JP7273591B2 - 路車間通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、内部時計を備えた光ビーコン等の路車間通信装置に関する。

近年、信号情報を利用して安全運転支援やエコドライブ支援に役立つ交通パラメータを提供する運転支援システムの開発が進められている。運転支援システムは、光ビーコンから取得した信号情報と自車の位置や速度の情報を用いて、車載器が交通状況や運転シーンに応じた適正な速度や情報の提供を行う（例えば特許文献１参照）。

光ビーコンは、交通管制センターに設置された中央装置から取得した信号情報やＧＰＳモジュールで取得した現在時刻等に基づいて、車載器へ路線信号情報を送信する。路線信号情報には、対象とする信号機の信号機定数を基に計算した車両通過時における当該信号機の灯色に関する情報を含む。したがって、精度の高い路線信号情報を生成する上では、光ビーコンの内部時刻を現在時刻に精度よく同期させる必要がある。

ＧＰＳによる時刻同期では、通常、１秒単位で送信されるＰＰＳ（pulse per second）信号が同期信号として利用される。光ビーコンは、当該同期信号を所定の周波数でサンプリングすることで内部時刻を現在時刻に同期させる。

特開２０１８－１０６４５７号公報

近年、路線信号情報に高い精度が要求されており、実際の時刻との誤差をミリ秒単位にまで小さくする技術が求められている。しかしながら上述した従来の技術では、実際の時刻と内部時刻との誤差を同期信号のサンプリング周期よりも短くすることが困難である。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、内部時計の誤差を同期信号のサンプリング周期よりも短くすることができる路車間通信装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る路車間通信装置は、路線信号情報を送信する路車間通信装置であって、内部時計と、取得部と、時刻補正部とを具備する。
前記内部時計は、ミリ秒単位で内部時刻を計時する。
前記取得部は、現在時刻に関連する情報を含み、秒単位の第１の周期で送信されるパルス状の同期信号を取得する。
前記時刻補正部は、前記第１の周期よりも短い第２の周期で前記同期信号をサンプリングし、前記同期信号をｎ（ｎは２以上の自然数）回連続して検出したとき、その検出回数に対応する補正処理を施して前記内部時計を校正する。

前記時刻補正部は、前記補正処理として、前記第２の周期に（ｎ―１）の数を乗じて得られる時間を、ｎ回目の検出時刻に加算する処理を実行してもよい。

前記第２の周期は、１０ミリ秒単位の周期であってもよい。

本発明によれば、内部時計の誤差を同期信号のサンプリング周期よりも短くすることができる。

本発明の一実施形態に係る路車間通信装置を備えた交通制御システムの概略構成図である。 上記路車間通信装置の構成を示すブロック図である。 上記路車間通信装置における時刻同期処理手順の一例を示すフローチャートである。 同期信号の説明図である。 同期信号のサンプリング処理の説明図である。 上記路車間通信装置における路線信号情報提供手順の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る路車間通信装置を備えた交通制御システムの概略構成図である。

図１に示すように、交通制御システム１００は、信号制御装置１０と、光ビーコン２０と、中央装置５０とを備える。

信号制御装置１０は、道路Ｒ１に設置された信号灯器１を制御する。信号制御装置１０は、商用電源を電力源に用いて、予め設定された点灯時間（現示秒数）及び周期で信号灯器１の発光（青、黄、赤）を制御する。信号制御装置１０は、典型的には、信号機１の支柱Ｓに取り付けられた制御ボックス（図示略）に設置され、信号機１に有線で電気的に接続される。信号制御装置１０は、中央装置５０と通信可能に構成される。

光ビーコン２０は、道路Ｒ１を信号灯器１へ向かって走行する車両Ｖに搭載された車載器Ｖｍとの双方向の通信が可能な路車間通信装置として構成される。光ビーコン２０は、運転支援情報として、信号灯器１の信号情報に関連する路線信号情報を車載器Ｖｍへ送信することが可能に構成される。

図２は、光ビーコン２０の構成を示すブロック図である。

光ビーコン２０は、制御部２１と、メモリ２２と、取得部２３と、端末通信部２４と、路車間通信部２５とを有する。

制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むコンピュータで構成され、光ビーコン２０の動作を統括的に制御する。制御部２１は、機能ブロックとして、クロック部２１１と、時刻補正部２１２とを有する。

クロック部２１１は、ミリ秒単位で光ビーコン２０の内部時刻を計時するソフトウェア時計（内部時計）として機能する。クロック部２１１は、図示しない発振器の出力に基づいてミリ秒単位のクロック信号を生成する。

時刻補正部２１２は、取得部２３で取得された時刻情報に基づいて内部時計を校正する。時刻補正部２１２は、後述するように、１秒単位で送信される時刻情報をサンプリングする時刻同期処理を実行する。

メモリ２２は、端末通信部２４を介して中央装置５０から取得した信号灯器１の動作に関する路線信号情報を記憶することが可能な記憶素子で構成される。

取得部２３は、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星から時刻情報を取得する。取得部２３において取得される時刻情報は、現在時刻に関連する情報を含むパルス状の同期信号である。この同期信号は、典型的には、１秒単位で送信されるＰＰＳ信号である。

端末通信部２４は、中央装置５０と通信ケーブルを介して双方向の通信が可能な通信モジュールである。端末通信部２４は、中央装置５０から路線信号情報を取得する。路線信号情報は、信号灯器１の動作に関する信号情報を基に生成される。信号情報としては、例えば、信号灯器１を制御する信号制御装置１０の制御設定情報が含まれる。制御設定情報は、典型的には、階梯表、サイクル、スプリット、オフセット、時限表、感応秒数などの信号機定数をいう。

路車間通信部２５は、車載器Ｖｍと無線で双方向の通信が可能な通信モジュールである。路車間通信部２５は、発光器及び受光器を含み、発光器から路線信号情報が車載器Ｖｍへ送信され、車載器Ｖｍからのアップリンク送信を受光器で受信する。

続いて、制御部２１の詳細について説明する。

（時刻同期処理）
図３は、制御部２１における時刻同期処理手順の一例を示すフローチャートである。

制御部２１は、取得部２３において時刻情報を受信する（ＳＴ１０１）。時刻情報は、ＧＰＳシステムを利用して送信される現在時刻に関する情報であって、図４に示すようなパルス状の同期信号Ｔ０である。この同期信号Ｔ０は、正秒に同期して立ち上がるパルス波であり、そのデューティ比は、典型的には２０％である。

続いて、時刻補正部２１２は、同期信号Ｔ０をサンプリングする（ＳＴ１０２）。この処理は、図５に示すように、同期信号Ｔ０の立ち上がり周期（第１の周期）よりも短い周期（第２の周期）で同期信号Ｔ０をサンプリングする。本実施形態では、１０ミリ秒間隔で同期信号Ｔ０をサンプリングする。

図５は、同期信号Ｔ０のサンプリング処理を説明する概念図である。サンプリング処理が開始されると１０ミリ秒間隔で同期信号Ｔ０の信号レベルを検出する。同期信号Ｔ０はパルス信号であり、ＬレベルからＨレベルに変化した時刻を内部時刻の正秒とする。

例えば図５においてｔ１～ｔ５は、サンプリングのタイミングをそれぞれ示しており、ｔ１及びｔ２では同期信号Ｔ０がＬレベルと判定され、タイミングｔ３～ｔ５では同期信号Ｔ０がＨレベルと判定される。時刻補正部２１２は、同期信号Ｔ０のＨレベルを判定したとき、同期信号を検出したと判定し、その判定したタイミングの時刻をもとに内部時計を校正する。

その一方で、同期信号Ｔ０に重畳したノイズ等によって、同期信号Ｔ０が実際にはＬレベルであるのにＨレベルと誤って判定される場合がある。その対策として、同期信号Ｔ０がＨレベルであることがｎ（ｎは２以上の自然数）回数連続して判定されたことをもって、同期信号を検出したと判定する方法がある。この方法によれば、ノイズ等の影響を受けることなく同期信号を正しく検出することが可能となる。図５は、ｎ＝３の例を示しており、ｎ＝３のタイミング（ｔ５）で同期信号Ｔ０がＨレベルのとき、同期信号を検出したことを表す「ＯＮ」判定が実行される。

ところが、複数回連続して同期信号を検出したことをもって「ＯＮ」の判定を行うようにすると、同期信号Ｔ０の実際の変化点（立ち上がり点）からのずれ（誤差）が大きくなり、精度の高い時刻校正が困難になる場合がある。この問題は、ｎの値が大きくなるほど顕著となる。つまり、この方法では、同期信号Ｔ０のサンプリング周期（１０ミリ秒）以下の誤差で同期信号を検出することができない。

そこで本実施形態では、同期信号をｎ（ｎは２以上の自然数）回連続して検出したとき、その検出回数に対応する補正処理を施して内部時計を校正するようにしている（図３のＳＴ１０３～１０８）。以下、図５を参照しつつ、ｎ＝３の場合を例に挙げて説明する。

時刻補正部２１２は、まず、現在のサンプリングタイミングにおいて同期信号Ｔ０がＨレベルであるかどうかを判定する（ＳＴ１０３）。例えば、現在のタイミングをｔ５としたとき、同期信号Ｔ０はＨレベルであるため、時刻補正部２１２は、現在より１回前のタイミングｔ４でも同期信号がＨレベルであるかどうかをさらに判定する（ＳＴ１０４）。

図５に示すように、１回前のタイミングｔ４の時点で同期信号Ｔ０がＨレベルであるため、時刻補正部２１２は、現在より２回前のタイミングｔ３でも同期信号がＨレベルであるかどうかをさらに判定する（ＳＴ１０５）。

図５に示すように、タイミングｔ３の時点で同期信号Ｔ０はＨレベルであるため、３回連続して同期信号を検出したことになる。そこで、時刻補正部２１２は、現在より３回前のタイミングｔ２では同期信号がＬレベルであるかどうかを判定する（ＳＴ１０６）。図５の例では、タイミングｔ２では同期信号Ｔ０がＬレベルであると判定される。

タイミングｔ２で同期信号Ｔ０がＬレベルであると判定すると、時刻補正部２１２は、上述した補正処理として、同期信号Ｔ０のサンプリング周期（１０ミリ秒）に（ｎ―１）の数を乗じて得られる時間を、ｎ回目の検出時刻に加算する処理を実行する（ＳＴ１０７）。本例では、ｎ＝３であるため、時刻補正部２１２は、現在のタイミングｔ５に２０ミリ秒加算された時刻を時刻情報としてセットする。タイミングｔ５を内部時刻の正秒（００秒）と校正される場合には、さらに２０ミリ秒が加算された時刻に内部時計（クロック部２１１）が校正される。

内部時計の校正後、時刻補正部２１２は、現在のタイミングｔ５の同期信号Ｔ０の判定結果を１回前のタイミングの同期信号Ｔ０の判定結果として更新する。同様に、１回前のタイミングｔ４の同期信号Ｔ０の判定結果を２回前の同期信号Ｔ０の判定結果として更新し、２回前のタイミングｔ３の同期信号Ｔ０の判定結果を３回前のタイミングの同期信号Ｔ０の判定結果として更新する（ＳＴ１０８）。

ＳＴ１０８は、ＳＴ１０３～ＳＴ１０５における判定結果が「Ｎｏ」の場合（同期信号Ｔ０がＬレベルの場合）において、３回連続して同期信号がＨレベルであることを検出するための処理である。したがって、ＳＴ１０６で「Ｙｅｓ」と判定された時点で当該処理を行うことなく時刻同期処理を終了させてもよい。

本実施形態によれば、同期信号をｎ（ｎは２以上の自然数）回連続して検出したとき、その検出回数に対応する補正処理を施すことで内部時計を校正するようにしているため、内部時刻と実際の時刻との誤差を同期信号Ｔ０のサンプリング周期（１０ミリ秒）以下にまで短縮することができる。これにより、内部時計（クロック部２１１）の高精度な校正処理を実現することができる。

上述の時刻同期処理は、典型的には、所定時間ごとに実行される。通常、光ビーコンの内部時計は、発振器等のハードウェアの動作バラツキを要因として、例えば、５分で１５ミリ秒のずれが生じる。このため、上述の時刻同期処理を、例えば、３分～５分ごとに行うようにしてもよい。

（路線信号情報提供処理）
続いて、車載器Ｖｍへ送信される路線信号情報の提供処理について説明する。図６は、光ビーコン２０において実行される路線信号情報提供の処理手順の一例を示すフローチャートである。

制御部２１は、中央装置５０から路線信号情報を取得したとき、取得した路線信号情報をメモリ２２へ格納（登録）する（ＳＴ２０１）。

制御部２１は、路線信号情報が登録されている場合、内部時計（クロック部２１１）から現在時刻を取得する（ＳＴ２０２）。ここでいう現在時刻は、上述した時刻同期処理後の内部時計（クロック部２１１）で計時される１００ミリ秒単位の時刻をいう。

続いて、制御部２１は、取得した現在時刻と基準点時刻との差である経過時間を算出する（ＳＴ２０３）。基準点時刻とは、路線信号情報に付与されている信号灯器１の動作に関する基準時刻をいう。経過時間は、１００ミリ秒単位の時間とする。

続いて、制御部２１は、車載器Ｖｍからアップリンクの受信の有無を判定する（ＳＴ２０４）。アップリンクは、道路Ｒ１を走行する車両Ｖから光ビーコン２０へ送信される信号であって、典型的には、当該車両Ｖに関する情報や光ビーコン２０が保有する路線信号情報の提示要求が含まれる。

制御部２１は、アップリンクを受信したとき、当該車載器Ｖｍへ路線信号情報の提供を許可するか否かを判定する（ＳＴ２０５）。例えば、受信したアップリンクに路線信号情報の提示要求が含まれていない、光ビーコンが現在時刻を取得できていないなどの例外がある場合を除き、制御部２１は、路車間通信部２５を介して路線信号情報を車載器Ｖｍへ送信する（ＳＴ２０６）。

本実施形態によれば、ＳＴ２０２で取得される現在時刻が高精度に校正された内部時計を基に取得されるため、信号灯器１の基準点時刻からの経過時間を非常に高い精度で算出することができる。これにより、信頼性の高い路線信号情報を車載器Ｖｍへ提供することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の実施形態では、時刻同期処理において同期信号Ｔ０の検出回数を３回（ｎ＝３）としたが、これに限定されず、２回あるいは４回以上であってもよい。同期信号のサンプリング周期も１０ミリ秒に限られず、１０ミリ秒未満でもよいし、１０ミリ秒を超える時間であってもよい。

また、以上の実施形態では、時刻同期処理における補正処理として、同期信号Ｔ０のサンプリング周期に（ｎ―１）の数を乗じて得られる時間を、ｎ回目の検出時刻に加算する処理を例に挙げて説明したが、その加算値に対して所定の長さの時間がさらに加算あるいは減算されてもよい。上記所定の長さの時間は、典型的には、サンプリング周期よりも短い時間（例えば、サンプリング周期の半分以下の時間）とされる。

さらに以上の実施形態では、路車間通信装置として光ビーコンを例に挙げて説明したが、これに限られず、電波ビーコンであってもよい。

１…信号灯器
１０…信号制御装置
２０…光ビーコン
２１…制御部
２２…メモリ
２３…取得部
５０…中央装置
１００…交通制御システム
２１１…クロック部（内部時計）
２１２…時刻補正部
Ｖｍ…車載器

Claims (3)

1. 路線信号情報を送信する路車間通信装置であって、
   ミリ秒単位で内部時刻を計時する内部時計と、
   現在時刻に関連する情報を含み、秒単位の第１の周期で送信されるパルス状の同期信号を取得する取得部と、
   前記第１の周期よりも短い第２の周期で前記同期信号をサンプリングし、前記同期信号をｎ（ｎは２以上の自然数）回連続して検出したとき、その検出回数に対応する補正処理を施して前記内部時計を校正する時刻補正部と
   を具備し、
   前記時刻補正部は、前記補正処理として、前記第２の周期に（ｎ―１）の数を乗じて得られる時間を、ｎ回目の検出時刻に加算する処理を実行する
   路車間通信装置。
2. 請求項１に記載の路車間通信装置であって、
   前記第２の周期は、１０ミリ秒単位の周期である
   路車間通信装置。
3. 請求項１又は２に記載の路車間通信装置であって、
   前記路車間通信装置は、光ビーコンである
   路車間通信装置。

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