JPH03268108A - 自動走行装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技盪方互 本発明は、走行路を探索しながら車両の自動走行を行わ
せる自動走行装置に関する。

炙股技−挺 最近、自ら走行路を探索しながら、その探索された走行
路上に最適な目標経路を設定して、車両がその目標経路
」二を走行するべく車両の走行制御を行わせるようにし
た自動走行装置が開発されている。

従来、この種の自動走行装置にあっては、車両に取り伺
けられた撮像装置により車両の進行方向の領域を撮像し
、その撮像画像をサンプリングすることによって得られ
た１（ツト構成による画像のデータにもとづいて道路エ
ツジなどの不連続な点列の抽出を行い、その抽出された
点列にもとづいて車両の進行方向のＸ−Ｙ座標上におけ
る走行可能領域を認識し、その認識された走行可能領域
内に車両走行の目標経路を設定したうえで、Ｘ軸方向に
おける所定の距離（現在の車速に一定時間を乗すること
によって算出される距離）にしたがう車両の先方の目標
経路上の位置に目標点を設定し、現在検出されている車
両の舵角、ヨーレー１−　（車両の走行によるヨ一方向
の角速度変化分）などの車両の走行状態にしたがって、
目標経路上に設定された目標点に車両を合流させるのに
必要な舵角の制御目標量を所定の演算によって求め、そ
の求められた制御目標量にしたがって、車両を目標経路
に追従して走行させるような舵角の制御を、所定の制御
周期をもって逐次性わせるようにしている（特願昭６３
−１．９９６　］、　Ｏ号参照）。

しかして、このような自動走行装置では、目標経路がド
ラ１−点列によって不連続にあられされて、その点列の
ドラ（・データにもとづいて目標点が設定されるものと
なっており、そのためＸ軸方向における所定の距離を特
定することによって不連続な目標経路−にに目標点を設
定するのではその位置精度が悪くなり、目標経路に対す
る車両走行の追従性か低下してしまっている。

１■ 本発明は以上の点を考慮してなさ、ｌｔたもので、ドラ
１−点列による不連続な目標経路を連続した曲線でもっ
て表現し、その曲線を用いて目標経路上に位置精度良く
目標点を設定して、目標経路に対する車両走行の追従性
を向」ニさせるようにした自動走行装置を提供するもの
である。

膚域＝ 以下、添（−１図面を参照して本発明の−・実施例につ
いて詳述する。

本発明による自動走行装置にあっては、第１図に示すよ
うに、車両の進行方向の領域を撮像することができるよ
うに車両に取り付けられたビデオカメラなどによるｍ像
部１と、その撮像部１によって撮像された画像をサンプ
リングし、そのサンプリングされたドラ１−構成による
画像のデータを処理して道路エツジなどの不連続な点列
の抽出を行う画像処理部２と、その抽出された点列にし
たがって道路などの車両の走行可能領域を認識する走行
可能領域認識部３と、その認識された走行可能領域内に
車両走行の１」標経路を設定する目標量＝３− 路設定部４と、車両の走行速度Ｖを検出する車速センサ
６、車両の走行にともなうヨ一方向の角速度変化分であ
るヨーレートＴを検出するヨーシー１−センサ７および
車両の舵角δを検出する舵角センサ８などの各センサと
、それら各センサ出力に応してそのときの車両の走行状
態を検出して、その検出された車両の走行状態にもとづ
いて車両が目標経路」二を走行するのに必要な舵角の制
御目標量を所定の演算処理によって求めるとともに、こ
の自動走行装置全体の集中制御髪行わせる制御部５と、
その求められた制御目標量にしたがって車両の操舵を行
わせるステアリング制御部９およびステアリング駆動部
１０とによって構成されている。

実際には、画像処理部２．走行可能領域認識部３、目標
経路設定部４および制御部５はマイクロコンピュータに
よって置き換えられる。また、そのコンピュータにステ
アリング制御部９をも含めることが可能である。

撮像部１におけるビデオカメラとしては、標準レンズに
よるもの以外に、車速や走行中の道路状況などに応じた
適切な画像が得られるように望遠レンズや広角レンズに
よるものが設けら九、また夜間用などに赤外線カメラや
超高感度カメラかどの特殊なビデオカメラが複数設けら
れており、コンピュータの制御下において、それら複数
のビデオカメラが車速や撮像画像の状態などに応じて適
宜切り換えられて使用されるようにな一〕でいる。

また、撮像特性が同一の２台のビデオカメラを並設して
、２県立体視による画像を得るようにすることも可能で
ある。

画像処理部２における道路エツジなどの点列の抽出は、
以下のようにして行われる。

まず、撮像部１から送られてくる撮像画像をサンブリン
クして、そのサンプリングされたドラｌ−構成による入
力画像を微分処理することによって画像エツジの検出を
行わせたうえで、画像処理部２内に設けられた自動しき
い値設定回路により、そのときの入力画像の濃淡の程度
に応じた最適しきい値を自動的に設定して、そのエツジ
画像の２値化を行わせる。

なおその際、入力画像の２値化を先に行わせたうえで、
エツジ検出のための微分処理を行わせるようにしてもよ
い。また、２値化を行わせる代わりに、画像の濃淡を表
現した多値化を行わせるようにしてもよい。

次いて、そのエツジ検出され、２値化または多値化され
た処理画像にもとづいて、Ｘ−Ｙ座標上の線分をρ−Ｏ
座標上の点てあられす座標変換を行わせる公知手法であ
るｌｌｏｕｇｈ変換処理を行わせることにより、連続性
のある点列を結合したり、連続性のない孤立した点を除
去したりして、例えば第２図に示すような道路エツジの
点列の情報を得る。

ここで、ＯはＸ−Ｙ座標」二の直線からその座標の原点
におろした垂線の角度であり、またρはその垂線の長さ
である。例えば、第１０図に示すＸＹ座座上上線分りは
、第１１図に示すようにρθ座座上上おける点０１とし
てあられされる。

なおその際、２値化された処理画像にもとづいて、エツ
ジ追跡の処理を行わせて連続性をもった点列による道路
エツジをわり出すようにしてもよい。また、道路エツジ
の連続性をもった点列を求めるためのＨｏ　ｕ　ｇ　ｈ
変換処理およびエツジ追跡処理などの複数の処理を並列
的に行わせ、それら各処理結果から総合的に判断するよ
うにすれば、より精度の高い道路エツジの情報を求める
ことができるようになる。

走行可能領域認識部３は、撮像部１におけるビデオカメ
ラによって撮像される画像が遠近投影によるものである
ため、第２図に示すような遠近投影による道路エツジの
画像を、第３図に示すような遠近投影の影響をなくした
道路エツジの画像に変換する公知手法である射影変換処
理を行う。

なお、その射影変換特性は、ビデオカメラの遠近投影の
特性にしたがって、予め走行可能領域認識部３に設定さ
れている。

そして、走行可能領域認識部３は、射影変換処理された
道路エツジの画像にもとづいて、例えば第４図に示すよ
うに、連続した点列による道路工一 ッジＥｌ、Ｅ２間を、撮像部１の撮像方向すなわち車両
１１の進行方向をＸ軸方向としたときのＸＹ座座上上お
ける車両の走行可能領域ＲＡとして認識する。

なお、第４図において、Ｐ点は車両１１の現在位置を示
すもので、撮像部１のビデオカメラによる撮像領域の下
端中央がＰ点としてＸ−Ｙ座標上の原点の位置にくるよ
うに、予めビデオカメラの車両に対する搭載位置が設定
されている。

次に、走行可能領域認識部３において認識された走行可
能領域である車両前方の道路が認識されると、目標経路
設定部４において、その認識された道路子における車両
走行の目標経路が以下のようにして設定される。

その目標経路は、後述するように、道路形状および車速
をも考慮したうえで、そのときの車両の走行状況に適す
るように設定されるのが望ましいが、基本的には、認識
された道路が狭いかまたは広いかによって以下のように
して一律に設定される。

すなわち、目標経路設定部４において、道路幅が一定以
上の広軌道であると判断された場合には、例えば第４図
に示すように、左側通行路の場合、道路の左側の基準と
なるエツジから例えば１．５ｍ程度の所定の隔離幅Ｗを
もってその基準エツジに沿う目標経路○Ｃを設定する。

また、目標経路設定部４において、道路幅が一定未満の
狭軌道であると判断された場合には、特に図示しないが
、その道路の中央に目標経路を設定する。

その際、目標経路はドツト点列をもって設定され、その
各ドットのＸ−■座標」二における位置データか、目標
経路設定部４の内部メモリに記憶される。

なお、Ｘ−Ｙ座標」二における走行可能領域および目標
経路の尺度は、撮像部Ｊにおけるビデオカメラの倍率に
よって決定される。

第４図中、Ｐ点から０点に至るまでの軌跡は。

後述するように、制御部５の制御下において車両の舵角
制御がなされることにより、Ｐ点にいる車両が目標経路
ＯＣに合流するまでの走行経路を示している。０点は、
そのときの車両の目標経路○Ｃへの合流の目標点となる
。

また、車両の走行状態を検出して、その検出された走行
状態にしたがい、以下のように道路における最適な車両
の目標経路を設定するようにすることも可能である。

すなわち、目標経路設定部４において、例えば、車速セ
ンサ６によって検出される車両の走行速度を読み込んで
、そのときの車速が予め設定されたしきい値以下の低速
域内にあれば、第５図（ａ）に示すように、道路の形状
に沿うように目標経路○Ｃを設定する。

同様に、そのときの車速が予め設定されたしきい値を越
える高速域内にあれば、第５図（ｂ）に示すように、曲
りくねった道路を走行する場合、車両に作用する横方向
の加速度ができるだけ軽減されるような緩い曲率をもっ
た目標経路○Ｃを道路内に設定する。

次に、道路上における目標経路が設定されたら制御部５
において、車両をその目標経路に合流させるための舵角
の制御目標量が５以下のように求められる。

ここでは、現在検出されている車両の走行状態からこ肛
から先の走行経路を予測し、その車両の予ΔＩＩＪ経路
と目標経路との偏差から、車両がその目標経路−りを走
行するための舵角の補正量を求め、そ舵角補正量から制
御目標量をわり出すようにしている。

具体的には、現在検出されている車速から、予め設定さ
れた予測時間後における予測経路上の車両の到達点を求
めるとともに、その予測時間に車速を乗することによっ
て算出される距離にしたがう車両の先方における目標経
路」二の位置に、車両を合流させる目標点を設定し、そ
の目標点と車両の予測された到達点との偏差に応じて舵
角補正量を求めるようにする。

いま、例えば第６図に示すように、Ｐ点にある車両１１
を目標経路ＯＣに合流させる場合を考えてみる。

１ ２ ます、車速センサ６によって検出されている車両１１の
現在の車速ｖ（ｍ／ｓ）に予め設定された予測時間ｔｍ
　　（秒）を乗することによって距離Ｔ、、、　（ｍ　
）　　（Ｌ　＝　ｔ　、、　Ｘ　ｖ　）が求められ、Ｐ
点からＸ軸方向に距離し、たけ離れた位置にＮ点を定め
て、Ｎ点と同一のＹ軸上における目標経路ＯＣＪ二の位
置に目標点○が設定される。

そして、Ｎ点と０点の間におけるＹ軸」二の偏差ｙｊ、
、、すなわち１ｍ秒後における目標経路ＯＣ１に設定さ
れた目標点Ｏの位置に比例した値がわり出される。

同様に、ヨーシー１−センサ７によって検出されている
現在のヨーレーｈ　Ｔ　（ｒａｄ／　ｓ　）にもとづい
て車両１１の予測経路ＡＣがわり出され、Ｎ点と予測経
路ＡＣとの間のＹ軸上の偏差ｙ＋ｎ、すなわち１ｍ秒後
における予測経路ＡＣ上の車両の到達点Ｍの位置に比例
した値が以下のようにして求められる。

いま、予測経路ＡＣが描く円弧の半径をＲとしたとき、
ｙ、、は次式によって与えられる。

ｙｍ　＝Ｒ−（Ｌ′　−Ｌ′　）４ Ｒ−Ｒ（＋　−（ｒ−／Ｒ）′　）” ここで、Ｒ，＞ｒ−とすると、 ｙ、ｎ＝ＲＲ，（］　　（Ｌ／Ｒ）′／２）＝Ｔ−′／
２Ｒ−（１） また、 Ｔ　＝　ｖ　／　Ｒ−（２） であるので、（１）、（２）式から、 ’／ｍ　＝Ｔ−′・Ｔ／　２　ｖ　　　　　　−（３）
なお、ヨーレー１−　Ｔの符号としては、例えば予測経
路Ａ、Ｃが左曲りのときを正とする。

そして、各求められた偏差ｙρとｙｍとの差ｅ（ｅ”ｙ
、Ｑ　　ｙｍ）に応じて車両の修正すべきヨーレートへ
Ｔが下記式にしたがって求められる。

ΔＴ＝ｅ　Ｘ２　ｖ／Ｌ”　　　　　　・・・（４）次
いで、舵角センサ８によって検出されたＰ点における車
両の舵角δがとり込まれ、車両を目標経路ＯＣに合流さ
せるための舵角の制御目標量δ′が以下のようにして決
定される。

いま、第７図に示す関係にあって、 Ｒ，＞Ｑのとき、 δ−４−Ｑ／Ｒ・・・　（５） となり、　（２）、（５）式から δ：　（Ｑ／Ｖ）Ｔ　　　　　　　　・　（６）が得ら
れる。ここで、Ｑはホイールベースである。

したかって、　（６）式の関係からして、車両の修正す
べきヨへシー１−八Ｔに応じた舵角の修正分Δδは、次
式によって与えられる。

Δδ＝　（Ｑ／Ｖ）　ΔＴ　　　　　　・・・（７）こ
こで、車速Ｖに対する舵角の一般式であるρＱ（１＋Ｋ
ｖ２）を考慮すると、　（７）式からΔδ＝ΔＴ　（１
２（］　＋ＫＶ２）／ｖ）　　−（８）となる。

Ｋは、タイヤ特性やホイールベースなどの車両特性によ
って決まる一定の係数（スタビリテイファクタ）である
。

そして、車両を目標経路○Ｃに合流させるための舵角の
制御目標量δ′は、 δ′＝δ＋Δδ　　　　　　　　　（９）として求めら
れる。

ステアリング制御部９は、制御部５から与えられる制御
目標量δ′に応じてステアリング駆動部１０に駆動指令
を出し、それによりステアリング駆動部１０がステアリ
ングの駆動を適宜なして車両を目標経路○Ｃへ合流させ
るような操舵を行う。

以上の処理が５所定の制御周期をもってくり返し行われ
、それにより車両の走行が進むにしたがって、各制御周
期ごとに逐次認識された走行可能領域内に設定されてい
く目標経路ＯＣに対して、それに追従する車両の走行制
御が継続的に行われていく。

本発明は、このような自動走行装置において、特に、Ｘ
、　−Ｙ座標上におけるドラ１−点列による不連続な目
標経路ＯＣを連続した曲線に変換する手段をとり、その
曲線を用いて目標経路ＯＣＪ二に目標点Ｏを設定するよ
うにしている。

その手段としては、具体的に、制御部５において、目標
経路ｏＣの１くツ１−データにもとづいて、その点列を
最小２乗法によって近似した曲線の関数を求めるように
する。

５ ６ 目標経路ＯＣの１くツ１へ点列を曲線によって近似する
場合、その他、フーリエ展開法あるいはラグランジェ、
スプライン等による補間法などの一般的な方法が広く採
用されることはいうまでもない。

以下、目標経路○Ｃのドット点列を最小２乗法によって
近似した曲線の関数を求める場合について、詳述する。

いま、第８図に示すように、Ｘ−Ｙ座標上におけるドツ
ト点列による目標経路○Ｃを最小２乗法によって近似し
た曲線の関数ｆ＝ｙ（ｘ、）の一般式が、次式によって
与えられる。

ｙ　（ｘ　）＝　ａ、、　ｘ″十ａ−、ｘ″−’＋　−
＋　ａｌＸ　＋　ａｏ”’　（１０）ここで、目標経路
ＯＣの各ドツトデータ（Ｘｌ。

ｆ＋　）　、（Ｘ２　、ｆ２）　、・−２（ｘｗ、ｆｙ
Ｌ）に対して、まず、下記の補助行列Ｃを作成する。

そして、係数行列Ａ＝Ｃｔ−Ｃを求める。ここで、Ｃｔ
はＣの転置行列である。

次に、定数ベクＩ−ルｂ＝ｃ　　・［を求める。

・　（］３） 最終的に、ｍ＋１元連立−次方程式Ａ−ａ　＝　１）を
得て、その方程式から（１０）式に示す関数ｙ　（ｘ）
の係数計　（Ｊ　”Ｏ＋　］　ｒ　２＋・・・＋ｎ）を
求める。

このようにして求められた関数ｙ（ｘ）を用いて、目標
経路ＯＣ上の目標点○が以下のようにして設定される。

例えば、第９図に示すように、車速Ｖに予測時間ｔ、を
乗することによって得られる距離りの値をｘおとしたと
き、そのＸΩの値を関数ｙ（ｘ）に代入することによっ
て得られる値ｙρにより、連続した曲線によって近似さ
れた目標経路ＯＣ′上における目標点Ｏの位置が特定さ
れることになる。

しかして、本発明によれば、不連続なドツト点列による
目標経路○Ｃをもって目標点Ｏを直接設定することなく
、その目標経路ＯＣを連続した曲線であられした関数ｙ
（ｘ）をもって目標点Ｏを設定するようにしているので
、目標経路ＯＣに対して目標点○を常に位置精度良く設
定することができるようになる。

羞果 以上、本発明による自動走行装置にあっては、車両に取
り付けられた撮像装置により車両の進行方向の領域を撮
像し、その撮像画像をサンプリングすることによって得
られる画像のドツト単位によるデータにもとづいて、現
在の車両の進行方向をＸ軸方向としたときのＸ−Ｙ座標
上における車両の走行可能領域を認識し、その認識され
た走行可能領域内にドラ１−点列による目標経路を設定
したうえで、Ｘ軸方向における所定の距離にしたがう車
両の先方の目標経路上の位置に目標点を設定して、その
目標点に車両を合流させる舵角の制御を行わせるように
したものにおいて、特に、ドラ］・点列による不連続な
目標経路を連続した曲線に変換する手段をとり、その曲
線を用いて前記目標点を設定するようにしたもので、目
標経路」二に位置精度良く目標点を設定することができ
、目標経路に対する車両走行の追従性を向上させて、車
両走行を安定して行わせることができるという優れた利
点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動走行装置の一実施例を示すブ
ロック構成図、第２図はビデオカメラによって撮像され
た画像のデータ処理を行うことによって得られた道路の
線分を示す図、第３図は第２図の画像を射影変換するこ
とによって得られた画像を示す図、第４図は認識された
道路エツジ間１９ ０ の走行可能領域に設定された目標経路の一例を示す図、
第５図（ａ）、（ｂ）は車両の低速時および高速時に道
路」二に設定される目標経路をそれぞれ示す図、第６図
は目標経路と車両の予測経路との関係を示す図、第７図
は車両の舵角とその回転半径との関係を示す図、第８図
はドツト点列による目標経路の各ドツト位置を示す図、
第９図は曲線であられされた目標経路上に目標点が設定
された状態を示す図、第１０図はＸ−Ｙ座標上の線分を
示す図、第１１図は第１０図の線分を１１　ｏ　ｕ（＜
　ｈ変換したときのρ−０座標上の点を示す図である。 １・・・撮像部　２・・・画像処理部　３・・走行可能
領域認識部　４・・・目標経路設定部　５・・・制御部
　６・・車速センサ　７・・・ヨーレートセンサ　８・
・・舵角センサ　９・・ステアリング制御部　１０・・
・ステアリング駆動部　１１・・・車両　ＲＡ・・・走
行可能領域ＯＣ・・・ドツト点列による目標経路　○Ｃ
′・・曲線であられされた目標経路　Ｐ・・・車両の位
ＷｌＯ目標点 Ω 第 ６ 図 × 特開平３ ２６８１０８　（８） 第 図 × ］ ２ 手 続 ｉｆｔ 正 書 平成２年５月１７日 事件の表示 平成２年特許願第６９００４号 発明の名称 自動走行装置 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 東京都港区南青山２丁目１番１号 （５３２）本田技研工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　車両に取り付けられた撮像装置により車両の進行方向
   の領域を撮像し、その撮像画像をサンプリングすること
   によって得られる画像のデータにもとづいて、現在の車
   両の進行方向をＸ軸方向としたときのＸ−Ｙ座標上にお
   ける車両の走行可能領域を認識し、その認識された走行
   可能領域内にドット点列による目標経路を設定したうえ
   で、Ｘ軸方向における所定の距離にしたがう車両の先方
   の目標経路上の位置に目標点を設定して、その目標点に
   車両を合流させる舵角の制御を行わせるようにしたもの
   において、ドット点列による不連続な目標経路を連続し
   た曲線に変換する手段をとり、その曲線を用いて前記目
   標点を設定するようにしたことを特徴とする自動走行装
   置。