JPH1031799A - 自動走行制御装置 - Google Patents

自動走行制御装置

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JPH1031799A
JPH1031799A JP8184988A JP18498896A JPH1031799A JP H1031799 A JPH1031799 A JP H1031799A JP 8184988 A JP8184988 A JP 8184988A JP 18498896 A JP18498896 A JP 18498896A JP H1031799 A JPH1031799 A JP H1031799A
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JP8184988A
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Sukeyuki Usami
祐之 宇佐美
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to US08/887,335 priority patent/US6138062A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 走路の白線を検出できない場合でも、確実に
車両を走路に沿って誘導する。 【解決手段】 走路の白線を検出するＣＣＤカメラ１６
の他に、走路の側壁までの距離を検出するレーザレーダ
１２、１４を左右に設ける。ＣＣＤカメラ１６の画像は
画像処理ＥＣＵ２２に供給され、抽出された白線は車両
制御ＥＣＵ２０に供給される。車両制御ＥＣＵ２０は、
走路上の２本の白線が検出された場合にはこれに基づい
てステアリングアクチュエータ２４を駆動して操舵制御
するが、白線を検出できない場合には、側壁までの距離
に基づいて操舵制御する。また、前方障害物をレーザレ
ーダ１０で発見した場合にも、側壁までの距離に基づい
て自車位置を検出しつつ車線変更して障害物を回避す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動走行制御装置、
特に白線等の走路境界線と側壁を備える走路で車両を誘
導する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、車両運転者の運転操作低減及
び安全性の一層の向上を目的とした走行制御システムが
開発されている。
【０００３】例えば、特開平７−２４４７１７号公報に
は、ＣＣＤカメラ等で走路を撮影し、得られた画像から
走路の白線を検出する技術が開示されており、このよう
にして検出された白線位置に基づいて車両の走行、特に
操舵を制御することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
走路においては白線の途切れやかすれ等が存在するた
め、上記従来技術では白線を安定して検出することが困
難である問題があった。
【０００５】また、白線のかすれ等が存在しない走路に
おいても、車両が進路変更を行う場合等では、カメラの
画角は固定であるため一時的に白線が撮像範囲から外れ
るため、２本の白線を検出できず車両の位置も検出でき
ない問題がある。もちろん、原理的には走路を規定する
２本の白線のうち１本を撮影できれば車両位置は特定で
きるが、実際には車両のピッチ等の影響で白線位置は画
像内で変動するため、正確に車両位置を検出することは
できない（これに対し、２本の白線を検出した場合に
は、両者の中間位置が走路の中央となるのでピッチの影
響下でも車両位置を特定できる）。
【０００６】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、白線等の走路境界線
に途切れやかすれが存在していても、また、車両が進路
変更等により白線を検出できない場合でも安定して車両
の走行を制御できる装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、走路に対する車両の位置を検出して
車両の操舵を制御する自動走行制御装置であって、走路
を規定する走路境界線を検出することにより車両位置を
検出する第１検出手段と、走路の側壁までの距離を検出
することにより車両位置を検出する第２検出手段と、前
記第１検出手段の検出精度を評価する評価手段と、検出
精度が低い場合に前記第２検出手段により検出された車
両位置に基づき操舵制御する制御手段とを有することを
特徴とする。これにより、白線のかすれや途切れがあっ
ても、側壁までの距離に基づいて自車位置を検出でき、
走行制御を維持できる。
【０００８】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、前記評価手段は、車両の走行予定に基づいて検出精
度を推定することを特徴とする。これにより、制御遅れ
を有効に防止できる。
【０００９】また、第３の発明は、第２の発明におい
て、前記走行予定は車両の車線変更であり、前記評価手
段は、前記第１検出手段の検出精度を低く推定し、前記
制御手段は、前記第２検出手段で検出された車両位置に
基づいて操舵制御することを特徴とする。これにより、
車線変更時でも白線検出に基づく制御から側壁までの距
離に基づく制御に迅速に移行できるので、円滑な走行制
御が実現する。
【００１０】また、第４の発明は、第３の発明におい
て、前記制御手段は、前記第１検出手段での検出精度が
車線変更開始前の検出精度に復帰した場合には車線変更
が完了したと判定することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
【００１２】図１には、本実施形態の車両の構成が示さ
れており、図２には車両が走行する側壁付きの走行レー
ンが示されている。図２において、符号１００は走路境
界線としての白線を示し、符号２００は左右の側壁を示
している。車両前部には、前方障害物検出用のレーザレ
ーダ１０及び走路の側壁までの距離を検出する側壁用
（測方用）レーザレーダ１２、１４が設けられている。
レーザレーダ１０は前方走路をスキャンし、障害物まで
の距離及び角度を検出する。また、レーザレーダ１２、
１４は走路の左右側壁までの距離を検出する。検出され
た障害物データ及び側壁までの距離データは車両制御Ｅ
ＣＵ（電子制御装置）２０に供給される。なお、レーザ
レーダ１２、１４は車両の進行方向に対して垂直にレー
ザ光を照射して真横の側壁までの距離を検出する他、車
両の進行方向に対して斜め前方にレーザ光を照射して所
定距離前方の側壁との距離を検出しても良い。また、そ
のレーザ光は必ずしも単光である必要はなく、複数光を
照射してもよい。
【００１３】さらに、車両のルーフ部には前方走路を撮
影する前方用ＣＣＤカメラ１６が設けられ、ドアミラー
部には後測方の走路（隣接レーン）を撮影する測後方用
ＣＣＤカメラ１８が設けられている。これらのカメラで
得られた画像データは、車両後部（例えばトランクルー
ム内）の画像処理ＥＣＵ２２に供給される。画像処理Ｅ
ＣＵ２２では、前方用ＣＣＤカメラ１６の画像データを
処理して走路の白線データを抽出し、その位置データを
車両制御ＥＣＵ２０に供給するとともに、測後方用ＣＣ
Ｄカメラ１８の画像データを処理して接近車両データを
抽出し、車両制御ＥＣＵ２０に供給する。なお、白線デ
ータを抽出するには、得られた画像を２値化して白線テ
ンプレートとのマッチングあるいはエッジ抽出を行えば
よく、また接近車両を抽出するには得られた画像から特
定のオプティカルフロー（時間的に連続する画像の差分
をとることにより算出される移動ベクトル）を抽出すれ
ばよい。白線データ及び側壁までのデータが入力された
車両制御ＥＣＵ２０は、これらのデータに基づいて走路
内の車両位置を検出して走路に沿った走行を行うべくス
テアリングアクチュエータ２４を駆動するとともに、障
害物データ及び後測方の接近車両データに基づいて車線
変更（または回避走行）するか、あるいは停止するかを
決定してステアリングアクチュエータ２４やスロットル
アクチュエータ２６、ブレーキアクチュエータ２８を制
御する。
【００１４】このように、本実施形態では、単に白線位
置を検出して車両の走行を制御するのではなく、白線位
置及び側壁までの距離という２つの物理量に基づいて走
行を制御するため、仮に白線データが抽出できない状況
下でも確実に車両を制御することができる。
【００１５】以下、本実施形態の具体的な処理をフロー
チャートを用いて説明する。
【００１６】図３には、全体処理フローチャートが示さ
れている。まず、車両制御ＥＣＵ２０は白線による制御
が可能であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。この判定
は白線を精度良く検出できるか否かに基づいて判定する
が、その詳細は後述する。白線による制御が可能である
と判定された場合には、白線と車両との相対位置を検出
し（Ｓ１０２）、この相対位置に基づいてステアリング
アクチュエータを制御する（Ｓ１０３）。具体的には、
車両のレーン中央（２つの白線の間の中心）からの変位
量をδとすると、このδに比例する項とδの時間変化に
比例する項の和で操舵量を決定すればよい。一方、白線
による制御が適当でないと判定された場合には、レーザ
レーダ１２、１４からの検出信号に基づいて側壁までの
距離を検出し（Ｓ１０４）、運転者に白線検出ができな
い旨のメッセージを報知した後（Ｓ１０５）、側壁まで
の距離に基づくステアリング制御に移行する（Ｓ１０
３）。側壁までの距離に基づくステアリング制御は、検
出された側壁までの距離がほぼ一定となるように制御す
ればよい。但し、側壁までの距離はノイズ等の影響で一
般に白線検出に比べて精度が低いので、Ｓ１０５で運転
者に報知した後、ブレーキアクチュエータ２８を駆動し
て減速した後にステアリング制御を行うのが望ましい。
【００１７】図４には、Ｓ１０１で実行される白線によ
る制御可否の判定処理の詳細が示されている。車両制御
ＥＣＵ２０はＣＣＤカメラ１６からの画像信号が正常か
否かを判定する（Ｓ２０１）。この判定は、具体的には
ＣＣＤカメラ１６が一定周期の同期信号を出力している
か否か、あるいは所定の変化幅の信号となっているか否
か等である。ＣＣＤカメラ１６からの画像信号が正常
（カメラ自体が異常でない）である場合には、次に画像
の中から白線と考えられる連続線を探索する（Ｓ２０
２）。この探索は、上述したようにテンプレートマッチ
ングあるいはエッジ抽出で行うことができる。連続線が
存在する場合には、さらにそのコントラストが所定値以
上か否かを判定し（Ｓ２０３）、所定値以上のコントラ
ストを有する場合には連続線は確かに白線であると判定
して制御可能であるとする（Ｓ２０４）。具体的には、
例えば制御可能フラグを１にセットする。一方、画像信
号が異常であるか、連続線がないか、あるいは連続線が
所定値より小さいコントラストしか有しない場合には、
白線検出の精度が低い（白線検出が全く不可能である場
合を含む）として制御不可能と判定する（Ｓ２０５）。
具体的には、例えば制御可能フラグを０にセットすれば
よい。以上のようにして白線検出精度（あるいは信頼
度）に応じて制御フラグの値を決定し、決定された制御
フラグの値に応じてＳ１０２の処理に移行するか、ある
いはＳ１０４の処理に移行するかが判定される（Ｓ１０
１）。
【００１８】このように、白線自体にかすれや途切れが
あって白線検出の精度が低い場合には、側壁までの距離
に基づいた制御に自動的に切り替えるので、走路に沿っ
て安定した走行制御を実現できる。
【００１９】しかしながら、実際の走路においては、障
害物（低速車両や静止物）の存在により走路に沿って走
行することができない場合も生じうる。そこで、本実施
形態では、レーザレーダ１０で常に前方の障害物を監視
し、障害物を検出した場合には進路変更等により自動的
に障害物を回避する制御も行っている。以下、この進路
変更処理について説明する。
【００２０】図５には、進路変更の全体処理フローチャ
ートが示されている。まず、車両制御ＥＣＵ２０は、レ
ーザレーダ１０の検出信号に基づいて前方障害物がある
か否かを判定する（Ｓ３０１）。障害物が存在する場合
には、その位置（Ｘ、Ｙ）を検出する（Ｓ３０２）。具
体的には、レーザレーダ１０は走路をスキャンして距離
ｒと角度θのデータが得られるので、これを車両位置を
原点とし車両進行方向をｙ軸、これに垂直な横方向をｘ
軸とした（Ｘ、Ｙ）直交座標系に変換すればよい。次
に、障害物を回避するために車線変更が可能であるか否
かを判定すべく、隣接レーン後方に接近車両が存在する
か否かを判定する（Ｓ３０３）。この判定は、測後方用
ＣＣＤカメラ１８の画像データを用いて行われ、接近車
両が存在する場合には車線変更はできないので障害物と
の距離が安全距離となるようにブレーキアクチュエータ
２８を制御する車間制御に移行する（Ｓ３０７）。一
方、接近車両が存在しない場合には所定の車線変更制御
を実行し（Ｓ３０４）、障害物を追い越したか否かを判
定し（Ｓ３０５）、追い越した場合には元のレーンに復
帰するための所定の車線復帰制御に移行する（Ｓ３０
６）。
【００２１】図６には、Ｓ３０４の車線変更制御及びＳ
３０６の車線復帰制御の処理が示されている。まず、車
両制御ＥＣＵ２０は車線変更に必要な目標軌跡を生成す
る（Ｓ４０１）。目標軌跡は、現在位置を（０、０）と
した場合に、時刻ｔにおける横方向位置ｘ＝ｘ（ｔ）、
進行方向位置ｙ＝ｙ（ｔ）として（ｘ、ｙ）で表され
る。この目標軌跡は、車線変更制御時では現在の車速を
維持しつつ障害物位置（Ｘ、Ｙ）に達する前に円滑に車
線変更を完了するのに必要な軌跡であり、車速、車線
幅、走路の曲率、旋回能力等に基づいて算出される。な
お、走路の曲率や車線幅は、車線変更実行前にＣＣＤカ
メラ１６の画像から白線を抽出することで算出できる。
目標軌跡を算出した後、実際に操舵制御して車線変更を
実行するが、車両の向きが変化するためＣＣＤカメラ１
６では２本の白線を撮影することができない可能性があ
る。そこで、車線変更時には、白線に基づく自車位置検
出の精度は低い（不可能）ものと推定し、車両制御ＥＣ
Ｕ２０は、レーザレーダ１２、１４で検出される側壁ま
での距離データに切り替えて自車位置を推定する。すな
わち、車速及びヨーレートを検出するとともに（Ｓ４０
２）、側壁までの距離を検出し（Ｓ４０３）、これら車
速、ヨーレート、側壁までの距離に基づいて自車位置
（ｘ、ｙ）を推定する（Ｓ４０４）。そして、推定した
自車位置と目標軌跡を比較して両者が一致するようにス
テアリングアクチュエータ２４をフィードバック制御す
る（Ｓ４０５）。以上の処理を車線変更が完了するまで
繰り返すことで（Ｓ４０６）、障害物を避けて走行する
ことができる。なお、元の車線に復帰する場合には、Ｓ
４０１で算出した目標軌跡を利用し、目標軌跡を（−
ｘ、ｙ）とすればよい。また、車線変更が完了したか否
かは、ＣＣＤカメラ１６で再び２本の白線を検出するこ
とができるようになったか否かで判定することができ、
車線変更完了後は再びＣＣＤカメラ１６で検出された白
線に基づく高精度な車両誘導走行を開始することができ
る。
【００２２】このように、車線変更時には、白線検出の
精度は低い（検出不能）としてＣＣＤカメラ１６からレ
ーザレーダ１２、１４による検出に切り替えることで車
両を確実に誘導できるが、側壁までの距離をレーザレー
ダ１２、１４で検出する際には、車両にヨー角が生じて
いるため車両真横の側壁までの距離を検出できず、斜め
の距離を検出するため実際の距離よりも長くなる。しか
し、走路の幅Ｗが既知である場合には、車両の横方向の
位置ｘは、レーザレーダ１２、１４で検出された距離を
ａ，ｂ、車両幅をｗとした場合にｘ＝Ｗ・ａ／（ａ＋ｂ
＋ｗ）で精度良く算出できる。
【００２３】また、車線変更で障害物を回避し、再び元
の車線に復帰する場合には、障害物を追い越したか否か
を確認する必要がある。本実施形態では、車線変更時は
側壁までの距離に基づいて自車位置を推定しているが、
この側壁までの距離データをそのまま障害物を追い越し
たか否かの判定にも用いることができる利点がある。以
下、車線復帰処理のトリガとなる障害物追い越し処理に
ついて説明する。
【００２４】図７には、障害物追い越し処理のフローチ
ャートが示されている。まず、車両制御ＥＣＵ２０は、
障害物位置データ（Ｘ、Ｙ）と自車の推定位置（ｘ、
ｙ）を比較することで自車が障害物近傍に存在するか否
かを判定する（Ｓ５０１）。障害物位置付近である場合
には、側壁センサとして機能するレーザレーダ１２ある
いは１４で側壁以外の物体を検出したか否かを判定する
（Ｓ５０２）。この判定は、レーザレーダ１２あるいは
１４で検出された側壁までの距離が不連続的に減少した
か否かで判定できる。図８には、車線変更時の車両の軌
跡と障害物との関係が示されており、図８（Ａ）は車両
の軌跡、図８（Ｂ）はその時のレーザレーダ１２、１４
で検出される距離データである。車線変更に伴って、レ
ーザレーダ１２で検出される車両右側の距離ｂとレーザ
レーダ１４で検出される車両左側の距離ａの大小が入れ
替わるが、その後車両左側の距離ａは障害物３００のた
めに急減する。すなわち、障害物３００の存在する位置
では、レーザレーダ１４は側壁２００までの距離ではな
く障害物３００までの距離を検出することになる。従っ
て、距離データａが急減した場合には障害物３００を追
い越していると判定でき、再び距離データが元の距離値
まで復帰した場合には障害物３００の追い越しを完了し
たと判定できる。以上のようにして追い越しを完了した
と判定した場合には、追い越し完了フラグをセットし
（Ｓ５０３）、追い越しが完了していない場合にはフラ
グをセットしない（Ｓ５０４）。車線復帰処理を開始す
るか否かは、この追い越し完了フラグの値をチェックす
ればよい。
【００２５】以上説明したように、本実施形態では、白
線のかすれや途切れが存在する位置、あるいは車線変更
時にＣＣＤカメラで白線を検出できない場合でも側壁ま
での距離に基づく走行制御に自動的に移行するので、そ
の都度運転者による手動運転操作に切り替える等が必要
でなくなり、円滑な自動走行を継続できる。また、車線
変更による障害物回避が完了した場合には、その後速や
かに元の車線に復帰することも可能である。
【００２６】なお、本実施形態では車線変更により障害
物を回避する例を示したが、障害物の位置や大きさによ
っては、車線変更を行うことなく回避可能である場合も
ある。例えば、障害物があまり大きくない場合には若干
の操舵のみで回避できる場合がある。この場合でも、例
えば車両が車線を跨ぐ程度に操舵を行うとＣＣＤカメラ
１６で２本の白線を検出できなくなる可能性があるの
で、目標軌跡を算出した時点でレーザレーダ１２、１４
で検出された側壁までの距離に基づく操舵制御に切り替
えればよい。もちろん、直線走路の場合にはＣＣＤカメ
ラ１６で２本の白線を検出できる時点まで白線に基づく
操舵制御を継続し、白線を検出できなくなった時点から
側壁までの距離に基づく操舵制御に移行することも可能
であろう。いずれにしても、本発明の要旨は白線検出と
側壁検出を並行して行い、検出精度に応じて切り替えて
走行制御する点にあり、この技術思想の範囲内で種々の
変形使用が可能である。
【００２７】
【発明の効果】本発明の自動走行制御装置によれば、白
線検出に基づく走行制御ができない走路及び状況下で
も、自動走行を円滑に継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態の車両構成図である。
【図２】 同実施形態の側壁付き走路の平面図である。
【図３】 操舵制御の全体処理フローチャートである。
【図４】 白線による制御可否判定処理フローチャート
である。
【図５】 車線変更判定処理フローチャートである。
【図６】 車線変更制御及び車線復帰制御のフローチャ
ートである。
【図７】 障害物追い越し判定処理フローチャートであ
る。
【図８】 障害物存在時の車両軌跡と側壁距離との関係
を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 前方用レーザレーダ、１２，１４ 測方用レーザ
レーダ、１６ 前方用ＣＣＤカメラ、１８ 測後方用Ｃ
ＣＤカメラ、２０ 車両制御ＥＣＵ、２２ 画像処理Ｅ
ＣＵ、２４ ステアリングアクチュエータ、２６ スロ
ットルアクチュエータ、２８ ブレーキアクチュエー
タ、１００ 白線、２００ 側壁、３００障害物。
───────────────────────────────────────────────────── 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 Ｂ６２Ｄ 137:00

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 走路に対する車両の位置を検出して車両
    の操舵を制御する自動走行制御装置であって、 走路を規定する走路境界線を検出することにより車両位
    置を検出する第１検出手段と、 走路の側壁までの距離を検出することにより車両位置を
    検出する第２検出手段と、 前記第１検出手段の検出精度を評価する評価手段と、 検出精度が低い場合に前記第２検出手段により検出され
    た車両位置に基づき操舵制御する制御手段と、 を有することを特徴とする自動走行制御装置。
  2. 【請求項２】 前記評価手段は、車両の走行予定に基づ
    いて検出精度を推定することを特徴とする請求項１記載
    の自動走行制御装置。
  3. 【請求項３】 前記走行予定は、車両の車線変更であ
    り、 前記評価手段は、前記第１検出手段の検出精度を低く推
    定し、 前記制御手段は、前記第２検出手段で検出された車両位
    置に基づいて操舵制御することを特徴とする請求項２記
    載の自動走行制御装置。
  4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記第１検出手段での
    検出精度が車線変更開始前の検出精度に復帰した場合に
    は車線変更が完了したと判定する請求項３記載の自動走
    行制御装置。
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