JP5210064B2

JP5210064B2 - 車両の衝突防止装置

Info

Publication number: JP5210064B2
Application number: JP2008180524A
Authority: JP
Inventors: 裕一郎塚崎
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: JP2010018162A

Description

本発明は、車両と移動物体との衝突を防止する車両の衝突防止装置に関する。

近年、自動車等の車両においては、車載のカメラやレーザレーダ装置等により外界の走行環境を検出して障害物や先行車を認識し、警報・自動ブレーキ・自動操舵といった各種制御を実行することで、車両の衝突事故等を防止して安全性を向上させる技術が開発・実用化されている。

例えば、特許文献１（特開２００４−３０２６２１号公報）には、自車が走行する道路に接続する道路上の移動物体が自車進行方向に対して水平方向一定角度位置に存在し続けていることを検知することで、衝突の可能性が高いと判断する技術が開示されている。
特開２００４−３０２６２１号公報

特許文献１の技術は、交差点での事故防止を目的としているが、通常の直進道路においても、歩道や路肩に存在する歩行者や自転車が道路を横断するという状況は頻繁に起こり得る。従って、このような道路を横断する歩行者や自転車等に対して、特許文献１の技術では対応困難である。

また、特許文献１の技術では、自車の走行速度が高い場合に衝突の可能性が高いと判定しているため、移動物体の速度が高い場合には、ドライバの死角に入る可能性があり、対応が困難となる。さらに、自車の走行速度が移動物体より高い場合であっても、自車が交差点で右左折する場合には移動物体がドライバの死角に入る可能性が高まり、同様に対応が困難となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、自車両周囲の移動物体の動きを考慮して衝突の可能性を判断し、安全性を向上させることができる車両の衝突防止装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明による車両の衝突防止装置は、車両と移動物体との衝突を防止する車両の衝突防止装置において、自車両周囲に存在して車両の幅方向に移動する移動物体を少なくとも認識する移動物体認識部と、上記移動物体認識部で認識した上記移動物体の自車両に対する水平方向角度位置が一定時間変化せず、且つ上記移動物体の自車両に対する相対距離が時間経過と共に小さくなっている場合、自車両と上記移動物体との衝突可能性有りと判断するとともに、衝突可能性有りと判断された移動物体に対して衝突リスクを設定して衝突回避制御の実施を指令する衝突判断部とを備え、上記衝突判断部は、上記判断によって衝突可能性有りと判断された移動物体の速度が自車両の速度よりも速い場合に当該移動物体の衝突リスクを通常よりも高く設定することで、車両の幅方向に移動する移動物体の衝突リスクをドライバの死角に入る可能性に応じた値に設定することを特徴とする。

本発明によれば、自車両周囲の移動物体の自車両に対する水平方向角度位置と相対距離とに基づいて衝突の可能性を判断するため、確実且つ信頼性高く衝突可能性を判断することができ、安全性を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の一形態に係り、図１は車両に搭載した衝突防止装置の概略構成図、図２は横断歩道における衝突可能性を示す説明図、図３は交差点における他車両との衝突可能性を示す説明図、図４は交差点における自転車との衝突可能性を示す説明図、図５は衝突判断処理のフローチャートである。

図１において、符号１は自動車等の車両（自車両）であり、この車両１には、外部の走行環境を認識してドライバに対する運転支援を行い、車両の衝突を防止する衝突防止装置２が搭載されている。本実施の形態においては、衝突防止装置２は、ステレオカメラ３、ステレオ画像認識装置４、マイクロコンピュータ等からなる制御ユニット５等を主要部として、その他、自動ブレーキ制御装置２２、自動操舵制御装置２３等の制御ユニットを備えて構成されており、外部環境の撮像画像に基づいて走行環境を認識し、自車両周辺に存在する移動物体を監視することで、移動物体と自車両との衝突の可能性を判断する。

尚、図１においては、ステレオカメラ３は、前方認識用としての配置を示しているが、ステレオカメラ３は、広視野角のカメラ、所定範囲を回転走査可能なカメラ、前方認識用のカメラと側方認識用のカメラといったように、自車両の前方認識用のみならず側方認識も可能な構成となっている。

また、ステレオ画像認識装置４、制御ユニット５、自動ブレーキ制御装置２２、自動操舵制御装置２３等は、それぞれ、単一或いは複数のコンピュータシステムからなる制御ユニットとして構成され、互いに通信バスを介してデータを相互に交換する。

自車両１には、自車速Ｖを検出する車速センサ１１、ヨーレートを検出するヨーレートセンサ１２、運転支援制御のＯＮ−ＯＦＦ信号が入力されるメインスイッチ１３等が設けられており、自車速Ｖはステレオ画像認識装置４と制御ユニット５に入力され、ヨーレートは制御ユニット５に入力され、運転支援制御のＯＮ−ＯＦＦ信号等は制御ユニット５に入力される。

ステレオカメラ３及びステレオ画像認識装置４は、自車両１の外部の走行環境を認識して自車両周囲の移動物体を認識する移動物体認識部として機能するものであり、認識センサとしてのステレオカメラ３は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いた１組の（左右の）カメラで構成され、ステレオ画像認識装置４は、ステレオカメラ３で撮像した画像を高速処理する画像処理エンジンを備えて認識処理を行う処理ユニットとして構成されている。ステレオカメラ３を構成する１組のカメラは、それぞれ一定の基線長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、画像データをステレオ画像認識装置４に入力する。

ステレオ画像認識装置４における画像処理は、例えば、次のように行われる。先ず、ステレオカメラ３で撮像した自車両１外部の周辺環境のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から距離情報を求め、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を行い、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、立体物データ等の枠（ウインドウ）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を抽出すると共に、立体物を、２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物に分類して抽出する。

上述の認識した各データは、自車両１を原点とし、自車両１の前後方向をＸ軸、幅方向をＹ軸とする座標系におけるそれぞれの位置が演算され、特に、２輪車、普通車両、大型車両の車両データにおいては、その前後方向長さが、例えば、３ｍ、４．５ｍ、１０ｍ等と予め推定されて、また、幅方向は検出した幅の中心位置を用いて、その車両の現在存在する中心位置が演算される。尚、車車間通信等により、車両の前後方向長さが精度良く得られる場合には、その長さデータを用いて、上述の中心位置を演算するようにしても良い。

更に、立体物データにおいては、自車両１からの距離のＸ軸方向変化及びＹ軸方向変化から自車両１に対する相対速度が演算され、この相対速度に自車両１の速度Ｖをベクトル量を考慮して演算することにより、それぞれの立体物のＸ軸方向速度、Ｙ軸方向速度が演算される。こうして得られた各情報、すなわち、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、及び、立体物データ（種別、自車両１からの距離、中心位置座標、速度等の各データから、自車両周辺の歩行者或いは軽車両、自車両が走行する道路に接続する道路上を走行する他車両等の移動物体を認識する。

尚、本実施の形態では、ステレオ画像に基づいて周辺環境を認識する例について説明するが、他に、単眼カメラ、ミリ波レーダ等の他の認識センサを用いて周辺環境を認識するようにしても良い。

制御ユニット５には、車速センサ１１から自車速Ｖ、ヨーレートセンサ１２からヨーレート、ステレオ画像認識装置４から白線データ、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、及び、立体物データ（種別、自車両１からの距離、中心位置座標、速度等の各データが入力される。制御ユニット５は、自車両と移動物体との衝突の可能性を判断する衝突判断部としての機能を備え、衝突の可能性有りと判断したとき、自動ブレーキ制御装置２２や自動操舵制御装置２３に衝突回避のための制御指令を出力し、またディスプレイ２１を介してドライバに警報を出力することで、運転支援制御を実行する。

自車両と移動物体との衝突可能性の判断は、認識した移動物体の自車両に対する水平方向角度位置と、移動物体の自車両に対する相対距離とに基づいて判断する。移動物体の自車両に対する水平方向角度位置が一定時間変化せず、且つ移動物体の自車両に対する相対距離が時間経過と共に小さくなっている場合、移動物体との衝突可能性有りと判断し、衝突回避制御を指示する。

例えば、図２に示すように、自車両１前方に、横断歩道を横切ろうとしている自転車５０を移動物体として認識したとき、自車両１を原点とするＸＹ座標系において自転車５０のＹ軸に対する角度θで示される水平角度位置の時間変化と、自車両１と自転車５０との相対距離の変化を調べる。そして、自転車５０の水平角度位置が一定時間変化せず、且つ自車両１の速度と自転車５０の絶対速度とから算出される相対距離が時間経過と共に小さくなっている場合、自車両１と自転車５０との衝突の可能性が有ると判断する。

移動物体が自転車５０ではなく歩行者である場合も同様であり、道路を横断する歩行者或いは自転車等の軽車両の挙動を考慮した衝突判断を行うことで、衝突を未然に防止することができる。

また、図３に示すように、自車両１が十字路の交差点に侵入しようとしているような状況において、交差点の右側の道路から他車両５１が移動物体として交差点に向かって進行してくる場合、他車両５１が接近するまではドライバの視野外となって認知が困難となる虞がある。このような場合においても、他車両５１の水平角度位置が一定時間変化せず、且つ自車両１と他車両５１との相対距離が時間経過と共に小さくなっている場合、自車両１と他車両５１との衝突の可能性が有ると判断することにより、ドライバの死角にある移動物体との衝突を確実に防止することができる。

更に、図４に示すように、自車両１が交差点を右左折（図４は右折時を示す）するような状況においても、交差点の右折先の道路を横断する自転車（歩行者も同様）５２等の移動物体が存在する場合、自車両１が右折を開始した時点から自車両１に対する自転車５２の水平方向位置が一定の関係となり、且つ自車両１と自転車５２との相対距離が時間経過と共に小さくなる。従って、このような場合、特に衝突の危険性の高い移動物体であるとして、衝突可能性有りと判断することにより、交差点右左折時の事故を未然に防止することができる。

衝突可能性有りの判断に基づく回避制御は、本実施の形態においては、自車両の走行環境に危険度（リスク）を設定し、このリスクに基づいて実施される。例えば、自車両の走行車線として、道路の白線等によって形成される車線を設定し、上述の各入力信号に基づき、白線（自車両の走行車線）に対するリスク、自車両の前方（進行方向）に存在する障害物（立体物）に対するリスクを、それぞれ関数化してリスク関数Ｄline,Ｄobstacleとして設定し、自車両１を原点とするＸＹ座標におけるリスク分布を求める。

そして、これらのリスク関数Ｄline,Ｄobstacleを、以下の（１）式に示すように加算・統合して現在のトータルリスク関数Ｄを設定し、このトータルリスク関数Ｄに基づいて、障害物に対する回避ルートを演算する等して、自動操舵制御装置２３や自動ブレーキ制御装置２２に信号を出力する。尚、自動ブレーキ制御装置２２、自動操舵制御装置２３に信号が出力された場合は、その信号をディスプレイ２１に視覚的に表示させ、ドライバに報知する。
Ｄ＝Ｄline＋Ｄobstacle …（１）

ここで、障害物（２輪車、普通車両、大型車両、歩行者、電柱等その他の立体物）を対象として設定されるリスク関数Ｄobstacleは、以下の（２）式により設定される。
Ｄobstacle＝Ｋobstacle・ｅｘｐ(−((Ｘobstacle−ｘ)²／(２・σxobstacle²))−((Ｙobstacle−ｙ)²／(２・σyobstacle²))) …（２）
但し、Ｋobstacle：ゲイン設定値
Ｘobstacle：障害物のＸ座標値（中心位置）
Ｙobstacle：障害物のＹ座標値（中心位置）
σxobstacle：予め設定しておいた対象のＸ軸方向の分散
σyobstacle：予め設定しておいた対象のＹ軸方向の分散

尚、分散σxobstacle,σyobstacleは、障害物の認識精度や存在状況に応じて設定される。例えば、ステレオカメラ３による認識精度が低い程、分散σxobstacle,σyobstacleを大きく設定し、また、対象の種別が、普通車両及び大型車両の場合を基準として、歩行者、２輪車である場合は大きく設定し、それ以外の立体物の場合は小さく設定するようにしても良い。更に、自車両１と対象となる立体物の幅方向のラップ率に応じて設定するようにしても良い。

また、自車両の走行車線（白線）に対して設定されるリスク関数Ｄlineは、例えば、車線の中心から端部位置（白線）に近くなる程、より大きなリスク値を導く関数、例えば、以下の（３）式に示すような関数で設定される。
Ｄline＝ｅｘｐ(ａR・ｙ⁴)−１ …（３）
但し、ａR＝(２／ＷＲ)⁴・ｌｏｇ(Ｄs＋１)
ＷＲ：車線幅
Ｄs：車線端（ｙ＝±ＷＲ／２）でのリスク
Ｄobj：立体物による補正値
ａx：Ｘ方向の補正パラメータ
ａy：Ｙ方向の補正パラメータ
Ｘobj：立体物のＸ座標位置
Ｙobj：立体物のＹ座標位置

これらのリスク関数Ｄline,Ｄobstacleから得られるトータルリスク関数Ｄに対して、その時間変化が予測されて評価され、評価結果に基づいて衝突回避の操舵制御や自動ブレーキ制御が実施される。その際、特に衝突危険性の高い移動物体に対しては、通常の障害物よりもリスク関数ＤobstacleのゲインＫobstacleを大きくする等して、衝突回避の操舵制御、自動ブレーキ制御や警報制御をより早期に実行させる。

以下、衝突防止装置２で実行される衝突判断に係るプログラム処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。

このプログラム処理では、先ず、ステップＳ１において、自車両周辺に移動物体を認識したとき、この移動物体の自車両に対する水平方向角度の時間変化を演算する。次に、ステップＳ２へ進み、移動物体の水平方向角度が時間的に変化しているか否かを調べる。

その結果、移動物体の水平方向角度の時間変化が無い場合、ステップＳ２からステップＳ３へ進み、自車両と移動物体との衝突の可能性無しと判断してプログラムを抜ける。

一方、移動物体の水平方向角度の時間変化が無い場合には、ステップＳ２からステップＳ４へ進み、移動物体の自車両に対する相対速度を演算し、この相対速度から移動物体が自車両に近づいているか、遠ざかっているかを判断する。その結果、移動物体が自車両から遠ざかっていると判断される場合には、ステップＳ４からステップＳ５へ進み、同様に自車両と移動物体との衝突の可能性無しと判断してプログラムを抜ける。

一方、移動物体が自車両に近づいていると判断される場合には、ステップＳ４からステップＳ６へ進んで自車両と移動物体との衝突の可能性有りと判断し、ステップＳ７以降で自車両が交差点内にいるか交差点外であるかに応じた回避制御を設定する。

すなわち、ステップＳ７で自車両の走行環境や運転状況等に係る情報を取得し、ステップＳ８で、先に取得した情報から自車両が交差点内を右折と左折の何れかの右左折中であるか否かを判断する。右左折中か否かは、例えばウィンカの作動状態と自車速とから判断し、ウィンカが作動中且つ車速が０以上のとき、右左折中と判断し、ウィンカが非作動或いは車速０で停車中は、右左折中でないと判断する。

そして、ステップＳ８での右左折中の判断の結果、右左折中である場合には、ステップＳ８からステップＳ９へ進み、特に高いリスクを持つ対象として衝突回避制御の実施を指示する。一方、ステップＳ８での右左折中の判断結果、右左折中でない場合には、移動物体の絶対速度を調べ、ステップＳ１０で移動物体の絶対速度が自車速を上回っているか否かを調べる。そして、移動物体の絶対速度が自車速を上回っている場合には、前述のステップＳ９で移動物体を特に高いリスク値を持つ対象として衝突回避制御の実施を指示し、移動物体の絶対速度が自車速以下である場合には、ステップＳ１１で移動物体を通常のリスク値を持つ対象として衝突回避制御の実施を指示する。

この衝突回避制御は、例えば、以下のように実行される。すなわち、各対象の位置の時間的変化を予測してトータルリスク関数Ｄの時間的変化を予測し、このトータルリスク関数Ｄの時間的変化を基に、各時間毎の自車位置におけるＹ軸方向の極小点を演算し、各時間毎の自車両の横位置と極小点との偏差と旋回制御量とで各時間毎の目的関数を作成する。

そして、この目的関数を最小とする各時間毎の旋回制御量を自車両の旋回制御量として演算し、自車両が各時間毎の旋回制御量で移動したときの各ルート毎のリスク関数の最大値或いは累積値が最も小さいルートを、最終的な回避ルートとして設定し、回避ルートの旋回制御量に基づいて自動操舵制御装置２３に制御信号を出力する。また、設定した回避ルートが予め設定した最大許容リスク値以上となる最も早い時間を求め、この時間を基に制動開始地点、制動開始時間を予め設定しておいた減速度Ｇによる制動距離から算出し、自動ブレーキ制御装置２２に対して、制動開始地点、制動開始時間に基づく制動制御指令を出力する。また、同様に、設定した回避ルートが予め設定した許容リスク値以上となる最も早い時間に基づいて、警報開始地点、警報開始時間を予め設定しておいた減速度Ｇによる制動距離から算出し、警報開始地点、警報開始時間に基づく警報をディスプレイ２１を介してドライバに出力する。

このように本実施の形態においては、自車両周囲の移動物体の動きを考慮して衝突可能性の判断を行うため、道路を横断する歩行者や自転車、また、交差点でドライバの死角となる他車両、交差点右左折時の歩行者や自転車に対して、確実且つ信頼性高く衝突を防止することができ、安全性を向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、衝突回避制御として、制動制御、操舵制御と警報制御を行う構成としたが、本発明は、これに限らず、それら制御の何れか、或いはそれら制御の何れか二つを行うように構成しても良い。

車両に搭載した衝突防止装置の概略構成図横断歩道における衝突可能性を示す説明図交差点における他車両との衝突可能性を示す説明図交差点における自転車との衝突可能性を示す説明図衝突判断処理のフローチャート

符号の説明

１自車両
２衝突防止装置
３ステレオカメラ（移動物体認識部）
４ステレオ画像認識装置（移動物体認識部）
５制御ユニット（衝突判断部）

Claims

車両と移動物体との衝突を防止する車両の衝突防止装置において、
自車両周囲に存在して車両の幅方向に移動する移動物体を少なくとも認識する移動物体認識部と、
上記移動物体認識部で認識した上記移動物体の自車両に対する水平方向角度位置が一定時間変化せず、且つ上記移動物体の自車両に対する相対距離が時間経過と共に小さくなっている場合、自車両と上記移動物体との衝突可能性有りと判断するとともに、衝突可能性有りと判断された移動物体に対して衝突リスクを設定して衝突回避制御の実施を指令する衝突判断部と
を備え、
上記衝突判断部は、
上記判断によって衝突可能性有りと判断された移動物体の速度が自車両の速度よりも速い場合に当該移動物体の衝突リスクを通常よりも高く設定することで、車両の幅方向に移動する移動物体の衝突リスクをドライバの死角に入る可能性に応じた値に設定する
ことを特徴とする車両の衝突防止装置。
上記移動物体は、自車両周辺の歩行者或いは軽車両であることを特徴とする請求項１に記載の車両の衝突防止装置。
上記移動物体は、自車両が走行する道路に接続する道路上を走行する他車両であることを特徴とする請求項１に記載の車両の衝突防止装置。