JP4456855B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自車両を目標進行路に沿って自動操舵や自動加減速により自動操縦制御する車両の走行制御装置に関する。

近年、人工衛星から得られる位置データに基づいて車両の位置を検出するＧＰＳ（Global Positioning System）が、車両用のナビゲーション装置において広く用いられており、このＧＰＳで検出した自車位置情報や、カメラ等により検出した前方の道路情報を基に走行制御する様々な技術が提案され、実用化されている。

例えば、特開２００１−２５５９３７号公報では、車載用ナビゲーションシステムで、ドライバが目的地を設定し、このナビゲーションシステムにより生成される目的地までの経路を目標進行路として自動操舵や自動加減速により自動操縦制御する技術が開示されている。
特開２００１−２５５９３７号公報

ところで、上述の特許文献１に開示されるような先行技術では、ドライバにより設定される目標進行路が長くなると、途中に交差点や分岐路が介在し、自動操縦制御が複雑化してしまうという問題がある。また、目的地に対してドライバが走行し易いと考える経路と、ナビゲーションシステムにより設定される経路とが必ずしも一致するわけではないため、ドライバが使いにくく感じてしまうという課題もある。一方、目的地に関しては、予めナビゲーションシステムに記憶されている一義的な情報だけではなく、その都度のガイド情報が自車両に対して送信されれば、利便性の一層の向上が期待できる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、目的地に対して確実に自動操縦制御が可能で、また、ドライバの走行し易いと感じる走行路を的確に走行でき、更に、目的地の最新の情報をも受信して利便性の良い車両の走行制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、予め位置が求められた位置に選択的に設定し、地球を周回する衛星からの情報を基に補正情報を求めて予め設定する領域内に送信する基準局と、上記基準局からの情報を受信して該基準局からの情報と上記衛星からの情報に基づき自車位置を演算する車載の移動局と、上記自車両が走行する走行路を記憶する走行路記憶手段と、上記移動局が上記基準局の周辺領域に侵入して上記基準局と上記移動局との通信が確立した際に、上記移動局で演算した現在の自車位置が上記走行路記憶手段で過去に記憶した走行路と略一致すると判定した場合は、該過去に記憶した走行路を目標進行路に設定して上記自車両を該目標進行路に沿って自動操縦制御を実行させる一方、上記移動局が上記基準局の周辺領域に侵入して上記基準局と上記移動局との通信が確立した際に、上記移動局で演算した現在の自車位置が過去に記憶した走行路と一致しないと判定した場合は、上記自動操縦制御を実行せずに、現在の自車位置から連続して形成する自車両の走行路を上記走行路記憶手段に新たに記憶させる制御手段とを備えたことを特徴としている。

本発明による車両の走行制御装置は、目的地に対して確実に自動操縦制御が可能で、また、ドライバの走行し易いと感じる走行路を的確に走行でき、更に、目的地の最新の情報をも受信して利便性が良いという効果を奏する。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図５は本発明の実施の形態を示し、図１は車両の走行制御装置の全体を示す概略説明図、図２は自動操縦制御のメインプログラムのフローチャート、図３は自動操縦制御の自動操舵のフローチャート、図４は基準局の周辺の通信可能領域の説明図、図５は自動操舵の原理の説明図である。

図１において、符号１は移動局としての自動車等の車両（自車両）を示し、この自車両１には、後述する、ＧＰＳの形態の中でも周知のＲＴＫ（Real-Time Kinematic）−ＧＰＳを用いて制御を行う走行制御装置２が搭載されている。

すなわち、本実施形態におけるＲＴＫ−ＧＰＳでは、地球を周回する人工衛星（ＧＰＳ衛星）３からの情報（測位計算等に必要な衛星の軌道情報をはじめとするデータ等）は、使用者が自宅等に選択的に設定する基準局４と、移動局である自車両１により受信される。

基準局４は、予め位置が正確に求められている自宅等の地点に設けられており、ＧＰＳアンテナ４ａ、ＧＰＳ受信機４ｂ、無線機４ｃを備えて主要に構成されている。そして、この基準局４で観測したＧＰＳ衛星３からの電波の位相情報、疑似距離、及び、基準局４の位置座標を、測位する地点、すなわち、移動局である自車両１に無線機４ｃにより送信する。基準局４からは、具体的には、誤差補正量、疑似距離補正量、座標値等のデータ等が自車両１に対して送信される。

ここで、無線機４ｃは、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ等の規格による無線ＬＡＮ（Local Area Network）に基づき送受信するアクセスポイントであり、通信のセキュリティを維持するためＳＳＩＤ（Service Set ID）、ＷＥＰ（Wired Equivalent Privacy）キー、MAC（Media Access Control）アドレス認証の設定が特有になされている。そして、図４に示すように、この無線機４ｃを中心として、半径約５０〜１００ｍ以内の領域が、通信可能領域として設定される。

移動局である自車両１には、ＧＰＳアンテナ５ａ、ＧＰＳ受信機５ｂ、無線機５ｃが搭載されている。そして、自車両１が上述の基準局４との通信可能領域に入り、基準局４との通信が確立された際に、基準局４からの誤差補正量、疑似距離補正量、座標値等のデータ（無線機５ｃで受信されるデータ）や、自車両１で受信したＧＰＳ衛星３からの情報をＧＰＳ受信機５ｂ内で比較解析して、自車位置（座標値）を即座に精度良く（例えば、誤差１〜５cm）得られるようになっている。

また、自車両１には、上述のＧＰＳ受信機５ｂが接続されて自車位置が入力され、また、ステレオカメラ６で撮像した画像を基に前方の道路環境を認識して前方障害物を認識する障害物検出手段としての障害物認識部７が接続される制御装置８が搭載されている。

ステレオカメラ６は、ステレオ光学系として例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いた１組の（左右の）ＣＣＤカメラで構成され、これら左右のＣＣＤカメラは、それぞれ車室内の天井前方に一定の間隔をもって取り付けられ、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像し、障害物認識部７に入力する。

障害物認識部７における、ステレオカメラ６からの画像の処理は、例えば以下のように行われる。まず、ステレオカメラ６のＣＣＤカメラで撮像した自車両の進入方向の環境の１組のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理によって画像全体に渡る距離情報を求める処理を行なって、三次元の距離分布を表す距離画像を生成する。そして、このデータを基に、周知のグルーピング処理や、予め記憶しておいた３次元的な道路形状データ、側壁データ、立体物データ等と比較し、白線データ、道路に沿って存在するガードレール、縁石等の側壁データ、車両等の立体物データを抽出する。こうして抽出された立体物データの中から自車進行路の領域（例えば、自車進行方向に予め設定する幅で延長した領域や前方白線・側壁間に挟まれる領域）上に存在する立体物データが障害物として検出され制御装置８に入力される。

制御装置８には、上述のＧＰＳ受信機５ｂ、障害物認識部７の他、車速Ｖを検出する車速センサ９、ハンドル角θHを検出するハンドル角センサ１０等のセンサ類と自動操縦制御のメインスイッチ１１、ブレーキペダルスイッチ１２、アクセルペダルスイッチ１３等のスイッチ類が接続されている。

また、制御装置８には、図示しないハードディスク、内蔵メモリ、或いは、ＣＤ、ＤＶＤ等の読み込み書き込み自在な記憶メディアが搭載されており、基準局４との通信が可能な領域における地図の生成と、過去に生成した地図情報の読み込みが可能になっている。そして、この地図情報は、例えばダッシュボード上に設けられた表示手段としての液晶ディスプレイ１４に適宜表示され、基準局４位置と、自車両１の現在位置と、自動操縦により誘導される走行路（目標進行路：ノード列で与えられる）、過去に生成した走行路（ノード列）、或いは、現在生成している走行路（ノード列）が表示される。

また、自車両１の制御装置８には、自動操縦制御を実行するアクチュエータとして、電動スロットル弁制御装置１５、ブレーキ制御装置１６、及び、電動パワーステアリング制御装置１７が接続されている。

そして、ドライバが自動操縦制御のメインスイッチ１１をＯＮし、自動操縦制御における目標車速が設定されると、後述の図２に示す自動操縦制御のプログラムに従って、基準局４との通信が確立されて、自車両１の現在位置が過去に作成された走行路と略一致している場合には、この一致している走行路を目標進行路として自動操縦制御する。具体的には、目標車速を維持するように、電動スロットル弁制御装置１５に信号を出力してスロットル弁１８を駆動させ、加速、或いは、減速を実行させる。また、所定以上の大きな減速を行わせる際には、ブレーキ制御装置１６に信号を出力して自動ブレーキを作動させる。また、進行方向を変える場合には、後述の図３に示す自動操舵のプログラムに従って電動パワーステアリング制御装置１７に信号出力して自動操舵を実行する。一方、基準局４との通信が確立されていても、自車両１の現在位置が過去に作成された走行路と略一致していない場合には、自動操縦するのではなく、現在の自車位置から連続して形成する自車両の走行路を図示しないハードディスク、内蔵メモリ、或いは、ＣＤ、ＤＶＤ等の読み込み書き込み自在な記憶メディアに新たに記憶させる。このように、本実施の形態において、制御装置８は、走行路記憶手段と制御手段としての機能を有して構成されている。

次に、図２のフローチャートにより、走行制御装置２における自動操縦制御のプログラムを説明する。この図２のフローチャートは、自動操縦制御のメインスイッチ１１がＯＮされ、目標速度が設定されると、所定時間毎に実行されるプログラムで、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で必要なパラメータの読み込みが行われる。

次いで、Ｓ１０２に進み、自車両１が基準局４との通信可能領域に入り、移動局である自車両１と基準局４との間で通信が確立されているか否か判定し、通信が確立されていない場合には、そのままプログラムを抜ける。逆に、通信が確立されている場合には、Ｓ１０３に進み、ＧＰＳ受信機５ｂで基準局４からの情報とＧＰＳ衛星３からの情報を基に自車位置を演算し、Ｓ１０４へと進む。

Ｓ１０４では、自車両１の現在位置が、過去に作成した、図示しないハードディスク、内蔵メモリ、或いは、ＣＤ、ＤＶＤ等の読み込み書き込み自在な記憶メディアの地図のノードと略一致するか（例えば、現在位置から±２ｍ以内に過去のノードが存在するか）否か判定する。

Ｓ１０４の判定の結果、自車両１の現在位置が過去に作成したノードに略一致しないと判定した場合には、Ｓ１０５に進み、以降の走行経路を設定間隔（例えば、３〜５ｍ間隔）のノード列として、図示しないハードディスク、内蔵メモリ、或いは、ＣＤ、ＤＶＤ等の読み込み書き込み自在な記憶メディアに記憶する。この際、この新たなノード列の記憶は、一定時間（例えば、１５分）、一定距離（例えば、３００ｍ）で制限し、この制限を超えても目標に到達できない場合は、今回記憶してきたノード列を全て消去する。すなわち、この制限を超える場合は、自車両１が目標に向かうことなく停車した、或いは、目標に辿り着こうとしていないと判断できるからである。また、途中で基準局４との通信が途切れるような場合においても、正確な走行路の生成ができないので、今回記憶してきたノード列を全て消去する。尚、過去に記憶された走行路は、ドライバにより適宜消去できるようになっている。

一方、Ｓ１０４の判定の結果、自車両１の現在位置が過去に作成したノードに略一致すると判定した場合には、Ｓ１０６に進み、その一致した過去に記憶したノード列を目標進行路に設定し、上述の如く自動操縦制御して、プログラムを抜ける。尚、この自動操縦制御では、例えば障害物認識部７により前方１０ｍ以内に障害物が検出されたとき、ドライバが大きくステアリング操作した場合、ブレーキペダル、アクセルペダルを踏んだとき、或いは、自動操縦制御のメインスイッチ１１をＯＦＦにした場合にはキャンセルする。

次に、自車両１の制御装置８における自動操縦制御の自動操舵について、図３のフローチャート及び図５の自動操舵の原理の説明図で説明する。まず、Ｓ２０１で必要なパラメータの読み込みが行われる。

次に、Ｓ２０２に進み、自車位置の過去の履歴の中から、例えば、現在位置より略車長長さ（例えば、５ｍ）手前の自車測位点履歴を抽出し、この５ｍ手前の自車測位点と現在の自車位置とを結んで得られる前方への直線方向を自車進行路として推定する。

次いで、Ｓ２０３に進み、現在の自車位置から最も近い、目標進行路のノードを抽出する。

その後、Ｓ２０４に進み、現在の自車速と、予め設定しておいた前方注視時間（例えば、１．５秒）より、前方注視距離を求める。例えば、現在の自車速が２０km/hの場合は、前方注視距離は、５．５６ｍ・１．５秒＝８．３４ｍ。

次いで、Ｓ２０５に進み、Ｓ２０４で求めた前方注視距離近傍の目標進行路上のノードを誘導目標ノードとして設定する。

次に、Ｓ２０６に進み、誘導目標ノードと自車進行路からの横方向のずれ量を目標ノード偏差ΔＤとして演算する。

次いで、Ｓ２０７に進み、目標ノード偏差ΔＤをゼロにするように目標ハンドル角δｈを以下の（１）式により算出する。
δｈ＝Ｇp・ΔＤ＋Ｇd・（ｄ（ΔＤ）／ｄｔ） …（１）
ここで、Ｇpは比例項ゲインであり、Ｇdは微分項ゲインである。

次に、Ｓ２０８に進み、目標ハンドル角δｈとハンドル角センサ１０で検出した実際のハンドル角θHとからハンドル角偏差Δδ（＝δｈ−θH）を演算する。

次いで、Ｓ２０９に進み、以下の（２）式によりハンドル角偏差Δδをゼロにするように、電動パワーステアリング制御装置１７における電動パワーステアリングモータの指示電流Ｉδを演算し、Ｓ２１０で、この指示電流Ｉδを出力してプログラムを抜ける。
Ｉδ＝Ｋp・Δδ＋Ｋd・（ｄ（Δδ）／ｄｔ）＋Ｋi・∫Δδｄｔ …（２）
ここで、Ｋpは比例項ゲイン、Ｋdは微分項ゲイン、Ｋiは積分項ゲインである。

このように本実施の形態によれば、基準局４は自宅等、使用者が好みの場所に選択的に設定できるので、利便性が良い。

また、基準局４の周りにおいてのみ自動操縦制御するようになっているので、長い距離で目標進行路を設定して、途中に交差点等が存在し、自動操縦制御が実際には困難になるという問題がなく利便性が高い。

更に、基準局４の周りにおいて、ドライバが実際に走行した走行路を以後の目標進行路として設定するようになっているので、ドライバの意図する経路で自動操縦制御が行われ、使いやすい。

また、基準局４の周辺領域でドライバが実際に走行した走行路が細かく設定されるので、基準局４の周辺領域内で道路工事等や交通法規の変更があっても、これを即座に反映した走行経路を目標進行路に設定して自動操縦制御を実行することが可能である。

更に、基準局４の周辺領域に侵入し、通信が確立された時点で過去に走行したことのある走行経路であるならば自動操縦制御されるので、その都度、その都度、自動操縦制御の細かな設定をする必要がなく、操作性に優れている。

また、自動操縦制御は、障害物が検出されるとキャンセルされるので、十分な安全性を有している。更に、ドライバのブレーキペダル操作、アクセルペダル操作、ステアリング操作により、自動操縦制御がキャンセルされるので、ドライバの運転意思を十分に反映して安全で使いやすい自動操縦制御となっている。

尚、本発明の実施の形態では、障害物検出手段は、ステレオカメラ６にて撮影した画像を基に認識するようになっているが、他の装置、例えば、超音波センサ等で検出するようにしても良い。

また、本発明の実施の形態では、目標進行路は過去に走行した走行経路の中から選択されるようになっているが、ドライバが自分でメモリ上に好みの走行経路を記憶できるようにしても良い。

また、本発明の実施の形態では、基準局４からは、一般的な無線ＬＡＮの規格により自車両１に各情報を送信するようになっているが、情報を無線送信できるものであれば、これに限ることなく、所謂、Bluetooth規格による無線で実現し、公知の携帯電話、携帯端末、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の無線装置で情報伝達を行えるようにしても良い。

更に、本発明の実施の形態においては、基準局４からは、自車両１の自車位置を求める為の補正情報のみを送信するようにしているが、この情報以外に他の情報を送信するようにしても良い。例えば、基準局４が自宅に設定されるものであれば、自宅のセキュリティ情報（侵入警報の状態、火災警報の状態）や、電灯やテレビ、パーソナルコンピュータの動作状態（ホームエレクトロニクス情報）、帰宅している人の信号（それぞれの帰宅した人が帰宅時にＯＮ、外出時にＯＦＦする信号）等を送信するようにしても良い。

また、基準局４を車両のサービス拠点等に設定する場合は、そのサービス拠点で行っているサービス情報や、宣伝情報を送信し、サービスの効率の向上を図ることが可能となる。また、サービス拠点近傍に車両が到達すれば、その車両は迷うことなく、サービス拠点に到着することができるので、サービス性の大きな向上につながる。そして、このようなサービス拠点では、サービス拠点までの走行経路を書き込ませた安価なＣＤ、ＤＶＤ等の記憶メディアを多くの利用者に配ることにより、サービス販売の一層の利益向上につなげることができる。

また、本発明の実施の形態では、基準局４周辺の走行路情報を記憶する機能は、自車両１の制御装置８に設けるようにしているが、基準局４側に配設するようにしても良い。

また、本発明の実施の形態では、基準局を自宅等に設定したがこれに限定されるものでなく、基準局を所定敷地内、例えば、工場又は駐車場内等に設置し、所定敷地内にて通信を確立させ、確立させた以降における所定敷地内での車両の走行制御に適用することも可能である。

車両の走行制御装置の全体を示す概略説明図 自動操縦制御のメインプログラムのフローチャート 自動操縦制御の自動操舵のフローチャート 基準局の周辺の通信可能領域の説明図 自動操舵の原理の説明図

符号の説明

１ 自車両（移動局）
２ 走行制御装置
３ ＧＰＳ衛星
４ 基準局
４ａ ＧＰＳアンテナ
４ｂ ＧＰＳ受信機
４ｃ 無線機
５ａ ＧＰＳアンテナ
５ｂ ＧＰＳ受信機
５ｃ 無線機
６ ステレオカメラ
７ 障害物認識部（障害物検出手段）
８ 制御装置（走行路記憶手段、制御手段）
代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (4)

1. 予め位置が求められた位置に選択的に設定し、地球を周回する衛星からの情報を基に補正情報を求めて予め設定する領域内に送信する基準局と、
   上記基準局からの情報を受信して該基準局からの情報と上記衛星からの情報に基づき自車位置を演算する車載の移動局と、
   上記自車両が走行する走行路を記憶する走行路記憶手段と、
   上記移動局が上記基準局の周辺領域に侵入して上記基準局と上記移動局との通信が確立した際に、上記移動局で演算した現在の自車位置が上記走行路記憶手段で過去に記憶した走行路と略一致すると判定した場合は、該過去に記憶した走行路を目標進行路に設定して上記自車両を該目標進行路に沿って自動操縦制御を実行させる一方、上記移動局が上記基準局の周辺領域に侵入して上記基準局と上記移動局との通信が確立した際に、上記移動局で演算した現在の自車位置が過去に記憶した走行路と一致しないと判定した場合は、上記自動操縦制御を実行せずに、現在の自車位置から連続して形成する自車両の走行路を上記走行路記憶手段に新たに記憶させる制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の走行制御装置。
2. 上記走行路記憶手段は、上記基準局と上記移動局の少なくともどちらかに設けたことを特徴とする請求項１記載の車両の走行制御装置。
3. 上記自車両の走行路前方に存在する障害物を認識する障害物検出手段を有し、上記制御手段は、上記障害物検出手段で障害物を認識した場合には、上記自動操縦制御をキャンセルすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両の走行制御装置。
4. 上記基準局から送信される情報は、上記補正情報に加え、該補正情報以外の他の情報も含むことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載の車両の走行制御装置。

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