JP2017161430A

JP2017161430A - 他車両の位置検出装置

Info

Publication number: JP2017161430A
Application number: JP2016047819A
Authority: JP
Inventors: 亮太尾首; Ryota Oshu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-11
Filing date: 2016-03-11
Publication date: 2017-09-14

Abstract

【課題】他車両から送信される無線信号に基づいて当該他車両の位置を検出する車載装置として、送信する無線信号の内容が規制されないより多くの他車両について位置を検出する。【解決手段】他車両位置検出装置１１は、他車両２０から送信されたビーコン２２を離間する２つの受信機１２，１３でそれぞれ受信した結果として得た２つの受信結果に基づいて他車両２０の位置を検出する。他車両位置検出装置１１は、２つの受信結果から算出した各受信時刻の時間差に基づいて他車両２０の方向を算出するとともに、２つの受信結果のうち少なくとも一方から算出した受信強度に基づいて他車両２０の距離を算出し、それら算出した他車両２０の方向、及び他車両２０の距離に基づいて他車両２０の相対位置を算出する位置算出部と、２つの受信結果から算出したビーコン２２のゆらぎ周波数に基づいて他車両２０の相対速度を算出する速度算出部とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、他車両の位置を検出するために車載される他車両の位置検出装置に関する。

運転支援のために、自車両に先行する他車両の位置を、カメラ、ミリ波レーダ等を用いて検出する技術が知られている。また、こうした技術の１つとして、車両に搭載される無線通信機が送信する無線信号を受信して他車両の位置を検出する技術も提案されている。例えば、他車両の送信する無線信号を利用して当該他車両の位置を検出する技術の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載の技術は、車両の相対位置を決定するために、他車両の通信機からＩＥＥＥ８０２．１１の規格で送信されるビーコンとともに提供される位置と速度ベクトルとを受信する。そして、車両の相対位置は、受信した複数のビーコンから得られる絶対位置と、速度と、周波数シフトと、ＬＯＳ（ＬｉｎｅＯｆＳｉｇｈｔ）／ＮＬＯＳ（ＮｏｎＬｉｎｅＯｆＳｉｇｈｔ）表示とに基づいて予測される。

特表２０１１−５２８４３３号公報

特許文献１に記載の装置によれば、他車両から得られた位置、速度ベクトルに基づいて予測される車両の相対位置を、周波数シフト等の追加情報によって、より高い精度で予測することができる。

ところで、運転支援には、自車両と他車両との間の相対位置に関する情報が必須である。したがって、相対位置を検出する技術としても、より多くの場面で相対位置を検出できることが望ましい。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、他車両の送信する無線信号に位置と速度ベクトルとを示す情報が含まれている必要があり、それらを含まない無線信号を送信する車両については、その相対位置を検出することができない。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、他車両から送信される無線信号に基づいて当該他車両の位置を検出する車載装置として、送信する無線信号の内容が規制されないより多くの他車両について位置を検出することができる他車両の位置検出装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果を記載する。
上記目的を達成するために他車両の位置検出装置は、離間して設けられた２つの受信機で他車両から送信された無線信号をそれぞれ受信し、それぞれの受信機による受信の結果として得た２つの受信結果に基づいて前記他車両の位置を検出する他車両の位置検出装置であって、前記受信機はそれぞれ、前記他車両から送信されたビーコンを無線信号として受信するとともに、この受信した結果を受信結果として出力するものであり、前記２つの受信結果から算出した各受信時刻の時間差に基づいて前記他車両の方向を算出するとともに、前記２つの受信結果のうち少なくとも一方から算出した受信強度に基づいて前記他車両の距離を算出し、それら算出した他車両の方向、及び他車両の距離に基づいて前記他車両の相対位置を算出する位置算出部と、前記２つの受信結果から算出した前記無線信号のゆらぎ周波数に基づいて前記他車両の相対速度を算出する速度算出部とを備えることを特徴とする。

このような構成によれば、自車両の２つの受信機によって他車両の送信機のビーコンを受信することで、他車両の相対位置と相対速度とを算出することができる。すなわち、無線通信の規則として予め規定された情報だけを含んでいる無線信号であるビーコンを用いて他車両の相対位置と相対速度とを算出することができるため、無線信号に基づく相対位置と相対速度との算出がどの送信機に対しても行うことができ、いわば汎用性が増すようになる。なお、車両には、車載のデータ通信装置、運転者が携帯する携帯電話やデータ通信装置等、無線通信機能を有する機器が搭載されていることが多いことから、より多くの車両に対して相対位置と相対速度との算出が可能である蓋然性が高い。これにより、他車両から送信される無線信号に基づいて当該他車両の位置を検出する車載装置として、送信する無線信号の内容が規制されないより多くの他車両について位置を検出することができるようになる。

なお、無線信号から、無線信号に一般的に含まれる情報を取得し、それを算出に用いてもよい。一般的に含まれる情報であれば、汎用性が高く維持される。

他車両の位置検出装置を具体化した一実施形態について、他車両との関係を模式的に示す模式図。同実施形態において、他車両の位置検出装置の概略構成を示すブロック図。同実施形態において、他車両の位置を検出する処理の手順を示すフローチャート。同実施形態において、他車両の位置を検出する処理の例について示す図。

図１〜図４を参照して、自車両１０に搭載され、他車両２０の位置を検出する他車両の位置検出装置を具体化した一実施形態について説明する。
図１に示す自車両１０及び他車両２０はそれぞれ乗用車であり、自車両１０には他車両位置検出装置１１が搭載されている。なお、本実施形態では、他車両２０は自車両１０の前方を略同方向に走行する先行車である場合について説明するが、この他車両位置検出装置１１は、後方車両や対向車両、交差車両等に対しても適用可能である。

他車両２０は、進行方向を前方とする。他車両２０は、無線通信を行う送信機２１を搭載している。送信機２１は、例えば、車両に取り付けられているカーナビゲーション装置等の無線通信機能を有する車載機器でもよいが、運転者や搭乗者が所持する携帯電話やスマートフォン、無線通信機能を有するデータ通信機器、車両に積み込まれた機器の有する無線通信機器等でもよい。送信機２１は、無線ＬＡＮのアクセスポイントの機能を有しており、例えば１００ミリ秒毎等で定期的に規定された通信信号、ここではビーコン２２を送信する。

ビーコン２２は、アクセスポイントを探す機器にアクセスポイントの存在を知らせるための信号であって、当該アクセスポイントへ接続を試みる際に必要な情報を含んでいる。例えば、無線ＬＡＮのビーコン２２は、ＩＥＥＥ８０２．１１の管理フレームのうちのビーコンフレームを含んでいる通信信号である。このビーコン２２は、接続に必要な情報であるＳＳＩＤ（ＳｅｒｖｉｃｅＳｅｔＩｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）、及びチャンネル（周波数）を含んでいる。またビーコン２２には、ＢＳＳＩＤ（ＢａｓｉｃＳｅｒｖｉｃｅＳｅｔＩｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）、ビーコンの送信間隔、及びデータレート等の情報が含まれていてもよい。

自車両１０は、進行方向を前方とする。自車両１０は、他車両位置検出装置１１と、他車両２０から送信されるビーコンを受信する第１受信機１２及び第２受信機１３を備えている。

第１受信機１２及び第２受信機１３は、無線信号を受信できる機器であり、少なくとも他車両２０から送信されるビーコンを受信することができる。つまり、第１受信機１２及び第２受信機１３は、ＩＥＥＥ８０２．１１の管理フレームのうちのビーコンフレームを受信することができる。第１受信機１２及び第２受信機１３はそれぞれ、受信したビーコンフレームを受信結果として他車両位置検出装置１１に出力する。

第１受信機１２及び第２受信機１３は、自車両１０の前側であって略左右対称となる位置に配置されている。例えば、第１受信機１２は左側、第２受信機１３は右側に配置されている。よって、第１受信機１２と第２受信機１３との間には進行方向に対して直交する方向に所定の間隔Ｄ１が確保されている。

他車両位置検出装置１１は、第１受信機１２及び第２受信機１３に接続され、それぞれからビーコン２２の受信結果を取得する。他車両位置検出装置１１は、例えば電子制御装置であって、演算装置や記憶装置を有する小型コンピュータを含んで構成されている。他車両位置検出装置１１は、記憶装置に記憶されたプログラムやパラメータを演算装置により演算することによって各種制御を行う。本実施形態では、他車両の位置を検出するプログラムの実行により、他車両位置の検出処理が行われる。また、他車両位置検出装置１１は、車内ＬＡＮ等を介して車両の速度等の車両情報を取得することができる。

図２に示すように、他車両位置検出装置１１は、第１ビーコン受信部３１と、第２ビーコン受信部３２と、相対速度判定部３３と、相対位置推定部３４と、他車両方向・距離判定部３５と、危険度判定部３６と、通知部３７とを備える。

第１ビーコン受信部３１は、ビーコンを受信した第１タイミングを検出し、受信したビーコンの周波数を検出し、第１受信機１２の受信したビーコンフレームを取得する。第２ビーコン受信部３２は、ビーコンを受信した第２タイミングを検出し、受信したビーコンの周波数を検出し、第２受信機１３の受信したビーコンフレームを取得する。また、第１及び第２ビーコン受信部３１，３２の少なくとも一方は、受信したビーコンからビーコンの受信強度を算出し、受信したビーコンフレームからＳＳＩＤ及びチャンネルを取得する。

相対速度判定部３３は、ビーコンの周波数に生じるドップラー効果（周波数ゆらぎ）に基づいて自車両１０に対する他車両２０の相対速度を算出する。なお、ドップラー効果を用いた相対速度の測定方法は既知の技術を利用することができる。本実施形態では、相対速度とともに、自車両１０の進行方向に対する他車両２０からのビーコン２２のなす角である角度θ１，θ２も算出する。

相対位置推定部３４は、相対速度判定部３３の算出した角度θ１，θ２と、第１タイミングと第２タイミングとの時間差に基づいて他車両２０の方向を特定する。また、相対位置推定部３４は、２つの受信強度のうち少なくとも一方の受信強度に基づいて他車両２０までの相対距離を算出する。そして相対位置推定部３４は、上記算出した角度θ１，θ２とその方向、及び相対距離に基づいて自車両１０に対する他車両２０の相対位置を算出する。

他車両方向・距離判定部３５は、自車両１０に対する他車両２０の方向及び距離の時間的変化を判定する。他車両方向・距離判定部３５は、複数のタイミングにおける他車両２０の相対速度と相対位置についてそれらの時間変化を見ることで他車両２０の動きを判定する。

危険度判定部３６は、自車両１０に対する他車両２０の衝突の危険度を判定する。例えば、危険度判定部３６は、自車両１０に対する他車両２０の相対距離の時間変化から接近することを検出し、かつ、相対距離があらかじめ設定した限界接近距離Ｎよりも近づいたことを条件に危険度が高いと判定する。

通知部３７は、危険度判定部３６により危険度が高いと判定されたことに応じて運転者に他車両２０との衝突の危険性を通知する。通知部３７は、運転者に衝突の危険性を音声で通知させるもよいし、画像で通知させてもいし、それらの組み合わせでもよい。

次に、図３を参照して、他車両位置検出装置１１の動作について説明する。
図３は、他車両位置検出装置１１で行われる他車両位置検出処理の手順を示す。自車両１０は、周囲に存在する複数の他車両２０についてそれぞれ、受信したビーコンに基づいて相対速度及び相対位置を検出することができるが、ここでは、説明の便宜上、１つの他車両２０から送信されるビーコンに基づいて当該他車両２０に対して相対速度及び相対位置を検出する場合について説明する。

なお、他車両位置検出処理のプログラムは他車両位置検出装置１１で実行され、プログラムに設定された条件に応じて当該プログラムに含まれる各種処理が随時選択的に実行される。また、他車両位置検出処理のプログラムは、例えば自車両１０のイグニッションスイッチがオンすると実行が開始され、同イグニッションスイッチがオフされることで実行が終了されるが、その他の条件によって実行が開始され、又は実行が終了されてもよい。

他車両位置検出処理が開始されると、他車両位置検出装置１１は、無線ＬＡＮのビーコンを取得する（ステップＳ１０）。すなわち、第１受信機１２で受信した無線ＬＡＮのビーコンを第１ビーコン受信部３１で取得し、第２受信機１３で受信した無線ＬＡＮのビーコンを第２ビーコン受信部３２で取得する。他車両位置検出装置１１は、取得した他車両２０のビーコンについて、そのＳＳＩＤに対応付けて周波数等の情報を記憶する。そして、他車両位置検出装置１１は、取得したビーコンに含まれるＳＳＩＤが他車両２０の送信するビーコンのＳＳＩＤと同じか否かを判定する（ステップＳ１１）。ビーコンのＳＳＩＤが他車両２０のＳＳＩＤと同じではないと判定した場合（ステップＳ１１でＮＯ）、他車両位置検出装置１１は、ステップＳ１０に戻り、次の無線ＬＡＮのビーコンを取得する。

一方、ビーコンに含まれるＳＳＩＤが他車両２０のＳＳＩＤと同じであると判定した場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、他車両位置検出装置１１は、相対速度判定部３３で、周波数ゆらぎ計算をする（ステップＳ１２）。周波数ゆらぎ計算では、ビーコンの周波数に発生する周波数ゆらぎ（ドップラー効果）に基づいて自車両１０に対する他車両２０の相対速度、及び、相対位置の検出に用いられる自車両１０の進行方向に対する他車両２０からのビーコン２２のなす角である角度θ１，θ２（図１参照）の候補値も算出される。

第１ビーコン受信部３１で受信するゆらぎ周波数ｆ１と、第２ビーコン受信部３２で受信するゆらぎ周波数ｆ２とは、それぞれ下記式（１），（２）で示すことができる。但し、「ｆ０」は送信機２１が送信した周波数、「Ｖ」は電波の速度、「ｖ０」は自車両１０の速度、「ｖｓ」は他車両２０の速度、「θ１」，「θ２」は上記自車両１０の進行方向に対する他車両２０からのビーコン２２のなす角である。

ｆ１＝ｆ０×（Ｖ±ｖ０・ｃｏｓθ１）／（Ｖ±ｖｓ・ｃｏｓθ１）…（１）
ｆ２＝ｆ０×（Ｖ±ｖ０・ｃｏｓθ２）／（Ｖ±ｖｓ・ｃｏｓθ２）…（２）
このとき、周波数ｆ０は、送信機２１が送信したビーコンに格納されるチャンネルの情報から特定され、電波の速度Ｖは既知の値であり、自車両１０の速度ｖ０は車両情報として取得できる値である。ここで、速度ｖｓ、角度θ１，θ２は明らかではないが、２つの角度θ１，θ２の組み合わせを１又は複数用い、上記式（１）及び（２）を解くことで、適切な速度ｖｓ、ｃｏｓθ１、ｃｏｓθ２を推定することができる。なお、ｃｏｓθ１やｃｏｓθ２の値は、角度θ１，θ２が正でも、負でも同じ値であるから、ここでは、角度θ１，θ２が自車両１０の進行方向に対して左右のどちら向きであるのか推定することはできない。

続いて、他車両位置検出装置１１は、受信信号（ビーコン）の差分を計算する（ステップＳ１３）。他車両位置検出装置１１は、相対位置推定部３４で第１タイミングと第２タイミングと時間差を計算する、つまりどちらの受信タイミングが早いのかを計算する。これによって、ビーコンが自車両１０の左右のどちら側から送信されたものであるかを特定する。これにより、角度θ１，θ２の左右方向が判定される。

なお、一般に、時間差に基づく位置の推定方法としては、２本のマイクロホンを用いた既知の音源位置推定方法が公知の技術として知られている。これと同様の手法で、ビーコンの送信機の位置を２つの受信機を用いて推定することもできる。この推定では、第１受信機１２と第２受信機１３との間の間隔Ｄ１が、他車両２０と自車両１０との間の距離Ｄ２に比べて十分小さいものとし、「θ１≒θ２」とみなすことができる。例えば、図４に示すように、第１受信機１２と第２受信機１３とへのビーコン２２の到達時間差の相互相関から、ビーコン２２を送信した他車両２０の送信機２１の相対位置の候補を双曲線Ｈ１，Ｈ２として特定し、左右どちらの受信タイミングが早いかによって候補を双曲線Ｈ１，Ｈ２のうち一方に絞ることができる。こうした算出結果を、上記推定した角度θ１，θ２の検証に用いることもできる。

他車両位置検出装置１１は、相対位置推定部３４で自車両１０と他車両２０との間の距離判定を行う（ステップＳ１４）。ここまで他車両２０の相対位置として、角度θ１，θ２及びその左右方向が判定できたが、他車両２０までの距離Ｄ２が不明である。よってここでは、他車両２０までの距離をビーコン２２の電波強度（ＲＳＳＩ）のデータに基づいて算出する。ＲＳＳＩを利用して距離を求める理論式は下記式（３）になる。但し、「ｒ」が距離Ｄ２、「Ａ」は送信機から１ｍ離れた付近で計測されるＲＳＳＩ値、「Ｂ」は電波の減衰定数（理論的には「２」）、ｌｏｇは底が１０の常用対数である。なお、「Ａ」や「Ｂ」の値は、実験値や経験値を採用してもよい。

ＲＳＳＩ（ｒ）＝Ａ−１０・Ｂ・ｌｏｇ（ｒ）…（３）
そして、他車両位置検出装置１１は、相対位置推定部３４で、算出された距離Ｄ２と、角度θ１，θ２に基づいて、自車両１０に対する他車両２０の相対位置を検出する。また、検出された相対位置や相対速度は、受信タイミング及びＳＳＩＤに関連付けられて記憶される。

他車両位置検出装置１１は、他車両方向・距離判定部３５で、相対距離（距離Ｄ２）の時間変化を判定する（ステップＳ１５）。他車両位置検出装置１１は、他車両２０について保持している複数のタイミングにおける相対距離に基づいて、相対距離の時間変化を算出し、これを記憶する。また、時間変化に基づく自車両１０と他車両２０との接近状況が、距離が離れる状況、距離が変わらない状況、及び、距離が近くなる状況のいずれであるかを判定してもよい。

他車両位置検出装置１１は、危険度判定部３６で、衝突に関する危険度を判定する（ステップＳ１６）。衝突に関する危険度は、予めの設定されている閾値を超えて相対距離が近づいたときに危険であると判定する。例えば、閾値を限界接近距離Ｎとした場合、他車両２０との距離Ｄ２が限界接近距離Ｎよりも近くなったこと、つまり、Ｄ２＜Ｎの条件が成立することに基づいて危険であると判定する。危険でないと判定した場合（ステップＳ１６でＮＯ）、他車両位置検出装置１１は、ステップＳ１０に戻り、次の無線ＬＡＮのビーコンを取得する。

一方、危険であると判定した場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）、他車両位置検出装置１１は、通知部３７で、危険である旨を運転者に通知する（ステップＳ１７）。そして、ステップＳ１０に戻り、次の無線ＬＡＮのビーコンを取得する。

以上説明したように、本実施形態に係る他車両の位置検出装置によれば、以下に示すような効果が得られるようになる。
（１）自車両１０の２つの受信機によって他車両２０の送信機２１のビーコン２２を受信することで、他車両２０の相対位置と相対速度とを算出することができる。すなわち、無線通信の規則として予め規定された情報だけを含んでいる無線信号であるビーコンを用いて他車両２０の相対位置と相対速度とを算出することができるから、無線信号に基づく相対位置と相対速度との算出がどの送信機２１に対しても行うことができるようになる。そして一般に、車両には、車載のデータ通信装置、運転者が携帯する携帯電話やデータ通信装置等、無線通信機能を有する機器が搭載されていることが多いことから、より多くの車両に対して相対位置と相対速度との算出が可能である蓋然性が高い。これにより、他車両２０から送信されるビーコンに基づいて当該他車両２０の位置を検出する車載装置として、送信する無線信号の内容が規制されないより多くの他車両２０について位置を検出することができるようになる。

（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は、以下の態様で実施することもできる。
・上記実施形態では、自車両１０と他車両２０の前方の向きが同じであったが、前方の向きが違う、つまり進行方向が違ったとしても、相対速度及び相対位置を検出することができる。

・上記実施形態では、ビーコン２２からＳＳＩＤ及びチャンネルを取得する場合について例示したが、これに限らず、他の通信信号からＳＳＩＤ及びチャンネルを取得してもよいし、無線信号から、ＳＳＩＤ及びチャンネルに代えて一般的に含まれる情報を取得し、それを用いてもよい。いずれにせよ、一般的に含まれる情報であれば、汎用性が高く維持される。

・上記実施形態では、ビーコン２２はＩＥＥＥ８０２．１１の管理フレームのうちのビーコンフレームである場合について例示した。しかしこれに限らず、ビーコンは、送信機を特定することができる情報を含んでいるとともに、自動的に送信される情報であれば、異なるフレームの信号であってもよいし、ＩＥＥＥ８０２．１１以外の規格のビーコンであってもよいし、用途が異なっていてもよい。これにより、他車両の位置検出装置の適用可能性が高められる。

・上記実施形態で例示した自車両１０及び他車両２０は乗用車に限らず、農工業用の車両、工事や土木作業用の車両等であってもよい。

１０…自車両、１１…他車両位置検出装置、１２…第１受信機、１３…第２受信機、２０…他車両、２１…送信機、２２…ビーコン、３１…第１ビーコン受信部、３２…第２ビーコン受信部、３３…相対速度判定部、３４…相対位置推定部、３５…他車両方向・距離判定部、３６…危険度判定部、３７…通知部。

Claims

離間して設けられた２つの受信機で他車両から送信された無線信号をそれぞれ受信し、それぞれの受信機による受信の結果として得た２つの受信結果に基づいて前記他車両の位置を検出する他車両の位置検出装置であって、
前記受信機はそれぞれ、前記他車両から送信されたビーコンを無線信号として受信するとともに、この受信した結果を受信結果として出力するものであり、
前記２つの受信結果から算出した各受信時刻の時間差に基づいて前記他車両の方向を算出するとともに、前記２つの受信結果のうち少なくとも一方から算出した受信強度に基づいて前記他車両の距離を算出し、それら算出した他車両の方向、及び他車両の距離に基づいて前記他車両の相対位置を算出する位置算出部と、
前記２つの受信結果から算出した前記無線信号のゆらぎ周波数に基づいて前記他車両の相対速度を算出する速度算出部とを備える
ことを特徴とする他車両の位置検出装置。