JP7421923B2 - 位置推定装置、及び位置推定方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る車載システム1の機能的構成を示す図である。
車載システム1は、車両2(図2)に搭載されるシステムであり、物標検出デバイス群4と、移動状態検出デバイス群6と、車両位置推定装置10と、を備える。
物標検出デバイス群4は車両2の周囲に存在する物標を検出する1又は複数の物標検出デバイスを有し、移動状態検出デバイス群6は車両2の移動状態を検出する1又は複数の移動状態検出デバイスを有する。また車両位置推定装置10は、自身が搭載された車両2の位置(以下、「自己位置」という)を推定する車載装置である。
カメラ12は、車両2の周囲を撮影するデバイスであり、撮影して得られた画像(以下、「撮影画像」という)を車両位置推定装置10に出力する。車両2には、少なくとも前方、後方、左側方、及び右側方の各景色(すなわち、全周囲の景色)を撮影可能に、1または複数のカメラ12が設置される。
ソナー14は音波を用いて車両周囲の物標を探査するデバイスであり、レーダ16は電波を用いて車両2の周囲の物標を探査するデバイスである。ソナー14、及びレーダ16は、探査によって得られた物標の位置を車両位置推定装置10に出力する。
なお、物標検出デバイスには、上述したデバイスに限らず、例えばレーザレンジスキャナなどの任意の外界センサを用いることができる。
車速センサ20は車両2の車速を検出し、それを車両位置推定装置10に出力し、舵角センサ22は車両2の舵角を検出し、それを車両位置推定装置10に出力する。
具体的には、車両位置推定装置10は、コンピュータプログラムの実行により、図1に示すように、学習済地図記憶部30、学習済地図取得部31、車両座標系物標位置特定部32、ローカル座標系地図取得部34、オドメトリ部36、位置推定部38、移動状態判定部40、及び照合範囲変更部42として機能する。
本実施形態の車両位置推定装置10では、物標や車両2の自己位置を示す座標系として、図2に示すように、基準座標系Ca(第1座標系)、車両座標系Cb、及びローカル座標系Cc(第2座標系)の3つの座標系が用いられる。
基準座標系Caは、位置を特定するための基準の二次元座標系であり、原点Oa、Xa軸、及びYa軸が適宜に設定され、基準座標系座標Paによって物標や車両2の位置が表される。
すなわち、車両座標系Cbでは、図2に示すように、あるタイミングでの車両2の位置が原点Obに設定され、車両2の前後方向がXb軸に設定され、また車両2の左右方向がYb軸に設定される。車両座標系Cbは、基準座標系Caの中で、その原点Obが車両2に張り付いたように移動し、またXb軸、及びYb軸の方向が車体の向きに応じた回転角θGLで回転する。なお、以下では、車両座標系Cbの座標を車両座標系座標Pbと言う。
本実施形態では、所定の起点タイミングT0における車両2の位置、及び姿勢に基づいてローカル座標系Ccが設定される。起点タイミングT0は、少なくとも最初の物標検出タイミングTa以前の適宜のタイミングであり、本実施形態では、車両2のエンジン始動時のタイミングが起点タイミングT0に用いられる。なお、以下では、ローカル座標系Ccの座標をローカル座標系座標Pcと言う。
車両座標系物標位置特定部32は、画像認識処理部52と、探査結果取得部54と、を備えており、画像認識処理部52は、カメラ12の撮影画像を画像認識することで物標の位置を示す車両座標系座標Pbを特定し、また探査結果取得部54は、ソナー14、及びレーダ16の探査結果に基づいて物標の位置を示す車両座標系座標Pbを特定する。
また、ソナー14、及びレーダ16の探査結果が示す物標の位置を、車両座標系Cbにおける車両座標系座標Pbに変換する変換式が予め求められており、探査結果取得部54は、当該変換式を用いて物標の車両座標系座標Pbを特定する。
車両座標系物標位置特定部32によって特定された物標の車両座標系座標Pbは例えばRAMなどのメモリデバイスに逐次に蓄積される。
ローカル座標系地図データ58は、その時点までの1又は複数回の物標検出タイミングTaに亘って車両座標系物標位置特定部32によって特定された物標の各々の位置を含むデータである。この位置はローカル座標系Ccのローカル座標系座標Pcによって表されている。すなわち、ローカル座標系地図データ58は、ローカル座標系Ccが設定される上記起点タイミングT0を起点として生成されるテンポラリーなデータである。
オドメトリ情報Qは、図3に示すように、ローカル座標系Ccを用いて、あるタイミングTnでの車両2の位置Qp、及び回転角Qθを表した情報である。
車両2の位置Qpは、あるタイミングTnでの車両座標系Cbの原点Obに対応し、また、回転角Qθは、ローカル座標系Ccにおける車両座標系CbのXb軸、及びYb軸の回転角に対応する。すなわち、物標検出タイミングTaごとに異なる車両座標系Cbの各車両座標系座標Pbは、対応する物標検出タイミングTaでのオドメトリ情報Qを用いることで、ローカル座標系Ccのローカル座標系座標Pcに変換可能となる。
ローカル座標系地図取得部34は、ローカル座標系地図データ58を生成によって取得する際、車両座標系物標位置特定部32によって特定されている物標の車両座標系座標Pbごとに、その物標が特定されたときのオドメトリ情報Qを用いて、車両座標系座標Pbをローカル座標系座標Pcに変換する。この変換により、互いに異なる車両座標系Cbの各物標を、車両2にとって固有のローカル座標系Ccにマッピングしたローカル座標系地図データ58が得られる。
具体的には、オドメトリ部36は、車速センサ20によって順次に検出される車速、及び、舵角センサ22によって順次に検出される舵角のそれぞれを、上記起点タイミングT0から現時点まで累積演算することで、ローカル座標系Ccにおける現時点での車両2の位置Qp、及び車体の回転角Qθを求める。
なお、車速、及び舵角からオドメトリ情報Qを求める手法には、周知または公知の適宜のデッドレコニング技術を用いることができる。
移動状態判定部40は、移動状態検出デバイス群6の検出結果に基づいて、車両2の旋回、及び車速を判定する。車両2の旋回は舵角に基づいて判定されており、舵角が所定角度(例えば90度)以上である場合、車両2が旋回状態であると判定される。
具体的には、照合範囲変更部42は、車両2が旋回中である場合、ローカル座標系地図データ58に記録された座標範囲において照合座標範囲Gfを車両2の進行方向D(図5、図6)の前方に制限して狭める。また照合範囲変更部42は、車両2の旋回終了時に、照合座標範囲Gfの制限を解除して制限前に戻す。この解除の際、照合範囲変更部42は、車両2の車速に応じた度合いで照合座標範囲Gfを漸次に拡張する。
自己位置推定処理は、車両2の自己位置を推定するための処理であり、デッドレコニング技術を用いた自己位置推定を要する適宜のタイミングで、1回又は複数回に亘って実行される。かかるタイミングとしては、例えばGNSS(Global Navigation Satellite System)の電波が届きにくいトンネル内を車両2が走行する際にデッドレコニング技術を用いて自己位置を推定するタイミング、また例えばGNSSの測位分解能よりも高い分解能での車両制御(例えば自動運転制御)を要する際にデッドレコニング技術を用いて自己位置を推定するタイミングなどが挙げられる。
そして、位置推定部38は、ローカル座標系地図データ58の照合座標範囲Gfと、学習済地図データ50と、のそれぞれに記録されている共通の物標同士を照合し(ステップS4)、照合結果に基づいて、基準座標系Caでの車両2の自己位置を推定する(ステップS5)。
しかしながら、参照データの精度や車両2の個体差、旋回時の車体の滑り等の様々な要因により、デッドレコニングによる旋回時のオドメトリ情報Qには、回転角Qθや車両2の位置に誤差が生じ易い。かかる誤差が生じることで、ローカル座標系地図データ58に記録された物標の位置に誤差が生じ、学習済地図データ50の物標の位置との間に齟齬が生じる。例えば図5の例では、Y字路の周囲の物標に誤差が生じ、Y字路の各路面の軸Kが成す角度αに齟齬が生じている。そして、かかる齟齬が生じた状態において、上記ステップS4の照合を行うと、照合精度が低下し、結果として、ステップS5における自己位置の推定精度の低下を招く。
また、ローカル座標系地図データ58の照合座標範囲Gfが、車両2の進行方向Dとは逆方向の範囲、すなわち車両2が既に通過した範囲ではなく、車両2がこれから進入する範囲(進行方向Dの前方の範囲)に設定されることで、照合座標範囲Gfが狭められた場合でも、進入先に対する自己位置の推定精度を維持できる。
より具体的には、照合範囲変更部42は、図7に示すように、車速に応じた距離Lだけ旋回終了直後の位置から進行方向Dと反対方向に境界Mを移動して照合座標範囲Gfを拡張する。
ここで、旋回終了後の車速が速いほど、単位時間当たりの車両2の走行距離が大きくなる。この場合、車両2を基準に一定量ずつ照合座標範囲Gfを拡張する構成であると、車両2の走行距離に対し、照合座標範囲Gfの大きさが十分でないことがある。
これに対し、本実施形態では車両2の旋回後に、車速に応じた度合いで照合座標範囲Gfが漸次に拡張されるので、車両2の速さや走行距離に見合った十分な大きさの照合座標範囲Gfを確保でき、自己位置推定精度の低下を防止できる。なお、照合座標範囲Gfを拡張する際には、車速に代えて走行距離を用いてもよい。
具体的には、車両位置推定装置10は、学習済地図データ50を学習する地図学習部56(図1)を備え、地図学習部56が適宜のタイミングでローカル座標系地図データ58に基づいて学習済地図データ50を更新することで学習する。かかる学習において、地図学習部56は、ローカル座標系地図データ58と、学習済地図データ50との照合の結果、両者の一致性が所定値以上の場合、ローカル座標系地図データ58によって学習済地図データ50を更新する。また、地図学習部56は、ローカル座標系地図データ58が示すエリアの学習済地図データ50が学習済地図記憶部30に記憶されていない場合には、そのエリアのローカル座標系地図データ58を学習済地図データ50に加えることで、そのエリアの地図を学習する。
これにより、ローカル座標系地図データ58において、狭められた座標範囲に存在する物標のみが、学習済地図データ50との照合に用いられるため、照合時の誤差を生じ難くすることができ、自己位置推定の精度低下を抑制することができる。
これにより、照合座標範囲Gfが狭められた場合でも、車両2の進入先に対する自己位置の推定精度を維持できる。
2 車両
4 物標検出デバイス群
6 移動状態検出デバイス群
10 車両位置推定装置(位置推定装置)
20 車速センサ
22 舵角センサ
31 学習済地図取得部(第1座標系データ取得部)
34 ローカル座標系地図取得部(第2座標系データ取得部)
36 オドメトリ部
38 位置推定部
40 移動状態判定部
42 照合範囲変更部
50 学習済地図データ(第1座標系データ)
58 ローカル座標系地図データ(第2座標系データ)
Ca 基準座標系(第1座標系)
Cb 車両座標系
Cc ローカル座標系(第2座標系)
D 進行方向
Gf 照合座標範囲(座標の範囲)
Q オドメトリ情報
Claims (4)
- 物標の位置を第1座標系の座標によって示した第1座標系データを取得する第1座標系データ取得部と、
位置推定対象物の所定の起点タイミングにおける位置、及び姿勢に基づいて設定された第2座標系の座標によって、当該位置推定対象物の周囲に存在する物標の位置を示した第2座標系データを取得する第2座標系データ取得部と、
前記第1座標系データと前記第2座標系データの各々の前記物標同士を照合し、照合結果に基づいて、前記第1座標系における前記位置推定対象物の位置を推定する位置推定部と、
前記位置推定対象物が旋回中である場合に、前記第2座標系データにおいて前記位置推定部による照合に用いる座標の範囲を狭める照合範囲変更部と、を備え、
前記照合範囲変更部は、
前記座標の範囲を、前記位置推定対象物よりも当該位置推定対象物の進行方向の前方に制限する
ことを特徴とする位置推定装置。 - 前記照合範囲変更部は、
前記旋回終了後に前記座標の範囲を戻す場合、当該座標の範囲を漸次に拡張する
ことを特徴とする請求項1記載の位置推定装置。 - 前記照合範囲変更部は、
前記位置推定対象物の速さに応じた度合いで前記座標の範囲を漸次に拡張する
ことを特徴とする請求項2に記載の位置推定装置。 - 位置推定対象物の位置を推定する位置推定装置による位置推定方法であって、
物標の位置を第1座標系の座標によって示した第1座標系データを取得する第1ステップと、
位置推定対象物の所定の起点タイミングにおける位置、及び姿勢に基づいて設定された第2座標系の座標によって、当該位置推定対象物の周囲に存在する物標の位置を示した第2座標系データを取得する第2ステップと、
前記第1座標系データ、及び前記第2座標系データの各々の前記物標同士を照合し、照合結果に基づいて、前記第1座標系における前記位置推定対象物の位置を推定する第3ステップと、を備え、
前記第3ステップでは、
前記位置推定対象物が旋回中である場合に、前記位置推定装置は、前記第2座標系データにおいて照合に用いる座標の範囲を狭め、
前記座標の範囲を、前記位置推定対象物よりも当該位置推定対象物の進行方向の前方に制限する
ことを特徴とする位置推定方法。
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