JP2014218167A

JP2014218167A - 通信システム、送信装置、受信装置

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Publication number: JP2014218167A
Application number: JP2013098805A
Authority: JP
Inventors: 潤野村; Jun Nomura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2033-05-08
Also published as: JP5737327B2; US9207326B2; EP2802125A1; US20140335888A1; EP2802125B1

Abstract

【課題】通信ネットワークを介して高分解能の緯度・経度のデータを送受信する通信システムにおいて、通信遅延や受信抜けに起因する測位位置の跳びを軽減する。【解決手段】送信ユニット３は、ＧＰＳ受信機２により測位された緯度・経度データを所定の桁位置で区切り、緯度の上位データ及び下位データと、経度の上位データ及び下位データとに分割する。そして、緯度及び経度の各上位データを１つにまとめた上位フレームと、緯度及び経度の各下位データを１つにまとめた下位フレームとを生成し、それらを別個の伝送単位でＣＡＮバス６に送信する。受信ユニット４は、送信ユニット３から受信した上位フレームと下位フレームから、緯度の上位データと下位データとを合成して緯度データを復元する。また、経度の上位データと下位データとを合成して経度データを復元する。受信ユニット４は、復元した緯度データと経度データとを車両制御部５に出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、測位手段により測位された緯度・経度のデータを、通信ネットワークを介して送受信する通信システムに関する。

従来、例えば、ＲＴＫ−ＧＰＳ（リアルタイムキネマティックＧＰＳ）等の測位技術により計測された高分解能の位置情報を用いて、車両単独で広域かつ高精度の車両位置制御（例えば、自動運転等）を行う技術が検討されている。ＧＰＳ受信機等で取得された緯度・経度を示すデータは、例えば、ＣＡＮ（Control Area Network）通信プロトコル等による車内通信ネットワークを介して車両制御を行う各ＥＣＵに転送される。しかしながら、ＲＴＫ−ＧＰＳ等の測位技術によって得られる高分解能の緯度・経度のデータは、車内通信ネットワークで扱われてきた従来のデータよりもデータサイズ（ビット数）が増大している。それにより、高分解能の緯度・経度のデータサイズが、ＣＡＮ通信プロトコルにおいてデータを送信する際の伝送単位であるデータフレームの容量を超えてしまうため、緯度・経度のデータを１つのデータフレームでまとめて送信することができないという問題がある。

一方、特許文献１には、高分解能化によりデータサイズが増加した舵角センサのデータを、所定の桁で上位データと下位データとに分解して別々のデータフレームで送信し、受信側で上位データと下位データとを統合することで元のデータを再現する技術が開示されている。

特開２０１０−１３４５６２号公報

高分解能の緯度・経度のデータを１つのデータフレームでまとめて送信できないという問題に対し、位置情報を緯度データと経度データとに分割し、それぞれ別個のデータフレームで送信することで解決する方法が考えられる。

しかしながら、ＣＡＮ通信プロトコルによる車内通信ネットワークでは、バスの通信負荷が高くなった場合、データフレームの通信遅延や受信抜けが発生する可能性がある。そのため、１つの位置情報を緯度データと経度データとに分解して送信すると、前述の通信遅延や受信抜けにより、緯度データ又は経度データのどちらか一方が受信されないという事象が発生する可能性がある。このような場合、受信された一方のデータのみが測位位置に反映されるため、前回の測位位置から緯度成分又は経度成分に不自然な跳びが起こり、測位結果に基づいて行われる車両制御に大きく影響する可能性がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、通信ネットワークを介して高分解能の緯度・経度のデータを送受信する通信システムにおいて、通信遅延や受信抜けに起因する測位位置の跳びを軽減するため技術を提供することを目的とする。

本発明の通信システムは、取得手段、分割手段、生成手段、送信手段、受信手段、復元手段、及び、出力手段を備える。取得手段は、現在地を測位する測位手段から、現在地の緯度及び経度を表す緯度データと経度データとを取得する。分割手段は、取得された緯度データと経度データとを、それぞれ所定の桁位置で区切って、緯度の上位データ及び下位データと、経度の上位データ及び下位データとに分割する。生成手段は、分割された緯度の上位データと経度の上位データとを１つにまとめた上位フレーム、及び、分割された緯度の下位データと経度の下位データとを１つにまとめた下位フレームを生成する。送信手段は、生成された上位フレームと下位フレームとを、別個の伝送単位で所定の通信ネットワークに送信する。

受信手段は、通信ネットワークを介して送信された上位フレームと下位フレームとを受信する。復元手段は、受信された上位フレーム及び下位フレームから、緯度の上位データと緯度の下位データとを合成して緯度データを復元する。また、経度の上位データと経度の下位データとを合成して経度データを復元する。出力手段は、復元された緯度データと経度データとを出力する。

本発明では、測位された緯度・経度のデータを、それぞれ上位データと下位データとに分割し、緯度・経度の上位データからなる上位フレームと、緯度・経度の下位データからなる下位フレームとを別個に送信する。このように、緯度・経度のデータを上位フレームと下位フレームとに分割してデータのサイズを落とすことで、高分解能の緯度・経度のデータを通信ネットワークにおいて送受信できるようにしている。

また、緯度・経度の上位データからなる上位フレームと、緯度・経度の下位データからなる下位フレームを生成し、それらを別々に送信することで、データフレームの通信遅延や受信抜けによる影響を低減できる。例えば、一対の上位フレームと下位フレームのうち、下位フレームの方だけに通信遅延や受信抜けが発生したとしても、正常に受信された上位フレームに緯度及び経度の上位桁が両方含まれているので、測位位置の緯度成分又は経度成分への跳びを軽減できる。

一方、一対の上位フレームと下位フレームのうち、上位フレームの方だけに通信遅延や受信抜けが発生した場合について、緯度・経度の上位桁は現在地の推移に伴う変化が比較的小さく、短期間の車両の移動においてはほとんど変化しない。そのため、前回の測位位置における緯度・経度の上位桁と、正常に受信された下位フレームで示される緯度・経度の下位桁に基づいて、測位位置を容易に補完することができ、測位位置の跳びを低減できる。

上記のように、本発明によれば、通信ネットワークを介して高分解能の緯度・経度のデータを送受信するときに、通信遅延や受信抜けに起因する測位位置の跳びを抑制でき、車両制御に対する影響を軽減できる。

車内通信システムの構成例を示すブロック図。変換送信処理の手順を示すフローチャート。上位フレーム及び下位フレームの生成例を示す説明図。受信復元処理の手順を示すフローチャート。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではなく様々な態様にて実施することが可能である。
［車内通信システムの構成の説明］
図１に示されるように、車内通信システム１は、ＧＰＳ受信機２、送信ユニット３、受信ユニット４、及び、車両制御部５を備える。また、送信ユニット３及び受信ユニット４は、ＣＡＮ通信プロトコルによる車内ＬＡＮを構成する通信路であるＣＡＮバス６に接続されている。

ＧＰＳ受信機２は、車両に搭載される測量機であって、例えば、ＲＴＫ−ＧＰＳ等の高精度の測量手法により、１０〜数ｃｍ程度の分解能で車両の現在地の緯度・経度を取得する。ＲＴＫ−ＧＰＳ測量は、ＧＰＳ衛星から受信する測位信号と既知点から受信する補正観測情報とに基づいて、移動体の現在地を測位する方法である。ＧＰＳ受信機２により取得された現在地の緯度・経度を示すデータ（緯度データ、経度データ）は、送信ユニット３に出力される。

送信ユニット３は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース等を備える電子制御装置からなるＣＡＮ用の通信装置である。送信ユニット３は、ＧＰＳ受信機２から入力された緯度データ及び経度データを変換して、ＣＡＮバス６を介して受信ユニット４宛てに伝送する。なお、ＣＡＮ通信において伝送されるデータは、データフレームと呼ばれるパケットの形態で送受信される。このＣＡＮ通信では、１つのデータフレームで送信できるデータのサイズは６４ｂｉｔとなっている。これに対し、本実施形態では、ＧＰＳ受信機２で取得される緯度・経度データが、合計で６４ｂｉｔを超えるもの（例えば、７２ｂｉｔ）を想定している。このため、ＣＡＮ通信プロトコルによる車内ＬＡＮにおいては、高分解能の緯度・経度データを、１つのデータフレームにまとめて伝送することができない。

そこで、本実施形態の送信ユニット３は、本発明の特徴的な構成として変換処理部３０を備える。変換処理部３０は、緯度・経度データをそれぞれ上位データと下位データとに分割し、緯度・経度の上位データを１つにまとめた上位フレームと、緯度・経度の下位データを１つにまとめた下位フレームとを別個に送信する。このようにすることで、高分解能の緯度・経度データを、ＣＡＮのデータフレームで送信可能なデータサイズに変換して送信できる。なお、変換処理部３０が実行する処理の詳細な手順については後述する。

受信ユニット４は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インタフェース等を備える電子制御装置からなるＣＡＮ用の通信装置である。受信ユニット４は、送信ユニット３からＣＡＮバス６を介して送信された上位フレーム及び下位フレームを受信する。また、本実施形態の受信ユニット４は、本発明の特徴的な構成として復元処理部４０を備える。復元処理部４０は、受信した上位フレーム及び下位フレームから、元の緯度・経度データを復元する。復元された現在地の緯度・経度データは、車両制御部５に出力される。なお、復元処理部４０が実行する処理の詳細な手順については後述する。

車両制御部５は、受信ユニット４から入力された現在地の緯度・経度データに基づいて、車両制御を行う車載機器である。この種の車載機器としては、高分解能の位置情報に基づいて車両の位置を精密に制御する自動走行システムや運転支援システムの制御装置等が例示される。

［送信ユニットが実行する処理の説明］
送信ユニット３の変換処理部３０が実行する変換送信処理の手順について、図２のフローチャートを参照しながら説明する。この処理は、所定の制御周期で繰返し実行される。

Ｓ１００では、変換処理部３０は、ＧＰＳ受信機２から現在地の緯度データと経度データとを取得する。次のＳ１０２では、変換処理部３０は、取得した緯度データ及び経度データを、それぞれ所定の桁位置で上位データと下位データとに分割する。そして、Ｓ１０４では、変換処理部３０は、緯度の上位データと経度の上位データとを１つにまとめた上位フレームを生成する。また、緯度の下位データと経度の下位データとを１つにまとめた下位フレームを生成する。

ここで、Ｓ１０２，Ｓ１０４の一連の処理の具体例について図３を参照しながら説明する。図３に例示されるとおり、ＧＰＳ受信機２から取得される緯度データ及び経度データは、２桁ないし３桁からの整数部からなる度成分と、２桁の整数部と７桁の小数部からなる分成分で構成されているものとする。本実施形態では、緯度データ及び経度データは、それぞれ分成分の整数部と小数部との間で区切られ、度成分から分成分の整数部までを含む上位データと、分成分の少数部を含む下位データとに分割される。

そして、緯度の度成分と分成分の整数部を含む上位データと、経度の度成分と分成分の整数部を含む上位データとが合成され、上位フレームが生成される。また、緯度の分成分の小数部を含む下位データと、経度の分成分の小数部を含む下位データとが合成され、下位フレームが生成される。

なお、図３の事例では、緯度・経度データの分成分の整数部と小数部との間で分割しているが、本発明における分割方法はこれに限定されるものではない。ただし、分割された上位データ及び下位データから合成される上位フレーム及び下位フレームのサイズが、ＣＡＮのデータフレームに設けられたデータフィールドに収まるような桁位置で分割されることが要件となる。

図２のフローチャートの説明に戻る。Ｓ１０６では、変換処理部３０は、Ｓ１０４で生成した上位フレームを、ＣＡＮのデータフレームに設けられたデータフィールドに収めてＣＡＮバス６に送信する。また、Ｓ１０４で生成した下位フレームを、ＣＡＮのデータフレームに設けられたデータフィールドに収めてＣＡＮバス６に送信する。なお、Ｓ１０６で送信される各データフレームには、データ内容や送信元を識別するための所定の識別子（ＩＤ）が付与される。Ｓ１０６の後、変換処理部３０は本処理を終了する。

［受信ユニットが実行する処理の説明］
受信ユニット４の復元処理部４０が実行する受信復元処理の手順について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。この処理は、所定の制御周期で繰返し実行される。

Ｓ２００では、復元処理部４０は、送信ユニット３からＣＡＮバス６に送信された上位フレームを含むデータフレーム、及び、下位フレームを含むデータフレームを受信する。次のＳ２０２では、復元処理部４０は、取得した上位フレーム及び下位フレームから、緯度の上位データ及び下位データを抽出し、それらを合成して緯度データを復元する。また、取得した上位フレーム及び下位フレームから、経度の上位データ及び下位データを抽出し、それらを合成して経度データを復元する。

Ｓ２０４では、復元処理部４０は、Ｓ２０２で得られた緯度及び経度の測定値をそれぞれ前回出力した緯度及び経度の測定値と比較し、変化量が所定の基準値以上であるか否かを判定する。比較の結果、緯度又は経度の変化量が基準値以上である場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、復元処理部４０はＳ２０６に進む。一方、比較の結果、緯度及び経度の変化量が基準値未満である場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、復元処理部４０はＳ２０８に進む。

緯度又は経度の変化量が基準値以上である場合に進むＳ２０６では、復元処理部４０は、Ｓ２０２で得られた緯度・経度の測定値を補正する。補正方法としては、例えば、前回の緯度・経度の測定値を、そのまま今回の緯度・経度の測定値として代用することが考えられる。あるいは、ＣＡＮバス６を介して、図示しない車載センサ類等から車速や舵角、加速度等の車両データを取得して、緯度・経度の測定値を補正してもよい。具体的には、車両データに基づいて算出した自車両の移動軌跡を、前回測定時の緯度・経度に反映することで現在地の緯度・経度を推定する。

Ｓ２０６で緯度・経度の測定値を補正する必要性について説明する。本発明の実施によってＣＡＮ通信におけるデータフレームの通信遅延や受信抜けがなくなる訳ではないため、一対の緯度・経度データから変換された対応する上位フレームと下位フレームの受信タイミングがずれることがある。上位フレームと下位フレームの受信タイミングがずれた場合、前後に送信された上位フレームと下位フレームとが受信側で誤って対応付けられる可能性がある。本発明では、上位フレーム又は下位フレームに通信遅延や受信抜けが発生したとしても、正常に受信された方のフレームに緯度及び経度の上位桁又は下位桁が少なくとも含まれているので、測位値の跳びを軽減できる。ただし、下記の事例のような特異なケースにおいて、測定値に大きな跳びが生じる可能性がある。

例えば、緯度が36°59.9999999′から37°00.0000000′に推移するケースで、上位フレーム（整数部）と下位フレーム（小数部）の受信タイミングが前後にずれた状況を想定する。このとき、１つ前の上位フレームと最新の下位フレームとが対応付けられた場合、緯度が36°59.9999999′から36°59.0000000′に跳ぶことがある。また、最新の上位フレームと１つ前の下位フレームとが対応付けられた場合、緯度が36°59.9999999′から37°00.9999999′に跳ぶことがある。

上述のように、下位データに相当する小数部から、上位データに相当する整数部への繰り上げが発生するタイミングで、上位フレームと下位フレームの受信タイミングがずれた場合、通常よりも大きな誤差が生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、緯度・経度の測定値が、受信復元処理の制御周期内の車両の挙動として許容される範囲を逸脱する異常な変化（跳び）を示したことを条件に、上位フレームと下位フレームの受信タイミングがずれたと判断し、緯度・経度の測定値を補正するようになっている。

次のＳ２０８では、復元処理部４０は、現在地の位置情報を車両制御部５に出力する。ここでは、Ｓ２０４で否定判定をした場合、復元処理部４０は、Ｓ２０２で復元したデータから得られた緯度・経度の測定値を位置情報として出力する。あるいは、Ｓ２０４で肯定判定をした場合、復元処理部４０は、Ｓ２０６で補正した緯度・経度の測定値を位置情報として出力する。Ｓ２０８の後、復元処理部４０は本処理を終了する。

［効果］
実施形態の車内通信システム１によれば、以下の効果を奏する。
ＧＰＳ受信機２により測位された緯度データ及び経度のデータを、それぞれ上位データと下位データとに分割し、緯度・経度の上位データからなる上位フレームと、緯度・経度の下位データからなる下位フレームとを別個に送信する。このようにすることで、高分解能の緯度・経度のデータを通信ネットワークにおいて送受信できる。また、一対の上位フレームと下位フレームのうち、どちらか一方に通信遅延や受信抜けが発生したとしても、正常に受信された方のフレームに緯度及び経度の上位桁又は下位桁が少なくとも含まれているので、測位位置の緯度成分又は経度成分への跳びを軽減できる。

受信ユニット４において受信された上位フレーム及び下位フレームから復元された緯度・経度の測定値について、前回の測定値との差が著しく大きい場合、復元された緯度・経度を補正することができる。このようにすることで、たとえ上位フレームと下位フレームの受信タイミングがずれたとしても、大きな誤差を含む測定値が車両制御部５に出力されることを防止できる。

１…車内通信システム、２…ＧＰＳ受信機、３…送信ユニット、３０…変換処理部、４…受信ユニット、４０…復元処理部、５…車両制御部、６…ＣＡＮバス。

Claims

現在地を測位する測位手段（２）から、現在地の緯度及び経度を表す緯度データと経度データとを取得する取得手段（３０，Ｓ１００）と、
前記取得手段により取得された緯度データと経度データとを、それぞれ所定の桁位置で区切って、緯度の上位データ及び下位データと、経度の上位データ及び下位データとに分割する分割手段（３０，Ｓ１０２）と、
前記分割手段により分割された緯度の上位データと経度の上位データとを１つにまとめた上位フレーム、及び、前記分割手段により分割された緯度の下位データと経度の下位データとを１つにまとめた下位フレームを生成する生成手段（３０，Ｓ１０４）と、
前記生成手段により生成された上位フレームと下位フレームとを、別個の伝送単位で所定の通信ネットワーク（６）に送信する送信手段（３０，Ｓ１０６）と、
前記通信ネットワークを介して前記送信手段により送信された上位フレームと下位フレームとを受信する受信手段（４０，Ｓ２００）と、
前記受信手段により受信された上位フレーム及び下位フレームから、前記緯度の上位データと前記緯度の下位データとを合成して前記緯度データを復元し、前記経度の上位データと前記経度の下位データとを合成して前記経度データを復元する復元手段（４０，Ｓ２０２）と、
前記復元手段により復元された緯度データと経度データとを出力する出力手段（４０，Ｓ２０８）と、
を備えることを特徴とする通信システム。
請求項１に記載の通信システムにおいて、
前記復元手段により復元された緯度データ及び経度データの値を、前回、前記出力手段により出力されたときの緯度データ及び経度データの値と比較し、変化量が所定の基準量以上であるか否かを判定する判定手段（４０，Ｓ２０４）と、
前記判定手段により前記変化量が所定の基準量以上であると判定された場合、前記復元手段により復元された緯度データ及び経度データの値を所定の基準に基づいて補正する補正手段（４０，Ｓ２０６）とを更に備え、
前記出力手段は、前記判定手段により前記変化量が所定の基準量以上であると判定された場合、前記補正手段により補正された緯度データ及び経度データを出力し、前記判定手段により前記変化量が所定の基準量未満であると判定された場合、前記復元手段により復元された緯度データと経度データとを出力すること
を特徴とする通信システム。
請求項１又は請求項２に記載の通信システムに用いられる送信装置（３）であって、
前記取得手段と、前記分割手段と、前記生成手段と、前記送信手段とを備えること、
を特徴とする送信装置。
請求項１に記載の通信システムに用いられる受信装置（４）であって、
前記受信手段と、前記復元手段と、前記出力手段とを備えること、
を特徴とする受信装置。
請求項２に記載の通信システムに用いられる受信装置（４）であって、
前記受信手段と、前記復元手段と、前記判定手段と、前記補正手段と、前記出力手段とを備えること、
を特徴とする受信装置。