(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路に道路マーカを布設し、この道路マーカを検出することにより、車両の道路マーカからのずれを検出して車線からの逸脱を警告する装置であって、
自律航法により車両の位置を推定する車両位置推定手段と、
道路マーカの座標データ列を記憶した道路マーカ地図メモリと、
車両の位置を道路マーカの並ぶライン上に投影することにより、車両のラインからのずれｄを求め、このずれｄを閾値ｄ0 と比較することによって、車線逸脱を検出する逸脱検出手段と、逸脱警告手段とを備えることを特徴とする車線逸脱警告装置。
【請求項２】
道路マーカを検出するマーカ検出手段と、
マーカ検出手段により検出された道路マーカと、座標データメモリに記憶されている道路マーカとの対応付けをし、車両位置推定手段により推定された車両の位置に基づいて、前記マーカ検出手段により検出された道路マーカの推定位置を算出し、この道路マーカの推定位置と、座標データメモリに記憶されている道路マーカの座標データとを比較することにより、自律航法により推定された車両の位置を補正する位置補正手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の車線逸脱警告装置。
【請求項３】
前記閾値ｄ0 は、次の(a) 〜(d) のいずれか又はこれらの組合せの基準に従って設定されるものであることを特徴とする請求項１記載の車線逸脱警告装置。
(a) 車両の幅が広いと閾値ｄ0 を小さくする。
(b) 車線幅が狭いと閾値ｄ0 を小さくする。
(c) 車両の走行方向と磁気ネイルの並んでいるラインの方向との差であるヨー角φが大きいと閾値ｄ0 を小さくする。
(d) 車線を規定する白線からガードレール又は側壁までの距離が短いと閾値ｄ0 を小さくする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路に道路マーカを布設し、この道路マーカを検出することにより車両の道路マーカからのずれを検出して車線からの逸脱を警告する車線逸脱警告装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
道路と車両との通信又は車両と車両との通信により、車両の車線位置、走行距離、速度、加速度、他車両との車間距離等を情報として採り入れ、この情報に基づいてドライバに警告したり、車両のブレーキ操作、アクセル操作、ステアリング操作等の指令を発生し運転装置に伝えたりする自動運転システムが知られている。
【０００３】
このような自動運転システムにおいては、車両の走行距離（所定の基準点からの相対的な走行距離）、車両が道路のどの車線を走行しているか、車線を外れていないか、あるいは車線のどの部分（車線の中央、左寄り又は右寄り）を走行しているか、車線に沿って真っ直ぐに走っているか若しくは斜めに横切っているか等を正確に認識することが重要である。
【０００４】
従来では、車載カメラを通して道路の状態を撮影し画像認識することにより、走行位置を判定する技術は提案されているが（例えば特開平７−７７４３１号公報参照）、カメラや画像処理装置が必要になり、判定アルゴリズムが複雑になるため、より簡易に走行位置を認識することのできる装置が望まれていた。
そこで、道路面に道路の方向に沿って磁気ネイルを埋め込み、車体に設けた磁気センサによってこの磁気ネイルを検出することにより、車両の走行距離や車体の横方向の変位を検出するシステムが提案されている（1994年９月13日米国特許第 5,347,456号、1992年５月14日ＰＣＴ国際公開ＷＯ 92/08176 号参照）。
【０００５】
さらに、磁気テープを道路に貼り付け、磁気テープから生ずる磁界を利用して車両の位置を検出するシステムも提案されている。
これらの磁気ネイル、磁気テープ等、車両の走行位置を検出するため道路に設けられた設備を「道路マーカ」と総称することとする。
自動運転システムを搭載した車両は、前記のように道路マーカを検出することによって、車両の走行位置を知ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、車線を外れていないか、あるいは車線のどの部分を走行しているか、車線に沿って真っ直ぐに走っているか若しくは斜めに横切っているか等を正確に認識するためには、車両の道路マーカからのずれを認識する必要がある。
最も普通に考えられる方法は、道路マーカを検出する検出素子を複数個、車両のバンパーの底部等に並べ、いずれの検出素子が道路マーカを検出しているかにより、道路マーカからのずれを算出する方法である。
【０００７】
例えば、バンパーの底部の左右と真中に検出素子を取付け、真中に検出素子が道路マーカを検出しているときは車線の中央を走行しているとし、左の検出素子が道路マーカを検出しているときは車線の右寄りを走行しているとし、右の検出素子が道路マーカを検出しているときは車線の左寄りを走行しているとする。
しかし、前記の検出方法では、検出素子の取付け長さを超えて車線を逸脱したときは、道路マーカからのずれが分からなくなる。しかも、検出素子の取付け長さは車体の幅に限定される。
【０００８】
一方、車両の走行距離検出信号、走行方向検出信号に基づいて車両の推定位置を算出する自律航法が知られている。
そこで、本発明は、道路マーカの座標データ列を記憶するとともに、自律航法を併用することにより、車線の逸脱を的確に判断し警告することができる車線逸脱警告装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の車線逸脱警告装置は、自律航法により車両の位置を推定する車両位置推定手段と、道路マーカの座標データ列を記憶した道路マーカ地図メモリと、車両の位置を道路マーカの並ぶライン上に投影することにより、車両のラインからのずれｄを求め、このずれｄを閾値ｄ0 と比較することによって、車線逸脱を検出する逸脱検出手段と、逸脱警告手段とを備えるものである（請求項１）。
【００１０】
この構成によれば、自律航法により求められた車両の位置を道路マーカの並ぶライン上に投影することにより、車両のラインからのずれｄを求めることができる。このずれが、閾値ｄ0 以上であれば、車線逸脱を検出し警告することができる。
本発明の車線逸脱警告装置は、前記請求項１記載の要素に加えて、道路マーカを検出するマーカ検出手段と、マーカ検出手段により検出された道路マーカと、座標データメモリに記憶されている道路マーカとの対応付けをし、車両位置推定手段により推定された車両の位置に基づいて、前記マーカ検出手段により検出された道路マーカの推定位置を算出し、この道路マーカの推定位置と、座標データメモリに記憶されている道路マーカの座標データとを比較することにより、自律航法により推定された車両の位置を補正する位置補正手段とをさらに備えるものである（請求項２）。
【００１１】
この構成によれば、自律航法により求められた車両の位置を、道路マーカ地図メモリに記憶された道路マーカの座標データ列に基づいて、正確に補正することができる。したがって、車両のラインからのずれｄを正確に求めることができる。
前記閾値ｄ0 は、請求項３記載の(a) 〜(d) のいずれか又はこれらの組合せの基準に基づいて設定することができる（請求項３）。
【００１２】
(a) 〜(d) の基準を採用する理由は次のとおりである。
(a) ：車両の幅が広いと車線を逸脱しやすいので、閾値ｄ0 を小さくする。
(b) ：車線幅が狭いと車線を逸脱しやすいので、閾値ｄ0 を小さくする。
(c) ：ヨー角φが大きいときは、ラインから離れるスピードが速いことを意味するので、早めに警告を出さないと走行上危険であるから、閾値を小さく設定する。ヨー角φが小さいときは、ハンドルの切り返しも容易なので警告が遅くなってもよいと考え閾値を大きめに設定する。
(d) ：車線を規定する白線からガードレール又は側壁までの距離が短いと、早めに警告を出さないと衝突の危険性があるので、閾値ｄ0 を小さめにする。この距離が比較的長いときは閾値ｄ0 を大きめにする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、道路マーカとして車線の真中に磁気ネイルを埋め込んだ道路を低空から見た図である。
磁気ネイルは、直径３ｃｍ、長さ１０ｃｍ程度の強磁性体の釘からなるものである。
【００１４】
磁気ネイルは、Ｎ極とＳ極とが、所定ピッチＬ（例えば１〜２ｍ）を周期として所定のコード（例えば１をＮ極、−１をＳ極とすれば−１，１，−１，１，‥‥）に従って配列される。なお極性は、地表面に向いている磁界の極性を意味する。
図２は、車線逸脱警告装置を含む車載装置を示すブロック図である。車載装置は、走行距離検出部１１と、走行方向検出部１２と、両検出部１１，１２から出力される走行距離検出信号、走行方向検出信号に基づいて自律航法により推定位置を算出する位置推定部１４と、道路に埋め込まれた磁気ネイルの磁界を検出するための磁界検出部１３及び波形整形部１３ａと、磁気ネイルにより構成されるコードや座標データ列を格納した道路マーカ地図メモリ１５と、磁気ネイルのコードを検出し、これと道路マーカ地図メモリ１５に記憶されている座標データ等とを比較して、位置推定部１４で検出された推定位置を補正する位置補正部１６と、逸脱検出部１９と、逸脱警告部２０とを備えている。
【００１５】
これら位置推定部１４、道路マーカ地図メモリ１５、位置補正部１６により位置検出部１８を構成する。
さらに詳細に説明すると、前記走行距離検出部１１として、例えば車輪速センサが使用可能である。この車輪速センサは、車輪の回転を検出する磁気センサを有し、磁気センサからの出力正弦波信号の波数をカウンタによりカウントすることにより車輪の回転数を得、カウンタから出力されるカウントデータに対して、乗算器により車輪の外周を示す所定の定数を乗算することにより検出周期Δｔ（周期番号をｎで表す。）当りの走行距離を検出するものである。なお、それ以外に、ドップラシフト等に基いて車両の走行速度を検出し、積分することにより走行距離を検出する構成の車速センサ等、従来公知の構成のものも使用可能である。
【００１６】
前記走行方向検出部１２には、例えば、単位時間当りの回転角度データを出力するジャイロが使用可能である。このジャイロの例として、振動ジャイロ、光ファイバジャイロ、差動型車輪速センサがあげられる。また、地磁気の水平分力を検出する地磁気センサを使用することもでき、地磁気センサと前記ジャイロとの組合せを採用することも可能である。
【００１７】
前記磁界検出部１３は、例えばバンパーの底部に設けられ、図３に示すように、磁気抵抗素子１を細長いゴム状の永久磁石３の上に複数個並べ、それぞれから出力電圧を取り出す回路構成としている。
磁気抵抗素子１は、磁界を加えることによって電気抵抗が変化する素子であり、ＩｎＳｂ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ等の半導体材料がよく用いられる。本実施の形態では、基板の上に真空蒸着法によりＩｎＳｂ薄膜を形成した素子を用いるが（例えばトヨコム東洋通信機株式会社製の「磁気抵抗素子ＴＭＳ−Ｄシリーズ」が使用可能である）、これ以外に、バルク（単結晶）型の磁気抵抗素子を使用してもよい。
【００１８】
道路に沿って埋め込まれた磁気ネイルの磁界を、磁界検出部１３のいずれかの磁気抵抗素子が検出すれば、その変化により磁気ネイルのコードを読み取ることができる。また、磁界検出部１３のいずれの磁気抵抗素子が検出しているのかを知ることによって、車両の中心線と磁気テープとの横方向の相対距離（以下「Ｌm 」と書く）を検出することもできる。
【００１９】
道路マーカ地図メモリ１５は、磁気ネイルにより構成されるコードや位置情報が格納されているものである。
ここで、前記道路マーカ地図メモリ１５の記憶構造は、表１のようになる。
【００２０】
【表１】
0003743071.tif 000002
【００２１】
道路マーカ地図メモリ１５は、高速道路の路線、区間ごとに対応して、地点の番号、埋め込まれた磁気ネイルのその地点の極の区別（「磁気ネイルの符号」という）、東向きをｘ方向とし北向きをｙ方向とした相対座標を記憶している。例えば、出発点となる地点の番号は０、その地点に埋め込まれた磁気ネイルの符号はＳ、地点の相対座標は（０，０）となっている。
【００２２】
位置推定部１４は、走行距離検出部１１から出力される距離データΔＤn を取り込むとともに、走行方向検出部１２から出力される角速度データωn を取り込み、前回の角速度ωn-1 と今回の角速度ωn との平均Ωn 
Ωn ＝（ωn-1 ＋ωn ）／２
を求め、これに周期Δｔをかけ、前回の方位θn-1 に加算することにより今回の方位θn を求める。
【００２３】
θn ＝Ωn Δｔ＋θn-1 
さらに、前回の方位θn-1 と、今回の方位θn との平均方位Θn を求め、
Θn ＝（θn ＋θn-1 ）／２
そしてこの平均方位Θn に基づいて、前記距離ΔＤn の東西方向成分Δｘn （＝ΔＤn × cosΘn ）、および南北方向成分Δｙn （＝ΔＤn × sinΘn ）を検出し、前回の推定位置データ（ｘn-1 ，ｙn-1 ）に対して前記各成分Δｘn ，Δｙn を加算することにより、現在の推定位置（ｘn ，ｙn ）を検出する。
【００２４】
ｘn ＝ｘn-1 ＋Δｘn 
ｙn ＝ｙn-1 ＋Δｙn 
なお、推定位置の初期位置（ｘ0 ，ｙ0 ）を決める必要があるが、この初期位置（ｘ0 ，ｙ0 ）は、出発点となる磁気ネイルを検出した時点の車両位置を、例えば（０，０）に設定してそれを採用すればよい。
【００２５】
位置補正部１６は、磁気抵抗素子の取付け長さを超えて車線を逸脱していないことを前提として、この推定位置（ｘn ，ｙn ）を、道路マーカ地図メモリ１５に格納された相対座標に基づいて補正する。
この補正方法を説明すると、まず、コース出発点を特定する。
ここで、コース出発点の特定は、次のようにして行う。車両は、高速道路に入る前に通信手段、例えばビーコンから、当該高速道路の路線名、区間名の情報を受ける。ナビゲーション装置を搭載していれば、ナビゲーション装置から路線名、区間名の情報を受けてもよい。この情報により、道路マーカ地図メモリ１５に記憶されているデータ群の記憶場所を特定することができる。
【００２６】
高速道路の入口と出口との間に磁気ネイルが埋め込まれており、車両が当該入口から高速道路に入ると、最初は特定の符号（例えばＳ極）が現れ、その後両符号が所定のコードに従って現れる。この最初の特定の符号を初めて検出した地点を出発点とする。その後、磁気ネイルにより構成されるコードを読み取ることにより、相対座標を知ることができる。
【００２７】
また、例えばコードが−１，１，−１，１，‥‥といった単純なものであれば、検出した符号をカウントするだけで、何番目の地点であるかが分かるので、表１を参照して相対座標を知ることができる。
位置補正部１６は前記コードの読み取り結果に基づき、道路マーカ地図メモリ１５を参照して相対座標（以下「（ｘm ，ｙm ）」と書く）を読み出す。
【００２８】
次に、当該時点の車両推定位置（ｘs ，ｙs ）を求める。一般に、当該車両推定位置（ｘs ，ｙs ）は、図４に示すようにいずれかの検出周期Δｔの始めの車両推定位置（ｘn-1 ，ｙn-1 ）と終わりの車両推定位置（ｘn ，ｙn ）との間に存在するので、車両推定位置（ｘs ，ｙs ）は、検出周期Δｔの始めの時刻Ｔn-1 と、終わりの時刻Ｔn と、符号が検出された時刻Ｔm とを使えば、
ｘs ＝ｘn-1 ＋（ｘn −ｘn-1 ）（Ｔm −Ｔn-1 ）／Δｔ
ｙs ＝ｙn-1 ＋（ｙn −ｙn-1 ）（Ｔm −Ｔn-1 ）／Δｔ
で求められる。
【００２９】
そして、当該車両推定位置（ｘs ，ｙs ）及び前記相対距離Ｌm に基づいて推定される相対座標（ｘ′m ，ｙ′m ）と、道路マーカ地図メモリ１５に記憶されている相対座標（ｘm ，ｙm ）との関係を求める。図５は、車両推定位置（ｘs ，ｙs ）と推定位置（ｘ′m ，ｙ′m ）との位置関係を表した図であり、車両の走行方向はθn で表されている。方向θn の符号は反時計回りを正とし、相対距離Ｌm の符号は車両の左側に磁気テープ又は誘導線を検出したときを正とする。同図に示した関係より、推定位置（ｘ′m ，ｙ′m ）は、Ｌm とθn とを用いて
ｘ′m ＝ｘs −Ｌm sin θn                             (1)
ｙ′m ＝ｙs ＋Ｌm cos θn                             (2)
で表される。
【００３０】
ここで、前記(1) 式及び(2) 式で示された推定位置（ｘ′m ，ｙ′m ）と、道路マーカ地図メモリ１５から読みだした磁気ネイルの座標（ｘm ，ｙm ）とを比較し、その差を求める。
Δｘ＝ｘm −ｘs 
Δｙ＝ｙm −ｙs 
この差Δｘ，Δｙが車両推定位置（ｘn ，ｙn ）の補正量となる（以下、添字ｎを省略して、推定位置（ｘ，ｙ）と書く）。すなわち、車両推定位置（ｘ，ｙ）を、
ｘ＝ｘ＋Δｘ
ｙ＝ｙ＋Δｙ
として補正することができる。補正された推定位置（ｘ，ｙ）は、ＧＰＳ(Global Positioning System) 等と比べて極めて精度が高い。
【００３１】
前述した位置補正部１６の処理は、磁気抵抗素子の取付け長さを超えて車線を逸脱していないことを前提としていた。
もし、磁気抵抗素子の取付け長さを超えて車線を逸脱すれば、車両の中心線と磁気テープとの横方向の相対距離Ｌm が求まらないので、前述した処理を行うことはできない。この場合は、位置推定部１４から出力される車両の推定位置（ｘn ，ｙn ）をそのまま車両の推定位置（ｘ，ｙ）として採用することになる。
【００３２】
次に、車線からの逸脱を警告する方法について説明する。
この警告の判断は、車両が、磁気抵抗素子の取付け長さを超えて車線を逸脱しても、逸脱していなくても行うことができる（逸脱していないのに警告するのは無用という気もするが、警告しきい値は任意に設定することができる）。
まず、逸脱検出部１９は、車両推定位置（ｘ，ｙ）を磁気ネイルの並んでいるライン上の位置へ投影する。
【００３３】
図６は、最近検出された磁気ネイルの座標（ｘm0，ｙm0）、次の番号に対応する磁気ネイルの座標（ｘm1，ｙm1）及び推定位置（ｘ，ｙ）を示す図である。
ライン上の補正すべき位置を（ｘb ，ｙb ）と書くことにすると、（ｘb ，ｙb ）は、推定位置（ｘ，ｙ）からラインに垂線を引くことにより求められる。
ｘb ＝ｘm0＋（ｘm1−ｘm0）Ｒ
ｙb ＝ｙm0＋（ｙm1−ｙm0）Ｒ
ここで、Ｒは、
Ｒ＝｛（ｘm1−ｘm0）（ｘ−ｘm0）＋（ｙm1−ｙm0）（ｙ−ｙm0）｝
／｛（ｘm1−ｘm0）2 ＋（ｙm1−ｙm0）2 ｝
で定義される。
【００３４】
このライン上への投影位置（ｘb ，ｙb ）と、車両推定位置（ｘ，ｙ）との距離ｄ
ｄ＝ＳＱＲＴ｛（ｘ−ｘb ）2 ＋（ｙ−ｙb ）2 ｝
が車両のラインからのずれになる。
逸脱検出部１９は、このずれｄが閾値ｄ0 よりも大きいと判断すれば、逸脱警告部２０から音声により警告を出す。勿論、音声で警告を出すのに代えて、ディスプレイ（図示せず）に警告を表示させてもよい。また、警告を出すのと同時に、ブレーキ操作、アクセル操作、ステアリング操作等を行うアクチュエータに指令信号を与えてもよい。
【００３５】
警告の解除は、ウィンカー操作があったとき、ステアリング操作があったときとする。また、ウィンカー操作、ステアリング操作に伴ってラインからのずれｄが閾値ｄ0 を越えたときは、初めから警告をしないようにしてもよい。
なお、前記閾値ｄ0 は、例えば、車両の幅、車線幅を考慮して選ぶことができる。この場合、車両の幅は、当該車両に固有の値として保有しておけばよく、車線幅は、高速道路の路線、区間ごとに対応して、データとして道路マーカ地図メモリ１５に格納しておけばよい。
【００３６】
例えば、車線幅３．５ｍ、車両の幅１．８ｍのときは、閾値ｄ0 を０．８５ｍに設定する。
閾値ｄ0 の設定をするとき、図７に示すように、車両の走行方向と磁気ネイルの並んでいるラインとのヨー角φを考慮してもよい。ここで、ヨー角φは、道路マーカからのずれｄの時間変化に基づいて算出することができる。ヨー角φが大きいときは、ラインから離れるスピードが速いことを意味するので、閾値を小さく設定する。ヨー角φが小さいときは、ハンドルの切り返しも容易なので警告が遅くなってもよいと考え閾値を大きめに設定する。
【００３７】
具体的にいうと、一般に車両が直線維持走行を行っているときは、ヨー角φは±１．５°以内、車線変更を行うときはヨー角φは３°〜５°程度になる。したがって、ヨー角φが１．５°未満のときは車線の境界を示す白線ぎりぎりで警告を与え、ヨー角φが１．５°以上３°未満のときは白線の３０ｃｍ内側で警告を与え、ヨー角φが３°以上のときは白線の５０ｃｍ内側で警告を与えるようにする。
【００３８】
また、閾値ｄ0 を車両の幅、車線幅だけでなく、ガードレール又は側壁までの距離を考慮して決定することもできる。この場合、白線とガードレール又は側壁までの距離を道路マーカ地図メモリ１５に格納しておき、この距離が比較的短いときは閾値ｄ0 を小さめにし、この距離が比較的長いときは閾値ｄ0 を大きめにする。
【００３９】
さらに、ドライバの運転の癖によって、閾値を変えることもできる。ドライバによっては、左寄りを走行する人、右寄りを走行する人がいる。この場合は、過去の走行内容を学習しておき、右側と左側とで閾値を変える。
また、車両の性能等により、左右のぶれが大き目の場合があるので、この場合も、過去の走行内容を学習しておき、左右のぶれが大きいときは閾値を小さめに設定する。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように本発明の車線逸脱警告装置によれば、自律航法により求められた車両の位置を道路マーカの並ぶライン上に投影することにより、車両のラインからのずれｄを求めることができる。このずれｄに基づいて車線の逸脱を的確に判断し警告することができる。
【００４１】
特に、請求項２記載の発明であれば、自律航法により求められた車両の位置を、道路マーカ地図メモリに記憶された道路マーカの座標データ列に基づいて、正確に補正することができ、車両のラインからのずれｄを正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】道路マーカとして、車線の真中に磁気ネイルを埋め込んだ道路を低空から見た図である。
【図２】車線逸脱警告装置を含む車載装置を示すブロック図である。
【図３】磁気抵抗素子を細長いゴム状の永久磁石の上に複数個並べ、それぞれから出力電圧を取り出す回路構成を示す図である。
【図４】いずれかの検出周期Δｔの始めの車両推定位置（ｘn-1 ，ｙn-1 ）と終わりの車両推定位置（ｘn ，ｙn ）との間の車両推定位置（ｘs ，ｙs ）の算出方法を説明する図である。
【図５】車両推定位置（ｘs ，ｙs ）と磁気ネイルの座標（ｘm ，ｙm ）との位置関係を説明する図である。
【図６】車両推定位置（ｘ，ｙ）を磁気ネイルの並んでいるライン上の位置へ投影する方法を説明する図である。
【図７】車両推定位置（ｘ，ｙ）を磁気ネイルの並んでいるライン上の位置へ投影する場合にヨー角φを考慮して投影する方法を説明する図である。
【符号の説明】
１      磁気抵抗素子
２      抵抗素子
３      永久磁石
１１    走行距離検出部
１２    走行方向検出部
１３    磁界検出部
１３ａ  波形整形部
１４    位置推定部
１５    道路マーカ地図メモリ
１６    位置補正部
１７    アンテナ
１７ａ  受信復調部
１７ｂ  ループコイル
１７ｃ  ループコイル
１７ｄ  ９０°移相器
１７ｅ  ハイブリッド
【図１】
0003743071.tif 000003
【図２】
0003743071.tif 000004
【図３】
0003743071.tif 000005
【図４】
0003743071.tif 000006
【図５】
0003743071.tif 000007
【図６】
0003743071.tif 000008
【図７】
0003743071.tif 000009