JP4415909B2

JP4415909B2 - 車両用走行支援装置

Info

Publication number: JP4415909B2
Application number: JP2005202513A
Authority: JP
Inventors: 治久是; 正太川又
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: JP2007024504A

Description

本発明は、車両用走行支援装置、より詳しくは、自車両の周囲の障害物を検出する車両用走行支援装置に関し、運転者の認知・判断・操作を補助してトラブルの低減を図る技術分野に属する。

従来、自車両の周囲に存在する車両や歩行者等の障害物を検出するための光センサや画像センサ等の障害物検出手段を備え、運転者の認知・判断・操作を補助して前記障害物との接触を回避するように運転者の車両操作を支援する車両用走行支援装置が知られている。例えば、特許文献１には、車両前方を撮像した画像データから該画像データ中に含まれる障害物との接触の可能性を判断する技術が開示されている。また、特許文献２には、レーダと画像センサとから前方車両との車間距離を検出する技術が開示されている。
特開平５−１５１４９９号公報特開２００２−２０７０７７号公報

しかし、従来の障害物検出手段は、障害物の色や濃淡等の色情報を参照することがなかったため、次のような問題があった。例えば、レーザレーダや赤外線センサ等の光センサでは、その受光部の感度が予め中間感度に固定設定されているから、障害物から反射してくる光量が過多なときは、感度が飽和して障害物の検出に失敗するし、逆に、障害物から反射してくる光量が過少なときには、感度が不足して障害物の検出が不能となる。

本発明は、車両用走行支援装置における前記不具合に対処するもので、障害物の色や濃淡等の色情報を参照することにより、障害物検出手段による障害物の検出を、確実に、精度よく行うようにすることを課題とする。

すなわち、前記課題を解決するため、本願の請求項１に記載の発明は、自車両の周囲の障害物を検出する車両用走行支援装置であって、前記障害物に向けて光を発する発光部と該発光部で発せられて障害物に当って反射してきた光を受ける受光部とを有し、前記発光部で光を発してから前記受光部で光を受けるまでの時間に基いて自車両と障害物との間の距離を検出する障害物検出手段と、前記障害物から送信される信号を受信する信号受信手段と、前記受光部が受光した光の増幅ゲイン又は受光を検知するための閾値を変更する障害物検出動作変更手段とを有し、該障害物検出動作変更手段は、前記信号受信手段で受信された信号に含まれる障害物の色情報に基き、障害物の色が明るいほど前記ゲインを低くし又は閾値を高くし、障害物の色が暗いほど前記ゲインを高くし又は閾値を低くすることを特徴とする。

次に、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の車両用走行支援装置において、前記信号受信手段は、車車間通信により自車両の周囲の車両から送信される信号を受信するものであり、前記障害物の色情報は、自車両の周囲の車両のボディの色情報であることを特徴とする。

次に、請求項３に記載の発明は、前記請求項１に記載の車両用走行支援装置において、前記信号受信手段は、自車両の周囲の歩行者が携帯しているＩＣタグから送信される信号を受信するものであり、前記障害物の色情報は、自車両の周囲の歩行者の着衣の色情報であることを特徴とする。

まず、請求項１に記載の発明によれば、自車両の周囲に存在する車両や歩行者等の障害物から送信されてくる信号に含まれる障害物の色や濃淡等の色情報に基いて、障害物検出手段の受光部が受ける障害物からの反射光の増幅ゲイン又は受光を検知するための閾値を変更するようにしたから、障害物の色や濃淡によって光の反射量が変化し、その結果、障害物の検出に失敗したり、あるいは障害物の検出が不能となる、という問題が解消される。

次に、請求項２に記載の発明によれば、自車両の周囲に存在する他の車両の側から、該車両のボディの色情報が送信されてくるので、その色情報の信憑性は極めて高いものとなる。しかも、前記色情報が車車間通信により必要なときにその場で取得できるので、自車両の側で予め大量のデータをメモリに登録したり更新したりする必要がない。

同様に、請求項３に記載の発明によれば、自車両の周囲に存在する歩行者の側から、該歩行者の着衣の色情報が送信されてくるので、その色情報の信憑性は極めて高いものとなる。しかも、前記色情報が歩行者が携帯しているＩＣタグから必要なときにその場で取得できるので、自車両の側で予め大量のデータをメモリに登録したり更新したりする必要がない。

図１は、本実施形態に係る車両用走行支援装置１の各構成要素のレイアウト図である。この走行支援装置１は、障害物検出手段として、例えばレーザレーダや赤外線センサ等の光センサ１１と、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の画像センサ１２とを含んでいる。光センサ１１は車両前端部、例えばフロントグリルに備えられ、画像センサ１２は車室前部、例えばルームミラー近傍に備えられている。光センサ１１は、図３に示すように、障害物に向けて光を発する発光部１１ｂと、該発光部１１ｂで発せられて障害物に当って反射してきた光を受ける受光部１１ｃとを有し、前記発光部１１ｂで光を発してから前記受光部１１ｃで光を受けるまでの時間に基いて自車両と障害物との間の距離を検出するものである。画像センサ１２は、自車両の周囲を撮像し、その撮像データの中から障害物を特定するものである。

また、この走行支援装置１は、信号受信手段として、車車間通信用アンテナ１３及びＩＣタグ信号受信用アンテナ１４を含んでいる。両アンテナ１３，１４は車両上部、例えばルーフ部に備えられている。車車間通信用アンテナ１３は、車車間通信により、自車両の周囲に存在する他の車両から送信されてくる信号を受信したり、逆に、自車両の周囲に存在する他の車両へ信号を発信するものである。ＩＣタグ信号受信用アンテナ１４は、自車両の周囲に存在する歩行者が携帯しているＩＣタグから送信されてくる信号を受信するものである。この場合、車車間通信により自車両の周囲の他の車両から送信されてくる信号には、該他の車両のボディの色情報が含まれている。また、ＩＣタグにより自車両の周囲の歩行者から送信されてくる信号には、該歩行者の着衣の色情報が含まれている。

また、この走行支援装置１は、表示及び警報装置１５を含んでいる。表示及び警報装置１５は運転席前方、例えばインスツルメントパネルに備えられている。表示及び警報装置１５は、光センサ１１及び画像センサ１２で検出された自車両の周囲の車両や歩行者等の障害物を表示すると共に、該障害物との接触を回避するように運転者に視覚や聴覚による警報を発するものである。

また、この走行支援装置１は、乗員保護装置として、運転席エアバッグ１６、助手席エアバッグ１７、運転席シートベルトプリテンショナ１８及び助手席シートベルトプリテンショナ１９を含んでいる。運転席エアバッグ１６はステアリングホイールに内蔵され、助手席エアバッグ１７はグローブボックス上部に内蔵されている。シートベルトプリテンショナ１８，１９は、障害物との接触の可能性が高くなったときに、シートベルトを巻き取って、乗員をシートに確保するものである。

また、この走行支援装置１は、歩行者保護装置として、バンパーエアバッグ２０及びウインドウエアバッグ２１を含んでいる。バンパーエアバッグ２０はフロントバンパーに内蔵され、ウインドウエアバッグ２１はフロントウインドウの下部外面に内蔵されている。両エアバッグ２０，２１は、特に障害物として歩行者との接触が不可避となったとき及び接触したときに作動するものである。

そして、この走行支援装置１は、衝突回避用車両制御装置として、ブレーキ制御用アクチュエータ２２、スロットル制御用アクチュエータ２３及びステアリング制御用アクチュエータ２４を含んでいる。これらのアクチュエータ２２〜２４は、障害物との接触の可能性が高くなったときに、該障害物との接触を回避したり、あるいは該障害物との接触の衝撃を緩和するように作動して、運転者の車両操作を支援するものである。

図２は、この走行支援装置１のコントロールユニット１０を中心とした制御システム図である。コントロールユニット１０は、ＣＰＵで構成される中央処理ユニット１０ａと、光センサ処理回路１０ｂとを有している。コントロールユニット１０は、光センサ１１からの信号と、画像センサ１２からの信号と、車車間通信用アンテナ１３からの信号と、ＩＣタグ信号受信用アンテナ１４からの信号とを入力し、これらの信号に基いて、光センサ１１と、表示及び警報装置１５と、乗員保護装置１６〜１９と、歩行者保護装置２０，２１と、衝突回避用車両制御装置２２〜２４とに制御信号を出力する。また、コントロールユニット１０は、車車間通信用アンテナ１３を介して自車両に関する情報を周囲の車両に送信する。

図３は、前記光センサ１１及び光センサ処理回路１０ｂの機能ブロック図である。図外の中央処理ユニット１０ａから処理回路１０ｂの増幅器１１ａに発光制御信号Ａが入力され、増幅器１１ａから光センサ１１の発光部１１ｂに発光量信号Ｐ０が入力されて、発光部１１ｂは、発光量Ｐ０の光を所定時刻を起点として車両前方に向けて発する。図４には、発光量Ｐ０の光を時刻ｔ０を起点として発した様子が示されている。一方、光センサ１１の受光部１１ｃは、障害物に当って反射してきた受光量Ｐ１の光を所定時刻を起点として受ける。図４には、受光量Ｐ１の光を時刻ｔ１を起点として受けた様子が示されている。

受光部１１ｃは、受光量信号Ｐ１を処理回路１０ｂの増幅器１１ｄに伝達し、増幅器１１ｄは、増幅後の受光量信号Ｂを検知部１１ｆに伝達する。一方、図外の中央処理ユニット１０ａから閾値設定部１１ｅに閾値制御信号Ｃが入力され、閾値設定部１１ｅから検知部１１ｆに閾値信号Ｄが入力されて、検知部１１ｆは、これらの受光量信号Ｂと閾値信号Ｃとから、受光時刻ｔｘ（前記起点時刻ｔ１とは異なる）が検知可能か否かを判定して、その結果Ｅを中央処理ユニット１０ａに報告する。

中央処理ユニット１０ａは、発光部１１ｂでの発光時刻から受光部１１ｃでの受光時刻までの時間に基いて自車両と障害物との間の距離を検出する。また、中央処理ユニット１０ａは、障害物の色や濃淡等の色情報に基いて、前記増幅器１１ｄにゲイン調整信号αを入力し、また前記閾値設定部１１ｅに閾値調整信号βを入力する。

図５は、光センサ１１の感度調整をしない場合の問題点を説明する図である。検知部１１ｆは、光の反射強度、すなわち受光量が閾値を超えた時刻を検知する。しかし、真の受光時刻ｔｘは、受光量がピークに達した時刻である。したがって、光の検知時刻がなるべく光のピーク時刻に接近していることが検出精度の点で望ましい。

図５（ａ）に示すように、車両のボディの色又は歩行者の着衣の色が白や黄のような明るい色のときは受光量が多くなり、図５（ｂ）に示すように、赤や緑のような明るさが中間の色のときは受光量が少なくなり、図５（ｃ）に示すように、黒や紺のような暗い色のときは受光量がさらに少なくなる。その場合に、光センサ１１の受光部１１ｃの感度を中間感度に設定していると、図５（ｂ）に示すように、障害物の色が中間の色のときは、受光量と閾値との大小関係が最適となって、光の検知時刻が光のピーク時刻に接近し、受光時刻ｔｘが検知可能となる。しかし、図５（ａ）に示すように、障害物の色が明るい色のときは、受光量が過多となって、光の検知時刻が光のピーク時刻から大きく乖離し、受光時刻ｔｘが検知不良（精度不良）、すなわち障害物の検出に失敗する。逆に、図５（ｃ）に示すように、障害物の色が暗い色のときは、受光量が過少となって、受光量が閾値を超えた時刻を検知することができず、受光時刻ｔｘが検知不可、すなわち障害物の検出が不能となる。

そこで、本実施形態では、図６に示すように、増幅器１１ｄに対してゲイン調整αをする。具体的には、図６（ｂ）に示すように、障害物の色が中間の色のときは中ゲイン、図６（ａ）に示すように、障害物の色が明るい色のときは低ゲイン、図６（ｃ）に示すように、障害物の色が暗い色のときは高ゲインとすることにより、いずれの場合も、受光量と閾値との大小関係が最適となって、光の検知時刻が光のピーク時刻に接近し、受光時刻ｔｘが良好に検知可能となる。

また、本実施形態では、図７に示すように、閾値設定部１１ｅに対して閾値調整βをする。具体的には、図７（ｂ）に示すように、障害物の色が中間の色のときは中閾値、図７（ａ）に示すように、障害物の色が明るい色のときは高閾値（感度ダウン）、図７（ｃ）に示すように、障害物の色が暗い色のときは低閾値（感度アップ）とすることにより、いずれの場合も、受光量と閾値との大小関係が最適となって、光の検知時刻が光のピーク時刻に接近し、受光時刻ｔｘが良好に検知可能となる。

次に、図８のフローチャートに従って、前記コントロールユニット１０が行う具体的動作の１例を説明する。ステップＳ１で、各センサ信号を入力したうえで、ステップＳ２で、自車両の走行状態（自車両の位置や進行方向等）を算出する。次いで、ステップＳ３で、歩行者ＩＣタグからの信号受信が有るか否かを判定する。つまり、まず歩行者を車両よりも優先して検出するのである。そして、歩行者ＩＣタグからの信号受信が有る場合は、ステップＳ４で、前記受信信号に含まれる歩行者の着衣の色情報に基いて、光センサ受信回路のゲイン調整α及び／又は閾値調整βをする一方、無い場合は、ステップＳ５で、車車間通信を実行し（相手車両の位置、進行方向、ボディの色情報を受信する）、ステップＳ６で、対象車両を抽出したうえで（自車両と相手車両との相対位置、相対速度、進行方向のズレ量から衝突対象車両を特定する）、ステップＳ７で、前記車車間通信による受信信号に含まれる車両のボディの色情報に基いて、光センサ受信回路のゲイン調整α及び／又は閾値調整βをする。

次いで、いずれの場合も、ステップＳ８で、対象物までの距離を測定する。すなわち、前述したように、発光部１１ｂでの発光時刻から受光部１１ｃでの受光時刻ｔｘまでの時間に基いて自車両と障害物との間の距離を検出する。そして、ステップＳ９で、対象物の種類（歩行者か車両か）及び対象物までの距離に応じて、各種の処理を実行する。つまり、前記表示及び警報装置１５を用いて対象物の表示及び警報処理を行い、前記乗員保護装置１６〜１９を用いて乗員保護処理を行い、前記歩行者保護装置２０，２１を用いて歩行者保護処理を行い、前記衝突回避用車両制御装置２２〜２４を用いて衝突回避処理を行うのである。

以上のように、本実施形態においては、自車両の周囲に存在する車両や歩行者等の障害物から送信されてくる信号（図８のステップＳ３，Ｓ５参照）に含まれる障害物の色や濃淡等の色情報に基いて、光センサ１１の検出動作を変更するようにしたから（ステップＳ４，Ｓ７参照）、例えば、障害物の色や濃淡によって光の反射量が変化し、その結果、障害物の検出に失敗したり（図５（ａ）参照）、あるいは障害物の検出が不能となる（図５（ｃ）参照）、という問題が解消される。これにより、自車両と障害物との間の距離を検出するレーザレーダや赤外線センサ等の光センサ１１の距離検出精度が向上し、ステップＳ８において、自車両に近い近距離の障害物も、自車両から遠い遠距離の障害物も、共に良好に検出することが可能となる。

その場合に、自車両の周囲に存在する他の車両の側から、該車両のボディの色情報が送信されてくるので（ステップＳ５）、その色情報の信憑性は極めて高いものとなる。しかも、前記色情報が車車間通信により必要なときにその場で取得できるので（ステップＳ５）、自車両の側で予め大量のデータをメモリに登録したり更新したりする必要がない。

同様に、自車両の周囲に存在する歩行者の側から、該歩行者の着衣の色情報が送信されてくるので（ステップＳ３）、その色情報の信憑性は極めて高いものとなる。しかも、前記色情報が歩行者が携帯しているＩＣタグから必要なときにその場で取得できるので（ステップＳ３）、自車両の側で予め大量のデータをメモリに登録したり更新したりする必要がない。

また、障害物の色が明るいほど、つまり障害物から反射してくる光量が多いほど、光センサ１１の感度を低くするから（図６（ａ）、図７（ａ）参照）、光センサ１１の感度が飽和して障害物の検出に失敗する、という問題が解消される。一方、障害物の色が暗いほど、つまり障害物から反射してくる光量が少ないほど、光センサ１１の感度を高くするから（図６（ｃ）、図７（ｃ）参照）、光センサ１１の感度が不足して障害物の検出が不能となる、という問題が解消される。

次に、画像センサ１２の色補正について説明する。図９に示すように、障害物の色・濃淡の情報が無く、画像センサ１２の色・濃淡の補正もしていない場合は、得られた画像全体の濃淡のみを処理するため、対象物検知のためのパターン認識が困難となり、時間がかかる。すなわち、対象物候補の初期検出が困難で、対象物の認識も困難な状態である。

一方、図１０に示すように、障害物の色・濃淡の情報は有るが、画像センサ１２の色・濃淡の補正をしていない場合は、画像全体の中から指定された色・濃淡の画像のみを抽出処理するため、対象物候補の初期検出が容易となる。しかし、対象物の認識はまだ困難な状態である。

そして、図１１に示すように、障害物の色・濃淡の情報が有り、画像センサ１２の色・濃淡の補正もしている場合は、画像の色・濃淡補正により、正確な色画像・濃淡画像が得られて、対象物候補の初期検出のみならず、対象物の特定及び検知さらには追跡もまた早く正確に行えるようになる。

次に、図１２のフローチャートに従って、前記コントロールユニット１０が行う具体的動作の１例を説明する。ステップＳ１１で、各センサ信号を入力したうえで、ステップＳ１２で、自車両の走行状態（自車両の位置や進行方向等）を算出する。次いで、ステップＳ１３で、歩行者ＩＣタグからの信号受信が有るか否かを判定する。つまり、まず歩行者を車両よりも優先して検出するのである。そして、歩行者ＩＣタグからの信号受信が有る場合は、ステップＳ１４で、前記受信信号に含まれる歩行者の着衣の色情報に基いて、画像センサ出力の色補正及び／又は濃淡補正をする一方、無い場合は、ステップＳ１５で、車車間通信を実行し（相手車両の位置、進行方向、ボディの色情報を受信する）、ステップＳ１６で、対象車両を抽出したうえで（自車両と相手車両との相対位置、相対速度、進行方向のズレ量から衝突対象車両を特定する）、ステップＳ１７で、前記車車間通信による受信信号に含まれる車両のボディの色情報に基いて、画像センサ出力の色補正及び／又は濃淡補正をする。

次いで、いずれの場合も、ステップＳ１８で、対象物の特定・検知を実行したうえで、ステップＳ１９で、対象物の種類（歩行者か車両か）及び対象物までの距離に応じて、各種の処理を実行する。つまり、前記表示及び警報装置１５を用いて対象物の表示及び警報処理を行い、前記乗員保護装置１６〜１９を用いて乗員保護処理を行い、前記歩行者保護装置２０，２１を用いて歩行者保護処理を行い、前記衝突回避用車両制御装置２２〜２４を用いて衝突回避処理を行うのである。

以上のように、本実施形態においては、自車両の周囲に存在する車両や歩行者等の障害物から送信されてくる信号（図１２のステップＳ１３，Ｓ１５参照）に含まれる障害物の色や濃淡等の色情報に基いて、画像センサ１２の検出動作を変更するようにしたから（ステップＳ１４，Ｓ１７参照）、例えば、障害物の色や濃淡に関する情報が欠如し、その結果、対象物を特定するのに長い時間がかかる（図９、図１０参照）、という問題が解消される。これにより、ステップＳ１８において、自車両の周囲を撮像した撮像データの中から障害物を特定するＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラ等の画像センサ１２の対象物特定時間が短縮化する。また、対象物抽出の信頼性が向上する。

その場合に、障害物の色に応じて画像センサ１２が撮像した撮像データを色補正するから（図１１参照）、撮像データ中に実際の色画像が得られて、その後引き続き、撮像データの中から認知・追跡すべき対象物を抽出する速度（特定速度）及び抽出する精度（特定精度）が向上する。

なお、本実施形態は、本発明の最良の実施形態ではあるが、特許請求の範囲を逸脱しない限り、なお種々の修正、変更が可能なことはいうまでもない。

以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、運転者の認知・判断・操作を補助する車両用走行支援装置において、障害物の色や濃淡等の色情報を参照することにより、障害物検出手段で障害物を確実に精度よく検出することができるもので、車両用走行支援装置の技術分野において幅広い産業上の利用可能性が期待される。

本発明の最良の実施形態に係る車両用走行支援装置の各構成要素のレイアウト図である。前記車両用走行支援装置のコントロールユニットを中心とした制御システム図である。前記車両用走行支援装置の光センサ及び光センサ処理回路の機能ブロック図である。前記光センサの障害物検出動作の原理説明図である。前記光センサの感度調整をしない場合の問題点の説明図であって、（ａ）は障害物の色が明るい色のとき、（ｂ）は中間の色のとき、（ｃ）は暗い色のときを示す。前記光センサの感度調整（ゲイン調整）をした場合の改良点の説明図であって、（ａ）は障害物の色が明るい色のとき、（ｂ）は中間の色のとき、（ｃ）は暗い色のときを示す。前記光センサの感度調整（閾値調整）をした場合の改良点の説明図であって、（ａ）は障害物の色が明るい色のとき、（ｂ）は中間の色のとき、（ｃ）は暗い色のときを示す。前記光センサの感度調整をする場合における前記車両用走行支援装置の制御動作の１例を示すフローチャートである。前記車両用走行支援装置の画像センサの撮像データの色補正をしない（色情報も無い）場合の問題点の説明図である。前記画像センサの撮像データの色補正をしない（色情報は有る）場合の問題点の説明図である。前記画像センサの撮像データの色補正をした場合の改良点の説明図である。前記画像センサの撮像データの色補正をする場合における前記車両用走行支援装置の制御動作の１例を示すフローチャートである。

符号の説明

１車両用走行支援装置
１０コントロールユニット（障害物検出動作変更手段）
１０ａ中央処理ユニット
１０ｂ光センサ処理回路
１１光センサ（障害物検出手段）
１１ａ，１１ｄ増幅器
１１ｂ発光部
１１ｃ受光部
１１ｅ閾値設定部
１１ｆ検知部
１２画像センサ（障害物検出手段）
１３車車間通信用アンテナ（信号受信手段）
１４ＩＣタグ信号受信用アンテナ（信号受信手段）
１５表示及び警報装置
１６運転席エアバッグ（乗員保護装置）
１７助手席エアバッグ（乗員保護装置）
１８運転席シートベルトプリテンショナ（乗員保護装置）
１９助手席シートベルトプリテンショナ（乗員保護装置）
２０バンパーエアバッグ（歩行者保護装置）
２１ウインドウエアバッグ（歩行者保護装置）
２２ブレーキ制御用アクチュエータ（衝突回避用車両制御装置）
２３スロットル制御用アクチュエータ（衝突回避用車両制御装置）
２４ステアリング制御用アクチュエータ（衝突回避用車両制御装置）

Claims

自車両の周囲の障害物を検出する車両用走行支援装置であって、前記障害物に向けて光を発する発光部と該発光部で発せられて障害物に当って反射してきた光を受ける受光部とを有し、前記発光部で光を発してから前記受光部で光を受けるまでの時間に基いて自車両と障害物との間の距離を検出する障害物検出手段と、前記障害物から送信される信号を受信する信号受信手段と、前記受光部が受光した光の増幅ゲイン又は受光を検知するための閾値を変更する障害物検出動作変更手段とを有し、該障害物検出動作変更手段は、前記信号受信手段で受信された信号に含まれる障害物の色情報に基き、障害物の色が明るいほど前記ゲインを低くし又は閾値を高くし、障害物の色が暗いほど前記ゲインを高くし又は閾値を低くすることを特徴とする車両用走行支援装置。
前記請求項１に記載の車両用走行支援装置において、前記信号受信手段は、車車間通信により自車両の周囲の車両から送信される信号を受信するものであり、前記障害物の色情報は、自車両の周囲の車両のボディの色情報であることを特徴とする車両用走行支援装置。
前記請求項１に記載の車両用走行支援装置において、前記信号受信手段は、自車両の周囲の歩行者が携帯しているＩＣタグから送信される信号を受信するものであり、前記障害物の色情報は、自車両の周囲の歩行者の着衣の色情報であることを特徴とする車両用走行支援装置。