JP2008276606A - 車両用走行路推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な状況下でも走行路を推定することが出来る車両用走行路推定装置を提供する。
【解決手段】本発明による車両用走行路推定装置は、本発明による車両用走行路推定装置は、車両の走行路を推定する車両用走行路推定装置であって、車両の現在位置を検出する車両位置検出手段と、走行路の近傍に位置する種々の構造物の位置データを記憶する地図データ記憶手段と、種々の構造物のうち、車両の進行方向における所定の複数の構造物までの距離及び方位を検出する距離方位検出手段と、複数の構造物を連結した線状のデータにより走行路の形状を推定する走行路形状推定手段と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用走行路推定装置に係り、特に、構造物の位置により車両の走行路を推定する車両用走行路推定装置に関する。

従来、路面を撮影して白線を検出することにより走行区分線を認識するようにした走行区分線認識装置が知られている（特許文献１）。

特開２００５−３３２１０７号公報

しかしながら、上述したような走行区分認識装置を利用して車両を自動操縦させる場合、例えば、白線が存在しない道路であったり、雪が積もって白線が検出できない場合などに、車両を自動操縦させることが出来ない、という問題があった。

そこで、本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、様々な状況下でも走行路を推定することが出来る車両用走行路推定装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明による車両用走行路推定装置は、車両の走行路を推定する車両用走行路推定装置であって、車両の現在位置を検出する車両位置検出手段と、走行路の近傍に位置する種々の構造物の位置データを記憶する地図データ記憶手段と、種々の構造物のうち、車両の進行方向における所定の複数の構造物までの距離及び方位をそれぞれ検出する距離方位検出手段と、複数の構造物を連結した線状のデータにより走行路の形状を推定する走行路形状推定手段と、を有することを特徴としている。
このように構成された本発明においては、地図データによる複数の構造物を利用して走行路の形状を推定することが出来る。従って、例えば、白線が存在しない道路であったり、雪が降った場合などにおいても、走行路をより確実に精度良く推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、さらに、地図データに記憶されている種々の構造物から、自車両から所定距離内にある車両進行方向における構造物を所定の複数の構造物として選択する構造物選択手段を有する。
このように構成された本発明においては、より確実に車両前方であり且つ車両に近い範囲での走行路を推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、構造物選択手段は、自車両の車線側の構造物を選択し、対向車線側の構造物を選択しないようになっている。
このように構成された本発明においては、対向車線ではない自車の走行路を推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、走行路形状推定手段は、複数の構造物を連結した線状のデータを生成する線状データ生成手段と、この生成されたデータを自車両の前方側にオフセットさせるオフセット手段と、を有し、このオフセットされた線状データにより走行路の形状を推定する。
このように構成された本発明においては、簡便に走行路を推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、オフセット手段は、線状データ生成手段により生成された線状データをオフセットさせるとき、そのオフセット量に応じて線状データを補正する線状データ補正手段を有する。
このように構成された本発明においては、より精度良く走行路を推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、複数の構造物を連結した線状のデータは、複数の構造物の間を直線状に結んで得られた線状データである。
このように構成された本発明においては、より簡便に走行路を推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、複数の構造物が３つ以上あり、隣り合う構造物同士を結んだ複数の線状データを生成し、それらの線状データにおいて隣り合う線状データの互いの相対角度が所定角度より小さいとき、複数の構造物のうち自車両からの距離が最短の構造物と、自車両からの距離が最遠の構造物とを直線状に結んだ線状データを生成し、走行路形状推定手段が、その線状データにより走行路の形状を推定する。
このように構成された本発明においては、より簡便に走行路を推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、複数の構造物を連結した線状のデータは、複数の構造物の間を曲線状に結んで得られた線状データである。
このように構成された本発明においては、より簡便に走行路を推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、曲線状に結んで得られた線状データは、自車両に対する複数の構造物の相対位置に対し最小二乗法により各相対位置からの誤差が最小となる曲線として得られたデータである。
このように構成された本発明においては、より精度良く走行路を推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、曲線データの曲率が所定値より小さいとき、複数の構造物のうち自車両からの距離が最短の構造物と、自車両からの距離が最遠の構造物とを直線状に結んだ線状データを生成し、走行路形状推定手段が、その線状データにより走行路の形状を推定する。
このように構成された本発明においては、より簡便に走行路を推定することが出来る。

また、本発明において、好ましくは、曲線データの自車両に最も近い位置における線と、自車両の進行方向との相対角度が所定値より小さいとき、複数の構造物のうち自車両からの距離が最短の構造物と、自車両からの距離が最遠の構造物とを直線状に結んだ線状データを生成し、走行路形状推定手段が、その線状データにより走行路の形状を推定する。
このように構成された本発明においては、より簡便に走行路を推定することが出来る。

本発明による車両用走行路推定装置によれば、様々な状況下でも走行路を推定することが出来る。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、本発明の実施形態による車両用走行路推定装置について説明する。図１は、本発明の実施形態による車両用走行路推定装置を含む車両の構成を示すブロック図であり、図２は、本発明の実施形態による図１に示すブロック図の処理ユニットによる処理内容を示すフローチャートであり、図３は、本発明の実施形態による自車位置算出処理の概念を示す図であり、図４は、本発明の実施形態による自車両、構造物及び測定範囲の概念を示す図であり、図５は、本発明の実施形態による自車両と構造物との位置関係を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図であり、図６は、本発明の実施形態による構造物の補間処理の概念を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図であり、図７は、本発明の実施形態による道路形状を推定するための補間された構造物位置のオフセットの内容を説明するための図であり、図８は、本発明の実施形態による推定路のオフセットに用いる短縮率αを得るためのマップデータであり、図９は、本発明の実施形態による推定路のオフセットに用いる短縮率βを得るためのマップデータである。

図１に示すように、本発明の実施形態による車両用走行路推定装置１は、車両位置センサとしてＧＰＳ装置２を有し、地図データとしてナビゲーションユニット４を有し、距離センサとしてレーザレーダ６を有し、さらに、処理ユニット８を有する。さらに、本発明の実施形態による車両用走行路推定装置１を搭載した車両は、自動操舵を行うためのレーンキープシステム１０を備えている。以下にこれらの装置による処理内容を説明する。

先ず、図２により、処理ユニット８による処理内容を説明する。図２において、Ｓは各ステップを示す。図２に示すように、先ず、Ｓ１において、ＧＰＳ装置２により自車両の位置を検出する。即ち、図３に示すようにＧＰＳにより自車位置を検出する。このＳ１は、図１に示す処理ユニットにおいて「自車位置算出処理（Ｓ１）」として示されている。

次に、Ｓ２において、Ｓ１で検出した自車両の位置と、地図データ４に記憶されている各構造物の位置データ（緯度、経度）と、予め記憶されているレーザレーダ６の測定可能距離とにより、地図データ４から、レーザレーダ６で測定出来る範囲に存在する構造物を２つ以上ピックアップする。例えば、図４に示すように、構造物Ｐ１〜Ｐ６が検出される。このＳ２は、図１に示す処理ユニットにおいて「対象構造物抽出処理（Ｓ２）」として示されている。

次に、Ｓ３において、Ｓ２でピックアップした構造物の自車両からの距離及び方位をレーザレーダ６により検出すると共に、ＧＰＳ装置２による車両位置の変化から自車両の進行方向を検出する。なお、自車両の進行方向はジャイロセンサによって検出しても良い。このＳ３では、例えば、図５に示すように、自車両の現在位置を基準位置（０、０）とすると共に進行方向からｘ方向及びｙ方向の基準方向を定める。そして、構造物Ｐ１〜Ｐ６について、絶対位置（Ｌｘ１、Ｌｙ１）〜（Ｌｘ６、Ｌｙ６）、及び、方位角θ１〜θ６を求める。このＳ３は、図１に示す処理ユニットにおいて「対象構造物距離、方位検出処理（Ｓ３）」として示されている。

次に、Ｓ４において、先ず、地図データ４から、自車両の前方の道路における道路構成、本実施形態では、対向車線の有無を検出する。このＳ４においては、地図データから自車両の走行路が対向車線を有するものと判定された場合、レーザレーダ６による構造物までの距離Ｌが所定値以下（例えば、３０ｍ以下）で、且つ、自車両の進行方向（ｘ方向）に対する方位角θが右方向で所定値以上（例えば、３０度以上）の構造物は、反対車線の構造物（図５に示す例では、構造物Ｐ５、Ｐ６）であるものとして、構造物としての対象から除く。つまり、以下の処理では、構造物Ｐ５、Ｐ６の情報は使用せず、構造物Ｐ１〜Ｐ４を対象として抽出する。このＳ４は、図１に示す処理ユニットにおいて「利用可能構造物抽出処理（Ｓ４）」として示されている。

次に、Ｓ５において、Ｓ４で抽出した構造物Ｐ１〜Ｐ４の絶対位置、即ち、緯度（Ｌｘ１〜Ｌｘ４）及び経度（Ｌｙ１〜Ｌｙ４）の情報をナビゲーションユニット４から取得する。そして、自車両の位置である緯度（Ｌｘ０）及び経度（Ｌｙ０）から、自車両先端位置を基準として、構造物Ｐ１〜Ｐ４の相対位置（ｘｉ１〜ｘｉ４、ｙｉ１〜ｙｉ４）の座標を算出する。このＳ５は、図１に示す処理ユニットにおいて「相対位置算出処理（Ｓ５）」として示されている。

次に、Ｓ６において、補間処理を行う。この補間処理では、Ｓ５で算出した、各構造物Ｐ１〜Ｐ４の自車両に対する相対距離座標を使用して、図６に示すように、各構造物Ｐ１〜Ｐ４間を直線で結ぶ。このＳ６は、図１に示す処理ユニットにおいて「構造物間補間処理（Ｓ６）」として示されている。

次に、Ｓ７において、オフセット処理を行う。このオフセット処理では、（１）始点位置推定、及び、（２）２構造物間の直線長さの補正、の２つの処理を行う。
先ず、（１）始点位置推定では、図７に示すように、自車両と最短距離にある構造物Ｐ１の相対距離（ｘ１、ｙ１）を、本実施形態では、−ｙ方向に自車両の位置まで横移動させた点（ｘ１、０）を推定路の始点として、自車両前方のＸ１以降の道路形状の始点とする。
次に、（２）２構造物間の直線長さの補正について、図７に示す、オフセット後の直線であるＬｂ２３を例として説明する。その直線Ｌｂ２３は、その手前の直線Ｌａ１２となす角θ１２と、横方向ずれ量ｙ１より求まる短縮率αと、次に直線Ｌｂ３４となす角θ３４と横ずれ量ｙ１より求まる短縮率βとにより、以下の式
Ｌｂ２３＝Ｌａ２３×（１．０−α−β）
を用いて算出する。
ここで、短縮率αは、図８に示すマップデータから得られ、短縮率βは、図９に示すマップデータから得られる。このＳ７は、図１に示す処理ユニットにおいて「オフセット処理（Ｓ７）」として示されている。

直線Ｌｂ２３は、構造物間距離Ｌａ２３に対し、オフセットされた位置にあり、仮想旋回中心（不図示）に対して相似形をなすことから、手前の直線Ｌａ１２となす角θ１２、次の直線Ｌｂ３４となす角θ３４、及び、横方向ずれ量ｙ１とに応じて短縮され、角θ１２、角θ３４、横方向ずれ量ｙ１が大きくなるほど、大きな定数とされる。なお、短縮率α、βは、進行路の方向に応じて、正負の値をとり、図７のように自車進行方向に対し、右方向にカーブしている場合は、α、βともに正の値であるが、左方向にカーブしている場合は、負の値となる。
このように、（１）始点位置推定、及び、（２）２構造物間の直線長さの補正と、横方向ずれ（上述した説明では、−ｙ１）により、オフセット処理が行われる。このようにして、各構造物から自車両が進むべき進路つまり道路の形状（直線距離やカーブの曲がり具合等）を推定し、図１に示す、レーンキープシステム１０でこの推定された道路の形状を使用して、自動操縦などに用いる。

次に、図１０乃至図１２により、上述したＳ６及びＳ７（図２参照）の処理内容の第１変形例について説明する。図１０は、本発明の第１変形例による構造物の補間処理の概念を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図であり、図１１は、本発明の第１変形例による道路形状を推定するための補間された構造物位置のオフセットの内容を説明するための図であり、図１２は、本発明の第１変形例による推定路のオフセットに用いる短縮率γを得るためのマップデータである。
先ず、第１変形例によるＳ６における補間処理においては、図１０に示すように、各構造物Ｐ１〜Ｐ４間を結んだ直線のなす角θ１２、θ２３が、所定値以下（例えば、５度以下）の場合、自車両から最短の位置にある構造物Ｐ１と、自車両から最遠の位置にある構造物Ｐ４とを直線で結んだもの（図１０でＬａ１４と示す）を推定道路形状としても良い。

そして、この場合も、第１変形例によるＳ７において、（１）始点位置推定、及び、（２）２構造物間の直線長さの補正、のオフセット処理を行う。
先ず、（１）始点位置推定では、図１１に示すように、自車両と最短距離にある構造物Ｐ１の相対距離（ｘ１、ｙ１）を、本変形例では、−ｙ方向に自車両の位置まで横移動させた点（ｘ１、０）を推定路の始点として、自車両前方のＸ１以降の道路形状の始点とする。
次に、（２）２構造物間の直線長さの補正について、図１１に示すように、直線Ｌｂ１４は、自車両の進行方向と、直線Ｌａ１４とのなす角θ０と、横ずれ量ｙ１より求まる短縮率γより、以下の式、
Ｌｂ１４＝Ｌａ１４×（１．０−γ）
を用いて算出する。
ここで、短縮率γは、図１２に示すマップデータから得られる。

直線Ｌｂ１４は、構造物間距離Ｌａ１４に対し、オフセットされた位置にあり、仮想旋回中心（不図示）に対して相似形をなすことから、手前の直線Ｌａ１４となす角θ０、次の直線となす角（不図示）、及び、横方向ずれ量ｙ１とに応じて短縮されるが、上記のように角θ１２、角θ２３が所定値以下で、最短構造物と最遠構造物を直線で結んだ場合には、構造物間距離Ｌａ１４が十分に長く、次の直線となす角による変形量は小さく、手前の直線Ｌａ１４となす角θ０と、横方向ずれ量ｙ１とに応じて短縮され、角θ０、横方向ずれ量ｙ１が大きくなるほど、大きな定数とされる。なお、短縮率α、βは、進行路の方向に応じて、正負の値をとり、図１１のように自車進行方向に対し、右方向にカーブしている場合は、α、βともに正の値であるが、左方向にカーブしている場合は、負の値となる。
このように、（１）始点位置推定、及び、（２）２構造物間の直線長さの補正と、横方向ずれ（上述した説明では、−ｙ１）により、オフセット処理が行われる。このようにして、各構造物から自車両が進むべき進路つまり道路の形状（直線距離やカーブの曲がり具合等）を推定し、図１に示す、レーンキープシステム１０でこの推定された道路の形状を使用して、自動操縦などに用いる。

次に、図１３及び図１４により、上述したＳ６及びＳ７（図２参照）の処理内容の第２変形例について説明する。図１３は、本発明の第２変形例による構造物の補間処理の概念を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図であり、図１４は、本発明の第２変形例による道路形状を推定するための補間された構造物位置のオフセットの内容を説明するための図である。
先ず、第２変形例によるＳ６における補間処理においては、図１３に示すように、Ｓ５で算出した各構造物Ｐ１〜Ｐ４の自車両に対する相対距離座標を使用して、最小二乗法により各相対位置からの誤差が最小となる曲線を求め、その曲線の曲率κを求める。曲率κは、以下の式、
κ＝１／Ｒ０
Ｒ０：曲率半径
により求められる。

そして、この場合は、第２変形例によるＳ７において、（１）始点位置推定、及び、（２）曲線の補正、のオフセット処理を行う。
先ず、（１）始点位置推定では、上述した実施形態及び第１変形例と同様に、図１４に示すように、自車両と最短距離にある構造物Ｐ１の相対距離（ｘ１、ｙ１）を、本変形例では、−ｙ方向に自車両の位置まで横移動させた点（ｘ１、０）を推定路の始点として、自車両前方のＸ１以降の道路形状の始点とする。
次に、（２）曲線の補正について、図１４に示すように、曲線Ｓ６で求められる曲率半径Ｒ０（曲率κ０）のカーブに対し、横方向ずれ量ｙ１により、以下の式、
Ｒ１＝Ｒ０＋ｙ１
により、補正後の曲率半径Ｒ１を求め、以下の式、
κ１＝１／Ｒ１
により補正後のカーブの曲率κ１を求める
このように、（１）始点位置推定、及び、（２）曲線の補正と、横方向ずれにより、オフセット処理が行われる。このようにして、各構造物から自車両が進むべき進路の道路の曲線形状（本変形例では曲率κ１）を推定し、図１に示す、レーンキープシステム１０でこの推定された道路の形状を使用して、自動操縦などに用いる。

次に、図１５乃至図１６により、上述したＳ６及びＳ７（図２参照）の処理内容の第３変形例について説明する。図１５は、本発明の第３変形例による構造物の補間処理の概念を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図であり、図１６は、本発明の第３変形例による道路形状を推定するための補間された構造物位置のオフセットの内容を説明するための図である。
先ず、第３変形例によるＳ６における補間処理においては、図１５に示すように、曲率κ０が所定値以下（曲率半径が所定値以上）である場合（例えば、曲率半径が１００ｍ以上）の場合、図１６に示すように、自車両から最短の位置にある構造物Ｐ１と、自車両から最遠の位置にある構造物Ｐ４とを直線で結んだもの（図１６でＬａ１４と示す）を推定道路形状としても良い。この場合も、第１変形例と同様に、第３変形例によるＳ７において、（１）始点位置推定、及び、（２）２構造物間の直線長さの補正、のオフセット処理を行う。
また、第４変形例として、図１６に示すように、自車両の進行方向と、曲線Ｌａ１４の始点付近における曲線とのなす角θ０が所定値以下の場合にも、第１変形例と同様に、第４変形例によるＳ７において、（１）始点位置推定、及び、（２）２構造物間の直線長さの補正、のオフセット処理を行っても良い。

本発明の実施形態による車両用走行路推定装置を含む車両の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態による図１に示すブロック図の処理ユニットによる処理内容を示すフローチャートである。 本発明の実施形態による自車位置算出処理の概念を示す図である。 本発明の実施形態による自車両、構造物及び測定範囲の概念を示す図である。 本発明の実施形態による自車両と構造物との位置関係を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図である。 本発明の実施形態による構造物の補間処理の概念を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図である。 本発明の実施形態による道路形状を推定するための補間された構造物位置のオフセットの内容を説明するための図である。 本発明の実施形態による推定路のオフセットに用いる短縮率αを得るためのマップデータである。 本発明の実施形態による推定路のオフセットに用いる短縮率βを得るためのマップデータである。 本発明の第１変形例による構造物の補間処理の概念を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図である。 本発明の第１変形例による道路形状を推定するための補間された構造物位置のオフセットの内容を説明するための図である。 本発明の第１変形例による推定路のオフセットに用いる短縮率γを得るためのマップデータである。 本発明の第２変形例による構造物の補間処理の概念を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図である。 本発明の第２変形例による道路形状を推定するための補間された構造物位置のオフセットの内容を説明するための図である。 本発明の第３変形例による構造物の補間処理の概念を説明するための自車両、構造物及び道路を示す図である。 本発明の第３変形例による道路形状を推定するための補間された構造物位置のオフセットの内容を説明するための図である。

符号の説明

１ 車両用走行路推定装置
８ 処理ユニット

Claims (11)

1. 車両の走行路を推定する車両用走行路推定装置であって、
   車両の現在位置を検出する車両位置検出手段と、
   上記走行路の近傍に位置する種々の構造物の位置データを記憶する地図データ記憶手段と、
   上記種々の構造物のうち、車両の進行方向における所定の複数の構造物までの距離及び方位をそれぞれ検出する距離方位検出手段と、
   上記複数の構造物を連結した線状のデータにより走行路の形状を推定する走行路形状推定手段と、
   を有することを特徴とする車両用走行路推定装置。
2. さらに、上記地図データに記憶されている種々の構造物から、自車両から所定距離内にある車両進行方向における構造物を上記所定の複数の構造物として選択する構造物選択手段を有する請求項１に記載の車両用走行路推定装置。
3. 上記構造物選択手段は、自車両の車線側の構造物を選択し、対向車線側の構造物を選択しないようになっている請求項２に記載の車両用走行路推定装置。
4. 上記走行路形状推定手段は、上記複数の構造物を連結した線状のデータを生成する線状データ生成手段と、この生成されたデータを自車両の前方側にオフセットさせるオフセット手段と、を有し、
   このオフセットされた線状データにより上記走行路の形状を推定する請求項１乃至３に記載の車両用走行路推定装置。
5. 上記オフセット手段は、上記線状データ生成手段により生成された線状データをオフセットさせるとき、そのオフセット量に応じて上記線状データを補正する線状データ補正手段を有する請求項４に記載の車両用走行路推定装置。
6. 上記複数の構造物を連結した線状のデータは、上記複数の構造物の間を直線状に結んで得られた線状データである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用走行路推定装置。
7. 上記複数の構造物が３つ以上あり、隣り合う構造物同士を結んだ複数の線状データを生成し、それらの線状データにおいて隣り合う線状データの互いの相対角度が所定角度より小さいとき、上記複数の構造物のうち自車両からの距離が最短の構造物と、自車両からの距離が最遠の構造物とを直線状に結んだ線状データを生成し、上記走行路形状推定手段が、その線状データにより走行路の形状を推定する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の車両用走行路推定装置。
8. 上記複数の構造物を連結した線状のデータは、上記複数の構造物の間を曲線状に結んで得られた線状データである請求項１乃至５のいずれか１項に記載の車両用走行路推定装置。
9. 上記曲線状に結んで得られた線状データは、自車両に対する上記複数の構造物の相対位置に対し最小二乗法により上記各相対位置からの誤差が最小となる曲線として得られた曲線データである請求項８に記載の車両用走行路推定装置。
10. 上記曲線データの曲率が所定値より小さいとき、上記複数の構造物のうち自車両からの距離が最短の構造物と、自車両からの距離が最遠の構造物とを直線状に結んだ線状データを生成し、上記走行路形状推定手段が、その線状データにより走行路の形状を推定する請求項９に記載の車両用走行路推定装置。
11. 上記曲線データの自車両に最も近い位置における線と、自車両の進行方向との相対角度が所定値より小さいとき、上記複数の構造物のうち自車両からの距離が最短の構造物と、自車両からの距離が最遠の構造物とを直線状に結んだ線状データを生成し、上記走行路形状推定手段が、その線状データにより走行路の形状を推定する請求項９に記載の車両用走行路推定装置。

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