JP4661852B2 - 車両位置特定システム - Google Patents

Description

本発明は、道路を走行する車両の位置を高精度に特定することができる車両位置特定システムに関する。

従来、交差点内及びその付近での車両同士、あるいは車両と歩行者との交通事故を防止するために、交差点に設置された信号機の灯色の表示情報を交差点に向かって走行してくる車両に対して送信し、車両に搭載された車載機で表示情報を受信し、受信した表示情報に基づいて交差点の手前で安全に停止することができるか否か、あるいは、交差点を安全に通過することができるか否かを判定し、判定結果に応じて運転者に音声で注意を促すシステムがある。また、車載機で受信した信号機の表示情報に基づいて、交差点を安全に通過することができるか否かを判定し、判定結果に応じて車両のブレーキ制御を行う信号機連動式車両速度制御装置が提案されている（特許文献１参照）。
特許第２８０６８０１号公報

交差点手前で安全に車両を停止させる場合、交差点付近に設けられた停止線の手前で確実に車両を停止させる必要があり、車両から停止線までの距離を正確に把握しておく必要がある。しかしながら、特許文献１の装置にあっては、車両を減速させる制御が自動的に行われても車両から停止線までの距離が正確に判らないため、車両を停止線の手前で確実に停止させることは困難であり、オーバーランといった不具合を生じる恐れがある。このため、従来の技術では、車両を停止線の手前で確実に停止させて交差点における交通事故を未然に防止するには不十分な面があった。

一方、カーナビゲーションのジャイロセンサ、加速度センサ、ＧＰＳ（Global Positioning System）などを用いて自車の位置を検出し、地図データに基づいて交差点の位置を特定することによって、現在の位置から自車前方にある交差点手前の停止線の位置までの距離を算出することができる。しかし、ジャイロセンサは、時間の経過とともに検出誤差が蓄積するとともに、車両の振動により誤差が生ずる。また、加速度センサは、温度特性により誤差が生じ、検出精度が十分ではない。さらに、ＧＰＳ等による位置検出では、都市部においては建物又は車両などの影響により、十分な数のＧＰＳ等の電波を受信できないことが多く、誤差が大きくなるため、正確な運転支援を行うことが困難であった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、自車の位置を精度良く特定することができる車両位置特定システムを提供することを目的とする。

第１発明に係る車両位置特定システムは、所定の地点に設置され所定の信号を送信する送信機と、該送信機が送信した信号を受信して位置を特定する車載機とを備える車両位置特定システムにおいて、前記車載機は、前記送信機の送信地点情報を記憶する記憶手段と、前記送信機が送信した信号の到達時間を取得する到達時間取得手段と、道路形状に関する道路形状情報を取得する道路形状情報取得手段と、前記送信地点情報、到達時間及び道路形状情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段と、搭載位置の高さ情報を記憶する記憶手段とを備え、前記特定手段は、前記道路形状情報及び高さ情報により決定される自車の仮想的な走行面と前記送信地点情報及び到達時間により決定される仮想球面との交線を自車位置として特定するように構成してあることを特徴とする。

第２発明に係る車両位置特定システムは、第１発明において、前記車載機は、自車が存在する存在領域を示す領域情報を取得する領域情報取得手段を備え、前記特定手段は、前記領域情報取得手段で取得した領域情報で示される存在領域内の前記走行面と前記仮想球面との交線を自車位置として特定するように構成してあることを特徴とする。

第３発明に係る車両位置特定システムは、第２発明において、前記領域情報は、カーナビゲーション若しくはＧＰＳ受信機で取得する自車位置に関する情報、又は路側装置との通信地点に関する情報であることを特徴とする。

第４発明に係る車両位置特定システムは、第２発明において、前記車載機は、自車の走行履歴情報を記憶する記憶手段を備え、前記領域情報取得手段は、直近に特定した自車位置からの走行履歴情報に基づいて、領域情報を取得するように構成してあることを特徴とする。

第５発明に係る車両位置特定システムは、第４発明において、前記走行履歴情報は、走行距離、走行速度、加減速度又は走行方位に関する情報の少なくとも１つを含むことを特徴とする。

第６発明に係る車両位置特定システムは、第１発明乃至第５発明のいずれか１つにおいて、前記送信機は、信号の送信時点を特定する送信時点情報を送信する送信手段を備え、前記到達時間取得手段は、信号の受信時点及び該信号の送信時点に基づいて、該信号の到達時間を取得するように構成してあることを特徴とする。

第１発明にあっては、車載機は、送信機が送信した信号を受信した場合、信号の到達時間を取得する。信号の到達時間は、信号の送信時点と受信時点との時間差により求めることができる。また、信号の送信時点に関する送信時点情報は、送信する信号に含めることができる。車載機は、道路形状に関する道路形状情報を取得する。道路形状情報は、例えば、道路を１又は複数の適長の区間に分割した各区間についての距離、勾配又は曲率などの情報を含む。車載機は、送信機の送信地点情報（例えば、高さを含む絶対位置の情報又は相対位置の情報など）、受信した信号の到達時間及び道路形状情報に基づいて、自車位置を特定する。例えば、送信機の送信地点情報と信号の到達時間により、自車位置は送信機の位置を中心とし、到達時間に対応する距離を半径とする球面上にある。これと自車が走行している道路の道路形状情報を組み合わせることにより、自車位置を特定することができる。これにより、複数の送信機を使用しなくても、１台の送信機を設置することで車両の位置を特定することができる。

また、車載機は、道路形状情報及び車載機の高さ情報により決定される自車の仮想的な走行面を特定する。車載機は、特定した走行面と、送信機の位置を中心として到達時間に対応する距離を半径とする仮想球面との交線を自車位置として特定する。これにより、複数の送信機を使用しなくても、１台の送信機を設置することで車両の位置を高精度に特定することができる。

第２発明にあっては、車載機は、自車が存在する存在領域を示す領域情報を取得する。車載機は、取得した領域情報で示される自車の存在領域内の走行面と仮想球面との交線を自車位置として特定する。これにより、走行面と仮想球面との交線が２つ存在する場合であっても、自車の存在領域内にある方の交線を自車位置として特定することができ、複数の送信機を使用しなくても、１台の送信機を設置することで車両の位置を高精度に特定することができる。

第３発明にあっては、車載機は、カーナビゲーションシステムからの出力される自車位置の情報、光ビーコン等の路側装置との通信地点の情報、あるいはＧＰＳ衛星信号を受信して測位される自車位置の情報により自車の存在領域を示す領域情報を取得する。これにより、自車が存在する領域を絞り込むことができ、走行面をより狭い範囲に特定することが可能となるため自車位置を精度良く特定することが可能となる。

第４発明にあっては、車載機は、直近に特定した自車位置からの走行履歴情報に基づいて、自車の存在領域を示す領域情報を取得する。これにより、一旦自車位置を特定することができた場合、その後の走行履歴を利用することにより、複数の送信機を使用しなくても、１台の送信機を設置することで車両の位置を高精度に特定することができる。

第５発明にあっては、走行履歴情報は、走行距離、走行速度、加減速度又は走行方位に関する情報の少なくとも１つを含む。これらの情報と道路形状情報及び車載機の高さ情報とを組み合わせることで、自車の存在領域、すなわち、自車の走行面の範囲を絞り込むことが可能となり、自車位置を精度良く特定できる。

第６発明にあっては、車載機は、送信機が送信した信号からその信号の送信時点を特定する送信時点情報を取得し、信号の受信時点及びその信号の送信時点に基づいて、その信号の到達時間を取得する。これにより、車載機は、送信機を中心として到達時間に対応する距離が等しい球面上に自車があると特定することができる。

本発明にあっては、複数の送信機を使用しなくても、１台の送信機を設置することで車両の位置を精度良く特定することができる。また、自車位置を特定するのに必要な送信機の数は、少なくとも１つあればよく車両位置特定システム全体を安価に実現することができる。

実施の形態１
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る車両位置特定システムの概要を示す模式図である。本発明に係る車両位置特定システムは、所定の位置に設置され所定の信号を送信する送信機２０、車両に搭載された車載機３０などを備えている。車両が停止線に向かって走行する場合、車載機３０は、送信機２０から送信された信号を受信し、受信した信号の到達時間に基づいて自車位置を特定する。送信機２０が繰り返し信号を送信することで、車載機３０は信号を受信する都度自車位置を特定することができる。なお、自車位置の特定方法の詳細は後述する。

図２は本発明に係る車両位置特定システムの構成を示すブロック図である。送信機２０は、通信部２１、制御部２２などを備えている。通信部２１は、例えば、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯の周波数帯域の電波を車載機３０に対して送信する。通信部２１は、基準クロック信号を生成する水晶発振器、搬送波生成回路、変調回路等（不図示）を備え、基準クロック信号に基づいて所定の信号（例えば、周波数が１０ｋＨｚ程度の矩形波信号）を生成する。通信部２１は、制御部２２の制御のもと、生成した信号に基づいて搬送波（例えば、周波数が１００ＭＨｚ程度、２００ＭＨｚ程度、あるいは７００ＭＨｚ程度など）を周波数変調し、アンテナ（不図示）を通じて変調後の搬送波を送信する。なお、送信機２０が使用する周波数帯域は、一例であって、ＶＨＦ／ＵＨＦ帯に限定されるものではなく、他の周波数帯域でもよい。例えば、自動車専用として割り当てられている５．８ＧＨｚ帯を使用してもよく、また、携帯電話、ＰＨＳ等で使用する周波数帯域を使用することも可能である。

送信機２０は、所定の信号を繰り返し車載機３０へ送信する。送信機２０が信号を送信するタイミングは任意に設定することができる。また、車載機３０が道路付近に設置された光ビーコン、電波ビーコン、ＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：狭域通信）などの路側装置と通信した通信時点を路側装置側から取得し、そのタイミングで信号を送信するようにすることができる。また、送信機２０が、予め定められた仕様に基づいて、信号を送信できない時間帯がある場合には、送信可能な時間帯において、所定のタイミングで信号を繰り返し車載機３０へ送信する。

車載機３０は、光ビーコン、電波ビーコン、ＤＳＲＣなどの路側装置との通信機能を有する第１通信部３１、送信機２０との通信機能を有する第２通信部３２、車載機３０の動作を制御する制御部３３、記憶部３４、表示部３５、操作部３６、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機能を有するＧＰＳ受信部３７、車輪速センサ、ジャイロセンサ、加速度センサ等の車載センサを備えるセンサ部３８、ナビゲーション部３９などを備えている。

第２通信部３２は、送信機２０が送信した信号を受信する。より具体的には、第２通信部３２は、復調回路を備え、送信機２０が送信した電波を受信し、受信した電波を復調して元の信号を抽出する。第２通信部３２は、抽出した信号に基づいて、信号の受信時点を算出し、算出した受信時点を制御部３３へ出力する。なお、所定の時間内に、複数回にわたって受信時点を算出した上で、これらの平均値又は中央値等を用いることもできる。このような方法によれば、ノイズ等による影響を低減し、安定した受信時点を得ることができる。なお、信号の受信時点の算出は、信号波形の立ち上がり部分のみならず、立ち下り部分で算出することもできる。

図３は送信機２０が送信する信号に含まれるデータ構造の例を示す説明図である。図３に示すように送信機２０が送信する信号は、例えば、送信機２０からの電波に基づいて自車位置を特定するための測位用信号（自車位置特定用信号）とデータ領域とで構成され、データ領域には、信号が有効であることを示す有効フラグ、信号の送信時点を特定する送信時点情報（例えば、送信機２０で計時される時刻形式情報、あるいは所定の時間間隔で計数されるカウンタのカウンタ値等）などの情報を含む。なお、測位用信号とデータとの送信時点は同時でもよく、異なる時点であってもよい。

図４は信号の受信時点を求める例を示す説明図である。図４（ａ）の上段は送信機２０から受信した信号の例を模式的に示し、下段は車載機３０が予め記憶している相関処理（パターンマッチング）を行うためのレプリカ信号である。図４（ａ）に示すように、車載機３０で受信した信号及びレプリカ信号を所定の時間間隔でサンプリングし、波形とレプリカ信号の波形が一致する場合、図４（ｂ）に示すように両信号の相関値が鋭いピークを示す。図４（ｂ）に示すように、第２通信部３２は、相関値の鋭いピークが取れた時点で、信号の受信時点を求める。受信時点を求める方法は、時間軸の相関処理に限定されず、周波数領域での相関処理を行うこともできる。なお、マルチパスによる遅延波の影響がある場合、相関は図４（ｃ）のようにピークが２つ以上生じる。

表示部３５は、ヘッドアップディスプレイ、カーナビゲーションシステム又は監視モニタなどの液晶表示パネルであり、運転者に対して、各種交通情報を表示することができる。例えば、交差点又は停止線までの距離、交差点を安全に走行できない場合の警告等を表示する。

操作部３６は、各種操作パネルを備え、運転者と車載機３０とのユーザインタフェースとして機能する。例えば、操作部３６は、運転者の操作により車載機３０の動作の開始又は停止の操作を受け付ける。

ＧＰＳ受信部３７は、ＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）又はＲＴＫ−ＧＰＳ(Real-Time KinematicＧＰＳ)などのＧＰＳ受信機能を備え、複数のＧＰＳを含むＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）衛星からの電波を随時繰り返し受信し、自車位置を測位する。これにより、車載機３０は、自車がどの範囲内に存在するかを示す領域情報を取得することができる。なお、ＧＰＳ受信部３７の精度、受信電波の状況などに応じての自車の存在領域は変動する可能性がある。

ナビゲーション部３９は、地図データベース等を内蔵し、ＧＰＳ受信部３７からの情報、センサ部３８からの情報に基づいて、自車の走行履歴（例えば、時刻とともに記録された走行距離、走行方位、走行速度、加減速度など）を記憶している。

記憶部３４は、第１通信部３１、第２通信部３２を通じて受信した情報を記憶する。例えば、受信した情報は、送信機２０及び後述する送信機４０の位置情報（送信地点情報）、道路形状に関する道路形状情報、送信機２０から信号を受信した際の受信時点、その信号の送信時点を示す送信時点情報、光ビーコン等の路側装置の位置情報（通信地点の位置情報）などである。また、記憶部３４は、予め車載機３０の搭載位置の高さ情報を記憶してある。

図５は自車位置を特定する一例を示す説明図である。車載機３０を搭載した車両が道路を走行している場合、制御部３３は、ＧＰＳ受信部３７、ナビゲーション部３９などから出力される情報により、時々刻々自車の大まかな存在領域を把握する。なお、把握した存在領域は、自車位置を特定する際に、後述するように送信機２０の位置を中心とする球面と自車の仮想的な走行面との交線が２つ存在する場合、いずれの交線を自車位置として選定するかを決定するのに用いることができる。道路上のある地点Ｐ１において、送信機２０からの信号（測位用信号）を受信した場合、制御部３３は、信号の受信時点と送信時点との差により、その信号が送信機２０から車載機３０へ到達するまでの到達時間を算出する。この場合、信号の送信時点は、その信号に含まれる送信時点情報から取得することができる。

制御部３３は、信号の到達時間に光速を積算することにより、送信機２０からの距離Ｌ１を算出する。すなわち、地点Ｐ１の位置は、送信機２０の位置を中心とする半径Ｌ１の球面Ｑ１上であることがわかる。

一方、制御部３３は、送信機２０から信号を受信して送信機２０からの位置を求める場合、自車両が走行する道路（リンク：交差点間の道路）の道路形状情報と車載機３０の高さ情報により、自車の仮想的な走行面を特定する。なお、道路が直線道路である場合には、仮想的な走行面は平面であり、道路がカーブしている場合には、仮想的な走行面は曲面となる。

制御部３３は、自車位置を球面Ｑ１と走行面と交わる交線として特定する。なお、図１の例で示すように、送信機２０が交差点近くに設置され、かつ道路形状情報がリンク毎に与えられた場合、球面Ｑ１の中心点はリンクの端部にあるため、球面Ｑ１と特定した走行面とは、通常１つの交線で交わる。これにより、１台の送信機２０からの信号を受信するだけで、自車位置を精度良く特定することが可能となる。なお、図５では、地点Ｐ１を×印で示しているが、より正確には、走行面と球面Ｑ１とが交わる交線であるため、走行面の道路幅方向の長さに略等しい長さ分の幅がある。しかし、実際には、車両は車線又は道路のほぼ真ん中を走行すると考えられるので、走行面の幅方向の略中央の位置を自車の位置として特定して差し支えない。

車両がさらに走行を続け、道路上の地点Ｐ２で送信機２０から信号を受信したとすると、地点Ｐ１の場合と同様に、制御部３３は、信号の到達時間に光速を積算することにより、送信機２０からの距離Ｌ２を算出する。すなわち、地点Ｐ２の位置は、送信機２０の位置を中心とする半径Ｌ２の球面Ｑ２上であることがわかる。

一方、制御部３３は、送信機２０から信号を受信して送信機２０からの位置を求める場合、自車両が走行する道路の道路形状情報と車載機３０の高さ情報により、自車の仮想的な走行面を特定する。

制御部３３は、自車位置を球面Ｑ２と走行面と交わる交線として特定する。以降、同様の動作を繰り返すことにより、制御部３３は、送信機２０から信号を受信する都度、自車位置を精度良く特定し続けることができる。

図６は１台の送信機を用いた場合の自車位置の特定方法の概念を示す説明図である。図６の例では、１台の送信機からの信号の到達時間が判明している場合の特定方法を示す。図６に示すように、まず、自車位置は、送信機２０から車載機３０までの信号の到達時間に光速（又は電波の伝播速度）を積算した距離を半径とする球面Ｑ上に存在する。次に球面Ｑ上のどこに自車位置が存在するかを求める。

車載機３０は、自車が走行している道路の道路形状情報と車載機３０の高さ情報とにより自車の仮想的な走行面Ｓを特定する。

図７は道路形状情報の構造を示す説明図である。図７に示すように、道路形状情報は、道路を複数のノードにより所定の距離（例えば、２０ｍ）の区間に分割し、区間毎の距離、勾配、曲率などの情報により構成されている。道路が直線の場合、道路に沿って１つの直線上にノードが設定され、道路がカーブの場合、道路に沿って複数の直線上にノード（例えば、２つのノード）が設定される。これにより、カーブにより道路が傾斜している場合でも、２つの直線で決定される平面を特定することができる。

制御部３３は、球面Ｑと仮想的な走行面Ｓとが交わる交線を自車位置として特定することができる。道路形状情報で特定される走行面Ｓは、帯状であって、その幅は道路幅又はそれ以下であり、交線を特定することにより自車位置を精度良く求めることが可能である。なお、走行面Ｓの形状は、帯状に限定されるものではない。

なお、図６に示すように、球面Ｑと走行面Ｓとが交わる交線が２つ特定された場合には、以下のようにして自車位置を特定することができる。すなわち、球面Ｑと走行面Ｓの交線が２カ所生じるが、このうちいずれかは、前回の測位結果とその後の走行履歴、ＧＰＳ受信機での測位結果など、高い精度を持たない情報であっても十分判定可能である。

制御部３３は、ＧＰＳ受信部３７で受信した信号により得られる自車位置の情報、ナビゲーション部３９などから出力された自車位置の情報、あるいは、光ビーコンなどの路側装置との通信地点の情報により、自車の存在領域を絞り込むことができる。例えば、ＧＰＳ衛星信号を受信して得られた自車位置（測位地点）と、この測位地点を中心とする所定の位置誤差内の領域（例えば、測位地点を中心とする半径１０ｍの領域）を自車の存在領域として絞り込む。絞り込んだ存在領域内にある交線を自車位置として特定することができる。

また、別の方法として、制御部３３は、直近に特定した自車位置と、その地点からの走行履歴に基づいて、自車の存在領域を絞り込むことができる。例えば、直近に特定した自車位置から１００ｍ走行した場合、１００ｍ走行後の走行予想地点を中心とする走行に伴う位置誤差内の領域（例えば、走行予想地点を中心とする半径１０ｍの領域）を自車の存在領域として絞り込む。絞り込んだ存在領域内にある交線を自車位置として特定することができる。なお、走行に伴う位置誤差は、車輪速などの自律センサの信頼度に応じて変更することができる。

図８は自車位置を特定する他の例を示す説明図である。図５の例では、ＧＰＳ、ナビゲーションシステム等からの情報に基づいて、自車の大まかな位置を把握しつつ走行し、送信機２０から信号を受信した時点で、道路形状情報に基づいて、大まかな位置から正確に自車位置を特定するものであったが、図８の例は、ある地点で自車位置を精度良く特定し、その後送信機２０から信号を受信した時点で、それまでの走行履歴と道路形状情報とに基づいて、自車位置を特定するものである。

図８に示すように、車載機３０を搭載した車両が道路を走行している場合、制御部３３は、光ビーコン１０との通信により、その通信地点（地点Ｒ）を自車位置として特定する。あるいは、図５に示す方法で地点Ｒで自車位置を特定（直近の自車位置の特定）してもよい。

道路上のある地点Ｐ３において、送信機２０からの信号（測位用信号）を受信した場合、制御部３３は、信号の受信時点と送信時点との差により、その信号が送信機２０から車載機３０へ到達するまでの到達時間を算出する。この場合、信号の送信時点は、その信号に含まれる送信時点情報から取得することができる。

制御部３３は、信号の到達時間に光速を積算することにより、送信機２０からの距離Ｌ３を算出する。すなわち、地点Ｐ３の位置は、送信機２０の位置を中心とする半径Ｌ３の球面Ｑ３上であることがわかる。

一方、制御部３３は、送信機２０から信号を受信して送信機２０からの位置を求める場合、自車両が走行する道路の道路形状情報及び車載機３０の高さ情報により、自車の仮想的な走行面を特定する。

制御部３３は、自車両が走行する道路（リンク：交差点間の道路）の道路形状情報と車載機３０の高さ情報とにより、自車両の仮想的な走行面を特定し、特定した走行面と球面Ｑ３とが交わる交線を自車位置として特定する。これにより、１台の送信機２０からの信号を受信するだけで、自車位置を精度良く特定することが可能となる。なお、図１の例で示すように、送信機２０が交差点近くに設置され、かつ道路形状情報がリンク毎に与えられた場合、球面Ｑ３の中心点はリンクの端部にあるため、球面Ｑ３と特定した走行面とは、通常１つの交線で交わる。このため、球面Ｑ３と走行面と交わる交線が２つ特定される事態は極めて少ないと考えられる。しかし、仮の交線が２つ特定された場合には、上述と同様に走行履歴に基づいて、１つの交線を選定することができる。

上述の例では、信号の到達時間を算出する場合、車載機３０と送信機２０との時刻は同じであるとして説明した。仮に車載機３０と送信機２０との時刻が正確に同期しておらず、算出する到達時間に誤差を生じる場合には、以下のようにして車載機３０と送信機２０との時刻（時計）を同期させることが可能である。

図９は信号の受信時点の補正の一例を示す説明図である。図９に示すように、例えば、時刻ｔ１で送信機２０が信号を送信したとする。この信号には、送信時点情報として送信時刻ｔ１が含まれている。車載機３０は、車載機３０での時刻ｔ１’に信号を受信する。送信機２０からその信号の受信地点までの信号の伝播時間をΔｔ１とすると、車載機３０は、その信号の受信時刻をｔ１’からｔ１＋Δｔ１に補正する。車載機３０が信号を受信した時に送信機２０の時刻はｔ１＋Δｔ１であるから、車載機３０が信号を受信した時刻をｔ１＋Δｔ１に補正することにより、車載機３０におけるある時刻が送信機２０におけるいずれの時刻であるかが判るように両者で時刻を擬似的に同期させることができる。

なお、信号の伝播時間Δｔ１は、送信機２０の送信地点及び時刻ｔ１に送信された信号の受信地点により求めることができる。時刻ｔ１に送信された信号の受信地点は、例えば、光ビーコンとの通信地点とすることができる。この場合、光ビーコンは、車載機３０の通過を送信機２０へ通知し、送信機２０は、通知を受けたときに信号を車載機３０へ送信すればよい。

送信機２０は、その後、時刻ｔ２に信号を送信したとする。この信号には、送信時点情報として送信時刻ｔ２が含まれている。車載機３０は、車載機３０での時刻ｔ２１に信号を受信する。車載機３０は、位置Ａを通過した際に車載機３０と送信機２０との間ですでに時刻の同期が行われているので、送信機２０が信号を送信した送信時刻ｔ２における車載機３０の時刻はｔ２そのものである。車載機３０でその信号を受信した受信時刻をｔ２１とすると、送信機２０が送信した信号が車載機３０で受信されるまでに要した到達時間ΔＴは、ΔＴ＝ｔ２１−ｔ２となる。ΔＴに光速（又は電波の伝播速度）を積算することにより、送信機２０から車載機３０までの距離を精度良く求めることができる。

次に車載機３０の動作について説明する。図１０は自車の位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。制御部３３は、ＧＰＳ、ナビゲーションシステムなどから自車が存在すると推定できる範囲を示す領域情報を取得する（Ｓ１１）。制御部３３は、送信機２０から信号を受信したか否かを判定し（Ｓ１２）、信号を受信していない場合（Ｓ１２でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を続ける。これにより、自車の存在する範囲を推定（測定）しながら走行を続ける。

送信機２０から信号を受信した場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、制御部３３は、道路形状情報、車載機３０の高さ情報を取得し（Ｓ１３）、自車の仮想的な走行面を特定する（Ｓ１４）。制御部３３は、受信した信号に基づいて、その信号の送信機２０から車載機３０までの到達時間を算出し（Ｓ１５）、算出した到達時間に光速を積算して得られた距離に基づいて、送信機２０の位置を中心とする球面を特定する（Ｓ１６）。

制御部３３は、特定した走行面と球面とが交わる交線を特定する（Ｓ１７）。制御部３３は、交線が２つ以上あるか否か判定し（Ｓ１８）、２つ以上ない場合（Ｓ１８でＮＯ）、その交線を自車位置として特定する（Ｓ１９）。交線が２つ以上ある場合（Ｓ１８でＹＥＳ）、制御部３３は、前回の測位結果とその後の走行履歴、ＧＰＳ受信機での測位結果などを用いて交線を選定し（Ｓ２０）、ステップＳ１９の処理を行う。

制御部３３は、処理の終了指示の有無を判定し（Ｓ２１）、終了指示がない場合（Ｓ２１でＮＯ）、ステップＳ１１以降の処理を続け、自車位置の特定を続ける。終了指示がある場合（Ｓ２１でＹＥＳ）、制御部３３は、処理を終了する。

なお、上述の処理において、制御部３３は、受信した信号に有効フラグがオンになっていない場合、信号が有効なものではないとして信号を無効にし、自車位置の特定を行わないようにすることもできる。

実施の形態２
実施の形態１では、１台の送信機２０の信号の到達時間により自車位置を特定する構成であったが、２台の送信機の信号それぞれの到達時間差により自車位置を特定することもできる。この場合でも、送信機の数を２台に制限することができ、少ない送信機で自車位置を求めることが可能である。

図１１は自車位置を特定する他の例を示す説明図である。この場合、送信機２０に加えて、所定の位置に送信機４０を設置してある。送信機４０の構成は送信機２０と同様である。道路上のある地点Ｐ１において、送信機２０、送信機４０からの信号（測位用信号）を受信した場合、制御部３３は、それぞれの送信機２０、送信機４０の信号の受信時点と送信時点との差により、信号が送信機２０及び送信機４０それぞれから車載機３０へ到達するまでの到達時間を算出する。この場合、信号の送信時点は、その信号に含まれる送信時点情報から取得することができる。制御部３３は、各信号の到達時間の差分である到達時間差を算出する。

制御部３３は、信号の到達時間差ΔＴ１に光速を積算することにより、到達時間差ΔＴ１に対応する距離を算出し、送信機２０、送信機４０の位置を焦点とし、算出した距離が等しくなる回転双曲面Ｗ１を特定する。すなわち、自車の位置は、回転双曲面Ｗ１上であることがわかる。

一方、制御部３３は、送信機２０、送信機４０から信号を受信した場合、自車両が走行する道路（リンク：交差点間の道路）の道路形状情報と車載機３０の高さ情報により、自車の仮想的な走行面を特定する。なお、道路が直線道路である場合には、走行面は平面であり、道路がカーブしている場合には、走行面は曲面となる。

制御部３３は、自車位置を回転双曲面Ｗ１と走行面と交わる交線として特定する。これにより、２台の送信機２０、送信機４０からの信号を受信するだけで、自車位置を精度良く特定することが可能となる。

車両がさらに走行を続け、道路上の地点Ｐ２で送信機２０、送信機４０から信号を受信したとすると、地点Ｐ１の場合と同様に、制御部３３は、信号の到達時間差ΔＴ２に光速を積算することにより、到達時間差ΔＴ２に対応する距離を算出し、送信機２０、送信機４０の位置を焦点とし、算出した距離が等しくなる回転双曲面Ｗ２を特定する。

一方、制御部３３は、送信機２０、送信機４０から信号を受信した場合、自車両が走行する道路の道路形状情報と車載機３０の高さ情報により、自車の仮想的な走行面を特定する。

制御部３３は、自車位置を回転双曲面Ｗ２と走行面と交わる交線として特定する。以降、同様の動作を繰り返すことにより、制御部３３は、送信機２０、送信機４０から信号を受信する都度、自車位置を精度良く特定し続けることができる。

図１２は２台の送信機を用いた場合の自車位置の特定方法の概念を示す説明図である。図１２の例では、２台の送信機からの信号の到達時間差が判明している場合の特定方法を示す。図１２に示すように、まず、自車位置は、送信機２０及び送信機４０の位置を焦点とし、送信機２０及び送信機４０から車載機３０までの各信号の到達時間差に光速を積算した距離が等しい回転双曲面Ｗ上に存在する。次に回転双曲面Ｗ上のどこに自車位置が存在するかを求める。

制御部３３は、自車両が走行する道路の道路形状情報と車載機３０の高さ情報により、自車の仮想的な走行面を特定し、自車位置を回転双曲面Ｗと走行面と交わる交線として特定する。これにより、２台の送信機２０、送信機４０からの信号を受信するだけで、自車位置を精度良く特定することが可能となる。

次に車載機３０の動作について説明する。図１３は実施の形態２の自車の位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。制御部３３は、ＧＰＳ、ナビゲーションシステムなどから自車が存在すると推定できる範囲を示す領域情報を取得する（Ｓ３１）。制御部３３は、各送信機２０、４０から信号を受信したか否かを判定し（Ｓ３２）、信号を受信していない場合（Ｓ３２でＮＯ）、ステップＳ３１以降の処理を続ける。これにより、自車の存在する範囲を推定（測定）しながら走行を続ける。

送信機２０、４０から信号を受信した場合（Ｓ３２でＹＥＳ）、制御部３３は、道路形状情報、車載機３０の高さ情報を取得し（Ｓ３３）、自車の仮想的な走行面を特定する（Ｓ３４）。制御部３３は、受信した各信号に基づいて、各信号の送信機２０、４０から車載機３０までの到達時間差を算出し（Ｓ３５）、算出した到達時間差に光速を積算して得られた距離に基づいて、送信機２０、４０の位置を焦点とする回転双曲面を特定する（Ｓ３６）。

制御部３３は、特定した走行面と回転双曲面とが交わる交線を特定し（Ｓ３７）、その交線を自車位置として特定する（Ｓ３８）。制御部３３は、処理の終了指示の有無を判定し（Ｓ３９）、終了指示がない場合（Ｓ３９でＮＯ）、ステップＳ３１以降の処理を続け、自車位置の特定を続ける。終了指示がある場合（Ｓ３９でＹＥＳ）、制御部３３は、処理を終了する。

上述の例において、各送信機２０、４０は、同一周期Ｔの基準クロック信号を生成する水晶発振器を備え、これにより、各送信機２０、４０は、お互いに同一の周期の基準クロック信号で動作することができ、各送信機２０、４０で単位時間の時間長を一致させることができる。例えば、各送信機２０、４０における１μｓの時間長を一致させることができる。

しかし、基準クロック信号を生成する水晶発振器の発振周波数は、経年変化等により誤差を生じ、各送信機２０、４０の基準クロック信号の周期（周波数）がずれる場合がある。以下、各送信機２０、４０の基準クロック信号の周期を同一にする方法について説明する。

各送信機２０、４０には、位相同期回路（ＰＬＬ：Phase-locked loop）を設けておく。例えば、送信機２０は、信号を送信機４０へ無線又は有線で送信する。送信機４０は、受信した信号から基準クロック信号の周期（又は周波数）を抽出して、抽出した周期と同一の周期になるように基準クロック信号の周期（周波数）を調整する。これにより、基準クロック信号の周期が、何らかの理由（例えば、経年変化）で初期の値から変化した場合であっても、送信機２０が送信する信号により、送信機４０の基準クロック信号の周期を調整することができる。これにより、各送信機２０、４０は、お互いに同一の周期の基準クロック信号で動作することができ、各送信機２０、４０で単位時間の時間長を一致させることができる。

また、ＧＰＳ等を含むＧＮＳＳ衛星が送信する信号を受信し、受信した信号から基準発振周波数（例えば、約１０ＭＨｚ）の信号を抽出し、抽出した基準発振周波数の信号に基づいて、基準クロック信号の周期（周波数）を調整することもできる。

以上説明したように、本発明にあっては、複数の送信機を使用しなくても、１台の送信機を設置することで車両の位置を精度良く特定することができる。また、自車位置を特定するのに必要な送信機の数は、少なくとも１つあればよく車両位置特定システム全体を安価に実現することができる。

上述の実施の形態では、送信機２０が信号を変調して送信し、車載機３０では復調して元の信号を抽出し、信号の受信時点を算出する構成であったが、これに限定されるものではなく、送信機２０で、信号を直交周波数多重方式の周波数が異なる搬送波に割り当て、信号が割り当てられた搬送波を送信する。例えば、送信する信号に逆フーリエ変換して周波数の異なる少なくとも１つのサブキャリア（搬送波）に変換し、変換した信号をＤＡ変換して送信機２０から車載機３０に対して送信する。車載機３０は、送信された搬送波をＡＤ変換し、変換後の信号同士をパターンマッチングすることで信号の受信時点を取得する。これにより、他の帯域における通信との干渉を少なくしつつ周波数帯の利用効率を向上させることができる。

上述の発明により、走行中の自車の位置を精度良く特定することができるため、本発明を用いることにより、例えば、車載機で前方の信号機の表示情報を受信し、受信した表示情報に基づいて交差点の手前で安全に停止することができるか否か、あるいは、交差点を安全に通過することができるか否かを高精度に判定し、判定結果に応じて運転者に音声で注意を促すことができる。また、車載機で受信した信号機の表示情報に基づいて、交差点を安全に通過することができるか否かを高精度に判定し、判定結果に応じて車両のブレーキ制御を行うこともでき、交通事故を未然に防止して交通の安全性を高めることができる。

開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係る車両位置特定システムの概要を示す模式図である。 本発明に係る車両位置特定システムの構成を示すブロック図である。 送信機が送信する信号に含まれるデータ構造の例を示す説明図である。 信号の受信時点を求める例を示す説明図である。 自車位置を特定する一例を示す説明図である。 １台の送信機を用いた場合の自車位置の特定方法の概念を示す説明図である。 道路形状情報の構造を示す説明図である。 自車位置を特定する他の例を示す説明図である。 信号の受信時点の補正の一例を示す説明図である。 自車の位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。 自車位置を特定する他の例を示す説明図である。 ２台の送信機を用いた場合の自車位置の特定方法の概念を示す説明図である。 実施の形態２の自車の位置を特定する処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 光ビーコン
２０、４０ 送信機
２１ 通信部
２２ 制御部
３０ 車載機
３１ 第１通信部
３２ 第２通信部
３３ 制御部
３４ 記憶部
３５ 表示部
３６ 操作部
３７ ＧＰＳ受信部
３８ センサ部
３９ ナビゲーション部

Claims (6)

1. 所定の地点に設置され所定の信号を送信する送信機と、該送信機が送信した信号を受信して位置を特定する車載機とを備える車両位置特定システムにおいて、
   前記車載機は、
   前記送信機の送信地点情報を記憶する記憶手段と、
   前記送信機が送信した信号の到達時間を取得する到達時間取得手段と、
   道路形状に関する道路形状情報を取得する道路形状情報取得手段と、
   前記送信地点情報、到達時間及び道路形状情報に基づいて、自車位置を特定する特定手段と、
   搭載位置の高さ情報を記憶する記憶手段と
   を備え、
   前記特定手段は、
   前記道路形状情報及び高さ情報により決定される自車の仮想的な走行面と前記送信地点情報及び到達時間により決定される仮想球面との交線を自車位置として特定するように構成してあることを特徴とする車両位置特定システム。
2. 前記車載機は、
   自車が存在する存在領域を示す領域情報を取得する領域情報取得手段を備え、
   前記特定手段は、
   前記領域情報取得手段で取得した領域情報で示される存在領域内の前記走行面と前記仮想球面との交線を自車位置として特定するように構成してあることを特徴とする請求項１に記載の車両位置特定システム。
3. 前記領域情報は、
   カーナビゲーション若しくはＧＰＳ受信機で取得する自車位置に関する情報、又は路側装置との通信地点に関する情報であることを特徴とする請求項２に記載の車両位置特定システム。
4. 前記車載機は、
   自車の走行履歴情報を記憶する記憶手段を備え、
   前記領域情報取得手段は、
   直近に特定した自車位置からの走行履歴情報に基づいて、領域情報を取得するように構成してあることを特徴とする請求項２に記載の車両位置特定システム。
5. 前記走行履歴情報は、
   走行距離、走行速度、加減速度又は走行方位に関する情報の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４に記載の車両位置特定システム。
6. 前記送信機は、
   信号の送信時点を特定する送信時点情報を送信する送信手段を備え、
   前記到達時間取得手段は、
   信号の受信時点及び該信号の送信時点に基づいて、該信号の到達時間を取得するように構成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の車両位置特定システム。

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