以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、車両1の機能部の接続関係を示したブロック図である。車両1は、撮像装置10と、車外環境認識装置20と、車両制御装置(ECU:Engine Control Unit)50とを含んで構成される。
撮像装置10は、CCD(Charge-Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の撮像素子を含んで構成され、車両(自車両)1の前方の環境を撮像し、カラー画像やモノクロ画像を生成することができる。ここで、カラー値は、1つの輝度(Y)と2つの色差(UV)からなる、または、3つの色相(R(赤)、G(緑)、B(青))からなる数値群である。ここでは、撮像装置10で撮像されたカラー画像やモノクロ画像を輝度画像と呼び、後述する距離画像と区別する。
また、撮像装置10は、車両1の進行方向側において2つの撮像装置10それぞれの光軸が略平行になるように、略水平方向に離隔して配置される。撮像装置10は、輝度画像を例えば1/60秒のフレーム毎(60fps)に連続して生成する。
車外環境認識装置20は、2つの撮像装置10から輝度画像を取得し、取得した輝度画像に基づいて特定物を特定する。ここで、特定物は、車両、人(歩行者)、信号機、道路、道路の白線、ガードレールといった独立して存在する物のみならず、テールランプやウィンカー、信号機の各点灯部分等、独立して存在する物の一部として特定できる物も含む。車外環境認識装置20によって特定された特定物の情報は、少なくとも衝突回避制御、クルーズコントロールなどの自動運転処理に用いられる。
以下、車外環境認識装置20の構成について詳述する。ここでは、本実施形態に特徴的な白線の特定手順について詳細に説明し、本実施形態の特徴と無関係の構成については説明を省略する。
図2は、車外環境認識装置20の概略的な機能を示した機能ブロック図である。図2に示すように、車外環境認識装置20は、インターフェース部22と、データ保持部24と、中央制御部26とを含んで構成される。インターフェース部22は、撮像装置10、車両制御装置(操舵制御部)50との双方向の情報交換を行うためのインターフェースである。データ保持部24は、RAM、フラッシュメモリ、HDD等で構成され、以下に示す各機能部の処理に必要な様々な情報を保持する。
中央制御部26は、中央処理装置(CPU)、プログラム等が格納されたROM、ワークエリアとしてのRAM等を含む半導体集積回路で構成され、システムバス28を通じて、インターフェース部22、データ保持部24等を制御する。また、本実施形態において、中央制御部26は、画像処理部30、3次元位置情報生成部32、グループ化部34、道路特定部36、白線検出部38、舵角導出部40としても機能する。
画像処理部30は、2つの撮像装置10から取得した輝度画像に基づいて、距離画像を生成する。
図3は、輝度画像Aと距離画像Bを説明するための説明図である。例えば、2つの撮像装置10を通じ、検出領域Cについて図3(a)のような輝度画像Aが生成されたとする。ただし、ここでは、理解を容易にするため、2つの輝度画像Aの一方のみを模式的に示している。画像処理部30は、このような輝度画像Aからブロック毎の視差を求め、図3(b)のような距離画像Bを形成する。距離画像Bにおける各ブロックには、そのブロックの視差が関連付けられている。ここでは、視差が導出されたブロックを黒のドットで表している。
図2に示す3次元位置情報生成部32は、輝度画像Aに基づくブロックの輝度値(カラー値)、および、距離画像Bに基づいて、ブロックの実空間における3次元の位置情報を導出する。ここで、相対距離は、距離画像Bにおけるブロック毎の視差情報を、所謂ステレオ法を用いて3次元の位置情報に変換することで求められる。
グループ化部34は、カラー値が等しく3次元の位置情報が近いブロック同士を対象物としてグループ化する。こうして、車外環境認識装置20は、車両1前方の検出領域における対象物がどの特定物であるかを特定する。
道路特定部36は、対象物が、予め定められた道路に相当する所定の条件を満たしていれば(例えば、白線、他車両、ガードレール等の路側用対象物との位置関係が特定物「道路」に相当すれば)、その対象物を特定物「道路」と特定する。
白線検出部38は、距離画像Bにおける3次元位置や輝度画像Aに基づく輝度値(カラー値)に基づいて、特定した道路表面上の白線を特定する。ここで、特定対象には、黄色線が含まれる。また、白線、黄色線の破断線も特定対象とする。以下、白線という場合、黄色線、破断線(白線、黄色線)も含むものとする。
白線検出部38は、例えば、グループ化部34によって道路表面上でグループ化され、かつ、予め設定された白線の輝度範囲に含まれる色であり、道路表面を進路前方に延在しているものを、白線として検出する。ここでは、白線検出部38は、撮像装置10の画像データに基づいて白線を検出する場合について説明したが、例えば、レーザなど他の手段によって白線を検出してもよい。
舵角導出部40は、白線検出部38によって検出された白線に基づいて、車両1が走行している道路の車線上のカーブを検出する。具体的に、舵角導出部40は、輝度画像Aの中央を基準として、最も中央側の左右の白線内の道路を、車両1が走行する走行車線として検出する。そして、舵角導出部40は、検出した走行車線の幅方向の中央のラインを導出し、中央のラインの湾曲が、進行方位に対して予め設定された閾値以上の曲率で湾曲していると、進路前方がカーブしていると判定する。舵角導出部40は、進路前方がカーブしている場合、検出した走行車線の幅方向の中央のラインのカーブ半径を導出する。
そして、舵角導出部40は、導出されたカーブ半径、車両1の速度、現在の操舵角などに基づいて、現在から所定時間後までの適切な操舵角(操舵角の推移)を導出する。なお、ここでは、舵角導出部40は、白線に基づいて操舵角を導出する場合について説明した。ただし、舵角導出部40は、例えば、対象物が、特定物「先行車両」、特定物「対向車両」、特定物「歩行者」などに特定されたとき、これらの特定物との衝突を回避するために必要な操舵角を導出してもよい。
上記の車両制御装置50の処理は、上記の自動運転処理中、繰り返し実行される。
図1に示す車両制御装置50は、ハンドル(ステアリングホイール)100、アクセルペダル52、ブレーキペダル54を通じて運転手の操作入力を受け付け、操舵機構60、駆動機構62、制動機構64に伝達することで車両1を制御する。また、車両制御装置50は、衝突回避制御、クルーズコントロールなどの自動運転処理中、車外環境認識装置20の指示に従い、操舵機構60、駆動機構62、制動機構64を制御する。
操舵機構60は、ハンドル100の操舵角に応じて車体に対する前輪の角度を変える。また、操舵機構60は、不図示の操舵用モータを備え、自動運転処理中、舵角導出部40が導出した操舵角に応じて操舵用モータが駆動することで、車体に対する前輪の角度(操舵角)を変える。このとき、車両制御装置50は、操舵制御部として機能する。車両制御装置50は、舵角導出部40が導出した操舵角に応じてハンドル100を操舵する。
図4は、ハンドル100を説明するための図である。図4(a)には、ハンドル100を回転軸方向に見た正面図を示す。図4(b)には、図4(a)の破線部分のハンドル100内部の構造を示す。
図4(a)に示すように、ハンドル100は、環状の本体部110を有する。本体部110は、不図示のステアリングシャフトと一体回転する。本体部110の回転は、例えばステアリングシャフトなどを介して前輪に伝達される。また、自動運転処理中、上記の操舵用モータが駆動することで、ハンドル100の本体部110が回転する。
また、ハンドル100には、変位機構130が設けられる。変位機構130は、外形が大凡円形の変位部140を有する。本体部110と変位部140は、回転軸中心が同軸の状態で、本体部110に変位部140が内接する。すなわち、本体部110の径方向内側に変位部140が配される。
変位部140は、中央部142、外周部144、スポーク部146を有する。中央部142は、変位部140のうち、径方向内側に位置する部位である。外周部144は、中央部142よりも径方向外側に位置する環状部である。スポーク部146は、変位部140の周方向に離隔して複数設けられる。スポーク部146は、中央部142と外周部144を連結する。
また、図4(b)に示すように、変位機構130は、第1ギヤ部150、モータ152、第2ギヤ部154を有する。第1ギヤ部150およびモータ152は、変位部140の内部に設けられる。第1ギヤ部150は、モータ152のシャフト152aに取り付けられる外歯車である。第1ギヤ部150およびシャフト152aは、本体部110に対して相対回転する。第1ギヤ部150は、モータ152の動力によって回転する。モータ152は、車両制御装置50の制御に応じて駆動する。
第2ギヤ部154は、本体部110の内周面110aに設けられる内歯車である。第1ギヤ部150と第2ギヤ部154は噛み合っている。第1ギヤ部150が回転すると、第2ギヤ部154が回転する。すなわち、モータ152の動力によって、変位部140が本体部110に対して相対回転する。
図5は、変位部140の動作を説明するための図である。図5では、本体部110の回転方向の位置を明示するため、本体部110の一部をハッチングで示す。図5(a)に示すように、直進時の本体部110および変位部140は、基準位置に配されるものとする。このとき、操舵角は0度となる。
自動運転処理において、舵角導出部40が、所定時間後の適切な操舵角として、ハンドル100を図5中、時計回りに45度回転させる値を導出したとする。この場合、図5(b)に示すように、ハンドル100の本体部110が動く前に、変位部140が先行して時計回りに回転する。具体的には、車両制御装置50は、モータ152を駆動させて、変位部140を、本体部110に対して、図5中、時計回りに45度分だけ相対回転させる。
その後、図5(c)に示すように、本体部110が変位部140に追従する形で、図5中、時計回りに45度回転する。具体的には、車両制御装置50は、操舵機構60の上記操舵用モータを駆動させて操舵角を変える。すなわち、本体部110が回転し、車体に対する前輪の角度が右折方向に変わる。
同時に、車両制御装置50は、モータ152を駆動させて、変位部140を、本体部110に対して、図5中、反時計回りに45度分だけ相対回転させる。そうすると、本体部110の回転によって変位部140の回転が相殺される。変位部140が止まったまま、本体部110が変位部140に追従する形で、図5中、時計回りに45度回転する。
このように、車両1では、ハンドル100の本体部110に設けられた変位部140が、所定時間後の操舵角に基づいて、本体部110に対して相対変位する。そのため、運転手は、変位部140の相対変位によって、所定時間後までの操舵角の変化の向きを直観的に把握することができる。その結果、操舵角の不要な急変や、カーブにもかかわらず操舵角が変化しないなどの事態を予め把握できる安心感に繋がり、自動運転時の運転手の緊張を緩和することが可能となる。
また、車両制御装置50は、所定時間後の操舵角と、現在の操舵角との差分である差分操舵角に応じた変位量で、変位部140を相対変位させる。
図6は、差分操舵角について説明するための図である。図6(a)、図6(b)では、横軸に時間、縦軸に操舵角を示す。図6(a)において、所定時間T後の操舵角を操舵角X、現在の操舵角を操舵角Yとする。図6(b)において、差分操舵角を差分操舵角Zとする。
図6(a)に示すように、所定時間T後の操舵角Xが変化する場合、現在の操舵角Yが所定時間T分だけ遅れて操舵角Xに追従する。そうすると、各時点における差分操舵角Z(所定時間T後の操舵角X−現在の操舵角Y)は、図6(b)に示すように変化する。
図5(a)〜図5(c)に示す例では、理解を容易とするため、所定時間T後の操舵角が、時間の経過に拘わらず一定の場合を例に挙げて説明した。しかし、実際には、図6(a)、図6(b)に示すように、所定時間T後の操舵角Xは、時間経過に伴って変化する。その結果、現在の操舵角Yおよび差分操舵角Zも時間経過に伴って変化する。
車両制御装置50は、所定時間T後の操舵角Xと、現在の操舵角Yとの差分である差分操舵角Zに応じた変位量で、変位部140を相対変位(相対回転)させる。
差分操舵角Zは、現在の操舵角Yに対して所定時間T後の操舵角Xが相対的にどれだけ回転した位置となっているかを示すものである。変位部140が、本体部110(現在の操舵角Yとなっている)に対して、差分操舵角Zだけ相対回転することで、変位部140は、所定時間T後の本体部110の回転位置を示す。
このように、変位部140が、差分操舵角Zに応じた変位量で、本体部110に対して相対変位することで、運転手に対して、変位部140の本体部110に対する相対位置から、所定時間T後の操舵角Xを直観的に把握させることが可能となる。ここでは、変位部140が本体部110に対して相対回転することから、所定時間T後の操舵角Xが一層把握しやすくなる。
図7は、車両制御処理の流れを示すフローチャートである。図7に示す処理は、例えば、自動運転処理中、所定周期で繰り返し実行される。
(S200)
舵角導出部40は、例えば、特定物「白線」、特定物「先行車両」、特定物「対向車両」、特定物「歩行者」などに基づいて、現在から所定時間T後までの適切な操舵角を導出する。
(S202)
車両制御装置50は、所定時間T後の操舵角Xと、現在の操舵角Yとの差分である差分操舵角Zを導出する。
(S204)
車両制御装置50は、操舵機構60の操舵用モータを駆動させて、S200で導出された操舵角となるように、操舵角を制御する。
(S206)
車両制御装置50は、S202で導出された差分操舵角Zに応じた変位量で、変位部140を本体部110に対して相対回転させる。
図8は、第1変形例のハンドル300を説明するための図である。図8(a)には、ハンドル300を回転軸方向に見た正面図を示す。図8(b)、図8(d)には、図8(a)の破線部分のハンドル300の内部構造を、図8(a)に対して反時計回りに90度回転して示す。図8(c)には、ハンドル300の図8(a)のVIIIc矢視図を示す。ここで、図8(b)、図8(d)は、図8(c)におけるVIIIb−VIIIb線断面である。ただし、図8(b)、図8(d)では、本体部310、変位部340、端部材350の断面構造の図示は省略する。
図8(a)に示すハンドル300の本体部310の外周面310aには、図8(c)に示すように、外周溝312が形成されている。外周溝312には、図8(b)に示すように、変位機構330が設けられる。変位機構330は、変位部340および2つの端部材350を有する。
変位部340は、例えば、ベルト状の弾性部材で構成される。変位部340は、外周溝312の内部に外周溝312に沿って配される。端部材350は、変位部340のうち、本体部310の周方向の両端に設けられる。端部材350には、モータが収容されている。外周溝312には、本体部310の周方向に延在するレール(不図示)が形成されている。端部材350は、モータの動力により、外周溝312のレール上を本体部310の周方向に摺動可能である。
例えば、2つの端部材350の距離が近づくと、図8(d)に示すように、変位部340が弾性変形し、変位部340のうち、本体部310の周方向の中央部342が、本体部310の径方向外側に突出する。また、2つの端部材350が、本体部310の周方向の同方向に移動することで、変位部340が、本体部310の周方向に移動可能である。
ここでは、ハンドル300のうち、図8(a)中、右側に設けられた変位機構330について説明したが、図8(a)中、左側にも同様の変位機構330が設けられる。図8(a)中、左側に設けられた変位機構330の変位部340の中央部342は、図8(d)に示すように突出した状態で、例えば、図8(a)に示す回転範囲αの範囲で移動可能である。同様に、図8(a)中、右側に設けられた変位機構330の変位部340の中央部342は、図8(d)に示すように突出した状態で、例えば、図8(a)に示す回転範囲βの範囲で移動可能である。
ここでは、回転範囲α、βとして、例えば、ハンドル300のうち、水平方向(図8(a)中、左右方向)の両端部を含む範囲を例示したが、回転範囲α、βは、本体部310の周方向のいずれの範囲であってもよい。
図9は、変位部340の動作を説明するための図である。図9(a)に示すように、直進時の本体部310および変位部340は、基準位置に配されるものとする。このとき、操舵角は0度となる。上述した実施形態と同様、舵角導出部40が、所定時間T後の適切な操舵角として、ハンドル300を図9中、時計回りに45度回転させる値を導出する。
この場合、図9(b)に示すように、ハンドル300の本体部310が動く前に、変位部340が先行して相対変位する。具体的に、変位部340は、本体部310が所定時間T後までに回転する方向と同じ方向(時計回り)に回転する。すなわち、変位部340は、所定時間T後の操舵角Xが示す本体部310の回転方向に、本体部310に対して相対回転する。同時に、変位部340は、本体部310の径方向外側に突出する。このとき、変位部340の突出量(変位量)は、例えば、差分操舵角Zに応じたものに制御される。
その結果、運転手がハンドル300に添えていた手に、変位部340の中央部342が、所定時間T後の操舵角Xが示す本体部310の回転方向に当接することが期待される。そのため、運転手は、変位部340が手に当接することで、所定時間T後までの操舵角の変化の向きを直観的に把握することができる。仮に、変位部340が運転手の手に触れなかったとしても、所定時間T後までの操舵角の変化の向きが視覚的に把握される。
また、変位部340が差分操舵角Zに応じた突出量で相対変位するため、運転手は、変位部340の突出量によって、所定時間T後の操舵角X(所定時間T内の操舵角の変化)を直観的に把握することが可能となる。
その後、図9(c)に示すように、本体部310の回転に伴って差分操舵角Zが0に近づいていくに連れて、変位部340の突出量が0に近づいて、やがて図9(d)に示すように0となる。
図10は、第2変形例のハンドル400を説明するための図である。図10(a)には、ハンドル400を回転軸方向に見た正面図を示す。図10(b)、図10(d)には、図10(a)の破線部分のハンドル400の内部構造を、図10(a)に対して反時計回りに90度回転して示す。図10(c)には、ハンドル400の図10(a)のXc矢視図を示す。ここで、図10(b)、図10(d)は、図10(c)におけるXb−Xb線断面である。
図10(a)に示すハンドル400の本体部410の外周面410aには、図10(c)に示すように、外周溝412が形成されている。外周溝412には、図10(b)に示すように、変位機構430が設けられる。変位機構430は、変位部440、摺動部450を有する。
変位部440は、摺動部450に対して本体部410の径方向外側に配される。摺動部450には、モータが収容されている。外周溝412には、本体部410の周方向に延在するレール(不図示)が形成されている。摺動部450は、モータの動力により、図10(d)に示すように、外周溝412のレール上を本体部410の周方向に摺動可能である。
また、摺動部450には、直動アクチュエータが収容されており、直動アクチュエータのロッド部452の先端に変位部440が固定されている。直動アクチュエータが駆動して、摺動部450からロッド部452が、本体部410の径方向外側に延出されると、図10(d)に示すように、変位部440は、本体部410の径方向外側に突出する。
ここでは、ハンドル400のうち、図10(a)中、右側に設けられた変位機構430について説明したが、図10(a)中、左側にも同様の変位機構430が設けられる。図10(a)中、左側に設けられた変位機構430の変位部440は、図10(d)に示すように突出した状態で、例えば、図10(a)に示す回転範囲αの範囲で移動可能である。同様に、図10(a)中、右側に設けられた変位機構430の変位部440は、図10(d)に示すように突出した状態で、例えば、図10(a)に示す回転範囲βの範囲で移動可能である。回転範囲α、βは、上述した第1変形例と同様、本体部410の周方向のいずれの範囲であってもよい。
図11は、変位部440の動作を説明するための図である。図11(a)に示すように、直進時の本体部410および変位部440は、基準位置に配されるものとする。このとき、操舵角は0度となる。上述した実施形態と同様、舵角導出部40が、所定時間T後の適切な操舵角として、ハンドル400を図11中、時計回りに45度回転させる値を導出する。
この場合、図11(b)に示すように、ハンドル400の本体部410が動く前に、変位部440が先行して相対変位する。具体的に、変位部440は、本体部410が所定時間T後までに回転する方向と同じ方向(時計回り)に回転する。すなわち、変位部440は、所定時間T後の操舵角Xが示す本体部410の回転方向に、本体部410に対して相対回転する。同時に、変位部440は、本体部410の径方向外側に突出する。このとき、変位部440の突出量(変位量)は、例えば、差分操舵角Zに応じたものに制御される。
その結果、運転手がハンドル400に添えていた手に、所定時間T後の操舵角Xが示す本体部410の回転方向に変位部440が当接することが期待される。そのため、運転手は、変位部440が手に当接することで、所定時間T後までの操舵角の変化の向きを直観的に把握することができる。仮に、変位部440が運転手の手に触れなかったとしても、所定時間T後までの操舵角の変化の向きが視覚的に把握される。
また、変位部440が差分操舵角Zに応じた突出量で相対変位するため、運転手は、変位部440の突出量によって、所定時間T後の操舵角X(所定時間内の操舵角の変化)を直観的に把握することが可能となる。
その後、図11(c)に示すように、本体部410の回転に伴って差分操舵角Zが0に近づいていくに連れて、変位部440の突出量が0に近づいて、やがて図11(d)に示すように0となる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上述した実施形態および変形例では、変位部140、340、440は、差分操舵角Zに応じた変位量で相対変位する場合について説明した。ただし、変位部140、340、440は、差分操舵角Z以外のパラメータに応じた変位量で相対変位してもよいし、常に一定の変位量で相対変位してもよい。
なお、本明細書の車両制御処理の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。