WO2006121221A1

WO2006121221A1 - 車線追従制御装置および車線追従制御方法

Info

Publication number: WO2006121221A1
Application number: PCT/JP2006/310278
Authority: WO
Inventors: Pongsathorn Raksincharoensak; Masao Nagai
Original assignee: National University Corporation Tokyo University Of Agriculture And Technology
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2006-11-16
Also published as: JPWO2006121221A1

Abstract

本発明では、前記前方横偏差と前記車速と前記車体横すべり角とから、車両の重心点の車線の中線からのズレが0となるように、目標駆動トルク、目標制動トルク、目標舵角の少なくとも1つを操作量として制御する。これにより、車線の曲率計算を行わずに車線追従制御ができるので、高速処理が可能となる。また、走行時に生じる車体横すべり角を制御パラメータに用いることで、雨天走行時等においても安定した位置制御を行うことができる。

Description

車線追従制御装置および車線追従制御方法

技術分野

. 本発明は、車両を車線（レーン）の中線に追従させて制御する車線追従技術に関し、具体的には目標駆動トルク、目標制動トルク、目標舵角の少なくとも 1つを算出して車両の動作を制御する車線追明

従制御装置およぴ車線追従制御方法に関する。

糸田 1

書

背景技術

交通事故の低減を目指す安全技術の一種として、ドライバーの運転操作を軽減するための技術開発が行われている。その技術の例として、先行車両との相対距離を一定に維持する車間距離制御技術や、車両が常に車線（レーン）の中央部に走行するよう制御する車線追従（車線維持）等の制御技術が挙げられる。これらの技術のうち、車载カメラにより道路の白線認識を行い、認識した白線の位置に基づき自動操舵機構を制御する制御技術については、特許文献 1から 6に示すように、従来、様々な提案がなされている。

特許文献 1 (特開 2 0 0 2— 2 1 1 4 2 8公報）に記載の車両挙動制御装置では、走行路の道路形状に基づいて車両の車線逸脱傾向を検出し、車両が車線逸脱傾向にあるときは車線逸脱時間または車線逸脱所要時間を延ばすように操舵制御を行っている。具体的には、カメラで撮像した車両前方の画像から白線を検出することにより、車両が車線逸脱傾向にあるか杏かを判断し、車線逸脱傾向にあるときは、操舵制御パラメータとしての制御用曲率を徐々に変化させて操舵制御機構を制御する。これにより、車線逸脱距離または車線逸脱所要時間を延ばすとともに、車幅方向の車線逸脱距離を短くしている。

特許文献 2 ' (特開 2 0 0 0 — 3 0 2 0 5 5公報）に記載の車線追従制御装置は、比較的容易にかつ高精度に計測可能な情報のみを用いて達成し得る予見制御系に'かかるものである。特許文献 2では、先ず、例えば C C D.カメラで得た画像データを処理することによつて目標コースの予見情報を得て、これを確定外乱とみなし、前輪舵角指令値を入力とし、目.標コースからの車両の横方向変位量を出力とする D A RMA (D e t e r m i n i s t i c A u t o R e g r e s s i v e . M o v i n g A v e r a g e ) モアノレを用！/ヽて車両モデル並びに目標コースモデルを表す。次に、一般化予測制御（G P C制御）理論を拡張し、車両モデル並びに目標コースモデルにこれを適用して将来の確定外乱に対する車線追従誤差を'捕償する。これにより、車両状態量推定器を不要とした上で、状態量フィ一ドパック予見制御系と同等の性能を得ている。

特許文献 3 (特開平 7 — 3 1 5 2 4 0号公報）に記載の自動操舵装置の制御装置は、ドライバー優先のアシスト方式において、緊急' 時に各種のアシスト方法を用いてドライバーの切り遅れや進みを適切に補償するものである。具体的には、車両のステアリング装置の 2分割したステアリング軸にギヤ比可変機構をバイパスして連設し、このギヤ比可変機構に操舵制御モータをドライパーのマニュアル操舵と自動操舵を可能に設け、ステアリング軸にトルク制御モータをノヽンドル側のトルク制御が可'能となるように設けている。制御装置は、 C C Dカメラの撮像信号が入力する画像認識制御ュニットを有しており、この画像認識制御ユニットは、撮像信号に基づき三角測量法で距離を算出して、画面全体が三次元の距離分布の画像を得ている。そして距離画像から車線、前方車両、障害物等を分離して検出している。そして、制御装置は、車線の画像から左右の白線、道路形状等を認識し、俞方車両、障害物等の画像からは物体が何であるかを認識するとともに、障害物があるときは当該障害物との相的な距離や速度等を織して、車間距離制御や自動操舵制御を行つてレヽる。

特許文献 4 (特開 2 0 0 2— 1 2 0 7 1 1公報）に記載の車両挙動制御装置は、ドライパーの意図する操作を最大限に尊重して不自然な感覚を与えることなくドライパーの不適切な操作による車線或いは道路からの逸脱を防止することができる。具体的には、カーブ曲率半径に基づいた第 1 の目標ョーレートと、運転状態に基づいた第 2の目標ョーレートを演算する。そして、ドライバーに旋回意志があると判定した場合において、第 1 の目標ョーレートの絶対値が第 2の目標ョーレートの絶対値より大きいときは、ドライパーの操作が実際の道路形状に対し不足していると判断して第 2の目標ョーレートを第 1 の目標ョーレートで補正し、この補正した第 2の目標ョーレートで制動力制御を行.う。

特許文献 5 (特開 2 0 0 5— 4 4 2 0 8公報）に記載の車線追従走行制御装置は、車線曲率の補正を適正化して車線追従性を向上することができる。具体的'には、画像情報から検出された車線曲率を、補正係数と車線曲率推定値との積の形で記述し、オブザーバを用いて、各車両状態量とともに、 '車線曲率推定値おょぴ補正係数を算出（推定）する。これにより、車線曲率推定値を真の車線曲率に近づけ、車線曲率を検出するための画像情報と車両状態量を推定するための車両モデルとのメジャーを合致させるための補正係数を真値に近づける。補正係数が定常値、すなわち真値になると、車線幅が変わらない限り、車線曲率を検出するための画像情報と車両モデルとのメジャーは変化しないから、補正係数自体を変更する必要がなく、車線曲率の補正が正化されて車線追従性が向上する。なお、特許文献 5では、ョー角ョ一角微分値 , 車両横変位，車両横変位微分値を可観測状態量とし、車線曲率，車線曲率微分値を観測できない状態量として各状態里を推定し、レギユレータによりモータトルクを制御している。

特許文献 6 (特開 2 0 0 1 - 4 8 0 3 5公報）の車線追従装置は

、道路曲率に応じた車両の育 IJ方注視点位置における目標ラインを力ープの内側へずらすことにより、直線路のみならずカーブにおいても安定に車線追従することができる。具体的には、操舵力伝達系に設けられた自動操舵ァクチユエータにより操舵トルクもしくは操舵反力トルクを与え、自動操舵時に、自動操舵制御手段により設定された目標ラインに車両を追従させる制御指令を自動操舵ァクチユエータに対し出力する。そして、道路曲率推定手段によりたとえば車線の中心線を検出し、方の道路曲率を推定するとともに、目標ラィン補正手段により前方の道路曲率に応じて目標ライン設定手段に設定されている目標ラィンを前方注視点においてカープの内側方向にずらす補正をする。すなわち、カーブにおいては、目標ラインが、撮像装置により得た画像から得られる車線の中心線からずれて制御されてしまう不都合を解消するために、目標ラインの補正を行つている。発明の開示

特許文献 1では、車両の走行ラインを車線の中心線に追随させるものではないので、この技術を自動運転に適用すると、走行状態が安定しないおそれがある。また特許文献 1では、走行時に生じる車体横すぺり角を制御に用いていないため、車両を車線の中央に位置させるような高精度の位置制御を必要とする自動運転技術への適用には不向きである。

また、特許文献 1では車線の曲率を検出、走行ラインをこの曲率に合せるように操舵角を制御している。このため、曲率計算に時間がかかり即応性に欠けるし、道路上の白線の表示状態によっては曲率が正確に検出できないという問題がある。しかも、特許文献 1では、走行時に生じる車体横すベり角を制御に用いていないため、雨天走行時等における車体横すぺり角の考慮が必須の位置制御を必要とする自動運転技術への適用には不向きである。

特許文献 2では、車線の曲率を確定外乱としており、 D A R M A モデルを構築して曲率の未来値を予測している。すなわち、特許文献 2では、特許文献 1 と同様、車線の曲率を検出し、走行ラインをこの曲率に合せるように操舵角を制御している。' このため、曲率計算に時間がかかり即応性に欠け、道路上の白線の表示状態によっては曲率が正確に検出できないという問題がある。しかも、特許文献 2でも、特許文献 1 と同様、走行時に生じる車体横すベり角を制御に用いていないため、雨天走行時等における車体横すベり角の考慮が必須の位置制御を必要とする自動運転技術への適用には不向きである。 .

特許文献 3では、緊急時に各種のアシスト方法を用いてドライバ一の切り遅れや進みを適切に補償するものであり、車両の走行ラインを車線に追随させるものではない。このため、制御に際してョーレートや車体横すベり角を用いることはない。なお、特許文献 3には、撮像装置（C C Dカメラ）により.撮影した白線をどのように利用するかが明示されておらず、車両の走行ラインを車線に追随させるものではない。よって特許文献 3に記載の技術では、車両を車線の中央に位置させるような高精度の位置制御を必要とする自動運転技術への応用はできない。

特許文献 4では、車両が車線のどこに存在しているかは問題とせず、第 2 の目標ョーレートが第 1 の目標ョーレートと異なるときに、ドライパーの舵角操作を補完する。したがって、車両の走行ラインを車線の中心線に追随させる自動運転技術への適用はできない。 . また、特許文献 4では、ナビゲーシヨンシステムから取得した画像情報から車線の曲率半径を求めることで第 1の目標ョーレートを演算しており、特許文献 1， 2 と同様、曲率半径の計算に時間がかかり即応性に欠けるし、道路上の白線の表示状態によっては曲率が正確に検出できないという問題がある。しかも、特許文献 4でも、特許文献 1， 2 と同様、走行時に生じる車体横すベり角を制御に用いていないため、雨天走行時等における車体横すベり角の考慮が必須の位置制御を必要とする自動運転技術への適用には不向きである。特許文献 5では、オブザーバにより車線の中心線の曲率半径を推定しているので、車線幅が変化'するような場合には計算量が多くなり、曲率計算に時間がかかり即応性に欠ける。また、最適な状態変数として何を選択するかが制御系の性能に大きく影響するので設計が容易ではない（強風などの外乱には脆弱であると考えられる）。しかも、特許文献 5でも、特許文献 1， 2， 4 と同様、走行時に生じる車体横すベり角を制御に用いていないため、雨天走行時等における車体横すベり角の考慮が必須の位置制御を必要とする自動運転技術への適用には不向きである。

特許文献 6でも、車線の曲率の計算時間に起因する不都合は解消され'るものの、曲率計算に時間がかかり即応性に欠けるし、道路上の白.線の表示状態によっては曲率が正確に検出できない。また、特許文献 6では、 C P U等による処理の遅れを問題としており、高速処理が行われるシステムには適用しても意味がない。しかも、特許文献 6でも、特許文献 1 , 2， 4， 5 と同様、走行時に生じる車体横すぺり角を制御に用いていないため、雨天走行時等における車体横すベり角の考慮が必須の位置制御を必要とする自動運転技術への適用には不向きである。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、道路曲率情報を必要とせずに、カーブにおいても高い車線追従性能を維持することが可能で、しかもすべりが生じるような路面状態においても良好に動作する車線追従制御装置および車線追従制御方法を提供することを目的としている。

以下、本発明の概要を説明する。

図 1から図 3により、本発明の車線追従制御装置の第 1態様を説明する。図 1は、車両 1 0 0が路線 Lを走行している様子を示す図であり、図 2は車両 1 0 0に搭載した撮像手段 V Cから撮影した車両 1 0 0の前方の画像であり、図 3は車両 1 0 0に搭載された車線追従制御装置を示すプロック図である。

図 3において車線追従制御装置 Aは、図 1に示すように車両 1 0 0を車線 Lの中線（図 1では左右の白線 W Lの中線 C L ) に追従させて制御するもので、認識手段（図 3では中線検出手段 A 1 ) と、第 1 の算出手段（図 3では前方横偏差算出手段 A 2 ) と、取得手段 (図 3では走行状態パラメータ取得手段 A 3 ) と、推定手段（図 3 では車体横すベり角推定手段 A 4 ) と、第 2の算出手段（図 3ではョーレート目標値算出手段 A 5 ) とo G.、第 3 の算出手段（図 3ではョ一モーメント入力指令値算出手段 A 6 ) と、制御手段 A 7 (トルク目標値算出手段 A 7 1 と操作信号生成手段 A 7 2 とからなる）とを備えている。

中線検.出手段 A 1 は、図 1 に示す車線 Lの中線 C Lを認識（検出 ) し中線認識情報 a を生成して出力する。中線検出手段 A 1 は、図 1 に示す撮像装置 V Cを含む。撮像装置 V Cは車両 1 0 0 の前方を撮影し撮影画像 Gを出力する。

中線検出手段 A 1 は、車線 Lの中線 C Lを認識するために、図 2 に示すように撮影画像 Gを格子状に分割した当該格子状領域上の白線 W Lの位置を認識し、当該白線 W Lの位置情報から中線認識情報 a を生成して出力する。中線検出手段 A 1は、白線 W Lの位置を検出する（こ際して、撮像装置 V Cにより撮影した先のフレームにおいて既に検出した白線を含む格子状領域およびその周囲の格子状領域について検出処理を行うことで、処理量を削減することができる。前方横偏差算出手段 A 2は、中線 C Lからの車両 1 0 0 の前方横偏差（車両 1 0 0の中心線 C L上の車両前方の所定点 Pの、中線 C Lからのズレ） b (後述する実施形態では y _{s r} ) を算出する。走行状態パラメータ取得手段 A 3は、車両 1 0 0の走行状態パラメータとして少なくとも車速 c (後述する実施形態では V ) と実ョ一レート d (後述する実施形態では γ ) とを取得する手段であり、具体的には車速検出手段とョーレート検出手段から構成することができる。

なお、走行状態パラメータ取得手段 A 3は、典型的には車速検出手段（速度計）ゃョーレート検出手段（ョーレート検出計）である車体横すぺり角推定手段 A 4は、車速 c と実ョーレート d とに基づき、車両 1 0 0の車体横すベり角 . e (後述する実施形態では）を推定する。

ョーレート目標値算出手段 A 5は、前方横偏差 b と車速 c と車体横すぺり角 _e とから、車両 1 0 0の重心点の、中線 C Lからのズレ (重心点偏差）が 0 となる目標ョーレート f (後述する実施形態では _{γ d} ) を算出する。

ョーモーメント入力指令値算出手段 A 6は、車速 _c と目標ョーレート f とから指令ョーモーメント入力 g (後述する実施形態では M ) を算出する。

制御手段 A 7は、指令ョーモーメント入力 gに対応する目標駆動トルク h (後述する実施形態では T m r . 、 T _{m r r} ) 、目標制動トルク、目標舵角の少なくとも 1つを算出して、所定の操作信号 i を出力する。制御手段 A 7は、目標駆動トルク hを算出する場合には、車両 1 0 0の駆動トルクを目標駆動トルク hに一致するように操作信号 i を出力する。制御手段 A 7は、車速 c に依存した係数と車両 1 0 0の実ョーレート d との積に一次遅れ要素を付加して車体横すぺり角 e を算出することができる。また、制御手段 A 7は、目標ョ一レート f と目標ョーレート f の微分値（ d f Z d t ) との一次加算式により指令ョーモーメント入力 g を算出することができる。

図 4により、本発明の車線追従制御装置の第 2態様を説明する。図 4において車線追従制御装置 Bは、車線追従制御装置 Aと同様、図 1 に示したように車両 1 0 0 を車線 Lの中線 C Lに追従させて制御するもので、認識手段（図 4では中線検出手段 B 1 ) と、第 1 の算出手段（図 4では前方横偏差算出手段 B 2 ) と、車速検出手段 B 3 と、車体横すベり角検出手段 B 4 と、第 2の算出手段（図 4ではョーレート目標値算出手段 B 5 ) と、第 3の算出手段（図 4ではョーモーメント入力指令値算出手段 B 6 ) と、制御手段 B 7 ( トルク目標値算出手段 B 7 1 と操作信号生成手段 B 7 2 とからなる）とを備えている。

図 4において、中線検出手段 B l 、前方横偏差算出手段 B 2、ョ一レート目標値算出手段 B 5 、ョーモーメント入力指令値算出手段 B 6および制御手段 B 7 の構成は図 3に示した中線検出手段 A 1、前方横偏差算出手段 A 2 、ョ一レート目標値算出手段 A 5、ョーモ一メント入力指令値算出手段 A 6および制御手段 A 7 と同じである図 4では、実ョーレート dは取得しない。車速検出手段 B 3は、車両 1 0 0 の車速 c を取得する。また、図 4 で車線追従制御装置 B には、車体横すベり角推定手段は設けられていない代わりに、車体横すベり角 _e を検出する車体横すベり角検出手段 B 4が設けられている。図 4の車速検出手段 B 3 と車体横すぺり角検出手段. B 4は、図 3の走行状態パラメータ取得手段 A 3に対応する。検出された車速 cおよび車体横すぺり角 eは、ョーレート目標値算出手段 B 5に送出される。

図 5により、本発明の車線追従制御方法の第 1態様を説明する。車線追従制御方法の第 1態様は、図 1 に示した車両 1 0 0を車線 Lにおける中線 C Lに追従させて制御するもので、認識ステップ（図 5では中線検出ステップ S A 1 1 ) と、第 1 の算出ステップ（図 5では前方横偏差算出ステップ S A 1 2 ) と、取得ステップ（図 5 では走行状態パラメータ取得ステップ S A 1 3 ) と、推定ステップ (図 5では車体横すベり角推定ステップ S A 1 4 ) と、.第 2の算出ステップ（図 5ではョーレート目標値算出ステップ S A 1 5 ) と、第 3 の算出ステップ（図 5ではョーモーメント入力指令値算出ステップ S A 1 6 ) と、制御ステップ S A 1 7 (目標トルク算出ステツプ S A 1 7 1 と操作信号生成ステップ S A 1 7 2 とからなる）とを有している。

ステップ S A l l , S A 1 2 , S A 1 3 , S A 1 4 , S A 1 5 , S A 1 6 , S A 1 7 ( S A 1 7 1 , S A 1 7 2 ) における動作は、図 5で符号 A l , A 2 , A 3 , A 4 , A 5 , A 6 , A 7 ( A 7 1 , A 7 2 ) により示した手段による動作と同じである。

— 図 6により、本発明の車線追従制御方法の第 2態様を説明する。車線追従制御方法の第 2態様は、図 5で説明した第 1態様と同様、車両 1 0 0を車線 Lの中線 C Lに追従させて制御するもので、認識ステップ（図 6では中線検出'ステップ S B 1 1 ) と、第 1 の算出ステップ（図 6 では前方横偏差算出ステップ S B 1 2 ) と、車速を検出する車速検出ステップステップ（ S B 1 3 ) と、車体横すベり角を検出する車体横すベり角検出ステップ（ S B 1 4 ) と、第 2の算出ステップ（図 6ではョーレート目標値算出ステップ S B 1 5 ) と、第 3の算出ステップ（図 6ではョーモーメント入力指令値算出ステップ S B 1 6 ) と、制御ステップ S B 1 7 (目標トルク算出ステツプ S B 1 7 1 と操作信号生成ステツプ S B 1 7 2 とからなる）とを有している。

各ス丁ップ S B 1 1 , S B 1 2 , S B 1 5 , S B 1 6 , S B 1 7

( S B 1 7 1 , S B 1 7 2 ) における動作は、図 4で符号 B 1 , B

2， B 5 ， B 6 , B 7 ( B 7 1 , B 7 2 ) により示した手段による動作と 1口]じである。また、ステップ S B 1 3 における.動作は、図 4 で符号 B 3， B 4により示した手段による動作と同じである図面の簡単な説明

図 1 は、車両が路線を走行している様子を示す図である。

図 2は車両に搭載した撮像手段から撮影した車両の前方の画像である。

図 3 は、本発明の車線追従制御装置の第 1態様を示すプロック図である

図 4は、本発明の車線追従制御 ¾置の第 2態様を示すプロック図である

図 5は、本発明の車線追従制御方法の第 1態様を示すブ口ック図である。図 6は、本発明の車線追従制御方法の第 2態様を示すブロック図である。

図 7は、本発明の一実施形態に係る車両の概略構成を示すプロック図である。

図 8は、道路座標系と画像の平面座標系の対応図である。

図 9は、同上の実施形態における C C Dカメラの撮像画像である ' 図 1 0は、同上の実施形態に.おける画像処理部の動作を示すフロ一チヤ一トである。

図 1 1は、同上の実施形態における、 C C Dカメラで撮像した画像に格子状'領域を y軸全域に作成した図.である。

図 1 2は、同上の実施形態における、 C C Dカメラで撮像した画像に格子状領域を左右それぞれ 5 X 2個作成した図である。

図 1 3は、同上の実施形態における、車線追従性器の動作を示すフローチャートである。

図 1 4は、曲線路追従走行試験の設定コースを示す図である。

図 1 5は、曲線路追従走行試験の結果を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図 7は、本発明の一実施形態に係る車線追従制御装置を適用した車両 1 0 0の概略構成を示すブロック図である。

図 7において車両 1 0 0には、 C C Dカメラ 1 (撮像装置）、車速センサ 2、ョーレートセンサ 3、画像処理部 1 0、車線追従制御器 2 0が搭載されている。なお.、本実施形態では車両 1 0 0は後輪

r r 駆動車であり、図 7では左右後輪の駆動モータ 4 , 5、左右後輪タィャ 6， 7を図示してある。 '

C C Dカメラ 1 は、車両 1 0 0 の上部に載置され、車両 1 0 0 の走行中、 1秒間に 6 0枚連続して撮像する (フレームを作成する）画像処理部 1 0 は、図 3 に示した認識手段（中線検出手段 A 1 ) 、第 1 の算」出手段（前方横偏差算出手段 A 2 ) として機能し、 C C Dカメラ 1 で撮像した道路画像情報を処理する。

車線追従制御器 2 0 は、図 3 に示 4した取得手段（走行状態パラメータ取得手段 A 3 ) 、推定手段（車体横すベり角推定手段 A 4 ) 、第 2 の算出手段（ョーレート目標値算出手段 A 5 ) 、第 3 の算出手段（ョーモーメント入力指令値算出手段 A 6 ) 、制御手段 A 7 として機能する。

車速センサ 2は、図示しない光学式速度計で測定した非駆動輪（本実施形態では前輪）. の回転速度を車速 Vに換算しており、この車速 Vを車線追従制御器 2 0 へ出力する。

ョーレートセンサ 3は、車両 1 0 0 の実ョーレート γ を検出し、車線追従制御器 2 0 へ出力する。画像処理部 1 0 は、図示しないコンピュータ等の離散化されたディジタルシステムで構成され、 C C Dカメラ 1で撮像した軍両前方の道路画像（撮影画像 G ) から、白線を検出し、その白線の位置情報を前方横偏差 y _s ^に変換して、車線追従制御器 2 0 に出力する。

車線追従制御器 2 0 はコンピュータ等により構成され、画像処理部 1 0からの前方横偏差 y _{s r} と、車速センサ 2で検出された車速 V と、ョーレートセンサ 3で検出.された実ョーレート γ に基づいて、

C C 左右後輪の駆動トルク T_{m r}い T_{m r r}を算出し、駆動'モータ 4 , 5 に出力する。

車両 1 0 0の駆動システムは、左右後輪の駆動力差によるョーモ一メント入力を発生させるため、車両の後輸タイヤ 6， 7にそれぞれ小型電動モータが内蔵されており、各モータの駆動トルクを自由自在に制御することが可能となっている。

ここで、実際の 3次元道路座標系を、図 8のように、 C C Dカメラ 1 の撮像レンズの中心を原点として、車両進行方向に向かって右から左方向に Y軸、車両の高さ方向へ上向きに Z軸、レンズ光軸を車両進行方向に X軸とする XY Z座標系で定義する。

C C Dカメラ 1 は、車両 1 0 0'の前方の道路を、図 9のように β 4 0 X 4 8 0 ピクセルの解像度で撮像する。撮像した画像 Gは、画像処理部 1 0にて平面座標系を設定する。この画像 Gの平面座標系は、 N T S C等のテレビジョン通信方式の画面操作方向に従い、画像左上を原点として左から右へ水平方向に y軸、上から下へ垂直方向に z軸とする y z座標系で定義される。

平面座標系の原点が 3次元道路座標系の X軸上にあるとすれば、 3次元道路座標系から平面座標系への座標変換は次式で表される。ただし、 f はカメラレンズの焦点距離である。

y = - f ( Y/X) ( 1 )

ζ = - f ( Ζ /X) ( 2 )

車両の側面（上下方向）に関する運動方程式は、車両のピッチ角が大きく発生しないと仮定して、以下のように表される。ここで、 hは道路表面から C C Dカメラ 1のレンズ中心までの高さである。

Z = - h · ( 3 ) よって、（ 2 ) 式は以下のようになる。，

z = - f ( Z / X)

=ー f (一 h / 1 J 二 ί 1 _s ( 4 )

ここで： 1 _s [m] はカメラの前方注視距離である。 l _sは、車両 1 0 0の全長の中心から検出する白線の位置までの水平距離であり、車両 1 0 0の全長よりも充分長い距離で、おおよそ 8〜 0 mを想定している。本実施形態では、 l _s == 1 0 [m] に固定し、そのときの画像上の zの値を z = 3 3 0 [ピクセル] に固定している。次に画像処理部 1 0の動作について図 1 0のフローチャートを参照して説明する。

この動作は、 1 6 m s e c毎のサンプリングタイムで実行される画像処理部 1 0は、 C C Dカメ.ラ 1が撮像した画像を読み込む（ステップ P 1 ) 。読み込んだ画像が 1番最初の画像である場合（ステツプ P 3の「Y e s」）、車両 1 0 0の全長中心部；^ら 1 _s [m] 離れた地点を示す _Z = 3 3 0 ピクセルを基準として、上下にそれぞれ 3 0 X 3 0 ピクセルの格子状領域を、 y軸全域に作成する。つまり、図 1 1 に示すように、 z = 3 0 0 と z = 3 6 0の間に挟まれた画像内すべてに、 3 0 X 3 0 ピクセルの格子状領域を作成する（ステツプ P 5 ) 。

次に画像処理部 1 0は、ステップ P 5で作成した格子状領域内の道路画像を一次空間微分し、白線と路面の境界を強調させる（ステップ P 7 ) 。

C 次に画像処理部 1 0 は、一次空間微分を行った後の画像において、輝度の二値化処 Sを行い、格子状領域内における道路の左右両側の白線を抽出する（ステップ P 9 ) 。

次に画像処理部 1 0は、ステップ P.9で抽出した左右の白線について、 z = 3 3 0 ピクセルにおける白線上の yの値を求める。このとき、抽出した白線は車両 1 0 0から充分離れているので、白線の幅を考慮しなぐてよい。 yの値は原点から近い順に y ( t ) 、 y ₂ ( t ) とし、これに対応する z をそれぞれ z い z 2 ( z _x = z 2 = 3 3 0 ピクセル）とする（ステップ P I 1 ) 。

次に、ステップ P 1 1 で算出した白線の位置情報から、前方横偏差 y _{s r} ( t ) を（ 5 ) 式のように算出する（ステップ P 1 3 ) 。ここで、 t は時間である。 '

； =¼·^^ (5)

/ V. ノ

引き続いて処理を行う場合（ステップ Ρ 1 5で「Ν ο」）、画像処理部 1 0は C C Dカメラ 1 から次の画像を読み込む（ステップ Ρ 1， Ρ 3 ) 。

画像は 1秒間に 6 0枚と高速で撮像しているため、今回読み取つた画像における _{y i} ( t + 1 ) と y ₂ ( t + 1 ) の値は、 1つ前の画像における y i ( t ) と y ₂ ( t ) と大きく変化しないとみなすことができる。これは、カープにおける y i と y ₂においても、同様に取り扱うことができる。これは、 C C Dカメラ 1 が高速で撮像していることと、車両自体がカープを白線に沿って走行しているため、車両から l _s [m] での道路が直線路のように見えるからである。これ

C は、カーブの旋回半径が R = l 0 0 m程度までであれば有効であるよって、画像処理部 1 0は、今回読み取った画像に、前回の画像で算出した _{y i} ( t ) .と y ₂ ( t ) を中心とする、 3 0 X 3 0 ピクセルの格子状領域をそれぞれ 5マス X 2マス作成する（ステップ P 1 7，図 1 2 ) 。以後、ステップ P 7の処理に戻る。

このようにして、演算処理を行う領域を狭めることにより、処理時間を短縮し、白線認識の高速化を図る。

次に車線追従制御器 2 0の動作について図 1 3 を参照して説明する。この動作は、 5 m s e c毎のサンプリングタイムで実行される車線追従制御器 2 0 は、車速センサ 2が検出した車速 Vと、ョーレートセンサ 3が検出した車両 1 0 0の実ョーレート _γ を取得する。また、画像処理部 1 0から前方横偏差 _{y s r}を取得する（ステップ S 1 ) 。

次に車線追従制御器 2 0は、検出した車速 Vと車両の実ョ一レ.一トに基づいて車体横すベり角を下記の（ 6 ) 式により推定する (ステップ S 3 ) 。

ただし、 d d t は時間微分を表し、 C _f は前輪タイヤ 1輪あたりのコーナリングパワー、 C _rは後輸タイヤ 1輸あたりのコーナリングパワー、 mは車両質量、 1 _f は車両 1 0 0の重心点から前輪軸までの距離、 1 _rは車両 1 0 0の重心点から後輪軸までの距離である。次に車線追従制御器 2 0は、（ 6 ) 式で推定し^車体横すベり角 β と、ステップ S 1 で取得した車速 Vと前方横偏差 y _{s r}に基づいて、走行時に車体重心点が道路両側の白線の中線に常に一致する、つまり重心点横偏差が 0 となるような目標ョーレート γ _dを（ 7 ) 式により算出する（ステップ S 5 ) 。

次に車線追従制御器 2 0は、車速 Vとステップ S 5で算出された目標ョーレート _{Ί d}に基づいて、実ョーレート γが目標ョーレート γ _dと一致するよう、指令ョーモーメント入力 Mを（ 8 ) 式により算出する（ステップ S 7 ) 。ただし、 1 は車両ホイールベース、 I _zはョ一慣性モーメントである。

次に車線追従制御器 2 0 は、ステップ S 7で算出された指令ョーモーメント入力 Μを実現させるために、左右輪の目標駆動トルク Τ _rい T_{m r r}を（ 9 ) ( 1 0 ) 式により算出する（ステップ S 9 ) 。ただし、 dは車両トレッド、 r _wはタイヤの有効半径である。左輪の目標駆動トルク

(9) a

右輪の目標駆動トルク

T {†) f=— 10) d r 次に車線追従制御器 2 0は、ステップ S 9で算出した目標駆動トルク T_{m r} ！、 T_{m r r}をパルス電圧に変換し左右輪の駆動モータ 4， 5 に出力する（ステップ S 1 1 ) 。これにより、実際の駆動トルクを、算出した目標駆動トルク T_{m r} I、 T_{m r r}になるよう、左右輸の駆動モータ 4 , 5 内の回転検出器で検出している回転速度おょぴ駆動トルクを制御する。

本発明の有効性を検討するため、制御システムを実験車両に実装して実験を行った。図 1 4に'示すように、車両が直進走行状態から時速 2 5 k mまで加速し、 1 2 0 m—定の旋回半径の曲線路を走行する実験を行った。なお、曲線路を追従する際に、車速を 2 5 k m ノ h—定とした'。

実験結果の時系列応答を図 1 5 に示す。図の上段から、画像処理部 1 0 より算出した前方横偏差 y _{s r}、重心点横偏差 y 。 _r、ジャイロセンサからの実ョーレート γ とステップ S 5で算出した目標ョーレート y _d、ステップ S 3で推定した車体横すベり角、指令ョーモーメント入力 M、左右輪の目標駆動トルク T _{m r} ,、 T_{m r r}を示している。なお、重心点横偏差 y _{e r}は画像処理部 1 0からの横偏差及ぴ車両モデルよりオフラインで推定したものである。

図 1 5 より、 3. 5秒付近で曲線路に進入し、左右輪の'駆動力差により定常円旋回時に、車両の実ョーレート γ は目標ョーレート y _d によく一致することが確認できる。これは、指令ョーモーメント入力 Mの算出方法が有効であることを意味する。重心点横偏差 y。 _f の値は曲線路進入後もほぼ零になっていることが確認でき、良好な車線追従性能を得ている。このように、本実施の形態によれば、車速と車両の実ョーレートと目標車線に対する前方横偏差を検出し、その情報に基づいて左右輪の駆動トルクを制御することにより、道路曲率を必要とせず、車体重心点横変位が常に目標車線に一致し、高い車線追従性能を維持することが可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して後述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれている。

例えば、指令ョーモーメント入力 Mの算出手段では、目標ョーレートに比例する算出方法を示したが、本発明はこれに限定される者ではなく、実ョーレートのフィードバック制御手法等、他の制御手法で.あつてもよい。

また、指令ョーモーメント入力 Mを発生させるために、左右輪の駆動トルク差によって実現するものを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、制動トルク差による手法等であってもよい

産業上の利用可能性 ·

本発明では、前方横偏差と車速と車体横すベり角とから、車両の重心点の中線 C L力らのズレが 0 となるように、目標駆動トルク、目標制動トルク、目標舵角の少なくとも 1つを操作量として制御する。これにより、車線の曲率計算を行わずに車線追従制御ができるので、高速処理が可能となる。また、走行時に生じる車体横すベり角を制御パラメータに用いることで、雨天走行時等においても安定した位置制御を行うことができる。

Claims

請求の範 '囲

1 . 車両を車線の中線に追従させて制御する車線追従制御装置において、

5 前記車線の中線からの前記車両の前方横偏差を算出する第 1の算出'手段と'、 '

前記車両の走行状態パラメータとして少なくとも車速と実ョーレ一トとを取得する取得手段と、

前記車速と前記実ョーレートとに基づき、前記車両の車体横すベ0 り角を推定する推定手段と、

前記前方横偏差と前記車速と前記車体横すベり角とから前記車両の重心点の前記車線の中線からのズレが 0 となる目標ョーレートを算出する第 2 の算出手段と、

—前記車速と前記目標ョーレートとから指令ョーモーメント入力を5 算出する第 3の算出手段と、

前記指令ョーモーメント入力に対応する目標駆動トルク、目標制動トルク、目標舵角の少なくとも 1つを算出して、所定の操作信号を出力する制御手段と、

を有すことを特徴とする車線追従制御装置。

0 2 . 前記制御手段は、前記目標駆動トルクを算出し、前記車両の駆動トルクを前記目標駆動トルクに一致するように前記操作信号を出力することを特徴とする請求項 1に記載の車線追従制御装置。

3 . 前記車線の中線を認識し中線認識情報を生成して出力する認識手段を備え、

C C O 2006/121221 前記第 1の算出手段は、前記中線認識情報に基づき前記前方横偏

差を算出することを特徴とする請求項 1から 3の何れかに記載の車

線追従制御装置。

4 . 前記認識手段は、車両の前方を撮影し撮影画像を出力する撮像

装置を含み、前記撮影画像を格子状に分割した当該格子状領域に表

示される前記車線の両側の白線の位置を認識し、当該白線の位置情

報を前記中線認識情報として生成して出力することを特徴とする請

求項 1から 3の何れかに記載の車線追従制御装置。

前記認識手段は、前記白線の位 2'

5 . 4置を認識するに際して、前記撮

影装置により撮影した先のフレームにおいて既に認識した白線を含

む格子状領域およびその周囲の格子状について認識処理を行うこと

を特徴とする請求項 4に記載の車線追従制御装置。

6 . 前記推定手段は、前記車速に依存した係数と前記車両の実ョー

レートとの積に一次遅れ要素を付加して前記車体横すベり角を算出

することを特徴とする請求項 1から 5の何れかに記載の車線追従制

御装置。 ·

7 . 前記制御手段は、前記目標ョーレートと当該目標ョーレートの

微分値との一次加算式により前記指令ョーモーメント入力を算出す

ることを特徴とする請求項 1から 6の何れかに記載の車線追従制御

装置。

8 . 車両を車線の中線に追従させて制御する車線追従制御装置にお

いて、

前記車線の中線からの前記車両の前方横偏差を算出する第の算 ' 出手段と、

車速を検出する車速検出手段'と、 - c O 2006/121221

25 車体横すベり角を検出する車体横滑り角検出手段と、

前記前方横偏差と前記車速と前記車体横すベり角とから前記車両の重心点の前記車線の中線からのズレが 0 となる目標ョーレートを算出する第 2の算出手段と、

前記車速と前記目標ョーレートとから指令ョーモーメント入力を算出する第 3の算出手段と、

を有すことを特徴とする車線追従制御装置。

9 . 前記制御手段は、前記目標駆動トルクを算出し、前記車両の駆動トルクを前記目標駆動トルクに一致するように前記操作信号を出力することを特徴とする請求項 8に記載の車線追従制御装置。

1 0 . 前記車線の中線を認識し中線認識情報を生成して出力する認識手段を備え、 ·

前記第 1の算出手段は、前記中線認識情報に基づき前記前方横偏差を算出することを特徴とする請求項 8または 9に記載の車線追従制御装置。

1 1 . 前記認識手段は、車両の前方を撮影し撮影画像を出力する撮像装置を含み、前記撮影画像を格子状に分割した当該格子状領域に表示される前記車線の両側の白線の位置を認識し、当該白線の位置情報を前記中線認識情報として生成して出力することを特徴とする請求項 8から 1 0の何れかに記載の車線追従制御装置。

1 2 . 前記認識手段は、前記白線の位置を認識するに際して、前記撮影装置により撮影した先のフレームにおいて既に認識した白線 r C O 2006/121221

26 を含む格子状領域およぴその周囲の格子状について認識処理を行うことを特徴とする請求項 1 1に記載の車線追従制御装置。

1 3 . 前記推定手段は、前記車速に依存した係数と前記車両の実ョーレートとの積に一次遅れ要素を付加して前記車体横すベり角を算出することを特徴とする請求項 8から 1 2の何れかに記載の車線追従制御装置。

1 4 . 前記制御手段は、前記目標ョーレートと当該目標ョーレートの微分値との一次加算式により前記指令ョーモーメント入力を算出することを特徴とする請求項 8から 1 2の何れかに記載の車線追従制御装置。

1 5 . 車両を車線の中線に追従させて制御する車線追従制御方法において、

前記車線の中線からの前記車両の前方横偏差を算出する第 1の算出ステップと、

前記車両の走行状態パラメータとして少なくとも車速と実ョーレ一トとを取得すさ取得ステップと、

前記車速と前記実ョ一レートとに基づき、前記車両の車体横すベり角を推定する推定ステップと、

前記前方横偏差と前記車速と前記車体横すベり角とから前記車両の重心点の前記車線の中線からのズレが 0 となる目標ョーレートを算出する第 2の算出ステップと、

前記車速と前記目標ョーレートとから指令ョーモーメント入力を算出する第 3 の算出ステップと、

C 前記指令ョーモーメント入力に対応する目標駆動トルク、目標制動トルク、目標舵角の少なくとも 1つを算出して、所定の操作信号を出力する制御ステップと、

を有すことを特徴とする車線追従制御方法。

1 6 . 車両を車線の中線に追従させて制御する車線追従制御方法において、

2

前記車両の車速を検出する車速検 7出取得ステップと、

車体横すベり角を検出する車体横滑り角検出ステップと、前記前方横偏差と前記車速と前記車体横すベり角とから前記車両の重心点の前記車線の中線からのズレが 0 となる目標ョーレートを算出する第 2の算出ステップと、

前記車速と前記目標ョーレートとから指令ョーモーメント入力を算出する第 3の算出ステップと、

前記指令ョーモーメント入力に対応する目標駆動トルク、目標制動トルク、目標舵角の少なくとも 1つを算出して、所定の操作信号を出力する制御ステップと、

を有すことを特徴とする車線追従制御方法。