JP4864450B2

JP4864450B2 - 車両の運転支援装置

Info

Publication number: JP4864450B2
Application number: JP2005368697A
Authority: JP
Inventors: 弘幸関口
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2005-12-21
Filing date: 2005-12-21
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2025-12-21
Also published as: JP2007172266A

Description

本発明は、ステレオカメラ、単眼カメラ、ミリ波レーダ等で検出した前方の立体物に対して接触の可能性を判定し、運転支援制御する車両の運転支援装置に関する。

近年、車両においては、車載したカメラ等により前方の走行環境を撮影し、前方立体物を認識して自車両との衝突の可能性を推定する様々な運転支援制御装置が提案され、実用化されている。こうした前方立体物と自車両との衝突の可能性を推定する装置においては、前方立体物の位置を正確に把握することが要求されるものの、カメラ、レーダ装置等による検出は、誤差を含むため、誤差を考慮して前方立体物の位置を特定する必要がある。

例えば、特開２００４−３３０９５０号公報では、レーダ装置で自車両の進行方向の先行車を検出し、自車両の予測進路に先行車が重なるオーバーラップ量を算出して、そのオーバーラップ量が所定値を超える時間が所定値を超えたときに、自車両が先行車に接触する可能性があると判断し、警報や自動制動よりなる安全装置を作動させる技術が開示されている。
特開２００４−３３０９５０号公報

すなわち、上述の特許文献１は、センサ誤差等の何らかの原因でオーバーラップ量が一時的に増大した場合に安全装置が作動して、ドライバに違和感を与えることを防止するものであるが、却って制御の遅れを招く可能性もある。障害物の検出誤差は、センサ自体の誤差以外にも走行環境や運転状態等により生じることがあり、こうした誤差を考慮し、吸収しながら運転支援制御をすることで初めて自然な制御となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、障害物の検出誤差を適切に考慮し、吸収しながらレスポンス良く精度の高い運転支援制御を行うことができる車両の運転支援制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、自車進行路を基に走行領域を定め、該走行領域上に存在する立体物を検出する立体物検出手段と、自車両前方に予め設定した条件に応じて少なくとも統計処理による領域を設定する領域設定手段と、上記領域設定手段で設定した上記統計処理による領域に対する上記立体物の位置に応じて予め設定した制御を実行する制御実行手段とを備えた車両の運転支援装置であって、上記立体物検出手段は、上記立体物を自車両に対して接触する可能性を判定する判定対象として抽出すると共に、上記領域設定手段は、上記領域の左端と右端、及び、前端を、自車速と上記立体物の幅と上記立体物検出手段の種類と自車両の旋回動作の少なくとも何れかに応じて可変して、少なくとも統計処理で設定し、上記制御実行手段は、上記立体物と上記領域から接触確率を演算することを特徴としている。

本発明による車両の運転支援制御装置は、障害物の検出誤差を適切に考慮し、吸収しながらレスポンス良く精度の高い運転支援制御を行うことが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１乃至図７は本発明の実施の一形態を示し、図１は車両に搭載した運転支援制御装置の概略構成図、図２は運転支援制御プログラムのフローチャート、図３は接触確率演算式の設定ルーチンのフローチャート、図４は横方向中央値を設定する第１のゲインの特性マップの説明図、図５は前方向領域長さを設定する第３のゲインの特性マップの説明図、図６は制御ゲインを設定する第４のゲインの特性マップの説明図、図７は自車両前方に設定される接触確率演算式を用いた領域の概略説明図である。

図１において、符号１は自動車等の車両（自車両）で、この車両１には、車両用運転支援制御装置２が搭載されている。この車両用運転支援制御装置２は、ステレオカメラ３、ステレオ画像認識装置４、制御ユニット５を有して主要に構成されており、この車両用運転支援制御装置２では、基本的に、後述の運転支援制御プログラムに従って制御され、前方立体物との接触確率（演算の詳細は後述する）に応じて、警報制御、及び、自動ブレーキ制御の何れかを実行する。

すなわち、前方立体物との接触確率が低い場合はそのままとし、この状態から接触確率が高まるとモニタ６、或いは、スピーカ７より音声による警報を発生し（警報制御）、更にこの警報制御の状態から接触確率が高まると自動ブレーキ制御装置８に減速信号を出力して一定の自動ブレーキを作動させる（減速制御）。

ステレオカメラ３は、ステレオ光学系として例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いた１組の（左右の）ＣＣＤカメラで構成され、これら左右のＣＣＤカメラは、それぞれ車室内の天井前方に一定の間隔をもって取り付けられ、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像し、撮像信号をステレオ画像認識装置４に出力する。

また、自車両１には、自車速Ｖownを検出する車速センサ９が設けられており、この自車速Ｖownは、ステレオ画像認識装置４と制御ユニット５とに出力される。

ステレオ画像認識装置４は、ステレオカメラ３からの画像、車速センサ９からの自車速Ｖownが入力され、ステレオカメラ３からの画像に基づき自車両１前方の立体物データと白線データの前方情報を検出し、自車両１の進行路（自車進行路）を推定する（例えば、自車両１の運転状態、白線等に応じて推定する）。そして、この自車進行路を基に、走行領域を定め（例えば、自車進行路を中心とする左右１ｍの幅の領域）、この走行領域上の自車両１に最も近い立体物を、自車両１に対して接触する可能性を判定する判定対象として抽出する。更に、後述するように、予め設定した条件に応じて少なくとも統計処理による領域を設定し、この領域を接触確率演算式ＰＰxzで表現し、この接触確率演算式ＰＰxzを基に演算した接触確率ＰＰを、制御ユニット５に出力する。

ここで、ステレオ画像認識装置４における、ステレオカメラ３からの画像の処理は、例えば以下のように行われる。まず、ステレオカメラ３で撮像した自車両１前方のステレオ画像に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理によって距離データを生成する。そして、この距離データを基に、周知のグルーピング処理や、予め記憶しておいた３次元的な道路形状データ、立体物データ等と比較し、白線データ、道路に沿って存在するガードレール、縁石等の側壁データ、車両や歩行者等の立体物データを抽出する。立体物データでは、立体物までの距離と、この距離の時間的変化（自車両１に対する相対速度）が求められ、特に、上述した走行領域上にある最も近い立体物が判定対象とする立体物として抽出され、接触確率演算式ＰＰxzにより接触確率ＰＰが演算される。

このように、ステレオ画像認識装置４は、立体物検出手段及び領域設定手段の機能を有して設けられている。

制御ユニット５は、ステレオ画像認識装置４から接触確率ＰＰが入力され、この接触確率ＰＰが、予め設定しておいた閾値Ｃ１以上の場合にはスピーカ７より音声による警報を発生して警報制御を行い、更に、予め設定しておいた閾値Ｃ２（＞Ｃ１）以上の場合には自動ブレーキ制御装置８に減速信号を出力して一定の自動ブレーキを作動させ、減速制御を行う。すなわち、制御ユニット５は、制御実行手段として設けられている。また、ステレオ画像認識装置４が有する接触確率演算式ＰＰxzにより接触確率ＰＰを演算する機能は制御実行手段を構成するものとなっている。

次に、車両用運転支援制御装置２で実行される本実施の形態による運転支援制御プログラムを、図２のフローチャートで説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、必要パラメータ（画像情報、自車速Ｖown）の読み込みを行い、Ｓ１０２に進み、ステレオ画像認識装置４は、上述の如く立体物の認識処理を実行する。

次いで、Ｓ１０３に進み、ステレオ画像認識装置４は、自車進行路を基に設定した走行領域上の自車両１に最も近い立体物を、自車両１に対して接触する可能性を判定する判定対象として抽出する。

次に、Ｓ１０４に進むと、判定対象とする立体物が存在するか否か判定し、判定対象とする立体物が存在しない場合はそのままプログラムを抜け、存在する場合はＳ１０５に進む。

Ｓ１０５では、後述する図３に示すフローチャートに従って、領域として接触確率演算式ＰＰxzを設定する。尚、本実施の形態において用いられる座標系は、自車両１の左右（幅）方向をＸ座標、自車両１の上下方向をＹ座標、自車両１の前後方向をＺ座標とする自車両１を基準とする実空間の３次元座標系を用いて各処理を行う。この場合、ステレオカメラ３を成す２台のＣＣＤカメラの中央の真下の道路面を原点として、自車両１の右側がＸ軸の＋側、自車両１の上方がＹ軸の＋側、自車両１の前方がＺ軸の＋側として設定される。また、自車進行路は、ｆ（ｚ）として、ｚの関数として表すものとする。

図３に示すフローチャートでは、まず、Ｓ２０１で、横方向中央値ｄx0（図７参照）を以下の（１）式により設定する。尚、図７では、理解を容易にするために自車進行路が直線（すなわち、ｘ＝０）の場合を例示するものである。
ｄx0＝ｋ１・ｋ２・ｄx0b …（１）
ここで、ｄx0bは予め実験・計算等により設定しておいた横方向中央値ｄx0の基本値であり、ｋ１は横方向中央値を設定する第１のゲイン、ｋ２は横方向中央値を設定する第２のゲインである。

横方向中央値を設定する第１のゲインｋ１は、例えば、図４に示すようなマップで可変設定され、判定対象の幅が広くなればなるほど大きな値に設定されるようになっている。すなわち、自動２輪車のような幅の狭いものが判定対象の場合は横方向中央値ｄx0は狭くなり、トラックのような幅の広いものが判定対象の場合は横方向中央値ｄx0は広く設定されて、接触確率ＰＰとして大きな値が得られるようになっている。

横方向中央値を設定する第２のゲインｋ２は、センサの種類に応じて変更されるゲインであり、例えば、カメラをセンサとして用いているのであれば大きな値に設定されるがレーザレーダ装置をセンサとして用いているのであれば、カメラの場合の値より小さい値が設定され、ミリ波レーダ装置をセンサとして用いているのであれば、レーザレーダ装置の場合の値よりさらに小さい値が設定される。これは、それぞれの装置をセンサとして用いた場合の幅方向寸法の精度（信頼度）を反映して決定されるものである。

次いで、Ｓ２０２に進むと、横方向接触確率演算式ＰＰｘの設定が実行される。

横方向接触確率演算式ＰＰｘは、以下の３つの領域（（２）、（３）、（４）式）でそれぞれ設定される。尚、σx^２は、予め、実験、計算等により求めておいた分散である。

・ｘ≦（ｆ（ｚ）−（ｄx0／２））の場合
ＰＰｘ＝（１／（（２・π）^１／２・σx））
・ｅｘｐ（−（ｘ−（ｆ（ｚ）−（ｄx0／２）））^２／（２・σx^２）） …（２）
・（ｆ（ｚ）−（ｄx0／２））＜ｘ＜（ｆ（ｚ）＋（ｄx0／２））の場合
ＰＰｘ＝１．０ …（３）
・ｘ≧（ｆ（ｚ）＋（ｄx0／２））の場合
ＰＰｘ＝（１／（（２・π）^１／２・σx））
・ｅｘｐ（−（ｘ−（ｆ（ｚ）＋（ｄx0／２）））^２／（２・σx^２）） …（４）
すなわち、（２）式、（４）式はガウス分布の確率密度関数になっており、自車両前方の領域の左右端が統計処理による領域となっている。

次に、Ｓ２０３に進むと、前方向領域長さｄz0の値を、以下の（５）式により設定する。
ｄz0＝ｋ３・ｄz0b …（５）
ここで、ｄz0bは予め実験・計算等により設定しておいた前方向領域長さｄz0の基本値であり、ｋ３は前方向領域長さを設定する第３のゲインである。

前方向領域長さを設定する第３のゲインｋ３は、例えば、図５に示すようなマップで可変設定され、自車速Ｖownが高くなればなるほど、当然、前方に長い領域を設定するようになっている。

次いで、Ｓ２０４に進むと、前方向接触確率演算式ＰＰｚの設定が実行される。

前方向接触確率演算式ＰＰｚは、以下の２つの領域（（６）、（７）式）でそれぞれ設定される。尚、σｚ^２は、予め、実験、計算等により求めておいた分散である。

・ｚ≧ｄz0の場合
ＰＰｚ＝（１／（（２・π）^１／２・σｚ））
・ｅｘｐ（−（ｚ−ｄz0）^２／（２・σｚ^２）） …（６）
・ｚ＜ｄz0の場合
ＰＰｚ＝１．０ …（７）
すなわち、（６）式はガウス分布の確率密度関数になっており、自車両前方の領域の前端が統計処理による領域となっている。

次に、Ｓ２０５に進むと、制御ゲインｒｍを以下の（８）式により設定する。
ｒｍ＝ｋ４・ｋ５・ｋ６・ｒｍｂ …（８）
ここで、ｋ４は制御ゲインを設定する第４のゲイン、ｋ５は制御ゲインを設定する第５のゲイン、ｋ６は制御ゲインを設定する第６のゲインである。

制御ゲインを設定する第４のゲインｋ４は、例えば、図６に示すようなマップで可変設定され、判定対象の幅が広くなればなるほど大きな値に設定されるようになっている。すなわち、自動２輪車のような幅の狭いものが判定対象の場合は制御ゲインｒｍは狭くなり、トラックのような幅の広いものが判定対象の場合は制御ゲインｒｍは広く設定されて、接触確率ＰＰとして大きな値が得られるようになっている。

制御ゲインを設定する第５のゲインｋ５は、センサの種類により予め可変設定されるものであり、それぞれのセンサの精度に応じて設定され、例えば、判定対象の検出をカメラによって行った場合は０．８、ミリ波レーダ装置によって行った場合は０．９、カメラとミリ波レーダ装置の混合によって行った場合は１．０、…と設定される。

また、制御ゲインを設定する第６のゲインｋ６は、ターンシグナルスイッチの作動状況に応じて可変設定され、ターンシグナルスイッチがＯＮの場合は、ターンシグナルスイッチがＯＦＦの場合より大きな予め設定しておいた値が設定される（例えば、ＯＮの場合の７０％）。すなわち、旋回する場合は、判定する領域を小さくして接触確率ＰＰを小さくする方が好ましいためである。

そして、Ｓ２０６に進むと、接触確率演算式ＰＰxzを以下の（９）式により設定する。
ＰＰxz＝ＰＰx・ＰＰz・ｒｍ …（９）

すなわち、本実施の形態による接触確率演算式ＰＰxzは、図７に示すように、領域の左右端、前端がガウス分布により形成され、判定対象を検出するセンサの種類、自車速Ｖown、判定対象の幅、旋回動作（ターンシグナルスイッチのＯＮ−ＯＦＦ）により可変設定される。

再び、図２のフローチャートに戻り、Ｓ１０５で接触確率演算式ＰＰxzの設定を上述の如く行った後、Ｓ１０６に進むと、接触確率ＰＰの演算を行う。

これは、上述の（９）式に判定対象の幅中央の座標を代入することにより求める。すなわち、図７で説明すると、判定対象後部の座標（ｄxf，ｄzf）を代入することに求める。

尚、以上のＳ１０１〜Ｓ１０６の処理は、ステレオ画像認識装置４の側で行われる処理であり、以降のＳ１０７〜Ｓ１１０の処理は制御ユニット５の側で行われる処理となっている。

Ｓ１０７では、Ｓ１０６で演算した接触確率ＰＰと予め設定しておいた閾値Ｃ１との比較が行われ、接触確率ＰＰが閾値Ｃ１より小さい場合（ＰＰ＜Ｃ１の場合）はそのままプログラムを抜ける。

逆に、接触確率ＰＰが閾値Ｃ１以上の場合（ＰＰ≧Ｃ１の場合）は、Ｓ１０８に進み、前方の判定対象（障害物）に接近していることを、例えば、予め録音しておいた音声により警告する。

そして、Ｓ１０９に進み、接触確率ＰＰと予め設定しておいた閾値Ｃ２（＞Ｃ１）との比較を行い、接触確率ＰＰが閾値Ｃ２より小さい場合（ＰＰ＜Ｃ２の場合）はそのままプログラムを抜ける。

逆に、接触確率ＰＰが閾値Ｃ２以上の場合（ＰＰ≧Ｃ２の場合）は、Ｓ１１０に進み、予め設定した量のブレーキ量を付加させるように自動ブレーキ制御を実行させて、プログラムを抜ける。

このように本実施の形態によれば、単に判定対象とのオーバーラップ量により警報制御や自動ブレーキ制御をおこなうのではなく、統計的な領域と判定対象との位置関係を基に警報制御や自動ブレーキ制御をおこなうようになっているので、障害物の検出誤差を適切に考慮し、吸収しながらレスポンス良く精度の高い運転支援制御を行うことが可能となる。

また、本実施の形態のように判定領域を統計的に設定するのとは逆に、判定対象自体を統計的に設定して演算することも考えられる。しかしながら、判定対象自体を統計的に設定して演算する場合では、判定対象の速度、距離等の多くの検出、演算パラメータが必要となり、却って誤差が大きくなる可能性もあり、演算量も増えて、レスポンスが悪化する可能性もある。これに対し、本実施の形態では、判定対象ではなく、領域の側に統計的要素を導入しているので、上述のような判定対象個々に対する演算等が必要なく、簡単に素早く演算結果を得ることができ、レスポンスの良い精度の高い制御が可能となる。

尚、本実施の形態では、前方領域の左右両端と前端にガウス分布による領域を設定して制御するようにしているが、左端と右端と前端の少なくとも何れか（例えば、左右両端のみ）に設定するものであっても良い。

また、本実施の形態では、接触確率を基に、警報制御と減速制御の両方ができる例で説明しているが、どちらか一方のみ行うものであっても良い。

更に、本実施の形態で提案する統計的要素を考慮した領域は、警報、減速制御の判定を行う領域として用いた場合の例で説明しているが、他に、先行車を判定する領域（前方車両が追従制御等に用いる先行車か否かを判定する領域）として用いることもできる。

尚、本実施の形態では、先行車の認識をステレオカメラからの画像を基に行うようになっているが、他の技術、例えば、ミリ波レーダと単眼カメラからの情報を基に認識するものであっても良い。

車両に搭載した運転支援制御装置の概略構成図運転支援制御プログラムのフローチャート接触確率演算式の設定ルーチンのフローチャート横方向中央値を設定する第１のゲインの特性マップの説明図前方向領域長さを設定する第３のゲインの特性マップの説明図制御ゲインを設定する第４のゲインの特性マップの説明図自車両前方に設定される接触確率演算式を用いた領域の概略説明図

符号の説明

１自車両
２車両用運転支援制御装置
３ステレオカメラ
４ステレオ画像認識装置（立体物検出手段、領域設定手段、制御実行手段）
５制御ユニット（制御実行手段）
６モニタ
７スピーカ
８自動ブレーキ制御装置
９車速センサ

Claims

自車進行路を基に走行領域を定め、該走行領域上に存在する立体物を検出する立体物検出手段と、
自車両前方に予め設定した条件に応じて少なくとも統計処理による領域を設定する領域設定手段と、
上記領域設定手段で設定した上記統計処理による領域に対する上記立体物の位置に応じて予め設定した制御を実行する制御実行手段と、
を備えた車両の運転支援装置であって、
上記立体物検出手段は、上記立体物を自車両に対して接触する可能性を判定する判定対象として抽出すると共に、
上記領域設定手段は、上記領域の左端と右端、及び、前端を、自車速と上記立体物の幅と上記立体物検出手段の種類と自車両の旋回動作の少なくとも何れかに応じて可変して、少なくとも統計処理で設定し、
上記制御実行手段は、上記立体物と上記領域から接触確率を演算する
ことを特徴とする車両の運転支援装置。
上記領域設定手段で設定する領域は、自車両からの予め設定する前方距離と上記立体物の存在位置とを比較して、上記立体物が上記予め設定する前方距離以遠に存在する場合には、前端を上記予め設定する前方距離から前方へと統計的な分布で形成すると共に、自車進行路を基に予め設定する横方向の位置と上記立体物の存在位置とを比較して、上記立体物が上記予め設定する横方向の位置から外側に外れている場合には、側端を上記予め設定する横方向の位置から側方へと統計的な分布で形成したことを特徴とする請求項１記載の車両の運転支援装置。
上記領域設定手段が設定する上記統計処理による領域は、ガウス分布を用いた領域であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の運転支援装置。
上記制御実行手段は、上記接触確率の値に応じて警報制御と減速制御の少なくとも一方を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両の運転支援装置。