(57)【要約】【課題】車両の現在位置を高精度で求めること。【解決手段】コンピュータが、始点、終点、および、始点から終点までの軌跡により定義される線分が示す区間を、順に連結することにより定義される経路の道路図形を記憶手段に記憶し、経路上を走行する車両について、道路図形上の基準位置から車両の現在位置までの積算距離である走行距離を距離記憶部に記憶し、前記距離記憶部に記憶された走行距離を読み出し、前記基準位置から走行距離分の前記道路図形上の軌跡を進むことによって、車両の現在位置を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンピュータが、
始点、終点、および、始点から終点までの軌跡により定義される線分が示す区間を、順に連結することにより定義される経路の道路図形を記憶手段に記憶し、
前記経路上を走行する車両について、前記道路図形上の基準位置から車両の現在位置までの積算距離である走行距離を距離記憶部に記憶し、
前記距離記憶部に記憶された走行距離を読み出し、前記基準位置から走行距離分の前記道路図形上の軌跡を進むことによって、前記車両の現在位置を求めることを特徴とする
車両位置計算方法。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記線分の種別として、直線、円弧、および、クロソイド曲線のうち、少なくとも１つの種別の前記線分を記憶することを特徴とする
請求項１に記載の車両位置計算方法。
【請求項３】
前記車両の現在位置を求める工程は、経路の前記道路図形が複数に分岐しているときに、車両の方位センサが検出した車両の進行先となる方位に合致する前記道路図形を選択して、経路を一意に決定する処理をさらに実行することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の車両位置計算方法。
【請求項４】
前記基準位置を更新するとともに、前記距離記憶部に記憶されている走行距離を０にする初期化処理を、複数回実行することを特徴とする
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の車両位置計算方法。
【請求項５】
前記車両の現在位置を求める工程は、前記距離記憶部の走行距離が所定閾値を超えたときに、車両の速度および車両の方位を積分して現在位置を求めることを特徴とする
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の車両位置計算方法。
【請求項６】
前記車両の現在位置を求める工程により求められた前記現在位置、および、前記現在位置からの進行先の地形情報をもとに、車両の制御を行う処理をさらに実行することを特徴とする
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両位置計算方法。
【請求項７】
前記車両の現在位置を求める工程により求められた前記現在位置を地図上の経路とともに表示して、進行先を案内する処理をさらに実行することを特徴とする
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の車両位置計算方法。
【請求項８】
始点、終点、および、始点から終点までの軌跡により定義される線分が示す区間を、順に連結することにより定義される経路の道路図形を記憶する記憶手段と、
前記経路上を走行する車両について、前記道路図形上の基準位置から車両の現在位置までの積算距離である走行距離を記憶する距離記憶部と、
前記距離記憶部に記憶された走行距離を読み出し、前記基準位置から走行距離分の前記道路図形上の軌跡を進むことによって、前記車両の現在位置を求める現在位置算出部と、を有することを特徴とする
車両位置計算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両位置計算方法、および、車両位置計算装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナビゲーション装置から地形情報を入手し、入手した地形情報に基づき車両の速度制御を行うナビ協調の走行制御システムが開発されてきている。ナビ協調走行制御システムにおいては、車両の現在位置の決定が必要であり、特にその現在位置を持続的に求める方法が工夫されてきている（特許文献１など）。
【特許文献１】特表平０５−５０３７７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の手法では、車両の現在位置を高精度で求めることが困難であった。現在位置の精度が低下する要因として、現在位置を算出するための入力データである、車両や車両周辺の環境データの精度が低いことが挙げられる。なお、環境データは、車両に備え付けられたセンサにより取得される。
【０００４】
つまり、センサの性能が環境データの精度に影響する。例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）アンテナから取得するＧＰＳ電波は、ビルなどの遮蔽物による電波遮断により精度が低下する。また、車両が走行する方位（方角）を検知する方位センサは、一般的に精度が低く、高精度のセンサは、高価となってしまう。
【０００５】
そこで本発明は、車両の現在位置を高精度で求めることを、主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記した課題を解決するために、本発明は、コンピュータが、始点、終点、および、始点から終点までの軌跡により定義される線分が示す区間を、順に連結することにより定義される経路の道路図形を記憶手段に記憶し、前記経路上を走行する車両について、前記道路図形上の基準位置から車両の現在位置までの積算距離である走行距離を距離記憶部に記憶し、前記距離記憶部に記憶された走行距離を読み出し、前記基準位置から走行距離分の前記道路図形上の軌跡を進むことによって、前記車両の現在位置を求めることを特徴とする。その他の手段は、後記する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車両の現在位置を高精度で求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本実施形態における車両の現在位置の算出方法の概要を示す説明図である。道路図形は、車両が走行する経路であり、複数の区間を順に接続したものである。区間と区間との区切りは、曲率が連続的に変化するように、なめらかに接続されている。各区間には、道路の形状を示す種別が１つずつ規定されている。例えば、図１の車両は、直線→クロソイド曲線の入口→円弧→クロソイド曲線の出口→直線、の順に区間を走行し、クロソイド曲線の出口上に現在位置が存在する。
【０００９】
なお、実際の道路と、道路地図での区間種別との対応は、以下の通りである。クロソイド曲線は、距離に応じて曲率が変化する形状である。
・直線の図形→直線の道路
・クロソイド曲線の入口の図形→カーブ前の緩和区間
・円弧の図形→カーブ
・クロソイド曲線の出口の図形→カーブ後の緩和区間
【００１０】
各区間は、幾何学における図形に対応する。幾何学における図形は、所定の決まりによって定められる形状であり、所定の決まりは数式によって表現される。そして、本実施形態では、幾何学における図形として、始点、終点、及び、始点から終点までの軌跡により定義される線分を活用する。この線分のパラメータをあらかじめ入力することにより、道路図形を定義する。
【００１１】
これにより、ナビゲーションなどに使用されている直線を結んだ折れ線リンク形式に比べ、区間の数が少なくて済むので道路図形の記憶に必要なメモリ容量を削減できる。さらに、実世界に建設されている道路施設の形状を正確に反映できるので、高精度な現在位置の計算に有効である。
【００１２】
車両の現在位置は、道路図形上の車両の走行距離によって、計算される。走行距離とは、道路図形の軌跡に対する積算距離、つまり、道のりである。２次元情報で定義された道路図形上を、１次元のスカラー量である走行距離分だけの軌跡を進むことによって、２次元情報である現在位置を求める。
【００１３】
なお、車両の走行距離には、距離を計測する始点の違いにより、２つの表現方法がある。１つめは、初期化位置を始点として現在位置を終点とする「初期化位置からの走行距離」である。２つめは、現在位置が属する区間の開始点を始点として現在位置を終点とする「区間内の走行距離」である。「初期化位置からの走行距離」から「区間内の走行距離」を減算すると、初期化位置から現在位置が属する区間の開始点までの走行距離となる。
【００１４】
図２は、車両位置計算装置１の構成図である。車両位置計算装置１は、車両の現在位置を随時計算して出力する。なお、車両位置計算装置１は、演算処理を行う際に用いられる記憶手段としてのメモリと、前記演算処理を行う演算処理装置とを少なくとも備えるコンピュータとして構成される。なお、メモリは、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成される。演算処理は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）によって構成される演算処理装置が、メモリ上のプログラムを実行することで、実現される。
【００１５】
車両位置計算装置１は、速度検出部１２、方位検出部１４、ＧＰＳ検出部１６、道路図形１８、距離記憶部２０、現在位置初期化部２２、自律航法算出部２４、現在位置算出部２６、現在位置選択部３０、車両制御部３２、および、ナビゲーション部３４から構成される。
【００１６】
現在位置初期化部２２は、緯度および経度にて表現される車両の現在位置の情報を入力するものである。具体的には、車両の現在位置をユーザが入力したり、あらかじめ現在位置を出力するように準備されたマーカから現在位置を自動で読み取る。マーカからの読み取りには、例えば、カメラ利用、磁気利用、および、通信利用などがある。
【００１７】
さらに、現在位置初期化部２２は、ＧＰＳ検出部１６が検出したＧＰＳ電波により、車両の現在位置を入力してもよい。なお、ＧＰＳ自体に十数ｍの誤差があるため、ＧＰＳ単体で正確な現在位置を求めることは困難である。そこで、ＧＰＳ信号が途絶えた時は、信頼性が低下したと判断して、ナビ協調走行制御システムの車両制御を中止することとしてもよい。
【００１８】
自律航法算出部２４は、速度検出部１２が検出する車両の現在の車両速度、および、方位検出部１４が検出する車両の現在の方位（換言すると、進行する方角）を求め、その２次元ベクトルを積分して現在位置を求める。走行距離が長くなると、自律航法の誤差が蓄積されてくる。
【００１９】
なお、自律航法算出部２４は、現在位置初期化部２２によって現在位置が初期化されたときには、初期化された現在位置からの差分として現在位置を求め続ける。そのため、初期化された直後は精度が高いが、初期化から走行を続けるほど、誤差が蓄積されてゆく。
【００２０】
方位検出部１４は、ジャイロや地磁気センサなど方位を検出する。検出する方位は、ドリフトなどにより、誤差が蓄積されてくる。なお、方位検出部１４は、ＧＰＳ検出部１６により検出された現在位置の差分から方位を求めてもよい。
【００２１】
現在位置算出部２６は、図１で説明したように、速度検出部１２が検出した速度を積分して求めた走行距離の分だけ、道路図形上の軌跡をなぞることによって、現在位置を求める。距離記憶部２０は、走行距離を保持する。これにより、方位検出部１４が求めた方位の精度が、直接的に現在位置に影響しないため、高精度な現在位置を計算することができる。
【００２２】
なお、交差点など道路図形１８が複数に分岐するときには、現在位置算出部２６は、方位検出部１４が求めた概方位（大まかな方位）をもとに、交差点をどちらに曲がったかを判定し、道路図形１８を一意に確定する。概方位のみの使用だけなので、方位センサを高精度の高価なものから、廉価なものに置き換えることができる。
【００２３】
または、道路図形１８が複数に分岐するときに、マップマッチングの手法として、推定された現在位置から道路図形１８の区間要素までの最短距離を計算して、一番近い区間要素上に車両が移動したと判断してもよい。
【００２４】
または、道路図形１８が複数に分岐するときに、定期バス運行のように、ユーザからあらかじめ進行が確定している経路を入力してもらうことにより、道路図形１８を一意に確定する。または、カーナビゲーションのルート探索のように、ユーザから経路を特定する情報として、出発地および目的地などの探索条件を入力し、その探索条件に適合するルート候補を選択することとしてもよい。
【００２５】
速度検出部１２は、車輪速パルスや加速度センサなどから測定される車両速度の検出部である。車両速度の誤差は、次のようにして補正が可能であり、信頼性を向上できる。例えば、車輪速パルスから、車両速度に変換する際のパラメータは、乗車人員などの車両環境により変動する可能性がある。そこで、同じ車両環境であらかじめ定めた基準となる既定路を走行したときに、パラメータの基準値と比較してその差分をもとにパラメータを補正することで、車両環境に依存する誤差を低減できる。
【００２６】
現在位置選択部３０は、現在位置初期化部２２、自律航法算出部２４、および、現在位置算出部２６がそれぞれ出力する現在位置のうち、どの現在位置を採用するか選択して出力する。例えば、現在位置初期化部２２が初期化した地点からの走行距離について、２つの閾値を設ける。第１閾値を超えるまでは現在位置初期化部２２の現在位置を選択し、第１閾値を超えてから第２閾値を超えるまでは現在位置算出部２６の現在位置を選択し、第２閾値を超えてからは自律航法算出部２４の現在位置を選択する。
【００２７】
車両制御部３２は、現在位置選択部３０から出力された現在位置をもとに車両の制御を支援する。具体的には、車両制御部３２は、地図上の現在位置と方位の情報から、カーブ（曲率情報）や交差点、制限速度、停止線などの地形情報を求め、その地形情報に対応づけられている各制御を実施する。
【００２８】
【表１】
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表１は、地形情報およびその地形に対する車両制御の対応を示す表である。例えば、地形「カーブ」が進行先にあるときには、パラメータ「曲率と距離」に着目し、「横加速度が一定値以下になるよう目標速度を求め減速する」旨の車両制御を実施する。
【００２９】
ナビゲーション部３４は、現在位置選択部３０から出力された現在位置を地図上の経路とともに表示して、進行先を案内する。
【００３０】
図３は、車両の現在位置をもとに実施される車両制御処理またはナビゲーション処理を示すフローチャートである。
【００３１】
現在位置選択部３０は、現在位置初期化部２２、自律航法算出部２４、および、現在位置算出部２６がそれぞれ算出した車両の現在位置から、１つの車両の現在位置を選択して、車両の現在位置を求める（Ｓ１０１）。車両位置計算装置１は、現在位置の入力を受ける機能で分岐し（Ｓ１０２）、「車両制御」または「ナビゲーション」を実施する。なお、Ｓ１０１で求めた車両の現在位置をもとに、「車両制御」および「ナビゲーション」を両方実施してもよい。
【００３２】
Ｓ１０２で「車両制御」に分岐したときには、車両制御部３２は、方位の地形情報（カーブ、曲率、制限速度、停止線など）を地図データベース（図示省略）から入手する（Ｓ１０３）。車両制御部３２は、入手した地形情報に基づき、カーブ減速、停止、徐行、制限速度走行などの車両制御を行う（Ｓ１０４）。
【００３３】
Ｓ１０２で「ナビゲーション」に分岐したときには、ナビゲーション部３４は、現在位置の周辺地図を地図データベース（図示省略）から入手する（Ｓ１０５）。ナビゲーション部３４は、入手した周辺地図に基づき、周辺地図上での現在位置を表示し、進行方向の案内を行う（Ｓ１０６）。
【００３４】
図４は、車両の現在位置を求める処理を示すフローチャートである。図４は、Ｓ１０１の詳細を示す。
【００３５】
車両位置計算装置１は、初期化の入力の有無をチェックする（Ｓ２０１）。
【００３６】
初期化の入力があったときには（Ｓ２０１，Ｙｅｓ）、現在位置初期化部２２は、現在位置として緯度経度情報を入力する（Ｓ２０２）。現在位置初期化部２２は、道路図形上の距離記憶部２０の初期位置を決定する（Ｓ２０３）。現在位置初期化部２２は、方位検出部１４から検出した方位から、地図上の方位を求める（Ｓ２０４）。現在位置初期化部２２は、距離記憶部２０の走行距離に０を代入することにより、距離記憶部２０をクリアする（Ｓ２０５）。
【００３７】
初期化の入力が無かったときには（Ｓ２０１，Ｎｏ）、現在位置算出部２６は、距離記憶部２０の前回値と今回までの走行距離の和を求め、距離記憶部２０を更新する（Ｓ２０６）。現在位置算出部２６は、距離記憶部２０から、現在走行中の図形と図形開始点からの距離を求める（Ｓ２０７）。現在位置算出部２６は、走行中の図形のパラメータと図形開始点からの距離をもとに、道路図形上の現在位置を計算する（Ｓ２０８）。そして、道路図形上の現在位置を地図上の現在位置に置き換えて、現在位置（緯度および経度で表現される）を算出する。
【００３８】
図５は、現在走行中の図形と図形開始点からの距離を求める処理を示すフローチャートである。図５は、Ｓ２０７の詳細を示す。
【００３９】
現在位置算出部２６は、走行距離ワークをクリアし、区間番号ワークに１をセットする（Ｓ３０１）。現在位置算出部２６は、走行距離ワーク＝区間番号の区間の全長＋走行距離ワークとする（Ｓ３０２）。現在位置算出部２６は、走行距離ワークが走行距離を超えるか否かを判定し（Ｓ３０３）、走行距離を超えないときには（Ｓ３０３，Ｎｏ）、区間番号をインクリメントし（Ｓ３０４）、Ｓ３０３に戻る。
【００４０】
走行距離を超えるときには（Ｓ３０３，Ｙｅｓ）、現在位置算出部２６は、現在走行中の区間要素（区間番号ワーク）を求める（Ｓ３０５）。現在位置算出部２６は、区間要素開始点からの走行距離が小さいか否かを判定し（Ｓ３０６）、走行距離が小さいときには（Ｓ３０６，Ｙｅｓ）、概方位から進行分岐路を判断し、現在走行中の区間要素を更新する（Ｓ３０７）。
【００４１】
以下、図４のＳ２０８に示した現在位置と地図上の現在位置を算出する処理の詳細を説明する。区間および区間上の走行距離をもとに、区間上の位置を求める計算方法について、区間の種別ごとに詳細に説明する。区間の種別にかかわらず、区間を示す変数は、次の通りである。
・区間の始点は、位置ベクトル「Ｘ１」
・区間の終点は、位置ベクトル「Ｘ２」
・区間上の車両の現在位置は、位置ベクトル「Ｐ」
・区間の長さは、「Ｌ」
・区間内の走行距離は、「ｌ」。
【００４２】
【数１】
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図６（ａ）に示す区間「直線」について、説明する。位置ベクトル「Ｐ」は、走行距離「ｌ」、および、区間を示す各変数を（式１）に代入することにより、計算できる。
【００４３】
図６（ｂ）に示す区間「円弧」について、説明する。区間「円弧」を示す変数は、次の通りである。
・接線角「θ」は、始点から終点に向かう方位の位置ベクトル「Ｘ１」での接線の角度であり、例えば、東方位から反時計回りにとる。
・曲率半径は、「Ｒ」
・ｓｉｇｎ（回転方位）は、反時計回りが正（１）、時計回りが負（−１）である。
【００４４】
【数２】
2008232630.tif 000005
以下が円弧を示す変数および円弧上の走行距離をもとに、（式２）によって円弧上の位置を求める計算方法である。回転角度「φ」は、走行距離「ｌ」および曲率半径「Ｒ」から計算する。回転マトリックス「Ｒｏｔ（α）」は、２行２列の行列で表す。接線上の単位ベクトル「Ｉ（θ）」は、位置ベクトル「Ｘ１」および接線角「θ」から計算する。
【００４５】
円弧の中心ベクトル「Ｃ」は、位置ベクトル「Ｘ１」と始点から円弧の中心までのベクトルの和で求める。始点から円弧の中心までのベクトルは、Ｉ（θ）を直角にπ回転させ、曲率半径Ｒを乗算することにより、計算する。現在位置ベクトル「Ｐ」は、円弧の中心ベクトル「Ｃ」に、円弧の中心から始点への位置ベクトルを回転角度「φ」回転したベクトルを加算して計算する。
【００４６】
図７に示す区間「クロソイド曲線」について、説明する。区間「クロソイド曲線」を示す変数は、次の通りである。
・接線角「θ」は、始点から終点に向かう方位の位置ベクトル「Ｘ１」での接線の角度であり、例えば、東方位から反時計回りにとる。
・入口出口フラグは、直線からカーブに入る際が入口（１）で、カーブから直線へ入る際には出口（−１）である。
・クロソイド曲線定数は、単位は[ｍ]で、クロソイド曲線の大きさを表す。
【００４７】
【数３】
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図７（ａ）は、クロソイド曲線の入口を示す。まず、入口出口フラグが「１」（入口）であるときを説明する。以下がクロソイド曲線を示す変数およびクロソイド曲線上の走行距離をもとに、（式３）によってクロソイド曲線上の位置を求める計算方法である。距離「ｄ」は、始点側からの距離である。クロソイド曲線上の位置ベクトル「Ｐｃ」は、始点上での接線座標を基準とする。現在位置ベクトル「Ｐ」は、始点ベクトル「Ｘ１」と、Ｐｃを接線の角度「θ」だけ回転させたベクトルとの和として計算する。
【００４８】
【数４】
2008232630.tif 000007
図７（ｂ）は、クロソイド曲線の出口を示す。次に、入口出口フラグが「−１」（出口）であるときを説明する。（式４）によってクロソイド曲線上の位置を求める。距離「ｄ」は、終点側からの距離である。終点上での接線座標の位置ベクトル「Ｐｃ」は、終点上での接線座標を基準とし、Ｘ軸方位は逆方位（マイナス）となる。現在位置ベクトル「Ｐ」は、終点ベクトル「Ｘ２」と、Ｐｃを接線の角度「θ」分回転させたベクトルとの和として計算する。
【００４９】
参考までに、（式３）および（式４）の数式の誘導過程を示す。
【００５０】
【数５】
2008232630.tif 000008
（式５）に示すように、接線角「θ」から曲線長に比例して角速度が変化する曲線は「ｄθ／ｄｌ」であり、単位ベクトル「ｕ（θ）」から現在位置ベクトル「Ｐ（ｓ）」を計算する。
【００５１】
【数６】
2008232630.tif 000009
（式６）に示すように、置換積分を実施して変数「ｌ」を定義すると、現在位置ベクトル「Ｐ（ｌ）」は、Ｆｒｅｓｎｅｌ関数を用いて計算できる。
【００５２】
【数７】
2008232630.tif 000010
（式７）は、Ｆｒｅｓｎｅｌ関数の級数展開式、つまり、Ｆｒｅｓｎｅｌ積分と級数展開の公式である。
【００５３】
【数８】
2008232630.tif 000011
（式８）は、（式６）のＦｒｅｓｎｅｌ関数に（式７）の公式を当てはめてＦｒｅｓｎｅｌ関数の級数展開を行うことにより、現在位置ベクトル「Ｐ（ｌ）」を求める計算式である。具体的には、曲線長「ｓ」から変数「ｄ」を求め、Ｘ座標値「Ｘ（ｄ）」、Ｙ座標値「Ｙ（ｄ）」を求める。
【００５４】
以上説明した本実施形態によれば、高精度なデータが取得可能な走行距離を、建設された道路を正確に反映する道路図形１８にあてはめることにより、車両の現在位置を高精度で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に関する車両の現在位置の算出方法の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施形態に関する車両位置計算装置を示す構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に関する車両の現在位置をもとに実施される車両制御処理またはナビゲーション処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に関する車両の現在位置を求める処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態に関する現在走行中の図形と図形開始点からの距離を求める処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態に関する直線および円弧について、車両の現在位置を求める計算方法を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態に関するクロソイド曲線について、車両の現在位置を求める計算方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５６】
１      車両位置計算装置
１２    速度検出部
１４    方位検出部
１６    ＧＰＳ検出部
１８    道路図形
２０    距離記憶部
２２    現在位置初期化部
２４    自律航法算出部
２６    現在位置算出部
３０    現在位置選択部
３２    車両制御部
３４    ナビゲーション部
【図１】
2008232630.tif 000012
【図２】
2008232630.tif 000013
【図３】
2008232630.tif 000014
【図４】
2008232630.tif 000015
【図５】
2008232630.tif 000016
【図６】
2008232630.tif 000017
【図７】
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