路上における自動車の位置決定方法及び装置
本発明は路上（３）における自動車（２）の位置（１）決定方法に関する。このために、道路の幾何学的データ（４）及び行路データ（５）が記録され、自動車（２）の道路（３）に対する第１位置データ（１）が、記録された道路の幾何学的データ（４）及び行路データ（５）から算出される。本発明の特徴は、道路のコースデータ（６）が、これも又道路の幾何学的データ（４）と行路データ（５）とから算出されること、第１車両（２）に追随する車両（２’）のこの車両（２）に対する第２位置データ（７）が記録されること、及び、後続車両（２’）の道路（３）に対する第３位置データ（８）が、道路のコースデータ（６）と、車両（２）の第１位置データ（１）と、後続車両（２’）の第２位置データ（７）とから算出されること、にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段部分に基づく路上の自動車の位置を定める方法に関するものであり、さらに、請求項７の前段部分に基づく方法を実行する関連装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、路上における車両の位置を定める方法及び装置を開示している。この場合、道路の幾何学的データと車両の走行データとが得られることが前提になっており、又、路上における車両の位置を、道路の幾何学的データと走行データとを比較することによって決定することが想定されている。この方法においては、車両走行中に道路の幾何学的データと車両の走行データとの両方を記録することができるので、車両を直接車線に割り当てることができ、これから車両の瞬時の位置を正確に決定することができる。この場合、走行データは、例えば、走行／速度信号及び／又はかじ取り角及び／又は車輪の速度センサから得られ、かつ／又は、ＧＰＳによる衛星支援によって得られる。
【０００３】
特許文献２は、鳥瞰視野から見た観察者の周囲画像情報を表現する方法を開示している。これによれば、特に自動車運転時の支援を提供するために、周囲に関する画像情報が鳥瞰視野において観察者に表示され、その際、画像データ内の動く物体が検知される。この方法は、検知された物体のパラメータを、さらなる処理のために装置又は人間が利用できるようにする可能性を提供する。
【０００４】
この場合、位置パラメータによって記述される走行進入不可能な走行範囲は、１つの領域からなるか、あるいは関係のない複数の部分領域から形成されるということが考えられる。この場合、立体画像処理法から知られる方法を用いることが可能である。この方法で処理される画像データは次いで表示ユニットで表示することができ、観察者は、当の観察者が居る場景内の位置において、画像データ内で象徴的に表現される。さらに、自由な走行範囲に関する情報は、遠距離通信システムを介して、さらなる処理用として他の道路使用者又は交通管理センタに伝送することができる。又、この自由な走行範囲又はその一部が駐車範囲として適切か否かをチェックし、それによって、駐車範囲として適切な走行範囲を交通管理センタ又は車両運転者に信号伝送することも考えられる。
【０００５】
特許文献３は、自律的移動ユニットを方位付けし、その移動径路を計画し、かつ制御する方法を開示している。例えば、ＡからＢへ走行すること、位置の不確実性を特定の閾値以下に維持すること、あるいは、周囲のマップを作成しそれに目印を付加すること、のような各要素タスクに異なるボーナス点と罰金点とを割り付ける。これらのタスクを実行する必要性に関連して、個別タスクに対する実行の重要度がボーナス点と罰金点の分析後に明らかにされる。この実行の重要度は制御ユニットにおいて評価され、この重要度に応じて、相当する要素タスクが選択され、相当する中間タスクが定義される。この場合、自律かつ移動ユニットの位置の不確実性を連続的に監視して、それが特定の値を超過した場合には、現在の位置を測定し、それによって発生した誤差を低減するために適切な手段が講じられる。開示されたこの方法は、主として工業用及び家庭用ロボット並びに輸送用車両に応用される。
【０００６】
特許文献４は、組み合わされた測定データを用いて地理データベースを自律的に構築又は拡張する方法及び装置を開示している。この場合は、組み合わされていない多数の測定車両が動いている特定の範囲に関する地理空間情報によって、全体展望が提供される。それらの測定車両は、位置決定システムを装備しており測定車両がその特定範囲内を動く際に、特定の地理空間情報を収集する。複数の測定車両からの特定情報が、ある時間にわたって結合されてデータの記録を構成する。中央のプロセッサがこのデータの記録を分析して相対的に高品質の地理空間情報を決定する。ここに記述されているデータ構築の装置及び方法は、主として、ＧＰＳ受信機を備えた測定装置によって生成される位置測定（地理空間情報）に基づいてデジタルマップを構築及び／又は精巧化するために用いられる。
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９ ２１ ４３７ Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１００ ５９ ９００ Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許発明第４４ ２１ ８０５ Ｃ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１００ ４１ ２７７ Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上から、本発明は、冒頭で述べた種類の方法に対して改善された実施態様を提供することにある。特に、データを適切に記録及び処理することによって、自動車の背後の範囲を確実に監視し、それによって走行の安全性を向上させ得る実施態様を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目標は独立請求項で示す構成によって実現され、有利な改良形態が従属請求項にて示されている。
【００１０】
本発明は、検知されたいくつかの路上走行車両を、詳細地図データを用いて車線に割り当てるという考え方に基づいている。検知された車両の道路に対する位置データは、詳細地図データから得られる車線情報に基づいて定めることができる。この場合、この車線情報は当該車両が走行した距離から決定され、このために、道路の標識／目印（道路の幾何学的データ）が記録される。その車両の近傍のデータは、検知されて当該径路に関してマップに組み込まれる。
【００１１】
本発明による方法においては、上記の道路の幾何学的データが走行データと共に記録され、自動車の道路に対する第１位置データが、記録された道路の幾何学的データ及び走行データから算出される。本発明によれば、次いで、記録された道路の幾何学的データ及び走行データから道路のコースデータが算出され、この道路のコースデータがさらに処理され保存されて、特定領域における道路のコースを表現する。さらに、その車両に追随している後続車両の、その車両に対する第２の位置データが記録され、後続車両の道路に対する第３の位置データが、道路のコースデータと、その車両の第１位置データと、後続車両の第２位置データとから算出される。
【００１２】
走行データは、車両の位置データ算出の基礎になるが、走行データの取得は、一方では距離Ｄだけの車両の移動量と、他方では特定角度Ψだけの回転の形における方向変化とによって記述される。
【００１３】
道路の高品質な幾何学的データ、走行データ及びそれから構成される道路のコースを得るために、方向と距離の変化を正確に測定することが必要である。このため、車両の車輪の速度を、道路の幾何学的データを記録する装置による測定値と組み合わせて評価する。
【００１４】
一般的に、この方法は、車両の背後範囲の監視を可能にし、車両背後のこの範囲に検知される物体又は車両の車線への割り当てを可能にする。その結果、例えば、別の車両を追い越すために目標車線に車線変更する場合、その目標車線を走行する速い速度の後続車両について、運転者に警告を発することができる。これによって衝突を回避することができ、走行の安全性を高めることができる。
【００１５】
１つの有利な発展形態によれば、道路の幾何学的データを、車両後部に配置されるステレオカメラを用いて得ることができる。この場合、ステレオカメラは、３次元座標（３−Ｄ点）によって示すことができる目印、例えば道路に対する固定位置を有する道路標識のような目印を記録する。又、一般的には、道路の幾何学的データの記録の他に、ステレオカメラによって、後続の車両をも、その車両速度及び／又はその位置に関して付加的に記録することも考えられる。
【００１６】
本発明による解決策の１つの好ましい実施形態によれば、道路のコースデータをカルマンフィルタの原理に従って算出することが可能である。これを実行するため、当該車両の個々の車輪の速度から構成される車両の位置データと、ステレオカメラによって記録される目印の位置とがカルマンフィルタに送られる。処理過程において、特に、得られる走行データの品質に悪影響を及ぼす障害、例えば各車輪の円周長さの違い又は側面からの風の結果としての障害を、ステレオカメラによって得られる目印を用いることによって抑えることができる。
【００１７】
本発明のさらに重要な特徴及び利点が、従属請求項と、図面と、図面をもちいた説明から明らかになる。
【００１８】
当然のことながら、上記の特徴及び以下に説明する特徴は、それぞれ特定的に記述した組み合わせにおいて使用可能であるだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせにおいても又は単独でも使用することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好ましい代表的な実施形態が図面に示されており、以下、これを、図面を参照しつつさらに説明する。尚、同一又は類似又は機能的に同一の構成要素には、同一の参照記号を付している。
【００２０】
図１によれば、道路３上の自動車２の位置を定める装置１５は、道路の幾何学的データ４を記録する第１装置１１を有している。この場合、第１装置１１は、自動車２の後部に配置することができ、ステレオカメラ９として具現化することができる。このステレオカメラ９は、図１によれば、走行する自動車２の背後の範囲を検知する。ステレオカメラ９によって記録される道路の幾何学的データ４は、例えば、位置的に固定された３−Ｄ点１０、例えば車両に近い道路標識又は他の目印から得られる。
【００２１】
ここで、ステレオカメラ９の記録範囲１７は、自動車２からの距離の増大と共に少なくとも１つの記録幅が増大する程度に、かつ又、予め定められた距離から始めて、その自動車２が走行方向１６に走行している第１車線１８ａだけを対象範囲とするのではなく、隣接車線１８ｂ及び１８ｃあるいはそれらを超えて拡がる端部領域までをも記録するように構成される。
【００２２】
さらに、例えば車両センサである第２装置１２が走行データ５を記録するために設けられる。走行データ５は、特に、車両の移動の速度と方向とを記述する。例えば、この場合、自動車２の車輪の実際の円周長でなく、１回転ごとに事前規定された距離を走行するとして算出された車輪速度が、走行データ５の記録に用いられる。
【００２３】
第１装置１１及び第２装置１２の他に、制御装置１３が設けられ、第１装置１１及びステレオカメラ９に取得された道路の幾何学的データ４と、第２装置１２によって取得された走行データ５とが、さらなる処理のためにこの制御装置１３に送られる。この場合、制御装置１３は、自動車２の道路３に対する第１位置データ１を算出するように設計され、かつ、道路の幾何学的データ４及び走行データ５から道路のコースデータ６をも算出することができる。この道路のコースデータ６は、評価された状態においては、自動車２が走行してきた径路１９を表現するものである。制御装置１３は、カルマンフィルタ構成２０を含み、カルマンフィルタの原理に従って作動することが好ましい。その詳細は以下に述べる。
【００２４】
第１装置１１及び第２装置１２の他に第３装置１４が設けられる。この第３装置１４は、図１によれば、第１装置１１に接続され、車両２に追随する後続車両２’の車両２に対する第２位置データ７を記録するように設計される。この場合、図１によれば、この第３装置１４は、第１装置１１から分離した形にするか、あるいは部分的にもしくは完全に第１装置１１の中に組み込むことが考えられる。第３装置１４は自動車の背後の範囲を記録するための適切な手段を備えている。ステレオカメラ９によって道路の幾何学的データ４及び／又は後続車両２’の第２位置データ７を記録するのが好適であろう。
【００２５】
本発明による装置１５は、制御ユニット１３によって、後続車両２’の道路３に対する第３位置データ８を、道路のコースデータ６と、自動車２の第１位置データ１と、後続車両２’の第２位置データ７とから算出することができる。
【００２６】
従って、本発明による装置１５は、自動車２の背後の範囲を監視することができ、自動車の背後のこの範囲内に検知される物体又は後続車両２’が、当該車両自体の車線１８ａにあるのかあるいは隣接車線例えば１８ｂ又は１８ｃにあるのかを決定することができる。
【００２７】
次に、本発明による装置１５を機能させる方法を以下に簡潔に説明する。本発明の考え方は、検知された車両２’を、詳細地図データを用いて車線に割り当てることにある（図２参照）。当該車両２の径路１９に対する検知された車両２’の位置は、この詳細地図データからの車線情報によって決定することができる。この場合、車線情報は、当該車両２が走行した距離から定められ、これを実現するため、道路の幾何学的データ４、特に道路標識が車両２の近傍において検知され、当該径路１９に関する幾何学的データ４がそのマップの中に組み込まれる。ここで、車線情報は連続的に得ることもできるし、あるいは、図２に示すように特定の記録時刻ｔｎ−ｘからｔｎ（ここで、Ｘ∈｛１，２，３．．．｝）において得てもよい。
【００２８】
当該車両２が走行した距離を定めるために、第１位置データ１が、道路３に対して位置付けられる座標系（図３参照）に入力される。この場合、車両２の位置の変化は２つの変数、すなわち、
−距離ｄだけの車両の移動量、及び、
−角度Ψだけの回転の形の車両の方向変化、
によって記述することができる。
【００２９】
図３によれば、車両２は、時間間隔ｔｎ−２〜ｔｎ−１の間に、基本座標系において特定距離ｄだけ移動する。その距離ｄは、時間間隔ｔｎ−２〜ｔｎ−１の間のｘ及びｙ方向の軸平行移動量からピタゴラスの定理によって算出することができる。
【００３０】
時間ｔｎ−１〜ｔｎの間に、車両２は距離ｄ１だけ動くが、その距離ｄ１は同様に、その特定時間間隔の間の軸平行移動成分からピタゴラスの定理に従って算出することができる。同時に自動車２は、その方向を時刻ｔｎ−１に角度Ψだけ変える。基本座標系における時刻ｔｎの自動車２の現在位置１は、上記のようなある時間間隔の間の走行距離と、その過程において行われた角度変化とから算出することができる。
【００３１】
道路３に対する車両２の第２位置データ７を算出するために、ステレオカメラ９が取得する道路の幾何学的データ４と走行データ５とが制御装置１３に送られる。この制御装置１３は、車両２に対する相対的な座標系と、道路３に対する基本座標系との間の関係を、次の方程式、すなわち、
【数１】
を立てて構成する。
【００３２】
ここで、位置固定された３−Ｄ点１０の座標、例えば目印の座標
【数２】
は、車両２に対する座標系に関するものであり、座標（ｘｉ、ｙｉ）は道路３に対する基本座標系に関するものである。車両の位置１は、基本座標系において、（ｘ、ｙ）によって記述され、その方位は角度Ψによって記述される（図４参照）。
【００３３】
方程式（１）及び（２）は、カルマンフィルタ２０の非線形観測方程式を表している。カルマンフィルタ２０において道路の幾何学的データ４の大量処理を可能にするため、道路の全幾何学的データ４の観測方程式を観測行列ｈ（ｘ）に結合する。この行列は、ｎ個の道路の幾何学的データ項目４に対して、次のようになる。すなわち、
【数３】
である。
【００３４】
観測方程式が線形でないので、カルマンフィルタ２０における処理のために線形化を行う。線形化された観測行列Ｈ（ｘ）は、現在の作業点におけるｈ（ｘ）からヤコービの行列を用いて計算することができる。線形化された観測行列Ｈ（ｘ）は次のとおり、すなわち、
【数４】
である。
【００３５】
線形化された観測行列Ｈ（ｘ）は、次いで、カルマンフィルタ２０のブースト行列Ｋｋを計算するのに用いられる。それは、
【数５】
として計算される。又、
【数６】
ともなる。
【００３６】
拡張カルマンフィルタ２０のフィルタは、線形化された観測行列Ｈ（ｘ）を用いると線形化の誤差を不必要に含むことになるので、非線形の観測行列ｈ（ｘ）によって実行する。フィルタ方程式は次のとおり、すなわち、
【数７】
である。
【００３７】
ここで、観測ベクトルｙは、車両２に対する個々の道路の幾何学的座標４を含んでいる。
【００３８】
図５ａ（位置誤差の最大偏差）及び図５ｂ（位置誤差の平均偏差）によれば、位置誤差の最大偏差及び平均偏差は、評価された道路の幾何学的データ４の項目数の増大と共に減少している。例えば、道路の幾何学的データ項目４（目印）が３つの場合の位置誤差の平均偏差は約０．８ｍであるのに対して、評価目印が９つの場合は僅かに約０．２ｍに過ぎない。位置誤差の最大偏差についても同様であり、この場合は、同じ数の目印の評価において、偏差が１．９５ｍから０．８ｍに低下する。
【００３９】
要約すれば、本発明の本質的な特徴は次のように表現できる。すなわち、
本発明は、当該車両２の背後において道路３上を走行している被検知車両２’を、詳細地図データを用いて車線に割り当てることを可能にする。被検知車両２’の道路３に対する位置データ８は、得られたマップ上の車線情報を用いて定めることができる。この場合、車線情報は、当該車両２が走行した距離から決定され、そのために道路の幾何学的データ４が記録される。このデータ４は車両２の近傍において検知され、当該距離に関してマップの中に組み込まれる。
【００４０】
本発明による方法においては、上記の道路の幾何学的データ４及び走行データ５が記録され、自動車２の道路３に対する第１の位置データ１がこれらのデータ項目から算出される。この場合、記録された道路の幾何学的データ４及び走行データ５から、道路のコースデータ６が算出され、それがさらに処理されて、特定範囲における道路のコース（距離１９）を表現するという点が、本発明にとって本質的である。さらに、車両２に追随する後続車両２’の車両２に対する第２位置データ７が記録され、後続車両２’の道路３に対する第３位置データ８が、道路のコースデータ６と、車両２の第１位置データ１と、後続車両２’の第２位置データ７とから算出される。
【００４１】
一般的に、この方法は、車両２の背後範囲の監視を可能にし、車両背後のこの範囲に検知される物体又は車両２’の車線への割り当てを可能にする。
【００４２】
この処理過程において、道路の幾何学的データ４は、車両２の後部に配置されるステレオカメラ９によって得ることができ、一方、後続車両２’の第２位置データ７は第３装置１４によって記録される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】道路のコースを定める基本的な表現を示す。
【図２】車両が走行した距離と、異なる取得時刻における車線内のその位置とを示す。
【図３】基本座標系における、方向変化を伴った２つの記録時刻間の走行距離を示す。
【図４】基本座標系及び車両座標系における目印の位置を示す。
【図５ａ】目印の数の関数としての最大位置誤差の偏差を示す図表である。
【図５ｂ】図５ａと同様の図表であるが、目印の数の関数としての平均位置誤差の偏差を示す。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前段部分に基づく路上の自動車の位置を定める方法に関するものであり、さらに、請求項７の前段部分に基づく方法を実行する関連装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、路上における車両の位置を定める方法及び装置を開示している。この場合、道路の幾何学的データと車両の走行データとが得られることが前提になっており、又、路上における車両の位置を、道路の幾何学的データと走行データとを比較することによって決定することが想定されている。この方法においては、車両走行中に道路の幾何学的データと車両の走行データとの両方を記録することができるので、車両を直接車線に割り当てることができ、これから車両の瞬時の位置を正確に決定することができる。この場合、走行データは、例えば、走行／速度信号及び／又はかじ取り角及び／又は車輪の速度センサから得られ、かつ／又は、ＧＰＳによる衛星支援によって得られる。
【０００３】
特許文献２は、鳥瞰視野から見た観察者の周囲画像情報を表現する方法を開示している。これによれば、特に自動車運転時の支援を提供するために、周囲に関する画像情報が鳥瞰視野において観察者に表示され、その際、画像データ内の動く物体が検知される。この方法は、検知された物体のパラメータを、さらなる処理のために装置又は人間が利用できるようにする可能性を提供する。
【０００４】
この場合、位置パラメータによって記述される走行進入不可能な走行範囲は、１つの領域からなるか、あるいは関係のない複数の部分領域から形成されるということが考えられる。この場合、立体画像処理法から知られる方法を用いることが可能である。この方法で処理される画像データは次いで表示ユニットで表示することができ、観察者は、当の観察者が居る場景内の位置において、画像データ内で象徴的に表現される。さらに、自由な走行範囲に関する情報は、遠距離通信システムを介して、さらなる処理用として他の道路使用者又は交通管理センタに伝送することができる。又、この自由な走行範囲又はその一部が駐車範囲として適切か否かをチェックし、それによって、駐車範囲として適切な走行範囲を交通管理センタ又は車両運転者に信号伝送することも考えられる。
【０００５】
特許文献３は、自律的移動ユニットを方位付けし、その移動径路を計画し、かつ制御する方法を開示している。例えば、ＡからＢへ走行すること、位置の不確実性を特定の閾値以下に維持すること、あるいは、周囲のマップを作成しそれに目印を付加すること、のような各要素タスクに異なるボーナス点と罰金点とを割り付ける。これらのタスクを実行する必要性に関連して、個別タスクに対する実行の重要度がボーナス点と罰金点の分析後に明らかにされる。この実行の重要度は制御ユニットにおいて評価され、この重要度に応じて、相当する要素タスクが選択され、相当する中間タスクが定義される。この場合、自律かつ移動ユニットの位置の不確実性を連続的に監視して、それが特定の値を超過した場合には、現在の位置を測定し、それによって発生した誤差を低減するために適切な手段が講じられる。開示されたこの方法は、主として工業用及び家庭用ロボット並びに輸送用車両に応用される。
【０００６】
特許文献４は、組み合わされた測定データを用いて地理データベースを自律的に構築又は拡張する方法及び装置を開示している。この場合は、組み合わされていない多数の測定車両が動いている特定の範囲に関する地理空間情報によって、全体展望が提供される。それらの測定車両は、位置決定システムを装備しており測定車両がその特定範囲内を動く際に、特定の地理空間情報を収集する。複数の測定車両からの特定情報が、ある時間にわたって結合されてデータの記録を構成する。中央のプロセッサがこのデータの記録を分析して相対的に高品質の地理空間情報を決定する。ここに記述されているデータ構築の装置及び方法は、主として、ＧＰＳ受信機を備えた測定装置によって生成される位置測定（地理空間情報）に基づいてデジタルマップを構築及び／又は精巧化するために用いられる。
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９９ ２１ ４３７ Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１００ ５９ ９００ Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許発明第４４ ２１ ８０５ Ｃ１号明細書
【特許文献４】独国特許出願公開第１００ ４１ ２７７ Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上から、本発明は、冒頭で述べた種類の方法に対して改善された実施態様を提供することにある。特に、データを適切に記録及び処理することによって、自動車の背後の範囲を確実に監視し、それによって走行の安全性を向上させ得る実施態様を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目標は独立請求項で示す構成によって実現され、有利な改良形態が従属請求項にて示されている。
【００１０】
本発明は、検知されたいくつかの路上走行車両を、詳細地図データを用いて車線に割り当てるという考え方に基づいている。検知された車両の道路に対する位置データは、詳細地図データから得られる車線情報に基づいて定めることができる。この場合、この車線情報は当該車両が走行した距離から決定され、このために、道路の標識／目印（道路の幾何学的データ）が記録される。その車両の近傍のデータは、検知されて当該径路に関してマップに組み込まれる。
【００１１】
本発明による方法においては、上記の道路の幾何学的データが走行データと共に記録され、自動車の道路に対する第１位置データが、記録された道路の幾何学的データ及び走行データから算出される。本発明によれば、次いで、記録された道路の幾何学的データ及び走行データから道路のコースデータが算出され、この道路のコースデータがさらに処理され保存されて、特定領域における道路のコースを表現する。さらに、その車両に追随している後続車両の、その車両に対する第２の位置データが記録され、後続車両の道路に対する第３の位置データが、道路のコースデータと、その車両の第１位置データと、後続車両の第２位置データとから算出される。
【００１２】
走行データは、車両の位置データ算出の基礎になるが、走行データの取得は、一方では距離Ｄだけの車両の移動量と、他方では特定角度Ψだけの回転の形における方向変化とによって記述される。
【００１３】
道路の高品質な幾何学的データ、走行データ及びそれから構成される道路のコースを得るために、方向と距離の変化を正確に測定することが必要である。このため、車両の車輪の速度を、道路の幾何学的データを記録する装置による測定値と組み合わせて評価する。
【００１４】
一般的に、この方法は、車両の背後範囲の監視を可能にし、車両背後のこの範囲に検知される物体又は車両の車線への割り当てを可能にする。その結果、例えば、別の車両を追い越すために目標車線に車線変更する場合、その目標車線を走行する速い速度の後続車両について、運転者に警告を発することができる。これによって衝突を回避することができ、走行の安全性を高めることができる。
【００１５】
１つの有利な発展形態によれば、道路の幾何学的データを、車両後部に配置されるステレオカメラを用いて得ることができる。この場合、ステレオカメラは、３次元座標（３−Ｄ点）によって示すことができる目印、例えば道路に対する固定位置を有する道路標識のような目印を記録する。又、一般的には、道路の幾何学的データの記録の他に、ステレオカメラによって、後続の車両をも、その車両速度及び／又はその位置に関して付加的に記録することも考えられる。
【００１６】
本発明による解決策の１つの好ましい実施形態によれば、道路のコースデータをカルマンフィルタの原理に従って算出することが可能である。これを実行するため、当該車両の個々の車輪の速度から構成される車両の位置データと、ステレオカメラによって記録される目印の位置とがカルマンフィルタに送られる。処理過程において、特に、得られる走行データの品質に悪影響を及ぼす障害、例えば各車輪の円周長さの違い又は側面からの風の結果としての障害を、ステレオカメラによって得られる目印を用いることによって抑えることができる。
【００１７】
本発明のさらに重要な特徴及び利点が、従属請求項と、図面と、図面をもちいた説明から明らかになる。
【００１８】
当然のことながら、上記の特徴及び以下に説明する特徴は、それぞれ特定的に記述した組み合わせにおいて使用可能であるだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせにおいても又は単独でも使用することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好ましい代表的な実施形態が図面に示されており、以下、これを、図面を参照しつつさらに説明する。尚、同一又は類似又は機能的に同一の構成要素には、同一の参照記号を付している。
【００２０】
図１によれば、道路３上の自動車２の位置を定める装置１５は、道路の幾何学的データ４を記録する第１装置１１を有している。この場合、第１装置１１は、自動車２の後部に配置することができ、ステレオカメラ９として具現化することができる。このステレオカメラ９は、図１によれば、走行する自動車２の背後の範囲を検知する。ステレオカメラ９によって記録される道路の幾何学的データ４は、例えば、位置的に固定された３−Ｄ点１０、例えば車両に近い道路標識又は他の目印から得られる。
【００２１】
ここで、ステレオカメラ９の記録範囲１７は、自動車２からの距離の増大と共に少なくとも１つの記録幅が増大する程度に、かつ又、予め定められた距離から始めて、その自動車２が走行方向１６に走行している第１車線１８ａだけを対象範囲とするのではなく、隣接車線１８ｂ及び１８ｃあるいはそれらを超えて拡がる端部領域までをも記録するように構成される。
【００２２】
さらに、例えば車両センサである第２装置１２が走行データ５を記録するために設けられる。走行データ５は、特に、車両の移動の速度と方向とを記述する。例えば、この場合、自動車２の車輪の実際の円周長でなく、１回転ごとに事前規定された距離を走行するとして算出された車輪速度が、走行データ５の記録に用いられる。
【００２３】
第１装置１１及び第２装置１２の他に、制御装置１３が設けられ、第１装置１１及びステレオカメラ９に取得された道路の幾何学的データ４と、第２装置１２によって取得された走行データ５とが、さらなる処理のためにこの制御装置１３に送られる。この場合、制御装置１３は、自動車２の道路３に対する第１位置データ１を算出するように設計され、かつ、道路の幾何学的データ４及び走行データ５から道路のコースデータ６をも算出することができる。この道路のコースデータ６は、評価された状態においては、自動車２が走行してきた径路１９を表現するものである。制御装置１３は、カルマンフィルタ構成２０を含み、カルマンフィルタの原理に従って作動することが好ましい。その詳細は以下に述べる。
【００２４】
第１装置１１及び第２装置１２の他に第３装置１４が設けられる。この第３装置１４は、図１によれば、第１装置１１に接続され、車両２に追随する後続車両２’の車両２に対する第２位置データ７を記録するように設計される。この場合、図１によれば、この第３装置１４は、第１装置１１から分離した形にするか、あるいは部分的にもしくは完全に第１装置１１の中に組み込むことが考えられる。第３装置１４は自動車の背後の範囲を記録するための適切な手段を備えている。ステレオカメラ９によって道路の幾何学的データ４及び／又は後続車両２’の第２位置データ７を記録するのが好適であろう。
【００２５】
本発明による装置１５は、制御ユニット１３によって、後続車両２’の道路３に対する第３位置データ８を、道路のコースデータ６と、自動車２の第１位置データ１と、後続車両２’の第２位置データ７とから算出することができる。
【００２６】
従って、本発明による装置１５は、自動車２の背後の範囲を監視することができ、自動車の背後のこの範囲内に検知される物体又は後続車両２’が、当該車両自体の車線１８ａにあるのかあるいは隣接車線例えば１８ｂ又は１８ｃにあるのかを決定することができる。
【００２７】
次に、本発明による装置１５を機能させる方法を以下に簡潔に説明する。本発明の考え方は、検知された車両２’を、詳細地図データを用いて車線に割り当てることにある（図２参照）。当該車両２の径路１９に対する検知された車両２’の位置は、この詳細地図データからの車線情報によって決定することができる。この場合、車線情報は、当該車両２が走行した距離から定められ、これを実現するため、道路の幾何学的データ４、特に道路標識が車両２の近傍において検知され、当該径路１９に関する幾何学的データ４がそのマップの中に組み込まれる。ここで、車線情報は連続的に得ることもできるし、あるいは、図２に示すように特定の記録時刻ｔｎ−ｘからｔｎ（ここで、Ｘ∈｛１，２，３．．．｝）において得てもよい。
【００２８】
当該車両２が走行した距離を定めるために、第１位置データ１が、道路３に対して位置付けられる座標系（図３参照）に入力される。この場合、車両２の位置の変化は２つの変数、すなわち、
−距離ｄだけの車両の移動量、及び、
−角度Ψだけの回転の形の車両の方向変化、
によって記述することができる。
【００２９】
図３によれば、車両２は、時間間隔ｔｎ−２〜ｔｎ−１の間に、基本座標系において特定距離ｄだけ移動する。その距離ｄは、時間間隔ｔｎ−２〜ｔｎ−１の間のｘ及びｙ方向の軸平行移動量からピタゴラスの定理によって算出することができる。
【００３０】
時間ｔｎ−１〜ｔｎの間に、車両２は距離ｄ１だけ動くが、その距離ｄ１は同様に、その特定時間間隔の間の軸平行移動成分からピタゴラスの定理に従って算出することができる。同時に自動車２は、その方向を時刻ｔｎ−１に角度Ψだけ変える。基本座標系における時刻ｔｎの自動車２の現在位置１は、上記のようなある時間間隔の間の走行距離と、その過程において行われた角度変化とから算出することができる。
【００３１】
道路３に対する車両２の第２位置データ７を算出するために、ステレオカメラ９が取得する道路の幾何学的データ４と走行データ５とが制御装置１３に送られる。この制御装置１３は、車両２に対する相対的な座標系と、道路３に対する基本座標系との間の関係を、次の方程式、すなわち、
【数１】
を立てて構成する。
【００３２】
ここで、位置固定された３−Ｄ点１０の座標、例えば目印の座標
【数２】
は、車両２に対する座標系に関するものであり、座標（ｘｉ、ｙｉ）は道路３に対する基本座標系に関するものである。車両の位置１は、基本座標系において、（ｘ、ｙ）によって記述され、その方位は角度Ψによって記述される（図４参照）。
【００３３】
方程式（１）及び（２）は、カルマンフィルタ２０の非線形観測方程式を表している。カルマンフィルタ２０において道路の幾何学的データ４の大量処理を可能にするため、道路の全幾何学的データ４の観測方程式を観測行列ｈ（ｘ）に結合する。この行列は、ｎ個の道路の幾何学的データ項目４に対して、次のようになる。すなわち、
【数３】
である。
【００３４】
観測方程式が線形でないので、カルマンフィルタ２０における処理のために線形化を行う。線形化された観測行列Ｈ（ｘ）は、現在の作業点におけるｈ（ｘ）からヤコービの行列を用いて計算することができる。線形化された観測行列Ｈ（ｘ）は次のとおり、すなわち、
【数４】
である。
【００３５】
線形化された観測行列Ｈ（ｘ）は、次いで、カルマンフィルタ２０のブースト行列Ｋｋを計算するのに用いられる。それは、
【数５】
として計算される。又、
【数６】
ともなる。
【００３６】
拡張カルマンフィルタ２０のフィルタは、線形化された観測行列Ｈ（ｘ）を用いると線形化の誤差を不必要に含むことになるので、非線形の観測行列ｈ（ｘ）によって実行する。フィルタ方程式は次のとおり、すなわち、
【数７】
である。
【００３７】
ここで、観測ベクトルｙは、車両２に対する個々の道路の幾何学的座標４を含んでいる。
【００３８】
図５ａ（位置誤差の最大偏差）及び図５ｂ（位置誤差の平均偏差）によれば、位置誤差の最大偏差及び平均偏差は、評価された道路の幾何学的データ４の項目数の増大と共に減少している。例えば、道路の幾何学的データ項目４（目印）が３つの場合の位置誤差の平均偏差は約０．８ｍであるのに対して、評価目印が９つの場合は僅かに約０．２ｍに過ぎない。位置誤差の最大偏差についても同様であり、この場合は、同じ数の目印の評価において、偏差が１．９５ｍから０．８ｍに低下する。
【００３９】
要約すれば、本発明の本質的な特徴は次のように表現できる。すなわち、
本発明は、当該車両２の背後において道路３上を走行している被検知車両２’を、詳細地図データを用いて車線に割り当てることを可能にする。被検知車両２’の道路３に対する位置データ８は、得られたマップ上の車線情報を用いて定めることができる。この場合、車線情報は、当該車両２が走行した距離から決定され、そのために道路の幾何学的データ４が記録される。このデータ４は車両２の近傍において検知され、当該距離に関してマップの中に組み込まれる。
【００４０】
本発明による方法においては、上記の道路の幾何学的データ４及び走行データ５が記録され、自動車２の道路３に対する第１の位置データ１がこれらのデータ項目から算出される。この場合、記録された道路の幾何学的データ４及び走行データ５から、道路のコースデータ６が算出され、それがさらに処理されて、特定範囲における道路のコース（距離１９）を表現するという点が、本発明にとって本質的である。さらに、車両２に追随する後続車両２’の車両２に対する第２位置データ７が記録され、後続車両２’の道路３に対する第３位置データ８が、道路のコースデータ６と、車両２の第１位置データ１と、後続車両２’の第２位置データ７とから算出される。
【００４１】
一般的に、この方法は、車両２の背後範囲の監視を可能にし、車両背後のこの範囲に検知される物体又は車両２’の車線への割り当てを可能にする。
【００４２】
この処理過程において、道路の幾何学的データ４は、車両２の後部に配置されるステレオカメラ９によって得ることができ、一方、後続車両２’の第２位置データ７は第３装置１４によって記録される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】道路のコースを定める基本的な表現を示す。
【図２】車両が走行した距離と、異なる取得時刻における車線内のその位置とを示す。
【図３】基本座標系における、方向変化を伴った２つの記録時刻間の走行距離を示す。
【図４】基本座標系及び車両座標系における目印の位置を示す。
【図５ａ】目印の数の関数としての最大位置誤差の偏差を示す図表である。
【図５ｂ】図５ａと同様の図表であるが、目印の数の関数としての平均位置誤差の偏差を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路上（３）の自動車（２）の位置（１）を定める方法であり、
− 道路の幾何学的データ（４）と走行データ（５）とが記録され、
− 前記自動車（２）の前記道路（３）に対する第１位置データ（１）が、記録された前記道路の幾何学的データ（４）と前記走行データ（５）とから算出される方法であって、
− 道路のコースデータ（６）が前記道路の幾何学的データ（４）と前記走行データ（５）とから算出されること、
− 前記車両（２）に追随する後続車両（２’）の前記車両（２）に対する第２位置データ（７）が記録されること、及び、
− 前記後続車両（２’）の前記道路（３）に対する第３位置データ（８）が、前記道路のコースデータ（６）と前記車両（２）の第１位置データ（１）と前記後続車両（２’）の第２位置データ（７）とから算出されること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記道路の幾何学的データ（４）が、前記車両（２）の後部に配置されるステレオカメラ（９）を用いて取得されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記道路のコースデータ（６）がカルマンフィルタの原理に従って算出されることを特徴とする請求項１又は９に記載の方法。
【請求項４】
走行データ（５）として、少なくとも車輪の速度データが用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記道路の幾何学的データ（４）の決定に、位置的に固定された３−Ｄ点（１０）が用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記自動車の近傍にある道路標識が、位置的に固定された３−Ｄ点（１０）として用いられることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
路上（３）の自動車（２）の位置（１）を定める装置（１５）であり、
− 道路の幾何学的データ（４）を記録する第１装置（１１）が設けられ、
− 走行データ（５）を記録する第２装置（１２）が設けられ、
− 前記自動車（２）の前記道路（３）に対する第１位置データ（１）を算出するように設計された制御装置（１３）が設けられる装置（１５）であって、
− 前記制御装置（１３）は、道路のコースデータ（６）を、前記道路の幾何学的データ（４）と前記走行データ（５）とから算出する機能を有していること、
− 前記車両（２）に追随する後続車両（２’）の前記車両（２）に対する第２位置データ（７）を記録する第３装置（１４）が設けられること、及び、
− 前記制御装置（１３）は、前記後続車両（２’）の前記道路（３）に対する第３位置データ（８）を、前記道路のコースデータ（６）と、前記車両（２）の第１位置データ（１）と、前記後続車両（２’）の第２位置データ（７）とから算出するように設計されていること、
を特徴とする装置。
【請求項８】
前記道路の幾何学的データ（４）取得用として、前記車両（２）の後部に配置されるステレオカメラ（９）が設けられることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記道路のコースデータ（６）の算出に、カルマンフィルタの原理が用いられることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
走行データ（５）として、少なくとも車輪の速度データが用いられることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記道路の幾何学的データ（４）の決定に、位置的に固定された３−Ｄ点（１０）が用いられることを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記自動車の近傍にある道路標識が、位置的に固定された３−Ｄ点（１０）として用いられることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１】
路上（３）の自動車（２）の位置（１）を定める方法であり、
− 道路の幾何学的データ（４）と走行データ（５）とが記録され、
− 前記自動車（２）の前記道路（３）に対する第１位置データ（１）が、記録された前記道路の幾何学的データ（４）と前記走行データ（５）とから算出される方法であって、
− 道路のコースデータ（６）が前記道路の幾何学的データ（４）と前記走行データ（５）とから算出されること、
− 前記車両（２）に追随する後続車両（２’）の前記車両（２）に対する第２位置データ（７）が記録されること、及び、
− 前記後続車両（２’）の前記道路（３）に対する第３位置データ（８）が、前記道路のコースデータ（６）と前記車両（２）の第１位置データ（１）と前記後続車両（２’）の第２位置データ（７）とから算出されること、
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記道路の幾何学的データ（４）が、前記車両（２）の後部に配置されるステレオカメラ（９）を用いて取得されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記道路のコースデータ（６）がカルマンフィルタの原理に従って算出されることを特徴とする請求項１又は９に記載の方法。
【請求項４】
走行データ（５）として、少なくとも車輪の速度データが用いられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記道路の幾何学的データ（４）の決定に、位置的に固定された３−Ｄ点（１０）が用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記自動車の近傍にある道路標識が、位置的に固定された３−Ｄ点（１０）として用いられることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
路上（３）の自動車（２）の位置（１）を定める装置（１５）であり、
− 道路の幾何学的データ（４）を記録する第１装置（１１）が設けられ、
− 走行データ（５）を記録する第２装置（１２）が設けられ、
− 前記自動車（２）の前記道路（３）に対する第１位置データ（１）を算出するように設計された制御装置（１３）が設けられる装置（１５）であって、
− 前記制御装置（１３）は、道路のコースデータ（６）を、前記道路の幾何学的データ（４）と前記走行データ（５）とから算出する機能を有していること、
− 前記車両（２）に追随する後続車両（２’）の前記車両（２）に対する第２位置データ（７）を記録する第３装置（１４）が設けられること、及び、
− 前記制御装置（１３）は、前記後続車両（２’）の前記道路（３）に対する第３位置データ（８）を、前記道路のコースデータ（６）と、前記車両（２）の第１位置データ（１）と、前記後続車両（２’）の第２位置データ（７）とから算出するように設計されていること、
を特徴とする装置。
【請求項８】
前記道路の幾何学的データ（４）取得用として、前記車両（２）の後部に配置されるステレオカメラ（９）が設けられることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記道路のコースデータ（６）の算出に、カルマンフィルタの原理が用いられることを特徴とする請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
走行データ（５）として、少なくとも車輪の速度データが用いられることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記道路の幾何学的データ（４）の決定に、位置的に固定された３−Ｄ点（１０）が用いられることを特徴とする請求項９又は１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記自動車の近傍にある道路標識が、位置的に固定された３−Ｄ点（１０）として用いられることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５ａ】
【図５ｂ】
【公表番号】特表２００７−５０５３７７（Ｐ２００７−５０５３７７Ａ）
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２５６６７（Ｐ２００６−５２５６６７）
【出願日】平成１６年８月１８日（２００４．８．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００９２３４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２９４３９
【国際公開日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（５９８０５１８１９）ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト (1,147)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１８日（２００４．８．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００４／００９２３４
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２９４３９
【国際公開日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（５９８０５１８１９）ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト (1,147)
【Ｆターム（参考）】
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