JP2744664B2

JP2744664B2 - 車両用ナビゲーション装置

Info

Publication number: JP2744664B2
Application number: JP1547390A
Authority: JP
Inventors: 利道徳永
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1990-01-24
Filing date: 1990-01-24
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH03220412A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本願発明は、車両用のナビゲーション装置に関するも
のである。

（従来技術）今、例えば自動車を運転しながら或る目的地に向かっ
て走行している状況を考えてみると、ドライバーは自動
車という外界と孤立した孤独な空間の中で、見知らぬ土
地を地図と道路標識、それに風景ぐらいを頼りに、ひた
すら意図する目的地に向かってアクセルを踏んでいる状
態であると言える。つまり、コンピュータ、データ通信
が発達して情報過多とまで言われる今日に到っても自動
車の運転の本質は自動車が発明された当時と殆ど変わっ
ていない。

このような事情に鑑み、最近になって漸く一般にナビ
ゲーションシステムと呼ばれる車両の走行誘導装置の開
発が盛んに行われるようになってきている。

該ナビゲーションシステムには、例えば地磁気ベクト
ルの水平成分を検出し、それを方位パラメータとして利
用するもの（以下、地磁気方式という）やヘリウムガス
の慣性を利用したガスレートジャイロを方位センサに使
用して方位を検出するもの（以下、慣性航法方式とい
う）などの所謂、推測航法システムのほか、３個又は４
個の円軌道衛星（GPS航法衛星という）を使用して地球
上の如何なる場所においても正確な自車位置を検出でき
るようにしたGPSS方式（グローバル・ポジショニング・
システム・ウイズサテライト）などの所謂、衛星航法シ
ステムが提案されている。

ところで、このような車両のナビゲーション装置で
は、コスト上の問題もさることながら先ず誘導精度が高
いことが最も重要である。そして、該誘導精度を基本的
に決定するのは、上記自車位置認識手段の自車位置検出
性能である。したがってその観点から言って現在最も有
望視されているのが、上述した２種の航法システムの中
でも人工衛星を使用した上記GPSS方式による衛星航法シ
ステムである。

該衛星航法システムの場合、複数（少なくとも３個、
好ましくは４個以上）の衛星からの距離情報と時刻情報
とを各々受信して２次元または３次元での自車の絶対位
置を認識することができるから、特に他の手段による補
正を必要とせず、それ自体として十分に高い自車位置検
出能力（測位誤差±30m程度）を確保することができる
利点がある。また、当該車両がフェリーボードなどで海
上移送されたような場合にも改めて自車位置を設定し直
す必要がなくなるので便利である。

ところが、現状では地球を回る円軌道上に打ち上げら
れた航法衛星の数が十分でなく、常に好ましい４個以上
の航法衛星を確保するということは実際上困難であり、
また仮に４組以上の航法衛星を確保できるようになった
としても、該衛星は独自に自己の軌道上を回っているた
めに、タイミングによっては各衛星間の配列状態が悪
く、何れかの衛星からの信号の受信が不能になって結局
適正な３次元測位が不可能となる事態も起こり得る。

つまり、上記のような航法衛星には、第９図に示すよ
うに１日の内でも測位可能な時間帯（Th）と測位不可能
な時間帯（Th以外）とがある。従って、上記測位不可能
な時間帯にあっては、測位誤差が大きくなり、本来その
間の測位データは使用できないことになる。

このようなことから、従来は例えば特開昭63−26529
号公報に記載の発明に見られるように、衛星を使用した
３次元測位システムと上記方位センサを使用した推測航
法による２次元測位システムとの２つの測位システムを
組み合わせるとともに後者の２次元測位システムに対し
てマップマッチング手段を設け、４個以上の衛星による
適正な３次元測位が可能な場合には上記３次元測位シス
テムによって現在位置等の正確な航法データを検出メモ
リする一方、衛星位置又は衛星配列が悪くなるなどして
適正な３次元測位が不可能となった時には推測航法シス
テムによる２次元測位データに道路ネットワークデータ
との関係による修正をかけて可及的に正確に自車位置表
示データを形成する複合的なシステム構成を採用したも
のがある。

（発明が解決しようとする課題）ところが、現在のところ上記マップマッチング手段に
よる修正が可能な領域、つまりマップマッチングを行な
うためのナビゲーション用の道路データが作成されてい
る地域は極めて限られているし、仮に該マップマッチン
グ用の道路データが全国的に作成される段階になったと
しても日本全国の全ての地域を完全に網羅するというこ
とは実際上考えられないので、どおしてもマップマッチ
ングの可能な地域と不可能な地域とが生じる。

その結果、上記従来技術の構成では、マップマッチン
グエリア内を走行している時と、そうでない時とで車両
現在位置の認識精度に差が生じる問題があった。

（課題を解決するための手段）本願発明は、上記の問題を解決することを目的として
なされたもので、衛星からの情報に基いて自車の絶対位
置を認識する衛星航法システムと、方位および走行距離
に基いて自車の推定位置を求める推測航法システムと、
上記推測航法システムに対して実際の道路ネットワーク
データとの関係でマッチングを取るマップマッチング手
段とを備えてなる車両用ナビゲーション装置において、
上記衛星航法システムにおける測位誤差のレベルを検出
する測位誤差レベル検出手段と、該測位誤差レベル検出
手段により検出された測位誤差のレベルを所定の判定基
準値と比較判定する測位誤差レベル判定手段と、上記測
位誤差レベルを判定するための第１の判定基準値および
該第１の判定基準値よりも判定レベルが高い第２の判定
基準値の２つの判定基準値を設定保持する判定基準値設
定手段と、上記マップマッチング手段の使用中には上記
測位誤差レベル検出手段により検出された測位誤差レベ
ルが上記判定基準値設定手段で設定された第１の判定基
準値以上の時に上記衛星航法システムによって認識され
る自車位置データを使用して現在位置を認識する一方、
上記マップマッチング手段を使用していない時には上記
測位誤差レベル検出手段によって検出された測位誤差レ
ベルが上記第２の判定基準値以上の時にのみ上記衛星航
法システムによって認識される自車位置データを使用し
て現在位置を認識する衛星データ使用制御手段とを設け
たことを特徴とするものである。

（作用）上記本願発明の車両用ナビゲーション装置では、衛星
航法システムと推測航法システム、並びにマップマッチ
ング手段を備えた車両用のナビゲーション装置におい
て、衛星の測位データの信頼度を表わす測位誤差係数を
検出するようになし、マップマッチング手段が使用され
ているマップマッチング領域ではある程度衛星航法シス
テムの測位誤差レベルが高い場合でも衛星による測位デ
ータを使用して現在位置を認識するようになす一方、マ
ップマッチング手段が使用されていない非マップマッチ
ング領域ではある程度以上に低い測位誤差レベルの衛星
測位データ、つまり測位精度の高い自車位置データしか
採用しないようになっている。

（発明の効果）従って、本願発明の車両用ナビゲーション装置による
と、マップマッチング領域の内と外との両領域での車両
現在位置の認識精度を略一定に維持することができるよ
うになる。

（実施例）第２図〜第８図は、本願発明の実施例に係る車両用ナ
ビゲーション装置の構成並びに作用を示している。

先ず第２図は、同実施例に於ける車両用ナビゲーショ
ン装置のシステム構造を示すもので、符号10は制御部の
中心をなすナビゲーションコントロールユニットであ
り、該ナビゲーションコントロールユニット10は、中央
情報処理装置（以下、単にCPUという）11、コントロー
ルプログラムを内蔵したりリードオンリー・メモリ（以
下、ROMという）12、各種制御データを随時記憶するラ
ンダムアクセス・メモリ（以下、単にRAMという）13、
後述する各種外部装置と上記CPU11との間でデータを入
出力するインターフェース回路14等から構成されてい
る。

そして、上記ナビゲーションコントロールユニット10
に組み合わされる外部装置としては、先ず上述した地図
形式の走行案内情報を多数枚複数種の縮尺でメモリして
いるCD−ROM（コンパクトディスク型リードオンリーメ
モリ）１の当該地図情報を読み出すための車載用CDプレ
ーヤ２、目的地の設定や変更、再設定、最適経路の変
更、地図内容の詳細表示等の各種操作を行なう操作スイ
ッチ部３、現在の自車位置Pn（Xn,Yn）を検出する自車
位置認識装置４、上記CPU11からの画像信号出力を入力
して例えばメータ・クラスタ部のCRTディスプレイ６の
画面上に表示する表示制御回路５、該表示制御回路５に
付設されたビデオメモリ７等が設けられている。

CDプレーヤ２は、上記CD−ROM1を駆動し、当該CD−RO
M1に記憶されている日本全国の地図情報の内の必要とす
る所定の地域の情報を指定されたアドレス（経度Ｘと緯
度Ｙとで指定）に応じて出力し、デコーダ８、インター
フェース回路14を介して上記CPU11に入力する。これら
読み出された情報は、一時的にRAM13に記憶される。上
記デコーダ８を介してデコードされたCDプレーヤ２の出
力は、通常の車載用オーディオ装置（AMP、イコライザ
ー、スピーカー等）９側にも出力されるようになってい
る。

上記CD−ROM1には、例えばカラー静止画で３万枚程度
の地図情報が記憶されるようになっており、例えば本実
施例の場合には少なくとも２種類の縮尺（通常／拡大）
のものが用意されている。

次に操作スイッチ３は、例えば画面タッチ型のもので
構成されており、（１）メニュー、（２）情報、（３）
再設定、（４）拡大、（５）縮小、（６）詳細、（７）
修正等の各種の操作スイッチが設けられている。該操作
スイッチ３のON出力は、エンコーダ16でコード化された
後、インターフェース回路14を介して上記CPU11に入力
される。CPU11は、上記操作スイッチ３の入力に応じ所
定の演算（プログラム処理）を行なって上述のCRT駆動
用の表示制御回路５を作動させ、上記指令内容に対応し
た画像に表示させる。

さらに、現在の自車位置を認識する自車位置認識装置
４は、本実施例の場合、例えば第３図に示すように地磁
気方式の所謂推測航法による第１の自車位置認識手段4A
と、前述したGPSS方式による第２の自車位置認識手段4B
との２組の異った自車位置認識手段を組み合わせて構成
されており、それらの各出力を切換回路20を介して選択
的にCPU11に入力するようになっている。

先ず第１の自車位置認識手段4Aは、例えば第３図に示
すようにフラックスゲート等の地磁気を検出する地磁気
センサ41と、車輪の回転から車両の進行速度と走行距離
（1km＝637回転:JIS）を検出する車輪速センサ42と、こ
れら両センサ41,42からの出力を受けて当該車両の進行
方向（方位θ）および所定基準点Pstartからの相対距離
ｌを検出して車両の現在位置Pn（Xn,Yn）を認識するた
めの第１の出力信号処理回路（その認識メカニズムにつ
いては後述：第６図参照）43とから構成されている。

つまり、少なくとも車両の正確な走行距離ｌと走行方
向θが分かれば、或る地点a₁から或る地点anまでの２点
間の相対的な位置関係は容易に知ることができるわけで
あり、上記或る地点a₁が既知（スタート時に設定）の出
発点Pstartであるならば走行中の車両位置anを知ること
ができることになる訳である。

例えば第４図は、その基本原理を示しており、今車両
Ａが既知の出発地点a₁からan点まで走行しているとする
と、一定の距離（5m程度）a₁〜a₂、a₂〜a₃、a₃〜a₄、a₄
〜a₅、a₅〜a₆、a₆〜a₇、a₇〜a₈、a₈〜a₉、a₉〜an（この
各点間の単位移動距離l₁,l₂,l₃・・・lnは、上記車輪速
センサ42の出力から求められる）を走行するたびに上記
地磁気センサ41により進行方向θの変化（θ₁,θ₂,θ_３
・・・θｎ）を求めて座標変換を行ない、上記各２点間
の東西と南北の距離Δｘ＝lcosθとΔｙ＝lsinθとを各
々演算し、それらの地を順次加算して行く。その結果、
結局an点の車両位置（Pn）が特定されることになる。

また、第２の自車位置認識手段4Bは、例えば第５図に
示す全世界測位衛星システム（GPSS）を利用したもので
あり、同図に示す如く、地上局アンテナ75から電波を発
信させる地上の主制御局76と、同地上局アンテナ75から
の送信電波を各々受信する少なくとも最低４基の実行航
法衛星（GPS衛星）77A〜77Dと、これらの各衛星77A〜77
Dからの送信電波を受信して電波の測位誤差の程度を示
す測位誤差係数GDOP値を演算し該GDOP値を上記地上アン
テナ75からの送信電波に重畳させるモニタ局85とを備え
た地上局システムに対して、各車両Ａ側に搭載され第４
図に示す如く上記４機のGPS航法衛星77A〜77Dからの各
送信電波を受信するGPS受信機44と、該GPS受信機44で受
信した各衛星電波相互間の受信タイミングに基づいて上
記４機の衛星77A〜77Dと当該車両Ａ間の距離と高度、時
刻を各々把握して該車両Ａの現在位置Pnを絶対的に検出
する衛星航法システム側第２の信号処理回路45とを備え
るとともに、上記衛星電波の測位誤差係数GDOP値の高低
を具体的に検出判定する測位誤差係数検出手段（判定回
路）46とを備えている。該測位誤差係数検出手段（判定
回路）46は、上記GPS受信機44が受信した全体の電波に
含まれたGDOP値が衛星配列の悪い所定値以下のとき、お
よび同電波の強さ（電界強度D_B）自体が所定値以下の時
（例えば車両がトンネル内を走行中等の如き電波の受信
不能時等）に測位誤差増大信号を出力するものである。

さらに、上記切換回路20は、上記測位誤差係数検出手
段（判定回路）46からの測位誤差増大信号の非出力時に
は衛星利用型の第２の自車位置認識手段（衛星航法シス
テム）4Bを選択する一方、測位誤差増大信号の出力時に
は上記地磁気利用型の第１の自車位置認識手段（推測航
法システム）4Aを選択して、この選択された車両の現在
の自車位置信号を上記ナビゲーションコントロールユニ
ット10のCPU11に出力するものである。

そして、上記第２図に示されるナビゲーションコント
ロールユニット10は、上記のようにして認識された実際
の車両位置Pnを基準として予じめ設定されている上記目
的地Poとの関係において常時最適経路をフォローさせる
べくナビゲーションコントロールを行うようになってお
り、目的地Poとの関係における同最適経路の表示は例え
ば第７図のようにしてなされる。

すなわち、先ず最初に運転の開始に先立ってステップ
S₁で上述の自車位置をCDプレーヤ２に装填してCDプレー
ヤ２を駆動する。これにより、これから行こうとする目
的地Poに対応して設定される最適走行経路の地図情報
（通常縮尺）が読み出し可能な状態となる。

次にステップS₂に進み、上記操作スイッチ３を操作す
ることによって今から行こうとする目的地Poを具体的に
設定する。

さらに、該状態において上述の自車位置認識装置４を
機能させて正確な自車位置Pstartを読み込む（RAMに入
力）。

そして、続くステップS₃で上記現在の自車位置Pstart
から設定された目的地Poまでの最適経路を設定し、該最
適経路に基づいたスタート地点Pstartからの初期ページ
（No1地図）を上記メータクラスター側のCRTディスプレ
イ６の画面上に表示し、該画面の地図道路上に自車位置
マークMPを重畳状態でプロットする。そして、ステップ
S₄,S₅に示すように車両の進行に伴って順次所定のサイ
クル毎に現在位置を認識し、それを基にして上記自車位
置の表示を順次更新して行く。

ところで、上記自車位置の表示に際して、使用する測
位手法の精度によって大きさは増減されるものの測位に
伴なう誤差の発生は避け得ず、特に推測航法では誤差が
累積されていくため、自車の現在位置が走行中の道路か
ら次第にズレて誤った道路上に表示される可能性があ
る。

このため、本実施例の車両用ナビゲーション装置にお
いては、自車近傍の道路のうち、自車が走行中である可
能性も最も高い道路上に自車の現在位置を引込んで位置
修正する、いわゆるマップマッチングを所定距離走行毎
あるいは所定時間毎など必要に応じて行ない、これによ
り位置ズレを随時修正し、上記誤差の累積を防止してい
る。そして、このマップマッチングを行なうため、自車
近傍の道路全てをリストアップして候補リストを作成
し、それを記憶すると共に、自車の走行に伴ない各道路
について自車がその道路を走行中なのか否か走行可能性
を評価するようにしている。そして、その上で上記自車
位置のプロット表示を行うようにしている。

次に上記ナビゲーションコントロールユニット10によ
るGPS3次元測位システム並びに推測航法による２次元測
位システムとマップマッチングシステムとの関連する制
御動作について第７図のフローチャートを参照して詳細
に説明する。

先ずステップS₁では、スタート地点Pstartの現在値デ
ータ（経度Ｘ＝Xo,緯度Ｙ＝Yo）をマニュアル操作によ
ってメモリに入力する。

その後、ステップS₂で所定時間ｔの経過を確認した上
でステップS₃に進み、実際に車両が移動（走行）したか
否かを判定する。

そして、車両が走行を開始しているYES判定の場合に
は、ステップS₄で、その時の地磁気センサによって検出
された車両方位θをメモリに入力する。またステップS₅
で車輪速センサの出力に基いて上記走行による移動距離
ｌを産出する。

次に、さらにステップS₆に進み、上述した第４図の測
定原理に基いて上記車両方位θと移動距離ｌから、現在
の移動点Pn（X₁,Y₁）を算出（X₁＝lcosθ,X₂＝lsinθ）
する。

その上でステップS7に進み、上記ステップS₆で算出さ
れた移動点Pn（X₁,Y₁）に対応する道路のデータがメモ
リ中にあるか否かを判定する。その結果、YES（道路デ
ータであり）となると、続くステップS₈で上記移動点Pn
と当該道路データとを比較し、実際の道路上の座標X₁,Y
₁を求め（マップマッチング）、ステップS₉で先に述べ
た測位誤差計数値GDOP値の判定基準値CLの値を第１の基
準値０に設定する。

他方、上記ステップS₇で移動点Pnに対応する道路デー
タがない（NO）と判定された場合には、ステップS₁₀に
進んで上記判定基準値CLの値を第２の基準値３に設定す
る。

以上のようにして、各々測位誤差係数の判定基準値CL
の設定が終了すると、今度はステップS₁₁に進んで上述
したGPS受信機77A〜77Dは受信できるか否かの判断に進
む。

そして、GPS受信機44が受信可能であることが確認さ
れると、ステップS₁₂,S₁₃に進んで、上記測位誤差係数G
DOP値検出手段によって検出されたGDOP値が上記ステッ
プS₉又はステップS₁₀で設定された判定基準値CL（CL＝
０又はCL＝３）以下であるか否かを判断し、YES（良
好）となると当該衛星による測位データX_G,Y_Gを求め
る。

他方、GPS受信機77A〜77Dの受信が不可能であったり
（ステップS₁₁でNO）、測位誤差係数GDOP値が上記判定
基準値CLよりも高い（不良）場合（ステップS₁₂でNO）
には上記衛星による測位データX_G,Y_Gの値をX_G＝0,Y_G＝
０にリセットた上で上記ステップS₁₅の現在位置X,Yの演
算動作に進む。

該ステップS₁₅の現在位置座標X,Yの演算は、上記ステ
ップS₈で求めた道路上の座標X₁,Y₁と上記衛星による測
位データX_G,Y_Gを使用して図示のように演算することに
よって求められる。

そして、該演算が完了すると、ステップS₁₆に進み、
該演算値X,Yに基いて車両の現在位置を表示する。

以上の結果、本実施例によればマップマッチエリア内
外領域での車両現在位置の認識精度を可及的に向上させ
ることができる。

なお、上記第７図のフローチャートにはマップマッチ
エリアであるか否かの判定を移動点X₁,Y₁のエリアに対
応する道路データがあるか否かによって判断するように
構成したが、該判定は例えば直接「マップマッチエリア
か」ということで判定しても良いし、また第８図のフロ
ーチャートのステップS₇′,S₈′に示すように２つの動
作で判定してもよいことは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本願発明の車両用ナビゲーション装置のクレ
ーム対応図、第２図は、同装置の全体的なシステム構成
を示すブロック図、第３図は、同第２図の自車位置認識
装置の内部構成を示すブロック図、第４図は、同自車位
置認識装置の内の第１の自車位置認識手段の認識原理を
示す説明図、第５図は、同第２の自車位置認識手段の認
識原理を示す説明図、第６図は、上記第２図の構成にお
ける基本的なナビゲーションコントロールユニット動作
を示すフローチャート、第７図は、本発明実施例の要部
のマップマッチングを使用した現在位置の認識表示動作
を示すフローチャート、第８図は、第７図のフローチャ
ートの変形例を示す要部のフローチャート、第９図は、
一日（24時間）の内の衛星状態を示す衛星飛来予想図で
ある。１……CD−ROM ２……CDプレーヤ３……操作スイッチ４……自車位置認識装置 4A……第１の自車位置認識手段 4B……第２の自車位置認識手段６……CRTディスプレイ 10……ナビゲーションコントロールユニット 11……CPU 41……地磁気センサ 42……車輪速センサ 44……GPS受信機 77A〜77D……航法衛星

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】衛星からの情報に基いて自車の絶対位置を
認識する衛星航法システムと、方位および走行距離に基
いて自車の推定位置を求める推測航法システムと、上記
推測航法システムに対して実際の道路ネットワークデー
タとの関係でマッチングを取るマップマッチング手段と
を備えてなる車両用ナビゲーション装置において、上記
衛星航法システムにおける測位誤差のレベルを検出する
測位誤差レベル検出手段と、該測位誤差レベル検出手段
により検出された測位誤差のレベルを所定の判定基準値
と比較判定する測位誤差レベル判定手段と、上記測位誤
差レベルを判定するための第１の判定基準値および該第
１の判定基準値よりも判定レベルが高い第２の判定基準
値の２つの判定基準値を設定保持する判定基準値設定手
段と、上記マップマッチング手段の使用中には上記測位
誤差レベル検出手段により検出された測位誤差レベルが
上記判定基準値設定手段で設定された第１の判定基準値
以上の時に上記衛星航法システムによって認識される自
車位置データを使用して現在位置を認識する一方、上記
マップマッチング手段を使用していない時には上記測位
誤差レベル検出手段によって検出された測位誤差レベル
が上記第２の判定基準値以上の時にのみ上記衛星航法シ
ステムによって認識される自車位置データを使用して現
在位置を認識する衛星データ使用制御手段とを設けたこ
とを特徴とする車両用ナビゲーション装置。