JPS63314622A - 自律走行車両制御装置 - 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】 「発明の目的」 （産業上の利用分野） 本発明は、自律的に走行する自律走行車両の制御装冒に
関し、特に走行路上に存在する障害物を自動的に回避し
て走行する自律走行車両制御装置に関するものである。

（従来の技術） 近年、無人で自動的に走行する無人走行車が種々提案さ
れている。

このような従来の無人走行車では、予め設定した走行路
に誘導用ケーブル等の誘導手段を配設しておき、この誘
導手段に従って、無人走行車を誘導するようにしていた
。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、誘導線路上に障害物が存在する場合には
、このような障害物を回避するための制御ブＯグラムは
通常組み込まれていないため、この障害物を回避するこ
とができず、そのため障害物の回避手段の設定等の改良
の余地が残されていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、走行路
上に存在する障害物を自律的に回避して走行づる自律走
行車両１１１１ｍｌ装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点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が提供する自律走行車
両制御装置は、第１図に示すように車両に搭載された当
該車両の走行路及び走行路上の障害物を撮像する撮像手
段１と、この撮像手段で搬像じたＭ像画像を二次元平面
画像に変換する画像処理手段３と、前記走行路の走行に
従って得られた撮像画像に基づく複数の前記二次元平面
画像に当該車両の走行に係る補正を施し、さらに順次画
像合成を行なう画像合成手段５と、前記画像合成された
二次元平面画像に基づいて前記障害物に対する回避経路
を探索する回避経路探索手段７とを設けたことを特徴と
する。

（作用） 本発明は、走行路を走行するに応じて変化する搬像画像
に基づく二次元平面画像に車両の走行によって変化する
例えば位置に係る補正を施し、さらに順次合成すること
により、死角領域を減少せしめ、この死角領域を減少し
た合成画像に基づい又走行路上の障害物を回避判断する
ようにしたものである。

（実施例） 第２図は本発明の一実施例に係る自律走行車両制御装置
の全体構成を示すブロック図である。同図に示す自律走
行車両制御装置は、カメラやセンサ等で検知した進行方
向の道路状況を適宜判断しながら例えば設定された目的
地に向かって車両を無人で自律的に走行させるための制
御を行なう装置であって、車両の進行方向の画像を撮画
して画像処理する画像情報処理部１００と、超音波セン
サ、レーザレーダ等により車両の進行方向や側方等の物
体、例えば先行車、ガードレール、障害物等を検知する
とともに、車輪速等も検知し処理する検知処理部２００
と、車両を無人で走行させるための車両のステアリング
、アクセル、ブレーキ、ウィンカ等を作動させるアクチ
ュエータを有し、これらを制御するアクチュエータ１ｌ
ＮＩ部３００と、目的地までの地図情報を記憶している
地図情報記憶部４００と、各部からの情報により車両を
目的地に向けて障害物等に衝突しないように走行させる
べく前記アクチュエータυ１１１１部３００等を制御す
る走行１．ＩＩ御郡部５００、該走行制御部５００に対
して目的地に関する情報を入力するととものに、前記画
像情報処理部１００からの画像やその他の情報を表示す
るマンマシンインタフェース部６００と、非常ブレーキ
をかけたり、最高速度を制限する等の機能を有する付帯
制御部７００と、例えば飛行機のフライトレコーダ等の
ように衝突時や非常ブレーキ等の場合の車両の各部の状
況を記録するデータ収録部８００とから構成されている
。

前記画像情報処理部１００は、２台からなる１組のカメ
ラ１０１．１０３を有する。このカメラ１０１．１０３
は車両の前部の例えば左右両端あるいは中央部上下方向
に設もプられ、これにより車両の進行方向のステレオ実
画像を撮像する。このカメラ１０１．１０３で撮像され
た実画像は画像処理用コンピュータ１０５に供給されて
画像処理を施され、これにより視差を求めて障害物の有
無を判断したり、障害物までの距離および方向を計測す
るために使用されたり、また実画像はこの画像処理用コ
ンピュータ１０５により平面画像に変換される。画像処
理用コンビ１−夕１０５はこの平面画像から例えば道路
上に描かれている一対の車両案内線である白線または路
側帯、センタライン等を検出して、その位置を計測する
。

また、更に詳しくは、道路上の白線等を検出することに
より、道路と車両との相対関係、すなわち車両から左側
の白線までの距離ＸＬ、右側の白線までの距離ＸＲ，車
両の進行方向と道路のなす角度θ等を算出し、これらの
値により道路のカーブの方向や曲率α等を求める。また
、交差点の手前においては白線の切れ方等を計測するこ
とにより交差点までの距離Ｙを求める。

このように画ｍ処理用コンピュータ１０５で求められた
距１１ＸＬ　ＳＸＲ、角度θ、等は、ローカル自重位置
推定部１０７に供給され、これにより道路と車両との位
置関係、すなわちローカル自車位置を推定できるのであ
る。なお、ローカル自車位置とは、このように画像処即
用コンピュータ１０５における画像処理によって局部的
に細く求めた自重位置を称するものとする。また、この
ローカル自重位置に対して後述するようにおおまかに求
めた自車位置をグローバル自車位置と称する。

検知処理部２００は、超音波センサ、レーザレーダ等を
使用し、車両の進行方向や側方等の物体、例えば先行車
、ガードレール、障害物等を検知するとともに、車輪速
等も検知するものであるが、これは例えば前記画像情報
処理部１００による画像情報がない場合にもある程度の
走行を可能にし、これによりフェイルセーフ的役割も果
そうとするものである。

検知処理部２００は、例えば車両の側方、前後左右の４
ケ所にそれぞれ設けている４つの超音波センサ２０１．
２０３．２０５．２０７を有し、これらの超音波センサ
の出力はフェイルセーフローカル自重位置検出部２１５
に供給され、これらのセンサによって車両と道路のガー
ドレールとの間隔距離を測定し、これにより前記画像情
報処理部１００で求めたと同様なパラメータ、すなわち
距離ＸＬ１ＸＲ，角度θ等を計測することができる。

また、検知処理部２００は車両前部に設けられ、車両の
前方等に存在する障害物等を検出するレーザレーダ２０
９および前方超音波センサ２１０を有し、これらの出力
はフェイルセーフ障害物判断部２１７に供給されている
。これらのレーザレーダ２０９および前方超音波センサ
２１０は障害物までの距離も篩出し、前記画像情報処理
部１００のカメラ１０１．１０３で認識できない場合に
も、このレーザレーダ２０９が障害物を検出した場合に
は車両の走行を一時的に停止または減速するようになっ
ている。

更に、検知処理部２００は後輪の左右に設けられている
一対の車輪速センサ２１１．２１３を有し、これらのセ
ンサの出力は車輪速データ処理部２１８に供給され、更
にこの車輪速データ処理部２１８からグローパル車両位
置推定部２１９に供給されている。この車輪速センサ２
１１．２１３は中輪の回転を検出し、この回転に同期し
て車輪の１回転毎に数千個（具体的には、１０００〜４
０００）のパルスを左右の車輪毎に発生する。従って、
この左右の車輪毎に発生する両パルスの数の差を取れば
、走行距離の差となり、この差から車両がカーブして走
行しているか否かを判断することができる。また、左右
の車輪の走行距離はそのまま車両の走行距離となる。従
って、これらの情報を時々刻々計算することにより車両
の変位を求めることができる。具体的には、ある時点の
車両の姿勢、すなわち位置を基準とした相対的な車両の
位置情報、すなわち相対的なＸ、Ｙ座標における位置お
よびθ等の情報を求めることができ、これにより走行前
の車両の位置が既知であるならば、車輪速処理を逐次性
なうことにより走行中の車両の現在位置を常に検出する
とができる。但し、誤差は累積されるので、走行距離が
長くなると、計測誤差が大きくなる。このように求めら
れるおおよその車両の位置がグローバル車両位置である
。

アクチュエータ制御部３００は、車両を無人で走行させ
るために必要な種々のアクチュエータ、すなわちステア
リングを操舵する操舵アクチュエータ３０１、アクセル
に対応するスロットルアクチュエータ３０３、ブレーキ
アクチュエータ３０５、ウィンカ駆動部３０７を有し、
これらの各アクチュエータをアクチュエータ制御部３０
９が走行ＩＪ１１１部５００からの制御情報に基づいて
１ＩＩＪｔｌｌするようになっている。なお、車両がＡ
Ｔ車で前進走行のみである場合には、上述したアクチュ
エータのみでよいが、ＭＴ車や後進の制御を行なう場合
には、クラッチやシフトレバ−等の操作用アクチュエー
タ等も必要となる。アクチュエータ制御部３００は走行
操舵統御部５０５からの加減速指令または目標車速指令
を受け、アクセルやブレーキ等を制御する。操舵制御は
同様に右または左への回転指令または目標操舵角指令を
受けて作動する。

地図情報記憶部４００は、目的地に関する地図情報、目
的地までの地図情報、例えば目的地までの道路に存在す
る交差点位置、交差点間距離等の地図情報を記憶してい
る地図データ記憶部４０１および該地図データ記憶部４
０１に対して走行制御部５００からのアクセスを制御す
る地図情報アクセス制御部４０３から構成されている。

走行制御部５００は、前記画像情報処理部１００および
検知処理部２００で検出した進行方向の道路情報を適宜
判断するとともに地図情報記憶部４００からの地図情報
を参照しながら、マンマシンインタフェース部６００か
ら入力される目的地に向けて車両を走行させるべく前記
アクチュエータ制御部３００を駆動制御するものであ。

そして、前記画像情報処理部１００の画像処理用コンピ
ュータ１０５から障害物データを供給され、この障害物
データに基づいて障害物の回避方向を決定する障害物回
避方向決定部５０１と、地図情報記憶部４００からの地
図情報、検知処理部２００のグローバル自重位置推定部
２１９からのグローバル自車位置情報、画像情報処理部
１００のローカル自車位置推定部１０７からの補正デー
タ、マンマシンインタフェース部６００からの目的地情
報等の情報を供給され、これらの情報により目的地まで
の経路等を含む大局的な走行戦略情報を立案し、この情
報に従って直進、右左折、減速、加速、停止等の走行動
作に関する情報、交差点までの距離情報等の制御情報を
出力するプランナである走行指令部５０３と、この走行
指令部５０３からの制御情報、画像情報処理部１００の
【コーカル自重位置推定部１０７からの道路端からの距
離、角度等を含むＵ−カル自車位置情報、障害物回避り
向決定部５０１からの障害物回避方向情報、検知処理部
２００の車輪速データ処理部２１８からの車両の変位を
含む車両姿勢（位置）情報、検知処理部２００の７工−
ルセーフローカル自重位置検出部２１５からの通路端か
らの距離、角度等を含むローカル自車位置情報、フェイ
ルセーフ障古物判断部２１７からの障害物までの距離情
報、付帯制御部７００からの情報等を供給され、これら
の情報に基づいてアクチュエータ１ｉＩＱ　Ｉ１１部３
００の制御に必要な各種ｉ、ｌＪ　ｍｌ信号、例えば目
標車速、目標操舵角情報等の情報をアクチュエータ制御
部３００に供給し、これにより操舵制御等を行なう走行
操舵制御部５０５とを有する。

更に具体的には、走行指令部５０３はマンマシンインタ
フェース部６００から目的地情報が入力されると、地図
情報記憶部４００をアクセスしながら、目的地までの経
路を探索し、最短経路を決定する。そして、この決定し
た最短経路の情報と車輪速センサ２１１．２１３で検出
された情報に基づいて算出されたグローバル自重位置情
報とを比較しながら走行制御情報を作成する。例えば、
交差点に近付いたときには、およその減速指令を出力し
たり、「あ、と何メートルで左折する」というような情
報を走行操舵制御部５０５に出力する。

また、走行操舵制御部５０５におけるアクチュエータに
対する制御はＦｕｚｚｙｔＪｌｌｌｌ等の知能制御によ
り行なわれる。すなわち、［ｉｆ・・・ｔｈｅｎ・・・
」の形式で記述されたプロダクションルールに従って制
御される。また、障害物の回避は画像情報処理部１００
による障害物までの距離と方向とに基づいてどの方向に
進めばよいかを決定する。

マンマシンインタフェース部６００は、目的地情報等を
入力するキーボード６０１と、目的地までの地図を表示
したり、その他種々の情報、例えば交差点までの情報等
を表示するＣＲＴディスプレイ６０３とを有する。なお
、キーボード６０１　　。

は代りとしてディジタイザ等でもよい。また、マンマシ
ンインタフェース部６００はマンマシンインタフェース
として音声認識や合成装置等を有してもよい。

付帯制御部７００は、非常ブレーキアクチュエータ７０
１を有し、この非常ブレーキアクチュエータ７０１は通
常走行用のブレーキアクチュエータ３０５とパラレルに
作動し、安全性を向上している。この非常ブレーキアク
チュエータ７０１はアンテナ７０５で受信した外部非常
ブレーキ信号を受信機７０７および制御部７０３を介し
て供給されたり、または車両内部に設けられている非常
ブレーキスイッチ７０９からの作動信号を制御部７０３
を介して供給されると走行制御部５００の制御に関係な
く作動し、車両を停止させる。また、付帯制御部７００
は最高車速リミッタ７１１、この最高車速リミッタ７１
１に対して最高車速を設定するための速度設定部７１３
およびＲ′Ｂ車速車速リッツタフ１１両の実際の車速情
報を供給する車速センサ７１４を有し、速度設定部７１
３で設定された最高車速で走行し得るようになっている
。

この最高車速リミッタ７１１は車両の乗員がゆっくりと
走りたい場合に、その最高車速を設定するためのもので
あり、この設定された最高車速情報は走行操舵制御部５
０５に供給され、走行操舵制御部５０５でこの速度を越
えないように制御される。なお、最高車速は走行指令部
５０３によって通路毎に設定することも可能である。ま
た、万一、設定された最高車速を越える車速で出た場合
には、車速センサ７１４が感知し、これにより走行制御
部５００の異常を判断し、非常ブレーキアクチュエータ
７０１を制御して非常ブレーキを作動させるようになっ
ている。

データ収録部８００は、フライトレコーダ等のように衝
突時、非常ブレーキ作動時笠に車両の各部の状況を記憶
づるためのメモリ等からなるデータ収録部８０１および
Ｇセンサ８０３を有する。

このデータ収録部８０１に記録されたデータに基づいて
後で原因等を解明するために使用づるものである。

次に本発明の詳細な説明する。

第３図はｔｌと時刻ｔ２の車両の位置に応じて異なるカ
メラの視野角度を示した説明図、第４図は時刻ｔ１にお
ける視野情報に基づく二次元平面画像を示した説明図、
第５図は時刻ｔ２における視野情報に基づく二次元平面
画像を示した説明図、第６図は第４図及び対５図の各二
次元平面画像を合成した場合を示した説明図である。

第３図に示すように、走行路上に障害物Ｂが存在する場
合には、この障害物Ｂによる死角領域が車両の位置に応
じて異なる。車両に設置したカメラ１０１の時刻ｔ１に
おけるカメラ位置１０１ｔ１では、領域１１からの視野
情報を撮らえることができるが、領域１５の視野情報は
障害物Ｂの死角になるため撮えることができない。車両
の走行により、カメラ１０１も移動し、時刻ｔ２におい
てカメラ位置１０１ｔ２に位置する場合は、領域１３か
らの視野情報を撮らえることができる。

従って、第４図に示すような時刻（１における視野情報
に基づく二次元平面画像（原点を〈Ｘｌ。

Ｙｉ　）とする）と、第５図に示すような時刻ｔ２にお
ける視野情報に基づく二次元平面画像（原点を（Ｘ２　
、　Ｙ２　）とする）とを合成することにより、第６図
に示すような領域１５からの視野情報をも含む合成画像
（原点を（０，０）とする）が得られる。このとぎ車両
の前進（Ｖｏ）によって拡大して得られた撮像画像は位
置スケールを合わせる際にこの拡大した撮像画像のメモ
リ上にアドレス変換することによって補正され、以下に
示すアルゴリズムによって行なわれる。

次に画像を合成する場合のアルゴリズムを説明する。

時刻Ｔｉ−１における座標を（Ｘｉ　−＋　、Ｙ！−１
）とすると、時刻Ｔｉにおける座標（Ｘｉ　。

Ｙｉ）は次のように求められる。

Ｘ！　＝ＶＸ　Ｘ　（Ｔ！　−Ｔｆ　　＋　）　＋Ｘｉ
　−ＩＹｉ　　−Ｖｙ　　ｘ　　（Ｔ　ｉ　　−７ｉ　
　−言　　）＋Ｙｉ　　−言但し、ＶＸ：Ｘ軸方向への
移動速度 Ｖｙ：Ｙ軸方向への移動速度 上記座標（Ｘｉ　、　Ｙｉ　）を合成画像の原点（０゜
０）とするような座標変換を行なうと、座標変換する前
の座標（Ｘｉ　、　Ｙｉ　）は次のような式によって示
される。

Ｘ　（ｘｉ）　＝Ｘｉ　十ｘｉ Ｙ　（Ｖｉ）　−Ｙｉ　＋ｙｉ 次に前述した合成画像について障害物を回避するアルゴ
リズムについて説明する。

第７図は本発明に係る障害物を回避するアルゴリズムの
７０−チャート、第８図は走行路５１を走行するに際し
て車両幅ＷＯの両側に余裕幅ｄｓを設定する場合を示し
た説明図、第９図は重両姿勢の異なる複数のデータ画像
を示した説明図、第１０図は障害物回避のための第１の
パターンマッチングを示した説明図、第１１図は第２の
パターンマツチングを示した説明図である。

第７図において、ステップ３１では走行路上に障害物が
存在するか否かを判定しており、第８図に示すように、
車両幅ＷＯの両側に余裕幅ｄｓを考慮した領域、即ち走
行するに必要な領域内に障害物が存在しない場合は、ス
テップ３２へ進み、通常の走行を維持する。第１０図（
イ）に示すように、走行路上に障害物Ｂが存在する場合
は、ステップ３３へ進み、障害物Ｂの角点Ｂし１＊　Ｂ
１０　＃ＢＬ３とガードレール５５までの距離を演算し
、この演算結果に基づいて、障害物Ｂの右側を通過ずる
か若しくは左側を通過するかを決定する。例えば、障害
物Ｂのｔｉ側を通過する旨を決定すると、ステップ３４
．３５へ進み、第１のパターンマツチングを実行する。

即ち、第９図に示した複数のデータ画像の中から障害物
Ｂの左側を回避するに適したデータ画像７１を選択し、
この選択したデータ画像を第１０図（イ）に示す二次元
平面画像に重ね合わせる。このようなパターンマツチン
グに際しては、第１０図（ロ）に示すように、データ画
像７１の原点０を障害物Ｂの最短距離にある角点ＢＬ１
にあわせる。

次に搬像画像上で障害物を「１」、それ以外の部分を「
０」、データ画像７１上で車両幅Ｗｏの両側に余裕幅ｄ
ｓを考慮した領域（以下、車両パターンという）７３を
「１」、それ以外の部分を「０」に設定して、この画像
合成時に画素毎にＡＮＤをとる。

このとき障害物と上記車両パターン７３が重なる領域に
おいては「１」、それ以外のところでは「０」になる。

すなわちこのデータ画像７１内において「１」の領域が
存在するときには通行が不可であることが想定され、「
１」の領域が存在しないときには障害物Ｂを回避できる
ことが判別される。

このようにして第１０図（０）に示すように、データ画
像７１に設定した車両パターン７３の領域内に障害物が
存在しない場合は、回避可能性がある旨を判別し、目標
点Ｐ　（Ｘ、Ｙ、θ）に向けて操舵制ｔＩｌする旨を指
令する。ここに進行方向角θはＹ軸方向に対する変位を
示す。

ここで、データ画像７１における座標系で示した目標点
Ｐ　（Ｘ、Ｙ、θ）は、合成画像上の座標に変換する必
要が生じる。障害物Ｂの角点ＢＬ＋の座標を（Ｘｒ−ｔ
　、　ＹＬＩ　）とすると、目標点Ｐの合成画機上の座
標（ＬＪｚ　、　Ｕｙ　、　Ｕθ）は次のように示され
る。

Ｌｌｘ−Ｘシｌ　　＋ＸＲｔ ｔＪｙ　＝ＹＬ　Ｉ　＋ＹＲ＋ Ｕθ；θＲ１ 但し、ＸＲ＋・・・Ｘ軸上における点Ｐと角点ＢＬ１の
距離 ＹＲＩ・・・Ｙ軸上における点Ｐと角点ＢＬ１の距離 このように第１のパターンマツチングにより回避可能で
ある旨を判別すると、ステップ３６，３７へ進み、更に
第２のパターンマツチングを実行する。この第２のパタ
ーンマツチングは障害物Ｂの角点ＢＬ２を回避できるか
否かを判別するものであり、第１１図に示すように、第
９図に示した複数のデータ画像の中から障害物Ｂの角点
ＢＬ２を回避するのに適したデータ画像、例えば進行方
向角度θの値が障害物Ｂの角点ＢＬ２を回避するに適し
た値の車両姿勢のデータ画像を選択する。

前述したと同様に、角点ＢＬ２　　（ＸＬ２　、ＹＬ２
　）に対して、データ画像７１の原点０を重ね合わせる
。第１１図に示すように、車両パターン７３の領域内に
障害物が存在しない場合は、角点ＢＬ２の回避可能性が
ある旨を判別し、車両パターン７３内に示した目標点Ｐ
に向けて走行する旨の操舵制御を指令する。

ここに、目標点Ｐの合成画像上の座１ｆＡ　（Ｗｘ　。

ｗｙ　、ｗθ）は前述と同様、次のように示される。

Ｗｘ−ＸＬ２　＋ＸＲ２ Ｗｙ　＝Ｙ　Ｌ　２　＋　ＹＲ２ Ｗロ　＝θＲ２ 但し、ＸＲ２・・・Ｘ軸上における点Ｐと角点ＢＬ２の
距離 ＹＲ２・・・Ｙ軸上における点Ｐと角点ＢＬ２の距離 このように、障害物の角点毎にパターンマツチングを実
施して回避可能性を判断することにより、正確な回避判
断を実行することができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、走行路を走行
覆るに応じて変化する視野情報に基づく二次元平面画像
を順次合成することにより、障害物のかげ、即ら死角を
減少させることができる。

また、このような死角領域を減少せしめた合成画像に基
づいて障害物の回避判断を実行することにより、高精度
な回避判断を実行することができ、信頼性が向上すると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は本発明が適用される
自律走行車両の全体構成を示したブロック図、第３図は
時刻ｔ１と時刻ｔ２におけるカメラの視野角度を示した
説明図、第４図は時刻ｔ１における二次元平面画像を示
した説明図、第５図は時刻ｔ２における二次元平面画像
を示した説明図、第６図は第４図及び第５図の各画像を
合成した場合を示した説明図、第７図は障害物回避判断
に用いるアルゴリズムのフローチャート、第８図は走行
路の設定を示した説明図、第９図は車両姿勢の異なる複
数のデータ画像を示した説明図、　　−第１０図は障害
物回避のための第１のパターンマツチングを示した説明
図、第１１図は第２のパターンマツチングを示した背説
明図である。 １・・・画像変換手段 ２・・・画像合成手段 ５・・・回避判断手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 車両に搭載された当該車両の走行路及び走行路上の障害
   物を撮像する撮像手段と、 この撮像手段で撮像した撮像画像を二次元平面画像に変
   換する画像処理手段と、 前記走行路の走行に従つて得られた撮像画像に基づく複
   数の前記二次元平面画像に当該車両の走行に係る補正を
   施し、さらに順次画像合成を行なう画像合成手段と、 前記画像合成された二次元平面画像に基づいて前記障害
   物に対する回避経路を探索する回避経路探索手段と を設けたことを特徴とする自律走行車両制御装置。