JP2016218015A - 車載センサ補正装置、自己位置推定装置、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】車速センサなどの車載センサの出力信号を適切に補正することで、車両の自己位置を精度良く推定する。
【解決手段】人工衛星からの送信信号による測位の信頼度が高い場合に（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、人工衛星からの送信信号に基づいて特定された車両の現在位置に基づき、所定の走行区間において車両が走行した距離を実走行距離として演算するとともに（Ｓ１２０）、車載センサからの出力信号に基づき、所定の走行区間において車両が走行したと推定される距離を推定走行距離として演算し（Ｓ１３０）、演算した実走行距離および推定走行距離を用いて、車載センサからの出力信号を補正するための補正係数を演算する（Ｓ１４０）。そして、測位の信頼度が低い場合に（Ｓ１１０：ＮＯ）、演算しておいた補正係数を用いて、車載センサからの出力信号を補正し（Ｓ１６０）、補正後の車載センサからの出力信号を用いて車両の自己位置を推定する（Ｓ１７０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、車速センサなどの車載センサの出力信号を補正する技術、および補正後の車載センサの出力信号を用いて、車両の自己位置を精度良く推定する技術に関する。

従来より、ＧＰＳ（Global Positioning System ）等のＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球測位システム）用の人工衛星から出力された信号を検出し、その検出信号に基づいて車両の現在位置を特定する技術が知られている。

この種のＧＮＳＳによる測位方式としては、上述のＧＰＳ以外にも、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System：準天頂衛星システム）や、ＲＴＫ−ＧＰＳ（Real Time Kinematics Global Positioning System）方式などが挙げられる。

例えば、ＱＺＳＳでは、人工衛星からＧＰＳと互換性のある測位信号を受信し、受信した測位信号に基づいて、車両の現在位置を検出する。また、ＲＴＫ−ＧＰＳ方式では、ＧＰＳの固定基準局から受信する補正情報を用いて、ＧＰＳ衛星から受信した信号に基づく検出結果を補正することにより、車両の現在位置を検出する。

ところで、ＧＮＳＳによる測位方式においては、高層ビルが多い場所や、地下やトンネル内など、人工衛星からの信号を検出できず、測位が不安定になったり不可能になったりする場合がある。このような場合には、車速センサによる相対変位を積算することで、車両の現在位置を推定することができる（自己位置推定、デッドレコニング：Dead Reckoning）。

例えば、特許文献１には、ＧＮＳＳなどの状況に応じて信頼性が左右される測位方法とデッドレコニングなどの移動距離とともに誤差が蓄積するが短時間での変位量の精度が高い測位方法を組み合わせることで、車両の現在位置を特定する技術が開示されている。

また、特許文献２には、路側機との通信によって車両の速度を高精度に検知する技術が開示されている。

特開２００９−２５７８９２号公報 特開２００９−５２９６２号公報

しかし、上述の技術では、自己位置推定を行う時間や距離が長くなると、車速センサによる検出誤差の影響が大きくなるという問題があった。なお、車速センサによる検出誤差の要因として、タイヤ空気圧や路面μ、車両重量の変化などが挙げられる。

例えば、特許文献１に記載の技術では、車速センサによる検出誤差は常に残ったままであり、ＧＮＳＳによる測位が不安定または不可能な状態が長くなると、デッドレコニングによって自己位置推定を継続することとなり、車速センサによる検出誤差が蓄積し、車両の現在位置を精度良く推定することができないという問題があった。

また、特許文献２に記載の技術では、車速センサによる検出誤差は常に残ったままであることに変わりはなく、車速センサによる検出誤差が蓄積すると、車両の現在位置を精度良く推定することができないという問題があった。

なお、このような車速センサによる検出誤差を回避するために、様々な車外環境認識センサを用いる方法があるが、センサコストが大きくなるというデメリットがある。
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、例えば、ＧＮＳＳによる測位方法とデッドレコニングによる測位方法とを組み合わせることで、車両の現在位置を特定する際に、ＧＮＳＳによる測位が不安定または不可能な状態が長く継続する場合でも、車速センサなどの車載センサの出力信号を適切に補正することで、車両の自己位置を精度良く推定可能な技術を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明では、まず、信頼度判定部が、人工衛星からの送信信号による測位の信頼度を判定する。信頼度判定部によって測位の信頼度が高いと判定された場合に、実走行距離演算部が、人工衛星からの送信信号に基づいて特定された車両の現在位置に基づき、所定の走行区間において車両が走行した距離を実走行距離として演算し、推定走行距離演算部が、車載センサからの出力信号に基づき、所定の走行区間において車両が走行したと推定される距離を推定走行距離として演算する。さらに、補正係数演算部が、実走行距離演算部が演算した実走行距離の値および推定走行距離演算部が演算した推定走行距離の値を用いて、車載センサからの出力信号を補正するための補正係数を演算する。一方、信頼度判定部によって測位の信頼度が低いと判定された場合に、車載センサ出力信号補正部が、補正係数演算部が演算した補正係数を用いて、車載センサからの出力信号を補正する。

したがって、本発明によれば、車載センサの出力信号を適切に補正することができる。
なお、車載センサとは、車両の走行速度を検出する車速センサであることや、車両の前方に存在する物体を検出する物体検出センサであることが考えられる。

さらに、本発明では、信頼度判定部によって測位の信頼度が高いと判定された場合には、自己位置推定部が、人工衛星からの送信信号に基づいて特定された車両の現在位置を車両の自己位置として採用することにより、車両の自己位置を推定する。一方、信頼度判定部によって測位の信頼度が低いと判定された場合には、自己位置推定部が、車載センサ出力信号補正部によって補正された後の車載センサからの出力信号を用いて車両の現在位置を推定し、推定した車両の現在位置を車両の自己位置として採用することにより、車両の自己位置を推定する。

したがって、本発明によれば、例えば、ＧＮＳＳによる測位方法とデッドレコニングによる測位方法とを組み合わせることで、車両の現在位置を特定する際に、ＧＮＳＳによる測位が不安定または不可能な状態が長く継続する場合でも、補正後の車載センサからの出力信号を用いて車両の自己位置を精度良く推定することができる。

自己位置推定装置１の概略構成を示すブロック図である。 自己位置推定処理を示すフローチャートである。 自己位置推定処理を示す説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
［自己位置推定装置１の構成］
自己位置推定装置１は、図１に示すように、車両に搭載され、自己位置を推定する機能を有する。このため、自己位置推定装置１０２は、実走行距離演算部１０と、推定走行距離演算部１１と、補正係数演算部１２と、車載センサ出力信号補正部１３と、自己位置推定部１４と、を備える。なお、実走行距離演算部１０、推定走行距離演算部１１、補正係数演算部１２および車載センサ出力信号補正部１３は、車載センサ補正装置２を構成する。この車載センサ補正装置２は、車両に搭載され、車載センサからの出力信号を補正する機能を有する。

実走行距離演算部１０は、高精度ＧＮＳＳ用の人工衛星からの送信信号に基づき、所定の走行区間において車両が走行した距離を実走行距離Ｄｇとして演算する。具体的には、実走行距離演算部１０は、高精度ＧＮＳＳ用の人工衛星からの送信信号を検出し、その検出信号に基づいて車両の現在位置を特定する。なお、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System：全地球測位システム）による測位方式としては、ＧＰＳ（Global Positioning System ）や、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System：準天頂衛星システム）、ＲＴＫ−ＧＰＳ（Real Time Kinematics Global Positioning System）方式などが挙げられる。また、所定の走行区間については、所定の単位距離（例えば１００ｍ）ごとに区切ることで設定される。なお、所定の走行区間については、車両が車外環境を認識するセンサを搭載する場合あるいはこのようなセンサと接続される場合には、予め設定されたランドマークを検出した場所から、次にランドマークを検出した区間としてもよい。そして、実走行距離演算部１０は、特定された車両の現在位置に基づき、所定の走行区間において車両が走行した距離を実走行距離Ｄｇとして演算する。このようにして、実走行距離演算部１０は、実走行距離Ｄｇを演算する。

推定走行距離演算部１１は、車載センサからの出力信号に基づき、所定の走行区間において車両が走行した距離を推定走行距離Ｄｓとして演算する。具体的には、推定走行距離演算部１１は、車載センサとしての車速センサからの出力信号を検出し、その検出信号に基づいて車両の走行速度を特定する。そして、推定走行距離演算部１１は、特定された車両の走行速度に基づき、所定の走行区間において車両が走行したと推定される距離を推定走行距離Ｄｓとして演算する。このようにして、推定走行距離演算部１１は、推定走行距離Ｄｓを演算する。

補正係数演算部１２は、実走行距離演算部１０が演算した実走行距離Ｄｇの値および推定走行距離演算部１１が演算した推定走行距離Ｄｓの値を用いて、車載センサとしての車速センサからの出力信号を補正するための補正係数Ｋを演算する。補正係数Ｋは、次式を用いて得られる。

なお、補正係数Ｋの初期設定値は数値「１」となっており、演算が行われる度にその値が更新される。
車載センサ出力信号補正部１３は、車載センサの出力を補正する。具体的には、車載センサ出力信号補正部１３は、補正係数演算部１２が演算した補正係数Ｋを用いて車載センサとしての車速センサからの出力信号である車両の走行速度Ｖｒａｗを補正する。補正後の車両の走行速度Ｖａｄｊは次式を用いて得られる。

なお、車載センサ出力信号補正部１３は、本発明の信頼度判定部の一例である。なお、自己位置推定部１４など車両の他の構成が、人工衛星からの送信信号による測位の信頼度を判定するようにしてもよい。

自己位置推定部１４は、車両の自己位置を推定する。具体的には、自己位置推定部１４は、人工衛星からの送信信号による測位の信頼度が高い場合に、人工衛星からの送信信号に基づいて特定された車両の現在位置を車両の自己位置として採用する。一方、人工衛星からの送信信号による測位の信頼度が低い場合には、自己位置推定部１４は、車載センサ出力信号補正部１３によって補正された後の車載センサからの出力信号を用いて車両の現在位置を推定する。そして、自己位置推定部１４は、推定した車両の現在位置を車両の自己位置として採用する。このようにして、自己位置推定部１４は、車両の自己位置を推定する。

［自己位置推定処理について］
次に、自己位置推定装置１０２が実行する自己位置推定処理を、図２のフローチャートおよび図３（ａ）を参照して説明する。

本処理は、車両の電源状態がオンである場合に繰り返し実行される。
まず、最初のステップＳ１１０では、ＧＮＳＳの受信精度が良いか否かを判断する。具体的には、車載センサ出力信号補正部１３が、人工衛星からの送信信号による測位の信頼度が高いか否かを判定する。ここで、人工衛星からの送信信号による測位の信頼度が高いと判定された場合には、ＧＮＳＳの受信精度が良いとの判断となる。一方、人工衛星からの送信信号による測位の信頼度が低いと判定された場合には、ＧＮＳＳの受信精度が良くないとの判断となる。ＧＮＳＳの受信精度が良いと判断された場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１２０に移行する。一方、ＧＮＳＳの受信精度が良くないと判断された場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１６０に移行する。

Ｓ１２０では、実走行距離演算部１０が、高精度ＧＮＳＳ用の人工衛星からの送信信号に基づき、所定の走行区間において車両が走行した距離を実走行距離Ｄｇとして演算する。その後、Ｓ１３０に移行する。

Ｓ１３０では、推定走行距離演算部１１が、車載センサからの出力信号に基づき、所定の走行区間において車両が走行した距離を推定走行距離Ｄｓとして演算する。その後、Ｓ１４０に移行する。

Ｓ１４０では、補正係数演算部１２が、実走行距離演算部１０が演算した実走行距離Ｄｇの値および推定走行距離演算部１１が演算した推定走行距離Ｄｓの値を用いて、車載センサからの出力信号を補正するための補正係数Ｋを演算する。なお、補正係数Ｋについては、Ｓ１６０にて用いるため、内蔵メモリなどの記録手段に記録される。その後、Ｓ１５０に移行する。

Ｓ１５０では、自己位置にＧＮＳＳの測位結果を採用する。具体的には、Ｓ１１０にてＧＮＳＳの受信精度が良いと判断されたことを受けて、自己位置推定部１４が、人工衛星からの送信信号に基づいて特定された車両の現在位置を車両の自己位置として採用する。その後、本処理を終了する。

Ｓ１６０では、車載センサ出力信号補正部１３が、補正係数演算部１２が演算した補正係数Ｋを用いて車載センサからの出力信号である車両の走行速度Ｖｒａｗを補正する。この処理により、補正後の車両の走行速度Ｖａｄｊが得られる。その後、Ｓ１７０に移行する。

Ｓ１７０では、車載センサを元に自己位置推定を実施する。具体的には、Ｓ１１０にてＧＮＳＳの受信精度が良くないと判断されたことを受けて、自己位置推定部１４が、車載センサ出力信号補正部１３によって補正された後の車載センサからの出力信号を用いて車両の現在位置を推定する。その後、Ｓ１８０に移行する。

Ｓ１８０では、自己位置に自己位置推定結果を採用する。具体的には、Ｓ１１０にてＧＮＳＳの受信精度が良くないと判断されたことを受けて、自己位置推定部１４が、Ｓ１７０にて推定した車両の現在位置を車両の自己位置として採用する。その後、本処理を終了する。

［実施形態の効果］
本実施形態の車載センサ補正装置２によれば、車載センサの出力信号を適切に補正することができる。また、本実施形態の自己位置推定装置１によれば、例えば、ＧＮＳＳによる測位方法とデッドレコニングによる測位方法とを組み合わせることで、車両の現在位置を特定する際に、ＧＮＳＳによる測位が不安定または不可能な状態が長く継続する場合でも、車載センサの出力信号を適切に補正することで、車両の自己位置を精度良く推定することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような様々な態様にて実施することが可能である。

（１）上記実施形態では、車載センサとして、車両の走行速度を検出する車速センサが用いられているが、これには限られず、他の車載センサを用いてもよい。一例を挙げると、車載センサとして、車両の前方に存在する物体を検出する物体検出センサを用いるといった具合である。この種の物体検出センサとしては、探査波として光波を照射するレーザレーダや、探査波として音波を照射するソナーなどが挙げられる。このように構成しても、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。

ここでは、図３（ｂ）を参照しながら、探査波として光波を照射するレーザレーダを例に説明する。
すなわち、車載センサとしてレーザレーダが採用される場合、実走行距離演算部１０は、車載センサとして車速センサが採用されている場合と同様に、高精度ＧＮＳＳ用の人工衛星からの送信信号に基づき、所定の走行区間において車両が走行した距離を実走行距離Ｄｇとして演算する。これは、自己位置推定処理のＳ１２０においても同様である。

また、推定走行距離演算部１１は、車載センサとしてのレーザレーダからの出力信号に基づき、所定の走行区間において車両が走行した距離を推定走行距離Ｄｓとして演算する。具体的には、推定走行距離演算部１１は、車載センサとしてのレーザレーダからの出力信号を検出し、その検出信号に基づいて車両の前方の物体（図３（ｂ）中の「ランドマーク」）を特定する。この場合、ランドマークとなり得るポイントを地図情報に持っておくとよい。そして、推定走行距離演算部１１は、特定された車両の前方の物体の位置に基づき、所定の走行区間において車両が走行したと推定される距離を推定走行距離Ｄｓとして演算する。これは、自己位置推定処理のＳ１３０においても同様である。推定走行距離Ｄｓは、次式を用いて得られる。なお、この例では、車両がランドマークに対して平行に直進している場合を想定している。

なお、Ｌ_１は、所定の走行区間を走行する前の時点における車両からランドマークまでの距離である。Ｌ_２は、所定の走行区間を走行した後の時点における車両からランドマークまでの距離である。θ_１は、所定の走行区間を走行する前の時点において車両とランドマークとを結ぶ直線が車両の進行方向に直交する横方向との間になす角度である。θ_２は、所定の走行区間を走行した後の時点において車両とランドマークとを結ぶ直線が車両の進行方向に直交する横方向との間になす角度である。

また、補正係数演算部１２は、実走行距離演算部１０が演算した実走行距離Ｄｇの値および推定走行距離演算部１１が演算した推定走行距離Ｄｓの値を用いて、車載センサとしてのレーザレーダからの出力信号を補正するための補正係数Ｋを演算する。これは、自己位置推定処理のＳ１４０においても同様である。補正係数Ｋは、次式を用いて得られる。

なお、補正係数Ｋの初期設定値は数値「１」となっており、演算が行われる度にその値が更新される。
車載センサ出力信号補正部１３は、車載センサの出力を補正する。具体的には、車載センサ出力信号補正部１３は、補正係数演算部１２が演算した補正係数Ｋを用いて車載センサとしてのレーザレーダからの出力信号である車両からランドマークまでの進行方向の距離（Ｌ_ｒａｗｓｉｎθ_ｒａｗ）を補正する。これは、自己位置推定処理のＳ１６０においても同様である。補正後の車両からランドマークまでの進行方向の距離（Ｌｓｉｎθ）_ａｄｊは次式を用いて得られる。

（２）また、上述した車載センサ補正装置および自己位置推定装置の他、当該車載センサ補正装置または当該自己位置推定装置を構成要素とするシステム、当該車載センサ補正装置または自己位置推定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、車載センサ補正方法、自己位置推定方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

１…自己位置推定装置、２…車載センサ補正装置、１０…実走行距離演算部、１１…推定走行距離演算部、１２…補正係数演算部、１３…車載センサ出力信号補正部、１４…自己位置推定部。

Claims (7)

1. 人工衛星からの送信信号による測位の信頼度を判定する信頼度判定部（Ｓ１１０）と、
   前記信頼度判定部によって測位の信頼度が高いと判定された場合に、前記送信信号に基づいて特定された車両の現在位置に基づき、所定の走行区間において前記車両が走行した距離を実走行距離として演算する実走行距離演算部（Ｓ１２０）と、
   前記信頼度判定部によって測位の信頼度が高いと判定された場合に、車載センサからの出力信号に基づき、前記所定の走行区間において前記車両が走行したと推定される距離を推定走行距離として演算する推定走行距離演算部（Ｓ１３０）と、
   前記実走行距離演算部が演算した前記実走行距離の値および前記推定走行距離演算部が演算した前記推定走行距離の値を用いて、前記車載センサからの出力信号を補正するための補正係数を演算する補正係数演算部（Ｓ１４０）と、
   前記信頼度判定部によって測位の信頼度が低いと判定された場合に、前記補正係数演算部が演算した補正係数を用いて、前記車載センサからの出力信号を補正する車載センサ出力信号補正部（Ｓ１５０）と、
   を備えることを特徴とする車載センサ補正装置（２）。
2. 請求項１に記載の車載センサ補正装置において、
   前記車載センサとは前記車両の走行速度を検出する車速センサであり、
   前記推定走行距離演算部は、前記車載センサとしての前記車速センサからの出力信号に基づき、前記走行区間において前記車両が走行したと推定される距離を推定走行距離として演算すること
   を特徴とする車載センサ補正装置。
3. 請求項１に記載の車載センサ補正装置において、
   前記車載センサとは前記車両の前方に存在する物体を検出する物体検出センサであり、
   前記推定走行距離演算部は、前記車載センサとしての前記物体検出センサからの出力信号に基づき、前記走行区間において前記車両が走行したと推定される距離を推定走行距離として演算すること
   を特徴とする車載センサ補正装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車載センサ補正装置において、
   前記所定の走行区間については、所定の単位距離ごとに区切ることで設定されること
   を特徴とする車載センサ補正装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車載センサ補正装置が備える信頼度判定部、実走行距離演算部、推定走行距離演算部、補正係数演算部および車載センサ出力信号補正部と、
   前記信頼度判定部によって測位の信頼度が高いと判定された場合には、前記送信信号に基づいて特定された前記車両の現在位置を前記車両の自己位置として採用し、一方、前記信頼度判定部によって測位の信頼度が低いと判定された場合には、前記車載センサ出力信号補正部によって補正された後の前記車載センサからの出力信号を用いて前記車両の現在位置を推定し、推定した前記車両の現在位置を前記車両の自己位置として採用することにより、前記車両の自己位置を推定する自己位置推定部（Ｓ１５０、Ｓ１７０、Ｓ１８０）と、を備えること
   を特徴とする自己位置推定装置（１）。
6. コンピュータを請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車載センサ補正装置を構成する信頼度判定部、実走行距離演算部、推定走行距離演算部、補正係数演算部および車載センサ出力信号補正部として機能させるためのプログラム。
7. コンピュータを請求項５に記載の自己位置推定装置を構成する信頼度判定部、実走行距離演算部、推定走行距離演算部、補正係数演算部、車載センサ出力信号補正部および自己位置推定部として機能させるためのプログラム。