JP2549661B2 - 自律走行車両制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、車両に搭載した撮像手段の画像情報をもと
に検出した複数の障害物を自律的に回避して走行する自
律走行車両制御装置に関するものである。

（従来の技術） 近年においては、障害物を自動的に回避して走行する
無人走行車が種々提案されている。

従来のこのような無人走行車では、走行路上に存在す
る障害物を検出すると、この障害物を回避するための種
々の演算処理を実行する。例えば、走行路上の障害物の
位置及びこの障害物の形状、大きさ等を認識し、これら
の障害物情報に基づき個々の障害物に対応した回避判断
を実行するようにしていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、個々の障害物に対応して回避判断を実
行していたため、各障害物を回避するための演算処理等
の処理量が多大であり、更に複数の障害物の位置関係等
によっては複雑な演算処理を実行しなければならず、改
良の余地が残されていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので障害物
を回避するための回避処理を簡略化し、走行路上に存在
する複数の障害物を確実に回避することのできる自律走
行車両制御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明が提供する手段は、
第１図に示すように、車両に搭載した撮像手段１による
画像情報をもとに検出した第１の障害物及び第２の障害
物を回避して走行する自律走行車両制御装置において、
前記各障害物に外接する円形の第１の障害物領域及び第
２の障害物領域を設定する障害物領域設定手段２と、前
記車両の想定回転半径を決定し、当該車両の旋回による
最外部及び最内部の軌道を演算する軌道演算手段３と、
前記少なくともいずれか一方の軌道が前記第１又は第２
の障害物領域と交差、接触する場合に前記想定回転半径
を補正する補正手段４とを設けたことを特徴とする。

（作用） 本発明は撮像手段１の画像情報に基づいて複数の障害
物を検出すると、各障害物に外接する円形の障害物領域
を設定する。これら複数の障害物領域のうち、隣り合う
第１及び第２の障害物領域を回避するために、車両の想
定回転半径を決定して当該車両の想定回転による最外部
と最内部の軌道を演算する。これらの軌道のうち、少な
くともいずれか一方の軌道が前述の第１又は第２の障害
物領域と交差若しくは接触する場合に、前記想定回転半
径を順次補正する。この順次補正して得られた想定回転
半径、即ち車両の最外部と最内部の軌道が共に第１及び
第２の障害物領域と交差若しくは接触しないような回転
半径を求めることにより、前述の複数の障害物を確実に
回避する。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

第２図は本発明の一実施例に係る自律走行車両制御装
置の全体構成を示すブロック図である。同図に示す自律
走行車両制御装置は、カメラやセンサ等で検知した進行
方向の道路状況を適宜判断しながら例えば制定された目
的地に向かって車両を無人で自律的に走行させるための
制御を行なう装置であって、車両の進行方向の画像を撮
像して画像処理する画像情報処理部100と、超音波セン
サ、レーザレーダ等により車両の進行方向や側方等の物
体、例えば先行車、ガードレール、障害物等を検知する
とともに、車輪速等も検知し処理する検知処理部200
と、車両を無人で走行させるための車両のステアリン
グ、アクセル、ブレーキ、ウィンカ等を作動させるアク
チュエータを有し、これらを制御するアクチュエータ制
御部300と、目的地までの地図情報を記憶している地図
情報記憶部400と、各部からの情報により車両を目的地
に向けて障害物等に衝突しないように走行させるべく前
記アクチュエータ制御部300等を制御する走行制御部500
と、該走行制御部500に対して目的地に関する情報を入
力するとともに、前記画像情報処理部100からの画像や
その他の情報を表示するマンマシンインタフェース部60
0と、非常ブレーキをかけたり、最高速度を制限する等
の機能を有する付帯制御部700と、例えば飛行機のフラ
イトレコーダ等のように衝突時や非常ブレーキ等の場合
の車両の各部の状況を記録するデータ収録部800とから
構成されている。

前記画像情報処理部100は、２台からなる１組のカメ
ラ101、103を有する。このカメラ101、103は車両の前部
の例えば左右に設けられ、これにより車両の進行方向の
ステレオ画像、すなわちステレオ斜視画像を撮像する。
このカメラ101、103で撮像された斜視画像は画像処理用
コンピュータ105に供給されて画像処理を施され、これ
により視差を求めて障害物の有無を判断したり、障害物
までの距離および方向を計測するために使用されたり、
また斜視画像はこの画像処理用コンピュータ105により
平面画像に変換され、すなわち逆斜視変換される。画像
処理用コンピュータ105はこの平面画像から例えば道路
上に描かれている一対の車両案内線である白線または路
側帯、センタライン等を検出して、その位置を計測す
る。

また、更に詳しくは、道路上の白線等を検出すること
により、道路と車両との相対関係、すなわち車両から左
側の白線までの距離、右側の白線までの距離、車両の進
行方向と道路のなす角度等を算出し、これらの値により
道路のカーブの方向や曲率等を求める。また、交差点の
手前においては白線の切れ方等を計測することにより交
差点までの距離を求める。

このように画像処理用コンピュータ105で求められた
距離、角度等は、ローカル自動位置推定部107に供給さ
れ、これにより道路と車両との位置関係、すなわちロー
カル自車位置を推定できるのである。なお、ローカル自
車位置とは、このように画像処理用コンピュータ105に
おける画像処理によって局部的に細く求めた自車位置を
称するものとする。また、このローカル自車位置に対し
て後述するようにおおまかに求めた自車位置をグローバ
ル自車位置と称する。

なお、カメラは、画角を広く取るために、３組程度設
置し、切り替えて使用することにより右前方、左前方、
前方の画像から上記パラメータを得ることができる。

検知処理部200は、超音波センサ、レーザレーダ等を
使用し、車両の進行方向や側方等の物体、例えば先行
車、ガードレール、障害物等を検知するとともに、車輪
速等も検知するものであるが、これは例えば前記画像情
報処理部100による画像情報がない場合にもある程度の
走行を可能にし、これによりフェールセーフ的役割も果
そうとするものである。

検知処理部200は、車両の側方、前後左右の４ヶ所に
それぞれ設けている４つの超音波センサ201、203、20
5、207を有し、これらの超音波センサの出力はフェール
セーフローカル自車位置検出部215に供給され、これら
のセンサによって車両と道路のガードレールとの間隔距
離を測定し、これにより前記画像情報処理部100で求め
たと同様なパラメータを計測することができる。

また、検知処理部200は車両前部に設けられ、車両の
前方等に存在する障害物等を検出するレーザレーダ209
および前方超音波センサ210を有し、これらの出力はフ
ェールセーフ障害物判断部217に供給されている。これ
らのレーザレーダ209および前方超音波センサ210は障害
物までの距離を算出し、前記画像情報処理部100のカメ
ラ101、103で認識できない場合にも、このレーザレーダ
209が障害物を検出した場合には車両の走行を一時的に
停止または減速するようになっている。

更に、検知処理部200は後輪の左右に設けられている
一対の車輪速センサ211、213を有し、これらのセンサの
出力は車輪速データ処理部218に供給され、更にこの車
輪速データ処理部218からグローバル車両位置推定部219
に供給されている。この車輪速センサ211、213は車輪の
回転を検出し、この回転に同期して車輪の１回転毎に数
千個（具体的には、1000〜4000）のパルスを左右の車輪
毎に発生する。従って、この左右の車輪毎に発生する両
パルスの数の差を取れば、走行距離の差となり、この差
から車両がカーブして走行しているか否かを判断するこ
とができる。また、左右の車輪の走行距離はそのまま車
両の走行距離となる。従って、これらの情報を時々刻々
計算することにより車両の変位を求めることができる。
具体的には、ある時点の車両の姿勢、すなわち位置を基
準とした相対的な車両の位置情報、すなわち相対的な
Ｘ、Ｙ座標における位置およびθ等の情報を求めること
ができ、これにより走行前の車両の位置が既知であるな
らば、車輪速処理を逐次行なうことにより走行中の車両
の現在位置を常に検出することができる。但し、誤差は
累積されるので、走行距離が長くなると、計測誤差が大
きくなる。このように求められるおおよその車両の位置
がグローバル車両位置である。

アクチュエータ制御部300は、車両を無人で走行させ
るために必要な種々のアクチュエータ、すなわちステア
リングを操舵する操舵アクチュエータ301、アクセルに
対応するスロットルアクチュエータ303、ブレーキアク
チュエータ305、ウィンカ駆動部307を有し、これらの各
アクチュエータをアクチュエータ制御部309が走行制御
部500からの制御情報に基づいて制御するようになって
いる。なお、車両がAT車で前進走行のみである場合に
は、上述したアクチュエータのみでよいが、MT車や後進
の制御を行なう場合には、クラッチやシフトレバー等の
操作用アクチュエータ等も必要となる。アクチュエータ
制御部300は走行操舵制御部505からの加減速指令または
目標車速指令を受け、アクセルやブレーキ等を制御す
る。操舵制御は同様に右または左への回転指令または目
的操舵角指令を受けて作動する。

地図情報記憶部400は、目的地に関する地図情報、目
的地までの地図情報、例えば目的地までの道路に存在す
る交差点位置、交差点間距離等の地図情報を記憶してい
る地図データ記憶部401および該地図データ記憶部401に
対して走行制御部500からのアクセスを制御する地図情
報アクセス制御部403から構成されている。

走行制御部500は、前記画像情報処理部100および検知
処理部200で検出した進行方向の道路情報を適宜判断す
るとともに地図情報記憶部400からの地図情報を参照し
ながら、マンマシンインタフェース部600から入力され
る目的地に向けて車両を走行されるべく前記アクチュエ
ータ制御部300を駆動制御するものであり、前記画像情
報処理部100の画像処理用コンピュータ105から障害物デ
ータを供給され、この障害物データに基づいて障害物の
回避方向を決定する障害物回避方向決定部501と、地図
情報記憶部400からの地図情報、検知処理部200のグロー
バル自車位置推定部219からのグローバル自車位置情
報、画像情報処理部100のローカル自車位置推定部107か
らの補正データ、マンマシンインタフェース部600から
の目的地情報等の情報を供給され、これらの情報により
目的地までの経路等を含む大局的な走行戦略情報を立案
し、この情報に従って直進、右左折、減速、加速、停止
等の走行動作に関する情報、交差点までの距離情報等の
制御情報を出力するプランナである走行指令部503と、
該走行指令部503からの制御情報、画像情報処理部100の
ローカル自車位置推定部107からの道路端からの距離、
角度等を含むローカル自車位置情報、障害物回避方向決
定部501からの障害物回避方向情報、検知処理部200の車
輪速データ処理部218からの車両の変位を含む車両姿勢
（位置）情報、検知処理部200のフェールセーフローカ
ル自車位置検出部215からの道路端からの距離、角度等
を含むローカル自車位置情報、フェールセーフ障害物判
断部217からの障害物までの距離情報、付帯制御部700か
らの情報等を供給され、これらの情報に基づいてアクチ
ュエータ制御部300の制御に必要な各種制御信号、例え
ば目標車速、目標操舵角情報の情報をアクチュエータ制
御部300に供給し、これにより操舵制御等を行なう走行
操舵制御部505とを有する。

更に具体的には、走行指令部503はマンマシンインタ
フェース部600から目的地情報が入力されると、地図情
報記憶部400をアクセスしながら、目的地までの経路を
探索し、最短経路を決定する。そして、この決定した最
短経路の情報と車輪速センサ211、213で検出された情報
に基づいて算出されたグローバル自車位置情報とを比較
しながら走行制御情報を作成する。例えば、交差点に近
付いたときには、およその減速指令を出力したり、「あ
と何メートルで左折する」というような情報を走行操舵
制御部505に出力する。また、走行操舵制御部505におけ
るアクチュエータに対する制御はFuzzy制御等の知能制
御により行なわれる。すなわち、「if…then…」の形式
で記述されたプロダクションルールに従って制御され
る。また、障害物の回避は画像情報処理部100による障
害物までの距離と方向とに基づいてどの方向に進めばよ
いかを決定する。

マンマシンインタフェース部600は、目的地情報等を
入力するキーボード601と、目的地までの地図を表示し
たり、その他種々の情報、例えば交差点までの情報等を
表示するCRTディスプレイ603とを有する。なお、キーボ
ード601は代りとしてディジタイザ等でもよい。また、
マンマシンインタフェース部600はマンマシンインタフ
ェースとして音声認識や合成装置等を有してもよい。

付帯制御部700は、非常ブレーキアクチュエータ701を
有し、この非常ブレーキアクチュエータ701は通常走行
用のブレーキアクチュエータ305とパラレルに作動し、
安全性を向上している。この非常ブレーキアクチュエー
タ701はアンテナ705で受信した外部非常ブレーキ信号を
受信機707および制御部703を介して供給されたり、また
は車両内部に設けられている非常ブレーキスイッチ709
からの作動信号を制御部703を介して供給されると走行
制御部500の制御に関係なく作動し、車両を停止させ
る。また、付帯制御部700は最高車速リミッタ711、この
最高車速リミッタ711に対して最高車速を設定するため
の速度設定部713および最高車速リミッタ711に車両の実
際の車速情報を供給する車速センサ714を有し、速度設
定部713で設定された走行車速で走行し得るようになっ
ている。この最高車速リミッタ711は車両の乗員がゆっ
くりと走りたい場合に、その最高車速を設定するための
ものであり、この設定された最高車速情報は走行操舵制
御部505に供給され、走行操舵制御部505でこの速度を越
えないように制御される。なお、最高車速は走行指令部
503によって道路毎に設定することも可能である。ま
た、万一、設定された最高車速を越える車速が出た場合
には、車速センサ714が感知し、これにより走行制御部5
00の異常を判断し、非常ブレーキアクチュエータ701を
制御して非常ブレーキを作動させるようになっている。

データ収録部800は、フライトレコーダ等のように衝
突時、非常ブレーキ作動時等に車両の各部の状況を記憶
するためのメモリ等からなるデータ収録部801およびＧ
センサ803を有する。

このデータ収録部801に記憶されたデータに基づいて
後で原因を解明するために使用するものである。

次に本発明による障害物の回避処理について説明す
る。

第３図は本発明の制御動作を示したフローチャートで
あり、第４図、第５図、第６図及び第７図は本発明の動
作を示した説明図である。

第３図においてステップ21では、車両に搭載した撮像
手段であるカメラ101,103の画像情報に基づいて走行路1
1上に存在する複数の障害物を検出する。第４図に示す
ように、走行路11上に存在する第１の障害物B₁と第２の
障害物B₂を検出すると、ステップ23へ進み、カメラ101,
103で撮像した三次元の画像情報を二次元マップ、即
ち、二次元の平面画像に変換する。

続いてステップ25では前述の障害物B₁及びB₂を回避す
るための目標軌道を設定する。この目標軌道の設定に際
して第５図に示すように、各障害物B₁及びB₂のそれぞれ
に外接する円形の障害物領域を設定する。即ち障害物B₁
に外接する第１の障害物領域D₁と、障害物B₂に外接する
第２の障害物領域D₂を設定する。以下の障害物回避処理
はこの円形の障害物領域D₁,D₂に着目してなされる。

このように障害物領域D₁及びD₂が設定されると、各障
害物領域D₁,D₂のそれぞれの中心O₁,O₂を結ぶ直線上の任
意の点、例えば中心O₁から所定距離Rxの位置に点P₂を設
定する。この所定距離Rxは例えば以下に示すような値に
設定される。

Rx＝（W/2）＋R₁ 但し W:車幅 R₁:障害物領域D₁の半径 尚、前述の点P₂は、障害物領域D₂の中心O₂を基準に設
定してもよい。この場合の中心O₂からの所定距離Rxは例
えば次のように設定される。

Rx＝（W/2）＋R₁ 但し R₂:障害物領域D₂の半径 以上の如く点P₂が決定されると、第６図に点線で示す
ような車両12の目標軌道が点P₂に対応して設定される。
即ち、車両12の舵角を制御することにより、方向変化点
Ａの軌道が点P₂を通るような目標軌道を設定する。従っ
て、前述の所定距離Rxが上記目標軌道を与えるための想
定回転半径として設定される。次にステップ27では、前
述の想定回転半径Rxに基づき車両12の左旋回による最外
軌道を生ずる最外部、即ち右側フロント部V₁及び最内軌
道を生ずる最内部、即ち左側リア部V₂の各軌道を演算
し、これらの軌道のうち、少なくともいずれか一方の軌
道が障害物領域D₁又はD₂と交差若しくは接触するか否か
を判別する。

この交差又は接触するか否かの判別について第６図及
び第７図を参照して具体的に説明する。第６図に示すよ
うに、x,y座標の原点に車両12の前輪、即ち方向変化点
Ａが位置している状態では、車両12の舵角は０であり、
車両12の進む距離に応じて舵角を制御し、第７図に示す
ように車両12の進む距離がＥに達した時に目標舵角θと
なるように設定する。この目標舵角θは、方向変化点Ａ
が点P₂を通過するための車両12の舵角であり、次式によ
り求められる。

θ＝Sin^-1（E/Rx） 次に、最内部、即ち左側リア部V₂の軌道を演算し、こ
の軌道が障害物領域D₁と交差、若しくは接触するか否か
の第１の接触判断を実行する。即ち、次式に示すように
中心O₁から左側リア部V₂までの距離｛Rcosθ−（W/
2）｝が障害物領域D₁の半径R₁を上回っているかどうか
を判断する。

Rx cosθ−（W/2）＞R₁ …（１） 従って、（１）式を満足する場合には接触しない旨を
判断する。

次に最外部、即ち右側フロント部V₁の軌道を演算し、
この軌道が障害物領域D₂と交差、若しくは接触するか否
かの第２の接触判断を実行する。即ち、次式に示すよう
に中心O₁から右側フロント部V₁までの距離が中心O₁から
障害物領域D₂までの距離（Y₃）より小さいか否かを判断
する。

但し Ｅ＋ρ：車両12の全長 従って、（２）式を満足する場合は接触しない旨を判
断する。

以上に示した第１及び第２の接触判断の結果、いずれ
か一方又は双方共に接触を生ずる場合は、ステップ27か
らステップ31へ進む。ステップ31では全ての目標軌道に
ついての接触判断を実行したか否かを判別しており、点
P₂に基づく目標軌道についてのみ終了したことから、ス
テップ33へ進む。ステップ33では、点P₂を点P₃へ変更設
定し、以後点P₃に基づく目標軌道についての接触判断を
実行する旨を指令する。

ここで、点P₃は、第５図に示すように、点P₂から所定
距離ｄだけ右側、即ち障害物領域D₂側に設定される。ま
た、所定距離ｄは例えば10cm程度に設定される。

次にステップ33からステップ25へ戻り、前述の点P₃に
基づく目標軌道、即ち想定回転半径をYx＋ｄに設定し、
この新たな想定回転半径に基づいて前述の接触判断を実
行する。ここでステップ27における第１及び第２の接触
判断の結果、双方共に接触しない旨を判断すると、ステ
ップ29へ進み第６図方向変化点Ａを通り回転半径Rx＋ｄ
に相応する舵角に制御し、障害物B₁及びB₂を共に回避し
て進行する。

また、逆にステップ27におけ第１及び第２の接触判断
の結果、いずれか一方、又は双方共に接触する旨を判断
した場合は、ステップ31,33へ進み次の目標点に基づく
目標軌道についての接触判断を指令する。

以下同様に、順次目標点を変更設定し、各目標点に基
づく目標軌道についての接触判断が実行される。

ここで、ステップ31において、全ての目標点に基づく
各目標軌道についての接触判断が終了すると、通行不可
能と判断してステップ35,37へ進み車両12を停止させる
とともに、障害物の回避処理を終了する。

尚、第６図及び第７図に示した例では、車両12の前輪
に１個の車輪を備えた、いわゆる三輪車を例にとって示
したが、前輪に２個の車輪を備えた、いわゆる四輪車に
も適用することができる。この場合、前輪に設けた２個
の車輪の中点を方向変化点Ａとして設定すればよい。

また、上記実施例では第１の障害物領域が左側手前に
位置し、第２の障害物領域が右側前方に位置する場合を
例にとって示したが、適宜の位置関係、例えば第１の障
害物領域が左側前方に位置し、第２の障害物領域が右側
手前に位置する場合にも適用することができる。この場
合、車両の想定回転方向を右回転に設定するとともに、
この想定回転による最外部としての左側フロント部の軌
道と最内部としての右側リア部の軌道を演算すればよ
い。

また、複数の障害物が存在する場合には、隣り合う２
つの障害物について、順次本発明の回避処理を適用する
ことにより、複数の障害物を確実に回避することができ
る。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、各障害物に
外接する円形の障害物領域を設定し、所定の想定回転半
径で車両を旋回させたとき、この車両の旋回による最外
部及び最内部の軌道が前記障害物領域と交差若しくは接
触する場合には、前記想定回転半径を補正して最適な回
転半径を求めるようにしたことから、障害物を回避する
ための回処理を簡略化し、且つ複数の障害物を確実に回
避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は本発明が適用される
自律走行車両制御装置の全体構成を示したブロック図、
第３図は本発明の制御動作を示したフローチャート、第
４図、第５図、第６図及び第７図は本発明の動作を示し
た説明図である。 １……撮像手段、２……障害物領域設定手段 ３……軌道演算手段、４……補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 彰 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−67610（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−200208（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両に搭載した撮像手段による画像情報を
   もとに検出した第１の障害物及び第２の障害物を回避し
   て走行する自律走行車両制御装置において、 前記各障害物に外接する円形の第１の障害物領域及び第
   ２の障害物領域を設定する障害物領域設定手段と、 前記車両の想定回転半径を決定し、当該車両の旋回によ
   る最外部及び最内部の軌道を演算する軌道演算手段と、 前記少なくともいずれか一方の軌道が前記第１又は第２
   の障害物領域と交差接触する場合に前記想定回転半径を
   補正する補正手段とを設けたことを特徴とする自律走行
   車両制御装置。