(57)【要約】【課題】車線逸脱の予測精度が高い車線逸脱警報装置を提供すること。【解決手段】本発明の車線逸脱警報装置１０は、カーブに対して車両が向いている角度をヨー角αとして検出する手段と、カーブ曲率Ｒ及び車速Ｖに基づいてそのヨー角を補正する手段４２と、車速Ｖ及びヨーレートωに基づいて車両の予想軌跡を求める手段と、補正されたヨー角α２及び予想軌跡に基づいて車両の車線逸脱の可能性を予測し、予測結果に基づいて警報する手段４０とを備えている。このように補正したヨー角α２を利用しているため、車線逸脱を高精度で予測できる。【選択図】　図１
2004038487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーブに対して車両が向いている角度をヨー角として検出する手段と、
カーブ曲率及び車速に基づいて、前記ヨー角を補正する手段と、
前記車速及びヨーレートに基づいて、前記車両の予想軌跡を求める手段と、
前記補正されたヨー角及び前記予想軌跡に基づいて前記車両の車線逸脱の可能性を予測し、その予測結果に基づいて警報する手段と、
を備えることを特徴とする車線逸脱警報装置。
【請求項２】
前記カーブ曲率を示す曲率半径をＲとし、前記車速をＶとした場合に、下記式（ａ）より得られるスリップ角βを下記式（ｂ）に代入することで、前記ヨー角αを補正して補正ヨー角α２を算出することを特徴とする請求項１記載の車線逸脱警報装置。
β＝Ｃ０／Ｒ−Ｃ１・Ｖ２／Ｒ　　　（Ｃ０，Ｃ１は係数）・・・（ａ）
α２＝α＋β　・・・（ｂ）
【請求項３】
車両がカーブで安定走行している際に前記式（ｂ）において前記補正ヨー角α２の値を０として得られるβ＝−αを、前記式（ａ）に代入することで、前記係数Ｃ１の値を修正することを特徴とする請求項２記載の車線逸脱警報装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーブ走行中の車両が走行車線から逸脱する可能性がある場合に警報する車線逸脱警報装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の安全性を向上させるべく、カーブ走行時における車線逸脱を防止する車線逸脱警報装置が開発されている。この装置では、車両の速度及びヨーレート等に基づいて自車の走行軌跡を予測し、その予測軌跡とカメラの画像認識により得られる車線情報とに基づいて、所定時間後における車両位置と走行車線との位置関係を予測する。そして、車両位置が走行車線外になると判断した場合に、該装置は、車線逸脱の可能性があることを警報によってドライバに知らせる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の車線逸脱警報装置によればある程度の車線逸脱可能性を予測できるものの、自動車の安全性が注目されている昨今、更に高い予測精度が要求されている。予測精度が低いと、実際には車線逸脱しないような状況下においても車線逸脱すると判断して誤報するおそれがある。
【０００４】
本発明は、このような事情の下でなされたものであり、車線逸脱の予測精度が高い車線逸脱警報装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の車線逸脱警報装置は、カーブに対して車両が向いている角度をヨー角として検出する手段と、カーブ曲率及び車速に基づいて、前記ヨー角を補正する手段と、前記車速及びヨーレートに基づいて、前記車両の予想軌跡を求める手段と、前記補正されたヨー角及び前記予想軌跡に基づいて前記車両の車線逸脱の可能性を予測し、予測結果に基づいて警報する手段と、を備えることを特徴としている。
【０００６】
カーブにおけるコーナリング時に車両がスリップした場合、車両の進行方向は車両の向きと異なるものとなる。従って、上記ヨー角をカメラ等の撮像装置によって求めることができるが、このヨー角を利用するだけでは車線逸脱を高精度で予測することは適わない。そこで、本発明では、このヨー角をカーブ曲率及び車速に基づいて補正することとしている。具体的には、カーブ曲率及び車速に基づいて車両のスリップ角を算出し、このスリップ角の値を上記ヨー角に加算する。
このようにして補正されたヨー角を利用することで、車両の実際の走行に近い状況を設定できるため、車線逸脱を高精度で予測することができる。
【０００７】
また、本発明の車線逸脱警報装置において、前記カーブ曲率を示す曲率半径をＲとし、前記車速をＶとした場合に、下記式（ａ）より得られるスリップ角βを下記式（ｂ）に代入することで、前記ヨー角αを補正して補正ヨー角α２を算出することが好ましい。
β＝Ｃ０／Ｒ−Ｃ１・Ｖ２／Ｒ　　　（Ｃ０，Ｃ１は係数）・・・（ａ）
α２＝α＋β　・・・（ｂ）
【０００８】
このような演算式を用いることで、スリップ角βを考慮して補正された補正ヨー角α２を車線逸脱の判定に利用することができる。
【０００９】
更にこの場合、車両がカーブで安定走行している際に前記式（ｂ）において前記補正ヨー角α２の値を０として得られるβ＝−αを、前記式（ａ）に代入することで、前記係数Ｃ１の値を修正するように構成することが好適である。
【００１０】
上記係数Ｃ０，Ｃ１の値は車両製造時に車両ごとに設定されるが、タイヤやサスペンションの交換或いは磨耗等の様々な要因により、いつまでも適切な値であるとは限らない。そこで、本発明では、係数Ｃ１の値を修正できるように構成している。スリップしながらも曲率が略一定のカーブを略一定速度で走行している場合、すなわち車両が安定走行している場合は、車両の進行方向はカーブの向きと等しくなる。この際、補正後のヨー角α２の値は０となる。そして、安定走行時の実際のヨー角αを求めて、上記式（ｂ）より得られるβ＝−αを上記式（ａ）に代入すれば、曲率半径Ｒの値及び車速Ｖの値は判るため、係数Ｃ１の適切な値を求めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る車線逸脱警報装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、同一要素には同一符号を用いるものとし、重複する説明は省略する。
【００１２】
図１は、本実施形態の車線逸脱警報装置１０の概略構成を示すブロック図である。車線逸脱警報装置１０は、自動車等の車両に搭載され、カーブにおいて車両が車線から逸脱する可能性があると予測した場合に警報し、ドライバに注意を喚起するものである。
【００１３】
車線逸脱警報装置１０は、車両の例えば中央前方に装着されて風景を撮像するＣＣＤ式のカメラ２０と、カメラ２０からの撮像データに基づいて車線の形状等の各種情報を得る画像処理装置３０と、画像処理装置３０で得られた情報等に基づいて車両が車線から逸脱するか否かを予測し、逸脱する可能性がある場合は警報する警報ＥＣＵ４０とを備えている。警報ＥＣＵ４０には、ヨーレートセンサ５０及び車速計６０が電気的に接続されており、警報ＥＣＵ４０は各々から車両のヨーレートω及び車速Ｖの情報を得る。
【００１４】
次に、図２を参照して、画像処理装置３０が算出する各種情報について説明する。画像処理装置３０は、カメラ２０の撮像データに基づいて、車線の曲率半径Ｒ（詳しくは、車幅中央における曲率半径）、車線幅Ｗ、車線幅の中央に対するカメラ位置の横方向のオフセットＤ、及び、車線（カーブ）に対するカメラ２０（すなわち車両）の角度α（以下、「ヨー角」と称する）等を算出する。ここでいう車線幅Ｗは、同図に示すように、車両の真横における車線間の距離を意味する。また、ヨー角αは、車両から横方向に引いたラインと内側の車線との交点における接線ｌαと、車両の向きＶｄとの角度である。
【００１５】
次に、再び図１を参照して、警報ＥＣＵ４０の構成について説明する。警報ＥＣＵ４０は、画像処理装置３０で得られたヨー角αをカーブの曲率半径Ｒ及び車速Ｖに基づいて補正するヨー角補正部４２と、車速Ｖ及びヨーレートωに基づいて車両の軌跡を予測する軌跡予測部４４と、補正されたヨー角及び予想軌跡に基づいて車両の車線逸脱の可能性を予測する逸脱判定部４６とを備える。そして、警報ＥＣＵ４０は、逸脱判定部４６が車線逸脱の可能性ありと判定した場合に、警報を鳴らしてドライバにその旨を知らせる。ヨー角補正部４２における補正方法、軌跡予測部４４における車両軌跡の予測方法、及び逸脱判定部４６における車線逸脱の予測方法については、後述の動作説明で詳説する。また、警報ＥＣＵ４０には、車両が安定走行しているか否かを判定する安定走行判定部４８が備えられているが、これの役割についても後述する。
【００１６】
以上が、車線逸脱警報装置１０の概略構成である。次に、図３のフローチャートを参照して、車線逸脱警報装置１０の動作を説明する。
【００１７】
まず、ステップ１０１（以下、ステップを「Ｓ」と略す）において、カメラ２０からの撮像データに基づいて、画像処理装置３０は、車線の曲率半径Ｒ、車線幅Ｗ、オフセットＤ、及びヨー角α等の車線情報を求め、これらの情報を警報ＥＣＵ４０に送信する。また、警報ＥＣＵ４０は、ヨーレートセンサ５０からの車両のヨーレートω及び車速計６０からの車速Ｖを車両情報として取得する。
【００１８】
次に、Ｓ１０２において、警報ＥＣＵ４０のヨー角補正部４２はヨー角αを補正する。まず、ヨー角αを補正する理由を説明する。ヨー角αはカーブに対する車両の向きであるため、車両逸脱の可能性を判定するには重要な要素となる。ところが、コーナリングに車両はスリップするため、図２に示すように、車両の向きＶｄと車両の実際の進行方向Ｖｒとは異なる方向になる。本明細書では、車両の向きＶｄと車両の進行方向Ｖｒとの角度をスリップ角βとする。そして、従来のようにこのスリップ角βを無視して車線逸脱の可能性を判定すると、図２の二点差線で示すように、実際はＴ秒後に車線内の位置Ｐ１を車両が走行するにもかかわらず、車線外の位置Ｐ２を走行すると判定して誤報するおそれがある。このような問題を回避するために、本実施形態ではヨー角を補正する。
【００１９】
ここで、図４を参照して、車速とスリップ角の関係について説明する。まず、同図中央に示すように、ある速度Ｖβにおいてスリップ角βは０となる。つまり、速度Ｖβでは、車両の向きＶｄと車両の進行方向Ｖｒとは等しくなる。そして、同図右側に示すように、この速度Ｖβよりも低速の速度Ｖ１で走行する場合は、車両は進行方向Ｖｒの外側を向きながら走行する。一方、同図左側に示すように、速度Ｖβよりも高速の速度Ｖ２で走行する場合は、車両は進行方向Ｖｒの内側を向きながら走行する。
【００２０】
続いて、ヨー角の具体的な補正方法を説明する。まず、予めメモリに記憶した下記式（ａ）に基づいて、ヨー角補正部４２はスリップ角βを算出する。更に、ヨー角補正部４２は、式（ｂ）に示すように、このスリップ角βをヨー角αに加算して、補正されたヨー角α２を得る（以下、補正されたヨー角を「補正ヨー角」と称する）。ここで、Ｒはカーブの曲率半径、Ｖは車速、Ｃ０，Ｃ１は車両形状及び特性に基づいて定められる係数である。
β＝Ｃ０／Ｒ−Ｃ１・Ｖ２／Ｒ　　　・・・（ａ）
α２＝α＋β　・・・（ｂ）
【００２１】
図５（ａ）に示すように、このようにして得られた補正ヨー角α２は、車線と車両の進行方向Ｖｒとのなす角度として捉えることができる。尚、図５（ａ）は、車両が車速Ｖ１（＜Ｖβ）で走行する場合の補正ヨー角α２の説明図であり、図５（ｂ）は、車速Ｖ２（＞Ｖβ）で走行する場合の説明図である。スリップ角βは、低速状態（Ｖ＝Ｖ１）すなわち車両進行方向Ｖｒに対して車両の向きＶｄが外側になっている場合にその値を正とし、車両進行方向Ｖｒに対して車両の向きＶｄが内側の場合に負とする。
【００２２】
以上のようにして補正ヨー角α２を算出した後、Ｓ１０３において、軌跡予測部４４はＴ秒後の車両位置を算出する。本実施形態では、警報ＥＣＵ４０は、設定されたＴ秒後において車線逸脱するか否かを判定するという手法を採っている。秒数Ｔは、その値が大きすぎると安全な範囲であるにも関わらず逸脱するとして警報するという問題が生じ、一方、その値が小さすぎると逸脱する可能性がある場合にドライバが逸脱の回避操作をするには不充分であるため、ドライバにとって煩わしくなく且つ回避操作が可能な値（例えば０．５〜０．７秒）とすることが好適である。
【００２３】
図６を参照して、車速Ｖ及びヨーレートωから得られる予想軌跡に基づいて、軌跡予測部４４がＴ秒後の車両位置（Ｘ，Ｙ）を算出する方法を詳説する。同図において、現時点でＸ−Ｙ座標系の原点にＹ軸方向を向いて車両が位置しているとし、０．１秒毎の予測位置を二重丸で示している。車速をＶ［ｍ／ｓｅｃ］、ヨーレートをω［ｒａｄ／ｓｅｃ］とすると、０．１秒間で０．１Ｖ前進し、その際にヨー角（上記ヨー角αは車線に対する車両の進行方向角度で、ここでいうヨー角は時間変化に基づくものであり、両者は異なる）は０．１ωずつ増加する。同図から判るように、０．１秒後の車両の座標は、
Ｘ＝０
Ｙ＝０．１Ｖ
となり、０．２秒後の座標は、
Ｘ＝０．１Ｖｓｉｎ０．１ω
Ｙ＝０．１Ｖ＋０．１Ｖｃｏｓ０．１ω
となる。同様に項を足していくと、Ｔ秒後の座標は、
Ｘ＝０．１Ｖ｛ｓｉｎ０．１ω＋ｓｉｎ０．２ω＋・・・＋ｓｉｎ（Ｔ−０．１）ω｝
Ｙ＝０．１Ｖ｛１＋ｃｏｓ０．１ω＋ｃｏｓ０．２ω＋・・・＋ｃｏｓ（Ｔ−０．１）ω｝
として求めることができる。
【００２４】
また、この式においてヨーレートωが充分小さいとして、下記の近似式（ｃ），（ｄ）を座標（Ｘ，Ｙ）の算出に用いる。
Ｘ＝０．１Ｖ×０．１ω×｛（１０Ｔ−１）１０Ｔ｝／２　・・・（ｃ）
Ｙ＝Ｖ×Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（ｄ）
【００２５】
以上のようにしてＴ秒後の座標（Ｘ，Ｙ）を算出した後、Ｓ１０４において、逸脱判定部４６は、Ｔ秒後に車両が車線から逸脱するか否かを判定する。図７を参照して、この判定方法を詳説する。同図において、各符号の意味は以下の通りである。
ＷＬ：現在位置における左車線までの距離
ＷＲ：現在位置における右車線までの距離
Ｄ：車線幅中心と車両中心のオフセット
（Ｘ，Ｙ）：Ｔ秒後の車両位置
ＸＬ：Ｔ秒後の左車線までの距離
ＸＲ：Ｔ秒後の右車線までの距離
【００２６】
これらのうち、距離ＷＬ，距離ＷＲ，オフセットＤの値については、Ｓ１０１において車両情報として既に得られている。そして、同図において車線を放物線近似した場合、車線における現在の車両側方の位置からＴ秒後の位置までのｘ方向の距離Ｘ２は、上記補正ヨー角α２を用いて下記式（ｅ）より求められる。但し、Ｙ２の項の係数を１／２Ｒとする。
Ｘ２＝Ｙ２／２Ｒ＋（α２）・Ｙ　　・・・（ｅ）
【００２７】
逸脱判定部４６は、予めメモリに記憶された式（ｅ）に、Ｓ１０１で取得したカーブの曲率半径Ｒ、Ｓ１０２で求めた補正ヨー角α２、及びＳ１０３の上記式（ｄ）で求めたＴ秒後のｙ座標の値Ｙを代入し、距離Ｘ２を算出する。更に、逸脱判定部４６は、Ｔ秒後における車両から左車線までの距離ＸＬ及び右車線までの距離ＸＲを下記式（ｆ），（ｇ）より求める。詳しくは、逸脱判定部４６は、式（ｆ），（ｇ）各々に、Ｓ１０１で取得した距離ＷＬ，ＷＲ、Ｓ１０３の上記式（ｃ）で求めたＴ秒後のｘ座標の値Ｘ、及び式（ｅ）で求めたＸ２を代入し、距離ＸＬ，ＸＲの値を得る。
ＸＬ＝Ｘ−Ｘ２＋ＷＬ　・・・（ｆ）
ＸＲ＝Ｘ２−Ｘ＋ＷＲ　・・・（ｇ）
そして、逸脱判定部４６は、距離ＸＬ又は距離ＸＲのいずれかの値が負となった場合に、その絶対値分だけ車両が車線から逸脱する可能性があると予測する。反対に、距離ＸＬ及び距離ＸＲの値が共に正又は０の場合は、逸脱の可能性が無いと予測する。
【００２８】
Ｓ１０４で車線逸脱すると判定された場合、警報ＥＣＵ４０はＳ１０５に進み、警報をしてドライバに車線逸脱の可能性があることを知らせる。これにより、ドライバは車線逸脱の回避操作を行える。尚、警報の手法としては、ブザー、音声、画像表示等の様々なものを利用することができる。警報後、警報ＥＣＵ４０はＳ１０１からの処理を繰り返す。一方、Ｓ１０４で車線逸脱しないと判定された場合は、警報ＥＣＵ４０はＳ１０５の警報をせずに、Ｓ１０１からの処理を繰り返す。
【００２９】
以上のように、本実施形態の車線逸脱警報装置１０では、スリップ角βを考慮して補正された補正ヨー角α２を利用していることから、車両の実際の走行に近い状況を設定できるため、車線逸脱を高精度で予測することができる。
【００３０】
尚、本実施形態では、補正されたヨー角α２を上記式（ｅ）に代入し、Ｔ秒後における車線の適切な位置を得るという手法を採っているが、この手法に代えて、式（ｅ）には補正ヨー角α２ではなくヨー角αを代入するとともに、式（ｃ），（ｄ）において補正ヨー角α２を利用し、適切なＴ秒後の車両位置（Ｘ，Ｙ）を得るようにしてもよい。
【００３１】
また、本実施形態では、逸脱の判断時期（Ｔ秒後）を予め設定し、Ｔ秒経過した時点で車線逸脱すると判定した場合に警報するという手法を採っているが、この手法に代えて、車両の予想軌跡と車線の軌跡とを比較して車線逸脱するまでの時間Ｔ１を求め、この時間Ｔ１が基準値Ｔｘ以下の場合に警報するようにしてもよい。
【００３２】
次に、車線逸脱警報装置１０の学習機能について説明する。ここでいう学習機能とは、スリップ角βを求める上記式（ａ）をより適切なものに更新する機能をいう。上記のように、式（ａ）においては、車両形状及び特性に基づいて係数Ｃ０，Ｃ１の値が設定されている。詳しくは、係数Ｃ０は車両の進行方向と車体の軸とのアライメントのずれに関係し、係数Ｃ１はタイヤのグリップ等の影響で定まるものであり、いずれも車両製造時に車両ごとに設定される。ところが、タイヤやサスペンションの交換或いは磨耗等の様々な要因により、これらの係数はいつまでも適切な値であるとは限らない。そこで、本実施形態の車線逸脱警報装置１０では、係数Ｃ１の値を修正し、式（ａ）を更新できるように構成されている。
【００３３】
係数Ｃ１の修正の概要は、式（ａ）に曲率半径Ｒ、車速Ｖ、及び正確なスリップ角βを代入して、適切なＣ１の値を得るというものである。正確なスリップ角の求め方を含めて、以下、図８のフローチャートを参照し、係数Ｃ１の修正方法を説明する。
【００３４】
まず、Ｓ２０１において、図１に示した安定走行判定部４８は、ヨー角α、車速Ｖ、カーブの曲率半径Ｒ、及びオフセットＤの過去Ｔ秒間の情報を画像処理装置３０から取得するとともに、車速Ｖの過去Ｔ秒間の情報を車速計６０から取得する。
【００３５】
次に、Ｓ２０２において、安定走行判定部４８は、次の条件（１）〜（４）が全て満たされている場合に、車両が安定走行していると判定する。
（１）車速Ｖ＞基準値ａ
（２）所定時間内の車速変化＜基準値ｂ
（３）所定時間内の曲率半径Ｒの変化＜基準値ｃ
（４）所定時間内の車幅方向における車両位置の変化＜基準値ｄ
条件（１）を満たすとき、スリップ角が発生する速度で車両が走行していることになる。条件（２）を満たすとき、車両が発進時における加速中等ではなく定常走行中であることになる。条件（３）を満たすとき、カーブの曲率半径が略一定であることになる。条件（４）を満たすとき、車両の車線幅方向における横振れが小さいことになる。つまり、これらの条件を全て満たすことで、車両はスリップしながらも、曲率が略一定のカーブを略一定速度でトレースしていることになり、このような状況を本実施形態では安定走行という。
【００３６】
Ｓ２０２で車両が安定走行中であると判定された後、ヨー角補正部４２は次のようにして係数Ｃ１を補正する。まず、安定走行中、車両の進行方向は車線の向きと等しくなる。この際、図５（ａ）から判るように、車両の進行方向Ｖｒは車線と平行になり、補正ヨー角α２＝０とすることができる。そして、補正ヨー角α２＝０を上記式（ｂ）に代入して、β＝−αを得る。ここでαの値は、Ｓ２０１で取得した過去Ｔ秒間のヨー角αの平均値とする。
【００３７】
次に、Ｓ２０３において、ヨー角αの平均値、過去Ｔ秒間における車速Ｖの平均値、及び過去Ｔ秒間における曲率半径Ｒの平均値を式（ａ）に代入することで、ヨー角補正部４２は適切な係数Ｃ１を得る。当該車両のその後の車線逸脱判定において、ヨー角補正部４２は修正した係数Ｃ１を用いてスリップ角β及び補正ヨー角α２を算出することになる。
【００３８】
このように、本実施形態の車線逸脱警報装置１０では式（ａ）を修正するという学習機能が設けられているため、タイヤやサスペンションが劣化等しても、常に高精度で車線逸脱の可能性を予測することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る車線逸脱警報装置によれば、高精度で車線逸脱を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車線逸脱警報装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】画像処理装置が算出する各種情報の説明図である。
【図３】車線逸脱警報装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】車速に応じたスリップ角の説明図である。
【図５】ヨー角α、スリップ角β、及び補正ヨー角α２の関係を示す図であり、図５（ａ）は低速時、図５（ｂ）は高速時に関するものである。
【図６】Ｔ秒後における車両位置の説明図である。
【図７】Ｔ秒後に車線逸脱するか否かの判定方法を示す図である。
【図８】スリップ角βの算出に用いられる係数Ｃ１の修正過程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０・・・車線逸脱警報装置、２０・・・カメラ、３０・・・画像処理装置、４０・・・警報ＥＣＵ、４２・・・ヨー角補正部、４４・・・軌跡予測部、４６・・・逸脱判定部、４８・・・安定走行判定部、５０・・・ヨーレートセンサ、６０・・・車速計、α・・・ヨー角、β・・・スリップ角、α２・・・補正ヨー角、ω・・・ヨーレート、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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