JP2006148374A - 車載通信システムおよび車載通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】パケットの中継を必要最小限に抑えるとともに、建造物等の障害物が車載通信装置間に存在する場合においてもパケットの送受信が可能である車載通信システム、およびその車載通信システムに適用される車載通信装置を提供する。
【解決手段】車載通信装置５０ａは、安定して通信を行うことが可能な距離であるグリッド距離ｒ₀だけ前方に中継ポイントＰを設定するとともに、車両４０ａの走行位置から最も近距離にある不感領域中継点までの距離ｒ₁を算出する。ここで、不感領域中継点とは、交差点等、電磁波の不感領域間を中継する道路上の点をいう。不感領域中継点までの距離ｒ₁がグリッド距離ｒ₀未満である場合には、不感領域中継点を新たな中継ポイントＰとする。そして、新たに設定された中継ポイントＰから最も近距離に存在する車両４０ｅに搭載された車載通信装置を中継装置として、他の車載通信装置にパケットを送信する。
【選択図】図５

Description

本発明は、車載通信装置間で通信を行う車載通信システム、および車載通信装置に関する。

数多くの車両が走行する道路上においては、他車両の位置情報や速度情報等の走行情報を取得することができれば、他車両との衝突を回避して自車両を安全に運転することができる。そこで、車両に車載通信装置を搭載し、車両間で無線通信を行うことによって情報を交換する車載通信システムが従来から研究されている。

従来研究されてきた車載通信システムでは、各車両に搭載された車載通信装置それぞれを中継装置としたパケット通信を行う。パケットの送信元となる車載通信装置は、無線通信が可能な全ての車載通信装置にパケットを送信する。また、パケットを受信した車載通信装置は、更に、無線通信が可能な全ての車載通信装置にパケットを送信する。

なお、次の文献には、各車両がＧＰＳ受信機によって位置情報を取得し、取得した位置情報を車両間で交換する衝突防止システムが開示されている。

森岡裕一、曽田敏弘、中川正雄、「見通し外交差点におけるＤＧＰＳと車々間通信を利用した衝突防止システム」、電子情報通信学会技術報告ＩＴＳ２０００−４、２０００年５月、ｐ．１９−２４

このように、無線通信が可能な全ての車載通信装置にパケットを送信、あるいは中継する車載通信システムでは、車両密度が高い環境では冗長なパケットが大量に送受信され、通信路の情報容量が圧迫されるため実用が困難である。また、市街地のように多数の道路が交差している場合には、建造物や塀等の障害物によって電磁波が遮られ、パケットの送受信が不可能となる場合がある。

本発明は、このような課題に対してなされたものであり、パケットの中継を必要最小限に抑えるとともに、建造物等の障害物が車載通信装置間に存在する場合においてもパケットの送受信が可能である車載通信システム、およびその車載通信システムに適用される車載通信装置を提供する。

本発明は、第１の車載通信装置と第２の車載通信装置との間の無線通信を行う車載通信システムであって、第１の車載通信装置は、互いに無線通信が困難である２つの領域のそれぞれに存在する車載通信装置と良好に無線通信を行うことが可能な地点である、信号不感領域中継点を決定する中継点決定手段と、信号不感領域中継点からの距離に基づいて、中継装置として動作すべき車載通信装置を指定する車載通信装置指定手段と、を含み、車載通信装置指定手段によって指定された車載通信装置を中継装置として、第１の車載通信装置から第２の車載通信装置へ無線信号を送信することを特徴とする。

また、本発明に係る車載通信システムにおいては、中継点決定手段は、衛星測位手段と、地図データベースと、を含み、衛星測位手段による測位結果と地図データベースとに基づいて、信号不感領域中継点を決定する構成とすることが好適である。

また、本発明に係る車載通信システムにおいては、中継点決定手段は、道路交差点上の点を信号不感領域中継点として決定する構成とすることが好適である。

また、本発明は、他の車載通信装置との間で無線通信を行う車載通信装置であって、互いに無線通信が困難である２つの領域のそれぞれに存在する車載通信装置と良好に無線通信を行うことが可能な地点である、信号不感領域中継点を決定する中継点決定手段と、信号不感領域中継点からの距離に基づいて、中継装置として動作すべき車載通信装置を指定する車載通信装置指定手段と、を含み、車載通信装置指定手段によって指定された車載通信装置を中継装置として、他の車載通信装置へ無線信号を送信することを特徴とする。

また、本発明に係る車載通信装置においては、中継点決定手段は、衛星測位手段と、地図データベースと、を含み、衛星測位手段による測位結果と地図データベースとに基づいて、信号不感領域中継点を決定する構成とすることが好適である。

また、本発明に係る車載通信装置においては、中継点決定手段は、道路交差点上の点を信号不感領域中継点として決定する構成とすることが好適である。

本発明によれば、パケットの中継を必要最小限に抑えることができるため、通信路の情報容量に余裕を持たせることができ、処理負担を軽減して迅速な通信処理を行うことができる。また、建造物や塀等の無線通信に対する障害物が車載通信装置間に存在する場合であっても、パケットの送受信が可能である車載通信システムを実現することができる。

図１は本実施形態に係る車載通信装置１０の構成を示す。この車載通信装置１０は複数の車両に搭載され、複数の車両の間でのパケット通信を可能にする。各車両に搭載された車載通信装置１０は、予め定められた時間間隔ｔ_pごとに、あるいは予め定められた距離を走行するごとにパケットの送受信あるいはパケットの中継を行う。ここでは、時間間隔ｔ_pごとにパケットの送受信あるいはパケットの中継を行うものとする。パケットは、送信元の車載通信装置１０が中継装置等を介さずに他の車載通信装置１０に送信するものとしてもよいし、送信元の車載通信装置１０が中継装置となる車載通信装置１０を指定し、指定された車載通信装置１０を中継装置として他の車載通信装置１０に送信するものとしてもよい。このとき、中継装置として動作する車載通信装置１０を、送信元の車載通信装置１０に指定されたもののみとすれば、パケットの中継を必要最小限に抑えることができる。

例として、図２に示すように車載通信装置１０を搭載した車両４０Ａから車両４０Ｅが道路７０上に位置している場合に、各車両４０に搭載された車載通信装置１０の間で行われるパケットの送受信動作について説明する。各車両４０に搭載された車載通信装置１０には各車両４０の識別符号が与えられている。ここでは車載通信装置１０Ａが、パケットを他の車載通信装置１０に送信するものとする。車載通信装置１０Ａはパケットを送信する際に、中継装置とすべき車載通信装置１０を搭載した車両４０を指定する。車載通信装置１０Ａが中継装置とすべき車載通信装置１０を搭載した車両４０を指定する際には、自らが備える中継車両候補保存テーブル２５を参照する。このテーブルは、事前に他の車載通信装置１０から受信したパケットの内容に基づいて作成されるものであるが、当該テーブルを作成する具体的な処理については後述する。ここで、車両４０Ｂが指定されたものとすると、車載通信装置１０Ａから送信されるパケットには中継車両となる車両４０Ｂの識別符号が付され、車載通信装置１０Ｂは、このパケットを受信するとともに自らが中継装置として指定されたことを認識する。車載通信装置１０Ｂは、車載通信装置１０Ａから送信されたパケットを、他の不特定の車両４０に搭載された車載通信装置１０に送信する。なお、ここでは車載通信装置１０Ａがパケットを送信する際の動作に着目して説明したが、車載通信装置１０Ｂから車載通信装置１０Ｅがパケットを送信する際の動作についても同様である。

次に、車載通信装置１０の具体的な動作について図１を参照して説明する。車載通信装置１０で送受信されるパケット９０は図３に示すように、送信元車両識別符号、中継依頼車両識別符号、送信元車両の走行情報、付加データ、および送信時刻から構成される。送信元車両識別符号および中継依頼車両識別符号は、車両４０およびそれに搭載された車載通信装置１０を識別するための識別符号である。送信元車両の走行情報はパケット送信元の車両４０の位置情報および速度情報を含み、速度情報は移動速度の絶対値と移動方向を表すベクトルを以て表される。付加データは、他の車載通信装置１０に送信することのできる任意のデータであり、例えば、車種、車両のブランド、外観形状等、他の運転手に報知したい任意の情報を含ませることができる。

まず、車載通信装置１０がパケット９０を送信する際の動作について説明する。図２の例では、車載通信装置１０Ａがパケット９０を送信する際の動作がここで述べる動作に該当する。

送信パケット生成部１５は、送信元車両識別符号、中継依頼車両識別符号、送信元車両の走行情報、付加データ、および送信時刻を読み込むことによって送信パケットを生成する。

送信元車両の走行情報は、走行情報取得部１１から読み込む。走行情報取得部１１は、位置情報取得手段１２と速度情報取得手段１３とを備えており、走行情報に含まれる位置情報は位置情報取得手段１２によって、走行情報に含まれる速度情報は速度情報取得手段１３によって取得される。位置情報取得手段１２と速度情報取得手段１３については、ＧＰＳ等の衛星測位システムの受信機を適用すればよい。

中継依頼車両識別符号は、中継車両候補保存テーブル２５から読み込む。中継車両候補保存テーブル２５は、自らの車載通信装置１０に対して中継装置として動作させる車載通信装置１０を搭載した車両４０を優先度の高い順序で識別符号を以て配列したテーブルであり、後述する中継車両指定処理によって作成される。送信パケット生成部１５は、中継車両候補保存テーブル２５に基づいて中継依頼の優先度が最も高い車載通信装置１０を選択し、その識別符号を中継依頼車両識別符号として送信パケットに記述する。

付加データは、車載通信装置１０を搭載する車両４０の車種、ブランド、外観形状等の情報が記憶された付加データ記憶部１４から読み込む。

更に、送信元車両識別符号の読み込みに際しては自車識別符号記憶部２７が、送信時刻の読み込みに際しては車載通信装置１０が備える時計２６が参照される。

送信パケット生成部１５で生成された送信パケットは送信部１６に入力され、無線信号に変換された後、アンテナ１７を介して他の車載通信装置１０へ送信される。

次に、車載通信装置１０がパケットを受信する際の動作について説明する。図２の例では、車載通信装置１０Ｂから車載通信装置１０Ｅのそれぞれがパケットを受信する際の動作がここで述べる動作に該当する。

受信部１８はアンテナ１７を介してパケットによって変調された無線信号を受信する。そして、これを復調して受信パケットを取得し、中継処理部１９、受信データ取得部２０、および他車位置算出部２４に入力する。

中継処理部１９は、受信パケットから中継依頼車両識別符号を読み込み、自車識別符号記憶部２７に記憶されている自車両識別符号と比較照合する。中継依頼車両識別符号と自車両識別符号とが一致した場合、これはパケットの送信元の車載通信装置１０から自らに対して中継依頼がなされていることを意味する。そこで中継処理部１９は、受信パケットを中継処理するため、これを中継送信パケットとして送信部１６へ入力する。中継送信パケットは、受信したパケットの送信元で生成された送信パケットと同様、送信元車両識別符号、中継依頼車両識別符号、送信元車両の走行情報、付加データ、および送信時刻から構成される。送信部１６は中継送信パケットを無線信号に変換し、アンテナ１７を介して他の不特定の車載通信装置１０にパケットを送信する。

なお、中継依頼車両識別符号と自車両識別符号とが一致しない場合には、受信したパケットの送信元の車載通信装置１０から自らに対して中継依頼はなされていないため、中継送信パケットの送信は行わない。

中継依頼車両識別符号と自車両識別符号とが一致するか否かにかかわらず、受信データ取得部２０は、受信パケットから送信元車両の走行情報や付加データを含む受信データを取得する。車載通信装置１０は、受信データに含まれる送信元車両の走行情報に基づいて、自動運転装置、危険通知装置、合流及び車線変更支援装置等を動作させることが好適である。自動運転装置は、他車両の走行情報に基づいて、自車両のアクセル、ブレーキ、ギアチェンジ等を制御することで衝突を防ぐものである。危険通知装置は、他車両のハザード、急ブレーキ、エアバッグ、事故等の危険通知に係る情報を運転手に通知するものである。また、危険通知に係る情報を、送信パケットの付加データに含ませ、更に他の車載通信装置１０に送信する構成とすることもできる。合流及び車線変更支援装置は、他車両の走行情報に基づいて、自車両のアクセル、ブレーキ、ギアチェンジ等を制御することで、合流や車線変更を円滑に行うものである。カーナビゲーション装置を搭載している車両にあっては、送信元車両の位置をナビゲーション画面に表示するものとしてもよい。また、受信データに含まれる付加データに送信元車両の車種、ブランド、外観形状等の情報が含まれている場合には、当該車両の位置に加えて車種、ブランド、外観形状等をナビゲーション画面に表示させることが好適である。

次に、本実施形態に係る各車載通信装置１０が中継車両候補保存テーブル２５を作成する中継車両指定処理について説明する。中継車両指定処理には基本方式と応用方式とがある。
（１）中継車両指定処理の基本方式
走行情報取得部１１は、自車両の走行情報を中継ポイント設定部２２に入力する。中継ポイント設定部２２は、自車両の走行情報と地図データベース２１とに基づいて、自車両の走行位置から予め定められた距離だけ前方の道路７０上の点である中継ポイントＰを設定してその座標を算出する。以下、この予め定められた距離をグリッド距離ｒ₀、走行位置からグリッド距離ｒ₀だけ前方の道路７０上の座標を中継ポイント座標とする。ここでグリッド距離ｒ₀は、安定してパケット通信を行うことが可能な距離に設定されることが好ましい。図２は、車両４０Ａを自車両とし、グリッド距離ｒ₀だけ前方に中継ポイントＰを設定した場合の様子を示す。このように、中継ポイント設定部２２において算出された中継ポイント座標は距離算出部２３に入力される。なお、中継ポイントＰは複数箇所に設定することも可能である。

一方、他車位置算出部２４は、受信部１８が取得した受信パケットから他車両４０の位置情報を取得して距離算出部２３に入力する。先述のように、各々の車載通信装置１０は、時間間隔ｔ_pでパケットを送受信しており、受信部１８は複数の車載通信装置１０から順次パケットを受信し、それぞれの位置情報を距離算出部２３に入力する。

距離算出部２３は、中継ポイント座標と複数の車両４０の位置情報とに基づいて、中継ポイントＰと各車両４０との間の距離を算出し、距離が近い順に各車両４０の車両識別符号を配列して中継車両候補保存テーブル２５に記憶させる。すなわち、中継ポイントＰからの距離が近い車両４０程、中継依頼の優先度が高いものとするわけである。図２の車両４０の配置では、車両４０Ｂ、車両４０Ｃ、車両４０Ｄ、車両４０Ｅの順に中継ポイントＰからの距離が近く、この順序で中継車両候補保存テーブル２５に記憶されることとなる。なお、中継車両候補保存テーブル２５に記憶させる情報には図４に示すように車両識別符号の他、パケット送信時刻を添付し、有効期限経過後にはテーブルから削除するものとすれば、中継車両候補保存テーブル２５の管理負荷を軽減することができる。

このように、予め中継ポイントＰを設定し、中継ポイントＰから最も近距離にある車載通信装置１０のみを中継装置として指定することで、複数の車載通信装置１０の間で送受信されるパケットを必要最小限に抑えることができる。
（２）中継車両指定処理の応用方式
上記（１）で説明した中継車両指定処理の基本方式に従えば、図５のように車両４０が道路７０上に位置している場合、車両４０ａに搭載されている車載通信装置５０ａは、車両４０ｂに搭載されている車載通信装置５０ｂを中継装置として、車両４０ｃ、車両４０ｄおよび車両４０ｅに搭載されている車載通信装置５０にパケットを送信することができる。しかしながら、車両４０ｆおよび車両４０ｇに搭載されている車載通信装置５０には、建造物７２や塀７４の存在によって電磁波が遮られるため、パケットの送信を行うことができない。

ここで説明する中継車両指定処理の応用方式は、このような問題点を解決するためのものである。この方式では、予め定められたグリッド距離ｒ₀だけ前方に中継ポイントＰを設定するのではなく、急カーブ、曲がり角、交差点、急傾斜道路の峠等、電磁波の不感領域間を中継する道路７０上の点（以下、不感領域中継点とする）に中継ポイントＰを設定する。図５では、領域Ｑは領域Ｒに対する不感領域であり、領域Ｒは領域Ｑに対する不感領域である。また、領域Ｓは領域Ｔに対する不感領域であり、領域Ｔは領域Ｓに対する不感領域である。また、交差点Ｋは不感領域間を中継する道路７０上の点といえるため、中継ポイントＰを設定することができる。

図６は、中継車両指定処理の応用方式を実行する車載通信装置５０の構成を示す。走行情報取得部１１は、自車両の走行情報を中継ポイント設定部２２に入力する。また、不感領域中継点算出部５２は、地図データベース２１を参照することによって不感領域中継点の座標を算出し、中継ポイント設定部２２に入力する。中継ポイント設定部２２は、入力された自車両の走行情報と不感領域中継点の座標とに基づいて、自車両の走行位置から最も近距離にある不感領域中継点までの距離ｒ₁を算出する。

そして、不感領域中継点までの距離ｒ₁がグリッド距離ｒ₀未満である場合には、不感領域中継点を中継ポイントＰとし、その座標を中継ポイント座標とする。また、不感領域中継点までの距離ｒ₁がグリッド距離ｒ₀以上である場合、あるいは最小距離ｒ_mに満たない場合には、走行位置からグリッド距離ｒ₀だけ前方の道路７０上の座標を中継ポイント座標とする。

ここで最小距離ｒ_mとは、電波の送受信が不可能な領域から既に脱しているものと見なせる不感領域中継点からの距離をいう。すなわち、電磁波の不感領域間を中継することのできる点は広がり持っており、不感領域中継点からｒ_mの距離まで近づいたときには電磁波の不感領域間を中継することのできる領域に車両４０が進入したものと判断されるわけである。そして、中継ポイントＰは、不感領域中継点までの距離ｒ₁がグリッド距離ｒ₀以上である場合と同様、走行位置からグリッド距離ｒ₀だけ前方の道路７０上の座標を中継ポイント座標とするのである。

中継ポイント設定部２２は、このように算出した中継ポイント座標を距離算出部２３に入力する。この後の処理は、上記（１）中継車両指定処理の基本方式の場合と同様である。すなわち、距離算出部２３は、中継ポイント座標と、他車位置算出部２４から入力された複数の車両４０の位置情報とに基づいて、中継ポイントＰと各車両４０との距離を算出し、距離が近い順に各車両４０の車両識別符号を配列して中継車両候補保存テーブル２５に記憶させる。

このように、不感領域中継点を中継ポイントＰとして設定し、当該中継ポイントＰから最も近距離にある車載通信装置５０のみを中継装置として指定することで、複数の車載通信装置５０の間で送受信されるパケットを必要最小限に抑えることができるとともに、建造物７２や塀７４等によって形成される電磁波の不感領域に存在する車両４０同士の通信を可能にすることができる。図５のように車両４０が位置している場合、車両４０ａに搭載されている車載通信装置５０ａは、車両４０ｅに搭載されている車載通信装置５０ｅを中継装置として、車両４０ｂ、車両４０ｃ、車両４０ｄ、車両４０ｆ、および車両４０ｇに搭載されている車載通信装置５０にパケットの送信を行うことができる。

なお、不感領域中継点は、急カーブ、曲がり角、交差点、急傾斜道路の峠等、地図データベース２１において予め定義しておき、不感領域中継点算出部５２がそれらを検索する構成とすることも可能であるし、道路形状の幾何学データを地図データベース２１から取得し、道路形状の幾何学的条件に基づいて、不感領域中継点算出部５２が不感領域中継点を抽出する構成とすることも可能である。

以上、本発明の実施形態について説明した。本発明はここで説明した実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で様々な実施形態が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施形態に係る車載通信装置の構成を示す図である。 車載通信装置が搭載された車両の位置を示す図である。 パケットの構成を示す図である。 中継車両候補保存テーブルの構成を示す図である。 車載通信装置が搭載された車両の交差点道路上での位置を示す図である。 中継車両指定処理の応用方式を行う車載通信装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０，１０Ａ〜１０Ｅ，１０ａ〜１０ｇ，５０ 車載通信装置、１１ 走行情報取得部、１２ 位置情報取得手段、１３ 速度情報取得手段、１４ 付加データ記憶部、１５ 送信パケット生成部、１６ 送信部、１７ アンテナ、１８ 受信部、１９ 中継処理部、２０ 受信データ取得部、２１ 地図データベース、２２ 中継ポイント設定部、２３ 距離算出部、２４ 他車位置算出部、２５ 中継車両候補保存テーブル、２６ 時計、２７ 自車識別符号記憶部、４０Ａ〜４０Ｅ，４０ａ〜４０ｇ 車両、５２ 不感領域中継点算出部、７０ 道路、７２ 建造物、７４ 塀、９０ パケット。

Claims (6)

1. 第１の車載通信装置と第２の車載通信装置との間の無線通信を行う車載通信システムであって、
   第１の車載通信装置は、
   互いに無線通信が困難である２つの領域のそれぞれに存在する車載通信装置と良好に無線通信を行うことが可能な地点である、信号不感領域中継点を決定する中継点決定手段と、
   信号不感領域中継点からの距離に基づいて、中継装置として動作すべき車載通信装置を指定する車載通信装置指定手段と、
   を含み、
   車載通信装置指定手段によって指定された車載通信装置を中継装置として、第１の車載通信装置から第２の車載通信装置へ無線信号を送信することを特徴とする車載通信システム。
2. 請求項１に記載の車載通信システムであって、
   中継点決定手段は、
   衛星測位手段と、
   地図データベースと、
   を含み、
   衛星測位手段による測位結果と地図データベースとに基づいて、信号不感領域中継点を決定することを特徴とする車載通信システム。
3. 請求項２に記載の車載通信システムであって、
   中継点決定手段は、
   道路交差点上の点を信号不感領域中継点として決定することを特徴とする車載通信システム。
4. 他の車載通信装置との間で無線通信を行う車載通信装置であって、
   互いに無線通信が困難である２つの領域のそれぞれに存在する車載通信装置と良好に無線通信を行うことが可能な地点である、信号不感領域中継点を決定する中継点決定手段と、
   信号不感領域中継点からの距離に基づいて、中継装置として動作すべき車載通信装置を指定する車載通信装置指定手段と、
   を含み、
   車載通信装置指定手段によって指定された車載通信装置を中継装置として、他の車載通信装置へ無線信号を送信することを特徴とする車載通信装置。
5. 請求項４に記載の車載通信装置であって、
   中継点決定手段は、
   衛星測位手段と、
   地図データベースと、
   を含み、
   衛星測位手段による測位結果と地図データベースとに基づいて、信号不感領域中継点を決定することを特徴とする車載通信装置。
6. 請求項５に記載の車載通信装置であって、
   中継点決定手段は、
   道路交差点上の点を信号不感領域中継点として決定することを特徴とする車載通信装置。

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