JPH06230826A - 自動車の操舵装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像から走行路を検出して自動操舵を行なう
自動車の操舵装置において、制御全体のレスポンスを低
下させることなく走行路検出エラーが生じた場合におい
ても適切な自動操舵を可能とする。 【構成】 カメラ12と画像処理手段16とで走行路を検出
しその走行路情報に基づいて操舵制御手段24で操舵駆動
手段22の作動を制御して自動操舵を行なうものにおい
て、例えば高速道路の様に曲線路の半径や直線と曲線路
とを接続する移行路の曲線データが所定の基準に基づい
て決定されている走行路を走行する場合、最大操舵角設
定手段28により上記曲線路の基準半径に基づく最大操舵
角を設定し、最大操舵角速度設定手段30により上記移行
路の基準曲線データと車速とから最大操舵角速度を設定
し、操舵制御手段24は操舵角および操舵角速度がそれら
の最大操舵角および最大操舵角速度を越えないように制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、曲線路もしくは直線路
から曲線路へ移行する移行路が所定の設計基準に基づい
て作られた高速道路等の走行路を自動操舵で走行する自
動車の操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平2-48704 号公報
に記載されているように、カメラ等により走行路を撮像
し、その画像を画像処理して走行路を検出し、この走行
路の情報に基づいて操舵量（操舵角）を制御するように
した自動操舵装置が知られている。

【０００３】また、従来より、安全もしくは適正操舵を
実現するため、例えば特開昭63-314620 号公報に記載さ
れているように、走行路を撮像した画像を画像処理して
曲線路のカーブ度数を検出し、該カーブ度数に基づいて
車速を制御するようにした技術や、例えば特開昭63-314
619 号公報に記載されているように、操舵角を検出し該
操舵角に対して適正車速制御を実行するようにした技術
が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
なカメラ等により走行路を撮像し、その画像を画像処理
して走行路を検出し、この走行路の情報に基づいて操舵
量を制御するようにした自動操舵装置においては、次の
ような問題がある。

【０００５】すなわち、上記の如き自動操舵装置におい
ては、例えば図３に示すように、カメラ12で自車10の前
方の走行路を撮像し、該撮像した画像を画像処理して自
車の進行方向前方の距離Ｄの地点Ａにおける自車10の進
行方向と走行路を規制する白線14との距離Ｗを求め、操
舵量がこの距離Ｗに基づいて算出した目標操舵量になる
ように操舵駆動手段を作動させる自動操舵方法が用いら
れるが、この場合常にこの距離Ｗを適切に算出し得ると
は限らず、例えば上記白線がとぎれている場合とかある
いは該白線が画像上ハイライトや影となって該白線を検
出不可能な場合が生じ、そのような場合には上記白線ま
での距離Ｗとして不適切な値が算出され、その結果その
不適切な値Ｗに基づいて目標操舵量が算出され、目標操
舵量が変動して適切な自動操舵を行うことができないと
いう問題が生じる。

【０００６】上記の如き目標操舵量が変動することによ
る不適切な自動操舵を防止するため、例えば制御レスポ
ンスを落とし、目標操舵量への追従性を低下させる方法
が考えられるが、この様に制御レスポンスを落とすと、
白線の検出エラーにより目標操舵量が変動する場合のみ
でなく実際に白線までの距離Ｗが変動した場合の追従性
までも低下してしまうという問題が生じる。

【０００７】本発明の目的は、上記事情に鑑み、制御全
体のレスポンスを低下させること無く走行路検出エラー
が生じた場合においても適切な自動操舵が可能な自動車
の操舵装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願の第１の発明にかか
る自動車の操舵装置は、上記目的を達成するため、走行
路を撮像した画像から走行路を検出する走行路検出手段
と、操舵を自動的に行う操舵駆動手段と、上記走行路検
出手段によって検出された走行路の情報に基づいて上記
操舵駆動手段の作動を制御する操舵制御手段とを備えて
成る自動車の操舵装置であって、上記操舵制御手段は、
曲線路の半径が所定の基準半径とされている走行路を走
行する際、上記曲線路の基準半径に基づいて設定された
最大操舵角以下の操舵角範囲で上記操舵駆動手段の作動
を制御するものであることを特徴とする。

【０００９】上記走行路としては、例えば高速道路を挙
げることができる。また、上記最大操舵角は、走行路の
制限車速から曲線路の基準半径求め、該基準半径に基づ
いて設定することができる。

【００１０】本願の第２の発明にかかる自動車の操舵装
置は、上記目的を達成するため、走行路を撮像した画像
により走行路を検出する走行路検出手段と、操舵を自動
的に行う操舵駆動手段と、上記走行路検出手段によって
検出された走行路の情報に基づいて上記操舵駆動手段の
作動を制御する操舵制御手段とを備えて成る自動車の操
舵装置であって、上記操舵制御手段は、直線路と曲線路
とを接続する移行路の曲線データが所定の基準曲線デー
タとされている走行路を走行する際、上記移行路の上記
基準曲線データと車速とに基づいて設定された最大操舵
角速度以下の操舵角速度範囲で上記操舵駆動手段の作動
を制御するものであることを特徴とする。

【００１１】上記車速としては自車速の他上記走行路の
制限車速を用いることができる。また、上記走行路とし
ては、例えば高速道路を挙げることができる。

【００１２】

【作用および発明の効果】例えば高速道路は所定の高速
道路設計基準に基づいて設計されている。即ち高速道路
設計基準は車速毎に曲線路（円弧状の曲線路）の基準半
径を定めており、実際の高速道路の曲線路の半径は上記
設計基準におけるその高速道路の制限車速に対応する基
準半径もしくはその近傍の値としている。従って、上記
高速道路のように曲線路の半径が所定の基準半径とされ
ている走行路を走行する際には、その基準半径の曲線路
を走行するための操舵量より大きい操舵量とする必要は
なく、実際の操舵量をその基準半径の曲線路を走行する
ための操舵量より大きくならないように規制すれば、目
標操舵量が異常な値となった場合の不適切な自動操舵制
御を良好に回避することができる。

【００１３】本願の第１の発明に係る自動車の操舵装置
は、上記の如く、曲線路の半径が所定の基準半径とされ
ている走行路を走行する際、上記曲線路の基準半径に基
づいて設定された最大操舵角以下の操舵角範囲で上記操
舵駆動手段の作動を制御するように構成されているの
で、画像上で走行路を適切に検出することができず目標
操舵量として上記最大操舵角より大きい異常な値が算出
された場合であっても、操舵制御手段はその異常値をキ
ャンセルして上記最大操舵角を目標操舵量として制御す
ることとなり、上記異常値に向けて操舵する不適切な操
舵制御を防止することができる。

【００１４】また、上述のように例えば高速道路の曲線
路（円弧状の曲線路）の半径は上記高速道路設計基準に
基づいて定められており、直線路と曲線路とを接続する
移行路（緩和曲線）は通常クロソイド曲線により形成さ
れ、このクロソイド曲線の曲線データ（半径に相当する
もの）は曲線路の半径に応じて定まる。即ち、実際の高
速道路の移行路の曲線データは高速道路設計基準に応じ
て定まる基準曲線データ値もしくはその近傍の値として
いる。従って、上記高速道路のように直線路と曲線路と
を接続する移行路の曲線データが上記の如き基準曲線デ
ータ値とされている走行路を走行する際には、その移行
路の基準曲線データと該移行路を走行する際の車速とか
ら求まる操舵角速度より大きい操舵角速度とする必要は
なく、実際の操舵角速度をその移行路の基準曲線データ
と車速とから求まる操舵角速度より大きくならないよう
に規制すれば、目標操舵量が異常な値となった場合のそ
の異常値に対する追従を抑制することができ、それによ
ってその異常値に向かう不適切な自動操舵制御を良好に
回避することができる。

【００１５】本願の第２の発明に係る自動車の操舵装置
は、上記の如く、直線路と曲線路とを接続する移行路の
曲線データが所定の基準曲線データ値とされている走行
路を走行する際、上記移行路の上記基準曲線データと車
速とに基づいて設定された最大操舵角速度以下の操舵角
速度範囲で上記操舵駆動手段の作動を制御するように構
成されているので、画像上で走行路を適切に検出するこ
とができず目標操舵量として異常な大きい値が算出され
た場合であっても、操舵制御手段は上記最大操舵角速度
以下で操舵制御するので上記異常な目標操舵量に対する
追従を抑制することができ、それによって上記異常目標
操舵量に基づく不適切な操舵制御を防止することができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて詳細に説明する。

【００１７】図１は本発明に係る自動車の操舵装置の一
実施例を示すブロック図である。この実施例は、特に高
速道路設計基準に基づいて設計された高速道路を走行す
る際の自動車の自動操舵装置に本発明を適用した例であ
る。

【００１８】図示の装置は、自動車10の屋根の前部車幅
方向中央に設置した前方の走行路を撮像するカメラ装置
12および該カメラ装置12によって撮像した走行路画像を
画像処理して走行路を検出する画像処理手段16から成る
走行路検出手段18と、自動車の前輪20の操舵を自動的に
行なう操舵駆動手段22と、上記走行路検出手段18から出
力された走行路の情報に基づいて上記操舵駆動手段22の
作動を制御する操舵制御手段24とを備えて成る。

【００１９】上記カメラ装置12は自車10の前方の走行路
を撮像し、その画像は画像処理手段16に入力される。画
像処理手段16は、入力された画像を適宜のアルゴリズム
に従って画像処理することにより、上述の図３に示す様
に、路端白線もしくは走行路区分線等の自車10の走行路
を規制する白線４を求め、自車10の進行方向前方の所定
距離Ｄの地点Ａにおける自車10の進行方向と上記白線14
との距離Ｗを算出し、この距離Ｗを走行路情報として出
力する。

【００２０】上記操舵駆動手段22は例えばステアリング
シャフト26を回転させる駆動モータから成り、上記操舵
制御手段24は、上記走行路検出手段18から出力された距
離Ｗを所定値に維持すべく目標操舵量を演算し、実操舵
量が上記目標操舵量になるように上記操舵駆動手段22を
制御する。

【００２１】また、上記操舵制御手段24は、最大操舵角
設定手段28を備え、該最大操舵角設定手段28によって設
定された最大操舵角以下の操舵角範囲で上記操舵駆動手
段２２の作動を制御するように、つまり上記操舵制御手
段２４によって算出された目標操舵量がこの最大操舵角
より大となったときは操舵量がこの最大操舵角を越える
ことなくこの最大操舵角に維持される様に操舵駆動手段
22の作動を制御する。

【００２２】上記最大操舵角設定手段28による最大操舵
角の設定は、高速道路設計基準に基づいて行なわれる。
即ち、高速道路の設計基準として下記表１のような基準
が設けられている。

【００２３】

【表１】

【００２４】上記基準は車速が80，100 ，120 ｋｍ／ｈ
で走行する高速道路における円弧状の曲線路はその半径
をそれぞれ280 ，460 ，710 ｍとするよう定めたもので
あり、日本の高速道路はこの基準に従って曲線路半径が
設定されており、特に一般の高速道路は制限車速を80も
しくは100 ｋｍ／ｈとしその曲線路の半径も車速80もし
くは100 ｋｍ／ｈに対応する280 または460 ｍもしくは
それらの近傍の値とされている。

【００２５】また、操舵角（ステアリング切れ角）θと
自動車の回転半径ｒは下式(1) で近似できる。なお、下
式(1) においてＬは自動車のホイールベースであり、こ
のθとＬとを図２に示す。

【００２６】ｒ＝Ｌ／ tanθ ……(1) 従って、例えば上記高速道路の設計基準から一番小さい
曲線半径Ｒ＝280 ｍを選択し、この半径280 ｍの曲線路
を走行する際の操舵角θを、ホイールベースＬ＝1.8 ｍ
として上記(1) 式から求めると、θ＝0.36(rad) とな
る。そこで、このθ＝0.36(rad) もしくはこれに少し余
裕を持たせた値例えば0.4(rad)を最大操舵角として設定
する。

【００２７】上記の様に、動作範囲を高速道路に限定
し、最大操舵角を高速道路の設計基準に基づいて車速80
ｋｍ／ｈに対応する曲線路の基準半径280 ｍに基づいて
算出した0.36(rad) もしくはその近傍値に設定すれば、
この最大操舵角の範囲内で制限車速80ｋｍ／ｈ以上の全
ての高速道路の曲線路を走行可能であり、かつ操舵角を
それ以上の値とする必要はないので、操舵角をこの最大
操舵角の範囲内でこれを越えることのないように操舵制
御を行なうことにより、前述の様な走行路情報（白線情
報）の検出エラーにより異常な目標操舵量が設定されそ
れに基づいて異常な操舵制御が行なわれることを良好に
防止することができる。

【００２８】なお、上記実施例は高速道路ということで
一律に最大操舵角を設定したが、高速道路であってもそ
の制限車速に応じて曲線路の基準半径が上記表１の様に
異なるので、制限車速に応じて最大操舵角を異にして設
定することもできる。その場合は、例えば制限車速入力
手段32を備え、この制限車速入力手段32により走行路の
制限車速を最大操舵角設定手段28に入力し、最大操舵角
設定手段28は予め格納された各車速に応じた操舵角（勿
論この操舵角は上記と同様の方法により表１に示す高速
道路設計基準に示す各車速に対応する各基準半径に基づ
いて算出されている）の中から制限車速に対応する車速
に対する操舵角を選択してそれを最大操舵角として設定
することもできる。

【００２９】前者の高速道路に対して固定的な１つの最
大操舵角を設定する場合は、予め上記高速道路の設計基
準に示す適当な曲線路の基準半径に基づいて算出した操
舵角を最大操舵角設定手段28に入力しておきそれを最大
操舵角として設定することができる。また、後者の高速
道路の制限車速に応じて異なる最大操舵角を設定する場
合は、走行路の制限車速を上記制限車速入力手段32によ
り入力する必要があるが、この制限車速の入力は運転者
によって行なっても良いし、あるいは高速道路の傍に設
置されるビーコンや高速道路の路面上に設けられる路面
マーカ等から入力することができる。

【００３０】また、上記操舵制御手段24は、最大操舵角
速度設定手段30を備え、該最大操舵角速度設定手段30に
よって設定された最大操舵角速度以下の操舵角速度範囲
で上記操舵駆動手段22の作動を制御するように、つまり
走行路情報（白線情報）検出エラーにより上記操舵制御
手段24によって算出された目標操舵量が異常に大きい値
となり、実操舵角が速やかにその異常目標操舵量となる
ように操舵駆動手段22を作動させようとした結果操舵角
速度がこの最大操舵角速度より大となったときは、操舵
角速度がこの最大操舵角速度を越えることなくこの最大
操舵角速度に維持される様に操舵駆動手段22の作動を制
御する。

【００３１】上記最大操舵角速度設定手段30による最大
操舵角速度の設定は、高速道路設計基準に基づいて行な
われる。即ち、前述の様に高速道路設計基準として表１
に示す様な基準が設けられている。そして、高速道路に
おいては通常直線路と円弧状曲線路とを接続する移行路
（緩和曲線路）はクロソイド曲線により設計されてお
り、そのクロソイド曲線による移行路の曲線データ（半
径に相当するもの）は接続すべき曲線路の半径に応じて
定まり、曲線路の各車速に対応する半径が上記高速道路
設計基準に示す基準半径である場合、各車速に対応する
移行路曲線データは表２の様になる。

【００３２】

【表２】

【００３３】上記移行路の曲線データは移行路のクロソ
イド曲線を示すデータ（半径に相当する）であり、車速
が80ｋｍ／ｈの場合はその車速80ｋｍ／ｈに対応する表
１中の半径Ｒ＝280 ｍの円弧状曲線路と直線路とを結ぶ
移行路の曲線データが900 ｍであるということであり、
車速が100 ，120 ｋｍ／ｈの場合も同様である。

【００３４】また、上記移行路を走行する場合の操舵角
速度ｄθ／ｄｔは次の(2) 式で表わされる。

【００３５】ｄθ／ｄｔ＝Ｖ／Ｒ ……(2) 上記(2) 式においてＶは車速、Ｒは表２中の移行路の曲
線データであり、各移行路を該移行路に対応する車速
（通常この車速は制限車速とされている）で走行する場
合の操舵角速度ｄθ／ｄｔを上記(2) 式に基づいて算出
すると次の表３に示す通りである。

【００３６】

【表３】

【００３７】従って、動作範囲を高速道路に限定し、最
大操舵角速度を、上記の様に高速道路の設計基準に示す
車速80ｋｍ／ｈに対応する曲線路の基準半径Ｒ＝280 ｍ
に基づいて算出した移行路の曲線データＲ＝900 ｍおよ
びその移行路を車速80ｋｍ／ｈで走行するものとして算
出した0.0246(rad/sec) もしくはその近傍値例えば0.03
(rad/sec) に設定すれば、この最大操舵角速度の範囲内
で制限車速80ｋｍ／ｈ以上の全ての高速道路の移行路を
走行可能でありかつ操舵角速度をそれ以上の値とする必
要はないので、移行路走行時に操舵角速度をこの最大操
舵角速度の範囲内でこれを越えることのないように操舵
制御を行なうことにより、前述の走行路情報（白線情
報）の検出エラーにより異常な目標操舵量が設定され、
それに基づいて異常な操舵制御が行なわれることを防止
することができる。

【００３８】なお、上記実施例は高速道路ということで
一律に最大操舵角速度を設定したが、高速道路であって
もその制限車速に応じて移行路の基準曲線データが上記
表２の様に異なるので、制限車速に応じて最大操舵角速
度を表３の様に異にして設定することもできる。その場
合は、例えば上述の制限車速入力手段32により走行路の
制限車速を最大操舵角速度設定手段30に入力し、最大操
舵角速度設定手段30は予め格納された各車速に応じた操
舵角速度（勿論この操舵角速度は上記と同様の方法によ
り表２に示す高速道路設計基準に示す各車速に対応する
各基準半径に基づく各移行路の曲線データに従って算
出）の中から制限車速に対応する車速に対する操舵角速
度を選択してそれを最大操舵角速度として設定すること
もできる。

【００３９】前者の高速道路に対して固定的な１つの最
大操舵角速度を設定する場合は、予め上記高速道路の設
計基準に従って上述の方法で、算出した適当な操舵角速
度を最大操舵角設定手段28に入力しておき、それを最大
操舵角速度として設定することができる。また、後者の
高速道路の制限車速に応じて異なる最大操舵角速度を設
定する場合は、走行路の制限車速を上記制限車速入力手
段32により入力する必要があるが、この制限車速の入力
は運転者によって行なっても良いし、あるいは高速道路
の傍に設置されるビーコンや高速道路の路面上に設けら
れる路面マーカ等から入力することができる。

【００４０】また、上記最大操舵角速度の設定は、上記
実施例ではいずれも上記(2) 式におけるＶとして走行路
の制限車速（採用した基準半径に対応する車速）を用い
ているが、例えば上記(2) 式におけるＲとして一番小さ
い車速80ｋｍ／ｈに対応する移行路曲線データＲ＝900
ｍを用い、Ｖとしては自車速を用い、上記最大操舵角速
度設定手段30はこのＲとＶとから上記(2) 式に従ってｄ
θ／ｄｔを演算しそれを最大操舵角速度として設定する
ことも可能である。また、移行路の曲線データＲは上記
高速道路設計基準から求めた上記表２中の曲線データの
うち制限車速に対応する曲線データとし、車速Ｖは自車
速としても良い。

【００４１】なお、上記最大操舵角に基づく制御は上記
円弧状の曲線路走行時に、上記最大操舵角速度に基づく
制御は上記移行路走行時に主として行なわれるものであ
るが、勿論高速道路走行中は常時それらの制御を行なう
ことも可能である。上記制御を上記曲線路もしくは移行
路走行時にのみ行なう場合は曲線路もしくは移行路走行
中であることを検出する必要があるが、その検出は例え
ば上述の走行路検出手段18によって検出した走行路情報
（Ｗの変化状態）に基づいて操舵制御手段24により行な
うことができる。

【００４２】また、本発明に係る自動操舵制御は、上記
の如き高速道路に限らず、他の走行路であっても所定の
基準に基づいて曲線路の半径や移行路の曲線データもし
くはそれらと車速との関係が定められているものの走行
に対しては適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動車の操舵装置の一実施例を示
すブロック図

【図２】操舵角θとホイールベースＬとを示す図

【図３】画像から走行路を検出する方法を示す図

【符号の説明】 10 自動車 14 走行路を規制する白線 18 (12，16) 走行路検出手段 22 操舵駆動手段 24 操舵制御手段 28 最大操舵角設定手段 30 最大操舵角速度設定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６２Ｄ 113:00 117:00 137:00

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行路を撮像した画像から走行路を検出
   する走行路検出手段と、操舵を自動的に行う操舵駆動手
   段と、上記走行路検出手段によって検出された走行路の
   情報に基づいて上記操舵駆動手段の作動を制御する操舵
   制御手段とを備えて成る自動車の操舵装置であって、 上記操舵制御手段は、曲線路の半径が所定の基準半径と
   されている走行路を走行する際、上記曲線路の基準半径
   に基づいて設定された最大操舵角以下の操舵角範囲で上
   記操舵駆動手段の作動を制御するものであることを特徴
   とする自動車の操舵装置。
2. 【請求項２】 上記最大操舵角の設定が、走行路の制限
   車速から曲線路の基準半径を求め、該基準半径に基づい
   て設定されるものであることを特徴とする請求項１記載
   の自動車の操舵装置。
3. 【請求項３】 走行路を撮像した画像から走行路を検出
   する走行路検出手段と、操舵を自動的に行う操舵駆動手
   段と、上記走行路検出手段によって検出された走行路の
   情報に基づいて上記操舵駆動手段の作動を制御する操舵
   制御手段とを備えて成る自動車の操舵装置であって、 上記操舵制御手段は、直線路と曲線路とを接続する移行
   路の曲線データが所定の基準曲線データとされている走
   行路を走行する際、上記移行路の上記基準曲線データと
   車速とに基づいて設定された最大操舵角速度以下の操舵
   角速度範囲で上記操舵駆動手段の作動を制御するもので
   あることを特徴とする自動車の操舵装置。
4. 【請求項４】 上記移行路の基準曲線データが、上記走
   行路の制限車速から求められるものであることを特徴と
   する請求項３記載の自動車の操舵装置。
5. 【請求項５】 上記車速が上記走行路の制限車速である
   ことを特徴とする請求項３または４記載の自動車の操舵
   装置。
6. 【請求項６】 上記車速が自車速であることを特徴とす
   る請求項３または４記載の自動車の操舵装置。