JP2001503519A - 衛星受信器を有する自動車用の位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 衛星受信器を有する自動車用の位置検出装置において、受信された衛星信号から誤差のある方向ベクトルを検出することが提案される。誤差のある方向ベクトルは走行方向セグメントを形成し、この走行方向セグメントはデジタル道路地図の主経路と場合により副経路とを含んでいる。自動車の実際の走行方向を検出するために、主経路と場合により副経路が追跡され、方向セグメントの方向ベクトルともっとも一致する経路に優先度が与えられる。ここで方向ベクトルは、受信された衛星周波数の周波数変化からドップラー法に従って求められる。

Description

【発明の詳細な説明】 衛星受信器を有する自動車用の位置検出装置 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念による衛星受信器を有する自動車用の位置検出 装置に関する。ＥＰ０４９６５３８Ａ２からすでに、衛星受信器によって車両の 位置を計算するだけでなく、車両の走行方向も計算することが公知である。ここ で走行方向は、それぞれ２つの位置検出から差を計算することにより求められる 。この方法は、大きな位置間隔でＧＰＳ位置が測定される場合だけ十分に機能す る。なぜなら各個別の位置には大きな誤差があるかである（一般利用の場合：約 １００ｍ）。 従ってリアルタイムでの走行方向検出は、この方法によっては不可能である。 とりわけこの方法は、ＧＰＳ測定中にカップリングセンサエラーが無いか、また は非常に小さいことを前提としているが、これは実際にはほとんどあり得ない。 発明の利点 請求項１の構成を有する本発明の方法はこれに対して、走行方向の検出を衛星 受信器を用い、位置検出精度による影響を受けずに、ほぼリアルタイムで行うこ とができるという利点を有する。とりわけ有利には、 まず自動車の走行方向に対して走行方向セグメントを仮定し、この走行方向セグ メントには走行方向が所定の公差野で含まれるようにする。走行方向セグメント と主経路の優先度によって、有利には実際の走行方向と自動車の現在位置を検出 することができる。 従属請求項に記載された構成によって、請求項１に記載の位置検出装置の有利 な発展形態が可能である。とりわけ有利には、自動車の走行方向を走行中に受信 された衛星周波数（搬送波）からのドップラー法に従って検出する。市販のＧＰ Ｓ受信器ではドップラー効果を用いて、0.1m/sから0.2m/sの走行方向において車 両の速度ベクトルを検出することができる。しかし精度は、ＧＰＳ運営者による 衛星信号の人工的悪化によって低下する。車両速度が高ければ高いほど、速度ベ クトルのより正確な検出が可能である。速度ベクトルの方向を十分な精度の得る ためには、車両速度は前記の値よりも格段に大きくなければならない。なぜなら 速度が高くなれば、ＧＰＳ運営者（米国国防省）により実施されている搬送波周 波数の操作を無視できるからである（選択的有効性）。実験によって、ＧＰＳ受 信器は約15km/ｈですでに使用可能な結果を提出することが示された。 ＧＰＳ受信器を用いた方向検出は絶対走行方向測定と見なすことができるから 、有利には方向センサ、例えば回転速度センサまたはジャイロセンサを較正する ことができる。受信が中断されたときには較正された方向センサが有利には自動 車の絶対走行方向を検出することができる。 さらに有利には、位置検出のための位置検出装置の計算器が方向セグメントを 用いて主経路および場合による副経路を検出する。主経路と副経路を重み付けす ることによって、推定位置の箇所における方向が方向セグメントの方向ともっと も良く一致する新たな主経路が得られる。個々の経路を重み付けすることにより 、走行方向と車両位置の検出を高い信頼度で実行することができる。なぜなら車 両は単に検出された経路（道路）の１つを走行すれば良いだけだからである。 さらに有利には、検出が不明瞭な場合、例えば経路が平行に延在する密な道路 網の場合はこれまでの主経路を維持する。このことによって、主経路と副経路と を何回も交換することにより、自動車の運転者が実際の走行方向について自信を なくすことが回避される。 図面 本発明の実施例が図面に示されており、以下詳細に説明する。 図１は、位置検出装置のブロツク回路図、 図２と図３は、本発明の結合位置検出の作用を示す図である。 実施例の説明 図１は、それ自体公知の位置検出装置１のブロック 回路図を示す。これについては詳細には説明しない。走行方向と経路の位置を計 算するための計算器５が設けられている。位置検出装置にはさらに衛星受信器２ が接続されており、衛星受信器は衛星信号をアンテナ３を介して受信し、評価す る。衛星受信器２の出力側は誤差推定装置４と接続されており、誤差推定装置に よって走行方向セグメントが検出される。衛星受信器２は有利にはＧＰＳ衛星信 号を受信するためのＧＰＳ受信器および/またはGLONASS衛星に対する相応の受信 器である。誤差推定装置４の出力側は計算器５と接続されている。位置検出装置 １には、車両位置、走行路および/または走行方向を検出するための別のセンサ を接続することができる。別のセンサ７として、例えば走行方向検出のためのセ ンサ、有利にはジャイロセンサまたは電子コンパスを設けることができる。計算 器５にはさらにデジタル道路地図に対するメモリ６を接続することができる。位 置検出装置１の出力側８からは自動車の瞬時走行方向に対するパラメータを取り 出すことができ、出力側９からは車両の確率的位置（主経路）を取り出すことが できる。 図１の実施例では、衛星受信器２がＧＰＳ受信器（Global Positioning Syste m）であることが前提とされる。アンテナ３によって受信されたＧＰＳシステム の衛星信号から一方では瞬時の車両位置が計算される。他方ではＧＰＳ受信器２ は瞬時の車両速度を、ドッ プラー法による周波数シフトから求める。ＧＰＳ受信器２は搬送波周波数を複数 の衛星から受信するから、各衛星毎に速度ベクトルが得られる。速度ベクトルを 走行面に投影することにより、車両の瞬時の走行方向に対する方向ベクトルが得 られる。この方向ベクトルにはシステムに起因する誤差が付随している。 測定された車両走行方向の精度に対する尺度として、速度量の他にいわゆるＧ ＤＯＰ値（Geometric Deliution Of Precicion）を考慮することができる。この 値は時間誤差と衛星幾何位置を考慮している。 ＧＰＳ衛星の前記システム誤差のため、誤差推定装置４は車両の走行方向で、 可能な走行方向に対する公差のあるベクトルを計算する。この公差のある走行方 向を以下、走行方向セグメント２０と称する。この走行方向セグメントによって は車両の実際の走行方向を正確に検出することはできない。図２および図３に基 づいて、本発明によりこの計算および誤差推定からどのように自動車の実際の走 行方向を推定できるのかを説明する。 位置検出装置１に対する前提は、これがＧＰＳ受信器２の他にデジタル道路地 図に対するメモリ６を有していることである。ＧＰＳ受信器２、別のセンサ７お よびメモリ６のデジタル道路地図の個々の信号から、計算器５は“マップマッチ ング”により可能な車両位置を計算する。図２は、道路２４を有するデジタル道 路地図からの一部である。この道路２４からポイントＰで２つの道路２１と２３ が分岐する。まず自動車が道路２４を移動するとき、車両位置を例えば別のセン サ７により結合することができる。この別のセンサも同じように車両位置に対し て誤差のある信号を送出するから、図２は結合された位置に対して曲線２５を示 す。この曲線は道路２４，２１，２２の脇を通過する。次に、車両がポイントＰ を越えて道路２１へ分岐すると仮定する。方向検出のための別のセンサ７，例え ばジャイロセンサまたはコンパスも同じように方向変化を検出することとなるが 、車両が道路２１に存在することは、曲線経過２５が示すように一義的に識別す ることができない。なぜなら結合位置検出の結合経過（曲線）は道路２１と２２ の間を経過するからである。この経過が道路２４，２１，２２と共に画面に表示 されると、どの道路に運転者が実際に存在するのかを識別することができない。 せいぜい運転者には、自分が車両と共に道路２１と２２の間ではなく、そのどち らかにいることがわかるだけである。 本発明によれば、ＧＰＳ受信器２の速度信号が評価される。既知の公差に基づ いて、誤差推定装置４は例えばポイントＰにて車両に対する走行方向セグメント ２０を計算する。このセグメントは図２に斜線で示されている。周波数シフトを 用いドップラー法にしたがって計算された速度信号に基づいて、車両の瞬時の走 行方向に対する方向ベクトル２３が得られる。方向ベクトル２３（破線）は走行 方向セグメント２０の中央にあり、道路２１に対してほぼ平行に延在している。 個々の道路角度を比較することによって、計算器５は道路２１だけが走行方向セ グメント２０の中にあり、道路２２は走行方向セグメント２０の外にあることを 検出する。方向ベクトル２３も道路２１に対してほぼ平行に延在しているから、 道路２１は瞬時の車両位置および車両方向に対して最高の優先度を受け取り、道 路２２は副経路として低い優先度を受け取る。計算器５は道路２１を主経路とし て選択し、その方向を車両に対する走行方向として指示する。この信号は位置検 出装置１の出力側８から取り出すことができ、例えばディスプレイに出力される 。道路２２は副経路としてそれ以上追跡されない。なぜならこの道路２２は方向 セグメントの外側にあるからである。計算器５は主経路２１を追跡し、可能であ れば１つまたは複数の副経路２２について、副経路が新たな主経路として選択可 能であるか否かをさらに検査する。例外として、平行に延在する２つの道路が、 両方とも主経路として問題となり得るようなことも生じる。この場合はこれまで の主経路を、一義的な主経路決定が可能になるまで維持する。このことにより、 経路が別の経路に頻繁に変更されることにより車両の運転者が不安になることが 回避される（評価ヒステリシス）。 図３は、道路２４，２１，２２を有する同じ道路地図部分を図２と同じように 示す。しかしここでは、ポイントＰで走行方向セグメントが２つの道路２１，２ ２を検出するように広がっていると仮定する。さらに破線で示した矢印の方向ベ クトル２３が２つの道路２１，２２のほぼ間に延在していると仮定する。別のセ ンサ７，例えばジャイロセンサにより与えられた走行方向２５は走行方向セグメ ント２０の方向ベクトル２３にほぼ平行に延在している。したがって、微分ジャ イロセンサ７の積分方向２５も走行方向セグメント２０の方向ベクトル２３も、 道路２１と２２の２つの方向経過の間にある。しかし道路２１の経過に対する角 度差は道路２２の経過に対する角度差よりも小さい。したがって道路２１が新た な主経路として選択される。主経路の方向ベクトル２３ないしジャイロセンサ７ により検出された走行方向２５は道路の方向経過に適合される。この方法によっ て、積分された方向センサ７の絶対走行角度を問題となる道路経過について適合 することにより補正でき、方向センサ７を較正することができる。 しかし副経路２２には依然として妥当性があるので、副経路に対する走行方向 は道路２２の方向経過に適合されるまで妥当性ありとしておく。したがって主経 路とすべての副経路は独自の走行方向計算を受け取る。 上に述べた方法によって有利には、衛星ナビゲーションを用い角度センサまた は回転速度センサを自動車の絶対走行方向が得られるように較正し、絶対走行方 向について初期化することができる。したがってＧＰＳシステムは、微分角度セ ンサによる位置検出装置に対する有利な補充である。特に有利には、ＧＰＳ測定 は良好な長時間安定性を有し、これに対して微分角度センサは短時間の安定性し か有していない。また、走行方向検出に対して十分な精度を有する微分角度セン サを、例えば走行速度が低い場合にドップラー効果が過度に小さいとき、または 衛星受信に妨害を受けたときに走行方向検出のために使用することができる。 本発明の別の実施例では、微分角度センサ７の代わりに電子コンパスが使用さ れる。電子コンパス、例えば２軸磁気メータは障害磁場によって誤った北方向を 設定することがあるので、較正を前に述べたようにＧＰＳ衛星によって行うと有 利である。 種々の走行方向情報の評価は例えばカルマフィルタ、または結合位置検出の原 理にしたがって行われる。微分方向センサ７を使用する場合には、時間について 積分された連続的に増大する誤差が、ドップラー法に従って計算された走行方向 によって検出されるようにする。この場合も方向セグメントは、別のセンサ７に より検出された走行方向に対して優先される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月２１日（１９９８．１２．２１） 【補正内容】 請求の範囲 １．衝星受信器を有する自動車用の位置検出装置であって、該衛星受信器は有利 にはＧＰＳ衛星またはGLONASS衛星の信号を受信するものであり、 衛星受信器は、自動車の予想位置に対して受信した信号から公差のある走行 方向を走行方向セグメントの形態で計算するように構成されており、 距離センサと、デジタル道路地図と、計算器とを有し、 該計算器は、自動車の予想位置における実際の走行方向を検出し、 計算器（５）は、デジタル道路地図の部分領域の道路（２１，２２，２４） に対して、自動車の瞬時位置が予測される主経路と、場合により副経路（２２） を検出するように構成されており、 主経路と場合により副経路（２２）の方向は、衛星受信器の走行方向セグメ ント（２０）と比較され、 方向セグメント（２０）は、自動車の予想位置における方向が方向セグメン ト（２０）内に延在する主経路（２１）と場合により副経路（２２）だけがさら に続くように位置決めされ、 検出が明確でない場合、例えば密な道路網の中で経路が平行に延在する場合 、これまでの主経路を維 持する、 ことを特徴とする位置検出装置。 ２． 衛星受信器（２）は自動車の走行方向を、自動車の走行中に受信された衛 星周波数の周波数変化からドップラー法に従って検出する、請求項１記載の位置 検出装置。 ３． 位置検出装置は方向センサまたは回転速度センサ（７）を有し、 当該センサ（７）の検出された方向結果を、衛星受信器（２）により与えら れた瞬時の方向ベクトルの方向値に置換可能であるか、または補正可能である、 請求項１または２記載の位置検出装置。 ４． 方向センサ（７）はジャイロセンサである、請求項３記載の位置検出装置 。 ５． 方向セグメント（２０）の大きさは、衛星受信器（２）および/または位 置検出装置（１）のシステム誤差によって定められる、請求項１から４までのい ずれか１項記載の位置検出装置。 ６． 計算器（５）は、予想位置の箇所で各経路（２４，２１，２２）について 方向ベクトル（２５）を検出する、請求項１から５までのいずれか１項記載の位 置検出装置。 ７． 計算器（５）は、主経路（２１）と副経路（２２）を重み付けし、 方向が予想位置の箇所において方向セグメント（ ２３）の方向ともっとも一致する経路を新たな主経路として検出する、請求項１ から６までのいずれか１項記載の位置検出装置。 ８． 計算器（５）は、予想位置の箇所において個々の経路の走行方向を記憶さ れた道路地図の部分領域における道路経過と比較し、もっとも一致する経路を新 たな主経路として検出する、請求項１から７までのいずれか１項記載の位置検出 装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 衛星受信器を有する自動車用の位置検出装置であって、該衛星受信器は有 利にはＧＰＳ衛星またはGLONASS衛星の信号を受信するものであり、 衛星受信器は、自動車の予想位置に対して受信した信号から公差のある走行 方向（走行方向セグメント）を計算するように構成されており、 距離センサと、デジタル道路地図と、計算器とを有し、 該計算器は、自動車の予想位置における実際の走行方向を検出するものであ る位置検出装置において、 計算器（５）は、デジタル道路地図の部分領域の道路（２１，２２，２４） に対して、自動車の瞬時位置が予測される主経路と、場合により副経路（２２） を検出するように構成されており、 主経路と場合により副経路（２２）の方向は、衛星受信器の走行方向セグメ ント（２０）と比較され、 方向セグメント（２０）は、自動車の予想位置における方向が方向セグメン ト（２０）内に延在する主経路（２１）と場合により副経路（２２）だけがさら に追跡されるように位置決めされる、 ことを特徴とする位置検出装置。 ２． 衛星受信器（２）は自動車の走行方向を、自動車の走行中に受信された衛 星周波数の周波数変化からドップラー法に従って検出する、請求項１記載の位置 検出装置。 ３． 位置検出装置は方向センサまたは回転速度センサ（７）を有し、 当該センサ（７）の検出された方向結果を、衛星受信器（２）により与えら れた瞬時の方向ベクトルの方向値に置換可能であるか、または補正可能である、 請求項１または２記載の位置検出装置。 ４． 方向センサ（７）はジャイロセンサである、請求項３記載の位置検出装置 。 ５． 方向セグメント（２０）の大きさは、衛星受信器（２）および/または位 置検出装置（１）のシステム誤差によって定められる、請求項１から４までのい ずれか１項記載の位置検出装置。 ６． 計算器（５）は、予想位置の箇所で各経路（２４，２１，２２）について 方向ベクトル（２５）を検出する、請求項１から５までのいずれか１項記載の位 置検出装置。 ７． 計算器（５）は、主経路（２１）と副経路（２２）を重み付けし、 方向が予想位置の箇所において方向セグメント（２３）の方向ともっとも一 致する経路を新たな主経路として検出する、請求項１から６までのいずれか １項記載の位置検出装置。 ８． 計算器（５）は、予想位置の箇所において個々の経路の走行方向を記憶さ れた道路地図の部分領域における道路経過と比較し、もっとも一致する経路を新 たな主経路として検出する、請求項１から７までのいずれか１項記載の位置検出 装置。 ９． 経路が平行に延在する場合にはこれまでの主経路を維持する、請求項１か ら８までのいずれか１項記載の位置検出装置。