JPH0789443A

JPH0789443A - 車両用自動操縦装置

Info

Publication number: JPH0789443A
Application number: JP5201750A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Yamamura; 智弘山村
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-07-22
Filing date: 1993-07-22
Publication date: 1995-04-04

Abstract

(57)【要約】【目的】障害物回避動作時でも確実に走行車線を認識
できるようにする。【構成】画像認識による道路形状認識手段１からの道
路形状情報と自車速検出手段からの走行速度を基に、基
準ヨーレート算出手段５が走行車線に追従するのに必要
な基準ヨーレートを算出する。走行車線上に障害物があ
る場合には、障害物検出手段からの信号と道路形状情報
とから、経路策定手段９がそれを回避するための回避経
路を策定する。そして前後輪操舵角算出手段１１では、
発生するヨーレートを、現在の走行車線に沿って旋回す
るのに必要な上記基準ヨーレートだけとし、走行車線に
対する横移動によって回避するように前輪および後輪の
操舵角を算出して前後輪操舵角制御手段１３に出力す
る。これにより、ヨー方向の変化が生じないから、画
像上の特徴点の位置変化が小さくなり、画像認識処理に
おける特徴点追跡の確実性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動的に走行車線に
沿って走行するように操舵角を制御する車両用自動操縦
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両の操舵角を制御するものとし
て、例えば、特開平３−２９１７０３号に提案されたよ
うなものがある。これは、画像処理によって車両前方の
走行車線を認識し、その走行車線に追従するように前輪
の操舵角を制御して自動操縦を行なうようにしたもので
ある。すなわち、走行車線の形状や、走行車線に対する
自車両の相対的な位置および移動量などを求めるため、
前方映像を画像処理して、白線あるいはセンターライン
など走行車線の境界線を抽出識別するようにしている。
そしてさらに、自車両走行車線上の障害物の有無とその
障害物の移動方向をも検出し、障害物が自車両と衝突す
る可能性が高い場合には、回避動作をおこなう。

【０００３】ここで走行車線に対する自車両の相対位置
や移動量を算出するためには、画像処理では例えば取り
込まれる前方映像に対してエッジ抽出等の前処理を行な
い、その後白線の認識を行なう。この白線認識に際して
は、画像全体に白線が存在する訳ではないから、画像全
体に対して処理を行い白線認識するのではなく、白線が
存在すると思われる領域にのみウインドウを設定し、そ
のウインドウ内に存在する白線を認識するようにしてい
る。また、複数のウインドウを設定して白線を検出する
ことにより、白線がどの方向に曲がって行くかが認識で
きるので、道路の曲率半径など道路形状があらかじめ認
識できるので追従制御が容易となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の自動操縦装置においては、道路白線の検出の
ためのウインドウの画面上での大きさや位置は、前回の
画像処理による白線認識結果を基にして決定されるよう
になっている。ところが、実際の画面上での白線の位置
は、前回認識された白線の位置に対して、その白線に対
する自車両の相対移動量分だけずれてくる。ここで、画
面上での白線の移動量に対して影響が大きいのは、車両
の水平面内での回転を示すヨー方向と左右移動を示す横
方向の相対運動である。そのうち、ヨー方向の運動は前
方映像を取り込むためのビデオカメラの回転となるか
ら、画面上での白線の移動量も非常に大きく、この移動
量はヨー角の変化量が大きいほど大きくなる。

【０００５】上述のように白線認識を行うウインドウの
位置は、前回の認識結果を基に決定されるので、この間
の白線の相対移動量が大きいと新に設定されたウインド
ウ内に白線が含まれなくなり、白線を連続して認識する
ことができなくなるおそれがある。なお、白線が常にウ
インドウ内に含まれるようにウインドウの大きさを大き
く設定することも考えられるが、ウインドウを大きく設
定すると、道路外のガードレールなど、白線以外のもの
もウインドウに含まれることにより、正確に白線を識別
することが困難となったり、処理領域の拡大によって画
像処理の処理時間が長くなってしまうという問題があ
る。

【０００６】以上のように、走行車線に沿って外乱なく
走行し、ヨー方向の変化量が大きくないときには問題な
いが、とくに障害物が検出されて回避動作を行なうよう
な場合などには、走行車線に対するヨー方向変化量が大
きくなって、白線を連続的に認識していくことができ
ず、走行車線にそっての追従走行が途切れてしまうこと
になる。したがってこの発明は、このような従来の問題
点に着目し、障害物に対する回避動作を行なう場合にも
確実に走行車線を認識し、その走行車線に対する追従走
行が継続される車両用自動操縦装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このためには、走行車線
に対して相対的なヨー方向変化が生じないように制御す
ることが必要になる。したがって本発明は、図１に示す
ように、画像情報により自車両前方の走行車線の道路曲
率を含む道路形状を認識する道路形状認識手段１と、自
車両の走行車速を検出する自車速検出手段３と、前記の
道路曲率と走行速度を基に、走行車線に追従するのに必
要な基準ヨーレートを算出する基準ヨーレート算出手段
５と、走行車線上の障害物を検出する障害物検出手段７
と、この障害物検出手段７で検出される障害物を回避す
るための回避経路を道路形状を基に策定する経路策定手
段９と、その回避経路を得るとともにその際発生するヨ
ーレートを前記基準ヨーレートと一致させるに必要な前
輪および後輪の各操舵角を算出する前後輪操舵角算出手
段１１と、前輪および後輪の操舵角を前後輪操舵角算出
手段１１で算出された値となるように制御する前後輪操
舵角制御手段１３とを有するものとした。

【０００８】

【作用】道路形状認識手段１は画像の特徴点から道路曲
率を含む道路形状を認識する。通常走行中、基準ヨーレ
ート算出手段５が、道路曲率と走行速度を基に、走行車
線に追従するのに必要な基準ヨーレートを算出し、前後
輪操舵角算出手段１１はこの基準ヨーレートにしたがっ
て前輪および後輪の操舵角を算出して前後輪操舵角制御
手段１３に出力する。走行車線上に障害物が検出される
と、経路策定手段９がその障害物を回避するための回避
経路を策定し、前後輪操舵角算出手段１１では、発生す
るヨーレートを基準ヨーレートと一致させたまま上記の
回避経路を得るに必要な前後輪の操舵角を算出する。す
なわち、車両での発生ヨーレートを、現在の走行車線に
沿って旋回するのに必要な基準ヨーレートだけとし、回
避動作の際はこれに加えて走行車線に対して相対的な横
移動が行なわれる。これにより、走行車線に対して相対
的なヨー方向の変化がなく、したがって画像における特
徴点の位置変化量が小さくなり、画像認識処理における
特徴点追跡の確実性が向上する。

【０００９】

【実施例】図２はこの発明の実施例を示すブロック図で
ある。前方の映像を取り込むために、車両前方に向けて
配置され撮影した前方映像を画像信号として出力するビ
デオカメラ２１が設けられ、その画像信号が画像処理装
置２３へ入力される。画像処理装置２３は画像信号を処
理して車両前方の道路形状および障害物の有無を認識
し、これらの情報を情報処理回路２７へ出力する。

【００１０】情報処理回路２７には、車速センサ２５か
ら自車速Ｖの情報も入力され、これらの情報を基に、走
行経路を策定するとともに、道路の走行車線にそって走
行する際の基準ヨーレートｒおよび横滑り速度Ｖｙを演
算し、操舵角制御装置２９へ出力する。操舵角制御装置
２９は、これら基準ヨーレートｒおよび横滑り速度Ｖｙ
をもとに、前輪操舵アクチュエータ３１および後輪操舵
アクチュエータ３３に対して、前後輪操舵角指令値δ
ｆ，δｒを出力するようになっている。

【００１１】上記画像処理装置２３における処理の流れ
が図３のフローチャートに示される。まず、ステップ４
１において、ビデオカメラ２１から車両前方を撮影した
画像信号が読み込まれる。次にステップ４３で、走行車
線を識別するためのセンターラインや白線を検出しやす
くするため画像信号に前処理が施される。この前処理
は、画像信号に対して、コントラストの大きな部分を抽
出するエッジ抽出処理、ならびに抽出されたエッジ画像
に対して、道路上の微細な物体によって生じるようなエ
ッジ成分を除去するための粒子除去処理などからなる。

【００１２】次いでステップ４５において、上記前処理
された画像から白線を検出するためのウインドウが設定
される。ウインドウの位置は、前回フローでの画像にお
ける白線検出位置の近傍に設定される。そしてステップ
４７において、このウインドウ内での白線検出が行なわ
れたあと、検出された白線情報を基に、ステップ４９で
前方道路の形状が認識される。ここで道路形状として、
その走行車線の曲率半径Ｒや、白線に対する自車両の左
右方向の相対位置などが求められる。

【００１３】さらにステップ５１において、道路上に存
在する障害物の検出が行なわれる。ここでは、先のステ
ップ４３の前処理により粒子除去がなされているので、
画像上走行車線内に存在する白線以外のエッジ成分が多
い領域は、障害物として認識できる。あわせて、この障
害物については、その画面上での位置から自車両に対す
る相対的な位置も検出される。こうして求められた道路
形状と障害物の有無、さらにその位置情報がステップ５
３において出力される。ステップ４１〜４７、および５
３が発明の道路形状認識手段を構成し、ステップ４１〜
４５、および５１、５３が障害物検出手段を構成してい
る。

【００１４】次に、情報処理回路２７では図４のフロー
チャートにしたがって処理が行なわれる。ここでは、自
車速Ｖ、道路形状、ならびに障害物情報に基づいて、障
害物が存在する場合には、回避経路とそれに追従するた
めに必要な車両挙動物理量を決定する一方、障害物が存
在しない場合には、走行車線に追従するために必要な車
両挙動物理量を決定する。

【００１５】まず、ステップ６１において、車速センサ
２５から自車速Ｖが読み込まれ、ステップ６３で、画像
処理装置２３から道路形状の情報が読み込まれる。そし
てステップ６５で、道路形状における曲率半径Ｒと自車
速Ｖを用いて、基準ヨーレートｒが次式により算出され
る。ｒ＝Ｖ／Ｒ（１）ここで、基準ヨーレートｒは、現在の走行車線をその曲
率にそって現在の自車速Ｖで走行するために必要なヨー
レートである。

【００１６】次に、ステップ６７において、画像処理装
置２３から障害物に関する情報が読み込まれ、ステップ
６９で、障害物の有無が判別される。障害物がある場合
には、ステップ７１へ進み、その障害物の位置情報をも
とにこれとの衝突を避ける回避経路が策定される。一
方、障害物が存在しないときには、ステップ７３に進ん
で、走行車線に対する現在の左右方向のズレ量が算出さ
れる。このズレ量は、左右白線間の中心を基準として算
出してもよいし、あるいは左右どちらか一方の白線を基
準として、それから所定距離離れた位置を基準としても
よい。

【００１７】ステップ７１あるいは７３のあと、ステッ
プ７５において、上記回避経路または白線を用いた走行
車線にそう経路を走行するために必要な横方向の移動速
度、すなわち横滑り速度Ｖｙが算出される。すなわち、
障害物に対する回避経路に関しては、その回避経路の座
標と自車速Ｖから必要となる横方向の移動速度が算出さ
れる。また、障害物が存在せずにズレ量がある場合に
は、そのズレ量をゼロ方向へ補正するように横方向の移
動速度が決定される。最後にステップ７７で、上に求め
られた基準ヨーレートｒと横滑り速度Ｖｙが操舵角制御
装置２９へ出力される。ステップ６１〜６５、７７が基
準ヨーレート算出手段を構成し、ステップ７１が経路策
定手段を構成している。

【００１８】次に操舵角制御装置２９における制御の流
れが、図５のフローチャートに示される。ここでは、基
準ヨーレートｒおよび横滑り速度Ｖｙを得るために必要
な前後輪の制御舵角量δｆ，δｒを決定する。まず、ス
テップ８１において、情報処理回路２７から基準ヨーレ
ートｒと横滑り速度Ｖｙが読み込まれる。

【００１９】次にステップ８３で、これら基準ヨーレー
トｒと横滑り速度Ｖｙの値を基に車両前後輪の操舵角指
令値δｆおよびδｒが算出される。ここでは、道路上に
障害物があって自車両がこれを回避する場合でも、現在
のヨーレートを変化させないように上記指令値が決定さ
れる。すなわち、回避動作における前後輪操舵角の制御
によってもヨーレートの微分値であるヨー角加速度を発
生させず、横滑り速度のみを発生させるようにする。

【００２０】このため、ヨーレートｒおよび横滑り速度
Ｖｙに対する前後輪の操舵角δｆおよびδｒの制御則と
して、下記式が用いられる。

【数１】

【数２】ただし、Ｍ：車両質量ａ：車両重心位置と前輪との前後方向距離ｂ：車両重心位置と後輪との前後方向距離Ｌ：ホイルベース（＝ａ＋ｂ）Ｃf ：前輪のコーナリングパワーＣr ：後輪のコーナリングパワーｓ：ラプラス演算子

【００２１】こうして求められた前後輪の操舵角指令値
δｆおよびδｒが、ステップ８５で出力される。ステッ
プ８１〜８５が前後輪操舵角算出手段を構成している。
前後輪の操舵アクチュエータ３１、３３ではこれを受け
て前後輪の操舵角を駆動制御する。

【００２２】この実施例は以上のように構成され、画像
処理によってセンターラインや白線を認識してこれによ
り走行車線に追従するようにした自動操縦装置におい
て、走行経路を変更あるいは修正するとき、前輪および
後輪の操舵角を制御して、現在の走行車線にそう経路を
走行する際の基準ヨーレートを保持するようにしたの
で、車両の首振りがなく横移動だけが発生し、画像上に
おける白線などの位置変化量が小さくなって、白線認識
が中断されるおそれが解消し確実で信頼性の高い自動追
従ができる。なお、上記実施例では回避経路をとると
き、発生するヨーレートを基準ヨーレートに合致させる
ものとしたが、画像上の白線などの位置変化量が低く抑
さえられる限度において基準ヨーレートに所定の上下幅
を持たせた範囲内にヨーレートを保持するものとしても
よく、画像ウインドウ内で白線が追跡でき、信頼性の高
い自動操縦装置が得られる。

【００２３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は、画像情報によ
り道路形状を認識して走行車線に自動追従するようにし
た自動操縦装置において、前輪および後輪の操舵角を制
御して、障害物に対する回避動作などでも横移動により
これを回避し、現在の走行車線にそう経路を走行する際
の基準ヨーレートを保持して、大きなヨー方向変化が生
じないようにしたので、画像における走行車線の特徴点
の位置変化量が小さくなり、画像処理における特徴点の
連続的な検出が確保されることとなり、高い信頼性が得
られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施例を示すブロック図である。

【図３】実施例における画像処理装置の処理の流れを示
すフローチャートである。

【図４】実施例における情報処理回路の処理の流れを示
すフローチャートである。

【図５】実施例における操舵角制御装置の制御の流れを
示すフローチャートである。

【符号の説明】

１道路形状認識手段３自車速検出手段５基準ヨーレート算出手段７障害物検出手段９経路策定手段１１前後輪操舵角算出手段１３前後輪操舵角制御手段２１ビデオカメラ２３画像処理装置２５車速センサ２７情報処理回路２９操舵角制御装置３１前輪操舵アクチュエータ３３後輪操舵アクチュエータ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｗ 9323−3ＨＳ 9323−3Ｈ 1/08 Ｚ 9323−3ＨＧ０６Ｔ 1/00 Ｇ０８Ｇ 1/16 Ｃ 7531−3Ｈ // Ｂ６２Ｄ 101:00 113:00 137:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像情報により自車両前方の走行車線の
道路曲率を含む道路形状を認識する道路形状認識手段
と、自車両の走行車速を検出する自車速検出手段と、前
記道路曲率と走行速度を基に、前記走行車線に追従する
のに必要な基準ヨーレートを算出する基準ヨーレート算
出手段と、前記走行車線上の障害物を検出する障害物検
出手段と、該障害物検出手段で検出される障害物を回避
するための回避経路を道路形状を基に策定する経路策定
手段と、前記回避経路を得るとともにその際発生するヨ
ーレートを前記基準ヨーレートと一致させるに必要な前
輪および後輪の各操舵角を算出する前後輪操舵角算出手
段と、前記前輪および後輪の操舵角を前記前後輪操舵角
算出手段で算出された値となるように制御する前後輪操
舵角制御手段とを有することを特徴とする車両用自動操
縦装置。