JP4254014B2

JP4254014B2 - 磁石式マーカ検出システム及び磁石式マーカ検出装置

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Publication number: JP4254014B2
Application number: JP2000141736A
Authority: JP
Inventors: 和彦山口; 松井　　武; 浩永縄
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2020-05-15
Also published as: JP2001325697A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路に配列した磁石式マーカを検出することができる磁石式マーカ検出システム及び磁石式マーカ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば車両位置を検出する技術として、道路上に磁石式マーカ（レーンマーカ）を敷設し、車両がその磁石式マーカ列の極（磁極）を検出することにより、車両位置を検出する方法が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、道路には、橋脚の鉄骨など自然に磁化して磁界を発生する構造物等が存在するので、上述した磁石の極を利用した磁石式マーカを配列する技術の場合には、自然の磁界の影響で磁石式マーカの検出精度が劣るという問題があった。
【０００４】
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、磁石式マーカの検出精度の高い磁石式マーカ検出システム及び磁石式マーカ検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
（１）請求項１の発明は、道路上の車両進行方向に磁石式マーカを敷設し、その磁石式マーカの極（磁極）を車両に取り付けた磁石式マーカ検出装置により検出する磁石式マーカ検出システムに関するものである。
【０００６】
本発明では、既に検出した磁石式マーカの極のデータから次の極が予測可能な特定の配列ルールに従って、磁石式マーカの極を配置している。
例えば、Ｓ極、Ｎ極の繰り返しの配列である場合には、Ｓ極の次はＮ極、Ｎ極の次はＳ極であることが分かるが、より複雑な配列の場合でも、ある一定のルール、即ち、今までの極の配列から次に来る極が分かる（例えばＭ系列の配列の）様なルールに従って配列されていれば、当然次に来る極が分かるので、その様な配列を採用する。
【０００７】
そして、磁石式マーカ検出装置では、記憶手段に、磁石式マーカの配列ルールを記憶しているので、今までに信号検出手段を用いて検出した磁石式マーカの極の配列に基づいて、記憶手段に記憶した配列ルールにより、次の磁石式マーカの極を予測する（知ること）ことができる。
【０００８】
よって、次の磁石式マーカの極を予測した場合には、変更手段により、その予測した極に応じて、（極の検出が一層好適に行うことができるように）信号検出手段の出力信号の処理を変更する。
つまり、後に請求項３にて詳述するが、Ｓ極とＮ極とでは、図６（ａ）に例示する様に、信号検出手段（例えばレーンマーカセンサ）の出力信号（センサ出力信号）が異なるので、できる限り同じ条件で磁石式マーカの極を検出できる様に、次の極を検出する際の出力信号の処理を（例えば信号の山と谷の順序を今までと同様に揃えるように）変更するのである。
【０００９】
これにより、Ｓ極とＮ極の出力信号の波形の違いを無くす様にして、磁石式マーカの極の検出精度を向上させることができる。
（２）請求項２の発明では、磁石式マーカの配列ルールは、Ｍ系列の疑似ランダム符号による配列ルールである。
【００１０】
疑似ランダム符号の１種のＭ系列符号、即ちＭ系列の拡散符号は、１周期の中に同じ符号を持たないことが数学的に保証されている系列である。
このＭ系列は、ｎ段のシフトレジスタからｍｏｄ２加算のフィードバックを行うことにより発生し、その符号長（Ｌ）は、２ⁿ−１である。
【００１１】
この２ⁿ−１の符号長のＭ系列において、ｎ個の符号の並び（例えば［０００１］）が重要であり、Ｍ系列の配列の特徴は、任意の連続するｎビット（例えばｎ＝４）は、その他のｎビットとは必ず異なる値を持つ。
尚、本発明では、前記ｎ個の符号の並びである「符号化された磁石式マーカ配列の連続する符号の一部（即ち、疑似ランダムコードの連続する符号の一部）」を「部分符号」と称する。
【００１２】
従って、ｎビットのデータを認識できれば、そのｎビットのデータがＭ系列のどの位置にあるかが認識でき、しかも、次のｎビットのデータをも認識できる。即ち、次の極がＳ極であるかＮ極であるかを予測することができる。
例えば図５に示すＡの部分符号を認識できれば、次の部分符号がＢであることが分かり、よって、Ｂの部分符号における各磁石式マーカの極も分かるので、Ａの部分符号の次の極も予測することができる。
【００１３】
尚、ここで、擬似ランダム符号（ＰＮ符号）とは、スペクトル拡散通信やＣＤＭＡ等に用いられる拡散符号系列であり、符号長２ⁿ−１のＭ系列の疑似ランダム符号は、１周期の中で連続するｎ個以上の符号が全て異なる性質を持つ。
（３）請求項３の発明では、変更手段は、予測した磁石式マーカの極に応じて、信号検出手段（例えばレーンマーカセンサ）の出力信号を反転する。
【００１４】
例えば図６（ａ）に示す様に、Ｓ極とＮ極では、信号検出手段の出力信号（センサ出力信号）が異なるので、つまり、Ｓ極とＮ極では、出力電圧の山と谷が逆転しているので、そのまま判定レベル（スレッシュホールドレベル）を用いて判定したのでは、（実際にはＳ極とＮ極が同じタイミングで出現したとしても）Ｓ極とＮ極で判定のタイミングがずれて、検出精度が悪くなる恐れがある。
【００１５】
そこで、予測した次の極が現在の極と異なる場合には、図６（ｂ）に例示する様に、次の極によって生じる出力信号を反転させる。これにより、電気信号の山と谷の順序が同じになって、判定のタイミングを揃えることができるので、検出精度を向上させることができる。
【００１６】
（４）請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の磁石式マーカ検出システムに用いられる磁石式マーカ検出装置を示したものであり、この磁石式マーカ検出装置は、前記請求項１と同様な作用効果を奏する。
（５）請求項５の発明では、変更手段は、予測した磁石式マーカの極に応じて、信号検出手段の出力信号を反転する。
【００１７】
本発明の磁石式マーカ検出装置は、前記請求項３と同様な作用効果を奏する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の磁石式マーカ検出システム及び磁石式マーカ検出装置の好適な実施の形態を、例（実施例）を挙げて図面に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
ａ）まず、本実施例の磁石式マーカ検出システムの構成を説明する。
【００２７】
図１に示す様に、本実施例では、道路の進行方向に沿って、特定の間隔（例えば１ｍ間隔の等間隔）で磁石式マーカ（レーンマーカ）１を敷設する。この磁石式マーカ１は、磁石の極（Ｓ極又はＮ極の磁極）の一方が地面に向けられている。
【００２８】
前記磁石式マーカ１は、図２に示す様に、疑似ランダム符号（ここでは例えばＭ系列符号）の０符号をＮ極、１符号をＳ極として、疑似ランダム符号配列に従い道路に敷設する。
一方、車両には、図３に示す様に、通過した磁石式マーカ１の極を検出するレーンマーカセンサ３、磁石式マーカ１の配列等のデータベースなどを記憶している記憶装置５、車両の速度（車速）を検出する車速センサ７、それらの情報から次の磁石式マーカ１の極の検出処理等を行う演算装置９を備えた磁石式マーカ検出装置が搭載されている。
【００２９】
以下、磁石式マーカ検出装置の各構成について説明する。
前記レーンマーカセンサ３は、主として電磁石から構成され、磁石式マーカ１の磁界を横断することにより発生する電圧の変化を検出し、その情報を演算装置９に送る。
【００３０】
前記記憶装置５は、例えばＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の各種の記憶装置であり、道路に敷設されている磁石式マーカ１の配列を示すデータベースの情報等を記憶している。
前記車速センサ７は、周知の車速センサであり、例えばクランク軸の回転数から車速を検出する。
【００３１】
前記演算装置９は、主としてマイクロコンピュータからなり、レーンマーカセンサ３により検出された極の配列、データベースに記憶されている磁石式マーカ１の配列、車速センサ７から得られた車速等の情報に基づいて、磁石式マーカ１の極を検出するものである。
【００３２】
このうち、前記記憶装置５に記憶されているデータベースには、図４に示す様に、道路に敷設されているＭ系列の符号列（図２参照）から得られる部分符号列と、それぞれの部分符号列の位置関係の情報（データ）を保持している。
つまり、２ⁿ−１の符号長のＭ系列において、ｎ個（ここでは例えば４個）のデータからなる部分符号と、その部分符号が示す起点（基準となる部分符号）からの距離との関係が記憶されている。
【００３３】
ｂ）次に、本実施例の磁石式マーカ検出システムによる磁石式マーカ１の検出原理について説明する。
・（極の予測）
まず、例えば図５に示すＭ系列（ｎ＝４）の様に、最初の部分符号［０００１］（＝Ａ）、次に部分符号［００１０］（＝Ｂ）、更に次の部分符号［０１００］（＝Ｃ）の様に配列されている場合を考えると、仮に、部分符号［０００１］（＝Ａ）が認識されたならば、次に認識されるのは、部分符号［００１０］（＝Ｂ）である。
【００３４】
従って、予めこのＭ系列の符号を記憶していれば、部分符号［０００１］（＝Ａ）の次の極は「０」、即ちＮ極であることが分かる。
・（信号の反転）
また、図６（ａ）に示す様に、磁石式マーカ１の極がＳ極かＮ極かにより、レーンマーカセンサ３から出力される電圧の波形が異なる。具体的には、Ｓ極とＮ極とでは、電圧波形の山と谷の順番が異なる。
【００３５】
従って、このままで、判定レベル（スレッシュホールドレベル）を電圧の波形に当てはめると、たとえ同じ車速であっても（しかも等間隔である）Ｓ極とＮ極では、その波形のピークの検出タイミングが異なることになる。
そこで、本実施例では、例えばＳ極の次がＮ極である場合には、図６（ｂ）に示す様に、次のＮ極による波形を基準電圧を中心にして反転させるのである。これにより、Ｓ極でもＮ極でも同じ山・谷の順序の波形となるので、波形のピークの検出タイミングが揃うことになり、よって、検出精度も向上する。
【００３６】
ｃ）次に、本実施例の磁石式マーカ検出システムにより実施される磁石式マーカ検出方法の手順を、図７のフローチャートに基づいて説明する。
まず、図７のステップ１００にて、車両走行中に、レーンマーカセンサ３からの信号を演算装置９に入力する。
【００３７】
尚、最初の段階では、レーンマーカセンサ３から得られる出力信号は、前記図６（ａ）の様に、Ｓ極とＮ極とで、多少ピークのずれがあるが、その出力信号をそのまま利用して磁石式マーカ１の極を検出する。
続くステップ１１０では、検出した少なくともｎ個（ここでは例えば４個）の極の情報から、極の配列を認識する。つまり、検出した配列から、例えば［０００１］等の２進数における４桁の部分符号を認識する。
【００３８】
続くステップ１２０では、認識した４桁の部分符号をデータベースのデータと参照して、読みとった部分符号が、道路に配置された磁石式マーカ１の配列を示すＭ系列の配列のどの位置にあるかを認識する。
例えば［０１００］を読みとった場合には、［０１００］の部分符号は、図４（又は図５）のデータベースの情報に基づいて、３番目の部分符号［０１００］（＝Ｃ）であることを認識する。
【００３９】
続くステップ１３０では、認識した部分符号［０１００］を、図５のデータベースに参照して、次の極を把握する。
つまり、図５に示す配列では、認識した部分符号［０１００］の次の符号は、「１」であり、この「１」はＳ極を示すので、次に検出される極はＳ極であることを前もって知ることができる。
【００４０】
続くステップ１４０では、既に認識している最新の極と次に検出される極とが一致するか否かを判定する。ここで肯定判断されるとステップ１６０に進み、一方否定判断されるとステップ１５０に進む。
ステップ１５０では、今まで例えばＳ極の出力信号をそのまま（反転せずに）利用していたとすると、次の極はＳ極とは反対のＮ極であるので、出力信号を反転する処理を行う。
【００４１】
詳しくは、レーンマーカセンサ３から出力される信号（電圧）は、周知のＡＤコンバータ（図示せず）を介して演算装置９に入力されるが、演算装置９では、その入力された信号を監視し、センサ出力が一定時間基準電圧であり、且つ自車両が次に検出する極がＮ極である場合には、前記図６（ｂ）に示す様に、演算装置９に取り込んだ信号を、基準電圧を中心にして反転する。
【００４２】
ステップ１６０では、前記ステップ１５０にて反転した出力信号（また、反転しない場合はそのままの出力信号を）を、前記図６（ｂ）に示す様に、一定のスレッシュホールドレベルで監視して、そのスレッシュホールドレベルを超える（又はスレッシュホールドレベルから下がる）タイミングｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄等を求める。
【００４３】
続くステップ１７０では、前記タイミングｔ₁〜ｔ₄等より、車両が磁石式マーカ１を通過したタイミングを決定して、一旦本処理を終了する。
例えば、通過時間＝（ｔ_n＋ｔ_n+1）／２とする。（但し、ｎは奇数）
ｃ）本実施例では、上述した構成により、下記の効果を奏する。
【００４４】
本実施例では、ある道路において、磁石式マーカ１を２ⁿ−１の符号長のＭ系列の配列となるように埋め込み、車両側の磁石式レーンマーカ検出装置では、磁石式マーカ１の配列のｎ個（例えば４個）の部分符号を読み取り、この部分符号の次の磁石式マーカ１の極を予測する（把握する）。
【００４５】
そして、予測した次の磁石式マーカ１の極が、現在の極（今まで検出した極の最新のもの）と異なる場合には、次の極を検出する際のレーンマーカセンサ３の出力電圧を反転する。
これにより、Ｓ極とＮ極との電圧波形が揃うので、常に正確に車両が磁石式マーカ１を通過したタイミングが分かり、よって、磁石式マーカ１の検出精度が向上するという効果がある。
（実施例２）
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００４６】
本実施例では、車速に応じて、レーンマーカセンサ３の出力信号の判定レベルを変更するものである。
ａ）まず、本実施例の磁石式マーカ１の検出原理を説明する。
図８に示す様に、車速が大きい場合と車速が小さい場合とでは、レーンマーカセンサ３の出力信号（電圧）のピークが異なる。
【００４７】
つまり、レーンマーカセンサ３の直下の単位時間当たりの磁束密度の変化量は、車速に応じて変化し、車速が大きいほど出力信号のピークが高くなる。
従って、車速が大きいほど、判定レベルを高くすることにより、ノイズの影響を効果的に除去できるので、検出精度が向上する。
【００４８】
ｂ）次に、本実施例における制御処理を、図９のフローチャートに基づいて説明する。
まず、図９のステップ２００では、車速センサ７からの信号を、ＡＤコンバータ（図示せず）を介して（演算装置９に）入力し、車速を検出する。
【００４９】
続くステップ２１０にて、レーンマーカセンサ３により発生した出力信号を、ＡＤコンバータを介して（演算装置９に）入力する。
続くステップ２２０では、記憶装置５に記憶したマップ等から、車速に応じた判定レベル（スレッシュホールドレベル）を求める。具体的には、車速が大きいほどスレッシュホールドレベルを高める。
【００５０】
続くステップ２３０にて、ステップ２１０にて入力した出力信号を、前記ステップ２２０で求めた一定のスレッシュホールドレベルで監視して、そのスレッシュホールドレベルを超える（立ち上がり及び立ち下がりの）タイミングｔ₁、ｔ₂、ｔ₃、ｔ₄等を求める。
【００５１】
続くステップ２４０では、前記タイミングｔ₁〜ｔ₄等より、車両が磁石式マーカ１を通過したタイミングを決定して、一旦本処理を終了する。
例えば、通過時間＝（ｔ_n＋ｔ_n+1）／２とする。（但し、ｎは奇数）
この様に、本実施例では、車速に応じてスレッシュホールドレベルを変更することにより、より一層検出精度を上げることができる。
（実施例３）
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な箇所の説明は省略する。
【００５２】
本実施例では、車速に応じて、レーンマーカセンサ３の出力信号のカットオフ周波数を変更するものである。
ａ）まず、本実施例の磁石式マーカ１の検出原理を説明する。
車速が大きい場合と車速が小さい場合とでは、レーンマーカセンサ３の出力信号（電圧）の周波数が異なる。
【００５３】
つまり、レーンマーカセンサ３の直下の単位時間当たりの磁束密度の変化量は、車速に応じて変化し、車速が大きいほど出力信号の周波数が高くなる。
従って、本実施例では、車速に応じてカットオフ周波数を変更可能なフィルタ機能（いわゆるデジタルフィルタ）を搭載する。そして、車速が大きいほど、例えばバンドパスフィルタのカットオフ周波数を高くすることにより、ノイズの影響を効果的に除去できるので、検出精度が向上する。
【００５４】
ｂ）次に、本実施例における制御処理を、図１０のフローチャートに基づいて説明する。
まず、図１０のステップ３００では、車速センサ７からの信号を、ＡＤコンバータを介して（演算装置９に）入力し、車速を検出する。
【００５５】
続くステップ３１０にて、レーンマーカセンサ３により発生した出力信号を、ＡＤコンバータを介して（演算装置９に）入力する。
続くステップ３２０では、記憶装置５に記憶した下記式（１）〜（３）の演算式等から、車速に応じた中心周波数ｆ₀、カットオフ周波数の下限ｆ_c、及びカットオフ周波数の上限ｆ_n求める。
【００５６】
ｆ_c＝ｖ／ｌ …（１）
ｆ₀＝２ｆ_c …（２）
ｆ_n＝３ｆ_c …（３）
但し、ｆ₀：中心周波数、ｖ：車速、ｌ：磁石式マーカ敷設ピッチ
ｆ_c：カットオフ周波数の下限、ｆ_n：カットオフ周波数の上限
つまり、カットオフ周波数は、車速と磁石式マーカ敷設ピッチにより求めることができる。
【００５７】
例えば、車速が大きくなるほど、低周波側の帯域をカットするように、フィルタ（バンドパスフィルタ）を通過させる出力信号の周波数成分を変更する。
続くステップ３３０では、ステップ３１０にて入力した出力信号を、前記ステップ３２０で求めたカットオフ周波数ｆ_c、ｆ_nでカットする。
【００５８】
続くステップ３４０では、カットされた出力信号を、所定の一定のスレッシュホールドレベルで監視して、そのスレッシュホールドレベルを超える（立ち上がり及び立ち下がりの）タイミングを求める。
続くステップ３５０では、前記タイミング等より、車両が磁石式マーカ１を通過したタイミングを決定して、一旦本処理を終了する。
【００５９】
例えば、通過時間＝（立ち上がり時間＋立ち下がり時間）／２とする。
この様に、本実施例では、車速に応じてカットオフ周波数ｆ_c、ｆ_nを変更することにより、より一層検出精度を上げることができる。
尚、本発明は上記実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲を逸脱しない限り、種々の態様で実施できることはいうまでもない。
【００６１】
例えば、前記実施例３では、バンドパスフィルタを例に挙げたが、例えばローパスフィルタやハイパスフィルタを使用してもよい。
【００６２】
また、デジタルフィルタではなく、ハード構成により（速度に応じて切り換える）フィルタを構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】道路に埋設された磁石式マーカの状態を示す説明図である。
【図２】道路に配置された磁石式マーカの配列の状態を示す説明図である。
【図３】実施例１の磁石式マーカ検出装置を示す説明図である。
【図４】実施例１のデータベースを示す説明図である。
【図５】実施例１のｎ＝４のＭ系列を示す説明図である。
【図６】実施例１のレーンマーカセンサの出力信号を示し、（ａ）は反転しない場合の出力信号を示すグラフ、（ｂ）は反転した場合の出力信号を示すグラフである。
【図７】実施例１の制御処理を示すフローチャートである。
【図８】実施例２のレーンマーカセンサの出力信号を示すグラフである。
【図９】実施例２の制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】実施例３の制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…磁石式マーカ（レーンマーカ）
３…レーンマーカセンサ
５…記憶装置
７…車速センサ
９…演算装置

Claims

道路上の車両進行方向に磁石式マーカを敷設し、その磁石式マーカの極を車両に取り付けた磁石式マーカ検出装置により検出する磁石式マーカ検出システムにおいて、
既に検出した前記磁石式マーカの極のデータから次の極が予測可能な特定の配列ルールに従って、前記磁石式マーカの極を配置するシステムを構成するとともに、
前記磁石式マーカ検出装置は、
前記磁石式マーカの極の配列ルールを記憶する記憶手段と、
前記磁石式マーカの極の磁界を横切ることによって生ずる電気信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段を用いて磁石式マーカの極を検出した場合には、前記記憶手段に記憶した配列ルールにより、次の磁石式マーカの極を予測する予測手段と、
前記予測手段により次の磁石式マーカの極を予測した場合には、該予測した極に応じて前記信号検出手段の出力信号の処理を変更する変更手段と、
を備えたことを特徴とする磁石式マーカ検出システム。
前記磁石式マーカの極の配列ルールは、Ｍ系列の疑似ランダム符号による配列ルールであることを特徴とする前記請求項１に記載の磁石式マーカ検出システム。
前記変更手段は、前記予測した磁石式マーカの極に応じて、前記信号検出手段の出力信号を反転することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の磁石式マーカ検出システム。
前記請求項１〜３のいずれかに記載の磁石式マーカ検出システムに用いられる磁石式マーカ検出装置であって、
前記磁石式マーカの極の配列ルールを記憶する記憶手段と、
前記磁石式マーカの極の磁界を横切ることによって生ずる電気信号を検出する信号検出手段と、
前記信号検出手段を用いて磁石式マーカの極を検出した場合には、前記記憶手段に記憶した配列ルールにより、次の磁石式マーカの極を予測する予測手段と、
前記予測手段により次の磁石式マーカの極を予測した場合には、該予測した極に応じて前記信号検出手段の出力信号の処理を変更する変更手段と、
を備えたことを特徴とする磁石式マーカ検出装置。
前記変更手段は、前記予測した磁石式マーカの極に応じて、前記信号検出手段の出力信号を反転することを特徴とする前記請求項４に記載の磁石式マーカ検出装置。