JPH0678910B2 - 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61−5691
0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403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P0からP1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Ｄ、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RSTU（点線）とし、点P2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），（Tx,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′），（Sx′,Sy′），（Tx′,T
y′），（Ux′,Uy′）は、次のようになる。

Rx′＝Rx−Ed・Dx−Eh・Dy Ry′＝Ry−Ed・Dy＋Eh・Dx Sx′＝Sx＋Ed・Dx−Eh・Dy Sy′＝Sy＋Ed・Dy＋Eh・Dx Tx′＝Tx＋Ed・Dx＋Eh・Dy Ty′＝Ty＋Ed・Dy−Eh・Dx Ux′＝Ux−Ed・Dx＋Eh・Dy Uy′＝Uy−Ed・Dy−Eh・Dx ただし、 Dx＝Ｄ・cos（Ｈ） Dy＝Ｄ・sin（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601,602,603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601,602,603に対し長方
形611,612,613となる。この図からわかるように等確率
輪郭は出発点から遠ざかると大きくなるが、点607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
精度が悪くなるという解決すべき課題があった。

課題を解決するための手段 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。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。105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。110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
（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では従来の方法と同様に、 X1＝Xo＋Ｄ・cos（Ｈ） Y1＝Yo＋Ｄ・sin（Ｈ） の推測航法演算を行い、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。この（X1,Y1）を（X
o,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（Xo,Yo）、出発点から推測位置202
までの距離をＬ、出発点201から推測位置202（Xc,Yc）
への方位をＡとすると、 Ｌ＝sqr［（Xc−Xo）^２＋（Yc−Yo）^２］ Ａ＝arctan［（Yc−Yo）／（Xc−Xo）］ と表される。ただし、arctanの計算は、０゜〜360゜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ed、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±eh、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Ef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Er、
左方誤差Elとすると Ef＝ed Eb＝１−（１−ed）・cos（eh） Er＝（１＋ed）・sin（eh） Er＝（１＋ed）・sin（eh） 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2
02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2
04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207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。この例からわかるよう
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０゜以上360゜未満とする）、走行距離をL
vとして、量子化された進行方位Bdは、 Bd＝int（Bv・Nd/360） となる。方位別走行距離の配列をLt［Bd］とすると、 Lt［Bd］＝Lt［Bd］＋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B
vmaxとすると、 Bvmax＝Bdmax・360/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Wr、左方部
分の長さをWlとすると、すでに述べたEf、Eb、Er、Elを
用いて Nd−１ Df＝Σ［Lt［Ｉ］・｛Ef・abs［cos（Ｉ・Ｇ−Ba）］ Ｉ＝０ ＋El・abs［sin（Ｉ・Ｇ−Ba）］｝］ Nd−１ Db＝Σ［Lt［Ｉ］・｛Eb・abs［cos（Ｉ・Ｇ−Ba）］ Ｉ＝０ ＋Er・abs［sin（Ｉ・Ｇ−Ba）］｝］ Nd−１ Wr＝Σ［Lt［Ｉ］・｛Er・abs［cos（Ｉ・Ｇ−Ba）］ Ｉ＝０ ＋Ef・abs［sin（Ｉ・Ｇ−Ba）］｝］ Nd−１ Wl＝Σ［Lt［Ｉ］・｛El・abs［cos（Ｉ・Ｇ−Ba）］ Ｉ＝０ ＋Eb・abs［sin（Ｉ・Ｇ−Ba）］｝］ と表される。ただし、Ｇ＝360/Ndとする。さらに、推測
位置を（Xc、Yc）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−Db・cos（Ａ）−Wl・sin（Ａ） Ry＝Yc＋Wl・cos（Ａ）−Db・sin（Ａ） Sx＝Xc＋Df・cos（Ａ）−Wl・sin（Ａ） Sy＝Yc＋Wl・cos（Ａ）＋Df・sin（Ａ） Tx＝Xc＋Df・cos（Ａ）＋Wr・sin（Ａ） Ty＝Yc−Wr・cos（Ａ）＋Df・sin（Ａ） Ux＝Xc−Db・cos（Ａ）＋Wr・sin（Ａ） Uy＝Yc＋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3
11,312と大きくなる。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（Xc,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（Xc,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、一
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図ａは従来例の構
成図、第４図ｂ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。

Claims (1)

【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。