JP2017003395A - 車両の測位システム - Google Patents

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【課題】衛星航法による測位データが車両制御に使用可能か否かを的確に判定する。【解決手段】測位データ使用可否判定部70cは、衛星航法の測位データを走行制御に使用可能か否かを判定し、使用不可の場合、衛星航法から自律航法による測位への切り換えを指示する。衛星航法の測位データが使用可能か否かは、衛星の捕捉数が閾値以上且つ衛星航法の測位精度が所定の精度よりも高いことを前提として、衛星航法の測位データと自律航法の測位データとの差分、及び衛星航法の測位データと地図データとの差分に基づいて判定する。【選択図】図1

Description

本発明は、衛星航法による測位と自律航法による測位とが可能な車両の測位装置に関する。
自動車等の車両においては、自車両の位置を測位する方法として、GPS衛星等の航法衛星からの信号を受信して測位する衛星航法と、車両搭載のセンサによって検出した方位角及び相対移動量に基づいて測位する自律航法との2つの測位方法を採用することが多い。この場合、通常は、より精度の高い衛星航法による測位を主として、トンネル内等の航法衛星からの信号を受信できない走行環境になったとき、自律航法による測位に切り換えることが一般的である。
例えば、特許文献1には、車両からの車速信号を用いないポータブルナビゲーション装置に関して、GPS信号の受信が不可能になったとき、車載カメラで撮像した映像の時間変化に基づいて第2の車速を算出し、この第2の車速を用いた自律航法で自車位置を算出する技術が開示されている。
特開2009−168614号公報
しかしながら、衛星からの信号を受信可能で自律航法によることなく測位が可能な状態であっても、衛星航法で得られる測位データの精度が必ずしも要求する精度を満足しているとは限らない。
特に、近年、車線逸脱防止、車線維持、障害物の自動回避制御等の運転支援制御に加えて、運転者の操作を要しない自動運転が可能なシステムの開発が進んでおり、このようなシステムにおいては、従来のナビゲーション装置のように単に地図上に自車位置を表示する程度の測位精度では、車両制御用のデータとして使用する場合、精度が不足し、使用することは困難である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、衛星航法による測位データが車両制御に使用可能か否かを的確に判定することのできる車両の測位システムを提供することを目的としている。
本発明の一態様による車両の測位システムは、航法衛星からの信号を受信して自車両の位置を測位する衛星航法部と、自車両の方位角と所定の位置からの相対移動量とに基づいて自車両の位置を測位する自律航法部と、自車両が走行する道路に係る地図データを保有する地図データベースと、前記衛星航法部の測位データが車両制御に使用可能か否かを判定する測位データ使用可否判定部とを備え、前記測位データ使用可否判定部は、前記航法衛星の捕捉数が測位可能な数以上であって、捕捉した前記航法衛星による測位精度が所定以上の精度である条件下において、前記衛星航法部の測位データと前記自律航法部の測位データとの差分、及び前記衛星航法部の測位データと前記地図データベースの地図データとの差分に基づいて、前記衛星航法部の測位データが車両制御に使用可能か否かを判定する。
本発明によれば、衛星航法による測位データが車両制御に使用可能か否かを的確に判定することができ、精度不足の測位データを車両制御に用いて不具合が発生することを確実に防止することができる。
車両制御系の構成図 衛星航法による測位精度の変化を示す説明図 衛星航法による測位情報の使用可否を判定する判定処理のフローチャート
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1において、符号1は自動車等の車両であり、この車両1に、走行制御を中心とする車両制御系2が搭載されている。車両制御系2は、走行制御装置10、エンジン制御装置20、ブレーキ制御装置30、操舵制御装置40、周辺環境認識装置50、地図情報処理装置60、測位装置70等が車載ネットワークを形成する通信バス100に接続されて構成されている。
尚、通信バス100及び通信バス100に接続される各制御装置には、運転状態を検出する各種センサ類や各種設定及び操作用のスイッチ類が接続されている。図1においては、車速を検出する車速センサ6、ヨーレートを検出するヨーレートセンサ7、ジャイロセンサ等の自車両の進行方位を検出する方位センサ8が通信バス100に接続される例を示している。
走行制御装置10は、運転者の運転操作に対して、運転者の操作を要しない自動運転を含む運転支援を可能とするものであり、先行車両に対する追い越し、車線維持、高速道路自動合流等を含む適応走行制御、障害物の自動回避制御、標識及び信号検知による一時停止・交差点通過制御、異常発生時の路肩への緊急退避制御等の運転支援制御を実行する。これらの運転支援制御は、周辺環境認識装置50で認識した自車両の周囲環境情報、地図情報処理装置60からの地図情報、測位装置70で測位した自車両の位置情報、各種センサで検出した車両走行状態の検出情報に基づいて実行される。
エンジン制御装置20は、車両のエンジン(図示せず)の運転状態を制御する制御装置であり、例えば、吸入空気量、スロットル開度、エンジン水温、吸気温度、空燃比、クランク角、アクセル開度、その他の車両情報に基づき、燃料噴射制御、点火時期制御、電子制御スロットル弁の開度制御等の主要な制御を行う。
ブレーキ制御装置30は、例えば、ブレーキスイッチ、4輪の車輪速、ハンドル角、ヨーレート、その他の車両情報に基づき、4輪のブレーキ装置(図示せず)をドライバのブレーキ操作とは独立して制御する。ブレーキ制御装置30は、走行制御装置10から、各輪のブレーキ力が入力された場合、該ブレーキ力に基づいて各輪のブレーキ液圧を算出してブレーキ駆動部(図示せず)を作動させ、アンチロック・ブレーキ・システムや横すべり防止制御等の車両に付加するヨーモーメントを制御するヨーモーメント制御、及びヨーブレーキ制御を行う。
操舵制御装置40は、例えば、車速、ドライバの操舵トルク、ハンドル角、ヨーレート、その他の車両情報に基づき、車両の操舵系に設けた電動パワーステアリングモータ(図示せず)によるアシストトルクを制御する。この操舵制御装置40は、自車両を走行車線内に維持するレーンキープ制御、走行車線からの逸脱防止制御を行う車線逸脱防止制御が可能となっており、これらレーンキープ制御、車線逸脱防止制御に必要な操舵角、或いは、操舵トルクが、走行制御装置10により算出されて操舵制御装置40に入力され、入力された制御量に応じて電動パワーステアリングモータが駆動制御される。
周辺環境認識装置50は、車両の外部環境を撮影して画像情報を処理するカメラ装置(ステレオカメラ、単眼カメラ、カラーカメラ等)、車両の周辺に存在する立体物からの反射波を受信するレーダ装置(レーザレーダ、ミリ波レーダ、超音波レーダ等)で構成されている。本実施の形態においては、周辺環境認識装置50は、車両1の前方をステレオ撮像して画像情報から物体を3次元的に認識するステレオカメラユニット3を主として、車両1の前側方の物体を検出する側方レーダユニット4、車両1の後方の物体を検出するマイクロ波等による後方レーダユニット5を備えている。
ステレオカメラユニット3は、例えば、車室内上部のフロントウィンドウ内側のルームミラー近傍に設置される左右2台のカメラ3a,3bで構成されるステレオカメラを主としている。左右2台のカメラ3a,3bは、CCDやCMOS等の撮像素子を有するシャッタ同期のカメラであり、所定の基線長で固定されている。
このステレオカメラユニット3には、左右のカメラ3a,3bで撮像した一対の画像をステレオ画像処理して、先行車両等の前方の物体の実空間における3次元位置情報を取得する画像処理部が一体的に備えられている。物体の3次元位置は、ステレオ画像処理によって得られる物体の視差データと画像座標値とから、例えば、ステレオカメラの中央真下の道路面を原点として、車幅方向をX軸、車高方向をY軸、車長方向(距離方向)をZ軸とする3次元空間の座標値に変換される。
側方レーダユニット4は、自車両周辺に存在する比較的近距離の物体を検出する近接レーダであり、例えば、フロントバンパの左右コーナー部に設置され、マイクロ波や高帯域のミリ波等のレーダ波を外部に送信して物体からの反射波を受信し、ステレオカメラユニット3の視野外となる自車両の前側方に存在する物体までの距離や方位を測定する。
また、後方レーダユニット5は、例えば、リヤバンパの左右コーナー部に設置され、同様にレーダ波を外部に送信して物体からの反射波を受信し、自車両後方から後側方にかけて存在する物体までの距離や方位を測定する。
地図情報処理装置60は、地図データベースDBを備え、測位装置70で測位した自車両の位置データから地図データベースDBの地図データ上での位置を特定して出力する。地図データベースDBには、例えば、主として車両走行の経路案内や車両の現在位置を表示する際に参照されるナビゲーション用の地図データと、この地図データよりも詳細な、自動運転を含む運転支援制御を行う際に参照される走行制御用の地図データとが保持されている。
ナビゲーション用の地図データは、現在のノードに対して前のノードと次のノードとがそれぞれリンクを介して結びつけられており、各リンクには、信号機、道路標識、建築物等に関する情報が保存されている。一方、走行制御用の高精細の地図データは、ノードと次のノードとの間に、複数のデータ点を有している。このデータ点には、自車両1が走行する道路の曲率、車線幅、路肩幅等の道路形状データや、道路方位角、道路白線種別、レーン数等の走行制御用データが、データの信頼度やデータ更新の日付け等の属性データと共に保持されている。
また、地図情報処理装置60は、地図データベースDBの保守管理を行い、地図データベースDBのノード、リンク、データ点を検定して常に最新の状態に維持すると共に、データベース上にデータが存在しない領域についても新規データを作成・追加し、より詳細なデータベースを構築する。地図データベースDBのデータ更新及び新規データの追加は、測位装置70によって測位された位置データと、地図データベースDBに記憶されているデータとの照合によって行われる(マップマッチング)。
測位装置70は、複数の衛星からの信号に基づいて自車位置を測位する衛星航法を主として測位を行い、衛星からの信号(電波)の捕捉状態化や電波の反射によるマルチパスの影響等で測位精度が悪化した場合には、自車両の方位と移動距離に基づいて自己位置を測位する自律航法によって測位を行う。このため、測位装置70は、衛星航法部70a、自律航法部70b、測位データ使用可否判定部70cを備えている。
尚、測位装置70は、路車間通信や車車間通信等のインフラ通信によって交通情報を取得する通信ユニットを一体的に備えるようにしても良い。
衛星航法部70aは、例えば、GPS衛星等の複数の航法衛星200から送信される軌道及び時刻等に関する情報を含む信号を受信し、受信した信号に基づいて自車両の自己位置を3次元の絶対位置として測位する。
自律航法部70bは、方位センサ8によって検出した自車両の進行方位と車速センサ6から出力される車速パルス等から算出した自車両の移動距離とに基づいて、算出位置(自車位置)の相対的な変化分としての自車位置を測位する。
測位データ使用可否判定部70cは、衛星航法の測位データを走行制御に使用可能か否かを判定し、使用不可の場合、衛星航法から自律航法による測位への切り換えを指示する。例えば、衛星の捕捉数が多く十分な測位精度が得られる場合や、衛星の捕捉数が少なくても衛星の配置条件から高い測位精度を得られる場合には、衛星航法による測位データを用い、自車両がトンネル内に進入する等して衛星からの信号を受信できない場合、自己位置を特定するために必要な数の衛星を捕捉できない場合、或いはビル等の構造物による電波の反射によるマルチパスによって受信精度が悪化した場合には、衛星航法から自律航法による測位に切り換え、自律航法による測位データを用いる。
すなわち、衛星航法による自己位置の測位では、図2に示すように、時刻T_0の測位開始から時刻T_1で自車位置を算出可能なデータが得られる最小の数の衛星を捕捉したとき、自車両1を中心とする範囲R_1の誤差をもって自車位置が決定される。その後、時刻T_2で衛星の捕捉数が増加すると、時刻T_1よりも誤差が小さくなり、範囲R_2まで測位精度が向上するが、時刻T_2'で電波の反射によるマルチパスが発生すると、その影響を受けて自車位置が図2に破線で示す範囲R’内にあるものとして誤って測位されてしまう。このマルチパスによる誤差は、除去することが困難であり、そのときの測位データを走行制御に使用すると、不具合が発生する虞がある。
このため、測位データ使用可否判定部70cは、以下の(A)〜(D)に示す各条件を満足するか否かを調べる。そして、(A),(B)の条件が共に満足されることを前提として、更に、(C),(D)の条件が共に満足される場合、衛星航法による測位データは、走行制御に使用可能であると判定し、(C),(D)の何れかの条件が満足されない場合、衛星航法による測位データは走行制御には使用不可と判定する。
(A)衛星の捕捉数が閾値THN以上
一般に、GPS等の複数の衛星からの信号に基づいて3次元空間における自車両の位置を決定する衛星航法では、衛星との距離を衛星からの電波の到達時間で算出しているため、3次元位置と受信機側の時刻のズレ量に対して最小限4個の衛星が必要となる。従って、必要な衛星数の閾値THN=4として、測位開始後に捕捉した衛星の数NがN≧4の場合には測位データを使用可能、N<4の場合は使用不可とする。
(B)衛星航法の測位精度が所定よりも高い
衛星航法の測位精度は、測定点(自車位置)に対して捕捉した衛星の配置によって影響される。測定点に対する衛星の配置によって測位精度が低下する度合いは、受信側で得られる周知の精度低下率(Dilution Of Precision;DOP)で評価することができる。DOPの値が小さくなると測位精度が高くなり、DOPの値が大きくなると、測位精度は低下する。
本実施の形態においては、DOPの内、水平方向の精度低下率((horizontal dilution of precision;HDOP)を用い、HDOPの値が予め設定した閾値THdop以下の場合には、衛星航法による測位データは使用可能、閾値と超えた場合、衛星航法による測位データは使用不可とする。
(C)衛星航法の測位データと自律航法の測位データとの差分が閾値THDL以下
衛星航法で求めた自車両の位置データと、自律航法で求めた自車両の位置データとの差分(距離)が閾値THDL以下の範囲内であるか否かを調べる。そして、衛星航法の位置データと自律航法の位置データとの差分値DLが閾値THDL以下の場合には、衛星航法による測位データは使用可能、差分値DLが閾値THDLを超えて両者の差が大きくなった場合には、衛星航法による測位データは使用不可とする。
この場合、衛星航法による測位データは、世界測地系の座標データであるため、自律航法の測位データとの差分を算出するには、測地系の座標変換を必要とする。このため、閾値THDLは、変換誤差を考慮した値にしなければならず、衛星航法の測位データが使用可能な精度に達しているにも拘わらず、使用不可と判定される可能性がある。また、衛星航法の測位状態が良好ではないのにもかかわらず、マルチパス等の影響で衛星航法の測位データと自律航法の測位データとの差分が閾値THDL以下となり、使用可能と判定される可能性もある。従って、本実施の形態においては、更に、以下の(C1),(C2)の条件を満足するか否かを調べる。
(C1)距離の変化量の差分が閾値THDd以下
衛星航法の測位を開始した時点を基準として、測位データが更新される毎に、衛星航法の位置データの変化量(距離)と、自律航法の位置データの変化量(距離)との差分を算出し、その差分値Ddを閾値THDdと比較する。そして、差分値Ddが閾値THDd以下の場合には、衛星航法による測位データは使用可能、閾値THDdを超えた場合には、衛星航法による測位データは使用不可とする。
(C2)方位角の差分が閾値THθ以下
衛星航法の測位を開始した時点を基準として、測位データが更新される毎に、衛星航法で得られる方位角の変化量と、ヨーレートの積分値で得られる自律航法による方位角の変化量との差分(角度)を算出し、その差分値Dθを閾値THθと比較する。そして、差分値Dθが閾値THθ以下の場合には、衛星航法による測位データは使用可能、閾値THθを超えた場合には、衛星航法による測位データは使用不可とする。
(D)衛星航法の測位データと地図データとの差分が閾値以下
特定のデータ点や過去の履歴を除いて、通常、自律航法で自車位置を測位しても地図データベースDBには対応するデータは存在せず、直接的な比較はできない。従って、本実施の形態においては、衛星航法による測位データから自車両の走行レーンを求め、この走行レーン上で、衛星航法の自車位置に最も近い地図上のデータ点を探索する。
そして、衛星航法の測位データと走行レーン上で最も近い地図データ点のデータとの差分を算出し、閾値と比較する。このときの差分データは、詳細には、以下の(D1),(D2)に示すように、距離と角度との双方で算出し、各差分値を、それぞれの閾値と比較する。
(D1)距離の差分が閾値THDm以下
衛星航法で求めた自車両の位置データと、自車走行レーン上で近接する地図上の点の位置データとの差分(距離)を算出し、この差分値Dmが閾値THDm以下の場合には、衛星航法による測位データは使用可能、閾値THDmを超えた場合、衛星航法による測位データは使用不可とする。
(D2)方位角の差分が閾値THθm以下
衛星航法で得られる自車両の方位角と、自車走行レーン上で近接する地図上の点における道路方位角との差分(角度)を算出し、その差分値Dθmが閾値THθm以下の場合には、衛星航法による測位データは使用可能、閾値THθmを超えた場合、衛星航法による測位データは使用不可とする。
以上の衛星航法による測位データの使用可否は、具体的には、図3のフローチャートに示すプログラム処理によって判定される。次に、衛星航法による測位情報の使用可否を判定する判定処理について説明する。
この判定処理では、最初のステップS1において、測位開始後に捕捉した衛星の数Nが閾値THN以上である条件を満足するか否かを調べる。そして、NN≧THNの場合、ステップS2で、衛星航法における水平方向の精度低下率(HDOP)が閾値THdop以下であるか否かを調べ、HDOPが閾値THdop以下の場合、ステップS3以降へ進む。
ステップS3〜S5は、衛星航法と自律航法とを比較して、衛星航法の測位データを使用可能か否かを判断する処理である。先ず、ステップS3において、衛星航法の自車位置データと、自律航法の自車位置データとの差分値DL(距離)を算出し、差分値DLが閾値THDL以下である条件を満足するか否かを調べる。
そして、DL≦THDLの場合、ステップS4で、衛星航法の測位を開始した時点を基準として、測位データが更新される毎に、衛星航法の位置データの変化量(距離)、及び自律航法の位置データの変化量(距離)を求め、両者の変化量の差分値Ddを算出する。そして、差分値Ddが閾値THDd以下である条件を満足するか否かを調べる。
ステップS4において、Dd≦THDdの場合、更に、ステップS5で衛星航法の測位を開始した時点を基準として、測位データが更新される毎に、衛星航法の方位角の変化量と、ヨーレートの積分値で得られる自律航法の方位角の変化量との差分値Dθを算出する。そして、差分値Dθが閾値THθ以下である条件を満足するか否かを調べ、Dθ≦THθの場合、ステップS6以降へ進む。
ステップS6,S7は、衛星航法の測位データと地図データとを比較して、衛星航法の測位データを使用可能か否かを判断する処理である。すなわち、ステップS6において、衛星航法の自車位置データと、自車走行レーン上で最も近い地図上の位置データとの差分(距離)を算出し、この差分値Dmが閾値THDm以下である条件を満足するか否かを調べる。
ステップS6においてDm≦THDmの場合、更に、ステップS7で衛星航法で得られる自車両の方位角と、自車走行レーン上で最も近い地図上の点における道路方位角との差分(角度)を算出し、その差分値Dθmが閾値THθm以下である条件を満足するか否かを調べる。
その結果、ステップS7においてDθm≦THθmであり、ステップS1〜S7の全ての条件が満足される場合、ステップS8へ進む。ステップS8では、衛星航法による測位データは、走行制御で使用可能な精度に達しており、衛星航法の測位データを使用可能と判定する。
この衛星航法の測位データを使用可能との判定を受けて、走行制御装置10は、衛星航法によって測位した自車両の位置情報、周辺環境認識装置50で認識した自車両の周囲環境情報、地図情報処理装置60からの地図情報、各種センサで検出した車両走行状態の検出情報に基づいて、自動操作や自動ブレーキ等を含む運転支援制御を実行する。また、地図情報処理装置60においては、衛星航法の測位データにより、地図データベースDBの更新を判断する。
一方、ステップS1〜S7の何れかの条件が満足されない場合には、該当するステップからステップS9へ進み、衛星航法による測位データは、走行制御で使用可能な精度に達しておらず、使用不可と判定する。衛星航法の測位データは使用不可との判定がなされると、この使用不可の判定を受けて、走行制御装置10は、衛星航法に代えて自律走行によって測位した自車両の位置情報を用いて、比較的軽度の走行支援制御を実行する。
このように本実施の形態においては、衛星航法による測位データと自律航法による測位データとの差分、及び衛星航法による測位データと地図データベースの地図データとの差分に基づいて、衛星航法による測位データが車両制御に使用可能か否かを的確に判定することができ、精度不足の測位データを車両制御に用いて不具合が発生することを確実に防止することができる。
1 車両
6 車速センサ
7 ヨーレートセンサ
8 方位センサ
10 走行制御装置
20 エンジン制御装置
30 ブレーキ制御装置
40 操舵制御装置
50 周辺環境認識装置
60 地図情報処理装置
70 測位装置
70a 衛星航法部
70b 自律航法部
70c 測位データ使用可否判定部
200 航法衛星
DB 地図データベース

Claims (5)

  1. 航法衛星からの信号を受信して自車両の位置を測位する衛星航法部と、
    自車両の方位角と所定の位置からの相対移動量とに基づいて自車両の位置を測位する自律航法部と、
    自車両が走行する道路に係る地図データを保有する地図データベースと、
    前記衛星航法部の測位データが車両制御に使用可能か否かを判定する測位データ使用可否判定部とを備え、
    前記測位データ使用可否判定部は、
    前記航法衛星の捕捉数が測位可能な数以上であって、捕捉した前記航法衛星による測位精度が所定以上の精度である条件下において、
    前記衛星航法部の測位データと前記自律航法部の測位データとの差分、及び前記衛星航法部の測位データと前記地図データベースの地図データとの差分に基づいて、前記衛星航法部の測位データが車両制御に使用可能か否かを判定する
    ことを特徴とする車両の測位システム。
  2. 前記測位データ使用可否判定部は、
    前記衛星航法部の測位データと前記地図データベースの地図データとの差分として、前記衛星航法部で測位した自車両の位置データと、前記衛星航法部の測位データから求められる自車両の走行レーン上で自車両に最も近い点の地図データとの差分を用いることを特徴とする請求項1記載の車両の測位システム。
  3. 前記測位データ使用可否判定部は、
    前記衛星航法部の測位データと前記地図データベースの地図データとの差分として、更に、前記衛星航法部で測位した自車両の方位角と、前記衛星航法部の測位データから求められる自車両の走行レーン上で自車両に最も近い点おける道路方位角との差分を用いることを特徴とする請求項2記載の車両の測位システム。
  4. 前記前記測位データ使用可否判定部は、
    前記衛星航法部の測位データと前記自律航法部の測位データとの差分として、前記衛星航法部の測位データの変化量と前記前記自律航法部の測位データの変化量との差分を用いることを特徴とする請求項3記載の車両の測位システム。
  5. 前記前記測位データ使用可否判定部は、
    前記衛星航法部の測位データと前記自律航法部の測位データとの差分として、更に、前記衛星航法部で測位した方位角と前記前記自律航法部で測位した方位角との差分を用いることを特徴とする請求項4記載の車両の測位システム。
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