JP3328939B2 - 車両用ナビゲーション装置及びこれに使用する道路形状データの作成 - Google Patents

車両用ナビゲーション装置及びこれに使用する道路形状データの作成

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Description

【発明の詳細な説明】 [技術分野] 本発明は、経路案内だけでなく走行制御機器の制御も
行う車両用ナビゲーション装置およびこの装置が利用す
る地図データベースにおける道路形状データの作成に関
する。
[背景技術] 従来より、目的地までの経路案内などを行うナビゲー
ション装置が知られており、これを搭載する車両も増え
てきている。このナビゲーション装置では、現在位置を
常時把握しており、また道路の形状についての道路形状
データも有している。従って、これから進入するカーブ
の曲率なども知ることができる。そこで、現在の車速か
らそのカーブを安全に通過できるかを判断し、必要な場
合には、警報や減速制御を行うシステムも提案されてい
る。
この提案のシステムでは、道路形状データとして、地
形図から道路の平面形状(X,Y)のデータを求めた二次
元のマップが用いられており、この二次元マップからコ
ースの曲率半径などを算出する。一方、車速Vで、曲率
半径Rのカーブを走行したときの旋回時横加速度は、V2
/Rで推定できる。そこで、この旋回時横加速度と、その
時の路面とタイヤとの摩擦係数μによって、旋回時の安
全性を評価する。そして、評価結果に従って、警報や減
速制御などを行うことができる。
ここで、上述のようなカーブでの車両挙動の安全性を
推定するには、車両の現在位置が正確に把握できること
の他に、道路上の各位置での曲率(1/R)、横断勾配
(カント:θ)、縦断勾配などのデータをもった地図デ
ータベースが必要である。すなわち、車体の旋回時横加
速度ayは、道路のカントθを考慮すると、将来(τ秒
後)の車速をV(τ)、その位置での曲率半径をR
(τ)、カントをθ(τ)とする時、 ay(τ)=(V(τ))2/R(τ)−g×sin(θ(τ)) で表される。そして、急カーブでは、車両走行を容易に
するために10%程度までのカントを付けてある場合も多
く、これを考慮しないと正確な横加速度の予測ができな
い。さらに、道路の縦断勾配も車速の変化や、各輪のタ
イヤ接地荷重配分に影響するため、これも走行安定性の
評価に影響を及ぼす。
しかし、現在のナビゲーションシステムにおいて利用
している地図データベースにはカントのデータはない。
また、曲率半径R、縦断勾配については、位置データお
よび高度データから計算することができるが、データの
間隔がかなり広いため、算出したRの値は大きな誤差を
含んでいる。すなわち、通常の地図データベースでは、
数10m〜数100m間隔で設定された道路上のマップポイン
ト毎に位置データ等を持っているのみで、カーブ形状を
正確に算出することは困難であった。
正確なカーブ走行安定性予測のためには、地図データ
ベースをもっと正確なものにしなければならない。しか
し、このためには莫大な費用、工数がかかってしまう。
さらに、微細ピッチの地図データを作成した場合には、
データ量が多いことに起因して、これを利用して地図表
示や経路計算を行う場合にそのデータ処理に必要以上の
負担がかかってしまうという問題点があった。
また、特開平−238405号公報には、実際に道路を走行
したときに得られる車両挙動から車両走行が不安定にな
った要注意場所を記憶しておくものが提案されている。
しかし、この装置は、詳細な地図データベースを作成
し、正確な車両挙動予測を行うものではない。
[発明の開示] 本発明は、詳細なデータを利用して正確な車両挙動予
測が行えると共に経路案内においても効果的な処理が行
える車両ナビゲーション装置、これに利用する地図デー
タベースの道路形状データの作成装置及びその方法を提
供することを目的とする。
本発明は、自車位置を検出する自車位置検出手段と、
道路情報を記憶する地図データベースと、前記自車位置
検出手段により検出した自車位置と前記地図データベー
スから読み出した道路情報を基に車両の走行制御系機器
を制御する走行制御系制御手段と、前記自車位置検出手
段により検出した自車位置と前記地図データベースから
読み出した道路情報を基に車両走行に関する案内を行う
ナビゲーション手段と、を有し、前記ナビゲーション手
段により前記地図データベースから読み出す道路情報の
詳細度を前記走行制御系制御手段により前記地図データ
ベースから読み出す道路情報の詳細度より低くしたこと
を特徴とする。
本発明によれば、読み込む道路情報の詳細度が変更で
きるようになっている。例えば、簡易地図データベース
と、詳細地図データベースを独立的に扱うことで詳細度
を変更できる。そして、経路案内には、詳細度の低い道
路情報、例えば簡易地図データベースから読み出した道
路形状データを利用する。従って、従来通り適切な経路
探索、地図表示等の処理が行える。一方、走行機器制御
には、詳細な道路情報、例えば詳細地図データベースか
ら読み出した詳細な道路形状データを利用する。従っ
て、車両の走行安定性の評価を十分な精度で行える。
また、本発明は、前記地図データベースは、所定ピッ
チの位置座標毎の道路情報を記憶する簡易地図データベ
ースと、この簡易地図データベースにおける所定ピッチ
よりも詳細なピッチの位置座標毎の道路情報を記憶する
詳細地図データベースと、を含み、前記走行制御系制御
手段は、前記詳細地図データベースに記憶されている道
路情報に基づいて、車両走行制御系を制御し、前記ナビ
ゲーション手段は、前記簡易地図データベースに記憶さ
れている道路情報に基づいて、車両走行に関する案内を
行うことを特徴とする。
簡易地図データベースでは、例えば数10〜数100m毎の
マップポイント毎の位置データしかなく、カーブ形状を
十分正確に把握することができない。本発明ではより詳
細な道路形状データを利用するため、正確なカーブ形状
の把握が可能となる。さらに、詳細地図データベース
に、カント、曲率半径、縦断勾配等のデータを記憶する
ことにより、走行安定性の評価をより正確なものにでき
る。
また、本発明は、さらに、自車の走行状態データを検
出する走行状態検出手段を有し、この走行状態検出手段
により得た走行状態データと、自車位置検出手段により
得た自車位置に基づいて、前記詳細地図データベースを
更新することを特徴とする。
このように、車両の走行によって、詳細道路形状デー
タを得るため、全国の全ての道路について、地図データ
を作成する必要がない。そして、走行により詳細道路形
状データを得るため、詳細地図データベースの作成が容
易である。
また、本発明は、コンピュータによって、上述のよう
な車両走行案内を行うナビゲーションプログラムを記録
した媒体に関する。このような媒体は、ROM、RAM、CD−
ROMなど各種の形態の記録媒体でよく、またこのナビゲ
ーション装置に対し通信によって提供されたものをダウ
ンロードしてもよい。
また、本発明は、道路形状データを記憶している地図
データベースを詳細化する地図詳細化方法であって、車
両を走行させ、車両位置に応じた車両挙動を検出させ、
この車両位置毎の車両挙動と、前記地図データベースの
道路形状データとの比較に基づいて地図データベースを
詳細化することを特徴とする。
また、本発明は、車両の走行状態を検出する走行状態
検出手段と、走行状態検出手段により検出した走行状態
車両の走行に伴う位置の変化を算出する位置変化算出手
段と、この位置変化算出手段により得られた位置変化
と、他の手段により得た上記位置変化より正確な位置デ
ータとを比較し、この比較結果に基づき走行状態検出手
段により検出した走行状態を補正する補正手段と、補正
された走行状態に基づいて道路形状データを算出する道
路形状データ算出手段と、を有することを特徴とする。
このように、走行状態に基づいて、位置変化を検出
し、得られた位置変化の誤差から走行状態検出の誤差を
補正する。従って、正確な走行状態量に基づいて、道路
形状データを得ることができる。
また、本発明は、前記走行状態検出手段が走行状態の
検出を正確な位置が認識可能な計測始点から計測終点間
で行い、前記補正手段は、位置変化算出手段により得た
前記計測始点から計測終点に至る位置変化における座標
ずれに応じて補正を行うことを特徴とする。
例えば、車両を停止した状態で、D−GPS装置によっ
て、複数の位置データを得ることで、計測始点や計測終
点における位置を正確に認識できる。
また、本発明は、道路形状データ作成手段により得ら
れた道路形状データと、既存の地図データベースの道路
形状データとを上記計測始点及び計測終点の2点間にお
いても随時比較し、比較結果に応じて道路形状データ作
成手段により得れる道路形状データを補正することを特
徴とする。
また、本発明は、既存の地図データベースにおける道
路形状データは、所定のピッチのポイント毎のデータで
あり、補正処理後の道路形状データをこのポイントと対
応させると共に、この対応点間を複数に分割し、分割し
た数に対応する道路形状データをマップ化して詳細な道
路形動データを得ることを特徴とする。
これによって、元々有しているナビゲーション用の地
図データなどを計測した道路形状データで補充して詳細
な道路形状データを得ることができる。
さらに、本発明は、上述のような道路形状データを作
成する方法に関する。
[図面の簡単な説明] 図1は、第1実施形態の装置の構成を示すブロック図
である。
図2は、詳細地図データベースの作成を示すフローチ
ャートである。
図3は、位置データの検出を示す図である。
図4は、第2実施形態の装置の構成を示すブロック図
である。
図5は、計測の事前処理を示すフローチャートであ
る。
図6は、走行中の処理を示すフローチャートである。
図7は、道路形状データの算出の処理を示すフローチ
ャートである。
図8は、測定したいコースの例を示す図である。
図9は、測定データから求めた補正前の車両軌跡を示
す図である。
図10は、測定データモニタのための構成を示す図であ
る。
図11は、モニタ画面での表示の意味を示す図である。
図12は、θの補正を示す図である。
図13は、D−GPSデータ受信不能区間がある場合の対
処法を示す図である。
図14は、データ補充の方法を示す図である。
[発明を実施するための最良の形態] 以下、本発明に好適な実施の形態について、図面に基
づいて説明する。
[第1実施形態] 「全体構成」 図1は、第1実施形態の全体構成を示すブロック図で
ある。ナビ制御ECU10には、自車位置検出手段として、
D−GPS(デファレンシャル・グローバル・ポジショニ
ング・システム)装置12が接続されている。このD−GP
S装置12は、GPS衛星からの電波を受信し、緯度・経度・
高度を検出するGPS装置と、FM多重放送等で送られてく
る誤差情報を受信する装置からなっており、GPSで得ら
れた位置情報を誤差情報で補正して、より精度の高い位
置情報を検出する。例えば、GPSで得られる位置情報が1
00m程度の誤差を含んでいるのに対し、D−GPS装置12で
は、1m程度の誤差で位置検出が行える。
なお、電波ビーコン、光ビーコン等から得られる位置
データや、道路に埋め込まれている磁気マーカの検出、
方位センサおよび走行距離センサを利用した自律航法、
マップマッチング等の各種手法を組み合わせ、できるだ
け正確な位置検出を行うことが好ましい。
ナビ制御ECU10には、地図データベース14が、接続さ
れている。この地図データベース14は、全国の地図デー
タを含むものであり、道路上に数10〜数100mピッチで設
定されているマップポイント毎にデータを有している。
さらに、ナビ制御ECU10には、入力装置16およびディス
プレイ18が接続されている。入力装置16は所定のキーの
他、ディスプレイ18前面に設けられたタッチパネルから
なっており、各種データ、操作指示がここから入力され
る。
そして、入力装置16による目的地の入力に従い、ナビ
制御ECU10は、地図データベース14の地図データを利用
し、現在地から目的地までの最適経路の探索を行う。ま
た、目的地までの経路が設定された走行においては、D
−GPS装置12からのデータから現在地を常に認識し、デ
ィスプレイ18に現在地を含む地図を現在地表示と共に表
示する。この地図表示は、地図データベース14から読み
出したデータを使用して行う。さらに、設定された経路
を地図上で区別して表示(例えば、特定の色で表示)す
ると共に、右左折等のため案内が必要な交差点では、交
差点の拡大表示を行い、経路案内を行う。なお、スピー
カ(図示せず)から経路案内の音声も出力する。
また、本実施形態の装置は、車両制御ECU20を有して
おり、この車両制御ECU20には、警報装置21、A/TECU2
2、スロットルECU24、ブレーキECU26等の車両制御機器
が接続されている。さらに、車両制御ECU20には、詳細
地図データベース28が接続されていると共に、D−GPS
装置12および車速センサ30も接続されている。
車両制御ECU20は、D−GPS装置12から供給される自車
位置に基づき、これから走行する道路についての詳細道
路形状データを詳細地図データベース28から読み出す。
そして、詳細道路形状データと、車速センサ30からの自
車速に基づき、これからの走行状態を推定し、推定結果
に基づいて走行安定性を判定する。そして、必要な場合
には、警報装置21による警報の出力、A/TECU22によるシ
フトダウン、スロットルECU24によるスロットル閉制
御、ブレーキECU26による減速制御などを行う。
すなわち、詳細地図データベース28には、所定ピッチ
として適当なピッチ(たとえば2〜3m)のポイント毎に
位置(X,Y)、曲率(1/R)、横断勾配(カント:can
t)、縦断勾配(inc)を含むデータが記憶されている。
そこで、車両制御ECU20は、詳細地図データベースに記
憶されている道路形状データと、D−GPS装置12から供
給される現在位置、車速センサ30から供給される車速か
ら、これから先の走行を予測し、走行安定性を評価す
る。
基本的には、将来の横加速度ay(τ)=(V(τ))
2/R(τ)−g×sin(θ(τ))が、路面摩擦係数μに
対し、どの程度の大きさかを判定する。そして、この計
算は、詳細道路形状データに基づいているため、十分正
確なものである。また、カントθも考慮されているた
め、その精度はかなり高い。また、縦断勾配を利用する
ため、将来の車速の予測もより正確になる。また、縦断
勾配に応じて、車輪の荷重分布も考慮できる。
特に、本実施形態では、地図データベース14と別に詳
細地図データベース28を設けている。そして、ナビ制御
ECU10における経路探索、地図表示などには、地図デー
タベース14のデータを用いる。従って、必要なデータの
みを利用して、効率的な処理が行える。一方、車両制御
ECU20による走行制御機器の制御には、詳細地図データ
ベース28の詳細道路形状データを用いる。従って、正確
な横加速度などの推定による警報・走行制御が行え、正
確な制御が行える。
さらに、本実施形態では、地図データベース詳細化手
段32を有している。この地図データベース詳細化手段32
には、ヨーレートセンサ34、加速センサ36および車速セ
ンサ30等の走行状態検出手段が接続されている。そし
て、地図データベース詳細化手段32は、実際の走行の際
に計測されるヨーレート、車体の前後左右の加速度、車
速、車輪回転加速度、車速などに基づき、曲率(1/
R)、カント(cant)、縦断勾配(inc)等の道路形状デ
ータを検出する。そして、検出した道路形状データをD
−GPS装置12から供給される現在位置を用いて、地図デ
ータベース14からの地図データと関連づけ、これによっ
て地図データベース14の地図データを詳細化して詳細道
路形状データを得る。そして、この詳細道路形状データ
を詳細地図データベース28に供給する。従って、走行す
る度に、詳細地図データベース28の詳細道路形状データ
が充実化される。なお、同一の道路を何度も走行する場
合、何度かの詳細道路形状データの平均値を採用しても
よいし、最新のデータに書き替えてもよい。またH、デ
ータの収集をやめてもよい。
ここで、地図データベース詳細化手段32を搭載した特
別な計測車を用意し、この計測車において、詳細地図デ
ータベース28を作成し、作成された詳細地図データベー
ス28を通常の車両に搭載してもよい。この場合、通常の
車両は、作成された詳細地図データベース28を搭載する
だけで、地図データベース詳細化手段32を搭載する必要
はなくなる。また、地図データベース詳細化手段32を搭
載した車両においても、計測車において作成された詳細
地図データベース28を搭載しておくことも好適である。
これによって、始めからある程度道路については、詳細
データを有しており、データのない道路を走行したとき
に詳細データを追加することができる。
なお、すでに詳細データを有している道路を走行し、
警報や走行制御を行う場合には、この旨をディスプレイ
18に表示して、ドライバーに知らせることも好適であ
る。
「詳細地図データベースの作成」 次に、地図データベース詳細化手段32による詳細地図
データベース28の作成について、図2に基づいて説明す
る。
まず、目的となるコース(道路)を各種計測器を搭載
した計測車で走行し、車速V、車体前後方向加速度Gx、
車体左右方向加速度Gy、車体ヨーレートYR、時刻tを測
定する(S11)。
また、同時に、D−GPS装置12により、車両位置を測
定し(S12)、所定のサンプリング間隔(例えば、0.01
秒間隔で)で、車両状態量と、D−GPSによる位置デー
タを同期して記録する(S13)。
そして、ここで、現在のところGPSデータは、1秒毎
に送られてくる。このため、検出位置データには、時間
遅れが発生する。そこで、これを補正し、さらにΔt間
隔のX,Y座標は補間して求める。また、計測値には、適
切なフィルタ処理を加え、データを平滑化して、誤差を
小さくする(S14)。Δt秒間隔毎の車両位置(X,Y)、
曲率(1/R)、カント(cant)、縦断勾配(inc)の道路
形状データを算出する(S15)。なお、Δtは0.2秒程度
に設定する。
ここで、各道路形状データは、 曲率(1/R)=YR/V カント(cant)=sin-1((V・YR−Gy)/g) 縦断勾配(inc)=sin-1((Gx−r・dω/dt)/g) の各式で算出する。ここで、Vは車速(m/s)、YRはヨ
ーレート(rad/s)、Gyは車体左右加速度(m/s2)、Gx
は車体左右加速度(m/s2)、rdω/dtは車輪加速度(m/s
2)(rはタイヤ有効径:動荷重半径(m)、dω/dtは
回転角加速度(rad/s2)、gは重力加速度(9.8m/s2
である。なお、車両のロール剛性、ピッチ剛性を考慮し
た補正式を用いれば、さらに精度の良い道路形状データ
の検出が行える。また、ヨーレート、前後・左右加速度
はゼロ点がドリフトしないような計測法または後処理を
行う。
そして、このようにして、検出された道路形状データ
をΔtの間隔で記憶する。この際、D−GPS装置12によ
って得た位置データ(XGPS、YGPS)も対応させて記憶す
る。これによって、表1に示すΔt毎の道路形状データ
が得られる。
次に、現在の地図データベース14のマップポイント
(地図データベース14に道路形状データがある地点)通
過時刻を算出し(S16)、このマップポイント間におい
て、詳細データを得るべき補間点の通過時刻を算出する
(S17)。例えば、表2に示すようにマップポイント間
を4等分して補間点を得る。ここで、マップポイント
は、画面にコースの形状を示すためにX,Y座標のみのデ
ータを持つ形状点と各種データを持つノードがあり、形
状点は、コースのRの小さいところでは、小さくなって
いる。例えば、R=60m程度のカーブで形状点の間隔
は、20m程度に設定されている。分割数nは各補間点の
ピッチが予め定めた値ds(2〜5m)になるように決定す
る。すなわち、マップポイント間の距離は、V・(ti+1
−ti)であり、これをdsで除算し、 n=V・(ti+1−ti)/ds により分割数nを定める。例えば、V・(ti+1−ti)=
20のときに、ds=2mとすれば、分割数n=10、ds=5mと
すれば分割数=4となる。
ここで、2つのノード間を考えると、地図データベー
ス14におけるデータは、図3において実線で示したよう
になっている。すなわち、始点ノードから終点ノードま
での間に複数の形状点Piが所定間隔(例えば20〜50m間
隔)で配置されている。この形状点の座標を(XMPi,Y
MPi)で表す。一方、D−GPS装置12により得たΔt間隔
の位置データQiは、破線に黒丸で示したようなデータに
なる。この位置座標をQj(XGPSj,YGPSj)で表す。そし
て、各形状点の通過時刻を算出する場合には、まずPi
近い2つの点QjおよびQj+1を選ぶ。そして、これら2点
の通過時刻を求める。この場合、これら通過時刻が、
ti,tj+1であったとする。そこで、形状点Piの通過時刻t
jは、点Piから点Qj,Qj+1を結ぶ直線に下ろした垂直の足
の位置Hiの位置より、 ti=tj+(直線QjHi/直線Qj+1Qj)・(tj+1−tj) により算出する。
そして、得られた補間点およびマップポイントの位置
座標(XMPi,YMPi)とその位置における道路形状データ
を算出する(S18)。これによって、表3に示すよう
に、補間点も含む詳細な道路形状データが得られる。す
なわち、各マップポイント毎の地図データベース14上の
座標XMP,YMP、その点の通過時刻t、その時刻における
D−GPS測定XGPS,YGPS、n分割して得た補間点の通過時
刻tint、その時刻tintでの車両位置、1/R、カント、勾
配の値、各マップポイントPiでの誤差(垂線の長さ)、
道路に関する不適合度のデータを表として得る。なお、
道路に関する不適合度は、計測したデータから、その地
点の運転に注意を要する個所等を記憶するものである。
次に、従来のマップポイント毎のデータと曲率などの
チェックを行い、必要な場合には、データを補正する
(S19)。そして、直線部分、Rの大きなところなど
は、適当にデータを間引き、最終的な詳細データを得、
これを詳細地図データベース28に記憶する(S20)。こ
のようにして、実際の走行により、地図データベース14
のデータを詳細化することができる。なお、道路が水平
かつ/または直進時は、データ自体を作成しないように
してもよい。
また、本実施形態では、地図データベース14の他に詳
細地図データベース28を有している。そして、詳細地図
データベース28には、地図データベース14のマップポイ
ントの位置と、D−GPS装置12で得た位置の対応関係が
記載されている。従って、両者のずれの評価などが直ぐ
に行える。例えば、何らかの理由で、計測データに誤差
が生じた場合には、誤差(各形状点Piから下ろした垂線
の長さ)を 誤差=((XMP−XGPSi+(YMP−YGPSi1/2 で算出し、両方の地図データのXY座標を同一画面に表
示したり、対応する地点の位置誤差を算出し、これを表
示したりして、誤差の確認をすることもできる。また、
算出される曲率データのチェックも同様に行える。な
お、詳細地図データベース作成のための演算とその結果
や書き換えは計算機の容量を要するため、走行制御中は
禁止するものとし、駐停車中やエンジン停止時などに行
うようにしてもよい。それにより、走行制御中には、そ
のような演算負荷を増加させることがなくなり、計算機
の処理も迅速になる。
[第2実施形態] ここで、上述の第1実施形態では、D−GPS装置12に
おいて、常時車両の現在位置を計測することを前提とし
た。しかし、D−GPS信号が常に得られるとは限らな
い。特に、山間部などでは、D−GPS信号が受信できな
い区間も多く存在すると考えられる。この第2実施形態
では、山間部などにおいても計測者の走行により、地図
データベースの詳細化が好適に行える方法及びその装置
を提供する。
この第2実施形態では、詳細地図データを得ようとす
る道路に計測車両を走行させ、車両の走行状態を検出し
て記憶しておき、地図詳細化のための処理は、後でバッ
チ的に行う。
この第2実施形態に係る装置の構成を図4に示す。こ
のように、データ収録装置40において、走行に伴う各種
データを収録する。このデータ収録装置40は、基本的に
アナログ信号で供給される各種信号を処理して、デジタ
ル信号とする。このために、増幅器、フィルタ、AD変換
器、メモリなどを含むものである。
そして、データ収録装置40において収録された各種デ
ータは、コンピュータ42に供給される。このコンピュー
タ42は、パーソナルコンピュータやワークステーション
で構成され、供給される各種データを処理し、詳細地図
データベース28用のデータを作成する。なお、この詳細
地図データベース28のデータは、それだけで完結するも
のでもよいが、既存の地図データベース14と両方を利用
して完結するものであってもよい。
ここで、データ収録装置40には、各種信号が入力され
るが、まずABS用の各輪センサ(車速センサ30)から車
両の各車輪(例えば4輪)の回転パルスがABS用ECU44に
おいて処理して得た距離S、車速V、加速度R0・dω/d
tが入力される。また、このデータ収録装置40には、車
両に搭載された加速度センサ(加速度センサ36)から、
車体前後加速度(G)、車体左右加速度(G)、その他
のセンサからの信号、所定の地点を通過したときにこれ
を検出した場合に発生されるイベントマーク信号、時計
からの時刻信号などが入力される。さらに、データ収録
装置40には、D−GPSまたはGPSによる測位システム(D
−GPS装置12に対応する)46からの位置信号や、手入力
により基準点における位置座標データなども入力され
る。測位システムには、GPS信号や車両の各種センサの
検出信号などが入力され、D−GPSに自律航法やマップ
マッチングなどを組み合わせできるだけ正確な位置検出
が行われる。
このようなシステムにおいて、計測車を計測対象道路
に走行して計測を行う場合の処理について図5〜図7に
基づいて説明する。
まず、事前準備について図5に基づいて説明する。ま
ず、図5に示すように、計測コース上に基準点CP0,CP1,
・・・CPnを設定する(S11)。この基準点は、十分な精
度(例えば、1m以下)で緯度経度が決定できる地点とす
る。例えば、D−GPS装置12により、複数の測定を行
い、これを統計処理(例えば、長時間の測定値の平均)
して位置を検出したり、路側に設置されているビーコン
や、道路上に設置されている磁気マーカどにより、正確
な位置が検出できる位置を基準位置とする。また、D−
GPS装置12により位置検出を行うことを前提とする場合
には、周囲が開け、D−GPS情報の受信が確実に行え、
かつ車両を安全に停止できる場所を選ぶ。なお、基準点
の間隔は、5〜10km程度がよい。
そして、決定された基準位置に計測車を移動して、各
基準点の位置(緯度、経度)を十分な精度(1m以下程度
の精度)で把握する(S12)。このように、実際の計測
に先立って基準点における位置の正確な計測を行うこと
が好ましいが、事後に行ってもよい。また、基準点にお
いて、十分な精度での位置検出が行えない場合には、基
準点を変更してもよい。
このようにして、事前準備として、基準点が決定さ
れ、各基準点について位置の測定が終了した場合には、
各基準点間のデータ検出のための走行を行う。この走行
による計測は、上述の実施形態と本質的には同一である
が、図4に示すように、車輪回転パルス(ABS用ECU44よ
りフロント2輪分)、車速信号、車体前後加速度、車体
左右加速度、車体ヨーレート、時刻、計測開始終了など
のイベントマーク用信号などをデータ収録装置40に取り
込む。これらデータは、0.1または0.2秒刻みで取り込
む。
ここで、基準点CP0〜CP1間の測定について、図6に基
づいて説明する。まず、基準点CP0にて、D−GPS装置12
による位置検出を行い、位置の再チェックを行う(S2
1)。そして、データ計測を行う各計測器のゼロ点調
整、感度調整、較正信号の入力、車両位置、ヨー角の初
期値などを入力する(S22)。次に、基準点CP0〜CP1
のコースを走行し、計測を実行する(S23)。そして、
区間の終点である基準点CP1に到着した場合には、ここ
で停止し、基準点CP0で行ったのと同様に、ゼロ点、較
正信号などを記録する(S24)。また、D−GPS装置12に
おいて、位置を再チェックし(S25)、計測を終了す
る。また、引き続き次に区間の計測を実行してもよい。
次に、計測データから道路形状データを導出する。こ
の手順について、図7に基づいて説明する。まず、適当
なローパスフィルタやゼロ点補正を実施し、計測データ
を適切なデータに修正する(S31)。このようにして、
収録した生データが得られる。これを表に示すと表4の
ようになる。
このように、各時刻毎(この場合は0.1秒間隔)に車
輪速(v=R0・ω)、車輪加速度R0・dω/dt)、車体
前後加速度(Gx)、車体左右加速度(Gy)、ヨーレート
(YR)、GPS等により計測した位置信号((XGPS,YGPS
が得られる。なお、CP0点、CP1点では、停止状態の位置
座標が複数得られる。また、車輪速度、車輪加速度など
は、予めABS用ECU44で処理したデータを利用する。
次に、Δt秒間隔で、各時刻の曲率、横断勾配、縦断
勾配を算出する(S32)。すなわち、CP0点での計測した
出力のゼロ点などを考慮し、データを補正し、次の
(1)〜(3)式を用いて各時刻の曲率、横断(片)勾
配、縦断勾配を算出する。
曲率(1/R)=YR/V (1) カント(cant)=sin-1((V・YR−Gy)/g) (2) 縦断勾配(inc)=sin-1((Gx−R0・dω/dt)/g) (3) なお、このデータ算出は、図2のS15と同一である。
ここで、タイヤ動荷重半径はrに代えて、R0で示してあ
る。これら計測において、各輪の車高センサを用いて、
車体の路面に対する角度をローカル方向及びピッチ方向
において測定し、路面に対する垂直方向と接線方向の加
速度に変換して、式(2),(3)を用いれば、精度は
さらに向上する。
次に、車両の軌跡を計算し、コースの終点CP1点での
位置が一致するように、ヨー角の初期値、タイヤ有効径
(動荷重半径R0)の補正を行う。
まず、上記データを用いて、CP0点の初期位置、初期
ヨー角と式(4),(5)を用いて、CP1点に到着した
時刻T1における位置を計算する。
進行方向の角度(速度ベクトルの方向であり、以下進
路角という)θ(t)を次式で計算する。ここで、[0
→t]は、tについての0→tの積分を表す。
θ(t)=∫ds/R=∫(1/R)V・dt[0→t]+θ
ここで、ds=vdtである。
また、1/R=YR(t)/V(t)であり、タイヤ動荷重
半径が正しい場合には、車輪速vは、車両速度Vに等し
く、v=V(t)である。
そこで、 θ(t)=∫YR(t)dt[0→t]+θ (4) データから算出される時刻tにおける位置座標(X
(t),Y(t))は、 X(t)=X0+∫cosθ(t)・V(t)dt[0→
t] (5) Y(t)=Y0+∫sinθ(t)・V(t)dt[0→
t] (6) これら式による、時刻T1における位置(CP1 )の座
標は、 X1 =X0+∫cosθ(t)・V(t)dt[0→T]
(7) Y1 =Y0+∫sinθ(t)・V(t)dt[0→T]
(8) 実際の生データから求めた式(7),(8)の値は、
本来予め調べてある座標CP1の座標(X1,Y1)であるはず
である。これが一致しないのは、車輪の動荷重半径R0
と、初期の方位角θの測定精度不良のためである。す
なわち、図9に示すように、測定コースが実線に示すも
のであるにも拘わらず、測定性精不良のため破線で示す
走行軌跡が得られているものと考えられる。
そこで、方位角の偏差Δψ及び長さの修正係数αを次
式で求める。
Δψ=tan-1{(Y1−Y0)/(X1−X0)} −tan-1{(Y1 −Y0)/(X1 −X0)} (9) そして、CP0点の進路各をθ+Δψ、車輪の動荷重
半径をRα=αR0と補正する。これによって、図9にお
けるCP1 がCP1に一致する。
このような補正結果から、時刻tに対する車両位置、
曲率、片勾配、縦断勾配を算出する(S34)。そして、
表5のような表を作成する。
ここで、各補正は、次式によって行う。
θ(t)=∫YR(t)dt[0→t]+θ+Δψ X(t)=X0+α∫cosθ(t)・V(t)dt[0→
t] (11) Y(t)=Y0+α∫sinθ(t)・V(t)dt[0→
t] (12) S(t)=α∫V(t)dt (13) また、曲率(1/R)、片勾配(cant)、縦断勾配(in
c)もあわせて計算する。
曲率(1/R)=(1/α)YR/R0ω (15) 片勾配(cant)=sin-1((αR0ω・YR−Gr)/g) (16) 縦勾配(inc)=sin-1((Gx−αR0・dω/dt)/g) (17) このようにして、各データが整った場合には、データ
を適当に間引き(例えば、ΔS=2mの一定間隔)、距離
Sに対するマップに変換する(S35)。個ノアと、他区
間のデータとあわせ、他のマップ上にプロットし、精度
をチェックすることが好ましい。これによって、2つの
基準点と走行軌跡についての検出値を基に進路角、動荷
重半径などの初期値を補正することができ、正確な計測
値を得ることができる。
なお、CP0とCP1では、地図の一致するものの、途中ナ
ビゲーションの地図と式(11),(12)から求めた走行
軌跡が一致しない場合が生じる。例えば、一方が他方に
対し片側にずれる場合、途中の数点において、両方の図
上の点が一致するように、ヨー角の補正値を距離によっ
て変更するようにすればよい。
「測定データのモニタ」 前述の構成では、基本的にCP0からCP1間でのデータの
計測を行った後、バッチ的に演算を行った。しかし、走
行中(計測中)において、一部の演算処理を行い、途中
のデータを出力することにより、計測ミスのチェックを
行うこともできる。このシステム構成例を図10に示す。
このようにデータ収録装置40の出力はモニタ用ECU50
に供給される。このモニタ用ECU50は、データ収録装置4
0から供給されるデータ基づき、上述のような計算を行
う。モニタ用ECU50には、ナビゲーション用のディスプ
レイ18と出力値モニタ52が接続され、ナビゲーション用
のディスプレイ18には、地図表示と計算で求めた走行軌
跡を重畳表示する。また、出力値モニタ52には、その段
階での補正値などをデジタル表示する。なお、モニタ用
ECU50には、θのゼロ点補正用のつまみが設けられて
おり、このつまみによってユーザがゼロ点補正を自由に
行うことができる。
すなわち、モニタECU50は、データ収録装置40からの
データを取り込む。サンプリングタイムは0.1秒または
0.2秒程度とする。従って、時刻t、車速V(t)、前
後加速度Gx、左右加速度Gy、ヨーレートYR、GPSで検出
した位置XGPS(t)、YGPS(t)、初期位置X0,Y0、初
期方位角θなどがモニタECU50に取り込まれる。
そして、モニタECU50は、下記の演算を行う。
θ(t)=∫YR(t)dt+θ[0→t] (18) XE(t)=X0+∫cosθ(t)・V(t)dt[0→
t] (19) YE(t)=Y0+∫sinθ(t)・V(t)dt[0→
t] (20) ここで、V(t)=R0ωとする。なお、R0はそこまで
の計測時の平均値を使用する。
ψGPS(t)=tan-1{(YGPS(t)−Y0)/(XGPS(t)−X0)} (21) ψ(t)=tan-1{(YE(t)−Y0)/(XE(t)−X0)} (22) Δψ=ψ−ψGPS (24) ここで、XGPS(t),YGPS(t)は、ナビゲーション
システムの出力であり、カーブマッチングなどの処理を
行った後の位置データであり、0.5または1秒程度の間
隔で表示される値である。
そして、このようにして得られた位置XE(t),Y
E(t)をナビゲーション用のディスプレイ18上に順次
プロットして走行軌跡として表示する。なお、この表示
のタイミングは、XGPS(t),YGPS(t)と同一とす
る。さらに、CP0から車両の現在位置までの方位角の差
Δψと、α(t)も表示する。これによって、ユーザ
は、両者の位置の一致度を判定することができる。例え
ば、車両の走行距離500m以上で、Δψが5゜以上ずれた
場合またはαが長さ方向に5%以上ずれた場合などに
は、較正値やゼロ点補正などのミスが想定される。
特に、Δψについては、主に初期のθの測定精度が
よくないために、発生しやすい。そこで、測定途中で手
動で、θの補正(Δθ)の補正を行い、XE,YEをCP0
回りにΔθだけ回転することで、両者を重ね合わせる
ことができる。これによって、データの測定をやり直さ
なくてよくなる。
ここで、図11にモニタ図面上での表示の物理的意味を
示す。このように、現在位置におけるGPSに基づく方位
角がψGPS、計測値より求めた方位角がψであり、両
者の差がΔψになる。なお、θがCP0における進路角
=方位角である。そして、θの補正について、図12に
示す。このように、初期方位角θを補正することによ
って、走行軌跡全体が、CP0を中心として、補正角Δθ
だけ回転することになり、走行軌跡を道路形状データ
と重ねることができる。
さらに、左右加速度Gyについても、直進時(ハンドル
中立時)の車両横方向加速度が基準値を超えた時に、異
常と判定することができる。すなわち、直線部の片勾配
は、通常2%程度であり、例えば5%以上であれば異常
であると判定することができる。
また、上述の式(2),(3)により片勾配、縦断勾
配を計算し、この値の絶対値が例えば15%を越えた場合
には異常と判定することもできる。通常の道路設計にお
いては、勾配は10%以下とされるため、このような判定
が可能である。このような判定については、基準を予め
定めておき、適宜判定を行うとよい。
「マップデータの作成」 上述のようにして求めたCP0〜CP1のデータ(CP0を始
点とし、計測時刻t、走行距離Sに対する位置(X
(t),Y(t))、その他道路形状パラメータの表)を
従来のナビゲーションシステムにおける道路形状データ
ベースとあわせて記録することが好適である。これは、
上述の図3と同様に、ナビゲーション用地図のマップ点
Piから計算で得た走行軌跡に垂線をおろす。この垂線を
Hiとする。そして、HiとHi+1の間を時間でn等分し、そ
れぞれの時刻のマップ値を表にする。これが表3であ
る。そして、この表を原簿として、必要な項目のみを抽
出して、警報、制御システム用のデータベースとする。
これらのデータは、例えばCD−ROMなどのメディアとし
て各車両に搭載して利用するとよい。
「D−GPSが利用できない部分が存在する場合」 D−GPS装置12による位置測定が一部不可能となるコ
ースでの計測について説明する。図13に、走行中にD−
GPS装置12で測定した位置データと、CP0点での初期進路
角θを用い計測データから算出した位置を示す。な
お、CP0〜CP1間でD−GPSデータ装置12により位置デー
タがとれた部分を実線で示し、データのとれないところ
は未記入となっている。また、時刻tnにおける計測デー
タから算出した位置Pの座標を(X(tn),Y(t
n))で示している。
そして、図14に示すように、まずCP0点を中心とし
て、CP1 がCP1に重なるように回転及び拡大(または縮
小)する。これによって、P(tn)点がP**(tn)
点に変換される。このP**点のデータを用いて、D−
GPS装置12により位置データが得られない区間のデータ
を補充する。
具体的には、D−GPS12によるデータがない区間をt
=tns,tns+1,・・・,tneとするとき、P**(tns-1
〜P**(tne+1)をP(tns-1)〜P(tne+1)に変換
し、足りなかった部分の位置データを補充する。そし
て、時系列のデータとして求まった位置データと、前述
の方法で求めた曲率、片勾配、縦断勾配のデータを上述
同様のマップ化する。
なお、P**がD−GPSから求めたデータに対し、片
側に大きくすれる場合には、ヨーレートセンサのゼロ点
のずれが考えられるので、ゼロ点のずれが許容範囲に入
るように補正して、P**を求めなおして上記処理を行
うとよい。
「その他の構成」 上述のようなマップ化のための計測結果のデータ処理
は、測定終了後にバッチ処理することを前提としてい
る。しかし、大きな処理装置を用いることにより、走行
中または停車中などに演算したり、ナビゲーション用の
地図データを記憶している記録媒体に記録することも好
適である。また、すでにあるデータに追加して、平均値
を記録することもできる。
[産業上の利用性] 本発明に係るナビゲーション装置は、車両に搭載さ
れ、経路案内を行うと共に、走行制御を行う装置として
利用される。ナビゲーションプログラムを記録した媒体
は、車両に搭載されたコンピュータを動作するために利
用される。また、道路形状データ作成装置及び方法は、
車両に搭載され、経路案内を行うと共に、走行制御を行
うナビゲーション装置が利用する地図データベースとし
て利用される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−362683(JP,A) 特開 平6−201392(JP,A) 特開 平4−9710(JP,A) 特開 平8−304090(JP,A) 特開 昭59−232381(JP,A) 特開 平6−273186(JP,A) 特開 平8−194890(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 21/00 G08G 1/0969

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自車位置を検出する自車位置検出手段と、 道路情報を記憶する地図データベースと、 前記自車位置検出手段により検出した自車位置と前記地
    図データベースから読み出した道路情報を基に車両の走
    行制御系機器を制御する走行制御系制御手段と、 前記自車位置検出手段により検出した自車位置と前記地
    図データベースから読み出した道路情報を基に車両走行
    に関する案内を行うナビゲーション手段と、 を有し、 前記ナビゲーション手段により前記地図データベースか
    ら読み出す道路情報の詳細度を前記走行制御系制御手段
    により前記地図データベースから読み出す道路情報の詳
    細度より低くしたことを特徴とする車両用ナビゲーショ
    ン装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の装置において、 前記地図データベースは、 所定ピッチの位置座標毎の道路情報を記憶する簡易地図
    データベースと、 この簡易地図データベースにおける所定ピッチよりも詳
    細なピッチの位置座標毎の道路情報を記憶する詳細地図
    データベースと、 を含み、 前記走行制御系制御手段は、前記詳細地図データベース
    に記憶されている道路情報に基づいて、車両走行制御系
    を制御し、 前記ナビゲーション手段は、前記簡易地図データベース
    に記憶されている道路情報に基づいて、車両走行に関す
    る案内を行うことを特徴とする車両用ナビゲーション装
    置。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の装置において、 さらに、 自車の走行状態データを検出する走行状態検出手段を有
    し、 この走行状態検出手段により得た走行状態データと、自
    車位置検出手段により得た自車位置に基づいて、前記詳
    細地図データベースを更新することを特徴とする車両用
    ナビゲーション装置。
  4. 【請求項4】コンピュータによって、車両走行案内を行
    うナビゲーションプログラムを記録した媒体であって、 前記ナビゲーションプログラムは、コンピュータに、 自車位置検出手段により検出した自車位置を取り込まさ
    せ、 検出した自車位置に基づいて、対応する道路情報を地図
    データベースから読み出させ、 走行制御系制御手段に、前記自車位置検出手段より取り
    込んだ自車位置と前記地図データベースから読み出した
    道路情報を基に車両の走行制御系機器を制御させると共
    に、 ナビゲーション手段に、前記自車位置検出手段により検
    出した自車位置と前記地図データベースから読み出した
    道路情報を基に車両走行に関する案内を行わせ、 かつ 前記ナビゲーション手段により前記地図データベースか
    ら読み出す道路情報の詳細度を前記走行制御系制御手段
    により前記地図データベースから読み出す道路情報の詳
    細度より低くさせたことを特徴とする車両用ナビゲーシ
    ョンプログラムを記録した媒体。
  5. 【請求項5】請求項4に記載の媒体において、 前記地図データベースは、 所定ピッチの位置座標毎の道路情報を記憶する簡易地図
    データベースと、 この簡易地図データベースにおける所定ピッチよりも詳
    細なピッチの位置座標毎の道路情報を記憶する詳細地図
    データベースと、 を含んでおり、 前記ナビゲーションプログラムは、前記走行制御系制御
    手段には、前記詳細地図データベースに記憶されている
    道路情報に基づいて、車両走行制御系を制御させ、 前記ナビゲーション手段は、前記簡易地図データベース
    に記憶されている道路情報に基づいて、車両走行に関す
    る案内を行わせることを特徴とする車両用ナビゲーショ
    ンプログラムを記録した媒体。
  6. 【請求項6】請求項4または5に記載の媒体において、 前記ナビゲーションプログラムは、 さらに、 車両状態検出手段により自車の走行状態データを検出さ
    せ、 この走行状態検出手段により得た走行状態データと、自
    車位置検出手段により得た自車位置に基づいて、前記詳
    細地図データベースを更新させることを特徴とする車両
    用ナビゲーションプログラムを記録した媒体。
  7. 【請求項7】道路形状データを記憶している地図データ
    ベースを詳細化する地図詳細化方法であって、 車両を走行させ、車両位置に応じた車両挙動を検出さ
    せ、この車両位置毎の車両挙動と、前記地図データベー
    スの道路形状データとの比較に基づいて地図データベー
    スを詳細化するとともに、 前記地図データベースは、所定のピッチの位置座標毎に
    道路形状データを有しており、この道路形状データの所
    定ピッチをより詳細なものに更新することを特徴とする
    地図詳細化方法。
  8. 【請求項8】請求項7に記載の方法であって、 前記地図データベースは、所定のピッチの位置座標毎に
    道路形状データを有しており、1つに位置座標における
    道路形状データの内容を詳細化することを特徴とする地
    図詳細化方法。
  9. 【請求項9】車両の走行状態を検出する走行状態検出手
    段と、 走行状態検出手段により検出した走行状態車両の走行に
    伴う位置の変化を算出する位置変化算出手段と、 この位置変化算出手段により得られた位置変化と、他の
    手段によって得た上記位置変化より正確な位置データと
    を比較し、この比較結果に基づき走行状態検出手段によ
    り検出した走行状態を補正する補正手段と、 補正された走行状態に基づいて道路形状データを算出す
    る道路形状データ算出手段と、 道路形状データを記憶している地図データベースと、 を有し、 前記地図データベースにおける道路形状データは、所定
    のピッチのポイント毎のデータであり、前記道路形状デ
    ータ算出手段により得られた道路形状データをこのポイ
    ントと対応させると共に、この対応点間を複数に分割
    し、分割した数に対応する道路形状データをマップ化し
    て詳細な道路形状データを得ることを特徴とする道路形
    状データ作成装置。
  10. 【請求項10】請求項9に記載の装置において、 前記走行状態検出手段は、走行状態の検出を正確な位置
    が認識可能な計測始点から計測終点間で行い、前記補正
    手段は、位置変化算出手段により得た前記計測始点から
    計測終点に至る位置変化における座標ずれに応じて補正
    を行うことを特徴とする道路形状データ作成装置。
  11. 【請求項11】請求項9または10に記載の装置におい
    て、 道路形状データ作成手段により得られた道路形状データ
    と、既存の地図データベースの道路形状データとを上記
    計測始点及び計測終点の2点間においても随時比較し、
    比較結果に応じて道路形状データ作成手段により得られ
    る道路形状データを補正することを特徴とする道路形状
    データ作成装置。
  12. 【請求項12】請求項9〜11のいずれか1つに記載の装
    置において、 車両位置をDGPS装置によって、検出することを特徴とす
    る道路形状データ作成装置。
  13. 【請求項13】車両の走行状態を検出し、検出した走行
    状態車両の走行に伴う位置の変化を算出し、算出した位
    置変化と、既存の地図データベースの道路位置データと
    を比較し、この比較結果に基づき検出した走行状態を補
    正し、補正された走行状態に基づいて道路形状データを
    算出する道路形状データ作成方法であって、 既存の地図データベースにおける道路形状データは、所
    定のピッチのポイント毎のデータであり、補正処理後の
    道路形状データをこのポイントと対応させると共に、こ
    の対応点間を複数に分割し、分割した数に対応する道路
    形状データをマップ化して詳細な道路形状データを得る
    ことを特徴とする道路形状データ作成方法。
  14. 【請求項14】請求項13に記載の装置において、 走行状態の検出を正確な位置が認識可能な計測始点から
    計測終点間で行い、位置変化に基づいて得た前記計測始
    点から計測終点に至る位置変化における座標ずれに応じ
    て検出された走行状態の補正を行うことを特徴とする道
    路形状データ作成方法。
  15. 【請求項15】請求項13または14に記載の方法におい
    て、 道路形状データ作成手段により得られた道路形状データ
    と、既存の地図データベースの道路形状データとを上記
    計測始点及び計測終点の2点間においても随時比較し、
    比較結果に応じて道路形状データ作成手段により得られ
    る道路形状データを補正することを特徴とする道路形状
    データ作成方法。
  16. 【請求項16】請求項13〜15のいずれか1つに記載の方
    法において、 車両位置をD−GPS装置によって、検出することを特徴
    とする道路形状データ作成方法。
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