走行車線推定装置及び走行車線推定方法
【課題】走行中の車線を適正に検出することのできる「走行車線推定装置及び走行車線推定方法」を提供する。
【解決手段】カーブなどの道路屈曲区間走の行６０１を行っている期間において（ａ）、地走行軌跡曲率曲線６１１の現在の時点に対応するポイント６２１の走行軌跡曲率Ｋｃが表す曲率半径Ｒｃ=（1/Ｋｃ）と、地図データから求めた現在位置が位置する道路曲線曲率５２０上のポイント６２２の道路曲率Ｋｒが表す曲率半径Ｒｒ（Ｒｒ=1/Ｋｒ）との差ΔＲは、自車の現実の位置６５１の、道路中央位置６５２からの道幅方向の距離を表す（ｃ、ｄ）。そこで、このお曲率半径の差ΔＲと、道幅Ｗと車線数から、現在走行中の車線を推定する。
【解決手段】カーブなどの道路屈曲区間走の行６０１を行っている期間において（ａ）、地走行軌跡曲率曲線６１１の現在の時点に対応するポイント６２１の走行軌跡曲率Ｋｃが表す曲率半径Ｒｃ=（1/Ｋｃ）と、地図データから求めた現在位置が位置する道路曲線曲率５２０上のポイント６２２の道路曲率Ｋｒが表す曲率半径Ｒｒ（Ｒｒ=1/Ｋｒ）との差ΔＲは、自車の現実の位置６５１の、道路中央位置６５２からの道幅方向の距離を表す（ｃ、ｄ）。そこで、このお曲率半径の差ΔＲと、道幅Ｗと車線数から、現在走行中の車線を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の走行車線を推定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行車線を推定する技術に関連する技術としては、自動車に搭載したカメラで撮影した道路上の白線の曲率と、自動車に搭載した各種センサで計測した自動車の挙動より求まる自動車の走行軌跡の曲率との整合/不整合に基づいて、自動車の車線変更の有無を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平7-306996号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さて、前述した車線変更の有無を検出する技術によれば、自動車の車線変更は検出することができるが、自動車が複数の車線を有する道路区間を走行している場合に、複数の車線のうちのどの車線を当該自動車が走行しているのかは検出することはできない。
そして、このために、この技術を経路案内を行うナビゲーション装置に適用し、ナビゲーション装置において、案内中経路に従った走行車線の変更の案内などを、走行中の車線に応じて行うことができなかった。
そこで、本発明は、走行中の道路を構成する複数の車線のいずれの車線を自動車が走行しているのかを検出することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題達成のために、本発明は、自動車に搭載される走行車線推定装置を、直線であるリンクを用いて道路を表現した地図を定義する地図データを記憶した地図データ記憶部と、前記自動車の現在の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出する現在位置算出手段と、前記自動車が道路が屈曲している区間を走行している期間中の時点である推定時点において前記現在位置算出手段が現在位置として算出した前記リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を道路曲率半径として、前記地図データに基づいて算定する道路曲率半径算定手段と、前記自動車の車速と前記自動車の進行方位変化速度を表す角速度より求まる当該自動車の走行軌跡上の、前記推定時点における自動車の位置に対応する位置における、当該走行軌跡の曲率半径を走行軌跡曲率半径として算定する走行軌跡曲率半径算定手段と、前記道路曲率半径算定手段が算定した道路曲率半径と前記走行軌跡曲率半径算定手段が算定した走行軌跡曲率半径との差分に基づいて、前記推定時点において前記自動車が走行している車線を推定する車線推定手段とを含めて構成したものである。
【０００５】
このような走行車線推定装置によれば、カーブなどの道路屈曲区間走行時には、地図データにおいて道路を表すリンクより推定される道路の曲率半径と、走行軌跡の曲率半径との間に、走行車線に応じた相違が生じることを利用して、適正に自車が走行している車線を算定することができるようになる。
【０００６】
ここで、このような走行車線推定装置には、さらに、前記自動車が道路が直進している区間を走行している期間に発生した前記自動車の車線変更の方向を、前記自動車の挙動より検出する車線変更検出手段を設け、前記車線推定手段において、前記車線変更検出手段が前記自動車の車線変更を検出した場合に、直前に前記自動車が走行している車線として推定した車線と、検出された車線変更の方向とに基づいて、当該発生した車線変更の後に前記自動車が走行している車線を推定するようにしてもよい。
【０００７】
このようにすることにより、前記自動車が道路が直進している区間を走行している期間中も自動車が走行している車線を推定できるようになる。
なお、以上の走行車線推定装置において、前記道路曲率半径算定手段は、前記対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を算定する前記リンク上の地点を推定地点として、当該推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて定まる距離を参照距離として設定すると共に、設定した推定地点からのリンクに沿った道のり距離が参照距離となる二つの地点を第１参照地点と第２参照地点として設定し、第１参照地点から推定地点に向かう方向と、推定地点から第２参照地点に向かう方向との方位差を求め、前記参照距離に対して求めた方位差が生じるものとして、当該推定地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を算定するようにしてもよい。より具体的には、前記道路曲率半径算定手段において、前記推定地点が長さＬａの第１のリンクをｔ（ただし、０＜ｔ＜１）：（１-ｔ）に内分する位置に存在する場合には、推定地点で分割される第１のリンクの二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結する第２のリンクの長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結する第３のリンクの長さをＬｃとして、｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２によって求まる長さに応じて、前記参照距離を設定するようにしてもよい。
【０００８】
これらのように推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて参照距離を設定することにより、推定地点と同じリンク上に第１参照地点及び第２参照地点が設定されてしまって曲率を求めることができなくなってしまったり、推定地点が位置するリンクと大きく離れたリンク上に第１参照地点や第２参照地点が設定されてしまって推定地点に対応する現実の道路上の地点の曲率とかけはなれた曲率が算出されてしまうことを抑制することができる。
【０００９】
なお、以上の各走行車線推定装置は、ナビゲーション装置における車線案内などに利用することができる。すなわち、この場合には、以上の走行車線推定装置と、前記地図データに基づいて、設定された目的地までの経路を案内経路として探索し設定する案内経路設定手段と、前記案内経路設定手段が設定した案内経路に従った経路案内を行う経路案内手段とを含めてナビゲーション装置を構成し、前記経路案内手段において、前記案内経路設定手段が設定した案内経路に従って進行するために走行すべき車線と、前記走行車線推定装置が前記自動車が走行している車線として推定した車線とに基づいて、当該案内経路に従って進行するために走行すべき車線の案内を行うようにすればよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、走行中の道路を構成する複数の車線のいずれの車線を自動車が走行しているのかを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るナビゲーションシステムの構成を示す。なお、本ナビゲーションシステムは自動車に搭載されるものである。
図示するように、ナビゲーションシステムは、ナビゲーション装置１と、スピーカ２と、操作部３と、表示装置４と、ＧＰＳ受信機５と、車速センサ６と、角速度センサ７を備えて構成される。ここで、車速センサ６は車速パルスセンサなどの自動車の車速を検出するセンサであり、角速度センサ７は角加速度や地磁気方向などより自動車の進行方位角変更速度を検出するセンサである。
【００１２】
そして、ナビゲーション装置１は、地図を表す地図データを記憶したＤＶＤドライブやＨＤＤなどの記憶装置である地図データ記憶部１１、現在位置算出部１２、走行軌跡算出部１３、ルート探索部１４、案内音声を生成しスピーカ２に出力する案内音声生成部１５、メモリ１６、制御部１７、案内画像生成部１８、操作部３や表示装置４を用いたＧＵＩをユーザに提供するＧＵＩ制御部１９とを有する。
【００１３】
但し、以上のナビゲーション装置１は、ハードウエア的には、マイクロプロセッサや、メモリや、その他のグラフィックプロセッサやジオメトリックプロセッサ等の周辺デバイスを有する一般的な構成を備えたＣＰＵ回路であって良く、この場合、以上に示したナビゲーション装置１の各部は、マイクロプロセッサが予め用意されたプログラムを実行することにより具現化するプロセスとして実現されるものであって良い。また、この場合、このようなプログラムは、記録媒体や適当な通信路を介して、ナビゲーション装置１に提供されるものであって良い。
【００１４】
次に、地図データ記憶部１１に記憶された地図データには、図２に示すように、区画毎に対応して設けた区画データと、各区画の地理的範囲と区画データの対応や、各区画と区画の識別子となる区画番号の対応などを記述した区画管理データを含む。
そして、各区画データは、対応する区画内の地図を表す。ここで、この区画データでは、直線であるリンクを用いて、道路を、ノードで連結するリンクの集合として定義している。また、各リンクは方向を持ち、ある路線のある道路区間に対しては、その道路区間が一方通行である場合にはその通行方向に順次リンクを連結したリンク列のみが設けられるが、その道路が双方向である場合には相互に逆方向に順次リンクを連結した二つのリンク列が設けられる。
【００１５】
そして、区画データは、このようなリンク毎に設けたリンクデータレコードを含む。各リンクデータレコードは、リンクの識別子となるリンク番号、リンクが表す道路区間が含まれる路線の識別子である路線番号、リンクの両端のノードの座標を表す始点ノード座標と終点ノード座標、リンクが表す道路区間の道幅を表す道幅、リンクが表す道路区間の車線数を表す車線数、車線情報とを有する。そして、車線情報には、リンクが表す道路区間に含まれる車線毎に設けた車線データレコードを有し、各車線データレコードには車線の識別子となる車線番号と、当該車線から進行することのできるリンクのリンク番号の一覧を表す進行可能リンク番号リストが格納される。ここで、あるリンクに対応する道路区間のある車線から進行することのできるリンクとは、その車線が右折専用レーンであれば、そのリンクに対応する道路区間の右折専用レーンを通って次に進むことのできる他のリンクを指し、その車線が直進専用レーンであれば、そのリンクに対応する道路区間の直進レーンを通って次に進むことのできる他のリンクを指し、その車線が左折専用レーンであれば、そのリンクに対応する道路区間の左折専用レーンを通って次に進むことのできる他のリンクを指し、その車線が左折及び直進の専用レーンであれば、そのリンクに対応する道路区間の左折及び直進のレーンを通って次に進むことのできる他のリンクを指す。
【００１６】
なお、ある道路のある道路区間が双方向である場合にも、当該道路区間に対して、順次リンクを連結した一つのリンク列のみを設けることもでき、この場合には、リンクデータレコードの道幅、車線数、車線情報は、当該リンクが表す道路区間の上り方向の道路区間と、下り方向の道路区間のそれぞれについて設けるようにする。
【００１７】
また、本実施形態では、リンクに対応する道路区間に含まれる各車線の車線番号は、左の車線から右の車線に向かって、順次、１から与えるものとする。すなわち、リンク方向に向かって左からｎ番目の車線の車線番号はｎとする。
さて、このような構成において、走行軌跡算出部１３は、車速センサ６が検出した車速と角速度センサ７が検出した角速度より自車の走行軌跡を算出し保持する。
また、現在位置算出部１２は、以下の処理を繰り返し行う。
すなわち、現在位置算出部１２は、ＧＰＳ受信機５の出力から推定される現在の自動車の位置や、車速センサ６や角速度センサ７の出力から推定される現在の自動車の位置と、地図データ記憶部１１から読み出した地図データを用いたマップマッチング処理を行って、現在位置として最も確からしい座標と、現在の進行方向として最も確からしい方向とを、それぞれ現在位置、現在進行方位として算定し、メモリ１６に設定する
また、制御部１７は、ユーザの目的地設定要求に応じて、ユーザから操作部３、ＧＵＩ制御部１９を介して目的地の設定を受け付け、これをメモリ１６にセットし、目的地までの推奨ルートをルート探索部１４に探索させる。ルート探索部１４は、地図データ記憶部１１から読み出した地図データに基づいて、メモリ１６に設定されている現在位置から目的地までの最小コストの経路を、距離最小などの所定のコストモデルに基づいて推奨ルートとして算出し、算出した推奨ルートのデータを、メモリ１６にセットする。
【００１８】
また、制御部１７は、メモリ１６にセットされた現在位置が目的地近傍となったならば、目的地到着と判定し、メモリ１６にセットされている推奨ルートをクリアする処理も行う。
また、制御部１７は、以下の案内画像生成処理を繰り返す。
すなわち、制御部１７は、現在位置またはユーザより指定された位置を基準位置として設定し、メモリ１６にセットされた現在進行方位またはユーザによって選定された方位が上になるように表示方位を設定し、予め成されたユーザ設定や初期設定に応じて地図縮尺を設定する。そして、基準位置周辺の、表示方位と地図縮尺とに応じて定まる所定の大きさの地理的範囲を地図表示範囲として決定する。
【００１９】
そして、案内画像生成部１８に、決定した地図表示範囲内の地図を含む案内画像の描画を指示する。案内画像生成部１８は、制御部１７から案内画像の描画の指示を受けると、地図データ記憶部１１に記憶されている地図データ基づいて、地図表示範囲の地図を表す、設定された表示縮尺の表示方位を上とする地図画像を描画する。また、案内画像生成部１８は、メモリ１６にセットされた現在位置が地図表示範囲に含まれる場合には、現在位置を地図画像上で表す、メモリ１６にセットされた現在進行方位を向いた現在位置マークを、地図画像上に描画する。また、案内画像生成部１８は、推奨ルートのデータがメモリ１６にセットされている場合には、地図表示範囲中の、推奨ルートの現在位置より目的地側の部分を表す推奨ルート図形を地図画像上に描画する。また、案内画像生成部１８は、メモリ１６にセットされた目的地が地図表示範囲に含まれる場合、目的地の位置を示す目的地マークも地図画像上に描画する。
【００２０】
そして、案内画像生成部１８は、以上の各描画を行った画像を案内画像とし、ＧＵＩ制御部１９を介して表示装置４に表示する。
図３は、このようにして表示された案内画像の例を示すものであり、図示するように案内画像は、地図画像３０１上に、現在位置マーク３０２や推奨ルート図形３０３や目的地マーク３０４が表示されたものになる。
ここで、制御部１７は、後述する走行車線推定処理を行って、自車が走行中の車線を識別する。そして、識別した走行中の車線に基づいて各種処理を行う。
識別した走行中の車線に基づいて行う処理としては、たとえば、走行車線案内処理を行う。ここで、この走行車線案内処理において、制御部１７は、推奨ルートがメモリ１６にセットされているかどうかを調べ、推奨ルートがセットされている場合には、推奨ルートに従って進むために特定の車線の走行を開始しているべき地点（たとえば、次交差点で右折すべき推奨ルートが設定されており、当該交差点に右折専用車線が設定されている場合における、当該右折専用車線が設定されている交差点進入道路区間の開始地点）に接近しているかどうかを地図データのリンクデータレコードに基づいて判定する処理を繰り返す。そして、特定の車線の走行を開始しているべき地点に接近したならば、自車が走行中の車線として識別されている車線とに応じて、案内音声生成部１５に、当該接近している地点で走行を開始しているべき車線の走行を促す音声の生成とスピーカ２への出力を行わせる。すなわち、たとえば、当該接近している地点で走行を開始しているべき車線と、自車が走行中の車線として識別されている車線とが等しければ、「このままの車線を維持して下さい」といった音声を案内音声生成部１５にスピーカ２に出力させ、当該接近している地点で走行を開始しているべき車線と、自車が走行中の車線として識別されている車線とが異なっており、当該走行を開始しているべき車線が走行中の車線の左側の車線であれば「左の車線に車線を変更してください。」といった音声を案内音声生成部１５にスピーカ２に出力させる。
【００２１】
以下、自車が走行中の車線を識別するために前記制御部１７が行う前述した走行車線推定処理について説明する。
図４に、この走行車線推定処理の手順を示す。
図示するように、制御部１７は、この処理において、まず、走行中の道路区間が複数の車線を含むかどうかを調べる（ステップ４０２）。ここで、メモリ１６にセットされている現在位置が位置するリンクのリンクデータレコードの車線数が複数であった場合に、走行中の道路区間が複数の車線を含むと判定する。
【００２２】
そして、走行中の道路区間が複数の車線を含まない場合、すなわち、単一の車線より構成されている場合には、走行中車線を車線番号１の車線とし（ステップ４１２）、ステップ４０２からの処理に戻る。
一方、走行中の道路区間が複数の車線を含む場合には、現在走行中の道路の現在位置周辺の区間を表すリンク上の各地点の道路曲率を算出する（ステップ４０４）。現在走行中の道路の現在位置周辺の区間は、メモリ１６にセットされている現在位置が位置するリンクのリンクデータレコードの路線番号と同じ路線番号がセットされているリンクデータレコードのリンクのうちの、現在位置が位置するリンク及びその周辺のリンクより構成される区間として求まる。
【００２３】
ここで、このリンク上の地点の道路曲率とは、当該リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点の曲率の推定値を表すものであり、以下のようにして算出する。
すなわち、いま、図５ａのように３車線を有する道路５００は、図５ｂに示すように、道路５００の道幅方向の中央位置に道のり方向に間隔をおいて配置したノード５０１と、配置した各ノード間を連結するリンク５０２によって定義されることが一般的である。
そして、図５ｃに示すように、道路曲率を求める地点Ｘが、長さＬａのリンク５１３をｔ：（１-ｔ）に内分する位置である場合には（ただし、０＜ｔ＜１）、まず、リンク５１３の地点Ｘで分割される二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結するリンク５１２の長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結するリンク５１４の長さをＬｃとして、
｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２
を、参照距離Ｌとして求める。なお、地点Ｘがリンク５１３とリンク５１２を連結するノード上にあれば、ｔ=０として、上式を適用し参照距離Ｌを求めればよい。
【００２４】
そして、地点Ｘからのリンクに沿った道のり距離が参照距離Ｌとなる地点Ｐと地点Ｑを設定し、地点Ｐから地点Ｘに向かうベクトルと、地点Ｘから地点Ｑに向かうベクトルとの方位差θを求め、θ/Ｌを、地点Ｘに対応する現実の道路上の地点５１３２の曲率を表す地点Ｘの道路曲率とする。
【００２５】
ここで、上記のように設定した参照距離Ｌは、地点Ｘ周辺のリンクの平均的な長さを表しており、このように地点Ｘ周辺のリンクの平均的な長さに応じて参照距離Ｌを設定することにより、地点Ｘと同じリンク上に地点Ｐや地点Ｑが設定されてしまって曲率を求めることができなくなってしまったり、地点Ｘが位置するリンクと大きく離れたリンク上に地点Ｐや地点Ｑが設定されてしまって地点Ｘに対応する現実の道路上の地点の曲率とかけはなれた道路曲率が算出されてしまうことを抑制することができる。
【００２６】
ここで、図５ｄの道路曲率曲線５２０は、図５ｂに示したリンク列に対して求めた道路曲率と、道路曲率の算出を開始した地点（自車の現在進行方位に整合する方向に走行する場合に、道路曲率を算出する道路区間の始点）からのリンク列に沿った道のり距離の関係を表したものである。
【００２７】
さて、図４に戻り、以上のようにして、現在走行中の道路の現在位置周辺の区間を表すリンク上の各地点の道路曲率を算出したならば（ステップ４０４）、次に、走行軌跡算出部１３が算出している自車の最近の走行軌跡を取得し、走行軌跡上の各地点の曲率を走行軌跡曲率として算出する（ステップ４０６）。
【００２８】
ここで、図５ａに示した右曲がりカーブを有する道路５００を、図６ａに示すように車線番号３の車線（右側の車線）６０１を通って走行する場合の走行軌跡曲率と走行距離との関係は図６ｂの走行軌跡曲率曲線６１１のようになり、車線番号２の車線（中央の車線）６０２を通って走行する場合の走行軌跡曲率と走行距離との関係は図６ｂの走行軌跡曲率曲線６１２のようになり、車線番号１の車線（左側の車線）６０３を通って走行する場合の走行軌跡曲率と走行距離との関係は図６ｂの走行軌跡曲率曲線６１３のようになる。
【００２９】
ここで、図示するように、カーブ区間などの道路が屈曲している区間を走行した場合の走行軌跡の曲率と走行距離との関係は、当該区間に複数の車線を存在する場合には走行した車線によって異なったものとなる。
さて、図４に戻り、走行軌跡曲率を算出したならば（ステップ４０６）、ステップ４０４で算出した道路曲率より、現在、カーブなどの屈曲のない直進路区間を走行中であるかどうかを判定する（ステップ４０８）。ここでは、現在位置周辺のリンク上の地点の道路曲率の最大値が所定のしきい値以下であれば直進路区間を走行中であると判定する。
【００３０】
そして、直進路区間を走行中でない、すなわち、カーブ区間などの道路が屈曲している区間を走行中であると判定された場合には（ステップ４０８）、走行軌跡曲率と道路曲率との差に応じて走行中車線を設定し（ステップ４１０）、ステップ４０２からの処理に戻る。
【００３１】
ここで、このステップ４１０における走行中車線の設定は次のように行う。
すなわち、いま、図６ａに示した右曲がりカーブを有する道路５００を車線番号３の車線（右側の車線）６０１を通って走行した場合を例にとり説明すると、この場合、道路曲線曲率５２０と、走行軌跡曲率曲線６１１は図６ｃに示すようになる。
そこで、現在の時点が走行軌跡曲率曲線６１１上のポイント６２１に対応する時点であれば、走行軌跡曲率が値０からポイント６２１の曲率値方向への変化を開始したポイント６３１の走行距離と現時点に対応するポイント６２１の走行距離の間の区間について、走行軌跡曲率を積分し進行方向変化量とする。この積分によって求まる値は、図中の斜線で示した領域６４１の面積に相当し、走行軌跡曲率が値０からポイント６２１の曲率値方向への変化を開始したポイント６３１に対応する時点から現時点までの自車進行方位の変化量を表す。すなわち、自車が方向転換動作を開始してから現在までの進行方位の変化量を表す。なお、この進行方向変化量は、ポイント６３１に対応する時点から現時点までの角速度の時間積分として求めることもできる。
【００３２】
次に、道路曲率が値０からポイント６２１の曲率値方向への変化を開始したポイント６３２の走行距離とポイント６２２までの道のり距離の間の区間について、道路曲率を積分した値である道路方向変化量が、先に求めた進行方向変化量と一致するように、ポイント６２２を求める。ここで、この積分値は、図中の斜線で表した領域６４２の面積に相当し、道路曲率が値０からポイント６２１の曲率値方向への変化を開始したポイント６３２に対応する地点からポイント６２２の地点までの道路の方位の変化量を表す。したがって、道路方向変化量が進行方向変化量に一致するポイント６２２は、自車の現実の位置に対応するリンク上の位置に対応し、ポイント６２２の道路曲率は、道路の道幅方向についての中央に引いた線の、道路に沿った方向の位置が、自車の現実の位置と等しい位置の曲率を表すことになる。
【００３３】
そこで、現時点に対応するポイント６２１の走行軌跡曲率Ｋｃが表す曲率半径Ｒｃ=（1/Ｋｃ）と、ポイント６２２の道路曲率Ｋｒが表す曲率半径Ｒｒ（Ｒｒ=1/Ｋｒ）の差Ｒｃ-Ｒｒは、自車の現実の位置の道路中央からの道幅方向の距離を表すことになる。
したがって、Ｒｃ-ＲｒをΔＲ、現在位置が位置するリンクのリンクデータレコードが示す道幅と車線数を、それぞれＷ、Ｎとして、ΔＲ+(Ｗ／２)が（ｍ-１）Ｗ/Ｎ以上、ｍＷ/Ｎ以下となるｍを求め、カーブのイン側からｍ番目の車線として走行中の車線を求めることができる。なお、図６ｄに示すように、ΔＲは道路の道路幅中央位置６５２のカーブのイン側の端からの道幅方向距離を表し、ΔＲ+(Ｗ／２)は自車の現実の位置６５１の道路のカーブのイン側の端からの道幅方向距離を表し、（ｍ-１）Ｗ/Ｎはイン側からｍ番目の車線のカーブのイン側の端の道路のカーブのイン側の端からの道幅方向距離を表し、ｍＷ/Ｎはイン側からｍ番目の車線のカーブのアウト側の端の道路のカーブのイン側の端からの道幅方向距離を表している。
【００３４】
ところで、以上の道路曲率Ｋｒを求めるポイント６２２は、現在位置算出部１２がカーブなどの道路の屈曲区間においても正しく自車の現実の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出できる場合には、現在位置算出部１２が算出した現在位置に対応するポイントとしてよい。
【００３５】
なお、ここで求めたΔＲが所定のレベル以上大きい場合には、制御部１７において、自車が道路から逸脱してしまう可能性があるものとして、ユーザに対して警告を出力したり、自車の制動装置を作動させるなどの安全確保のための処理を行うようにしてもよい。
さて、図４に戻り、ステップ４０８で、現在、直進路区間を走行中であると判定した場合には、最近の走行軌跡曲率の変化内容から自車が車線変更を行ったかどうかを判定し（ステップ４１４）、車線変更を行っていないと判定された場合にはステップ４０２からの処理に戻る。一方、車線変更を行ったと判定された場合には（ステップ４１４）、車線変更の内容に応じて、左側の車線への車線変更が行われたと判定された場合に走行中車線とする車線番号を１減少し、左側の車線への車線変更が行われたと判定された場合に走行中車線とする車線番号を１増加することにより走行中車線とする車線の車線番号を変更し（ステップ４１６）、ステップ４０２からの処理に戻る。ただし、走行中車線とする車線番号の最小値は１、走行中車線とする車線番号の最大値は、現在位置が位置するリンクのリンクデータレコードに登録されている車線数と同じ値とする。
【００３６】
ここで、このような左側の車線への車線変更や、右側の車線への車線変更の判定は、図７ａ１に示すように直進路を左側の車線に車線変更したときの走行軌跡曲率曲線は線図７ａ２のように求まり、図７ｂ１に示すように直進路を左側の車線に車線変更したときの走行軌跡曲率曲線は図７ｂ２のように求まることを利用して行う。すなわち、制御部１７は、直進路区間走行中に、ステップ４０６で算出した走行軌跡曲線に図７ａ２に示す走行軌跡曲線曲率形状にマッチするパターンが発生していれば左側の車線への車線変更が発生したものと判定し、直進路区間走行中に、ステップ４０６で算出した走行軌跡曲率曲線に図７ｂ２に示す走行軌跡曲線形状にマッチするパターンが発生していれば右側の車線への車線変更が発生したものと判定する。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上では、カーブなどの道路屈曲区間を走行中に、現在走行中の車線を算出したが、カーブなどの道路屈曲区間において走行した車線は、当該道路屈曲区間を走行した後に事後的に求めるようにすることもできる。
すなわち、この場合には、自車がカーブなどの道路屈曲区間を走行したならば、当該道路屈曲区間について図６ｃのように求まる走行軌跡曲率曲線６１１と道路曲率曲線５２０を取得し、図６ｅに示すように、道路曲率曲線５２０の道路曲率の０からの増加/減少開始点に、走行軌跡曲率曲線６１１の走行軌跡曲率の０からの道路曲率の変化開始方向と同じ方向への変化開始点が一致し、道路曲率曲線５２０の道路曲率の０への復帰点に当該復帰点に対応して表れる走行軌跡曲率曲線６１１の走行軌跡曲率の０への復帰点が一致するように、走行軌跡曲率曲線６１１を走行距離方向に移動、拡大した走行軌跡曲率曲線６１１１を作成する。
【００３８】
そして、道路曲率曲線５２０上に設定したポイント６６２の道路曲率Ｋｒが表す曲率半径Ｒｒ（Ｒｒ=1/Ｋｒ）と、道路曲率曲線５２０上に設定したポイント６６２の道のり距離と等しい走行距離に対応する走行軌跡曲率曲線６１１１上のポイント６６１の走行軌跡曲率Ｋｃが表す曲率半径Ｒｃ=（1/Ｋｃ）の差ΔＲを求め、求めたΔＲに応じて前述のように、当該道路屈曲区間走行時の車線を算定する。ここで、ポイント６６２は、道路屈曲区間の中央付近の道路曲率が安定している区間中に設定するようにする。ただし、以上の処理は、道路屈曲区間を、道路曲率が０から増加/減少してから０に復帰するまでの区間として処理を行う。
【００３９】
以上のように本実施形態によれば、カーブなどの道路屈曲区間走行時の走行車線の相違による走行軌跡の曲率半径の違いを利用することにより、適正に自車が走行している車線を算定することができる。
なお、以上の実施形態における自車が走行している車線を算定する技術は、ナビゲーション装置１以外の車載装置において自車が走行している車線を算定するために同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置が備える地図データを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の表示画面例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の走行車線推定処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の走行車線推定処理の処理例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の走行車線推定処理の処理例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の走行車線推定処理の処理例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…ナビゲーション装置、２…スピーカ、３…操作部、４…表示装置、５…ＧＰＳ受信機、６…車速センサ、７…角速度センサ、１１…地図データ記憶部、１２…現在位置算出部、１３…走行軌跡算出部、１４…ルート探索部、１５…案内音声生成部、１６…メモリ、１７…制御部、１８…案内画像生成部、１９…ＧＵＩ制御部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の走行車線を推定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の走行車線を推定する技術に関連する技術としては、自動車に搭載したカメラで撮影した道路上の白線の曲率と、自動車に搭載した各種センサで計測した自動車の挙動より求まる自動車の走行軌跡の曲率との整合/不整合に基づいて、自動車の車線変更の有無を検出する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平7-306996号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
さて、前述した車線変更の有無を検出する技術によれば、自動車の車線変更は検出することができるが、自動車が複数の車線を有する道路区間を走行している場合に、複数の車線のうちのどの車線を当該自動車が走行しているのかは検出することはできない。
そして、このために、この技術を経路案内を行うナビゲーション装置に適用し、ナビゲーション装置において、案内中経路に従った走行車線の変更の案内などを、走行中の車線に応じて行うことができなかった。
そこで、本発明は、走行中の道路を構成する複数の車線のいずれの車線を自動車が走行しているのかを検出することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前記課題達成のために、本発明は、自動車に搭載される走行車線推定装置を、直線であるリンクを用いて道路を表現した地図を定義する地図データを記憶した地図データ記憶部と、前記自動車の現在の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出する現在位置算出手段と、前記自動車が道路が屈曲している区間を走行している期間中の時点である推定時点において前記現在位置算出手段が現在位置として算出した前記リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を道路曲率半径として、前記地図データに基づいて算定する道路曲率半径算定手段と、前記自動車の車速と前記自動車の進行方位変化速度を表す角速度より求まる当該自動車の走行軌跡上の、前記推定時点における自動車の位置に対応する位置における、当該走行軌跡の曲率半径を走行軌跡曲率半径として算定する走行軌跡曲率半径算定手段と、前記道路曲率半径算定手段が算定した道路曲率半径と前記走行軌跡曲率半径算定手段が算定した走行軌跡曲率半径との差分に基づいて、前記推定時点において前記自動車が走行している車線を推定する車線推定手段とを含めて構成したものである。
【０００５】
このような走行車線推定装置によれば、カーブなどの道路屈曲区間走行時には、地図データにおいて道路を表すリンクより推定される道路の曲率半径と、走行軌跡の曲率半径との間に、走行車線に応じた相違が生じることを利用して、適正に自車が走行している車線を算定することができるようになる。
【０００６】
ここで、このような走行車線推定装置には、さらに、前記自動車が道路が直進している区間を走行している期間に発生した前記自動車の車線変更の方向を、前記自動車の挙動より検出する車線変更検出手段を設け、前記車線推定手段において、前記車線変更検出手段が前記自動車の車線変更を検出した場合に、直前に前記自動車が走行している車線として推定した車線と、検出された車線変更の方向とに基づいて、当該発生した車線変更の後に前記自動車が走行している車線を推定するようにしてもよい。
【０００７】
このようにすることにより、前記自動車が道路が直進している区間を走行している期間中も自動車が走行している車線を推定できるようになる。
なお、以上の走行車線推定装置において、前記道路曲率半径算定手段は、前記対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を算定する前記リンク上の地点を推定地点として、当該推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて定まる距離を参照距離として設定すると共に、設定した推定地点からのリンクに沿った道のり距離が参照距離となる二つの地点を第１参照地点と第２参照地点として設定し、第１参照地点から推定地点に向かう方向と、推定地点から第２参照地点に向かう方向との方位差を求め、前記参照距離に対して求めた方位差が生じるものとして、当該推定地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を算定するようにしてもよい。より具体的には、前記道路曲率半径算定手段において、前記推定地点が長さＬａの第１のリンクをｔ（ただし、０＜ｔ＜１）：（１-ｔ）に内分する位置に存在する場合には、推定地点で分割される第１のリンクの二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結する第２のリンクの長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結する第３のリンクの長さをＬｃとして、｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２によって求まる長さに応じて、前記参照距離を設定するようにしてもよい。
【０００８】
これらのように推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて参照距離を設定することにより、推定地点と同じリンク上に第１参照地点及び第２参照地点が設定されてしまって曲率を求めることができなくなってしまったり、推定地点が位置するリンクと大きく離れたリンク上に第１参照地点や第２参照地点が設定されてしまって推定地点に対応する現実の道路上の地点の曲率とかけはなれた曲率が算出されてしまうことを抑制することができる。
【０００９】
なお、以上の各走行車線推定装置は、ナビゲーション装置における車線案内などに利用することができる。すなわち、この場合には、以上の走行車線推定装置と、前記地図データに基づいて、設定された目的地までの経路を案内経路として探索し設定する案内経路設定手段と、前記案内経路設定手段が設定した案内経路に従った経路案内を行う経路案内手段とを含めてナビゲーション装置を構成し、前記経路案内手段において、前記案内経路設定手段が設定した案内経路に従って進行するために走行すべき車線と、前記走行車線推定装置が前記自動車が走行している車線として推定した車線とに基づいて、当該案内経路に従って進行するために走行すべき車線の案内を行うようにすればよい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、走行中の道路を構成する複数の車線のいずれの車線を自動車が走行しているのかを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１に、本実施形態に係るナビゲーションシステムの構成を示す。なお、本ナビゲーションシステムは自動車に搭載されるものである。
図示するように、ナビゲーションシステムは、ナビゲーション装置１と、スピーカ２と、操作部３と、表示装置４と、ＧＰＳ受信機５と、車速センサ６と、角速度センサ７を備えて構成される。ここで、車速センサ６は車速パルスセンサなどの自動車の車速を検出するセンサであり、角速度センサ７は角加速度や地磁気方向などより自動車の進行方位角変更速度を検出するセンサである。
【００１２】
そして、ナビゲーション装置１は、地図を表す地図データを記憶したＤＶＤドライブやＨＤＤなどの記憶装置である地図データ記憶部１１、現在位置算出部１２、走行軌跡算出部１３、ルート探索部１４、案内音声を生成しスピーカ２に出力する案内音声生成部１５、メモリ１６、制御部１７、案内画像生成部１８、操作部３や表示装置４を用いたＧＵＩをユーザに提供するＧＵＩ制御部１９とを有する。
【００１３】
但し、以上のナビゲーション装置１は、ハードウエア的には、マイクロプロセッサや、メモリや、その他のグラフィックプロセッサやジオメトリックプロセッサ等の周辺デバイスを有する一般的な構成を備えたＣＰＵ回路であって良く、この場合、以上に示したナビゲーション装置１の各部は、マイクロプロセッサが予め用意されたプログラムを実行することにより具現化するプロセスとして実現されるものであって良い。また、この場合、このようなプログラムは、記録媒体や適当な通信路を介して、ナビゲーション装置１に提供されるものであって良い。
【００１４】
次に、地図データ記憶部１１に記憶された地図データには、図２に示すように、区画毎に対応して設けた区画データと、各区画の地理的範囲と区画データの対応や、各区画と区画の識別子となる区画番号の対応などを記述した区画管理データを含む。
そして、各区画データは、対応する区画内の地図を表す。ここで、この区画データでは、直線であるリンクを用いて、道路を、ノードで連結するリンクの集合として定義している。また、各リンクは方向を持ち、ある路線のある道路区間に対しては、その道路区間が一方通行である場合にはその通行方向に順次リンクを連結したリンク列のみが設けられるが、その道路が双方向である場合には相互に逆方向に順次リンクを連結した二つのリンク列が設けられる。
【００１５】
そして、区画データは、このようなリンク毎に設けたリンクデータレコードを含む。各リンクデータレコードは、リンクの識別子となるリンク番号、リンクが表す道路区間が含まれる路線の識別子である路線番号、リンクの両端のノードの座標を表す始点ノード座標と終点ノード座標、リンクが表す道路区間の道幅を表す道幅、リンクが表す道路区間の車線数を表す車線数、車線情報とを有する。そして、車線情報には、リンクが表す道路区間に含まれる車線毎に設けた車線データレコードを有し、各車線データレコードには車線の識別子となる車線番号と、当該車線から進行することのできるリンクのリンク番号の一覧を表す進行可能リンク番号リストが格納される。ここで、あるリンクに対応する道路区間のある車線から進行することのできるリンクとは、その車線が右折専用レーンであれば、そのリンクに対応する道路区間の右折専用レーンを通って次に進むことのできる他のリンクを指し、その車線が直進専用レーンであれば、そのリンクに対応する道路区間の直進レーンを通って次に進むことのできる他のリンクを指し、その車線が左折専用レーンであれば、そのリンクに対応する道路区間の左折専用レーンを通って次に進むことのできる他のリンクを指し、その車線が左折及び直進の専用レーンであれば、そのリンクに対応する道路区間の左折及び直進のレーンを通って次に進むことのできる他のリンクを指す。
【００１６】
なお、ある道路のある道路区間が双方向である場合にも、当該道路区間に対して、順次リンクを連結した一つのリンク列のみを設けることもでき、この場合には、リンクデータレコードの道幅、車線数、車線情報は、当該リンクが表す道路区間の上り方向の道路区間と、下り方向の道路区間のそれぞれについて設けるようにする。
【００１７】
また、本実施形態では、リンクに対応する道路区間に含まれる各車線の車線番号は、左の車線から右の車線に向かって、順次、１から与えるものとする。すなわち、リンク方向に向かって左からｎ番目の車線の車線番号はｎとする。
さて、このような構成において、走行軌跡算出部１３は、車速センサ６が検出した車速と角速度センサ７が検出した角速度より自車の走行軌跡を算出し保持する。
また、現在位置算出部１２は、以下の処理を繰り返し行う。
すなわち、現在位置算出部１２は、ＧＰＳ受信機５の出力から推定される現在の自動車の位置や、車速センサ６や角速度センサ７の出力から推定される現在の自動車の位置と、地図データ記憶部１１から読み出した地図データを用いたマップマッチング処理を行って、現在位置として最も確からしい座標と、現在の進行方向として最も確からしい方向とを、それぞれ現在位置、現在進行方位として算定し、メモリ１６に設定する
また、制御部１７は、ユーザの目的地設定要求に応じて、ユーザから操作部３、ＧＵＩ制御部１９を介して目的地の設定を受け付け、これをメモリ１６にセットし、目的地までの推奨ルートをルート探索部１４に探索させる。ルート探索部１４は、地図データ記憶部１１から読み出した地図データに基づいて、メモリ１６に設定されている現在位置から目的地までの最小コストの経路を、距離最小などの所定のコストモデルに基づいて推奨ルートとして算出し、算出した推奨ルートのデータを、メモリ１６にセットする。
【００１８】
また、制御部１７は、メモリ１６にセットされた現在位置が目的地近傍となったならば、目的地到着と判定し、メモリ１６にセットされている推奨ルートをクリアする処理も行う。
また、制御部１７は、以下の案内画像生成処理を繰り返す。
すなわち、制御部１７は、現在位置またはユーザより指定された位置を基準位置として設定し、メモリ１６にセットされた現在進行方位またはユーザによって選定された方位が上になるように表示方位を設定し、予め成されたユーザ設定や初期設定に応じて地図縮尺を設定する。そして、基準位置周辺の、表示方位と地図縮尺とに応じて定まる所定の大きさの地理的範囲を地図表示範囲として決定する。
【００１９】
そして、案内画像生成部１８に、決定した地図表示範囲内の地図を含む案内画像の描画を指示する。案内画像生成部１８は、制御部１７から案内画像の描画の指示を受けると、地図データ記憶部１１に記憶されている地図データ基づいて、地図表示範囲の地図を表す、設定された表示縮尺の表示方位を上とする地図画像を描画する。また、案内画像生成部１８は、メモリ１６にセットされた現在位置が地図表示範囲に含まれる場合には、現在位置を地図画像上で表す、メモリ１６にセットされた現在進行方位を向いた現在位置マークを、地図画像上に描画する。また、案内画像生成部１８は、推奨ルートのデータがメモリ１６にセットされている場合には、地図表示範囲中の、推奨ルートの現在位置より目的地側の部分を表す推奨ルート図形を地図画像上に描画する。また、案内画像生成部１８は、メモリ１６にセットされた目的地が地図表示範囲に含まれる場合、目的地の位置を示す目的地マークも地図画像上に描画する。
【００２０】
そして、案内画像生成部１８は、以上の各描画を行った画像を案内画像とし、ＧＵＩ制御部１９を介して表示装置４に表示する。
図３は、このようにして表示された案内画像の例を示すものであり、図示するように案内画像は、地図画像３０１上に、現在位置マーク３０２や推奨ルート図形３０３や目的地マーク３０４が表示されたものになる。
ここで、制御部１７は、後述する走行車線推定処理を行って、自車が走行中の車線を識別する。そして、識別した走行中の車線に基づいて各種処理を行う。
識別した走行中の車線に基づいて行う処理としては、たとえば、走行車線案内処理を行う。ここで、この走行車線案内処理において、制御部１７は、推奨ルートがメモリ１６にセットされているかどうかを調べ、推奨ルートがセットされている場合には、推奨ルートに従って進むために特定の車線の走行を開始しているべき地点（たとえば、次交差点で右折すべき推奨ルートが設定されており、当該交差点に右折専用車線が設定されている場合における、当該右折専用車線が設定されている交差点進入道路区間の開始地点）に接近しているかどうかを地図データのリンクデータレコードに基づいて判定する処理を繰り返す。そして、特定の車線の走行を開始しているべき地点に接近したならば、自車が走行中の車線として識別されている車線とに応じて、案内音声生成部１５に、当該接近している地点で走行を開始しているべき車線の走行を促す音声の生成とスピーカ２への出力を行わせる。すなわち、たとえば、当該接近している地点で走行を開始しているべき車線と、自車が走行中の車線として識別されている車線とが等しければ、「このままの車線を維持して下さい」といった音声を案内音声生成部１５にスピーカ２に出力させ、当該接近している地点で走行を開始しているべき車線と、自車が走行中の車線として識別されている車線とが異なっており、当該走行を開始しているべき車線が走行中の車線の左側の車線であれば「左の車線に車線を変更してください。」といった音声を案内音声生成部１５にスピーカ２に出力させる。
【００２１】
以下、自車が走行中の車線を識別するために前記制御部１７が行う前述した走行車線推定処理について説明する。
図４に、この走行車線推定処理の手順を示す。
図示するように、制御部１７は、この処理において、まず、走行中の道路区間が複数の車線を含むかどうかを調べる（ステップ４０２）。ここで、メモリ１６にセットされている現在位置が位置するリンクのリンクデータレコードの車線数が複数であった場合に、走行中の道路区間が複数の車線を含むと判定する。
【００２２】
そして、走行中の道路区間が複数の車線を含まない場合、すなわち、単一の車線より構成されている場合には、走行中車線を車線番号１の車線とし（ステップ４１２）、ステップ４０２からの処理に戻る。
一方、走行中の道路区間が複数の車線を含む場合には、現在走行中の道路の現在位置周辺の区間を表すリンク上の各地点の道路曲率を算出する（ステップ４０４）。現在走行中の道路の現在位置周辺の区間は、メモリ１６にセットされている現在位置が位置するリンクのリンクデータレコードの路線番号と同じ路線番号がセットされているリンクデータレコードのリンクのうちの、現在位置が位置するリンク及びその周辺のリンクより構成される区間として求まる。
【００２３】
ここで、このリンク上の地点の道路曲率とは、当該リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点の曲率の推定値を表すものであり、以下のようにして算出する。
すなわち、いま、図５ａのように３車線を有する道路５００は、図５ｂに示すように、道路５００の道幅方向の中央位置に道のり方向に間隔をおいて配置したノード５０１と、配置した各ノード間を連結するリンク５０２によって定義されることが一般的である。
そして、図５ｃに示すように、道路曲率を求める地点Ｘが、長さＬａのリンク５１３をｔ：（１-ｔ）に内分する位置である場合には（ただし、０＜ｔ＜１）、まず、リンク５１３の地点Ｘで分割される二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結するリンク５１２の長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結するリンク５１４の長さをＬｃとして、
｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２
を、参照距離Ｌとして求める。なお、地点Ｘがリンク５１３とリンク５１２を連結するノード上にあれば、ｔ=０として、上式を適用し参照距離Ｌを求めればよい。
【００２４】
そして、地点Ｘからのリンクに沿った道のり距離が参照距離Ｌとなる地点Ｐと地点Ｑを設定し、地点Ｐから地点Ｘに向かうベクトルと、地点Ｘから地点Ｑに向かうベクトルとの方位差θを求め、θ/Ｌを、地点Ｘに対応する現実の道路上の地点５１３２の曲率を表す地点Ｘの道路曲率とする。
【００２５】
ここで、上記のように設定した参照距離Ｌは、地点Ｘ周辺のリンクの平均的な長さを表しており、このように地点Ｘ周辺のリンクの平均的な長さに応じて参照距離Ｌを設定することにより、地点Ｘと同じリンク上に地点Ｐや地点Ｑが設定されてしまって曲率を求めることができなくなってしまったり、地点Ｘが位置するリンクと大きく離れたリンク上に地点Ｐや地点Ｑが設定されてしまって地点Ｘに対応する現実の道路上の地点の曲率とかけはなれた道路曲率が算出されてしまうことを抑制することができる。
【００２６】
ここで、図５ｄの道路曲率曲線５２０は、図５ｂに示したリンク列に対して求めた道路曲率と、道路曲率の算出を開始した地点（自車の現在進行方位に整合する方向に走行する場合に、道路曲率を算出する道路区間の始点）からのリンク列に沿った道のり距離の関係を表したものである。
【００２７】
さて、図４に戻り、以上のようにして、現在走行中の道路の現在位置周辺の区間を表すリンク上の各地点の道路曲率を算出したならば（ステップ４０４）、次に、走行軌跡算出部１３が算出している自車の最近の走行軌跡を取得し、走行軌跡上の各地点の曲率を走行軌跡曲率として算出する（ステップ４０６）。
【００２８】
ここで、図５ａに示した右曲がりカーブを有する道路５００を、図６ａに示すように車線番号３の車線（右側の車線）６０１を通って走行する場合の走行軌跡曲率と走行距離との関係は図６ｂの走行軌跡曲率曲線６１１のようになり、車線番号２の車線（中央の車線）６０２を通って走行する場合の走行軌跡曲率と走行距離との関係は図６ｂの走行軌跡曲率曲線６１２のようになり、車線番号１の車線（左側の車線）６０３を通って走行する場合の走行軌跡曲率と走行距離との関係は図６ｂの走行軌跡曲率曲線６１３のようになる。
【００２９】
ここで、図示するように、カーブ区間などの道路が屈曲している区間を走行した場合の走行軌跡の曲率と走行距離との関係は、当該区間に複数の車線を存在する場合には走行した車線によって異なったものとなる。
さて、図４に戻り、走行軌跡曲率を算出したならば（ステップ４０６）、ステップ４０４で算出した道路曲率より、現在、カーブなどの屈曲のない直進路区間を走行中であるかどうかを判定する（ステップ４０８）。ここでは、現在位置周辺のリンク上の地点の道路曲率の最大値が所定のしきい値以下であれば直進路区間を走行中であると判定する。
【００３０】
そして、直進路区間を走行中でない、すなわち、カーブ区間などの道路が屈曲している区間を走行中であると判定された場合には（ステップ４０８）、走行軌跡曲率と道路曲率との差に応じて走行中車線を設定し（ステップ４１０）、ステップ４０２からの処理に戻る。
【００３１】
ここで、このステップ４１０における走行中車線の設定は次のように行う。
すなわち、いま、図６ａに示した右曲がりカーブを有する道路５００を車線番号３の車線（右側の車線）６０１を通って走行した場合を例にとり説明すると、この場合、道路曲線曲率５２０と、走行軌跡曲率曲線６１１は図６ｃに示すようになる。
そこで、現在の時点が走行軌跡曲率曲線６１１上のポイント６２１に対応する時点であれば、走行軌跡曲率が値０からポイント６２１の曲率値方向への変化を開始したポイント６３１の走行距離と現時点に対応するポイント６２１の走行距離の間の区間について、走行軌跡曲率を積分し進行方向変化量とする。この積分によって求まる値は、図中の斜線で示した領域６４１の面積に相当し、走行軌跡曲率が値０からポイント６２１の曲率値方向への変化を開始したポイント６３１に対応する時点から現時点までの自車進行方位の変化量を表す。すなわち、自車が方向転換動作を開始してから現在までの進行方位の変化量を表す。なお、この進行方向変化量は、ポイント６３１に対応する時点から現時点までの角速度の時間積分として求めることもできる。
【００３２】
次に、道路曲率が値０からポイント６２１の曲率値方向への変化を開始したポイント６３２の走行距離とポイント６２２までの道のり距離の間の区間について、道路曲率を積分した値である道路方向変化量が、先に求めた進行方向変化量と一致するように、ポイント６２２を求める。ここで、この積分値は、図中の斜線で表した領域６４２の面積に相当し、道路曲率が値０からポイント６２１の曲率値方向への変化を開始したポイント６３２に対応する地点からポイント６２２の地点までの道路の方位の変化量を表す。したがって、道路方向変化量が進行方向変化量に一致するポイント６２２は、自車の現実の位置に対応するリンク上の位置に対応し、ポイント６２２の道路曲率は、道路の道幅方向についての中央に引いた線の、道路に沿った方向の位置が、自車の現実の位置と等しい位置の曲率を表すことになる。
【００３３】
そこで、現時点に対応するポイント６２１の走行軌跡曲率Ｋｃが表す曲率半径Ｒｃ=（1/Ｋｃ）と、ポイント６２２の道路曲率Ｋｒが表す曲率半径Ｒｒ（Ｒｒ=1/Ｋｒ）の差Ｒｃ-Ｒｒは、自車の現実の位置の道路中央からの道幅方向の距離を表すことになる。
したがって、Ｒｃ-ＲｒをΔＲ、現在位置が位置するリンクのリンクデータレコードが示す道幅と車線数を、それぞれＷ、Ｎとして、ΔＲ+(Ｗ／２)が（ｍ-１）Ｗ/Ｎ以上、ｍＷ/Ｎ以下となるｍを求め、カーブのイン側からｍ番目の車線として走行中の車線を求めることができる。なお、図６ｄに示すように、ΔＲは道路の道路幅中央位置６５２のカーブのイン側の端からの道幅方向距離を表し、ΔＲ+(Ｗ／２)は自車の現実の位置６５１の道路のカーブのイン側の端からの道幅方向距離を表し、（ｍ-１）Ｗ/Ｎはイン側からｍ番目の車線のカーブのイン側の端の道路のカーブのイン側の端からの道幅方向距離を表し、ｍＷ/Ｎはイン側からｍ番目の車線のカーブのアウト側の端の道路のカーブのイン側の端からの道幅方向距離を表している。
【００３４】
ところで、以上の道路曲率Ｋｒを求めるポイント６２２は、現在位置算出部１２がカーブなどの道路の屈曲区間においても正しく自車の現実の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出できる場合には、現在位置算出部１２が算出した現在位置に対応するポイントとしてよい。
【００３５】
なお、ここで求めたΔＲが所定のレベル以上大きい場合には、制御部１７において、自車が道路から逸脱してしまう可能性があるものとして、ユーザに対して警告を出力したり、自車の制動装置を作動させるなどの安全確保のための処理を行うようにしてもよい。
さて、図４に戻り、ステップ４０８で、現在、直進路区間を走行中であると判定した場合には、最近の走行軌跡曲率の変化内容から自車が車線変更を行ったかどうかを判定し（ステップ４１４）、車線変更を行っていないと判定された場合にはステップ４０２からの処理に戻る。一方、車線変更を行ったと判定された場合には（ステップ４１４）、車線変更の内容に応じて、左側の車線への車線変更が行われたと判定された場合に走行中車線とする車線番号を１減少し、左側の車線への車線変更が行われたと判定された場合に走行中車線とする車線番号を１増加することにより走行中車線とする車線の車線番号を変更し（ステップ４１６）、ステップ４０２からの処理に戻る。ただし、走行中車線とする車線番号の最小値は１、走行中車線とする車線番号の最大値は、現在位置が位置するリンクのリンクデータレコードに登録されている車線数と同じ値とする。
【００３６】
ここで、このような左側の車線への車線変更や、右側の車線への車線変更の判定は、図７ａ１に示すように直進路を左側の車線に車線変更したときの走行軌跡曲率曲線は線図７ａ２のように求まり、図７ｂ１に示すように直進路を左側の車線に車線変更したときの走行軌跡曲率曲線は図７ｂ２のように求まることを利用して行う。すなわち、制御部１７は、直進路区間走行中に、ステップ４０６で算出した走行軌跡曲線に図７ａ２に示す走行軌跡曲線曲率形状にマッチするパターンが発生していれば左側の車線への車線変更が発生したものと判定し、直進路区間走行中に、ステップ４０６で算出した走行軌跡曲率曲線に図７ｂ２に示す走行軌跡曲線形状にマッチするパターンが発生していれば右側の車線への車線変更が発生したものと判定する。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明した。
ところで、以上では、カーブなどの道路屈曲区間を走行中に、現在走行中の車線を算出したが、カーブなどの道路屈曲区間において走行した車線は、当該道路屈曲区間を走行した後に事後的に求めるようにすることもできる。
すなわち、この場合には、自車がカーブなどの道路屈曲区間を走行したならば、当該道路屈曲区間について図６ｃのように求まる走行軌跡曲率曲線６１１と道路曲率曲線５２０を取得し、図６ｅに示すように、道路曲率曲線５２０の道路曲率の０からの増加/減少開始点に、走行軌跡曲率曲線６１１の走行軌跡曲率の０からの道路曲率の変化開始方向と同じ方向への変化開始点が一致し、道路曲率曲線５２０の道路曲率の０への復帰点に当該復帰点に対応して表れる走行軌跡曲率曲線６１１の走行軌跡曲率の０への復帰点が一致するように、走行軌跡曲率曲線６１１を走行距離方向に移動、拡大した走行軌跡曲率曲線６１１１を作成する。
【００３８】
そして、道路曲率曲線５２０上に設定したポイント６６２の道路曲率Ｋｒが表す曲率半径Ｒｒ（Ｒｒ=1/Ｋｒ）と、道路曲率曲線５２０上に設定したポイント６６２の道のり距離と等しい走行距離に対応する走行軌跡曲率曲線６１１１上のポイント６６１の走行軌跡曲率Ｋｃが表す曲率半径Ｒｃ=（1/Ｋｃ）の差ΔＲを求め、求めたΔＲに応じて前述のように、当該道路屈曲区間走行時の車線を算定する。ここで、ポイント６６２は、道路屈曲区間の中央付近の道路曲率が安定している区間中に設定するようにする。ただし、以上の処理は、道路屈曲区間を、道路曲率が０から増加/減少してから０に復帰するまでの区間として処理を行う。
【００３９】
以上のように本実施形態によれば、カーブなどの道路屈曲区間走行時の走行車線の相違による走行軌跡の曲率半径の違いを利用することにより、適正に自車が走行している車線を算定することができる。
なお、以上の実施形態における自車が走行している車線を算定する技術は、ナビゲーション装置１以外の車載装置において自車が走行している車線を算定するために同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置が備える地図データを示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の表示画面例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の走行車線推定処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の走行車線推定処理の処理例を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の走行車線推定処理の処理例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係るナビゲーション装置の走行車線推定処理の処理例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…ナビゲーション装置、２…スピーカ、３…操作部、４…表示装置、５…ＧＰＳ受信機、６…車速センサ、７…角速度センサ、１１…地図データ記憶部、１２…現在位置算出部、１３…走行軌跡算出部、１４…ルート探索部、１５…案内音声生成部、１６…メモリ、１７…制御部、１８…案内画像生成部、１９…ＧＵＩ制御部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車に搭載される走行車線推定装置であって、
直線であるリンクを用いて道路を表現した地図を定義する地図データを記憶した地図データ記憶部と、
前記自動車の現在の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出する現在位置算出手段と、
前記自動車が道路が屈曲している区間を走行している期間中の時点である推定時点において前記現在位置算出手段が現在位置として算出した前記リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を道路曲率半径として、前記地図データに基づいて算定する道路曲率半径算定手段と、
前記自動車の車速と前記自動車の進行方位変化速度を表す角速度より求まる当該自動車の走行軌跡上の、前記推定時点における自動車の位置に対応する位置における、当該走行軌跡の曲率半径を走行軌跡曲率半径として算定する走行軌跡曲率半径算定手段と、
前記道路曲率半径算定手段が算定した道路曲率半径と前記走行軌跡曲率半径算定手段が算定した走行軌跡曲率半径との差分に基づいて、前記推定時点において前記自動車が走行している車線を推定する車線推定手段とを有することを特徴とする走行車線推定装置。
【請求項２】
請求項１記載の走行車線推定装置であって、
前記自動車が道路が直進している区間を走行している期間に発生した前記自動車の車線変更の方向を、前記自動車の挙動より検出する車線変更検出手段を有し、
前記車線推定手段は、前記車線変更検出手段が前記自動車の車線変更を検出した場合に、直前に前記自動車が走行している車線として推定した車線と、検出された車線変更の方向とに基づいて、当該発生した車線変更の後に前記自動車が走行している車線を推定することを特徴とする走行車線推定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の走行車線推定装置であって、
前記道路曲率半径算定手段は、前記対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を算定する前記リンク上の地点を推定地点として、当該推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて定まる距離を参照距離として設定すると共に、設定した推定地点からのリンクに沿った道のり距離が参照距離となる二つの地点を第１参照地点と第２参照地点として設定し、第１参照地点から推定地点に向かう方向と、推定地点から第２参照地点に向かう方向との方位差を求め、前記参照距離に対して求めた方位差が生じるものとして、当該推定地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を算定することを特徴とする走行車線推定装置。
【請求項４】
請求項３記載走行車線推定装置であって、
前記道路曲率半径算定手段は、前記推定地点が長さＬａの第１のリンクをｔ（ただし、ｔは０以上１以下の値）：（１-ｔ）に内分する位置に存在する場合には、推定地点で分割される第１のリンクの二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結する第２のリンクの長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結する第３のリンクの長さをＬｃとして、
｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２
によって求まる長さに応じて、前記参照距離を設定することを特徴とする走行車線推定装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載の走行車線推定装置と、
前記地図データに基づいて、設定された目的地までの経路を案内経路として探索し設定する案内経路設定手段と、
前記案内経路設定手段が設定した案内経路に従った経路案内を行う経路案内手段とを有し、
前記経路案内手段は、前記案内経路設定手段が設定した案内経路に従って進行するために走行すべき車線と、前記走行車線推定装置が前記自動車が走行している車線として推定した車線とに基づいて、当該案内経路に従って進行するために走行すべき車線の案内を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項６】
自動車に搭載された、直線であるリンクを用いて道路を表現した地図を定義する地図データを記憶した車載装置において、前記自動車が走行している車線を推定する走行車線推定方法であって、
前記自動車の現在の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出するステップと、
前記地図データに基づいて、所定の時点において現在位置として算出した前記リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を道路曲率半径として算定するステップと、
前記自動車の車速と進行方位変化速度を表す角速度より求まる当該自動車の走行軌跡上の、前記所定の時点における自動車の位置に対応する位置における、当該走行軌跡の曲率半径を走行軌跡曲率半径として算定するステップと、
算定した道路曲率半径と算定した走行軌跡曲率半径との差分に基づいて、前記所定の時点において走行している車線を推定するステップとを有することを特徴とする走行車線推定方法。
【請求項１】
自動車に搭載される走行車線推定装置であって、
直線であるリンクを用いて道路を表現した地図を定義する地図データを記憶した地図データ記憶部と、
前記自動車の現在の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出する現在位置算出手段と、
前記自動車が道路が屈曲している区間を走行している期間中の時点である推定時点において前記現在位置算出手段が現在位置として算出した前記リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を道路曲率半径として、前記地図データに基づいて算定する道路曲率半径算定手段と、
前記自動車の車速と前記自動車の進行方位変化速度を表す角速度より求まる当該自動車の走行軌跡上の、前記推定時点における自動車の位置に対応する位置における、当該走行軌跡の曲率半径を走行軌跡曲率半径として算定する走行軌跡曲率半径算定手段と、
前記道路曲率半径算定手段が算定した道路曲率半径と前記走行軌跡曲率半径算定手段が算定した走行軌跡曲率半径との差分に基づいて、前記推定時点において前記自動車が走行している車線を推定する車線推定手段とを有することを特徴とする走行車線推定装置。
【請求項２】
請求項１記載の走行車線推定装置であって、
前記自動車が道路が直進している区間を走行している期間に発生した前記自動車の車線変更の方向を、前記自動車の挙動より検出する車線変更検出手段を有し、
前記車線推定手段は、前記車線変更検出手段が前記自動車の車線変更を検出した場合に、直前に前記自動車が走行している車線として推定した車線と、検出された車線変更の方向とに基づいて、当該発生した車線変更の後に前記自動車が走行している車線を推定することを特徴とする走行車線推定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の走行車線推定装置であって、
前記道路曲率半径算定手段は、前記対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を算定する前記リンク上の地点を推定地点として、当該推定地点周辺のリンクの平均的な長さに応じて定まる距離を参照距離として設定すると共に、設定した推定地点からのリンクに沿った道のり距離が参照距離となる二つの地点を第１参照地点と第２参照地点として設定し、第１参照地点から推定地点に向かう方向と、推定地点から第２参照地点に向かう方向との方位差を求め、前記参照距離に対して求めた方位差が生じるものとして、当該推定地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を算定することを特徴とする走行車線推定装置。
【請求項４】
請求項３記載走行車線推定装置であって、
前記道路曲率半径算定手段は、前記推定地点が長さＬａの第１のリンクをｔ（ただし、ｔは０以上１以下の値）：（１-ｔ）に内分する位置に存在する場合には、推定地点で分割される第１のリンクの二つの部分のうちの、長さがｔＬａである部分に連結する第２のリンクの長さをＬｂ、長さが（１-ｔ）Ｌａである部分に連結する第３のリンクの長さをＬｃとして、
｛（１-ｔ）（Ｌｂ+Ｌａ）+ｔ（Ｌａ+Ｌｃ）｝/２
によって求まる長さに応じて、前記参照距離を設定することを特徴とする走行車線推定装置。
【請求項５】
請求項１、２、３または４記載の走行車線推定装置と、
前記地図データに基づいて、設定された目的地までの経路を案内経路として探索し設定する案内経路設定手段と、
前記案内経路設定手段が設定した案内経路に従った経路案内を行う経路案内手段とを有し、
前記経路案内手段は、前記案内経路設定手段が設定した案内経路に従って進行するために走行すべき車線と、前記走行車線推定装置が前記自動車が走行している車線として推定した車線とに基づいて、当該案内経路に従って進行するために走行すべき車線の案内を行うことを特徴とするナビゲーション装置。
【請求項６】
自動車に搭載された、直線であるリンクを用いて道路を表現した地図を定義する地図データを記憶した車載装置において、前記自動車が走行している車線を推定する走行車線推定方法であって、
前記自動車の現在の位置に対応するリンク上の位置を現在位置として算出するステップと、
前記地図データに基づいて、所定の時点において現在位置として算出した前記リンク上の地点に対応する現実の道路上の地点における道路の曲率半径を道路曲率半径として算定するステップと、
前記自動車の車速と進行方位変化速度を表す角速度より求まる当該自動車の走行軌跡上の、前記所定の時点における自動車の位置に対応する位置における、当該走行軌跡の曲率半径を走行軌跡曲率半径として算定するステップと、
算定した道路曲率半径と算定した走行軌跡曲率半径との差分に基づいて、前記所定の時点において走行している車線を推定するステップとを有することを特徴とする走行車線推定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１９２５８２（Ｐ２００７−１９２５８２Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９０６９（Ｐ２００６−９０６９）
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【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８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【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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