JP4248335B2 - 車両用走行支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、目標位置への移動軌跡を求めて、この軌跡に沿って車両が走行するよう、その走行を支援する車両用走行支援装置に関する。

自動操舵や操舵指示を用いて、車両を目標位置へと誘導する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の技術は、駐車位置へと車両を誘導する駐車支援装置に関するものであって、車庫入れ、縦列などの移動モードをスイッチによって運転者に選択させ、選択した移動モードに応じた移動軌跡を生成して誘導を行うこととし、このスイッチを運転者が移動モードを直感しやすいグラフィカルな表示としたことを特徴としている。
特開２０００−４３７４４号公報（段落００２７〜００４５、図１〜図５）

このように、移動軌跡をパターン化することにより、移動軌跡の算定が容易になる。しかしながら、実際の移動軌跡生成ロジックをパターンごとに用意して使い分ける必要があるため、支援装置のＲＯＭまたはＲＡＭ内に収容しておく移動軌跡生成プログラムがロジックの数の分だけ増大し、容量が必要となる。また、ソフトウェアの開発工数も増大してしまう。さらに、同様の付加機能を追加する場合にもパターンごとに個別に対応する必要があるため、ソフトウェアの開発工数が増大してしまう。

そこで本発明は、支援装置内に移動軌跡生成プログラムを収容するのに必要な容量を削減するとともに、ソフトウェアの開発工数低減を可能とした車両用走行支援装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る車両用走行支援装置は、車庫入れ駐車時において、現在位置を第１の位置、目標駐車位置を第２の位置とし、各位置における所定方向に対する車両の向きとして表される偏向角を設定し、誘導開始に先立ち、または、経路修正が必要と判断した場合に、該車庫入れ駐車の移動軌跡を、第１の位置から第２の位置まで車両を移動させるとともに、第１の位置における偏向角から第２の位置における目標偏向角まで車両の移動に伴って変化させる移動軌跡であって、操舵中立状態から舵角を増大させながら後退した後、目標位置までに余裕があれば、舵角を戻しながら後退する経路を含む走行距離に対して目標舵角を対応させた経路として第１及び第２の位置、並びにそれらの位置の偏向角に基づいて求める移動軌跡生成ロジックにより求め、求めた移動軌跡に基づいて車両を誘導する車両用走行支援装置において、縦列駐車時には、現在位置と目標位置との間に位置し、初期位置からは操舵中立状態から舵角を増大させながら後退した後、舵角を戻しながら後退して操舵中立状態で到達する切換位置と、現在位置の偏向角と、該切換位置における目標偏向角を算出し、現在位置を第１の位置とし、該切換位置を第２の位置として、各位置とそれらの位置における偏向角に基づいて上記車庫入れ駐車の移動軌跡生成ロジックを利用して現在位置から切換位置まで車両の移動に伴い偏向角を設定した目標偏向角に変化させる移動軌跡を設定することを特徴とする。

すなわち、縦列駐車の操舵戻し状態までの移動軌跡を求める場合は、車庫入れ駐車の移動軌跡生成ロジックを利用して設定を行う。

本発明によれば、縦列駐車の移動軌跡パターンを生成する場合に、切換位置までの移動軌跡を車庫入れ駐車の移動軌跡生成ロジックを利用して生成することで、支援装置内に格納しておくべき移動軌跡生成ロジックの総容量を削減することができる。したがって、計算機資源が少なくてすむ。また、ソフトウェアの開発工数も削減できるとともに、共通する移動軌跡生成ロジック部分を利用して機能拡張を行うことで、機能拡張時の開発工数を削減し、少ないプログラム容量で機能拡張を行うことが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

以下、本発明に係る走行支援装置として駐車支援装置を例に説明する。図１は、本発明の実施形態である駐車支援装置１００のブロック構成図である。この駐車支援装置１００は、自動操舵装置２０を備えており、制御装置である駐車支援ＥＣＵ１により制御される。駐車支援ＥＣＵ１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成され、後述する後方カメラ３２で取得された画像を処理する画像処理部１０と、自動操舵装置の制御を行う操舵制御部１１を有している。この画像処理部１０と操舵制御部１１とは駐車支援ＥＣＵ１内でハード的に区分されていてもよいが、共通のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を用い、ソフト的に区分されていてもよい。

ステアリングホイール２２の動きを転舵輪２５に伝えるステアリングシャフト２１には、ステアリングシャフト２１の操舵量を検出する操舵角センサ２３と、操舵力を付与する操舵アクチュエータ２４が接続されている。ここで、操舵アクチュエータ２４は、自動操舵時に操舵力を付与するほか、運転者の操舵時にアシスト操舵力を付与するパワーステアリング装置を兼ねてもよい。操舵制御部１１は、操舵アクチュエータ２４の駆動を制御するとともに、操舵角センサ２３の出力信号が入力される。

また、操舵制御部１１には、操舵角センサ２３の出力のほか、各輪に配置されてその車輪速を検出する車輪速センサ４１と、車両の加速度を検出する加速度センサ４２の出力が入力されている。

駐車支援ＥＣＵ１の前述した画像処理部１０には、車両後部に配置されて、後方画像を取得する後方カメラ３２の出力信号である画像信号が入力されるほか、駐車支援にあたって運転者の操作入力を受け付ける入力手段３１と、運転者に対して画像により情報を表示するモニタ３４と、音声により情報を提示するスピーカー３３が接続されている。

次に、この駐車支援装置１００における支援動作を具体的に説明する。この駐車支援装置１００の駐車支援ＥＣＵ１内には、縦列駐車のための移動軌跡パターン生成ロジックと、車庫入れ駐車の移動軌跡パターン生成ロジックが格納されている。図２に縦列駐車の基本的な移動軌跡パターンを、図３に車庫入れ駐車の基本的な移動軌跡パターンをそれぞれ示す。

図２に示される縦列駐車では、道路２１１の脇に駐車している車両２０１（以下、前車両と呼ぶ。）と車両２０２（以下、後車両と呼ぶ。）の間の駐車スペース２１５に自車両２００を後退により到達させるもので、初期位置２００ａから目標位置２００ｇまでは、図に示される経路Ｐ₁を通って到達する。このＰ₁は、概説すると、操舵を左に切りながら後退し、そこから逆にステアリングを戻し、中立位置を超えて右に切りながら後退して、目標位置へと到達するものである。なお、目標位置に近づいたら操舵を中立へと戻す場合もある（この場合、駐車スペースの長さが必要になる）。

図３に示される車庫入れ駐車では、道路２１０に面して設けられている車庫２２０内に自車両２００を後退により到達させるもので、初期位置２００ａから目標位置２００ｇまでは、図に示される経路Ｐ₂を通って到達する。このＰ₂は、概説すると、操舵を右に切りながら後退し、そこから逆にステアリングを戻し、中立位置へ戻して目標位置へと到達するものである。

ここで、縦列駐車の経路の前半部（ステアリングを中立に戻すまでの状態）は、車庫入れ時の動作に類似している（図２における経路Ｐ１の前半と図３における経路Ｐ２とは反転した状態となる）。本発明は、この類似性に着目して縦列駐車の経路設定において初期経路の経路設定に車庫入れ駐車の移動軌跡パターン（経路設定ロジック）を用いている。

以下、この縦列駐車の経路設定について具体的に説明する。図４は、この経路設定処理のフローチャートである。この制御は、運転者が入力手段３１を操作して、駐車支援制御の開始を駐車支援ＥＣＵ１に指示してから、指示した目標駐車位置近傍へ到達するまで、あるいは、目標駐車位置へ１回の後退で到達することができないと判定されるまで、運転者が入力手段３１から支援動作をキャンセルしない限り駐車支援ＥＣＵ１により実行され続ける。

具体的には、運転者は、任意の駐車支援の開始位置（前車両２０１の右側前方）へと車両２００を移動させ、モニタ３４に表示されている後方カメラ３２で撮像した後方画像中で目標位置である駐車スペース２１５を確認した後、入力手段３１を操作して、この駐車支援制御を開始する。駐車スペース２１５がモニタ３４の表示画像中で確認できない場合には、確認可能な位置へと車両を移動させて支援をスタートさせる。以下、この駐車支援の開始位置における車両２００の基準点（以下の説明では、車両の後輪の車軸中心を基準点として説明する。もちろん、他の位置、例えば、車両の後端の中心や重心、片側の前端あるいは後端等を基準点にとってもよい。）をＡ点とし、この位置での車両を２００ａで表すものとする。

駐車支援をスタートさせたら、運転者はモニタ３４に表示されている後方カメラ３２で撮像した画像を見ながら、入力手段３１を操作することにより、画面上に表示されている駐車枠（図２に示される駐車スペース２１５に相当し、車両２００より前後左右に余裕距離分だけ大きな矩形枠として設定されている。）を動かして、目標駐車位置へと移動させることにより目標駐車位置の設定を行う（ステップＳ２）。

駐車支援ＥＣＵ１は、画像認識処理により目標駐車位置における車両位置２００ｇ、具体的には、基準点Ｇの位置と、その位置における車両の方向を求める（ステップＳ４）。このＧ点の位置は、例えば現在の車両位置における基準点Ａに対する相対座標として求めればよい。以下、図５に示されるように、目標位置Ｇ点を原点とし、目標位置における車両の向きをｚ軸方向にとり、これに直交する方向をｘ軸にとった座標系により説明する。以下、現在の車両の向きとｚ軸のなす角度を偏向角θと称し、初期偏向角をθ₀で表す。た、Ａ点の位置を座標（Ｘ₀，Ｚ₀）で表す。

次に、２円モデルを用いて切換位置を算出する（ステップＳ６）。図６はこの２円モデルの概念を説明する図である。車庫入れロジックの利用のためには、車庫入れロジック利用の経路と、縦列駐車に特有のロジックを利用する経路との切換点を算出する必要がある。実際の経路は円弧、直線とクロソイド曲線とを組み合わせて設定されるが、単純化のため、ここでは、それぞれの経路が円弧によって形成されているものとモデル化して取り扱う。

つまり、図６に示されるように、初期経路からＯ₁（Ｘ_A，Ｚ₀）を中心とする半径Ｒ_Aの円弧を辿って切換位置Ｍ（Ｘ_M，Ｚ_M）に到達し、そこからは、Ｏ₂（Ｘ_B，０）を中心とする半径Ｒ_minの円弧を辿って目標位置Ｇ（０，０）へと到達する。ここで、切換位置からは、経路設定において使用可能な最小旋回半径Ｒ_minで移動するものとする。なお、このＲ_minは、車両特有の最小旋回半径と一致させてもよいが、２円モデルと仮定することによる実際の経路との誤差が存在することから、この車両特有の最小旋回半径より若干大きな値に設定して余裕をもたせることが好ましい。

図６から明らかなように、

が成立する。これを解くと、

であり、切換位置Ｍの座標と、この位置における偏向角θmaxを求めることができる。

次に、車庫入れロジックを利用するため、中点までの経路を幾何変換する（ステップＳ８）。図５に示されるように、中点Ｍ位置を原点とし、この位置における車両方向をＺ'軸、これに直交する水平方向をＸ'軸とするＸ'Ｚ'座標系への座標系変換を行う。この座標系変換により、初期位置（Ｘ₀，Ｚ₀）は、以下に示される関係を有する（Ｘ₀'，Ｚ₀'）へ変換され、初期偏向角θ₀はθ₀'として表せる。

次に、変換した座標系において車庫入れロジック（車庫入れ時の移動軌跡パターン）を利用して初期位置から原点まで（切換点Ｍまでに相当する。）の経路を生成する（ステップＳ１０）。この経路は、走行距離に対する曲率変化量として設定される（図７参照）。以下、左旋回時の曲率をプラス、右旋回時の曲率をマイナスで表す。この曲率を走行距離で積分した値が偏向角の変化量となる。この偏向角の変化量がθ₀'となる経路を設定することで、Ｘ'Ｚ'座標系の原点における車両の偏向角を一致させることができる。また、車両のＸ'Ｚ'方向の移動距離は、走行距離ｐにおける偏向角をθ（ｐ）とすると、

で表せる。

移動経路は、通常、舵角を増大させる過程（過程１）と、増大した状態で舵角を維持する過程（過程２）と、舵角を中立に戻す過程（過程３）の３つの過程を含み、過程１と過程３においては、走行距離に対する旋回曲率の変化量（旋回曲率の変化速度）を一定とする。そして、旋回曲率の変化速度は、車速が走行支援時の上限値の場合であっても、操舵アクチュエータ２４の最大操舵速度での曲率変化量を下回るように設定されている。これにより、確実に操舵が行える経路を算出しうる。この結果、設定される走行軌跡は、過程２が所定の半径（曲率）を有する円弧であり、過程１と過程３は、一端がこの所定曲率、他端が曲率０のクロソイド曲線となる。

なお、初期位置から切換位置までの距離、偏向角の変化量によっては、過程２を有しない場合もあるし、過程１の前あるいは過程３の後に直線経路を付与する場合もある。また、初期位置から切換位置までに十分な距離の余裕がある場合には、付与する直線経路の長さを長くとる代わりに、過程１〜過程３の経路を相似拡大することで、距離に対する曲率の変化量を緩やかにしてもよい。この場合は、操舵負荷を小さくする効果が得られる。

次に、この車庫入れロジックによる経路生成に成功したか否かを判定する（ステップＳ１２）。この経路設定が成功したか否かの判定は、次のように行う。図３に示されるような車庫入れ支援の場合は、車庫２２０進入時には直進後退することが好ましい。このため、車庫入れロジックにおいては、実際の目標位置より手前の位置を計算上の目標位置に設定して、経路を設定した後に、所定の直線区間を付与することで実際の経路設定を行う手法がある車庫入れロジックを縦列駐車の前段階として使用する場合に、この計算上の目標位置として切換地点を設定すると、切換地点に到達せず、切換地点より後方、つまり最終目標地点寄りに到達してしまうルートを設定してしまう可能性がある（図８参照）。そこで、このような設定を行う場合には、付与すべき直線区間の長さＬ₄が所定距離以上あることを判定条件とすればよい。あるいは、切換地点を目標地点と合致させてもよい。このようにすると、切換地点に所定の偏向角で到達しうる場合のみに車庫入れロジックを利用した経路設定ができたと判定することができる。

条件を満たす経路が設定できなかったと判定された場合には、ステップＳ４０へと移行して、現在位置Ａからは目標位置Ｇ点に到達できない旨をモニタ３４やスピーカー３３を用いて運転者に報知し、処理を終了する。運転者は、必要であれば、車両２００を移動させて再度駐車支援動作を作動させればよい。

目標経路が設定できた場合には、ステップＳ１４へと移行して、切換位置Ｍ点から目標位置Ｇ点までの経路を生成する。この経路は、例えば、走行距離に対して所定の傾き（走行距離に対する曲率の変化速度を例えば、−ωmaxとする。）で曲率の絶対値を増大させ（曲率は負となる。）、曲率最大の状態を維持して目標位置へと到達する経路である。走行距離ｐにおける偏向角をθ（ｐ）とすると、車庫入れロジックで説明したことと同様のことが妥当する。

そして、ステップＳ１０で生成した前半部の経路と、ステップＳ１４で生成した後半部の経路を組み合わせて現在位置から目標位置までの経路を設定する（ステップＳ１６）。ここで、経路を走行距離に対する旋回曲率の変化として設定しているため、ステップＳ１０で生成した経路に幾何変換等を施すことなく、単につなぎ合わせることで全体の経路を設定することができるため、経路の設定精度が低下することがない。

次に、最終的な経路生成に成功したか否かを判定する（ステップＳ１８）。設定できなかったと判定した場合には、ステップＳ４０へと移行して、現在位置Ａからは目標位置Ｇ点に到達できない旨をモニタ３４やスピーカー３３を用いて運転者に報知し、処理を終了する。運転者は、必要であれば、車両２００を移動させて再度駐車支援動作を作動させればよい。

経路が設定できた場合には、実際の誘導制御へと移行する。ここで、駐車支援ＥＣＵ１は、シフトレバーが後退位置に設定されたら、図示していない駆動系に対して、エンジンのトルクアップ制御を行うよう指示することが好ましい。トルクアップ制御とは、エンジンを通常のアイドル時より高い回転数で回転させることで、駆動力の高い状態（トルクアップ状態）に移行させるものである。これにより、運転者がアクセル操作を行うことなく、ブレーキペダルのみで調整できる車速範囲が拡大し、車両のコントロール性が向上する。運転者がブレーキペダルを操作すると、そのペダル開度に応じて各輪に付与される制動力を調整することで車速の調整を行う。このとき、車輪速センサ４１で検出している車速が上限車速を超えないよう各車輪に付与する制動力を制御することで上限車速のガードを行うことが好ましい。

誘導制御においては、まず、車両の現在位置の判定を行う（ステップＳ２０）。この現在位置判定は、後方カメラ３２で撮像している画像における特徴点の移動を基に判定することも可能であるし、車輪速センサ４１や加速度センサ４２の出力を基にした走行距離変化と操舵角センサ２３の出力を基にした舵角変化を基にして判定を行うこともできる。

そして、この現在位置（走行距離）を基に先に設定した走行距離−操舵角の設定経路に基づいて実際の舵角制御を行う（ステップＳ２２）。具体的には、操舵制御部１１は、操舵角センサ２３の出力を監視しながら、操舵アクチュエータ２４を制御してステアリングシャフト２１を駆動し、転舵輪２５の舵角が設定した舵角変位（曲率）に合致するよう制御する。

こうして設定した経路に沿った移動が行われるので、運転者は進路上の安全確認と車速調整に専念することができる。進路上に障害物や歩行者等が存在した場合は、運転者がブレーキペダルを踏み込むと、それに応じた制動力が各車輪へと付与されるので安全に減速、停止することができる。

舵角制御後は、現在位置が目標経路上からずれていないかを判定し、ずれが大きい場合には経路修正を要すると判定する（ステップＳ２４）。この目標経路からのずれは、目標位置と現在の位置のずれ、あるいは、目標操舵量と実際の操舵量のずれを走行距離に対して積算すること等により求めることができる。経路修正を要する場合には、ステップＳ６へと移行することで、経路を設定し直す。

一方、目標経路とのずれが小さい場合には、ステップＳ２６へと移行し、目標駐車位置Ｇ点近傍に到達したか否かを判定する。目標駐車位置へ到達していない場合には、ステップＳ２０へと戻ることで、支援制御を継続する。目標駐車位置へと到達したと判定された場合には、ステップＳ２８へと移行し、モニタ３４、スピーカー３３により運転者に目標駐車位置へと到達した旨を報知して処理を終了する。

ここでは、ステップＳ２４で経路修正が必要と判定した場合に、ステップＳ６へと戻る例を説明したが、切換位置に到達する以前に修正が必要と判定した場合には、車庫入れロジックにおける経路修正ロジックを用いて切換位置に到達するよう経路修正を行い、それ以降で経路修正が必要と判定した場合には、それ以降に特化した経路修正ロジックを用いて目標位置へと到達するよう経路を修正するようにしてもよい。このようにすると、車庫入れロジックで利用した経路修正ロジックをそのまま利用することができ、ソフトウェアの容量削減と、開発工数を低減することが可能となる。移動中に目標位置の再設定機能を実現する場合も同様である。

また、ここでは、切換位置以降は縦列駐車に特有の経路生成ロジックを用いる場合を説明したが、目標駐車位置において舵角を中立まで戻す経路を設定するような場合には、切換位置以降も車庫入れ駐車の経路生成ロジックを用いて経路を生成してもよい。

以上の説明では、２円モデルを用いて切換位置を求める手法を説明したが、駐車支援ＥＣＵ１の計算能力に余裕がある場合には、目標位置から逆算することによって切換位置を求めてもよい。切換位置から目標位置までの経路においては、経路長を短くして、前車両２０１と後車両２０２の間隔が短く場合でも駐車支援を可能とするため、曲率の走行距離に対する変化速度の絶対値は最大速度にすることが好ましい。

以上の説明では、自動操舵機能を有する駐車支援装置における実施例を説明してきたが、操舵を自動的に行う技術だけでなく、運転者に対して適切な操舵量を指示する操舵ガイダンスを行う技術においても同様に用いることができる。また、駐車支援装置に限らず、走行形態に応じて経路のパターンが複数存在し、そのパターンに応じて車両の移動を誘導する走行支援装置、レーンキープシステム等にも適用可能である。

本発明の実施形態である駐車支援装置１００のブロック構成図である。 縦列駐車の基本的な移動軌跡パターンを示す図である。 車庫入れ駐車の基本的な移動軌跡パターンを示す図である。 本発明における経路設定処理のフローチャートである。 図４における座標変換を説明する図である。 ２円モデルの概念を説明する図である。 図３で設定される走行距離に対する曲率変化量としての経路を説明する図である。 車庫入れロジックにおいて計算上の目標駐車地点より後方に至る経路を設定した場合の経路を説明する図である。

符号の説明

１…駐車支援ＥＣＵ、１０…画像処理部、１１…操舵制御部、２０…自動操舵装置、２１…ステアリングシャフト、２２…ステアリングホイール、２３…操舵角センサ、２４…操舵アクチュエータ、２５…転舵輪、３１…入力手段、３２…後方カメラ、３３…スピーカー、３４…モニタ、４１…車輪速センサ、４２…加速度センサ、１００…駐車支援装置、２００…自車両、２０１…前車両、２０２…後車両、２１０…道路、２１１…道路、２１５…駐車スペース、２２０…車庫。

Claims (4)

1. 車庫入れ駐車時において、現在位置を第１の位置、目標駐車位置を第２の位置とし、各位置における所定方向に対する車両の向きとして表される偏向角を設定し、誘導開始に先立ち、または、経路修正が必要と判断した場合に、該車庫入れ駐車の移動軌跡を、第１の位置から第２の位置まで車両を移動させるとともに、第１の位置における偏向角から第２の位置における目標偏向角まで車両の移動に伴って変化させる移動軌跡であって、操舵中立状態から舵角を増大させながら後退した後、舵角を戻しながら後退する経路を含む走行距離に対して目標舵角を対応させた経路として第１及び第２の位置、並びにそれらの位置の偏向角に基づいて求める移動軌跡生成ロジックにより求め、求めた移動軌跡に基づいて車両を誘導する車両用走行支援装置において、
   縦列駐車時には、現在位置と目標位置との間に位置し、現在位置からは操舵中立状態から舵角を増大させながら後退した後、舵角を戻しながら後退して操舵中立状態で到達する切換位置と、現在位置の偏向角と、該切換位置における目標偏向角を算出し、現在位置を前記第１の位置とし、該切換位置を前記第２の位置として、各位置とそれらの位置における偏向角に基づいて上記車庫入れ駐車の移動軌跡生成ロジックを利用して現在位置から切換位置まで車両の移動に伴い偏向角を設定した目標偏向角に変化させる移動軌跡を設定することを特徴とする車両用走行支援装置。
2. 前記現在位置から前記切換位置までの設定移動軌跡において、操舵中立状態から舵角を増大させながら後退した後、舵角を戻しながら後退する経路より現在位置側または切換位置側に所定距離以上の直進経路を設定することが可能な場合に、前記現在位置から前記切換位置までの経路設定が可能と判定することを特徴とする請求項１記載の車両用走行支援装置。
3. 切換位置から目標位置までの移動軌跡は、走行距離に対して所定の傾きで曲率の絶対値を増大させ、曲率最大の状態を維持して目標位置へと到達する経路として設定することを特徴とする請求項１記載の車両用走行支援装置。
4. 切換位置を前記第１の位置とし、目標駐車位置を前記第２の位置として上記車庫入れ駐車の移動軌跡生成ロジックに基づいて移動軌跡を設定することにより、切換位置から目標駐車位置までの移動軌跡を設定することを特徴とする請求項１記載の車両用走行支援装置。

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