JP4576914B2 - Vehicle lane travel support device - Google Patents

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Description

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支援する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. Lane maintenance assist that assists in driving inside is basic, but beyond the driving support, steering control is automatically performed regardless of the driver's operation, and the vehicle keeps traveling in the driving lane Devices are also known that can be controlled.

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.

特開平2−48704号公報JP-A-2-48704 特開平2−27408号公報JP-A-2-27408 特開昭60−37011号公報JP 60-37011 A

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の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. In addition, the lane mark is not limited to a straight line, but there is a curved line. In order to obtain a curvature for specifying 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正確に進行方向の曲率を求めることはできない。従って、過去の走行軌跡から曲率を求め、これを代用せざるを得ないが、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 in the traveling direction cannot be accurately determined for a curved lane mark. Therefore, it is necessary to obtain the curvature from the past travel locus and substitute it, but the existing camera is not diverted to detect such lane marks, and a high-performance front monitoring camera is adopted separately. It was an expensive device.

一方、前掲の特許文献1にはナビゲーションシステムが開示されているが、近時のナビゲーション装置の進展は目覚しく、GPS(グローバル・ポジショニング・システム)及び慣性航法を用いて車両の現在位置を高精度で特定し得るに至っている。従って、このようなナビゲーション装置によって車両の進行方向の道路形状情報を検出することが可能となり、道路形状情報として、車両の進行方向の所定位置での位置座標を検出し得るようになる。然し乍ら、ナビゲーション装置の検出情報のみを用いて車両の進行方向の位置座標を特定する場合には、ナビゲーション装置の精度に依存する所が大となり、高性能の装置が必要となり、高価となる。加えて、上述の高性能の前方監視カメラが必要とされる場合には非常に高価な装置となり、コスト的に到底見合うものではない。   On the other hand, although the navigation system is disclosed in the above-mentioned Patent Document 1, the recent progress of the navigation apparatus is remarkable, and the current position of the vehicle is determined with high accuracy by using GPS (Global Positioning System) and inertial navigation. It has become possible to identify. Accordingly, the road shape information in the traveling direction of the vehicle can be detected by such a navigation device, and the position coordinates at a predetermined position in the traveling direction of the vehicle can be detected as the road shape information. However, when the position coordinates in the traveling direction of the vehicle are specified using only the detection information of the navigation device, the place depends on the accuracy of the navigation device, and a high-performance device is required and expensive. In addition, when the above-described high-performance front monitoring camera is required, it becomes a very expensive device, which is not completely worth the cost.

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、ナビゲーション装置の検出情報に基づき車両進行方向の道路曲率を演算すると共に、走行レーン検出手段の検出情報等に基づき車両の移動軌跡に沿った道路曲率を演算し、これらを照合して推定した車両進行方向の道路曲率に基づき車両のレーン走行支援を行い得る安価な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. In the lane driving support device, the road curvature in the vehicle traveling direction is calculated based on the detection information of the navigation device, and the road curvature along the moving track of the vehicle is calculated based on the detection information of the driving lane detecting means, and these are collated. It is an object of the present invention to provide an inexpensive lane travel support device that can perform lane travel support of a vehicle based on the road curvature in the vehicle traveling direction estimated as described above.

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、前記車両に装着した駐車支援用の前方又は後方の監視カメラ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検出する走行レーン検出手段と、前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標を含む道路形状情報を検出するナビゲーション装置とを備え、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前記車両の走行軌跡の道路曲率である第1の道路曲率を演算する第1の道路曲率演算手段と、前記ナビゲーション装置が検出した前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標に基づき前記車両の進行方向の第2の道路曲率を演算する第2の道路曲率演算手段と、該第2の道路曲率演算手段の演算結果と前記第1の道路曲率演算手段の演算結果とを照合して前記第1の道路曲率の前記第2の道路曲率に対する道路距離の偏差を求め、該偏差に基づいて前記第2の道路曲率に対する前記車両の位置を特定し、該特定位置及び前記第2の道路曲率演算手段の演算結果に基づき前記車両の進行方向の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 surface traveling state of the vehicle, and a parking assist attached to the vehicle. Including a traveling lane detecting means for detecting a lane mark indicating the traveling lane from an image obtained by continuously capturing a road surface with a front or rear surveillance camera , and position coordinates for a predetermined distance in the traveling direction of the vehicle A navigation device for detecting road shape information, state detection means for detecting the steering state and traveling state of the vehicle including the yaw rate and vehicle speed of the vehicle, detection results of the traveling lane detection means, and steering of the vehicle depending on the state and the traveling state, the vehicle state calculating a state quantity including a relative position index indicating the relative position with respect to the traveling lane of the vehicle And calculating means, the relative position index of said vehicle said vehicle state quantity calculating means is calculated, and based on the yaw rate and the vehicle speed the state detecting unit detects, calculates the position coordinates of the vehicle in the plane coordinates, of the vehicle A position coordinate at the center of the traveling lane is calculated based on the position coordinates and the relative position index of the vehicle, the calculation result is accumulated, the position coordinate at the center of the traveling lane is assumed to be an arc, and the vehicle is based on the radius of the arc. A first road curvature calculating means for calculating a first road curvature which is a road curvature of the traveling locus of the vehicle, and a traveling direction of the vehicle based on position coordinates for a predetermined distance of the traveling direction of the vehicle detected by the navigation device second and second road curvature calculating means for calculating a road curvature, and compares the calculation result of the calculation results and the first road curvature calculating unit of the road curvature calculating means of the second A deviation of a road distance with respect to the second road curvature of the first road curvature is obtained, a position of the vehicle with respect to the second road curvature is identified based on the deviation, and the specific position and the second road Road curvature estimation means for estimating the road curvature in the traveling direction of the vehicle based on the calculation result of the curvature calculation means, the road curvature estimated by the road curvature estimation means, and the steering state and running state of the vehicle 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 result, and according to 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 calculation means The vehicle is configured to support traveling in the travel lane of the vehicle.

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前記レーン位置のほか、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。 As the index representing the state quantity, in addition to the lane position serving lateral position of the vehicle in the traveling within the lane, its a differential value lane position variation speed, a yaw angle of the vehicle, and there is 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、前記車両が走行する道路のクロソイド情報を適用して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 assistance device, as described in claim 2, the road curvature estimation means may be configured to estimate the road curvature by applying clothoid information of a road on which the vehicle travels.

上記の各請求項に記載の車両のレーン走行支援装置において、請求項に記載のように、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差に応じたフィードバック制御量と、前記道路曲率推定手段が推定した道路曲率に応じたフィードフォワード制御量との和に基づき、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を備えたものとするとよい。尚、上記修正操舵手段と共に、あるいはこれとは別に、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を備えたものとしてもよい。 In the vehicle lane travel assistance device according to each of the above claims, as described in claim 3 , the target state quantity set by the target state quantity setting means and the state quantity calculated by the vehicle state quantity calculating means Provided with a correction steering means for correcting the steering control by the steering control means based on the sum of the feedback control quantity according to the difference between them and the feedforward control quantity according to the road curvature estimated by the road curvature estimation means It is good to do. In addition to or separately from the correction steering means, depending on the 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 calculation means, It may be provided with alarm means for alarming.

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、車両に装着した駐車支援用の前方又は後方の監視カメラによって路面を連続して撮像した画像から、走行レーンを標示するレーンマークを検出し、ヨーレイト及び車体速度に基づき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いて演算された車両の走行軌跡の第1の道路曲率と、ナビゲーション装置によって検出された車両の進行方向の所定距離分の位置座標に基づいて演算された車両の進行方向の第2の道路曲率とを照合して道路距離の偏差を求め、この偏差に基づいて第2の道路曲率に対する車両の位置を特定し、この特定位置及び第2の道路曲率演算手段の演算結果に基づき、車両の進行方向の道路曲率が正確に推定されるので、監視カメラの精度に大きく依存することなく、ナビゲーション装置の検出情報を活用し、曲線のレーンマークに対しても適用することができ、適切にレーン走行支援を行なうことができる。特に、駐車支援用の監視カメラとして既設の安価なカメラを用いることができ、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る。 Since this invention is comprised as mentioned above, there exist the following effects. That is, in the vehicle lane travel support device configured as described in claim 1 , the travel lane is determined from images obtained by continuously capturing the road surface with a front or rear monitoring camera for parking support mounted on the vehicle. Detect the lane mark to be displayed, calculate the position coordinates at the center of the lane based on the yaw rate and the vehicle speed, accumulate the calculation results, assume the position coordinates at the center of the lane as an arc, and based on the radius of the arc a first road curvature of the running path of the computed vehicle, a second road curvature direction of travel of the vehicle calculated based on the traveling direction of the position coordinates of the predetermined distance of the vehicle detected by the navigation device matching to a deviation of the road distance, based on the deviation to identify the position of the vehicle relative to the second road curvature based on the calculation result of the particular position and the second road curvature calculating means Since the traveling direction of the road curvature of the vehicle is accurately estimated without relying heavily on the surveillance camera accuracy, utilizing the detection information of the navigation device, it can also be applied to the lane mark of the curve, Appropriate lane driving assistance can be provided. In particular, an existing inexpensive camera can be used as a parking assistance monitoring camera, and not only the front monitoring camera but also a rear monitoring camera can be used.

特に、道路曲率推定手段を請求項2に記載のように構成すれば、走行道路のクロソイド情報によって道路曲率を容易且つ適切に推定することができる。   In particular, if the road curvature estimation means is configured as described in claim 2, the road curvature can be easily and appropriately estimated by the clothoid information of the traveling road.

更に、請求項3に記載のように構成すれば修正操舵手段によって、ナビゲーション装置の検出情報に基づき、車両のレーン走行支援を円滑に行なうことができる。 Furthermore, according to the structure as claimed in claim 3, the corrective steering means based on the detection information of the navigation device, it is possible to smoothly perform the lane running support of the vehicle.

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。また、電子制御ユニットECU1には、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、及び車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサYSが接続されているが、後述するように電子制御ユニットECU1及びECU2は相互に信号を送受信し得るように構成されるので、これらは電子制御ユニットECU2に接続してもよい。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。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、及びEPSモータの回転角を検出する回転角センサRS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。   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. Further, 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 a yaw rate sensor YS that detects the yaw rate of the vehicle are connected to the electronic control unit ECU1. However, since the electronic control units ECU1 and ECU2 are configured to be able to transmit and receive signals to each other as will be described later, they may be connected to the electronic control unit ECU2. 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. On the other hand, the electronic control unit ECU2 is connected to the steering torque sensor TS and the rotation angle sensor RS for detecting the rotation angle of the EPS motor on the input side, and to the EPS motor on the output side.

更に、電子制御ユニットECU1(又はECU2)には、GPS及び慣性航法を備えたナビゲーション装置NAVが接続されており、これによって検出される車両進行方向の道路形状情報が電子制御ユニットECU1に入力される。このときの道路形状情報としては車両進行方向の所定位置での位置座標を含み、ナビゲーション装置NAVとしては、この車両進行方向の所定位置での位置座標を取り出せる構成であれば市販の装置をそのまま利用することができ、基本的な構成は市販の装置と同様でよいので、説明は省略する。   Furthermore, a navigation device NAV equipped with GPS and inertial navigation is connected to the electronic control unit ECU1 (or ECU2), and road shape information in the vehicle traveling direction detected thereby is input to the electronic control unit ECU1. . The road shape information at this time includes position coordinates at a predetermined position in the vehicle traveling direction, and the navigation device NAV can use a commercially available device as long as it can extract the position coordinates at the predetermined position in the vehicle traveling direction. Since the basic configuration may be the same as that of a commercially available apparatus, description thereof is omitted.

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及び後方監視カメラCMr、ヨーレイトセンサYS、操舵角センサSS、車体速度センサVS及びナビゲーション装置NAV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. And a navigation device NAV. 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で、ここでは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. Note that δf is a steering angle detected by the steering angle sensor SS, ρ is a 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=[1 0 0 0 ; 0 1 0 0 ; 0 0 1 0 ; 0 0 0 1]
また、Rlは画像認識結果のレーン検出状態を表すファクターで、例えば、走行レーンが検出された状態が「1」で、未検出の状態が「0」とされる。これにより、レーンマークの連続線部が検出されたときにのみ走行レーン内における車両の横方向位置を推定するように構成し、あるいは、レーンマークの連続線部が検出されたときにのみ走行レーン内における車両の横方向位置を推定結果に反映するように構成することができる。
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 = [1 0 0 0; 0 1 0 0; 0 0 1 0; 0 0 0 1]
Rl is a factor indicating the lane detection state of the image recognition result. For example, the state where the traveling lane is detected is “1”, and the state where the lane is not detected is “0”. Thus, the configuration is such that the lateral position of the vehicle in the travel lane is estimated only when the continuous line portion of the lane mark is detected, or the travel lane is only detected when the continuous line portion of the lane mark is detected. The lateral position of the vehicle in the vehicle can be reflected in the estimation result.

一方、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が演算され、この相対位置指標並びにヨーレイトセンサYSの検出ヨーレイト及び車体速度センサVSの検出車体速度(車速Vx)に基づき、第1の道路曲率演算部M3にて第1の道路曲率が演算される。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。   On the other hand, a relative position index representing a relative position of the vehicle with respect to the travel lane is calculated in the state quantity calculation unit M2, and based on the relative position index, the detected yaw rate of the yaw rate sensor YS, and the detected vehicle body speed (vehicle speed Vx) of the vehicle body speed sensor VS. The first road curvature calculation unit M3 calculates the first road curvature. 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第1の道路曲率演算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及び車速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及び車速Vxに基づき車両の位置座標(xv, yv)を以下のように求める。
xv =∫∫Vx・cos(ψ+β)dt dt=ΣVx・Δt・cos(ψ+β)
yv =∫∫Vx・sin(ψ+β)dt dt=ΣVx・Δt・sin(ψ+β)
The first road curvature calculation algorithm in the present 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 speed Vx. 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 method of least squares. Specifically, first, the position coordinates (xv, yv) of the vehicle are obtained as follows based on the detected yaw rate γ and the vehicle speed Vx for each control cycle.
xv = ∫∫Vx · cos (ψ + β) dt dt = ΣVx · Δt · cos (ψ + β)
yv = ∫∫Vx · sin (ψ + β) dt dt = ΣVx · Δt · sin (ψ + β)

尚、上記の式でのヨー角ψはヨーレイトγに基づきψ=∫γdtとして求めることができ、横すべり角(スリップ角)βは下記の式で求めることができる。
β= [{1-(Mv/2L)・Lf/(Lr・Cr)}/(1+K・Vx2)]・(Lr/L)・δf
ここで、Mvは車体質量、Lはホイールベース、Lf及びLrは車両の重心と前輪車軸中心及び後輪車軸中心との間の距離で(L=Lf+Lr)、Cr は後輪のコーナリングファクタ、Kはスタビリティファクタ、Vxは車速、δfは操舵角である。
The yaw angle ψ in the above equation can be obtained as ψ = ∫γdt based on the yaw rate γ, and the side slip angle (slip angle) β can be obtained by the following equation.
β = [{1- (Mv / 2L) ・ Lf / (Lr ・ Cr)} / (1 + K ・ Vx 2 )] ・ (Lr / L) ・ δf
Where Mv is the vehicle body mass, L is the wheel base, Lf and Lr are the distance between the center of gravity of the vehicle and the center of the front wheel axle and the center of the rear wheel axle (L = Lf + Lr), and Cr is the cornering factor of the rear wheel , K is the stability factor, Vx is the vehicle speed, and δf is the steering angle.

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り、その曲率が第1の道路曲率(ρv(n))とされる。   Thus, if a part of the past coordinates of the position coordinates (xlc, ylc) at the center of the lane is taken out and a circle parameter is obtained by the method of least squares assuming that the center locus of the traveling lane is an arc, the radius is calculated. It becomes a road diameter, and the curvature thereof is the first road curvature (ρv (n)).

また、ナビゲーション装置NAVによって検出される道路形状情報のうち、車両(図6に破線で示したVH)の進行方向(前方)の所定距離分の位置座標が第2の道路曲率演算部M4に入力され、ここで車両VHの進行方向(前方)に所定距離離隔した位置での第2の道路曲率が演算される。具体的には、図6に示すように、ナビゲーション装置NAVにて検出される複数の道路座標点(図6に黒点で示す位置座標)のうち数点に対し円弧が当て嵌められ、その円弧の曲率が演算される。このときの道路の位置座標に対する円弧の当て嵌めには、例えば3点を通る円弧を求める方法や、4点以上の座標から最も自乗誤差が少なくなるように円弧を求める方法(最小自乗法)を適用すればよい。而して、車両進行方向の道路形状情報として、車両VHの進行方向(前方)の所定位置に対する第2の道路曲率が蓄積されて、図7に示すマップが形成される。尚、図7においては道路曲率(ρ)が用いられる。   Further, among the road shape information detected by the navigation device NAV, position coordinates for a predetermined distance in the traveling direction (front) of the vehicle (VH indicated by a broken line in FIG. 6) are input to the second road curvature calculation unit M4. Here, the second road curvature at a position separated by a predetermined distance in the traveling direction (forward) of the vehicle VH is calculated. Specifically, as shown in FIG. 6, an arc is fitted to several points among a plurality of road coordinate points (position coordinates indicated by black points in FIG. 6) detected by the navigation device NAV. The curvature is calculated. In order to fit the arc to the road position coordinates at this time, for example, a method of obtaining an arc passing through three points or a method of obtaining an arc so as to minimize the square error from the coordinates of four or more points (least square method). Apply. Thus, as the road shape information in the vehicle traveling direction, the second road curvature with respect to a predetermined position in the traveling direction (front) of the vehicle VH is accumulated, and the map shown in FIG. 7 is formed. In FIG. 7, road curvature (ρ) is used.

そして、自車位置特定部M5において、図8に示すように、上記の位置座標(自車軌跡座標)の計測毎に自車軌跡道路曲率データ列(第1の道路曲率データ列)(ρv(n),ρv(n-1),ρv(n-2),ρv(n),・・・,ρv(n-k))に対応するナビゲーション道路曲率データ列(第2の道路曲率データ列)との道路距離の偏差(x(n),x(n-1),x(n-2),x(n),・・・,x(n-k))が求められ、その平均値(=(1/k)・Σx(n-i)、但しΣはi=1〜k)が求められる。これにより、第1の道路曲率の第2の道路曲率に対するズレが明らかとなり、第2の道路曲率に対する車両VHの位置が特定される。従って、図9に示すように、破線で示す自車軌跡道路曲率データ列を平均値(=(1/k)・Σx(n-i))分シフトさせれば、そのときのナビゲーション道路曲率データ列に対応する点を推定することができる。而して、道路曲率推定部M6において、その時点でのクロソイド係数(A)が推定される。尚、道路曲率(ρ)とクロソイド係数(A)との関係はρ= L/A2であり(Lは走行距離を表す)、クロソイド係数(A)の推定は道路曲率(ρ)の推定を意味する。 Then, in the own vehicle position specifying unit M5, as shown in FIG. 8, every time the position coordinates (own vehicle locus coordinates) are measured, the own vehicle locus road curvature data string (first road curvature data string) (ρv ( n), ρv (n-1), ρv (n-2), ρv (n), ..., ρv (nk)) and the navigation road curvature data string (second road curvature data string) The deviation of the road distance (x (n), x (n-1), x (n-2), x (n), ..., x (nk)) is obtained, and the average value (= (1 / k) · Σx (ni), where Σ is i = 1 to k). Thereby, the shift | offset | difference with respect to the 2nd road curvature of a 1st road curvature becomes clear, and the position of the vehicle VH with respect to a 2nd road curvature is pinpointed. Accordingly, as shown in FIG. 9, if the vehicle trajectory road curvature data sequence indicated by the broken line is shifted by the average value (= (1 / k) · Σx (ni)), the navigation road curvature data sequence at that time is changed. Corresponding points can be estimated. Thus, the road curvature estimation unit M6 estimates the clothoid coefficient (A) at that time. The relationship between road curvature (ρ) and clothoid coefficient (A) is ρ = L / A 2 (L represents the distance traveled), and estimation of clothoid coefficient (A) is an estimate of road curvature (ρ). means.

尚、上記の道路曲率推定部M6における道路曲率(ρ)の推定に際し、例えば道路距離でxdの遅れが存在する場合には、図10に示すように、道路曲率(ρ)を曲率認識遅れ距離(xd)分補正した道路曲率(ρ’)に置き換えるとよい。例えば、車両走行道路がクロソイドに沿って形成されている場合には、ρ’は(ρ+xd/A2)に置き換えられる(Aはクロソイド係数)。これとは逆に、道路曲率が減少する場合にはρ’は(ρ−xd/A2)に置き換えられる。 When estimating the road curvature (ρ) in the road curvature estimation unit M6, for example, if there is a delay of xd in the road distance, the road curvature (ρ) is calculated as a curvature recognition delay distance as shown in FIG. It is better to replace with the road curvature (ρ ') corrected by (xd). For example, when the vehicle traveling road is formed along a clothoid, ρ ′ is replaced by (ρ + xd / A 2 ) (A is a clothoid coefficient). On the contrary, when the road curvature decreases, ρ ′ is replaced with (ρ−xd / A 2 ).

上記のように推定された道路曲率(ρ)は目標状態量演算部M7に入力され、この道路曲率(ρ)に基づき、目標状態量演算部M7にて以下のように目標状態量が演算される。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、道路曲率推定部M6で推定された道路曲率(ρ)に基づき、目標状態量演算部M7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。   The road curvature (ρ) estimated as described above is input to the target state quantity calculation unit M7. Based on the road curvature (ρ), the target state quantity calculation unit M7 calculates the target state quantity as follows. The That is, based on the road curvature (ρ) estimated by the road curvature estimation unit M6 in addition to the steering angle δf detected by the steering angle sensor SS, the vehicle speed (vehicle speed Vx) detected by the vehicle speed sensor VS, and the like, The target state quantity calculation unit M7 calculates a target state quantity consisting of the following four factors.

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。また、目標ヨー角ψtがψt=C・ρに設定される。尚、このCは道路曲率(ρ)から目標ヨー角ψtへの変換定数である。そして、車体速度(車速)Vxと道路曲率(ρ)に基づき、目標ヨーレイトγtがγt=Vx・ρとして設定される。   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. Further, the target yaw angle ψt is set to ψt = C · ρ. Note that C is a conversion constant from the road curvature (ρ) to the target yaw angle ψt. Then, based on the vehicle body speed (vehicle speed) Vx and the road curvature (ρ), the target yaw rate γt is set as γt = Vx · ρ.

而して、目標状態量演算部M7の演算結果(目標状態量)と、状態量演算部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M8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制御ゲインK1乃至K4によって重み付けがされて横変位の誤差フィードバック項が形成され、更にこれらの総和に、道路曲率(ρ)に対応するステアリング角フィードフォワード項δff(ρ)が加算されて、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)+δff(ρ)
Thus, the difference between the calculation result (target state quantity) of the target state quantity calculation unit M7 and the calculation result (current state quantity) of the state quantity calculation unit M2 is calculated, and based on this difference, the feedback control calculation unit A torque command value is calculated at M8. That is, in the feedback control calculation unit M4, the difference between the 4-factor target value (t is added) and the estimated value (e is added) representing the target state quantity is weighted by the control gains K1 to K4. An error feedback term for lateral displacement is formed, and a steering angle feedforward term δff (ρ) corresponding to the road curvature (ρ) is added to the sum of these, and the target rotation angle (target steering angle) is as follows: It is set as δswt.
δswt = K1 ・ (yt−ye) + K2 ・ (dyt−dye) + K3 ・ (ψt−ψe) + K4 ・ (γt−γe) + δff (ρ)

上記のδff(ρ)は、2輪モデルから導出された道路曲率(ρ)におけるステアリング角理論値として、以下のように演算される(尚、Vxは車速、Lはホイールベース、Kはスタビリティファクタである)。
δff(ρ) = Vx・ρ/ Vx・L (1+K・Vx2)
The above δff (ρ) is calculated as the steering angle theoretical value in the road curvature (ρ) derived from the two-wheel model as follows (where Vx is the vehicle speed, L is the wheelbase, and K is the stability) Factor).
δff (ρ) = Vx · ρ / Vx · L (1 + K · Vx 2 )

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、及び付加ステアリングトルクフィードフォワード項Tff(ρ)に応じて、付加ステアリングトルク指令値Taddが下記のように演算される(尚、K5は制御ゲインである)。
Tadd = K5・(δswt−δsw)+Tff(ρ)
上記付加ステアリングトルクフィードフォワード項Tff(ρ)は以下のように演算される。
Tff(ρ) =fatff(βff(ρ)+δff(ρ))
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, and the additional steering torque feedforward term Tff (ρ) The additional steering torque command value Tadd is calculated as follows (where K5 is a control gain).
Tadd = K5 · (δswt−δsw) + Tff (ρ)
The additional steering torque feedforward term Tff (ρ) is calculated as follows.
Tff (ρ) = fatff (βff (ρ) + δff (ρ))

上記の式において、fatff(α)はタイヤスリップ角(α)に対するセルフアライニングトルクを表す関数で、例えば図4に示す関係にある。また、βff(ρ)は道路曲率(ρ)における定常車体スリップ角であり、以下のように求められる。尚、定常車体スリップ角とは、一定車速で一定の道路曲率の道路を走行しているときの車体スリップ角である。
βff(ρ) =[{1−(Mv/2L)・(Lf/(Lr・Cr))・Vx2}/(1+K・Vx2)]・(Lr/L)・δff(ρ)
ここで、Mvは車体質量、Lはホイールベース、Lfは車両の重心から前輪車軸中心までの距離、Lrは車両の重心から後輪車軸中心までの距離、Cr は後輪のコーナリングファクタ、Vxは車速、Kはスタビリティファクタである。
In the above equation, fatff (α) is a function representing the self-aligning torque with respect to the tire slip angle (α), and has a relationship shown in FIG. 4, for example. Βff (ρ) is a steady vehicle body slip angle at the road curvature (ρ), and is obtained as follows. The steady vehicle body slip angle is the vehicle body slip angle when traveling on a road having a constant road curvature at a constant vehicle speed.
βff (ρ) = [{1− (Mv / 2L) ・ (Lf / (Lr ・ Cr)) ・ Vx 2 } / (1 + K ・ Vx 2 )] ・ (Lr / L) ・ δff (ρ)
Where Mv is the vehicle body mass, L is the wheel base, Lf is the distance from the center of gravity of the vehicle to the center of the front axle, Lr is the distance from the center of gravity of the vehicle to the center of the rear axle, Cr is the cornering factor of the rear wheel, and Vx is Vehicle speed and K are stability factors.

上記のように演算された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M9(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M10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。   The additional steering torque command value Tadd calculated as described above is transmitted to the electronic control unit ECU2 (FIG. 2) for steering control, and the torque command value Tadd is normally set by the electric power steering control unit M9 (FIG. 3). The electric power steering system EPS is controlled by being added to the power steering control amount, 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 M10, 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、ナビゲーション装置NAVにて検出される道路形状情報のうち、車両(図11に破線で示したVH)の進行方向(前方)の所定位置での位置座標を用い、この位置座標を電子制御ユニットECU1に入力するように構成してもよい。具体的には、図11に示すように、ナビゲーション装置NAVにて検出される複数の道路座標点(図11に黒点で示す位置座標)のうち数点から、前述のように最小自乗法等により自車位置近傍での道路曲率(ρ)が推定され、車両VHの自車位置を原点とし、図11に二点鎖線で示す接線と平行な軸をx軸としたx−y座標が設定される。そして、車両進行方向の目標座標点(図11の交点×)のx座標値(xlt)が車両VHの車速Vxに基づいて設定され、更にこのx座標値(xlt)に基づきy座標値(ylt)が以下のように演算される(尚、下記のRはR=1/ρである)。
ylt = (yt−ye)+R・(1−cos(sin-1(xlt/R))
Furthermore, as another embodiment of the present invention, among the road shape information detected by the navigation device NAV, position coordinates at a predetermined position in the traveling direction (front) of the vehicle (VH indicated by a broken line in FIG. 11) are obtained. The position coordinates may be used and input to the electronic control unit ECU1. Specifically, as shown in FIG. 11, from a plurality of road coordinate points (position coordinates indicated by black dots in FIG. 11) detected by the navigation device NAV, the least square method or the like is used as described above. The road curvature (ρ) in the vicinity of the own vehicle position is estimated, and the xy coordinates are set with the own vehicle position of the vehicle VH as the origin and the axis parallel to the tangent indicated by the two-dot chain line in FIG. 11 as the x axis. The Then, the x coordinate value (xlt) of the target coordinate point (intersection point x in FIG. 11) in the vehicle traveling direction is set based on the vehicle speed Vx of the vehicle VH, and the y coordinate value (ylt) is further based on the x coordinate value (xlt). ) Is calculated as follows (note that R below is R = 1 / ρ).
ylt = (yt−ye) + R ・ (1−cos (sin −1 (xlt / R))

而して、車両進行方向の目標座標点での横方向変位(ylt−xlt・tan(ψ+Vx・γ))に応じて以下のように目標ステアリング角(δswt)が設定される(尚、K6は制御ゲインである)。
δswt =K6・(ylt−xlt・tan(ψ+Vx・γ))
Thus, the target steering angle (δswt) is set as follows according to the lateral displacement (ylt−xlt · tan (ψ + Vx · γ)) at the target coordinate point in the vehicle traveling direction (K6 is Control gain).
δswt = K6 ・ (ylt−xlt ・ tan (ψ + Vx ・ γ))

以後、前述の実施形態と同様、付加ステアリングトルク指令値Taddが下記のように演算されて、車両横方向の変位に応じたフィードバックが行われ、以下、前述の実施形態と同様に処理される(尚、K7は制御ゲインである)。
Tadd = K7・(δswt−δsw)
Thereafter, as in the above-described embodiment, the additional steering torque command value Tadd is calculated as follows, and feedback according to the displacement in the lateral direction of the vehicle is performed, and thereafter, the same processing as in the above-described embodiment is performed ( K7 is a control gain).
Tadd = K7 ・ (δswt−δsw)

本発明の車両のレーン走行支援制御装置の一実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Embodiment of the lane travel assistance control apparatus of the vehicle of this invention. 本発明の一実施形態における操舵制御手段を含むレーン走行支援制御装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the lane driving assistance control apparatus containing the steering control means in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における制御態様を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control aspect in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態において、タイヤスリップ角に対するセルフアライニングトルクの特性の一例を示すグラフである。In one Embodiment of this invention, it is a graph which shows an example of the characteristic of the self-aligning torque with respect to a tire slip angle. 本発明の一実施形態において自車軌跡道路曲率データ列(第1の道路曲率データ列)を説明するグラフである。It is a graph explaining the own vehicle locus road curvature data sequence (1st road curvature data sequence) in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態においてナビゲーション道路曲率データ列(第2の道路曲率データ列)を説明するグラフである。It is a graph explaining a navigation road curvature data sequence (2nd road curvature data sequence) in one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態において第2の道路曲率の演算結果を蓄積したデータを道路距離に対する道路曲率の変化を用いて示すグラフである。It is a graph which shows the data which accumulate | stored the calculation result of the 2nd road curvature in one Embodiment of this invention using the change of the road curvature with respect to road distance. 本発明の一実施形態において自車軌跡道路曲率データ列とナビゲーション道路曲率データ列との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the own vehicle locus road curvature data sequence and a navigation road curvature data sequence in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態において自車軌跡道路曲率データ列をシフトさせてナビゲーション道路曲率データ列に対応する点を推定する状況を示すグラフである。It is a graph which shows the condition which shifts the own vehicle locus road curvature data sequence in one Embodiment of this invention, and estimates the point corresponding to a navigation road curvature data sequence. 本発明の一実施形態において、道路曲率の推定に際し遅れが存在する場合の道路曲率の補正状況を示すグラフである。In one Embodiment of this invention, it is a graph which shows the correction | amendment condition of a road curvature in case there exists a delay in the estimation of a road curvature. 本発明の他の実施形態における目標座標点の設定を説明するグラフである。It is a graph explaining the setting of the target coordinate point in other embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

SW ステアリングホイール
VH 車両
WH 車輪
EPS 電動パワーステアリングシステム
NAV ナビゲーション装置
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 VH Vehicle WH Wheel EPS Electric power steering system NAV Navigation device 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

Claims (3)

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、前記車両に装着した駐車支援用の前方又は後方の監視カメラ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検出する走行レーン検出手段と、前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標を含む道路形状情報を検出するナビゲーション装置とを備え、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前記車両の走行軌跡の道路曲率である第1の道路曲率を演算する第1の道路曲率演算手段と、前記ナビゲーション装置が検出した前記車両の進行方向の所定距離分の位置座標に基づき前記車両の進行方向の第2の道路曲率を演算する第2の道路曲率演算手段と、該第2の道路曲率演算手段の演算結果と前記第1の道路曲率演算手段の演算結果とを照合して前記第1の道路曲率の前記第2の道路曲率に対する道路距離の偏差を求め、該偏差に基づいて前記第2の道路曲率に対する前記車両の位置を特定し、該特定位置及び前記第2の道路曲率演算手段の演算結果に基づき前記車両の進行方向の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ことを特徴とする車両のレーン走行支援装置。 The road surface is continuously connected by a steering control means that operates according to the steering wheel operation of the driver and can control the steering state according to the road running state of the vehicle, and a front or rear monitoring camera for parking assistance attached to the vehicle. A travel lane detecting means for detecting a lane mark indicating the travel lane from the captured image, and a navigation device for detecting road shape information including position coordinates for a predetermined distance in the traveling direction of the vehicle, state detecting means for detecting the steering state and the running state of the vehicle including the yaw rate and the vehicle body speed of the vehicle based on the steering state and the running state of the detection result and the vehicle of the travel lane detecting unit, wherein 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 the travel lane, the said vehicle state quantity calculating means Based on the calculated relative position index of the vehicle, the yaw rate and the vehicle body speed detected by the state detection means, the position coordinate of the vehicle in the plane coordinates is calculated, and based on the position coordinate of the vehicle and the relative position index of the vehicle The position coordinate at the center of the travel lane is calculated, the calculation result is accumulated, the position coordinate at the center of the travel lane is assumed to be an arc, and the road curvature of the travel locus of the vehicle based on the radius of the arc is a first A first road curvature calculating means for calculating a road curvature; and a second road curvature for calculating a second road curvature in the traveling direction of the vehicle based on position coordinates for a predetermined distance in the traveling direction of the vehicle detected by the navigation device. a road curvature calculating means, calculation results and the second road songs calculation result with the collation to the first road curvature of the first road curvature calculating means of the second road curvature calculating means A deviation of the road distance to, on the basis of the deviation locates the vehicle with respect to the second road curvature, the traveling direction of the vehicle based on the calculation result of the specific position and the second road curvature calculating means Road curvature estimation means for estimating the road curvature of the vehicle, and a target state for setting a target state quantity for the vehicle based on the road curvature estimated by the road curvature estimation means and the steering state and running state of the vehicle detected by the state detection means An amount setting unit, and assists the vehicle in traveling in the travel lane according to a comparison result between the target state amount set by the target state amount setting unit and the state amount calculated by the vehicle state amount calculating unit. A vehicle lane travel support apparatus characterized by the above. 前記道路曲率推定手段は、前記車両が走行する道路のクロソイド情報を適用して前記道路曲率を推定するように構成したことを特徴とする請求項1記載の車両のレーン走行支援装置。   2. The vehicle lane travel support apparatus according to claim 1, wherein the road curvature estimation means is configured to estimate the road curvature by applying clothoid information of a road on which the vehicle travels. 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差に応じたフィードバック制御量と、前記道路曲率推定手段が推定した道路曲率に応じたフィードフォワード制御量との和に基づき、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を備えたことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両のレーン走行支援装置。 Feedback control amount according to the difference 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, and feedforward according to the road curvature estimated by the road curvature estimating means based on the sum of the control amount, the steering control unit according to the lane running support system for a vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises a corrective steering means for modifying the steering control.
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