JP4593341B2 - ナビゲーションシステム、その制御方法及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、ナビゲーションの技術において、加速度センサから得る加速度値の累積値と、ＧＰＳによる位置データの変化量から求める車速との対照データの利用により、ＧＰＳ衛星電波の不十分な場合でも、車両ＥＣＵとの配線接続や車速信号無しで車速を高精度に推定するようにしたものである。

近年、ＧＰＳなど情報処理技術の進展に伴い、ナビゲーションシステムの普及がめざましい。ナビゲーションシステムは、自車の位置や向きを周辺地図上に表示したり、指定された目的地への経路を計算し、その経路にそった誘導案内を画面や合成音声などで出力するものである。

多くのナビゲーションシステムは、刻々と変化する自車位置や走行状態を把握するため、ＧＰＳ、ジャイロ、そして車速信号をシステム本体（すなわち本体ユニット）内に取り込む仕組みとなっている。この中で、車速信号とは、車両（車輌）の速度変化に応じた電圧パルスのことであり、車両ＥＣＵ（いわゆるエンジンコントロールユニット）から出力される。例えば、特許文献１では、車速センサにより車両の移動速度を検出する例が示されている。
特開平５−２６６８１

上記のようなカーナビゲーションシステムの本体ユニットを車両に設置する際、車両ＥＣＵから出力される車速信号をシステム内に取り込むためには、本体装置との配線を行う必要がある。しかし、車両ＥＣＵは、車種によって設置位置が異なるため、車種に応じた配線作業が別途必要となり、取り付けに必要な時間や費用を増加させる一因になるという問題があった。

また、ポータブルタイプのカーナビゲーションシステムでは、車両との脱着を簡便に行えるようにするため、システム本体に車速信号を取り込まない仕様となっている。このため、自車位置算出計算はＧＰＳとジャイロから得られるデータだけに依存することになり、ＧＰＳの電波を受信できないような環境では自車位置の精度が著しく悪化する問題があった。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するもので、その目的は、ナビゲーションの技術において、加速度センサから得る加速度値の累積値と、ＧＰＳによる位置データの変化量から求める車速との対照データの利用により、ＧＰＳ衛星電波の不十分な場合でも、車両ＥＣＵとの配線接続や車速信号無しで車速を高精度に推測することである。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様では（請求項１、４、７）、ＧＰＳを含む航法センサ部と、情報の記憶部及び入出力部と、前記各部を用いて情報処理を行う制御部と、を備え、車両に搭載するナビゲーションシステム（その制御方法、制御プログラム）において、前記制御部により、車両の加速度又は加速度に対応する値を加速度値として取得すると共に、その加速度値を累積した累積値を算出する累積手段（処理）と、ＧＰＳで得る位置の変化量に基き車速を算出する車速算出手段（処理）と、同じ時点における前記累積値と前記車速との各組を対応付けて対照データとして前記記憶部に記録する記録手段（処理）と、前記ＧＰＳにおける衛星電波の受信状態が不十分な場合に、現時点における前記累積値をもとに、前記対照データを参照し同じ累積値又は近い累積値に対応付けられた車速により、現時点の車速を推定する推定処理（手段）と、を実現することを特徴とする。

このように、加速度センサから得る加速度値の累積値と、ＧＰＳによる位置データの変化量から求める車速との対照データの利用により、ＧＰＳ衛星電波の不十分な場合でも、車両ＥＣＵとの配線接続や車速信号無しで車速を高精度に推測することが可能となる。

本発明の他の態様は（請求項２、５、８）、上記各態様において、前記記録手段（処理）は、前記車速又は前記累積値の所定の刻みごとに、その組を前記対照データに組み込んで記録することを特徴とする。

このように、車速や累積値の所定の刻みごとに対照データを記録することにより、一定時間周期などで記録した場合と比べ、累積値や車速の値が不規則に飛び飛びにならず、値の範囲を問わず良好な推定精度が実現可能となる。

本発明の他の態様は（請求項３、６、９）、上記各態様において、前記記録手段（処理）は、前記対照データに既に車速と共に記録済の累積値と同じ累積値に対応する新たな車速を再度検出した場合、既に記録済の車速と新たな車速との平均値を、その累積値と対応付けて記録することを特徴とする。

このように、同じ累積値に対応してある時点で計算され記録された車速がある場合でも、別の時点で計算され記録された車速と平均計算して置換え更新することにより、各時点での乗車人員などの荷重状態、坂道、カーブなどによる誤差が相殺され、車速の推定精度が向上する。

以上のように、本発明によれば、ナビゲーションの技術において、加速度センサから得る加速度値の累積値と、ＧＰＳによる位置データの変化量から求める車速との対照データの利用により、ＧＰＳ衛星電波の不十分な場合でも、車両ＥＣＵとの配線接続や車速信号無しで車速を高精度に推測することが可能となる。

次に、本発明を実施するための最良の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、背景技術や課題での説明と共通の前提事項は繰り返さない。

〔１．構成〕
本実施形態は、車両に搭載するナビゲーションシステム（以下「本システム」と呼ぶ）に関するが、その制御方法や制御プログラムとしても把握可能である。まず、図１に本システムの構成要素の例を示す。

すなわち、１は、システム全体の制御部となるメインＣＰＵであり、他の各部を用いて情報処理を行う部分である。また、情報の記憶部の種類や構成は自由であるが、一例として、システム計算領域、プログラム格納領域などを含むＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ ＲＯＭなどの主記憶部２に加え、外部記憶装置として、ハードディスク等の書込／読出可能な媒体を用いる記録メディア部５を設けることにより、全体としての記憶部を構成し、記憶する情報の種類やアルゴリズムに応じて主記憶部２と記憶メディア部５を適宜使い分ける。記憶メディア部５上には、データベースである対照データＤを記録する。

また、３は、地図、メニューなどの描画制御を行うグラフィックチップなどの表示制御部であり、４は、各デバイスＩ／Ｆ（インタフェース）やチップセットなどのＣＰＵ周辺回路部である。また、航法センサ部として、ジャイロセンサを用いる相対方位検出部６と、ＧＰＳを用いる絶対位置検出部７と、加速度センサを用いる加速度検出部８と、がある。

また、９は、バック信号、パーキングブレーキ信号、イルミネーション信号等を取り込む車両Ｉ／Ｆ部である。また、情報の入出力部のうち、出力に関わる部分としては、映像信号を処理する映像信号処理部１０と、前記映像信号により地図やメニュー等を実際に表示する液晶表示パネルなどの画面表示部１１がある。

また、図１が示すのは、ナビゲーションシステムのうち、本体部と表示部からなる本体ユニットであり、情報の入力部としては、図示はしないが、この本体ユニットと信号線などで接続された操作スイッチパネルや、リモコンユニットなどがある。

また、本システムでは、所定の制御プログラムにしたがって、制御部であるメインＣＰＵ１により、次のような機能作用に対応する各部１１〜１４が実現、実行される。すなわち、累積部１１（累積手段）は、車両の加速度又は加速度に対応する値を加速度値として取得すると共に、その加速度値を累積した累積値を算出する（累積処理）。また、車速算出部１２（車速算出手段）は、ＧＰＳで得る位置の変化量に基き車速を算出する（車速算出処理）。また、記録部１３（記録手段）は、同じ時点における前記累積値と前記車速との各組を対応付けて対照データＤ（データベース）として記憶メディア部５に記録する（記録処理）。そして、推定処理部１４（推定処理手段）は、前記ＧＰＳにおける衛星電波の受信状態が不十分な場合に、現時点における前記累積値をもとに、対照データＤを参照し同じ累積値又は近い累積値に対応付けられた車速により、現時点の車速を推定する（推定処理）。

〔２．作動原理〕
これらの具体的作用原理は、次の通りである。まず、ＧＰＳ情報（衛星電波）を受信できる状態においては、受信したＧＰＳ情報に基づいて算出した車速（単位時間における現在位置の変化量）を自車位置の把握や走行状態の検出に利用し、ＧＰＳ情報を受信できない場合には、加速度センサ出力の累積値と対照データＤ（図５）を利用して車速を推測する。

加速度検出部８の加速度センサからは、加速度に対応した電圧値が出力されるようになっており、加速度出力の累積値とは、電圧値の累積値ということになる。勿論、加速度そのものを出力する加速度センサを用いる場合には、その数値をそのまま用いても良いことは言うまでもない。これら電圧値と加速度自体を、加速度値と総称するものとする。

このような加速度値として一般的な電圧値を例にとると、電圧値としては、加速する方向（速度が増加する方向）に変化している場合にはプラスの電圧値が出力され、逆に、減速方向（速度が減少する方向）に変化している場合にはマイナスの電圧値が出力されることになる。つまり、車両の停止状態から移動状態に移行した時点からこの加速度に対応する電圧値を累積していく場合、車両が再び停止状態になった時点では、その累積値は０（ゼロ）になっていることになる。

本件では、このような電圧値などの加速度値の累積値と、ＧＰＳ情報から算出されたその時点での車速とを、所定時間毎に対応付けて対照データＤに記憶しておき、その後、ＧＰＳ情報が受信できなくなった、或いは、受信出来たとしても、受信情報が少なく車速を算出出来ない場合には、加速度センサ出力に基づき加速度値の累積値を算出し、その累積値に対応する車速を対照データＤ（図５）から読み出すことにより、ＧＰＳ情報が受信できないトンネル内等においても車速を推測することが可能となり、より精度の高い位置検出を行うことが出来る。

〔３．具体的作用〕
そして、本システムでは、車両の走行速度（車速）を算出するために、加速度センサ出力とＧＰＳの位置データを用いるが、そのための動作は、図２のフローチャートに示すように、受信電波が十分でＧＰＳを使って自車位置認識ができるか否かにより（ステップ３０）、以下２つのモードに分けることができる。

ＧＰＳが使えるときは、データベース作成モード（以下単に「作成モード」とも呼ぶ）となり（ステップ３１）、加速度センサ出力だけでなくＧＰＳ位置データである絶対位置座標も単位時間ごとに取り込み、記憶部に格納することができる。これをもとに、車速は、ＧＰＳ位置データの時間あたり変化量から求め（ステップ３２）、ＧＰＳ、ジャイロ出力と共に自車位置算出計算に用いる（ステップ３３）。

また、作成モードでは、ＧＰＳに基いて得た車速を、加速度検出部８から出力される加速度値の累積値とともに記憶メディア部５に格納し、車速と累積値をデータベース化するが、この点は図３にしたがい後述する。ＧＰＳ電波受信状態にある時は常にこの作成モードが動作し、データベースである対照データＤがより高精度なものとなるように更新していく。

ＧＰＳが使えないときは、データベース活用モード（以下「活用モード」とも呼ぶ）となり（ステップ４１）、車速は、車両が走行を始めてからの加速度値の累積値をもとに、記憶メディア５内のデータベースを照合し累積値に対応して記録された車速に基き決定するが（ステップ４２）、この点は図４にしたがい後述する。そして、決定した車速を自車位置計算に用いる（ステップ４３）。このようにして、ＧＰＳからの位置データが受信できない状態においても車速を推定することができる。

いずれのモードでも、自車位置算出計算などの結果に基き、自車位置の表示を更新するが（ステップ３４、４４）、各モードについて、以下により具体的に説明する。

〔３−１．作成モード〕
作成モードでは、図３のフローチャートに例示するように、単位時間ごとに、絶対位置検出部７でＧＰＳにより検出される絶対位置と、加速度検出部８で検出する加速度出力である加速度値と、をＣＰＵ１が監視し（ステップ１１）、変化がない状態は「車両停止状態」とみなす（ステップ１２）。すなわち、絶対位置、加速度値に変化が検出された時点を「車両走行開始」とみなし（ステップ１２）、ここを基点として以後、単位時間ごとに絶対位置と加速度値を（ステップ１１）記憶部２に取り込む（ステップ１３）。

そして、ＣＰＵ１では、これらデータのうち、絶対位置のデータについては、車速算出部１２が、単位時間ごとの位置変化（移動距離）から車速を算出し（ステップ１４）、算出結果を記録部１３が、単位時間ごとに記憶メディア部５へ格納していく（ステップ１６）。なお、算出した車速は、図２のステップ３３で示した通り、自車位置計算に適用する（ステップ１５）。

また、加速度値については、単位時間ごとの加速度センサ出力であり、累積部１１が、この値を累積していくことで車速変化に対応するデータである累積値を得て（ステップ１４）、単位時間ごとのデータの累積値を記録部１３が、、位置データと同期した形で記憶メディア部５へ対照データＤとして格納し（ステップ１６）、加速度累積値を保持したままループの先頭（ステップ１１）に戻る（ステップ１７）。

ここで、図４に示す表１は、車速と、累積加速度すなわち累積値の、算出の具体的内容を示すもので、この結果、速度Ｖと累積値Σαのデータが、記憶メディア部５へ、データベースである対照データＤとして格納される。その概念例を図５の表２に示す。このデータベースを用いることで、累積値Σαの値から、車速Ｖを決定することができる。

〔３−２．データベース活用モード〕
活用モードは、上記のように累積値Σαから速度Ｖを決定するものである。このため、予め、作成モードにより図５に示す表２のようなデータベースが記憶メディア部５に作成されている。このデータベースは、ＧＰＳからの位置情報が受信できない状態の時に、加速度値の累積値とデータベースを比較することで車速を決定するのに用いる。

活用モードでは、車両走行開始以後、単位時間ごとに加速度検出部８の出力である加速度値を累積していき（Σα）、このように累積したΣαに最も近い値を記憶メディア部５の中のデータベース（対照データＤ）から検索し、該当するΣα時の速度Ｖを車速と決定し、自車位置計算に用いる。

具体的には、図６のフローチャートに示すように、単位時間ごとに得る加速度値に（ステップ２１）変化すなわち加速度発生があると（ステップ２２）、その加速度値を記憶部２に取り込むと共に（ステップ２３）、累積部１１が累積値を算出する（ステップ２４）。そして、推定処理部１４は、累積値と記憶メディア部５内のデータベースである対照データＤを比較し（ステップ２５）、累積値に相当する車速を検索し（ステップ２６）、これを自車位置計算に適用し（ステップ２７）、加速度累積値を保持したままループの先頭（ステップ２１）に戻る（ステップ２８）。

なお、累積値Σαと全く同一の累積が対照データＤ中にない場合は、その前後の累積値に対応する各車速をもとに、それぞれに対する累積値での乖離幅の割合に応じた加重平均計算等による線形補正により車速を計算する。

〔４．効果〕
以上のように、本実施形態では、加速度センサから得る加速度値の累積値と、ＧＰＳによる位置データの変化量から求める車速との対照データの利用により、トンネル内、ビルや大木の陰などＧＰＳ衛星電波の不十分な場合でも、車両ＥＣＵとの配線接続や車速信号無しで車速を高精度に推測することが可能となる。また、これにより、ナビゲーションシステムを車両に取り付ける際の配線作業における工数や費用が削減でき、ポータブルタイプのナビゲーションシステムにおいても車速や自車位置の認識精度が向上する。

〔５．他の実施形態〕
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するもの及びそれ以外の、他の実施形態も含むものである。例えば、上記実施形態では、加速度センサ出力である加速度値の累積値とＧＰＳによる車速を「所定時間毎」に検出してデータベース化する例を示したが、対応関係の得られた累積値や車速の値が不規則に飛び飛びになると、線形補正等を行っても値の範囲によって精度が異なるなど、その後の処理に利用しにくい場合も考えられる。

そこで、予め所定間隔に設定した累積値になる毎にその時の車速を取得してデータベース化することが望ましい。この場合、記録部１３が、車速又は累積値の所定の刻みごとに、その組を対照データＤに組み込んで記録する。例えば、累積値を所定間隔で固定とした例としては、

累積値 速度Ｖ
Σα（ｖ）（ｋｍ／ｈ）
１ Ｖ１
２ Ｖ２
３ Ｖ３
４ Ｖ４
５ Ｖ５
： ：

のような例が考えられるが、速度の側を所定間隔で固定（例えば、５ｋｍ／ｈ、１０ｋｍ／ｈ、１５ｋｍ／ｈ、２０ｋｍ／ｈ …）しても良い。

このように、車速や累積値の所定の刻みごとに対照データを記録することは、必須ではないが、これにより、一定時間周期などで記録した場合と比べ、累積値や車速の値が不規則に飛び飛びにならず、値の範囲を問わず良好な推定精度が実現可能となる。

更に、車速の推定精度を向上する為、既に記憶されている「累積値」に対する「車速」を再度検出した場合、それらの平均値を記憶するようにしても良い。この場合、対照データＤに既に車速と共に記録済の累積値と同じ累積値に対応する新たな車速を車速計算部１２が再度検出した場合、記録部１３は、既に記録済の車速と新たな車速との平均値を、その累積値と対応付けて記録する。

このように、同じ累積値に対応してある時点で計算され記録された車速がある場合でも、別の時点で計算され記録された車速と平均計算して置換え更新することは、必須ではないが、これにより、各時点での乗車人員などの荷重状態、坂道、カーブなどによる誤差が相殺され、車速の推定精度が向上する。

本発明の実施形態の構成を示す機能ブロック図。 本発明の実施形態における全体的な処理手順を示すフローチャート。 本発明の実施形態における作成モードでの処理手順を示すフローチャート。 本発明の実施形態における車速と累積加速度の算出内容を示す表。 本発明の実施形態におけるデータベース（対照データ）の一例を示す図。 本発明の実施形態における活用モードでの処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…メインＣＰＵ
２…主記憶部
３…表示制御部
４…ＣＰＵ周辺回路部
５…記憶メディア部
Ｄ…対照データ
６…相対方位検出部
７…絶対位置検出部
８…加速度検出部
９…車両インタフェース部
１０…映像信号処理部
１１…画面表示部

Claims (9)

1. ＧＰＳを含む航法センサ部と、情報の記憶部及び入出力部と、前記各部を用いて情報処理を行う制御部と、を備え、車両に搭載するナビゲーションシステムにおいて、
   前記制御部により、
   車両の加速度又は加速度に対応する値を加速度値として取得すると共に、その加速度値を累積した累積値を算出する累積手段と、
   ＧＰＳで得る位置の変化量に基き車速を算出する車速算出手段と、
   同じ時点における前記累積値と前記車速との各組を対応付けて対照データとして前記記憶部に記録する記録手段と、
   前記ＧＰＳにおける衛星電波の受信状態が不十分な場合に、現時点における前記累積値をもとに、前記対照データを参照し同じ累積値又は近い累積値に対応付けられた車速により、現時点の車速を推定する推定処理手段と、
   を実現することを特徴とするナビゲーションシステム。
2. 前記記録手段は、前記車速又は前記累積値の所定の刻みごとに、その組を前記対照データに組み込んで記録する
   ことを特徴とする請求項１記載のナビゲーションシステム。
3. 前記記録手段は、
   前記対照データに既に車速と共に記録済の累積値と同じ累積値に対応する新たな車速を再度検出した場合、既に記録済の車速と新たな車速との平均値を、その累積値と対応付けて記録する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のナビゲーションシステム。
4. ＧＰＳを含む航法センサ部と、情報の記憶部及び入出力部と、前記各部を用いて情報処理を行う制御部と、を備え、車両に搭載するナビゲーションシステムの制御方法において、
   前記制御部により、
   車両の加速度又は加速度に対応する値を加速度値として取得すると共に、その加速度値を累積した累積値を算出する累積処理と、
   ＧＰＳで得る位置の変化量に基き車速を算出する車速算出処理と、
   同じ時点における前記累積値と前記車速との各組を対応付けて対照データとして前記記憶部に記録する記録処理と、
   前記ＧＰＳにおける衛星電波の受信状態が不十分な場合に、現時点における前記累積値をもとに、前記対照データを参照し同じ累積値又は近い累積値に対応付けられた車速により、現時点の車速を推定する推定処理と、
   を実行することを特徴とするナビゲーションシステムの制御方法。
5. 前記記録処理は、前記車速又は前記累積値の所定の刻みごとに、その組を前記対照データに組み込んで記録する
   ことを特徴とする請求項４記載のナビゲーションシステムの制御方法。
6. 前記記録処理は、
   前記対照データに既に車速と共に記録済の累積値と同じ累積値に対応する新たな車速を再度検出した場合、既に記録済の車速と新たな車速との平均値を、その累積値と対応付けて記録する
   ことを特徴とする請求項４又は５記載のナビゲーションシステムの制御方法。
7. ＧＰＳを含む航法センサ部と、情報の記憶部及び入出力部と、前記各部を用いて情報処理を行う制御部と、を備え、車両に搭載するナビゲーションシステムの制御プログラムにおいて、
   前記制御部により、
   車両の加速度又は加速度に対応する値を加速度値として取得すると共に、その加速度値を累積した累積値を算出する累積処理と、
   ＧＰＳで得る位置の変化量に基き車速を算出する車速算出処理と、
   同じ時点における前記累積値と前記車速との各組を対応付けて対照データとして前記記憶部に記録する記録処理と、
   前記ＧＰＳにおける衛星電波の受信状態が不十分な場合に、現時点における前記累積値をもとに、前記対照データを参照し同じ累積値又は近い累積値に対応付けられた車速により、現時点の車速を推定する推定処理と、
   を実行させることを特徴とするナビゲーションシステムの制御プログラム。
8. 前記記録処理は、前記車速又は前記累積値の所定の刻みごとに、その組を前記対照データに組み込んで記録する
   ことを特徴とする請求項７記載のナビゲーションシステムの制御プログラム。
9. 前記記録処理は、
   前記対照データに既に車速と共に記録済の累積値と同じ累積値に対応する新たな車速を再度検出した場合、既に記録済の車速と新たな車速との平均値を、その累積値と対応付けて記録する
   ことを特徴とする請求項７又は８記載のナビゲーションシステムの制御プログラム。

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