JP2000292532A - 角速度検出方法およびそのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２軸であるためセンス共振を完全に合致でき
ない音叉型角速度センサの性能を越える新規な角速度検
出システムを提供する。 【解決手段】 １００〜５００ｋＨｚの中長波帯の電波
に共振する共振子が組み込まれたマーカ２を道路車線１
中央に等間隔に埋設し、車両３には上記電波を送信可能
なアンテナ４と受信可能な複数のアンテナ５、６、７を
フロントバンパの左右と中央の３箇所に設ける。走行車
両３が進行方向を変えた場合、電波の受信レベルは、マ
ーカ２から受信アンテナまでの距離に反比例するので、
マーカ２上を通過したと考えられる時の３本の受信アン
テナの受信レベルからマーカの横方向の距離を算出し、
さらにマーカ間の距離および上記横方向の距離を基に車
両の変向角を求め、さらにマーカ間での車両の走行時間
を基に角速度を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行車両の左右方
向への曲がりを検出することにより、走行車両の角速度
（ヨーレート）を検出する角速度検出方法およびそのシ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、走行車両の角速度を検出するため
には角速度センサが使用されていた。図５は従来の圧電
型振動ジャイロ方式の角速度センサの構成を示す。図５
において、この角速度センサは、Ｕ字形の金属振動板１
０１の上に２枚の対向する金属振動板１０２、１０３
を、Ｕ字形の金属振動板１０１とは直角方向に配置し
た、いわゆる音叉の形状をしており、固定軸１０４がベ
ースに固定されることにより、走行車両の曲がり対して
１対の音叉が回転検出軸１０６の回りに回転するように
構成されている。Ｕ字形の金属振動板１０１の外側両側
面には、それぞれ駆動用圧電エレメント１０１ａ、１０
１ｂが接合され、上部の金属振動板１０２、１０３の一
方の側面には、センス用の圧電エレメント１０２ａ、１
０３ａが接合されている。駆動エレメント１０１ａ、１
０１ｂは、センスエレメント１０２ａ、１０３ａが、１
０５に示す方向に振動して互いに近づいたり離れたりす
るように、一対の音叉を駆動することになる。その場
合、感度を大きくするため、この音叉の共振周波数で駆
動するようになっている。

【０００３】図６は上記従来の角速度センサの回路構成
を示している。まず、駆動系は、一方の駆動エレメント
１０１ｂの出力を取り出し、その信号を入力するチャー
ジアンプ１１１、このチャージアンプ１１１の出力から
ドライブ回路１１３の利得を決定する直流信号を作り出
すＡＧＣ回路１１２、もう一方の駆動エレメント１０１
ａを駆動するドライブ回路１１３から構成されている。
また、センサ系は、２つのセンスエレメント１０２ａ、
１０３ａからの合成信号を電圧に変換するチャージアン
プ１１４、その信号を９０度シフトする９０°シフト回
路１１５、駆動系のチャージアンプ１１１の出力との間
で同期検波する同期検波回路１１６、同期検波信号から
角速度センサの出力となる信号を復調させる低域濾波回
路（ＬＰＦ）１１７からなる。

【０００４】次に、上記従来の角速度センサの動作につ
いて説明する。まず、音叉の共振周波数（一般的には１
〜２ｋＨｚ）で駆動エレメント１０１ａ、１０１ｂを駆
動するが、チャージアンプ１１１の出力にはノイズが含
まれるため、一般には共振周波数を中心とする帯域濾波
回路がチャージアンプ１１１の後に付加される。チャー
ジアンプ１１１の出力は、帯域濾波されてＡＧＣ回路１
１２に入力され、チャージアンプ１１１の出力に応じた
直流信号に変換され、ドライブ回路１１３に入力され
る。そして、この直流信号が一定の値になるようにドラ
イブ回路１１３の出力が決定され、常に一定の速度（共
振周波数×振幅）で金属振動板１０２、１０３からなる
音叉が駆動される。

【０００５】このように駆動されている音叉に、図５の
回転検出軸１０６の回りに回転力が加わると、金属振動
板１０２と１０３に逆向きのコリオリ力Ｆｃが生じ、次
式で示す力がセンスエレメント１０２ａ、１０３ａを撓
ませる方向に働き、センスエレメント１０２ａ、１０３
ａの出力が、駆動による信号を搬送波とするなら、コリ
オリ力による信号が変調波となるようにＡＭ変調され
る。駆動エレメント１０１ａ、１０１ｂの駆動による信
号に対して、センスエレメント１０２ａ、１０３ａの振
動による信号は、９０度シフトしているので、これを９
０°シフト回路１１５で９０度シフトさせることによっ
て、駆動による信号と同相にする。次に、駆動系とセン
サ系のチャージアンプ１１１と１１４の出力どうしを、
同期検波回路１１６で同期検波を行うと、コリオリ力で
生じた信号が復調され、この復調信号には駆動信号（１
〜２ｋＨｚ）のリーク分が入っているので、必要とする
１００Ｈｚ以下の信号を得るために低域濾波回路１１７
で低域濾波した後、角速度検出出力として出力される。
このように、上記従来の角速度センサでも、角速度を検
出することにより走行車両の左右方向の曲がり（ヨー）
を検出することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の角速度センサでは、一対の金属振動板からなる音叉
振動子が、厳密に温度特性も含めて共振周波数を合わせ
なければならず、生産時の共振周波数調整のためのコス
トアップや生産性の低下をもたらしていた。また、図７
に示すように非共振型であれ、共振型であれ、音叉（振
動）共振、センス共振を、２軸であるという限界のため
に合致させることができず、感度が小さく、温度ドリフ
トの増大をもたらし、角速度を高精度に検出できないと
いう問題があった。本発明は、このような従来の問題を
解決し、角速度を高精度に検出することのできる新規な
角速度検出方法およびそのシステムを提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、電磁波に共振する共振子が組み込まれた
マーカを道路に等間隔に埋設し、車両には上記電磁波を
送受信可能な複数のアンテナと回路を組み込み、走行車
両が進行方向を変えた場合、電磁波の受信レベルは、マ
ーカから受信アンテナまでの距離に反比例するから、マ
ーカ上を通過したと考えられる時の複数のアンテナの受
信レベルからマーカの横方向の距離を算出し、さらにマ
ーカ間の距離および上記横方向の距離を基に車両の変向
角θを求め、さらにマーカ間での車両の走行時間を基に
角速度を求めるようにしたものである。これにより、角
速度を高精度に検出するとともに、将来のインフラ（道
路）側への進展への対応を実現させることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、車両に設置された複数のアンテナから電磁波を走行
道路に向けて発射し、道路に一定間隔で埋設され、電磁
波に共振する共振子が組み込まれたマーカからの反射電
磁波を車両に設置された複数のアンテナで受信し、前記
複数のアンテナで受信した電磁波の受信レベルから前記
マーカからの横方向の距離を算出し、算出した横方向の
距離およびマーカ間の距離を基に車両の変向角を求め、
さらにマーカ間における車両の走行時間から角速度を算
出することを特徴とする角速度検出方法であり、走行車
両の角速度を高精度に検出できるという作用を有する。

【０００９】本発明の請求項２に記載の発明は、道路に
一定間隔で埋設され、電磁波に共振する共振子が組み込
まれたマーカと、車両に搭載されて電磁波を送受信可能
な複数のアンテナおよび角速度検出装置とを含み、前記
複数のアンテナで受信した電磁波の受信レベルから前記
マーカからの横方向の距離を算出し、算出した横方向の
距離およびマーカ間の距離を基に車両の変向角を求め、
さらにマーカ間における車両の走行時間から角速度を算
出することを特徴とする角速度検出システムであり、走
行車両の角速度を高精度に検出できるという作用を有す
る。

【００１０】本発明の請求項３に記載の発明は、角速度
検出装置が、電磁波を送受信するための手段と、受信し
た電磁波の電界レベルを検出する手段と、検出された受
信電界レベルの電圧をＡ／Ｄ変換する手段と、Ａ／Ｄ変
換された電圧値を入力して所定の演算を行う手段とを備
えた請求項２記載の角速度検出システムであり、走行車
両の角速度を簡単な回路構成で高精度に検出できるとい
う作用を有する。

【００１１】本発明の請求項４に記載の発明は、送信ア
ンテナがループアンテナであり、受信アンテナがフェラ
イトバーアンテナであり、それぞれ車両のフロントバン
パーに組み込まれていることを特徴とする請求項２また
は３記載の角速度検出システムであり、コンパクトなア
ンテナ構造で走行車両の角速度を高精度に検出できると
いう作用を有する。

【００１２】本発明の請求項５に記載の発明は、マーカ
の共振子が電池を必要としないフェライト共振子である
請求項２から４のいずれかに記載の角速度検出システム
であり、保守点検の容易なマーカを使用して走行車両の
角速度を高精度に検出できるという作用を有する。

【００１３】以下、本発明の実施の形態を図面を参照し
て説明する。 （実施の形態）図１は本発明の実施の形態におけるイン
フラ構造を示している。図１において、１は道路車線で
あり、道路の幅に応じていくつかの車線に区切られてい
る。２は道路車線１の中央に等間隔、例えば２ｍ毎に埋
設された電池を必要としないマーカであり、１００〜５
００ｋＨｚの中長波帯の電磁波に共振する共振子が組み
込まれている。３は車両であり、そのフロントバンパー
には、ループアンテナである送信アンテナ４、および両
端と中央の３ヵ所に、フェライトバーアンテナである第
１受信アンテナ５、第２受信アンテナ６、第３受信アン
テナ７が設けられている。これらアンテナの設置場所は
フロントバンパーに限定されない。

【００１４】図２（ａ）は本実施の形態における角速度
検出装置の回路構成を示している。１１は送信アンプ、
１２は１本の送信アンテナ、１３は３本の受信アンテナ
である。１４は受信アンプ、１５はミキサであり、それ
ぞれ３本の受信アンテナ１３に対応できるように３台が
設置されている。１６は３入力のＡ／Ｄ変換器、１７は
マイクロコンピュータ、１８はタイミングロジックであ
り、送信アンプ１１の送信タイミングおよびミキサ１５
の受信タイミングを制御する。

【００１５】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。マイクロコンピュータ１７の制御により、４ｍｓ間
隔、デューティ比５０％で中長波（１００〜５００ｋＨ
ｚ）の電磁波を送信アンプ１１、送信アンテナ１２から
発射する。その電磁波の包絡線を図２（ｂ）に示す。ル
ープアンテナである送信アンテナ１２から発射された中
長波の電磁波は、道路上のマーカ２に到達すると、マー
カ２に組み込まれた共振子（フェライトＬＣ共振子）が
共振し、マーカ２から電磁波が反射する。反射した電磁
波は、フェライトバーアンテナである受信アンテナ１３
に到達する。各受信アンテナで受信された電磁波は、受
信アンプ１４で増幅され、図３に示すように、ミキサ１
５で送信時のレベルをカットされ、受信レベルのみが取
り出される。この受信レベルの電圧をＡ／Ｄ変換器１６
でＡ／Ｄ変換して、マイクロコンピュータ１７に取り込
む。

【００１６】図３に示すように、各アンテナがマーカに
近づいた時のみマーカから電磁波が反射されるので、そ
の包絡線が最大になった時がマーカを通過した時と考え
られ、最大と最大との間の時間が１つのマーカから次の
マーカを通過した時間であり、距離である。また、電磁
波の受信レベルは、マーカから受信アンテナまでの距離
に反比例するので、マーカ上を通過したと考えられる時
の第１、第２、第３受信アンテナの受信レベルからマー
カの横方向の距離ｄ（ｍ）を算出することができる。次
に、図４に示すように、車両がマーカ２ａの直上を通過
してから次のマーカ２ｂの左方向ｄ（ｍ）の所を通過し
たとすれば、マーカ間の距離をＬ（ｍ）とすると、車両
の変向角θは、 θ ＝ ｔａｎ-1（ｄ／Ｌ） となる。また、マーカ間での車両の走行時間をＴとすれ
ば、角速度δθ／δｔは、 δθ／δｔ＝ θ／Ｔ となり、ｄおよびＬがｃｍ単位の精度を有するため、十
分な精度を持つ角速度を検出することができる。また、
通常の走行では、ｄがＬよりも十分小さいと考えられる
ので、次式で近似することが可能である。 θ ＝ ３６０°×（ｄ／２πＬ）

【００１７】以上のように、本実施の形態によれば、道
路車線中央に、１００〜５００ｋＨｚの中長波の電磁波
に共振し反射するＬＣ共振子内蔵のマーカを等間隔に埋
設し、車両には、中長波の電磁波を送受信可能な複数の
アンテナを組み込むことにより、車両とマーカとの横方
向の距離を検知することができ、この横方向の距離から
角速度を精度よく検出することができる。

【００１８】なお、本実施の形態におけるレーンマーカ
システムが電磁波中長波共振反射方式を採用しているの
は以下の理由による。 （１）電磁波の到達距離が他の方式に比べて長く、車載
側機器、特にアンテナの取り付け位置の自由度が高い。 （２）マーカが電池を必要としないタイプでよく、道路
側のメンテナンス等のインフラ側としても扱いやすい。 （３）中長波であるため、悪環境に強く、マーカが冠水
したり、雪に埋もれても使用可能であり、性能低下がな
い。 （４）コスト的に最も安価なシステムを構築することが
できる。

【００１９】

【発明の効果】本発明は、上記実施の形態から明らかな
ように、電磁波に共振する共振子が組み込まれたマーカ
を道路に一定間隔で埋設し、車両には、電磁波を送受信
可能な複数のアンテナおよび送受信回路を備え、複数の
アンテナで受信した電磁波の受信レベルからマーカから
の横方向の距離を検出し、検出した横方向の距離および
マーカ間の距離を基に車両の変向角を求め、さらにマー
カ間での車両の走行時間から角速度を算出するようにし
たので、走行車両の角速度を精度よく検出することがで
きる。したがって、本発明による角速度検出システムを
サスペンション制御装置に応用すれば、姿勢制御を精度
よく行え、またナビゲーション装置に応用すれば、経路
探索、目的地検索を精度よく行うことができる。さら
に、本発明におけるレーンマーカシステムを利用してＩ
ＴＳ（高度道路交通システム）における種々のシステム
を構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるインフラ側の構成
を示す概略図

【図２】（ａ）本発明の実施の形態における回路構成を
示すブロック図 （ｂ）本発明の実施の形態における送受信電磁波のタイ
ミング波形図

【図３】本実施の形態における受信電磁波のタイミング
波形図

【図４】本実施の形態における角速度算出のための説明
図

【図５】従来の角速度センサの構成を示す概略斜視図

【図６】従来の角速度センサの回路を示すブロック図

【図７】従来の角速度センサの周波数特性を示す特性図

【符号の説明】

１ 道路車線 ２ マーカ ３ 車両 ４ 送信アンテナ ５、６、７ 受信アンテナ １１ 送信アンプ １２ 送信アンテナ １３ 受信アンテナ １４ 受信アンプ １５ ミキサ １６ Ａ／Ｄ変換器 １７ マイクロコンピュータ １８ タイミングロジック

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に設置された複数のアンテナから電
   磁波を走行道路に向けて発射し、道路に一定間隔で埋設
   され、電磁波に共振する共振子が組み込まれたマーカか
   らの反射電磁波を車両に設置された複数のアンテナで受
   信し、前記複数のアンテナで受信した電磁波の受信レベ
   ルから前記マーカからの横方向の距離を算出し、算出し
   た横方向の距離およびマーカ間の距離を基に車両の変向
   角を求め、さらにマーカ間における車両の走行時間から
   角速度を算出することを特徴とする角速度検出方法。
2. 【請求項２】 道路に一定間隔で埋設され、電磁波に共
   振する共振子が組み込まれたマーカと、車両に搭載され
   て電磁波を送受信可能な複数のアンテナおよび角速度検
   出装置とを含み、前記複数のアンテナで受信した電磁波
   の受信レベルから前記マーカからの横方向の距離を算出
   し、算出した横方向の距離およびマーカ間の距離を基に
   車両の変向角を求め、さらにマーカ間における車両の走
   行時間から角速度を算出することを特徴とする角速度検
   出システム。
3. 【請求項３】 角速度検出装置が、電磁波を送受信する
   ための手段と、受信した電磁波の電界レベルを検出する
   手段と、検出された受信電界レベルの電圧をＡ／Ｄ変換
   する手段と、Ａ／Ｄ変換された電圧値を入力して所定の
   演算を行う手段とを備えた請求項２記載の角速度検出シ
   ステム。
4. 【請求項４】 送信アンテナがループアンテナであり、
   受信アンテナがフェライトバーアンテナであり、それぞ
   れ車両のフロントバンパーに組み込まれていることを特
   徴とする請求項２または３記載の角速度検出システム。
5. 【請求項５】 マーカの共振子が電池を必要としないフ
   ェライト共振子である請求項２から４のいずれかに記載
   の角速度検出システム。