JP2022502722A

JP2022502722A - 自律運転車両の屋外運転システム

Info

Publication number: JP2022502722A
Application number: JP2020552241A
Authority: JP
Inventors: 仁全魯; 元清呉; 奕杉劉; 浩源魏
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2022-01-11
Also published as: CN111026106A; WO2021088528A1

Abstract

本願は、車両経路生成モジュール、ナビゲーション情報収集モジュール、車両経路追跡モジュール、運転支援モジュール、及びＧＵＩ可視化インタフェースを備えることを特徴とする自律運転車両の屋外運転システムを開示し、本願は、軌跡追跡と動的目標検出とを組み合わせて屋外での自律運転を実現し、つまり、まず異なる経路に対して対応するＧＰＳシーケンス情報を収集して、異なる経路に対応する経路情報を生成し、自律運転車両は走行すべき経路に応じて、対応する経路情報を選択し、横方向制御方法と組み合わせて選択した経路情報を追跡し、また、視覚目標検出などの機能を補助とすることで、自律運転車両が動的シーンに適応するようにする。本願は、自律運転車両の測位精度及び動的路面環境への適応性を向上させ、それによって、中低速道路状況の場合の自律運転の要求を満たす。【選択図】図１

Description

本願は、自律運転車両の運転の技術分野に関し、具体的には、自律運転車両の屋外運転システムに関する。

人工知能の理論、センサ技術、コンピュータ技術、車両技術が盛んに発展するに伴い、自律運転の理論及び技術はかなり進歩している。現在、人々の生活水准の向上に伴い、自動車の数は次第に増加して、それに伴って都市の道路の混雑、交通事故の頻発が発生する。また、産業環境や任務の複雑化、戦争態勢の多様化のため、各国や企業は自律運転技術の開発に取り込むようになる。自律運転は車載センサで路面状況をリアルタイムかつ包括的に検知することで、経路でのトラフィックフローのスマートコントロールを実現し、交通事故の発生を回避し、都市道路の交通ストレスを軽減することができ、無人化作業、スマート化生産、スマート化兵器などを実現する。現在、自律運転技術は一定の発展を遂げているが、実用の需要を満たしにくい。

本願の目的は、測位精度が低く、動的障害物に対する認識率が低いという従来の自律運転方式の問題を解決する中低速屋外自律運転の技術案を提案することである。

上記課題を達成させるために、本願は、以下の技術案を採用する。

自律運転車両の屋外運転システムであって、
車両経路生成モジュール、ナビゲーション情報収集モジュール、車両経路追跡モジュール、運転支援モジュール、及びＧＵＩ可視化インタフェースを備え、
車両経路生成モジュールは、複数の出発点から終点までの経路情報を記憶し、前記経路情報は、収集車両によって予め収集されておき、位置情報の収集過程は、収集車両が出発点から終点までの走行経路を計画した後、出発点から終点まで一定の速度を維持して走行する過程においてＧＰＳデータを連続的に収集し、それによって出発点から終点までのＧＰＳ軌跡シーケンスを形成し、ＧＰＳ軌跡シーケンス及び経路属性を用いてｃｓｖ形式の地図を生成して、出発点から終点までの経路情報とすることであり、
ナビゲーション情報収集モジュールは、基地局システムと、自律運転車両上に配置された車載複合ナビゲータと、車載ＧＰＳアンテナと、車載基地局受信ステーションと、を備え、基地局システムは、基地局ＧＰＳアンテナと、基地局送信ステーションと、基地局測位受信機と、を備え、車載ＧＰＳアンテナは、第１のＧＰＳ信号を受信し、基地局システムは、基地局ＧＰＳアンテナを介して第２のＧＰＳ信号を受信し、第２のＧＰＳ信号を基地局測位受信機に送信し、基地局測位受信機で計算が完了した後、計算情報を基地局送信ステーションに送信し、基地局送信ステーションは、計算情報を利用してＲＦアンテナを介してＲＴＫメッセージを発表し、車載基地局受信ステーションは前記ＲＴＫメッセージを受信した後、ＲＴＫメッセージ、第１のＧＰＳ信号を同時に車載複合ナビゲータに入力し、差分比較を通じてより正確なＧＰＳ測位情報を得て、自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報とし、
車両経路追跡モジュールは、選択された経路情報に対する自律運転車両の追跡を実現し、自律運転車両が走行すべき経路の出発点、終点に応じて、車両経路生成モジュールに記憶された経路情報をトラバースし、対応する経路情報を選択するステップと、ナビゲーション情報収集モジュールを通じて自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報を取得し、現在位置のＧＰＳ測位情報が、選択された経路情報中の出発点のＧＰＳ測位情報と一致すると、経路追跡を開始し、自律運転車両のＧＰＳ測位情報を連続的に取得し、選択された経路情報中のＧＰＳ軌跡シーケンスにおける軌跡点と比較し、横方向制御方法を使用して自律運転車両のハンドル角を操作することによって、選択された経路情報を自律運転車両により追跡するステップと、を備え、
運転支援モジュールは、画像収集モジュール、目標検出モジュール、表示判定モジュールを備え、画像収集モジュールは、車載カメラによって自律運転車両の前方の路面情報を収集し、走行道路状況画像を取得し、前記目標検出モジュールは、前記走行道路状況画像を取得した後、まず前処理を行い、前処理された走行道路状況画像を目標検出アルゴリズムで認識し、障害物が認識された場合、表示判定モジュールにより障害物にラベル付けを行い、障害物の位置情報及び距離情報を取得し、表示判定モジュールは、障害物の位置情報、距離情報及び自律運転車両の安全走行領域、前記横方向制御方法の操作情報と組み合わせて、障害物が自律運転車両の走行に安全上の危険性をもたらすか否かを判断し、その判断結果に基づいて自律運転車両の減速、加速及びブレーキの判定を行い、
ＧＵＩ可視化インタフェースは、自律運転車両によって選択された経路情報、自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報、目標検出アルゴリズムによって検出された障害物の位置情報、及び距離情報を表示する。

さらに、前記車両経路生成モジュールに記憶された経路情報をトラバースし、対応する経路情報を選択する前記ステップは、
自律運転車両の現在位置をＡとし、自律運転車両が走行すべき経路の出発点とし、自律運転車両が走行すべき経路の終点をＢとし、記憶された経路情報をトラバースし、まず、全ての経路情報のうち終点がＢである経路情報を見つけ、次に、その中から、経路情報の出発点が位置Ａに最も近い経路情報を選択経路情報として選択することと、
選択された経路情報の出発点まで自律運転車両を制御して走行させることと、を含む。

さらに、前記表示判定モジュールは、自律運転車両の減速、加速、ブレーキの判定を行った後、その判定情報を制御信号に変換して自律運転車両の通信システムを介して自律運転車両の下層電子制御システムに送信し、下層電子制御システムを介して自律運転車両の実行機構を制御して対応する制御動作を実行させる。

さらに、前記横方向制御方法は、Ｓｔａｎｌｅｙ制御アルゴリズムを用いる。

さらに、前記目標検出アルゴリズムは、ＹＯＬＯＶ３アルゴリズムを用いる。

さらに、前記目標検出モジュールが前記走行道路状況画像を取得した後、前処理を行う過程は、検出精度を向上させるために、画像フィルタリング、正規化を含む。

本願は、以下の技術的特徴を有する。
本願では、複合ナビゲータを用いて差動位置信号を出力し、センチメートルスケールの高精度で測位することによって、自律運転車両に対する正確な測位を実現し、また、目標検出アルゴリズムを用いて動的障害物の認識を実現し、それによって、動的路面環境への自律運転車両の適応能力を大幅に向上させ、中低速道路状況での自律運転の要求を満たす。

自律運転車両の屋外運転システムの構成模式図である。本願の原理模式図である。自律運転車両の経路追跡の流れを示す模式図である。目標検出過程の模式図である。

本願は、図１に示すように、車両経路生成モジュール、ナビゲーション情報収集モジュール、車両経路追跡モジュール、運転支援モジュール、及びＧＵＩ可視化インタフェースを備える自律運転車両の屋外運転システムを提供し、図２に示すように、本願は、軌跡追跡と動的目標検出とを組み合わせて屋外での自律運転を実現し、つまり、まず異なる経路に対して対応するＧＰＳシーケンス情報を収集して、異なる経路に対応する経路情報を生成し、自律運転車両は走行すべき経路に応じて、対応する経路情報を選択し、横方向制御方法と組み合わせて選択した経路情報を追跡し、また、視覚目標検出などの機能を補助とすることで、自律運転車両が動的シーンに適応するようにする。以下、本願の各モジュールについて詳細に説明する。

１．車両経路生成モジュール
車両経路生成モジュールは、収集車両によって予め収集された、複数の出発点から終点までの経路情報を記憶し、位置情報の収集過程は、収集車両が出発点から終点までの走行経路ロール角を計画した後、出発点から終点まで一定の速度を維持して走行する過程においてＧＰＳデータを連続的に収集し、それによって出発点から終点までのＧＰＳ軌跡シーケンスを形成し、ＧＰＳ軌跡シーケンス及び経路属性を用いてｃｓｖ形式の地図を生成して、出発点から終点までの経路情報とすることである。
車両経路生成モジュールは、経路情報の記憶モジュールとして、予め計画された経路情報を記憶している。他の有人車両を前記収集車両として経路情報を収集し、経路情報データベースを構成することができ、各経路情報には、出発点から終点までのＧＰＳ軌跡シーケンスと他の経路属性とが記憶されている。前記ＧＰＳ軌跡シーケンスは、一連のＧＰＳデータから構成され、各ＧＰＳデータが経路上の１つの経路地点に対応し、この場合、経路上の１つの地点について、そのＧＰＳデータと経路属性には、地点番号、緯度、経度、ヘッディング角、距離上の１点の距離、曲率、速度属性、ＧＰＳ状態などが含まれる。収集車両が出発点から終点まで走行すると、つまり、各経路地点のＧＰＳデータを収集すると、ＧＰＳ軌跡シーケンスを作成し、経路地点の経路属性とＧＰＳ軌跡シーケンスを利用してｃｓｖ形式の地図を作成して保存し、異なる出発点、終点に対応する経路情報を得ることができる。

２．ナビゲーション情報収集モジュール
ナビゲーション情報収集モジュールは、基地局システムと、自律運転車両上に配置された車載複合ナビゲータと、車載ＧＰＳアンテナと、車載基地局受信ステーションと、を備える。基地局システムは、基地局ＧＰＳアンテナと、基地局送信ステーションと、基地局測位受信機と、を備える。
自律運転車両が起動すると、ナビゲーション情報収集モジュールを通じて、自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報を断続的に取得し、ここで、各ＧＰＳ測位情報の取得過程には、
車載ＧＰＳアンテナは、第１のＧＰＳ信号を受信し、基地局システムは、基地局ＧＰＳアンテナを介して第２のＧＰＳ信号を受信し、次に、第２のＧＰＳ信号を基地局測位受信機に送信し、基地局測位受信機で計算が完了した後、計算情報を基地局送信ステーションに送信し、基地局送信ステーションは計算情報を利用してＲＦアンテナを介してＲＴＫメッセージを発表し、車載基地局受信ステーションは前記ＲＴＫメッセージを受信した後、ＲＴＫメッセージと第１のＧＰＳ信号とを同時に車載複合ナビゲータに入力し、差分対比を通じてより正確なセンチメートルスケールのＧＰＳ測位情報を得て、自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報とすることを含む。
車載複合ナビゲータは、受信したデータフレームを経度、緯度、ヨー角、ピッチ角、ロール角、ＧＰＳ状態などの情報に解析する。ＧＰＳ状態は４つのレベルに分割され、ＧＰＳ状態が４又は３である場合、ＧＰＳ信号が利用可能であり、ＧＰＳ状態が１又は２である場合、周囲に建物があるためＧＰＳ信号が悪く、利用不能であることを示している。

３．車両経路追跡モジュール
車両経路追跡モジュールは、選択された経路情報に対する自律運転車両の追跡を実現し、図３に示すように、自律運転車両が走行すべき経路の出発点、終点に応じて、車両経路生成モジュールに記憶された経路情報をトラバースして、対応する経路情報を選択することを含む。つまり、自律運転車両が起動した後、自律運転車両の現在位置を出発点Ａとし、自律運転車両が到達しようとする位置を終点Ｂとする。まず、記憶されている経路情報を照合して、経路情報中から出発点と終点がＡとＢである経路情報を見つけ、この過程は、具体的には、以下のとおりである。
自律運転車両の現在位置をＡとし、自律運転車両が走行すべき経路の出発点とし、自律運転車両が走行すべき終点をＢとし、記憶された経路情報をトラバースし、まず、全ての経路情報のうち終点がＢである複数の経路情報を見つけ、次に、その中から、経路情報の出発点が位置Ａに最も近い経路情報を選択経路情報として選択する。このような選択方法を採用する理由としては、自律運転車両の現在位置が、保存されているいずれの経路情報の出発点位置とも厳密に一致しない可能性があるため、出発点位置が最も近い経路情報を選択経路情報として選択し、この場合、選択された経路情報中の出発点まで自律運転車両を制御して走行させるだけで、選択された経路情報に従って追跡することができ、
ナビゲーション情報収集モジュールを通じて自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報を取得し、現在位置のＧＰＳ測位情報が選択された経路情報の出発点のＧＰＳ測位情報と一致した場合（すなわち、現在、自律運転車両が選択された経路情報の出発点位置まで走行した場合）、経路追跡を開始し、自律運転車両のＧＰＳ測位情報を持続的に取得し、選択された経路情報中のＧＰＳ軌跡シーケンスにおける軌跡点と照合し、横方向制御方式を用いて、自律運転車両のハンドル角を制御し、それによって、選択された経路情報に対する自律運転車両の追跡を実現する。あるいは、本願の一実施例では、前記横方向制御方法はＳｔａｎｌｅｙ制御アルゴリズムを使用し、また、追跡中には、目標検出の補助判定のため、運転支援モジュールを起動することができる。

４．運転支援モジュール
運転支援モジュールは、画像収集モジュール、目標検出モジュール、及び表示判定モジュールを備え、図４に示すように、画像収集モジュールは、車載カメラによって自律運転車両の前方の路面情報を収集し、走行道路状況画像を取得し、あるいは、前記車載カメラは運転室の前方に配置され、リアルタイム性と画像情報の完全性を確保するために、カメラは７２０Ｐ／３０ＦＰＳの取得モードを採用している。前記目標検出モジュールは、前記走行道路状況画像を取得した後、画像フィルタリング、正規化などを含む前処理を行い、それによって、検出精度を向上させ、収集・伝送中のノイズ及び照明要因の影響を低減させる。
前処理された走行道路状況画像を目標検出アルゴリズムで認識し、障害物が認識された場合、表示判定モジュールにより障害物にラベル付けを行い、具体的には、目標枠で障害物の位置を枠出しし、障害物の位置情報と距離情報を取得し、表示判定モジュールは、障害物の位置情報、距離情報、自律運転車両の安全走行領域、前記Ｓｔａｎｌｅｙ制御アルゴリズムの操作情報と組み合わせて、障害物が自律運転車両の走行に安全上の危険性をもたらすか否かを判断し、その判断結果に基づいて自律運転車両の減速、加速、ブレーキの判定を行う。例えば、ある障害物が自律運転車両から２０ｍ離れており、自律運転車両の真直ぐから右へ３０°ずれた位置にあると検出する場合、現在の道路が真っ直ぐであると、現在の車速によって、自律運転車両の走行安全領域は自律運転車両の真直ぐの左右±５°以内であり、制御情報に従って自律運転車両を操舵する必要がないと判断するので、この障害物は自律運転車両の走行に安全上の危険をもたらすことはなく、減速する必要はなく、一方、自律運転車両の走行に影響を与える可能性がある場合は、判断の結果、減速し、次に、Ｓｔａｎｌｅｙ制御アルゴリズムによりハンドル角を制御し、障害物を回避した後に加速する。
判定情報を制御信号に変換して、自律運転車両の通信システムを介して自律運転車両の下層電子制御システムに送信し、下層電子制御システムを介して自律運転車両の実行機構（例えばブレーキペダル、アクセルペダルなど）を制御して、対応する減速、加速、ブレーキなどの制御動作を実行させる。

５．ＧＵＩ可視化インタフェース
ＧＵＩ可視化インタフェースは、自律運転車両によって選択された経路情報、自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報、目標検出アルゴリズムによって検出された障害物の位置情報、及び距離情報を表示することに用いられ、すなわち、自律運転車両の現在の走行状況を直感的に把握するように、画像情報はすべてＧＵＩ可視化インタフェースによって表示され得る。

上記実施例は、本システムを説明するために例示するものであり、本特許を限定するものとして理解できない。当業者は、上記説明に基づいて、項目のニーズにより合致したさまざまな形態の変更を行うことができる。発明の精神及び原則の範囲内でなされたすべての修正、均等な置換、及び改良などは、本発明の特許請求の範囲の特許範囲に含まれるものとする。

Claims

車両経路生成モジュール、ナビゲーション情報収集モジュール、車両経路追跡モジュール、運転支援モジュール、及びＧＵＩ可視化インタフェースを備え、
車両経路生成モジュールは、複数の出発点から終点までの経路情報を記憶し、前記経路情報は、収集車両によって予め収集されておき、位置情報の収集過程は、収集車両が出発点から終点までの走行経路を計画した後、出発点から終点まで一定の速度を維持して走行する過程においてＧＰＳデータを連続的に収集し、それによって出発点から終点までのＧＰＳ軌跡シーケンスを形成し、ＧＰＳ軌跡シーケンス及び経路属性を用いてｃｓｖ形式の地図を生成して、出発点から終点までの経路情報とすることであり、
ナビゲーション情報収集モジュールは、基地局システムと、自律運転車両上に配置された車載複合ナビゲータと、車載ＧＰＳアンテナと、車載基地局受信ステーションと、を備え、基地局システムは、基地局ＧＰＳアンテナと、基地局送信ステーションと、基地局測位受信機と、を備え、車載ＧＰＳアンテナは、第１のＧＰＳ信号を受信し、基地局システムは、基地局ＧＰＳアンテナを介して第２のＧＰＳ信号を受信し、第２のＧＰＳ信号を基地局測位受信機に送信し、基地局測位受信機で計算が完了した後、計算情報を基地局送信ステーションに送信し、基地局送信ステーションは、計算情報を利用してＲＦアンテナを介してＲＴＫメッセージを発表し、車載基地局受信ステーションは前記ＲＴＫメッセージを受信した後、ＲＴＫメッセージ、第１のＧＰＳ信号を同時に車載複合ナビゲータに入力し、差分比較を通じてより正確なＧＰＳ測位情報を得て、自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報とし、
車両経路追跡モジュールは、選択された経路情報に対する自律運転車両の追跡を実現し、自律運転車両が走行すべき経路の出発点、終点に応じて、車両経路生成モジュールに記憶された経路情報をトラバースし、対応する経路情報を選択するステップと、ナビゲーション情報収集モジュールを通じて自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報を取得し、現在位置のＧＰＳ測位情報が、選択された経路情報中の出発点のＧＰＳ測位情報と一致すると、経路追跡を開始し、自律運転車両のＧＰＳ測位情報を連続的に取得し、選択された経路情報中のＧＰＳ軌跡シーケンスにおける軌跡点と比較し、横方向制御方法を使用して自律運転車両のハンドル角を操作することによって、選択された経路情報を自律運転車両により追跡するステップと、を備え、
運転支援モジュールは、画像収集モジュール、目標検出モジュール、及び表示判定モジュールを備え、画像収集モジュールは、車載カメラによって自律運転車両の前方の路面情報を収集し、走行道路状況画像を取得し、前記目標検出モジュールは、前記走行道路状況画像を取得した後、まず前処理を行い、前処理された走行道路状況画像を目標検出アルゴリズムで認識し、障害物が認識された場合、表示判定モジュールにより障害物にラベル付けを行い、障害物の位置情報及び距離情報を取得し、表示判定モジュールは、障害物の位置情報、距離情報及び自律運転車両の安全走行領域、前記横方向制御方法の操作情報と組み合わせて、障害物が自律運転車両の走行に安全上の危険性をもたらすか否かを判断し、その判断結果に基づいて自律運転車両の減速、加速及びブレーキの判定を行い、
ＧＵＩ可視化インタフェースは、自律運転車両によって選択された経路情報、自律運転車両の現在のＧＰＳ測位情報、目標検出アルゴリズムによって検出された障害物の位置情報、及び距離情報を表示する、ことを特徴とする自律運転車両の屋外運転システム。
前記車両経路生成モジュールに記憶された経路情報をトラバースし、対応する経路情報を選択する前記ステップは、
自律運転車両の現在位置をＡとし、自律運転車両が走行すべき経路の出発点とし、自律運転車両が走行すべき経路の終点をＢとし、記憶された経路情報をトラバースし、まず、全ての経路情報のうち終点がＢである経路情報を見つけ、次に、その中から、経路情報の出発点が位置Ａに最も近い経路情報を選択経路情報として選択することと、
選択された経路情報の出発点まで自律運転車両を制御して走行させることと、を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の自律運転車両の屋外運転システム。
前記表示判定モジュールは、自律運転車両の減速、加速、ブレーキの判定を行った後、その判定情報を制御信号に変換して自律運転車両の通信システムを介して自律運転車両の下層電子制御システムに送信し、下層電子制御システムを介して自律運転車両の実行機構を制御して対応する制御動作を実行させる、ことを特徴とする請求項１に記載の自律運転車両の屋外運転システム。
前記横方向制御方法は、Ｓｔａｎｌｅｙ制御アルゴリズムを用いる、ことを特徴とする請求項１に記載の自律運転車両の屋外運転システム。
前記目標検出アルゴリズムは、ＹＯＬＯＶ３アルゴリズムを用いる、ことを特徴とする請求項１に記載の自律運転車両の屋外運転システム。
前記目標検出モジュールが前記走行道路状況画像を取得した後、前処理を行う過程は、検出精度を向上させるために、画像フィルタリング、正規化を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の自律運転車両の屋外運転システム。