JP2021032663A - 自車位置推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】絶対位置推定処理における絶対位置の推定誤差が比較的に大きい場合であっても、自車線内における車両位置を適切に推定する。【解決手段】自車位置推定装置は、自車両の絶対位置を推定する絶対位置推定手段と、自車両の前方領域を撮像する撮像手段と、自車両が走行可能な車線に関する情報を含む地図情報、を取得する地図情報取得手段と、絶対位置、撮像画像及び地図情報、に基づいて自車線内における車両位置を推定する車線内位置推定手段とを備える。車線内位置推定手段は、絶対位置の推定誤差が誤差閾値以下の場合、自車線を推定してから自車線を含む第１範囲内で車両位置を推定することにより自車線内における車両位置を推定し、推定誤差が誤差閾値を超える場合、第１範囲よりも大きい第２範囲内で車両位置を推定してから車両位置に基づいて自車線を推定することにより自車線内における車両位置を推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、自動運転制御の実行中に自車両が位置している車線である自車線内における自車両の位置を推定する自車位置推定装置に関する。

近年、ドライバによる運転を必要とせずに車両を自動的に走行させる自動運転制御の研究、開発が進められている。自動運転制御では、まず、自車線内における車両位置の推定が行われ、その後、推定された車両位置に基づいて、走行経路の演算及び／又は車両の各種制御が実行される。自車線内における車両位置の推定は、車両の絶対位置を推定する絶対位置推定処理の後に行われる。即ち、絶対位置推定処理により推定された絶対位置に基づいて自車線を推定する車線推定処理が行われ、その後、推定された自車線に基づいて車両位置を推定する位置推定処理が行われることにより、自車線内における車両位置が推定される。

絶対位置推定処理は、例えば、ＧＰＳを始めとするＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite SYstem、全地球航法衛星システム）を利用して取得される情報と、車両の運動量を検出可能なセンサ（車輪速センサ及びＩＭＵ等）から取得される情報と、を統合するいわゆるデッドレコニングにより行われる（特許文献１参照）。なお、ＩＭＵは、Inertial Measurement Unit（慣性計測装置）の略称であり、角速度及び加速度等を３次元で検出するセンサが搭載された装置である。

特開２０１８−１５５７３１号公報

上述した順序で処理が行われることにより、演算負荷が増大する可能性を低減しながら自車線内における車両位置を推定することが可能となる。しかしながら、車両の走行環境によっては絶対位置推定処理による推定誤差が増大してしまう場合があり、この場合、続いて実行されるはずの車線推定処理が適切に行われない可能性がある。例えば、上述したデッドレコニングにより絶対位置推定処理が行われる場合、車両の運動量の検出誤差が積算されることにより推定誤差が増大し、その結果、車線推定処理の実行が不可能となる可能性がある。

このように車線推定処理が適切に行われない場合、その後に実行されるはずの位置推定処理が適切に行われなくなるため（即ち、処理が途中で停滞してしまうため）、自車線内における車両位置を適切に推定することができなくなり、自動運転制御の実行が困難になる可能性がある。

本発明は、上述した問題に対処するためになされた。即ち、本発明の目的の一つは、絶対位置推定処理における絶対位置の推定誤差が比較的に大きい場合であっても、自車線内における車両位置を適切に推定することが可能な自車位置推定装置を提供することにある。

本発明の自車位置推定装置（以下、「本発明装置」とも称する。）は、自車両が位置している車線である自車線内における前記自車両の位置を推定する。
本発明装置は、
前記自車両の絶対位置を推定する絶対位置推定手段（Ｓ２０５）と、
前記自車線の路面を少なくとも含む前記自車両の前方の領域を撮像する撮像手段（１４）と、
前記自車両が走行可能な車線に関する情報である車線情報を少なくとも含む地図情報（１５ａ、１５ｂ）を取得する地図情報取得手段と、
前記推定された絶対位置と、前記撮像手段（１４）によって撮像された撮像画像と、前記取得された地図情報（１５ａ、１５ｂ）と、に基づいて前記自車線内における前記自車両の位置を推定する車線内位置推定手段と、
を備える。
前記車線内位置推定手段は、
前記絶対位置推定手段による前記絶対位置の推定誤差が所定の誤差閾値以下の場合（Ｓ２１０：Ｙｅｓ）、
前記自車線を推定し（Ｓ２１５）、その後、前記推定された自車線を含む所定の第１範囲内において前記自車両の位置を推定する（Ｓ２２０）ことにより前記自車線内における前記自車両の位置を推定し、
前記推定誤差が前記誤差閾値を超える場合（Ｓ２１０：Ｎｏ）、
前記第１範囲よりも大きい所定の第２範囲内において前記自車両の位置を推定し（Ｓ２３０）、その後、前記推定された自車両の位置に基づいて前記自車線を推定する（Ｓ２３５）ことにより前記自車線内における前記自車両の位置を推定する、
ように構成されている。

一般に、自車線を推定する処理（車線推定処理）は、自車両の位置を推定する処理（位置推定処理）よりも演算負荷が小さい。このため、従来の自車位置推定装置では、絶対位置の推定後、先に車線推定処理を行って自車両が位置する範囲を絞り込んでから、当該絞り込まれた範囲内で位置推定処理を行うことにより、演算負荷が増大する可能性を低減しながら自車線内における自車両の位置を推定していた。しかしながら、絶対位置の推定誤差が増大すると、車線推定処理が適切に行われない場合があり、この場合、その後に実行されるはずの位置推定処理が適切に行われなくなるため（即ち、処理が途中で停滞してしまうため）、自車線内における自車両の位置を適切に推定できない可能性があった。

そこで、本発明装置では、絶対位置の推定誤差に応じてその後の処理の順序を可変とする構成を採用している。即ち、絶対位置の推定誤差が誤差閾値以下の場合（典型的には、推定誤差が車線推定処理を適切に行える程度に小さい場合）は、従来と同様に先に車線推定処理を行い、その後、当該処理により絞り込まれた範囲（第１範囲）内で位置推定処理を行う。一方、絶対位置の推定誤差が誤差閾値を超える場合（典型的には、推定誤差が車線推定処理を適切に行えない程度に大きい場合）は、先に位置推定処理を行い、その後、車線推定処理を行う。このとき、位置推定処理は、第１範囲よりも大きい第２範囲内で行われる。この構成によれば、絶対位置の推定誤差が比較的に大きい場合であっても、処理が途中で停滞することなく自車線内における自車両の位置を適切に推定することが可能となる。なお、位置推定処理が第２範囲内で行われることにより演算負荷は増大するものの、当該範囲で位置推定処理が行われるのは絶対位置の推定誤差が誤差閾値を超える場合に限られるため、演算負荷の増大は最低限に抑えられる。

なお、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る自車位置推定装置の概略構成図である。 図１に示したＥＣＵ１０のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。

＜実施形態＞
（構成）
本発明の実施形態に係る自車位置推定装置（以下、「本実施装置」とも称する。）は、自動運転制御を実行可能な車両（以下、他の車両と区別するために「自車両」とも称する。）に適用される。図１に示すように、本実施装置は、自車位置推定ＥＣＵ１０（以下、単に、「ＥＣＵ１０」とも称する。）を備える。

ＥＣＵは、エレクトリックコントロールユニットの略称である。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータを含む電子制御回路である。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたインストラクション（ルーチン）を実行することにより、後述する各種機能を実現する。

ＥＣＵ１０は、車輪速センサ１１、ＩＭＵ１２、ＧＰＳ受信機１３、カメラセンサ１４及び地図データベース１５と接続されている。ＥＣＵ１０は、これらのセンサ及び受信機１１乃至１４が取得した信号及び情報を所定時間が経過する毎に取得する。加えて、ＥＣＵ１０は、地図データベース１５に格納されている地図情報を所定時間が経過する毎に取得する。

車輪速センサ１１は、自車両の各車輪（図示省略）に設けられている。車輪速センサ１１は、対応する車輪が所定角度だけ回転する毎にパルス信号を発生する。

ＩＭＵ１２は、角速度センサと加速度センサとを備える。角速度センサは、自車両の３軸角速度（ロール角速度、ピッチ角速度、ヨー角速度）を計測する。加速度センサは、自車両の３軸加速度（前後加速度、左右加速度、上下加速度）を計測する。なお、「前後」方向とは自車両の前後軸方向を表し、「左右」方向とは自車両の車幅方向を表し、「上下」方向とは自車両の高さ方向を表す。

ＧＰＳ受信機１３は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信する。

カメラセンサ１４は、自車両の前方の風景を可視光を用いて撮影するカメラ部、及び、カメラ部によって撮影して得られた画像データを解析するデータ解析部を備える。
データ解析部は、画像データに含まれる道路の区画線（以下、便宜上「白線」とも称する。）、及び、白線で区画される領域である車線を認識し、自車線（自車両が位置している車線）の左右の白線の種類（実線及び破線）、白線間の距離（車線幅）及び白線の形状（例えば、白線の曲率）等の白線に関する情報を取得する。以下、当該情報を「カメラ自車線情報」とも称する。
加えて、データ解析部は、画像データに含まれる路面標示及び道路の近傍に設置された看板を認識し、これら路面標示及び看板に関する情報を取得する。以下、当該情報を「カメラ物標情報」とも称する。

地図データベース１５は、空間情報地図１５ａと、高精度空間情報地図１５ｂと、を含む。空間情報地図１５ａは、車両が走行可能な車線の左右の白線の種類、白線間の距離及び白線の形状等の白線に関する情報を含む。以下、当該情報を「地図車線情報」とも称する。高精度空間情報地図１５ｂは、道路及び道路近傍の環境に関して空間情報地図１５ａよりも詳細な情報を含む。具体的には、高精度空間情報地図１５ｂは、地図車線情報に加えて、路面標示及び道路の近傍に設置された看板に関する情報を含む。以下、当該情報を「地図物標情報」とも称する。

ＥＣＵ１０は、これらのセンサ及び受信機１１乃至１３から取得した信号に基づいて、自車両の絶対位置を推定する絶対位置推定処理を実行する。その後、ＥＣＵ１０は、これらのセンサ及び受信機１１乃至１４と、地図データベース１５と、から取得した信号及び情報に基づいて、自車線内における自車両の位置（車両位置）を推定する車線内位置推定処理を実行する。車線内位置推定処理は、自車線を推定する車線推定処理と、所定の範囲内で自車両の位置を推定する位置推定処理と、を含む。ＥＣＵ１０は、絶対位置推定処理により推定される絶対位置の推定誤差に応じて、車線推定処理及び位置推定処理を実行する順序を変更する。以下、具体的に説明する。

[絶対位置推定処理]
ＥＣＵ１０は、車輪速センサ１１から送信される信号に基づいて車両の速度（車速）を算出する。加えて、ＥＣＵ１０は、ＩＭＵ１２の角速度センサ及び加速度センサがそれぞれ計測した３軸角速度及び３軸加速度を表す信号を取得する。更に、ＥＣＵ１０は、ＧＰＳ受信機１３から送信されるＧＰＳ信号に基づいて現在の自車両の位置（緯度及び経度）を特定する。
ＥＣＵ１０は、ＧＰＳ信号に基づいて特定された車両位置に、車輪速センサ１１及びＩＭＵ１２から取得された車両の運動量（車速、角速度及び加速度）を加算することにより（いわゆるデッドレコニング）、自車両の絶対位置を推定する。

[車線推定処理]
ＥＣＵ１０は、カメラセンサ１４から取得されるカメラ自車線情報と、地図データベース１５から取得される空間情報地図１５ａが有する地図車線情報と、に基づいて白線のマッチング処理を行う。白線のマッチング処理は、カメラ自車線情報に含まれる自車線の左右の白線の種類が、地図車線情報に含まれる白線の種類とマッチングする車線を推定する処理である。ＥＣＵ１０は、白線のマッチング処理により自車線を推定する。なお、白線のマッチング処理は、白線の種類に加え、白線間の距離及び／又は白線の形状等に基づいて行われてもよい。

[位置推定処理]
ＥＣＵ１０は、カメラセンサ１４から取得されるカメラ自車線情報及びカメラ物標情報と、地図データベース１５から取得される高精度空間情報地図１５ｂが有する地図車線情報及び地図物標情報と、に基づいて、白線のマッチング処理と、路面標示及び看板のマッチング処理と、を行う。白線のマッチング処理は上述した通りである。路面標示及び看板のマッチング処理は、カメラ物標情報に含まれる路面標示及び看板が、地図物標情報に含まれる路面標示及び看板とマッチングする位置を推定する処理である。ＥＣＵ１０は、白線のマッチング処理と路面標示及び看板のマッチング処理とを並行して行うことにより、高精度空間情報地図１５ｂにおける自車両の位置を詳細に推定する。これにより、当該地図１５ｂにおける自車両の位置が高精度に推定される。
ＥＣＵ１０は、絶対位置推定処理による絶対位置の推定誤差に基づいて、位置推定処理を、比較的に狭い範囲である第１範囲と、比較的に広い範囲である第２範囲と、の２通りの範囲内で実行する（詳細は後述）。
なお、高精度空間情報地図１５ｂには予め座標系が設定されており、ＥＣＵ１０は、自車両の位置を座標により推定する。このため、位置推定処理では自車線の推定は行われない。

本実施形態では、絶対位置はデッドレコニングにより推定される。このため、車両の運動量の検出誤差が積算されることにより絶対位置の推定誤差が増大した場合、車線推定処理を適切に実行できない可能性がある。そこで、ＥＣＵ１０は、推定誤差が所定の誤差閾値以下の場合、車線推定処理を行ってから位置推定処理を行い、これにより車線内位置推定処理（自車線内における自車両の位置を推定する処理）を実行するが、その一方で、推定誤差が当該誤差閾値を超えておりそれゆえに車線推定処理を実行できない場合、先に位置推定処理を行ってから車線推定処理を行い、これにより車線内位置推定処理を実行する。即ち、ＥＣＵ１０は、絶対位置の推定誤差に応じて車線推定処理と位置推定処理の順序を変更する（入れ替える）。

ここで、誤差閾値は、通常（後述）の車線推定処理を適切に行える推定誤差の上限値であり、実験やシミュレーションにより予め算出され得る。但し、推定誤差が誤差閾値を超えていても車線推定処理が可能な場合もある。このような場合、ＥＣＵ１０は、推定誤差が誤差閾値以下の場合と同様に、先に車線推定処理を行ってから位置推定処理を行う。ここで、「推定誤差が誤差閾値を超えていても車線推定処理が可能な場合」とは、例えば、カメラセンサ１４のアップデートによりデータ解析部が自車線だけではなく隣接車線の白線についてもその種類、車線幅及び形状等の情報を取得できるようになり、推定された絶対位置が自車両の実際の位置から比較的に離間していても車線推定処理を適切に行うことができるようになった場合である。即ち、上述した「通常の車線推定処理」とは、初期設定時（アップデート前）のＥＣＵ１０の性能に基づく車線推定処理を意味する。

より詳細には、推定誤差が誤差閾値以下の場合、及び、推定誤差が誤差閾値を超えているものの車線推定処理が可能な場合、ＥＣＵ１０は、まず、車線推定処理を実行して自車線を推定（特定）することにより自車両が存在する可能性がある範囲を絞り込む。そして、当該処理により絞り込まれた範囲（即ち、少なくとも自車線を含む範囲。第１範囲。）内において位置推定処理を実行する。

位置推定処理は比較的に演算負荷が高い処理であるが、この構成によれば、車線推定処理により絞り込まれた範囲（第１範囲）内において位置推定処理が実行されるため、演算負荷が増大する可能性を低減しながら自車線内における自車両の位置を高精度に推定することができる。

一方、推定誤差が誤差閾値を超えておりそれゆえに車線推定処理が不可能な場合、ＥＣＵ１０は、比較的に広い範囲（即ち、推定された絶対位置が自車両の実際の位置から比較的に離間していても当該実際の位置を含み得る範囲。第２範囲。）に亘って位置推定処理を実行することにより高精度空間情報地図１５ｂにおける自車両の位置を座標により推定する。そして、推定された座標に基づいて白線のマッチング処理を行うことにより車線推定処理を実行する。

従来の車線内位置推定処理では、演算負荷が増大する可能性を低減する観点から、車線推定処理と位置推定処理とを実行する順序がこの順に固定されていた。このため、絶対位置推定処理による絶対位置の推定誤差に起因して車線推定処理が適切に実行されない場合、その後に実行されるはずの位置推定処理に移行できないため、車線内位置推定処理が途中で停滞してしまい、当該処理が適切に実行されない可能性があった。しかしながら、上記の構成によれば、絶対位置の推定誤差が誤差閾値を超えており車線推定処理が不可能な場合、車線推定処理と位置推定処理の順序が変更される（入れ替わる）。即ち、位置推定処理が、範囲を拡大した第２範囲内で実行され、その後、「位置推定処理により推定された自車両の位置」に基づいて車線推定処理が実行される。このため、車線内位置推定処理が途中で停滞することなく適切に実行され得る。なお、位置推定処理が第２範囲内で実行されることにより第１範囲内で実行されるときよりも演算負荷は増大するものの、第２範囲で位置推定処理が行われるのは推定誤差が誤差閾値を超える場合に限られるため、演算負荷の増大は最低限に抑えられる。

なお、第１範囲は、予め定められた範囲であってもよいし、車線推定処理により推定された自車線の車線幅に応じて変化する範囲（即ち、車線幅が大きくなるにつれて拡大する範囲）であってもよい。第２範囲は、予め定められた範囲であってもよいし、絶対位置の推定誤差に応じて変化する範囲（即ち、推定誤差が大きくなるにつれて拡大する範囲）であってもよい。

ＥＣＵ１０により推定された「自車線内における自車両の位置」は、通信・センサ系ＣＡＮ（Controller Area Network）を介してデータ交換可能（通信可能）に接続された他のＥＣＵ（図示省略）に送信され、自動運転制御による走行経路の演算及び／又はその他の各種制御を実行する際に用いられる。

（具体的作動）
次にＥＣＵ１０の具体的作動について説明する。ＥＣＵ１０のＣＰＵは、図２にフローチャートにより示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行する。

ＣＰＵは、所定のタイミングになると図２のステップ２００から車線内位置推定処理を開始してステップ２０５に進み、デッドレコニングにより自車両の絶対位置を推定する絶対位置推定処理を行う。続いて、ＣＰＵはステップ２１０に進み、ステップ２０５で算出された絶対位置の推定誤差が誤差閾値以下であるか否かを判定する。肯定判定をした場合（Ｓ２１０：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、ステップ２１５に進み、カメラ自車線情報及び地図車線情報に基づいた白線のマッチング処理により自車線を推定する車線推定処理を行う。その後、ＣＰＵは、ステップ２２０に進み、ステップ２１５の処理に基づいて絞り込まれた第１範囲内において、白線のマッチング処理と、カメラ物標情報及び地図物標情報に基づいた路面標示及び看板のマッチング処理と、を並行して行うことにより自車両の位置（座標）を詳細に推定する位置推定処理を行う。これにより、自車線内における自車両の位置が高精度に推定される。その後、ＣＰＵは、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

一方、ステップ２１０で否定判定をした場合（Ｓ２１０：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ステップ２２５に進み、車線推定処理が可能であるか否かを判定する。肯定判定をした場合（別言すれば、絶対位置の推定誤差は誤差閾値を超えているものの、カメラセンサ１４のアップデート等により車線推定処理が可能となった場合。Ｓ２２５：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、上述したステップ２１５及びステップ２２０の処理をこの順で行い、その後、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ステップ２２５で否定判定をした場合（別言すれば、絶対位置の推定誤差が誤差閾値を超えており、それゆえに車線推定処理が不可能な場合。Ｓ２２５：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ステップ２３０に進み、第１範囲より大きい第２範囲内において自車両の位置を詳細に推定する位置推定処理を行う。その後、ＣＰＵは、ステップＳ２３５に進み、ステップＳ２３０の処理により推定された自車両の位置（座標）に基づいて白線のマッチング処理を行うことにより自車線を推定する車線推定処理を行う。これにより、自車線内における自車両の位置が高精度に推定される。その後、ＣＰＵは、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

以上、本実施装置によれば、絶対位置推定処理における絶対位置の推定誤差が比較的に大きい場合であっても車線内位置推定処理を適切に実行できるため、自車線内における自車両の位置を適切に推定することが可能となる。

自動運転制御により車線変更（例えば、自動車専用道路における本線への合流、出口への退出及び走行中の車線変更）を行う際は、自車線内における自車両の位置を高精度に推定することが要求される。このため、本実施装置は、自動運転制御による車線変更が行われる際に特に有用である。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、自車位置推定装置により推定された自車線内の車両位置は、自動運転制御による走行経路の演算に用いられるが、この構成に限られない。例えば、推定された自車線内の車両位置は、運転支援制御による走行経路の演算等に用いられてもよい。

加えて、本実施装置は、自動運転制御又は運転支援制御による車線維持が行われる際に利用されてもよい。

１０：自車位置推定ＥＣＵ、１１：車輪速センサ、１２：ＩＭＵ、１３：ＧＰＳ受信機、１４：カメラセンサ、１５：地図データベース、１５ａ：空間情報地図、１５ｂ：高精度空間情報地図

Claims (1)

1. 自車両が位置している車線である自車線内における前記自車両の位置を推定する自車位置推定装置であって、
   前記自車両の絶対位置を推定する絶対位置推定手段と、
   前記自車線の路面を少なくとも含む前記自車両の前方の領域を撮像する撮像手段と、
   前記自車両が走行可能な車線に関する情報である車線情報を少なくとも含む地図情報を取得する地図情報取得手段と、
   前記推定された絶対位置と、前記撮像手段によって撮像された撮像画像と、前記取得された地図情報と、に基づいて前記自車線内における前記自車両の位置を推定する車線内位置推定手段と、
   を備え、
   前記車線内位置推定手段は、
   前記絶対位置推定手段による前記絶対位置の推定誤差が所定の誤差閾値以下の場合、
   前記自車線を推定し、その後、前記推定された自車線を含む所定の第１範囲内において前記自車両の位置を推定することにより前記自車線内における前記自車両の位置を推定し、
   前記推定誤差が前記誤差閾値を超える場合、
   前記第１範囲よりも大きい所定の第２範囲内において前記自車両の位置を推定し、その後、前記推定された自車両の位置に基づいて前記自車線を推定することにより前記自車線内における前記自車両の位置を推定する、
   ように構成された、
   自車位置推定装置。
   
   

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