JPH07122580B2 - 車両位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、主に道路を走行可能な自動車等の車両や、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照合
し、累積誤差を吸収して精度を向上させようとするマッ
プマッ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61−56910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
７図ａにその構成図を、第７図ｂに動作説明図を示す。
第７図ａで、方位センサ704と距離センサ705とから入力
された情報を、コンピュータ701で地図記憶媒体702に記
憶された道路データと比較照合し、制御コンソール706
から与えた制御内容をもとに表示装置703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くが、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７図
ｂの輪郭710,711,712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712と道路713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。この等確率
輪郭が大きくなる速度は、そのとき予測される誤差の大
きさにより変わる。上記従来例によると、この予測誤差
はそれまで走行しながら収集したセンサデータから算出
するのが基本で、道路地図作成時の地図精度に関する情
報も予測誤差とすることができるが、方位については地
磁気センサと差動ホイールセンサを用い、そのずれ方か
ら方位誤差を予測する。

発明が解決しようとする問題点 上記の方式は、地磁気センサと差動ホイールセンサによ
る方位のずれ方が走行するに従いゆっくりと生じる場合
には、差動ホイールセンサが進行方位の微分値を得るも
のであるため方位誤差を予測することが難しい。このた
め、一般道路から鉄橋に走行していく場合、鉄橋によっ
て地磁気の磁力線が曲げられるために起こる地磁気セン
サの方位誤差はゆっくりと起こり、しかも鉄橋中央部で
は大きな方位誤差となる場合がある。このとき従来例に
よる方法では誤差の予測が不十分となり、等確率輪郭が
実際より小さいため本来走行しているはずの鉄橋上の道
路と等確率輪郭が交差しないことがあり、この状態で走
行すると方位誤差が大きいため鉄橋上を走行するに従い
推測位置が本来の位置からどんどんずれていき、正しい
道路に修正不可能となる場合がある。また、路面電車の
軌道上を走行する場合のように、非常に地磁気方位の誤
差が大きい道路が一般の道路と混在する場合、道路によ
って誤差予測が異なるのに、道路による区別なしに一括
して２次元平面上で等確率輪郭を考えることは得策では
なく、この場合も正しい道路に修正不可能となることが
ある。このように、従来の方式では特に方位センサ誤差
の大きい道路を走行した場合、地図データとの照合を誤
り、位置検出精度が非常に悪くなる場合があった。

本発明は、方位センサ誤差の大きい道路を走行しても、
地図データとの照合を誤らずに車両の位置を正確に求め
ることができるようにすることを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は上記問題点を解決するため、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
の相対移動量を求めて前記推測位置記憶手段に記憶され
た値に加算して再び前記推測位置記憶手段に記憶させる
推測位置演算手段と、道路データを記憶させた地図記憶
手段と、前記地図記憶手段に記憶された各道路の方位と
前記進行方位検出手段で検出された進行方位との方位
差、前記推測位置記憶手段に記憶された推測位置から前
記各道路までの距離および前記走行距離検出手段で検出
きれた走行距離の三者から車両が各道路上に存在すると
仮定した確率の指標となる評価値を演算する評価値演算
手段と、この評価値が所定の条件を満たしたとき前記地
図記憶手段に記憶された道路データを用いその評価値に
対応する道路上に前記推測位置記憶手段に記憶された推
測位置を引き込む引き込み演算手段と、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、前記地図記憶手段として、方位異常区間データを含
む道路データを記憶させた地図記憶手段を備え、前記評
価値演算手段として、演算対象となる道路区間が前記方
位異常区間であるときには前記方位差に対する許容範囲
を異常区間データにより変更させる評価値演算手段を備
えるものである。

作用 本発明は上記構成により、車両が道路上または道路付近
を走行すると、車両が各道路上に存在すると仮定した確
率の指標となる評価値を評価値演算手段で演算し、地図
の道路上または地図の道路付近をほぼ平行に走行すると
引き込み演算手段によって地図の道路上に引き込まれる
が、評価値演算対象となる道路区間が方位異常区間であ
るときには、道路方位と進行方位との方位差に対する許
容範囲を変更させることにより、方位センサ誤差が大き
い道路を走行しても地図データとの照合を誤らず車両の
位置を正確に求めることができる。

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。101
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は走行方位検出
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1
02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。107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。ここには、後述する地磁気異常区間の
データも記憶される。105は評価値演算手段で、まず進
行方位検出手段102で得られた進行方位と地図記憶手段1
07に記憶された各道路の道路線分の方位との方位差を演
算する。次に、地図記憶手段107に記憶された各道路の
道路座標データを用い、各道路と推測位置記憶手段104
に記憶された推測位置との距離をそれぞれ演算する。こ
の道路との距離、道路との方位差および走行距離検出手
段101で検出した走行距離とから、各道路についてその
道路を走行していると仮定した路上確率の指標となる評
価値を演算する。106は引き込み演算手段で、評価値演
算手段105で算出した評価値が、例えば所定のしきい値
に達したとき、その評価値に対応する道路を引き込み対
象道路とし、地図記憶手段107を参照して推測位置記憶
手段104に記憶された推測位置に最も近い引き込み対象
道路上の点を算出し、この点の座標を推測位置記憶手段
104に書き込む。108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。第２
図ａにおいて、車両の初期位置を点201とし、この座標
を（Xo,Yo）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、
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。車両が走行し、走行距
離検出手段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、 X1＝Xo＋Ｄ・cos（Ｈ） Y1＝Yo＋Ｄ・sin（Ｈ） の演算を行い、この結果である（X1,Y1）を推測位置記
憶手段104に記憶させる。道路への引き込みが行われな
いときは、（X1,Y1）を（Xo,Yo）に代入してこの演算を
繰り返すことにより次々に車両の位置を推測していく。

第２図ｂは、引き込み対象道路を決定する過程の説明図
である。車両の推測位置を点210とし、その進行方位を
矢印211で表現する。まず、推測位置の周辺にある道路R
1からR6までの方位とこの進行方位とを比較する。ここ
で、比較する道路の範囲については地図全体としてもよ
いが、実用的には推測位置周辺に限定する方が効率的で
ある。また方位差についてもすべての道路について評価
値演算を行ってもよいが、方位差の値にしきい値を設け
て、あるしきい値以下の道路に限定して評価値演算を行
った方が効率的である。このしきい値を候補しきい値と
し、例えば25度とすると、方位差が25度以内の道路は、
道路R1、R2、R3、R4である。次に、推測位置210からこ
の該当する道路までの距離をそれぞれ求める。この距離
は、一般には点210からそれぞれの道路線分に降ろした
垂線の長さである。この距離に関しても、すべての道路
について評価値演算を行ってもよいが、この距離が短い
道路から順にNm候補（例えば３候補）選択し、その候補
道路についてだけ評価値演算をした方が効率的である。
そこで、この距離が短い道路から順に並べると、道路R
2、R1、R3、R4の順になる。このうちから上位３候補を
選択すると、道路R2、R1、R3となる。この３本の道路に
ついての評価値をそれぞれEv2,Ev1,Ev3とする。もしこ
の評価値が今回初めて設定された場合には０に初期化し
ておく。評価値演算手段105でこれらの評価値の更新の
演算を行う。車両の今回の進行方位をＨ、走行距離をＤ
とする。道路R1,R2,R3について推測位置210との距離を
それぞれL1,L2,L3とし、道路方位をそれぞれA1,A2,A3と
すると、評価値はそれぞれ、 Ev1←Ev1＋ang（H,A1）・near（L1）・Ｄ Ev2←Ev2＋ang（H,A2）・near（L2）・Ｄ Ev3←Ev3＋ang（H,A3）・near（L3）・Ｄ とする。

ただし、ang（H,A）は方位Ｈと方位Ａの角度一致度を表
し、前記平行しきい値をThpとすると、進行方位Ｈと道
路方位Ａの方位差がThpより小さいとき1,大きいとき０
をとるものとする。Thpは、例えば15度とする。なお、
ここでの方位差は、道路方向が逆方向も取り得るため０
度から90度までの値に限定される。

また、near（Ｌ）は近接度を表し、例えば near（Ｌ）＝1/max（Do,abs（Ｌ） すなわち、推測位置と道路との距離Ｌの絶対値と定数Do
との大きい方の値の逆数とする。

このようにして、評価値は道路とほぼ平行に走行する毎
に増加する。いずれかの評価値が前記引き込みしきい値
（例えば４）に達したとき、その評価値に対応する道路
を引き込み対象道路として引き込みを行う。ただし、２
番目に評価値が大きい道路の評価値とこの評価値との差
が前記有意差しきい値（例えば１）以下のときは、判断
がつかないとしてこの差が広がるまで保留にするという
処理を行ってもよい。引き込みは推測位置を引き込み対
象道路に最短距離で移動することによって行う。つまり
引き込み対象道路と推測位置からこれに降ろした垂線と
の交点座標を推測位置座標とする。こうして一旦引き込
みが行われると、それまでに計算された評価値はすべて
０にリセットし、進行方位と走行距離だけで新たな推測
位置を求めながら再び評価値の計算を始める。

なお、前記平行しきい値は、評価対象道路区間が方位異
常区間の場合は、例えば30度のように大きな値に変える
ことにより、方位センサ誤差が大きい道路を走行しても
正しく引き込むことが可能になる。また、方位異常の度
合を表すデータを地図データに記憶させておき、この値
をもとにして方位異常度合に応じた平行しきい値に変更
してもよい。

ソフトウェアで実現する場合の一実施例の概略フローチ
ャートを第３図に示す。この図において、プログラムが
スタートすると、処理301で距離センサから走行距離の
入力を行い、処理302で方位センサから進行方位の入力
を行う。次に処理303で引き込みの候補道路を選択した
あと、処理304で候補道路それぞれの評価値を演算す
る。判断305でこれらの評価値の最大値が引き込みしき
い値以上か調べ、Noであれば、引き込み条件は成立しな
かったとして、処理307で過去の推測位置と走行距離と
進行方位とから新たな推測位置を求める推測航法演算を
行ったあと、処理301に戻る。もし判断305でYesなら引
き込み条件が成立したとして、処理306で引き込み対象
道路上に推測位置を移動させ全評価値をリセットする引
き込み処理を行った後、やはり推測航法演算307を行っ
て処理301に戻る。

次に、第４図のフローチャートを用いて、候補道路選択
処理303について詳細に説明する。まず処理401で地図記
憶手段から、推測位置の周辺の道路線分データを取り出
す。次に処理402で取り出された道路線分の方位と車両
の進行方位の差を演算する。ここで、道路線分の方位は
180度反対方向も考慮し、進行方位との差の小さい方の
値をとる。この演算結果が候補しきい値（例えば25度）
以下かどうか判断403で判断し、Noであればその道路線
分は進行方位とほぼ平行ではないとして次の道路線分に
移るため、処理401に戻る。もし、Yesなら、処理404で
その道路線分と推測位置との距離を演算する。この結果
が、これまで演算したなかで道路別に第Nm番目（例えば
３番目）に小さい値より小さいかどうか判断405で判断
し、Noであればその道路線分との距離が離れているとし
て次の道路線分に移る。第Nm番目に小さい値より小さい
場合は、処理406で候補道路テーブルを第１番目から第N
m番目に道路との距離が小さい順に正しく書き換える。
そして判断407でこの道路線分が地図データの周辺道路
線分データ中、最後のデータかどうか判断し、最後でな
ければ再び次のデータに戻り、最後ならこの候補道路選
択処理303を終了する。なお、処理401で取り出した道路
線分が前記の方位異常区間データであるときには、判断
403の候補しきい値を例えば50度のように別の値に変え
ることにより、地磁気方位のずれが大きい道路に対して
も見落とすことなく候補とすることが可能になる。

次に評価値演算処理304について、第５図のフローチャ
ートを用いて説明する。候補道路選択処理303で作成さ
れた候補道路テーブルから、処理501で候補道路のデー
タを１組取り出し、この取り出した道路について、もし
このとき評価値が作成されてなければ処理502で初期値
を０として評価値を作成する。次に取り出された道路デ
ータについて、処理503で評価値の更新演算を行う。こ
の演算の仕方については前に述べたとおりである。そし
て判断504で、これが最後の候補道路データかどうか判
断し、もし違えば次の候補道路データの評価値演算に移
る。もし最後の候補道路データであれば、評価値の演算
はひととおり終わったとして、この評価値演算処理304
を終了する。

次に第６図のフローチャートを用いて引き込み処理306
について説明する。まず、評価値演算処理304で最大値
を与えた道路を処理601で引き込み対象道路とし、処理6
02で推測位置から最も近い引き込み対象道路上の点を求
める。この求め方についても前に述べたとおりである。
次に処理603で推測位置座標をこの点の座標に書き換
え、これまで評価値演算処理304で作成した評価値を処
理604ですべてリセットした後、この引き込み処理306を
終了する。

なお、第３図の概略フローチャートでは、説明をわかり
やすくするために走行距離入力301と進行方位入力302の
たびに毎回候補道路選択処理303以降の処理を説明した
が、走行距離入力301と進行方位入力302のたびに行うの
は推測航法演算307だけにして、何回かまとめてその間
に移動した合成ベクトルを計算し、この合成ベクトルに
対して候補道路選択処理303から引き込み処理306までの
処理を行ってもよく、こうするとマイクロプロセッサ等
で実行する場合実行速度が向上するだけでなく、合成ベ
クトルによる平均化のため部分的な誤差に左右されにく
いという利点も生じる。

発明の効果 以上のように本発明は、各道路を走行している可能性を
表す評価値を演算し、この演算対象となる道路区間が方
位異常区間であるときには評価値演算に用いる定数を変
えることにより、方位センサ誤差が大きい道路を走行し
ても地図データとの照合を誤らず、車両の位置を正確に
求めることができ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a,bは
本実施例の動作説明図、第３図は本実施例のプログラム
の一例を示す概略フローチャート、第４図は候補道路選
択ルーチンの詳細フローチャート、第５図は評価値演算
ルーチンの詳細フローチャート、第６図は引き込み処理
ルーチンの詳細フローチャート、第７図ａは従来例の構
成図、第７図ｂ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……評価値演算手段、106……引き込み演算手段、10
7……地図記憶手段、108……出力手段。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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相対移動量を求めて前
   記推測位置記憶手段に記憶された値に加算して再び前記
   推測位置記憶手段に記憶させる推測位置演算手段と、道
   路データを記憶させた地図記憶手段と、前記地図記憶手
   段に記憶された各道路の方位と前記進行方位検出手段で
   検出された進行方位との方位差、前記推測位置記憶手段
   に記憶された推測位置から前記各道路までの距離および
   前記走行距離検出手段で検出された走行距離の三者から
   車両が各道路上に存在すると仮定した確率の指標となる
   評価値を演算する評価値演算手段と、この評価値が所定
   の条件を満たしたとき前記地図記憶手段に記憶された道
   路データを用いその評価値に対応する道路上に前記推測
   位置記憶手段に記憶された推測位置を引き込む引き込み
   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、前記地図記憶手段とし
   て、方位異常区間データを含む道路データを記憶させた
   地図記憶手段を備え、前記評価値演算手段として、演算
   対象となる道路区間が前記方位異常区間であるときには
   前記方位差に対する許容範囲を異常区間データにより変
   更させる評価値演算手段を備えたことを特徴とする車両
   位置検出装置。
2. 【請求項２】評価値演算手段として、地図記憶手段に記
   憶された道路の方位と進行方位検出手段で得られた進行
   方位との角度差により定まる角度一致度と、前記地図記
   憶手段に記憶された道路の位置と推測位置記憶手段に記
   憶された推測位置との距離により定まる近接度と、走行
   距離検出手段で検出された走行距離とを乗じた値を前回
   その道路に対して演算した評価値に加算する評価値演算
   手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の車両位置検出装置。
3. 【請求項３】近接度として、推測位置と道路との距離
   と、所定の値とのうち大きい方の値の逆数を近接度とす
   る特許請求の範囲第２項記載の車両位置検出装置。
4. 【請求項４】角度一致度として、進行方位と道路方位と
   の差が、進行方位と道路方位の平行度を判断するための
   平行しきい値以上か否かで異なる値をとる角度一致度を
   用いることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の車
   両位置検出装置。
5. 【請求項５】評価値演算手段として、演算対象となる道
   路区間データが方位異常区間データであるときに、平行
   しきい値を異常区間データにより変更させる評価値演算
   手段を備えたことを特徴とした特許請求の範囲第４項記
   載の車両位置検出装置。
6. 【請求項６】引き込み演算手段として、推測位置記憶手
   段に記憶された推測位置を引き込む道路上に最短距離で
   移動させた位置に変更させる引き込み演算手段を備えた
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の車両位置
   検出装置。
7. 【請求項７】引き込み演算手段として、最大の評価値を
   もつ道路の評価値が、引き込みを判断するための引き込
   みしきい値を越えたとき引き込みを行う引き込み演算手
   段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の車両位置検出装置。
8. 【請求項８】引き込み演算手段として、最大の評価値を
   もつ道路の評価値が引き込みしきい値を越えても、２番
   目に大きい評価値をもつ道路の評価値との差が、有意な
   差か判断するための有意差しきい値以上でないとき、引
   き込みを保留して評価値演算を続行する引き込み演算手
   段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の車両位置検出装置。