JP6645910B2 - 位置推定装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両の位置を推定する技術に関する。

車両の位置を推定し、推定した車両の位置に基づいて車両の走行を支援する技術が知られている。特許文献１に記載されている技術では、測位衛星の測位信号に基づいて測位する車両の位置の近傍の地図情報と、カメラが撮像する画像データから取得する道路の白線の形状、あるいはランドマークの位置とを整合させて、車両の位置を高精度に推定しようとしている。

特開２００５−２６５４９４号公報

車両の位置に関する複数種類の位置情報の精度に対し、車両が走行する道路状況に基づいて要求される精度に差が生じることがある。しかしながら、特許文献１に記載の技術では、車両の位置に関する複数種類の位置情報の精度に対し、車両が走行する道路状況に基づいて要求される精度に差が生じることは考慮されていない。

本開示の一側面は、車両の位置に関する複数種類の位置情報の精度に対し、車両が走行する道路状況に基づいて要求される精度に差が生じることを考慮する技術を提供することにある。

本開示の一態様は、状況取得部（３４、Ｓ４０２、Ｓ４０６）と、優先度設定部（３６、Ｓ４０４）と、位置精度部（３８、Ｓ４０８、Ｓ４１０）と、位置推定部（４０、Ｓ４１２）と、を備えている。

状況取得部は、車両（１００、１０２）が走行する道路状況を取得する。優先度設定部は、車両の位置に関する複数種類の位置情報の精度に対し、状況取得部が取得する道路状況に基づいて要求される精度に応じた優先度を設定する。位置精度部は、優先度設定部が設定する優先度の高い少なくとも一つの位置情報の精度を向上させる。位置推定部は、位置精度部が精度を向上させた位置情報に基づいて車両の位置を推定する。

この構成によれば、車両の位置に関する複数種類の位置情報の精度に対し、車両が走行する道路状況に基づいて要求される精度に差が生じることを考慮している。その結果、車両が走行する道路状況がどのようなものであっても、道路状況に基づいて精度の高さが要求される位置情報の精度、つまり優先度の高い位置情報の精度を向上させて、車両の位置を推定できる。

尚、この欄およ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、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本実施形態による位置推定装置を示すブロック図。 位置推定処理を示すフローチャート。 優先度に応じて補正する位置情報を示す説明図。 横位置補正が必要な例を示す説明図。 横位置補正が必要な他の例を示す説明図。 縦位置補正が必要な例を説明する説明図。 縦位置補正が必要な他の例を示す説明図。 縦位置補正が必要な他の例を示す説明図。 縦位置補正が必要な他の例を示す説明図。 縦位置補正が必要な他の例を示す説明図。 優先度に応じた対象物とセンサの選択を示す説明図。 横位置の補正例を示す説明図。 縦位置の補正例を示す説明図。

以下、本開示の実施形態を図に基づいて説明する。
［１．構成］
図１に示す車載の走行支援システム２は、カメラ１０と、ＬＩＤＡＲ１２と、衛星測位装置１４と、ナビゲーション装置１６と、通信装置１８と、車速センサ２０と、操舵角センサ２２と、支援スイッチ２４と、位置推定装置３０と、走行支援装置５０と、パワートレインシステム６０と、ブレーキシステム６２と、ステアリングシステム６４とを備えている。

尚、ＬＩＤＡＲは、Light Detection and RangingまたはLaser Imaging Detection and Rangingの略である。
カメラ１０は、例えば単眼カメラまたはステレオカメラであり、車両の前方側と後方側とにそれぞれ取り付けられている。カメラ１０は、車両の周囲を撮像した画像データを位置推定装置３０に出力する。

ＬＩＤＡＲ１２は、車両の前方側と後方側とにそれぞれ取り付けられており、レーザ光を送信して車両の周囲の他車両、標識、路側物、歩行者、路面の表示、白線等から反射された反射光を受信するまでの時間に基づいて、物体までの距離を算出する。さらに、反射光の受信方向により車両に対する物体の方位、すなわち角度が定まる。ＬＩＤＡＲ１２は、計算した距離と角度とを位置推定装置３０に出力する。

衛星測位装置１４は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ等の測位システムの測位衛星から測位信号を受信し、車両の位置を緯度、経度により測位して位置推定装置３０に出力する。
ナビゲーション装置１６は、車両の位置と、タッチパネル式のディスプレイまたは図示しないマイクから音声により入力される車両の目的地とに基づき、目的地までの走行経路を案内する。

通信装置１８は、外部の管理センタと通信して最新の地図情報を取得し、取得した最新の地図情報を位置推定装置３０に出力する。
車速センサ２０は、車両の車速を検出する。操舵角センサ２２は車両の操舵角を検出する。

支援スイッチ２４は、車両の乗員が操作するスイッチである。支援スイッチ２４がオンであれば、ドライバの運転操作の少なくとも一部に代わって走行支援装置５０が車両の走行を制御することが許可される。支援スイッチ２４がオフであれば、走行支援装置５０が車両の走行を制御することが禁止される。

位置推定装置３０は、ＣＰＵと、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリとを備えるマイクロコンピュータを搭載している。尚、位置推定装置３０を構成するマイクロコンピュータの数は一つでも複数でもよい。

位置推定装置３０の各機能は、ＣＰＵがＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の非遷移的実体的記録媒体に記憶されているプログラムを実行することにより実現される。このプログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。

位置推定装置３０は、ＣＰＵ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、位置取得部３２と、状況取得部３４と、優先度設定部３６と、位置精度部３８と、位置推定部４０と、地図管理部４２とを備えている。

位置推定装置３０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、その一部または全部の要素を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。位置推定装置３０が備える各機能の詳細は後述する。

走行支援装置５０は、支援スイッチ２４がオンであれば、位置推定装置３０が出力する車両の位置と、車速センサ２０から取得する車速と、操舵角センサ２２から取得する操舵角とに基づいて、パワートレインシステム６０、ブレーキシステム６２、ステアリングシステム６４を制御する。つまり、走行支援装置５０は、車両の車速と操舵角とを制御する。

パワートレインシステム６０は、走行支援装置５０から指示される駆動出力にしたがって、駆動源として内燃機関を搭載している場合にはスロットル装置の開度および燃料噴射量を制御し、駆動源としてモータを搭載している場合にはモータへの供給電力を制御する。

ブレーキシステム６２は、走行支援装置５０から指示される制動力にしたがって、油圧式ブレーキの液圧回路に設けられたアクチュエータを制御する。車両が駆動源としてモータを搭載している場合には、ブレーキシステム６２は、走行支援装置５０から指示される制動力にしたがって、モータへの供給電力を制御して回生ブレーキによる制動力を生成してもよい。

ステアリングシステム６４は、走行支援装置５０から指示されるトルクにしたがってステアリングハンドルを駆動し、車両を操舵する。
［２．処理］
以下、位置推定装置３０が実行する位置推定処理を、図２のフローチャートに基づいて説明する。図２のフローチャートは所定時間間隔で常時実行される。

Ｓ４００において位置取得部３２は、衛星測位装置１４が測位信号に基づいて測位した車両の測位位置を取得する。Ｓ４０２において状況取得部３４は、ナビゲーション装置１６から、車両の目的地までの走行経路を取得する。

Ｓ４０４において優先度設定部３６は、図３に示すように、Ｓ４００とＳ４０２とにおいて取得する車両の測位位置と車両の走行経路とに基づいて、車両の走行方向前方の所定距離の範囲内における走行パターンを特定する。

そして、優先度設定部３６は、車両の位置に関する複数種類の位置情報の精度に対し、走行パターンに基づいて要求される精度に応じた優先度を設定する。図３には、各走行パターンにおいて、他の位置情報よりも精度の優先度が高い位置情報が示されている。

複数種類の位置情報の精度として、車両の走行方向の縦位置精度、走行方向に対し車両の左右の横位置精度、車両が走行している車線の判定精度、車線に対し車両が走行している方向精度等が対象となる。

例えば、図４に示すように車両１００が車線２００に沿って走行する場合、車線２００上の車両１００の横位置精度と車線２００に対する車両１００の方向精度との優先度が高く設定される。車線２００上の車両１００の横位置精度は、車線２００を区画する左右の白線２０２、２０４に対する車両１００の相対位置、つまり左右の白線２０２、２０４と車両１００との距離で表される。

車両１００が車線２００の中央を走行する場合は、左右の白線２０２、２０４と車両１００との距離が等しくなるように車両１００の横位置が設定される。また、車両１００が車線２００に沿って走行する場合、車両１００の方向は左右の白線２０２、２０４に沿って平行になるように設定される。

図５に示すように車両１００が停止車両１１０を避け走行する場合も、車線２００上の車両１００の横位置精度と車線２００に対する車両１００の方向精度との優先度が高く設定される。これは、停止車両１１０を避けて走行するように設定された走行経路に沿って、車両１００が横位置と方向とを変化させながら走行するからである。

図５において、停止車両１１０を避けて走行する場合、さらに、現在走行している車線２００を維持して走行するか、車線２００に隣接する車線にはみ出して走行するかのいずれにおいても、車両１００が走行する車線の判定精度の優先度が高く設定される。

また、下記に説明する図６〜図１０の場合には、縦位置精度が求められるので、縦位置精度の優先度が高く設定される。
図６に示すように、車両１００が現在走行している車線２００から外れて分岐線等の特定範囲２１０に進入する場合、特定範囲２１０までの車両１００の縦位置精度が求められる。

図７に示すように、車両１００が追い越し可能車線２２０から追い越し禁止線２２２で示される追い越し禁止車線２２４に進入する場合、追い越し禁止車線２２４に進入するまでに車線変更をするか否か決定するために、車両１００の縦位置精度が求められる。これ以外にも、例えば制限速度等、車両の走行方向の縦位置に応じて走行ルールが変化する場合、走行ルールの変化位置に対する車両１００の縦位置精度が求められる。

図８に示すように、東京方面に向かう車両１００が名古屋方面に接続する車線２３０を走行している場合、ある地点までに東京方面に接続する車線２３２に車線変更するために、車両１００の縦位置精度が求められる。

図９に示すように、車両１００が上り坂２４０、下り坂２４２等の勾配のある道路を走行する場合、車両１００の縦位置から取得される勾配に応じた加減速制御をするために、車両１００の縦位置精度が求められる。

図１０に示すように、車両１００がカーブ２５０に進入し、カーブ２５０から抜け出る場合、車両１００の縦位置から取得される道路の曲率に応じた加減速制御と操舵制御とをするために、車両１００の縦位置精度が求められる。

Ｓ４０６において状況取得部３４は、Ｓ４００で取得した車両の位置とＳ４０２で取得した走行経路とに基づいて、車両の走行方向前方において所定距離の範囲内の地図データを、地図管理部４２が管理する地図ＤＢから道路状況として取得する。

Ｓ４０６において取得する地図データには、道路の形状、白線の位置、路側物の位置、路側標識の位置、路面表示の位置等が含まれている。道路の形状は、道路の曲率、道路の勾配等である。路側物は縁石、ガードレール等の物体である。

Ｓ４０８において位置精度部３８は、Ｓ４０４で優先度設定部３６が設定した優先度の高い精度に対応する位置情報を高精度に検出するために適切なセンサを図１１から選択する。

例えば、位置情報の精度として、車線における車両の横位置精度または方向精度の優先度が高い場合には、横位置または方向の精度を向上させるときの基準位置となる対象物として白線を検出することで、白線に対する車両の横方向の相対位置または白線に対する車両の方向を高精度に検出できる。

そして、白線を検出するセンサとして単眼のカメラとＬＩＤＡＲと合わせて使用すると、白線の認識率が高く、車両に対する白線の横方向の相対位置または白線に対して車両が向いている方向を高精度に検出できる。

位置情報の精度として、縦位置精度の優先度が高い場合には、縦位置精度を向上させるときの基準位置となる対象物として路面表示または路側標識を検出することで、路面表示または路側標識に対する車両の縦方向の相対位置を高精度に検出できる。

そして、路面表示または路側標識を検出するセンサとして単眼のカメラまたはＬＩＤＡＲを合わせて使用するか、あるいはステレオカメラを使用すると、路面表示または路側標識の認識率が高く、路面表示または路側標識に対する車両の縦方向の相対位置を高精度に検出できる。

位置情報の精度として、走行する車線の判定精度の優先度が高い場合には、車線の判定精度を向上させるときの基準位置となる対象物として、縁石、ガードレール等の路側物を検出することで、路側物と車両との距離を高精度に検出できる。

そして、路側物を検出するセンサとしてＬＩＤＡＲを使用すると、路側物の認識率が高く、路側物と車両との距離を高精度に検出できる。路側物と車両との距離が分かれば、地図データで示される路側物と各車線を区画する白線との位置から、車両が走行している車線を高精度に判定できる。ＬＩＤＡＲに代えてステレオカメラを使用してもよい。

Ｓ４１０において位置精度部３８は、優先度が高い位置情報の精度を向上させるための基準位置となる対象物の位置情報を、Ｓ４０８で選択したセンサから取得する。
Ｓ４１２において位置推定部４０は、Ｓ４０６で取得した地図データ上の前述した対象物の位置と、Ｓ４１０で位置精度部３８がセンサから取得した対象物に対する車両の位置とから、Ｓ４００で測位衛星から取得した測位位置を補正し、車両の位置を推定する。位置推定部４０は、図３で示される各走行パターンにおいて、精度に対する優先度が低く補正の対象とならなかった位置情報については補正しない。

例えば、図１２に示すように、車両１００が車線に沿って走行する場合、横位置精度の優先度が高いので、高精度に車両の横位置を推定する必要がある。
ここで、衛星測位装置１４から取得する車両１００の測位位置に対し、カメラ１０が撮像する画像データから算出した車両１００に対する左右の白線２６０、２６２の相対位置が点線に示す位置になっているものとする。

一方、地図データからから取得する左右の白線２７０、２７２の位置が実線で示す位置になっている場合、同じ白線でありながら、白線２６０、２６２と白線２７０、２７２とで横方向の位置がずれていることになる。

地図データから取得する左右の白線２７０、２７２の位置と、カメラ１０が撮像する画像データから算出する車両１００に対する左右の白線の相対位置とは正確だと判断できる。したがって、白線２６０、２６２と白線２７０、２７２とで横方向の位置がずれるのは、衛星測位装置１４から取得する車両１００の測位位置において、車両１００の横位置に誤差があるからだと判断できる。

この場合、位置推定部４０は、カメラ１０が撮像する画像データから算出する左右の白線２７０、２７２に対する車両１００の相対位置と、地図データから取得する白線２７０、２７２の緯度、経度で示される位置とから、車両１００の横位置のずれΔｄを算出する。

位置推定部４０は、このずれΔｄで衛星測位装置１４から取得する車両１００の横位置を補正して車両１０２の位置を推定する。
また、図１３に示すように、車両１００がカーブ２５０に進入する場合、縦位置精度の優先度が高いので、高精度に車両の縦位置を推定する必要がある。

ここで、衛星測位装置１４から取得する車両１００の測位位置に対し、カメラ１０が撮像する画像データならびにＬＩＤＡＲ１２の送受信光から算出した車両１００に対する路側標識３００の相対位置が点線に示す位置になっているものとする。

一方、地図データからから取得する路側標識３０２の位置が実線で示す位置になっている場合、同じ路側標識でありながら、路側標識３００と路側標識３０２とで縦方向の位置がずれていることになる。

地図データから取得する路側標識３０２の位置と、カメラ１０が撮像する画像データならびにＬＩＤＡＲ１２の送受信光から算出した車両１００に対する路側標識３００の相対位置とは正確だと判断できる。したがって、路側標識３００と路側標識３０２とで縦方向の位置がずれるのは、衛星測位装置１４から取得する車両１００の測位位置において、車両１００の縦位置に誤差があるからだと判断できる。

この場合、位置推定部４０は、カメラ１０が撮像する画像データならびにＬＩＤＡＲ１２の送受信光から算出する路側標識３０２に対する車両１００の相対位置と、地図データから取得する路側標識３０２の緯度、経度で示される位置とから、車両１００の縦位置のずれΔｄを算出する。

位置推定部４０は、このずれΔｄで衛星測位装置１４から取得する車両１００の縦位置を補正して車両１０２の位置を推定する。
［３．効果］
以上説明した上記実施形態では、以下の効果を得ることができる。

（１）車両の位置を推定するときに、車両の位置に関する複数種類の位置情報の精度に対し、車両が走行する道路状況に基づいて要求される精度に応じた優先度を設定する。つまり、車両の位置に関する複数種類の位置情報の精度に対し、車両が走行する道路状況に基づいて要求される精度に差が生じることを考慮している。そして、精度に対する優先度を高く設定し精度を向上させた位置情報に基づいて前記車両の位置を推定する。

これにより、車両が走行する道路状況がどのようなものであっても、道路状況に基づいて優先度を高く設定し精度を向上させた位置情報に基づいて、車両の位置を高精度に推定することができる。

（２）精度に対する優先度の高い位置情報を検出する精度の高いセンサを選択して位置情報を取得するので、車両の位置を高精度に推定できる。
（３）位置推定装置３０が高精度に推定した車両の位置に基づいて、走行支援装置５０は車両の位置を高精度に制御できる。

以上説明した上記実施形態において、カメラ１０、ＬＩＤＡＲ１２がセンサに対応し、位置推定装置３０が位置推定装置に対応し、車両１００、１０２が車両に対応し、白線２０２、２０４、追い越し禁止線２２２、白線２６０、２６２、２７０、２７２、路側標識３００、３０２が対象物に対応する。

また、上記実施形態において、Ｓ４００が位置取得部３２としての処理に対応し、Ｓ４０２、Ｓ４０６が状況取得部３４としての処理に対応し、Ｓ４０４が優先度設定部３６としての処理に対応し、Ｓ４０８、Ｓ４１０が位置精度部３８としての処理に対応し、Ｓ４１２が位置推定部４０としての処理に対応する。

［４．他の実施形態］
（１）上記実施形態では、精度に対する優先度の高い位置情報に応じて選択されたセンサから取得した車両に対する対象物の位置情報と、地図データで示される対象物の位置とに基づいて、測位衛星から取得した車両の測位位置を補正して車両の位置を推定した。これに対し、対象物の地図データで示される位置と、選択されたセンサが検出する車両に対する対象物の位置情報とに基づいて車両の位置を推定してもよい。

（２）上記実施形態では、車両が走行する道路状況として、例えばカーブの曲率、勾配等の道路状況を地図データから取得した。これに対し、車両に搭載されたカメラ１０、ＬＩＤＡＲ１２等のセンサから車両が走行する道路状況を取得してもよい。

（３）ＬＩＤＡＲ１２に代えてミリ波レーダを使用しもよい。
（４）上記実施形態における一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、一つの構成要素が有する一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一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一つの機能を一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。尚、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

（５）上述した位置推定装置３０の他、当該位置推定装置３０を構成要素とする走行支援システム２、当該位置推定装置３０としてコンピュータを機能させるための位置推定プログラム、この位置推定プログラムを記録した記録媒体、位置推定方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。

２：走行支援システム、１０：カメラ（センサ）、１２：ＬＩＤＡＲ（センサ）、３０：位置推定装置、３２：位置取得部、３４：状況取得部、３６：優先度設定部、３８：位置精度部、４０：位置推定部、５０：走行支援装置、１００、１０２：車両、２０２、２０４、２６０、２６２、２７０、２７２：白線（対象物）、２２２：追い越し禁止線（対象物）、３００、３０２：路側標識（対象物）

Claims (7)

1. 車両（１００、１０２）が走行する走行経路と、前記車両が走行する道路状況として少なくとも前記走行経路の道路の形状とを取得するように構成された状況取得部（３４、Ｓ４０２、Ｓ４０６）と、
   前記車両の位置に関する複数種類の位置情報の精度に対し、前記状況取得部が取得する前記走行経路に基づいて要求される精度に応じた優先度を設定するように構成された優先度設定部（３６、Ｓ４０４）と、
   前記状況取得部が取得する前記道路状況に基づいて、前記優先度設定部が設定する前記優先度が他の前記位置情報の精度よりも高い少なくとも一つの前記位置情報の精度を向上させるように構成された位置精度部（３８、Ｓ４０８、Ｓ４１０）と、
   前記位置精度部が精度を向上させた前記位置情報に基づいて前記車両の位置を推定するように構成された位置推定部（４０、Ｓ４１２）と、
   を備える位置推定装置（３０）。
2. 請求項１に記載の位置推定装置において、
   前記位置精度部は、前記優先度が他の前記位置情報の精度よりも高い少なくとも一つの前記位置情報の精度を向上させるための基準位置となる前記車両の周囲の対象物（２０２、２０４、２２２、２６０、２６２、２７０、２７２、３００、３０２）を選択する、
   位置推定装置。
3. 請求項２に記載の位置推定装置において、
   前記位置精度部（Ｓ４０８）は、前記車両に搭載された複数種類のセンサ（１０、１２）から、前記対象物を検出する精度が他のセンサよりも高いセンサを選択する、
   位置推定装置。
4. 請求項３に記載の位置推定装置において、
   前記状況取得部は、前記道路状況として、前記道路の形状と前記対象物の位置とを含む地図データを取得し、
   前記位置精度部（Ｓ４１０）は、前記優先度が他の前記位置情報の精度よりも高い少なくとも一つの前記位置情報の精度を、前記状況取得部が取得する前記地図データで示される前記対象物の位置と、選択した前記センサが検出する前記対象物に対する前記車両の相対位置とに基づいて向上させる、
   位置推定装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の位置推定装置において、
   測位衛星の測位信号により測位される前記車両の測位位置を取得するように構成された位置取得部（３２、Ｓ４００）をさらに備え、
   前記位置推定部は、前記位置精度部が精度を向上させた前記位置情報に基づいて前記位置取得部が取得する前記測位位置を補正して前記車両の位置を推定する、
   位置推定装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の位置推定装置において、
   前記複数種類の位置情報の精度は、少なくとも前記車両の走行方向の位置精度と前記走行方向に対する前記車両の左右の横方向の位置精度とを含む、
   位置推定装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の位置推定装置において、
   前記状況取得部は、前記道路状況として前記車両が走行する道路の形状を取得する、
   位置推定装置。

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