JP4807753B2 - 車両の運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、前方障害物を認識し、障害物との接触を回避すべく運転支援を行う車両の運転支援装置に関する。

近年、車両においては、カメラやレーザレーダ等を用いた前方認識装置により前方障害物を検出し、この障害物との接触を回避すべく、自動ブレーキ制御や自動操舵制御を行って運転を支援する様々な技術が提案されている。

例えば、特開２００５−１３２１７２号広報には、レーダ装置で車両と障害物の相対距離を検出し相対速度を演算して、相対距離が閾値以下になって制御範囲に入ったことを検出すると、最適制御入力テーブルを参照して、相対速度に対応する最適制御入力（力及び向き）を演算し、車両運動状態量が最適制御入力に一致するように、操舵角及び制動力を制御することにより、障害物への衝突を回避すると共に、回避距離を短くする技術が開示されている。
特開２００５−１３２１７２号広報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される運転支援の技術では、単に、前方障害物との相対距離と相対速度に応じて操舵角制御及び制動力制御の配分を決定して制御するようになっているため、障害物の動きによっては適切な回避を行うことができない虞がある。例えば、移動体である障害物は予期せぬ動きをする可能性が高いことから、移動体に対して操舵回避を行った場合、却って接触の可能性が高まり好ましくない場合がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、前方障害物の状態に応じて適切な回避動作を行い、自然で確実な接触回避を行うことが可能な車両の運転支援装置を提供することを目的とする。

本発明は、前方立体物を検出する立体物情報検出手段と、上記立体物情報検出手段で検出した立体物と自車両との接触可能性を判定する接触可能性判定手段と、上記接触可能性判定手段が自車両との接触可能性があると判定した対象立体物に対し、該対象立体物が静止状態とみなせる場合には自動操舵手段を作動させて回避制御する一方、上記対象立体物が移動状態とみなせる場合には上記自動操舵手段による回避制御を非作動にして自動ブレーキ手段を作動させて回避制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による車両の運転支援装置によれば、前方障害物の状態に応じて適切な回避動作を行い、自然で確実な接触回避を行うことが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図８は本発明の実施の形態を示し、図１は車両に搭載した運転支援装置の概略構成図、図２は回避制御プログラムのフローチャート、図３は自動ブレーキ回避制御ルーチンのフローチャート、図４は自動操舵回避制御ルーチンのフローチャート、図５は自車両を中心とする座標系と走行目標点の説明図、図６は通信可能な立体物と通信不可能な立体物の識別の説明図、図７は目標減速度演算式において用いるパラメータの説明図、図８は自動操舵回避制御における回避方向設定の説明図である。

図１において、符号１は自動車等の車両（自車両）で、この車両１には、運転支援装置２が搭載されている。この運転支援装置２は、ステレオカメラ３、ステレオ画像認識装置４、通信装置５、測位装置６、制御ユニット７等を有して主要に構成されている。

また、自車両１には、自車速Ｖ０を検出する車速センサ８、ステアリング角Ｓｒを検出するハンドル角センサ９、ドライバによるブレーキのＯＮ−ＯＦＦ信号を検出するブレーキスイッチ（図示せず）、回避制御のＯＮ−ＯＦＦ信号が入力されるメインスイッチ１０等が設けられており、自車速Ｖ０はステレオ画像認識装置４と制御ユニット７に入力され、ステアリング角Ｓｒ、ブレーキペダルのＯＮ−ＯＦＦ信号、回避制御のＯＮ−ＯＦＦ信号等は、制御ユニット７に入力される。

ステレオカメラ３は、ステレオ光学系として例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いた１組の（左右の）ＣＣＤカメラで構成される。これら左右のＣＣＤカメラは、それぞれ車室内の天井前方に一定の間隔をもって取り付けられ、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像し、画像データをステレオ画像認識装置４に入力する。

ステレオ画像認識装置４における、ステレオカメラ３からの画像の処理は、例えば以下のように行われる。まず、ステレオカメラ３のＣＣＤカメラで撮像した自車両の進入方向の環境の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理により距離情報を求める処理を行なって、三次元の距離分布を表す距離画像を生成する。

そして、このデータを基に、周知のグルーピング処理や、予め記憶しておいた３次元的な道路形状データ、側壁データ、立体物データ等と比較し、白線データ、道路に沿って存在するガードレール、縁石等の側壁データ、車両、歩行者等の立体物データを抽出する。こうして抽出された白線データ、側壁データ、立体物データは、それぞれのデータ毎に異なったナンバーが割り当てられる。

また、立体物データに関しては、自車速Ｖ０と立体物速度（＝（自車両１からの距離の時間的変化量）＋（自車速Ｖ０））とを比較することにより、自車両１に向かって移動する逆方向移動物（速度が−であって、絶対値が予め設定する閾値より大きな値の立体物）と、静止状態とみなせる静止物（略速度が０km/hの立体物：絶対値が予め設定する閾値以下の立体物）と、自車両１と略同方向に移動する順方向移動物（速度が＋であって、絶対値が予め設定する閾値より大きな値の立体物）の３種類に分類される。

そして、ステレオ画像認識装置４は、各立体物について、自車両１から立体物までの距離、自車両１のカメラ位置を中心とするＸ（横方向）−Ｚ（前後方向）座標系（図５参照、自車両１の右方向を（＋）、前方を（＋）とする）における立体物位置、立体物の前後方向速度、前後方向加速度（前後方向速度の微分値）等を立体物データとして制御ユニット７に出力する。

また、ステレオ画像認識装置４は、立体物の中から、自車両１の予想進行路（現在の自車両１の位置を基準に前方に所定に設定する領域）上に存在し、最も自車両１に近い立体物を自車両１との接触可能性がある対象立体物と判定し、この対象立体物について、自車両１から対象立体物までの距離Ｌ、自車両１のカメラ位置を中心とするＸ−Ｚ座標系における対象立体物位置、対象立体物の前後方向速度Ｖｆ、前後方向加速度ａｆ（前後方向速度Ｖｆの微分値）等が対象立体物情報として制御ユニット７に出力される。ここで、上述の対象立体物位置に関しては、具体的には、図５に示すように、左後端の座標（Ｃxl0，ｄz0）、及び、右後端の座標（Ｃxr0，ｄz0）が制御ユニット７に出力される。尚、図５中、Ｏｌは、自車左端のＸ座標、Ｏｒは自車右端Ｘ座標である。更に、この対象立体物以外の立体物位置、白線座標、白線認識距離、自車進行路座標等の各データも、制御ユニット７に出力される。

このように、ステレオカメラ３、ステレオ画像認識装置４は、立体物情報検出手段として設けられており、ステレオ画像認識装置４は、接触可能性判定手段としての機能も有している。

通信装置５は、通信手段として設けられており、例えばＩＴＳ（Intelligent Transport Systems；高度道路交通システム）に対応した装置として、道路付帯設備からの光や電波ビーコンを受信して交通渋滞情報、天気情報、特定区域の交通規制情報等の各種情報を取得し、また、自車両１周辺を走行する他の車両との車車間通信を行い、車両情報を授受する機能を有している。本形態における車車間通信においては、所定の周波数帯でのキャリア信号を用いて通信可能エリア内に存在する車両との通信を行い、車両種別、車両位置、車速、加減速状態、ブレーキ作動状態、ウィンカ状態等の情報を相互に交換し、取得した情報を制御ユニット７に出力する。

測位装置６は、例えばナビゲーション装置によって形成されるものであり、自車両１の位置を測位し、この測位した自車両位置と地図情報とを演算・合成し、地図の縮尺変更、地名の詳細表示、地域情報の表示切換え等の操作入力に対応して、自車両１の現在位置及びその周辺の地図をディスプレイ１１に表示し、また、通信装置５を介して受信した道路・交通情報等の各種情報を表示する。自車両１の位置は、ＧＰＳ（Global Positioning System；全世界測位衛星システム）等の測位衛星からの電波に基づく自車両１の位置、地磁気センサ及び車輪速センサからの信号に基づく推測航法による自車両１の位置、通信装置５を介して取得した情報等に基づいて測位する。この測位情報は車内通信系を介して自車両１内の他の装置にも送信され、更には、通信装置５を介した車車間通信により、他の車両にも送信される。

また、測位装置６では、自車位置の過去の変化の履歴から、自車両１の向いている方向を推定し、自車両１を基準とする、前述の図５と同様のＸ−Ｚ座標系を生成し、このＸ−Ｚ座標系に、通信装置５を介して得られた他の車両位置等を配置して制御ユニット７に出力する。

制御ユニット７は、上述のステレオ画像認識装置４からの対象立体物に関する情報、対象立体物以外の立体物位置、白線座標、白線認識距離、自車進行路座標等の各情報、ステレオ画像を基に作成した立体物位置を示すＸ−Ｚ座標系の情報、測位装置６からの車車間通信を基に作成した立体物位置を示すＸ−Ｚ座標系の情報、車速センサ８からの自車速Ｖ０、ハンドル角センサ９からのステアリング角Ｓｒ、ブレーキペダルのＯＮ−ＯＦＦ信号、メインスイッチ１０からの回避制御のＯＮ−ＯＦＦ信号等が入力される。

そして、制御ユニット７は、回避制御のＯＮの際、後述の回避制御プログラムに従って、自車両１との接触可能性があると判定した対象立体物に対し、対象立体物が静止状態とみなせる場合、この対象立体物に他の立体物が隣接して存在しない場合には、自動操舵手段としての電動パワーステアリング制御装置１２に電動パワーステアリング出力電流Ｉｍを出力して自動操舵による回避を行わせる一方、対象立体物に他の立体物が隣接して存在する場合には、自動ブレーキ手段としての自動ブレーキ制御装置１３に減速信号を出力して自動ブレーキによる回避を行わせる。また、対象立体物が移動状態とみなせる場合には自動操舵による回避制御を非作動にして自動ブレーキ制御装置１３に減速信号を出力して自動ブレーキによる回避を行わせる。

また、制御ユニット７は、ステレオ画像を基に作成した立体物位置を示すＸ−Ｚ座標系の情報と、車車間通信を基に作成した立体物位置を示すＸ−Ｚ座標系の情報とを比較し、対象立体物が通信可能な立体物か否かを判定し、自動操舵による回避を行わせる場合には、対象立体物に対して回避制御を行うことを報知し、注意を促すように構成されている。

例えば、図６（ａ）に示すように、ステレオ画像を基に作成した立体物位置を示すＸ−Ｚ座標系の情報により、ａ１〜ａ４の立体物が検出され、また、図６（ｂ）に示すように、車車間通信を基に作成した立体物位置を示すＸ−Ｚ座標系の情報により、ｂ１〜ｂ３の立体物が検出されているとすると、これらを合成すると、図６（ｃ）のように、ｃ１〜ｃ５の立体物が最終的に検出されることになる。このｃ１〜ｃ５の立体物の中で、ｃ１は画像では捉えられない通信可能な立体物、ｃ２、ｃ５は画像で捉えられる通信不可能な立体物、ｃ３、ｃ４は画像で捉えられる通信可能な立体物と判定でき、図６（ｃ）の例では、ｃ５が接触可能性がある対象立体物の場合、通信不可能と判定される。

すなわち、制御ユニット７は、通信判定手段、及び、制御手段としての機能を有して構成されている。

次に、制御ユニット７で実行される回避制御プログラムについて、図２のフローチャートで説明する。この回避制御プログラムは、メインスイッチ１０から回避制御ＯＮの信号が入力されているときに実行されるものであり、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で必要なパラメータの読み込みが行われる。

次いで、Ｓ１０２に進み、ステレオ画像認識装置４で、自車両前方に接触可能性がある対象立体物が検出されているか否か判定し、対象立体物が検出されていない場合は、そのままプログラムを抜け、検出されている場合は、Ｓ１０３に進む。

Ｓ１０３では、対象立体物に対する接触予測時間ＴＴＣを、例えば、以下の（１）式により演算する。
ＴＴＣ＝Ｌ／（Ｖ０−Ｖｆ） …（１）

次に、Ｓ１０４に進み、接触予測時間ＴＴＣを予め設定しておいた閾値ＴＴ１（例えば、６秒）と比較して、接触予測時間ＴＴＣが閾値ＴＴ１以上（ＴＴＣ≧ＴＴ１）の場合には、そのままプログラムを抜け、接触予測時間ＴＴＣが閾値ＴＴ１より小さく（ＴＴＣ＜ＴＴ１）なった場合には、Ｓ１０５へと進む。

Ｓ１０５では、対象立体物が移動体か否か、すなわち、速度Ｖｆの絶対値が予め設定する閾値より大きな値か否か判定し、移動体の場合には、Ｓ１０６に進んで、後述する自動ブレーキ回避制御を行って、プログラムを抜ける。

逆に、移動体ではない場合、すなわち、速度Ｖｆの絶対値が予め設定する閾値以下であり、静止物とみなせる場合は、Ｓ１０７へと進む。

Ｓ１０７では、対象立体物に隣接する立体物があるか否かを判定し、隣接する立体物が有る場合は、Ｓ１０６に進んで、後述する自動ブレーキ回避制御を行って、プログラムを抜ける。

また、隣接する立体物が無い場合は、Ｓ１０８に進み、対象立体物が通信可能な移動体か否か判定する。そして、通信可能な移動体と判定した場合はＳ１０９に進んで、自動操舵による回避を行うことを通信してＳ１１０に進み、後述する自動操舵回避制御を行って、プログラムを抜ける。

また、Ｓ１０８で対象立体物が、通信不可能な移動体と判定した場合は、そのままＳ１１０に進み、後述する自動操舵回避制御を行って、プログラムを抜ける。

次に、上述のＳ１０６で実行される自動ブレーキ回避制御を、図３のフローチャートで説明する。
Ｓ２０１で、例えば、以下の（２）式により、目標減速度ａｔを演算する。自車両１と対象立体物とが、図７に示すような関係、すなわち、現在、自車速Ｖ０、自車加減速度ａ０、対象立体物の速度Ｖｆ、対象立体物の加減速度ａｆ、対象立体物までの距離Ｌである状態が、ｔ秒後に、自車両１が距離Ｌｓ前進し、対象立体物が対象立体物予測位置まで距離Ｌｆ前進し、自車両１との距離が目標とする距離Ｄtgt（マップ或いは演算により設定される距離）となるとすると、自車両１の目標減速度ａｔは、以下の（２）式より求められる。
ａｔ＝ａｆ＋（（Ｖ０−Ｖｆ）^２／（Ｌ−Ｄtgt）） …（２）

そして、Ｓ２０２に進み、目標減速度ａｔを自動ブレーキ制御装置１３に出力して、プログラムを抜ける。

次に、上述のＳ１１０で実行される自動操舵回避制御を、図４のフローチャートで説明する。
まず、Ｓ３０１では、対象立体物に対し、自車両１を回避せしめる方向の設定が行われる。例えば、図８に示すように、
ａ）Ｏｌ≦Ｃxr0≦Ｏｒ、且つ、Ｃxl0＜Ｏｌの場合は、右回避とする（図８（ａ））。

ｂ）Ｏｌ≦Ｃxl0≦Ｏｒ、且つ、Ｃxr0＞Ｏｒの場合は、左回避とする（図８（ｂ））。

ｃ）Ｏｌ≦Ｃxl0≦Ｏｒ、且つ、Ｏｌ≦Ｃxr0≦Ｏｒで、Ｏｒ−Ｃxr0≧Ｃxl0−Ｏｌの場合は、右回避とする（図８（ｃ））。

ｄ）Ｏｌ≦Ｃxl0≦Ｏｒ、且つ、Ｏｌ≦Ｃxr0≦Ｏｒで、Ｏｒ−Ｃxr0＜Ｃxl0−Ｏｌの場合は、左回避とする（図８（ｄ））。

ｅ）Ｃxl0＜Ｏｌ、且つ、Ｃxr0＞Ｏｒで、Ｃxr0−Ｏｒ≦Ｏｌ−Ｃxl0の場合は、右回避とする（図８（ｅ））。

ｆ）Ｃxl0＜Ｏｌ、且つ、Ｃxr0＞Ｏｒで、Ｃxr0−Ｏｒ＞Ｏｌ−Ｃxl0の場合は、左回避とする（図８（ｆ））。

次いで、Ｓ３０２に進み、対象立体物の後端側方の、予め設定した距離Ｓｘだけ離れた位置に回避走行目標点Ｐｔ（Ｐx0，Ｐz0）を設定する。

次に、Ｓ３０３に進み、Ｓ３０２で設定した回避走行目標点Ｐｔの座標（Ｐx0，Ｐz0）を基に、例えば、以下の（３）式により、現在位置から走行目標点Ｐｔまでの経路を円弧と仮定した場合の目標半径Ｒt0を演算する。
Ｒt0＝（Ｐx0^２＋Ｐz0^２）／（２・Ｐx0） …（３）

次いで、Ｓ３０４に進み、目標ステアリング角Ｓｔを、例えば、以下の（４）式により演算する。
Ｓｔ＝（Ｌｗ・Ｎｓ）／Ｒt0 …（４）
ここで、Ｌｗはホイールベース、Ｎｓはステアリングギヤ比である。

次に、Ｓ３０５に進み、電動パワーステアリング制御装置１２に対する電動パワーステアリング出力電流Ｉｍを、例えば、以下の（５）式により演算し、電動パワーステアリング制御装置１２に出力して、プログラムを抜ける。
Ｉｍ＝Ｇ１・（Ｓｔ−Ｓｒ）＋Ｇ２・（ｄ（Ｓｔ−Ｓｒ）／ｄｔ） …（５）
ここで、Ｇ１，Ｇ２はゲインである。

このように本発明の実施の形態によれば、自車両１との接触可能性があると判定した対象立体物に対し、対象立体物が静止状態とみなせる場合、この対象立体物に他の立体物が隣接して存在しない場合には、自動操舵による回避を行わせる一方、対象立体物に他の立体物が隣接して存在する場合には、自動ブレーキによる回避を行わせる。また、対象立体物が移動状態とみなせる場合には自動操舵による回避制御を非作動にして自動ブレーキによる回避を行わせる。このため、前方障害物の状態に応じて適切な回避動作を行い、自然で確実な接触回避を行うことが可能となる。

尚、本実施の形態で説明した自動操舵回避制御、及び、自動ブレーキ回避制御は、本実施の形態に限るものではなく、他の制御方法であっても良い。

また、本実施の形態では、ステレオカメラからの画像と車車間通信によって得た情報とを用いて前方立体物を検出するように構成しているが、これに限らず、例えば、ステレオカメラ又は車車間通信の代わりにレーダ・レーザを用いて前方立体物を検出したり、或いは、ステレオカメラ、車車間通信とレーダ・レーザの何れか一つを用いて前方立体物を検出するように構成することも可能である。

車両に搭載した運転支援装置の概略構成図 回避制御プログラムのフローチャート 自動ブレーキ回避制御ルーチンのフローチャート 自動操舵回避制御ルーチンのフローチャート 自車両を中心とする座標系と走行目標点の説明図 通信可能な立体物と通信不可能な立体物の識別の説明図 目標減速度演算式において用いるパラメータの説明図 自動操舵回避制御における回避方向設定の説明図

符号の説明

１ 自車両
２ 運転支援装置
３ ステレオカメラ（立体物情報検出手段）
４ ステレオ画像認識装置（立体物情報検出手、段接触可能性判定手段）
５ 通信装置（通信手段）
６ 測位装置
７ 制御ユニット（通信判定手段、制御手段）
１２ 電動パワーステアリング制御装置（自動操舵手段）
１３ 自動ブレーキ制御装置（自動ブレーキ手段）

Claims (3)

1. 前方立体物を検出する立体物情報検出手段と、
   上記立体物情報検出手段で検出した立体物と自車両との接触可能性を判定する接触可能性判定手段と、
   上記接触可能性判定手段が自車両との接触可能性があると判定した対象立体物に対し、該対象立体物が静止状態とみなせる場合には自動操舵手段を作動させて回避制御する一方、上記対象立体物が移動状態とみなせる場合には上記自動操舵手段による回避制御を非作動にして自動ブレーキ手段を作動させて回避制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の運転支援装置。
2. 上記制御手段は、上記対象立体物が静止状態とみなせる場合であっても、他の立体物が上記対象立体物に隣接して存在する場合には自動ブレーキ手段を作動させて回避制御することを特徴とする請求項１記載の車両の運転支援装置。
3. 自車両周辺と通信自在な通信手段と、
   自車両周辺の立体物が通信可能な立体物か否かを判定する通信判定手段とを有し、
   上記制御手段は、少なくとも上記対象立体物を上記自動操舵手段を作動させて回避制御を行う場合、上記対象立体物が通信可能な立体物の場合には、回避制御を行うことを報知することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の運転支援装置。

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