JP2989651B2

JP2989651B2 - 自律走行車両の走行制御装置

Info

Publication number: JP2989651B2
Application number: JP2257213A
Authority: JP
Inventors: 正典小林; 祥一丸屋; 知史守田; 弘行高橋
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1999-12-13
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: JPH04137013A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、画像処理にて認識された結果をもとに走行
車線の変更を制御する自律走行車両の走行制御装置に関
する。

（従来の技術）従来、自律走行車両にて車線変更を含む走行を行なう
場合、車両前方を捕らえた画像中に目標となる点や線を
設定し、この目標に対して追随制御を行なつている。

（発明が解決しようとしている課題）しかしながら、上記従来例では、車両が走行路上の最
短距離で車線変更を行なう場合、単一の目標点や目標線
を用いているため、走行路に対する車両の方向によりこ
れらの目標点や目標線が画面から外れてしまうという問
題がある。

（課題を解決するための手段）本発明は、上述の課題を解決することを目的として成
されたもので、上述の課題を解決する一手段として以下
の構成を備える。

即ち、外界認識のための画像入力手段を備えた自律走
行車両の走行制御装置であって、入力画像から走行車線
を抽出する抽出手段と、前記抽出手段にて抽出した走行
車線から、車両が車線変更する際に通過する車線を特定
する特定手段と、前記特定手段にて特定された車線が水
平線となす角度を算出する算出手段と、車速を検出する
検出手段と、車線変更の要求があるとき、前記算出手段
にて算出された角度と、前記検出手段にて検出された車
速とに基づいて舵角を制御する制御手段とを備えること
を特徴とする。これにより、自律走行制御による車線変
更を、円滑、且つ安全に行う。

または、外界認識のための画像入力手段を備えた自律
走行車両の走行制御装置であって、入力画像に基づいて
車線を区画する基準線を抽出する抽出手段と、前記抽出
手段にて抽出された基準線に基づいて、車線変更の要求
が無いときには、自車両の前方であって該自車両が走行
する走行車線を区画する２本の基準線のうち、何れか一
方の基準線から所定距離だけ離れた地点を目標点として
設定すると共に、車線変更の要求があるときには、その
変更が要求されている方向に存在する隣接車線を区画す
る２本の基準線のうち、何れか一方の基準線から前記所
定距離だけ離れた地点を目標点として特定する特定手段
と、前記特定手段にて特定された目標点を基準として自
車両が走行すべき走行経路を生成する生成手段とを備え
ることを特徴とする。これにより、自律走行制御を円
滑、且つ安全に行う。

（実施例）以下、添付図面を参照して本発明に係る好適な実施例
を詳細に説明する。

＜第１実施例＞第１図は本発明に係る第１の実施例である、自律走行
車両の走行制御装置のブロツク図である。同図におい
て、自律走行車両の走行制御装置（以下、走行制御装置
と呼ぶ）は、CCDカメラ等のビデオカメラ１にて自車前
方の画像を撮影し、その画像を画像処理部５に入力す
る。ビデオカメラ１は、不図示のモータにより鉛直軸の
回りに回転可能な雲台２に取り付けられており、雲台２
は姿勢検出部３から回転角情報を受け、それに従い回転
する。この姿勢検出部３は、走行路方向と車両の向きと
のなす角（後述する偏差角）を検出し、それを回転角情
報に変換して雲台２に送る。その結果、ビデオカメラ１
は、車両の姿勢にかかわらず常に走行路方向を向く。

画像処理部５は入力した画像を２値化し、不図示のエ
ツジ抽出部にて２値化した画像からエツジの抽出を行な
う。この処理により走行路上の白線を抽出し、この白線
の中から後述する着目線を決定して、着目線が水平線と
なす角度θを車線変更制御部６に出力する。

車線変更制御部６は、車線変更のための制御情報とし
て画像処理部５から角度θ、姿勢検出部３から車両の偏
差角度、そして速度検出部４から車両の走行速度を得、
それらをもとに操舵量を算出する。そして、自律走行制
御部８から車線変更の指示があれば、算出した操舵量を
操舵制御部７に送出する。その結果、操舵制御部７は入
力された操舵量に従い操舵制御を行なうので、そのとき
の車両の状況に合つた走行車線の変更ができる。

次に、本実施例の走行制御装置における車線変更制御
について詳細に説明する。

第２図は車線変更時の走行路前方画像の変化、即ち、
車両が車線を変更して走行路上での位置を変えるに従
い、画像処理部５での処理にて抽出される走行路上の白
線の変化を示す。

第２図の画面ａは、車両が２車線の内の左側車線を走
行しているとき、自車前方を見たときの走行路上の白線
の位置を示している。その内、白線21は走行路端であ
り、破線にて示された白線22が車線を区分する線であ
る。画像処理部５は、この白線22を着目線とし、それが
水平線11となす角（図中のθ、以下、着目角という）を
常に検出して、その値を車線変更制御部６に出力する。

画面ｂ〜ｄは、車両が車線変更中のときの走行路上の
白線の位置、及び着目角の変化を示している。車両が徐
々に右側車線に向かつて移動するに従い、白線22は画面
右から左に移動し、車両が白線22の真上に位置すると
き、白線22は画面上で垂直となり、着目角は90゜となる
（画面ｃ）。画面ｅは車線変更後、車両が右側車線を走
行しているときの自車前方画像に対応するものである。

第３図（ａ）は、走行路上での車両の軌跡とそれに対
応する舵角制御との関係を示す図である。同図におい
て、車両10は白線21と22とで形成される走行路におい
て、左側車線から右側へ車線の変更を行なうとき、Ａ点
においてステアリングを右に切り始め、Ａ′点でその切
り幅である舵角を最大（図中、s₁）にする。Ａ′点を越
えるとステアリングを徐々に戻し、Ｂ点を通過する前
後、即ち、白線22を越える手前と越えた後の所定の時間
ｔは、ステアリングをニュートラル（Ｎ）にする。

その後、ステアリングを左に切り始め、Ｂ′点でその
切り幅である舵角を最大（図中、s₂）にし、Ｂ′点を越
えるとステアリングを徐々に戻して、Ｃ点でニュートラ
ルにする。

このステアリングがニュートラルに保たれる時間ｔ、
及び舵角の最大値s₁,s₂は、そのときの車速と密接な関
係があり、それらの関係は、第３図（ｂ）に示すよう
に、車速が大きい程、舵角の最大値ｓは小さくとり、ス
テアリングをニュートラルに保持する時間ｔを長くす
る。また、逆に車速が小さいときには、舵角の最大値は
大きくし、ステアリングをニュートラルに保持する時間
を短くする。こうすることで、車線変更を円滑にし、か
つその安全性を保つことができる。

次に、第４図に示したフローチヤートを参照して、本
走行制御装置における車線変更制御手順を説明する。

第４図のステツプS1で、車線変更制御部６は自律走行
制御部８からの車線変更指示を待ち、指示があれば、ス
テツプS2にて、速度検出部４にて検出した速度から車速
を検知する。続くステツプS3では、姿勢検出部３からの
情報をもとに、車両の偏差角度（第３図（ａ）のθ_ｄ）
を検知する。

ステツプS4では、車線変更制御部６が前ステツプS2,S
3で入力した車速及び偏差角度に基づき、車線変更のた
めの操舵量を決定して、それを操舵制御部７に出力す
る。ここでは、操舵制御部７は前述の着目角θが一定の
変化率で減少するよう操舵量を決定する。また、操舵制
御部７は、その操舵量に従い舵角を変更する。

一方、操舵制御部７から車線変更制御部６へは実際の
舵角の変更量が返送されるので、車線変更制御部６は、
ステツプS5で、返送された舵角変更量、着目角θの変
化、及び車速から操舵量が適切か否かの判定をする。操
舵量が適切でなければ、続くステツプS6で、着目角θが
所定の変化率で減少するよう、さらに操舵量の調整を行
なう。

ステツプS5で操舵量が適切であると判定されたり、ス
テツプS6で操舵量の調整が完了するとステツプS7に進
み、着目角θに関し、 θ_ｃ＝180゜−θ_ｏ …（１）ここで、θ_o:車線変更前の着目角θ（第２図の画面ａに
おけるθ） θ_c:車線変更後の着目角θ（第２図の画面ｅに
おけるθ）を満足するかの判定をする。つまり、θ_ｃがθ_ｏと補角
の関係にあるかの判定をする。

ステツプS7で、（１）式にて表わす関係が満足されな
ければ、再びステツプS2に戻り、前述と同様の処理にて
操舵量を決定して、車線変更処理を続行する。しかし、
θ_ｃが（１）式を満足する場合には、車線変更が完了し
たことになるので、本処理を終了する。

尚、右側車線から左側への車線変更についても、上述
の処理と同様、第２図の画面ｅのθと水平線11に対して
補角の関係にある角度を一定の変化率にて減少させるこ
とで実現できる。

以上説明したように、本実施例によれば、走行路上で
の車両の姿勢によらず、常に走行路方向の画像の処理を
行なつて得られる走行路上の線を抽出し、その線にて形
成される所定の角度が車速に対して定められた変化をす
るよう車両の操舵量を制御することで、車速に応じて円
滑で安全な車線変更ができるという効果がある。

尚、上記実施例において、車速、着目角θ、舵角そし
て偏差角度から操舵量の適正値を決める際、フアジイ推
論を用いてもよい。

また、上記実施例では、車速や偏差角度等に基づき、
車線変更のための操舵量をその都度決定していたが、あ
る速度範囲における着目角θと偏差角度に対する操舵パ
ターンをあらかじめ用意しておき、それに従つた操舵制
御を行なつてもよい。

こうすることで、操舵制御が簡単になり、処理速度の
向上を図かれるので、車線変更をより円滑に進めること
ができる。

さらに、姿勢検出部にて、車両の偏差角度のみならず
車両の水平方向に対する傾きを検出し、ビデオカメラを
走行路の所望の方向に正確に向くようにして、画像の傾
きを補正するようにしてもよい。これにより、より正確
な着目角θを検知することができ、操舵制御の確度も向
上する。

＜第２実施例＞本発明に係る第２の実施例について説明する。

第５図は本発明に係る第２の実施例である、自律走行
車両の走行制御装置（以下、走行制御装置という）のブ
ロツク図である。同図において、ビデオカメラ１は車両
の前方下向きに固定され、それにて捕らえた車両前方の
画像を画像処理部11に送出する。画像処理部11は入力し
た画像を２値化し、不図示のエツジ抽出部にて２値化し
た画像からエツジの抽出を行なう。この処理により走行
路上の白線が抽出され、画像処理部11は、それぞれの白
線にラベルを与えることで、それらを追跡する。また、
後述するように、車両と白線との相互関係からパラメー
タを算出し、それらを環境認識判断部12に送る。

環境認識判断部12は、画像処理部11や速度検出部４か
らの情報をもとに、後に述べる前方予測により制御目標
点への経路を決定し、対応する操舵量を算出する。そし
て、操舵制御部７は、環境認識判断部12にて算出された
操舵量に基づき舵角を制御する。

第６図は車線変更時の走行路前方画像の変化、即ち、
車両が車線を変更して走行路上での位置を変えるに従
い、画像処理部11にて抽出される走行路上の白線の変化
を示す。

第６図の画面ａは、車両が２車線の内の左側車線を走
行しているとき、自車前方の画像を処理して得られた走
行路上の白線の位置を示している。ここで、白線21a,21
bは走行路端であり、破線にて示された白線22が車線を
区分する線である。また、画面ｂ〜ｄは、車両が車線変
更中のときの走行路上の白線の位置変化であり、車両が
徐々に右側車線に向かつて移動するに従い、白線22が画
面右から左に移動し、ビデオカメラ１の向きが固定され
ているため、車両が白線22の真上に位置するとき、白線
22は画面上から消える（画面ｃ）。そして、車線変更後
は車両が右側車線を走行しているので、車両前方の画像
は画面ｅの如くなる。

第７図に環境認識判断部12における、制御目標点及び
操舵量の決定方法を示す。

画像処理部11は、ビデオカメラ１からの画像をもと
に、第７図（ａ）に示すように、自車（Ａ点に位置す
る）と白線21aとの距離d_tと白線21aと車両が走行路方向
となす角度θ_ｔとを算出する。

環境認識判断部12は、車両直進時には、第７図（ａ）
の如く、車両の現在位置であるＡ点から、同一の車線内
に、Ａ点から距離“1"前方に位置し、白線21a（基準
線）から“d"離れたＢ点を特定する。同時に、白線21a
を見失つたときでも、白線22を補助基準線とした操舵量
の算出が可能なように、白線22からＢ点までの距離
“ｄ′”を算出しておく。このＢ点が制御目標点であ
る。

環境認識判断部12は、画像処理部11から送出されるパ
ラメータである、Ａ点に位置する自車と白線21aとの距
離d_tと白線21aと車両が走行路方向となす角度θ_ｔをも
とに、制御目標点Ｂへの滑らかな経路を生成し、それに
対応する操舵量を算出する。

尚、上記１は車両の速度に依存する変数であり、ま
た、ｄは車線の幅に依存した変数である。

第７図（ｂ）は、車線変更時の制御目標点の決め方で
あり、車線変更しようとする車線内に、車両の現在位置
であるＡ点から距離“1"前方に位置し、基準線である白
線22から“d"離れたＣ点を特定する。同時に、白線22を
見失つたとき、白線21bを補助基準線とした操舵量の算
出が可能なように、白線21bからＣ点までの距離
“ｄ′”を算出しておく。ここでは、Ｃ点が制御目標点
となる。

環境認識判断部12は、上述の車両直進時と同様、画像
処理部11から送出されるパラメータである、Ａ点に位置
する自車と白線21aとの距離d_tと白線21aと車両が走行路
方向となす角度θ_ｔをもとに、制御目標点Ｃへの滑らか
な経路を生成し、それに対応する操舵量を算出する。

次に、第８図に示したフローチヤートを参照して、本
走行制御装置における車線変更制御手順を説明する。

第８図のステツプS11で、環境認識判断部12は、自律
走行制御部８からの車線変更指示を待ち、指示があれば
ステツプS12にて車線変更の種類を判定する。つまり、
左側車線から右側への車線変更であれば（第７図（ｂ）
に相当）、ステツプS13にて、画像処理部11からの白線
情報が補助基準線（SL）の右側にさらに１本の白線を含
んでいるか否かの判定をする。この補助基準線の右側に
存在するもう１本の白線（以下、SL＋１という）は、言
うまでもなく、変更しようとしている車線の右側に位置
する白線である。

画像処理部11からの白線情報に、上記SL＋１が存在す
るときには、ステツプS13での判定がYESとなるので、ス
テツプS14で、現在の車線での補助基準線（第７図
（ｂ）の白線22）を基準線（ML）に設定し、上述の白線
SL＋１（第７図（ｂ）の白線21b）を補助基準線に設定
する。

また、ステツプS12で、車線の変更が右側から左側で
あるときにはステツプS15に進み、画像処理部11からの
白線情報が基準線（ML）の左側にさらに１本の線を含ん
でいるか否かの判定をする。白線情報としてもう１本の
線（以下、ML−１という）が含まれていれば、ステツプ
S16に進み、現在の基準線を補助基準線に、ML−１を基
準線に設定変更する。

ステツプS13やステツプS15での判定がNOであれば、画
像処理部11からの白線情報には、それぞれ白線SL＋１や
ML−１が含まれないので車線変更不能と判断する。

ステツプS20では基準線の存在を判定する。つまり、
ステツプS13、あるいはS15での判定がNOであれば、新規
に規定できる基準線は存在せず、現在の基準線のみが存
在することになるので、ステツプS20での判定はYESとな
る。また、ステツプS13、あるいはS15での判定がYESで
あれば、新規に規定した基準線が存在するのでステツプ
S20での判定は新規の基準線についてYESとなる。そこ
で、処理はステツプS22に進み、新規に設定した基準
線、あるいは現在の基準線を基準とした制御目標点の設
定が行なわれる。

尚、ステツプS11にて、車線変更の指示がないときに
もステツプS20に飛び、現在の基準線をもとにした制御
目標点の設定が行なわれる結果、車両の直進制御が行な
われる。

ステツプS23では、ステツプS22や後述するステツプS2
1にて設定された制御目標点に対して、車両の現在位置
からの経路を作成し、次のステツプS24では、その経路
をもとに操舵量を算出する。そして、ステツプS25で
は、車線変更が完了したか否かの判定が行なわれ、それ
が完了していれば本処理を終える。

一方、ステツプS25での判定にて車線変更が完了して
いない場合は、ステツプS11に戻る。そして、車線変更
を継続するときには、ステツプS11での判定はYESである
からステツプS12へ進み、車線変更方向の判定を行な
う。

車両が左側から右側車線への車線変更を継続的に行な
つている場合、車両の姿勢により画像処理部11からの白
線情報にSL＋１が存在せず、ステツプS13での判定がNO
となり、さらに基準線も見失つてしまつたときには、ス
テツプS20にてNOと判定される。このときは、ステツプS
21にて、補助基準線を基準として制御目標点を設定す
る。

以上説明したように、本実施例によれば、車両前方の
画像を処理し、得られた白線にラベルを与えて基準線を
設定することで、車両の姿勢が変化して基準線が画像の
視界からはずれた場合でも補助基準線をもとに車両の走
行を制御できるので、確実な車線変更が可能となるとい
う効果がある。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、画像処理によ
って抽出した走行車線と水平線とのなす角、並びに車速
に応じて舵角制御を行うことができ、自律走行制御によ
る車線変更を、円滑、且つ安全に行うことができる。

また、画像処理によって抽出した車両前方の車線を区
画する２本の基準線のうち、何れか一方の基準線に基づ
いて舵角制御を行うことができるため、使用している基
準線が、走行中の走行車線または車線変更中の舵角制御
の途中で入力画像から外れた合にも、他方の基準線に基
づいて舵角制御を継続することができるため、自律走行
制御をより確実に、円滑、且つ安全に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る第１の実施例である自律走行車両
の走行制御装置のブロツク図、第２図は車線変更時の走行路前方画像の変化を示す図、第３図（ａ）は走行路上での車両の軌跡とそれに対応す
る舵角制御との関係を示す図、第３図（ｂ）はステアリングの状態と車速との関係を示
す図、第４図は第１の実施例に係る車線変更制御手順を説明す
るフローチヤート、第５図は本発明の第２の実施例に係る自律走行車両の走
行制御装置のブロツク図、第６図は車線変更時の走行路前方画像の変化を示す図、第７図（ａ）は車両直進時の制御目標点及び操舵量の決
定方法を示す図、第７図（ｂ）は車線変更時の制御目標点及び操舵量の決
定方法を示す図、第８図は第２の実施例に係る車線変更制御手順を説明す
るフローチヤートである。図中、１……ビデオカメラ、２……雲台、３……姿勢検
出部、４……速度検出部、5,11……画像処理部、６……
車線変更制御部、７……操舵制御部、８……自律走行制
御部、12……環境認識判断部である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋弘行広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (56)参考文献特開昭59−200315（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外界認識のための画像入力手段を備えた自
律走行車両の走行制御装置であって、入力画像から走行車線を抽出する抽出手段と、前記抽出手段にて抽出した走行車線から、車両が車線変
更する際に通過する車線を特定する特定手段と、前記特定手段にて特定された車線が水平線となす角度を
算出する算出手段と、車速を検出する検出手段と、車線変更の要求があるとき、前記算出手段にて算出され
た角度と、前記検出手段にて検出された車速とに基づい
て舵角を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする自律走行車両の走行制御装
置。
【請求項２】外界認識のための画像入力手段を備えた自
律走行車両の走行制御装置であって、入力画像に基づいて、車線を区画する基準線を抽出する
抽出手段と、前記抽出手段にて抽出された基準線に基づいて、車線変
更の要求が無いときには、自車両の前方であって該自車
両が走行する走行車線を区画する２本の基準線のうち、
何れか一方の基準線から所定距離だけ離れた地点を目標
点として設定すると共に、車線変更の要求があるときに
は、その変更が要求されている方向に存在する隣接車線
を区画する２本の基準線のうち、何れか一方の基準線か
ら前記所定距離だけ離れた地点を目標点として特定する
特定手段と、前記特定手段にて特定された目標点を基準として、自車
両が走行すべき走行経路を生成する生成手段と、を備えることを特徴とする自律走行車両の走行制御装
置。
【請求項３】前記制御手段は、前記車両のステアリング
をニュートラルに保持する時間を、前記検出手段にて検
出された車速に応じて変更するとき、前記検出された車
速が大きい程、ニュートラルに保持する時間が長くなる
ように制御することを特徴とする請求項１記載の自律走
行車両の走行制御装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記検出された車速が大
きい程、前記舵角の最大値を小さくなるように制御する
ことを特徴とする請求項１記載の自律走行車両の走行制
御装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記算出された角度を略
一定の変化率で減少させるべく、前記舵角の操舵量を決
定することを特徴とする請求項１記載の自律走行車両の
走行制御装置。
【請求項６】前記特定手段は、前記自車両が車線を変更
しているときに、前記２本の基準線うち、前記所定距離
を計測する基準として現在使用している基準線が前記抽
出手段にて抽出された基準線の中に含まれなくなったと
きは、他方の基準線を使用することにより、前記目標点
の設定を維持することを特徴とする請求項２記載の自律走行車両の走行制
御装置。