JP7169121B2 - 車両連結支援装置、車両連結支援方法、及び車両連結支援システム - Google Patents
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Description
しかし、特許文献1には、カメラの画像からトレーラに設けた連結部の位置を求めることは開示されているが、位置検出の具体的方法の開示がなく、位置検出の誤差や失敗によって連結支援が十分に機能しなくなるおそれがあった。
また、別の態様においては、前記第2モードで手動により前記第1連結部と前記第2連結部とを連結するときに前記外界認識センサによって取得された画像を記録し、手動による前記第1連結部と前記第2連結部との連結が完了したら前記画像パターンの学習処理を開始する。
図1は、本発明に係る車両連結支援システムを備えた車両10の構成図である。
車両10は、左右一対の前輪11,11、左右一対の後輪12,12を備えた4輪車両であって、トレーラ20(被牽引車)を牽引する牽引車である。
車両10とトレーラ20とは連結部(連結器)30によって連結する。
連結支援制御ユニット40は、CPU,ROM,RAMなどを含むマイクロコンピュータを備える電子制御装置であって、車両10とトレーラ20との連結を支援するための制御を実施する車両連結支援装置(コントローラ)である。
そして、連結支援制御ユニット40は、目標舵角の信号(舵角指令)を、電動パワーステアリング装置13(操舵アクチュエータ)を制御する操舵コントローラである操舵制御ユニット14に出力する。
つまり、連結支援制御ユニット40は、前輪11,11の舵角を制御することで、車両10をトレーラ20との連結位置まで誘導し、連結作業が容易に行えるように支援する。
そして、連結支援制御ユニット40は、連結支援制御の一部として、車両10のドライバへの通知事項などをインフォメーションディスプレイ50に表示する機能を有する。
また、車両10の後部には、外界認識センサとして、車両10の後方を撮影するカメラ(撮像装置)であるリアカメラ60を搭載してある。
連結部30は、車両10の後部に設置されたヒッチボール30A(第1連結部)と、トレーラ20から前方に延びるアーム20Aの先端に設けられ、ヒッチボール30Aに係脱可能に連結するヒッチカプラ30B(第2連結部)とで構成される。
なお、リアカメラ60は、車両10に設けたヒッチボール30Aが画面の所定位置に映るように画角、設置高さ、設置角度などが調整されて、車両10の後部に搭載される。
連結支援制御ユニット40は、リアカメラ60からの画像信号、前輪舵角センサ15からの前輪操舵角信号αを入力する。
更に、連結支援制御ユニット40は、車両10の走行速度(車速)を検出する車速センサ16からの車速信号V、車両10のヨーレートを検出するヨーレートセンサ17からのヨーレート信号γ、車両10の変速機のギア位置(シフト位置)を検出するギア位置センサ18からのギア位置信号(シフト位置信号)GP、車両10のドライバが連結支援制御に関する指令入力を行うためのマルチスイッチ(連結支援操作スイッチ)19の出力信号などを入力する。
ドライバは、マルチスイッチ19の操作によって、連結支援の実施指示(自動操舵の実施指示)や、連結支援の初期化指示(リセット指示、画像パターンの学習指示)を行う。
そして、ドライバが“Hitching Assist”ボタン(運転支援実行スイッチ)を押すと、連結支援の実施要求を示す信号が連結支援制御ユニット40に出力され、ドライバが“Initialize”ボタン(運転支援初期化スイッチ)を押すと、連結支援の初期化指示を示す信号が連結支援制御ユニット40に出力される。
自車挙動算出部40Aは、車速信号V、ヨーレート信号γ、前輪操舵角信号αなどに基づいて、連結支援中における車両10(自車)の挙動を算出する。
モード設定部40Cは、ギア位置信号GP、マルチスイッチ19の出力信号(ドライバによる連結支援に関する指令)などに基づき連結支援制御のモード設定を行う。
横制御部40Eは、画像処理部40Bでの画像処理の結果、自車挙動算出部40Aが算出した自車挙動、目標軌跡生成部40Dが生成した目標軌跡に基づき、目標軌跡に沿って車両10を後退させるための前輪11,11の目標舵角を設定し、この目標舵角の信号(舵角指令)を操舵制御ユニット14に出力する。
なお、図4-図8のフローチャートに示すルーチンは、所定時間(例えば50ms)毎に実行されるタイマ割り込み処理である。
ここで、連結支援制御ユニット40への電源投入の1回目である場合、連結支援制御ユニット40は、ヒッチカプラ30Bの画像パターンが学習済みであるか否かを区別するための学習フラグFHKに、未学習状態であることを示す零をセットする(FHK=0)。
また、車両10の運転スイッチ(パワースイッチ、イグニッションスイッチ、エンジンスイッチ)がオンされた後(電源投入後)の初回の処理タイミングである場合、連結支援制御ユニット40は、ギア位置毎の制御状態を表す変数P_m、R_mを、それぞれ初期状態を示す零にリセットする(P_m=0、R_m=0)。
また、連結支援制御ユニット40は、ステップS103で、リアカメラ60の画像を読み込む。
更に、連結支援制御ユニット40は、ステップS104で、マルチスイッチ19の指令信号、つまり、連結支援に関するドライバの意図(連結支援の実施、連結支援の初期化など)を示す指令信号を読み込む。
ここで、連結支援制御ユニット40は、車両10のギア位置がPレンジである場合はステップS106に進み、車両10のギア位置がRレンジである場合はステップS113に進み、車両10のギア位置がPレンジではなくかつRレンジでもない場合はステップS131に進む。
連結支援制御ユニット40は、P_m=0である場合はステップS108に進み、P_m=1、かつ、R_m=0である場合はステップS107に進み、P_m=1、かつ、R_m=1である場合はステップS117に進む。
・表示内容107:「ブレーキを踏んでRレンジに入れてください。」
一方、連結支援制御ユニット40は、P_m=0であってステップS108に進むと、下記の2つの表示内容108-1,108-2をインフォメーションディスプレイ50に表示させる。
・表示内容108-1:「連結支援を行う場合は“Hitching Assist”ボタンを押してください。」
・表示内容108-2:「トレーラ変更の場合は“Initialize”ボタンを押してください。」
そして、連結支援制御ユニット40は、“Initialize”ボタンが押されている場合はステップS110に進み、“Hitching Assist”ボタンが押されている場合はステップS112に進み、“Initialize”ボタン及び“Hitching Assist”ボタンが押されていない無操作の状態であればステップS131に進む。
次いで、連結支援制御ユニット40は、ステップS111に進み、下記の表示内容111をインフォメーションディスプレイ50に表示させる。
・表示内容111:「学習状態を初期化しました。」
なお、連結支援制御ユニット40は、ステップS109で“Hitching Assist”ボタンが押されていることを検知した場合、ステップS110及びステップS111を迂回してステップS112に進み、前述した変数P_mの設定を行う。
連結支援制御ユニット40は、ステップS112で変数P_mの設定を行った後、ステップS131に進み、デジタルフィルタ演算に用いる過去値の更新など、本ルーチンの次回実行時に備えた各種演算処理を行ってから、本ルーチンを終了させる。
連結支援制御ユニット40は、ステップS113で、学習フラグFHKに基づき、ヒッチカプラ30Bの画像パターン(形状)が学習済みであるか否かを判断する。
連結支援制御ユニット40は、学習フラグFHKが零であればヒッチカプラ30Bの画像パターンが未学習であると判断し、学習フラグFHKが1であればヒッチカプラ30Bの画像パターンが学習済みであると判断する。
連結支援制御ユニット40は、ステップS114で、下記の3つの表示内容114-1-114-3をインフォメーションディスプレイ50に表示させる。
・表示内容114-1:「ヒッチングの学習を終えていないため、支援できません。」
・表示内容114-2:「ご自身で連結位置まで移動してください。」
・表示内容114-3:「連結可能な位置に移動したら、Pレンジに入れてください。」
上記ステップS114での表示処理は、画像パターンが取得されていない状態で、車両10のドライバへ手動による連結を促す通知をする機能(第2モード)である。
ここで、連結支援制御ユニット40は、リアカメラ60の画像を録画するときに、撮影が行われたときの車両10の挙動情報(ヨーレートやピッチレートなど)を画像に対応付けて記録する。
更に、連結支援制御ユニット40は、ステップS116に進み、変数R_mを1にする設定を行った後、ステップS131に進む。
連結支援制御ユニット40は、ステップS117において、今回ステップS103で得たリアカメラ60の画像からヒッチボール30Aが隠れたか否かを判断する。
したがって、連結支援制御ユニット40は、画像からヒッチボール30Aが隠れたときに、手動によってヒッチボール30Aにヒッチカプラ30Bが連結したこと、更に、ヒッチボール30Aが映っていた領域にヒッチカプラ30Bが映っていることを推定できる。
したがって、ヒッチボール30Aとヒッチカプラ30Bとが連結したときに、例えば、ドライバがボタン操作を行って連結支援制御ユニット40に認知させる必要はなく、ドライバの操作負担を軽減できる。
また、連結支援制御ユニット40は、手動によるヒッチボール30Aとヒッチカプラ30Bとの連結が完了してリアカメラ60の画像からヒッチボール30Aが隠れ、ヒッチカプラ30Bの画像パターンの学習処理が可能状態になると、ステップS118に進んで学習処理を開始する。
そこで、連結支援制御ユニット40は、ステップS118で、リアカメラ60の画像におけるヒッチボール30Aの位置に基づき、手動による連結において録画した画像からヒッチカプラ30Bの画像領域(形状)を抽出し、当該画像領域をヒッチカプラ30Bの画像パターンとしてメモリに記録する、画像パターンの学習処理を実施する。
換言すれば、連結支援制御ユニット40は、ヒッチボール30Aが隠れたときの画像を起点とし、取得したヒッチカプラ30Bの画像パターンに基づき時間的に遡った画像からヒッチカプラ30Bを探索して新たに画像パターンを取得する処理を繰り返し、リアカメラ60からヒッチカプラ30Bまでの距離が異なる複数条件での画像パターンを取得する。
ここで、連結支援制御ユニット40は、リアカメラ60の画像とともに記録した車両10の挙動情報(ヨーレートやピッチレートなど)に基づき、画像パターンの学習を実施するか中止するかを判断することができる。
そこで、連結支援制御ユニット40は、リアカメラ60の画像を録画したときの車両10の挙動変化が所定よりも大きかった場合は学習を中止し、車両10の挙動変化が所定よりも小さいときに撮影した高画質の画像に基づき画像パターンを学習することで、画像パターンの学習データの精度低下を抑止する。
また、ヒッチボール30Aが隠れたとき(連結完了時)を起点とし、ヒッチカプラ30Bの領域を前回画像での抽出領域に基づき探索する処理を繰り返して、車両10からより遠い位置での画像パターンを順次学習するので、手動による1回の連結によって、車両10からの距離が異なる条件毎のヒッチカプラ30Bの画像パターンを高い確度で一括して学習できる。
そして、画像パターンの学習が完了した場合、連結支援制御ユニット40は、ステップS120に進み、学習フラグFHKに、学習済状態であることを示す1をセットする(FHK=1)。
更に、連結支援制御ユニット40は、次のステップS121で、下記の表示内容121をインフォメーションディスプレイ50に表示させた後、ステップS131に進む。
・表示内容121:「学習が完了しました。次回から連結支援が可能です。」
つまり、連結支援制御ユニット40は、ヒッチカプラ30Bの画像パターンの学習が完了し、画像パターンを用いたヒッチカプラ30Bの位置検出に基づく連結支援が実施できるようになったことを、表示内容121によってドライバに認知させる。
・表示内容122-1:「学習に失敗したため、次回も支援できません。」
・表示内容122-2:「日照条件を変更、後退操作を穏やかにして再度学習してください。」
つまり、連結支援制御ユニット40は、ヒッチカプラ30Bの画像パターンの取得に失敗したときに、上記の表示内容122-2をインフォメーションディスプレイ50に表示させることで、車両10のドライバへ手動連結の条件変更を促す通知をする。
連結支援制御ユニット40は、ステップS123で、変数R_mが0であるか1であるか2であるかを判別する。
変数R_mは、後述するように、車両10をトレーラ20との連結位置に向けて移動させるための目標軌跡を生成したときにR_m=2に設定され、R_m=1である状態は目標軌跡が生成されていないことを示す。
このため、連結支援制御ユニット40は、R_m=1であるときは、ステップS124以降に進んで目標軌跡の生成処理を実施する。
そして、連結支援制御ユニット40は、1組の縦エッジとその間の横エッジが検出できた場合、学習したヒッチカプラ30Bの画像パターンを用いたパターンマッチングによって、1組の縦エッジの間における画像領域から、ヒッチカプラ30Bの画像パターンとの相関が最も高い領域をヒッチカプラ30Bの画像領域として検出し、ヒッチカプラ30Bの位置及び角度を求める。
ここで、連結支援制御ユニット40は、ヒッチカプラ30Bの位置を原点とする座標系における自車位置及び自車角度を求め、車両10を後退させてヒッチボール30Aをヒッチカプラ30Bに接近させるための目標軌跡を生成する。
なお、連結支援制御ユニット40による目標軌跡の生成については、後で詳細に説明する。
これにより、連結支援制御ユニット40は、次回以降にステップS123に進んだときにR_m=2であることを判断して、ステップS127に進む。
連結支援制御ユニット40は、ステップS127で、目標軌跡に追従するための目標横加速度Gyを、車両10のスリップ角β、車速Vなどに基づいて算出する。
更に、連結支援制御ユニット40は、ステップS129で自車位置を更新し、また、ステップS130でヒッチボール30Aの位置を更新する。
なお、連結支援制御ユニット40による舵角指令の演算、自車位置及びヒッチボール30Aの位置の更新処理については、後で詳細に説明する。
そして、連結支援制御ユニット40は、ヒッチカプラ30Bの画像パターンを学習すると、連結支援を実施できる状態になり、ドライバによる支援要求があると連結支援を実施する。
したがって、車両10は、連結支援制御ユニット40による操舵制御によって、ヒッチボール30Aがヒッチカプラ30Bと連結する位置にまで高精度に後退し、ドライバ1人でも車両10とトレーラ20との連結を容易に行える。
なお、図8のステップS123-ステップS128での処理は、概略すると、予め取得してあるヒッチカプラ30Bの画像パターンに基づいてリアカメラ60の画像からヒッチカプラ30Bの位置を検出し、検出したヒッチカプラ30Bの位置に基づいて車両10とトレーラ20との連結を支援するための操舵指令、換言すれば、車両10のヒッチボール30Aをトレーラ20のヒッチカプラ30Bに向けて移動させるための操舵指令を、操舵制御ユニット14(操舵コントローラ)に出力する機能(第1モード)である。
図9の連結支援システムにおいて、リアカメラ60は、撮影した画像の信号を連結支援制御ユニット40に出力する。
ヒッチカプラ検出部41は、予め学習してあるヒッチカプラ30Bの画像パターンとリアカメラ60の画像との照合に基づいてヒッチカプラ30Bを認識してヒッチカプラ30Bの位置、角度を求め、求めたヒッチカプラ30Bの位置、角度の情報を目標軌跡生成部42に出力する。
舵角指令生成部43は、自車を目標軌跡に追従させるための舵角指令、換言すれば、車両10とトレーラ20との連結を支援するための操舵指令を求め、求めた舵角指令(操舵指令)を、電動パワーステアリング装置13を制御する操舵制御ユニット14(操舵コントローラ)に出力する。
図10は、目標軌跡の座標系の取り方を表す。
目標軌跡生成部42は、トレーラ20のヒッチカプラ30Bの位置を原点とし、トレーラ20の前後方向(X軸)とトレーラ20の左右方向(Y軸)とを座標軸とする直交座標系を設定する。
したがって、図10に示す車両位置の場合、車両10の前後軸の角度θは、負の値として表す(-90deg<θ<0)。
目標軌跡生成部42は、ヒッチカプラ検出部41からヒッチカプラ30Bの認識結果(位置、角度)を受け取ると、ヒッチカプラ30Bの位置を原点とする座標系(図10参照)を設定し、当該座標系で自車の位置及び角度を表すようにする。
次いで、目標軌跡生成部42は、目標軌跡の形状を定めるためのBスプライン曲線の制御点を複数設定し、Bスプライン曲線によって制御点間の補間点を算出する。
そして、目標軌跡生成部42は、補間点を等距離間隔で抜粋することで、抜粋した補間点からなる目標軌跡を生成する。
ヒッチカプラ検出部41は、図12に示すように、ヒッチボール30Aの位置を原点とし、車両10の前後方向(X軸)と車両10の左右方向(Y軸)とを座標軸とする直交座標系で、ヒッチカプラ30Bの位置(x、y)を表す。
そして、ヒッチカプラ検出部41は、図12のヒッチボール30Aの位置を原点とする座標系でのヒッチカプラ30Bの位置(x、y)及びトレーラ20の角度Φ(図12ではΦ>0)の情報を、目標軌跡生成部42に出力する。
上記の変換処理においては、目標軌跡生成部42は、車両10とトレーラ20との位置関係に応じて異なる変換処理を実施する。
この場合、図13に示すように、ヒッチボール30Aの位置を原点とする座標系でのヒッチカプラ30Bの位置が(x、y)で表されるときに、ヒッチカプラ30Bの位置を原点とする座標系でのヒッチボール30Aの位置(X、Y)は、(X=x、Y=y)になる。
この場合、車両10の前後軸におけるヒッチカプラ30Bから交点までの距離(m)をx1とし、トレーラ20の前後軸におけるヒッチカプラ30Bから交点までの距離(m)をX1とすると、下式が成り立つ。
y/x1=tanΦ
y/X1=sinΦ
(X+X1)/(x+x1)=cosΦ
したがって、ヒッチボール30Aの位置を原点とする座標系でのヒッチカプラ30Bの位置が(x、y)であるときに、ヒッチカプラ30Bの位置を原点とする座標系でヒッチボール30Aの位置(X、Y)は、(X=xcosΦ-ysinΦ、Y=xsinΦ+ycosΦ)になる。
この場合、車両10の前後軸におけるヒッチボール30Aから交点までの距離をx1とし、トレーラ20の前後軸におけるヒッチボール30Aから交点までの距離をX1とすると、下式が成り立つ。
y/(x+x1)=tanΦ
X1/x1=cosΦ
(x+x1)/(X+X1)=cosΦ
したがって、ヒッチボール30Aの位置を原点とする座標系でのヒッチカプラ30Bの位置が(x、y)であるときに、ヒッチカプラ30Bの位置を原点とする座標系でヒッチボール30Aの位置(X、Y)は、(X=xcosΦ+ysinΦ、Y=-xsinΦ+ycosΦ)になる
この場合、車両10の前後軸におけるヒッチボール30Aから交点までの距離をx2、車両10の前後軸における交点からヒッチカプラ30Bまでの距離をx1、トレーラ20の前後軸におけるヒッチカプラ30Bから交点までの距離(m)をX1、トレーラ20の前後軸における交点からヒッチボール30Aまでの距離(m)をX2とすると、下式が成り立つ。
y/x1=tanΦ
x2=x-x1
y/X1=sinΦ
Y/X2=tanΦ
したがって、ヒッチボール30Aの位置を原点とする座標系でのヒッチカプラ30Bの位置が(x、y)であるときに、ヒッチカプラ30Bの位置を原点とする座標系でヒッチボール30Aの位置(X、Y)は、(X=xcosΦ+ysinΦ,Y=xsinΦ-ycosΦ)になる。
次いで、目標軌跡生成部42は、ヒッチカプラ30Bの位置を原点とする座標系における車両10の重心位置(Xg、Yg)を求める(図17参照)。
ここで、車両10のヨー角θ(rad)はθ=Φとなるため、車両重心からヒッチボール30Aまでの距離(m)をLbとしたときに、目標軌跡生成部42は、重心位置(Xg、Yg)を下式にしたがって求める。
Xg=X+Lb・cosθ
Yg=Y+Lb・sinθ
目標軌跡生成部42は、Bスプライン曲線の制御点として以下の第1-第5制御点(始点-終点)を設定する。
・第1制御点(始点):車両10の重心位置
・第2制御点(始点+1):車両10の重心位置から車両10の前後軸方向に沿って所定距離(例えば2m)だけ後方の位置
・第3制御点(中点):車両10の前後軸とトレーラ20の前後軸との交点、又は、中央点
第4制御点(終点-1):ヒッチカプラ30Bからトレーラ20の前後軸方向に沿って所定距離(例えば3.5m)だけ前方の位置
第5制御点(終点):ヒッチカプラ30Bの位置
なお、中央点とは、図18、図19に示すように、車両10の重心位置から車両10の前後軸方向に所定距離だけ後方に設定した第2制御点(始点+1)と、ヒッチカプラ30Bからトレーラ20の前後軸方向に所定距離だけ前方に設定した第4制御点(終点-1)とを結ぶ線を対角線とする矩形における対角線の交点である。
一方、図19に示すように、前記矩形に車両10の前後軸とトレーラ20の前後軸との交点が含まれない場合、目標軌跡生成部42は、第3制御点(中点)として、矩形の対角線の交点である中央点を選択する。
そこで、始点である重心位置から車両10の前後軸方向に沿って所定距離だけ後方の位置に、始点の次の制御点(第2制御点、始点+1)を設定するとともに、終点としてのヒッチカプラ30Bからトレーラ20の前後軸方向に沿って所定距離だけ前方の位置に終点の1つ前の制御点(第4制御点、終点-1)を設定することで、Bスプライン曲線が始点及び終点を通過するようにしてある。
1セグメントからなるn次のBスプライン曲線は、{P0,P1,…,Pn}のn+1個の制御点により構成され、L個のセグメントからなるn次のBスプライン関数は数式1で定義される。
一様2次Bスプライン曲線の2次基底関数N0 2(t)は、数式2で定義される。
そこで、制御点の間隔が異なっても、目標軌跡の要求に応じた十分に短い間隔で補間点を算出できるパラメータtの刻み幅dtを予め設定する。
本実施形態では、Bスプライン曲線による補間点を前後位置0.1m間隔で抜粋して目標軌跡を生成する。そのため、制御点間隔が異なっても補間点の最大間隔が0.1m未満になる刻み幅dtが必要で、係る要求を満たす値として刻み幅dtを0.01に定めた。
但し、等距離間隔となる補間点は存在しないため、目標軌跡生成部42は、等距離間隔位置の前後の補間点間を線形補間することで、等距離間隔での補間点を得る。
図20は、舵角指令生成部43の機能ブロック図である。
舵角指令生成部43は、座標変換部43A、1点注視LK制御器43B、比例FB制御器43C、舵角換算部43D、車両モデル部43E、車両位置更新部43Fを備える。
1点注視LK制御器43Bは、車速V(m/s)及び前輪タイヤ舵角δ(rad)を一定として定常円旋回する仮定において、図21に示すように、車両10が後退して縦方向(前後方向)に距離Lp(m)だけ走行し、更に距離ey(m)だけ横変位する場合に必要となる横加速度Gyを算出する。
一方、注視時間Tp(s)は、車両縦速度Vx及び距離Lpから、Tp=Lp/Vxとして求まる。
また、横変位eyは、車両横速度Vy、注視時間Tp、横加速度Gyから、横変位ey=Vy・Tp+1/2・Gy・Tp2として求まる。
したがって、横加速度Gyは、横加速度Gy={2(ey-Vy・Tp)}/Tp2として求まることになる。
そして、1点注視LK制御器43Bは、横加速度Gyを制御周期毎に設定することで、車両10を目標軌跡に追従させる。
なお、注視距離Lpが大きい方がヒッチカプラ30Bの位置での横変位は小さくなるが、注視距離Lpが大きすぎるとオーバーシュートが発生するため、ヒッチカプラ30Bの位置への収束性に基づき注視距離Lpを適合する。本実施形態では、シミュレーションの結果から注視距離Lpを4.0mとした。
ヨーレートγ(rad/s)は、車両10のホイールベースLw(m)、車両10のスタビリティファクタA(s2/m2)、車速V(m/s)、前輪タイヤ舵角δ(rad)から、数式3にしたがって求まる。
図22に示す車両10の前進状態において、“質量×横向き加速度=横向き外力”、及び、“慣性モーメント×角速度=外力による重心点回りのモーメント”が成立する。
したがって、車両10の前進時の運動方程式は、慣性質量をmとしたときに、数式5になる。
u≒V、v=-Vsinβ≒-Vβ
また、後退時は前後輪スリップ角+βf,+βrに対して、+Ff,+Frが発生するため、車両10の後退時の運動方程式は、数式6になる。
図23において、前輪タイヤ舵角δ=ハンドル舵角δh/Grであり、また、車速Vとスリップ角βとから、車両縦速度Vx=V・cosβ、車両横速度Vy=Vsinβが求まる。
更に、前輪スリップ角βf及び後輪スリップ角βrは、車両縦速度Vx、車両横速度Vy、重心と前輪との距離Lf、重心と後輪との距離Lr、ヨーレートγ、前輪タイヤ角δから、以下の式で求まる。
・βf=tan-1{(Vy+Lf・γ)/Vx}-δ
・βr=tan-1{(Vy-Lr・γ)/Vx}
なお、横力Sf,Srを求める式において、+βfに対して+Ffが発生するため、+符号を付してある。
ここで、車両モデル部43Eは、求めたコーナリングフォースFf,Frの値を数式6に代入して、スリップ角β及びヨーレートγを求める。
そして、車両位置更新部43Fは、ヒッチカプラ30Bの位置を原点とする座標系における、時刻tにおける車両10の重心位置(Xg_t、Yg_t)及びヨー角θt(図24参照)を、数式7にしたがって算出する。
ここで、車両重心とヒッチボール30Aとの距離をLb(m)とすると、時刻tにおけるヒッチボール30Aの位置(Xb_t、Yb_t)は、下式で求まる。
Xb_t=Xg_t-Lb・cosθt
Yb_t=Yg_t-Lb・sinθt
そして、座標変換部43Aは、図25に示すように、制御周期毎に、制御周期間における車両10の移動量ΔX、ΔYだけ目標軌跡の各点を平行移動させ、また、制御周期間における車両10の姿勢変化量Δθだけ目標軌跡の各点を回転移動させることで、1制御周期での位置変化量及び姿勢変化量を打ち消すように、車両座標系での目標軌跡を更新する。
ここで、制御周期毎に、新たに制御点を設定してBスプライン曲線で補間し、目標軌跡を作り直すことも可能であるが、連結支援においては微小角度の回転移動が多く、計算誤差が溜まるので、本実施形態では、初期目標軌跡を制御周期毎に座標変換して車両座標系での目標軌跡を設定する。
そして、座標変換部43Aは、更新した目標軌跡の情報を、1点注視LK制御器43B及び比例FB制御器43Cに出力する。
そして、比例FB制御器43Cは、求めた比例FB舵角δP_FBの情報を操舵制御ユニット14に出力する。
横偏差eを求める基準位置をヒッチボール30Aの位置にすることで、横偏差eを求める基準位置を車両10の重心位置とした場合に比べて、ヒッチカプラ30B付近での軌跡の変動を抑制できる。
但し、目標軌跡の全域で比例制御を実施した場合と、ヒッチカプラ30B付近のみで比例制御を実施した場合とで、ヒッチカプラ30B付近でのオーバーシュートは同程度であるという検証結果を得た。そこで、本実施形態において、比例FB制御器43Cは、比例制御を目標軌跡の全域で実施する。
また、比例ゲイン定数Gpは、ヒッチカプラ30Bの位置への収束性が高くなるように、連結支援制御ユニット40の設計、開発時に適合される値であり、例えば3.0(rad/m)程度とする。
図26のように車両10の後方領域からのトレーラ20の横方向への位置ずれが大きい場合は、車両10を大きく蛇行させながら後退させる必要が生じるため、連結支援の難度が高くなる。一方、図27のように車両10の後方領域にトレーラ20が位置する場合は、車両10を略直線的に後退させればよいので、連結支援の難度は低くなる。
そして、連結支援制御ユニット40は、車両10のバックミラー10Aで連結対象のトレーラ20の全体をドライバが目視できるような位置関係であることを開始条件に連結支援を実施すれば、連結支援の成功率が高めることができる。
このため、連結支援制御ユニット40は、リアカメラ60の画質が良い条件であるときにヒッチカプラ30Bの画像パターンの学習を実施すれば、連結支援の成功率が高めることができる。
なお、連結支援制御ユニット40は、図28-図33のフローチャートのステップS201-ステップS207において、前述した図4-図8のフローチャートのステップS101-ステップS107と同様な処理を実施するため、ステップS201-ステップS207の処理内容の詳細な説明は省略する。
前述したステップS108で、連結支援制御ユニット40は、インフォメーションディスプレイ50への表示制御として、表示内容108-1:「連結支援を行う場合は“Hitching Assist”ボタンを押してください。」という表示を実施する。
・表示内容208-1:「連結支援を行う場合は、トレーラがバックミラーで見えることを確認したら“Hitching Assist”ボタンを押してください。」
つまり、連結支援制御ユニット40は、連結対象のトレーラ20がバックミラー10Aで見える位置であること、換言すれば、リアカメラ60の画像の中央付近(所定領域)に連結対象のトレーラ20が映っていることを連結支援の開始条件とする。
また、連結支援制御ユニット40が上記表示内容208-1を表示することで、トレーラ20がバックミラー10Aで見える位置であることを条件に連結支援が開始され、また、係る開始条件を満たすことで連結支援の成功率が上がることを、ドライバに理解させ易くなる。
なお、連結支援制御ユニット40は、ステップS108での表示内容108-2:「トレーラ変更の場合は“Initialize”ボタンを押してください。」と同じ表示内容208-2を、ステップS208で、インフォメーションディスプレイ50に表示させる。
ステップS215で、連結支援制御ユニット40は、前述のステップS115と同様に、リアカメラ60が撮影した車両10の後方の画像を録画するが、更に、録画画像に同期したヨーレート及び前後Gの検出値、換言すれば、車両10の挙動を記録する。
なお、ステップS215で、録画画像とともに記録する車両10の挙動を示す物理量は、ヨーレートや前後Gに限定されず、例えば、舵角、車速、舵角変化、車速変化などの車両挙動に関する物理量とすることができる。
例えば、前後Gが大きい条件下で撮影された場合、画面が鉛直方向に伸びることになる。ここで、1G当たりピッチ角変化を予め求めておけば、連結支援制御ユニット40は、サンプリング間隔に対するG変化から、何degのピッチ角変化が生じたかを求めることができる。
また、ヨーレートが大きい条件下で撮影された場合、連結支援制御ユニット40は、画面の水平方向の伸びを、録画画像に同期して記録してあるヨーレートの情報から補正することができる。
ステップS219で、連結支援制御ユニット40は、ヒッチカプラ30Bの画像パターンの学習が完了したか否かを判別する。
これに対し、ステップS219で、連結支援制御ユニット40は、車両10からの距離が異なる条件毎に画像パターンが全て学習できたか否かに加え、ステップS215で記録した全ての車両挙動が以下の判定条件を満たしているか否かを判断する。
・abs(ヨーレート)<第1所定値
・abs(前後G)<第2所定値
なお、abs(A)は、変数Aの絶対値を返す関数である。
つまり、連結支援制御ユニット40は、車両10の挙動変化が所定よりも小さいときにリアカメラ60で取得された画像からヒッチカプラ30Bの画像パターンを取得する。
つまり、車両挙動が大きいときはリアカメラ60が撮影したヒッチカプラ30Bの画像がパターンマッチングに不適切な画像になる。このため、連結支援制御ユニット40は、車両挙動が大きい状態で録画したときは学習失敗としてステップS222に進むことで、不適切な画像に基づくパターンマッチングでヒッチカプラ30Bの位置を誤検出し、連結支援の成功率が低下することを抑止する。
ステップS224で、連結支援制御ユニット40は、ステップS124と同様に、目標軌跡の生成のためにリアカメラ60の画像からトレーラ20を抽出する処理を実施する。
具体的には、連結支援制御ユニット40は、トレーラ20の左右端部分で生じる縦エッジのペアとその間に生じる横エッジの組み合わせを検出することで、トレーラ領域を決定する。
上記ステップS224でのトレーラ20を抽出する処理において、連結支援制御ユニット40は、抽出処理の領域を画面の中央付近(例えば、画面中央から±20degの範囲)に限定する。
ここで、連結支援制御ユニット40が、トレーラ20の画像領域を抽出する画面の中央付近の領域とは、トレーラ20が車両10のバックミラー10Aで目視できる位置であるときにリアカメラ60の画像にトレーラ20が映る領域、つまり、トレーラ20がバックミラー10Aに投影される領域である。
また、リアカメラ60の画面中央付近にトレーラ20が映っていない場合は、車両10の後方領域からのトレーラ20の横方向への位置ずれが大きく連結支援の難度が高いこと、換言すれば、大舵角を切りながら後退する必要があって連結支援の成功率が下がることを示唆する。
つまり、リアカメラ60の画面中央付近でトレーラ20の画像領域を抽出できた場合は、大舵角を切りながら後退する必要性が低く、十分に高い成功率で連結支援を行えることになる。
つまり、連結支援制御ユニット40は、連結の初期状態でリアカメラ60の画像の所定領域にトレーラ20が映るときであって、連結支援において大きな舵角を与える必要がなく連結支援の難度が低いときに、車両10とトレーラ20との連結支援を開始する。
これにより、車両10とトレーラ20との位置関係の条件が悪い状態で連結支援制御ユニット40が連結支援を実施し、連結支援が失敗に終わることを抑止できる。
なお、連結支援制御ユニット40は、連結支援制御ユニット40は、ステップS208で、「連結支援を行う場合は、トレーラがバックミラーで見えることを確認したら“Hitching Assist”ボタンを押してください。」という内容の表示を行った上で、ステップS224で画面の全体からトレーラ20を抽出する処理を実施することができる。
また、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、車両10とトレーラ20とを連結する連結器を、ヒッチボール30Aとヒッチカプラ30Bとの組み合わせに限定するものではない。
また、インフォメーションディスプレイ50への表示内容は、通知の趣旨が伝わる範囲内で適宜変更できることは明らかである。
また、連結支援制御ユニット40は、ヒッチカプラ30Bの画像パターンを、トレーラ20或いはヒッチカプラ30Bの識別情報に基づきデータベースから読み出して取得することができる。
また、連結支援制御ユニット40は、ヒッチカプラ30Bの画像パターンを学習するときに、トレーラ20の画像パターンも学習し、連結支援を実施するときに、予め学習したトレーラ20の画像パターンに基づいて、リアカメラ60の画像からトレーラ20を抽出することができる。
また、連結支援制御ユニット40は、ドライバによって手動で車両10とトレーラ20とが連結されたことを、ドライバの操作、又は、ヒッチボール30Aとヒッチカプラ30Bとの連結の有無を検出する連結センサの出力に基づいて検知し、そのときのリアカメラ60の画像からヒッチカプラ30Bの画像パターンを学習することができる。
また、連結支援制御ユニット40は、目標軌跡の最大曲率が設定値よりも大きい場合などの操舵制御で目標軌跡に追従させることが難しい場合は連結支援を中止し、ドライバに向けて車両10とトレーラ20との位置関係の修正を促す通知を行うことができる。
車両連結支援装置は、その一態様として、
ヒッチカプラを備えたトレーラと、前記ヒッチカプラに連結するヒッチボールを備え前記トレーラを牽引する車両と、の連結を支援する車両連結支援装置であって、
前記車両の後方を撮影するリアカメラによって取得された画像から前記ヒッチボールが隠れたときの前記画像から、前記ヒッチカプラの画像領域を前記ヒッチボールの位置に基づき抽出し、
その後に連結を行うときに、前記画像領域と前記リアカメラによって取得された画像との照合によって前記ヒッチカプラの位置を求め、前記ヒッチボールを前記ヒッチカプラに向けて移動させるように前記車両の舵角を制御する。
連結過程において前記リアカメラによって取得された画像を記録し、
前記ヒッチボールが隠れたときの前記画像を起点とし、抽出済の前記画像領域に基づき時間的に遡った画像から前記ヒッチカプラを探索して新たに前記画像領域を抽出する処理を繰り返し、前記リアカメラから前記ヒッチカプラまでの距離が異なる複数条件での前記ヒッチカプラの画像領域を抽出する。
前記車両の挙動変化が所定よりも小さいときに前記リアカメラによって取得された画像から前記ヒッチカプラの画像領域を抽出する。
Claims (11)
- 第1連結部を有する車両と、前記第1連結部に連結する第2連結部を有するトレーラと、の連結を支援する車両連結支援装置であって、
前記第2連結部の画像パターンが取得されている場合、前記画像パターンと前記車両の後部に搭載された外界認識センサによって取得される画像との照合に基づいて前記第2連結部の位置を検出し、検出した前記第2連結部の位置に基づいて前記トレーラと前記車両との連結を支援するための操舵指令を前記車両の操舵コントローラへ出力する第1モードと、
前記画像パターンが取得されていない場合、前記トレーラと前記車両との手動による連結を前記車両のドライバへ促すための通知をする第2モードと、
を備え、
前記第2モードで手動によって前記トレーラと前記車両とを連結する際、前記外界認識センサによって取得される画像から前記第1連結部が隠れたときに、前記画像パターンの学習処理を開始する、
車両連結支援装置。 - 請求項1に記載の車両連結支援装置において、
前記第2モードで手動によって前記第1連結部と前記第2連結部とを連結するときに記録した前記外界認識センサによって取得された画像と、前記第1連結部の位置と、に基づき、前記画像パターンの学習処理をする、
車両連結支援装置。 - 請求項1に記載の車両連結支援装置において、
前記車両の挙動変化が所定よりも小さいときに前記外界認識センサによって取得された画像から前記画像パターンの学習処理をする、
車両連結支援装置。 - 請求項1に記載の車両連結支援装置において、
前記画像パターンの学習処理が失敗したときに、前記車両のドライバへ手動連結の条件変更を促すための通知をする、
車両連結支援装置。 - 第1連結部を有する車両と、前記第1連結部に連結する第2連結部を有するトレーラと、の連結を支援する車両連結支援装置であって、
前記第2連結部の画像パターンが取得されている場合、前記画像パターンと前記車両の後部に搭載された外界認識センサによって取得される画像との照合に基づいて前記第2連結部の位置を検出し、検出した前記第2連結部の位置に基づいて前記トレーラと前記車両との連結を支援するための操舵指令を前記車両の操舵コントローラへ出力する第1モードと、
前記画像パターンが取得されていない場合、前記トレーラと前記車両との手動による連結を前記車両のドライバへ促すための通知をする第2モードと、
を備え、
前記第2モードで手動により前記第1連結部と前記第2連結部とを連結するときに前記外界認識センサによって取得された画像を記録し、手動による前記第1連結部と前記第2連結部との連結が完了したら前記画像パターンの学習処理を開始する、
車両連結支援装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか1つに記載の車両連結支援装置において、
前記第1モードでは、前記外界認識センサによって取得された画像の所定領域に前記トレーラが映っている状態で、前記トレーラと前記車両との連結支援を開始する、
車両連結支援装置。 - 請求項6に記載の車両連結支援装置において、
前記所定領域は、前記トレーラが前記車両のバックミラーに投影される領域である、
車両連結支援装置。 - 第1連結部を有する車両に搭載された車両連結支援装置が実行する、前記車両と前記第1連結部に連結する第2連結部を有するトレーラとの連結を支援する車両連結支援方法であって、
前記第2連結部の画像パターンが取得されている場合、前記画像パターンと前記車両の後部に搭載された外界認識センサによって取得される画像との照合に基づいて前記第2連結部の位置を検出し、検出した前記第2連結部の位置に基づいて前記トレーラと前記車両との連結を支援するための操舵指令を前記車両の操舵コントローラへ出力し、
前記画像パターンが取得されていない場合、前記トレーラと前記車両との手動による連結を前記車両のドライバへ促すための通知を実施し、
手動によって前記トレーラと前記車両とを連結する際、前記外界認識センサによって取得される画像から前記第1連結部が隠れたときに、前記画像パターンの学習処理を開始する、
車両連結支援方法。 - 第1連結部を有する車両に搭載された車両連結支援装置が実行する、前記車両と前記第1連結部に連結する第2連結部を有するトレーラとの連結を支援する車両連結支援方法であって、
前記第2連結部の画像パターンが取得されている場合、前記画像パターンと前記車両の後部に搭載された外界認識センサによって取得される画像との照合に基づいて前記第2連結部の位置を検出し、検出した前記第2連結部の位置に基づいて前記トレーラと前記車両との連結を支援するための操舵指令を前記車両の操舵コントローラへ出力し、
前記画像パターンが取得されていない場合、前記トレーラと前記車両との手動による連結を前記車両のドライバへ促すための通知を実施し、
手動により前記第1連結部と前記第2連結部とを連結するときに前記外界認識センサによって取得された画像を記録し、手動による前記第1連結部と前記第2連結部との連結が完了したら前記画像パターンの学習処理を開始する、
車両連結支援方法。 - 第1連結部を有する車両と、前記第1連結部に連結する第2連結部を有するトレーラと、の連結を支援する車両連結支援システムであって、
前記車両の後部に搭載された外界認識センサと、
前記車両に搭載されたコントローラであって、
前記第2連結部の画像パターンが取得されている場合、前記画像パターンと前記外界認識センサによって取得される画像との照合に基づいて前記第2連結部の位置を検出し、検出した前記第2連結部の位置に基づいて前記トレーラと前記車両との連結を支援するための操舵指令を前記車両の操舵コントローラへ出力する第1モードと、
前記画像パターンが取得されていない場合、前記トレーラと前記車両との手動による連結を前記車両のドライバへ促すための通知をする第2モードと、
を備え、
前記第2モードで手動によって前記トレーラと前記車両とを連結する際、前記外界認識センサによって取得される画像から前記第1連結部が隠れたときに、前記画像パターンの学習処理を開始する、前記コントローラと、
を備える車両連結支援システム。 - 第1連結部を有する車両と、前記第1連結部に連結する第2連結部を有するトレーラと、の連結を支援する車両連結支援システムであって、
前記車両の後部に搭載された外界認識センサと、
前記車両に搭載されたコントローラであって、
前記第2連結部の画像パターンが取得されている場合、前記画像パターンと前記外界認識センサによって取得される画像との照合に基づいて前記第2連結部の位置を検出し、検出した前記第2連結部の位置に基づいて前記トレーラと前記車両との連結を支援するための操舵指令を前記車両の操舵コントローラへ出力する第1モードと、
前記画像パターンが取得されていない場合、前記トレーラと前記車両との手動による連結を前記車両のドライバへ促すための通知をする第2モードと、
を備え、
前記第2モードで手動により前記第1連結部と前記第2連結部とを連結するときに前記外界認識センサによって取得された画像を記録し、手動による前記第1連結部と前記第2連結部との連結が完了したら前記画像パターンの学習処理を開始する、前記コントローラと、
を備える車両連結支援システム。
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