(57)【要約】【課題】車線維持支援の機能をより向上させること。【解決手段】車線維持支援装置は、車線の形状を取得する車線形状取得手段と、前記車線形状取得手段により取得する前記車線の形状に基づいて演算を行い、演算結果を用いたフィードバック制御により前記車線を維持するように車両の走行を制御する車線維持制御手段と、前記車両の進行方向と車体の向きとがなす角である重心スリップ角を演算する重心スリップ角演算手段と、前記重心スリップ角演算手段により演算した重心スリップ角を用いて前記フィードバック制御に用いる演算結果を補正する補正手段と、を備える。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車線の形状を取得する車線形状取得手段と、
前記車線形状取得手段により取得する前記車線の形状に基づいて演算を行い、演算結果を用いたフィードバック制御により前記車線を維持するように車両の走行を制御する車線維持制御手段と、
前記車両の進行方向と車体の向きとがなす角である重心スリップ角を演算する重心スリップ角演算手段と、
前記重心スリップ角演算手段により演算した重心スリップ角を用いて前記フィードバック制御に用いる演算結果を補正する補正手段と、
を備えることを特徴とする車線維持支援装置。
【請求項２】
前記車線維持制御手段は、前記車線形状取得手段により取得した右側区画線と、左側区画線とから車線維持の目標線を演算し、前方注視２次予測モデルを用いて前記目標線に対する予測位置を演算し、前記目標線と前記予測位置との距離から前方横偏差を演算する制御を含み、
前記補正手段は、前記演算した前記予測位置を前記重心スリップ角分だけ前記目標線側に補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の車線維持支援装置。
【請求項３】
前記車線維持制御手段は、前記車線形状取得手段により取得した右側区画線と、左側区画線とから車線維持の目標線を演算し、前記目標線に対する接線を演算し、演算した前記接線と前記車体の向きとがなすヨー角偏差を演算する制御を含み、
前記補正手段は、前記ヨー角偏差から前記重心スリップ角分だけ減じる補正をする、
ことを特徴とする請求項１に記載の車線維持支援装置。
【請求項４】
前記車体の車速を取得する車速取得手段を備え、
前記車線維持制御手段は、
前記車速取得手段により取得する車速と、前記前記車線形状取得手段により取得した右側区画線、及び左側区画線とから演算する車線維持の目標線の曲率とに基づいて演算する第１制御量と、
前方注視２次予測モデルを用いて前記目標線に対する予測位置を演算し、前記目標線と前記予測位置との距離から求める前方横偏差に基づいて演算する第２制御量と、
前記目標線に対する接線を演算し、演算した前記接線と前記車体の向とがなすヨー角偏差から演算する第３制御量と、
を含み、
前記補正手段は、前記演算した前記予測位置を前記重心スリップ角分だけ前記目標線側に補正すると共に、前記ヨー角偏差から前記重心スリップ角分だけ減じる補正をする、
ことを特徴とする請求項１に記載の車線維持支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車線維持支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行する車両が車線を維持するように制御する技術が知られている。  
例えば、走行路の曲率に応じて自車両を走行させるための曲率操舵量と、走行路の幅方向における自車両の横位置と目標経路との距離を横偏差として、走行路の幅方向における自車両の速度である横速度と横偏差とにより表される車両状態を、所定の目標状態に一致させるための状態操舵量と、横偏差が一定であるときの操舵量と曲率操舵量との差分として表される操舵量であって、自車両の目標経路からの逸脱を抑制する方向への基準操舵量との総和である目標操舵量に基づいて、自車両の操舵量を制御する技術が知られている（下記、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１７４４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両の走行時には、車両の進行方向と車体の向きとが一致しない場合がある。例えば、車線の形状がカーブしている場合、車両の進行方向と車体の向きは異なる。このため、車体に取り付けられたカメラの画像に基づいて、車線を維持するように制御すると、カメラの向き、つまり、車体の向きと、車両の進行方向とが異なるため、車体の向きに合わせて決定される操舵量が過大もしく過小となり、車両が車線内の走行を維持できなくなる場合が考えられる。
【０００５】
ここで、特許文献１に記載の技術には、車両の進行方向と車体の向きとが異なることを考慮した技術については開示されていない。このため、車両の進行方向と車体の向きと考慮することにより、車線維持支援の機能を向上させることが求められている。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、車線維持支援の機能をより向上させることができる車線維持支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の車線維持支援装置は、車線の形状を取得する車線形状取得手段と、前記車線形状取得手段により取得する前記車線の形状に基づいて演算を行い、演算結果を用いたフィードバック制御により前記車線を維持するように車両の走行を制御する車線維持制御手段と、前記車両の進行方向と車体の向きとがなす角である重心スリップ角を演算する重心スリップ角演算手段と、前記重心スリップ角演算手段により演算した重心スリップ角を用いて前記フィードバック制御に用いる演算結果を補正する補正手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このように構成された車線維持支援装置は、車両の進行方向と前記車体の向きとが異なっていても、車両を旋回させる操舵量が過大もしく過小となることを回避して適切な操舵量とすることができるので車線を維持することが可能になり、車線維持支援の機能をより向上させることができる。
【０００９】
また、車線維持制御手段は、前記車線形状取得手段により取得した右側区画線と、左側区画線とから車線維持の目標線を演算し、前方注視２次予測モデルを用いて前記目標線に対する予測位置を演算し、前記目標線と前記予測位置との距離から前方横偏差を演算する制御を含み、前記補正手段は、前記演算した前記予測位置を前記重心スリップ角分だけ前記目標線側に補正するようにしても良い。
【００１０】
さらに、前記車線維持制御手段は、前記車線形状取得手段により取得した右側区画線と、左側区画線とから車線維持の目標線を演算し、前記目標線に対する接線を演算し、演算した前記接線と前記車体の向とがなすヨー角偏差を演算する制御を含み、前記補正手段は、前記ヨー角偏差から前記重心スリップ角分だけ減じる補正をするようにしても良い。
【００１１】
また、既述の車線維持支援装置は、前記車両の車速を取得する車速取得手段を備え、前記車線維持制御手段は、前記車速取得手段により取得する車速と、前記前記車線形状取得手段により取得した右側区画線、及び左側区画線とから演算する車線維持の目標線の曲率とに基づいて演算する第１制御量と、前方注視２次予測モデルを用いて前記目標線に対する予測位置を演算し、前記目標線と前記予測位置との距離から求める前方横偏差に基づいて演算する第２制御量と、前記目標線に対する接線を演算し、演算した前記接線と前記車体の向きとがなすヨー角偏差から演算する第３制御量と、を含み、前記補正手段は、前記演算した前記予測位置を前記重心スリップ角分だけ前記目標線側に補正すると共に、前記ヨー角偏差から前記重心スリップ角分だけ減じる補正をするようにしても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、車線維持支援の機能をより向上させることができる車線維持支援装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る車線維持支援装置の概略的な構成の一例を示す図。
【図２】同実施形態に係るメモリに記憶されるデータの一例を示す図。
【図３】同実施形態に係る重心スリップ角を説明するための模式図。
【図４】フィードフォワード項の原理を説明するための模式図。
【図５】第１フィードバック項の原理を説明するための模式図。
【図６】第２フィードバック項の原理を説明するための模式図。
【図７】本発明の実施形態に係る車線維持制御処理の一例を示すフローチャート。
【図８】同実施形態に係る第１フィードバック項の原理を説明するための図。
【図９】同実施形態に係る第２フィードバック項の原理を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。  
図１は、本発明の車線維持支援装置が適用される車両１の概略的な構成の一例を示す図である。
【００１５】
図１に示すように、車両１は、カメラ１１、カメラ制御部１２、車速センサ１３ａ、ヨーレートセンサ１３ｂ、センサ制御部１４、ＥＣＵ（Electronic Circuit Unit）１５、及びパワーステアリング部１６を備えている。ＥＣＵ１５は、メモリ１５ａを備えている。なお、車両１は、車両としての機能を実現するための他の構成も備えているが、これらの構成については、図示及び説明を省略する。
【００１６】
カメラ１１は、例えば、車両１の前側に配置され、車両１の前側の所定距離下側のエリアを撮影し、この撮影した画像データをカメラ制御部１２に出力する。カメラ１１が撮影するエリアは、少なくとも車両１が走行する車線を区画する２つの区画線を含む。
【００１７】
カメラ制御部１２は、カメラ１１から入力される画像データに対して、画像解析を行い、撮影エリア内に含まれる２つの区画線の形状を特定する。カメラ制御部１２は、これらの特定した情報をＥＣＵ１５に出力する。
【００１８】
車速センサ１３ａは、車軸（図示省略）近傍に配置され、車軸の回転数を検出する。車速センサ１３ａは、検出した回転数をセンサ制御部１４に出力する。ヨーレートセンサ１３ｂは、車両１のヨーレートを検出する。ヨーレートセンサ１３ｂは、検出したヨーレートをセンサ制御部１４に出力する。
【００１９】
センサ制御部１４は、車速センサ１３ａから入力される回転数に基づいて、車両１の車速を演算し、演算した車速をＥＣＵ１５に出力する。さらに、センサ制御部１４は、ヨーレートセンサ１３ｂから入力されるヨーレートをＥＣＵ１５に出力する。
【００２０】
ＥＣＵ１５は、車両１を総合的に制御する。例えば、ＥＣＵ１５は、メモリ１５ａに記憶されるデータを用いて車両１が車線維持をするように走行支援する車線維持支援制御を実行する。なお、ＥＣＵ１５が実行する車線維持支援制御の詳細は、後述する。また、メモリ１５ａに記憶されるデータについては、図２を参照して後述する。
【００２１】
パワーステアリング部１６は、操舵を制御する装置である。パワーステアリング部１６は、例えば、ＥＣＵ１５により演算された操舵量に基づいて車両１の旋回方向の運動を制御する。これにより、ＥＣＵ１５により演算された操舵量に基づいて、車両１の進行方向を制御することが可能になる。
【００２２】
図２は、メモリ１５ａに記憶されるデータの一例を示す図である。  
図２に示すように、メモリ１５ａには、演算式を記憶する演算式記憶部２１、車両１の車両重量ｍを記憶する車両重量記憶部２２、ホイールベースｌを記憶するホイールベース記憶部２３、前車軸−車両重心点間距離ｌｆを記憶する前車軸−車両重心点間距離記憶部２４、後車軸−車両重心点間距離ｌｒを記憶する後車軸−車両重心点間距離記憶部２５、後輪１輪あたりのコーナリングパワーＫｒを記憶するコーナリングパワー記憶部２６を有している。
【００２３】
演算式記憶部２１に記憶される演算式は、重心スリップ角を演算する演算式であり、以下の式のように表すことができる。
【数１】
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【００２４】
各変数は既述のように、ｍは車両重量、ｌはホイールベース、ｌｆは前車軸−車両重心点間距離、ｌｒは後車軸−車両重心点間距離、Ｋｒは後輪１輪あたりのコーナリングパワー、Ｖは車速、ρは旋回半径である。なお、車両重量ｍ、ホイールベースｌ、前車軸−車両重心点間距離ｌｆ、後車軸−車両重心点間距離ｌｒは、メモリ１５ａに記憶されている。また、車速Ｖはセンサ制御部１４から得ることができ、旋回半径ρはカメラ１１で撮影される画像データに基づいて算出される。
【００２５】
ここで、重心スリップ角βについて説明する。  
図３は、重心スリップ角を説明するための模式図である。この図３における「車両進行方向Ｄ１」は車両１の進行方向であり、「車体の向きＤ２」は車両１の車体の向きである。走行路Ｒ上を車両１が走行している場合、車両１は車両進行方向Ｄ１に進行しているが、車体の向きＤ２は車両進行方向Ｄ１とは異なる方向になっている。この車両１の車両進行方向Ｄ１と、車体の向きＤ２がなす角が重心スリップ角βになる。したがって、車両１が直進中は、車両進行方向Ｄ１と車体の向きＤ２とが一致するため重心スリップ角βはゼロになるが、例えば車両１が旋回中は車両進行方向Ｄ１と車体の向きＤ２とが一致しなくなるため重心スリップ角はゼロでなくなる。
【００２６】
次に、従来技術の車線維持支援制御について図４から図６を参照して説明する。具体的には、以下（ａ），（ｂ），（ｃ）の３つの項で演算された操舵量の和を演算することにより車線維持のための操舵量が求められ、この操舵量に基づいて操舵が制御されることにより、車線を逸脱しないように車両１の走行軌跡が制御される。
【００２７】
（ａ）フィードフォワード項：前方道路半径から必要な操舵量を演算
（ｂ）第１フィードバック項：前方横偏差から必要な操舵量を演算
（ｃ）第２フィードバック項：現在のヨー角偏差から必要な操舵量を演算
続いて、各項の詳細について説明する。  
図４は、上記（ａ）のフィードフォワード項を説明するための模式図である。  
図４に示すように、車両１の走行中、走行路Ｒが撮影され、撮影された画像データから区画線の形状が解析され、左側区画線ＲＬ，右側区画線ＲＲが求められる。次に、左側区画線ＲＬ，右側区画線ＲＲから目標ライン（中央位置）ＲＭが演算され、目標ラインＲＭから前方道路の前方道路半径（曲率ともいう）ＲＦが演算される。次に、演算した前方道路半径ＲＦと、車速センサ１３ａから受信した車速Ｖとから車両１を旋回させるのに必要なヨーレートが演算される。このようにして、前方道路半径ＲＦから必要な操舵量が演算される。
【００２８】
図５は、第１フィードバック項を説明するための模式図である。  
図５に示すように、現在の車速とヨーレートセンサ１３ｂから取得したヨーレート（参照：図４）とから所定時間後の車両の予測位置ラインが演算される。ここで、現在のヨー運動も考慮した前方注視２次予測モデルから予測した位置（図中実線の矢印）と、目標ライン（中央位置）ＲＭとの差により前方横偏差εが演算される。このように演算された前方横偏差がフィードバック制御に用いられる。なお、図中破線の矢印は、前方注視２次予測モデルを用いずに車両１の位置を予測した場合の予測位置を示している。
【００２９】
図６は、第２フィードバック項を説明するための模式図である。  
図６に示すように、車両１の向きと、車両の現在位置における目標ラインＲＭの接線ＲＭＴとがなす角であるヨー角偏差θが演算される。このように演算されたヨー角偏差θがフィードバック制御に用いられる。
【００３０】
以上のように図４から図６を参照して説明したヨーレート、前方横偏差ε、ヨー角偏差θを用いて、車両１が目標ラインＲＭに沿うように操舵量が調整され、車線を維持するように走行制御される。
【００３１】
次に、本発明の実施形態の車線維持支援制御について説明する。  
図７は、ＥＣＵ１５が実行する車線維持支援制御の一例を示すフローチャートである。図４から図６を参照して説明した従来の車線維持支援制御と異なるのは、重心スリップ角βを演算し、前方横偏差及びヨー角偏差を演算する際に、重心スリップ角βを考慮している点である。
【００３２】
図７に示すように、まず、ＥＣＵ１５は、車線の形状を取得する（ＳＴ１０１）。ＥＣＵ１５は、カメラ制御部１２から出力される、左側区画線ＲＬ，右側区画線ＲＲを取得する。
【００３３】
次に、ＥＣＵ１５は、カメラ制御部１２から取得する左側区画線ＲＬ，右側区画線ＲＲを用いて目標ラインＲＭを演算し、この目標ラインＲＭを用いて前方曲率を演算し、この前方曲率とセンサ制御部１５から入力される車速とを用いて第１操舵量を演算する（ＳＴ１０２：第１制御）。
【００３４】
次に、ＥＣＵ１５は、重心スリップ角βを演算する（ＳＴ１０３）。つまり、ＥＣＵ１５は、まず、ステップＳＴ１０２で演算した曲率に基づく曲率半径、ステップＳＴ１０２で取得した車両１の車速、メモリ１５ａからそれぞれ読み出される車両重量ｍ、ホイールベースｌ、前車軸−車両重心点間距離ｌｆ、後車軸−車両重心点間距離ｌｒ、後輪一輪あたりのコーナリングパワーＫｒを、それぞれメモリ１５ａから読み出す式（１）に代入し、重心スリップ角βを演算する。
【００３５】
次に、ＥＣＵ１５は、演算した重心スリップ角βを用いて前方横偏差ε１を演算する（ＳＴ１０４：第２制御）。この重心スリップ角βを用いて前方横偏差ε１を演算する処理の一例を、図８を参照して説明する。
【００３６】
図８に示すように、ＥＣＵ１５は、前方注視２次予測モデルを用いて所定時間後の予測位置である前方予測位置Ｐ１を、カメラ制御部１２を介して得るカメラ１１の画像データ（カメラデータ）に基づいて予測する。この前方予測位置Ｐ１は、前方予測距離ＦＤ上に位置している。ここで、ステップＳＴ１０３で演算した重心スリップ角βは、車両進行方向Ｄ１と車体の向きＤ２とがなす角であるため、前方予測位置Ｐ１を重心スリップ角β分だけずらし、補正後の前方予測位置Ｐ２を求める。このため、前方予測位置Ｐ１と車両基準位置Ｃ１とを結ぶ直線（図示省略）、前方予測位置Ｐ２と車両基準位置Ｃ１とを結ぶ直線（図示省略）とがなす角は、重心スリップ角βと同一角度をなしている。ＥＣＵ１５は、このように前方予測位置Ｐ２を幾何学的な関係に基づいて操舵量を求めることができる。ＥＣＵ１５は、この前方予測位置Ｐ２を用いて既述の従来の場合と同様に、目標ライン（中央位置）ＲＭとの距離を求め、前方横偏差ε１を演算して第２操舵量を求める。本実施形態では、ＥＣＵ１５は、前方予測位置Ｐ１に基づいて前方横偏差εを演算し、さらに前方注視距離ＦＤ、及び重心スリップ角βを用いて、ε−ＦＤ×tanβにより演算した偏差を、前方予測位置Ｐ２を用いた前方横偏差ε１として求めることとする。
【００３７】
次に、ＥＣＵ１５は、演算した重心スリップ角βを用いて現在のヨー角偏差θ２を求めて第３操舵量を演算する（ＳＴ１０５：第３制御）。この重心スリップ角βを用いてヨー角偏差θ２を演算する処理の一例を、図９を参照しながら説明する。
【００３８】
ＥＣＵ１５は、現在車両位置での目標ラインＲＭの接線である接線ＲＭＴを演算し、この演算した接線ＲＭＴと車体の向きＤ２とがなす角からヨー角偏差θ１を求める。そして、ＥＣＵ１５は、このようにカメラデータに基づいて求めたヨー角偏差θ１から、重心スリップ角βを減ずることにより、補正後のヨー角偏差θ２を演算する。
【００３９】
次に、ＥＣＵ１５は、操舵角の総和を演算する（ＳＴ１０６）。つまり、ＥＣＵ１５は、ステップＳＴ１０３で求めた第１操舵量、ステップＳＴ１０４で求めた第２操舵量、及びステップＳＴ１０５で求めた第３操舵量を加算することにより、操舵角（操舵量）の総和を求める。
【００４０】
次に、ＥＣＵ１５は、ステップＳＴ１０６で求めた操舵角をパワーステアリング部１６へ出力する（ＳＴ１０７）。これにより、パワーステアリング部１６は、操舵角の総和を力（ニュートン）に変換して、ステアリングの操作を行い、目標ラインＲＭを目標にして旋回することにより、車両１が車線を維持するように走行支援する。
【００４１】
以上のように構成された車両１によると、カメラ１１により撮影した車線の形状に基づいて前方横偏差ε１、及びヨー角偏差θ２の演算を行い、前方横偏差ε１、及びヨー角偏差θを用いたフィードバック制御により車線を維持するように車両１の走行を制御する。このときに、車両進行方向Ｄ１と車体の向きＤ２とがなす角である重心スリップ角βを用いて前方横偏差ε１に用いる前方予測位置を前方予測位置Ｐ１から前方予測位置Ｐ２に補正すると共に、ヨー角偏差θ１をヨー角偏差θ２に補正する。
【００４２】
このため、車両１は、道路Ｒがカーブしているため、車両進行方向Ｄ１と車体の向きＤ２とが異なる場合が生じても、車両１を旋回させる操舵量が過大もしく過小となることを回避して適切な操舵量とすることができる。これにより、車両１が車線を維持することが可能になり、車線維持支援の機能をより向上させることができる。
【００４３】
なお、上記実施の形態においては、ＥＣＵ１５は、車両１の走行中は常時重心スリップ角βを用いて補正を行う場合で説明しているが、これに限るものではない。例えば、ＥＣＵ１５は、前方の車線の曲率を算出したときに道路の形状が略直線とみなせる程度に曲率が低い場合は、重心スリップ角βを用いた補正を行わないようにしても良い。重心スリップ角βを用いた補正は、道路Ｒがカーブしているときに有効になるため、道路Ｒが略直線のときは、当該補正処理を省くことができ、ＥＣＵ１５の処理負担を軽減することが可能になる。
【００４４】
また、上記実施の形態では、また、重心スリップ角βを算出する場合、前車軸−車両重心点間距離ｌｆを記憶する前車軸−車両重心点間距離記憶部２４、後車軸−車両重心点間距離ｌｒを記憶する後車軸−車両重心点間距離記憶部２５、後輪１輪あたりのコーナリングパワーＫｒを記憶するコーナリングパワー記憶部２６は、それぞれメモリ１５ａに記憶される場合で説明したが、これに限るものではない。例えば、車両１内の各座席に重量センサを設け、車両１内に乗車している人間の重量に応じて、前車軸、又は後車軸と車両重心点間の距離を変動させるようにしても良いし、タイヤ空気圧監視システムから得たタイヤ空気圧をもとにコーナリングパワーを算出するようにして、この算出したコーナリングパワーを使用するようにしても良い。
【００４５】
この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。さらに、異なる実施形態の構成を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１…車両、１１…カメラ、１２…カメラ制御部、１３ａ…車速センサ、１３ｂ…ヨーレートセンサ、１４…センサ制御部、１５…ＥＣＵ、１５ａ…メモリ、１６…パワーステアリング部、Ｄ１…車両進行方向、Ｄ２…車体の向き、ＦＤ…前方注視距離ＦＤ、Ｐ１…前方予測位置（カメラデータ）、Ｐ２…前方予測位置（補正後）、Ｃ１…車両基準位置、Ｒ…道路、ＲＲ…右側区画線、ＲＬ…左側区画線、ＲＭ…目標ライン（中央位置）、ε１…前方横偏差、θ…ヨー角偏差、Ｖ…車速
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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