JP5124874B2 - 車両走行支援装置、車両、車両走行支援プログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されている撮像装置を通じて得られた画像に基づいてこの車両の走行を支援する装置等に関する。

車両に搭載されているカメラにより撮像された画像に基づき、この車両が走行している道路における車線、道路鋲などのレーンマークの配置を認識するための技術が提案されている（特許文献１参照）。また、車両からその進行方向を臨んだときに左側および右側のそれぞれにおいて配置が認識されたレーンマークにより挟まれた走行領域から車両が外れないように操舵装置等の動作を制御する技術が提案されている（特許文献２参照）。
特開２００１−０２３０９４号公報 特開２００６−２６４４０５号公報

しかし、降雨、降雪または太陽光の逆光等の外乱のため、レーンマークの認識精度が低下したことにより、車両走行支援装置の動作を停止させる必要が生じる可能性がある。

そこで、本発明は、レーンマークの認識精度が低下した場合でも動作を継続させることができる車両走行支援装置等を提供することを解決課題とする。

第１発明の車両走行支援装置は、車両に搭載されている撮像装置を通じて得られた前記車両が走行している道路を示す画像に基づき、前記道路におけるレーンマークの配置を認識し、前記レーンマークにより画定される走行領域を認識する第１処理要素と、前記車両が前記第１処理要素により認識された前記走行領域から外れずに走行するように前記車両に搭載されている操舵装置および制動装置のうち一方または両方の動作を制御する第２処理要素とを備えている車両走行支援装置であって、左側レーンマークの認識可能距離と右側レーンマーク認識可能距離との偏差及び左側レーンマークの密度と右側レーンマークの密度との偏差の一方又は両方に基づき前記第１処理要素が前記レーンマークの確度を評価し、前記第２処理要素が前記第１処理要素により評価された前記確度が高いほど、前記操舵装置および前記制動装置のうち一方または両方の動作の制御度合を段階的にまたは連続的に高く設定することを特徴とする。

第１発明の車両走行支援装置によれば、左側レーンマークの認識可能距離と右側レーンマーク認識可能距離との偏差及び左側レーンマークの密度と右側レーンマークの密度との偏差の一方又は両方に基づいて評価されたレーンマークの確度が高いほど、操舵装置および制動装置のうち一方または両方（適宜「操舵装置等」という。）の動作の制御度合が高く設定される。これにより、レーンマークにより画定される走行領域の確度が高い状態では、車両がこの走行領域から外れないような車両の走行が比較的強くまたは積極的に支援される。その一方、レーンマークの確度が低いほど、操舵装置等の動作の制御度合が低く設定される。これにより、レーンマークにより画定される走行領域の認識制度または確度が低い状態では、車両がこの走行領域から外れないような車両の走行が比較的弱くまたは消極的に支援される。すなわち、レーンマークの確度および走行領域の確度が低い場合に車両走行支援装置の動作が停止される事態が回避される。また、レーンマークの確度および走行領域の確度が低い状態でも、車両の走行支援が中断されるのではなく比較的弱いながらも支援される。したがって、車両が走行領域から外れないようにこの車両の走行を支援する観点から、操舵装置等の動作が適当に制御されうる。

なお、本発明の構成要素が情報を「認識する」とは、当該構成要素が情報をデータベースから検索すること、メモリ等の記憶装置から情報を読み取ること、センサ等の出力信号に基づき情報を測定、算定、推定、判定すること、測定等された情報をメモリに格納すること等、当該情報をさらなる情報処理のために準備または用意するために必要なあらゆる情報処理を実行することを意味する。

第２発明の車両走行支援装置は、第１発明の車両走行支援装置において、前記第２処理要素が、前記第１処理要素により評価された前記レーンマークの確度に基づき、ゲイン係数と、制御量の数とのうち一方または両方を前記操舵装置および前記制動装置のうち一方または両方の動作の制御度合として設定することを特徴とする。

第２発明の車両走行支援装置によれば、レーンマークおよびレーンマークにより画定される走行領域の確度の高低に応じて、ゲイン係数の大小および制御量の多少のうち一方または両方が調節される。これにより、レーンマークにより画定される走行領域の確度が高い状態では、車両がこの走行領域から外れないような車両の走行が比較的強くまたは積極的に支援される。その一方、レーンマークにより画定される走行領域の確度が低い状態では、車両がこの走行領域から外れないような車両の走行が比較的弱くまたは消極的に支援される。したがって、車両が走行領域から外れないようにこの車両の走行を支援する観点から、操舵装置等の動作が適当に制御されうる。

第３発明の車両は、撮像装置と、操舵装置と、制動装置と、第１発明の車両走行支援装置を備えていることを特徴とする。

第３発明の車両によれば、車両走行支援装置により車両が走行領域から外れないようにこの車両の走行を支援する観点から、操舵装置および制動装置のうち一方または両方の動作が適当に制御されうる。

第４発明の走行支援プログラムは、車両に搭載されているコンピュータを第１発明の車両走行支援装置として機能させることを特徴とする。

第４発明の走行支援プログラムによれば、車載のコンピュータを、車両が走行領域から外れないようにこの車両の走行を支援する観点から、操舵装置および制動装置のうち一方または両方の動作を適当に制御する車両走行支援装置として機能させることができる。

本発明の車両走行支援装置等の実施形態について図面を用いて説明する。

図１および図２に示されている車両（四輪自動車）１には、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳイメージセンサや近赤外線カメラ等のカメラ（撮像装置）１２と、車両走行支援装置１０とが搭載されている。カメラ１２は車両１の前方の様子をフロントウィンドウ越しに撮像するように車内空間に取り付けられている。車両１には図２に示されているように車速センサ１２２、加速度センサ１２４、ヨーレートセンサ１２６およびトルクセンサ１２８等のセンサと、操舵装置１４と、制動装置１６とがさらに搭載されている。車速センサ１２２、加速度センサ１２４およびヨーレートセンサ１２６のそれぞれは車両１の速度、加速度およびヨーレートのそれぞれに応じた信号を出力する。トルクセンサ１２８は、特開２００３−１５４９６０号公報に開示されているように、運転者によるステアリングホイールの操作により、ステアリングホイールにステアリング軸等を介して連結されたピニオンに生じる操舵トルクに応じた信号を出力する。操舵装置１４はステアリングホイールの操作により駆動される前輪操舵機構をアクチュエータにより駆動するように構成されている。なお、操舵装置１４により前輪駆動機構に代えてまたは加えて後輪操舵機構が駆動されてもよい。

車両走行支援装置１０はコンピュータまたはＥＣＵ（電子制御ユニット）（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭならびにＩ／Ｏ回路およびＡ／Ｄ変換回路等の電子回路等により構成されている。）により構成されている。車両走行支援装置１０にはカメラ１２および速度センサ１２２等からの出力信号が入力される。ＣＰＵにより「車両走行支援プログラム」がメモリから読み出され、かつ、読み出されたプログラムにしたがって後述する種々の処理が実行される。なお、プログラムは任意のタイミングでサーバからネットワークや衛星を介して車両１に配信または放送され、車載コンピュータのＲＡＭ等の記憶装置に格納されてもよい。車両走行支援装置１０は操舵装置１４および制動装置１６のうち一方または両方の動作を制御することにより、車両１が走行領域から逸脱しないように車両１の走行を支援する走行支援制御を実行する。

車両走行支援装置１０は第１処理要素１１０および第２処理要素１２０を備えている。第１処理要素１１０はカメラ１２を通じて得られた、車両１が走行している道路を示す画像に基づき、この道路におけるレーンマークの配置を認識し、当該レーンマークにより左右が画定される走行領域を認識する。第１処理要素１１０はレーンマークの確度を評価する。第２処理要素１２０は車両１が第１処理要素１１０により認識された走行領域から外れずに走行するように操舵装置１４および制動装置１６のうち一方または両方の動作を制御する。第２処理要素１２０は第１処理要素１１０により評価された確度が高いほど、操舵装置１４および制動装置１６のうち一方または両方の動作の制御度合を段階的にまたは連続的に高く設定する。

前記構成の車両１および車両走行支援装置１０の機能について説明する。

まず、カメラ１２を通じて車両１の前方または走行方向の状況を表わす画像が取得される（図３／Ｓ００２）。これにより、たとえば図４（ａ）または図５（ａ）に示されているような車両１の前方に延びる道路の画像（ディジタル画像）が取得される。なお、図４（ａ）は外乱がなく道路に設けられているレーンマークが車両１から遠くまで認識されうる状況での画像である一方、図５（ａ）は降雨、巧拙または太陽光の逆光等の外乱のために道路に設けられているレーンマークが車両１の近くでしか認識されえない状況での画像である。

また、第１処理要素１１０により、取得画像に基づき車両座標系（車両１に対して固定されている座標系）または実空間座標系におけるレーンマークの配置が認識される（図３／Ｓ００４）。これにより、図４（ｂ）または図５（ｂ）に示されているように画像においてレーンマークのエッジまたはエッジ点（黒点）の位置が認識され、画像座標系から車両座標系への座標変換によりエッジの車両座標系における位置が認識される。たとえば図６に示されているように車両１の前方および左方向のそれぞれが車両座標系における＋ｘ方向および＋ｙ方向のそれぞれとして定義されている。ボッツドッツや車線（白線）等のレーンマークは、特開２００６−２６９６０５号公報、特開２００６−３０９４９９号公報または特開２００６−３３１１９３号公報等に開示されている画像処理方法にしたがって認識されうる。さらに、第１処理要素１１０により、レーンマークにより左右が画定されている走行領域が認識される（図３／Ｓ００６）。なお、レーンマークの認識が失敗に終わった場合には走行領域の認識および後述する車両走行支援制御は省略される。

また、第１処理要素１１０によりレーンマークの確度が評価される（図３／Ｓ００８）。具体的には、図４（ｂ）および図５（ｂ）のそれぞれに示されているように画像左側における画像下縁を基準とするエッジの最高位置ｈ_Lおよびエッジの個数ｎ_Lが認識され、かつ、画像右側における画像下縁を基準とするエッジの最高位置ｈ_Rおよびエッジの個数ｎ_Rが認識される。画像におけるエッジの最高位置ｈ_Lおよびｈ_Rは、実空間において車両１を基準とする車両走行支援装置１０によるレーンマークの認識可能距離に相当する。画像左側および右側のそれぞれにおけるエッジの密度（ｎ_L／ｈ_L）および（ｎ_R／ｈ_R）は、実空間において車両１の前方左側および右側のそれぞれにおけるレーンマークの密度に相当する。そして、エッジの最高位置ｈ_Lおよびｈ_R、ならびに、エッジの密度（ｎ_L／ｈ_L）および（ｎ_R／ｈ_R）のうち少なくとも一部が高くなるほど、レーンマークの確度ｐが段階的または連続的に高く評価される。たとえば、エッジの最高位置ｈ_Lおよびｈ_Rの平均値、最高値もしくは最低値（以下「平均値等」という。）、または、平均値等の増加関数がレーンマークの確度ｐとして評価されてもよい。また、エッジの密度（ｎ_L／ｈ_L）および（ｎ_R／ｈ_R）の平均値等または平均値等の増加関数がレーンマークの確度ｐとして評価されてもよい。なお、車両１の前方左側および右側のそれぞれにおけるレーンマークの認識可能距離または密度の偏差が大きいほど、確度ｐが段階的または連続的に低く評価されてもよい。

また、第２処理要素１２０により、第１処理要素１１０により評価されたレーンマークの確度ｐが第１確度範囲［ｐ_1-，ｐ₁₊］に含まれているか否かが判定される（図３／Ｓ０１０）。なお、画像自体の高さ等により定まる最高確度ｐ_maxが第１確度範囲の上限値ｐ₁₊として設定されてもよい。確度ｐが第１確度範囲に含まれていないと判定された場合（図３／Ｓ０１０‥ＮＯ）、第２処理要素１２０により、確度ｐが第１確度範囲より低確度側にある第２確度範囲［ｐ_2-，ｐ₂₊（≦ｐ_1-）］に含まれているか否かが判定される（図３／Ｓ０１２）。

確度ｐが第１確度範囲に含まれていると判定された場合（図３／Ｓ０１０‥ＹＥＳ）、制御度合が比較的高く設定された上で「第１車両走行支援制御」が実行される（図３／Ｓ０１４）。具体的には、操舵装置１４および制動装置１６のうち一方または両方（正確には操舵装置１４等を構成するアクチュエータ）の動作制御のゲイン係数が比較的大きく設定される。また、制御量の数が比較的多く設定される。たとえば、第１車両走行支援制御における制御量の数が「２」に設定され、当該２つの制御量として車両１の横方向の位置および進行方位角度が制御される。車両１の位置と、図６に示されている車両座標系のｙ軸および基準経路（一点鎖線）の交点との間隔が、基準経路を基準とする車両１の横方向の位置偏差δｙとして定義されている。車両１の位置に最も近い点における基準経路の接線とｘ軸とがなす角度が、基準経路の角度を基準とする車両１の進行方位角度の偏差δθとして定義されている。

車両走行支援制御に際して、車速センサ１２２の出力信号に基づいて車両１の速度ｖが算出され、速度ｖおよび所定の時定数τを積算することにより注視点距離Ｌｍが算出される。また、図６に示されているように車両１からその前方（＋ｘ方向）に注視点距離Ｌｍだけ離れた位置において、基準経路上に目標位置ｐが設定される。たとえば、第１処理要素１１０により認識された走行領域の中心ラインまたは中心ラインから左右いずれかにわずかにオフセットしたラインが基準経路として定義される。さらに、図６に実線で示されているような車両１の現在位置から目標位置ｐまで一定の曲率で変化する経路が目標移動経路として設定される。また、ヨーレートセンサ１２６の出力信号に基づいて車両１のヨーレートが算出され、車速ｖおよびヨーレートに基づき、図６に破線で示されているような車両１の予測移動経路が認識される。さらに、車両１からその前方に注視点距離Ｌｍだけ離れた位置における目標移動経路および予測移動経路のずれＥｍが算出される。そして、車速ｖ、注視点距離Ｌｍおよび当該ずれＥｍに基づき、式（１）にしたがって横加速度補正量Ｇｃｍｐが算出される。

Ｇｃｍｐ＝２Ｅｍ・ｖ²／（Ｌｍ²＋Ｅｍ²） ‥（１）
そして、車両１に横加速度補正量Ｇｃｍｐが生じるように操舵装置１４等の動作が制御される。これにより、車両１が予測移動経路（図６破線参照）ではなく、目標移動経路（図６実線参照）にしたがって走行するように車両１の挙動が制御される。前記のようにゲイン係数が比較的大きく設定されることにより、車両１の横方向の位置が、基準経路の位置からずれた場合、または、車両１の進行方位角度が基準経路の角度からずれた場合、操舵装置１４等の動作が比較的強くまたは積極的に制御される。これにより、横位置偏差δｙおよび角度偏差δθが早期に解消されるように比較的強いアシストトルクが車両１に生じ、車両１が走行領域から外れないように車両１の走行が支援される。なお、第１車両走行支援制御における制御量の数が「３」に設定され、車両１の横方向の位置、進行方位角度および進行方位角速度が制御されてもよい。

確度ｐが第２確度範囲に含まれていると判定された場合（図３／Ｓ０１２‥ＹＥＳ）、制御度合が比較的低く設定された上で「第２車両走行支援制御」が実行される（図３／Ｓ０１６）。具体的には、操舵装置１４および制動装置１６のうち一方または両方の動作の制御ゲイン係数が比較的小さく設定される。また、制御量の数が比較的少なく設定される。たとえば、第２車両走行支援制御における制御量の数が「１」に設定され、当該２つの制御量として車両１の横方向の位置が制御される。ゲイン係数が比較的小さく設定されることにより、車両１の横方向の位置が走行領域に設定された基準経路の位置からずれた場合、操舵装置１４等の動作が比較的弱くまたは消極的に制御される。これにより、前記の横位置偏差δｙが緩やかに解消されるように比較的弱いアシストトルクが車両１に生じ、車両１が走行領域から外れないように車両１の走行が支援される。なお、第２車両走行支援制御における制御量の数が「２」に設定され、車両１の横方向の位置および進行方位角度が制御されてもよい。なお、レーンマークの角度ｐが第２角度範囲にも含まれないと判定された場合（図３／Ｓ０１２‥ＮＯ）、走行支援制御が省略される。

前記構成の車両１および車両走行支援装置１０によれば、レーンマークの確度ｐが高いほど、操舵装置１４および制動装置１６のうち一方または両方の動作の制御度合が高く設定される（図３／Ｓ０１０‥ＹＥＳ，Ｓ０１４参照）。これにより、レーンマークにより画定される走行領域の確度が高い状態では、車両１がこの走行領域から外れないような車両１の走行が比較的強くまたは積極的に支援される。その一方、レーンマークの確度ｐが低いほど、操舵装置１４等の動作の制御度合が低く設定される（図３／Ｓ０１０‥ＮＯ，Ｓ０１２‥ＹＥＳ，Ｓ０１６参照）。これにより、レーンマークにより画定される走行領域の確度が低い状態では、車両１がこの走行領域から外れないような車両１の走行が比較的弱くまたは消極的に支援される。すなわち、レーンマークの確度および走行領域の確度が低い場合に車両走行支援装置の動作が停止される事態が回避される。また、レーンマークの確度および走行領域の確度が低い状態でも、車両１の走行支援がただちに中断されるのではなく比較的弱いながらも支援される。したがって、車両１が走行領域から外れないようにこの車両１の走行を支援する観点から、操舵装置１４等の動作が適当に制御されうる。

なお、前記実施形態ではレーンマークの確度ｐの高低に応じて操舵装置１４等の制御度合が２段階にわたり段階的に調節されたが（図３／Ｓ０１０，Ｓ０１２，Ｓ０１４，Ｓ０１６参照）、他の実施形態としてレーンマークの確度ｐの高低に応じて操舵装置１４等の制御度合が３段階以上にわたり段階的に調節されてもよい。また、操舵装置１４等の制御度合が段階的にではなく連続的に調節されてもよい。さらに、レーンマークの確度ｐの高低に応じて、ゲイン係数に代えて、注視点距離Ｌｍの長短、または、注視点距離Ｌｍの長短を定める時定数の大小が調節されてもよい（図６参照）。また、第１車両走行支援制御が実行されているときにトルクセンサ１２８の出力により表わされる操舵トルクが第１トルク閾値を超えたときに第１車両走行支援制御の実行が中断され、第２車両走行支援制御が実行されているときにトルクセンサ１２８の出力により表わされる操舵トルクが第１トルク閾値よりも低い第２トルク閾値を超えたときに第２車両走行支援制御の実行が中断されてもよい。

本発明の車両の構成説明図 本発明の車両走行支援装置の構成説明図 本発明の車両走行支援装置の機能を示すフローチャート レーンマークの認識結果に関する説明図その１ レーンマークの認識結果に関する説明図その２ 車両走行支援制御に関する説明図

符号の説明

１‥車両、１０‥車両走行支援装置、１２‥カメラ（撮像装置）、１４‥操舵装置、１６‥制動装置、１１０‥第１処理要素、１２０‥第２処理要素

Claims (4)

1. 車両に搭載されている撮像装置を通じて得られた前記車両が走行している道路を示す画像に基づき、前記道路におけるレーンマークの配置を認識し、前記レーンマークにより画定される走行領域を認識する第１処理要素と、
   前記車両が前記第１処理要素により認識された前記走行領域から外れずに走行するように前記車両に搭載されている操舵装置および制動装置のうち一方または両方の動作を制御する第２処理要素とを備えている車両走行支援装置であって、
   左側レーンマークの認識可能距離と右側レーンマーク認識可能距離との偏差及び左側レーンマークの密度と右側レーンマークの密度との偏差の一方又は両方に基づき前記第１処理要素が前記レーンマークの確度を評価し、前記第２処理要素が前記第１処理要素により評価された前記確度が高いほど、前記操舵装置および前記制動装置のうち一方または両方の動作の制御度合を段階的にまたは連続的に高く設定することを特徴とする車両走行支援装置。
2. 請求項１記載の車両走行支援装置において、
   前記第２処理要素が、前記第１処理要素により評価された前記レーンマークの確度に基づき、ゲイン係数と、制御量の数とのうち一方または両方の関数を前記操舵装置および前記制動装置のうち一方または両方の動作の制御度合として設定することを特徴とする車両走行支援装置。
3. 撮像装置と、操舵装置と、制動装置と、請求項１記載の車両走行支援装置とを備えていることを特徴とする車両。
4. 車両に搭載されているコンピュータを請求項１記載の車両走行支援装置として機能させることを特徴とする車両走行支援プログラム。