JP2016522508A - 車両用占有グリッドマップ - Google Patents

Abstract

ここに記載されているのは、グリッド状の複数のセル（Ｚ）を有する、車両（Ｆ）用占有グリッドマップ（１００）であり、この占有グリッドマップ（１００）のセル（Ｚ）は、車両（Ｆ）の走行状況に依存して当該走行状況に適合化されることを特徴とする。

Description

本発明は、車両用占有グリッドマップに関する。本発明はさらに、車両用占有グリッドマップを提供する方法に関する。

従来の技術
従来技術においては、車両又は自動化された車両用の自動化された走行機能乃至走行アシスト機能（例えばＡＣＣ，レーンチェンジアシスト、パーキングアシスト、レーンキーピングアシスト等）が公知であり、これらの機能は車両周囲の表し方に依存し得る。このために、いわゆる占有グリッドマップ（英語：occupancy grid map，例えば、Thrun，Burgard，Foxによる「確率ロボティクス（Probabilistic Robotics）」，ISBN-10：0262201623を参照されたい。）を使用することができ、そのセルは所定の状態を取ることができる。占有グリッドマップの個々のセルは、車両長手方向軸及び横方向軸の方向に配向されることが多く、また一般的に互いに直角に配置された周縁部分を有する。

占有グリッドマップの重要な課題は、車両周囲を記述することである。この記述に依存して、車両挙動が計画され、これによって車両は、他の交通参加者に適切に反応することができる。上記周囲の記述は、種々異なる座標系において可能であり、デカルト座標又は極座標における記述が公知である。

Thrun，Burgard，Foxによる「確率ロボティクス（Probabilistic Robotics）」，ISBN-10：0262201623

発明の開示
本発明の課題は、改善された車両用占有グリッドマップを提供することである。

この課題は、第１の態様に従って、グリッド状に配置された複数のセルを有する占有グリッドマップによって解決される。この占有グリッドマップの特徴は、占有グリッドマップのセルが、車両の走行状況に依存して、この走行状況に適合されることである。これにより、有利にも占有グリッドマップの情報最適化された記述が得られ、ここでは実際に必要である情報だけが計算される。状況によっては、従来の占有グリッドマップと比較して計算コストを低減することさえも可能である。これにより、車両には、都度の走行状況によりよく適合されたデータが所定の形態で提供される。

上記の課題は、車両用占有グリッドマップを供給する方法を備えた第２の態様によって解決され、この方法は、以下のステップを有する。即ち、
・ 算出装置を用いて車両の走行状況を求めるステップと、
・ この走行状況に依存して占有グリッドマップの構成を適合させるステップとを有する。

上記占有グリッドマップ及び上記方法の有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。

本発明に係る占有グリッドマップの有利な実施形態の特徴は、占有グリッドマップのセルが、デカルト座標系、極座標系のうちの１つに配置されることである。これにより、例えば、センサの表現特性を、使用する座標系に（例えば極座標を用いて）適合させることができる。さらにデカルト座標におけるセルの計算を有利にもわずかなコストで行うことができる。

本発明に係る占有グリッドマップの別の有利な実施形態の特徴は、セルの面積が、車両の近接領域では小さく、車両の遠方領域では大きく構成されることである。これにより、速度が高い場合にセルの大きさが一層良好に走行状況に適合される。

上記占有グリッドマップの別の有利な実施形態の特徴は、上記セルが、車両の速度に依存してこの速度に適合されることである。これにより、有利にも都度の具体的な走行状況に最善に適合された、占有グリッドマップの構成が得られる。

本発明に係る占有グリッドマップの別の有利な実施形態の特徴は、セルが、車両（Ｆ）の速度が高い場合には実質的に走行方向に長くかつ幅狭く構成され、車両の速度低い場合には実質的に走行方向に短くかつ幅広く構成されることである。これにより、有利にも実際の走行状況に最善に適合されたセルの構成が得られる。

本発明に係る占有グリッドマップの別の有利な実施形態の特徴は、上記セルの面積が、車両の速度が高い場合には大きく、車両の速度が低い場合には小さく構成されることである。これによって有利にも、走行状況に応じて必要な情報が、走行状況に適合される。この際には、占有グリッドマップから得られる必要な情報が、この車両の実際速度に依存することが考慮される。

本発明に係る占有グリッドマップの別の有利な実施形態では、上記セルが、車両の実行可能な操作に適合されるようにする。これにより、上記占有グリッドマップの利用価値を格段に向上させることができる。なぜならば、周囲データの形態の不要な情報が、最初から全く検出されない又は生成されないからである。

本発明に係る占有グリッドマップの別の有利な実施形態の特徴は、上記セルが、車両に対する道路の経過に適合されることである。走行状況が道路の経過と一緒に求められるという事実に基づき、上記のようにすることにより、有利にも占有グリッドマップは、車両がこの占有グリッドマップを最大限に利用できる態様で供給される。

本発明に係る占有グリッドマップの別の有利な実施形態の特徴は、占有グリッドマップのセルの個数は一定であることである。これによって有利にも、占有グリッドマップを求めるための計算コスト又は記憶コストは、適合化処理とは無関係に、実質的に常に一定であり、これによって一層良好に計画することができる。

本発明に係る占有グリッドマップの別の有利な実施形態の特徴は、占有グリッドマップが、走行状況に依存する関心対象領域において、セル密度が高いことである。これにより、占有グリッドマップのデータは、具体的な走行状況に起因して、必要な情報が多い領域に集中して供給される。

本発明に係る占有グリッドマップの別の有利な実施形態では、占有グリッドマップから、車両のセンサ装置に対する検出特性が求められる。これにより、センサ装置の開発過程において、様々な走行状況に起因する車両の条件にセンサ装置の検出特性乃至動作特性を適合させることができる。

以下、複数の図面に基づき、別の複数の特徴及び利点によって本発明を詳細に説明する。ここで説明する又は示すすべての特徴は、それ自体で又は任意の組み合わせで本発明が対象とするものを構成する。このことは、特許請求の範囲におけるそれらの特徴のまとめ方、引用関係、及び、明細書又は図面における記載乃至表し方とは無関係である。

本発明に係る占有グリッドマップを求めるための算出装置を有する車両を示す図である。 従来の車両用占有グリッドマップをデカルト座標系において示す図である。 本発明に係る車両用占有グリッドマップの一実施形態をデカルト座標系において示すである。 従来の車両用占有グリッドマップを極座標系において示す図である。 本発明に係る車両用占有グリッドマップの別の実施形態を極座標系において示す図である。 本発明に係る車両用占有グリッドマップの別の実施形態をデカルト座標系において示す図である。 本発明に係る車両用占有グリッドマップの別の実施形態を示す図である。 本発明に係る車両用占有グリッドマップのさらに別の実施形態を示す図である。 本発明に係る方法の一実施形態のフローチャートの基本図である。

本発明の実施形態
図１には、車両Ｆの概略図が示されており、この車両には、本発明に係る占有グリッドマップを供給するための算出装置２００が配置されている。それ自体公知の複数のセンサ装置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３（例えばレーダセンサ、超音波センサ、ホイール回転数センサ、カメラ等）により、車両周囲のそれらのデータが、占有グリッドマップを求めるために設けられている算出装置２００に伝達される。算出装置２００は、独立した電子車両制御装置として設けることができ、又は、既存の電子制御装置（例えばＡＣＣ制御装置）に組み込むことができる。個々のセンサ装置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に至る算出装置２００の逆方向通信路を用いれば有利にも、センサ装置Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の検出特性を変更して車両Ｆの走行状況に最善に適合させるため、作成した占有グリッドマップ１００を使用することができる。さらに上記データは、センサ構成を設計するためにも使用することができる。

図２ａには、固定のサイズ及び予め定めた幾何学形状を備えた個別のセルＺを有する従来の占有グリッドマップが示されている。ここではセルＺは、デカルト座標系に配置されている。各セルは、簡単にいうと、各セルＺの通行可能性の度合いに依存して異なる２つの状態（「占有中」又は「空き」）を取り得る。これらの状態は、１つの確率値にさらに結び付けることができる。占有グリッドマップ１００の中央の矢印を用いて車両Ｆの走行方向Ｒを示す。

本発明では、占有グリッドマップ１００の個々のセルＺを適切に構成して配置することにより、車両Ｆのそれぞれ現在の走行状況に占有グリッドマップ１００を適合させるようにする。このためには、例えば、所与の走行状況に対して、周囲状況検出の高い精度が必要である領域には、占有グリッドマップ１００のより多くのセルＺが存在するのに対し、いわゆる「関心対象でない領域」には、より少ないセルＺしか使用されないようにすることができる。この原理は、「アテンション制御」と称することができる。セルサイズの適合化は、以下の１つ又は複数のパラメタに依存し得る。即ち、対象体の距離、実際速度、道路の経過、実行可能な操作、その他に依存し得るのである。

図２ａよりも高い車速が想定される図２ｂにおいて、セルＺは車両Ｆの走行方向に「引き延ばされており」、走行方向に対して横方向には「縮められている」ことがわかる。これにより、より高速に走行する場合には前視距離は大きくなる。このために、ベースにある占有グリッドマップ１００は、引き延ばされ、即ち、長手方向に伸長され、また場合にはよっては同時に横方向に圧縮されるのである。

セルＺの辺の長さは、車両Ｆの近接領域において（即ち、約数メートルの車両Ｆとの距離において）有利にはおおよそセンチメートルの範囲で構成され、また車両Ｆの遠方領域において（即ち、約１００ｍ以上のオーダの車両Ｆとの距離において）有利にはおおよそメートルの範囲で構成される。このことが意味するのは、車速が高い場合には「長くかつ幅狭く」構成され得ることであり、セル長は、有利には約１ｍから約２ｍの範囲にあり、セル幅は、約５０ｃｍから約１ｍの範囲にある。

これに対して低速走行の場合（即ち、車両の高い操縦能力が得られなければならない走行状況において、例えば、交差点領域において、駐車時又はその他において、例えば約５ｋｍ／ｈと約２０ｋｍ／ｈとの間の速度において）一般的には大きな前視距離は不要であるため、占有グリッドマップ１００の構成は、実質的に「短くかつ幅広く」することが可能である。これは、例えば、約１０ｃｍ乃至約３０ｃｍの範囲のセルＺの長さと、約１０ｃｍ乃至約３０ｃｍの範囲のセルＺの幅とから得られる。しかしながら、この場合、択一的にセルＺの長手方向及び横方向の長さをほぼ同じにすることも可能である。即ち、セルの例示的な構成は、近接領域において有利には約１０ｃｍ×約１０ｃｍのオーダになり、また遠隔領域において約１ｍ×１ｍのオーダとなることが可能である。

このことによって考慮されるのは、車両Ｆに対して、速度が高い場合に（例えば良好な視界状況及び道路状況において、並びに、渋滞がなくかつさほど多くない交通量において国道又は高速道路上を走行する場合、即ち、例えば約８０ｋｍ／ｈと約１６０ｋｍ／ｈとの間の速度範囲において）、側方識別精度が特に重要でないのに対し、前視距離を大きく乃至前方識別精度を高く構成しなければならない走行状況が発生する状態である。本発明に従って適合化した、図２ｂの占有グリッドマップ１００におけるセルＺの総数は、図２ａの従来の占有グリッドマップ１００と同一に保持されていることもさらにわかる。このことが意味するのは、占有グリッドマップ１００を作成するための計算コスト乃至記憶コストが同等に保持され、かつ、本発明に従って具体的な走行状況への適合化乃至最適化が行われることである。

図２ａ及び２ｂに関連した上記の数値の例、例えば、近接領域、遠隔領域、セル幅、セル長、速度範囲に対する数値の例は、一般的に有効であり、特にこの明細書で示した複数の実施形態のすべてに有効であり、従って、図２ａ及び２ｂの関連して説明した実施形態だけに限定されることはない。

図３ａには、セルＺが極座標系に配置されている従来の占有グリッドマップ１００が示されている。図３ｂでは、図３ａの場合よりも車両Ｆの車速が高い。ここでは占有グリッドマップ１００は、図２ｂと同様に引き延ばされているため、一種の楕円形の座標系が発生しており、この座標系は、走行方向Ｒに伸長されており、走行方向Ｒに対して横方向に圧縮されていることがわかる。これにより、車両Ｆの走行方向に対して横方向の周囲検出に対する計算コストをかけることなく車両Ｆの比較的高速な走行状態を、理にかなうように処理することができる。

図４には、本発明に係る占有グリッドマップ１００の別の実施形態が示されている。この変形形態では、占有グリッドマップ１００により、車両Ｆの速度が考慮され、技術的又は物理的に実行可能な車両Ｆの操作に適合が行われるようにする。これにより、車両Ｆの速度が高くなればなるほど曲がり方が平坦になるデカルト座標を有する湾曲した座標系において占有グリッドマップ１００が得られる。これにより、車両Ｆの側方の車両周囲は、近接領域においてわかればよいという状況が考慮される。なぜならば、速度が高い場合、横方向の運動は、いずれにせよ、ほとんどできない又は行われないからである。この場合に占有グリッドマップ１００は近接領域において、速度に依存していわば「締め付けられる」からである。

車両Ｆから遠ざかるのに連れ、占有グリッドマップ１００の解像度も、例えば、対数的に変化し得る（このことが意味するのは近接領域において精度が高くなり、離隔領域において精度が低くなる）、又は、（例えば、距離分解能が距離に逆比例するセンサ原理に起因して）距離に反比例して変化し得る。

図５には、実行可能な操作に適合された占有グリッドマップ１００の別の変形実施形態がここでは極座標系で示されている。

図６には、本発明に係る占有グリッドマップ１００のさらに別の変形形態が示されており、ここでは、占有グリッドマップ１００の適切な幾何学的モデリングを求めるため、道路の経過又は車両Ｆの計画された走行操作をさらに取れ入れることができる。例えば、道路の経過に起因して、又は、計画された旋回操作に起因して車両Ｆが、右に走行することが既知である場合、この目標領域におい精度を上げることができる。これは、例えば、計画される操作又は道路の経過に沿ってセルＺを配置することによって達成することができる。

２次元の占有グリッドマップ１００の代わりに、本発明に係る方法を３次元の占有グリッドマップに適用することも可能であり、この際には、例えば区間の高さ方向の経過にも精度を適合させることができる。

図７には、本発明に係る方法の一実施形態の基本的なフローチャートが示されている。第１のステップ４００では、算出装置２００を用いて車両Ｆの走行状況が特定される。

ステップ４０１では、占有グリッドマップ１００の構成が、走行状況に依存して適合化される。

以上をまとめると、本発明により、占有グリッドマップを車両の実際の走行状態に適合させることにより、車両周囲が一層良好に記述される。走行状況を特定するため、種々異なる情報を使用することができる。これらの情報は、特に以下の情報のうちの１つ又は複数とすることができる。即ち、
・ 実際の車速、
・ 車両の運動学及び走行動特性的に行い得る操作に起因して行い得る車両の運動の制限（例えば摩擦円）、
・ 使用するセンサの精度（例えば、離隔領域では測定の精度が低い）、
・ 例えばデジタル地図から読み取ることができる将来の道路の経過、
・ 計画された運転操作に対しての関心対象である車両周囲の領域
のうちの１つ又は複数とすることができる。

本発明の特に大きな利点と思われるのは、固定に予め定められたセルサイズ及び配置構成を有する従来の占有グリッドマップとは異なり、本発明に係る占有グリッドマップは、常に関心対象領域においてのみ、高い精度を有していることであり、これによって計算及び記憶に必要なものを格段に低減することができる。例えば、一定の最大セル数（ひいては最大記憶コスト）を予め設定することができ、セルの最大の密度が関心対象領域にあるように、これらのセルを分散させる。検出領域を最適にカバーする場合、本発明による最適化により、計算能力を低減させることも可能である。

本発明に係る占有グリッドマップは、周囲検出に必要な精度を記述するための手法とも見なすことができる。なぜならば、この占有グリッドマップには、様々な走行状況に対し、どの領域において高い精度が必要であるか求めることができるモデルが含まれるからである。

ここまで有利な実施形態に基づいて本発明を説明して来たが、本発明はこれに限定されない。

従って当業者は、本発明の核心から逸脱することなく、上記の特徴的構成を相応に変更して組み合わせることができる。

Claims (13)

1. グリッド状に配置された複数のセル（Ｚ）を有する車両（Ｆ）用占有グリッドマップ（１００）において、
   前記占有グリッドマップ（１００）の前記セル（Ｚ）は、前記車両（Ｆ）の走行状況に依存して当該走行状況に適合される、
   ことを特徴とする占有グリッドマップ（１００）。
2. 前記占有グリッドマップ（１００）の前記セル（Ｚ）は、デカルト座標系、極座標系のうちの１つの座標系に配置される、
   請求項１に記載の占有グリッドマップ（１００）。
3. 前記セル（Ｚ）の面積は、前記車両（Ｆ）の近接領域では小さく、前記車両（Ｆ）の遠方領域では大きく構成される、
   請求項１又は２に記載の占有グリッドマップ（１００）。
4. 前記セル（Ｚ）は、前記車両（Ｆ）の速度に依存して当該速度に適合される、
   請求項１から３までのいずれか１項に記載の占有グリッドマップ（１００）。
5. 前記セル（Ｚ）は、前記車両（Ｆ）の速度が高い場合には実質的に走行方向（Ｒ）に長くかつ幅狭く構成され、前記車両（Ｆ）の速度が低い場合には実質的に走行方向に短くかつ幅広く構成される、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の占有グリッドマップ（１００）。
6. 前記セル（Ｚ）の面積は、前記車両（Ｆ）の速度が高い場合には大きく、前記車両（Ｆ）の速度が低い場合には小さく構成される、
   請求項１から５までのいずれか１項に記載の占有グリッドマップ（１００）。
7. 前記セル（Ｚ）は、前記車両（Ｆ）の実行可能な操作に適合される、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の占有グリッドマップ（１００）。
8. 前記セル（Ｚ）は、前記車両（Ｆ）に対する道路の経過に適合される、
   請求項１から７までのいずれか１項に記載の占有グリッドマップ（１００）。
9. 前記占有グリッドマップ（１００）の前記セルの個数は一定である、
   請求項１から８までのいずれか１項に記載の占有グリッドマップ（１００）。
10. 前記占有グリッドマップは、走行状況に依存する関心対象領域において、セル密度が高い、
    請求項１から９までのいずれか１項に記載の占有グリッドマップ（１００）。
11. 車両（Ｆ）用占有グリッドマップ（１００）を供給する方法において、
    ・ 算出装置（２００）を用いて前記車両（Ｆ）の走行状況を特定するステップと、
    ・ 当該走行状況に依存して前記占有グリッドマップ（１００）の構成を適合させるステップとを有する、
    ことを特徴とする方法。
12. ・ 前記占有グリッドマップ（１００）から、前記車両（Ｆ）のセンサ装置（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）に対する検出特性を特定するステップをさらに有する、
    請求項１１に記載の方法。
13. プログラムコード手段を有するコンピュータプログラム製品において、
    前記コンピュータプログラム製品が処理装置上で動作する場合又はコンピュータ読み出し可能データ担体上に記憶されている場合に、請求項１１又は１２に記載の方法を実行する、
    ことを特徴とするコンピュータプログラム製品。

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