(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路に道路マーカを布設し、この道路マーカを検出することにより、車両の方位を算出する装置であって、
自律航法により車両の方位を推定する車両方位推定手段と、
道路マーカを検出するマーカ検出手段と、
道路マーカの方位データ列を記憶した方位データメモリと、
マーカ検出手段により検出された道路マーカと、方位データメモリに記憶されている道路マーカとの対応付けをし、車両推定方位を、道路マーカの検出時点で特定された道路マーカの方位データによって再設定する方位補正手段とを備えることを特徴とする車両の方位算出装置。
【請求項２】
方位補正手段は、道路マーカの検出もれがあったか否かを検知し、道路マーカの検出もれがあった場合に、そのもれたと推測される道路マーカをカウント対象に組み入れて方位データメモリに記憶されている道路マーカとの対応付けをすることを特徴とする請求項１記載の車両の方位算出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路に道路マーカを布設し、この道路マーカを検出することにより車両の方位を算出する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の車線位置、速度、加速度、他車両との車間距離等を情報として採り入れ、この情報に基づいて車両のブレーキ操作、アクセル操作、ステアリング操作等の指令を発生し、運転者又は運転装置に伝える自動運転システムが知られている。
【０００３】
このような自動運転システムにおいては、車両が道路のどの車線を走行しているか、あるいは車線のどの部分（車線の中央、左寄り又は右寄り）を走行しているか、車線に沿って真っ直ぐに走っているか若しくは斜めに横切っているか等を正確に認識することが重要である。
従来では、車載カメラを通して道路の状態を撮影し画像認識することにより、走行位置を判定する技術は提案されているが（例えば特開平７−７７４３１号公報参照）、カメラや画像処理装置が必要になり、判定アルゴリズムが複雑になるため、より簡易に走行位置を認識することのできる装置が望まれていた。
【０００４】
そこで、道路面に道路の方向に沿って磁気ネイルを埋め込み、車体に設けた磁気センサによってこの磁気ネイルを検出することにより、車体の横方向の変位を検出するシステムが提案されている（1994年９月13日米国特許第 5,347,456号、1992年５月14日ＰＣＴ国際公開ＷＯ 92/08176 号参照）。
さらに、磁気テープを道路に貼り付け、磁気テープから生ずる磁界を利用して車両の位置を検出するシステムも提案されている。
【０００５】
これらの磁気ネイル、磁気テープ等、車両の走行位置を検出するため道路に設けられた設備を「道路マーカ」と総称することとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
自動運転システムを搭載した車両は、前記のように道路に埋め込まれた道路マーカを検出することによって、車両の方位を正確に知ることができれば、自動運転システムにおいて、例えば車両の方位が道路に沿うようにステアリングの自動制御をすることができる。
【０００７】
また、車両間通信を利用して車両の方位情報のやりとりをすれば、接触防止の自動制御をすることもできる。
そこで、本発明は、道路マーカを検出することにより車両の方位を正確に求めることのできる車両の方位算出装置を実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の方位算出装置は、自律航法により車両の方位を推定する車両方位推定手段と、道路マーカを検出するマーカ検出手段と、道路マーカの方位データ列を記憶した方位データメモリと、マーカ検出手段により検出された道路マーカと、方位データメモリに記憶されている道路マーカとの対応付けをし、車両推定方位を、道路マーカの検出時点で特定された道路マーカの方位データによって再設定する方位補正手段とを備えるものである。
【０００９】
前記「自律航法」にはＩＮＳ慣性航法、距離センサと方位センサとを使った航法等があげられる。
前記の構成によれば、方位データメモリに記憶されている道路マーカの方位データにより、自律航法により推定された車両の方位を再設定することができ、極めて正確な車両方位を得ることができる。
【００１０】
前記方位補正手段は、道路マーカの検出もれがあったか否かを検知し、道路マーカの検出もれがあった場合に、そのもれたと推測される道路マーカをカウント対象に組み入れて方位データメモリに記憶されている道路マーカとの対応付けをすることが望ましい（請求項２）。
道路マーカの検出もれが不可避である場合は、その検出もれを考慮して方位データメモリに記憶されている道路マーカとの対応付けをしなければ、正しい方位が求まらないからである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の実施形態では、距離センサと方位センサとを使った自律航法により車両位置を推定するものをあげた。
図１は本発明の方位算出装置の一実施形態を示すブロック図である。方位算出装置は、走行距離検出部１１と、走行方向検出部１２と、両検出部１１，１２から出力される走行距離検出信号、走行方向検出信号に基づいて推定方位を算出する推定方位算出部２１と、道路に埋め込まれた磁気ネイルの磁界を検出する磁気ネイル検出部１３と、磁気ネイルの方位データ列を格納した磁気ネイル方位データメモリ１５ａと、磁気ネイルと車両との相対距離を算出し、これと磁気ネイルの方位データとの比較により、推定方位算出部２１で算出された推定方位を補正する方位補正部２２とを備えている。
【００１２】
さらに詳細に説明すると、前記走行距離検出部１１は、例えば車輪速センサが使用可能である。この車輪速センサは、車輪の回転を検出する磁気センサを有し、磁気センサからの出力正弦波信号の波数をカウンタによりカウントすることにより車輪の回転数を得、カウンタから出力されるカウントデータに対して、乗算器により車輪の外周を示す所定の定数を乗算することにより検出周期Δｔ（周期番号をｎで表す。）当りの走行距離を算出するものである。なお、それ以外に、ドップラシフト等に基いて車両の走行速度を算出し、積分することにより走行距離を算出する構成の車速センサ等、従来公知の構成のものも使用可能である。
【００１３】
前記走行方向検出部１２は、例えば、単位時間当りの回転角度データを出力するジャイロが使用可能である。このジャイロの例として、振動ジャイロ、光ファイバジャイロ、差動型車輪速センサがあげられる。また、地磁気の水平分力を検出する地磁気センサを使用することもでき、地磁気センサと前記ジャイロとの組合せを採用することも可能である。
【００１４】
前記磁気ネイル検出部１３は、例えばバンパーの底部に設けられ、図２に示すように、磁気抵抗素子１を細長いゴム状の永久磁石３の上に複数個並べ、それぞれから出力電圧を取り出す回路構成としている。
磁気抵抗素子１は、磁界を加えることによって電気抵抗が変化する素子であり、ＩｎＳｂ，ＧａＡｓ，ＩｎＡｓ等の半導体材料がよく用いられる。本実施の形態では、基板の上に真空蒸着法によりＩｎＳｂ薄膜を形成した素子を用いるが（例えばトヨコム東洋通信機株式会社製の「磁気抵抗素子ＴＭＳ−Ｄシリーズ」が使用可能である）、これ以外に、バルク（単結晶）型の磁気抵抗素子を使用してもよい。
【００１５】
道路に沿って埋め込まれた磁気ネイルの磁界を、磁気ネイル検出部１３のどの磁気抵抗素子が検出しているのかを知ることによって、車両の中心線から磁気ネイルまでの相対距離を算出することができる。
前記磁気ネイル方位データメモリ１５ａは、所定範囲にわたる磁気ネイルの座標と方位が格納されているものであり、ハードディスク、半導体メモリ、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（ディジタルビデオディスク）−ＲＯＭ、カセットテープ等が使用可能である。
【００１６】
ここで、前記磁気ネイル方位データメモリ１５ａの記憶構造は、表１のようになる。
【００１７】
【表１】
0003743070.tif 000002
【００１８】
表１は、高速道路の路線名、区間名に対応して、出発点となる磁気ネイルの番号を０、その座標を (0.000, 0.000) で表し、東向きをｘ方向とし、北向きをｙ方向としたときに、例えば北東の方向に２ｍ間隔で磁気ネイルが埋め込まれている場合の座標データ列（単位ｍ）、方位データ列（単位ラジアン）を示している。なお、方位データは、当該磁気ネイルとその前後の磁気ネイルとを結んだ２線分の方位の平均値を採用している。
【００１９】
推定方位算出部２１は、走行距離検出部１１から出力される距離データΔＬn を取り込むとともに、前記走行方向検出部１２から出力される角速度データωn を取り込み、前回の角速度ωn-1 と今回の角速度ωn との平均Ωn 
Ωn ＝（ωn-1 ＋ωn ）／２
を求め、これに周期Δｔをかけ、前回の方位θn-1 に加算することにより今回の方位θn を求める。
【００２０】
θn ＝Ωn Δｔ＋θn-1 
なお、推定方位の初期値θ0 を決める必要があるが、この初期値θ0 は、出発点（「出発点」の意味は後述する）となる磁気ネイルの方位データを採用すればよい。
方位補正部２２は、磁気ネイルを検出するごとに、磁気ネイル方位データメモリ１５ａに格納された磁気ネイルの方位データ（以下「θm 」と書く）と、磁気ネイル検出部１３で検出された磁気ネイルと車両の中心線との相対距離（以下「Ｌm 」と書く）とに基づいて車両方位θを求め、前記推定方位θn を、この車両方位θに再設定する（リセットする）。
【００２１】
このリセット方法を説明すると、まず、コース出発点を特定する。
ここで、コース出発点の特定方法を、図３を参照しながら説明する。高速道路の入口と出口との間には、所定距離おきに最初は特定の極（極性は、地表面に向いている磁界の極性を示す；例えばＳ極）、その後他の極（例えばＮ極）の磁気ネイルが埋め込まれている。車両が当該入口から高速道路に入ると、通信手段、例えばビーコンから、当該高速道路の路線名、区間名の情報を受ける。ナビゲーション装置を搭載していれば、ナビゲーション装置から路線名、区間名の情報を受けてもよい。これにより、磁気ネイル方位データメモリ１５ａに記憶されているデータ群を特定することができる。この信号を受けた後に初めて特定の極の磁気ネイルを通過した点を出発点とする。その後、他の極の磁気ネイルを通過するたびに、磁気ネイルの検出回数をカウントする。
【００２２】
磁気ネイル方位データメモリ１５ａにおける磁気ネイルの方位データは、コース出発点から順に番号を振って格納されているので、これにより、検出した磁気ネイルと、磁気ネイル方位データメモリ１５ａに記憶されている所定番号の磁気ネイルとを１対１に対応付けることができる。
方位補正部２２は前記検出回数に基づき、磁気ネイル方位データメモリ１５ａを参照して特定された磁気ネイルの方位データθm を読み出す。
【００２３】
次に、磁気ネイル通過時の磁気ネイルに対する車両方位θr を求める。図４は、車両の走行方向と、磁気ネイル列との関係を示す図であり、θr は磁気ネイルに対する車両の方位、θm は読み出した磁気ネイルの方位、Ｄm は磁気ネイル検出間隔、Ｌm は磁気ネイルと車両との相対距離、Ｌm ′は前回検出した磁気ネイルと車両との相対距離を表している。ただし、Ｌm の符号は車両の左に磁気ネイルがあるときに正、角度θの符号は反時計回りを正とする。
【００２４】
磁気ネイル検出間隔Ｄm は、磁気ネイルの設置間隔が一定ならば、
Ｄm ＝Ｋ（Ｎ−Ｎ′）
で求められる。ここにＫは磁気ネイルの設置間隔、Ｎは磁気ネイルの検出番号、Ｎ′は前回の磁気ネイルの検出番号である。磁気ネイルの設置間隔が一定かどうか分からないならば、
Ｄm ＝Ａ（Ｃ−Ｃ′）
で求められる。ここにＡは、車輪速センサの１波数あたりの走行距離、Ｃは検出波数、Ｃ′は前回の検出波数である。
【００２５】
車両方位θr は、前記θm ，Ｄm ，Ｌm ，Ｌm ′を使うと、
θr ＝arctan｛（Ｌm ′−Ｌm ）／Ｄm ｝
で表される。
そして、当該車両方位θは、
θ＝θm ＋θr 
で求められる。この車両方位θが、推定方位θn のリセット値になる。この結果、常に、精度の高い車両方位を得ることができる。得られた車両方位は、ＧＰＳ(Global Positioning System) と比べて極めて精度が高く、その誤差は±０．０１７４ラジアン（１°）のオーダーと考えてよい。
【００２６】
次に、磁気ネイルの検出もれ対策を述べる。道路不整のため走行中車両が上下振動したり、車両が車線を逸脱して走行したりしたときに、磁気ネイル検出部１３が磁気ネイルの磁界を検出できなくなることがある。このとき、磁気ネイルの検出回数を通常どおりカウントすると、磁気ネイル方位データメモリ１５ａに記憶されている磁気ネイルとの対応が付かなくなってしまうことがある。
【００２７】
そこで、磁気ネイルの検出もれのあったことを知るために、次の▲１▼又は▲２▼の判定をする。
▲１▼磁気ネイルの設置間隔が一定である場合には、前回磁気ネイルを検出してから所定距離走行したときに、磁気ネイルを検出しなければ、検出漏れがあったと判定する。この場合は、磁気ネイルの検出がなくても磁気ネイルの検出回数のカウントをする。
【００２８】
▲２▼磁気ネイルの設置間隔が一定かどうか分からないときは、磁気ネイル方位データメモリ１５ａに記憶されている磁気ネイルの座標を参照し、そこに仮想的な磁気ネイルがあるものとみなし、車両がその仮想的な磁気ネイルを通過したかどうか判定する。その仮想的な磁気ネイルを通過し、かつ磁気ネイルの検出がない場合は、磁気ネイルの検出回数のカウントをする。
【００２９】
なお、通過したか否かの判断手法を図５に示す。図５において、黒丸Ｍi-1 は検出済の磁気ネイルを示し、白丸Ｍi ，Ｍi+1 ，Ｍi+2 ，‥‥は、未検出であって磁気ネイル方位データメモリ１５ａに記憶されている磁気ネイルを示す。白丸Ｍi と黒丸Ｍi-1 とを結ぶ線分と、白丸Ｍi と車両とを結ぶ線分とのなす角度φが鋭角であれば未通過、鈍角であれば通過済とする。ここで、角度φが鋭角か鈍角かを調べるには、ベクトルの内積をとる方法がある。
【００３０】
以上のようにして、磁気ネイルの方位を利用して正確な車両の方位を求めることができる。
これにより、例えば、衝突防止のための自動ステアリング制御をすることができる。
なお、本発明は前記の実施形態に限定されるものではない。前記の実施形態では、車両が高速道路の路線名、区間名の情報を取得するのに、車両がビーコンやナビゲーション装置から当該情報を受けるものとしたが、これ以外に、磁気ネイルのＳ極Ｎ極の埋め込みパターン（符号）を決めておき、符号認識することによって、車両が道路のどの路線、区間を走行しているのかを知るようにしてもよい。
【００３１】
また、前記の実施形態では、「道路マーカ」として、道路に埋め込まれた磁気ネイルを利用したが、磁気ネイルではなく、道路に発光素子を埋め込み、車両でその発光色を識別するようにしてもよく、道路に反射板を埋め込み、車両でその反射色を識別するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明の方位算出装置によれば、方位データメモリに記憶されている道路マーカの方位データと、実際に検出された道路マーカとの対応付けをすることにより、自律航法により推定された車両の方位を補正することができ、極めて正確な車両方位を得ることができる。
【００３３】
したがって、車両間通信を利用して車両の方位情報のやりとりをすれば、衝突防止のための自動ブレーキ制御や自動ステアリング制御もすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方位算出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】磁気抵抗素子を細長いゴム状の永久磁石の上に複数個並べ、それぞれから出力電圧を取り出す回路構成を示す図である。
【図３】コース出発点の特定方法を説明する図である。
【図４】車両の走行方向と、磁気ネイル列との関係を説明する図である。
【図５】磁気ネイルを通過したか否かの判断手法説明する図である。
【符号の説明】
１      磁気抵抗素子
２      抵抗素子
３      永久磁石
１１    走行距離検出部
１２    走行方向検出部
１３    磁気ネイル検出部
１５ａ  磁気ネイル方位データメモリ
２１    推定方位算出部
２２    方位補正部
【図１】
0003743070.tif 000003
【図２】
0003743070.tif 000004
【図３】
0003743070.tif 000005
【図４】
0003743070.tif 000006
【図５】
0003743070.tif 000007