ナビゲーション装置及び車両位置推定方法
【目的】 カーブ走行時に直線走行時と異なる方法で車両位置推定を行なう「ナビゲーション装置及び車両位置推定方法」を提供することである。
【構成】 車両回転方向計算部は車両方位の変化から車両回転方向を判別し、角速度計算部は車両の角速度を求め、回転半径計算部は該角速度と所定時間毎の移動距離とから車両の回転半径Rを求め、回転半径補正部は左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように回転半径Rを補正し、右回転のであれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように回転半径Rを補正し、車両位置推定部は該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定する。
【構成】 車両回転方向計算部は車両方位の変化から車両回転方向を判別し、角速度計算部は車両の角速度を求め、回転半径計算部は該角速度と所定時間毎の移動距離とから車両の回転半径Rを求め、回転半径補正部は左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように回転半径Rを補正し、右回転のであれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように回転半径Rを補正し、車両位置推定部は該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナビゲーション装置及び車両位置推定方法に係わり、特に自立航法センサーの出力信号を用いて車両の位置を正確に推定するナビゲーション装置及び車両位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナビゲーション装置は、車両の現在位置に応じた地図データをDVD，ハードディスクHDD等の地図データ記憶部から読み出してディスプレイ画面に描画すると共に、走行に応じて車両位置マ−クを地図上で移動させ、あるいは車両位置マークをディスプレイ画面の一定位置（例えばディスプレイ画面の中心位置）に固定表示して地図をスクロ−ル表示する。
地図データは、(1) ノ−ドデータや道路リンクデータ、交差点データ等からなる道路レイヤと、(2) 地図上のオブジェクトを表示するための背景レイヤと、(3) 市町村名などを表示するための文字レイヤなどから構成され、ディスプレイ画面に表示される地図画像は、背景レイヤと文字レイヤに基づいて発生され、マップマッチング処理や誘導経路の探索処理は道路レイヤに基づいて行われる。
かかるナビゲ−ション装置において、車両の現在位置を測定することが不可欠である。このため、車両に搭載した距離センサーと方位センサー（ジャイロ）等の自立航法センサーを用いて車両位置を測定する測定法（自立航法）、GPS（Global Positioning System)衛星を用いたGPS測定法（衛星航法）が実用化されている。
【０００３】
最近の車載ナビゲーション装置は自立航法と衛星航法を併用しており、通常は、自立航法により車両の位置、方位を推定すると共に、マップマッチング処理(パターンマッチング法と投影法を併用)により推定車両位置を修正して走行道路上の実車両位置を求めるようにしている。そして、何らかの原因でパターンマッチング法によるマップマッチングが不可能になると、マップマッチング処理を初期化すると共に車両位置をGPSにより測定された位置とし、以後、自立航法により車両の位置、方位を推定し、同時にマップマッチング処理を開始し、推定車両位置を走行道路上の実車両位置に修正する。
【０００４】
自立航法においては、距離センサーと相対方位センサーの出力に基づき積算により以下のようにして車両位置を推定する(特許文献１参照)。図１８は従来の自立航法による車両位置推定方法の説明図であり、距離センサーは車両がある所定距離走行する毎にパルスを出力し、したがって単位時間当たりに発生するパルス数を計数することにより車両移動速度Vを測定できる。また、基準方位（θ＝０）をＸ軸の正方向、基準方位から反時計方向回りを＋方向とする。前回の車両位置を点Ｐ０（Ｘ０，Ｙ０）、点Ｐ０での車両進行方向の絶対方位をθ０、単位時間ｔ後の移動距離Ｌ０(=V×ｔ)した時点での相対方位センサーの出力をΔθ1であるとすると、車両位置の変化分は、
ΔＸ＝Ｌ０・cos（θ０＋Δθ１）
ΔＹ＝Ｌ０・sin（θ０＋Δθ１）
となり、今回の点Ｐ１での車両進行方向の推定方位θ１と推定車両位置（Ｘ１，Ｙ１）は、
θ１＝θ０＋Δθ１ (1)
Ｘ１＝Ｘ０＋ΔＸ＝Ｘ０＋Ｌ０・cosθ１ (2)
Ｙ１＝Ｙ０＋ΔＹ＝Ｙ０＋Ｌ０・sinθ１ (3)
としてベクトル合成により計算できる。従って、スタート地点での車両の絶対方位と位置座標をGPSにより与えれば、その後、車両が単位距離走行する毎に、(1)〜(3)式の計算を繰り返すことにより車両位置をリアルタイムで検出(推定)できる。
【０００５】
しかし、自立航法では走行するにつれて誤差が累積して推定車両位置が道路から外れる。そこで、マップマッチング処理により推定車両位置を道路データと照合して道路上の実車両位置に修正する。
図１９は投影法によるマップマッチングの説明図である。現車両位置が点Ｐｉ−１（Ｘｉ−１，Ｙｉ−１）にあり、車両方位がθｉ−１であったとする（図では点Ｐｉ−１は道路ＲＤaと一致していない場合を示す）。点Ｐｉ−１より移動距離Ｌ０(=V×ｔ)走行したときの相対方位がΔθｉであれば、自立航法による推定車両位置Ｐｉ′（Ｘｉ′，Ｙｉ′）と、Ｐｉ′での推定車両方位θｉは、次式
θｉ ＝θｉ−１＋Δθｉ
Ｘｉ′＝Ｘｉ−１＋Ｌ０・cosθｉ
Ｙｉ′＝Ｙｉ−１＋Ｌ０・sinθｉ
により求められる。
【０００６】
このとき、(a) 推定車両位置Ｐｉ′を中心に２００ｍ四方に含まれ、しかも、垂線を降ろすことのできるリンク（道路を構成するエレメント）であって、推定車両位置Ｐｉ′での推定車両方位θｉとリンクの成す角度が一定値以内（たとえば４５０以内）で、かつ、推定車両位置Ｐｉ′からリンクに降ろした垂線の長さが一定距離（たとえば１００ｍ）以内となっているものを探す。ここでは道路ＲＤa上の方位θa１のリンクＬＫa１（ノードＮa０とＮa１を結ぶ直線）と道路ＲＤb上の方位θb１のリンクＬＫb１（ノードＮb０とＮb１を結ぶ直線）となる。
ついで、(b) 推定車両位置Ｐｉ′からリンクＬＫa１，ＬＫb１に降ろした垂線ＲＬia、ＲＬibの長さを求める。
(c) しかる後、次式
Ｚ=dL・20＋dθ・20 (dθ≦25０) (4)
Ｚ=dL・20＋dθ・40 (dθ＞25０) (4)′
により係数Ｚを演算する。なお、dLは推定車両位置Ｐｉ′からリンクに降ろした垂線の長さ(推定車両位置からリンクまでの距離)、dθは推定車両方位θｉとリンクの成す角度であり、角度dθが大きいほど重み係数を大きくしている。
【０００７】
(d) 係数値Ｚが求まれば、以下の(1)，(2)，(3)の条件、
(1)距離ｄＬ≦７５ｍ（最大引き付け距離７５ｍ）
(2)角度差ｄθ≦３００（最大引き付け角度３００）
(3)係数値Ｚ≦1500
を満足するリンクを求め、係数値が最小のリンクをマッチング候補(最適道路)とする。ここではリンクＬＫa１となる。
(e) そして、点Ｐｉ−１と点Ｐｉ′を結ぶ走行軌跡ＳＨiを垂線ＲＬiaの方向に点Ｐｉ−１がリンクＬＫa１上（またはリンクＬＫa１の延長線上）に来るまで平行移動して、点Ｐｉ−１とＰｉ′の移動点ＰＴｉ−１とＰＴｉ′を求める。
(f) 最後に、点ＰＴｉ−１を中心にＰＴｉ′がリンクＬＫa１上（またはリンクＬＫa１の延長線上）に来るまで回転移動して移動点を求め、実車両位置Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）とする。なお、実車両位置Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）での車両方位はθｉのままとされる。また、図２０の如く、前回の車両位置である点Ｐｉ−１が道路ＲＤaにあるときは、移動点ＰＴｉ−１は点Ｐｉ−１と一致する。
【０００８】
図２１〜図２３はパターンマッチングによるマップマッチングの説明図である。パターンマッチング法は、走行軌跡（所定時間毎あるいは所定走行距離毎の自立航法による位置と方位）を保存しておき、該走行軌跡と同形の地図上の道路を求め、該道路上のポイントに車両マークをマップマッチングさせる方法である。走行軌跡パターンと候補道路パターンとのマッチングをとる場合、図２１（a）に示すように走行軌跡ＬＰのパターンを等長線分によって折線近似すると共に、車両周辺の所定エリア内に存在する候補道路を求める。そして、各候補道路ＲＰのパターンを同様に図２１(b)に示すように等長の線分によって折線近似する。ついで、図２２に示すように、折線近似された候補道路ＲＰ′の先頭位置に折線近似された走行軌跡ＬＰ′の先頭位置が来るように走行軌跡ＬＰ′を平行移動し、走行軌跡ＬＰ′を所定角度θ(最初は０0)回転する。この状態で、道路ＲＰ′と走行軌跡ＬＰ′の対応ポイント（ｐi，ｑi)、(ｌi，ｍｉ)間の距離の総和を演算する（i=1,2,・・・n)。以後、同様に、回転角度θを変えて距離の総和を求め、最も距離の総和Lmが小さくなる回転角度θmを求める(図２３参照)。他の候補道路についても上記演算をおこなって距離の総和と回転角度を求める。しかる後、前記距離の総和が最も小さな候補道路、すなわち相関が最大の候補道路を求め、走行軌跡始点が該候補道路の先頭位置と重なるように平行移動した後、回転角度θm回転して車両位置を候補道路上にマップマッチングして処理を終了する。以上より、パターンマッチングにおいては相関を求めることを基本としている。
【０００９】
パターンマッチング法によるマップマッチング処理は計算量が多いため、例えば、１５０ｍ走行毎にあるいは数秒毎に行ない、投影法によるマップマッチングは１０ｍ走行毎にあるいは０．８秒毎に行なう。投影法によるマップマッチング処理は局所的にしか行なわないので、一度マッチングを間違うと以後、間違った道路上に車両位置を修正し続けてしまう。このため、パターンマッチングを併用して間違った道路上にマップマッチングし続けるのを防止するのである。
【００１０】
図２４はマップマッチングの初期動作説明図である。初期時、ＧＰＳにより測定された位置を車両位置Ｐとし、該車両位置Ｐを中心とする所定サイズの矩形エリアSQARを設定し、垂線の足が該矩形エリア内に存在する道路を候補道路RDa，RDbとして求め、該垂線の足を候補道路の先頭位置Ｑａ，Ｑｂとする。以後、自立航法により車両の位置、方位を推定して等長ベクトル化し、所定距離走行後にパターンマッチング処理を行なって最も相関の大きな候補道路RDbを求め、推定車両位置PMを走行道路RDb上の実車両位置ＱMに修正する。以後、パターンマッチングと投影法によるマップマッチング処理を行なって車両位置を走行道路RDb上に修正し、パターンマッチングが不可能になれば、前記初期動作を行なう。
以上のように、従来の車両位置推定方法では単位時間毎の移動は直線移動であるとみなして車両位置を推定する。このため、実際の道路形状が直線の場合やほとんど直線とみなすことが可能な道路では車両位置の推定誤差は小さく、たとえ推定値が道路から外れても外れ度合いが小さいためマップマッチング処理により道路上に修正できる。ところが、従来の車両位置推定方法では、道路のカーブ走行時にも、単位時間毎の移動は直線移動であるとみなして車両位置を推定する。このため、図２５(a)に示すように推定車両位置PTaが実際の道路リンクPTから外れてゆき、外れ度合いが大きくなってマップマッチング処理しても正しく道路リンク上に車両位置を修正できなくなる。図２５(b)はマップマッチング処理により正しく道路リンク上に車両位置を修正できた理想の場合であるが、実際は図２５(a)に示すようにマップマッチングにより修正ができなくなる。マップマッチングができなくなると、前述のように、マップマッチング処理を初期化すると共に車両位置をGPSにより測定された位置とし、以後、自立航法により車両の位置、方位を推定し、同時にマップマッチング処理を開始し、推定車両位置を走行道路上の実車両位置に修正する。しかし、かかる方法では、直ちに車両位置を道路上に修正できず、道路から外れている時間が長くなる問題がある。
【００１１】
そこで、自立航法による車両位置推定を高精度で行うために、カーブ走行時と直線走行時とで異ならせる必要がある(第１の必要性)。また、走行道路が直線であるかカーブであるかにより車両位置推定方法を切り替える必要がある(第２の必要性)。しかし、従来、自立航法においてかかる車両推定方法は提案されていない。第１従来技術として、GPSによって得られた絶対位置データと自立航法によって得られた相対位置データを用いて位置精度の高い走行軌跡を求める走行軌跡測定方法がある(特許文献１参照)。しかし、第１従来技術の走行軌跡測定方法は、自立航法によって得られた直線的な部分の走行軌跡形状と、GPSで測定される走行軌跡から読取られる進行方向とから、誤差の少ない走行軌跡を得るもので、上記第１、第２の必要性を満足するものではない。
また、第２従来技術として走行道路における大きな曲がり(曲路という)を検出する曲路検出装置が提案されている(特許文献２参照)。しかし、この第２従来技術は実際の道路状況や運転者の感覚にあった車両制御を行えるように、あるいは、ナビゲーション装置の地図データを正しく利用できるようにするために、曲路を検出するものであり、車両位置を推定するものではない。
【特許文献１】特開２００４−２２６３４１号公報
【特許文献２】特開平９−１４５３９４号公報
【特許文献３】特開２００１−３３０４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上から本発明の目的は、カーブ走行時に直線走行時と異なる方法で車両位置推定を行えるようにすることである。
本発明の別の目的は、走行道路が直線であるかカーブであるかにより車両位置推定方法を切り替えて高精度の車両位置推定を行えるようにすることである。
本発明の別の目的は、測定した道路半径を車両の回転方向に応じて補正し、該補正半径を用いて車両位置を精度よく道路リンク(道路中心線)上に推定することである。
本発明の別の目的は、道路中心線上の第１の車両位置と道路の実走行線上の第２の車両位置を推定して保存し、適宜、第１、第２の車両推定位置を用いてナビゲーション制御を行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は本発明によれば、車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置及びその車両位置推定方法により達成される。
・第１の車両位置推定方法
本発明の第１の車両位置推定方法は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設けるステップ、前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径を求めるステップ、該回転半径を用いて道路上に車両位置を推定するステップを有している。車両回転半径は、車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから計算する。
上記第１の車両位置推定方法において、所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を求める。
上記第１の車両位置推定方法において、前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する。
上記第１の車両位置推定方法において、直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する。
【００１４】
・第２の車両位置推定方法
本発明の第２の車両位置推定方法は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設けるステップ、車両方位の変化から車両回転方向を判別するステップ、前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径Rを求めるステップ、左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径を補正するステップ、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定するステップを有している。車両回転半径は、車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから計算する。
上記第２の車両位置推定方法おいて、道路の幅員をWとするとき、前記補正値WR，WLをW/4とする。
上記第２の車両位置推定方法では、車両に道路を撮像するカメラを設け、道路中心線から車両走行位置までの距離を測定して補正値WR，WLを取得する。
上記第２の車両位置推定方法において、所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を求める。
上記第２の車両位置推定方法では、前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する。
上記第２の車両位置推定方法において、直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する。
【００１５】
・第３の車両位置推定方法
本発明の第３の車両位置推定方法は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設けるステップ、該センサー出力信号を用いて道路の実際の走行線上の第1の車両位置を推定して保存すると共に、道路の中心線上の第２の車両位置を推定して保存するステップ、第１、第２の車両位置を用いてナビゲーション制御を行うステップを有している。
上記第３の車両位置推定方法では、前記第１の車両位置をGPS位置に基づいて補正し、前記第２の車両位置をマップマッチング処理により補正する。
上記第３の車両位置推定方法において、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設け、前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両回転半径Rを求め、該回転半径を用いて道路の走行線上に前記第１の車両位置を推定し、左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に前記第２の車両位置を推定する。
【００１６】
・第１のナビゲーション装置
第１のナビゲーション装置は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサー、前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度計算部、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径を計算する回転半径計算部、該回転半径を用いて道路上に車両位置を推定する車両位置推定部を備えている。前記車両位置推定部は、前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する。
【００１７】
・第２のナビゲーション装置
第２のナビゲーション装置は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサー、車両方位の変化から車両回転方向を判別する回転方向判別部、前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度計算部、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径Rを計算する回転半径計算部、左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正する回転半径補正部、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定する車両位置推定部を備えている。車両位置推定部は前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する。
【００１８】
・第３のナビゲーション装置
第３のナビゲーション装置は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサー、該センサー出力信号を用いて道路の実走行線上の第1の車両位置を推定して保存すると共に、
道路の中心線上の第２の車両位置を推定して保存する車両位置推定部、処理内容に基づいて第１、第２の車両位置を適宜用いてナビゲーション制御を行うナビゲーション制御部を備えている。
上記第３のナビゲーション装置は更に、衛星からのGPS信号に基づいてGPS位置を測定するGPS位置測定部、前記第１の車両位置をGPS位置に基づいて補正するGPS位置補正部、前記第２の車両位置を補正するマップマッチング処理部を備えている。
上記第３のナビゲーション装置は更に、車両の速度および車両の方位を検出するセンサー、前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度算出部を備え、前記車両位置推定部は、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両回転半径Rを求め、該回転半径を用いて道路の走行線上に前記第1の車両位置を推定する第１の位置推定部と、左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に前記第１の車両位置を推定する第２の位置推定部を備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設け、前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径を求め、該回転半径を用いて道路上に車両位置を推定するようにしたから、カーブ走行時に直線走行時と異なる方法で車両位置をより正しく推定することができる。
また、本発明によれば、角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定するため、直線走行、カーブ走行に係わらず車両位置をより正しく推定することができる。
また、本発明によれば、車両方位の変化から車両回転方向を判別し、左回転の場合には測定した車両回転半径に補正値WLを加えて回転半径を補正し、右回転の場合には該車両回転半径から補正値WRを減算して回転半径を補正し、補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定するようにしたから、より正しく車両位置を推定し、地図の道路リンク上に車両位置マークを表示することができる。
また、本発明によれば、自立航法センサーの出力信号を用いて道路の中心線上の第１の車両位置を推定して保存すると共に、道路の実走行線上の第２の車両位置を推定して保存し、適宜、第１、第２の車両位置を用いてナビゲーション制御を行うようにしたから、第１、第２の車両推定位置を用いて適切なナビゲーション制御が可能になる。例えば、第１の車両推定位置を用いてマップマッチング処理や車両位置マーク表示、道なり距離計算、経路案内などの制御が可能になり、また、第２の車両推定位置を用いてGPSによる位置修正や市街地図における車両位置マーク表示、走行車線の推定等が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置において、自立航法センサーは、車両の速度および車両の方位を検出し、車両回転方向計算部は車両方位の変化から車両回転方向を判別し、角速度計算部は前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、回転半径計算部は該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径Rを求め、回転半径補正部は左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、車両位置推定部は該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定する。補正値決定部は道路の幅員をWとするとき、補正値WR，WLをW/4とし、あるいは、カメラにより道路を撮像し、画像処理により道路中心線から車両走行位置までの距離を測定してWR，WLとする。車両位置推定部は記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して直線リンク上に車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して円形リンク上に車両位置を推定する。この際、直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する。
【実施例】
【００２１】
（A） 第１実施例
（a）車両位置推定の原理
車両が直線走行している場合には従来と同様の方法(図１８参照)により直線の道路リンク上に車両位置を推定する。しかし、車両がカーブを走行している場合には、車両回転半径Ｒを求め、該半径を有する円弧の道路リンク上に車両位置を推定する。図１は車両がカーブを走行している場合の車両位置推定方法の説明図である。図中の記号は以下の意味を有している。
R： 車両回転半径 [m]， V： 車両の移動速度 [m/sec]
ω： 車両の角速度 [radians/sec]
P0(x0, y0)： 車両の現在位置， θ0： 車両の現在の進行方向
Pt (xt, yt) ： t秒後の車両位置， θt： t秒後の車両進行方向
である。
図１(ａ)を参照すると、車両が始点P0(x0, y0)から速度Vでカーブを走行し、
時間t後にPt (xt, yt)へ移動したときの車両回転半径Ｒは次式
R = |V・t|/ω・t
= |V|/ω （5）
により計算できる。従って、図１(ｂ)を参照するとＸ軸及びＹ軸方向の増分dx、dyは
dx = Rsinθt - Rsinθ0
= R(sin(θ0+ωt)- sinθ0)
dy = Rcosθ0 - Rcosθt
= R(cosθ0 - cos(θ0+ωt))
となり、t秒後の車両位置Pt (xt, yt)は次式
xt＝x0＋（Rsinθt - Rsinθ0） (6)
yt＝y0＋（Rcosθ0 - Rcosθt） (7)
により計算できる。
直線走行かカーブ走行かの判定は、角速度ωの絶対値が設定値、例えば0.01radより小さければ直線走行とみなし、大きければカーブ走行とみなす。直線走行の場合、t秒後の車両位置Pt (xt, yt)は次式
xt＝x0＋Ｖcosθt (8)
yt＝y0＋Ｖsinθt (9)
により計算する。
【００２２】
（b）車両位置推定部
図２は本発明の自立航法による車両位置推定部の第１実施例であり、速度測定部１１は自立航法センサー８の車速センサー(距離センサー)からの出力信号を用いて車両の移動速度Vを測定して回転半径算出部１５と位置計算部１６に入力し、方位測定部１２は自立
航法センサー８の方位センサーからの出力信号を用いて車両の方位(進行方向)を測定して角速度算出部１３と位置計算部１６に入力する。角速度算出部１３は、現在位置P0およびt秒後の車両位置Ptの方位θ0,θtの差より角速度ω（＝θt−θ0）を計算し、道路形状識別部１４と回転半径算出部１５に入力する。道路形状識別部１４は角速度ωが設定値より大きければ道路形状はカーブと判定し、小さければ直線と判定し、判定結果を回転半径算出部１５と位置計算部１６に入力する。回転半径算出部１５は、道路形状がカーブであれば(5)式に基づいて回転半径Rを計算して位置計算部１６に入力する。位置計算部１６は、最新の車両推定位置P0の各軸座標x0, y0及び車両方位θ0を内蔵のメモリ１６aに保存しており、これらの値と入力された車両移動速度V、車両回転半径Ｒ、
車両位置Pt における方位θtを用いて、直線走行であれば、（8）、（9）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算し、カーブ走行であれば（6）、（7）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算する。以後、xt, ytを出力すると共に、xt, yt, θtをx0, y0, θ0として、上記位置推定演算を継続する。
【００２３】
（c）ナビゲーション装置
図３は本発明の車両位置推定部を備えたナビゲーション装置の構成図である。
ナビゲーション制御装置１、リモコン２、ディスプレイ装置（カラーモニター）３、ハードディスク(HDD) ４、HDD制御装置５、マルチビームアンテナ６、ＧＰＳ受信機７、自立航法用センサー８、オーディオ部９を有している。ハードディスク(HDD)４には、地図データが記憶されている。自立航法センサー８は、車両回転角度を検出する振動ジャイロ等の相対方位センサー（角度センサー）８ａ、所定走行距離毎に１個のパルスを発生する距離センサー８ｂを備えている。
ナビゲーション制御装置１において、地図読出制御部２１は、自車位置に基づいて、HDD制御装置５を制御してHDD ４より所定の地図情報を読み出す。地図バッファ２２はHDDから読み出された地図情報を記憶し、地図スクロールができるように自車位置周辺の複数枚（複数ユニット）の地図情報、例えば３×３ユニットの地図情報を記憶する。
地図描画部２３は、地図バッファ２２に記憶された地図情報を用いて地図画像を発生し、ＶＲＡＭ２４は地図画像を記憶し、読出制御部２５は画面中心位置（自車位置）に基づいてＶＲＡＭ２４より切り出す１画面分の位置を変えて自車位置の移動に従って地図をスクロール表示する。
【００２４】
交差点案内部２６は接近中の交差点における交差点拡大図を表示して交差点での進行方向の案内をディスプレイ画像及び音声で行う。すなわち、実際の経路誘導時に、自車が接近中の交差点より所定距離内に接近した時、該交差点案内図（交差点拡大図、進行方向矢印）をディスプレイ画面に表示すると共に進行方向を音声で案内する。リモコン制御部２７はリモコンの操作に応じて信号を受信して各部に指示する。
ＧＰＳ位置算出部２８はＧＰＳ受信機から入力されるＧＰＳデータに基づいて車両の現在位置(ＧＰＳ位置)や車両方位を算出する。自立航法による車両位置推定部２９は、図２に示す構成を備え、ＧＰＳ位置を初期位置として自立航法により車両位置および方位を算出する。すなわち、車両位置推定部２９は、自立航法センサー出力に基づいて車両位置および車両方位を推定し、所定時間毎のＸ，Ｙ方向の相対距離及び方位を走行軌跡として保存する。
マップマッチング制御部３０は、地図バッファ２２に読み出されている地図情報と推定車両位置、車両方位、走行軌跡を用いてマップマッチング処理を行って自車位置を走行道路上に位置修正する。マップマッチング処理はパターンマッチングと投影法を併用して行なうものとし、パターンマッチングは１５０ｍの走行毎に行い、投影法によるマップマッチングは０．８秒毎に行なう。
誘導経路制御部３１は、入力された出発地から目的地までの誘導経路(探索経路)の計算処理を行い、誘導経路メモリ３２は誘導経路を記憶し、誘導経路描画部３３は走行時、誘導経路メモリ３２より誘導経路情報（ノード列）を読み出して誘導経路を描画する。操作画面発生部３４は各種メニュー画面（操作画面）を発生し、画像合成部３５は各種画像を合成して出力する。
【００２５】
図４は車両位置推定部２９による車両位置推定の処理フローである。角速度ωを計算し（ステップ101）、｜ω｜と設定値の大小を比較し（ステップ102）、｜ω｜≦設定値であれば直線走行とみなして（8）、（9）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算し（ステップ103）、カーブ走行であれば（6）、（7）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算する（ステップ104）。以後、所定時間毎に上記処理を繰り返して車両位置を推定する。
図５は第１実施例の車両位置推定結果説明図であり、実線は道路形状、点線は第１実施例により推定された実際の車両の走行軌跡である。この図から、道路がカーブしていても正しく車両位置を推定していることが判る。
以上では、ωとVを用いて(５)式により車両回転半径Rを計算したが、車両の過去の３つの位置データxi、yiを次式
(x−xc)2＋(y−yc)2＝R2
に代入して半径をR求めることもできる。ただし、(xc、yc)は円の中心座標である。
第1実施例によれば、カーブ走行時に直線走行時と異なる方法で車両位置をより正しく推定することができる。
また、第1実施例によれば、角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定するため、直線走行、カーブ走行に係わらず車両位置をより正しく推定することができる。
【００２６】
（B）第２実施例
地図データに含まれる道路リンクは道路の中心線に基づいて作成されており、地図上の道路リンクは道路の中心線の位置を示している。一方、第１実施例の車両推定位置は実際に走行している走行線上の位置である。このため、走行線が道路中心線と一致する場合には図５に示すように道路がカーブしていても道路中心線上の位置を推定し、描画地図において道路リンク上に車両位置マークを表示することができる。しかし、実際に車両は中心線上を走行せず、中心線より左側に所定距離Dはなれた位置を走行する。すなわち、実際の車両回転半径と道路リンクの半径が異なる。このため、カーブにおいて、前後方向に距離誤差が生じ、車両推定位置が道路リンクから逸脱してしまう。図６は走行軌跡Bが実線の道路リンクAから逸脱する様子を説明する説明図であり、点線で示すように走行軌跡Bは実線の道路リンクAから所定距離D離れ、車両位置マークは道路リンク上に表示されなくなる。また、マップマッチング処理によりCで示すように最初車両位置を道路リンクA上に修正しても、位置誤差が累積して大きくなってマップマッチング処理ができなくなることがある。
【００２７】
(a) 第２実施例の概略
図７は第２実施例の概略説明図であり、Ａは道路中心線（道路リンク）、Eは走行ライン、Fは第２実施例により推定した車両位置に基づく補正走行ラインである。カーブ走行において右回転の場合には車両回転半径Rから道路上の走行位置に応じた補正値WRを減算して回転半径R′（＝R−WR）に補正し、左回転の場合には該車両回転半径Rに道路上の走行位置に応じた補正値WLを加算して回転半径R′（＝R＋WL）に補正し、該補正した回転半径R′を用いて道路中心線上に車両位置を推定する。なお、以上は車両左側通行である日本において適用する場合であるが、車両右側通行である外国において適用する場合には、上記と逆になるように回転半径を補正する。すなわち、カーブ走行において左回転の場合には車両回転半径Rから道路上の走行位置に応じた補正値WLを減算して回転半径R′（＝R−WL）に補正し、右回転の場合には該車両回転半径Rに道路上の走行位置に応じた補正値WRを加算して回転半径R′（＝R＋WR）に補正し、該補正した回転半径R′を用いて道路中心線上に車両位置を推定する。
図８は第２実施例の車両位置推定方法の原理説明図である。図中の記号は以下の意味を有している。
R： 車両回転半径 [m]， V： 車両の移動速度 [m/sec]
ω： 車両の角速度 [radians/sec]
P0(x0, y0)： 車両の現在位置， θ0： 車両の現在の進行方向
Pt (xt, yt) ： t秒後の車両位置， θt： t秒後の車両進行方向
P0′(x0′, y0′)： 車両現在位置に応じた道路中心線状の位置
Pt′ (xt′, yt′) ： t秒後の車両位置に応じた道路中心線状の位置
R′：補正後の回転半径（道路リンクの曲率半径）
WR：走行ラインとリンク間の距離（右カーブ時）[m]
WL:：走行ラインとリンク間の距離（左カーブ時）[m]
である。
図8(ａ)を参照すると、車両が始点P0(x0, y0)から速度Vでカーブを走行し、時
間t後にPt (xt, yt)へ移動したときの車両回転半径Ｒは(5)式により
R = |V・t|/ω・t
= |V|/ω
である。道路リンクの曲率半径R′は左カーブのとき次式
R′= R + WL (左カーブ時：ω > 0, R > 0, R′ > 0） (10)
により表現できる。尚、右カーブのときの道路リンクの曲率半径R′は次式
R′= R + WR (右カーブ時：ω < 0, R < 0, R′ < 0） (11)
により表現できる。従って、図８(ｂ)を参照すると道路リンクに沿ったX軸及びY軸方向の増分dx′、dy′は
dx′= R′sinθt - R′sinθ0
= R′(sin(θ0+ωt)- sinθ0)
dy′= R′cosθ0 - R'cosθt
= R′(cosθ0 - cos(θ0+ωt))
となり、t秒後の車両位置Pt′ (xt′，yt′)は次式
xt′＝x0′＋（R′sinθt - R′sinθ0） (12)
yt′＝y0′＋（R′cosθ0 - R′cosθt） (13)
により計算できる。ただし、
x0′＝x0＋WL × sinθ0 (14)
y0′＝y0−WL ×cosθ0 (15)
である。直線走行かカーブ走行かの判定は、第1実施例と同様に角速度ωの絶対値が設定値、例えば0.01radより小さければ直線走行とみなし、大きければカーブ走行とみなす。直線走行の場合、t秒後の車両位置Pt (xt, yt)を(8),(9)式(以下に再掲)
xt＝x0＋Ｖcosθt (8)
yt＝y0＋Ｖsinθt (9)
により計算し、該車両位置Pt (xt, yt)を進行方向右側にWLシフトして道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を算出する。以上では、RやR′を符号付きで扱っているため、右カーブ時も R′= R + WR となる。
【００２８】
（b）第２実施例の車両位置推定部
図９は第２実施例の自立航法による車両位置推定部の構成図であり、図２の第１実施例の車両位置推定部と同一部分には同一符号を付している。
速度測定部１１は自立航法センサー８の車速センサー(距離センサー)からの出力信号を用いて車両の移動速度Vを測定して回転半径算出部１５と位置計算部１６に入力し、方
位測定部１２は自立航法センサー８の方位センサーからの出力信号を用いて車両の方位(進行方向) θtを測定して角速度算出部１３と位置計算部１６と回転半径補正部１７に入力する。角速度算出部１３は、現在位置P0における方位θ0とt秒後の車両位置Ptにおける方位θtの差より角速度ω（＝θt−θ0）を計算し、道路形状識別部１４と回転半径算出部１５に入力する。道路形状識別部１４は角速度ωが設定値より大きければ道路形状はカーブと判定し、小さければ直線と判定し、判定結果を回転半径算出部１５と位置計算部１６に入力する。回転半径算出部１５は、道路形状がカーブであれば(5)式に基づいて回転半径Rを計算して回転半径補正部１７に入力する。
【００２９】
半径補正値決定部１８は、現在走行中道路の幅員Wを地図データに含まれるリンクデータより抽出し、幅員Wの１/4をWL.WRとして出力する（WL=WR=W/4）。これは図１０（a）に示すように、通常車両は車線の中央を走行するため、走行線Eは道路中心線(道路リンク)AよりW/4離れるからである。回転半径補正部１７は、現在位置P0における方位θ0とt秒後の車両位置Ptにおける方位θtの差θt−θ0の符号を決定し、該符号に基づいて回転方向を判断する。例えば、θt−θ0＞0であれば左カーブ、θt−θ0＜０であれば右カーブであると判断する。ついで、回転半径補正部１７は、左カーブ時走行時に道路リンクの曲率半径R′を(10)式により、すなわち次式
R′= R＋WL
により計算し、右カーブのときの道路リンクの曲率半径R′を(11)式により、すなわち次式
R′= R＋WR
により計算する。
位置計算部１６は、最新の車両推定位置P0の各軸座標x0, y0及び車両方位θ0を内蔵のメモリ１６aに保存しており、これらの値と入力された車両移動速度V、車両回転
半径Ｒ′、車両位置Pt における方位θtを用いて、直線走行であれば、（8）、（9）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算し、該車両位置Pt (xt, yt)を進行方向右側にWLシフトして道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を算出する。一方、カーブ走行であれば、位置計算部１６は、（12）、（13）式に基づいて車両位置Pt′ における各軸位置座標xt′, yt′を計算する。以後、xt′, yt′を出力すると共に、xt′, yt′, θtをx0′, y0′, θ0として、上記位置推定演算を継続する。
【００３０】
(ｃ)車両位置推定処理フロー
第2実施例の車両位置推定部を適用したナビゲーション装置は図３の第１実施例のナビゲーション装置と同一の構成を備えている。
図１１はナビゲーション装置の車両位置推定部２９による車両位置推定の処理フローであり、ソフト的に車両位置を推定する場合に適用できる。
車両位置推定部２９は、角速度ωを計算し（ステップ201）、｜ω｜と設定値の大小を比較し（ステップ202）、｜ω｜≦設定値であれば直線走行とみなして（8）、（9）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算し（ステップ203)、ついで、車両位置Pt (xt, yt)を進行方向右側にWLシフトして道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を算出して出力し(ステップ204)、始めに戻って車両位置推定を継続する。
一方、ステップ202において、｜ω｜＞設定値であれば、カーブ走行中であると判断する。ついで、現在位置P0における方位θ0とt秒後の車両位置Ptにおける方位θtの差ω（＝θt−θ0）の符号を決定し、該符号に基づいて回転方向を判断する。例えば、ω＞0であれば左カーブ、ω＜０であれば右カーブであると判断する(ステップ205)。
左カーブでれば、車両位置推定部は道路リンクの曲率半径R′を(10)式により、すなわち次式
R' = R＋WL
により計算し(ステップ206)、ついで、(14)、(15)式により現在位置P0(x0，y0)に対応する道路リンク上の車両位置P0′ (x0′，y0′)を算出する(ステップ207)。一方、右カーブであれば、道路リンクの曲率半径R′を(11)式により、すなわち次式
R' = R＋WR
により計算し(ステップ208)、(14)、(15)式においてWLをWRとして現在位置P0(x0，y0)に対応する道路リンク上の車両位置P0′ (x0′，y0′)を算出する(ステップ209)。以後、車両位置推定部は(12)、(13)式により道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を計算し（ステップ210）、所定時間毎に上記処理を繰り返して車両位置を推定する。
【００３１】
図１２〜図１４は第2実施例の効果説明図であり、図１２は曲がりくねって山頂に到る道路リンクAの説明図、図１３は第１実施例による車両推定値を用いてマップマッチング処理を施した走行軌跡Bの説明図、図１４は第２実施例による車両推定値を用いてマップマッチング処理を施した走行軌跡説明図である。図１３、図１４においてドット点GはGPS測位点である。
図１３の第１実施例による車両推定値は、車両回転半径が道路リンク形状の曲率半径と異なるため、移動距離差によるカーブ前後方向の誤差が累積して道路リンクAから外れる場合がある。特にカーブCV1において外れの度合いが顕著である。パターンマッチングを何度も繰り返すが、走行軌跡Bが道路リンク形状Aと一致しないため、期待通りの結果が得られない。
図１４の第２実施例による車両推定値は、車両回転半径が道路リンク形状の曲率半径と同じになるため、移動距離差がなく、カーブ前後方向の誤差が生じにくくなっている。この結果、適宜マップマッチング処理を施すことにより走行軌跡を道路リンクに一致させることができる。
以上、第２実施例によれば、車両方位の変化から車両回転方向を判別し、左回転であれば補正値WLだけ大きくなるように回転半径Rを補正し、右回転であれば補正値WRだけ小さくなるように回転半径Rを補正し、補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定するようにしたから、より正しく車両位置を推定し、地図の道路リンク上に車両位置マークを表示することができる。
【００３２】
（ｄ）変形例
図１５は第２実施例の車両位置推定部の変形例であり、図９と同一部分には同一符号を付している。異なる点は、半径補正値決定部１８の構成であり、変形例では、車両に道路を撮像するカメラ１８aを取り付け、画像処理部１８bで該カメラの撮影画像を画像処理して道路中心線から車両走行位置までの距離を測定してWR，WLとして出力する点である。道路中心線から車両走行位置までの距離測定原理は、(１)図１０(b)に示すように、撮影画像から道路中心線RCLNと道路エッジLEGを判別し、(２)画像中心線CLを走行線とみなして該走行線CLから道路エッジLEGと道路中心線RCLNまでの長さの比ａ：ｂを求め、(３)該比と地図データのリンク情報から得られる道路幅員Wとから比例計算により次式
ｄ＝（Ｗ／２）×ｂ／（ａ＋ｂ）
により道路中心線から車両走行位置までの距離ｄを測定してWRまたはWLとして出力する。
変形例によれば、正確に道路中心線から車両走行位置までの距離を測定して使用できるため、車両位置推定精度を向上できる。
【００３３】
（Ｃ）第３実施例
通常のナビゲーション装置は、車両位置は１つという前提で設計されている。すなわち、自立航法センサーを用いて推定した車両位置をマップマッチング処理して得られた道路リンク上の位置を車両位置としている。この道路リンク上の車両位置を用いることにより、地図道路リンク上に車両位置マークを表示し、道なり距離を計算し、経路案内をすることができる。しかし、この道路リンク上の車両位置では、道路幅までリアルに表現する市街地図において正確に道路上の実走行位置に車両位置マークを表示することができず、しかも、実走行車線を推定することができない。
このため、第３実施例は、道路リンク上(道路中央線上)に修正した第１の車両位置と、実際の走行線上の第２の車両位置の２つを常に計算して管理し、適宜一方の車両位置を使用してナビゲーション制御に適した処理を行う。
【００３４】
図１６は第３実施例のナビゲーション装置のブロック図であり、各種ナビゲーション制御を行うナビゲーション制御部５１、GPS衛星からの電波を受信するマルチビームアンテナ５２及びGPS受信機５３、GPS受信機から入力されるGPSデータに基づいて車両の現在位置(GPS位置)を算出するGPS位置算出部５４、車両回転角度を検出する方位センサー（角度センサー）および距離センサーを備えた自立航法用センサー５５、実際の現在車両位置を推定して保存する実現在位置推定・保存部５６、道路リンク上の位置を推定して保存するリンク上現在位置推定・保存部５７、リンク上現在位置を用いてマップマッチング処理を行うマップマッチング部５８を備えている。
実現在位置推定・保存部５６は、図２に示す第１実施例の車両位置推定部と同一の構成を備え、車両回転半径Rを用いて絶対的な実際の車両位置Pt (xt， yt)を推定して記憶すると共に、該車両位置xt,，ytをナビゲーション制御部５１に入力する。また、実現在位置推定・保存部５６はGPS位置計算部５４で計算したGPS位置を初期位置として自立航法により車両位置を推定すると共に、適宜、GPS位置データにより車両位置を修正する。
リンク上現在位置推定・保存部５７は、図９あるいは図１５に示す第２実施例の車両位置推定部と同一の構成を備え、車両回転半径RをWL,WRで補正して道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を推定して記憶すると共に、xt′，yt′をナビゲーション制御部５１に入力する。この道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)はマップマッチング処理により修正される。
【００３５】
ナビゲーション制御装置５１は、各種処理要求に基づいて実現在位置Pt (xt， yt)あるいはリンク上現在位置Pt′ (xt′，yt′)を適宜用いてナビゲーション制御を行う。例えば、市街地図における車両位置マークの表示要求や実走行車線の測定要求に対して実現在位置Pt (xt， yt)を用いる。また、ナビゲーション制御装置５１は、通常地図における車両位置マークの表示要求や道なり距離の計算要求、ルート案内要求に対しては道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を用いる。
すなわち、ナビゲーション制御装置５１は、絶対的な位置情報としての車両位置を必要とする要求に対して実現在位置Pt (xt， yt)を用い、道路のトポロジに照らし合わせた道路リンク上の位置を必要とする要求に対してリンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を用いてナビゲーション制御を行う。
【００３６】
図１７は実現在位置推定・保存部５６とリンク上現在位置推定・保存部５７の車両位置推定処理フローである。
実現在位置推定・保存部５６は、所定時間毎に第１実施例に基づいて車両位置の推定を行う(ステップ301)。尚、カーブ走行の場合、車両半径Rを補正しないで車両の実際の現在位置を第1車両位置として計算する。ついで、実現在位置推定・保存部５６は推定した第1の車両位置を保存し(ステップ302)、GPS位置データに基づいて第1車両位置を修正する必要があるか判断し(ステップ303)、修正する必要がなければステップ301以降の処理を繰り返す。一方、修正する必要があれば、例えば誤差が累積して大きくなれば、GPS位置データにより第１の車両現在位置を修正し(ステップ304)、始めに戻る。
一方、リンク上現在位置推定・保存部５７は、所定時間毎に第２実施例に基づいて車両位置の推定を行う(ステップ401)。尚、カーブ走行の場合、車両半径Rをリンク半径R′に補正して道路リンク上の車両位置を第2の車両位置として計算する。リンク上現在位置推定・保存部５７は、推定した第２の車両位置を保存し(ステップ402)、ついで、マップマッチング処理のタイミングであるか判断し(ステップ403)、マップマッチング処理のタイミングでなければステップ401以降の処理を繰り返す。一方、マップマッチング処理のタイミングであれば、マップマッチング処理結果に基づいて第２の車両現在位置を修正し(ステップ404)、始めに戻る。
【００３７】
第３実施例によれば、絶対的な車両位置と道路のトポロジに照らした車両位置という２つの異なる位置を独立に推定して管理、利用するため、種々のナビゲーション制御を精度よく、かつ、迅速に行うことができる。すなわち、以下の(1)〜(6) の制御、すなわち、
(1)ナビ画面、特に市街地図画面で自車や他車を道路中央ではなく車線上に表示できる、
(2)走行車線を精度よく推定できる
(3)道なり距離を精度よく推定できる、
(4)車両位置マークが道路リンクから外れないようにできる、
(5)マップマッチングにおいてミスマッチしないようにできる、
(6)パターンマッチングの精度を向上できる、
等の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】車両がカーブを走行している場合の車両位置推定方法の説明図である。
【図２】自立航法による車両位置推定部の第１実施例である。
【図３】本発明の車両位置推定部を備えたナビゲーション装置の構成図である。
【図４】車両位置推定部による車両位置推定の処理フローである。
【図５】第１実施例の車両位置推定結果説明図である。
【図６】走行軌跡Bが実線の道路リンクAから逸脱する状態説明図である。
【図７】第２実施例の概略説明図である。
【図８】第２実施例の車両位置推定方法の原理説明図である。
【図９】第２実施例の自立航法による車両位置推定部の構成図である。
【図１０】回転半径補正値決定法の説明図である。
【図１１】ナビゲーション装置の車両位置推定部による車両位置推定の処理フローである。
【図１２】曲がりくねって山頂に到る道路リンクAの説明図である。
【図１３】第１実施例による車両推定値を用いてマップマッチング処理を施した走行軌跡Bの説明図である。
【図１４】第２実施例による車両推定値を用いてマップマッチング処理を施した走行軌跡説明図である。
【図１５】第２実施例の車両位置推定部の変形例である。
【図１６】第３実施例のナビゲーション装置のブロック図である。
【図１７】実現在位置推定・保存部とリンク上現在位置推定・保存部の車両位置推定処理フローである。
【図１８】従来の自立航法による車両位置推定方法の説明図である。
【図１９】投影法によるマップマッチングの説明図である。
【図２０】投影法によるマップマッチングの別の説明図である。
【図２１】パターンマッチングによるマップマッチングの第1の説明図である。
【図２２】パターンマッチングによるマップマッチングの第2の説明図である。
【図２３】パターンマッチングによるマップマッチングの第3の説明図である。
【図２４】マップマッチングの初期動作説明図である。
【図２５】従来の自立航法による車両位置推定方法の問題点説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
８ 自立航法センサー
１１ 速度測定部
１２ 方位測定部
１３ 角速度算出部
１４ 道路形状識別部
１５ 回転半径算出部
１６ 位置計算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナビゲーション装置及び車両位置推定方法に係わり、特に自立航法センサーの出力信号を用いて車両の位置を正確に推定するナビゲーション装置及び車両位置推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ナビゲーション装置は、車両の現在位置に応じた地図データをDVD，ハードディスクHDD等の地図データ記憶部から読み出してディスプレイ画面に描画すると共に、走行に応じて車両位置マ−クを地図上で移動させ、あるいは車両位置マークをディスプレイ画面の一定位置（例えばディスプレイ画面の中心位置）に固定表示して地図をスクロ−ル表示する。
地図データは、(1) ノ−ドデータや道路リンクデータ、交差点データ等からなる道路レイヤと、(2) 地図上のオブジェクトを表示するための背景レイヤと、(3) 市町村名などを表示するための文字レイヤなどから構成され、ディスプレイ画面に表示される地図画像は、背景レイヤと文字レイヤに基づいて発生され、マップマッチング処理や誘導経路の探索処理は道路レイヤに基づいて行われる。
かかるナビゲ−ション装置において、車両の現在位置を測定することが不可欠である。このため、車両に搭載した距離センサーと方位センサー（ジャイロ）等の自立航法センサーを用いて車両位置を測定する測定法（自立航法）、GPS（Global Positioning System)衛星を用いたGPS測定法（衛星航法）が実用化されている。
【０００３】
最近の車載ナビゲーション装置は自立航法と衛星航法を併用しており、通常は、自立航法により車両の位置、方位を推定すると共に、マップマッチング処理(パターンマッチング法と投影法を併用)により推定車両位置を修正して走行道路上の実車両位置を求めるようにしている。そして、何らかの原因でパターンマッチング法によるマップマッチングが不可能になると、マップマッチング処理を初期化すると共に車両位置をGPSにより測定された位置とし、以後、自立航法により車両の位置、方位を推定し、同時にマップマッチング処理を開始し、推定車両位置を走行道路上の実車両位置に修正する。
【０００４】
自立航法においては、距離センサーと相対方位センサーの出力に基づき積算により以下のようにして車両位置を推定する(特許文献１参照)。図１８は従来の自立航法による車両位置推定方法の説明図であり、距離センサーは車両がある所定距離走行する毎にパルスを出力し、したがって単位時間当たりに発生するパルス数を計数することにより車両移動速度Vを測定できる。また、基準方位（θ＝０）をＸ軸の正方向、基準方位から反時計方向回りを＋方向とする。前回の車両位置を点Ｐ０（Ｘ０，Ｙ０）、点Ｐ０での車両進行方向の絶対方位をθ０、単位時間ｔ後の移動距離Ｌ０(=V×ｔ)した時点での相対方位センサーの出力をΔθ1であるとすると、車両位置の変化分は、
ΔＸ＝Ｌ０・cos（θ０＋Δθ１）
ΔＹ＝Ｌ０・sin（θ０＋Δθ１）
となり、今回の点Ｐ１での車両進行方向の推定方位θ１と推定車両位置（Ｘ１，Ｙ１）は、
θ１＝θ０＋Δθ１ (1)
Ｘ１＝Ｘ０＋ΔＸ＝Ｘ０＋Ｌ０・cosθ１ (2)
Ｙ１＝Ｙ０＋ΔＹ＝Ｙ０＋Ｌ０・sinθ１ (3)
としてベクトル合成により計算できる。従って、スタート地点での車両の絶対方位と位置座標をGPSにより与えれば、その後、車両が単位距離走行する毎に、(1)〜(3)式の計算を繰り返すことにより車両位置をリアルタイムで検出(推定)できる。
【０００５】
しかし、自立航法では走行するにつれて誤差が累積して推定車両位置が道路から外れる。そこで、マップマッチング処理により推定車両位置を道路データと照合して道路上の実車両位置に修正する。
図１９は投影法によるマップマッチングの説明図である。現車両位置が点Ｐｉ−１（Ｘｉ−１，Ｙｉ−１）にあり、車両方位がθｉ−１であったとする（図では点Ｐｉ−１は道路ＲＤaと一致していない場合を示す）。点Ｐｉ−１より移動距離Ｌ０(=V×ｔ)走行したときの相対方位がΔθｉであれば、自立航法による推定車両位置Ｐｉ′（Ｘｉ′，Ｙｉ′）と、Ｐｉ′での推定車両方位θｉは、次式
θｉ ＝θｉ−１＋Δθｉ
Ｘｉ′＝Ｘｉ−１＋Ｌ０・cosθｉ
Ｙｉ′＝Ｙｉ−１＋Ｌ０・sinθｉ
により求められる。
【０００６】
このとき、(a) 推定車両位置Ｐｉ′を中心に２００ｍ四方に含まれ、しかも、垂線を降ろすことのできるリンク（道路を構成するエレメント）であって、推定車両位置Ｐｉ′での推定車両方位θｉとリンクの成す角度が一定値以内（たとえば４５０以内）で、かつ、推定車両位置Ｐｉ′からリンクに降ろした垂線の長さが一定距離（たとえば１００ｍ）以内となっているものを探す。ここでは道路ＲＤa上の方位θa１のリンクＬＫa１（ノードＮa０とＮa１を結ぶ直線）と道路ＲＤb上の方位θb１のリンクＬＫb１（ノードＮb０とＮb１を結ぶ直線）となる。
ついで、(b) 推定車両位置Ｐｉ′からリンクＬＫa１，ＬＫb１に降ろした垂線ＲＬia、ＲＬibの長さを求める。
(c) しかる後、次式
Ｚ=dL・20＋dθ・20 (dθ≦25０) (4)
Ｚ=dL・20＋dθ・40 (dθ＞25０) (4)′
により係数Ｚを演算する。なお、dLは推定車両位置Ｐｉ′からリンクに降ろした垂線の長さ(推定車両位置からリンクまでの距離)、dθは推定車両方位θｉとリンクの成す角度であり、角度dθが大きいほど重み係数を大きくしている。
【０００７】
(d) 係数値Ｚが求まれば、以下の(1)，(2)，(3)の条件、
(1)距離ｄＬ≦７５ｍ（最大引き付け距離７５ｍ）
(2)角度差ｄθ≦３００（最大引き付け角度３００）
(3)係数値Ｚ≦1500
を満足するリンクを求め、係数値が最小のリンクをマッチング候補(最適道路)とする。ここではリンクＬＫa１となる。
(e) そして、点Ｐｉ−１と点Ｐｉ′を結ぶ走行軌跡ＳＨiを垂線ＲＬiaの方向に点Ｐｉ−１がリンクＬＫa１上（またはリンクＬＫa１の延長線上）に来るまで平行移動して、点Ｐｉ−１とＰｉ′の移動点ＰＴｉ−１とＰＴｉ′を求める。
(f) 最後に、点ＰＴｉ−１を中心にＰＴｉ′がリンクＬＫa１上（またはリンクＬＫa１の延長線上）に来るまで回転移動して移動点を求め、実車両位置Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）とする。なお、実車両位置Ｐｉ（Ｘｉ，Ｙｉ）での車両方位はθｉのままとされる。また、図２０の如く、前回の車両位置である点Ｐｉ−１が道路ＲＤaにあるときは、移動点ＰＴｉ−１は点Ｐｉ−１と一致する。
【０００８】
図２１〜図２３はパターンマッチングによるマップマッチングの説明図である。パターンマッチング法は、走行軌跡（所定時間毎あるいは所定走行距離毎の自立航法による位置と方位）を保存しておき、該走行軌跡と同形の地図上の道路を求め、該道路上のポイントに車両マークをマップマッチングさせる方法である。走行軌跡パターンと候補道路パターンとのマッチングをとる場合、図２１（a）に示すように走行軌跡ＬＰのパターンを等長線分によって折線近似すると共に、車両周辺の所定エリア内に存在する候補道路を求める。そして、各候補道路ＲＰのパターンを同様に図２１(b)に示すように等長の線分によって折線近似する。ついで、図２２に示すように、折線近似された候補道路ＲＰ′の先頭位置に折線近似された走行軌跡ＬＰ′の先頭位置が来るように走行軌跡ＬＰ′を平行移動し、走行軌跡ＬＰ′を所定角度θ(最初は０0)回転する。この状態で、道路ＲＰ′と走行軌跡ＬＰ′の対応ポイント（ｐi，ｑi)、(ｌi，ｍｉ)間の距離の総和を演算する（i=1,2,・・・n)。以後、同様に、回転角度θを変えて距離の総和を求め、最も距離の総和Lmが小さくなる回転角度θmを求める(図２３参照)。他の候補道路についても上記演算をおこなって距離の総和と回転角度を求める。しかる後、前記距離の総和が最も小さな候補道路、すなわち相関が最大の候補道路を求め、走行軌跡始点が該候補道路の先頭位置と重なるように平行移動した後、回転角度θm回転して車両位置を候補道路上にマップマッチングして処理を終了する。以上より、パターンマッチングにおいては相関を求めることを基本としている。
【０００９】
パターンマッチング法によるマップマッチング処理は計算量が多いため、例えば、１５０ｍ走行毎にあるいは数秒毎に行ない、投影法によるマップマッチングは１０ｍ走行毎にあるいは０．８秒毎に行なう。投影法によるマップマッチング処理は局所的にしか行なわないので、一度マッチングを間違うと以後、間違った道路上に車両位置を修正し続けてしまう。このため、パターンマッチングを併用して間違った道路上にマップマッチングし続けるのを防止するのである。
【００１０】
図２４はマップマッチングの初期動作説明図である。初期時、ＧＰＳにより測定された位置を車両位置Ｐとし、該車両位置Ｐを中心とする所定サイズの矩形エリアSQARを設定し、垂線の足が該矩形エリア内に存在する道路を候補道路RDa，RDbとして求め、該垂線の足を候補道路の先頭位置Ｑａ，Ｑｂとする。以後、自立航法により車両の位置、方位を推定して等長ベクトル化し、所定距離走行後にパターンマッチング処理を行なって最も相関の大きな候補道路RDbを求め、推定車両位置PMを走行道路RDb上の実車両位置ＱMに修正する。以後、パターンマッチングと投影法によるマップマッチング処理を行なって車両位置を走行道路RDb上に修正し、パターンマッチングが不可能になれば、前記初期動作を行なう。
以上のように、従来の車両位置推定方法では単位時間毎の移動は直線移動であるとみなして車両位置を推定する。このため、実際の道路形状が直線の場合やほとんど直線とみなすことが可能な道路では車両位置の推定誤差は小さく、たとえ推定値が道路から外れても外れ度合いが小さいためマップマッチング処理により道路上に修正できる。ところが、従来の車両位置推定方法では、道路のカーブ走行時にも、単位時間毎の移動は直線移動であるとみなして車両位置を推定する。このため、図２５(a)に示すように推定車両位置PTaが実際の道路リンクPTから外れてゆき、外れ度合いが大きくなってマップマッチング処理しても正しく道路リンク上に車両位置を修正できなくなる。図２５(b)はマップマッチング処理により正しく道路リンク上に車両位置を修正できた理想の場合であるが、実際は図２５(a)に示すようにマップマッチングにより修正ができなくなる。マップマッチングができなくなると、前述のように、マップマッチング処理を初期化すると共に車両位置をGPSにより測定された位置とし、以後、自立航法により車両の位置、方位を推定し、同時にマップマッチング処理を開始し、推定車両位置を走行道路上の実車両位置に修正する。しかし、かかる方法では、直ちに車両位置を道路上に修正できず、道路から外れている時間が長くなる問題がある。
【００１１】
そこで、自立航法による車両位置推定を高精度で行うために、カーブ走行時と直線走行時とで異ならせる必要がある(第１の必要性)。また、走行道路が直線であるかカーブであるかにより車両位置推定方法を切り替える必要がある(第２の必要性)。しかし、従来、自立航法においてかかる車両推定方法は提案されていない。第１従来技術として、GPSによって得られた絶対位置データと自立航法によって得られた相対位置データを用いて位置精度の高い走行軌跡を求める走行軌跡測定方法がある(特許文献１参照)。しかし、第１従来技術の走行軌跡測定方法は、自立航法によって得られた直線的な部分の走行軌跡形状と、GPSで測定される走行軌跡から読取られる進行方向とから、誤差の少ない走行軌跡を得るもので、上記第１、第２の必要性を満足するものではない。
また、第２従来技術として走行道路における大きな曲がり(曲路という)を検出する曲路検出装置が提案されている(特許文献２参照)。しかし、この第２従来技術は実際の道路状況や運転者の感覚にあった車両制御を行えるように、あるいは、ナビゲーション装置の地図データを正しく利用できるようにするために、曲路を検出するものであり、車両位置を推定するものではない。
【特許文献１】特開２００４−２２６３４１号公報
【特許文献２】特開平９−１４５３９４号公報
【特許文献３】特開２００１−３３０４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
以上から本発明の目的は、カーブ走行時に直線走行時と異なる方法で車両位置推定を行えるようにすることである。
本発明の別の目的は、走行道路が直線であるかカーブであるかにより車両位置推定方法を切り替えて高精度の車両位置推定を行えるようにすることである。
本発明の別の目的は、測定した道路半径を車両の回転方向に応じて補正し、該補正半径を用いて車両位置を精度よく道路リンク(道路中心線)上に推定することである。
本発明の別の目的は、道路中心線上の第１の車両位置と道路の実走行線上の第２の車両位置を推定して保存し、適宜、第１、第２の車両推定位置を用いてナビゲーション制御を行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題は本発明によれば、車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置及びその車両位置推定方法により達成される。
・第１の車両位置推定方法
本発明の第１の車両位置推定方法は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設けるステップ、前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径を求めるステップ、該回転半径を用いて道路上に車両位置を推定するステップを有している。車両回転半径は、車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから計算する。
上記第１の車両位置推定方法において、所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を求める。
上記第１の車両位置推定方法において、前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する。
上記第１の車両位置推定方法において、直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する。
【００１４】
・第２の車両位置推定方法
本発明の第２の車両位置推定方法は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設けるステップ、車両方位の変化から車両回転方向を判別するステップ、前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径Rを求めるステップ、左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径を補正するステップ、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定するステップを有している。車両回転半径は、車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから計算する。
上記第２の車両位置推定方法おいて、道路の幅員をWとするとき、前記補正値WR，WLをW/4とする。
上記第２の車両位置推定方法では、車両に道路を撮像するカメラを設け、道路中心線から車両走行位置までの距離を測定して補正値WR，WLを取得する。
上記第２の車両位置推定方法において、所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を求める。
上記第２の車両位置推定方法では、前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する。
上記第２の車両位置推定方法において、直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する。
【００１５】
・第３の車両位置推定方法
本発明の第３の車両位置推定方法は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設けるステップ、該センサー出力信号を用いて道路の実際の走行線上の第1の車両位置を推定して保存すると共に、道路の中心線上の第２の車両位置を推定して保存するステップ、第１、第２の車両位置を用いてナビゲーション制御を行うステップを有している。
上記第３の車両位置推定方法では、前記第１の車両位置をGPS位置に基づいて補正し、前記第２の車両位置をマップマッチング処理により補正する。
上記第３の車両位置推定方法において、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設け、前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両回転半径Rを求め、該回転半径を用いて道路の走行線上に前記第１の車両位置を推定し、左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に前記第２の車両位置を推定する。
【００１６】
・第１のナビゲーション装置
第１のナビゲーション装置は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサー、前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度計算部、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径を計算する回転半径計算部、該回転半径を用いて道路上に車両位置を推定する車両位置推定部を備えている。前記車両位置推定部は、前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する。
【００１７】
・第２のナビゲーション装置
第２のナビゲーション装置は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサー、車両方位の変化から車両回転方向を判別する回転方向判別部、前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度計算部、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径Rを計算する回転半径計算部、左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正する回転半径補正部、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定する車両位置推定部を備えている。車両位置推定部は前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する。
【００１８】
・第３のナビゲーション装置
第３のナビゲーション装置は、車両の速度および車両の方位を検出するセンサー、該センサー出力信号を用いて道路の実走行線上の第1の車両位置を推定して保存すると共に、
道路の中心線上の第２の車両位置を推定して保存する車両位置推定部、処理内容に基づいて第１、第２の車両位置を適宜用いてナビゲーション制御を行うナビゲーション制御部を備えている。
上記第３のナビゲーション装置は更に、衛星からのGPS信号に基づいてGPS位置を測定するGPS位置測定部、前記第１の車両位置をGPS位置に基づいて補正するGPS位置補正部、前記第２の車両位置を補正するマップマッチング処理部を備えている。
上記第３のナビゲーション装置は更に、車両の速度および車両の方位を検出するセンサー、前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度算出部を備え、前記車両位置推定部は、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両回転半径Rを求め、該回転半径を用いて道路の走行線上に前記第1の車両位置を推定する第１の位置推定部と、左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に前記第１の車両位置を推定する第２の位置推定部を備えている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、車両の速度および車両の方位を検出するセンサーを設け、前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径を求め、該回転半径を用いて道路上に車両位置を推定するようにしたから、カーブ走行時に直線走行時と異なる方法で車両位置をより正しく推定することができる。
また、本発明によれば、角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定するため、直線走行、カーブ走行に係わらず車両位置をより正しく推定することができる。
また、本発明によれば、車両方位の変化から車両回転方向を判別し、左回転の場合には測定した車両回転半径に補正値WLを加えて回転半径を補正し、右回転の場合には該車両回転半径から補正値WRを減算して回転半径を補正し、補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定するようにしたから、より正しく車両位置を推定し、地図の道路リンク上に車両位置マークを表示することができる。
また、本発明によれば、自立航法センサーの出力信号を用いて道路の中心線上の第１の車両位置を推定して保存すると共に、道路の実走行線上の第２の車両位置を推定して保存し、適宜、第１、第２の車両位置を用いてナビゲーション制御を行うようにしたから、第１、第２の車両推定位置を用いて適切なナビゲーション制御が可能になる。例えば、第１の車両推定位置を用いてマップマッチング処理や車両位置マーク表示、道なり距離計算、経路案内などの制御が可能になり、また、第２の車両推定位置を用いてGPSによる位置修正や市街地図における車両位置マーク表示、走行車線の推定等が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置において、自立航法センサーは、車両の速度および車両の方位を検出し、車両回転方向計算部は車両方位の変化から車両回転方向を判別し、角速度計算部は前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、回転半径計算部は該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径Rを求め、回転半径補正部は左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、車両位置推定部は該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定する。補正値決定部は道路の幅員をWとするとき、補正値WR，WLをW/4とし、あるいは、カメラにより道路を撮像し、画像処理により道路中心線から車両走行位置までの距離を測定してWR，WLとする。車両位置推定部は記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して直線リンク上に車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して円形リンク上に車両位置を推定する。この際、直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する。
【実施例】
【００２１】
（A） 第１実施例
（a）車両位置推定の原理
車両が直線走行している場合には従来と同様の方法(図１８参照)により直線の道路リンク上に車両位置を推定する。しかし、車両がカーブを走行している場合には、車両回転半径Ｒを求め、該半径を有する円弧の道路リンク上に車両位置を推定する。図１は車両がカーブを走行している場合の車両位置推定方法の説明図である。図中の記号は以下の意味を有している。
R： 車両回転半径 [m]， V： 車両の移動速度 [m/sec]
ω： 車両の角速度 [radians/sec]
P0(x0, y0)： 車両の現在位置， θ0： 車両の現在の進行方向
Pt (xt, yt) ： t秒後の車両位置， θt： t秒後の車両進行方向
である。
図１(ａ)を参照すると、車両が始点P0(x0, y0)から速度Vでカーブを走行し、
時間t後にPt (xt, yt)へ移動したときの車両回転半径Ｒは次式
R = |V・t|/ω・t
= |V|/ω （5）
により計算できる。従って、図１(ｂ)を参照するとＸ軸及びＹ軸方向の増分dx、dyは
dx = Rsinθt - Rsinθ0
= R(sin(θ0+ωt)- sinθ0)
dy = Rcosθ0 - Rcosθt
= R(cosθ0 - cos(θ0+ωt))
となり、t秒後の車両位置Pt (xt, yt)は次式
xt＝x0＋（Rsinθt - Rsinθ0） (6)
yt＝y0＋（Rcosθ0 - Rcosθt） (7)
により計算できる。
直線走行かカーブ走行かの判定は、角速度ωの絶対値が設定値、例えば0.01radより小さければ直線走行とみなし、大きければカーブ走行とみなす。直線走行の場合、t秒後の車両位置Pt (xt, yt)は次式
xt＝x0＋Ｖcosθt (8)
yt＝y0＋Ｖsinθt (9)
により計算する。
【００２２】
（b）車両位置推定部
図２は本発明の自立航法による車両位置推定部の第１実施例であり、速度測定部１１は自立航法センサー８の車速センサー(距離センサー)からの出力信号を用いて車両の移動速度Vを測定して回転半径算出部１５と位置計算部１６に入力し、方位測定部１２は自立
航法センサー８の方位センサーからの出力信号を用いて車両の方位(進行方向)を測定して角速度算出部１３と位置計算部１６に入力する。角速度算出部１３は、現在位置P0およびt秒後の車両位置Ptの方位θ0,θtの差より角速度ω（＝θt−θ0）を計算し、道路形状識別部１４と回転半径算出部１５に入力する。道路形状識別部１４は角速度ωが設定値より大きければ道路形状はカーブと判定し、小さければ直線と判定し、判定結果を回転半径算出部１５と位置計算部１６に入力する。回転半径算出部１５は、道路形状がカーブであれば(5)式に基づいて回転半径Rを計算して位置計算部１６に入力する。位置計算部１６は、最新の車両推定位置P0の各軸座標x0, y0及び車両方位θ0を内蔵のメモリ１６aに保存しており、これらの値と入力された車両移動速度V、車両回転半径Ｒ、
車両位置Pt における方位θtを用いて、直線走行であれば、（8）、（9）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算し、カーブ走行であれば（6）、（7）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算する。以後、xt, ytを出力すると共に、xt, yt, θtをx0, y0, θ0として、上記位置推定演算を継続する。
【００２３】
（c）ナビゲーション装置
図３は本発明の車両位置推定部を備えたナビゲーション装置の構成図である。
ナビゲーション制御装置１、リモコン２、ディスプレイ装置（カラーモニター）３、ハードディスク(HDD) ４、HDD制御装置５、マルチビームアンテナ６、ＧＰＳ受信機７、自立航法用センサー８、オーディオ部９を有している。ハードディスク(HDD)４には、地図データが記憶されている。自立航法センサー８は、車両回転角度を検出する振動ジャイロ等の相対方位センサー（角度センサー）８ａ、所定走行距離毎に１個のパルスを発生する距離センサー８ｂを備えている。
ナビゲーション制御装置１において、地図読出制御部２１は、自車位置に基づいて、HDD制御装置５を制御してHDD ４より所定の地図情報を読み出す。地図バッファ２２はHDDから読み出された地図情報を記憶し、地図スクロールができるように自車位置周辺の複数枚（複数ユニット）の地図情報、例えば３×３ユニットの地図情報を記憶する。
地図描画部２３は、地図バッファ２２に記憶された地図情報を用いて地図画像を発生し、ＶＲＡＭ２４は地図画像を記憶し、読出制御部２５は画面中心位置（自車位置）に基づいてＶＲＡＭ２４より切り出す１画面分の位置を変えて自車位置の移動に従って地図をスクロール表示する。
【００２４】
交差点案内部２６は接近中の交差点における交差点拡大図を表示して交差点での進行方向の案内をディスプレイ画像及び音声で行う。すなわち、実際の経路誘導時に、自車が接近中の交差点より所定距離内に接近した時、該交差点案内図（交差点拡大図、進行方向矢印）をディスプレイ画面に表示すると共に進行方向を音声で案内する。リモコン制御部２７はリモコンの操作に応じて信号を受信して各部に指示する。
ＧＰＳ位置算出部２８はＧＰＳ受信機から入力されるＧＰＳデータに基づいて車両の現在位置(ＧＰＳ位置)や車両方位を算出する。自立航法による車両位置推定部２９は、図２に示す構成を備え、ＧＰＳ位置を初期位置として自立航法により車両位置および方位を算出する。すなわち、車両位置推定部２９は、自立航法センサー出力に基づいて車両位置および車両方位を推定し、所定時間毎のＸ，Ｙ方向の相対距離及び方位を走行軌跡として保存する。
マップマッチング制御部３０は、地図バッファ２２に読み出されている地図情報と推定車両位置、車両方位、走行軌跡を用いてマップマッチング処理を行って自車位置を走行道路上に位置修正する。マップマッチング処理はパターンマッチングと投影法を併用して行なうものとし、パターンマッチングは１５０ｍの走行毎に行い、投影法によるマップマッチングは０．８秒毎に行なう。
誘導経路制御部３１は、入力された出発地から目的地までの誘導経路(探索経路)の計算処理を行い、誘導経路メモリ３２は誘導経路を記憶し、誘導経路描画部３３は走行時、誘導経路メモリ３２より誘導経路情報（ノード列）を読み出して誘導経路を描画する。操作画面発生部３４は各種メニュー画面（操作画面）を発生し、画像合成部３５は各種画像を合成して出力する。
【００２５】
図４は車両位置推定部２９による車両位置推定の処理フローである。角速度ωを計算し（ステップ101）、｜ω｜と設定値の大小を比較し（ステップ102）、｜ω｜≦設定値であれば直線走行とみなして（8）、（9）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算し（ステップ103）、カーブ走行であれば（6）、（7）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算する（ステップ104）。以後、所定時間毎に上記処理を繰り返して車両位置を推定する。
図５は第１実施例の車両位置推定結果説明図であり、実線は道路形状、点線は第１実施例により推定された実際の車両の走行軌跡である。この図から、道路がカーブしていても正しく車両位置を推定していることが判る。
以上では、ωとVを用いて(５)式により車両回転半径Rを計算したが、車両の過去の３つの位置データxi、yiを次式
(x−xc)2＋(y−yc)2＝R2
に代入して半径をR求めることもできる。ただし、(xc、yc)は円の中心座標である。
第1実施例によれば、カーブ走行時に直線走行時と異なる方法で車両位置をより正しく推定することができる。
また、第1実施例によれば、角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定するため、直線走行、カーブ走行に係わらず車両位置をより正しく推定することができる。
【００２６】
（B）第２実施例
地図データに含まれる道路リンクは道路の中心線に基づいて作成されており、地図上の道路リンクは道路の中心線の位置を示している。一方、第１実施例の車両推定位置は実際に走行している走行線上の位置である。このため、走行線が道路中心線と一致する場合には図５に示すように道路がカーブしていても道路中心線上の位置を推定し、描画地図において道路リンク上に車両位置マークを表示することができる。しかし、実際に車両は中心線上を走行せず、中心線より左側に所定距離Dはなれた位置を走行する。すなわち、実際の車両回転半径と道路リンクの半径が異なる。このため、カーブにおいて、前後方向に距離誤差が生じ、車両推定位置が道路リンクから逸脱してしまう。図６は走行軌跡Bが実線の道路リンクAから逸脱する様子を説明する説明図であり、点線で示すように走行軌跡Bは実線の道路リンクAから所定距離D離れ、車両位置マークは道路リンク上に表示されなくなる。また、マップマッチング処理によりCで示すように最初車両位置を道路リンクA上に修正しても、位置誤差が累積して大きくなってマップマッチング処理ができなくなることがある。
【００２７】
(a) 第２実施例の概略
図７は第２実施例の概略説明図であり、Ａは道路中心線（道路リンク）、Eは走行ライン、Fは第２実施例により推定した車両位置に基づく補正走行ラインである。カーブ走行において右回転の場合には車両回転半径Rから道路上の走行位置に応じた補正値WRを減算して回転半径R′（＝R−WR）に補正し、左回転の場合には該車両回転半径Rに道路上の走行位置に応じた補正値WLを加算して回転半径R′（＝R＋WL）に補正し、該補正した回転半径R′を用いて道路中心線上に車両位置を推定する。なお、以上は車両左側通行である日本において適用する場合であるが、車両右側通行である外国において適用する場合には、上記と逆になるように回転半径を補正する。すなわち、カーブ走行において左回転の場合には車両回転半径Rから道路上の走行位置に応じた補正値WLを減算して回転半径R′（＝R−WL）に補正し、右回転の場合には該車両回転半径Rに道路上の走行位置に応じた補正値WRを加算して回転半径R′（＝R＋WR）に補正し、該補正した回転半径R′を用いて道路中心線上に車両位置を推定する。
図８は第２実施例の車両位置推定方法の原理説明図である。図中の記号は以下の意味を有している。
R： 車両回転半径 [m]， V： 車両の移動速度 [m/sec]
ω： 車両の角速度 [radians/sec]
P0(x0, y0)： 車両の現在位置， θ0： 車両の現在の進行方向
Pt (xt, yt) ： t秒後の車両位置， θt： t秒後の車両進行方向
P0′(x0′, y0′)： 車両現在位置に応じた道路中心線状の位置
Pt′ (xt′, yt′) ： t秒後の車両位置に応じた道路中心線状の位置
R′：補正後の回転半径（道路リンクの曲率半径）
WR：走行ラインとリンク間の距離（右カーブ時）[m]
WL:：走行ラインとリンク間の距離（左カーブ時）[m]
である。
図8(ａ)を参照すると、車両が始点P0(x0, y0)から速度Vでカーブを走行し、時
間t後にPt (xt, yt)へ移動したときの車両回転半径Ｒは(5)式により
R = |V・t|/ω・t
= |V|/ω
である。道路リンクの曲率半径R′は左カーブのとき次式
R′= R + WL (左カーブ時：ω > 0, R > 0, R′ > 0） (10)
により表現できる。尚、右カーブのときの道路リンクの曲率半径R′は次式
R′= R + WR (右カーブ時：ω < 0, R < 0, R′ < 0） (11)
により表現できる。従って、図８(ｂ)を参照すると道路リンクに沿ったX軸及びY軸方向の増分dx′、dy′は
dx′= R′sinθt - R′sinθ0
= R′(sin(θ0+ωt)- sinθ0)
dy′= R′cosθ0 - R'cosθt
= R′(cosθ0 - cos(θ0+ωt))
となり、t秒後の車両位置Pt′ (xt′，yt′)は次式
xt′＝x0′＋（R′sinθt - R′sinθ0） (12)
yt′＝y0′＋（R′cosθ0 - R′cosθt） (13)
により計算できる。ただし、
x0′＝x0＋WL × sinθ0 (14)
y0′＝y0−WL ×cosθ0 (15)
である。直線走行かカーブ走行かの判定は、第1実施例と同様に角速度ωの絶対値が設定値、例えば0.01radより小さければ直線走行とみなし、大きければカーブ走行とみなす。直線走行の場合、t秒後の車両位置Pt (xt, yt)を(8),(9)式(以下に再掲)
xt＝x0＋Ｖcosθt (8)
yt＝y0＋Ｖsinθt (9)
により計算し、該車両位置Pt (xt, yt)を進行方向右側にWLシフトして道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を算出する。以上では、RやR′を符号付きで扱っているため、右カーブ時も R′= R + WR となる。
【００２８】
（b）第２実施例の車両位置推定部
図９は第２実施例の自立航法による車両位置推定部の構成図であり、図２の第１実施例の車両位置推定部と同一部分には同一符号を付している。
速度測定部１１は自立航法センサー８の車速センサー(距離センサー)からの出力信号を用いて車両の移動速度Vを測定して回転半径算出部１５と位置計算部１６に入力し、方
位測定部１２は自立航法センサー８の方位センサーからの出力信号を用いて車両の方位(進行方向) θtを測定して角速度算出部１３と位置計算部１６と回転半径補正部１７に入力する。角速度算出部１３は、現在位置P0における方位θ0とt秒後の車両位置Ptにおける方位θtの差より角速度ω（＝θt−θ0）を計算し、道路形状識別部１４と回転半径算出部１５に入力する。道路形状識別部１４は角速度ωが設定値より大きければ道路形状はカーブと判定し、小さければ直線と判定し、判定結果を回転半径算出部１５と位置計算部１６に入力する。回転半径算出部１５は、道路形状がカーブであれば(5)式に基づいて回転半径Rを計算して回転半径補正部１７に入力する。
【００２９】
半径補正値決定部１８は、現在走行中道路の幅員Wを地図データに含まれるリンクデータより抽出し、幅員Wの１/4をWL.WRとして出力する（WL=WR=W/4）。これは図１０（a）に示すように、通常車両は車線の中央を走行するため、走行線Eは道路中心線(道路リンク)AよりW/4離れるからである。回転半径補正部１７は、現在位置P0における方位θ0とt秒後の車両位置Ptにおける方位θtの差θt−θ0の符号を決定し、該符号に基づいて回転方向を判断する。例えば、θt−θ0＞0であれば左カーブ、θt−θ0＜０であれば右カーブであると判断する。ついで、回転半径補正部１７は、左カーブ時走行時に道路リンクの曲率半径R′を(10)式により、すなわち次式
R′= R＋WL
により計算し、右カーブのときの道路リンクの曲率半径R′を(11)式により、すなわち次式
R′= R＋WR
により計算する。
位置計算部１６は、最新の車両推定位置P0の各軸座標x0, y0及び車両方位θ0を内蔵のメモリ１６aに保存しており、これらの値と入力された車両移動速度V、車両回転
半径Ｒ′、車両位置Pt における方位θtを用いて、直線走行であれば、（8）、（9）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算し、該車両位置Pt (xt, yt)を進行方向右側にWLシフトして道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を算出する。一方、カーブ走行であれば、位置計算部１６は、（12）、（13）式に基づいて車両位置Pt′ における各軸位置座標xt′, yt′を計算する。以後、xt′, yt′を出力すると共に、xt′, yt′, θtをx0′, y0′, θ0として、上記位置推定演算を継続する。
【００３０】
(ｃ)車両位置推定処理フロー
第2実施例の車両位置推定部を適用したナビゲーション装置は図３の第１実施例のナビゲーション装置と同一の構成を備えている。
図１１はナビゲーション装置の車両位置推定部２９による車両位置推定の処理フローであり、ソフト的に車両位置を推定する場合に適用できる。
車両位置推定部２９は、角速度ωを計算し（ステップ201）、｜ω｜と設定値の大小を比較し（ステップ202）、｜ω｜≦設定値であれば直線走行とみなして（8）、（9）式に基づいて車両位置Pt における各軸位置座標xt, ytを計算し（ステップ203)、ついで、車両位置Pt (xt, yt)を進行方向右側にWLシフトして道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を算出して出力し(ステップ204)、始めに戻って車両位置推定を継続する。
一方、ステップ202において、｜ω｜＞設定値であれば、カーブ走行中であると判断する。ついで、現在位置P0における方位θ0とt秒後の車両位置Ptにおける方位θtの差ω（＝θt−θ0）の符号を決定し、該符号に基づいて回転方向を判断する。例えば、ω＞0であれば左カーブ、ω＜０であれば右カーブであると判断する(ステップ205)。
左カーブでれば、車両位置推定部は道路リンクの曲率半径R′を(10)式により、すなわち次式
R' = R＋WL
により計算し(ステップ206)、ついで、(14)、(15)式により現在位置P0(x0，y0)に対応する道路リンク上の車両位置P0′ (x0′，y0′)を算出する(ステップ207)。一方、右カーブであれば、道路リンクの曲率半径R′を(11)式により、すなわち次式
R' = R＋WR
により計算し(ステップ208)、(14)、(15)式においてWLをWRとして現在位置P0(x0，y0)に対応する道路リンク上の車両位置P0′ (x0′，y0′)を算出する(ステップ209)。以後、車両位置推定部は(12)、(13)式により道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を計算し（ステップ210）、所定時間毎に上記処理を繰り返して車両位置を推定する。
【００３１】
図１２〜図１４は第2実施例の効果説明図であり、図１２は曲がりくねって山頂に到る道路リンクAの説明図、図１３は第１実施例による車両推定値を用いてマップマッチング処理を施した走行軌跡Bの説明図、図１４は第２実施例による車両推定値を用いてマップマッチング処理を施した走行軌跡説明図である。図１３、図１４においてドット点GはGPS測位点である。
図１３の第１実施例による車両推定値は、車両回転半径が道路リンク形状の曲率半径と異なるため、移動距離差によるカーブ前後方向の誤差が累積して道路リンクAから外れる場合がある。特にカーブCV1において外れの度合いが顕著である。パターンマッチングを何度も繰り返すが、走行軌跡Bが道路リンク形状Aと一致しないため、期待通りの結果が得られない。
図１４の第２実施例による車両推定値は、車両回転半径が道路リンク形状の曲率半径と同じになるため、移動距離差がなく、カーブ前後方向の誤差が生じにくくなっている。この結果、適宜マップマッチング処理を施すことにより走行軌跡を道路リンクに一致させることができる。
以上、第２実施例によれば、車両方位の変化から車両回転方向を判別し、左回転であれば補正値WLだけ大きくなるように回転半径Rを補正し、右回転であれば補正値WRだけ小さくなるように回転半径Rを補正し、補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定するようにしたから、より正しく車両位置を推定し、地図の道路リンク上に車両位置マークを表示することができる。
【００３２】
（ｄ）変形例
図１５は第２実施例の車両位置推定部の変形例であり、図９と同一部分には同一符号を付している。異なる点は、半径補正値決定部１８の構成であり、変形例では、車両に道路を撮像するカメラ１８aを取り付け、画像処理部１８bで該カメラの撮影画像を画像処理して道路中心線から車両走行位置までの距離を測定してWR，WLとして出力する点である。道路中心線から車両走行位置までの距離測定原理は、(１)図１０(b)に示すように、撮影画像から道路中心線RCLNと道路エッジLEGを判別し、(２)画像中心線CLを走行線とみなして該走行線CLから道路エッジLEGと道路中心線RCLNまでの長さの比ａ：ｂを求め、(３)該比と地図データのリンク情報から得られる道路幅員Wとから比例計算により次式
ｄ＝（Ｗ／２）×ｂ／（ａ＋ｂ）
により道路中心線から車両走行位置までの距離ｄを測定してWRまたはWLとして出力する。
変形例によれば、正確に道路中心線から車両走行位置までの距離を測定して使用できるため、車両位置推定精度を向上できる。
【００３３】
（Ｃ）第３実施例
通常のナビゲーション装置は、車両位置は１つという前提で設計されている。すなわち、自立航法センサーを用いて推定した車両位置をマップマッチング処理して得られた道路リンク上の位置を車両位置としている。この道路リンク上の車両位置を用いることにより、地図道路リンク上に車両位置マークを表示し、道なり距離を計算し、経路案内をすることができる。しかし、この道路リンク上の車両位置では、道路幅までリアルに表現する市街地図において正確に道路上の実走行位置に車両位置マークを表示することができず、しかも、実走行車線を推定することができない。
このため、第３実施例は、道路リンク上(道路中央線上)に修正した第１の車両位置と、実際の走行線上の第２の車両位置の２つを常に計算して管理し、適宜一方の車両位置を使用してナビゲーション制御に適した処理を行う。
【００３４】
図１６は第３実施例のナビゲーション装置のブロック図であり、各種ナビゲーション制御を行うナビゲーション制御部５１、GPS衛星からの電波を受信するマルチビームアンテナ５２及びGPS受信機５３、GPS受信機から入力されるGPSデータに基づいて車両の現在位置(GPS位置)を算出するGPS位置算出部５４、車両回転角度を検出する方位センサー（角度センサー）および距離センサーを備えた自立航法用センサー５５、実際の現在車両位置を推定して保存する実現在位置推定・保存部５６、道路リンク上の位置を推定して保存するリンク上現在位置推定・保存部５７、リンク上現在位置を用いてマップマッチング処理を行うマップマッチング部５８を備えている。
実現在位置推定・保存部５６は、図２に示す第１実施例の車両位置推定部と同一の構成を備え、車両回転半径Rを用いて絶対的な実際の車両位置Pt (xt， yt)を推定して記憶すると共に、該車両位置xt,，ytをナビゲーション制御部５１に入力する。また、実現在位置推定・保存部５６はGPS位置計算部５４で計算したGPS位置を初期位置として自立航法により車両位置を推定すると共に、適宜、GPS位置データにより車両位置を修正する。
リンク上現在位置推定・保存部５７は、図９あるいは図１５に示す第２実施例の車両位置推定部と同一の構成を備え、車両回転半径RをWL,WRで補正して道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を推定して記憶すると共に、xt′，yt′をナビゲーション制御部５１に入力する。この道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)はマップマッチング処理により修正される。
【００３５】
ナビゲーション制御装置５１は、各種処理要求に基づいて実現在位置Pt (xt， yt)あるいはリンク上現在位置Pt′ (xt′，yt′)を適宜用いてナビゲーション制御を行う。例えば、市街地図における車両位置マークの表示要求や実走行車線の測定要求に対して実現在位置Pt (xt， yt)を用いる。また、ナビゲーション制御装置５１は、通常地図における車両位置マークの表示要求や道なり距離の計算要求、ルート案内要求に対しては道路リンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を用いる。
すなわち、ナビゲーション制御装置５１は、絶対的な位置情報としての車両位置を必要とする要求に対して実現在位置Pt (xt， yt)を用い、道路のトポロジに照らし合わせた道路リンク上の位置を必要とする要求に対してリンク上の車両位置Pt′ (xt′，yt′)を用いてナビゲーション制御を行う。
【００３６】
図１７は実現在位置推定・保存部５６とリンク上現在位置推定・保存部５７の車両位置推定処理フローである。
実現在位置推定・保存部５６は、所定時間毎に第１実施例に基づいて車両位置の推定を行う(ステップ301)。尚、カーブ走行の場合、車両半径Rを補正しないで車両の実際の現在位置を第1車両位置として計算する。ついで、実現在位置推定・保存部５６は推定した第1の車両位置を保存し(ステップ302)、GPS位置データに基づいて第1車両位置を修正する必要があるか判断し(ステップ303)、修正する必要がなければステップ301以降の処理を繰り返す。一方、修正する必要があれば、例えば誤差が累積して大きくなれば、GPS位置データにより第１の車両現在位置を修正し(ステップ304)、始めに戻る。
一方、リンク上現在位置推定・保存部５７は、所定時間毎に第２実施例に基づいて車両位置の推定を行う(ステップ401)。尚、カーブ走行の場合、車両半径Rをリンク半径R′に補正して道路リンク上の車両位置を第2の車両位置として計算する。リンク上現在位置推定・保存部５７は、推定した第２の車両位置を保存し(ステップ402)、ついで、マップマッチング処理のタイミングであるか判断し(ステップ403)、マップマッチング処理のタイミングでなければステップ401以降の処理を繰り返す。一方、マップマッチング処理のタイミングであれば、マップマッチング処理結果に基づいて第２の車両現在位置を修正し(ステップ404)、始めに戻る。
【００３７】
第３実施例によれば、絶対的な車両位置と道路のトポロジに照らした車両位置という２つの異なる位置を独立に推定して管理、利用するため、種々のナビゲーション制御を精度よく、かつ、迅速に行うことができる。すなわち、以下の(1)〜(6) の制御、すなわち、
(1)ナビ画面、特に市街地図画面で自車や他車を道路中央ではなく車線上に表示できる、
(2)走行車線を精度よく推定できる
(3)道なり距離を精度よく推定できる、
(4)車両位置マークが道路リンクから外れないようにできる、
(5)マップマッチングにおいてミスマッチしないようにできる、
(6)パターンマッチングの精度を向上できる、
等の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】車両がカーブを走行している場合の車両位置推定方法の説明図である。
【図２】自立航法による車両位置推定部の第１実施例である。
【図３】本発明の車両位置推定部を備えたナビゲーション装置の構成図である。
【図４】車両位置推定部による車両位置推定の処理フローである。
【図５】第１実施例の車両位置推定結果説明図である。
【図６】走行軌跡Bが実線の道路リンクAから逸脱する状態説明図である。
【図７】第２実施例の概略説明図である。
【図８】第２実施例の車両位置推定方法の原理説明図である。
【図９】第２実施例の自立航法による車両位置推定部の構成図である。
【図１０】回転半径補正値決定法の説明図である。
【図１１】ナビゲーション装置の車両位置推定部による車両位置推定の処理フローである。
【図１２】曲がりくねって山頂に到る道路リンクAの説明図である。
【図１３】第１実施例による車両推定値を用いてマップマッチング処理を施した走行軌跡Bの説明図である。
【図１４】第２実施例による車両推定値を用いてマップマッチング処理を施した走行軌跡説明図である。
【図１５】第２実施例の車両位置推定部の変形例である。
【図１６】第３実施例のナビゲーション装置のブロック図である。
【図１７】実現在位置推定・保存部とリンク上現在位置推定・保存部の車両位置推定処理フローである。
【図１８】従来の自立航法による車両位置推定方法の説明図である。
【図１９】投影法によるマップマッチングの説明図である。
【図２０】投影法によるマップマッチングの別の説明図である。
【図２１】パターンマッチングによるマップマッチングの第1の説明図である。
【図２２】パターンマッチングによるマップマッチングの第2の説明図である。
【図２３】パターンマッチングによるマップマッチングの第3の説明図である。
【図２４】マップマッチングの初期動作説明図である。
【図２５】従来の自立航法による車両位置推定方法の問題点説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
８ 自立航法センサー
１１ 速度測定部
１２ 方位測定部
１３ 角速度算出部
１４ 道路形状識別部
１５ 回転半径算出部
１６ 位置計算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置の車両位置推定方法において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサーを設け、
前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径を求め、
該回転半径を用いて道路リンク上に車両位置を推定する、
ことを特徴とする車両位置推定方法。
【請求項２】
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径を求める、
ことを特徴とする請求項１記載の車両位置推定方法。
【請求項３】
所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を求める、
ことを特徴とする請求項２記載の車両位置推定方法。
【請求項４】
前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、
前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項２記載の車両位置推定方法。
【請求項５】
直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する、
ことを特徴とする請求項４記載の車両位置推定方法。
【請求項６】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置の車両位置推定方法において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサーを設け、
車両方位の変化から車両回転方向を判別し、
前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径Rを求め、
左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、
該補正した回転半径を用いて道路リンク上に車両位置を推定する、
ことを特徴とする車両位置推定方法。
【請求項７】
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径Rを求める、
ことを特徴とする請求項６記載の車両位置推定方法。
【請求項８】
道路の幅員をWとするとき、前記補正値WR，WLをW/4とする、
ことを特徴とする請求項７記記載の車両位置推定方法。
【請求項９】
車両に道路を撮像するカメラを設け、該カメラの撮影画像を用いて道路中心線から車両走行位置までの距離を測定して前記補正値WR，WLを取得する、
ことを特徴とする請求項７記載の車両位置推定方法。
【請求項１０】
所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を求める、
ことを特徴とする請求項７記載の車両位置推定方法。
【請求項１１】
前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、
前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項７記載の車両位置推定方法。
【請求項１２】
直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する、
ことを特徴とする請求項７記載の車両位置推定方法。
【請求項１３】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置のナビゲーション処理方法において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサーを設け、
該センサー出力信号を用いて道路の実際の走行線上の第1の車両位置を推定して保存すると共に、道路の中心線上の第２の車両位置を推定して保存し、
第１、第２の車両位置を用いてナビゲーション制御を行う、
ことを特徴とするナビゲーション処理方法。
【請求項１４】
前記第１の車両位置をGPS位置に基づいて修正し、前記第２の車両位置をマップマッチング処理により修正する、
ことを特徴とする請求項１３記載のナビゲーション処理方法。
【請求項１５】
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、
該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両回転半径Rを求め、該回転半径を用いて道路の走行線上に前記第１の車両位置を推定し、
左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に前記第２の車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項１３記載のナビゲーション処理方法。
【請求項１６】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサー、
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度計算部、
該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径を計算する回転半径計算部、
該回転半径を用いて道路リンク上に車両位置を推定する車両位置推定部、
を備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項１７】
前記角速度計算部は、所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を算出する、
ことを特徴とする請求項１６記載のナビゲーション装置。
【請求項１８】
前記車両位置推定部は、前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項１７記載のナビゲーション装置。
【請求項１９】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサー、
車両方位の変化から車両回転方向を判別する回転方向判別部、
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度計算部、
該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径Rを計算する回転半径計算部、
左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正する回転半径補正部、
該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定する車両位置推定部、
を備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２０】
道路の幅員をWとするとき、前記補正値WR，WLをW/4とする補正値決定部、
を備えたことを特徴とする請求項１９記記載のナビゲーション装置。
【請求項２１】
車両に装着されて道路を撮像するカメラ、
該カメラの撮影画像を用いて道路中心線から車両走行位置までの距離を測定して前記補正値WR，WLを取得する補正値取得部、
を備えたことを特徴とする請求項１９記記載のナビゲーション装置。
【請求項２２】
車両位置推定部は前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項１９記載のナビゲーション装置。
【請求項２３】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサー、
該センサー出力信号を用いて道路の実際の走行線上の第１の車両位置を推定して保存すると共に、道路の中心線上の第２の車両位置を推定して保存する車両位置推定部、
処理内容に基づいて第１、第２の車両位置を用いてナビゲーション制御を行うナビゲーション制御部、
を備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２４】
前記第２の車両位置を修正するマップマッチング処理部、
衛星からのGPS信号に基づいてGPS位置を測定するGPS位置測定部、
を備え、前記車両位置推定部は、GPS位置に基づいて前記第１の車両位置を修正する、
ことを特徴とする請求項２３記載のナビゲーション装置。
【請求項２５】
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度算出部
を備え、前記車両位置推定部は、
該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両回転半径Rを求め、該回転半径を用いて道路の走行線上に前記第１の車両位置を推定する第１の位置推定部と、
左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に前記第２の車両位置を推定する第２の位置推定部、
を備えたことを特徴とする請求項２３記載のナビゲーション装置。
【請求項１】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置の車両位置推定方法において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサーを設け、
前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径を求め、
該回転半径を用いて道路リンク上に車両位置を推定する、
ことを特徴とする車両位置推定方法。
【請求項２】
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径を求める、
ことを特徴とする請求項１記載の車両位置推定方法。
【請求項３】
所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を求める、
ことを特徴とする請求項２記載の車両位置推定方法。
【請求項４】
前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、
前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項２記載の車両位置推定方法。
【請求項５】
直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する、
ことを特徴とする請求項４記載の車両位置推定方法。
【請求項６】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置の車両位置推定方法において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサーを設け、
車両方位の変化から車両回転方向を判別し、
前記センサー出力信号を用いて車両の回転半径Rを求め、
左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、
該補正した回転半径を用いて道路リンク上に車両位置を推定する、
ことを特徴とする車両位置推定方法。
【請求項７】
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径Rを求める、
ことを特徴とする請求項６記載の車両位置推定方法。
【請求項８】
道路の幅員をWとするとき、前記補正値WR，WLをW/4とする、
ことを特徴とする請求項７記記載の車両位置推定方法。
【請求項９】
車両に道路を撮像するカメラを設け、該カメラの撮影画像を用いて道路中心線から車両走行位置までの距離を測定して前記補正値WR，WLを取得する、
ことを特徴とする請求項７記載の車両位置推定方法。
【請求項１０】
所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を求める、
ことを特徴とする請求項７記載の車両位置推定方法。
【請求項１１】
前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、
前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項７記載の車両位置推定方法。
【請求項１２】
直線あるいは円弧に沿って所定時間毎の各軸移動成分を求め、前回の推定位置の各軸成分に該各軸移動成分を加算して今回の位置を推定する、
ことを特徴とする請求項７記載の車両位置推定方法。
【請求項１３】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置のナビゲーション処理方法において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサーを設け、
該センサー出力信号を用いて道路の実際の走行線上の第1の車両位置を推定して保存すると共に、道路の中心線上の第２の車両位置を推定して保存し、
第１、第２の車両位置を用いてナビゲーション制御を行う、
ことを特徴とするナビゲーション処理方法。
【請求項１４】
前記第１の車両位置をGPS位置に基づいて修正し、前記第２の車両位置をマップマッチング処理により修正する、
ことを特徴とする請求項１３記載のナビゲーション処理方法。
【請求項１５】
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を求め、
該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両回転半径Rを求め、該回転半径を用いて道路の走行線上に前記第１の車両位置を推定し、
左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に前記第２の車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項１３記載のナビゲーション処理方法。
【請求項１６】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサー、
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度計算部、
該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径を計算する回転半径計算部、
該回転半径を用いて道路リンク上に車両位置を推定する車両位置推定部、
を備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項１７】
前記角速度計算部は、所定移動時間毎に、あるいは所定移動距離毎に車両の前記角速度を算出する、
ことを特徴とする請求項１６記載のナビゲーション装置。
【請求項１８】
前記車両位置推定部は、前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項１７記載のナビゲーション装置。
【請求項１９】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサー、
車両方位の変化から車両回転方向を判別する回転方向判別部、
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度計算部、
該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両の回転半径Rを計算する回転半径計算部、
左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正する回転半径補正部、
該補正した回転半径を用いて道路中心線上に車両位置を推定する車両位置推定部、
を備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２０】
道路の幅員をWとするとき、前記補正値WR，WLをW/4とする補正値決定部、
を備えたことを特徴とする請求項１９記記載のナビゲーション装置。
【請求項２１】
車両に装着されて道路を撮像するカメラ、
該カメラの撮影画像を用いて道路中心線から車両走行位置までの距離を測定して前記補正値WR，WLを取得する補正値取得部、
を備えたことを特徴とする請求項１９記記載のナビゲーション装置。
【請求項２２】
車両位置推定部は前記角速度が設定値より小さいとき、車両は直線走行していると判定して車両位置を推定し、前記角速度が設定値より大きいとき、車両はカーブを走行していると判定して車両位置を推定する、
ことを特徴とする請求項１９記載のナビゲーション装置。
【請求項２３】
車両の位置を検出して車両周辺の地図及び車両位置マークをディスプレイ画面に表示するナビゲーション装置において、
車両の移動距離および車両の方位を検出するセンサー、
該センサー出力信号を用いて道路の実際の走行線上の第１の車両位置を推定して保存すると共に、道路の中心線上の第２の車両位置を推定して保存する車両位置推定部、
処理内容に基づいて第１、第２の車両位置を用いてナビゲーション制御を行うナビゲーション制御部、
を備えたことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項２４】
前記第２の車両位置を修正するマップマッチング処理部、
衛星からのGPS信号に基づいてGPS位置を測定するGPS位置測定部、
を備え、前記車両位置推定部は、GPS位置に基づいて前記第１の車両位置を修正する、
ことを特徴とする請求項２３記載のナビゲーション装置。
【請求項２５】
前記センサー出力信号を用いて車両の角速度を算出する角速度算出部
を備え、前記車両位置推定部は、
該角速度と所定時間毎の車両移動距離とから車両回転半径Rを求め、該回転半径を用いて道路の走行線上に前記第１の車両位置を推定する第１の位置推定部と、
左回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WLだけ大きくなるように前記回転半径Rを補正し、右回転であれば道路上の走行位置に応じた補正値WRだけ小さくなるように前記回転半径Rを補正し、該補正した回転半径を用いて道路中心線上に前記第２の車両位置を推定する第２の位置推定部、
を備えたことを特徴とする請求項２３記載のナビゲーション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００７−９３５４１（Ｐ２００７−９３５４１Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８６７５５（Ｐ２００５−２８６７５５）
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００１０１７３２）アルパイン株式会社 (2,424)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月３０日（２００５．９．３０）
【出願人】（０００１０１７３２）アルパイン株式会社 (2,424)
【Ｆターム（参考）】
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