JP2005527416A - 自動車両ガイド方法およびシステム - Google Patents

Abstract

基本設備データが無線で車両（１０）へ伝達され，上記基本設備データを用いて車両ガイドのための指令が計算される，自動車両ガイド方法は，少なくとも直前にある１つの地域の走行区間（４０）に対する基本設備データが，車両内部のメモリ（４４）へロードされ，精密な位置システム（１４）によって連続的に車両（１０）の現在の位置が定められ，かつ位置データと記憶されている基本設備データを用いて指令が計算されることを，特徴としている。

Description

本発明は，基本設備データが無線で車両へ伝達され，上記基本設備データを用いて車両ガイドのための指令が計算される，自動車両ガイド方法とこの方法を実施するシステムに関する。

自動車に関しては速度制御システムが知られており，その速度制御システムによって車両の速度が運転者によって選択された意図速度になるよう制御することができる。さらに，間隔（車間）センサを用いて，例えばレーダーセンサまたはリーダーセンサを用いて，前を走行する車両に対する距離を測定することができる。その場合に，目標対象として選択された前を走行する車両に対する予め定められた，好ましくは速度に依存する間隔（距離）を維持するように，速度制御は修正が成される。適応される速度制御システムまたはＡＣＣ−システム（Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）とも称されるこの種のシステムは，適切な条件の下，駆動システムとブレーキシステムへの介入によって車両の自動的な縦ガイドを可能にする。操舵への介入による車両の自動的な横ガイド，例えば自動的な車線維持，も実現しようとする場合には，さらに，交通基本設備（インフラ構造）に関するデータ，特に走行車線の推移と幅に関するデータが必要とされる。

この種の基本設備データを車両内で利用するために，カメラ支援されるシステムが提案されており，そのシステムに基づき電子的な画像処理によって，走行路あるいは隣接走行車線の推移を検出することができる。そのためには，走行路上または走行路端縁に十分にはっきりとしたマーキングが必要である。この種のシステムの駆動信頼性は，現在すでに存在している走行路マーキングに加え，走行路上，道路標識などにおいて，反射器の形で補足的なマーキングを取り付けることによって改良されている。

www.path.berkeley.edu/PATH/Research/magnets(２００１年９月)およびカスパー／カイザーの「コンピュータエクスペリメントとラボ実験における自動調整走行（R.Kasper/A.Kaiser:"Automatisches
koordiniertes Fahren im Rechnerexperiment und Laborversuch" 3.Workshop
Mechatronik, FH Brandenburg）」には，冒頭で挙げた種類の方法が提案されており，その方法においては磁気的なマーキングによって処理がなされ，そのマーキングは車両内に設置されている磁気センサによって検出される。磁気的なマーキングは，例えば走行路面の車線中央に約１メートルの間隔で形成されている。個々のマーキングの異なる極によって，限定された範囲の，例えばカーブを知らせるための，デジタル情報を無線で車両へ伝達することも可能である。しかし，走行路に磁気的なマーキングを設けることは極めて高い設置費用を必要とし，マーキングによって仲介される情報内容は，後から高い費用をかけないと再び変更することはできない。

本発明の課題は，より少ない設置費用で実現され，かつ変更された条件に柔軟に適合する，自動車両ガイド方法を提供することである。

この課題は，本発明によれば，冒頭で挙げた種類の方法において，少なくとも直前にある１つの地域の走行区間（４０）に対する基本設備データが車両固有のメモリにロードされ，精密な位置システムによって車両の現在の位置が連続的に定められ，かつ，位置データと記憶されている基本設備（Infrastructure）データに基づいて指令が計算されることによって，解決される。

この方法において，基本設備データは，グローバルな座標システム内の走行路もしくは走行車線の推移を示す，仮想基本設備を表す。位置システムを用いて同座標システム内における車両の現在の位置が定められるので，車両の位置を基本設備データに関連づけることができる。その後これに基づいて，自動車両ガイドシステムの種々の制御回路のための目標値を計算して，制御の基礎とすることが可能である。例えば，基本設備データは個々の方向走行車線の幾何学的な道路推移および数と幅に関する情報を有することができるので，車両の自動的な車線ガイドのために，車両が走行する車線のそれぞれ中央に相当する目標値を準備することができる。基本設備データによって表される走行路推移からカーブ半径を定めることもできるので，従来のＡＣＣ−システムの範囲内で車両の縦ガイドを補足する，カーブ推移に適合した走行速度の目標値または限界値を導き出すこともできる。

本発明の特別な利点は，基本設備データが非常に低い費用によって，極めて柔軟性の高い方法で変更された条件に適合することにある。すなわち，工事現場において基本設備データを簡単に変化させ，車線変位または斜線の幅狭化を考慮することができる。このようにまさに工事現場の領域における，全自動の横ガイドによって，あるいは運転者をただ支援するだけの車線維持補助によって，交通安全性が著しく向上する。

本発明の好ましい形態は，従属請求項から明らかにされる。

本方法は，多様な拡張を許す。例えば，基本設備データは，改良された縦ガイドを可能にする，走行路の勾配または傾斜に関する情報も含むことができる。さらに，基本設備データは，速度制限，追越し禁止などのような，区間禁止に関する情報あるいは特別な危険個所の指示を含むことによって，仮想的な交通標識として作用することもできる。これらの情報は，自動的な車両ガイドシステムを通じて，例えば速度制限あるいは危険指示の場合に目標速度を自動的に減少する，または，追越し禁止などの場合に，場合によっては車両に実装されている自動的な追越しアルゴリズム（例えばアウトバーン上のトラックについて）を自動的に禁止するように，直接転換され，あるいは統合された音声出力によって運転者に伝達することができる。

基本設備データは，中央のサーバによって，あるいは道路網にわたって分散して配置されたサーバによって準備され，自動的な車両ガイドの開始前に無線交信を介して車両のメモリにロードされる。無線交信は，例えば，ＧＳＭまたはＵＭＴＳのようなモバイル無線交信，またはＤＡＢ，ＤＭＢなどのようなラジオ無線交信とすることができる。位置システムによって提供された位置データを用いて，記憶されている基本設備データから，実際に有効な目標値を決めるのに重要なデータが選択される。同時に，位置データは，横ガイドのための現在値，従って例えば，車線中央からの車両の実際の偏差を供給する。その場合に目標／実際比較によって，直接操舵システムのための該当する制御指令を生成し，あるいは運転者に操舵介入の必要性について注意を促す指示を出力することができる。

十分に正確な目標／実際比較のためには，数ｄｍ（ｄｅｃｉｍｅｔｅｒ）のオーダー，あるいはさらに良い位置システムの解像度が必要であって，それは従来のＧＰＳ−システムによっては達成できない。しかし，例えばＤＧＰＳまたはＧＡＬＩＬＥＯのような位置システムが計画され，あるいはすでに構築されており，それら位置システムによって要求される解像度が達成される。一般的に，位置システムは，サテライトを支援するシステム，または選択的に地上無線ステーションに基づくシステム，例えばモバイル無線ベースステーションとすることもできる。

本発明は，特にナビゲーションシステムと組み合わせると効果的である。この場合には，本発明に基づく方法にとって必要となる，精密な位置システムは，ナビゲーションシステムにおいて利用することができる。逆に，ナビゲーションシステムの音響的出力手段とグラフィック出力手段を車両ガイドシステムにおいて利用することができる。さらに，ナビゲーションシステムによって走行区間を前もって計算することは，この走行区間またはこの走行区間の次の領域のための基本設備データを所望に応じてダウンロードできる。

ナビゲーションシステムが存在しない場合，あるいは，運転者にとって走行区間がわかっているために，運転者がナビゲーションシステムを利用しない場合については，車両のその時点における周囲の基本設備データが車両固有のメモリへ自動的にロードされるモードが設けられると，効果的である。この周囲の選択は，好ましくは走行方向に依存し，例えば次に曲がることのできる機会までの，現在走行している道路についてのデータ，およびこの曲がることのできる機会から走行することが可能な全部の道路の最初の区間についてのデータを有している。車両が次の曲がれる機会へ達して運転者が可能なルートの１つを決定した時には，まだ，次の車両周囲のための基本設備データをダウンロードするための十分な時間がある。このようにして，システムには走行目的地がわかっていない場合でも，必要な基本設備データの隙間のない調達が確保される。

必要な基本設備データをダウンロードするためにサーバへの無線交信が適切な時期に構築できない場合，適当な安全措置，例えば車両の非常停止の自動開始，または運転者への引継要請と結びついた車両ガイドの自己オフを設けるべきである。

必要な情報を車両固有のメモリへロードするために，混合モードも考えることができ，その混合モードにおいては，車両ガイドのために必ず必要で本質的な情報は，全区間について，あるいは比較的長い区間領域についてロードされ，あまり重要でない補足的な情報，例えば勾配または傾斜，渋滞警告，迂回推奨などは，必要な場合にだけ，あるいは機会があれば，ロードされる。この場合においては，無線網の過負荷の危険が迫ることなしに，あまり本質的ではない情報，例えば給油所，駐車場などのようなサービス提供に関する情報，ツーリスト情報または商業的な提供に関する情報の提供が，相当拡大される。このように，広告を介して少なくとも部分的に，本システムが融資を受ける可能性も得られる。これに関連して，優先順位に従って情報を重みづけすることも可能であるので，本質的な情報は優先権をもって伝達され，補足的な情報は，無線網の伝送容量がそれを許す場合にのみ伝達される。

本発明の実施形態によれば，車両とサーバとの間の無線交信のために，特殊な無線標識を設けることが可能であって，それは道路網に比較的大きい間隔で設置される。それによって公共のモバイル無線網を利用する場合よりも，幾分大きい設置費用は生じるが，この解決策はより大きい伝送容量を提供し，より強く場所（位置）に関連する情報によって基本設備データを完全にすることを容易にする。

例えば，実際の道路状態（濡れ，凍結スリップ）に関する情報を自動的に検出して，該当する区間領域の無線標識を介して伝達することが考えられる。このようにして，例えば，濡れている場合にだけ有効な速度制限に自動的に変換することもできる。原理的に，これは，基本設備データが中央のサーバにおいて動的に更新される場合にも，もちろん可能である。

さらに，本発明に基づく方法のために必要な無線交信とサーバを，交通案内システムの範囲内でも利用することができる。もともとシステムでは，渋滞報告，凍結スリップ警告または事故報告のような情報と共に，車両の位置情報をサーバに伝達するため，上記同様無線交信が利用可能であり，救助コール，他の交通参加者への警告などを最短の時間で伝えることができる。

以下，本発明の実施例を，図面を用いて詳細に説明する。

自動車１０は，アンテナ１２，位置システム１４，例えばＤＧＰＳ−受信機，および，ガイドユニット１６を有しており，このガイドユニット１６はマイクロコンピュータまたは他の電子的なデータ処理システムによって形成される。アンテナ１２は，一方で位置システム１４と，そして他方ではガイドユニット１６のモバイル無線インターフェイス１８と接続されている，多目的アンテナとすることができる。位置システム１４は，アンテナ１２を介して少なくとも数ｄｍの空間解像度を有する高精密のサテライトナビゲーションのためのサテライト信号を受信する。ガイドユニット１６は，モバイル無線インターフェイス１８とアンテナ１２および，ここでは無線標識によって象徴されるモバイル無線網２０を介してサーバ２２と通信し，そのサーバには少なくとも車両１０が滞在している地域のための道路網に関する交通基本設備データが記憶されている。

さらに，ガイドユニット１６は，データバス（例えばＣＡＮ−バス）を介して位置システム１４および車両１０の他のシステムコンポーネントと接続されている。図示の例においては，このシステムコンポーネントは，自動車のフロント部分に取り付けられた，ＡＣＣ−制御ユニット２８を備えたレーダーセンサ２６，電子的な駆動制御ユニット３０，トランスミッション制御ユニット３２，ブレーキ（ブレーキシステム）制御ユニット３４，操舵制御ユニット３６および操作ユニット３８を有している。

レーダーセンサ２６は，マルチビームレーダーを用いて，車両の前にある，レーダー波の反射対象の距離，相対速度およびアジマス角を測定する。規則的な時間間隔，例えば１０ｍｓ毎に受信された生データは，個々の対象を特定して追従するため，特に自己の走行車線上ですぐ前を走行している車両を認識し，目標対象として選択するために，ＡＣＣ−制御ユニット２８内で評価される。駆動制御ユニット（システム）３０，ブレーキシステム制御ユニット３４，および，車両がオートマチックトランスミッションを有する場合にはトランスミッション制御ユニット３２への指令によって，ＡＣＣ−制御ユニット２８は車両１０の速度を制御する。操作ユニット３８は，車両のダッシュボード上に種々の操作および表示素子を有しており，特に，運転者の操作指令をＡＣＣ−制御ユニット２８またはガイドユニット１６へ伝達し，これらのユニットからの報告を運転者に出力するために用いられる。この目的のために，操作ユニットは，音響信号または統合音声のためのラウドスピーカー出力を有することもできる。好ましくは操作ユニット３８は，ナビゲーションシステムも含んでおり，そのナビゲーションシステムは位置システム１４から供給される位置信号にアクセスする。

前を走行する車両が検出されない場合，ＡＣＣ−制御ユニット２８は，車両１０の速度を運転者によって選択された意図速度で制御する。それに対して，前を走行し，その速度が自己の車両の速度よりも小さい車両が目標対象として検出された場合，車両１０の速度は，前を走行する車両に対する適切な間隔が維持されるように制御される。

この種のＡＣＣ−システムの構造と動作方法は，例えばヴィナーの「アダプティブ クルーズ コントロール」第２版（Winner:"Adaptive Cruise Control", Automotive Electronics
Handbook, Rlnald K. Jurgen(Hrsg.), 2.Auflage, MacGraw-Hill(1999)Kapitel 30.1)に記載されている。

上述したＡＣＣ−システムは，自立したシステムとして駆動可能であり，この場合，操作ユニット３８を介して直接運転者によって操作される。しかし，ここで説明する例で，ＡＣＣ−システムは，同時に，ガイドユニット１６によってコントロールされる自動的な車両ガイドの範囲内における部分的なシステムである。この自動車両ガイドが駆動されているとき，車両の縦ガイド，即ち速度の制御がガイドユニット１６によって引き継がれる。その場合，上記同様に，ガイドユニット１６は，操舵システムへの介入によって，車両の自動的な横ガイドをもたらす。

自動的な車両ガイドが作動された場合には，まず，位置システム１４によって現在の車両位置が定められる。その後，ガイドユニット１６は，車両の前にある区間に関する基本設備データをサーバから呼び出すために，モバイル無線インターフェイス１８を介してサーバ２２への接触を持つ。図に象徴的に示すように，この基本設備データは，特に車両が走行する走行路４０の推移と，該当する走行方向におけるこの走行路の走行車線４２の数およびこの走行車線の幅を有している。さらに基本設備データは，走行路勾配もしくは走行傾斜，速度制限，および，車両ガイドのために補足的に利用することができ，および／または，車両１０の運転者に提供されるべきその他の情報を有することもできる。これらのデータは，モバイル無線網を介してガイドユニット１６の内部メモリ４４へロードされる。

ロードプロセスが終了するとすぐに，ガイドユニット１６は自動的な車両駆動を開始することができる。このガイド駆動の範囲内で，ガイドユニット１６は，メモリ４４に格納されている，走行路４０の推移に関するデータを用いて走行路曲率を定め，場合によっては，カーブを高速に通過することを防止するために速度制御に介入する。この介入は，例えば，ＡＣＣ−制御ユニット２８から目標速度として出力された速度値が，ガイドユニット１６によって定められた値に制限されることによって行われ得る。同様な介入は，基本設備データから，走行される区間において速度制限が有効であることが明らかな場合にも行われる。基本設備データが走行速度の制限を必要としない限りにおいて，ガイドユニット１６はコントロールをＡＣＣ−制御ユニット２８へ委譲するので，速度は再び運転者によって選択された意図速度に，あるいは前を走行する車両に対する間隔として制御される。

基本設備データが，走行路勾配または傾斜に関する情報を有する限りにおいて，これらの情報はＡＣＣ−制御ユニット２８へ，あるいは直接，駆動制御ユニット３０とブレーキ制御ユニット３４へ供給される。従って，駆動システムまたはブレーキシステムへの介入の際には走行路勾配を適切に考慮することができる。

車両の横ガイドの範囲内で，ガイドユニット１６は位置システム１４から供給された位置データを用いて，かつメモリ４４に記憶されている基本設備データを用いて，連続的に，走行している走行車線の中央からの現在の車両位置の偏差を求める。この偏差が，所定の許容誤差限界を外れた場合，ガイドユニット１６は，操舵制御ユニット３６を通じて操舵システムへの介入を支持し，車両は車線中央に維持される。

決定的な許容誤差限界自体は，基本設備データから得られるそれぞれの車線幅に動的に適合することができる。例えば，工事現場の領域で車線が狭くなっている場合には，それに応じてより狭い許容誤差限界が選ばれ得る。基本設備データは，走行開始時に，あるいはその後に初めてメモリ４４へロードされ，それらは常に更新されるので，サーバ２２に記憶されているデータが所轄官庁によって最新の状態に維持される限りにおいて，工事現場の領域の現在（実際）の状況を表している。

例えば新しい工事現場が開設される間に実際のデータがサーバ内で提供されていない場合，基本設備データはそれに応じた指示を有しており，横ガイドシステムは工事現場へ進入する前の適当な時期にオフにされる。同時に，運転者に対して，自身で車両の横ガイドを成すように引き継ぎ要請が出される。

許容誤差限界が車線中央からの所定の偏差を許す場合，ガイドユニット１６は，走行路の推移を用いて走行推進力を考慮した最適な「理想ライン」を計算することができ，車線中央へ制御する代わりに，この理想ラインへ制御することによって，快適性の向上が達成される。

前を走行する，より低速の車両へ接近した場合には，通常ＡＣＣ−制御システム２８は車両１０の減速を行わせる。しかし選択的に，この減速が使用される前に，操作ユニット３８を介して，運転者に対し運転者が追い越しプロセスを望むかという問いを出力することができる。運転者が隣り車線があいていることを確かめ，かつ追い越し指令を入力した場合，ガイドユニット１６は，隣り車線の車線中央を横ガイドのための新しい目標値として基礎にし，自動的な車線変更を行わせることができる。

位置システム１４によって高い精度で求められた位置データは，車両の横ガイドのために利用できるだけでなく，縦ガイドの範囲内でも利用することができる。例えば，位置データを用いて車両の速度測定器を監視し，必要な場合には再調整（再校正）することが可能である。

上述したシステムは，多数の観点において拡張可能である。例えば，モバイル無線網２０を通じてガイドユニット１６とサーバ２２との間の通信を，他の目的のため，例えば，運転者が単純にボタンを押すことによってもたらされ得るサーバへの渋滞報告のため，あるいは，（有料道路の場合には）自動的な通行料支払いのために，利用することもできる。他のシステムコンポーネント，例えば後方空間レーダーまたは周囲レーダーが付加される場合，自動的な車両ガイドは，追い越しプロセスの自動的な開始またはその他の車線変更へも拡張される。例えば，走行路上または走行路脇の人の検出も可能にする，ビデオカメラをベースとした障害物認識システムが存在している場合，自動的な車両ガイドを都市交通に拡張することも考えられる。基本設備データがカメラおよび画像処理システムによっても検出される場合，これらのデータはメモリ４４にロードされたデータと組み合わされるので，画像処理手順を単純化して促進することができ，機能の信頼性が向上する。メモリ４４に記憶されている基本設備データを連続的に更新することによって，信号機状態などのような時間的に変化するパラメータも検出することができるので，「緑の波（ｇｒｕｅｎｅ Ｗｅｌｌｅ）」への速度の自動的な適合または，ＡＣＣ−システムがストップ＆ゴー機能を有している場合の，赤信号での自動的な停止が可能となる。同様に，交差点に近づいた場合または優先通行権のない道路へ合流する場合に，速度の自動的な減少と運転者への警告が可能である。

他方で，本発明は，本来の意味における自動的な車両ガイドの範囲内での使用に限定されるものではなく，車両の縦と特に横ガイドが運転者に委ねられており，運転者が単に支援的な指示を得ようとする場合においても有用である。

本発明に基づく方法を実施するシステムの，重要な要素のブロック図である。

Claims (7)

1. 基本設備データが無線で車両（１０）へ伝達され，前記基本設備データに基づいて車両ガイドのための指令が計算される，自動車両ガイド方法において：
   少なくとも直前にある１つの地域の走行区間（４０）に対する基本設備データが，メモリ（４４）内へロードされ；
   精密な位置システム（１４）によって連続的に車両（１０）の現在の位置が定められ；
   位置データと記憶されている前記基本設備データとに基づいて指令が計算されることを特徴とする，自動車両ガイド方法。
2. 基本設備データは，サーバ（２２）内で調達され，無線網，例えばモバイル無線網を介して前記車両（１０）のメモリ（４４）内へ伝達されることを特徴とする，請求項１に記載の自動車両ガイド方法。
3. 走行が開始された時に，全走行区間に対する基本設備データが前記メモリ（４４）へロードされることを特徴とする，請求項１または２に記載の自動車両ガイド方法。
4. 直前にある第１の地域の走行区間に対する基本設備データのみが，前記メモリ（４４）へロードされ，
   前記第１の領域の最後に達するとすぐに，次の領域に対する基本設備データが自動的にロードされることを特徴とする，請求項１または２に記載の自動車両ガイド方法。
5. 基本設備データは，走行路（４０）の推移を表すデータの他に，区間禁止および／または危険個所の指示を含むデータも有していることを特徴とする，請求項１から４のいずれか１項に記載の自動車両ガイド方法。
6. 車両（１０）の駆動制御ユニット（３０）および操舵制御ユニット（３６）へ介入する電子的なガイドユニット（１６）を有する自動車両ガイドシステムにおいて：
   前記ガイドユニット（１６）は，車両（１０）の位置を定める位置システム（１４）を備え，
   無線網（２０）を介して，サーバ（２２）と通信しかつ走行する走行区間に関する基本設備データをメモリ（４４）へロードし，前記位置システム（１４）から供給された位置データと記憶されている基本設備データとに基づいて前記駆動制御ユニット（３０）および操舵制御ユニット（３６）のための制御指令を計算するように形成されていることを特徴とする，自動車両ガイドシステム。
7. 前記ガイドユニット（１６）は，前記位置システム（１４）の位置データにアクセスするナビゲーションシステムと組み合わされていることを特徴とする，請求項６に記載の自動車両ガイドシステム。
   
   
   

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