JP3582449B2 - 車両用自動操舵装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両が車線に沿って走行するように自動的に操舵を行う車両用自動操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両前方の道路をカメラで撮像して画像処理により道路の白線を検出し、白線検出結果に基づいて車両を車線に沿って走行させるための目標操舵角を演算し、目標操舵角にしたがって操舵を行う車両用自動操舵装置が知られている（例えば、特開平０７−０８１６０２号公報参照）。
【０００３】
この種の車両用自動操舵装置では、自動操舵制御中に車線変更や緊急回避などの運転者による手動操舵が行われたときは、自動操舵制御を中断するか、あるいは制御を終了させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、道路の轍（車両が道路に残した車輪の跡や窪み）を走行すると、車両がふらついて乗り心地が悪化し、乗員に違和感を与えるおそれがある。また、轍との干渉による路面反力が大きい場合は運転者による手動操舵が行われたと誤認し、自動操舵制御が中断または終了されてしまうことがある。
【０００５】
本発明の目的は、道路の轍を検出して轍を避けて走行するようにした車両用自動操舵装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明の一実施の形態を示す図２および図３に対応づけて本発明を説明すると、
（１） 請求項１の発明は、車両前方を撮像する撮像手段と、車両前方の左右に撮像手段で受像可能なレーザー光を走査するレーザー光照射手段と、車両前方の撮像画像１１を処理して道路の白線１５，１５ａ，１５ｂと轍１４，１４ａ，１４ｂを検出する画像処理手段と、車速を検出する車速検出手段と、白線１５，１５ａ，１５ｂの検出結果と車速検出値に基づいて目標操舵角を演算する舵角演算手段と、道路の轍１４，１４ａ，１４ｂの検出結果に基づいて目標操舵角を補正する舵角補正手段と、操舵角を検出する舵角検出手段と、操舵角検出値が補正後の目標操舵角となるようにステアリングを駆動制御するステアリング駆動制御手段とを備え、これにより上記目的を達成する。
（２） 請求項２の車両用自動操舵装置は、舵角補正手段によって、轍１４，１４ａ，１４ｂを回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両１７の幅と車線幅（１５ａ〜１５ｂ）とに応じた許容オフセット量Ｗ以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正するようにしたものである。
（３） 請求項３の車両用自動操舵装置は、舵角補正手段によって、轍１４，１４ａ，１４ｂを回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両１７の幅と車線幅（１５ａ〜１５ｂ）とに応じた許容オフセット量Ｗ以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角を補正するようにしたものである。
（４） 請求項４の車両用自動操舵装置は、所定時間以上、操舵角検出値が目標操舵角に収束しない場合はステアリング駆動制御手段によるステアリングの駆動制御を停止する制御停止手段を備えたものである。
（５） 請求項５の発明は、自車線を逸脱しなように目標舵角を演算し、ステアリングに修正操舵トルクを加え、かつ修正操舵トルクを加えている最中に修正操舵トルクに所定値以上のトルクがステアリングに加えられた場合、修正操舵トルクを加える制御を中断する車両用自動操舵装置に適用され、轍を検出し、轍とタイヤが干渉するか否かを検出し、轍とタイヤとが干渉する場合は目標舵角を補正することを特徴とする車両用自動操舵装置。
【０００７】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、車両前方の左右に撮像手段で受像可能なレーザー光を走査しながら車両前方を撮像し、車両前方の撮像画像を処理して道路の白線と轍を検出する。そして、白線の検出結果と車速検出値に基づいて目標操舵角を演算するとともに、道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角を補正し、操舵角検出値が補正後の目標操舵角となるようにステアリングを駆動制御するようにしたので、轍の上を走行して車両がふらついて乗り心地が悪化し、乗員に違和感を与えるのを防止することができる。
（２） 請求項２の発明によれば、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正するようにしたので、請求項１の上記効果に加え、轍の回避方向がオフセット量を演算するたびに車線中央の左右に変化し、乗員に違和感を与えるのを防止できる。
（３） 請求項３の発明によれば、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角を補正するようにしたので、請求項１の上記効果に加え、轍を回避して走行するときでも車線の中央寄りを走行することができる。
（４） 請求項４の発明によれば、所定時間以上、操舵角検出値が目標操舵角に収束しない場合はステアリング駆動制御手段によるステアリングの駆動制御を停止するようにしたので、請求項１〜３の上記効果に加え、道路の轍を回避して走行しているときに車線変更や緊急回避などの運転者による手動操舵が行われた場合は、自動操舵を停止して運転者の手動操舵を優先させることができる。
（５） 請求項５の発明によれば、轍との干渉を防止できるため、轍によって路面反力が大きくなって、ステアリングに所定値以上のトルクが発生することを防止でき、運転者の介入と誤判断して制御が中断することを抑制できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は発明の一実施の形態の構成を示す図である。
カメラ１は車両前方の道路を撮像し、レーザー照射装置２は前方路上にカメラ１が受像可能な周波数のレーザー光を照射する。レーザー照射装置２は、平坦な路面から反射したレーザー光がカメラ１の撮像画像上で自車線を横断する直線として認識できる範囲と速度でレーザー光を左右に走査する。車速センサー３は車速ｖを検出し、舵角センサー４はステアリングの操舵角θを検出する。また、起動スイッチ５は自動操舵制御を開始させるためのスイッチである。
【００１０】
画像処理回路６はカメラ１で撮像された画像を処理し、道路の白線と轍を検出する。なお、道路の轍の検出方法については後述する。演算制御回路７はＣＰＵ７ａとメモリなどの周辺部品から構成され、車両前方道路の白線と轍の検出結果に基づいて轍を避けながら車両を車線に沿って走行させるための目標操舵角θ＊を演算し、舵角センサー４の操舵角検出値θが目標操舵角θ＊になるように駆動回路８を制御してステアリング駆動モーター９を駆動する。
【００１１】
なお、演算制御回路７が駆動回路８およびステアリング駆動モーター９を駆動制御して自動操舵制御を行っているときに、所定時間を経過しても舵角センサー４による操舵角検出値θが目標操舵角θ＊に収束しない場合は、運転者がステアリングを手動操作していると判断し、自動操舵制御を停止する。
【００１２】
図２は、レーザー照射装置２によりレーザー光を照射しながらカメラ１で撮像した車両前方道路の画像を示す。
レーザー照射装置２は、車両から所定距離前方の道路面にレーザー光を左右に走査しながら照射する。したがって、カメラ１により撮像された車両前方道路の画像１１には、車両から所定距離前方の路面で反射されたレーザー光の横断線１２，１３が捕捉される。路面に轍がなく平坦な場合は、レーザー光の反射光は直線の横断線１２として観測される。ところが、路面に轍１４がある場合には、レーザー反射光の横断線１３は轍１４の部分で湾曲したり不連続になる。
【００１３】
なお、図２において１５は道路の白線である。また、図２には、説明を解りやすくするために、直線上の横断線１２と、轍１４により湾曲したり不連続になった横断線１３の２本の横断線を対比して示すが、この実施の形態では、車両の所定距離前方に左右に走査しながら照射されたレーザー光による１本の横断線を用いて道路上の轍を検出する。車両の走行中は、車両の所定距離前方の左右にレーザー光を走査しながら車両前方道路を繰り返し撮像することによって、車両の所定距離前方の道路上の轍を常に検出することができる。
【００１４】
レーザー反射光の横断線が湾曲したり不連続なる原因には、路上の障害物や先行車などもあるが、カメラ１による撮像画像にはこれらの路上障害物や先行車も捕捉され、画像処理により路上障害物や先行車と轍とを明確に区別することができる。
【００１５】
ここで、道路の轍を考慮しない場合の目標操舵角θ＊の演算方法について説明する。道路の轍を考慮しない目標操舵角の演算方法については、従来から多くの方法が提案されているが、ここではその一例を説明する。
【００１６】
曲線路の半径をＲ、車両のホイールベースをＬｗ、車両のスタビリティーファクターをＦとすると、目標操舵角θ＊は運動力学的に次式により表される。
【数１】
θ＊＝（１＋Ｆ・ｖ２）・Ｌｗ／Ｒ ・・・（１）
（１）式において、ｖは車速センサー３により検出した車速である。なお、曲線路の半径Ｒは、画像処理回路６の白線検出結果に基づいて車両から距離Ｌｋだけ前方の地点における、曲線路の道路中心線の接線と車両中心線とのなす角、すなわち偏角βを求め、偏角βが小さいことを条件に次式により近似することができる。
【数２】
Ｒ＝Ｌｋ／β ・・・（２）
したがって、目標操舵角θ＊は次式により表される。
【数３】
θ＊＝（１＋Ｆ・ｖ２）・Ｌｗ・β／Ｌｋ ・・・（３）
【００１７】
次に、図３により道路の轍を回避して走行する場合の目標操舵角θ＊の演算方法を説明する。なお、図２に示す道路各部と同様な部分には同一の符号を付して説明する。
道路の轍が検出されないときは、基本的に車両が車線中央付近を走行するように目標進路を設定し、その目標進路に向かうように操舵角を制御する。一方、道路の轍が検出されたときは次のように操舵角を制御する。
【００１８】
一般に、車両１７の幅は道路の車線幅（白線１５ａと１５ｂの距離）より短いため、図３ａに示すように、目標進路の設定可能範囲は車線中央から左右にＷの幅を有する。したがって、図３ｂに示すように道路の左右にそれぞれ轍１４ａ、１４ｂを検出したときは、車線中央を走行した場合に車輪の軌跡１６ａ、１６ｂが轍１４ａ、１４ｂと干渉するかどうかを判断し、干渉する場合は轍１４ａ、１４ｂの手前で目標進路を左右いずれかにオフセット量Ｓだけ変更し、左右の轍１４ａ、１４ｂの上を車輪が通らないような目標進路を設定する。
【００１９】
なお、オフセット量Ｓは目標進路の設定可能範囲Ｗ以内とし、設定可能範囲Ｗを越える場合は轍１４ａ、１４ｂを回避することができないとして、通常の車線中央付近を走行するような目標進路を設定する。
【００２０】
図４は一実施の形態の自動操舵制御を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
演算制御回路７のＣＰＵ７ａは、起動スイッチ５により自動操舵制御が開始されると所定時間ごとにこの自動操舵制御プログラムを実行する。
【００２１】
ステップ１において、画像処理回路６から白線および轍の検出結果を入力するとともに、車速センサー３から車速ｖと舵角センサー４から操舵角θをそれぞれ入力する。続くステップ２では車両からｘ［ｍ］前方の轍の有無を検出し、轍が検出されたときはステップ３へ進み、検出されなかったときはステップ８へ進む。
【００２２】
ｘ［ｍ］先に轍を検出しなかったときは、ステップ８で現在轍を回避して走行しているかどうかを確認する。現在轍を回避していないときはステップ１０へ進み、車線中央を走行させるために、ｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に０を設定してステップ６へ進む。
【００２３】
一方、現在すでに轍を回避して走行しているときはステップ９へ進み、ｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に現在の車線中央からのオフセット量Ｓ（０）を設定する。轍を回避して走行しているときに、車線中央付近に戻るようにいきなりオフセット量Ｓ（ｘ）に０を設定すると、轍に干渉するおそれがあるため、完全に轍がなくなるｘ［ｍ］先まで現在のオフセット量Ｓ（０）を保持する。
【００２４】
ステップ２でｘ［ｍ］先に轍を検出したときは、ステップ３でｘ［ｍ］先の轍を回避するための車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）を演算する。このオフセット量Ｓ（ｘ）は車線中央を０とし、道路左側へのオフセット量ＯＬ（負値）と、道路右側へのオフセット量ＯＲ（正値）とを別個に算出する。
【００２５】
ステップ４において、算出したオフセット量ＯＬ、ＯＲに基づいて轍を回避できるかどうかを判断する。すなわち、左右のオフセット量｜ＯＬ｜、ＯＲがいずれも目標進路設定可能範囲Ｗを越えている場合は、轍を回避することは不可能と判断してステップ１０へ進み、車線中央を走行するようにｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に０を設定してステップ６へ進む。なお、目標進路設定可能範囲Ｗは左右方向への許容オフセット量である。
【００２６】
一方、左右のオフセット量｜ＯＬ｜、ＯＲのいずれかが目標進路設定可能範囲Ｗ以下の場合は、轍を回避可能と判断してステップ５へ進み、図５に示すサブルーチンを実行して左右のオフセット量｜ＯＬ｜、ＯＲのいずれかを選択する。
【００２７】
図５のステップ２１において、道路左方向への回避が可能かどうかを判断する。左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜が目標進路設定可能範囲Ｗを越えている場合はステップ２７へ進み、左方向への回避は不可能と判断してｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に道路右側へのオフセット量ＯＲを設定する。
【００２８】
一方、左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜が目標進路設定可能範囲Ｗ以下の場合はステップ２２へ進み、道路右方向への回避が可能かどうかを判断する。右方向へのオフセット量ＯＲが目標進路設定可能範囲Ｗを越えている場合はステップ２６へ進み、道路左方向への回避は可能であるが、右方向への回避は不可能であると判断し、ｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に道路左側へのオフセット量ＯＬを設定する。
【００２９】
ステップ２２で右方向へのオフセット量ＯＲが目標進路設定可能範囲Ｗ以下の場合は、左右どちらにも回避可能であるとしてステップ２３へ進む。ステップ２３では、現在轍を回避して走行しているかどうかを確認する。轍を回避して走行中のときはステップ２４へ進み、現在のオフセット量Ｓ（０）が負、すなわち現在、轍を避けるために車線中央から左側へオフセットして走行しているのかどうかを確認する。
【００３０】
現在、道路左側にオフセットして走行しているときはステップ２６へ進み、ｘ［ｍ］先のオフセット量Ｓ（ｘ）に左方向へのオフセット量ＯＬを設定する。一方、現在のオフセット量Ｓ（０）が正、すなわち現在、轍を避けるために車線中央から右側へオフセットして走行しているときはステップ２７へ進み、ｘ［ｍ］先のオフセット量Ｓ（ｘ）に右方向へのオフセット量ＯＲを設定する。
【００３１】
このように、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量ＯＬ、ＯＲを演算し、左右方向のオフセット量ＯＬ、ＯＲがともに目標進路設定可能範囲Ｗ（許容オフセット量）以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正するようにしたので、轍の回避方向がオフセット量を演算するたびに車線中央の左右に変化し、乗員に違和感を与えるのを防止できる。
【００３２】
ステップ２３で轍の回避を行っていないときはステップ２５へ進み、車線中央寄りの目標進路を設定するために、左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜と右方向へのオフセット量ＯＲとを比較し、いずれか小さい方、すなわち絶対値が小さい方を選択する。左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜が右方向へのオフセット量ＯＲより小さい場合はステップ２６へ進み、ｘ［ｍ］先のオフセット量Ｓ（ｘ）に左方向へのオフセット量ＯＬを設定する。一方、左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜が右方向へのオフセット量ＯＲ以上の場合はステップ２７へ進み、ｘ［ｍ］先のオフセット量Ｓ（ｘ）に右方向へのオフセット量ＯＲを設定する。
【００３３】
このように、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量ＯＬ、ＯＲを演算し、左右方向のオフセット量ＯＬ、ＯＲがともに目標進路設定可能範囲Ｗ（許容オフセット量）以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角θ＊を補正するようにしたので、轍を回避して走行するときでも車線の中央寄りを走行することができる。
【００３４】
ｘ［ｍ］先の道路中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）を設定したら図４のプログラムへリターンする。図４のステップ６において、上記（３）式の偏角βをｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）だけ補正して目標操舵角θ＊を演算する。つまり、道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角θ＊を補正する。さらに、その目標操舵角θ＊に到達するまでの角速度を演算する。続くステップ７では目標操舵角θ＊と角速度により駆動回路８を制御し、ステアリング駆動モーター９を駆動して自動操舵を行う。
【００３５】
このように一実施の形態によれば、車両前方の左右にカメラ１で受像可能なレーザー光を走査しながら車両前方を撮像し、車両前方の撮像画像を処理して道路の白線と轍を検出する。そして、白線の検出結果と車速ｖに基づいて目標操舵角θ＊を演算するとともに、道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角θ＊を補正し、操舵角θが補正後の目標操舵角θ＊となるようにステアリングを駆動制御するようにしたので、轍の上を走行して車両がふらついて乗り心地が悪化し、乗員に違和感を与えるのを防止することができる。
【００３６】
以上の実施の形態の構成において、カメラ１が撮像手段を、レーザー照射装置２がレーザー光照射手段を、画像処理回路６が画像処理手段を、車速センサー３が車速検出手段を、演算制御回路７が舵角演算手段、舵角補正手段および制御停止手段を、舵角センサー４が舵角検出手段を、演算制御回路７、駆動回路８およびステアリング駆動モーター９がステアリング駆動制御手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】レーザー照射装置によりレーザー光を照射しながらカメラで撮像した車両前方道路の画像を示す図である。
【図３】道路の轍を回避して走行する場合の目標操舵角θ＊の演算方法を説明する図である。
【図４】自動操舵制御を示すフローチャートである。
【図５】道路の轍を回避するための回避方向とオフセット量を決定する処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ カメラ
２ レーザー照射装置
３ 車速センサー
４ 舵角センサー
５ 起動スイッチ
６ 画像処理回路
７ 演算制御回路
７ａ ＣＰＵ
８ 駆動回路
９ ステアリング駆動モーター
１１ 画像
１２，１３ 横断線
１４，１４ａ，１４ｂ 轍
１５，１５ａ，１５ｂ 白線
１６ａ，１６ｂ 車輪の軌跡
１７ 車両
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両が車線に沿って走行するように自動的に操舵を行う車両用自動操舵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両前方の道路をカメラで撮像して画像処理により道路の白線を検出し、白線検出結果に基づいて車両を車線に沿って走行させるための目標操舵角を演算し、目標操舵角にしたがって操舵を行う車両用自動操舵装置が知られている（例えば、特開平０７−０８１６０２号公報参照）。
【０００３】
この種の車両用自動操舵装置では、自動操舵制御中に車線変更や緊急回避などの運転者による手動操舵が行われたときは、自動操舵制御を中断するか、あるいは制御を終了させている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、道路の轍（車両が道路に残した車輪の跡や窪み）を走行すると、車両がふらついて乗り心地が悪化し、乗員に違和感を与えるおそれがある。また、轍との干渉による路面反力が大きい場合は運転者による手動操舵が行われたと誤認し、自動操舵制御が中断または終了されてしまうことがある。
【０００５】
本発明の目的は、道路の轍を検出して轍を避けて走行するようにした車両用自動操舵装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明の一実施の形態を示す図２および図３に対応づけて本発明を説明すると、
（１） 請求項１の発明は、車両前方を撮像する撮像手段と、車両前方の左右に撮像手段で受像可能なレーザー光を走査するレーザー光照射手段と、車両前方の撮像画像１１を処理して道路の白線１５，１５ａ，１５ｂと轍１４，１４ａ，１４ｂを検出する画像処理手段と、車速を検出する車速検出手段と、白線１５，１５ａ，１５ｂの検出結果と車速検出値に基づいて目標操舵角を演算する舵角演算手段と、道路の轍１４，１４ａ，１４ｂの検出結果に基づいて目標操舵角を補正する舵角補正手段と、操舵角を検出する舵角検出手段と、操舵角検出値が補正後の目標操舵角となるようにステアリングを駆動制御するステアリング駆動制御手段とを備え、これにより上記目的を達成する。
（２） 請求項２の車両用自動操舵装置は、舵角補正手段によって、轍１４，１４ａ，１４ｂを回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両１７の幅と車線幅（１５ａ〜１５ｂ）とに応じた許容オフセット量Ｗ以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正するようにしたものである。
（３） 請求項３の車両用自動操舵装置は、舵角補正手段によって、轍１４，１４ａ，１４ｂを回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両１７の幅と車線幅（１５ａ〜１５ｂ）とに応じた許容オフセット量Ｗ以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角を補正するようにしたものである。
（４） 請求項４の車両用自動操舵装置は、所定時間以上、操舵角検出値が目標操舵角に収束しない場合はステアリング駆動制御手段によるステアリングの駆動制御を停止する制御停止手段を備えたものである。
（５） 請求項５の発明は、自車線を逸脱しなように目標舵角を演算し、ステアリングに修正操舵トルクを加え、かつ修正操舵トルクを加えている最中に修正操舵トルクに所定値以上のトルクがステアリングに加えられた場合、修正操舵トルクを加える制御を中断する車両用自動操舵装置に適用され、轍を検出し、轍とタイヤが干渉するか否かを検出し、轍とタイヤとが干渉する場合は目標舵角を補正することを特徴とする車両用自動操舵装置。
【０００７】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【０００８】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、車両前方の左右に撮像手段で受像可能なレーザー光を走査しながら車両前方を撮像し、車両前方の撮像画像を処理して道路の白線と轍を検出する。そして、白線の検出結果と車速検出値に基づいて目標操舵角を演算するとともに、道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角を補正し、操舵角検出値が補正後の目標操舵角となるようにステアリングを駆動制御するようにしたので、轍の上を走行して車両がふらついて乗り心地が悪化し、乗員に違和感を与えるのを防止することができる。
（２） 請求項２の発明によれば、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正するようにしたので、請求項１の上記効果に加え、轍の回避方向がオフセット量を演算するたびに車線中央の左右に変化し、乗員に違和感を与えるのを防止できる。
（３） 請求項３の発明によれば、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角を補正するようにしたので、請求項１の上記効果に加え、轍を回避して走行するときでも車線の中央寄りを走行することができる。
（４） 請求項４の発明によれば、所定時間以上、操舵角検出値が目標操舵角に収束しない場合はステアリング駆動制御手段によるステアリングの駆動制御を停止するようにしたので、請求項１〜３の上記効果に加え、道路の轍を回避して走行しているときに車線変更や緊急回避などの運転者による手動操舵が行われた場合は、自動操舵を停止して運転者の手動操舵を優先させることができる。
（５） 請求項５の発明によれば、轍との干渉を防止できるため、轍によって路面反力が大きくなって、ステアリングに所定値以上のトルクが発生することを防止でき、運転者の介入と誤判断して制御が中断することを抑制できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は発明の一実施の形態の構成を示す図である。
カメラ１は車両前方の道路を撮像し、レーザー照射装置２は前方路上にカメラ１が受像可能な周波数のレーザー光を照射する。レーザー照射装置２は、平坦な路面から反射したレーザー光がカメラ１の撮像画像上で自車線を横断する直線として認識できる範囲と速度でレーザー光を左右に走査する。車速センサー３は車速ｖを検出し、舵角センサー４はステアリングの操舵角θを検出する。また、起動スイッチ５は自動操舵制御を開始させるためのスイッチである。
【００１０】
画像処理回路６はカメラ１で撮像された画像を処理し、道路の白線と轍を検出する。なお、道路の轍の検出方法については後述する。演算制御回路７はＣＰＵ７ａとメモリなどの周辺部品から構成され、車両前方道路の白線と轍の検出結果に基づいて轍を避けながら車両を車線に沿って走行させるための目標操舵角θ＊を演算し、舵角センサー４の操舵角検出値θが目標操舵角θ＊になるように駆動回路８を制御してステアリング駆動モーター９を駆動する。
【００１１】
なお、演算制御回路７が駆動回路８およびステアリング駆動モーター９を駆動制御して自動操舵制御を行っているときに、所定時間を経過しても舵角センサー４による操舵角検出値θが目標操舵角θ＊に収束しない場合は、運転者がステアリングを手動操作していると判断し、自動操舵制御を停止する。
【００１２】
図２は、レーザー照射装置２によりレーザー光を照射しながらカメラ１で撮像した車両前方道路の画像を示す。
レーザー照射装置２は、車両から所定距離前方の道路面にレーザー光を左右に走査しながら照射する。したがって、カメラ１により撮像された車両前方道路の画像１１には、車両から所定距離前方の路面で反射されたレーザー光の横断線１２，１３が捕捉される。路面に轍がなく平坦な場合は、レーザー光の反射光は直線の横断線１２として観測される。ところが、路面に轍１４がある場合には、レーザー反射光の横断線１３は轍１４の部分で湾曲したり不連続になる。
【００１３】
なお、図２において１５は道路の白線である。また、図２には、説明を解りやすくするために、直線上の横断線１２と、轍１４により湾曲したり不連続になった横断線１３の２本の横断線を対比して示すが、この実施の形態では、車両の所定距離前方に左右に走査しながら照射されたレーザー光による１本の横断線を用いて道路上の轍を検出する。車両の走行中は、車両の所定距離前方の左右にレーザー光を走査しながら車両前方道路を繰り返し撮像することによって、車両の所定距離前方の道路上の轍を常に検出することができる。
【００１４】
レーザー反射光の横断線が湾曲したり不連続なる原因には、路上の障害物や先行車などもあるが、カメラ１による撮像画像にはこれらの路上障害物や先行車も捕捉され、画像処理により路上障害物や先行車と轍とを明確に区別することができる。
【００１５】
ここで、道路の轍を考慮しない場合の目標操舵角θ＊の演算方法について説明する。道路の轍を考慮しない目標操舵角の演算方法については、従来から多くの方法が提案されているが、ここではその一例を説明する。
【００１６】
曲線路の半径をＲ、車両のホイールベースをＬｗ、車両のスタビリティーファクターをＦとすると、目標操舵角θ＊は運動力学的に次式により表される。
【数１】
θ＊＝（１＋Ｆ・ｖ２）・Ｌｗ／Ｒ ・・・（１）
（１）式において、ｖは車速センサー３により検出した車速である。なお、曲線路の半径Ｒは、画像処理回路６の白線検出結果に基づいて車両から距離Ｌｋだけ前方の地点における、曲線路の道路中心線の接線と車両中心線とのなす角、すなわち偏角βを求め、偏角βが小さいことを条件に次式により近似することができる。
【数２】
Ｒ＝Ｌｋ／β ・・・（２）
したがって、目標操舵角θ＊は次式により表される。
【数３】
θ＊＝（１＋Ｆ・ｖ２）・Ｌｗ・β／Ｌｋ ・・・（３）
【００１７】
次に、図３により道路の轍を回避して走行する場合の目標操舵角θ＊の演算方法を説明する。なお、図２に示す道路各部と同様な部分には同一の符号を付して説明する。
道路の轍が検出されないときは、基本的に車両が車線中央付近を走行するように目標進路を設定し、その目標進路に向かうように操舵角を制御する。一方、道路の轍が検出されたときは次のように操舵角を制御する。
【００１８】
一般に、車両１７の幅は道路の車線幅（白線１５ａと１５ｂの距離）より短いため、図３ａに示すように、目標進路の設定可能範囲は車線中央から左右にＷの幅を有する。したがって、図３ｂに示すように道路の左右にそれぞれ轍１４ａ、１４ｂを検出したときは、車線中央を走行した場合に車輪の軌跡１６ａ、１６ｂが轍１４ａ、１４ｂと干渉するかどうかを判断し、干渉する場合は轍１４ａ、１４ｂの手前で目標進路を左右いずれかにオフセット量Ｓだけ変更し、左右の轍１４ａ、１４ｂの上を車輪が通らないような目標進路を設定する。
【００１９】
なお、オフセット量Ｓは目標進路の設定可能範囲Ｗ以内とし、設定可能範囲Ｗを越える場合は轍１４ａ、１４ｂを回避することができないとして、通常の車線中央付近を走行するような目標進路を設定する。
【００２０】
図４は一実施の形態の自動操舵制御を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
演算制御回路７のＣＰＵ７ａは、起動スイッチ５により自動操舵制御が開始されると所定時間ごとにこの自動操舵制御プログラムを実行する。
【００２１】
ステップ１において、画像処理回路６から白線および轍の検出結果を入力するとともに、車速センサー３から車速ｖと舵角センサー４から操舵角θをそれぞれ入力する。続くステップ２では車両からｘ［ｍ］前方の轍の有無を検出し、轍が検出されたときはステップ３へ進み、検出されなかったときはステップ８へ進む。
【００２２】
ｘ［ｍ］先に轍を検出しなかったときは、ステップ８で現在轍を回避して走行しているかどうかを確認する。現在轍を回避していないときはステップ１０へ進み、車線中央を走行させるために、ｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に０を設定してステップ６へ進む。
【００２３】
一方、現在すでに轍を回避して走行しているときはステップ９へ進み、ｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に現在の車線中央からのオフセット量Ｓ（０）を設定する。轍を回避して走行しているときに、車線中央付近に戻るようにいきなりオフセット量Ｓ（ｘ）に０を設定すると、轍に干渉するおそれがあるため、完全に轍がなくなるｘ［ｍ］先まで現在のオフセット量Ｓ（０）を保持する。
【００２４】
ステップ２でｘ［ｍ］先に轍を検出したときは、ステップ３でｘ［ｍ］先の轍を回避するための車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）を演算する。このオフセット量Ｓ（ｘ）は車線中央を０とし、道路左側へのオフセット量ＯＬ（負値）と、道路右側へのオフセット量ＯＲ（正値）とを別個に算出する。
【００２５】
ステップ４において、算出したオフセット量ＯＬ、ＯＲに基づいて轍を回避できるかどうかを判断する。すなわち、左右のオフセット量｜ＯＬ｜、ＯＲがいずれも目標進路設定可能範囲Ｗを越えている場合は、轍を回避することは不可能と判断してステップ１０へ進み、車線中央を走行するようにｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に０を設定してステップ６へ進む。なお、目標進路設定可能範囲Ｗは左右方向への許容オフセット量である。
【００２６】
一方、左右のオフセット量｜ＯＬ｜、ＯＲのいずれかが目標進路設定可能範囲Ｗ以下の場合は、轍を回避可能と判断してステップ５へ進み、図５に示すサブルーチンを実行して左右のオフセット量｜ＯＬ｜、ＯＲのいずれかを選択する。
【００２７】
図５のステップ２１において、道路左方向への回避が可能かどうかを判断する。左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜が目標進路設定可能範囲Ｗを越えている場合はステップ２７へ進み、左方向への回避は不可能と判断してｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に道路右側へのオフセット量ＯＲを設定する。
【００２８】
一方、左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜が目標進路設定可能範囲Ｗ以下の場合はステップ２２へ進み、道路右方向への回避が可能かどうかを判断する。右方向へのオフセット量ＯＲが目標進路設定可能範囲Ｗを越えている場合はステップ２６へ進み、道路左方向への回避は可能であるが、右方向への回避は不可能であると判断し、ｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）に道路左側へのオフセット量ＯＬを設定する。
【００２９】
ステップ２２で右方向へのオフセット量ＯＲが目標進路設定可能範囲Ｗ以下の場合は、左右どちらにも回避可能であるとしてステップ２３へ進む。ステップ２３では、現在轍を回避して走行しているかどうかを確認する。轍を回避して走行中のときはステップ２４へ進み、現在のオフセット量Ｓ（０）が負、すなわち現在、轍を避けるために車線中央から左側へオフセットして走行しているのかどうかを確認する。
【００３０】
現在、道路左側にオフセットして走行しているときはステップ２６へ進み、ｘ［ｍ］先のオフセット量Ｓ（ｘ）に左方向へのオフセット量ＯＬを設定する。一方、現在のオフセット量Ｓ（０）が正、すなわち現在、轍を避けるために車線中央から右側へオフセットして走行しているときはステップ２７へ進み、ｘ［ｍ］先のオフセット量Ｓ（ｘ）に右方向へのオフセット量ＯＲを設定する。
【００３１】
このように、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量ＯＬ、ＯＲを演算し、左右方向のオフセット量ＯＬ、ＯＲがともに目標進路設定可能範囲Ｗ（許容オフセット量）以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正するようにしたので、轍の回避方向がオフセット量を演算するたびに車線中央の左右に変化し、乗員に違和感を与えるのを防止できる。
【００３２】
ステップ２３で轍の回避を行っていないときはステップ２５へ進み、車線中央寄りの目標進路を設定するために、左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜と右方向へのオフセット量ＯＲとを比較し、いずれか小さい方、すなわち絶対値が小さい方を選択する。左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜が右方向へのオフセット量ＯＲより小さい場合はステップ２６へ進み、ｘ［ｍ］先のオフセット量Ｓ（ｘ）に左方向へのオフセット量ＯＬを設定する。一方、左方向へのオフセット量｜ＯＬ｜が右方向へのオフセット量ＯＲ以上の場合はステップ２７へ進み、ｘ［ｍ］先のオフセット量Ｓ（ｘ）に右方向へのオフセット量ＯＲを設定する。
【００３３】
このように、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量ＯＬ、ＯＲを演算し、左右方向のオフセット量ＯＬ、ＯＲがともに目標進路設定可能範囲Ｗ（許容オフセット量）以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角θ＊を補正するようにしたので、轍を回避して走行するときでも車線の中央寄りを走行することができる。
【００３４】
ｘ［ｍ］先の道路中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）を設定したら図４のプログラムへリターンする。図４のステップ６において、上記（３）式の偏角βをｘ［ｍ］先の車線中央からのオフセット量Ｓ（ｘ）だけ補正して目標操舵角θ＊を演算する。つまり、道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角θ＊を補正する。さらに、その目標操舵角θ＊に到達するまでの角速度を演算する。続くステップ７では目標操舵角θ＊と角速度により駆動回路８を制御し、ステアリング駆動モーター９を駆動して自動操舵を行う。
【００３５】
このように一実施の形態によれば、車両前方の左右にカメラ１で受像可能なレーザー光を走査しながら車両前方を撮像し、車両前方の撮像画像を処理して道路の白線と轍を検出する。そして、白線の検出結果と車速ｖに基づいて目標操舵角θ＊を演算するとともに、道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角θ＊を補正し、操舵角θが補正後の目標操舵角θ＊となるようにステアリングを駆動制御するようにしたので、轍の上を走行して車両がふらついて乗り心地が悪化し、乗員に違和感を与えるのを防止することができる。
【００３６】
以上の実施の形態の構成において、カメラ１が撮像手段を、レーザー照射装置２がレーザー光照射手段を、画像処理回路６が画像処理手段を、車速センサー３が車速検出手段を、演算制御回路７が舵角演算手段、舵角補正手段および制御停止手段を、舵角センサー４が舵角検出手段を、演算制御回路７、駆動回路８およびステアリング駆動モーター９がステアリング駆動制御手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】レーザー照射装置によりレーザー光を照射しながらカメラで撮像した車両前方道路の画像を示す図である。
【図３】道路の轍を回避して走行する場合の目標操舵角θ＊の演算方法を説明する図である。
【図４】自動操舵制御を示すフローチャートである。
【図５】道路の轍を回避するための回避方向とオフセット量を決定する処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ カメラ
２ レーザー照射装置
３ 車速センサー
４ 舵角センサー
５ 起動スイッチ
６ 画像処理回路
７ 演算制御回路
７ａ ＣＰＵ
８ 駆動回路
９ ステアリング駆動モーター
１１ 画像
１２，１３ 横断線
１４，１４ａ，１４ｂ 轍
１５，１５ａ，１５ｂ 白線
１６ａ，１６ｂ 車輪の軌跡
１７ 車両
Claims (5)
- 車両前方を撮像する撮像手段と、
車両前方の左右に前記撮像手段で受像可能なレーザー光を走査するレーザー光照射手段と、
車両前方の撮像画像を処理して道路の白線と轍を検出する画像処理手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
白線の検出結果と車速検出値に基づいて目標操舵角を演算する舵角演算手段と、
道路の轍の検出結果に基づいて目標操舵角を補正する舵角補正手段と、
操舵角を検出する舵角検出手段と、
操舵角検出値が補正後の目標操舵角となるようにステアリングを駆動制御するステアリング駆動制御手段とを備えることを特徴とする車両用自動操舵装置。 - 請求項１に記載の車両用自動操舵装置において、
前記舵角補正手段は、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行している場合は、現在オフセットしている方向と同一方向のオフセット量に基づいて目標操舵角を補正することを特徴とする車両用自動操舵装置。 - 請求項１の記載の車両用自動操舵装置において、
前記舵角補正手段は、轍を回避するための車線中央から左方向と右方向へのオフセット量を演算し、左右方向のオフセット量がともに車両の幅と車線幅とに応じた許容オフセット量以下で、かつ現在轍を回避するために車線中央からオフセットして走行していない場合は、オフセット量の絶対値が小さい方のオフセット量とその方向に基づいて目標操舵角を補正することを特徴とする車両用自動操舵装置。 - 請求項１〜３のいずれかの項に記載の車両用自動操舵装置において、
所定時間以上、操舵角検出値が目標操舵角に収束しない場合は前記ステアリング駆動制御手段によるステアリングの駆動制御を停止する制御停止手段を備えることを特徴とする車両用自動操舵装置。 - 自車線を逸脱しなように目標舵角を演算し、ステアリングに修正操舵トルクを加え、かつ修正操舵トルクを加えている最中に修正操舵トルクに所定値以上のトルクがステアリングに加えられた場合、修正操舵トルクを加える制御を中断する車両用自動操舵装置において、
轍を検出し、轍とタイヤが干渉するか否かを検出し、轍とタイヤとが干渉する場合は目標舵角を補正することを特徴とする車両用自動操舵装置。
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