JPWO2018173907A1 - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、自車両の位置を推定するための走行距離の推定精度を高める。車両制御装置１は、前方および後方カメラ８，９と、測定制御部２３とを備える。前方および後方カメラ８，９は、車両１０の前後に設けられ、外界の情報を取得する。測定制御部２３は、車両１０が所定の運転状態で走行中に、同一の特徴物３０の情報を前方カメラ８が取得した後に後方カメラ９が取得し、前方カメラ８および後カメラ９が取得した同一の特徴物３０の情報に基づいて車両１０の走行距離を算出する。

Description

本発明は、自車両の位置を推定するための車輪走行距離を推定する車両制御装置に関する。

近年、自動運転、自動駐車およびナビゲーションにおける自車両の位置の推定には、車両の各車輪に装着された車輪速センサが用いられている。車輪速センサは、一定の回転角(例えば、４度)当りのパルス信号を生成する。１パルス当りの走行距離(１パルス距離）を予め入力して設定することによって、生成されたパルス信号に基づいて各車輪の走行距離を算出することができ、車両の速度および移動距離は、勿論のこと、左右の車輪の走行距離の差分に基づき車両の旋回の様子までをも知ることができる。しかし、１パルス距離もしくはタイヤ１回転当りの走行距離（タイヤ周長)は、一旦設定すると、設定を更新しない限り、変更されることはない。例えば、タイヤ交換、摩耗、および経年変化等によって、タイヤ周長が変わったときに、車輪速センサによって測定する走行距離に誤差が生じる。そのため、１パルス距離もしくはタイヤ周長(以下、まとめて1パルス距離と呼ぶ）が変化した場合、補正する必要がある。

１パルス距離の変化を補正するための補正方法は、幾つか考案されている。例えば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）による車速（走行距離）測定と、車輪速パルスカウント数とを比較する方法がある。ＧＰＳによる方法は、ＧＰＳによる測定自体の揺らぎが大きく、１パルス距離を補正する目的に必要な精度は、得られないと考えられる。

特許文献１では、走行中に道路上の同じ特徴物の画像を連続的に取得し、時刻間の車速パルス数を計測していることと、算出した走行距離と、その走行距離に対応する時間における車速パルスとに基づいて、１パルス距離を補正することとが示されている。

特許文献２では、車両に搭載したステレオカメラを用いて、ステレオカメラ前方の静止物との距離を測定し、車両の走行による静止物との距離の変化分を基準距離として、車速パルスの１パルス距離を補正することが示されている。

特許文献３では、外部から入手した２地点間の道路距離情報を基準距離として、車速パルスの１パルス距離を補正することが示されている。

特開２００８−８２９２５号公報 特開２００４−３１７２０６号公報 特開２００９−１１５４８５号公報

しかしながら、特許文献１のように、１つのカメラによる特徴物の画像取得では、カメラから特徴物の距離が遠く、もしくは車速パルス数の測定に用いる基準距離の長さに制限が生じるので、精度を上げることができない。

特許文献２は、単純に特徴物を路面上の特徴物に限定しないだけであり、特許文献１と同じ課題がある。

特許文献３は、道路距離情報の精度と入手方法、および基準地点の検出精度という別の課題がある。

カメラの角度分解能は、カメラの正面からの仰角方向と、左右角方向とでそれぞれ決まっており、カメラの距離分解能は、撮像対象に対するカメラの方向と、カメラと撮像対象物との距離とに比例する。

さらに、一般的にカメラの角度分解能は、カメラの撮像画像全面で均一ではなく、撮像画像の中心部では、角度分解能が比較的良好であり、周辺部では、角度分解能が比較的良好ではないことが多い。従って、カメラと、基準距離に使用する特徴物との間の距離を近づけつつ、特徴物をカメラの角度分解能が良好な方向で捉えなければ、測定精度を上げることができない。

さらに、そのような特徴物の検出精度の問題を矮小化するためには、基準距離を長めに採らなければならない。ただし、特徴物の測定のために基準距離を車両が走行している間、車両は直進しなければならず、余りに長い基準距離は、実用的ではない。

そこで、本発明の目的は、自車両の位置を推定するための走行距離の推定精度を高めることにある。

車両の制御装置は、複数の情報取得部と、走行距離算出部とを備える。複数の情報取得部は、車両の前後に設けられ、外界の情報を取得する。走行距離算出部は、前記車両が所定の運転状態で走行中に、同一の特徴物の情報を前記複数の情報取得部のうちの前方情報取得部が取得した後に後方情報取得部が取得し、前記前方情報取得部および前記後方情報取得部が取得した前記同一の特徴物の情報に基づいて前記車両の走行距離を算出する。

情報取得部間の基準距離を確保でき、前後カメラの精度の良い領域で実走距離を測定できる。

実施例１に係る車両の概略構造図。 実施例１に係る車両制御装置のブロック図。 実施例１に係る車両の側面図。 実施例１に係るカメラによるキャリブレーション方法の説明図。 実施例１に係る車輪速パルス距離の測定原理の説明図。 実施例１に係る車両と特徴物との関係を説明する平面図。 実施例１に係る車両と特徴物との関係を説明する平面図。 実施例１に係る前方および後方カメラによる撮像画像の照合の説明図。 実施例１に係る測定処理の流れ。 実施例１に係る車両状態監視処理の流れ。 実施例１に係る測定処理の直進条件の説明図。 実施例１に係る測定処理の直進条件の説明図。 実施例１に係る測定処理の路面条件の説明図。 実施例１に係る測定処理の通信状況の説明図。 実施例２に係る路面凹凸検知センサの説明図。 実施例３に係る路面表示検知センサの説明図。 実施例４に係る前後カメラによる測定姿勢の説明図。

幾つかの実施例を、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図中、同一の作用または機能を有する部材または要素には、同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。

図１は、本実施例に係る車両制御装置を備えた車両の一例を示す概略構成図である。

車両制御装置１は、車両１０に搭載されている。車両制御装置１は、「走行状態検出部」としての車輪速センサ２〜５と、ＡＢＳ／ＥＳＣ ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６と、「前方情報取得部」および「後方情報取得部」としての前方および後方カメラ７，８と、カメラコントローラ９とを備えている。

車輪速センサ２〜５は、ＡＢＳ／ＥＳＣ ＥＣＵ６と接続されており、車輪１１〜１４に取り付けられた、センサロータ１５〜１８が回転することによって、そのセンサロータ１５〜１８に設けられた凹凸が通過し、パルス波形を発生する。カメラコントローラ９は、車輪速センサ２〜５と結線され、パルス波形の立ち上がりと立下りとを検出し、その回数をカウントしている。車輪１１〜１４が１回転する間のパルス波形の立ち上がりと立下りとの合計回数は、センサロータ１５〜１８の歯数によって決まり、例えば、車輪１回転当り９０回カウントされる。前方および後方カメラ７，８は、カメラコントローラ９に接続されており、車両１０の外界画像データを逐次カメラコントローラ８に伝送する。カメラコントローラ９は、その画像データを基に様々な外界を認識したり、画像を加工してモニタ装置１９への表示を行い、乗員から視認できるようにする。

ＡＢＳ/ＥＳＣ ＥＣＵ６と、カメラコントローラ９とは、車内ネットワーク（ＣＡＮ）２０によって相互に通信することができる。ＡＢＳ/ＥＳＣ ＥＣＵ６は、車輪速センサ２〜５のパルス波形をカウントしたカウンタ値を含むメッセージを、このＣＡＮ２０に送信する。カメラコントローラ９を含む他のコントローラは、このメッセージをＣＡＮ２０から受信することによって、車輪速センサ２〜５のカウンタ値を取得することができる。

図２は、車両制御装置の制御ブロック図である。

車両制御装置１は、車輪速センサ制御部２１と、カメラ制御部２２と、「走行距離算出部」としての測定制御部２３とを基本的な構成要素として備える。車両制御装置１は、車輪速センサ２〜５と、前方カメラ７と、後方カメラ８とから入力される信号に基づいて、車輪速パルス距離を測定する。

図３は、前方および後方カメラの車両への設置方法を示す図である。

前方および後方カメラ７，８は、例えば、車両１０の前端と後端とに設けられ、車両１０が走行中に、それぞれ前方およびその路面と、後方およびその路面とを撮像して、路面上の同一の特徴物３０の情報を取得することができる。

図４は、前方および後方カメラのキャリブレーション方法を示す図である。

前方および後方カメラ７，８を車両１０に取付後に、取付精度の誤差や、前方および後方カメラ７，８自体の製造誤差を補正するために、車両１０との相対位置が既知の路面表示をした場所に車両１０を予め停車し、路面表示を前方および後方カメラ７，８に撮像させる。これにより、路面表示の撮像画像上での表示位置と、車両１０との相対位置が関連付けられる。路面表示間の空白部分についても、前方および後方カメラ７，８とカメラレンズとの特性に基づいて、適宜補完し、撮像画像全面について路面の車両１０との相対位置を関連付ける。車両１０との相対位置の表現方法としては、例えば、車両１０の後輪車軸中心を原点Ｏとする座標系を用いる。

図５は、車両制御装置の測定原理を示す図である。

前方カメラ７で撮像した特徴物３０の車両１０との相対位置を記憶するとともに、ＡＢＳ/ＥＳＣ ＥＣＵ６から受信している車輪速パルスカウンタ値の撮像時の値を記憶する。車両１０が直進し、同一の特徴物３０を後方カメラ８で撮像する。後方カメラ８で撮像した特徴物３０の車両１０との相対位置と、その時の車輪速パルスカウンタ値の値とを使って、車輪速パルスカウンタ値当りの移動距離を算出することができる。算出式は、(前方カメラ７による測定距離＋後方カメラ８による測定距離)÷(車輪速パルスカウンタ値のカウント増分)となる。

図６は、直線状の特徴物を上から見た図である。

特徴物３０は、路上に表示されており、車両１０の進行方向に対して略直角に向けられる直線表示３０ａであってもよい。直線表示３０ａを撮像する場合、直線表示３０ａの車両１０との相対位置は、例えば、前方および後方カメラ７，８の撮像画像の中心線Ｌとの交点座標Ｌ１、もしくは車両１０の座標系における中心線との交点座標を用いる。

図７は、直線状以外の特徴物を上から見た図である。

特徴物３０は、例えば、円形の特徴物でもよい。円形特徴物３０ｂを撮像するときも、円形特徴物３０ｂのうちの進行方向と直角に近い部分が、前方および後方カメラ７，８の撮像画像の中心線や車両１０の座標系における中心線と交わっていれば、直線表示３０ａの場合と同様に扱うことができる。さらに、前方カメラ７で認識した円形特徴物３０ｂのうちの特徴点を後方カメラ８で認識できる場合には、そのような特徴点の前後座標を用いてよい。そのような特徴点としては、例えば、円形特徴物３０ｂのうちの、車両１０から見て最も前方の点を特徴点とする方法がある。

図８は、前方カメラによる撮像画像と後方カメラによる撮像画像とを照合する様子を示す図である。

前方カメラ７による撮像画像に対して、後方カメラ８による撮像画像を前後にスライドし、最も合致するポイントを特定し、車両移動量を特定する。

図９は、本発明の測定処理のフローチャート図である。

まず、車両１０の状態が測定に適した状態か否かを判定する（Ｓ１０１）。測定条件として、例えば、車速上限条件、直進条件、加減速条件、路面条件などがある。

Ｓ１０１の判定結果が真の場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、前方カメラ７によって特徴物３０を検知する（Ｓ１０２）。具体的には、前方カメラ７の解像度を落とした撮像画像によって、特徴物３０の候補を検知する。Ｓ１０１の判定結果が偽の場合（Ｓ１０１：ＮＯ）、本測定処理を直ちに中止する。

次に、特徴物３０の候補を検知したか否かを判定する（Ｓ１０３）。特徴物３０の候補を検知すると（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、前記測定条件を、測定の間、監視する別プロセスを立ち上げ、監視を開始する（Ｓ１０４）。監視ＮＧとなった場合は（Ｓ１０３：ＮＯ）、本測定処理を直ちに中止する。

次に、カメラ解像度を最良にした状態で、高精度撮像を行う。前方カメラ７の動作周期毎に複数回、撮像し、最も特徴物座標の精度が良いデータを採用し、その時の車輪速パルスカウンタ値とともにメモリに格納する（Ｓ１０５）。

次に、後方カメラの撮像が必要になる車輪速パルスカウンタの予測カウンタ値まで、ウェイトする（Ｓ１０６）。なお、予測カウンタ値は、現在のカウンタ値に、例えば、(車両長÷1カウント当りの長さ)から算出される整数を加算した値を用いる。

車輪速パルスカウンタ値が予測カウンタ値になったら（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、後方カメラ８による撮像を開始する。後方カメラ８の動作周期毎に複数回撮像し（Ｓ１０８）、最も特徴物座標の精度が良いデータを採用し、その時の車輪速パルスカウンタ値とともにメモリ格納する。最後に、１パルス距離を算出する（Ｓ１０９）。

図１０は、車両状態監視処理のフローチャートである。

図９のステップ１０４の車両状態監視処理について説明する。車両状態監視処理は、車両１０の状態が測定に適した状態か否かを判定する（Ｓ１０１）。Ｓ１０１の判定結果が真の場合（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、測定中であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。Ｓ２０１の判定結果が真の場合（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ステップ１０１に戻る。Ｓ２０１の判定結果が偽の場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、初期状態に戻る。なお、Ｓ１０１の判定結果が偽の場合（Ｓ２０１：ＮＯ）、測定を中断し（Ｓ２０２）、初期状態に戻る。

図１１は、前記測定処理の実施のための直進条件を示す図である。

操舵センサが、直進を示す一定範囲内の舵角センサ値を示している場合、車両１０は直進すると判定することができる。

図１２は、前記測定処理の実施のための直進条件を示す図である。

左右の車輪１１〜１４のタイヤ周長が等しいと仮定した場合、左右の車輪速パルスカウンタ値の変化分が同じであれば、その間に車両１０が直進したと判定することができる。

図１３は、前記測定処理実施のための路面条件を示す図である。

路面に車両１０の前後方向、左右方向の勾配がある場合、車両１０の各車輪１１〜１４の荷重が変化し、それによって車両１０のピッチ角、ロール角が発生し、前方および後方カメラ７，８の対路面位置も変化する。これが大きくなる場合には、キャリブレーションで調整した、撮像画像と車両座標との対応関係も大きく変わるため、何らかの閾値で測定可否を判定する。さらに、加減速によってピッチ角が大きく生ずるケースについても、閾値で測定可否を判定する。勾配および加減速の検出は、ＡＢＳ/ＥＳＣ ＥＣＵ６に搭載されるＧセンサや、車速値から検出することができる。

図１４は、パルス検出タイミングを通信周期よりも高い時間分解能で知らせる方式を示している。

ＡＢＳ/ＥＳＣ ＥＣＵ６は、パルス検出間隔を車内ネットワーク２０へのメッセージ送信周期よりも短い分解能で測定することができる場合には、内部でパルス検出間隔を測定するためのタイマーもしくは微小周期のカウンタを持っている。ＡＢＳ/ＥＳＣ ＥＣＵ６は、メッセージ２４の送信タイミングにおいて、このタイマー値もしくは微小周期カウンタ値を読み出し、メッセージ２４に付加することによって、本方式が可能となる。これにより、車輪速が略一定であると仮定すると、メッセージ２４の送信時点におけるパルスカウント数を疑似的に整数未満の数値で扱うことができる。これによって、パルスカウント数が整数であることに起因する分解能による誤差を低減することができる。

本実施例によれば、車両制御装置１は、前方および後方カメラ７，８と、測定制御部２３とを備える。前方および後方カメラ７，８は、車両１０の前後に設けられ、外界情報の情報を取得する。測定制御部２３は、車両１０が所定の運転状態で走行中に、同一の特徴物３０の情報を前方情報カメラ７が取得した後に後方情報取得部８が取得し、前方カメラ７および後方カメラ８が取得した同一の特徴物３０の情報に基づいて車両１０の走行距離を算出する。これにより、車両１０の走行中に道路上の特徴物３０を前カメラ７で出来るだけ近くで撮影してから、同一の特徴物３０を後カメラ８でも出来るだけ近くで撮影することができるので、基準距離を確保しつつ、前後カメラ８，９の精度の良い領域で実走距離を測定できる。

車両制御装置１は、車両１０の走行状態を検出する車輪速センサ２〜５を備え、同一の特徴物３０の情報を前方カメラ７が取得してから後方カメラ８が取得するまでの間に車輪速センサ２〜５が検知した結果に基づいて、測定制御部２３が算出した車両１０の走行距離を補正する。これにより、車輪速パルスとカウント数とに基づいて、車輪速パルス１パルス当りの走行距離を算出することができ、測定制御部２３が算出した車両１０の走行距離の測定精度を高めることができる。

前方カメラ７は、車両１０の前方を撮像する撮像装置であって、後方カメラ８は、車両１０の後方を撮像する撮像装置であるので、外界の情報を取得する既存の車載カメラを前方カメラ７および後方カメラ８に兼用することができる。

所定の運転状態は、車両１０の操舵が中立な状態であるので、車体１０の傾きを検知し、走行距離の測定精度を高めることができる。

車輪速センサ２〜５は、左右の車輪の車輪速パルスを取得し、所定の運転状態は、左右の車輪１１〜１４の車輪速パルスが一致する状態であるので、車体１０の傾きの検知精度が高まり、走行距離の測定精度を高めることができる。

車両１０は、加速度センサを備えており、所定の運転状態は、加速度センサが加速度を検出しない状態であるので、車体１０の傾きが検知し易く、走行距離の測定精度を高めることができる。

車輪速センサ２〜５は、車輪１１〜１４の回転数を検出し、車輪１１〜１４の回転数の検出周期を、測定制御部２３への送信周期よりも短くしたので、パルスカウント数を細かく刻むことができ、走行距離の測定精度を高めることができる。

本実施例では、前方および後方情報取得部として、カメラではなく、路面を走査するセンサ装置を用いる。本発明における外部情報取得装置の使用目的は、路面の特徴点抽出であるので、それが可能な様々な種類のセンサ装置を使用することができる。

図１６は、路面凹凸検知センサを説明する図である。

路面凹凸検知センサ３１，３２は、車両１０に下向きに設置され、路面の凹凸を路面との距離を測距する。なお、センサの種類は、測距が可能なものであれば何でもよい。前方センサ３１によって検出された凹凸形状と、後方センサ３２によって検出された凹凸形状を照合することによって基準距離を測定する。もしくは、前方および後方カメラ7，８を使用する場合と同様に、凹凸形状から特徴点を抽出し、前方センサ３１と後方センサ３２で同一の特徴点について、車両１０との相対座標と車輪速パルスカウンタ値を、それぞれ取得してもよい。

車両制御装置１は、車両１０の走行中に路面の凹凸の変化を走査するセンサを備えるので、路面形状に応じて特徴物３０を測定することができ、特徴物３０の測定精度を向上することができる。

図１７は、路面表示検知センサを説明する図である。

路面表示検知センサ３３，３４は、車両１０に下向きに設置され、路面の色や明暗を測定する。センサの種類は、路面の色や明暗を識別可能なものであれば何でもより。前方センサ３３によって検出された色彩変化や明暗変化と、後方センサ３４によって検出された色彩変化や明暗変化を照合することによって基準距離を測定する。もしくは、前方および後方カメラ7，８を使用する場合と同様に、色彩変化や明暗変化から特徴点を抽出し、前方センサ３３と後方センサ３４で同一の特徴点について、車両１０との相対座標と車輪速パルスカウンタ値を、それぞれ取得してもよい。

車両制御装置１は、車両１０の走行中に路面の光度または色彩の変化を走査するセンサを備えるので、路面の種類に応じて特徴物３０を測定することができ、特徴物３０の測定精度を向上することができる。

図１４は、本測定時に、撮像による特徴物の距離測定の精度を向上するために、カメラの撮像方向を通常よりも地面側に向けた図である。

例えば、前方および後方カメラ７，８が特徴物３０の情報を撮像する前に、前方および後方カメラ７，８の仰角を地面側に向けてもよい。これにより、車両１０の姿勢の変化やカメラ振動によるカメラ光軸ズレの影響を抑制しつつ、前方および後方カメラ７，８の画素当りの距離分解能を高めることができ、特徴物３０の測定精度を向上することができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

前方カメラ７が特徴物３０の情報を取得した後に、後方情カメラ８が同一の特徴物３０の情報を取得する時刻を推定してもよい。これにより、後方情カメラ８が同一の特徴物３０の情報を取得するタイミングの前後のみの情報を取得すればよいので、後方カメラ８による撮影回数を減らすことができる。

１…車両制御装置、７…前方カメラ、８…後方カメラ、１０…車両、２３…測定制御部、３０…特徴物、３０ａ…直線表示、３０ｂ…円形特徴物、３１，３２…路面凹凸検知センサ、３３，３４…路面表示検知センサ

Claims (10)

1. 車両の前後に設けられ、外界の情報を取得する複数の情報取得部と、
   前記車両が所定の運転状態で走行中に、同一の特徴物の情報を前記複数の情報取得部のうちの前方情報取得部が取得した後に後方情報取得部が取得し、前記前方情報取得部および前記後方情報取得部が取得した前記同一の特徴物の情報に基づいて前記車両の走行距離を算出する走行距離算出部とを備える車両制御装置。
2. 前記車両の走行状態を検出する走行状態検出部を備え、
   前記同一の特徴物の情報を前記前方情報取得部が取得してから前記後方情報取得部が取得するまでの間に前記走行状態検出部が検出した結果に基づいて、前記走行距離算出部が算出した前記車両の走行距離を補正する、請求項１記載の車両制御装置。
3. 前記前方情報取得部は、前記車両の前方を撮像する撮像装置であって、前記後方情報取得部は、前記車両の後方を撮像する撮像装置である、請求項１記載の車両制御装置。
4. 前記前方情報取得部および前記後方情報取得部は、前記車両の走行中に路面の凹凸、光度または色彩の変化を走査するセンサである、請求項１記載の車両制御装置。
5. 前記所定の運転状態は、前記車両の操舵が中立な状態である、請求項１記載の車両制御装置。
6. 前記走行状態検出部は、左右の車輪の車輪速パルスを取得する車輪速センサであり、
   前記所定の運転状態は、前記左右の車輪の車輪速パルスが一致する状態である、請求項２記載の車両制御装置。
7. 前記車両は、加速度センサを備えており、
   前記所定の運転状態は、前記加速度センサが加速度を検出しない状態である、請求項１記載の車両制御装置。
8. 前記前方情報取得部が前記同一の特徴物の情報を取得した後に、前記後方情報取得部が前記同一の特徴物の情報を取得する時刻を推定する、請求項１記載の車両制御装置。
9. 前記走行状態検出部は、車輪の回転数を検出する車輪速センサであり、
   前記車輪の回転数の検出周期を、前記走行距離算出部への送信周期よりも短くした、請求項２記載の車両制御装置。
10. 前記撮像装置が前記同一の情報を撮像する前に、前記撮像装置の仰角を変更する、請求項３記載の車両制御装置。

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