JP6344275B2 - 車両制御装置 - Google Patents

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Description

本発明の種々の側面は、車両制御装置に関する。
従来、特許文献1に記載されているように、車両の前方の撮像画像に基づいて車両の走行車線を区画する2本の車線境界線を認識し、当該車線境界線で区画される走行車線に沿って車両が走行するように車線維持制御を行う車両制御装置が知られている。特許文献1の車両制御装置は、撮像画像に基づいて認識された2本の車線境界線の間隔の変化量等に基づいて、車両の前方に走行車線からの分岐点が存在するか否かを判定する。車両の前方に分岐点が存在すると判定された場合は、特許文献1の車両制御装置は、2本の車線境界線の内の一方の車線境界線を基準として車線維持制御を行う。
特許第5124875号明細書
ところで、上記従来技術では、例えば、撮像画像に基づいて認識された2本の車線境界線の間隔の変化量が所定の閾値以上である場合に、車両の前方に走行車線からの分岐点が存在すると判定される。当該閾値が小さい値である場合には、分岐点が現実には存在しないにも関わらず、2本の車線境界線の間隔の小さな変動で分岐点が存在すると誤判定されることがある。
一方、当該閾値が大きい値である場合には、2本の車線境界線の間隔が大きく拡がるまで車両の前方に分岐点が存在すると判定されない。この場合、例えば、車両は、大きく拡がった2本の車線境界線の両方から等距離を隔てて走行し、分岐点の存在が判定された後に、2本の車線境界線の内の一方の車線境界線を基準として走行する。このため、車両がふらつく等、車両の挙動が不安定になることがある。したがって、改善が望まれている。
そこで本発明は、車両の前方に走行車線からの分岐点が存在するか否かの判定の精度を改善し、車両の挙動が不安定になることを低減させた車両制御装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、車両の前方の撮像画像に基づいて車両の走行車線を区画する2本の車線境界線を認識し、2本の車線境界線の間隔の変化量である車線幅変化量に基づいて、車両の前方に走行車線からの分岐点が存在するか否かを判定する判定部と、判定部による判定結果に基づいて、走行車線に沿って車両が走行するように車線維持制御を行う車線維持制御部とを備えた車両制御装置であって、判定部は、車両の位置情報及び地図情報に基づいて車両の前方に分岐点が存在することが認識されなかった場合は、車線幅変化量が第1閾値以上であるときに、分岐点が存在すると判定し、車両の位置情報及び地図情報に基づいて車両の前方に分岐点が存在することが認識された場合は、車線幅変化量が第1閾値よりも小さい第2閾値以上であるときに、分岐点が存在すると判定する車両制御装置である。
この構成によれば、車両の位置情報及び地図情報に基づいて分岐点が存在することが認識されなかった場合は、車線幅変化量が第2閾値よりも大きい第1閾値以上であるときに、判定部により分岐点が存在すると判定される。したがって、分岐点が現実には存在する可能性が低いにも関わらず、2本の車線境界線の間隔の小さな変動で分岐点が存在すると誤判定されることを防止することができる。一方、車両の位置情報及び地図情報に基づいて分岐点が存在することが認識された場合は、車線幅変化量が第1閾値よりも小さい第2閾値以上であるときに、判定部により分岐点が存在すると判定される。したがって、分岐点が存在する可能性が高い場合に、より早く車両の前方に分岐点が存在することが判定されるため、車両がふらつく等、車両の挙動が不安定になることを防止することができる。以上より、車両の前方に走行車線からの分岐点が存在するか否かの判定の精度を改善し、車両の挙動が不安定になることを低減させることができる。
この場合、判定部は、車両の位置情報及び地図情報に基づいて2本の車線境界線の間隔の基準値である車線幅基準値を取得し、車両の前方の撮像画像に基づいて認識された2本の車線境界線の間隔の車線幅基準値に対する変化量に基づいて車線幅変化量を算出してもよい。
この構成によれば、判定部により、車両の位置情報及び地図情報に基づいて2本の車線境界線の間隔の基準値である車線幅基準値が取得され、撮像画像に基づいて認識された2本の車線境界線の間隔の車線幅基準値に対する変化量に基づいて車線幅変化量が算出されるため、撮像画像における車線境界線の認識の誤差等の影響を低減することができ、車線幅変化量の算出の精度を向上させることができる。
本発明によれば、車両の前方に走行車線からの分岐点が存在するか否かの判定の精度を改善し、車両の挙動が不安定になることを低減させることができる。
実施形態に係る車両制御装置の構成を示すブロック図である。 図1の車両制御装置の動作を示すフローチャートである。 分岐点のおける状況を示す平面図である。 (a)は車両の前方の撮像画像であり、(b)は(a)の撮像画像を平面視に視点変換を行った画像である。 クロソイド曲線を示すグラフである。
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1に示すように、車両制御装置100は、乗用車などの車両Vに搭載される。車両制御装置100は、車両Vの前方の撮像画像に基づいて車両Vの走行車線を区画する2本の車線境界線を認識し、車両Vが当該車線境界線で区画される走行車線に沿って車両Vが走行するように車線維持制御を行う。
図1に示すように、車両制御装置100は、外部センサ1、GPS(Global Positioning System)受信部2、内部センサ3、地図データベース4、ナビゲーションシステム5、アクチュエータ6、HMI(Human Machine Interface)7、補助機器U及びECU10を備えている。
外部センサ1は、車両Vの周辺情報である外部状況を検出する検出機器である。外部センサ1はカメラを含む。また、外部センサ1は、レーダー(Radar)及びライダー(LIDER:LaserImaging Detection and Ranging)のうちのいずれかをふくんでいてもよい。
カメラは、車両Vの外部状況を撮像する撮像機器である。カメラは、例えば、車両Vのフロントガラスの裏側に設けられている。以下の説明では、カメラは、単眼カメラである場合を中心に説明するが、カメラはステレオカメラであってもよい。ステレオカメラは、例えば両眼視差を再現するように配置された二つの撮像部を有している。ステレオカメラの撮像情報には、奥行き方向の情報も含まれている。カメラは、車両Vの外部状況に関する撮像情報をECU10へ出力する。また、カメラは、可視光カメラのみならず赤外線カメラであってもよい。
レーダーは、電波を利用して車両Vの外部の物体を検出する。電波は、例えばミリ波である。レーダーは、電波を車両Vの周囲に送信し、物体で反射された電波を受信して物体を検出する。レーダーは、例えば物体までの距離又は方向を物体に関する物体情報として出力することができる。レーダーは、検出した物体情報をECU10へ出力する。なお、後段においてセンサーフュージョンを行う場合には、反射された電波の受信情報をECU10へ出力してもよい。
ライダーは、光を利用して車両Vの外部の物体を検出する。ライダーは、光を車両Vの周囲に送信し、物体で反射された光を受信することで反射点までの距離を計測し、物体を検出する。ライダーは、例えば物体までの距離又は方向を物体情報として出力することができる。ライダーは、検出した物体情報をECU10へ出力する。なお、後段においてセンサーフュージョンを行う場合には、反射された光の受信情報をECU10へ出力してもよい。なお、カメラ、ライダー及びレーダーは、必ずしも重複して備える必要はない。
GPS受信部2は、3個以上のGPS衛星から信号を受信して、車両Vの位置を示す位置情報を取得する。位置情報には、例えば緯度及び経度が含まれる。GPS受信部2は、測定した車両Vの位置情報をECU10へ出力する。なお、GPS受信部2に代えて、車両Vが存在する緯度及び経度が特定できる他の手段を用いてもよい。
内部センサ3は、車両Vの走行状態に応じた情報を検出する検出器である。内部センサ3は、車両Vの走行状態に応じた情報を検出するために車速センサを含む。内部センサ3は、加速度センサ及びヨーレートセンサを含んでいてもよい。
車速センサは、車両Vの速度を検出する検出器である。車速センサとしては、例えば、車両Vの車輪又は車輪と一体に回転するドライブシャフトなどに対して設けられ、車輪の回転速度を検出する車輪速センサが用いられる。車速センサは、車両Vの速度を含む車速情報(車輪速情報)をECU10へ出力する。
加速度センサは、車両Vの加速度を検出する検出器である。加速度センサは、例えば、車両Vの前後方向の加速度を検出する前後加速度センサと、車両Vの横加速度を検出する横加速度センサとを含んでいる。加速度センサは、車両Vの加速度を含む加速度情報をECU10へ出力する。
ヨーレートセンサは、車両Vの重心の鉛直軸周りのヨーレート(回転角速度)を検出する検出器である。ヨーレートセンサとしては、例えばジャイロセンサを用いることができる。ヨーレートセンサは、車両Vのヨーレートを含むヨーレート情報をECU10へ出力する。
地図データベース4は、地図情報を備えたデータベースである。地図データベース4は、例えば、車両Vに搭載されたHDD(Hard disk drive)内に形成されている。地図情報には、例えば、道路の位置情報、道路形状の情報、交差点及び分岐点の位置情報が含まれる。道路形状の情報には、例えばカーブ、直線部の種別、カーブの曲率などが含まれる。さらに、車両制御装置100が建物又は壁などの遮蔽構造物の位置情報、又はSLAM(Simultaneous Localization and Mapping)技術を使用する場合には、地図情報に外部センサ1の出力信号を含ませてもよい。なお、地図データベース4は、車両Vと通信可能な情報処理センターなどの施設のコンピュータに記憶されていてもよい。
ナビゲーションシステム5は、車両Vの運転者によって地図上に設定された目的地までの案内を車両Vの運転者に対して行う装置である。ナビゲーションシステム5は、GPS受信部2によって測定された車両Vの位置情報と地図データベース4の地図情報とに基づいて、車両Vの走行するルートを算出する。ルートは、例えば複数車線の区間において車両Vが走行する走行車線を特定したルートでもよい。ナビゲーションシステム5は、例えば、車両Vの位置から目的地に至るまでの目標ルートを演算し、ディスプレイの表示及びスピーカの音声出力により目標ルートの報知を運転者に対して行う。ナビゲーションシステム5は、例えば車両Vの目標ルートの情報をECU10へ出力する。なお、ナビゲーションシステム5は、車両Vと通信可能な情報処理センターなどの施設のコンピュータに記憶された情報を用いてもよい。あるいは、ナビゲーションシステム5により行われる処理の一部が、施設のコンピュータによって行われてもよい。
アクチュエータ6は、車両Vの車両制御を実行する装置である。アクチュエータ6は、スロットルアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ及びステアリングアクチュエータを少なくとも含む。スロットルアクチュエータは、ECU10からの制御信号に応じてエンジンに対する空気の供給量(スロットル開度)を制御し、車両Vの駆動力を制御する。なお、車両Vがハイブリッド車又は電気自動車である場合には、スロットルアクチュエータを含まず、動力源としてのモータにECU10からの制御信号が入力されて当該駆動力が制御される。
ブレーキアクチュエータは、ECU10からの制御信号に応じてブレーキシステムを制御し、車両Vの車輪へ付与する制動力を制御する。ブレーキシステムとしては、例えば、液圧ブレーキシステムを用いることができる。ステアリングアクチュエータは、電動パワーステアリングシステムのうちステアリングトルクを制御するアシストモータの駆動を、ECU10からの制御信号に応じて制御する。これにより、ステアリングアクチュエータは、車両Vのステアリングトルクを制御する。
HMI7は、車両Vの乗員(運転者を含む)と車両制御装置100との間で情報の出力及び入力をするためのインターフェイスである。HMI7は、例えば、乗員に画像情報を表示するためのディスプレイパネル、音声出力のためのスピーカ及び乗員が入力操作を行うための操作ボタン又はタッチパネルなどを備えている。HMI7は、無線で接続された携帯情報端末を利用して、乗員に対する情報の出力を行ってもよく、携帯情報端末を利用して乗員による入力操作を受け付けてもよい。
補助機器Uは、通常、車両Vの運転者によって操作され得る機器である。補助機器Uは、アクチュエータ6に含まれない機器を総称したものである。ここでの補助機器Uは、例えば方向指示灯、前照灯、ワイパー等を含む。
ECU10は、車両Vの自動運転を制御する。ECU10は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read OnlyMemory]、RAM[Random Access Memory]等を有する電子制御ユニットである。ECU10は、判定部11及び車線維持制御部12を有している。ECU10では、ROMに記憶されているプログラムをRAMにロードし、CPUで実行することで、上記の判定部11等の各部の制御を実行する。ECU10は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。
判定部11は、外部センサ1のカメラによる車両Vの前方の撮像画像に基づいて車両Vの走行車線を区画する2本の車線境界線を認識し、2本の車線境界線の間隔の変化量である車線幅変化量に基づいて、車両Vの前方に走行車線からの分岐点が存在するか否かを判定する。判定部11は、後述するように、外部センサ1のカメラ以外にも、カメラ以外の外部センサ1、GPS受信部2、内部センサ3及び地図データベース4から出力された情報を用いて、車両Vの前方に走行車線からの分岐点が存在するか否かの判定を行ってもよい。
車線維持制御部12は、後述するように、判定部11による判定結果に基づいて、走行車線に沿った車線維持制御を行う。車線維持制御部12は、判定部11による判定結果以外にも、外部センサ1、GPS受信部2、内部センサ3、地図データベース4及びナビゲーションシステム5から出力された情報に基づいて、車線維持制御を行う。
次に、車両制御装置100で実行される処理について説明する。図2に示すように、ECU10の判定部11は、前方の撮像画像を取得する(S1)。判定部11は、撮像画像により道路線形パラメータを推定する(S2)。判定部11は、道路線形パラメータより車線幅変化量を算出する(S3)。以下、S1〜S3の処理について詳細に説明する。
なお、以下の説明では、車両Vが図3に示すような走行車線200を走行している状況を想定する。走行車線200の右側には別の走行車線201が隣接している。走行車線200は2本の車線境界線202,203により区画され、走行車線201は2本の車線境界線203,204により区画されている。走行車線200と走行車線201との間は、車線境界線203により区画されている。車両Vの前方には、分岐点205が存在している。分岐点205の近傍では、走行車線200を区画する2本の車線境界線202,203の間隔は、間隔Aから、間隔Aよりも大きい間隔Bに拡がる。分岐点205を過ぎた位置では、走行車線200は、新たな車線境界線206と車線境界線203とにより区画される。
図4(a)に示すように、判定部11が外部センサ1のカメラにより取得する撮像画像301には、走行車線200を区画する2本の車線境界線202,203が写っている。判定部11は、公知の視点変換により、図4(a)の撮像画像301を図4(b)に示すような俯瞰画像302に変換する。外部センサ1のカメラの光軸は、走行車線200の路面に対して俯角を有している。当該俯角は、走行車線200の路面の状況等によって変動する。
カメラの俯角が実際の俯角よりも上向きであると仮定して、撮像画像301を俯瞰画像302に変換した場合には、図4(b)の車線境界線202a,203aのように、2本の車線境界線202a,203aの間隔が拡がるように俯瞰画像302に写る。一方、カメラの俯角が実際の俯角よりも下向きであると仮定して、撮像画像301を俯瞰画像302に変換した場合には、図4(b)の車線境界線202b,203bのように、2本の車線境界線202b,203bの間隔が狭まるように俯瞰画像302に写る。そこで、判定部11は、2本の車線境界線202,203が平行であることを前提として、図4(b)の車線境界線202,203のように、2本の車線境界線202,203が平行になるように俯瞰画像302に写るようなカメラの俯角を推定し、当該俯角に基づいて、撮像画像301を俯瞰画像302に変換する。
一般的に、走行車線200の車線境界線202,203は、図5に示すように、車両Vから進んだ距離に比例して曲率が変化するクロソイド曲線の形状を有する。図5において、縦位置xは車両Vの前方への距離であり、横位置yは車両vの側方への距離である。そこで、判定部11は、上記道路線形パラメータをクロソイドフィッティングにより求める。図5のようなクロソイド曲線は、以下に示す式(1)により近似することができる。判定部11は、図4(b)の俯瞰画像302の2本の車線境界線202,203それぞれを式(1)により近似することにより、2本の車線境界線202,203それぞれの曲率変化率、曲率、ヨー角及び初期横位置を含む道路線形パラメータを推定する。
横位置y=(1/6)×曲率変化率×x+(1/2)×曲率×x+ヨー角×x+初期横位置 …(1)
式(1)の道路線形パラメータが推定されることにより、判定部11は、2本の車線境界線202,203それぞれの任意の縦位置xに対する横位置yを算出することができる。これにより、判定部11は、車両V前方の任意の縦位置xにおける2本の車線境界線202,203の間隔を算出することができる。
判定部11は、例えば、図3に示すように、車両V前方の任意の縦位置xにおける車線境界線202,203の間隔Aと、車両V前方の任意の縦位置xにおける車線境界線202,203の間隔Bとの差を車線幅変化量として算出することができる。縦位置xは、例えば、外部センサ1のカメラの撮像可能な車両Vからの最小距離の位置とすることができる。縦位置xは、車線維持制御のために、車両Vの前方に分岐点205が存在するか否かを予め判定することが望ましい距離の位置とすることができる。縦位置xは、例えば、外部センサ1のカメラの撮像範囲内であって、内部センサ3の車速センサにより検出された車両Vの車速が大きいほど、車両Vからの距離が増大する位置に設定することができる。
なお、本実施形態では、判定部11は、車両VのGPS受信部2により取得された位置情報及び地図データベース4の地図情報に基づいて、2本の車線境界線202,203の間隔の基準値である車線幅基準値を縦位置xにおける車線境界線202,203の間隔Aとして取得し、車両Vの前方の撮像画像301に基づいて認識された2本の車線境界線の縦位置xにおける間隔Bの車線幅基準値(間隔A)に対する変化量に基づいて車線幅変化量を算出してもよい。
図2に示すように、判定部11は、S1〜S3の処理に並行して、車両Vの位置情報及び地図情報を取得する(S4)。判定部11は、車両Vの位置情報及び地図情報に基づいて、車両Vの前方に分岐点205が存在することを認識できるか否かを判定する(S5)。車両Vの前方に分岐点205が存在することを認識できるか否かの判定は、例えば、車両Vの前方の任意の距離の範囲内において、地図情報に分岐点205の存在を示す情報が含まれるか否かにより行うことができる。
車両Vの前方に分岐点205が存在することを認識しない場合は(S5)、判定部11は、分岐判定閾値を第1閾値に設定する(S6)。分岐判定閾値とは、車両Vの前方に分岐点205が存在することを判定するための車線幅変化量の閾値である。車両Vの前方に分岐点205が存在することを認識した場合は(S5)、判定部11は、分岐判定閾値を第1閾値より小さい第2閾値に設定する(S7)。
車線幅変化量が設定された分岐判定閾値以上である場合は(S8)、判定部11は分岐点205が存在すると判定する(S9)。一方、車線幅変化量が設定された分岐判定閾値未満である場合は(S8)、判定部11は分岐点205が存在しないと判定する(S10)。
ECU10の車線維持制御部12は、判定部11による判定結果に基づいて、アクチュエータ6に制御信号を出力し、走行車線200に沿った車線維持制御を行う(S11)。判定部11により車両Vの前方に走行車線200からの分岐点205が存在すると判定された場合には、車線維持制御部12は、車両Vの進行方向が維持されるように車線維持制御を行う。この場合、車線維持制御部12は、例えば、2本の車線境界線202,203のいずれかの内で曲率変化率、曲率又は横位置の縦位置xに対する変動が少ない方に車両Vが沿って走行するように車線維持制御を行う。
また、判定部11により分岐点205が存在すると判定された場合には、車線維持制御部12は、車線維持制御の制御ゲインを減少させ、車線境界線202,203の変化に対する車両Vの挙動を緩やかにしてもよい。また、判定部11により分岐点205が存在すると判定された場合には、車線維持制御部12は、車線維持制御を中止してもよい。
また、判定部11により分岐点205が存在すると判定された場合には、車線維持制御部12は、車両Vの運転者にHMI7により分岐点205の存在を報知してもよい。また、判定部11により分岐点205が存在すると判定された場合には、車線維持制御部12は、車両Vの運転者にHMI7により、分岐点205の存在によって車線維持制御の精度が低下する旨を報知してもよい。また、判定部11により分岐点205が存在すると判定された場合であって、車両Vの運転者により、車両Vを分岐車線に進行させる旨の指示がHMI7等にあった場合には、車線維持制御部12は、分岐車線に沿って車両Vが走行するように車線維持制御を行ってもよい。
一方、判定部11により車両Vの前方に走行車線200からの分岐点205が存在しないと判定された場合には、車線維持制御部12は、例えば、車両Vが2本の車線境界線202,203の両方から等距離を隔てて走行するように車線維持制御を行う。
本実施形態では、車両Vの位置情報及び地図情報に基づいて車両Vの前方に分岐点205が存在することが認識されなかった場合は、車線幅変化量が第2閾値よりも大きい第1閾値以上であるときに、車両制御装置100の判定部11により分岐点205が存在すると判定される。したがって、分岐点205が現実には存在する可能性が低いにも関わらず、2本の車線境界線202,203の間隔の小さな変動で分岐点205が存在すると誤判定されることを防止することができる。一方、車両Vの位置情報及び地図情報に基づいて車両Vの前方に分岐点205が存在することが認識された場合は、車線幅変化量が第1閾値よりも小さい第2閾値以上であるときに、判定部11により分岐点205が存在すると判定される。したがって、分岐点205が現実には存在する可能性が高い場合に、より早く車両Vの前方に分岐点205が存在することが判定されるため、車両Vがふらつく等、車両Vの挙動が不安定になることを防止することができる。以上より、車両Vの前方に走行車線200からの分岐点205が存在するか否かの判定の精度を改善し、車両Vの挙動が不安定になることを低減させることができる。
また、判定部11により、車両Vの位置情報及び地図情報に基づいて2本の車線境界線202,203の間隔の基準値である車線幅基準値が取得され、撮像画像301に基づいて認識された2本の車線境界線202,203の間隔の車線幅基準値に対する変化量に基づいて車線幅変化量が算出される場合は、撮像画像301における車線境界線202,203の認識の誤差等の影響を低減することができ、車線幅変化量の算出の精度を向上させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な形態で実施される。
1…外部センサ、2…GPS受信部、3…内部センサ、4…地図データベース、5…ナビゲーションシステム、6…アクチュエータ、7…HMI、U…補助機器、10…ECU、11…判定部、12…車線維持制御部、100…車両制御装置、200,201…走行車線、202,203,204…車線境界線、202a,202b,203a,203b…車線境界線、205…分岐点、206…車線境界線、301…撮像画像、302…俯瞰画像、V…車両。

Claims (2)

  1. 車両の前方の撮像画像に基づいて前記車両の走行車線を区画する2本の車線境界線を認識し、前記2本の車線境界線の間隔の変化量である車線幅変化量に基づいて、前記車両の前方に前記走行車線からの分岐点が存在するか否かを判定する判定部と、前記判定部による判定結果に基づいて、前記走行車線に沿って前記車両が走行するように車線維持制御を行う車線維持制御部とを備えた車両制御装置であって、
    前記判定部は、
    前記車両の位置情報及び地図情報に基づいて前記車両の前方に前記分岐点が存在することが認識されなかった場合は、前記車線幅変化量が第1閾値以上であるときに、前記分岐点が存在すると判定し、
    前記車両の位置情報及び地図情報に基づいて前記車両の前方に前記分岐点が存在することが認識された場合は、前記車線幅変化量が前記第1閾値よりも小さい第2閾値以上であるときに、前記分岐点が存在すると判定する、車両制御装置。
  2. 前記判定部は、前記車両の位置情報及び地図情報に基づいて前記2本の車線境界線の間隔の基準値である車線幅基準値を取得し、前記車両の前方の前記撮像画像に基づいて認識された前記2本の車線境界線の間隔の前記車線幅基準値に対する変化量に基づいて前記車線幅変化量を算出する、請求項1に記載の車両制御装置。
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