JP3868922B2

JP3868922B2 - 車間距離制御装置

Info

Publication number: JP3868922B2
Application number: JP2003127926A
Authority: JP
Inventors: 英樹塚岡; 早苗塚岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: JP2004330837A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、先行車両との車間距離および相対速度により、自車両の走行速度を制御する車間距離制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
三次元画像撮像装置やレーダを用いて先行車両との車間距離を検出し、車間距離に応じて車速制御する車間距離制御装置が車両に搭載されている。車間距離制御装置は、先行車両が検出されているときには予め設定された車速を超えない範囲で先行車両に対して追従走行を行い、先行車両が検出されない場合には予め設定された車速制限値により車速制御を行うように構成されているが、このような車間距離制御装置を使用して走行するとき、曲線道路において先行車両が撮像装置やレーダの検出範囲から外れた場合、先行車両が検出できないために予め設定された車速制限値まで加速されるという危険な事態が発生する。
【０００３】
このような事態に対する対応策として、例えば、特許文献１には次のような技術が開示されている。この文献に開示された技術は、車間距離測定手段を水平方向に回転する回転手段に搭載し、ヨーレートと自車速とから求めた道路の曲率半径に基づいて回転手段の回転角を制御すると共に、車間距離と自車速とにより警報を発するものにおいて、制御手段が単時間当たりのヨーレート変化量に基づいて所定時間後のヨーレートを予測し、この予測されたヨーレートから所定時間後の道路の曲率半径を予測演算して車間距離測定手段を搭載する回転手段の回転角を制御するようにしたものである。
【０００４】
また、特許文献２には、二台の撮像装置で撮像した自車両前方と前側方の撮像データから自車両前方の先行車両と走行レーンとを認識し、追従すべき先行車両を選定して先行車両に対する車間距離と相対速度とを制御するものにおいて、曲線道路などにおいて先行車両の計測が不可能になったとき、最後に計測された相対速度が減速傾向にあったときは制御手段が車間距離を小さく、相対速度の絶対値を大きく設定し、また、最後に計測された相対速度が加速傾向にあったときには、車間距離と相対速度とを最後に計測された値に維持することにより、先行車両に対して車間距離を安全側に設定する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２４０３１４号公報（第３〜５頁、第１〜４図）
【特許文献２】
特開２００１−１９９２６０号公報（第１３頁、第１５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、曲線道路における先行車両との車間距離を安全に設定する技術が開示されているが、特許文献１による先行車両の検出法では道路が単純な曲線を描いているときには先行車両に対する追従が可能であるが、例えばＳ字状の曲線道路など、複雑な曲線道路では常に先行車両を確認することができず、異常接近の状態となる危険性を残すものである。
【０００７】
また、特許文献２に開示された技術においても、先行車両の動態が曲率半径の小さな曲線に進入するときには減速し、曲率半径の大きい曲線道路では減速しないとの想定により成り立つ制御であり、複雑な曲線を描く道路においては、先行車両の計測が不可能になった後に、先行車両の走行路における曲率半径が小さい方に変化して減速した場合などにおいては、やはり車間距離が小さくなって危険性が残ることになる。
【０００８】
この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、曲線道路などにおいて先行車両の確認が不能になった状態においても安全に走行することが可能な車間距離制御装置を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車間距離制御装置は、自車両の走行レーン前方の先行車両との車間距離を計測する車間距離検出手段と、前記自車両の前方の画像による走行レーンの形状認識に基づき、前記車間距離検出手段の自車両への取り付け位置を原点、自車両の前後方向をｚ軸、左右方向をｘ軸としたとき、式ｘ＝ａｚ ^２＋ｂｚ＋ｃ（但し、ａ、ｂ、ｃは定数）に基づいて自車両の走行軌道を推定する軌道推定手段と、前記車間距離検出手段により検出した車間距離の変化から前記先行車両との相対速度を演算する相対速度演算手段と、前記先行車両に対する車間距離を保つように自車両の車速を制御する車速制御手段と、前記車間距離検出手段の検出可能領域境界線と前記軌道推定手段により推定した自車両走行軌道との交点までの距離を測距最大距離として演算する測距最大距離演算手段と、自車両の走行速度と前記測距最大距離演算手段により演算した測距最大距離とから制御用車間距離を設定する車間距離設定手段とを備え、前記車速制御手段は、前記車間距離検出手段による車間距離の計測値と前記車間距離設定手段により設定した制御用車間距離と前記相対速度演算手段により演算した相対速度とに基づいて自車両の車速を制御するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１ないし図３は、この発明の実施の形態１による車間距離制御装置を説明するもので、図１は、構成例を示すブロック図、図２は、処理の流れを説明するフローチャート、図３は動作を説明する走行状態説明図である。
【００１１】
図１の構成例において、車速制限値設定手段１は運転者の操作などにより自車両走行速度の最高値（車速制限値）を設定する手段であり、車速検出手段２は車輪速などから自車両の走行速度（自車速）を検出する手段である。また、軌道推定手段３は撮像装置により撮像された自車両前方の画像から例えば輝度により白線（レーンマーカ）を検出し、自車の走行レーンを認識すると共に、認識した走行レーンの形状から自車の走行軌道を推定するものであり、車間距離検出手段４は例えばレーザレーダなどにより自車両走行レーンの前方を走行する先行車両との車間距離を検出するものである。
【００１２】
安全車間距離演算手段５は車速検出手段２から自車速を入力して自車速に対応して安全に走行することが可能な車間距離（安全車間距離）を演算するものであり、測距最大距離演算手段６は軌道推定手段３により認識された走行レーンの形状に基づく自車両の走行軌道を入力し、後述するように曲線道路において先行車両が確認できないとき、自車両からその位置までに障害物がないことを条件に、車間距離検出手段４の水平方向（左右方向）における検出可能領域境界線と自車両の走行軌道との最遠方の交点までの距離を測距最大距離として演算するものである。
【００１３】
安全車間距離演算手段５と測距最大距離演算手段６との出力は車間距離設定手段７に入力され、車間距離設定手段７は両入力を比較して値の小さい方を制御用車間距離として設定し、車間距離検出手段４の出力は相対速度演算手段８に入力され、相対速度演算手段８は車間距離の時間的な変化から先行車両との相対速度を演算する。また、目標速度演算手段９はこれらの設定された制御用車間距離と演算された相対速度と計測された車間距離とを入力し、自車両走行速度の目標値（目標自車速）を演算して車速設定手段１０に出力する。
【００１４】
車速設定手段１０は、この目標自車速と車速制限値設定手段１で設定された車速制限値とを比較し、目標自車速が車速制限値以下であれば目標自車速を車速設定値とし、目標自車速が車速制限値以上であれば車速制限値を車速設定値として制御量演算手段１１に出力する。制御量演算手段１１はこの車速設定値と車速検出手段２が検出する自車速とを入力して両者の差から制御量を演算し、演算結果をブレーキアクチュエータ１２またはスロットルアクチュエータ１３に出力して自車速を車速設定値に制御する。
【００１５】
従って、制御された車速は先行車両がないときには車速制限値となり、先行車両が検出されたときには先行車両との車間距離を安全車間距離に設定するための車速に制御され、曲線道路で先行車両が検出できないときには測距最大距離を車間距離とみなしたときの車速に制御され、曲線道路では曲率半径が小さいほど測距最大距離も小さくなるので目標自車速の値は小さくなる。
【００１６】
続いて図２のフローチャートと図３の走行状態説明図とに基づきこれらの動作を説明する。まず図２のステップ２０１では運転者の操作により車速制限値設定手段１の車速制限値が設定される。この設定は上記したように自車両の走行速度の最高値を設定するものである。続くステップ２０２では車速検出手段２により自車速が検出され、ステップ２０３では安全車間距離演算手段５により自車速に対応した安全車間距離が演算される。この安全車間距離は定数Ｋ１およびＫ２を用いて次式により演算されるものである。
安全車間距離＝Ｋ１×自車速＋Ｋ２・・・・・（１）
【００１７】
ステップ２０４では軌道推定手段３が自車両前方画像の輝度から白線（レーンマーカ）を検出して走行レーンを認識し、認識した走行レーンの形状から自車両の走行軌道を推定し、続くステップ２０５においては測距最大距離演算手段６による測距最大距離が演算される。測距最大距離とこの演算方法を図３に基づき説明すると、図３は、自車両１４がレーンマーカ１５ａと１５ｂとからなる走行レーン内を走行している状態を示し、曲線道路であるために先行車両１６は車間距離検出手段４の検出可能範囲１７の領外にあることを示している。また、軌道推定手段３が走行レーンの形状から走行軌道１８を推定する。
【００１８】
いま、車間距離検出手段４の取り付け位置を原点とし、車両前後方向をｚ軸、左右方向をｘ軸とするとき、自車両の走行軌道１８は次式にて表される。
ｘ＝ａｚ^２＋ｂｚ＋ｃ・・・・・・・・（２）
ここに、ａ、ｂ、ｃは定数である。また、車間距離検出手段４の検出可能範囲１７の両側における境界線、すなわち、検出可能領域境界線１７ａおよび１７ｂは次式で表される。
ｘ＝±ｄｚ・・・・・・・・・（３）
ここで、式中のｄは定数であり、式中の（＋）符号は検出可能領域境界線１７ａの検出可能範囲であり、（−）符号は検出可能領域境界線１７ｂの検出可能範囲である。
【００１９】
図３に示すように道路が右側に曲線を描いているとき、走行軌道１８は右側の検出可能領域境界線１７ａと交差することになり、その交点は図の点Ａと点Ｂとになる。自車両１４に対しては点Ａの方が遠方になるので、その間に先行車両などの障害物が検出されないときには点Ａが測距最大距離演算手段６の演算する測距最大距離、すなわち、自車両が計測し演算できる前方の最大距離となる。
【００２０】
上記の（２）式および（３）式から走行軌道１８と検出可能領域境界線１７ａまたは１７ｂとの交点は次のようにして求めることができる。すなわち、図３における点Ａのｚ軸座標をｚＡとし、点Ｂのｚ軸座標をｚＢとするとき、各点のｚ軸座標ｚは
【数１】

となり、求められたｚＡおよびｚＢの内、大きい方の値である点Ａの座標ｚＡがｚ軸の座標となる。
【００２１】
原点、すなわち、車間距離検出手段４の取り付け位置から点Ａまでの距離は上記の（４）式で求めた点Ａのｚ軸座標とほぼ同じであるため、（４）式で求めた点Ａの座標ｚＡの値を測距最大距離として用いることにより演算時間の短縮が図れることになる。このようにして先行車両１６が車間距離検出手段４の検出可能範囲１７の領外にあるとき、図３の点Ａを測距最大距離として先行車両との車間距離に置換することにより、障害物が存在しない範囲における測距最大距離を対象に車速制御することになり、さらにこれをステップ２０６以降のように制御することにより安全が確保されることになる。
【００２２】
続くステップ２０６ではこの測距最大距離とステップ２０３にて演算された安全車間距離とが比較され、安全車間距離が測距最大距離より小さい場合にはステップ２０７に進んで車間距離設定手段７が安全車間距離を制御用車間距離に設定し、安全車間距離が測距最大距離以上である場合にはステップ２０８に進んで測距最大距離を制御用車間距離に設定する。すなわち、これを表すと制御用車間距離は次のようになる。
【数２】

さらに、ステップ２０９では車間距離検出手段４により車間距離が検出され、続くステップ２１０では相対速度演算手段８が車間距離の時間的変化から先行車両との相対速度を演算する。
【００２３】
続くステップ２１１では上記の制御用車間距離と、ステップ２０９で検出した車間距離と、ステップ２１０で演算した相対速度とを入力して目標速度演算手段９が目標車速を演算し設定する。この目標車速は計測された先行車両との車間距離を上記の制御用車間距離に制御するための車速であり、次のようにして演算される。
目標車速＝Ｐ１×（車間距離−制御用車間距離）＋Ｐ２×相対速度・・（６）
ここでＰ１とＰ２とは制御ゲインである。
【００２４】
ステップ２１２ではこの目標車速とステップ２０１にて設定された車速制限値とが車速設定手段１０にて比較され、目標車速が車速制限値より小さいときにはステップ２１３に進んで目標車速が車速設定値として設定され、目標車速が車速制限値以上であればステップ２１４に進んで車速制限値が車速設定値として設定される。すなわち、これを表すと車速設定値は次のようになる。
【数３】

車速設定値が設定されればステップ２１５に進み、ここでは制御量演算手段１１が車速設定値とステップ２０２で検出した自車速とからアクチュエータに対する制御量を演算する。
【００２５】
この制御量は、まず、車速設定値と自車速との差から速度差が求められ、この速度差に対してアクチュエータの制御量が、
制御量＝Ｐ３×速度差＋Ｐ４×∫速度差ｄｔ
＋Ｐ５×ｄ速度差／ｄｔ・・・（７）
として求められる。ここで、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５は制御ゲインである。続くステップ２１６ではこの制御量が速度差の符号に対応してブレーキアクチュエータ１２またはスロットルアクチュエータ１３に出力され、アクチュエータが駆動制御される。
【００２６】
以上のように制御することにより、先行車両が検出されないときには車速制限値で運転されることとなり、先行車両が検出されたときには先行車両との車間距離を安全車間距離に設定するための車速に制御されると共に、曲線道路において先行車両を検出することができなくなったときには、走行軌道１８と車間距離検出手段４の検出可能領域境界線１７ａまたは１７ｂとの交点までの距離を測距最大距離として設定し、さらに測距最大距離と安全車間距離との小さい方を制御用車間距離として設定して車速制御を行うので、先行車両の検出不能時に危険な加速を防止して安全速度を維持することができることになる。
【００２７】
また、車間距離設定手段７は測距最大距離と安全車間距離との小さい方を選択するが、安全車間距離は自車速に応じて設定されるため、曲線道路では安全車間距離が測距最大距離に収斂して測距最大距離に対応した速度制御がなされることになり、曲線道路では曲率半径が小さいほど測距最大距離も小さくなるので目標自車速の値は小さくなって車速を抑制するので安全な走行を維持することが可能になるものである。
【００２８】
なお、車間距離検出手段４は電波などを使用したレーダでもよく、撮像装置を使用した車間距離検出装置でも同様の処理ができ、軌道推定手段３はＧＰＳを使用したナビゲータや操舵角センサから得られる操舵角を使用することもできる。また、車速制限値設定手段１で設定する車速制限値はナビゲーションシステムから得られる制限速度やビーコンなど路車間通信にて得られる制限速度情報などから設定することもでき、これにより車速制限値を道路環境から自動的に設定し、走行中車速制限値を超えることなく車速制御ができるものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明の車間距離制御装置によれば、自車両の走行レーン前方の先行車両との車間距離を計測する車間距離検出手段と、前記自車両の前方の画像による走行レーンの形状認識に基づき、前記車間距離検出手段の自車両への取り付け位置を原点、自車両の前後方向をｚ軸、左右方向をｘ軸としたとき、式ｘ＝ａｚ ^２＋ｂｚ＋ｃ（但し、ａ、ｂ、ｃは定数）に基づいて自車両の走行軌道を推定する軌道推定手段と、前記車間距離検出手段により検出した車間距離の変化から前記先行車両との相対速度を演算する相対速度演算手段と、前記先行車両に対する車間距離を保つように自車両の車速を制御する車速制御手段と、前記車間距離検出手段の検出可能領域境界線と前記軌道推定手段により推定した自車両走行軌道との交点までの距離を測距最大距離として演算する測距最大距離演算手段と、自車両の走行速度と前記測距最大距離演算手段により演算した測距最大距離とから制御用車間距離を設定する車間距離設定手段とを備え、前記車速制御手段は、前記車間距離検出手段による車間距離の計測値と前記車間距離設定手段により設定した制御用車間距離と前記相対速度演算手段により演算した相対速度とに基づいて自車両の車速を制御するようにしたので、先行車両が検出されないときには車速制限値で走行し、先行車両検出時には先行車両との車間距離を安全車間距離に設定すると共に、先行車両が曲線道路に進入して検出できなくなったときには走行軌道と車間距離検出手段の検出可能領域境界線との交点までの距離を車間距離に代えて制御することになり、危険な加速を防止して安全速度を維持すると共に、曲線道路の半径が小さくなるほど車速を抑制するので安全な走行を維持することが可能になるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による車間距離制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による車間距離制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による車間距離制御装置動作を説明する走行状態説明図である。
【符号の説明】
１車速制限値設定手段、２車速検出手段、３軌道推定手段、
４車間距離検出手段、５安全車間距離演算手段、
６測距最大距離演算手段、７車間距離設定手段、
８相対速度演算手段、９目標速度演算手段、１０車速設定手段、
１１制御量演算手段、１２、ブレーキアクチュエータ、
１３スロットルアクチュエータ、１４自車両、
１５ａ、１５ｂレーンマーカ、１６先行車両、
１７車間距離検出可能範囲、１７ａ、１７ｂ検出可能領域境界線、
１８走行軌道。

Claims

自車両の走行レーン前方の先行車両との車間距離を計測する車間距離検出手段と、前記自車両の前方の画像による走行レーンの形状認識に基づき、前記車間距離検出手段の自車両への取り付け位置を原点、自車両の前後方向をｚ軸、左右方向をｘ軸としたとき、式ｘ＝ａｚ ^２＋ｂｚ＋ｃ（但し、ａ、ｂ、ｃは定数）に基づいて自車両の走行軌道を推定する軌道推定手段と、前記車間距離検出手段により検出した車間距離の変化から前記先行車両との相対速度を演算する相対速度演算手段と、前記先行車両に対する車間距離を保つように自車両の車速を制御する車速制御手段と、前記車間距離検出手段の検出可能領域境界線と前記軌道推定手段により推定した自車両走行軌道との交点までの距離を測距最大距離として演算する測距最大距離演算手段と、自車両の走行速度と前記測距最大距離演算手段により演算した測距最大距離とから制御用車間距離を設定する車間距離設定手段とを備え、前記車速制御手段は、前記車間距離検出手段による車間距離の計測値と前記車間距離設定手段により設定した制御用車間距離と前記相対速度演算手段により演算した相対速度とに基づいて自車両の車速を制御することを特徴とする車間距離制御装置。
自車両の車速に対する安全車間距離を演算する安全車間距離演算手段を備え、前記車間距離設定手段は、前記安全車間距離演算手段により設定した安全車間距離と前記測距最大距離演算手段により演算した測距最大距離とを比較して両者のうちの小さい方の値を選択して前記制御用車間距離を設定することを特徴とする請求項１に記載の車間距離制御装置。
前記車速制御手段は、前記車間距離検出手段が前記先行車両を検出しているときには前記先行車両に対して所定の車間距離を維持するように車速制御すると共に、曲線道路において前記先行車両が前記車間距離検出手段の検出可能領域外となったときには前記測距最大距離に対応して車速を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車間距離制御装置。
自車両の走行速度の上限値を設定する車速制限値設定手段を備え、前記車速制御手段は、前記車速制限値設定手段の設定値を上限として車速を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の車間距離制御装置。
前記車速制限値設定手段の設定する車速の上限値が、路車間通信またはナビゲーションシステムからの情報によるものであることを特徴とする請求項４に記載の車間距離制御装置。