JP4276026B2

JP4276026B2 - 道路勾配計測システム

Info

Publication number: JP4276026B2
Application number: JP2003299404A
Authority: JP
Inventors: 郁麿前田; 一五十嵐; 悟深川; 謙次清水; 伸夫茶屋
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-08-25
Also published as: JP2005069841A

Description

本発明は、トラック、バス等の車両に搭載されて好適な道路勾配計測システムに関する。

道路の標高や勾配に関するデータは、トラック、バス等のエンジン制御や運行管理等に欠かせないものであり、特に道路勾配は、車両の運行上極めて重要なデータである。この道路勾配を計測する方法には、従来からＧセンサを用いるもの（例えば、特許文献１参照）、気圧計を用いるもの（例えば、特許文献２参照）、ＧＰＳの標高データを用いるもの（例えば、特許文献３参照）等がある。

この内、Ｇセンサを用いるものは、Ｇセンサが検出した加速度から道路勾配を求めるものであり、これまで精度の高いデータを得るために様々な取り組みがなされてきた。しかしながら、このＧセンサを用いるものは、Ｇセンサの取付場所によりデータの信頼性が大きく異なってしまうという問題がある。また、製造後の車両にそのシステムを追加装備することが、必ずしも容易ではないという問題がある。

また、気圧計を用いるものは、大気圧の変化から標高差を求め、それにより道路勾配を求めるものである。気圧計としては、現在でもかなり高感度で分解能の高いものを入手することができ、これにより比較的安定した標高データを得ることができる。しかしながら、この気圧計を用いるものは、初期設定を行なう必要があり、走行に伴う時間経過あるいは計測場所の違いによって、例えば低気圧から高気圧のように大気圧が変動すると、この初期設定値が変化し、絶対精度の面から必ずしも信頼性の高い標高データを得ることができないという問題がある。

一方、ＧＰＳの標高データを用いるものは、システム的に極めて簡易であり、かつ比較的精度のよい標高データを得ることができる。しかしながら、このＧＰＳの標高データは、車両の走行状態によりデータが不安定になることがあり、例えば車両の停止時やトンネル内走行時等に、データ値が大きく変動したり、計測不能になったりする等の現象が発生することがある。このため、安定性の面で必ずしも信頼性の高い標高データを得ることができないという問題がある。
特開２００１−２９６１２２号公報（第２−５頁、第１−３図）特開２００１−１０８５８０号公報（第２−４頁、第１−２図）特開平７−１１７５２４号公報（第３−４頁、第１図）

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、製造後の車両にも極めて簡易に取り付けることができ、しかも取付場所を選ばず、かつ、車両の如何なる走行状態においても極めて信頼性の高い道路標高や道路勾配を得ることができる、道路勾配計測システムを提供することを課題とする。

上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、ＧＰＳからＧＰＳデータを受信するためのＧＰＳ受信手段と、大気圧計測手段が計測した大気圧とＧＰＳ受信手段が受信したＧＰＳデータとに基づいて道路標高及び又は道路勾配を演算する演算手段とを備えたことにある。

このように、本道路勾配計測システムは、大気圧計測手段が計測した大気圧とＧＰＳ受信手段が受信したＧＰＳデータとに基づいて道路標高や道路勾配を演算するから、分解能と安定性の面で優れる大気圧計測手段が計測した大気圧と、絶対精度の面で優れるＧＰＳデータとの組み合わせにより、両者の優れた点が相乗されて、車両の如何なる走行状態においても、実際の標高や道路勾配に極めて近い道路標高や道路勾配を得ることができる。また、大気圧計測手段とＧＰＳ受信手段と演算手段は、極めて小型のパッケージとして製品化することができ、製造後の車両に対しても、その取付場所を選ばず、例えばトラックのキャビン内等に容易に搭載することができる。

好ましくは、ＧＰＳデータは、標高データを含み、演算手段は、大気圧から仮標高を演算し、この仮標高を標高データにより補正して道路標高を演算する。このように、大気圧から求めた仮標高をＧＰＳの標高データにより補正することにより、実際の標高にほぼ一致する道路標高を得ることができることが、様々な実験により確認された。

また、ＧＰＳデータは、緯度データと経度データとを含み、演算手段は、この緯度データと経度データとに基づいて移動距離を演算し、道路標高と移動距離とに基づいて道路勾配を演算する。このようにすることにより、簡易かつ正確に移動距離を求めることができ、道路勾配を演算することができる。

さらに、演算手段は、標高データと仮標高との標高差の絶対値が所定のしきい値を超えた場合に補正を行なう。このようなしきい値を設けることにより、使用目的に応じた精度の道路標高を得ることができ、また、不要な演算を排除することができる。

また、演算手段は、標高データと仮標高との標高差を用いて仮標高の次回演算を行なう。このようにすることにより、仮標高の精度を演算ごとに高めていくことができる。

本発明の道路勾配計測システムは、大気圧を計測するための大気圧計測手段と、ＧＰＳからＧＰＳデータを受信するためのＧＰＳ受信手段と、大気圧計測手段が計測した大気圧とＧＰＳ受信手段が受信したＧＰＳデータとに基づいて道路標高及び又は道路勾配を演算する演算手段とを備えるから、製造後の車両にも極めて簡易に取り付けることができ、しかも取付場所を選ばず、かつ、車両の如何なる走行状態においても極めて信頼性の高い道路標高や道路勾配を得ることができるという優れた効果を奏する。

本発明に係る道路勾配計測システムの発明を実施するための最良の形態を、図１ないし図５を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の道路勾配計測システムの構成を示すブロック図であり、図２は、図１の道路勾配計測システムの搭載場所を示すトラックの側面図であり、図３は、図１の道路勾配計測システムの作動を示すフローチャートの前部であり、図４は、図１の道路勾配計測システムの作動を示すフローチャートの後部であり、図５は、図１の道路勾配計測システムにより求めた道路標高を示すグラフである。

図１に示すように、本発明の道路勾配計測システム１は、ＧＰＳアンテナ（ＧＰＳ受信手段）２、ＧＰＳユニット（ＧＰＳ受信手段）３、大気圧センサ（大気圧計測手段）４、マイクロコンピュータ（演算手段）５とから構成され、マイクロコンピュータ５は、演算部６と出力部７を有する。ＧＰＳアンテナ２はＧＰＳユニット３に接続され、ＧＰＳユニット３と大気圧センサ４が、マイクロコンピュータ５に電気的に接続される。

この道路勾配計測システム１は、極めて小型のパッケージとすることができ、製造後の車両に対しても、特に取付場所を選ばず、容易に搭載することができる。図２に示すように、例えば、トラック１０等のキャビン１１内等にも搭載することができる。

次に、本道路勾配計測システム１の作動について説明する。

本道路勾配計測システム１の作動開始時に、マイクロコンピュータ５は、ＧＰＳデータ等を利用して、大気圧センサ４の初期設定を行なう。図３に示すように、マイクロコンピュータ５は、大気圧センサ４の出力電圧から大気圧Ｌｎを読み込み（ステップＳ２）、演算部６が、次式（１）により、この大気圧Ｌｎから仮標高Ｈ’を演算する（ステップＳ４）。ここで、α，βは、所定の仮標高演算定数である。

Ｈ’＝α×Ｌｎ＋β ・・・（１）
次に、マイクロコンピュータ５は、ＧＰＳユニット３からＧＰＳデータを取得し（ステップＳ６）、ＧＰＳによる標高計測の可否を判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、すなわち、ＧＰＳによる標高計測が可能な場合には、ＧＰＳの標高データＨｇを読込み（ステップＳ１０）、演算部６が、次式（２）により、判定値を算出する（ステップＳ１２）。

判定値＝Ｈｇ−Ｈ’ ・・・（２）
演算部６は、この判定値の絶対値が、所定のしきい値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、すなわち、判定値が所定のしきい値を超える場合には、図４に示すように、ステップＳ４で求めた仮標高Ｈ’を、次式（３）により、この判定値を用いて補正し、道路標高Ｈを演算する（ステップＳ１６）。（４）式から明らかなように、仮標高Ｈ’は、ＧＰＳの標高データＨｇを用いて補正される。

Ｈ＝Ｈ’−（判定値）・・・（３）
＝Ｈ’−（Ｈｇ−Ｈ’）
＝２Ｈ’−Ｈｇ・・・（４）
また、演算部６は、上記（１）式の仮標高演算定数βを、次式（５）により、上記判定値を用いて修正する（ステップＳ１８）。

β＝β−（判定値）・・・（５）
＝β−（Ｈｇ−Ｈ’）
このように、仮標高Ｈ’の精度を演算ごとに高めていくから、次回演算において、仮にステップＳ８のＧＰＳの標高計測が不可能な場合にも、実際の標高に極めて近い仮標高Ｈ’を演算することができる。

この一方、図３に示す上記ステップＳ８の判定結果が否定（Ｎｏ）の場合、すなわち、ＧＰＳによる標高計測が不可能な場合には、図４に示すように、ステップＳ４で求めた仮標高Ｈ’をそのときの道路標高Ｈとし（ステップＳ２０）、ステップＳ２２以降を実行する。

また、図３に示す上記ステップＳ１４の判定結果が否定（Ｎｏ）の場合、すなわち、判定値が所定のしきい値以下の場合にも、同様に、ステップＳ４で求めた仮標高Ｈ’をそのときの道路標高Ｈとし（ステップＳ２０）、ステップＳ２２以降を実行する。このようなしきい値を設けることにより、使用目的に応じた精度の道路標高を得ることができ、また、不要な演算を排除することができる。

次に、マイクロコンピュータ５は、ＧＰＳによる緯度及び経度の計測の可否を判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、すなわち、ＧＰＳによる緯度及び経度の計測が可能な場合には、ＧＰＳユニット３から緯度及び経度データを読込み（ステップＳ２４）、演算部６が区間移動距離ΔＬを演算する（ステップＳ２６）。また、演算部６は、ステップＳ２６で求めた区間移動距離ΔＬに相当する区間標高差ΔＨを、ステップＳ１６又はＳ２０で求めた道路標高Ｈから演算する（ステップＳ２８）。

演算部６は、ステップＳ２６で求めた区間移動距離ΔＬと、ステップＳ２８で求めた区間標高差ΔＨとから、次式（６）により、道路勾配θを演算する（ステップＳ３０）。

θ＝Ｔａｎ^-1（ΔＨ／ΔＬ）・・・（６）
マイクロコンピュータ５は、ステップＳ１６又はＳ２０で求めた道路標高Ｈ、ステップＳ３０で求めた道路勾配θ等を、出力部７から出力し、必要により記録する（ステップＳ３２）。ステップＳ２ないしＳ３２の処理は、一定時間Δｔ毎に繰り返し行われる。また、出力部７から出力された道路標高Ｈや道路勾配θは、例えば、エンジン制御や運行管理システムのためのデータとして使用される。

次に、図５に、一例として、低気圧領域にあるＡ地点から、それよりも標高が低くかつ高気圧領域にあるＢ地点へ走行した場合の実験例を示す。従来の大気圧センサのみにより求めた道路標高Ｈ1 を一点鎖線で、従来のＧＰＳの標高データのみにより求めた道路標高Ｈ2 を二点鎖線で、本道路勾配計測システム１により求めた道路標高Ｈを実線で、また、実際の道路標高を丸印で、それぞれ示す。

図５から明らかなように、大気圧センサの初期設定を行ったＡ地点では、従来の大気圧センサのみにより求めた道路標高Ｈ1 と、従来のＧＰＳの標高データのみにより求めた道路標高Ｈ2 と、本道路勾配計測システム１により求めた道路標高Ｈと、実際の標高は、すべて一致している。Ａ地点からＢ地点への走行を開始すると、従来の大気圧センサのみにより求めた道路標高Ｈ1 は、比較的安定して降下するが、車両が低気圧域から高気圧域へ移動したことによる大気圧の変動により、見かけ上、実際の標高よりも大きく降下したように表示された。

また、従来のＧＰＳの標高データのみにより求めた道路標高Ｈ2 は、Ａ地点からＢ地点へかけて、全体として実際の標高にほぼ沿った標高を示した。しかしながら、この従来のＧＰＳの標高データのみにより求めた道路標高Ｈ2 は、車両の走行状態によってはデータがしばしば不安定になり、例えば車両の停止時やトンネル内走行時等に、データ値が上下に大きく変動したり、あるいは計測不能になったりする等の現象が見られた。

この一方、本道路勾配計測システム１により求めた道路標高Ｈは、実際の標高にほぼ一致し、かつ、データとしてにも極めて安定したものが得られることが判った。なお、図５において、二点鎖線で示す従来のＧＰＳの標高データのみから求めた道路標高Ｈ2 が、実線で示す本道路勾配計測システム１により求めた道路標高Ｈに沿い、それよりも常に上方に描かれている部分があるが、これは単に図示上の都合によるものであり、実際には上述のとおりである。

このように、本道路勾配計測システム１は、大気圧センサ４が計測した大気圧と、ＧＰＳユニット３が受信した標高、緯度及び経度データとに基づいて、道路標高Ｈや道路勾配θを求めるから、分解能と安定性の面で優れる大気圧センサ４から求めた仮標高Ｈ’と、絶対精度の面で優れるＧＰＳの標高データＨｇとの組み合わせにより、両者の優れた点が相乗されて、車両の如何なる走行状態においても、実際の道路標高や道路勾配に極めて近い道路標高Ｈや道路勾配θを得ることができる。

なお、上述の道路勾配計測システム１においては、道路標高Ｈと道路勾配θの双方を演算したが、これに限定されるものではなく、道路標高Ｈ又は道路勾配θのいずれか一方だけを演算するようにしてもよい。

また、大気圧センサが計測した大気圧と、ＧＰＳユニットから求めたＧＰＳデータとに基づいて道路標高や道路勾配を演算するシステムは、必ずしも上述のように、大気圧から求めた仮標高をＧＰＳの標高データにより補正するものに限定されるものではない。さらに、大気圧から求めた仮標高をＧＰＳの標高データにより補正する場合にも、必ずしも上述のフローチャートや式（１）〜（６）により表示されるシステムに限定されるものではない。いずれも様々なシステムにより実施することができる。

本発明の道路勾配計測システムは、製造後の車両にも極めて簡易に取り付けることができ、しかも取付場所を選ばず、かつ、車両の如何なる走行状態においても極めて信頼性の高い道路標高や道路勾配を得ることができるから、トラック、バス等の車両のエンジン制御や運行管理等に用いられて好適であるが、極めて精度の高い道路標高や道路勾配を得ることができる基本システムとして、今後様々な分野への利用が広く期待できる。

本発明の道路勾配計測システムの構成を示すブロック図である。図１の道路勾配計測システムの搭載場所を示す側面図である。図１の道路勾配計測システムの作動を示すフローチャートの前部である。図１の道路勾配計測システムの作動を示すフローチャートの後部である。図１の道路勾配計測システムにより求めた道路標高を示すグラフである。

符号の説明

１道路勾配計測システム
２ＧＰＳアンテナ
３ＧＰＳユニット
４大気圧センサ
５マイクロコンピュータ
６演算部
７出力部
１０トラック
１１キャビン
Ｈ，Ｈ1 ，Ｈ2 道路標高
Ｈ’ 仮標高
ＨｇＧＰＳ標高データ
ΔＨ区間標高差
Ｌ移動距離
ΔＬ区間移動距離
α，β 仮標高演算定数
θ 道路勾配

Claims

大気圧を計測するための大気圧計測手段（４）と、ＧＰＳからＧＰＳデータを受信するためのＧＰＳ受信手段（２，３）と、前記大気圧計測手段が計測した前記大気圧（Ｌｎ）と前記ＧＰＳ受信手段が受信した前記ＧＰＳデータとに基づいて道路標高（Ｈ）及び道路勾配（θ）を演算する演算手段（５）とを備え、前記ＧＰＳデータは、標高データ（Ｈｇ）と緯度データと経度データとを含み、前記演算手段（５）は、前記大気圧に基づく標高である仮標高（Ｈ’）を演算し、前記仮標高を前記ＧＰＳデータの前記標高データにより補正して前記道路標高を演算し、前記緯度データと経度データとに基づいて移動距離（Ｌ）を演算し、前記道路標高と前記移動距離とに基づいて前記道路勾配（θ）を演算すると共に、次回の仮標高の演算時に次回の大気圧に基づいて演算される仮標高から前記標高データ（Ｈｇ）と前記仮標高（Ｈ’）との標高差（Ｈｇ−Ｈ’）分だけ減じるように演算することを特徴とする道路勾配計測システム。
前記演算手段（５）は、前記標高データ（Ｈｇ）と前記仮標高（Ｈ’）との標高差の絶対値が所定のしきい値を超える場合に前記仮標高の前記標高データによる前記補正を行なうことを特徴とする請求項１に記載の道路勾配計測システム。