JP2011521320A - エンハンスト・ビジョン道路検知システム - Google Patents

Abstract

車両が現在の車線から逸脱したことを判断するシステム。本システムは、プロセッサ、画像センサおよび慣性センサアセンブリを含む。画像センサは、プロセッサと電気通信を行い、車両位置信号および前方の車線構造を提供する。慣性センサアセンブリは、プロセッサと電気通信を行い、車両の加速度情報および回転情報を提供する。車両位置、前方の車線構造、加速度情報および回転情報の組み合わせに基づき、プロセッサは、警告信号を生成し、ドライバに警報を与える。

Description

発明の属する技術分野

本発明は、自動車が現在の車線から逸脱したことを感知するシステムに関する。

発明の背景

ここ数十年にわたり、自動車用感知システムが高度化し、乗員の保護は劇的に改良されてきた。現在市販されている車両は、このような一連のシステムを搭載していて、これらには物体検知システムが含まれ、同システムは当該車両の後方および周辺の車両その他の物体を感知する。さらに、車両前方用の物体検知システムは、衝突回避システムおよび速度制御システムとして利用されてきた。これらシステムによれば、前方の車両に追従することが可能である。しかし、これらのシステムは一般に、車両の周辺の領域に入る物体を検知し、選別するように設計されているものである。これらのシステムは、不注意によって車両が道路もしくは現在の車線から逸脱しても、ドライバに知らせるものではない。

車線逸脱を検知する開発中のシステムも存在する。しかし、これらは概して信頼性が低い。このようなシステムは、視覚センサを利用して路面の車線境界線を検知することが多い。しかし、視覚センサが車線境界線を明確に検知できなければ、システムが車線逸脱を誤って指摘しまう可能性がある。車線逸脱が誤って検知されるようであれば、ドライバはやがて車線逸脱システムからのあらゆる警報を無視するようになり、システムの有効性に限界が生じてしまう。また、システムに対する顧客満足度が低下し、車両に対する顧客の総合的満足度に影響を与えてしまう。

上記により、車両が現在の車線から逸脱したことを感知するシステムを改良する必要があることは明らかである。

上記のニーズを満たすにあたり、関連技術の欠点および他の制限を克服するのみならず、本発明は、車両が現在の車線から逸脱したことを判断する改良システムを提供する。

本システムは、プロセッサ、画像センサおよび慣性センサアセンブリを含む。画像センサは、プロセッサと電気通信を行い、車両位置信号および前方の車線構造を提供する。車両位置信号は、車線に対する車両位置に相当し、前方の車線構造は、車両正面の車線の方向に相当する。慣性センサアセンブリは、プロセッサと電気通信を行い、車両に関する慣性情報を提供する。慣性センサアセンブリは、ヨー信号およびロール信号を生成する。これらはそれぞれ、車両のヨー角変化およびロール角変化に相当する。慣性センサアセンブリは、また、車両の横加速度信号および前後加速度信号を生成する。車両位置、前方の道路構造、ヨー信号、ロール信号、前後加速度信号、および横加速度信号の組み合わせに基づき、プロセッサは、車線逸脱信号を生成する。

本発明の他の側面として、慣性センサアセンブリは、複数の加速度計を含む。さらに、慣性センサアセンブリは、鉛直加速度信号およびピッチ信号を生成する。これらはそれぞれ、車両の鉛直加速度およびピッチ角に相当する。

本発明の他の側面として、プロセッサは警告信号を生成し、車線逸脱が検知されたときにドライバに知らせる視覚もしくは音声警告を発する。

さらに本発明の他の側面として、プロセッサは、ヨー信号、ロール信号、前後加速度信号、および横加速度信号に基づいた車両ダイナミクス状態（vehicle dynamics status）を生成する。プロセッサは、前方の車線構造を車両ダイナミクス状態と比較し、前方の車線構造に追従すると危険な車両の動作が必要とされるか否かを予測する。プロセッサは、ドライバに警告を生成するか、もしくは、危険な動作状態に基づき車両安全システムを制御する。

車線逸脱もしくは急迫する車線逸脱を感知して安全システムに通知する感知システムによって、安全システムは、起こりうる衝突状態や危険に対する回避操作の準備が可能になる。安全システムは、電動プリテンショナを作動させることによりシートベルトをしっかり締め、衝突中および衝突による減速力の間、乗員を拘束し、シートベルトシステムの効果を高める。正面衝突に対する事前の警告を利用して、より大きなエアバッグを非常に低速に膨らませてもよい。より低速に膨らませることでエアバッグ膨張による負傷の可能性を減少させ、より大きく膨らませることで、小さいエアバッグと比べ、乗員に対する位置エネルギ吸収のレベルを高める。早期警告システムによる他の利点には、追加の構造を展開させたり、既存の構造を改良したりする機能が含まれ、これによって乗員の安全性を最大限に高める。これらの構造により、バンパ、増設フレームレイル、あるいは加圧車体部品の拡張が可能であり、衝突中の衝撃に先立って安全水準を高める。

展開時間が追加されることにより、今日のエアバッグと比較し、ゆっくり反応する安全装置の制御が可能になる。事前の衝突情報に基づき、座席位置およびヘッドレスト位置を調整可能であり、さまざまな衝突のシナリオにおいて有効性が高まる。電動ニーボルスターエクステンダは、乗員を衝突の間、適切な位置に保持するのに役立つ。事前の警告により、ウインドウやサンルーフを閉じ、衝突時の安全性をさらに高めることができる。急迫する衝突に対する事前の通知により、外部構造を調整可能である。伸縮可能なバンパ、外部エアバッグといった構造を、車両の乗員に伝わる衝突力をさらに緩和するために導入可能である。

本発明のさらなる利点は、本発明の当業者であれば、以下に続く好ましい実施形態および追記する請求項の記述、添付の図面により理解される。

車両が現在の車線から逸脱したことを検知する感知システムの図である。

図１の感知システムを設ける車両の図である。

画像センサおよび慣性センサアセンブリからのデータを処理するアルゴリズムの図である。

発明の詳細な説明

図１を参照し、本発明の原理を具体化したシステム１０を示す。主要な構成要素として、システム１０は、プロセッサ１２、画像センサ１４および慣性センサアセンブリ１６を含む。

画像センサ１４は、プロセッサ１２と電気通信を行い、車両正面の車線についての視界を表す画像データを受信するよう構成されている。したがって、画像センサ１４は車両正面の車線を見渡す向きに合わせることが可能であり、車両正面の道路およそ１〜４０ヤードの視界を有する。よって、プロセッサ１２は、例えばエッジ強調アルゴリズムを適用し、エッジ強調アルゴリズムの結果を分化することにより画像データを処理してよく、これによって車線境界線を識別する。一旦車線境界線が識別されると、画像センサ１４の位置が定まり、この関係から、車線を基準とした車両の位置を決定可能である。車線境界線はさらに、車両正面の前方の車線構造の予測に利用可能である。例えば、車両の左右および側面の車線境界線がある方向に向きを変えたとき、プロセッサ１２は、車両正面に車線の湾曲があると判断してよい。湾曲の程度は、プロセッサ１２により識別される車線境界線の予測に基づいて決定可能である。さらに、道路の前方の車線構造が、上り坂に向かっているか下り坂に向かっているかを決定することも可能であり、これは車線境界線左右間の距離の増大または縮小に基づいて決定される。画像センサ１４と車線境界線との関係を図２に示し、車線境界線は参照番号２５で示す。

図３を参照すると、プロセッサ１２により実行された画像センサアルゴリズム４２は、画像センサ１４からのデータを受信する。画像センサアルゴリズム４２は、車両と前方の車線構造との位置関係を表すデータ４６を計算し、これが融合アルゴリズムユニット４８に提供される。融合アルゴリズムユニット４８は、車線逸脱警告の判断を最適化し、センサデータの妥当性を照合確認するよう構成されている。

図１を再度参照すると、慣性センサアセンブリ１６もまた、プロセッサ１２と電気通信を行っている。慣性センサアセンブリ１６は、車両ダイナミクス状態および進行方向を決定するよう構成されている。ある実施形態では、慣性センサアセンブリ１６は、車両の前後加速度、横加速度、および鉛直加速度を決定するよう構成された複数の加速度計を含む。したがって、慣性センサアセンブリ１６は、前後加速度信号、横加速度信号および鉛直加速度信号を生成するよう構成され、これらはそれぞれ、車両の前後、横および鉛直加速度に相当する。

図２に見られるように、車両２４の前後軸２６は、車両の重心２７を通り車両２４の後ろから前に伸びる。車両２４のロール角３２は、前後軸２６を中心とした車両の回転により定められる。車両２４の横軸２８は、車両の重心２７を通り車両２４の左から右に伸びる。車両２４のピッチ角３６は、横軸３６を中心とした車両の回転により定められる。同様に、車両の鉛直軸３０は、車両の重心２７を通り車両の上から下に伸びる。車両のヨー角３４は、鉛直軸３０を中心とした車両の回転により定められる。上記に提供された座標系は例にすぎず、当業者によれば、車両に応じて異なった座標系を定めることができる。

再度図１を参照すると、慣性センサアセンブリ１６もしくはプロセッサ１２は、さらに、ヨー角、ピッチ角もしくはロール角の変化率に基づき、ヨー信号、ロール信号およびピッチ信号を生成するよう構成してよい。しかし、これらの信号は、絶対角度もしくは角度の変化に基づいて生成してもよいと考えられる。一例を挙げれば、慣性センサアセンブリ１６は、一対の前後加速度計１６ａ、１６ｂを含んでよく、これらは横軸に沿って間隔をおいた位置関係にあり、第１の加速度計１６ａおよび第２の加速度計１６ｂの差は、プロセッサ１２により、車両のヨー角の計算に利用可能である。同様に、慣性センサアセンブリ１６は一対の横加速度計１６ｃ、１６ｄを含み、これらは鉛直軸に沿って間隔をおいた位置関係にあり、第１の加速度計１６ｃおよび第２の加速度計１６ｄの差は、プロセッサ１２により、車両のロール角の計算に利用可能である。同様に、一対の鉛直加速度計１６ｅ、１６ｆは、前後軸に沿って間隔をおいた位置関係にあり、第１の加速度計１６ｅおよび第２の加速度計１６ｆの差は、プロセッサ１２により、車両のピッチ角の計算に利用可能である。

このようにして、プロセッサ１２は、慣性センサアセンブリ１６からのデータを受信する。これらのデータには、前後加速度信号、横加速度信号、および鉛直加速度信号、ならびにヨー信号、ロール信号、ピッチ信号が含まれるが、これらに限定されるものではない。プロセッサ１２は、慣性センサアセンブリ１６からのデータに基づき、車両の進行方向および車両ダイナミクス状態を計算する。

慣性センサアセンブリ１６からの加速度および角回転データは、プロセッサ１２の慣性センサ処理アルゴリズム４０に受信される。これを図３に示す。慣性センサ処理アルゴリズム４０は、未処理の加速度計データの前処理が可能である。例えば、データの相互比較に基づきセンサ計測値を平均しあるいは確定する。慣性センサ処理アルゴリズム４０は、次に、車両の進行方向およびダイナミクス状態４４を計算し、これは続いて融合アルゴリズムユニット４８に提供される。融合アルゴリズムユニット４８は、慣性センサアルゴリズム４０からの車両ダイナミクス状態および進行方向情報４４と、画像センサアルゴリズム４２からの現在の位置および前方の車線構造情報４６とを結合し、車両が車線から逸脱しているか否かを判断し、さらに／あるいは、車両が車線から逸脱しそうか否か、および／または、危険な車両動作状態が生じるか否かを予測する。一例として、融合アルゴリズム４８は、前後加速度信号、横加速度信号、ヨー信号およびロール信号などの入力に基づいた進行方向情報を、道路の位置と組み合わせて利用してよく、これによって車両が車線から逸脱しているか否かを判断する。さらに、この進行方向情報を前方の車線構造情報と組み合わせ、車両が近い将来すぐに車線から逸脱するか否かの予測に利用してよい。加えて、融合ユニットはさらに、車両ダイナミクス状態を上述のいずれかのデータと共に利用してよく、これによって、車両が前方の車線構造に追従した場合に必要になると予測される進行方向の変更に対して、車両がどのように対処するかを判断する。仮に、進行方向の変更によって危険な車両の動作が必要となる場合、プロセッサ１２は危険な車両動作状態が生じると判断し、車両動作信号を生成する。それに応じて、例えば車線逸脱信号、予測される車線逸脱信号、および／または危険な車両動作信号を含む警告データ４９が、安全システム制御および警告アルゴリズム５０に提供される。安全システム制御および警告アルゴリズム５０は、プロセッサ１２の外部装置に接続され、車両のユーザもしくは他の車両サブシステムに警告状態であるとの警報を与える。

このように、プロセッサ１２は、警告状態が起こったことをユーザに視覚的警報で知らせるよう構成されたディスプレイ装置２０と通信している。視覚的警報は、例えばＬＥＤやシステムディスプレイ上のメッセージといった点滅指示器の形態をとってよい。さらにプロセッサ１２は、警告状態に基づいてユーザに可聴式の警報を提供するよう構成されたスピーカ２２と通信している。可聴式の警報は、警告状態の深刻さに基づいて変化する音色および音量を含んでよい。例えば、車線逸脱、予測される車線逸脱、および／または危険な車両動作状態に応じて、異なった音色を提供してよい。さらに、音色および音量はリアルタイムに変化させてよく、例えば車両の車線逸脱が切迫するほど音量が大きくし、もしくは音色が高音にしてよい。

プロセッサ１２はまた、車両安全システム１８と通信を行い、警告状態に基づいて車両安全システム１８を制御する。一例として、車両は、拘束を行う場合、危険な車両動作状態が存在すれば、プリテンションを加えてよい。本文では他の安全システム制御が論じられてきたが、周知のあるいは将来のいかなる安全システムも、車線逸脱信号、予測される車線逸脱信号および危険な車両動作状態を含む警告状態のいずれかに基づいて制御してよい。例えば、これら安全システムは、起こりうる衝突状態や危険回避操作の準備をしてよい。安全システムは、電動プリテンショナを作動させることにより、シートベルトをしっかり締め、衝突中および衝突による減速力の間、乗員を拘束して、シートベルトシステムの効果を高めることが可能である。正面衝突に対する事前の警告を利用して、より低速に非常に大きなエアバッグを膨らませることも可能である。より低速に膨らませることにより、エアバッグの膨張による負傷の可能性を減少させ、より大きく膨らませることにより、小さいエアバッグと比べ、乗員に対する位置エネルギ吸収のレベルを高める。早期警告システムによる他の利点には、追加の構造を展開させたり、既存の構造を改良したりする機能が含まれ、乗員の安全性を最大限に高める。これらの構造により、バンパ、増設フレームレイル、あるいは加圧車体部品の拡張が可能であり、衝突中の衝撃に先立って安全水準を高める。

展開時間が追加されることにより、今日のエアバッグと比較し、ゆっくり反応する安全装置の制御が可能になる。事前の衝突情報に基づき、座席位置およびヘッドレスト位置を調整可能であり、さまざまな衝突のシナリオにおいて有効性が高まる。電動ニーボルスターエクステンダは、乗員を衝突の間、適切な位置に保持するのに役立つ。事前の警告により、ウインドウやサンルーフを閉じ、衝突時の安全性をさらに高めることができる。急迫する衝突に対する事前の通知により、外部構造を調整可能である。伸縮可能なバンパ、外部エアバッグといった構造を、車両の乗員に伝わる衝突力をさらに緩和するために導入可能である。

さらに、融合アルゴリズムユニットが、現在の状態および進行方向情報４４と現在の位置および前方の車線構造情報４６とを、追加の情報とともに補足可能であることにも留意されたい。追加の情報とは、ハンドル角、車両速度、ハンドル角の変化率、スロットル位置、およびブレーキ情報を含むがこれらに限られず、これらは、他の車両サブシステムから容易に取得可能である。

当業者には容易に理解されるように、上述の記載は、本発明の原理の具体的な実例を説明したものである。本文は、本発明の応用の範囲を限定するものではなく、本発明は、特許請求の範囲に記載の思想から逸脱することなく、改良、変化、修正の余地がある。

Claims (21)

1. 道路の車線から車両が逸脱したことを検知する車両逸脱検知システムにおいて、
   プロセッサと、
   前記プロセッサと電気通信を行う画像センサであって、車線に対する車両位置に相当する車両位置信号、および車両正面の車線の方向に相当する前方の車線構造を生成する画像センサと、
   前記プロセッサと電気通信を行う慣性センサアセンブリであって、車両のヨー角およびロール角に相当するヨー信号およびロール信号を生成し、車両の横加速度に相当する横加速度信号を生成する慣性センサアセンブリと、を備え、
   前記プロセッサは、前記車両位置、前方の道路構造、ヨー信号、ロール信号、前後加速度信号および横加速度信号の組み合わせに基づき、車線逸脱信号を生成するよう構成されていることを特徴とする車両逸脱検知システム。
2. 前記慣性センサアセンブリが、車両の前後加速度に相当する前後加速度信号を生成することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記慣性センサアセンブリが複数の加速度計を含み、該複数の加速度計は、前記ヨー信号、ロール信号、前後加速度信号および横加速度信号を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
4. 前記プロセッサは、車線逸脱が検知されると車両のドライバに警報を与える警告信号を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. さらにスピーカを備え、該スピーカは前記警告信号を提供されて可聴式の警報を生成することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. さらにディスプレイを備え、該ディスプレイは前記警告信号を提供されて視覚的な警報を生成することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
7. 前記プロセッサが、前記ヨー信号、ロール信号、前後加速度信号および横加速度信号に基づき車両ダイナミクス状態を生成することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 前記慣性センサアセンブリが鉛直加速度信号を生成し、前記プロセッサが該鉛直加速度信号に基づき車両ダイナミクス状態を生成することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
9. 前記慣性センサアセンブリがピッチ信号を生成し、前記プロセッサが該ピッチ信号に基づき車両ダイナミクス状態を生成することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 前記プロセッサが、前記前方の車線構造を車両ダイナミクスと比較し、危険な車両動作状態を予測することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
11. 前記プロセッサが、前記危険な車両動作状態に基づき、予測される車両動作の警報を生成することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記プロセッサが、予測される前記危険な車両動作状態に基づき、車両安全システムを制御することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
13. 前記プロセッサが、前方の車線構造に基づき、車線の湾曲を判断することを特徴とする請求項７に記載のシステム。
14. 前記プロセッサが、前記車線の湾曲を車両ダイナミクスと比較し、危険な車両動作状態を予測することを特徴とする請求項１３に記載のシステム。
15. 前記プロセッサが、前記危険な車両動作状態に基づき、予測される車両動作の警報を生成することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
16. 前記プロセッサが、予測される前記危険な車両動作状態に基づき、車両安全システムを制御することを特徴とする請求項１４に記載のシステム。
17. 道路の車線から車両が逸脱したことを検知する車両逸脱検知システムにおいて、
    プロセッサと、
    前記プロセッサと電気通信を行う画像センサであって、車線に対する車両位置に相当する車両位置信号、および車両正面の車線に相当する前方の車線湾曲を生成する画像センサと、
    前記プロセッサと電気通信を行う慣性センサアセンブリであって、車両のヨー角、ロール角およびピッチ角にそれぞれ相当するヨー信号、ロール信号およびピッチ信号を生成し、車両の横加速度、縦加速度および鉛直加速度にそれぞれ相当する横加速度信号、縦加速度信号および鉛直加速度信号を生成する慣性センサアセンブリと、を備え、
    前記プロセッサは、前記車両位置、前方の道路構造、ヨー信号、ロール信号、ピッチ信号、縦加速度信号、横加速度信号および鉛直加速度信号の組み合わせに基づき、車線逸脱信号を生成するよう構成されていることを特徴とする車両逸脱検知システム。
18. 前記プロセッサが、前記車線湾曲を車両ダイナミクス状態と比較し、危険な車両動作状態を予測することを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
19. 前記プロセッサが、前記危険な車両動作状態に基づき、予測される車両動作の警報を生成することを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
20. 前記プロセッサが、予測される前記危険な車両動作状態に基づき、車両安全システムを制御することを特徴とする請求項１８に記載のシステム。
21. 前記慣性センサアセンブリが複数の加速度計を含み、該複数の加速度計は、前記ヨー信号、ロール信号、ピッチ信号、前後加速度信号、横加速度信号および鉛直加速度信号を生成するよう構成されていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。

Images