JPH03288212A

JPH03288212A - 車両操舵角制御方法

Info

Publication number: JPH03288212A
Application number: JP2089767A
Authority: JP
Inventors: Susumu Ueki; 植木　進
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1991-12-18
Anticipated expiration: 2013-05-25
Also published as: JP2757529B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、車両の操舵角を制御する方法に関し、特に
、曲線路等においてもスムーズな走行を行えるようにし
たものである。

〔従来の技術］車両の操舵角を制御する従来の技術としては、例えば、
特開昭６０−３７０１１号公報に記載されたものがある
。

この従来の技術は、車両を自動的に操舵する装置に関す
るものであって、走行路に描かれた線を認識し、その認
識した線と車両との間の距離から走行路に対する車体の
角度偏差を演算し、そして、その演算した角度偏差を現
在の操舵角に加算して得られる目標舵角に一致するよう
に操舵角を制御することにより、車両を走行路に沿って
自動的に走行させるようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術は、走行路に描かれた線と車両との相対
的な関係のみに基づいて操舵角を制御するようにしてい
たため、直線路を走行する際には特に支障はないが、曲
線路を走行する際にはスムーズな走行が期待できないと
いう欠点がある。

即ち、通常の操縦者が運転をする場合には、車両前方の
広い範囲の曲線路の形状を認識しつつ操舵を行うので、
曲線路に沿ってスムーズに走行できるのであるが、上記
従来の技術のように、走行路に描かれた線と車両との相
対的な位置関係のみに基づいて舵角を制御すると、その
相対的な位置関係に基づく角度偏差の演算方法によって
は、舵角が早すぎたり、或いは遅すぎたりしてしまい、
調整するのに時間がかかり、場合によってはコースイン
・コースアウトしてしまうこともある。

この発明は、このような従来の技術が有する未解決の課
題に着目してなされたものであり、曲線路においてもス
ムーズな走行を行える車両操舵角制御方法を提供するこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、請求項（１）記載の発明は
、車体を基準に想定され且つ車両前後方向に延びる基準
線と、走行路に沿って描かれた案内線との関係に基づい
て車両の操舵角を制御する車両操舵角制御方法であって
、前記車両前方の少なくとも３位置における前記基準線
と前記案内線との間の距離を求め、それら求められた距
離を独立変数とした重回帰式に基づいて、前記車両の操
舵角を制御するものである。

また、請求項（２）記載の発明は、上記請求項（１）記
載の発明において、案内線が途切れる箇所では、走行路
の形状に合わせて予め設定した操舵パターンをカウンタ
に基づいて呼び出して車両の操舵角を制御する。

〔作用〕

車両前方の少なくとも３位置における基準線と案内線と
の間の距離を求めた場合、それら少なくとも３つの値の
間には、走行路が直線路であって基準線と案内線とが平
行である場合と、走行路が直線路であって基準線と案内
線とが平行でない場合と、走行路が曲線路である場合と
で、それぞれ異なった関係をとるし、また、走行路が直
線路であって基準線と案内線とが平行でない場合には、
基準線と案内線との傾き角によっても異なるし、走行路
が曲線路である場合には、走行路の曲率半径によっても
異なる。

そこで、請求項（１）記載の発明のように、それら少な
くとも３位置における基準線と案内線との間の距離を独
立変数とした重回帰式に基づいて車両の操舵角を制御す
ると、走行路が直線路であっても曲線路であっても適切
な操舵角制御が行える。

また、請求項（１）記載の発明では、案内線が途切れる
箇所（例えば、Ｔ字路において１車線路から２車線路へ
合流する場合等）では操舵角制御が実行できなくなるが
、請求項（２）記載の発明のように、走行路の形状に合
わせて予め設定した操舵パターンを、カウンタに基づい
て呼び出して操舵角を制御すれば、案内線が途切れる箇
所でもスムーズな走行が行える。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示すブロック図
であり、先ず、同図に従って本実施例の構成を説明する
。

即ち、演算処理装置２．記憶装置３及びインタフェース
回路４．５を少なくとも備え且つ車両に搭載された制御
コンピュータｌは、後述する各センサ等から供給される
値に基づいて所定の演算処理を実行し、その演算結果に
応じて後述する各アクチュエータを駆動制御することに
より車両の走行状態（操舵角及び車速）を調整して、車
両の自動走行を実現している。

制御コンピュータ１には、車両の走行速度を検出する車
速センサ６、車両の向いている方向を検出する方位セン
サ７及び車両前方の障害物を検出する障害物センサ８が
接続されていて、それらセンサ６．７及び８の検出結果
が、インタフェース回路４を介して制御コンピュータ１
に読み込まれている。

また、制御コンピュータ１には、例えば車両操舵系に接
続された電動モータ等から構成され且つ車両の操舵角を
調整可能なステアリングアクチュエータ１０用の駆動回
路１０ａと、スロットルバルブに連結された例えばステ
ッピングモータ等がら構成され且つエンジンへの燃料供
給量を調整可能なメロントルアクチュエータ１１用の駆
動回路１１ａと、例えばブレーキ系統のマスクシリンダ
の圧力を調整するピストン等から構成され且つブレーキ
の強さを調整可能なブレーキアクチュエータ１２用の駆
動回路１２ａとがインタフェース回路５を介して接続さ
れていて、駆動回路１０ａに指令信号を出力することに
より車両の操舵角を制御し、駆動回路１１ａ、１２ａに
指令信号を出力することにより車速を制御する。

そして、車両の前部分には３台のテレビカメラ１５．１
６及び１７が設置されていて、それぞれ、車体の右前方
を写し出す右テレビカメラ１５．車体の中央前方を写し
出す中央テレビカメラ１６及び車体の左前方を写し出す
左テレビカメラ１７となっている。

各テレビカメラ１５．１６及び１７は、それらが写し出
した画像の中から、路面に描かれている案内線としての
白線や黄緑等を抽出する画像処理装置１８に画像データ
を供給していて、画像処理装置１８で処理された後の画
像データは、制御コンピュータ１からの指令信号に応じ
て作動する転送装置１９を介して、制御コンピュータ１
に転送される。

また、制御コンピュータ１の記憶装置３には、走行路の
路線長、路線幅、車線数、交差点形状及び路線ネットワ
ーク等の走行路情報と、車両の出発地点、目的地点及び
通過地点等からなる走行経路情報と、演算処理装置２で
実行される処理のプログラムとが記憶され、さらに、演
算処理の過程で求められる種々の数値が記憶される。

次に、制御コンピュータ１で実行される処理について説
明する。

今、第２図に示すように、走行路２０の直線部２０ａを
図中下方から上方へ向けて走行している車両２１が、走
行路２０の曲線部２０ｂに差し掛かった場合を考える。

ここで、車両２１の幅方向中心を通り車両前後方向に延
びる基準線Ｌ０を想定してやり、この基準線り、と、走
行路２０に沿って描かれた案内線としてのサイドライン
Ｌ、、Ｌ２　とに着目すると、車両２１が直線部２０ａ
を直進走行している場合には、基準線Ｌ０と直線部２０
ａにおけるサイドラインＬ、とは平行であるが、基準線
Ｌ０と曲線部２０ｂにおけるサイドラインＬ１とは、曲
線部２０ｂの曲率半径に従って徐々に近づき、やがて交
差し、そして離れていく関係にあり、また、基準線Ｌ０
と曲線部におけるサイドラインＬ２とは徐々に離れてい
く関係にある。

そして、人間が車両２１を操縦している状況で、第３図
に示すように、車両２１から距離！（例えば、５ｍ）離
れた位置における基準線Ｌ０とサイドラインＬ、との間
の距離Ｘｔ（ｔは整数）を所定時間間隔で制御コンピュ
ータ１に読み込んでみると、視覚情報（距離ｘｉ）と操
舵角との関係は、第４図に示すようになる。

なお、距離Ｘ、は、車両２１に搭載された中央テレビカ
メラ１６で車両前方の走行路２０を撮影し、画像処理装
置１８において、撮影した画像データからサイドライン
Ｌ１を抽出して、その処理後のデータを転送装置１９を
介して制御コンピュータ１に読み込むようにしている。

、そこで、車両２１が走行する走行路の全てにおける視覚
情報と操舵角との関係を求めて第４図に示すようなグラ
フを作成し、そして、視覚情報と操舵角との間の重回帰
分析を行って視覚情報を独立変数とした重回帰式を求め
、その重回帰式に基づいて制御コンピュータ１が各駆動
回路１０ａ。

１１ａ及び１２ａに指令信号を出力して車両２１に走行
状態を制御すれば、曲線路であってもスムーズな自動走
行が行える。

第５図は、曲率半径１５ｍの曲線路を人間の操縦で車速
１０１ａａ／ｈで走行している車両２１の前方５ｍの位
置における基準線Ｌ０と曲線路外側のサイドラインＬ、
との間の距離を０．２秒間隔で測定した場合の操舵角の
変化（Ｅ）と、その時の視覚情報の変化（Ｆ）と、それ
ら操舵角の変化と３つの視覚情報（現在の視覚情報、１
制御周期前の視覚情報及び２制御周期前の視覚情報）と
に基づいて設定した重回帰（Ｇ）とを示している。

ここで、重回帰を設定するにあたり、３つの視覚情報を
用いたのは、２つ以下では、直線路を走行している際に
車両が走行路に対して傾いている場合と、車両が曲線路
を走行している場合とを区別できない恐れがあるからで
あり、また、４つ以上では演算処理に要する時間が長く
なる割りには精度の向上が望めないからである。

即ち、時刻ｔ１時の１ｍ先における基準線Ｌ０とサイド
ラインＬｌ　との間の距離をＸ、とすると、１制御周期
前の距離情報はＸｌ−１，２制御周期前の距離情報はｘ
、−２であり、また、曲率半径をＲｍ、車速をＶ　ｌａ
ｗ／ｈとすれば、回帰式は、θＬ　ｌ　＝ｆ　（Ｘ　ｘ
　＋　Ｘ　ｔ　−１＋　Ｘ　ｉ−ｚ　＋　Ｒ＋　Ｖ　）
と表せる。そして、曲率半径及び車速を定数とし、人間
が操縦した際の操舵角をθ（１）とすれば、θ（ｔ）＝
Ａｘ４＋Ｂｘ、−、＋Ｃｘ１−、＋Ｄとなり、これが、
第５図に示す操舵角変化已に対応することから、その操
舵角変化Ｅと、視覚情報の変化Ｆとから、上記係数Ａ、
Ｂ、Ｃ及びＤを求めれば、重回帰式が設定できる。

ちなみに、第５図に示した重回帰Ｇは、ｙ　＝　−０，
８４５８１ｘ□−７，１３９６５ｘ　、　−。

＋　０．２１６１７　ｘ　ｔ−ｚ千１５．５３８５８と
なる。ただし、車線幅を４ｍ（つまり、車両が走行路２
０の中央部を走行している場合には、基準線Ｌ６とサイ
ドラインＬ、、ｔ、ｚとの間の距離は２ｍとなる。）と
しており、上記重回帰式においてＸ＝　＝Ｘ＝−Ｉ＝Ｘ
＝−ｚ　＝２とすれば、ｙ＝０となり、従って、この重
回帰は直線路であっても使用できることが判る。

なお、上記回帰式は、曲線部の曲率半径や車速に応じて
変わるが、速度に関しては、早い場合のパターンを遅い
場合に使用することは特に問題はない。

次に、第６図に示すように、直線路を走行していた車両
２１が、Ｔ字路において右折する場合を考えると、この
場合には外側のサイドラインＬ。

が視界から消えるので、基準線Ｌ０と内側のサイドライ
ンＬ２との距離から操舵角を制御する必要があるが、中
央テレビカメラ１６では、サイドラインＬ２を写せない
恐れがあるので、サイドラインＬ２を確実に写せる右テ
レビカメラ１５に切り換えて、車両２１の走行状態を制
御する。

即ち、右テレビカメラ１５の視界内に、基準線Ｌ０と所
定の相対関係を有する別の基準ｉＬ、を設定し、その基
準線り、とサイドラインＬ２との間の距離に基づいて重
回帰式を設定して、操舵角制御を行えばよい。

第７図は、第５図と同様に、人間が操舵した場合の操舵
角の変化（Ｈ）と、その時の右テレビカメラ１５から得
られる距離情報の変化（１）と、それらＨ及びＩから上
述した手順に従って求めた重回帰（Ｊ）とを示している
。

この場合、右折が終了する間際で視覚情報が途切れてい
るが、その後は中央テレビカメラ１６に切り換えれば支
障はない。

なお、車両が直線路を走行しているのか、或いは曲線路
を走行しているのかの判断は、記憶装置３に記憶してい
る走行路情報と、車速センサ６や方位センサ７から得ら
れる走行状況とから大まかに判断し、また、直線部から
曲線部へ入るときの微妙な切り換えタイミングは、視覚
情報から判る基準線Ｌ０とサイドラインＬ、又はＬ２と
の傾き角度が一定角度（例えば、３度以上）になったと
きに曲線部に接近したと判断して、曲線部の操舵角パタ
ーンに切り換えればよい。

また、曲線路の曲率半径が不明な場合であっても、視覚
情報の内、少なくとも４つの距離から２次式によって曲
率半径を推定することも可能であり、この曲率半径の推
定は、車両が曲線部に差し掛かったと判断されたときに
のみ行えばよい。

次に、第８図に示すように、Ｔ字路において１車線路か
ら２車線路の外側の走行路に合流する場合の操舵角制御
について説明する。

即ち、車両２１は、直線部２０ａを走行している際には
、上述したように中央テレビカメラ１６が撮影した画像
データから判る基準線Ｌ０とサイドラインＬ１又はＬ２
との間の距離を独立変数とした重回帰に基づいて操舵角
制御を実行し、Ｔ字路の合流部分２０ｃでは、上述した
右折時と同様に旋回内側にある左テレビカメラ１７から
得られる視覚情報に基づいて操舵角制御を行う。

しかし、第８図に示すように、２車線路の外側に合流し
ようとすると、何れのテレビカメラの視野内にも案内線
が存在しない区間、つまり案内線が途切れて視覚情報が
得られない区間がある。

即ち、第９図に示すように、Ｔ字路への合流開始時には
、左テレビカメラ１７が撮影した画像データからサイド
ラインＬ、を認識できるから、距離データＫに基づいた
操舵角制御が行え、また、Ｔ字路への合流終了間際には
、中央テレビカメラ１６が撮影した画像データからサイ
ドラインＬ４を認識できるから、距離データＭに基づい
た操舵角制御が行えるが、それら距離データＫ及びＭの
間に不連続部分Ｎがある。

そこで、その距離データの不連続部分Ｎにおいてもスム
ーズな操舵が行えるように、本実施例では、そのような
Ｔ字路の形状に合わせて予め設定した操舵パターンを、
カウンタに合わせて呼び出して操舵角を制御するように
している。

即ち、合流開始時には、人間が操舵した際に得られる操
舵角の変化（０）とその時の距離データ（Ｋ）とから、
回帰式（Ｐ：下記の７８式）を設定し、また、操舵角の
変化（○）とその時の距離データ（Ｍ）とから回帰式（
Ｑ：下記の７２式）を設定する。

ｙ　ｒ　＝　１．３７１９６　ｘ　Ｌｚ６．６２４５　
ｘ　４＋２．３０２６５Ｘ＝−＋”　＋１．８８０８６
ｘｉ−＋２．１６３５２Ｘ１−ｚ”　　０．８７３９ｘ
ｔ−２２０，４４４８ｙ　２　＝　０．１５０４７　ｘ　＝−１，２７３５ｘ
　＝　−＋２、５７１３８　ｘ　＝　−ｚ　　８．５７
３９９つまり、合流開始時には上記回帰式ｙ、に基づい
た操舵角制御を行い、合流終了間際には上記回帰式ｙｔ
に基づいた操舵角制御を行う。

そして、第１０図に示すように、人間が操舵した際に得
られる操舵角の変化（０）と、直線部２０ａから曲線部
に切り換えた時点に開始し且つ制御周期と同じ間隔でカ
ウントするカウンタＺとがら、カウンタ２を独立変数と
した回帰式（ｓ：下記の７３式）を設定する。

Ｖ　３＝　０．０００００６８　ｚ　’　−０，００１
３１ｚ　３＋　０．０６８６４１　ｚ　”　−０，５０
０４９ｚ＋　０．６８８８９つまり、距離データが途切れる区間では、上記回帰式ｙ
、ｌに基づいた操舵角制御を行う。

すると、回帰式Ｖｌ、ｙｚ及びｙ、を設定する際に基準
とした操舵角変化が共通であるから、第８図に示すよう
なＴ字路への合流も、スムーズに行うことができる。

このように、本実施例にあっては、直線部から曲線部に
移行する際や、交差点で右折又は左折する際であっても
、重回帰式に基づいて操舵角を制御しているため、スム
ーズな転舵が行われ、安定した走行が可能となるし、ま
た、走行路面の案内線が途切れる箇所であっても、カウ
ンタを独立変数とした重回帰式に基づいて操舵角を制御
するから、スムーズな転舵が行える。

なお、上記実施例では、車両前方の少な（とも３位置に
おける基準線とサイドラインとの間の距離として、現在
の値、１制御周期前の値及び２制御周期前の値を用いて
いるが、得ら、れた画像データから同時に３位置（例え
ば、５ｍ先、６ｍ先、７ｍ先というような位置）の距離
データを求めるようにしてもよい。

また、上記実施例では、走行路面の側部に沿って描かれ
たサイドラインを案内線としているが、走行路面の幅方
向中央部分に沿って描かれるセンターラインであっても
よい。

さらに、上記実施例では、走行路面に描かれた白線又は
黄緑を案内線とし、テレビカメラでその案内線を認識す
るようにしているが、これに限定されるものではなく、
例えば、テレビカメラの代わりに、レーザー（ｌａｓｅ
ｒ　ｒａｎｇｅ　ｆｉｎｄｅｒ等）で路面をスキャンし
、その反射光で白線等を識別して、基準線との距離を求
めるようにしてもよい。

また、基準線は、必ずしも車両の中央部分を通る必要は
なく、要は、車体を基準に想定され且つ車両前後方向に
延びる線を想定すればよいし、さらには、車体に対して
傾いていても特に問題はない。

なお、上記した各回帰式中の数字は、発明者が求めた一
例であり、走行路の形状が異なれば他の値となることは
勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明にあっては、車両前方の少
なくとも３位置における基準線と案内線との間の距離を
求め、それら求められた距離を独立変数とした重回帰式
に基づいて、車両の操舵角を制御するようにしたため、
曲線部や右左折部であってもスムーズな操舵が行われ、
安定して走行できるという効果がある。

また、請求項（２）記載の発明であれば、案内線が途切
れる箇所では、走行路の形状に合わせて予め設定した操
舵パターンをカウンタに基づいて呼び出して車両の操舵
角を制御するから、案内線が途切れる箇所であっても、
スムーズな操舵が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図は車両を基準とした基準線と走行路に描かれた案内
線との関係の説明図、第３図は視覚情報の読み込み例の
説明図、第４図は視覚情報と操舵角との関係の一例を示
すグラフ、第５図は曲線路を走行する際の重回帰式の一
例を示すグラフ、第６図はＴ字路を右折する状況の説明
図、第７図はＴ字路を右折する際の重回帰式の一例を示
すグラフ、第８図はＴ字路へ合流する状況の説明図、第
９図はＴ字路への合流開始及び終了間際の重回帰式の一
例を示すグラフ、第１０図はカウンタを用いた重回帰の
一例を示すグラフである。１・・・制御コンピュータ、３・・・記憶装置、１５゜
１６．１７・・・テレビカメラ、２０・・・走行路、２
１・・・車両、Ｌ、、Ｌ、−・・基準線、Ｌ＋　、Ｌｘ
　、Ｌ−・・・サイドライン（案内線）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）車体を基準に想定され且つ車両前後方向に延びる
基準線と、走行路に沿って描かれた案内線との関係に基
づいて車両の操舵角を制御する車両操舵角制御方法であ
って、前記車両前方の少なくとも３位置における前記基準線と
前記案内線との間の距離を求め、それら求められた距離
を独立変数とした重回帰式に基づいて、前記車両の操舵
角を制御することを特徴とする車両操舵角制御方法。
（２）案内線が途切れる箇所では、走行路の形状に合わ
せて予め設定した操舵パターンをカウンタに基づいて呼
び出して車両の操舵角を制御する請求項（１）記載の車
両操舵角制御方法。