(57)【要約】  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。車両に設置されたＬｉＤＡＲセンサ（１１）の観測結果に応じて車両周辺の外界を認識する外界認識装置（１２）が、３次元の既定座標系におけるＬｉＤＡＲセンサ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ＬｉＤＡＲセンサ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次元座標信号に変換する座標信号変換部（２３）と、各３次元座標信号の高さ成分に基づいて複数の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（２４）と、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（２５）と、既定座標系に基づいて設定された基準平面と路面平面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）とを備える構成にした。
2020121838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【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。
【発明の詳細な説明】
【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】
2020121838.tif 000003
【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】
2020121838.tif 000004
【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】
2020121838.tif 000005
【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】
2020121838.tif 000006
【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】
2020121838.tif 000007
【数６】
2020121838.tif 000008
【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】
2020121838.tif 000009
【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
【図１】
2020121838.tif 000010
【図２】
2020121838.tif 000011
【図３】
2020121838.tif 000012
【図４】
2020121838.tif 000013
【図５】
2020121838.tif 000014
【図６】
2020121838.tif 000015
【図７】
2020121838.tif 000016
【図８】
2020121838.tif 000017
【図９】
2020121838.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】令和3年5月24日(2021.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【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前記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。
【国際調査報告】
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