JP6003612B2 - 車両用路車間光通信装置及びカーナビゲーション装置 - Google Patents

Description

本発明は、光通信路上機からダウンリンク信号を受信するのに応じてアップリンク信号を送信する車両用路車間光通信装置及びカーナビゲーション装置に関する。

従来の電波を使用した通信（例えばＥＴＣ（登録商標）、ＤＳＲＣ（登録商標））では、路側通信機からの受信信号（搬送波）の強度をＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）回路で検出し、強度が一定以上確保できたところで通信を開始する制御が一般的に行われている。

特許第３００９３６０号公報

ところで、例えば道路交通情報通信システム（ＶＩＣＳ：Vehicle Information And Communication Systems、登録商標）や安全運転支援システム（ＤＳＳＳ：Driving Safety Support Systems）のような路車間光通信システムにおいては、車両と光通信路上機（以下、光ビーコン）との間の通信媒体に赤外線を利用している。赤外線はパルス信号として送受信することから、ＲＳＳＩ回路を用いることができず、光ビーコンからの受信信号に基づいて安定な通信領域を判別するのが不可能であった。このような不具合に対する対応として、例えば正しいダウンリンク信号を１フレーム受信できたことで安定な通信領域と判断して通信を開始するなどの方法が提案されている（特許文献１参照）。
しかしながら、このような方法では、不安定な通信領域においてたまたま瞬間的にダウンリンク信号を１フレーム受信できた場合にも、通信領域と判定してしまい、自車のＩＤ情報等を含むアップリンク信号を送信してしまうことがある。このため、不要なアップリンク信号を送信してしまうという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、通信領域であることを確定する信頼性を高めることができる車両用路車間光通信装置及びカーナビゲーション装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、ダウンリンク信号を所定時間内に所定回数受信した場合に通信領域であることを確定するので、１フレームのダウンリンク信号の受信でもって通信領域であることを確定する構成に比較して、通信領域であることを確定する信頼性を高めることができ、不要なアップリンク信号を送信してしまうという不具合を防止することができる。
請求項２の発明によれば、通信領域であることを確定するにはダウンリンク信号を連続して受信することが条件に付加されるので、通信領域であることを確定する信頼性を一層高めることができる。
請求項３の発明によれば、ダウンリンク信号を連続して受信したかを判断するための手段をソフトによるタイマで構成するようにしたので、容易に実施することができる。
請求項４の発明によれば、車両用路車間光通信装置が光通信路上機から受信した各種情報をカーナビゲーション装置の報知機能を用いてユーザに提供するようにしたので、車両用路車間光通信装置をカーナビゲーション装置から独立して設ける構成に比較して、全体構成を簡単化することができる。

一実施形態におけるカーナビゲーション装置の全体構成を示すブロック図 光ビーコンの通信領域を示す図 光ビーコンの不安定通信領域及び安定通信領域を示す図 光ビーコン位置情報を示す図 １フレームのダウンリンク信号を示す図 路車間光通信装置とＶＩＣＳの光ビーコンとの通信シーケンスを示す図 路車間光通信装置とＤＳＳＳの光ビーコンとの通信シーケンスを示す図 路車間光通信装置の動作を示すフローチャート

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態では、車両用路車間光通信装置（以下、路車間光通信装置）をカーナビゲーション装置に内蔵したものとして説明するが、カーナビゲーション装置とは別体に外付けしたものでもよいし、カーナビゲーション装置以外の車載器に内蔵するようにしてもよい。
図１において、カーナビゲーション装置１０は、路車間光通信装置１１、地図データ記憶部１２、自車位置検出部１３、操作スイッチ１４、表示装置１５、音声出力装置１６、及び、制御部１７から構成されており、路車間光通信装置１１を介して各種の光ビーコン１００（光通信路上機に相当）と通信を行う。各種の光ビーコン１００としては、ＶＩＣＳ光ビーコン、ＤＳＳＳ光ビーコン等である。

路車間光通信装置１１（通信領域確定手段に相当）は、光信号からなるアップリンク信号を送信する送信手段として例えば図示しない面実装タイプの赤外発光ＬＥＤ（赤外発光ダイオード）、及び光信号からなるダウンリンク信号を受信する受信手段として同じく図示しない面実装タイプのＰＤ（ホトダイオード）を有した送受信ユニットを備えており、赤外線を通信媒体として各種の光ビーコン１００と送受信ユニットを介して送受信する。送受信光ユニットは、光ビーコン１００との光通信を行い易いように車両のダッシュボードに取付けられている。光ビーコン１００から送信されるダウンリンク信号としては、光ビーコン１００の通信領域内に存在する全ての車両を対象として間欠的に送信されるダウンリンク信号と、光ビーコン１００の通信領域内に存在する車両を特定し、その特定された車両を対象として送信されるダウンリンク信号がある。

各種の光ビーコン１００の通信領域は、図２に示すように前後約６メートルの道路上の範囲であるが、図３に示すように、車両進行方向に沿って、安定通信領域の前方側に不安定通信領域が形成されている。不安定通信領域では、光ビーコン１００からのダウンリンク信号が送信されているものの、その光強度が弱く受信するには不安定となる領域である。このため、安定通信領域における受信成功率は高いのに対して、不安定通信領域における受信成功率は低い。このように安定通信領域の前方側に不安定通信領域が形成される結果、車両は、不安定通信領域を通過してから安定通信領域に進入することになる。

路車間光通信装置１１はデータ変換部１１１を有する。このデータ変換部１１１は、各種情報を含む電気的な信号を光ビーコン１００に対して送信するための赤外線のパルス信号に変換する一方、受信した赤外線のパルス信号を電気的な信号に逆変換するものである。データ変換部１１１にて逆変換された各種情報を含む電気的な信号は制御部１７に入力され、表示装置１５や音声出力装置１６を介してユーザに対して報知される。

路車間光通信装置１１は、光ビーコン１００との通信が終了したかどうかを、光ビーコン１００から送信される最後の情報の受信を終了してから所定時間経過したかどうかに基づいて判定する。最後の情報を受信してから例えば３秒間が経過せずに光ビーコン１００から送信されるダウンリンク信号や各種ダウンリンク信号を受信した場合は、同一ビーコンからの情報を受信中であると判断する。

路車間光通信装置１１は、送信したアップリンク信号が光ビーコン１００に受信されたかどうかを判定する。アップリンク信号が光ビーコン１００に受信されたかどうかの判定は、アップリンク信号を送信後に光ビーコン１００から送信されるダウンリンク信号に自車ＩＤが含まれているかどうかで判定する。ダウンリンク信号に自車ＩＤが含まれている場合は、アップリンク信号が光ビーコン１００に受信されたと判定し、ダウンリンク信号に自車ＩＤが含まれていない場合は、アップリンク信号が光ビーコン１００に受信されていないと判定する。路車間光通信装置１１は、アップリンク信号が光ビーコン１００に受信されたと判定してから、光ビーコン１００との通信が終了したと判定されるまではアップリンク信号を送信しない。これは、各種光ビーコン１００からは間欠的に各種ダウンリンク信号が送信されるため、それに応じて必要以上にアップリンク信号が送信されることを防ぐためである。

地図データ記憶部１２には、目的地に至る経路を探索するために必要な経路データ１２１と、表示装置１５に地図を描画するために必要な描画データ１２２と、各種光ビーコン１００の位置を緯度・経度情報として記憶する光ビーコン位置情報１２３と、図示しなかったが、案内用の画像や音声データ等が記憶されている。なお、記憶媒体としては、ＲＯＭ（Read Only Memoly）、若しくは、読み書き可能なハードディスク、メモリ等を用いることができる。

経路データ１２１には、目的地に至る経路を探索するために、道路地図情報が、接続地点を示すノードと、このノード間を接続するリンクからなるネットワーク情報として記憶されている。各道路及び交差点に該当するリンク及びノードには、例えば、各リンクやノードに付与された識別番号、道路種別、車線数の多寡数等の情報が付与されている。そして、これらの情報に基づいたコストが、各リンク及びノードに設定されている。この経路データ１２１に記憶されるネットワーク情報及びコストに基づいて、制御部１７がコストの積和値が最小となるように周知のダイクストラ法等を用いて目的地までの最適な経路計算を行う。

描画データ１２２には、道路や線路、建造物、私有地等といった施設のポリゴンデータや、海や河川等の地形を描画するための背景データ、及び、地図上に存在する各種施設に対するそれぞれの位置情報等を記憶する施設データが記憶されている。
光ビーコン位置情報１２３は、図４に示すような情報であり、光ビーコン１００毎に、光ビーコン１００の種別、光ビーコン１００の設置位置、光ビーコン１００が設置されている道路のリンク番号等の情報が含まれる。

自車位置検出部１３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）からの送信電波を、ＧＰＳアンテナを介して受信することで自車位置と現在時刻を検知するＧＰＳ受信機１３１と、車両に加えられる回転運動の大きさを検出するジャイロセンサ１３２と、車両の速度を検出するための車速度センサ１３３とを備えている。自車位置検出部１３は、これらの各検出信号に基づき位置座標及び進行方向の組として車両の現在の自車位置を算出する。そして、これらセンサ等１３１〜１３３は、各々が性質の異なる誤差を有しているため、互いに補完しながら自車位置の検出を行うように構成されている。なお、自車位置検出部１３は、上述した内の一部のセンサで構成してもよい。また、地磁気から進行方位を検出するための地磁気センサや、ステアリングの回転角センサ等を加えて構成されてもよい。

操作スイッチ１４には、表示装置１５の周囲に設けられた複数の釦スイッチ等が用いられる。ユーザは操作スイッチ１４を介して各種設定を行い、制御部１７に出力することができる。
表示装置１５は、カラー表示可能な液晶ディスプレイからなる。ユーザにより操作スイッチ１４を介して入力された情報や、路車間光通信装置１１を介して受信した情報等、様々な情報を表示する。

音声出力装置１６は、スピーカーからなり、地図データ記憶部１２に記憶されている案内用の音声データに基づいて各種案内の音声を出力する。
制御部１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されている。そして、ＲＯＭ等に記憶されたプログラムに基づいて、ユーザにより入力された情報や、路車間光通信装置１１を介して受信した情報等を表示装置１５に表示させる情報表示処理や、路車間光通信装置１１において各光ビーコン１００と情報の送受信を実行させる通信処理等を行う。

次に上記構成の作用について説明する。
路車間光通信装置１１は、光ビーコン１００の通信領域以外の走行中においては、図８に示すようにダウンリンク信号受信の受信待機状態にあり（Ｓ１）、ダウンリンク信号を１フレーム受信するかを監視している（Ｓ２：ＮＯ）。
ダウンリンク信号は、図５に示すように１フレームが１３３バイトで、１バイトの同期符号、５バイトのヘッダ部、１２３バイトのデータ部、１バイトのアイドル、２バイトのＣＲＣ、１バイトの同期符号からなる。
ＶＩＣＳの光ビーコン１００は、図６に示すようにＶＩＣＳ情報信号（ダウンリンク信号）を間欠的に送信している。

さて、車両が光ビーコン１００に接近すると、まず、不安定通信領域に進入することになる。この不安定通信領域では、路車間光通信装置１１が光ビーコン１００からＶＩＣＳ情報信号を不安定な状態で受信するようになる。ここで、路車間光通信装置１１は、ＶＩＣＳ情報信号を受信したときは自車のＩＤ情報等を含むアップリンク信号を送信するのが通常であるが、不安定通信領域でたまたま瞬間的にＶＩＣＳ情報信号を受信する場合があることから、次のようにして安定通信領域を確定するようにした。

即ち、路車間光通信装置１１は、図８に示すようにＶＩＣＳ情報信号を受信したときは（Ｓ２：ＹＥＳ）、タイマ（数十ミリ秒）を始動し（Ｓ３）、次のＶＩＣＳ情報信号の受信を監視する（Ｓ４：ＮＯ、Ｓ５：ＮＯ）。このタイマは、光ビーコン１００からのＶＩＣＳ情報信号の送信間隔よりも長い時間に設定されている。車両が不安定通信領域の通過中にたまたま瞬間的にＶＩＣＳ情報信号を受信したときは、ＶＩＣＳ情報信号を連続して受信することはないから、次のＶＩＣＳ情報信号を受信することなくタイムアウトとなる（Ｓ４：ＹＥＳ）。このような場合、路車間光通信装置１１は、ＶＩＣＳ情報信号の受信待機状態に移行する（Ｓ１）。従って、車両が不安定通信領域を通過している状態では、受信待機状態が継続することになる。尚、図８に示すフローチャートは、ダウンリンク信号の受信とアップリンク信号の送信に関する動作のみを示したもので、その他の動作については省略している。

車両が不安定通信領域を脱出して安定通信領域に進入すると、ＶＩＣＳ情報信号を連続して受信するようになるので、ＶＩＣＳ情報信号を受信してからタイムアウトするまでに次のＶＩＣＳ情報信号を受信するようになる（Ｓ５：ＹＥＳ）。このようにタイムアウトする前に次のＶＩＣＳ情報信号を受信したときは、通信領域（安定通信領域）であると確定とする（Ｓ６）。つまり、ＶＩＣＳ情報信号を連続して２回受信したことから（図６参照）、通信領域であると確定するのであり、このように通信領域を確定したことに応じて光ビーコン１００にアップリンク信号を送信する（Ｓ７）（図６参照）。アップリンク信号は、各車両を個別に判断するためのＩＤ番号や、ある区間を走行するのにどの程度の時間を要したかを示す旅行時間計測情報等を含んで構成される。アップリンク信号に含まれる旅行時間計測情報は、ＶＩＣＳにおいて、現在どの地点が渋滞しているかといった道路交通状況を把握するために利用される。なお、ＶＩＣＳとの通信においては、アップリンク信号を送信しない場合であっても車両側にて主要なＶＩＣＳ情報信号を受信して利用することができる。

路車間光通信装置１１は、次にタイマ（３秒）を始動し（Ｓ８）、タイムアウトするまでにダウンリンク信号を受信したかを判定する（Ｓ９：ＮＯ、Ｓ１０：ＮＯ）。車両が通信領域を脱出すると、タイムアウトするまでにダウンリンク信号を受信しなくなるので（Ｓ１０：ＹＥＳ）、動作を終了し、次の動作開始によりダウンリンク信号の受信待機状態となる（Ｓ１）。

要するに、所定時間内に所定のフレーム数（本実施形態では２回）のダウンリンク信号を連続して受信できたことを確認することで、擬似的にフレームエラーレートを算出することができ、安定した通信領域を判定することが可能となる。
以後においては、光ビーコン１００から進行方向の渋滞情報や旅行時間情報、各種規制情報等を受信してカーナビゲーション装置１０の制御部１７に出力する。これにより、光ビーコン１００からの各種情報をカーナビゲーション装置１０にてユーザに提供することができる。

一方、ＤＳＳＳの光ビーコン１００の通信領域に車両が進入すると、路車間光通信装置１１は、図７に示すように、ＤＳＳＳの光ビーコン１００から送信されるダウンリンク信号を受信するようになる。路車間光通信装置１１はダウンリンク信号を連続して２回受信すると、２回目のダウンリンク信号の受信に応じてアップリンク信号をＤＳＳＳの光ビーコン１００に対して送信する。ＤＳＳＳの光ビーコン１００はアップリンク信号を受信すると、そのアップリンク信号に含まれるＩＤ番号を含んだＤＳＳＳ情報信号を、路車間光通信装置１１に対して送信する。路車間光通信装置１１は、受信したＤＳＳＳ情報信号に自車両を示すＩＤ番号が含まれている場合は、自車両向けの情報であると判断し受信する。ＤＳＳＳにおいては、車両側からアップリンク信号を送信しなければ、主要なＤＳＳＳ情報信号を受信し、利用することができない。

このような実施形態によれば、次のような効果を奏することができる。
車両側の路車間光通信装置１１は、ダウンリンク信号を所定時間内に２回受信した場合に通信領域であることを確定してアップリンク信号を送信するので、通信領域であることを確定する信頼性を高めることができ、不要なアップリンク信号を送信してしまうという不具合を防止することができる。
ダウンリンク信号を連続して受信することを条件として通信領域であることを確定するので、通信領域であると確定する信頼性を一層高めることができる。
ダウンリンク信号を連続して受信したかを判断するための手段をソフトによるタイマで構成するようにしたので、容易に実施することができる。
路車間光通信装置１１をカーナビゲーション装置１０に内蔵し、路車間光通信装置１１が光ビーコン１００から受信した各種情報をカーナビゲーション装置１０の報知機能を用いてユーザに提供するようにしたので、路車間光通信装置１１をカーナビゲーション装置１０から独立して設ける構成に比較して、全体構成を簡単化することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
上記実施形態では、１フレームのダウンリンク信号を２回連続して受信したときに通信領域であることを確定するようにしたが、３以上の所定回数のダウンリンク信号を連続して受信したときに通信領域であることを確定するようにしてもよい。
上記実施形態では、１フレームのダウンリンク信号を２回連続して受信したときに通信領域であることを確定するようにしたが、連続する必要はなく、所定時間に所定回数のダウンリンク信号を受信したときに通信領域であると確定するようにしてもよい。
光ビーコン１００としては、ＶＩＣＳ光ビーコン、ＤＳＳＳ光ビーコン以外であってもよい。

図面中、１０はカーナビゲーション装置、１１は路車間光通信装置（車両用路車間光通信装置、送信手段、受信手段、通信領域確定手段）、１００は光ビーコン（光通信路上機）である。

Claims (4)

1. 光通信路上機（１００）からダウンリンク信号を受信する受信手段（１１）と、前記受信手段の受信状態に基づいて前記光通信路上機との通信領域に進入したことを確定する通信領域確定手段（１１）と、前記通信領域確定手段が通信領域であることを確定したときはアップリンク信号を前記光通信路上機に送信する送信手段（１１）とを備えた車両用路車間光通信装置において、
   前記通信領域確定手段は、前記光通信路上機からのダウンリンク信号を所定時間内に所定回数受信したときに前記通信領域であることを確定することを特徴とする車両用路車間光通信装置。
2. 前記通信領域確定手段は、ダウンリンク信号を所定時間内に連続して所定回数受信したときに前記通信領域であることを確定することを特徴とする請求項１記載の車両用路車間光通信装置。
3. 前記通信領域確定手段は、最初のダウンリンク信号を受信したときにソフトによるタイマを起動し、そのタイマがタイムオーバーするまでに次のダウンリンク信号を受信したときにダウンリンク信号を連続して受信したと判断することを特徴とする請求項２記載の車両用路車間光通信装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の車両用路車間光通信装置を備えたことを特徴とするカーナビゲーション装置。

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