JP2018059744A - 自車位置認識装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自車位置の認識精度を高めることができる自車位置認識装置を提供すること。【解決手段】自車位置を認識する自車位置認識装置１であって、自車推定ユニット７で推定した自車位置を補正する補正値を周期的に算出する補正値算出ユニット１７を備える。また、複数の時点において算出された補正値に基づき、自車位置を補正する補正ユニット１９を備える。補正ユニットは、以下の重み低下条件を充足する場合に算出された補正値の重みを、それ以外の場合に算出された補正値の重みよりも低くするように構成されている。重み低下条件：地物情報取得ユニットが取得した地物の位置から地物が存在すると予測される範囲の少なくとも一部において、地物検出点の数が閾値以下である。【選択図】図２

Description

本開示は自車位置認識装置に関する。

従来、以下のような自車位置認識装置が知られている。まず、ＧＮＳＳ受信装置等を用いて自車位置を推定する。次に、自車両に設けられたセンサを用いて、地物上にある地物検出点を検出する。地物として、例えば、白線、看板等が挙げられる。

また、センサの検出範囲に存在する地物の位置を、地図ユニットから読み出す。最後に、センサで検出した地物検出点の位置の集合と、地図ユニットから読み出した地物の位置との差が減少するように、推定した自車位置を補正する。この自車位置認識装置は特許文献１に開示されている。

特開２０１３−８３５７６号公報

何らかの原因により、センサが地物検出点を十分に検出できない場合がある。地物検出点を十分に検出できない場合として、例えば、白線がかすれている場合、分岐合流や複合線等において複数のペイントが存在する場合、コールタールや消し跡線等の路面汚れが入り乱れる場合等が挙げられる。

センサが地物検出点を十分に検出できない場合、地物検出点の位置の集合は、本来の地物の位置から大きくずれてしまう。このような場合に上述した自車位置の補正を行うと、自車位置の認識精度が低下してしまう。本開示は、自車位置の認識精度を高めることができる自車位置認識装置を提供することを目的とする。

本開示は、自車両の位置である自車位置を認識する自車位置認識装置（１）である。本開示の自車位置認識装置は、前記自車位置を推定する自車推定ユニット（７）と、前記自車両に設けられたセンサを用いて、地物上にある地物検出点を検出する検出ユニット（９）と、少なくとも地物の位置を含む地物情報を記憶した地図ユニットと、前記地図ユニット及び前記自車推定ユニットを用いて、前記検出ユニットの検出範囲に存在する地物の位置を取得する地物情報取得ユニット（１５）と、前記検出ユニットで検出した前記地物検出点の位置の集合と、前記地物情報取得ユニットで取得した前記地物の位置との差が減少するように、前記自車推定ユニットで推定した前記自車位置を補正する補正値を周期的に算出する補正値算出ユニット（１７）と、複数の時点において算出された前記補正値に基づき、前記自車推定ユニットで推定した前記自車位置を補正する補正ユニット（１９）と、を備える。

本開示の自車位置認識装置において、前記補正ユニットは、前記複数の時点において算出された前記補正値のうち、以下の重み低下条件を充足する場合に算出された前記補正値の重みを、それ以外の場合に算出された前記補正値の重みよりも低くするように構成されている。

重み低下条件：前記地物情報取得ユニットが取得した前記地物の位置から地物が存在すると予測される範囲の少なくとも一部において、前記検出ユニットにより検出された前記地物検出点の数が閾値以下である。

重み低下条件を充足する場合とは、地物検出点の位置の集合が、本来の地物の位置から大きくずれている可能性が高い場合である。本開示の自車位置認識装置は、重み低下条件を充足する場合に算出された補正値の重みを低くすることで、自車位置の認識精度を高めることができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

自車位置認識装置１と、自車両に搭載された他の装置等との構成を表すブロック図である。 自車位置認識装置１の機能的構成を表すブロック図である。 自車位置認識装置１が実行する処理を表すフローチャートである。 重み低下条件を充足しない状況を表す説明図である。 重み低下条件を充足しない状況を表す説明図である。 重み低下条件を充足しない状況を表す説明図である。 重み低下条件を充足する状況を表す説明図である。 重み低下条件を充足する状況を表す説明図である。 重み低下条件を充足する状況を表す説明図である。 自車位置認識装置１が実行する処理を表すフローチャートである。

本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１実施形態＞
１．自車位置認識装置１の構成
自車位置認識装置１の構成を図１、図２に基づき説明する。自車位置認識装置１は車両に搭載される車載装置である。自車位置認識装置１を搭載する車両を以下では自車両とする。自車位置認識装置１は、制御部２を備える。制御部２は、ＣＰＵ３と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ５とする）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。

制御部２の各種機能は、ＣＰＵ３が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ５が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部２を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。

制御部２は、ＣＰＵ３がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図２に示すように、自車推定ユニット７と、検出ユニット９と、地物情報取得ユニット１５と、補正値算出ユニット１７と、補正ユニット１９と、出力ユニット２０と、を備える。

制御部２を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。

図１に示すように、自車位置認識装置１は、ＧＮＳＳ受信装置２１、及び地図ユニット２３を備える。ＧＮＳＳ受信装置２１は、複数の航法衛星から送信された航法信号を受信する。地図ユニット２３は、地物情報を記憶している。地物情報は、地物の位置、地物の種類、地物の大きさ、地物の色、地物の形状等を含む情報である。地物としては、例えば、車線境界線、道路境界構造物、規制標識、案内看板等が挙げられる。地物情報における地物の位置は、地球を基準とする絶対座標により表される。

自車両は、自車位置認識装置１に加えて、さらに、カメラ２５、ライダー２７、ミリ波センサ２９、自車状態量センサ３１、及び制御装置３３を備える。カメラ２５、ライダー２７、及びミリ波センサ２９は、自車両に設けられたセンサに対応する。

カメラ２５は自車両の前方の風景を撮像し、画像データを自車位置認識装置１に送る。ライダー２７及びミリ波センサ２９は、それぞれ、自車両の周囲に存在する物標を検出し、検出結果を自車位置認識装置１に送る。ライダー２７及びミリ波センサ２９が検出する物標には地物が含まれる。自車状態量センサ３１は、自車両の車速、加速度、ヨーレート等を検出し、検出結果を自車位置認識装置１に送る。

制御装置３３は、自車位置認識装置１から送られる、後述する自車位置Ｐ_ｘを用いて、運転支援制御等を行う。
２．自車位置認識装置１が実行する処理
自車位置認識装置１が所定時間ごとに繰り返し実行する処理を図３〜図５に基づき説明する。なお、以下では、図３に示す処理を１回行うことを１フレームということもある。

図３のステップ１では、自車推定ユニット７が、ＧＮＳＳ受信装置２１を用いて受信した航法信号に基づき、自車両の位置である自車位置Ｐ_ｘを推定する。また、トンネル等、航法信号を受信できない場所では、自車状態量センサ３１を用いて取得した車速、加速度、ヨーレート等に基づき、自立航法により自車位置Ｐ_ｘを推定する。

ステップ２では、まず、検出ユニット９がカメラ２５を用いて画像を取得する。次に、検出ユニット９は、取得した画像において、地物検出点を検出する。地物検出点とは、地物上にある点であって、画像における輝度が、その地物特有のパターンで変化している点である。例えば、地物が道路上の車線境界線である場合、車線境界線上には、その左右両側に比べて輝度が高くなっている地物検出点が存在する。

ステップ３では、検出ユニット９が、画像における地物検出点の位置に基づき、自車両を基準とする、地物検出点の相対位置Ｐ_ｙを算出する。この相対位置Ｐ_ｙは、自車両の走行方向における位置であってもよいし、車幅方向における位置であってもよいし、それらの組み合わせであってもよい。

ステップ４では、地物情報取得ユニット１５が、地図ユニット２３から地物情報を読み出す。読み出す地物情報は、自車位置Ｐ_ｘでのカメラ２５の撮影範囲内に存在する地物に対応する地物情報である。カメラ２５の撮影範囲は検出ユニット９の検出範囲に対応する。

ステップ５では、補正値算出ユニット１７が、前記ステップ４で読み出した地物情報から、地物が存在すると予測される範囲（以下では予測範囲とする）を算出する。予測範囲とは、地物情報に含まれる地物の位置を中心として、地物の大きさに相当する広がりを有する範囲であって、カメラ２５の撮影範囲内にある範囲である。予測範囲は、地物ごとに算出される。さらに、補正値算出ユニット１７は、算出した予測範囲を、自車両を基準とする相対位置に変換する。この変換には、地物情報と、前記ステップ１で推定したと自車位置Ｐ_ｘを用いる。すなわち、補正値算出ユニット１７は、予測範囲と、前記ステップ３で算出した相対位置Ｐ_ｙとを、同じ座標系で表すようにする。

ステップ６では、前記ステップ４で読み出した地物情報に含まれる地物の位置を、自車両を基準とする相対位置に変換する。この変換には、地物情報と、前記ステップ１で推定した自車位置Ｐ_ｘとを用いる。変換後の地物の相対位置を、相対位置Ｐ_zとする。すなわち、本ステップ６では、前記ステップ４で読み出した地物情報に含まれる地物の位置と、前記ステップ３で算出した相対位置Ｐ_ｙとを、同じ座標系で表すようにする。

ステップ７では、前記ステップ５で算出した予測範囲と、前記ステップ３で算出した地物検出点の相対位置Ｐ_ｙとを用いて、以下で定義する重み低下条件を充足するか否かを補正値算出ユニット１７が判断する。

重み低下条件：予測範囲の少なくとも一部において、地物検出点の数が閾値以下である。
予測範囲が複数存在する場合、その少なくとも一部の予測範囲において地物検出点の数が閾値以下であれば、重み低下条件を充足する。一方、複数の予測範囲の全てにおいて、地物検出点の数が閾値を越えていれば、重み低下条件を充足しない。また、予測範囲が１のみである場合、その予測範囲において地物検出点の数が閾値以下であれば、重み低下条件を充足し、地物検出点の数が閾値を越えていれば、重み低下条件を充足しない。

重み低下条件を充足しない場合の例を図４Ａに示す。３５は自車両である。３７はカメラ２５の撮影範囲である。３９は車線境界線に対応する予測範囲である。４１は地物検出点である。図４Ａに示す例では、予測範囲３９に閾値を超える数の地物検出点４１があるので重み低下条件を充足しない。なお、閾値は、予測範囲ごとに設定することができる。閾値は、予測範囲の大きさに応じて予め設定することができる。例えば、予測範囲が広いほど、閾値を高くすることができる。

重み低下条件を充足しない場合の別の例を図４Ｂに示す。３９、４３はそれぞれ車線境界線に対応する予測範囲である。予測範囲３９に対応する車線境界線と、予測範囲４３に対応する車線境界線とは平行である。図４Ｂに示す例では、予測範囲３９、４３の両方において閾値を超える数の地物検出点４１があるので重み低下条件を充足しない。

重み低下条件を充足しない場合の別の例を図４Ｃに示す。３９、４５はそれぞれ車線境界線に対応する予測範囲である。予測範囲３９に対応する車線境界線は自車両３５の現時点での走行方向に平行であり、予測範囲４５に対応する車線境界線は分岐する車線境界線である。図４Ｃに示す例では、予測範囲３９、４５の両方において閾値を超える数の地物検出点４１があるので重み低下条件を充足しない。

重み低下条件を充足する場合の例を図５Ａに示す。図５Ａに示す例では、予測範囲３９に存在する地物検出点４１の数が閾値以下であるので重み低下条件を充足する。
重み低下条件を充足する場合の別の例を図５Ｂに示す。図５Ｂに示す例では、予測範囲３９、４３に存在する地物検出点４１の数がそれぞれ閾値以下であるので重み低下条件を充足する。

重み低下条件を充足する場合の別の例を図５Ｃに示す。図５Ｃに示す例では、予測範囲３９に存在する地物検出点の数は閾値を越えるが、予測範囲４５に存在する地物検出点４１の数が閾値以下であるので重み低下条件を充足する。

重み低下条件を充足する場合はステップ８に進み、重み低下条件を充足しない場合はステップ９に進む。
ステップ８では、補正値算出ユニット１７が、本フレームの後述するステップ１０で算出する補正値ΔＰの重みを標準の重みよりも低下させる。なお、重みについては後述する。

ステップ９では、補正値算出ユニット１７が、本フレームの後述するステップ１０で算出する補正値ΔＰの重みを標準の重みとする。
ステップ１０では、補正値算出ユニット１７が、補正値ΔＰを算出する。補正値ΔＰとは、前記ステップ３で算出した相対位置Ｐ_ｙの集合と、前記ステップ６で取得した相対位置Ｐ_zとの差が減少するように、前記ステップ１で推定した自車位置Ｐ_ｘを補正する値である。相対位置Ｐ_ｙの集合とは、１つの地物に対応する地物検出点における相対位置Ｐ_ｙの集合である。

ステップ１１では、補正ユニット１９が、本フレームの前記ステップ１０で算出した補正値ΔＰと、過去のｎフレームの前記ステップ１０で算出した補正値ΔＰとを、それぞれの重みを付けて平均化して平均化補正値を算出する。そして、その平均化補正値を用いて、前記ステップ１で推定した自車位置Ｐ_ｘを補正する。ｎは１以上の自然数である。本フレーム及び過去のｎフレームは、複数の時点に対応する。

補正値ΔＰに付ける重みは、その補正値を算出したフレームの前記ステップ８又は９で算出した重みである。例えば、ｉ回前のフレームで算出された補正値ΔＰには、ｉ回前のフレームの前記ステップ８又は９で算出した重みを付ける。ｉは１〜ｎの自然数である。また、本フレームで算出された補正値ΔＰには、本フレームの前記ステップ８又は９で算出した重みを付ける。

そして、補正ユニット１９は、平均化補正値を用いて、前記ステップ１で推定した自車位置Ｐ_ｘを補正する。
ステップ１２では、出力ユニット２０が、前記ステップ１１で補正した自車位置Ｐ_ｘを制御装置３３に出力する。

３．自車位置認識装置１が奏する効果
（１Ａ）自車位置認識装置１は、重み低下条件を充足する場合、算出した補正値ΔＰに付ける重みを低くする。重み低下条件を充足する場合は、地物の観測結果に対する信頼性が低く、算出した補正値ΔＰに対する信頼性が低い場合である。よって、自車位置認識装置１は、算出した補正値ΔＰに対する信頼性が低い場合、その補正値ΔＰに付ける重みを低くする。その結果、自車位置認識装置１は、平均化補正値の誤差を抑制し、自車位置Ｐ_ｘを正確に認識することができる。

（１Ｂ）自車位置認識装置１は、平均化補正値を用いて、自車位置Ｐ_ｘを補正する。そのため、１つのフレームで算出された補正値ΔＰのみを用いて補正する場合に比べて、自車位置Ｐ_ｘを一層正確に認識することができる。

（１Ｃ）自車位置認識装置１は、地物として、車線境界線、道路境界構造物、規制標識、及び案内看板のうちのいずれかを用いる。そのため、地物検出点の検出、及び地物の認識が一層容易である。

（１Ｄ）自車位置認識装置１は、カメラ２５を用いて画像を取得する。そして、自車位置認識装置１は、その画像において地物検出点を検出する。そのため、地物検出点の検出が一層容易である。

（１Ｅ）自車位置認識装置１による自車位置Ｐ_ｘの補正が一時的に停止しても、その間は、車速センサやジャイロ等を用いたデッドレコニングで補うことができるため、大きな性能劣化につながらない。
＜第２実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

自車位置認識装置１は、図３に示す処理に代えて、図６に示す処理を所定時間ごとに繰り返し実行する。ステップ２１〜２７の処理は、第１実施形態における前記ステップ１〜７の処理と同様である。

ステップ２７において重み低下条件を充足すると判断した場合はステップ２８に進み、重み低下条件を充足しないと判断した場合はステップ３０に進む。
ステップ２８では、補正ユニット１９が、過去のｎフレームにおける後述するステップ３０で算出した補正値ΔＰを平均化して平均化補正値を算出する。平均化における各補正値ΔＰの重みは同じである。そして、その平均化補正値を用いて、前記ステップ２１で推定した位置Ｐ_ｘを補正する。ｎは１以上の自然数である。

ステップ２９では、出力ユニット２０が、前記ステップ２８、又は後述するステップ３１で補正した自車位置Ｐ_ｘを制御装置３３に出力する。
前記ステップ２７で否定判断した場合はステップ３０にて、補正値算出ユニット１７が、補正値ΔＰを算出する。補正値ΔＰとは、前記ステップ２３で算出した相対位置Ｐ_ｙの集合と、前記ステップ２６で取得した相対位置Ｐ_zとの差が減少するように、前記ステップ２１で推定した自車位置Ｐ_ｘを補正する値である。

ステップ３１では、補正ユニット１９が、本フレームの前記ステップ３０で算出した補正値ΔＰと、過去のｎフレームにおける前記ステップ３０で算出した補正値ΔＰとを平均化して平均化補正値を算出する。平均化における各補正値ΔＰの重みは同じである。そして、その平均化補正値を用いて、前記ステップ２１で推定した自車位置Ｐ_ｘを補正する。ｎは１以上の自然数である。

２．自車位置認識装置１が奏する効果
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１Ｂ）〜（１Ｅ）を奏し、さらに、以下の効果を奏する。

（２Ａ）自車位置認識装置１は、重み低下条件を充足したフレームでは、補正値ΔＰを算出しない。また、自車位置認識装置１は、重み低下条件を充足したフレームでは、過去のｎフレームにおいて算出した補正値ΔＰを用いて自車位置Ｐ_ｘを補正する。このことは、重み低下条件を充足したフレームにおける補正値ΔＰの重みを０にすることに対応する。

重み低下条件を充足する場合は、地物の観測結果に対する信頼性が低く、補正値ΔＰに対する信頼性が低い場合である。よって、自車位置認識装置１は、信頼性が低い補正値ΔＰを、自車位置Ｐ_ｘの補正に使用しない。その結果、自車位置認識装置１は、平均化補正値の誤差を抑制し、自車位置Ｐ_ｘを正確に認識することができる。
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（１）カメラ２５以外のものを用いて地物検出点を検出してもよい。例えば、ライダー２７、ミリ波センサ２９等を用いて、地物検出点を検出してもよい。また、カメラ２５、ライダー２７、ミリ波センサ２９等から選択される２以上を組み合わせて地物検出点を検出してもよい。

（２）地図ユニット２３は自車両以外の場所にあってもよい。自車位置認識装置１は、例えば、無線通信により、自車両以外の場所にある地図ユニット２３から地物情報を取得することができる。

（３）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

（４）上述した自車位置認識装置の他、当該自車位置認識装置を構成要素とするシステム、当該自車位置認識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半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、自車位置認識方法、運転支援方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。

１…自車位置認識装置、２…制御部、７…自車推定ユニット、９…検出ユニット、１５…地物情報取得ユニット、１７…補正値算出ユニット、１９…補正ユニット、２１…ＧＮＳＳ受信装置、２５…カメラ、２７…ライダー、２９…ミリ波センサ、３１…自車状態量センサ

Claims (5)

1. 自車両の位置である自車位置を認識する自車位置認識装置（１）であって、
   前記自車位置を推定する自車推定ユニット（７）と、
   前記自車両に設けられたセンサ（２５、２７、２９）を用いて、地物上にある地物検出点を検出する検出ユニット（９）と、
   少なくとも地物の位置を含む地物情報を記憶した地図ユニットと、
   前記地図ユニット及び前記自車推定ユニットを用いて、前記検出ユニットの検出範囲に存在する地物の位置を取得する地物情報取得ユニット（１５）と、
   前記検出ユニットで検出した前記地物検出点の位置の集合と、前記地物情報取得ユニットで取得した前記地物の位置との差が減少するように、前記自車推定ユニットで推定した前記自車位置を補正する補正値を周期的に算出する補正値算出ユニット（１７）と、
   複数の時点において算出された前記補正値に基づき、前記自車推定ユニットで推定した前記自車位置を補正する補正ユニット（１９）と、
   を備え、
   前記補正ユニットは、前記複数の時点において算出された前記補正値のうち、以下の重み低下条件を充足する場合に算出された前記補正値の重みを、それ以外の場合に算出された前記補正値の重みよりも低くするように構成された自車位置認識装置。
   重み低下条件：前記地物情報取得ユニットが取得した前記地物の位置から地物が存在すると予測される範囲の少なくとも一部において、前記検出ユニットにより検出された前記地物検出点の数が閾値以下である。
2. 請求項１に記載の自車位置認識装置であって、
   前記補正ユニットは、前記複数の時点において算出された前記補正値に前記重みをつけて平均化した平均化補正値を算出し、前記平均化補正値を用いて、前記自車推定ユニットで推定した前記自車位置を補正するように構成された自車位置認識装置。
3. 請求項１又は２に記載の自車位置認識装置であって、
   前記補正ユニットは、前記複数の時点において算出された前記補正値のうち、重み低下条件を充足する場合に算出された前記補正値を補正に使用しないように構成された自車位置認識装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の自車位置認識装置であって、
   前記地物は、車線境界線、道路境界構造物、規制標識、及び案内看板のうちのいずれかを含む自車位置認識装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の自車位置認識装置であって、
   前記センサは、カメラ（２５）、ライダー（２７）、及びミリ波センサ（２９）のうちのいずれかである自車位置認識装置。

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