JP5739465B2

JP5739465B2 - 車両の操舵制御装置

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Publication number: JP5739465B2
Application number: JP2013052300A
Authority: JP
Inventors: 森　直樹; 直樹森; 石川　達也; 石川　　達也
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Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2015-06-24
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Description

本発明は、車両の操舵を制御する操舵制御装置に関する。

従来、車両の前方の撮像画像に基づいて、当該車両が走行する走行路の形状（曲率等）を認識し、当該認識された走行路の形状に対する車両の横ずれ量及び偏向角を求め、該横ずれ量及び偏向角に基づいて、車両の操舵を制御する操舵制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１５９９６号公報

特許文献１に記載されたような操舵制御装置においては、カーブ路と直線路との移行区間のように形状が大きく変化するような走行路を走行するときであっても適切に車両を操舵するために、走行路の形状がより適切に認識されることが求められる。特に、カーブ路と直線路とが急に切り替わるような（曲率が急に変化するような）走行路を走行する場合においては、より一層、走行路の形状がより適切に認識されることが求められる。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、カーブ路と直線路との移行区間を走行する場合であっても走行路の形状を適切に認識して車両を操舵できる操舵制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、車両の進行方向を撮像するカメラと、前記カメラによる撮像画像に基づいて、当該車両が走行する走行路の形状を、一次又は二次の単項式又は多項式による近似である第１近似によって認識するように構成された形状認識部と、前記形状認識部によって認識された前記走行路の形状に基づいて、当該車両の操舵を制御するように構成された操舵制御部とを備える操舵制御装置であって、前記形状認識部が認識した前記走行路の形状が、カーブ路と直線路との移行区間であるか否かを判定するように構成された判定部と、前記形状認識部は、前記判定部の判定結果が肯定的である場合に、三以上の次数の単項式又は多項式による近似である第２近似によって前記走行路の形状を認識することを特徴とする。

本発明によれば、判定部の判定結果が否定的である場合、すなわち、車両が、直線路又は曲率一定のカーブ路のように、形状の変化が小さい走行路を走行する場合には、演算負荷が軽い第１近似により、必要な精度を確保して走行路の形状を近似できる。また、判定部の判定結果が肯定的である場合、すなわち、車両が、カーブ路と直線路との移行区間のように、形状の変化が大きい走行路を走行する場合には、第１近似よりも近似性能が高い第２近似を用いることにより、近似精度の低下を抑制して走行路の形状を近似できる。従って、カーブ路と直線路との移行区間を走行する場合（特に、カーブ路と直線路とが急に切り替わるような走行路を走行する場合）であっても、走行路の形状を適切に認識して車両を操舵できる。

本発明において、前記第２近似は、三次の単項式又は多項式による近似であることが好ましい。走行路の形状を近似するための単項式又は多項式の次数が低いほど、近似のための演算負荷が軽い。このため、三次の単項式又は多項式によって近似することで、二次の単項式又は多項式によって近似するときよりもカーブ路と直線路との移行区間の形状を精度よく近似できると共に、第２近似を三次よりも次数の高い単項式又は多項式によって行う場合と比較して走行路の形状変化をより速く近似することができる。

本発明において、前記判定部は、当該車両の進行方向において、カーブ路から直線路へ切り替わるときの移行区間であるときに肯定的な判定を行うことが好ましい。操舵制御装置においては、実際の走行路の曲率（以下、「実曲率」という）に対して、認識された走行路の曲率（以下、「近似曲率」という）が、大きくなるようなことは好ましくない。

カーブの入口であれば操舵制御の遅れが生じた場合であっても旋回外側に広がる方向に車両が移動するので、運転者としては操舵制御出力が不足しているものとして違和感なく認識できる。しかしながら、カーブの出口では、操舵制御の遅れが生じることにより、旋回内側に向かって車両が移動する。このため、カーブを抜けたのにセルフアライニングトルクで操舵が中央位置に戻らない状態になるので、運転者は違和感を感じる。

従って、当該車両の進行方向において、カーブ路から直線路へ切り替わるときの移行区間のときに、第２近似によって走行路の形状を認識して、実曲率と近似曲率の相違を減少させることが特に有効である。

本発明において、前記形状認識部は、認識結果としての前記走行路の形状について、前記第１近似によって認識された前記走行路の形状である第１形状と前記第２近似によって認識された前記走行路の形状である第２形状とを、前記判定部の判定結果に応じて切り替える場合には、過渡期を設定して、認識結果とする前記走行路の形状を、該過渡期が経過するまでの間に、切り替える前の形状から、これから切り替える形状へと徐々に変更することが好ましい。

これにより、徐々に変更して認識された走行路の形状に合わせて、車両の操舵を緩やかに変更できる。

本発明において、前記形状認識部は、前記判定部の判定結果が否定的から肯定的に変化した場合に、前記過渡期が経過するまでの間に、当該形状認識部による認識結果としての前記走行路の形状を、当該判定結果の変化前の前記第１形状から前記第２形状に徐々に変更し、前記判定部の判定結果が肯定的から否定的に変化した場合には、前記過渡期が経過するまでの間に、当該形状認識部による認識結果としての前記走行路の形状を、当該判定結果の変化前の前記第２形状から前記第１形状に徐々に変更し、前記第１形状から前記第２形状に切り替えるときの前記過渡期は、前記第２形状から前記第１形状に切り替えるときの前記過渡期よりも短くなるように設定されていることが好ましい。

判定部の判定結果が肯定的から否定的に変化したときには、長く設定した過渡期において、徐々に変更して認識された走行路の形状に合わせて、車両の操舵を緩やかに変更できる。

一方、判定部の判定結果が否定的から肯定的に変化したとき、すなわち走行路の形状を精度よく認識する必要があるときには、短く設定した過渡期において、認識された走行路の形状を第１形状から第２形状に速く変更できるので、適切に車両の操舵を制御できる。

本発明において、前記形状認識部は、前記判定部の判定結果が肯定的である場合において、前記第２近似による前記走行路の形状のうちのカーブ路の曲がり方向が、前記第１近似による前記走行路の形状のうちのカーブ路の曲がり方向と等しいときに、前記第２近似による前記走行路の形状を、認識結果とすることが好ましい。

第２近似の方が第１近似に比べて近似する単項式又は多項式の次数が高いので、走行路の形状を精度よく近似することができるが、外乱の影響を受けやすい。このため、第２近似が外乱の影響を受けていない状態を、２つの近似による曲がり方向が等しいか否かで検知している。このようにして、外乱の影響が少ない状態の第２近似の結果を用いることで、適切に車両を操舵できる。

車両の制御装置の使用態様の説明図。車両の制御装置の構成図。走行路と車両との間の関係についての説明図。車両の制御装置の作動フローチャート。（ａ）はカメラで撮像した画像を示す図、（ｂ）は（ａ）の画像に対してエッジ抽出した画像を示す図、（ｃ）は（ｂ）の画像に対する上方視画像を示す図。（ａ）は、走行路が抽出された上方視画像における近似点を示す図、（ｂ）は、走行路が抽出された上方視画像における第１近似線及び第２近似線を示す図。図３とは別の走行路と車両との間の関係についての説明図。図７の状況において、（ａ）はカメラで撮像した画像を示す図、（ｂ）は（ａ）の画像に対してエッジ抽出した画像を示す図、（ｃ）は（ｂ）の画像に対する上方視画像を示す図。図７の状況において、（ａ）は、走行路が抽出された上方視画像における近似点を示す図、（ｂ）は、走行路が抽出された上方視画像における第１近似線及び第２近似線を示す図。

以下、本発明の車両の操舵制御装置の実施形態について説明する。図１を参照して、本実施形態の車両の操舵制御装置（以下、単に「制御装置」という）１０は、車両１（自車両）に搭載して使用される。制御装置１０は、車両１に搭載されたカメラ２０の撮像画像から車両１の進行方向の（本実施形態においては、前方）道路の状況を認識して、車両１の走行状態を制御する。

カメラ２０は、車両１の前方をフロントウィンドウ越しに撮像するように、光軸を車両１の前後方向に合わせて車内に取り付けられており、カメラ２０の取付部を原点として、車両１の左右方向（車幅方向）をＸ軸、上下方向（鉛直方向）をＹ軸、前後方向（進行方向）をＺ軸とした実空間座標系が定義されている。

また、車両１は、当該車両１の操舵を行う操舵装置３０を備えている。制御装置１０は、操舵装置３０を制御することで、車両１の操舵を制御している。

次に、図２を参照して、車両１は、速度センサ２１、加速度センサ２２、ヨーレートセンサ２３、及び制動装置３１を備えている。速度センサ２１は車両１の速度の検出信号を出力し、加速度センサ２２は車両１の加速度の検出信号を出力し、ヨーレートセンサ２３は車両１のヨーレートの検出信号を出力する。

制御装置１０は、ＣＰＵ及びメモリ等により構成された電子ユニットであり、カメラ２０の映像信号及び各センサ２１，２２，２３の検出信号が入力される。制御装置１０は、これらの入力によって、車両１の走行状態を認識する。

また、制御装置１０は、メモリに保持された車両１の制御用プログラムをＣＰＵで実行することによって、撮像画像取得部１１、形状認識部１２、操舵制御部１３、及び判定部１４（カーブ検知部１４１、カーブ出口検知部１４２及び検証部１４３）として機能する。これにより、制御装置１０は、操舵装置３０と制動装置３１の一方又は両方を作動させて、車両の走行状態を制御する。

以降の説明では、図３に示されるように、車両１が、カーブした形状の走行路（以下、「カーブ路」という）５１から、直線形状の走行路（以下、「直線路」という）５２に変化するとき（車両１の走行路の形状が、曲率が大きい状態から小さい状態に移行するとき）の走行路を走行しようとしている状況を例に説明する。なお、図３では、カーブ路５１から直線路５２に急に切り替わる（すなわち、曲率が急に変化する）走行路を例示している。

制御装置１０は、車両１の進行方向をカメラ２０により撮像する。そして、制御装置１０は、カメラ２０による撮像画像に基づいて、当該車両１の前方の走行路（道路）５Ｍ(M=1〜2)をカメラ２０により撮像する。

そして、制御装置１０は、この撮像画像に基づいて、走行路５Ｍの車線区分線（レーンマーク）６Ｎ（N=1〜2）を検出する。そして、制御装置１０は、検出された車線区分線６Ｎの情報に応じて、車両１の走行状態を制御する処理を行う。

以下、図４に示したフローチャートに従って、制御装置１０による車両１の走行状態の制御処理について説明する。制御装置１０は、所定の制御周期（例えば、10 msec）毎に図４のフローチャートによる処理を実行して、車両１の走行状態を制御する。

図４の最初のステップＳＴ１において、制御装置１０は、カメラ２０から出力される映像信号を入力してデジタル信号に変換し、カメラ２０の撮像画像（グレースケール画像）として画像メモリに保持する。ステップＳＴ１は、撮像画像取得部１１により実行される処理である。

次のステップＳＴ２では、制御装置１０は、カメラ２０の撮像画像を２値化してエッジ抽出処理を行い、ステップＳＴ３で、更に射影変換を行う。

ここで、図５は、ステップＳＴ２〜ＳＴ３の処理を行ったときの画像例を示したものであり、カメラ２０の撮像画像（原画像）Ｉｍ１（図５（ａ）参照）、撮像画像Ｉｍ１を所定の２値化閾値により２値化した２値画像に対して、エッジ抽出処理を行ったエッジ抽出画像Ｉｍ２（図５（ｂ）参照）、及びＩｍ２を車両１の上方を視点として射影変換した上方視画像Ｉｍ３（図５（ｃ）参照）を示している。上方視画像Ｉｍ３では、車両１の上方から見た座標系での複数の車線区分線６Ｎのエッジ線７Ｎ(N=1〜2)が抽出されている。

次のステップＳＴ４で、制御装置１０は、まず、上方視画像のエッジ線７Ｎの各々において、各エッジ線７Ｎから、所定の間隔で複数の点（以下、「近似点」という）ＰＮ（N=1〜2）をサンプリングする（図６（ａ）参照）。

そして、制御装置１０は、各エッジ線７Ｎについて、サンプリングされた複数の近似点ＰＮによる近似処理（以下、ステップＳＴ４による近似を「第１近似」という）を行う。

詳細には、第１近似において、車両１が走行する走行路５Ｍの形状を、一次又は二次の単項式又は多項式（以下、「単項式又は多項式」をまとめて「近似式」という）によって近似する（図６（ｂ）の一点鎖線８Ｎ(N=1〜2)参照。以下、第１近似によって近似された線を「第１近似線」という）。

第１近似線８１，８２（すなわち、カーブ路５１及び直線路５２の両端（左端と右端）の車線区分線６１，６２の画像部分から抽出された近似点Ｐ１，Ｐ２による近似線）は、二次曲線（二次の近似式によって近似された線）になる。

また、制御装置１０は、各走行路５Ｍにおいて、その両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第１近似線８Ｎ（左端の第１近似線は８１であり、右端の第１近似線は８２である）に基づいて、基本的には、当該両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第１近似線８Ｎの中央を通る近似線（以下、「第１中央線」という）８ＬＣ(L=1)を認識する。

図６（ｂ）においては、第１中央線８ＬＣは、カーブ路５１及び直線路５２の形状を近似した第１中央線８１Ｃの１つのみとなる。

そして、次のステップＳＴ５で、制御装置１０は、各エッジ線７Ｎについて、サンプリングされた複数の近似点ＰＮによる近似処理（以下、ステップＳＴ５による近似を「第２近似」という）を行う。

詳細には、第２近似において、車両１が走行する走行路５Ｍの形状を、三以上の次数の近似式によって近似する（図６（ｂ）の二点鎖線９Ｎ(N=1〜2)参照。以下、第２近似によって近似された線を「第２近似線」という）。

なお、本実施形態においては、三次の近似式によって第２近似を行っている。走行路５Ｍの形状を近似するための近似式の次数が低いほど、近似のための演算負荷が軽い。このため、第２近似を三次の近似式によって行うことで、二次の近似式によって近似するときよりもカーブ路と直線路との移行区間の形状を精度よく近似できると共に、第２近似を三次よりも次数の高い近似式によって行う場合と比較して走行路５Ｍの形状変化をより速く近似することができる。

第２近似線９１，９２（すなわち、カーブ路５１及び直線路５２の両端（左端と右端）の車線区分線６１，６２の画像部分から抽出された近似点Ｐ１，Ｐ２による近似線）は、三次曲線（三次の近似式によって近似された線）になる。

また、制御装置１０は、各走行路５Ｍにおいて、その両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第２近似線９Ｎ（左端の第２近似線は９１であり、右端の第２近似線は９２である）に基づいて、基本的には、当該両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第２近似線９Ｎの中央を通る近似線（以下、「第２中央線」という）９ＬＣ(L=1)を認識する。

図６（ｂ）においては、第２中央線９ＬＣは、カーブ路５１及び直線路５２の形状を近似した第２中央線９１Ｃの１つのみとなる。

上記ステップＳＴ２〜ＳＴ５は、形状認識部１２により実行される処理である。

なお、制御装置１０は、ステップＳＴ５において、第２近似が第１近似に比べて近似式の次数が高いため外乱の影響を受けやすいので、次に示される複数の条件（条件１０−１〜条件１０−９）の全てを満たしているときに、第２近似線９Ｎの信頼性が高いと判定している。

（条件１０−１）
現時点の制御周期及び１つ前の制御周期の各々において、車両１から最も遠い近似点ＰＮと、車両１との間の距離が、所定の距離以上であるという条件。但し、本条件における所定の距離は、予め行われた実験等によって、第２近似で精度よく近似できる程度まで遠くの位置を撮像できているか否かを判定できる値に設定されている。

（条件１０−２）
各走行路５Ｍにおいて、各第２近似線９Ｎの近似に用いられた近似点ＰＮが、所定の個数以上であるという条件。但し、本条件における所定の個数は、予め行われた実験等によって、第２近似線の近似結果の信頼性を確保できる程度の個数に設定されている。

（条件１０−３）
現制御周期において、車両１が走行している走行路５Ｍの両端の車線区分線６Ｎの近似点ＰＮが取得できていない場合において、このように近似点ＰＮが取得できない制御周期が、所定の周期数を超えて連続していないという条件。但し、本条件における所定の周期数は、予め行われた実験等によって、第２近似線の近似結果の信頼性を確保できる周期数のうち最大数程度の周期数に設定されている。

（条件１０−４）
車両１が走行している走行路５Ｍの両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第２近似線９Ｎ（図６においては９１，９２）と、当該第２近似線９Ｎに対応するエッジ線７Ｎの各近似点ＰＮ（図６においてはＰ１，Ｐ２）との間の差が所定値未満であるという条件。但し、本条件における所定値は、予め行われた実験等によって、近似結果が、実際の走行路５Ｍに対して大きく異なっているような場合、すなわち、第２近似線９Ｎの信頼性が低いような場合に、カーブ路から直線路への移行区間であると検知しないような値に設定されている。なお、このときの差とは、例えば、各近似点ＰＮにおける第２近似線９Ｎとの間の最短距離であったり、全近似点ＰＮにおける第２近似線９Ｎとの間の最短距離の標準偏差等である。

（条件１０−５）
車両１が走行している走行路５Ｍの両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第２近似線９Ｎの各々における、車両１から最も近い点同士を結んだときの長さと、第１近似線８Ｎの各々における、車両１から最も近い点同士を結んだときの長さとの差が、所定値以下であるという条件。但し、本条件における所定値は、予め行われた実験等によって、第２近似線の近似結果の信頼性を確保できる周期数のうち最大数程度の周期数に設定されている。

（条件１０−６）
車両１が走行している走行路５Ｍにおける第１中央線８ＬＣ及び第２中央線９ＬＣにおける、車両１から最も近い点同士を結んだときの長さの差が、所定値以下であるという条件。但し、本条件における所定値は、予め行われた実験等によって、第２近似線の近似結果の信頼性を確保できる周期数のうち最大数程度の周期数に設定されている。

（条件１０−７）
車両１が走行している走行路５Ｍの両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第２近似線９Ｎの各々における、車両１から最も近い点での曲率が、所定値以下であるという条件。但し、本条件における所定値は、予め行われた実験等によって、車両１の操舵装置３０を制御することが困難な非常に急なカーブで、第２近似線９Ｎによる走行路５Ｍの認識が行われないようにできる値に設定されている。

（条件１０−８）
車両１が走行している走行路５Ｍの両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第２近似線９Ｎの各々における、車両１から最も近い点での曲率の時間変化率（例えば、現時点の制御周期と１つ前の制御周期とにおける曲率の差）が、所定値以下であるという条件。但し、本条件における所定値は、予め行われた実験等によって、車両１の操舵装置３０を制御することが困難な非常に急なカーブで、第２近似線９Ｎによる走行路５Ｍの認識が行われないようにできる値に設定されている。

（条件１０−９）
第２中央線９ＬＣによるカーブ路の曲がり方向が、第１中央線８ＬＣによるカーブ路の曲がり方向と等しい（すなわち、２つの近似線８ＬＣ，９ＬＣにおいて、車両１から最も近い点での曲率の符号が等しい）という条件。

第１近似に比べて近似する近似式の次数が高い第２近似の方が、走行路５Ｍの形状を精度よく近似することができるが、外乱の影響を受けやすい。このため、条件１０−９によって、第２近似が外乱の影響を受けていない状態を、２つの近似による曲がり方向が等しいか否かで検知している。このようにして、外乱の影響が少ない状態の第２近似の結果を用いることで、適切に車両を操舵できる。

なお、上述した条件１０−１〜条件１０−９は、本実施形態における一例であり、第２近似線の信頼性を確保できるような検証を行える条件であれば、その他の条件であってもよい。

次のステップＳＴ６で、制御装置１０は、カーブ路から直線路への移行区間（すなわち、カーブの出口）か否かを判定する。ここで、ステップＳＴ６の処理は、判定部１４により実行される処理である。

ここで、ステップＳＴ６の詳細について説明する。制御装置１０は、ステップＳＴ４で近似された第１近似線８Ｎ及びステップＳＴ５で近似された第２近似線９Ｎに基づいて、カーブ検知部１４１によってカーブ路が検知されている状態で、カーブ出口検知部１４２によってカーブの出口であることが検知され、検証部１４３から肯定的な検証結果が得られたときに、車両１が走行している走行路５Ｍが、カーブ路から直線路への移行区間（すなわち、カーブの出口）か否かを判定する。制御装置１０は、検証部１４３の検証結果が肯定的であった場合に、当該ステップＳＴ６の判定結果を肯定的にする（すなわち、カーブ路から直線路への移行区間であると判定する）。

まず、カーブ検知部１４１について説明する。カーブ検知部１４１は、第１中央線８ＬＣ上の点のうち所定の点（例えば、自車に最も近い点）の曲率（以下、「第１曲率」という）を求める。このとき求められた第１曲率が、所定の曲率未満の場合に、車両１が走行している走行路５Ｍが直線路であると検知し、所定の曲率以上の場合には、車両１が走行している走行路５Ｍがカーブ路であると検知する。このときの、所定の曲率は、予め行われた実験等によって、カーブ路を精度よく検知できる曲率に設定されている。

次に、カーブ出口検知部１４２について説明する。カーブ出口検知部１４２は、次の３つの条件（条件１４２−１〜条件１４２−３）の全てを満たした場合に、車両１が走行している走行路５Ｍが、カーブ路から直線路への移行区間であると検知する。

（条件１４２−１）
「カーブ検知部１４１がカーブ路であると検知している状態」が、所定の周期数以上継続しているという条件。但し、本条件における所定の周期数は、予め行われた実験等によって、車両１がカーブ路を走行するときに継続するであろう周期数に設定されている。

（条件１４２−２）
１つ前の制御周期における第１曲率が、所定の値より小さいという条件。但し、本条件における所定の値は、予め行われた実験等によって、カーブ路から直線路への移行区間を検知できる値に設定されている。

（条件１４２−３）
次の３つの条件（条件１４２−３−１〜条件１４２−３−３）のうち一つも満たしていないという条件。

（条件１４２−３−１）
「カーブ検知部１４１が直線路であると検知している状態」が、所定の周期数以上継続しているという条件。但し、本条件における所定の周期数は、予め行われた実験等によって、車両１が直線路を走行するときに継続するであろう周期数に設定されている。

（条件１４２−３−２）
所定の制御周期の間に、第１曲率が所定の値以上増加するという条件。但し、本条件における所定の制御周期及び所定の値は、予め行われた実験等によって、車両１がカーブ路を走行中であることを検知できるであろう値に設定されている。

（条件１４２−３−３）
条件１４２−１及び条件１４２−２を満たしてから、所定の時間が経過しても、第１曲率が所定の値まで減少しないという条件。但し、本条件における所定の時間及び所定の値は、予め行われた実験等によって、車両１がカーブ路を走行中であることを検知できるであろう値に設定されている。

なお、上述した条件１４２−１〜条件１４２−３及び条件１４２−３−１〜条件１４２−３−３は、本実施形態における一例であり、車両１が走行している走行路５Ｍが、カーブ路から直線路への移行区間であると検知できる条件であれば、その他の条件であってもよい。

次に、検証部１４３について説明する。検証部１４３は、次の２つの条件（１４３−１，１４３−２）の全てを満たした場合に、車両１が走行している走行路５Ｍが、カーブ路から直線路への移行区間であると確定する。

（条件１４３−１）
「カーブ出口検知部１４２がカーブ路から直線路への移行区間であると検知している状態」が、所定の周期数以上継続しているという条件。但し、本条件における所定の周期数は、予め行われた実験等によって、車両１が走行している走行路５Ｍがカーブ路のときに通常継続するであろう周期数に設定されている。

（条件１４３−２）
車両１が走行している走行路５Ｍにおける両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第１近似線８Ｎ（図６においては、自車がカーブ路５１を走行しているので第１近似線８１，８２）と、当該第１近似線８Ｎに対応するエッジ線７Ｎの各近似点ＰＮ（図６においては、Ｐ１，Ｐ２）との最短距離が所定値未満であるという条件。但し、本条件における所定値は、予め行われた実験等によって、近似結果が、実際の走行路５Ｍに対して大きく異なっているような場合、すなわち、第１近似線８Ｎの信頼性が低いような場合に、カーブ路から直線路への移行区間であると検知しないような値に設定されている。

なお、上述した条件１４３−１〜条件１４３−２は、本実施形態における一例であり、車両１が走行している走行路５Ｍが、カーブ路から直線路への移行区間であると確定できる条件であれば、その他の条件であってもよい。

制御装置１０は、検証部１４３の確定により、ステップＳＴ６において、車両１が走行している走行路５Ｍが、カーブ路から直線路への移行区間であると判定する。

以上がステップＳＴ６の処理の詳細である。

なお、本実施形態では、制御装置１０は、ステップＳＴ５において、第２近似線９Ｎの信頼性が低いと判定された場合（条件１０−１〜条件１０−９のうち１つでも満たさなかった場合）には、ステップＳＴ６の判定結果を強制的に否定的にしている。

制御装置１０は、ステップＳＴ６の判定結果が肯定的であった場合には、ステップＳＴ７に進み、第２近似線９Ｎに基づいて走行路５Ｍを認識する。詳細には、車両１が走行している走行路５Ｍにおける第２中央線９ＬＣを、走行路５Ｍの中心線として認識する。

制御装置１０は、次のステップＳＴ８において、ステップＳＴ７の処理で、走行路５Ｍを認識するための近似線が、第１近似線８Ｎから第２近似線９Ｎに切り替わったか否かを判定する。

制御装置１０は、ステップＳＴ８において、第１近似線８Ｎから第２近似線９Ｎに切り替わったと判定した場合には、ステップＳＴ９に進む。

制御装置１０は、ステップＳＴ９で、過渡期の時間を、第２時間に設定する。そして、制御装置１０は、次のステップＳＴ１０において、過渡期における走行路５Ｍを決定する。

ここで、過渡期とは、２つの異なる形状の近似線を急に切り替えたときに、車両の操舵が急激に変化してしまうことを抑制するための期間である。過渡期において、切り替える前の近似線の形状から、これから切り替える近似線の形状に徐々に変更することで、徐々に変更して認識された走行路５Ｍの形状に合わせて、車両の操舵を緩やかに変更できる。

詳細には、制御装置１０は、次式（１）によって過渡期における近似線の位置を決定することで、「切り替える前の近似線の位置P_before」から「これから切り替える近似線の位置P_after」に徐々に変更している。

ここで、P_transは、過渡期における現時点（現制御周期）の近似線の位置である。t_progは、過渡期の開始時点から経過した時間である。t_transは、過渡期の時間として設定された時間（ステップＳＴ９では第２時間に設定され、後述するステップＳＴ１３では第１時間に設定される）である。

過渡期においては、設定された過渡期の時間が経過するか、又はステップＳＴ６の判定結果に変化が有るまでの間は、ステップＳＴ１０の処理によって現制御周期の過渡期における走行路５Ｍの認識形状が決定される。

ここで、第２時間は、予め行われた実験等によって、走行路５Ｍを認識するための近似線を、第１近似線８Ｎから第２近似線９Ｎに変更する場合において、車両の操舵を緩やかに変更できるような長さに設定されている。

制御装置１０は、ステップＳＴ６の判定結果が否定的であった場合には、ステップＳＴ１１に進み、第１近似線８Ｎに基づいて走行路５Ｍを認識する。詳細には、車両１が走行している走行路５Ｍにおける第１中央線８ＬＣを、走行路５Ｍの中心線として認識する。

制御装置１０は、次のステップＳＴ１２において、ステップＳＴ１１の処理で、走行路５Ｍを認識するための近似線が、第２近似線９Ｎから第１近似線８Ｎに切り替わったか否かを判定する。

制御装置１０は、ステップＳＴ１２において、第２近似線９Ｎから第１近似線８Ｎに切り替わったと判定した場合には、ステップＳＴ１３に進む。

制御装置１０は、ステップＳＴ１３で、過渡期の時間を、第１時間に設定する。

ここで、第１時間は、予め行われた実験等によって、走行路５Ｍを認識するための近似線を、第２近似線９Ｎから第１近似線８Ｎに変更する場合において、車両の操舵を緩やかに変更できるような長さに設定されている。

このとき、第２時間は、予め行われた実験等によって、第１時間に比べて短かくなるように設定されている。これにより、走行路５Ｍの形状が大きく変化するようなとき（ステップＳＴ６の判定結果が肯定的なとき）、すなわち走行路５Ｍの形状を精度よく認識する必要があるときには、認識された走行路５Ｍの形状を第１中央線（第１形状）８ＬＣから第２中央線（第２形状）９ＬＣに速く変更できるので、適切に車両の操舵を制御できる。

そして、制御装置１０は、ステップＳＴ１３の処理が終了すると、前述したステップＳＴ１０に進む。

制御装置１０は、ステップＳＴ１０の処理が終了するか、ステップＳＴ８において、第１近似線８Ｎから第２近似線９Ｎに切り替わっていなかったと判定したか、又はステップＳＴ１２において、第２近似線９Ｎから第１近似線８Ｎに切り替わっていなかったと判定した場合には、ステップＳＴ１４に進む。

制御装置１０は、ステップＳＴ１４において、上記ステップＳＴ７又はＳＴ１１で設定された走行路５Ｍを認識するための近似線（第１中央線８ＬＣ又は第２中央線９ＬＣ）に沿うか、又は過渡期においては上記ステップＳＴ１０で式（１）によって決定された走行路に沿って、車両１が走行するように、操舵装置３０を作動させる処理（レーンキープアシスト処理）を行い、図４に示された１制御周期の処理を終了する。

ステップＳＴ１４は、操舵制御部１３により実行される処理である。

以上のように、制御装置１０は、ステップＳＴ６において、カーブ路５１から直線路５２へ切り替わるときの移行区間であるときに肯定的な判定を行っている。ステップＳＴ６の判定結果が肯定的な場合（すなわち、車両が、カーブ路と直線路との移行区間のように、形状の変化が大きい走行路を走行する場合）には、第２近似線９Ｎに基づいて走行路５Ｍを認識している。

第１近似よりも近似性能が高い第２近似を用いることにより、近似精度の低下を抑制して走行路の形状を近似できる。例えば、カーブ路５１と直線路５２の形状は、第２中央線９１Ｃの方が、第１中央線８１Ｃよりも精度良く近似されていることが、図６（ｂ）に示されている。

従って、カーブ路と直線路との移行区間を走行する場合（特に、カーブ路と直線路とが急に切り替わるような走行路を走行する場合）であっても、走行路の形状を適切に認識して車両を操舵できる。

ここで、操舵制御装置においては、実際の走行路５Ｍの曲率（以下、「実曲率」という）に対して、認識された走行路５Ｍの曲率（以下、「近似曲率」という）が、大きくなるようなことは好ましくない。

これは、すなわち、近似曲率が実曲率よりも大きい近似線に従って車両１の操舵が制御されることで、当該車両１は、実際の走行路５Ｍに対して大きく曲がるような挙動になってしまうためである。

第１近似によって走行路５Ｍを近似している場合、車両がカーブ路を走行していると、カーブ路の形状を二次近似することになる。この場合においては、実曲率が増加するとき（例えば、直線路からカーブ路に切り替わるとき）は実曲率に対して近似曲率が小さくなり、実曲率が減少するとき（例えば、カーブ路から直線路に切り替わるとき）は実曲率に対して近似曲率が大きくなる。

従って、カーブ路から直線路へ切り替わるときの移行区間のときに、第１近似（二次曲線によって近似されている）によって走行路５Ｍを近似すると、直線路に対して曲がり過ぎるような車両挙動となるおそれがある（図６（ｂ）の８１Ｃ参照）。

このため、カーブ路から直線路へ切り替わるときの移行区間においては、第２近似によって走行路５Ｍの形状を認識する方が（図６（ｂ）の９１Ｃ参照）、第１近似によって走行路５Ｍの形状を認識するものに比べて（図６（ｂ）の８１Ｃ参照）、より実際の走行路５Ｍの形状に合うように認識され、ひいては、直線路に対して曲がり過ぎるような車両挙動となる可能性が抑制され、適切に車両を操舵できる。

また、ステップＳＴ６の判定結果が否定的である場合、すなわち、車両１が、直線路又は曲率一定のカーブ路のように、形状の変化が小さい走行路を走行する場合には、演算負荷が軽い第１近似により、必要な精度を確保して走行路の形状を近似できる。

なお、制御装置１０は、ステップＳＴ５において、第２近似線９Ｎの信頼性が低いと判定された場合（条件１０−１〜条件１０−９）のうち１つでも満たさなかった場合には、過渡期を設けずに、すぐに、第１近似線８Ｎに基づいて認識された走行路（第１中央線８ＬＣ）によって、車両１の操舵を制御している。

なお、本発明の操舵制御装置は、上記説明のように、図３に示されたような道路を走行している状況に限らず、例えば、図７に示されるような道路を走行している状況であっても走行路の形状を適切に認識して車両を操舵できるという本発明の効果が得られる。

図７では、車両１が、カーブした形状の走行路（以下、「カーブ路」という）５３から、直線形状の走行路（本発明の「直線路」に相当する）である合流車線５５を介して（車両１の走行路の形状が、曲率が大きい状態から小さい状態に移行して）、直線形状の走行路である本線５４を走行しようとしている状況である。

図８は、図７の状況において、図４のステップＳＴ２〜３の処理を行ったときの画像例を示したものであり、図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｃ）の各画像は、前述の図３の状況における図５（ａ）、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の各画像に対応している。

詳細には、図７の状況において、車両１の前方の走行路（道路）５Ｍ(M=3〜5)を撮像したカメラ２０の撮像画像（図８（ａ）のＩｍ１’）に基づいて（ステップＳＴ１）、走行路５Ｍの車線区分線６Ｎ（N=3〜6）を検出して（図８（ｂ）のＩｍ２’）エッジ線７Ｎ(N=3〜6)が抽出され、上方視画像Ｉｍ３’（図８（ｃ）等）が生成される（ステップＳＴ２〜３）。

そして、制御装置１０は、上方視画像Ｉｍ３’において、各エッジ線７Ｎから、各近似点ＰＮ(N=3〜6)をサンプリングする（図９（ａ）参照）。その後、制御装置１０は、ステップＳＴ４において、各近似点ＰＮに対して、第１近似による第１近似線８Ｎ(N=3〜6)を得る（図９（ｂ）参照）
第１近似線８５，８６（すなわち、直線路５４の両端（左端と右端）の車線区分線６５，６６の画像部分から抽出された近似点Ｐ５，Ｐ６による近似線）は、直線（一次の近似式によって近似された線）、又はほぼ直線に近い二次曲線（二次の近似式によって近似された、各点における曲率が小さな線）になる。

また、第１近似線８３，８４（カーブ路５３の両端の車線区分線６３，６４の画像部分から抽出された近似点Ｐ３，Ｐ４による近似線）は、二次曲線（二次の近似式によって近似された線）になる。

また、制御装置１０は、各走行路５Ｍにおいて、その両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第１近似線８Ｎ（カーブ路５３においては、左端の第１近似線は８３であり、右端の第１近似線は８４であり、本線５４においては、左端の第１近似線は８５であり、右端の第１近似線は８６であり、合流車線５５においては、左端の第１近似線は存在せず、右端の第１近似線はカーブ路５３と同様に８４である）に基づいて、基本的には、当該両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第１中央線８ＬＣ(L=2〜3)を認識する。

図９（ｂ）においては、第１中央線８ＬＣは、カーブ路５３及び合流車線５５の形状を近似した第１中央線８２Ｃと、本線５４の形状を近似した第１中央線８３Ｃとの２つとなる。

また、制御装置１０は、ステップＳＴ５において、各近似点ＰＮに対して、第２近似による第２近似線９Ｎ(N=3〜6)を得る（図９（ｂ）参照）。

第２近似線９５，９６（直線路５４の両端の車線区分線６５，６６の画像部分から抽出された近似点Ｐ５，Ｐ６による近似線）は、ほぼ直線（三次の近似式によって近似された線）、又はほぼ直線に近い三次曲線（三次の近似式によって近似された、各点における曲率が小さな線）になる。

また、第２近似線９３，９４（カーブ路５３の両端の車線区分線６３，６４の画像部分から抽出された近似点Ｐ３，Ｐ４による近似線）は、三次曲線（三次の近似式によって近似された線）になる。

また、制御装置１０は、各走行路５Ｍにおいて、その両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第２近似線９Ｎ（カーブ路５３においては、左端の第２近似線は９３であり、右端の第２近似線は９４であり、本線５４においては、左端の第２近似線は９５であり、右端の第２近似線は９６であり、合流車線５５においては、左端の第２近似線は存在せず、右端の第２近似線はカーブ路５３と同様に９４である）に基づいて、基本的には、当該両端の車線区分線６Ｎの画像部分から近似された第２中央線９ＬＣ(L=2〜3)を認識する。

第２中央線９ＬＣは、カーブ路５３及び合流車線５５の形状を近似した第２中央線９２Ｃと、本線５４の形状を近似した第２中央線９３Ｃとの２つとなる。

図７の状況において、制御装置１０は、ステップＳＴ６で、カーブ路５３から直線路である合流車線５５へ切り替わるときの移行区間であると肯定的な判定を行ったときに、第２近似線９Ｎに基づいて走行路５Ｍを認識する（ステップＳＴ７〜ＳＴ１０，ＳＴ１４）。このため、図７の状況においても、第１近似よりも近似性能が高い第２近似を用いることにより、近似精度の低下を抑制して走行路の形状を近似できる。例えば、カーブ路５３と合流車線５５の形状は、第２中央線９２Ｃの方が、第１中央線８２Ｃよりもより適切に近似されていることが、図９（ｂ）に示されている。従って、図７に示されるようなカーブ路５１と直線路である合流車線５５との移行区間を走行する場合であっても走行路の形状を適切に認識して車両を操舵できる。

なお、図７の状況に関する上記説明においては、本線５４に関して車線区分線６Ｎ(N=5,6)を検出してエッジ線７Ｎ(N=5,6)抽出し、近似点ＰＮ(N=5,6)をサンプリングした後、第１近似及び第２近似により第１近似線８Ｎ(N=5,6)及び第２近似線９Ｎ(N=5,6)を得て、第１中央線８ＮＣ(N=3)及び第２中央線９ＮＣ(N=3)を認識する態様について説明している。しかしながら、この態様に限らず、図７のような状況においては、本線５４に関しては、車線区分線６Ｎ(N=5,6)を検出する処理から各中央線８ＮＣ(N=3)，９ＮＣ(N=3)を認識するまでの処理の全て又はその一部を行わない態様であってもよい。

なお、本実施形態においては、制御装置１０（詳細には、判定部１４）は、ステップＳＴ６で、カーブ路から直線路への移行区間か否かを判定する態様となっているが、これに限るものではなく、カーブ路と直線路との移行区間（「カーブ路から直線路への移行区間」及び「直線路からカーブ路への移行区間」）か否かを判定するような態様も取り得る。この場合であっても、第１近似よりも近似性能が高い第２近似を用いることにより、近似精度の低下を抑制して走行路の形状を近似できる。従って、カーブ路と直線路との移行区間を走行する場合であっても走行路の形状を適切に認識して車両を操舵できる。

また、本実施形態においては、第２近似は、三次の近似式によって近似する態様である。しかしながら、第２近似は、三以上の次数の近似式によって近似する態様であればよい。

また、本実施形態では、過渡期の時間として設定される第２時間が第１時間よりも短い態様である。しかしながら、これに限るものではなく、カーブ路と直線路との移行区間を走行する場合であっても走行路の形状を適切に認識して車両を操舵できるのであれば、第１時間及び第２時間は同じ長さに設定されている態様であってもよい。

また、本実施形態では、走行路を認識するための近似線を第１近似線８Ｎと第２近似線９Ｎとの間で切り替えるときに、過渡期を設定して徐々に切り替えるようにしたが、過渡期を設けずに、瞬時に切り替えるようにしてもよい。この場合にも、カーブ路と直線路との移行区間を走行する場合であっても走行路の形状を適切に認識して車両を操舵できるという本発明の効果が得られる。

また、本実施形態では、制御装置１０は、第２近似線９Ｎによるカーブ路の曲がり方向が、第１近似線８Ｎによるカーブ路の曲がり方向に等しくないとき（条件１０−９を満たしていないとき）には、第２近似線９Ｎを走行路の認識に用いない態様であるが、これに限らず、第２近似線９Ｎによるカーブ路の曲がり方向が、第１近似線８Ｎによるカーブ路の曲がり方向に等しくないときであっても、第２近似線９Ｎの走行路の近似における信頼性が確保できるのであれば、第２近似線９Ｎを走行路の認識に用いる態様も取り得る。

また、本実施形態では、第１近似及び第２近似を射影変換した後に行っているが、エッジ抽出した後にエッジ線に対して近似点をサンプリングして、第１近似及び第２近似を行ってもよい。この場合には、例えば、エッジ線の近似曲線を射影変換することによって、走行路の形状を認識する。

１…車両、１０…制御装置、２０…カメラ、１２…形状認識部、１３…操舵制御部、１４…判定部、５Ｍ…走行路、５１…カーブ路、５２…直線路、８ＬＣ…第１中央線（第１形状）、９ＬＣ…第２中央線（第２形状）、５３…カーブ路、５５…合流車線（直線路）。

Claims

車両の進行方向を撮像するカメラと、前記カメラによる撮像画像に基づいて、当該車両が走行する走行路の形状を、一次又は二次の単項式又は多項式による近似である第１近似によって認識するように構成された形状認識部と、前記形状認識部によって認識された前記走行路の形状に基づいて、当該車両の操舵を制御するように構成された操舵制御部とを備える操舵制御装置であって、
前記形状認識部が認識した前記走行路の形状が、カーブ路と直線路との移行区間であるか否かを判定するように構成された判定部と、
前記形状認識部は、前記判定部の判定結果が肯定的である場合に、三以上の次数の単項式又は多項式による近似である第２近似によって前記走行路の形状を認識することを特徴とする車両の操舵制御装置。
請求項１に記載の車両の操舵制御装置において、前記第２近似は、三次の単項式又は多項式による近似であることを特徴とする車両の操舵制御装置。
請求項１又は２に記載の車両の操舵制御装置において、前記判定部は、当該車両の進行方向において、カーブ路から直線路へ切り替わるときの移行区間であるときに肯定的な判定を行うことを特徴とする車両の操舵制御装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両の操舵制御装置において、前記形状認識部は、認識結果としての前記走行路の形状について、前記第１近似によって認識された前記走行路の形状である第１形状と前記第２近似によって認識された前記走行路の形状である第２形状とを、前記判定部の判定結果に応じて切り替える場合には、過渡期を設定して、認識結果とする前記走行路の形状を、該過渡期が経過するまでの間に、切り替える前の形状から、これから切り替える形状へと徐々に変更することを特徴とする操舵制御装置。
請求項４に記載の車両の操舵制御装置において、
前記形状認識部は、
前記判定部の判定結果が否定的から肯定的に変化した場合に、前記過渡期が経過するまでの間に、当該形状認識部による認識結果としての前記走行路の形状を、当該判定結果の変化前の前記第１形状から前記第２形状に徐々に変更し、
前記判定部の判定結果が肯定的から否定的に変化した場合には、前記過渡期が経過するまでの間に、当該形状認識部による認識結果としての前記走行路の形状を、当該判定結果の変化前の前記第２形状から前記第１形状に徐々に変更し、
前記第１形状から前記第２形状に切り替えるときの前記過渡期は、前記第２形状から前記第１形状に切り替えるときの前記過渡期よりも短くなるように設定されていることを特徴とする車両の操舵制御装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両の操舵制御装置において、前記形状認識部は、前記判定部の判定結果が肯定的である場合において、前記第２近似による前記走行路の形状のうちのカーブ路の曲がり方向が、前記第１近似による前記走行路の形状のうちのカーブ路の曲がり方向と等しいときに、前記第２近似による前記走行路の形状を、認識結果とすることを特徴とする車両の操舵制御装置。