(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行路に間隔を設けて配置された磁気マーカに感応する複数の磁気センサと、この複数の磁気センサの感応出力から前記磁気マーカに対する車両位置を演算する演算回路と、前記複数の磁気センサの走行路面からの距離を変更する機械的手段とを備えた車両の位置検出装置において、
前記磁気センサの走行路面からの距離をその車両に取付けられた前記磁気センサ以外の装置の走行路面からの高さの最低値以上に大きくしたときにも前記磁気センサは前記磁気マーカに感応するようにその距離および取付け位置が設定され、
前記磁気センサの感応出力の変化が車両の走行に伴い周期的に現れるときには前記距離を自動的に小さく制御する手段を備えたことを特徴とする車両の位置検出装置。
【請求項２】
車両の走行速度をｖとし、前記磁気マーカの設置間隔をｘとするとき、前記磁気センサの感応出力の変化が周期ｔ＝ｘ／ｖに所定の確からしさで一致するときに、前記磁気センサの感応出力の変化が車両の走行に伴い周期的に現れるとする請求項１記載の車両の位置検出装置。
【請求項３】
前記演算回路は、前記磁気センサの走行路面に対する距離が小さく制御されている状態で前記磁気センサの感応出力からその距離または距離に係る情報を演算する手段と、その距離があらかじめ設定された最適値になるように前記機械的手段を自動的に制御する手段とを含む請求項１記載の車両の位置検出装置。
【請求項４】
前記磁気センサの感応出力の変化が前記周期的でなくなったときには前記距離を自動的に大きく制御する手段を備えた請求項１記載の車両の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行路に埋設された磁気ネイルその他の磁気マーカが発生する磁界分布を車両に装備する磁気センサにより検出し、車両の磁気マーカに対する位置を演算回路により演算し検出する装置に関する。本発明は、車両の底部に装備する磁気センサの走行路面に対する距離を制御するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両の走行路に磁気マーカを埋設しておき、車両に設けた磁気センサでこの磁気マーカが発生する磁界を検出し、その磁界の分布から磁気センサに対する車両位置を検出する技術が知られている。これは、車両に複数の磁気センサを配備しておき、その複数の磁気センサの検出出力から、磁気マーカが発生する水平磁界および垂直磁界の分布を演算し、その磁界の分布から、およびまたはその磁界分布の変化から磁気マーカに対する相対位置を演算するものである。例えば高速道路の走行レーンの中央に一定間隔で磁気マーカを配置しておき、車両は常にその磁気マーカの真上を走行するように設定することができる。この装置は、車両が走行レーンの中央から逸脱したときに運転者に警報を発生する、あるいは先行車両との車間距離を検出する装置との組み合わせにより、車両の自動運転を行う装置を実現することができる。
【０００３】
このような装置は例えば特開平９−２９２２３６号公報に開示がある。また、走行路の磁気マーカは線として連続的に配置されるのではなく、ほぼ一定の間隔で配置されるのであるから、その上を通過する車両の磁気センサに感応する磁界は、走行にしたがって変動する。また、車両は走行路面にたいして常に同一の高さにあるのではなく、上下の振動があり磁気マーカと磁気センサとの距離は走行により変動する。磁気マーカが発生する磁界を位置検出装置に利用するには、検出される磁界を水平成分と垂直成分とに分解し、その変動を補償しながら演算を行うことが合理的である。このように、あらかじめ演算回路に用意したマップにしたがって、磁気マーカとの相対位置を連続的に演算する技術については、米国特許第５，３４７，４５６号公報に記載がある。
【０００４】
このための複数の磁気センサを一つのユニットに装着して、このユニットを車両に対して伸縮自在な機械的手段に装備する技術が知られている。これは例えば特開平９−３１１７１７号公報に開示されたものであって、車両が磁気マーカが設置されている走行路を走行するときには、磁気センサを路面に近づけ、磁気マーカが設置されていない走行路を走行するときには、磁気センサのユニットを引き上げておき、磁気センサのユニットが路面にある突起などにより損傷を受けないようにするものである。この磁気センサと走行路面との距離を変更するには、運転者の操作によるほか、特開平１０−３１７６８号公報に開示されたように、高速道路の入口および出口にビーコンを設け、ここで特定の無線信号を発生させておき、この無線信号により磁気センサのユニットを上下させるものなどが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
走行路に磁気マーカが設置されているか否か、かりに設置されている場合にもこれを利用するか否かを運転者の操作により設定するために、操作スイッチを設けることは必要である。しかし磁気マーカが設置される自動車専用道路以外の道路では、路面の突起物がさまざまに存在することを想定しなければならないので、運転者の操作によらずに、磁気マーカが設置されている走行路では自動的に磁気センサのユニットを低く下げ、磁気マーカが設置されていない走行路では自動的に磁気センサのユニットを引き上げる装置を設けることは合理的である。上記公報に開示されたように、ビーコンを設ける方法では、道路にも車両にもビーコンによる無線信号を送受信するための余分の装置を必要とすることになり、このような自動運転装置の普及を妨げる原因となることが考えられる。
【０００６】
また、位置検出装置の検出精度を向上するには、車両側に設置する磁気センサは、その車両の積み荷の大きさや搭乗人員の数により、路面に対する車台の高さが変化しても、走行路に設置された磁気マーカに対して一定の高さに維持することが望ましい。
【０００７】
本発明は、このような背景に行われたものであって、走行路に設置する磁気マーカの他には道路側に新たな設備を必要とすることなく、また車両側にもビーコンなどが発生する別の無線信号を受信するための装置を必要とすることがなく、磁気マーカが設置された走行路では自動的に磁気センサを路面に近づけ、あるいは磁気マーカが設置されていない走行路では自動的に磁気センサを路面から遠ざけるための装置を提供することを目的とする。さらに本発明は、位置検出装置を装備した車両が磁気マーカが設置されている走行路を走行するときに、積み荷の大きさや搭乗者の人数に影響されることなく、走行路と磁気センサとの距離を自動的に最適に維持するとともに、これにより位置検出の精度を向上することができる装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、路面に埋設された磁気マーカにより生じた磁界により、車両の位置検出は行なえないまでも、磁気マーカの有無は検出できる範囲に磁気センサを置いておき、磁気マーカの存在を検出したときには、車両の位置検出が可能となる範囲まで磁気センサを下降させることを特徴とする。通常、磁気マーカは、路面に等間隔に埋め込まれており、この上を車両が通過すると、磁気センサの出力は、周期的に磁気マーカの存在を検出することになる。この周期性を確認することにより、磁気マーカと他の磁界発生源とを区別することができるため、磁気マーカの誤検出を回避することができる。
【０００９】
また、磁気センサを降下させた後には、磁気マーカの磁束密度分布により磁気センサの路面からの高さを検出し、最適な高さに磁気センサを調整することができる。
【００１０】
すなわち、本発明は、走行路に間隔を設けて配置された磁気マーカに感応する複数の磁気センサと、この複数の磁気センサの感応出力から前記磁気マーカに対する車両位置を演算する演算回路と、前記複数の磁気センサの走行路面からの距離を変更する機械的手段とを備えた車両の位置検出装置である。
【００１１】
ここで、本発明の特徴とするところは、前記磁気センサの走行路面からの距離をその車両に取付けられた前記磁気センサ以外の装置の走行路面からの高さの最低値以上に大きくしたときにも前記磁気センサは前記磁気マーカに感応するようにその距離および取付け位置が設定され、前記磁気センサの感応出力の変化が車両の走行に伴い周期的に現れるときには前記距離を自動的に小さく制御する手段を備えたところにある。
【００１２】
車両の走行速度をｖとし、前記磁気マーカの設置間隔をｘとするとき、前記磁気センサの感応出力の変化が周期ｔ＝ｘ／ｖに所定の確からしさ（あるいは誤差範囲内）で一致するときに、前記磁気センサの感応出力の変化が車両の走行に伴い周期的に現れるとすることが望ましい。このとき、速度ｖの情報は別に車輪回転速度などから得る。また、磁気マーカの設置間隔ｘは、標準値が設定されているときにはそれを採用することがよい。標準値が設定されていないときには観測をはじめたときの数回の周期ｔおよび速度ｖから、上記式を用いて逆算した値を用いることもできる。
【００１３】
前記演算回路は、前記磁気センサの走行路面に対する距離が小さく制御されている状態で前記磁気センサの感応出力からその距離または距離に係る情報を演算する手段と、その距離があらかじめ設定された最適値になるように前記機械的手段を自動的に制御する手段とを含むことが望ましい。
【００１４】
また、前記磁気センサの感応出力の変化が前記周期的でなくなったときには前記距離を自動的に大きく制御する手段を備えることが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明実施例の構成を図１ないし図４を参照して説明する。図１は本発明実施例の車両の位置検出装置の要部ブロック構成図である。図２および図３は路面に埋め込まれた磁気マーカおよび車両に装着された磁気センサを示す図である。図４は昇降機の外観を示す斜視図である。
【００１６】
本発明は、走行路に間隔を設けて配置された磁気マーカ１０に感応する複数の磁気センサ１と、この複数の磁気センサ１の感応出力から磁気マーカ１０に対する車両位置を演算する演算回路としての制御ＥＣＵ２と、複数の磁気センサ１の走行路面からの距離を変更する機械的手段である昇降機３０とを備えた車両の位置検出装置である。
【００１７】
ここで、本発明の特徴とするところは、磁気センサ１の走行路面からの距離をその車両に取付けられた磁気センサ１以外の装置の走行路面からの高さの最低値以上に大きくしたときにも磁気センサ１は磁気マーカ１０に感応するようにその距離および取付け位置が設定され、磁気センサ１の感応出力の変化が車両の走行に伴い周期的に現れるときには前記距離を自動的に小さく制御する手段としての昇降制御部３を備えたところにある。
【００１８】
車両の走行速度をｖとし、磁気マーカ１０の設置間隔をｘとするとき、磁気センサ１の感応出力の変化が周期ｔ＝ｘ／ｖに所定の確からしさで一致するときに、磁気センサ１の感応出力の変化が車両の走行に伴い周期的に現れるとする。
【００１９】
制御ＥＣＵ２は、磁気センサ１の走行路面に対する距離が小さく制御されている状態で磁気センサ１の感応出力からその距離または距離に係る情報を演算し、その距離があらかじめ設定された最適値になるように昇降制御部３に指示して昇降機３０を自動的に制御する。また、磁気センサ１の感応出力の変化が前記周期的でなくなったときには前記距離を自動的に大きく制御する。昇降制御部３は、昇降アクチュエータ３１により昇降機３０を昇降させる。昇降機３０の昇降位置情報はエンコーダ３２により昇降制御部３に通知される。
【００２０】
図４に昇降機３０の外観を示す。この図４は構造を説明するために一部を分解した斜視図になっている。この昇降機３０は車体に取付けられる上部フレーム４１と、磁気センサ１が複数個配置されたセンサ取付けブラケット４２を支持する下部プレート４３とを備え、この上部フレーム４１と下部プレート４３との間に８本のアームからなるパンタグラフが形成された構造である。そして、上部フレーム４１と下部プレート４３との間隔は、前記昇降アクチュエータ３１の一部をなすモータ４４の正逆回転により、螺旋が形成された回転軸４５を駆動回転することにより調節される。この回転軸４５の回転状態はエンコーダ３２によりパルス信号として検出される。
【００２１】
次に、本発明実施例の動作を図５ないし図１２を参照して説明する。図５ないし図７は磁気マーカ１０の有無を検出する動作を説明するための図であり、図５は磁気マーカ１０と車両との位置関係を示す。図６は磁気センサ出力の状況を示す図であり、横軸に時間をとり、縦軸に水平および垂直成分の磁気センサ出力をとる。図７は車両の仕様に対応した磁性体によるズレ量マップを示す図であり、横軸に水平磁束密度をとり、縦軸に垂直磁束密度をとる。図５に示すように、車両が路面に埋設された磁気マーカ１０の上を通過すると、図６に示すように、磁気センサ１の出力には、磁気マーカ１０の通過位置に対応して出力が検出される。磁気センサ１は昇降機３０に複数取り付けられており、磁気マーカ１０からの距離に応じて図７に示すようにその検出出力は異なる。図７のＺはそれぞれ各磁気センサ１の磁気マーカ１０からの高さを示す。図１に示す磁気ＥＣＵ４では、図７に示すデータをマップ情報として記録し、磁気マーカ１０の有無を複数の磁気センサ１の出力により検出することができるので、検出確度を高くすることができる。
【００２２】
図８は磁気センサ１の展開（下降）および格納（上昇）の動作を示すフローチャートである。運転者が操作する手動スイッチが自動のポジションにあり（Ｓ１）、磁気マーカ１０の有無検出の出力が複数個の磁気マーカ１０の存在を検出したときには（Ｓ２）、昇降制御部３は、昇降アクチュエータ３１を駆動させることにより昇降機３０を展開させる（Ｓ３）。引き続き磁気マーカ１０の有無検出を行い（Ｓ４）、一定時間磁気マーカ１０の存在が検出されないときには（Ｓ７）、磁気マーカ１０を埋設した路面が終了したと判断して磁気センサ１を格納する（Ｓ６）。あるいは、磁界の存在が検出されるが複数個ではないときには（Ｓ５）、その磁界の発生源は磁気マーカ１０以外のものであると判断して磁気センサ１を格納する（Ｓ６）。また、運転者が手動スイッチの操作により磁気センサ１を展開（Ｓ９）または格納（Ｓ８）することができる。
【００２３】
図９は磁気センサ１の高さ微調整の動作を示すフローチャートである。図９に示す動作は、磁気センサ１を展開してから磁気マーカ１０が埋設された路面を走行中に、磁気センサ１の高さを微調整するための動作である。磁気マーカ１０を検出中に（Ｓ１０）、磁気ＥＣＵ４からの出力にしたがって磁気センサ１の高さを検出する。この高さが基準値よりも高ければ磁気センサ１を下降させ（Ｓ１２）、この高さが基準値よりも低ければ磁気センサ１を上昇させる（Ｓ１３）。これにより、磁気センサ１の高さを適正の高さに自動的に調整することができる。
【００２４】
本発明実施例の車両の位置検出装置の動作をさらに具体的に説明する。ここでは、図２に示すように、路面に間隔をおいて配置された磁気マーカ１０が発生する磁界を磁気センサ１が検出し、車両の横方向の位置を検出する動作を説明する。図１０は磁気マーカ１０が発生する磁界における横方向距離と垂直および水平磁界強度との関係を示す図であり、横軸に横方向距離をとり、縦軸に垂直および水平磁界強度をとる。図１０に示すように、磁気マーカ１０の真上では、垂直磁界成分は最大値をとり、水平磁界成分はゼロである。一方、磁気マーカ１０の真上より若干左右にシフトした位置（±Ｌ１）では、水平磁界成分は最大値または最小値をとる。
【００２５】
図１１は磁気センサ１の磁気マーカ１０の真上からの横方向距離と磁気センサ１が感知した垂直および水平磁界強度との関係を示す図であり、横軸に横方向距離をとり、縦軸に垂直および水平磁界強度をとる。もし、磁気マーカ１０が発生する磁界に歪が生じていなければ、磁気センサ１が感知する垂直および水平磁界強度もまた図１０に示すとおりの値をとるはずであるが、実際には、地磁気および磁気センサ１の近傍の磁性体の影響を受けるため、図１１に示すように、磁気センサ１の垂直および水平磁界強度による曲線の位置と、図１０に示した曲線の位置とは一致しない。しかし、このズレ量は、地磁気の強度および磁気センサ１とその近傍の磁性体との位置関係に変化がない限り一定である。したがって、補正部３では、このズレを補正することができる車両の仕様対応毎にズレ量マップ（図７）を保持しており、磁気ＥＣＵ４は、昇降制御部３により補正された磁気センサ１の検出した垂直および水平磁界強度によって車両の位置検出を行なうことができる。
【００２６】
図１２は磁気ＥＣＵ４の動作を示すフローチャートである。図１２に示すように、磁気ＥＣＵ４は、水平および垂直磁束密度測定を行い（Ｓ１０１）、磁気センサ１により検出された水平磁束密度が極小となる位置をサーチする（Ｓ１０２）。その具体的手法としては、図１１に示す垂直磁界強度曲線の接線の傾きを微分（ｄφ／ｄｔ）により求め、その傾きが水平（ｄφ／ｄｔ＝０）の状態が所定時間継続したか否かを求める。これにより、垂直磁界強度が最大値となる位置が求められるが、この位置はすなわち水平磁界強度がゼロとなる位置であり、水平磁束密度が極小となる位置である。
【００２７】
このサーチは、道路環境および地磁気の影響によるゼロ点のシフトを補正するためである。すなわち、磁気マーカ１０以外の磁界が全く存在しない場合には、上述したように、磁気マーカ１０の真上で水平磁界強度はゼロ、垂直磁界強度は最大値になるが、実際には道路環境および地磁気の影響があるので磁気マーカ１０の真上から若干ズレた位置でゼロ点（ゼロ点オフセット）になる。そこで、磁気マーカ１０の水平磁束密度が極小となる位置を検出して道路環境および地磁気の影響を除去する。このようにして、水平磁界強度がゼロとなる位置までの距離をオフセット量Ｑとして取得する（Ｓ１０３）。もちろん、このオフセット量取得は、車両が走行する前に実行することも可能である。
【００２８】
ゼロ点オフセット量を取得した後、垂直および水平磁界強度を再び測定し（Ｓ１０４）、水平磁束密度が極大となる位置をサーチする（Ｓ１０５）。その具体的手法としては、図１１に示す水平磁界強度曲線の接線の傾きを微分（ｄφ／ｄｔ）により求め、その傾き（ｄφ／ｄｔ）の正、負が変る位置を求める。この位置は図１１に示す水平磁界強度の最大値または最小値の位置を示す。このサーチは、車両が磁気マーカ１０上を通過したことを検出するためである。垂直および水平磁束密度からオフセット量Ｑを除く（Ｓ１０６）。車両が磁気マーカ１０上を通過した場合には、磁気ＥＣＵ４は磁気センサ１からの検出信号に基づいて垂直および水平磁界分布を算出し、この垂直および水平磁界分布からズレ量マップにより磁気マーカ１０の位置を算出する（Ｓ１０７）。この位置と磁気センサ１の中心との距離が車両の横位置となる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、走行路に設置する磁気マーカの他には道路側に新たな設備を必要とすることなく、また車両側にもビーコンなどが発生する別の無線信号を受信するための装置を必要とすることがなく、磁気マーカが設置された走行路では自動的に磁気センサを路面に近づけ、あるいは磁気マーカが設置されていない走行路では自動的に磁気センサを路面から遠ざける装置を実現することができる。さらに、位置検出装置を装備した車両が磁気マーカが設置されている走行路を走行するときに、積み荷の大きさや搭乗者の人数に影響されることなく、走行路と磁気センサとの距離を自動的に最適に維持するとともに、これにより位置検出の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の車両の位置検出装置の要部ブロック構成図。
【図２】路面に埋め込まれた磁気マーカおよび車両に装着された磁気センサを示す図。
【図３】路面に埋め込まれた磁気マーカおよび車両に装着された磁気センサを示す図。
【図４】昇降機の外観を示す斜視図。
【図５】磁気マーカと車両との位置関係を示す図。
【図６】磁気センサ出力の状況を示す図。
【図７】車両の仕様に対応した磁性体によるズレ量マップを示す図。
【図８】磁気センサの展開（下降）および格納（上昇）の動作を示すフローチャート。
【図９】磁気センサの高さ調整の動作を示すフローチャート。
【図１０】磁気マーカの垂直および水平磁束密度分布の関係を示す図。
【図１１】横方向距離と磁気センサ出力との関係を示す図。
【図１２】制御ＥＣＵの動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  磁気センサ
２  制御ＥＣＵ
３  昇降制御部
４  磁気ＥＣＵ
５  操舵アクチュエータ
１０  磁気マーカ
１６  操舵角センサ
１８  車速センサ
３０  昇降機
３１  昇降アクチュエータ
３２  エンコーダ
４１  上部フレーム
４２  センサ取付けブラケット
４３  下部プレート
４４  モータ
４５  回転軸
【図１】
0003615105.tif 000002
【図２】
0003615105.tif 000003
【図３】
0003615105.tif 000004
【図４】
0003615105.tif 000005
【図５】
0003615105.tif 000006
【図６】
0003615105.tif 000007
【図７】
0003615105.tif 000008
【図８】
0003615105.tif 000009
【図９】
0003615105.tif 000010
【図１０】
0003615105.tif 000011
【図１１】
0003615105.tif 000012
【図１２】
0003615105.tif 000013