JP4665581B2 - 方向転換支援システム - Google Patents

Description

本発明は、車両をＵターン又は切り返して方向転換させる車両操作を支援する方向転換支援システムに関する。

車両の運転中、経路を誤って元の場所に戻りたい場合や反対車線にある店舗に立ち寄りたい場合など、車両のＵターンが必要な状況になることがある。このため、Ｕターンが可能なＵターンエリアを検索すると共に、Ｕターンエリアを経由して車両を誘導するナビゲーション装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のナビゲーション装置では、経路を誤った場合に、Ｕターン可能なエリアを経由した目的地までの経路と、経路を誤って走行している場所から目的地までの経路とを運転者に提示するので、運転者は到達時間等に基づき所望の経路を選択できる。
特開２００２−３４０５８５号公報

しかしながら、特許文献１記載のナビゲーション装置では、Ｕターン可能なエリアを提示するに留まり、車両をＵターンさせる操作については記載されていない。車両のＵターンにおいては、Ｕターンが禁止されている区域が存在するため、運転者はまずＵターンが可能な区域か否かを判断しなければならない。また、Ｕターンする場合は、かかる交通規制の他にも、反対車線の車両の走行状況を把握することが必要となる。また、Ｕターンが規制されていない地点へ到達しても、道路幅と車両の回転半径に応じて適切な舵角及び車速の制御が要求され、また、道路幅等によっては切り返しが必要となる場合があるなど適切な車両操作が要求される。すなわち、Ｕターンする場合、運転者は、Ｕターン禁止区域か否かの確認、Ｕターン可能な区域付近の状況把握、及び、適切な車両操作、等が要求されることとなる。しかしながら、これまで運転者のＵターン操作を支援するような方向転換支援システムは提案されていなかった。

本発明は、上記問題に鑑み、Ｕターン又は切り返しによる車両の方向転換を支援する方向転換支援システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、ナビゲーションシステムと、自車両の走行車線を検知する走行車線検知手段と、前記走行車線検知手段により検知された自車両の走行車線と前記ナビゲーションシステムから取得したＵターン規制情報に基づき、自車両がＵターン可能なエリアに存在するか否かを判定するエリア判定手段と、自車両の回転半径に関する回転半径情報が記録された回転半径情報記憶手段と、ナビゲーションシステムから取得した自車両が走行する道路の道路幅情報と回転半径情報とに基づきＵターンが可能か否かを判定するＵターン可否判定手段と、Ｕターン可否判定手段によりＵターンが不可能であると判定された場合、自車両を切り返して方向転換させる切り返し軌道を推定する旋回軌道推定手段（図１の走行軌道推定手段１８に相当する）と、旋回軌道推定手段により推定された切り返し軌道を目標に自車両を走行させる旋回走行制御手段と、を有することを特徴とする方向転換支援システムを提供する。

本発明によれば、Ｕターン又は切り返しによる車両の方向転換を支援する方向転換支援システムを提供することができる。また、運転者の運転習熟度に関係なく方向転換を支援できる。なお、自車両が走行する道路とは、道路に限られず走行している場所を含む。
本発明によれば、走行車線が右端か否かなどを自動に検知すると共に、Ｕターンが規制されているか否かを判定できる。したがって、ナビゲーションシステムからの情報ではＵターンが可能であっても左側のレーンを走行している場合やＵターン禁止地点でのＵターンを行わないので、危険な運転支援を行うことがない。

本発明によれば、Ｕターンにより方向転換ができなくても、切り返しにより方向転換することができる。

また、本発明の方向転換支援システムの一形態において、Ｕターン可否判定手段によりＵターンが可能であると判定された場合、自車両を所定の舵角で走行させるUターン走行制御手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、運転者の運転習熟度に関係なくＵターンによる方向転換を支援することができる。

また、本発明の方向転換支援システムの一形態において、運転者に方向転換のための操舵量を教示する方向転換支援手段を有する、ことを特徴とする。

本発明によれば、運転者は教示された操舵量を参考に方向転換のための操舵を行うことができる。

また、本発明の方向転換支援システムの一形態において、舵角センサから検出された舵角に基づいて自車両の予想軌跡を推定する予想軌跡推定手段を有し、方向転換支援手段は、予想軌跡推定手段により推定された予想軌跡、及び、所定の舵角で走行させた場合のＵターン走行軌跡又は旋回軌道推定手段により推定された切り返し軌道を、運転者に教示する、ことを特徴とする。

本発明によれば、自車両の予想軌跡と目標とすべき軌跡とが教示されるので、運転者は、予想軌跡が目標とすべき軌跡に近づくように操舵できる。

また、本発明の方向転換支援システムの一形態において、Ｕターン可否判定手段によるＵターンの可否の判定結果を運転者に報知する、ことを特徴とする。

本発明によれば、Ｕターン可否の判定結果が運転者に報知されるので、運転者は切り返しするか否かを判断できる。運転者への報知は、ナビ画面やフロントガラスへの表示、音声により行う。

本発明によれば、走行車線が右端か否かなどを自動に検知すると共に、Ｕターンが規制されているか否かを判定できる。したがって、ナビゲーションシステムからの情報ではＵターンが可能であっても左側のレーンを走行している場合やＵターン禁止地点でのＵターンを行わないので、危険な運転支援を行うことがない。

また、本発明の方向転換支援システムの一形態において、走行車線検知手段は、ナビゲーションシステムから取得した自車両の座標データ又は自車両の車両操作の少なくとも一方から走行車線を検知する、ことを特徴とする。

本発明によれば、ナビゲーションシステムと車両操作のいずれか又は双方から走行車線を検知できるので、より精度よく走行車線を検知できる。

また、本発明の方向転換支援システムの一形態において、自車両の車両操作は、方向指示器又は舵角の操作であることを特徴とする。

本発明によれば、舵角が大きい場合には右左折と、舵角が小さい場合には車線変更と判定できるので、車両操作に基づき走行車線を判定できる。

また、本発明の方向転換支援システムの一形態において、車両前方の画像を撮影する画像撮影手段を有し、走行車線検知手段は、画像撮影手段により撮影された画像から検知された白線に基づき自車両の走行車線を検知する、ことを特徴とする。

本発明によれば、撮影された画像から検知された白線に基づき、より精度よく車両の走行車線を検知できる。

Ｕターン又は切り返しによる車両の方向転換を支援する方向転換支援システムを提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施例の方向転換支援システムの機能構成図を示す。本実施例の方向転換支援システムによれば、運転者の運転習熟度に関わらず、自車両のＵターン又は切り返し操作を支援して車両を方向転換させることができる。なお、本実施例における方向転換とは、車両の進行方向を反対車線に変更することをいう。
図１の方向転換支援システムは、走行車線検知手段１３と、Ｕターン可否判定手段１５と、エリア判定手段１６と、方向転換支援手段２０と、画像処理装置１２と、車両の回転半径などの回転半径情報が記憶された回転半径情報記憶手段１４と、を有するように構成される。

方向転換支援手段２０は、エンジンＥＣＵ２５、ブレーキＥＣＵ２６及びアクティブステアリング２７と電気的に接続されており、これらを介して車両を自動で走行制御できる。また、方向転換支援手段２０は、Ｕターン走行制御手段１７と旋回走行制御手段１９とを有するように構成され、Ｕターン走行制御手段１７はＵターンにより車両の方向転換を、旋回走行制御手段１９は切り返しにより車両を方向転換するように、車両を走行制御する。また、方向転換支援システムは、ナビゲーションシステム１１と連係して動作する。

走行車線検知手段１３は、自車両が走行している車線を検知するものである。走行車線検知手段１３は、自車両の走行する車線の数を検知し、車線が複数あればそのうち自車両がどの車線を走行しているかを検知する。例えば片側に３車線の車線を検知した場合、自車両の走行する車線が右側か、中央か、あるいは左側かを検知する。

走行車線検知手段１３は、ナビゲーションシステム１１と連係している。ナビゲーションシステム１１は、ＧＰＳ（Global Positioning System）から受信した電波の到達時間と衛星軌道に基づき車両の位置を推測する。車両の位置が推定されると、道路の幅に対する自車両の走行位置から、自車両の走行車線を検知できる。ナビゲーションシステム１１には、車速センサ２４から車速パルスが入力されており、車速パルスと走行方位及び道路地図データに基づいたマップマッチングで道路地図データの車両位置を高精度に推測する。マップマッチングは、車に取付けた方位センサによる走行方位と車速パルスによる走行距離を、ＧＰＳにより得られた座標データと比較することで行われる。座標データとのずれが大きくなると、道路地図上の走行位置を補正することで、正確な車両位置を保持する。マップマッチングが正常に行われている場合、マップマッチングの可否を表すＭａｐ_ｆｌａｇに１が設定され、トンネルやビルの影などＧＰＳからの電波受信が困難な場所等マップマッチングができない場所では、Ｍａｐ_ｆｌａｇに０が設定される。したがって、Ｍａｐ_ｆｌａｇが１の場合、走行車線検知手段１３は、ナビゲーションシステム１１から走行車線を検知することができる。

また、ナビゲーションシステム１１は、道路地図データに道路の車線数の情報を備えており、ＧＰＳ等によって自車両の座標データを受信し、道路地図データより自車両の走行する道路の車線数の情報を取得することができる。また、ナビゲーションシステム１１は、道路地図データに収録されている道路に関し、Ｕターン禁止等の交通規制に関する情報を有する。

また、自車両には車外の画像を撮影する画像撮影手段としてＣＣＤカメラ２１が車載されている。ＣＣＤカメラ２１が撮影した画像は画像処理装置１２により処理された後、走行車線検知手段１３に送出される。ＣＣＤカメラ２１は、例えば、車室内のルームミラー付近に設置され、車両前方の所定範囲を撮影する。なお、車両前方を撮影するカメラにはＣＭＯＳ素子等いかなる固体撮像素子を用いてもよい。

画像処理装置１２は、ＣＣＤカメラ２１が撮影した道路の画像データから白線の輪郭を抽出する。白線の輪郭は、例えば、画像の輝度に基づき、所定の閾値以上の輝度を有する領域を画像底部から上方に向けて検出する。白線であれば、画像底部から上方に向け、長方形状の領域が連続又は所定の間隔で現れるので、当該所定の閾値以上の長方形状が検出されたら白線として検知する。想定される長方形状の領域に対して実際に検知された白線の割合から、白線の検知率ＬｉｎｅＰを算出し、ＬｉｎｅＰが所定以上の検知率である場合、走行車線を判定できる程度に白線が検知されていると判定する。

走行車線検知手段１３は、画像処理装置１２が処理した画像により車線の数を検知すると共に、白線が自車両に対しどの位置（右又は左）に存在するかにより自車両が走行している車線を検知する。画像処理装置１２による走行車線の検知は、ナビゲーションシステム１１と連係ができない場合に有効であるし、ナビゲーションシステム１１と共に用いることで走行車線の検知の精度が向上する。なお、走行車線検知手段１３は、車線に限らず、自車両と走行方向が同じ車両が右（又は左）に存在することがＣＣＤカメラ２１で撮影された場合、自車両の走行車線は左（又は右）と検知できる。

また、走行車線検知手段１３は、方向指示器２２及び舵角センサ２３と接続されている。方向指示器２２から右左折又は左右に車線変更する車両操作があること、また、舵角センサ２３の検出する舵角ＳＴＲの大きさが走行車線検知手段１３に入力される。方向指示器２２の操作結果は、方向を示すフラグＬＲ_ｆｌａｇ（０の場合には方向指示器２２の操作なし）として走行車線検知手段１３に入力される。

走行車線検知手段１３は、舵角センサ２３の舵角の大きさに基づき、車線の変更がなされたのか右折又は左折されたのかを判定して、自車両の走行車線を検知できる。方向指示器２２及び舵角センサ２３による走行車線の検知は、ナビゲーションシステム１１と連係ができない場合に有効であるし、ナビゲーションシステム１１及び画像処理装置１２による走行車線の検知と共に用いることで走行車線の検知の精度が向上する。

エリア判定手段１６には、走行車線検知手段１３により検知された自車両の走行車線が入力されると共に、ナビゲーションシステム１１からＵターン規制情報等の交通規制に関する情報が入力される。エリア判定手段１６は、右端の車線を走行しているか否か、及び、Ｕターン規制されているか否か、に基づき自車両がＵターン可能なエリアに存在するか否かを判定する。また、車両の走行方向前方から、Ｕターンが規制されていないエリアをナビゲーションシステム１１から取得することができる。

Ｕターン可否判定手段１５には、エリア判定手段１６から、自車両がＵターン可能なエリアに存在するか否かの判定結果が入力される。また、Ｕターン可否判定手段１５は、車両の回転半径などの回転半径情報が記憶された回転半径情報記憶手段１４と接続されており、回転半径情報記憶手段１４から自車両の最小回転半径を取得する。Ｕターン可否判定手段１５は、最小回転半径と道路幅に基づきＵターンによる方向転換が可能か否か判定する。
また、Ｕターン可否判定手段１５は、走行軌道推定手段１８を有するように構成される。走行軌道推定手段１８は、最小回転半径と道路幅に関する情報とに基づき、Ｕターンによる方向転換、又は、切り返しによる方向転換を行った場合の自車両の走行軌道を推定する。なお、Ｕターン又は切り返しによる走行軌道の推定については後述する。

Ｕターン可否判定手段１５は、Ｕターンするための操舵角又はＵターンによる方向転換を行った場合の自車両の走行軌道をＵターン走行制御手段１７に送出する。Ｕターン走行制御手段１７は、送出されたＵターンするための操舵角により、又は、Ｕターンの走行軌道を目標の走行軌道として車両を走行制御する。

また、Ｕターン可否判定手段１５は、切り返しによる方向転換を行った場合に推定される走行軌道を旋回走行制御手段１９に送出する。旋回走行制御手段１９は、送出された切り返しによる走行軌道を目標の走行軌道として車両を走行制御する。

Ｕターン走行制御手段１７と旋回走行制御手段１９は、自車両のエンジンＥＣＵ２５、ブレーキＥＣＵ２６及び強制的なステアリング操作が可能なアクティブステアリング２７と接続されている。Ｕターン走行制御手段１７と旋回走行制御手段１９は、エンジンスロットルの開度を調整すると共にステアリング操作を行い、また、車両を制動させて車速を制御することで、車両をＵターン又は切り返して方向転換することができる。

以上の構成に基づき、方向転換支援システムの制御手順について図２及び図３のフローチャート図に基づき説明する。本実施例では、図２の自車両の走行車線の判定と図３のＵターン可否の判定及び切り返し軌道の推定に分けて説明する。

〔自車両の走行車線の判定〕
図２のフローチャート図の処理は、例えば、運転者により車両のＵターンが指示されたり、目的地までの走行経路から外れＵターンにより元の走行経路に復帰させる場合に作動する。

走行車線検知手段１３は、定期的にＧＰＳとナビゲーションシステム１１から車両の走行位置の推定情報を取得する（Ｓ１０）。ナビゲーションシステム１１のＭａｐ_ｆｌａｇが１の場合（ステップＳ１１のＹｅｓ）、走行車線検知手段１３は、車両の走行位置を正確に検出しているものとして、ナビゲーションシステム１１における走行車線を現在の走行車線として決定する（Ｓ２０）。

ナビゲーションシステム１１のＭａｐ_ｆｌａｇが０の場合（ステップＳ１１のＮｏ）、ナビゲーションシステム１１から走行している道路の車線数を取得する（Ｓ１２）。片側の車線数が１であれば、現在の走行車線が右端となるので当該走行車線からＵターンしうる。

走行している道路に車線が複数ある場合、画像処理装置１２は、ＣＣＤカメラ２１に撮影された道路の画像データから白線を検知する。白線を検知した結果、白線の検知率ＬｉｎｅＰが所定以上（例えば、７０％以上）であれば（ステップＳ１３のＹｅｓ）、走行車線検知手段１３は、白線が検知されていると判定して、走行車線を決定する（Ｓ２０）。

なお、走行車線検知手段１３は、ＣＣＤカメラ２１により撮影された走行している車両の画像データに基づき走行車線を検知してもよい。例えば、進行方向が同じ車両が右側に存在する場合、自車両の走行車線は少なくとも右端ではないと判断できる。

白線の検知率ＬｉｎｅＰが所定より低い場合（ステップＳ１３のＮｏ）、走行車線検知手段１３は、方向指示器２２から方向指示器の操作を検出すると共に、舵角センサ２３からステアリング操作を検出（Ｓ１４）し、走行車線を判定する。

… 舵角ＳＴＲ及び方向指示器の操作による走行車線の判定（Ｓ１５）…
ついで、走行車線検知手段１３は、右左折か又は車線変更かを判定することで、自車両の走行車線を検知する。図４（ａ）及び（ｂ）は、舵角センサ２３が検出した舵角により判定される走行ラインを示す。図４（ａ）は右折した場合の走行ラインを、図４（ｂ）は右の車線に車線変更した場合の走行ラインを、それぞれ示す。

図５は、右左折か又は車線変更かを判定する判定ロジックの一例を示す。ＬＲ_ｆｌａｇが０の場合（ステップＳ１５１のＹｅｓ）、走行車線検知手段１３は、車線変更又は右左折がないことから、直近のＭａｐ_ｆｌａｇが１の状態の走行車線を現在の走行車線と判断する（Ｓ１５７）。

ＬＲ_ｆｌａｇが０以外の場合（ステップＳ１５１のＮｏ）、走行車線検知手段１３は、舵角ＳＴＲが所定値Ｓ（Ｓ＞０）以上か否かを判定する（Ｓ１５２）。舵角ＳＴＲが例えば４０度以上の場合（ステップＳ１５２のＹｅｓ）、走行車線検知手段１３は、車両が右折又は左折したと判定し（車線の変更はないものと判定し）、直近のＭａｐ_ｆｌａｇが１の状態の走行車線を現在の走行車線と判断する（Ｓ１５７）。

舵角ＳＴＲが所定値Ｓよりも小さい場合（ステップＳ１５２のＮｏ）、走行車線検知手段１３は、舵角ＳＴＲが０以上か否かを判定する（Ｓ１５４）。舵角ＳＴＲはステアリング操作が右回転の場合を正とするので、舵角ＳＴＲが０以上の場合（ステップＳ１５４のＹｅｓ）、右のレーンへ車線変更したものと判定し（Ｓ１５５）、走行車線検知手段１３は、直近のＭａｐ_ｆｌａｇが１の状態の走行車線から一つ右のレーンを走行車線と判断する（Ｓ１５５）。

また、舵角ＳＴＲが０より小さい場合（ステップＳ１５４のＮｏ）、左のレーンへ車線変更したものと判定し（Ｓ１５６）、走行車線検知手段１３は、直近のＭａｐ_ｆｌａｇが１の状態の走行車線から一つ左のレーンを走行車線と判断する（Ｓ１５６）。したがって、走行車線検知手段１３は、図５の判定ロジックにより、図４（ａ）又は（ｂ）のような走行ラインを判定し、自車両が走行している車線を判定できる。

また、障害物を回避するためにステアリング操作された場合（例えばミリ波レーダによる障害物の検知結果があった場合）、障害物を回避するためのステアリング操作を除いて走行車線を判定できる。

なお、車線変更が複数回行われていた場合、図５の判定を複数回行う。また、かかる場合、基準とする元の走行レーンは直近のＭａｐ_ｆｌａｇが１の状態の走行レーンではなく、当該処理により走行車線と判定された走行レーンとなる。

以上で図５の判定ロジックが終了し、図２に戻り、自車両の走行車線が決定された（Ｓ２０）。

〔Ｕターン可否の判定及び切り返し軌道の推定〕
続いて、図３のＵターン可否の判定及び切り返し軌道の推定の処理手順について説明する。まず、走行車線検知手段１３により検知された走行車線とナビゲーションシステム１１から取得されたＵターン規制の有無が取得される（Ｓ２１）。

エリア判定手段１６は、周辺の車両、特に、反対車線の車両の交通妨害とならないように、周辺の車両から車両情報を取得する（Ｓ２２）。周辺の車両の車両情報から、反対車線の交通量に関する情報や、反対車線の車両と通信できず車両情報が取得できないといった周辺の車両の情報を取得できる。なお、周辺の車両からの車両情報の受信又は送信には、車車間通信やガードレールや信号機などの路上機器に搭載されたインフラを介して行う。

エリア判定手段１６は、自車両の走行車線、Ｕターン規制情報及び周辺の車両の車両情報に基づき、Ｕターンが許可されているか否かを判定する（Ｓ２３）。なお、周辺の車両の状況に基づき、Ｕターン走行が可能な状況か否かの判断を運転者が行ってもよい。

Ｕターンが許可されていない場合（ステップＳ２３のＮｏ）、自車両の走行車線、Ｕターン規制情報又は周辺の車両の車両情報のうち、Ｕターンを制限する条件を運転者に知らせ、例えばＵターンが許可されるまで待機、又は、Ｕターン可能なエリアまで誘導する。

次いで、Ｕターン可否判定手段１５は、最小回転半径ＲＭと道路幅Ｄの関係に基づきＵターン走行が可能か否か判定する（Ｓ２４）。Ｕターン可否判定手段１５は、最小回転半径を回転半径情報記憶手段１４から取得すると共に、ナビゲーションシステム１１から走行している道路の道路幅を取得する。

図６（ａ）は、道路幅Ｄと自車両の最小回転半径ＲＭとの関係を示す図である。自車両の中心M1は、方向Xを向いており、Ｕターンにより方向Ｙに方向転換する。道路幅Ｄが最小回転半径ＲＭの２倍よりも大きい場合（Ｄ＞２×ＲＭ）、自車両は反対車線の左側に干渉せずにＵターンできる。実際には、自車両は所定の車幅を有するので、Ｄ＞２×ＲＭ＋αように車幅分αの余裕を確保することが好適である。

道路幅Ｄが最小回転半径ＲＭの２倍よりも大きい場合（ステップＳ２５のＹｅｓ）、自車両は、車車間通信等により、周辺の車両にＵターン操作を行うこと又は行っていることを周辺の車両に通知する（Ｓ２６）。

また、Ｕターン可否判定手段１５は、Ｕターン可能である旨をＵターン走行制御手段１７に出力する。Ｕターン走行制御手段１７は、所定の舵角による最小回転半径ＲＭで車両を走行させるため、アクティブステアリングのアクチュエータに信号を送出すると共に、エンジンＥＣＵ２５及びブレーキＥＣＵ２６に所定の速度で走行するように信号を送出する。これにより車両は、図６（ｂ）の如く、Ｕターンによる方向転換を行う（Ｓ３０）。なお、走行軌道推定手段１８によりＵターンの走行軌道を推定し、Ｕターン走行制御手段１７に送出してもよい。Ｕターン走行制御手段１７は、推定されたＵターンの走行軌道を目標に車両を走行制御できる。

なお、Ｕターン走行制御手段１７によりＵターン走行を開始する前に、運転者にＵターン走行を開始するか否かの入力を促してもよい。

…切り返しによる方向転換（Ｓ２７〜Ｓ２９）…
道路幅Ｄが最小回転半径ＲＭの２倍よりも大きくない場合（ステップＳ２４のNo）、走行軌道推定手段１８は、切り返しによる方向転換の走行軌道を推定する（Ｓ２７）。方向転換支援システムは、Ｕターンによる方向転換ができない旨を運転者に報知する。これにより、運転者は、Ｕターンならしてもよいが切り返しはしたくない場合に処理を中止できる。

図７は、切り返しによる方向転換を説明するための図である。自車両の車両中心が図７（ａ）の位置Ｍ１にあるものとし、位置Ｍ１から切り返しによる方向転換を行う。

走行軌道の推定について説明する。旋回半径と舵角ＳＴＲの間には式（１）の関係があることが知られている。したがって、車両の最小回転半径ＲＭで走行するための舵角ＳＴＲは式（２）で求められる。

図７（ａ）に示すように、最小回転半径ＲＭとなるように舵角を制御しても道路幅Ｄが最小回転半径ＲＭの２倍以下となるので（Ｄ≦２×ＲＭ）、自車両は反対車線の左側と干渉する。かかる場合には、走行軌道推定手段１８は、図７（ｂ）に示すように切り返して走行する軌道を推定する。図７（ｂ）の切り返し操作では、前進走行による一次旋回Ｌ１、後退走行による二次旋回Ｌ２、及び、最終的に反対車線の走行を開始する三次旋回Ｌ３が示されている。本実施例では、一次旋回Ｌ１及び二次旋回Ｌ２を切り返しによる方向転換の旋回軌道と称す。

走行軌道推定手段１８は、最小回転半径ＲＭとなる舵角ＳＴＲにより車両を走行した場合の、回転中心Ｃに対する車両の走行回転角度θを、式（３）により算出する。式（３）に示すように、走行回転角度θは、道路幅Ｄと最小回転半径ＲＭに基づき、逆余弦関数により算出される。

走行回転角度θが求められると一次旋回Ｌ１の旋回距離は、式（４）により算出される。
一次旋回Ｌ１の走行が終了した時点では、自車両は、反対車線に対し角度φをなして、反対車線の左側の位置Ｍ２にあると推定される。なお、φは反対方向に方向転換するための回転角度１８０度から一次旋回Ｌ１の走行回転角度θを減じたものである。したがって、φとθの間にはφ＝１８０−θの関係がある。

一次旋回Ｌ１の軌道が推定されたら、次いで、走行軌道推定手段１８は、位置Ｍ２から二次旋回Ｌ２の軌道を推定する。二次旋回Ｌ２において自車両は、後退走行をすると共に一次旋回Ｌ１とは逆方向に操舵されるので、舵角ＳＴＲは式（５）により算出される。また、本実施例では、二次旋回Ｌ２は、一次旋回Ｌ１により反対方向に方向転換できなかった残りの角度φだけ旋回すればよいので、二次旋回Ｌ２の旋回距離は式（６）のように算出される。

二次旋回Ｌ２が終了すると、自車両は反対車線の走行方向を向いているので、舵角ＳＴＲ＝０にて走行することができる。なお、図７（ｂ）では、二次旋回により切り返し走行が終了することとしたが、道路幅Ｄが狭い場合など、複数回一次旋回Ｌ１及び二次旋回Ｌ２の旋回走行を繰り返してもよい。

走行軌道推定手段１８は、一次旋回Ｌ１の旋回距離と二次旋回Ｌ２の旋回距離とを走行するように切り返しによる走行軌道を推定する。走行軌道が推定されたら、Ｕターン可否判定手段１５は、切り返しにより方向転換が可能か否かを判定する（Ｓ２８）。

切り返しによる方向転換が可能か否かは、例えば、道路幅Ｄが狭く一次旋回Ｌ１により９０度以上の走行回転角度θが得られないと推定される場合、一次旋回Ｌ１と二次旋回Ｌ２とからなる旋回軌道の走行を３回以上行わなければならないと推定される場合等、により判定される。判定の基準は、予めどのように設計されていてもよいし、また、判定の前に旋回回数の上限を運転者により入力されてもよい。また、切り返しによる方向転換ができない場合、その旨を運転者に報知することが好適である。

切り返しにより方向転換が可能であると判定された場合（ステップＳ２８のＹｅｓ）、走行軌道推定手段１８が推定した一次旋回Ｌ１及び二次旋回Ｌ２とからなる旋回軌道を、必要な旋回回数に応じて旋回走行制御手段１９に送出する。旋回走行制御手段１９は、走行軌道推定手段１８により推定された旋回軌道を走行のための軌道として設定する（Ｓ２９）。以上で、切り返しによる方向転換のための旋回軌道が設定された。

次いで、自車両は、車車間通信等により、周辺の車両に切り返し操作を行うこと又は行っていることを周辺の車両に通知する（Ｓ２６）。また、旋回走行制御手段１９は、推定された旋回軌道を目標に車両を走行させるため、アクティブステアリングのアクチュエータに信号を送出すると共に、エンジンＥＣＵ２５及びブレーキＥＣＵ２６に所定の速度で走行するように信号を送出する。これにより車両は、図７（ｂ）の如く、切り返しによる方向転換を行う（Ｓ３０）。なお、旋回走行制御手段１９により切り返しを開始する前に、運転者に切り返しを開始するか否かの入力を促してもよい。

切り返しにより方向転換が可能であると判定されない場合（ステップＳ２８のＮｏ）、道路幅Ｄ等の切り返しにより方向転換ができない理由を運転者に知らせ、Ｕターン又は切り返し可能なエリアまで誘導する。

以上のように、本実施例によれば、車両を制御してＵターン又は切り返しによる方向転換を行うことができる。より詳細には、Ｕターン禁止区域か否かをナビゲーションシステムにより自動的に判断でき、また、走行車線の推定によりＵターン可能な走行車線か否かを自動的に判定できる。Ｕターンが許可された走行区域又は走行車線では、車車間通信等により周辺の車両にＵターン走行を知らせ、車両を自動でＵターン走行させることができる。また、道路幅と最小回転半径との関係からＵターンによる方向転換ができない場合、切り返しの旋回軌道を設定し、自動で切り返しによる方向転換を行うことができる。すなわち、運転者の習熟度に依存せずに、車両をＵターン又は切り返しにより方向転換させることができる。

実施例１では、車両が自動でUターン又は切り返しにより方向転換する場合について説明した。本実施例では、Uターン又は切り返しに適切な走行ラインをカーナビのディスプレイやヘッドアップディスプレイに表示して、運転者の舵角操作の目標とすることで、走行支援を行う方向転換支援システムについて説明する。

図８は、本実施例の方向転換支援システムの機能構成図を示す。なお、図８において図１と同一構成部分には同一の符号を付しその説明は省略する。図８の機能構成図では、方向転換支援手段１００が、走行ライン描画手段１０２及び予想軌跡推定手段１０１を有し、走行ライン描画手段１０２が走行ライン表示手段１０３に接続されている。なお、図１の構成に走行ライン描画手段１０２等を追加してもよい。

予想軌跡推定手段１０１は、自車両の現在の走行状態等から予想される車両の走行軌跡（以下、予想軌跡という）を推定する。具体的には、予想軌跡推定手段１０１は、舵角センサ２３から入力される舵角ＳＴＲ、回転機能情報記憶手段１４に記憶された回転半径情報、及び車両のホイールベースLに基づき、予想される車両の走行軌道を推定する。

車両の回転半径R＿ＥＸＰは舵角ＳＴＲ及びホイールベースＬとの間に、R＿ＥＸＰ＝L／ｔａｎ
ＳＴＲ の関係を有するので、予想軌跡推定手段１０１は回転半径R＿ＥＸＰから、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰを推定できる。また、予想軌跡推定手段１０１が推定した予想軌道Ｌ＿ＥＸＰは、走行ライン描画手段１０２に送出される。

走行軌道推定手段１８は、実施例１で説明したように、Ｕターン又は切り返しに適切な走行軌道を推定する。Ｕターン走行の場合、所定の舵角、例えば最小回転半径ＲＭで車両を走行させた場合の目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを推定する。切り返し走行の場合、最小回転半径ＲＭで車両を走行させた場合の一次旋回Ｌ１の目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔと、後退走行（一次旋回Ｌ１と逆方向の舵角による最小回転半径ＲＭ）による二次旋回Ｌ２の目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔとを推定する。走行軌道推定手段１８が推定した目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔは、走行ライン描画手段１０２に送出される。なお、一次旋回Ｌ１の目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔは式（３）、（４）により、二次旋回Ｌ２の目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔは式（５）、（６）により、それぞれ求められる。

走行ライン描画手段１０２は、次述の走行ライン表示手段１０３に予想軌道Ｌ＿ＥＸＰ及び目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを表示する。走行ライン描画手段１０２は、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰ及び目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを一つの画像に表示されるように合成して、ナビ画面１０４等に表示する。ナビ画面上の自車両の位置は判明しているので、走行ライン描画手段１０２はナビ画面の現在の車両の位置から予想軌道Ｌ＿ＥＸＰ及び目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを表示できる。運転者は目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを目標に車両の操舵と速度制御を行うことで、スムースに車両を方向転換できる。

図９は、走行ライン描画手段１０２がナビ画面１０４に表示した予想軌道Ｌ＿ＥＸＰ及び目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔの一例を示す。運転者は、ナビ画面１０４を参照して、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰがＬ＿Ｔａｒｇｅｔから外れていれば、Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔをトレースするように操舵することで、Ｕターンが可能になる。

図９には、Ｕターン走行の場合の走行ラインを示したが、切り返し走行の場合も同様に表示できる。図１０（ａ）は切り返し走行の一次旋回Ｌ１の軌道を、図１０（ｂ）は二次旋回Ｌ２の軌道を、それぞれ示す図である。切り返し走行の場合、前進走行による一次旋回Ｌ１及び後退走行による二次旋回Ｌ２、とで走行方向が異なる。このため、走行ライン描画手段１０２は、一次旋回Ｌ１の終了まで図１０（ａ）のように予想軌道Ｌ＿ＥＸＰ及び目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを表示し、一次旋回Ｌ１の終了をシフトレバーの操作や走行距離などから検知したら、図１０（ｂ）のように、二次旋回Ｌ２の予想軌道Ｌ＿ＥＸＰ及び目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを表示する。

一次旋回Ｌ１の終了直後の場合、舵角ＳＴＲから推定される予想軌道Ｌ＿ＥＸＰと二次旋回Ｌ２の目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔは乖離しているので、運転者は、必要な操舵量が大きいことを視覚で認識でき、迅速に目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔの軌道になるよう操舵できる。

ナビ画面１０４は、フロントガラス１０５に投射して表示されるヘッドアップディスプレイであってもよい。図１１（ａ）及び（ｂ）は、ヘッドアップディスプレイ５１に表示される予想軌道Ｌ＿ＥＸＰと目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを示す。

図１１（ａ）に示すように、フロントガラスに投射されたヘッドアップディスプレイ５１に軌道を表示することで、運転者は少ない視線移動でＬ＿Ｔａｒｇｅｔをトレースするように操舵することができる。

また、フロントガラス１０５に表示される予想軌道Ｌ＿ＥＸＰと目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを、図１１（ｂ）に示すように、運転席から見た車両の走行ラインとして表示してもよい。道路と予想軌道Ｌ＿ＥＸＰ及び目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔとが、同程度の縮尺で表示されることで、運転者の操舵間隔に合致して操舵の支援を行うことができる。なお、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰと目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔの方向をそれぞれ示す所定長のベクトルＶｒ＿ＥＸＰ、Ｖｒ＿Ｔａｒｇｅｔで表示してもよい。所定長のベクトルで表示することでより簡易的に必要な操舵量を運転者に表示できる。

また、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰと目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを路面に投光して表示してもよい。図１２は、路面に投光された予想軌道Ｌ＿ＥＸＰと目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔとの一例を示す。車両は、バンパの下部に可視光レーザ（例えば、ヘリウムネオンレーザ）照射装置５２を備え、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰと目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを直接路面に投光して表示する。例えば、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰを点線で、目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを実線で表示することで、運転者は目標とすべき軌道を判別できる。走行する路面に直接光で目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔが表示されることで、運転者は目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔをそのまま走行すればよいこととなり、よりスムースに走行支援をすることが可能となる。

以上の構成に基づき、本実施例の方向転換支援の手順を図１３のフローチャート図に基づき説明する。本実施例の方向転換支援システムは、例えば、運転者により車両のＵターンが指示されたり、目的地までの走行経路から外れＵターンにより元の走行経路に復帰させる場合に作動する。なお、本実施例では、既に図２のフローチャート図により車両の走行車線は決定されているものとする。

車両は、運転者により車両のＵターンが指示されたか否かを判定する（Ｓ１０１）、Ｕターンが指示されない場合は、ステップＳ１０１の判定を繰り返す。

Ｕターンの指示があった場合（Ｓ１０１のＹｅｓ）、ＣＣＤカメラ２１により周辺の映像を取得すると共に、舵角センサ２３が検出した車両の舵角ＳＴＲを取得する（Ｓ１０２）。走行軌道推定手段１８は、舵角ＳＴＲとホイールベースＬとに基づき予想軌道Ｌ＿ＥＸＰを推定する（Ｓ１０３）。

走行ライン描画手段１０２は、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰをナビ画面１０４等に表示する（Ｓ１０４）。予想軌道Ｌ＿ＥＸＰを推定した段階で表示することで、運転者は、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰにより現在の舵角でＵターンが可能か否かある程度の判断ができる。

次いで、車両は、ナビゲーションシステム１１から自車両の位置、Ｕターン規制情報、及び、道路幅情報を取得する（Ｓ１０５）。エリア判定手段１６は、走行車線を含む自車両の位置とＵターン規制情報に基づき自車両がＵターン可能なエリアに存在するか否かを判定する。

Ｕターン可否判定手段１５は、最小回転半径ＲＭと道路幅に基づきＵターンによる方向転換が可能か否か判定する（Ｓ１０６）。Ｕターン可否判定手段１５は、最小回転半径ＲＭを回転半径情報記憶手段１４から取得すると共に、ナビゲーションシステム１１から走行している道路の道路幅Ｄを取得する。Ｕターン可否判定手段１５は、道路幅Ｄ＞２×ＲＭの場合、Ｕターン走行が可能であると判定する。

Ｕターンが可能でないと判定された場合（ステップＳ１０６のＮｏ）処理を終了するが、切り返し走行が可能か否かを判定して、切り返し走行が可能な場合、切り返しのための走行支援を行ってもよい。

Ｕターンが可能であると判定された場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、走行軌道推定手段１８は目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを推定する（Ｓ１０７）。走行軌道推定手段１８は、例えば、最小回転半径ＲＭの場合の走行軌道を目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔとして推定する。

次いで、走行ライン描画手段１０２は、目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔをナビ画面１０４等に表示する（Ｓ１０８）。図９ないし１２ｂに示すように、走行ライン描画手段１０２は、目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔを予想軌道Ｌ＿ＥＸＰと共に一つの画面に表示するので、運転者は、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰが目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔから外れないように操舵でき、スムースなＵターンが可能になる。

走行軌道推定手段１８は、Ｕターン走行が終了するまで（Ｓ１０９）、運転者の操舵ＳＴＲから操作量を検出している（Ｓ１１０）。走行軌道推定手段１８は、随時、舵角ＳＴＲに基づく予想軌道Ｌ＿ＥＸＰの推定を繰り返し、それをナビ画面１０４等に表示する。運転者は、操舵結果が反映された予想軌道Ｌ＿ＥＸＰと目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔとを比較しながらＵターンを行うことができる。

また、Ｕターン可否判定手段１５は、運転者がＵターン走行を開始した後の操作量（車両の位置、進行方向、操舵角）と、Ｕターンが終了するまでに必要な残りの回頭角度に基づいて、Ｕターンが可能か否かを判定する（Ｓ１０６）。方向転換支援システムは、予想軌道Ｌ＿ＥＸＰが目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔから所定以上乖離した場合には、警報等により運転者に報知してもよい。

Uターンを開始してからＵターンが可能でないと判定された場合（Ｓ１０６のＮｏ）、目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔと予想軌道Ｌ＿ＥＸＰとの表示を中止して、図１３のフローチャート図の処理は終了する。なお、Ｕターン走行の途中でＵターンが可能でないと判定された場合、実施例１のように切り返しのための走行軌道を推定し、車両を自動制御してもよい。

本実施例によれば、方向転換のための教示された目標軌道Ｌ＿Ｔａｒｇｅｔと予想軌道Ｌ＿ＥＸＰに基づき、運転者が操舵するので、アクティブステアリング２７のようにステアリング操作を機械的に制御する機構が必要とされない。アクティブステアリング２７は、大舵角を実現するために高トルクを発生させるための電力を要するが、本実施例の方向転換支援システムではかかる電力が要されない。

また、実施例１のように自動でＵターン走行を行う場合、Ｕターン中の車速を維持するため高精度なスロットル制御やブレーキ制御が必要であるため、より高性能のエンジンＥＣＵ２５やブレーキＥＣＵ２６が要求されるが、本実施例では既存のＥＣＵを使用できるためコストの上昇を抑えられる。

また、実施例１では、自動制動中に何らかの障害が生じ車両を緊急回避する必要が生じた場合、方向転換支援システムを停止させる方法や、運転者がアクセルやステアリングを操作した場合のオーバーライドの判定に複雑な処理を必要とするし、他車両との位置関係の把握や、接触を防ぐ手段を講じる必要があるが、本実施例では係る複雑な処理や判定が必要とされない。

なお、図１２のように、路面に直接走行ラインを投光する走行ラインの表示方法は、駐車支援や狭い路地等で運転を支援する場合に好適である。

以上のように、本実施の形態では、運転者の判断や走行を補助することで運転者を支援して、Ｕターン又は切り返しによる方向転換を行うことができる。

方向転換支援システムの機能構成図である。 自車両の走行車線の判定の手順を示すフローチャート図の一例である。 Ｕターン可否の判定及び走行軌道の推定の手順を示すフローチャート図の一例である。 舵角センサが検出した舵角により推定される走行ラインの一例である。 右左折か又は車線変更かを判定する判定ロジックの一例である。 Uターンによる走行軌道の一例を示す図である。 切り返しの走行軌道の一例を示す図である。 実施例２の方向転換支援システムの機能構成図である。 ナビ画面に表示された予想軌道及び目標軌道の一例を示す図である。 切り返し走行の場合の予想軌道及び目標軌道の一例を示す図である。 ヘッドアップディスプレイに表示される予想軌道と目標軌道の一例を示す図である。 路面に投光された予想軌道と目標軌道の一例を示す図である。 方向転換支援の手順を示すフローチャート図である。

符号の説明

１１ ナビゲーションシステム
１２ 画像処理装置
１３ 走行車線検知手段
１４ 回転性能情報記憶手段
１５ Ｕターン可否判定手段
１６ エリア判定手段
１７ Ｕターン走行制御手段
１８ 走行軌道推定手段
１９ 旋回走行制御手段
２０ 方向転換支援手段

Claims (8)

1. ナビゲーションシステムと、
   自車両の走行車線を検知する走行車線検知手段と、
   前記走行車線検知手段により検知された自車両の走行車線と前記ナビゲーションシステムから取得したＵターン規制情報に基づき、自車両がＵターン可能なエリアに存在するか否かを判定するエリア判定手段と、
   自車両の回転半径に関する回転半径情報が記録された回転半径情報記憶手段と、
   前記ナビゲーションシステムから取得した自車両が走行する道路の道路幅情報と前記回転半径情報とに基づきＵターンが可能か否かを判定するＵターン可否判定手段と、
   前記Ｕターン可否判定手段によりＵターンが不可能であると判定された場合、
   自車両を切り返して方向転換させる切り返し軌道を推定する旋回軌道推定手段と、
   前記旋回軌道推定手段により推定された切り返し軌道を目標に自車両を走行させる旋回走行制御手段と、
   を有することを特徴とする方向転換支援システム。
2. 前記Ｕターン可否判定手段によりＵターンが可能であると判定された場合、
   自車両を所定の舵角で走行させるＵターン走行制御手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の方向転換支援システム。
3. 運転者に方向転換のための操舵量を教示する方向転換支援手段を有する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の方向転換支援システム。
4. 舵角センサから検出された舵角に基づいて自車両の予想軌跡を推定する予想軌跡推定手段を有し、
   前記方向転換支援手段は、前記予想軌跡推定手段により推定された前記予想軌跡、及び、所定の舵角で走行させた場合のＵターン走行軌跡又は前記旋回軌道推定手段により推定された前記切り返し軌道を、運転者に教示する、
   ことを特徴とする請求項３記載の方向転換支援システム。
5. 前記Ｕターン可否判定手段によるＵターンの可否の判定結果を運転者に報知する、
   ことを特徴とする請求項１記載の方向転換支援システム。
6. 前記走行車線検知手段は、前記ナビゲーションシステムから取得した自車両の座標データ又は自車両の車両操作の少なくとも一方から走行車線を検知する、
   ことを特徴とする請求項１記載の方向転換支援システム。
7. 自車両の前記車両操作は、方向指示器又は舵角の操作である
   ことを特徴とする請求項６記載の方向転換支援システム。
8. 車両前方の画像を撮影する画像撮影手段を有し、
   前記走行車線検知手段は、前記画像撮影手段により撮影された画像から検知された白線に基づき自車両の走行車線を検知する、
   ことを特徴とする請求項１記載の方向転換支援システム。

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