JP2008168784A - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自車両と障害物の関係に応じてドライバが違和感を感じること無くドライバの意図した最適な自動回避を行う。
【解決手段】制御装置３は、ステレオカメラ４、環境認識部５で認識した障害物情報を基に、走行目標点Ｐｔを、現在の自車両１と障害物との相対的な位置と移動情報に基づいて障害物の位置を推定し、この推定した障害物位置に対して、操舵トルクｆ０に基づく自車両１が横方向に移動する走行目標点移動距離ｉfx0と予め設定する安全間隔Ｓｘとを加えた位置に設定し、走行目標点に向かうように自車両１の操舵制御を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、自車両の走行路前方に存在する障害物を自動操舵により回避する車両の走行制御装置に関する。

近年、車両においては、ドライバの運転負荷の軽減や安全性の向上を目的として、自車両の走行路前方に存在する障害物を検出し、この障害物を回避するようにガイドする走行制御装置が開発され、実用化され始めている。

例えば、特開平７−１６０９９４号公報では、車両が走行レーンに沿って走行するように、走行レーン情報に基づいて、操舵アクチュエータの駆動が制御され車両の操舵が行われる技術が開示されている。そして、この技術では、車両前方の走行レーン上に障害物が存在すると、障害物回避操舵制御が実行され、車両が障害物回避動作を開始してから障害物回避領域へ進入するまでの間は、自車両と障害物との相対距離、相対速度に基づいて、予め設定された操舵モードに従うプログラム操舵制御により操舵が行われるようになっている。
特開平７−１６０９９４号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される走行制御の技術では、障害物回避が予め設定された操舵モードに従うプログラム操舵制御で実行されるため、障害物の回避が必ずしもドライバの意志を反映させた制御にはならず、ドライバに対して違和感を与えてしまう虞がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、自車両と障害物の関係に応じてドライバが違和感を感じること無くドライバの意図した最適な自動回避を行うことができる車両の走行制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、走行環境の立体物を検出する立体物検出手段と、上記立体物検出手段で検出した立体物の中から自車両の走行の障害となる障害物を認識する障害物認識手段と、ドライバによる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、上記障害物認識手段によって認識した障害物の側方に、少なくとも上記操舵トルクに基づいて走行目標点を演算し設定する走行目標点設定手段と、車両運動モデルに基づいて車両運動パラメータを設定して上記走行目標点に向かうように自車両の操舵制御を行う制御手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による車両の走行制御装置は、自車両と障害物の関係に応じてドライバが違和感を感じること無くドライバの意図した最適な自動回避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〜図５は本発明の実施の形態を示し、図１は車両の走行制御装置の全体を示す概略説明図、図２は回避走行制御プログラムのフローチャート、図３は図２から続くフローチャート、図４は自車両を中心とする座標系と走行目標点の説明図、図５は回避方向決定の説明図である。

図１において、符号１は自動車等の車両（自車両）を示し、この自車両１には、走行制御装置２が搭載されている。この走行制御装置２は、後述する走行目標点設定手段及び制御手段としての制御装置３に、立体物検出手段及び障害物認識手段としての機能を有する環境認識部５が接続されている。環境認識部５は、ステレオカメラ４で撮像した画像を基に前方の道路環境を認識して道路の白線情報や障害物情報を制御装置３に入力する。

また、制御装置３には、自車速Ｖ０を検出する車速センサ６、ステアリング角Ｓｒを検出するハンドル角センサ７（右回転の角度を（＋）として検出）、ドライバの操舵トルクｆ０を検出する操舵トルク検出手段としての操舵トルクセンサ８（右回転の操舵トルクｆ０を（＋）として検出）等のセンサ類が接続され、更に、回避走行制御のＯＮ−ＯＦＦを行うスイッチ９、図示しないブレーキペダルスイッチ、アクセルペダルスイッチ等のスイッチ類が接続されている。

そして、制御装置３は、これらの入力信号を基に、後述する回避走行制御プログラムに従って、障害物を認識したときは、自車両１の位置と障害物位置に基づいて走行経路を演算し、操舵アクチュエータである電動パワーステアリング制御装置１０に信号を出力し、自動操舵により回避制御を達成させ、自車両１をガイドするように構成されている。

また、制御装置３は、前方の様子、障害物の位置、回避走行制御の作動状態等を、例えばダッシュボード上に設けられた液晶ディスプレイ１１に表示する。更に、制御装置３は、前方に衝突可能性のある障害物があることの報知や回避走行制御の作動状態を説明する音声をスピーカ１２から発生してドライバに報知する。

上述のステレオカメラ４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、環境認識部５に入力する。

環境認識部５における、ステレオカメラ４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４のＣＣＤカメラで撮像した自車両の進入方向の環境の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理により距離情報を求める処理を行なって、三次元の距離分布を表す距離画像を生成する。そして、このデータを基に、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、側壁データ、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、歩行者等の立体物データを抽出する。こうして抽出された白線データ、側壁データ、立体物データは、それぞれのデータ毎に異なったナンバーが割り当てられる。また、立体物データに関しては、自車両１からの距離の相対的な変化量と自車両１の車速の関係から、自車両１に向かって移動する逆方向移動物（特に、対向車）と、停止している停止物と、自車両と略同方向に移動する順方向移動物の３種類に分類される。この立体物の中から、自車両１の予想進行路（現在の自車両１の位置を基準に前方に所定に設定する領域）上に存在し、最も自車両１に近い立体物について、自車両１から障害物までの距離、自車両１のカメラ位置を中心とするＸ（横方向）−Ｚ（前後方向）座標系（図４参照、自車両１の右方向を（＋）、前方を（＋）とする）における障害物位置、障害物の横方向速度Ｖfx（自車両１の右方向への速度を（＋））、前後方向速度Ｖfz等が障害物情報として制御装置３に出力される。ここで、上述の障害物位置に関しては、具体的には、図４に示すように、左後端の座標（ｄxl0，ｄz0）、右後端の座標（ｄxr0，ｄz0）、及び、後部中央の座標（ｄx0，ｄz0）が制御装置３に出力される。

次に、図２及び図３のフローチャートにより、制御装置３により実行される回避走行制御プログラムを詳述する。この回避走行制御は、スイッチ９がＯＮされているときに実行されるもので、スイッチ９がＯＦＦされているときには実行されない。また、制御中にスイッチ９がＯＦＦされたり、ブレーキペダルスイッチやアクセルペダルスイッチがＯＮ（ブレーキペダルが踏み込まれたり、或いは、アクセルペダルが踏み込まれる）されると制御が途中でリセットされる。

まず、ステップ（以下「Ｓ」と略称）１０１で、必要パラメータを読み込み、Ｓ１０２に進んで、自車両前方に障害物が検出されているか否か判定する。この判定の結果、障害物が検出されていないのであれば、再びＳ１０１から処理を繰り返し、障害物が検出されているのであればＳ１０３に進んで、自車両１の障害物進入位置に到達するまでの時間ｔc0を、例えば、以下の（１）式により、演算する。
ｔc0＝（（ｄz0−Ｂｃ）／Ｖ０）−ｔｄ …（１）
ここで、図４に示すように、Ｂｃはステレオカメラ４から自車両バンパ前端までの距離であり、ｔｄは予め実験等により設定しておいた認識遅れ時間である。

次いで、Ｓ１０４に進み、時間ｔc0後の障害物の右後端Ｃxr0と左後端Ｃxl0の位置を、例えば、以下の（２）式、及び、（３）式により、推定演算する。
Ｃxr0＝ｄxr0＋Ｖfx・（ｔc0＋ｔｄ） …（２）
Ｃxl0＝ｄxl0＋Ｖfx・（ｔc0＋ｔｄ） …（３）

次に、Ｓ１０５に進み、上述のＳ１０４で推定した障害物位置を基に、障害物との接触可能性の判断を行う。具体的には、Ｃxl0＜Ｏｒ、且つ、Ｃxr0＞Ｏｌ（Ｏｒは自車右端Ｘ座標、Ｏｌは自車左端Ｘ座標）の条件が成立する場合に接触の可能性有りと判断する。

そして、上述のＣxl0＜Ｏｒ、且つ、Ｃxr0＞Ｏｌの条件が成立しない場合は、接触の可能性が無いと判断し、Ｓ１０１からの処理を繰り返し、上述の条件が成立する場合は、接触の可能性が有ると判断して、Ｓ１０６以降の処理へと進む。

接触可能性が有ると判断してＳ１０６に進むと、自車両１を回避せしめる方向の設定が行われる。例えば、図５に示すように、
ａ）Ｏｌ≦Ｃxr0≦Ｏｒ、且つ、Ｃxl0＜Ｏｌの場合は、右回避とする（図５（ａ））。

ｂ）Ｏｌ≦Ｃxl0≦Ｏｒ、且つ、Ｃxr0＞Ｏｒの場合は、左回避とする（図５（ｂ））。

ｃ）Ｏｌ≦Ｃxl0≦Ｏｒ、且つ、Ｏｌ≦Ｃxr0≦Ｏｒで、Ｏｒ−Ｃxr0≧Ｃxl0−Ｏｌの場合は、右回避とする（図５（ｃ））。

ｄ）Ｏｌ≦Ｃxl0≦Ｏｒ、且つ、Ｏｌ≦Ｃxr0≦Ｏｒで、Ｏｒ−Ｃxr0＜Ｃxl0−Ｏｌの場合は、左回避とする（図５（ｄ））。

ｅ）Ｃxl0＜Ｏｌ、且つ、Ｃxr0＞Ｏｒで、Ｃxr0−Ｏｒ≦Ｏｌ−Ｃxl0の場合は、右回避とする（図５（ｅ））。

ｆ）Ｃxl0＜Ｏｌ、且つ、Ｃxr0＞Ｏｒで、Ｃxr0−Ｏｒ＞Ｏｌ−Ｃxl0の場合は、左回避とする（図５（ｆ））。

次いで、Ｓ１０７に進み、回避開始後、予め設定しておいた一定時間（例えば、１sec）経過しているか否か判定し、一定時間経過しているのであればＳ１０８に進み、一定時間経過していないのであればＳ１０８をジャンプしてＳ１１０へと進む。

Ｓ１０８の処理は、障害物回避方向と逆方向へのドライバによるステアリング入力（例えば、操舵トルクｆ０の絶対値が予め設定しておいたＴc1以下となる操舵トルクｆ０の入力）があるか否か判定する処理であり、一定時間経過後に障害物回避方向と逆方向へのドライバによるステアリング入力がある場合は、ドライバが障害物を回避することよりも敢えて障害物方向へと進行しようとしている判断できるため、Ｓ１０９に進んで、回避制御を終了し、回避制御で演算したパラメータ（後述するＳ１１２〜Ｓ１１７で設定される各パラメータ）等をクリアしてプログラムを抜ける。

ここで、このＳ１０８の処理を一定時間経過するまで実行しないのは、回避開始後に自動操舵が行われる場合、ドライバが反作用的に自動操舵が行われる方向とは逆方向にステアリング入力を行ってしまう場合があり、このドライバによるステアリング入力を、障害物に向けてのステアリング操作と誤判定することを防止するためである。

Ｓ１０８において、障害物回避方向と逆方向にドライバによるステアリング入力がないと判定した場合は、Ｓ１１０に進み、ドライバによる過大なステアリング入力（例えば、操舵トルクｆ０の絶対値が予め設定しておいたＴc2以上となる操舵トルクｆ０の入力、Ｔc1＜Ｔc2）が有るか否かを判定し、ドライバによる過大なステアリング入力がある場合には、ドライバが障害物を自ら回避しようとしている、或いは、他の方向に敢えて操舵してようとしていると判定してＳ１０９に進んで、回避制御を終了し、回避制御で演算したパラメータ（後述するＳ１１２〜Ｓ１１７で設定される各パラメータ）等をクリアしてプログラムを抜ける。

また、ドライバによる過大なステアリング入力が無い場合は、Ｓ１１１に進み、障害物検出がロスト状態で一定時間経過したか否か、すなわち、環境認識部５から障害物が存在しないとの信号入力、或いは、障害物検出不可の状態が一定時間経過したか否かが判定される。そして、この判定の結果、障害物検出がロスト状態で一定時間経過した場合は、Ｓ１０９に進んで、回避制御を終了し、回避制御で演算したパラメータ（後述するＳ１１２〜Ｓ１１７で設定される各パラメータ）等をクリアしてプログラムを抜ける。

逆に、障害物検出がロスト状態でない場合、又は障害物検出がロスト状態で一定時間経過していない場合は、Ｓ１１２に進み、ドライバ入力（操舵トルクｆ０）による走行目標点移動距離ｉfx0を、例えば、以下の（４）式により、演算する。
ｉfx0＝Ｇｆ・ｆ０ …（４）
ここで、Ｇｆはゲインである。また、上述の（４）式で演算する走行目標点移動距離ｉfx0は、前述のＳ１０６で設定した回避方向と同じ方向への操舵トルクｆ０が入力された場合のみ演算する。すなわち、障害物から回避する方向に確実に走行目標点移動距離ｉfx0の設定が行われるようになっている。

次いで、Ｓ１１３に進み、走行目標点Ｐｔのｘ位置座標Ｐx0を、例えば、以下の（５）式、或いは、（６）式により、演算する。
・障害物の右方向に回避する場合
Ｐx0＝Ｖfx・（ｔc0＋ｔｄ）＋Ｓｘ＋∫（ｉfx0）ｄｔ …（５）
尚、積分範囲は、回避制御開始から現在時刻までである。また、Ｓｘは予め設定しておいた安全間隔である。

・障害物の左方向に回避する場合
Ｐx0＝Ｖfx・（ｔc0＋ｔｄ）−Ｓｘ＋∫（ｉfx0）ｄｔ …（６）
尚、積分範囲は、回避制御開始から現在時刻までである。

このように、回避制御開始から現在時刻までを積分範囲とした走行目標点移動距離ｉfx0の積分値を用いて走行目標点Ｐｔを演算することにより、現在のステアリング位置を基準として必要な走行目標点Ｐｔの位置が求められるので、自動操舵が滑らかで自然なものとなっている。

また、推定される障害物位置からは、必ずＳｘ離れた位置に走行目標点が設定されるので確実な回避が実現されるようになっている。

尚、上述の（５）式、或いは、（６）式のように、回避制御開始から現在時刻までを積分範囲とした走行目標点移動距離ｉfx0の積分値を用いて走行目標点Ｐｔを演算することが好ましいが、車両の特性によっては、積分値を用いずに、以下の（７）式、或いは、（８）式により、走行目標点Ｐｔのｘ位置座標Ｐx0を演算するようにしても良い。
・障害物の右方向に回避する場合
Ｐx0＝Ｖfx・（ｔc0＋ｔｄ）＋Ｓｘ＋ｉfx0 …（７）
・障害物の左方向に回避する場合
Ｐx0＝Ｖfx・（ｔc0＋ｔｄ）−Ｓｘ＋ｉfx0 …（８）

次いで、Ｓ１１４に進み、走行目標点のｚ位置座標Ｐz0を、例えば、以下の（９）式により、演算する。
Ｐz0＝ｄz0−Ｖ０・ｔｄ …（９）

次に、Ｓ１１５に進み、Ｓ１１３、及び、Ｓ１１４で演算した走行目標点Ｐｔの座標（Ｐx0，Ｐz0）を基に、例えば、以下の（１０）式により、現在位置から走行目標点Ｐｔまでの経路を円弧と仮定した場合の目標半径Ｒt0を演算する。
Ｒt0＝（Ｐx0^２＋Ｐz0^２）／（２・Ｐx0） …（１０）

次いで、Ｓ１１６に進み、目標ステアリング角Ｓｔを、例えば、以下の（１１）式により演算する。
Ｓｔ＝（Ｌ・Ｎｓ）／Ｒt0 …（１１）
ここで、Ｌはホイールベース、Ｎｓはステアリングギヤ比である。

次に、Ｓ１１７に進み、操舵アクチュエータである電動パワーステアリング制御装置１０に対する電動パワーステアリング出力電流Ｉｍを、例えば、以下の（１２）式により演算し、電動パワーステアリング制御装置１０に出力して、再び、Ｓ１０７からの処理を繰り返す。
Ｉｍ＝Ｇ１・（Ｓｔ−Ｓｒ）＋Ｇ２・（ｄ（Ｓｔ−Ｓｒ）／ｄｔ） …（１２）
ここで、Ｇ１，Ｇ２はゲインである。

このように本発明の実施の形態によれば、現在の自車両１と障害物との相対的な位置と移動情報に基づいて障害物の位置を推定し、この推定した障害物位置に対して、操舵トルクｆ０に基づく自車両１が横方向に移動する走行目標点移動距離ｉfx0と予め設定する安全間隔Ｓｘとを加えた位置に走行目標点Ｐｔを設定するようになっている。従って、走行目標点Ｐｔがドライバの意図に応じて適切に設定されるため、ドライバが違和感を感じること無くドライバの意図した最適な自動回避を行うことができる。

車両の走行制御装置の全体を示す概略説明図 回避走行制御プログラムのフローチャート 図２から続くフローチャート 自車両を中心とする座標系と走行目標点の説明図 回避方向決定の説明図

符号の説明

１ 自車両
２ 走行制御装置
３ 制御装置（走行目標点設定手段、制御手段）
４ ステレオカメラ
５ 環境認識部（立体物検出手段、障害物認識手段）
６ 車速センサ
７ ハンドル角センサ
８ 操舵トルクセンサ（操舵トルク検出手段）
９ スイッチ
１０ 電動パワーステアリング制御装置

Claims (6)

1. 走行環境の立体物を検出する立体物検出手段と、
   上記立体物検出手段で検出した立体物の中から自車両の走行の障害となる障害物を認識する障害物認識手段と、
   ドライバによる操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
   上記障害物認識手段によって認識した障害物の側方に、少なくとも上記操舵トルクに基づいて走行目標点を演算し設定する走行目標点設定手段と、
   車両運動モデルに基づいて車両運動パラメータを設定して上記走行目標点に向かうように自車両の操舵制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
2. 上記走行目標点設定手段は、現在の自車両と上記障害物との相対的な位置と移動情報に基づいて所定時間後の障害物の位置を推定し、該推定した障害物位置に対して、上記操舵トルクに基づく自車両が横方向に移動する移動距離と予め設定する距離とを加えた位置に上記走行目標点を演算設定することを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。
3. 上記走行目標点設定手段は、少なくとも上記制御手段による操舵制御開始からの上記操舵トルクの積分値に基づいて上記走行目標点を演算設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の走行制御装置。
4. 上記走行目標点設定手段は、上記障害物を回避する回避方向を決定し、該回避方向に作用される上記操舵トルクに基づいて上記走行目標点を演算設定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走行制御装置。
5. 上記制御手段は、予め設定する閾値以上の操舵トルクが入力された場合、上記操舵制御をキャンセルすることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。
6. 上記制御手段は、上記操舵制御開始後の予め設定した時間を経過した以降に、上記障害物を回避する方向とは逆方向への操舵トルクの入力がある場合には、上記操舵制御をキャンセルすることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。

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