JP3656469B2

JP3656469B2 - 道路勾配算出装置

Info

Publication number: JP3656469B2
Application number: JP22290399A
Authority: JP
Inventors: 滋樹福島
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP2001050743A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自車の走行道路前方の道路勾配を算出する、道路勾配算出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、複数の人工衛星からの電波を受信することにより自動車等の車両の現在位置を演算して、ディスプレイの道路地図上に表示するようにしたナビゲーションシステム（ナビゲーション装置）が広く普及している。
このようなナビゲーションシステムには、一般にＣＤロム等の記録媒体がソフト（ナビソフト）として用いられており、このナビソフトに道路データ等の地図情報が格納されている。
【０００３】
また、道路データは具体的には座標点で管理されており、座標点を線で結ぶことにより道路が表示されるようになっている。各座標点は経度，緯度で管理されており、これが直交座標（ＸＹ座標）上のＸ値，Ｙ値に置き換えられている。
なお、このようなナビソフトには、ＸＹ座標以外にも高さ情報、即ち標高を入力するためのＺ座標も設けられているが、現在、このＺ座標には特にデータが入力されておらず、ナビソフトのみでは標高や道路勾配を知ることはできないのが現状である。
【０００４】
一方で、このようなナビゲーション装置を用いて自車位置情報に加えて自車の標高や道路勾配を算出できるようにしたいという要望もある。
このような要望に対して、特開平９−３０４０８９号公報には、ＧＰＳを用いたナビゲーション装置の自車位置とメッシュ標高データとから自車の標高を求めるようにした技術が開示されている。ここで、メッシュ標高データとは国土地理院より提供される標高データであり、ナビソフトと同様にＣＤロム等の記録媒体の形態で入手することができるものでる。このメッシュ標高データでは、全国の地図が、１辺の長さが５０ｍ又は１０ｍ程度の小さな正方形の領域に細かく区分され、各領域の中心の標高がそれぞれ記憶されている。
【０００５】
そして、ナビゲーションシステムから得られる地図を、このメッシュ標高データに重ね合わせて、現在の自車位置がどの領域にあるかを判定して、自車位置の存在する領域の標高を自車の標高として認識するのである。
なお、このような技術以外にも、ナビソフトに格納された各座標点の標高データから道路の勾配を求めるようにした技術（特開平１０−２４１２号公報）や、車両にカメラを取り付け、カメラから得られる画像情報に基づいて道路勾配を算出するようにした技術が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特開平９−３０４０８９号公報の技術では、単に自車の標高を算出するだけであり、前方の道路勾配を求めるものではなかった。また、標高データから勾配を求めようとしても、自車の現在位置の標高は求めることができるものの、自車の走行道路を判定しない限りは自車前方の道路座標を判定することができず、道路勾配を求めることはできないという課題があった。
【０００７】
また、特開平１０−２４１２号公報の技術では、精度良く道路勾配を算出することができないという課題がある。すなわち、通常、ナビゲーション装置に格納された道路の座標点は、道路の曲がりに対応させて設定されており（カーブ路では座標間隔が短く、直線路では座標間隔が長い）、標高の変化点を考慮していないため、精度の点で問題がある。特に、直線道路においては座標間隔が大きくなり、その間の標高情報が抜けてしまうため精度良く道路勾配を算出することができないという課題がある。
【０００８】
さらに、カメラの画像情報を処理して前方の道路勾配を算出する技術では、夜間や悪天候時等、カメラの撮像条件が悪い時には道路勾配の計算が不安定になるという課題があった。
なお、これらの技術以外にも、特開平６−３３３１９７号公報には、予め記憶媒体に道路上の坂道情報を記憶させておき、この坂道情報に基づいてディスプレイ上に坂道記号を付与する技術が開示されているが、実際には道路に坂道情報を付与したソフトは現在はなく、仮に道路に坂道情報を付与するとしても道路の坂道情報は膨大であるため、これを予め記憶媒体に記憶させておくのは多大な労力を要するという課題がある。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、従来のナビゲーション装置を用いて、前方の道路勾配を簡単に且つ精度良く算出できるようにした、道路勾配算出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の道路勾配算出装置では、自車位置検出手段により自車の現在位置及び進行方向が検出されると、自車位置の座標が地図情報記憶手段に記憶された地図上の座標に変換されて自車の現在位置及び進行方向が判定される。
一方、道路勾配算出手段により、自車位置を起点として自車の走行道路に沿って前方に所定距離の間隔で複数の仮想点が設定されるとともに、標高情報記憶手段の標高情報に基づいて各仮想点が存在する領域の標高が各仮想点の標高として設定される。
さらに、道路勾配算出手段により、仮想点間の所定距離が、地図情報記憶手段によって記憶されている複数の座標点のうち任意の隣接する２点間の距離よりも短い距離に設定される。
【００１１】
そして、自車位置と各仮想点との間の勾配がそれぞれ算出されるとともに、各勾配を平均化処理することにより自車の前方の道路勾配が算出される。これにより、自車の前方の道路勾配を簡単に且つ精度良く算出できるようになる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の一実施形態にかかる道路勾配算出装置について説明すると、図１はその要部構成を示す模式的な機能ブロック図、図２はその計算手法を説明するための模式図、図３はその動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【００１３】
図示しない車両には、図１に示すようにＧＰＳアンテナ１，ＦＭアンテナ２，ＦＭ多重受信機３，ナビゲーション本体４及びディスプレイ（表示手段）５からなるナビゲーション装置等がそなえられている。
また、ナビゲーション本体４には、自車の現在位置及び進行方向を検出する自車位置検出手段としてのＧＰＳ受信機４ａ及び道路を構成する複数の座標点のデータを記憶した地図情報記憶手段としてのナビソフト４ｂ等が設けられている。なお、このナビソフト４ｂは、具体的には道路データ等の地図情報を格納したＣＤロム等の記録媒体である。また、このナビソフト４ｂは、ナビゲーション本体４の外部に設けられていてもよい。
【００１４】
ＧＰＳアンテナ１で受信された人工衛星からの電波は、上記ＧＰＳ受信機４ａに取り込まれ、このＧＰＳ受信機４ａでは、受信した電波に基づいて自車の現在位置（緯度及び経度）を算出するようになっている。また、ＧＰＳ受信機４ａでは、自車の現在位置に加え、前回算出した位置情報と今回算出した位置情報とに基づいて、現在の車両の進行方向を算出するようになっている。
【００１５】
そして、上記ＧＰＳ受信機４ａで得られた現在位置をナビソフト４ｂに格納された地図上に座標変換して、自車の進行方向とともにディスプレイ５に表示するようになっている。
また、ＦＭアンテナ２及びＦＭ多重受信機３は、道路渋滞情報等を含む電波を受信するためのものであり、ＧＰＳ受信機４ａでは、このＦＭ多重受信機３からの情報に基づいてディスプレイ５に周囲の道路の渋滞状況等を表示するようになっている。
【００１６】
ところで、このナビゲーション本体４には、上記ＧＰＳ受信機４ａで得られた現在位置及び進行方向と、ナビソフト４ｂから得られる道路データとに基づいて、ナビソフト４ｂ上における自車の走行道路を推定又は判定する判定手段４ｃが設けられている。
ここで、判定手段４ｃにおける走行道路の判定手法について簡単に説明すると、この判定手段４ｃでは、ＧＰＳ受信機４ａで自車位置及び進行方向が算出されると、この自車位置の座標データに基づいて、ナビソフト４ｂ内に格納された複数の地図のうち、まず自車位置を含む地図（例えば縮尺１／２５０００相当）を選択するようになっている。そして、地図情報を選択した後は、自車の現在位置を地図上の座標に変換して、現在位置と進行方向とディスプレイ５に表示するようになっている。
【００１７】
次に、選択された地図上の道路を構成する全ての座標を読み込んで、各座標について自車位置との距離や道路の向きを計算するようになっている。
判定手段４ｃでは、このような計算結果に基づいて、自車位置との距離Ｌが所定距離（例えば１００ｍ）以下で、且つ道路の向きと自車の進行方向とのなす角度が所定値（例えば３０°）以下で、且つ自車の前方に存在する座標点を前方座標候補点として検出するようになっている。また、このような前方座標候補点が複数ある場合には、自車との距離が最も短い座標を選択し、この座標をあらためて前方座標候補点として設定するようになっている。
【００１８】
そして、判定手段４ｃでは、上述のようにして設定された前方座標候補点を有する道路を自車が現在走行している道路であると判定するようになっているのである。
次に、本発明の要部について説明すると、このナビゲーション本体４には、上記判定手段４ｃ以外に、道路の勾配を算出する道路勾配算出手段４ｄが設けられている。また、この道路勾配算出手段４ｄは、図示するように、自車位置補正手段４１と通過点設定手段（又は仮想点設定手段ともいう）４２と演算手段と４３とをそなえて構成されている。
【００１９】
さらに、図１に示すように、ナビゲーション本体４には、標高情報記憶手段としてのメッシュ標高データ４ｅをそなえており、道路勾配算出手段４ｄは、このメッシュ標高データ４ｅからの標高データ（標高情報）を用いて道路勾配を算出するようになっている。なお、メッシュ標高データ４ｅは、ナビゲーション本体４の外部に設けられていてもよい。
【００２０】
ここで、メッシュ標高データ４ｅは、従来技術で説明したように、国土地理院により提供される標高データであって、ナビソフトと同様にＣＤロム等の記録媒体の形態で入手することができるものである。このメッシュ標高データ４ｅには、道路等の地図情報は含まれていないが、メッシュ標高データ４ｅでは全国が小さな正方形の領域でメッシュ状に区分されており、各領域の中心の標高が記憶されている。なお、本実施形態では、１辺の長さが１０ｍ程度の小さな正方形を１つの領域として全国を区分したメッシュ標高データが用いられている。
【００２１】
次に、上記各手段４１〜４３の機能を説明しながらメッシュ標高データ４ｅを用いた道路勾配の算出手法を説明する。
自車位置補正手段４１は、ＧＰＳ受信機４ａで得られた自車位置情報とナビゲーションソフト４ｂの地図情報とを比較して、自車位置が地図の道路上に位置していない場合には、自車位置を道路上に一致させるべく自車位置の補正を行なうものである。
【００２２】
すなわち、通常ＧＰＳ受信機４ａで得られた位置情報には、最大で１００ｍ程度の誤差が含まれており、ＧＰＳ受信機４ａで得られた自車位置が必ずしも道路上に一致するとは限らない。このため、自車位置補正手段４１では、上記判定手段４ｃで設定された自車走行道路と自車位置とが一致するように補正を行なうようになっている。
【００２３】
例えば、図２において自車位置がＸ（ｘ，ｙ）であったとすると、この自車位置補正手段４１では、上述した判定手段４ｃで判定された走行道路に向かって垂線を下ろし、この垂線と道路との交点Ｑ₀（ｍｘ₀，ｍｙ₀）を自車位置とするようになっている。なお、図２において、ｘ座標は経度を、ｙ座標は緯度を示している。
【００２４】
補正自車位置Ｑ₀（ｍｘ₀，ｍｙ₀）の算出手法の一例について、図２を用いて簡単に説明すると、まず、直線Ｐ₀Ｐ₁を表す式をＹ＝ａＸ＋ｂとおき、Ｐ₀（ｘ₀，ｙ₀），Ｐ₁（ｘ₁，ｙ₁）を代入することにより、ａ，ｂを求めるようになっている。つまり、ａ，ｂは以下の式で表すことができる。
ａ＝（ｙ₁−ｙ₀）／（ｘ₁−ｘ₀）
ｂ＝ｙ₁−ａ・ｘ₁
そして、上記ａ，ｂを用いて、ｍｘ₀，ｍｙ₀は例えば以下のように表すことができる。
【００２５】
ｍｘ₀＝ｘ＋ａ・（ｙ−ａｘ−ｂ）／（１＋ａ²）
ｍｙ₀＝ｙ−（ｙ−ａｘ−ｂ）／（１＋ａ²）
次に、仮想点設定手段４２により、走行道路上に自車の進行方向に沿って補正自車位置Ｑ₀を基準として所定距離Ｌ（例えば１０ｍ）毎に複数の仮想点（ここでは、Ｑ₁〜Ｑ₅）が設定されるようになっている。ここで、所定距離Ｌは平面視上の距離であって、道路が傾斜している場合には、Ｌは実際の道のりとは異なるものとなる。なお、ナビソフト４ｂでは、道路情報は複数の座標点の集合として記憶されており、図２に示すように、隣接する各座標点を直線で結んで道路を近似している。この場合、隣接する座標点間の距離は、道路の状況によって異なるが通常３０〜５０ｍ程度であり、仮想点の設定間隔Ｌとしては、これよりも小さい値が好ましい。
【００２６】
そして、演算手段４３では、ナビゲーションソフト４ｂで得られる地図上にメッシュ標高データ４ｅを重ね合わせ、補正自車位置Ｑ₀及び各仮想点Ｑ₁〜Ｑ₅が存在する領域（図２中網かけで示す領域）を取り出し、各点Ｑ₀〜Ｑ₅が存在する領域の標高データをそれぞれ補正自車位置Ｑ₀及び各仮想点Ｑ₁〜Ｑ₅における標高として設定するようになっている。
【００２７】
なお、厳密にはこの標高データは各領域の中心点の標高であり、各通過点の標高とは必ずしも合致しないが、上述したように、本実施形態で用いるメッシュ標高データ４ｅでは、各領域が１０ｍ四方の小さな領域であるため、通過点の存在する領域の標高を通過点の標高として用いても大きな誤差は生じない。また、誤差が生じたとしても、後述の平均化によりフィルタリングされ、誤差が吸収されるようになっている。
【００２８】
さて、上述のようにして、各仮想点の標高を求めた後、補正自車位置Ｑ₀の標高と各仮想点の標高差とから、補正自車位置Ｑ₀と各仮想点との間の勾配をそれぞれ算出し、これを平均化して、前方の道路勾配として算出するようになっている。
具体的に、補正自車位置Ｑ₀及び仮想点Ｑ₁〜Ｑ₅の標高をそれぞれＺ₀〜Ｚ₅とすると、補正自車位置Ｑ₀から各仮想点Ｑ₁〜Ｑ₅までの道路勾配α₁〜α₅は以下のようになる。
【００２９】
α₁＝（Ｚ₁−Ｚ₀）／Ｌ
α₂＝（Ｚ₂−Ｚ₀）／２Ｌ
α₃＝（Ｚ₃−Ｚ₀）／３Ｌ
α₄＝（Ｚ₄−Ｚ₀）／４Ｌ
α₅＝（Ｚ₅−Ｚ₀）／５Ｌ
そして、上記の各式を下式に代入して、平均道路勾配α_AVEが算出されるようになっている。
【００３０】
α_AVE＝（α₁＋α₂＋α₃＋α₄＋α₅）／５
そして、このようにして演算手段４３で道路勾配が算出されると、この道路勾配を用いて、トランスミッションの変速制御やトラクションコントロール等が実行されるようになっている。なお、このようなトランスミッションの変速制御の具体例としては、例えば道路勾配に応じた変速段の切り換え制御や変速タイミングの変更が挙げられる。また、上述以外にも自動配光ランプや自動ブレーキシステム等の制御に本発明を適用してもよい。
【００３１】
本発明の一実施形態にかかる道路勾配算出装置は、上述のように構成されているので、その作用を説明すると以下のようなる。
まず、図３のステップＳ１で、判定手段４ｃにより自車が現在走行している道路が判定される。すなわち、ＧＰＳ受信機４ａで自車位置（緯度及び経度）が検出されると、判定手段４ｃでは、この自車位置の座標データに基づいて、ナビソフト４ｂから自車位置を含む地図を選択し、地図上の道路を構成する全ての座標を読み込んで、各座標について自車位置との距離や道路の向き（地図上での傾き）を計算する。
【００３２】
そして、自車位置との距離が所定距離（例えば１００ｍ）以下で、且つ道路の向きと自車の進行方向とのなす角度が所定値（例えば３０°）以下で、且つ自車の前方に存在する座標点を前方座標候補点とする。また、このような前方座標候補点が複数ある場合には、自車との距離が最も短い座標を選択し、この座標をあらためて前方座標候補点とする。そして、上述のようにして設定された前方座標候補点を有する道路を自車が現在走行している道路であると判定する。なお、現在の走行道路を判定又は推定するようにな手法としては、上述のものに限定されるものではなく、他の手法により走行道路を判定してもよい。
【００３３】
次に、ステップＳ２に進み、ＧＰＳ受信機４ａで得られた自車位置を、上記ステップＳ１で判定された走行道路上に補正する。この場合、具体的には走行道路に対して自車位置から垂線を下ろして、この垂線と走行道路との交点を補正自車位置Ｑ₀として設定するのである。
そして、ステップＳ３では、この補正自車位置Ｑ₀を基準にして、走行道路に沿って前方に所定距離Ｌ毎に複数の仮想点Ｑ₁〜Ｑ₅を設定するとともに、メッシュ標高データ４ｅからの情報に基づいて各点Ｑ₀〜Ｑ₅の位置する領域の標高を求め、この標高をあらためて各点Ｑ₀〜Ｑ₅での標高と設定する。
【００３４】
各仮想点Ｑ₀〜Ｑ₅の標高を設定した後、ステップＳ４に進み、補正自車位置Ｑ₀と各仮想点Ｑ₁〜Ｑ₅との勾配α₁〜α₅をそれぞれ算出し、各勾配を平均化して、この平均化された勾配を前方の道路勾配として認識する。そして、その後ステップＳ５に進み、この道路勾配情報を用いてトランスミッション制御等を実行してからリターンする。
【００３５】
このように、本発明の一実施形態にかかる道路勾配算出装置よれば、自車位置検出手段（ＧＰＳ受信機）４ａからの自車位置情報と、標高情報記憶手段（メッシュ標高データ）４ｅからの標高情報とを用いて、現在走行している道路の勾配を算出するので、前方の道路勾配を簡単に且つ精度良く知ることができるという利点がある。そして、このような道路勾配に応じて変速段制御やトラクションコントロール等を行なうことにより車両の安全性が大幅に向上するという利点がある。
【００３６】
また、メッシュ標高データの標高と各通過点Ｑ₀〜Ｑ₅の標高とは必ずしも合致するとは限らないが、１辺が１０ｍ程度の小さな領域に区切られたメッシュデータを用いることで誤差を極力小さくすることができる。また、標高データに誤差が含まれていても、上述したように、各勾配を平均化することにより誤差をほとんどなくすことができ、道路勾配を正確に算出することができるという利点がある。
【００３７】
また、本発明によれば、カメラ等の撮像手段を必要としないので、夜間や悪天候時であっても安定して道路勾配の計算を行なうことができる利点もある。また、特別なセンサ等を必要とせず、従来のナビゲーション装置に対して標高情報記憶手段（メッシュ標高データ）４ｅを追加するだけでよいので、コストや重量の増加を招くこともほとんどないという利点を有している。
【００３８】
また、ＧＰＳ受信機４ａで得られた位置情報の誤差により自車位置が地図上の道路とずれている場合であっても、自車位置補正手段４１により自車位置が道路上に一致するように補正が行なわれるので、やはり正確な道路勾配を算出することができるという利点がある。
なお、本発明の道路勾配算出装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、ＦＭアンテナ２及びＦＭ多重受信機３は必ずしも必要なものではなく、省略してもよい。また、自車が現在走行している道路を判定する手法は本実施形態のものに限定されるものではなく、他の手法を用いてもよい。さらには、上述では、本発明で算出された道路勾配をトランスミッション制御やトラクションコントロールに適用した例を説明したが、算出された道路勾配をどのように用いるかについては何ら限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の道路勾配算出装置によれば、自車位置を起点として自車の走行道路に沿って前方に所定距離の間隔で複数の仮想点を設定し、標高情報記憶手段の標高情報に基づいて各仮想点が存在する領域の標高を各仮想点の標高として設定するとともに、自車位置と各仮想点との間の勾配をそれぞれ算出し、算出された各勾配を平均化することで自車の前方の道路勾配を算出するとともに、仮想点間の所定距離を、地図情報記憶手段によって記憶されている複数の座標点のうち任意の隣接する２点間の距離よりも短い距離に設定する。
これにより、現在走行している道路の前方の道路勾配を簡単に且つ精度良く知ることができるという利点がある。また、特別なセンサ等を必要とせず、従来のナビゲーション装置に対して標高情報記憶手段を追加するだけでよいので、コストや重量の増加を招くこともほとんどないという利点を有している。
【００４０】
また、本装置を変速段制御やトラクションコントロールや自動配光ランプ等に適用した場合には、車両の走行性能や安全性がさらに向上するという利点がある。また、本発明によれば、カメラ等の撮像手段を必要としないので、夜間や悪天候時であっても安定して道路勾配の計算を行なうことができる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる道路勾配算出装置の要部構成を機能的に示す模式的なブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる道路勾配算出装置の計算手法を説明するための模式図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる道路勾配算出装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
４ナビゲーション本体
４ａ自車位置検出手段（ＧＰＳ受信機）
４ｂ地図情報記憶手段（ナビソフト）
４ｃ判定手段
４ｄ道路勾配算出手段
４ｅ標高情報記憶手段（メッシュ標高データ）
４１自車位置補正手段
４２通過点設定手段（又は仮想点設定手段）
４３演算手段

Claims

自車の現在位置及び進行方向を検出する自車位置検出手段と、
道路を構成する複数の座標点のデータを記憶した地図情報記憶手段と、
所定の面積毎に区画された領域の標高情報を記憶した標高情報記憶手段と、
該自車位置検出手段からの位置情報を該地図情報記憶手段から得られる地図上に座標変換して該地図上における該自車の現在位置及び進行方向を判定する判定手段とをそなえるとともに、
該自車位置検出手段により検出された自車位置を起点として該自車の走行道路に沿って前方に所定距離毎に複数の仮想点を設定し、該標高情報記憶手段に記憶された該標高情報に基づいて各仮想点が存在する領域の標高を該各仮想点の標高とし、該自車位置と該各仮想点との間の勾配をそれぞれ算出するとともに、該各勾配を平均化して該自車の前方の道路勾配を算出する道路勾配算出手段をそなえ、
該道路勾配算出手段は、該仮想点間の所定距離を、該地図情報記憶手段によって記憶されている該複数の座標点のうち任意の隣接する２点間の距離よりも短い距離に設定する
ことを特徴とする、道路勾配算出装置。