JPH10100821A - 前方車両認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】道路マーカの座標データ列を記憶した道路マー
カ地図を活用することにより、前方を走行する車両かど
うかを確実に認識する。 【解決手段】道路マーカを検出し、道路マーカ地図メモ
リに記憶された道路マーカの座標データ列に基づいて車
両の位置（ｘ，ｙ）を推定する。この推定された車両の
位置（ｘ，ｙ）を基準として、前方物体までの距離ｒと
角度χの情報を用いて前方物体の位置（ｘ_a ，ｙ_a ）を
求めることができる。 【効果】当該前方物体が同一方向車線内に位置していれ
ば、前方車両である可能性が高いが、同一方向車線以外
に位置していれば、ガードレール、側壁、分離帯又は反
対車線の走行車両である可能性が高いので、これらの判
断に基づいて前方車両であるか否かを認識することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、前方物体までの距
離と角度を計測することにより、前方車両を認識する前
方車両認識装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】道路と車両との通信又は車両と車両との
通信により、車両の車線位置、走行距離、速度、加速
度、他車両との車間距離等を情報として採り入れ、この
情報に基づいてドライバに警告したり、車両のブレーキ
操作、アクセル操作、ステアリング操作等の指令を発生
し運転装置に伝えたりする自動運転システムが知られて
いる。

【０００３】このような自動運転システムにおいては、
前方車両との車間距離を正確に認識することが重要であ
る。従来では、車載カメラを通して道路の状態を撮影し
画像認識することにより、前方車両を認識する技術が提
案されているが（例えば特開平７−７７４３１号公報参
照）、カメラや画像処理装置が必要になり、判定アルゴ
リズムが複雑になるため、より簡易に走行位置を認識す
ることのできる装置が望まれていた。

【０００４】そこで、レーザレーダを車両に搭載して、
パルス状のレーザビームを前方に照射し、先行車両のリ
フレクタからの反射光の伝搬時間を計測して車間距離を
検出する技術が実現されている。さらに、レーザビーム
をスキャンして前方車両の方向まで検出できる技術も開
発されている（青野，真保，早舷「走行環境認識技術の
動向」自動車技術Vol.48, No.9, 1994）。

【０００５】また、悪天候時でも使用できるミリ波レー
ダを用いた技術も開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】レーザレーダやミリ波
レーダを使用した前記技術では、前方を走行する車両か
らの反射の他に、反対車線を走行する車両、ガードレー
ル、道路側壁などからも反射があるため、これらの障害
物をも前方車両と認識してしまい、誤った警告を発する
という難点がある。

【０００７】一方、道路面に道路の方向に沿って磁気ネ
イルを埋め込み、車体に設けた磁気センサによってこの
磁気ネイルを検出することにより、車両の走行距離や車
体の横方向の変位を検出するシステムが提案されている
（1994年９月13日米国特許第5,347,456号、1992年５月1
4日ＰＣＴ国際公開ＷＯ 92/08176 号参照）。さらに、
磁気テープを道路に貼り付け、磁気テープから生ずる磁
界を利用して車両の位置を検出するシステムも提案され
ている。

【０００８】これらの磁気ネイル、磁気テープ等、車両
の走行位置を検出するため道路に設けられた設備を「道
路マーカ」と総称することとする。自動運転システムを
搭載した車両は、前記のように道路マーカを検出し、道
路マーカの座標データ列を記憶した道路マーカ地図を参
照することによって、車両の走行位置を知ることができ
る。

【０００９】そこで、本発明は、道路マーカの座標デー
タ列を記憶した道路マーカ地図を活用することにより、
前方を走行する車両を確実に認識することのできる前方
車両認識装置を実現することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の前方車両認識装
置は、道路に布設された道路マーカを検出する道路マー
カ検出手段と、道路マーカの座標データ列及び車線幅の
情報を記憶した道路マーカ地図メモリと、前記道路マー
カ検出手段により検出された道路マーカと道路マーカ地
図メモリに記憶されている道路マーカとの対応付けを
し、道路マーカ地図メモリに記憶された道路マーカの座
標データ列に基づいて車両の位置を推定する車両位置推
定手段と、前方物体までの距離と角度の情報を基に、前
記車両位置推定手段により推定された車両の位置を基準
とした前方物体の位置を求め、当該前方物体が同一方向
車線内に位置するか否かを判断することにより、前方車
両か否かを認識する前方車両認識部とを備えるものであ
る（請求項１）。

【００１１】この構成によれば、道路マーカを検出し、
道路マーカ地図メモリに記憶された道路マーカの座標デ
ータ列に基づいて車両の位置を推定することができる。
したがって、この推定された車両の位置を基準として、
前方物体までの距離と角度の情報を用いて前方物体の位
置を求めることができる。当該前方物体が同一方向車線
内に位置していれば、前方車両である可能性が高いが、
同一方向車線以外に位置していれば、ガードレール、側
壁、分離帯又は反対車線の走行車両である可能性が高
い。

【００１２】したがって、これらの判断に基づいて前方
車両であるか否かを認識することができる。前記車両位
置推定手段は、自律航法により車両の位置を推定し、推
定された車両の位置に基づいて、前記マーカ検出手段に
より検出された道路マーカの推定位置を算出し、この道
路マーカの推定位置と、道路マーカ地図メモリに記憶さ
れている道路マーカの座標データとを比較することによ
り、自律航法により推定された車両の位置を補正するも
のであってもよい（請求項２）。

【００１３】この構成によれば、自律航法により求めら
れた車両の位置を、道路マーカ地図メモリに記憶された
道路マーカの座標データ列に基づいて、正確に補正する
ことができる。したがって、車両の位置を正確に求める
ことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面を参照しながら詳細に説明する。 ＜前方車両認識装置の概要＞図１は、道路マーカとして
車線の真中に磁気ネイルを埋め込んだ道路を低空から見
た図である。

【００１５】磁気ネイルは、Ｎ極とＳ極とが、所定ピッ
チＬ（例えば１〜２ｍ）を周期として所定のコード（例
えば１をＮ極、−１をＳ極とすれば−１，１，−１，
１，‥‥）に従って配列される。なお極性は、地表面に
向いている磁界の極性を意味する。図２は、前方車両認
識装置を含む車載装置を示すブロック図である。車載装
置は、走行距離検出部１１と、走行方向検出部１２と、
両検出部１１，１２から出力される走行距離検出信号、
走行方向検出信号に基づいて自律航法により推定位置を
算出する位置推定部１４と、道路に埋め込まれた磁気ネ
イルの磁界を検出するための磁界検出部１３及び波形整
形部１３ａと、レーザレーダ等を用いて前方物体までの
距離と角度を計測する距離計測部１７と、磁気ネイルに
より構成されるコードや座標データ列を格納した道路マ
ーカ地図メモリ１５と、磁気ネイルのコードを検出し、
これと道路マーカ地図メモリ１５に記憶されている座標
データ等とを比較して、位置推定部１４で検出された推
定位置を補正する位置補正部１６と、前方車両認識部１
９と、警告部２０とを備えている。

【００１６】これら位置推定部１４、道路マーカ地図メ
モリ１５、位置補正部１６により位置検出部１８を構成
する。さらに詳細に説明すると、前記走行距離検出部１
１として、例えば車輪速センサが使用可能である。この
車輪速センサは、車輪の回転を検出する磁気センサを有
し、磁気センサからの出力正弦波信号の波数をカウンタ
によりカウントすることにより車輪の回転数を得、カウ
ンタから出力されるカウントデータに対して、乗算器に
より車輪の外周を示す所定の定数を乗算することにより
検出周期Δｔ（周期番号をｎで表す。）当りの走行距離
を検出するものである。なお、それ以外に、ドップラシ
フト等に基いて車両の走行速度を検出し、積分すること
により走行距離を検出する構成の車速センサ等、従来公
知の構成のものも使用可能である。

【００１７】前記走行方向検出部１２には、例えば、単
位時間当りの回転角度データを出力するジャイロが使用
可能である。このジャイロの例として、振動ジャイロ、
光ファイバジャイロ、差動型車輪速センサがあげられ
る。また、地磁気の水平分力を検出する地磁気センサを
使用することもでき、地磁気センサと前記ジャイロとの
組合せを採用することも可能である。

【００１８】前記磁界検出部１３は、例えばバンパーの
底部に設けられ、図３に示すように、磁気抵抗素子１を
細長いゴム状の永久磁石３の上に複数個並べ、それぞれ
から出力電圧を取り出す回路構成としている。磁気抵抗
素子１は、磁界を加えることによって電気抵抗が変化す
る素子であり、ＩｎＳｂ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ等の半導
体材料がよく用いられる。本実施の形態では、基板の上
に真空蒸着法によりＩｎＳｂ薄膜を形成した素子を用い
るが（例えばトヨコム東洋通信機株式会社製の「磁気抵
抗素子ＴＭＳ−Ｄシリーズ」が使用可能である）、これ
以外に、バルク（単結晶）型の磁気抵抗素子を使用して
もよい。

【００１９】道路に沿って埋め込まれた磁気ネイルの磁
界を、磁界検出部１３のいずれかの磁気抵抗素子が検出
すれば、その変化により磁気ネイルのコードを読み取る
ことができる。また、磁界検出部１３のいずれの磁気抵
抗素子が検出しているのかを知ることによって、車両の
中心線と磁気テープとの横方向の相対距離（以下
「Ｌ _m 」と書く）を検出することもできる。

【００２０】道路マーカ地図メモリ１５は、磁気ネイル
により構成されるコードや位置情報、車線幅が格納され
ているものである。ここで、前記道路マーカ地図メモリ
１５の記憶構造は、表１のようになる。

【００２１】

【表１】

【００２２】道路マーカ地図メモリ１５は、高速道路の
路線、区間ごとに対応して、地点の番号、埋め込まれた
磁気ネイルのその地点の極の区別（「磁気ネイルの符
号」という）、東向きをｘ方向とし北向きをｙ方向とし
た相対座標を記憶している。例えば、出発点となる地点
の番号は０、その地点に埋め込まれた磁気ネイルの符号
はＳ、地点の相対座標は（０，０）となっている。

【００２３】車線幅は、表１では、磁気ネイルから左右
の車線の幅を規定する線（以下「白線」という）までの
距離として記憶されている。磁気ネイルから右の白線ま
での距離はｖ、左の白線までの距離はｗで表されてい
る。 ＜自車両位置の検出＞位置推定部１４は、走行距離検出
部１１から出力される距離データΔＤ_n を取り込むとと
もに、走行方向検出部１２から出力される角速度データ
ω_n を取り込み、前回の角速度ω_n-1 と今回の角速度ω
_n との平均Ω_n Ω_n ＝（ω_n-1 ＋ω_n ）／２ を求め、これに周期Δｔをかけ、前回の方位θ_n-1 に加
算することにより今回の方位θ_n を求める。

【００２４】θ_n ＝Ω_n Δｔ＋θ_n-1 さらに、前回の方位θ_n-1 と、今回の方位θ_n との平均
方位Θ_n を求め、 Θ_n ＝（θ_n ＋θ_n-1 ）／２ そしてこの平均方位Θ_n に基づいて、前記距離ΔＤ_n の
東西方向成分Δｘ_n （＝ΔＤ_n × cosΘ_n ）、および南
北方向成分Δｙ_n （＝ΔＤ_n × sinΘ_n ）を検出し、前
回の推定位置データ（ｘ_n-1 ，ｙ_n-1 ）に対して前記各
成分Δｘ_n ，Δｙ _n を加算することにより、現在の推定
位置（ｘ_n ，ｙ_n ）を検出する。

【００２５】ｘ_n ＝ｘ_n-1 ＋Δｘ_n ｙ_n ＝ｙ_n-1 ＋Δｙ_n なお、推定位置の初期位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ）を決める必要
があるが、この初期位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ）は、出発点とな
る磁気ネイルを検出した時点の車両位置を、例えば
（０，０）に設定してそれを採用すればよい。

【００２６】位置補正部１６は、磁気抵抗素子の取付け
長さを超えて車線を逸脱していないことを前提として、
この推定位置（ｘ_n ，ｙ_n ）を、道路マーカ地図メモリ
１５に格納された相対座標に基づいて補正する。この補
正方法を説明すると、まず、コース出発点を特定する。
ここで、コース出発点の特定は、次のようにして行う。
車両は、高速道路に入る前に通信手段、例えばビーコン
から、当該高速道路の路線名、区間名の情報を受ける。
ナビゲーション装置を搭載していれば、ナビゲーション
装置から路線名、区間名の情報を受けてもよい。この情
報により、道路マーカ地図メモリ１５に記憶されている
データ群の記憶場所を特定することができる。

【００２７】高速道路の入口と出口との間に磁気ネイル
が埋め込まれており、車両が当該入口から高速道路に入
ると、最初は特定の符号（例えばＳ極）が現れ、その後
両符号が所定のコードに従って現れる。この最初の特定
の符号を初めて検出した地点を出発点とする。その後、
磁気ネイルにより構成されるコードを読み取ることによ
り、相対座標を知ることができる。

【００２８】また、例えばコードが−１，１，−１，
１，‥‥といった単純なものであれば、検出した符号を
カウントするだけで、何番目の地点であるかが分かるの
で、表１を参照して相対座標を知ることができる。位置
補正部１６は前記コードの読み取り結果に基づき、道路
マーカ地図メモリ１５を参照して相対座標（以下「（ｘ
_m ，ｙ_m ）」と書く）を読み出す。

【００２９】次に、当該磁気ネイル検出時点の車両推定
位置（ｘ_s ，ｙ_s ）を求める。一般に、当該車両推定位
置（ｘ_s ，ｙ_s ）は、図４に示すようにいずれかの検出
周期の始めの車両推定位置（ｘ_n-1 ，ｙ_n-1 ）と終わり
の車両推定位置（ｘ_n ，ｙ_n）との間に存在するので、
車両推定位置（ｘ_s ，ｙ_s ）は、検出周期Δｔの始めの
時刻Ｔ_n-1 と、終わりの時刻Ｔ_n と、符号が検出された
時刻Ｔ_m とを使えば、 ｘ_s ＝ｘ_n-1 ＋（ｘ_n −ｘ_n-1 ）（Ｔ_m −Ｔ_n-1 ）／Δｔ ｙ_s ＝ｙ_n-1 ＋（ｙ_n −ｙ_n-1 ）（Ｔ_m −Ｔ_n-1 ）／Δｔ で求められる。

【００３０】そして、当該車両推定位置（ｘ_s ，ｙ_s ）
及び前記相対距離Ｌ_m に基づいて推定される相対座標
（ｘ′_m ，ｙ′_m ）と、道路マーカ地図メモリ１５に記
憶されている相対座標（ｘ_m ，ｙ_m ）との関係を求め
る。図５は、車両推定位置（ｘ_s，ｙ_s ）と推定位置
（ｘ′_m ，ｙ′_m ）との位置関係を表した図であり、車
両の走行方向はθ_n で表されている。方向θ_n の符号は
反時計回りを正とし、相対距離Ｌ_m の符号は車両の左側
に磁気テープ又は誘導線を検出したときを正とする。同
図に示した関係より、推定位置（ｘ′_m ，ｙ′_m ）は、
Ｌ_m とθ_n とを用いて ｘ′_m ＝ｘ_s −Ｌ_m sin θ_n (1) ｙ′_m ＝ｙ_s ＋Ｌ_m cos θ_n (2) で表される。

【００３１】ここで、前記(1) 式及び(2) 式で示された
推定位置（ｘ′_m ，ｙ′_m ）と、道路マーカ地図メモリ
１５から読みだした磁気ネイルの座標（ｘ_m ，ｙ_m ）と
を比較し、その差を求める。 Δｘ＝ｘ_m −ｘ_s Δｙ＝ｙ_m −ｙ_s この差Δｘ，Δｙが車両推定位置（ｘ_n ，ｙ_n ）の補正
量となる（以下、添字ｎを省略して、推定位置（ｘ，
ｙ）と書く）。すなわち、車両推定位置（ｘ，ｙ）を、 ｘ＝ｘ＋Δｘ ｙ＝ｙ＋Δｙ として補正することができる。補正された推定位置
（ｘ，ｙ）は、ＧＰＳ(Global Positioning System) 等
と比べて極めて精度が高い。

【００３２】前述した位置補正部１６の処理は、磁気抵
抗素子の取付け長さを超えて車線を逸脱していないこと
を前提としていた。もし、磁気抵抗素子の取付け長さを
超えて車線を逸脱すれば、車両の中心線と磁気テープと
の横方向の相対距離Ｌ_m が求まらないので、前述した処
理を行うことはできない。この場合は、位置推定部１４
から出力される車両の推定位置（ｘ _n ，ｙ_n ）をそのま
ま車両の推定位置（ｘ，ｙ）として採用することにな
る。 ＜前方車両の認識＞距離計測部１７により、前方物体ま
での距離と角度が求まれば、前記車両の推定位置（ｘ，
ｙ）を基準にして、前方物体の位置を知ることができ
る。

【００３３】この物体の位置を求めて、前方車両を認識
する方法を、図６を用いて説明する。車両Ａが走行して
おり、前方に車両Ｂあるいは側壁Ｃ（まとめて「前方物
体」という）が存在するものとする。距離計測部１７に
より計測された前方物体までの距離をｒ、車両の走行方
向に対する角度をφとする。

【００３４】前方車両認識部１９は、まず、磁気ネイル
列の方向を、表１に格納されている隣接する磁気ネイル
の座標（ｘ_n-1 ，ｙ_n-1 ），（ｘ_n ，ｙ_n ）を用いて算
出する。こうして算出された磁気ネイルの方向は、絶対
的に（例えば真北から何度という具合に）求まる。そし
て、磁気ネイルの方向と車両の走行方向との差ψを算出
し、これと前記φとから、磁気ネイルの方向を基準とし
た前方物体までの方位χを求める。この方位χも絶対的
に求められる。

【００３５】この前方物体までの方位χと、前方物体ま
での距離ｒとから、車両の推定位置（ｘ，ｙ）を基準と
した前方物体の座標（ｘ_a ，ｙ_a ）を求めることができ
る。すなわち、座標（ｘ，ｙ）を原点とする距離ｒ，方
位χの極座標表示をすることにより、座標（ｘ_a ，
ｙ_a ）を自明に求めることができる。次に、前方物体の
座標（ｘ_a ，ｙ_a ）から磁気ネイル列までの垂線の距離
を計算し、これが磁気ネイル列から右の白線までの距離
ｖ又は左の白線までの距離ｗを越えているか否か判断す
る。

【００３６】この垂線の距離の計算法を図７を用いて説
明する。前方物体の座標（ｘ_a ，ｙ _a ）は、いずれかの
磁気ネイルの座標（ｘ_m0，ｙ_m0）とその次の磁気ネイル
の座標（ｘ_m1，ｙ_m1）との間に存在するので、これらの
磁気ネイルを特定して、これらの磁気ネイルを結ぶ線分
に前方物体の座標（ｘ_a ，ｙ_a ）から垂線を引き、その
距離ｄを求める。この距離ｄが前方物体と磁気ネイルの
並んでいるラインとのずれになる。

【００３７】前方物体が磁気ネイルの並んでいるライン
の右側にあるか左側にあるかを判断し、右側にあれば、
表１に格納された磁気ネイルから右の白線までの距離ｖ
と比較し、左側にあれば左の白線までの距離ｗと比較す
る。比較の結果、距離ｖ又は距離ｗを超えていなけれ
ば、当該前方物体は同一方向車線内を走行する車両であ
ると判断する。超えていれば、当該前方物体は同一方向
車線内を走行する車両でない（ガードレール、側壁、対
向車両等）と判断する。

【００３８】前方物体が同一方向車線内を走行する車両
でない場合は、距離計測部１７により得られる前方物体
の情報から予め除外することができるので、これらの障
害物を前方車両と誤認識するといった事態を回避するこ
とができる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明の前方車両認識装置
によれば、推定された車両の位置を基準として、前方物
体までの距離と角度の情報を用いて前方物体の位置を求
めることができる。認識された前方物体が同一方向車線
内に位置していれば、前方車両である可能性が高いが、
同一方向車線以外に位置していれば、ガードレール、側
壁、分離帯又は反対車線の走行車両である可能性が高い
ので、これらの判断に基づいて前方車両であるか否かを
精度よく認識することができる。

【００４０】特に、請求項２記載の発明であれば、自律
航法により求められた車両の位置を、道路マーカ地図メ
モリに記憶された道路マーカの座標データ列に基づい
て、正確に補正することができ、前方物体の位置を正確
に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】道路マーカとして、車線に磁気ネイルを埋め込
んだ道路を低空から見た図である。

【図２】前方車両認識装置を含む車載装置を示すブロッ
ク図である。

【図３】磁気抵抗素子を細長いゴム状の永久磁石の上に
複数個並べ、それぞれから出力電圧を取り出す回路構成
を示す図である。

【図４】いずれかの検出周期の始めの車両推定位置（ｘ
_n-1 ，ｙ_n-1 ）と終わりの車両推定位置（ｘ_n ，ｙ_n ）
との間の車両推定位置（ｘ_s ，ｙ_s ）の算出方法を説明
する図である。

【図５】車両推定位置（ｘ_s ，ｙ_s ）と磁気ネイルの座
標（ｘ_m ，ｙ_m ）との位置関係を説明する図である。

【図６】前方車両を認識する方法を説明する図である。

【図７】前方物体の座標（ｘ_a ，ｙ_a ）から磁気ネイル
列までの垂線の距離を計算する方法を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 磁気抵抗素子 ２ 抵抗素子 ３ 永久磁石 １１ 走行距離検出部 １２ 走行方向検出部 １３ 磁界検出部 １３ａ 波形整形部 １４ 位置推定部 １５ 道路マーカ地図メモリ １６ 位置補正部 １７ 距離計測部 １９ 前方車両認識部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前方物体までの距離と角度を計測すること
   により、前方車両を認識する装置において、 道路に布設された道路マーカを検出する道路マーカ検出
   手段と、 道路マーカの座標データ列及び車線幅の情報を記憶した
   道路マーカ地図メモリと、 前記道路マーカ検出手段により検出された道路マーカと
   道路マーカ地図メモリに記憶されている道路マーカとの
   対応付けをし、道路マーカ地図メモリに記憶された道路
   マーカの座標データ列に基づいて車両の位置を推定する
   車両位置推定手段と、 前方物体までの距離と角度の情報を基に、前記車両位置
   推定手段により推定された車両の位置を基準とした前方
   物体の位置を求め、当該前方物体が同一方向車線内に位
   置するか否かを判断することにより、前方車両か否かを
   認識する前方車両認識部とを備えることを特徴とする前
   方車両認識装置。
2. 【請求項２】前記車両位置推定手段は、自律航法により
   車両の位置を推定し、推定された車両の位置に基づい
   て、前記マーカ検出手段により検出された道路マーカの
   推定位置を算出し、この道路マーカの推定位置と、道路
   マーカ地図メモリに記憶されている道路マーカの座標デ
   ータとを比較することにより、自律航法により推定され
   た車両の位置を補正するものであることを特徴とする請
   求項１記載の前方車両認識装置。