JP3848431B2 - 車両位置推定装置と車両位置推定方法、および、走行車線維持装置と走行車線維持方法 - Google Patents
車両位置推定装置と車両位置推定方法、および、走行車線維持装置と走行車線維持方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダ装置によって道路周囲の環境を探知して車両の現在位置を推定する車両位置推定技術、ならびに、レーダ装置によって道路周囲の環境を探知して走行車線を維持させるようにした走行車線維持技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平８−３０８９９号公報には、実際の道路状態と予め記憶している道路状態とを比較することによって、自車の走行状況を判断するようにした車両用走行状況判断装置が開示されている。
この車両用走行状況判断装置は、地図情報記憶媒体に各道路毎にその道路状態（例えば、道幅，車線数等）を示す情報を記憶しておき、また、自車の進行方向を撮像するビデオカメラ（または自車の進行方向を探知するレーダ装置）を備え、信号処理装置により自車の現在位置に応じた道路状態の情報を読み出す。
そして、ビデオカメラの撮像画像（またはレーダ装置の探知信号）から実際の道路状態を検出し、検出された実際の道路状態と予め記憶されている道路状態とを比較して、自車の走行状況を判断する。
【０００３】
特開平８−２８７３９５号公報には、ナビゲーション制御部と自動走行制御部とを組み合せて、道路地図上に設定されている目標経路にしたがう走行誘導の指示に応じて、自車の進行方向の実際の道路状況をセンシングしながら自動走行の制御を行うに際して、現在位置の精度と走行制御の精度とを相関的に向上させて、自動走行の制御を高精度に行わせるようにした自動走行誘導装置が開示されている。
この自動走行誘導装置は、センシングされた自車の進行方向の道路状況から自車が走行している道路上における位置を判定して、対応する道路地図上の箇所に自車の現在位置がくるように現在位置の修正を行わせる。また、自車の現在位置に応じて地図情報記憶媒体から読み出した道路デ−タに基づいて、センシングされた道路状況を修正する。
【０００４】
更に、自動的にハンドル舵角を制御して走行車線を維持するシステムとして、道路の区分線（白線）をビデオカメラにて検出して走行するシステムや、道路に埋設された磁気くぎ等のマーカを検出することにより走行車線の位置を確認して走行するシステムが提案されている。
【０００５】
また、自車の走行距離と進行方向とを検出しながら２次元座標上の位置を累積的な演算処理によって求めて、または、ＧＰＳシステムによって自車の位置を観測しながら、道路地図上に自車の現在位置を更新的に表示して、車両走行の案内等を行なわせるようにしたナビゲーション装置も知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ビデオカメラによるシステムは、画像処理装置が複雑である。また、白線が消えているところや、逆光の場合では使えない。雨、雪の場合も、白線を検出することができない。
マーカによるシステムは、マーカが設置されている道路でしか使えない。
ナビゲーション装置によって検出した自車の現在位置は、数１０メートル程度の誤差が含まれていることがある。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、天候や時間帯に拘わらず道路周囲の環境を探知して車両の現在位置を高精度に推定する車両位置推定技術、ならびに、レーダ装置によって道路周囲の環境を探知して走行車線を維持するようにした走行車線維持技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、自車の前方または周囲にビームを放射し、物標からの反射波を受信して物標を検出し、検出データに基づいて自車の現在位置を推定する車両位置推定装置において、道路地図上における自車の現在位置を求めるナビゲーション装置と、道路周囲に存在する固定物の位置または立体形状（以下「位置等」という）のデータを記憶する道路周囲環境記憶装置と、道路周囲に存在する固定物にビームを放射しその反射信号に基づいて該固定物の位置等のデータを検出するレーダ装置と、レーダ装置によって検出された固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正する位置修正装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
レーダ装置により、自車前方の障害物を正確に検出することができると共に、この正確さで道路周囲に存在する固定物を検出することができ、道路周囲の環境を探知することができる。
レーダ装置によって検出された固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正することで、自車の現在位置の誤差を数１０ｍ程度から１０ｃｍ程度〜数１０ｃｍ程度の誤差にすることができ、精度を向上することができる。
また、白線が消えている道路やマーカが設置されてない道路でも、本発明を使用することができる。
更に、天候によらずに本発明を使用することができる。
【００１０】
本発明の車両位置推定装置では、位置修正装置は、レーダ装置によって検出された固定物の位置等のデータを一定距離を走行する間または一定時間だけ記憶する記憶装置を備えてもよい。
【００１１】
位置修正装置は固定物のデータを一定距離を走行する間または一定時間だけ記憶することで、位置修正装置の記憶装置の容量を小さくすることができる。
【００１２】
本発明の車両位置推定装置では、道路周囲環境記憶装置は、道路周囲に存在する固定物のデータを点反射物のデータとして記憶しており、位置修正装置は、レーダ装置によって検出された固定物のデータからこれに対応する点反射物のデータを抽出し、抽出した点反射物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶されている点反射物のデータとに基づいて自車の現在位置を修正することとしてもよい。
【００１３】
固定物の直線部分の傾きや長さ、固定物の立体角、固定物の大きさ等に基づいて修正する場合に比べ、点の位置に基づいて修正する場合の方が、修正に要する演算時間を短くすることができ、リアルタイム処理に適した構成とすることができる。
【００１４】
本発明の車両位置推定装置では、道路周囲環境記憶装置は、道路周囲に存在する固定物の立体形状を記憶することとしてもよい。
【００１５】
レーダ装置により道路周囲の固定物の形状も検出することができるので、これと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物の立体形状とを比較することで、自車の現在位置の精度を更に向上することができる。
【００１６】
本発明の車両位置推定装置では、レーダ装置は、ビームの中心を斜め上方へ向けることとしてもよい。
【００１７】
ビームの中心を斜め上方へ向けることで、ガードレールや他車が自車の側方に存在しても、その死角に入っていない、向こう側の固定物を検出することができる。
また、ビームの仰角を変化させて３次元スキャンを行うことで、道路周囲の固定物の形状や大きさや高さを検出することができる。
【００１８】
本発明の車両位置推定装置では、位置修正装置は、レーダ装置によって検出した固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとが一致しない場合は、レーダ装置によって検出した固定物のデータを道路周囲環境記憶装置に書き込んで固定物のデータを更新するよう構成してもよい。
【００１９】
道路周囲環境記憶装置において、変更前の固定物のデータが記憶された記憶箇所に、レーダ装置によって検出した最新の固定物のデータを書き込むことで、道路周囲環境記憶装置の固定物のデータを更新することができ、道路周囲の最新の環境を道路周囲環境記憶装置に記憶させることができる。
道路周囲環境記憶装置では、この書込みを予定して、道路周囲の固定物のデータ記憶箇所に新たな情報を追加記憶させるための空き領域を持たせておいてもよい。これにより、例えば、固定物の形状の変化や位置の変化があっても、そのデータ記憶箇所をはみ出ることなく、新たな情報を追加記憶させることができる。
【００２０】
本発明の車両位置推定方法は、ナビゲーション装置によって自車の現在位置を求め、レーダ装置によって道路周囲の固定物の位置等のデータを検出し、レーダ装置によって検出された道路周囲の固定物のデータと検出道路周囲環境記憶装置に予め記憶された道路周囲の固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正することを特徴とする。
【００２１】
レーダ装置により、自車前方の障害物を正確に検出することができると共に、この正確さで道路周囲に存在する固定物を検出することができる。
レーダ装置によって検出された固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正することで、自車の現在位置の誤差を数１０ｍ程度から１０ｃｍ程度〜数１０ｃｍ程度の誤差にすることができ、精度を向上することができる。
また、白線が消えている道路やマーカが設置されてない道路でも、本発明を使用することができる。
更に、天候によらずに本発明を使用することができる。
なお、この車両位置推定方法は、上記した本発明の車両位置推定装置により実現することができる。
【００２２】
本発明は、自車の走行を自動制御して自車が走行する走行車線を維持させる走行車線維持装置において、道路地図上における自車の現在位置を求めるナビゲーション装置と、道路周囲に存在する固定物の位置等のデータを記憶する道路周囲環境記憶装置と、道路周囲に存在する固定物にビームを放射しその反射信号に基づいて該固定物の位置等のデータを検出するレーダ装置と、レーダ装置によって検出された固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正する位置修正装置と、位置修正装置により修正された現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させるステアリング制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
上記した本発明の車両位置推定装置に対し、位置修正装置で求めた現在位置に基づいてハンドル（ステアリング）舵角を制御して走行車線を維持させるステアリング制御装置を追加することで、本発明の車両位置推定装置の作用効果を奏すると共に、走行車線を自動的に維持させることができる。
【００２４】
例えば、国内の高速道路は法令により決められた構造となっており、極めて限定された環境となっている。一例として、反射板（リフレクタ）は最長で５０ｍの間隔で設置されている。
そこで、高速道路を一度走行して反射板や照明灯等の固定物の位置を道路周囲環境記憶装置に記憶させることで、次回からは本発明の走行車線維持装置により、自車走行車線を自動的に維持させることができる。
【００２５】
本発明では、自車の走行を自動制御して自車が走行する走行車線を維持させる走行車線維持方法において、ナビゲーション装置によって自車の現在位置を求め、レーダ装置によって道路周囲の固定物の位置等のデータを検出し、レーダ装置によって検出された道路周囲の固定物のデータと検出道路周囲環境記憶装置に予め記憶された道路周囲の固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正し、修正した自車の現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させることを特徴とする。
【００２６】
上記した本発明の車両位置推定方法に対し、修正した自車の現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させる工程を追加することで、本発明の車両位置推定方法の作用効果を奏すると共に、自車走行車線を自動的に維持させることができる。
なお、この走行車線維持方法は、上記した本発明の走行車線維持装置により実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置の簡易ブロック構成図である。
本発明に係る車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置１は、ナビゲーション装置２と、位置修正装置３と、レーダ装置４と、道路周囲環境記憶装置５と、ステアリング制御装置６と、を備えてなる。
【００２８】
ナビゲーション装置２は、道路地図上における自車の現在位置を求めるためのものである。
ナビゲーション装置２は、距離センサ７と、方位センサ８と、ＧＰＳ受信機９と、ナビゲーション制御部１０と、道路地図データベース１１と、画像表示装置１２と、を備える。
【００２９】
ＧＰＳ受信機９は、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信して車両の現在位置を演算し、演算によって求めた現在位置データをナビゲーション制御部１０へ順次供給する。
【００３０】
道路地図データベース１１は、道路地図情報が記憶されたＣＤ−ＲＯＭ等の情報記録媒体とその再生装置とから構成している。
【００３１】
ナビゲーション制御部１０は、ジャイロや地磁気センサ等を用いて構成された方位センサ８からの方位信号と、車輪回転センサ等を用いて構成された距離センサ７から所定の走行距離毎に出力されるパルス信号等の距離信号とに基づいて、車両の位置を順次演算する推測航法装置（図示しない）を備え、ＧＰＳ衛星からの電波が受信できない場合でも、車両の現在位置を推測できる構成としている。
【００３２】
ナビゲーション制御部１０は、推測航法装置から順次出力される車両位置データに基づいて走行軌跡を求めるとともに、求めた走行軌跡と道路地図データベース１１から読み出した道路データとを比較し、交差点や屈曲点等の走行軌跡の特徴部分に着目して車両の現在位置を道路上に修正するマップマッチングを行う。ナビゲーション制御部１０は、車両の現在位置を含む道路地図を画像表示装置１２に表示させるとともに、道路地図上に車両の現在位置を表示させる。
【００３３】
ナビゲーション制御部１０は、車両の現在位置データを位置修正装置３へ供給するとともに、位置修正データまたは修正された自車現在位置が位置修正装置３から供給された場合は、供給されたデータに基づいて車両の現在位置を修正する。
ナビゲーション制御部１０は、修正した車両の現在位置を画像表示装置１２の画面上に表示するとともに、修正した車両の現在位置に基づいて推測航法を継続する。
【００３４】
レーダ装置４は、車両の前方または周囲にビームを放射し、物標からの反射波を受信して物標の位置を検出し、検出された物標までの距離データと方位（角度）データとを出力する。
距離データと方位（角度）データは、位置修正装置３へ供給される。
レーダ装置４により、道路周囲に存在する固定物にビームを放射し、その反射信号に基づいて該固定物の位置等のデータを検出することができる。
レーダ装置４により、自車前方の障害物を正確に検出することができると共に、この正確さで道路周囲に存在する固定物を検出することができる。
【００３５】
図２は、車両に搭載されたレーダ装置４の検知範囲例を示す説明図である。
スキャニング中心は路肩上方に向いている。
ビームは上下にある幅を持ち、左右にスキャンされる。その幅は３．０°程度である。
ビームの左右方向の幅は０．１°程度である。
これは、レーザーレーダの性能を示すが、実際はレーザーレーダに限定されず、物標までの距離ｄと角度θが検出できるものであればよい。
【００３６】
なお、ビームの中心を斜め上方へ向けることで、ガードレールや他車が自車の側方に存在しても、その死角に入っていない、向こう側の固定物を検出することができる。
また、ビームの仰角や俯角を変化させて３次元スキャンを行うことで、道路周囲の固定物の形状や大きさや高さを検出することができる。
【００３７】
図１に示すように、レーダ装置４で検出された道路周囲の固定物までの距離ｄと角度θは位置修正装置３へ供給される。
位置修正装置４（またはレーダデータマッチング装置と呼ぶ）は、ナビゲーション装置２から供給される自車の現在位置（Ｘｖ１，Ｙｖ１）と、上記レーダデータ（ｄ，θ）と、道路周囲環境記憶装置５に記憶された固定物の位置等のデータ（Ｘｐ，Ｙｐ）と、に基づいて、自車の現在位置のより正確な値を求め、または当該値を求めるための位置修正データを求める。
そして、求められた正確な現在位置または位置修正データをナビゲーション装置２に供給する。
【００３８】
道路周囲環境記憶装置５は、書換可能な大容量記録媒体を用いて構成される。例えば、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc - Recordable ）により構成してもよく、大容量のＲＡＭにより構成してもよい。
道路周囲環境記憶装置５は、道路周囲に存在する複数の固定物とそれらの位置をそれぞれ対応付けて記憶している。
なお、位置修正装置３は、道路周囲環境記憶装置５にデータを書き込むことができる。
【００３９】
ステアリング制御装置６は、位置修正装置３またはナビゲーション装置２から供給される正確な自車現在位置のデータと、ナビゲーション装置２から供給される目標経路（誘導経路）のデータと、速度センサ（不図示）から供給される自車速度のデータと、に基づいてハンドル舵角を制御し、自車走行車線を維持させる。なお、後述する角度Δφのデータを供給し、この角度Δφを加味してハンドル舵角を制御してもよい。
【００４０】
図３は、ある瞬間に測定したレーダデータを例示する説明図である。
車両の進行方向を上下軸の上軸方向にとり、左右方向を各々左右軸方向にとり、検出距離ｄと検出角度θで反射物をプロットしたものである。
位置修正装置３は、走行に沿って移動する車両の現在位置（ナビゲーション装置２で求めた現在位置）に沿って、ナビゲーション装置２の位置座標上でプロットを重ねていく。
【００４１】
図４に、車両の走行に沿って反射物の位置をプロットした例を示す。
位置修正装置３は、ナビゲーション装置２の位置座標上にプロットされたデータ群をグルーピングしていく。
グルーピングの方法は、プロットした位置間の距離を計算して、一定しきい値以内のプロットデータに同じグループＩＤを付けていくことでレーダデータ（検出データ）のグループを作っていくことである。例えば図４に示すように、グループＩＤが付加される。
そして、そのグループ内でプロット間距離が最大となるデータを検出し、その最大距離が所定範囲内に入っているグループを抽出する。
抽出されたグループを、点反射物により測定されたデータ群とする。例えば、図４ではＩＤn，ＩＤn+2，ＩＤn+3，ＩＤn+5のグループを、点反射物により測定されたデータ群としてもよい。
【００４２】
点反射物の例としては、ガードレールの上などに設置された反射板、路肩に設置された照明灯や路肩の電柱に設置された反射板、路面上のキャッツアイなどである。
一方、点反射物とみなせないものは、道路近傍の壁や塀、道路近傍のビルディング、連続した反射テープが道路脇の構造物にはられたものなどである。
なお、この例は、レーザーレーダで検出される物の例であり、レーダ装置４の種類が違えば検出される物も違ってくる。
【００４３】
図５は、点反射物の位置の求め方の説明図である。
位置修正装置３は、点反射物のデータに基づいて正確な現在位置を求めるために以下の演算を行う。
図５に示すように、レーダ装置４によって検出された反射板等の反射物（固定物）Ｐが、高さｈｐの位置にあるとする。
車両はＡ地点からＢ地点へ移動し、Ａ地点，Ｂ地点それぞれで反射物Ｐまでの検出距離ｄ１，ｄ２と検出角度θ１，θ２をレーダ装置４で検出したとする。
また、車両のＡ地点，Ｂ地点の２次元平面上の位置をナビゲーション装置２から求め、各々の位置をＡ（Ｘｖ１，Ｙｖ１），Ｂ（Ｘｖ２，Ｙｖ２）とし、各々の進行方位をφ１，φ２とする。
【００４４】
ここで、地平面（レーダ装置４のアンテナを含む地平面）に反射物Ｐを正射影した場合における交点Ｐ’の座標を（Ｘｐ，Ｙｐ）とおくと、Ａ地点では、以下の方程式（１）〜（４）が立てられる。
Ｘｐ−Ｘｖ１＝ｄ１’ｃｏｓθ１’ …… （１）
Ｙｐ−Ｙｖ１＝ｄ１’ｓｉｎθ１’ …… （２）
ｄ１’＝（ｄ１2 −ｈｐ2 ）1/2 …… （３）
θ１’＝θ１＋φ１ …… （４）
【００４５】
Ｂ地点では、以下の方程式（５）〜（８）が立てられる。
Ｘｐ−Ｘｖ２＝ｄ２’ｃｏｓθ２’ …… （５）
Ｙｐ−Ｙｖ２＝ｄ２’ｓｉｎθ２’ …… （６）
ｄ２’＝（ｄ２2 −ｈｐ2 ）1/2 …… （７）
θ２’＝θ２＋φ２ …… （８）
ここで、連立方程式（１）〜（８）から、Ｘｐ，Ｙｐ，ｈｐを求める。
Ｘ軸方向からの車両進行方向角度φ１，φ２は、方位センサ８から検出することができ、それらのデータはナビゲーション装置２から位置修正装置３に供給される。
このレーダでは、仰角は出力されない。
仰角α，βが出力されるレーダを用いると、Ａ地点のみのデータでＸｐ，Ｙｐ，ｈｐが求まる。
【００４６】
なお、上記のレーダデータ（ｄ１，θ１）とレーダデータ（ｄ２，θ２）は、グルーピングして点反射物Ｐとして抽出された同一グループ内のデータである。また、反射物Ｐを複数回検出した場合は、当該複数回だけ上記の計算を行い、算出された値の平均値から位置Ｐ’を求めてもよく、最小２乗法の手法を使って位置Ｐ’を求めてもよい。
【００４７】
次に、いくつかの点反射物の位置と道路周囲環境記憶装置５に記憶されている固定物データとのマッチングを行う。
レーダ装置４で検出したｎ個の固定物の位置を（Ｘｐｉ，Ｙｐｉ，ｈｐｉ）とする。道路周囲環境記憶装置５に記録されている固定物の位置を（Ｘｍｉ，Ｙｍｉ，ｈｍｉ）とする。但し、ｉはｎ以下の自然数である。
マッチングは、まず第１にレーダ装置４で検出した固定物の位置から一定距離範囲内に在る道路地図上の固定物を選び出す（対応付け）。
この距離は、Ｘ−Ｙ座標での水平距離と、高さ｜ｈｐｉ−ｈｍｉ｜の垂直距離と、センサの誤差と、を考慮したしきい値で範囲を決める。例えば、センサの誤差とはレーダ装置４の測距離誤差、検出角誤差、ナビゲーション装置２の位置誤差などが考えられる。
【００４８】
次に、下記の数式にΔφ，Δｘ，Δｙを代入して、相関値Ｅが最小となるΔφ，Δｘ，Δｙを求める。
【００４９】
【数１】
【数２】
【００５０】
なお、対応付けが複数組存在する場合には、それぞれの対応付けに対して最小となる相関値Ｅを計算して、その中で一番最小となるＥのΔφ，Δｘ，Δｙを求め、これをマッチング結果とする。簡単のためΔφ＝０として計算してもよい。Δｘ，Δｙは、各々Ｘ軸，Ｙ軸上の平行移動エラー値であり、位置修正値（位置修正データ）である。
Δφは、回転エラー値であり、角度修正値（角度修正データ）である。
【００５１】
位置修正値３は、位置修正データとして位置修正装置３からナビゲーション装置２に供給される。
または、位置修正値Δｘ，Δｙから求めた正確な現在位置Ｘｖ１，Ｙｖ１（もしくはＸｖ２，Ｙｖ２）のデータが、位置修正装置３からナビゲーション装置２に供給される。
【００５２】
本実施の形態では、求める値を位置修正値と角度修正値にしてあるが、これらの数値以外にも、方位センサのドリフト値等も同様に求めることができる。
なお、点反射物のデータに基づいて現在位置を修正する場合について説明したが、レーダ装置４で検出した直線の集合から線反射物のデータを抽出してこのデータに基づいて現在位置を修正してもよく、レーダ装置４で検出した固定物の形状のデータに基づいて現在位置を修正してもよい。
【００５３】
図６は、前述した位置修正装置３の動作を示す簡易フローチャートである。
位置修正装置３は、一定距離を走行する間または一定時間レーダデータ（ｄ，θ）をナビゲーション座標上に重ねて記録し（ステップＳ１）、データのグルーピングを行なって（ステップＳ２）、点反射物とみなせるグループのみを抽出し（ステップＳ３）、このグループのデータから点反射物の高さと位置を求めて点反射物のデータとする（ステップＳ４）。
そして、ステップＳ４で求めた点反射物のデータと道路周囲環境記憶装置５に記憶された点反射物のデータとに基づいて位置修正値Δｘ，Δｙ及び角度修正値Δφを算出し（ステップＳ５）、算出した結果（角度，位置修正値または修正した現在位置のデータ）をナビゲーション装置２へ供給する（ステップＳ６）。
【００５４】
これにより、図１の車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置は、ナビゲーション装置２によって自車の現在位置を求め、レーダ装置４によって道路周囲の固定物の位置等のデータを検出し、レーダ装置４によって検出された道路周囲の固定物のデータと検出道路周囲環境記憶装置５に予め記憶された道路周囲の固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置４で求めた自車の現在位置を修正することができる。
また、図１の走行車線維持装置は、ナビゲーション装置２によって自車の現在位置を求め、レーダ装置４によって道路周囲の固定物の位置等のデータを検出し、レーダ装置４によって検出された道路周囲の固定物のデータと検出道路周囲環境記憶装置５に予め記憶された道路周囲の固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置２で求めた自車の現在位置を修正し、修正した自車の現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させることができる。
【００５５】
本実施の形態では、レーダ装置４としてレーザーレーダを用いて道路周囲を探索し、道路周囲に存在する反射板や照明灯等を検出するとともに、検出された反射板等の位置と、道路周囲環境記憶装置５に記憶されている反射板や照明灯等の位置とを比較することによって、ナビゲーション装置２によって求められた大まかな現在位置からより正確な現在位置を求める例を示した。
本発明では、車両の上方の物標を検出するレーダ装置を用いて、道路上方の高架道路、高架鉄道、横断歩道橋、トンネル区間等を検出するとともに、高架道路、高架鉄道、横断歩道橋、トンネル区間の位置を道路周囲環境記憶装置に予め登録しておいて、車両が高架道路、高架鉄道、横断歩道橋、トンネル区間等を通過する毎に、車両の現在位置を修正するようにしてもよい。
【００５６】
更に、比較の結果、道路周囲環境記憶装置５に登録（記憶）されている固定物がレーダ装置４によって検出されない場合は、道路周囲環境記憶装置５からその固定物の登録を抹消する構成としてもよい。
また、道路周囲環境記憶装置５には登録されていないが、新たな固定物の存在が検出された場合は、その新たな固定物を道路周囲環境記憶装置５に追加登録する構成としてもよい。
【００５７】
即ち、位置修正装置３は、レーダ装置４によって検出した固定物のデータと道路周囲環境記憶装置５に記憶された固定物のデータとが一致しない場合は、レーダ装置４によって検出した固定物のデータを道路周囲環境記憶装置５に書き込んで固定物のデータを更新するよう構成してもよい。
【００５８】
道路周囲環境記憶装置５において、変更される前の固定物のデータか記憶された記憶箇所に、レーダ装置４によって検出した最新の固定物のデータを書き込むことで、道路周囲環境記憶装置５の固定物のデータを更新することができ、道路周囲の最新の環境を道路周囲環境記憶装置５に記憶させることができる。
道路周囲環境記憶装置５では、この書込みを予定して、道路周囲の固定物のデータ記憶箇所に新たな情報を追加記憶させるための空き領域を持たせておいてもよい。これにより、例えば、固定物の形状の変化や位置の変化があっても、そのデータ記憶箇所をはみ出ることなく、新たな情報を追加記憶させることができる。
【００５９】
本発明の車両位置推定装置では、位置修正装置３は、レーダ装置４によって検出された固定物の位置等のデータを一定距離を走行する間だけ記憶し、または一定時間だけ記憶する記憶装置を備えてもよく、これにより位置修正装置３の記憶装置の容量を小さくすることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る車両位置推定装置ならびに車両位置推定方法は、レーダ装置によって検出された道路周囲の固定物の位置等のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物の位置等のデータとのマッチングをとることでナビゲーション装置で求めた現在位置を修正するので、自車の現在位置をレーダ装置の物標検出精度で正確に求めることができる。
【００６１】
本発明に係る走行車線維持装置ならびに走行車線維持方法は、車両の現在位置をレーダ装置の物体検出精度で正確に求め、求めた車両の現在位置に基づいてハンドルを操舵するので、走行車線を正確に維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置の簡易ブロック構成図
【図２】車両に搭載されたレーダ装置の検知範囲例を示す説明図
【図３】ある瞬間に検出したレーダデータを例示する説明図
【図４】車両の走行に沿って反射物の位置をプロットした例を示す説明図
【図５】反射物の位置の求め方を説明する説明図
【図６】位置修正装置の動作を説明する簡易フローチャート
【符号の説明】
１…車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置、２…ナビゲーション装置、３…位置修正装置、４…レーダ装置、５…道路周囲環境記憶装置、６…ステアリング制御装置、７…距離センサ、８…方位センサ、９…ＧＰＳ受信機、１０…ナビゲーション制御部、１１…道路地図データベース、１２…画像表示装置、２０…車両、３０…道路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーダ装置によって道路周囲の環境を探知して車両の現在位置を推定する車両位置推定技術、ならびに、レーダ装置によって道路周囲の環境を探知して走行車線を維持させるようにした走行車線維持技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平８−３０８９９号公報には、実際の道路状態と予め記憶している道路状態とを比較することによって、自車の走行状況を判断するようにした車両用走行状況判断装置が開示されている。
この車両用走行状況判断装置は、地図情報記憶媒体に各道路毎にその道路状態（例えば、道幅，車線数等）を示す情報を記憶しておき、また、自車の進行方向を撮像するビデオカメラ（または自車の進行方向を探知するレーダ装置）を備え、信号処理装置により自車の現在位置に応じた道路状態の情報を読み出す。
そして、ビデオカメラの撮像画像（またはレーダ装置の探知信号）から実際の道路状態を検出し、検出された実際の道路状態と予め記憶されている道路状態とを比較して、自車の走行状況を判断する。
【０００３】
特開平８−２８７３９５号公報には、ナビゲーション制御部と自動走行制御部とを組み合せて、道路地図上に設定されている目標経路にしたがう走行誘導の指示に応じて、自車の進行方向の実際の道路状況をセンシングしながら自動走行の制御を行うに際して、現在位置の精度と走行制御の精度とを相関的に向上させて、自動走行の制御を高精度に行わせるようにした自動走行誘導装置が開示されている。
この自動走行誘導装置は、センシングされた自車の進行方向の道路状況から自車が走行している道路上における位置を判定して、対応する道路地図上の箇所に自車の現在位置がくるように現在位置の修正を行わせる。また、自車の現在位置に応じて地図情報記憶媒体から読み出した道路デ−タに基づいて、センシングされた道路状況を修正する。
【０００４】
更に、自動的にハンドル舵角を制御して走行車線を維持するシステムとして、道路の区分線（白線）をビデオカメラにて検出して走行するシステムや、道路に埋設された磁気くぎ等のマーカを検出することにより走行車線の位置を確認して走行するシステムが提案されている。
【０００５】
また、自車の走行距離と進行方向とを検出しながら２次元座標上の位置を累積的な演算処理によって求めて、または、ＧＰＳシステムによって自車の位置を観測しながら、道路地図上に自車の現在位置を更新的に表示して、車両走行の案内等を行なわせるようにしたナビゲーション装置も知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ビデオカメラによるシステムは、画像処理装置が複雑である。また、白線が消えているところや、逆光の場合では使えない。雨、雪の場合も、白線を検出することができない。
マーカによるシステムは、マーカが設置されている道路でしか使えない。
ナビゲーション装置によって検出した自車の現在位置は、数１０メートル程度の誤差が含まれていることがある。
【０００７】
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、天候や時間帯に拘わらず道路周囲の環境を探知して車両の現在位置を高精度に推定する車両位置推定技術、ならびに、レーダ装置によって道路周囲の環境を探知して走行車線を維持するようにした走行車線維持技術を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、自車の前方または周囲にビームを放射し、物標からの反射波を受信して物標を検出し、検出データに基づいて自車の現在位置を推定する車両位置推定装置において、道路地図上における自車の現在位置を求めるナビゲーション装置と、道路周囲に存在する固定物の位置または立体形状（以下「位置等」という）のデータを記憶する道路周囲環境記憶装置と、道路周囲に存在する固定物にビームを放射しその反射信号に基づいて該固定物の位置等のデータを検出するレーダ装置と、レーダ装置によって検出された固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正する位置修正装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
レーダ装置により、自車前方の障害物を正確に検出することができると共に、この正確さで道路周囲に存在する固定物を検出することができ、道路周囲の環境を探知することができる。
レーダ装置によって検出された固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正することで、自車の現在位置の誤差を数１０ｍ程度から１０ｃｍ程度〜数１０ｃｍ程度の誤差にすることができ、精度を向上することができる。
また、白線が消えている道路やマーカが設置されてない道路でも、本発明を使用することができる。
更に、天候によらずに本発明を使用することができる。
【００１０】
本発明の車両位置推定装置では、位置修正装置は、レーダ装置によって検出された固定物の位置等のデータを一定距離を走行する間または一定時間だけ記憶する記憶装置を備えてもよい。
【００１１】
位置修正装置は固定物のデータを一定距離を走行する間または一定時間だけ記憶することで、位置修正装置の記憶装置の容量を小さくすることができる。
【００１２】
本発明の車両位置推定装置では、道路周囲環境記憶装置は、道路周囲に存在する固定物のデータを点反射物のデータとして記憶しており、位置修正装置は、レーダ装置によって検出された固定物のデータからこれに対応する点反射物のデータを抽出し、抽出した点反射物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶されている点反射物のデータとに基づいて自車の現在位置を修正することとしてもよい。
【００１３】
固定物の直線部分の傾きや長さ、固定物の立体角、固定物の大きさ等に基づいて修正する場合に比べ、点の位置に基づいて修正する場合の方が、修正に要する演算時間を短くすることができ、リアルタイム処理に適した構成とすることができる。
【００１４】
本発明の車両位置推定装置では、道路周囲環境記憶装置は、道路周囲に存在する固定物の立体形状を記憶することとしてもよい。
【００１５】
レーダ装置により道路周囲の固定物の形状も検出することができるので、これと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物の立体形状とを比較することで、自車の現在位置の精度を更に向上することができる。
【００１６】
本発明の車両位置推定装置では、レーダ装置は、ビームの中心を斜め上方へ向けることとしてもよい。
【００１７】
ビームの中心を斜め上方へ向けることで、ガードレールや他車が自車の側方に存在しても、その死角に入っていない、向こう側の固定物を検出することができる。
また、ビームの仰角を変化させて３次元スキャンを行うことで、道路周囲の固定物の形状や大きさや高さを検出することができる。
【００１８】
本発明の車両位置推定装置では、位置修正装置は、レーダ装置によって検出した固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとが一致しない場合は、レーダ装置によって検出した固定物のデータを道路周囲環境記憶装置に書き込んで固定物のデータを更新するよう構成してもよい。
【００１９】
道路周囲環境記憶装置において、変更前の固定物のデータが記憶された記憶箇所に、レーダ装置によって検出した最新の固定物のデータを書き込むことで、道路周囲環境記憶装置の固定物のデータを更新することができ、道路周囲の最新の環境を道路周囲環境記憶装置に記憶させることができる。
道路周囲環境記憶装置では、この書込みを予定して、道路周囲の固定物のデータ記憶箇所に新たな情報を追加記憶させるための空き領域を持たせておいてもよい。これにより、例えば、固定物の形状の変化や位置の変化があっても、そのデータ記憶箇所をはみ出ることなく、新たな情報を追加記憶させることができる。
【００２０】
本発明の車両位置推定方法は、ナビゲーション装置によって自車の現在位置を求め、レーダ装置によって道路周囲の固定物の位置等のデータを検出し、レーダ装置によって検出された道路周囲の固定物のデータと検出道路周囲環境記憶装置に予め記憶された道路周囲の固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正することを特徴とする。
【００２１】
レーダ装置により、自車前方の障害物を正確に検出することができると共に、この正確さで道路周囲に存在する固定物を検出することができる。
レーダ装置によって検出された固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正することで、自車の現在位置の誤差を数１０ｍ程度から１０ｃｍ程度〜数１０ｃｍ程度の誤差にすることができ、精度を向上することができる。
また、白線が消えている道路やマーカが設置されてない道路でも、本発明を使用することができる。
更に、天候によらずに本発明を使用することができる。
なお、この車両位置推定方法は、上記した本発明の車両位置推定装置により実現することができる。
【００２２】
本発明は、自車の走行を自動制御して自車が走行する走行車線を維持させる走行車線維持装置において、道路地図上における自車の現在位置を求めるナビゲーション装置と、道路周囲に存在する固定物の位置等のデータを記憶する道路周囲環境記憶装置と、道路周囲に存在する固定物にビームを放射しその反射信号に基づいて該固定物の位置等のデータを検出するレーダ装置と、レーダ装置によって検出された固定物のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正する位置修正装置と、位置修正装置により修正された現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させるステアリング制御装置と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
上記した本発明の車両位置推定装置に対し、位置修正装置で求めた現在位置に基づいてハンドル（ステアリング）舵角を制御して走行車線を維持させるステアリング制御装置を追加することで、本発明の車両位置推定装置の作用効果を奏すると共に、走行車線を自動的に維持させることができる。
【００２４】
例えば、国内の高速道路は法令により決められた構造となっており、極めて限定された環境となっている。一例として、反射板（リフレクタ）は最長で５０ｍの間隔で設置されている。
そこで、高速道路を一度走行して反射板や照明灯等の固定物の位置を道路周囲環境記憶装置に記憶させることで、次回からは本発明の走行車線維持装置により、自車走行車線を自動的に維持させることができる。
【００２５】
本発明では、自車の走行を自動制御して自車が走行する走行車線を維持させる走行車線維持方法において、ナビゲーション装置によって自車の現在位置を求め、レーダ装置によって道路周囲の固定物の位置等のデータを検出し、レーダ装置によって検出された道路周囲の固定物のデータと検出道路周囲環境記憶装置に予め記憶された道路周囲の固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた自車の現在位置を修正し、修正した自車の現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させることを特徴とする。
【００２６】
上記した本発明の車両位置推定方法に対し、修正した自車の現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させる工程を追加することで、本発明の車両位置推定方法の作用効果を奏すると共に、自車走行車線を自動的に維持させることができる。
なお、この走行車線維持方法は、上記した本発明の走行車線維持装置により実現することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置の簡易ブロック構成図である。
本発明に係る車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置１は、ナビゲーション装置２と、位置修正装置３と、レーダ装置４と、道路周囲環境記憶装置５と、ステアリング制御装置６と、を備えてなる。
【００２８】
ナビゲーション装置２は、道路地図上における自車の現在位置を求めるためのものである。
ナビゲーション装置２は、距離センサ７と、方位センサ８と、ＧＰＳ受信機９と、ナビゲーション制御部１０と、道路地図データベース１１と、画像表示装置１２と、を備える。
【００２９】
ＧＰＳ受信機９は、複数のＧＰＳ衛星からの電波を受信して車両の現在位置を演算し、演算によって求めた現在位置データをナビゲーション制御部１０へ順次供給する。
【００３０】
道路地図データベース１１は、道路地図情報が記憶されたＣＤ−ＲＯＭ等の情報記録媒体とその再生装置とから構成している。
【００３１】
ナビゲーション制御部１０は、ジャイロや地磁気センサ等を用いて構成された方位センサ８からの方位信号と、車輪回転センサ等を用いて構成された距離センサ７から所定の走行距離毎に出力されるパルス信号等の距離信号とに基づいて、車両の位置を順次演算する推測航法装置（図示しない）を備え、ＧＰＳ衛星からの電波が受信できない場合でも、車両の現在位置を推測できる構成としている。
【００３２】
ナビゲーション制御部１０は、推測航法装置から順次出力される車両位置データに基づいて走行軌跡を求めるとともに、求めた走行軌跡と道路地図データベース１１から読み出した道路データとを比較し、交差点や屈曲点等の走行軌跡の特徴部分に着目して車両の現在位置を道路上に修正するマップマッチングを行う。ナビゲーション制御部１０は、車両の現在位置を含む道路地図を画像表示装置１２に表示させるとともに、道路地図上に車両の現在位置を表示させる。
【００３３】
ナビゲーション制御部１０は、車両の現在位置データを位置修正装置３へ供給するとともに、位置修正データまたは修正された自車現在位置が位置修正装置３から供給された場合は、供給されたデータに基づいて車両の現在位置を修正する。
ナビゲーション制御部１０は、修正した車両の現在位置を画像表示装置１２の画面上に表示するとともに、修正した車両の現在位置に基づいて推測航法を継続する。
【００３４】
レーダ装置４は、車両の前方または周囲にビームを放射し、物標からの反射波を受信して物標の位置を検出し、検出された物標までの距離データと方位（角度）データとを出力する。
距離データと方位（角度）データは、位置修正装置３へ供給される。
レーダ装置４により、道路周囲に存在する固定物にビームを放射し、その反射信号に基づいて該固定物の位置等のデータを検出することができる。
レーダ装置４により、自車前方の障害物を正確に検出することができると共に、この正確さで道路周囲に存在する固定物を検出することができる。
【００３５】
図２は、車両に搭載されたレーダ装置４の検知範囲例を示す説明図である。
スキャニング中心は路肩上方に向いている。
ビームは上下にある幅を持ち、左右にスキャンされる。その幅は３．０°程度である。
ビームの左右方向の幅は０．１°程度である。
これは、レーザーレーダの性能を示すが、実際はレーザーレーダに限定されず、物標までの距離ｄと角度θが検出できるものであればよい。
【００３６】
なお、ビームの中心を斜め上方へ向けることで、ガードレールや他車が自車の側方に存在しても、その死角に入っていない、向こう側の固定物を検出することができる。
また、ビームの仰角や俯角を変化させて３次元スキャンを行うことで、道路周囲の固定物の形状や大きさや高さを検出することができる。
【００３７】
図１に示すように、レーダ装置４で検出された道路周囲の固定物までの距離ｄと角度θは位置修正装置３へ供給される。
位置修正装置４（またはレーダデータマッチング装置と呼ぶ）は、ナビゲーション装置２から供給される自車の現在位置（Ｘｖ１，Ｙｖ１）と、上記レーダデータ（ｄ，θ）と、道路周囲環境記憶装置５に記憶された固定物の位置等のデータ（Ｘｐ，Ｙｐ）と、に基づいて、自車の現在位置のより正確な値を求め、または当該値を求めるための位置修正データを求める。
そして、求められた正確な現在位置または位置修正データをナビゲーション装置２に供給する。
【００３８】
道路周囲環境記憶装置５は、書換可能な大容量記録媒体を用いて構成される。例えば、ＣＤ−Ｒ（Compact Disc - Recordable ）により構成してもよく、大容量のＲＡＭにより構成してもよい。
道路周囲環境記憶装置５は、道路周囲に存在する複数の固定物とそれらの位置をそれぞれ対応付けて記憶している。
なお、位置修正装置３は、道路周囲環境記憶装置５にデータを書き込むことができる。
【００３９】
ステアリング制御装置６は、位置修正装置３またはナビゲーション装置２から供給される正確な自車現在位置のデータと、ナビゲーション装置２から供給される目標経路（誘導経路）のデータと、速度センサ（不図示）から供給される自車速度のデータと、に基づいてハンドル舵角を制御し、自車走行車線を維持させる。なお、後述する角度Δφのデータを供給し、この角度Δφを加味してハンドル舵角を制御してもよい。
【００４０】
図３は、ある瞬間に測定したレーダデータを例示する説明図である。
車両の進行方向を上下軸の上軸方向にとり、左右方向を各々左右軸方向にとり、検出距離ｄと検出角度θで反射物をプロットしたものである。
位置修正装置３は、走行に沿って移動する車両の現在位置（ナビゲーション装置２で求めた現在位置）に沿って、ナビゲーション装置２の位置座標上でプロットを重ねていく。
【００４１】
図４に、車両の走行に沿って反射物の位置をプロットした例を示す。
位置修正装置３は、ナビゲーション装置２の位置座標上にプロットされたデータ群をグルーピングしていく。
グルーピングの方法は、プロットした位置間の距離を計算して、一定しきい値以内のプロットデータに同じグループＩＤを付けていくことでレーダデータ（検出データ）のグループを作っていくことである。例えば図４に示すように、グループＩＤが付加される。
そして、そのグループ内でプロット間距離が最大となるデータを検出し、その最大距離が所定範囲内に入っているグループを抽出する。
抽出されたグループを、点反射物により測定されたデータ群とする。例えば、図４ではＩＤn，ＩＤn+2，ＩＤn+3，ＩＤn+5のグループを、点反射物により測定されたデータ群としてもよい。
【００４２】
点反射物の例としては、ガードレールの上などに設置された反射板、路肩に設置された照明灯や路肩の電柱に設置された反射板、路面上のキャッツアイなどである。
一方、点反射物とみなせないものは、道路近傍の壁や塀、道路近傍のビルディング、連続した反射テープが道路脇の構造物にはられたものなどである。
なお、この例は、レーザーレーダで検出される物の例であり、レーダ装置４の種類が違えば検出される物も違ってくる。
【００４３】
図５は、点反射物の位置の求め方の説明図である。
位置修正装置３は、点反射物のデータに基づいて正確な現在位置を求めるために以下の演算を行う。
図５に示すように、レーダ装置４によって検出された反射板等の反射物（固定物）Ｐが、高さｈｐの位置にあるとする。
車両はＡ地点からＢ地点へ移動し、Ａ地点，Ｂ地点それぞれで反射物Ｐまでの検出距離ｄ１，ｄ２と検出角度θ１，θ２をレーダ装置４で検出したとする。
また、車両のＡ地点，Ｂ地点の２次元平面上の位置をナビゲーション装置２から求め、各々の位置をＡ（Ｘｖ１，Ｙｖ１），Ｂ（Ｘｖ２，Ｙｖ２）とし、各々の進行方位をφ１，φ２とする。
【００４４】
ここで、地平面（レーダ装置４のアンテナを含む地平面）に反射物Ｐを正射影した場合における交点Ｐ’の座標を（Ｘｐ，Ｙｐ）とおくと、Ａ地点では、以下の方程式（１）〜（４）が立てられる。
Ｘｐ−Ｘｖ１＝ｄ１’ｃｏｓθ１’ …… （１）
Ｙｐ−Ｙｖ１＝ｄ１’ｓｉｎθ１’ …… （２）
ｄ１’＝（ｄ１2 −ｈｐ2 ）1/2 …… （３）
θ１’＝θ１＋φ１ …… （４）
【００４５】
Ｂ地点では、以下の方程式（５）〜（８）が立てられる。
Ｘｐ−Ｘｖ２＝ｄ２’ｃｏｓθ２’ …… （５）
Ｙｐ−Ｙｖ２＝ｄ２’ｓｉｎθ２’ …… （６）
ｄ２’＝（ｄ２2 −ｈｐ2 ）1/2 …… （７）
θ２’＝θ２＋φ２ …… （８）
ここで、連立方程式（１）〜（８）から、Ｘｐ，Ｙｐ，ｈｐを求める。
Ｘ軸方向からの車両進行方向角度φ１，φ２は、方位センサ８から検出することができ、それらのデータはナビゲーション装置２から位置修正装置３に供給される。
このレーダでは、仰角は出力されない。
仰角α，βが出力されるレーダを用いると、Ａ地点のみのデータでＸｐ，Ｙｐ，ｈｐが求まる。
【００４６】
なお、上記のレーダデータ（ｄ１，θ１）とレーダデータ（ｄ２，θ２）は、グルーピングして点反射物Ｐとして抽出された同一グループ内のデータである。また、反射物Ｐを複数回検出した場合は、当該複数回だけ上記の計算を行い、算出された値の平均値から位置Ｐ’を求めてもよく、最小２乗法の手法を使って位置Ｐ’を求めてもよい。
【００４７】
次に、いくつかの点反射物の位置と道路周囲環境記憶装置５に記憶されている固定物データとのマッチングを行う。
レーダ装置４で検出したｎ個の固定物の位置を（Ｘｐｉ，Ｙｐｉ，ｈｐｉ）とする。道路周囲環境記憶装置５に記録されている固定物の位置を（Ｘｍｉ，Ｙｍｉ，ｈｍｉ）とする。但し、ｉはｎ以下の自然数である。
マッチングは、まず第１にレーダ装置４で検出した固定物の位置から一定距離範囲内に在る道路地図上の固定物を選び出す（対応付け）。
この距離は、Ｘ−Ｙ座標での水平距離と、高さ｜ｈｐｉ−ｈｍｉ｜の垂直距離と、センサの誤差と、を考慮したしきい値で範囲を決める。例えば、センサの誤差とはレーダ装置４の測距離誤差、検出角誤差、ナビゲーション装置２の位置誤差などが考えられる。
【００４８】
次に、下記の数式にΔφ，Δｘ，Δｙを代入して、相関値Ｅが最小となるΔφ，Δｘ，Δｙを求める。
【００４９】
【数１】
なお、対応付けが複数組存在する場合には、それぞれの対応付けに対して最小となる相関値Ｅを計算して、その中で一番最小となるＥのΔφ，Δｘ，Δｙを求め、これをマッチング結果とする。簡単のためΔφ＝０として計算してもよい。Δｘ，Δｙは、各々Ｘ軸，Ｙ軸上の平行移動エラー値であり、位置修正値（位置修正データ）である。
Δφは、回転エラー値であり、角度修正値（角度修正データ）である。
【００５１】
位置修正値３は、位置修正データとして位置修正装置３からナビゲーション装置２に供給される。
または、位置修正値Δｘ，Δｙから求めた正確な現在位置Ｘｖ１，Ｙｖ１（もしくはＸｖ２，Ｙｖ２）のデータが、位置修正装置３からナビゲーション装置２に供給される。
【００５２】
本実施の形態では、求める値を位置修正値と角度修正値にしてあるが、これらの数値以外にも、方位センサのドリフト値等も同様に求めることができる。
なお、点反射物のデータに基づいて現在位置を修正する場合について説明したが、レーダ装置４で検出した直線の集合から線反射物のデータを抽出してこのデータに基づいて現在位置を修正してもよく、レーダ装置４で検出した固定物の形状のデータに基づいて現在位置を修正してもよい。
【００５３】
図６は、前述した位置修正装置３の動作を示す簡易フローチャートである。
位置修正装置３は、一定距離を走行する間または一定時間レーダデータ（ｄ，θ）をナビゲーション座標上に重ねて記録し（ステップＳ１）、データのグルーピングを行なって（ステップＳ２）、点反射物とみなせるグループのみを抽出し（ステップＳ３）、このグループのデータから点反射物の高さと位置を求めて点反射物のデータとする（ステップＳ４）。
そして、ステップＳ４で求めた点反射物のデータと道路周囲環境記憶装置５に記憶された点反射物のデータとに基づいて位置修正値Δｘ，Δｙ及び角度修正値Δφを算出し（ステップＳ５）、算出した結果（角度，位置修正値または修正した現在位置のデータ）をナビゲーション装置２へ供給する（ステップＳ６）。
【００５４】
これにより、図１の車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置は、ナビゲーション装置２によって自車の現在位置を求め、レーダ装置４によって道路周囲の固定物の位置等のデータを検出し、レーダ装置４によって検出された道路周囲の固定物のデータと検出道路周囲環境記憶装置５に予め記憶された道路周囲の固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置４で求めた自車の現在位置を修正することができる。
また、図１の走行車線維持装置は、ナビゲーション装置２によって自車の現在位置を求め、レーダ装置４によって道路周囲の固定物の位置等のデータを検出し、レーダ装置４によって検出された道路周囲の固定物のデータと検出道路周囲環境記憶装置５に予め記憶された道路周囲の固定物のデータとに基づいて、ナビゲーション装置２で求めた自車の現在位置を修正し、修正した自車の現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させることができる。
【００５５】
本実施の形態では、レーダ装置４としてレーザーレーダを用いて道路周囲を探索し、道路周囲に存在する反射板や照明灯等を検出するとともに、検出された反射板等の位置と、道路周囲環境記憶装置５に記憶されている反射板や照明灯等の位置とを比較することによって、ナビゲーション装置２によって求められた大まかな現在位置からより正確な現在位置を求める例を示した。
本発明では、車両の上方の物標を検出するレーダ装置を用いて、道路上方の高架道路、高架鉄道、横断歩道橋、トンネル区間等を検出するとともに、高架道路、高架鉄道、横断歩道橋、トンネル区間の位置を道路周囲環境記憶装置に予め登録しておいて、車両が高架道路、高架鉄道、横断歩道橋、トンネル区間等を通過する毎に、車両の現在位置を修正するようにしてもよい。
【００５６】
更に、比較の結果、道路周囲環境記憶装置５に登録（記憶）されている固定物がレーダ装置４によって検出されない場合は、道路周囲環境記憶装置５からその固定物の登録を抹消する構成としてもよい。
また、道路周囲環境記憶装置５には登録されていないが、新たな固定物の存在が検出された場合は、その新たな固定物を道路周囲環境記憶装置５に追加登録する構成としてもよい。
【００５７】
即ち、位置修正装置３は、レーダ装置４によって検出した固定物のデータと道路周囲環境記憶装置５に記憶された固定物のデータとが一致しない場合は、レーダ装置４によって検出した固定物のデータを道路周囲環境記憶装置５に書き込んで固定物のデータを更新するよう構成してもよい。
【００５８】
道路周囲環境記憶装置５において、変更される前の固定物のデータか記憶された記憶箇所に、レーダ装置４によって検出した最新の固定物のデータを書き込むことで、道路周囲環境記憶装置５の固定物のデータを更新することができ、道路周囲の最新の環境を道路周囲環境記憶装置５に記憶させることができる。
道路周囲環境記憶装置５では、この書込みを予定して、道路周囲の固定物のデータ記憶箇所に新たな情報を追加記憶させるための空き領域を持たせておいてもよい。これにより、例えば、固定物の形状の変化や位置の変化があっても、そのデータ記憶箇所をはみ出ることなく、新たな情報を追加記憶させることができる。
【００５９】
本発明の車両位置推定装置では、位置修正装置３は、レーダ装置４によって検出された固定物の位置等のデータを一定距離を走行する間だけ記憶し、または一定時間だけ記憶する記憶装置を備えてもよく、これにより位置修正装置３の記憶装置の容量を小さくすることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る車両位置推定装置ならびに車両位置推定方法は、レーダ装置によって検出された道路周囲の固定物の位置等のデータと道路周囲環境記憶装置に記憶された固定物の位置等のデータとのマッチングをとることでナビゲーション装置で求めた現在位置を修正するので、自車の現在位置をレーダ装置の物標検出精度で正確に求めることができる。
【００６１】
本発明に係る走行車線維持装置ならびに走行車線維持方法は、車両の現在位置をレーダ装置の物体検出精度で正確に求め、求めた車両の現在位置に基づいてハンドルを操舵するので、走行車線を正確に維持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置の簡易ブロック構成図
【図２】車両に搭載されたレーダ装置の検知範囲例を示す説明図
【図３】ある瞬間に検出したレーダデータを例示する説明図
【図４】車両の走行に沿って反射物の位置をプロットした例を示す説明図
【図５】反射物の位置の求め方を説明する説明図
【図６】位置修正装置の動作を説明する簡易フローチャート
【符号の説明】
１…車両位置推定装置ならびに走行車線維持装置、２…ナビゲーション装置、３…位置修正装置、４…レーダ装置、５…道路周囲環境記憶装置、６…ステアリング制御装置、７…距離センサ、８…方位センサ、９…ＧＰＳ受信機、１０…ナビゲーション制御部、１１…道路地図データベース、１２…画像表示装置、２０…車両、３０…道路。
Claims (12)
- 自車の前方または周囲にビームを放射し、物標からの反射波を受信して前記物標を検出し、この検出データに基づいて前記自車の現在位置を推定する車両位置推定装置において、
道路地図上における前記自車の現在位置を求めるナビゲーション装置と、
道路周囲に存在する固定物の位置データを記憶する道路周囲環境記憶装置と、
道路周囲に存在する前記固定物にビームを放射しその反射信号に基づいて前記固定物の位置データを検出するレーダ装置と、
前記レーダ装置によって検出された前記固定物の位置データと前記道路周囲環境記憶装置に記憶された前記固定物の位置データとに基づいて、前記ナビゲーション装置で求めた前記自車の現在位置を修正する位置修正装置と、
を備え、
前記位置修正装置は、前記レーダ装置によって検出された前記固定物の位置データを一定距離を走行する間または一定時間だけ記憶する記憶装置を備えることを特徴とする車両位置推定装置。 - 自車の前方または周囲にビームを放射し、物標からの反射波を受信して前記物標を検出し、この検出データに基づいて前記自車の現在位置を推定する車両位置推定装置において、
道路地図上における前記自車の現在位置を求めるナビゲーション装置と、
道路周囲に存在する固定物の立体形状データを記憶する道路周囲環境記憶装置と、
道路周囲に存在する前記固定物にビームを放射しその反射信号に基づいて前記固定物の立体形状データを検出するレーダ装置と、
前記レーダ装置によって検出された前記固定物の立体形状データと前記道路周囲環境記憶装置に記憶された前記固定物の立体形状データとに基づいて、前記ナビゲーション装置で求めた前記自車の現在位置を修正する位置修正装置と、
を備えてなることを特徴とする車両位置推定装置。 - 前記位置修正装置は、前記レーダ装置によって検出された前記固定物の立体形状データを一定距離を走行する間または一定時間だけ記憶する記憶装置を備えることを特徴とする請求項２記載の車両位置推定装置。
- 前記道路周囲環境記憶装置は、道路周囲に存在する前記固定物のデータを点反射物のデータとして記憶しており、
前記位置修正装置は、前記レーダ装置によって検出された前記固定物のデータからこれに対応する点反射物のデータを抽出し、抽出した点反射物のデータと前記道路周囲環境記憶装置に記憶されている前記点反射物のデータとに基づいて前記自車の現在位置を修正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両位置推定装置。 - 前記レーダ装置は、ビームの中心を斜め上方へ向けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の車両位置推定装置。
- 前記位置修正装置は、前記レーダ装置によって検出した前記固定物のデータと前記道路周囲環境記憶装置に記憶された前記固定物のデータとが一致しない場合は、前記レーダ装置によって検出した前記固定物のデータを前記道路周囲環境記憶装置に書き込んで前記固定物のデータを更新するよう構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両位置推定装置。
- 自車の現在位置を推定する車両位置推定方法において、
ナビゲーション装置によって前記自車の現在位置を求め、
レーダ装置によって道路周囲の固定物の位置データを検出し、
前記レーダ装置によって検出された道路周囲の前記固定物の位置データと検出道路周囲環境記憶装置に予め記憶された道路周囲の前記固定物の位置データとに基づいて、前記ナビゲーション装置で求めた前記自車の現在位置を修正するとともに、
前記レーダ装置によって検出された前記固定物の位置データを一定距離を走行する間または一定時間だけ記憶することを特徴とする車両位置推定方法。 - 自車の現在位置を推定する車両位置推定方法において、
ナビゲーション装置によって前記自車の現在位置を求め、
前記レーダ装置によって道路周囲の固定物の立体形状データを検出し、
前記レーダ装置によって検出された道路周囲の前記固定物の立体形状データと検出道路周囲環境記憶装置に予め記憶された道路周囲の前記固定物の立体形状データとに基づいて、前記ナビゲーション装置で求めた前記自車の現在位置を修正することを特徴とする車両位置推定方法。 - 自車の走行を自動制御して自車が走行する走行車線を維持させる走行車線維持装置において、
道路地図上における前記自車の現在位置を求めるナビゲーション装置と、
道路周囲に存在する固定物の位置データを記憶する道路周囲環境記憶装置と、
道路周囲に存在する前記固定物にビームを放射しその反射信号に基づいて前記固定物の位置データを検出するレーダ装置と、
前記レーダ装置によって検出された前記固定物の位置データと前記道路周囲環境記憶装置に記憶された前記固定物の位置データとに基づいて、前記ナビゲーション装置で求めた前記自車の現在位置を修正する位置修正装置と、
前記位置修正装置により修正された現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させるステアリング制御装置と、を備え、
前記位置修正装置は、前記レーダ装置によって検出された前記固定物の位置データを一定距離を走行する間または一定時間だけ記憶する記憶装置を備えたことを特徴とする走行車線維持装置。 - 自車の走行を自動制御して自車が走行する走行車線を維持させる走行車線維持装置において、
道路地図上における前記自車の現在位置を求めるナビゲーション装置と、
道路周囲に存在する固定物の立体形状データを記憶する道路周囲環境記憶装置と、
道路周囲に存在する前記固定物にビームを放射しその反射信号に基づいて前記固定物の立体形状データを検出するレーダ装置と、
前記レーダ装置によって検出された前記固定物の立体形状データと前記道路周囲環境記憶装置に記憶された前記固定物の立体形状データとに基づいて、前記ナビゲーション装置で求めた前記自車の現在位置を修正する位置修正装置と、
前記位置修正装置により修正された現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させるステアリング制御装置と、
を備えたことを特徴とする走行車線維持装置。 - 自車の走行を自動制御して自車が走行する走行車線を維持させる走行車線維持方法において、
ナビゲーション装置によって前記自車の現在位置を求め、
レーダ装置によって道路周囲の固定物の位置データを検出し、
前記レーダ装置によって検出された道路周囲の前記固定物の位置データと検出道路周囲環境記憶装置に予め記憶された道路周囲の前記固定物の位置データとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた前記自車の現在位置を修正するとともに、
前記レーダ装置によって検出された前記固定物の位置データを一定距離を走行する間または一定時間だけ記憶し、
修正した前記自車の現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させる
ことを特徴とする走行車線維持方法。 - 自車の走行を自動制御して自車が走行する走行車線を維持させる走行車線維持方法において、
ナビゲーション装置によって前記自車の現在位置を求め、
レーダ装置によって道路周囲の固定物の立体形状データを検出し、
前記レーダ装置によって検出された道路周囲の前記固定物の立体形状データと検出道路周囲環境記憶装置に予め記憶された道路周囲の前記固定物の立体形状データとに基づいて、ナビゲーション装置で求めた前記自車の現在位置を修正し、
修正した前記自車の現在位置に基づいてハンドル舵角を制御して走行車線を維持させる
ことを特徴とする走行車線維持方法。
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