JPWO2018163277A1 - 故障検出装置、故障検出方法及び故障検出プログラム - Google Patents

故障検出装置、故障検出方法及び故障検出プログラム Download PDF

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Abstract

故障検出装置(10)は、移動体(100)に搭載されたミリ波レーダ及びLiDAR(Light Detection And Ranging)といったセンサ(31)によって過去基準時間に出力されたセンサデータを対象データとして取得する。故障検出装置(10)は、取得された過去基準時間分の対象データに、センサ(31)が正常な場合に出力されるセンサデータである正常データが示す検出物体の特徴を示す対象データが含まれているか否かを判定する。これにより、故障検出装置(10)は、センサ(31)が故障しているか否かを判定する。

Description

この発明は、移動体に搭載されたセンサの故障を検出する技術に関する。
安全意識の高まりと利便性の追求とから、緊急自動ブレーキ機能といった運転支援機能が搭載された自動車が増加している。運転支援機能を実現するために、ミリ波レーダーとLiDAR(Light Detection And Ranging)といった、電波又は光を放射するセンサが用いられる場合がある。
運転支援機能を実現するためのセンサが完全に故障した場合には、運転支援機能を使用することができなくなる。しかし、センサに汚れやゴミが付着した場合のように、センサのセンシング範囲の一部のみに異常が発生した場合には、本来は障害物が存在するのに存在しないという検出結果が得られる可能性がある。このような検出結果が得られた場合には、運転支援機能が誤った動作をしてしまう可能性がある。
特許文献1には、事前の走行データに基づき生成された正常なセンシングの結果のモデルと、実際のセンシング結果とを比較してセンサの異常を検出することが記載されている。
特開2009−146086号公報
特許文献1に記載された技術では、事前に生成しておいたモデルと同様の状況以外では、センサの異常を検出することができない。
この発明は、事前にモデルを生成しておくことなく、センサの異常を検出可能にすることを目的とする。
この発明に係る故障検出装置は、
移動体に搭載されたセンサによって過去基準期間に出力されたセンサデータを検出データとして取得するセンサデータ取得部と、
前記センサデータ取得部によって取得された検出データに、前記センサが正常な場合に出力されるセンサデータである正常データが示す検出物体の特徴を示す検出データが含まれているか否かにより、前記センサが故障しているか否かを判定する故障判定部と
を備える。
この発明では、過去基準期間分の検出データに、センサが正常な場合に出力される正常データが示す検出物体の特徴を示す検出データが含まれているか否かにより、センサが故障しているか否かを判定する。これにより、事前にモデルを生成しておくことなく、センサの異常を検出可能である。
実施の形態1に係る故障検出装置10の構成図。 実施の形態1に係る故障検出装置10の動作のフローチャート。 車両51及び周囲の状況の例を示す図。 図3の状況を車両51から見た状態を示す図。 図3及び図4の状況におけるセンシングの説明図。 図3及び図4の状況において得られる検出データの説明図。 図3及び図4の状況における故障判定結果の説明図。 図3及び図4の状況における故障判定結果の説明図。 センサがずれている場合の説明図。 図9の状況における故障判定結果の説明図。 道路55が曲がっている場合の説明図。 図11の状況における故障判定結果の説明図。 変形例2に係る故障検出装置10の構成図。
実施の形態1.
***構成の説明***
図1を参照して、実施の形態1に係る故障検出装置10の構成を説明する。
図1では、故障検出装置10が移動体100に搭載された状態が示されている。移動体100は、車両、船舶等である。実施の形態1では、移動体100は、車両51であるとして説明する。
なお、故障検出装置10は、移動体100又は図示した他の構成要素と、一体化した形態又は分離不可能な形態で実装されてもよい。また、故障検出装置10は、取り外し可能な形態又は分離可能な形態で実装されてもよい。
故障検出装置10は、コンピュータである。
故障検出装置10は、プロセッサ11と、メモリ12と、ストレージ13と、通信インタフェース14とのハードウェアを備える。プロセッサ11は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。
プロセッサ11は、演算処理を行うIC(Integrated Circuit)である。プロセッサ11は、命令及び情報を記憶するレジスタと周辺回路と等により構成される。プロセッサ11は、具体例としては、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)である。
メモリ12は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ12は、具体例としては、SRAM(Static Random Access Memory)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)である。
ストレージ13は、データを保管する記憶装置である。ストレージ13は、具体例としては、ROM、フラッシュメモリ、又は、HDD(Hard Disk Drive)である。また、ストレージ13は、SD(登録商標,Secure Digital)メモリカード、CF(CompactFlash)、NANDフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ(登録商標)ディスク、DVD(Digital Versatile Disk)といった可搬記憶媒体であってもよい。
通信インタフェース14は、外部の装置と通信するためのインタフェースである。実施の形態1では、通信インタフェース14は、移動体100である車両51に搭載されたCAN(Controller Area Network)又は車載Ethernet(登録商標)といったネットワーク30を介して通信するためのインタフェースである。通信インタフェース14は、具体例としては、CAN(Controller Area Network)、Ethernet(登録商標)、RS232C、USB(Universal Serial Bus)のポートである。
実施の形態1では、通信インタフェース14は、ネットワーク30を介して、センサ31と、地図記憶装置32と、表示装置33と、信号受信機34と接続されている。
センサ31は、ミリ波レーダーとLiDARといった、電波、光又は音等を放射し、物体での反射を検出することにより、物体の位置及び速度を特定する装置である。実施の形態1では、センサ31は、電波を放射するミリ波レーダーであるとする。
地図記憶装置32は、地図データを記憶したROM、フラッシュメモリ、又は、HDDといった記憶装置である。地図データは、道路の境界線を示す。
表示装置33は、LCD(Liquid Crystal Display)といった情報を表示する装置である。表示装置33は、移動体100の運転手等の搭乗者から見えるように移動体100に設置されている。
信号受信機34は、GPS(Global Positioning System)といった測位衛星から送信された測位信号を受信する装置である。
故障検出装置10は、機能構成要素として、データ取得部21と、エリア判定部22と、故障判定部23と、通知部24とを備える。故障検出装置10の機能構成要素の機能はソフトウェアにより実現される。
ストレージ13には、故障検出装置10の機能構成要素の機能を実現するプログラムが記憶されている。このプログラムは、プロセッサ11によりメモリ12に読み込まれ、プロセッサ11によって実行される。これにより、故障検出装置10の機能構成要素の機能が実現される。
図1では、プロセッサ11は、1つだけ示されている。しかし、故障検出装置10は、プロセッサ11を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、故障検出装置10の機能構成要素の機能を実現するプログラムの実行を分担する。
***動作の説明***
図2から図12を参照して、実施の形態1に係る故障検出装置10の動作を説明する。
実施の形態1に係る故障検出装置10の動作は、実施の形態1に係る故障検出方法に相当する。また、実施の形態1に係る故障検出装置10の動作は、実施の形態1に係る故障検出プログラムに相当する。
図2に示す処理は、移動体100である車両51の走行中に、数分といった基準期間毎に実行される。
(図2のステップS1:センサデータ取得処理)
データ取得部21は、通信インタフェース14を介して、移動体100である車両51に搭載されたセンサ31によって過去基準期間に出力されたセンサデータを検出データとして取得する。
センサデータは、センサ31によって検出された検出物体についてのデータである。実施の形態1では、センサデータは、車両51に対する検出物体の相対的な位置と、移動方向と、移動速度とを示す。
(図2のステップS2:地図データ取得処理)
データ取得部21は、通信インタフェース14を介して、地図記憶装置32から、移動体100の位置の周辺の地図データを取得する。移動体100の位置は、信号受信機34によって受信された測位信号から特定される。
(図2のステップS3:エリア判定処理)
エリア判定部22は、ステップS1で取得された各検出データが示す検出物体の位置と、ステップS2で取得された地図データが示す道路の境界線の位置とを比較して、各検出データが示す検出物体が道路の外側にあるか否かを判定する。つまり、エリア判定部22は、各検出データが示す検出物体の位置が、移動体100が移動する移動エリアである道路の外側であるか否かを判定する。そして、エリア判定部22は、検出物体が道路の外側にあると判定された検出データを残し、残りの検出データを除外する。
なお、エリア判定部22は、カメラによって道路の境界線である白線を検出し、検出された白線の位置と、ステップS1で取得された各検出データが示す検出物体の位置とを比較してもよい。
例えば、図3に示すように、車両51が道路55を速度v1で走行しており、道路55の反対車線を車両52が速度v2で車両51の方へ走行しているとする。また、道路55の外には、ポスト53と樹木54とがあるとする。すると、車両51からは、図4に示すように、車両52とポスト53と樹木54とが見える。
この場合には、図5に示すように、車両51に搭載されたセンサ31は、車両51の前方の角度αの範囲に向かって電波を放射し、センシング範囲56内にある検出物体で電波が反射した反射波を受信する。そのため、センシング範囲56は、センサ31を中心とする円の一部を構成する扇形になる。図5では、×により検出物体で電波が反射した反射点が示されている。センサ31の構造上、車両51から見える範囲に反射点は存在しており、車両51から見えない検出物体の裏側には反射点は存在しない。
電波を放射した方向と、電波を放射してから反射波を受信するまでの時間とにより、反射点の位置が特定される。これにより、車両51に対する検出物体の相対的な位置が特定される。特定された反射点の位置の変化を時系列で解析し微分を行う、あるいは、反射波のドップラー周波数変化を用いて解析することにより、車両51に対する検出物体の相対的な移動方向及び移動速度が特定される。図6に示すように、道路55の外にある検出物体であるポスト53及び樹木54は、移動しないため、あたかも車両51と同じ速度v1で車両51に向かってくるように見える。また、道路55の内の検出物体である車両52は、車両51と車両52の速度の合成速度であるv1+v2で車両51に向かってくるように見える。
ステップS3の処理では、ポスト53及び樹木54の位置が、移動体100が移動する移動エリアである道路の外側であると判定される。
なお、図3から図6の例では、ポスト53及び樹木54との限定された物体だけを検出物体とした。しかし、実際には、草、小石、ガードレールといった道路55の内外にある様々な物体がセンサ31により検出され、検出データとして得られる。
続いて、ステップS4からステップS6の故障判定処理が、センサ31のセンシング範囲を分割した各分割エリアを対象エリアとして実行される。
センサ31のセンシング範囲は、センサ31の位置を中心とした円の一部である扇形である。ここでは、各分割エリアは、扇形の中心角を分割することにより得られる小さな扇形とする。例えば、図7に示すように、中心角αを2等分することにより、センシング範囲56が分割エリア1と分割エリア2との2つの分割エリアに分割される。
(図2のステップS4:特徴判定処理)
故障判定部23は、ステップS1で取得された過去基準期間分の検出データのうち、道路の外側であると判定された検出物体についての検出データに、センサ31が正常な場合に出力されるセンサデータである正常データが示す検出物体の特徴を示す検出データが含まれているか否かを判定する。これにより、故障判定部23は、センサ31が故障しているか否かを判定する。
故障判定部23は、正常データが示す検出物体の特徴を示す検出データが含まれている場合には、処理をステップS5に進める。一方、故障判定部23は、正常データが示す検出物体の特徴を示す検出データが含まれていない場合には、処理をステップS6に進める。
実施の形態1では、故障判定部23は、過去基準期間分の検出データのうち、道路の外側であると判定された検出物体についての検出データに、移動体100の移動方向と逆の移動方向を示し、かつ、移動体100の移動速度と同じ移動速度を示す検出データが含まれているか否かを判定する。
この際、例えば、故障判定部23は、車両51のCANから車両51の操舵角情報を取得して、車両51のタイヤ角度に換算することによって、車両51の移動方向を特定する。また、故障判定部23は、CANから速度センサによって取得された車両51の速度情報を取得することにより、車両51の移動速度を特定する。
特定された移動方向及び移動速度を車両51の移動ベクトルとして考える。すると、故障判定部23の処理は、車両51の移動ベクトルの逆ベクトルを示す検出データが含まれているか否かを判定する処理と等しい。
(図2のステップS5:正常判定処理)
故障判定部23は、対象エリアについてセンサ31の動作は正常であると判定する。
(図2のステップS6:異常判定処理)
故障判定部23は、対象エリアについてセンサ31の動作は異常であると判定する。
図7に示すように、センシング範囲56を分割エリア1と分割エリア2とに分割したとする。
この場合、分割エリア1には、ポスト53が含まれる。上述した通り、ポスト53は、車両51と同じ速度v1で車両51に向かってくるように見える。つまり、ポスト53の反射点についての検出データは、移動体100の移動方向と逆の移動方向を示し、かつ、移動体100の移動速度と同じ移動速度を示す検出データである。したがって、分割エリア1については、ステップS4で正常な場合の特徴を示す検出データがあると判定され、ステップS5でセンサ31の動作は正常であると判定される。
また、分割エリア2には、樹木54が含まれる。樹木54についても、ポスト53と同様に、車両51と同じ速度v1で車両51に向かってくるように見える。したがって、分割エリア2についても、ステップS4で正常な場合の特徴を示す検出データがあると判定され、ステップS5でセンサ31の動作は正常であると判定される。
図8に示すように、樹木54の反射点が検出されなかったとする。
この場合、分割エリア1については、図7に示す場合と同様に、センサ31の動作は正常であると判定される。一方、分割エリア2については、移動体100の移動方向と逆の移動方向を示し、かつ、移動体100の移動速度と同じ移動速度を示す検出データが存在しない。そのため、分割エリア2については、ステップS4で正常な場合の特徴を示す検出データがないと判定され、ステップS6でセンサ31の動作は異常であると判定される。
図9及び図10を参照して、センサ31の向きがずれている場合について説明する。つまり、センサ31が何らかの原因により、本来の向きとずれた向きになっている。
ここでは、図9に示すように、本来の向きに対してセンサ31が右側に角度θだけずれているとする。すると、図10に示すように、車両51の視点からは、ポスト53及び樹木54の反射点の移動方向が、車両51の移動方向の逆の方向に対して左側に角度θだけずれていると認識される。つまり、ポスト53及び樹木54の反射点についての検出データは、移動体100の移動方向と逆の移動方向を示す検出データではない。
そのため、分割エリア1及び分割エリア2について、ステップS4で正常な場合の特徴を示す検出データがないと判定され、ステップS6でセンサ31の動作は異常であると判定される。つまり、車両51が本来の向きからずれて取り付けられている場合にも異常であると判定される。
図11及び図12を参照して、車両51が走行する道路55が曲がっている場合について説明する。
図3から図8を参照して説明した例では、車両51が走行する道路55は直線であった。しかし、車両51が走行する道路55が曲がっている場合もある。ここでは、図11に示すように、道路55が右に曲がっているとする。すると、車両51の操舵角情報を取得して、車両51のタイヤ角度に換算することにより得られる、車両51の進行方向57は、車両51の真正面の方向に対して、角度θ’だけ右にずれた方向になる。すると、図12に示すように、車両51の視点からは、ポスト53の反射点の移動方向が、車両51の真正面の方向に対して、角度θ’だけずれた方向になる。つまり、ポスト53の反射点の移動方向は、車両51の進行方向57の逆の方向になる。
そのため、ポスト53の移動速度が車両51の移動速度と同じであれば、分割エリア1について、ステップS4で正常な場合の特徴を示す検出データがあると判定され、ステップS5でセンサ31の動作は正常であると判定される。つまり、車両51が走行する道路55が曲がっている場合にも、静止した物体が正しく検出されれば、センサ31は正常であると判定される。
(図2のステップS7:通知処理)
通知部24は、ステップS5又はステップS6で判定された結果を、通信インタフェース14を介して表示装置33に出力して、表示させる。例えば、通知部24は、ステップS6で異常があると判定された場合には、異常があると判定された分割エリア等を図形あるいは文字によって表して表示する。これにより、車両51の運転手等の搭乗者に、センサ31の状態を通知する。
また、通知部24は、センサ31が緊急自動ブレーキ機能といった運転支援機能で用いられている場合は、その機能を実現する装置にセンサ31の異常の有無を通知してもよい。これにより、センサ31に異常がある場合に、運転支援機能の一部又は全てを停止させるといった処置が可能になる。
なお、ステップS1では、過去基準期間に出力された検出データを取得した。つまり、ステップS4での判定は、ある瞬間にセンシングされた結果だけを用いるのではなく、例えば数分程度の期間について得られたセンシング結果を用いて行われる。
上述した通り、センサ31は道路55内側及び外側の様々な物体を検出するが、状況によっては全く物体が検出されない瞬間が存在する。この瞬間の結果だけではセンサの故障なのかを判別することは困難である。一般的な道路55であれば、数分程度走行していれば標識及び街路樹といった様々な物体に出会う。そのため、標識及び街路樹といった様々な物体が検出される十分な時間である数分程度の期間を基準期間とする。
***実施の形態1の効果***
以上のように、実施の形態1に係る故障検出装置10は、過去基準期間分の検出データに、センサ31が正常な場合に出力される正常データが示す検出物体の特徴を示す検出データが含まれているか否かを判定する。これにより、故障判定部23は、センサ31が故障しているか否かを判定する。
そのため、事前にモデルを生成しておくことなく、センサの異常を検出可能である。
特に、実施の形態1に係る故障検出装置10は、過去基準期間分の検出データに、移動体100の移動方向と逆の移動方向を示し、かつ、移動体100の移動速度と同じ移動速度を示す検出データが含まれているか否かを判定する。
そのため、事前にモデルを生成しておくことなく、センサ31が正しく機能しているか否かを適切に判定することが可能である。
***他の構成***
<変形例1>
実施の形態1では、センサ31は車両51の前方かつ真正面を向けて取り付けられていることを前提に説明した。そのため、センサ31で検出された検出物体の移動方向をステップS4でそのまま用いることができた。
しかし、センサ31によっては、異なる位置に異なる方向を向けて取り付けられている場合もある。この場合には、ステップS4で、故障判定部23は、センサ31で検出された検出物体の移動方向を取付られた位置と方向とを考慮して、変換した上で用いる。例えば、センサ31が車両51の前方に斜めに向けて取り付けられているとする。この場合、故障判定部23は、車両51の真正面の方向に対するセンサ31の取付角度に基づき、センサ31で検出された検出物体の移動方向を車両51の正面方向の角度に換算する。
これにより、センサ31が正しく機能しているか否かを適切に判定することが可能である。
<変形例2>
実施の形態1では、各機能構成要素がソフトウェアで実現された。しかし、変形例2として、各機能構成要素はハードウェアで実現されてもよい。この変形例2について、実施の形態1と異なる点を説明する。
図13を参照して、変形例2に係る故障検出装置10の構成を説明する。
各機能構成要素がハードウェアで実現される場合には、故障検出装置10は、プロセッサ11とメモリ12とストレージ13とに代えて、処理回路15を備える。処理回路15は、各機能構成要素と、メモリ12とストレージ13との機能とを実現する専用の電子回路である。
処理回路15は、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックIC、GA(Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)が想定される。
各機能構成要素を1つの処理回路15で実現してもよいし、各機能構成要素を複数の処理回路15に分散させて実現してもよい。
<変形例3>
変形例3として、一部の各機能構成要素がハードウェアで実現され、他の各機能構成要素がソフトウェアで実現されてもよい。
プロセッサ11とメモリ12とストレージ13と処理回路15とを、総称して「プロセッシングサーキットリー」という。つまり、各機能構成要素の機能は、プロセッシングサーキットリーにより実現される。
10 故障検出装置、11 プロセッサ、12 メモリ、13 ストレージ、14 通信インタフェース、15 処理回路、21 データ取得部、22 エリア判定部、23 故障判定部、24 通知部、31 センサ、32 地図記憶装置、33 表示装置、34 信号受信機、51 車両、52 車両、53 ポスト、54 樹木、55 道路、56 センシング範囲、57 進行方向、100 移動体。

Claims (9)

  1. 移動体に搭載されたセンサによって過去基準期間に出力されたセンサデータを検出データとして取得するセンサデータ取得部と、
    前記センサデータ取得部によって取得された検出データに、前記センサが正常な場合に出力されるセンサデータである正常データが示す検出物体の特徴を示す検出データが含まれているか否かにより、前記センサが故障しているか否かを判定する故障判定部と
    を備える故障検出装置。
  2. 前記センサデータは、前記移動体に対する前記検出物体の相対的な移動方向及び移動速度を示し、
    前記特徴は、前記移動体の移動方向と逆の移動方向であり、かつ、前記移動体の移動速度と同じ移動速度である
    請求項1に記載の故障検出装置。
  3. 前記故障判定部は、前記センサのセンシング範囲を分割して得られる分割エリア毎に、前記センサが故障しているか否かを判定する
    請求項1又は2に記載の故障検出装置。
  4. 前記センサデータは、前記検出物体の位置を示し、
    前記故障検出装置は、さらに、
    前記センサデータ取得部によって取得された検出データについて、前記検出物体の位置が、前記移動体が移動する移動エリアの外側であるか否かを判定するエリア判定部
    を備え、
    前記故障判定部は、前記エリア判定部によって前記検出物体の位置が前記移動エリアの外側であると判定された検出データに、前記特徴を示す検出データが含まれているか否かにより、前記センサが故障しているか否かを判定する
    請求項1から3までのいずれか1項に記載の故障検出装置。
  5. 前記移動体は、車両であり、
    前記移動エリアは、前記車両が走行する道路である
    請求項4に記載の故障検出装置。
  6. 前記エリア判定部は、地図データによって示された前記移動エリアの位置、又は、カメラによって検出された前記移動エリアの位置と、前記検出データが示す前記検出物体の位置とを比較して、前記検出物体の位置が前記移動エリアの外側であるか否かを判定する
    請求項4又は5に記載の故障検出装置。
  7. 前記故障検出装置は、さらに、
    前記故障判定部によって故障していると判定された前記センサを通知する通知部
    を備える請求項1から6までのいずれか1項に記載の故障検出装置。
  8. コンピュータが、移動体に搭載されたセンサによって過去基準期間に出力されたセンサデータを検出データとして取得し、
    コンピュータが、取得された検出データに、前記センサが正常な場合に出力されるセンサデータである正常データが示す検出物体の特徴を示す検出データが含まれているか否かにより、前記センサが故障しているか否かを判定する故障検出方法。
  9. 移動体に搭載されたセンサによって過去基準期間に出力されたセンサデータを検出データとして取得するセンサデータ取得処理と、
    前記センサデータ取得処理によって取得された検出データに、前記センサが正常な場合に出力されるセンサデータである正常データが示す検出物体の特徴を示す検出データが含まれているか否かにより、前記センサが故障しているか否かを判定する故障判定処理と
    をコンピュータに実行させる故障検出プログラム。
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