JP2013232241A

JP2013232241A - 前方車両搭載プロセッサユニット及び後続車両搭載プロセッサユニット

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Publication number: JP2013232241A
Application number: JP2013166123A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Tsuda; 喜秋津田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: US9520064B2; EP2535883B1; CN102027519A; JPWO2010004911A1; EP2535883A1; WO2010004911A1; JP5342556B2; EP2306423B1; US20110118967A1; JP5762483B2; EP2306423A1; EP2306423A4; CN102027519B

Abstract

【課題】磁気マーカの埋設されていない走行路であっても、複数車両の隊列走行を可能とするプロセッサユニットを提供する。
【解決手段】プロセッサユニット１１（前方車両搭載プロセッサユニット）は、車両走行補正データ演算部５２（演算部）を備える。車両走行補正データ演算部５２は、路面上の地物の３次元位置および形状データを含む道路線形データを取得するセンサユニット１（前方車両搭載センサユニット）により取得された地物の３次元位置および形状を示す道路線形データと、予め所有する路面の３次元位置および形状データを含む基準データとの対応点を探索し、上記道路線形データ側の対応点と上記基準データ側の対応点との３次元位置座標の差を算出し、算出した上記３次元位置座標の差に基づいて、上記前方車両の走行制御用データを求める。
【選択図】図４

Description

この発明は、隊列を成して走行する複数車両の走行を支援する隊列走行支援装置を構成する前方車両搭載プロセッサユニット及び後続車両搭載プロセッサユニットに関するものである。

従来、車両の走行路中央に磁気マーカを埋設し、車両の磁気センサが磁気マーカの磁気を検出して車両の路面横変位を特定し、磁気マーカに沿って車両の自動操舵を行うことで、複数車両の隊列走行を制御する隊列走行支援装置が知られている。この隊列走行支援装置は、前方車と後続車の間で、無線通信や光通信による車両識別番号や速度などのデータ授受を行うことによって、前方車に追従する後続車の自動速度制御やブレーキ制御を行うことができる（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−８１８９９号公報特開平１０−２９３８９９号公報特開平９−１８３３８３号公報特開２００５−２５８６９６号公報特開２００８−２９０６号公報特開２００４−２２０３４１号公報

しかしながら、従来の隊列走行支援装置は、磁気マーカにより車両の路面横変位を特定することが前提であるため、走行路に磁気マーカの埋設される限られた道路でしか、隊列走行を制御することができないという問題があった。また、車両の位置を精度良く特定することができないという問題があった。

この発明は、係る課題を解消するためになされたもので、磁気マーカの埋設されていない走行路であっても、複数車両の隊列走行を可能とするプロセッサユニットを提供することを目的とする。

この発明の前方車両搭載プロセッサユニットは、
路面上の地物の３次元位置および形状データを含む道路線形データを取得する前方車両搭載センサユニットにより取得された地物の３次元位置および形状を示す道路線形データと、予め所有する路面の３次元位置および形状データを含む基準データとの対応点を探索し、上記道路線形データ側の対応点と上記基準データ側の対応点との３次元位置座標の差を算出し、算出した上記３次元位置座標の差に基づいて、上記前方車両の走行制御用データを求める演算部を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、磁気マーカが無くても複数車両の隊列走行を可能とする、プロセッサユニットを提供することができる。

この発明に係る実施の形態１による隊列走行支援装置の構成を示す図である。この発明に係る実施の形態１によるＵＨＦ帯を用いた周波数チャンネルの例を示す図である。この発明に係る実施の形態１による先頭車両に搭載されたセンサユニット１の構成を示す図である。先頭車両に搭載されたプロセッサユニットの構成を示すブロック図である。車両走行補正データ演算部による、道路線形データに基づく照合処理を説明するための図である。この実施の形態１による隊列走行車両の車線変更例を説明する図である。

実施の形態１．
図１はこの発明に係る実施の形態１による隊列走行支援装置の構成を示す図である。図１は複数の車両１０が隊列を成して道路１００を自動走行している状態を示しており、隊列の先頭を走行する先頭車両１０ａの後ろに、後続車両１０ｂ、１０ｃが順に続いて走行している。なお、隊列を組む車両台数は２台でも４台以上であっても良い。

先頭車両１０ａは、センサユニット１と、路車間通信装置７と、送信用の車車間通信装置３と、プロセッサユニット１１を搭載している。後続車両１０ｂは、送信用の車車間通信装置３と、受信用の車車間通信装置４と、プロセッサユニット１２と、センサユニット２を搭載している。従車両１０ｃは、送信用の車車間通信装置３と、受信用の車車間通信装置４と、プロセッサユニット１２と、センサユニット２を搭載している。道路１００には、路上通信装置５が設置されている。路上通信装置５はネットワーク回線８を介してセンターサーバ９に接続されている。また、センターサーバ９は図示しないネットワーク回線を通じて基準データ配信装置１５に接続されている。基準データ配信装置１５は、測位情報補正パラメータと道路線形データと道路管理情報を含む基準データが格納されている。基準データ中の道路線形データは、高精度な３次元地図データを与える。センターサーバ９は、基準データ配信装置１５から基準データの配信を受ける。センターサーバ９は、基準データ配信装置１５から受けた基準データと自己のデータベースに所持する基準データ補正情報を、ネットワーク回線８を介して路上通信装置５に送る。

路上通信装置５と先頭車両１０ａの車載通信装置７の間では、無線通信もしくは光通信によりデータの授受を行う路車間通信２０が行われる。この場合、路上通信装置５においてＤＳＲＣ（ＤｅｄｉｃａｔｅｄＳｈｏｒｔＲａｎｇｅＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）による暗号化された専用狭域通信を行うＤＳＲＣ無線装置を用いて無線通信を行っても良く、また、ＵＨＦ帯で通信領域の広い域内での通信を行うＵＨＦ帯無線装置を利用して無線通信を行っても良い。また、路上通信装置５に光ビーコンを用いることで光通信による通信を行うことができるほか、路上通信装置５の正確な位置情報を送信することができる。路上通信装置５は車載通信装置７に対して、基準データ配信装置１５からの基準データを配信する。車載通信装置７は、受信した基準データをプロセッサユニット１１に配信する。プロセッサユニット１１は、この配信情報に基づいて内部の記憶装置（５３）に格納された基準データを更新する。このデータ更新周期は、１日単位や１週間単位であってもいいし、路上通信装置５の下方を通過する毎に更新しても良い。
なお、路上通信装置５の代わりに、通信衛星に搭載された衛星通信装置を用いて、先頭車両１０ａの車載通信装置７と衛星通信装置の間で、基準データの配信を行っても良い。

先頭車両１０ａの車車間通信装置３と後続車両１０ｂの車車間通信装置４との間では、無線通信もしくは光通信によりデータの授受を行う車車間通信２１が行われる。同様に、後続車両１０ｂの車車間通信装置３と後続車両１０ｃの車車間通信装置４との間で、無線通信もしくは光通信によりデータの授受を行う車車間通信２１が行われる。また、先頭車両１０ａの車車間通信装置３と後続車両１０ｃの車車間通信装置４との間でも、無線通信によりデータの授受を行う車車間通信２２が行われる。この場合の無線通信としては、ＵＨＦ帯を用いた通信領域の広い域内での通信を利用する。これらの車車間通信装置の間では、車車間通信によって車両制御データが無線伝送される。
なお、図１の例では、後続車両１０ｃの後ろに隊列を組む車両が存在しないので、後続車両１０ｃの後部に設けられた車車間通信装置３は利用していない。しかし、後続車両１０ｃの後ろに隊列を組む後続車両が存在するときは、車車間通信装置３により後続車両に車両制御データを無線伝送する。

図２は、ＵＨＦ帯を用いた周波数チャンネルの例を示す図である。例えば、７００ＭＨｚのＵＨＦ帯における利用周波数を７１５ＭＨｚから７２５ＭＨｚ（１０ＭＨｚ帯域）として、周波数帯域を６チャンネルに周波数分割して有効に周波数を利用する。これにより、路車間通信でアップリンクとダウンリンクの２チャンネル、車車間通信で４チャンネル分の周波数を確保することができるので、５台の車両における４チャンネル分の車車間において同時に車車間通信を行うことができる。

車車間通信装置３と車車間通信装置４は、暗号によるセキュア通信を行うセキュアモジュールを備えており、車車間通信装置３と車車間通信装置４の間の車車間通信では、セキュアモジュールにより暗号鍵を用いて相手認証を行い、暗号化されたデータにより暗号通信が行われる。車車間通信装置４は、車車間通信装置３から伝送された暗号化されたデータを、暗号鍵を用いてセキュアモジュールにより平文に再生する。すなわち、車車間通信装置３と車車間通信装置４の間で無線伝送されるデータは暗号化されたものとなり、データの改竄や誤データの受信を防止することができる。

図３は、先頭車両１０ａに搭載されたセンサユニット１の構成を示す図である。図において、センサユニット１は、レーザスキャナ６１と、カメラ６２と、ＧＰＳアンテナ６３と、ＧＰＳ受信機６４と、オドメトリ６５と、慣性装置（ＩｎｅｒｔｉａｌＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵｎｉｔ）６６と、プロセッサユニット６７を備えており、モービルマッピングシステムを構成している。レーザスキャナ６１は、先頭車両１０ａの走行中に、道路１００の路面に向けてレーザ光を照射し、レーザ光の出射方向を基準軸に対してチルトパン方向に２次元走査しながら路面からの反射光を受光してその反射点までの距離および方向を計測することにより、先頭車両１０ａの前方における手前数ｍから１０数ｍの範囲内における路面や路面上の地物および路面周辺の地物などについて、レーザスキャナ６１からの距離画像の点群データを得る。ここで、距離画像の点群データとは、レーザスキャナ６１の基準軸に対する上下角（チルト）および方位角（パン）情報と、レーザスキャナ６１からレーザ光反射点（計測点）までの距離情報とからなる離散化されたデータである。カメラ６２は、先頭車両１０ａの走行中に、道路１００の路面の２次元画像を撮影する。なお、レーザスキャナ６１の代わりに、ステレオカメラを用いたステレオ画像処理により、ステレオカメラから路面や路面上の地物および路面周辺の地物までの距離画像を求めても良い。

ＧＰＳアンテナ６３は、先頭車両１０ａの走行中に、ＧＰＳ衛星から送信されるＬ１（１５７５．４２ＭＨｚ）とＬ２（１２２７．６ＭＨｚ）の２周波の電波を受ける。ＧＰＳ受信機６４は、ＧＰＳアンテナ６３の受けた２周波の電波を復調し、衛星航法測位信号の解析を行い、その解析結果に基づいてＧＰＳ衛星から先頭車両１０ａまでの擬似距離や自己位置、ＧＰＳ衛星の位置などを演算する。このとき、車載通信装置７を介して配信を受けた、基準データ中の測位情報補正パラメータを用いて、高精度に擬似距離や自己位置を演算することができる。なお、測位情報補正パラメータは、ＧＰＳ衛星からの受信信号における電離層遅延や大気遅延などによる擬似距離の遅延誤差を補正するための補正データである。
オドメトリ６５は、先頭車両１０ａの車輪の回転に基づいて車速パルスを出力し、車速パルスに基づいて先頭車両１０ａの走行距離や走行速度を計測する。慣性装置６６は加速度センサやジャイロにより先頭車両１０ａの加速度や角速度などを計測する。また、車載通信装置７は路上通信装置５との通信により、基準データ中に含まれる測位補正パラメータを受信し、受信データをプロセッサユニット６７にデータ転送する。

プロセッサユニット６７は、ＧＰＳ受信機６４により計測される擬似距離やＧＰＳ衛星の位置や自己位置などの衛星航法測位による測位情報と、オドメトリ６５により得られる走行距離や走行速度などのオドメトリ情報と、慣性装置６６により得られる加速度や角速度などの慣性情報に基づいて、複合測位演算処理を行い、リアルタイムに自己位置を標定する。この複合測位演算処理では、オドメトリ情報と慣性情報のデットレコニングによる自律航法測位演算を行い、ＲＴＫ（ＲｅａｌＴｉｍｅＫｉｎｅｍａｔｉｃｓ）による衛星航法測位演算によりＧＰＳ二重位相差を演算し、このＧＰＳ二重位相差を観測値とする拡張カルマンフィルタを用いて、航法測位演算の誤差補正を行う。

プロセッサユニット６７は、レーザスキャナ６１の走査により得られた路面までの距離画像の点群データと、カメラ６２により得られた路面画像と、測位演算により標定した自己位置と、レーザスキャナ６１およびカメラ６２の視線方向および設置位置、設置方向などの設置情報に基づいて、道路１００の路面位置および形状や道路周辺の地物の位置および形状などについて３次元位置形状計測を行い、３次元位置形状計測データを求める。例えば、レーザスキャナ走査により計測した距離画像の点群データを、標定した自己位置および設置情報により位置補正することで、２５ｃｍ乃至５０ｃｍ間隔で離散的に計測される計測点群の３次元位置座標データを求める。この３次元位置座標データは、北基準の地球固定絶対位置座標系で表現され、座標系としては国際地球基準座標系や世界測地系などが用いられる。
また、カメラ６２とレーザスキャナ６１の計測時刻を合わせ、同時刻におけるカメラ位置とレーザスキャナ６１の計測点位置を結ぶ視線ベクトルを求めることで、各計測点に対応して、この視線ベクトル方向のカメラ画像の色情報を得ることができる。求められた各計測点の３次元位置座標データと、各計測点に対応するカメラ６２の画像の色情報（ＲＧＢ値）などから、３次元位置形状計測点群データを構成する。なお、３次元位置形状計測点群データから色情報を省いても良い。

また、プロセッサユニット６７は、カメラ６２により得られた路面画像に基づいて道路１００の路肩位置、白線位置や路面表示、道路標識などのランドマークの輪郭線（エッジ）を検出し、検出したランドマークの輪郭線に対応する３次元位置データを、計測した３次元位置形状計測点群データを用いたデータの線形補間処理によって求めることで、ランドマークの位置形状点群データを得る。
この際、路面上や道路周辺で検出されるランドマークの重心位置やランドマーク形状（例えば、道路の白線や、道路標識の絵柄や道路標示マークの外形線など）を近似的に表現する点群の３次元位置データを、ランドマークの位置形状点群データとしても良い。

プロセッサユニット６７は、このようにして得られた３次元位置形状計測点群データとランドマークの位置形状点群データからなる点群データを、道路線形データとしてその計測時刻とともにプロセッサユニット１１に送信する。同時に、測位演算により標定した自己位置をその計測時刻とともにプロセッサユニット１１に送信する。
なお、レーザスキャナ６１における走査中心の方向が車両の前後中央を通る対称線からずれている場合は、車両前後の中央線に対するレーザスキャナ６１の走査中心方向のずれ量を、予め設置情報から求めておいて、道路線形データに付帯情報として付加しておいても良い。
以上説明した道路線形データのデータ形成処理は、先頭車両１０ａの走行中に、リアルタイムに行われる。

図４は、先頭車両１０ａに搭載されたプロセッサユニット１１の構成を示すブロック図である。
図において、プロセッサユニット１１は、車両走行補正データ演算部５２と、記憶装置５３を備えている。記憶装置５３は、基準道路線形データ記憶部５０と、計測道路線形データ記憶部５１を備える。基準道路線形データ記憶部５０は基準データを格納する地図データ格納部として機能する。この基準データは、基準データ配信装置４０から車載通信装置７を介して路上通信装置５に送られ、路上通信装置５から記憶装置５３にデータ転送されて、記憶装置５３に予め格納される。
計測道路線形データ記憶部５１は、プロセッサユニット６７からセンサユニット１の計測した道路線形データが送られ、受信した道路線形データを一時的に格納する。計測道路線形データ記憶部５１は、自動運転用のデータ格納部としても機能する。
なお、路上通信装置５にＤＳＲＣ通信を行うＤＳＲＣビーコンを用い、車載通信装置７にＤＳＲＣ通信を行うＤＳＲＣ車載器を用いる場合、双方のＤＳＲＣ通信によって受信したデータは、ＤＳＲＣ車載器のアプリケーションマネージメント機能を利用して、記憶装置５３にデータ格納が行われる。
記憶装置５３は、プロセッサユニット１１に対して外付の記憶装置を用いても良い。

車両走行補正データ演算部５２は、車載ナビゲーションシステムの如く予め自己の予定走行ルートを設定する。予定走行ルートの設定は、計測される現在の自己位置と行き先位置とから、その間を結ぶルート演算を、道路の車線毎に行うことによって求めることができる。この際、道路線形データに基づいて、より位置精度の高い予定走行ルートを求めても良い。この予定走行ルートは、車線内の仮想的な中央ラインを通過するように、車線毎にルート設定が行われる。例えば、３車線の道路では、各車線毎に予定走行ルートが設定されることとなる。この予定走行ルートは、現在の自己位置の変化に応じて、最短距離もしくは最短時間もしくは最低料金もしくは途中通過ポイントを最短距離で通過するように、常に最適なルートに変更される。

車両走行補正データ演算部５２は、基準道路線形データ記憶部５０に格納された道路線形データと、計測道路線形データ記憶部５１に格納された道路線形データとの照合を取る照合処理を行う。
この照合処理では、基準データとセンサユニット１により計測された道路線形データとの対応点を探索し、探索した対応点について同一の３次元位置座標系で差分する差分処理を行う。車両走行補正データ演算部５２は、この差分処理に基づいて、基準データに対する計測された道路線形データの位置ずれ量を求める。
次に、車両走行補正データ演算部５２は、照合処理により求めた位置ずれ量と、センサユニット１の測位演算により標定した自己位置に基づいて車両制御データを求める。
車両走行補正データ演算部５２は、求めた車両制御データを車車間通信装置３に出力する。

図５は、車両走行補正データ演算部５２による、道路線形データに基づく照合処理を説明するための図である。
図において、道路線形データ７５は、基準道路線形データ記憶部５０に格納された基準データを構成するデータ点群を示している。道路線形データ７６は、計測道路線形データ記憶部５１に格納された、センサユニット１により計測された道路線形データを構成するデータ点群を示している。
車両走行補正データ演算部５２は、次のように照合処理を行う。この照合処理では、道路線形データを構成する白線（例えば、センターライン）の位置形状点群データを用いた例について説明する。

まず、道路線形データ７５から、道路線形データ７６に対応する対応点の探索を行う。
この対応点探索では、道路線形データ７５を構成する点群から道路線形データ７６に基づいて所定範囲を選択して、選択した範囲を照合領域として設定する。ここでは、照合領域として、白線７０を選択した例について説明することとし、白線７０の形状モデルが実在する白線と概ね一致しているものとする。

ここで、照合領域の設定を次のように行う。
道路線形データ７６を構成する点群データの重心位置座標を求め、道路線形データ７５を構成する点群データの中から、この重心位置座標の最も近くに存在する点を選択し、選択した点を含む所定領域７４内の点群データの中から、選択した点の周辺で白線７０を構成する白線点群データ７２を抽出する。このとき、所定領域７４内に複数の白線が存在する場合は、最も近くにある白線の白線点群データを選ぶ。また、白線が連続したセンターラインである場合には、白線の一部分について白線点群データを選ぶと良い。
次に、道路線形データ７６を構成する点群データの中から、白線点群データ７２の重心位置座標に最も近くに存在する点群から、白線形状モデル７１を構成する白線点群データ７３を抽出する。この際、白線形状モデル７１は、センサユニット１により検出された実在する白線について、その白線形状を点群で表現したものとなる。センサユニット１の計測誤差のため、白線形状モデル７１は基準データの白線７０に対して位置や形状が幾分ずれたものとなる。

次に、道路線形データ７５と道路線形データ７６との照合処理について説明する。
この照合処理では、照合領域として選択した白線７０の白線点群データ７２について、点群の３次元座標値から重心位置Ｇ１を求める。また、白線形状モデル７１の白線点群データ７３について、点群の３次元座標値から重心位置Ｇ２を求める。
続いて、白線７０の重心位置Ｇ１と白線形状モデル７１の重心位置Ｇ２との差分を取り、白線７０に対する白線形状モデル７１の位置ずれ量ｄ（図の矢印）を、差分値として求める。この位置ずれ量ｄは、方向と距離の情報を有するベクトル量で表現される。
なお、この例では、路面上の白線を用いた照合処理について説明したが、速度制限表示のような他の道路標示を用いても良く、道路周辺に設置された標識を用いても良い。
さらに、路面を表現する３次元位置形状計測点群データを直接用いて照合処理を行っても良い。例えば、基準データ中の３次元位置形状計測点群データから、センサユニット１により計測された３次元位置形状計測点群データに近接した点群データを選択し、選択した基準データ中の３次元位置形状計測点群データから第１の近似曲面を求めるとともに、センサユニット１により計測された３次元位置形状計測点群データから第２の近似曲面を求める。そして、第１の近似曲面と第２の近似曲面とのずれを差分値として求めることで、道路線形データ７５と道路線形データ７６との位置ずれ量ｄを求めることができる。

次に、この照合結果に基づいて、車両制御データを算出する処理について説明する。
車両走行補正データ演算部５２は、求めた位置ずれ量ｄと、センサユニット１の測位演算により計測した自己位置に基づいて、車両制御データを求める。この車両制御データは、車両走行補正データと操舵制御補正データから構成される。
この際、位置ずれ量ｄは、基準データ中の道路線形データに対する、センサユニット１の計測した道路線形データの計測誤差に相当する。この位置ずれ量ｄは、或る計測時刻にセンサユニット１が計測した自己位置について、その測位誤差を補正するための同計測時刻における車両走行補正データを与える。

なお、路上通信装置５に光ビーコンを取り付けることで、路上通信装置５の正確な位置情報を、道路の特定の小領域内にスポット的に送信することができる。車載通信装置７は路上通信装置５に設けた光ビーコンからこの位置情報を受信することで、先頭車両１０ａの正確な自己位置を得る。車両走行補正データ演算部５２は、この光ビーコンから受信した位置情報と、センサユニット１の計測した自己位置とを比較することで、自己位置を補正するための車両走行補正データを得ることもできる。これにより、現在の自己位置を正確に求めることができ、車両走行補正データの精度向上を図ることができる。なお、光ビーコンから受信した位置情報は、記憶装置５３に格納される。

また、車両走行補正データ演算部５２は、センサユニット１が測位した或る計測時刻での自己位置を、同計測時刻における車両走行補正データで補正することにより、自己位置の補正を行う。さらに、車両走行補正データ演算部５２は、予定走行ルートに対する補正した自己位置の位置ずれを求め、求めた位置ずれが０になるように先頭車両１０ａの操舵制御量を算出して、算出した操舵制御量を車両制御データにおける操舵制御補正データとする。
ここで、道路が複数車線の場合、同一車線を走行し続ける際、その走行車線内の予定走行ルートについて、自己位置の位置ずれが０になるよう操舵制御量を算出する。
また、隣接する車線に車線変更する場合は、変更先の車線内の予定走行ルートについて、自己位置の位置ずれが０になるよう操舵制御量を算出する。

なお、車両走行補正データ演算部５２は、補正した自己位置と、基準データの道路線形データの有する道路センターラインとの距離を求めて、道路センターラインに対して道路幅方向の距離が所定の距離範囲内になるように、先頭車両１０ａの操舵制御量を算出して、算出した操舵制御量を車両制御データにおける操舵制御補正データとしても良い。
これにより、予定走行ルートに関係なく、先頭車両１０ａはセンターラインに対して常に一定の距離を空けて自律走行することができる。
このとき、複数車線の道路において車線変更を行う場合は、補正した自己位置と変更先の車線に隣接する道路センターラインとの距離を求めて、当該道路センターラインに対して道路幅方向の距離が所定距離範囲内になるように、先頭車両１０ａの操舵制御量を算出すれば良い。

先頭車両１０ａのプロセッサユニット１１は、車両制御データの操舵制御補正データに基づいて、自車両のステアリングの操舵制御を行う。これにより、先頭車両１０ａは予定走行ルートもしくはセンターラインに沿って自律走行することができる。
また、プロセッサユニット１１は、操舵制御量に基づいて先頭車両１０ａのアクセル開度を調整し、予め設定された速度調整プログラムに基づいて、走行速度が所定の範囲内となるように速度調整を行う。この際、操舵制御量が大きいときは走行速度を最小とし、操舵制御量が０のときは走行速度を最大にするように速度調整を行うと良い。
勿論、先頭車両１０ａの前方に、自己の隊列に入っていない別の車両や障害物が出現した場合は、プロセッサユニット１１が自車のアクセル開度を調整して走行速度を小さくしたり、隣接する車線に車線変更するための操舵制御量を算出するなどして、前方車両や障害物との衝突を回避する車線変更動作を行うように、ステアリングを自動操作し、自車の走行を自動制御する。
このとき、前方車両や障害物は、センサユニット１におけるレーザスキャナ６１の距離画像やカメラ６２の撮影画像を用いて、その存在有無や存在位置を検出することができる。

なお、先頭車両１０ａは、自動運転モードと手動運転モードをスイッチ選択により切替可能となっており、手動運転モードの時は人手でステアリング操作やアクセルペダル操作を行っても良い。

ここで、基準データを構成する道路線形データの取得方法について説明する。
図４は、車両４０に搭載されたモービルマッピングシステム４５による道路線形データの計測例を図示している。

図において、モービルマッピングシステム４５は、図３で説明したセンサユニット１と同様に、レーザスキャナと、カメラと、ＧＰＳアンテナと、ＧＰＳ受信機と、オドメトリと、慣性装置と、プロセッサユニットを備えている。これにより、図３のセンサユニット１と同様にして、道路１００を走行しながらレーザ光４６を出射し、３次元位置形状計測点群データとランドマークの位置形状点群データからなる点群データを計測して、事前に計測結果を道路線形データとして取得することができる。このとき、ＧＰＳ受信機としては、１０ｃｍ〜２５ｃｍ以下の位置標定精度を有した高精度ＧＰＳ受信機を用いると良い。

なお、レーザスキャナ走査により距離画像の点群データを計測する際、１０ｃｍ乃至１５ｃｍ間隔で離散的に計測することで、センサユニット１に比較してより精度の高い（例えば、位置標定精度１０ｃｍ乃至２５ｃｍ以下）道路線形データを取得することができる。逆に言うと、センサユニット１は、モービルマッピングシステム４５に比べて、点群データの絶対位置座標の計測精度が低い（例えば、位置標定精度２５ｃｍ乃至５０ｃｍ以下）簡易型のシステムを用いても良い。
モービルマッピングシステム４５が事前に収集した道路線形データは、車両４０が道路１００の計測走行を行う度に、基準データ配信装置１５に基準データとして格納される。

次に、後続車両１０ｂ、１０ｃの自動走行について図１を用いて説明する。
送信用の車車間通信装置３と、受信用の車車間通信装置４と、センサユニット２は、プロセッサユニット１２に接続されている。
後続車両１０ｂ、１０ｃはそれぞれ、センサユニット２を用いて、直前を走行する前方車両（それぞれ先行車両１０ａおよび後続車両１０ｂ）までの距離と前方車両に対する自車の位置ずれを計測する。

例えば、センサユニット２はカメラと画像処理器によって構成され、カメラにより前方車両後部のナンバープレートもしくは後部形状を撮影し、ナンバープレートもしくは後部形状の自動追尾を行う。センサユニット２の画像処理器は、カメラによって撮影されたナンバープレート画像もしくは後部形状画像における横幅方向（水平方向）の画角の大きさを計測する。センサユニット２には、カメラから所定距離Ｌ（例えば、２０ｍ）を空けて撮影された、ナンバープレートもしくは後部形状における横幅方向の基準画角の大きさが、予め設定され格納されている。センサユニット２は、予め設定されたナンバープレートもしくは後部形状の基準画角を、計測したナンバープレート画像の画角で除算し、所定距離Ｌを乗算することにより、前方車両までの距離を計測することができる。
また、センサユニット２のカメラにより撮影したナンバープレートもしくは後部形状画像について、画像内での重心位置を計測することにより、センサユニット２の視線中心に対する前方車両の位置ずれ量を求めることができる。
このようにして、センサユニット２は、前方車両までの距離と前方車両に対する自車の位置ずれ量を計測する。

なお、センサユニット２のカメラとして、ステレオカメラを用いても良い。この場合は、前方車両の後部画像を撮影することで、ステレオ画像処理により前方車両までの距離と、前方車両に対する自車の位置ずれ量を求めることができる。
また、センサユニット２として車載ミリ波レーダを用いて、前方車両までの距離を計測しても良い。
さらに、センサユニット２に自己位置標定装置を設けて、自己位置を精度良く測定することで、前方車両の標定位置と自車の標定位置との差分から、前方車両までの距離と前方車両に対する自車の位置ずれを精度良く求めても良い。この自己位置標定装置は、ＧＰＳアンテナと、ＧＰＳ受信機と、オドメトリと、慣性装置と、プロセッサユニットにより構成して、複合測位によって自己位置を標定するものを用いるのが良い。

後続車両１０ｂ、１０ｃに搭載されたプロセッサユニット１２は、車車間通信により得られた車両制御データの操舵制御補正データと、センサユニット２により計測した前方車両までの距離と前方車両に対する自車の位置ずれに基づいて、速度目標値と操舵制御補正データを求める。
そして、前方車両との間の距離が一定範囲内に保たれ、なおかつ前方車両に対する位置ずれが一定範囲内に保たれるように、自車両のアクセル開度の制御とステアリングの操舵制御を行う。
この際、前方車両に対する自車の位置ずれと操舵制御補正データとを加算して、ステアリングの操舵量を求める。このようにすることにより予め前方車両の移動量が予測できるので、前方車両が左右に車線変更しても、前方車両の移動量に追従するように自車両を操舵することによって、センサユニット２のカメラが前方車両の後部もしくはナンバープレートを捕捉追尾し続けることが可能となる。
後続車両１０ｂは、プロセッサユニット１２の算出した操舵制御補正データと、前方車両に対する自車の位置ずれデータと、先行車両１０ａから受けた車両走行補正データとを車両制御データとして、車車間通信により後ろに追従する後続車両１０ｃに送信する。

後続車両１０ｃは、先頭車両１０ａおよび後続車両１０ｂの双方と車車間通信を行う。これにより、先頭車両１０ａおよび後続車両１０ｂの両方から車両制御データが伝送されて来る。
このとき、先頭車両１０ａから送られて来る車両制御データと、後続車両１０ｂから送られて来る車両制御データとが異なる場合、直前を走行する後続車両１０ｂからの車両制御データを利用し、先頭車両１０ａから送られて来た車両制御データは棄却する。
かくして、後続車両１０ｃは、先頭車両１０ａの挙動ではなく直前の後続車両１０ｂの挙動に追従して、車線変更や速度変更などの走行制御を行うことが可能となるので、車線変更時に各車両が滑らかに隊列を組んで、隣接車両との間に所定の間隔を維持したまま相互に連結することができる。

図６は、この実施の形態１による隊列走行車両の車線変更例を説明する図である。
図において、道路１００を走行する先頭車両１０ａと、後続車両１０ｂと、後続車両１０ｃは隊列走行を行っている。
ここで、先頭車両１０ａの前方に停車中の車両２０１が出現した場合、先頭車両１０ａはセンサユニット１により停車中の車両２０１を検出する。
これにより、先頭車両１０ａは検出した車両２０１を回避するようにステアリングを自動操作し、隣接車線に車線変更を行う。

同時に、後続車両１０ｂは、車車間通信により、先頭車両１０ａから車両制御データを受け、先頭車両１０ａに追従して車線変更を行う。また、後続車両１０ｃは、車車間通信により、先頭車両１０ｂから車両制御データを受けて、後続車両１０ｂに引続いて車線変更を行う。これによって、図６の矢印２００に示すように、滑らかに隊列を組んだまま車線変更を行うことが可能となる。

以上説明したとおり、この実施の形態１による隊列走行支援装置は、路面上の地物の３次元位置および形状データを含む道路線形データを取得する前方車両（１０ａ、１０ｂ）搭載用のセンサユニット１と、センサユニット１により取得された地物の３次元位置および形状を示す道路線形データと、予め所有する路面の３次元位置および形状データを含む基準データとの比較に基づいて、前方車両の走行制御用データを求める前方車両搭載用のプロセッサユニット１１と、プロセッサユニット１１の求めた前方車両の走行制御用データを後続車両に伝送する車車間通信装置３、４と、車車間通信装置３、４により伝送された前方車両の走行制御用データに基づいて、後続車両１０ｃの走行制御用データを求める後続車両搭載用のプロセッサユニット１２とを備えたことにより、磁気マーカが無くても、隊列走行する車両の正確な位置把握ができる。

また、プロセッサユニット１１は、基準データに対する道路線形データの差分情報に基づいて、航法測位により計測した自己位置を補正し、補正した自己位置に基づいて自車の走行制御用データを求めることにより、精度の高い自己位置データを用いて走行制御を行うことができる。

また、後続車両において、前方車両に対する自車の位置ずれ量を計測するセンサユニット２を搭載して、プロセッサユニット１２が、前方車両の走行制御用データとセンサユニット２の計測した位置ずれ量に基づいて、自車の走行制御用データを求めるようにすることで、後続車両が前方車両に対して確実に追従走行することが可能となる。

以上の実施の形態では、
路面上の地物の３次元位置および形状データを含む道路線形データを取得する前方車両搭載センサユニットと、
上記前方車両搭載センサユニットにより取得された地物の３次元位置および形状を示す道路線形データと、予め所有する路面の３次元位置および形状データを含む基準データとの対応点を探索し、上記道路線形データ側の対応点と上記基準データ側の対応点との３次元位置座標の差を算出し、算出した上記３次元位置座標の差に基づいて、上記前方車両の走行制御用データを求める前方車両搭載プロセッサユニットと、
上記前方車両搭載プロセッサユニットの求めた上記前方車両の走行制御用データを後続車両に伝送する車車間通信装置と、
上記車車間通信装置により伝送された上記前方車両の走行制御用データに基づいて、上記後続車両の走行制御用データを求める後続車両搭載プロセッサユニットとを備えた隊列走行支援装置を説明した。

以上の実施の形態では、
前方車両搭載プロセッサユニットは、
算出した上記３次元位置座標の差に基づいて、航法測位により計測した自己位置を補正し、補正した自己位置に基づいて上記前方車両の走行制御用データを求めることを特徴とした隊列走行支援装置を説明した。

以上の実施の形態では、
上記基準データは、
上記前方車両搭載センサユニットにより取得される上記道路線形データよりも精度が高いデータであり、
上記前方車両搭載プロセッサユニットによって算出される上記道路線形データ側の対応点と上記基準データ側の対応点との３次元位置座標の差は、
上記基準データに対する上記前方車両搭載センサユニットにより取得された上記道路線形データの計測誤差を示し、
前方車両搭載プロセッサユニットは、
上記計測誤差を示す上記３次元位置座標の差に基づいて、航法測位により計測した自己位置を補正し、補正した自己位置に基づいて上記前方車両の走行制御用データを求めることを特徴とした隊列走行支援装置を説明した。

以上の実施の形態では、
前方車両搭載プロセッサユニットは、
予定走行ルートに対する補正した自己位置の位置ずれを求め、求めた上記位置ずれに基づいて、上記前方車両の走行制御用データを求めることを特徴とする隊列走行支援装置を説明した。

以上の実施の形態では、
上記隊列走行支援装置は、さらに、
上記前方車両に搭載され、上記基準データを配信する基準データ配信装置から配信されて路上通信装置と人工衛星とのいずれかを介して送信される上記基準データを受信する車載通信装置を備え、
上記前方車両搭載プロセッサユニットは、
上記車載通信装置が受信した上記基準データを予め所有する路面の３次元位置および形状データを含む上記基準データとして格納する記憶部を有することを特徴とする隊列走行支援装置を説明した。

以上の実施の形態では、
後続車両に搭載され、前方車両に対する自車の位置ずれ量を計測する後続車両搭載センサユニットを備え、
上記後続車両搭載プロセッサユニットは、
上記前方車両の走行制御用データと上記後続車両搭載センサユニットの計測した位置ずれ量に基づいて、自車の走行制御用データを求めることを特徴とした隊列走行支援装置を説明した。

以上の実施の形態では、
上記前方車両は、
自動運転モードと、手動運転モードとの切り替えが可能であることを特徴とする隊列走行支援装置を説明した。

１センサユニット、２センサユニット、３，４車車間通信装置、５路上通信装置、７車載通信装置、１０ａ先頭車両、１０ｂ，１０ｃ後続車両、１１プロセッサユニット、１２プロセッサユニット、５２車両走行補正データ演算部、５３記憶装置、６１レーザスキャナ、６２カメラ、６３ＧＰＳアンテナ、６４ＧＰＳ受信機、６５オドメトリ、６６慣性装置、６７プロセッサユニット。

Claims

路面上の地物の３次元位置および形状データを含む道路線形データを取得する前方車両搭載センサユニットにより取得された地物の３次元位置および形状を示す道路線形データと、予め所有する路面の３次元位置および形状データを含む基準データとの対応点を探索し、上記道路線形データ側の対応点と上記基準データ側の対応点との３次元位置座標の差を算出し、算出した上記３次元位置座標の差に基づいて、上記前方車両の走行制御用データを求める演算部を備えたことを特徴とする前方車両搭載プロセッサユニット。
前方車両搭載プロセッサユニットの前記演算部は、
算出した上記３次元位置座標の差に基づいて、航法測位により計測した自己位置を補正し、補正した自己位置に基づいて上記前方車両の走行制御用データを求めることを特徴とする請求項１記載の前方車両搭載プロセッサユニット。
上記基準データは、
上記前方車両搭載センサユニットにより取得される上記道路線形データよりも精度が高いデータであり、
上記前方車両搭載プロセッサユニットの前記演算部によって算出される上記道路線形データ側の対応点と上記基準データ側の対応点との３次元位置座標の差は、
上記基準データに対する上記前方車両搭載センサユニットにより取得された上記道路線形データの計測誤差を示し、
前方車両搭載プロセッサユニットの前記演算部は、
上記計測誤差を示す上記３次元位置座標の差に基づいて、航法測位により計測した自己位置を補正し、補正した自己位置に基づいて上記前方車両の走行制御用データを求めることを特徴とする請求項２記載の前方車両搭載プロセッサユニット。
前方車両搭載プロセッサユニットの前記演算部は、
予定走行ルートに対する補正した自己位置の位置ずれを求め、求めた上記位置ずれに基づいて、上記前方車両の走行制御用データを求めることを特徴とする請求項３記載の前方車両搭載プロセッサユニット。
上記前方車両搭載プロセッサユニットは、
上記前方車両に搭載され、上記基準データを配信する基準データ配信装置から配信されて路上通信装置と人工衛星とのいずれかを介して送信される上記基準データを受信する車載通信装置が受信した上記基準データを予め所有する路面の３次元位置および形状データを含む上記基準データとして格納する記憶部を有することを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の前方車両搭載プロセッサユニット。
路面上の地物の３次元位置および形状データを含む道路線形データを取得する前方車両搭載センサユニットにより取得された地物の３次元位置および形状を示す道路線形データと、予め所有する路面の３次元位置および形状データを含む基準データとの対応点を探索し、上記道路線形データ側の対応点と上記基準データ側の対応点との３次元位置座標の差を算出し、算出した上記３次元位置座標の差に基づいて、上記前方車両の走行制御用データを求める演算部を備えた前方車両搭載プロセッサユニットの求めた上記前方車両の走行制御用データを後続車両に伝送する車車間通信装置により伝送された上記前方車両の走行制御用データに基づいて、上記後続車両の走行制御用データを求めることを特徴とする後続車両搭載プロセッサユニット。
上記後続車両搭載プロセッサユニットは、
上記前方車両の走行制御用データと、続車両に搭載され、前方車両に対する自車の位置ずれ量を計測する後続車両搭載センサユニットの計測した位置ずれ量に基づいて、自車の走行制御用データを求めることを特徴とする請求項６記載の後続車両搭載プロセッサユニット。