JP2958020B2

JP2958020B2 - 移動車の走行制御装置

Info

Publication number: JP2958020B2
Application number: JP1121447A
Authority: JP
Inventors: 祥一丸屋; 知史守田; 弘行高橋
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1989-05-17
Filing date: 1989-05-17
Publication date: 1999-10-06
Anticipated expiration: 2014-10-06
Also published as: JPH02301808A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、基準方向に対する自車の姿勢角を決定する
ための例えばジャイロコンパス等の姿勢角決定手段を備
えた移動車のための走行制御装置に関し、特に、記憶さ
れた地図情報を利用して、この姿勢角決定手段の出力信
号の較正の改良に関する。

（従来の技術）自律走行制御若しくはナビゲーション走行を行なうた
めには、自車の進行方向（即ち、姿勢角）を知ることが
不可欠となる。姿勢角を知る従来から一般に使われてい
る手段として、所定の位置に設けられた地上局からの特
定電波を受信（ロラン方式）する方法や、人工衛生から
の電波を受信（GPS方式）する方法や、ジヤイロコンパ
スを使う方法がある。

ジヤイロコンパスを使う方法は装置の簡便さも手伝つ
て広く普及している。しかし、ジヤイロコンパスには誤
差がつきものとなる。例えばコマの原理を利用したジヤ
イロコンパスでは、温度変化の影響は少ないものの、地
球の自転によるドリフトのために発生する誤差は大変大
きなものとなる。また、ガスレートジヤイロ等は、温度
上の誤差が大きな問題となる。

このジヤイロコンパスの誤差を補正することを目的と
した従来技術として、例えば、特開昭62−14212号があ
る。この特開昭は、ガスレートジヤイロ等の如くオフセ
ツトやドリフトがつきもののレートジヤイロの較正に関
するものである。このレートジヤイロは、車体の回転に
伴なうガス流の乱れを２つの温度センサで測定すること
により、回転角度が検出されるものであつて、上記オフ
セット補正はそのセンサの固体特性等により停止時であ
つてもセンサからアナログ出力が出てしまうために必要
となる。また、ドリフト補正は、ジヤイロ本体の温度変
化と共にオフセツト値自体が変動するために必要とな
る。

この特開昭における較正は、一定時間毎に車両を完全
停止して、そのときにジヤイロをリセツトするものであ
る。即ち、車両が完全停止していれば、２つの温度セン
サからの出力は等しくなつていなければならず、もしバ
ランスがくずれていれば、それは全てオフセツト及びド
リフトによる結果であるから、このアンバランス分をオ
フセツト補正値若しくはドリフト補正値として用いれ
ば、このレートジヤイロが較正されることになるという
わけである。

しかしながら、この特開昭62−14212号における較正
は、絶対的な基準に対する較正ではなく、相対的な較正
でしかない。何故なら、リセツトが行なわれるまでに走
行した軌跡では誤差が累積されているので、リセツトが
行なわれた地点の自車位置及び姿勢角は誤差を含んでい
ることになる。従つて、いくらリセツトを行なうことに
より、将来の走行に伴なつて発生する誤差の量を少なく
することはできても、過去に発生してしまつている誤差
をキヤンセルすることはできないからである。

そこで、温度変化や地球の自転による影響で発生する
誤差を、相対的に補正するだけでなく、絶対的な基準に
対しても補正する方法として、方位や位置が既知の特定
のブースに車両を静止させて、リセツトを行なう方法も
提案されている。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、この特定のブースに車両を静止させて
リセツトを行なうことによる姿勢角を絶対的な基準に対
して較正する方法は、例えば工場等のように、その特定
のブースを準備可能である場合にのみ適用でき、一般道
路等では実質的に不可能である。また、そのような特殊
なブースを準備した区域でジヤイロコンパスを備えた車
両を用いる場合でも、その特殊なブースに車両を移動さ
せなければならず、任意な時にリセツトを行なえるとい
うものではない。

一方、絶対的な姿勢角を知るのは前述のローラン方式
やGPS方式でも可能であるが、前述したように、コスト
や規模の面で問題がある。

そこで、本発明は上述従来例の欠点を除去するために
提案されたもので、その目的は、簡便であつても、自車
の姿勢角を絶対的な基準に対して較正することを、記憶
手段に記憶された地図情報を利用して可能にする移動車
の走行制御装置を提案するところにある。

（課題を達成するための手段及び作用）上記課題を達成するための本発明の構成は、地図情報を記憶する記憶手段と、自車の走行状態に基づいて自車の基準方向に対する自
車の姿勢角を表す信号を出力する姿勢角決定手段とを具
備する移動車の走行制御装置であって、外界を認識するための画像を入力する画像入力手段
と、前記記憶手段からの地図情報から設定される方向情報
と前記画像入力手段から入力された画像とに基づいて、
前記入力画像中の所定の画像の、前記自車の基準方向に
対する方位を認識する方向認識手段と、この所定の画像について認識された方位から自車の前
記基準方向に対する姿勢角を算出する姿勢角算出手段
と、この自車の前記基準方向に対する姿勢角に基づいて、
前記姿勢角決定手段からの前記信号を較正する較正手段
と、この較正された信号に基づいて走行制御を行なう走行
制御手段とを備えたことを特徴とする。

姿勢角決定手段は例えば第１図に示すようにジャイロ
コンパスである。また、前記所定の画像とは、例えば、
道路の路端を表す画像であり、前記方向認識手段は、そ
のような所定の画像の基準に対する方向を、その認識さ
れた所定の画像と前記記憶手段からの地図情報から設定
される方向情報とに基づいて認識することができる。所
定の画像の基準方向に対する方位と、この所定の画像の
認識された方位から得られた自車の基準方向に対する姿
勢角とは、前記姿勢角決定手段の誤差を反映し、その誤
差を計算することができる。

（実施例）以下添付図面を参照して、本発明を、コマの原理を利
用したジヤイロコンパスを用いて姿勢角を検出して、こ
の姿勢角に基づいて走行制御を行なう走行制御システム
に適用した実施例を説明する。

第２図はこの実施例の走行制御システムのブロツク図
である。図中、10はカメラであり、外界の画像を取り込
み、その画像は画像メモリ11に格納される。12はこの画
像メモリ11に格納された画像に対し所定の画像処理を施
す画像処理部である。13はコマを利用したジヤイロコン
パスであり、基準に対して何度回転したかを表わす信号
を出力する。この信号はインターフェース14によりデジ
タル値に変換されて、ホストコンピユータ15に取り込ま
れる。

16は車輪等に取り付けられた距離センサであり走行距
離を検出する。17は地図情報等を記憶するマツプ記憶装
置である。18は走行制御部であり、ホストコンピュータ
15で計算された姿勢角及び走行距離を入力して、ステア
リングアクチュエータ19及びアクセルアクチュエータ20
を制御して操舵制御及び車速制御を行なう。

第２図に示した走行制御システムでは、：ジヤイロコンパス13から得られた姿勢角と距離セン
サ16から得られた走行距離とに基づいて、ホストコンピ
ユータ15が自車位置を認識する。

：ホストコンピユータ15が、認識した自車位置をマッ
プ記憶装置17に記憶された地図情報と照合し、軌道を創
成する。そして、軌道と自車の姿勢角とから計算してス
テアリング切れ角及びアクセル開度を求め、これらを走
行制御部18に送る。

：所定のタイミングにジヤイロ13の較正を行なう。

の所定のタイミングとは、本実施例では、距離セン
サ16で検出し、累積した走行距離が一定値になつたとき
である。尚、この所定タイミングを、ホストコンピユー
タ15が認識した自車位置がマツプ記憶部17に記憶された
地図情報と矛盾している（例えば、認識された自車位置
が道路上にない）と検出されたときとしてもよい。

のジヤイロの較正は次のようにする。カメラ10が得
た画像から、例えば、道路の路端等を検出する。また、
自車の現在位置を推測する。この位置の推測は、単位時
間あたりの走行距離と、その単時間当りの自車の姿勢角
とから、Ｘ方向及びＹ方向の単位時間当りの走行距離△
Ｘ及びΔＹを求め、これらを積分することにより得られ
る。また、マツプ記憶部17を検索して、その推測位置に
最も近い道路を選択する。次に、その道路の方向（この
マツプから得た道路の方向は、誤つた道路を検索しない
限り絶対的に正しい）と、画像処理によつて得たその道
路の路端の方向とを比較することにより、ジヤイロコン
パス13の較正を行なう。この較正が可能になるのは、上
記の画像処理によつて得た路端の方向はジヤイロコンパ
スが依存する座標系を基準にしたものであるからであ
る。

第3A図，第3B図はこの較正の原理を説明する図であ
る。第3A図は、ジヤイロコンパス13に誤差がない場合に
おいて得られた道路の画像を示している。このとき車両
は地磁気のＮ極に対し姿勢角θにあるとする。即ち、自
車がいる道路はＮ極に対しθ度ずれているわけで、この
道路に対し平行に自車は位置している。このとき、ジヤ
イロコンパス13からは読取値θが得られる。もし、自車
がこの道路の中央に位置し、また、カメラ10が自車の中
央に設置され、その光軸が自車の前方に伸びているなら
ば、画像メモリ11に格納されている画像には路端が第3A
図の如く示されている。即ち、路端ABとCDとは、画像メ
モリの中心線XXについて線対称である。この路端の画像
に対して逆透視変換を施すと、自車は道路に平行に位置
しているために、路端のカメラの光軸に対する角度は０
度であり、従つて、自車のＮ極に対する姿勢角はθであ
る。

第3B図はジヤイロコンパス13が誤差を有する場合で、
車両が第3A図と同じ位置に来た場合を示している。誤差
を有するジヤイロコンパスを使つてＮ極に対し姿勢角が
θ度（誤差があるために、実際は、θ′度である）にな
るように自車を道路においても、自車は道路の路端に対
してある角度α傾いてしまう。自車が道路に対してα度
傾いているために、路端の画像は第3B図に示すように、
Ａ′Ｂ′とＣ′Ｄ′になる。この路端の画像Ａ′Ｂ′と
Ｃ′Ｄ′に対して第3A図の場合と同じく逆透視変換を施
すと、自車の道路に対する姿勢角αを検出することがで
きる。換言すれば、ジヤイロコンパスに読取誤差△（＝
θ′−θ）があるために、即ち、実際は地磁気に対する
姿勢角はθ′であるにもかかわらず、ジヤイロコンパス
13の読取値はθとなつてしまうために、自車の道路に対
する姿勢がα度ずれてしまうのであるから、 △θ＝α である。そこで、このαをその後の補正値とし、もし、
ジヤロコンパスの読取値がθ_ｉ度であつたならば、Ｎ極
に対する正式な姿勢角は θ_ｉ＋△θ度とするのである。

第４図は制御手順を示すフローチヤートであり、ホス
トコンピユータ15で実行されるものである。ステツプS2
では、先ず、ジヤイロコンパスの補正を行なうかを判断
する。これは前述したように、距離センサ16で検出し累
積した走行距離が一定値になつたときか、または、ホス
トコンピユータ15が認識した自車位置がマツプ記憶部17
に記憶された地図情報と矛盾している（例えば、認識さ
れた自車位置が道路上にない）と検出されたときであ
る。

補正を行なうときではないと判断されたときは、ステ
ツプS20以下に進み、ジヤイロ読取り値に基づいた走行
制御を行なう。即ち、ステツプS20で、ジヤイロコンパ
ス13の指示値θ_ｉを読取り、ステツプS22で、このθ_ｉ
に対し前回計算した補正値△θを加える。即ち、自車の
方位方向の較正値として、 θ_ｉ＋△θ を得る。この較正値をもとにステツプS24で所定の走行
制御を行なう。即ち、このθ_ｉ＋△θと、距離センサ16
から得られた走行距離とに基づいて、ホストコンピユー
タ15が自車位置を認識した上で、その認識した自車位置
をマツプ記憶装置17に記憶された地図情報と照合し、自
車の姿勢角から、ステアリング切れ角及びアクセル開度
を走行制御部18に送るのである。

ステツプS2で、補正を行なうべきときであると判断さ
れたならば、ステツプS4以下に進む。先ずステツプS4で
は画像入力を行なう。ステツプS6では、二値化処理、ラ
ベリング等の画像処理を行なつて、路端等の方向を示す
基準物の画像を抽出する。そして、ステツプS8では、こ
の基準物に対する自車の姿勢角αを算出する。もし、ス
テツプS2での画像を読み込むときの自車の道路に対する
姿勢を、それまでのジヤイロコンパスの計測結果に基づ
いてα′度に設定したとしたならば、 α−α′ が、そのまま誤差成分△θとなる。ステツプS10では、
この式に基づいて補正値を計算する。第3B図では、α′
＝０（即ち、誤差があるにもかかわらず、自車を道路に
対して平行に置いたつもりとした）として説明した。こ
の△θがステツプS22の補正値として以降使われる。

このようにして上記実施例によれば、地磁気のＮ極に
対する自車の姿勢角、即ち、絶対基準に対する自車の姿
勢角を得ることができるように較正することができる。
そして、この正確な姿勢角に基づいて正確な走行制御、
例えば、前方車追従制御、ナビゲーション走行制御等が
可能となる。

本発明はその主旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能
である。

例えば、第４図で示した制御手順では、ジヤイロコン
パス13の指示値を読取る毎にステツプS22で補正を行な
つていたが、このようにしないで、補正値をジヤイロコ
ンパス13に送り、ジヤイロコンパス13は補正された読取
値をホストコンピユータ15に送るものとしてもよい。

また、第２図実施例では、マツプ記憶部17に記憶され
ている地図情報から、道路の方向を知るようにしてい
た。このようにはしないで、例えば、電柱を画像で認識
し、この電柱の影の方向から自車のＮ極に対する方位角
を知ることもできる。電柱の影は、自車の緯度及び時刻
が既知であるならば、季節，経度を問わず固定値である
からである。

尚、上記実施例では、地磁気Ｎ極に対する姿勢角を補
正すること、即ち、絶対的な基準方向に対して姿勢角を
補正することを目的とした実施例を説明したが、特開昭
62−14212号と同じく、相対的な基準に対する較正を目
的とする場合にも本発明を適用できる。即ち上記実施例
では、第3A図，第3B図に関連して説明したように、画像
を取り込むときの自車の置かれた道路は、Ｎ極に対する
その延長方向等が既知であるものとした。このようにし
たために、その道路に対して自車がどの程度ずれている
かを画像から検出することにより、ジャイロコンパスの
誤差を検出するできたわけである。従つて、道路のＮ極
に対する方位角がわからなくても、例えば、その道路に
平行に自車を置き、そのときのジヤイロコンパスの読取
値は、そのままジヤイロコンパスの誤差を指示すること
になる。これにより、相対的な誤差を検出することが可
能になる。

（発明の効果）以上説明したように本発明の移動車の走行制御装置
は、外界の画像中の例えば路端などの所定の画像の有す
る方位が、記憶手段に記憶された地図情報を用いことに
より認識可能であることを利用して、ジヤイロセンサな
どの姿勢角決定手段からの出力信号を補正している。

即ち、本発明の走行制御装置は、記憶手段からの地図
情報から設定される方向情報と入力された外界の画像と
に基づいて、路端などの所定の画像の基準方向に対する
方位を認識し、この認識された方位から自車の姿勢角を
算出し、この自車の姿勢角に基づいて、姿勢角決定手段
からの出力信号を較正する。そして、この較正された信
号に基づいて走行制御を行なうようにしている。

従つて、例えばジヤイロコンパスなどのような姿勢角
決定手段の誤差を簡便に知ることが可能となつて、正確
な走行制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示す図、第２図は本発明を適用した実施例システムの構成をブロ
ツク的に示す図、第3A図及び第3B図は実施例におけるジヤイロコンパス読
取値に対する補正値の導出方法の原理を説明する図、第４図は実施例の制御手順を示したフローチヤートであ
る。図中、 10……カメラ、11……画像メモリ、12……画像処理部、
13……ジヤイロコンパス、14……インターフェース、15
……ホストコンピユータ、16……距離センサ、17……マ
ツプ記憶部、18……走行制御部、19……ステアリングア
クチュエータ、20……アクセルアクチュエータである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−84610（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−124114（ＪＰ，Ａ) 特開昭64−54215（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G05D 1/02 G08G 1/0969

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地図情報を記憶する記憶手段と、自車の走行状態に基づいて自車の基準方向に対する自車
の姿勢角を表す信号を出力する姿勢角決定手段とを具備
する移動車の走行制御装置であって、外界を認識するための画像を入力する画像入力手段と、前記記憶手段からの地図情報から設定される方向情報と
前記画像入力手段から入力された画像とに基づいて、前
記入力画像中の所定の画像の、前記自車の基準方向に対
する方位を認識する方向認識手段と、この所定の画像について認識された方位から自車の前記
基準方向に対する姿勢角を算出する姿勢角算出手段と、この自車の前記基準方向に対する姿勢角に基づいて、前
記姿勢角決定手段からの前記信号を較正する較正手段
と、この較正された信号に基づいて走行制御を行なう走行制
御手段とを備えたことを特徴とする移動車の走行制御装
置。