JPH0518765A

JPH0518765A - 車両位置検出装置

Info

Publication number: JPH0518765A
Application number: JP17252691A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ihara; 康博井原; Mitsuhiro Yamashita; 光洋山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-07-12
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1993-01-26

Abstract

(57)【要約】【目的】方位センサとして角速度センサを用いると
き、車体のロールによりセンサが傾くために発生する方
位検出誤差による現在位置検出精度の低下を防ぐ。【構成】方位誤差推測手段１０４で方位センサ１０１
と距離センサ１０２の出力から車体の傾きによる検出方
位の誤差を推測し、現在位置推測手段１０３で現在位置
を算出するときに方位センサから出力された方位を推測
した誤差分だけ補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に道路上を走行する
車両の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ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の車両位置検出装置として、例えば
特開平2ー130415号に示されているものがある。図８に従
来技術の構成をブロック図で示す。

【０００３】距離センサ８１はタイヤの回転に応じて単
位走行距離毎のパルス信号を出力するもので、パルス数
をカウントすることにより、車両の走行距離を知ること
ができる。方向センサ８２は車両の旋回角速度(ヨーレ
ート)を検出し、車両の旋回角度に比例した信号を出力
する。両センサの出力信号は信号処理装置８３に入力さ
れ、ここでは車両の位置がＸ−Ｙ座標上で逐次演算によ
って求められる。単位距離走行する毎に算出された位置
情報は走行軌跡記憶装置８４に記憶される。道路データ
は地図情報記憶媒体８５に記憶されたものから記憶媒体
再生装置８６によって必要な部分のみが選択的に読み出
される。信号処理装置８３によって算出された現在位置
は周辺の道路地図と重ね合わせて表示装置８７に表示さ
れる。操作装置８８は表示する地図の縮尺率の変更や表
示方向の変更を指示するものである。

【０００４】従来例によれば、車両の距離センサ８１と
方向センサ（旋回角センサ）８２から走行軌跡を求めた
後、走行軌跡を一定距離の直線で折線近似しておき、一
方で現在走行中の道路上およびその道路から分岐する全
ての道路上に車両の推定現在位置をそれぞれ設定し、道
路も軌跡と同様に折線近似する。次に軌跡を構成する折
線ベクトルと道路を構成する折線ベクトルのずれが最小
になるように軌跡と道路を合わせる。この処理を全ての
道路について行い、ベクトルのずれが最小となった道路
上の推定現在位置を現在位置としていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術
による車両位置検出装置においては、方位センサとして
用いる高精度の旋回角センサの方位検出誤差を地図整合
演算時に道路データとのずれが最小になる様に補正して
いたため、ロールやバンクにより車体が傾き方位誤差が
拡大し、かつ地図整合演算が行われない時には正確な位
置検出ができなくなるという課題を有していた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明では、第１の手段として方位センサと距離セ
ンサの出力信号から車両のロール量を推測し、それに伴
う方位検出誤差を算出する方位誤差推測手段を設け、方
位を修正した後に現在位置推測演算を行うことを特徴と
する。

【０００７】また第２の手段として方位誤差推測手段で
算出した方位誤差を用いて地図整合演算時に許容方位誤
差を変更する地図整合演算手段を有することを特徴とす
る。

【０００８】さらに第３の手段として地図整合演算手段
で整合したカーブ通過前後での車両の進行方位と道路デ
ータの方位の変化量をそれぞれ求め、その差から方位誤
差推測手段で用いる誤差係数を算出し、更新する誤差係
数算出手段を設け、車両に依存する方位誤差係数を自動
的に求めることを特徴とする。

【０００９】

【作用】第１の手段によると、車体のロールによる検出
方位の誤差量を推測し、誤差量を用いて補正した走行軌
跡で道路データとの整合演算を行うために正確な位置検
出を行うことができる。

【００１０】また第２の手段によると、車体のロールに
よる検出方位の誤差量を用いて地図整合演算時に許容方
位誤差を変更するために、ロールによる方位誤差が増大
した時には道路への引き込みの条件が緩くなり、方位誤
差が発生したときでも正確な位置検出を行うことができ
る。

【００１１】さらに第３の手段によると地図整合演算手
段で整合した進行方位と道路データの方位変化量の差か
ら方位誤差推測手段で用いる誤差係数を算出、更新して
車両に依存する方位誤差係数を自動的に求めることによ
り方位誤差の推測精度が向上し、正確な位置検出を行う
ことができる。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。

【００１３】図４は本発明の実施例に適用する車両位置
検出装置のハード構成図である。１は高精度の方位セン
サであり、本実施例では光ファイバジャイロ（以下、光
ジャイロと呼ぶ）を用いる。この他にも例えば振動レー
トジャイロ、ガスレートジャイロなどが用いられる。２
は距離センサでタイヤの回転に応じて一定の距離を走行
する毎にパルス信号を出力する。３は道路データ記憶装
置であり、例えば道路データを記憶したＣＤ−ＲＯＭと
それを読み出すＣＤ−ＲＯＭプレーヤが使用される。４
は演算処理装置でセンサデータと道路データを読み込む
ためのＩ／Ｏを備えたマイクロコンピュータである。各
センサデータは単位時間(例えば0.1秒)毎にA/D変換され
た後に入力される。５はディスプレイ等の表示装置であ
る。

【００１４】図１は本発明の第１の実施例に適用する車
両位置検出装置のブロック図である。

【００１５】図１において１０１は高精度の方位センサ
であり、本実施例では光ジャイロを用いる。１０２は距
離センサで車輪速センサや車軸センサが用いられる。１
０３は現在位置推測手段であり、方位センサと距離セン
サから基準位置に対する車両の現在位置の算出を行う。
また、前回算出された位置と今回求めた現在位置の間を
直線補間することにより車両の走行軌跡をつくる。１０
４は方位誤差推測手段であり、方位センサと距離センサ
の出力から車両のロール量を推測してそれに伴う方位誤
差を算出する。この方位誤差を用いて現在位置推測手段
１０３では作成した軌跡を修正する。１０５は地図記憶
手段であり、道路をベクトルデータの集合として記憶す
る。１０６は地図整合演算手段であり、現在位置推測手
段１０３で算出された車両の現在位置と走行軌跡と、地
図記憶手段１０５から読み出された道路データから整合
演算を行い、車両の現在位置を道路上に修正する。１０
７は地図整合演算手段１０６で算出された車両の現在位
置を車両に搭載されたディスプレイ等に表示する出力手
段である。

【００１６】以上のように構成された第１の実施例の車
両位置検出装置について、以下にその動作を説明する。
なお、本発明はハードウェアでも実現できるが、本実施
例ではマイクロコンピュータ等を用いてソフトウェアで
処理した場合について述べる。第１の実施例では傾斜セ
ンサを搭載することなく車体のロール量を推測し、それ
に伴う方位誤差を算出することにより方位精度の向上を
実現し、高精度の位置検出を行うことを目的とする。

【００１７】図５は第１の実施例における位置検出の手
順を示すフローチャートであり、これに従って動作を説
明する。機器設置時には初期位置の設定が必要であり、
車両の位置の座標を手動で入力するか電波航法等の外部
情報により設定されるが、一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
いため通常は初期位置の設定は不要である。方位センサ
に光ジャイロ、振動レートジャイロなどの車両の旋回角
度を検出するセンサを使用するときも同様に一度手動か
外部情報による絶対方位の設定を行うと、通常は設定の
必要はない。

【００１８】まずステップ５０１で、方位誤差の算出に
使用する区間での走行距離と相対方位(進行方位の変化
角)をクリアする。ステップ５０２では距離センサ、方
位センサからの出力を単位時間(例えば０．１秒)毎に検
出し、区間走行距離と区間相対方位を更新する。ステッ
プ５０３では車両が単位距離(例えば10m)走行したかど
うかを区間走行距離が単位距離を越えたかどうかで判定
する。越えていない時にはステップ５０２を繰り返し、
越えたときにはステップ５０４以降の処理に移る。ス
テップ５０４は方位誤差推測手段に相当し、車体のロー
ル量を検出し、それに伴う方位誤差を算出する。以下詳
細に説明する。

【００１９】方位センサとして光ジャイロを用いると、
オフセットの高い安定性、微少なスケール誤差、高い分
解能などのセンサ特性により非常に高精度の方位検出が
可能になる。よって一度絶対方位を設定すると距離セン
サから求めた走行距離を用いて高精度の軌跡を得ること
ができるため、道路データとの整合が取り安く高精度の
位置検出が可能になる。しかし、光ジャイロは停車時の
車体に路面と水平になるように取り付けられているた
め、車体の傾き(ロール)が少ないときには正確な旋回角
度を検出できるが、図６に示すように急カーブ等で遠心
力により車体がローリングした時には検出誤差が生じ
る。このときにはロール角θrだけ傾いた平面上に角速
度の検出量が投影されるため、検出角度がcosθr倍され
ることになる。従って、検出誤差は旋回角度に(1-cosθ
r)を掛けた角度になる。通常走行での方位検出精度が非
常に高いため、このようなロールによる方位検出誤差が
問題となる。

【００２０】車両の傾きを検出する傾斜センサを搭載し
て光ジャイロによる検出方位を補正することはもちろん
可能であるが、本発明では従来と同様の構成で車両の傾
きを推測する。ロール角度と旋回時の遠心力の関係は車
両の重量、重心高、前後サスペンションのロール剛性、
タイヤのリム径・偏平率・内圧・ゴム質等によって変化
するため、車両に依存する関数になるが、通常走行の範
囲内では比例関係としてよい。遠心力は速度の２乗に比
例し、旋回半径に反比例する。車重にも比例するが、こ
れは定数であるのでその他の要素と共に一つの定数にま
とめる。

【００２１】速度はセンサ出力を０．１秒毎に取ること
から区間走行距離を走行するのに要した時間を求めるこ
とにより、算出できる。旋回半径は走行距離と相対角度
から算出できる。以上のことから方位誤差θ_errを以下
の式により算出する。なお、区間相対方位の符号が正の
時を左旋回、負の時を右旋回とする。 θ_err = -Ta ×｛1 - cos(a ×(L×Ta/ｔ²)｝・・・（１）ここで Ta 光ジャイロで検出した区間相対方
位 a 車両に依存する定数 L 区間走行距離 t 区間走行距離を走行するのに要した時間である。定数aの値は同じ車種で実験を行って決定す
る。

【００２２】つぎのステップ５０５は、現在位置推測手
段に相当し、ここで求めた車両の現在位置を以降推測位
置と呼ぶ。まず車両の進行方位と走行距離を検出する。
進行方位Ｄは以前の進行方位をＤ'とすると D = D'+ Ta + θ_err ・・・（２）となる。よって、前回までに求められている車両の推測
位置を基準位置として以下の式により車両の推測位置を
算出する。

【００２３】 X = X'+ LcosD ・・・（３） Y = Y'+ LsinD ・・・（４）ここでX ,Y 車両の推測位置座標 X',Y' 前回の車両の推測位置座標 L 走行距離 D 進行方位である。次にステップ５０６では、推測位置座標を順次
記憶し、各座標間を直線で補間することにより走行軌跡
を作成する。ステップ５０７では地図整合処理を実施す
るかどうかを判定する。方位センサが高精度の時には地
図整合処理の動作間隔は長くすることができ、ここでは
100m走行する毎に処理を行う。地図整合処理を行うタイ
ミングならばステップ５０８に移行し、そうでなければ
ステップ５１１で推測位置を出力して一回の処理を終了
する。ステップ５０８では地図整合演算手段で使用する
道路データを読み込む。道路データは車両の推測位置か
らＬａ(例えば50m)以内に存在するもので推測位置に最
も近いものとする。次にステップ５０９で地図整合演算
を行う。ここでは車両の推測位置に最も近接する道路デ
ータの位置と方位と車両の推測位置と進行方位を比較す
る。まず、推測位置から道路データまでの最短距離を位
置のずれとする。位置のずれが位置許容誤差Ｅｐ(例え
ば10m)以下で方位の差が方位許容誤差Ｅｄ(例えば5゜)以
下なら地図整合ができたとして、ステップ５１０で推測
位置から道路上に垂線を下ろし、その足を現在位置とし
て推測位置の更新を行い、道路上の現在位置を出力す
る。地図整合ができなかったときにはステップ５１１で
推測位置を出力する。

【００２４】以上のように本実施例によれば車体のロー
ルにより生じる方位誤差を修正した上で走行軌跡を作成
するため、急カーブなどで方位誤差が増大したときにも
高精度の位置検出が可能になる。

【００２５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図２に本実施例のブロック図を示す。この図にお
いて、各手段は図１と同一である。第１の実施例では車
体のロールによる誤差量を進行方位に加算して補正した
後に軌跡を作成したが、本実施例では軌跡の修正を行わ
ない。ここではロールによる誤差量を用いて整合演算時
の誤差許容量を変化させることで、車体のロール量が増
大した時にも高精度な位置検出を行うことを目的とす
る。次に本実施例の動作を説明する。図７を参照して第
１の実施例と第２の実施例の差を説明する。図７におい
て太い実線は道路データであり、破線は走行軌跡とす
る。図７（ａ）は第１の実施例での動作例であり、方位
誤差θerr分だけ方位を修正した後に走行軌跡を作成す
ることで道路データの方位が方位許容誤差(Ed)内にな
り、正常に地図整合を実施できる。一方、図７（ｂ）は
第２の実施例での動作例であり、軌跡を変形することな
く、地図整合演算時の方位許容誤差Edをθerrだけ拡大
することにより道路データの方位が方位許容誤差内にな
り正常に地図整合を実施できる。処理の流れは第１の実
施例と同じであるためここでも図５を用いる。第１の実
施例と動作が異なるのはステップ５０５とステップ５０
９である。

【００２６】ステップ５０５では、ステップ５０４まで
の処理で区間走行距離と区間相対方位を求め、方位誤差
を（１）式に従って算出した上で以下の式により車両の
進行方位を算出する。

【００２７】 D = D'+ Ta ・・・（５）次に進行方位Dと区間走行距離Lから（３）、（４）式に
よって推測位置を算出する。ステップ５０６からステッ
プ５０８までの処理は第１の実施例と同様である。

【００２８】ステップ５０９の地図整合演算では車両の
推測位置に最も近接する道路データの位置と方位と車両
の推測位置と進行方位を比較する。第１の実施例では位
置のずれが位置許容誤差Ｅｐ(例えば10m)以下で方位の
差が方位許容誤差Ｅｄ(例えば5゜)以下なら地図整合がで
きたとして、ステップ５１０で推測位置から道路上に垂
線を下ろし、その足を現在位置として推測位置の更新を
行い、道路上の現在位置を出力した。地図整合ができな
かったときにはステップ５１１で推測位置を出力した。
本実施例では位置許容誤差に対する扱いは変更しない
が、方位許容誤差をＥｄｒ、Ｅｄｌの２種類を用意し、
それぞれを軌跡からみて右方向の方位許容誤差と左方向
の方位許容誤差とする。Ｅｄｒ、Ｅｄｌは方位誤差量の
絶対値と比較する値であるので正数とする。（１）から
わかるように方位誤差は光ジャイロにより検出された旋
回角度とは反対の符号であるので、右旋回したときには
左、左旋回したときには右に発生する。区間相対方位の
符号が正の時を左旋回、負の時を右旋回とする。Ｅｄ
ｒ、ＥｄｌはＴａが正の時(左旋回) Edl = Ed - θerr ・・・（６） Edr = Ed ・・・（７）Ｔａが負の時(右旋回) Edl = Ed ・・・（８） Edr = Ed + θerr ・・・（９）とする。Edは例えば5゜とする。走行軌跡から左右方向の
方位許容誤差を以上のように求め、その道路データとの
方位の差の絶対値が誤差範囲内でかつ、位置のずれが位
置許容誤差Ｅｐ(例えば10m)以下の時に現在位置を道路
上に求め、出力する。

【００２９】以上のように本実施例によれば地図整合演
算時に車体のロールにより生じる方位誤差を考慮して整
合演算を行うため、急カーブなどで方位誤差が増大した
ときにも高精度の位置検出が可能になる。

【００３０】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図３に本実施例のブロック図を示す。この図にお
いて、図１または図２と同一のものには、同一の符号を
付してある。この実施例では第１の実施例に加えて誤差
係数算出手段１０８を設け、車両に依存する値であるロ
ールによる方位誤差の誤差係数ａを地図整合演算が行わ
れる毎に算出し、方位誤差の推定精度を向上させること
を目的とする。次に本実施例の動作を説明する。

【００３１】本実施例は第１または第２の実施例と同様
の流れであり、誤差係数算出手段は図５のフローチャー
トではステップ５１０の後に実施される処理となる。こ
こで、ステップ５０９での地図整合演算時の道路データ
の方位と走行軌跡の方位の差θdiffから誤差係数ｂを求
めると（１０）式のようになる。これは（１）式を展開
することによって求められる。 b = ｔ² × arccos(1 +θ_diff/Ta)/( L × Ta) ・・・（１０）ここで、最終的な誤差係数であるａを直接に求めないの
は、この値が誤差を含むことが多いからである。そこ
で、まず方位のずれから誤差係数ｂを求め、ｂの値のフ
ィルタリングしたものからａを更新する。更新する誤差
係数ａは a = a_old＋β(b - a_old) ・・・（１１）となる。ここでa_oldは更新前のａであり、βはフィルタ
リング定数で例えば0.5とする。以降はステップ５０４
の方位誤差の算出時に更新されたａを使用する。このよ
うに地図整合演算を行ったときに誤差係数ａを自動的に
算出し、更新することにより、車両に依存する値を実験
により決定する必要がなく、おおまかな値を最初に設定
するだけでロールによる方位誤差の推測を行うことが可
能になる。

【００３２】以上のように本実施例によれば地図整合演
算時に車体のロールにより生じる方位誤差算出にしよう
する誤差係数を算出し、ロールによる方位誤差の推定精
度を向上させることができる。従って、急カーブなどで
方位誤差が増大したときにも高精度の位置検出が可能に
なる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、方位誤差
推測手段で車体のロールによる検出方位の誤差量を推測
し、現在位置推測手段ではこの誤差量を用いて補正した
走行軌跡で道路データとの地図整合演算を行うために正
確な位置検出を行うことができる。

【００３４】また方位誤差推測手段で推測された誤差量
を地図整合演算手段での地図整合演算時に許容方位誤差
に加算するために、方位誤差が増大した時には道路への
引き込みの条件が緩くなり、方位誤差が発生したときで
も正確な位置検出を行うことができる。

【００３５】さらに誤差係数算出手段では地図整合演算
手段で整合した進行方位と道路データの方位変化量の差
から方位誤差推測手段で用いる誤差係数を算出し、更新
して車両に依存する方位誤差係数を自動的に求めること
により方位誤差の推測精度が向上し、正確な位置検出を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の車両位置検出装置のブ
ロック構成図

【図２】本発明の第２の実施例の車両位置検出装置のブ
ロック構成図

【図３】本発明の第３の実施例の車両位置検出装置のブ
ロック構成図

【図４】本発明の車両位置検出装置の基本構成図

【図５】第１の実施例の動作を説明するフローチャート

【図６】車両のロール角度の説明図

【図７】第１と第２の実施例の動作の説明図

【図８】従来例の車両位置検出装置の基本構成図

【符号の説明】

１０１方位センサ１０２距離センサ１０３現在位置推測手段１０４方位誤差推測手段１０５地図記憶手段１０６地図整合演算手段１０７出力手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の進行方位を検出する方位センサと、
車両の走行距離を検出する距離センサと、前記方位セン
サからの進行方位と前記距離センサからの走行距離を用
いて車両のロール量を推測しロール量による方位検出誤
差を算出する方位誤差推測手段と、前記方位センサから
の進行方位と前記距離センサからの走行距離と前記方位
誤差推測手段による方位検出誤差を用いて基準位置に対
する車両の現在位置を推測する現在位置推測手段と、道
路データを記憶する地図記憶手段と、前記現在位置推測
手段で算出された現在位置と前記地図記憶手段で記憶し
ている道路データを用いて地図整合演算を行い地図道路
上に現在位置を修正する地図整合演算手段と、前記地図
整合演算手段で算出された車両の現在位置を出力する出
力手段を持つことを特徴とする車両位置検出装置。
【請求項２】現在位置推測手段は方位センサからの進行
方位と距離センサからの走行距離を用いて基準位置に対
する車両の現在位置を推測し、地図整合演算手段は現在
位置推測手段で算出された現在位置と地図記憶手段で記
憶されている道路データと方位誤差推測手段で算出した
方位検出誤差から地図整合演算を行い地図道路上に現在
位置を修正することを特徴とする請求項１記載の車両位
置検出装置。
【請求項３】誤差係数算出手段を設け、前記誤差係数算
出手段では地図整合演算手段で整合した曲折前後での車
両の進行方位と道路データの方位の変化量をそれぞれ求
め、その差から方位誤差推測手段で用いる誤差係数を算
出し、更新することを特徴とする請求項１または２記載
の車両位置検出装置。