JP6836446B2 - 車両の走行車線推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測位衛星からの受信精度が低下した場合であっても、自車両が走行車線内に存在しているか否かを、フィルタ処理による推定自車位置を中心として設定した誤差範囲を用いて推定する車両の走行車線推定装置に関する。

従来、自車両に搭載されているカーナビゲーションシステムでは、測位衛星（ＧＰＳ衛星を含むＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System ）衛星）から受信した位置情報に基づき、自車両の位置（自車位置）及び進行方位角を取得し、道路地図情報とのマッチングにより、進行方向直近の車線中央の位置情報と道路方位角を取得する。そして、自車両を車線の中央に沿って走行するように自動運転の操舵制御を行う電波航法が知られている。

しかし、上述した電波航法では、道路周辺の建物や気象条件等が原因で測位衛星からの受信精度が低下した場合に、車両位置情報に含まれる誤差が拡大し、安定した自動運転による操舵制御を継続させることが困難になる場合がある。

これに対処するに、例えば特許文献１（特開２０１１−２３２４号公報）には、車両の位置情報に含まれる誤差分散を、カルマンフィルタを用いて推定する技術が開示されている。すなわち、同文献には測位受信機、角速度センサ及び車速センサ等からの情報に基づいて求めた自車位置、誤差分散、及び地図データを用いて、自車位置周辺の各道路データにマップマッチングを行い、その候補点のうち、最も尤度の高い候補点を地図上の自車位置として選定するようにしている。

特開２０１１−２３２４号公報

上述した文献に開示されている技術は、カルマンフィルタを用いて最も尤度の高い候補点を自車位置として推定し、更に、この自車位置を中心として存在確率を示す誤差楕円を設定するようにしている。

従って、例えば、誤差楕円が走行車線の左右を区画する区画線の少なくとも一方からはみ出している場合、このはみ出した部分に自車両が存在している可能性があるため、自動運転では操舵制御が停止される。この誤差楕円は自車位置の誤差が大きくなるに従って大きく設定される。

そのため、地図上の自車位置が区画線側の偏倚した位置に設定されており、実際の自車両が走行車線内を走行している確率が高い場合であっても、誤差楕円が区画線からはみ出していれば、自動運転の操舵制御は停止されてしまう。その結果、自動運転での走行において、地図上の自車位置が車線中央から車幅方向の一方へ偏倚して走行している場合であっても、誤差楕円の大きさによって操舵制御の停止と再開とが断続的に繰り返されてしまうこととなり、安定した操舵制御を継続させることが困難となる不都合がある。

本発明は、上記事情に鑑み、測位衛星からの受信精度が低下して、自車両の位置情報に含まれる誤差が変化しても、自車両が進行路内を走行しているか否かを正確に判定し、自動運転による操舵制御に適用した場合に、その停止と再開とが断続的に繰り返されることを防止して、安定した操舵制御性を得ることのできる車両の走行車線推定装置を提供することを目的とする。

本発明は、測位衛星から位置信号を受信して自車両の位置情報を取得する位置検出手段と、前記自車両が走行している走行車線の車線幅を認識する前方認識手段と、道路地図情報を格納する記憶手段と、前記自車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記位置検出手段で検出した前記自車両の位置情報と前記走行状態検出手段で検出した走行状態をフィルタ処理して前記位置検出手段で検出した前記自車両の位置情報の誤差範囲を設定する誤差範囲演算手段と、前記誤差範囲演算手段で演算した誤差範囲と前記前方認識手段で認識した走行車線の車線幅とのラップ率と、前記自車両が前記走行車線内に存在している確率を示す設定閾値とを比較して、前記自車両が前記走行車線内に存在しているか否かを判定する存在判定手段とを備える車両の走行車線推定装置において、前記位置検出手段で検出した位置情報を前記前方認識手段で認識した走行車線の車線幅中央へ移動させて仮想自車位置を設定すると共に、該仮想自車位置を中心として前記誤差範囲演算手段で設定した誤差範囲を設定する仮想自車位置設定手段を更に有し、前記存在判定手段は前記仮想自車位置設定手段で設定した誤差範囲と前記前方認識手段で認識した走行車線の車線幅とのラップ率と、前記設定閾値とを比較して、前記自車両が前記走行車線内に存在しているか否かを判定する。

本発明によれば、位置検出手段で検出した位置情報を前方認識手段で認識した走行車線の車線幅中央へ移動させて仮想自車位置を設定し、この仮想自車位置を中心として誤差範囲を設定し、この誤差範囲と走行車線の車線幅とのラップ率を比較して、自車両が前記走行車線内に存在しているか否かを判定するようにしたので、測位衛星からの受信精度が低下して、自車両の位置情報に含まれる誤差が変化しても、自車両が進行路内を走行しているか否かを正確に判定することができる。その結果、これを自動運転に適用することで操舵制御の停止と再開とが断続的に繰り返されることが防止され、安定した操舵制御性を得ることのできる。

ナビゲーション装置の概略構成図 自車位置誤差算出ルーチンを示すフローチャート カルマンフィルタ演算サブルーチンを示すフローチャート 自車位置推定ルーチンを示すフローチャート 仮想自車位置設定サブルーチンを示すフローチャート 車線内存在判定サブルーチンを示すフローチャート 推定自車位置と誤差楕円との関係を示す説明図 （ａ）は誤差楕円が隣接車線にはみ出している状態を示す平面図、（ｂ）は誤差楕円が路肩にはみ出している状態を示す平面図 （ａ）は隣接車線側の区画線に偏倚している推定自車位置を車線中央へ仮想的に移動させた状態を示す平面図、（ｂ）は路肩側の区画線に偏倚している推定自車位置を車線中央へ仮想的に移動させた状態を示す平面図

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１の符号１は車両（自車両、図７参照）Ｍに搭載されているナビゲーション装置であり、ナビゲーション制御ユニット（ナビ＿ＥＣＵ）１１を有している。このナビ＿ＥＣＵ１１はマイクロコンピュータを主体に構成され、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び不揮発性メモリ等を有しており、ＲＯＭにはＣＰＵが実行する各種プログラムや固定データ等が記憶されている。

又、このナビ＿ＥＣＵ１１はロケータ機能として、誤差範囲演算手段としてのカルマンフィルタ演算部１１ａ、自車位置推定演算部１１ｂを備えている。尚、ナビ＿ＥＣＵ１１にはロケータ機能以外に、目的地まで自車両Ｍを誘導する誘導機能を有しているが、この誘導機能は周知であるため、ここでの説明は省略する。

このナビ＿ＥＣＵ１１の入力側に、自車位置を推定するために必要とするパラメータを取得するセンサ類として、前方認識手段としてのカメラユニット１２、各車輪の回転数から車輪速を検出する車輪速センサ１３、自車両Ｍに作用する前後、左右、上下の各加速度を検出する３軸加速度センサ１４、ＧＰＳ衛星を代表とするＧＮＳＳ(Global Navigation Satellite System)衛星からの測位信号を受信して自車両Ｍの位置情報を取得する位置検出手段としてのＧＮＳＳ受信機１５等が接続されている。尚、車輪速センサ１３、３軸加速度センサ１４が、本発明の走行状態検出手段に対応している。

又、カメラユニット１２は、メインカメラ１２ａとサブカメラ１２ｂからなるステレオカメラと、画像処理ユニット（ＩＰＵ）１２ｃとを有し、両カメラ１２ａ，１２ｂで撮像した自車両Ｍ前方の走行環境情報をＩＰＵ１２ｃにて所定に画像処理してナビ＿ＥＵＣ１１へ出力する。

又、このナビ＿ＥＣＵ１１に高精度道路地図データベース１６が接続されている。この高精度道路地図データベース１６はＨＤＤ等の大容量記憶手段に設けられており、高精度な道路地図情報（ダイナミックマップ）が記憶されている。高精度道路地図情報としては、車線幅データを格納する車線幅データベース、車線中央位置座標データを格納する車線中央データベース、及び車線の方位角データを格納する車線方位角データベース等がある。

更に、ナビ＿ＥＣＵ１１の出力側に操舵制御部２１が接続されている。この操舵制御部２１は、自動運転の操舵制御において、ナビ＿ＥＣＵ１１からの自車位置情報に基づき、自車両Ｍを、目的地まで誘導させるために設定する目標進行路に沿って走行させるために、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）モータに対する操舵トルクを制御するものである。

ところで、ＧＮＳＳ受信機１５で受信する自車位置情報は所定誤差を含んでいるが、この誤差は、道路周辺の建物や気象条件等が原因で測位衛星からの受信精度が低下した場合に拡大する。ナビ＿ＥＣＵ１１は、この誤差範囲が走行車線内にあるか否かを調べ、走行車線内にある場合、自車両Ｍは走行車線内をはみ出すことなく走行していると推定する。

そのため、自動運転の操舵制御時において、ナビ＿ＥＣＵ１１のカルマンフィルタ演算部１１ａは、車輪速センサ１３で検出した車輪速と３軸加速度センサ１４で検出した加速度とＧＮＳＳ受信機１５で受信した自車位置情報とを取り込む。そして、これらに含まれている誤差情報をフィルタ処理であるカルマンフィルタを用いて統合し、ＧＮＳＳ受信機１５で受信した推定自車位置Ｐ（図８参照）を中心として、自車位置の平均と分散共分散行列で表される誤差範囲としての誤差楕円Ｒを設定する。

又、自車位置推定演算部１１ｂは、ＧＮＳＳ受信機１５で受信した推定自車位置Ｐと、カメラユニット１２で取得した走行車線の左右を区画する左右区画線Ｌｌ，Ｌｒ（図８参照）の中央（車線中央）Ｌｃ（図９参照）との横位置の差分ΔＰを求め、推定自車位置Ｐの横位置を差分ΔＰだけ移動（オフセット）させて、車線中央Ｌｃに仮想自車位置Ｐ’を設定する（図９参照）。そして、このときの仮想自車位置Ｐ’が走行車線に対してどの程度ラップしているかで、自車両Ｍが走行車線に存在しているか否かを推定する。

カルマンフィルタ演算部１１ａで算出する推定自車位置Ｐを中心とする誤差楕円は、具体的には、図２に示す自車位置誤差算出ルーチンにおいて生成される。又、自車位置推定演算部１１ｂでの処理は、図４に示す自車位置推定ルーチンに従って実行される。

先ず、カルマンフィルタ演算部１１ａでの処理について、図２に示す自車位置誤差算出ルーチンに従って説明する。このルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、３軸加速度センサ１４で検出した加速度を読込み、ステップＳ２へ進み車輪速センサ１３で検出した各車輪の回転数である車輪速を読込む。そして、ステップＳ３へ進み、ＧＮＳＳ受信機１５で受信した自車位置情報を読込み、ステップＳ４で、これらに基づきカルマンフィルタ演算を実行してルーチンを抜ける。

このカルマンフィルタ演算は、図３に示すカルマンフィルタ演算サブルーチンに従って実行される。このサブルーチンでは、先ず、ステップＳ１１で、周知のカルマンフィルタを用いて、ＧＮＳＳ受信機１５で受信した離散的な誤差を有する測位値から自車位置と、その誤差分散を計算する。そして、ステップＳ１２へ進み、ステップＳ１１で算出した自車位置を推定自車位置（緯度、経度、方位角）として設定する。

次いで、ステップＳ１３へ進み、推定自車位置Ｐを中心とする誤差分布の楕円（誤差楕円）Ｒを設定して、ルーチンを抜ける。この誤差楕円Ｒは、自車位置が所定確率（例えば９９[%]）で存在する範囲を示すもので、図７に示すように、緯度方向誤差距離（誤差径）Ａと経度方向の誤差距離（誤差径）Ｂとで表され、楕円の長径方向においては測位の誤差が大きく、楕円の短径方向においては誤差が小さいことが示される。尚、図においては自車両Ｍが東西方向へ走行している状態が示されている。

この推定自車位置、及び誤差楕円Ｒは、自車位置推定演算部１１ｂで読込まれる。この自車位置推定演算部１１ｂでは、図４に示す自車位置推定ルーチンに従い、自車両Ｍが走行車線内に存在しているか否かの判定処理を行う。

このルーチンでは、先ず、ステップＳ２１において、カメラユニット１２で撮像した自車両Ｍ前方の画像情報を読込み、ステップＳ２２で仮想自車位置を算出する。この仮想自車位置の算出は、図５に示す仮想自車位置設定サブルーチンに従って行われる。

このサブルーチンでは、先ず、ステップＳ３１で、高精度道路地図データベース１６に格納されている各データベースから、推定自車位置Ｐ付近の車線幅Ｌｗのデータを含む道路情報を読込み、推定自車位置Ｐと誤差楕円Ｒとを地図上に重ねる。

次いで、ステップＳ３２へ進み、自車両Ｍ前方の画像情報に基づき走行車線の左右を区画する左右区画線Ｌｌ，Ｌｒを認識し、この両区画線Ｌｌ，Ｌｒの内側間の距離（車線幅）Ｌｗを求めると共に、自車両Ｍの車幅方向（車線幅Ｌｗ）の位置（横位置）を算出する。

その後、ステップＳ３３へ進み、ステップＳ３２で算出した車線幅Ｌｗから車線中央Ｌｗ／２を求め、推定自車位置Ｐの横位置との差分ΔＰを算出し、ステップＳ３４へ進み、推定自車位置Ｐの横位置を差分ΔＰだけ移動させて、車線中央Ｌｗ／２に仮想自車位置Ｐ’、及び、この仮想自車位置Ｐ’に誤差楕円Ｒを設定し（図９参照）、図４のステップＳ２３へ進む。

ステップＳ２３では、自車両Ｍが走行車線内に存在しているか否かを判定する。この判定処理は、図６に示す車線内存在判定処理サブルーチンに従って行われる。尚、このサブルーチンでの処理が、本発明の存在判定手段に対応している。

このサブルーチンでは、先ず、ステップＳ４１で仮想自車位置Ｐ’を中心として設定した誤差楕円Ｒと車線幅Ｌｗとのラップ率κを算出する。次いで、ステップＳ４２へ進み、ラップ率κと設定閾値κｏとを比較する。この設定閾値κｏは当該走行車線内に存在する確率を判定する値であり、本実施形態では８０［%］程度に設定している。

そして、κ≧κｏの場合、自車両Ｍは走行車線内に存在していると判定し、ステップＳ４３へ進み、推定自車位置情報（緯度、経度、方位角）を出力して、図４のステップＳ２４へ進む。又、κ＜κｏの場合、自車両Ｍは走行車線内に存在していない、換言すれば、推定自車位置情報（緯度、経度、方位角）は正確でないと判定し、ステップＳ４４へ分岐し、推定自車位置情報（緯度、経度、方位角）をクリアして、図４のステップＳ２４へ進む。

図４のステップＳ２４では、自車位置推定処理を実行する。この自車位置推定処理は、上述した車線内存在判定処理において、自車両Ｍが車線内に存在していると判定した場合、推定自車位置情報（緯度、経度、方位角）を自車位置として設定してルーチンを抜ける。又、推定自車位置情報（緯度、経度、方位角）は正確ではないと判定された場合は、推定自車位置情報（緯度、経度、方位角）がクリアしてルーチンを抜ける。

上述したステップＳ２４で設定した自車位置情報は操舵制御部２１で読込まれ、推定自車位置情報（緯度、経度、方位角）が自車位置として設定されている場合は、当該自車位置と目標走行路とに基づいて自動運転による操舵制御が継続される。一方、推定自車位置情報（緯度、経度、方位角）がクリアされている場合は、自動運転による操舵制御が停止され、走行モードがカメラユニット１２で撮像した画像等に基づいて設定した目標走行路に沿って走行させる車線維持制御（レーンキープ制御）等に切換えられる。

このように、本実施形態では、ＧＮＳＳ受信機１５で受信した推定自車位置Ｐの誤差楕円Ｒに基づき自車両Ｍが走行車線を走行しているか否かを調べるに際し、推定自車位置Ｐを、車線中央Ｌｗ／２へ仮想的に移動させて仮想自車位置Ｐ’を設定し、この仮想自車位置Ｐ’を中心に誤差楕円Ｒを設定するようにしている。

従って、図８に示すように、推定自車位置Ｐが左右の区画線Ｌｌ，Ｌｒの一方に変位している場合に、推定自車位置Ｐを中心とする誤差楕円Ｒが大きく設定されて、走行車線とのラップ率κが設定閾値κｏ未満となり、推定自車位置Ｐの情報は正確ではないと判定される状態であっても、図９に示すように、仮想自車位置Ｐ’を中心とする誤差楕円Ｒと走行車線とのラップ率κを比較した場合、κ≧κｏ以上のときは、自車両Ｍは走行車線に存在すると判定するようにしたので、ＧＮＳＳ受信機１５で受信した推定自車位置Ｐを、操舵制御を行う際の自車位置として設定することができる。

その結果、ＧＮＳＳ衛星からの受信精度が低下して、自車両Ｍの位置情報に含まれる誤差が比較的大きくなっても、自車両Ｍが進行路内を走行しているか否かを正確に判定することができるので、自動運転による操舵制御の停止と再開とが断続的に繰り返されることがなくなり、安定した操舵制御性を得ることができる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えば、前方認識手段は走行車線の左右を区画する区画線を認識することができれば、カメラユニット１２に限定されず、レーザレーダ等を用いた他の前方認識手段であっても良い。

１…自車両
１１…ナビゲーション制御ユニット、
１１ａ…カルマンフィルタ演算部、
１１ｂ…自車位置推定演算部、
１２…カメラユニット、
１３…車輪速センサ、
１４…軸加速度センサ、
１５…ＧＮＳＳ受信機、
１６…高精度道路地図データベース、
２１…操舵制御部、
Ｌｃ…車線中央、
Ｌｌ，Ｌｒ…左右区画線、
Ｌｗ／２…車線中央、
Ｍ…自車両、
Ｐ’…仮想自車位置、
Ｐ…推定自車位置、
Ｒ…誤差楕円、
ΔＰ…差分、
κ…ラップ率、
κｏ…設定閾値

Claims (3)

1. 測位衛星から位置信号を受信して自車両の位置情報を取得する位置検出手段と、
   前記自車両が走行している走行車線の車線幅を認識する前方認識手段と、
   道路地図情報を格納する記憶手段と、
   前記自車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
   前記位置検出手段で検出した前記自車両の位置情報と前記走行状態検出手段で検出した走行状態をフィルタ処理して前記位置検出手段で検出した前記自車両の位置情報の誤差範囲を設定する誤差範囲演算手段と、
   前記誤差範囲演算手段で演算した誤差範囲と前記前方認識手段で認識した走行車線の車線幅とのラップ率と、前記自車両が前記走行車線内に存在している確率を示す設定閾値とを比較して、前記自車両が前記走行車線内に存在しているか否かを判定する存在判定手段と
   を備える車両の走行車線推定装置において、
   前記位置検出手段で検出した位置情報を前記前方認識手段で認識した走行車線の車線幅中央へ移動させて仮想自車位置を設定すると共に、該仮想自車位置を中心として前記誤差範囲演算手段で設定した誤差範囲を設定する仮想自車位置設定手段を更に有し、
   前記存在判定手段は前記仮想自車位置設定手段で設定した誤差範囲と前記前方認識手段で認識した走行車線の車線幅とのラップ率と、前記設定閾値とを比較して、前記自車両が前記走行車線内に存在しているか否かを判定する
   ことを特徴とする車両の走行車線推定装置。
2. 前記誤差範囲演算手段のフィルタ処理はカルマンフィルタで行うことを特徴とする請求項１記載の車両の走行車線推定装置。
3. 前記存在判定手段で前記自車両が前記走行車線内に存在していると判定した場合、操舵制御による自動運転を継続させることを特徴とする請求項１又は２記載の車両の走行車線推定装置。

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