JP4325363B2 - Vehicle lane travel support device - Google Patents
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本発明は、車両のレーン走行支援装置に関し、特に、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、これらによって、走行レーン内を車両が走行するように支援する車両のレーン走行支援装置に係る。 The present invention relates to a vehicle lane travel support device, and more particularly, a steering control unit that operates according to a steering wheel operation of a driver and can control a steering state according to a road surface traveling state of the vehicle, and a road surface by an imaging unit. The present invention relates to a vehicle lane travel support device that includes travel lane detection means for detecting travel lanes from images that are continuously captured, and that assists the vehicle to travel in the travel lane.
車両のレーン走行支援装置としては、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段を備え、これを制御して車両が走行レーン内を走行するようにレーンキープアシストが基本であるが、更に、走行支援を越えて、運転者の操作とは無関係に自動的に操舵制御を行ない、車両が走行レーン内の走行を維持し得るように制御する装置も知られている。 The vehicle lane travel support device includes steering control means that operates according to the steering wheel operation of the driver and can control the steering state according to the road surface traveling state of the vehicle. The lane keep assist is basic so that the vehicle can travel inside, but further, the vehicle can maintain the traveling in the traveling lane beyond the driving assistance by automatically performing the steering control regardless of the operation of the driver. Such a control device is also known.
例えば、下記の特許文献１には、自ら走行路を探索しながら、その走行路上に最適な目標経路を設定して、車両がその目標経路上を走行するように支援する車両の走行制御を行なわせることを目的とし、以下のように構成された自動走行装置が提案されている。即ち、撮像装置により車両の進行方向の領域を撮像した画像にもとづいて道路エッジを認識することにより自ら走行可能領域を探索しながら、その走行可能領域内に適切な目標経路を設定し、そのときの車両の走行状態にしたがって車両をその目標経路に合流させるための最適な制御目標量を求めて、その制御目標量に応じて車両の走行制御を行なわせる旨記載されている。 For example, in Patent Document 1 below, while searching for a traveling route, an optimal target route is set on the traveling route, and vehicle traveling control is performed to assist the vehicle traveling on the target route. An automatic traveling apparatus configured as follows has been proposed. That is, an appropriate target route is set in the travelable area while searching for the travelable area by recognizing the road edge based on the image obtained by capturing the area in the traveling direction of the vehicle by the imaging device. It is described that an optimal control target amount for joining the vehicle to the target route is obtained in accordance with the traveling state of the vehicle, and the vehicle is controlled according to the control target amount.
あるいは、下記の特許文献２には、例えばプラント、工場等の床面に安全通路を表示するため前記通路両側に標記された白線を誘導帯として使用し、特に狭隘な場所でのコーナリングが容易になし得ることを目的として、安全通路の限界を示すために床面に設けられた白線等をそのまま誘導帯として使用し、走行車の現在の方位とコーナ部の角度とから操舵量を算出してコーナリングを行うように構成された走行車の誘導装置が提案されている。 Alternatively, in Patent Document 2 below, for example, a white line marked on both sides of the passage is used as a guide band in order to display a safety passage on the floor surface of a plant, factory, etc., and cornering in a narrow space is easy. For the purpose of being able to do so, the white line provided on the floor surface is used as it is as a guide band to show the limit of the safety passage, and the steering amount is calculated from the current direction of the traveling vehicle and the angle of the corner part A traveling vehicle guidance device configured to perform cornering has been proposed.
更に、下記の特許文献３には、運転者がハンドル操作しなくても前方の走行レーン上を外れることなく走行することができる自動車用自動操舵装置が提案されている。この特許文献３には、自動車の右側下方向の進路を撮影する撮影手段と、この撮影手段にて撮影した道路の中から隣接する走行レーンの境界を示すラインを認識する認識手段と、この認識手段にて認識したラインの基準位置からの距離を検出する距離検出手段と、この距離検出手段にて検出した距離に応じた舵角制御信号を発生する舵角制御手段と、この舵角制御手段からの舵角制御信号を受けて車両の進行方向を変化させる舵角駆動手段とを備え、前記舵角制御信号による舵角制御手段の作動にて前記距離検出手段にて検出される距離を所定値に保持せしめるようにする旨記載されている。 Further, Patent Document 3 below proposes an automatic steering apparatus for an automobile that can travel without departing from the front traveling lane even if the driver does not operate the steering wheel. This Patent Document 3 includes a photographing means for photographing a path in the lower right direction of a car, a recognition means for recognizing a line indicating a boundary of an adjacent traveling lane among roads photographed by the photographing means, and this recognition. Distance detecting means for detecting the distance from the reference position of the line recognized by the means, steering angle control means for generating a steering angle control signal corresponding to the distance detected by the distance detecting means, and the steering angle control means A steering angle driving means for changing the traveling direction of the vehicle in response to a steering angle control signal from the vehicle, and a distance detected by the distance detection means by the operation of the steering angle control means by the steering angle control signal is predetermined. It is described that the value is held.
上記の特許文献に記載の装置によれば、何れも画像によって検出した車両等の走行レーンに沿ってコーナリングを行なうことが可能とされている。この場合において、現実的な対応としては、必ずしも運転者の操作と無関係に自動的に操舵することは必要ではなく、例えば運転者によるステアリングホイールの操作に対し、車両が走行レーンの中央を維持するように操舵トルクを付加することによって、ステアリングホイールの操作負荷を軽減し、巡航運転を支援することができる。 According to the devices described in the above-mentioned patent documents, it is possible to perform cornering along a traveling lane of a vehicle or the like detected by an image. In this case, as a realistic response, it is not always necessary to automatically steer regardless of the operation of the driver. For example, the vehicle maintains the center of the traveling lane with respect to the steering wheel operation by the driver. By adding the steering torque in this way, the operation load on the steering wheel can be reduced and the cruise operation can be supported.
このようなレーン走行支援装置においては、カメラで撮像した画像から路面上の走行レーンを適切且つ安定的に検出することが重要となる。通常、路面上には、走行レーン（車線）の境界を識別するレーン境界線をはじめ種々の目的に応じて標示線（レーンマーク）が塗装されており、実線のみならず破線のレーンマークや、白色あるいは黄色というように異なる色彩のレーンマークが混在し、更には、これらが複合されたものも存在する。また、レーンマークは直線に限らず曲線も存在するが、この曲線のレーンマークを特定するために曲率を求めるには遠方までレーンマークを確実に検出する必要が生ずる。従って、レーン走行支援装置に供する撮像手段としては、遠方までレーンマークを高精度で検出し得る前方監視カメラが必要とされる。 In such a lane travel support device, it is important to appropriately and stably detect a travel lane on the road surface from an image captured by a camera. Usually, on the road surface, marking lines (lane marks) are painted according to various purposes including a lane boundary line that identifies the boundary of the driving lane (lane), not only a solid line but also a broken lane mark, There are lane marks of different colors such as white or yellow, and there are also those in which these are combined. Further, the lane mark is not limited to a straight line, but there is a curved line. In order to determine the curvature in order to specify the lane mark of the curved line, it is necessary to reliably detect the lane mark far away. Therefore, a forward monitoring camera capable of detecting a lane mark with high accuracy to a long distance is required as an imaging unit provided for the lane travel support device.
ところで、近時の車両には、車両前方あるいは後方の近傍の確認や駐車支援用に前方監視カメラや後方監視カメラが装着されているものがある。しかし、これら既設の前方監視カメラや後方監視カメラは近傍の画像を確保し得るに留まり、遠方の画像は不鮮明となるので、曲線のレーンマークに対し曲率を求めることはできない。従って、直線の検出を基本とせざるを得ず、このようなレーンマークの検出に既設のカメラが転用されることはなく、別途、高性能の前方監視カメラが採用され高価な装置となっていた。 By the way, some recent vehicles are equipped with a front monitoring camera and a rear monitoring camera for confirmation of parking in front of or behind the vehicle and for parking assistance. However, these existing front and rear monitoring cameras can only secure a nearby image, and distant images are unclear, so the curvature cannot be obtained for a curved lane mark. Therefore, it must be based on the detection of a straight line, and the existing camera is not diverted for the detection of such a lane mark. .
そこで、本発明は、操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、これらによって、車両が走行レーン内を走行するように支援する車両のレーン走行支援装置において、撮像手段の精度に大きく依存することなく、曲線のレーンマークに対しても適用することができ、車両のレーン走行支援を適切に行ない得るレーン走行支援装置を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention includes a steering control unit that can control the steering state, and a traveling lane detecting unit that detects a traveling lane from the captured image, and by using these, a vehicle that assists the vehicle to travel in the traveling lane. To provide a lane driving support device that can be applied to curved lane marks and can appropriately perform lane driving support of a vehicle without greatly depending on the accuracy of the imaging means in the lane driving support device. Let it be an issue.
上記の課題を達成するため、本発明は、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から、前記走行レーンを標示するレーンマークを直線として検出する走行レーン検出手段を備え、該走行レーン検出手段が検出した走行レーン内を前記車両が走行するように前記操舵制御手段を制御して、前記車両の前記走行レーン内の走行を支援する車両のレーン走行支援装置において、請求項１に記載のように、前記車両のヨーレイト及び車体速度を含む前記車両の操舵状態及び走行状態を検出する状態検出手段と、前記走行レーン検出手段の検出結果と前記車両の操舵状態及び走行状態に応じて、前記車両の前記走行レーンに対する相対位置を表す相対位置指標を含む状態量を演算する車両状態量演算手段と、該車両状態量演算手段が演算した前記車両の相対位置指標、並びに前記状態検出手段が検出したヨーレイト及び車体速度に基づき、平面座標における前記車両の位置座標を演算し、前記車両の位置座標と前記車両の相対位置指標に基づき前記走行レーン中央の位置座標を演算し、該演算結果を蓄積して前記走行レーン中央の位置座標を円弧と仮定し、該円弧の半径に基づき道路曲率を推定する道路曲率推定手段と、該道路曲率推定手段が推定した道路曲率並びに前記状態検出手段が検出した車両の操舵状態及び走行状態に基づき前記車両に対する目標状態量を設定する目標状態量設定手段とを備え、該目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との比較結果に応じて前記車両の前記走行レーン内の走行を支援するように構成したものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides a steering control means that operates in accordance with a steering wheel operation of a driver and can control a steering state in accordance with a road running state of a vehicle, and an imaging means to continuously provide a road surface. Travel lane detection means for detecting a lane mark indicating the travel lane as a straight line from the captured image, and the steering control means so that the vehicle travels in the travel lane detected by the travel lane detection means. In the vehicle lane travel support device that controls and supports the travel of the vehicle in the travel lane, the steering state and travel state of the vehicle including the yaw rate and the vehicle body speed of the vehicle according to claim 1. state detecting means for detecting the in accordance with the steering state and the running state of the detection result and the vehicle of the travel lane detecting means, the travel record of the vehicle A vehicle state quantity calculating means for calculating a state quantity including a relative position index indicating the relative position with respect to emissions, the relative position index of said vehicle said vehicle state quantity calculating means is calculated, and the yaw rate and the vehicle body, wherein the state detecting means detects Based on the speed, the position coordinate of the vehicle in the plane coordinates is calculated, the position coordinate of the center of the travel lane is calculated based on the position coordinate of the vehicle and the relative position index of the vehicle, and the calculation result is accumulated and the travel Assuming that the position coordinates at the center of the lane are arcs, road curvature estimation means for estimating the road curvature based on the radius of the arc , the road curvature estimated by the road curvature estimation means, and the vehicle steering state detected by the state detection means And a target state quantity setting means for setting a target state quantity for the vehicle based on the running state, the target state quantity set by the target state quantity setting means and the target state quantity Both state quantity calculating means is that configured to support the travel of the travel in the lane of the vehicle in accordance with the comparison result of the state amount calculated.
尚、前記車両状態量演算手段における車両の操舵状態及び走行状態を表す指標としては、例えば操舵角及びヨーレイトがあり、前記目標状態量設定手段における車両の操舵状態及び走行状態を表す指標としては、例えば操舵角及び車体速度がある。そして、前記状態量を表す指標としては、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置たるレーン位置、その微分値であるレーン位置変動速度、前記車両のヨー角、及びヨーレイトがある。前記操舵制御手段は、例えば電動パワーステアリングシステムを備えたものとするとよい。 Note that, as the index indicating the steering state and the running state of the vehicle in the vehicle state quantity calculating means, there are, for example, the steering angle and the yaw rate, and as the index indicating the steering state and the running state of the vehicle in the target state quantity setting means, For example, there are steering angle and vehicle speed. The indicators representing the state quantity include a lane position that is a lateral position of the vehicle in the travel lane, a lane position fluctuation speed that is a differential value thereof, a yaw angle of the vehicle, and a yaw rate. The steering control means may include an electric power steering system, for example.
上記車両のレーン走行支援装置において、請求項２に記載のように、前記道路曲率推定手段は、前記走行レーン中央の位置座標の蓄積結果に対し最小自乗法によって曲率計算を行い、前記道路曲率を推定するように構成するとよい。 In the vehicle lane travel support device, as described in claim 2, the road curvature estimation means calculates a curvature by a least square method with respect to a result of accumulation of position coordinates in the center of the travel lane, and calculates the road curvature. It is good to comprise so that it may estimate.
上記車両のレーン走行支援装置において、前記道路曲率推定手段は、請求項３に記載のように、前記道路曲率の変化率を演算し、該変化率に基づき、前記目標状態量設定手段が前記車両に対する目標状態量を設定するように構成することができる。そして、請求項４に記載のように、前記目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態量演算手段が演算した状態量との比較結果に応じて、運転者に対して警報する警報手段及び前記操舵制御手段による操舵制御を修正する修正操舵手段の、少なくとも一方を備えたものとするとよい。 In lane running support device of the vehicle, the road curvature estimating means, as claimed in claim 3, calculates the rate of change of the road curvature, based on said change ratio, the target state quantity setting means the vehicle It can be configured to set a target state quantity for. According to a fourth aspect of the present invention, the driver is warned in accordance with a comparison result between the target state quantity set by the target state quantity setting means and the state quantity calculated by the vehicle state quantity calculating means. It is preferable that at least one of an alarm means and a correction steering means for correcting the steering control by the steering control means is provided.
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１及び２に記載のように構成された車両のレーン走行支援装置においては、道路曲率推定手段によって適切に推定された道路曲率等に基づき車両に対する目標状態量が設定されるので、撮像手段の精度に大きく依存することなく、曲線のレーンマークに対しても適用することができ、車両のレーン走行支援を適切に行なうことができる。また、前方監視カメラに限らず後方監視カメラを用いることもでき、更には既設の安価なカメラを用いることもできる。 Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects. That is, in the vehicle lane travel support apparatus configured as described in claims 1 and 2 , since the target state quantity for the vehicle is set based on the road curvature appropriately estimated by the road curvature estimation means, The present invention can be applied to curved lane marks without greatly depending on the accuracy of the image pickup means, and the vehicle lane travel support can be appropriately performed. Further, not only the front monitoring camera but also a rear monitoring camera can be used, and furthermore, an existing inexpensive camera can be used.
前記道路曲率推定手段及び目標状態量設定手段は、請求項３に記載のように構成すれば、道路曲率の変化率に基づき、道路曲率推定時の遅れを補償しつつ、目標状態量を設定することができるので、走行レーンの変化に対し適切に追従することができる。 If the road curvature estimation means and the target state quantity setting means are configured as claimed in claim 3 , the target state quantity is set while compensating for the delay at the time of road curvature estimation based on the change rate of the road curvature. Therefore, it is possible to appropriately follow changes in the driving lane.
そして、請求項４に記載のように構成すれば、適宜警報が行われるので、車両のレーン走行支援を適切に行なうことができる。あるいは、操舵制御手段による車両のレーン走行支援を円滑に行なうことができる。 According to the fourth aspect of the present invention, a warning is appropriately given, so that the vehicle lane traveling support can be appropriately performed. Alternatively, the vehicle lane travel support by the steering control means can be performed smoothly.
以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置の構成を示すもので、車両前方（図１の上方）に、撮像手段として例えばｃｃｄカメラで構成された前方監視用のカメラＣＭｆが配置されると共に、車両後方にも後方監視用のカメラＣＭｒが配置されているが、何れか一方のカメラが設けられておればよい。また、本実施形態の操舵制御手段として電動パワーステアリングシステムＥＰＳを備えている。このような電動パワーステアリングシステムＥＰＳは既に市販されており、運転者によるステアリングホイールＳＷの操作によってステアリングシャフトに作用する操舵トルクを、操舵トルクセンサＴＳによって検出し、この検出操舵トルクの値に応じてＥＰＳモータ（図１では図示省略）を制御し、減速ギヤ及びラックアンドピニオン（図示せず）を介して車両前方の車輪（図１では全車輪を代表してＷＨで表す）を操舵し、運転者のステアリング操作力（ハンドル操作力）を軽減するものである。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a vehicle lane driving support apparatus according to an embodiment of the present invention. A front monitoring camera CMf configured with, for example, a ccd camera as an imaging unit in front of the vehicle (upward in FIG. 1). Is arranged, and a rear monitoring camera CMr is also arranged behind the vehicle. However, any one of the cameras may be provided. Moreover, an electric power steering system EPS is provided as the steering control means of the present embodiment. Such an electric power steering system EPS is already on the market, and the steering torque acting on the steering shaft by the operation of the steering wheel SW by the driver is detected by the steering torque sensor TS, and according to the value of the detected steering torque. The EPS motor (not shown in FIG. 1) is controlled to steer and drive the wheels in front of the vehicle (represented by WH as representative of all wheels in FIG. 1) via a reduction gear and a rack and pinion (not shown). This reduces the operator's steering operation force (steering operation force).
本実施形態では、図１に示すように、画像処理用の電子制御ユニットＥＣＵ１及び操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２を備え、両者が通信バスを介して接続されている。電子制御ユニットＥＣＵ１にはカメラＣＭｆ（及びＣＭｒ）が接続されており、画像信号が電子制御ユニットＥＣＵ１に入力されるように構成されている。一方、電子制御ユニットＥＣＵ２には、入力側に上記の操舵トルクセンサＴＳのほか、車両前方の車輪ＷＨの操舵角を検出する操舵角センサＳＳ、車体速度を検出する車体速度センサＶＳ、車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサＹＳ、及びＥＰＳモータの回転角を検出する回転角センサＲＳ等が接続されると共に、出力側にＥＰＳモータが接続されている。尚、車体速度センサＶＳに代えて、各車輪の車輪速度を検出する車輪速度センサ（図示せず）を備えたものとし、検出車輪速度に基づき車体速度を推定することとしてもよい。 In the present embodiment, as shown in FIG. 1, an electronic control unit ECU1 for image processing and an electronic control unit ECU2 for steering control are provided, and both are connected via a communication bus. A camera CMf (and CMr) is connected to the electronic control unit ECU1, and an image signal is input to the electronic control unit ECU1. On the other hand, in addition to the steering torque sensor TS described above, the electronic control unit ECU2 includes a steering angle sensor SS that detects the steering angle of the wheel WH ahead of the vehicle, a vehicle body speed sensor VS that detects the vehicle body speed, and the yaw rate of the vehicle. A yaw rate sensor YS for detecting the rotation angle, a rotation angle sensor RS for detecting the rotation angle of the EPS motor, and the like are connected, and an EPS motor is connected to the output side. Instead of the vehicle body speed sensor VS, a wheel speed sensor (not shown) for detecting the wheel speed of each wheel may be provided, and the vehicle body speed may be estimated based on the detected wheel speed.
図２は本発明のシステム構成を示すもので、画像処理システム（図２の上方）及び操舵制御システム（図２の下方）が通信バスを介して接続されている。本実施形態の画像処理システムは、画像処理用のＣＰＵ、フレームメモリ等を備えた電子制御ユニットＥＣＵ１に、前方監視カメラＣＭｆ及び後方方監視カメラＣＭｒ、ヨーレイトセンサＹＳ、操舵角センサＳＳ及び車体速度センサＶＳが接続されている。また、本実施形態の操舵制御システムは、電動パワーステアリング制御用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた電子制御ユニットＥＣＵ２に、操舵トルクセンサＴＳ及び回転角センサＲＳが接続されると共に、モータ駆動回路ＡＣ２を介してＥＰＳモータＭＴが接続されている。更に、本実施形態では、警報用の電子制御ユニットＥＣＵ３（図１では図示省略）を介して、警報表示や音声警報を出力する警報装置ＷＡが接続されている。 FIG. 2 shows a system configuration of the present invention. An image processing system (upper part of FIG. 2) and a steering control system (lower part of FIG. 2) are connected via a communication bus. The image processing system according to this embodiment includes an electronic control unit ECU1 including a CPU for image processing, a frame memory, and the like, a front monitoring camera CMf and a rear monitoring camera CMr, a yaw rate sensor YS, a steering angle sensor SS, and a vehicle body speed sensor. VS is connected. Further, in the steering control system of the present embodiment, a steering torque sensor TS and a rotation angle sensor RS are connected to an electronic control unit ECU2 having a CPU, ROM and RAM for electric power steering control, and a motor drive circuit AC2 is used. An EPS motor MT is connected via Further, in the present embodiment, an alarm device WA that outputs an alarm display and an audio alarm is connected via an alarm electronic control unit ECU3 (not shown in FIG. 1).
これらの電子制御ユニットＥＣＵ１乃至ＥＣＵ３は夫々、通信用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた通信ユニットを介して通信バスに接続されており、各制御システムに必要な情報を他の制御システムから送信することができる。更に、図示は省略するが、この通信バスに、アクティブステアリングシステム、ブレーキ制御システム、スロットル制御システム等を接続し、各システム間で互いのシステム情報を共有することができるように構成することとしてもよい。尚、図１に示すように、電子制御ユニットＥＣＵ１（又はＥＣＵ２）には操作スイッチＯＳが接続されており、走行支援制御は運転者による操作スイッチＯＳの操作によって開始されるように構成されている。 Each of these electronic control units ECU1 to ECU3 is connected to a communication bus via a communication unit including a CPU, ROM and RAM for communication, and transmits information necessary for each control system from other control systems. be able to. Further, although not shown in the figure, an active steering system, a brake control system, a throttle control system, etc. may be connected to the communication bus so that each system can share system information. Good. As shown in FIG. 1, an operation switch OS is connected to the electronic control unit ECU1 (or ECU2), and the driving support control is configured to be started by the operation of the operation switch OS by the driver. .
上記のように構成されたレーン走行支援装置において、レーン走行支援（レーンキープアシスト）制御部は、図３の制御ブロック図に示すように構成されており、カメラＣＭｆ（又はＣＭｒ）によって撮像された画像情報が図２の電子制御ユニットＥＣＵ１にて画像処理されて走行レーンが検出される。この電子制御ユニットＥＣＵ１には、レーン検出手段たるレーン認識演算部Ｍ１が構成されており、ここで、走行レーン内における車両の横方向位置ｙ（レーン位置）及び走行レーンに対するヨー角ψが演算される。尚、画像処理による走行レーンの検出については前掲の特許文献１に記載された方法のほか、公知の何れの方法でもよい。 In the lane travel support apparatus configured as described above, the lane travel support (lane keep assist) control unit is configured as shown in the control block diagram of FIG. 3 and is captured by the camera CMf (or CMr). The image information is image-processed by the electronic control unit ECU 1 shown in FIG. 2 to detect the traveling lane. The electronic control unit ECU1 includes a lane recognition calculation unit M1 serving as lane detection means. Here, the lateral position y (lane position) of the vehicle in the travel lane and the yaw angle ψ relative to the travel lane are calculated. The In addition, about the detection of the driving | running lane by image processing, any well-known method other than the method described in the above-mentioned patent document 1 may be used.
上記のレーン認識演算部Ｍ１による演算結果とヨーレイトセンサＹＳ及び操舵角センサＳＳの検出信号に基づき、車両状態量演算手段たる状態量演算部Ｍ２にて、レーン位置ｙ、レーン横方向移動速度ｄｙ（走行レーン内における車両の横方向移動速度でレーン位置ｙの時間微分値）、ヨー角ψ、及びヨーレイトγをファクターとする現在の車両の状態量Ｘが推定演算される。即ち、車両の状態量をＸ、状態量出力をＹ、道路モデルの入力をＵとすると、Ｘ＝［ｙ，ｄｙ，ψ，γ］T、Ｙ＝［ｙ，ｄｙ，ψ，γ］T、Ｕ＝［δｆ，ρ］Tと表すことができる。尚、δｆは操舵角センサＳＳで検出される操舵角で、ρは走行路の道路曲率の逆数で、例えば前述のカメラ画像から推定演算される。そして、状態量推定値をＸｅとし、オブザーバゲインをＬとすると、以下の状態方程式が成り立ち、状態量出力ＹはＹ＝Ｃ・Ｘｅとなる。
ｄＸｅ／ｄｔ＝Ａ・Ｘｅ＋Ｂ・Ｕ＋Ｒｌ・Ｌ・（Ｘ−Ｘｅ）
Based on the calculation result by the lane recognition calculation unit M1 and the detection signals of the yaw rate sensor YS and the steering angle sensor SS, the lane position y and the lane lateral movement speed dy ( The current vehicle state quantity X is estimated and calculated by using the lateral movement speed of the vehicle in the travel lane and the yaw angle ψ and the yaw rate γ as factors. That is, if the vehicle state quantity is X, the state quantity output is Y, and the road model input is U, X = [y, dy, ψ, γ] T , Y = [y, dy, ψ, γ] T , U = [δf, ρ] T can be expressed. Note that δf is a steering angle detected by the steering angle sensor SS, and ρ is a reciprocal of the road curvature of the traveling road, and is estimated and calculated from the above-described camera image, for example. When the state quantity estimated value is Xe and the observer gain is L, the following state equation is established, and the state quantity output Y is Y = C · Xe.
dXe / dt = A.Xe + B.U + Rl.L. (X-Xe)
尚、上記の状態方程式におけるモデル定数Ａ、Ｂ及びＣは以下に示すとおりである。
Ａ＝［a11 a12 a13 a14 ; a21 a22 a23 a24 ; a31 a32 a33 a34 ; a41 a42 a43 a44］
Ｂ＝［b11 b12 ; b21 b22 ; b31 b32 ; b41 b42］
Ｃ＝［1000 ; 0100 ; 0010 ; 0001］
The model constants A, B, and C in the above state equation are as shown below.
A = [a11 a12 a13 a14; a21 a22 a23 a24; a31 a32 a33 a34; a41 a42 a43 a44]
B = [b11 b12; b21 b22; b31 b32; b41 b42]
C = [1000; 0100; 0010; 0001]
一方、ヨーレイトセンサＹＳで検出されたヨーレイトγ、及びレーン認識演算部Ｍ１で演算されたヨー角ψに基づき、道路曲率推定演算部Ｍ４にて道路曲率（の逆数の）推定値ρが演算される。このρは道路の曲率Ｒの逆数の推定値であるので、道路曲率の逆数の推定値ρということになるが、以下においては括弧内の語（の逆数の）を省略する。この道路曲率推定演算部Ｍ４においては、ρ＝（γ−ｄψ／dt）／Ｖｘという道路曲率推定アルゴリズムに基づいて、道路曲率推定値ρが演算される。ここで、ｄψ／dtはヨー角ψの微分値、Ｖｘは車体速度（車速）である。 On the other hand, based on the yaw rate γ detected by the yaw rate sensor YS and the yaw angle ψ calculated by the lane recognition calculation unit M1, the road curvature estimation calculation unit M4 calculates an estimated value ρ of the road curvature (the reciprocal thereof). . Since ρ is an estimated value of the reciprocal of the curvature R of the road, it will be referred to as an estimated value ρ of the reciprocal of the road curvature. In the following, the word in parentheses (the reciprocal) is omitted. In the road curvature estimation calculation unit M4, a road curvature estimation value ρ is calculated based on a road curvature estimation algorithm of ρ = (γ−dψ / dt) / Vx. Here, dψ / dt is a differential value of the yaw angle ψ, and Vx is a vehicle body speed (vehicle speed).
上記の道路曲率推定値ρにはノイズが乗るので、ローパスフィルタ処理が行われ、補償値ρｃがρｃ＝（１＋ｓ）・ρとして演算される。ここで、ｓはラプラス微分演算子を示す。即ち、道路曲率推定値ρの変化率として上記の補償値ρｃが求められ、この補償値ρｃに基づき、目標状態量演算部Ｍ３にて以下のように目標状態量が演算される。 Since the road curvature estimated value ρ is subjected to noise, low-pass filter processing is performed, and the compensation value ρc is calculated as ρc = (1 + s) · ρ. Here, s represents a Laplace differential operator. That is, the compensation value ρc is obtained as the rate of change of the road curvature estimated value ρ, and based on the compensation value ρc, the target state quantity calculation unit M3 calculates the target state quantity as follows.
即ち、操舵角センサＳＳで検出された操舵角δｆ、及び車体速度センサＶＳで検出された車体速度（車速）Ｖｘ等に加え、道路曲率推定演算部Ｍ４にて演算された補償値ρｃに基づき、目標状態量演算部Ｍ３にて以下の４ファクターから成る目標状態量が演算される。先ず、走行レーン内における車両の横方向位置（レーン位置）に対する目標レーン位置ｙｔが、走行レーンの中心（レーン境界線間の中心）を起点として、ｙｔ＝０に設定される。そして、目標レーン横方向移動速度ｄｙｔに関し、車両が横振れすることなく走行レーンの中心に沿って移動するように、ｄｙｔ＝０に設定される。 That is, in addition to the steering angle δf detected by the steering angle sensor SS, the vehicle body speed (vehicle speed) Vx detected by the vehicle body speed sensor VS, and the like, based on the compensation value ρc calculated by the road curvature estimation calculation unit M4, The target state quantity calculation unit M3 calculates a target state quantity consisting of the following four factors. First, the target lane position yt relative to the lateral position (lane position) of the vehicle in the travel lane is set to yt = 0 starting from the center of the travel lane (center between lane boundary lines). Then, with respect to the target lane lateral movement speed dyt, dyt = 0 is set so that the vehicle moves along the center of the travel lane without sideways swinging.
また、目標ヨー角ψｔがψｔ＝Ｌｉ・ρｃに設定される。尚、このＬｉは道路曲率推定値に対する補償値ρｃから目標ヨー角への変換定数であり、画像によるヨー角検出距離（例えば画像上の距離の１／２相当の距離）である。そして、車体速度（車速）Ｖｘと補償値ρｃに基づき、目標ヨーレイトγｔがγｔ＝Ｖｘ・ρｃとして設定される。ここで、定数Ｌｉとして、画像上の距離の１／２相当の距離を設定する状況を図４を参照して説明する。 Further, the target yaw angle ψt is set to ψt = Li · ρc. Note that Li is a conversion constant from the compensation value ρc to the target yaw angle with respect to the road curvature estimation value, and is a yaw angle detection distance (for example, a distance corresponding to ½ of the distance on the image). Based on the vehicle body speed (vehicle speed) Vx and the compensation value ρc, the target yaw rate γt is set as γt = Vx · ρc. Here, a situation where a distance corresponding to ½ of the distance on the image is set as the constant Li will be described with reference to FIG.
図４はカメラ画像の一例を示すもので、曲線状の左右のレーンマークＬＮが表れているが遠方の画像（破線部）が不鮮明な状態を示している。このようなレーンマークＬＮに対し画像処理によって直線（図４に太い実線で表す）の当てはめを行うと、遠方の画像に対する誤差が大となることが予想される。従って、レーンマークＬＮに当てはめた直線に対し、画像上の上下方向の距離の１／２相当の距離がＬｉとして設定される。つまり、距離Ｌｉに位置するレーン間隔の中央の点Ｐが制御目標となるように設定される。 FIG. 4 shows an example of a camera image, in which curved left and right lane marks LN appear, but a distant image (broken line portion) is unclear. When a straight line (shown by a thick solid line in FIG. 4) is applied to such a lane mark LN by image processing, an error with respect to a distant image is expected to increase. Accordingly, a distance corresponding to ½ of the vertical distance on the image is set as Li with respect to the straight line fitted to the lane mark LN. That is, the center point P of the lane interval located at the distance Li is set as the control target.
而して、目標状態量演算部Ｍ３の演算結果（目標状態量）と、状態推定演算部Ｍ２の演算結果（現在の状態量）との差が演算され、この差に基づき、フィードバック制御演算部Ｍ４にてトルク指令値が演算される。即ち、フィードバック制御演算部Ｍ４においては、上記の目標状態量を表す４ファクターの目標値（ｔを付加）と推定値（ｅを付加）における各々の差にゲインＫ１乃至Ｋ４によって重み付けがされ、これらの総和が下記のように目標回転角（目標ステアリング角）δswtとして設定される。
δswt ＝ K1・(yt−ye)＋K2・(dyt−dye)＋K3・(ψt−ψe)＋K4・(γt−γe）
Thus, the difference between the calculation result (target state quantity) of the target state quantity calculation unit M3 and the calculation result (current state quantity) of the state estimation calculation unit M2 is calculated, and based on this difference, the feedback control calculation unit A torque command value is calculated at M4. That is, in the feedback control calculation unit M4, the difference between the target value (added t) and the estimated value (added e) of the four factors representing the target state quantities are weighted by the gains K1 to K4. Is set as the target rotation angle (target steering angle) δ swt as follows.
δswt = K1 ・ (yt−ye) + K2 ・ (dyt−dye) + K3 ・ (ψt−ψe) + K4 ・ (γt−γe)
そして、上記の目標回転角（目標ステアリング角）δswtと、回転角センサＲＳで検出される実回転角（実ステアリング角）δswとの差に応じて、付加ステアリングトルク指令値ＴaddがＴadd＝K0・(δswt−sw)として演算される。この付加ステアリングトルク指令値Ｔaddは操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２（図２）に送信され、電動パワーステアリング制御部Ｍ６（図３）にて、上記トルク指令値Ｔaddが通常のパワーステアリング制御量に加算されて、電動パワーステアリングシステムＥＰＳが制御され、本発明にいう修正操舵が行われる。更に、必要に応じ、上記トルク指令値Ｔaddが警報出力部Ｍ７に供給され、トルク指令値Ｔaddの大きさ、換言すれば走行レーンの中心からの車両の位置に応じて、走行レーンからの逸脱のおそれを表す警報が出力され、運転者への注意喚起が行われる。尚、トルク指令値Ｔaddを用いることなく、走行レーン内における車両の横方向位置の推定結果（状態量演算部Ｍ２の演算結果）に応じて警報を行うこととしてもよい。 Then, according to the difference between the target rotation angle (target steering angle) δswt and the actual rotation angle (actual steering angle) δsw detected by the rotation angle sensor RS, the additional steering torque command value Tadd is Tadd = K0 · Calculated as (δswt−sw). The additional steering torque command value Tadd is transmitted to the steering control electronic control unit ECU2 (FIG. 2), and the electric power steering control unit M6 (FIG. 3) converts the torque command value Tadd into a normal power steering control amount. By adding, the electric power steering system EPS is controlled, and the correction steering according to the present invention is performed. Further, if necessary, the torque command value Tadd is supplied to the alarm output unit M7, and depending on the magnitude of the torque command value Tadd, in other words, the position of the vehicle from the center of the travel lane, A warning indicating fear is output, and the driver is alerted. In addition, it is good also as issuing a warning according to the estimation result (calculation result of the state quantity calculating part M2) of the horizontal position of the vehicle in a driving | running | working lane, without using torque command value Tadd.
更に、本発明の他の実施形態として、状態量演算部Ｍ２において車両の走行レーンに対する相対位置を表す相対位置指標を含む状態量を演算し、この相対位置指標及びヨーレイトに基づいて道路曲率推定演算部Ｍ４にて道路曲率を推定する態様があり、図５を参照して以下に説明する。図５は絶対座標上の走行レーン中央軌跡（実線）と車両ＶＨの走行軌跡（破線）を示すもので、レーン中央の位置座標を（ｘlc, ｙlc）で表し、車両の位置座標を（ｘv, ｙv）で表す。図中、Ｃａは走行レーン中央軌跡の円弧中心を示す。 Furthermore, as another embodiment of the present invention, the state quantity calculation unit M2 calculates a state quantity including a relative position index representing a relative position of the vehicle with respect to the traveling lane, and calculates road curvature estimation based on the relative position index and yaw rate. There is a mode in which the road curvature is estimated in the part M4, which will be described below with reference to FIG. FIG. 5 shows a travel lane center trajectory (solid line) on absolute coordinates and a travel trajectory (broken line) of the vehicle VH. The position coordinates of the lane center are represented by (xlc, ylc), and the vehicle position coordinates are represented by (xv, yv). In the figure, Ca indicates the arc center of the traveling lane center locus.
本実施形態における道路曲率推定アルゴリズムは以下のようになる。即ち、前述のように画像上で求めた車両のレーン位置ｙに基づき、図５に示す平面レーン座標（絶対座標）を生成し、検出ヨーレイトγ及び車体速度Ｖｘに基づき車両の位置座標を演算すると共に、この演算結果とレーン位置ｙに基づきレーン中央の位置座標を演算し、これを蓄積して最小自乗法によって曲率計算を行うものである。具体的には、先ず、制御周期毎に、検出ヨーレイトγ及び車体速度Ｖｘに基づき車両の位置座標（ｘv, ｙv）を以下のように求める。尚、下記の式でのヨー角ψはヨーレイトγに基づきψ＝∫γdtとして求める。
ｘv ＝∫∫Ｖｘ・cosψdt dt＝ΣＶｘ・Δｔ・cosψ
ｙv ＝∫∫Ｖｘ・sinψdt dt＝ΣＶｘ・Δｔ・sinψ
The road curvature estimation algorithm in this embodiment is as follows. That is, the plane lane coordinates (absolute coordinates) shown in FIG. 5 are generated based on the vehicle lane position y obtained on the image as described above, and the vehicle position coordinates are calculated based on the detected yaw rate γ and the vehicle body speed Vx. At the same time, the position coordinate at the center of the lane is calculated based on the calculation result and the lane position y, and this is stored and the curvature is calculated by the least square method. Specifically, first, the position coordinates (xv, yv) of the vehicle are obtained as follows based on the detected yaw rate γ and the vehicle body speed Vx for each control cycle. The yaw angle ψ in the following equation is obtained as ψ = ∫γdt based on the yaw rate γ.
xv = ∫∫Vx · cosψdt dt = ΣVx · Δt · cosψ
yv = ∫∫Vx · sinψdt dt = ΣVx · Δt · sinψ
次に、レーン位置ｙの取得毎に、車両の位置座標からオフセットしたレーン中央の位置座標を求める。基本的には、車両進行方向に垂直で、ヨー角ψが０となるように演算し、誤差が大きければ実測ヨー角で補正する。即ち、レーン中央の位置座標（ｘlc, ｙlc）は、レーン位置ｙの計測時点で車両の位置座標（ｘv, ｙv）に対して垂直方向のオフセット分（計測時点のレーン位置をｙcとする）を加算し、以下のように求めることができる。
ｘlc ＝ｘv ＋（-ｙc）・cos（ψ＋90deg）
ｙlc ＝ｙv ＋（-ｙc）・sin（ψ＋90deg）
Next, every time the lane position y is acquired, the position coordinates of the lane center offset from the position coordinates of the vehicle are obtained. Basically, calculation is performed so that the yaw angle ψ is zero with respect to the vehicle traveling direction, and if the error is large, the measured yaw angle is corrected. That is, the position coordinates (xlc, ylc) at the center of the lane are the offsets in the direction perpendicular to the position coordinates (xv, yv) of the vehicle at the time of measurement of the lane position y (the lane position at the time of measurement is yc). Addition can be obtained as follows.
xlc = xv + (-yc) .cos (ψ + 90deg)
ylc = yv + (-yc) · sin (ψ + 90deg)
而して、上記のレーン中央の位置座標（ｘlc, ｙlc）の過去の蓄積分から一部を取り出し、走行レーン中央軌跡を円弧と仮定して最小自乗法によって円のパラメータを求めれば、その半径が道路径となる。 Thus, if a part of the lane center position coordinates (xlc, ylc) is extracted from the past, and the lane center trajectory is assumed to be a circular arc and the circle parameter is obtained by the method of least squares, the radius becomes It becomes the road diameter.
ＳＷ ステアリングホイール
ＷＨ 車輪
ＥＰＳ 電動パワーステアリングシステム
ＣＭｆ 前方監視カメラ
ＣＭｒ 後方監視カメラ
ＴＳ 操舵トルクセンサ
ＳＳ 車輪舵角センサ
ＲＳ 回転角センサ
ＹＳ ヨーレイトセンサ
ＶＳ 車体速度センサ
ＯＳ 操作スイッチ
SW Steering wheel WH Wheel EPS Electric power steering system CMf Front monitoring camera CMr Rear monitoring camera TS Steering torque sensor SS Wheel steering angle sensor RS Rotation angle sensor YS Yaw rate sensor VS Car body speed sensor OS Operation switch
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