JP3759917B2 - 道路曲率演算法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の走行中において走行道路の曲率をリアルタイムに演算することが可能な道路曲率演算法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両が走行中に先行車両に対して追従走行したり、走行車線に沿ってステアリング制御を行うような走行支援装置が各種提案されている。走行支援装置が走行車両を制御するとき、より安全性を高め、快適な走行フィーリングを得るためには走行状況を簡便かつ高速に求める必要があるが、曲線道路の走行時に操舵支援を行うような場合には特にリアルタイムに道路曲率を求める必要がある。
【０００３】
道路曲率の推定演算に関する技術としては、例えば、特許文献１に示すものが開示されている。これに開示された技術は、ミリ波や光波を用いたレーダ装置により先行車両までの距離と、自車両の前後方向を軸とした先行車両の横位置とを算出し、算出された横位置の時間経過に伴う履歴から横位置の変化率を算出し、この変化率から車両前方道路の曲率を推定演算するようにしたものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３１９２９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記の従来例では先行車両における横位置の時間経過に伴う履歴から前方道路の曲率を演算するものであるが、追従走行や操舵支援を行う走行支援装置においては上記したように、道路曲率の演算にはリアルタイム性が求められるものであり、得られた情報から即座に結果が求められる必要があり、そのためには道路の曲率を求める演算負荷は出来るだけ軽いものであることが必要である。
【０００６】
この発明は、このような課題に対処するためになされたもので、走行中の道路曲率や前方道路の曲率半径を簡便な演算により、従って、リアルタイムに求めることが可能な道路曲率演算法を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係わる道路曲率演算法は、自車両の前方を先行車両が走行しており、自車両の前後方向の軸線をｙ軸とする座標上における先行車両との縦方向相対距離と、縦方向相対距離とは直交する横方向相対距離と、自車両の挙動とを監視し、横方向相対距離の変化量が所定の値を越えたとき横方向相対距離に変化があったと判定し、横方向相対距離の変化量が所定の値を超えた時点の直前の縦方向相対距離をＤｍ、現時点での縦方向相対距離をＤｙ、現時点での横方向相対距離をＤｘ、縦方向相対距離Ｄｍの検出時点から縦方向相対距離Ｄｙの検出時点までの自車両走行距離をＤｏとするとき、道路の曲率半径Ｒを、
Ｒ＝｛（Ｄｙ＋Ｄｏ−Ｄｍ）^２＋Ｄｘ^２｝／２Ｄｘ
として演算するようにしたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明による道路曲率演算法の演算原理を説明する説明図、図２は、この発明による道路曲率演算法に使用するシステムの概略構成図、図３は、この発明の基礎となる道路曲率演算法を説明する説明図であり、図２における先行車両検出手段１にスキャン式レーザーレーダなどを用いたときの道路曲率演算法を説明するものである。
【０００９】
まず、図２に示したシステム構成図により演算システムの構成を説明すると、図において、先行車両検出手段１は先行車両と自車両との相対位置を検出する手段であり、レーザーレーダ、ミリ波またはマイクロ波レーダを使用して反射波により先行車両との車間距離と方向とを検出する装置、あるいは、撮像装置により得た前方画像を画像処理して先行車両との車間距離と方向とを座標上の位置として演算する装置などが使用される。
【００１０】
曲率半径演算手段２は、先行車両検出手段１から入力される先行車両の自車両に対する相対位置情報や、車速センサ、ヨーレートセンサ、ステアリング角センサなどの自車両に搭載されたセンサ群３からの入力情報に対する信号処理を行う入力インターフェイス回路４と、これらの情報から道路の曲率半径を演算処理する処理装置５と、演算結果を出力する出力インターフェイス回路６とから構成されている。
【００１１】
処理装置５はセンサ群３の出力から自車両の挙動を演算する自車両挙動演算手段７と、先行車両検出手段１の出力による先行車両の自車両中心軸に対する横方向距離を監視する横方向相対距離監視手段８と、同じく縦方向の自車両中心軸に対する相対距離を一時的に記憶する縦方向相対距離一時記憶手段９と、先行車両検出手段１から入力される先行車両の相対位置情報や、横方向相対距離監視手段８および縦方向相対距離一時記憶手段９の情報から道路の曲率半径を演算する道路半径演算手段１０とから構成されている。
【００１２】
次に、道路半径演算手段１０が演算する道路の曲率半径演算法を図１に示した演算原理説明図に基づき説明すると次の通りである。図１において、点線にて示した曲線ＡＢが曲線道路、点Ｏが点Ａと点Ｂを通る円の中心、すなわち、道路の曲率半径の中心であるとする。また、直線ＡＦは点Ａにおける円の接線、点Ｍは線分ＡＢの中点、点Ｃは点Ｂから直線ＡＯへの垂線と直線ＡＯとの交点であり、直線ＡＢと直線ＡＦとがなす角∠ＦＡＢをθとする。
【００１３】
このとき、△ＡＯＢは二等辺三角形であるから線分ＯＭは線分ＡＢを二等分することになる。また、∠ＡＣＢと∠ＡＭＯとが直角であり、∠ＢＡＣと∠ＭＡＯとが共通であるから△ＡＢＣと△ＡＯＭとは相似の関係になり、各々の対応する線分の比は等しくなるので、線分の長さとして次式が成立する。
ＡＯ＝ＡＭ×ＡＢ／ＡＣ ・・・・・・・・・（１）
【００１４】
また、線分ＢＣと線分ＡＦとが平行であるから∠ＡＢＣの角度はθであり、さらに、△ＡＢＣについてはＡＢ／ＡＣ＝１／ｓｉｎθであると共に、ＡＭ間の長さはＡＢ間の長さの１／２であるから上記の（１）式は、
ＡＯ＝ＡＢ／２ｓｉｎθ ・・・・・・・・・（２）
と書き変えることができる。
【００１５】
さらに、ＡＭ間の長さはＡＢ間の長さの１／２であることから上記の（１）式のＡＯは、ＡＯ＝ＡＢ^２／２ＡＣとなり、ＡＢ^２ ＝ＢＣ^２ ＋ＡＣ^２であるから上記の（１）式は、
ＡＯ＝（ＢＣ^２ ＋ＡＣ^２ ）／２ＡＣ ・・・・・（３）
と書き換えることができる。
【００１６】
ここで、点Ａが曲線道路にさしかかった自車両、点Ｂが前方の曲線道路を走行する先行車両とすると、ＡＯは道路曲率の半径であり、ＡＣは自車両に対する先行車両の横方向相対距離であり、ＢＣは自車両に対する先行車両の縦方向相対距離である。また、ＡＢは直線状の車間距離であり、θは自車両前後方向の中心軸に対する先行車両の角度であり、これらはいずれも計測可能な物理量であるから（２）式、あるいは（３）式により道路曲率の半径ＡＯは容易に演算できることになる。
【００１７】
図３は上記の演算原理で説明した（２）式を用いて道路曲率の演算を行うものであり、図２の先行車両検出手段１にスキャン式レーザーレーダなどを用いるものである。図３において、点線にて示した曲線道路を先行車両１１と自車両１２とが走行しており、自車両１２に設けられた先行車両検出手段１は先行車両１１との直線状の車間距離を相対距離Ｄとして検出し、自車両１２の中心軸に対する先行車両１１の横ずれ角を角度θとして検出する。
【００１８】
この検出値は入力インターフェイス回路４を介して処理装置５に入力され、処理装置５の道路半径演算手段１０はこれらの情報から次の（４）式にて直ちに道路の曲率半径Ｒを演算する。
Ｒ＝Ｄ／２ｓｉｎθ ・・・・・・・・・・（４）
この（４）式は上記の（２）式と同一内容である。そして、このＲの値は必要に応じて出力インターフェイス回路６から出力される。
【００１９】
以上のように、図３の道路曲率演算法によれば、先行車両検出手段１にスキャン式レーザーレーダなどを用いて相対距離Ｄと角度θとを検出し、その検出結果に手を加えることなく処理装置５の道路半径演算手段１０に入力するので、簡便であり、高速に道路の曲率半径Ｒを演算することができるものである。
【００２０】
図４は、この発明の基礎となる他の道路曲率演算法を説明する説明図であり、立体撮像装置（ステレオカメラ）などを先行車両検出手段１として用い、撮像された情報に基づき上記の（３）式を用いて道路の曲率半径を演算するものである。
【００２１】
図４において、点線にて示した曲線道路を先行車両１１と自車両１２とが走行しており、自車両１２に搭載された先行車両検出手段１が立体撮像装置である場合には図３にて説明したスキャン式レーザーレーダの場合とは異なり、その検出内容は図４に示すように自車両の軸線方向前方の縦方向相対距離Ｄｙとこれに直交する横方向相対距離Ｄｘとが座標上の位置として検出される。
【００２２】
従って、この座標情報により道路の曲率半径を求める場合、上記の演算原理で説明した（３）式が使用され、道路の曲率半径Ｒは、
Ｒ＝（Ｄｙ^２ ＋Ｄｘ^２ ）／２Ｄｘ ・・・・・・（５）
として演算される。そしてこの演算においても先行車両検出手段１の検出結果に手を加えることなく情報が処理装置５の道路半径演算手段１０に直接入力され、より容易に演算されるので、簡便かつ高速に道路の曲率半径Ｒを演算できるものである。
【００２３】
図５は、この発明の実施の形態１による道路曲率演算法を説明する説明図である。
上記で説明した図３、図４に示すものは先行車両１１が曲線道路に存在し、自車両１２が少なくとも曲線道路の起点にさしかかった場合であるが、図５に示すものは、先行車両１１が曲線道路にさしかかり、自車両１２がまだ直線部を走行している場合の道路曲率演算法を示すものである。
【００２４】
図５において、１１ａと１２ａとは任意の時刻ｔにおける先行車両１１と自車両１２との位置を示すものである。任意の時刻ｔにおける先行車両１１と自車両１２との位置関係は、図４と同様に先行車両検出手段１が立体撮像装置である場合には、自車両１２の軸線方向前方の縦方向相対距離Ｄｙとこれに直交する横方向相対距離Ｄｘとの座標上の位置に先行車両１１が存在することが検知できる。また、時刻ｔ以前の時刻ｔ−ｎにおいては自車両が１２ｂの位置にあり、先行車両は１１ｂの位置にある。
【００２５】
このような走行状態において、道路の曲率半径Ｒは次のようにして演算することができる。すなわち、時刻ｔ−ｎにおいては先行車両１１と自車両１２とは共に直線道路を走行しており、先行車両位置１１ｂの自車両位置１２ｂに対する横方向相対距離は０であり、縦方向相対距離はＤｍである。自車両１２に搭載された先行車両検出手段１やセンサ類３はこの状態を検出し、情報が図２の入力インターフェイス回路４を介して処理装置５に入力される。
【００２６】
すなわち、処理装置５の自車両挙動演算手段７はセンサ群３の車速センサから自車速Ｖを所定計測周期毎に入力するが、前回計測時（時刻ｔ−ｎ）の自車両位置が１２ｂ、今回計測時（時刻ｔ）における自車両位置が１２ａであるとし、計測周期をＴとすると自車両位置１２ｂから１２ａまでの距離ＤｏはＤｏ＝ＶＴとして演算される。そして、縦方向相対距離も所定周期毎に検出されるが、時刻ｔ−ｎにおける検出値は縦方向相対距離一時記憶手段９にＤｍとして一時記憶される。なお、ＤｏとＤｍとは計測周期毎に更新されるものである。
【００２７】
また、自車両位置が１２ｂのときには先行車両１１と自車両１２とが共に直線道路を走行しているため、横方向相対距離監視手段８が先行車両検出手段１からの情報を入力して先行車両１１の横方向相対距離を監視するが、横方向相対距離が所定の閾値以下であるため０近辺であると判定する。そして、この横方向相対距離が０近辺と判定されたときには道路半径演算手段１０による演算は、上記の（２）式であっても（３）式であっても道路半径が∞となり、直線道路と判定される。
【００２８】
続いて今回の計測周期である時刻ｔにおいて先行車両１１が曲線道路にさしかかり、先行車両１１と自車両１２との相対位置が１１ａと１２ａとの関係になったとき、先行車両検出手段１が先行車両１１の横方向相対距離Ｄｘを検出し、横方向相対距離監視手段８に入力する。そして、横方向相対距離監視手段８はＤｘが所定の閾値を越えたとき先行車両１１が曲線部に進入して横方向に移動したと判定する。
【００２９】
この間における先行車両１１の縦方向移動距離Ｄｓは、先行車両検出手段１が検出する自車両１２と先行車両１１との間の縦方向相対距離の今回値Ｄｙと、自車両の１２の走行距離Ｄｏと、記憶された縦方向相対距離の前回値Ｄｍとから、Ｄｓ＝Ｄｙ＋Ｄｏ−Ｄｍとして計算され、上記の（３）式から道路の曲率半径Ｒを、
Ｒ＝｛（Ｄｙ＋Ｄｏ−Ｄｍ）^２＋Ｄｘ^２｝／２Ｄｘ ・・・（６）
として演算する。
【００３０】
なお、この実施の形態においては上記したように立体撮像装置（ステレオカメラ）を用いて自車両１２に対する先行車両１１の横方向相対距離と縦方向相対距離とを検出するようにしたが、図３の場合と同様にスキャン式レーザーレーダを用いて相対距離Ｄと相対角度θを検出しても、これらの値から容易に横方向相対距離と縦方向相対距離とが算出できるので、先行車両検出手段１は光波や電波を用いたレーダであってもよく、簡便かつ高速に道路の曲率半径Ｒを演算することができるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の道路曲率演算法によれば、
自車両の前方に先行車両が存在するとき、自車両の前後方向の軸線をｙ軸とする座標上における先行車両との縦方向相対距離と、横方向相対距離と、自車両の挙動とを監視し、横方向相対距離の変化量が所定値を越えたとき横方向相対距離に変化があったと判定し、横方向相対距離の変化量が所定の値を超えた時点の直前の縦方向相対距離をＤｍ、現時点での縦方向相対距離をＤｙ、現時点での横方向相対距離をＤｘ、縦方向相対距離Ｄｍの検出時点から縦方向相対距離Ｄｙの検出時点までの自車両走行距離をＤｏとするとき、前方道路の曲率半径Ｒを、Ｒ＝｛（Ｄｙ＋Ｄｏ−Ｄｍ）^２＋Ｄｘ^２｝／２Ｄｘとして演算するようにしたので、自車両が曲線道路に進入する前に、先行車両が曲線道路に進入した段階において前方道路の曲率半径を演算することができ、また、この演算量が極小となるために高速に道路の曲率半径を求めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明による道路曲率演算法の演算原理を説明する説明図である。
【図２】 この発明による道路曲率演算法に使用する演算システムの概略構成図である。
【図３】 この発明の基礎となる道路曲率演算法の検出内容を説明する説明図である。
【図４】 この発明の基礎となる他の道路曲率演算法の検出内容を説明する説明図である。
【図５】 この発明の実施の形態１による道路曲率演算法の検出内容を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 先行車両検出手段、２ 曲率半径演算手段、３ センサ群、
４ 入力インターフェイス回路、５ 処理装置、
６ 出力インターフェイス回路、７ 自車両挙動演算手段、
８ 横方向相対距離監視手段、９ 縦方向相対距離一時記憶手段、
１０ 道路半径演算手段、１１ 先行車両、１２ 自車両。

Claims (1)

1. 自車両の前方を走行する先行車両、前記自車両の前後方向の軸線をｙ軸とする座標上における前記先行車両との縦方向相対距離と、前記縦方向相対距離とは直交する横方向相対距離と、前記自車両の挙動とを監視し、前記横方向相対距離の変化量が所定の値を越えたとき前記横方向相対距離に変化があったと判定し、前記横方向相対距離の変化量が所定の値を超えた時点の直前の前記縦方向相対距離をＤｍ、現時点での前記縦方向相対距離をＤｙ、現時点での前記横方向相対距離をＤｘ、前記縦方向相対距離Ｄｍの検出時点から前記縦方向相対距離Ｄｙの検出時点までの前記自車両の走行距離をＤｏとするとき、前方道路の曲率半径Ｒを、
   Ｒ＝｛（Ｄｙ＋Ｄｏ−Ｄｍ）^２＋Ｄｘ^２｝／２Ｄｘ
   として演算することを特徴とする道路曲率演算法。

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