(57)【要約】【課題】道路勾配が連続的に変化する場合であっても、地図データを用いずに、精度よく前方の絶対的な道路勾配を予測することができるようにする。【解決手段】相対的勾配推定部３０によって、カメラ１２を用いて、現在の走行位置における道路勾配に対する前方の相対的な道路勾配を推定する。現在勾配推定部３２によって、スロットル開度センサ１４、変速段センサ１６、及び車輪速パルスセンサ１８を用いて、現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定する。前方勾配予測部３４によって、推定された前方の相対的な道路勾配と、推定された現在の走行位置における絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測する。【選択図】図１
2016200499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の外界に関する情報を検出する外界センサを用いて、前記移動体の現在の走行位置における道路勾配に対する前方の相対的な道路勾配を推定する相対勾配推定手段と、
前記移動体の状態に関する情報を検出する移動体センサを用いて、移動体の現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定する絶対勾配推定手段と、
前記相対勾配推定手段によって推定された前方の相対的な道路勾配と、前記絶対勾配推定手段によって推定された絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測する前方勾配予測手段と、
を含む前方勾配予測装置。
【請求項２】
前記移動体は、車両であって、
前記移動体センサは、スロットル開度、変速段、及び車輪速を検出し、
前記絶対勾配推定手段は、前記移動体センサによって検出されたスロットル開度及び変速段の組み合わせに対応する標準的な加速度と、前記移動体センサによって検出された車輪速に基づいて計算される加速度とを比較して、前記移動体の現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定する請求項１記載の前方勾配予測装置。
【請求項３】
前記移動体センサは、ＧＰＳ信号に基づいて前記移動体の３次元位置を検出し、
前記絶対勾配推定手段は、前記移動体センサによって検出された前記移動体の３次元位置の変化に基づいて、前記移動体の現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定する請求項１記載の前方勾配予測装置。
【請求項４】
前記移動体センサは、前記移動体の前方を撮像するカメラ、又は前記移動体の前方の物体位置を検出するレーザレーダである請求項１〜請求項３の何れか１項記載の前方勾配予測装置。
【請求項５】
制御手段を更に含み、
前記移動体は、車両であって、
前記制御手段は、前記前方勾配予測手段によって予測された前方の絶対的な道路勾配に基づいて、スロットル開度又は変速段の切り換えを制御する請求項１〜請求項４の何れか１項記載の前方勾配予測装置。
【請求項６】
コンピュータを、
移動体の外界に関する情報を検出する外界センサを用いて、前記移動体の現在の走行位置における道路勾配に対する前方の相対的な道路勾配を推定する相対勾配推定手段、
前記移動体の状態に関する情報を検出する移動体センサを用いて、移動体の現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定する絶対勾配推定手段、及び
前記相対勾配推定手段によって推定された前方の相対的な道路勾配と、前記絶対勾配推定手段によって推定された絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測する前方勾配予測手段
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前方勾配予測装置及びプログラムに係り、特に、移動体の前方の絶対的な道路勾配を予測する前方勾配予測装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、正確な道路形状及び自車両位置の計測を行える計測装置が知られている（例えば、特許文献１）。この計測装置では、地図情報記憶手段が道路の３次元形状に対応するデータを含む地図情報を持っており、道路モデル演算手段により現在の車両位置データに基づいて地図情報記憶手段の地図情報を参照し、３次元道路モデルを求め、入力画像とのずれから、グローバルかつローカルな自車両位置を同時推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２７５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の技術は、道路画像上の白線位置と地図情報とを照合し、その一致度をコスト関数として、最適化手法によって、地図上の現在位置を含む道路パラメータ（平面曲線曲率、縦断曲線曲率）を推定する方法である。そのため、比較的曲線が緩やかな高速道路を対象としている。また、地図情報として、道路設計に相当する精度で平面線形曲率と縦断線形曲率の連続データが既知である必要がある。
【０００５】
一般道では、カーブ変化や道路勾配変化が比較的短距離区間で連続する場合がある。そのため、従来手法を一般道路に適用した場合、ローカルミニマムに陥って現在位置の推定に失敗する可能性が大きい。また、上記特許文献１に記載の技術が必要としている地図情報を一般道で準備することはコストが大きい。
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、道路勾配が連続的に変化する場合であっても、地図データを用いずに、精度よく前方の絶対的な道路勾配を予測することができる前方勾配予測装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために本発明に係る前方勾配予測装置は、移動体の外界に関する情報を検出する外界センサを用いて、前記移動体の現在の走行位置における道路勾配に対する前方の相対的な道路勾配を推定する相対勾配推定手段と、前記移動体の状態に関する情報を検出する移動体センサを用いて、移動体の現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定する絶対勾配推定手段と、前記相対勾配推定手段によって推定された前方の相対的な道路勾配と、前記絶対勾配推定手段によって推定された絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測する前方勾配予測手段と、を含んで構成されている。
【０００８】
本発明に係るプログラムは、コンピュータを、移動体の外界に関する情報を検出する外界センサを用いて、前記移動体の現在の走行位置における道路勾配に対する前方の相対的な道路勾配を推定する相対勾配推定手段、前記移動体の状態に関する情報を検出する移動体センサを用いて、移動体の現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定する絶対勾配推定手段、及び前記相対勾配推定手段によって推定された前方の相対的な道路勾配と、前記絶対勾配推定手段によって推定された絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測する前方勾配予測手段として機能させるためのプログラムである。
【０００９】
本発明によれば、相対勾配推定手段によって、移動体の外界に関する情報を検出する外界センサを用いて、前記移動体の現在の走行位置における道路勾配に対する前方の相対的な道路勾配を推定する。絶対勾配推定手段によって、前記移動体の状態に関する情報を検出する移動体センサを用いて、移動体の現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定する。
【００１０】
そして、前方勾配予測手段によって、前記相対勾配推定手段によって推定された前方の相対的な道路勾配と、前記絶対勾配推定手段によって推定された絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測する。
【００１１】
このように、外界センサを用いて推定された前方の相対的な道路勾配と、移動体センサを用いて推定された現在の絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測することにより、道路勾配が連続的に変化する場合であっても、地図データを用いずに、精度よく前方の絶対的な道路勾配を予測することができる。
【００１２】
また、上記の移動体は、車両であって、前記移動体センサは、スロットル開度、変速段、及び車輪速を検出し、前記絶対勾配推定手段は、前記移動体センサによって検出されたスロットル開度及び変速段の組み合わせに対応する標準的な加速度と、前記移動体センサによって検出された車輪速に基づいて計算される加速度とを比較して、前記移動体の現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定することができる。
【００１３】
上記の移動体センサは、ＧＰＳ信号に基づいて前記移動体の３次元位置を検出し、前記絶対勾配推定手段は、前記移動体センサによって検出された前記移動体の３次元位置の変化に基づいて、前記移動体の現在の走行位置における絶対的な道路勾配を推定することができる。
【００１４】
上記の移動体センサを、前記移動体の前方を撮像するカメラ、又は前記移動体の前方の物体位置を検出するレーザレーダとすることができる。
【００１５】
上記の前方勾配予測装置は、制御手段を更に含み、前記移動体は、車両であって、前記制御手段は、前記前方勾配予測手段によって予測された前方の絶対的な道路勾配に基づいて、スロットル開度又は変速段の切り換えを制御することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の前方勾配予測装置及びプログラムによれば、外界センサを用いて推定された前方の相対的な道路勾配と、移動体センサを用いて推定された現在の絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測することにより、道路勾配が連続的に変化する場合であっても、地図データを用いずに、精度よく前方の絶対的な道路勾配を予測することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る前方勾配予測装置の構成を示す概略図である。
【図２】縦断曲線曲率ｃｖと判定結果と車両前方の絶対的な道路勾配との関係を表わすテーブルを示す図である。
【図３】道路勾配の状態遷移と制御内容との関係を表わすテーブルを示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る前方勾配予測装置における前方勾配予測処理ルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る前方勾配予測装置の構成を示す概略図である。
【図６】道路勾配変化が連続する走行シーンを示す図である。
【図７】道路勾配変化が連続する走行シーンでの前方画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
＜本実施の形態の概要＞
坂道でのエコ運転や運転乗り心地を向上させるために、支援システムの一つとして、車両が坂道の前後で自動的に変速する運転支援システムが有用である。そのために、前方の道路勾配を予測する必要がある。
【００２０】
車載カメラや車載レーザレーダを用いれば、前方の相対的な道路勾配を推定することができる。しかし、それは現在の勾配に対する相対値なので、現在の車両の勾配が分からないと、前方の絶対的な道路勾配を予測することができなかった。
【００２１】
例えば、図６に示す道路勾配変化が連続する走行シーンでは、地点ａと地点ｄ、または、地点ｂと地点ｃでは前方の道路勾配は異なるが、図７に示すように、地点ａと地点ｄ、または、地点ｂと地点ｃでは相対的な道路勾配は同様なので前方の絶対的な道路勾配を予測することができない。
【００２２】
本実施の形態では、車両センサを用いた現在の位置の絶対的な勾配推定値と、車載カメラによる前方の路面の相対的な勾配情報を合わせて、前方の絶対的な道路勾配の予測を可能とする。
【００２３】
＜前方勾配予測装置の構成＞
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る前方勾配予測装置１０は、自車両の前方を撮像するカメラ１２と、自車両のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１４と、自車両の変速段を検出する変速段センサ１６と、自車両の車輪速を検出する車輪速パルスセンサ１８と、カメラ１２からの前方画像、スロットル開度センサ１４からの出力、変速段センサ１６からの出力、及び車輪速パルスセンサ１８からの出力に基づいて、スロットル開度を調整するためのアクチュエータ２２、及び変速段を切り換えるためのアクチュエータ２４の作動を制御するコンピュータ２０とを備えている。なお、カメラ１２が、外界センサの一例であり、スロットル開度センサ１４及び車輪速パルスセンサ１８が、移動体センサの一例である。
【００２４】
カメラ１２は、車両前方の対象領域を撮像し、画像信号を生成する撮像部（図示省略）、撮像部で生成されたアナログ信号である画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部（図示省略）、及びＡ／Ｄ変換された画像信号を一時的に格納するための画像メモリ（図示省略）を備えている。カメラ１２は、対象領域を、所定間隔で繰り返し撮像して、撮像により得られた前方画像を示す画像データをコンピュータ２０に出力する。
【００２５】
カメラ１２は、例えば、フロントウィンドウのリアビューミラー位置に組み込む。以下では説明の都合上、カメラ１２は進行方向向き、路面に対して水平に設置されているものとする。
【００２６】
なお、相対的な道路勾配を観測するためのセンサは、単一のカメラに限定するものではなく、ステレオカメラやレーザレーダを用いて、相対的な道路勾配を推定するようにしてもよい。
【００２７】
スロットル開度センサ１４は、自車両のスロットル開度を、所定間隔で繰り返し検出して、コンピュータ２０に出力する。
【００２８】
変速段センサ１６は、自車両の変速段を、所定間隔で繰り返し検出して、コンピュータ２０に出力する。
【００２９】
車輪速パルスセンサ１８は、自車両の車輪速に応じたパルス信号をコンピュータ２０に出力する。
【００３０】
コンピュータ２０は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する前方勾配予測処理ルーチンを実行するためのプログラムを記憶したＲＯＭとを備え、機能的には次に示すように構成されている。コンピュータ２０は、相対的勾配推定部３０、現在勾配推定部３２、前方勾配予測部３４、および制御部３６を備えている。
【００３１】
相対的勾配推定部３０は、カメラ１２によって撮像された前方画像から、以下に説明するように、現在の車両位置の道路勾配に対する前方の相対的な道路勾配を推定する。
【００３２】
まず、車両の進行方向をＺ軸、右手方向をＸ軸、下方向をＹ軸とした車両に固定した車両座標系を設定する。
【００３３】
カメラ１２で取得した前方画像が表す道路上の白線の車両座標系上での各位置を推定する。推定された白線座標値の各々をＺ−Ｙ平面に投影して、道路勾配変化を以下の２次式に当てはめて縦断曲線曲率ｃｖを求める。
【００３４】
Ｙ＝０．５・ｃｖ・Ｚ2＋φ・Ｚ＋ｈ
【００３５】
ただし、φは路面に対するカメラの俯角であり、ｈは路面に対するカメラの高さである。
【００３６】
本実施の形態では、単眼カメラを使用するので、自車両が走行している車線境界の左右白線が観測できれば、左右の白線が並行で、道路幅が一定であるという制約条件に基づき、画像上の白線の３次元車両座標値の各々を計算する。計算した３次元車両座標値の各々を上式にフィッティングすることで、道路モデルのパラメータｃｖを推定する。
【００３７】
なお、車載ステレオカメラやスキャン型レーザレーダを使用する場合には、３次元測距データが得られるので、白線部分か白線周辺の路面部分の測距データを上式にフィッティングすることで縦断曲線曲率ｃｖが求められる。
【００３８】
上記のように、現在の車両位置の道路勾配に対する前方の相対的な道路勾配として、縦断曲線曲率ｃｖを推定する。
【００３９】
現在勾配推定部３２は、スロットル開度センサ１４によって検出されたスロットル開度、及び変速段センサ１６によって検出された変速段の情報により、スロットル開度と変速段と平地走行時の標準化速度との関係を表す予め求められたマップを参照して平地走行時の標準化速度αsを求める。現在勾配推定部３２は、車輪速パルスセンサ１８からのパルス信号から、すべりを考慮してフィルタリングして得た実加速度αrを求める。
【００４０】
現在勾配推定部３２は、標準化速度αsと実加速度αrとを比較して、以下の条件に応じて、現在の走行地点が平地か上り坂か下り坂かを判定する。
【００４１】
αs＝αr：平地
αs＜αr：上り坂
αs＞αr：下り坂
【００４２】
なお、現在の走行地点が平地か上り坂か下り坂かを判定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、現在の道路勾配を表わす情報として、標準化速度αsと実加速度αrとの比較結果を出力するようにしてもよい。
【００４３】
前方勾配予測部３４は、相対的勾配推定部３０によって推定された縦断曲線曲率ｃｖと、現在勾配推定部３２による判定結果とに基づいて、図２に示すような、縦断曲線曲率ｃｖと判定結果と車両前方の絶対的な道路勾配との関係を表わすテーブルに従って、車両前方の絶対的な道路勾配が、上り勾配、下り勾配、及び平地の何れかであるかを予測する。
【００４４】
制御部３６は、現在勾配推定部３２による判定結果と、前方勾配予測部３４による予測結果との状態遷移に基づいて、図３に示すような、道路勾配の状態遷移と制御内容との関係を表わすテーブルに従って、スロットル開度を調整するためのアクチュエータ２２、及び変速段を切り換えるためのアクチュエータ２４の作動を制御する。
【００４５】
例えば、現在の平地から下り勾配へ状態遷移する場合には、スロットル開度を小さくすると共に、変速段が４速であれば３速に切り換える。また、現在の平地から上り勾配へ状態遷移する場合には、スロットル開度を大きくすると共に、変速段が４速であれば３速に切り換える。現在の下り勾配から平地へ状態遷移する場合には、スロットル開度を大きくすると共に、変速段が３速であれば４速に切り換える。現在の上り勾配から平地へ状態遷移する場合には、スロットル開度を小さくすると共に、変速段が３速であれば４速に切り換える。
【００４６】
＜前方勾配予測装置の作用＞
次に、第１の実施の形態に係る前方勾配予測装置１０の作用について説明する。前方勾配予測装置１０を搭載した車両の走行中に、コンピュータ２０において、図４に示す前方勾配予測処理ルーチンが実行される。
【００４７】
まず、ステップ１００において、カメラ１２によって撮像された前方画像を取得する。
【００４８】
ステップ１０２において、スロットル開度センサ１４、変速段センサ１６、及び車輪速パルスセンサ１８の各々の出力を取得する。
【００４９】
ステップ１０４において、上記ステップ１００で取得した前方画像に基づいて、現在の車両位置の道路勾配に対する前方の相対的な道路勾配として、縦断曲線曲率ｃｖを推定する。
【００５０】
そして、ステップ１０６において、上記ステップ１０２で取得したスロットル開度センサ１４、変速段センサ１６、及び車輪速パルスセンサ１８の各々の出力に基づいて、現在の車両位置の絶対的な道路勾配として、現在の走行地点が平地か上り坂か下り坂かを推定する。
【００５１】
次のステップ１０８では、上記ステップ１０４で推定された縦断曲線曲率ｃｖと、上記ステップ１０６の推定結果とに基づいて、車両前方の絶対的な道路勾配が、上り勾配、下り勾配、及び平地の何れかであるかを予測する。
【００５２】
ステップ１１０では、上記ステップ１０６の推定結果と、上記ステップ１０８による予測結果との状態遷移に基づいて、スロットル開度を調整するためのアクチュエータ２２、及び変速段を切り換えるためのアクチュエータ２４の作動を制御し、上記ステップ１００へ戻る。
【００５３】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る前方勾配予測装置によれば、カメラを用いて推定された前方の相対的な道路勾配と、スロットル開度センサ、変速段センサ、及び車輪速パルスセンサを用いて推定された現在の絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測することにより、道路勾配が連続的に変化する場合であっても、地図データを用いずに、精度よく前方の絶対的な道路勾配を予測することができる。
【００５４】
また、坂道の前後・途中のような、道路勾配変化が生じる地点手前で、前方の道路勾配の予測の誤認を低減して、前方路面の勾配の予測の精度を改善でき、坂道支援システムなどの自動変速操作の不要な動作を低減することができる。
【００５５】
＜前方勾配予測装置の構成＞
次に、第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】
第２の実施の形態では、ＧＰＳセンサを用いて現在の走行地点の絶対的な道路勾配を推定している点が、第１の実施の形態と異なっている。
【００５７】
図５に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る前方勾配予測装置２１０は、カメラ１２と、測位衛星からの衛星信号を受信して自車両位置を測定するＧＰＳセンサ２１４と、カメラ１２からの前方画像及びＧＰＳセンサ２１４からの出力に基づいて、アクチュエータ２２、２４の作動を制御するコンピュータ２２０とを備えている。なお、ＧＰＳセンサは、移動体センサの一例である。
【００５８】
コンピュータ２２０の現在勾配推定部２３２は、ＧＰＳセンサ２１４によって検出された自車両の３次元位置の高さ情報の変化により、現在の走行位置における絶対的な道路勾配として、現在の走行地点が平地か上り坂か下り坂かを推定する。
【００５９】
なお、第２の実施の形態に係る前方勾配予測装置２１０の他の構成及び作用については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。
【００６０】
このように、カメラを用いて推定された前方の相対的な道路勾配と、ＧＰＳセンサを用いて推定された現在の絶対的な道路勾配とに基づいて、前方の絶対的な道路勾配を予測することにより、道路勾配が連続的に変化する場合であっても、地図データを用いずに、精度よく前方の絶対的な道路勾配を予測することができる。
【００６１】
なお、上記の実施の形態では、現在の走行位置における絶対的な道路勾配として、現在の走行地点が平地か上り坂か下り坂かを推定する場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、現在の走行位置における絶対的な道路勾配の傾斜角度を推定するようにしてもよい。この場合には、前方の道路勾配の傾斜角度を予測するようにしてもよい。
【００６２】
また、道路を走行する移動体であれば、車両以外の移動体に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０、２１０  前方勾配予測装置
１２   カメラ
１４   スロットル開度センサ
１６   変速段センサ
１８   車輪速パルスセンサ
２０、２２０  コンピュータ
２２   アクチュエータ
２４   アクチュエータ
３０   相対的勾配推定部
３２、２３２  現在勾配推定部
３４   前方勾配予測部
３６   制御部
２１４ ＧＰＳセンサ
【図１】
2016200499.tif 000003
【図２】
2016200499.tif 000004
【図３】
2016200499.tif 000005
【図４】
2016200499.tif 000006
【図５】
2016200499.tif 000007
【図６】
2016200499.tif 000008
【図７】
2016200499.tif 000009