JP4759878B2 - 車両用駐車支援装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、駐車場へ駐車しようとする際にドライバが的確な運転操作を簡単に行うことができるようにドライバへ車両周辺の状況を勘案して最適な目標軌道情報を提供するようにした駐車支援装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両に搭載したCCDカメラで捉えた車両周囲の画像を利用し、駐車時にドライバの運転操作を支援するものとして、たとえば特開平2000−72018号公報に記載のものが知られている。
この技術においては、車体の左右側面と後方に設置されたカメラにより得られた周囲の画像を画像処理して車庫枠の白線に対する車両の位置、姿勢および走路幅を算出し、これら車庫枠の白線に対する車両の位置、姿勢および道路幅から車庫に入庫するための目標軌道を計算する。この目標軌道は、ステアリング操作やシフト操作の回数を最小とするように、回転半径と直線からなる軌道で設定するようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、ステアリング操作やシフト操作の回数が少なくて済む点では優れているものの、一定操舵で旋回後退するような場面では、車体前端の張り出し量が大きくなって通路の壁面との間にほとんど隙間がない位置を車両が通過する軌道になったり、あるいは車体の内側が障害物のすぐそばを通過する軌道になったりすることがあり、ドライバに対し不安感を与え、場合によってはドライバが支援内容を無視して操作してしまう結果、ステアリング操作やシフト操作の回数が多くなり、やり直しを含め駐車操作が複雑になってしまったりすることがある、という改善すべき問題点があった。
【0004】
上記問題点を具体的に図17に基づいて説明する。
図17は、自車両iが、一定の操舵角を保ったままの1回のステアリング操作のみで位置Saから位置Faまで旋回移動した場合の様子を示している。この場合、車両iの右前端が描く円弧軌道l1が壁Wに極端に近づくので、ドライバはこのまま後退すると車両が壁Wに接触するのではないかと不安になる。
【0005】
この例では、操舵回数を減らそうとしたが故に、張り出し量が大きくなり、接触しそうだと感じる無用な不安感を与えるおそれがあることに加えて、壁面の位置によっては、接触を避けるために、無用なステアリング操作やシフト操作が発生するおそれもある。
【0006】
このため本発明は、駐車時に車両がこの周囲にある障害物に極端に接近することでドライバに車両が障害物に接触しそうだと感じる無用の不安感を与えることがなく、またこれに起因した無用なステアリング操作やシフト操作を無くして最適な目標軌道を設定することができるようにした車両用駐車支援装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両が駐車場に駐車される際に、現在位置から目標の駐車位置までの目標軌道情報を提供する駐車支援装置であって、操舵角を検出する操舵角検出手段と、車速を検出する車速検出手段と、車両周囲の障害物を検出する周囲障害物検出手段と、操舵角と車速とから車両の2次元平面上での車両位置及び車体向きを算出する車両運動算出部と、車両運動算出部で算出された車両運動と、障害物検出手段により得られた障害物までの相対位置関係とから、車両周囲の2次元地図を生成する周囲地図生成部と、周囲地図生成部で生成された周囲地図から駐車可能な空間を見つけ出し目標駐車位置を決定する目標駐車位置決定部と、目標駐車位置に関連した特定の参照位置を求める参照位置算出部と、自車両上の基準位置に対する自車両上の特定部位の位置座標を求める車両特定部位座標算出部と、車両の特定部位から参照位置までの距離を算出する評価距離算出部と、自車両が現在位置から目標駐車位置に達するまでに変化する車両特定部位と参照位置との評価距離の最小値を評価関数として、この評価関数が最大となるような、現在位置から目標駐車位置までの位置座標と車体向きで表される目標軌道を算出する目標軌道算出部とを有するものとする。
【0008】
本発明は、車両特定部位座標算出部が、車体の4角のうちの少なくも1つの座標を算出し、参照位置算出部が、駐車空間の入口を示す間口の少なくも1つの座標を算出し、評価算出部が、車両特定部位座標算出部で得た座標と参照位置算出部で得た座標との組合せの中から少なくも1つの距離を算出するようにする。
【0013】
【発明の効果】
本発明によれば、目標駐車位置決定部が生成された周囲地図から駐車可能な空間を見つけ出し目標駐車位置を決定し、参照位置算出部で目標駐車位置に関連した参照位置を求め、車両特定部位座標算出部にて自車両の基準位置と所定の関係を有する特定部位の位置座標を求めるとともに、目標軌道算出部が、評価距離算出部で算出した自車両が現在位置から目標駐車位置に達するまでに変化する車両特定部位と参照位置との評価距離の最小値を評価関数として、この評価関数が最大となるような、現在位置から目標駐車位置までの位置座標と車体向きで表される目標軌道を算出するので、車両の周囲にある障害物に車両が極端に接近するような軌道が算出されることが無くなり、ドライバに無用の不安感を与えることなく駐車スペースに誘導することができるようになる。また、切り返しを行なうことなく目標駐車位置に達することができる軌道が存在するにも拘わらず、切り返しなしには目標駐車位置に達することはできないとドライバが判断して、その時の位置から車両を移動し、一回で入れられる位置を探さなければならなくなるような不便やステアリング操作等が不要に多くなるのを避けることができる。
【0014】
本発明によれば、評価距離を車体の角と駐車スペース間口の角との距離とし、その関数を評価関数としたので、駐車時に特に注意しなければならない、車体の角と駐車場の入り口の角とが接近しすぎることの無い軌道で誘導される結果、ドライバにとってさらに安心感の高い誘導が可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づき説明する。
図1は、本駐車支援装置の全体を示すブロック図である。
コントロールユニット1は、マイクロコンピュー夕、ROM、RAM、インターフェイス回路などからなり、各スイッチ、各センサからの入力情報を処理して、ディスプレイ(表示手段)8へ出力するデー夕を算出する役割を担っている。
【0020】
駐車動作開始スイッチ2は、ドライバが駐車場所に対して予め決められた位置まで車両を持っていった時点で、駐車支援装置を作動させるために操作するものである。駐車動作開始スイッチ2が操作されると、この出力信号がコントロールユニット1へ入力され、駐車支援装置全体が初期化され、駐車操作支援を開始するようになる。
【0021】
駐車方法選択スイッチ3は、ドライバが後退縦列駐車左右、後退並列駐車左右の4つの駐車方法のうちどの駐車方法を行いたいのか、を手動で選択するためのスイッチである。
ここで、左右とは自車両の後方左側空間、自車両の後方右側空間をそれぞれ意味する。
ドライバが手動で駐車方法選択スイッチ3を切替選択することで、これらの選択信号がコントロールユニット1へ入力されるようになっている。
【0022】
操舵角センサ(操舵角検出手段)4は、例えばステアリングホイールに連動するスリットディスクを挟んで2組のフォトインタラプタをステアリングコラムチューブに互いに位相差を有して固定して構成する。ステアリングホイールの回転に応じてスリットディスクによる光の透過・遮断に応じてパルスを発生する。このパルスをカウントし、ドライバが操作するステアリングの中立点、操舵角を、また上記位相差により操舵方向を判別する。得られた操舵角にステアリングギヤ比を乗じれば、容易に操舵輪の向いている角度(転舵角)に換算できる。
【0023】
車速センサ(車速検出手段)5は、例えば車輪と一体に回転する磁性体のロータの歯に対し、コイルと永久磁石からなるピックアップを適当な空隙を設けて配置して、車輪の回転に応じてパルス電圧を発生させ、このパルスの時間間隔を計測し、得られた時間間隔と1パルス当たりの角度、タイヤ半径等の数値から車速を得るようになっている。
【0024】
超音波センサ(周囲障害物検出手段)6は、例えばピエゾ圧電素子を利用したトランスミッタから超音波を発射し、この超音波が障害物に当たって反射してくるのを同じくピエゾ圧電素子を利用したレシーバで検知するもので、車両の周囲に設置されており、車体座標系における障害物までの距離及びその方位を検出するものである。障害物までの距離は、超音波の発射から反射して返ってくるまでの時間を計測し超音波の速度を乗じて得るようになっている。
ここでは、車両前端に真横方向に向けて設置されている。
【0025】
カメラ(車両周囲撮影手投)7は、例えばCCDカメラを用い、これを車両後部上方に設置することで車両の後方を撮影する。このカメラ7による画像信号は、コントロールユニット1へ入力される。 ディスプレイ8は、例えば、いわゆるバックモニタやナビゲーション装置等で使われている液晶製のモニタディスプレイを用い、コントロールユニット1から出力される画像信号が入力されカメラ7が捉えた画像等を表示することで、ドライバが後退しながら駐車する際の参考情報を視覚的に提供するものである。
【0026】
図2は、コントロールユニット1の機能ブロック図である。
車両運動算出部10は、操舵角センサ4から得られる前輪の転舵角と、車速センサ5から得られる車速と、前進か後退かを識別するために変速機に設けた図外のシフトポジションセンサから得られるシフトポジションに基づいて、例えば、下記の状態方程式から、車両の位置、車体の向き等の車両運動情報を求める。この場合、初期位置は駐車動作開始スイッチ2をドライバが操作した時点のものとする。
【数1】
ここで、(x,y)は初期位置を原点としたときの後輪車軸中心点の座標、θは車体の向き、Lwbは車両のホイールベース、Φは操舵角センサ4から得られる前輪の転舵角である。
【0027】
周囲地図生成部11は、超音波センサ6で得られた障害物までの距離及び方位に、車両運動算出部10で求められた車両運動情報を加味しながら、車両周囲の障害物位置をマッピングして記憶していく。この結果、ここで得られる2次元の周囲地図は、車両が移動するに従い、超音波センサ6で検出したすべての障害物と自車両との応対位置関係を蓄積・記憶することにより、広域の地図が得られることとなる。したがって、超音波センサ6等で検出した情報は、駐車場に入って検出し始めた分から蓄積・記憶されている。
車両特定部位座標算出部12は、目標軌道計算時に基準となる車体部位と、車両の特定部位との相対位置座標を算出するものである。
【0028】
目標駐車位置決定部13は、駐車方法選択スイッチ3により選択された駐車方法(例えば、後退縦列駐車左右、後退並列駐車左右の4通りのうちから選択した一つ)を参考に、周囲地図生成部11で作成された周囲地図の中から駐車空間として最も適切なものを探し出すとともに、目標駐車位置としての目標後輪車軸中心点の座標、及び目標車体方向を決定する。
参照位置算出部14は、目標駐車位置算出部13で求められた目標駐車位置に対して、予め定められた位置関係にある特定の部位を参照部位として決定し、周囲地図生成部11からの地図情報を用いて、その位置座標を算出するものである。
【0029】
仮目標軌道算出部15は、車両運動算出部10で求めた車両の現在位置から、目標駐車位置決定部13で決定された目標駐車位置までの仮の目標軌道を算出するものである。
仮目標軌道としては、上記運動方程式を満たしながら、現在位置から目標駐車位置まで到達できるような、x、y、θ、Φのデータを与えればよい。
なお、これらのデータは、上記運動方程式を厳密に満たさなくても、たとえば、位置座標データとして現在位置から目標駐車位置までを直線的に移動するようにしたx、yを、また、その間の車体向きθ、及び前輪転舵角をゼロとしてもよい。
【0030】
評価距離算出部16は、参照位置算出部14で算出された参照位置座標と、車両特定部位座標算出部12で算出された各特定部位座標とから、評価距離を算出するものである。
評価関数決定部17は、上記評価距離算出部16で求められた評価距離を用いて、予め定められた評価関数を求めるものである。
目標軌道算出部18は、仮目標軌道算出部15で与えられた仮目標軌道をベースにして、評価関数決定部17で求められた評価関数の値を最小にするような目標軌道を求めるものである。
評価関数を最小にするような目標軌道の算出方法としては、例えば、最急降下法などの数値計算法を用いる。
【0031】
画像合成部19は、カメラ7により撮影された車両周囲画像(本実施例では車両後方の画像を上方からみたように座標変換した画像とする)上に、目標軌道算出部18で算出された目標軌道と、周囲地図生成部11で得られた地図情報とを重畳し、得られた合成画像をディスプレイ8へと出力するものである。
【0032】
次に、図3を用いて、本発明に係る駐車支援装置の動作を、車両が左後方の駐車空間に後退並列駐車する場合につき説明する。
ここでは、前輪を操舵する車両を考えているので、車両位置は後輪車軸の中心点位置を基準として考える。座標系は、適当な位置を原点とする地上座標系として、例えば、駐車位置で車体前方へ向けてx軸を、またこの左横方向へ向けてy軸をとることとし、車体向きは、x軸に対する車体の向きを指すものとする。
周囲地図生成部11では、超音波センサ6を利用して他車両70、80や壁90といった障害物を線分aにて生成する。目標駐車位置決定部13は、上記周囲地図をもとに、駐車場所として適切な空間を探索し、例えば、他車両70、80間の空間を目標駐車位置とし、そのときの後輪車軸中心点bを求める。
【0033】
一方、参照位置算出部14は、障害物としての線分aにあって、目標駐車位置の間口の角となる、他車両70の右前端位置、及び他車両80の左前端位置をそれぞれ参照位置c1、c2とし、その座標を算出する。
自車両iは現在の車両位置にあってその後輪車軸中心点がdにあり、車両運動算出部10でその座標を算出する。
車両特定部位座標算出部12は、自車両iの基準位置と特定の関係にある車両特定部位(ここでは、車両の左右後端である)e1、e2を算出する。
【0034】
仮目標軌道算出部15は、車両運動算出部10で求めた自車両iの現在位置と目標駐車位置決定部13で決定した目標駐車位置とから、図3中に点線で示される仮目標軌道gを算出する。この仮目標軌道gは、最初に与えられる適当な目標軌道であって、ここでは、初期位置と目標駐車位置を結んだ直線で与えている。車体向きは、例えば、初期位置での車体向きから、目標駐車位置における車体向きまで一定の割合で変化するものを与え、前輪転舵角にはゼロを与えている。
この仮目標軌道は、必ずしも軌道全体に渡って、上記の運動方程式を満たしてはいないが、評価距離算出部16〜目標軌道算出部18によって、目標軌道を算出する際の数値計算の過程で条件を満たすものに修正されていく。この計算方法は、最適制御と呼ばれる分野で提案されている数値計算法を用いればよく、ここでは詳細な説明は省くが、参考文献として、加藤寛一郎著「工学的最適制御」(東京大学出版会)をあげておく。
【0035】
評価距離算出部16は、各参照位置と、これらに対応する車両特定部位との距離c1〜e1、c2〜e2を求め、これらを評価距離f1、f2とする。
評価関数決定部17は、上記で得た評価距離から後述の評価関数を決定する。この評価関数をもとに目標軌道算出部18で目標軌道hを得る。
この目標軌道hは、例えば、車両が初期位置での後輪車軸中心点bから駐車位置での後輪車軸中心点bまで移動する際の、評価距離f1又はf2の最小値を最大にする軌道、すなわち、車両が周囲障害物から、最も大きな距離を保ちながら目標駐車位置に到達する軌道である。
【0036】
以上の処理の流れを図4のゼネラルフローチャート、及び図5〜図9のサブルーチンのフローチャートを用いて、詳細に説明する。
これらのプログラム処理は、コントロールユニット1のマイクロコンピュー夕により所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
また、図4のゼネラルフローを実行する際には、これと並行して周囲地図生成部11により周囲地図が生成されているものとする。
【0037】
駐車動作開始スイッチ2が操作されると、コントロールユニット1で以下の処理が開始される。
ステップ100では、駐車動作開始フラグがセットされているか否かを調べる。セットされていればステップ200へ、セットされていなければステップ150へ進んで駐車動作開始フラグをセットする。
ステップ200では、車両運動算出部10が、操舵角センサ4から操舵角を、また車速センサ5からの車速をそれぞれ読み込む。ここでの読み込み処理の詳細は、図5を用いて、後で説明する。
【0038】
ステップ250では、目標駐車位置決定部13において、目標駐車位置決定フラグがセットされているか否かを調べる。セットされていればステップ600へ、セットされていなければステップ300へ進む。
ステップ300では、目標駐車位置決定部13が、周囲地図生成部11で生成されている周囲地図をもとに駐車空間として適切な場所を抽出し、その目標駐車位置と、その時の車体の向きを算出、設定する。ここでの目標駐車位置決定処理の詳細は、図6、図7を用いて後で説明する。
【0039】
ステップ400では、目標駐車位置決定フラグをセットする。
ステップ450では、参照位置算出部14が、目標駐車位置決定部13で決定した目標駐車位置と、周囲地図生成部11で得た周囲地図情報とから、参照位置を決定する。参照位置としては、例えば、目標駐車位置の入口の間口の角を選定する。
【0040】
ステップ500では、車両運動算出部10が、駐車動作開始フラグがセットされた時点での後輪車軸中心点を原点として、車両の運動に従い、車両の位置座標(x,y)、車両の向きθを算出する。ここでの自車両の位置座標・車体向き算出処理の詳細は、図8を用いて、後で説明する。
ステップ600では、仮目標軌道算出部15が、変速機のシフト位置を調べる。リバースに入っていればステップ700へ、リバースに入っていなければ本処理から抜ける。
【0041】
ステップ700では、仮目標軌道算出部15が、シフト位置がリバースにされた時点の車両位置から、ステップ300で目標駐車位置決定部13にて設定した目標駐車位置へ到る仮目標軌道を算出する。この仮目標軌道算出方法の詳細は、図9を用いて、後で説明する。
ステップ710では、車両特定部位座標算出部12が、車両運動算出部10で求めた自車両情報を基準にこれと所定の関係にある車両特定部位の位置座標を算出する。この車両特定部位の位置座標の算出方法については、図13を用いて、後で説明する。
【0042】
ステップ750では、評価距離算出部16が、車両特定部位座標算出部12で求めた車両特定部位の座標と、参照位置算出部14で求めた参照位置の座標とから評価距離を算出する。
ステップ770では、評価関数決定部17が、評価距離算出部16で算出した評価距離に基づき評価関数を決定する。
【0043】
ステップ800では、目標軌道算出部18が、仮目標軌道算出部15で得た仮目標軌道と、評価関数決定部17で決定した評価関数とに基づき、目標軌道を算出する。ここでの目標軌道算出方法の詳細は、図14〜図16を用いて後で説明する。
ステップ900では、画像合成部19が、目標軌道算出部18が求めた目標軌道と、周囲地図生成部11で得た周囲地図情報とを、カメラ7で撮像した後部の撮影画像に重畳合成し、ディスプレイ8ヘ、予め定められたフォーマットで転送する。
ステップ1000では、コントロールユニット1が、駐車動作開始フラグ、目標駐車位置決定フラグ等の本処理に係わるフラグをリセットする。
【0044】
図5は、図4のゼネラルフローチャートでのステップ200におけるセンサ信号読み込み処理の詳細な流れを示したフローチャートである。
ステップ210では、車両運動算出部10が車速センサ5から車速を読み込む。
ステップ220では、車両運動算出部10が、操舵角センサ4からステアリングの操舵角を読み込む。
ステップ230では、ステップ120で読み込んだ操舵角に、ステアリングのギヤ比G1を乗じることで、前輪転舵角を算出する。
【0045】
図6、図7は、図4のゼネラルフローチャートでのステップ300における、目標駐車位置決定処理の詳細な流れを示したフローチャートである。
ステップ310では、目標駐車位置決定部13が、駐車方法選択スイッチ3で後退並列駐車と後退縦列駐車のどちらが選択されているかを調べる。後退並列駐車側が選択されていればステップ315へ、また後退縦列駐車側が選択されていればステップ320へ進む。
ステップ315では、フラグflg_p1をセットし、ステップ320では、フラグflg_p1をリセットする。
【0046】
続くステップ325では、駐車方法選択スイッチ3で左右のどちらの駐車空間が選択されているかを調べる。左側が選択されていればステップ330へ、右側が選択されていればステップ335へと進む。
ステップ330では、フラグflg_p2をセットし、ステップ335では、フラグflg_p2をリセットする。
【0047】
ステップ340では、後退並列駐車か後退縦列駐車かを認識するため、フラグフラグflg_p1を調べて、これが1であれば、ステップ345へ、1でなければステップ370へ進む。
ステップ345では、左右いずれの駐車空間が選択されたか認識するため、フラグflg_p2を調べて、これが1でなければステップ350へ進み、1であればステップ360へ進む。
ステップ370でも、同様にフラグflg_p2を調べて、これが1であればステップ380へ進み、1でなければステップ390へ進む。
【0048】
ステップ350では、周囲地図生成部11で得た周囲地図情報に基づき、右後方で後退並列駐車可能な駐車空間を探索する。
なお、周囲地図生成部11における周囲地図の生成要領については、図10〜図12を用いて後で説明する。
続くステップ355では、上記目標駐車空間から、目標とする後輪車軸中心点の座標(xb,yb)と、目標とする車体向きθbを算出する。
【0049】
一方、ステップ360では、周囲地図生成部11で得た周囲地図情報に基づき、左後方で後退並列駐車可能な駐車空間を探索する。
続くステップ365では、上記目標駐車空間から、目標とする後輪車軸中心点の座標(xb,yb)と、目標とする車体向きθbを算出する。
また、ステップ380では、周囲地図生成部11で得た周囲地図情報に基づき、左後方で後退縦列駐車可能な駐車空間を探索する。
続くステップ385では、上記目標駐車空間から、目標とする後輪車軸中心点の座標(xb,yb)と、目標とする車体向きθbを算出する。
一方、ステップ390では、周囲地図生成部11で得た周囲地図情報に基づき、右後方で後退縦列駐車可能な駐車空間を探索する。
続くステップ395では、上記目標駐車空間から、目標とする後輪車軸中心点の座標(xb,yb)と、目標とする車体向きθbを算出する。
【0050】
図8は、図4のゼネラルフローチャートでのステップ500における、車両の位置座標、車体の方向を算出する車両位置算出処理の詳細な流れを示したフローチャートである。 ステップ505では、車両運動算出部10が、自車両の位置座標、車体方向を算出する際、それらの初期化が行われているか否かにつき、車両位置初期化フラグを調べて判断する。車両位置初期化フラグがセットされていればステップ540へ、リセットされていればステップ510へ進む。
【0051】
ステップ510では、車両位置初期化フラグをセットする。
続くステップ515では、車体向きを初期化してθ1=π/2とする。
ステップ520では、後輪車軸中心点のx座標を初期化し、x1=0とする。
ステップ530では、後輪車軸中心点のy座標を初期化し、y1=0とする。
【0052】
次いで、ステップ540では、Tsをサンプリング時間として、1サンプル前の車体向きθ1と、その周期で計測した車速V、前輪切れ角(転舵角)Φから、車体向きθ2を求める。
θ2=(Ts・V/Lwb)・tanΦ+θ1
【0053】
ステップ550では、Tsをサンプリング時間として、1サンプル前の後輪車軸中心点のx座標x1と、車体向きθ1と、その周期で計測した車速Vとから、後輪車軸中心点のx座標x2を求める。
x2=Ts・V・cosθ1+x1
【0054】
ステップ560では、Tsをサンプリング時間として、1サンプル前の後輪車軸中心点のy座標y1と、車体向きθ1と、その周期で計測した車速Vとから、後輪車軸中心点のy座標y2を求める。
y2=Ts・V・sinθ1+y1
【0055】
ステップ570では、θ1=θ2として、ステップ540で求めた新たな車体の向きを、このサンプルでの車体の向きとする。
ステップ580では、x1=x2として、ステップ550で求めた新たな後輪車軸中心点のx座標を、このサンプルでの車体の向きとする。
ステップ590では、y1=y2として、ステップ560で求めた新たな後輪車紬中心点のy座標を、このサンプルでの車体の向きとする。
【0056】
図9は、図4のゼネラルフローチャートでのステップ700における仮目標軌道算出処理の詳細な流れを示したフローチャートである。
ここで、軌道の算出に関しては、上述の状態方程式を用いることから、位置座標x、y、車体向きθ、前輪転舵角Φを求める。
ステップ710では、仮目標軌道算出部15が、車両運動算出部10で求めた自車両位置情報と、目標駐車位置決定部13で求めた目標駐車位置情報とから、目標駐車位置でのあるべき車体の状態を読み込む。
すなわち、地図情報を利用して求められた位置座標x=xf、y=yf、その時の車体の向きθ=θf、及び目標駐車位置に到達したときには例えばタイヤの向きは中立状態にするとして、前輪転舵角Φ=Φf=0を読み込む。
【0057】
ステップ720では、車両運動算出部10から現在の車体の状態を読み込む。すなわち、周囲地図情報を利用して求められた位置座標x=xs、y=ys、現在の車体の向きθ=θs、及び、現在の前輪転舵角Φ=Φsを読み込む。
ステップ730では、ステップ720で得た現在の位置座標x=xs、y=ys、及び、ステップ710で得られた目標駐車位置座標x=xf、y=yfから、現在位置と目標駐車位置とを結ぶ直線を、例えば、予め定められた個数nに分割したときのn+1個の位置座標群((x0,y0),(x1,y1),…,(xn,yn))を仮目標軌道における位置座標列として求める。
ここで、(x0,y0)=(xs,ys)、(xn,yn)=(xf,yf)である。
【0058】
ステップ740では、ステップ720で得られた現在の車体の向きθ=θsと、ステップ710で得られた目標駐車位置での車体向きθ=θfから、両者を結ぶ直線を、n分割したときのn+1個の車体向きデータ群(θ0,θ1,…,θn)を仮目標軌道における位置座標列として求める。ここで、θ0=θs、θn=θfである。
ステップ750では、ステップ720で得られた現在の前輪転舵角Φ=Φsと、ステップ710で得られた目標駐車位置での前輪転舵角Φ=Φfとから、両者を結ぶ直線を、n分割したときのn+1個の前輪転舵角データ群(Φ0,Φ1,…,Φn)を仮目標軌道における位置座標列として求める。ここで、Φ0=Φs、Φn=Φfである。
【0059】
次に、周囲地図の生成方法につき、図10〜図12に基づき、説明する。
図10は、自車両iが図の右方から左方位置まで移動して来る間、車体左前方に横向きに取り付けた超音波センサ6で車両左側を測距し、その後、図の位置で一旦停止して、ドライバが車両進行方向に対し左側後方に後退並列駐車しようとする場合を示す。
周囲地図生成部11は、超音波センサ6からの測距出力を受けて、車両が駐車列(他車両70、80)及び壁90に沿って前進するに従い、これらを逐次サンプリングしていった測距結果、及び車両iの移動量を考慮して2次元平面上に障害物をサンプリング点によりマッピングする。
【0060】
このサンプリング結果は、例えば図10に示すように、壁90についてのサンプリング点91〜99、2台の他車両70、80についてそれぞれのサンプリング点71〜75、81〜86として得られる。
周囲地図生成部11では、図11に示すように、上記サンプリング点をグルーピングして、サンプリング点71〜74、サンプリング点82〜86、及びサンプリング点91〜99をそれぞれ一塊として、他車両70、80にそれぞれ対応する2本の直線101、102、及び壁90に対応する1本の直線103で直線近似する。
グルーピングは、例えば隣接している点間の距離が所定値より短いか否かで判断し、短ければグルーピングする。
これにより、ここでは、駐車中の他車両70、80の前面が2本の直線101、102で、これら他車両の間にある壁90が1本の直線103でそれぞれ表されることになる。
【0061】
目標駐車位置決定部13は、この直線近似して抽出された左側車両、後方の壁、および右側車両の障害物の線分データを参照して、前述のとおり制御フローのステップ300において駐車スペースを探索し、目標とする後輪車軸中心点の座標と、車体の向きを算出する。
この直線近似の線分データで表わされる周囲地図は画像合成部へ送られ、ディスプレイ8に表示される。
図12は、車両後方画像に、上記直線近似して抽出された障害物がそれぞれ線分101、102、103として重畳表示された状態を示す。なお、ディスプレイ8には、表示枠100内のみが映し出される。
【0062】
次いで、図4のゼネラルフローチャートにおけるステップ710における車両特定部位座標算出方法につき、図13に基づき詳細に説明する。
ここでは、図3に示した駐車のケースを考え、車両上の基準位置をそれぞれ表す車体の側面に沿う直線l1、l2と車体後面に沿う直線l3とが公差する点、すなわち車体左後端の座標(xrl,yrl)と車体右後端の座標(xrr,yrr)との各点の座標を車両特定部位座標とする。車体が座標系の原点にあり、x軸方向に対する車体向きがゼロであったとすると、
【数2】
【数3】
である。
ここで、Rohは車体のリアオーバーハング、Wは車幅である。
従って、車両の後輪車軸中心点の位置が(xk,yk)、車体向きがθkであるときの車体左後端と車体右後端のそれぞれの座標は、後輪車軸中心点が原点Oにある車両i’の位置でθkだけ回転し、それを車両位置座標分、平行移動すればよい。従って、0〜n番目までのうちにおけるk番目の座標は、それぞれ、以下の式で与えられる。
【数4】
【数5】
【0063】
次に、 図4のジェネラルフローチャートにおけるステップ750、770における評価距離及び評価関数の算出方法につき、詳細に説明する。
図3に示した参照位置c1、c2の位置座標を(xcl,ycl)、(xc2,yc2)、また車両の特定位置e1、e2の座標を(xrl,yrl)、(xrr,yrr)とすると、評価距離f1、f2は、それぞれ、
【数6】
【数7】
となる。
これらの評価距離を用いて、評価関数Iとしては、例えば、次式のものを与える。
【数8】
すなわち、ここでI1は、車両が現在位置から目標位置まで移動した際における評価距離の最小値を評価関数としている。そして、このI1が最大となるような軌道を目標軌道とする。
【0064】
以上で説明したように、本実施例では、駐車開始前から超音波センサ9により車両移動しながら測距したデータをもとに周囲地図生成部11で生成した周囲地図を利用し、目標駐車位置を決定して仮目標軌道を算出する一方、車両の基準位置と所定の関係を有する車両特定部位と、周囲地図情報及び目標駐車位置情報から求めた参照位置とに基づき評価距離を算出し、これをもとに評価関数を用いて最適な目標軌道を算出するように構成したので、駐車操作中、車両が車両周囲の障害物に極端に接近するような軌道が算出されることが無くなる結果、ドライバに車両が障害物に接触するかもしれないといった無用の不安感を与えることがなくなる。この結果、不安に起因した不要なステアリング操作やシフト操作などをしなくて済み、スムーズに駐車することが可能となる。
【0065】
なお、上記実施例にあっては、評価関数Iに、車両が現在位置から目標位置まで移動した際における評価距離の最小値とするI1を用いたが、これに代えて下記の評価関数I2〜I4などを用いても良い。
たとえば、評価関数Iとして、次式のように、車両が現在位置から目標位置まで移動した際における評価距離の逆数を合計しこれの偶数乗の合計値とする評価関数I2を用いてもよい。
【数9】
(ただし、mは偶数)
このI2が最小となるような軌道が目標軌道となる。
【0066】
上記評価関数I2を用い、後退並列駐車で左後方の駐車空間に駐車するケースにつき、m=8として演算した結果(現在位置から目標駐車位置まで移動した際における車両iの位置と車体向きの変化)を図14に示す。
ここで、座標軸は、駐車位置での車体の前方をx軸、その左側横方向をy軸とする。また、車両iの駐車開始の位置をid、駐車位置での位置ib、他車両や壁などの障害物W1、W2間にある駐車空間の間口の角WA、WBの座標をそれぞれ(xA,yA)、(xB,yB)とする。
参照位置としての左側の角WAから車両特定部位としての車体左後端までの距離、参照位置としての右側の角WBから車両特定部位としての車体右後端までの距離が、それぞれ評価距離fa、fbである。これらの評価距離を用いて評価関数I2により得た上記目標軌道に沿って車両を移動させた結果は、図示のように角WA、WBと車両iの特定部位との間隔が極端に大きくならず、ドライバにとって安心して駐車操作を実行できる。また、この場合、評価関数には評価距離のN乗の連続関数を用いているので、この導関数を容易に算出でき、数値計算にあっても一般的な手法で済み、演算が容易になる。
【0067】
ここで、上記効果が得られる理由を、図15に基づき説明する。
同図において、ここでは車両iが位置Aからスタートして、位置Bに駐車する場合を考える。この時、軌道は、ほぼ同図(a)に示すように変化し、評価距離Ri(ここでiは0〜10)は、位置C付近での評価距離R5が最小値になるようにR0〜R10へと変化する。
【0068】
ここで、評価距離Riそのものに等しい値f1の積分であるG1が評価関数である場合、これを最小にしようとすると、Riが小さくなった方がG1が小さくなるので、最小距離はゼロになった方がよいことになる。
そこで、評価距離の逆数1/Riである値f2の積分G2を評価関数とすると、Riが大きくなった方がG2が小さくなり、特に、評価距離が最小となるR5の増減が最も大きくG2の増減に影響するので、求めたい軌道に近いものが得られる。
【0069】
しかしながら、この場合は、R5に近い別の評価距離(例えばR4、R6等)の増減も評価関数G2の増減に大きく影響するという問題がある。そこで、評価関数のN乗(同図(b)では4乗)の逆数である値f3の積分を評価関数G3とすると、評価距離が最小になる部分(この図(b)ではR5)の増減が、G3の増減に極端に大きく影響するようになる。このようにすることで、近似的に、現在位置から目標駐車位置に至るまでの間の評価距離の最小値を最大とする関数を評価関数として得た目標軌道に近い解が得られることになる。なお、最小値を求めるためには、Nを偶数とし、値f3が上に凸の関数となることが必要である。
【0070】
次に、さらに別の評価関数として、車体の張り出し量をできるだけ小さくするような軌道を求めるため、下記の評価関数I3あるいはI4を用いるようにしてもよい。ここで、xfrは、評価距離としての張り出し量であり、例えば図16のようにx方向の張り出し量(距離L0)を求めることとなる。
【数10】
あるいは
【数11】
(ただしmは偶数)
上記評価関数にあっては、I3を最小、I4を最大にする軌道を求め目標軌道とする。
【0071】
図16は、上記評価関数I4を用い、後退並列駐車で左後方の駐車空間に駐車するケースにつき、m=8として演算した結果(現在位置から目標駐車位置まで移動した際における車両iの位置と車体向きの変化)を示す。ここで、座標軸は、駐車位置での車体の前方をx軸、その左側横方向をy軸とする。車両iの駐車開始の位置をid、駐車位置での位置をib、そして車体左前端、車体右前端、車体左後端、車体右後端の各座標をそれぞれ(xFL,yFL)、(xFR,yFR)、(xRL,yRL)、(xRR,yRR)とする。そして、駐車位置での後車輪軸中心点から所定距離(ここでは1m)離れy軸に平行な線Lmから、x軸に平行に車体右前端(xFR,yFR)までの距離L0(図示位置ではxfr(0))を各車両位置ごとに算出比較し、距離L0を最大化する。このようにしても、ドライバが障害物への接触の不安を覚えずに駐車操作できる目標軌道を容易に算出できる。
【0072】
なお、上記実施例の超音波センサに代え、レーザー、マイクロ波、ミリ波等を利用したレーダを用いるようにしてもよい。
また、車両後方を撮影するカメラは、車体後部上方に装着した1台に限ることなく、車体後端付近に2台のカメラを装着させるようにしてもよい。このようにすれば、これらで撮影した画像を合成することで、車両の後端も含んだ画像を容易に得ることができる。
【0073】
また、実施例では、目標駐車位置決定部13が周囲地図から駐車スペースとして適切な場所を抽出し、目標駐車位置と車体向きを算出・設定するものとしたが、そのほか、例えばディスプレイ8にタッチパネル機能を持たせておき、先の図11に示すようなディスプレイ8に表示された周囲地図の画像を見ながら、ドライバが目標駐車位置Bを指で押して指定することにより、目標駐車位置決定部13ではただちに当該指定位置の座標を決定する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る駐車支援装置の全体を示すブロック図である。
【図2】 コントロールユニットの機能ブロック図である。
【図3】本発明に係る駐車支援装置の動作を示す説明図である。
【図4】実施例における制御の流れを示すゼネラルフローチャートである。
【図5】センサ信号を検出するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図6】目標駐車位置を決定するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図7】目標駐車位置を決定するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図8】車両の位置座標、車体の向きを算出するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図9】仮目標軌道を算出するサブルーチンの詳細を示すフローチャートである。
【図10】周囲地図生成の要領を示す説明図である。
【図11】周囲地図生成の要領を示す説明図である。
【図12】ディスプレイ上の周囲地図の表示態様を示す説明図である。
【図13】車両特定部位座標の算出方法の要領を示す説明図である。
【図14】評価距離と評価関数を利用した目標軌道の算出結果を示す図である。
【図15】評価関数I2を用いた場合の効果の理由を示す説明図である。
【図16】他の評価距離と評価関数を利用した目標軌道の算出結果を示す図である。
【図17】従来技術の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
1 コントロールユニット
2 駐車動作開始スイッチ
3 駐車方法選択スイッチ
4 操舵角センサ(操舵角検出手段)
5 車速センサ(車速検出手段)
6 超音波センサ(周囲障害物検出手段)
7 カメラ(撮影手段)
8 ディスプレイ(表示手段)
10 車両運動算出部
11 周囲地図生成部
12 車両特定部位座標算出部
13 目標駐車位置決定部
14 参照位置算出部
15 仮目標軌道算出部
16 評価距離算出部
17 評価関数決定部
18 目標軌道算出部
19 画像合成部
Claims (2)
- 車両が駐車場に駐車される際に、現在位置から目標の駐車位置までの目標軌道情報を提供する駐車支援装置であって、
操舵角を検出する操舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
車両周囲の障害物を検出する周囲障害物検出手段と、
前記操舵角と前記車速とから車両の2次元平面上での車両位置及び車体向きを算出する車両運動算出部と、
該車両運動算出部で算出された車両運動と、前記障害物検出手段により得られた障害物までの相対位置関係とから、車両周囲の2次元地図を生成する周囲地図生成部と、
該周囲地図生成部で生成された前記周囲地図から駐車可能な空間を見つけ出し目標駐車位置を決定する目標駐車位置決定部と、
前記目標駐車位置に関連した特定の参照位置を求める参照位置算出部と、
自車両上の基準位置に対する自車両上の特定部位の位置座標を求める車両特定部位座標算出部と、
該車両特定部位から前記参照位置までの距離を算出する評価距離算出部と、
自車両が現在位置から目標駐車位置に達するまでに変化する前記車両特定部位と前記参照位置との評価距離の最小値を評価関数として、当該評価関数が最大となるような、現在位置から目標駐車位置までの位置座標と車体向きで表される目標軌道を算出する目標軌道算出部とを有することを特徴とする車両用駐車支援装置。 - 前記車両特定部位座標算出部は、車体の4角のうちの少なくも1つの座標を算出し、前記参照位置算出部は、駐車空間の入口を示す間口の少なくも1つの座標を算出し、前記評価距離算出部は、前記車両特定部位座標算出部で得た座標と前記参照位置算出部で得た座標との組合せの中から少なくも1つの距離を算出するようにしたことを特徴とする請求項1に記載の車両用駐車支援装置。
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