JP4089674B2 - 接触脱輪回避ナビゲーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両周辺の地表面の形状や障害物の形状を３次元的に認識し、自車両の走行予想線上に障害物が存在する場合には、その障害物を回避できるように、ドライバの運転の支援を行う運転支援装置に関するものである。例えば、自車両が縁石等の障害物と接触することを回避するようにドライバに操作方法をガイドしたり、側溝に脱輪することを回避するようにドライバに操作方法をガイドしたりする運転支援装置に関するものである。

自動車を運転するときには、他の車や障害物と接触したり、側溝に脱輪したりすることを避けなければならない。ところが、近年、ＲＶやＳＵＶといった大型乗用車が増加しており、車両周辺足元の死角が広くなっており、運転の困難性が高くなってきている。

この運転の困難性を低減すべく、死角を可視領域に変える為に、サイドミラー内にカメラを搭載したサイドブラインドモニタや、車両後方にカメラを搭載したバックガイドモニタなどの視覚支援装置が提案されている。これは、通常のドライバの死角になる部分をカメラで撮影し、ナビ画面上に表示することで、ドライバに死角部分の障害物などの有無を判断できるように支援するものである（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このようなシステムでは、車両を運転する際に、ドライバが障害物の有無を判断して車両の運転経路を決定し、その経路に沿って走行するための操作を行わなければならないため、ドライバへの判断材料の提供にはなっているものの、運転の困難性の低減には十分ではない。特に、運転が不得意な運転手にとっては、視覚支援装置による支援に基づいて運転経路を決定すること自体が困難である。

そこで、前方道路の道幅が狭くなるなど、障害物となりえるものが存在する場合に、車両周辺の障害物の２次元マップに基づいて理想走行軌跡を求めると共に、そのときのステアリング角度などから所定時間後における車両位置を求め、それらを重ね合わせて画像表示することで、ドライバに対して理想走行軌跡と実際の予想車両軌跡との相違を教示し、ドライバがどのような操作を行えばよいかを示す運転支援装置が提案されている。（例えば、特許文献２参照）。

このような運転支援装置により、障害物の回避の可能性を容易に認識できるようになり、ドライバがこれから行うべき運転操作も素早く容易に認識することが可能となる。
特開２００４−０８２８７３号公報 特開平１１−１６０９７号公報

しかしながら、上記特許文献２に示される運転支援装置では、自車両の予想走行軌跡や前方道路を２次元的にしか解析していないため、十分な運転支援を行うことができない。

例えば、予想走行軌跡と障害物とが重なっていたとしても、車両下面よりも障害物の高さが低く、車両が障害物をまたげるような場合、予想走行軌跡が障害物と重ならないような理想走行軌跡が必ずしも理想的だとは言えない。

また、側溝と予想走行軌跡とが重なっていたとしても、実際に車輪が通る軌跡（以下、車輪軌跡という）と側溝とは重なっておらず、単に、側溝と車体の軌跡とが重なっているだけの場合もある。例えば、側溝や縁石の上を自車両の下面が接触しないように通過する軌跡であっても、車輪が脱輪したり、縁石に接触しなければ、走行上問題はない場合もある。

本発明は上記点に鑑みて、車両走行軌跡を３次元的に捉え、車両走行軌跡と合致した障害物の回避が正確に行えるような運転支援装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車両の周辺の路面および障害物を３次元で認識する３次元形状認識手段と、車両の形状を含む該車両に関する情報を記憶し、この記憶した車両に関する情報に基づいて、該車両の３次元予想走行軌跡を推定する３次元予想走行軌跡推定手段と、３次元予想走行軌跡推定手段が求めた３次元予想走行軌跡が障害物と重なることを検出する検出手段と 検出手段が３次元予想走行軌跡が障害物と重なることを検出した場合に、障害物を避けるための回避経路を求める回避経路算出手段と、回避経路算出手段が求めた回避経路を車両がトレースするように、車両の操作方法を通知する通知手段と、車速が所定のしきい値を超えているか否かを判定する車速判定手段を有し、通知手段は、操作方法の通知を開始する前に、操作方法の通知による運転支援が正常に行えるか否かに関して通知し、車速判定手段にて、車速が所定のしきい値を超えていると判定された場合に運転支援が正常に行えない旨の通知を行うようになっているを有することを特徴としている。

このように、車両走行軌跡を３次元的に捉えた３次元予想走行軌跡を求め、この３次元予想走行軌跡が障害物と重なる場合に、回避経路を求めるようにしている。このため、実際の車両走行軌跡と合致した障害物の回避を正確に行うことが可能となる。
また、操作方法の通知を開始する前に、操作方法の通知による運転支援が正常に行えるか否かに関して通知することにより、ドライバは運転支援を受けられるか否かを知ることができる。
具体的には、車速判定手段にて、車速が所定のしきい値を超えていると判定された場合に通知手段にて運転支援が正常に行えない旨の通知を行う。すなわち、前方道路の３次元形状を認識しようとしても、３次元形状を認識するときに障害物を認識するまでに必要な時間よりも、自車両がその障害物が存在するかもしれない場所を通過する時間の方が短くなるほど車速が早い場合には、回避ガイドを行うことができない。したがって、車速がしきい値を超えている場合には、運転支援が正常に行えない旨の通知を行うようにしても良い。

例えば、３次元形状認識手段は、請求項２に示されるように、車両の外部を撮像する撮像手段、距離及び方向を３次元で計測できるセンサ、車両の表面の一部に備えられたセンサのいずれか１つもしくは複数の組み合わせによって構成される。また、請求項３に示されるように、３次元形状認識手段は、車両の外部から情報を入手することで、障害物を認識することもできる。

また、３次元予想走行軌跡推定手段は、請求項４に示されるように、車速、アクセル開度、ステアリング角情報、旋回角情報、進行方向加速度のいずれか１つもしくは複数を含む車両走行状態を示す物理量に基づいて車両走行状態を求め、該車両走行状態に基づいて３次元予想走行軌跡を推定することができる。

請求項５に記載の発明では、３次元予想走行軌跡推定手段は、車両の全車輪が路面上を通過すると想定される車輪軌跡を推定するようになっており、３次元形状認識手段は、障害物として路面に存在する凹部も認識するようになっており、検出手段は、障害物が路面に存在する凹部であった場合に、３次元予想走行軌跡推定手段が求めた車輪軌跡が凹部を通過するか否かを検出し、回避経路算出手段は、検出手段により、車輪軌跡が凹部を通過することが検出された場合に、車輪軌跡が凹部を通過しないような回避経路を求めることを特徴としている。

このように、障害物が路面に存在する凹部である場合や、高さの低い凸物体であった場合には、全車輪の車輪軌跡がその障害物を通過するか否かに応じて回避経路を求めるようにしている。このため、障害物が路面に存在する凹部である場合には、車輪が脱輪等をしないような回避経路を求めることができる。また高さの低い凸物体の場合、全車輪は低い凸物体に接触しないように、かつ、自車両の下面が凸物体に接触しないような回避経路を求めることが可能となる。

この場合、請求項６に示されるように、３次元予想走行軌跡推定手段は、車両に関する情報として全車輪の位置情報を記憶しており、車速、アクセル開度、ステアリング角情報、旋回角情報、進行方向加速度のいずれか１つもしくは複数を含む車両走行状態を示す物理量に基づいて車両走行状態を求め、全車輪の位置情報と車両走行状態に基づいて、全車輪の車輪軌跡を推定することができる。

また、通知手段は、請求項７に示されるように、音声により通知を行う音声発生装置、画像の表示により通知を行う画像表示装置、ステアリングに取り付けたマーカにより通知を行う装置のいずれか１つもしくは複数の組み合わせで構成される。また、請求項８に示されるように、ステアリングの操舵支援力を制御することで通知を行うものであっても良し、請求項９に示されるように、ステアリングの操舵方向を限定することで通知を行うものであっても良い。

請求項１０に記載の発明では、運転支援を行うか否かというドライバの意志を入力する入力手段を有し、通知手段は、運転支援を行うか否かの通知を行うと共に、これに応じて、入力手段を通じて運転支援を行うというドライバの意志が入力された場合に、操作方法の通知を行うようになっていることを特徴としている。

このように、入力手段を通じてドライバが運転支援を行うという意志を入力した場合にのみ、運転支援を行うようにしても良い。

なお、請求項１１に示されるように、３次元形状認識手段による車両の周辺の路面および障害物の３次元での認識と、３次元予想走行軌跡推定手段による３次元予想走行軌跡の推定と、検出手段による３次元予想走行軌跡が障害物と重なることの検出は、車両の進行に伴って一定時間間隔毎に繰り返し実行され、その結果に応じて、前記障害物を避けるための回避経路を求める回避経路算出を行い、これに基づき、通知手段での通知内容が更新される。これにより、車両の進行に併せて、随時、適切な運転支援を行うことが可能となる。

請求項１２に記載の発明では、回避経路算出手段は、３次元形状認識手段によって障害物が存在することが認識されたとしても、該障害物が高さ的に車両の３次元予想走行軌跡と重ならない場合には、障害物に全車輪ならびに車両が接触せずに、障害物の上部を通過する経路で回避経路を求めることを特徴としている。また、車両上部との接触を回避する経路を求めることを特徴としている。

このように、障害物が高さ的に車両の３次元予想走行軌跡と重ならない場合には、障害物の上部または下部を通過する経路で回避経路を求めても構わない。

すなわち、請求項１３に示されるように、全車輪が障害物に重ならないかを検出し、重ならない場合には障害物の上部を通過する経路で回避経路をもとめるようにし、一つでも車輪が障害物に重なる場合には、全車輪が障害物に重ならず、かつ該障害物が高さ的に車両の３次元予想走行軌跡と重ならないように回避経路を求める。

請求項１４に記載の発明では、３次元形状認識手段は、輪止めの位置、高さも認識するようになっており、検出手段にて輪止めが車両形状と接触するか否かを検出し、回避経路算出手段にて車両形状と輪止めが接触しないように、輪止めの直前で車両を停止させられるようにガイドすることを特徴としている。

このように、輪止めにも対応して、輪止めの直前で車両を停止させられるようにガイドすることが可能である。この場合において、輪止めと接触してしまいそうな場合には、ブレーキ制御などにより、車両が輪止めに接触する直前で停止させられるように減速させることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の一実施形態を適用した接触脱輪回避ナビゲーションシステムのブロック構成を図１に示す。

図１に示されるように、接触脱輪回避ナビゲーションシステムは、３次元形状認識部１１、走行状態認識部１２、車両形状情報記録部１３、制御部１４、通知部１５および入力部１６を有した構成となっている。

３次元形状認識部１１は、車両周辺の地表面及び障害物の３次元形状及び位置を認識し、認識した内容をデータとして制御部１４に出力するものである。この３次元形状認識部１１は、例えば、カメラ等のパッシブ系のセンサ、電波式、超音波式、レーザー式、赤外線式のアクティブ系のセンサ、車両の表面をセンサとした表面センサなどのいずれかを用いて、もしくはこれらセンサを複数同時に用いて、複数のセンサの結果を組み合わせて３次元形状を認識するようになっている。もしくは、３次元形状認識部１１は、車両外部の情報源と無線を介して通信することで、３次元形状を認識するようになっている。

走行状態認識部１２は、車速、アクセル開度、ステアリング角情報もしくは旋回角情報、さらには進行方向加速度などの車両走行状態を示す物理量を認識し、認識した内容をデータとして制御部１４に出力するものである。この走行状態認識部１２は、例えば、車速センサや車輪速度センサを用いて車速を認識し、ステアリングセンサからの検出結果からステアリング角情報を認識し、ジャイロの出力から旋回角情報を認識し、アクセルペダルのストロークセンサによってアクセル開度を認識し、加速度センサから進行方向加速度を認識するようになっている。

車両形状情報記録部１３は、あらかじめ自車両の３次元形状、寸法と車輪位置を記録し、記憶した内容をデータとして制御部１４に出力するものである。この車両形状情報記録部１３に記録されている内容は車種ごとに異なるものである。

入力部１６は、ドライバが運転支援を行うか否かの意志に応じた信号を入力するためのものである。具体的には、入力部１６は、運転支援を開始する前に、運転支援を行うかどうかについて運転手に判断を求め、運転手の判断結果をこの入力部１６を介して入力する。例えば、入力部１６は、音声認識、タッチパネル、ボタンなどによりドライバの意志に応じた入力を受け、それを示す信号を制御部１４に伝えるようになっている。

制御部１４は、入力部１６からの信号に基づいて、運転支援のための各種処理を実行するか否かを判定し、入力部１６からドライバが運転支援を行うという意志を示す信号が入力されると、各種処理を実行する。具体的には、制御部１４は、３次元形状認識部１１、走行状態認識部１２および車両形状情報記録部１３からのデータに基づいて各種処理を実行するようになっている。

まず、制御部１４は、３次元形状認識部１１によって車両周辺の地表面および障害物の３次元形状および位置が認識されると、そのデータに基づいて、車両周辺の走行に障害となる形状を認識する障害物認識処理を実行する。これにより、地表面に存在する凹部や、側溝、縁石、車両や道路上の落下物などの障害物が認識されることになる。

また、制御部１４は、走行状態認識部１２によって車速、アクセル開度、ステアリング角情報もしくは旋回角情報、さらには進行方向加速度などの車両走行状態を示す物理量が認識されると、そのデータに基づいて、車両走行状態を求める。

そして、車両形状情報記録部１３に記憶された車両の３次元形状などのデータに基づいて、自車両が３次元空間内においてどのように移動するかを示す３次元予想走行軌跡が求められる。例えば、車速や旋回角情報が判れば、走行中にどの程度自車両がロールするか等も判るため、自車両の３次元予想走行軌跡を正確に求めることが可能となる。

さらに、制御部１４は、上述した障害物認識処理の際に認識された障害物と３次元予想走行軌跡とに基づいて、車両が走行する際に支障になるような障害物が存在するか否かを判定する。

例えば、車両が３次元予想走行軌跡を考慮したときに、その障害物が車両に接触するようなものであった場合には、支障になるような障害物として認識される。逆に、予想走行軌跡を車両上側からみて２次元的に捉えたときに、その予想走行軌跡と障害物とが重なり合うような場合であっても、３次元予想走行軌跡として捉えたときに、その３次元予想走行軌跡が障害物と重なり合わないような場合には、支障になるような障害物として認識されない。具体的には、道路に凹部が存在したとしても、車輪軌跡から考えて、その凹部と車輪軌跡とが重ならないような場合には、その凹部は支障になるような障害物ではない。換言すれば、車両が凹部をまたがって走行したとしても、その上を車輪が通過しない限りは、凹部は支障になるような障害物ではない。

このようにして、障害物が存在するか否かが判定され、障害物が存在すると判定された場合には、回避経路算出処理が実行される。具体的には、回避経路算出処理では、現在の自車両の位置（以下、現在位置という）と将来的に自車両が走行していたい位置（以下、目標将来位置という）とを求めると共に、自車両の支障になる障害物を回避できる位置（以下、回避位置という）を求める。ここでいう目標将来位置とは、例えば数秒後に走行していると想定される車線の中央位置などで設定される位置のことを言い、回避位置とは、例えば障害物から所定距離離れた位置というように任意に決められている位置のことを言う。

そして、制御部１４は、これら現在位置、回避位置および目標将来位置の３つの位置を無理なく自車両が走行できるものであれば、その軌跡を回避経路として設定し、無理なく自車両が走行できないものであれば、回避位置を変更して、再度自車両が無理なく走行できるか否かを判定する。なお、ここでいう自車両が無理なく走行できる回避経路とは現状の車両の走行状態から考えて、各車両の旋回半径等を考慮し、実際に回避経路をトレースできるかを判断したり、現在の車速から考えて、その経路をトレースでき、かつ、例えば横加速度が所定のしきい値を超えない等のように、所定の基準に基づいて設定されている。

このようにして、自車両が無理なく走行できる回避経路が選択されると、制御部１４は、自車両がその回避経路を走行できるように、その回避経路をトレースする操作方法を算出する。この操作方法は、現在求められている車両走行状態からどのような操作を行えば、回避経路をトレースすることができるかを示すものである。したがって、例えばアクセルペダルを戻して車速を低くさせたり、ステアリングを右に操作して障害物を避けるなどのような操作方法が求められるようになっている。

通知部１５は、制御部１４で求められた回避経路をトレースするための操作方法をドライバにガイドするためのものである。この通知部１５としては、例えばスピーカ等の音声発生装置や、ナビ画面、メータ内部、ヘッドアップディスプレイ等の画像表示装置で構成される。音声発生装置の場合、音声によってドライバに操作方法をガイドし、画像表示装置の場合、例えば画面上に操作方法を表示するとともに、カメラ画像と走行予測経路、回避経路をインポーズして表示し、障害となっている注意すべき物体にマークをつけたりすることでドライバに操作方法をガイドする。このとき、画面を鳥瞰図画面としても良い。

また、通知部１５は、ステアリング前面にＬＥＤ等に取り付けられたマーカのように視覚的に通知できるもので構成されても良いし、ステアリングを操作する際の操舵支援力を通知したい操作方法に応じて変動させるようにしてもよい。例えば、操作方法に応じた方向にステアリングを操作する場合には操舵力を軽くして、逆回転に操作しようとすると反力を重くするといったガイドを行ったり、ステアリング操作してはいけない方向にはステアリングが動かなくなるように、ステアリング操作方向を限定するようなガイドを行っても良い。

以上のように構成される接触脱輪回避ナビゲーションシステムの作動について説明する。図２は、接触脱輪回避ナビゲーションシステムにおける制御部１４が実行する運転支援制御処理の詳細を示したフローチャートである。このフローチャートに示される運転支援制御処理は、車両に備えられた図示しないイグニッションスイッチがオンされると同時に、所定周期毎に実行されるものである。

まず、ステップ１０１では、車両周辺の３次元形状が認識される。この処理は、３次元形状認識部１１が認識した車両周辺の地表面および障害物の３次元形状および位置のデータに基づいて実行される。

そして、ステップ１０２に進み、３次元予想走行軌跡が推定される。この３次元予想走行軌跡は、上述したように、走行状態認識部１２で求められた車両走行状態を示す物理量のデータと、車両形状情報記録部１３に記憶された車両の３次元形状などのデータに基づいて推定される。

今後、ステップ１０３に進み、ステップ１０１で求められた車両周辺の３次元形状に存在する障害物が認識され、ステップ１０２で求められた３次元予想走行軌跡中において、自車両の走行に支障がある障害物があるか否かが判定される。

このステップで、自車両の走行に支障がある障害物が存在しないと判定された場合には、そのまま処理が終了される。そして、このステップで、自車両の走行に支障がある障害物が存在すると判定された場合には、ステップ１０４に進む。

ステップ１０４では、回避経路が計算される。この回避経路の計算は、上記のようにして行われる。このとき、回避位置を複数回変更しても回避経路が計算できない場合には、回避経路無し、つまり回避不可能という計算結果が得られることになる。

そして、ステップ１０５に進み、回避可能か否かが判定される。ここでは、ステップ１０４で回避経路が計算されていた場合には、回避可能と判定され、回避不可能という計算結果が得られていた場合には、回避不能と判定される。

そして、ステップ１０５で回避不能と判定された場合には、ステップ１０９に進み、通知部１５に対して「回避できません」ということを通知させるための信号が出力される。これにより、通知部１５からドライバに対して「回避できません」という旨の音声もしくは表示が提供され、ドライバに回避できないことが伝えられる。したがって、この場合には、ドライバは自車両を停止させたり、一旦バック走行させるなどにより、障害物を回避できるような操作を行うことが可能となる。

一方、ステップ１０５で回避可能であると判定された場合には、ステップ１０６に進み、回避ガイドの有効、無効選択を促す処理が実行される。この処理は、回避ガイドを行うか否かをドライバに判断させるものであり、ドライバはこれに応じて入力部１６を通じて回避ガイドの有効、無効を選択することが可能となる。

そして、ステップ１０７に進み、ドライバが回避ガイドを有効とする選択を行ったか否かが判定される。これは、ステップ１０６の処理に基づいて、ドライバが入力部１６に回避ガイドを有効するための動作を行ったか否か、つまり入力部１６から制御部１４に対してドライバが入力部に行った選択結果を通知し、その選択結果を判定することにより実行される。

ステップ１０７で否定判定された場合、ステップ１１０に進み、通知部１５に対して「回避ガイドしません」ということを通知させるための信号が出力される。これにより、通知部１５からドライバに対して「回避ガイドしません」という旨の音声もしくは表示が提供される。この場合、ドライバは自らの判断で自車両を操作して障害物を回避することになる。

また、ステップ１０７で肯定判定された場合、ステップ１０８に進み、回避ガイド処理が実行される。この回避ガイド処理の詳細について、図３に示す回避ガイド処理のフローチャートを参照して説明する。

回避ガイド処理では、まず、ステップ２０１において、回避ガイドを実施中であることを運転手に通知するための処理が実行される。具体的には、通知部１５に対して「回避ガイドを実施中です」ということを通知させるための信号が出力される。これにより、通知部１５からドライバに対して「回避ガイドを実施中です」という旨の音声もしくは表示が提供され、ドライバに回避ガイドが実施されていることが伝えられる。

続いて、ステップ２０２では、操作方法が決定される。つまり、先のステップ１０４で決定された回避経路に沿って走行できるように、ステアリング操作、アクセル、ブレーキの速度調整方法等の操作方法が決定される。

そして、ステップ２０３にて、ステップ２０２で決定された操作方法をドライバに通知するための処理が実行される。具体的には、通知部１５に対して、決定された操作方法をドライバに通知させる信号が出力される。これにより、通知部１５からドライバに操作方法が通知される。例えば、通知部１５が音声発生装置で構成される場合には、音声によって操作方法がガイドされ、画像表示装置で構成される場合には、例えば画面上に操作方法を表示するとともに、カメラ画像と走行予測経路、回避経路をインポーズして表示し、障害となっている注意すべき物体にマークをつけたりすることで操作方法がガイドされる。

これにより、ドライバは、通知部１５に通知された操作方法に従って、例えばステアリングやアクセルペダルを操作することで、回避経路をトレースするように、自車両を走行させることができる。

次に、ステップ２０４にて、車両周辺の３次元形状が認識され、ステップ２０５にて、３次元予想走行軌跡が推定され、ステップ２０６にて、回避経路が再度計算されて更新される。これらステップ２０４〜ステップ２０６に示される各処理は、上記ステップ１０１、１０２、１０４と同様の処理である。すなわち、回避ガイド処理が実行されたときには、この回避ガイド処理内において、ステップ１０１、１０２、１０４の処理が繰り返しまわされるように、回避ガイド処理内にも、同様の処理ステップを備えたものとしている。

続くステップ２０７では、回避ガイドを終了するか否か、すなわちガイドが必要ない地点まで走行したかどうかが判定される。例えば、回避しなければならない障害物を通過した場合には、ステップ２０７で肯定判定されることになる。

このステップで肯定判定された場合には、ステップ２１２に進み、回避ガイドを終了することをドライバに通知するための処理が実行される。具体的には、通知部１５に対して「回避ガイド終了」ということを通知させるための信号が出力される。これにより、通知部１５からドライバに対して「回避ガイド終了」という旨の音声もしくは表示が提供され、ドライバに回避ガイドが終了したことが伝えられる。

一方、ステップ２０７で否定判定された場合には、ステップ２０８にて、回避可能であるか否かが判定される。このステップで否定判定された場合にはステップ２１０に進み、通知部１５に対して「回避できません」ということを通知させるための信号が出力される。これらの処理に関しては、ステップ１０５およびステップ１０９と同様である。

また、ステップ２０８で肯定判定された場合にはステップ２０９に進み、ガイド条件を満たしているか否かが判定される。ここでいうガイド条件とは、例えば速度が超過している場合などを意味している。すなわち、３次元形状認識部１１によって前方道路の３次元形状を認識しようとしても、３次元形状を認識するときに障害物を認識するまでに必要な時間よりも、自車両がその障害物が存在するかもしれない場所を通過する時間の方が短くなるほど車速が早い場合には、回避ガイドを行うことができない。したがって、ガイド条件を満たしているか否かに基づいて、本回避ガイドを実施するか否かを判定するようにしている。

そして、このステップで肯定判定された場合には、ステップ２０１に戻る。これにより、回避ガイド処理が繰り返される。また、このステップで否定判定された場合には、ステップ２１１に進み、ガイドできないことをドライバに通知するための処理が実行される。具体的には、通知部１５に対して「ガイドできません」ということを通知させるための信号が出力される。これにより、通知部１５からドライバに対して「ガイドできません」という旨の音声もしくは表示が提供され、ドライバに回避ガイドが実施できないことが伝えられる。

以上のようにして、回避ガイドによる運転支援制御が実行される。このように回避ガイドによる運転支援制御が実行された場合の模式的な例を以下に数例挙げて説明する。

図４は、進行線路上に車両２１が止まっており、左側に側溝２２が存在する場合の自車両の３次元予想走行軌跡および回避軌跡を示した図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は上面図である。

まず、３次元形状認識部１１にて、車両２１の形状、位置および側溝２２の位置が認識される。そして、走行状態認識部１２で取得した情報ならびに車両形状情報記録部１３の記録情報に基づき、制御部１４において、自車両の３次元予想走行軌跡が推定される。

このとき、上記のような状況になった場合には、３次元予想走行軌跡２５が車両２１と接触する可能性があるので、制御部１４にて、回避経路２６が算出される。この回避経路２６に沿って走行するように、通知部１５から操作方法が通知され、ドライバがそれに従ってステアリングなどを操作することで、自車両は他車両２１に接触することなく、また、側溝２２に脱輪することなく通過することができる。

なお、見やすくするために、図４では３次元予想走行軌跡２５を自車両における前輪の軌跡のみについて２次元的に記載しているが、実際には、全車輪を含む自車両全体の３次元予想走行軌跡２５として表されるものであり、自車両全体が他車両２１に接触せず、全車輪が側溝２２に脱輪しないように、回避経路２６が求められる。

図５は、自車両と他車両とのすれ違いの様子を示したものであり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は正面図である。

この図に示されるように、すれ違いのときには、対向車３１と歩道、縁石、側溝などが障害物３２として認識され、対向車３１、歩道、縁石、側溝などの障害物３２との接触、脱輪を回避するようにガイドが行われることになる。

図６は、障害物が存在する狭い道路を自車両がすり抜けるときの様子を示したものであり、図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は正面図である。

この図に示されるように、すり抜けのときには、電柱や壁などの障害物３２ａや側溝、歩道、縁石などの障害物３２ｂが認識され、自車両が障害物３２ａ、３２ｂと接触したり、自車両の車輪が脱輪したりすることを回避できるようにガイドが行われる。

なお、このようなすり抜けのときには、３次元予想走行軌跡が高さも加味したものとなっていることから、予想走行軌跡を車両上側からみて２次元的に捉えたときにはサイドミラーが縁石や側溝などの障害物と接触するような場合であっても、３次元予想走行軌跡から判るサイドミラーの高さを考慮したときに、その障害物と接触しないような場合であれば、サイドミラーが障害物上部を通過しても構わない。この場合の例を図７に示す。

図７（ａ）はすれ違いのときの上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）の位置に対応した正面図である。この図に示されるように、自車両のサイドミラー３３が他車両のサイドミラー３４と接触するような場合には、それを回避するようなガイドが行われるが、自車両のサイドミラー３３が側溝などの高さの低い障害物３２と重なっていたとしても、それを避けるようなガイドは行われないようになっている。

さらに、このとき、回避経路内に障害物が存在したとしても、障害物の高さ的に自車両がそれを完全にまたいでしまうような場合には、たとえ車両上側からみて２次元的に障害物と重なっていたとしても、回避経路として設定されることになる。この場合の例を図８、図９に示す。

図８および図９において、（ａ）はすれ違いのときの上面図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の位置に対応した正面図である。これらの図に示されるように、回避経路中に凹状の障害物３２ｃや凸状の障害物３２ｄが存在するが、その障害物３２の高さが自車両の下面の高さよりも低くなっており、かつ全車輪が凹部に脱落したり、全車輪が高さの低い凸部に接触しない場合がある。このような場合には、自車両が回避経路を走行しても、自車両が完全に障害物３２をまたぐことになる。このような場合には、障害物３２が存在しても、全車輪が障害物を回避し、自車両の下面が障害物と接触しない、すなわち、障害物をまたぐような回避経路としてガイドが行われることになる。

図１０は、駐車支援（縦列駐車）のときの様子を示したものであり、図１０（ａ）は上面図、図１０（ｂ）は駐車場所に隣接して縁石があった場合の正面図、図１０（ｃ）は駐車場所に隣接して側溝があった場合の正面図である。

これらの図に示されるように、壁や他車両などや足元の縁石、側溝などの障害物３２が認識されると共に、駐車スペースが認識され、自車両が障害物に接触しないように、また、自車両の車輪が脱輪しないように、なおかつ、縦列駐車が適切に行えるようにガイドが行われる。このとき、足元の縁石や側溝の障害物３２の位置が認識されていることから、例えば、回避経路と障害物３２とのマージンを少なく設定すれば、障害物３２との接触を避けつつ、なるべくぎりぎりまで寄せて駐車できるようにガイドすることも可能である。

図１１は、駐車支援（パーキングロット駐車）のときの様子を示したものであり、図１１（ａ）は上面図、図１１（ｂ）、（ｃ）は側面図である。

この図に示されるように、壁や他車両３１などや足元の縁石、側溝などの障害物が認識されると共に、白線３５を認識することで駐車スペースが認識され、自車両が他車両３１に接触しないように、かつ、パーキングロットの最適位置に駐車できるようにガイドが行われる。このとき、足元の物体形状を認識することで、輪止めブロック３６を認識することも可能であることから、図１１（ｂ）に示されるように輪止めブロック３６上に自車両が位置する前の段階から、図１１（ｃ）に示されるように輪止めブロック３６上に自車両が覆い被さることができる場合は、輪止めブロック３６ぎりぎりまで寄るまでガイドすることもできる。また、輪止めブロックが自車両（マフラー、泥除け等も含む）と接触する場合には、接触を回避する位置で停止するようにガイドする。なお、このパーキングロット駐車のときには、車輪が輪止めブロック３６に衝突する前に、ブレーキ制御を行うなどによって減速を自動で開始し、輪止めブロック３６にぶつかる時の衝撃を軽くする等の処理を行うことも可能である。

図１２は、片輪落下の様子を示したものであり、図１２（ａ）はスロープを降りる前の上面図および正面図、図１２（ｂ）はスロープを降りたときに右前輪が段差から落下したときの様子を示す上面図および正面図である。

スロープ４０等からバックで車道に出る際には、例えば、図１２に示されるように右前輪が段差４１から落下する可能性がある。これを防ぐべく、スロープ４０等からバックで車道に出る際には、スロープ４０と段差４１の部分が認識され、車両の全輪の走行軌跡から、全車がスロープ４０を通過でき、かつ自車両の下面が段差４１と接触しないようにガイドが行われる。

図１３は、車両下面の接触の様子を示したものである。この図に示されるように、急なスロープ５０のある部分を通過する際に、自車両の下面が道路などに接触する可能性がある。これを防ぐべく、路面の傾き、高低差が認識され、自車両の下面形状から、下面を接触する可能性がある場合は、自車両が接触する可能性があることが通知され、ドライバに経路変更を促すガイドが行われる。また、スピードが速すぎて接触しそうな場合は、減速を促すようなガイドを行うこともできる。なお、これらの場合には、ブレーキ制御を行うことで自車両の車速を自動的に減速することも可能である。

図１４は、内輪差による脱輪回避の様子を示したものである。この図に示されるように、自車両が曲がるときには、路面における曲がり角の形状および曲がり角に存在する側溝、縁石、歩道などの障害物が認識され、その障害物と接触しないように、または側溝に脱輪しないように、ガイドが行われる。これにより、内輪差による脱輪や縁石、歩道への接触および乗り上げによる衝撃を回避することが可能となる。

続いて、上記のような運転支援制御が行われる際の操作方法のドライバへの通知方法の一例について説明する。

図１５は、ステアリングに取り付けたマーカを用いて、ドライバへの通知を行う場合の模式図を示したものである。この図に示されるように、ステアリング７０の最上部（ステアリングを回転させていないときに最も上に位置する部分）には、例えば白色テープなどが貼られたマーカ７１が備えられている。また、ステアリング７０よりも車両前方位置、例えばインストルメントパネル内やメータ機器内において、複数のＬＥＤ７２が備えられた表示器７３が備えられている。この表示器７３が上述した通知部１５に相当するものである。また、ヘッドアップディスプレイで表示したりＬＥＤ表示以外でもよい。

このような構成を用いることにより、ドライバに対して、ステアリング７０の回転角度を通知することが可能となる。すなわち、制御部１４にて、ステアリング７０の回転角度として要求される角度が求められた場合に、その角度に応じたＬＥＤ７２を光らせる。このようにすることで、ドライバは、そのＬＥＤ７２とマーカ７１とが一致するようにステアリング７０を回転させれば、回避経路をトレースするように自車両を操作することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態に示す運転支援装置によれば、車両走行軌跡を３次元的に捉えた３次元予想走行軌跡を求め、この３次元予想走行軌跡が障害物と重なる場合に、回避経路を求めるようにしている。このため、実際の車両走行軌跡に基づくため、接触や脱輪の可能性を正確に判断し、障害物の回避を正確に行うことが可能となる。

また、障害物が路面に存在する凹部である場合や、高さの低い凸物体であった場合には、全車輪の車輪軌跡がその障害物を通過するか否かを判断するとともに、3次元的に捉えた3次元予想走行軌跡から車両形状が接触するかどうかに応じて回避経路を求めるようにしている。このため、車両の高さを考慮した回避経路を求めることが可能となる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、３次元形状認識部１１、走行状態認識部１２、車両形状情報記録部１３、制御部１４を別々の構成として記載したが、これらいずれかもしくは全部が１つのＥＣＵ内に組み込まれた構成であっても構わない。

また、上記実施形態では、ガイド条件の一例として、車速が所定のしきい値を超える場合を挙げたが、これは単なる一例である。このように、ガイド条件を満たさない場合、つまり運転支援が正常に動作しないような場合には、その旨をドライバに通知することで、ドライバは運転支援が受けられるか否かを知ることができる。また逆に、ガイド条件を満たす場合にも、運転支援が正常に動作するということをドライバに通知することも可能である。

また、上記実施形態では、ステアリング７０にマーカ７１をつけてステアリング７０の回転角度を通知する場合について説明したが、この他に、例えば、通知部１５として画像表示装置を用い、ステアリングが左右いずれの方向にどの程度の量回転させなければいけないかをインジケータで示すことも可能である。

上記接触脱輪回避ナビゲーションシステムでは、自車両の走行を支援する場合について説明したが、運転支援と同様に、ドア接触回避装置として本発明を適用することも可能である。

図１６は、ドアの接触回避の様子を示したものであり、図１６（ａ）は上面図、図１６（ｂ）は正面図である。この図に示されるように、自車両を駐車させたときに、自車両に隣接するように障害物３２が存在していた場合には、ドア６０を開くときに障害物３２に接触する可能性がある。このため、これを回避する制御を行うことが可能である。

具体的には、３次元物体形状認識部１１にて、自車両が駐車したときに、車両周辺の３次元物体形状を認識し、縁石等の障害物３２が存在するときには、それの高さを算出して、ドア６０を開閉した場合に接触する可能性があるか否かを判定する。そして、接触する可能性がある場合には、通知部１５により、“接触します”とドライバに通知する。このとき、接触の可能性のあるドア６０をロックすることも可能であり、その場合に、開閉可能なドアを通知することも可能である。

なお、各図中に示したステップは、各種処理を実行する手段に対応するものである。

本発明の第１実施形態における接触脱輪回避ナビゲーションシステムのブロック構成を示す図である。 接触脱輪回避ナビゲーションシステムにおける制御部が実行する運転支援制御のフローチャートである。 接触脱輪回避ナビゲーションシステムにおける制御部が実行する回避ガイド処理のフローチャートである。 進行線路上に車両が止まっており、左側に側溝が存在する場合の自車両の３次元予想走行軌跡および回避軌跡を示した図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図である。 自車両と他車両とのすれ違いの様子を示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。 障害物が存在する狭い道路を自車両がすり抜けるときの様子を示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。 （ａ）はすれ違いのときの上面図、（ｂ）は（ａ）の位置に対応した正面図である。 （ａ）はすれ違いのときの上面図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の位置に対応した正面図である。 （ａ）はすれ違いのときの上面図、（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の位置に対応した正面図である。 駐車支援（縦列駐車）のときの様子を示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は駐車場所に隣接して縁石があった場合の正面図、（ｃ）は駐車場所に隣接して側溝があった場合の正面図である。 駐車支援（パーキングロット駐車）のときの様子を示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）、（ｃ）は側面図である。 片輪落下の様子を示した図であり、（ａ）はスロープを降りる前の上面図および正面図、（ｂ）はスロープを降りたときに右前輪が段差から落下したときの様子を示す上面図および正面図である。 車両下面の接触の様子を示した図である。 内輪差による接触脱輪回避の様子を示した図である。 ステアリングに取り付けたマーカを用いて、ドライバへの通知を行う場合の模式図である。 ドアの接触回避の様子を示した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。

符号の説明

１１…３次元形状認識部、１２…走行状態認識部、１３…車両形状情報記録部、
１４…制御部、１５…通知部、１６…入力部。

Claims (14)

1. 車両の周辺の路面および障害物を３次元で認識する３次元形状認識手段と、
   前記車両の３次元形状を含む該車両に関する情報を記憶し、この記憶した前記車両に関する情報に基づいて、該車両の３次元予想走行軌跡を推定する３次元予想走行軌跡推定手段と、
   前記３次元予想走行軌跡推定手段が求めた前記３次元予想走行軌跡が前記障害物と重なることを検出する検出手段と、
   前記検出手段が前記３次元予想走行軌跡が前記障害物と重なることを検出した場合に、前記障害物を避けるための回避経路を求める回避経路算出手段と、
   前記回避経路算出手段が求めた前記回避経路を前記車両がトレースするように、前記車両の操作方法を通知する通知手段と、
   車速が所定のしきい値を超えているか否かを判定する車速判定手段を有し、
   前記通知手段は、前記操作方法の通知を開始する前に、前記操作方法の通知による運転支援が正常に行えるか否かに関して通知し、前記車速判定手段にて、前記車速が前記所定のしきい値を超えていると判定された場合に運転支援が正常に行えない旨の通知を行うようになっていることを特徴とする接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
2. 前記３次元形状認識手段は、前記車両の外部を撮像する撮像手段、距離及び方向を３次元で計測できるセンサ、前記車両の表面の一部に備えられたセンサのいずれか１つもしくは複数の組み合わせによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
3. 前記３次元形状認識手段は、前記車両の外部から情報を入手することで、前記障害物を認識するようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
4. 前記３次元予想走行軌跡推定手段は、車速、アクセル開度、ステアリング角情報、旋回角情報、進行方向加速度のいずれか１つもしくは複数を含む車両走行状態を示す物理量に基づいて車両走行状態を求め、該車両走行状態に基づいて前記３次元予想走行軌跡を推定するようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
5. 前記３次元予想走行軌跡推定手段は、前記車両の全車輪が前記路面上を通過すると想定される車輪軌跡を推定するようになっており、
   前記３次元形状認識手段は、前記障害物として前記路面に存在する凹部も認識するようになっており、
   前記検出手段は、前記障害物が前記路面に存在する凹部であった場合に、前記３次元予想走行軌跡推定手段が求めた前記車輪軌跡が前記凹部を通過するか否かを検出し、
   前記回避経路算出手段は、前記検出手段により、前記車輪軌跡が前記凹部を通過することが検出された場合に、全車輪が前記凹部を通過しないように回避経路を求めるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
6. 前記３次元予想走行軌跡推定手段は、前記車両に関する情報として全車輪の位置情報を記憶しており、車速、アクセル開度、ステアリング角情報、旋回角情報、進行方向加速度のいずれか１つもしくは複数を含む車両走行状態を示す物理量に基づいて車両走行状態を求め、前記全車輪の位置情報と前記車両走行状態に基づいて、前記全車輪の車輪軌跡を推定するようになっていることを特徴とする請求項５に記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
7. 前記通知手段は、音声により通知を行う音声発生装置、画像の表示により通知を行う画像表示装置、ステアリングに取り付けたマーカにより通知を行う装置のいずれか１つもしくは複数の組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
8. 前記通知手段は、ステアリングの操舵支援力を制御することで通知を行うものであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
9. 前記通知手段は、ステアリングの操舵方向を限定することで通知を行うものであることを特徴とする請求項１ないし６にいずれか１つに記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
10. 運転支援を行うか否かというドライバの意志を入力する入力手段を有し、
    前記通知手段は、運転支援を行うか否かの通知を行うと共に、これに応じて、前記入力手段を通じて運転支援を行うというドライバの意志が入力された場合に、前記操作方法の通知を行うようになっていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
11. 前記３次元形状認識手段による前記車両の周辺の路面および障害物の３次元での認識と、前記３次元予想走行軌跡推定手段による前記３次元予想走行軌跡の推定と、前記検出手段による前記３次元予想走行軌跡が前記障害物と重なることの検出は、前記車両の進行に伴って一定時間間隔毎に繰り返し実行され、その結果に応じて、前記検出手段が前記３次元予想走行軌跡が前記障害物と重なることを検出した場合に、前記障害物を避けるための回避経路を求める回避経路算出を行い、これに基づき、前記通知手段での通知内容が更新されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
12. 前記回避経路算出手段は、前記３次元形状認識手段によって前記障害物が存在することが認識されたとしても、該障害物が高さ的に前記車両の３次元予想走行軌跡と重ならない場合には、前記障害物の上部または下部を通過する経路で前記回避経路を求めるようになっていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
13. 前記回避経路算出手段は、前記全車輪の車輪軌跡が障害物に重ならないかを検出し、重ならない場合には前記障害物の上部を通過する経路で前記回避経路をもとめるようにし、一つでも車輪が障害物に重なる場合には、全車輪が障害物に重ならず、かつ該障害物が高さ的に前記車両の３次元予想走行軌跡と重ならないような回避経路を求めるようすることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。
14. 前記３次元形状認識手段は、輪止めの位置、高さを認識するようになっており、
    前記検出手段は、前記輪止めが車両形状と接触するか否かを検出するようになっており、
    前記回避経路算出手段は、前記車両形状と前記輪止めが接触しないように、前記輪止めの直前で前記車両を停止させられるようにガイドするようになっていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１つに記載の接触脱輪回避ナビゲーションシステム。

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