JP5045301B2 - 車両の走行制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＧＰＳ（Global Positioning System）測位を利用して走行制御を行う車両の走行制御装置に関するものである。

従来における車両の走行制御装置としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の走行制御装置は、ＧＰＳ衛星からの搬送波信号を受信して車両の３次元位置を検出し、この検出情報に基づいて車両を走行させるための予定走行経路のデータを作成し、車両が予定走行経路に沿って自動走行するように制御するものである。
特許第３６０４２４９号

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、例えば市街地の走行時には、周辺構造物等によるＧＰＳ衛星の遮蔽が頻繁に発生するため、ＧＰＳ衛星からの電波が受信されにくくなることがある。上記従来技術のように車両を自動走行させる場合には、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状況が悪くなると、車両位置の検出精度が低下するため、適切な自動走行制御を行うことが困難になってしまう。

本発明の目的は、ＧＰＳによる自車両の測位精度を保ったまま自車両の走行制御を行うことができる車両の走行制御装置を提供することである。

本発明は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して自車両の位置を検知し、自車両の走行制御を行う車両の走行制御装置であって、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態を推定する受信状態推定手段と、受信状態推定手段により推定されたＧＰＳ衛星からの電波の受信状態に基づいて自車両の走行経路を決定する走行経路設定手段と、走行経路設定手段により決定された走行経路に応じて自車両の走行を制御する走行制御手段と、自車両の周辺の交通状況を監視する監視手段と、自車両の周辺の交通状況に基づいて自車両が停止するかどうかを判断し、自車両が停止すると判断されたときに、自車両の停止位置を決定する停止位置設定手段とを備え、受信状態推定手段は、目的地までの走行経路候補に対して、当該走行経路候補の周辺に位置する構造物によりＧＰＳ衛星が遮蔽される領域を表す衛星遮蔽領域マップを作成し、衛星遮蔽領域マップに基づいてＧＰＳ衛星からの電波の受信状態を推定し、走行経路設定手段は、目的地までの走行経路候補が複数存在する場合に、受信状態推定手段によりＧＰＳ衛星からの電波の受信状態が最も良好であると推定された走行経路候補を走行経路として選択し、停止位置設定手段は、自車両が停止すると判断されたときに、衛星遮蔽領域マップを用いて、ＧＰＳ衛星が遮蔽される領域を避けるように自車両の停止位置を決定することを特徴とするものである。

このような本発明の走行制御装置においては、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態を推定し、その受信状態が良好になるような自車両の走行経路を決定する。そして、自車両が当該走行経路に沿って走行するように自車両の走行を制御する。これにより、走行経路の周辺に位置する構造物等によるＧＰＳ衛星の遮蔽が発生しても、ＧＰＳによる自車両の測位精度を保ったまま自車両の走行制御を行うことができる。

また、走行経路設定手段は、目的地までの走行経路候補が複数存在する場合に、受信状態推定手段によりＧＰＳ衛星からの電波の受信状態が最も良好であると推定された走行経路候補を走行経路として選択する。これにより、複数の走行経路候補の中から、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態が最も良好な走行経路が得られるため、ＧＰＳによる自車両の測位精度を更に向上させることができる。

このとき、受信状態推定手段は、目的地までの走行経路候補に対して、当該走行経路候補の周辺に位置する構造物によりＧＰＳ衛星が遮蔽される領域を表す衛星遮蔽領域マップを作成し、衛星遮蔽領域マップに基づいてＧＰＳ衛星からの電波の受信状態を推定する。ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態は、周辺の構造物によるＧＰＳ衛星の遮蔽状況に大きく影響される。従って、上記の衛星遮蔽領域マップを用いることにより、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態を簡単に且つ確実に推定することができる。

また、自車両の周辺の交通状況を監視する監視手段と、自車両の周辺の交通状況に基づいて自車両が停止するかどうかを判断し、自車両が停止すると判断されたときに、衛星遮蔽領域マップを用いて、ＧＰＳ衛星が遮蔽される領域を避けるように自車両の停止位置を決定する停止位置設定手段とを更に備える。これにより、例えば自車両の前方が混雑している場合に、ＧＰＳ衛星が周辺構造物により遮蔽される領域に自車両が長時間にわたって滞留することが防止されるため、ＧＰＳによる自車両の測位精度を更に向上させることができる。

本発明によれば、ＧＰＳによる自車両の測位精度を保ったまま自車両の走行制御を行うことができる。これにより、例えば自車両の適切な自動運転を継続させることが可能となる。

以下、本発明に係わる車両の走行制御装置の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる車両の走行制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。同図において、本実施形態の走行制御装置１は、自動運転機能を有する車両に搭載されるものである。

走行制御装置１は、走行制御ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２を備えている。走行制御ＥＣＵ２には、ＧＰＳ受信機３、インフラセンサ４、周辺監視センサ５、車速センサ６、地図情報格納メモリ７、設定入力器８及びモニタ９等が接続されている。

ＧＰＳ受信機３は、複数のＧＰＳ衛星（図３参照）からの電波を受信する機器である。インフラセンサ４は、車車間通信や路車間通信等によって他車両や路側インフラ装置等からの情報（インフラ情報）を取得する通信機である。周辺監視センサ５は、自車両の周辺に存在する他車両等を検出するセンサであり、例えばレーダやカメラで構成されている。車速センサ６は、自車両の走行速度を検出するセンサである。

地図情報格納メモリ７は、道路地図情報が予め格納保持されている記憶手段（例えばＨＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）である。設定入力器８は、ドライバーが目的地の設定や自動運転の開始指示等を行うための機器である。モニタ９は、地図情報格納メモリ７に記憶されている道路地図情報や、自車両の現在位置情報及び道路交通情報等を表示する機器である。

走行制御ＥＣＵ２は、走行経路設定部１０と、停止位置設定部１１と、走行制御部１２とを有している。

走行経路設定部１０は、ＧＰＳ受信機３の受信信号及び地図情報格納メモリ７に記憶された道路地図情報に基づいて、ＧＰＳによる自車両の測位に必要な数のＧＰＳ衛星を確保可能となるような自車両の走行経路を設定する。

停止位置設定部１１は、走行経路設定部１０で設定された走行経路に沿って自車両が走行するときに、インフラセンサ４により取得したインフラ情報、周辺監視センサ５により検出した自車両周辺の情報及び走行経路設定部１０で得られた各種情報に基づいて自車両の停止位置を設定する。

走行制御部１２は、走行経路設定部１０で設定された走行経路と停止位置設定部１１で設定された停止位置とに従って自車両が走行するように、自車両のステアリング、アクセル及びブレーキを制御する。

図２は、走行経路設定部１０が実行する処理手順の詳細を示すフローチャートである。同図において、まず設定入力器８により目的地が設定入力されたかどうかを判断する（手順Ｓ５１）。

目的地が設定入力されたときは、ＧＰＳ受信機３の受信信号に基づいて、自車両の現在位置を特定すると共に各ＧＰＳ衛星の配置状況の情報を取得する（手順Ｓ５２）。このとき、例えば図３に示すように、自車両２０の現在位置は、緯度・経度の座標で表され、各ＧＰＳ衛星２１の配置状況は、自車両２０に対する方位角及び仰角の座標で表される。

続いて、ＧＰＳ受信機３の受信信号に基づいて、各ＧＰＳ衛星の将来の軌道座標を推定する（手順Ｓ５３）。このとき、各ＧＰＳ衛星の将来の軌道座標として、将来時刻毎の方位角及び仰角の座標を計算する。

続いて、自車両の現在位置から目的地までの道路地図情報を地図情報格納メモリ７から取得する（手順Ｓ５４）。ここで、道路地図情報には、図４に示すような周辺構造物（ビル、トンネル、高架等）２２の情報も含まれている。

そして、手順Ｓ５３で推定された各ＧＰＳ衛星の将来の軌道座標を用いて、自車両の現在位置から目的地までの走行経路（ルート）候補に対して、ＧＰＳ衛星が周辺構造物に遮蔽される領域（衛星遮蔽領域）を表す衛星遮蔽領域マップを作成する（手順Ｓ５５）。衛星遮蔽領域の位置及び寸法は、ＧＰＳ衛星の方位角及び仰角、周辺構造物の形状、横幅及び高さ等によって変わる。例えば、図５に示すように、ＧＰＳ衛星の仰角が同じ４０度であっても、周辺構造物２２に対する衛星遮蔽領域Ａは、ＧＰＳ衛星の方位角によって変動する。

このように各ＧＰＳ衛星の将来軌道に応じて得られた衛星遮蔽領域を、周辺構造物情報を含む道路地図情報（図４参照）に投影することにより、図６に示すような衛星遮蔽領域マップが生成される。なお、図６に示す衛星遮蔽領域マップでは、３台のＧＰＳ衛星が周辺構造物２２に遮蔽されるような衛星遮蔽領域Ａ（破線参照）を表している。

続いて、自車両の現在位置から目的地までのルート候補上における複数の地点への自車両の到達予想時刻を算出する（手順Ｓ５６）。この到達予想時刻の算出には、インフラセンサ４により取得されたインフラ情報（混雑情報や信号情報等）や、自車両の過去の走行状態に関する学習結果等を用いる。そして、各地点の到達予想時刻を、図６に示すように衛星遮蔽領域マップ上に表すようにする。

続いて、そのようにして得られた衛星遮蔽領域マップを用いて、自車両の現在位置から目的地までのルート候補のうち、ＧＰＳ衛星の捕捉状態が最も良好であると推定されるルート候補を自車両の走行経路として選択する（手順Ｓ５７）。

この走行経路の選定手法を、図７に示すように、複数のビル２２が密集している市街地を目的地に向かって走行する場合を例にとって説明する。ここでは、目的地までのルート候補としては、Ｏ点からＭ_１点及びＮ_１点を通るルートＰ（破線参照）と、Ｏ点からＭ_２点及びＮ_２点を通るルートＱ（実線参照）とがある。

ルートＰを通る場合における各ＧＰＳ衛星２１の捕捉状態を図８（ａ）に示し、ルートＱを通る場合における各ＧＰＳ衛星２１の捕捉状態を図８（ｂ）に示す。図８において、原点は自車両の現在位置を表している。また、白丸印は、ビル２２に遮蔽されないＧＰＳ衛星２１の位置を表し、×印は、ビル２２に遮蔽されるＧＰＳ衛星２１の位置を表している。なお、ＧＰＳ衛星２１の数は６台としてある。いずれの場合も、６台のＧＰＳ衛星２１のうちの何れか１台がビル２２に遮蔽される状態となっている。

自車両がＯ点を通過するときは、５台のＧＰＳ衛星２１が自車両を中心として全体的に散らばるように配置された状態となる。しかし、自車両がＭ_１点及びＮ_１点を通過するときには、５台のＧＰＳ衛星２１が自車両に対して半円領域内に偏在した状態となる。一方、自車両がＭ_２点及びＮ_２点を通過するときには、５台のＧＰＳ衛星２１が自車両を中心として全体的に散らばるように配置された状態となる。

このことから、自車両がルートＰを通るよりもルートＱを通るほうが、ＧＰＳ衛星２１の捕捉状態が良好になり、ＧＰＳによる自車両の測位精度が高くなると推測される。従って、この場合には、自車両が走行する走行経路としてルートＱが選択されることとなる。

なお、手順Ｓ５７により選定された走行経路に複数の車線が存在する場合には、上記のような各ＧＰＳ衛星の捕捉状態を勘案して、更に自車両が走行する車線を選択するのが望ましい。

図９は、停止位置設定部１１が実行する処理手順の詳細を示すフローチャートである。同図において、まずインフラセンサ４、周辺監視センサ５及び車速センサ６の検知情報に基づいて、自車両の前方が赤信号であったり混雑・渋滞しているために自車両が停止する可能性が高いかどうかを判断する（手順Ｓ６１）。

自車両が停止する可能性が高いときは、走行経路設定部１０による上記の手順Ｓ５５で生成された衛星遮蔽領域マップから、自車両の停止予定範囲における衛星遮蔽状況の情報を取得する（手順Ｓ６２）。

そして、その衛星遮蔽状況の情報とインフラセンサ４より取得したインフラ情報と周辺監視センサ５により検出した自車両周辺の情報とに基づいて、衛星遮蔽領域を避けるように自車両の停止位置を設定する（手順Ｓ６３）。

具体的には、現在走行している車線において先行車両のすぐ後ろが衛星遮蔽領域でない場合には、通常通りに当該先行車両のすぐ後ろを自車両の停止位置に設定する。

現在走行している車線において先行車両のすぐ後ろが衛星遮蔽領域である場合には、以下のように自車両の停止位置に設定する。即ち、図１０に示すように、先行車両２５の後方に例えば車両１台分程度のスペースＳを介して衛星遮蔽領域Ａでない領域（測位可能領域という）があれば、その測位可能領域を停止位置に設定する（図中の実線矢印参照）。ただし、前方の信号が直ちに青に変わったり前方の衛星遮蔽領域区間の混雑等が緩和することで自車両が発進したときに、前方の衛星遮蔽領域Ａを短時間で通過できないような場合には、隣の車線における先行車両２５のすぐ後ろが衛星遮蔽領域Ａでなく測位可能領域であれば、当該先行車両２５のすぐ後ろを停止位置に設定しても良い（図中の１点鎖線矢印参照）。

ここで、衛星遮蔽領域Ａの後方位置を停止位置に設定する場合（図１０中の実線矢印参照）には、図１１の太線Ｘで示すように、前方の衛星遮蔽領域Ａから離れるように停止位置を設定するのが好ましい。これにより、自車両２０が発進してから前方の衛星遮蔽領域Ａを通過するときの加速度が高くなるため、当該衛星遮蔽領域Ａを短時間で通過することが可能となる。

図１１中の細線Ｙは、先行車両のすぐ後ろが衛星遮蔽領域Ａである場合でも当該先行車両のすぐ後ろを停止位置に設定する通常停止パターンを示したものである。この場合には、図１２（ａ）に示すように、自車両が衛星遮蔽領域Ａに滞留する時間が長くなってしまう。これに対し、衛星遮蔽領域Ａの後方位置を停止位置に設定した場合には、図１２（ｂ）に示すように、自車両が衛星遮蔽領域に滞留する時間が十分に短くなる。

以上において、図２に示す手順Ｓ５２〜Ｓ５５の処理は、ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態を推定する受信状態推定手段を構成する。図２に示す手順Ｓ５６，Ｓ５７の処理は、受信状態推定手段により推定されたＧＰＳ衛星からの電波の受信状態に基づいて自車両の走行経路を決定する走行経路設定手段を構成する。

以上のように本実施形態にあっては、自車両の現在位置から目的地までの間に存在する周辺構造物と各ＧＰＳ衛星の配置状況とを考慮した衛星遮蔽領域マップを生成し、この衛星遮蔽領域マップを用いて必要数のＧＰＳ衛星の捕捉状態が最も良好な走行経路を選定するようにしたので、周辺構造物等によるＧＰＳ衛星の遮蔽が頻繁に生じても、ＧＰＳを利用した自車両の現在位置の測定を高精度に行うことができる。

また、自車両がその走行経路に沿って目的地まで走行する際に、衛星遮蔽領域の区間を回避するように自車両の停止位置を設定するので、自車両が衛星遮蔽領域に長時間滞留することでＧＰＳによる自車両の測位が不能になることを防止できる。

以上により、例えば自車両が市街地等を走行する際に、ＧＰＳによる自車両の測位精度を確保した状態で、自車両の走行制御を行うことができる。その結果、目的地まで走行経路に沿った適切な自動運転を実施することが可能となる。

さらに、ＧＰＳ測位による自車両の現在位置の検知に加えて、例えばジャイロを用いて自車両の現在位置の算出を行う場合に、自車両が衛星遮蔽領域ではなく測位可能領域に停止することにより、ジャイロによる位置の補正を行うことが可能となる。

本発明に係わる車両の走行制御装置の一実施形態を示す概略構成図である。 図１に示した走行経路設定部が実行する処理手順の詳細を示すフローチャートである。 自車両の現在位置とＧＰＳ衛星の配置状況との関係を示す概念図である。 周辺構造物情報を含む道路地図情報の概念図である。 衛星遮蔽領域の概念図である。 衛星遮蔽領域マップ上に自車両の到達予想時刻を表した状態を示す概念図である。 複数のビルが密集している市街地を走行する場合の走行経路候補をＧＰＳ衛星と共に示す図である。 図７に示した走行経路候補を走行するときのＧＰＳ衛星の捕捉状態を示す概念図である。 図１に示した停車位置設定部が実行する処理手順の詳細を示すフローチャートである。 衛星遮蔽領域を避けるように自車両の停止位置を設定する具体例を示す概念図である。 自車両が衛星遮蔽領域に停止したときのパターンと自車両が衛星遮蔽領域を避けるように停車したときのパターンとの比較図である。 自車両が衛星遮蔽領域に停止したときに衛星遮蔽領域に滞留する時間と自車両が衛星遮蔽領域を避けるように停車したときに衛星遮蔽領域に滞留する時間との比較図である。

符号の説明

１…走行制御装置、２…走行制御ＥＣＵ、３…ＧＰＳ受信機、４…インフラセンサ（監視手段）、５…周辺監視センサ（監視手段）、１０…走行経路設定部（受信状態推定手段、走行経路設定手段）、１１…停車位置設定部（停車位置設定手段）、１２…走行制御部（走行制御手段）。

Claims (1)

1. ＧＰＳ衛星からの電波を受信して自車両の位置を検知し、自車両の走行制御を行う車両の走行制御装置であって、
   前記ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態を推定する受信状態推定手段と、
   前記受信状態推定手段により推定された前記ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態に基づいて前記自車両の走行経路を決定する走行経路設定手段と、
   前記走行経路設定手段により決定された前記走行経路に応じて前記自車両の走行を制御する走行制御手段と、
   前記自車両の周辺の交通状況を監視する監視手段と、
   前記自車両の周辺の交通状況に基づいて前記自車両が停止するかどうかを判断し、前記自車両が停止すると判断されたときに、前記自車両の停止位置を決定する停止位置設定手段とを備え、
   前記受信状態推定手段は、目的地までの走行経路候補に対して、当該走行経路候補の周辺に位置する構造物により前記ＧＰＳ衛星が遮蔽される領域を表す衛星遮蔽領域マップを作成し、前記衛星遮蔽領域マップに基づいて前記ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態を推定し、
   前記走行経路設定手段は、前記目的地までの走行経路候補が複数存在する場合に、前記受信状態推定手段により前記ＧＰＳ衛星からの電波の受信状態が最も良好であると推定された走行経路候補を前記走行経路として選択し、
   前記停止位置設定手段は、前記自車両が停止すると判断されたときに、前記衛星遮蔽領域マップを用いて、前記ＧＰＳ衛星が遮蔽される領域を避けるように前記自車両の停止位置を決定することを特徴とする車両の走行制御装置。

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