JP4134885B2 - カーブ推定装置およびこれを用いた走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車前方の走路のカーブ半径を推定するカーブ推定装置とこれを用いた走行制御装置に関し、特に、カーブ半径が変化している走路を走行中のカーブ半径の推定精度を向上させる技術に関する。

自車の走行する走路を認識して、その走路に沿った走行を支援する走行支援装置、制御装置が知られている。こうした装置において、カーブ路の曲率を正確に推定する技術の開発も進められている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１の技術においては、自車の走行している走路の前方を走行している先行車の速度ベクトルを算出し、自車進行方向軸とこの先行車の速度ベクトルとのなす角、および、先行車との間の車間距離を用いてカーブ路の曲率を計算している。
特開２０００−２５３５号公報（段落００２８〜００５４、図１〜図５）

この技術においては、カーブ路算出の前提として自車の進行方向が走路中心軌跡の接線方向に一致している必要がある。しかしながら、実際には、ドライバのステアリング操作量、ヨーレート検出値からの推定演算による遅れのため、自車進行方向がこの走路中心軌跡の接線方向に確実に一致しているとは限らず、これがカーブ路の曲率検出誤差となる。ヨーレートセンサ情報を用いた場合、車両の動作を検知して推定することになるため、カーブの入口、出口において誤差が顕著に生ずる。さらに、連続的にカーブ曲率・半径、方向が変化する場合など、先行車の走行している付近でのカーブ曲率・半径と、自車が走行している付近でのカーブ曲率・半径が大きく異なるような場合に正確なカーブ曲率・半径を推定することが難しいという問題がある。

そこで本発明は、連続的にカーブ曲率・半径が変化しているような走路においても自車前方の走路のカーブ曲率・半径を精度良く求めることを可能としたカーブ推定装置およびこれを用いた走行制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るカーブ推定装置は、（１）先行車位置における走路のカーブ半径である第１のカーブ半径を検出する第１のカーブ半径検出手段と、（２）自車位置における走路のカーブ半径である第２のカーブ半径を検出する第２のカーブ半径検出手段と、（３）先行車と自車との車間距離を検出する距離検出手段と、（４）検出した車間距離に基づいて設定した重み付け係数を用いて、前記第１のカーブ半径と第２のカーブ半径の重み付け平均をとることにより、自車前方走路のカーブ半径を算出するカーブ半径算出手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、第１のカーブ半径検出手段で検出した先行車が走行している箇所のカーブ半径（第１のカーブ半径）と、第２のカーブ半径検出手段で検出した自車が走行している箇所のカーブ半径（第２のカーブ半径）について、距離検出手段で検出した先行車と自車との車間距離に基づいて重み付け平均を算出することで、自車前方走路のカーブ半径を推定算出する。

このカーブ半径算出手段は、先行車と自車との距離が長い場合に、第２のカーブ半径に対して大きな重み付けを与えるよう重み付け係数を設定することが好ましい。つまり、先行車が走行している箇所のカーブ半径と、自車が走行している箇所のカーブ半径から、例えば、重み付け平均により前方走路のカーブ半径を算出する際に、先行車が離れている場合には、自車が走行している箇所のカーブ半径の比重を大きくして算出を行う。

第１のカーブ半径検出手段は、自車前方の走路画像を撮像する撮像手段と、撮像した画像から先行車と、先行車の走路を認識する画像認識手段と、認識した先行車、走路を基にしてカーブ半径検出を行う演算手段と、を備えているとよい。自車前方車両の車両走行画像から画像認識によって先行車、走路を抽出し、例えば、先行車の進行方向、先行車位置における走路の曲率等を画像認識により認識することで、先行車位置におけるカーブ半径を算出する。

また、本発明に係る車両用の走行制御装置は、先行車との車間距離を予め設定された目標車間距離に保ちつつ追従走行を行う走行制御装置において、上述の本発明に係るカーブ推定装置を備えていることを特徴とする。本発明によれば、推定したカーブ半径を用いて、先行車への追従走行制御を行う。

この場合、カーブ半径算出手段は、車間距離が目標車間距離より長い場合に、第２のカーブ半径に対して大きな重み付けを与えるよう重み付け係数を設定し、目標車間距離より短い場合には、第２のカーブ半径に対して小さな重み付けを与えるよう重み付け係数を設定することが好ましい。つまり、先行車が走行している箇所のカーブ半径と、自車が走行している箇所のカーブ半径から、例えば、重み付け平均により前方走路のカーブ半径を算出する際に、先行車が離れている場合には、自車が走行している走路のカーブ半径の比重を大きくして、先行車が目標車間距離より近い場合には、先行車が走行している走路のカーブ半径の比重を大きくしてそれぞれ算出を行う。

本発明によれば、先行車位置における走路のカーブ半径と自車位置における走路のカーブ半径を先行車と自車との車間距離に応じて重み付けして自車前方の走路におけるカーブ半径を推定するので、カーブ半径が連続的に変化する走路、例えば、Ｓ字カーブ等においても自車前方の走路におけるカーブ半径をより先行車追従制御に合わせて推定することができる。

このようにカーブ半径をより先行車追従制御に合わせて推定することで、本発明に係る走行制御装置においては、先行車へ追従して走行している際に、装置が先行車を見失うことがなく、正確に追従制御を行うことができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係るカーブ推定装置を含む走行制御装置のブロック構成図であり、図２は、それを搭載した車両を示す斜視図である。この走行制御装置１００は、先行車両との車間距離を設定距離に維持しながら先行車両に追従した走行を支援するものである。

走行制御装置１００は、制御システムとして、車間制御ＥＣＵ１を中心に構成され、走路認識用の白線認識ＥＣＵ２を備えている。この車間制御ＥＣＵ１は、ブレーキＥＣＵ３、エンジンＥＣＵ４に接続されている。各ＥＣＵ１〜４は、車内ＬＡＮ等により相互に信号授受が行えるように接続されている。

車間制御ＥＣＵ１には、自車両２００の各挙動を測定する車速センサ１１、ヨーレートセンサ１２、操舵角センサ１３の出力がそれぞれ入力されている。また、先行車との距離を測定するレーザレーダ１４の出力が入力されるとともに、運転者が設定車間距離等の入力や追従制御のオンオフ等の設定情報を入力するための操作スイッチの出力が入力されている。

白線認識ＥＣＵ２には、車両前方の画像を取得する前方カメラ２１が接続されている。この前方カメラ２１は、図２に示されるように車両２００のフロントウィンドウ上部（例えば、バックミラーの裏側）に配置されており、車両２００前方の画像、つまり、車両前方の走行レーン３００の画像（区画線３０１を含む。）を取得するものである。この前方カメラ２１によって撮像可能なエリアは、レーザレーダ１４によって車間距離を取得可能なエリアを含み、それより広範囲に設定されていることが好ましい。

ブレーキＥＣＵ３は、ブレーキアクチュエータ３１を制御することで、各車輪に設けられたブレーキを作動させるホイールシリンダ３２に付与されるブレーキ油圧を制御（減速制御）する。エンジンＥＣＵ４は、スロットルモータ４１を制御して、エンジンへの吸入空気量を制御（加速制御、スロットル全閉制御）するほか、トランスミッション・アクチュエータ４２を制御して、図示していない変速装置の変速状態を切り替える（シフトダウン減速制御）。

次に、この走行制御装置１００の動作について説明する。本装置１００は、自車走路の前方を走行する先行車を検出して、自車両がこれに追従して車間距離を目標車間距離に維持しつつ走行するようアクセル、ブレーキを自動的に操作するものである。図３は、先行車と自車両の状態を示す図である。以下、先行車をＰ、自車両をＭの符号で表す。

運転者は、操作スイッチ１５を操作することにより、この追従制御モードへの移行と、目標車間距離の設定を行う。この入力に際しては、長さとしての目標車間距離Ln_targetではなく、目標車間時間Ｔが入力される。目標車間距離Ln_targetは、この目標車間時間Ｔに現在の車速Vnを乗じたＴ×Vnとして算出できる。車速Vnは制御中も逐次変化するが、目標車間距離Ln_target自体を直接設定するのではなく、目標車間時間Ｔによって設定を行うことで、設定操作が簡易化されるとともに、制御上も幅広い速度領域を制御対象とすることができる。

白線認識ＥＣＵ２は、前方カメラ２１で取得した画像中からエッジ抽出処理等により、区画線３０１を認識することで、自車前方に延びる走行レーン３００を判別する。そして、同様に画像中から先行車Ｐを認識し、この先行車Ｐが自車前方の走行レーン３００内に存在するか否かを判定する。レーザレーダ１４は、レーザ光を前方に照射し、先行車Ｐのリフレクターで反射されたレーザ光を検出し、レーザ光の照射から受光までの時間およびその受光位置または角度から先行車Ｐの有無を判別するとともに、先行車Ｐが存在する場合は自車両Ｍとの距離（車間距離）Lnと相対速度Vrを求める（本発明に係る距離検出手段に相当する）。

車間制御ＥＣＵ１は、予め設定されている目標車間時間Ｔに基づいて、自車両の車速Vnから目標車間距離Ln_targetが設定され、測定した車間距離Lnをこの目標車間距離Ln_targetに一致させるとともに、相対速度Ｖｒが０になるようブレーキＥＣＵ３、エンジンＥＣＵ４に指示して車速を制御する。なお、先行車Ｐの車速が所定値を超えるような場合には、定速走行を行う。

具体的には、車間距離LnがLn_targetより長い場合には、エンジンＥＣＵ４がスロットルモータ４１を駆動することでスロットルを開いて加速することで車間距離を詰める。なお、現在ブレーキ制御中の場合は、ブレーキＥＣＵ３がブレーキアクチュエータ３１によりホイールシリンダ３２へ付与する油圧を減圧することで制動力を減少させ、制動力を０としても十分な加速が得られない場合に、上記の制御を行う。

車間距離LnがLn_targetより短い場合には、エンジンＥＣＵ４がスロットルモータ４１を駆動することでスロットルを閉じるか、トランスミッション・アクチュエータ４２を制御してシフトダウンを行い減速することにより、車間距離LnをLn_targetに近づけるように制御を行う。スロットル制御やシフトダウンでは目標とされる減速度が得られない場合には、ブレーキＥＣＵ３がブレーキアクチュエータ３１によりホイールシリンダ３２へ付与する油圧を増圧することで制動力を増加させてさらに減速を行う。

この制御の際には、車間距離、相対車速に応じて目標加速度を設定し、実加速度が目標加速度に一致するようフィードバック制御を行う。なお、運転者によるブレーキ操作やシステム終了操作が行われた場合、さらにシステム異常等の各種異常を検出した場合には制御を終了する。

なお、走行レーン３００がカーブ路の場合には、先行車Ｐの存否の判定、および、先行車Ｐとの車間距離（直線距離ではなく、走行レーン３００に沿った距離）判定に際して、カーブ半径を考慮する必要がある。なぜなら、カーブ路走行中の場合には、先行車Ｐは、自車の進行方向の延長線上から左右方向にずれた位置に存在することになり、直線路を走行中と同じロジックを用いると、先行車Ｐを検出し損なう、いわゆる検知ロストの状態に陥ってしまう可能性があるからである。以下、本実施形態におけるカーブ半径推定について説明する。ここで、カーブ半径推定装置は、車間制御ＥＣＵ１、白線認識ＥＣＵ２とこれらに接続される車速センサ１１、ヨーレートセンサ１２、操舵角センサ１３、レーザレーダ１４、操作スイッチ１５、前方カメラ２１により構成されている。

図４は、本実施形態におけるカーブ推定の演算処理を模式的に示すブロック図であり、図５は、その演算に用いられる重み付け係数αの設定例を示すグラフであり、図６〜図１１は、走行路、先行車、自車両の関係をそれぞれ示す説明図である。この演算処理は、白線認識ＥＣＵ２から送られる走行レーン情報と各センサ１１〜１４の出力信号を基にして車間制御ＥＣＵ１により実行される。

先行車情報として、ステップＳ１では、車速センサ１１で検出した車速Vnと、操作スイッチ１５で予め設定した目標車間時間Ｔ（例えば、２〜３秒程度に設定される。）から目標車間距離Ln_targetが算出される。また、ステップＳ２では、レーザレーダ１４の出力から実車間距離Lnを求める。このLnの算出に際しては、前のタイムステップで求めたカーブ半径を用いて直線距離ではなく、走行路に沿った距離（円弧距離）として求めることが好ましい。

ステップＳ３では、白線認識ＥＣＵ２で検出した白線情報を基にして先行車位置（位置Ln）におけるカーブ半径ＲＡを算出する（本発明における第１のカーブ半径）。ここで、先行車Ｐが目標車間距離Ln_targetより近くに存在する場合には、先行車位置ではなく、自車両Ｍより目標車間距離Ln_target前方位置におけるカーブ半径をＲＡとして算出する。

ここでは、画像認識による白線情報を基にしてカーブ半径を算出したが、ナビゲーションシステムに地図情報の一つとしてカーブ半径情報を格納しておき、自車に対する先行車の位置を基にしてその位置におけるカーブ半径を呼び出すことで、ＲＡ算出を行ってもよい。

一方、ステップＳ４では、ヨーレートセンサ１２の出力（ヨーレート値ψｎ）と車速Vnから自車位置におけるカーブ半径Ｒ０を算出する（本発明における第２のカーブ半径）。

ステップＳ５では、目標車間距離Ln_targetと、実車間距離Ｌｎの関係を基にして、先行路の重み付け係数αを設定する。このαは図５に示されるように、例えば、Ｌｎ≦Ln_targetの場合（先行車Ｐが目標車間距離Ln_targetより近くにある場合）には、α＝α０（例えば１）に設定し、実車間距離Ｌｎが、β×Ln_targetより長い場合には、α＝０とし、ＬｎがLn_targetを超え、β×Ln_targetより短い場合には、実車間距離が長いほどαが線型的に減少するよう設定する。βは、一定値でもよいが、車速が速いほどLn_targetも長くなり、遠くの先行車を的確に認知する必要があることから、β＝ｋ×Ｖｎのように、車速に比例するよう（下限値を例えば２とする。）設定してもよい。また、α０も画像データの信頼度（白線認識の精度）によって可変とし、夜間や気象条件によって白線認識精度が低下する条件下では、小さくしてもよい。

ステップＳ６では、求めたαを用いて、先行車位置と自車位置におけるカーブ半径ＲＡ、Ｒ０の重み付け平均をとることで、補正推定カーブ半径Ｒｎを求める。これによると、先行車両が目標車間距離Ln_targetに存在する図６、図９の場合には、先行車両位置のカーブ半径を推定カーブ半径Ｒｎとして採用する。先行車両が目標車間距離Ln_targetより近くに存在する図７、図１０の場合には、先行車両位置ではなく、目標車間距離Ln_target位置におけるカーブ半径を推定カーブ半径Ｒｎとして採用する。そして、先行車両が目標車間距離Ln_targetより若干遠くに存在する図８、図１１の場合には、αを０〜１の間に設定して、先行車位置のカーブ半径と自車位置のカーブ半径とから重み付けした推定カーブ半径Ｒｎを求める。なお、先行車両が目標車間距離Ln_targetより大きく離れている場合（Ln≧β×Ln_target）には、推定カーブ半径＝自車位置のカーブ半径と設定する。

目標車間距離Ln_targetまたはそれより先行車両が近くに存在する場合、目標車間距離Ln_target位置におけるカーブ半径を推定カーブ半径として利用することにより、目標車間距離Ln_target位置付近までの走行レーン３００をより精度良く円弧ルートに近似することができ、車間距離Lnを目標車間距離Ln_targetに導く制御（加減速制御）を安定的に行うことができる。反対に、先行車両が遠くに存在する場合には、先行車両位置と自車位置の推定カーブ半径の重み付け平均からカーブ半径を求めることで、先行車両位置へ至る経路上の走行レーン３００をより精度良く円弧ルートに近似することができる。また、先行車両が遠い場合には、自車位置のカーブ半径を用いるので、自車が減速制御を開始する必要がないレベルで先行車両が遠くに存在し、その間にカーブ路の半径（曲率）が変化している場合（例えば、図９〜図１１に示されるようにＳ字カーブが存在する場合）に、これを円弧ルートに近似することにより起こりうる実際の走路の曲率（半径）と推定曲率（半径）とのずれの発生を抑制できる。

こうして推定したカーブ半径を用いて、先行車を追尾することで、カーブの出入口付近やＳ字カーブ上など自車前方においてカーブ半径が連続的に変化する走路において、先行車の検知ロストを抑制し、確実な追従を行うことができる。

こうしたカーブ路においては、推定した前方走路のカーブ半径を考慮し、さらには、カーブ半径の変化からこれから自車がカーブの出口、入口に差しかかるのか定常旋回に移行するのかといった前方走行路のカーブ状態の変化をより的確に推定することができるため、追従制御の加減速時の加減速度、加減速タイミングを先行車検知ロストを極力少なくした状態で制御することができ、車両挙動を安定化させつつ、制御を行うことができる。

なお、ナビゲーションシステムから走路の情報を取得して、第１のカーブ半径を求めてもよい。この場合には、天候等で画像認識が難しい状況においても、安定したカーブ半径推定を行うことができる。

以上の説明では、推定したカーブ半径を追従制御に用いる例について説明したが、例えば、レーンキープシステムや衝突予防システム等においても本発明のカーブ推定装置は好適に使用可能である。

本発明に係るカーブ推定装置を含む走行制御装置のブロック構成図である。 図１の装置を搭載した車両の斜視図である。 先行車と自車両の状態を示す図である 図１の実施形態におけるカーブ推定の演算処理を模式的に示すブロック図である。 図１の演算に用いられる重み付け係数αの設定例を示すグラフである。 カーブ路で先行車が目標車間距離に位置する場合の走行路、先行車、自車両の関係をそれぞれ示す説明図である。 カーブ路で先行車が目標車間距離より近傍に位置する場合の走行路、先行車、自車両の関係をそれぞれ示す説明図である。 カーブ路で先行車が目標車間距離より遠方に位置する場合の走行路、先行車、自車両の関係をそれぞれ示す説明図である。 Ｓ字カーブ路で先行車が目標車間距離に位置する場合の走行路、先行車、自車両の関係をそれぞれ示す説明図である。 Ｓ字カーブ路で先行車が目標車間距離より近傍に位置する場合の走行路、先行車、自車両の関係をそれぞれ示す説明図である。 Ｓ字カーブ路で先行車が目標車間距離より遠方に位置する場合の走行路、先行車、自車両の関係をそれぞれ示す説明図である。

符号の説明

１…車間制御ＥＣＵ、２…白線認識ＥＣＵ、３…ブレーキＥＣＵ、４…エンジンＥＣＵ、１１…車速センサ、１２…ヨーレートセンサ、１３…操舵角センサ、１４…レーザレーダ、１５…操作スイッチ、２１…前方カメラ、３１…ブレーキアクチュエータ、３２…ホイールシリンダ、４１…スロットルモータ、４２…トランスミッション・アクチュエータ、１００…走行制御装置、２００…自車両、３００…走行レーン、３０１…区画線、Ｍ…自車両、Ｐ…先行車。

Claims (5)

1. 先行車位置における走路のカーブ半径である第１のカーブ半径を検出する第１のカーブ半径検出手段と、
   自車位置における走路のカーブ半径である第２のカーブ半径を検出する第２のカーブ半径検出手段と、
   先行車と自車との車間距離を検出する距離検出手段と、
   検出した車間距離に基づいて設定した重み付け係数を用いて、前記第１のカーブ半径と第２のカーブ半径の重み付け平均をとることにより、自車前方走路のカーブ半径を算出するカーブ半径算出手段と、
   を備えていることを特徴とするカーブ推定装置。
2. 前記カーブ半径算出手段は、車間距離が長い場合に、前記第２のカーブ半径に対して大きな重み付けを与えるよう重み付け係数を設定することを特徴とする請求項１記載のカーブ推定装置。
3. 前記第１のカーブ半径検出手段は、自車前方の走路画像を撮像する撮像手段と、撮像した画像から先行車と、先行車の走路を認識する画像認識手段と、認識した先行車、走路を基にして前記第１のカーブ半径検出を行う演算手段と、を備えていることを特徴とする請求項１記載のカーブ推定装置。
4. 先行車との車間距離を予め設定された目標車間距離に保ちつつ追従走行を行う走行制御装置において、
   先行車位置における走路のカーブ半径である第１のカーブ半径を検出する第１のカーブ半径検出手段と、
   自車位置における走路のカーブ半径である第２のカーブ半径を検出する第２のカーブ半径検出手段と、
   先行車と自車との車間距離を検出する距離検出手段と、
   検出した車間距離に基づいて設定した重み付け係数を用いて、前記第１のカーブ半径と第２のカーブ半径の重み付け平均をとることにより、自車前方走路のカーブ半径を算出するカーブ半径算出手段と、
   を備えるカーブ推定装置を備えていることを特徴とする走行制御装置。
5. 前記カーブ半径算出手段は、車間距離が前記目標車間距離より長い場合に、前記第２のカーブ半径に対して大きな重み付けを与えるよう重み付け係数を設定し、前記目標車間距離より短い場合には、前記第２のカーブ半径に対して小さな重み付けを与えるよう重み付け係数を設定することを特徴とする請求項４記載の走行制御装置。

Images