JPH01312410A - 車両位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は主に道路上を走行する自動車等の車両や、あら
かじめ決められたコースを主に走行する自立走行車にお
いて、現在位置を精度良く求めるために利用する、車両
位置検出装置に関する。

従来の技術 走行する自動車内で自車の現在位置を求める方法として
、距離センサと方位センサを用い、出発地からの相対位
置として現在位置を求める方法があるが、センサの誤差
が累積して次第に精度が悪くなる欠点がある。このため
、近年、地図データと走行中得られたデータとを比較し
、推測位置を修正して、累積誤差を吸収し精度を向上さ
せようとするマツプマツチング技術の開発が盛んである
。

このような装置及び方法として、例えば特開昭６１−５
８９１０号公報に提案された車両ナビゲーション装置及
びその方法がある。第４−ａ図にその構成図を、第４−
ｂ図および第５図に動作説明図を示す。第４−ａ図で方
位センサ４０４と距離センサ４０５とから入力された情
報を、コンピュータ４０１で地図記憶媒体４０２に記憶
された道路データと比較して推測位置を修正し、制御コ
ンソール４０６から与えた制御内容をもとに表示装置４
０３から車両の位置を地図と共に出力する。

この方法の基本は次のとおりである。車両が存在する可
能性のある範囲がセンサ誤差の累積により２次元地図上
で広がってい（が、２次元上で車両の存在する確率が等
しい等確率の輪郭を考え、この等確率輪郭が２次元地図
上の道路線分と交差するとき、その道路上を走行してい
る可能性があるとし、この後さらに詳細な判定に移る。

この等確率輪郭は、第４−ｂ図の輪郭４１０゜４１１．
４１２のように通常走行するに従い大きくなっていき、
等確率輪郭４１２と道路４１３のように等確率輪郭と道
路線分が交、差するとその道路上を走行している可能性
があるとする。この等確率輪郭は、道路上を走行してい
ると判断して車両の推測位置を道路上に移動させるとき
以外は、走行するに従い大きくなる。

第５図に示すように、車両が点ＰＯからＰｌまで移動し
た結果、等確率輪郭を表す長方形の４頂点が（Ｒ）、　
　（Ｓ）、　　（Ｔ）、　　（Ｕ）となったとする。さ
らに点Ｐ１からＰ２まで、走行距離がＤ１進行方位がＨ
で移動したとする。同一座標上で等確率輪郭を比較する
ために長方形（Ｒ）（Ｓ）（Ｔ）（Ｕ）を点Ｐ１から点
Ｐ２まで移動して長方形Ｒ３ＴＵ　（点線）とし、点Ｐ
２を原点とするＸ−Ｙ座標で考えることにする。この座
標系において、古い等確率輪郭の長方形の４頂点の座標
を（Ｒｘ＋　　Ｒｙ）＋　　（Ｓｘ、Ｓｙ）＋　　（Ｔ
ｘ＋　　Ｔｙ）。

（Ｕｘ、Ｕｙ）とする。走行距離検出手段の予想誤差を
Ｅｄ、　　進行方位検出手段の予想誤差をＥｈとすると
、新しい等確率輪郭を表す長方形（実線）の４頂点の座
標（Ｒｘ　’　＋　　Ｒｙ　’　）　＋　　（Ｓ　ｘ　
’　。

Ｓｙ’　Ｌ　　（Ｔｘ’、Ｔｙ’　Ｌ　　（Ｕｘ’＋　
　Ｕｙ′）は、次のようになる。

Ｒｘ’　：Ｒｘ−Ｅｄ−Ｄｘ−Ｅｈ−ＤｙＲｙ’　　：
Ｒｙ−Ｅｄ−Ｄｙ＋Ｅｈ−ＤｘＳｘ’　：Ｓｘ＋Ｅｄ−
Ｄｘ−Ｅｈ−ＤｙＳｙ’　＝Ｓｙ＋Ｅｄ−Ｄｙ＋Ｅｈ−
ＤｘＴｘ’　　＝Ｔｘ＋Ｅｄ−Ｄｘ＋Ｅｈ−ＤｙＴｙ’
　＝Ｔｙ＋Ｅｄ−Ｄｙ−Ｅｈ−ＯｘＵｘ’　　＝Ｕｘ−
Ｅｄ−Ｄｘ十Ｅｈ−Ｄｙυｙ’　＝Ｕｙ−Ｅｄ−Ｄｙ−
Ｅｈ−Ｄｘただし、 Ｄｘ＝Ｄ−ｃｏｓ（Ｈ） Ｄｙ＝Ｄ・５ｌｎ（Ｈ） とする。

これらの演算の繰り返しにより、現在位置存在の等確率
輪郭を拡大していった後、道路データと比較することに
より推測位置を道路上に移動させるかどうかの判断を行
う。

発明が解決しようとする課題 上記の従来の方法では、車両が直進している間はよいが
、途中で進行方位を変えた場合には等確率輪郭が不正確
となる。この例を第６図に示す。

この図において、車両は点６００から６０１゜６０２．
８０３と走行したとする。距離検出予想誤差Ｅｄと方位
検出予想誤差Ｅｈが一定のとき、従来の方法によると等
確率輪郭を表す長方形は上述の式から算出され、点６０
１，８０２．８０３に対し長方形６１１．Ｅ３１２．６
１３となる。この図かられかるように等確率輪郭は出発
点から遠ざかると大きくなるが、点θ０７のように進行
方位を変えて出発点に近づく場合長方形６１７のように
反対に小さくなり、出発点に戻ってきた場合には点（長
方形６１８）となって誤差は存在しないことになる。こ
の傾向は距離検出予想誤差と方位検出予想誤差が変動す
る場合にも言うことができるが、推測航法の場合、ある
距離を走行した結果誤差が零ということは考えられない
。等確率輪郭がこのように不正確で特に小さ過ぎると、
この後の道路データと照合する処理において、検索範囲
が小さ過ぎるために正しい道路を探せないことになる。

なお、６１４〜６１６は途中経過点６０４〜６０６にお
ける長方形の形状を示す。

この結果、走行軌跡を地図と整合させるとき、整合すべ
き道路が見つからずに推測航法による誤差が累積して精
度が悪くなり、さらに等確率輪郭が小さ過ぎるために正
しい道路が含まれていないので別の誤った道路に整合さ
せてしまい、位置検出精度が非常に悪くなることがあっ
た。このように従来の等確率輪郭を用いる方法では位置
精度が課題を解決する手段 ム 本発明は上記課題を解決するため、車両の走行距離を検
出する走行距離検出手段と、車両の進行方位を検出する
進行方位検出手段と、車両の推測位置を記憶する推測位
置記憶手段と、前記走行距離検出手段で検出された走行
距離と前記進行方位検出手段で検出された進行方位とか
ら車両の相対移動量を演算し前記推測位置記憶手段に記
憶された推測位置の座標値に積算して車両の推測位置を
演算し前記推測位置記憶手段に再び記憶させる推測位置
演算手段と、前記走行距離検出手段から得た走行距離と
前記進行方位検出手段から得た進行方位とから車両の進
行方位別の累積走行距離を演算し記録する方位別走行距
離記録手段と、これに記録されたデータから最も長い距
離を走行した進行方位を演算する最長進行方位演算手段
と、この最長進行方位と前記推測位置演算手段で演算し
た推測位置と前記方位別進行方位記録手段に記録された
データとから現在位置存在範囲を演算する現在位置存在
範囲演算手段と、道路データを記憶させた地図記憶手段
と、これに記憶された各道路の位置と方位と前記現在位
置存在範囲演算手段で演算された現在位置存在範囲と前
記進行方位検出手段から得た進行方位とから車両が走行
している道路を決定してこの道路上に前記推測位置記憶
手段に記憶された推測位置を修正させ°る地図整合演算
手段と、前記推測位置記憶手段に記憶された推測位置を
出力する出力手段とを備えるものである。

作用 本発明は上記構成により、走行距離検出手段で検出され
た距離と進行方位検出手段で検出された方位とから推測
位置演算手段で積算により推測位置を求め、一方、方位
別走行距離記録手段で進行方位別の累積走行距離を記録
し、この結果により累積走行距離の最も長い方位を最長
進行方位演算手段で求め、この方位と方位別走行距離記
録手段で記録された各方位の距離とから現在位置存在範
囲を求め、この範囲内の道路を地図記憶手段に記憶され
た地図データを用いて地図整合演算手段で調べ、進行方
位と道路方位などを比較照合することにより車両が走行
している道路を求めて推測位置をこの道路上に補正する
ので、主として道路上を走行する車両の位置を正確に求
めることが可能となる。

実施例 第１図は本発明の一実施例における構成図である。１０
１は走行距離検出手段であり、車輪の回転数を測定する
などして車両の走行距離を検出する。１０２は進行方位
検出手段であり、地磁気センサなどを用いて車両の進行
方位を検出する。１０４は車両の推測位置を記憶する推
測位置記憶手段である。１０３は推測位置演算手段で、
推測位置記憶手段１０４に記憶された過去の車両の推測
位置から、走行距離検出手段１０１で検出された走行距
離分だけ、進行方位検出手段１０２で検出した進行方位
に進める演算を行って、その結果を新しい車両の推測位
置として推測位置記憶手段１０４に再び記憶させる。１
０５は方位別走行距離記録手段で進行方位を分類して、
それぞれの進行方位ごとに累積走行距離を計算して記録
する。１０６は最長進行方位演算手段で方位別走行距離
の記録データから累積走行距離が最も長い進行方位を調
べる。１０７は現在位置存在範囲演算手段で最長進行方
位と方位別走行距離データと推測位置とから、現在位置
が存在する可能性のある範囲を例えば長方形として求め
る。１０８は地図記憶手段で、道路を折れ線で近似し、
折れ線を表現する座標データとして道路データが記憶さ
れる。１０９は地図整合演算手段で、現在位置存在範囲
を示す長方形の中に含まれる道路データを探し、進行方
位と道路方位との差などから走行中の道路を決定し、も
し決定できれば推測位置をこの道路上に修正する。１１
０は出力手段で、以上のようにして得られた車両の推測
位置を出力する。これは、単に推測位置を表示する表示
装置であってもよいし、地図上に推測位置を表示する表
示装置であってもよい。また、推測位置データを出力す
る回線や通信のための出力装置であってもよいし、音声
出力装置であってもよい。

第２図は上記一実施例における動作説明図である。この
図において、車両の初期位置を点２０１とし、この座標
を（Ｘ　０１　　Ｙ　ｏ　）とする。この座標は、推測
位置記憶手段１０４に記憶されてあり、機器設置時には
手動で入力するか、電波航法など外部情報により設定さ
れるものであるが、−度設定されると前回車両が停車し
た位置を記憶させることにより再設定の必要はない。車
両が走行し、走行圧ｍ検出手段１０１でＤだけ走行した
と検出され、進行方位検出手段１０２でそのときの進行
方位がＨであったとすると、推測位置演算手段１０３で
は従来の方法と同様に、 ＸＩ：Ｘｏ＋Ｄ−ｃｏｓ（Ｈ） ＹＩ＝Ｙｏ＋Ｄ−ｓｉｎ（Ｈ） の推測航法演算を行い、この結果である（Ｘｌ。

Ｙｌ）を推測位置記憶手段１０４に記憶させる。

この（Ｘｉ、Ｙｌ）を（Ｘｏ、Ｙｏ）に代入して上記演
算を繰り返すことにより次々に車両の推測位置を求めて
いき、推測位置２０２に到達したとする。

センサの誤差による現在位置推定の累積誤差は出発点か
ら走行するにつれ大きく°なっていき、現在位置存在範
囲が広がっていく。この現在位置存在範囲としての長方
形の求め方を以下に説明する。

出発点２０１の座標を（Ｘ　０１　　Ｙ　ｏ　）、出発
点から推測位置２０２までの距離をＬｌ　　出発点２０
１から推測位置２０２（Ｘｃ、Ｙｃ）への方位をＡとす
ると、 Ｌ＝ｓｑｒ［（Ｘｃ−Ｘｏ）”＋（Ｙｃ−Ｙｏ）２コＡ
：ａｒｃｔａｎ［（Ｙｃ−Ｙｏ）／（Ｘｃ−Ｘｏ）］と
表される。ただし、ａｒｃｔａｎの計算は、０°〜３６
０°の結果が得られるよう対処が必要である。距離セン
サの予想誤差をｅ　ｄ、　方位センサの予想角度誤差を
ｅｈとすると、現在位置存在範囲を表す扇型は第２図に
おいて方位誤差が±ｅｈ１距離誤差が±Ｌ・ｅｄとなる
。この扇型を計算機で取り扱いやすい長方形として近似
する場合、扇型に外接する長方形が現在位置存在範囲と
して最適で、これから後は、現在位置存在範囲としてこ
の扇型に外接する長方形を扱うこととする。単位長走行
したときの外接長方形の前方部分の大きさを前方誤差Ｅ
ｆとし、後方、右方、左方部分についてもそれぞれ後方
誤差Ｅｂ、　　右方誤差Ｅｒｚ　左方誤差Ｅｌとすると Ｅｆ＝ｅｄ Ｅｂ：１−（＋−ｅｄ）・ｃｏｓ（ｅｈ）Ｅｒ：（１＋
ｅｄ）・５ｌｎ（ｅｈ） Ｅｒ’＝（１＋ｅｄ）・５ｌｎ（ａｈ）となる。例えば
、点２０２において現在位置存在範囲は長方形２０３と
して近似する。点２０１から点２０２へ北進し、点２０
２から北東に進んで点２０４まで到達したとする。こ、
のときも現在位置存在範囲は広がっていくが、点２０２
から点２０４へ進んだ分に対しては、その区間走行距離
と進行方位とから長方形２０５のように広がる。ところ
が、もともと長方形２０３内のいずれかの点が現在位置
であった。このため、長方形２０３を点２０４の位置ま
で平行移動した長方形２０６（点線）を考えると、長方
形２０５をその中心が長方形２０６の内部に含まれる範
囲で移動させた包絡線が現在位置存在範囲となる。これ
は、８角形となるが外接長方形で近似すると長方形２０
７が現在位置存在範囲となる。この長方形２０７の長辺
方向は長方形２０３の長辺方向と同じだが、このまま北
東に進み点２０７まで到達して進行方位別の走行距離が
北向きと北東向き共に等しくなってから後は、北東向き
の走行分の方が長くなるので現在位置存在範囲の長方形
も北東を基準とした方が誤差が少なくなる。第２図では
点２０８まで到達したときの現在位置存在範囲は長方形
２０９のようになる。この例かられかるように、現在位
置存在範囲を近似する長方形の方向は、これまでに最も
・長く進んだ進行方位を基準とすると最も誤差が少ない
。また、現在位置存在範囲を近似する長方形の大きさは
その方向と進行方位別の累積走行距離から演算するが、
演算方法をこれから詳しく述べる。

まず、方位別走行距離記録手段では、方位の３６０°を
Ｎｄ（例えば６４）に等分割するとし、今回の進行方位
をＢｖ（単位は度でＯｏ以上３６０°未満とする）、走
行距離をＬｖとして、量子化された進行方位Ｂｄは、 Ｂｄ＝Ｉｎｔ（Ｂｙ−Ｎｄ／３１１ｉ０）となる。方位
別走行距離の配列をＬｔ　［Ｂｄ］とすると、 Ｌｔ［Ｂｄ］＝Ｌｔ［Ｂｄコ＋Ｌｖ として方位別の累積走行距離を記録する。

次に最長進行方位演算手段では、Ｌｔ［Ｂｄ］が最大と
なるＢｄを求めて、これをＢｄｍａｘとする。この量子
化された方位であるＢｄｍａｘを、単位が度である角度
に戻し、これをＢｖｍａｘとすると、 Ｂｖｍａｘ：Ｂｄｍａｘ・３ＧＯ／Ｎｄとなり、これが
求める最長進行方位である。

次に現在位置存在範囲演算手段では、長方形に近似した
現在位置存在範囲を求める。この長方形の一辺の方向を
Ｂａとすると、 Ｂａ＝Ｂｖｍａｘ とする。次に長方形の推測位置より前方部分の長さをＤ
ｆ、　　後方部分の長さをＤｂ、　　右方部分の長さを
Ｗｒｓ　　左方部分の長さをＷｌとすると、すでに述べ
たＥｆｌ　Ｅｂｌ　Ｅｒｔ　　Ｅｌを用いてＮｄ−１ Ｄｆ＝Σ［Ｌｔ［Ｉ］・（Ｅｆ　−ａｂｓ［ｃｏｓ（１
Ｇ−Ｂａ）］１：０　　　　　　　　＋Ｅｌ−ａｂｓ［
５ｌｎ（１−Ｇ−Ｂａ）コ）コｄ−１ Ｄｂ＝　Σ　［Ｌｔ［Ｉコ・（Ｅｂ−ａｂｓ［ｃｏｓ（
１＝（ｉ−Ｂａ）コＩ：０　　　　　　　　＋Ｅｒ−ａ
ｂｓ［５ｌｎ（１−Ｇ−Ｂａ）月コｄ−１ Ｗｒ＝　Σ　［Ｌｔ［Ｉコ−（Ｅｒ　・ａｂｓ［ｃｏｓ
（１−Ｇ−Ｂａ）コ１：０　　　　　　＋Ｅｒ−ａｂｓ
［ｓｉｎ（１・ｃ−Ｂａ）］）］ｄ−１ Ｗｌ＝　　Σ　［Ｌｔ［Ｉコ−（Ｅｌ　−ａｂｓ［ｃｏ
ｓ（１・Ｇ−Ｂａ）］１：０　　　　＋Ｅｂ−ａｂｓ［
５ｌｎ（１−Ｇ−ｔｌａ）月］と表される。ただし、Ｇ
＝３６０／Ｎｄとする。

さらに、推測位置を（Ｘ　ＣＩ　　Ｙ　ｃ　）とすると
、求める現在位置存在範囲を近似した長方形の４頂点の
座標（Ｒｘ、Ｒｙ）、　　（Ｓｘ、Ｓｙ）、　　（Ｔｘ
。

Ｔｙ）、　　（Ｕｘ、　　Ｕｙ）　は、Ｒｘ＝Ｘｃ−Ｄ
ｂ−ｃｏｓ（Ａ）−１ｆｌ・５１ｎ（Ａ）Ｒｙ：Ｙｃ＋
ＷＩ　−ｃｏｓ（Ａ）−Ｄｂ−ｓｉｎ（Ａ）Ｓｘ＝Ｘｃ
＋Ｄｆ−ｃｏｓ（Ａ）−Ｗｌ・５ｌｎ（Ａ）Ｓｙ：Ｙｃ
＋Ｗｌ　−ｃｏｓ（Ａ）＋Ｄｆ・５ｌｎ（Ａ）Ｔｘ：Ｘ
ｃ＋Ｄｆ−ｃｏｓ（Ａ）＋Ｗｒ”５ｌｎ（Ａ）Ｔｙ＝Ｙ
ｃ−Ｗｒ−ｃｏｓ（Ａ）＋Ｄｆ＝ｓｌｎ（Ａ）Ｕｘ＝Ｘ
ｃ−Ｄｂ−ｃｏｓ（Ａ）＋Ｗｒ−ｓｌｎ（Ａ）Ｕｙ＝Ｙ
ｃ−Ｗｒ−ｃｏｓ（Ａ）−Ｄｂ−ｓｉｎ（Ａ）となる。

第３図に、このような演算方法によって求めた現在位置
存在範囲の変化の例を示す。従来例として第５図で説明
したときと同じ走行コースであるが、点３００を出発し
、点３０１，３０２と走行したとき、現在位置存在範囲
は長方形３１１，３１２と太き（なる。同様に点３０３
〜３０６へ走行したとき長方形３１３〜３１６に示すよ
うに大きくなる。点３０７のように再び出発点に近づく
場合も現在位置存在範囲は長方形３１７のようになり、
累積誤差の増加を反映して広がる。出発点３００に戻っ
てきても現在位置存在範囲は長方形３１８となり、従来
例のように点になることはない。

このように決定した現在位置存在範囲を表す長方形を用
いて、次の地図整合手段では、この長方形の内部の道路
セグメントを、地図記憶手段に記憶された道路データを
用いて探す。このうち、各道路セグメントの方位と進行
方位Ｈの角度差が一定値以上の道路セグメントを候補か
ら落し、残った候補道路セグメントのうちで、最も推測
位置（Ｘｅ、Ｙｃ）との距離が短い道路セグメントを選
択し、推測位置からこの道路セグメントに降ろした垂線
の足の座標値を新しい推測位置（Ｘｅ、　　ＹＣ）とし
て推測位置記憶手段に記憶させる。この修正の時、現在
位置存在範囲は、例えば点として新たな出発点としても
よいし、−辺が道路幅となるような小さな長方形として
もよい。これらの繰り返しにより、正確な現在位置を求
めていく。

なお、現在位置存在範囲を示す長方形を用いて地図と整
合する方法については、先に引用した従来の地図整合の
方法で行ってもよい。

発明の効果 以上、実施例から明らかなように本発明は、出発点から
の相対位置によって決まる現在位置存在範囲または現在
位置の存在する等確率輪郭を求めるのでなく、最長進行
方位と方位別走行距離の記録データとから求めるので、
途中で進行方向が変わって出発点に近づくような場合に
おいても、現在位置の存在する可能性のある範囲を最適
に求めるので、地図データとの整合を誤る可能性を低減
し、車両の位置を正確に求めることが可能になるという
優れた効果を有する車両位置検出装置を実現できるもの
である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図および
第３図は本実施例の動作説明図、第４（２１ａ　は従来
例の構成図、第４１ｆｆｌｂ　　と第５図および第６図
は従来例の動作説明図である。 １０１・・・走行距離検出手段、１０２・・・進行方位
検出手段、１０３・・・推測位置演算手段、１０４・・
・推測位置記憶手段、１０５・・・方位、津走行距離記
録手段、１０６・・・最長進行方位演算手段、１０７・
・・現在位置存在範囲演算手段、１０８・・・地図記憶
手段、１０９・・・地図整合演算手段、１１０・・・出
力手段。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第２図 ＼ Ｖ／ 第５図 γ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　車両の走行距離を検出する走行距離検出手段と、車両
   の進行方位を検出する進行方位検出手段と、車両の推測
   位置を記憶する推測位置記憶手段と、前記走行距離検出
   手段で検出された走行距離と前記進行方位検出手段で検
   出された進行方位とから車両の相対移動量を演算し前記
   推測位置記憶手段に記憶された推測位置の座標値に積算
   して車両の推測位置を演算し前記推測位置記憶手段に再
   び記憶させる推測位置演算手段と、前記走行距離検出手
   段から得た走行距離と前記進行方位検出手段から得た進
   行方位とから車両の進行方位別の累積走行距離を演算し
   記録する方位別走行距離記録手段と、これに記録された
   データから最も長い距離を走行した進行方位を演算する
   最長進行方位演算手段と、この最長進行方位と前記推測
   位置演算手段で演算した推測位置と前記方位別進行方位
   記録手段に記録されたデータとから現在位置存在範囲を
   演算する現在位置存在範囲演算手段と、道路データを記
   憶させた地図記憶手段と、これに記憶された各道路の位
   置と方位と前記現在位置存在範囲演算手段で演算された
   現在位置存在範囲と前記進行方位検出手段から得た進行
   方位とから車両が走行している道路を決定してこの道路
   上に前記推測位置記憶手段に記憶された推測位置を修正
   させる地図整合演算手段と、前記推測位置記憶手段に記
   憶された推測位置を出力する出力手段とを備えたことを
   特徴とする車両位置検出装置。