JP2003536096A - 追跡マップジェネレータ - Google Patents
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Abstract
Description
するか、あるいは衝突によって自車両の乗員が受ける傷害または歩行者に与える
傷害を軽減するために、適切な対策を選択し十分に早く講じることのできる、自
動車用途の改良型予測式衝突センシングまたは衝突回避システムに対する要求が
ある。本願において使用する予測式衝突センシングシステムの用語は、自車両の
環境における目標物を検知、かつ追跡し、次いで安全性を向上させる対策を提示
するか、または自動的に実行することのできるシステムをも意味して用いる。
いはその逆の運動を、例えば関連する目標物トラッカを備えるレーダシステムを
用いて追跡する。環境としては、静的目標物および移動目標物の両方が含まれる
。自動車環境は、その他の目標物追跡環境、例えば航空機または船舶の環境とは
、自動車は主として道路によって拘束される環境で運転される点が異なる。もち
ろん、これには、例えば駐車場またはオフロード運転状態などの例外もあるが、
これらの例外は一般に、車両の運転時間が比較的少ないか、または予測式衝突セ
ンシングシステムにより便益を受けるような衝突の危険性も比較的小さい。
測式衝突センシングシステムの性能を改良する上で役立つ可能性がある。例えば
、自車両が特定の経路形状を有する特定の道路上で運転されていることが分かっ
ており、車載のナビゲーションシステムが、車両の軌跡(trajectory)が、例え
ばスリップまたはドライバの不注意よって、その経路(path)から逸脱しようと
することを検出した場合には、予測式衝突センシングシステムは、車載レーダが
自車両と衝突する可能性のある潜在的目標物を検出したかどうかによらず、この
ような状況を識別して、それに対応することができる。 道路による拘束の知識を用いることにより、関連する目標物トラッカの収束性
を改善するか、または自車両が走行する環境もしくは状況の推定を改善すること
ができる。
に特徴がある。例えば、道路の路線は、Xの正方向を北に、Yの正方向を東にし
たX‐Y座標系にプロットすることができる。デジタル化された道路地図が現在
では広く利用可能であるが、自車両の予測式突センシングにおけるその有用性の
程度は、地図が十分なものであると仮定して地図上の自車両の位置を特定するナ
ビゲーションプロセスに、少なくとも部分的に依存する。例えば、車両の位置と
方位の計測は、GPS受信機によるか、コンパスもしくは方位ジャイロスコープ
による車両の進行方位(heading)の測定値、および車輪の速度もしくは回転の
測定値による車両の距離および進行方位を、マップマッチングアルゴリズムと組
み合わせて使用する推測航法(dead reckoning)によるか、またはこれら2つの
組み合わせによって可能である。しかしながら、一般にこれまで利用可能なナビ
ゲーションシステムは、予測式衝突センシング用の自車両が走行する道路マップ
を提供するには精度が十分ではない。さらに、道路条件は、例えば道路建設の結
果として時間と共に変化する可能性があり、これらの変化が、関連するデジタル
地図に適時に加えられているとは限らない。
kまたはtracks)マップを生成する改良型のシステムおよび方法に対する要求が
ある。 図1〜3を参照すると、追跡マップジェネレータ10が、自車両16に組み込
まれたレーダシステム14からのレーダデータを処理するためのレーダ処理シス
テム12内に示されており、このレーダ処理システムには、環境の中で目標物を
検知し、自車両と1つまたは複数の目標物の相対運動に応じて、関連する対策手
段を始動および/または制御するためのセンサを備えている。目標物を検知する
ためのセンサは、自車両に対する目標物の位置を検知して追跡する例えばレーダ
式またはライダ(lidar)式のセンサシステムであり、本願に参照として組み入
れる、本発明の譲受人に譲渡されている米国特許第6085151号に開示され
ているように、自車両と目標物の衝突が発生する可能性があるかどうかを予測す
るものである。
り、ブロック図の各ブロックは、自車両に搭載したレーダシステム14が供給す
るデータを受け取り、準備および/または処理する関連のソフトウエアモデュー
ルを含む。レーダシステム14からのデータは、プリプロセッサ18によって前
処理されて、例えば距離、距離変化率、方位角、その品質など目標物追跡に適し
たレーダデータを生成する。レーダレーダは、一般に自車両前方に広角の視野を
有し、少なくとも自車両の長手方向軸から少なくとも±5°を範囲に含み、レー
ダおよび関連するアンテナ構成に応じて、場合によっては±180°に拡がって
いる。この例示的なシステムは、±55°の視野を有する。
標物速度、および目標物の位置を規定するx‐y座標に変換する。例えば、米国
出願第‘035号のシステムは、複数の目標物を追跡し、かつ関連するレーダデ
ータを単一の目標物についてのクラスタに形成するシステムを開示している。ア
ソシエータ22は、古い追跡データを、最近の走査によるものに関係づけて、各
目標物の追跡履歴を編集する。 追跡マップジェネレータ10については以下により詳細に述べるが、このデー
タを記憶し、かつそれから自車両に対する目標物の運動の進行記録として追跡マ
ップを生成する。
ータ、すなわち自車両情報26、および場合によっては3)可能性のある運転状
況から、最も可能性の高い運転状況、または適切な運転状況を判定するための「
環境データ」を使用する。この「環境データ」は例えば、GPSデータ、デジタ
ル地図、高速道路形状および近傍車両のリアルタイム無線入力、および高速道路
に埋め込まれた電磁マーカまたは光学マーカなどのリアルタイムトランスポンダ
からのデータなどを含むことができる。例えば、「環境データ」は、道路曲率エ
スティメータ28が用いることによって、状況認識プロセッサ24に道路曲率の
推定値を供給することができる。
プを記憶かつ解釈し、いくつかの目標物の追跡の時間進行を比較する。追跡目標
物の相対位置および進行を評価することによって、例えば位置状況、交通状況、
運転操作状況、または緊急事態の発生などの様々な運転状況の識別が可能となる
。 状況認識プロセッサ24が推定した状況は、衝突エスティメータ30および衝
突破壊重大度エスティメータ32による衝突および衝突破壊重大度推定と共に、
応答ジェネレータ34の入力として使用されて、例えば判断マトリックスを用い
て適切な対策36が選択される。応答ジェネレータ34による特定の応答の判断
は、例えばルールベースシステム(エキスパートシステム)、ニューラルネット
ワーク、または別の判断手段に基づいて行われる。
うことを警告する警報装置、例えば3次元音響警報(例えば本発明の譲り受け人
に譲渡された米国特許第5979586号に開示されているように)、衝突を回
避するための回避操作を行うための、例えばエンジンスロットル、車両変速機、
車両ブレーキシステム、または車両ステアリングシステムなどの様々な手段、お
よび衝突が回避不能の場合に、例えば自動安全ベルトプリテンショナ、または内
部または外部エアバッグなどの乗員への傷害を軽減するための様々な手段がある
。選択される特定の1つまたは複数の対策手段36、および前記1つまたは複数
の対策手段36を起動、操作、または制御する方法は、状況認識プロセッサ24
によって識別される状況と、衝突および衝突破壊の重大度推定値に依存する。
に対する応答は、目標物が反対方向から接近しているのか、あるいは自車両と同
じ方向に進行しているが、自車両の走路に割り込んできているのかによって、異
なる応答を必要とすることがある。危険を発生する交通状況を考慮することによ
って、その危険を軽減するように対策手段36を適合させることができる。レー
ダシステム、または一般的には予測式衝突センシングシステムを使用して自車両
の範囲にある目標物を検知することによって、対策手段36を実際の衝突の以前
に実施することによって、衝突を回避するか、または衝突による乗員傷害を軽減
することができる。
共通の経路に拘束されており、したがってこれらの車両は独立して制御されるが
、関連する軌跡は互いに相関があると仮定して機能する。地上目標物の軌跡推定
においては、最も可能性の高い目標物は自動車であり、強い経路の拘束を有する
道路上を走行中であるために、このような仮定が成立する。このような場合には
、拘束条件を使用することによって、確実に目標物運動状態の追跡性能および目
標物状態推定性能が確実に向上する。ここで目標物状態とは、道路上の目標物の
相対位置や目標物が異常な操作をしているかどうかなどの判断を指す。
る道路地図は入手不可能であり、また道路地図をリアルタイムに提供するために
十分な計算リソースを割り当てることもできない。このような制限は、マップと
して使用することのできる、前回の追跡による動的マップを提供することによっ
て克服できる。このように構築されたマップは、センサのわきを通過する第1の
物体の情報は提供しないが、遭遇する目標物の数が増加するにつれて、マップの
精度は向上し、より重要な情報を提供することができるようになる。このような
マップは、以前の目標物追跡を蓄積することによって構築されるという理由で、
追跡マップ38と呼ばれる。
0における情報を蓄積することにより、新規な追跡の収束速度が向上し、追跡の
初期段階における誤差が減少する。別の例として、追跡情報がマップに結合され
るために、現在および将来の交通状況についての重要な情報を、推論することも
できる。 ある特定の追跡40はある経路42に追従し、関連する情報の内容と品質によ
って特徴付けることができる。情報内容は、位置Lにおいて、目標物は状態Sで
あるという仮説であり、情報品質とは、その仮説が真であると考えられる強度で
ある。 情報内容は、異なる形態が可能であり、例えば、それに限定はされないが、目標
物速度、進行方位、加速度、形式などである。関連する情報品質は、様々な推論
枠組みの下で評価が可能であり、それは確率論、ファジー論理、証拠推論(evid
ential reasoning)、または不規則集合などである。
ッドを含み、各セル44は、grid(i,j)で表わされ、関連する状態および品質情
報、grid(i,j).statesおよびgrid(i,j).qualityを有する。追跡マップ38の解
像度および大きさは、追跡マップを生成するのに使用される関連するプロセッサ
の関連する計算バンド幅に依存する。 次いで、経路42は、グリッドの収集{grid(i,j)}として表現される。追跡を
獲得する毎に、その関連する経路42を推論することができる。新規に認識され
た経路42が、次いで追跡マップ38に登録されて、そのマップの関連する情報
内容およびマップの品質も更新される。この過程を、マップ構築と呼ぶ。いった
んマップが構築されると、それを使用してその後に得られる追跡40を改善する
ことができる。この過程を、追跡マップ融合と呼ぶ。
て追跡データが、トラッカ20/アソシエータ22から読み込まれる。ステップ
(404)において、この追跡の逆方向推定(backprojected)経路を決定し、
次いでステップ(406)においてこれを追跡マップ38のマップグリッドに関
係づける。次いでステップ(408)において、マップグリッドを更新し、その
後、ステップ(402)においてこの過程を反復する。 図5を参照すると、マップ構築と融合過程をより詳細に示してあり、ステップ
(502)において、位置(x,y)、速度(Vx,Vy)、目標物角度ang_h、デー
タ品質Stを含む追跡データがトラッカ20/アソシエータ22から読み取られ
る。ステップ(504)において、追跡が新規である場合には、ステップ(50
6)において、追跡当てはめデータが初期化される。例えば、当てはめ処理に関
連する加算処理の蓄積部は、それに新規の追跡データを蓄積する以前に、ゼロに
初期化される。そうでない場合には、図4のステップ(404)に対応するステ
ップ(508)において、例えば平滑化、回帰、またはその他の曲線当てはめ処
理によって追跡履歴データが処理されて、追跡の経路の表現(representation)
を生成する。
すると、追跡40の逆方向推定経路42は一般に、既存追跡40の平滑化された
軌跡(trajectory)を含む。追跡が、確率論的な計算から得られると、ある特定
の時刻において、既存の追跡40は、その時点までの情報に基づいて推定した目
標物状態を表わす。目標物に関するさらなる情報が到着すると、以前の時点につ
いてのより正確な推定値が抽出される。逆方向推定経路42は、目標物状態の改
善された履歴である。逆方向推定経路42を得るためには、カルマンフィルタ平
滑化、自己回帰、または直線もしくは曲線当てはめ処理を適用することができる
。具体的な手法は、目標物モデルの性質、性能、利用可能な計算バンド幅の間の
トレードオフに依存する。
る場合には、自己回帰が適当である。通常のパラメトリック形式の曲線関数は次
のようになる。 ここで、 は回帰の結果であり、全体として曲線を定義する。 別の例として、逆方向推定経路は、以下のように、関連する追跡履歴の1次元
直線当てはめによって求められる。 ここで、aおよびbは当てはめの結果であり、両者で次の直線パターン、 y=ax+b を定義すると共に、dxおよびdyは、開始地点から現在地点までの距離を定義
する。また、フェージング因子を追加することによって、追跡の初期部分が、現
在の当てはめ結果に与える影響を徐々に減少させるために、例えば次のようにす
る。 ffit=0.98
した目標物軌跡、 が与えられると、ここで であり、ステップ(406)および(512)において、逆方向推定目標物軌跡
の経路42は、追跡マップ38の特定のセル44と関連づけられる。x、y方向
においてそれぞれΔxおよびΔyで与えられる各セル44の寸法に対して、また
から出発するグリッドgrid(0,0)の中心に対して、開始および終了セル位置は次
式で与えられる。 および、 また、 の場合には、開始セルおよび終了セル44の間のセル位置は、 および で求められるか、あるいは、 および で求められる。
8)において、関連する品質測度を以下のように計算することによって更新され
る。 ステップ(518)の当てはめ品質測度(fitting quality measure)には、
2つの部分が含まれ、一つはステップ(510)からの曲線当てはめ結果とステ
ップ(502)からのトラッカ20/アソシエータ22の出力の矛盾に対する測
度、もう一つは、当てはめられた曲線(または経路42)と追跡40との差に対
する測度である。 ここで、Mdiffは、新規に発見された曲線と既存の追跡との間の差で、次のよう
に定義される。 ここで、qtrkは現在の追跡の品質であり、 は、時刻kにおける追跡上の点Xkと、対応する逆方向推定点 との間の距離であり、Nは追跡内の点の数である。最も簡単な距離の形態は、次
式のユークリッド距離である。
限り、0から1の間の出力を有する任意の単調関数として定義することができる
。 Mcontは、当てはめ結果およびステップ(502)からのトラッカ20/アソ
シエータ22の出力との間の矛盾に対応する品質の矛盾成分を表す。各セル44
において、矛盾は、トラッカ20/アソシエータ22により与えられる目標物進
行方位角と、グリッドの中心における曲線の正接によって定義される目標物進行
方位角との間の差を反映する。すなわち、 ここで、 である。
義することができる。 最後に、新規に獲得された情報を、各グリッドの更新に使用する前に、曲線当
てはめの品質を検査する必要がある。この目的で、各当てはめでは次のことを考
慮する必要がある。それは、a)追跡は、有意な当てはめを保証するのに十分な
長さを有すること、b)当てはめは、数値的な安定性に対して明確に定義された
ものであること、およびc)Mdiff自体が、良好な当てはめ品質を保証するのに
十分小さいことである。
、ang_fおよびang_hは、直線当てはめおよびトラッカ20/アソシエータ22か
ら得られる目標物の進行方位角の推定値であり、ang_fおよびang_hは、それぞれ
次式で定義される。 ここで、vxおよびvyは、xおよびy方向の推定目標物速度であり、その角度 関係を図6に示してある。
るために、差異を計測するのに最近の3点を使用する。
)において、老化または衰退させて、セル44の重要度を低下させ、そのセルの
追跡データは測定せずに、最終的にセル44から古いデータを消去する。例えば
、これは各グリッド内の情報に、フェージング係数を次のように乗ずることによ
って達成できる。 ここで、フェージング係数は、ゼロから1の間であり、したがって各グリッドの
品質は、新規の情報を受け取らない場合には、ゼロに低下することがある。例え
ば、フェージング係数は次式で与えられる。 ここで、nrはレポートの数、また利用可能であれば、vは速度である。0.1
4、0.85、6などの係数は、減速する速度を調整するために与える。
リッドを開始地点から現在地点まで更新する逆方向推定処理によって更新される
。この更新プロセスは、例えば次の条件に従う。 a)追跡が6回以上のスキャニング(ここで追跡長、すなわち追跡が更新され
た回数を、関連品質および当てはめ品質の追加の測度として使用する)の間存在
していること、 b)当てはめアルゴリズムが明確に定義されていること、すなわち c)diff<10であり、したがって当てはめが比較的高品質であるか、または d)追跡が十分に長く、有意な当てはめを確立することができる、すなわち であること。
得した情報と以下のように比較する。 ここで、pgはこのグリッドにおける現在の情報内容の品質であり、別の項は次
のようになる。 情報品質は次式を用いて正規化する。 ここで、0.05は、未知数を説明し、数値的な安定性のために、pcurは、新
規に獲得された品質を定義する。初期のグリッドにおいてpgが情報内容の品質
を表すとして、セル44での情報は次のように更新される(ベイズの理論)。 (a)進行方位 (b)品質
し、以前の追跡の履歴を復活させるために使用する。基本的に、3.3で使用し
たのと同じ技法が、ここでも応用可能である。違いは停止条件にある。逆方向推
定においては、明確に定義された出発および終了地点が存在しない。しかし、前
方推定においては、推定の明確に定義された終了点は存在しない。その代わりに
、次の2つの条件を導入する。 a)停止条件1:情報のない地点へ到達、すなわち、 b)停止条件2:推定とは違いすぎる情報内容のグリッドに到達、すなわち、 ここで、Tは閾値としての役割をはたす。
と、第1地点16.1にある自車両16は、第1の軌跡46上を、第1の時間間
隔の間に、第2位置16.2まで移動する。同時に、第1位置48.1にある第
1の目標物車両48は、第1時間間隔に間に、第2の軌跡50上を第2位置48
.2まで移動する。第1目標物車両48の追跡は、レーダシステム14およびレ
ーダ処理システム12の関連する要素によって、関連するサンプリング時間52
で、計測される。第2の軌跡50は、追跡マップ生成部10によって更新される
、第1の組のセル54と交差する。
、第2位置16.2から第3位置16.3まで移動し、同時に第1位置58.1
にある第2目標物車両58は、第3軌跡60上を、第2位置58.2まで移動す
る。第2目標物車両58の追跡は、レーダシステム14およびレーダ処理システ
ム12の関連する要素によって、関連するサンプリング時間54に計測される。
第3軌跡60は、第2の組のセル62と交差し、これらのうちのいくつかは第1
の組のセル56であり、追跡マップ生成部10によって更新される。結果として
生じる更新されたセルは、第1目標物車両48および第2目標物車両58の、自
車両16に対する経路の複合を表わす、それぞれ関連する方向および品質を含む
。
しており、絶対ナビゲーションデータと組合わせて好適に使用できる。図2およ
び3に示す状況に対応する、図7および8を参照すると、追跡マップの座標系を
、自車両15と共に移動するように適合させ、これによって自車両16に局所化
したマップを提供することも可能である。 前記の詳細な説明および添付の図面においては、特定の実施態様について詳細
に記載したが、当業者であれば、本開示の全体的な教示から、これらの詳細に対
して、さまざまな修正および変更を行うことができることを理解するであろう。
したがって、開示された特定の配設は、説明のためだけのものであり、本発明の
範囲を限定するものではなく、本発明には添付の特許請求の範囲およびそのすべ
ての等価物の全範囲が与えられるべきである。
す図である。
示す図である。
隔中の、目標物追跡状況の例を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 a)第1の複数の第1データポイントを読み取るステップで
あって、前記第1の複数の第1データポイントにおける各第1データポイントが
、第1の追跡物体の位置を表わすステップと、 b)前記第1の複数の第1データポイントから、前記第1の追跡物体の経路に
対する第1の表現を生成するステップと、 c)前記表現の少なくとも1つの品質測度を計算するステップであって、前記
少なくとも1つの品質測度が、少なくとも1つのマップ座標に対応するステップ
と、 d)前記表現から少なくとも1つの進行方位測度を計算するステップであって
、前記少なくとも1つの進行方位測度が、少なくとも1つのマップ座標に対応す
るステップと、 e)前記少なくとも1つの品質測度と前記少なくとも1つの進行方位測度とを
メモリに記憶させるステップとを含む、追跡マップを生成する方法。 - 【請求項2】 経路の第1の表現が、第1の複数の第1データポイントに対
する直線当てはめ、前記第1の複数の第1データポイントに対する曲線当てはめ
、前記第1の複数の第1データポイントに対するカルマン平滑化、および前記第
1の複数の第1データポイントに対する自己回帰から選択される数学表現である
、請求項1に記載の追跡マップを生成する方法。 - 【請求項3】 少なくとも1つの品質測度が、第1の複数の第1データポイ
ントに対する表現の適合測度に応答性を有する、請求項1に記載の追跡マップを
生成する方法。 - 【請求項4】 a)第1の複数の第2データポイントを読み取るステップで
あって、第1の複数の第2データポイントにおける各第2データポイントが、第
1の追跡物体の速度を表わすと共に、前記第1の複数の第2データポイントが、
第1の複数の第1データポイントと時間において対応しているステップと、 b)前記第1の複数の第2データポイントから、第1の追跡物体の第1の複数
の進行方位を計算するステップであって、少なくとも1つの品質測度が、進行方
位誤差に応答性を有し、該進行方位誤差が、第1の表現から計算される少なくと
も1つの進行方位と、第1の複数の進行方位の少なくとも1つの進行方位との差
に応答性を有するステップとをさらに含む、請求項1に記載の追跡マップを生成
する方法。 - 【請求項5】 a)第1の複数の第3データポイントを読み取るステップで
あって、前記第1の複数の第3データポイントにおける各第3データポイントが
、第1の追跡物体の進行方位を表わし、その結果前記第1の複数の第3データポ
イントが、第1の複数の進行方位であり、前記第1の複数の第3データポイント
が、前記第1の複数の第1データポイントと時間において対応しており、進行方
位誤差が、第1の表現から計算される少なくとも1つの進行方位と、第1の複数
の進行方位の少なくとも1つの進行方位との差に応答性を有するステップとをさ
らに含む、請求項1に記載の追跡マップを生成する方法。 - 【請求項6】 少なくとも1つの品質測度に応じて、少なくとも1つの記憶
させた品質測度を修正するステップをさらに含む、請求項1に記載の追跡マップ
を生成する方法。 - 【請求項7】 少なくとも1つの品質測度に応じて、少なくとも1つの記憶
させた進行方位測度を修正するステップをさらに含む、請求項1に記載の追跡マ
ップを生成する方法。
Applications Claiming Priority (5)
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US60/210,878 | 2000-06-09 | ||
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