ITS と ADAS の 3D マップに利用する数式による仮想軌道 (Virtual Orbit) 2010/05/05 三英技研 082-228-2221 http://www.sanei.co.jp yamamoto@sanei.co.jp 1
ITS と ADAS の国際動向 ITS:Intelligent Transport Systems ADAS:Advanced driver assistance systems 2
( 資料 1) 2009, 第 16 回 ITS 世界会議 ES06 資料より抜粋 NAVTEQ の ADAS 用途 Adaptive headlight Adaptive cruse control Adaptive shift control Roll over warning CO2 reduction/green routing Electronic Horizon PatentUS-6735515(May 11,2004) 3
( 資料 2) 2004, 名古屋 ITS 世界会議資料より抜粋 曲率半径 R 等パラメータ化が課題 4
( 資料 3) 2009 年, 第 16 回 ITS 世界会議 ES06 予稿集から抜粋 ( 財 ) 衛星測位利用推進センター中島専務理事講演 1.Car Navigation System with sufficient accuracy 3D road map 2.ADAS Virtual orbit on 3D road map Virtual orbit: Digital lane marks by a priori knowledge eg. Clothoid curve, Up and down incline, Crossing incline, Sign Post etc. Virtual orbit Prior foresight Uphil Left Curve Right curve Downhill 5
数式による仮想軌道のご紹介 6
数式仮想軌道の作成方法と活用の目標 既存技術 提案ソフト 提案技術 3D/ 数式軌道道路 サインポスト GNSS 衛星 3D 道路設計 CAD 三英技研 3D 道路モデル 眼前の白線 高精度 GPS ジャイロ赤外線カメラ 数式仮想軌道 走行測量車三菱電機 (Virtual Orbit *1 ) *1: Virtual Digital Driving Orbit of Expressions 別名 : デジタルレーンマーク 目標 : 低炭素化社会実現に貢献 /CO2 排出量削減 燃費低減安全 安心 / 老齢者交通事故の減少 7
地図上の数式仮想軌道 ( 赤線表示部分 ) 平面線形 幅員 拡幅 縦断線形 横断勾配 上図のように一般的な高規格道路であれば パラメータ数は 平面で 2 個 ( クロソイドパラメータ A=700m 道路車線幅 =3.5m) 縦断放物線 1 個 (VCL=500m) 横断勾配 1 個 (6%) と起点座標 (X,Y,Z) だけで 1Km 程度の精密な 3D 道路ジオメトリーが定義でき 慣性航法の理想軌道を構成できる また 従来の折線点列をベースにしたカーナビ地図と比較して データ量は百分の 1 以下になり路 車 人間通信の負荷を低減できる 8
既存カーナビ地図と数式仮想軌道の比較 既存カーナビ地図データ構造 : ノード リンク 膨大なデータ量 折線点列 P(x,y,z) 標高座標点は少ない 数式仮想軌道データ構造 : ノード 数式仮想軌道パラメータ データ圧縮率 : 1/100 以上 平面 : クロソイド曲線 円弧 直線 縦断 : 標高 勾配 パラボラ 横断 : 横断勾配の摺付 車道 : 拡幅の摺付 直線 :L ポリライン列 P(x,y,z) 円弧 :R クロソイド :A 縦断データ列 情報量 : 位置データ 1mm 誤差 ±1m~±15m カーナビ地図 国内 : ゼンリン トヨタマップマスター インクリメント P 海外 : NAVTEQ 社 TeleAtlas 社 情報量 : 位置データ + 軌道パラメータ 図面 航空測量 道路走行測量車によるデータ取得 道路線形の予知機能 : 3 次元数式仮想軌道を基準とする 車両制御に利用 クロソイド起点をトリガーにして ハンドルを等角速度で回転制御 精度 : 平面 ±1m 車両制御用 ±10cm 特許 4125569( 特開 2003-337993) ( 日 米 英 独 仏特許 ) 運転支援システム 運転支援方法及び運転支援プログラム 9
数式仮想軌道の概念 数式仮想軌道 (Virtual Orbit of Expressions) A : クロソイド曲線 車載機の 3D 演算による道路形状の表示 音声通報 ( ドライバーの見えない先を車載機は認識し透視する事が特徴 ) 3D 地図を先読みして 安全 省燃費運転に最適なアクセル シフト操作を音声 HUD(Head Up Display) 等でガイド 将来的には高速走行自動運転に利用 参照 : クロソイド曲線 - Wikipedia 10
安全運転を支援するバックグラウンド : 数式仮想軌道 自動車の誘導を可能にする 数式仮想軌道 上で 精密な 3D 道路地図と GPS ジャイロ サインポスト ( 電柱 標識 IC タグ ) 通信 (DSRC ZigBee WiMAX) 等を使用し走行支援する GNSS 衛星群 GPS/GALILEO/GLONASS/ 北斗 / 準天頂衛星等 100 機が数年後に配備 DGPS 誤差情報配信 SBAS 利用 日 :MSAS 米 :WAAS 欧 :EGNOS ( カバー率の低い FM 多重等の弱点が改善 ) サインポスト ( 電波灯台 ) 路 車 人間通信 眼前の白線 車載高精度 DGPS ジャイロミリ波レーダ レーザレーダ 赤外線複眼カメラ等搭載 数式仮想軌道 (Virtual Digital Driving Orbit of Expressions) ( 別名 : デジタルレーンマーク ) 実物道路 道路上に仮想のレール ( レーンマーク ) があって そのレール上を車が自動誘導されるという利用イメージ 目を閉じても安全誘導できる技術レベルが長期の目標 東名 名神 首都高速等のブロックで 3D 道路地図が必要 11
安全運転 燃費低減に利用 1 デジタルレーンマーク 曲率半径 R 縦断 横断勾配 (*1) 2 車両から取得するデータ 車速 エンジン回転数 燃料吐出量 車両重量 積載重量 ギヤ比 ( シフト ) (1) 視覚 物理情報入力 / 取得 遠心力 コーナリングフォース 宇野高明 車両運動性能とシャシーメカニズム グランプリ出版 p17から引用 走行安全性計算 CO2 排出削減性能計算 (2) 性能計算 処理 1 第 1 ステージ (~2010 年 ) 電子標識を POI (*2) として利用 カーブ進入スピード警告 / 音声等 燃費低減運転にシフト ギヤ比のガイド 2 第 2 ステージ (2012 年 ~) 走行支援 車両制御に利用 ( 地図精度 車道情報の連続性が重要 ) (3) 感性 制御情報出力 勾配 5% 急坂の先は急カーブブレーキは? シフト ( ギヤー ) は? 電子標識 :POI (*2) R 50m *1 前方 50m~1000m ぐらいまで曲率半径 R 縦断 横断勾配データ等を先読みして 最適なアクセル シフト ( ギヤ比 ) を決定する ジャイロのみを使用する場合と比較して数秒から 60 秒程度先の予知制御に利用できる *2 Point of Interest 関心地点で座標付オブジェクトのこと 例えば コンビニ 病院 有名な寺社 景勝地等を指す 当面は電子標識も POI の扱いにする 12
安全運転 (ADAS) 支援の代表的な応用例 高齢者の運転支援センサ ナイトビジョン情報等の重畳ヘッドライト上下 左右傾き制御水害 水没路面での救援走行豪雨 霧 雪中の運転支援 仮想ディスプレイ 右折 直進衝突防止 車線逸脱防止警告 制御 ( 出典 : 国土交通省 ASV) カーブ進入スピード警告 制御転覆防止 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems) 仮想磁気ネイル 車両検知センサと仮想レーダ地図 13
除雪支援に利用 橋梁ジョイント マンホール 障害物に接近すると画面が赤変して警告 ミリ波 マイクロ波レーダ等による車 人の検知 ( 前方障害 / 後方追抜 ) 14
CO2 排出量削減 動力性能計算に利用 15
各種のアクティブ制御等に利用 悪路等の凹凸データ CarSim アイサンテクノロジー バーチャルメカニクス様ご提供 vedyna 16