JP7484270B2 - 車両に搭載して用いられる計測装置ユニットおよび車両における障害物検出方法 - Google Patents

車両に搭載して用いられる計測装置ユニットおよび車両における障害物検出方法 Download PDF

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Description

本開示は、車両に搭載して用いられる計測装置ユニットに関する。
自動運転車両には車両の周囲の状況を取得するセンサとして、車両の周囲に存在する障害物や他車両等の物体との距離を検出する測距装置(例えば、LiDAR、ミリ波レーダー)が搭載されている(例えば、特許文献1)。
米国特許第9537956号明細書
特許文献1に記載の測距装置が車両の屋根に搭載されている場合、測距装置の検出範囲の一部がボンネット等の車両の一部に遮られ、死角領域が生じることがある。この場合、死角領域における障害物の存在を判別できないおそれがある。このような課題は、車両側方に搭載されている測距装置を用いて車両の前方や後方の障害物の存在を判別する場合や、車両後方に搭載されている測距装置を用いて車両側方の障害物の存在を判別する場合においても同様である。
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
本開示の一実施形態によれば、車両(500)に搭載して用いられる計測装置ユニット(300)が提供される。この計測装置ユニットは、前記車両の屋根に配置され、赤外レーザ光である射出した検出波(IL)に対応する反射波(RL)を検出することにより検出範囲(DR)に存在する物体までの距離を検出する測距装置(100)と、前記検出範囲における前記車両の前端の幅方向の一端に突出して配置され、前記検出波の進行方向を前記車両に起因する前記測距装置の死角領域(CR)を含む前記検出範囲外に向けて偏向させる鏡またはガラスからによって形成されている偏向装置(200)と、を備え、前記測距装置は、前記車両の発進時に前記死角領域における障害物の検出処理を実行する。
この形態の計測装置ユニットによれば、車両に配置され、射出した検出波に対応する反射波を検出することにより検出範囲に存在する物体までの距離を検出する測距装置と、車両における検出範囲に配置され、検出波の進行方向を車両の死角領域を含む検出範囲外に向けて偏向させる偏向装置とを備えるので、死角領域における物体の存在を精度よく検出できる。
本開示は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、物体認識装置、障害物検出装置、障害物検出方法、これらの装置や方法を実現するためのコンピュータプログラム、かかるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体等の形態で実現することができる。
本開示の一実施形態としての計測装置ユニットが搭載された車両の一例を示す説明図。 LiDARの概略構成を示す説明図。 LiDARの機能的構成を示すブロック図。 偏向装置の概略構成を示す説明図。 偏向装置の配置位置を模式的に示す説明図。 偏向装置の配置位置を模式的に示す説明図。 偏向装置により検出光が反射される様子を模式的に示す説明図。 死角領域における測距結果の一例を説明するための説明図。 死角領域における測距結果の他の例を説明するための説明図。 障害物検出処理の処理手順を示すフローチャート。
A.実施形態:
A1.装置構成:
図1に示すように、第1の実施形態に係る計測装置ユニット300は、車両500に搭載されて用いられる。計測装置ユニット300は、車両500の周囲情報、例えば、車両500の周囲の物標との距離を取得することにより、車両500の周囲に存在する障害物を検出する。計測装置ユニット300は、車両500の屋根に搭載され、固定機構115およびフレーム113により車両500に固定されている。図1では、車両幅方向LH、車両前方方向FD、車両後方方向RDおよび鉛直下方Gを図示している。
車両500には、計測装置ユニット300の他、運転支援を実行するための運転支援制御装置140が搭載されている。運転支援制御装置140は、車両500の内部に搭載され、一本の配線CVによって計測装置ユニット300と接続されている。運転支援制御装置140は、図示しないCPU、メモリおよびインタフェースを搭載した1つ又は複数のECUとして構成され、車両500に搭載されている駆動装置、操舵装置、ブレーキ装置を制御することにより、車両500の制動支援、操舵支援、駆動支援といった運転支援を実行する。なお、車両500は、この他に、車輪速度センサ、ヨーレートセンサ等を備えていてもよく、運転支援制御装置140は、車両500の自動運転を実行するための自動運転制御装置であってもよい。
計測装置ユニット300は、少なくとも、測距装置100と、偏向装置200とを備える。測距装置100は、前方検知を目的とする場合、例えば、車両500の屋根の前方中央部に配置されている。測距装置100は、検出波としてレーザ光を射出し、物標によって反射された反射波として反射光を受信することによって、車両500に対する物標の距離や形状を検出する。本実施形態において、測距装置100は、LiDAR(Light Detection And Ranging)である。測距装置100の詳細な構成については、後述する。
偏向装置200は、測距装置100から射出された検出光の進行方向を、測距装置100の検出範囲外、例えば、車両500の死角領域に向けて偏向させる。「車両500の死角領域」とは、より正確には、測距装置100から認識できない死角領域であり、射出された検出光の進行が車両500の一部によって遮蔽される領域を意味する。偏向装置200は、車両500における測距装置100の検出範囲内、例えば、車両500のボンネットにおける車両幅方向LHの一端に配置されている。本実施形態では、偏向装置200は、車両500のフェンダーに固定されているポール215の先端に取り付けられている。測距装置100と偏向装置200との距離d1は、例えば、2.0メートルである。詳細な説明は後述するが、本実施形態では、偏向装置200は、例えば、鏡、ガラス等の反射体を備える反射装置により構成されている。このため、偏向装置200が車両500に取り付けられる際には、反射体に入射した検出光が死角領域を含む検出範囲外の方向に反射可能な角度に調整されている。
図2に示すように、測距装置100は、受発光部20および制御装置50を備えている。測距装置100は、予め定められた走査角範囲NRを複数の角度に分割した単位走査角を単位として検出光ILの射出および反射光RLの受光を実行することによって走査角範囲NRの全体にわたる検出点の取得が実行され、測距が実現される。測距装置100における検出点の取得、すなわち、発光および受光処理は、走査角範囲NRを一方向へ往走査する際、あるいは、走査角範囲NRを双方向へ往復走査する際に実行される。
受発光部20は、発光処理および受光処理を実行する。具体的には、受発光部20は、制御装置50から単位走査角毎に入力される発光素子の発光を指示する発光制御信号に応じて発光素子を駆動して、検出光ILを射出する発光処理を実行する。発光素子は、例えば、1または複数の赤外レーザダイオードであり、検出光ILとして赤外レーザ光を出射する。受発光部20は、発光が実行される単位走査角を単位として、例えば、SPAD(Single Photon Avalanche Diode)、その他のフォトダイオードによって構成される受光画素に入射された入射光量または入射光強度に応じた入射光強度信号を出力する受光処理を実行する。
受発光部20は、発光処理および受光処理を実行する。具体的には、受発光部20は、制御装置50から単位走査角毎に入力される発光素子の発光を指示する発光制御信号に応じて発光素子を駆動して、検出光ILを射出する発光処理を実行する。発光素子は、例えば、1または複数の赤外レーザダイオードであり、検出光ILとして赤外レーザ光を出射する。受発光部20は、発光が実行される単位走査角を単位として、例えば、SPAD(Single Photon Avalanche Diode)、その他のフォトダイオードによって構成される受光画素に入射された入射光量または入射光強度に応じた入射光強度信号を出力する受光処理を実行する。
受発光部20は、図示しない走査鏡を備えている。走査鏡は、射出された検出光ILを水平方向HDに走査させる鏡体である。走査鏡は、電動機、例えば、超音波モータ、ブラシレスモータ、ブラシモータといった、走査角範囲NRにおいて往復動を行うための周知の機構を備える電動機によって往復駆動されることによって、水平方向HDにおける走査角範囲NRの走査が実現される。検出光ILは、走査鏡によって反射され、単位走査角SAを単位として水平方向HDの走査角範囲NRにわたり走査される。検出光ILが物標によって反射された反射光RLは、走査鏡によって反射され、単位走査角SA毎に入射される。受光処理が実行される単位走査角SAは、順次インクリメントされ、この結果、所望の走査角範囲NRにわたる受光処理のための走査が可能となる。なお、走査鏡を垂直方向VDへ揺動させる構成や、走査鏡を多面鏡体、例えば、ポリゴンミラーとすることによって、水平方向HDに加えて垂直方向VDへの走査を実現してもよい。また、走査鏡は、電動機によって回転されなくてもよいし、走査鏡を省略し、アレイ状に配置された複数の発光素子および複数の受光素子を備え、レーザ光を順次外界に対して直接射出し、反射光RLを直接受光する構成を備えていてもよい。
図3に示すように、制御装置50は、測距装置100の全体の動作を制御する。制御装置50は、距離検出部63と、物体認識部65とを含んでいる。距離検出部63は、受発光部20から入力される入射光制御信号を用いて、受発光部20が検出光ILを射出してから反射光RLが受発光部20に入射するまでの時間(TOF:Time of Flight)を算出することにより、測距装置100の検出範囲に存在する物標までの距離を検出する。物体認識部65は、検出された距離を用いて、車両500の周囲に存在する物体、例えば、先行車両、対向車両、路側物、落下物および歩行者等の周辺物を認識する。本実施形態において、物体認識部65は、後述の障害物検出処理を実行することにより、車両前方方向FDの死角領域における障害物の存否を特定する。
図4に示すように、偏向装置200は、円柱状の外観形状を有する。偏向装置200の外表面は、反射体201に覆われている。反射体201は、測距装置100から射出された検出光ILを反射させる。反射体201は、例えば、ミラー用の金属薄膜や、ガラス薄膜等の反射材が偏向装置200の外表面全体にコーティングされることにより構成されている。本実施形態では、偏向装置200の全面に反射体201が備えられているので、偏向装置200における任意の場所に検出光ILが入射しても、検出光ILを反射させることができる。なお、反射体201は、レーザ光を反射可能な部材であれば他の任意の部材であってもよく、レーザ光の波長の反射率を高めるように構成されていてもよい。また、偏向装置200の外観形状は、円柱状に限らず、楕円形状、球体等の曲面を有する他の任意の形状としてもよい。
測距装置100と偏向装置200との距離を上述の距離d1(2.0メートル)としたとき、測距装置100の水平方向HDの分解能(解像度)が0.2度である場合、偏向装置200の配置位置における水平方向HDの解像度は、0.7センチメートルとなる。このため、偏向装置200の大きさ(直径)は、少なくとも0.7センチメートルであればよく、検出光ILをより広い範囲に反射させるためには、2センチメートルから5センチメートルの範囲の大きさであることが好ましく、3センチメートルから4センチメートルの範囲の大きさであることがより好ましい。
図4に示すように、偏向装置200の表面形状は、曲面である。このため、反射体201は、測距装置100の検出光ILの入射角度に応じた様々な角度で検出光ILを反射させることができる。
図5および図6に示すように、偏向装置200は、車両500における測距装置100の検出範囲DR内に配置されている。なお、図5および図6では、図示の便宜上、計測装置ユニット300の固定機構115およびフレーム113、並びに偏向装置200の反射体201の図示を省略している。測距装置100の検出範囲DRは、測距装置100が車両500の屋根の前方中央部に配置されている場合には、車両500の前方の領域となる。車両500のボンネットの前方には、測距装置100から認識できない死角領域CRが存在する。
図7に示すように、偏向装置200は、測距装置100から射出された検出光ILを、死角領域CRを含む検出範囲DR外に向かって反射させ、破線矢印に示すように、反射された検出光BILを死角領域CRに到達させる。換言すると、偏向装置200は、測距装置100から射出された検出光ILの進行方向を、死角領域CRを含む検出範囲DR外に向けて偏向させて、死角領域CRに検出光ILを導く。したがって、測距装置100は、死角領域CRに導かれた検出光BILに対応する反射光を受光することにより、死角領域CRに存在する物体を検出できる。
A2.障害物検出処理:
先ず、障害物検出処理の概要を説明する。図8に示すように、死角領域CRに障害物が存在しない場合、測距装置100から射出された検出光ILは、偏向装置200によって死角領域CRに向かって反射して、死角領域CRに導かれた検出光BILは、地面Grまで到達する。このとき、上述の距離検出部63は、死角領域CRの測距結果として、測距装置100から偏向装置200までの距離d1と、偏向装置200から地面Grまでの距離d2との和を取得する。
他方、図9に示すように、死角領域CRに障害物Obが存在する場合には、偏向装置200によって死角領域CRに導かれた検出光BILは、障害物Obまで到達する。検出光BILは、障害物Obに遮られて地面Grまでは到達しない。このとき、距離検出部63は、死角領域CRの測距結果として、測距装置100から偏向装置200までの距離d1と、偏向装置200から障害物Obまでの距離d3との和を取得する。距離d3は、距離d2に比べて、障害物Obの高さ分だけ小さい。したがって、死角領域CRに障害物Obが存在する場合、死角領域CRに障害物Obが存在しない場合に比べて小さな距離が検出されるといえる。
後述の障害物検出処理では、死角領域CRの測距結果を取得し、検出された距離が、上述の距離d1と距離d2との和よりも小さいか否かを判定することにより、死角領域CRに障害物Obが存在するか否かを判別している。以下、詳細に説明する。
図10に示す障害物検出処理は、車両500の発進時に実行される。障害物検出処理は、例えば、車両500のシフト装置のシフトポジションが前進要求を示すポジションに切り替わったことを示す信号が、車両500全体を制御する上位のECUから制御装置50に入力されると、開始される。距離検出部63は、死角領域CRの測距結果を取得する(ステップS15)。物体認識部65は、検出された距離が予め定められた距離よりも小さいか否かを判定する(ステップS20)。本実施形態において、「予め定められた距離」とは、測距装置100から偏向装置200までの距離d1と、偏向装置200から地面Grまでの距離d2との和を意味する。検出された距離が予め定められた距離よりも小さいと判定された場合(ステップS20:YES)、物体認識部65は、死角領域CRに障害物Obが存在すると特定する(ステップS25)。
物体認識部65は、車両500の乗員に報知する(ステップS30)。具体的には、物体認識部65は、車両500に搭載されているスピーカーや、表示装置を用いて、車両前方方向FDに障害物Obが存在するので車両500を発進できない旨を報知する。なお、車両500が管理センタにおいて遠隔操縦される場合や、車両500が公共交通機関であり、管理センタにおいて車両500の運行を管理する場合には、車両500を発進できない旨を管理センタに通知してもよい。
上述のステップS20において、検出された距離が予め定められた距離以上であると判定された場合(ステップS20:NO)、物体認識部65は、死角領域CRに障害物Obが存在しないと特定する(ステップS35)。物体認識部65は、運転支援制御装置140に車両500を発進させる(ステップS40)。ステップS40の実行後、または、上述のステップS30の実行後、障害物検出処理は終了する。
以上の構成を有する本実施形態の計測装置ユニット300によれば、車両500に配置され、射出された検出光ILに対応する反射光RLを検出することにより検出範囲DRに存在する物体までの距離を検出する測距装置100と、車両500における検出範囲DRに配置され、検出光ILの進行方向を、車両500の死角領域CRを含む検出範囲DR外に向けて反射させる偏向装置200とを備えるので、死角領域CRにおける障害物Obの存在を精度よく検出できる。具体的には、本実施形態の計測装置ユニット300によれば、測距装置100は、検出範囲DRに存在する物体に加えて、死角領域CRにおける物体の存否を検出することができるので、測距装置100とは異なる測距装置であって死角領域CRにおける物体の存否を検出するための測距装置を追加して備える必要がない。また、車両前方方向FDに限らず、車両500の側方や、車両後方方向RDに死角領域が生じないようにするために車両500に多数の測距装置を搭載する必要がないので、車両500の部品点数が増加するといった問題や、車両500の重量および消費電力等が増加するといった問題が生じることを抑制できる。
加えて、物体認識部65は、死角領域CRにおいて検出された距離が予め定められた距離よりも小さい場合に、死角領域CRに障害物Obが有ると特定するので、死角領域CRにおける障害物Obの存否を容易に判定できる。また、偏向装置200は、表面形状が曲面である反射体201を備える反射装置であるので、表面形状が平面である反射体を備える構成に比べて、検出光ILの入射角度に応じた様々な角度で検出光ILを反射させることができる。このため、死角領域CRにおけるより広い範囲に検出光ILを導くことができる。
B.他の実施形態:
(1)上記実施形態において、測距装置100は、モータ等によって水平方向HDへ回転駆動される回転体に発光素子を備えた構成としてもよい。かかる構成においては、回転体の水平方向HDへの回転とともに、射出される検出光ILの射出方向が変化する。このため、回転体の回転速度と、検出光ILの射出間隔とに応じて、偏向装置200の大きさを設定することができる。例えば、測距装置100と偏向装置200との距離を上述の距離d1(2.0メートル)としたとき、回転体の回転方向の分解能が0.3度である場合、検出光ILは、水平方向HDに約1センチメートル間隔で照射される。このため、偏向装置200の大きさを約1.0センチメートルとすることにより、検出光ILを死角領域CRに反射させることができる。なお、偏向装置200の大きさ、より詳細には、検出光ILが入射する面の大きさ(面積)をより大きくすることにより、検出光ILの反射精度を向上させることができる。
(2)上記各実施形態において、偏向装置200の外観形状は円柱であったが、直方体であってもよい。また、偏向装置200の反射体201の表面形状は、曲面であったが、平面であってもよい。また、偏向装置200の外表面全体が反射体201に覆われていたが、偏向装置200は、少なくとも、測距装置100と対向する面に反射体201を備えていればよい。この場合、反射体201を複数備えていてもよく、例えば、各反射体201は、偏向装置200の側面に所定の間隔を空けて均等に配置されていてもよい。なお、所定の間隔は、測距装置100の水平方向HDの分解能に応じて任意に設定することができ、例えば、0.7センチメートルとしてもよい。また、偏向装置200は、反射体201を省略してもよく、例えば、偏向装置200自体を鏡やガラス、表面が研磨された金属等の反射装置により構成してもよい。
(3)上記各実施形態において、偏向装置200は、反射装置に代えて、プリズム等の屈折装置であってもよい。すなわち、一般には、測距装置100から射出される検出光ILを反射、あるいは屈折(屈曲)させることにより、検出光ILの進行方向を、死角領域CRを含む検出範囲DR外に向けて偏向させる偏向装置に本開示を適用してもよい。また、偏向装置200は、車両500の車体の一部により構成されていてもよい。
(4)上記各実施形態において、制御装置50は、物体認識部65として機能しなくてもよく、例えば、運転支援制御装置140が物体認識部としての機能を有していてもよいし、物体認識部として機能する物体認識装置を、測距装置100や運転支援制御装置140とは別に備えていてもよい。
(5)上記各実施形態において、偏向装置200は、車両500のボンネットにおける車両幅方向LHの一端に配置されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、偏向装置200は、ボンネットにおける車両幅方向LHの端部に代えて、または、加えて、ボンネットにおける車両幅方向LHの中央部に配置されていてもよい。すなわち、一般には、偏向装置200は、車両500における測距装置100の検出範囲DR内の他の任意の位置に配置されていてもよい。
(6)上記各実施形態において、測距装置100は、車両500の屋根の前方中央部に搭載されていたが、本開示はこれに限定されない。例えば、測距装置100は、車両500の屋根の後方中央部に搭載されていてもよい。この場合、偏向装置200を、リアバンパーにおける車両幅方向LHの端部であって、測距装置100から射出される検出光ILを車両500の後方下部に向けて偏向させることができる位置に配置してもよい。このような構成によれば、測距装置100から死角となる車両500の後方下部における障害物の存在を検出できる。また、例えば、測距装置100は、リアバンパーに搭載されていてもよい。この場合、偏向装置200を、リアバンパーにおける車両幅方向LHの端部であって、測距装置100から射出される検出光ILを車両500の側方部に向けて偏向させることができる位置に配置してもよい。このような構成によれば、測距装置100から死角となる車両500の側方部における障害物の存在を検出できる。
また、例えば、測距装置100は、車両500の側方、例えば、フロントドアの下部に搭載されていてもよい。この場合、偏向装置200を、フロントバンパーにおける車両幅方向LHの端部であって、測距装置100から射出される検出光ILを車両前方方向FDに向けて偏向させることができる位置に配置してもよい。このような構成によれば、測距装置100から死角となる車両500の前方における障害物の存在を検出できる。また、かかる構成において、偏向装置200を、リアバンパーにおける車両幅方向LHの端部であって、測距装置100から射出される検出光ILを車両後方方向RDに向けて偏向させることができる位置に配置してもよい。このような構成によれば、測距装置100から死角となる車両500の後方における障害物の存在を検出できる。
(7)上記各実施形態において、障害物検出処理は、車両500の前進発進時に実行されていたが、車両500の後方検知を目的として測距装置100が車両500の後方、あるいは側方に配置されている場合には、車両500の後進発進時に実行されてもよい。
本開示に記載の制御部等の各部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部等の各部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組合せにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。
100…測距装置、200…偏向装置、300…計測装置ユニット、500…車両、CR…死角領域、DR…検出範囲、IL…検出光、RL…反射光

Claims (6)

  1. 車両(500)に搭載して用いられる計測装置ユニット(300)であって、
    前記車両の屋根に配置され、赤外レーザ光である射出した検出波(IL)に対応する反射波(RL)を検出することにより検出範囲(DR)に存在する物体までの距離を検出する測距装置(100)と、
    前記検出範囲における前記車両の前端の幅方向の一端に突出して配置され、前記検出波の進行方向を前記車両に起因する前記測距装置の死角領域(CR)を含む前記検出範囲外に向けて偏向させる鏡またはガラスからによって形成されている偏向装置(200)と、を備え、
    前記測距装置は、前記車両の発進時に前記死角領域における障害物の検出処理を実行する、計測装置ユニット。
  2. 請求項1に記載の計測装置ユニットであって、
    前記測距装置は、検出された前記距離を用いて前記車両の周囲の障害物(Ob)の存在を認識する物体認識部(65)を、さらに備え、
    前記物体認識部は、前記死角領域において検出された距離が予め定められた距離よりも小さい場合に、前記死角領域に前記障害物が有ると特定する、
    計測装置ユニット。
  3. 請求項1または請求項2に記載の計測装置ユニットであって、
    前記偏向装置は、反射装置である、
    計測装置ユニット。
  4. 請求項3に記載の計測装置ユニットであって、
    前記反射装置は、前記検出波を反射する反射体(201)を備え、
    前記反射体の表面形状は、曲面である、
    計測装置ユニット。
  5. 請求項1または請求項2に記載の計測装置ユニットであって、
    前記偏向装置は、屈折装置である、
    計測装置ユニット。
  6. 車両における障害物検出方法であって、
    前記車両の屋根に配置された測距装置から前記測距装置の検出範囲に赤外レーザ光である検出波を射出し、
    前記検出範囲における前記車両の前端の幅方向の一端に突出して配置された鏡またはガラスからによって形成されている偏向装置に前記検出波の進行方向を前記車両に起因する前記測距装置の死角領域を含む前記検出範囲外に向けて偏向させ、
    前記検出波に対応する反射波を検出することにより前記検出範囲に存在する物体までの距離を検出し、
    前記車両の発進時に、前記死角領域において検出された距離が予め定められた距離よりも小さい場合に、前記死角領域に障害物が有ると特定する、
    障害物検出方法。
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