JPH04273301A - 車両用自動運転装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用自動運転装置、特
に路上に敷設された白線と車両との相対変位を検出し、
この検出相対変位に基づいて車両の操舵を制御する車両
用自動運転装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、運転者の負担を軽減すること
を目的として、各種の自動運転装置が開発されている。 この中で、ハンドル操作も自動的に行う自動運転が研究
されており、通常の自動車においても自動運転ができる
ような機構を搭載することが検討されている。

【０００３】このような自動運転を行うためには車両の
走路に対する位置を常時把握し、車両が走路に沿って走
行するように制御しなければならず、このため、走路に
沿って敷設されている白線を車載テレビカメラによって
撮影し、この白線と車両との相対的位置関係に基づき車
両の操舵を制御することが提案されている。

【０００４】すなわち、道路には通常センターラインや
車線を分離するライン等が敷設されており、自動運転の
ための位置検出を白線に基づいて行えば道路側の設備を
非常に簡単なものとできるのである。

【０００５】例えば、特開昭６０−３７０１１号公報に
は、路上に敷設されている所定距離前方の白線をテレビ
カメラ等によって撮影し、この検出した白線位置に基づ
いて操舵制御を行う装置が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
いては、車両に搭載されたテレビカメラ等により所定距
離前方の白線を撮影し、検出した白線と車両との相対変
位量に基づき車両の操舵を制御するものであるが、車載
テレビカメラにより検出される白線は車両から所定距離
離れた位置の白線であり、従って、例えば車両が平坦路
ではなく登坂路を走行する場合には平坦路を走行する場
合と検出距離が異なってくる。

【０００７】操舵制御系は所定距離における白線と車両
との相対変位量に基づき操舵制御を行うので、このよう
に白線の検出距離が異なると、正確な操舵制御を行うこ
とが出来ず、白線に沿って自動運転できない問題があっ
た。

【０００８】そこで、本願出願人は先に白線までの距離
を検出し、相対変位量及び白線までの距離に基づき操舵
量を算出する自動運転装置を提案した。

【０００９】しかし、操舵制御の目的は車両の白線に対
する相対変位を解消するだけでなく、車両の進行方向を
白線の敷設方向と一致させることにあり、このように相
対変位量のみを解消する制御では実際の走行に合致した
滑らかな制御を行うことができない問題があった。

【００１０】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、白線に沿った滑らかかつ正確な
操舵制御を行うことが可能な車両用自動運転装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の車両用自動運転装置は、白線を撮影して車
両と白線との相対変位量を検出するＣＣＤセンサと、Ｃ
ＣＤセンサにて検出された相対変位量の時間変化量を算
出する演算手段と、相対変位量及び相対変位量の時間変
化量に基づき車両の操舵量を算出する制御手段とを有す
ることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明の車両用自動運転装置はこのような構成
を有しており、ＣＣＤセンサにて車両と白線との相対変
位量を検出すると共に、演算手段にてこの相対変位量に
時間変化量を算出する。この相対変位量の時間変化量は
車両が白線に対してどちらの方向に向いているかを示す
ものであり、車両のヨー角を間接的に示す物理量となる
。

【００１３】従って、相対変位量だけでなく、この相対
変位量の時間変化量に基づき車両の操舵量を決定するこ
とにより白線との相対変位量を解消するとともに白線の
敷設方向と車両の進行方向を一致させることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る車両用
自動運転装置の好適な実施例を説明する。

【００１５】図１は本実施例の構成を示すブロック図で
あり、２個のＣＣＤカメラ１０、１１は車両の所定位置
に搭載され、車両の前方方向を撮影する。このＣＣＤカ
メラ１０、１１は水平方向に並設されており、各々複数
のＣＣＤ（固体撮像素子）を有し車両の前方走路をライ
ン状に撮影して画像信号を出力する。そして、このＣＣ
Ｄカメラ１０、１１から出力された画像信号はＡ／Ｄ変
換器１２によってデジタルデータに変換された後、演算
処理回路１４に供給される。

【００１６】ここで、ＣＣＤカメラ１０、１１の概略構
成図が図２に示されており、センサケース１１０の前面
には集光レンズ１１２が設けられている。そして、集光
レンズ１１２に入射する光Ｌは１次元ＣＣＤ１１４に集
光され、入射光の輝度に応じた電気信号に変換される。 なお、この集光レンズ１１２とＣＣＤ１１４との間に配
置された赤外線フィルタ１１６はＣＣＤ１１４における
温度に起因する誤差を排除するためのものであり、また
絞り１１８はＣＣＤ１１４に入射する光を所定範囲内に
限定するために設けられている。

【００１７】そして、ＣＣＤカメラ１０、１１における
ＣＣＤ１１４は前述したように複数個配置されており、
このＣＣＤカメラ１０、１１によって前方走路を撮影し
た場合には、図３の破線で示すようなライン状のエリア
１２０が検出されることとなる。なお、図３において走
路に敷設された白線は、それぞれ符号１２２，１２４が
付されている。

【００１８】演算処理回路１４はＣＣＤカメラ１０、１
１から供給された画像信号を処理して白線１２２，１２
４を検出するが、このためにまず入力されたデジタルデ
ータを所定のしきい値と比較し、入力画像信号がしきい
値より大きい時にＨ、小さい時にＬと判定してＣＣＤビ
ット毎の二値化データを得る。

【００１９】そして、この二値化データからＬ→Ｈ、Ｈ
→ＬとなるＣＣＤビットの番地を求めることにより、白
線の位置を検出することができる。

【００２０】白線位置が検出された後、演算処理回路１
４は次に車両の所定基準線（本実施例においては車両前
後方向に平向な中心線）と検出された白線との横変位量
を算出する。ここで、横変位量は図４に示されるように
、車両位置からＣＣＤカメラ１０、１１の前方注視距離
Ｌにおける検出ラインと検出された白線との交点ｂ及び
検出ラインと車両の前後中心線との交点ａの間の距離ｅ
で定義される。本実施例においては、ＣＣＤカメラ１０
、１１の前方注視距離Ｌを２０ｍに設定している。

【００２１】また、本実施例においては、車速センサ１
６が所定位置に設けられており、この車速センサ１６か
らの車速信号ＳＰＤを演算処理回路１４に供給する。

【００２２】さらに、自動運転スイッチ２０が車両の運
転席近傍に設けられており、このスイッチをＯＮとする
ことにより演算処理回路１４は入力した各検出信号に基
づき操舵アクチュエータ２２に制御信号を供給する構成
である。

【００２３】以下、この演算処置回路１４にて行われる
演算処理を説明する。図５にはＣＣＤカメラ１０、１１
内のＣＣＤ１１４の構成及び光量のプロファイルが示さ
れている。左右のＣＣＤカメラ１０、１１にて得られる
像をそれぞれ基準部及び参照部とすると、この基準部に
投射される基準像と参照部に投射される参照像との横ず
れは白線までの距離に依存することとなり、この左右像
の間隔を読み取ることによって白線までの距離を得るこ
とができる。

【００２４】すなわち、基準部のｉ番目の素子の出力を
Ｓｉ、参照部のｉ番目の素子の出力をＣｉとすると、左
右像のずれがちょうど基準部、参照部間隔に等しい場合
、 Ｓｉ−Ｃｉ＝０ となる。しかしながら、一般にはＣＣＤカメラ１０、１
１のピント外れに起因する横ずれが生じるので、必ずし
も０になるとは限らない。

【００２５】そこで、対応する素子の出力の差の絶対値
の和をとり、これをＡとして相関量の目安とする。

【００２６】 Ａ（ｍ）＝Σ｜（Ｓｉ＋ｋ）−Ｃ（ｊ＋ｋ＋ｎ）｜ここ
で、ｉは基準部の最初の素子の番号であり、ｊは参照部
の素子の最初の番号である。また、ｋは基準部、参照部
の最初の素子から数えてｋ番目の素子を表している。

【００２７】そして、基準部のデータ番号を固定し、参
照部のデータ番号をｍにより一つずつシフトさせこのシ
フト量ｍと相関量Ａ（ｍ）との関係を算出する。

【００２８】その定義から明らかなように、相関量Ａ（
ｎ）は左右像の不一致度の目安であり、従って、この相
関量Ａ（ｎ）が最小となるシフト量ｍが左右像の相関が
最も高い最適なシフト量であり、このシフト量、すなわ
ち左右像のずれ量が白線までの距離に依存することから
白線までの距離が算出されることとなる。

【００２９】一般に、左右像のずれ量をｎ、白線までの
距離をＲとした時、ほぼ Ｒ＝ｃ／ｎ なる関係となる。但し、ｃは集光レンズ１１２の焦点距
離やＣＣＤ１１４の素子長により定まる定数である。

【００３０】このように、演算処理回路１４はＣＣＤカ
メラ１０、１１の視差を利用して白線までの距離Ｒを算
出し、さらにこの白線までの距離Ｒに基づいて操舵制御
の制御ゲインを決定する。すなわち、図６に示されるよ
うに複数の予め設定された車速値及び複数の予め定めら
れた距離に対応する制御ゲイン値ＫＰ　及びＫｅ　をマ
ップとしてメモリ３０に格納しておき、演算処理回路１
４はこのメモリ３０にアクセスして検出された車速及び
距離に対応する制御ゲイン値を選択する。

【００３１】次に、演算処理回路１４は算出された相対
変位量ｅの時間的変化量ｄｅ／ｄｔを演算する。この時
間的変化量が負の大きな値である場合には相対変位量ｅ
は急激に小さくなっていることを意味し、従って車両の
中心線と白線の接線とのなす角度が大きく車両が白線方
向に向いていることを示している。また、時間的変化量
が正の大きな値である場合には相対変位量ｅは急激に大
きくなっていることを意味し、従って車両が白線とは逆
方向に向かっていることを示している。

【００３２】このように、相対変位量ｅの時間的変化量
ｄｅ／ｄｔを算出することにより、車両と白線とのなす
角度を間接的にモニタすることにより、相対変位量及び
車両の進行方向を所望の値に速やかに制御することが可
能となる。

【００３３】すなわち、算出された相対変位量ｅ、相対
変位量の時間的変化量ｄｅ／ｄｔ、及びメモリ３０から
読みだされた制御ゲインＫＰ　、Ｋｅ　を用いてθ＝Ｋ
Ｐ　・ｅ＋Ｋｅ　・ｄｅ／ｄｔ により前輪の操舵角θを算出する。但し、中立位置を０
とし、右操舵を＋、左操舵を−としている。ここで、右
辺第１項は車両中心線と白線との相対変位量を制御する
項であり、右辺第２項は車両と白線とのなす角度を制御
する項である。

【００３４】このように、本実施例においては、図７の
制御フローチャートに示されるように、白線を検出して
相対変位量を算出し（Ｓ１０１）、１ステップ前の相対
変位量との差分演算を行うことにより時間的変化量を算
出し（Ｓ１０２）、操舵角を演算して（Ｓ１０３）操舵
アクチュエータ２２に指示する（Ｓ１０４）ことにより
操舵制御するものであり、白線に沿った正確かつ滑らか
な制御を行うことができる。

【００３５】図８には本実施例の構成及び制御で所定の
白線に沿って自動操縦走行を行った場合のシミュレーシ
ョン結果を示したものである。想定カーブは９０Ｒ、ま
た車速は１００Ｋｍ／ｈ、制御時間は１００ｍｓとした
。図において、横軸はＸ軸方向の走行距離を示しており
、縦軸はＹ軸方向の走行距離を示している。また、この
Ｘ−Ｙマップ上には車両の走行コース及びこの時の操舵
角、相対変位量、車両ヨー角、ヨーレートが示されてい
る。なお、比較のため図９に白線との相対変位量のみを
制御した場合（θ＝Ｋ・ｅ）のシミュレーション結果を
示す。

【００３６】両図において、操舵角及びヨーレートの変
化に着目すると、相対変位量のみを制御した場合にはオ
ーバシュートを生じて逆に操舵して蛇行走行しているが
、相対変位量及びその時間的変化量を制御している場合
にはこのようなことは生じずスムーズに白線に沿って走
行していることがわかる。

【００３７】なお、本実施例において車速に応じて制御
ゲインを変化させているが、車速に応じて差分演算時間
を変化させて時間変化量を算出してもよい。

【００３８】また、本実施例のシミュレーション結果は
実際に車両と白線とのなす角を検出して制御を行う場合
とほとんど同じ結果を与えることを発明者は見いだして
おり、従って別個角度検出センサ等を設ける必要がなく
制御を行うことができる効果を有する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る車両
用自動運転装置によれば、相対変位量の時間的変化量を
も考慮して操舵制御することにより、白線に沿って正確
にかつ滑らかに自動運転を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両用自動運転装置の実施例の構成ブ
ロック図。

【図２】同実施例のＣＣＤカメラの構成図。

【図３】同実施例のＣＣＤカメラの視野説明図。

【図４】同実施例の前方変位量説明図。

【図５】同実施例のＣＣＤの検出出力説明図。

【図６】同実施例の制御ゲイン値マップ説明図。

【図７】同実施例の制御フローチャート図。

【図８】同実施例のシミュレーション結果説明図。

【図９】同実施例における比較例のシミュレーション結
果説明図。

【符号の説明】

１０，１１　　ＣＣＤカメラ １４　　演算処理回路 ２２　　操舵アクチュエータ １２２，１２４　　白線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】道路に敷設された白線を検出し、車両と検
   出白線との相対変位量に基づき車両の操舵を制御する車
   両用自動運転装置であって、白線を撮影し、車両と白線
   との相対変位量を検出するＣＣＤセンサと、前記ＣＣＤ
   センサにて検出された相対変位量の時間変化量を算出す
   る演算手段と、前記相対変位量及び相対変位量の時間変
   化量に基づき車両の操舵量を算出する制御手段と、を有
   することを特徴とする車両用自動運転装置。