JP6941178B2

JP6941178B2 - 自動運転制御装置及び方法

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Publication number: JP6941178B2
Application number: JP2019545094A
Authority: JP
Inventors: 裕也田中
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-09-29
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2038-09-25
Also published as: WO2019065564A1; CN111133490B; US20200193176A1; JPWO2019065564A1; DE112018004003T5; CN111133490A

Description

本発明は、地図情報を用いて自動運転を行うための自動運転制御装置自動運転制御装置及び方法に係り、特にカーブに応じた適切なレーン境界線を提供することができる自動運転制御装置及び方法に関する。

近年、自動運転制御システムを搭載した車両による、車両の自動運転が実用化の方向にあり、その実現手法について多くの検討、提案がなされている。

これらの検討課題の一つにカーブでの安定走行技術があり、例えば特許文献１ではカーブへの侵入前に速度を落とすための技術を提案している。特許文献２ではカーブ走行時のレーン検知をリアルタイムに正確に行うための技術を提案している。

特開２００８−１２９７５号公報特開２０１６−４５１４４号公報

自動運転制御システムの開発過程において、従来は、高速道路における自動運転をターゲットとし、自車両の車速は高速域のみを対象としていた。そのため、レーン境界線および中心点の点列間隔は、固定値としていた。

然るに今後については、自車両の車速が低速域である場合についても検討を行う必要があり、具体的には曲率半径の小さいカーブ、交差点を右左折、駐車場で右左折する場合を想定する必要がある。

係る場合に、自車両の車速が低速であると、自車の移動距離が短くなるため、レーン境界線の間隔が長いと、曲率半径の小さいカーブ時にレーン形状通りに走行できず、脱輪の可能性がある。また、レーン境界線および中心点の点列の間隔を一律に短くすると点列数が多くなり、制御に与えるデータ通信量が課題となる。

このため、低速域での走行を可能とするためには、安全性の担保として速度域が低速でも脱輪しないように情報を提供すること、情報量の増加防止として提供する情報量が増加しないようにすること、制御処理の単純化として頻繁に間隔が変わらないようにすることなどが解決すべき課題である。

以上のことから本発明においては、特に低速走行の場合に、カーブに応じたレーン境界線を適切に設定することができる自動運転制御装置及び方法を提供することを目的とする。

以上のことから本発明においては、「地図情報を用いて自動運転を行うための自動運転制御装置であって、少なくとも自車のセンサ情報と、地図上での自車位置情報と、地図情報とを入力する入力部と、入力部からの情報を処理して自動運転のための情報を設定する認識処理と、認識処理からの情報を用いて車両制御部であるエンジン、ステアリング、ブレーキなどの各操作目標量を与える制御処理を備え、認識処理は、自車のセンサ情報により地図上での自車位置情報を補正する第１の手段、地図情報に記載されている道路中心線上に、所定の間隔で基準点を配置する第２の手段、基準点において道路中心線方向と直行する線と道路幅線とが交差する点を抽出する第３の手段、抽出点にレーンマーカ―を配置する第４の手段、所定の間隔について、道路種別又は速度に応じて所定の間隔を調整する第５の手段を備えることを特徴とする自動運転制御装置。」としたものである。

また、「少なくとも自車のセンサ情報と、地図上での自車位置情報と、地図情報を用いて自動運転を行うための自動運転制御方法であって、自車のセンサ情報により地図上での自車位置情報を補正し、地図情報に記載されている道路中心線上に、所定の間隔で基準点を配置し、基準点において道路中心線方向と直行する線と道路幅線とが交差する点を抽出し、抽出点にレーンマーカ―を配置し、所定の間隔について、道路種別又は速度に応じて所定の間隔を調整することを特徴とする自動運転制御方法。」としたものである。

また、「地図情報を用いて自動運転を行うための自動運転制御方法であって、道路中心線上に、所定の間隔で配置される基準点の間隔について、道路種別又は速度に応じて所定の間隔を調整することを特徴とする自動運転制御方法。」としたものである。

本発明によれば、カーブに応じたレーン境界線を適切に設定することができる自動運転制御装置を提供することができる。

具体的には本発明の実施例によれば、制限速度により頻繁に間隔が変わらないため制御の処理が単純化される。また、状況に応じて間隔が短くなり、精度の高い制御が可能となる。

演算部３の認識処理４Ａにおける処理内容を示したフローチャート。本発明の自動運転制御装置を搭載する車両の概略について示す図。本発明に係る自動運転制御装置３のハード構成を示す図。図１の処理ステップＳ１０の処理内容を説明するための図。図１の処理ステップＳ１０の処理内容を説明するための図。図１の処理ステップＳ２０、Ｓ３０、Ｓ４０の処理内容を説明するための図。図１の処理ステップＳ５０の処理内容を説明するための図。従来手法におけるレーン境界線点列の間隔一定の場合と、本発明におけるレーン境界線点列の間隔可変の場合の応動を対比して示す図。本発明による交差点での応動を示す図。

以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。

まず本発明の自動運転制御装置を搭載する車両の概略について図２を用いて説明する。

図２に例示する実車に搭載される自動運転制御システムは、その機能を大別すると、自動運転制御装置３と、地図・ロケータユニットＵ１と、センサＳと、車両制御部Ｄｒにより構成されている。このうち自動運転制御装置３は、地図・ロケータユニットＵ１から地図情報と位置情報を得、またセンサＳとしてカメラセンサＳ１から立体物の位置情報、レーダセンサＳ２から立体物の位置情報を得て、車両制御部ＤｒであるエンジンＤ１、ステアリングＤ２、ブレーキＤ３などの各操作量を定める。なお、地図・ロケータユニットＵ１は、地図送信機能２５と、ロケータ機能２４を含んでおり、ロケータ機能２４は、ＧＮＳＳ（位置情報）を受信して自車位置を定め、地図送信機能２５では自動運転地図データ８を受信する通信ユニットＵ２を備えている。

図３は、本発明に係る自動運転制御装置３のハード構成を示している。自動運転制御装置３は、多様な機能、構成を備えているが、ここでは本発明に不可欠な構成要素のみを記述しており、例えば計算機の機能である演算部４と、レーン情報を記憶するレーンマーカ―記憶部６と、入力信号を与える計測器として、ＧＰＳ７、車両情報検出器５、前方監視カメラＳ１ａ、周囲監視カメラＳ１ｂ、ロケータ機能２４などに接続され入力を得ている。演算部４はこれらの情報に基づいて車両制御部Ｄｒに制御信号を与え、自動運転を実行する。

なお演算部４は、認識処理４Ａと制御処理４Ｂを含んでおり、認識処理４Ａにおいて自動運転のための走行レーンなどを決定し、制御処理４Ｂにおいて車両制御部ＤｒであるエンジンＤ１、ステアリングＤ２、ブレーキＤ３などの各操作目標量を定めている。制御処理４Ｂでの処理により、単一車線自動走行、ドライバトリガ車線変更、先導者追従制御などが実行される。本発明は、認識処理４Ａ部分を改良するものである。

ここで、ＧＰＳ７は現時点の車両位置の情報を与えており、車両情報検出器５は現時点の車両の車速やヨーレートなどの情報をあたえている。前方監視カメラＳ１ａおよび周囲監視カメラＳ１ｂは前方および周囲のカメラ映像を与えており、ここにはレーン境界線、速度標識などの情報を含んでいる。地図送信機能２５は、レーン中心点、レーン幅、道路種別、制限速度などの情報を与えている。レーンマーカ―記憶部６には、前方監視カメラＳ１ａおよび周囲監視カメラＳ１ｂが過去時刻において検知したレーン中心点の点列の情報などをレーンマーカ―として保存している。

図１は、演算部３の認識処理４Ａにおける処理内容を示したフローチャートである。このフローチャートの概要をまず説明すると、このフローは演算部３の認識処理４Ａにおける適宜の一定周期で実行され、処理開始される。

図１のフローチャートによれば、最初の処理ステップＳ１０において、自車のセンサ情報から地図上での自車位置情報を補正する。この動作詳細は、図４Ａ、図４Ｂにより後述する。

処理ステップＳ２０では、地図情報に記載されている道路中心線上に、所定の間隔で基準点を配置する。

処理ステップＳ３０では、基準点において前記道路中心線方向と直行する線と道路幅線とか交差する点を抽出する。

処理ステップＳ４０では、抽出点にレーンマーカ―を配置する。処理ステップＳ２０からＳ４０の動作詳細は、図５により後述する。

処理ステップＳ５０では、所定の間隔は道路種別又は制限速度に応じて間隔を調整するする。処理ステップＳ５０の動作詳細は、図６により後述する。

図４Ａ、図４Ｂは、上記処理のうち最初の処理ステップＳ１０（自車のセンサ情報から地図上での自車位置情報を補正する。）を具体的に模式的に示した図である。ここでは、図４Ａのあとに、図４Ｂの処理が実施される流れになっているので、図４Ａから説明する。

図４Ａの左側には、演算部３の認識処理４Ａで使用する入力を与えるセンサなどが記述されている。最上段のレーンマーカ―記憶部６には、最下段に記述した前方監視カメラＳ１ａおよび周囲監視カメラＳ１ｂが検知したレーンマーカ―の情報が記憶されている。図４Ａの左側中段には、ＧＰＳ７、車両情報検出器５が記述されている。

これらの各部が与える情報は、最下段の前方監視カメラＳ１ａおよび周囲監視カメラＳ１ｂが検知したレーンマーカ―の情報と、左側中段のＧＰＳ７、車両情報検出器５の情報は現在時刻の情報であるのに対し、最上段のレーンマーカ―記憶部６に記憶されたレーンマーカ―の情報は過去情報（例えばΔｔ前の時刻の情報）である。なお前方監視カメラＳ１ａおよび周囲監視カメラＳ１ｂが検知したレーンマーカ―（レーン中心点の点列の情報）は、例えば８（ｍ）間隔である。

図４Ａにおいて、レーンマーカ―記憶部６の過去情報が表している状態Ａは、Δｔ前の時刻における自車位置とその時に検知したレーンマーカ―（●）として境界線の位置を示している。ほぼ直進からカーブに差し掛かった状態を示している。これに対し、Ａの状態にＧＰＳ７による現在位置、並びに車両情報検出器５からの現在の速度やヨーレートで位置を補正して推定した現在時刻での状態を推定したものがＢである。Ｂはカーブに侵入した状態を示している。

他方、図４Ａにおいて、前方監視カメラＳ１ａおよび周囲監視カメラＳ１ｂが検知したレーンマーカ―（×）が表している状態はＣのようであり、これは現在時刻における自車位置とその時に検知したレーンマーカ―（×）の位置を示している。状態Ｄは、現在の状態を示すＣに過去の状態を加味して示した状態である。レーンマーカ―（×）が最新の位置情報であり、レーンマーカ―（●）が過去の位置情報、あるいは過去からの推定による位置情報を表している。車両はこの間に、前方に進んでいる。

図４Ｂにおいて、状態Ｄのレーンマーカ―は、Ｅに示すように間引き処理される。８（ｍ）間隔のものが間引き処理される。これにより、認識処理４Ａから制御処理４Ｂへのデータ通信量が軽減され、処理時間を要するという問題が改善される。

他方図４Ｂの下段には、地図送信機能２５が与えるレーン中心点、レーン幅、道路種別、制限速度などの地図情報に対して、ＧＰＳからの周辺情報を加味した状態Ｆが示されている。これによれば車両が進行中の道路のカーブの具合などが、ＧＰＳからの周辺情報により比較的に広範囲にわたり把握することができる。但し、状態Ｆでは、レーンマーカ―の数がすくないことから、補間によりレーンマーカ―数を増やしたものが状態Ｇである。Ｈはパターンマッチングにより、地図送信機能２５からの地図情報Ｇ（地図上での自車位置情報）を自車のセンサ情報Ｅにより補正したものである。この補正により、Ｈは地図送信機能２５からの地図情報としてレーン中心点（▲）の情報を有している。

なお、図４Ａ、図４Ｂにおける処理は、カメラが把握したレーンマーカ―の過去情報（レーンマーカ―記憶部６）をＧＰＳ７及び車両情報５で補正した第１のレーンマーカ―情報Ｂと、カメラが把握したレーンマーカ―の現在情報Ｃから第２のレーンマーカ―情報Ｄを生成し、ＧＰＳ７及び地図送信機能２５のレーン中心点を用いて地図上にレーンマーカ―を付した第３のレーンマーカ―情報Ｆを生成し、第２のレーンマーカ―情報Ｄと第３のレーンマーカ―情報Ｆのパターンマッチングにより第４のレーンマーカ―情報Ｈを得たものである。このレーンマーカ情報Ｈにより、自車の位置および方向の補正値を得たことに相当する。

図５は、図１の処理ステップＳ２０、Ｓ３０、Ｓ４０の処理内容を説明するための図である。図５の左端の図で処理ステップＳ２０の処理を説明する。ここでは、地図上のカーブに沿ってレーン中心点（▲）の情報が適宜の間隔で得られている。また同じ地図上のカーブに沿って８（ｍ）間隔でのレーン境界線設定位置（●）が設定されている。但し、レーン境界線設定位置（●）は、レーン中心点（▲）間を直線で結んだ線上に設定されている。これにより、地図情報に記載されている道路中心線上に、所定の間隔で基準点を配置することになる。

図５の中央、及び右の図で処理ステップＳ３０、Ｓ４０の処理を説明する。ここでは、レーン中心点（▲）間を直線で結んだ線である道路中心線について、道路中心線上に８（ｍ）間隔で設定されたレーン境界線設定位置（●）から直角に交わる直線をひいている。そのうえで、道路幅相当位置にレーンマーカ―を設定している。ここまでの処理により、車両が走行すべき道路のカーブの状態が推定されている。

図６は、図１の処理ステップＳ５０の処理内容を説明するための図である。処理ステップＳ５０の処理では、レーン境界線点列の間隔である例えば８（ｍ）を、状況に応じて可変とする。図６において、入力は道路種別又は制限速度であり、出力はこの時の車線形状点列間隔を表している。

例えば制限速度Ｘを５０（ｋｍ／ｈ）とした時、実走行速度が５０（ｋｍ／ｈ）以上であればレーン境界線点列の間隔は８（ｍ）を維持するが、５０（ｋｍ／ｈ）と１０（ｋｍ／ｈ）の範囲内ではレーン境界線点列の間隔は４（ｍ）とし、１０（ｋｍ／ｈ）以下ではレーン境界線点列の間隔は１（ｍ）とする。なおここでは、制限速度を基準としてレーン境界線点列の間隔を短く設定しなおしているが、これは速度が低い速度域では間隔が短くなるように設定されるものであればよい。また道路種別との関係では、交差点、駐停車通路では、レーン境界線点列の間隔は１（ｍ）とする。

このように本発明においては、道路種別又は制限速度に応じてレーン境界線点列の間隔を切り替える。また、間隔を切り替えても点列数は増加させない。速度が遅ければ遠くの情報は不要であり、交差点には制限速度情報がないため道路の種別に応じて点列の間隔を切り替えるのがよい。

図７は、従来手法におけるレーン境界線点列の間隔８（ｍ）一定の場合と、本発明におけるレーン境界線点列の間隔可変の場合の応動を対比して示している。従来の場合、間隔８（ｍ）一定では、速度が低下していてもカーブがきついときには脱輪の可能性があるが、本発明では、低速度になると間隔４（ｍ）、さらには１（ｍ）になるので脱輪の可能性を低減できる。

また本発明での交差点での応動を図８に示している。これによれば、交差点侵入前の状態（図８左上）では６０（ｋｍ／ｈ）道路に存在する自車両はレーン境界線点列の間隔は８（ｍ）を維持しており、交差点侵入中の状態（図８左下）では自車両はレーン境界線点列の間隔は１（ｍ）として機能し、交差点退出後の状態（図８右下）では６０（ｋｍ／ｈ）道路に存在する自車両は、再度境界線点列の間隔は８（ｍ）を維持するように運行する。

以上により、本発明の実施例によれば、制限速度により頻繁に間隔が変わらないため制御の処理が単純化される。また、状況に応じて間隔が短くなり、精度の高い制御が可能となる。

３：自動運転制御装置
４：演算部
４Ａ：認識処理
４Ｂ：制御処理
５：車両情報検出器
６：レーンマーカ―記憶部
７：ＧＰＳ
８：自動運転地図データ
２４：ロケータ機能
２５：地図送信機能
Ｄｒ：車両制御部
Ｄ１：エンジン
Ｄ２：ステアリング
Ｄ３：ブレーキ
Ｓ１：カメラセンサ
Ｓ１ａ：前方監視カメラ
Ｓ１ｂ：周囲監視カメラ
Ｓ２：レーダセンサ
Ｕ１：地図・ロケータユニット

Claims

地図情報を用いて自動運転を行うための自動運転制御装置であって、
少なくとも自車のセンサ情報と、地図上での自車位置情報と、地図情報とを入力する入力部と、該入力部からの情報を処理して自動運転のための情報を設定する認識部と、該認識部からの情報を用いて車両制御部であるエンジン、ステアリング、ブレーキなどの各操作目標量を与える制御部を備え、
前記認識部は、前記自車のセンサ情報により前記地図上での自車位置情報を補正する第１の手段、前記地図情報に記載されている道路上に、所定の間隔で基準点を配置する第２の手段、前記所定の間隔について、速度に応じて前記所定の間隔を調整する第３の手段、前記基準点において道路中心線の方向と直行する線と道路幅線とが交差する点を抽出する第４の手段、抽出した抽出点にレーンマーカ―を配置する第５の手段を備えることを特徴とする自動運転制御装置。
地図情報を用いて自動運転を行うための自動運転制御装置であって、
少なくとも自車のセンサ情報と、地図上での自車位置情報と、地図情報とを入力する入力部と、該入力部からの情報を処理して自動運転のための情報を設定する認識部と、該認識部からの情報を用いて車両制御部であるエンジン、ステアリング、ブレーキなどの各操作目標量を与える制御部を備え、
前記認識部は、前記自車のセンサ情報により前記地図上での自車位置情報を補正する第１の手段、前記地図情報に記載されている道路上に、所定の間隔で基準点を配置する第２の手段、前記所定の間隔について、速度に応じて前記所定の間隔を調整する第３の手段を備えるとともに、
前記第１の手段は、カメラが把握したレーンマーカ―の過去情報をＧＰＳ及び車両情報で補正した第１のレーンマーカ―情報と、カメラが把握したレーンマーカ―の現在情報から第２のレーンマーカ―情報を生成し、ＧＰＳ及び地図送信機能のレーン中心点を用いて地図上にレーンマーカ―を付した第３のレーンマーカ―情報を生成し、第２のレーンマーカ―情報と第３のレーンマーカ―情報のパターンマッチングにより第４のレーンマーカ―情報を得ることを特徴とする自動運転制御装置。
請求項１または請求項２に記載の自動運転制御装置であって、
前記認識部の第３の手段は、前記所定の間隔について、道路種別に応じて前記所定の間隔を調整することを特徴とする自動運転制御装置。
請求項２に記載の自動運転制御装置であって、
前記第２のレーンマーカ―情報について、レーンマーカ―情報の間引き処理後に、第３のレーンマーカ―情報とのパターンマッチングを行うことを特徴とする自動運転制御装置。
請求項２又は請求項４に記載の自動運転制御装置であって、
前記第３のレーンマーカ―情報について、レーンマーカ―情報の補間処理後に、第２のレーンマーカ―情報とのパターンマッチングを行うことを特徴とする自動運転制御装置。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の自動運転制御装置であって、
道路中心線上に配置される基準点の間隔について、速度が低いときには基準点の間隔が短く、速度が高いときには基準点の間隔が長く設定されることを特徴とする自動運転制御装置。
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の自動運転制御装置であって、
道路中心線上に配置される基準点の間隔について、交差点、駐停車通路では基準点の間隔が短く設定されることを特徴とする自動運転制御装置。
地図情報を用いて自動運転を行うための自動運転制御方法であって、
少なくとも自車のセンサ情報と、地図上での自車位置情報と、地図情報とを入力し、入力下情報を処理して自動運転のための情報を設定し、設定された自動運転のための情報を用いて車両制御部であるエンジン、ステアリング、ブレーキなどの各操作目標量を与え、
前記自動運転のための情報を設定するために、前記自車のセンサ情報により前記地図上での自車位置情報を補正し、前記地図情報に記載されている道路上に、所定の間隔で基準点を配置し、前記所定の間隔について、速度に応じて前記所定の間隔を調整し、前記基準点において道路中心線の方向と直行する線と道路幅線とが交差する点を抽出し、抽出した抽出点にレーンマーカ―を配置することを特徴とする自動運転制御方法。
地図情報を用いて自動運転を行うための自動運転制御方法であって、
少なくとも自車のセンサ情報と、地図上での自車位置情報と、地図情報とを入力し、入力下情報を処理して自動運転のための情報を設定し、設定された自動運転のための情報を用いて車両制御部であるエンジン、ステアリング、ブレーキなどの各操作目標量を与え、
前記自動運転のための情報を設定するために、前記自車のセンサ情報により前記地図上での自車位置情報を補正し、前記地図情報に記載されている道路上に、所定の間隔で基準点を配置し、前記所定の間隔について、速度に応じて前記所定の間隔を調整し、
前記自車のセンサ情報により前記地図上での自車位置情報を補正するために、カメラが把握したレーンマーカ―の過去情報をＧＰＳ及び車両情報で補正した第１のレーンマーカ―情報と、カメラが把握したレーンマーカ―の現在情報から第２のレーンマーカ―情報を生成し、ＧＰＳ及び地図送信機能のレーン中心点を用いて地図上にレーンマーカ―を付した第３のレーンマーカ―情報を生成し、第２のレーンマーカ―情報と第３のレーンマーカ―情報のパターンマッチングにより第４のレーンマーカ―情報を得ることを特徴とする自動運転制御方法。
請求項８または請求項９に記載の自動運転制御方法であって、
前記道路中心線上に配置される基準点の間隔について、速度が低いときには基準点の間隔が短く、速度が高いときには基準点の間隔が長く設定されることを特徴とする自動運転制御方法。
請求項８または請求項９に記載の自動運転制御方法であって、
前記道路中心線上に配置される基準点の間隔について、交差点、駐停車通路では基準点の間隔が短く設定されることを特徴とする自動運転制御方法。
請求項８または請求項９に記載の自動運転制御方法であって、
道路中心線上に、所定の間隔で配置される基準点の間隔について、道路種別又は速度に応じて前記所定の間隔を調整することを特徴とする自動運転制御方法。