JP4518654B2

JP4518654B2 - 通信装置

Info

Publication number: JP4518654B2
Application number: JP2000269297A
Authority: JP
Inventors: 瑛羽鳥; 渡辺　　雅弘
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd; Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2000-09-05
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2020-09-05
Also published as: JP2002077037A

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も不明であるため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、道路上に配置された路側装置から送信される時刻情報と路側装置位置情報を受信する路側情報受信機と、該路側情報受信機により受信した路側装置位置情報を初期設定位置とし、自車位置情報を算出する自立航法装置と、前記路側情報受信機により受信した時刻情報の毎秒毎のタイミングに同期して前記毎秒毎に複数の異なるタイミングの送信フレームを生成し、かつ前記複数の送信フレームのうちの１つのフレームに自車の送信フレームを割り当てる際、前記自車位置情報から前記自車の送信フレームを割り当て、この割り当てた送信フレームで前記通信用送信機からの送信を行う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１記載の発明）。
【００１３】
この発明によれば、路側情報受信機により受信した時刻情報の毎秒毎のタイミングに同期し、かつ受信した路側装置位置情報から算出した自車位置情報により送信フレームを割り当て、この割り当てた送信フレームで車車間通信を行うようにしているので、不特定多数の通信装置間で通信の衝突なしに、１回の通信で確実なデータ伝送ができる。
【００１４】
なお、路側装置から送信される路側装置位置情報に代替して路側装置識別情報が送信される場合、この路側装置識別情報から、自車位置算出手段により自車位置情報を算出するようにしてもよい（請求項２記載の発明）。
【００１５】
また、前記路側装置は、前記道路に沿って所定間隔で配置されていることが好ましい。この所定間隔毎に自立航法の修正が可能となり、また、毎秒毎の時刻情報もリセットすることが可能となるからである（請求項３記載の発明）。
【００１６】
なお、この発明では、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。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。この場合、車両１００が走行する道路上には、一定距離間隔で、コンピュータを有する路側システム２により制御される路側送信機４が配置されている。
【００２０】
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。
【００２１】
図１例に示す通信装置１０は、路側送信機４からアンテナ６を介して送信される電波（この電波は、指向性の狭いミリ波を含むマイクロ波が好ましい。）を受信するアンテナ１４が接続される路側受信機（路側情報受信機）１６を有し、この路側受信機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。
【００２２】
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。位置算出部２０の出力は、自立航法装置１１に供給されるとともに、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。
【００２３】
自立航法装置１１は、ジャイロ装置を備え、位置算出部２０の出力を初期設定位置として、自車位置情報を算出し、位置算出部２０を介してフレーム特定割当部２６に供給する。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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の前部バンパーに付けられ、後方送信部４６と後方受信部５６のアンテナ４８、５４は、後部バンパーに付けられている。
【００３５】
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詳しく説明する。
【００３６】
路側システム２により送信内容が決定される路側送信機４は、時刻情報とともに、路側送信機４が設置されている位置の緯度経度の位置情報をアンテナ６を介して電波として送信する。
【００３７】
車両１００は、路側送信機４が設置されている位置の略直下の位置に到達したときのみ、該車両１００に搭載されている路側受信機１６が、この時刻情報と路側装置位置情報とをアンテナ１４を介して受信することができる。
【００３８】
路側受信機１６は、受信した位置情報（緯度経度情報）を位置算出部２０に出力するとともに、受信した時刻情報を時刻判定部１８に出力する。
【００３９】
この場合、この受信時の時刻情報は、該車両１００を含む周辺の通信対象の車両においても異なる時刻で受信されるが、これらの車両に共通の絶対時刻となる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
位置算出部２０は、位置情報（緯度経度情報）に基づき、自車に固有の識別情報（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。
【００４３】
なお、路側送信機４から送信される位置情報が、緯度経度情報ではなく、路側送信機４の識別符号（路側装置識別情報）である場合には、位置算出部２０内に、この識別符号と緯度経度との対応表を記憶しておき、この対応表を参照して自車位置情報を算出することができる。この意味から、位置算出部２０は、自車位置情報算出手段としても機能する。
【００４４】
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に基づき、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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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、路側送信機４からの時刻情報と位置情報と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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
さらに、路側システム２としては、新規に設置することも可能であるが、ＥＴＣ（electronic toll collection system：ノンストップ料金収受システム）、ＶＩＣＳ（vehicle information and communication system：道路交通情報通信システム）関連の路側機、ビーコン等、その他の既設の無線設備に本機能を追加することで実現することができる。
【００５３】
なお、この発明の他の実施の形態として、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の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、路側送信機４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】
また、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。
【００５５】
【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たため。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。
【００５６】
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、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。
【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】
２…路側システム４…路側送信機
１０…通信装置１１…自立航法装置
１２…自動追従制御部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

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、
道路上に配置された路側装置から送信される時刻情報と路側装置位置情報を受信する路側情報受信機と、
該路側情報受信機により受信した路側装置位置情報を初期設定位置とし、自車位置情報を算出する自立航法装置と、
前記路側情報受信機により受信した時刻情報の毎秒毎のタイミングに同期して前記毎秒毎に複数の異なるタイミングの送信フレームを生成し、かつ前記複数の送信フレームのうちの１つのフレームに自車の送信フレームを割り当てる際、前記自車位置情報から前記自車の送信フレームを割り当て、この割り当てた送信フレームで前記通信用送信機からの送信を行う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。
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、
道路上に配置された路側装置から送信される時刻情報と路側装置識別情報を受信する路側情報受信機と、
該路側情報受信機により受信した路側装置識別情報から、自車位置情報を算出する自車位置情報算出手段と、
該自車位置情報算出手段により算出された自車位置情報を初期設定位置とし、順次自車位置を算出する自立航法装置と、
前記路側情報受信機により受信した時刻情報の毎秒毎のタイミングに同期して前記毎秒毎に複数の異なるタイミングの送信フレームを生成し、かつ前記複数の送信フレームのうちの１つのフレームに自車の送信フレームを割り当てる際、前記自車位置情報から前記自車の送信フレームを割り当て、この割り当てた送信フレームで前記通信用送信機からの送信を行う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。
請求項１または２記載の通信装置において、
前記路側装置は、前記道路に沿って所定間隔で配置されている
ことを特徴とする通信装置。