JP6446245B2 - 自動運転制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、前方認識センサを利用した自動運転制御装置に関する。

近年、カメラやレーダなどの前方認識センサを用いて先行車を認識して、先行車との車間距離を維持するように加減速を制御する、自動運転制御が開発されている。

この自動運転制御は、自車が先行車へ接近した場合は、エンジンの出力を低下させる、もしくは摩擦ブレーキの油圧を高めることにより減速し、自車と先行車との車間距離を広げるように制御をする。また、自車と先行車との車間距離が開いた場合や、自車の走行経路上から先行車が外れた場合には、この自動運転制御はエンジンの出力を増加させることにより自車を所定速度まで加速し、自車と先行車との車間距離を狭めるように制御をする。

上記のように自動運転制御をすることにより、自車は、先行車へ衝突しないように車間距離を保ちつつ、周囲の車両に合わせて走行することができる。

また、緊急時における前方障害物との衝突の回避や、衝突時の衝撃を軽減するための、前方認識センサを利用した自動減速制御も提案されている。

この自動減速制御においては、前方認識センサで障害物との車間距離と相対速度を検出し、その検出結果から適切なタイミングを算出し自動で減速させることができる。

しかしながら、カメラやレーダなどの前方認識センサは視野角が狭い。そのため検出対象が車両正面から左右へずれると、視野外へ外れてロスト、すなわち検出できなくなる。たとえば先行車に追従してカーブを通過する場合には、先行車が車両正面からカーブ方向へ外れる。このとき、前方認識センサが先行車をロストすると、自動運転制御は先行車が自車の走行経路上から外れたと判断する。もし先行車のカーブ進入速度が、自車のカーブ通過速度よりも低い場合、自車は先行車に接近しすぎたり、衝突したりするおそれがある。

この様な課題を解決する技術として、特許文献１に記載の発明がある。特許文献１には、自車の操舵角が所定値以上で先行車をロストした場合には、自車の加速を抑えるようにする技術が開示されている。これにより、先行車が自車の走行経路上に存在しているにも関わらず、自車が加速して先行車へ接近しすぎることを防止している。

特開２００５−８１９９９号公報

しかしながら、前方認識センサが先行車をロストした際に、先行車が自車の走行経路上に残存しているにも関わらず視野外へ外れて検知できなくなったのか、本当に自車の走行経路上に存在していないのかの判断が特許文献１の技術では難しい。例えば先行車との車間距離が開いていた場合、先行車がカーブ内にいても自車は直進していることがある。この場合、操舵角も直進相当であるため、先行車が視野外へ外れて検知できなくなったことを自動運転制御装置は判断できない。また、交差点の右左折など、直進と旋回半径の小さなカーブが組み合わさる場合も同様の問題を生じる。一方で、交差点において先行車が直進し、自車が左折する場合、先行車と自車の走行経路が異なるため、自車が左折してから先は、先行車は自車の走行経路上に存在しない。しかし先行車をロスト時は自車が左折中、すなわち操舵角が所定値以上のため、先行車が自車経路上に残存していると判断してしまう。このように、先行車との車間距離が開いている場合、旋回半径が小さい場合、走行経路が一本道でない場合のカーブでは、自車の操舵角のみから、先行車が自車の走行経路上に存在するか否かを判断することが難しい。

本発明は、前方認識センサが先行車をロストした場合に、そのロスト要因を精度よく検出することが可能な走行制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の走行制御装置は、前方認識センサが先行車をロストした場合、地図情報から求めた先行車の経路候補に基づき、自車経路上に先行車が存在するか否かを判断する。

本発明によれば、前方認識センサが先行車をロストした場合に、そのロスト要因を精度よく検出することが可能な走行制御装置を提供することができる。

自動運転制御装置の概略構成を示す図である。 走行制御演算部１０のブロック図である。 先行車経路候補演算部１０１のブロック図である。 先行車進行方向が直進の場合の、先行車経路候補演算部１１１の演算結果を示す図である。 先行車が直進左折車線上にいる場合の、先行車経路候補演算部１１１の演算結果を示す図である。 先行車の走行車線に隣接車線が存在する場合の、先行車経路候補演算部１１１の演算結果を示す図である。 先行車進行方向の歩道上に自動車乗入口が存在する場合の、先行車経路候補演算部１１１の演算結果を示す図である。 先行車系路上存在判定部１０２のブロック図である。 本発明を用いない場合における、先行車直進時の動作例である。 本発明を用いた場合における、先行車左折時の動作例である。 経路候補ロストタイミング演算部１２０の演算例である。 先行車左折時におけるロストタイミング比較部１２１の演算例である。 先行車直進時におけるロストタイミング比較部１２１の演算例である。 制駆動指令演算部１０３のブロック図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下に説明する実施形態では、内燃機関であるエンジンを唯一の駆動源とする車両を例に挙げて本発明の説明をするが、電動機のみを駆動源とする電気自動車や、エンジンと電動機とを車両の駆動源とするハイブリッド自動車にも本発明を適用することができる。

図１は、本発明における車両の自動運転制御装置の構成を示す図である。なお図１の破線矢印は信号の流れを示している。車両には、車両を駆動するエンジン１と、車両を制動させるブレーキ２と、エンジン１が発生した駆動力を無段階で変速する変速機３と、エンジン１の燃焼状態を制御し、エンジン１が発生させる駆動力を変化させるエンジン制御演算部４と、ブレーキ２の油圧を制御し、ブレーキ２が発生させる制動力を変化させるブレーキ制御演算部５と、変速機３の回転数を制御し、変速機３の変速比を変化させる変速制御演算部６と、車両前方の物体を検知する前方認識センサ７と、車両周囲の地図情報を提供する地図情報提供手段８と、車両の速度を検出する車速センサ９と、エンジン制御演算部４およびブレーキ制御演算部５および変速制御演算部６へ制駆動力を指令する走行制御演算部１０と、を備えている。エンジン１が燃料を燃焼させることにより発生させた動力は、変速機３に伝えられ、この変速機３内部のベルト式の変速機構により変速された後に、差動機構１１を介して左右の駆動輪１２に伝えられ、車両を駆動する駆動力となる。

駆動輪１２の近傍には車両の制動力を発生させるブレーキ２が設けられている。ブレーキ２には油圧倍力装置が備えられており、この油圧倍力装置が発生する油圧操作力で駆動輪１２を押さえつけ、摩擦力を発生させる。運動エネルギーを熱エネルギーに変換することで、ブレーキ２は車両を制動させる。

走行制御演算部１０は、ＣＰＵとメモリを有しており、制御プログラムを実行して車両に発生させる制駆動力を演算し、エンジン制御装置４と、ブレーキ制御装置５と、変速制御装置６と、に制駆動力指令を送信する。これにより、車両運動制御装置は車両の加減速を制御する。

走行制御演算部１０には、車両前方の物体を検知する前方認識センサ７、車両周囲の地図情報を提供する地図情報提供手段８、車両の速度を検出する車速センサ９、報知装置１３などが接続されている。

前方認識センサ７は、車両前方を走行する先行車や、車両前方を横切る歩行者など、車両前方に位置する物体の種類、相対距離および相対速度を検出し、その検出情報を走行制御演算部１０に送信する。前方認識センサ７の例としては、単眼カメラ、ステレオカメラ、複眼カメラ等が挙げられる。

地図情報提供手段８は、全地球測位網などによって取得した車両位置や姿勢と、あらかじめ備えた地図データベースを照合することにより、車両から所定範囲内の道路形状や車線属性などを走行制御演算部１０に提供する。

走行制御演算部１０は、前方認識センサ７の検出情報信号と、地図情報提供手段８の地図情報信号と、車速センサ９の速度信号と、を用いて演算し、エンジン制御演算部４と、ブレーキ制御演算部５と、変速制御演算部６と、へ制駆動力を指令する。前方認識センサ７が先行車をロストしていない場合は、従来の走行制御と同様に、走行制御演算部１０は、先行車との車間距離が縮まった場合には減速するようにエンジン制御演算部４とブレーキ制御演算部５と変速制御演算部６とに制動力を指令し、先行車との車間距離が離れた場合は所定速度まで加速するようにエンジン制御演算部４とブレーキ制御演算部５と変速制御演算部６とに駆動力を指令する。これにより、先行車へ接近しすぎることなく、周囲車両に合わせて走行制御することができる。

報知装置１３は、走行制御演算部１０から後述する先行車が自車経路上に存在するか否かの判定結果を入力し搭乗者へ報知する。これにより車両の加減速理由を同乗者に理解させ、搭乗者の想定外しない加減速を生じることを防止することが可能となる。

次に、図２を用いて走行制御演算部１０の構成について説明する。自車経路演算部１００は、地図情報提供手段８から入力される地図情報信号を用いて、自車の走行経路、すなわち自車がこれから走行する経路を演算する。本実施の形態では自車の走行経路は、地図情報信号に含まれる目的地と道路形状から演算するが、ナビゲーションシステムなど外部の演算装置で自車走行経路をあらかじめ計算し、地図情報信号に含めても良い。

先行車走行経路候補演算部１０１は、前方認識センサ７から入力される前方認識センサ検出情報信号と地図情報提供手段８から入力される地図情報信号とを用いて、先行車の走行経路候補、すなわち先行車がこれから走行する経路の候補、および各候補における先行車のこれからの予測挙動を演算する。

先行車経路上存在判定部１０２は、自車経路演算部１００から入力される自車経路信号と先行車経路候補演算部１０１から入力される先行車経路候補信号と前方認識センサ７から入力される前方認識センサ検出情報信号とを用いて、先行車経路上存在判定、すなわち先行車が自車経路上に存在しているかを判定する。

制駆動指令演算部１０３は、前方認識センサ７から入力される前方認識センサ検出情報信号と地図情報提供手段８から入力される地図情報信号と車速センサ９から入力される速度信号と先行車経路上存在判定部１０２から入力される先行車経路上存在判定信号とを用いて、制駆動指令を演算する。先行車経路上存在判定部１０２が先行車の存在なしと判定した場合、制駆動指令演算部１０３は所定速度まで加速するように制駆動指令を演算する。先行車経路上存在判定部１０２が先行車の存在ありと判定した場合、制駆動指令演算部１０３は先行車との車間距離が所定以上となるように制駆動指令を演算する。演算された制駆動指令は、エンジン制御演算部４と、ブレーキ制御演算部５と、変速制御演算６と、へ送信される。この制駆動力を発生するように、エンジン１と、ブレーキ２と、変速機４と、は制御される。これにより、自動運転制御装置は、先行車に接近しすぎることを防止しつつ、周囲の環境に合わせて走行制御できる。

次に図３を用いて先行車経路候補演算部１０１について説明する。

先行車位置特定部１１０は、前方認識センサ７から入力される前方認識センサ検出情報信号と地図情報提供手段８から入力される地図情報信号とを用いて、先行車位置を演算する。先行車位置特定部１１０は、地図情報信号に含まれる周囲の道路形状と、前方認識センサ検出情報信号に含まれる先行車の相対位置を対応させることで、先行車の地図上での位置を特定する。

先行車経路候補算出部１１１は、地図情報提供手段８から入力される地図情報信号と先行車位置特定部１１０から入力される先行車位置信号とを用いて、先行車経路候補を演算する。先行車経路候補算出部１１１は、先行車位置特定部１１０が特定した先行車の地図上での位置から、先行車がこれから走行する経路の候補を算出する。その例を図４から図７を用いて説明する。

図４に示すように、先行車進行方向の道路が直線の場合、先行車経路候補算出部１１１は、先行車経路候補は先行車の現走行経路上のみと算出する。

図５に示すように、先行車進行方向の道路に交差点が存在し、交差点から直進、右折、左折、と複数の経路が伸びている場合、先行車経路候補として、直進、右折、左折の複数経路が存在する。ここで、先行車が直進左折車線上にいると判断した場合、先行車経路候補演算部１１１は、複数の経路候補の内、直進か左折が先行車の経路候補であると算出する。直進左折車線上と同様に、直進右折、左折のみ、直進のみ、右折のみなどの車線上に先行車がいると判断した場合も、先行車経路候補演算部１１１は、車線に対応した経路を先行車の経路候補として算出する。

図６に示すように、先行車の走行車線に隣接車線が存在する場合、先行車経路候補算出部１１１は、先行車の経路候補として、先行車の現走行経路と車線変更とを算出する。なお、先行車が車線変更禁止区間に存在すると判断した場合は、先行車経路候補算出部１１１は、先行車の経路候補として、先行車の現走行経路のみと判断する。このように地図情報に備えられた隣接車線情報から、先行車の経路候補を演算することができる。

図７に示すように、先行車進行方向の歩道上に自動車乗入口が存在する場合、先行車経路候補算出部１１１は、先行車の現走行経路に加えて、歩道への乗り入れを先行車の経路候補として算出する。このように地図情報に備えられた歩道上の自動車乗入口の位置から、先行車の経路候補を演算することができる。

このように、先行車経路候補演算部１０１は、前方認識センサ検出情報と地図情報とを連動させることにより、先行車が置かれている道路接続関係を求め、先行車の経路候補を演算することができる。

次に図８を用いて先行車経路上存在判定部１０２について説明する。

経路候補ロストタイミング演算部１２０は、自車経路演算部１００から入力される自車経路信号と先行車経路候補演算部１０１から入力される先行車経路候補信号とを用いて、各経路候補における先行車のロストのタイミングである経路候補ロストタイミングを演算する。詳細は後述するが、経路候補ロストタイミング演算部１２０は、自車経路と、先行車経路と、前方認識センサ７の視野形状と、の幾何学的関係から、いつ先行車をロストするかのタイミングを経路候補ごとにあらかじめ算出している。

ロストタイミング比較部１２１は、前方認識センサ７から入力される前方認識センサ検と経路候補ロストタイミング演算部１２０から入力される経路候補ロストタイミング信号とを用いて、先行車経路上存在判定を演算する。詳細は後述するが、ロストタイミング比較部１２１は、経路候補ロストタイミング信号と実際に先行車をロストしたタイミングを比較している。実際の先行車経路が各経路候補のいずれかであった場合、経路候補ロストタイミングと実際のロストタイミングが一致する。ロストタイミング比較部１２１は、予め算出した経路候補の中から、実際に先行車をロストしたロストタイミングとロストタイミングが一致する経路を探すことで、先行車が実際にどの経路を選択したかを判定する。

図９〜１３を用いて本発明の効果を説明する。

図９と図１０を用いて、従来技術の動作例についてまずは説明する。

図９は交差点における自車左折先行車直進時の動作例である。時刻t=t0において、前方認識センサ７は視野内の先行車を検知している。時刻t=t1において自車が左折するのに対し先行車は直進し、時刻t=t2で前方認識センサ７は先行車をロストする。このときに、先行車が自車の経路上に存在しないと正常に判断する。

図１０は自車左折先行車左折時の動作例である。時刻t=t0において、前方認識センサ７は視野内の先行車を検知している。時刻t=t1でまず先行車が左折し、続いて自車が左折する。先行車は、左折開始後に一度前方認識センサ７の視野から外れ、前方認識センサ７は先行車をロストする。このとき、自車は、先行車が自車の経路上に存在しないと誤って判断する。自車左折後の時刻t=t2で先行車は前方認識センサ７の視野内に入り、前方認識センサ７は再度先行車を検知する。このように交差点の右左折などでは、たとえ先行車が自車経路上にいたとしても、前方認識センサ７の視野から外れ、先行車が自車の経路上に存在しないと誤って判断してしまうことがある。また先行車が前方認識センサ７の視野から外れるのは、先行車が左折するタイミングであり、自車がまだ直進中の場合が多い。そのため、たとえば操舵角や横加速度など、自車の計測情報を用いても、先行車が自車経路上に存在していることを、正しく判断することは困難である。なお、自車が直進中に自車の経路上に存在する先行車をカーブでロストした場合も、交差点における自車左折先行車左折と同様の課題が存在する。

次に、図１１から図１３を用いて、本発明を用いた自動運転制御装置の例について説明する。

図１１は本実施の形態における経路候補ロストタイミング演算部１２０の演算例である。ここで、自動運転制御装置が、交差点を左折するよう自車を制御する場合について考える。先行車経路候補演算部１０１は、地図情報と先行車認識センサ検出情報から先行車の走行経路が左折直進車線であると判断し、先行車は交差点において左折（候補Ａ）または右折（候補Ｂ）すると算出する。先行車経路候補演算部１０１の演算結果と、自車経路演算部１００の演算結果（自車左折）、および前方認識センサの視野の幾何学的関係から、経路候補ロストタイミング演算部１２０は候補Ａおよび候補Ｂにおける先行車ロストのタイミングを演算する。具体的には、候補Ａの場合には前方認識センサ７は自車左折直前（t = t１）で先行車をロストすると演算し、候補Ｂの場合には前方認識センサ７は自車左折中（t = t２）で先行車をロストすると、経路候補ロストタイミング演算部１２０は演算する。

図１２は先行車が左折した場合におけるロストタイミング比較部１２１の演算例である。ロストタイミング比較部１２１は、経路候補ロストタイミング演算部１２０から入力される候補Ａのロストタイミングおよび候補Ｂのロストタイミングと、前方認識センサ検出情報信号から算出した実際のロストタイミングとを比較し、実際のロストタイミングと一致する候補Ａが先行車の経路であると判断し、先行車は自車経路上に存在していると判断する。

図１３は先行車が直進した場合におけるロストタイミング比較部１２１の演算例である。ロストタイミング比較部１２１は、先行車が左折した場合と同様に予め予測したロストタイミングと実際のロストタイミングを比較し、実際のロストタイミングと一致する候補Ｂが先行車の経路であると判断し、先行車は自車経路上に存在していないと判断する。

本発明の自動運転制御装置によれば、地図情報と前方認識センサの検出情報とを用いて先行車の経路候補を予測し、各経路候補におけるロストタイミングと実際のロストタイミングを比較することにより、先行車の実際の経路を精度よく判定し、先行車のロスト要因を精度よく特定することが可能となる。

次に図１４を用いて制駆駆動指令演算部１０３について説明する。

目標車間距離維持速度演算部１３０は、先行車経路上存在判定部１０２から入力される先行車経路上存在判定信号と前方認識センサ７から入力される前方認識センサ検出情報信号とを用いて目標車間距離維持速度を演算する。目標車間距離維持速度演算部１３０は、前方認識センサ７が先行車を検出している場合には前方認識センサ検出情報信号の結果に基づいて、前方認識センサ７が先行車を検出していない（ロストした）場合には、先行車経路上存在判定部１０２の先行車経路上存在判定信号に基づいて、先行車の将来の挙動を推定し、この推定結果に接近しすぎないように目標車間距離維持速度を定める。本実施の形態では、先行車が制限速度で走行すると仮定して先行車の動きを推定する。地図情報信号が備えた先行車経路の曲率が大きい場合には、曲率に応じて先行車の推定速度を下げてもよい。また前方認識センサ７が信号色を検出できる場合には、赤信号の際に先行車の推定速度をゼロとしても良い。

目標速度演算部１３１は、地図情報提供手段８から入力される地図情報信号と目標車間距離維持速度演算部１１０から入力される目標車間距離維持速度信号とを用いて目標速度を演算する。目標速度演算部１３１は、地図情報信号が備えた制限速度と目標車間距離維持速度を比較し、小さい方を目標速度とする。地図情報信号が備えた走行経路の曲率が大きい場合には曲率に応じて制限速度を下げても良い、また前方認識センサ７が信号色を検出できる場合には、赤信号の際に制限速度をゼロとしても良い。これにより走行経路の形状と車間距離の両方を考慮して目標速度を決定することができる。走行経路の曲率が大きい場合には、速度を下げて車両の横滑りを防止することができる。また先行車に接近した際には、車間距離を広げるように速度を下げることができる。

速度補償演算部１３２は、車速センサ９から入力される速度信号と目標速度演算部１３１から入力される目標速度信号とを用いて制駆動指令を演算する。目標速度よりも現車両速度が低い場合には加速するように、目標速度よりも現車両速度が高い場合には減速するように制駆動指令を演算する。これにより、車両の速度を目標速度に漸近させ、走行経路の形状と車間距離の両方を考慮して走行することができる。

制駆動指令は、エンジン制御演算部４と、ブレーキ制御演算部５と、変速制御演算６と、へ送信され、この制駆動力を発生するように、エンジン１と、ブレーキ２と、変速機４と、を制御する。これにより車両を先行車に接近させすぎることなく、周囲の環境に合わせて加減速させることができる。

１：エンジン、２：ブレーキ、３：変速機、４：エンジン制御演算部、５：ブレーキ制御演算部、６：変速機制御演算部、７：前方認識センサ、８：地図情報提供手段、９：車速センサ、１０：走行制御演算部、１１：差動機構、１２：駆動輪、１３：報知装置、
１００：自車経路演算部、１０１：先行車経路候補演算部、１０２：先行車経路上存在判定部、１０３：制駆動指令演算部
１１０：先行車位置特定部、１１１：先行車経路候補算出部
１２０：経路候補ロストタイミング演算部、１２１：ロストタイミング比較部
１３０：目標車間距離維持速度演算部、１３１：目標速度演算部、１３２：速度補償演算部

Claims (7)

1. 地図情報と前方認識センサの検出情報に基づき車両の走行を制御する自動運転制御装置において、
   前記前方認識センサが先行車をロストした場合、前記地図情報から求めた前記先行車の経路候補に基づき、自車経路上に前記先行車が存在するか否かを判断し、
   予め算出した前記経路候補のロストタイミングと実際のロストタイミングを比較することにより、前記経路候補の中から実際の先行車の経路を算出し、自車経路上に前記先行車が存在するか否かを判断することを特徴とする自動運転制御装置。
2. 前記先行車の経路候補は、前記地図情報と前記前方認識センサの検出情報から求めた前記先行車の地図上の位置と、前記地図情報に備えられた道路接続関係から算出することを特徴とする請求項１に記載の自動運転制御装置。
3. 自車経路上に先行車が存在しないと判断した場合に、加速制御を行うことを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の自動運転制御装置。
4. 自車経路上に先行車が存在すると判断した場合に、加速制御を制限することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の自動運転制御装置。
5. 地図情報と前方認識センサの検出情報に基づき車両の走行を制御する自動運転制御装置において、
   前記地図情報と前記前方認識センサの検出情報を用いて先行車の経路候補を算出する先行車経路候補算出手段と、
   前記地図情報と前記経路候補とを用いて前記前方認識センサが前記先行車をロストするタイミングを予め算出するロストタイミング算出手段と、
   前記予め算出したロストタイミングと実際のロストタイミングとを比較するロストタイミング比較手段と、を有することを特徴とする自動運転制御装置。
6. 前記ロストタイミング比較手段の結果に基づいて自車両の制駆動を制御する制御手段を有することを特徴とする請求項５に記載の自動運転制御装置。
7. 前記ロストタイミング比較手段は、実際のロストタイミングと一致する経路候補に基づいて先行車が自車の経路上に存在するか否かの存在判定信号を出力することを特徴とする請求項５に記載の自動運転制御装置。