車両用ナビゲーション装置
【目的】 種々の走行状況においても正確に車両方位を決定することができ、これによりナビゲーションの信頼性を著しく向上させることが可能な車両用ナビゲーション装置を提供する。
【構成】 現在位置測定部１２の方位決定部１２ａは地磁気センサ１６、左右輪センサ１８、ステアリングセンサ１７からの方位データ及びＧＰＳレシーバ１４からの信号に含まれるドプラ効果によるドプラシフトから算出されるＧＰＳ方位データに基づき車両の方位を推定し、さらにこの推定方位と距離センサ１９から供給される距離データに基づき車両の現在位置を推定する。そして、この現在位置と地図情報記憶部１０から供給される地図データとのマップマッチングを行い、指定された最近道路の方位データと前記推定方位とを比較して最終的な車両の方位を決定する。
【構成】 現在位置測定部１２の方位決定部１２ａは地磁気センサ１６、左右輪センサ１８、ステアリングセンサ１７からの方位データ及びＧＰＳレシーバ１４からの信号に含まれるドプラ効果によるドプラシフトから算出されるＧＰＳ方位データに基づき車両の方位を推定し、さらにこの推定方位と距離センサ１９から供給される距離データに基づき車両の現在位置を推定する。そして、この現在位置と地図情報記憶部１０から供給される地図データとのマップマッチングを行い、指定された最近道路の方位データと前記推定方位とを比較して最終的な車両の方位を決定する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は車両用ナビゲーション装置、特に複数センサを用いて車両の方位を決定するハイブリッド方式のナビゲーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、運転者の運転操作低減を図るべく、車両運転席近傍に設けられたディスプレイに地図を表示して運転者に目的地までの経路を指示するナビゲーション装置が開発されている。
【０００３】このようなナビゲーション装置では、車両の現在位置をいかに正確に検出して地図上に評定するかが重要課題となっており、このため各種センサを組み合わせて位置検出の精度を上げるとともに、マップマッチング等の位置補正手法を取り入れてナビゲーションシステムの実用化を図っている。
【０００４】例えば、車両の方位を決定するために、地磁気を検出する地磁気センサ、磁界の乱れが生じるような場合（例えば鉄骨を積んだトラックが横を通過する場合や高架の道路を走行する場合）に地磁気センサの誤差を修正するための車両前輪の左右輪回転数差を検出する左右輪センサ、さらに時速３．５ｋｍ／ｈ未満の低速時に左右輪センサが作動不能となった場合に補償するためのステアリングセンサを設け、これらを組み合わせて車両方位を推定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来においては複数のセンサを用いて車両方位を決定しているが、これら地磁気センサ、左右輪センサ、ステアリングセンサを組み合わせて使用しても、ステアリングセンサには±２０の無視できない方位誤差が生じるため、例えば高架道路を走行した場合等には正確な方位が検出できない場合が生じる問題があった。
【０００６】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は種々の走行状況においても正確に車両方位を決定することができ、これによりナビゲーションの信頼性を著しく向上させることが可能な車両用ナビゲーション装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の車両用ナビゲーション装置は、地磁気センサと、車両前輪の左右輪の回転速度差を検出する左右輪センサと、ステアリング角を検出するステアリングセンサと、人工衛星からの位置情報を受信するＧＰＳレシーバと、このＧＰＳレシーバからの出力信号に含まれるドプラシフトを用いて車両方位を算出するＧＰＳ方位算出手段と、道路の方位を含む地図情報を格納する記憶手段と、前記地磁気センサ、左右輪センサ、ステアリングセンサ及びＧＰＳ方位算出手段からの出力に基づき車両の方位を推定し、この推定された車両の方位と車両の現在位置に最も近い地図情報上の道路の方位と比較して車両方位を決定する方位決定手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
【作用】このように、本発明の車両用ナビゲーション装置では、従来の地磁気センサ、左右輪センサ、ステアリングセンサによる方位検出に加え、人工衛星からの電波を受信して位置検出を行うＧＰＳ（グローバル ポジショニング システム：Grobal Positioning System ）のドプラ効果（ドプラシフト）を用いて方位を推定する。さらに本発明では、マップマッチングにより車両の現在位置に最も近い道路が選ばれた場合、地図情報として格納されているこの道路の方位と推定された方位とを比較して、道路方位に合致した車両方位を決定する。
【０００９】
【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る車両用ナビゲーション装置の好適な実施例を説明する。
【００１０】図１には本実施例の車両用ナビゲーション装置の全体構成が示されている。地図情報記憶部１０には全国の主要な幹線道路や細街路等の道路データや地名などの地図情報が格納されており、これらのデータは適宜読み出されて現在位置測定部１２に供給される。なお。この地図情報記憶部１０としては小型かつ大容量のＣＤ−ＲＯＭ等が用いられる。
【００１１】一方、車両を所定位置にはその地点の地磁気を検出する地磁気センサ１６、車両のステアリング角を検出するステアリングセンサ１７、車両の左右前輪の回転数差を検出する左右輪センサ１８、車両の走行距離を検出する距離センサ１９が設けられ、それぞれのセンサからの検出信号も現在位置測定部１２に供給される。なお、地磁気センサ１６、左右輪センサ１８、ステアリングセンサ１７、距離センサ１９は周知の構成のセンサ（例えば、ステアリングセンサ１７としてはステアリングシャフトに圧入されたスリット板とホトインターラプタの組み合わせ）を用いることができる。また、本実施例ではこれらセンサに加え、複数の人工衛星からの電波を受信するＧＰＳレシーバ１４が設けられており、受信したデータを現在位置測定部１２に供給する。
【００１２】現在位置測定部１２は方位決定部１２ａを有しており、地磁気センサ１６、左右輪センサ１８、ステアリングセンサ１７からの方位データ及びＧＰＳレシーバ１４からの信号に含まれるドプラ効果によるドプラシフトから算出されるＧＰＳ方位データに基づき車両の方位を推定し、さらにこの推定方位と距離センサ１９から供給される距離データに基づき車両の現在位置を推定する。そして、この現在位置と地図情報記憶部１０から供給される地図データとのマップマッチングを行い、指定された最近道路の方位データと前記推定方位とを比較して最終的な車両の方位を決定する。
【００１３】このようにして、現在位置測定部１２では現在位置を決定し、得られた現在位置データを演算部２０の経路算出部２２に供給する。また、地図情報記憶部１０からの地図データも経路算出部２２に供給される。経路算出部２２では、これらのデータ及び入力部２１から供給される目的地点や経由地点データに基づき、目的値までの最適経路を探索して経路記憶部２４に格納する。なお、経路探索方法はダイキストラ法やニコルソン法等の既知の方法が用いられる。そして、格納された経路データは経路案内制御部２６に地図データや現在位置データとともに供給され、表示部２８に表示されて運転者に指示するとともに、音声制御部３０を介してスピーカ３４に供給して運転者に音声指示する構成である。なお、音声指示する場合には、予め複数の基本音声指示パターンを音声記憶部３２に格納しておき、これらの基本パターンを音声制御部３０で適宜組み合わせて「およそ３００ｍ先＊＊＊交差点を左方向です。」等と指示する。
【００１４】図２には本実施例における方位決定のより詳細な構成ブロック図が示されている。ステアリングセンサ１７からのステアリング角度及び左右輪センサ１８からの左右前輪の回転数差はともに現在位置測定部１２の方位決定部１２ａ内の方位変化算出手段１２ｂに供給される。ステアリング角度変化から車両の方位変化が検出され、また低速検出手段１３（車速センサとコンパレータで構成され、所定の速度３．５ｋｍ／ｈ以下となった場合に低速検出信号を出力する）からの検出信号に基づき低速時には左右輪の回転数差から車両の方位変化が検出される。そして、この検出された方位変化を前回方位に加算され、現在方位を推定する。一方、ＧＰＳレシーバ１４からの出力に基づき算出されたＧＰＳ方位も前回方位と比較され、方位補正が行われる。但し、このＧＰＳ方位は常に採用されるのではなく、一定の場合のみに採用される。
【００１５】図３にはＧＰＳ方位の採用フローチャートが示されている。まず、Ｓ１０１にてＧＰＳレシーバ１４からのＧＰＳ方位を受信すると、次にＳ１０２にて車両が一定速度以上で走行しているか否かが判定される。一定速度以上で走行している場合には、次にＳ１０３に移行して直進走行しているか否かが判定される。車両が一定速度以上で直進走行している場合には、ＧＰＳ信号による充分なドプラ効果が期待され、このドプラ効果を用いて検出されるＧＰＳ方位が安定して得られているかをＳ１０４で判定してＧＰＳ方位を採用する。これ以外の場合、例えば車両が低速で走行している場合や右左折している場合にはドプラ効果による方位決定に充分な精度が期待できないため、ＧＰＳ方位は採用されない。
【００１６】このようにして、前回方位と方位角変化、さらにはＧＰＳ方位を用いることによりステアリングセンサ１７の検出誤差を解消して現在の方位が算出され、方位決定部１２ａ内の方位切り替え手段１２ｃに供給される。方位切り替え手段１２ｃではこのようにして算出された方位と地磁気センサ１６からの方位データを比較して現在方位を推定するとともに、マップマッチングの結果得られた最近道路の方位データと比較して道路の方位に一致した方位に切り替えて最終的な方位（ハイブリッド方位）として出力する。なお、マップマッチングには既知の手法が用いられ、例えばステアリングセンサからの信号に基づき車両が交差点を右左折したと判断した時に現在位置を地図上の交差点に引き込み補正することにより行われる。また、道路の方位データは、このようなマップマッチングで指定された道路の方位データをＣＤ−ＲＯＭ等の地図情報記憶部１０から読み出し、方位切り替え手段１２ｃに供給すればよい。
【００１７】このように、本実施例では従来の方位センサに加え、人工衛星からのＧＰＳ信号を用いたＧＰＳ方位でより正確な方位算出を可能とし、さらにマップマッチングで得られた道路の方位に合致するように方位を補正して最終的な方位を決定することにより、極めて精度の高い方位検出が可能となり、ナビゲーションシステムの信頼性向上を図ることができる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る車両用ナビゲーション装置によれば、高精度の車両方位決定が可能となり、ナビゲーションシステムの信頼性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。
【図２】同実施例の方位決定を行う構成図である。
【図３】同実施例のＧＰＳ方位採用フローチャートである。
【符号の説明】
１０ 地図情報記憶部
１２ 現在位置測定部
１４ ＧＰＳレシーバ
１６ 地磁気センサ
１７ ステアリングセンサ
１８ 左右輪センサ
１９ 距離センサ
２０ 演算部
２１ 入力部
２８ 表示部
３０ 音声制御部
３２ 音声記憶部
３４ スピーカ
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は車両用ナビゲーション装置、特に複数センサを用いて車両の方位を決定するハイブリッド方式のナビゲーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、運転者の運転操作低減を図るべく、車両運転席近傍に設けられたディスプレイに地図を表示して運転者に目的地までの経路を指示するナビゲーション装置が開発されている。
【０００３】このようなナビゲーション装置では、車両の現在位置をいかに正確に検出して地図上に評定するかが重要課題となっており、このため各種センサを組み合わせて位置検出の精度を上げるとともに、マップマッチング等の位置補正手法を取り入れてナビゲーションシステムの実用化を図っている。
【０００４】例えば、車両の方位を決定するために、地磁気を検出する地磁気センサ、磁界の乱れが生じるような場合（例えば鉄骨を積んだトラックが横を通過する場合や高架の道路を走行する場合）に地磁気センサの誤差を修正するための車両前輪の左右輪回転数差を検出する左右輪センサ、さらに時速３．５ｋｍ／ｈ未満の低速時に左右輪センサが作動不能となった場合に補償するためのステアリングセンサを設け、これらを組み合わせて車両方位を推定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来においては複数のセンサを用いて車両方位を決定しているが、これら地磁気センサ、左右輪センサ、ステアリングセンサを組み合わせて使用しても、ステアリングセンサには±２０の無視できない方位誤差が生じるため、例えば高架道路を走行した場合等には正確な方位が検出できない場合が生じる問題があった。
【０００６】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑みなされたものであり、その目的は種々の走行状況においても正確に車両方位を決定することができ、これによりナビゲーションの信頼性を著しく向上させることが可能な車両用ナビゲーション装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明の車両用ナビゲーション装置は、地磁気センサと、車両前輪の左右輪の回転速度差を検出する左右輪センサと、ステアリング角を検出するステアリングセンサと、人工衛星からの位置情報を受信するＧＰＳレシーバと、このＧＰＳレシーバからの出力信号に含まれるドプラシフトを用いて車両方位を算出するＧＰＳ方位算出手段と、道路の方位を含む地図情報を格納する記憶手段と、前記地磁気センサ、左右輪センサ、ステアリングセンサ及びＧＰＳ方位算出手段からの出力に基づき車両の方位を推定し、この推定された車両の方位と車両の現在位置に最も近い地図情報上の道路の方位と比較して車両方位を決定する方位決定手段とを有することを特徴とする。
【０００８】
【作用】このように、本発明の車両用ナビゲーション装置では、従来の地磁気センサ、左右輪センサ、ステアリングセンサによる方位検出に加え、人工衛星からの電波を受信して位置検出を行うＧＰＳ（グローバル ポジショニング システム：Grobal Positioning System ）のドプラ効果（ドプラシフト）を用いて方位を推定する。さらに本発明では、マップマッチングにより車両の現在位置に最も近い道路が選ばれた場合、地図情報として格納されているこの道路の方位と推定された方位とを比較して、道路方位に合致した車両方位を決定する。
【０００９】
【実施例】以下、図面を用いながら本発明に係る車両用ナビゲーション装置の好適な実施例を説明する。
【００１０】図１には本実施例の車両用ナビゲーション装置の全体構成が示されている。地図情報記憶部１０には全国の主要な幹線道路や細街路等の道路データや地名などの地図情報が格納されており、これらのデータは適宜読み出されて現在位置測定部１２に供給される。なお。この地図情報記憶部１０としては小型かつ大容量のＣＤ−ＲＯＭ等が用いられる。
【００１１】一方、車両を所定位置にはその地点の地磁気を検出する地磁気センサ１６、車両のステアリング角を検出するステアリングセンサ１７、車両の左右前輪の回転数差を検出する左右輪センサ１８、車両の走行距離を検出する距離センサ１９が設けられ、それぞれのセンサからの検出信号も現在位置測定部１２に供給される。なお、地磁気センサ１６、左右輪センサ１８、ステアリングセンサ１７、距離センサ１９は周知の構成のセンサ（例えば、ステアリングセンサ１７としてはステアリングシャフトに圧入されたスリット板とホトインターラプタの組み合わせ）を用いることができる。また、本実施例ではこれらセンサに加え、複数の人工衛星からの電波を受信するＧＰＳレシーバ１４が設けられており、受信したデータを現在位置測定部１２に供給する。
【００１２】現在位置測定部１２は方位決定部１２ａを有しており、地磁気センサ１６、左右輪センサ１８、ステアリングセンサ１７からの方位データ及びＧＰＳレシーバ１４からの信号に含まれるドプラ効果によるドプラシフトから算出されるＧＰＳ方位データに基づき車両の方位を推定し、さらにこの推定方位と距離センサ１９から供給される距離データに基づき車両の現在位置を推定する。そして、この現在位置と地図情報記憶部１０から供給される地図データとのマップマッチングを行い、指定された最近道路の方位データと前記推定方位とを比較して最終的な車両の方位を決定する。
【００１３】このようにして、現在位置測定部１２では現在位置を決定し、得られた現在位置データを演算部２０の経路算出部２２に供給する。また、地図情報記憶部１０からの地図データも経路算出部２２に供給される。経路算出部２２では、これらのデータ及び入力部２１から供給される目的地点や経由地点データに基づき、目的値までの最適経路を探索して経路記憶部２４に格納する。なお、経路探索方法はダイキストラ法やニコルソン法等の既知の方法が用いられる。そして、格納された経路データは経路案内制御部２６に地図データや現在位置データとともに供給され、表示部２８に表示されて運転者に指示するとともに、音声制御部３０を介してスピーカ３４に供給して運転者に音声指示する構成である。なお、音声指示する場合には、予め複数の基本音声指示パターンを音声記憶部３２に格納しておき、これらの基本パターンを音声制御部３０で適宜組み合わせて「およそ３００ｍ先＊＊＊交差点を左方向です。」等と指示する。
【００１４】図２には本実施例における方位決定のより詳細な構成ブロック図が示されている。ステアリングセンサ１７からのステアリング角度及び左右輪センサ１８からの左右前輪の回転数差はともに現在位置測定部１２の方位決定部１２ａ内の方位変化算出手段１２ｂに供給される。ステアリング角度変化から車両の方位変化が検出され、また低速検出手段１３（車速センサとコンパレータで構成され、所定の速度３．５ｋｍ／ｈ以下となった場合に低速検出信号を出力する）からの検出信号に基づき低速時には左右輪の回転数差から車両の方位変化が検出される。そして、この検出された方位変化を前回方位に加算され、現在方位を推定する。一方、ＧＰＳレシーバ１４からの出力に基づき算出されたＧＰＳ方位も前回方位と比較され、方位補正が行われる。但し、このＧＰＳ方位は常に採用されるのではなく、一定の場合のみに採用される。
【００１５】図３にはＧＰＳ方位の採用フローチャートが示されている。まず、Ｓ１０１にてＧＰＳレシーバ１４からのＧＰＳ方位を受信すると、次にＳ１０２にて車両が一定速度以上で走行しているか否かが判定される。一定速度以上で走行している場合には、次にＳ１０３に移行して直進走行しているか否かが判定される。車両が一定速度以上で直進走行している場合には、ＧＰＳ信号による充分なドプラ効果が期待され、このドプラ効果を用いて検出されるＧＰＳ方位が安定して得られているかをＳ１０４で判定してＧＰＳ方位を採用する。これ以外の場合、例えば車両が低速で走行している場合や右左折している場合にはドプラ効果による方位決定に充分な精度が期待できないため、ＧＰＳ方位は採用されない。
【００１６】このようにして、前回方位と方位角変化、さらにはＧＰＳ方位を用いることによりステアリングセンサ１７の検出誤差を解消して現在の方位が算出され、方位決定部１２ａ内の方位切り替え手段１２ｃに供給される。方位切り替え手段１２ｃではこのようにして算出された方位と地磁気センサ１６からの方位データを比較して現在方位を推定するとともに、マップマッチングの結果得られた最近道路の方位データと比較して道路の方位に一致した方位に切り替えて最終的な方位（ハイブリッド方位）として出力する。なお、マップマッチングには既知の手法が用いられ、例えばステアリングセンサからの信号に基づき車両が交差点を右左折したと判断した時に現在位置を地図上の交差点に引き込み補正することにより行われる。また、道路の方位データは、このようなマップマッチングで指定された道路の方位データをＣＤ−ＲＯＭ等の地図情報記憶部１０から読み出し、方位切り替え手段１２ｃに供給すればよい。
【００１７】このように、本実施例では従来の方位センサに加え、人工衛星からのＧＰＳ信号を用いたＧＰＳ方位でより正確な方位算出を可能とし、さらにマップマッチングで得られた道路の方位に合致するように方位を補正して最終的な方位を決定することにより、極めて精度の高い方位検出が可能となり、ナビゲーションシステムの信頼性向上を図ることができる。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る車両用ナビゲーション装置によれば、高精度の車両方位決定が可能となり、ナビゲーションシステムの信頼性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。
【図２】同実施例の方位決定を行う構成図である。
【図３】同実施例のＧＰＳ方位採用フローチャートである。
【符号の説明】
１０ 地図情報記憶部
１２ 現在位置測定部
１４ ＧＰＳレシーバ
１６ 地磁気センサ
１７ ステアリングセンサ
１８ 左右輪センサ
１９ 距離センサ
２０ 演算部
２１ 入力部
２８ 表示部
３０ 音声制御部
３２ 音声記憶部
３４ スピーカ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 地磁気センサと、車両前輪の左右輪の回転速度差を検出する左右輪センサと、ステアリング角を検出するステアリングセンサと、人工衛星からの位置情報を受信するＧＰＳレシーバと、このＧＰＳレシーバからの出力信号に含まれるドプラシフトを用いて車両方位を算出するＧＰＳ方位算出手段と、道路の方位を含む地図情報を格納する記憶手段と、前記地磁気センサ、左右輪センサ、ステアリングセンサ及びＧＰＳ方位算出手段からの出力に基づき車両の方位を推定し、この推定された車両の方位と車両の現在位置に最も近い地図情報上の道路の方位と比較して車両方位を決定する方位決定手段と、を有することを特徴とする車両用ナビゲーション装置。
【請求項１】 地磁気センサと、車両前輪の左右輪の回転速度差を検出する左右輪センサと、ステアリング角を検出するステアリングセンサと、人工衛星からの位置情報を受信するＧＰＳレシーバと、このＧＰＳレシーバからの出力信号に含まれるドプラシフトを用いて車両方位を算出するＧＰＳ方位算出手段と、道路の方位を含む地図情報を格納する記憶手段と、前記地磁気センサ、左右輪センサ、ステアリングセンサ及びＧＰＳ方位算出手段からの出力に基づき車両の方位を推定し、この推定された車両の方位と車両の現在位置に最も近い地図情報上の道路の方位と比較して車両方位を決定する方位決定手段と、を有することを特徴とする車両用ナビゲーション装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平６−６６５７７
【公開日】平成６年（１９９４）３月８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−２１９８８６
【出願日】平成４年（１９９２）８月１９日
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成６年（１９９４）３月８日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）８月１９日
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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