JP7406635B2 - 運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、他車両を検出し、当該他車両との衝突を回避／軽減する運転支援装置に関する。

他車両との衝突を回避／軽減する運転支援装置として、例えば特許文献１に開示されたものがある。特許文献１では、他車両との衝突部位、および、衝突角度を考慮して、ブレーキ制御を行うことが記載されている。

特開２００９－２０８５６０号公報

上記特許文献１では、衝突部位、および、衝突角度を考慮して、衝突の影響度合からブレーキ制御を行うが、例えば交差点手前において、右折レーンに車線変更して進入する場合、一時的に右折と同様な動きとなり、実際には衝突しない対向車線に存在する対向車との衝突が予想され、間違って不必要なブレーキ制御を行う可能性がある。

本発明は、上記の状況を考慮したものであり、より適切なブレーキ制御を行うことのできる運転支援装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係る運転支援装置は、対向車の対地速度、自車と対向車との相対位置、および自車の状態に基づき、前記自車の予測進行路および前記対向車の予測進行路を算出し、前記自車の右折時または左折時の前記対向車との衝突可能性を判定し、前記自車と前記対向車とが衝突する衝突予想時刻を計算し、前記衝突予想時刻から所定時間前までの間の前記自車の移動量に基づいて、前記自車のブレーキを制御し、前記移動量は、少なくとも前記対向車から見た前記自車の横方向移動量を含むことを特徴とする。

本発明によれば、必要に応じてブレーキをかけることができるため、より適切なブレーキ制御を行うことができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態に係る運転支援装置の全体構成図。 ステレオカメラの機能ブロック図。 距離算出処理部の距離計測原理の説明図。 距離算出処理部の距離算出処理動作の説明図。 距離算出処理部の画像一致度の説明図。 距離算出処理部の画像一致度の説明図。 衝突判定処理部の衝突判定処理動作の説明図。 本実施形態の作動シーンの説明図。 本実施形態の不作動シーンの説明図。 本実施形態の不作動シーンの説明図。 対向車カーブ時の処理動作の説明図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照し、詳細に説明する。

図１に、本実施形態に係る運転支援装置の全体構成を説明する図を示す。運転支援装置１００は、外界認識センサとしてのステレオカメラ１０１、ヨーレート・自車速等の自車両の状態を示す車両情報を取得する車両情報ユニット１０２、車両制御を行うユニットとしてのブレーキコントロールユニット１０３、ブレーキアクチュエータ１０４、これらセンサ、ユニット間の情報を伝達するＣＡＮ（Controller Area Network）１０５を備える。図１に示す運転支援装置１００は、車両に搭載され、自車両と他車両との衝突を推定し、衝突すると推定された場合には、ブレーキ制御を行うことによって、衝突を回避／軽減するものである。

車両情報ユニット１０２は、自車にかかるヨー方向の旋回角度変化を検出したヨーレート、車輪の回転数から検出した自車速を、ＣＡＮ１０５に送信する。

ステレオカメラ１０１は、図２に示すように構成されている。カメラ２０１、２０２は、車両前方が撮影されるように水平方向に一定距離を置いて、同じ高さで車室内ルームミラー付近に設置される。これらのカメラは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等のイメージセンサを備え、それぞれ同期しており、同じタイミングでサンプリングされる。

画像取得部２０３と画像取得部２０４は、それぞれカメラ２０１とカメラ２０２で撮像された画像を以降の処理部で画像処理ができるように輝度値をデジタルに変換、また、カメラ２０１とカメラ２０２で撮像された画像を２つのカメラ間での撮像環境や撮像特性の差異をなくすよう補正し、次の処理に画像データを渡す。

距離算出処理部２０５では、画像取得部２０３で取得された画像を固定のブロックサイズ（例えば、４×４［ｐｉｘ］）で分割し、分割されたブロック毎に実空間での距離を算出する。図３に、ステレオカメラを用いた一般的な距離計測原理を示す。図中の記号Ｄは、レンズ３０２、レンズ３０３の面から計測点３０１までの距離を表し、ｆはレンズ３０２およびレンズ３０３と撮像面３０４および撮像面３０５との距離（焦点距離）を表し、ｂはレンズ３０２とレンズ３０３の中心間の距離（基線長）を表し、ｄは計測点３０１がレンズ３０２を通して撮像面３０４に撮像される位置と、計測点３０１がレンズ３０３を通して撮像面３０５に撮像される位置との差（視差）を示す。これらの記号の間には、三角形の相似の関係より以下の数式（１）が成り立つ。
（数１） Ｄ＝ｂ×ｆ／ｄ …（１）

数式（１）より、焦点距離ｆと基線長ｂは、カメラの構成により決まる定数であるので、距離Ｄを求めるには、左右のレンズでの見え方のズレである視差ｄを求めれば良い。この視差ｄを求める方法を、図４を用いて説明する。図４は、カメラ２０１を左に、カメラ２０２を右に設置した場合に、カメラ２０１で撮像した画像を左画像（基準画像）、カメラ２０２で撮像した画像を右画像（参照画像）として表している。図４に示されるように、基準画像を固定サイズで区切ったブロックサイズ（例えば、４×４［ｐｉｘ］サイズ）の画像４０１と、参照画像上で画像４０１と同じ高さ、同じ大きさの画像４０２から、一定の画素離れた画像４０３までを１画素ずつずらし、１画素毎に一致度を算出し、最も一致度の高いブロックを探索することで、右画像の中から同じ対象の画像を見つけることができ、左画像のブロック４０１の視差ｄを算出することができる。一致度に関しては、各画素同士の輝度差の絶対値の総和（Sum of the Absolute Differences : ＳＡＤ）を用いることで算出できる。このとき、横軸を視差［ｐｉｘ］、縦軸を一致度（ＳＡＤ）とすると、図５のようなグラフになり、最小値５０１が最も一致度の高い視差となる。以上より、視差ｄが求まるので、数式（１）を用いて、ブロック毎の実空間での距離Ｄを算出することができる。また、基準画像を固定サイズで区切ったブロックサイズの画像４０１にテクスチャが無い場合、もしくは、左右で同じ画像が見つからない場合（例えば、カメラ正面のフロントガラスが雨滴等の影響で同じ対象の左右の画像が異なってしまった場合）は、図６に示すように、最小値６０１は存在するものの、一致度が相対的に低くならず、信頼度が低いため、無効視差として扱う。有効視差とするか無効視差とするかは、一致度の最小値が閾値を下回り、かつ、周辺の一致度平均と最小値の差が閾値を上回るかどうかで決定する。

立体物抽出処理部２０６では、距離算出処理部２０５で求めた画像全体に渡りブロック毎に距離の求まった距離画像を用いて、立体物を抽出する。まず、距離画像のブロック列毎に、一定距離単位で分割したヒストグラムを作成し、頻度が高くピークとなった距離（代表距離）のヒストグラムの数が閾値（距離に応じて可変）以上であれば、そのブロック列には立体物候補有りとする。次に、隣接するブロック列において、立体物候補有りで、ヒストグラムのピークとなった代表距離同士の差が閾値（距離に応じて可変）以下の場合、同じ立体物としてグルーピングする。最終的に、グルーピングされた立体物の幅が閾値（距離に応じて可変）以上の場合、立体物として登録する。立体物として登録された後、同じ立体物となった列の距離周辺のブロックを距離画像上でグルーピングし、距離画像上での位置（画像上での下端、上端、左端、右端）と、グルーピングされた距離の平均により立体物までの実空間での距離を算出する。以降、この結果求まった立体物を抽出立体物（自車との相対位置、高さ、幅などをパラメータとして持つ）と呼ぶ。

立体物追跡処理部２０７では、立体物抽出処理部２０６で求まった抽出立体物を時系列で追跡し、自車の挙動による相対位置の変化を差し引いた抽出立体物の位置の変化量より対地速度（前後方向速度、左右方向速度）を算出し、さらには、自車との相対位置、高さ、幅、対地速度等のパラメータのフィルタリングを行い、追跡立体物（フィルタされた自車との相対位置、高さ、幅、対地速度等をパラメータとして持つ）として出力する。より詳細には、以下の処理を各フレームで実行することで実現する。１つ前の処理フレームの追跡立体物がある場合は、自車挙動による変化（ヨーレートと自車速から相対的に移動する位置変化量）と、追跡立体物の持っている対地速度パラメータから、今回の処理フレームで存在するであろう予測位置を算出する。この予測位置と、今回の処理フレームで検出された抽出立体物とを比較し、各パラメータの差分が閾値以下の場合には、同一物体と判断して、前回の処理フレームの追跡立体物のパラメータを、今回の処理フレームの抽出立体物のパラメータを用いて更新する。更新の方法についての詳細は述べないが、例えばカルマンフィルタを用いて観測値として抽出立体物を設定し、誤差分散は実際に計測される値から求めることで実現できる。また、１つ前の処理フレームの追跡立体物のどれともマッチングしない抽出立体物は、初期検知の立体物として、そのまま追跡立体物に新規で登録する。この際、１つのフレームだけだと速度が算出できないため、対地速度をゼロとして設定する。

上記追跡立体物の情報を基に、立体物追跡処理部２０７では、追跡立体物の進行路（予測進行路）を推定することができる。

ＣＡＮ情報取得部２０８では、車両情報ユニット１０２からＣＡＮ１０５を介して送信されたヨーレート、自車速を取得する。この取得された情報を基に、自車進行路推定処理部２０９では、自車の進行路（予測進行路）を推定する。具体的には、取得された自車速Ｖ［ｍ／ｓ］とヨーレートｒ［ｒａｄ／ｓ］から、以下の式（２）を用いて、自車の旋回半径Ｒ［ｍ］を求め、これを自車の推定進行路（予測進行路）として用いる。
（数２） Ｒ＝Ｖ／ｒ …（２）

衝突判定処理部２１０では、図７に示すように自車７０１の旋回半径Ｒから算出される自車７０１の推定進行路７０２と、追跡立体物７０３の対地速度から算出される追跡立体物７０３の推定進行路７０４から、自車７０１と追跡立体物７０３が衝突するか否かを判定する。具体的には、以下の式（３）、（４）を用いて、自車７０１の予測される前後方向位置ｘ＿ｓ（ｔ）と左右方向位置ｙ＿ｓ（ｔ）を０．１秒単位で３秒間分（ｔ＝０．１、０．２、０．３、…、２．９、３．０）算出する。
（数３） ｘ＿ｓ（ｔ）＝Ｒｓｉｎ（ｒ×ｔ） …（３）
（数４） ｙ＿ｓ（ｔ）＝Ｒ（１－ｃｏｓ（ｒ×ｔ）） …（４）

また、以下の式（５）、（６）を用いて、追跡立体物７０３の予想される前後方向位置ｘ＿ｏ（ｔ）と左右方向位置ｙ＿ｏ（ｔ）を０．１秒単位で３秒間分計算する。ただし、現在の自車７０１の座標系から見た前後方向の対地速度をｘｖ＿ｔ（０）、左右方向の対地速度をｙｖ＿ｏ（０）とする。
（数５） ｘ＿ｏ（ｔ）＝ｘ＿ｏ（０）＋ｘｖ＿ｏ（０）×ｔ …（５）
（数６） ｙ＿ｏ（ｔ）＝ｙ＿ｏ（０）＋ｙｖ＿ｏ（０）×ｔ …（６）

次に、式（３）、（４）、（５）、（６）で得られた値を用いて、各時間ｔにおける自車７０１と追跡立体物７０３との距離ｄ（ｔ）を以下の式（７）により求める。
（数７） ｄ（ｔ）＝√（（ｘ＿ｓ（ｔ）－ｘ＿ｏ（ｔ））＾２
＋（ｙ＿ｓ（ｔ）－ｙ＿ｏ（ｔ））＾２） …（７）

得られた距離ｄ（ｔ）の最小値が所定の閾値（例えば、１ｍ）以下となったときのｔを衝突予想時刻ｔ＿ｈｉｔとし、衝突予想時刻が存在する場合は、追跡立体物７０３との衝突可能性ありと判断する。

横移動量判定処理部２１１では、衝突判定処理部２１０で衝突可能性ありと判断された場合に、求まった衝突予想時刻ｔ＿ｈｉｔを用いて、自車７０１に対してどのような制御をするかを判断するための横移動量を判定する。具体的には、衝突予想時刻ｔ＿ｈｉｔのときの自車７０１の位置７０５と、衝突予想時刻ｔ＿ｈｉｔから所定時間t＿ｐａｓｔ（例えば、２秒）前の自車７０１の位置７０６を、式（３）、（４）を用いて、ｔ＝ｔ＿ｈｉｔ、ｔ＿ｈｉｔ－t＿ｐａｓｔとしてそれぞれ算出する。このとき、自車７０１の座標系から見た追跡立体物７０３の進行方向角度θ＿ｏを以下の式（８）により求める。
（数８） θ＿ｏ＝π／２－ａｔａｎ（ｘｖ＿ｏ（０）／ｙｖ＿ｏ（０）） …（８）

この角度を用いた以下の式（９）により、衝突予想時刻ｔ＿ｈｉｔから所定時間t＿ｐａｓｔ前の追跡立体物７０３から見た自車７０１の横位置ｙ＿ｓo（ｔ＿ｈｉｔ－t＿ｐａｓｔ）を算出し、以下の式（１０）により、その絶対値ｄ＿ｈ［ｍ］を横位置変化量（横方向移動量とも呼ぶ）７０７として算出する。
（数９） ｙ＿ｓo（ｔ）＝ｙ＿ｓ（ｔ）ｃｏｓ（θ＿ｏ）－ｘ＿ｓ（ｔ）ｓｉｎ（θ＿ｏ） …（９）
（数１０） ｄ＿ｈ＝｜ｙ＿ｓo（ｔ＿ｈｉｔ－t＿ｐａｓｔ）｜ …（１０）

すなわち、ここで求まった横位置変化量ｄ＿ｈは、衝突予想時刻ｔ＿ｈｉｔから所定時間t＿ｐａｓｔ前までの間の追跡立体物７０３から見た自車７０１の横位置変化量（横方向移動量）であり、衝突予想時刻ｔ＿ｈｉｔから所定時間t＿ｐａｓｔ前の自車７０１の位置７０６から、追跡立体物７０３の推定進行路７０４（ここでは、直進走行を想定）へ引いた垂線の長さに相当する。

制御処理部２１２では、横移動量判定処理部２１１で求まった横位置変化量ｄ＿ｈを用いて、自車７０１に対してどのような制御をするかを判断する。求まった横位置変化量ｄ＿ｈが所定の閾値（例えば、５ｍ）より大きい場合は、ブレーキ制御を行わず（すなわち、車両制御を行うユニットとしてのブレーキコントロールユニット１０３へブレーキアクチュエータ１０４を作動させる制御指令を送信せず）、所定の閾値以下の場合は（のみ）、ブレーキ制御を行う（すなわち、車両制御を行うユニットとしてのブレーキコントロールユニット１０３へ制御指令を送信してブレーキアクチュエータ１０４を作動させる）。

これにより、図８に示すような片側一車線の交差点において自車８０１が自車８０１の推定進行路８０２の軌道で右折し、追跡立体物である対向車８０３が対向車８０３の推定進行路８０４の軌道で直進するシーンにおいては、横位置変化量８０７（ｄ＿ｈ）が車線幅１つ分程度（３．５ｍ程度）の大きさとなり、横位置変化量ｄ＿ｈが所定の閾値以下となるため、必要なブレーキ制御を行うことができる。

逆に、図９に示すような交差点手前において、右折レーンに車線変更して進入する場合、自車９０１の推定進行路９０２に示すように一時的に右折と同様な動きとなり、実際には衝突しない対向車線に存在する推定進行路９０４の軌道で直進する対向車９０３との衝突が予想されるが、横位置変化量９０７（ｄ＿ｈ）は車線幅２つ分程度（７ｍ程度）の大きな値となるため、横位置変化量ｄ＿ｈは所定の閾値よりも大きく、間違ったブレーキ制御を防ぐことができる。

また、図１０に示す自車１００１が自車１００１の推定進行路１００２の軌道で右折し、対向車１００３が対向車１００３の推定進行路１００４で直進するシーン（対向車線が２車線で、自車１００１の車線から離れた側の車線を対向車１００３が走行するシーン）においては、横位置変化量１００７（ｄ＿ｈ）が車線幅２つ分程度（７ｍ程度）の大きさとなり、横位置変化量ｄ＿ｈが所定の閾値よりも大きくなるため、本シーンにおいてもブレーキ制御がされなくなるが、対向車１００３から見た横位置変化量１００７（ｄ＿ｈ）が大きい場合は、対向車１００３から自車１００１が移動していると視認されやすく、対向車１００３もブレーキをかける可能性も高く、システムによるブレーキをかける必要がないと考えられる。また、対向車１００３から見た横位置変化量１００７（ｄ＿ｈ）が小さい場合は、自車１００１が移動しているかどうかを視認しにくく、対向車１００３がブレーキをかける可能性が低いため、システムによるブレーキをかける必要があると考えられる。上記した本実施形態は、本シーンにおいても適切なブレーキ制御を行うことが可能である。

一方、白線を検知して、その後の自車両の動きを予測することも可能であるが、実環境においては、積雪や降雨により白線が見えない場合があるため、白線検知を用いない本実施形態は有効と考えられる。

また、衝突予想時刻から所定時間前の時間までの間の対向車から見た自車の横位置変化量を用いることで、例えば、右折レーンで車両が右に傾いている状態で一度停車してから動き出した場合にも、横方向移動量は（自車から見た横方向移動量よりも）小さく算出されるため、対向車から見て視認されにくいシーンにおいてもブレーキを適切に作動させることができる。

なお、ブレーキ制御を行うか否かの判断に用いる横位置変化量（横方向移動量）ｄ＿ｈに対する閾値は、任意に設定可能であるが、図８～図１０等に示すシーンを考慮すると、車線幅１つ分以上であり、車線幅２つ分未満であることが望ましいと考えられる。あるいは、対向車線が２車線以上の場合には、対向車線のうち最も自車に近い（自車の走行車線側の）車線の車線幅１つ分以上であり、対向車線のうち自車に近い（自車の走行車線側の）車線の車線幅２つ分未満であることが望ましいと考えられる。

以上で説明したように、本実施形態の運転支援装置１００は、対向車の対地速度、自車と対向車との相対位置、および自車の状態に基づき、前記自車の予測進行路および前記対向車の予測進行路を算出し、前記自車の右折時または左折時の前記対向車との衝突可能性を判定し、前記自車と前記対向車とが衝突する衝突予想時刻を計算し、前記衝突予想時刻から所定時間前までの間の前記自車の移動量に基づいて、前記自車のブレーキを制御し、前記移動量は、少なくとも前記対向車から見た前記自車の横方向移動量を含む。

また、前記自車の横方向移動量が所定の閾値以下の場合のみ、前記自車のブレーキを作動させ、前記自車の横方向移動量が所定の閾値より大きい場合は、前記自車のブレーキを作動させない。

以上で説明した本実施形態により、必要に応じてブレーキをかけることができるため、より適切なタイミングでブレーキ制御を行うことができる。

上記実施形態では、対向車の予測進行路を直線と仮定したが、対向車の旋回半径を推定して曲線の予測進行路としても良い。具体的には、図１１に示すように、自車１１０１が自車１１０１の予測進行路１１０２の軌道で右折中に、対向車１１０３が対向車１１０３の予測進行路１１０４の軌道で右にカーブしている場合、衝突予想位置１１０５（衝突予想時刻ｔ＿ｈｉｔのときの自車１１０１の位置１１０５）から所定時間前の自車１１０１の位置１１０６における、対向車１１０３の予測進行路１１０４に対する法線方向の横位置を算出し、その絶対値を横位置変化量（横方向移動量）１１０７として用いる。つまり、衝突予想時刻ｔ＿ｈｉｔから所定時間前の自車１１０１の位置１１０６から、対向車１１０３の予測進行路１１０４（ここでは、カーブ走行を想定）への法線の長さを、対向車１１０３から見た自車１１０１の横位置変化量（横方向移動量）１１０７とする。これにより、カーブ中のシーンにおいても適切な横位置変化量を算出することができ、より適切な判定を行うことができる。

また、上記実施形態では、自車の予測進行路を単純に現在のパラメータに基づく旋回半径から算出したが、より正確な対向車から見た横位置変化量を算出するために、過去の実際の進行路を一定時間保持しておき、それを用いて自車の予測進行路を算出しても良い。

また、対向車の予測進行路を２台のカメラを有するステレオカメラ（で取得した画像）を用いて算出したが、単眼カメラ、ミリ波レーダー、レーザーレーダー等の外界認識センサ（で取得したセンサ情報）を用いて対向車の予測進行路を算出してもよい。また、外部サーバとの通信または車々間通信を介して、対向車情報（対地速度、位置、予測進行路等）を取得することで対向車の予測進行路を算出してもよい。

さらには、上記実施形態では、横位置変化量に応じてブレーキ制御の実施の有無を切り替えたが、横位置変化量に応じてブレーキ制御のタイミングを変えても良い。例えば、横位置変化量が所定の閾値より大きい場合は、横位置変化量が所定の閾値以下の場合と比べて、ブレーキ制御のタイミング（すなわち、ブレーキの作動タイミング）を遅らせても良い。

上記実施形態は、例えば交差点での右折時の対向車との衝突を回避／軽減することを想定したが、左折時においても同様に適用可能であることは勿論である。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形形態が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１００ 運転支援装置
１０１ ステレオカメラ
１０２車両情報ユニット
１０３ ブレーキコントロールユニット
１０４ ブレーキアクチュエータ
１０５ ＣＡＮ
２０１、２０２ カメラ
２０３、２０４ 画像取得部
２０５ 距離算出処理部
２０６ 立体物抽出処理部
２０７ 立体物追跡処理部
２０８ ＣＡＮ情報取得部
２０９ 自車進行路推定処理部
２１０ 衝突判定処理部
２１１ 横移動量判定処理部
２１２ 制御処理部

Claims (4)

1. 対向車の対地速度、自車と対向車との相対位置、および自車の状態に基づき、前記自車の予測進行路および前記対向車の予測進行路を算出し、
   前記自車の右折時または左折時の前記対向車との衝突可能性を判定し、
   前記自車と前記対向車とが衝突する衝突予想時刻を計算し、
   前記衝突予想時刻から所定時間前までの間の前記自車の移動量に基づいて、前記自車のブレーキを制御する運転支援装置であって、
   前記移動量は、少なくとも前記対向車から見た前記自車の横方向移動量を含み、
   前記自車が横移動しているが前記自車の横方向移動量が所定の閾値以下の場合のみ、前記自車のブレーキを作動させ、前記自車が横移動しているが前記自車の横方向移動量が所定の閾値より大きい場合は、前記自車のブレーキを作動させないことを特徴とする、運転支援装置。
2. 前記対向車から見た前記自車の横方向移動量は、前記衝突予想時刻から前記所定時間前までの間の前記対向車から見た前記自車の横方向移動量であり、前記衝突予想時刻から前記所定時間前の前記自車の位置から、前記衝突予想時刻から前記所定時間前の前記対向車の予測進行路への垂線もしくは法線の長さであることを特徴とする、請求項１に記載の運転支援装置。
3. 前記所定の閾値は、車線幅１つ分以上かつ車線幅２つ分未満であることを特徴とする、請求項１に記載の運転支援装置。
4. 前記自車の横方向移動量に応じて、前記自車のブレーキの作動タイミングを変更することを特徴とする、請求項１に記載の運転支援装置。

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