(57)【要約】【課題】  撮像手段の精度に大きく依存することなく車両のレーン走行支援を適切に行なう。【解決手段】  操舵制御手段（電動パワーステアリングシステム）と、走行レーン検出手段（カメラ等）を備え、車両運動モデル及び道路モデルに基づき、走行レーン検出手段の検出結果と車両の操舵状態及び走行状態に応じて、走行レーン内における車両の横方向位置を含む状態量を推定し、目標状態量との比較結果に応じて警報あるいは修正操舵を行ない車両の走行レーン内の走行を支援する。具体的には、撮像した画像からレーンマークの連続線部を検出したときの検出値に基づいて、レーンマークの空白部を含む走行レーン内における車両の横方向位置を、車両運動モデル及び道路モデルに基づき推定する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、該走行レーン検出手段が検出した走行レーン内を前記車両が走行するように前記操舵制御手段を制御して、前記車両の前記走行レーン内の走行を支援する車両のレーン走行支援装置において、車両運動モデル及び道路モデルを有し、該車両運動モデル及び道路モデルに基づき、前記走行レーン検出手段の検出結果と前記車両の操舵状態及び走行状態に応じて、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を含む状態量を推定する車両状態推定手段と、前記車両の操舵状態及び走行状態に基づき前記車両に対する目標状態量を設定する目標状態量設定手段とを備え、該目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態推定手段が推定した状態量の比較結果に応じて前記車両の前記走行レーン内の走行を支援することを特徴とする車両のレーン走行支援装置。
【請求項２】
前記車両状態推定手段は、前記撮像手段によって撮像した画像から、前記走行レーン検出手段が前記走行レーンを標示するレーンマークの連続線部を検出したときの検出値に基づいて、当該レーンマークの空白部を含む前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を、前記車両運動モデル及び道路モデルに基づき推定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項３】
前記車両状態推定手段は、前記走行レーン検出手段が前記走行レーンを標示するレーンマークの連続線部を検出したときにのみ、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を推定するように構成したことを特徴とする請求項２記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項４】
前記車両状態推定手段は、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を常時推定し、前記走行レーン検出手段が前記走行レーンを標示するレーンマークの連続線部を検出したときにのみ、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を推定結果に反映するように構成したことを特徴とする請求項２記載の車両のレーン走行支援装置。
【請求項５】
前記車両状態推定手段による、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置の推定結果に基づき、運転者に対して警報する警報手段及び前記操舵制御手段による操舵制御を修正する修正操舵手段の、少なくとも一方を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の車両のレーン走行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のレーン走行支援装置に関し、特に、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、これらによって、走行レーン内を車両が走行するように支援する車両のレーン走行支援装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
車両のレーン走行支援装置としては、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段を備え、これを制御して車両が走行レーン内を走行するようにレーンキープアシストが基本であるが、更に、走行支援を越えて、運転者の操作とは無関係に自動的に操舵制御を行ない、車両が走行レーン内の走行を維持し得るように制御する装置も知られている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、自ら走行路を探索しながら、その走行路上に最適な目標経路を設定して、車両がその目標経路上を走行するように支援する車両の走行制御を行なわせることを目的とし、以下のように構成された自動走行装置が提案されている。即ち、撮像装置により車両の進行方向の領域を撮像した画像にもとづいて道路エッジを認識することにより自ら走行可能領域を探索しながら、その走行可能領域内に適切な目標経路を設定し、そのときの車両の走行状態にしたがって車両をその目標経路に合流させるための最適な制御目標量を求めて、その制御目標量に応じて車両の走行制御を行なわせる旨記載されている。
【０００４】
あるいは、下記の特許文献２には、例えばプラント、工場等の床面に安全通路を表示するため前記通路両側に標記された白線を誘導帯として使用し、特に狭隘な場所でのコーナリングが容易になし得ることを目的として、安全通路の限界を示すために床面に設けられた白線等をそのまま誘導帯として使用し、走行車の現在の方位とコーナ部の角度とから操舵量を算出してコーナリングを行うように構成された走行車の誘導装置が提案されている。
【０００５】
更に、下記の特許文献３には、運転者がハンドル操作しなくても前方の走行レーン上を外れることなく走行することができる自動車用自動操舵装置が提案されている。この特許文献３には、自動車の右側下方向の進路を撮影する撮影手段と、この撮影手段にて撮影した道路の中から隣接する走行レーンの境界を示すラインを認識する認識手段と、この認識手段にて認識したラインの基準位置からの距離を検出する距離検出手段と、この距離検出手段にて検出した距離に応じた舵角制御信号を発生する舵角制御手段と、この舵角制御手段からの舵角制御信号を受けて車両の進行方向を変化させる舵角駆動手段とを備え、前記舵角制御信号による舵角制御手段の作動にて前記距離検出手段にて検出される距離を所定値に保持せしめるようにする旨記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−４８７０４号公報
【特許文献２】特開平２−２７４０８号公報
【特許文献３】特開昭６０−３７０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の特許文献に記載の装置によれば、何れも画像によって検出した車両等の走行レーンに沿ってコーナリングを行なうことが可能とされている。この場合において、現実的な対応としては、必ずしも運転者の操作と無関係に自動的に操舵することは必要ではなく、例えば運転者によるステアリングホイールの操作に対し、車両が走行レーンの中央を維持するように操舵トルクを付加することによって、ステアリングホイールの操作負荷を軽減し、巡航運転を支援することができる。
【０００８】
このようなレーン走行支援装置においては、カメラで撮像した画像から路面上の走行レーンを適切且つ安定的に検出することが重要となる。通常、路面上には、走行レーン（車線）の境界を識別するレーン境界線をはじめ種々の目的に応じて標示線（レーンマーク）が塗装されており、実線のみならず破線のレーンマークや、白色あるいは黄色というように異なる色彩のレーンマークが混在し、更には、これらが複合されたものも存在する。特に、破線のレーンマークや剥がれが生じたレーンマークには空白部が存在するので、短い実線部を高精度で検出する必要が生ずる。従って、レーン走行支援装置に供する撮像手段としては、遠方までレーンマークを確実に検出し得るように、高性能の前方監視カメラが必要とされる。
【０００９】
ところで、近時の車両には、車両前方あるいは後方の近傍の確認や駐車支援用に前方監視カメラや後方監視カメラが装着されているものがある。しかし、これら既設の前方監視カメラや後方監視カメラは近傍の画像を確保し得るに留まり、遠方の画像は不鮮明となるので、遠方のレーンマークに対しては上記の空白部で検出不能となる。従って、このようなレーンマークの検出に既設のカメラが転用されることはなく、別途、高性能の前方監視カメラが採用され高価な装置となっていた。
【００１０】
そこで、本発明は、操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、これらによって、車両が走行レーン内を走行するように支援する車両のレーン走行支援装置において、撮像手段の精度に大きく依存することなく、既設の安価なカメラを転用しても、車両のレーン走行支援を適切に行ない得るレーン走行支援装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を達成するため、本発明は、運転者のステアリングホイール操作に応じて作動すると共に車両の路面走行状態に応じて操舵状態を制御し得る操舵制御手段と、撮像手段によって路面を連続して撮像した画像から走行レーンを検出する走行レーン検出手段を備え、該走行レーン検出手段が検出した走行レーン内を前記車両が走行するように前記操舵制御手段を制御して、前記車両の前記走行レーン内の走行を支援する車両のレーン走行支援装置において、請求項１に記載のように、車両運動モデル及び道路モデルを有し、該車両運動モデル及び道路モデルに基づき、前記走行レーン検出手段の検出結果と前記車両の操舵状態及び走行状態に応じて、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を含む状態量を推定する車両状態推定手段と、前記車両の操舵状態及び走行状態に基づき前記車両に対する目標状態量を設定する目標状態量設定手段とを備え、該目標状態量設定手段が設定した目標状態量と前記車両状態推定手段の推定した状態量の比較結果に応じて前記車両の前記走行レーン内の走行を支援するように構成したものである。
【００１２】
尚、前記車両状態推定手段における車両の操舵状態及び走行状態を表す指標としては、例えば操舵角及びヨーレイトがあり、前記目標状態量設定手段における車両の操舵状態及び走行状態を表す指標としては、例えば操舵角及び車体速度がある。そして、前記状態量を表す指標としては、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置たるレーン位置のほか、その微分値であるレーン位置変動速度、前記車両のヨー角、及びヨーレイトがある。前記操舵制御手段は、例えば電動パワーステアリングシステムを備えたものとするとよい。
【００１３】
前記車両状態推定手段は、請求項２に記載のように、前記撮像手段によって撮像した画像から、前記走行レーン検出手段が前記走行レーンを標示するレーンマークの連続線部を検出したときの検出値に基づいて、当該レーンマークの空白部を含む前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を、前記車両運動モデル及び道路モデルに基づき推定するように構成することができる。
【００１４】
前記車両状態推定手段は、請求項３に記載のように、前記走行レーン検出手段が前記走行レーンを標示するレーンマークの連続線部を検出したときにのみ、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を推定するように構成するとよい。あるいは、請求項４に記載のように、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を常時推定し、前記走行レーン検出手段が前記走行レーンを標示するレーンマークの連続線部を検出したときにのみ、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置を推定結果に反映するように構成することとしてもよい。
【００１５】
そして、請求項５に記載のように、前記車両状態推定手段による、前記走行レーン内における前記車両の横方向位置の推定結果に基づき、運転者に対して警報する警報手段及び前記操舵制御手段による操舵制御を修正する修正操舵手段の、少なくとも一方を備えたものとするとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に記載のように構成された車両のレーン走行支援装置においては、車両状態推定手段によって車両モデル及び道路モデルに基づき走行レーン内における車両の横方向位置を含む状態量の推定が行われるので、撮像手段の精度に大きく依存することなく、既設の安価なカメラによっても、車両のレーン走行支援を適切に行なうことができる。また、前方監視カメラに限らず後方監視カメラを用いることもできる。
【００１７】
前記車両状態推定手段は、請求項２に記載のように走行レーン検出手段がレーンマークの連続線部を検出したときの検出値に基づいて、レーンマークの空白部を含む走行レーン内における車両の横方向位置を推定するように構成されているので、破線のレーンマークや剥がれが生じたレーンマークのように空白部が存在する場合でも、これを含む走行レーン内における車両の横方向位置を精度よく推定することができる。更に、前記車両状態推定手段は、請求項３あるいは請求項４に記載のように構成することができ、これにより一層確実に走行レーン内における車両の横方向位置を推定することができる。
【００１８】
そして、請求項５に記載のように構成すれば、適宜警報が行われるので、車両のレーン走行支援を適切に行なうことができる。あるいは、操舵制御手段による車両のレーン走行支援を円滑に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る車両のレーン走行支援装置の構成を示すもので、車両前方（図１の上方）に、撮像手段として例えばｃｃｄカメラで構成された前方監視用のカメラＣＭｆが配置されると共に、車両後方にも後方監視用のカメラＣＭｒが配置されているが、何れか一方のカメラが設けられておればよい。また、本実施形態の操舵制御手段として電動パワーステアリングシステムＥＰＳを備えている。このような電動パワーステアリングシステムＥＰＳは既に市販されており、運転者によるステアリングホイールＳＷの操作によってステアリングシャフトに作用する操舵トルクを、操舵トルクセンサＴＳによって検出し、この検出操舵トルクの値に応じてＥＰＳモータ（図１では図示省略）を制御し、減速ギヤ及びラックアンドピニオン（図示せず）を介して車両前方の車輪（図１では全車輪を代表してＷＨで表す）を操舵し、運転者のステアリング操作力（ハンドル操作力）を軽減するものである。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、画像処理用の電子制御ユニットＥＣＵ１及び操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２を備え、両者が通信バスを介して接続されている。電子制御ユニットＥＣＵ１にはカメラＣＭｆ（及びＣＭｒ）が接続されており、画像信号が電子制御ユニットＥＣＵ１に入力されるように構成されている。一方、電子制御ユニットＥＣＵ２には、入力側に上記の操舵トルクセンサＴＳのほか、車両前方の車輪ＷＨの操舵角を検出する操舵角センサＳＳ、車体速度を検出する車体速度センサＶＳ、車両のヨーレイトを検出するヨーレイトセンサＹＳ、及びＥＰＳモータの回転角を検出する回転角センサＲＳ等が接続されると共に、出力側にＥＰＳモータが接続されている。尚、車体速度センサＶＳに代えて、各車輪の車輪速度を検出する車輪速度センサ（図示せず）を備えたものとし、検出車輪速度に基づき車体速度を推定することとしてもよい。
【００２１】
図２は本発明のシステム構成を示すもので、画像処理システム（図２の上方）及び操舵制御システム（図２の下方）が通信バスを介して接続されている。本実施形態の画像処理システムは、画像処理用のＣＰＵ、フレームメモリ等を備えた電子制御ユニットＥＣＵ１に、前方監視カメラＣＭｆ及び後方方監視カメラＣＭｒ、ヨーレイトセンサＹＳ、操舵角センサＳＳ及び車体速度センサＶＳが接続されている。また、本実施形態の操舵制御システムは、電動パワーステアリング制御用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた電子制御ユニットＥＣＵ２に、操舵トルクセンサＴＳ及び回転角センサＲＳが接続されると共に、モータ駆動回路ＡＣ２を介してＥＰＳモータＭＴが接続されている。更に、本実施形態では、警報用の電子制御ユニットＥＣＵ３（図１では図示省略）を介して、警報表示や音声警報を出力する警報装置ＷＡが接続されている。
【００２２】
これらの電子制御ユニットＥＣＵ１乃至ＥＣＵ３は夫々、通信用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備えた通信ユニットを介して通信バスに接続されており、各制御システムに必要な情報を他の制御システムから送信することができる。更に、図示は省略するが、この通信バスに、アクティブステアリングシステム、ブレーキ制御システム、スロットル制御システム等を接続し、各システム間で互いのシステム情報を共有することができるように構成することとしてもよい。尚、図１に示すように、電子制御ユニットＥＣＵ１（又はＥＣＵ２）には操作スイッチＯＳが接続されており、走行支援制御は運転者による操作スイッチＯＳの操作によって開始されるように構成されている。
【００２３】
上記のように構成されたレーン走行支援装置において、レーン走行支援（レーンキープアシスト）制御部は、図３の制御ブロック図に示すように構成されており、カメラＣＭｆ（又はＣＭｒ）によって撮像された画像情報が図２の電子制御ユニットＥＣＵ１にて画像処理されて走行レーンが検出される。この電子制御ユニットＥＣＵ１には、レーン検出手段たるレーン認識演算部Ｍ１が構成されており、ここで、走行レーン内における車両の横方向位置ｙ（レーン位置）及び走行レーンに対するヨー角ψが演算されると共に、検出状態Ｒｌが判別される。この検出状態Ｒｌは、画像認識結果のレーン検出状態を表すファクターで、例えば、走行レーンが検出された状態が「１」で、未検出の状態が「０」とされる。これにより、レーンマークの連続線部が検出されたときにのみ走行レーン内における車両の横方向位置を推定するように構成し、あるいは、後述するように、レーンマークの連続線部が検出されたときにのみ走行レーン内における車両の横方向位置を推定結果に反映するように構成することができる。尚、画像処理による走行レーンの検出については前掲の特許文献１に記載された方法のほか、公知の何れの方法でもよい。
【００２４】
上記のレーン認識演算部Ｍ１による演算結果とヨーレイトセンサＹＳ及び操舵角センサＳＳの検出信号を用いた車両モデルと道路モデルに基づき、車両状態推定手段たる状態推定演算部Ｍ２にて、レーン位置ｙ、レーン横方向移動速度ｄｙ（走行レーン内における車両の横方向移動速度でレーン位置ｙの時間微分値）、ヨー角ψ、及びヨーレイトγをファクターとする現在の車両の状態量Ｘが推定演算される。即ち、車両の状態量をＸ、状態量出力をＹ、道路モデルの入力をＵとすると、Ｘ＝［ｙ，ｄｙ，ψ，γ］T、Ｙ＝［ｙ，ｄｙ，ψ，γ］T、Ｕ＝［δｆ，ρ］Tと表すことができる。尚、δｆは操舵角センサＳＳで検出される操舵角で、ρは走行路の道路曲率の逆数で、例えば前述のカメラ画像から推定演算される。そして、状態量推定値をＸｅとし、オブザーバゲインをＬとすると、以下の状態方程式が成り立ち、状態量出力ＹはＹ＝Ｃ・Ｘｅとなる。
ｄＸｅ／ｄｔ＝Ａ・Ｘｅ＋Ｂ・Ｕ＋Ｒｌ・Ｌ・（Ｘ−Ｘｅ）
【００２５】
尚、上記の状態方程式におけるモデル定数Ａ、Ｂ及びＣは以下に示すとおりである。
Ａ＝［a11 a12 a13 a14 ; a21 a22 a23 a24 ; a31 a32 a33 a34 ; a41 a42 a43 a44］
Ｂ＝［b11 b12 ; b21 b22 ; b31 b32 ; b41 b42］
Ｃ＝［1000 ; 0100 ; 0010 ; 0001］
【００２６】
一方、操舵角センサＳＳで検出された操舵角δｆ、及び車体速度センサＶＳで検出された車体速度（車速）Ｖｘ等に基づき、目標状態量演算部Ｍ３にて以下の４ファクターから成る目標状態量が演算される。先ず、走行レーン内における車両の横方向位置（レーン位置）に対する目標レーン位置ｙｔが、走行レーンの中心（レーン境界線間の中心）を起点として、ｙｔ＝０に設定される。そして、目標レーン横方向移動速度ｄｙｔに関し、車両が横振れすることなく走行レーンの中心に沿って移動するように、ｄｙｔ＝０に設定される。また、目標ヨー角ψｔがψｔ＝Ｃ・ρに設定される。尚、このＣは道路曲率から目標ヨー角への変換定数で、ρは道路曲率の逆数である。そして、車体速度（車速）Ｖｘと道路曲率逆数ρに基づき、目標ヨーレイトγｔがγｔ＝Ｖｘ・ρとして設定される。
【００２７】
而して、目標状態量演算部Ｍ３の演算結果（目標状態量）と、状態推定演算部Ｍ２の演算結果（現在の状態量）との差が演算され、この差に基づき、フィードバック制御演算部Ｍ４にてトルク指令値が演算される。即ち、フィードバック制御演算部Ｍ４においては、上記の目標状態量を表す４ファクターの目標値（ｔを付加）と推定値（ｅを付加）における各々の差にゲインＫ１乃至Ｋ４によって重み付けがされ、これらの総和が下記のように目標回転角（目標ステアリング角）δswtとして設定される。
δswt ＝ K1・(yt−ye)＋K2・(dyt−dye)＋K3・(ψt−ψe)＋K4・(γt−γe）
【００２８】
そして、上記の目標回転角（目標ステアリング角）δswtと、回転角センサＲＳで検出される実回転角（実ステアリング角）δswとの差に応じて、付加ステアリングトルク指令値ＴaddがＴadd＝K0・(δswt−sw)として演算される。この付加ステアリングトルク指令値Ｔaddは操舵制御用の電子制御ユニットＥＣＵ２（図２）に送信され、電動パワーステアリング制御部Ｍ６（図３）にて、上記トルク指令値Ｔaddが通常のパワーステアリング制御量に加算されて、電動パワーステアリングシステムＥＰＳが制御され、本発明にいう修正操舵が行われる。而して、レーンマークの連続線部が検出されたときにのみ走行レーン内における車両の横方向位置が推定結果に反映されるので、レーンマークの連続線部が検出されたときの検出値に基づいて、レーンマークの空白部を含む走行レーン内における車両の横方向位置を適切に推定することができる。更に、必要に応じ、上記トルク指令値Ｔaddが警報出力部Ｍ６に供給され、トルク指令値Ｔaddの大きさ、換言すれば走行レーンの中心からの車両の位置に応じて、走行レーンからの逸脱のおそれを表す警報が出力され、運転者への注意喚起が行われる。尚、トルク指令値Ｔaddを用いることなく、走行レーン内における車両の横方向位置の推定結果（状態推定演算部Ｍ２の演算結果）に応じて警報を行うこととしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の車両のレーン走行支援制御装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における制御態様を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態における操舵制御手段及び警報手段を含むレーン走行支援制御装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３０】
ＳＷ    ステアリングホイール
ＷＨ    車輪
ＥＰＳ    電動パワーステアリングシステム
ＣＭｆ  前方監視カメラ
ＣＭｒ  後方監視カメラ
ＴＳ    操舵トルクセンサ
ＳＳ    車輪舵角センサ
ＲＳ    回転角センサ
ＹＳ    ヨーレイトセンサ
ＶＳ    車体速度センサ
ＯＳ    操作スイッチ  
【図１】
2005132194.tif 000003
【図２】
2005132194.tif 000004
【図３】
2005132194.tif 000005