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1. WO2020121838 - 外界認識装置

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明 細 書

発明の名称 外界認識装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004  

先行技術文献

特許文献

0005  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0006   0007  

課題を解決するための手段

0008  

発明の効果

0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055  

符号の説明

0056  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : 外界認識装置

技術分野

[0001]
 本発明は外界認識装置に関する。

背景技術

[0002]
 従来、LiDAR(Laser imaging Detection AND Ranging)センサ等の測距センサを用いて、周辺に存在する物体や道路上の白線の位置等を検出する外界認識装置が知られている。測距センサは、パルス状にレーザ光を照射し、物体からの反射光が受光されるまでの時間間隔を計測することで物体までの距離を計測している。この場合、測距センサは、照射角度毎に複数のレーザ素子を設ける他、逐次的にレーザ素子の照射角度を変化させることで、レーザ光の反射光から3次元空間の物体の位置を検出することができる。
[0003]
 測距センサから得られた距離情報を3次元空間の座標信号に変換するためには、レーザ光の照射角度と、測距センサ自体の既知の設置姿勢の情報から三角関数等を用いて計算によって求めるのが一般的である。このため、測距センサの設置姿勢が設計時(工場出荷時)の設置姿勢と一致していないと、距離情報から変換された3次元座標の座標信号が現実の物体の位置と一致せずに誤差を持つことになる。測距センサの設置姿勢は経年劣化等による変化や衝撃等の外的要因で設計値から外れることが考えられ、ズレが大きくなることで外界認識装置の認識性能に悪影響を及ぼすことが想定される。
[0004]
 この問題を解決する外界認識装置として、例えば測距センサからレーザ光を掃引照射して路面を推定し、路面平面と予め既定された基準平面の差分から観測点の較正量を算出するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載の外界認識装置は、測距センサの発光素子から起伏が少ない平面構造までの距離が急激に変化しないことを利用して路面を検出している。距離の変化が緩やかな観測点が路面候補点として採用され、路面候補点から推定された路面平面と予め定められた基準平面との偏差から較正量が算出される。そして、観測点の相対的な位置情報が較正量によって補正されることで外界認識装置の認識性能の低下が抑えられている。

先行技術文献

特許文献

[0005]
特許文献1 : 特開2015-75382号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0006]
 しかしながら、特許文献1に記載の外界認識装置は、平面構造の観測点の距離の変化が小さいことを利用しているため、路面だけでなく、建物の壁やトラックの荷台のサイドパネル等の平面構造を持つ物体の観測点も路面候補点として採用される。このため、路面候補点から推定された路面平面には誤差が多く含まれて、測距センサの設置姿勢の変化に起因した外界認識装置の認識性能の低下を十分に抑えることができない。また、特許文献1に記載の外界認識装置は、機械回転機構を持った掃引照射式の測距センサを前提としたものであり、それ以外のフラッシュ式の測距センサに適用できない。
[0007]
 本発明は前記課題を解決するもので、その目的とするところは、測距センサの照射方式に関わらず、測距センサの設置位置の変化に起因した認識性能の低下を抑えることができる外界認識装置を提供することである。

課題を解決するための手段

[0008]
 本発明の一態様の外界認識装置は、車両に設置された測距センサから照射されるレーザ光によって、前記車両周辺の外界を認識する外界認識装置であって、3次元の既定座標系における前記測距センサの設置姿勢の姿勢情報を記憶した記憶部と、前記既定座標系において前記測距センサから得られた複数の観測点を前記姿勢情報に基づいて複数の3次元座標信号に変換する座標信号変換部と、各3次元座標信号の高さ成分に基づいて前記複数の3次元座標信号から路面を示す複数の路面候補点を抽出する路面候補点抽出部と、前記複数の路面候補点に基づいて路面平面を推定する路面平面推定部と、前記既定座標系に基づいて設定された基準平面と前記路面平面に基づいて前記姿勢情報の較正量を算出する較正量算出部とを備えたことを特徴とする。

発明の効果

[0009]
 本発明によれば、実環境下において測距センサの設置姿勢の較正量を算出して、測距センサの照射方式に関わらず、測距センサの設置姿勢の変化に起因した外界認識装置の認識性能の低下を十分に抑えることができる。また、測距センサの方式が制限されることもない。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] 本実施形態に係る車両に実装された外界認識システムの概略図。
[図2] 本実施形態に係るLiDAR座標系の説明図。
[図3] 本実施形態に係る外界認識システムのシステム構成を示すブロック図。
[図4] 本実施形態に係るLiDARセンサの姿勢情報の更新処理のフローチャート。
[図5] 本実施形態に係る姿勢情報に誤差がある場合の3次元座標信号の一例を示す図。
[図6] 本実施形態に係る路面候補点の抽出処理の一例を示す図。
[図7] 本実施形態に係る路面平面の推定処理の一例を示す図。
[図8] 本実施形態に係る較正量の算出処理の一例を示す図。
[図9] 本実施形態に係る姿勢情報に誤差が無い場合の3次元座標信号の一例を示す図。

発明を実施するための形態

[0011]
 以下、添付の図面を参照して、本実施形態に係る外界認識システムについて説明する。図1は、本実施形態に係る車両に実装された外界認識システムの概略図である。図1に示す外界認識システムは、車両1のバンパに設置された前後一対のLiDARセンサ(測距センサ)11と、車両1の内部に設置された外界認識装置12とを備えている。工場出荷時の状態では、一対のLiDARセンサ11の光軸が、車両の鉛直方向に対して直角に、車両の前後方向に対して平行になるよう車両1に設置されている。工場出荷時のLiDARセンサ11の設置姿勢の角度と高さ情報については外界認識装置12に初期設計値として記憶されている。なお、本実施形態では車両1のバンパの高さにLiDARセンサ11が前後1つずつ設置されているが、LiDARセンサ11の設置場所や設置個数は任意に設計して良い。また、設置姿勢の初期設計値は任意の角度と高さを設置することも可能である。
[0012]
 この外界認識システムでは、LiDARセンサ11からレーザ光が照射されて、レーザ光の反射点である観測点が、LiDARセンサ11の既知の設置姿勢に基づいて較正されて車両周辺の外界が認識される。このとき、外界認識装置12には既知の設置姿勢として工場出荷時の設置姿勢の姿勢情報が記憶されているが、LiDARセンサ11が工場出荷時の設置姿勢から変化した場合には、外界認識装置12で認識される環境と現実の環境に誤差が生じる。すなわち、外界認識装置12は、LiDARセンサ11の観測結果から車両1の周辺環境を認識できるものの、LiDARセンサ11の現実の設置姿勢までは認識できない。よって、LiDARセンサ11の設置姿勢にズレが生じているにも関わらず、外界認識装置12がLiDARセンサ11の観測結果を正しいと誤認識するおそれがある。
[0013]
 通常、LiDARセンサ11の設置姿勢を直すためにはディーラーのテスト環境が必要になる。しかしながら、LiDARセンサ11の設置姿勢を直すためだけに、ディーラーに車両1を預けるのは現実的ではない。そこで、本実施形態に係る外界認識装置12では、LiDARセンサ11で観測された路面の観測点が車両1の接地面である高さ0[m]付近に存在するという仮定に基づいて路面を推定している。そして、正しい設置姿勢のLiDARセンサ11で観測された路面の傾きはLiDARセンサ11の光軸に平行であるという仮定に基づいて、路面に対するLiDARセンサ11の姿勢情報の較正量を算出している。このように、実環境下においても路面以外の観測点の影響を極力除外して路面を推定し、推定した路面と実際の路面の偏差からLiDARセンサ11の現実の設置姿勢を外界認識装置12に認識させている。
[0014]
 以下、本実施形態の外界認識システムの詳細構成について説明する。以下では、本実施形態を説明するために、車両に設置されたLiDARセンサ11のXYZ直交座標系の座標軸を、既定の3次元座標系であるLiDAR座標系(既定座標系)として次のように定義する。LiDAR座標系は、テスト環境等において予め規定された座標系であり、LiDARセンサ11の設置姿勢が変化しても変わることがない。図2に示すように、車両1の走行方向、すなわち前後方向をX軸として、前方をX軸の正方向と定義し、後方をX軸の負方向と定義する。車両1の車幅方向、すなわち左右方向をY軸として、左方をY軸の正方向と定義し、右方をY軸の負方向と定義する。車両1の上下方向をZ軸として、上方をZ軸の正方向と定義し、下方をZ軸の負方向と定義する。座標軸の原点はLiDARセンサ11の光源が位置する点とし、複数のLiDARセンサ11ではそれぞれのLiDARセンサ11毎に座標軸を有している。
[0015]
 LiDARセンサ11の光軸の角度については、Y軸を回転軸とする角度をピッチ角と定義し、X軸を回転軸とする角度をロール角と定義し、Z軸を回転軸とする角度をヨー角と定義する。ピッチ角はZ軸の正方向を0度と定義し、X軸の正方向を90度と定義する。ロール角はZ軸の正方向を0度と定義し、Y軸の正方向を90度と定義する。ヨー角はX軸の正方向を0度と定義し、Y軸の正方向を90度と定義する。以上を踏まえて、図1で示されるLiDARセンサ11の設置姿勢を例とすると、前方のLiDARセンサ11の光軸の角度は、ピッチ角90度、ロール角0度、ヨー角0度であり、後方のLiDARセンサ11はピッチ角270度、ロール角0度、ヨー角180度である。以上のように定義されたLiDAR座標軸は一例であって、当然異なる座標軸によって定義されてもよい。
[0016]
 図3は本実施形態に係る外界認識システムのシステム構成を示すブロック図である。外界認識システムには、LiDARセンサ11の観測結果に応じて車両1の周辺環境を認識する外界認識装置12が設けられている。外界認識装置12には、LiDARセンサ11と、加速度センサ13と、着座センサ14とが接続されている。LiDARセンサ11は、発光素子からレーザ光を照射して物体からの反射光を受光素子で受光するまでの時間に基づいて、照射角度毎に物体までの距離情報を検出して外界認識装置12に出力している。なお、LiDARセンサ11の内部構造やセンシング方式は限定されない。一対のLiDARセンサ11は、発光素子と受光素子をモータ機構で回転させる掃引照射式のLiDARセンサでもよいし、モータ機構を持たないフラッシュ式のLiDARセンサでもよい。また、一対のLiDARセンサ11の照射方式は異なっていてもよい。
[0017]
 加速度センサ13は、車両1の加速度を検出して外界認識装置12に出力している。加速度センサ13は、車両1が走行中、停車中及び徐行中のいずれであるかを検出するために使用される。着座センサ14は、着座シートへの搭乗者の着座の有無を検出して外界認識装置12に出力している。着座センサ14は、着座シートの着座位置毎に設けられており、搭乗者の着座位置を検出するために使用される。また、外界認識装置12には、運転支援システム15と、情報表示機器16とが接続されている。運転支援システム15は、外界認識装置12の認識結果を使用して、自動運転機能を含む種々の運転支援を実施している。なお、運転支援システム15は、単体の運転支援システムでもよいし、複数の運転支援システムでもよい。情報表示機器16は、運転者に各種情報を提示する液晶画面やLED灯器を有した機器である。情報表示機器16は、LiDARセンサ11の現実の設置姿勢を運転者へ提供するために利用される。
[0018]
 外界認識装置12には、記憶部21と、車両情報取得部22と、座標信号変換部23と、路面候補点抽出部24と、路面平面推定部25と、較正量算出部26と、姿勢情報更新部27と、設置姿勢報知部28と、停止信号出力部29とが設けられている。記憶部21には、既定のLiDAR座標系におけるLiDARセンサ11の設置姿勢の姿勢情報が記憶されている。記憶部21にはLiDARセンサ11の姿勢情報のパラメータとしてピッチ角、ロール角、設置高さ等が記憶されている。車両情報取得部22は、加速度センサ13から車両1の加速度を取得すると共に着座センサ14から車両1の搭乗者の着座位置を取得している。詳細は後述するが、車両1の走行状態及び搭乗者の着座位置は、記憶部21においてLiDARセンサ11の姿勢情報と関連付けて記憶される。
[0019]
 座標信号変換部23は、LiDAR座標系において、LiDARセンサ11から得られた複数の観測点を姿勢情報に基づいて複数の3次元座標信号102に変換する(図5参照)。この場合、LiDARセンサ11の距離情報及び照射角度から算出された観測点が、記憶部21から読み出された姿勢情報の各パラメータに基づいて、LiDARセンサ11の設置姿勢を考慮した3次元座標信号102に変換される。ただし、姿勢情報で示される設置姿勢は、LiDARセンサ11の現実の設置姿勢と一致しているとは限らない。例えば、LiDARセンサ11の設置姿勢が工場出荷時から変化している場合には、外界認識装置12の3次元座標信号102に基づく認識結果に誤差が生じる。
[0020]
 路面候補点抽出部24は、各3次元座標信号102の高さ成分に基づいて複数の3次元座標信号102から実際の路面32を示す複数の路面候補点104を抽出する(図6参照)。この場合、LiDAR座標系に基づいて車両1の接地面となる高さ0[m]の基準平面106が設定され、3次元座標信号102の高さ成分が基準平面106を基準にした所定高さ範囲に含まれる3次元座標信号102が複数の路面候補点104として抽出される。なお、基準平面106は、例えばテスト環境において車両1が地面に接地する接地面に一致するように予め設定されている。路面平面推定部25は、複数の路面候補点104に基づいて路面平面105を推定する(図7参照)。この場合、路面平面105から各路面候補点104までの距離の総和が最も小さくなるような路面平面105が推定される。このように、車両1の接地面付近の路面候補点104を用いて路面平面105を推定することで、実環境下においても路面以外の物体を示す3次元座標信号の影響を極力除外して路面を推定することが可能になっている。
[0021]
 較正量算出部26は、基準平面106と路面平面105に基づいて記憶部21に記憶された姿勢情報の較正量を算出する(図8参照)。この場合、基準平面106と路面平面105の偏差から姿勢情報の較正量が算出される。姿勢情報更新部27は、較正量に基づいてLiDARセンサ11の姿勢情報を較正することで、記憶部21に記憶された姿勢情報を更新する。外界認識装置12は、更新後の姿勢情報に基づいて、LiDARセンサ11の現実の設置姿勢を認識することができる。よって、LiDARセンサ11の設置姿勢が変化した場合でも、LiDARセンサ11の現実の設置姿勢を考慮した3次元座標信号を生成して、外界認識装置12から運転支援システム15に正しい認識結果を出力することができる。
[0022]
 設置姿勢報知部28は、姿勢情報のパラメータの少なくとも1つが予め定めた許容範囲外であると判断された際に、運転者にLiDARセンサ11の設置姿勢の異常を報知する。LiDARセンサ11の設置姿勢が大幅に変化したときに、設置姿勢報知部28から情報表示機器16に設置姿勢の異常を示す信号が出力されて、運転者に対して外界認識装置12の認識機能が低下していることを報知することができる。停止信号出力部29は、姿勢情報のパラメータの少なくとも1つが予め定めた許容範囲外であると判断された際に、運転支援システム15に外界認識を利用した運転支援を停止させる停止信号を出力する。LiDARセンサ11の設置姿勢が大幅に変化したときに、停止信号出力部29から運転支援システム15に運転支援の停止信号が出力されて、運転支援システム15に外界認識装置12の認識結果の利用を停止させることができる。
[0023]
 外界認識装置12の各部は、例えばECU(Electronic Control Unit)30によって構成されている。ECU30にはプロセッサ及びメモリが実装されており、プロセッサがメモリに格納されているプログラムを読み出して実行することで外界認識装置12の各種処理が実施される。プロセッサとしては、例えば、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等が使用される。また、メモリは、用途に応じてROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、NVRAM(Non-Volatile RAM)等の一つ又は複数の記録媒体で構成されている。記憶部21は、ECU30内のNVRAMで構成されてもよいし、外部の不揮発性メモリで構成されてもよい。
[0024]
 以下では、本実施形態として、図4に示されるLiDARセンサの姿勢情報の更新処理の手順に従って説明を行う。図4は、本実施形態に係るLiDARセンサの姿勢情報の更新処理のフローチャートである。
[0025]
 LiDARセンサ11からレーザ光が照射されると、ECU30によって観測点を示す距離情報及び照射角度がLiDARセンサ11から取得される(ステップS01)。次に、ECU30によって距離情報が照射角度によってLiDAR座標系の観測点の3次元座標が算出される(ステップS02)。この場合、発光素子から物体までの距離をL[m]、レーザ光の照射角度のピッチ角をP[rad]及びヨー角をY[rad]とすると、観測点の3次元座標(x、y、z)は次式(1)によって算出される。照射角度毎に距離情報を観測点に変換することで複数の観測点を得ることができる。
[数1]


[0026]
 次に、ECU30によって記憶部21からLiDARセンサ11の姿勢情報が読み出されて、各観測点の3次元座標がLiDARセンサ11の設置姿勢を考慮した3次元座標信号の3次元座標に変換される(ステップS03)。この場合、LiDARセンサ11の姿勢情報としてピッチ角をPs[rad]、ロール角をRs[rad]、ヨー角をYs[rad]、路面32からLiDARセンサ11までの設置高さのオフセット量をOz[m]とすると、観測点の3次元座標(x、y、z)を変換した3次元座標信号の3次元座標(xs、ys、zs)は次式(2)によって算出される。複数の観測点をLiDARセンサ11の姿勢情報に基づいて変換することで複数の3次元座標信号を得ることができる。
[数2]


[0027]
 本実施形態では、記憶部21に記憶された姿勢情報がLiDARセンサ11の現実の設置姿勢に対応していないため、LiDARセンサ11の設置姿勢を考慮した3次元座標信号102に誤差が生じている(図5参照)。すなわち、LiDARセンサ11の現実の設置姿勢の姿勢情報が記憶部21(図3参照)に反映されていないため、本来であれば物体31の側面と路面32を示す3次元座標信号102が、物体31の側面や路面32から離れた3次元座標位置に現れており、車両1の周辺環境を正確に認識することができない。なお、記憶部21に記憶された姿勢情報がLiDARセンサ11の現実の設置姿勢に対応していれば、物体31と路面32を示す3次元座標信号101が得られるはずである。
[0028]
 次に、ECU30によって複数の3次元座標信号102から路面推定用の路面候補点104が抽出される(ステップS04)。3次元座標信号102には路面32を検出している点と路面32以外の物体31を検出している点とがいずれも含有されているため、路面32を検出している点が路面候補点104として抽出される(図6参照)。複数の路面候補点104が路面平面105(図7参照)の推定に利用されることで路面平面105の推定精度が改善される。本実施形態では、3次元座標信号102のZ軸方向の高さ成分が、車両1の接地面である基準平面106を基準にした所定の高さ範囲に含まれる場合に路面候補点104として抽出される。この場合、3次元座標信号102のZ軸座標値が基準平面106を基準にした座標値に変換されて所定の高さ範囲に含まれるか否かが判定される。なお、基準平面106は、LiDAR座標系でZ軸座標値を指定することで設定されており、例えば、LiDAR座標系の原点から車両1の接地面(路面)までの距離によって予め設定されている。
[0029]
 図6は水平な路面32を基準平面106とした場合の例を示している。この例では、路面候補点104の抽出処理のための上限閾値を+hとし、下限閾値を-hとしたとき、破線で示される高さ範囲内の黒丸の3次元座標信号が路面候補点104として抽出される。なお、高さ範囲から外れた白丸の3次元座標信号103は棄却される。路面候補点104の抽出処理のための高さ範囲の設定は適宜変更されてもよい。例えば、上限閾値及び下限閾値の絶対値が異なっていても良いし、上限閾値及び下限閾値のいずれか一方だけを設定してもよい。また、高さ範囲は動的に変更されてもよい。例えば、周囲に物体31が多い場所では高さ範囲を狭くして物体31を示す3次元座標信号の影響を小さくしてもよいし、周囲に物体31が少ない場所では高さ範囲を広くして多くの路面候補点104を抽出してもよい。
[0030]
 次に、ECU30によって路面候補点104が既定点数以上か否かが判定される(ステップS05)。路面候補点104が既定点数より少ない場合には(ステップS05でNO)、路面平面105(図7参照)の推定時にノイズの影響が大きくなるとして設置姿勢の更新処理が中止される。一方、路面候補点104が既定点数以上の場合には(ステップS05でYES)、ECU30によって路面候補点104から路面平面105が推定され(ステップS06)。路面平面105は、直交座標系では次式(3)の数式モデルで表される(図8参照)。式(3)のパラメータ(a、b、c)を求めることで路面平面105が推定される。なお、パラメータaはピッチ角、パラメータbはロール角、パラメータcは設置高さに対応している。
[数3]


[0031]
 この場合、路面候補点104を用いて路面平面105のパラメータ(a、b、c)が推定されるが、路面候補点104の観測ノイズや、路面の表面状態による路面候補点104のバラツキ等によって推定精度が悪化する。路面候補点104の観測ノイズやバラツキによる誤差を低減するために、次式(4)を用いて各路面候補点104のZ軸の値と各路面候補点104に対応する路面平面105のZ軸の値の差の二乗和が最少になるような係数が算出される。式(4)の(x、y、z)は路面候補点の3次元座標である。式(4)中の各要素を全ての路面候補点104を用いて計算することで得られる連立方程式を、任意の解法を用いて解くことでパラメータ(a、b、c)が算出される。なお式(4)中のΣは総和を意味する。連立方程式の解法としては、例えば掃き出し法やクラメルの公式が用いられてもよい。
[数4]


[0032]
 次に、ECU30によって路面平面105のパラメータ(a、b、c)を用いて、姿勢情報の較正量(δx、δy、δz)が算出される(ステップS07)。角度の較正量(δx、δy)は、路面平面105の傾きと基準平面106の傾きの偏差として算出される。このため、路面平面105のパラメータ(a、b)が次式(5)によって角度(θa、θb)に変換された後、角度(θa、θb)と基準平面106の傾きの偏差が次式(6)によって算出される(図8参照)。今回は基準平面106を水平面としているため、基準平面106の傾きは(0、0)である。これにより、設置姿勢のピッチ角及びロール角の較正量(δx、δy)が算出される。高さの較正量δzは路面平面105のパラメータcがそのまま利用される。
[数5]


[数6]


[0033]
 次に、ECU30によって各較正量(δx、δy、δz)がそれぞれ既定範囲内か否かが判定される(ステップS08)。較正量(δx、δy、δz)のいずれかが既定範囲から外れる場合には(ステップS08でNO)、瞬間的な車両姿勢の変化や衝撃等の影響による一過性のノイズと判断されて、LiDARセンサ11の姿勢情報の更新処理が中止される。一方で、較正量(δx、δy、δz)のいずれも既定範囲内の場合には(ステップS08でYES)、ECU30によって較正量(δx、δy、δz)がLiDARセンサ11の姿勢情報に反映されて記憶部21に記憶された姿勢情報が更新される(ステップS09)。設置姿勢のピッチ角をPs[rad]、ロール角をRs[rad]、設置高さのオフセット量をOz[m]とすると、次式(7)によってLiDARセンサ11の姿勢情報が更新される。
[数7]


[0034]
 このようにして、記憶部21にはLiDARセンサ11の現実の設置姿勢を示す姿勢情報が記憶される。LiDARセンサ11から得られた各観測点が現実の設置姿勢に応じた3次元座標信号101に変換されるため、3次元座標信号によって路面32や物体31等の車両1の周辺環境を正確に認識することができる(図9参照)。なお、ステップS04の路面候補点の所定の高さ範囲、ステップS05の路面候補点の既定点数、ステップS08の較正量の既定範囲は、要求される精度に応じて、過去データ等から実験的、経験的又は理論的に求められた値が使用される。
[0035]
 上記したソフトウェア上の姿勢情報の較正処理では、LiDARセンサ11の現実の設置姿勢を考慮して外界認識することができるが、LiDARセンサ11の設置姿勢が正しく設置し直されるわけではない。LiDARセンサ11の設置姿勢が大幅に変化した場合には、外界認識装置12が本来の性能を得ることができない。例えば、LiDARセンサ11の設置角度が下向きに大幅に変化した場合、観測領域の上限が下がって想定した観測領域内で物体が検出できない。また、LiDARセンサ11に高分解能な観測領域と低分解能な観測領域が設定されている場合、高分解能な観測領域が重要箇所に合うようにLiDARセンサ11が車両1に設置される。しかしながら、LiDARセンサ11の設置姿勢が大幅に変化すると、高分解能な観測領域が重要箇所から外れて重要箇所の認識精度が低下する。
[0036]
 このため、本実施形態では、較正後の姿勢情報のパラメータ(Ps、Rs、Oz)の少なくとも1つが予め定めた許容範囲外になった際に、設置姿勢報知部28が運転者にLiDARセンサ11の設置姿勢の異常を報知すると共に、停止信号出力部29が運転支援システム15に運転支援の停止信号を出力する。これにより、LiDARセンサ11の設置姿勢の影響で外界認識装置12の認識精度が低下したことを運転者に知らせてLiDARセンサ11のメンテナンスを促すと共に、運転支援システム15に精度の低い認識結果を利用した運転支援を停止させることができる。運転者には、例えば、LED灯器等を点滅させたり、情報表示機器に画像やメッセージを表示させたりして設置姿勢の異常を知らせてもよい。また、LiDARセンサ11は、複数の調整軸を持った調整機構(不図示)を介して車両1に設置され、調整機構によって較正量(δx、δy、δz)に基づいてLiDARセンサ11の現実の設置姿勢が正しい設置姿勢に調整されてもよい。
[0037]
 LiDARセンサ11の設置姿勢は、経年劣化や衝撃等だけではなく、車両1の加速度によって車両1全体が傾いたときにも変化する。このため、本実施形態では、記憶部21が、車両1の走行中に較正された姿勢情報と、車両1の停車中又は徐行中に較正された姿勢情報とを別々に記憶するようにしてもよい。車両1の走行中にのみ発生するLiDARセンサ11の設置姿勢の一時的な変化と、車両1を停車中又は徐行中においても発生しているLiDARセンサ11の設置姿勢の定常的な変化とを区別することができる。LiDARセンサ11の姿勢情報の更新処理の開始時に、ECU30によって加速度センサ13からの加速度に応じて走行中、停車中、徐行中が判断されて、走行状態に合わせて姿勢情報が記憶部21に記憶される。これにより、走行状態に合った姿勢情報を用いて車両1の周辺環境を認識することができる。また、LiDARセンサ11の設置姿勢が大幅に変化した場合であっても、設置姿勢の一時的な変化であれば設置姿勢に異常がないことを運転者に認識させることができる。
[0038]
 LiDARセンサ11の設置姿勢は、搭乗者の着座状況によって車両1全体が傾いたときにも変化する。このため、本実施形態では、記憶部21が、着座シートにおける搭乗者の着座位置と姿勢情報を関連付けて記憶するようにしてもよい。乗車人数や着座状況に応じてLiDARセンサ11の設置姿勢の変化を区別することができる。LiDARセンサ11の姿勢情報の更新処理の開始時に、ECU30によって着座センサ14からの着座情報に応じて搭乗者の着座位置が判断されて、着座位置に合わせて姿勢情報が記憶部21に記憶される。これにより、着座シートへの着座状況に合った姿勢情報を用いて車両1の周辺環境を認識することができる。また、LiDARセンサ11の設置姿勢が大幅に変化した場合であっても、特定の着座状況だけ設置姿勢が変化していれば、設置姿勢に異常がないことを運転者に認識させることができる。
[0039]
 また、LiDARセンサ11の姿勢情報の更新処理の実施タイミングを、車両1の位置情報に応じて決定してもよい。この場合、車両1のGPS(Global Positioning System)機能から得られた車両1の位置情報と、路面候補点104を多く取得可能な好条件地点が登録された地図データとを用いて、車両1が好条件地点に到達したタイミングでLiDARセンサ11の姿勢情報の更新処理が実施される。好条件地点としては、例えば駐車場や平坦な幹線道路等が挙げられる。好条件地点は、システムの設計者によって地図データ上に予め設定されてもよいし、車両1の搭乗者によって地図データ上に後から設定されてもよい。地図データ上には好条件地点として道路の所定区間が設定されてもよい。道路の開始区間から終了区間を通過する間に路面候補点104が抽出される。
[0040]
 さらに、本実施形態では、車両1の前後にLiDARセンサ11が設けられているため、路面平面105の推定精度を高めることができる。また、前方のLiDARセンサ11と後方のLiDARセンサ11の認識結果を利用することで路面32の勾配の変化を推定して、勾配の変化が大きな場所ではLiDARセンサ11の姿勢情報の更新処理を規制するようにする。例えば、前方のLiDARセンサ11から得られた観測点によって車両前方に勾配のある路面が認識され、後方のLiDARセンサ11から得られた観測点によって車両後方に水平な路面が認識されたときに姿勢情報の更新処理が規制される。
[0041]
 以上のように、本実施形態の外界認識装置12では、LiDARセンサ11の観測結果から得られる複数の3次元座標信号102のうち、路面32を示す路面候補点104だけが抽出される。よって、実環境下においても路面32以外を示す3次元座標信号102の影響を受けることなく路面平面105を推定することができ、この路面平面105と予め定めた基準平面106を比較することで、LiDARセンサ11の姿勢情報の較正量を算出することができる。よって、測距センサの照射方式に関わらず、測距センサの設置姿勢の変化に起因した外界認識装置の認識性能の低下を十分に抑えることができる。
[0042]
 なお、上記した実施形態では、LiDARセンサ11の姿勢情報に路面32からLiDARセンサ11までの設置高さと、ピッチ角と、ロール角とが含まれる構成にしたが、この構成に限定されない。LiDARセンサ11の姿勢情報には、LiDARセンサ11の設置高さと、ピッチ角と、ロール角との少なくとも1つが含まれていればよい。また、LiDARセンサ11の設置位置に応じて設置情報は適宜変更され、例えば、設置情報には設置高さと、ピッチ角と、ロール角とに加えてヨー角が含まれていてもよい。
[0043]
 また、上記した実施形態では、姿勢情報更新部27によって記憶部21に記憶されたLiDARセンサ11の姿勢情報が更新される構成にしたが、この構成に限定されない。記憶部21には、姿勢情報の初期設計値と較正量が記憶されて、LiDARセンサ11の較正後の姿勢情報が記憶されていなくてもよい。
[0044]
 以上の通り、本実施形態に記載の外界認識装置(12)は、車両(1)に設置された測距センサ(LiDARセンサ11)から照射されるレーザ光によって、車両周辺の外界を認識する外界認識装置(12)であって、3次元の既定座標系における測距センサ(LiDARセンサ11)の設置姿勢の姿勢情報を記憶した記憶部(21)と、既定座標系において測距センサ(LiDARセンサ11)から得られた複数の観測点を姿勢情報に基づいて複数の3次元座標信号(102)に変換する座標信号変換部(23)と、各3次元座標信号(102)の高さ成分に基づいて複数の3次元座標信号(102)から路面(32)を示す複数の路面候補点(104)を抽出する路面候補点抽出部(24)と、複数の路面候補点(104)に基づいて路面平面(105)を推定する路面平面推定部(25)と、既定座標系に基づいて設定された基準平面(106)と路面平面(105)に基づいて姿勢情報の較正量を算出する較正量算出部(26)とを備えたことを特徴とする。
[0045]
 この構成によれば、測距センサ(LiDARセンサ11)の観測結果から得られる複数の3次元座標信号(102)のうち、路面(32)を示す路面候補点(104)だけが抽出される。よって、実環境下においても路面(32)以外を示す3次元座標信号(102)の影響を受けることなく路面平面(105)を推定することができ、この路面平面(105)と予め定めた基準平面(106)を比較することで、測距センサ(LiDARセンサ11)の姿勢情報の較正量を算出することができる。よって、測距センサ(LiDARセンサ11)の照射方式に関わらず、測距センサ(LiDARセンサ11)の設置姿勢の変化に起因した外界認識装置(12)の認識性能の低下を十分に抑えることができる。
[0046]
 本実施形態に記載の外界認識装置(12)において、較正量に基づいて姿勢情報を較正することで、記憶部(21)に記憶された姿勢情報を更新する姿勢情報更新部(27)を備えている。この構成によれば、測距センサ(LiDARセンサ11)の現実の設置姿勢を考慮して、車両周辺の外界を認識することができる。
[0047]
 本実施形態に記載の外界認識装置(12)において、姿勢情報は、路面(32)から測距センサ(LiDARセンサ11)までの設置高さと、車両(1)の車幅方向を回転軸とするピッチ角と、車両(1)の走行方向を回転軸とするロール角とのうち少なくとも1つを含む。この構成によれば、姿勢情報として設置高さ、ピッチ角、ロール角の少なくとも1つを較正することができる。
[0048]
 本実施形態に記載の外界認識装置(12)において、路面候補点抽出部(24)は、3次元座標信号(102)の高さ成分が基準平面(106)を基準にした所定の高さ範囲に含まれる3次元座標信号(102)を複数の路面候補点(104)として抽出する。この構成によれば、実環境下においても路面(32)以外の物体(31)を示す3次元座標信号(102)の影響を極力除外して路面(32)を推定できる。
[0049]
 本実施形態に記載の外界認識装置(12)において、路面平面推定部(25)は、路面平面(105)から各路面候補点(104)までの距離の総和が最も小さくなるような当該路面平面(105)を推定する。この構成によれば、路面候補点(104)の観測ノイズやバラツキによる誤差を低減することができる。
[0050]
 本実施形態に記載の外界認識装置(12)において、記憶部(21)は、走行中に較正された姿勢情報と、停車中又は徐行中に較正された姿勢情報とを別々に記憶する。この構成によれば、車両(1)の走行中にのみ発生する測距センサ(LiDARセンサ11)の設置姿勢の一時的な変化と、車両(1)を停車中又は徐行中においても発生している測距センサ(LiDARセンサ11)の設置姿勢の定常的な変化とを区別できる。
[0051]
 本実施形態に記載の外界認識装置(12)において、車両(1)の着座シートに搭乗者の着座位置を検出する着座センサ(14)が設置され、記憶部(21)は、搭乗者の着座位置と姿勢情報とを関連付けて記憶する。この構成によれば、乗車人数や着座状況に応じて測距センサ(LiDARセンサ11)の設置姿勢の変化を区別することができる。
[0052]
 本実施形態に記載の外界認識装置(12)において、姿勢情報のパラメータの少なくとも1つが予め定めた許容範囲外になった際に、運転者に測距センサ(LiDARセンサ11)の設置姿勢の異常を報知する設置姿勢報知部(28)を備えている。この構成によれば、測距センサが大幅に変化した場合に運転者に対して外界認識装置(12)の認識機能が低下していることを報知することができる。
[0053]
 本実施形態に記載の外界認識装置(12)において、姿勢情報のパラメータの少なくとも1つが予め定めた許容範囲外になった際に、運転支援システム(15)に外界認識を利用した運転支援を停止させる停止信号を出力する停止信号出力部(29)を備えている。この構成によれば、測距センサが大幅に変化した場合に運転支援システム(15)に外界認識装置(12)の認識結果の利用を停止させることができる。
[0054]
 本実施形態に記載の外界認識装置(12)において、測距センサ(LiDARセンサ11)は、車両(1)の複数箇所に設置された複数の測距センサである。この構成によれば、複数の測距センサ(LiDARセンサ11)によって路面平面(105)の推定精度を高めることができる。
[0055]
 以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

符号の説明

[0056]
1 車両、11 LiDARセンサ(測距センサ)、12 外界認識装置、14 着座センサ、15 運転支援システム、21 記憶部、23 座標信号変換部、24 路面候補点抽出部、25 路面平面推定部、、26 較正量算出部、27 姿勢情報更新部、28 設置姿勢報知部、29 停止信号出力部、32 路面、104 路面候補点、105 路面平面、106 基準平面

請求の範囲

[請求項1]
 車両に設置された測距センサから照射されるレーザ光によって、前記車両周辺の外界を認識する外界認識装置であって、
 3次元の既定座標系における前記測距センサの設置姿勢の姿勢情報を記憶した記憶部と、
 前記既定座標系において前記測距センサから得られた複数の観測点を前記姿勢情報に基づいて複数の3次元座標信号に変換する座標信号変換部と、
 各3次元座標信号の高さ成分に基づいて前記複数の3次元座標信号から路面を示す複数の路面候補点を抽出する路面候補点抽出部と、
 前記複数の路面候補点に基づいて路面平面を推定する路面平面推定部と、
 前記既定座標系に基づいて設定された基準平面と前記路面平面に基づいて前記姿勢情報の較正量を算出する較正量算出部とを備えたことを特徴とする外界認識装置。
[請求項2]
 前記較正量に基づいて前記姿勢情報を較正することで、前記記憶部に記憶された前記姿勢情報を更新する姿勢情報更新部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の外界認識装置。
[請求項3]
 前記姿勢情報は、前記路面から前記測距センサまでの設置高さと、前記車両の幅方向を回転軸とするピッチ角と、前記車両の走行方向を回転軸とするロール角とのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項1に記載の外界認識装置。
[請求項4]
 前記路面候補点抽出部は、3次元座標信号の高さ成分が前記基準平面を基準にした所定の高さ範囲に含まれる3次元座標信号を前記複数の路面候補点として抽出することを特徴とする請求項1に記載の外界認識装置。
[請求項5]
 前記路面平面推定部は、前記路面平面から各路面候補点までの距離の総和が最も小さくなるような当該路面平面を推定することを特徴とする請求項1に記載の外界認識装置。
[請求項6]
 前記記憶部は、走行中に較正された姿勢情報と、停車中又は徐行中に較正された姿勢情報とを別々に記憶することを特徴とする請求項1に記載の外界認識装置。
[請求項7]
 前記車両の着座シートに搭乗者の着座位置を検出する着座センサが設置され、
 前記記憶部は、搭乗者の着座位置と姿勢情報とを関連付けて記憶することを特徴とする請求項1に記載の外界認識装置。
[請求項8]
 前記姿勢情報のパラメータの少なくとも1つが予め定めた許容範囲外になった際に、運転者に前記測距センサの設置姿勢の異常を報知する設置姿勢報知部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の外界認識装置。
[請求項9]
 前記姿勢情報のパラメータの少なくとも1つが予め定めた許容範囲外になった際に、運転支援システムに外界認識を利用した運転支援を停止させる停止信号を出力する停止信号出力部を備えたことを特徴とする請求項1に記載の外界認識装置。
[請求項10]
 前記測距センサは、前記車両の複数箇所に設置された複数の測距センサであることを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の外界認識装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]