JP2009294446A - Travel support system and travel route curve creating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、移動体の走行を制御するための走行支援システムおよび走行路曲線生成方法に関する。 The present invention relates to a travel support system and a travel path curve generation method for controlling travel of a moving body.
近年、自動車などの移動体の走行を支援する走行支援システムが提案または実用化されている。走行支援システムでは、移動体の走行路を表したデジタル道路地図から、その走行路における移動体の走行を制御するための走行制御情報が生成される。また、その走行制御情報に応じて、移動体の走行が制御される。 In recent years, a driving support system that supports driving of a moving body such as an automobile has been proposed or put into practical use. In the travel support system, travel control information for controlling the travel of the mobile object on the travel path is generated from the digital road map representing the travel path of the mobile object. Further, the traveling of the moving body is controlled according to the traveling control information.
ここで、移動体の走行を精度良く制御するためには、走行路の形状を精度良く表したデジタル道路地図が必要となる。走行路の形状を精度よく表すための方法としては、走行路上の複数の測定点をB‐スプライン(B-Spline)曲線で滑らかに近似することで、走行路を近似する方法が知られている。 Here, in order to accurately control the traveling of the moving body, a digital road map that accurately represents the shape of the traveling road is required. As a method for accurately representing the shape of the traveling road, a method of approximating the traveling road by smoothly approximating a plurality of measurement points on the traveling road with a B-Spline curve is known. .
このように走行路をB‐スプライン曲線で近似する技術としては、特許文献1に記載の車両用ナビゲーション装置がある。
As a technique for approximating a traveling path with a B-spline curve in this way, there is a vehicle navigation device described in
この車両用ナビゲーション装置は、現在位置から目的地への方向に連続する4点の測定点を地図データから読み出し、その読み出した測定点をB‐スプライン曲線で近似する。そして、車両用ナビゲーション装置は、そのB‐スプライン曲線の曲率半径に基づいて道路のカーブを判定し、その判定結果に基づいてカーブに関する情報を報知する。車両用ナビゲーション装置は、この処理を目的地に着くまで繰り返すことで、移動体による出発地から目的地までの走行を支援している。 This vehicle navigation apparatus reads four measurement points continuous in the direction from the current position to the destination from the map data, and approximates the read measurement points with a B-spline curve. Then, the vehicle navigation device determines a road curve based on the curvature radius of the B-spline curve, and notifies information related to the curve based on the determination result. The vehicular navigation device supports the travel from the departure point to the destination by the moving body by repeating this process until the destination is reached.
これにより、移動体の走行を精度良く制御することが可能になり、カーブに関する情報を適切に報知することが可能になる。
特許文献1に記載の車両用ナビゲーション装置では、測定点は、2次元座標を示していた。このため、測定点間を近似したB‐スプライン曲線は、走行路の曲率などの走行路の曲がり方に関する情報を含んでいるが、走行路の勾配や勾配、勾配の進行方向に沿った変化率およびバンクの傾斜角などの走行路の高低を表す情報を含んでいない。このため、移動体の走行を制御する精度が低くなるという問題がある。なお、この問題は、測定点をB−スプライン曲線で近似する場合に限らず、測定点を一般的な曲線で近似する場合にも生じる。
In the vehicle navigation device described in
なお、特許文献1に記載の車両用ナビゲーション装置では、走行路をB‐スプライン曲線を用いて近似するときに、ローカルな処理を行っている。具体的には、車両用ナビゲーション装置は、現在位置付近の測定点のB−スプライン曲線による近似を目的地まで繰り返すことで、走行路を近似している。したがって、走行路が複数のB−スプライン曲線で近似されることとなり、各B−スプライン曲線の両端における接線の傾きや曲率などの幾何学的な情報の連続性が保証されない。なお、このような幾何学的な情報が連続になるように近似すると、各B−スプライン曲線が歪んで走行路を表さなくなる領域が発生する。
In the vehicle navigation device described in
本発明の目的は、上記の課題である、移動体の走行を制御する精度が低くなるという問題を解決する走行支援装置および走行路曲線生成方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a traveling support apparatus and a traveling path curve generation method that solve the above-described problem that the accuracy of controlling traveling of a moving body is reduced.
本発明による走行支援装置は、移動体が走行する走行路上で断続的に測定された、3次元空間上の位置情報にて示される複数の測定点を受け付ける入力手段と、前記入力手段が受け付けた測定点を示す位置情報を用いて、各測定点を滑らかな曲線で近似して、前記走行路を表す走行路曲線を生成する生成手段と、を含む。 The driving support device according to the present invention includes an input unit that receives a plurality of measurement points indicated by position information in a three-dimensional space that is intermittently measured on a traveling path on which a moving body travels, and the input unit receives Generating means for approximating each measurement point with a smooth curve using position information indicating the measurement point, and generating a travel path curve representing the travel path.
本発明による走行路曲線生成方法は、移動体が走行する走行路上で断続的に測定された、3次元空間上の位置情報にて示される複数の測定点を受け付け、前記受け付けられた測定点を示す位置情報を用いて、各測定点を滑らかな曲線で近似して、前記走行路を表す走行路曲線を生成する。 The traveling road curve generation method according to the present invention receives a plurality of measurement points indicated by position information in a three-dimensional space, intermittently measured on a traveling road on which a moving body travels, and the received measurement points are Using the position information shown, each measurement point is approximated by a smooth curve to generate a travel path curve representing the travel path.
本発明によれば、移動体の走行を制御する精度を向上させることが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to improve the precision which controls driving | running | working of a moving body.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の第一の実施形態の走行支援システムを示したブロック図である。図1において、走行支援システムは、入力装置1と、デジタル道路地図装置2と、制御情報生成装置3と、現在位置情報把握装置4と、出力装置5と、制御装置6とを含む。
FIG. 1 is a block diagram showing a driving support system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the driving support system includes an
また、走行支援システムは、移動体を走行させる走行装置7と接続可能である。以下では、移動体は、自動車であるとする。さらに、走行装置7は、ステアリング71と、アクセル72と、ブレーキ73と、トランスミッション74とを含む。
In addition, the travel support system can be connected to a
入力装置1は、移動体のユーザから、その移動体の走行に対する走行情報を受け付ける。走行情報は、移動体が走行する走行路を特定するための走行路特定情報と、移動体の走行に関する走行条件とを含む。走行路特定情報は、例えば、移動体の出発地および目的地のそれぞれの位置情報を示す。また、走行条件は、移動体が目的地に到着するまでの時間を最短にする走行や、CO2の排出量を最小にする走行などを示す。
The
また、入力装置1は、走行路上で測定された位置情報を示す複数の測定点と、各測定点における複数の路面法線ベクトルと、各測定点における複数の路面接線ベクトルと、を受け付ける。
The
測定点は、少なくとも移動体が出発地から目的地まで走行する走行路の全体にわたって、断続的に測定された各位置情報にて示される。ここで、位置情報は、3次元空間上の位置情報(x、y、z)であるとする。なお、位置情報の座標系は、例えば、x方向は緯度を表し、yは経度を表し、z方向は標高を表するように選ぶことができる。しかしながら位置情報の座標系は、この表し方に限らず適宜変更可能である。 The measurement point is indicated by position information measured intermittently over at least the entire travel path on which the moving body travels from the departure place to the destination. Here, it is assumed that the position information is position information (x, y, z) in a three-dimensional space. The coordinate system of the position information can be selected so that, for example, the x direction represents latitude, y represents longitude, and the z direction represents altitude. However, the coordinate system of the position information is not limited to this representation and can be changed as appropriate.
路面法線ベクトルは、測定点における走行路面に垂直なベクトルである。また、路面接線ベクトルは、測定点における走行路に接し、かつ、移動体の進行方向を向いたベクトルである。なお、路面法線ベクトルおよび路面接線ベクトルは、単位ベクトルであるとする。 The road surface normal vector is a vector perpendicular to the traveling road surface at the measurement point. The road surface tangent vector is a vector that is in contact with the traveling road at the measurement point and faces the traveling direction of the moving body. It is assumed that the road surface normal vector and the road surface tangent vector are unit vectors.
また、測定点、路面法線ベクトルおよび路面接線ベクトルは、走行路の中心を結んだ中心曲線上で測定されることが望ましい。さらに、位置情報が測定される間隔は、後述する走行路の幾何学的な情報を精度よく算出するのに必要な数が確保されるような間隔が望ましい。 The measurement point, road surface normal vector, and road surface tangent vector are preferably measured on a center curve connecting the centers of the traveling roads. Furthermore, the interval at which the position information is measured is preferably an interval that ensures a necessary number for accurately calculating geometric information of the travel path described later.
なお、入力装置1は、例えば、測定点を、それらを測定する測定装置(図示せず)から受け付ける。
Note that the
デジタル道路地図装置2は、道路地図生成部21と、B‐spline基底関数記憶部22と、制御点記憶部23と、ノットベクトル記憶部24とを含む。
The digital
道路地図生成部21は、生成手段の一例である。道路地図生成部21は、入力装置1が受け付けた各測定点を示す位置情報と、各測定点における路面法線ベクトルおよび路面接線ベクトルとに基づいて、全ての測定点を、一つの滑らかな3次元空間上の曲線で近似して、走行路の全体を表す走行路曲線を生成する。
The road
以下では、測定点を近似する曲線を、B−スプライン(B‐spline)曲線として説明する。なお、測定点を近似する曲線は、B−スプラインに限らず適宜変更可能である。 Below, the curve which approximates a measurement point is demonstrated as a B-spline (B-spline) curve. The curve approximating the measurement point is not limited to the B-spline and can be changed as appropriate.
図2は、走行路曲線の生成を説明するための説明図である。なお、図2では、走行路曲線の一例として道路の車線の中心の近似曲線が示されている。 FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining generation of a travel path curve. In FIG. 2, an approximate curve at the center of the lane of the road is shown as an example of the traveling road curve.
道路地図生成部21は、各測定点について、その測定点における路面法線ベクトルnおよび路面接線ベクトルtの両方に垂直な対象法線ベクトルNを求める。なお、対象法線ベクトルは、単位ベクトルであるとする。また、対象法線ベクトルNは、走行路の曲率中心の方向を向かうものとする。
For each measurement point, the road
道路地図生成部21は、測定点および対象法線ベクトルNに基づく幾何処理法を用いて、各測定点を一つのp次のB−スプライン曲線で近似して、走行路曲線を生成する。
The road
具体的には、先ず、道路地図生成部21は、測定点を制御点として有するB−スプライン曲線を生成する。
Specifically, first, the road
例えば、道路地図生成部21は、測定点から制御点を選択する。なお、制御点の数は、測定点の数の所定の割合分の数である。所定の割合は、例えば、5%である。
For example, the road
道路地図生成部21は、その選択した制御点に基づいて、ノットベクトルをノット間の直線距離で求める直線距離法(chord length method)や、ノットベクトルをノット間の直線距離の平方根で求める求心性法(centripetal method)を用いて、ノットベクトルを算出する。道路地図生成部21は、その算出したノットベクトルに基づいて、Bスプライン基底関数を求める。そして、道路地図生成部21は、そのBスプライン基底関数と制御点との線形結合をB−スプライン曲線として生成する。
Based on the selected control point, the road
続いて、道路地図生成部21は、各制御点について、その制御点と、その制御点における対象法線ベクトルに垂直な平面がB−スプライン曲線に接する接点とを結ぶベクトル分だけその制御点を移動させることで、そのB−スプライン曲線を新しいB−スプラインに変形させる処理を行う。道路地図生成部21は、この処理を、各測定点とその新しいB−スプラインとの距離が予め定められた距離閾値未満になり、かつ、各測定点から前記新しいB−スプライン曲線に下した垂線の足における曲線法線ベクトルと各測定点における対象法線ベクトルとの角度が予め定められた角度閾値未満になるまで繰り返す。なお、新しいB−スプライン曲線もp次である。以下、測定点とB−スプライン曲線との距離を距離誤差と称し、対象法線ベクトルと曲線法線ベクトルとの角度を角度誤差と称する。
Subsequently, for each control point, the road
道路地図生成部21は、その近似した新しいB−スプライン曲線を走行路曲線として生成する。
The road
ここで、幾何処理法を用いても(例えば、所定回数だけ上記の処理を繰り返しても)、距離誤差が距離閾値未満にならなかったり、角度誤差が角度閾値未満にならなかったりする場合、道路地図生成部21は、距離誤差が距離閾値未満にならない、または、角度誤差が角度閾値未満にならない測定点に応じ箇所にノット挿入を行う。そして、道路地図生成部21は、そのノット挿入を行ったB−スプライン曲線に再び幾何処理法を行う。なお、ノット挿入が行われることにより、制御点の数が変化することもある。
Here, even if the geometric processing method is used (for example, the above processing is repeated a predetermined number of times), if the distance error does not become less than the distance threshold or the angle error does not become less than the angle threshold, the road The
このように得られた走行路曲線をデジタル道路地図として扱えば、走行路上の任意の点においてp−1回までの微分の連続性が保たれる。したがって、任意の点における走行路の曲率、勾配およびバンクなどが算出可能になり、移動体の走行装置を自動的に制御する自動運転に必要な制御情報を算出することが可能になる。 If the traveling road curve obtained in this way is handled as a digital road map, the continuity of differentiation up to p-1 times is maintained at any point on the traveling road. Accordingly, it is possible to calculate the curvature, gradient, bank, and the like of the traveling path at an arbitrary point, and it is possible to calculate control information necessary for automatic operation for automatically controlling the traveling device of the moving body.
なお、測定点が2次元空間上の位置情報を示す場合でも同様な方法で行うことができる。 Note that the same method can be used when the measurement point indicates positional information in a two-dimensional space.
B‐spline基底関数記憶部22、制御点記憶部23およびノットベクトル記憶部24からなる記憶部は、道路地図生成部21が生成した走行路曲線を記憶する。
The storage unit including the B-spline basis function storage unit 22, the control
具体的には、B‐spline基底関数記憶部22は、走行路曲線であるB−スプライン曲線のB‐スプライン基底関数を記憶する。制御点記憶部23は、そのB−スプライン曲線の制御点を記憶する。ノットベクトル記憶部24は、そのB−スプライン曲線のノットベクトルを記憶する。
Specifically, the B-spline basis function storage unit 22 stores a B-spline basis function of a B-spline curve that is a traveling road curve. The control
なお、走行路曲線であるB−スプライン曲線は、複数の制御点と、各制御点に対応するBスプライン基底関数との線形結合で表される。また、Bスプライン基底関数は、ノットベクトルから求められる。したがって、Bスプライン基底関数、制御点およびノットベクトルが記憶されれば、走行路曲線が記憶されたことになる。 Note that a B-spline curve, which is a travel path curve, is represented by a linear combination of a plurality of control points and a B-spline basis function corresponding to each control point. Further, the B-spline basis function is obtained from a knot vector. Therefore, if the B-spline basis function, the control point, and the knot vector are stored, the traveling road curve is stored.
制御情報生成装置3は、デジタル道路地図装置2が生成した走行路曲線に基づいて、位置情報に対して連続的に走行装置7を制御するための制御情報を、移動体の走行が入力装置1にて受け付けられた走行条件を満たすように生成する。
このとき、制御情報生成装置3は、制御情報を、入力装置1が受け付けた走行路特定情報にて特定される走行路の全体における走行が走行条件を満たすように生成する。
The control information generating device 3 receives control information for continuously controlling the traveling
At this time, the control information generating device 3 generates the control information so that the travel on the entire travel path specified by the travel path specifying information received by the
制御情報には、例えば、ステアリング71を制御するステアリング制御情報、アクセル72を制御するアクセル制御情報、ブレーキ73を制御するブレーキ制御情報およびトランスミッション74を制御するトランスミッション制御情報などがある。
The control information includes, for example, steering control information for controlling the
制御情報生成装置3は、幾何学的情報生成部31と、ステアリング制御情報生成部32と、アクセル制御情報生成部33と、ブレーキ制御情報生成部34と、トランスミッション制御情報生成部35とを含む。
The control information generation device 3 includes a geometric
幾何学的情報生成部31は、走行路特定情報にて特定される走行路を表す走行路曲線を記憶部から取得する。具体的には、幾何学的情報生成部31は、その走行路曲線のB−スプライン基底関数をB‐spline基底関数記憶部22から取得し、その走行路曲線の制御点を制御点記憶部23から取得し、その走行路曲線のノットベクトルをノットベクトル記憶部24から取得する。
The geometric
幾何学的情報生成部31は、その取得した走行路曲線に基づいて、その走行路の幾何学的な情報を算出する。幾何学的な情報は、例えば、その走行路の曲率、曲率の孤長に沿った変化率、勾配、勾配の進行方向に沿った変化率およびバンクの傾斜角などである。
The geometric
例えば、走行路曲線であるB−スプライン曲線を For example, a B-spline curve that is a running road curve
で表すとすると、幾何学的情報生成部31は、そのB−スプライン曲線の単位接線ベクトルを
When the geometric
で求め、そのB−スプライン曲線の単位法線ベクトルを And calculate the unit normal vector of the B-spline curve.
で求める。また、幾何学的情報生成部31は、B−スプライン曲線の曲率を、
Ask for. Further, the geometric
で求め、その曲率の孤長に沿った変化率を、 The rate of change along the length of the curvature,
で求める。ここで、 Ask for. here,
である。また、幾何学的情報生成部31は、勾配を、B−スプライン曲線のz方向の位置の、孤長に沿った変化率として、
It is. Further, the geometric
で求める。さらに、幾何学的情報生成部31は、その勾配の進行方向に沿った変化率を、
Ask for. Furthermore, the geometric
で求める。さらに、z方向の単位ベクトルを Ask for. Furthermore, the z-direction unit vector
とし、z軸とBスプライン曲線の単位法線ベクトルとが形成する角度をθとすると、幾何学的情報生成部31は、バンクの傾斜角を
And the angle formed by the z-axis and the unit normal vector of the B-spline curve is θ, the geometric
で求める。 Ask for.
ステアリング制御情報生成部32は、幾何学的情報生成部31が生成した幾何学的な情報に基づいて、ステアリング制御情報を、移動体の走行が走行条件を満たすように生成する。
The steering control
アクセル制御情報生成部33は、幾何学的情報生成部31が生成した幾何学的な情報に基づいて、アクセル制御情報を、移動体の走行が走行条件を満たすように生成する。
The accelerator control
ブレーキ制御情報生成部34は、幾何学的情報生成部31が生成した幾何学的な情報に基づいて、ブレーキ制御情報を、移動体の走行が走行条件を満たすように生成する。
The brake control
トランスミッション制御情報生成部35は、幾何学的情報生成部31が生成した幾何学的な情報に基づいて、トランスミッション制御情報を、移動体の走行が走行条件を満たすように生成する。
The transmission control
現在位置情報把握装置4は、移動体の現在の位置情報である現在位置情報を生成する。例えば、現在位置情報把握装置4は、GPS(Global Positioning System)機能にて現在位置情報を生成する。 The current position information grasping device 4 generates current position information that is current position information of the moving object. For example, the current position information grasping device 4 generates current position information with a GPS (Global Positioning System) function.
出力装置5は、制御情報生成装置が生成した制御情報のうち、現在位置情報把握装置4が生成した現在位置情報に対応する制御情報を制御装置6に出力する。
The output device 5 outputs control information corresponding to the current position information generated by the current position information grasping device 4 among the control information generated by the control information generation device to the
制御装置6は、出力装置5が出力した制御情報および現在位置情報に基づいて、走行装置7を制御する。
The
制御装置6は、ステアリング制御部61と、アクセル制御部62と、ブレーキ制御部63と、トランスミッション制御部64とを含む。
The
ステアリング制御部61は、出力装置5が出力したステアリング制御情報および現在位置情報に基づいて、走行装置7のステアリング71を制御する。
The
アクセル制御部62は、出力装置5が出力したアクセル制御情報および現在位置情報に基づいて、走行装置7のアクセル72を制御する。
The
ブレーキ制御部63は、出力装置5が出力したブレーキ制御情報および現在位置情報に基づいて、走行装置7のブレーキ73を制御する。
The
トランスミッション制御部64は、出力装置5が出力したトランスミッション制御情報および現在位置情報に基づいて、走行装置7のトランスミッション74を制御する。
The
次に動作を説明する。 Next, the operation will be described.
先ず、走行支援システムが走行路曲線を生成する際の動作について説明する。図3は、この動作を説明するためのフローチャートである。また、図4は、この処理を説明するための説明図である。 First, an operation when the travel support system generates a travel path curve will be described. FIG. 3 is a flowchart for explaining this operation. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining this process.
ステップ301では、入力装置1は、測定点Qi、路面法線ベクトルniおよび路面接線ベクトルtiを受け付けると、測定点Qi、路面法線ベクトルniおよび路面接線ベクトルtiをデジタル道路地図装置2の道路地図生成部21に出力する。なお、iは、0〜sまであるとする。sは、測定点の数−1である。
In
道路地図生成部21は、その測定点、路面法線ベクトルおよび路面接線ベクトルを受け付けると、複数の測定点Qi(図4A)を制御点P(0) iとして有するBスプライン曲線C(0)を生成する(図4B)。
When the road
具体的には、先ず、道路地図生成部21は、複数の測定点Qiの中から複数の制御点P(0) iを選択する。なお、図4では、選択された測定点Qi(制御点P(0) i)が示されている。
Specifically, first, the road
続いて、道路地図生成部21は、ノットベクトルを算出する。例えば、道路地図生成部21は、直線距離法や、ノットベクトルの増分をノット間の直線距離の平方根で求める求心性法を用いて、ノットベクトルを算出する。
Subsequently, the road
さらに、道路地図生成部21は、そのノットベクトルに基づいて、Bスプライン基底関数Ni,p(u)を求める。ここで、iは、0〜s(s=制御点の数―1)であり、pは、Bスプライン曲線の次数である。また、uは、Bスプライン曲線の媒介変数である。
Further, the road
そして、道路地図生成部21は、その制御点P(0) iと基底関数Ni,p(u)の線形結合をBスプライン曲線C(0)として生成する。
Then, the road
道路地図生成部21は、Bスプライン曲線C(0)を生成すると、ステップ302を実行する。
When the road
ステップ302では、道路地図生成部21は、制御点P(0) iのそれぞれから、Bスプライン曲線C(0)に垂線を下ろし、その垂線の足となるBスプライン曲線C(0)上の点F(1) iを求める(図4C)。道路地図生成部21は、点F(1) iを求めると、ステップ303を実行する。
In
ステップ303では、道路地図生成部21は、各測定点Qiについて、路面法線ベクトルniおよび路面接線ベクトルtiの両方に垂直な対象法線ベクトルNiを求め、各対象法線ベクトルNiと垂直に交わる接線を有する点G(1) iを求める(図4D)。道路地図生成部21は、点G(1) iを求めると、ステップ304を実行する。なお、各対象法線ベクトルNiと垂直に交わる接線を有する点が複数ある場合、例えば、道路地図生成部21は、その点の中でその測定点に最も近い点を、点G(1) iとして求める。
In
ステップ304では、道路地図生成部21は、各制御点P(0) iについて、以下の処理を行う。
In
先ず、道路地図生成部21は、制御点P(0) iの角度誤差および距離誤差を求める。角度誤差は、点FiにおけるBスプライン曲線C(0)の法線ベクトルと、その点Fiに対応する制御点P(0) iにおける対象法線ベクトルNiの角度である。また、距離誤差は、制御点P(0) iからBスプライン曲線C(0)(点Fi)までの距離である。
First, the road
道路地図生成部21は、その制御点P(0) iの角度誤差が予め定められた角度閾値以上か否かを判断する。さらに、道路地図生成部21は、その制御点P(0) iの距離誤差が予め定められた距離閾値以上か否かを判断する。
The road
角度誤差が角度閾値未満であり、かつ、距離誤差が距離閾値以上であると、道路地図生成部21は、点F(1) iから制御点P(0) iまでのベクトルの大きさ分だけ、そのベクトルの方向に制御点P(0) iを移動させて新しい制御点P(1) iを生成する(図4E)。
When the angle error is less than the angle threshold value and the distance error is greater than or equal to the distance threshold value, the road
また、角度誤差が角度閾値以上であり、かつ、距離誤差が距離閾値未満であると、点G(1) iから点F(1) iまでのベクトルの大きさ分だけ、そのベクトルの方向に制御点P(0) iを移動させて新しい制御点P(1) iを生成する(図4F)。 If the angle error is equal to or greater than the angle threshold value and the distance error is less than the distance threshold value, the vector direction from the point G (1) i to the point F (1) i is increased in the direction of the vector. The control point P (0) i is moved to generate a new control point P (1) i (FIG. 4F).
さらに、角度誤差が角度閾値以上であり、かつ、距離誤差が距離閾値以上であると、点G(1) iから制御点P(0) iまでのベクトルの大きさ分だけ、そのベクトルの方向に制御点P(0) iを移動させて新しい制御点P(1) iを生成する(図4G)。 Furthermore, when the angle error is equal to or greater than the angle threshold value and the distance error is equal to or greater than the distance threshold value, the direction of the vector by the magnitude of the vector from the point G (1) i to the control point P (0) i The control point P (0) i is moved to to generate a new control point P (1) i (FIG. 4G).
道路地図生成部21は、各制御点P(0) iについて、新しい制御点P(1) iを生成すると、ステップS205を実行する。なお、道路地図生成部21は、角度誤差が角度閾値未満であり、かつ、距離誤差が距離閾値未満であると、制御点P(0) iの移動を行わずに、その制御点P(0) iを新しい制御点P(1) iとする。
When the road
ステップ305では、道路地図生成部21は、その新しい制御点P(1) iと基底関数Ni,p(u)の線形結合を新しいBスプライン曲線C(1)として生成する(図4H)。
In
道路地図生成部21は、全ての制御点について、角度誤差が角度閾値未満であり、かつ、距離誤差が距離閾値未満になるまで、ステップ302からステップ305を繰り返す。
The road
道路地図生成部21は、各制御点について、角度誤差が角度閾値未満であり、かつ、距離誤差が距離閾値未満になると、ステップ306を実行する。
The road
ステップ306では、道路地図生成部21は、そのときの制御点を有するBスプライン曲線を生成する。道路地図生成部21は、各測定点Qについて、その測定点Qiの角度誤差および距離誤差を求める。
In
道路地図生成部21は、各測定点Qiについて、その測定点Qiの角度誤差が角度閾値以上か否かと、その測定点Qiの距離誤差が距離閾値以上か否かを判断する。
The road
道路地図生成部21は、角度誤差が角度閾値以上となる測定点と、距離誤差が距離閾値以上となる測定点との少なくとも一方があると、その測定点に対応する箇所にノット挿入(節点挿入:knot insertion)を行い、新しい制御点を生成する。ノット挿入とは、曲線の形状を変えることなく、その曲線を定義するノットベクトルに新しいノットを挿入することである。
When there is at least one of a measurement point where the angle error is equal to or greater than the angle threshold and a measurement point where the distance error is equal to or greater than the distance threshold, the road
道路地図生成部21は、全ての測定点について、角度誤差が角度閾値未満であり、かつ、距離誤差が距離閾値未満になるまで、ステップ302からステップ306を繰り返す。
The road
次に、ノット挿入の際の動作について説明する。 Next, the operation at the time of knot insertion will be described.
以下、ノットベクトル Below, knot vector
にて定義されるB−スプライン曲線を B-spline curve defined by
とする。また、挿入するノットを And Also, insert the knot
としたとき、新しいノットベクトルは、 And the new knot vector is
となる。この新しいノットベクトルにて定義されるB−スプライン曲線はC(t)と同じ形状である。つまり、 It becomes. The B-spline curve defined by this new knot vector has the same shape as C (t). That means
となる。 It becomes.
このとき、新しい制御点Riを求める方法を説明する。B−スプライン曲線の特性により、全ての At this time, a method of calculating a new control point R i. Depending on the characteristics of the B-spline curve,
に対して、 Against
であり、さらに、 And, moreover,
である。数17および18により、 It is. From Equations 17 and 18,
である。 It is.
iがk−pからkまでにおいて、B−スプライン基底関数Ni,p(t)は、 For i from kp to k, the B-spline basis function N i, p (t) is
と表される。ここで、 It is expressed. here,
を The
と略記する。数20を数17に代入すると、 Abbreviated. Substituting equation 20 into equation 17,
を得る。数23において、新しいノットベクトルの代わりに挿入前のノットベクトルを用いると、
Get. In
となる。ここで、iがk−p+1からkまでにおいて
It becomes. Where i is from k−
とすると、 Then,
となる。 It becomes.
数25および数26を数24に代入すると、
Substituting
となる。以上により、数19および数27から全ての制御点Qiを It becomes. By the above, all the control points Q i are obtained from the equations 19 and 27.
で求めることが可能になる。なお、 It becomes possible to ask for. In addition,
である。 It is.
したがって、道路地図生成部21は、数28を用いて新しい制御点を求めることができる。
Therefore, the road
次に、移動体の走行を制御する際の動作について説明する。図5は、この動作を説明するためのフローチャートである。 Next, an operation for controlling the traveling of the moving body will be described. FIG. 5 is a flowchart for explaining this operation.
ステップ501では、入力装置1は、移動体のユーザから、走行情報を受け付けると、その走行情報を制御情報生成装置3の幾何学的情報生成部31に出力する。幾何学的情報生成部31は、走行情報を受け付けると、ステップ502を実行する。
In
ステップ502では、幾何学的情報生成部31は、走行情報内の走行路特定情報にて特定される走行路を表すB−スプライン曲線の基底関数をB‐spline基底関数記憶部22から取得し、そのB−スプライン曲線の制御点を制御点記憶部23から取得し、そのB−スプライン曲線のノットベクトルをノットベクトル記憶部24から取得する。幾何学的情報生成部31は、幾何学的情報生成部31は、その基底関数および制御点を線形結合して、走行路曲線であるB−スプライン曲線を再構成する。幾何学的情報生成部31は、ステップ502を終了すると、ステップ503を実行する。
In
ステップ503では、幾何学的情報生成部31は、そのB−スプライン曲線に基づいて、走行路の幾何学的な情報を生成する。幾何学的情報生成部31は、その幾何学的な情報と、その走行情報内に走行条件とを、ステアリング制御情報生成部32、アクセル制御情報生成部33、ブレーキ制御情報生成部34およびトランスミッション制御情報生成部35に出力する。その後、ステップ504が実行される。
In
ステップ504では、ステアリング制御情報生成部32は、幾何学的な情報を受け付けると、その幾何学的な情報に基づいて、ステアリング制御情報を、移動体の走行が走行条件を満たすように生成する。ステアリング制御情報生成部32は、その生成したステアリング制御情報を出力装置5に出力する。
In
アクセル制御情報生成部33は、幾何学的な情報を受け付けると、その幾何学的な情報に基づいて、アクセル制御情報を、移動体の走行が走行条件を満たすように生成する。アクセル制御情報生成部33は、その生成したアクセル制御情報を出力装置5に出力する。
When receiving the geometric information, the accelerator control
ブレーキ制御情報生成部34は、幾何学的な情報を受け付けると、その幾何学的な情報に基づいて、ブレーキ制御情報を、移動体の走行が走行条件を満たすように生成する。ブレーキ制御情報生成部34は、その生成したブレーキ制御情報を出力装置5に出力する。
When receiving the geometric information, the brake control
トランスミッション制御情報生成部35は、幾何学的な情報を受け付けると、その幾何学的な情報に基づいて、トランスミッション制御情報を、移動体の走行が走行条件を満たすように生成する。トランスミッション制御情報生成部35は、その生成したトランスミッション制御情報を出力装置5に出力する。
When receiving the geometric information, the transmission control
出力装置5は、ステアリング制御情報、アクセル制御情報、ブレーキ制御情報およびトランスミッション制御情報を受け付けると、ステップ505を実行する。
When the output device 5 receives the steering control information, the accelerator control information, the brake control information, and the transmission control information, the output device 5 executes
ステップ505では、出力装置5は、現在位置情報把握装置4から現在位置情報を受け付ける。なお、現在位置情報把握装置4は、常に現在位置情報を測定し、その現在位置情報を出力しているものとする。
In
出力装置5は、ステアリング制御情報、アクセル制御情報、ブレーキ制御情報およびトランスミッション制御情報のそれぞれから、現在位置情報に対応するステアリング制御情報、アクセル制御情報、ブレーキ制御情報およびトランスミッション制御情報を抽出する。出力装置5は、その抽出したステアリング制御情報をステアリング制御部61に出力し、その抽出したアクセル制御情報をアクセル制御部62に出力し、その抽出したブレーキ制御情報をブレーキ制御部63に出力し、その抽出したトランスミッション制御情報をトランスミッション制御部64に出力する。その後、制御装置6がステップ506を実行する。
The output device 5 extracts steering control information, accelerator control information, brake control information, and transmission control information corresponding to the current position information from each of the steering control information, accelerator control information, brake control information, and transmission control information. The output device 5 outputs the extracted steering control information to the
ステップ506では、ステアリング制御部61は、ステアリング制御情報を受け付けると、そのステアリング制御情報に従って、ステアリング71を制御する。
In
アクセル制御部62は、アクセル制御情報を受け付けると、そのアクセル制御情報に従って、アクセル72を制御する。
When receiving the accelerator control information, the
ブレーキ制御部63は、ブレーキ制御情報を受け付けると、そのブレーキ制御情報に従って、ブレーキ73を制御する。
When receiving the brake control information, the
トランスミッション制御部64は、トランスミッション制御情報を受け付けると、そのトランスミッション制御情報に従って、トランスミッション74を制御する。
When receiving the transmission control information, the
次に効果を説明する。 Next, the effect will be described.
本実施形態では、入力装置1は、移動体が走行する走行路上で断続的に測定された、3次元空間上の位置情報にて示される複数の測定点を受け付ける。道路地図生成部21は、入力装置1が受け付けた測定点を示す位置情報を用いて、各測定点を滑らかな3次元空間上の曲線で近似して、走行路を表す走行路曲線を生成する。
In the present embodiment, the
この場合、走行路が3次元空間上の曲線で近似されるので、走行路の曲率などの走行路の曲がり方に関する情報だけでなく、勾配、勾配の進行方向に沿った変化率およびバンクの傾斜角などの走行路の高低を表す情報も生成することが可能になる。したがって、走行路をより正確に表すことが可能になるので、移動体の走行を制御する精度を向上させることが可能になる。 In this case, since the traveling road is approximated by a curve in a three-dimensional space, not only information on how to bend the traveling road, such as the curvature of the traveling road, but also the gradient, the rate of change along the traveling direction of the gradient, and the bank inclination It is also possible to generate information that represents the height of the travel path such as a corner. Therefore, it is possible to represent the travel path more accurately, and it is possible to improve the accuracy of controlling the travel of the moving body.
また、本実施形態では、道路地図生成部21は、各測定点について、その測定点における路面法線ベクトルnおよび路面接線ベクトルtの両方に垂直な対象法線ベクトルNを求める。また、道路地図生成部21は、測定点を制御点として有するB−スプライン曲線を生成する。続いて、道路地図生成部21は、各制御点について、その制御点と、その制御点における対象法線ベクトルに垂直な平面がB−スプライン曲線に接する接点とを結ぶベクトル分だけその制御点を移動させることで、そのB−スプライン曲線を新しいB−スプラインに変形させる処理を行う。道路地図生成部21は、この処理を、各測定点とその新しいB−スプラインとの距離が予め定められた距離閾値未満になり、かつ、各測定点から前記新しいB−スプライン曲線に下した垂線の足における曲線法線ベクトルと各測定点における対象法線ベクトルとの角度が予め定められた角度閾値未満になるまで繰り返す。
Moreover, in this embodiment, the road
この場合、走行路曲線となる新しいB−スプライン曲線と測定点との距離を小さくすることが可能になるので、走行路曲線を精度よく生成することが可能になる。さらに、測定点における対象法線ベクトルと、その測定点における走行路曲線の曲線法線ベクトルとの角度を小さくすることが可能になるので、走行路曲線のねじれを抑制することが可能になる。したがって、走行路の幾何学的な情報の精度を向上させることが可能になる。したがって、走行路曲線を精度よく生成することが可能になる。 In this case, the distance between the new B-spline curve serving as the travel path curve and the measurement point can be reduced, so that the travel path curve can be generated with high accuracy. Furthermore, the angle between the target normal vector at the measurement point and the curve normal vector of the travel path curve at the measurement point can be reduced, so that the twist of the travel path curve can be suppressed. Therefore, it is possible to improve the accuracy of the geometric information of the travel path. Therefore, it is possible to generate a travel path curve with high accuracy.
また、入力装置1は、移動体が出発地から目的地まで走行する走行路の全体にわたって、断続的に測定された位置情報のそれぞれを示す複数の測定点を受け付ける。道路地図生成部21は、入力装置1が受け付けた全ての測定点の間を一つ滑らかな曲線で近似して、走行路の全体を表す走行路曲線を生成する。
Further, the
この場合、走行路の全体にわたって測定された位置情報のそれぞれを示す複数の測定点の間が、一つの滑らかな曲線で補間される。したがって、走行路曲線の歪みを抑制しながら、走行路を表した曲線の任意の箇所での幾何学的な情報の連続性を保証することが可能になる。 In this case, a plurality of measurement points indicating each of the position information measured over the entire travel path are interpolated with one smooth curve. Therefore, it is possible to guarantee the continuity of geometric information at an arbitrary position on the curve representing the traveling road while suppressing the distortion of the traveling road curve.
また、本実施形態では、入力装置1は、移動体の走行に関する走行条件を受け付ける。制御情報生成装置3は、道路地図生成部21が生成した走行路曲線に基づいて、移動体の走行させる走行装置7を制御するための制御情報を、移動体の走行がその走行条件を満たすように生成する。
Moreover, in this embodiment, the
この場合、走行路曲線の任意の箇所で接線や曲率などの連続性が保証されるので、走行装置7を精度のよく制御することが可能な制御情報を生成することが可能になる。
In this case, continuity such as tangent and curvature is ensured at an arbitrary location on the travel path curve, so that it is possible to generate control information capable of controlling the
また、本実施形態では、制御装置6は、制御情報生成装置3が生成した制御情報に従って、走行装置7を制御する。
In the present embodiment, the
この場合、走行路曲線の任意の箇所で接線や曲率などの連続性が保証されるので、走行装置7を精度のよく制御することが可能になる。
In this case, continuity such as tangent and curvature is ensured at an arbitrary location on the travel path curve, so that the
次に第二の実施形態について説明する。 Next, a second embodiment will be described.
図6は、本実施形態の走行路支援システムを示したブロック図である。図6において、走行支援システムは、図1で示した構成に加えて、表示装置8を含む。なお、図6では、図1と同じ機能を有するものには同じ符号を付し、その機能の説明を省略することもある。
FIG. 6 is a block diagram showing the travel route support system of the present embodiment. In FIG. 6, the driving support system includes a
表示装置8は、例えば、カーナビゲーションである。表示装置8は、デジタル道路地図装置2が生成した走行路曲線と、現在位置情報把握装置4が測定した現在位置情報とを表示する。これにより、より正確な道路形状を表示することが可能になり、走行路支援システムのユーザが走行路を把握することが可能になる。
The
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。 In each embodiment described above, the illustrated configuration is merely an example, and the present invention is not limited to the configuration.
例えば、移動体を自動車として説明したが、移動体は、自動車に限らず適宜変更可能である。例えば、移動体は、鉄道などの予め定められた軌道上を移動する定軌道移動体でもよい。 For example, although the mobile body has been described as an automobile, the mobile body is not limited to an automobile and can be changed as appropriate. For example, the moving body may be a fixed track moving body that moves on a predetermined track such as a railroad.
また、B−スプライン曲線の代わりに、B−スプライン曲線を含むより一般的なNURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)曲線が用いられてもよい。なお、B−スプライン曲線は、NURBS曲線の重みを1にした場合である。 Further, a more general NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) curve including a B-spline curve may be used instead of the B-spline curve. The B-spline curve is a case where the weight of the NURBS curve is 1.
1 入力装置
2 デジタル道路地図装置
3 制御情報生成装置
4 現在位置情報把握装置
5 出力装置
6 制御装置
7 走行装置
8 表示装置
21 道路地図生成部
22 B−Spline基底関数記憶部
23 制御点記憶部
24 ノットベクトル記憶部
31 幾何学的情報生成部
32 ステアリング制御情報生成部
33 アクセル制御情報生成部
34 ブレーキ制御情報生成部
35 トランスミッション制御情報生成部
61 ステアリング制御部
62 アクセル制御部
63 ブレーキ制御部
64 トランスミッション制御部
71 ステアリング
72 アクセル
73 ブレーキ
74 トランスミッション
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記入力手段が受け付けた測定点を示す位置情報を用いて、各測定点を滑らかな3次元空間上の曲線で近似して、前記走行路を表す走行路曲線を生成する生成手段と、を含む走行支援システム。 Input means for receiving a plurality of measurement points indicated by position information in a three-dimensional space, intermittently measured on a travel path on which the mobile body travels;
Generating means for approximating each measurement point with a curve in a smooth three-dimensional space using position information indicating the measurement point received by the input means, and generating a travel path curve representing the travel path; Driving support system.
前記入力手段は、各測定点における走行路に垂直な複数の路面法線ベクトルと、各測定点における走行路に接し、かつ、前記移動体の進行方向を向いた複数の路面接線ベクトルと、をさらに受け付け、
前記生成手段は、各測定点を制御点として有するNURBS曲線を生成し、かつ、各測定点について、該測定点における路面法線ベクトルおよび路面接線ベクトルの両方に垂直な対象法線ベクトルを求め、また、各制御点について、該制御点と該制御点における対象法線ベクトルに垂直な平面が前記NURBS曲線に接する接点とを結ぶベクトル分だけ該制御点を移動させることで、前記NURBS曲線を新しいNURBS曲線に変形させる処理を、各測定点と前記新しいNURBS曲線との距離が予め定められた距離閾値未満になり、かつ、各測定点から前記新しいNURBS曲線に下した垂線の足における曲線法線ベクトルと各測定点における対象法線ベクトルとの角度が予め定められた角度閾値未満になるまで繰り返す、走行支援システム。 The driving support system according to claim 1,
The input means includes a plurality of road surface normal vectors perpendicular to the traveling road at each measurement point, and a plurality of road surface tangent vectors that are in contact with the traveling road at each measurement point and face the traveling direction of the moving body. Further acceptance,
The generating means generates a NURBS curve having each measurement point as a control point, and obtains a target normal vector perpendicular to both the road surface normal vector and the road surface tangent vector at the measurement point for each measurement point, Further, for each control point, the NURBS curve is renewed by moving the control point by a vector connecting the control point and a plane perpendicular to the target normal vector at the control point and a contact point in contact with the NURBS curve. The process of transforming into a NURBS curve is performed by a curve normal at the foot of a perpendicular line where the distance between each measurement point and the new NURBS curve is less than a predetermined distance threshold value, and descends from each measurement point to the new NURBS curve. The driving support system repeats until the angle between the vector and the target normal vector at each measurement point is less than a predetermined angle threshold. Beam.
各測定点は、前記移動体が出発地から目的地まで走行する走行路の全体にわたって、断続的に測定された各位置情報にて示され、
前記生成手段は、各測定点の全てを一つの滑らかな曲線で近似して、前記走行路曲線として、前記走行路の全体を表す曲線を生成する、を含む走行支援システム。 In the driving support system according to claim 1 or 2,
Each measurement point is indicated by each position information measured intermittently over the entire travel path on which the mobile body travels from the starting point to the destination.
The generation means includes: approximating all measurement points with one smooth curve, and generating a curve representing the entire travel path as the travel path curve.
前記入力手段は、前記移動体の走行に関する走行条件を受け付け、
前記生成手段が生成した走行路曲線に基づいて、前記移動体を走行させる走行装置を制御するための制御情報を、前記移動体の走行が前記入力手段にて受け付けられた走行条件を満たすように生成する制御情報生成手段を含む走行支援システム。 In the driving support system according to any one of claims 1 to 3,
The input means receives a traveling condition related to traveling of the moving body,
Control information for controlling a travel device that travels the mobile body based on the travel path curve generated by the generation means so that the travel of the mobile body satisfies the travel conditions received by the input means. A driving support system including control information generating means for generating.
前記制御情報生成手段が生成した制御情報に従って、前記走行装置を制御する走行制御手段を含む走行支援システム。 In the driving support system according to claim 4,
A travel support system including travel control means for controlling the travel device according to control information generated by the control information generation means.
前記受け付けられた測定点を示す位置情報を用いて、各測定点を滑らかな3次元空間上の曲線で近似して、前記走行路を表す走行路曲線を生成する、走行支援方法。 Accepts a plurality of measurement points indicated by position information on a three-dimensional space, intermittently measured on a travel path on which the mobile object travels,
A travel support method for generating a travel route curve representing the travel route by approximating each measurement point with a curve in a smooth three-dimensional space using the received position information indicating the measurement point.
各測定点における走行路に垂直な複数の路面法線ベクトルと、各測定点における走行路に接し、かつ、前記移動体の進行方向を向いた複数の路面接線ベクトルと、をさらに受け付け、
各測定点を制御点として有するNURBS曲線を生成し、かつ、各測定点について、該測定点における路面法線ベクトルおよび路面接線ベクトルの両方に垂直な対象法線ベクトルを求め、また、各測定点について、該測定点における対象法線ベクトルに垂直な平面が前記NURBS曲線に接する点と該測定点とを結ぶベクトル分だけ前記制御点を移動させ、前記NURBS曲線を新しいNURBS曲線に変形させる処理を、各測定点と前記新しいNURBS曲線との距離が予め定められた距離閾値未満になり、かつ、各測定点から前記新しいNURBS曲線に下した垂線の足における曲線法線ベクトルと各測定点における対象法線ベクトルとの角度が予め定められた角度閾値未満になるまで繰り返す、走行支援方法。 The driving support method according to claim 6,
Further accepting a plurality of road surface normal vectors perpendicular to the traveling road at each measurement point, and a plurality of road surface tangent vectors in contact with the traveling road at each measurement point and facing the traveling direction of the moving body,
A NURBS curve having each measurement point as a control point is generated, and for each measurement point, a target normal vector perpendicular to both the road surface normal vector and the road surface tangent vector at the measurement point is obtained, and each measurement point , A process of moving the control point by a vector connecting the measurement point with a point that is perpendicular to the target normal vector at the measurement point and the measurement point, and transforming the NURBS curve into a new NURBS curve. , The distance between each measurement point and the new NURBS curve is less than a predetermined distance threshold, and the curve normal vector at the foot of the perpendicular line from each measurement point to the new NURBS curve and the object at each measurement point A driving support method that repeats until the angle with the normal vector is less than a predetermined angle threshold.
各測定点は、前記移動体が出発地から目的地まで走行する走行路の全体にわたって、断続的に測定された各位置情報にて示され、
各測定点の全てを一つの滑らかな曲線で近似して、前記走行路曲線として、前記走行路の全体を表す曲線を生成する、を含む走行支援方法。 In the driving support method according to claim 6 or 7,
Each measurement point is indicated by each position information measured intermittently over the entire travel path on which the mobile body travels from the starting point to the destination.
A driving support method comprising: approximating all of each measurement point with one smooth curve, and generating a curve representing the entire driving road as the driving road curve.
前記移動体の走行に関する走行条件を受け付け、
前記生成された走行路曲線に基づいて、前記移動体を走行させる走行装置を制御するための制御情報を、前記移動体の走行が前記受け付けられた走行条件を満たすように生成する、走行路曲線生成方法。 In the traveling road curve generation method according to any one of claims 6 to 8,
Accepting the travel conditions relating to the travel of the mobile body;
A travel path curve that generates control information for controlling a travel device that travels the moving body based on the generated travel path curve so that the travel of the mobile body satisfies the accepted travel condition. Generation method.
前記生成された制御情報に従って、前記走行装置を制御する、走行路曲線生成方法。 In the traveling road curve generation method according to claim 9,
A traveling road curve generation method for controlling the traveling device according to the generated control information.
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