JP6027659B1

JP6027659B1 - 車両の走行制御装置

Info

Publication number: JP6027659B1
Application number: JP2015168131A
Authority: JP
Inventors: 悠一郎田村
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2016-11-16
Anticipated expiration: 2035-08-27
Also published as: US9783198B2; DE102016115405A1; CN106476807A; JP2017043255A; US20170057508A1; CN106476807B; DE102016115405B4

Abstract

【課題】先行車両への追従走行中に自車両と先行車両との間に他の車両が割り込んで先行車両の背面領域の観測視野が制限されてしまった場合に、先行車両に対して偏って追従走行することを防止する。【解決手段】先行車両登録部１０２で登録された先行車両の車幅及び基準幅を先行車両幅算出部１０３で算出し、制御目標点設定部１０４で先行車両の車幅Ｗから車幅方向の中心位置を求め、この中心位置を追従走行における操舵制御の目標点として設定して制御部１０１で追従走行制御を実行する。また、追従走行中に割り込み車両によって先行車両の背面領域の片端が見えなくなった場合には、見えている他端側の座標と基準幅Ｗ0とから先行車両の本来の背面中心位置の座標を推定して制御目標点とすることにより、先行両に対して自車両が偏って走行することを防止する。【選択図】図１

Description

本発明は、自車両前方を走行する車両への追従走行を制御する車両の走行制御装置に関する。

従来、自動車等の車両においては、特許文献１に開示されているように、自車両の前方を走行する先行車両に追従して走行する追従走行システムが知られている。この先行車両への追従走行システムは、先行車両をレーダやカメラ等により捕捉して、ステアリング、トランスミッション、エンジン及びブレーキを自動的に制御するものであり、路面上にレーンマーカや白線のない道路を走行する場合や、渋滞時等の低速走行時に先行車両との車間距離が小さくなって前方視野が制限され、白線を認識困難な場合に有効である。

特開２００４−３２２９１６号公報

上述の追従走行システムでは、先行車両の背面領域を観測して走行軌跡を算出し、算出した走行軌跡に自車両の車幅方向の中心位置が一致するように制御することが一般的である。しかしながら、自車両と先行車両との間に他の車両が割り込んできた場合、自車両から検出できる先行車両の背面領域が小さくなってしまい、先行車両の車幅方向の中心位置が本来の位置からオフセットして認識される可能性がある。その結果、オフセットして認識された分だけ、先行車両に対して自車両が偏って追従走行する虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、先行車両への追従走行中に自車両と先行車両との間に他の車両が割り込んで先行車両の背面領域の観測視野が制限されてしまった場合にも、先行車両に対して偏って追従走行することを防止することのできる車両の走行制御装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様による車両の走行制御装置は、自車両前方を走行する車両への追従走行を制御する車両の走行制御装置であって、自車両前方の車両が追従走行の制御対象となるか否かを判断し、追従走行の制御対象と判断された車両を先行車両として登録する先行車両登録部と、前記先行車両の背面領域から前記先行車両の車幅を算出すると共に、前記先行車両と自車両との間に障害物がいない状態での前記先行車両の車幅を基準幅として記憶する先行車両幅算出部と、前記先行車両の車幅方向の中心位置を追従走行の制御目標点として設定する一方、前記先行車両の背面領域の一部を検出できないときには、前記先行車両幅算出部で記憶した前記基準幅に基づいて前記先行車両の車幅方向の中心位置を推定し、推定した中心位置を前記制御目標点として再設定する制御目標点設定部と備える。

本発明によれば、先行車両への追従走行中に自車両と先行車両との間に他の車両が割り込んで先行車両の背面領域の観測視野が制限されてしまった場合にも、先行車両に対して偏って追従走行することを防止することができる。

走行制御システムの構成図車両移動量の説明図先行車両の走行軌跡を示す説明図先行車両と割込み車両との位置関係を示す説明図追従走行制御のフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１において、符号１０は、自動車等の車両の走行制御システムであり、車両の自律的な自動運転を含む走行制御を実行する。この走行制御システム１０は、走行制御装置１００を中心として、走行環境認識装置２０、エンジン制御装置３０、変速機制御装置４０、ブレーキ制御装置５０、操舵制御装置６０等が車内ネットワークを形成する通信バス１５０を介して互いに接続されて構成されている。

走行環境認識装置２０は、車載のカメラ、ミリ波レーダ、レーザレーダ等の自車両周囲の外部環境を検出する各種デバイス、路車間通信や車車間通信等のインフラ通信によって交通環境情報を取得する交通情報通信装置、自車両位置を測位して地図データとの照合を行い、走行経路案内や交通情報をドライバに提示するナビゲーション装置等を備えて構成されている。ここでは、走行環境認識装置２０として、車載のカメラ１及び画像認識装置２による走行環境の認識を主として説明する。

カメラ１は、本実施の形態においては、同一対象物を異なる視点から撮像する２台のカメラ１ａ，１ｂで構成されるステレオカメラであり、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有するシャッタ同期のカメラである。これらのカメラ１ａ，１ｂは、例えば、車室内上部のフロントウィンドウ内側のルームミラー近傍に所定の基線長で配置されている。

カメラ１で撮像した左右一対の画像は、画像認識装置２で処理される。画像認識装置２は、ステレオマッチング処理により、左右画像の対応位置の画素ずれ量（視差）を求め、画素ずれ量を輝度データ等に変換して距離画像を生成する。距離画像上の点は、三角測量の原理から、自車両の車幅方向すなわち左右方向をＸ軸、車高方向をＹ軸、車長方向すなわち距離方向をＺ軸とする実空間上の点に座標変換され、道路の白線、障害物、自車両の前方を走行する車両等が３次元的に認識される。

エンジン制御装置３０は、エンジン運転状態を検出する各種センサ類からの信号及び通信バス１５０を介して送信される各種制御情報に基づいて、エンジン（図示せず）の運転状態を制御する。エンジン制御装置３０は、例えば、吸入空気量、スロットル開度、エンジン水温、吸気温度、空燃比、クランク角、アクセル開度、その他の車両情報に基づき、燃料噴射制御、点火時期制御、電子制御スロットル弁の開度制御等を主要とするエンジン制御を実行する。

変速機制御装置４０は、変速位置や車速等を検出するセンサ類からの信号や通信バス１５０を介して送信される各種制御情報に基いて、自動変速機（図示せず）に供給する油圧を制御し、予め設定された変速特性に従って自動変速機を制御する。

ブレーキ制御装置５０は、例えば、ブレーキスイッチ、４輪の車輪速、ハンドル角、ヨーレート、その他の車両情報に基づき、４輪のブレーキ装置（図示せず）をドライバのブレーキ操作とは独立して制御する。また、ブレーキ制御装置５０は、各輪のブレーキ力に基づいて各輪のブレーキ液圧を算出して、アンチロック・ブレーキ・システムや横すべり防止制御等を行う。

操舵制御装置６０は、例えば、車速、ドライバの操舵トルク、ハンドル角、ヨーレート、その他の車両情報に基づき、車両の操舵系に設けた電動パワーステアリングモータ（図示せず）によるアシストトルクを制御する。また、操舵制御装置６０は、走行制御装置１００からの指示により、自車両の前方を走行する先行車両への追従走行時、先行車両の走行軌跡を追従する操舵量で電動パワーステアリングモータを駆動制御する。

次に、走行制御システム１０の中心となる走行制御装置１００について説明する。走行制御装置１００は、走行環境認識装置２０で認識した走行環境に基づいて、自車両の走行レーンに沿った進行路への走行制御と、先行車両への追従走行制御とを実行する。これらの走行制御は、走行制御装置１００の主要部となる制御部１０１にて実行される。

詳細には、自車両前方に先行車両が捕捉されていない場合、制御部１０１は、道路の白線を認識して自車両の走行レーンを検出し、この走行レーンに沿った進行路を設定する。そして、この進行路上を設定車速で走行するよう、エンジン制御装置３０、変速機制御装置４０、ブレーキ制御装置５０、及び操舵制御装置６０を介した走行制御を実行する。

一方、自車両前方に先行車両が捕捉されているものの、渋滞時等のように先行車両によって前方視野が制限され、道路の白線を認識できない場合には、制御部１０１は、先行車両の走行軌跡を算出する。そして、この走行軌跡に一致するように操舵制御装置６０を介した操舵制御を行うと共に、エンジン制御装置３０、変速機制御装置４０、ブレーキ制御装置５０を介した先行車両への追従走行制御を実行する。

先行車両の走行軌跡は、例えば、カメラ１の撮像画像の１フレーム当たりの自車両の移動量に基づいて先行車両の位置のフレーム毎の候補点を求め、この候補点の点群を近似する曲線を先行車両の走行軌跡として算出する。先行車両の位置は、カメラ１の撮像画像から先行車両の背面領域の中心位置を求め、この中心位置を先行車両の位置を示す候補点とする。

具体的には、図２に示す関係から、自車両Ｃ1の車速Ｖと、自車両Ｃ1のヨーレートから求まるヨー角θとに基づき、フレームレートΔｔ（撮像画像が１フレーム更新されるまでの時間）での自車両Ｃ1’への移動量Δｘ，Δｚを、以下の（１）式及び（２）式を用いて計算する。

Δｘ＝Ｖ・Δｔ・ｓｉｎθ …（１）
Δｚ＝Ｖ・Δｔ・ｃｏｓθ …（２）

次に、以下の（３）式及び（４）式に示すように、前フレーム以前に検出した先行車両の候補点Ｐold(Ｘold,Ｙold)に対し、自車両の移動量Δｘ，Δｚを減算した後、現在のフレームにおける車両固定座標系（Ｘ',Ｚ'）への座標変換を行うことにより、現在のフレームにおける先行車両の候補点Ｐpre(Ｘpre,Ｙpre)の座標を計算する。

Ｘpre＝(Ｘold・Δｘ)・ｃｏｓθ−(Ｚold・Δｚ)・ｓｉｎθ …（３）
Ｚpre＝(Ｚold・Δｘ)・ｓｉｎθ＋(Ｚold・Δｚ)・ｃｏｓθ …（４）

そして、これらの候補点の点群に対して、例えば最小二乗法を適用することにより、以下の（５）式に示すような曲線を求め、この曲線を先行車両の走行軌跡Ｌとする（図３参照）。（５）式において、係数Ｋ1は走行軌跡の曲率成分、係数Ｋ2は走行軌跡のヨー角成分（自車両に対する走行軌跡の傾き成分）、係数Ｋ3は自車両に対する走行軌跡の横位置成分を示している。

Ｌ＝Ｋ1・Ｚ²＋Ｋ2・Ｚ＋Ｋ3 …（５）

先行車両の走行軌跡に追従する制御は、先行車両の背面領域の車幅方向の中心位置を目標点として自車両の操舵角を修正し、自車両の進行方向を決定する制御となる。このため、先行車両と自車両との間に他の車両（割り込み車両）が割り込んでくると、図４に示すように、自車両Ｃ1から観測できる先行車両Ｃ2の背面領域が割り込み車両Ｃ3によって覆われ、自車両Ｃ1から実際に観測できる先行車両Ｃ2の車幅Ｗ’が本来の先行車の車幅（基準幅Ｗ0）よりも小さくなる。その結果、先行車両の背面領域の中心位置が本来の中心位置に対してオフセットされてしまい、オフセットされた分だけ自車両が偏って走行する虞がある。

この割り込み車両の出現による自車両の偏走を防止するため、走行制御装置１００は、図１に示すように、主機能部である制御部１０１に加えて、先行車両登録部１０２、先行車両幅算出部１０３、制御目標点設定部１０４を備えている。

先行車両登録部１０２は、カメラ１の撮像画像から自車両前方の設定範囲内に他の車両が認識される場合、認識車両と自車両との相対位置や相対速度等から認識車両が追従走行の対象として捕捉する先行車両か否かを判断する。そして、追従走行の対象となる車両と判断される場合、認識した車両を先行車両として登録し、登録車両の情報を制御部１０１、先行車両幅算出部１０３、制御目標点設定部１０４に送信する。

また、先行車両登録部１０２は、先行車両への追従走行中、以下に説明する先行車両幅算出部１０３で算出された先行車両の現在の車幅Ｗと基準幅Ｗ0とに基づいて、割り込み車両による割り込み状態を監視する。そして、割り込み車両の割り込みが完了したと判断される場合には、追従走行の操舵制御の対象を現在の先行車両から割り込み車両に変更し、先行車両としての登録車両を現在の先行車両から割り込み車両に入れ替える。

割り込み車両の割り込みが完了したか否かは、先行車両の背面領域から算出した車幅Ｗが記憶した基準幅Ｗ0に対して設定値以上乖離したか否かにより判断する。具体的には、先行車両の基準幅Ｗ0と実際に検出された車幅Ｗとの差ΔＷ、或いは、先行車両と割り込み車両とのラップ率ＲＬ（先行車両の基準幅Ｗ0に対する割り込み車両の車幅方向の重なり部分の比率）がそれぞれの閾値よりも大きくなったとき、先行車両の背面領域から算出した車幅Ｗが記憶した基準幅Ｗ0に対して設定値以上乖離した（割り込み車両の割り込みが完了した）と判断して、先行車両を入れ替える。

先行車両幅算出部１０３は、先行車両登録部１０２によって登録された先行車両の背面領域のＸ軸方向の右端位置と左端位置との差分を先行車両の車幅Ｗとして算出すると共に、先行車両の基準幅Ｗ0を記憶する。基準幅Ｗ0は、例えば、過去、先行車両と自車両との間に障害物がいない場合の、差分データの時間平均値を求めて、登録された先行車両の車幅として装置内のメモリに記憶される。このメモリに記憶された基準幅Ｗ0は、先行車両の登録毎に更新される。

制御目標点設定部１０４は、先行車両幅算出部１０３で算出した先行車両の車幅Ｗに基づいて、先行車両の車幅方向の中心位置を求め、この中心位置を追従走行における操舵制御の目標点として設定し、制御部１０１に送信する。制御部１０１は、自車両の車幅方向の中心位置が制御目標点に一致するように、操舵制御装置６０を介して現在の操舵角を修正し、先行車両への追従走行を制御する。

制御目標点への操舵制御は、現在の操舵角での進行したときの自車両位置と制御目標点との偏差δxに基づくフィードバック制御を主として実行する。例えば、以下の（６）式に示すように、制御目標点との偏差δxに基づく操舵量に、先行車両の走行軌跡の曲率Ｋ1に基づくフィードフォーワード分と、自車両のヨー角を走行軌跡のヨー角成分Ｋ2に一致させるための偏差δyawのフィードバック分とを加えて目標操舵角αrefを算出し、この目標操舵角αrefを実現する目標操舵トルクで電動パワーステアリングモータを駆動制御する。

αref＝Ｇl・δx＋Ｇff・Ｋ1＋Ｇy・δyaw …（６）
但し、Ｇl ：現在の操舵角での進行したときの自車両位置と制御目標点との偏差に対するフィードバックゲイン
Ｇff：走行軌跡の曲率に対するフィードフォワードゲイン
Ｇy ：走行軌跡と自車両との相対ヨー角に対するフィードバックゲイン

また、追従走行中に先行車両と自車両との間に他の車両が割り込み、この割り込み車両によって先行車両の背面領域の片端が見えなくなった場合には、見えている他端側に、先行車両幅算出部１０３で算出・記憶した先行車両の基準幅Ｗ0を適用し、割り込み車に遮られて見えない領域を推定する。そして、見えている他端側の座標と基準幅Ｗ0とから先行車両の本来の背面中心位置の座標を推定して制御目標点とすることにより、先行車両の背面領域の一部を検出できないときにも、先行両に対して自車両が偏って走行することを防止する。

この場合、前述したように、先行車両の背面領域のうち、割り込み車両によって隠された領域の大きさが所定の大きさを超えたときには、割り込みが完了したものとして、先行車両としての登録が現在の先行車両から割り込み車両に変更され、割り込み車両の車幅から制御目標点が設定される。そして、新たな先行車両（割り込み車両）の車幅方向の中心位置に自車両の車幅方向の中心位置が一致するように、制御部１０１から操舵制御装置６０に操舵修正が指示される。

次に、走行制御装置１００における先行車両への追従走行制御のプログラム処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。

この先行車両への追従走行制御では、最初のステップＳ１において、自車両の前方の所定範囲内で捕捉され、先行車両として登録された車両があるか否かを調べる。そして、先行車両として登録された車両がない場合には、本処理を抜け、先行車両として登録された車両がある場合、ステップＳ２へ進んで先行車両の車幅Ｗを算出し、自車両と先行車両との間に障害物がいない状態での車幅Ｗを基準幅Ｗ0として記憶する。

次に、ステップＳ３へ進み、先行車両の車幅Ｗから車幅方向の中心位置を求め、この先行車両の中心位置を追従走行における制御目標点として設定する。そして、ステップＳ４で自車両と先行車両との間に割り込んでくる割り込み車両があるか否かを調べ、割り込み車両がない場合、ステップＳ７へ進んで自車両の中心位置が制御目標点に一致するよう、操舵制御を含む追従走行制御を実行する。

一方、ステップＳ４において、自車両と先行車両との間に割り込み車両がある場合には、ステップＳ４からステップＳ５に進み、割り込み車両によって覆われる先行車両の背面領域の変化から割り込みが完了したか否かを調べる。具体的には、前述したように、先行車両の基準幅Ｗ0と実際に検出された車幅Ｗとの差ΔＷ、或いは、先行車両と割り込み車両とのラップ率ＲＬがそれぞれの閾値よりも大きくなったか否かにより、割り込み完了を判断する。

ステップＳ５において、割り込み車両の割り込みが完了していないと判断される場合、ステップＳ５からステップＳ６へ進み、先行車両の背面領域のうち、割り込み車両によって覆われていない側の端部側の座標と記憶されている先行車両の基準幅Ｗ0とに基づいて、先行車両の本来の背面中心位置の座標を求め、制御目標点として再設定する。そして、ステップＳ７で自車両の中心位置が制御目標点に一致するよう、操舵制御を含む追従走行制御を実行する。

一方、ステップＳ５において、割り込み車両の割り込みが完了したと判断される場合には、ステップＳ５からステップＳ８へ進み、割り込み車両を追従走行の対象となる先行車両として登録変更する。そして、上述の先行車両の車幅算出（ステップＳ２）、制御目標点の設定（ステップＳ３）を経て、新たな先行車両に対する追従走行制御を実行する。

このように本実施の形態においては、先行車両の背面領域の車幅方向の中心位置を制御目標点とする追従走行中に、自車両と先行車両との間に他の車両が割り込んで先行車両の背面領域の観測視野が制限されてしまった場合にも、記憶した先行車両の基準幅に基づいて先行車両の車幅方向の中心位置を推定して制御目標点を再設定するので、先行車両に対して自車両が偏って走行することを防止することができる。

１カメラ
２画像認識装置
１０走行制御システム
２０走行環境認識装置
３０エンジン制御装置
４０変速機制御装置
５０ブレーキ制御装置
６０操舵制御装置
１００走行制御装置
１０１制御部
１０２先行車両登録部
１０３先行車両幅算出部
１０４制御目標点設定部
１５０通信バス
Ｃ1 自車両
Ｃ2 先行車両
Ｃ3 割り込み車両
Ｌ走行軌跡
Ｗ車幅
Ｗ0 基準幅

Claims

自車両前方を走行する車両への追従走行を制御する車両の走行制御装置であって、
自車両前方の車両が追従走行の制御対象となるか否かを判断し、追従走行の制御対象と判断された車両を先行車両として登録する先行車両登録部と、
前記先行車両の背面領域から前記先行車両の車幅を算出すると共に、前記先行車両と自車両との間に障害物がいない状態での前記先行車両の車幅を基準幅として記憶する先行車両幅算出部と、
前記先行車両の車幅方向の中心位置を追従走行の制御目標点として設定する一方、前記先行車両の背面領域の一部を検出できないときには、前記先行車両幅算出部で記憶した前記基準幅に基づいて前記先行車両の車幅方向の中心位置を推定し、推定した中心位置を前記制御目標点として再設定する制御目標点設定部と
備えることを特徴とする車両の走行制御装置。
前記制御目標点設定部は、前記先行車両の背面領域の車幅方向の一端側が検出できない場合、検出されている他端側に前記基準幅を適用することを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。
前記制御目標点設定部は、前記先行車両と自車両との間に障害物が存在しない状態での前記先行車両の車幅の時間平均値を、前記基準幅として記憶することを特徴とする請求項１又は２記載の車両の走行制御装置。
前記先行車両登録部は、前記先行車両と自車両との間に割り込んできた他車両により、前記先行車両の背面領域から算出した車幅が前記基準幅に対して設定値以上乖離した場合、前記他車両による割り込みが完了したと判断し、追従走行の制御対象とする車両を現在の先行車両から前記他車両に登録変更することを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の車両の走行制御装置。