CN111688705B - 路面检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种路面检测装置。该路面检测装置(76)对本车辆(80)行驶的道路(90)的路面(92)进行检测，具有传感器(LiDAR(44))和外界识别部(66)，其中，所述传感器通过对包括路面(92)的层(86)进行扫描来检测各检测点的三维的位置信息；所述外界识别部(66)计算从层(86)中包含的各检测点的位置信息中除去高度方向的位置信息而得到的二维的位置信息，且根据二维的位置信息来计算二维的坐标面(第1坐标面(100))上的各检测点的点序列(102)，并按照点序列(102)的变动状态来检测存在于路面(92)上的沟槽(94)。据此，能够高精度地检测沟槽。

Description

路面检测装置
技术领域
本发明涉及一种对本车辆行驶的道路的路面进行检测的路面检测装置。
背景技术
日本发明专利公开公报特开2017-223511号中公开了一种装置，该装置对由LiDAR(激光雷达)得到的三维点群(3-D point group)进行聚类(clustering)来检测地面和壁面。
发明内容
日本发明专利公开公报特开2017-223511号的装置将设置于道路的沟槽排除在检测对象以外。在车辆自主行驶过程中路面的形状信息很重要，因此，期望高精度地检测路面的形状、例如沟槽的有无和沟槽的位置。
本发明是考虑这样的技术问题而完成的，其目的在于，提供一种能高精度地检测沟槽的路面检测装置。
本发明的方式是一种路面检测装置，该路面检测装置对本车辆行驶的道路的路面进行检测，
具有传感器和外界识别部，其中，
所述传感器通过对包括所述路面的层(layer)进行扫描来检测各检测点的三维的位置信息；
所述外界识别部计算从所述层中包含的各检测点的位置信息中除去高度方向的位置信息得到的二维的位置信息，根据二维的位置信息计算二维的坐标面上的各检测点的点序列(dot sequence)，按照所述点序列的变动状态来检测存在于所述路面上的沟槽。
根据本发明，能够高精度地检测沟槽。
根据参照附图对以下实施方式进行的说明，上述的目的、特征和优点应易于被理解。
附图说明
图1是设置有路面检测装置的车辆控制装置的框图。
图2是运算装置的功能框图。
图3A、图3B是表示对平坦的路面进行扫描的状况的示意图。
图4A、图4B是表示对存在沟槽的路面进行扫描的状况的示意图。
图5是表示在第1实施方式中进行的路面检测处理的流程的流程图。
图6是表示投影到第1坐标面上的检测点的点序列和内核(kernel)的示意图。
图7是表示在第2实施方式中进行的路面检测处理的流程的流程图。
图8是表示投影到第2坐标面的最大微分值的比的点序列的示意图。
图9是与第3实施方式的说明有关的示意图。
具体实施方式
下面，列举优选的实施方式且参照附图对本发明所涉及的路面检测装置详细进行说明。
[1.第1实施方式]
在下面说明的第1实施方式中，假想本车辆80(图3A等)的车辆控制装置10所使用的路面检测装置76(图1)。本车辆80能够切换乘员进行行驶控制(加速、减速、操舵的车辆控制)的手动驾驶和自动进行至少一部分行驶控制的自动驾驶。
[1.1.车辆控制装置10的结构]
使用图1说明车辆控制装置10的结构。车辆控制装置10具有控制部12、输入装置组和输出装置组，其中，所述输入装置组向控制部12输入各种信息；所述输出装置组根据从控制部12输出的各种信息使本车辆80进行动作。输入装置组包括外界传感器14、导航装置16、定位部18、通信部20、车体行为传感器22和操作传感器24。输出装置组包括驱动力输出装置28、制动装置30、操舵装置32和HMI 34。
[1.1.1.输入装置组的结构]
外界传感器14包括1个以上的摄像头40、1个以上的雷达42和1个以上的LiDAR44。摄像头40拍摄本车辆80的周边环境，且将图像信息输出给控制部12。雷达42检测本车辆80的周边的目标，且将检测信息输出给控制部12。LiDAR44检测本车辆80的周边的目标和道路90，且将检测信息输出给控制部12。
导航装置16通过GPS等确定本车辆80的位置，参照第1地图46的地图信息生成从本车辆80的位置开始至乘员所指定的目的地为止的行驶路径，且将行驶路径信息输出给控制部12。
定位部18将位置信息和第2地图52的地图信息输出给控制部12，其中所述位置信息表示由GNSS48和IMU50确定的本车辆80的位置。另外，第2地图52具有精度比第1地图46高且比第1地图46详细的地图信息，例如包括道路90(图3B等)所包含的车道数、车道位置、车道宽度等信息。
通信部20具有接收广播站播放的信息的通信设备、接收被设置于道路90的路侧机发送的信息的通信设备、和接收本车辆80以外的车辆发送的信息的通信设备，且将接收到的各种信息输出给控制部12。
车体行为传感器22具有测定本车辆80的行为的各种传感器，例如具有检测本车辆80的行驶速度的车速传感器、检测本车辆80的偏航角速率的偏航角速率传感器等。车体行为传感器22将检测到的各种信息输出给控制部12。
操作传感器24具有检测乘员进行的操作的各种开关或传感器，例如具有：自动驾驶开关，其指示自动驾驶和手动驾驶的切换；转向灯开关，其指示转向灯的闪烁方向；加速踏板传感器，其检测加速踏板的操作量；制动踏板传感器，其检测制动踏板的操作量；舵角传感器，其检测方向盘的操舵角；和设置于方向盘的接触传感器等。操作传感器24将检测到的各种信息输出给控制部12。
[1.1.2.控制部12的结构]
控制部12由ECU构成。控制部12具有输入输出装置56、运算装置58和存储装置60。输入输出装置56由A/D转换电路、通信接口、驱动器等构成。运算装置58例如由具有CPU等的处理器构成。运算装置58通过执行存储在存储装置60中的程序来实现各种功能。在下述[1.1.4]中对运算装置58的各种功能进行说明。存储装置60由RAM、ROM等存储器构成。存储装置60存储各种程序、在运算装置58进行的处理中使用的数值信息等。
[1.1.3.输出装置组的结构]
驱动力输出装置28具有驱动力输出ECU和作为驱动力输出ECU的控制对象的执行机构(包括驱动马达、节气门等)。驱动力输出装置28按照乘员对加速踏板进行的操作或者从控制部12输出的指示信息(驱动指示)来调整驱动力。
制动装置30具有制动ECU和作为制动ECU的控制对象的执行机构(包括制动执行机构等)。制动装置30按照乘员对制动踏板进行的操作或者从控制部12输出的指示信息(制动指示)来调整制动力。
操舵装置32具有电动助力转向(EPS)ECU和作为EPSECU的控制对象的执行机构(包括EPS执行机构等)。操舵装置32按照乘员对方向盘进行的操作或者从控制部12输出的指示信息(操舵指示)来调整舵角。
HMI 34具有显示器装置和扬声器装置。显示器装置和扬声器装置按照从控制部12输出的指示信息(告知指示)来输出图像或语音。
[1.1.4.运算装置58的各种功能]
使用图2对运算装置58实现的各种功能进行说明。运算装置58作为外界识别部66、本车位置识别部68、行动计划部70、车辆控制部72和告知控制部74发挥作用。
外界识别部66进行图像处理和物体识别，来识别本车辆80的周围的状态，其中，所述图像处理使用从摄像头40输出的图像信息，所述物体识别使用雷达42和LiDAR44的检测信息。本车位置识别部68根据从导航装置16或者定位部18输出的位置信息、第1地图46和第2地图52中的至少一种地图信息，来识别本车辆80的位置。
行动计划部70根据外界识别部66的识别结果和本车位置识别部68的识别结果，来生成包括本车辆80的周边的静态信息和动态信息的本地地图(动态地图)。然后，行动计划部70根据本地地图和本车辆80的状态(行驶速度、舵角、位置)来判断最优的行动，计算用于实现该行动的行驶速度(或者加减速度)，并且生成行驶轨迹。
车辆控制部72计算加减速度和舵角，其中，所述加减速度用于使本车辆80以由行动计划部70计算出的行驶速度进行动作；所述舵角用于使本车辆80沿由行动计划部70生成的行驶轨迹进行行驶。车辆控制部72将指示加减速度和舵角的指示信息通过输入输出装置56输出给驱动力输出装置28、制动装置30和操舵装置32。
在伴随着由行动计划部70确定的动作而需要进行告知的情况下，告知控制部74将表示告知内容的指示信息通过输入输出装置56输出给HMI 34。
[1.1.5.路面检测装置76的结构]
路面检测装置76由LiDAR44和控制部12构成。路面检测装置76的运算处理主要由控制部12的外界识别部66进行。路面检测装置76的检测结果由控制部12的行动计划部70使用。
[1.2.由路面检测装置76进行的处理]
如图3A所示，LiDAR44以与高度方向平行的第1轴82为中心，改变激光88的照射角度θ1来在单个层86内进行扫描。并且，如图3B所示，LiDAR44以与水平方向平行的第2轴84为中心，改变激光88的照射角度θ2来在多个层86中进行扫描，检测各检测点的位置信息(距离信息)。LiDAR44能够通过向道路90的路面92照射激光88，来检测路面92的位置信息。
由LiDAR44检测到的各检测点的位置信息包括三维的信息。在此，假想将从路面92的检测点的位置信息中除去了高度方向的位置信息的二维的位置信息投影到二维的坐标面。例如，如图3A、图4A所示，作为二维的坐标面，假想二维的第1坐标面100，其以与车长方向平行的轴为y轴，以与车宽方向平行的轴为x轴。在本车辆80在直线的道路90上行驶的情况下，第1坐标面100的y轴与道路90的行进方向平行，x轴与道路90的宽度方向平行。在第1坐标面100中，x轴和y轴的原点为LiDAR44的位置。
在路面92平坦的情况下，如图3A所示，在第1坐标面100上，检测点的点序列102呈以LiDAR44为中心的大致一定曲率的圆弧形状。另外，在本说明中，将点序列102(和后述的点序列112)视为连结各检测点的线。另一方面，在道路90的端部存在沟槽94的情况下，在第1坐标面100中，如图4A所示，检测点的点序列102不呈大致一定曲率的圆弧形状。
在路面92平坦的情况下，如图3B所示，在单个层86中检测到的从LiDAR44到路面92的距离为大致一定。与此相对，在道路90上存在沟槽94的情况下，如图4B所示，在单个层86中检测到的从LiDAR44到路面92的距离和从LiDAR44到沟槽94的距离不同。因此，如图4A所示，在第1坐标面100中，检测点的点序列102在沟槽94的位置发生变动。第1实施方式通过判断有无该变动来判断有无沟槽94，通过检测该变动位置来检测沟槽94的位置。
在此，使用图5、图6说明第1实施方式所涉及的路面检测装置76进行的路面检测处理。在LiDAR44对1个层86进行扫描之后，进行以下说明的一系列处理。
在步骤S1中，外界识别部66计算从层86中包含的各检测点的位置信息中除去高度方向的位置信息得到的二维的位置信息，根据计算后的位置信息来计算二维的第1坐标面100中的各检测点的点序列102。
在步骤S2中，外界识别部66进行从点序列102中提取出规定数量(m个)的连续的一部分点序列的处理。在本说明书中，将该一部分点序列称为内核104(图6)。此时，外界识别部66从点序列102的一端向另一端依次进行内核104的提取。下述式1表示内核104。
【数学公式1】
在步骤S3中，外界识别部66计算提取出的内核104的最大微分值。最大微分值通过下述式2来计算。
【数学公式2】
在步骤S4中，外界识别部66计算最大微分值的倒数。最大微分值的倒数通过下述式3来计算。
【数学公式3】
在步骤S5中，外界识别部66判定内核104的提取是否结束。在内核104的提取结束的情况下，即，在内核104的提取位置到达点序列102的另一端的情况下(步骤S5：是)，处理转移到步骤S6。另一方面，在内核104的提取没有结束的情况下(步骤S5：否)，即，在内核104的提取位置没有到达点序列102的另一端的情况下，处理返回步骤S2。当返回步骤S2时，外界识别部66进行使内核104的位置向点序列102的另一端侧移动特定数量的检测点的处理。
在步骤S6中，外界识别部66判断按每个内核104计算出的最大微分值的倒数中是否存在规定值以下的最大微分值的倒数。此时，外界识别部66将道路90的宽度方向上的比本车辆80的位置靠右侧或者左侧的范围作为最大微分值的倒数的判断对象位置。例如，将第1坐标面100的x＜-wv、wv＜x的范围作为判断对象位置，将-wv≦x≦wv的范围从判断对象位置中除外。-wv≦x≦wv的范围相当于道路90的宽度方向上的本车辆80的范围。另外，规定值预先设定，且被存储在存储装置60中。在有规定值以下的最大微分值的倒数的情况下(步骤S6：是)，处理转移到步骤S7。另一方面，在没有规定值以下的最大微分值的倒数的情况下(步骤S6：否)，处理转移到步骤S8。
在步骤S7中，外界识别部66判断为在计算出规定值以下的最大微分值的倒数的内核104的位置存在沟槽94。在点序列102中，在该位置，点序列102的间隔在规定间隔以上。图2所示的行动计划部70将沟槽94的位置信息作为静态信息来生成本地地图。
在步骤S8中，外界识别部66判断为在路面92上不存在沟槽94。图2所示的行动计划部70生成没有沟槽94的本地地图。
[2.第2实施方式]
第2实施方式的结构与图1、图2所示的第1实施方式的结构相同。第2实施方式是应用了第1实施方式的实施方式。
[2.1.由路面检测装置76进行的处理]
使用图7、图8说明第2实施方式所涉及的路面检测装置76进行的路面检测处理。在LiDAR44对1个层86进行扫描之后进行以下说明的一系列处理。另外，图7所示的步骤S11～步骤S15的处理与图5所示的步骤S1～步骤S5的处理相同，因此，省略其说明。
在步骤S16中，外界识别部66将最大微分值的倒数绘制在二维的坐标面上。在此，如图8所示，假想二维的第2坐标面110，该二维的第2坐标面110具有表示内核104在道路90的宽度方向上的位置的第1坐标轴、和表示最大微分值的倒数的第2坐标轴。在第2坐标面110中，第1坐标轴的原点为LiDAR44的位置。
在步骤S17中，外界识别部66判定在绘制在第2坐标面110上的最大微分值的倒数的点序列112上，是否有向零的方向较大地凸出而成为凸形的位置。更具体而言，外界识别部66判定是否有深度d在规定深度dt以上且宽度w在规定宽度wt以下的凸形。规定深度dt和规定宽度wt各自的值预先设定，且被存储在存储装置60中。能够通过该条件来除去噪音。在有较大地凸出而成为凸形的位置的情况下(步骤S17：是)，处理转移到步骤S18。另一方面，在没有较大地凸出而成为凸形的位置的情况下(步骤S17：否)，处理转移到步骤S19。
在步骤S18中，外界识别部66判断为在最大微分值的倒数的点序列112成为凸形的位置存在沟槽94。与第1实施方式同样，在点序列112中，在该位置，点序列112的间隔在规定间隔以上。图2所示的行动计划部70将沟槽94的位置信息作为静态信息来生成本地地图。
在步骤S19中，外界识别部66判断为在路面92上没有沟槽94。图2所示的行动计划部70生成没有沟槽94的本地地图。
[3.第3实施方式]
在第1实施方式和第2实施方式中，外界识别部66根据单个层86的扫描结果来判断有无沟槽94和沟槽94的位置。外界识别部66也可以进一步在多个层86中点序列102的变动状态相同的情况下，判断为存在沟槽94。
例如，如图9所示，在二维的第1坐标面100中，在各个层86中检测到的变动位置存在于宽度方向上的相同位置的情况下外界识别部66判断为存在沟槽94。另外，外界识别部66还能够连结各层86的变动位置来判断沟槽94的延伸位置。
[4.根据实施方式能得到的技术思想]
下面记载根据上述实施方式能掌握的技术思想。
本发明的方式是路面检测装置76，其对本车辆80行驶的道路90的路面92进行检测，
具有传感器(LiDAR44)和外界识别部66，其中，
所述传感器(LiDAR44)通过对包括所述路面92的层86进行扫描来检测各检测点的三维的位置信息；
所述外界识别部66计算从所述层86中包含的各检测点的位置信息中除去高度方向的位置信息得到的二维的位置信息，根据二维的位置信息计算二维的坐标面(第1坐标面100)上的各检测点的点序列102，按照所述点序列102的变动状态来检测存在于所述路面92上的沟槽94。
根据上述结构，按照出现沟槽94特有的变动的二维的点序列102来检测沟槽94，因此，能够高精度地检测沟槽94。
在本发明的方式中，也可以为，
所述外界识别部66将所述检测点的位置急剧变化的位置判断为存在所述沟槽94的位置。
在本发明的方式中，也可以为，
当在所述道路90的宽度方向上的比所述本车辆80的位置靠右侧或者左侧的范围内存在彼此相邻的所述检测点之间产生规定间隔以上的间隔的位置时，所述外界识别部66判断为在比所述本车辆80的位置靠右侧或者左侧的位置存在所述沟槽94。
根据上述结构，将比本车辆80的位置靠左右两侧的范围作为沟槽94的检测范围，因此，能够以更高的精度来检测沟槽94。
在本发明的方式中，也可以为，
当在多个所述层86中所述点序列的变动状态相同的情况下，所述外界识别部66判断为存在所述沟槽94。
根据上述结构，沟槽94的检测精度变得更高。另外，还能够检测沟槽94的延伸位置。
在本发明的方式中，也可以为，
所述外界识别部66一边使一部分点序列(内核104)的提取范围沿所述点序列移动，一边进行从所述点序列中提取规定数量的所述一部分点序列(内核104)的处理、计算所述一部分点序列(内核104)的最大微分值和所述最大微分值的倒数的处理，
将所述最大微分值的倒数变小的位置判断为所述沟槽94的位置。
在本发明的方式中，也可以为，
所述外界识别部66将以下位置判断为所述沟槽94的位置：在不同于所述坐标面(第1坐标面100)的另一坐标面(第2坐标面110)中，所述最大微分值的倒数成为向零的方向凸出的凸形的、所述道路90的宽度方向上的位置，其中，所述另一坐标面具有第1坐标轴和第2坐标轴，所述第1坐标轴表示所述一部分点序列(内核104)在所述道路90的宽度方向上的位置，所述第2坐标轴表示所述一部分点序列(内核104)的所述最大微分值的倒数。
在本发明的方式中，也可以为，
所述外界识别部66将以下位置判断为所述沟槽94的位置：所述最大微分值的倒数成为深度d在规定深度dt以上且宽度w在规定宽度wt以下的所述凸形的、所述道路90的宽度方向上的位置。
根据上述结构，由于能除去噪音，因此，能够以更高的精度来检测沟槽94。
另外，本发明所涉及的路面检测装置并不限定于上述的实施方式，当然能够在没有脱离本发明的主旨的范围内而采用各种结构。

Claims (5)

1.一种路面检测装置(76)，其对本车辆(80)行驶的道路(90)的路面(92)进行检测，
其特征在于，
具有传感器(44)和外界识别部(66)，其中，
所述传感器(44)通过对包括所述路面的层(86)进行扫描来检测各检测点的三维的位置信息；
所述外界识别部(66)计算从所述层中包含的各检测点的位置信息中除去高度方向的位置信息而得到的二维的位置信息，且根据二维的位置信息来计算二维的坐标面(100)上的各检测点的点序列(102)，且按照所述点序列的变动状态来检测存在于所述路面上的沟槽(94)，
所述外界识别部一边使一部分点序列(104)的提取范围沿所述点序列移动，一边进行从所述点序列中提取规定个数的所述一部分点序列(104)的处理和计算所述一部分点序列的最大微分值和所述最大微分值的倒数的处理，
所述外界识别部将所述道路的宽度方向上的位置判断为所述沟槽的位置，其中，所述道路的宽度方向上的位置是指，在具有第1坐标轴和第2坐标轴且与所述坐标面不同的坐标面(110)中，所述最大微分值的倒数成为向零的方向凸出的凸形的所述道路的宽度方向上的位置，所述第1坐标轴表示所述一部分点序列在所述道路的宽度方向上的位置，所述第2坐标轴表示所述一部分点序列的所述最大微分值的倒数。
2.根据权利要求1所述的路面检测装置，其特征在于，
所述外界识别部将所述检测点的位置急剧变化的位置判断为存在所述沟槽的位置。
3.根据权利要求1所述的路面检测装置，其特征在于，
当在所述道路的宽度方向上的比所述本车辆的位置靠右侧或者左侧的范围内存在彼此相邻的所述检测点之间产生规定间隔以上的间隔的位置时，所述外界识别部判断为在比所述本车辆的位置靠右侧或者左侧的位置存在所述沟槽。
4.根据权利要求1所述的路面检测装置，其特征在于，
在多个所述层中所述点序列的变动状态相同的情况下，所述外界识别部判断为存在所述沟槽。
5.根据权利要求1所述的路面检测装置，其特征在于，
所述外界识别部将所述道路的宽度方向上的位置判断为所述沟槽的位置，其中所述道路的宽度方向上的位置是指，所述最大微分值的倒数成为深度(d)在规定深度(dt)以上且宽度(w)在规定宽度(wt)以下的所述凸形的所述道路的宽度方向上的位置。
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