JP2006261742A - 車両間通信システムおよび無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の車両のそれぞれに搭載された無線通信装置が基地局などを介さずに互いに直接無線通信する際に、無線信号の衝突を防止する。
【解決手段】 無線通信装置１１が搭載された車両２を複数有し、それぞれの無線通信装置１１の間で無線送信フレーム３００を送受する車両間通信システム１において、前記無線通信装置１１のそれぞれは、自装置が搭載された自車両２の現在位置を、当該自車両に搭載された自車位置検出手段から取得して、当該現在位置を含む無線送信フレーム３００を他の無線通信装置１１に送信可能に構成され、前記無線送信フレーム３００を送信する場合には、他の無線通信装置１１から他車両２の現在位置を含む無線送信フレーム３００を受信したタイミングから当該他車両２と自車両２との間の相対距離に応じた時間が経過したときに前記無線送信フレーム３００を送信するようにした。
【選択図】 図５

Description

本発明は、車両間の無線通信に係り、特に、道路交通システムに用いて好適な無線通信技術に関する。

近年、ＩＴ技術の発達に伴い、道路上を走行する自動車等の車両が他車両や地上などからの情報を自車両の運転に反映するといったように、道路交通システムと情報通信システムを連携させることで、道路交通システムの高度化を図った高度道路交通システム（Intelligent Transport Systems：ＩＴＳ）の構築が提案されている。この高度道路交通システムにあっては、高速道路などの自動車専用道路において各車両を自動隊列走行（プラトーニング）させることで、車両の自動運転を可能にして運転者の疲労低減を図るとともに、各車両の車間距離を極力短く維持することで輸送効率を向上させることが検討されている（例えば、特許文献１参照）。

上記自動隊列走行を実現するためには、リアルタイム性に優れ高信頼性な車両間無線通信が必要である。このような車両間無線通信に用いられる無線通信制御方式としては、基地局を用いた集中制御方式（ポーリング/セレクティング方式）、および、基地局を用いずに各車両間で直接通信（いわゆるPoint-to-Point接続）するコンテンション方式がある。
集中制御方式にあっては、基地局が各車両間の無線通信を制御するため、無線通信衝突が生じることなく信頼性の高い通信を実現することが可能である。しかしながら、自動車専用道路などでは車両が高速で移動するため、広域なサービスエリアが必要となり、システムが煩雑化し、また、コストが膨大化する。
これに対して、コンテンション方式は基地局が不要であるため比較的安価に車両間通信システムの構築が可能となる。そこで近年では、コンテンション方式に基づいて無線通信する無線通信装置を各車両に搭載し、それぞれの無線通信装置の無線通信エリア内で、そのエリアに存在する車両間（無線通信装置間）が互いに無線通信するシステムを構築することで自動隊列走行を実現可能にする検討がなされている。
特開２００１−２８３３７２号公報

しかしながら、上記コンテンション方式にあっては、各車両（無線通信装置）が互いに独立して送受信動作のための無線信号を送信するため、無線通信エリア内に存在する車両の台数が増大した場合には、無線信号衝突や無線信号衝突に起因する通信時間の遅延が発生するといった問題がある。
また、リアルタイム性に優れ高信頼性な車両間無線通信を実現するためには、複数の車両、つまり、複数の無線通信装置が存在するような場合、それぞれの車両が互いに公平に無線通信の権利を獲得することが重要であり、かつ、車両間の無線信号の衝突回避が必須となる。しかしながら、従来では、フェージングやマルチパス、隠れ端末問題等により、無線信号の衝突や消失が発生し、通信情報の遅れや通信品質の劣化を招いている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、複数の車両のそれぞれに搭載された無線通信装置が基地局などを介さずに互いに直接無線通信する際に、無線信号の衝突を防止することのできる車両間通信システムおよび無線通信装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、無線通信装置が搭載された車両を複数有し、それぞれの無線通信装置の間で送信データを送受する車両間通信システムにおいて、前記無線通信装置のそれぞれは、自装置が搭載された自車両の現在位置を、当該自車両に搭載された自車位置検出手段から取得して、当該現在位置を含む送信データを他の無線通信装置に送信可能に構成され、前記送信データを送信する場合には、他の無線通信装置から他車両の現在位置を含む送信データを受信したタイミングから当該他車両と自車両との間の相対距離に応じた時間が経過したときに、前記送信データを送信することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記無線通信装置のそれぞれは、他の無線通信装置から他車両の現在位置を含む送信データを受信したタイミングから当該他車両と自車両との間の相対距離に応じた時間が経過する以前に、新たな送信データを受信したときには、当該新たな送信データを受信したタイミングから、当該新たな送信データを送信した車両と自車両との間の相対距離に応じた時間が経過したときに、前記送信データを送信することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記無線通信装置のそれぞれは、他の無線通信装置から他車両の現在位置を含む送信データを受信したときに、当該他車両が自車両よりも進行方向後方に位置する場合には、前記送信データの送信を禁止することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記無線通信装置は、進行方向前方に他の車両が存在していない場合、所定の無線送信周期で前記送信データを送信することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記所定の無線送信周期は、少なくとも約１秒以下であることを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記無線通信装置のそれぞれから送信された前記送信データに基づいて、前記車両の各々が隊列走行することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記無線通信装置は、自装置が搭載された自車両が、隊列走行している車群に合流する場合に、自車両の現在位置とともに、合流する旨を示す合流情報を含む送信データを送信することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記無線通信装置は、自装置が搭載された自車両が、隊列走行している車群から分離する場合に、自車両の現在位置とともに、分離する旨を示す分離情報を含む送信データを送信することを特徴とする。

また本発明は、上記発明において、前記自車位置検出手段は、ＧＰＳまたは位置情報を取得可能なセンサを備えたカーナビゲーション装置であることを特徴とする。

また上記目的を達成するために、本発明は、車両に搭載され、他の車両に搭載された無線通信装置との間で送信データを送受する無線通信装置において、自装置が搭載された自車両の現在位置を、当該自車両に搭載された自車位置検出手段から取得して、当該現在位置を含む送信データを他の車両に搭載された無線通信装置に送信可能に構成され、前記送信データを送信する場合には、他の無線通信装置から他車両の現在位置を含む送信データを受信したタイミングから当該他車両と自車両との間の相対距離に応じた時間が経過したときに、前記送信データを送信することを特徴とする。

本発明によれば、無線通信装置が、他の無線通信装置から他車両の現在位置を含む送信データを受信したタイミングから当該他車両と自車両との間の相対距離に応じた時間が経過したときに前記送信データを送信する構成としたため、複数の無線通信装置間で送信タイミングを異ならせることができ、それぞれの無線通信装置が基地局などを介さずに互いに直接無線通信する場合であっても、無線信号の衝突を防止することが可能となる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本実施の形態に係る車両間通信システム１の構成を模式的に示す図である。この車両間通信システム１は車両の自動運転制御による隊列走行を実現するための通信システムであり、同図に示すように、複数の車両２−１、２−２・・・（以下、各車両を特に区別する必要の無いときは車両２という）を有し、各車両２には無線通信装置１１と車両制御装置１２とが搭載されている。そして、この車両間通信システム１にあっては、各車両２が略一定の車間距離Ｌ（例えば１０Ｍ）を保って隊列走行している。

各車両２に搭載されている無線通信装置１１のそれぞれは、自装置を中心Ｏとした所定半径の無線通信エリアＡ−１、Ａ−２…（以下、各無線通信エリアを特に区別する必要の無いときは無線通信エリアＡという）を形成し、その無線通信エリアＡ内に存在する他の無線通信装置１１と、基地局などを介することなく直接無線通信するものである。各無線通信装置１１にはＩＤやアドレスなどの識別情報が予め割り付けられており、この識別情報が通信時の宛先や送信元端末を指し示すために使用される。例えば無線受信動作時の受信データ処理にあっては、無線通信装置１１がデータを受信した場合、そのデータの宛先として示された識別情報が自装置の識別情報と一致するデータを自装置宛てのデータとして処理する。このとき、データを受信した無線通信装置１１が、データの送信元として示されている識別情報を参照することで、そのデータを送信した送信元の無線通信装置１１を判定できるようになっている。

ここで、自動運転制御を実現するためには、各車両２の車間距離などを適正に保つために、少なくとも各車両２の現在位置、移動方向および移動速度を含む走行情報が必要である。特に、本実施の形態のように、各車両２の走行情報を基地局（制御局）などで集中管理しないシステムにあっては、それぞれの車両２が自車両の走行情報とともに自車両の周辺に存在する他車両の走行情報を把握し、そして、それらの走行情報に基づいて自動運転制御を行う必要がある。そこで、上記無線通信装置１１は、上記識別情報とともに、自車両の現在位置、進行方向および車両速度を他の無線通信装置１１に対して送信する構成となっている。具体的には、上記車両制御装置１２が車両速度検出センサやＧＰＳなどを利用したカーナビゲーション装置といった各種の車両側機器から車両２の走行情報（現在位置、移動方向および移動速度）を取得し、この走行情報が無線通信装置１１から他の車両２に搭載された無線通信装置１１に送信されるようになっている。

図２は、無線通信装置１１の機能的構成を示すブロック図である。
この図に示すように、無線通信装置１１は、ＣＰＵ１０１と、メモリ１０２と、データリンク部１０３と、変復調部１０４と、ＲＦ部１０５と、アンテナ１０６とを備えている。
ＣＰＵ１０１は、無線通信装置１１の各部を制御するものである。また、車両２には、自車位置検出手段として各種センサやカーナビゲーション装置などの車両側機器が搭載されており、この車両側機器から取得した車両２の走行情報が図示せぬインターフェースを介してＣＰＵ１０１に入力される
メモリ１０２は、ＣＰＵ１０１によって実行される各種のプログラムやデータ、変数などを格納するものであり、無線通信動作時には、自他車両２の走行情報を一時的に格納する通信バッファとしても機能する。

データリンク部１０３は、所定の無線通信プロトコルに基づいて送受信データを処理するものである。具体的には、データリンク部１０３は、ＣＰＵ１０１から送信対象のデータを受け取った場合、上記無線通信プロトコルに準拠した送信データを生成して変復調部１０４に出力し、また、この変復調部１０４から受信データを受け取った場合、上記無線通信プロトコルに準拠して受信データを処理し、ＣＰＵ１０１に出力する。
変復調部１０４は、例えばスペクトラム拡散無線通信方式などの所定の無線通信方式に基づいて送受信データを変復調するものであり、データ送信時にはデータリンク部１０３から受け取った送信データを変調してＲＦ部１０５に出力し、データ受信時にはＲＦ部１０５から受け取った受信データを復調してデータリンク部１０３に出力する。

ＲＦ（Radio Frequency）部１０５は、アンテナを介して送受される無線信号を上記所定の無線通信方式に基づいて処理するものであり、データ送信時には、変復調部１０４から受け取った送信データを無線通信周波数帯域の搬送波に重畳して無線信号を生成しアンテナ１０６に出力する。これにより、アンテナ１０６から送信データを含む電波が外部に向けて送出される。また、データ受信時には、ＲＦ部１０５は、アンテナ１０６により受信された無線信号を受け取り、搬送波を分離して受信データを生成し変復調部１０４に出力する。この受信データが、上述したように、変復調部１０４およびデータリンク部１０３にて処理され、例えば他車両２の走行情報などがＣＰＵ１０１に出力される。

ここで、本実施の形態では、走行情報に含まれる車両２の現在位置、移動方向および移動速度のうち、各車両２の現在位置を用いて無線信号の衝突を防止するようにしている。
すなわち、本実施の形態では、隊列走行を行う車両２の間で、例えば、先頭車両２から後続車両２に向けて順番に無線送信を行うといったように、各車両２が一定の順番で無線送信を行うこととしている。このように各車両２が順番に無線送信することで、無線信号の衝突の発生が回避できる。以下の説明では、各車両２が一定の順番に無線送信する場合として、隊列走行する複数の車両２のうち、進行方向先頭の車両２から後続車両２に向けて１台ずつ順番に無線送信する場合を説明する。

図３は無線送信動作時の送信タイミングを示す図である。この図に示すように、ある車両２が無線送信を行ってから次の車両２（無線通信装置１１）が無線送信を行うまでの無線送信期間Ｔには、無線通信期間ＴＡと、無線通信休止期間ＴＢと、無線チャンネル監視期間ＴＣとが設けられ、これらの期間のうち無線通信期間ＴＡにおいて、無線送信動作する車両２（無線通信装置１１）から無線送信フレーム（送信データ）３００が送信される。
この無線送信フレーム３００には、車両２の現在位置を含む走行情報が格納されており、この無線送信フレーム３００を送信することで、自車両２の走行情報が周辺の他の車両２に報知されるようになっている。

無線送信フレーム３００の構成について詳述すると、この無線送信フレーム３００は、大別して無線ヘッダ部３０１と無線データ部３０２とを有し、さらに、無線ヘッダ部３０１は無線ヘッダ３００Ａを備え、また、無線データ部３０２は送信元ＩＤ３００Ｂと、送信車両位置３００Ｃと無線テイラ３００Ｘとを備えて構成されている。
無線ヘッダ部３０１は、本車両間通信システム１にて用いられている無線通信方式に準拠したヘッダ情報を格納するものであり、このヘッダ情報が無線ヘッダ３００Ａに格納される。

無線データ部３０２は、送信元の車両２の識別情報や、現在位置を含む走行情報などの各種データを格納するものであり、送信元の無線通信装置１１（車両２）の識別情報が送信元ＩＤ３００Ｂに格納され、また、現在位置情報が上記送信車両位置３００Ｃに格納される。この現在位置情報としては、例えば緯度経度で表現される座標値や走行道路に埋め込まれた磁気ネイルにより算出される値などを用いることが可能である。
無線テイラ３００Ｘは、無線送信フレーム３００を受信した無線通信装置１１が、受信した無線送信フレーム３００のエラー（誤り）を検出するためのフレームチェックシーケンス（ＦＣＳ）であり、この無線テイラ３００Ｘには例えばＣＲＣ（巡回冗長検査）のためのデータが格納されている。また、この無線テイラ３００Ｘに格納されているデータに基づいて、上記無線ヘッダ部３０１と無線データ部３０２とがそれぞれ識別される。
なお、無線ヘッダ部３０１と無線データ部３０２とを識別するための専用の情報を無線送信フレーム３００に付加する構成としても良い。
また、無線データ部３０２には、上記の情報の他にも、車両速度や移動方向といった走行情報が格納され、これらの走行情報が周辺の他車両２に向けて送信される。

さて、無線通信休止期間ＴＢは、無線通信期間ＴＡにて送信された無線送信フレーム３００を他の車両２（無線通信装置１１）が受信して、処理するための期間である。この無線通信休止期間ＴＢの時間長には、本車両間通信システム１全体で固定値が用いられ、各無線通信装置１１の処理能力（受信データの復号処理などの各種処理を含む受信動作に要する時間）を考慮した時間長が設定される。
無線チャンネル監視期間ＴＣは、各車両２（無線通信装置１１）が送信する無線送信フレーム３００の衝突を回避するために設けられた期間であり、この無線チャンネル監視期間ＴＣにあっては、無線通信装置１１が、例えば、キャリアセンスをおこない無線チャンネルが使用中であるか否かを判別し、使用中であれば、無線送信動作が禁止（停止）される。

ここで、無線チャンネル監視期間ＴＣの時間長は各車両２で一定の時間長ではなく、無線送信期間Ｔにて無線送信フレーム３００を送信した車両２と各車両２との間の相対的な距離に応じて長くなるようになっている。したがって、車両間の相対距離が最も短い車両２から次の無線通信期間ＴＡの開始タイミングｔ３が到来し、無線送信フレーム３００の送信動作が行われ、また、他の車両２にあっては、無線送信動作が禁止されることになる。
このような無線チャンネル監視期間ＴＣの時間長の決定や無線送信タイミングＴｓ（無線通信期間ＴＡの開始タイミング）の決定などを、本実施の形態では、無線通信装置１１のデータリンク部１０３が行う構成としている。

図４はデータリンク部１０３の機能的構成のうち、無線チャンネル監視期間ＴＣおよび無線送信タイミングＴｓを決定するための機能的構成を示すブロック図である。
この図に示すように、データリンク部１０３は、位置情報処理部４０１と、カウンタ到達値算出部４０２と、無線データ部検出部４０３と、カウンタ部４０４と、ＦＣＳ判定部４０５と、比較判定部４０６とを備えている。
位置情報処理部４０１は、受信された無線送信フレーム３００と、自車両２の位置情報とを受け取り、無線送信フレーム３００の送信車両位置３００Ｃに格納されている送信元車両２の位置情報と、自車両２の位置情報とから車両間の相対距離を算出してカウンタ到達値算出部４０２に出力するものである。このとき、位置情報処理部４０１は、送信元車両２が自車両２よりも前方に位置する場合には相対距離に正の符号を、後方に位置する場合には負の符号を相対距離に付加し、送信元車両２が自車両２の前後のどちらにいるかを判別可能とする。

カウンタ到達算出部４０２は、位置情報処理部４０１にて算出された車両間の相対情報に比例した時間長の無線チャンネル監視期間ＴＣを決定するとともに、この無線チャンネル監視期間ＴＣと、所定の時間長である無線通信休止期間ＴＢと、無線通信期間ＴＡの終了タイミングｔ１（図３参照）とに基づいて、無線送信タイミングＴｓを算出し、比較判定部４０６に出力するものである。

無線データ部検出部４０３は、受信された無線送信フレーム３００の無線データ部３０２の開始と終了を検出するものである。また、無線データ部検出部４０３は、無線データ部３０２の開始を検出した場合に、カウンタ部４０４に対してカウント停止信号を出力し、また、無線データ部３０２の終了を検出した場合には、カウンタ部４０４に対してカウント開始信号を出力する。

カウンタ部４０４は、無線通信装置１１が内蔵する図示せぬクロック回路のクロック信号に基づいて、無線通信休止期間ＴＢおよび無線チャンネル監視期間ＴＣのそれぞれのタイミングをカウントするためのカウンタである。
より具体的には、カウンタ部４０４は、上記無線データ部検出部４０３からカウント開始信号が入力された場合に、カウンタ値をクリアするとともに、初期値からカウンタをカウントアップさせて、カウントを開始する。これにより、無線データ部３０２の終了タイミング、すなわち、無線通信期間ＴＡの終了タイミングｔ１からカウントが開始される。
また、カウンタ部４０４は、上記無線データ部検出部４０３からカウント停止信号が入力された場合、または、後述する比較判定部４０６からの無線送信開始信号が入力された場合に、カウンタのカウントアップを停止する。したがって、カウンタ部４０４は、無線通信期間ＴＡの終了タイミングｔ１からカウント動作を開始し、他の無線通信装置１１が送信した無線送信フレーム３００を次に受信したとき、または、自装置が無線送信フレーム３００を送信開始したときにカウント動作を停止することになる。

ＦＣＳ判定部４０５は、受信した無線送信フレーム３００の誤り判定を行うものであり、判定結果を比較判定部４０６に出力するものである。
比較判定部４０６は、カウンタ到達算出部４０２から出力された無線送信タイミングＴｓまでの時間と、カウンタ部４０４のカウンタ値とを比較して、無線送信タイミングＴｓの到来を検出し、例えばＣＰＵ１０１などの無線送信を制御する各部に対して無線送信開始信号を出力するものである。
このとき、比較判定部４０６は、ＦＣＳ判定部４０５の判定結果により、受信した無線送信フレーム３００に誤りがあると判定されている場合には、無線送信タイミングＴｓの検出処理を停止する。これにより、誤りを含む無線送信フレーム３００に基づいて無線送信が開始されてしまうのを防止している。

ここで、上記カウンタ到達算出部４０２は、位置情報処理部４０１から受け取った車両間の相対距離に負の符号が付与されている場合、比較判定停止値を出力する。これにより、自車両２よりも後方の車両２から送信された無線送信フレーム３００の受信に基づいて、自車両２の無線通信装置１１が無線送信を開始してしまうのを回避することとしている。
また、上述の通り、無線チャンネル監視期間ＴＣは、車両間の相対距離に比例して長くなるため、先に無線送信フレーム３００を送信した車両２と相対距離が最も短い直後方の車両２の無線通信装置１１が、他の車両２よりも先駆けて次の無線通信期間ＴＡの開始タイミングｔ３が到来し、無線送信動作が開始される。このとき、他の車両２の無線通信装置１１にあっては、新たな無線送信フレーム３００が受信されて、カウンタ部４０４のカウント動作が停止するため、自装置の無線送信が停止される。以下、このときの動作を、図５を参照してより詳細に説明する。

図５は、隊列走行している４台の車両２−１〜２−４（前掲図１参照）のそれぞれに搭載されている無線通信装置１１の動作タイミングを示す図である。なお、この図には、隊列走行している４台の車両２−１〜２−４のうち、先頭から２番目の車両２−２から送信された無線送信フレーム３００を、当該車両２−２の無線通信エリアＡ−２内に存在する他の車両２−１、２−３、２−４が受信した場合を例示している。また、各車両２−１〜２−４が送信する無線送信フレーム３００を互いに区別するために、それぞれに符号３００Ａ〜３００Ｄを付すこととする。

上記の通り、無線送信フレーム３００Ａ〜３００Ｄには、送信元車両２の位置情報とともに、移動速度および進行方向といった走行情報が格納されている。そして、これらの走行情報に基づいて、各車両２が隊列走行のための自動運転制御を行うとともに、それぞれの無線通信装置１１が上記の手順にしたがって無線送信動作を行う。
すなわち、先頭から２番目の車両２−２からの無線送信フレーム３００Ｂを他の車両２−１、２−３、２−４の無線通信装置１１が受信すると、それぞれの無線通信装置１１が次の無線送信タイミングＴｓのカウントを開始する。このとき、２番目の車両２−２の前方に位置する先頭の車両２−１の無線通信装置１１にあっては、２番目の車両２−２との相対距離が負符号となるため、無線送信タイミングＴｓのカウントを行わず、無線送信が停止されている。

また、各車両２−１〜２−４は、一定の車間距離Ｌで隊列走行をしているため、先頭から３番目の車両２−３の無線通信装置１１が設定する無線チャンネル監視期間ＴＣの時間長は、最後尾の車両２−４の無線通信装置１１が設定する無線チャンネル監視期間ＴＣの時間長の約半分である。このように、３番目の車両２−３と最後尾の車両２−４との間で無線チャンネル監視期間ＴＣの時間長に差異が生じ、最後尾の車両２−４よりも３番目の車両２−３の無線通信装置１１の方が先に無線送信タイミングＴｓを迎え、無線送信フレーム３００Ｃの送信を開始する。

このとき、最後尾の車両２−４は、無線チャンネル監視期間ＴＣ内であるため、３番目の車両２−３の無線送信に伴って、再度、無線送信タイミングＴｓの再計算を実行する。そして、再計算した無線送信タイミングＴｓまでに他の無線通信装置１１から無線送信が行われていなければ、その無線送信タイミングＴｓにて無線送信フレーム３００Ｄの送信を開始する。
このように、上記手順を用いれば、無線送信時の無線信号衝突を発生させることなく無線通信が実現される。

次いて、隊列走行している車群の先頭車両２−１、すなわち、進行方向前方に他の車両２が存在しない車両２が無線送信を開始する際の動作手順について説明する。
一般に、隊列走行を行う各車両２では、車両２の衝突などの事故を回避するために、一定の時間間隔で自車両２の走行情報の無線送信が必要となる。この一定の時間間隔を決定する際には、走行時の車両間距離と走行速度（移動速度）とが重要なパラメータとなる。

江守一郎「新版自動車事故工学」(技術書院平成５年５月発行)によれば、一般的な車両の制動距離は次のように求められる。
制動距離Ｙ=Ｖ²／（２×ｇ×μ）
但し、Ｖ：走行速度（ｋｍ／時）、Ｙ：制動距離（ｍ）、ｇ：重力加速度（９．８ｍ／ｓ²）、μ：摩擦係数である。
摩擦係数μは路面の状態に応じた係数であり、乾燥アスファルトにあってはμ＝０．７０、湿アスファルトにあってはμ＝０．４５〜０．６０、コンクリートにあってはμ＝０．５０、砂利道にあってはμ＝０．５５、固まった雪道にあってはμ＝０．１５、氷上にあってはμ＝０．０７となる。
したがって、車両の走行速度Ｖが５０ｋｍ／時の場合、μ＝０．７と仮定すると、制動距離Ｙは１４ｍとなり、また、車両の走行速度Ｖが８０ｋｍ／時の場合、μ＝０．７と仮定すると、制動距離Ｙは３６ｍとなる。

そこで、走行車両２が前方に停止車両２を検出した場合、停止車両２に衝突することなく停止するためには、例えば、走行車両２の走行速度Ｖが５０ｋｍ/時(１３．８ｍ／秒)の場合、停止車両２から１４ｍ以上手前までに減速制御することが必要となる。換言すれば、走行速度Ｖを５０ｋｍ／時(１３．８ｍ／秒)として隊列走行を実現するためには、走行車両２が１４ｍ以上手前で停止車両２の検出が必要であることを意味するため、すべての車両２が、約1秒周期で自車両２の位置情報を周辺の他車両２に通知する必要がある。実際には、車両位置の算出処理や無線通信処理、車両制御といった各種処理により生じる遅延時間や安全係数などを考慮した場合、数百ミリ秒周期といった１秒周期以下が適切と考えられる。

したがって、本実施の形態では、隊列走行する先頭の車両２−１（図１参照）では、無線送信周期Ｗ（図３に示す無線送信期間Ｔの時間長）をたとえば１００ミリ秒として無線送信フレーム３００の送信を行うこととし、この無線送信周期Ｗの管理を上記データリンク部１０３が行う構成としている。

図６は、データリンク部１０３の機能的構成のうち、無線送信周期Ｗの管理のための機能的構成を示すブロック図である。この図に示すように、データリンク部１０３は自車両送信監視部６０１と、カウンタ部６０２と、比較判定部６０３とを備えている。
自車両送信監視部６０１は、自車両２の無線送信フレーム３００の送信開始（すなわち、無線通信期間ＴＡの開始タイミング）を検出して、カウンタ部６０２に対してカウント開始信号を出力するものである。このとき、自車両送信監視部６０１は、無線送信フレーム３００の無線データ部３０２の送信開始を検出するようにしても良い。

カウンタ部６０２は、無線通信装置１１が内蔵する図示せぬクロック回路のクロック信号に基づいて、無線通信休止期間ＴＢおよび無線チャンネル監視期間ＴＣのそれぞれのタイミングをカウントするためのカウンタである。このカウンタ部６０２は、自車両送信監視部６０１からカウント開始信号が入力された場合に、カウンタ値をクリアするとともに、初期値からカウンタをカウントアップさせて、カウントを開始する。これにより、自装置の無線送信の開始タイミングからカウント動作が開始される。

比較判定部６０３は、カウンタ部６０２のカウンタ値と、予め定められた無線送信周期Ｗ（ここでは１００ミリ秒）とを比較し、無線送信タイミングＴｓを検出し、例えばＣＰＵ１０１などの無線送信を制御する各部に対して無線送信開始信号を出力するものである。これにより、隊列走行している先頭の車両２にあっては、無線送信周期Ｗの時間間隔で自車両２の走行情報が他の車両２に向けて送信される。また、先頭から２番目、３番目の車両２にあっては、先頭の車両２が送信した無線送信フレーム３００を受信することで、上記の手順にしたがって、それそれが先頭車両２との相対距離に応じた無線チャンネル監視期間ＴＣを設定することで、一台ずつ順番に無線送信を開始することになる。

以上の説明では、複数の車両２が隊列走行を行っているときの無線送信動作について説明したが、次いで、隊列走行をおこなう車群へ車両２が合流または分離（離脱）するときの無線送信動作について説明する。

先ず、図７に示すように、３台の車両２−１〜２−３が進行方向に向かってこの順で隊列走行をしている状況において、別の車両（以下、合流車両という）２−５が隊列の途中へ合流する場合を説明する。なお、合流車両２−５は、車両２−１〜２−３が走行する走行車線と隣接した走行車線を走行し、進行方向に向かって車両２−２と車両２−３との間の位置を移動しているものとする。このとき、合流車両２−５に搭載された無線通信装置１１は、隊列走行している車両２−１〜２−３の各無線通信装置１１の無線通信の監視（受信）を開始し、無線送信した車両２との相対距離に応じた無線チャンネル監視期間ＴＣを生成して無線送信タイミングＴｓを決定し、無線通信開始の準備を行う。

例えば、図７に示す状況の場合には、車両２−５と車両２−２との間の相対距離が、車両２−３と車両２−２との間の相対距離よりも短いため、車両２−５が、車両２−２が無線送信を完了した後に、車両２−３よりも先に無線送信を開始する。この車両２−５が送信する無線送信フレーム３００には、隊列走行する車群へ合流する旨を示す合流情報が格納されており、車両２−５よりも後ろに位置する車両２−３が、この合流情報を受信して、合流のための自動運転制御を実施する。具体的には、車両２−３は、合流情報を受信すると、車両２−３を減速させて、図８に示すように、車両２−５が合流可能な程度の車間距離を設ける。そして、合流車両２−５は、車両２−２と車両２−３が送信する各車両２−２、２−３の位置情報に基づいて、自車両２−５が隊列に合流できる車間距離があることを確認したのち、図９に示すように、隊列へ合流する。

このように、隊列走行する車群２−１〜２−３に車両２−５が合流する場合であっても、無線送信した車両２との相対距離に応じた無線チャンネル監視期間ＴＣを生成して無線送信タイミングＴｓを決定し、無線送信開始の準備をするため、無線送信信号が衝突することなく車両２−５から車群２−１〜２−３に対して無線送信することが可能となる。
さらに、合流しようとする車両２−５が合流情報を格納した無線送信フレーム３００を送信することで、この車両２−５の後方を走行する車両２−３に対して、車両２−５の合流が通知され、合流のための車間距離を確保することが可能となる。

次いで、図１０に示すように、４台の車両２−１〜２−４が進行方向に向かってこの順で隊列走行をしている状況において、車両（以下、分離車両という）２−３が隊列から隣接する走行車線へ分離（離脱）する場合を説明する。
隊列走行する車両２−１〜２−４の間では、進行方向の先頭車両２−１から順番に１台ずつ無線送信フレーム３００の送信が行われる。このとき、車両２−３は、車群から分離する旨を示す分離情報を無線送信フレーム３００に格納して送信する。そして、この分離情報が車両２−３の前後の車両２−２と車両２−４とにより受信される。
その後、車両２−３は、図１１に示すように、隣接する走行車線に移動する。このとき、車両２−３は、隊列としての無線通信は継続して行うことし、隊列の順番に応じた順序で無線送信を継続する。

次に、車両２−３は、隣接走行車線に移動した後、隊列走行から分離したことを周辺車両２−１、２−２、２−４に通知するために、無線送信の順番が回ってきた際に、無線送信フレーム３００に車群からの分離動作が完了した旨の情報を格納して送信し、それ以降、この隊列との無線送信、すなわち、前方を走行する車両２−２が送信した無線送信フレーム３００の受信に基づいた無線送信動作を停止する。また、隊列内の車両２−２と車両２−４は、車両２−３の分離動作完了を示す情報を受信することで、車両２−４は、図１２に示すように、車両２−２との車間距離をつめる動作をおこなう。

このように、隊列走行する車群２−１〜２−４から車両２−３が分離する場合であっても、無線送信した車両２との相対距離に応じた無線チャンネル監視期間ＴＣを生成して無線送信タイミングＴｓを決定し、無線送信開始の準備をするため、無線送信信号が衝突することなく車両２−３から車群２−１〜２−４に対して無線送信することが可能となる。
さらに、分離しようとする車両２−３が分離情報を格納した無線送信フレーム３００を送信することで、この車両２−３の後方を走行する車両２−４に対して、車両２−３の分離が通知可能となる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、無線通信装置１１が無線送信フレーム（送信データ）３００を送信する場合には、他の無線通信装置１１から他車両２の現在位置を含む無線送信フレーム３００を受信したときに、当該他車両２と自車両２との間の相対距離に応じた時間長の無線チャンネル監視期間ＴＣを設定し、当該無線チャンネル監視期間ＴＣが経過したときに無線送信フレーム３００を送信する構成としたため、複数の無線通信装置１１間で送信タイミングを異ならせることができ、それぞれの無線通信装置１１が基地局などを介さずに互いに直接無線通信する場合であっても、無線信号の衝突を防止することが可能となる。

特に、無線通信装置１１のそれぞれが、無線チャンネル監視期間ＴＣが経過する以前に、新たな無線送信フレーム３００を受信したときには、当該新たな無線送信フレーム３００を受信したときに、当該新たな無線送信フレーム３００を送信した車両２と自車両２との間の相対距離に応じた時間長の無線チャンネル監視期間ＴＣを新たに設定しなおす構成としたため、確実に無線信号の衝突を回避することが可能となるとともに、特定の無線通信装置１１が常に送信できなくなるといった事態を防止することができる。

また、本実施の形態によれば、無線通信装置１１のそれぞれが、他の無線通信装置１１から他車両２の現在位置を含む無線送信フレーム３００を受信したときに、当該他車両２が自車両２よりも進行方向後方に位置する場合には、無線送信フレーム３００の送信を禁止する構成としたため、進行方向に沿って、先頭の車両２から順番に１台ずつ無線送信の機会が与えられる。

また、本実施の形態によれば、無線通信装置１１は、進行方向前方に他の車両２が存在していない場合、所定の無線送信周期Ｗで無線送信フレーム３００を送信する構成としたため、複数の車両２間での無線通信を循環的に繰り返すことができ、これらの車両２の間で、互いの走行情報を間欠的に受信することができる。

また、本実施の形態によれば、無線通信装置１１が、自装置が搭載された自車両２が、隊列走行している車群に合流する場合に、自車両２の現在位置とともに、合流する旨を示す合流情報を含む無線送信フレーム３００を送信する構成としたため、この車両２の後方を走行する他車両２に対して、合流する旨が通知され、合流のための車間距離を確保することが可能となる。

また、本実施の形態によれば、無線通信装置１１が、自装置が搭載された自車両２が、隊列走行している車群から分離する場合に、自車両２の現在位置とともに、分離する旨を示す分離情報を含む無線送信フレーム３００を送信する構成としたため、この車両２の後方を走行する他車両２に対して、車両２が分離する旨の通知が速やかに行われる。
このように、本実施の形態によれば、車両の位置情報のみで隊列編成の組み換えが可能となり、無線信号の衝突なく、隊列走行時の車両２の順番に従った無線通信を行うことが可能となる。

なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。
例えば、上述した実施の形態において、車両２に故障などの異常が発生した場合に、無線通信装置１１が、その旨を示す情報を無線送信フレーム３００に格納して送信する構成とすることで、進行方向の状況(例えば故障車)をバケツリレー式に後続車両２へ伝達することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る車両間通信システムの構成を示す図である。 無線通信装置の機能的構成を示すブロック図である。 無線送信フレームの構成とともに、その送信タイミングを示すタイミングチャートである。 データリンク部の機能的構成を示すブロック図である。 無線送信フレームの送信動作を示すタイミングチャートである。 データリンク部の機能的構成を示すブロック図である。 隊列走行している車群に車両が合流するときの動作を説明するための図である。 隊列走行している車群に車両が合流するときの動作を説明するための図である。 隊列走行している車群に車両が合流するときの動作を説明するための図である。 隊列走行している車群から車両が分離するときの動作を説明するための図である。 隊列走行している車群から車両が分離するときの動作を説明するための図である。 隊列走行している車群から車両が分離するときの動作を説明するための図である。

符号の説明

１ 車両間通信システム
２ 車両
１１ 無線通信装置
１２ 車両制御装置
１０３ データリンク部
３００ 無線送信フレーム
Ａ 無線通信エリア
Ｌ 車間距離
Ｔ 無線送信期間
ＴＡ 無線通信期間
ＴＢ 無線通信休止期間
ＴＣ 無線チャンネル監視期間
Ｔｓ 無線送信タイミング

Claims (10)

1. 無線通信装置が搭載された車両を複数有し、それぞれの無線通信装置の間で送信データを送受する車両間通信システムにおいて、
   前記無線通信装置のそれぞれは、自装置が搭載された自車両の現在位置を、当該自車両に搭載された自車位置検出手段から取得して、当該現在位置を含む送信データを他の無線通信装置に送信可能に構成され、
   前記送信データを送信する場合には、他の無線通信装置から他車両の現在位置を含む送信データを受信したタイミングから当該他車両と自車両との間の相対距離に応じた時間が経過したときに、前記送信データを送信する
   ことを特徴とする車両間通信システム。
2. 前記無線通信装置のそれぞれは、
   他の無線通信装置から他車両の現在位置を含む送信データを受信したタイミングから当該他車両と自車両との間の相対距離に応じた時間が経過する以前に、新たな送信データを受信したときには、当該新たな送信データを受信したタイミングから、当該新たな送信データを送信した車両と自車両との間の相対距離に応じた時間が経過したときに、前記送信データを送信する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両間通信システム。
3. 前記無線通信装置のそれぞれは、
   他の無線通信装置から他車両の現在位置を含む送信データを受信したときに、当該他車両が自車両よりも進行方向後方に位置する場合には、前記送信データの送信を禁止する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両間通信システム。
4. 前記無線通信装置は、進行方向前方に他の車両が存在していない場合、所定の無線送信周期で前記送信データを送信する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両間通信システム。
5. 前記所定の無線送信周期は、少なくとも約１秒以下である
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両間通信システム。
6. 前記無線通信装置のそれぞれから送信された前記送信データに基づいて、前記車両の各々が隊列走行する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両間通信システム。
7. 前記無線通信装置は、自装置が搭載された自車両が、隊列走行している車群に合流する場合に、自車両の現在位置とともに、合流する旨を示す合流情報を含む送信データを送信する
   ことを特徴とする請求項６に記載の車両間通信システム。
8. 前記無線通信装置は、自装置が搭載された自車両が、隊列走行している車群から分離する場合に、自車両の現在位置とともに、分離する旨を示す分離情報を含む送信データを送信する
   ことを特徴とする請求項６に記載の車両間通信システム。
9. 前記自車位置検出手段は、ＧＰＳまたは位置情報を取得可能なセンサを備えたカーナビゲーション装置である
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の車両間通信システム。
10. 車両に搭載され、他の車両に搭載された無線通信装置との間で送信データを送受する無線通信装置において、
    自装置が搭載された自車両の現在位置を、当該自車両に搭載された自車位置検出手段から取得して、当該現在位置を含む送信データを他の車両に搭載された無線通信装置に送信可能に構成され、
    前記送信データを送信する場合には、他の無線通信装置から他車両の現在位置を含む送信データを受信したタイミングから当該他車両と自車両との間の相対距離に応じた時間が経過したときに、前記送信データを送信する
    ことを特徴とする無線通信装置。

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