(57)【要約】【課題】様々な車種の車両に取り付けた場合でも正確に角速度を求めることができる車載用ナビゲーション装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】角速度推定処理部２３は、左右の車輪の回転速度差から車両の旋回角速度を求めるものであるが、正しく旋回角速度を推定するためには正確な車幅の情報が必要となるものである。そのため車幅推定処理部２４において、ＧＰＳ方位の変化から求めた角速度を利用して正確な車幅を推定するものであり、車幅が不明な様々な車種においても自動的に正確な車幅を推定することができるのもである。これにより、同一のナビゲーション装置を様々な車幅の車種に展開しても正確な角速度を求めることができ、精度良い位置を提供することができる。【選択図】図１
2015135305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されるナビゲーション装置であって、
前記車両の位置と速度と方位と前記車両が備えるタイヤの回転数とを取得するセンサユニットと、
前記センサユニットが取得した情報と前記車両の車幅情報に基づいて前記車両の絶対位置を決定する測位ユニットと、
道路データを記憶し、前記測位ユニットが決定した絶対位置と前記道路データとから、道路上の位置を決定するマッチングユニットと、
前記マッチングユニットで決定した道路上の位置を地図上に表示する表示ユニットとを備え、
前記測位ユニットは、所定の条件において前記車両の車幅情報を補正することを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２】
前記センサユニットは前記車両の速度を取得するＧＰＳ受信機を含み、  前記測位ユニットが前記車両の車幅情報を補正する前記所定の条件は、前記ＧＰＳ受信機の取得した速度が所定値以上の値である請求項１記載のナビゲーション装置。
【請求項３】
前記センサユニットは、前記車両の左右の車速パルスを用いて前記車両の左右のタイヤの回転数を取得し、前記測位ユニットは、前記車両の左右のタイヤの回転数から前記車両の車幅情報を補正することを特徴とする請求項１記載のナビゲーション装置。
【請求項４】
車両に搭載され、前記車両の位置と速度と方位と前記車両が備えるタイヤの回転数とに基づいて前記車両の絶対位置を決定する測位装置であって、
前記車両の位置と速度と方位と前記車両が備えるタイヤの回転数とを取得するセンサユニットと、前記測位装置が決定した絶対位置および予め記憶された道路データを用いて前記車両の道路上の位置を決定するマッチングユニットと、に接続され、
前記測位装置は、所定の条件において前記車両の車幅情報を補正する処理を実行することを特徴とする測位装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されるナビゲーション装置およびこの装置に用いられる測位装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のナビゲーション装置として、車速パルスにより検出された左右の車輪の回転速度差から角速度を求める構成のものが知られている(例えば特許文献１参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２７８１５２号公報（第１−２頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のナビゲーション装置においては、車両の旋回角速度を求める際に、車幅情報が必要となるが、その値の取得方法に明確な記載がなく、異なる車種に取り付けた場合には、何らかの方法で正確な車幅情報を入力する手段を持たなければ、正しく車両の旋回角速度を算出できないという問題があった。
【０００５】
本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、自動的に車幅情報を推定することで、異なる車幅の車両に取り付けた場合でも、精度良く車両の旋回角速度を決定することのできるナビゲーション装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のナビゲーション装置は、車両に搭載されるナビゲーション装置であって、前記車両の位置と速度と方位と前記車両が備えるタイヤの回転数とを取得するセンサユニットと、前記センサユニットが取得した情報と前記車両の車幅情報に基づいて前記車両の絶対位置を決定する測位ユニットと、道路データを記憶し、前記測位ユニットが決定した絶対位置と前記道路データとから、道路上の位置を決定するマッチングユニットと、前記マッチングユニットで決定した道路上の位置を地図上に表示する表示ユニットとを備え、前記測位ユニットは、所定の条件において前記車両の車幅情報を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車幅情報を自動的に算出することで、車幅が不明である車種に当該ナビゲーション装置を取り付けた場合においても、自動的に車幅情報を算出することができ、精度良く車両の旋回角速度および現在位置を決定できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態における旋回角速度の原理を説明する図
【図３】本発明の実施の形態におけるＧＰＳ旋回角速度の原理を説明する図
【図４】本発明の実施の形態における車両幅計算の動作説明のためのフロー図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のナビゲーションシステムおよびナビゲーション装置、測位処理装置は、システムまたは装置が搭載される車両の車輪の回転により発生する車速パルスを左右両輪につい
て取得する。
【００１０】
そして、取得した車速パルスから両輪の回転速度を求め、その左右の回転速度の差から車両の旋回角速度を決定し、その角速度を用いて位置を算出するものである。以下、その詳細を説明する。
【００１１】
以下、本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態におけるナビゲーション装置１のブロック図である。
図１において、ナビゲーション装置１は、車両に搭載するセンサで構成されるセンサユニット１０と、センサユニット１０で取得したデータを用いて位置を決定する測位処理装置としての測位ユニット２０と、測位ユニット２０で決定した位置から道路上の位置を決定するマッチングユニット３０と、マッチングユニット３０で決定した位置を地図データ等と合わせて表示する表示ユニット４０で構成されるものである。
【００１３】
センサユニット１０は、タイヤの回転数を取得する車速パルス出力部１１とＧＰＳ受信機１２で構成される。
【００１４】
車速パルス出力部１１は車輪の回転により発生するパルス信号であり、車輪が一定角度を回転するとパルス信号が出力される。本実施の形態においては、一般的な車速パルスが用いられてよい。
【００１５】
一般的な車速パルスの一例としては、車輪(車軸)に磁石が取り付けられたものが知られている。
【００１６】
これは、車輪が回転して、磁石が通過することで発生する磁力線を検出し、パルスを発生するシステムである。このパルスを計測し、単位時間当たりのパルス数を測定することにより、車両の移動速度を求めることができるものである。
【００１７】
ＧＰＳ受信機１２は、高度約２０，０００ｋｍで地球を周回するＧＰＳ(Global Positioning System)衛星から送られる信号を受信して、現在位置および速度、方位を算出するものである。
【００１８】
ＧＰＳ衛星からは複数の航法用の信号が送られているが、一般的に広く民生用で使用されているのは、１．５７５４２ＧＨｚのＬ１帯をキャリア信号として用いたＣ／Ａコードと呼ばれる信号である。Ｃ／Ａコードでは、５０ｂｐｓで詳細な軌道情報や時刻情報が航法メッセージとして放送されている。
【００１９】
本実施の形態においても、このタイプのものが用いられてよいし、異なる民生用の信号を用いてもよい。また、ＧＰＳを具体例として説明しているが、例えば欧州のＧａｌｉｌｅｏシステムやロシアのＧＬＯＮＡＳＳ等の他の衛星航法システムを用いてもよい。
【００２０】
ＧＰＳ受信機１２では、その信号から送られる航法メッセージを取得することで、衛星の正確な位置や、衛星から送られる信号の正確な時刻を計算することができる。
現在位置を決定するためには、ＧＰＳ受信機１２が取得した航法メッセージから特定した衛星の位置や送信時刻を用いて、現在位置を未知数として、衛星位置が中心で衛星とＧＰＳ受信機１２の距離を半径とする球の方程式を求める。
【００２１】
なお、球の方程式で用いられる半径は、衛星の送信時刻とＧＰＳ受信機１２の受信時刻
の差から伝播時間を求めて、光速を乗じることで決定するが、ＧＰＳ受信機１２の現在時刻には誤差が含まれるため、未知数の１つとして扱う必要がある。
【００２２】
連立方程式の未知数としては、現在位置（ｘ、ｙ、ｚ）およびＧＰＳ受信機１２の時刻誤差(Δｔ)の４つになることから、４衛星以上を同時に受信して球の方程式を立て、連立方程式を解くことで、現在位置および正確なＧＰＳ受信機１２の時刻を求めることができる。
【００２３】
測位ユニット２０は、左右の車輪の車速パルス信号から、それぞれの車輪の回転速度を計算する速度推定処理部２１と、車速パルス数を回転速度に変換するための係数を自動的に算出するパルス係数推定処理部２２と、左右の車輪の回転速度差から旋回角速度を計算する角速度推定処理部２３と、角速度計算で使用する車幅を自動的に決定する車幅推定処理部２４と、算出した角速度と速度から車両の走行ベクトルを計算するベクトル推定処理部２５と、走行ベクトルを用いて現在位置を推定する位置推定処理部２６と、推定した位置の補正値を求める補正値推定処理部２７と、車速パルス係数等の演算データや現在位置を記憶する記憶装置２８で構成されるものである。
【００２４】
速度推定処理部２１は、単位時間当たりに出力される車速パルス数を求めることで、車輪の回転速度を求めるものである。
【００２５】
しかしながら、観測されるデータは単位時間当たりのパルス数であり、単位時間当たりの走行距離に変換する必要がある。
【００２６】
パルス数は、あくまでも車軸の回転数であり、走行距離に変換するためには、車輪の径の影響を受ける。車輪の径は、装着されているタイヤサイズや、空気圧、温度等により変動する可能性が考えられる。
【００２７】
車速パルス出力部１１が算出した車速パルス数を走行距離に変換するためには、上述の変動分を加味した係数を乗じて速度にする必要があり、車速パルス出力部１１が算出した車速パルス数にパルス係数推定処理部２２で求めた係数を乗じた値を速度推定処理部２１が出力する。
【００２８】
パルス係数推定処理部２２は、すでに説明したが、速度推定処理部２１において算出した単位時間当たりのパルス数を走行距離に変換するための係数を算出するものである。
パルス係数推定処理部２２は、ＧＰＳ受信機１２が出力する速度情報[ｍ／ｓｅｃ]を正しい値と仮定し、車速パルスから求めた回転速度[ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃ]の比を計算することで、回転速度の単位を[ｐｕｌｓｅ／ｓｅｃ]から[ｍ／ｓｅｃ]へ変換するための係数を決定するものである。
【００２９】
パルス係数推定処理部２２は、ＧＰＳ受信機１２が出力する速度を正しいものと仮定して計算する）が、既述したようにＧＰＳ受信機１２は、高度約２０，０００ｋｍのＧＰＳ衛星からの信号を受信して、位置及び速度を決定するシステムであり、その精度は受信環境の影響を強く受けるものである。
【００３０】
そのため、パルス係数推定処理部２２では、ＧＰＳ受信機１２が出力する速度の精度を推定する必要があり、例えばＤＯＰ(dilution of precision)と呼ばれる衛星配置の精度低下を示す指数などを用いて、精度が悪いと推定されるＧＰＳ速度は推定処理に使用しない等の対策を行うのが一般的である。
【００３１】
なお左右のタイヤにより、空気圧の影響などによるタイヤ径が異なることを想定して、
パルス係数も左右のタイヤで個別の値を計算して、保持するものである。
角速度推定処理部２３は、速度推定処理部２１で求めた左右両輪の回転速度差から、旋回角速度を求める。また車幅推定処理部２４は、角速度推定処理部２３で使用する左右両輪の距離を求める。両処理について、詳細は後述する。
【００３２】
ベクトル推定処理部２５は、角速度推定処理部２３で求めた角速度を積分して方位を求め、その方位と速度推定処理部２１から求めた速度を用いて単位時間当たりの走行ベクトルを求めるものである。
【００３３】
なお角速度を積分して絶対方位を決定する際の初期方位は、記憶装置２８で記憶される前回までの方位を用いるものである。記憶装置２８に初期方位が記憶されていない場合は、何らかの方式で初期方位を決定する必要があり、様々な方法が考えられるが、一例としてはＧＰＳが出力する方位を使用する方法が知られている。
【００３４】
位置推定処理部２６は、ベクトル推定処理部２５で求めた走行ベクトルを積分することで緯度経度を求めるものである。
【００３５】
なお、積分する上での初期位置は、ベクトル推定処理部２５と同様に、記憶装置２８で記憶された現在位置を用いるものである。もしも記憶装置２８に現在位置が格納されていない場合は、何らかの方式で初期位置を決定する必要があるが、一例としてＧＰＳ位置を用いる方法が知られており、本実施の形態においてもこの方法を用いる。
補正値推定処理部２７は、位置推定処理部２６で決定した位置および方位、速度の補正値を計算するものである。
【００３６】
車速パルスから旋回角速度や速度を計算するが、車速パルスはタイヤの回転を検出するものであり、タイヤの空気圧の変動による径の変化や、走行時のスリップ等様々な要因で誤差が発生することが想定される。
【００３７】
また、位置推定処理部２６では走行ベクトルを積分するため、走行ベクトルの速度誤差／方位誤差も積分されてしまうため、時間と共に位置誤差が大きくなってしまう。
【００３８】
この様な誤差を低減するため、ＧＰＳ受信機１２で取得した位置及び速度、方位を用いて、位置推定処理部２６で算出した位置の補正値を計算するものである。
【００３９】
補正値推定処理部２７が計算した補正値を用いて、位置推定処理部２６の算出結果を補正することで、推定される誤差を除去することができ、精度よい位置を推定し、マッチングユニット３０への入力とすることができる。
【００４０】
マッチングユニット３０は、道路データ上に現在位置を合わせこむマップマッチング処理部３１と道路データを含む地図データを記憶する地図データ３２で構成される。
【００４１】
マップマッチング処理部３１は、車両は必ず道路上を走行するものと仮定することで、道路上における現在位置を推定するものである。測位ユニット２０で求めた位置および方位データを元に、道路データに含まれる位置情報と方位情報を用いて、最も確からしい道路上の位置を特定するものである。
【００４２】
地図データ３２は、道路データの他に探索用のデータや検索用のデータも含んだ内容である。
【００４３】
道路データは、リンクと呼ばれる道路ネットワークに関する情報や、ノードと呼ばれる
交差点等を示す情報で構成されるのが一般的であり、その他にも規制情報や検索用のデータ等も含まれた内容となる。
【００４４】
表示ユニット４０は、表示装置４１で構成されるものであり、表示装置４１は液晶パネル等のディスプレイを用いるのが一般的である。また液晶パネルは、タッチパネル等のインターフェースを備えて、目的地の設定等のナビゲーション装置の操作を行うことができるものが多い。
【００４５】
以上のように構成されるナビゲーションシステムにおいて、測位ユニット２０の角速度推定処理部２３および車幅推定処理部２４について、詳しく説明する。
【００４６】
図２は、角速度推定処理部２３を説明するための図である。曲率半径Ｒが一定のカーブを時刻Ｔ０〜Ｔ１の時間を走行していると仮定すると、ある旋回角度θ[rad]を走行した際の、左右のタイヤの走行距離は次の式で計算できる。
【００４７】
左タイヤ走行距離  ＡＬ  ＝  ２πＲ×(θ／２π)        [m]    ・・式１
右タイヤ走行距離  ＡＲ  ＝  ２π（Ｒ＋ＴＷ）×(θ／２π)    [m]     ・・式２
式１および式２の差分を取ると式３が成り立つ
旋回角度  θ ＝  （ＡＲ−ＡＬ）／ＴＷ                 [rad]  ・・式３
Ｒ：      曲率半径[m]
ＴＷ：    車幅[m]
このように、曲率判定が一定と仮定した場合には、車幅を用いることで旋回角度を決定することができる。
【００４８】
このように求めた旋回角度θについて、走行時間Ｔ１−Ｔ０で除算することで、角速度として求めることができる。
【００４９】
旋回角速度  θ’ ＝  （ＡＲ−ＡＬ）／ＴＷ／(Ｔ１−Ｔ０)
＝  （ＡＲ’ −ＡＬ’） ／ＴＷ       [rad/sec]     ・・式４
ＡＬ’：      左タイヤ走行速度     [m/sec]
ＡＲ’：      右タイヤ走行速度     [m/sec]
次に図３を用いて、車幅推定処理部２４を詳しく説明する。時刻Ｔ０におけるＧＰＳ方位と時刻Ｔ１におけるＧＰＳ方位を用いて、その差分を求めると相対的な角度θgpsを算出することができる。
【００５０】
θgpsが正しく、また左右のタイヤ走行距離（ＡＲ，ＡＬ）が正しいと仮定すると、式３を用いて次の式が成立する。
【００５１】
θgps  ＝  （ＡＲ−ＡＬ）／ＴＷr                    [rad]         ・・式５
ＴＷr：真の車幅ＴＷｒ
式３と同様に両辺を時間で微分すると次の式となる。
【００５２】
θgps'  ＝  （ＡＲ−ＡＬ）／ＴＷr／(Ｔ１−Ｔ０)
＝  （ＡＲ’−ＡＬ’）／ＴＷr         [rad/sec]     ・・式６
ＡＬ’：      左タイヤ走行速度     [m/sec]
ＡＲ’：      右タイヤ走行速度     [m/sec]
式４と式６から、以下の式が成立する。
【００５３】
ＴＷｒ  ＝  ＴＷ×θ’／θgps’                     [m]           ・・式７
このように計算できる車幅であるが、仮定としてＧＰＳ方位が正しく、かつ左右のタイ
ヤ走行距離（速度）が正しいと仮定しているため、それぞれの誤差が推定した車幅の誤差となる可能性がある。そのため一定の時定数を持ったローパスフィルタを通して学習させることが必要になる。
【００５４】
次に図４のフローチャートを用いて、車幅推定処理部２４を説明する。
【００５５】
式７に示すようにパルス信号から推定した角速度θ’とＧＰＳから推定した角速度θgps’を用いて車幅を推定するものであり、また角速度θ’の算出で用いた左右の車輪回転速度およびＧＰＳ方位は正しいものと仮定している。
【００５６】
従って、まず最初にパルス係数推定処理部２２において、左右のタイヤパルス係数が計算済かどうかを判定する（Ｓ００１）。タイヤパルス係数が算出できていない場合は、速度推定処理部２１において、左右の車輪の回転速度を精度よく推定することができず、誤差が大きくなるため、角速度を求めることができない。
【００５７】
次に、ＧＰＳ受信機１２が出力する方位が有効かどうかを判断し（Ｓ００２）、また一定の速度以上で走行していることを確認する（Ｓ００３）。
【００５８】
ＧＰＳ受信機１２は、高度約２０，０００ｋｍの衛星からの電波を受信して位置や速度を計算するため、トンネルなどの衛星からの電波を受信できない環境では、速度や方位のデータが無効となる。そのため、ＧＰＳ受信機１２から出力される算出結果が有効な値かどうかを確認する必要がある。
【００５９】
また、ＧＰＳの方位は、各座標軸方向の速度から方位を計算するため、低速移動の際には方位精度が悪く、移動速度が速くなるにつれて方位精度が良くなっていくのが一般的である。そのため、ある一定速度以上で走行している場合のみの方位を使用するものである。
【００６０】
また角速度θgps’を求めるため、一定時間前のＧＰＳ方位についても同様の確認を行う（Ｓ００４，Ｓ００５）。
【００６１】
次に、２点のＧＰＳ方位の差分値を計算して、計測時間で除算することで、角速度θgps’を計算する（Ｓ００６）。
【００６２】
式７よりθgps'とθ’の比を取ることで、正しい車幅を求めることができるが、θgps’が小さい場合は演算誤差が大きくなってしまうため、ある一定の角速度が発生している場合のみ車幅(TWn)を計算するものである（Ｓ００７，Ｓ００８）。
【００６３】
このように計算した車幅（ＴＷｎ）について、ＧＰＳが含む誤差等を考慮して、計算式で使用する車幅ＴＷの更新処理を行う必要がある。そのため、まずは記憶装置２８に前回までに計算した車幅ＴＷｂが存在するか確認する（Ｓ００９）。
【００６４】
前回までに計算した車幅（ＴＷｂ）が存在する場合、そのＴＷｂと今回新たに計算したＴＷｎの差分に対して一定の係数(Ｋ)を乗じた値を、前回までに算出した車幅（ＴＷｂ）に対して加えることで新たな車幅ＴＷを計算するものである（Ｓ０１０）。
【００６５】
なお、説明の都合上、簡易的なフィルタの例を示しているが、車幅ＴＷを推定する一例であり、この式に限定するものではない。
【００６６】
また、Ｓ００９において記憶装置２８に車幅（ＴＷｂ）が存在しない場合は、初期値と
してＴＷを計算値ＴＷｎとする（Ｓ０１１）。
【００６７】
このように求めた車幅ＴＷは、次回計算時の前回データとして記憶装置２８に記憶するものである（Ｓ０１２）。
【００６８】
本実施の形態によれば、以上のフローで処理を行うことにより、車幅推定処理部２４が車幅ＴＷを学習することになるため、ＧＰＳ誤差が瞬間的に大きくなるような環境においても、その影響を低減することとなり、精度よく車幅を推定できるという効果を奏することとなる。
【００６９】
なお、上述の説明において、複数の処理部は例えばマイコンなどを用いて実現される。具体的には、ＣＰＵ（Centaral Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、およびＲＡＭ（Random Access Memory）によって実現され、ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたコンピュータプログラムを、ＲＡＭを作業領域として使いながら実行する。ただし、マイコンは複数用いられても良い。
【００７０】
また、以上の説明においては、便宜上各ユニットに分けて説明を行ったが、これらのユニットあるいは各部は、１つの装置として括る必要は無く、各ユニットが別体型の装置として車両に配置されていてよく、搭載する車両の特性などに適合する形態が用いられてよい。
【００７１】
また、本実施の形態において説明した、「車両に搭載されるナビゲーション装置」とは、車両の内部に組み込まれるもの以外にも、携帯端末をナビゲーション装置として利用する場合も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明のナビゲーション装置は、様々な車種に取り付けられる場合でも正確に車両の旋回角速度計算に使用する車幅を自動的に算出することができ、正確に角速度を算出することで、精度良く位置を特定するものであり、車載用ナビゲーションとして有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  センサユニット
１１  車速パルス出力部
１２  ＧＰＳ受信機
２０  測位ユニット
２１  速度推定処理部
２２  パルス係数推定処理部
２３  角速度推定処理部
２４  車幅推定処理部
２５  ベクトル推定処理部
２６  位置推定処理部
２７  補正値推定処理部
３０  マッチングユニット
３１  マップマッチング処理部
３２  地図データ
４０  表示ユニット
４１  表示装置
【図１】
2015135305.tif 000003
【図２】
2015135305.tif 000004
【図３】
2015135305.tif 000005
【図４】
2015135305.tif 000006