JP6503998B2 - 車両制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、路上にある障害物を回避するための技術、に関する。

車両が走行車線から逸脱しそうになると、ドライバーに警告したり、あるいは、逸脱回避方向へ操舵アシストすることで車両走行を安定させる機能（以下、「逸脱回避機能」とよぶ）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。具体的には、車載カメラにて走行車線の左右のレーン（境界線）を撮像し、自車両を含む座標空間（ワールド座標）に境界線を設定する。そして、自車両の車速や操舵角、自車両と境界線の相対位置関係から、自車両が境界線から逸脱するまでの猶予時間を計算し、この猶予時間が閾値以下となると逸脱回避機能が作動する。逸脱回避機能は一部の車両において既に実用化されている。

特開２００７−１２５９６９号公報

一方、境界線だけでなく、路上に静止障害物があるときにもこれを回避する必要がある。静止障害物としては、トラックから落下した積荷、落石、倒木などの路上落下物が想定される。高速道路においては、自動ブレーキよりも操舵によって静止障害物を回避する方が安全上望ましい。本発明者は、上述の逸脱回避機能をマイナーチェンジすれば、静止障害物の回避にも対応できるのではないかと想到した。

本発明は、本発明者の上記認識に基づいてなされたものであり、その主たる目的は、既存の逸脱回避機能を応用して、静止障害物回避をアシストするための技術、を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車両制御装置は、走行車線の境界線を検出する境界検出部と、自車両の走行軌道および前記境界線の位置に基づいて、自車両が前記境界線から逸脱する可能性の高さを判定し、自車両が前記境界線から逸脱する可能性が高いと判定されたときに前記境界線からの逸脱方向を示す第１制御信号を送る逸脱判定部と、前記第１制御信号を前記逸脱判定部から受け取ったとき、自車両の逸脱方向を警告する逸脱警告部と、走行車線上の静止障害物を検出し、自車両が前記静止障害物に衝突する可能性の高さを判定し、自車両が前記静止障害物に衝突する可能性が高いと判定されたときに前記静止障害物への衝突方向を逸脱方向として指定する第１制御信号を前記逸脱警告部に送る衝突判定部と、を備える。
前記逸脱警告部は、更に、自車両が前記静止障害物に衝突する可能性が高いと判定されたとき、前記静止障害物への衝突方向を前記逸脱方向として警告する。

本発明によれば、走行車線からの逸脱を回避する機能をアレンジすることで、路上の静止障害物の回避にも対応しやすくなる。

一般的な逸脱回避機能を説明するための模式図である。 本実施形態における静止障害物の回避方法を説明するための模式図である。 警告表示の画面図である。 車両制御システムの機能ブロック図である。 逸脱回避処理のフローチャートである。

図１は、一般的な逸脱回避機能を説明するための模式図である。
車両１００はカメラ１０２を搭載する。カメラ１０２はサーチ範囲ＳＲの画像を定期的に撮像する。走行車線は、左右の境界線１０４Ｒ，１０４Ｌにより規定される。境界線１０４Ｌ，１０４Ｒは、通常、白色またはオレンジ色にて路上に描かれるレーンである。カメラ１０２が境界線１０４を撮像することにより、境界線１０４の形状と位置が画像認識される。

車両１００に搭載される車両制御装置１０６（詳細は後述する）は、ワールド座標系（３Ｄ空間）を構築し、その座標系に車両１００および境界線１０４Ｒ，１０４Ｌを位置づける。ここで、車両制御装置１０６は、境界線１０４Ｒを基準線ＢＬＲ１、境界線１０４Ｌを基準線ＢＬＬ１として設定する。基準線ＢＬは、逸脱回避判定の対象となる線である。図１に示す状況においては、境界線１０４と基準線ＢＬは一致する。車両制御装置１０６は、車速や操舵方向、車両１００と境界線１０４（基準線ＢＬ）との距離から、車両１００が境界線１０４（基準線ＢＬ）から逸脱する可能性の有無および車両１００が境界線１０４（基準線ＢＬ）に到達するまでの猶予時間Ｔを計算する。

図１では車両１００は車両はやや右方向に操舵されている。このため、車両１００の操舵方向がこのまま維持されると、車両１００は右の基準線ＢＬＲ１と衝突予測地点Ｐにて逸脱する。衝突予測地点Ｐは、車両１００の走行軌道と基準線ＢＬＲ１の交点である。車両制御装置１０６は、車両１００と衝突予測地点Ｐの距離を車速で割ることにより、衝突予想地点Ｐに到達するまでの猶予時間Ｔを計算する。一方、車両１００は左の基準線ＢＬＬ１から逸脱する方向に進行していない。このため、基準線ＢＬＬ１については猶予時間Ｔは計算されない。

猶予時間Ｔが所定の閾値Ｘ１（たとえば、５秒）以下になると、フロントパネルには警告表示される。警告表示は、特許文献１のように２つの境界線１０４Ｒ，１０４Ｌを表示させて、逸脱可能性のある境界線１０４Ｒ（基準線ＢＬＲ１）を指示する表示を行ってもよい。たとえば、「右逸脱注意」といった文字情報により警告してもよいし、車両１００が右に寄っていることを示すアイコンにより警告してもよいし、逸脱方向の境界線１０４Ｒを示す画像を点滅させたり、その大きさや太さを変えたり、色彩を変化させてもよい。本実施形態においては、逸脱可能性のある境界線１０４を点滅表示させる（図３に関連して後述する）。

猶予時間Ｔが更に短くなり、閾値Ｘ２（たとえば、２秒、Ｘ２＜Ｘ１）以下になると、車両制御装置１０６は逸脱回避方向に操舵アシストする。図１のように車両１００が境界線１０４Ｒ（基準線ＢＬＲ１）から逸脱する可能性が特に高い場合、車両制御装置１０６は右操舵に要する力を重く、左操舵に要する力を力を軽くする。操舵に要する力を変化させることで車両１００が逸脱回避方向（図１の場合、左方向）に向かうようにアシストする。
本実施形態においては、特に断らない限り、上述の警告表示および操舵アシストをまとめて逸脱回避機能とよぶ。警告表示および操舵アシストの一方を狭義の逸脱回避機能として捉えてもよい。
なお、ドライバーが方向指示器を作動させたときには、ドライバーが自らの意思で境界線１０４を超えようとしていると考えられるため、逸脱回避機能は抑止される。

図２は、本実施形態における静止障害物の回避方法を説明するための模式図である。
図２においては、走行車線に静止障害物１０８が存在する。静止障害物１０８は高さがバンパーの高さ以上、たとえば、３０センチ以上のある程度の大きさを有する静止物である。トラックから落ちた積み荷、落石、倒木などが想定される。近年の画像認識技術の向上により、４０×４０×３０（センチメートル）程度の物体であれば、走行中のカメラ１０２から正確かつ安全に形状認識できるようになってきている。

カメラ１０２により静止障害物１０８を画像認識し、静止障害物１０８の中心線ｍ、より具体的には、車両１００から見たときの静止障害物１０８の中心点Ｑの座標を特定する。カメラ１０２によって境界線１０４Ｒ，１０４Ｌを画像認識することにより、走行車線の中心線Ｍも特定される。静止障害物１０８の中心線ｍが中心線Ｍに対して左右どちら側のエリアに存在するかに応じて、車両１００の回避方向が決定される。図２に示す様に、中心線ｍが中心線Ｍよりも右側（境界線１０４Ｒに近い側）にあるときには、静止障害物１０８は走行車線の右エリアにあるため、左操舵して静止障害物１０８を回避するのが適切である。

車両１００のモニタには、図３に示す様に、境界線１０４Ｌ，１０４Ｒに対応するグラフィックスである境界表示１４２Ｒ，１４２Ｌが表示される。静止障害物１０８に対応するグラフィックスも適宜表示されてもよい。車両１００が境界線１０４Ｒから逸脱しそうになると、モニタの境界表示１４２Ｒが点滅する。同様に、静止障害物１０８が走行車線の右側のエリアにあると認識されるときにも、右側の境界表示１４２Ｒが点滅する。すなわち、境界線１０４Ｒからの逸脱可能性が高いときと、右エリアに衝突可能性の高い静止障害物１０８が存在するときには同様のインタフェースにてユーザに警告がなされる。

警告表示後、車両１００と静止障害物１０８が更に接近すると、車両制御装置１０６は、静止障害物１０８の左端を通る仮想線を新たな基準線ＢＬＲ２として設定する。車両１００が静止障害物１０８の側方を通過するまでは、逸脱回避機能は基準線ＢＬＲ１（境界線１０４Ｒ）ではなく、より内側に設定される基準線ＢＬＲ２を対象として作動する。すなわち、一時的に車両１００が基準線ＢＬＲ２よりも右側の領域、いいかえれば、静止障害物１０８の存在する領域Ｓに進入するのを回避させることができる。基準線ＢＬＲ１（境界線１０４Ｒ）がより内側の基準線ＢＬＲ２に設定変更されるので、静止障害物１０８を回避するように既存の逸脱回避機能が作動する。静止障害物１０８が左側領域にあるときには、車両制御装置１０６は静止障害物１０８の右端を通る仮想線を新たな基準線ＢＬＬとして設定すればよい。

なお、静止障害物１０８が中央にあるとき、いいかえれば、中心線ｍが中心線Ｍと完全に重なるときには、左回避優先するなどの設定をあらかじめしておいてもよい。車両１００のドライバーは右座席に着席しているため、左回避を優先するとしてもよい。

図４は、車両制御システム１３６の機能ブロック図である。
車両制御システム１３６の各構成要素は、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、メモリにロードされた本図の構成要素を実現するプログラム、そのプログラムを格納するハードディスクなどの記憶ユニット、ネットワーク接続用インタフェースを中心にハードウェアとソフトウェアの任意の組み合わせによって実現される。そして、その実現方法、装置にはいろいろな変形例があることは、当業者には理解されるところである。以下説明する各図は、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。

車両制御システム１３６は、車両制御装置１０６、センサユニット１３８および制御デバイス１４０を含む。センサユニット１３８は、外部環境や自車の走行軌道に関する情報を収集する。センサユニット１３８は、操舵角センサ１１４、ヨーレートセンサ１１６、車輪パルスセンサ１１８、レーダー１３４およびカメラ１０２を含む。操舵角センサ１１４は、ステアリングホイールの操舵角を検出する。ヨーレートセンサ１１６は、車体にかかるヨーレートを検出する。車輪パルスセンサ１１８は、車輪の回転速度から車速を検出する。カメラ１０２は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラであり、静止障害物１０８や境界線１０４などを撮像する。レーダー１３４は、ミリ波やそれ以上の波長を有する電磁波を放射することで、静止障害物１０８までの距離を測定する。

制御デバイス１４０は、車両１００が備える各種制御機器であり、逸脱回避処理に際して車両制御装置１０６により制御される。制御デバイス１４０は、警報デバイス１２２とギア可変ステアリング１２４を含む。そのほか、シートベルト、座席、ブレーキ、エアバッグ等を制御対象として含んでもよい。警報デバイス１２２は逸脱の可能性をドライバーに警告表示する。ギア可変ステアリング１２４は、車速に応じてステアリングのギア比を調整可能である。また、ギア可変ステアリング１２４は車両制御装置１０６によりステアリングのギア比を調整される。たとえば、左方向への回避を操舵アシストするときには、車両制御装置１０６は右操舵が重く、左操舵が軽くなるようにギア可変ステアリング１２４のギア比を調整する。

車両制御装置１０６は、センサユニット１３８から各種のセンサ情報を取得し、静止障害物１０８との衝突予測を行い、必要に応じて、警告表示や操舵アシスト等の逸脱回避処理を実行する。逸脱回避処理が必要なときには、車両制御装置１０６は警報デバイス１２２やギア可変ステアリング１２４に各種信号を送信する。本実施形態における車両制御装置１０６の各機能ブロックは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）およびその上で実行されるソフトウェアプログラムにより構成される。

車両制御装置１０６は、走行予測部１２０、障害物判定部１２６、基準変更部１２８、境界検出部１１０、逸脱判定部１１２、回避制御部１３０および逸脱警告部１３２を含む。走行予測部１２０は、操舵角等の情報に基づいて車両１００の旋回半径、速度および走行軌道を計算する。障害物判定部１２６は、カメラ１０２やレーダー１３４からの情報に基づき、静止障害物１０８の位置や形状、相対距離を計算する。障害物判定部１２６は、静止障害物１０８の衝突可能性の高さも判定する。境界検出部１１０は、カメラ１０２の画像情報から境界線１０４を検出する。

逸脱判定部１１２は、静止障害物１０８が検出されていないときには、いいかえれば、通常走行時は、境界線１０４を基準線ＢＬとして設定する。逸脱判定部１１２は、車両１００の走行軌道と基準線ＢＬの衝突想定点Ｐを計算し、車両１００が衝突想定点Ｐに到達するまでの猶予時間Ｔを計算する。猶予時間Ｔが閾値Ｘ１以下となると、逸脱判定部１１２は逸脱警告部１３２に第１制御信号を送る。第１制御信号は、逸脱方向を示す情報（以下、「逸脱方向情報」とよぶ）が含まれる。逸脱警告部１３２は、第１制御信号を受信すると警報デバイス１２２に逸脱方向情報を含む表示信号を送信し、警報デバイス１２２は表示信号を受信するとフロントパネルに警告表示を行う。図３に関連して説明したように、モニタにおいては逸脱方向に対応する境界表示１４２が点滅する。猶予時間Ｔが閾値Ｘ２（＜Ｘ１）以下となると、逸脱判定部１１２は回避制御部１３０に第２制御信号を送る。第２制御信号にも逸脱方向情報が含まれる。回避制御部１３０は、第２制御信号を受信するとギア可変ステアリング１２４に逸脱方向の逆方向を操舵方向として示す操舵信号を送信し、ギア可変ステアリング１２４は操舵信号を受信すると操舵アシストを行う。

障害物判定部１２６は、静止障害物１０８が検出されたとき、静止障害物１０８との衝突可能性の高さを判定する。具体的には、障害物判定部１２６は、車両１００が静止障害物１０８に衝突するまでの猶予時間Ｕを計算する。猶予時間Ｕが閾値Ｙ１以下となると、障害物判定部１２６は逸脱警告部１３２に第１制御信号を送る。このとき、静止障害物１０８が右エリアにあるときには右方向を指定する逸脱方向情報も送信され、左エリアにあるときには左方向を指定する逸脱方向情報も送信される。逸脱警告部１３２は、第１制御信号を受信すると警報デバイス１２２に逸脱方向情報とともに表示信号を送信し、警報デバイス１２２は表示信号を受信するとフロントパネルに警告表示を行う。図３に関連して説明したように、逸脱方向に対応する境界表示１４２が点滅される。境界線１０４からの逸脱警告と、静止障害物１０８との衝突警告は、結果的に同態様での表示となる。猶予時間Ｕが閾値Ｙ２（＜Ｙ１）以下となると、障害物判定部１２６は基準変更部１２８に変更信号を送る。変更信号にも逸脱方向情報が含まれる。基準変更部１２８は、変更信号を受信すると、基準線ＢＬを変更する。以後、逸脱判定部１１２は変更後の基準線ＢＬを対象として逸脱判定を行う。

図５は、逸脱回避処理のフローチャートである。
図５において、Ｓ１０およびＳ２２〜Ｓ２８は既存の逸脱回避処理と同様である。本実施形態においては、境界線１０４だけでなく静止障害物１０８を対象として逸脱回避処理を実行する。静止障害物１０８を対象とするために追加された処理はＳ１２〜Ｓ２０に対応する。図５に示す処理は、一定間隔、たとえば数ミリ秒ごとに繰り返し実行されるループ処理である。

まず、カメラ１０２はサーチ範囲ＳＲを撮像し、境界検出部１１０は画像認識により境界線１０４を検出する（Ｓ１０）。このとき、逸脱判定部１１２は境界線１０４を基準線ＢＬとして設定する。障害物判定部１２６は、カメラ１０２の撮像画像から静止障害物１０８が前方に存在するか否かを画像認識により判定する（Ｓ１２）。静止障害物１０８は、所定の高さを有し、車両１００との相対距離の変化速度が車速と一致し、かつ、左右の境界線１０４の間（すなわち走行車線）内にその一部が存在する物体として定義される。障害物判定部１２６は、静止障害物１０８と車両１００の相対距離や車両１００の走行軌道から車両１００が静止障害物１０８に衝突するまでに要する時間Ｕを計算する。また、障害物判定部１２６は、静止障害物１０８が走行車線の左右どちらにあるかも判定する。静止障害物１０８がなければ（Ｓ１２のＮ）、Ｓ１８の処理に移行する。

静止障害物１０８があり（Ｓ１２のＹ）、猶予時間Ｕが所定の閾値Ｙ１より小さければ（Ｓ１４のＹ）、すなわち、静止障害物１０８との衝突可能性が高ければ、障害物判定部１２６は静止障害物１０８の存在するエリアを逸脱方向情報として指定する第１制御信号を逸脱警告部１３２に送信し、逸脱警告部１３２は図３に示す態様にて逸脱方向の境界表示１４２を点滅させることで警告表示を行う（Ｓ１６）。猶予時間ＵがＹ１以上のときには（Ｓ１４のＮ）、すなわち、静止障害物１０８との衝突可能性が低ければ、処理はＳ２２に移行する。

猶予時間Ｕ＜Ｙ２（＜Ｙ１）のときには（Ｓ１８のＹ）、すなわち、静止障害物１０８の衝突可能性が特に高まっているときには、基準変更部１２８は静止障害物１０８の端部に基準線ＢＬを新たに設定する（Ｓ２０）。猶予時間ＵがＹ２以上のときには（Ｓ１４のＮ）、処理はＳ２２に移行する。

以降は、通常の逸脱回避処理である。逸脱判定部１１２は、車両１００の位置、進行方向、車速と基準線ＢＬの位置を比較し、逸脱までの猶予時間Ｔを計算する（Ｓ２２）。具体的には、車両１００の走行軌道と基準線ＢＬの交点から衝突想定点Ｐ（図１参照）を求め、車両１００の位置座標と衝突想定点Ｐの位置座標から距離を計算し、これを車速で割ることにより、猶予時間Ｔが算出される。Ｓ２０において基準線ＢＬの設定変更がなされないときには、境界線１０４がそのまま基準線ＢＬとなる。Ｓ２０において基準線ＢＬの設定変更されたときには、静止障害物１０８の側方に設定される仮想線が基準線ＢＬとなる。

猶予時間Ｔが閾値Ｘ１以下のとき（Ｓ２２のＹ）、すなわち、境界線１０４を車両１００が逸脱する可能性が高いとき、逸脱判定部１１２は第１制御信号を逸脱警告部１３２に送信し、逸脱警告部１３２は表示信号を警報デバイス１２２に送信し、警報デバイス１２２はフロントパネルに警告表示を行う（Ｓ２４）。Ｓ１６において警告済みであれば、Ｓ２４はスキップされてもよい。猶予時間Ｔが閾値Ｘ１よりも大きいときには（Ｓ２２のＮ）、Ｓ２４以降の処理はスキップされる。

猶予時間Ｔが閾値Ｘ２（＜Ｘ１）以下のとき（Ｓ２６のＹ）、逸脱判定部１１２は逸脱方向情報とともに第２制御信号を回避制御部１３０に送信し、回避制御部１３０は操舵信号をギア可変ステアリング１２４に送信し、回避制御部１３０は操舵アシストを行う（Ｓ２８）。猶予時間Ｔが閾値Ｘ２よりも大きいときには（Ｓ２６のＮ）、Ｓ２８の処理はスキップされる。

以上、実施形態に基づいて、車両制御システム１３６を説明した。
本実施形態によれば、静止障害物１０８が発見されたとき、既存の逸脱回避機能を実現する逸脱警告部１３２に、静止障害物１０８の衝突方向を逸脱方向として指定する第１制御信号を障害物判定部１２６から送り込むことで、静止障害物１０８に対応した警告表示が可能となる。また、車両１００と静止障害物１０８の衝突可能性が特に高まると、境界線１０４から静止障害物１０８の側方に基準線ＢＬを移動させることで、静止障害物１０８を対象とした衝突回避のための操舵アシストが可能となる。

ステレオカメラの立体視により静止障害物１０８を検出し、警告表示を行ってもよいが、その場合には静止障害物１０８の存在を警告するための新たなユーザインタフェースが必要になる。本実施形態によれば、既存の逸脱回避機能をそのまま利用できるためユーザインタフェースが過度に複雑化しないというメリットもある。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

静止障害物１０８は、一定の高さがあり、車両１００と静止障害物１０８の相対距離の変化速度が車速と一致しており、かつ、走行車線内にその全部または一部がある物体として検出されればよい。また、進行方向に整列する複数の静止障害物１０８は、路上落下したイレギュラーな物体ではないとして逸脱回避の対象外としてもよい。たとえば、ガードレールの支柱のように一定間隔で連続的に並ぶ物体は除外してもよい。その一方、一定間隔で連続的に整列する物体でも、その整列ラインから一定距離以上はみ出ている物体についてはやはり逸脱回避の対象としてもよい。たとえば、ガードレールの支柱が内側に折れ曲がっているときには、その折れ曲がっているガードレールの支柱については逸脱回避の対象としてもよい。

また、レーダー１３４やカメラ１０２により先行車両の走行軌道を求めてもよい。静止障害物１０８が検出され、かつ、前方車両がその静止障害物１０８を回避する軌道にて走行しているときには、たとえば、図５のＳ１４、Ｓ１８において衝突可能性が高いと早めに判定してもよい。具体的には、車両１００が静止障害物１０８に衝突するまでに要する時間Ｕと比較される閾値Ｙ１，Ｙ２をより大きな値に設定することで、早期に衝突可能性があると判定してもよい。このような処理方法によれば、動物の死骸など比較的小さな静止障害物１０８であっても、早期に回避の必要性を認識できる。すなわち、カメラ１０２やレーダー１３４によって静止障害物１０８を直接的に認識するだけでなく、先行車両の動きという間接的な情報も参照することで、回避要否をより早期かつ正確に認識しやすくなる。

本実施形態においては、フロントパネルの画像表示により警告するとして説明したが、音声で警告してもよい。あるいは、ステアリングやシートのバイブレーション等、触覚により警告してもよい。

１００ 車両、 １０２ カメラ、 １０４ 境界線、 １０６ 車両制御装置、 １０８ 静止障害物、 １１０ 境界検出部、 １１２ 逸脱判定部、 １１４ 操舵角センサ、 １１６ ヨーレートセンサ、 １１８ 車輪パルスセンサ、 １２０ 走行予測部、 １２２ 警報デバイス、 １２４ ギア可変ステアリング、 １２６ 障害物判定部、 １２８ 基準変更部、 １３０ 回避制御部、 １３２ 逸脱警告部、 １３４ レーダー、 １３６ 車両制御システム、 １３８ センサユニット、 １４０ 制御デバイス、 ＳＲ サーチ範囲、 ＢＬ 基準線。

Claims (1)

1. 走行車線の境界線を検出する境界検出部と、
   自車両の走行軌道および前記境界線の位置に基づいて、自車両が前記境界線から逸脱する可能性の高さを判定し、自車両が前記境界線から逸脱する可能性が高いと判定されたときに前記境界線からの逸脱方向を示す第１制御信号を送る逸脱判定部と、
   前記第１制御信号を前記逸脱判定部から受け取ったとき、自車両の逸脱方向を警告する逸脱警告部と、
   走行車線上の静止障害物を検出し、自車両が前記静止障害物に衝突する可能性の高さを判定し、自車両が前記静止障害物に衝突する可能性が高いと判定されたときに前記静止障害物への衝突方向を逸脱方向として指定する第１制御信号を前記逸脱警告部に送る衝突判定部と、を備え、
   前記逸脱警告部は、更に、自車両が前記静止障害物に衝突する可能性が高いと判定されたとき、前記静止障害物への衝突方向を前記逸脱方向として警告することを特徴とする車両制御装置。

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