JP5169804B2 - 制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、制御装置に関し、特に、自律走行時の車両の仮想的な位置と実際の位置との誤差の蓄積を抑制し、自律走行の精度の低下を抑制できる制御装置に関するものである。
特開2007−278754号公報には、GPS(Global Positioning System)受信機により受信される車両の実際の位置を、速度センサやジャイロセンサ等の入力から算出される車両の仮想的な位置に基づいて補正するナビゲーションシステムが開示されている。また、一般的なナビゲーションシステムは、予め記憶された地図データとGPS受信機により受信される車両の実際の位置とに基づいて、最終目的地までの移動経路を案内すると共に、GPS受信機による車両の実際の位置の受信が途絶えたら(例えば、トンネルや駐車場等の屋内となりGPS受信機による受信が不可能な状態となったら)、速度センサやジャイロセンサ等の入力から算出される車両の仮想的な位置に基づいて、最終目的地までの移動経路の案内を継続するように構成されている。
特開2007−278754号公報
近年、車両には、運転者が操作をしなくても、アクセル操作、ブレーキ操作および車輪の操舵を自動で行い最終目的地まで移動する自律走行機能を有するものがある。この自律走行機能を有する車両において、特許文献1に記載される技術を適用すると、地図データとGPS受信機により受信される車両の実際の位置とに基づいて最適な移動経路が選択され、その選択された移動経路を通過するように、アクセル操作、ブレーキ操作および車輪の操舵が制御されて、車両の自律走行が行われる。
しかしながら、トンネルや駐車場等の屋内となり、GPS受信機による車両の実際の位置の受信が途絶え、速度センサやジャイロセンサ等の入力から算出される車両の仮想的な位置に基づいて自律走行を行った場合、その自律走行する移動距離が長くなると、車両の仮想的な位置と実際の位置との誤差が蓄積され、自律走行の精度が低下するという問題点があった。
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、自律走行時の車両の仮想的な位置と実際の位置との誤差の蓄積を抑制し、自律走行の精度の低下を抑制できる制御装置を提供することを目的としている。
この目的を達成するために請求項1記載の制御装置は、車輪を操舵する操舵手段と、車輪への駆動力の伝達を調整する調整手段とを備えた車両に搭載される制御装置であって、前記調整手段による前記車輪への駆動力の伝達および前記操舵手段による前記車輪の操舵を制御して前記車両を自律走行させる自律走行制御手段と、その自律走行制御手段による自律走行時の前記車両の仮想的な現在位置を算出する仮想位置算出手段とを備えた制御装置において、前記車両の走行場所に関する地図を示す地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、その地図情報記憶手段の地図情報が示す地図上に設けられる対象物の設置位置を示す位置情報を記憶する位置情報記憶手段と、その位置情報記憶手段の位置情報が示す設置位置に設けられる対象物の前記車両に対する相対位置を検出する検出手段と、その検出手段により検出された前記対象物の車両に対する相対位置から前記車両が位置すると推定される推定位置を算出する推定位置算出手段と、その推定位置算出手段により算出される前記車両の推定位置に応じて、前記仮想位置算出手段により算出される前記車両の仮想的な現在位置を補正する補正手段とを備え、前記仮想位置算出手段は、前記自律走行制御手段による自律走行時の前記車両の仮想的な現在位置および方位を算出するものであり前記推定位置算出手段は、前記車両の位置が同一である条件下において互いに相違する位置にある複数の対象物のそれぞれについての前記検出手段により検出される相対位置から前記車両の推定される推定位置および推定方位を算出すると共に、前記補正手段は、前記推定位置算出手段により算出された前記車両の推定位置および推定方位に応じて、前記仮想位置算出手段により算出される前記車両の仮想的な現在位置および方位を補正するものである。
請求項2記載の制御装置は、請求項1記載の制御装置において、互いに相違する4つの前記対象物のうち異なる2つごとに、その2つの対象物に基づいた前記車両の推定位置および推定方位を前記推定位置算出手段に算出させ、その算出された各推定位置の平均値および各推定方位の平均値を、前記車両の仮想的な現在位置および方位として前記補正手段に補正させるものである。
請求項3記載の制御装置は、請求項1又は2に記載の制御装置において、前記制御装置は、前記車両の旋回後に、前記検出手段、推定位置算出手段、及び、補正手段を実行するものである。
請求項1記載の制御装置によれば、地図情報が示す地図上に設けられる複数の対象物の車両に対する相対位置が検出手段により検出され、その検出された相対位置から車両が位置すると推定される推定位置および推定方位が推定位置算出手段により算出される。そして、推定位置算出手段により算出された車両の推定位置および推定方位に応じて、仮想位置算出手段により算出される車両の仮想的な現在位置および方位が補正手段により補正される。よって、調整手段による車輪への駆動力の伝達および操舵手段による車輪の操舵が自律走行手段により制御されて車両が自律走行し、その自律走行する移動距離が長くなっても、対象物の複数箇所の車両に対する相対位置から算出される車両の推定位置に応じて仮想的な現在位置を補正できるので、車両の仮想的な現在位置と車両が実際に位置すると推定される推定位置との誤差の発生を抑制できる。従って、車両の仮想的な現在位置と実際の位置との誤差の蓄積を抑制でき、車両の自律走行の精度が低下することを抑制できるという効果がある。
また、推定位置算出手段は、検出手段により検出される複数の対象物の車両に対する相対位置から車両の推定される推定位置に加えて推定方位も算出し、補正手段は、車両の推定位置および推定方位に応じて、仮想位置算出手段により算出される車両の仮想的な現在位置および方位を補正できる。車両の推定位置だけに基づいて車両の仮想的な現在位置を補正すると、補正手段によって車両の仮想的な現在位置を補正できても車両が移動する方位(例えば、進行方向)が不明になるので、車両の移動に伴い車両の仮想的な現在位置および方位と推定位置および推定方位との誤差が生じ易くなるが、補正手段は、車両の推定方位も含めて補正を行うので、車両の仮想的な現在位置及び方位と推定位置及び推定方位との誤差が蓄積されることを抑制できるという効果がある。
請求項2記載の制御装置によれば、請求項1記載の制御装置の奏する効果に加えて、次の効果を奏する。即ち、制御装置では、4つの対象物のうち異なる2つごとに、その2つの対象物に基づいた車両の推定位置および推定方位が推定位置算出手段により算出され、その算出された各推定位置の平均値および各推定方位の平均値が、車両の仮想的な現在位置および方位として補正手段により補正される。よって、一の対象物について、車両の推定位置および推定方位を算出する場合に、推定位置および推定方位を複数算出できる。従って、一の対象物により補正を行う場合でも、推定位置および推定方位の各平均値を用いた補正を行うことができ、誤差の影響を少なくできるという効果がある。
請求項3記載の制御装置によれば、請求項1又は2に記載の制御装置の奏する効果に加えて、次の効果を奏する。即ち、制御装置では、車両の旋回後に、検出手段、推定位置算出手段、及び、補正手段が実行される。車両の旋回時には、車輪の滑りや変形などの発生により、車両の仮想的な方位にズレが生じるため、車両を旋回させると、仮想位置算出手段により算出される車両の仮想的な現在位置と、車両が実際に位置すると推定される推定位置とがズレ易くなる。よって、車両の旋回の終了後に、車両の仮想的な現在位置および方位を補正することで、車両の自律走行において、車両の仮想的な現在位置および方位にズレが発生することを抑制できるという効果がある。
なお、設置位置は、目的地を区画する領域内に含まれる1つのみとしても良いし、目的地までの経路に複数設けるものとしても良い。目的地までの経路に複数の設置位置が設けられている場合には、車両が移動する目的地までの移動距離が長くても、車両の仮想的な現在位置と推定位置との誤差が蓄積されることを抑制できる。
以下、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の一実施形態における車両1の上面視を模式的に示した模式図である。なお、図1の矢印U−D,L−R,F−Bは、車両1の上下方向、左右方向、前後方向をそれぞれ示している。
まず、図1を参照して、車両1の概略構成について説明する。図1に示すように、車両1は、車体フレームBFと、その車体フレームBFに支持される複数(本実施の形態では4輪)の車輪2と、それら複数の車輪2の内の一部(本実施形態では、左右の前輪2FL,2FR)を回転駆動する車輪駆動装置3と、各車輪2を車体フレームBFに懸架する懸架装置4と、複数の車輪2の内の一部(本実施の形態では、左右の前輪2FL,2FR)を操舵するステアリング装置6と、そのステアリング装置6と同様に車輪2(左右の前輪2FL,2FR)を操舵する操舵駆動装置装置5とを主に備え、車両1が自律走行している間に、後述するデッドレコニングによる車両1の仮想的な位置を車両1が実際に位置すると推定される推定位置に基づいて補正し、車両1の自律走行の精度を向上できるように構成されている。
次いで、各部の詳細構成について説明する。車体フレームBFは、車両1の骨格をなすものであり、懸架装置4を支持すると共に、その懸架装置4を介して車輪2を支持している。懸架装置4は、いわゆるサスペンションとして機能する装置であり、図1に示すように、各車輪2に独立して設けられている。
車輪2は、図1に示すように、車体フレームBFの前方側(矢印F側)に配置される左右の前輪2FL,2FRと、車体フレームBFの後方側(矢印B側)に配置される左右の後輪2RL,2RRとの4輪を備えている。また、左右の前輪2FL,2FRは、車輪駆動装置3によって回転駆動される駆動輪として構成される一方、左右の後輪2RL,2RRは、車両1の走行に伴って従動する従動輪として構成されている。
車輪駆動装置3は、左右の前輪2FL,2FRを回転駆動するための装置であり、それら左右の前輪2FL,2FRに回転駆動力を付与するモータ3aを備えて構成されている。なお、モータ3aは、図1に示すように、ディファレンシャルギヤ(図示せず)及び一対のドライブシャフト31を介して左右の前輪2FL,2FRに接続されている。
例えば、運転者がアクセルペダル11を操作した場合には、モータ3aから左右の前輪2FL,2FRに回転駆動力が付与され、それら左右の前輪2FL,2FRがアクセルペダル11の踏み込み状態に応じた速度で回転駆動される。なお、左右の前輪2FL,2FRの回転差は、ディファレンシャルギヤにより吸収される。
ステアリング装置6は、上述したように、左右の前輪2FL,2FRを操舵するための装置であり、図1に示すように、ステアリングシャフト61と、フックジョイント62と、ステアリングギヤ63と、タイロッド64と、ナックルアーム65とを主に備えて構成されている。なお、ステアリング装置6は、ステアリングギヤ63がピニオン63aとラック63bとを備えたラックアンドピニオン機構によって構成されている。
例えば、運転者がステアリング13を操作した場合には、ステアリング13の操作がステアリングシャフト61を介してフックジョイント62に伝達されると共にフックジョイント62によって角度を変えられ、ステアリングギヤ63のピニオン63aに回転運動として伝達される。そして、ピニオン63aに伝達された回転運動がラック63bの直線運動に変換され、ラック63bが直線運動することで、ラック63bの両端に接続されたタイロッド64が移動し、ナックルアーム65を介して車輪2が操舵される。
操舵駆動装置5は、ステアリング装置6と同様に、左右の前輪2FL,2FRを操舵するための装置であり、ステアリングシャフト61に回転駆動力を付与するモータ5aを備えて構成されている。即ち、モータ5aが駆動されてステアリングシャフト61が回転すると、運転者がステアリング13を操作した場合と同様に車輪2が操舵される。
アクセルペダル11、ブレーキペダル12、ステアリング13及び自動駐車スイッチ27は、いずれも運転者により操作される操作部材であり、各ペダル11,12の踏み込み状態(踏み込み量、踏み込み速度など)に応じて車両1の加速力や制動力が決定されると共に、ステアリング13の操作状態(操作量、操作方向)に応じて車両1の旋回半径や旋回方向が決定される。更に、自動駐車スイッチ27が運転者により操作されると、車両1を自律走行により駐車する自動駐車モードが設定される。
制御装置100は、車両1の各部を制御するための装置であり、例えば、各ペダル11,12の踏み込み状態を検出し、その検出結果に応じて車輪駆動装置3を制御したり、或いは、ブレーキペダル12の踏み込み状態を検出し、その検出結果に応じてブレーキ装置(図示せず)を制御するものである。
ここで、図2を参照して、制御装置100の詳細構成について説明する。図2は、制御装置100の電気的構成を示したブロック図である。図2に示すように、制御装置100は、CPU91、ROM92、RAM93及びハードディスク(以下「HDD」と称す)96を備え、それらがバスライン94を介して入出力ポート95に接続されている。
また、入出力ポート95には、車輪駆動装置3、操舵駆動装置5、アクセルペダルセンサ装置21、ブレーキペダルセンサ装置22、ステアリングセンサ装置23、車速情報取得装置24、車体姿勢センサ装置25、周辺環境監視装置26、自動駐車スイッチ27、液晶ディスプレイ(以下「LCD」と称す)97、GPS受信機98及びその他の入出力装置99などが接続されている。
CPU91は、バスライン94によって接続された各部を制御する演算装置であり、ROM92は、CPU91によって実行される制御プログラムや固定値データ等を記憶するための書き換え不能な不揮発性のメモリである。また、RAM93は、制御プログラムの実行時に各種のデータを書き換え可能に記憶するメモリである。なお、後述する図4に示す自動駐車処理を実行するプログラムは、ROM92に格納されている。
HDD96は、書き換え可能な不揮発性の大容量メモリであり、地図データベース(以下「地図DB」と称す)96aと、駐車場データベース(以下「駐車場DB」と称す)96bと、駐車位置情報記憶エリア96cと、リセットポイント情報記憶エリア96dと、経路情報記憶エリア96eとが設けられている。なお、本実施形態では、駐車場DB96b、駐車位置情報記憶エリア96c、リセットポイント情報記憶エリア96d及び経路情報記憶エリア96eは、車両1の運転者が契約している駐車場200(図3参照)に関する各種データが記憶されている。
地図DB96aは、地図データを記憶するデータベースであり、例えば、非図示のデータ読込装置(例えば、DVD装置)によって地図データの記録された媒体(例えば、DVD)から読み取られたり、外部の情報センタ等から非図示の通信装置を介して受信された地図データが記憶されている。
駐車場DB96bは、駐車場データを記憶するデータベースである。この駐車場DB96bに記憶されている駐車場データには、例えば、車両1の運転者が契約する駐車場200(図3参照)の全体の形状や、駐車スペース201,204(図3参照)の位置や大きさ、白線202(図3参照)や仕切壁203(図3参照)の位置、車路の幅などのデータが含まれている。
駐車位置情報記憶エリア96cには、駐車場DB96bの駐車場データが示す駐車場200において、車両1の運転者が契約した特定の駐車スペース204を示す駐車位置データ(例えば、駐車スペース204の中心位置の座標データ)が記憶されている。
リセットポイント情報記憶エリア96dには、駐車場DB96bの駐車場データが示す駐車場200において、後述するデッドレコニングにより算出された車両1の仮想的な位置を補正する場合に車両1が一旦停車する停車位置(リセットポイントR1〜R3(図3参照))を示す停車位置データ(例えば、停車位置の座標データ)と、車両1が停車する停車位置の近傍に設けられる対象物の設置位置を示す設置位置データ(例えば、白線202の基準点P1,P2(図3参照)の座標データや、仕切壁203の切れ目203aの基準点P1〜P4(図3参照)の座標データ)とが記憶されている。
経路情報記憶エリア96eには、駐車場DB96bの駐車場データが示す駐車場200において、車両1が自律走行により特定の駐車スペース204に自動駐車するまでの移動経路を示す経路データ(例えば、図3の矢印A,B,Cの経路を示す座標データ)が記憶されている。つまり、車両1が自律走行を行う場合には、この経路データにより示される移動経路に沿って車両1が自動で移動することになる。
車輪駆動装置3は、上述したように、左右の前輪2FL,2FR(図1参照)を回転駆動するための装置であり、左右の前輪2FL,2FRに回転駆動力を付与する電動モータ3aと、その電動モータ3aをCPU91からの命令に基づいて制御する制御回路(図示せず)とを主に備えて構成されている。
操舵駆動装置5は、上述したように、左右の前輪2FL,2FRを操舵するための装置であり、ステアリングシャフト61に回転駆動力を付与するモータ5aと、その電動モータ5aをCPU91からの命令に基づいて制御する制御回路(図示せず)とを主に備えて構成されている。
アクセルペダルセンサ装置21は、アクセルペダル11の踏み込み状態を検出すると共に、その検出結果をCPU91に出力するための装置であり、アクセルペダル11の踏み込み量を検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU91に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
ブレーキペダルセンサ装置22は、ブレーキペダル12の踏み込み状態を検出すると共に、その検出結果をCPU91に出力するための装置であり、ブレーキペダル12の踏み込み量を検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU91に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
ステアリングセンサ装置23は、ステアリング13の操作状態を検出すると共に、その検出結果をCPU91に出力するための装置であり、ステアリング13の操作量を操作方向に対応付けて検出する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果を処理してCPU91に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
なお、本実施の形態では、各角度センサが電気抵抗を利用した接触型のポテンショメータとして構成されている。CPU91は、各センサ装置21,22,23から入力された各角度センサの検出結果によって各ペダル11,12の踏み込み量およびステアリング13の操作量を得ることができる。
車速情報取得装置24は、車両1の車速をCPU91に出力するための装置であり、ドライブシャフト31が所定角度回転する毎にパルスを出力する角度センサ(図示せず)と、その角度センサの検出結果から所定時間内のパルス数に基づいて車両1の車速を算出してCPU91に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
車体姿勢センサ装置25は、車両1の方位(進行方向)をCPU91に出力するための装置であり、地磁気を用いて車両1の方位を検出するジャイロセンサ(図示せず)と、そのジャイロセンサの検出結果から車両1の方位を算出してCPU91に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
周辺環境監視装置26は、車両1の周囲の対象物(本実施形態では、基準点P1〜P4(図3参照))との相対位置をCPU91に出力するための装置であり、車両1の周囲を撮影可能な小型CCDカメラ(図示せず)と、そのCCDカメラにより入力される画像の解析結果から画像内の対象物との相対位置を算出してCPU91に出力する処理回路(図示せず)とを備えている。
自動駐車スイッチ27は、駐車場200(図3参照)内の特定の駐車スペース204(図3参照)に車両1を自律走行で自動駐車させる場合に操作されるスイッチであり、駐車場200内または駐車場200近傍に車両1がいる場合に自動駐車スイッチ27が操作されると、自動駐車モードに移行して、図4に示す自動駐車処理が実行されるように構成されている。
LCD97は、地図データに基づく地図や、駐車場データに基づく駐車場200の地図、その他の各種情報を表示する液晶ディスプレイである。
GPS受信機98は、非図示のGPS衛星から位置情報(例えば、緯度情報及び経度情報)をアンテナ98aを介して受信する装置であり、このGPS受信機98により位置情報が受信されると、その位置情報に基づいてCPU91により車両1の実際の位置が算出される。
また、GPS受信機98による位置情報の受信が途絶えた場合には、車速情報取得装置24から入力される車両1の車速と、車体姿勢センサ装置25から入力される車両1の方位との情報に基づいて、CPU91において車両1の仮想的な位置が算出される。この車両1の仮想的な位置の算出を、以下、デッドレコニング(仮想位置算出手段)と称す。
他の入出力装置97としては、例えば、車両1のキーシリンダからの入力や、窓の開閉スイッチ、ライト、ランプ等の入出力装置が例示される。
次に、図3〜図9を参照して、駐車場200に設けられたリセットポイントR1〜R3に車両1が到達する毎に、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置を車両1が実際に位置すると推定される推定位置に基づいて補正し、駐車場200内を車両1が自律走行して特定の駐車スペース204に自動駐車する動作およびCPU91により実行される処理について説明する。
なお、説明の便宜上、まず、図3を参照して、駐車場200内を車両1が自律走行により特定の駐車スペース204に自動駐車する動作の概略を説明し、次に、図9を参照して、デッドレコニングにより算出される車両1の仮想的な位置が実際位置に対して位置ズレが生じる原因について説明し、その後、図4を参照して、車両1が自動駐車する場合にCPU91により実行される自動駐車処理を説明し、最後に、図5〜図8を参照して、周辺環境監視装置26のCCDカメラにより取得される画像の解析およびデッドレコニング原点Poのリセット(補正)について詳細に説明する。
図3は、本実施形態の駐車場200の上面視を模式的に示した模式図である。なお、駐車場200は、屋内に設けられており、GPS受信機98(図2参照)による位置情報の受信が不可能な状態を想定している。更に、周辺環境監視装置26のCCDカメラの性能(画素数など)による画像の位置ズレ誤差より、デッドレコニングにより算出される車両1の仮想的な位置の位置ズレ誤差の方が多い場合を想定している。
まず、駐車場200について説明する。駐車場200には、複数の駐車スペース201が設けられている。その駐車スペース201は、白線202と、仕切壁203とで仕切られている。また、図3では、駐車スペースの1つとして、車両1が自律走行により自動駐車される特定の駐車スペース204が星印で図示されている。
また、駐車場200には、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置を車両1が実際に位置すると推定される推定位置に基づいて補正するリセットポイントR1〜R3が3つ設けられている。具体的には、入り口205の近傍にリセットポイントR1が設けられ、車両1が旋回した直後となり仕切壁203の切れ目203aの手前にリセットポイントR2が設けられ、最終目的地である駐車スペース204の近傍にリセットポイントR3が設けられている。
リセットポイントR1〜R3には、周辺環境監視装置26のCCDカメラにより画像を取得する対象物が予め定められている。リセットポイントR1の対象物は、車体1の進行方向に対して右側に位置する2本の白線202の先端の基準点P1,P2であり、リセットポイントR2の対象物は、仕切壁203の両側の切れ目203aの角部の基準点P1〜P4であり、リセットポイントR3の対象物は、車体1の右側に位置する2本の白線202の先端の基準点P1,P2である。
車両1は、駐車場200内または入り口205近傍で、車体1の運転者が自動駐車スイッチ27を操作して自動駐車モードに移行すると、CPU91の指示により車輪駆動装置3及び操舵駆動装置5が駆動され、自律走行によりリセットポイントR1まで移動して停車する。そして、周辺環境監視装置26のCCDカメラにより取得した右側の白線202の画像を解析して、白線202の先端に位置する基準点P1,P2の車両1に対する相対位置を算出し、その算出結果に基づいて車両1が実際に位置すると推定される推定位置および推定方位に基づいて、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置および方位をリセット(補正)する。
その後、車両1は、CPU91の指示による自律走行によりリセットポイントR1から直進した後に右旋回して移動(図3の矢印Aで示す経路で移動)し、リセットポイントR2で停車する。リセットポイントR2では、仕切壁203の切れ目203aに形成される角部の基準点P1〜P4の車両1に対する相対位置を算出し、リセットポイントR1と同様に、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置および方位をリセットする。
そして、車両1は、CPU91の指示による自律走行によりリセットポイントR2から直進した後に右旋回して移動(図3の矢印Bで示す経路で移動)し、リセットポイントR3で停車する。リセットポイントR3では、リセットポイントR1と同様に、白線202の先端に位置する基準点P1,P2の車両1に対する相対位置を算出し、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置および方位をリセットして、最終的に、図3に示す矢印Cの経路を通り、車両1が駐車スペース204内に自動で駐車される。
つまり、車両1は、運転者により自動駐車スイッチ27が操作されると、リセットポイントR1、リセットポイントR2、リセットポイントR3で一旦停止し、その都度、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置および方位をリセットして、最終的に駐車スペース204に自動駐車するように構成されている。
次に、図9を参照して、デッドレコニングにより算出される車両1の仮想的な位置が実際に位置すると推定される推定位置に対して位置ズレが生じる原因について説明する。図9は、車両1の仮想的な位置が推定位置に対して位置ズレが生じる原因について示した図であり、図9(a)は、車両1が旋回した場合を示しており、図9(b)は、車両1が坂道を走行した場合を示している。
図9(a)に示すように、車両1が旋回する場合には、車輪2の滑りや変形などの発生により、車両1の方位(例えば、進行方向やヨー角)にズレが生じるので、デッドレコニングにより算出される車両1の移動経路(図9(a)の点線で示した経路)と、車両1の実際の移動経路(図9(a)の実線で示した経路)とにズレが生じる。つまり、本実施形態では、車両1がリセットポイントR2(図3参照)の前後で旋回するので、その旋回時にデッドレコニングにより算出される車両1の仮想的な位置に位置ズレが生じ易くなる。
また、図9(b)に示すように、車両1が坂道を走行する場合にもデッドレコニングにより算出される車両1の仮想的な位置に位置ズレが生じ易くなる。これは、デッドレコニングにより算出される車両1の仮想的に移動した走行距離l1と、平面上の座標系において車両1が移動した走行距離l2との間に(l1−l2)分の誤差が生じるからである。
よって、車両1は、デッドレコニングによる仮想的な位置に基づいて自律走行を行う場合、旋回する回数や坂道を走行する回数が多くなるほど、車両1の実際の位置との間に位置ズレが生じ易くなる。つまり、立体駐車場では、旋回する回数および坂道を走行する回数が多くなるので、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置と実際に位置すると推定される推定位置との間に位置ズレが生じ易くなる。
そこで、本実施形態では、駐車場200内での自律走行時の旋回の直後(リセットポイントR2)に、仕切壁203の切れ目203aに形成される角部の基準点P1〜P4の車両1に対する相対位置を算出し、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置および方位をリセットするように構成している。
次に、図4を参照して、車両1が自動駐車する場合にCPU91により実行される自動駐車処理について説明する。図4は、車両1の制御部100のCPU91により実行される自動駐車処理を示したフローチャートである。この自動駐車処理は、上述したように、駐車場200内または入り口205近傍で、車体1の運転者が自動駐車スイッチ27を操作した場合に実行される。
自動駐車処理が実行されると、まず、駐車場DB96bから駐車場データ、駐車位置情報記憶エリア96cから駐車位置データ、リセットポイント情報記憶エリア96dから停車位置データ及び経路情報記憶エリア96eから経路データを取得して、RAM93の所定の記憶エリアにそれぞれ記憶する(S1)。
S2の処理では、車両1の現在位置の情報を取得する(S2)。S2の処理では、GPS受信機98による位置情報を受信可能な状態であれば、GPS受信機98により受信した位置情報から算出される現在位置を取得し、GPS受信機98による位置情報の受信が不可能な状態であれば、デッドレコニングにより算出された車両1の仮想的な現在位置を取得する。つまり、駐車場200内に車両1が入る前に自動駐車処理が実行されれば、GPS受信機98により受信した位置情報が取得され、駐車場200内に車両1が位置しGPS受信機98による位置情報の受信ができない場合には、デッドレコニングにより算出された車両1の仮想的な位置情報が取得されることになる。
S3の処理では、S1及びS2の処理で取得した各種データ及び現在位置に基づいて、LCD97の画面に駐車場200を描画すると共に、その描画された駐車場200の画面上に、最終目的地となる駐車スペース204、リセットポイントR1〜R3、駐車スペース204までの経路、車両1の現在位置を表示する描画処理を実行する(S3)。
S4の処理では、車両1がリセットポイントR1〜R3のいずれかに到達したか否かを判別し(S4)、車両1がリセットポイントR1〜R3に到達していないと判別されると(S4:No)、駐車スペース204に向けての移動処理を実行し(S5)、S4の処理へ戻る。
S5の処理で実行される移動処理は、経路データが示す経路に沿って車両1が自律走行により自動で移動するように、車輪駆動装置3及び操舵駆動装置5に指示を出力する処理である。そして、車両1がリセットポイントR1〜R3のいずれかに到達するまで、S4及びS5の処理が繰り返し実行されて、車両1の自律走行が継続される。
一方、S4の処理で、車両1がリセットポイントR1〜R3のいずれかに到達したと判別されると(S4:Yes)、基準点P1〜P4の相対位置を検出する周辺環境のセンシング処理を実行し(S6)、その後、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置および方位をリセットするデッドレコニングリセット処理を実行して(S7)、S8の処理へ移行する。なお、周辺環境のセンシング処理およびデッドレコニングリセット処理の詳細については、後述する。
S8の処理では、駐車直前位置に車両1が到達したか否かを判別する(S8)。本実施形態では、リセットポイントR3が駐車スペース204の直前となるので、駐車直前位置に車両1が到達したか否かは、車両1がリセットポイントR3に到達したか否かに応じて判別される。
よって、S8の処理で、車両1がリセットポイントR3に到達していなければ(S8:No)、他のリセットポイントR2を通過していない可能性があるので、S5の処理へ戻り車両1の移動が再開され、車両1がリセットポイントR3に到達していれば(S8:Yes)、車両1を駐車スペース204に駐車するために駐車処理を実行し(S9)、自動駐車処理を終了する。
次に、図5〜図8を参照して、S6の処理で実行される周辺環境のセンシング処理およびS7の処理で実行されるデッドレコニングリセット処理について詳細に説明する。なお、図5〜図8の説明では、リセットポイントR1〜R3のうち、リセットポイントR3に車両1が到達した場合について説明する。
図5は、車両1とリセットポイントR3の基準点P1,P2との位置関係を示した図であり、図5(a)は、車両1の中心点Pvを基準とした車両座標系における中心点Pvと基準点P1,P2との相対距離を示した図であり、図5(b)は、中心点Pv及び基準点P1,P2をデッドレコニング原点Poを基準とした駐車場座標系に変換した場合の座標を示した図である。
なお、図5(a)では、駐車スペース204を仕切る白線202と仕切壁203により囲まれた空間を直線で繋ぎ、仮想的な駐車スペース204を図示している。また、図5(b)以降は、図示の簡略化のために、白線202及び仕切壁203の図示を省略する。
図5(a)に示すように、周辺環境監視装置26のCCDカメラにより入力された画像を解析する場合、車両1の中心点Pvを基準とする車両座標系に基準点P1,P2が置かれ、その車両1の中心点Pvと基準点P1,P2との距離により相対位置を算出する。
具体的には、車両1の中心点Pvを基準とし、車両1の進行方向F1をy軸とし、そのy軸に直交する方向をx軸とする車両座標系において、基準点P1は、車両1の中心点Pvに対してx軸方向にXv1の距離があると共に、y軸方向にYv1の距離があり、基準点P2は、x軸方向にXv2の距離があると共に、y軸方向にYv2の距離がある。即ち、基準点P1の座標は(Xv1、Yv1)となり、基準点P2の座標は(Xv2、Yv2)となる。
図5(b)には、車両1の中心点Pvを基準とする車両座標系(x軸,y軸で示される座標系)を、デッドレコニング原点Poを基準とした駐車場座標系(x’軸,y’軸で示される座標系)に変換した場合の各点Pv,P1,P2の座標が図示されている。
具体的には、車両1の中心点Pvの座標は(Xpv、Ypv)で表され、基準点P1の座標は(Xp1、Yp1)で表され、基準点P2の座標は(Xp2、Yp2)で表されている。以下の説明では、車両1の中心点Pvの座標を(Xpv、Ypv)、基準点P1の座標を(Xp1、Yp1)、基準点P2の座標を(Xp2、Yp2)として説明する。
また、車両1が自律走行によりリセットポイントR3に到達した場合に位置ズレが生じてなければ、車両1の進行方向はy’軸に並行となるが、本実施形態では、図5(b)に示すように、車両1の進行方向F1がy’軸に対して所定角度ズレた場合について説明する。
図6及び図7は、デッドレコニングリセット処理で行われるデッドレコニング原点Poをリセットする場合の算出方法の概略を示した図であり、図6(a)は、デッドレコニング原点Poの座標の算出方法を示しており、図6(b)は、デッドレコニング原点Poと車両1の中心点Pvとの間の距離Dの算出方法を示しており、図7は、車両1の中心点Pvの座標の算出方法を示している。
図6(a)に示すように、車両座標系におけるデッドレコニング原点Poを算出する場合には、基準点P1と基準点P2の中間点P5の座標を算出し、その後、デッドレコニング原点Poの座標を算出する。ただしデッドレコニング原点Poの座標の決め方は、基準点P1と基準点P2に対して予め決めてある。図6では、基準点P1と基準点P2を結んだ直線と、その直線の中点と直角に交わる直線上で駐車場側でない方へ直線距離Lだけ離れた位置としている。中間点P5の座標(Xp5,Yp5)の算出は、基準点P1と基準点P2との中間位置となるので、x軸の座標は下記の(1)式で算出でき、y軸の座標は下記の(2)式で算出できる。
Xp5=(Xp1+Xp2)/2・・・(1)
Yp5=(Yp1+Yp2)/2・・・(2)
つまり、中間点P5の座標は((Xp1+Xp2)/2,(Yp1+Yp2)/2)で表される。
次に、基準点P1,P2を結ぶ仮想辺と、基準点P2から車両1の車両座標系のx軸に並行となる仮想辺と、基準点P1から車両座標系のy軸に平行となる仮想辺とで仮想的な三角形T1を形成した場合の基準点P1の角度θを下記の(3)式により算出する。
θ=tan−1((Yp2−Yp1)/(Xp2−Xp1))・・・(3)
そして、角度θを算出したら、その角度θと、中間点P5とデッドレコニング原点Poとの直線距離Lとに基づいて、車両座標系におけるデッドレコニング原点Poの座標を算出する。このデッドレコニング原点Poの座標(Xpo、Ypo)の算出は、仮想的な三角形T2に基づいて、x軸の座標は下記の(4)式で算出でき、y軸の座標は下記の(5)式で算出できる。
Xpo=(Xp1+Xp2)/2+Lcos(π+θ)・・・(4)
Ypo=(Yp1+Yp2)/2+Lsin(π+θ)・・・(5)
つまり、車両座標系におけるデッドレコニング原点Poの座標は、((Xp1+Xp2)/2+Lcos(π+θ),(Yp1+Yp2)/2+Lsin(π+θ))で表される。
次に、図6(b)に示すように、車両座標系におけるデッドレコニング原点Poの座標が算出されると、そのデッドレコニング原点Poの座標から車両1の中心点Pvとの直線距離Dを算出する。直線距離Dの算出は、車両1の中心点Pvに対する基準点P1,P2の相対位置の測定値から車両座標系におけるデッドレコニング原点Poの座標が算出されているので、Xpoを2乗した値に、Ypoを2乗した値を加算し、平方根をとることで算出できる。
そして、図7に示すように、デッドレコニング原点Poの座標から車両1の中心点Pvとの直線距離Dが算出されると、上記角度θ(θ>0)の算出と同様に、車両1の車両座標系のx軸に対するデッドレコニング原点Poの角度θvを下記の(6)式により算出し、その角度θv(θv<0)に基づいてデッドレコニング原点Poの座標系における車両1の中心点Pvの座標(Xpv,Ypv)を下記の(7)及び(8)式により算出する。
θv=tan−1(Xpo/Ypo)・・・(6)
Xpv=Dcos(π−θ+θv)・・・(7)
Ypv=Dsin(π−θ+θv)・・・(8)
なお、図7に示すように、θvの範囲は、−180<θv<0、0<θv<180であり、(π−θ+θv)の範囲は、−180<(π−θ+θv)<0、0<(π−θ+θv)<180である。
つまり、周辺環境監視装置26のCCDカメラにより取得した画像を解析することで、車両1が白線202に対してどの程度離れて位置するかの相対位置を算出できる。そして、デッドレコニングにより算出された車両1の仮想的な位置Pvの座標との位置ズレを把握することができ、(1)〜(8)式により算出されたデッドレコニング原点Poの座標系における実際に位置すると推定される推定位置Pvに書き換えることで、デッドレコニング原点Poのリセットを行うことができる。
なお、車両1に対して基準点P1,P2を2つ設けることで、車両1の推定される進行方向(即ち、方位)F1も算出できるので、デッドレコニングにより算出されるデッドレコニング原点Po(仮想的な位置)における車両1の進行方向F2も、車両1の推定される進行方向F1に書き換えられる。よって、デッドレコニングによるデッドレコニング原点Poを補正する場合に、車両1の位置だけでなく、進行方向(即ち、車両1の方位)も含めて補正を行うので、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置および方位と、実際に位置すると推定される推定位置および推定方位とのズレが蓄積されることを抑制できる。
また、詳細な説明は省略するが、リセットポイントR1においても、図5〜図7で説明した方法によりデッドレコニングによる車両1の仮想的な位置および進行方向を、周辺環境監視装置26のCCDカメラの基準点P1,P2の入力に基づいて算出された車両1の推定位置および推定される進行方向に基づいてリセットする。また、リセットポイントR2においては、基準点P1〜P4の入力から、基準点P1,P2、基準点P2,P3、基準点P3,P4及び基準点P4,P1に基づいた車両1の推定位置および進行方向を算出し、その4つの平均値を車両1の推定位置および進行方向として補正する。即ち、リセットポイントR2では、4つの基準点の平均値を車両1の推定位置および推定位置とできるので、CCDカメラの性能による基準点の解析誤差などの影響を少なくできる。よって、車両1が旋回した場合には、上述したように、デッドレコニングによる車両1の仮想的な位置と、車両1が位置すると推定される推定位置とに位置ズレが生じ易くなるが、その車両1が旋回した直後にデッドレコニング原点Poをリセットしているので、車両1がデッドレコニングに基づいて自律走行しても、自律走行の精度が低下することを抑制でき、例えば、車両1が壁などの障害物に衝突することを防止できる。
次に、図8を参照して、自動駐車処理内で実行される駐車処理について説明する。図8は、車両1の駐車スペース204への自動駐車を示した図であり、図8(a)は、車両1が駐車開始位置まで移動する状態を示したおり、図8(b)は、車両1が旋回動作をして駐車スペース204に駐車する状態を示している。
図8(a)に示すように、車両1が駐車スペース204に自動駐車する場合には、CPU91から車輪駆動装置3及び操舵駆動装置5に指示を出力し、デッドレコニング原点PoのY軸上に位置する駐車開始位置P6へ車両1を自動で移動させる。この駐車開始位置P6への移動は、リセットポイントR3においてデッドレコニング原点Poをリセットした後の座標に基づいて行われる。
そして、図8(b)に示すように、車両1が駐車開始位置P6に到達したら、旋回の中心点P7を基準として旋回動作を行い駐車スペース204への自動駐車が行われ、車両1の自律走行が完了する。
以上説明したように、制御装置100は、駐車場200内に設けられるリセットポイントR1〜R3の基準点P1〜P4と車両1との相対位置に基づいて、デッドレコニングによる車両1の仮想的なデッドレコニング原点Poの位置および進行方向F2を、車両1が実際に位置すると推定される推定位置および進行方向F1にリセット(補正)するので、デッドレコニングにより算出される車両1の仮想的な位置に基づいた自律走行の移動距離が長くなっても、車両1の推定位置および進行方向F1とデッドレコニングによる車両1の仮想的な位置および進行方向F2とのズレ(誤差)が蓄積されることがなく、車両1の自律走行の位置精度および方位精度を向上できる。
また、特に、リセットポイントR3の基準点P1,P2は、車両1が移動するべき最終目的地の駐車スペース204を仕切る(区画する)領域内に含まれており、そのリセットポイントR3において、デッドレコニングにより算出される車両1の仮想的な位置をリセットできるので、車両1を駐車スペース204に正確に駐車できる。
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
例えば、上記実施形態では、駐車場200内のリセットポイントを複数設けるものとしたが、リセットポイントは1つであっても良く、リセットポイントが1つであっても、少なくとも一度は、デッドレコニング原点Poが車両1の実際に位置すると推定される推定位置および進行方向に基づいてリセット(補正)されるので、自律走行の精度を向上できる。なお、リセットポイントを1つとする場合には、駐車スペース204へ正確に駐車するために、リセットポイントR3とした方が好ましい。また、駐車場200が立体駐車場であれば、各階数の入り口または出口、各階に設けられた旋回位置にリセットポイントを設けた方が好ましい。
また、上記実施形態において、車両1が駐車場200の入り口205の近傍に到達したら、LCD97に「自動駐車できます。一旦停車後に自動駐車スイッチを操作して下さい」を表示して、自動駐車を促すように構成しても良いし、図示しないスピーカなどの出力手段から音声により自動駐車を促すように構成しても良い。この構成によれば、自動駐車可能なタイミングで運転者に自動駐車スイッチ27を操作させることができる。
なお、車両1は、GPS受信機98により現在位置を取得可能に構成されているので、車両1が駐車場200内に位置することが確認できた場合にのみ、自動駐車スイッチ27の操作を有効にするように構成しても良い。この構成によれば、自動駐車モードが実行不可能な状態で、自動駐車スイッチ27が操作されて自動駐車モードが実行されることを防止できるので、制御の信頼性を高めることができる。
また、上記実施形態では、駐車場200内の自律走行時にデッドレコニング原点Poを車両1の実際に位置すると推定される推定位置に基づいてリセットするように構成したが、トンネル内などのGPS受信機98による位置情報を受信できない場合に応用しても良い。トンネル内の走行中は、例えば、オートクルージングモードなどによる走行中が想定されるので、車両1は一旦停止せずに、トンネル内の所定の対象物との相対位置を取得して、車両1の実際に位置すると推定される推定位置および進行方向(方位)を算出し、デッドレコニング原点Poをリセットするように構成する。この構成によれば、自律走行の精度が向上し、トンネル内の壁などの障害物に車両1が衝突することを防止できる。
また、上記実施形態では、基準点P1〜P4を白線202の先端や、仕切壁203の切れ目203aの角部などとしたが、予め定められた位置に設けられた看板(予め定められた文字が印された看板など)との相対位置を検出するものとしても良い。この構成の場合、周辺環境監視装置26のCCDカメラにより入力する画像が一定となるので、画像解析の処理を簡略化できるし、画像解析による相対位置の精度も向上できる。
また、上記実施形態では、周辺環境監視装置26をCCDカメラで構成するものとしたが、基準点P1〜P4にセンサを埋め込み、その埋め込んだセンサとの距離を計測可能な距離センサで構成するものとしても良いし、CCDカメラと距離センサとを併用するように構成しても良い。更に、車両1の四隅に障害物との距離を計測可能な衝突防止用のセンサが設けられている場合には、その衝突防止用のセンサにより基準点P1〜P4と車両1との相対位置を検出するように構成しても良い。
また、上記実施形態では、駐車場200の入り口205近傍から駐車スペース204への自動駐車を行う際に、デッドレコニング原点Poをリセットする構成としたが、駐車スペース204から出口近傍までを自律走行で移動する場合に、デッドレコニング原点Poをリセットしつつ自律走行するように構成しても良い。この構成によれば、例えば、出口に料金場がある場合に、その料金場に到達するまでに料金やカードなどを用意できるので、使い勝手を向上したシステムを提供できる。
また、上記実施形態では、駐車場200の駐車場データや、リセットポイントのリセットポイントデータ、目的地となる駐車位置データ、車両1が自律走行する経路データを予めHDD96に記憶するものとしたが、駐車場の入り口で、外部装置から無線通信により受信し、RAM95に記憶するように構成しても良い。この構成では、予め自律走行に必要なデータをHDD96に記憶する必要がなくなるので、HDD96の記憶領域を有効に利用できるし、他の駐車場での自律走行も簡単に行うことができる。
また、上記実施形態では、リセットポイントR1〜R3において、周辺環境監視装置26のCCDカメラにより入力される画像を解析して、対象物との相対位置を算出するものとしたが、車両1が通過する経路にICチップなどを埋め込み、そのICチップ上を通過した時の車両1の位置ズレを算出し、デッドレコニング原点Poをリセットするように構成しても良い。
また、上記実施形態では、駐車場200内のリセットポイントR1〜R3で車両1が一旦停車するように構成したが、車両1は一旦停車することなく、周辺環境監視装置26のCCDカメラにより基準点P1〜P4の画像を取得し、車両1との相対位置を算出するように構成しても良い。この構成では、車両1が一旦停車しないので、自動駐車の動作をスムーズに行うことができる。
また、上記実施形態では、車両1はバック駐車としたが、前駐車としても良く、駐車スペース204の位置や周辺環境に応じて、駐車方法は適宜変更可能に構成しても良い。
本発明の一実施形態における車両の上面視を模式的に示した模式図である。 制御装置の電気的構成を示したブロック図である。 本実施形態の駐車場の上面視を模式的に示した模式図である。 車両の制御部のCPUにより実行される自動駐車処理を示したフローチャートである。 車両とリセットポイントの基準点との位置関係を示した図である。 デッドレコニングリセット処理で行われるデッドレコニング原点をリセットする場合の算出方法の概略を示した図である。 デッドレコニングリセット処理で行われるデッドレコニング原点Poをリセットする場合の算出方法の概略を示した図である。 車両の駐車スペースへの自動駐車を示した図である。 車両の仮想的な位置が推定位置に対して位置ズレが生じる原因について示した図である。
1 車両
2 車輪
2FLW 前輪(車輪)
2FRW 前輪(車輪)
2RLW 後輪(車輪)
2RRW 後輪(車輪)
3 車輪駆動装置(調整手段の一部)
5 操舵駆動装置(操舵手段の一部)
96b 駐車場データベース(地図情報記憶手段)
96d リセットポイント情報記憶エリア(位置情報記憶手段)
96e 経路情報記憶エリア(経路情報記憶手段)
100 制御装置
202 白線(対象物)
203a 切れ目(対象物)
S6 検出手段
S5,S9 自律走行制御手段
S7 推定位置算出手段
S7 補正手段
R1〜R3 設置位置

Claims (3)

  1. 車輪を操舵する操舵手段と、車輪への駆動力の伝達を調整する調整手段とを備えた車両に搭載される制御装置であって、前記調整手段による前記車輪への駆動力の伝達および前記操舵手段による前記車輪の操舵を制御して前記車両を自律走行させる自律走行制御手段と、その自律走行制御手段による自律走行時の前記車両の仮想的な現在位置を算出する仮想位置算出手段とを備えた制御装置において、
    前記車両の走行場所に関する地図を示す地図情報を記憶する地図情報記憶手段と、
    その地図情報記憶手段の地図情報が示す地図上に設けられる対象物の設置位置を示す位置情報を記憶する位置情報記憶手段と、
    その位置情報記憶手段の位置情報が示す設置位置に設けられる対象物の前記車両に対する相対位置を検出する検出手段と、
    その検出手段により検出された前記対象物の車両に対する相対位置から前記車両が位置すると推定される推定位置を算出する推定位置算出手段と、
    その推定位置算出手段により算出される前記車両の推定位置に応じて、前記仮想位置算出手段により算出される前記車両の仮想的な現在位置を補正する補正手段とを備え、
    前記仮想位置算出手段は、前記自律走行制御手段による自律走行時の前記車両の仮想的な現在位置および方位を算出するものであり
    前記推定位置算出手段は、前記車両の位置が同一である条件下において互いに相違する位置にある複数の対象物のそれぞれについての前記検出手段により検出される相対位置から前記車両の推定される推定位置および推定方位を算出すると共に、前記補正手段は、前記推定位置算出手段により算出された前記車両の推定位置および推定方位に応じて、前記仮想位置算出手段により算出される前記車両の仮想的な現在位置および方位を補正するものであることを特徴とする制御装置。
  2. 互いに相違する4つの前記対象物のうち異なる2つごとに、その2つの対象物に基づいた前記車両の推定位置および推定方位を前記推定位置算出手段に算出させ、その算出された各推定位置の平均値および各推定方位の平均値を、前記車両の仮想的な現在位置および方位として前記補正手段に補正させるものであることを特徴とする請求項1記載の制御装置。
  3. 前記制御装置は、
    前記車両の旋回後に、前記検出手段、推定位置算出手段、及び、補正手段を実行するものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の制御装置。
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