(57)【要約】【課題】曲率の推定精度が高く、応答性に優れた道路曲率推定装置及び車線逸脱回避システムを提供すること。【解決手段】自車両の前方を撮像した画像を取得する画像取得ユニット（７）と、前記画像を用いて自車両が走行中の車線における曲率を推定する曲率推定ユニット（９）と、自車両の車速を取得する車速取得ユニット（７）と、前記曲率の最大許容変化率を車速ごとに規定した規定ユニットから、前記車速取得ユニットで取得した車速に対応する前記最大許容変化率を取得する最大許容変化率取得ユニット（１３）と、前記曲率推定ユニットで算出した曲率における変化率が前記最大許容変化率を超える場合、前記曲率推定ユニットで算出した曲率を、その変化率が前記最大許容変化率以下となるように補正する補正ユニット（１５）と、を備えることを特徴とする道路曲率推定装置（３）。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車両の前方を撮像した画像を取得する画像取得ユニット（７）と、
前記画像を用いて自車両が走行中の車線における曲率を推定する曲率推定ユニット（９）と、
自車両の車速を取得する車速取得ユニット（７）と、
前記曲率の最大許容変化率を車速ごとに規定した規定ユニットから、前記車速取得ユニットで取得した車速に対応する前記最大許容変化率を取得する最大許容変化率取得ユニット（１３）と、
前記曲率推定ユニットで算出した曲率における変化率が前記最大許容変化率を超える場合、前記曲率推定ユニットで算出した曲率を、その変化率が前記最大許容変化率以下となるように補正する補正ユニット（１５）と、
を備えることを特徴とする道路曲率推定装置（３）。
【請求項２】
請求項１に記載の道路曲率推定装置であって、
前記補正ユニットは、前記曲率推定ユニットで算出した曲率を、その変化率が前記最大許容変化率となるように補正することを特徴とする道路曲率推定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の道路曲率推定装置であって、
前記曲率推定ユニットで推定した前記曲率が、過去に推定した前記曲率と比べて、前記曲率の絶対値が増加する方向に変化していることを条件として、前記補正ユニットは補正を行うことを特徴とする道路曲率推定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の道路曲率推定装置であって、
前記規定ユニットにおける前記車速と前記最大許容変化率との関係は、前記車速が大きいほど、前記最大許容変化率が小さい関係であることを特徴とする道路曲率推定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の道路曲率推定装置と、
前記道路曲率推定装置で推定した前記曲率を用いて、前記車線に沿って走行するための操舵トルクを演算する操舵トルク演算装置（５）と、
を備えることを特徴とする車線逸脱回避システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は道路曲率推定装置及び車線逸脱回避システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自車両の前方を撮像し、その撮像画像において認識した車線の形状から、車線の曲率を推定する方法が知られている(特許文献１参照)。この方法で推定する曲率にはノイズが含まれる。特に、白線が薄くなっている場合や、路面ノイズが多い場合に、曲率のノイズが大きくなる。
【０００３】
特許文献１記載の技術では、現在より前の位置での車線の曲率を求め、その曲率に応じて曲率の最大許容変化量を設定することで、曲率の推定精度を向上させようとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５１７９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の技術では、最大許容変化量を設定するために、現在より前の位置での曲率を求める必要がある。そのため、装置の処理負担が大きく、現在の位置における曲率を推定する際の応答性が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、こうした問題にかんがみてなされたものであり、曲率の推定精度が高く、応答性に優れた道路曲率推定装置及び車線逸脱回避システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の道路曲率推定装置は、自車両の前方を撮像した画像を取得する画像取得ユニットと、画像を用いて自車両が走行中の車線における曲率を推定する曲率推定ユニットと、自車両の車速を取得する車速取得ユニットと、曲率の最大許容変化率を車速ごとに規定した規定ユニットから、車速取得ユニットで取得した車速に対応する最大許容変化率を取得する最大許容変化率取得ユニットと、曲率推定ユニットで算出した曲率における変化率が最大許容変化率を超える場合、曲率推定ユニットで算出した曲率を、その変化率が最大許容変化率以下となるように補正する補正ユニットとを備える。
【０００８】
本発明の道路曲率推定装置は、曲率における変化率が最大許容変化率を超える場合、曲率を補正する。補正後の曲率における変化率は、最大許容変化率以下となる。そのことにより、曲率におけるノイズの影響を低減し、曲率の推定精度を高めることができる。
【０００９】
また、本発明の道路曲率推定装置は、規定ユニットから、車速に対応する最大許容変化率を取得する。そのため、最大許容変化率を取得するための処理負担が軽い。その結果、曲率を推定する際の応答性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】車線逸脱回避システム１の構成を表すブロック図である。
【図２】パラメータ推定装置３が実行する処理の全体を表すフローチャートである。
【図３】横速度Ｖｗ、横位置Ｐ等のパラメータを表す平面図である。
【図４】パラメータ推定装置３が実行する曲率変化ガード処理を表すフローチャートである。
【図５】車速Ｖと最大許容変化率Ｇとの関係を規定した規定データを表すグラフである。
【図６】図６Ａは、補正前のＣ１がＣ２より大きい場合の補正を表す説明図であり、図６Ｂは、補正前のＣ１がＣ２より小さい場合の補正を表す説明図である。
【図７】制御装置５が実行する処理の全体を表すフローチャートである。
【図８】制御装置５が実行する制御開始判定を表すフローチャートである。
【図９】制御装置５が実行する制御中処理を表すフローチャートである。
【図１０】制御装置５が実行する制御終了判定を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．車線逸脱回避システム１の構成
車線逸脱回避システム１の構成を図１に基づき説明する。車線逸脱回避システム１は車両に搭載される車載システムである。以下では、車線逸脱回避システム１を搭載した車両を自車両とする。車線逸脱回避システム１は、パラメータ推定装置３と、制御装置５とを備える。
【００１２】
パラメータ推定装置３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える公知のコンピュータである。パラメータ推定装置３は、ＲＯＭに記憶されたプログラムにより後述する処理を実行し、各種パラメータを推定する。パラメータ推定装置３は、機能的に、センサ値取得ユニット７と、パラメータ推定ユニット９と、フィルタ処理ユニット１１と、最大許容変化率取得ユニット１３と、補正ユニット１５とを備える。各ユニットの機能は後述する。
【００１３】
制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備える公知のコンピュータである。制御装置５は、ＲＯＭに記憶されたプログラムにより後述する処理を実行し、要求トルク（操舵トルク）を算出する。
【００１４】
自車両は、車線逸脱回避システム１に加えて、画像センサ１７、ヨーレートセンサ１９、車輪速センサ２１、その他の車載センサ２３、規定ユニット２５、及び電動パワーステアリング装置２７を備える。
【００１５】
画像センサ１７は自車両の前方を撮像し、画像データを作成する。ヨーレートセンサ１９は自車両のヨーレートを検出する。車輪速センサ２１は自車両の車速Ｖを検出する。その他の車載センサ２３は自車両の各種状態量を検出する。規定ユニット２５は、例えばハードディスクドライブ等の記憶装置であって、後述する規定データを記憶している。
【００１６】
電動パワーステアリング装置２７は、通常の機能に加えて、制御装置５から要求トルクを取得し、その要求トルクに従って自動操舵を行う。
なお、センサ値取得ユニット７は、画像取得ユニット及び車速取得ユニットの一例である。パラメータ推定ユニット９は、曲率推定ユニットの一例である。パラメータ推定装置３は、道路曲率推定装置の一例である。制御装置５は操舵トルク演算装置の一例である。
【００１７】
２．パラメータ推定装置３が実行する処理
パラメータ推定装置３が一定時間Δｔごとに繰り返し実行する処理を図２〜図６に基づき説明する。図２のステップ１では、センサ値取得ユニット７が、センサ値を取得する。具体的には、センサ値取得ユニット７は、画像センサ１７を用いて自車両の前方を撮像した画像を取得し、ヨーレートセンサ１９を用いて自車両のヨーレートを取得し、車輪速センサ２１を用いて車速Ｖを取得し、その他の車載センサ２３を用いて自車両の各種状態量を取得する。
【００１８】
ステップ２では、パラメータ推定ユニット９が、前記ステップ１で取得したセンサ値を用いて、横位置Ｐと、横速度Ｖｗと、曲率Ｃとを推定する。
横位置Ｐとは、図３に示すように、自車両３３が走行中の車線３５を区画する車線境界線２９、３１のうち、自車両３３に近い方（図３では車線境界線２９）と、自車両３３のうち、その車線境界線に最も近い部分３３Ａとの横方向（車線３５の走行方向と直交する方向）における距離である。なお、図３に示すように、部分３３Ａが車線３５内にある（車線境界線２９より右側にある）とき、横位置Ｐを正の値とし、部分３３Ａが車線３５外にある（車線境界線２９より左側にある）とき、横位置Ｐを負の値とする。パラメータ推定ユニット９は、前記ステップ１で取得した画像における車線境界線の位置から、横位置Ｐを推定する。
【００１９】
横速度Ｖｗとは、図３に示すように、車速Ｖのうち、車線３５における横方向の成分である。パラメータ推定ユニット９は、以下のようにして横速度Ｖｗを推定する。まず、パラメータ推定ユニット９は、前記ステップ１で取得した画像おける車線境界線２９、３１の位置及び向きに基づき、自車両のヨー角θを算出する。ヨー角θは、図３に示すように、自車両３３の進行方向αと、車線境界線２９、３１とが成す角度である。
【００２０】
なお、ヨー角θが変化すると、それに応じて、画像における車線境界線２９、３１の位置及び向きが変化する。パラメータ推定ユニット９は、画像における車線境界線２９、３１の位置及び向きと、ヨー角θとの関係を規定するマップを予め備えており、画像における車線境界線２９、３１の位置及び向きをそのマップに入力することで、ヨー角θを算出する。
【００２１】
次に、パラメータ推定ユニット９は、車速Ｖにｓｉｎθを乗算することで横速度Ｖｗを算出する。横速度Ｖｗの値の正負については、車線３５の中央から、車線境界線２９、３１のうち、自車両３３に近い方（図３では車線境界線２９）に向う方向の横速度Ｖｗを正の値とし、その反対方向の横速度Ｖｗを負の値とする。
【００２２】
曲率Ｃは、車線３５を上方から見たときの、車線境界線２９、３１の曲率（言い換えれば、車線３５の曲率）である。パラメータ推定ユニット９は、前記ステップ１で取得した画像に表れる車線境界線２９、３１の形状から、曲率Ｃを推定する。なお、曲率Ｃの値の正負については、図３において上にゆくほど左方向に車線３５が曲がるときの曲率Ｃを正の値とし、その反対方向に曲がるときの曲率Ｃを負の値とする。
【００２３】
図２に戻り、ステップ３では、フィルタ処理ユニット１１が、前記ステップ２で推定した横位置Ｐ、横速度Ｖｗ、及び曲率Ｃに対し、カルマンフィルタを用いてフィルタ処理を行う。
【００２４】
ステップ４では、最大許容変化率取得ユニット１３及び補正ユニット１５が、前記ステップ２で推定した曲率Ｃに対し、曲率変化ガード処理を行う。この処理を図４〜図６に基づき説明する。
【００２５】
規定ユニット２５は、予め、図５に示す規定データを記憶している。この規定データは、曲率Ｃにおける変化率に関する最大許容変化率Ｇを車速Ｖごとに規定したデータである。曲率Ｃにおける変化率とは、以下のものである。ある時点ｔ１において曲率Ｃの値がＣ（ｔ１）であり、その後の時点ｔ２において曲率Ｃの値がＣ（ｔ２）であったとする。曲率Ｃ（ｔ２）における変化率は、Ｋ（Ｃ（ｔ２）−Ｃ（ｔ１））／（ｔ２−ｔ１）で表される。ここで、Ｋは定数である。
【００２６】
規定データにおいて、車速Ｖと最大許容変化率Ｇとの関係は、車速Ｖが大きいほど、最大許容変化率Ｇが小さいという関係である。
規定データは、道路構造令等の法規に基づき、以下のようにして作成することができる。道路構造令は、道路の曲率半径（最小カーブ半径）と、道路の設計速度とを対応付けて規定している。また、道路構造令は、クロソイド区間の最小距離は曲率半径の１／３としている。
【００２７】
所定の曲率半径Ｒを有する曲線道路に至るクロソイド区間の距離を曲率半径Ｒの１／３とし、そのクロソイド区間における曲率変化率（単位は１／ｍ／ｓ）を算出し、これを最大許容変化率Ｇとする。一方、道路構造令が規定する、曲率半径Ｒの道路における設計速度に、一定のマージン（例えば３０ｋｍ／ｈ）を付加した車速を車速Ｖとする。そして、上記の最大許容変化率Ｇと上記の車速Ｖとを対応付けたデータを規定データとする。
【００２８】
図４のステップ１１では、最大許容変化率取得ユニット１３が、前記ステップ１で取得した車速Ｖに対応する最大許容変化率Ｇを、規定ユニット２５から取得する。例えば、車速Ｖが５０（ｋｍ／ｈ）である場合、それに対応する最大許容変化率Ｇは０．０１０４（１／ｍ／ｓ）であり、車速Ｖが６０（ｋｍ／ｈ）である場合、それに対応する最大許容変化率Ｇは０．００５２（１／ｍ／ｓ）である。
【００２９】
ステップ１２では、直前の前記ステップ２で推定した曲率Ｃの値（以下、今回値Ｃ１とする）から、その一回前の前記ステップ２で推定した曲率Ｃの値（以下、前回値Ｃ２とする）を差し引いた差分Δを補正ユニット１５が演算する。なお、差分Δは、今回値Ｃ１における変化率に該当する。また、前回値Ｃ２は、過去に推定した曲率Ｃの一例である。前回値Ｃ２は、それが今回値であったとき、後述する補正を受けたものであってもよいし、補正を受けなかったものであってもよい。
【００３０】
ステップ１３では、前記ステップ１２で演算した差分Δの絶対値が、前記ステップ１１で取得した最大許容変化率Ｇより大きいか否かを補正ユニット１５が判断する。差分Δの絶対値が最大許容変化率Ｇより大きい場合はステップ１４に進む。一方、それ以外の場合は、今回値Ｃ１を補正することなく、曲率変化ガード処理を終了する。
【００３１】
ステップ１４では、今回値Ｃ１が前回値Ｃ２より大きいか否かを補正ユニット１５が判断する。今回値Ｃ１が前回値Ｃ２より大きい場合はステップ１５に進み、今回値Ｃ１が前回値Ｃ２より小さい場合はステップ１６に進む。
【００３２】
ステップ１５では、補正ユニット１５が、今回値Ｃ１を、「前回値Ｃ２＋Ｇ」という値に補正する。この補正の例を図６Ａに示す。
ステップ１６では、補正ユニット１５が、今回値Ｃ１を、「前回値Ｃ２−Ｇ」という値に補正する。この補正の例を図６Ｂに示す。
【００３３】
図２に戻り、ステップ５では、前記ステップ１で取得したセンサ値と、前記ステップ２で推定したパラメータとを、制御装置５に出力する。曲率Ｃについては、前記ステップ４において補正した場合は、補正後の曲率Ｃを出力する。また、前記ステップ４において補正しなかった場合は、前記ステップ２で推定した曲率Ｃをそのままの値で出力する。
【００３４】
３．制御装置５が実行する処理
制御装置５が所定時間ごとに繰り返し実行する処理を図７〜図１０に基づき説明する。図７のステップ２１では、パラメータ推定装置３から、センサ値及びパラメータ（横位置Ｐ、横速度Ｖｗ、及び曲率Ｃ）を取得する。
【００３５】
ステップ２２では、制御実行フラグがオンであるか否かを判断する。なお、制御実行フラグは後述する処理によりオン又はオフとなる。制御実行フラグがオフである場合はステップ２３に進み、オンである場合はステップ２５に進む。
【００３６】
ステップ２３では制御開始判定を行う。この制御開始判定を図８に基づき説明する。図８のステップ３１では、横速度Ｖｗが予め設定された閾値Ｔ１より大きいか否かを判断する。横速度Ｖｗが閾値Ｔ１より大きい場合はステップ３２に進み、閾値Ｔ１以下である場合は制御開始判定を終了する。
【００３７】
ステップ３２では、横位置Ｐが予め設定された閾値Ｔ２（図３参照）より小さいか否かを判断する。横位置Ｐが閾値Ｔ２より小さい場合はステップ３３に進み、閾値Ｔ２以上である場合は制御開始判定を終了する。
【００３８】
ステップ３３では制御実行フラグをオンにする。
図７に戻り、ステップ２４では、制御実行フラグがオンであるか否かを判断する。制御実行フラグがオンである場合はステップ２５に進み、制御実行フラグがオフである場合は本処理を終了する。
【００３９】
ステップ２５では、制御中処理を実行する。この制御中処理を図９に基づき説明する。図９のステップ４１では、自車両が走行中の車線が直線であるという仮定の下で、横位置Ｐの目標値、及び横速度Ｖｗの目標値を設定する。横位置Ｐの目標値は、閾値Ｔ２及び後述する閾値Ｔ３よりも大きい値である。横速度Ｖｗの目標値は、その絶対値が十分小さい値である。
【００４０】
次に、横位置Ｐの目標値及び横速度Ｖｗの目標値に到達するために必要な要求トルク（以下、ＦＦ（フィードフォワード）量とする）を算出する。
ステップ４２では、前記ステップ２１で取得した曲率Ｃに応じて走行するために必要な要求トルク（以下、曲率分ＦＦ量とする）を演算する。
【００４１】
ステップ４３では、横位置Ｐ及び横速度Ｖｗの目標値と、実際の値との差を算出し、その差を減少させるための要求トルク（以下、ＦＢ（フィードバック）量とする）を演算する。
【００４２】
ステップ４４では、前記ステップ４１で演算したＦＦ量、前記ステップ４２で演算した曲率分ＦＦ量、及び前記ステップ４３で演算したＦＢ量を加算して、最終的な要求トルクを演算する。
【００４３】
ステップ４５では、前記ステップ４４で演算した要求トルクを電動パワーステアリング装置２７に出力する。
図７に戻り、ステップ２６では、制御終了判定を行う。この制御終了判定を図１０に基づき説明する。図１０のステップ５１では、横位置Ｐが予め設定された閾値Ｔ３（図３参照）より大きいか否かを判断する。横位置Ｐが閾値Ｔ３より大きい場合はステップ５２に進み、横位置Ｐが閾値Ｔ３以下である場合は制御終了判定を終了する。
【００４４】
ステップ５２では、横速度Ｖｗが一定時間継続して、予め設定された範囲Ｒ内であるという条件を満たすか否かを判断する。その条件を満たす場合はステップ５３に進み、その条件を満たさない場合は制御終了判定を終了する。
【００４５】
ステップ５３では制御実行フラグをオフにする。
４．パラメータ推定装置３及び車線逸脱回避システム１が奏する効果
（１Ａ）パラメータ推定装置３は、曲率Ｃにおける差分Δ（変化率の一例）が最大許容変化率Ｇを超える場合、今回値Ｃ１を補正する。補正後の今回値Ｃ１と、前回値Ｃ２との差分Δは、最大許容変化率Ｇとなる。そのことにより、曲率Ｃにおけるノイズの影響を低減し、曲率Ｃの推定精度を高めることができる。
【００４６】
（１Ｂ）パラメータ推定装置３は、規定ユニット２５から、車速Ｖに対応する最大許容変化率Ｇを取得する。そのため、最大許容変化率Ｇを取得するための処理負担が軽い。その結果、曲率Ｃを推定する際の応答性が良好である。
【００４７】
（１Ｃ）車線逸脱回避システム１は、上記のように必要に応じて補正した曲率Ｃを用いて要求トルクを演算する。そのことにより、曲率の変化に対する要求トルクの応答性を確保するとともに、曲率Ｃのノイズが自動操舵に影響してしまうことを抑制できる。
【００４８】
（１Ｄ）車速Ｖと最大許容変化率Ｇとの関係は、車速Ｖが大きいほど、最大許容変化率Ｇが小さいという関係である。この関係は、自車両が実際に車線を走行するときの車速Ｖと、その車線における曲率Ｃの変化率との関係と一致する。そのことにより、最大許容変化率Ｇを、車速Ｖに応じた適切な値とすることができる。
＜その他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得る。
【００４９】
（１）補正ユニット１５は、今回値Ｃ１が、前回値Ｃ２よりも絶対値が大きい場合（曲率Ｃが、過去に推定した曲率Ｃと比べて、絶対値が増加する方向に変化している場合）は、上記の補正を行うが、今回値Ｃ１が、前回値Ｃ２よりも絶対値が小さい場合は補正を行わないようにしてもよい。
【００５０】
この場合、補正の頻度が低下するので、パラメータ推定装置３の処理負担を軽減できる。なお、曲率Ｃの絶対値が減少する方向に変化している場合、自動操舵の制御は時間の経過とともに弱くなるので、補正を行わなくても、曲率Ｃのノイズの影響が比較的小さい。
【００５１】
（２）パラメータ推定装置３は、自車両の外部の施設から、車速Ｖに対応する最大許容変化率Ｇを取得してもよい。
（３）今回値Ｃ１を補正する方法は他の方法であってもよい。例えば、前記ステップ１５において、補正後の今回値Ｃ１を、「前回値Ｃ２＋δ」という値とし、前記ステップ１６において、補正後の今回値Ｃ１を、「前回値Ｃ２−δ」という値とすることができる。このδは、例えば、正の数であって、最大許容変化率Ｇよりも小さい値とすることができる。この場合、補正後の今回値Ｃ１と、前回値Ｃ２との差分Δは、最大許容変化率Ｇより小さい値δとなる。
【００５２】
（４）パラメータ推定装置３は、連続して３回以上推定した曲率Ｃから、変化率を算出してもよい。そして、その変化率が最大許容変化率Ｇを超える場合、その３回以上の曲率Ｃのうち、一部又は全部を補正することができる。
【００５３】
（５）曲率Ｃの補正は、今回値Ｃ１以外の曲率Ｃに対し行ってもよい。例えば、過去に推定した曲率Ｃのうち、変化率が最大許容変化率Ｇを超えるものを事後的に検出し、その曲率Ｃを補正してもよい。
【００５４】
（６）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【００５５】
（７）上述したパラメータ推定装置３の他、当該パラメータ推定装置３を構成要素とするシステム、当該パラメータ推定装置３としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、曲率推定方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１…車線逸脱回避システム、３…パラメータ推定装置、５…制御装置、７…センサ値取得ユニット、９…パラメータ推定ユニット、１１…フィルタ処理ユニット、１３…最大許容変化率取得ユニット、１５…補正ユニット、１７…画像センサ、１９…ヨーレートセンサ、２１…車輪速センサ、２３…その他の車載センサ、２５…規定ユニット、２７…電動パワーステアリング装置、２９、３１…車線境界線、３３…自車両、３５…車線
【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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【図１０】
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