JP4696539B2

JP4696539B2 - 車両の走行支援装置

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Publication number: JP4696539B2
Application number: JP2004342901A
Authority: JP
Inventors: 時彦秋田; 欣司山本
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2024-11-26
Also published as: JP2006151123A

Description

本発明は、車両の走行支援装置に関し、特に、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像からレーンマークを検知し、このレーンマークに基づき車両の走行レーンを推定し、その推定結果に応じて車両の走行を支援する走行支援装置に係る。

車両の走行支援装置としては種々の走行支援手段を備えたものがあり、例えば、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走行支援装置が知られている。このレーン走行支援装置は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。

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。

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。

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。

特開平２−４８７０４号公報特開平２−２７４０８号公報特開昭６０−３７０１１号公報

上記の特許文献１乃至３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。

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、レーン走行支援制御には走行レーンの中央位置の特定が要求されるが、検知された左右のレーンマークの中央位置を利用することが一般的であった。

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、破線のレーンマークの空白部では走行レーンの中央位置を特定することはできず、空白部の間は推定値を用いなければならない。このため、走行レーンにおける車両の位置推定精度が低下し、レーンマークに対し適切に車両の相対位置を推定することはできない。従って、このようなレーンマークの検出に既設の前方監視カメラや後方監視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。

また、車両の走行支援装置における走行支援手段としては、上記のような操舵制御を行う手段に留まらず、例えば、常時車両の進行方向を照射するように前照灯の照射方向を可変制御し、あるいは配光を可変制御するライティングシステムが提案され、既に市販されているが、このような照射方向可変制御手段や配光可変制御手段も走行支援手段に包含される。即ち、車両の走行レーンを検出し、コーナリング時も含め常にその走行レーンを照射するように前照灯の照射方向を制御し、あるいは配光を制御することによって、夜間、走行レーン内を容易に走行し得るように支援することができる。更には、オートマチックトランスミッション（図示せず）を備えた車両において、車両のコーナリング作動の程度（例えば、カーブへの進入角度の大きさ）に応じてシフトアップやシフトダウンを自動的に行う自動シフト手段に対し、走行レーンの検出結果に応じて自動的にシフトチェンジし得るように構成することにより、有効な走行支援手段となる。

そこで、本発明は、画像から検知したレーンマークに基づき車両の走行レーンを推定し、その推定結果に応じて車両の走行を支援する車両の走行支援装置において、左右のレーンマークの一方側が空白部を有する破線で構成されている場合でも、適切に走行レーンを推定し、円滑に走行支援を行い得る車両の走行支援装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、請求項１に記載のように、車両近傍の周辺を撮像し画像情報を出力して駐車支援に供する撮像手段と、該撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から、該路面上に標示するレーンマークを検知するレーンマーク検知手段と、該レーンマーク検知手段が検知したレーンマークに基づき前記車両の走行レーンを推定する走行レーン推定手段と、該走行レーン推定手段が推定した走行レーンに応じて前記車両の走行を支援する走行支援手段を備えた車両の走行支援装置において、前記走行レーン推定手段は、前記レーンマーク検知手段が前記車両の左右の少なくとも一方側で前記レーンマークを検知したときに、当該検知された一方側のレーンマークに対する前記車両の横方向位置である相対位置を推定する相対位置推定手段と、前記レーンマーク検知手段が前記車両の左右両側で前記レーンマークを検知したときに、該左右両側のレーンマーク間の距離を前記画像から検出するレーン幅検出手段と、該レーン幅検出手段の検出結果と前記相対位置推定手段の推定結果に基づき、前記左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを推定するレーンマーク推定手段と、前記レーンマーク検知手段が検知した前記左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを前記撮像手段によって検知することが不能となる検知不能状態が所定距離走行する間継続したか否かを判定する検知不能状態判定手段とを備え、該検知不能状態判定手段が前記検知不能状態の継続と判定したときには、前記走行支援手段による走行支援に対し警報及び禁止の少なくとも一方を行うように構成すると共に、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、該状態検出手段の検出結果及び前記レーンマーク検知手段の検知結果に基づき、レーン相対位置、レーン横方向移動速度、ヨー角及びヨーレイトを含む前記車両の状態量を車両運動モデル及び道路モデルに基づく状態方程式に基づいて推定演算する車両状態量演算手段と、該車両状態量演算手段の演算結果に基づき前記一方側のレーンマークに対する前記車両の横方向位置である相対位置を演算する相対位置演算手段と、該相対位置演算手段の演算結果と前記相対位置推定手段の推定結果との誤差を所定値と大小比較する誤差判定手段を具備し、該誤差判定手段にて前記誤差が所定値未満と判定したときには、前記レーンマーク推定手段による前記レーンマークの推定を許容し、前記誤差判定手段にて前記誤差が所定値以上と判定したときには、前記レーンマーク推定手段による前記レーンマークの推定を禁止するように構成したものである。

あるいは、請求項２に記載のように、車両近傍の周辺を撮像し画像情報を出力して駐車支援に供する撮像手段と、該撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から、該路面上に標示するレーンマークを検知するレーンマーク検知手段と、該レーンマーク検知手段が検知したレーンマークに基づき前記車両の走行レーンを推定する走行レーン推定手段と、該走行レーン推定手段が推定した走行レーンに応じて前記車両の走行を支援する走行支援手段を備えた車両の走行支援装置において、前記走行レーン推定手段は、前記レーンマーク検知手段が前記車両の左右の少なくとも一方側で前記レーンマークを検知したときに、当該検知された一方側のレーンマークに対する前記車両の横方向位置である相対位置を推定する相対位置推定手段と、前記レーンマーク検知手段が前記車両の左右両側で前記レーンマークを検知したときに、該左右両側のレーンマーク間の距離を前記画像から検出するレーン幅検出手段と、該レーン幅検出手段の検出結果と前記相対位置推定手段の推定結果に基づき、前記左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを推定するレーンマーク推定手段と、前記レーンマーク検知手段が検知した前記左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを前記撮像手段によって検知することが不能となる検知不能状態が所定時間継続したか否かを判定する検知不能状態判定手段とを備え、該検知不能状態判定手段が前記検知不能状態の継続と判定したときには、前記走行支援手段による走行支援に対し警報及び禁止の少なくとも一方を行うように構成すると共に、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、該状態検出手段の検出結果及び前記レーンマーク検知手段の検知結果に基づき、レーン相対位置、レーン横方向移動速度、ヨー角及びヨーレイトを含む前記車両の状態量を車両運動モデル及び道路モデルに基づく状態方程式に基づいて推定演算する車両状態量演算手段と、該車両状態量演算手段の演算結果に基づき前記一方側のレーンマークに対する前記車両の横方向位置である相対位置を演算する相対位置演算手段と、該相対位置演算手段の演算結果と前記相対位置推定手段の推定結果との誤差を所定値と大小比較する誤差判定手段を具備し、該誤差判定手段にて前記誤差が所定値未満と判定したときには、前記レーンマーク推定手段による前記レーンマークの推定を許容し、前記誤差判定手段にて前記誤差が所定値以上と判定したときには、前記レーンマーク推定手段による前記レーンマークの推定を禁止するように構成してもよい。

そして、前記走行支援手段は、請求項３に記載のように、前記車両の運転者によるステアリングホイール操作に応じて作動すると共に前記車両の走行レーン推定手段が推定した走行レーン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操舵制御手段を制御するように構成することができる。

尚、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。このとき、前記車両状態量演算手段は、前記撮像手段によって撮像した画像から、前記走行レーン推定手段が前記走行レーンを標示するレーンマークの連続線部を検出したときの検出値に基づいて、当該レーンマークの空白部を含む前記走行レーン内における前記車両の横方向位置（相対位置）を、車両運動モデル及び道路モデルに基づき推定演算するように構成することができる。前記状態検出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。

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又は２に記載のように構成された車両の走行支援装置においては、走行レーンを画定する左右のレーンマークの一方側が、空白部を有する破線で構成されている場合でも、左右両側のレーンマークを検知し得たときの情報に基づき、検知されている何れか一方側のレーンマークに対する車両の相対位置を推定することができるので、撮像手段の精度に大きく依存することなく、既設の安価なカメラによっても適切に走行レーンを推定し、円滑に走行支援を行うことができる。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る。しかも、左右のレーンマークの一方側が空白部を有する破線で構成されている場合でも、検知不能状態判定手段によって、当該レーンマークの推定可否を判定することができるので、適切に走行レーンを推定することができ、更に、誤差判定手段によって、走行レーン推定時における誤差を最小限に抑えることができる。

そして、前記走行支援手段を請求項３に記載のように構成すれば、左右のレーンマークの一方側が空白部を有する破線で構成されている場合でも、誤差が所定値未満のレーンマークに基づき、適切に走行レーンを推定することができ、円滑に車両のレーン走行支援を行なうことができる。

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走行支援装置の構成を示すもので、車両の周辺を撮像し画像情報を出力する撮像手段ＣＤと、この撮像手段ＣＤによって路面を連続して撮像した画像から、路面上に標示するレーンマークを検知するレーンマーク検知手段ＭＤと、このレーンマーク検知手段ＭＤが検知したレーンマークに基づき車両の走行レーンを推定する走行レーン推定手段ＬＥと、この走行レーン推定手段ＬＥが推定した走行レーンに応じて車両の走行を支援する走行支援手段ＡＤを備えている。走行レーン推定手段ＬＥは、レーンマーク検知手段ＭＤが車両の左右両側でレーンマークを検知したときに、一方側のレーンマークに対する車両の相対位置を推定する相対位置推定手段ＰＥと、レーンマーク検知手段ＭＤが車両の左右両側でレーンマークを検知したときに、それらのレーンマーク間の距離を画像から検出するレーン幅検出手段ＬＷと、このレーン幅検出手段ＬＷの検出結果と相対位置推定手段ＰＥの推定結果に基づき、左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを推定するレーンマーク推定手段ＭＥと、レーンマーク検知手段ＭＤが検知した左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを撮像手段ＣＤによって検知不能となる状態が所定時間及び所定距離走行する間の少なくとも何れかの間継続したか否かを判定する検知不能状態判定手段ＤＴとを備えている。而して、この検知不能状態判定手段ＤＴが検知不能状態の継続と判定したときには、走行支援手段ＡＤによる走行支援に対し警報及び禁止の少なくとも一方を行うように構成されている。

更に、図１に破線で示すように、車両の操舵状態及び走行状態を検出する状態検出手段ＳＤと、この状態検出手段ＳＤの検出結果及びレーンマーク検知手段ＭＤの検知結果に基づき車両の状態量を演算する車両状態量演算手段ＳＡと、この車両状態量演算手段ＳＡの演算結果に基づき一方側のレーンマークに対する車両の相対位置を演算する相対位置演算手段ＰＣと、この相対位置演算手段ＰＣの演算結果と前述の相対位置推定手段ＰＥの推定結果との誤差を所定値と大小比較する誤差判定手段ＥＤを具備したものとするとよい。この場合に、誤差判定手段ＥＤにて誤差が所定値未満と判定されると、レーンマーク推定手段ＭＥによるレーンマークの推定を許容し、誤差判定手段ＥＤにて誤差が所定値以上と判定されたときには、レーンマーク推定手段ＭＥによるレーンマークの推定を禁止するように構成される。尚、この具体例については、図６及び図７等を参照して後述する。

上記の走行支援手段ＡＤとしては、前述のように、ライティングシステム（図示せず）における照射方向可変制御手段や配光可変制御手段があるが、車両が走行レーン内を走行し得るように操舵制御を行うレーン走行支援装置を構成することができる。即ち、図１の走行支援手段ＡＤ内に破線で示すように、車両の運転者による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ＳＣと、車両の操舵状態及び走行状態に基づき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ＳＴとを備えたものとすればよく、具体的な構成例について図８を参照して後述する。而して、この場合には、目標状態量設定手段ＳＴの設定目標状態量と車両状態量演算手段ＳＡの演算結果の状態量との比較結果に応じて操舵制御手段ＳＣを制御するように構成される。

以下、本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置に関し、図２乃至図７を参照して説明する。図２は、両側の実線のレーンマークＳＬａ及びＳＬｂ間、特に実線のレーンマークＳＬａと破線のレーンマークＢＬとの間の走行レーンを、車両ＶＨが白抜矢印方向に走行中の状態を示している。この車両ＶＨには、撮像手段ＣＤとして駐車支援用の後方監視カメラＣＭｒが装着されており、これによって撮影された画像がレーン走行支援に供される（具体的な構成については図８乃至図１０を参照して後述する）。図２において、後方監視カメラＣＭｒによって認識可能な画像を撮影し得る撮像領域ＤＺを破線で示しており、例えば、この撮像領域ＤＺが図２に示すようにレーンマークＳＬａ及びＢＬの連続線部上に位置している場合には、レーンマークＳＬａ及びＢＬの両者が図４の表示画面ＤＳに写し出される。従って、この場合には、車両の左右両側のレーンマークが検知可能な状態にあって、車両の横方向位置（相対位置）は一方側のレーンマークＳＬａを基準に計測することができ、例えば距離ｙ0となる。また、他方側のレーンマークＢＬも検知されているので、これに対する車両の相対位置も計測することができる。

しかし、後方監視カメラＣＭｒによって認識可能な画像を撮影し得る範囲は図２に破線で示す撮像領域ＤＺが精々であり、その車両前後方向の長さは５ｍ程度で、破線のレーンマークＢＬの空白部の長さ（１２ｍ）に比べてかなり短い。即ち、一般的に破線のレーンマークＢＬには１２ｍの空白部が設けられているので、図３に示すように、後方監視カメラＣＭｒの撮像領域ＤＺがこの空白部に位置すると、図５の表示画面ＤＳには実線のレーンマークＳＬａのみが写し出されることになる。この場合にも、レーンマークＳＬａを基準に車両の相対位置を計測することができ、例えば距離ｙ1となるが、他方側のレーンマークＢＬは検知不能であるので表示されない。従って、この場合には、後述するように他方側のレーンマークＢＬに関する推定演算が必要となる。そして、検知不能の状態が所定時間（あるいは、所定距離走行する間）継続したか否かが判定され、所定時間以上（あるいは所定距離以上）継続しており、検知不能状態の継続と判定されたときには、レーン走行支援が禁止される（及び／又は警報が行われる）。

上記の、実線のレーンマークＳＬａは車両の横方向位置（相対位置）計測時の基準となるので、正確に特定する必要があるが、レーンマークに汚れや剥がれがある場合、あるいは、図６に示すようにレーンマークＳＬａに対し車両が傾斜している場合には、レーンマークＳＬａを基準とする車両の相対位置を正しく推定することができないおそれがある。このため、本実施形態においては、図１に示すように、車両状態量演算手段ＳＡにて、状態検出手段ＳＤの検出結果及びレーンマーク検知手段ＭＤの検知結果に基づき車両の状態量が演算され、この演算結果に基づき、相対位置演算手段ＰＣにおいて一方側のレーンマークＳＬａに対する車両ＶＨの相対位置が演算され、この演算結果（図６にｙeで示す）と前述の相対位置推定手段ＰＥの推定結果（図６にｙ1で示す）との誤差が、誤差判定手段ＥＤにて所定値（ｅとする）と大小比較される。而して、この誤差が所定値ｅ未満と判定されると、レーンマーク推定手段ＭＥによるレーンマークの推定が許容されるが、所定値ｅ以上と判定されたときには、レーンマークの推定が禁止される。

次に、検知不能な他方側のレーンマークについては、レーンマーク推定手段ＭＥによって、レーン幅検出手段ＬＷで検出されたレーンマーク間の距離（レーン幅Ｗ）と相対位置推定手段ＰＥの推定結果に基づき、図７に示すように推定される。即ち、レーンマークＳＬａに対しレーン幅Ｗだけ離隔した位置に、他方側のレーンマークの空白部ＢＬｂ（図７に二点鎖線で示す）が存在することになり、相対位置推定手段ＰＥの推定結果である車両ＶＨの相対位置（図７にｙ1で示す）をレーン幅Ｗから差し引けば、車両ＶＨの中心から他方側のレーンマークまでの距離（図７にｙ2で示す）となる。従って、走行レーンの中心線の位置は（ｙ1＋ｙ2）／２となる。尚、レーン幅Ｗは、レーン幅検出手段ＬＷで検出された過去のデータを蓄積し、統計的に求めるとよい。

図８乃至図１０は上記のレーン走行支援装置の一態様を示すもので、図１に破線で示す手段（誤差判定手段ＥＤを除く）を備えている。図８では、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が車両前方に配置されると共に、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く、図２乃至図７に示した態様では、駐車支援に供する後方のカメラＣＭｒが利用されている。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８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８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。

図８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。

図９は、図８のレーン走行支援装置のシステム構成を示すもので、画像処理システム（図９の上方）及び操舵制御システム（図９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、カメラＣＭｆ及び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。

これらの電子制御ユニットＥＣＵ１及びＥＣＵ２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８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。

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１０の制御ブロック図に示すように構成されており、カメラＣＭｒによって撮像された画像情報が図８及び図９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（レーン相対位置）及び走行レーンに対するヨー角ψが演算される。尚、画像処理によるレーンマークの検知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。

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、レーン相対位置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相対位置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（「^T」は転置を表す）。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、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、Ｘに対し「ｅ」を付加して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）

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演算結果に反映するように構成することができる。

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、以下のように道路曲率ρが演算される。先ず、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、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)

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。

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）

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、その曲率が道路曲率ρとされる。

一方、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（レーン相対位置）に対する目標レーン相対位置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、目標レーン位置変動速度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は道路曲率から目標ヨー角への変換定数で、ρは道路曲率である。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。

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）

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８）に送信され、電動パワーステアリング制御部Ｍ６（図９）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、修正操舵が行われる。

而して、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（相対位置）が推定結果に反映されるので、レーンマークの連続線部が検出されたときの検出値に基づいて、レーンマークの空白部を含む走行レーン内における車両の相対位置を適切に演算することができる。これにより、図１の相対位置演算手段ＰＣが構成される。更に、必要に応じ、上記トルク指令値Ｔaddが警報出力部Ｍ６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（状態推定演算部Ｍ２の演算結果）に応じて警報を行うこととしてもよい。

次に、図１１及び図１２は、レーンマーク推定手段ＭＥによるレーンマーク推定の一例を示すもので、先ず、ステップ１０１において前述のカメラＣＭｒの画像が入力され、ステップ１０２にて画像中のエッジ点が検出され、ステップ１０３に進み、連続線部（レーンマーク候補）が検知される。そして、ステップ１０４においてレーンマーク（実線のレーンマーク候補）が検知されると、ステップ１０５にてレーンマーク推定が行われる。

図１２は上記のレーンマーク推定の処理例を示すもので、ステップ２０１において車両の左右両側のレーンマークが検知されたか否かが判定され、検知されている場合にはステップ２０２に進み、空白部を有する非検知側のレーンマーク（以下、空白側のレーンマークという）についての推定機能が有効とされる（具体的には「有効」を表すフラグがセットされる）。また、ステップ２０３にてレーンマークの推定継続時間がリセットされる。そして、ステップ２０４に進み、検知された両側のレーンマークの内側縁の間における車両の相対位置が算出されると共に、ステップ２０５においてレーン幅Ｗが設定される。例えば、両側のレーンマーク検知時のレーン幅が過去一定時間蓄積（記憶）された値の平均値が求められ、この値が、検出側のレーンマークを基準として空白側のレーンマークを推定する際に、レーン幅Ｗとして設定される。

一方、ステップ２０１において車両の左右両側のレーンマークが検知されていないと判定された場合には、ステップ２０６にて、単独のレーンマークが検知されたか否かが判定され、検知されている場合にはステップ２０７に進み、空白側のレーンマークの推定機能が有効か否か（ステップ２０２の「有効」フラグがセットされているか否か）が判定される。空白側のレーンマークの推定機能が有効と判定された場合には、更に、ステップ２０８にて、その推定継続時間が所定時間と比較される。空白側のレーンマークの推定継続時間が所定時間未満である場合には、レーンマークの空白部が許容範囲内と判定することができるので、ステップ２０９及び２１０に進む。

ステップ２０９においては、検知されたレーンマークの誤差判定が行われる。例えば、前述の相対位置演算手段ＰＣの演算結果の相対位置と前述の相対位置推定手段ＰＥの推定結果の相対位置との誤差が所定値と大小比較される。例えば、前回（ｔ0時）特定された相対位置をｙ0、今回（ｔ1時）推定された相対位置をｙ1、レーン位置変動速度をｄｙとし、前回（ｔ0時）から今回（ｔ1時）までの変動量の積分値を∫ｄｙdtで表すと、｛ｙ1−（ｙ0＋∫ｄｙdt）｝の絶対値が誤差となり、この誤差が所定値（相対位置推定時の許容誤差）Ｙｎと大小比較される。而して、上記の誤差が所定値Ｙｎ未満であれば、ステップ２１０にて、相対位置推定手段ＰＥの推定結果の相対位置に最も近い（一本の）レーンマークが決定され、このレーンマークと前述のレーン幅Ｗに基づき、ステップ２１１にて車両の相対位置が推定される。この後、ステップ２１２にてレーンマークの推定継続時間が積算され、図１１のメインルーチンに戻る。

ステップ２０８において、レーンマークの推定継続時間が所定時間以上と判定された場合には、レーンマークの空白部が許容範囲以上か、レーンマークが存在しない状態で連続して推定が行われていると判定することができる。従って、この場合には、ステップ２１３に進み、空白側のレーンマークの推定機能が無効とされ、ステップ２１４にてレーンマークの推定継続時間がリセットされた後、ステップ２１５にて相対位置の推定不能とされて図１１のメインルーチンに戻る。換言すれば、空白側のレーンマークの推定が所定時間以上継続して行われたときには、レーンマークの検知不能状態の継続と判定され、レーンマークの推定は行われない。上記のステップ２０８における判定は、車両が所定距離走行する間、レーンマークの推定が継続して行われたか否かを判定するように構成してもよい。尚、ステップ２０６にて単独のレーンマークも検知されていないと判定された場合、及びステップ２０７において空白側のレーンマークの推定機能が無効と判定された場合には、ステップ２１５にて相対位置の推定不能とされて図１１のメインルーチンに戻る。

図１３は、上記のように推定された相対位置の時間変化（実線で示す）と、従来技術によって推定された相対位置の時間変化（破線で示す）とを対比して示すものである。この図１３から明らかなように、従来技術によれば、レーンマークの空白部を通過するときには、その直前の相対位置が保持されていたのに対し、本実施形態では、レーンマークの空白部を通過するときも含め、連続して相対位置を推定することができるので、円滑な走行支援制御が可能となる。

本発明の車両の走行支援装置の一実施形態を示す構成図である。本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置に関し、車両が走行レーンを走行中に、撮像領域が両側のレーンマークを含む状態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置に関し、車両が走行レーンを走行中に、撮像領域がレーンマークの空白部に位置した状態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置において、図２のレーンマークと車両との位置関係で撮像された表示画面を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置において、図３のレーンマークと車両との位置関係で撮像された表示画面を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置に関し、レーンマークに対し車両が傾斜している場合に、レーンマークを基準として車両の相対位置を推定する状態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置に関し、検知不能な他方側のレーンマークを推定する状態を示す平面図である。本発明の一実施形態に係るレーン走行支援装置の一態様の構成図である。本発明の一実施形態における操舵制御手段及び警報手段を含むレーン走行支援装置の構成例を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るレーン走行支援装置の制御態様を示すブロック図である。本発明の一実施形態におけるレーンマーク推定の一例を示すフローチャートである。図１１のレーンマーク推定の処理例を示すフローチャートである。本発明の一実施形態によって推定された相対位置の時間変化と、従来技術によって推定された相対位置の時間変化とを対比して示すグラフである。

符号の説明

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

Claims

車両近傍の周辺を撮像し画像情報を出力して駐車支援に供する撮像手段と、該撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から、該路面上に標示するレーンマークを検知するレーンマーク検知手段と、該レーンマーク検知手段が検知したレーンマークに基づき前記車両の走行レーンを推定する走行レーン推定手段と、該走行レーン推定手段が推定した走行レーンに応じて前記車両の走行を支援する走行支援手段を備えた車両の走行支援装置において、前記走行レーン推定手段は、前記レーンマーク検知手段が前記車両の左右の少なくとも一方側で前記レーンマークを検知したときに、当該検知された一方側のレーンマークに対する前記車両の横方向位置である相対位置を推定する相対位置推定手段と、前記レーンマーク検知手段が前記車両の左右両側で前記レーンマークを検知したときに、該左右両側のレーンマーク間の距離を前記画像から検出するレーン幅検出手段と、該レーン幅検出手段の検出結果と前記相対位置推定手段の推定結果に基づき、前記左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを推定するレーンマーク推定手段と、前記レーンマーク検知手段が検知した前記左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを前記撮像手段によって検知することが不能となる検知不能状態が所定距離走行する間継続したか否かを判定する検知不能状態判定手段とを備え、該検知不能状態判定手段が前記検知不能状態の継続と判定したときには、前記走行支援手段による走行支援に対し警報及び禁止の少なくとも一方を行うように構成すると共に、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、該状態検出手段の検出結果及び前記レーンマーク検知手段の検知結果に基づき、レーン相対位置、レーン横方向移動速度、ヨー角及びヨーレイトを含む前記車両の状態量を車両運動モデル及び道路モデルに基づく状態方程式に基づいて推定演算する車両状態量演算手段と、該車両状態量演算手段の演算結果に基づき前記一方側のレーンマークに対する前記車両の横方向位置である相対位置を演算する相対位置演算手段と、該相対位置演算手段の演算結果と前記相対位置推定手段の推定結果との誤差を所定値と大小比較する誤差判定手段を具備し、該誤差判定手段にて前記誤差が所定値未満と判定したときには、前記レーンマーク推定手段による前記レーンマークの推定を許容し、前記誤差判定手段にて前記誤差が所定値以上と判定したときには、前記レーンマーク推定手段による前記レーンマークの推定を禁止するように構成したことを特徴とする車両の走行支援装置。
車両近傍の周辺を撮像し画像情報を出力して駐車支援に供する撮像手段と、該撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から、該路面上に標示するレーンマークを検知するレーンマーク検知手段と、該レーンマーク検知手段が検知したレーンマークに基づき前記車両の走行レーンを推定する走行レーン推定手段と、該走行レーン推定手段が推定した走行レーンに応じて前記車両の走行を支援する走行支援手段を備えた車両の走行支援装置において、前記走行レーン推定手段は、前記レーンマーク検知手段が前記車両の左右の少なくとも一方側で前記レーンマークを検知したときに、当該検知された一方側のレーンマークに対する前記車両の横方向位置である相対位置を推定する相対位置推定手段と、前記レーンマーク検知手段が前記車両の左右両側で前記レーンマークを検知したときに、該左右両側のレーンマーク間の距離を前記画像から検出するレーン幅検出手段と、該レーン幅検出手段の検出結果と前記相対位置推定手段の推定結果に基づき、前記左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを推定するレーンマーク推定手段と、前記レーンマーク検知手段が検知した前記左右両側のレーンマークのうちの他方側のレーンマークを前記撮像手段によって検知することが不能となる検知不能状態が所定時間継続したか否かを判定する検知不能状態判定手段とを備え、該検知不能状態判定手段が前記検知不能状態の継続と判定したときには、前記走行支援手段による走行支援に対し警報及び禁止の少なくとも一方を行うように構成すると共に、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、該状態検出手段の検出結果及び前記レーンマーク検知手段の検知結果に基づき、レーン相対位置、レーン横方向移動速度、ヨー角及びヨーレイトを含む前記車両の状態量を車両運動モデル及び道路モデルに基づく状態方程式に基づいて推定演算する車両状態量演算手段と、該車両状態量演算手段の演算結果に基づき前記一方側のレーンマークに対する前記車両の横方向位置である相対位置を演算する相対位置演算手段と、該相対位置演算手段の演算結果と前記相対位置推定手段の推定結果との誤差を所定値と大小比較する誤差判定手段を具備し、該誤差判定手段にて前記誤差が所定値未満と判定したときには、前記レーンマーク推定手段による前記レーンマークの推定を許容し、前記誤差判定手段にて前記誤差が所定値以上と判定したときには、前記レーンマーク推定手段による前記レーンマークの推定を禁止するように構成したことを特徴とする車両の走行支援装置。
前記走行支援手段は、前記車両の運転者によるステアリングホイール操作に応じて作動すると共に前記車両の走行レーン推定手段が推定した走行レーン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操舵制御手段を制御するように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の車両の走行支援装置。