JP6210012B2 - 車線維持制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車線維持制御装置に関し、特に、製造コストを抑えつつ安全に車線維持制御を行うことができる車線維持制御装置に関するものである。

従来から、車両の運転支援を行う技術として、車線維持制御装置（ＬＡＳ：Lane-Keep Assist system）がある。特許文献１には、車線区画線上に障害物が存在する等の理由で車線区画線の認識率が低下している場合に、過去の走行データや地図情報等を用いて仮想区画線を生成し、この仮想区画線を用いて車線維持制御を行うことで、障害物との衝突を回避しつつ車線維持制御を行う技術が開示されている。

また、特許文献２には、突起物（ポール）が立てられた白線を検知したときに、検知した白線から離れるように車線維持制御を行う技術が開示されている。

特開２０１３−２５５３５号公報 特開２００７−２２１３４号公報

しかしながら、上記した従来技術には、以下のような課題が存在した。

すなわち、特許文献１に記載の技術では、仮想区画線を生成するので、複雑な演算処理が必要となり、制御が複雑化し、製造コストが増大するという問題がある。

また、特許文献２に記載の技術では、突起物を検出する度に車両の走行ラインが変化するので、ドライバが走行ラインの変更を煩わしく感じるという問題がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、製造コストを抑えつつ安全に車線維持制御を行うことができる車線維持制御装置（ＬＡＳ：Lane-Keep Assist system）を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、車線区画線により区画された走行車線の幅方向所定位置を維持して走行するように車両を制御する車線維持制御装置であって、左右両側の車線区画線を認識する区画線認識手段と、区画線認識手段により認識された車線区画線の認識率を算出する区画線認識率算出手段と、区画線認識手段により認識された左右の車線区画線のうち、認識率が低い方の車線区画線の認識率が第１の閾値より低い場合に、走行車線内で走行を維持する目標位置を設定し、当該目標位置を維持して走行するように車両を制御する走行位置変更手段とを備え、走行位置変更手段は、区画線認識手段により認識された左右の車線区画線のうち、認識率が低い方の車線区画線の認識率が低いほど、目標位置が、認識率が高い方の車線区画線に近くなるように目標位置を設定することとしている。

この構成によれば、走行位置変更手段は、区画線認識手段により認識された左右の車線区画線のうち、認識率が低い方の車線区画線の認識率が低いほど、目標位置が、認識率が高い方の車線区画線に近くなるように目標位置を設定する。これにより、走行を維持する位置（走行ライン）を認識率の算出といった比較的簡単な演算処理を行って変更し、コストの増大を抑えつつ安全に車線維持制御を行うことができる。すなわち、車線区画線の認識率が低いほど、車線区画線上に存在する障害物が大きい可能性があるので、車線区画線の認識率が低いほど、そのような大きな障害物と目標位置の距離（マージン）を大きくし、走行の安全性を高めることができる。

また、本発明においては、好ましくは、走行位置変更手段は、前回設定された目標位置に車両が移動してから所定時間が経過するまで、認識率が変化しても目標位置を変更せず、車両の走行位置を維持する。

この構成によれば、ドライバが走行ラインの変更を煩わしく感じるのを防ぐことができる。例えば、車線区画線上に反射ポールが一定間隔毎に設けられているような場合に、反射ポールに隠れて車線区画線の認識率が低下しても、反射ポール毎に逐一目標位置を変更することがなく、ドライバが走行ラインの変更を煩わしく感じるのを防ぐことができる。

また、本発明においては、好ましくは、左右両側の車線区画線の認識率が第１の閾値以上であるときは、走行位置変更手段は、目標位置を設定せず、車両が所定位置を走行するように車両を制御する。

この構成によれば、左右両側の車線区画線の認識率が高い場合に、左右両側の車線区画線上に障害物が存在しても自車両の走行に影響を及ぼさないものとして、走行を維持する位置を所定位置（例えば車線中央）から移動させずに車線維持制御を行うことができる。

また、本発明においては、好ましくは、認識率が低い側の車線区画線の認識率が第１の閾値より低い第２の閾値以下であるときは、車線維持制御を行わない。

この構成によれば、車線区画線の認識率が極端に低い場合に、安全性確保の観点から車線維持制御を行うのを禁止することができる。

また、本発明においては、好ましくは、第１の閾値が８０％である。

この構成によれば、第１の閾値を適切な値に設定し、より安全に車線維持制御を行うことができる。

以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な演算処理で制御を行って、コストの増大を抑えつつ安全に車線維持制御を行う装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る車線維持制御装置の構成を機能的に示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る車線維持制御装置によって車両制御が行われる様子を示す図である。 本発明において、白線認識率と目標位置のオフセット量との関係の一例を示すグラフである。 本発明において、白線認識率と目標位置のオフセット量との関係の他の例を示すグラフである。 本発明において、白線認識率と目標位置のオフセット量との関係のさらに他の例を示すマップである。 本発明の第１実施形態に係る車線維持制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る車線維持制御装置によって車両制御が行われる様子を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る車線維持制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について詳述する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係る車線維持制御装置の構成を機能的に示すブロック図である。図２は、第１実施形態に係る車線維持制御装置によって車両制御が行われる様子を示す図である。

第１実施形態に係る車線維持制御装置１は、図２に示されるように、車線区画線９，１０により区画された走行車線の幅方向所定位置（例えば車線中央）を維持して走行するように車両１３を制御する装置である。なお、幅方向所定位置は、車線中央でなくてもよく、車線中央から左側または右側にずれた位置であってもよいが、以下の説明では、幅方向所定位置が車線中央であるものとして説明を行う。

図１に示されるように、車線維持制御装置１は、主要な構成として、区画線認識手段４と、区画線認識率算出手段５と、走行位置変更手段６とを備えている。区画線認識手段４、区画線認識率算出手段５、走行位置変更手段６は、各々、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）３が有する機能部として構成されている。ＥＣＵ３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等で構成されている。

また、車線維持制御装置１は、さらに、カメラ２と、ディスプレイ７と、ステアリングアクチュエータ８と備えている。カメラ２、ディスプレイ７、ステアリングアクチュエータ８は、各々、ＥＣＵ３に電気的に接続されている。

以下、各構成要素について詳しく説明する。

＜カメラ２について＞
カメラ２は、路面を含む車両前方の領域１１（図２参照）を撮像するものであり、車両１３に対して左側の車線区画線９および右側の車線区画線１０の撮像画像を取得する。図２では、車両左側の撮像領域１１のみを示している。車線区画線９，１０は、走行車線を区画する線であり、白線や黄線、車線長さ方向に連続的に続く実線（例えば車線区画線９）や、車線長さ方向に断続的に続く破線（例えば車線区画線１０）等が含まれる。以下の説明では、車線区画線９，１０を左側白線９，右側白線１０と称して説明を行う。

＜区画線認識手段４について＞
区画線認識手段４は、カメラ２から取得した撮像画像に基づいて、左側白線９，右側白線１０を認識する。白線認識の手法としては種々のものが公知であるが、本実施形態では、例えば、撮像画像の横方向に沿って、画像の輝度値を微分し、この微分値に基づいて、輝度値が急激に変化する点を見いだし、この点を白線として検出する。

すなわち、白線が存在する画像が撮影された際に、横方向の走査線上のデータについて、輝度の微分値を求める。そして、微分値のピークが、左側からマイナス、プラスの順に並んで現れ、且つ、それぞれのピークの間隔が、白線の幅として妥当と思われる程度に納まっていれば、左右のピーク位置を白線のエッジであると判断し、両ピーク位置の中間点を白線位置として認識する。

＜区画線認識率算出手段５について＞
区画線認識率算出手段５は、区画線認識手段４により認識された白線９，１０の認識率を算出する。図２に示されるように、車両８に対して白線は、左右一本ずつあるので、画像の左側から右側に向けて白線検出のための走査を行うと、１回の走査について白線は左側に１点、右側に１点検出されることになる。また、画像の画素数が、例えば縦方向に３００個あった場合、画像の上から下まで白線が存在し且つ全ての走査線（３００本）について白線検出ができたとすると、左側に３００点、右側に３００点の白線が認識されることになる。

しかしながら、白線上に障害物が存在する等により、全ての白線を認識できないことがある。ここでは、認識された白線の点数を全走査線数で除算し、その割合を認識率とすることにする。例えば、車両の左側に１５０点の白線が認識され、車両の右側に２７０点の白線が認識され、全走査線数が３００本であるとした場合、左側白線の認識率は１５０／３００＝５０％、右側白線の認識率は２７０／３００＝９０％となる。なお、ここで説明した算出方法は一例であり、他の方法で算出しても構わない。

＜走行位置変更手段６について＞
図２に示す例では、車両８の走行車線において、一部の区間で左側白線９の上に複数の障害物１２が存在しており、左側白線９の認識率は、障害物１２が存在している区間において、右側白線１０の認識率よりも低くなっている。なお、ここにいう「障害物」とは、白線を認識するのに障害となる物という意味であり、例えば、反射ポール、交通標識、コーン、駐車車両等を挙げることができる。また、白線の劣化によって白線自体が薄くなっていたり白線が汚れていて、白線の認識率が低下している状態を障害物１２が存在する状態とみなしてもよい。

走行位置変更手段６は、図２に示されるように、区画線認識手段４により認識された左右の白線９，１０のうち、認識率が低い方の白線の認識率が第１の閾値ｔｈ１より低い場合に、走行車線内で走行を維持する目標位置を設定し、当該目標位置を維持して走行するように車両１３を制御する。具体的には、走行位置変更手段６は、目標位置を、車線中央から認識率が高い方の白線側にオフセットした位置に設定する。また、走行位置変更手段６は、区画線認識手段４により認識された左右の白線９，１０のうち、認識率が低い方の白線９の認識率が低いほど、目標位置が、認識率が高い方の白線１０に近くなるように目標位置を設定する。つまり、認識率が低い方の白線９の認識率が低いほど、車線中央からのオフセット量は大きくなる。図２に示される例では、（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）の順に車両１３の状態が遷移する。図２に示す例では、障害物１２の存在により、左側白線９の認識率が右側白線１０の認識率よりも低くなっている。また、第１の閾値ｔｈ１は、特に限定されるものではないが、予め、例えば８０％に設定されている。

図３は、白線認識率が低い方の白線の認識率と目標位置のオフセット量との関係の一例を示すグラフである。図３に示す例においては、白線認識率が低下するにつれて、オフセット量は次第に増加している。また、白線認識率が低下するにつれて、オフセット量の増加率（グラフの傾き）は次第に小さくなっている。また、白線認識率が１００％を下回ると同時にオフセット量が増加している。また、認識率がある程度低くなると（例えば２０％以下）、車線維持制御を行わない。

図４は、白線認識率が低い方の白線の認識率と目標位置のオフセット量との関係の他の例を示すグラフである。図４に示す例では、白線認識率が低い方の白線の認識率が１００〜８０％の間は、オフセット量はゼロのままであり、白線認識率が８０％を下回ると同時にオフセット量が増加している。すなわち、図４に示す例では、白線認識率が低い方の白線の認識率が高い状態（８０％以上）では、車両１３は車線中央を走行するように車線維持制御される。

図５は、白線認識率が低い方の白線の認識率と目標位置のオフセット量との関係のさらに他の例を示すマップである。図５に示される例でも、白線認識率が低下するにつれて、オフセット量が次第に増加している。なお、図５に示す数値は一例であり、数値を適宜変更しても構わない。

＜ディスプレイ７について＞
ディスプレイ７は、車線維持制御の状態を表示する装置である。ディスプレイ７は、例えば、左側白線９の認識率ＮＬ、右側白線１０の認識率ＮＲを画面に表示する。また、ディスプレイ７は、走行を維持する目標位置が走行車線のどこに設定されているかを表示する。また、ディスプレイ７は、車線維持制御が行われているかどうかを表示する。

＜ステアリングアクチュエータ８について＞
ステアリングアクチュエータ８は、走行位置変更手段６からの指示に基づいて、車両１３が車線中央または車線中央からオフセットした目標位置を維持して走行するように車両１３のステアリングシャフトに操舵トルクを付与する。

次に、車線維持制御装置１の動作について、図６を参照しつつ説明する。図６は、車線維持制御装置１の動作を示すフローチャートである。

まず、車線維持制御装置１の電源スイッチがオンになっているかどうかが判断される（ステップＳ１）。ＹＥＳである場合、区画線認識手段４は、カメラ２から撮像画像を取得する（ステップＳ２）。一方、ＮＯである場合、ステップＳ１に戻る。

次いで、車両１３の両側にある左側白線９，右側白線１０が検出される（ステップＳ３）。次いで、左側白線９の認識率ＮＬ，右側白線１０の認識率ＮＲが算出される（ステップＳ４）。

次いで、左側白線９の認識率ＮＬが第１の閾値ｔｈ１以上であり、かつ、右側白線１０の認識率ＮＲが第１の閾値ｔｈ１以上であるかどうかが判定される（ステップＳ５）。第１の閾値ｔｈ１は、例えば、予め８０％に設定されている。ＹＥＳである場合、車両の目標位置が車線中央となるように車両１３の車線維持制御が行われる（ステップＳ６）。ステップＳ６では、車両１３は図２の状態（Ａ）の如く走行する。

ステップＳ６の次は、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、車線維持制御装置１の電源スイッチがオフになっているかどうかが判断される（ステップＳ７）。ＹＥＳである場合、処理を終了する。一方、ＮＯである場合、ステップＳ２に戻る。

ステップＳ５においてＮＯである場合、左側白線９の認識率ＮＬまたは右側白線１０の認識率ＮＲの少なくともいずれか一方が第２の閾値ｔｈ２以下であるかどうかが判定される（ステップＳ８）。第２の閾値ｔｈ２は、第１の閾値ｔｈ１よりも低い値であり、例えば、予め２０％に設定されている。ＹＥＳである場合、ステップＳ２に戻る。一方、ＮＯである場合、左側白線９の認識率ＮＬが右側白線１０の認識率ＮＲより大きいかどうかが判定される（ステップＳ９）。ＹＥＳである場合、車両１３の目標位置が車線中央から左側にＬ（ｍ）オフセットした位置に設定され、設定された目標位置を走行するように車両１３が車線維持制御される（ステップＳ１０）。オフセット量Ｌ（ｍ）は、例えば、図３〜４いずれかのグラフ、または図５のマップに基づいて設定される。一方、ＮＯである場合、左側白線９の認識率ＮＬが右側白線１０の認識率ＮＲより小さいかどうかが判定される（ステップＳ１１）。ＹＥＳである場合、車両１３の目標位置が車線中央から右側にＬ（ｍ）オフセットした位置に設定され、設定された目標位置を走行するように車両１３が車線維持制御される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、車両１３は図２の状態（Ｃ）の如く走行する。一方、ＮＯである場合、白線９の認識率ＮＬが右側白線１０の認識率ＮＲと等しく、ステップＳ６に進む。ステップＳ１０、ステップＳ１２の次は、ステップＳ７に進む。以上が、車線維持制御装置１の動作である。

車線維持制御装置１によれば、走行位置変更手段６は、区画線認識手段４により認識された左右の白線９，１０のうち、認識率が低い方の白線９の認識率が低いほど、目標位置が、認識率が高い方の白線１０に近くなるように目標位置を設定する。これにより、走行を維持する位置を認識率の算出といった比較的簡単な演算処理を行って変更することができ、コストの増大を抑えつつ安全に車線維持制御を行うことができる。白線９の認識率が低いほど、白線９上に存在する障害物が大きい可能性がある。車線維持制御装置１によれば、車線区画線の認識率が低いほど、そのような大きな障害物１２と目標位置の距離（マージン）を大きくし、走行の安全性を高めることができる。

なお、図２に示される例では、白線９とほぼ同じ幅の障害物１２が示されているが、障害物１２が白線９よりも大きな幅を有する駐車車両や砂溜り等である場合に、安全面でより大きな効果が奏される。

また、車線維持制御装置１によれば、左右両側の白線９，１０の認識率が高い場合（例えば８０％以上）に、車両１３の走行に影響を及ぼす障害物が左右両側の白線９，１０上に存在しないものとして、走行を維持する位置を車線中央から移動させずに車線維持制御を行うことができる。

また、車線維持制御装置１によれば、白線９の認識率が極端に低い場合（例えば２０％以下）に、安全性確保の観点から車線維持制御を行うのを禁止することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図７は、第２実施形態に係る車線維持制御装置によって車両制御が行われる様子を示す図である。

第２実施形態に係る車線維持制御装置が第１実施形態と異なる点は、認識率が低い方の白線の認識率が回復した後であっても、前回のオフセットから所定時間が経過するまで、車両の走行位置を維持するようにした点であり、その他の構成は第１実施形態と同様である。

具体的には、図７に示されるように、左側白線９の認識率が回復しても、前回設定された目標位置に車両１３が移動してから所定時間が経過するまで目標位置を変更せず、車両１３の走行位置を維持する（状態（Ｄ））。

図８を用いて説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る車線維持制御装置の動作を示すフローチャートである。図６と異なる処理について説明し、図６と同じ処理については説明を省略する。

図８に示されるように、第２実施形態では、ステップＳ８とステップＳ９の間にステップＳ１３が介挿されている。ステップＳ１３では、前回設定された目標位置への車両の移動（ステップＳ１０またはステップＳ１２）から所定時間が経過しているかどうかが判断される。但し、ステップＳ１でスイッチオンと判断されてから最初のステップＳ１３では、この処理は省略され、ステップＳ８からステップＳ９に直接移行する。つまり、ステップＳ１０またはステップＳ１２の処理が少なくとも１回行われた後、ステップＳ１３の処理が行われる。所定時間は、特に限定されるものではなく、予め適切な値に設定される。ステップＳ１３でＹＥＳと判定された場合、車両１３の目標位置が図３〜４いずれかのグラフ、または図５のマップに基づいて変更され、変更後の目標位置を走行するように車両１３が車線維持制御される（ステップＳ１０、Ｓ１２）。一方、ステップＳ１３でＮＯと判定された場合、ステップＳ２に戻る。

第２実施形態によれば、ドライバがオフセットによる走行ラインの変更を煩わしく感じるのを防ぐことができる。例えば、白線９上に反射ポールが一定間隔毎に設けられているような場合に、反射ポールに隠れて白線９の認識率が低下しても、反射ポール毎に逐一目標位置を変更することがなく、ドライバが目標位置の変更を煩わしく感じるのを防ぐことができる。

１ 車線維持制御装置
２ カメラ
３ ＥＣＵ
４ 区画線認識手段
５ 区画線認識率算出手段
６ 走行位置変更手段
７ ディスプレイ
８ ステアリングアクチュエータ
９ 左側白線
１０ 右側白線
１１ 撮像エリア
１２ 障害物
１３ 車両

Claims (5)

1. 車線区画線により区画された走行車線の幅方向所定位置を維持して走行するように車両を制御する車線維持制御装置であって、
   左右両側の車線区画線を認識する区画線認識手段と、
   前記区画線認識手段により認識された車線区画線の認識率を算出する区画線認識率算出手段と、
   前記区画線認識手段により認識された左右の車線区画線のうち、認識率が低い方の車線区画線の認識率が第１の閾値より低い場合に、走行車線内で走行を維持する目標位置を設定し、当該目標位置を維持して走行するように車両を制御する走行位置変更手段とを備え、
   前記走行位置変更手段は、前記区画線認識手段により認識された左右の車線区画線のうち、認識率が低い方の車線区画線の認識率が低いほど、前記目標位置が、認識率が高い方の車線区画線に近くなるように前記目標位置を設定することを特徴とする車線維持制御装置。
2. 前記走行位置変更手段は、前回設定された目標位置に車両が移動してから所定時間が経過するまで、前記認識率が変化しても目標位置を変更せず、車両の走行位置を維持することを特徴とする請求項１に記載の車線維持制御装置。
3. 左右両側の車線区画線の認識率が前記第１の閾値以上であるときは、前記走行位置変更手段は、前記目標位置を設定せず、車両が前記所定位置を走行するように車両を制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の車線維持制御装置。
4. 前記認識率が低い側の車線区画線の認識率が前記第１の閾値より低い第２の閾値以下であるときは、車線維持制御を行わないことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の車線維持制御装置。
5. 前記第１の閾値が、８０％であることを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の車線維持制御装置。

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