JP2021508047A - 車両ポジションの衛星支援型特定方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、車両(1)のポジションの衛星支援型特定方法であって、a)ポジション特定に使用可能とし得る複数の衛星(2)を識別するステップと、b)車両(1)の周辺における可動受信妨害物(3)の特性を表すデータを受信するステップと、c)ステップb)で受信されたデータに基づき、複数の衛星(2)の中から衛星(2)の削減選択を特定するステップと、d)衛星(2)の削減選択から送信された信号(4)を用いて、車両(1)のポジションを特定するステップと、を有する方法に関する。

Description

本発明は、車両ポジションの衛星支援型特定方法に関する。本発明は、自律型走行において使用するために特に適している。
従来の技術
いわゆるGNSSシステムにおける衛星を用いた自動車のポジション特定は、今日既に自動車用のナビゲーションシステムにおいて広範に使用されている広く普及した技術である。将来、この技術は、特に、現在新たに生まれている自律型走行の技術分野のためにも、益々重要になっていくであろう。
衛星支援型ナビゲーションシステムによるポジション特定は、通常、ナビゲーションシステムの複数の衛星から送信される信号の伝播時間測定の原理に基づいている。
ポジション特定の1つの重要な側面は、精度であり、これは基礎を成す伝播時間測定の精度に大部分が左右される。
本明細書において説明される方法によれば、ポジション特定の精度を高めることができる。
発明の開示
本明細書においては、車両の(自身の)ポジションの衛星支援型特定方法を提案する。この方法は、少なくとも以下のステップ、即ち、
a)ポジション特定に使用可能とし得る複数の衛星を識別するステップと、
b)車両の周辺における可動受信妨害物の特性を表すデータを受信するステップと、
c)ステップb)で受信されたデータに基づき、複数の衛星の中から衛星の削減選択を特定するステップと、
d)衛星の削減選択から送信された信号を用いて、車両のポジションを特定するステップと、
を有する。
この方法は、特に、自律型車両におけるポジション特定に適している。とはいえ、この方法を、(例えば、ナビゲーションシステムのためなど)車両における他のどのような適用事例においても、又は、他の任意の運転者支援システムのためにも、用いることができる。
自律型車両は、運転者がいなくても動作可能な車両である。その際に車両は、例えば、道路の推移、他の交通利用者又は妨害物を自身で識別し、対応する制御命令を車両内において計算し、さらに、それらの命令を車両内のアクチュエータに転送し、それによって、車両の走行推移に適正に作用を与えるようにして、自律的に走行する。完全に自律型の車両であるならば、走行時に起こることに対し運転者を関与させない。現在利用可能な車両は、今のところ、自律的に行動することはできない。その理由は、一方では、対応する技術が未だ完全には完成に至っていないからであり、他方では、今日では、今のところ、車両を運転する者は走行時に起こることに対していつでも自ら介入することができなければならない、と法律で定められているからである。このことが自律型車両の実現を難しくしている。ただし、既に、自律型車両又は部分的自律型車両を具現する様々なシステムが存在している。これらのシステムは、徹底的なテスト段階にある。既に今日予測することができるのは、上述のハードルが取り除かれ次第、数年のうちに完全自律型の車両システムが市場に出る、ということである。
運転者支援システムは、運転者を特定の走行状況において支援するために自動車に投入された電子装置である。この場合、安全面が強調されることが多いが、走行快適性の向上も注目されている。さらに他の側面は、経済性の向上である。運転者支援システムは、部分的に自律的に若しくは自律的に車両の駆動、制御(例えば、アクセル、ブレーキ)若しくはシグナリング機構に介入し、又は、危機的な状況の直前に若しくはそのような状況の最中に、適当なマンマシンインタフェースを介して運転者に警告を発する。今日、大抵の運転者支援システムは、責任は運転者に留まったままであり、従って、運転者は無力化されない、というように構想されている。運転者支援システムのために様々な種類の環境センサ機構が使用され、特に以下のものが挙げられる。即ち、超音波(駐車補助)、レーダ(車線変更支援、自動的な距離アラーム、ライダ(死角監視、自動的な距離アラーム、距離調整、プレクラッシュ及びプレブレーキ)、カメラ(車線離脱警告、交通標識識別、車線変更支援、死角監視、歩行者保護のための緊急制動システム)、GNSSセンサ(車両の位置特定用)。
以下においてさらに詳細に述べるように、この方法を特に、いわゆる車両間通信と関連して使用することができる。
車両間通信(英語ではCar−to−Car Communication又は略してCar2Car又はC2C)とは、車両(自動車)間における情報及びデータの交換のことである。このデータ交換の目的は、運転者に早期に重大な危険な状況を通報することである。当該車両は、ABS介入、操舵角、ポジション、方向及び速度といったデータを収集し、これらのデータを無線(WLAN、UMTSなど)を介して他の交通利用者に送信する。この場合、運転者の「視界」を電子的な手段によって拡張しようというものである。車両対インフラストラクチャ通信(英語ではCar−to−lnfrastructure又は略してC2I)とは、車両と周囲に位置するインフラストラクチャ(例えば、交通信号灯などのこと)との間におけるデータの交換のことである。上述の技術は、様々な交通パートナーのセンサの共働に基づくものであり、これらの情報を交換するために通信技術の最新の方式を使用している。
この方法をさらに、ポジションセンサ又はポジションセンサの電子回路において使用することができる。ポジションセンサを、ポジション変化を検出する運動センサとすることもできる。
ポジションセンサを、運動センサとポジションセンサとが組み合わせられたものとして設けることもできる。相応のポジションセンサは、自動化走行のために必要とされ、GNSS(全球測位衛星システム)データとも称せられるナビゲーション衛星データ(GPS,GLONASS,Beidou,Galileo)を用いて、高精度な車両ポジションを計算する。しかも、車両のポジションをより正確に計算する目的で、いわゆる補正サービスによる補正データをセンサにおいて併用することができる。受信されたGNSSデータと共に、ポジションセンサにおいて規則的に(協定世界時などの)高精度な時刻も読み込まれ、正確なポジション特定に利用される。ポジションセンサへのその他の入力データを、車輪回転数、操舵角、並びに、加速度及びヨーレートのデータとすることができる。
相応のポジションセンサは、標準設定において、アルマナックに基づき天空において可視の総ての衛星を、内部的なポジション特定のために評価する。例えば、市街交通の場合など特定の状況においては、これによって誤りを伴うポジション特定が引き起こされる可能性があり、その理由は、建物により遮られることによって非可視となっている衛星からの衛星データも考慮されるからである。即ち、この場合、周囲に位置する建物において生じる遮られた衛星のいわゆるマルチパス反射も、ポジションセンサにおいて受信されて評価される。これによって、ポジションセンサにおけるポジション特定に悪影響が及ぼされることになる。本明細書において説明される方法によれば、このような局面に対処することができる。
本明細書において説明される方法が使用される車両を、自動車とすることができる。好ましくは、この車両は自律型車両である。ただし、この方法を、他のいかなる車両においても、また、他のいかなる車両によっても、実施することができる。この方法を特に、GNSSデータの動的な選択のために、車両のポジションセンサにおいて役立たせることができ又は利用することができる。換言すれば、この方法のことを特に、可動受信妨害物により、特に道路交通における他の交通利用者により、特定の時間にわたり非可視となっている衛星が、車両ポジションの計算から一時的に除外される、というように言い表すことができる。
ステップa)において最初に、ポジション特定のために、即ち、車両(自身の)ポジションを特定するために、使用可能とし得る又は使用することができる複数の衛星が識別される。これらの衛星のうち、一時的にシェーディングされている、又は、直接的な信号受信のために利用することができない衛星も検出しておくことができる。
ステップb)において、車両の周辺における可動受信妨害物の特性を表すデータの受信が行われる。「可動」受信妨害物とは、自身の(測地学的)ポジションを地表上の固定点に対し相対的に変化させることのできる受信妨害物のことである。可動受信妨害物を特に、他の交通利用者とすることができ、好ましくは乗用車及び/又はトラックなどのような他の自動車とすることができる。可動受信妨害物の特性を表すデータは、例えば、妨害物の種類、そのロケーション、ポジション、空間的広がり、空間的配向、速度及び/又は加速度を含み得る。これらのデータを、可動受信妨害物自体が供給することができる。他の選択肢として又はこれと併せて、自車両にセンサを、例えば、これらのデータのうちの少なくともいくつかを検出する環境センサを、搭載しておくことができる。このようにして検出されたデータを(自車両内部において)、これらのデータを受信するポジションセンサに転送することができる。さらに、これらのデータのうちの少なくともいくつかを、(間接的に)中央管理装置から供給することもできる。
ポジション特定の精度に関して、特に可動受信妨害物を受信妨害物として識別し考慮することも、極めて重要である。可動受信妨害物は、正確なポジション特定に及ぼすそれらの作用に関して、非可動受信妨害物とは、以下の点において異なる。即ち、可動受信妨害物は、予期せずに出現し、それゆえに、ポジション特定に及ぼすそれらの作用を予見して査定するのがより難しい、という点において異なる。
例えば、自車両に対し相対的な他の交通利用者のロケーションの特定を、環境センサを用いることによって、又は、車両間(例えば、車両対X)のポジション交換を介して、行うことができる。次いで、車両サイズの特定を、自車両の環境センサを介して、又は、それらの車両から通信インタフェース(例えば、車両対X)を介して、車両サイズを伝送することによって、行うことができる。場合によっては、可動受信妨害物を識別するためにも、自動車の環境センサを使用するだけで十分である。さらなるステップにおいて、車両のロケーションをマップ上で特定することができ、その結果から可視の衛星に対する車両の配向を特定することができる。自車両に加えて他の可動妨害物も、高精度のマップ上において車両に対し相対的に位置特定され、自車両及び衛星天空に対するロケーション及び配向に関して、マップが作成され又はマッピングされる。
ステップc)において、ステップb)で受信されたデータに基づき、複数の衛星の中から衛星の削減選択の特定が行われる。この目的において、ステップb)で受信されたデータから、例えば、受信妨害物と自車両との間の(最短)距離、及び/又は、受信妨害物による特定の衛星の衛星信号の(起こり得る)シェーディング(の見込み)を、計算又は予想することができる。次いで、対応するシェーディングされた衛星を、削減選択から除外することができ、その結果、信号を直接受信することができる衛星だけが、ステップd)においてポジション特定のために考慮されるようになる。
1つの有利な実施形態によれば、ステップc)において、複数の衛星を、ステップb)で受信されたデータにより特性が表されている可動受信妨害物によって影響が及ぼされている可能性のある又は影響が及ぼされている信号を送信した衛星について削減する、ということが提案される。
例えば、乗用車がトラックを追い越すときに、トラックの陰にあるアルマナックの衛星を、追い越し過程の期間にわたりポジション計算から除外することができる。これによれば、例えば、自車両において、トラックとは反対側で、他の交通利用者、インフラストラクチャ設備及び/又は建物の箇所に生じる同一の衛星のマルチパス反射も、無視することができる。追い越し過程の後、そのときに再び可視となった衛星をポジション計算において新たに考慮することができる。このようにすれば、ポジション特定を特に有利に改善することができ、その理由は、特に、非可視の衛星のマルチパス反射が、これらの衛星を当初より計算から完全に除外することによって、考慮されないままになるからである。
さらなる有利な実施形態によれば、ステップc)において(付加的に)、複数の衛星を、地平線に対し最小傾斜角よりも小さい角度を有する衛星について削減する、ということが提案される。最小傾斜角を、例えば、15°又はそれどころか30°とすることができる。
このようにすれば、地平線に対し小さい又は過度に小さい傾斜角(例えば、15°未満)を有する衛星を、特定の状況ではポジション計算において基本的に却下することができる。このことを特に、それらの衛星が具体的に可動受信妨害物又は不動受信妨害物によって遮られているか否か、とは無関係に行うことができる。この方法のこのような形態を、比較的わずかな手間しかかけずに実現することができ、その理由は、小さい傾斜角を有する衛星をGNSSアルマナックから抽出することができるからである。かくして、GNSSベースのポジションの計算において、地平線に対し十分に大きい傾斜角を有する衛星だけしか使用されない。しかも、格別好ましいのは、有効な衛星の選択が時間を追うごとに(例えば、少なくとも5分ごとに)更新されることであり、その目的は、地平線上に昇ってきて地平線に対し十分に大きい傾斜角を有する衛星が新たに考慮され、再び地平線上に沈んでいく衛星が、地平線に対する最小傾斜角を下回ると直ちに計算から除外される、ということを保証するためである。ただし、この方法のこのような形態は、実際の運用においては逆効果を招く可能性もある。例えば、市街交通の場合には、車両ポジションを高精度で特定することができるようにする目的で、可能な限り総ての利用可能な衛星を使用するのが望ましい。特にこのことは、特定の衛星を遮る可能性のある高い建物ゆえに、必要とされる。ここで説明される方法を以下のことによって拡張することができる。即ち、ポジション特定のために、付加的に、車両の場所(ポジション)及び環境に応じて、ステップc)において、衛星の選択を削減する判定基準が適用されるか否か、が判定される。
1つの有利な実施形態によれば、ステップb)において付加的に、不動受信妨害物の特性を表すデータを受信し、ステップc)において付加的に、これらのデータに基づき、衛星の選択を削減する、ということが提案される。「不動」受信妨害物を、例えばインフラストラクチャ設備、例えば騒音保護壁など、建物、特に高層ビル、植物、特に高く成長した木々、又は、景観上の隆起、例えば山など、とすることができる。不動受信妨害物の特性を表すデータは、例えば、妨害物の種類、そのロケーション、ポジション及び/又は空間的広がりを含むことができる。これらのデータを、不動受信妨害物自体が供給することができる(車両対X通信)。他の選択肢として又はこれと併せて、自車両にセンサを、例えば、これらのデータのうちの少なくともいくつかを検出する環境センサを、搭載しておくことができる。このようにして検出されたデータを(自車両内部において)、これらのデータを受信するポジションセンサに転送することができる。さらに、これらのデータのうちの少なくともいくつかを、中央管理装置から供給することができる。このことを、例えば、クラウド及び/又はクラウドベースのサービスにより行うことができる。
この場合、世界中で車両の現在のポジションにアクセスすることができる。しかも、不動受信妨害物を識別する目的で、自動化走行のためにいずれにせよ設けられている高精度のマップデータにアクセスすることができる。かかるデータを、可動受信妨害物を識別する目的で支援させながら使用することもでき、その際に場所に応じて、さらに場合によっては時刻にも応じて、可動受信妨害物が見込まれるのか否か、可動受信妨害物がどのくらいの個数で見込まれるのか、さらにどのような種類の可動受信妨害物が見込まれるのか、が識別される。
車両のポジションセンサ又は中央コンピュータは、通常、高精度のワールドマップ上における高精度の車両ポジションを既に把握している。しかも、(実装によっては)車両のポジションセンサ又は中央コンピュータによって、マップ上の現在の車両ポジション及び車両配向に対し相対的に、天空における衛星アルマナックの解析を行うことができる。次いで、例えば、建物又は構造物に起因して現在の車両ポジションでは可視ではない衛星を、ポジション計算において却下することができる。このため高精度のマップ上には一般に、道路沿いの建物及び構造物の高さデータも存在している。例えば、車両の右側に高い建物が存在しているならば、以下の衛星総てを、計算から除外することができる。即ち、それらの衛星は、その建物の陰で地平線上に位置しており、従って、車両アンテナからは、地平線に対するそれらの傾斜角を介して直接的に可視ではない。これによって、車両に対し相対的に周囲に位置する他の建物において生じる、遮られたこれらの衛星のマルチパス反射も、考慮されないままにしておくことができる。このとき、車両が道路上をさらに移動し、ここで挙げた高い建物の前を通り過ぎて、以前は遮られていた衛星への視界が再び与えられると、いまや再び可視となった衛星を計算において考慮することができる。このとき、新たな車両ポジションにおいて構造物又は建物により遮られた衛星を、またしても計算から除外することができる。かくして、この方法のこのような形態によって、ワールドマップ及びこれに関連づけられた車両周囲に存在する構造物に応じて、衛星の動的な選択が計算において可能になる。このようにすれば、ポジション特定を著しく改善することができる。その理由は、特に、これらの衛星を当初より計算から完全に除外することによって、非可視の衛星のマルチパス反射に起因する計算の不正確さも、著しく低減することができるからであり、又は、それどころか回避することすらできるからである。
1つの有利な実施形態によれば、可動受信妨害物の特性を表すステップb)で受信されたデータは、少なくとも部分的に、車両の周辺における可動受信妨害物を成す他車両との通信によるものである、ということが提案される。この場合、通信は、有利には、いわゆる車両間通信である。従って、例えば他の交通利用者のデータ、例えばそれらの交通利用者の車両の種類、ロケーション、ポジション、空間的広がり、空間的配向、速度及び/又は加速度を、車両間通信又は車両対X通信によって、車両に供給することができる。さらなる変形実施形態において、可動受信妨害物のポジション、種類及び広がりを正確に特定し、対応するデータをステップb)のために供給する目的で、環境センサと車両対X通信との組合せが用いられる。
1つの有利な実施形態によれば、可動受信妨害物の特性を表すステップb)で受信されたデータは、少なくとも部分的に、車両の環境センサによって特定されたものである、ということが提案される。さらに、不動受信妨害物の特性を表すステップb)で付加的に受信されたデータは、少なくとも部分的に、車両の環境センサによって特定されたものである、というようにすることが考えられる。環境センサを、例えば、車両内に又は車両に取り付けられた超音波センサ、レーダセンサ、ライダセンサ又はカメラセンサとすることができる。
本明細書においては、さらに、本明細書において説明される方法を実施するように構成されたポジションセンサについても説明されるものとする。好ましくは、このポジションセンサは、車両内に若しくは車両に配置されており、又は、かかる車両内に若しくはかかる車両に取り付けるために設けられており構成されている。好ましくは、ポジションセンサは、GNSSセンサである。ポジションセンサは、さらに好ましくは、車両の自律型駆動のために設けられて構成されている。さらに、ポジションセンサを、運動センサとポジションセンサとを組み合わせたものとすることができる。かかるセンサは、自律型車両に特に有利である。
本明細書においては、本明細書において説明される方法を実施するためのコンピュータプログラムについても説明されるものとする。換言すれば、このコンピュータプログラムは、特に、コンピュータによりこのプログラムが実行されると、本明細書において説明される方法をコンピュータに実行させるための命令を含むコンピュータプログラム(製品)に相当する。ポジションセンサ又はポジションセンサのコンピュータユニット(プロセッサ)は、例えば、この方法を実行するためにコンピュータプログラムにアクセスする。
さらに、このコンピュータプログラムが記憶されている機械可読記憶媒体についても説明されるものとする。通例、機械可読記憶媒体は、コンピュータ可読データ担体である。
方法に関連して述べた詳細な点、特徴及び有利な実施形態は、ここで提示されたポジションセンサ、コンピュータプログラム及び/又は記憶媒体の場合にも、それ相応に生じ得るし、また、その逆も生じ得る。この限りにおいては、特徴を詳細に特定するためにそこになされた説明を全面的に参照されたい。
以下においては、本明細書において提示される解決手段及びその技術的環境について、図面に基づいて詳しく説明する。ここで留意されたいのは、本発明は、図示された実施例によって限定されるものではない、ということである。特に、明示的に異なることが示されていない限り、図面において説明されている事例の部分的態様を抜き出して、他の図面及び/又は本明細書に基づく他の構成要素及び/又は認識と組み合わせることも可能である。
衛星支援型のポジションが特定される車両を示す図である。 ここで説明される方法のフローチャートを示す図である。
図1には、衛星支援型のポジションが特定される車両1、ここでは自動車が図式的に示されている。これに併せて、本明細書において説明される方法が用いられる。最初に、ポジション特定に使用可能とし得る複数の衛星2、ここでは3つの衛星2の識別が行われる。これに加えて、車両1の周辺における可動受信妨害物3の特性を表すデータの受信が行われる。次いで、事前に受信されたデータに基づき、複数の衛星2の中から衛星2の削減選択が特定される。ここに図示されている例の場合、右側に描かれた衛星2はもはや、削減選択の構成要素ではない。これに続いて、衛星2の削減選択から送信された信号4を用いて、車両1のポジション特定が行われる。
図1に示された例の場合、複数の衛星2が、図1の右側に描かれた衛星2について削減され、この衛星2から送信された信号4は、可動受信妨害物3により影響が及ぼされている。図1による図解からわかるのは、送信された信号4が車両1へと向かう経路が可動受信妨害物3により阻止される、ということである。換言すれば、可動受信妨害物3によるシェーディングが生じている。
これに加えて、不動受信妨害物5の特性を表すデータが付加的に受信される。これらのデータは、衛星2の選択を削減するために付加的に利用される。不動受信妨害物5は、ここでは建物であり、この建物によってもシェーディングが引き起こされる。これに応じて、図1の左側に描かれている衛星2も、衛星の選択から取り除かれる。
図1においてさらに示唆されているのは、可動受信妨害物3の特性を表す受信されたデータを、少なくとも部分的に他車両との通信6によるものとすることができる、ということである。これらの他車両は、この文脈においては、車両1の周辺における可動受信妨害物3を成している。図1の場合、かかる他車両がトラックの形態で描かれており、これが可動受信妨害物3を成している。
他の選択肢として又はこれと併せて、可動受信妨害物3の特性を表す受信されたデータを、少なくとも部分的に車両1の環境センサ7によって特定することができる。当然のことながら、相応の環境センサ7を、不動受信妨害物5の特性を表すデータを特定するために用いることもできる。
図2には、ここで説明される方法のフローチャートが図式的に示されている。ポジション特定のために相前後して実施される方法のステップa)乃至d)が明示されている。
この方法は、特に、GNSSデータの動的な選択を、例えば車両のポジションセンサにおいて実現するのに役立つ。さらにこの方法を、以下の利点のうちの1つ又は複数を達成するために役立たせることができる。即ち、
・非可視の衛星からのマルチパス反射を、ポジションセンサ内において除外することができる。
・車両のポジション精度が高められる。
・アルマナックの中から可視の衛星又は重要な衛星だけしか計算において同時に算入されないため、ポジションセンサにおける処理速度が高められる。

Claims (9)

  1. 車両(1)のポジションの衛星支援型特定方法であって、
    a)ポジション特定に使用可能とし得る複数の衛星(2)を識別するステップと、
    b)前記車両(1)の周辺における可動受信妨害物(3)の特性を表すデータを受信するステップと、
    c)ステップb)で受信された前記データに基づき、前記複数の衛星(2)の中から衛星(2)の削減選択を特定するステップと、
    d)前記衛星(2)の削減選択から送信された信号(4)を用いて、前記車両(1)のポジションを特定するステップと、
    を有する、
    車両(1)のポジションの衛星支援型特定方法。
  2. ステップc)において、前記複数の衛星(2)を、ステップb)で受信された前記データにより特性が表されている可動受信妨害物(3)によって影響が及ぼされている可能性のある信号(4)を送信した衛星(2)について削減する、
    請求項1に記載の方法。
  3. ステップc)において、前記複数の衛星(2)を、地平線に対し最小傾斜角よりも小さい角度を有する衛星(2)について削減する、
    請求項1又は2に記載の方法。
  4. ステップb)において付加的に、不動受信妨害物(5)の特性を表すデータを受信し、ステップc)において付加的に、当該データに基づき、前記衛星(2)の選択を削減する、
    請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 可動受信妨害物(3)の特性を表すステップb)で受信された前記データは、少なくとも部分的に、前記車両(1)の周辺における可動受信妨害物(3)を成す他車両との通信(6)によるものである、
    請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 可動受信妨害物(3)の特性を表すステップb)で受信された前記データは、少なくとも部分的に、前記車両(1)の環境センサ(7)によって特定されたものである、
    請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されたポジションセンサ。
  8. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法を実施するためのコンピュータプログラム。
  9. 請求項8に記載のコンピュータプログラムが記憶されている機械可読記憶媒体。
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