JP3753893B2 - 走行車両の制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、走行車両の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両にCCDカメラなどを搭載し、進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識する技術は、例えば、特開平8−315125号公報などから知られている。また、操舵アクチュエータを備え、認識された走行路区分線に沿って走行するように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御技術も、例えば、特開平11−78948号公報から知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
CCDカメラなどで進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識しつつ走行すると共に、例えば、認識された走行路区分線に沿って走行させるべく上記した操舵アシスト制御を行う際、走行路の屈曲度が増加する、即ち、カーブがきつくなると、運転者の予期しない車両の挙動変化を招くことがある。
【0004】
そのような場合には、少なくとも運転者に警報を発するか、あるいは操舵アシスト制御を中止して運転者の自発的な操作に委ねるのが望ましい。かかる不都合は、操舵アシスト制御に限らず、認識された走行路区分線に沿って先行車を追従走行する制御を行うときなどにも生じ得る。
【0005】
従って、この発明の目的は、進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識しつつ走行するときに車両の挙動を予測し、よって、例えば、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御などを行うときも運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じないようにした走行車両の制御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】
上記した目的を達成するために、請求項1項にあっては、車両に取り付けられた撮像手段により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出する画像処理手段、前記抽出された特徴点列群に基づいて前記走行路の曲率を経時的に推定する曲率推定手段、少なくとも走行距離を含む前記車両の走行状態を経時的に検出する検出手段、前記推定された曲率と、それに対応する時刻に検出された前記走行距離を時系列データとして組み合わせ、組み合わせた時系列データを保持する時系列データ保持手段、前記保持された時系列データに基づいて前記走行路の屈曲度合いを示す特徴量を算出する特徴量算出手段、および警報装置および前記走行路に沿って前記車両を走行させるように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御手段を備えると共に、前記算出された特徴量を基準値と比較し、前記特徴量が前記基準値以上であると判断されるとき、前記警報装置の作動および前記操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段を備える如く構成した。
【0007】
算出された特徴量を基準値と比較し、特徴量が基準値以上であると判断されるとき、警報装置の作動および操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段を備える如く構成したので、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御などを行うときも、警報の作動あるいは操舵アシスト中止によって運転者に自ら操舵をする機会を与えることができ、よって運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に即してこの発明の実施の形態を説明する。
【0011】
図1はこの出願に係る走行車両の制御装置を全体的に示す概略図であり、図2はその装置を操舵系などに焦点をおいて示す同様の説明図である。
【0012】
以下、図1および図2を併せて参照して説明すると、車両10において運転席12に配置されたステアリングホイール14は、ステアリングシャフト16に連結され、ステアリングシャフト16はユニバーサルジョイント18,20を介してコネクティングシャフト22に連結される。
【0013】
コネクティングシャフト22は、ラック・ピニオン型ステアリングギア24のピニオン26に連結され、よってステアリングホイール14から入力された回転運動はピニオン26を介してラック28の往復運動に変換され、フロントアクスルの両端に配置されたタイロッド(ステアリングロッド)30およびキングピン(図示せず)を介して2個の前輪(操舵輪)32を所望の方向に転舵させる。
【0014】
ラック28上には同軸に電動モータ38およびボールねじ機構40が配置され、モータ出力はボールねじ機構40を介してラック28の往復運動に変換され、ステアリングホイール14を介して入力された操舵力(操舵トルク)を減少する方向にラック28を駆動する。
【0015】
ここで、ステアリングギア24の付近にはトルクセンサ42が設けられ、運転者が入力した操舵力(操舵トルク)の方向と大きさに応じた信号を出力する。また、ステアリングシャフト16の付近にはロータリエンコーダなどからなる舵角センサ44が設けられ、運転者が入力した操舵角度θの方向と大きさに応じた信号を出力する。
【0016】
2個の前輪32の付近にはそれぞれ電磁ピックアップなどからなる車輪速センサ46が配置されて前輪の回転に応じてパルス信号を出力すると共に、2個の後輪48の付近にも同種構造の車輪速センサ50がそれぞれ配置されて後輪の回転に応じてパルス信号を出力する(図1で左側の後輪のみ示す)。尚、車両10においては内燃機関(図示せず)は前輪側に配置されており、前輪32を駆動輪、後輪48を従動輪とする。
【0017】
図1に示す如く、運転席12の上部には、フロントウインドウ60の内面にルームミラー62と組み合わされてCCDカメラ(撮像手段)64が1基、取り付けられると共に、車両10のフロントバンパ付近の適宜位置には、複数基のミリ波レーダ66が設けられ(図1で1基のみ示す)、前方に変調波を発信する。
【0018】
CCDカメラ64は車両進行方向道路を単眼視し、撮像信号を出力する。CCDカメラ64の出力は、図2に示す如く、マイクロコンピュータからなる画像処理ECU68に送られて画像処理される。ミリ波レーダ66の出力も同様にマイクロコンピュータからなるレーダ出力処理ECU70に送られ、車両進行方向の先行車の有無が検出される。
【0019】
この出願に係る走行車両の制御装置は、同様にマイクロコンピュータからなる電子制御ユニット(「SAS ECU」と示す)74を備え、画像処理ECU68などの出力はSAS ECU74に入力される。
【0020】
また、この装置は第2の電子制御ユニット(「EPS ECU」と示す)76を備える。前記したトルクセンサ42および車輪速センサ46の出力はEPS ECU76にも入力される。
【0021】
SAS ECU74とEPS ECU76は信号線78を介して相互に通信可能に接続される。SAS ECU74は車両10を走行路区分線に沿って走行させるべく、レーンキーピング操舵アシストトルクTLKを演算し、EPS ECU76に送信する。
【0022】
EPS ECU76は操舵トルクが検出されるとき、それに応じてパワーステアリング操舵アシストトルクを演算し、レーンキーピング操舵アシストトルクとパワーステアリング操舵アシストトルクに基づいて最終操舵アシストトルクを演算し、それから操作量(電動モータ38の制御電流)を決定する。
【0023】
EPS ECU76には、モータ駆動回路80が接続される。モータ駆動回路80は4個のパワーFETスイッチング素子からなる公知のブリッジ回路を備え、FETスイッチング素子のオン・オフによって電動モータ38が正転あるいは逆転する。
【0024】
EPS ECU76は、モータ制御電流をデューティ比(PWMによるデューティ比)で決定し、モータ駆動回路80に出力する。より具体的には、EPS ECU76は、FETスイッチング素子をデューティ比制御してモータ通電電流を制御し、電動モータ38を駆動制御する。尚、上記したレーンキーピング操舵アシスト制御の詳細は特開平11−78948号公報などに記述されているので、説明はこの程度に止める。
【0025】
図1の説明に戻ると、車両10の重心位置付近にはヨーレートセンサ82が配置され、車両重心の鉛直(重力)軸回りのヨーレート(回転角速度。車両旋回挙動)に応じた信号を出力する。
【0026】
また、運転席12のステアリングホイール14には感圧センサ84が適宜個数配置され、圧力、即ち、運転者のステアリングホイール操作の有無に応じた信号を出力すると共に、シート下部には第2の感圧センサ86が適宜個数配置され、圧力、即ち、運転者の着座の有無に応じた信号を出力する。
【0027】
また、ダッシュボード付近にはナビゲーション装置88が配置される。
【0028】
ナビゲーション装置88は、CPU88a、車両走行予定地域を多数のノード(座標位置情報)で示すナビゲーション情報を記憶したCD−ROM88b、およびGPSからの信号をアンテナ88cを介して受信するGPS受信装置(『GPS』と示す)88dを備える。
【0029】
ナビゲーション装置88のCPU88aとSAS ECU74とは双方向通信自在に接続され、SAS ECU74はCPU88aを介して上記した多数のノードからなるナビゲーション情報を入力し、走行路が高速道路か否かなどの情報を得る。
【0030】
さらに、車両10に搭載される機関のスロットルバルブ(図示せず)下流の吸気管(図示せず)は分岐され、スロットルアクチュエータ90(図1で図示省略)に接続される。
【0031】
即ち、この装置は定速走行制御および先行車追従制御を行う第3の電子制御ユニット(「ACC ECU」と示す)92を備え、ACC ECU92はスロットル開度センサ(図示せず)および前記した車輪速センサ46(あるいは50)の出力に基づいてスロットルアクチュエータ90を駆動してスロットル開度を制御する。尚、スロットルアクチュエータの詳細は、本出願人が先に提案した特開平9−207616号に詳細に記載されているので、説明は省略する。
【0032】
また、図2に示す如く、運転席12の床面に配置されたブレーキペダル100は、負圧ブースタ102を介してマスタシリンダ104に接続される。
【0033】
即ち、負圧ブースタ102において負圧供給系と大気圧供給系(共に図示せず)を介して供給される吸気負圧と大気圧の割合が調節されて運転者のペダル踏み込み力が倍力され、それに応じた油圧(ブレーキオイル圧)がマスタシリンダ104から油路(図示せず)を介して車輪38,48のブレーキ装置(図示せず)に供給され、車両10を制動する。
【0034】
負圧ブースタ82の負圧供給系と大気圧供給系には電磁バルブ(空圧電磁バルブ)106が設けられ、ACC ECU92の指令に応じて運転者のブレーキ操作と独立に車両10を自動的に制動する。
【0035】
尚、定速走行制御のために、公知のセットSW(スイッチ)110、リジュームSW(スイッチ)112、キャンセルSW(スイッチ)114が設けられると共に、ブレーキペダル100の付近にはブレーキSW(スイッチ)116が設けられる。
【0036】
上記したセンサの出力はACC ECU92に入力される。ACC ECU92は上記スイッチ出力から運転者の定速走行(オートクルーズ)指令を認識し、スロットルアクチュエータ90を介して定速走行制御を実行すると共に、必要に応じて電磁バルブ106を介して追従走行制御を実行する。
【0037】
尚、運転席12の付近には音声あるいは表示による警報装置120が設けられ、SAS ECU74の出力に応じて運転者に警報する。
【0038】
図3はこの出願に係る走行車両の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。
【0039】
尚、同図に示す処理は、前記したナビゲーション装置88から得られた地理情報に基づいて車両10が走行する走行路が高速道路(法令に言う第1種および第2種)であることを認識していることを前提とし、そこで走行路(レーン)の区分線(白線)を認識して前記した特開平11−78948号公報で提案されるレーンキーピング操舵アシスト制御を実行している状況において車両10の挙動を予測するものとする。
【0040】
以下説明すると、S10においてCCDカメラ64により撮像された車両前方の走行路を含む画像のエッジ(点)を検出する。
【0041】
尚、CCDカメラ64の画像データは66msecごとに取り込まれると共に、図3に示すプログラムは66msecごとに実行される。従って、後述する曲率の推定なども経時的、即ち、66msecごとに行われる。
【0042】
次いでS12に進んで検出したエッジ(点)をハフ(Hough)変換し、S14に進んで変換値の中の走行路区分線の代表直線を選択し、S16に進んでエッジ画像をスキャンしてカーブ(屈曲路)を含む走行路区分線を示す点列群を検出する。
【0043】
上記した処理が、車両10に取り付けられた撮像手段(CCDカメラ64)により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点(上記したエッジ検出およびハフ変換で得られる点列群)を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出(上記した走行路区分線の代表直線を選択)することに相当する。
【0044】
尚、これに関しては本出願人が先に提案した特開平8−315125号公報に記載されており、この発明の要旨はそこにないので、詳細な説明は省略する。
【0045】
次いでS18に進み、検出された点列群から走行路の曲率Cを推定する。即ち、特開平8−315125号公報の図30に示す如く、抽出した走行路区分線に相当する特徴点列群(図示例の場合は3本)に相当する特徴点列群を二次関数、y=ax2 +bx+cで最小近似する。
【0046】
即ち、各関数と点列(xij,yij)(i:走行路区分線、j:点列)の誤差の二乗をeiとするとき、e=Σeiを最小とする、a,b,cを算出する。
【0047】
ところで、曲線の方程式y=f(x)のある点での曲率Cは、数1のように定義することができる。
【0048】
【数1】
【0049】
従って、上記した二次曲線y=ax2 +bx+c上の点P(x0,y0)における曲率C0は、yの1階微分および2階微分を数1に代入することにより、数2のように定義することができる。
【0050】
【数2】
【0051】
次いで、S20に進み、前記した車輪速センサ46の出力パルスをカウントして時刻tnにおける車両10の走行距離Lnを経時的に検出する。ここで、nは時刻tn(図3プログラム実行時刻)における値である。
【0052】
また、同様に図3プログラムの実行ごとに算出される曲率C0をCn(時刻tnのときの値)と書き換えて時刻を対応させつつ時系列データとして組み合わせると共に、組み合わせた時系列データを所定時間分、例えば図3プログラムの50ループ分(50×66msec=3.3sec)保持する。
【0053】
次いでS22に進み、保持する時系列データよりクロソイドパラメータ(特徴量基準値)Anを算出する。
【0054】
クロソイドパラメータについて説明する。
【0055】
高速道路は設計基準が道路構造令により定められ、屈曲路における曲率の設計基準についての指針が示されており、屈曲部には緩和区間を設けるべきことが義務づけられている(「道路構造令の解説と運用」社団法人 日本道路協会 昭和58年2月)。
【0056】
そして、緩和区間の長さの規定する手法の一つとして横Gの変化率を用いる手法が示されている。即ち、ステアリングホイールを等速回転させ、等速走行の最終曲線に入るまでの軌跡に対し、
p:横Gの変化率〔m/s3 〕
v:走行速度〔m/s〕
L:緩和区間の長さ〔m〕
R:円曲線の最終半径〔m〕
とすると、
最終円曲線部における横G=v2 /R
緩和区間の走行時間=L/v
より、
p=v3 /LR
【0057】
道路構造令ではpの許容値を0.5mから0.75m/s3 とし、pを決めたとき必要な緩和区間の長さLをいわゆるショーツの式
L≧v3 /pR
により算出する。道路種別に応じたpの許容値は、例えば、図4に示すように設定される。
【0058】
その緩和曲線としては通常、クロソイド(コルニュの螺線)が使用されるが、クロソイドを数3に示すようにパラメータ表示すると、クロソイドパラメータAは、一般式、LR=A2 で定義される。
【0059】
【数3】
【0060】
図5に、pおよび設計速度ならびにRから規定されるクロソイドパラメータの例を挙げる。図5の場合、例えば設計速度100km/hの高速道路であれば、クロソイドパラメータの許容限界値は207となる。
【0061】
クロソイドパラメータAは概略的には曲率Cの逆数なので、前記した一般式を変形し、時刻tnで検出された曲率Cnとそのときの走行距離Lnを用いると、曲率Cnは、Cn=(Ln−L0)/A2 で表すことができる(L0:初期値)。
【0062】
ここで、Cn,Lnは検出(算出)値、A,L0は未知であるので、前記した最小近似法を用いて誤差関数を数4のように定義し、数5に示す誤差eの二乗の総和が最小となる条件からA,L0を算出する。
【0063】
【数4】
【0064】
【数5】
【0065】
次いでS24に進み、算出したクロソイドパラメータAn(時刻tnのときの走行路の屈曲度合いを示す特徴量)が、予め設定された基準値Aref以上か否か判断する。基準値Arefは設計速度(走行速度)に応じて安全に走行可能な基準値を意味し、具体的には、図5に示すAを意味する。
【0066】
より具体的には、図5に示すAの中で、pが最少値(=0.35)で設計速度が60〔km/h〕のときの値、即ち、115を使用する。尚、前記したナビゲーション装置88の情報に設計速度が含まれるときはその値を利用し、該当する設計速度のpが最少のときの値に基づいて基準値Arefを設定しても良い。
【0067】
従って、S24の処理は走行路における車両10の将来(tn+m)の挙動を予測する作業を意味する。S24で否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはS26に進み、警報装置120を作動させて運転者に警報すると共に、アシストトルクTLKの値を零として徐々に(1sec程度かけて)レーンキーピングアシスト制御を中止する。
【0068】
尚、このとき、算出したクロソイドパラメータAnが基準値Arefを超える程度に応じて動作を相違させても良い。例えば、Aref−Anの差が比較的小さいときは警報装置120の作動のみに止め、差が比較的大きいときは警報装置120を作動させると共に、操舵アシスト制御を中止するようにしても良い。
【0069】
この実施の形態は上記の如く構成したので、進行方向前方を撮像して走行路区分線を認識しつつ走行するときに屈曲路における車両の挙動を予測することができ、よって、例えば、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御を行うときなども運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【0070】
より具体的には、車両の挙動の予測結果に応じて警報装置120の作動およびレーンキーピング操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する如く構成したので、認識された走行路区分線に沿って走行させるようなレーンキーピング操舵アシスト制御などを行うときも、警報の作動あるいは操舵アシスト中止によって運転者に自ら操舵をする機会を与えることができ、よって予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【0071】
この実施の形態は上記の如く、車両10に取り付けられた撮像手段(CCDカメラ64、画像処理ECU68)により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点(エッジ検出およびハフ変換で得られる点列群)を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出、即ち、走行路区分線の代表直線を選択する画像処理手段(SAS ECU74,S10からS16)、前記抽出された特徴点列群に基づいて前記走行路の曲率Cnを経時的に推定する曲率推定手段(SAS ECU74,S18)、少なくとも走行距離Lnを含む前記車両の走行状態を経時的に検出する検出手段(車輪速センサ46,50,SAS ECU74)、前記推定された曲率Cnと、それに対応する時刻tnに検出された前記走行距離Lnを時系列データとして組み合わせ、組み合わせた時系列データを保持する時系列データ保持手段(SAS ECU74,S20)、前記保持された時系列データに基づいて前記走行路の屈曲度合いを示す特徴量(クロソイドパラメータAn)を算出する特徴量算出手段(SAS ECU74,S22)、および警報装置120および前記走行路に沿って前記車両を走行させるように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御手段(SAS ECU74,EPS ECU76)を備えると共に、前記算出された特徴量を基準値Arefと比較し、前記特徴量が前記基準値Aref以上であると判断されるとき、前記警報装置の作動および前記操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段(SAS ECU74,S26)を備える如く構成した。
【0073】
尚、上記において、操舵アシスト制御を例にとったが、定速走行制御あるいは先行車追従制御を行うときなども同様である。
【0074】
また、上記した実施の形態において、舵角センサ44などは開示した構成以外でも良く、また配置位置も必要とする検出値が得られる限り、どこに配置しても良い。
【0075】
【発明の効果】
請求項1項にあっては、算出された特徴量を基準値と比較し、特徴量が基準値以上であると判断されるとき、警報装置の作動および操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段を備える如く構成したので、認識された走行路区分線に沿って走行させるような操舵アシスト制御などを行うときも、警報の作動あるいは操舵アシスト中止によって運転者に自ら操舵をする機会を与えることができ、よって運転者の予期しない急激な車両の挙動変化が生じるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1はこの発明に係る走行車両の制御装置の全体を示す概略図である。
【図2】 図1の装置を操舵系などに焦点をおいて示す、図1と同様の全体概略図である。
【図3】 図1の装置の動作を示すフロー・チャートである。
【図4】 図3フロー・チャートのクロソイドパラメータの算出で前提とする道路構造令に基づく道路種別に応じたp(横G変化率)を示す説明図である。
【図5】 図3フロー・チャートで算出されるクロソイドパラメータが比較される基準値の根拠となる、p(横G変化率)などに応じて設定されるクロソイドパラメータの説明図である。
Claims (1)
- a.車両に取り付けられた撮像手段により撮像された車両前方の走行路を含む画像から所定の特徴点を抽出し、抽出した特徴点に基づいて走行路区分線に相当する特徴点列群を抽出する画像処理手段、
b.前記抽出された特徴点列群に基づいて前記走行路の曲率を経時的に推定する曲率推定手段、
c.少なくとも走行距離を含む前記車両の走行状態を経時的に検出する検出手段、
d.前記推定された曲率と、それに対応する時刻に検出された前記走行距離を時系列データとして組み合わせ、組み合わせた時系列データを保持する時系列データ保持手段、
e.前記保持された時系列データに基づいて前記走行路の屈曲度合いを示す特徴量を算出する特徴量算出手段、
および
f.警報装置および前記走行路に沿って前記車両を走行させるように運転者の操舵をアシストする操舵アシスト制御手段を備えると共に、
g.前記算出された特徴量を基準値と比較し、前記特徴量が前記基準値以上であると判断されるとき、前記警報装置の作動および前記操舵アシストの中止の少なくともいずれかを実行する実行手段、
を備えたことを特徴とする走行車両の制御装置。
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