JP4294450B2 - 車両用運転支援装置 - Google Patents

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Description

本発明は、自車走行レーン上の先行車を捕捉し、捕捉した先行車に対する追従走行制御を行う車両用運転支援装置に関する。
近年、ミリ波レーダ、赤外線レーザレーダ、ステレオカメラや単眼カメラ等を用いて車両前方の車外環境を認識し、認識した車外環境に基づいて自車の走行制御等を行う車両用運転支援装置が実用化されつつある。この種の車両用運転支援装置においては、特に、先行車の認識結果に応じて定速走行制御や先行車に対する追従走行制御を行う車間距離制御クルーズコントロール(ACC;Adaptive Cruise Control)機能が主となっている。
ところで、この種の車両用運転支援装置においては、雨、雪、霧、逆光、夜間時等に先行車等の認識能力が低下する場合がある。これに対処するに、例えば特許文献1には、ステレオカメラで得られた画像を処理することにより先行車等との車間距離を検出し、ミリ波レーダによって得られたデータから先行車等との車間距離を検出するとともに、外部環境等に基づいてステレオカメラ及びミリ波レーダの信頼度を判定し、判定した信頼度に基づき、画像処理で得られた車間距離とミリ波レーダからのデータ処理で得られた車間距離のうちの何れかを選択的に用いる技術が開示されている。
特開平6−230115号公報
しかしながら、特許文献1のように、ステレオカメラとミリ波レーダとの一方を、一義的に外部環境等に基づく信頼度によって選択する技術では、ミリ波レーダに比べて天候等に左右されやすく誤認識の機会が多いステレオカメラを使用する頻度が極めて低くなってしまい、カメラならではの画像の視野角の広さを有効に利用することができない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、撮像手段とレーダ手段との双方の利点を有効に活用しつつ、誤認識を防止して先行車に対する適切な追従走行を可能とすることのできる車両用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、本発明の車両用運転支援装置は、撮像手段からの情報とレーダ手段からの情報とに基づいて自車走行レーン上の先行車を捕捉し、この先行車に対する追従走行制御を行う車両用運転支援装置であって、上記先行車の情報に、上記撮像手段と上記レーダ手段との何れか一方、或いは双方の組合せによる認識種別を付加する手段と、上記先行車を上記撮像手段と上記レーダ手段との双方で認識できていない状態から、上記撮像手段のみによる認識種別で上記先行車を認識したとき、上記先行車に対する追従走行制御を禁止する一方、上記先行車を上記撮像手段と上記レーダ手段との双方で認識できていない状態から、少なくとも上記レーダ手段のみによる認識種別または上記双方の組合せによる認識種別によって上記先行車を認識したときは、上記追従走行制御を許可する追従走行制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の車両用運転支援装置は、自車走行レーン上の先行車に追従するよう追従走行制御を行う車両用運転支援装置であって、車両前方の車外環境を認識する撮像手段と、車両前方の車外環境を認識するレーダ手段と、上記撮像手段からの情報と上記レーダ手段からの情報とを用いて自車走行レーン上の上記先行車を認識する先行車認識手段と、上記先行車が認識された場合、上記先行車が少なくとも上記撮像手段からの情報によって認識されたか又は上記レーダ手段からの情報によって認識されたかを特定する特定手段と、上記追従走行制御の実行中に上記先行車が認識されなくなった状態から上記撮像手段からの情報のみによって認識された場合は上記追従走行制御を禁止する一方、上記追従走行制御の実行中に上記先行車が認識されなくなったとしても、その状態から少なくとも上記レーダ手段からの情報を用いて認識された場合は上記追従走行制御を許可する追従走行制御手段とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の車両用運転支援装置は、自車走行レーン上の先行車に追従するよう追従走行制御を行う車両用運転支援装置であって、車両前方の車外環境を認識する撮像手段と、車両前方の車外環境を認識するレーダ手段と、上記撮像手段からの情報と上記レーダ手段からの情報とを用いて自車走行レーン上の上記先行車を認識する先行車認識手段と、上記先行車が認識された場合、上記先行車が少なくとも上記撮像手段からの情報によって認識されたか又は上記レーダ手段からの情報によって認識されたかを特定する特定手段と、上記追従走行制御の実行中に上記先行車が認識されなくなった状態から上記撮像手段からの情報のみによって認識された場合は上記追従走行制御を禁止する一方、上記追従走行制御の実行中に上記先行車が少なくとも上記レーダ手段からの情報によって認識された状態から上記撮像手段からの情報のみによって認識された状態になった場合は上記追従走行制御を許可する追従走行制御手段とを備えたことを特徴とする。
本発明の車両用運転支援装置は、撮像手段とレーダ手段との双方の利点を有効に活用しつつ、誤認識を防止して先行車に対する適切な追従走行を可能とすることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図4は本発明の実施の一形態に係わり、図1は運転支援装置を搭載した車両の概略構成図、図2は車両用運転支援装置の全体システム構成図、図3はクルーズコントロール機能のブロック図、図4はクルーズコントロール実行判定ルーチンのフローチャートである。
図1において、符号1は自動車等の車両(自車)を示し、この車両1には運転支援装置(ADA;Active Drive Assist system)2が搭載されている。図2に示すように、運転支援装置2は、ステレオカメラユニット3と、ミリ波レーダユニット4と、イメージプロセッシングユニット(IPU)5と、プレビューコントロールユニット(PCU)6と、エンジンコントロールユニット(ECU)7と、ビークルダイナミクスコントロールユニット(VDC)8と、統合ユニット9とを有し、これらがCAN(Controller Area Network)等の多重通信系で接続されている。また、統合ユニット9には、例えば、通信速度の異なる他の通信系(車体側通信系)を介して、センターディスプレイ10と、コンビネーションメータ11と、オーディオ装置12とが接続されている。
ステレオカメラユニット3は、例えば電荷結合素子(CCD)等の固体撮像素子を用いた1組の(左右の)CCDカメラを有して構成されている。これら左右のCCDカメラは、それぞれ車室内の天井前方に所定の基線長をもって取付けられ(図1参照)、車外の対象を異なる視点で撮像する。そして、ステレオカメラユニット3は、左右のCCDカメラで撮像した各画像(基準画像及び比較画像)をA/D変換して各種補正処理を行い、これらの画像信号をIPU5に出力する。
ミリ波レーダユニット4は、例えば、車両1のフロントバンパ構造材に取り付けられている(図1参照)。このミリ波レーダユニット4は送受信部(図示せず)を有し、送受信部は、車両1の水平方向に、所定の走査範囲で、一定の間隔毎にミリ波を送受信する。そして、ミリ波レーダユニット4は、送信したミリ波が立体物等の反射対象で反射されて戻ってくるまでの時間差を基に、自車前方の立体物の二次元分布情報からなるミリ波レーダ画像を生成し、これをIPU5に出力する。
ステレオカメラユニット3及びミリ波レーダユニット4からの各画像信号は、IPU5にて処理され、IPU5から車外環境の認識結果が出力される。このIPU5による車外環境の認識結果は、運転支援装置2の各機能を統括するPCU6に入力される。PCU6は、IPU5やVDC8から得られる情報等に基づいて各種運転支援機能を実行し、センターディスプレイ10やコンビネーションメータ11への表示信号の出力、コンビネーションメータ11やオーディオ装置12に接続するスピーカ11a、12aへのブザー(或いは音声)信号の出力、ECU7、VDC8への制御信号の出力等を適宜行う。
PCU6による運転支援機能としては、例えば、以下に示すように、車間距離、車線逸脱、ふらつきに対する警報機能、グリップ予測機能、視界支援機能があり、更に、先行車の認識結果に応じて定速走行制御や先行車に対する追従走行制御を行う車間距離制御クルーズコントロール(Adaptive Cruise Control;ACC)機能がある。
(a)車間距離警報機能
自車走行レーン上に先行車を捕捉している場合において、先行車との車間距離を監視し、この車間距離が所定の警報車間距離以下になったとき、コンビネーションメータ11の警報灯を表示するとともに、スピーカ11aからのブザー音による警報を出力する。
(b)車線逸脱警報機能
自車走行レーンの白線と自車1との位置関係から、予め設定された前方距離内で、白線と自車1の外側側壁の延長線の間隔とが略”0”となると判定したとき、コンビネーションメータ11の警報灯を点灯表示すると共に、スピーカ11aからのブザー音による警報を出力する。
(c)ふらつき警報機能
自車1と白線との関係に基づいて自車走行レーン上でのふらつきを計測し、その周波数分析からよそ見や居眠りに関係の深いふらつきを検出したとき、車線逸脱警報の警報タイミングを早める。さらに、車線逸脱を検出した際にスピーカ12aからの音声による警報を行う。
(d)グリップ予測機能
ドライバによるブレーキ踏み込み時の前後輪の車輪速差を検出し、この値が所定値を越えたとき、タイヤがスリップしやすい状態にあると判断し、センターディスプレイ10を通じてその旨を表示する。
(e)視界支援機能
自車走行レーン上を走行する先行車や、対向車との車間距離情報をセンターディスプレイ10を通じて表示する。また、先行車に自車が一定速度以上の速さで接近しているとき、スピーカ12aからのブザー音による警報を出力する。
(f)ACC機能
センターディスプレイ10に設けられたタッチスイッチを操作してドライバが所望の走行車速をセットした場合、自車走行レーン上に先行車がいないときには、セットされた車速で自動定速走行を行い、自車走行レーン上に自車より低速の先行車を捕捉したときには、適切な車間距離を保持するように追従走行制御を行う。
尚、センターディスプレイ10のタッチスイッチは、各運転支援機能の実行/解除やセンターディスプレイ10の表示切り替え等を行うものであり、ACC機能のON/OFFを行うメインスイッチ、定速走行時の目標車速を設定する車速スイッチ、主に目標車速を下降側へ変更設定するコーストスイッチ、主に目標車速を上昇側へ変更設定するリジュームスイッチ等を操作することにより、ACC機能を選択することができる。
このACC制御機能は、各ユニットで異常を検出したシステム異常時は勿論のこと、IPU5において、ステレオ画像に基づく霧や雨或いは逆光等の撮像環境の悪化を検出した場合、フロントガラス,カメラレンズの汚れ、ミリ波レーダ画像に基づくレーダの軸ズレやレーダカバーの汚れ等を検出した場合には、OFFとされる。また、ACC制御機能がONであっても、先行車情報に付加される後述の認識種別情報から誤認識の可能性があると判断される場合には、先行車に対する追従走行が禁止される。
図3は、IPU5及びPCU6によるACC制御機能の主要構成を示すものであり、IPU5による先行車情報認識部20とPCU6によるACC演算部21とに大別される。先行車情報認識部20は、先行車との距離、速度、認識種別等の情報をACC演算部21に出力し、これらの情報に基づいてACC演算部21で先行車との目標車間距離を演算し、ECU7に対するエンジン出力制御の指示値やVDC8に対するブレーキ制御の指示値を出力する。
具体的には、先行車情報認識部20は、ステレオ画像に基づく立体物認識処理、レーダ画像に基づく立体物認識処理、ステレオ画像に基づいて認識した立体物(以下、画像立体物と称す)とレーダ画像に基づいて認識した立体物(以下、レーダ立体物と称す)とを融合した立体物認識処理を行い、その認識結果に基いて自車両前方の先行車を捕捉する。
すなわち、ステレオ画像に基づく立体物認識処理では、ステレオ画像の三角測量の原理等を用いた周知の演算処理により、道路上の白線、道路に沿って存在するガードレールや縁石等の側壁、車両等の立体物を認識する。そして、認識された白線、側壁、立体物に係る各データに、それぞれのデータ毎に異なったIDを割り当てる。その際、車両等の立体物は2以上の面がコーナーを介して連続して認識されることが多いため、このような車両等の可能性が高い立体物を、コーナー状立体物として別途登録する。また、レーダ画像に基づく立体物認識処理では、レーダ画像上の距離値が連続する部分を1つの立体物として抽出し、抽出された立体物に係る各データに、IDを割り当てる。
次に、各画像立体物と各レーダ立体物と位置や移動速度に基づいて、各画像立体物と各レーダ立体物の各組合せ全てについての同一確率の判定を行い、同一確率が所定以上で最も一致する画像立体物とレーダ立体物の各組み合わせを、ステレオ画像とミリ波レーダとのセンサフュージョンによる立体物(フュージョン立体物)として認識する。その結果、画像立体物単体により認識された立体物、レーダ立体物単体により認識された立体物、画像立体物とレーダ立体物との組み合わせにより認識されたフュージョン立体物の何れかからなる各立体物を自車前方に認識する。
更に、ステレオ画像から認識した白線、側壁等の情報や、VDC8から得られる自車1の走行状態情報等に基づいて自車走行レーンの推定を行い、更に、推定した自車走行レーン上に存在する立体物を抽出する。そして、自車走行レーン上に立体物が抽出された場合、その中から自車に最も近距離に位置する立体物を先行車として捕捉し、先行車までの距離や速度等の先行車データに、先行車が、画像立体物、レーダ立体物、フュージョン立体物の何れとして認識されているかの認識種別を、自車走行レーン上での立体物の抽出不能時(先行車の捕捉不能時)に先行車のロストを判定した状態を含めて付加する。
この先行車の認識種別は、本形態においては、以下の示すように、R1,R2,R3の3種類の認識種別として先行車情報に付加する。この認識種別R1〜R3は、実際には、フラグとして先行車データに付加される。
R1…ステレオ画像のみからの認識状態
R2…ミリ波レーダのみからの認識状態、及び
ステレオ画像とミリ波レーダとのフュージョンによる認識状態
R3…ステレオ画像とミリ波レーダとの何れも非認識のロスト状態
ACC演算部21は、自車走行レーン上に先行車が存在しないとき、ドライバがセットしたセット車速を維持するよう制御する定速走行モード、自車走行レーン上に自車よりも低速の先行車を捕捉したとき、捕捉した先行車との適切な車間距離を保って追従走行する追従走行モードを基本として、追従走行中に先行車をロストしたとき、ロスト時の車速を保持する保持走行モード、VDC8を介した加減速モード等の状態遷移を先行車情報に基づいて演算する。尚、状態遷移は、先行車情報に基づいて随時更新される。
また、ACC演算部21では、先行車情報から先行車が存在するとき、認識種別から先行車の誤認識がなく先行車に対する追従走行が可能か否かを判定する。そして、その判定結果に応じて、VDC8へブレーキ制御指示を出力したり、また、先行車への追従走行の目標車速を演算し、その指示値をECU7へ出力する。目標車速がECU7へ出力されると、ECU7では、目標車速と実際の車速との偏差に応じてスロットル弁を開閉駆動するアクチュエータを介してスロットル開度をフィードバック制御し、自車の車速を制御する。
以上のACC制御機能における先行車への追従走行の可否は、具体的には、図4に示すプログラム処理によって判定される。以下、図4のクルーズコントロール実行判定ルーチンについて説明する。
このクルーズコントロール実行判定ルーチンは、ACC制御実施可能条件下において、センターディスプレイ10のACCメインスイッチのON操作によってスタートされ、所定時間毎に繰り返し実行される。
このルーチンがスタートすると、先ず、ステップS101において、IPU5からの先行車情報を読込み、ステップS102で自車走行レーン上に先行車が捕捉されている(先行車有り)か否かを調べる。その結果、先行車が捕捉されていない場合には、ステップS103へ進んで、定速走行モードでの制御を実行し、ルーチンを抜ける。
この定速走行モードでの制御では、ドライバがセットしたセット車速を目標車速として算出し、この目標車速がPCU6からECU7へ出力される。ECU7においては、目標車速と現在の自車速との偏差を0に収束させるようエンジンのスロットル弁の開度をフィードバック制御する。すなわち、スロットルの開度が大きくなると、エンジン回転数が上昇して車速が上昇し、逆にスロットルの開度を小さくしていくと、エンジンブレーキが作動して減速していく。これにより、自車両1は、ドライバがセットした車速で定速走行するよう自動的に制御される。
一方、ステップS102において、自車走行レーン上に先行車がいない場合には、ステップS102からステップS104へ進み、前回、先行車のロスト判定がなされていたか否かを調べる。そして、前回、ロスト判定がなかった場合には、ステップS105へ進んで先行車への追従走行を許可し、状態遷移に応じたクルーズコントロールを実行してルーチンを抜ける。
例えば、先行車への追従走行モードでは、自車の速度に設定時間を乗算して追従対象との車間距離の目標値を求め、先行車の速度に、目標車間距離と実際の車間距離との偏差及び自車と先行車との間の相対速度に応じた演算値を加算して目標車速を演算する。そして、この目標車速がPCU6からECU7に出力され、目標車速と実際の自車の車速との偏差に応じてスロットル弁の開度がフィードバック制御される。また、自車の走行レーンに他車の割込みがあった場合等には、必要に応じてPCU6からVDC8を介して自動ブレーキによる減速指示が出力され、自車と先行車との車間距離が目標車間距離に等しくなるように制御される。これにより、自車両1は、先行車に対して適正車間距離を保持した状態で追従走行する。
また、前回、追従走行中であって、今回、先行車をロストした場合には、保持走行モードに移行し、PCU6からECU7に出力される目標車速と現在の自車の車速との偏差に応じてスロットル弁の開度がフィードバック制御され、先行車を捕捉できなくなったときの目標車速に等しくなるような制御を維持する。すなわち、追従中の先行車両が捕捉できなくなったとしても、直ちに加速することなく現在の車速変化状態を保持し、制御上の緩衝帯を設けると共にドライバが違和感を持つことを防止する。
一方、ステップS104において、前回、ロスト判定が有った場合には、ステップS104からステップS106へ進み、先行車情報に含まれる認識種別がR1、すなわち今回の先行車の認識が画像のみによるものであるか否かを調べる。その結果、認識種別はR1でない場合には、前述のステップS105で状態遷移に応じたクルーズコントロールを実行し、認識種別がR1の画像のみによって先行車を認識している場合には、ステップS107へ進んで、先行車への追従走行を禁止する。この追尾禁止の判定がなされた時点では、そのときの走行状態を維持し、警報を発してドライバに注意を喚起する等の処置を行い、その後の状況の変化に応じて、適宜、ECU7、VDC8を介した車速やブレーキの制御を行う。
すなわち、前回、ロスト状態で画像及びミリ波レーダの双方で何も捉えていない状態から、今回、画像のみによる認識で先行車を捕捉した状態となったときには、ミリ波レーダの画像からは認識されない物体像、例えば、所定の天候条件下で発生するゴースト像や、カーブ走行中のレーダ視界から先行車が外れた背景像を、先行車として誤認識している可能性がある。従って、前回、ロスト状態で、今回、画像のみによって先行車と認識された物体像への追尾を禁止することで、誤制御による不具合発生を未然に防止する。
この場合、前回、ミリ波レーダ、或いは画像とミリ波レーダとのフュージョンにより先行車を認識しており、その後、カーブに侵入して先行車がレーダ視界から外れ、画角の広い画像のみによって先行車を認識した場合には、誤認識の虞がないため、先行車データは信頼できるものとして制御を継続するようにしており、画像の視野角の広さを有効に利用した制御とすることができる。
このように、先行車情報に、ステレオ画像、ミリ波レーダ、及びこれらのフュージョンの何れで先行車を認識しているかを示す認識種別の情報を付加しておき、先行車をロストした状態から新たに認識し、認識種別から画像のみによって先行車を認識したと判明した場合には、先行車に対する追従走行を禁止することで、誤認識による不具合を未然に防止し、制御信頼性を向上して予防安全性を高めることができる。
運転支援装置を搭載した車両の概略構成図 車両用運転支援装置の全体システム構成図 クルーズコントロール機能のブロック図 クルーズコントロール実行判定ルーチンのフローチャート
符号の説明
1 自車両
2 運転支援装置
3 ステレオカメラユニット
4 ミリ波レーダユニット
5 イメージプロセッシングユニット
6 プレビューコントロールユニット
20 先行車情報認識部
21 ACC演算部
R1,R2,R3 認識種別
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (5)

  1. 撮像手段からの情報とレーダ手段からの情報とに基づいて自車走行レーン上の先行車を捕捉し、この先行車に対する追従走行制御を行う車両用運転支援装置であって、
    上記先行車の情報に、上記撮像手段と上記レーダ手段との何れか一方、或いは双方の組合せによる認識種別を付加する手段と、
    上記先行車を上記撮像手段と上記レーダ手段との双方で認識できていない状態から、上記撮像手段のみによる認識種別で上記先行車を認識したとき、上記先行車に対する追従走行制御を禁止する一方、上記先行車を上記撮像手段と上記レーダ手段との双方で認識できていない状態から、少なくとも上記レーダ手段のみによる認識種別または上記双方の組合せによる認識種別によって上記先行車を認識したときは、上記追従走行制御を許可する追従走行制御手段と
    を備えたことを特徴とする車両用運転支援装置。
  2. 自車走行レーン上の先行車に追従するよう追従走行制御を行う車両用運転支援装置であって、
    車両前方の車外環境を認識する撮像手段と、
    車両前方の車外環境を認識するレーダ手段と、
    上記撮像手段からの情報と上記レーダ手段からの情報とを用いて自車走行レーン上の上記先行車を認識する先行車認識手段と、
    上記先行車が認識された場合、上記先行車が少なくとも上記撮像手段からの情報によって認識されたか又は上記レーダ手段からの情報によって認識されたかを特定する特定手段と、
    上記追従走行制御の実行中に上記先行車が認識されなくなった状態から上記撮像手段からの情報のみによって認識された場合は上記追従走行制御を禁止する一方、上記追従走行制御の実行中に上記先行車が認識されなくなったとしても、その状態から少なくとも上記レーダ手段からの情報を用いて認識された場合は上記追従走行制御を許可する追従走行制御手段と
    を備えたことを特徴とする車両用運転支援装置。
  3. 自車走行レーン上の先行車に追従するよう追従走行制御を行う車両用運転支援装置であって、
    車両前方の車外環境を認識する撮像手段と、
    車両前方の車外環境を認識するレーダ手段と、
    上記撮像手段からの情報と上記レーダ手段からの情報とを用いて自車走行レーン上の上記先行車を認識する先行車認識手段と、
    上記先行車が認識された場合、上記先行車が少なくとも上記撮像手段からの情報によって認識されたか又は上記レーダ手段からの情報によって認識されたかを特定する特定手段と、
    上記追従走行制御の実行中に上記先行車が認識されなくなった状態から上記撮像手段からの情報のみによって認識された場合は上記追従走行制御を禁止する一方、上記追従走行制御の実行中に上記先行車が少なくとも上記レーダ手段からの情報によって認識された状態から上記撮像手段からの情報のみによって認識された状態になった場合は上記追従走行制御を許可する追従走行制御手段と
    を備えたことを特徴とする車両用運転支援装置。
  4. 上記追従走行制御手段は、
    上記先行車と自車との相対距離及び相対速度に基づいて上記相対距離が目標車間距離になるよう目標車速を設定し、該目標車速になるように自車の車速を制御する追従走行モードと、
    上記追従走行制御の実行中に上記先行車が認識されなくなった場合は上記先行車を認識できなくなったときの上記目標車速で自車の車速を制御する保持走行モードとを有し、
    上記追従走行制御の実行中に上記先行車が認識されなくなった状態から少なくとも上記レーダ手段からの情報を用いて認識された場合は上記保持走行モードから上記追従走行モードに復帰する
    ことを特徴とする請求項1から請求項3までの何れか一項に記載の車両用運転支援装置。
  5. 上記撮像手段を一対のカメラを所定の基線長で配置したステレオカメラとし、上記レーダ手段をミリ波レーダとすることを特徴とする請求項1から請求項4までの何れか一項に記載の車両用運転支援装置。
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