(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路に表示されているレーンマーカーを検出するレーンマーカーディテクタ及び前記レーンマーカーディテクタの信号を利用して車両の横位置を計算するレーンマーカーＥＣＵからなる車線離脱検出手段と；前記車線離脱検出手段から情報の伝達を受けて車線を離脱したか否かを判断し、車線離脱の瞬間の車速とヘディング角とによって操向制御角と制御時間とを決定して、車線離脱防止の後に車両が車線中央に復帰するまで自律走行モードになるように制御信号を出力する車線離脱防止制御手段と；前記車線離脱制御手段から出力される制御信号に応じて制御される操向駆動手段とを含んで構成されることを特徴とする、自動車の車線離脱防止システム。
【請求項２】
レーンマーカーディテクタは、道路の車線上に配置されるマグネチックネールをセンシングするマグネチックセンサーからなることを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車線離脱防止システム。
【請求項３】
車線離脱防止制御手段は、車線離脱検出手段から情報の伝達を受ける通信部と；各種車両センサー、ステアトルクセンサーの情報や前記車線離脱検出手段から受信された車両の横位置などの入力値の処理を行う入力データ処理部と；前記入力データ処理部から伝達される情報から車両が車線を離脱したか否かを判定する車線離脱判定部と；前記車線離脱判定部から伝達される情報によってステアリング制御量を算出するファジーロジック制御部と；前記ファジーロジック制御部でステアリング制御量が決定されれば、操向のための操向角プロファイルを生成する操向角命令生成部と；前記車両の車線離脱防止の後に自律走行の経路を生成するフィードバック制御部と；前記操向角命令生成部とフィードバック制御部とから伝達される情報を出力する出力データ処理部と；を含むことを特徴とする、請求項１に記載の自動車の車線離脱防止システム。
【請求項４】
前記車線離脱防止制御手段は、初期化部とフェイルセイフ部とをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の自動車の車線離脱防止システム。
【請求項５】
車両の横位置に対する情報から車両が車線を離脱したと判断されれば、その離脱の瞬間の車速とヘディング角とによってファジーロジックで操向制御角と制御時間とを決定して、車線離脱を防止した後、車両が与えられた経路に沿って自律走行モードで車線の中央に復帰するように、車両の横位置を制御変数でフィードバック制御して操向角として出力し、その出力がＥＰＳシステムの操向アクチュエータを制御することによって車線離脱を防止することを特徴とする、自動車の車線離脱防止制御方法。
【請求項６】
制御が開始されると、ＥＣＵの変数や関数などを初期化する初期化段階と；前記初期化段階の後に、レーンマーカーＥＣＵの情報を確認し、この情報を入力データ処理部へ送信して処理する入力データ処理段階と；前記入力データ処理段階の後に、運転者が車両の現在の走行状態を認知して他の措置を取っているか否かを判読し、運転者の意志の有無を判断する運転者意志判断段階と；前記運転者意志判断段階で運転者の運転意志が全くないと判断されれば、現制御システムが故障したか否かを判断するフェイルセイフ判断段階と；前記フェイルセイフ判断段階で故障でないと判断されれば、入力データ処理部でアルゴリズムに合わせて変換された情報に基づいて車両が車線を離脱したか否かを判断する離脱判定段階と；前記離脱判定段階で車線を離脱したと判断されれば、離脱条件に合うステアリング制御量を算出し、これに適した操向角プロファイルを生成するファジー制御段階と；前記ファジー制御段階が完了すれば、車両を安全な車線中央に復帰させるための操向角を算出するフィードバック制御段階と；前記ファジー及びフィードバック制御段階で算出された出力データをＥＰＳシステムへ送信して操向制御が行われるようにする出力データ処理段階と；からなることを特徴とする、自動車の車線離脱防止制御方法。
【請求項７】
入力データ処理段階は、各種車両のセンサー及びステアトルクセンサーの情報、車両の横位置の情報を変換処理することを特徴とする、請求項６に記載の自動車の車線離脱制御方法。
【請求項８】
運転者意志判断段階における判断要素は、制御スイッチの作動状態、ブレーキペダルの操作の有無、ハンドルの操作の有無及びサービス地域であるか否かを含むことを特徴とする、請求項６に記載の自動車の車線離脱制御方法。
【請求項９】
フェイルセイフ判断段階における判断要素は、制御操向角が正常であるか否かと現在の車速が設定速度以上であるか否かとを含むことを特徴とする、請求項６に記載の自動車の車線離脱制御方法。
【請求項１０】
車線離脱判定段階では、車両の横位置とこれを微分した値であるヘディング角とによって車両の速度に応じた離脱予測値を計算し、この値を基準にして車両が車線を離脱したか否かを判断することを特徴とする、請求項６に記載の自動車の車線離脱制御方法。
【請求項１１】
離脱予測値は、ｏｆｆｓｅｔ＿ｆが車両の横位置、ｓｌｏｐｅ＿ｆがｏｆｆｓｅｔ＿ｆの微分値、Ｋｗが速度に対するゲインであるとすれば、離脱予測値（ｐ＿ｏｆｆｓｅｔ）＝ｏｆｆｓｅｔ＿ｆ＋Ｋｗ＊ｓｌｏｐｅ＿ｆで求められ、算出されたｐ＿ｏｆｆｓｅｔ値が設定された離脱位置値ＯＦＦ＿Ｌ（ｌｅｆｔ）またはＯＦＦ＿Ｒ（ｒｉｇｈｔ）より大きければ車線を離脱したと判定されることを特徴とする、請求項１０に記載の自動車の車線離脱防止制御方法。
【請求項１２】
ステアリング制御量は、離脱予測値（ｐ＿ｏｆｆｓｅｔ）が設定された離脱位置値（ＯＦＦ＿Ｌ）を外れる瞬間の車速とヘディング角（ｓｌｏｐｅ＿ｆ）との入力によって算出されることを特徴とする、請求項１１に記載の自動車の車線離脱制御方法。
【請求項１３】
ファジー制御段階の操向角プロファイルは三角波形形態であることを特徴とする、請求項６に記載の自動車の車線離脱制御方法。
【請求項１４】
フィードバック制御段階での操向角は、ＫｐがＰゲイン、ＫｄがＤゲイン、ｏｆｆｓｅｔ＿ｆが車両の横位置、ｓｌｏｐｅ＿ｆがヘディング角、ｐａｔｈが所望の経路であるとすれば、  Ｋｐ＊（ｏｆｆｓｅｔ＿ｆ−ｐａｔｈ）＋Ｋｄ＊ｓｌｏｐｅ＿ｆで求められることを特徴とする、請求項６に記載の自動車の車線離脱制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の車線離脱防止システム及びその制御方法に係り、より詳しくは、運転者の不注意及び眠気などによる走行車両の車線離脱を警告し、最終的に車線離脱を防止する車線離脱防止システム及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近は自動車に関する様々な技術の発展と共に安全で便利な車両のためのシステムが開発されており、実際に車両にも適用されて運転者の安全を図っている。
【０００３】
このような安全システムの中でも、運転者の長時間運転や眠気または携帯電話の使用などによる前方注視の怠慢によって発生し易い事故を未然に防止することができる車線離脱防止システムの開発が活発に進められている。
【０００４】
このような車線離脱防止システムは、主に走行中の車線及び車両の位置を測定し、車両が車線を離脱する場合に警告したり自動的に操向アクチュエータを駆動させて車両の走行方向を調節するシステムであって、走行道路を撮影する撮影部と、これによって撮影された走行道路の映像から車両の位置と進行方向を抽出する映像処理部と、現在の車両の位置データから車線離脱防止のための操向命令を生成する操向命令制御部と、操向命令によって駆動される操向アクチュエータとからなる。
【０００５】
しかし、従来の車線離脱防止システムは、一般にビジョン（ＣＣＤカメラ）を利用したシステムが主流であり、アクチュエータはステアリングコラムにモーターを装着するのが普通であり、また制御概念においても運転者を補助する程度である。
【０００６】
しかし、前記のような概念の従来の車線離脱防止システムは、映像エッジ（ｅｄｇｅ）に基づくアルゴリズムを利用して撮影された映像処理で車線を抽出するため、各種ノイズに対応するのが難しく、映像処理に時間が多くかかるという短所がある。
【０００７】
また、映像処理方法以外に映像の明るさ値に基づいて車線を抽出する方法があるが、これは映像全体の明るさによって性能が可変するため、夕方や曇った日など周辺の輝度が低い場合には車線検出が難しく、誤って他の物体を車線として認識するなどの誤操作が多かった。
【０００８】
そして、その概念が運転者を補助する程度であるため、車線を離脱した場合は受動的にしか対処できないので、緊急時には危険対処能力がないという問題点を内包している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は前記のような問題点を解決するために発明されたものであって、本発明の目的は、運転者の不注意及び眠気によって走行車両が無意識のうちに車線を離脱するのを警告し、最終的に車線離脱を防止する車線離脱防止システム及びその制御方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これを実現するために、本発明の自動車の車線離脱防止システムは、道路に表示されているレーンマーカーを検出するレーンマーカーディテクタ及び前記レーンマーカーディテクタの信号を利用して車両の横位置を計算するレーンマーカーＥＣＵからなる車線離脱検出手段と；前記車線離脱検出手段から情報の伝達を受けて車線を離脱したか否かを判断し、車線離脱の瞬間の車速とヘディング角とによって操向制御角と制御時間とを決定して、車線離脱防止の後に車両が車線中央に復帰するまで自律走行モードになるように制御信号を出力する車線離脱防止制御手段と；前記車線離脱制御手段から出力される制御信号に応じて制御される操向駆動手段とを含んで構成されることを特徴とする。
【００１１】
また、レーンマーカーディテクタ及びレーンマーカーＥＣＵから車両が車線を離脱しているとの情報が受信されると、その離脱の瞬間の車速とヘディング角とによってファジーロジックで操向制御角と制御時間とを決定して、車線離脱を防止した後、車両が与えられた経路に沿って自律走行モードで車線の中央に復帰するように、車両の横位置を制御変数でフィードバック制御して操向角として出力し、その出力がＥＰＳシステムの操向アクチュエータを制御することによって車線離脱を防止する、自動車の車線離脱防止制御方法を提供する。
【００１２】
そして、制御が開始されると、ＥＣＵの変数や関数などを初期化する初期化段階と；前記初期化段階の後に、レーンマーカーＥＣＵの情報を確認し、この情報を入力データ処理部へ送信して処理する入力データ処理段階と；前記入力データ処理段階の後に、運転者が車両の現在の走行状態を認知して他の措置を取っているか否かを判読し、運転者の意志の有無を判断する運転者意志判断段階と；前記運転者意志判断段階で運転者の運転意志が全くないと判断されれば、現制御システムが故障したか否かを判断するフェイルセイフ判断段階と；前記フェイルセイフ判断段階で故障でないと判断されれば、入力データ処理部でアルゴリズムに合わせて変換された情報に基づいて車両が車線を離脱したか否かを判断する離脱判定段階と；前記離脱判定段階で車線を離脱したと判断されれば、離脱条件に合うステアリング制御量を算出し、これに適した操向角プロファイルを生成するファジー制御段階と；前記前記ファジー制御段階が完了すれば、車両を安全な車線中央に復帰させるための操向角を算出するフィードバック制御段階と；前記ファジー及びフィードバック制御段階で算出された出力データをＥＰＳシステムへ送信して操向制御が行われるようにする出力データ処理段階と；からなる自動車の車線離脱防止制御方法を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例を添付した図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明による車線離脱防止の例を示した平面図であって、道路を走行中の車両が車線を離脱すれば、まずこれを警告し（２）、これに伴って操向角が算出されて操向制御が行われて車両の車線離脱を防止し（４）、その後は車両が車線中央に復帰するまで自律走行が行われ（６）、車両が車線中央に復帰すれば制御が完了する（８）過程で車両の車線離脱を抑制防止する。
【００１５】
図２は本発明によるアルゴリズムのブロック図であり、図３は制御例のグラフ線図であって、本発明の制御は図２、図３のように２つの方法からなる。
【００１６】
第一番目はオープンループ制御であって、車線離脱の瞬間の車速とヘディング角（Ｈｅａｄｉｎｇ  Ａｎｇｌｅ）とによって操向制御角と制御信号とを決定するが、この時に用いられるアルゴリズムはファジーロジック（Ｆｕｚｚｙ  Ｌｏｇｉｃ）であり、生成された操向角プロファイルによってオープンループ制御が行われる。
【００１７】
この時、制御変数はプロファイルの大きさ（角）になり、与えられたプロファイルは離脱条件によって異なる。
【００１８】
第二番目はフィードバック制御であって、適切なオープンループ制御によって離脱が防止されれば、車両が中央に復帰するまで与えられた経路に沿って走行する自律走行モードになるようになるが、この時に用いられるアルゴリズムはフィードバック制御であり、制御変数は車両の横位置になり、制御出力は操向角になる。
【００１９】
前記で車両を中央に復帰させるための経路はフィードバック制御の開始の瞬間の車両の位置と車線の中央を適切な傾きで連結したものを使用し、車両が車線中央で直線走行するようになれば制御が解除される。
【００２０】
図４は前記のようなアルゴリズムを制御するためのシステム構成図であって、大きく車線離脱検出手段１０と、前記車線離脱検出手段１０から入力される信号を比較判断する車線離脱防止制御手段（ＥＣＵ）と、前記車線離脱防止制御手段（ＥＣＵ）から出力される信号によって制御される操向駆動手段１２とからなる。
【００２１】
前記で、車線離脱検出手段１０は、レーンマーカーディテクタ１４とレーンマーカーＥＣＵ１６とから構成されるが、前記レーンマーカーディテクタ１４は車両の前面部に多数配置されて道路に設けられたマグネチックネールをセンシングするマグネチックセンサーで実現され、レーンマーカーＥＣＵ１６は前記レーンマーカーディテクタ１４から送信される情報によって車両の現在の横位置を算出する。
【００２２】
そして、前記車線離脱防止制御手段（ＥＣＵ）は、通信部１８、入力データ処理部２０、車線離脱判定部２２、ファジーロジック制御部２４、操向角命令生成部２６、フィードバック制御部２８及び出力データ処理部３０からなり、この他にも初期化部３２とフェイルセイフ部３４とを含む。
【００２３】
前記で通信部１８はレーンマーカーＥＣＵ１６とシリアル通信を行い、インタラプト方式で位置情報を抽出してその情報を入力データ処理部２０に送信する。
【００２４】
そうすると、入力データ処理部２０は各種車両のセンサー及びステアトルクセンサーの情報、車両の横位置の情報などの処理を行うが、この時にノイズが含まれた信号の場合にはローパスフィルタリングを行ってアルゴリズムに合わせて変換する。
【００２５】
前記車線離脱判定部２２では車両の横位置とこれを微分した値であるヘディング角とで車両の速度に応じた離脱予測値を計算し、この値を基準にして車両が離脱したか否かを判断する。
【００２６】
前記予測離脱量（ｐ＿ｏｆｆｓｅｔ）はｏｆｆｓｅｔ＿ｆ＋Ｋｗ＊ｓｌｏｐｅ＿ｆで求められ、前記でｏｆｆｓｅｔ＿ｆは車両の横位置であり、ｓｌｏｐｅ＿ｆはｏｆｆｓｅｔ＿ｆの微分値であり、Ｋｗはゲインで速度によって変わるようになる。
【００２７】
前記で算出されたｐ＿ｏｆｆｓｅｔ値が設定された離脱位置値ＯＦＦ＿Ｌ（ｌｅｆｔ）またはＯＦＦ＿Ｒ（ｒｉｇｈｔ）より大きければ、車線を離脱したと判定するようになる。
【００２８】
そして、ファジーロジック制御部２４は、離脱予測値（ｐ＿ｏｆｆｓｅｔ）が設定された離脱位置値（ＯＦＦ＿ＬまたはＯＦＦ＿Ｒ）を外れる瞬間の車速とヘディング角（ｓｌｏｐｅ＿ｆ）との入力によって適切なステアリング制御量をファジーを使用して計算する。
【００２９】
前記ファジーロジックで用いられるルールは、多くの実験を行って離脱条件を抽出したデータに基づいて作られるのはもちろんである。
【００３０】
前記操向角命令生成部２６は、ファジーロジックから離脱条件に合うステアリング制御量が決定されると実際に所望の操向角プロファイルを生成するが、前記操向角プロファイルは図５のように三角波形形態を使用するようになる。
【００３１】
そして、前記フィードバック制御部２８は、前記オープンループコントロールによって車線離脱を防止した後に、車両を安全な車線中央に復帰させるために車線中央までの経路を生成した後、その経路に沿って自律走行が行われるようにする。
【００３２】
前記フィードバック制御による操向角はＫｐ＊（ｏｆｆｓｅｔ＿ｆ−ｐａｔｈ）＋Ｋｄ＊ｓｌｏｐｅ＿ｆで求められ、前記でＫｐはＰゲイン、ＫｄはＤゲイン、ｏｆｆｓｅｔ＿ｆは車両の横位置、ｓｌｏｐｅ＿ｆはヘディング角、ｐａｔｈは所望の経路である。
【００３３】
前記出力データ処理部３０は、前記の制御過程を経て計算された所望の操向角をローパスフィルタリングした後、通信によって操向駆動手段１２に送信する役割を果たす。
【００３４】
前記で操向駆動手段１２はＥＰＳシステム（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）のＥＣＵを意味し、このＥＰＳシステムのＥＣＵに前記所望の操向角が入力されると、ＥＣＵでは操向アクチュエータを制御して車両の車線離脱を防止する。
【００３５】
そして、車線離脱防止制御手段は初期化部３２とフェイルセイフ部３４とを備え、前記初期化部３２はＥＣＵ初期化とシステム初期化とを実施するが、ＥＣＵ初期化は変数及び関数を初期化し、システム初期化は車両が車線の内側で安定した走行をするまで待機するようになる。
【００３６】
また、フェイルセイフ部３４では制御中断を判定したり非正常的な制御を判定するが、前記制御中断判定は、制御スイッチのオフ時、運転者がブレーキペダルを踏んだ時、運転者に操向意志がある時、またはサービス地域でない場合（レーンマーカーシステムがない場合）に行われる。
【００３７】
そして、非正常的な制御判定は、車速別に制御操向角が非正常的な値を示す場合と車速が設定速度以下である場合に行われる。
【００３８】
このように構成される本発明のシステムを利用した制御方法を、図６の作動フローチャートを参照して説明する。
【００３９】
制御が開始されると、ＥＣＵでは初期化部３２で変数と関数などを初期化し（Ｓ１００）、ループの初期化を実施する（Ｓ１１０）。
【００４０】
その後、通信部１８でレーンマーカーＥＣＵ１６から車両の現在の横位置に対する情報が入力されるのを確認し、これを入力データ処理部２０に送信する（Ｓ１２０）。
【００４１】
そうすると、入力データ処理部２０は各種車両のセンサー及びステアトルクセンサーの情報、車両の横位置の情報などを処理し（Ｓ１３０）、運転者の意志、つまり制御スイッチの作動状態、ブレーキペダルの操作の有無、ハンドルの操作の有無及びサービス地域であるか否かを判読して（Ｓ１４０）、運転者の意志を判断する（Ｓ１５０）。
【００４２】
前記Ｓ１５０段階で運転者が現在操向または制動の意志があると判断されれば、前記Ｓ１１０段階にリターンされ、意志がない場合には、現在の車両の状態を認知していないと判断して、フェイルセイフを判定する（Ｓ１６０）。
【００４３】
つまり、前記Ｓ１６０段階では、車速別に制御操向角が正常であるか否かと現在の車速が設定速度以下であるか否かとの要素で故障の有無を判断し、故障であると判断されれば、前記Ｓ１１０段階にリターンし、正常であると判断されれば、車両が現在車線から離脱しているか否かを判断する（Ｓ１７０）。
【００４４】
前記で離脱判定は、車両の横位置とこれを微分した値であるヘディング角とで車両の速度に応じた離脱予測値を計算し、この値に基づいて車両の離脱の有無を判断するが、この時、離脱していないと判断されれば、出力データ処理部３０で出力データ処理を行い（Ｓ１８０）、離脱していると判断されれば、ファジーロジック制御部２４で離脱予測値が設定された離脱位置値を外れる瞬間の車速とヘディング角との入力によって適切なステアリング制御量をファジーを使用して計算する（Ｓ１９０）。
【００４５】
前記Ｓ１９０段階で離脱条件に合うステアリング制御量が決定されれば、操向角命令生成部２６で実際に所望の操向角プロファイルを生成し（Ｓ２００）、フィードバック制御部２８で車両を安全な車線中央に復帰させるために車線中央まで自律走行が行われるようにする操向角を算出し（Ｓ２１０）、出力データ処理部３０で出力処理（Ｓ１８０）が行われるようにする。
【００４６】
前記Ｓ１８０段階でデータが出力されれば、前記データはＥＰＳシステムに送信処理され（Ｓ２２０）、ＥＰＳシステムは前記送信されるデータによって作動しながら（Ｓ２３０）車両の車線離脱を防止する。
【００４７】
そして、前記のように車線離脱を防止した後には再びＳ１２０段階にリターンし、車両の走行中に前記のような作動は継続かつ反復して実施されて車両の車線離脱を防止する。
【００４８】
【発明の効果】
以上のように本発明は、運転者が車線を維持するための操向トルクを補助して運転者の便宜性を向上させ、道路の曲率と車両の横位置などの入力により車線を維持しようとする方向に操向トルクを発生させる。
【００４９】
これにより、運転者の不注意や眠気によって無意識的に車両が車線を離脱した場合にＥＰＳシステムによって強制的に離脱を防止し、車線中央部まで自律運転が行われるようにすることによって安全走行に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車線離脱防止の例を示した平面図である。
【図２】本発明によるアルゴリズムのブロック図である。
【図３】本発明による制御例を示したグラフ線図である。
【図４】本発明による車線離脱防止システムの詳細構成図である。
【図５】本発明による操向角プロファイルの説明のための図である。
【図６】図４の車線離脱防止システムを運用するための作動フローチャートである。
【符号の説明】
１０  車線離脱検出手段
１２  操向駆動手段
１４  レーンマーカーディテクタ
１６  レーンマーカーＥＣＵ
１８  通信部
２０  入力データ処理部
２２  車線離脱判定部
２４  ファジーロジック制御部
２６  操向角命令生成部
２８  フィードバック制御部
３０  出力データ処理部
３２  初期化部
３４  フェイルセイフ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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