JP3674473B2 - 車両後方視界支援装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両後方視界支援装置に関し、特にトラクタ及びトレーラで構成される連結車両の後方視界をカメラを介して車室内の画像表示部に表示する車両後方視界支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図21は、従来から一般的に知られている車両後方視界支援装置(バックモニタ)の構成を概略的に示したものであり、車両(トレーラ)20の後方をカメラ21で撮影し、運転席内に設置されたモニタ(図示せず)で映像として後方視界を確認できるようにしている。
【０００３】
具体的には、実開平2-84749号(実願昭63-163959号)において、トレーラ左右後端部にそれぞれ回動可能にカメラを設置し、トレーラが屈曲していない場合はトレーラの後方を撮影し、トレーラが屈曲した時には直ちに運転者から死角となるトレーラ側面を撮影できるようにカメラを回動して撮影するタンクトレーラが提案されている。
【０００４】
また、実開平7-13588号公報のように、図22に示す如く、トラクタ1の左右後端部に取り付けたカメラ22を屈曲角と同等に回動させてトレーラ2の側面を運転者に確認させる装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実開平2-84749号の場合には、トレーラの屈曲角が小さいうちはトレーラの横運動は非常に小さく後退運動の方が大きいので、直ちにカメラを回動してしまうことは反って安全性を損なう可能性がある。
【０００６】
また、上記の従来例はいずれも、屈曲角が大きくなった場合、どの程度トレーラの横変位が生じ、トラクタがどのように走行するのか予測するのが難しく、さらに設置位置によってはカメラの視界が確保されないという問題がある。
これを図で説明すると、図23に示すように、トラクタ1とトレーラ2が直線上になっている停車位置(同図(1))から右に旋回する場合、一旦左に操舵し(同図(2))、屈曲角をある程度付けてから右に操舵しながら後退できるようになる(同図(3)及び(4))ので、このように複雑なトレーラ2の後退は、プロの運転者でも負担が大きい。
【０００７】
すなわち、運転者は、屈曲角を意識しながら後退するようになり、この屈曲角が大きくなると、一般のカーゴトラックとは異なり、図24に示すように、トレーラ2の一方の後端(近端)を直視できるようになる反面、反対側に生じる死角領域DZも大きくなってしまう。
【０００８】
特にこの死角領域DZにおいてトレーラ2の横変位が重要であり、このトレーラ2が将来どの程度の横変位を呈するのか視覚的に全く分からないため、運転者の勘に頼りながら後退しているのが現状である。
従って本発明は、カメラを用いて連結車両の後方視界を支援する装置において、トレーラ屈曲時における死角領域でのトレーラの横変位を運転者に表示させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両後方視界支援装置は、トラクタ及びトレーラの屈曲角検出部と、操舵角検出部と、該トレーラに設置したカメラと、該カメラの出力画像を表示する表示部と、該屈曲角が所定角度以上になった時、該屈曲角及び該操舵角に基づいて該トラクタの後輪の将来軌跡を求めると共に該カメラにより撮影された屈曲方向と反対側の死角になるトレーラ側方の画像に対し該将来軌跡を透視変換し重ねて該表示部に与える制御部と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
この場合、カメラは、該トレーラの左右後端部にそれぞれ回動可能に設置されており、該制御部は、該屈曲角が該所定角度未満の時は両方又はどちらか一方のカメラがトレーラ後方を撮影し、該屈曲角が該所定角度以上の時には屈曲方向と反対側の後端部のカメラが該死角になるトレーラ側方を撮影することができる。
【００１１】
上記の本発明を、図1に示した原理図により説明する。
まず制御部では、屈曲角検出部によって検出された屈曲角に応じて、トレーラ2の左右後端部に設けたカメラ3L, 3Rを制御する。屈曲角が小さい場合は同図(1)に示すように(トレーラ2の将来軌跡4を含む)トレーラ2の後方視界5aを撮影するようにカメラ3L及び／又は3Rを制御する。
【００１２】
一方、屈曲角が所定角度より大きい場合は、同図(2)に示すように、トレーラ2の後方を写していたカメラ3L(屈曲方向と反対側のカメラ)を大きく回転させ、トレーラ2の側面を含む大きな視界5bを撮影する。この場合は、屈曲角と操舵角検出部で検出された操舵角とに基づいてトラクタ1の将来軌跡6を算出し、この軌跡6をカメラ3Lの画像に透視変換し重ねて表示部に表示させる。
【００１３】
この結果、屈曲角が小さい場合は、一般のカーゴトラックのようなバックモニタとして後方視界5aを表示し、屈曲角が大きい場合は、トレーラ2の横変位が容易に予測できるように運転者の視界を支援し、以って運転者が車両の後退進路を明確に認識できるようにしている。また、トレーラ横変位上に障害物があるか否かも運転者は確認することが可能となる。
【００１４】
なお、該制御部は、該屈曲角が該所定角度と、ゼロより大きく該所定角度より小さい角度との間にある時は、該カメラの少なくとも一方を、該屈曲角の大きさに応じた角度だけ回動しながら該トレーラ後方を撮影するようにしてもよい。
また、該制御部は、該カメラの内、該屈曲角が所定角度以上になった時に該トレーラ側方を撮影するように回動される第1のカメラと反対側にある第2のカメラを、該第1のカメラが撮影していた後方視界をカバーするように該第1のカメラの方向に回動して、トレーラ後方を撮影するようにしてもよい。
【００１５】
さらに、該カメラは、該トレーラの左右前端部に設置された固定式のカメラであり、該制御部は、この内の該死角になるトレーラ側方に設置されたカメラの出力画像を該表示部に与えるようにしてもよい。
さらに、該制御部は、該屈曲角の極性によって屈曲方向を決定するようにしてもよい。
【００１６】
さらに、該制御部は、該トレーラ後方を撮影する時より該トレーラ側方を撮影する時の方が該カメラを上向きにして焦点距離を小さくするようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例をブロック図で示したものである。
図中、11は連結車両を構成するトラクタとトレーラとの屈曲角を検出する屈曲角検出部であり、12は、操舵角、車速、ギヤシフト位置などの車両状態を検出する車両状態検出部である。
【００１８】
これらの検出部11及び12は制御部13に接続されており、この制御部13はカメラ駆動部30 R及び30 Lを介してそれぞれ右カメラ3R及び左カメラ3Lを回動するように接続されている。
制御部13は、さらに軌跡演算部14及び透視変換部15を介して画像合成部16に接続されており、この画像合成部16は、カメラ3L及び3Rの出力画像と透視変換部15からの軌跡データとを合成するものであり、この合成した画像は表示部(モニタ)17に表示されるようになっている。
【００１９】
図3は、図2に示した本発明に係る車両後方視界支援装置の動作手順をフローチャートで示したものであり、以下、このフローチャートを参照して図2の実施例の動作を順次説明する。
まず制御部13において、2つのフラグ(左フラグ及び右フラグ)を共に"OFF"にする初期設定を行う(ステップS1)。
【００２０】
この後、制御部13は屈曲角検出部11からの屈曲角、すなわち相対ヨー角γを入力すると共に、車両状態検出部12から、ギヤシフト位置G、操舵角δ、及び車速Vを入力する(同S2)。
そして、ステップＳ2で検出したギヤシフト位置Gが「後退位置」を示しているか否かを判定し(同S3)、「後退位置」を示していない時にはステップS2に戻るが、「後退位置」を示している時にはステップS4に進む。
【００２１】
ステップS4では、屈曲角γの極性を判定し、γ＞0、すなわち屈曲角γが正であることが分かった時には、図4(1)に示す右カメラ3Rについての制御(後方右折制御)を実行し、そうでない時は、同図(2)に示す左カメラ3Lによる後方左折制御(同S22)を実行する。
【００２２】
ここで、屈曲角に対するカメラ制御則を図4(1)の右カメラ3Rの場合を例にとって以下に説明する。
まず、同図(1)に示す右カメラ3Rに関し、屈曲角γが0からγ0まではカメラの向きはそのままにし、γ＞γ0の時、θR=α・γ+βのように制御する。そして、γ＞γ1の時、カメラ3Rの向きをθ2まで大きく回転させ、トレーラの後方監視から側方監視へとカメラの向きを変える。そして、屈曲角がγ＜γ2(＜γ1)になった時、再度トレーラ2の後方を監視するようにカメラ3Rの向きを戻す。
【００２３】
これは、同図(2)に示す左カメラ3Lの場合についても同様(逆の関係)である。
このようなカメラの制御則に基づき、ステップS4で屈曲角γ＞0であることが分かった時には、ステップS5に進み、屈曲角γ＞γ0であるか否かを判定し、"No"の場合には、右カメラ3Rの角度θR＝0、すなわち真後ろを監視するようにカメラ駆動部30 Rを介して右カメラ3Rを制御する。そして、後述するステップS10へ進む。
【００２４】
ステップS5において、屈曲角γ＞γ0であることが分かった時には、左フラグが"ON"であるか否かを判定し(同S7)、最初は初期設定により"OFF"であるので、右カメラ3Rの角度θRを図4(1)で説明したようにα・γ+βの角度に設定する(同S8)。
【００２５】
すなわち、上記の如く屈曲角γがγ0から大きくなるに従って図示のように右方向角度θ1に向かって右カメラ3Rの角度θRを徐々に後方右方向に拡大して行く。
そして、この時、右カメラ3Rの焦点制御を行う(同S9)。
【００２６】
ここで、図2に示したカメラ3R, 3L(以下、符号「3」で総称することがある。)のカメラ駆動部30R, 30L(以下、符号「30」で総称することがある。)の実施例について図5〜7により説明する。
このカメラ駆動部30は、カメラ3の垂直角度(見下ろし角)を制御するためのモータ21aとカメラ3の水平角度を制御するためのモータ21bとを備えており、また、焦点距離を変更することができるような光学的なレンズ機構としての焦点距離制御部21cを備えている。
【００２７】
そして、この焦点距離制御部21 cによりカメラ3のレンズの焦点距離を変化させ、以ってカメラ3の撮影範囲を広めたり狭めたりすることを可能にしている。すなわち、図6に示すような撮像範囲があるとすると、カメラ3の水平角度と垂直角度はそれぞれtan-1(H/L), tan-1(V/L)となる。ここで、焦点距離をfとし、カメラ3の撮影面サイズ(CCD受光部の大きさ)の縦横をそれぞれa,bとすれば、
【００２８】
【数１】
H=(b/f)・L
V=(a/f)・L …式(1)
となるから、上式を画角の式に代入すれば、カメラの水平画角及び垂直画角はそれぞれ、tan-1(b/f), tan-1(a/f)となる。
【００２９】
図7は、屈曲角γに対する焦点距離fの制御則を示している。屈曲角γに対するカメラ角度の変化に応じてカメラ焦点距離fを調整し、視界範囲を適切に制御する。こうすることにより、カメラを焦点距離f0〜f2の間で制御することができ、図8に示す如く、焦点距離が小さくなればなる程、画角(視界)は広がることになる。
【００３０】
従って、ステップS9においては、右カメラ3Rの焦点距離をf0〜f1の間で制御することになり、ここでは、トレーラ2の後方を撮影するので、トレーラ2に近い視界を視認することができる。
このように、右カメラ3Rの焦点距離制御(同S9)を行った後、又は右カメラ3Rを真後ろに向けた状態で(同S6)、軌跡演算部14は、図1(1)に示したトレーラ2の後輪2bの将来軌跡4を算出する(同S10)。
【００３１】
すなわち、屈曲角γによりカメラ方向を変更するが、カメラ3R が後方を写し出している場合は、トレーラ2の後輪の将来軌跡を操舵角δ、屈曲角γ、及び車両寸法から幾何学的に算出する。
以下、この算出原理を図9を参照して説明する。
【００３２】
トレーラの移動軌跡を決める拘束条件は，(1)まずキングピン位置がトラクタのカプラ中心座標で規定されること、(2)トレーラ自身の移動瞬間中心位置がトレーラ車軸線上に位置すること、の二つである。
従って、トラクタ1のカプラ中心位置の初期座標(Xc,Yc)とΔt秒後の座標(Xc',Yc')、及びトレーラ2のホイールベースLt, トレーラ2の初期絶対ヨー角位相θtrailer(rad)が与えられれば、トレーラ2の車軸中心点の初期座標は(X2,Y2)は次式で表される。
【００３３】
【数２】
X2=Xc+Lt*sin(θtrailer)
Y2=Yc-Lt*cos(θtrailer) …式(2)
また、トレーラ2の移動瞬間中心Oが位置すべき軸線2cの方程式は、次のようになる。
【００３４】
【数３】
Y=(X-X2)*tan(θtrailer)+Y2=(x-X2)*(X2-Xc)/(Yc-Y2)+Y2 …式(3)
また、キングピン(=カプラ中心)の初期座標(Xc,Yc)とΔt秒後の座標(Xc',Yc')とがトレーラ2の移動瞬間中心Oに基づく円弧上に位置しなければならない関係から、座標(Xc,Yc)と(Xc',Yc')間の中点とトレーラ移動瞬間中心Oを結ぶ軸線2dの方程式は次式で表される。
【００３５】
【数４】
Y=(Xc-Xc')/(Yc'-Yc)*(X-(Xc+Xc')/2)+(Yc+Yc')/2 …式(4)
トレーラ移動瞬間中心Oの座標(X0t,Y0t)は、この軸線2dと前述の車軸線2cとの連立方程式から次式のように求められる。
【００３６】
【数５】
このΔt秒間のトレーラ2のヨー角(屈曲角)位相の変化量Δθtrailerは次式で与えられる。
【００３７】
【数６】
従って、Δt秒後のトレーラ2の絶対ヨー角位相はθtrailer+Δθtrailerとなり、トレーラ車軸中心座標(X2',Y2')は次式で表される。
【００３８】
【数７】
X2'=Xc'+Lt*sin(θtrailer+Δθtrailer)
Y2'=Yc'-Lt*cos(θtrailer+Δθtrailer) …式(7)
このようにして、トレーラ後輪の将来軌跡が算出されるが、この軌跡は、カプラ中心位置の初期座標(Xc, Yc)を原点としているので、トレーラ2の右カメラ3Rから見た座標に変換しておけばよい。これについては、トラクタ1の将来軌跡の説明で言及する。
【００３９】
トレーラ後輪の将来軌跡は、右カメラ3Rの視点での画像変換、すなわち、道路面上を想定した座標系に線画を描き、これを透視変換することによってカメラ視点から見たトレーラ2の後輪2bの軌跡データを求める(同S11)。
ここで、カメラ視点位置データ（水平回転角度θ、見おろし角τ、焦点距離ｆ）に基づいて後輪移動軌跡データを、透視変換部15にて透視変換する方法について説明する。
【００４０】
図10には、地上面のｘ'ｙ'座標に対して高さＨに設置されたカメラ3がモータ２１ａにより水平面から角度τで見下ろした状態を示すｘ'ｙ'ｚ'座標系において、カメラ3をモータ２１ｂで駆動して水平方向に（ｚ'軸回りに）θだけ回転させた状態を示している。
【００４１】
すなわち、カメラ3はｚ'軸上の点Ｒ（０，０，Ｈ）に位置し、図10に示すようにｚ'軸回りにθだけ回転し、見おろし角τで地上面（ｘ'ｙ'座標面）の後輪移動軌跡をモニタするものとする。以下において、モニタ画面上に後輪の移動軌跡がどのように写るかを示す。
【００４２】
図11に示すように地上平面上に原点を有する座標系（ｘ'ｙ'ｚ'）からカメラ視点位置の座標系（ｘ"ｙ"ｚ"）に座標変換する原理を説明する。
まず、地上面上の原点をｚ'軸方向にＨだけ平行移動させ、ｚ'軸回りにθ回転させ、さらにｙ'軸回りにτ回転させれば座標変換できる。したがって、この座標変換を示す式は次式のようになる。
【００４３】
【数８】
【００４４】
すなわち、上記の式（8）は、座標系(x', y', z')の点を座標系(x", y", z")の点に変換した後、さらにｚ'軸回りの回転θを加えたものである。
ここで、地上面上にある点（ｘ'ｙ'）をカメラ視点の座標系から眺めるとき、ｚ'＝０なので、地上面上にある点（ｘ'ｙ'）は、３次元的なカメラ視点での座標系では次式のようになる。
【００４５】
【数９】
【００４６】
また、焦点距離がｆであることから、カメラスクリーン平面上への透視変換は、図12に示すようになる。
すなわち、カメラスクリーン投影面上にｙ"の交点を原点Ｓとし、ｘ"軸、ｚ"軸に平行なα軸、β軸を有するαβ座標系があるとすると、ｘ"ｙ"ｚ"座標系からαβ平面座標系への投影は次式で示される。
【００４７】
【数１０】
α＝(ｆ／ｙ"）ｘ"
β＝(ｆ／ｙ"）ｚ" …式（10）
この式（10）に式（9）を代入すれば、地上平面上の点（ｘ'ｙ'）がカメラスクリーン投影平面のαβ座標上に透視変換される次の関係式を得ることができる。
【００４８】
【数１１】
【００４９】
このようにして透視変換した後、画像合成部16は、カメラ画像と将来軌跡を重ね合わせてモニタ表示する(同S12)。
この場合において上記のカメラスクリーン投影面からモニタ画面上の線画像を生成するための座標変換を説明する。
【００５０】
通常、モニタ画面は、図13(1)のように、画面左上を原点とした横右方向を正とするｘ*軸と縦下方向を正とするｙ*軸から成る座標系を採用している。
したがって、スクリーン投影画面の中心に原点を持つ点Ｓ（α，β）をモニタ画面上の座標系に変換するには、変換係数をＳｘ，Ｓｙとし、モニタ画面の大きさを図示の如く、ＸSIZE，ＹSIZEとすれば、次式で表すことができる。
【００５１】
【数１２】
ｘ*＝Ｓx・α＋Ｘ* SIZE／２
ｙ*＝−（Ｓy・β−Ｙ* SIZE／２） …式（12）
したがって、式（12）に式（11）を代入すれば軌跡投影画像データをモニタに対応した線画像データに変換することができる。
【００５２】
そして、画像合成部16により、カメラ１からの入力画像に、上記のようにして得られた線画像を合成して、左右を反転した映像を表示する。
ステップS12の後、制御部13は、屈曲角γが所定角度γ1を超えたか否かを判定する(同S13)。
【００５３】
この結果、"No"の場合(γ1≧γ＞γ0)には、屈曲角が所定角度γ1を超えていないのでステップS2に戻って同様のステップを繰り返すが、γ＞γ1となった時には左フラグを"ON"にして(同S14)ステップS2に戻る。
そして、再びステップS3〜S5を経由してステップS7に進んだ時には、左フラグは"ON"になっているので、ステップS15に進み、右カメラ3Rの角度θRを図4(1)で示したようにθ2まで大きく逆回転させる。
【００５４】
この状態は図1(2)に示すようにトレーラ2の側面を含む広い範囲5bを視認する必要があるので、右カメラ3Rを上向きにして焦点距離をf2に減少させ(同S16)、図7及び図8に示したように、より広い画角を視認するようにしている。
この後、今度はトレーラ2ではなく、トラクタ1の後輪1bの将来軌跡6を算出する(同S17)。
【００５５】
すなわち、屈曲角γが小さく、カメラ3Rが後方を写し出している時はトレーラの後輪の将来軌跡をモニタ16に写し出すが、屈曲角γが大きくなった場合にはトレーラ2の横変位をイメージしやすいようにトラクタ1の後輪1bの軌跡6を軌跡演算部14で算出することになる。
【００５６】
以下に、トラクタ1の微小な将来移動軌跡について図14〜図17により説明する。
トラクタ1の部分は，単純な二輪モデルそのものなので、ホイールベース値Lと前輪舵角値αcとから、トラクタ1の微小移動瞬間中心Oの位置はトラクタ後軸線1c上で、後軸中心点より、L/tan(αc)の位置になる。
【００５７】
従って、トラクタ後軸中心(車両基準点)の絶対座標を(X1,Y1)、トラクタ1の絶対ヨー角位相をθtractor(rad)とすると、トラクタ1の移動瞬間中心位置Oの絶対座標(X0,Y0)は、次式で表される。
【００５８】
【数１３】
X0=X1-L*cos(θtractor)/tan(αc)
Y0=Y1-L*sin(θtractor)/tan(αc) …式(13)
ここを中心に旋回する訳であるが、車速V(Km/H)でΔt秒間での回転角Δtractorは次式で表される。
【００５９】
【数１４】
Δθtractor=V*tan(αc)*Δt*1000/3.6/L …式(14)
従って、Δt秒後のトラクタ1の絶対ヨー角位相は、θtractor+Δθtractorとなり、この時の車両基準点の絶対座標(X1',Y1')は次式で与えられる。
【００６０】
【数１５】
X1'=X0+L*cos(θtractor+Δθtractor)/tan(αc)
Y1'=Y0+L*sin(θtractor+Δθtractor)/tan(αc)) …式(15)
なお、この間のカプラ中心の絶対座標は、カプラオフセットLcにより、初期座標(Xc,Yc)は、次式で与えられる。
【００６１】
【数１６】
Xc=X1-Lc*sin(θtractor)
Yc=Y1+Lc*cos(θtractor) …式(16)
従って、Δt秒後の座標(Xc', Yc')は、次式で与えられる。
【００６２】
【数１７】
Xc'=X1'-Lc*sin(θtractor+Δθtractor)
Yc'=Y1'+Lc*cos(θtractor+Δθtractor) …式(17)
ここで、上記の式(17)に示すように求めたトラクタ1の将来軌跡とカメラ位置との関係について図15〜図17により説明する。
【００６３】
まず、トレーラ2の左後端部に設けた左カメラ3Lの位置を原点とした場合、上記の如く車両の寸法、操舵角δ、屈曲角γから、それぞれの位置関係は図15に示すようになる。
そして、このような位置関係におけるそれぞれの座標を求めるためには、図16に示すような基本的な位置関係に対して、次式に示す回転行列R(θ)を用いてそれぞれの位置の座標を計算することができる。
【００６４】
【数１８】
【００６５】
例えば、トラクタ1の旋回中心座標を参照すると、まず図16で操舵角Δによりトラクタ1の中心座標を算出し、車幅dを考慮すると、トラクタの旋回中心座標は(ρ+d/2, L2)となる。
トレーラ2のキングピン位置(カプラ位置)を中心に屈曲角δだけ右に旋回させ、さらにトレーラ2とカメラ3Lとの成す角a=(π-θ2)だけ右に回転させれば、図15に示すようなトラクタ1の旋回中心の座標を求めることができ、この旋回中心を(x0, y0)とし、図14に示した中心位置Oとすれば、カメラ位置を原点として図17に示すようなトラクタ1の後輪軌跡を算出することが可能となる。
【００６６】
この後、上記のステップS11及びS12と同様に、画像変換(同S18)、及び合成モニタ表示(同S19)を実行する。
図13(2)は、トレーラ側方の撮影画面にトラクタ1の将来軌跡6を合成したモニタ画面を示している。
そして、ステップS20において、屈曲角γが大きな所定角度γ2以下になったか否かを判定し、γ＝γ2のままであればステップS2に戻るが、屈曲角がγ2以下になった時には、左フラグを"OFF"にリセットして(同S21)、ステップS2に戻る。
【００６７】
このようにして、ステップS4において屈曲角γが正の場合の右カメラ3Rに対する後方右折制御を実行したが、屈曲角γが負の場合も、図4(2)に示す左カメラ3Lの制御則に従って後方左折制御が行われることになる(同S22)。
なお、図3のフローチャートにおいて、屈曲角δがδ1付近を前後するような場合を考慮して、屈曲角δがδ1を超えた場合、屈曲角がδ1よりも小さいδ2よりも小さくなった時に初めてカメラの向きをトレーラの側方から後方へ切り替えるというヒステリシスを考慮した制御を行っている。
【００６８】
なお、上記の実施例においては、図1(2)に示したように、トレーラ2の死角範囲5bを撮影する左カメラ3Lと反対側の右カメラ3Rは図3のフローチャートに従った制御を行うことになるが、図18に示すように、例えば左カメラ3Lがトレーラ2の死角領域5bを撮影するのであれば、右カメラ3Rを右側に回動させて、左カメラ3Lを回動させたことによって失われた左カメラ3Lの撮影範囲をカバーする視界5cを得るようにしてもよい。
【００６９】
図19には、図18に示したカメラ向き制御例の場合の表示パターンが示されており、トレーラ後端の左右に設置されたカメラ3L, 3Rの両方のカメラを使って運転者の死角範囲を写し出している。
すなわち、トラクタ1のキャビン内には2台のモニタを設置し、両方のカメラ画面を同時に表示してもよく(図19(1)〜(3)参照)、またモニタが一つしか設置できない場合は一つの画面に両者の画面を分割して表示することもできる。さらには、選択スイッチを設けることにより、これらの表示パターン(1)〜(3)の希望の画面を選択するようにしてもよい。
【００７０】
さらには、上記の各実施例の代わりに、トラクタ1の将来軌跡を演算して表示するカメラについては、図20に示すように、トレーラ左右前端部にそれぞれ後方に向けて設置した固定のカメラ7a, 7bを用い、屈曲方向に対応したカメラの画像を合成表示する構成でもかまわない。
【００７１】
この場合、トレーラ2の将来軌跡を演算して表示する部分については、同図(1)に示す如く、トレーラ2の後端中央部に後方に向けて設置した固定式又は回動式のカメラ3を用いた構成でもかまわない。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る車両後方視界支援装置によれば、トラクタとトレーラの屈曲角が所定角度以上になった時、カメラを回動して屈曲方向とは反対側の死角になるトレーラ側方を撮影すると共にトラクタの後輪の将来軌跡を求めこの将来軌跡をカメラによる撮影画像に重ねてモニタ表示するように構成したので、トレーラの横変位が容易に予測できるように運転者の視界を支援することができ、運転者は車両の後退進路を明確に安全に認識することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両後方視界支援装置の原理説明図である。
【図２】本発明に係る車両後方視界支援装置の構成例を示したブロック図である。
【図３】本発明に係る車両後方視界支援装置の動作手順を示したフローチャート図である。
【図４】本発明に係る車両後方視界支援装置における屈曲角に対するカメラ制御則を示したグラフ図である。
【図５】本発明に係る車両後方視界支援装置に用いられるカメラ駆動部の実施例を示した斜視図である。
【図６】本発明に係る車両後方視界支援装置のカメラ撮影範囲を説明するための図である。
【図７】本発明に係る車両後方視界支援装置における屈曲角に対する焦点距離の制御則を示したグラフ図である。
【図８】本発明に係る車両後方視界支援装置において焦点距離の変更による撮影範囲を示した側面図である。
【図９】本発明に係る車両後方視界支援装置においてトレーラの将来軌跡を説明するための図である。
【図１０】本発明に係る車両後方視界支援装置に用いる透視変換部における透視変換原理を説明した斜視図(1)である。
【図１１】本発明に係る車両後方視界支援装置に用いる透視変換部における透視変換原理を説明した斜視図(2)である。
【図１２】本発明に係る車両後方視界支援装置に用いる透視変換部における透視変換原理を説明した斜視図(3)である。
【図１３】本発明に係る車両後方視界支援装置における座標変換及び合成画像を示した図である。
【図１４】本発明に係る車両後方視界支援装置におけるトラクタの将来軌跡を説明するための図である。
【図１５】カメラ視点とトラクタ後輪軌跡との関係を示した図である。
【図１６】カメラを原点としたトラクタとトレーラの基本的な位置関係を示した図である。
【図１７】トラクタ後輪軌跡の算出結果を示した図である。
【図１８】カメラ向き制御の変形例を示した平面図である。
【図１９】図18の変形例の表示パターン例を示した図である。
【図２０】トレーラ前端部にカメラを設置した実施例を示した平面図である。
【図２１】一般的な車両後方視界支援装置例を示した側面図である。
【図２２】実開平7-13588号公報に示された従来例を示す平面図である。
【図２３】トレーラの後退状況を示した平面図である。
【図２４】トレーラの後退時の死角領域を示した平面図である。
【符号の説明】
1 トラクタ
1a トラクタ前輪
1b トラクタ後輪
2トレーラ
2b トレーラ後輪
3, 3L, 3R カメラ
4トレーラ将来軌跡
5a, 5b, 5c 撮影領域
6 トラクタの将来軌跡
7a, 7b トレーラ前端部に設置したカメラ
11 屈曲角検出部
12 車両状態検出部
13 制御部
14 軌跡演算部
15 透視変換部
16 画像合成部
17 表示部(モニタ)
30, 30R, 30L カメラ駆動部
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は車両後方視界支援装置に関し、特にトラクタ及びトレーラで構成される連結車両の後方視界をカメラを介して車室内の画像表示部に表示する車両後方視界支援装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図21は、従来から一般的に知られている車両後方視界支援装置(バックモニタ)の構成を概略的に示したものであり、車両(トレーラ)20の後方をカメラ21で撮影し、運転席内に設置されたモニタ(図示せず)で映像として後方視界を確認できるようにしている。
【０００３】
具体的には、実開平2-84749号(実願昭63-163959号)において、トレーラ左右後端部にそれぞれ回動可能にカメラを設置し、トレーラが屈曲していない場合はトレーラの後方を撮影し、トレーラが屈曲した時には直ちに運転者から死角となるトレーラ側面を撮影できるようにカメラを回動して撮影するタンクトレーラが提案されている。
【０００４】
また、実開平7-13588号公報のように、図22に示す如く、トラクタ1の左右後端部に取り付けたカメラ22を屈曲角と同等に回動させてトレーラ2の側面を運転者に確認させる装置が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実開平2-84749号の場合には、トレーラの屈曲角が小さいうちはトレーラの横運動は非常に小さく後退運動の方が大きいので、直ちにカメラを回動してしまうことは反って安全性を損なう可能性がある。
【０００６】
また、上記の従来例はいずれも、屈曲角が大きくなった場合、どの程度トレーラの横変位が生じ、トラクタがどのように走行するのか予測するのが難しく、さらに設置位置によってはカメラの視界が確保されないという問題がある。
これを図で説明すると、図23に示すように、トラクタ1とトレーラ2が直線上になっている停車位置(同図(1))から右に旋回する場合、一旦左に操舵し(同図(2))、屈曲角をある程度付けてから右に操舵しながら後退できるようになる(同図(3)及び(4))ので、このように複雑なトレーラ2の後退は、プロの運転者でも負担が大きい。
【０００７】
すなわち、運転者は、屈曲角を意識しながら後退するようになり、この屈曲角が大きくなると、一般のカーゴトラックとは異なり、図24に示すように、トレーラ2の一方の後端(近端)を直視できるようになる反面、反対側に生じる死角領域DZも大きくなってしまう。
【０００８】
特にこの死角領域DZにおいてトレーラ2の横変位が重要であり、このトレーラ2が将来どの程度の横変位を呈するのか視覚的に全く分からないため、運転者の勘に頼りながら後退しているのが現状である。
従って本発明は、カメラを用いて連結車両の後方視界を支援する装置において、トレーラ屈曲時における死角領域でのトレーラの横変位を運転者に表示させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る車両後方視界支援装置は、トラクタ及びトレーラの屈曲角検出部と、操舵角検出部と、該トレーラに設置したカメラと、該カメラの出力画像を表示する表示部と、該屈曲角が所定角度以上になった時、該屈曲角及び該操舵角に基づいて該トラクタの後輪の将来軌跡を求めると共に該カメラにより撮影された屈曲方向と反対側の死角になるトレーラ側方の画像に対し該将来軌跡を透視変換し重ねて該表示部に与える制御部と、を備えたことを特徴としている。
【００１０】
この場合、カメラは、該トレーラの左右後端部にそれぞれ回動可能に設置されており、該制御部は、該屈曲角が該所定角度未満の時は両方又はどちらか一方のカメラがトレーラ後方を撮影し、該屈曲角が該所定角度以上の時には屈曲方向と反対側の後端部のカメラが該死角になるトレーラ側方を撮影することができる。
【００１１】
上記の本発明を、図1に示した原理図により説明する。
まず制御部では、屈曲角検出部によって検出された屈曲角に応じて、トレーラ2の左右後端部に設けたカメラ3L, 3Rを制御する。屈曲角が小さい場合は同図(1)に示すように(トレーラ2の将来軌跡4を含む)トレーラ2の後方視界5aを撮影するようにカメラ3L及び／又は3Rを制御する。
【００１２】
一方、屈曲角が所定角度より大きい場合は、同図(2)に示すように、トレーラ2の後方を写していたカメラ3L(屈曲方向と反対側のカメラ)を大きく回転させ、トレーラ2の側面を含む大きな視界5bを撮影する。この場合は、屈曲角と操舵角検出部で検出された操舵角とに基づいてトラクタ1の将来軌跡6を算出し、この軌跡6をカメラ3Lの画像に透視変換し重ねて表示部に表示させる。
【００１３】
この結果、屈曲角が小さい場合は、一般のカーゴトラックのようなバックモニタとして後方視界5aを表示し、屈曲角が大きい場合は、トレーラ2の横変位が容易に予測できるように運転者の視界を支援し、以って運転者が車両の後退進路を明確に認識できるようにしている。また、トレーラ横変位上に障害物があるか否かも運転者は確認することが可能となる。
【００１４】
なお、該制御部は、該屈曲角が該所定角度と、ゼロより大きく該所定角度より小さい角度との間にある時は、該カメラの少なくとも一方を、該屈曲角の大きさに応じた角度だけ回動しながら該トレーラ後方を撮影するようにしてもよい。
また、該制御部は、該カメラの内、該屈曲角が所定角度以上になった時に該トレーラ側方を撮影するように回動される第1のカメラと反対側にある第2のカメラを、該第1のカメラが撮影していた後方視界をカバーするように該第1のカメラの方向に回動して、トレーラ後方を撮影するようにしてもよい。
【００１５】
さらに、該カメラは、該トレーラの左右前端部に設置された固定式のカメラであり、該制御部は、この内の該死角になるトレーラ側方に設置されたカメラの出力画像を該表示部に与えるようにしてもよい。
さらに、該制御部は、該屈曲角の極性によって屈曲方向を決定するようにしてもよい。
【００１６】
さらに、該制御部は、該トレーラ後方を撮影する時より該トレーラ側方を撮影する時の方が該カメラを上向きにして焦点距離を小さくするようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明に係る車両後方視界支援装置の実施例をブロック図で示したものである。
図中、11は連結車両を構成するトラクタとトレーラとの屈曲角を検出する屈曲角検出部であり、12は、操舵角、車速、ギヤシフト位置などの車両状態を検出する車両状態検出部である。
【００１８】
これらの検出部11及び12は制御部13に接続されており、この制御部13はカメラ駆動部30 R及び30 Lを介してそれぞれ右カメラ3R及び左カメラ3Lを回動するように接続されている。
制御部13は、さらに軌跡演算部14及び透視変換部15を介して画像合成部16に接続されており、この画像合成部16は、カメラ3L及び3Rの出力画像と透視変換部15からの軌跡データとを合成するものであり、この合成した画像は表示部(モニタ)17に表示されるようになっている。
【００１９】
図3は、図2に示した本発明に係る車両後方視界支援装置の動作手順をフローチャートで示したものであり、以下、このフローチャートを参照して図2の実施例の動作を順次説明する。
まず制御部13において、2つのフラグ(左フラグ及び右フラグ)を共に"OFF"にする初期設定を行う(ステップS1)。
【００２０】
この後、制御部13は屈曲角検出部11からの屈曲角、すなわち相対ヨー角γを入力すると共に、車両状態検出部12から、ギヤシフト位置G、操舵角δ、及び車速Vを入力する(同S2)。
そして、ステップＳ2で検出したギヤシフト位置Gが「後退位置」を示しているか否かを判定し(同S3)、「後退位置」を示していない時にはステップS2に戻るが、「後退位置」を示している時にはステップS4に進む。
【００２１】
ステップS4では、屈曲角γの極性を判定し、γ＞0、すなわち屈曲角γが正であることが分かった時には、図4(1)に示す右カメラ3Rについての制御(後方右折制御)を実行し、そうでない時は、同図(2)に示す左カメラ3Lによる後方左折制御(同S22)を実行する。
【００２２】
ここで、屈曲角に対するカメラ制御則を図4(1)の右カメラ3Rの場合を例にとって以下に説明する。
まず、同図(1)に示す右カメラ3Rに関し、屈曲角γが0からγ0まではカメラの向きはそのままにし、γ＞γ0の時、θR=α・γ+βのように制御する。そして、γ＞γ1の時、カメラ3Rの向きをθ2まで大きく回転させ、トレーラの後方監視から側方監視へとカメラの向きを変える。そして、屈曲角がγ＜γ2(＜γ1)になった時、再度トレーラ2の後方を監視するようにカメラ3Rの向きを戻す。
【００２３】
これは、同図(2)に示す左カメラ3Lの場合についても同様(逆の関係)である。
このようなカメラの制御則に基づき、ステップS4で屈曲角γ＞0であることが分かった時には、ステップS5に進み、屈曲角γ＞γ0であるか否かを判定し、"No"の場合には、右カメラ3Rの角度θR＝0、すなわち真後ろを監視するようにカメラ駆動部30 Rを介して右カメラ3Rを制御する。そして、後述するステップS10へ進む。
【００２４】
ステップS5において、屈曲角γ＞γ0であることが分かった時には、左フラグが"ON"であるか否かを判定し(同S7)、最初は初期設定により"OFF"であるので、右カメラ3Rの角度θRを図4(1)で説明したようにα・γ+βの角度に設定する(同S8)。
【００２５】
すなわち、上記の如く屈曲角γがγ0から大きくなるに従って図示のように右方向角度θ1に向かって右カメラ3Rの角度θRを徐々に後方右方向に拡大して行く。
そして、この時、右カメラ3Rの焦点制御を行う(同S9)。
【００２６】
ここで、図2に示したカメラ3R, 3L(以下、符号「3」で総称することがある。)のカメラ駆動部30R, 30L(以下、符号「30」で総称することがある。)の実施例について図5〜7により説明する。
このカメラ駆動部30は、カメラ3の垂直角度(見下ろし角)を制御するためのモータ21aとカメラ3の水平角度を制御するためのモータ21bとを備えており、また、焦点距離を変更することができるような光学的なレンズ機構としての焦点距離制御部21cを備えている。
【００２７】
そして、この焦点距離制御部21 cによりカメラ3のレンズの焦点距離を変化させ、以ってカメラ3の撮影範囲を広めたり狭めたりすることを可能にしている。すなわち、図6に示すような撮像範囲があるとすると、カメラ3の水平角度と垂直角度はそれぞれtan-1(H/L), tan-1(V/L)となる。ここで、焦点距離をfとし、カメラ3の撮影面サイズ(CCD受光部の大きさ)の縦横をそれぞれa,bとすれば、
【００２８】
【数１】
H=(b/f)・L
V=(a/f)・L …式(1)
となるから、上式を画角の式に代入すれば、カメラの水平画角及び垂直画角はそれぞれ、tan-1(b/f), tan-1(a/f)となる。
【００２９】
図7は、屈曲角γに対する焦点距離fの制御則を示している。屈曲角γに対するカメラ角度の変化に応じてカメラ焦点距離fを調整し、視界範囲を適切に制御する。こうすることにより、カメラを焦点距離f0〜f2の間で制御することができ、図8に示す如く、焦点距離が小さくなればなる程、画角(視界)は広がることになる。
【００３０】
従って、ステップS9においては、右カメラ3Rの焦点距離をf0〜f1の間で制御することになり、ここでは、トレーラ2の後方を撮影するので、トレーラ2に近い視界を視認することができる。
このように、右カメラ3Rの焦点距離制御(同S9)を行った後、又は右カメラ3Rを真後ろに向けた状態で(同S6)、軌跡演算部14は、図1(1)に示したトレーラ2の後輪2bの将来軌跡4を算出する(同S10)。
【００３１】
すなわち、屈曲角γによりカメラ方向を変更するが、カメラ3R が後方を写し出している場合は、トレーラ2の後輪の将来軌跡を操舵角δ、屈曲角γ、及び車両寸法から幾何学的に算出する。
以下、この算出原理を図9を参照して説明する。
【００３２】
トレーラの移動軌跡を決める拘束条件は，(1)まずキングピン位置がトラクタのカプラ中心座標で規定されること、(2)トレーラ自身の移動瞬間中心位置がトレーラ車軸線上に位置すること、の二つである。
従って、トラクタ1のカプラ中心位置の初期座標(Xc,Yc)とΔt秒後の座標(Xc',Yc')、及びトレーラ2のホイールベースLt, トレーラ2の初期絶対ヨー角位相θtrailer(rad)が与えられれば、トレーラ2の車軸中心点の初期座標は(X2,Y2)は次式で表される。
【００３３】
【数２】
X2=Xc+Lt*sin(θtrailer)
Y2=Yc-Lt*cos(θtrailer) …式(2)
また、トレーラ2の移動瞬間中心Oが位置すべき軸線2cの方程式は、次のようになる。
【００３４】
【数３】
Y=(X-X2)*tan(θtrailer)+Y2=(x-X2)*(X2-Xc)/(Yc-Y2)+Y2 …式(3)
また、キングピン(=カプラ中心)の初期座標(Xc,Yc)とΔt秒後の座標(Xc',Yc')とがトレーラ2の移動瞬間中心Oに基づく円弧上に位置しなければならない関係から、座標(Xc,Yc)と(Xc',Yc')間の中点とトレーラ移動瞬間中心Oを結ぶ軸線2dの方程式は次式で表される。
【００３５】
【数４】
Y=(Xc-Xc')/(Yc'-Yc)*(X-(Xc+Xc')/2)+(Yc+Yc')/2 …式(4)
トレーラ移動瞬間中心Oの座標(X0t,Y0t)は、この軸線2dと前述の車軸線2cとの連立方程式から次式のように求められる。
【００３６】
【数５】
【００３７】
【数６】
【００３８】
【数７】
X2'=Xc'+Lt*sin(θtrailer+Δθtrailer)
Y2'=Yc'-Lt*cos(θtrailer+Δθtrailer) …式(7)
このようにして、トレーラ後輪の将来軌跡が算出されるが、この軌跡は、カプラ中心位置の初期座標(Xc, Yc)を原点としているので、トレーラ2の右カメラ3Rから見た座標に変換しておけばよい。これについては、トラクタ1の将来軌跡の説明で言及する。
【００３９】
トレーラ後輪の将来軌跡は、右カメラ3Rの視点での画像変換、すなわち、道路面上を想定した座標系に線画を描き、これを透視変換することによってカメラ視点から見たトレーラ2の後輪2bの軌跡データを求める(同S11)。
ここで、カメラ視点位置データ（水平回転角度θ、見おろし角τ、焦点距離ｆ）に基づいて後輪移動軌跡データを、透視変換部15にて透視変換する方法について説明する。
【００４０】
図10には、地上面のｘ'ｙ'座標に対して高さＨに設置されたカメラ3がモータ２１ａにより水平面から角度τで見下ろした状態を示すｘ'ｙ'ｚ'座標系において、カメラ3をモータ２１ｂで駆動して水平方向に（ｚ'軸回りに）θだけ回転させた状態を示している。
【００４１】
すなわち、カメラ3はｚ'軸上の点Ｒ（０，０，Ｈ）に位置し、図10に示すようにｚ'軸回りにθだけ回転し、見おろし角τで地上面（ｘ'ｙ'座標面）の後輪移動軌跡をモニタするものとする。以下において、モニタ画面上に後輪の移動軌跡がどのように写るかを示す。
【００４２】
図11に示すように地上平面上に原点を有する座標系（ｘ'ｙ'ｚ'）からカメラ視点位置の座標系（ｘ"ｙ"ｚ"）に座標変換する原理を説明する。
まず、地上面上の原点をｚ'軸方向にＨだけ平行移動させ、ｚ'軸回りにθ回転させ、さらにｙ'軸回りにτ回転させれば座標変換できる。したがって、この座標変換を示す式は次式のようになる。
【００４３】
【数８】
すなわち、上記の式（8）は、座標系(x', y', z')の点を座標系(x", y", z")の点に変換した後、さらにｚ'軸回りの回転θを加えたものである。
ここで、地上面上にある点（ｘ'ｙ'）をカメラ視点の座標系から眺めるとき、ｚ'＝０なので、地上面上にある点（ｘ'ｙ'）は、３次元的なカメラ視点での座標系では次式のようになる。
【００４５】
【数９】
また、焦点距離がｆであることから、カメラスクリーン平面上への透視変換は、図12に示すようになる。
すなわち、カメラスクリーン投影面上にｙ"の交点を原点Ｓとし、ｘ"軸、ｚ"軸に平行なα軸、β軸を有するαβ座標系があるとすると、ｘ"ｙ"ｚ"座標系からαβ平面座標系への投影は次式で示される。
【００４７】
【数１０】
α＝(ｆ／ｙ"）ｘ"
β＝(ｆ／ｙ"）ｚ" …式（10）
この式（10）に式（9）を代入すれば、地上平面上の点（ｘ'ｙ'）がカメラスクリーン投影平面のαβ座標上に透視変換される次の関係式を得ることができる。
【００４８】
【数１１】
このようにして透視変換した後、画像合成部16は、カメラ画像と将来軌跡を重ね合わせてモニタ表示する(同S12)。
この場合において上記のカメラスクリーン投影面からモニタ画面上の線画像を生成するための座標変換を説明する。
【００５０】
通常、モニタ画面は、図13(1)のように、画面左上を原点とした横右方向を正とするｘ*軸と縦下方向を正とするｙ*軸から成る座標系を採用している。
したがって、スクリーン投影画面の中心に原点を持つ点Ｓ（α，β）をモニタ画面上の座標系に変換するには、変換係数をＳｘ，Ｓｙとし、モニタ画面の大きさを図示の如く、ＸSIZE，ＹSIZEとすれば、次式で表すことができる。
【００５１】
【数１２】
ｘ*＝Ｓx・α＋Ｘ* SIZE／２
ｙ*＝−（Ｓy・β−Ｙ* SIZE／２） …式（12）
したがって、式（12）に式（11）を代入すれば軌跡投影画像データをモニタに対応した線画像データに変換することができる。
【００５２】
そして、画像合成部16により、カメラ１からの入力画像に、上記のようにして得られた線画像を合成して、左右を反転した映像を表示する。
ステップS12の後、制御部13は、屈曲角γが所定角度γ1を超えたか否かを判定する(同S13)。
【００５３】
この結果、"No"の場合(γ1≧γ＞γ0)には、屈曲角が所定角度γ1を超えていないのでステップS2に戻って同様のステップを繰り返すが、γ＞γ1となった時には左フラグを"ON"にして(同S14)ステップS2に戻る。
そして、再びステップS3〜S5を経由してステップS7に進んだ時には、左フラグは"ON"になっているので、ステップS15に進み、右カメラ3Rの角度θRを図4(1)で示したようにθ2まで大きく逆回転させる。
【００５４】
この状態は図1(2)に示すようにトレーラ2の側面を含む広い範囲5bを視認する必要があるので、右カメラ3Rを上向きにして焦点距離をf2に減少させ(同S16)、図7及び図8に示したように、より広い画角を視認するようにしている。
この後、今度はトレーラ2ではなく、トラクタ1の後輪1bの将来軌跡6を算出する(同S17)。
【００５５】
すなわち、屈曲角γが小さく、カメラ3Rが後方を写し出している時はトレーラの後輪の将来軌跡をモニタ16に写し出すが、屈曲角γが大きくなった場合にはトレーラ2の横変位をイメージしやすいようにトラクタ1の後輪1bの軌跡6を軌跡演算部14で算出することになる。
【００５６】
以下に、トラクタ1の微小な将来移動軌跡について図14〜図17により説明する。
トラクタ1の部分は，単純な二輪モデルそのものなので、ホイールベース値Lと前輪舵角値αcとから、トラクタ1の微小移動瞬間中心Oの位置はトラクタ後軸線1c上で、後軸中心点より、L/tan(αc)の位置になる。
【００５７】
従って、トラクタ後軸中心(車両基準点)の絶対座標を(X1,Y1)、トラクタ1の絶対ヨー角位相をθtractor(rad)とすると、トラクタ1の移動瞬間中心位置Oの絶対座標(X0,Y0)は、次式で表される。
【００５８】
【数１３】
X0=X1-L*cos(θtractor)/tan(αc)
Y0=Y1-L*sin(θtractor)/tan(αc) …式(13)
ここを中心に旋回する訳であるが、車速V(Km/H)でΔt秒間での回転角Δtractorは次式で表される。
【００５９】
【数１４】
Δθtractor=V*tan(αc)*Δt*1000/3.6/L …式(14)
従って、Δt秒後のトラクタ1の絶対ヨー角位相は、θtractor+Δθtractorとなり、この時の車両基準点の絶対座標(X1',Y1')は次式で与えられる。
【００６０】
【数１５】
X1'=X0+L*cos(θtractor+Δθtractor)/tan(αc)
Y1'=Y0+L*sin(θtractor+Δθtractor)/tan(αc)) …式(15)
なお、この間のカプラ中心の絶対座標は、カプラオフセットLcにより、初期座標(Xc,Yc)は、次式で与えられる。
【００６１】
【数１６】
Xc=X1-Lc*sin(θtractor)
Yc=Y1+Lc*cos(θtractor) …式(16)
従って、Δt秒後の座標(Xc', Yc')は、次式で与えられる。
【００６２】
【数１７】
Xc'=X1'-Lc*sin(θtractor+Δθtractor)
Yc'=Y1'+Lc*cos(θtractor+Δθtractor) …式(17)
ここで、上記の式(17)に示すように求めたトラクタ1の将来軌跡とカメラ位置との関係について図15〜図17により説明する。
【００６３】
まず、トレーラ2の左後端部に設けた左カメラ3Lの位置を原点とした場合、上記の如く車両の寸法、操舵角δ、屈曲角γから、それぞれの位置関係は図15に示すようになる。
そして、このような位置関係におけるそれぞれの座標を求めるためには、図16に示すような基本的な位置関係に対して、次式に示す回転行列R(θ)を用いてそれぞれの位置の座標を計算することができる。
【００６４】
【数１８】
例えば、トラクタ1の旋回中心座標を参照すると、まず図16で操舵角Δによりトラクタ1の中心座標を算出し、車幅dを考慮すると、トラクタの旋回中心座標は(ρ+d/2, L2)となる。
トレーラ2のキングピン位置(カプラ位置)を中心に屈曲角δだけ右に旋回させ、さらにトレーラ2とカメラ3Lとの成す角a=(π-θ2)だけ右に回転させれば、図15に示すようなトラクタ1の旋回中心の座標を求めることができ、この旋回中心を(x0, y0)とし、図14に示した中心位置Oとすれば、カメラ位置を原点として図17に示すようなトラクタ1の後輪軌跡を算出することが可能となる。
【００６６】
この後、上記のステップS11及びS12と同様に、画像変換(同S18)、及び合成モニタ表示(同S19)を実行する。
図13(2)は、トレーラ側方の撮影画面にトラクタ1の将来軌跡6を合成したモニタ画面を示している。
そして、ステップS20において、屈曲角γが大きな所定角度γ2以下になったか否かを判定し、γ＝γ2のままであればステップS2に戻るが、屈曲角がγ2以下になった時には、左フラグを"OFF"にリセットして(同S21)、ステップS2に戻る。
【００６７】
このようにして、ステップS4において屈曲角γが正の場合の右カメラ3Rに対する後方右折制御を実行したが、屈曲角γが負の場合も、図4(2)に示す左カメラ3Lの制御則に従って後方左折制御が行われることになる(同S22)。
なお、図3のフローチャートにおいて、屈曲角δがδ1付近を前後するような場合を考慮して、屈曲角δがδ1を超えた場合、屈曲角がδ1よりも小さいδ2よりも小さくなった時に初めてカメラの向きをトレーラの側方から後方へ切り替えるというヒステリシスを考慮した制御を行っている。
【００６８】
なお、上記の実施例においては、図1(2)に示したように、トレーラ2の死角範囲5bを撮影する左カメラ3Lと反対側の右カメラ3Rは図3のフローチャートに従った制御を行うことになるが、図18に示すように、例えば左カメラ3Lがトレーラ2の死角領域5bを撮影するのであれば、右カメラ3Rを右側に回動させて、左カメラ3Lを回動させたことによって失われた左カメラ3Lの撮影範囲をカバーする視界5cを得るようにしてもよい。
【００６９】
図19には、図18に示したカメラ向き制御例の場合の表示パターンが示されており、トレーラ後端の左右に設置されたカメラ3L, 3Rの両方のカメラを使って運転者の死角範囲を写し出している。
すなわち、トラクタ1のキャビン内には2台のモニタを設置し、両方のカメラ画面を同時に表示してもよく(図19(1)〜(3)参照)、またモニタが一つしか設置できない場合は一つの画面に両者の画面を分割して表示することもできる。さらには、選択スイッチを設けることにより、これらの表示パターン(1)〜(3)の希望の画面を選択するようにしてもよい。
【００７０】
さらには、上記の各実施例の代わりに、トラクタ1の将来軌跡を演算して表示するカメラについては、図20に示すように、トレーラ左右前端部にそれぞれ後方に向けて設置した固定のカメラ7a, 7bを用い、屈曲方向に対応したカメラの画像を合成表示する構成でもかまわない。
【００７１】
この場合、トレーラ2の将来軌跡を演算して表示する部分については、同図(1)に示す如く、トレーラ2の後端中央部に後方に向けて設置した固定式又は回動式のカメラ3を用いた構成でもかまわない。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る車両後方視界支援装置によれば、トラクタとトレーラの屈曲角が所定角度以上になった時、カメラを回動して屈曲方向とは反対側の死角になるトレーラ側方を撮影すると共にトラクタの後輪の将来軌跡を求めこの将来軌跡をカメラによる撮影画像に重ねてモニタ表示するように構成したので、トレーラの横変位が容易に予測できるように運転者の視界を支援することができ、運転者は車両の後退進路を明確に安全に認識することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両後方視界支援装置の原理説明図である。
【図２】本発明に係る車両後方視界支援装置の構成例を示したブロック図である。
【図３】本発明に係る車両後方視界支援装置の動作手順を示したフローチャート図である。
【図４】本発明に係る車両後方視界支援装置における屈曲角に対するカメラ制御則を示したグラフ図である。
【図５】本発明に係る車両後方視界支援装置に用いられるカメラ駆動部の実施例を示した斜視図である。
【図６】本発明に係る車両後方視界支援装置のカメラ撮影範囲を説明するための図である。
【図７】本発明に係る車両後方視界支援装置における屈曲角に対する焦点距離の制御則を示したグラフ図である。
【図８】本発明に係る車両後方視界支援装置において焦点距離の変更による撮影範囲を示した側面図である。
【図９】本発明に係る車両後方視界支援装置においてトレーラの将来軌跡を説明するための図である。
【図１０】本発明に係る車両後方視界支援装置に用いる透視変換部における透視変換原理を説明した斜視図(1)である。
【図１１】本発明に係る車両後方視界支援装置に用いる透視変換部における透視変換原理を説明した斜視図(2)である。
【図１２】本発明に係る車両後方視界支援装置に用いる透視変換部における透視変換原理を説明した斜視図(3)である。
【図１３】本発明に係る車両後方視界支援装置における座標変換及び合成画像を示した図である。
【図１４】本発明に係る車両後方視界支援装置におけるトラクタの将来軌跡を説明するための図である。
【図１５】カメラ視点とトラクタ後輪軌跡との関係を示した図である。
【図１６】カメラを原点としたトラクタとトレーラの基本的な位置関係を示した図である。
【図１７】トラクタ後輪軌跡の算出結果を示した図である。
【図１８】カメラ向き制御の変形例を示した平面図である。
【図１９】図18の変形例の表示パターン例を示した図である。
【図２０】トレーラ前端部にカメラを設置した実施例を示した平面図である。
【図２１】一般的な車両後方視界支援装置例を示した側面図である。
【図２２】実開平7-13588号公報に示された従来例を示す平面図である。
【図２３】トレーラの後退状況を示した平面図である。
【図２４】トレーラの後退時の死角領域を示した平面図である。
【符号の説明】
1 トラクタ
1a トラクタ前輪
1b トラクタ後輪
2トレーラ
2b トレーラ後輪
3, 3L, 3R カメラ
4トレーラ将来軌跡
5a, 5b, 5c 撮影領域
6 トラクタの将来軌跡
7a, 7b トレーラ前端部に設置したカメラ
11 屈曲角検出部
12 車両状態検出部
13 制御部
14 軌跡演算部
15 透視変換部
16 画像合成部
17 表示部(モニタ)
30, 30R, 30L カメラ駆動部
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
Claims (7)
- トラクタ及びトレーラの屈曲角検出部と、
操舵角検出部と、
該トレーラに設置したカメラと、
該カメラの出力画像を表示する表示部と、
該屈曲角が所定角度以上になった時、該屈曲角及び該操舵角に基づいて該トラクタの後輪の将来軌跡を求めると共に該カメラにより撮影された屈曲方向と反対側の死角になるトレーラ側方の画像に対し該将来軌跡を透視変換し重ねて該表示部に与える制御部と、
を備えたことを特徴とする車両後方視界支援装置。 - 請求項１において、
該カメラは、該トレーラの左右後端部にそれぞれ回動可能に設置されており、該制御部は、該屈曲角が該所定角度未満の時は両方又はどちらか一方のカメラがトレーラ後方を撮影し、該屈曲角が該所定角度以上の時には屈曲方向と反対側の後端部のカメラが該死角になるトレーラ側方を撮影するように該カメラを回動することを特徴とした車両後方視界支援装置。 - 請求項２において、
該制御部は、該屈曲角が、該所定角度と、ゼロより大きく該所定角度より小さい角度との間にある時は、該カメラの少なくとも一方を、該屈曲角の大きさに応じた角度だけ回動しながら該トレーラ後方を撮影することを特徴とした車両後方視界支援装置。 - 請求項２において、
該制御部は、該カメラの内、該屈曲角が所定角度以上になった時に該トレーラ側方を撮影するように回動される第1のカメラと反対側にある第2のカメラを、該第1のカメラが撮影していた後方視界をカバーするように該第1のカメラの方向に回動して、トレーラ後方を撮影することを特徴とした車両後方視界支援装置。 - 請求項１において、
該カメラは、該トレーラの左右前端部に設置された固定式のカメラであり、該制御部は、この内の該死角になるトレーラ側方に設置されたカメラの出力画像を該表示部に与えることを特徴とした車両後方視界支援装置。 - 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
該制御部は、該屈曲角の極性によって屈曲方向を決定することを特徴とした車両後方視界支援装置。 - 請求項１乃至６のいずれかにおいて、
該制御部は、該トレーラ後方を撮影する時より該トレーラ側方を撮影する時の方が該カメラを上向きにして焦点距離を小さくすることを特徴とした車両後方視界支援装置。
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