JP4606861B2 - 車両状態検知装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両速度等の走行中における車両状態を検知する車両状態検知装置に関するものである。

車両状態検知手段として、車両の動力伝達軸部分にその伝達軸の回転速度を検出する回転センサを設け、この回転センサの検出値を基にして車速を検知するものがある。しかし、この車両状態検知装置においては、車輪にスリップがない場合にはある程度正確に車速を検知することができるが、車輪にスリップが生じた場合には、動力伝達軸の回転速度と車速の関係にずれが生じ、正確な車速を検知できなくなる。

これに対処し得る車両状態検知手段として、車両の車輪部分に回転センサを設け、車輪のスリップを推定してその分の補正を行い、その結果から車速を求めるもの等が案出されている。

また、車体滑り角を求める車両状態検知装置として、ジャイロセンサ等によって車両のヨーレートを求め、こうして求めたヨーレートと車速等から滑り角を推定演算するものが知られている。
特開平１１−５９３６８号公報

しかし、これらの車両状態検知装置は、車両の動きを直接的に捉えるものではないために誤差要因が多く、検出精度の向上が難しいというのが実情である。

そこでこの発明は、車両の動きをより直接的に検出できるようにして、検出精度の向上を図ることのできる車両状態検知装置を提供しようとするものである。

上記目的の解決手段として、請求項１に記載した発明は、車両に搭載され、車両走行中に車両外部の前方の固定ターゲット（例えば、実施の形態における固定ターゲット２）を撮影する前方撮影手段（例えば、実施の形態におけるＣＣＤカメラ１Ａ）と、車両に搭載され、車両走行中に車両外部の後方の固定ターゲット（例えば、実施の形態における固定ターゲット３）を撮影する後方撮影手段（例えば、実施の形態におけるＣＣＤカメラ１Ｂ）と、これらの撮影手段によって撮影された固定ターゲットの時間当たりの画像変化をそれぞれ個別に処理してから前記前方撮影手段と前記後方撮影手段毎の車両の前後方向速度と横方向速度を演算する車速演算手段（例えば、実施の形態における車速演算手段６）と、車両のヨー角速度を検出するヨー角速度検出手段と、前記車速演算手段で求めた車両の前後方向速度及び横方向速度と、前記ヨー角速度検出手段で求めた車両のヨー角速度とから車両の前後の各車輪の車輪滑り角を演算する車輪滑り角演算手段と、を備えた構成とした。

これにより、車両走行中には、前方撮影手段と後方撮影手段によって固定ターゲットが撮影されるとともに、ヨー角速度検出手段によって車両のヨー角速度が検出され、このとき、固定ターゲットの画像上の時間当たりの変化から、前方撮影手段と後方撮影手段毎に、地上の固定ターゲットに対する車両の前後方向と横方向の相対速度が夫々車速演算手段によって演算され、さらに、こうして求められた車両の前後方向速度及び横方向速度とヨー角速度を基にして車輪滑り角演算手段によって前後の各車輪の車輪滑り角が求められる。

請求項１に記載の発明によれば、車両走行中に前方撮影手段と後方撮影手段によって撮影された固定ターゲットの画像を基にして前方撮影手段と後方撮影手段毎に車両の前後方向速度と横方向速度を直接的に求め、そうして得られた前後方向速度及び横方向速度と、ヨー角速度検出手段によって検出された車両のヨー角速度を基にして前後の各車輪の車輪滑り角を求めるため、各車輪の車輪滑り角の検出精度をより高めることが可能になる。

以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、この発明にかかる車両状態検知装置の概略構成を示す車両の模式的な側面図である。同図に示すように車両の運転席上部とバックドア部分には撮影手段としてＣＣＤカメラ１Ａ，１Ｂが夫々設置され、車両走行中にこれらのＣＣＤカメラ１Ａ，１Ｂによって車両前方と後方の固定ターゲット２，３（地上固定物による輝点）を夫々撮影するようになっている。これらのＣＣＤカメラ１Ａ，１Ｂで捉えた画像は車両に搭載されたコントローラ４の画像処理手段５によって処理され、その画像処理結果を基にコントローラ４の車速演算手段６によって車速を演算するようになっている。なお、車両前方側を映すＣＣＤカメラ１Ａと後方側を映すＣＣＤカメラ１Ｂはほぼ同様の処理によって車速を求めるものであるため、以下では前方側を映すＣＣＤカメラ１Ａ側についてのみ説明するものとする。

車両には、さらにジャイロセンサ等から成るロールレートセンサ７、ヨーレートセンサ８、ピッチレートセンサ９と車両の上下ストロークを検出するための変位センサ１０が設置され、これらのセンサ７〜１０の検出信号がコントローラ４の車速演算手段６に入力されるようになっている。

コントローラ４の画像処理手段５では、車両の走行に伴って時々変化する撮影画像上の固定ターゲット２を特定し、車速演算手段６では、固定ターゲット２の時間当たりの画像変化から車両と固定ターゲット２の前後方向と横方向（左右方向）の相対速度を演算し、それによって車両の前後方向速度と横方向速度を求めるようになっている。この実施形態の場合、車速演算手段６では、さらにロールレートセンサ７、ヨーレートセンサ８、ピッチレートセンサ９と変位センサ１０の検出信号を読み込み、車体変動によって起こるＣＣＤカメラ１Ａの振れ等による測定誤差を補正するようになっている。なお、図２は、走行する車両から見た固定ターゲット２（３）の速度Ｖx1，Ｖy1（Ｖx2，Ｖy2）と、車両重心Ｇでの実際の車両の前後方向速度Ｖxと横方向速度Ｖyの関係を示す図であり、同図中、Ｌ1とＬ2は夫々車両重心Ｇから固定ターゲット２，３までの距離を示す。

以下では、コントローラ４による車両の前後方向速度Ｖxと横方向速度Ｖyの具体的な演算処理について図３，図４のフローチャートに従って説明する。

図３のステップ１０１において、画像処理手段５によって固定ターゲット２の画像処理を行った後に固定ターゲット２の前後方向速度Ｖx1（ＣＣＤカメラ１Ａの設置位置での固定ターゲット２に対する車両の相対的な前後方向速度Ｖx1）を演算によって求め、ステップ１０２において、ロールレートセンサ７の信号に基づいて車両のロール角を求めた後に、ステップ１０３において、車両のロール角によるＣＣＤカメラ１Ａの振れを補正する。即ち、車両にローリングが起こっているときには、ＣＣＤカメラ１Ａが斜めに傾くためにカメラによる画像と地上座標にずれが生じ、車両が実際に前後方向に移動していなくても固定ターゲット２の相対移動が検出されてしまうため、ＣＣＤカメラ１Ａの振れ分（傾斜分）を補正した地上座標Ｖxaに修正する。

次に、ステップ１０４において、ピッチレートセンサ９と変位センサ１０の信号に基づいて車両のピッチ角速度と上下のストロークを求め、続くステップ１０５において、車両のピッチ角速度と上下のストロークによる測定誤差を修正する。
車両の重心位置での前後方向速度Ｖxは、以上の演算処理によって正確に求められる。

一方、図４のステップ２０１においては、画像処理手段５によって固定ターゲット２の画像処理を行った後に固定ターゲット２の横方向速度Ｖy1（ＣＣＤカメラ１Ａの設置位置での固定ターゲット２に対する車両の相対的な横方向速度Ｖy1）を演算によって求める。
次に、ステップ２０２において、ロールレートセンサ７の信号に基づいて車両のロール角を求めた後に、ステップ２０３において、車両のロール角によるＣＣＤカメラ１Ａの振れ分（傾斜分）を補正し、当初求めた横方向速度Ｖy1を地上座標Ｖyaに修正する。
次に、ステップ２０４において、ヨーレートセンサ８の信号に基づいて車両のヨー角速度を求め、その後にステップ２０５でヨー角速度による横方向成分を除去する。この後に、さらにステップ２０６において、ロールレートセンサ７の信号に基づいてロール角速度を求め、ステップ２０７において、ロール角速度による横方向成分を除去する。
車両の重心位置での横方向速度Ｖyは、以上の演算処理によって正確に求められる。

以上のように、この車両状態検知装置においては、ＣＣＤカメラ１Ａ（１Ｂ）によって撮影した固定ターゲット２の画像の時間当たりの変化から車両の前後方向速度Ｖxと横方向速度Ｖyを求めるため、車輪の回転速度等を基にして間接的に車両速度を求めていた従来のものに比較して、より精度の高い検出結果を得ることができる。

そして、この車両状態検知装置では、高い精度で車両の重心位置での前後方向速度Ｖxと横方向速度Ｖyを求めることができるため、これらの検出値を用いて以下の（１）式によって車体滑り角βを正確に求めることができる。なお、図５は、車体滑り角βの概念を示すイメージ図であり、車体滑り角βとは、車体の実際の進行方向と車体の向きとのずれ角のことを言う。

したがって、（１）式の演算を行う滑り角演算手段をコントローラ４に組み込むことで、車体滑り角βを正確に検知し得る車両状態検知装置を構成することができる。
そして、このように構成された車両状態検知装置は、車体滑り角βを正確に検知することができるため、スタービリティコントロール等の車両運動制御装置の検知デバイスとして用いることにより、車両運動制御装置の制御性能を大幅に高めることができる。

また、この車両状態検知装置は、同様の考えにより、以下の（２）式、（３）式の演算を行う滑り角演算手段をコントローラ４に組み込むことにより、前後の車輪Ｗf，Ｗrの車輪滑り角βｆ１，βｆ２、及び、βｒ１,βr２を正確に求め得る装置を構成することができる。なお、図６は、車輪滑り角βｆ１，βｆ２、及び、βｒ１,βr２の概念を示すイメージ図であり、車輪滑り角βｆ１，βｆ２，βｒ１,βr２とは、各車輪Ｗf，Ｗrの実際の進行方向と車輪Ｗf，Ｗrの向きとのずれ角のことを言う。

ｌf：車体重心Ｇと前輪Ｗfの中心との前後方向の離間幅
ｌr：車体重心Ｇと後輪Ｗrの中心との前後方向の離間幅
γ：ヨー角速度
δ１，δ２：左右の前輪Ｗfの転舵角
ｄf：前輪トレッド
ｄr：後輪トレッド

このように構成された車両状態検知装置は、前後の車輪Ｗf，Ｗrの車輪滑り角βｆ１，βｆ２、及び、βｒ１,βr２を精度良く求めることができるため、車輪滑り角βｆ１，βｆ２、及び、βｒ１,βr２に応じてブレーキ力や駆動力、ステリング操作等の制御を行う装置の制御性能を大幅に高めることができる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、以上の実施形態では、車両走行中に車両外部の固定ターゲット２，３を撮影する撮影手段としてＣＣＤカメラ１Ａ，１Ｂを用いたが、撮影手段はＣＣＤカメラ１Ａ，１Ｂに限らず、画像処理によって固定ターゲットを特定し、その固定ターゲットの画像上の変化速度を検出し得るものであればその他のカメラであっても良い。したがって、撮影手段としては、専用のカメラを設置することなく、レーンキープアシスト制御用のカメラやバックビューモニター用のカメラ等を共用することも可能である。

この発明の一実施形態の概略構成を示す車両の模式的な側面図。 同実施形態を示す車両の模式的な平面図。 同実施形態のコントローラ内の処理の一部を示すフローチャート。 同実施形態のコントローラ内の処理の一部を示すフローチャート。 同実施形態の車体滑り角βの概念を示す車両の模式的な平面図。 同実施形態における車輪滑り角βｆ，βｒの概念を示す模式図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ…ＣＣＤカメラ（撮影手段） ２，３…固定ターゲット ６…車速演算手段

Claims (1)

1. 車両に搭載され、車両走行中に車両外部の前方の固定ターゲットを撮影する前方撮影手段と、
   車両に搭載され、車両走行中に車両外部の後方の固定ターゲットを撮影する後方撮影手段と、
   これらの撮影手段によって撮影された固定ターゲットの時間当たりの画像変化をそれぞれ個別に処理してから前記前方撮影手段と前記後方撮影手段毎の車両の前後方向速度と横方向速度を演算する車速演算手段と、
   車両のヨー角速度を検出するヨー角速度検出手段と、
   前記車速演算手段で求めた車両の前後方向速度及び横方向速度と、前記ヨー角速度検出手段で求めた車両のヨー角速度とから車両の前後の各車輪の車輪滑り角を演算する車輪滑り角演算手段と、を備えたことを特徴とする車両状態検知装置。

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