JP3552267B2 - 車両用位置検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、マップマッチング手法とＧＰＳ信号測定とによって、車両位置と車両進行方向を検出する車両用位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走行している車両の現在位置（以下、車両位置と呼ぶ）は、いわゆるマップマッチング手法によって求めることができる。この手法は、車速センサによって検出される車両の走行距離と、方位センサによって検出される車両の進行方位とに基づいて車両の走行軌跡を求めた後、ＣＤ−ＲＯＭ等に記憶されている道路地図データの中から車両の走行軌跡と一致する道路を検索して車両位置を検出するものである。
しかし、車速センサ等の出力は誤差を含むため、マップマッチング手法だけでは精度よく車両位置を検出できない。そこで、マップマッチング手法によって求めた車両位置を、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）信号によって修正する車両用位置検出装置が提案されている（特開平２−２７５３１０号公報参照）。この種のＧＰＳ信号を用いた車両位置測定（以下、ＧＰＳ測定と呼ぶ）は、複数の衛星から発信されるＧＰＳ信号を受信し、各信号に含まれる衛星の位置情報と時刻情報に基づいて各衛星からの距離を算出し、三角測量の原理により車両位置を求めるものである。
【０００３】
上記公報に記載された車両用位置検出装置では、ＧＰＳ測定の信頼度を推定し、その信頼度に応じて、マップマッチング手法によって演算した車両位置（以下、マップマッチング演算値と呼ぶ）と、ＧＰＳ信号を用いて演算した車両位置（以下、ＧＰＳ演算値と呼ぶ）とのいずれかを選択して車両位置を定めている。
【０００４】
以下、図９を用いてマップマッチング手法とＧＰＳ測定とを組み合わせた従来の車両位置検出方法を説明する。図９はディスプレイに表示される道路地図を示し、車両位置を車両マークＭで示している。図９（ａ）は、分岐角が小さいＹ字形状の交差点付近を車両が走行する例を示す。車両が地点Ｐから交差点Ｑに達するまでは、マップマッチングが精度よく行われたとする。ここで、車両が交差点Ｑから左方向の経路を進んだときに、マップマッチングした結果、車両が右方向の経路を進んでいると誤って判断されたとする。このような誤った判断は、分岐角が小さい交差点や複数の道路が近接している場合等に特に起こりやすく、主に方位センサの測定誤差によって生じる。
このような場合、ＧＰＳ信号を用いて車両位置を修正することになるが、ＧＰＳ信号によって求めた車両位置は、受信された衛星数、衛星の天空上の配置および受信感度等により、大体数１０〜数１００メートルの誤差を有する。
【０００５】
図９（ａ）の円Ｑ１は、車両が地点Ｒを走行していると誤って判断された時点でのＧＰＳ測定の誤差範囲を示し、誤差円とも呼ばれる。この誤差円の中心がＧＰＳ測定による車両位置を示すが、ＧＰＳ測定だけでは誤差円の中のどこに車両が存在するかを特定できない。このため、車両が誤差円の中にあるときは、ＧＰＳ測定の結果を用いずにマップマッチング手法によって求めた車両位置に基づいてディスプレイに車両マークを表示する。
一方、車両が地点Ｓに達すると、マップマッチング手法によって求めた車両位置Ｓ１はＧＰＳ測定による誤差円Ｑ２の外になる。このため、車両位置Ｓ１は誤っていると判断され、車両位置は誤差円Ｑ２の中心位置Ｓ２に修正される。そして、その後マップマッチング手法によって、実際に車両が走行している経路上の地点Ｔに修正される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、マップマッチング手法とＧＰＳ測定とを組み合わせた従来の車両用位置検出装置では、通常はマップマッチング手法によって求めた車両位置をディスプレイに表示し、マップマッチング手法による車両位置がＧＰＳ測定による誤差円の範囲を越えると、ＧＰＳ測定に基づいて車両位置を修正する。ところが、図示のようにＧＰＳ測定に基づいて車両位置を修正する際に、ディスプレイ上の車両位置が突然大きく変化するため、不自然な感じを与える。
【０００７】
またこの種の従来の車両用位置検出装置において、例えば図９（ｂ）に示すように、ＣＤ−ＲＯＭ等の地図記憶メモリに記憶されていない経路を車両が走行する場合、車両位置を正確に検出できないという問題がある。図９（ｂ）において、経路Ｕは地図記憶メモリに記憶されているため、この経路Ｕを走行している間は経路Ｕに沿って精度よく車両位置が検出される。一方、車両が地図記憶メモリに記憶されていない経路Ｖに左折すると、マップマッチングの精度が悪くなり、図示の点線で示すように、実際の進行経路とかけ離れた位置に車両マークが表示される。図示の地点Ｗに達すると、ＧＰＳの誤差円をはずれるため、車両位置が地点Ｘに変化し、ここからまた点線のように、経路Ｖとかけ離れた位置に車両マークが表示される。
このように、マップマッチング手法を中心として車両位置を検出すると、道路地図データが用意されていない場合等に検出位置の誤差が大きくなる。
【０００８】
これに対して、特開平２−２９６１７２号公報に記載された装置では、マップマッチング演算値の誤差とＧＰＳ演算値の誤差を定期的に求め、これら誤差に基づいて車両位置を推定するようにしている。すなわち、マップマッチング演算値とＧＰＳ演算値の双方の誤差量を重み付けして車両位置を決定するため、ディスプレイ上の車両位置が途中で大きく変化することはない。
しかし、上記公報では、マップマッチングを行う際に用いる方位センサの誤差を考慮に入れていないため、方位センサの出力が誤差を含む場合には、精度の高い車両位置検出ができない。
また、マップマッチングとＧＰＳ測定を組み合わせて車両位置を検出しても、車両進行方向が精度よく検出できなければ、車両位置の修正後すぐにまた車両位置がずれてしまう。
一方、複数の衛星から発信されるＧＰＳ信号を受信すると、車両の位置測定ができるだけでなく、車両の進行方向も検出することができる。そこで、上述した方位センサの出力の修正も、ＧＰＳ信号を用いて行うのが望ましい。
【０００９】
図１０は、ＧＰＳ信号による車両位置検出、車速センサによる走行距離検出、ＧＰＳ信号による車両進行方向検出および方位センサによる車両進行方向検出の各特徴を長所・短所に分けてまとめた図である。
図１０に示すように、ＧＰＳ信号を用いて車両位置検出を行うと、時間積分することなく絶対位置を算出できるため、測定するたびに誤差が累積することがなく、長期的に見て安定した結果が得られる。一方、衛星からのＧＰＳ信号が受信できなければ演算できないため、トンネルやビル等の電波障害物があると演算ができなくなる。また、ＧＰＳ信号を受信できる衛星数や衛星間の配置によって誤差が大きく変動する。
【００１０】
一方、車速センサは、車両の走行距離を正確に算出できるが、タイヤ交換やタイヤの磨耗等によってタイヤ径が変化すると、正確な走行距離を算出できなくなる。
また、ＧＰＳ信号を用いて車両の進行方向を検出すると、絶対方位を安定して検出できるが、車速が約２０ｋｍ以下になると正確な方位を検出できなくなる。
一方、方位センサは、車両に発生した角速度を測定して車両進行方向を検出するため、微少な方位変化も精度よく検出できるが、測定した角速度を時間積分して車両進行方向を求めるため、ゼロレベル調整を行ってからの時間が長いほど、信頼度が低下する。
【００１１】
このように、各センサ等にはそれぞれ長所・短所があるため、それぞれの長所をうまく利用して車両の位置検出および進行方向検出を行うのが望ましい。
例えば、トンネル等のＧＰＳ信号が受信できない地域を走行する場合には、ＧＰＳ信号を用いずに位置検出を行い、一方タイヤが磨耗している場合等は車速センサ出力を用いずに位置検出を行うのが望ましい。
【００１２】
本発明の目的は、ＧＰＳ信号に基づく車両位置検出の信頼度と、車両に発生した角速度検出の信頼度を推定することにより、車両位置を精度よく検出できるようにした車両用位置検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ＧＰＳ信号に基づく車両進行方向検出の信頼度と、車両に発生した角速度検出の信頼度を推定することにより、車両進行方向を精度よく検出できるようにした車両用位置検出装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両に発生した角速度を検出する角速度検出手段と、前記角速度検出手段により検出された角速度に基づいて車両の進行方向を演算する進行方向演算手段と、車両の走行距離を検出する走行距離検出手段と、道路地図データを記憶する地図記憶手段と、前記車両の進行方向、前記走行距離および前記道路地図データに基づいて車両位置を演算する車両位置演算手段と、ＧＰＳ信号を受信する受信手段と、前記ＧＰＳ信号に基づいて車両位置を演算するＧＰＳ位置演算手段とを備えた車両用位置検出装置に適用される。
そして、請求項１の発明は、前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置の信頼度を推定するＧＰＳ位置信頼度推定手段と、前記進行方向演算手段によって演算された車両の進行方向の信頼度を推定する進行方向信頼度推定手段と、前記ＧＰＳ位置信頼度推定手段によって推定された信頼度と、前記進行方向信頼度推定手段によって推定された信頼度と、前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置とに基づいて、前記車両位置演算手段によって演算された車両位置を繰り返し修正する車両位置修正手段と、前記車両位置修正手段によって修正された車両位置を記憶する車両位置記憶手段とを備え、前記車両位置修正手段は、前記車両位置記憶手段に記憶された車両位置から前記車両位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算する第１距離方向演算手段と、前記車両位置記憶手段に記憶された車両位置から前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算する第２距離方向演算手段と、前記ＧＰＳ位置信頼度推定手段によって推定された信頼度と前記進行方向信頼度推定手段によって推定された信頼度とに応じて距離と方位を修正する修正係数を演算する修正係数演算手段とを有し、前記修正係数演算手段によって演算された修正係数を用いて、前記第１距離方向演算手段と前記第２距離方向演算手段とにより演算された距離の差と方向の差を修正し、車両位置を演算する。
【００１４】
請求項２の車両用位置検出装置は、前記角速度信頼度推定手段によって、前記角速度のゼロレベル調整を行ってからの経過時間に基づいて信頼度を推定する。
請求項３の車両用位置検出装置は、前記車両位置修正手段によって、前記ＧＰＳ位置信頼度推定手段によって推定された信頼度が高いほど、また前記角速度信頼度推定手段によって推定された信頼度が低いほど、前記車両位置演算手段によって演算された車両位置を前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置に近づけるように修正する。
【００１５】
【作用】
請求項１の発明では、第１距離方向演算手段によって車両位置記憶手段に記憶された車両位置から車両位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算するとともに、第２距離方向演算手段によって車両位置記憶手段に記憶された車両位置からＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算する。さらに、ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置の信頼度と、進行方向演算手段によって演算された車両の進行方向の信頼度とに応じて距離と方位を修正する修正係数を演算し、これらの修正係数を用いて第１距離方向演算手段と第２距離方向演算手段とにより演算された距離の差と方向の差を修正し、車両位置を演算する。
【００１６】
請求項２の発明では、角速度のゼロレベル調整を行ってからの経過時間に基づいて車両進行方向の信頼度を推定する。
請求項３の発明では、ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置の信頼度が高いほど、また進行方向演算手段によって演算された車両の進行方向の信頼度が低いほど、車両位置演算手段によって演算された車両位置をＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置に近づけるように修正する。
【００１７】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明が実施例に限定されるものではない。
【００１８】
【実施例】
図１は本発明による車両用経路誘導装置の一実施例のブロック図である。図１において、１は車速を検出する車速センサであり、例えば車両のトランスミッションに取り付けられ、車輪の１回転当たり所定数のパルスを出力する。２は車両の進行方向を検出する方位センサであり、車両のヨー方向の角速度を出力する。この角速度を積分することで車両進行方向が検出される。３は不図示のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機である。
４は交差点ネットワークデータを含む道路地図データを記憶する地図記憶メモリであり、交差点やカーブ地点を示すノードの位置情報、ノード間を接続する道路（リンク）の経路長および地名等の文字情報等を記憶する。
５は、後述する図２〜５の処理を行うＣＰＵ、６はＣＰＵ５が実行する制御プログラム等を記憶するＲＯＭ、７はＣＰＵ５による演算結果等を記憶するＲＡＭである。８は目的地等を入力する操作ボード、９はＣＰＵ５によって作成された画像データを記憶するＶ−ＲＡＭであり、このＶ−ＲＡＭ９に記憶された内容に応じてディスプレイ１０に絵文字情報が表示される。
上述した車速センサ１、方位センサ２、ＧＰＳ受信機３、地図記憶メモリ４、ＣＰＵ５、ＲＯＭ６、ＲＡＭ７、操作ボード８、Ｖ−ＲＡＭ９およびディスプレイ１０はインタフェース回路１１を介して相互に信号のやり取りを行う。
【００１９】
図２〜５はいずれもＣＰＵ５が行う割り込み処理であり、図２は車速パルス計測処理、図３は車両位置更新処理、図４，５はＧＰＳ測定処理を示す。ＣＰＵ５は不図示のイグニションキーがオン位置に操作されると、不図示のメイン処理によって車両各部の電気機器を制御し、所定時間ごとに図２〜５の割り込み処理を行う。例えば、図２の車速パルス計測処理は約１ｍｓごとに、図３の車両位置更新処理は約１００ｍｓごとに、図４，５のＧＰＳ測定処理は約１ｓｅｃごとに行われる。ただし、トンネル等のＧＰＳ信号を受信できない地域を車両が走行する場合には、図４，５の処理間隔は長くなる。
【００２０】
以下、これらの図に基づいて、本実施例の動作を説明する。
図２に示す車速パルス計測処理は、車速センサ１からパルスが出力されるごとに行われる。ステップＳ１では、車速センサ１から出力されるパルス数を計測してリターンする。パルス数を計測する変数にはＣ１とＣ２の２種類があり、いずれも１加算する。
【００２１】
一方、図３に示す車両位置更新処理のステップＳ１１では、方位センサ２の出力である角速度ｄθ／ｄｔを測定する。ステップＳ１２では、図２のステップＳ１で車速パルス数を計測している変数Ｃ１の値を変数Ｃ３に代入した後、変数Ｃ１の値をゼロにする。したがって、変数Ｃ１はこの時点以降の車速パルス数を計測する。すなわち、変数Ｃ１では車両位置更新処理を行ってから次に車両位置更新処理を行うまでの車速パルス数が計測される。
ステップＳ１３では、（１）式に基づいて車両進行方向θを演算する。なお、θ１は前回演算した車両進行方向を示す。また、ΔＴは車両位置更新処理を繰り返す時間間隔であり、例えば１００ｍｓである。
【数１】
θ＝θ１＋ΔＴ×ｄθ／ｄｔ ・・・（１）
【００２２】
ステップＳ１４では、（２），（３）式に基づいて車両位置Ｓ（Ｘ，Ｙ）を演算する。なお、（２），（３）式のΔＤは、車速パルスが発生してから次に車速パルスが発生するまでの間に車両が走行する距離を示し、Ｘ１，Ｙ１はそれぞれ、前回演算した車両位置のＸ座標、Ｙ座標を示す。
【数２】
Ｘ＝Ｘ１＋Ｃ３×ΔＤ×ｃｏｓθ ・・・（２）
Ｙ＝Ｙ１＋Ｃ３×ΔＤ×ｓｉｎθ ・・・（３）
ステップＳ１５では、変数Ｘ，Ｙの値をそれぞれ変数Ｘ１，Ｙ１に代入してリターンする。
上記（１）〜（３）式の変数θ１，Ｘ１，Ｙ１は原則として前回の車両位置更新処理での演算値を用いるが、前回の演算から今回の演算までの間に、後述するＧＰＳ測定処理が行われた場合は、ＧＰＳ測定処理の演算結果を用いる。
【００２３】
このように、図３の車両位置更新処理では、一定時間ごとに、前回の演算結果またはＧＰＳ測定結果を用いて車両の進行方向θと車両位置Ｓの座標を更新するため、車両位置および進行方向を精度よく検出できる。
【００２４】
図４に示すＧＰＳ測定処理のステップＳ２１では、変数Ｄに格納されている前回演算した車両位置座標を変数Ａに代入する。ステップＳ２２では、図３のステップＳ１４で演算した現在の車両位置座標Ｓを変数Ｂに代入する。ステップＳ２３では、ＧＰＳ信号を受信し、その受信結果に基づいて車両位置座標を演算し、その結果を変数Ｇに代入する。この場合の変数Ａ，Ｂ，Ｇの位置関係は、例えば図６（ａ）のようになる。
ステップＳ２４では、（４），（５）式に基づいて距離誤差ΔＬと方位誤差Δθを求める。
【数３】
ΔＬ＝ＡＧ−ＡＢ ・・・（４）
Δθ＝∠ＧＡＢ ・・・（５）
【００２５】
ステップＳ２５では、（６）式に基づいて位置修正係数ｋＩを求める。
【数４】
（６）式に示すｒＧＰＳ、ｒｇはそれぞれＧＰＳ位置信頼度、方位センサ信頼度を示し、図７（ａ），（ｂ）に示すような特性を有する。図７（ａ）の横軸の単位であるＤＯＰはＤｉｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎの略であり、ＧＰＳ信号による位置検出の精度を示す係数である。このＤＯＰとＧＰＳ位置信頼度ｒＧＰＳはほぼ線形の関係にあり、ＤＯＰが小さいほどＧＰＳ位置信頼度ｒＧＰＳは高くなる。一方、図７（ｂ）に示す方位センサ信頼度ｒｇは時間の関数で表され、時間が経過するに従って信頼度が低下する。これは、方位センサ２を用いて車両進行方向を検出する場合、方位センサ２の出力である角速度を時間積分する必要があり、方位センサ２出力に温度ドリフト等によるオフセット誤差が含まれていると、時間積分する時間が長いほど誤差量が多くなるためである。
【００２６】
したがって、方位センサ２は所定時間ごとにゼロレベル調整を行う必要があり、ゼロレベル調整を行うと、図７（ｂ）のように信頼度が向上する。なお、ゼロレベル調整とは、車両に角速度が発生していない状態で方位センサ２の出力がゼロになるように調整することをいい、一般には車両停止中に行われる。一方、ゼロレベル調整の代わりに、ＧＰＳ信号による方位検出結果、マップマッチングによる方位検出結果、あるいはビーコン等による方位検出結果等を用いて車両走行中に方位センサ２出力の調整を行ってもよいが、図７（ｂ）に示すように、調整後の信頼度はゼロレベル調整後の信頼度よりも悪い。
【００２７】
（６）式の中の積分では、前回ＧＰＳ測定処理を行った時間ｔから現在の時間ｔ＋αまでの間に、方位センサ信頼度ｒｇがどの程度低下したかが演算される。この積分によって求められる量は、図７（ｂ）の斜線部で示される。すなわち、（６）式の積分値が大きいほど、方位センサ信頼度ｒｇが低いことを示す。したがって、例えば、トンネル等の長時間ＧＰＳ演算ができない地域を車両が走行すると、この積分値が大きくなり、方位センサ信頼度ｒｇは低下する。
また、（６）式の関数ｆは、ＧＰＳ位置信頼度ｒＧＰＳが高いほど、または方位センサ信頼度ｒｇが低いほど大きくなるように予め設定される。したがって、位置修正係数ｋＩは、ＧＰＳ演算による位置検出の信頼度ｒＧＰＳと方位センサ出力の信頼度ｒｇとに応じて変化する。なお、０≦ｋＩ≦１となるように、関数ｆは設定される。
【００２８】
ステップＳ２６では、（７），（８）式に基づいて、距離修正係数ｋＬと方位修正係数ｋθを求める。
【数５】
ｋＬ ＝ｋＩ×ｋ１ ・・・（７）
ｋθ＝ｋＩ×ｋ２ ・・・（８）
（７），（８）式のｋＬ，ｋθはいずれも１以下の正の値であり、１に近いほどＧＰＳ演算値に近い値に修正することを示す。
ここで、方位センサ２の精度が車速センサ１の精度より高い場合には、０≦ｋ２＜ｋ１とするのが望ましく、逆に車速センサ１の精度が方位センサ２の精度より高い場合には、０≦ｋ１＜ｋ２とするのが望ましい。
【００２９】
ステップＳ２７では、図３のステップＳ１４で求めた車両位置Ｓを修正する。具体的には、（９），（１０）式の関係を満たすように車両位置Ｓを修正する。
【数６】
ＡＳ＝ＡＢ＋ｋＬ×ΔＬ ・・・（９）
∠ＳＡＢ＝ｋθ×Δθ ・・・（１０）
【００３０】
ステップＳ２８では、車速パルス数を計測している変数Ｃ２がゼロであるか否かを判定する。判定が否定されると車両が走行中であると判断してステップＳ２９に進み、変数Ｃ２をゼロにする。したがって、変数Ｃ２はこの時点以降の車速パルス数を計測する。すなわち、変数Ｃ２ではＧＰＳ測定処理を行ってから次にＧＰＳ測定処理を行うまでの車速パルス数が計測される。
ステップＳ３０では、ステップＳ２７で修正した車両位置Ｓの座標（Ｘ，Ｙ）をＲＡＭ７に記憶してステップＳ３１に進む。
【００３１】
一方、ステップＳ２８の判定が肯定されると車両が停止していると判断して図５のステップＳ３１に進む。すなわち、車両が停止している場合には、車両位置が変化しないため、ステップＳ２７の修正結果をＲＡＭ７に記憶せずにステップＳ３１以降の処理を行う。
図５のステップＳ３１では、図３のステップＳ１３で演算した現在の車両進行方向を変数θに代入する。ステップＳ３２では、ＧＰＳ信号に基づいて車両進行方向を演算し、その結果を変数θＧに代入する。ステップＳ３３では、（１１）式に基づいてＧＰＳ信号に基づく車両進行方向と、方位センサ２に基づく車両進行方向との方向差Δθを求める。
【数７】
Δθ＝θＧ−θ ・・・（１１）
【００３２】
ステップＳ３４では、（１２）式に基づいて方位修正係数ｋＨを求める。
【数８】
（１２）式に示すｒｄはＧＰＳ方位信頼度を示し、図７（ｃ）に示すような特性を有する。図示のように、ＧＰＳ方位信頼度ｒｄは車速に応じて変化し、車速が大きいほど信頼度が高くなる。
また、（１２）式の関数ｆは（６）式の関数ｆと同じであり、ＧＰＳ方位信頼度ｒｄが高いほど、または方位信頼度ｒｇが低いほど、関数ｆの値は大きくなる。したがって、方位修正係数ｋＨの値は、ＧＰＳ測定による方位検出の信頼度ｒｄと、方位センサ２による車両進行方向の信頼度ｒｇとに応じて変化する。
【００３３】
ステップＳ３５では、（１３）式に基づいて車両進行方向θを更新した後、リターンする。
【数９】
θ＝θ＋ｋＨ×Δθ ・・・（１３）
【００３４】
以上に説明した図３〜５の処理を図６を用いてまとめると、まず図３の車両位置更新処理では、車速センサ１と方位センサ２を利用して、一定時間ごとに車両位置を更新する。例えば図６（ａ）は、地点Ａから車両位置検出を開始して、ａ１〜ａ４およびＢの各地点で図３の処理を行った例を示す。
図３の処理によって車両が地点Ｂに達したと検出されたときに、ＣＰＵ５が図４のＧＰＳ測定処理を行ったとする。この場合、ステップＳ２２の変数Ｂには図６（ａ）の地点Ｂの座標が代入される。また、ステップＳ２３で演算されたＧＰＳ測定による車両位置が図６（ａ）の地点Ｇであったとする。この場合、ステップＳ２４で演算される距離誤差ΔＬと、方位誤差Δθは、図示のようになる。
これらの各誤差とステップＳ２５で求めた信頼度に応じた位置修正係数ｋＩとによって、ステップＳ２７で車両位置を更新する。図６（ａ）では更新した車両位置をＳで示している。
【００３５】
また、例えば車両が停止中の場合は、図６（ａ）の地点Ａは変化せず、前回のＧＰＳ測定処理によって求めた車両位置Ｓを地点Ｂとして新たな車両位置Ｓを求めるため、求められる車両位置は次第にＧＰＳ演算地点Ｇに近づいていく。
逆に、例えば車両が時速１００ｋｍで走行しており、かつＧＰＳ信号の受信状態が良好の場合、ＧＰＳ測定処理の間隔を１ｓｅｃとすると、車両はＧＰＳ測定処理を行う間に約３０ｍ走行する。すなわち、車両が３０ｍ走行するごとにＧＰＳ測定処理を行うとともに、ＧＰＳ測定処理の合間には図３の処理によって車速センサ１と方位センサ２を用いて車両位置検出を行う。この結果、図３〜５の処理によって演算される車両位置は徐々にＧＰＳ演算値に近づいていく。したがって、従来のように、ディスプレイ１０上の車両位置が急に変化することはない。
【００３６】
一方、図３のステップＳ１３で検出された方位センサ２による車両進行方向を図６（ｂ）の矢印Ｙ１とし、図５のステップＳ３２で検出されたＧＰＳ測定による車両進行方向を矢印Ｙ２とすると、ステップＳ３３で求められる方位誤差Δθは例えば図６（ｂ）のようになる。ステップＳ３４では方位修正係数ｋＨを演算し、ステップＳ３５では方位誤差Δθと方位修正係数ｋＨとによって車両進行方向を図６（ｂ）の矢印Ｙ３の方向に修正する。
【００３７】
図８（ａ）は図９（ａ）と同様のＹ字経路を車両が走行する場合の本実施例による車両位置検出を示す図である。図示の白丸で示した地点がＧＰＳ測定による車両位置を示す。
図示のＹ字交差点において、車両が右側の経路を走行していると方位センサ２が誤って判断しても、ＧＰＳ演算値は左側の経路に沿って検出されるため、図４のＧＰＳ測定処理によって、図８（ａ）の点線のように迅速に左側の経路に修正される。
一方、図９（ｂ）と同様に地図記憶メモリ４に含まれていない経路を走行する場合でも、図８（ｂ）の点線のように、実際の車両の進行方向に沿って位置検出がされる。
【００３８】
このように、本実施例によれば、ＧＰＳ信号に基づいて演算した車両位置の信頼度と、方位センサ２を用いて演算した車両位置の信頼度とを求め、各信頼度に応じて車両位置を推定するようにしたため、車両位置を精度よく推定することができる。
また、ＧＰＳ信号に基づいて演算した車両進行方向の信頼度と、方位センサを用いて演算した車両進行方向の信頼度とを求め、各信頼度に応じて車両進行方向を推定するようにしたため、車両進行方向を精度よく推定することができる。
【００３９】
図７のＧＰＳ位置信頼度、方位センサ信頼度およびＧＰＳ方位信頼度を示す各波形は、いずれも主に実験値によって求められるものであり、実験の条件を種々に変化させると、波形の形状が変化する場合があるが、信頼度を示す波形の形状が変わっても本発明は同様に適用できる。
図３の車速パルス計測処理では、所定時間ごとにＣＰＵ５に割り込みをかけて、車速センサ１から出力されたパルス数を計測しているが、車速センサ１からパルスが出力されると自動的にカウントアップするカウンタ等によってパルス数を計測してもよい。
【００４０】
このように構成した実施例にあっては、方位センサ２が角速度検出手段に、車速センサ１が車速検出手段に、地図記憶メモリ４が地図記憶手段に、図３の処理が車両位置演算手段に、ＧＰＳ受信機３が受信手段に、図４のステップＳ２３の処理がＧＰＳ位置演算手段に、図４のステップＳ２５の処理がＧＰＳ位置信頼度推定手段と角速度信頼度推定手段に、図４のステップＳ２７の処理が車両位置修正手段に、ＲＡＭ７が車両位置記憶手段に、図４のステップＳ２４の処理が第１距離差方向差演算手段と第２距離差方向差演算手段に、図４のステップＳ２５，Ｓ２６と図５のステップＳ３４の処理が修正係数演算手段に、図３の処理が車両進行方向演算手段に、図５のステップＳ３２の処理がＧＰＳ方位演算手段に、図５のステップＳ３４の処理がＧＰＳ方位信頼度推定手段に、図５のステップＳ３５の処理が車両進行方向修正手段に、図５のステップＳ３３の処理が方向差演算手段に、それぞれ対応する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両位置を精度よく推定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用位置検出装置の一実施例のブロック図である。
【図２】ＣＰＵが行う車速パルス計測処理を示すフローチャートである。
【図３】ＣＰＵが行う車両位置更新処理を示すフローチャートである。
【図４】ＣＰＵが行うＧＰＳ測定処理を示すフローチャートである。
【図５】図４に続くフローチャートである。
【図６】車両位置検出と車両進行方向検出の例を示す図である。
【図７】ＧＰＳ位置信頼度、方位センサ信頼度およびＧＰＳ方位信頼度の特性を示す図である。
【図８】本実施例の車両位置検出装置を用いて車両位置検出を行った例を示す図である。
【図９】従来の車両位置検出装置によって車両位置検出を行った例を示す図である。
【図１０】各センサ等の長所・短所をまとめた図である。
【符号の説明】
１ 車速センサ
２ 方位センサ
３ ＧＰＳ受信機
４ 地図記憶メモリ
５ ＣＰＵ
６ ＲＯＭ
７ ＲＡＭ
８ 操作ボード
９ Ｖ−ＲＡＭ
１０ ディスプレイ
１１ インタフェース回路
【産業上の利用分野】
本発明は、マップマッチング手法とＧＰＳ信号測定とによって、車両位置と車両進行方向を検出する車両用位置検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走行している車両の現在位置（以下、車両位置と呼ぶ）は、いわゆるマップマッチング手法によって求めることができる。この手法は、車速センサによって検出される車両の走行距離と、方位センサによって検出される車両の進行方位とに基づいて車両の走行軌跡を求めた後、ＣＤ−ＲＯＭ等に記憶されている道路地図データの中から車両の走行軌跡と一致する道路を検索して車両位置を検出するものである。
しかし、車速センサ等の出力は誤差を含むため、マップマッチング手法だけでは精度よく車両位置を検出できない。そこで、マップマッチング手法によって求めた車両位置を、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）信号によって修正する車両用位置検出装置が提案されている（特開平２−２７５３１０号公報参照）。この種のＧＰＳ信号を用いた車両位置測定（以下、ＧＰＳ測定と呼ぶ）は、複数の衛星から発信されるＧＰＳ信号を受信し、各信号に含まれる衛星の位置情報と時刻情報に基づいて各衛星からの距離を算出し、三角測量の原理により車両位置を求めるものである。
【０００３】
上記公報に記載された車両用位置検出装置では、ＧＰＳ測定の信頼度を推定し、その信頼度に応じて、マップマッチング手法によって演算した車両位置（以下、マップマッチング演算値と呼ぶ）と、ＧＰＳ信号を用いて演算した車両位置（以下、ＧＰＳ演算値と呼ぶ）とのいずれかを選択して車両位置を定めている。
【０００４】
以下、図９を用いてマップマッチング手法とＧＰＳ測定とを組み合わせた従来の車両位置検出方法を説明する。図９はディスプレイに表示される道路地図を示し、車両位置を車両マークＭで示している。図９（ａ）は、分岐角が小さいＹ字形状の交差点付近を車両が走行する例を示す。車両が地点Ｐから交差点Ｑに達するまでは、マップマッチングが精度よく行われたとする。ここで、車両が交差点Ｑから左方向の経路を進んだときに、マップマッチングした結果、車両が右方向の経路を進んでいると誤って判断されたとする。このような誤った判断は、分岐角が小さい交差点や複数の道路が近接している場合等に特に起こりやすく、主に方位センサの測定誤差によって生じる。
このような場合、ＧＰＳ信号を用いて車両位置を修正することになるが、ＧＰＳ信号によって求めた車両位置は、受信された衛星数、衛星の天空上の配置および受信感度等により、大体数１０〜数１００メートルの誤差を有する。
【０００５】
図９（ａ）の円Ｑ１は、車両が地点Ｒを走行していると誤って判断された時点でのＧＰＳ測定の誤差範囲を示し、誤差円とも呼ばれる。この誤差円の中心がＧＰＳ測定による車両位置を示すが、ＧＰＳ測定だけでは誤差円の中のどこに車両が存在するかを特定できない。このため、車両が誤差円の中にあるときは、ＧＰＳ測定の結果を用いずにマップマッチング手法によって求めた車両位置に基づいてディスプレイに車両マークを表示する。
一方、車両が地点Ｓに達すると、マップマッチング手法によって求めた車両位置Ｓ１はＧＰＳ測定による誤差円Ｑ２の外になる。このため、車両位置Ｓ１は誤っていると判断され、車両位置は誤差円Ｑ２の中心位置Ｓ２に修正される。そして、その後マップマッチング手法によって、実際に車両が走行している経路上の地点Ｔに修正される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、マップマッチング手法とＧＰＳ測定とを組み合わせた従来の車両用位置検出装置では、通常はマップマッチング手法によって求めた車両位置をディスプレイに表示し、マップマッチング手法による車両位置がＧＰＳ測定による誤差円の範囲を越えると、ＧＰＳ測定に基づいて車両位置を修正する。ところが、図示のようにＧＰＳ測定に基づいて車両位置を修正する際に、ディスプレイ上の車両位置が突然大きく変化するため、不自然な感じを与える。
【０００７】
またこの種の従来の車両用位置検出装置において、例えば図９（ｂ）に示すように、ＣＤ−ＲＯＭ等の地図記憶メモリに記憶されていない経路を車両が走行する場合、車両位置を正確に検出できないという問題がある。図９（ｂ）において、経路Ｕは地図記憶メモリに記憶されているため、この経路Ｕを走行している間は経路Ｕに沿って精度よく車両位置が検出される。一方、車両が地図記憶メモリに記憶されていない経路Ｖに左折すると、マップマッチングの精度が悪くなり、図示の点線で示すように、実際の進行経路とかけ離れた位置に車両マークが表示される。図示の地点Ｗに達すると、ＧＰＳの誤差円をはずれるため、車両位置が地点Ｘに変化し、ここからまた点線のように、経路Ｖとかけ離れた位置に車両マークが表示される。
このように、マップマッチング手法を中心として車両位置を検出すると、道路地図データが用意されていない場合等に検出位置の誤差が大きくなる。
【０００８】
これに対して、特開平２−２９６１７２号公報に記載された装置では、マップマッチング演算値の誤差とＧＰＳ演算値の誤差を定期的に求め、これら誤差に基づいて車両位置を推定するようにしている。すなわち、マップマッチング演算値とＧＰＳ演算値の双方の誤差量を重み付けして車両位置を決定するため、ディスプレイ上の車両位置が途中で大きく変化することはない。
しかし、上記公報では、マップマッチングを行う際に用いる方位センサの誤差を考慮に入れていないため、方位センサの出力が誤差を含む場合には、精度の高い車両位置検出ができない。
また、マップマッチングとＧＰＳ測定を組み合わせて車両位置を検出しても、車両進行方向が精度よく検出できなければ、車両位置の修正後すぐにまた車両位置がずれてしまう。
一方、複数の衛星から発信されるＧＰＳ信号を受信すると、車両の位置測定ができるだけでなく、車両の進行方向も検出することができる。そこで、上述した方位センサの出力の修正も、ＧＰＳ信号を用いて行うのが望ましい。
【０００９】
図１０は、ＧＰＳ信号による車両位置検出、車速センサによる走行距離検出、ＧＰＳ信号による車両進行方向検出および方位センサによる車両進行方向検出の各特徴を長所・短所に分けてまとめた図である。
図１０に示すように、ＧＰＳ信号を用いて車両位置検出を行うと、時間積分することなく絶対位置を算出できるため、測定するたびに誤差が累積することがなく、長期的に見て安定した結果が得られる。一方、衛星からのＧＰＳ信号が受信できなければ演算できないため、トンネルやビル等の電波障害物があると演算ができなくなる。また、ＧＰＳ信号を受信できる衛星数や衛星間の配置によって誤差が大きく変動する。
【００１０】
一方、車速センサは、車両の走行距離を正確に算出できるが、タイヤ交換やタイヤの磨耗等によってタイヤ径が変化すると、正確な走行距離を算出できなくなる。
また、ＧＰＳ信号を用いて車両の進行方向を検出すると、絶対方位を安定して検出できるが、車速が約２０ｋｍ以下になると正確な方位を検出できなくなる。
一方、方位センサは、車両に発生した角速度を測定して車両進行方向を検出するため、微少な方位変化も精度よく検出できるが、測定した角速度を時間積分して車両進行方向を求めるため、ゼロレベル調整を行ってからの時間が長いほど、信頼度が低下する。
【００１１】
このように、各センサ等にはそれぞれ長所・短所があるため、それぞれの長所をうまく利用して車両の位置検出および進行方向検出を行うのが望ましい。
例えば、トンネル等のＧＰＳ信号が受信できない地域を走行する場合には、ＧＰＳ信号を用いずに位置検出を行い、一方タイヤが磨耗している場合等は車速センサ出力を用いずに位置検出を行うのが望ましい。
【００１２】
本発明の目的は、ＧＰＳ信号に基づく車両位置検出の信頼度と、車両に発生した角速度検出の信頼度を推定することにより、車両位置を精度よく検出できるようにした車両用位置検出装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ＧＰＳ信号に基づく車両進行方向検出の信頼度と、車両に発生した角速度検出の信頼度を推定することにより、車両進行方向を精度よく検出できるようにした車両用位置検出装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両に発生した角速度を検出する角速度検出手段と、前記角速度検出手段により検出された角速度に基づいて車両の進行方向を演算する進行方向演算手段と、車両の走行距離を検出する走行距離検出手段と、道路地図データを記憶する地図記憶手段と、前記車両の進行方向、前記走行距離および前記道路地図データに基づいて車両位置を演算する車両位置演算手段と、ＧＰＳ信号を受信する受信手段と、前記ＧＰＳ信号に基づいて車両位置を演算するＧＰＳ位置演算手段とを備えた車両用位置検出装置に適用される。
そして、請求項１の発明は、前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置の信頼度を推定するＧＰＳ位置信頼度推定手段と、前記進行方向演算手段によって演算された車両の進行方向の信頼度を推定する進行方向信頼度推定手段と、前記ＧＰＳ位置信頼度推定手段によって推定された信頼度と、前記進行方向信頼度推定手段によって推定された信頼度と、前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置とに基づいて、前記車両位置演算手段によって演算された車両位置を繰り返し修正する車両位置修正手段と、前記車両位置修正手段によって修正された車両位置を記憶する車両位置記憶手段とを備え、前記車両位置修正手段は、前記車両位置記憶手段に記憶された車両位置から前記車両位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算する第１距離方向演算手段と、前記車両位置記憶手段に記憶された車両位置から前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算する第２距離方向演算手段と、前記ＧＰＳ位置信頼度推定手段によって推定された信頼度と前記進行方向信頼度推定手段によって推定された信頼度とに応じて距離と方位を修正する修正係数を演算する修正係数演算手段とを有し、前記修正係数演算手段によって演算された修正係数を用いて、前記第１距離方向演算手段と前記第２距離方向演算手段とにより演算された距離の差と方向の差を修正し、車両位置を演算する。
【００１４】
請求項２の車両用位置検出装置は、前記角速度信頼度推定手段によって、前記角速度のゼロレベル調整を行ってからの経過時間に基づいて信頼度を推定する。
請求項３の車両用位置検出装置は、前記車両位置修正手段によって、前記ＧＰＳ位置信頼度推定手段によって推定された信頼度が高いほど、また前記角速度信頼度推定手段によって推定された信頼度が低いほど、前記車両位置演算手段によって演算された車両位置を前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置に近づけるように修正する。
【００１５】
【作用】
請求項１の発明では、第１距離方向演算手段によって車両位置記憶手段に記憶された車両位置から車両位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算するとともに、第２距離方向演算手段によって車両位置記憶手段に記憶された車両位置からＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算する。さらに、ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置の信頼度と、進行方向演算手段によって演算された車両の進行方向の信頼度とに応じて距離と方位を修正する修正係数を演算し、これらの修正係数を用いて第１距離方向演算手段と第２距離方向演算手段とにより演算された距離の差と方向の差を修正し、車両位置を演算する。
【００１６】
請求項２の発明では、角速度のゼロレベル調整を行ってからの経過時間に基づいて車両進行方向の信頼度を推定する。
請求項３の発明では、ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置の信頼度が高いほど、また進行方向演算手段によって演算された車両の進行方向の信頼度が低いほど、車両位置演算手段によって演算された車両位置をＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置に近づけるように修正する。
【００１７】
なお、本発明の構成を説明する上記課題を解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明が実施例に限定されるものではない。
【００１８】
【実施例】
図１は本発明による車両用経路誘導装置の一実施例のブロック図である。図１において、１は車速を検出する車速センサであり、例えば車両のトランスミッションに取り付けられ、車輪の１回転当たり所定数のパルスを出力する。２は車両の進行方向を検出する方位センサであり、車両のヨー方向の角速度を出力する。この角速度を積分することで車両進行方向が検出される。３は不図示のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機である。
４は交差点ネットワークデータを含む道路地図データを記憶する地図記憶メモリであり、交差点やカーブ地点を示すノードの位置情報、ノード間を接続する道路（リンク）の経路長および地名等の文字情報等を記憶する。
５は、後述する図２〜５の処理を行うＣＰＵ、６はＣＰＵ５が実行する制御プログラム等を記憶するＲＯＭ、７はＣＰＵ５による演算結果等を記憶するＲＡＭである。８は目的地等を入力する操作ボード、９はＣＰＵ５によって作成された画像データを記憶するＶ−ＲＡＭであり、このＶ−ＲＡＭ９に記憶された内容に応じてディスプレイ１０に絵文字情報が表示される。
上述した車速センサ１、方位センサ２、ＧＰＳ受信機３、地図記憶メモリ４、ＣＰＵ５、ＲＯＭ６、ＲＡＭ７、操作ボード８、Ｖ−ＲＡＭ９およびディスプレイ１０はインタフェース回路１１を介して相互に信号のやり取りを行う。
【００１９】
図２〜５はいずれもＣＰＵ５が行う割り込み処理であり、図２は車速パルス計測処理、図３は車両位置更新処理、図４，５はＧＰＳ測定処理を示す。ＣＰＵ５は不図示のイグニションキーがオン位置に操作されると、不図示のメイン処理によって車両各部の電気機器を制御し、所定時間ごとに図２〜５の割り込み処理を行う。例えば、図２の車速パルス計測処理は約１ｍｓごとに、図３の車両位置更新処理は約１００ｍｓごとに、図４，５のＧＰＳ測定処理は約１ｓｅｃごとに行われる。ただし、トンネル等のＧＰＳ信号を受信できない地域を車両が走行する場合には、図４，５の処理間隔は長くなる。
【００２０】
以下、これらの図に基づいて、本実施例の動作を説明する。
図２に示す車速パルス計測処理は、車速センサ１からパルスが出力されるごとに行われる。ステップＳ１では、車速センサ１から出力されるパルス数を計測してリターンする。パルス数を計測する変数にはＣ１とＣ２の２種類があり、いずれも１加算する。
【００２１】
一方、図３に示す車両位置更新処理のステップＳ１１では、方位センサ２の出力である角速度ｄθ／ｄｔを測定する。ステップＳ１２では、図２のステップＳ１で車速パルス数を計測している変数Ｃ１の値を変数Ｃ３に代入した後、変数Ｃ１の値をゼロにする。したがって、変数Ｃ１はこの時点以降の車速パルス数を計測する。すなわち、変数Ｃ１では車両位置更新処理を行ってから次に車両位置更新処理を行うまでの車速パルス数が計測される。
ステップＳ１３では、（１）式に基づいて車両進行方向θを演算する。なお、θ１は前回演算した車両進行方向を示す。また、ΔＴは車両位置更新処理を繰り返す時間間隔であり、例えば１００ｍｓである。
【数１】
θ＝θ１＋ΔＴ×ｄθ／ｄｔ ・・・（１）
【００２２】
ステップＳ１４では、（２），（３）式に基づいて車両位置Ｓ（Ｘ，Ｙ）を演算する。なお、（２），（３）式のΔＤは、車速パルスが発生してから次に車速パルスが発生するまでの間に車両が走行する距離を示し、Ｘ１，Ｙ１はそれぞれ、前回演算した車両位置のＸ座標、Ｙ座標を示す。
【数２】
Ｘ＝Ｘ１＋Ｃ３×ΔＤ×ｃｏｓθ ・・・（２）
Ｙ＝Ｙ１＋Ｃ３×ΔＤ×ｓｉｎθ ・・・（３）
ステップＳ１５では、変数Ｘ，Ｙの値をそれぞれ変数Ｘ１，Ｙ１に代入してリターンする。
上記（１）〜（３）式の変数θ１，Ｘ１，Ｙ１は原則として前回の車両位置更新処理での演算値を用いるが、前回の演算から今回の演算までの間に、後述するＧＰＳ測定処理が行われた場合は、ＧＰＳ測定処理の演算結果を用いる。
【００２３】
このように、図３の車両位置更新処理では、一定時間ごとに、前回の演算結果またはＧＰＳ測定結果を用いて車両の進行方向θと車両位置Ｓの座標を更新するため、車両位置および進行方向を精度よく検出できる。
【００２４】
図４に示すＧＰＳ測定処理のステップＳ２１では、変数Ｄに格納されている前回演算した車両位置座標を変数Ａに代入する。ステップＳ２２では、図３のステップＳ１４で演算した現在の車両位置座標Ｓを変数Ｂに代入する。ステップＳ２３では、ＧＰＳ信号を受信し、その受信結果に基づいて車両位置座標を演算し、その結果を変数Ｇに代入する。この場合の変数Ａ，Ｂ，Ｇの位置関係は、例えば図６（ａ）のようになる。
ステップＳ２４では、（４），（５）式に基づいて距離誤差ΔＬと方位誤差Δθを求める。
【数３】
ΔＬ＝ＡＧ−ＡＢ ・・・（４）
Δθ＝∠ＧＡＢ ・・・（５）
【００２５】
ステップＳ２５では、（６）式に基づいて位置修正係数ｋＩを求める。
【数４】
【００２６】
したがって、方位センサ２は所定時間ごとにゼロレベル調整を行う必要があり、ゼロレベル調整を行うと、図７（ｂ）のように信頼度が向上する。なお、ゼロレベル調整とは、車両に角速度が発生していない状態で方位センサ２の出力がゼロになるように調整することをいい、一般には車両停止中に行われる。一方、ゼロレベル調整の代わりに、ＧＰＳ信号による方位検出結果、マップマッチングによる方位検出結果、あるいはビーコン等による方位検出結果等を用いて車両走行中に方位センサ２出力の調整を行ってもよいが、図７（ｂ）に示すように、調整後の信頼度はゼロレベル調整後の信頼度よりも悪い。
【００２７】
（６）式の中の積分では、前回ＧＰＳ測定処理を行った時間ｔから現在の時間ｔ＋αまでの間に、方位センサ信頼度ｒｇがどの程度低下したかが演算される。この積分によって求められる量は、図７（ｂ）の斜線部で示される。すなわち、（６）式の積分値が大きいほど、方位センサ信頼度ｒｇが低いことを示す。したがって、例えば、トンネル等の長時間ＧＰＳ演算ができない地域を車両が走行すると、この積分値が大きくなり、方位センサ信頼度ｒｇは低下する。
また、（６）式の関数ｆは、ＧＰＳ位置信頼度ｒＧＰＳが高いほど、または方位センサ信頼度ｒｇが低いほど大きくなるように予め設定される。したがって、位置修正係数ｋＩは、ＧＰＳ演算による位置検出の信頼度ｒＧＰＳと方位センサ出力の信頼度ｒｇとに応じて変化する。なお、０≦ｋＩ≦１となるように、関数ｆは設定される。
【００２８】
ステップＳ２６では、（７），（８）式に基づいて、距離修正係数ｋＬと方位修正係数ｋθを求める。
【数５】
ｋＬ ＝ｋＩ×ｋ１ ・・・（７）
ｋθ＝ｋＩ×ｋ２ ・・・（８）
（７），（８）式のｋＬ，ｋθはいずれも１以下の正の値であり、１に近いほどＧＰＳ演算値に近い値に修正することを示す。
ここで、方位センサ２の精度が車速センサ１の精度より高い場合には、０≦ｋ２＜ｋ１とするのが望ましく、逆に車速センサ１の精度が方位センサ２の精度より高い場合には、０≦ｋ１＜ｋ２とするのが望ましい。
【００２９】
ステップＳ２７では、図３のステップＳ１４で求めた車両位置Ｓを修正する。具体的には、（９），（１０）式の関係を満たすように車両位置Ｓを修正する。
【数６】
ＡＳ＝ＡＢ＋ｋＬ×ΔＬ ・・・（９）
∠ＳＡＢ＝ｋθ×Δθ ・・・（１０）
【００３０】
ステップＳ２８では、車速パルス数を計測している変数Ｃ２がゼロであるか否かを判定する。判定が否定されると車両が走行中であると判断してステップＳ２９に進み、変数Ｃ２をゼロにする。したがって、変数Ｃ２はこの時点以降の車速パルス数を計測する。すなわち、変数Ｃ２ではＧＰＳ測定処理を行ってから次にＧＰＳ測定処理を行うまでの車速パルス数が計測される。
ステップＳ３０では、ステップＳ２７で修正した車両位置Ｓの座標（Ｘ，Ｙ）をＲＡＭ７に記憶してステップＳ３１に進む。
【００３１】
一方、ステップＳ２８の判定が肯定されると車両が停止していると判断して図５のステップＳ３１に進む。すなわち、車両が停止している場合には、車両位置が変化しないため、ステップＳ２７の修正結果をＲＡＭ７に記憶せずにステップＳ３１以降の処理を行う。
図５のステップＳ３１では、図３のステップＳ１３で演算した現在の車両進行方向を変数θに代入する。ステップＳ３２では、ＧＰＳ信号に基づいて車両進行方向を演算し、その結果を変数θＧに代入する。ステップＳ３３では、（１１）式に基づいてＧＰＳ信号に基づく車両進行方向と、方位センサ２に基づく車両進行方向との方向差Δθを求める。
【数７】
Δθ＝θＧ−θ ・・・（１１）
【００３２】
ステップＳ３４では、（１２）式に基づいて方位修正係数ｋＨを求める。
【数８】
また、（１２）式の関数ｆは（６）式の関数ｆと同じであり、ＧＰＳ方位信頼度ｒｄが高いほど、または方位信頼度ｒｇが低いほど、関数ｆの値は大きくなる。したがって、方位修正係数ｋＨの値は、ＧＰＳ測定による方位検出の信頼度ｒｄと、方位センサ２による車両進行方向の信頼度ｒｇとに応じて変化する。
【００３３】
ステップＳ３５では、（１３）式に基づいて車両進行方向θを更新した後、リターンする。
【数９】
θ＝θ＋ｋＨ×Δθ ・・・（１３）
【００３４】
以上に説明した図３〜５の処理を図６を用いてまとめると、まず図３の車両位置更新処理では、車速センサ１と方位センサ２を利用して、一定時間ごとに車両位置を更新する。例えば図６（ａ）は、地点Ａから車両位置検出を開始して、ａ１〜ａ４およびＢの各地点で図３の処理を行った例を示す。
図３の処理によって車両が地点Ｂに達したと検出されたときに、ＣＰＵ５が図４のＧＰＳ測定処理を行ったとする。この場合、ステップＳ２２の変数Ｂには図６（ａ）の地点Ｂの座標が代入される。また、ステップＳ２３で演算されたＧＰＳ測定による車両位置が図６（ａ）の地点Ｇであったとする。この場合、ステップＳ２４で演算される距離誤差ΔＬと、方位誤差Δθは、図示のようになる。
これらの各誤差とステップＳ２５で求めた信頼度に応じた位置修正係数ｋＩとによって、ステップＳ２７で車両位置を更新する。図６（ａ）では更新した車両位置をＳで示している。
【００３５】
また、例えば車両が停止中の場合は、図６（ａ）の地点Ａは変化せず、前回のＧＰＳ測定処理によって求めた車両位置Ｓを地点Ｂとして新たな車両位置Ｓを求めるため、求められる車両位置は次第にＧＰＳ演算地点Ｇに近づいていく。
逆に、例えば車両が時速１００ｋｍで走行しており、かつＧＰＳ信号の受信状態が良好の場合、ＧＰＳ測定処理の間隔を１ｓｅｃとすると、車両はＧＰＳ測定処理を行う間に約３０ｍ走行する。すなわち、車両が３０ｍ走行するごとにＧＰＳ測定処理を行うとともに、ＧＰＳ測定処理の合間には図３の処理によって車速センサ１と方位センサ２を用いて車両位置検出を行う。この結果、図３〜５の処理によって演算される車両位置は徐々にＧＰＳ演算値に近づいていく。したがって、従来のように、ディスプレイ１０上の車両位置が急に変化することはない。
【００３６】
一方、図３のステップＳ１３で検出された方位センサ２による車両進行方向を図６（ｂ）の矢印Ｙ１とし、図５のステップＳ３２で検出されたＧＰＳ測定による車両進行方向を矢印Ｙ２とすると、ステップＳ３３で求められる方位誤差Δθは例えば図６（ｂ）のようになる。ステップＳ３４では方位修正係数ｋＨを演算し、ステップＳ３５では方位誤差Δθと方位修正係数ｋＨとによって車両進行方向を図６（ｂ）の矢印Ｙ３の方向に修正する。
【００３７】
図８（ａ）は図９（ａ）と同様のＹ字経路を車両が走行する場合の本実施例による車両位置検出を示す図である。図示の白丸で示した地点がＧＰＳ測定による車両位置を示す。
図示のＹ字交差点において、車両が右側の経路を走行していると方位センサ２が誤って判断しても、ＧＰＳ演算値は左側の経路に沿って検出されるため、図４のＧＰＳ測定処理によって、図８（ａ）の点線のように迅速に左側の経路に修正される。
一方、図９（ｂ）と同様に地図記憶メモリ４に含まれていない経路を走行する場合でも、図８（ｂ）の点線のように、実際の車両の進行方向に沿って位置検出がされる。
【００３８】
このように、本実施例によれば、ＧＰＳ信号に基づいて演算した車両位置の信頼度と、方位センサ２を用いて演算した車両位置の信頼度とを求め、各信頼度に応じて車両位置を推定するようにしたため、車両位置を精度よく推定することができる。
また、ＧＰＳ信号に基づいて演算した車両進行方向の信頼度と、方位センサを用いて演算した車両進行方向の信頼度とを求め、各信頼度に応じて車両進行方向を推定するようにしたため、車両進行方向を精度よく推定することができる。
【００３９】
図７のＧＰＳ位置信頼度、方位センサ信頼度およびＧＰＳ方位信頼度を示す各波形は、いずれも主に実験値によって求められるものであり、実験の条件を種々に変化させると、波形の形状が変化する場合があるが、信頼度を示す波形の形状が変わっても本発明は同様に適用できる。
図３の車速パルス計測処理では、所定時間ごとにＣＰＵ５に割り込みをかけて、車速センサ１から出力されたパルス数を計測しているが、車速センサ１からパルスが出力されると自動的にカウントアップするカウンタ等によってパルス数を計測してもよい。
【００４０】
このように構成した実施例にあっては、方位センサ２が角速度検出手段に、車速センサ１が車速検出手段に、地図記憶メモリ４が地図記憶手段に、図３の処理が車両位置演算手段に、ＧＰＳ受信機３が受信手段に、図４のステップＳ２３の処理がＧＰＳ位置演算手段に、図４のステップＳ２５の処理がＧＰＳ位置信頼度推定手段と角速度信頼度推定手段に、図４のステップＳ２７の処理が車両位置修正手段に、ＲＡＭ７が車両位置記憶手段に、図４のステップＳ２４の処理が第１距離差方向差演算手段と第２距離差方向差演算手段に、図４のステップＳ２５，Ｓ２６と図５のステップＳ３４の処理が修正係数演算手段に、図３の処理が車両進行方向演算手段に、図５のステップＳ３２の処理がＧＰＳ方位演算手段に、図５のステップＳ３４の処理がＧＰＳ方位信頼度推定手段に、図５のステップＳ３５の処理が車両進行方向修正手段に、図５のステップＳ３３の処理が方向差演算手段に、それぞれ対応する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両位置を精度よく推定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用位置検出装置の一実施例のブロック図である。
【図２】ＣＰＵが行う車速パルス計測処理を示すフローチャートである。
【図３】ＣＰＵが行う車両位置更新処理を示すフローチャートである。
【図４】ＣＰＵが行うＧＰＳ測定処理を示すフローチャートである。
【図５】図４に続くフローチャートである。
【図６】車両位置検出と車両進行方向検出の例を示す図である。
【図７】ＧＰＳ位置信頼度、方位センサ信頼度およびＧＰＳ方位信頼度の特性を示す図である。
【図８】本実施例の車両位置検出装置を用いて車両位置検出を行った例を示す図である。
【図９】従来の車両位置検出装置によって車両位置検出を行った例を示す図である。
【図１０】各センサ等の長所・短所をまとめた図である。
【符号の説明】
１ 車速センサ
２ 方位センサ
３ ＧＰＳ受信機
４ 地図記憶メモリ
５ ＣＰＵ
６ ＲＯＭ
７ ＲＡＭ
８ 操作ボード
９ Ｖ−ＲＡＭ
１０ ディスプレイ
１１ インタフェース回路
Claims (3)
- 車両に発生した角速度を検出する角速度検出手段と、
前記角速度検出手段により検出された角速度に基づいて車両の進行方向を演算する進行方向演算手段と、
車両の走行距離を検出する走行距離検出手段と、
道路地図データを記憶する地図記憶手段と、
前記車両の進行方向、前記走行距離および前記道路地図データに基づいて車両位置を演算する車両位置演算手段と、
ＧＰＳ信号を受信する受信手段と、
前記ＧＰＳ信号に基づいて車両位置を演算するＧＰＳ位置演算手段とを備えた車両用位置検出装置において、
前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置の信頼度を推定するＧＰＳ位置信頼度推定手段と、
前記進行方向演算手段によって演算された車両の進行方向の信頼度を推定する進行方向信頼度推定手段と、
前記ＧＰＳ位置信頼度推定手段によって推定された信頼度と、前記進行方向信頼度推定手段によって推定された信頼度と、前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置とに基づいて、前記車両位置演算手段によって演算された車両位置を繰り返し修正する車両位置修正手段と、
前記車両位置修正手段によって修正された車両位置を記憶する車両位置記憶手段とを備え、
前記車両位置修正手段は、前記車両位置記憶手段に記憶された車両位置から前記車両位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算する第１距離方向演算手段と、
前記車両位置記憶手段に記憶された車両位置から前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置までの距離と方向を演算する第２距離方向演算手段と、
前記ＧＰＳ位置信頼度推定手段によって推定された信頼度と前記進行方向信頼度推定手段によって推定された信頼度とに応じて距離と方位を修正する修正係数を演算する修正係数演算手段とを有し、
前記修正係数演算手段によって演算された修正係数を用いて、前記第１距離方向演算手段と前記第２距離方向演算手段とにより演算された距離の差と方向の差を修正し、車両位置を演算することを特徴とする車両用位置検出装置。 - 請求項１に記載された車両用位置検出装置において、
前記進行方向信頼度推定手段は、前記角速度のゼロレベル調整を行ってからの経過時間に基づいて信頼度を推定することを特徴とする車両用位置検出装置。 - 請求項１または２に記載された車両用位置検出装置において、
前記車両位置修正手段は、前記ＧＰＳ位置信頼度推定手段によって推定された信頼度が高いほど、また前記進行方向信頼度推定手段によって推定された信頼度が低いほど、前記車両位置演算手段によって演算された車両位置を前記ＧＰＳ位置演算手段によって演算された車両位置に近づけるように修正することを特徴とする車両用位置検出装置。
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|---|---|---|---|
| JP6586594A JP3552267B2 (ja) | 1994-04-04 | 1994-04-04 | 車両用位置検出装置 |
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|---|---|---|---|
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-
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