JP2020071122A - 自車位置推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ランドマークを用いることができない場合においても、車両の縦位置の推定精度を向上することができる自車位置推定装置を提供する。【解決手段】車両の走行道路の延在方向における車両の地図上の位置である縦位置と走行道路の幅方向における車両の地図上の位置である横位置とを含む自車位置を推定する自車位置推定装置であって、車両の車速及び車両のピッチ角を認識する走行状態認識部と、車両に搭載された位置測定器の測定結果と車両の車速とに基づいて、車両の地図上の測定位置を認識する車両位置認識部と、走行道路の高さ情報又は勾配情報を含む地図情報を記憶する地図データベースと、車両の測定位置、地図情報、及び車両のピッチ角に基づいて、走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートと走行道路に沿った地図上の高さ変化レートとの比較結果から、縦位置を推定する縦位置推定部と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、自車位置推定装置に関する。

従来、自車位置推定装置に関する技術文献として、特開２０１８−２１７７７号公報が知られている。この公報には、車両のカメラにより撮像されたランドマークの車両に対する相対位置と地図上のランドマークの位置情報とを用いて車両の地図上の位置である自車位置を推定することが記載されている。

特開２０１８−２１７７７号公報

しかしながら、上述した従来の装置のようにランドマークを用いた自車位置推定においては、雨の影響、逆光などによってランドマークの位置を正確に検出できない場合がある。また、車両の周囲に常にランドマークが存在するとは限らない。この場合には、ランドマークを用いた自車位置（横位置及び縦位置）の推定精度の向上が期待できないと言う問題があった。

そこで、本技術分野では、ランドマークを用いることができない場合においても、車両の縦位置の推定精度を向上することができる自車位置推定装置を提供することが望まれている。

本発明の一態様は、車両の走行道路の延在方向における車両の地図上の位置である縦位置と走行道路の幅方向における車両の地図上の位置である横位置とを含む自車位置を推定する自車位置推定装置であって、走行道路を走行する車両の車速及び車両のピッチ角を認識する走行状態認識部と、車両に搭載された位置測定器の測定結果と車両の車速とに基づいて、車両の地図上の測定位置を認識する車両位置認識部と、走行道路の高さ情報又は勾配情報を含む地図情報を記憶する地図データベースと、車両の測定位置、地図情報、及び車両のピッチ角に基づいて、走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートと走行道路に沿った地図上の高さ変化レートとの比較結果から、縦位置を推定する縦位置推定部と、を備える。

本発明の一態様に係る自車位置推定装置によれば、走行道路に沿った地図上の高さ変化レートと走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートとの比較結果から車両の縦位置を推定することができるので、車両の周囲にランドマークを検出できない場合であっても車両の縦位置の推定精度を向上させることができる。

本発明の一態様に係る自車位置推定装置において、車両の地図上の測定位置と地図情報とに基づいて、車両が予め設定された高さ変化特徴区間の付近に位置するか否かを判定する推定判定部を更に備え、縦位置推定部は、推定判定部により車両が高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定された場合に縦位置の推定を行い、推定判定部により車両が高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定されなかった場合には車両のピッチ角変化レートと地図上の高さ変化レートとの比較結果を用いた縦位置の推定を行わなくてもよい。
この自車位置推定装置によれば、車両が高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定されない場合には、車両のピッチ角変化レートと地図上の高さ変化レートとの比較結果を用いた縦位置の推定を行わないので、走行道路が平坦な道路である場合など高さの変化を利用した縦位置の推定が難しいときにまで縦位置の推定を行うことを避けて、装置の演算処理量を抑えることができる。

本発明の一態様に係る自車位置推定装置によれば、ランドマークを用いることができない場合においても、車両の縦位置の推定精度を向上することができる。

一実施形態に係る自車位置推定装置を示すブロック図である。 （ａ）地図上の高さ変化レートの求め方を説明するためのグラフである。（ｂ）車両のピッチ角変化レートの求め方を説明するためのグラフである。 （ａ）地図上の高さ変化レートと車両のピッチ角変化レートとの比較を説明するためのグラフである。（ｂ）縦位置誤差の求め方を説明するためのグラフである。 自車位置推定装置の縦位置推定処理の一例を示すフローチャートである。

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。

図１に示す本実施形態に係る自車位置推定装置１００は、乗用車などの車両に搭載され、車両の地図上の位置である自車位置を推定する装置である。自車位置には、車両の走行する走行道路の延在方向における地図上の位置である縦位置と、走行道路の幅方向における地図上の位置である横位置と、が含まれる。自車位置推定装置１００は、車両の走行道路の延在方向における地図上の高さの変化と車両のピッチ角の変化との比較結果から、車両の縦位置（自車位置の縦位置）の推定を行う。自車位置推定装置１００は、推定した自車位置を車両の自動運転システム又は運転支援装置などに提供する。

［自車位置推定装置の構成］
図１に示すように、自車位置推定装置１００は、装置を統括的に制御する自車位置推定ＥＣＵ [Electronic Control Unit]１０を備えている。自車位置推定ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]、ＣＡＮ［Controller Area Network］通信回路等を有する電子制御ユニットである。自車位置推定ＥＣＵ１０では、例えば、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。自車位置推定ＥＣＵ１０は、複数の電子制御ユニットから構成されていてもよい。

自車位置推定ＥＣＵ１０は、ＧＰＳ［Global Positioning System］受信部１、外部センサ２、内部センサ３、地図データベース４、及び自動運転ＥＣＵ５と接続されている。

ＧＰＳ受信部１は、３個以上のＧＰＳ衛星から信号を受信することにより、車両の位置（例えば車両の緯度及び経度）を測定する位置測定器である。ＧＰＳ受信部１は、測定した車両の位置情報（測定結果）を自車位置推定ＥＣＵ１０へ送信する。ＧＰＳ受信部１に代えてＧＮＳＳ［Global Navigation Satellite System］受信部を用いてもよい。

外部センサ２は、車両の周辺の状況を検出する検出機器である。外部センサ２は、カメラ、レーダセンサのうち少なくとも一つを含む。

カメラは、車両の外部状況を撮像する撮像機器である。カメラは、例えば車両のフロントガラスの裏側に設けられ、車両の前方を撮像する。カメラは、車両の外部状況に関する撮像情報を自車位置推定ＥＣＵ１０へ送信する。カメラは、単眼カメラであってもよく、ステレオカメラであってもよい。

レーダセンサは、電波（例えばミリ波）又は光を利用して車両の周囲の物体を検出する検出機器である。レーダセンサには、例えば、ミリ波レーダ又はライダー［LIDAR：Light Detection and Ranging］が含まれる。レーダセンサは、電波又は光を車両の周囲に送信し、物体で反射された電波又は光を受信することで物体を検出する。レーダセンサは、検出した物体の情報を自車位置推定ＥＣＵ１０へ送信する。物体には、ガードレール、建物などの固定障害物の他、歩行者、自転車、他車両などの移動障害物が含まれる。

内部センサ３は、車両の走行状態を検出する検出機器である。内部センサ３は、車速センサ３１、ピッチ角センサ３２、及び加速度センサ３３を含む。

車速センサ３１は、車両の速度を検出する検出器である。車速センサとしては、例えば、車両の車輪又は車輪と一体に回転するドライブシャフト等に対して設けられ、車輪の回転速度を検出する車輪速センサを用いることができる。車速センサ３１は、検出した車速情報（車輪速情報）を自車位置推定ＥＣＵ１０に送信する。

ピッチ角センサ３２は、車両のピッチ角を検出する検出器である。ピッチ角は、車両のピッチングにおける角度である。ピッチ角センサ３２は、例えばＩＭＵ［Inertial Measurement Unit］の一部を構成する。ＩＭＵは、車両のロール角、ピッチ角、ヨー角を計測する慣性計測ユニットである。ピッチ角センサ３２は、検出した車両のピッチ角情報を自車位置推定ＥＣＵ１０に送信する。その他、内部センサ３は、ヨーレートセンサを有していてもよい。内部センサ３は、車両のヨーレートなどに関する角度情報を自車位置推定ＥＣＵ１０に送信してもよい。

加速度センサ３３は、車両の加速度を検出する検出器である。加速度センサ３３は、上述したＩＭＵの一部として車両の加速度を検出してもよい。加速度センサ３３は、車両の前後加速度を少なくとも含む加速度情報を自車位置推定ＥＣＵ１０に送信する。加速度情報には、車両の前後方向の加速度の情報の他、車両の横方向の加速度の情報が含まれてもよく、上下方向の加速度の情報が含まれてもよい。

地図データベース４は、地図情報を記憶するデータベースである。地図データベース４は、例えば、車両に搭載されたＨＤＤ［Hard Disk Drive］などの記憶装置内に形成されている。地図情報には、道路の位置情報、道路形状の情報（曲率など）、及び、交差点の位置情報などが含まれる。地図データベース４には、地図上の位置測定に用いられる物標（ランドマーク）の位置情報が含まれていてもよい。物標には、一時停止線などの路面標示、区画線、電柱、信号機などを含むことができる。なお、地図データベース４は、車両と通信可能なサーバに設けられていてもよい。

また、地図情報には、道路の高さ情報及び道路の勾配情報のうち少なくとも一つが含まれる。高さ情報には、例えば道路の延在方向で所定間隔離れた複数の地点にそれぞれ対応する高さの情報が含まれる。高さ情報には、道路の延在方向における高さの変化の情報が含まれていてもよい。高さは、法定の標高であってもよく、場所に応じた海抜高さであってもよく、任意の基準面からの高さであってもよい。勾配情報には、例えば道路の延在方向で所定間隔離れた複数の位置にそれぞれ対応する勾配の情報が含まれる。高さ情報には、道路の延在方向における勾配の変化の情報が含まれていてもよい。高さ情報及び勾配情報の内容は上述の内容に限られず、道路に沿った高さ又は勾配の変化を読み取り可能な内容であればよい。

自動運転ＥＣＵ５は、車両の自動運転を行うための電子制御ユニットである。自動運転ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有している。自動運転ＥＣＵ５は、自車位置推定ＥＣＵ１０と一体の電子制御ユニットであってもよい。

自動運転ＥＣＵ５は、例えば、車両の自車位置、地図データベース４の地図情報、外部センサ２の検出結果から得た車両の周辺の状況、及び内部センサ３の検出結果から得た車両状態（車速、ヨーレート等）に基づいて、予め設定された目標ルートに沿った進路（経路及び車速プロファイル）を生成する。目標ルートは、車両の乗員により手動で設定されてもよく、周知のナビゲーションシステム又は自動運転ＥＣＵ５により自動で設定されてもよい。自動運転ＥＣＵ５は周知の手法により進路の生成を行うことができる。自動運転ＥＣＵ５は、車両のアクチュエータ（エンジンアクチュエータ、ブレーキアクチュエータ、操舵アクチュエータなど）に制御信号を送信することで、進路に沿った車両の自動運転を実行する。

自動運転ＥＣＵ５は、自動運転の進路を生成した場合、進路情報を自車位置推定ＥＣＵ１０に送信する。なお、自車位置推定ＥＣＵ１０は、必ずしも進路情報を自車位置推定ＥＣＵ１０に送信する必要はない。また、自車位置推定ＥＣＵ１０は、必ずしも自動運転ＥＣＵ５と接続している必要はない。自車位置推定装置１００の対象となる車両は自動運転可能な車両に限られない。

次に、自車位置推定ＥＣＵ１０の機能的構成について説明する。自車位置推定ＥＣＵ１０は、車両位置認識部１１、高さ変化認識部１３、推定判定部１２、走行状態認識部１４、及び縦位置推定部１５を有している。

車両位置認識部１１は、ＧＰＳ受信部１の位置情報及び地図データベース４の地図情報に基づいて、車両の地図上の位置である測定位置を認識する。また、車両位置認識部１１は、自車位置推定装置１００による自車位置の推定が行われた場合には、前回推定された自車位置を基準として、車速センサ３１の検出した車両の車速から車両の測定位置を認識する。すなわち、車両位置認識部１１は、いわゆるオドメトリにより車両の測定位置を認識する。車両位置認識部１１は、車両の車速に加えて車両のヨーレートを用いて車両の測定位置を認識してもよい。

更に、車両位置認識部１１は、地図データベース４の地図情報に含まれた物標（区画線などのランドマーク）の位置情報及び外部センサ２の検出結果を利用して、ＳＬＡＭ［Simultaneous Localization and Mapping］技術により車両の測定位置を認識してもよい。

推定判定部１２は、車両位置認識部１１の認識した車両の測定位置と地図データベース４の地図情報とに基づいて、車両が高さ変化特徴区間の付近に位置するか否かを判定する。高さ変化特徴区間とは、高さの変化に特徴のある区間であり、高さ変化を利用した縦位置推定の対象となる区間である。高さ変化特徴区間は、例えば、一定距離の区間であって、地図上の最大高さと最低高さの差（後述する地図上の高さ変化レートの振幅）が所定の閾値以上となる区間とすることができる。

高さ変化特徴区間は、カーブ、交差点、合流点、又は分岐点の一定距離手前の区間に限定されていてもよい。カーブ、交差点、合流点、又は分岐点は、自動運転又は運転支援において縦位置の精度向上が特に求められる場合がある。また、高さ変化特徴区間は、直線道路の区間に限定されていてもよい。カーブなどでは、車両がカーブ内側を走行する場合と車両がカーブ外側を走行する場合とで車両のピッチ角変化に差が生じる可能性がある。

推定判定部１２は、例えば車両の測定位置と地図情報から車両の走行道路を特定する。推定判定部１２は、地図情報に含まれる高さ情報又は勾配情報に基づいて、走行道路上で地図上の最大高さと最低高さの差が所定の閾値以上となる一定距離の区間を高さ変化特徴区間として設定する。推定判定部１２は、カーブ、交差点、合流点、又は分岐点の一定距離手前で直線道路の区間のみを高さ変化特徴区間として設定してもよい。

推定判定部１２は、車両の測定位置と高さ変化特徴区間（判定前に予め設定された高さ変化特徴区間）とから、車両が高さ変化特徴区間の付近に位置するか否かを判定する。付近とは、例えば車両の測定位置を基準として走行道路に沿って車両の前後方向に一定距離内と言う意味である。なお、高さ変化特徴区間の情報は地図情報に含まれていてもよい。

高さ変化認識部１３は、推定判定部１２により車両が高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定された場合、車両位置認識部１１の認識した車両の測定位置と地図データベース４の地図情報に含まれる高さ情報又は勾配情報とに基づいて、車両の走行する走行道路に沿った地図上の高さ変化レートを認識する。地図上の高さ変化レートとは、走行道路の延在方向における地図上の高さの変化を示すデータである。

高さ変化認識部１３は、車両の測定位置を用いて地図情報を参照することで車両の走行道路を特定する。高さ変化認識部１３は、地図情報の中から走行道路に対応する高さ情報又は勾配情報を抽出することで、走行道路に沿った地図上の高さ変化レートを認識する。高さ変化認識部１３は、一例として、地図上における車両の測定位置から一定距離内の区間に対応する地図上の高さ変化レートを認識する。なお、高さ変化認識部１３は、走行道路全体（例えば交差点から交差点までの走行道路全体）における地図上の高さ変化レートを認識してもよい。

ここで、図２（ａ）は、地図上の高さ変化レートの求め方を説明するためのグラフである。図２（ａ）の縦軸は高さ、横軸は走行道路の延在方向に沿った各地点を示している。図２（ａ）に、地点Ｄ１、地点Ｄ２、地点Ｄ３、及び走行道路に沿った地図上の高さ変化レートＨを示す。地点Ｄ１、地点Ｄ２、地点Ｄ３は、走行道路上の地点であり、地図情報において高さ情報を有する地点（位置）である。地点Ｄ１に対応する高さをｈａ、地点Ｄ２に対応する高さをｈｂ、地点Ｄ３に対応する高さをｈｃとして示す。地点Ｄ１、地点Ｄ２、地点Ｄ３は、走行道路の延在方向（道路進行方向）において地点Ｄ１、地点Ｄ２、地点Ｄ３の順番に位置している。

図２（ａ）に示す状況において、高さ変化認識部１３は、地点Ｄ１の高さｈａ及び地点Ｄ２の高さｈｂの高さの差と地点Ｄ１及び地点Ｄ２の間の距離から、地点Ｄ１及び地点Ｄ２の間の路面の傾斜角α_ＡＢを算出する。地点Ｄ１及び地点Ｄ２の間の距離は、地図情報から取得することができる。同様にして、高さ変化認識部１３は、地点Ｄ１及び地点Ｄ２の間の路面の傾斜角α_ＢＣを算出する。高さ変化認識部１３は、傾斜角α_ＡＢ及び傾斜角α_ＢＣを用いて、図２（ｂ）に示すような地点Ｄ１〜地点Ｄ３間の地図上の高さ変化レートＨを認識（演算）する。なお、高さ変化認識部１３は、高さ情報ではなく、勾配情報から地点Ｄ１における傾斜角α_ＡＢと地点Ｄ２における傾斜角α_ＢＣを得ることで、地図上の高さ変化レートＨを認識してもよい。

走行状態認識部１４は、内部センサ３の検出結果に基づいて、車両の走行状態を認識する。走行状態には、車両の車速、車両の加速度、車両のピッチ角が含まれる。具体的に、走行状態認識部１４は、車速センサ３１の車速情報に基づいて、車両の車速を認識する。走行状態認識部１４は、ピッチ角センサ３２のピッチ角情報に基づいて、車両のピッチ角を認識する。走行状態認識部１４は、加速度センサ３３の加速度情報に基づいて、車両の加速度を認識する。走行状態には、車両のヨーレートが含まれていてもよい。

走行状態認識部１４は、一定時間毎にピッチ角センサ３２から車両のピッチ角情報を取得する。一定時間は、例えば１００ｍｓである。走行状態認識部１４は、過去の所定回数分（例えば所定のフレーム回数分）のピッチ角情報を蓄積する。走行状態認識部１４は、同様にして車速情報及び加速度情報を蓄積する。

縦位置推定部１５は、推定判定部１２により車両が高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定された場合、車両の縦位置推定を行う。縦位置推定部１５は、地図データベース４の地図情報、車両位置認識部１１の認識した車両の測定位置、高さ変化認識部１３の認識した走行道路に沿った地図上の高さ変化レート、及び走行状態認識部１４の認識した車両の走行状態に基づいて、車両の縦位置推定を行う。

まず、縦位置推定部１５は、車両の測定位置及び車両の走行状態に基づいて、走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートを演算する。車両のピッチ角変化レートとは、車両の走行によるピッチ角の変化を示すデータである。

縦位置推定部１５は、蓄積した過去の所定回数分のピッチ角情報に基づいて、ピッチ角変化レートを認識する。縦位置推定部１５は、車両の測定位置及び車両の車速情報を利用することで、時間基準のピッチ角変化レートを、距離基準のピッチ角変化レート（一定距離ごとのピッチ角変化レート）に変換する。縦位置推定部１５は、車両の測定位置を基準として走行道路上の地点と関連付けられた車両のピッチ角変化レートを演算する。

ここで、図２（ｂ）は、車両のピッチ角変化レートの求め方を説明するためのグラフである。図２（ｂ）の縦軸と横軸は、図２（ａ）と同じである。図２（ｂ）に、地点ＤＡ、地点ＤＢ、地点ＤＣ、及び車両のピッチ角変化レートＰを示す。地点ＤＡ、地点ＤＢ、地点ＤＣは、走行道路上の地点である。地点ＤＡ、地点ＤＢ、地点ＤＣは、走行道路の延在方向（道路進行方向）において地点ＤＡ、地点ＤＢ、地点ＤＣの順番に位置している。地点ＤＡにおける車両のピッチ角をθ_ＡＢ、地点ＤＢにおける車両のピッチ角をθ_ＢＣとして示す。なお、地点ＤＡ、地点ＤＢ、地点ＤＣは、必ずしも図２（ａ）に示す地点Ｄ１、地点Ｄ２、地点Ｄ３と対応する地点である必要はない。

図２（ｂ）に示す状況において、縦位置推定部１５は、車両のピッチ角情報に基づいて、地点ＤＡにおける車両のピッチ角θ_ＡＢ及び地点ＤＢにおける車両のピッチ角θ_ＢＣを認識する。また、縦位置推定部１５は、車両の車速情報に基づいて、地点ＤＡと地点ＤＢとの距離を算出する。同様に、縦位置推定部１５は、車両の車速情報に基づいて、地点ＤＢと地点ＤＣとの距離を算出する。

縦位置推定部１５は、地点ＤＡにおける車両のピッチ角θ_ＡＢ、地点ＤＢにおける車両のピッチ角θ_ＢＣ、地点ＤＡと地点ＤＢとの距離、地点ＤＢと地点ＤＣとの距離に基づいて、図２（ｂ）に示す車両のピッチ角変化レートＰを演算する。

また、縦位置推定部１５は、車両の加速度を考慮して、車両のピッチ角変化レートを演算する。縦位置推定部１５は、例えば、車両の加速度（減速度）によって車両のピッチ角センサ３２の検出結果が変動することから、ピッチ角の認識時における車両の加速度を考慮して、ピッチ角の補正を行う。縦位置推定部１５は、車両の加速度とピッチ角センサ３２の検出したピッチ角への補正量とを予め関連付けたテーブルデータを用いて、車両の加速度からピッチ角の補正を行うことができる。テーブルデータではなく、予め設定された演算式を用いてもよい。縦位置推定部１５は、一例として、車両の加速度が大きいほど車両前端が下向きとなる方向にピッチ角の値を補正する。縦位置推定部１５は、車両の減速度（負の加速度）が大きいほど車両前端が上向きとなる方向にピッチ角の値を補正してもよい。

また、縦位置推定部１５は、車両の加速度に基づいて、車両の急加速又は急減速を認識した場合には、車両の急加速又は急減速のときのピッチ角を車両のピッチ角変化レートの演算に用いなくてもよい。車両の急加速は、例えば一定時間内における加速度の増加量が増加閾値以上である場合に認識される。車両の急減速は、例えば一定時間内における加速度の減少量（減速度の増加量）が減少閾値以上である場合に認識される。増加閾値及び減少閾値は予め設定された値の閾値である。

縦位置推定部１５は、更に車両のヨーレートに基づいて、車両のピッチ角変化レートを演算してもよい。縦位置推定部１５は、車両のヨーレートの変化から、車両が走行道路内を直進していないと認識した場合（例えば車両の蛇行を認識した場合）には、ヨーレートの変化を踏まえて車両のピッチ角変化レートが、走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートとなるように演算を行う。直進判定は、走行道路の区画線の認識（白線認識）から行われてもよい。

縦位置推定部１５は、車両が自動運転中である場合において、自動運転ＥＣＵ５から自動運転の進路を取得しているときには、自動運転の進路に基づいて、車両のピッチ角変化レートを演算してもよい。縦位置推定部１５は、自動運転の進路から、自動運転中の車両が走行道路を直進していないと認識した場合には、自動運転の進路を踏まえて車両のピッチ角変化レートが、走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートとなるように演算を行う。

縦位置推定部１５は、車両のピッチ角変化レートにノイズ除去フィルタを適用する。縦位置推定部１５は、路面の凹凸などによる車両の上下振動によりピッチ角にノイズが含まれる場合があることから、ノイズ除去フィルタを適用することでノイズ（例えばピッチ角変化レートにおける高周波成分）を除去する。ノイズ除去フィルタとしては、ローパスフィルタを用いることができる。なお、縦位置推定部１５は、平滑化によりノイズを減らしてもよい。平滑化としては、例えば１０点移動平均を取ることが考えられる。

縦位置推定部１５は、高さ変化認識部１３の認識した走行道路に沿った地図上の高さ変化レートと走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートとの比較結果に基づいて、車両の縦位置誤差を算出する。ここで、図３（ａ）は、地図上の高さ変化レートと車両のピッチ角変化レートとの比較を説明するためのグラフである。図３（ａ）の縦軸及び横軸は図２（ａ）と同じである。図３（ａ）に、走行道路を走行する車両Ｍ、走行道路に沿った車両Ｍのピッチ角変化レートＰ１、走行道路に沿った地図上の高さ変化レートＨ１を示す。

図３（ａ）に示すように、車両の測定位置に縦位置の誤差が含まれている場合、車両Ｍのピッチ角変化レートＰ１と地図上の高さ変化レートＨ１とには縦方向のズレが生じる。図３（ａ）に示す状況において、縦位置推定部１５は、車両Ｍのピッチ角変化レートＰ１と地図上の高さ変化レートＨ１とを比較してマッチング処理を行う。縦位置推定部１５は、車両Ｍのピッチ角変化レートＰ１を走行道路の延在方向に変位させ、地図上の高さ変化レートＨ１とのマッチング度合（照合度合）を演算する。マッチング度合の演算には平均二乗誤差を利用してもよい。変位した車両のピッチ角変化レートＰ１と地図上の高さ変化レートＨ１との平均二乗誤差が小さいほど、マッチング度合を高くすることができる。

なお、縦位置推定部１５は、基準となる車両の測定位置を走行道路の延在方向に所定距離（例えば１０ｃｍ、−１０ｃｍ）ずつ移動させ、複数の車両のピッチ角変化レートＰ１を演算してもよい。この場合、縦位置推定部１５は、それぞれの車両のピッチ角変化レートＰ１と地図上の高さ変化レートＨ１とのマッチング度合いを演算する。

縦位置推定部１５は、車両Ｍのピッチ角変化レートＰ１と地図上の高さ変化レートＨ１とのマッチング度合の最大値が照合用閾値以上になるか否かを判定する。照合用閾値は予め設定された値の閾値である。

縦位置推定部１５は、マッチング度合の最大値が照合用閾値以上にならない場合には、ピッチ角変化レートＰ１のノイズが大きすぎるなどの問題があると考えられるため、縦位置の推定を行わない。一方、縦位置推定部１５は、マッチング度合の最大値が照合用閾値以上になる場合、縦位置誤差の算出を行う。

図３（ｂ）は、縦位置誤差の求め方を説明するためのグラフである。図３（ｂ）に、車両のピッチ角変化レートＰ２、地図上の高さ変化レートＨ２、車両のピッチ角変化レートＰ２の最も低い地点Ｄｐ、地図上の高さ変化レートＨ２の最も低い地点Ｄｈを示す。車両のピッチ角変化レートＰ２及び地図上の高さ変化レートＨ２は、マッチング度合が照合用閾値以上となる組み合わせである。

図３（ｂ）に示す状況において、縦位置推定部１５は、車両のピッチ角変化レートＰ２及び地図上の高さ変化レートＨ２の比較結果から、地点Ｄｐと地点Ｄｈの距離に対応する縦位置誤差を算出する。縦位置誤差は、車両の測定位置を基準とする車両のピッチ角変化レートＰ２が地図上の高さ変化レートＨ２とのマッチング度合が最大となる位置まで走行道路の延在方向に変位した変位量に相当する。縦位置推定部１５は、例えば、車両のピッチ角変化レートＰ２を車両の前方に変位させたときに、地図上の高さ変化レートＨ２とのマッチング度合が最大となる場合、縦位置誤差を正の値として算出する。縦位置推定部１５は、例えば、車両のピッチ角変化レートＰ２を車両の後方に変位させたときに、地図上の高さ変化レートＨ２とのマッチング度合が最大となる場合、縦位置誤差を負の値として算出する。

縦位置推定部１５は、算出した縦位置誤差を用いて車両の測定位置の縦位置を補正することにより、車両の縦位置（出力値である自車位置における縦位置）を推定する。縦位置推定部１５は、例えば縦位置誤差の分だけ車両の測定位置の縦位置を補正する。縦位置推定部１５は、縦位置誤差が正の値である場合、車両の測定位置の縦位置を車両の前方の位置に補正する。縦位置推定部１５は、縦位置誤差が負の値である場合、車両の測定位置の縦位置を車両の後方の位置に補正する。

縦位置推定部１５は、車両のピッチ角変化レート及び地図上の高さ変化レートのマッチング度合の最大値に応じて、縦位置の補正量を変更してもよい。縦位置推定部１５は、マッチング度合の最大値が低いほど誤った補正となる可能性が高まることから、マッチング度合の最大値が低いほど縦位置の補正量を小さくする。縦位置推定部１５は、例えば、算出された縦位置誤差にマッチング度合の最大値に応じた係数を乗算することで、マッチング度合の最大値が低いほど縦位置の補正量を小さくする。縦位置推定部１５は、マッチング度合の最大値が最大値用閾値未満である場合、マッチング度合の最大値が最大値用閾値以上である場合と比べて、縦位置の補正量を小さくしてもよい。縦位置推定部１５は、複数の閾値を用いて段階的に縦位置の補正量を小さくしてもよい。

自車位置推定装置１００は、縦位置推定部１５の推定した縦位置を自車位置の縦位置とする。なお、自車位置の横位置は、測定位置と同じであってもよい。自車位置推定装置１００は、必要に応じて、自動運転システムや運転支援装置に自車位置の情報を出力する。

［自車位置推定装置の縦位置推定処理］
次に、本実施形態における自車位置推定装置１００の縦位置推定処理について図４を参照して説明する。図４は、自車位置推定装置の縦位置推定処理の一例を示すフローチャートである。縦位置推定処理は、例えば車両の走行中に実行される。

図４に示すように、自車位置推定装置１００の自車位置推定ＥＣＵ１０は、Ｓ１０として、車両位置認識部１１により車両の地図上の位置である測定位置を認識する。車両位置認識部１１は、ＧＰＳ受信部１の位置情報及び地図データベース４の地図情報に基づいて、車両の地図上の位置である測定位置を認識する。また、車両位置認識部１１は、前回推定された自車位置を基準として、車速センサ３１の検出した車両の車速からオドメトリにより車両の測定位置を認識する。

Ｓ１２において、自車位置推定ＥＣＵ１０は、推定判定部１２により車両が高さ変化特徴区間の付近に位置するか否かを判定する。推定判定部１２は、車両位置認識部１１の認識した車両の測定位置と地図データベース４の地図情報とに基づいて、上記判定を行う。自車位置推定ＥＣＵ１０は、車両が高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定されなかった場合（Ｓ１２：ＮＯ）、今回の縦位置推定処理を終了する。その後、自車位置推定ＥＣＵ１０は、一定時間の経過後に再びＳ１０から処理を繰り返す。自車位置推定ＥＣＵ１０は、車両が高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定された場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、Ｓ１４に移行する。

Ｓ１４において、自車位置推定ＥＣＵ１０は、高さ変化認識部１３により車両の走行する走行道路に沿った地図上の高さ変化レートを認識する。高さ変化認識部１３は車両位置認識部１１の認識した車両の測定位置と地図データベース４の地図情報に含まれる高さ情報又は勾配情報とに基づいて、地図上の高さ変化レートを認識する。

Ｓ１６において、自車位置推定ＥＣＵ１０は、走行状態認識部１４により車両の走行状態の認識及び蓄積を行う。走行状態認識部１４は、内部センサ３の検出結果に基づいて、車両の走行状態を認識する。走行状態認識部１４は、例えば、一定時間毎にピッチ角センサ３２から車両のピッチ角情報を取得し、過去の所定回数分のピッチ角情報を蓄積する。車速情報及び加速度情報についても同様である。

Ｓ１８において、自車位置推定ＥＣＵ１０は、縦位置推定部１５により走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートを演算する。縦位置推定部１５は、車両の測定位置及び車両の走行状態に基づいて、走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートを演算する。

Ｓ２０において、自車位置推定ＥＣＵ１０は、縦位置推定部１５によりノイズ除去フィルタの適用を行う。縦位置推定部１５は、路面の凹凸などによる車両の上下振動によりピッチ角にノイズが含まれる場合があることから、車両のピッチ角変化レートにノイズ除去フィルタを適用することでノイズを除去する。

Ｓ２２において、自車位置推定ＥＣＵ１０は、縦位置推定部１５により走行道路に沿った地図上の高さ変化レートと走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートとの比較を行う。縦位置推定部１５は、縦位置推定部１５は、車両のピッチ角変化レート及び地図上の高さ変化レートの比較結果から、車両の縦位置誤差を算出する。

Ｓ２２において、自車位置推定ＥＣＵ１０は、縦位置推定部１５により車両の縦位置の推定を行う。縦位置推定部１５は、算出した縦位置誤差を用いて車両の測定位置の縦位置を補正することにより、自車位置の縦位置を推定する。

以上説明した本実施形態における自車位置推定装置１００によれば、走行道路に沿った地図上の高さ変化レートと走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートとの比較結果から車両の縦位置を推定することができるので、ランドマークが車両の周囲に検出できない場合などの環境変化に対してロバスト性を確保することができ、車両の縦位置の推定精度を向上させることができる。

また、自車位置推定装置１００によれば、車両が高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定されない場合には、車両のピッチ角変化レートと地図上の高さ変化レートとの比較結果を用いた縦位置の推定を行わないので、走行道路が平坦な道路である場合など高さの変化を利用した縦位置の推定が難しいときにまで縦位置の推定を行うことを避けて、装置の演算処理量を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。

例えば、自車位置推定装置１００は、自動運転システム又は運転支援装置の一部を構成していてもよい。また、自車位置推定装置１００の自車位置推定ＥＣＵ１０は、必ずしも推定判定部１２を有する必要はない。自車位置推定ＥＣＵ１０は、走行道路に高さ変化の特徴のある区間が存在するか否かに関わらず、高さの変化を用いた縦位置推定を行ってもよい。自車位置推定ＥＣＵ１０は、例えば、走行道路に高さ変化の特徴のある区間が存在するか否かに関わらず、カーブ、交差点、合流点、又は分岐点の一定距離手前で直線道路の区間の付近に車両が位置する場合に、高さの変化を用いた縦位置推定を行う態様であってもよい。

縦位置推定部１５は、必ずしも加速度を考慮して、車両のピッチ角変化レートを演算する必要はない。この場合には、走行状態に車両の加速度を含める必要はない。ヨーレート及び自動運転の進路についても同様である。また、縦位置推定部１５は、必ずしもノイズ除去フィルタを用いる必要はない。

１…ＧＰＳ受信部、２…外部センサ、３…内部センサ、４…地図データベース、５…自動運転ＥＣＵ、１０…自車位置推定ＥＣＵ、１１…車両位置認識部、１３…高さ変化認識部、１２…推定判定部、１４…走行状態認識部、１５…縦位置推定部、３１…車速センサ、３２…ピッチ角センサ、３３…加速度センサ、１００…自車位置推定装置。

Claims (2)

1. 車両の走行道路の延在方向における前記車両の地図上の位置である縦位置と前記走行道路の幅方向における前記車両の地図上の位置である横位置とを含む自車位置を推定する自車位置推定装置であって、
   前記走行道路を走行する前記車両の車速及び前記車両のピッチ角を認識する走行状態認識部と、
   前記車両に搭載された位置測定器の測定結果と前記車両の車速とに基づいて、前記車両の地図上の測定位置を認識する車両位置認識部と、
   前記走行道路の高さ情報又は勾配情報を含む地図情報を記憶する地図データベースと、
   前記車両の測定位置、前記地図情報、及び前記車両のピッチ角に基づいて、前記走行道路に沿った車両のピッチ角変化レートと前記走行道路に沿った地図上の高さ変化レートとの比較結果から、前記縦位置を推定する縦位置推定部と、
   を備える、自車位置推定装置。
2. 前記車両の地図上の測定位置と前記地図情報とに基づいて、前記車両が予め設定された高さ変化特徴区間の付近に位置するか否かを判定する推定判定部を更に備え、
   前記縦位置推定部は、前記推定判定部により前記車両が前記高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定された場合に前記縦位置の推定を行い、前記推定判定部により前記車両が前記高さ変化特徴区間の付近に位置すると判定されなかった場合には前記車両のピッチ角変化レートと前記地図上の高さ変化レートとの比較結果を用いた前記縦位置の推定を行わない、請求項１に記載の自車位置推定装置。

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