JP4518653B2 - 通信方法および通信装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、送受信機を搭載する２以上の複数の車両同士が、それぞれ不特定多数の無線局（固定局あるいは移動局）として相互に通信を行う車両間（車車間）通信技術に適用して好適な通信方法および通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の車両用の通信システムにおいては、一般的に無線局が特定されている。そのため、個別通信、グループ通信、一斉通信等の区別は存在するものの、親局（制御局、集中基地局等）からの制御により、送信タイミングあるいは送信フレームのスロットの割り付け等が行われて衝突を回避する相互通信が行われる。
【０００３】
たとえば、走行中あるいは停止中の車両間で車両情報（たとえば操舵量やスロットル開度等の運転操作量）等のデータを無線により伝送するには、通信対象の車両が予め分かっている場合、たとえば長距離トレーラーによる集団輸送のための、いわゆるコンボイ走行等の場合では、全車両をグループ化し、先頭車両を制御局として、各車両間の通信を制御する方法が採用されている。
【０００４】
その一方、親局の存在しない通信システム、すなわち不特定多数の無線局間の通信呼び出しには、送受信機の番号等が既知の相手との通信が前提となる。この場合、自車より送信要求を出力し、これに応答してきた他車の識別番号、いわゆるＩＤ等により相手を決定し、通信路を確立することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近時、貨物自動車による輸送の合理化あるいは交通事故の減少等を図るため、車両における自動追従走行システムの研究・開発等が進められている。自動追従走行を行うためには、特に、直前、直後の自車周囲の先行車両と後続車両の車両情報（上述した操舵量やスロットル開度の他、ブレーキ踏力量等）と位置情報（緯度経度等の絶対位置情報、あるいは自己を中心とした相対位置情報）を、高速、かつリアルタイムに繰り返し伝送することが必須であり、いずれかの車両の情報がスキップされることは好ましくない。
【０００６】
しかしながら、一般の走行では、ある時点ではグループ化が可能であるが、その次の時点では該グループへの他の車両の出入が存在することがあるため、グループ構成が時々刻々変化する。そのため、グループの中心となり、そのグループ内の車両に対する制御が可能となる制御局（基地局）となる車両を決定することができないという問題がある。
【０００７】
ＭＣＡ（multi channel access）方式を採用し、実質的に使用できるチャネル数を増加させることで通信の衝突を防止することは可能であるが、これは通信相手が分かっている場合であり、不特定多数の車両相手ではＩＤも不明であり使用することができない。また、通信車両の位置を判別することもできない。
【０００８】
上述したように、車両間の通信（車車間通信ともいう。）で車両制御または車両制御補助のためのデータを通信しようとする場合には、衝突の発生しないタイミングで、より確実、かつリアルタイムな通信が必要とされる。
【０００９】
この発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、送受信機を搭載する車両同士が、不特定多数の無線局（固定局あるいは移動局）として相互に通信を行う際に、各車両に搭載される送受信機の番号が未知あるいは不明の場合であっても、相互間通信における通信の衝突の発生を回避あるいは減少することを可能とする通信方法および通信装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、この発明は、制御局（親局）が存在しない場合においても、あるいはグループ化されていない場合においても、相互間通信における通信の衝突の発生を回避あるいは減少することを可能とし、かつリアルタイム性に優れた通信方法および通信装置を提供することを目的とする。
【００１１】
さらに、この発明は、制御局（親局）が存在しない場合においても、またグループ化されていない場合においても、相互間通信における通信の衝突の発生を回避あるいは減少するとともに、自車位置あるいは他車位置を判別することを可能とする通信方法および通信装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明の通信方法は、車両間で通信を行うために各車両で実施される通信方法において、時間情報と位置情報とを受信機により受信する受信ステップと、受信した時間情報と位置情報とに基づき、当該車両に搭載している送信機の送信タイミングを、他の車両による送信タイミングと異なるタイミングとする送信ステップとを有することを特徴とする（請求項１記載の発明）。
【００１３】
また、この発明の通信装置は、車両間で通信を行うための通信用送信機および通信用受信機と、時間情報と位置情報とを受信する時間位置情報受信機と、該時間位置情報受信機により受信した時間情報と位置情報とに基づき、前記通信用送信機の送信タイミングを、他の車両による送信タイミングと異なるタイミングとする送信タイミング制御手段とを備えることを特徴とする（請求項５記載の発明）。
【００１４】
この発明によれば、受信機により受信した時間情報と位置情報とに基づき、当該車両の送信機の送信タイミングを、他の車両による送信タイミングと異なるタイミングとしているので、相互間通信における通信の衝突の発生が防止される。
【００１５】
この場合、時間情報と位置情報は、ＧＰＳ受信機により受信することができ、自車位置を判別することができるとともに、必要に応じて通信により他車位置を得ることができる（請求項２、６記載の発明）。
【００１６】
また、位置情報が不要な場合には、受信した時間情報と当該車両である自車両の識別情報とに基づき、他車の識別情報を受信することなく、当該車両に搭載している送信機の送信タイミングを、他の車両による送信タイミングと異なるタイミングとすることにより、相互間通信における通信の衝突の発生を防止することができる。当該車両の識別情報としては、車台番号またはナンバープレートの番号の全てもしくは一部を用いることができる。
【００１８】
また、時間情報としては、ＧＰＳ受信機により受信した、協定世界時の毎秒毎の時刻情報もしくは１秒毎に発生する時間情報、または電波時計で受信した１秒毎の時間情報を用いることができる（請求項５、１０記載の発明）。これにより、通信のリアルタイム性を確保することができる。
【００１９】
この発明の車両用通信機に使用する通信周波数として、自動追従走行等のためには、たとえば、３０〜３００ＧＨｚ（波長１ｃｍ〜１ｍｍ）程度のミリ波を使用することが好ましい。ミリ波は、直進性があり、また、雨、雪等の気象条件に対しても耐性があるので、地表上、たとえば±２００ｍ程度以内での通信に好適である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、この発明の一実施の形態が適用された通信装置１０の構成を示すブロック図である。
【００２２】
図２は、無線局（移動局あるいは固定局）としての車両（自車あるいは自車両ともいう。）１００を模式的に示している。
【００２３】
なお、図１中、点線で囲った部分は、車両１００が、先行車を追従して走行するための自動追従制御部１２を示している。
【００２４】
図１例に示す通信装置１０は、アンテナ１４が接続されるＧＰＳ受信機（時間位置情報受信機）１６を有し、ＧＰＳ受信機１６の出力は、時刻判定部１８に供給されるとともに、位置算出部２０に供給される。
【００２５】
時刻判定部１８には、必要に応じて電波時計２２も接続され、時刻判定部１８の出力は送信フレーム発生部２４に供給される。
【００２６】
送信フレーム発生部２４の出力である送信フレームＳａと位置算出部２０の出力はフレーム特定割当部（送信タイミング制御手段）２６に供給される。このフレーム特定割当部２６には、位置算出部２０の出力の他、それぞれ他の実施の形態として後述する乱数発生部（乱数発生器）２８の出力、車両ＩＤ入力部３０の出力も供給される。この場合、車両ＩＤ入力部３０には、自車両１００のナンバー中、下２桁等の数字がスイッチ３２により指定されて入力される。スイッチ３２への設定操作は、図示していないモニタ上の表示を利用して行うことができる。スイッチ３２は、ソフトウェアによるスイッチに代替して、ディップスイッチ等ハードウェアによるスイッチを用いることもできる。
【００２７】
フレーム特定割当部２６は、これらの入力情報から後述するアルゴリズムに基づいて、自動的に、送信フレーム発生部２４から供給される送信フレームＳａに対して自車両１００のフレーム番号ＦＮを割り当てる。フレーム番号ＦＮの割り当てられた送信フレームＳｂは、送信系のデータ処理部（送信データ処理部ともいう。）３４、前方の車両に対する送信部（前方送信部）４２と受信部（前方受信部）５２、および後方の車両に対する送信部（後方送信部）４６と受信部（後方受信部）５６に送られる。
【００２８】
ここで、前方送信部４２と後方送信部４６、および前方受信部５２と後方受信部５６とは、それぞれ車両間で通信を行うための通信用送信機および通信用受信機をそれぞれ構成する。
【００２９】
自動追従制御部１２を構成するセンサ３６、たとえば車速センサ、ヨーレートセンサ、ブレーキセンサ、車間距離センサ、路面状態検出センサ、障害物検出センサからのセンサ信号等の自車車両情報は、車両情報収集部４０を通じて送信データ処理部３４および車両制御部５８に送られる。
【００３０】
送信データ処理部３４は、フレーム番号ＦＮが割り当てられた送信フレームＳｂの間に自車車両情報を前方送信部４２と後方送信部４６に送る。
【００３１】
前方送信部４２および後方送信部４６は、送信フレームＳｂ間に自車１００の車両情報を、アンテナ４４を介して前方の車両にミリ波電波信号で送信するとともに、アンテナ４８を介して後方の車両にミリ波電波信号で送信する。
【００３２】
なお、ミリ波｛３０〜３００ＧＨｚ（波長１ｃｍ〜１ｍｍ）｝を使用する理由は、直進性があり、また、雨、雪等の気象条件に対しても耐性があるため、地表上、±２００ｍ程度以内での通信に好適だからである。
【００３３】
一方、前後の車両から送信されてきた各送信フレームＳｂ（自車１００の送信フレームＳｂとは異なるフレーム番号ＦＮが割り当てられた送信フレーム）の間に送られてきた車両情報を含むミリ波電波信号は、アンテナ５０および前方受信部５２を介して受信されるとともに、アンテナ５４および後方受信部５６を介して受信される。
【００３４】
受信部５２、５６からの受信データは受信系のデータ処理部（受信データ処理部ともいう。）５５に送られる。受信データ処理部５５は、たとえば位置的に直前の先行車両の車両情報（他車車両情報）を車両制御部５８に送る。車両制御部５８は、この直前車両の車両情報に基づき、自車１００のステアリング、エンジン、ブレーキ等からなる車両駆動部６０を駆動するとともに、必要に応じて警報表示部６２に警報信号を送る。なお、車両制御部５８は、車両情報収集部４０から送られてきた自車車両情報に基づき車両駆動部６０をフィードバック制御することも可能であり、また必要に応じて警報表示部６２に警報を表示する機能を有する。
【００３５】
上述のＧＰＳ受信機１６としては、ＧＰＳ衛星からの信号と、正確に位置が分かっている地上の基地局からの信号を利用するＤＧＰＳ受信機を用いることもできる。
【００３６】
図１に示される各構成要素は、ＣＰＵを含む制御部６６により制御される。
【００３７】
図２に示すように、前方送信部４２と前方受信部５２のアンテナ４４、５０は、それぞれ車両１００の前部バンパーに設けられ、後方送信部４６と後方受信部５６のアンテナ４８、５４は、後部バンパーに設けられている。
【００３８】
この実施の形態に係る通信装置１０は、基本的には以上のように構成・動作されるものであり、次にその動作についてさらに詳しく説明する。
【００３９】
ＧＰＳ受信機１６は、複数のＧＰＳ衛星からスペクトル拡散変調された衛星信号をアンテナ１４により受信し、該衛星信号から測位演算に必要な航法データを復調し、復調した航法データに基づき測位演算を実行し、通信装置１０を搭載する車両１００の位置情報（緯度経度情報）を位置算出部２０に出力するとともに、受信時の時刻情報を時刻判定部１８に出力する。
【００４０】
この場合、この受信時の時刻情報は、車両１００を含み、該車両１００を含む周辺の通信対象車両でも受信される、これらの車両に共通の絶対時刻である。
【００４１】
ここで、時刻情報とは、協定世界時ＵＴＣ（coordinated universal time）、または１秒毎に発生する時間情報であるＰＰＳ（pulse per sec）である。なお、時刻情報としては、電波時計２２により受信されるタイムコードの挿入された長波標準電波を復調した時刻情報を用いることができる。ＧＰＳ受信機１６による時刻情報あるいは電波時計２２による時刻情報の中、どちらか一方の時刻情報を用いればよい。
【００４２】
時刻判定部１８は、時刻情報の毎０秒を判定し、毎０秒情報を送信フレーム発生部２４に送出する。この毎０秒情報も該車両１００を含む周辺の通信対象車両間で共通の情報である。
【００４３】
送信フレーム発生部２４は、毎０秒情報を受け、毎０秒情報（時刻情報）に同期して、換言すれば、絶対時刻をトリガとして図３の（ａ）に示す１秒毎に立ち上がるまたは立ち下がる時間基準信号（毎０秒情報信号）としての送信フレームＳａを発生する。
【００４４】
位置算出部２０は、位置情報（緯度経度情報）に基づき、自車１００に固有の識別情報（車両の識別情報）、換言すれば各車両毎に異なる値となるフレーム番号ＦＮを算出する。一例を具体的に示せば、位置情報の緯度経度それぞれたとえば０．１分以下の値部分だけを抽出し、抽出した値が０．０００分以上０．００５分未満の場合には値１、０．００５分以上０．０１分未満は値２、…０．０９５分以上０．０１分未満は値２０のようにして、マトリックスの形式で１行１列（緯度経度それぞれ０．０００分以上０．００５分未満の場合）を値１、１行２列（同様に緯度０．０００分以上０．００５分未満、経度０．００５分以上０．０１分未満）を値２、以下、２０行２０列（緯度経度それぞれ０．０９５以上０．０１分未満）を値４００としてフレーム番号ＦＮを付与する。なお、地表上において、０．１分は約１８５ｍに対応する。
【００４５】
次に、フレーム特定割当部２６は、送信フレーム発生部２４で発生した送信フレームＳａの毎０秒の立ち上がりあるいは立ち下がりに同期し、位置算出部２０により付与されたフレーム番号ＦＮに基づいて図３の（ｂ）で示すｍ等分（ここでは、ｍ＝４００）されたｍ個の送信フレームＳｂ｛図３の（ｃ）〜図３の（ｆ）に示す送信フレームＳｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３、…Ｓｂｍ｝を生成し、データ処理部３４、送信部４２、４６および受信部５２、５６に送る。ここで、ｍ個の送信フレームＳｂの各フレームの時間は同一の時間に割り振っている。
【００４６】
このとき、データ処理部３４には、センサ３６により収集した操舵角、スロットル開度等の自車１００の車両情報が供給されているので、この車両情報を編集し、自車１００に割り当てられた送信フレームＳｂに同期してその間に送信部４２、４６から前後の車両（２台に限らない）にミリ波電波信号で送信される。すなわち、送信部４２、４６では、自車１００のフレーム番号ＦＮに対応したタイミングで送信する。
【００４７】
一方、自車１００と同様の構成（図１、図２に示した構成）で動作する他車から、該他車に割り当てられたフレーム番号ＦＮの送信フレームＳｂに同期してその間に他車の車両情報を有するミリ波電波信号として送信され、該他車からの送信フレームＳｂが受信部５２、５６により受信され、復調されてデータ処理部５５に送られる。なお、受信動作は、図３の（ｆ）に示すように、送信フレームＳａの発生する毎０秒の時点ｔ０から全送信フレームＳｂが消滅する時点ｔ１までの間継続して行われる。
【００４８】
データ処理部５５は、復調された他車の車両情報と割り当てられたフレーム番号ＦＮに係る送信フレームＳｂの時間軸上の位置から自車１００の近傍に存在する車両の地理上の現在位置（緯度経度）を全て把握することができる。詳しく説明すると、簡単のために、自車１００のフレーム番号ＦＮが図３の（ｄ）に示すようにＦＮ＝２で送信フレームＳｂ２が割り当てられていた場合、その１フレーム前の時間（時刻）にフレーム番号ＦＮ＝１の送信データ（送信フレームＳｂ１）が得られ、また１フレーム後の時間（時刻）にフレーム番号ＦＮ＝３の送信データ（送信フレームＳｂ３）が得られる。この送信データ（送信フレームＳｂ３）を得た時点において、送信フレームＳｂ３中の緯度経度データ等から後続車の位置を特定でき、２フレーム前の時間分移動している先行車の位置を車両速度等により推定演算することができる。
【００４９】
受信データを得た場合、たとえば前進中には、自車１００の直前に存在する車両をフレーム番号ＦＮに係る送信フレームＳｂから特定し、特定した該先行車両の車両情報に基づき、車両制御部５８は、自車１００の車両駆動部６０を駆動制御して、自動追従走行等を行う。また、必要に応じて警報表示部６２での警報表示を行う。
【００５０】
このように上述した実施の形態によれば、毎０秒毎に発生する送信フレームＳａに対して異なるタイミングのフレーム番号ＦＮの送信フレームＳｂ（Ｓｂ＝Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３、…Ｓｂｍ）が割り当てられる。この送信フレームＳｂは、それぞれ基準時計の毎０秒のときの絶対位置情報に基づいて割り付け、かつ絶対時刻情報をトリガとしてタイミングを変化させているので、ＧＰＳ衛星信号を受信可能な不特定多数の車両間で通信の衝突なしに、１回の通信で確実なデータ伝送を行うことができる。
【００５１】
なお、この実施の形態では、主に、移動局の走行制御に利用する通信に対して確実な通信が確立できるとしているが、渋滞等で車間が詰まっている場合は、通信されるデータは走行制御に使用しないため、通信の衝突があっても問題とはならない。
【００５２】
また、通信装置１０毎の受信部、演算部等で発生する誤差は各装置により異なることが考えられるが、各装置上でこれらの誤差の最大値が想定できること、この値が送信時間に比較して無視できるほどに小さくできることから、この誤差の最大値を考慮した演算を装置内に持たせることで解消することができる。
【００５３】
なお、追従走行等が不要な場合、たとえば、いわゆるタクシーなど一般業務用無線システム等に適用する場合には、フレーム番号ＦＮの特定割り当てに関し、ＧＰＳ受信機１６からの位置情報に代替して、乱数発生部２８で発生する乱数あるいは車両ＩＤ入力部３０から供給される車両ＩＤを利用して、移動局としての各通信装置のフレーム番号ＦＮを乱数で発生させることもできる。なお、この場合には、ミリ波ではなく１５０ＭＨｚ帯あるいは４００ＭＨｚ帯の電波を使用することが好ましい。
【００５４】
したがって、ＧＰＳ受信機１６、電波時計２２、乱数発生部２８、および車両ＩＤ入力部３０は、使用目的、コスト等に応じて適当に組み合わせて利用することができる。
【００５５】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、時間情報を受信するとともに、位置情報あるいは車両の識別情報を得、これらに基づき、送信タイミングを他車と異なるようにしている。このため、送受信機を搭載する車両同士が、不特定多数の無線局（固定局あるいは移動局）として相互に通信を行う際に、各車両に搭載される送受信機の番号が未知あるいは不明の場合であっても、相互間通信における通信の衝突の発生を回避あるいは減少することができる。
【００５７】
また、この発明は、制御局（親局）が存在しない場合においても、またグループ化されていない場合においても、時間情報並びに位置情報または車両の識別情報に基づき、タイミングを変えて送信するようにしたため、相互間通信における通信の衝突の発生を回避あるいは減少することができる。
【００５８】
時間情報として、ＧＰＳ受信機により受信した、協定世界時の毎秒毎の時刻情報もしくは１秒毎に発生する時間情報、または電波時計で受信した１秒毎の時間情報を用いることで、リアルタイム性に優れた通信システムを確立することができる。
【００５９】
また、ＧＰＳ受信機による位置情報、あるいは路側装置による位置情報を受信することにより、自車位置あるいは他車位置を判別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態が適用された通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１例の通信装置が搭載された車両の模式図である。
【図３】図１例の動作説明に供されるタイムチャートである。
【符号の説明】
１０…通信装置 １２…自動追従制御部
１６…ＧＰＳ受信機 １８…時刻判定部
２０…位置算出部 ２４…送信フレーム発生部
２６…フレーム特定割当部 ２８…乱数発生部
３０…車両ＩＤ入力部 ３４…データ処理部
４２、４６…送信部 ５２、５６…受信部
５５…データ処理部 １００…車両

Claims (8)

1. 車両間で通信を行うために各車両で実施される通信方法において、
   時間情報と位置情報とを受信機により受信する受信ステップと、
   受信した時間情報と位置情報とに基づき、当該車両に搭載している送信機の送信タイミングを、他の車両による送信タイミングと異なるタイミングとする送信ステップと、
   を有することを特徴とする通信方法。
2. 請求項１に記載の通信方法において、
   前記時間情報と位置情報とを受信機により受信する受信ステップでは、ＧＰＳ受信機により時間情報と位置情報とを受信する
   ことを特徴とする通信方法。
3. 請求項１に記載の通信方法において、
   前記時間情報は、ＧＰＳ受信機により受信した、協定世界時の毎秒毎の時刻情報もしくは１秒毎に発生する時間情報、または電波時計で受信した１秒毎の時間情報を用いる
   ことを特徴とする通信方法。
4. 請求項１に記載の通信方法において、
   前記受信ステップで受信する位置情報は、路側装置から受信した当該路側装置による位置情報である
   ことを特徴とする通信方法。
5. 車両間で通信を行うための通信用送信機および通信用受信機と、
   時間情報と位置情報とを受信する時間位置情報受信機と、
   該時間位置情報受信機により受信した時間情報と位置情報とに基づき、前記通信用送信機の送信タイミングを、他の車両による送信タイミングと異なるタイミングとする送信タイミング制御手段と、
   を備えることを特徴とする通信装置。
6. 請求項５に記載の通信装置において、
   前記時間位置情報受信機が、ＧＰＳ受信機である
   ことを特徴とする通信装置。
7. 請求項５に記載の通信装置において、
   前記時間情報は、ＧＰＳ受信機により受信した、協定世界時の毎秒毎の時刻情報もしくは１秒毎に発生する時間情報、または電波時計で受信した１秒毎の時間情報を用いる
   ことを特徴とする通信装置。
8. 請求項５に記載の通信装置において、
   前記時間位置情報受信機で受信する位置情報は、路側装置から受信した当該路側装置による位置情報である
   ことを特徴とする通信装置。

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