JP4595773B2

JP4595773B2 - 車両制御装置

Info

Publication number: JP4595773B2
Application number: JP2005288815A
Authority: JP
Inventors: 祥子小島; 芳樹二宮
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: JP2007102357A

Description

本発明は、車両制御装置にかかり、特に、路上の停止線等の停止位置と自車両周辺のランドマークとの相対位置情報を取得して停止位置を検出し、停止位置に対する自車両の減速停止制御や警報等の制御を行う車両制御装置に関する。

停止線等の停止位置を検出し、停止位置が検出された位置に自車両を停止させる技術が知られている。しかしながら、先行車両によって停止位置が遮断されたり、夜間や雨天時等の視認性が低い状態での走行の場合、またメンテナンス不良によるかすれなどによって停止線がドライバの目視によってもカメラによっても検出できない場合には、停止位置が検出できず適正な位置に自車両を停止させることができない、という問題がある。

この問題を解消する技術として、地図に停止位置情報を登録すると共に停止位置を検出し、ＧＰＳやジャイロ等を用いて取得した自車両位置情報からユーザが登録した目的地までの経路の中に、停止位置が存在することが検出された場合には、停止位置が検出されたときに減速処理及び停止処理を行う車両用走行制御装置が知られている（特許文献１）。
特開２０００−２１３６３７号公報

しかしながら、上記従来の技術では、停止線に対する距離を知るためには停止線を地図上の正しい位置（経度及び緯度で表される位置）に登録し、更に自車両位置情報を正確に取得する必要があるため、現実には任意の位置での高精度な自車両位置情報の取得、及び高精度な停止線位置の登録は容易ではなく、停止線に対する距離を正確に検出することは困難である、という問題があった。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、停止位置との相対位置関係が確認できる立体物の位置情報を停止位置の位置情報と共に登録することで、停止位置の検出が不可能な状態においても自車両に対する停止位置情報を高精度に検出することができる車両制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、自車両の位置を第１の精度で検出する自車両位置検出手段と、自車両周辺の目印となるランドマークの位置情報を前記自車両位置検出手段の精度よりも高い第２の精度で検出するランドマーク検出手段と、路上の停止線が示す停止位置を表す停止位置情報、及び該停止位置情報と相関する前記ランドマーク検出手段で検出された複数のランドマークの相対位置情報を記憶した記憶手段と、前記記憶手段に前記停止位置情報及び前記相対位置情報が記憶された後に、前記ランドマーク検出手段で検出された複数のランドマークの位置情報と前記記憶手段に記憶された複数のランドマークの相対位置情報とがマッチングしているか否かを判断するマッチング判断手段と、前記判断手段によりマッチングしていると判断された複数のランドマークの位置情報と相関する停止位置情報を自車両の停止位置情報と判断する停止位置判断手段と、前記停止位置判断手段で判断された停止位置情報に基づいて、車両を制御する車両制御手段と、を含んで構成したものである。

本発明によれば、自車両の位置が第１の精度で検出されると共に、自車両周辺の目印となるランドマークの位置情報が自車両位置検出手段の精度よりも高い第２の精度で検出され、停止位置を表す停止位置情報、及び停止位置情報と相関するランドマーク検出手段で検出された複数のランドマークの位置情報が記憶される。停止位置情報及び位置情報が記憶された後に、ランドマーク検出手段で検出された複数のランドマークの位置情報と記憶手段に記憶された複数のランドマークの位置情報とがマッチングしているか否かを判断し、マッチングしていると判断された複数のランドマークの位置情報と相関する停止位置情報を自車両の停止位置情報と判断すし、判断された停止位置情報に基づいて、車両を制御する。

以上説明したように、本発明によれば、例えば、ランドマークとしての路側に位置する立体物は先行車両による遮断等の影響を受け難いので、停止位置が検出できない状態においても停止位置を検出することができる。また、ランドマーク間の正確な相対位置関係が得られれば、正確な位置情報は必要がないので、停止位置を登録するための高精度の位置情報を検出する必要がなくなり、自車両位置検出手段の精度をランドマーク検出手段の精度より低くすることができる。

以上説明したように本発明によれば、停止位置との相対位置関係が確認できるランドマークの位置情報を停止位置の位置情報と共に登録することで、停止位置の検出が不可能な状態においても自車両に対する停止位置情報を高精度に検出することができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１に示すように、本実施の形態の車両に搭載された車両制御装置には、自車両の現在位置を所定の低い精度で検出するＧＰＳ装置で構成された自車両位置センサ１０、及び自車両の周辺の目印となるランドマークを自車両位置センサよりも高い精度で検出するランドマークセンサ１２が設けられている。

ランドマークセンサ１２は、例えば、５０ｍ先の横位置１０ｍ程度内の物体をセンシングできるレーザレーダなどで構成することができる。ランドマークセンサは、レーザレーダ、ステレオカメラ、単眼カメラ、またはミリ波レーダなどランドマークの位置を検出可能なものであれば種類を問わない。停止線の手前で少なくとも１つ以上のランドマークが検出されることが望ましい。

自車両位置センサ１０及びランドマークセンサ１２は、マイクロコンピュータ等で構成された制御装置１４に接続されている。

制御装置１４には、地図情報、ランドマークセンサで検出された複数のランドマークの相対位置関係を記憶する相対関係テーブル、停止位置としての停止線と複数のランドマークとの相対位置を示す相対位置情報等が記憶される記憶装置１６が接続されている。また、制御装置１４には、自車両が停止位置に到達したときに警報を行うための警報装置１８、及び自車両が停止位置に到達したときに減速制御を行うための制動装置２０が接続されている。

ＧＰＳ装置からは、自車両の位置を示す位置データが出力され、制御装置１４に入力される。

レーザレーダは、赤外光パルスを照射する発光素子と、前方のランドマーク等から反射された赤外光パルスを受光する受光素子とを含んで構成され、車両の前方グリルまたはバンパなどに取り付けられている。このレーザレーダでは、発光素子から発光された時点を基準として受光素子で受光されるまでの反射赤外光パルスの到達時間に基づいて、自車両から前方のランドマークまでの距離ｒ及びランドマークの存在方向θを示す極座標（ｒ,θ）で表された位置情報を検出することができる。

なお、ＧＰＳ装置に代えてジャイロセンサを自車位置センサとして用いても良く、レーザレーダに代えて、ミリ波レーダ、またはカメラをランドマークセンサとして用いるようにしてもよい。ランドマークセンサとしてレーザレーダを用いた場合には、電柱、標識、信号の柱部分、ガードレールの柱部分、及びリフレクタ等をランドマークとして検出することができ、ランドマークセンサとしてカメラを用いた場合には、電柱、標識、信号機、ガードレール、路面表示、及び建物壁面の特徴的な部分等をランドマークとして検出することができる。

次に、本実施の形態の停止線の位置情報及びランドマークの位置情報を登録する登録処理を実行するルーチンを図２を参照して説明する。自車両が走行している状態で、ステップ１００においてランドマークセンサによって複数のランドマークを検出し、検出したランドマークの位置情報（ｒ₀，θ₀）、（ｒ₁，θ₁）、（ｒ₂，θ₂）、・・・（ｒ_n，θ_n）を取得する。次のステップ１０２では、検出したランドマークの位置情報に基づいて、検出された複数のランドマーク間の相対位置関係を演算する。この相対位置関係は、車両進行方向をｚ軸、車両横方向をｘ軸とする座標で表されており、例えば、自車に最も近いランドマークをｘｚ座標の原点に位置させたときの各ランドマークの座標で表されている。

なお、ランドマーク間の相対位置関係を演算する場合の基準となるランドマークは、自車に最も近いランドマーク以外のランドマークを用いるようにしてもよい。

次のステップ１０４では、自車が停止線に到達したか否かを判断し、停止線に到達していないときは、相関関係テーブルにステップ１０２で演算した相関位置関係を登録する。

図３は、ランドマーク間の相対位置関係の登録状態を時間変化に応じて示したものであり、時刻ｔ₀において、（ｒ₀，θ₀）に位置するランドマークを基準とした３つのランドマーク間の相対位置関係（０,０）、（ｘ₀₁,ｚ₀₁）、（ｘ₀₂,ｚ₀₂）が示され、時刻ｔ₁において、（ｒ₀，θ₀）に位置するランドマークを基準とし、かつ新たに検出された相対位置関係が（ｘ₀₃,ｚ₀₃）のランドマークを含む４つのランドマーク間の相対位置関係が示されている。また、時刻ｔ₃において、自車に最も近いランドマークが、（ｒ₀，θ₀）に位置するランドマークより（ｒ₂，θ₂）に位置するランドマークに変更になったことから、（ｒ₂，θ₂）に位置するランドマークを基準とする２つのランドマーク間の相対位置関係が示されている。そして、相関関係テーブルには、時刻毎に相関位置関係が登録される。

そして、ステップ１０６で現在時刻ｔ_nに所定時間Δｔを加算した時間経過した後に、ステップ１００に戻ってランドマークの検出とランドマーク間の相対位置関係の演算とを再度行い、所定時間Δｔ毎にランドマーク間の相対位置関係を示す情報をテーブルに記憶する。

自車が停止線に到達した場合には、自車が停止線に到達したことを示す信号を入力する、または一時停止する等を行うことにより、自車位置センサで検出された自車の位置を停止線の位置とし、ステップ１０８Ａで自車(停止線）の経度や緯度で表される絶対位置座標（Ｘａ，Ｚａ）を取得し、ステップ１１０Ａでランドマークの絶対位置座標（Ｘ₀，Ｚ₀）、（Ｘ₁，Ｚ₁）・・・（Ｘ_n，Ｚ_n）を取得する。

また、同時に、自車が停止線に到達した状態でのランドマーク位置（ｒ_a2，θ_a2）・・・を検出し、ステップ１１０Ｂで自車の位置を停止線の位置とした状態で停止線とランドマークとの相対位置関係（ｒ_a0，θ_a0）、（ｒ_a1，θ_a1）・・・（ｒ_an，θ_an）を算出する。

なお、ランドマークの絶対位置座標は、停止線の絶対位置座標及びランドマーク間の相関位置関係を示す情報に基づいた演算により取得することが可能である。

ただし、停止線を検出するカメラ等の自車両と停止線との相対位置関係を正確に取得することができる手段を搭載している場合には、信号の入力や一時停止を行うことなく、通常走行時に停止線を検出し、停止線とランドマークとの相対位置関係を取得すればよい。

そして、ステップ１１２において停止線の絶対位置、ランドマークの絶対位置、自車が停止線に停止しているときのランドマークの位置、及びランドマーク間の相対位置関係を地図に登録し、ステップ１１４において相対位置関係テーブルをクリアする。自車両が停止線に到達した状態での各位置情報は、図３の時刻ｔ₃に示されている。

以上のように、自車位置を停止線位置と略等しいとした状態でランドマークの位置情報を取得することで、停止線とランドマークとの相対位置関係を取得することができ、停止線とランドマークとの相関を示す情報を記憶装置に登録することができる。また、このとき、自車位置センサで検出された低い精度の位置情報も取得される。

同一の停止線上を自車が複数回通過することがあるので、停止線とランドマークとの相対位置関係は、同一の停止線に関して複数回取得される。どの時点の情報を登録するかについては、統計的な手法を用いて算出した結果を用いてもよいし、センサの性能を考慮して、最も精度が高くなる位置での情報を用いて登録しても良い。

また、ランドマークセンサとしてカメラを用いた場合は、ランドマークの位置情報だけではなく、ランドマークの高さ情報、色、及び大きさに関する付加情報を併せて登録しておいてもよい。

ランドマークがまばらな場合は相対位置関係を示す情報が得られない場合がある。この場合には、相対位置関係のみを保持する方法ではなく随時自車の位置とランドマークの位置を取得し、最終的に相対位置関係を表す情報に変換するようにしても良い。この場合には、精度の高い相対位置関係は得られないことがある。

上記方法では、停止線の先方にランドマークが存在しない場合は、停止線手前のランドマークと停止線との相対関係の取得が困難になる。この問題を解決するために、通常はランドマークセンサを車両進行方向前方に向けてランドマークを検出し、停止線及びランドマークを登録する際は車両進行方向後方に向けるようにすればよい。また、ランドマークセンサの検出範囲を広げて、全方位検出可能にしてもよい。

次に、上記のようにして登録された停止線及びランドマークの相対位置関係を示す情報を用いて、停止線位置の予測を行う処理ルーチンについて説明する。本実施の形態では、図４に示すように探索範囲を限定してランドマークのマッチングを行う。探索範囲を限定せずに全範囲を探索することも可能であるが、現実的には自車位置センサで検出される自車位置と自車位置センサに対して想定される誤差範囲とを考慮すると共に、搭載しているランドマークセンサの性能からランドマークを検出可能な範囲を探索範囲とすることが好ましい。

自車位置センサとしてＧＰＳ装置を用いた場合には、図４（１）に示すように自車両の現在位置（Ｘ_t，Ｚ_t）を基準とし、かつ長軸方向が走行方向を向いた楕円状の領域Ｓを自車が存在する可能性がある範囲、すなわち自車位置誤差範囲とする。この自車位置誤差範囲は、例えば、進行方向については３０ｍと秒速分の走行距離との和の距離程度を長さとし、横方向については３０ｍ程度の距離を長さとする楕円で表すことができる。また、図４（２）に示すように、自車位置誤差範囲からランドマークを検出できる範囲と登録情報の絶対位置誤差分との和を探索範囲Ｗとする。誤差範囲は、ＧＰＳの受信状況によって変化させてもよい。

自車位置センサとしてジャイロセンサのような過去の履歴に基づく情報を検出するセンサを用いる場合には、位置特定のその時々に応じた誤差範囲から自車の存在可能性範囲、すなわち自車位置誤差範囲を決定する。これは、初期状態から時間が長くなると誤差が蓄積するからである。

ステップ１２０において、自車位置（Ｘｔ，Ｚｔ）、及びＸ軸及びＺ軸方向の自車位置誤差範囲（σａ，σｂ）を取得し、ステップ１２２においてｋ個のランドマークを検出し、検出した各ランドマークの位置情報（ｒ₀，θ₀）、（ｒ₂，θ₂）、・・・（ｒ_k，θ_k）を取得する。この検出されたｋ個のランドマーク列の各ランドマークの位置を（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，・・・Ｓ_k）とする。この場合、ランドマークを検出する個数は任意の個数でよい。

次のステップ１２４では、記憶装置に予め記憶されているセンサの検出領域（Ｆｏｖ＝±Φｓ、レンジ＝ｍｉｎＲｓ〜ｍａｘＲｓ）を取り込んで、絶対座標上での探索範囲Ｗを決定する。

次のステップ１２６では、記憶装置に登録済みのランドマークから探索範囲Ｗ内に存在するＮ個のランドマークの絶対位置（Ｘ_i，Ｚ_i）、（Ｘ_i+1，Ｚ_i+1）・・・（Ｘ_i+N，Ｚ_i+N）を抽出し、ステップ１２８においてＮ個の登録ランドマークからｋ個の登録ランドマークを抽出し、抽出されたｋ個の登録ランドマークを登録ランドマーク列とする。

この場合、Ｎ個の登録ランドマークからｋ個の登録ランドマークを抽出する場合には、_NＣ_k個の組み合わせが存在するので、_NＣ_k個の組の登録ランドマーク列が抽出される。これらの各組の登録ランドマーク列の各ランドマークの位置を（Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，・・・Ｍ_k）とする。

次のステップ１３０では、現在取得されているランドマークの位置関係と登録済みランドマークの位置関係、すなわち現在取得されているランドマーク列の形状と登録ランドマーク列との形状を以下の評価関数を用いて比較する。評価関数としては、各ランドマーク間の距離の二乗和Ｅ_jを用い、_NＣ_k個の組の登録ランドマーク列の中のｊ番目の組みの登録ランドマーク列（Ｍ₁，Ｍ₂，Ｍ₃，・・・Ｍ_k）と検出ランドマーク列（Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃，・・・Ｓ_k）との間の対応する各ランドマーク間の距離の二乗和Ｅ_jを以下の式に従って演算する。

次のステップ１３２では、検出ランドマーク列をθ回転させると共に、距離Ｒだけ平行移動させたときの二乗和Ｅ_j（θ，Ｒ）を上記の（２）式に従って演算し、ステップ１３２において二乗和Ｅ_j（θ，Ｒ）の最小値ｍｉｎＥ_jを算出する。

また、ステップ１３２では、_NＣ_k個の組み全てについて最小値ｍｉｎＥ_jを算出したか否かを判断し、_NＣ_k個の組み全てについて最小値ｍｉｎＥ_jを算出していない場合はステップ１３２に戻って_NＣ_k個の組み全てについて最小値ｍｉｎＥ_jが算出されるまで、上記の評価関数の演算を繰り返す。これによって、各組みに対してそれぞれの最小値が算出される。

なお、等間隔でランドマークが並ぶ場合、または検出したランドマークが１つしか存在しない場合等のように評価関数に差が生じないような場合には、ランドマーク属性（高さ、色、大きさ等）を登録し、センサでランドマーク属性を検出してこれらの属性を用いた評価関数を求めてもよい。

検出ランドマーク列と登録ランドマーク列とを重ね合わせる場合には、平行移動の移動量及び回転量に応じて評価関数に重み付け係数を乗算するようにしてもよい。

_NＣ_k個の組みの全てについて最小値ｍｉｎＥ_jを算出した場合は、ステップ１３６において最小値ｍｉｎＥ_jが最小になる登録ランドマーク列の組が何番目かを決定し、ステップ１３８において決定した組のランドマーク列と検出したランドマーク列とがマッチングしたランドマーク列であると判断とする。これによって、検出したランドマーク列と登録ランドマーク列との対応関係が確認できるので、検出したランドマーク列に対応する登録ランドマーク列から停止線の位置を求めることができる。

以上のようにして停止線の位置が求められた時点で、自車両が停止位置に到達したと判断し、警報装置から停止位置に到達したことを示す警報を発すると共に、制動装置を制御して減速制御を行う。

以上説明したように、本実施の形態によれば、立体物であるランドマークとの相対位置関係を表す情報が得られれば、路側に位置するマンドマークは先行車両による遮断を受け難いので、停止線等の停止位置が検出できない状態においても自車両と停止位置との相対距離を得ることができる。また、ランドマークとして反射板を備えた立体物を登録することで、夜間や雨天等の視認性が悪い状況下においても自車両と停止位置との相対距離を得ることができる。そして、正確な相対位置関係が得られれば、正確な絶対位置情報は必要がないので、停止位置を登録するための高精度の絶対位置情報は不要となる。

本発明の実施の形態を示すブロック図である。停止線の位置情報とランドマークの位置情報とを登録するルーチンを示す流れ図である。ランドマークセンサで検出されたランドマークの時間変化を示す図である。登録情報と現在の取得情報とがマッチングしたか否かを判断する手順を説明する説明図であり、（１）は現在の自車位置と自車位置誤差範囲とを示す図、（２）はセンサ性能に基づく探索範囲を示す図、（３）は登録済みランドマーク列と検出により取得されたランドマーク列との関係を示す図、（４）はランドマーク列間の距離評価を説明するための図である。登録情報と現在の取得情報とがマッチングしたか否かを判断するルーチンを示す流れ図である。

符号の説明

１０自車位置センサ
１２ランドマークセンサ
１４制御装置
１６記憶装置

Claims

自車両の位置を第１の精度で検出する自車両位置検出手段と、
自車両周辺の目印となるランドマークの位置情報を前記自車両位置検出手段の精度よりも高い第２の精度で検出するランドマーク検出手段と、
路上の停止線が示す停止位置を表す停止位置情報、及び該停止位置情報と相関する前記ランドマーク検出手段で検出された複数のランドマークの相対位置情報を記憶した記憶手段と、
前記記憶手段に前記停止位置情報及び前記相対位置情報が記憶された後に、前記ランドマーク検出手段で検出された複数のランドマークの位置情報と前記記憶手段に記憶された複数のランドマークの相対位置情報とがマッチングしているか否かを判断するマッチング判断手段と、
前記判断手段によりマッチングしていると判断された複数のランドマークの位置情報と相関する停止位置情報を自車両の停止位置情報と判断する停止位置判断手段と、
前記停止位置判断手段で判断された停止位置情報に基づいて、車両を制御する車両制御手段と、
を含む車両制御装置。