舵・車間距離の関係や追い越しや車線変更時のタイミング等についても学習させ次代の操舵に反映させる。

更に、前記車両(1)の四箇所に搭載するＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの２Ｄレーザセンサ(15)、(16)、(17)、(18)は、図１と図９から図１１に示す通り、車両(1)の所定位置に設置し進行方向及び逆方向の路面(7)へ、両横下端から前及び後に向けて鋭角でレーザ光(6)が照射される様に固定する。

車両(1)の走行や操舵に伴う必然的な路面(7)走査で回帰反射性路面標示(8)、(9)、(10)上の何れかで回帰反射し回帰を認識したセンサを特定する。

特定されたセンサ部位をＣＰＵ(11)にて無線符号に変換し、更に準天頂衛星(19)の受信電波から求めたＧＰＳ受信アンテナ(21)の位置座標を、５Ｇの車載通信端末(20)と路側のマイクロセル(22)との間でリアルタイムに行われる路車間通信に付加して、第５世代移動通信システムネットワーク(24)上にアップロードする。

図１は、本発明の運転支援システムを車載した制御系統図で本発明の主体は光学系センサや車々間通信端末の実装方法にあり電子、機構系の説明は省略する。

図１１は、本発明の操舵輪から車線境界線までのセンサと回帰反射性路面標示との関係を示す説明図でスポット形成時の操舵輪(2)、(3)下端外側(A’)と受光部(B)のレンズは垂直で距離も定まりレーザ光が最短でセンサに回帰する接点(C)の角度を識別し、最短の回帰反射性路面標示(8)、(9)の接点(C)位置を決定し、操舵輪(2)、(3)下端外側(A’)から接点(C)までの距離をＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの３Ｄレーザセンサ(4)、(5)の受光素子の画素ごとの位置と受光量を検出して計測する。

車両(1)から最短の回帰反射性路面標示(8)、(9)を認知し、更に操舵輪(2)、(3)下端外側から車線境界線内側までの距離を一括センシング、計測値に基づきＣＰＵ(11)にてリアルタイムで車線に沿った操舵を制御するため、前輪のトーイン、キャンバー、キャスターで内輪差を生じさせ車線に沿ったスマートな走行だけでなく、車線外への飛出しや後輪の接・脱輪の回避を行い、常に車線中央への操舵により軌道を補正し運転を支援する。

前記車両(1)の移動によりＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの２Ｄレーザセンサが回帰反射性路面標示(8)、(9)、(10)の何れかを検知した場合、検知したセンサを特定し準天頂衛星(19)の受信電波から測位した車両(1)の位置・座標を第５世代移動通信システムネットワーク(24)上にアップロードし自車線や隣接車線での車線変更や車線逸脱に纏わる交通事故を未然に回避する。

少子高齢化社会を支える為、高齢者にも自立した移動が求められ認知・判断ミスによる逆走や誤発進による衝突や暴走、踏切事故と言った重大事故が懸念されており、こうした事故を防止し完全な自動運転に向けての究極な安全運転支援が可能となる。

１車両
２、３操舵輪
４、５ＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの３Ｄレーザセンサ
６レーザ光
７路面
８、９、10 回帰反射性路面標示
11 ＣＰＵ
12 ＡＩ
13 サーボモーター
14 車両認識制御装置
15、16、17、18 ＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの２Ｄレーザセンサ
19 準天頂衛星
20 車載通信端末
21 ＧＰＳ受信アンテナ
22 マイクロセル
23 基地局
24 第５世代移動通信システムネットワーク
Ａ光源部
Ａ’ 操舵輪下端外側
Ｂ受光部
Ｃ接点

図11に示す通り、前記車両(1)の操舵輪付近下端部に搭載するＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの３Ｄレーザセンサ(4)、(5)は光源部(A)と受光部(B)は同一センサ内で至近距離にあり光源部(A)より凸面鏡又は多面回転鏡に照射するレーザ光(6)は、前記車両(1)の進行方向と直交する方向の、路面(7)上にある回帰反射性路面標示(8)、(9)、(10)越えまで、常時又は高速で鋭角に照射し反射光が回帰する様に固定する。

一方、本発明では、レーザ光で常に最短の回帰反射性路面標示越えまで照射しており、自車両(1)が車線境界線から車線逸脱しても判らない。

Claims

車両(1)の操舵輪(2)、(3)直近のＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの３Ｄレーザセンサ(4)、(5)で最短の回帰反射性路面標示(8)、(9)を認知し、更に操舵輪(2)、(3)下端外側から車線境界線内側までの距離を一括センシング、計測値に基づきＣＰＵ(11)にてリアルタイムで車線に沿った操舵を制御することを特徴とする区画線認識制御装置(14)。
前記車両(1)の車幅と車長との延長線が交差する路上に向け車体下部からレーザ光(6)を照射し回帰する様にＣＭＯＳ又はＣＣＤタイプの２Ｄレーザセンサ(15)、(16)、(17)、(18)を鋭角に固定、車両(1)の移動により回帰反射性路面標示(8)、(9)、(10)の何れかを検知した場合、検知したセンサを特定しＣＰＵ(11)にて無線符号に変換し、更に準天頂衛星(19)の受信電波から測位したＧＰＳ受信アンテナ(21)の位置・座標を、リアルタイムで車載通信端末(20)と路側のマイクロセル(22)との間で行われる路車間通信に付加して、第５世代移動通信システムネットワーク(24)上にアップロードし自車線や隣接車線での車線変更や車線逸脱に纏わる交通事故を未然に回避することを特徴とする運転支援システム。