(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に取り付けた少なくとも２つ以上の複数の磁気センサを用いて、走行路に敷設された磁気マーカの極性を判定するための極性判定方法であって、
取付位置が異なる前記複数の磁気センサのうちの２つ以上の磁気センサが同じ計測タイミングで取得した磁気計測値を対象とした１回または２回以上の複数回の差分演算により算出可能な第１の磁気勾配を生成する勾配生成ステップと、
前記計測タイミングが異なる前記第１の磁気勾配の差分である第２の磁気勾配、及び前記第１の磁気勾配のうち、少なくともいずれかの磁気勾配を利用して前記磁気マーカの極性を判定する処理を実行する極性判定ステップと、を実行する磁気マーカの極性判定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記極性判定ステップでは、前記いずれかの磁気勾配の車両の進行方向の変化について、少なくとも低い周波数成分を抑圧あるいは遮断するためのフィルタ処理を施してフィルタ出力値を生成し、当該フィルタ出力値を利用して前記磁気マーカの極性を判定する磁気マーカの極性判定方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記複数の磁気センサは、少なくとも車両の車幅方向に配列されており、前記勾配生成ステップでは、少なくとも、前記車幅方向に配列された２つの磁気センサの磁気計測値の差分演算処理を実行する磁気マーカの極性判定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項において、前記複数の磁気センサは、少なくとも前記進行方向に配列されており、前記勾配生成ステップでは、少なくとも、前記進行方向に配列された２つの磁気センサの磁気計測値の差分演算処理を実行する磁気マーカの極性判定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、車両が進行中の走行路が自動車専用道路であるか一般道であるかに応じて、前記フィルタ処理に適用するフィルタの周波数特性を切り換える磁気マーカの極性判定方法。
【請求項６】
走行路に敷設された磁気マーカを検出するために車両に搭載される極性判定装置であって、
少なくとも２つ以上の複数の磁気センサと、
前記磁気マーカの極性を判定する極性判定手段と、を有し、
該極性判定手段は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の極性判定方法を実行するように構成された手段である磁気マーカの極性判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の走行路に敷設された磁気マーカの極性を判定する極性判定方法、及び極性判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、道路に敷設した磁気マーカを運転支援に利用するための車両用のマーカシステムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。マーカシステムによれば、例えば、道路の車線に沿って敷設された磁気マーカを車両側で検出することで自動操舵制御や車線逸脱警報や自動運転等、各種の運転支援を実現できる。さらに、このようなマーカシステムの中には、道路方向に沿って配列された磁気マーカの磁極性を利用して情報を車両側に提供可能としたシステムもある（例えば特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２０２４７８号公報
【特許文献２】特開２００３−１０９１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のマーカシステムでは、次のような問題がある。すなわち、磁気センサに作用する外乱磁気に起因し、磁気マーカの極性の判定精度が損なわれるおそれが生じるという問題がある。例えば道路を形成するＲＣ構造の橋やトンネルなどでは、構造的な強度を確保するための鉄製の補強プレートや鉄筋等が内部に張り巡らされており、このようなＲＣ構造の構造物は非常に大きな磁気発生源となる可能性がある。鉄筋等の鉄材料の残留磁化は磁石に比べてごくわずかである一方、橋やトンネル等の巨大な体積に起因して地磁気を上回る磁気が発生したり、橋やトンネル等がヨークのように地磁気を集磁して比較的大きな磁界が発生することがある。例えば橋やトンネル等の構造物など道路に存在する様々な磁気発生源の磁界は、前記磁気マーカの極性の判定確実性を低下させる要因のひとつとなっている。
【０００５】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、磁気マーカの極性を確実性高く判定できる極性判定方法及び極性判定装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、車両に取り付けた少なくとも２つ以上の複数の磁気センサを用いて、走行路に敷設された磁気マーカの極性を判定するための極性判定方法であって、
取付位置が異なる前記複数の磁気センサのうちの２つ以上の磁気センサが同じ計測タイミングで取得した磁気計測値を対象とした１回または２回以上の複数回の差分演算により算出可能な第１の磁気勾配を生成する勾配生成ステップと、
前記計測タイミングが異なる前記第１の磁気勾配の差分である第２の磁気勾配、及び前記第１の磁気勾配のうち、少なくともいずれかの磁気勾配を利用して前記磁気マーカの極性を判定する処理を実行する極性判定ステップと、を実行する磁気マーカの極性判定方法にある。
【０００７】
本発明の一態様は、道路に敷設された磁気マーカを検出するために車両に搭載される極性判定装置であって、
少なくとも２つ以上の複数の磁気センサと、
前記磁気マーカの極性を判定する極性判定手段と、を有し、
該極性判定手段は、上記の磁気マーカの極性判定方法を実行する手段である磁気マーカの極性判定装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る磁気マーカの極性判定方法は、磁気発生源の周囲に生じる磁気勾配の分布が、磁気発生源の大きさによって異なってくることに着目して発想されたものである。この磁気マーカ検出方法は、上記のような磁気勾配の分布の違いを利用して前記磁気マーカよりもサイズが大きい磁気発生源の磁気成分を除去し、これにより、前記磁気マーカの検出確実性を向上する方法である。
【０００９】
本発明に係る磁気マーカ検出方法における勾配生成ステップは、前記２つ以上の磁気センサの磁気計測値を対象とした差分演算により算出可能な前記第１の磁気勾配を取得するステップである。この勾配生成ステップによれば、前記２つ以上の磁気センサの磁気計測値の差分をとることにより当該２つ以上の磁気センサに一様に作用する磁気ノイズを除去でき磁気勾配を確実性高く抽出できる。
【００１０】
以上のように、本発明に係る磁気マーカの極性判定方法は、前記２つ以上の磁気センサの磁気計測値の差分により一様に作用する磁気ノイズを除去する前記勾配生成ステップを実行することで、外乱となる磁気を除去してから前記磁気マーカの極性を判定する方法である。
【００１１】
本発明に係る極性判定方法は、前記磁気マーカよりもサイズが大きい磁気発生源から作用する磁気成分を抑圧することにより、磁気マーカの極性の判定確実性を向上できる優れた方法である。この極性判定方法を採用する磁気マーカの極性判定装置は、確実性が高く磁気マーカの極性を判定可能な優れた特性を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１における、センサアレイを取り付けた車両を見込む正面図。
【図２】実施例１における、磁気マーカが敷設された車線を示す俯瞰図。
【図３】実施例１における、磁気マーカ検出装置の機能的構成を示すブロック図。
【図４】実施例１における、磁気マーカ検出装置の機能的構成の残りの一部を示すブロック図。
【図５】実施例１における、磁気センサの構成を示すブロック図。
【図６】実施例１における、マーカ検出処理の流れを示すフロー図。
【図７】実施例１における、Ｎ極の磁気マーカを通過する際の車幅方向の磁気分布の変化を例示する説明図。
【図８】実施例１における、Ｓ極の磁気マーカを通過する際の車幅方向の磁気分布の変化を例示する説明図。
【図９】実施例１における、Ｎ極の磁気マーカを通過する際の車幅方向の磁気勾配分布の変化を例示する説明図。
【図１０】実施例１における、Ｓ極の磁気マーカを通過する際の車幅方向の磁気勾配分布の変化を例示する説明図。
【図１１】実施例１における、フィルタ処理の説明図。
【図１２】実施例２における、磁気マーカ検出装置の機能的構成を示すブロック図。
【図１３】実施例２における、磁気マーカ検出装置の機能的構成の残りの一部を示すブロック図。
【図１４】実施例２における、マーカ検出処理の流れを示すフロー図。
【図１５】実施例２における、車幅方向の磁気勾配、進行方向の磁気勾配の時間的な変化を示すグラフ。
【図１６】実施例２における、フィルタ処理の説明図。
【図１７】実施例３における、磁気マーカ検出装置の機能的構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る勾配生成ステップにおいて磁気計測値の差分を演算する対象の２つ以上の磁気センサの組合せとしては、隣り合う２つの磁気センサを含む組合せであっても良く、１つあるいは２つ等の他の磁気センサを介在して隣り合う２つの磁気センサを含む組合せであっても良い。
【００１４】
２つ以上の磁気センサの磁気計測値を対象とした差分演算により算出可能な第１の磁気勾配については、当該第１の磁気勾配を実際に差分演算によって算出することは必須の要件ではない。当該第１の磁気勾配が、差分演算により算出可能な値であれば良い。例えば、アナログ回路による差動回路を利用して差分を求めた第１の磁気勾配であっても、この第１の磁気勾配が差分演算によっても算出可能なものである限り、本発明の概念に包含される。
【００１５】
２つ以上の磁気センサの磁気計測値を対象とした１回又は２回以上の複数回の差分演算により算出可能な第１の磁気勾配とは、例えば、縦横の２次元アレイ状に配列された磁気センサについて、縦方向の２つの磁気センサの磁気計測値の差分である第１の差分、横方向の２つの磁気センサの磁気計測値の差分である第２の差分、斜め方向の２つの磁気センサの磁気計測値の差分である第３の差分、横方向の２つの位置における前記第１の差分の差分である第４の差分、縦方向の２つの位置における前記第２の差分の差分である第５の差分、縦方向の２つの位置における前記第１の差分の差分である第６の差分などは、いずれも、２つ以上の磁気センサの磁気計測値を対象とした１回又は２回以上の複数回の差分演算により算出可能な磁気勾配であり、いずれも前記第１の磁気勾配に相当している。
【００１６】
２つ以上の磁気センサが同じ計測タイミングで取得した磁気計測値とは、計測タイミングが全く同時であることは必要ではなく、例えば計測処理を繰り返し行う場合であれば、繰り返しの同一周回に計測された磁気計測値であることを意味している。例えば、各磁気センサの磁気計測値を全く同時に取得することが難しく、順番に取得する必要がある場合等であれば、その順番が一巡する間に取得された磁気計測値は同じ計測タイミングで取得された磁気計測値と言える。
【００１７】
一方、本発明に係る第２の磁気勾配は、対象とする磁気計測値が取得された計測タイミングが異なる前記第１の磁気勾配の差分である。磁気計測値が取得された計測タイミングが異なるとは、例えば計測処理を繰り返し行う場合であれば、繰り返し中の異なる周回で計測された磁気計測値であることを意味している。走行中の車両は時間の経過に応じて進行方向の位置が進むことから、前記第２の磁気勾配は、進行方向の２つの位置における前記第１の磁気勾配の差分として把握できる。
【００１８】
本発明に係る極性判定方法における極性判定ステップでは、前記いずれかの磁気勾配の車両の進行方向の変化について、少なくとも低い周波数成分を抑圧あるいは遮断するためのフィルタ処理を施してフィルタ出力値を生成し、当該フィルタ出力値を利用して前記磁気マーカの極性を判定すると良い。
【００１９】
前記フィルタ処理によれば、前記磁気勾配の進行方向の変化のうち、低い周波数成分を抑圧等できる。サイズ的な大小が異なる磁気発生源を想定したとき、磁界を貫く方向の磁気勾配の変化は大きい磁気発生源の方が緩やかとなり、小さい磁気発生源の方が急になる。上記のように低い周波数成分を抑圧等する前記フィルタ処理によれば、前記磁気マーカよりもサイズが大きい磁気発生源に由来する磁気成分を効果的に除去できる。
【００２０】
前記フィルタ処理は、アナログフィルタによる処理であっても良く、デジタルフィルタによる処理であっても良い。デジタルフィルタとしては、カルマンフィルタなどの無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタや、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ等を採用できる。アナログフィルタとしては、コンデンサと抵抗とを組み合わせたＣＲフィルタや、コイルとコンデンサとを組み合わせたＬＣフィルタ等を採用できる。
【００２１】
前記複数の磁気センサは、少なくとも車両の車幅方向に配列されており、前記勾配生成ステップでは、少なくとも、前記車幅方向に配列された２つの磁気センサの磁気計測値の差分演算処理を実行すると良い。
前記車幅方向に沿って複数の磁気センサを配列したセンサアレイを採用することも良い。このようなセンサアレイを車両に取り付ければ、例えばラインスキャナでトレースするように前記磁気マーカの磁気を確実性高く計測できるようになる。なお、上記の差分演算処理とは、実際に引き算を行って差分を演算する処理のみならず、電気的な回路によって差分を演算する処理も含んでいる。
【００２２】
前記複数の磁気センサは、少なくとも前記進行方向に配列されており、前記勾配生成ステップでは、少なくとも、前記進行方向に配列された２つの磁気センサの磁気計測値の差分演算処理を実行すると良い。
前記進行方向に複数の磁気センサを配列すれば、同時に計測を実行した２つの磁気センサの磁気計測値の差分の演算等により、前記進行方向の磁気勾配を精度高く算出できる。
【００２３】
車両が進行中の走行路が自動車専用道路であるか一般道であるかに応じて、前記フィルタ処理に適用するフィルタの周波数特性を切り換えると良い。
走行路の一部をなす道路のうち、自動車専用道路と一般道とを比較したとき、例えば橋やトンネル等の構造物の規模や、路側の商店の看板等の有無等が異なっている。そこで、道路の種別によって前記フィルタの周波数特性を切り替えれば、前記磁気マーカの検出確実性をさらに向上できる。
【実施例】
【００２４】
本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
本例は、走行路の一例をなす道路に敷設された磁気マーカ１０の極性を判定する極性判定装置としての機能を備える磁気マーカ検出装置１に関する例である。この内容について、図１〜図１１を用いて説明する。
【００２５】
磁気マーカ検出システム１Ｓは、図１及び図２のごとく、道路に敷設された磁気マーカ１０と、車両５側の磁気マーカ検出装置１と、の組み合わせにより構成されている。
磁気マーカ１０は、直径１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの扁平形状をなし、表裏の一方がＮ極をなし、他方がＳ極をなしている。この磁気マーカ１０は、路面１００Ｓへの接着接合が可能であり、車両５が走行する車線１００の中央に沿うように敷設される。磁気マーカ１０は、片側１車線の道路の車線ではＮ極が車両側で検出されるようにＮ極を上面として敷設され、片側２車線以上の道路の追越車線ではＳ極が上面、それ以外の車線ではＮ極が上面となるように敷設されている。車両５側では、敷設された磁気マーカ１の極性を判定することで車線の種別を判別できる。
【００２６】
磁気マーカ検出装置１は、図３及び図４のごとく、１５個の磁気センサＣ１〜１５（以下、Ｃｎと記載。ｎは１〜１５の自然数。）を一直線上に配列したセンサアレイ１１と、図示しないＣＰＵ等を内蔵した検出ユニット１２と、を組み合わせて構成されている。センサアレイ１１は、車両５の底面に当たる車体フロア５０に取り付けられるセンサユニットである。本例の車両５の場合、路面１００Ｓを基準としたセンサアレイ１１の取付け高さが２００ｍｍとなっている。
【００２７】
検出ユニット１２は、磁気マーカ１０を検出し極性を判定するための各種の演算処理を実行する演算ユニットである。検出ユニット１２は、センサアレイ１１が出力するセンサ信号を利用して演算処理を実行する。検出ユニット１２による検出結果等は、例えば車両５側の図示しないＥＣＵ等に入力され、車線維持のための自動操舵制御や車線逸脱警報や自動運転など各種の制御に利用される。なお、本例に代えて、センサアレイ１１に検出ユニット１２の機能を組み込んで一体化することも良い。
【００２８】
以下、センサアレイ１１及び検出ユニット１２の構成を説明し、続いて磁気マーカ検出装置１の動作を説明する。
図３のセンサアレイ１１は、１５個の磁気センサＣｎのほか、隣り合う２つの磁気センサの磁気計測値の差分演算を行う差分回路Ｇ１〜Ｇ１４（適宜Ｇｍと記載する。ｍは１〜１４の自然数。）を備えている。このセンサアレイ１１は、磁気センサＣ１が車両の左側（右ハンドル車の助手席側）に位置し、右側に向かって番号順に並ぶように車幅方向に沿って取り付けられている。
【００２９】
センサアレイ１１における磁気センサＣｎの間隔については、磁気マーカ１０の磁気を少なくとも２つの磁気センサＣｎで検出できるような間隔を設定する必要性がある。このような間隔を設定すれば、上記の差分回路Ｇｍによる差分演算により磁気勾配を算出可能となる。そこで、本例では、センサアレイ１１における磁気センサＣｎの間隔を７０ｍｍに設定してある。
【００３０】
センサアレイ１１は、差分回路Ｇｍによる差分演算値である車幅方向の磁気勾配をセンサ信号として出力する。センサアレイ１１は、差分回路Ｇｍの差分演算値を同時に出力できるよう、図示しない１４チャンネルの出力ポートを備えている。なお、磁気センサＣｎの詳しい構成については後で説明する。
【００３１】
図３及び図４の検出ユニット１２は、各種の演算を実行するＣＰＵ（central processing unit）のほか、ＲＯＭ（read only memory）やＲＡＭ（random access memory）などのメモリ素子等が実装された電子基板（図示略）を備えるユニットである。検出ユニット１２は、センサアレイ１１の差分回路Ｇｍと共に本例の磁気マーカ検出方法を実行する検出手段を構成している。この検出ユニット１２は、センサアレイ１１が出力する１４チャンネルのセンサ信号の一斉取り込みに対応している。
【００３２】
検出ユニット１２は、機能的な回路構成として、センサアレイ１１がセンサ信号として出力する系列データについてフィルタ処理を施すフィルタ処理回路１２５（図３）、マーカ検出処理を実行する検出処理回路１２７（図３）、磁気マーカ１０の極性を判定する極性判定手段の一例をなす極性判定回路１２９（図４）を備えている。この極性判定回路１２９は、フィルタ処理回路１２５及び検出処理回路１２７に対して電気的に並列して設けられている。さらに、検出ユニット１２では、センサアレイ１１が出力するデータ（車幅方向の磁気勾配）を格納するデータエリアＭ１〜Ｍ１４（適宜Ｍｍと記載）、フィルタ処理のフィルタ出力値を格納するデータエリアＨ１〜Ｈ１４（適宜Ｈｍと記載）が設けられている。
【００３３】
図３及び図４のデータエリアＭｍは、上記のようにセンサアレイ１１が３ｋＨｚ周期で出力する１４チャンネルのセンサ信号が表すデータを順次、記憶し、チャンネル毎の系列データとして格納する記憶エリアである。
フィルタ処理回路１２５は、データエリアＭｍに格納された１４チャンネルの系列データについて、チャンネル毎にフィルタ処理を施す回路である。このフィルタ処理に適用するフィルタは、低周波成分を抑圧あるいは遮断し高周波成分を通過させるハイパスフィルタである。なお、本例では、フィルタとしてＩＩＲフィルタを採用している。
極性判定回路１２９は、データエリアＭｍに格納された１４チャンネルの系列データを入力データとして、磁気マーカ１０の極性を判定する回路である。上記のようにこの極性判定回路１２９は、フィルタ処理回路１２５に対して電気的に並列して設けられている。
【００３４】
ここで、磁気センサＣｎについて詳しく説明する。センサアレイ１１を構成する磁気センサＣｎは、図５のごとく、ＭＩ素子２１と駆動回路とが一体化された１チップのＭＩセンサである。ＭＩ素子２１は、ＣｏＦｅＳｉＢ系合金製のほぼ零磁歪であるアモルファスワイヤ２１１と、このアモルファスワイヤ２１１の周囲に巻回されたピックアップコイル２１３と、を含む素子である。磁気センサＣｎは、アモルファスワイヤ２１１にパルス電流を印加したときにピックアップコイル２１３に発生する電圧を計測することで、アモルファスワイヤ２１１に作用する磁気を検出する。ＭＩ素子２１は、感磁体であるアモルファスワイヤ２１１の軸方向に検出感度を有する。センサアレイ１１の各磁気センサＣｎでは、車幅方向に沿ってアモルファスワイヤ２１１が配設されている。
【００３５】
駆動回路は、アモルファスワイヤ２１１にパルス電流を供給するパルス回路２３と、ピックアップコイル２１３で生じた電圧を所定タイミングでサンプリングして出力する信号処理回路２５と、を含む電子回路である。パルス回路２３は、パルス電流の元となるパルス信号を生成するパルス発生器２３１を含む回路である。信号処理回路２５は、パルス信号に連動して開閉される同期検波２５１を介してピックアップコイル２１３の誘起電圧を取り出し、増幅器２５３により所定の増幅率で増幅する回路である。この信号処理回路２５で増幅された信号がセンサ信号として外部に出力される。
【００３６】
磁気センサＣｎは、磁束密度の測定レンジが±０．６ミリテスラであって、測定レンジ内の磁束分解能が０．０２マイクロテスラという高感度のセンサである。このような高感度は、アモルファスワイヤ２１１のインピーダンスが外部磁界に応じて敏感に変化するというＭＩ効果を利用するＭＩ素子２１により実現されている。さらに、この磁気センサＣｎは、３ｋＨｚ周期での高速サンプリングが可能で、車両の高速走行にも対応している。本例では、センサアレイ１１による磁気計測の周期が３ｋＨｚに設定され、センサアレイ１１は、磁気計測を実施する毎にセンサ信号を検出ユニット１２に入力する。
【００３７】
次に、以上のように構成された磁気マーカ検出装置１が実行する磁気マーカ検出方法、及び極性判定方法の内容を図６のフロー図に沿って説明する。同図の処理は、センサアレイ１１の各磁気センサＣｎによる計測と同期して実行される。
【００３８】
（図６、ステップＳ１０１）磁気計測
センサアレイ１１は、３ｋＨｚの周期で各磁気センサＣｎによる磁気計測を実行する。上記の通り、各磁気センサＣｎでは、感磁体であるアモルファスワイヤ２１１（図５参照。）が車幅方向に沿って配設されている。磁気マーカ１０が車幅方向に作用する磁気は磁気マーカ１０の両側に向かうため、各磁気センサＣｎが車幅方向に作用する磁気の方向は、磁気マーカ１０の左側か右側かで逆向きになると共に、磁気マーカ１０がＮ極かＳ極かによって逆向きとなる。
【００３９】
本例では、Ｎ極の磁気マーカ１０の左側に位置した磁気センサＣｎが負値のセンサ信号を出力し、右側に位置した磁気センサＣｎが正値のセンサ信号を出力するように磁気センサＣｎの駆動回路が構成されている。このように駆動回路が構成された磁気センサＣｎでは、理論的には、Ｓ極の磁気マーカ１０の左側に位置した磁気センサＣｎのセンサ信号は正値となり、右側に位置した磁気センサＣｎのセンサ信号は負値となる。ただし、外乱磁気の影響を受ける実際の磁気計測では、センサ信号の正負のみによって磁気マーカ１０の極性を正確に判定することは困難である。
【００４０】
図７及び図８の各グラフは、センサアレイ１１を構成する各磁気センサＣｎに作用する車幅方向の磁気の分布を例示している。図７はＮ極の磁気マーカ１０に対応し、図８はＳ極の磁気マーカ１０に対応している。これらの図では、左上の位置ｐ１から右下の位置ｐ７に向かって車両５の進行方向（時間方向、道路の長手方向）が規定され、Ｎ極の磁気マーカ１０の真上にセンサアレイ１１が位置する瞬間が位置ｐ４となっている。位置ｐ１→ｐ４が磁気マーカ１０に近づく区間、位置ｐ４→ｐ７が磁気マーカ１０から遠ざかる区間となっている。
【００４１】
図７及び図８中の各位置における車幅方向の磁気勾配の分布波形は、波形の振幅の違いはあるが、いずれも磁気マーカ１０の車幅方向の位置に対応してゼロクロスが生じ、そのゼロクロスの両側で正負が逆の互い違いのふた山の波形となる。センサアレイ１１を取り付けた車両５が磁気マーカ１０を通過する際には、車両５が磁気マーカ１０に接近するに従ってふた山の分布波形の振幅が次第に大きくなり、磁気マーカ１０の真上（位置ｐ４）で最大振幅となる。その後、車両５が磁気マーカ１０から遠ざかるに従ってふた山の分布波形の振幅が次第に小さくなる。なお、Ｎ極の磁気マーカ１０とＳ極の磁気マーカ１０とでは、このふた山の波形の正負の順番が逆になる。
【００４２】
（図６、ステップＳ１０２）差分演算
各磁気センサＣｎの磁気計測値は、センサアレイ１１を構成する差分回路Ｇｍ（図３）に入力される。例えば、差分回路Ｇ１には、磁気センサＣ１及びＣ２の磁気計測値が入力され、Ｃ２の磁気計測値からＣ１の磁気計測値を引き算する差分演算処理が実行される（勾配生成ステップ）。このように差分回路Ｇｍは、磁気センサＣ（ｍ＋１）の磁気計測値から磁気センサＣｍ（ｍは１〜１４の自然数）の磁気計測値を差し引く差分演算を実行する。
【００４３】
差分回路Ｇｍの差分演算値は、センサアレイ１１において隣り合う２つの磁気センサＣｎの磁気計測値の差分であり、第１の磁気勾配の一例である車幅方向の磁気勾配を示している。車幅方向の磁気勾配の分布波形は、図９及び図１０中の位置ｐ１〜ｐ７の各グラフに例示するように、高い山の両脇に正負逆向きの小さな山が隣接する波形となる。なお、図９がＮ極の磁気マーカ１０に対応し、図１０がＳ極の磁気マーカ１０に対応している。
【００４４】
このように車幅方向の磁気勾配を演算する差分演算（勾配生成ステップ、図６中のステップＳ１０２）は、各磁気センサＣｎに対して一様に作用するコモン磁気ノイズの除去に効果的である。コモン磁気ノイズは、地磁気だけでなく、例えば鉄橋や他の車両などのサイズ的に大きな磁気発生源からも生じる可能性が高い。大きな磁気発生源の場合、Ｎ極からＳ極への磁界ループが非常に大きくなるため、両極の中間的な位置で磁界が一様に近づき、各磁気センサＣｎに作用する磁気が一様に近くなっている。
【００４５】
センサアレイ１１は、差分回路Ｇｍの各差分演算値よりなる１４チャンネルのセンサ信号を一斉に出力する。検出ユニット１２は、このセンサ信号に基づくチャンネル毎の系列データをデータエリアＭｍ（図３及び図４）に格納する。検出ユニット１２は、新たなセンサ信号を取得したとき、データエリアＭｍの最も古いデータを消去すると共にデータエリアＭｍの各データを順送りして空き領域を設け、新たに取得したセンサ信号が表すデータをその空き領域に格納する。
【００４６】
データエリアＭｍの時間方向の系列データは、車両５が磁気マーカ１０に近づくに従って振幅が大きくなって、位置ｐ４で最大振幅となり、磁気マーカ１０から遠ざかるに従って振幅が小さくなるひと山の分布となる。例えば図９及び図１０の右側の斜めのグラフには、磁気マーカ１０の真上を通過する車幅方向の位置に対応する系列データの変化を例示している。このグラフでは、同図中の右斜め下に向かう軸に進行方向（時間方向）が規定され、直交する軸に車幅方向の磁気勾配が規定されている。
【００４７】
（図６、ステップＳ１０３）フィルタ処理
検出ユニット１２は、データエリアＭｍに格納された各系列データをチャンネル毎にフィルタ処理回路１２５に入力し、低周波成分を遮断し高周波成分を通過させるフィルタ処理を実行する（フィルタ処理ステップ）。具体的には、データエリアＭｍの系列データに対するＩＩＲフィルタの畳み込み演算によりフィルタ出力値を演算し、データエリアＨｍ（図３）に格納する。
【００４８】
（図６、ステップＳ１０４）マーカ検出処理
検出ユニット１２は、データエリアＨｍに格納されたフィルタ出力値を利用して磁気マーカ１０を検出するためのマーカ検出処理を実行する。検出ユニット１２は、磁気マーカ１０の有無を検出すると共に、検出できたときにはセンサアレイ１１に相対する磁気マーカ１０の車幅方向の位置を演算により求める。
【００４９】
例えば橋やトンネルなどの大きな磁気発生源の場合、図６のＳ１０２の差分演算が一定の効果を発揮する。しかしながら、大きな磁気発生源であっても磁極となる端部の周辺では、磁界の回り込みにより磁気勾配が生じる。磁気勾配が生じていれば、Ｓ１０２の差分演算のみで除去することは難しくなる。
【００５０】
大きい磁気発生源と小さな磁気発生源とでは、磁極間距離の違いによって磁気勾配の変化率が異なってくる。すなわち、磁極間の距離が長い大きな磁気発生源では、一方の磁極の磁気勾配が他方の磁極の磁気勾配に遷移するまでの距離が長く、磁気勾配の変化が緩やかである。一方、磁極間の距離が短くなると、磁気勾配の変化が急激となって変化率が大きくなる。低周波成分を遮断するフィルタ処理によれば、変化が緩やかで変化率の小さい磁気勾配の除去が可能である。
【００５１】
Ｎ極の磁気マーカ１０を通過する際、図６のＳ１０２の差分演算による車幅方向の磁気勾配のピーク値は正値となり、図９の右側の斜めのグラフのように変化する。車線１００に沿って車両５が進行するとき、理論的には、磁気マーカ１０を通過する毎に正のピークが生じる。しかしながら、実際の道路環境には例えば橋やトンネル等の磁気発生源の存在に起因し、磁気マーカ１０を通過する毎にピークが周期的に現れる理論的な変化が得られず、Ｎ極の場合を例示する図１１（ａ）のように外乱磁気の影響を受けてピークの判別が難しくなるおそれがある。このような車幅方向の磁気勾配の時間的な変化について低周波成分を遮断すれば、同図（ｂ）のように上記のピークが周期的に現れる理論的な変化に近づけることができ、磁気マーカ１０の検出が容易となる。なお、Ｓ極の磁気マーカ１０を通過する際には、同様の車幅方向の磁気勾配のピーク値が図１０のように負値となり、図９のＮ極の場合とは正負が逆転する。
【００５２】
Ｎ極の場合のフィルタ出力値を例示する図１１（ｂ）に対してＳ極の磁気マーカ１０の場合には、正負が反転する。そこで、磁気マーカ１０の検出処理を実行するに当たっては、データエリアＨｍに格納されたフィルタ出力値について絶対値処理を施してから閾値処理を施してピークを検出し、これにより磁気マーカ１０を検出すると良い。絶対値処理を施せばＮ極かＳ極かに関わらず正側のピーク値が現れるようになるので、所定以上の正の値を検出する閾値処理によりピークを比較的容易に検出できる。
【００５３】
（図６、ステップＳ１０５）極性判定処理
極性判定装置としての機能を備える磁気マーカ検出装置１は、検出した磁気マーカ１０の極性を判定する（極性判定ステップ）。磁気マーカ検出装置１では、図３中のフィルタ処理回路１２５以降の構成と並列して図４の極性判定回路１２９が設けられている。極性判定回路１２９は、磁気マーカ１０が検出されたとき（位置ｐ４）、データエリアＭｍの車幅方向の磁気勾配を参照してピーク値の正負を判断する極性判定処理を実行する。そして、図９のような正値のピーク値であればＮ極と判定し、図１０のような負値のピークであればＳ極と判定する。上記のマーカ検出処理（図６、Ｓ１０４）で検出された磁気マーカ１０がＳ極であれば、走行中の車線の種別を追越車線と判別でき、Ｎ極であれば走行車線など追越車線以外の車線と判別できる。
【００５４】
以上のような磁気マーカ検出方法は、２つの磁気センサの磁気計測値の差分をとる勾配生成ステップと、磁気勾配の進行方向の変化についてハイパスフィルタによるフィルタ処理を施すフィルタ処理ステップと、の組み合わせにより外乱となる磁気を除去する検出方法である。一様に作用する外乱磁気については、２つの磁気センサの磁気計測値の差分により効果的に除去できる。一方、橋やトンネル等の大きな磁気発生源の磁極となる端部の周辺磁界からの外乱磁気については、ハイパスフィルタによるフィルタ処理により効果的に除去できる。
【００５５】
また、本例の極性判定方法では、センサアレイ１１で隣り合う２つの磁気センサＣｎの磁気計測値の差分である車幅方向の磁気勾配のピーク値の正負を利用して、磁気マーカ１０の極性を判定する。上記のように一様に作用する外乱磁気が効果的に除去されている車幅方向の磁気勾配を利用すれば、磁気マーカ１０の極性を確実性高く判定できる。
【００５６】
このように、本例の磁気マーカ１０の極性判定方法は、磁気勾配を演算して外乱となる磁気を除去することで確実性高く磁気マーカ１０の極性を判定できる優れた判定方法である。この極性判定方法を実行する極性判定装置としての機能を備える磁気マーカ検出装置１は、検出した磁気マーカ１０の極性を確実性高く判定可能な優れた特性の装置である。
【００５７】
本例では、磁気マーカ１０の検出処理においてデータエリアＨｍ（図３）のフィルタ値に絶対値処理を適用した後の閾値処理により磁気マーカ１０を検出している。データエリアＨｍに格納されたフィルタ出力値の絶対値処理を省略することも良い。この場合には、データエリアＨｍに格納されたフィルタ出力値について、正側のピーク、負側のピークを検出するための正負の２つの閾値による閾値処理を施して正負のピークを検出し、これにより磁気マーカ１０を検出しても良い。この場合、正のピークを検出できれば、Ｎ極の磁気マーカ１０を検出したと判定でき、負のピークを検出できれば、Ｓ極の磁気マーカ１０を検出したと判定できる。このように、データエリアＨｍのフィルタ値を利用して磁気マーカ１０の極性を判定することも可能である。
【００５８】
本例では、車幅方向に感度を持つ磁気センサＣｎを採用したが、進行方向に感度を持つ磁気センサであっても良く、鉛直方向に感度を持つ磁気センサであっても良い。さらに、例えば車幅方向と進行方向の２軸方向や、進行方向と鉛直方向の２軸方向に感度を持つ磁気センサを採用しても良く、例えば車幅方向と進行方向と鉛直方向の３軸方向に感度を持つ磁気センサを採用しても良い。複数の軸方向に感度を持つ磁気センサを利用すれば、磁気の大きさと共に磁気の作用方向を計測でき、磁気ベクトルを生成できる。磁気ベクトルの差分や、その差分の進行方向の変化率を利用して、磁気マーカ１０の磁気と外乱磁気との区別を行なうことも良い。
【００５９】
車両の進行方向（時間方向）の１次元のフィルタ処理を例示したが、車両の進行方向（時間方向）と車幅方向とにより規定される２次元空間における磁気的な変化について、空間フィルタ処理を施して外乱磁気を除去することも良い。車幅方向と鉛直方向により規定される２次元空間における磁気的な変化について、空間フィルタを適用することも良い。さらには、この２次元空間に対して車両の進行方向（時間方向）を組み合わせた時空間領域における磁気的な変化について、時空間フィルタを適用して外乱磁気を除去しても良い。
【００６０】
高速道路などの自動車専用道路と一般道とでは、車線１００の幅が異なっていたり、店舗の看板や電柱などの有無等の違いがある。そこで、自動車専用道路か一般道かに応じて、フィルタ処理に適用するフィルタの周波数特性を切り替えることも良い。例えば、車線１００が比較的広く店舗の看板等が少ない自動車専用道路の場合であれば、低周波を遮断するカットオフ周波数を低くしたり、フィルタのカットオフ特性を緩やかに設定することも良い。カットオフ特性が緩やかであればフィルタの設計自由度が高くなると共に、フィルタ処理に要する計算負荷を少なくできる可能性がある。一方、外乱となる磁気発生源が比較的多くなる一般道では、カットオフ周波数を高めに切り替えることも良い。さらに、道路に敷設された磁気マーカ１０の間隔を検知し、この間隔に応じてフィルタの周波数特性を切り替えることも良い。
また、ハイパスフィルタに代えて、特定の周波数領域を通過させるバンドパスフィルタを採用することもできる。
【００６１】
本例では、車幅方向に配列された磁気センサＣｎについて、差分演算により車幅方向の磁気勾配を生成したが、これに代えて、あるいは加えて、車両の進行方向に磁気センサＣｎを配列し、進行方向に配列された２つの磁気センサについて、差分演算により進行方向の磁気勾配を求め、これを第１の磁気勾配として取り扱うことも良い。
【００６２】
なお、本例では、磁気マーカ１０の極性を利用して走行中の車線の種別の情報を車両側に提供している。磁気マーカ１０の極性を利用し、Ｎ極とＳ極との組み合わせによるコードを車両側に提供することも良い。コードが表す情報としては、位置情報や交通情報や警報情報など各種の情報がある。
【００６３】
（実施例２）
本例は、実施例１の磁気マーカ検出方法を基にして、フィルタ処理の前処理を追加した例である。この内容について、図１２〜図１６を用いて説明する。
図１２及び図１３の検出ユニット１２では、実施例１の検出ユニット１２に基づいて、データエリアＭｍとフィルタ処理回路１２５との間に、差分回路Ｔ１〜Ｔ１４（適宜Ｔｍと記載）と、差分回路Ｔｍの差分演算値を格納するデータエリアＮ１〜Ｎ１４（適宜Ｎｍと記載）と、を追加している。さらに、図１３のように極性判定回路１２９をデータエリアＮｍの下流側に並列して設けている。
【００６４】
差分回路Ｔｍは、センサアレイ１１のセンサ信号が表す車幅方向の磁気勾配を第１の磁気勾配とし、車両の進行方向において所定距離、離れた２つの位置における第１の磁気勾配の差分を、第２の磁気勾配の一例である進行方向の磁気勾配として演算する回路である。
データエリアＮｍは、差分回路Ｔｍの差分演算値である第２の磁気勾配を随時格納し、進行方向の系列データとして格納する記憶エリアである。データエリアＮｍの系列データがフィルタ処理の対象となっている。
【００６５】
次に、本例の磁気マーカ検出方法の内容を図１４のフロー図に沿って説明する。同図の処理のうち、センサアレイ１１の各磁気センサＣｎで磁気計測するステップＳ１０１、及び車幅方向の磁気勾配を演算するステップＳ１０２（勾配生成ステップ）については、実施例１と同じ仕様の処理である。ステップＳ１０２の差分演算により第１の磁気勾配である車幅方向の磁気勾配を生成したセンサアレイ１１は、１４チャンネルのセンサ信号を一斉に出力する。
【００６６】
検出ユニット１２がセンサアレイ１１のセンサ信号を取得すると、そのセンサ信号が表す車幅方向の磁気勾配をデータエリアＭｍに順次、格納し、系列データを生成する。図９を参照して上述した通り、この系列データがなす車幅方向の磁気勾配の変化は、例えばＮ極の場合、車両の進行方向において図１５（ａ）のグラフのようになる。
【００６７】
検出ユニット１２は、車幅方向の磁気勾配を第１の磁気勾配とし、進行方向の２つの位置における第１の磁気勾配の差分を演算することで、第２の磁気勾配としての進行方向の磁気勾配を生成する（Ｓ１１２、勾配生成ステップ）。具体的には、図１５(ａ）のグラフ（Ｎ極の場合を例示）のように変化する車幅方向の磁気勾配の系列データの中から進行方向に所定距離、離れた２位置のデータ（車幅方向の磁気勾配）を選択し、差分を演算することで第２の磁気勾配である進行方向の磁気勾配を生成する。検出ユニット１２は、図１５（ａ）において「所定距離」を進行方向にずらしながら順次、第２の磁気勾配である進行方向の磁気勾配を生成する。そして、このように生成した進行方向の磁気勾配を順次、データエリアＮｍに格納することで、第２の磁気勾配の進行方向の系列データを生成する。この系列データがなす進行方向の磁気勾配の分布は、図１５（ｂ）に例示するグラフのようになる。なお、Ｓ極の場合のグラフについては図示を省略するが、Ｎ極の場合の図１５のグラフに対して、正負が反転したものとなる。
【００６８】
検出ユニット１２は、データエリアＮｍに格納された１４チャンネルの進行方向の磁気勾配の系列データをフィルタ処理回路１２５に入力し、低周波成分を遮断し高周波成分を通過させるフィルタ処理を実行する（Ｓ１０３）。その後、検出ユニット１２の検出処理回路１２７が、データエリアＨｍに格納されたデータを利用して磁気マーカ１０を検出するためのマーカ検出処理を実行する（Ｓ１０４）。
【００６９】
車線１００に沿って車両５が走行中の進行方向の磁気勾配は、理論的には、磁気マーカ１０を通過する毎に図１５（ｂ）のゼロクロスを含む波形が繰り返すように変化する。しかしながら、例えば橋やトンネルなどの磁気発生源となる構造物に車両が差し掛かったとき等では、橋などの磁気発生源となる構造物の端部に位置する磁極周辺の磁界が作用し、進行方向の磁気勾配が図１６（ａ）のような変化になる可能性がある。これに対して、上記のステップＳ１０３のフィルタ処理が非常に有効となる。図１６（ａ）の変化について、低周波成分を遮断するフィルタ処理を適用すれば、同図（ｂ）のように上記のゼロクロスが周期的に現れる理論的な変化に近づけることができる。このゼロクロスを検出することで磁気マーカ１０の検出が可能である。
【００７０】
また、極性判定処理（図１４、Ｓ１０５）では、磁気マーカ１０を検出した際のデータエリアＮｍの磁気勾配（第２の磁気勾配）のゼロクロスが図１５（ｂ）や図１６（ｂ）のように正から負へのゼロクロスであればＮ極と判定でき、負から正へのゼロクロスであればＳ極と判定できる。
【００７１】
なお、第２の磁気勾配である進行方向の磁気勾配を生成するための上記の所定距離としては、検出対象の磁気マーカ１０のサイズを鑑みて例えば３０〜１５０ｍｍ等の距離を設定すると良い。さらに例えば、磁気マーカ１０のサイズを推定する機能を磁気マーカ検出装置１側に持たせ、推定したサイズに応じて上記の所定距離を変更すれば、様々な仕様の磁気マーカ１０を確実性高く検出できるようになる。
【００７２】
本例では、車幅方向に隣り合う磁気センサＣｎの磁気計測値の差分を第１の磁気勾配とし、進行方向の２つの位置における第１の磁気勾配の差分を第２の磁気勾配としたうえ、この第２の磁気勾配の進行方向における変化に対して、フィルタ処理を適用している。ここでは、差分を２回施した後の磁気勾配の変化に対してフィルタ処理を適用しているが、差分の回数を３回、４回…と増やすことも可能である。差分の回数を増やせば、特に、各磁気センサに対して一様に作用する磁気ノイズの除去に効果がある一方、差分の回数を増やすと、有効な信号のレベルが低下してＳ／Ｎ比が低下する傾向にある。差分回数の選定に当たっては、磁気ノイズの除去等の効果と、Ｓ／Ｎ比の低下による悪影響と、のバランスを考慮すると良い。
【００７３】
本例では、データエリアＮｍの磁気勾配を利用して磁気マーカ１０の極性を判定しているが、実施例１と同様、データエリアＨｍのフィルタ出力値を利用して極性を判定することも可能である。正→負のゼロクロスか、負→正のゼロクロスかにより極性を判定可能である。
なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
【００７４】
（実施例３）
本例は、実施例１の磁気マーカ検出装置１を基にして、センサアレイ１１の構成を変更した例である。この内容について、図１７を参照して説明する。
本例のセンサアレイ１１では、進行方向に２行、車幅方向に１５列の２次元アレイ状に磁気センサが配列されている。このセンサアレイ１１における車幅方向の磁気センサＣｎの間隔は、実施例１と同様、７０ｍｍである一方、進行方向の磁気センサＣｎの間隔は３０ｍｍである。検出ユニット１２では、実施例１で参照した図４と同様にデータエリアＭｍよりも下流側で極性判定回路が並列して設けられている。
【００７５】
センサアレイ１１を構成する各磁気センサでは、車両の進行方向に沿って感磁体であるアモルファスワイヤが配設され、進行方向に磁気感度が設定されている。以下の説明では、進行方向前側の１５個の磁気センサをＣ１Ａ〜Ｃ１５Ａ（以下、ＣｎＡと記載。ｎは１〜１５の自然数。）とし、進行方向後ろ側の１５個の磁気センサをＣ１Ｂ〜Ｃ１５Ｂ（以下、ＣｎＢと記載。ｎは１〜１５の自然数。）とする。
【００７６】
本例のセンサアレイ１１は、２種類の差分回路Ｋ１〜Ｋ１５（以下、Ｋｎと記載。）、差分回路Ｓ１〜Ｓ１４（以下、Ｓｍと記載。ｍは１〜１４の自然数。）を備えている。差分回路Ｋｎは、磁気センサＣｎＡの磁気計測値と磁気センサＣｎＢの磁気計測値の差分を演算して第１の磁気勾配を求める回路である。差分回路Ｓｍは、差分回路Ｋｍ＋１による第１の磁気勾配と、差分回路Ｋｍによる第１の磁気勾配と、の差分を演算することにより、差分回路Ｋｎによる第１の磁気勾配とは異なる新たな第１の磁気勾配を求める回路である。
【００７７】
センサアレイ１１は、差分回路Ｋｎの差分演算値である第１の磁気勾配を、図示しない１４チャンネルの出力ポートを介して一斉出力する。検出ユニット１２は、実施例１と同様、データエリアＭ１〜Ｍ１４を備えている。検出ユニット１２は、センサアレイ１１が一斉出力する１４チャンネルの第１の磁気勾配をデータエリアＭ１〜Ｍ１４に随時、格納し、チャンネル毎の系列データを生成する。
【００７８】
このチャンネル毎の系列データについて、検出ユニット１２は、実施例１と同様、ハイパスフィルタによるフィルタ処理を適用して、フィルタ処理の出力であるフィルタ出力値をデータエリアＨ１〜Ｈ１４に格納する。そして、検出ユニット１２は、データエリアＨ１〜Ｈ１４に格納されたフィルタ出力値を入力値としたマーカ検出処理を実行し、磁気マーカの有無等を検出する。また、実施例１と同様、データエリアＭｍの磁気勾配を入力値として極性判定処理を実行可能である。
【００７９】
なお、２つの磁気センサの磁気計測値の差分（上記の差分回路Ｋｎによる第１の磁気勾配）を算出するに当たっては、１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の狭い間隔の２つの磁気センサを対象とすると良い。しかしながら、仮に、本例の３０ｍｍという狭い間隔で車幅方向に磁気センサを配列して、例えば１ｍ幅程度のセンサアレイ１１を実現しようとすると、車幅方向の各行で（１ｍ÷３０ｍｍ）＝約３３個の磁気センサが必要となり、センサアレイ１１全体では２倍の約６６個の磁気センサが必要となる。一方、本例のように、進行方向の磁気センサの間隔を３０ｍｍに設定する一方、車幅方向の間隔を７０ｍｍに設定すれば、センサアレイ１１に必要な磁気センサの個数を少なくでき、（１ｍ÷７０ｍｍ）＝約１４個の２倍の約２８個の磁気センサでセンサアレイ１１を構成できる。
【００８０】
本例では、データエリアＭｍの磁気勾配を利用して磁気マーカ１０の極性を判定しているが、実施例１と同様、データエリアＨｍのフィルタ出力値を利用して極性を判定することも可能である。正→負のゼロクロスか、負→正のゼロクロスかにより極性を判定可能である。
なお、その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。
【００８１】
以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。
【符号の説明】
【００８２】
１  磁気マーカ検出装置（極性判定装置）
１Ｓ  磁気マーカ検出システム
１０  磁気マーカ
１００  車線
１１  センサアレイ
１２  検出ユニット
１２５  フィルタ処理回路
１２７  検出処理回路
１２９  極性判定回路（極性判定手段）
５  車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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