JP2017159879A - 車両位置認識システム - Google Patents

Abstract

【課題】前車両の位置をレーザーもしくは画像によって捉え、そこへ至る前輪実舵角を算出し操舵して前車両を追尾する後続車に備える「車両位置認識システム」を実現する。
【解決手段】後続車両の前部付近の車両中央もしくは両側の高所にレーザーもしくは画像によって前車両の後部特定部、道路の白線もしくは路側、他車両や人の割込みを検出する位置検知装置を備える。位置検知装置から前車両の特定部への方向と距離を検出して、その特定部へ至る軌跡を辿る前輪実舵角を算出する。同時に、位置検知装置から道路の白線もしくは路側を検出して、白線もしくは路側から逸脱しないように前輪実舵角を操舵制限して前車両を追尾する。先頭車両の方向変更、車線変更を後部方向指示灯の点滅から後続する自車両の認知装置が検出して白線もしくは路側から逸脱しない様に機能している操舵制限を解除して前車両を追尾して方向変更、車線変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば複数の車両が隊列を組んだ隊列走行において、自車両と前車両との間に生じる横偏差及び回頭角偏差を検出する車両位置認識システムに関する。

昨今、トラッキング（追尾走行）制御による隊列走行は先行車両に対し、後続車両の横偏差量を検出し、それを制御量として、十分に小さくなるように、自車両の操舵角を制御する技術が注目されている。このような制御技術として、先行車両の走行軌跡情報や操舵情報は車車間通信により得られ、それらの情報を用い、先行車両に対する自車両の横偏差から求められる制御量に従い、自車量の操舵角を制御するシステムが提案されている。

例えば、参照の特許文献１の追従制御装置は、通信により取得された先行車の舵角情報に基づいて自車両を先行車に追従させる。且つ、直進走行時の先行車両と自車両の舵角の差分を自車両の舵角中心とすることにより誤差が小さく制御できるとしている。

特開２０１３−１０７５７１号公報

しかしながら、各車両の操舵装置の仕様が異なり、車両質量や軸距などの車両運動にかかわる諸元も異なるため、先行車両の操舵情報をもとに算出した値は、前車両に対する自車両の横偏差とは等しくならないので、先行車両に対する自車両の車両方向の横偏差が十分に小さくならないおそれがある。また、直進走行においてそれぞれの車両の差分を算出して補正するとあるが実路の直線部は少なく差分算出ができないおそれがある。加えて、車車間通信による情報転送であるため、通信精度により情報の信頼性も誤差要因の一つになる可能性がある。

本発明は、隊列走行において、前車両の走行軌道に沿い、正確にトラッキング（追尾走行）するために、先行車両の走行軌跡情報や操舵情報の車車間通信による情報転送方式ではなく、車両位置認識システムによる前車両との横偏差及び回頭角偏差を高精度に算出することを目的としている。

上述課題を解決するために、本発明は、自車両の前部に設置される検知装置を用い、前車両の後部に設置されるマーカーと前車両の後部車体両側端のいずれかもしくは両方を検知するとともに、そのマーカーと車体両側端のいずれかもしくは両方までの距離及び照射角度等の検知情報により、前車両に対する自車両の横偏差を算出し、その結果に基づいて、自車両の目標位置を設定し、前輪実舵角を制御する手段を有する。

また、マーカーまでの距離及び照射角度（走査角）の検出により、前車両の回頭角も算出することができる。前車両の回頭角を自車両の目標回頭角として、自車両の操舵角を制御することにより、前車とのずれ量の増大を抑制する手段を有する。

本発明は、認識性能を十分に発揮させるとともに、計測精度を向上するために、前車両の特定位置にマーカーの設置及び、自車両に検知装置の設置によるセンシングシステムを有する。

本発明は、例えば複数（N台）の車両が隊列を組んだ隊列走行において、自車両の横偏差は前車両に対するものである。すなわち、２番目の車両の偏差は先行車両に対するもので、３番目の車両の偏差は２番目の車両に対するもの、N番目の車両の偏差はN−１番目の車両に対する相対的なものであるので、道路の白線もしくは路側との絶対的な偏差も同時に検出して車線ないし路側から車両が逸脱しないように抑える手段を有する。

本発明に係る車両位置認識システムによれば、複数の車両が連なる隊列走行などにおいて、自車に装備した検知装置によって、前車両の位置を認識して、前車両に対する自車両の横偏差及び回頭角偏差を検出して、自車両の操舵角を制御して前車両との位置ずれを抑制することができる。

隊列走行における車両位置認識の説明図を示す。 検知装置の実施形態１における車両位置認識の数学モデル図を示す。 検知装置の実施形態２における車両位置認識の数学モデル図を示す。 検知装置の実施形態１における絶対的な位置認識と検知範囲を確実にする説明図を示す。 検知装置の実施形態２における絶対的な位置認識と検知範囲を確実にする説明図を示す。 前車両を追尾するための自車両の実舵角の説明図を示す。 道路の白線ないし路側からの逸脱を抑制す制限操舵の説明図を示す。 検知装置によって検出される情報から実舵角を決める方法

以下に図面を参照して、本発明を実施するための形態について詳しく説明する。
図１は、前記複数の車両が隊列を組んだ隊列走行において、自車両と前車両との間に生じる車幅方向の横偏差及び回頭角偏差を検出する車両位置認識の説明図を示す。ここに、「横偏差」とは車両中心軸もしくは中心軸と平行にマーカーを通る前後軸と、前車両の後部に設けたマーカーとの自車両の幅方向の差を意味する。また、「回頭角偏差」とは自車両の車両中心軸と前車両の車両中心軸とがなす角を意味する。

先行車両V10と後続車両V20はカーブに進入し、V30はカーブに進入し始めたところで、V40は直線進行の場合を例示している。車両の前部S20に検知装置を設置し、後方の特定位置m10に指標マーカーを設置しているため、前車両に対する自車両の横偏差は車両後方の中心を基本基準にするものである。即ち、図１に示すように、V10に対するV20の横偏差はΔd₁であり、V20に対し、V30の横偏差はΔd₂である。また、V10に対するV20の回頭角はθ１であり、V20に対し、V30の回頭角はθ２である。

本発明の検知装置の実施形態１として、レーザーレーダーを用いる。図２に実施形態１における車両位置認識の数学モデル図を示す。自車両V20の前部S20にレーザーを設置し、ここを原点として自車両の前後方向をX軸、横方向をY軸としレーザー走査角とすると、前車両V10の後部に配置したマーカーｍ１０に対し、自車両の横偏差Δd₁はY10であり、回頭角はθ１である。 ここで、レーザー検知装置より取得の情報L0、L10と、L11と、L12と、及び、車両後部の方向指示灯の点滅の情報を用いれば、前記前車両の回頭角θ１は下記の数式1の（４）で求められ、前記横偏差Δd₁は下記の数式１の（１）或いは数式１の（２）と（３）の平均値 で表すことができる。方向指示灯の点滅からは、点滅があれば進路変更、点滅が無ければ進路維持の先頭車の意図を汲み取り、後述する図７の道路の白線ないし路側からの逸脱を抑制する制限操舵の機能を目的的に発揮できる。

一方、隊列走行中の車間距離が短くなり前記検知装置の実施形態１におけるレーザーの走査角範囲に前車両の後部左端m11および後部右端12が納まらない場合、図３に示す検知装置の実施形態２を用いることが好ましい。実施形態２は、実施形態１と同様に、レーザー検知装置を用いる。但し、車両の中心位置に設置ではなく、車両前方付近の両側にそれぞれのレーザー検知装置を設置する。

図３の数学モデル図に示すように、前車両に対し、前記自車両の横偏差Δd₁はY11とY12の平均値となる。ここで、レーザー検知装置よりL11,L12,,の情報が得られる。それと、左右センサ間距離Bの情報を用いれば、下記の数式(5)及び数式(8)で、求められる。

図２に示した実施形態１、図３に示した実施形態２ともに前車両と自車両の相対位置関係の検出に係わるものである。これに加えて道路の白線や路側などに対する絶対位置関係を検出する。更に、前車両と自車両の間に他の車両等に割込まれると追尾走行のための検知が妨げられるので、検出装置は前車両の検出に留まらず、割込み車両等を検出識別できることが好ましい。その割込み検出のためには検知範囲に死角がないことが望まれる。

実施形態１と実施形態２について道路の白線や路側などとの絶対的な位置関係及び検知範囲の確保方法を図４と図５に示す。図４および図５において、検知装置を自車両の前部高所に設置すると平面視において前後走査長さと左右走査巾による検知範囲を確保することができ、前車両の後部との相対位置関係並びに道路の白線もしくは路側と絶対的な位置関係を検出することができる。検知装置を高所に設置した場合には数式（４）数式（８）に含まれるＸ値は検知下視角αの余弦を乗じて用いる。

図６に前車両を追尾するための自車両の前輪実舵角を示す。この図６は前出の図２から説明に必要な寸法等を残して簡潔にしたものである。検出装置から取得されるL10、と前出の式(4)及び(8)から得られるθ１を用いると、二等辺三角形△o-m10-s20が描かれる。この三角形の辺Rは式(9)により求められる。Rが判明すると自車両の前輪実舵角δは、車両の運動特性を表現するスタビリティファクタをホィールベース および車速をｖとすると式(10)により求められる。

図７に道路の白線ないし路側からの逸脱を抑制する修正操舵の説明図を示す。m11のY座標値がLL1のY座標値より小さくm12のY座標値がLR1のY座標値より小さいことを監視することにより、隊列が車線ないし路側をはみ出すことなく走行していることを確認すると共に逸脱しないように制限操舵を加える。この制限操舵は前車両の方向指示灯の点滅の有無を検出して、右の方向指示灯が点滅している間は右切操舵制限を解除し、左の方向指示灯が点滅している間は左切操舵制限を解除する。そうすることによって、方向指示灯の点滅が無い間は車線維持、右方向指示灯が点滅する間は右方向変更ないし右車線変更、及び左方向指示灯が点滅する間は左方向変更ないし左車線変更の制御が確実になる。

検知装置を用いて得られる と車速 、ホィールベース 、スタビリティファクタ を代入して、自車両が前車両に追随するために必要な前輪実舵角δを決める方法を図８に示す。

本発明の検知装置の実施形態３では、測距イメージセンサを用いて検知装置を構成する。測距イメージセンサより得られる距離像において、前車両に設置しているマーカーを検知することでマーカーまでの距離データを抽出する。また、距離像の中心点から前車両までの距離を抽出することにより、センサの中心よりマーカーまでの振り角を算出することができる。得られた距離情報や算出した角度を用いれば、検知装置の実施形態１と実施形態２と同様に、前車両に対する自車両の車幅方向の横偏差及び廻頭角偏差が求められる。

以上の記述のように、自車両に設置した位置認識システムによって前車両と自車両との車間距離および自車両に対する前車両の回頭角偏差を求め、その車間距離と回頭角偏差から前車両に追随するための軌跡の回転半径を計算し、その軌跡の回転半径を辿るための自車両の前輪実舵角を算出し、実舵角を制御して前車両に追随することによって隊列を形成する。

また、隊列形成する車両の間に他の車両などの割込みを検出して隊列走行が妨げられない様に検知装置を高所に設置して死角のない検知範囲を確保する。この隊列形成が自車両に対する前車両位置認識の関係で後続車両へ伝搬するので伝搬偏差が蓄積されて偏差が道路の車線又は路側の限界を超えない様に操舵を制限する車両位置認識システムについて述べた。

Claims (6)

1. 複数の車両が隊列走行する際に、自車両より前車両の位置を認識する車両位置認識システムにおいて、検知装置を有するセンサ部とセンサ部より取得した情報を用いて、前車両との横偏差及び回頭角偏差を算出する情報取得・演算部と、前記算出した横偏差及び回頭角偏差を用いた目標位置を入力し、操舵制御を行う操舵制御装置とを含むことを特徴とする車両位置認識システム。
2. 請求項１に記載の車両位置認識システムにおいて、前記検知装置は車両の特定位置に設けられ、レーザーレーダーを用いたレーザー方式もしくは測距イメージセンサを用いたイメージ方式を有することを特徴とする車両位置認識システム。
3. 請求項１または２に記載の検知装置は追尾する前車両と自車両の間に検知範囲の死角が生じないよう様に高所に下視角を持たせて設置して他車両・人などの割込みを検出できるようにすることを特徴とする車両位置認識システム。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両位置認識システムにおいて、前記情報取得・演算部は、検知装置より検知情報を取得し、それを用いて、前車両に対する回頭角偏差及び横偏差を演算し、前記レーザー方式は、前車両特定位置までの距離及びレーザーの角度及び距離を取得するとともに演算アルゴリズムにより前車両に対する横偏差及び回頭角偏差を算出し、前記イメージ方式は、前車両特定位置まで距離を取得し、角度算出アルゴリズムにより、前車両特定位置までの角度を算出し、更に前記レーザー方式と同様に演算アルゴリズムを用いて前車両に対する横偏差及び回頭角偏差を算出することを特徴とする車両位置認識システム。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の車両位置認識システムにおいて、前記操舵制御装置は、算出した自車両に対する前車両の横偏差並びに回頭角偏差を用いて並行して道路の白線ないし路側に対する逸脱余裕を残して前輪実舵角の操舵制限を行って前車両に追随しての車線維持走行することを特徴とし、前車両の方向指示灯の点滅を検出して点滅する側の操舵制限を解除してその方向への進路変更・車線変更をする車両位置認識システム。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載の車両位置認識システムにおいて、この車両位置認識システムは前記操舵制御装置及び車間距離制御装置を含めて隊列走行制御システムに適用されることを特徴とする車両位置認識システム。

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