JPH10154295A - 道路位置検出システム及び車載装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】道路の走行方向に磁気ネイルを布設し、この磁
気ネイルを検出することにより車両の位置を検出する場
合に、道路上の車両の絶対位置を求めること。 【解決手段】１つの車線に磁気ネイルを複数列配列し、
磁気ネイルの符号をコード化することにより、道路上の
絶対位置情報を盛り込む。

Description

【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道路上
の車両位置を検出する道路位置検出システムに関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】路上と車両との通信又は車両と車両との
通信により、車両の車線位置、走行距離、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
情報に基づいてドライバに警告したり、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
し運転装置に伝えたりし、究極的には一定の車間距離を
保ちつつ隊列走行をして渋滞を解消する自動運転システ
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、
車両の走行距離（所定の基準点からの走行距離）、車両
が道路のどの車線を走行しているか、車線を外れていな
いか、あるいは前方車両との車間距離を正確に認識する
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、走行位置や車
間距離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】また、レーザレーダを車両に搭載して、パ
ルス状のレーザビームを前方に照射し、先行車両のリフ
レクタからの反射光の伝搬時間を計測して車間距離を検
出する技術も実現されているが（青野，真保，早舷「走
行環境認識技術の動向」自動車技術Vol.48, No.9, 第５
４−５９頁, 1994）、前方を走行する車両からの反射の
他に、反対車線を走行する車両、ガードレール、道路側
壁などからも反射があるため、これらの障害物をも前方
車両と認識してしまい、誤った警告を発するという難点
がある。

【０００５】そこで、図６に示すように道路面に道路の
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、
車両の走行距離や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 5,34
7,456号、1992年５月14日ＰＣＴ国際公開ＷＯ 92/08176
号参照）。

【０００６】また、１対の導線を道路に埋め込み、電磁
誘導結合を利用して車両との信号の授受を行うシステム
も提案されている。さらに、極性が交互に変わる磁気テ
ープを道路に貼り付け、磁気テープから生ずる磁界を利
用して車両との信号の授受を行うシステムも提案されて
いる。これらの磁気ネイル、誘導線、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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記のように道路マー
カを利用する場合、自動運転システムを搭載した車両は
道路マーカを正確に検出することによって、車両の走行
位置を知る必要がある。ところが、道路マーカを検出し
て車両の走行位置を知ろうとすれば、基準となる道路マ
ーカを特定して、その道路マーカから何番目という情報
に基づいて車両の走行位置を知ることが考えられる。

【０００８】ここで、道路マーカの特定は、例えば次の
ようにして行うことが考えられる。車両は、高速道路に
入る前に通信手段、例えばビーコンから、これから高速
道路に入るという情報を受ける。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この情報を受
けてもよい。高速道路の入口と出口との間に磁気ネイル
が埋め込まれており、車両が当該入口から高速道路に入
ると、最初は特定の符号（例えばＳ極）が現れ、その後
両符号が所定のコード内容に従って現れる。この最初の
特定の符号を初めて検出した地点を出発点とする。その
後、磁気ネイルをカウントすることにより、相対座標を
知ることができる。

【０００９】前記のような方法では、前後を走行する複
数台の車両間で走行位置の情報を交換して隊列走行する
場合、いずれかの車両が基準とする道路マーカのカウン
トを間違えば、走行位置の情報に誤差が生じて安全な隊
列走行が実現できなくなってしまう。場合によっては、
大事故にもつながる。そこで、前後を走行する複数台の
車両間で走行位置の情報を交換する場合、情報の信頼性
を格段に向上させる技術が求められている。

【００１０】そこで、本発明は、道路マーカを検出する
ことにより車両の位置を正確に求めることのできる、信
頼性のある道路位置検出システムを実現することを目的
とする。また、従来では、道路マーカの符号としてＮ
極，Ｓ極等２とおりの符号しか使用されていなかったと
ころ、本発明では、多数の符号を使用することにより大
量の情報を伝達することのできる道路位置検出システム
を実現することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の道路位置検出シ
ステムは、１つの車線に道路マーカを複数列配列し、道
路マーカの符号をコード化することにより、道路上の絶
対位置を検出可能にしたものである。前記の構成によれ
ば、車両は、複数の道路マーカを検出し、そのコードを
読み取ることにより、道路上の絶対位置を知ることがで
きる。

【００１２】前記道路マーカの配列間隔は、当該道路の
制限速度に応じた長さに設定されることが好ましい（請
求項２）。前記「配列間隔」とは、具体的にいえば道路
の方向に沿って磁気ネイルの配列されているピッチのこ
とである。この場合は、高速道路ならピッチは長くし、
一般道路ならピッチは短くすることになる。高速道路な
ら車間距離を長めにとる必要があり、一般道路なら車間
距離を短めにとることができるという事実と照らし合わ
せると、車両は自己の読み取ったコードと、前方車両の
読み取ったコードの差（コード間の距離）のみに基づい
て車間距離を調整することができる。

【００１３】前記道路マーカの配列間隔は、当該道路の
車線ごとに異なった長さに設定されてもよい（請求項
３）。この場合は、車両は、ピッチを知ることにより、
どの車線を走行しているか（走行車線か、追い越し車線
か等）を知ることができる。本発明の車載装置は、請求
項１記載の道路位置検出システムに適用され、配列され
た複数の道路マーカを検出する道路マーカ検出手段と、
検出された道路マーカの符号に基づいてコードを解読
し、自己の車両の道路上の絶対位置を検出する絶対位置
検出手段とを備えるものである（請求項４）。

【００１４】この車載装置であれば、前記道路位置検出
システムにおいて自己の車両の道路上の絶対位置を検出
することができる。また、本発明の車載装置は、当該絶
対位置情報を送信するとともに、他の車両からの絶対位
置情報を受信して車間距離を調整する車間距離調整手段
をさらに備えることが好ましい（請求項５）。

【００１５】車両の道路上の絶対位置に基づけば車間距
離を正確に調整することができるからである。本発明の
道路位置検出システムは、信号放射強度が３とおり以上
異なる道路マーカを設置することにより、道路マーカの
コードを構成したものである。「信号放射強度が３とお
り以上異なる」とは、磁気ネイルや磁気テープならば磁
化の方向や強さを変えて３とおり以上の符号を実現する
ことを意味する。着色したテープならば、色彩を変えて
３とおり以上の符号を実現することを意味する。

【００１６】例えばＮ極の磁化の強さを強弱２とおり設
定し、Ｓ極の磁化の強さを強弱２とおり設定すれば、計
４つの符号を得ることができる。走行方向に埋め込んだ
道路マーカの連続するＮ個を１単位とすれば、これに基
づいて、４^N とおりのコードを得ることができる。さら
に請求項１記載のように１つの車線に道路マーカをＭ列
配列した場合は、４^MNとおりのコードを得ることができ
る。

【００１７】前記のとおり複数のコードを得ることがで
きるので、道路マーカのコードの内容を距離的に分割し
て多重化してもよい（請求項７）。こうすれば、複数種
類の情報、例えば、道路上の絶対位置情報、道路の形状
情報（この先カーブ有り等）、交通規制情報を、道路の
同じ場所に設定できる。

【００１８】

【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。 −実施形態１− 図１は、道路マーカとして車線の真中に磁気ネイルを３
列に埋め込んだ道路を低空から見た図である。

【００１９】図２は、道路上の磁気ネイルの配列を示す
平面図である。一番下の列では、Ｎ極とＳ極とが、所定
ピッチａを周期として交互に（１をＮ極、−１をＳ極と
すれば−１，１，−１，１，‥‥）配列されている。真
中の列では、磁気ネイルが所定ピッチａごとに配列され
ているが、そのＮ極とＳ極の符号変化の周期は２倍とな
っている。一番上の列では、磁気ネイルが所定ピッチａ
ごとに配列されているが、Ｎ極とＳ極の符号変化の周期
は４倍となっている。

【００２０】一番下の列を構成する符号を下位の桁とみ
なし、真中の列を構成する符号を中位の桁とみなし、一
番上の列を構成する符号を上位の桁とみなして、上中下
の各桁の符号により符号の組合せ（以下「磁気ネイルの
コード」又は「コード」という）が構成される。例え
ば、図２では、走行方向に沿って、(1,1,1),(1,1,-1),
(1,-1,1),‥‥というコードが作られている。

【００２１】前記ピッチａの値や、コードの意味内容
は、予め道路側と車載装置の側で取り決められており、
分かっているものとする。このコードの繰り返し単位
は、桁数に依存する。図２の例では、３桁のコードなの
で、繰り返し単位は、ピッチａの８倍になる（図２では
Ａで表されている）。

【００２２】本発明で、「道路上の絶対位置を検出す
る」という意味は、この長さＡの区間の中で車両がどの
位置にいるかを検出することができるという意味であ
る。したがって、距離Ａ以上離れた車両同士では、車間
距離の検出はできないが（検出しようとしてもＡの整数
倍の不確定さが残る）、この不都合は、距離Ａを適正に
とることによって、許容できる。というのは、あまり離
れた車両間では車間距離を検出する必要がないからであ
る。

【００２３】以上の考察から、距離Ａが決まる。距離Ａ
が一定という条件で位置検出の誤差を減少させようとす
れば、ピッチａを短くすればよい。それには、桁数を増
やさなければならない。桁数を増やすということは、磁
気ネイルの列数を増やすということになる。車両の幅は
車種により一定なので、磁気ネイルの列数を増大させよ
うとすれば、磁気ネイル列同士の間隔を減少させなけれ
ばならない。しかし、磁気ネイル列同士の間隔を過度に
減少させると、磁界分布が重複し、各桁ごとの符号が分
からなくなる。したがって、ピッチａを短くするにも磁
気ネイルの列数から来る制約がある。

【００２４】そこで、位置検出の精度を向上させようと
するには、むしろ、後述するように自律航法により算出
される推定位置で補間するという処理が効果的であると
考えられる。図３は、車載装置を示すブロック図であ
る。車載装置は、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自律航法により
推定位置を算出する位置推定部１４と、道路に埋め込ま
れた磁気ネイルの磁界を検出するための磁界検出部１３
と、道路に沿って埋め込まれた磁気ネイルの磁界を、磁
界検出部１３のいずれの磁気抵抗素子が検出したのかを
特定する検出素子特定部１３ｄ及び波形整形部１３ａ，
１３ｂ，１３ｃと、磁気ネイルのコードを解読し、これ
により道路上の絶対位置を示す絶対位置信号を出力する
コード解読部１９と、位置推定部１４で検出された推定
位置を前記絶対位置信号でリセットする位置決定部１６
と、マイクロ波又はミリ波により検出された車両の絶対
位置信号を他の車両に送信し、他の車両からの絶対位置
信号を受信する送受信部２０とを備えている。

【００２５】さらに詳細に説明すると、前記走行距離検
出部１１として、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
走行距離を検出するものである。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検出し、積分
することにより走行距離を検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。

【００２６】前記走行方向検出部１２には、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。

【００２７】前記磁界検出部１３は、例えばバンパーの
底部に設けられ、図４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。

【００２８】検出素子特定部１３ｄは、道路に沿って埋
め込まれた磁気ネイルの磁界を、磁界検出部１３のいず
れの磁気抵抗素子が検出したのかを特定する。この特定
は、磁気抵抗素子を順に走査し、閾値以上の出力電圧が
検出された時点でその磁気抵抗素子を特定することによ
り行う。磁気ネイルの列数と同数の磁気抵抗素子が特定
されれば、出力電圧の符号（±）を決定する。

【００２９】コード解読部１９は、この出力電圧の符号
により、磁気ネイルのコードを読み取ることができる。
そして読み取ったコードに含まれる絶対位置情報と、ピ
ッチａとに基づいて、道路上の絶対位置０，１ａ，２
ａ，３ａ，‥‥を算出する。なお、閾値以上の出力電圧
を出す磁気抵抗素子は、磁気ネイルの列数（３）と同数
あるはずであるので、もし磁気ネイルの列数に足りない
か、過剰の場合は、検出に異常があるものとみなして当
該時点での出力電圧を無効にする。

【００３０】位置推定部１４は、走行距離検出部１１か
ら出力される距離データΔＤ_n を取り込み、前回の推定
位置データＤ_n-1 に対して前記成分ΔＤ_n を加算するこ
とにより、現在の推定位置Ｄ_n を検出する。なお、推定
位置の初期位置Ｄ₀ を決める必要があるが、この初期位
置Ｄ₀ は、コード解読部１９から絶対位置信号を受け入
れた時点ごとに、その絶対位置信号が示す座標ｍａ（ｍ
は０，１，２，３，‥‥のいずれか）を初期位置Ｄ₀ と
してそれを採用すればよい。

【００３１】もし、磁気抵抗素子の取付け長さを超えて
車線を逸脱すれば、磁気ネイルの列数に応じた数の磁界
の検出ができなくなるが、この場合は、位置推定部１４
から出力される車両の推定位置Ｄ_n のみに基づいて位置
検出を続けることになる。送受信部２０は、検出された
車両の推定位置Ｄ_n に相当する信号を他の車両に送信
し、他の車両からの推定位置を示す信号を受信する。こ
のとき、車両のコード番号、速度、加速度などの情報も
やりとりする。そして、互いの車間距離を計算し、常に
一定の間隔で走行できるように、自車の自動ブレーキ操
作、自動アクセル操作などを行う。

【００３２】このとき重要なことの１つは、長さＡの区
間の中に存在する車両とのみ通信することである。長さ
Ａの区間の外にいる車両とで通信することは、前述した
ように車間距離にＡの整数倍の不確定さが出るのであま
り好ましくないからである。実際、送受信部２０の送信
電力を絞ることにより、長さＡの区間よりも遠くでは十
分なレベルで受信できないようにしている。

【００３３】以上図面を参照しながら、本発明の実施形
態１を説明したが、本発明の実施形態は前記のものに限
られるものではない。前記の実施形態では、磁気ネイル
の列数は３であったが、複数列であれば３に限定されな
い。また、一方向複数車線ある場合、磁気ネイルを布設
するときにピッチａを車線ごとに変え、車載装置でピッ
チａを検出することにより走行中の車線が分かるように
してもよい。これにより、同一車線内での隊列走行制御
をすることができる。

【００３４】また、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、図５
に示すような磁気テープを用いてもよい。磁気テープ
は、強磁性体粉末を充填したゴム製のテープであり、Ｎ
極（１）とＳ極（−１）とが交互に配列されている。ま
た、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。 −実施形態２− 次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。

【００３５】図７は、道路マーカとして磁気テープを張
った道路の平面図である。磁気テープは、道幅３．５ｍ
の道路に３本張られ、磁気テープ同士の間隔は約５０ｃ
ｍである。この磁気テープは、Ｎ極とＳ極が必ずしも交
互に現れるものではなく、Ｎ極の磁化の強さを強弱２と
おり有し、Ｓ極の磁化の強さを強弱２とおり有し、磁化
０の場合を含めて、合計５とおりの符号を持つ。Ｎ極強
を２、Ｎ極弱を１、Ｓ極強を−２、Ｓ極弱を−１と表
し、連続する３符号を１単位（フレーム）とする。これ
に基づいて、５³ とおりのコードを形成する。１フレー
ムの長さは１ｍ程度とする。

【００３６】この磁気テープを３列埋め込んでいるの
で、さらに（５³ ）³ ＝約１９５万とおりのコードを得
ることができる。このコードに、誤り検出のための工夫
（例えばパリティチェック符号）を加えてもよい。この
コードの１フレームを距離的に分割して多重化し、複数
種類の不変情報、例えば、道路上の絶対位置情報、道路
の形状情報、交通規制情報を含めるようにしている。道
路の形状情報の例として、この先にカーブがあればその
曲がる方向と曲率半径、坂があればアップダウンの区別
と勾配等があげられる。交通規制情報の例として、車線
の特定、交差点の特定、車線数の減少、規制速度の変更
等の情報があげられる。多重化の方法としては、１フレ
ームの最初のコードを初期化のためのコードとし、次の
コードをある種の情報に割り当て、次のコードを他の種
類の情報に割り当てる、といったことが考えられる。

【００３７】車載装置の磁界検出部の構成は、実施形態
１に用いたものとほぼ同じであるが、検出磁界にしきい
値を設け、Ｎ極強、Ｎ極弱、Ｓ極強、Ｓ極弱をそれぞれ
分離して検出できるようにする。したがって車載装置
で、符号を検出し、復号化し、分離すれば、埋め込まれ
た各種の情報を同時に得ることができる。

【００３８】本発明は前記の実施形態２に限られるもの
ではない。例えば、実施形態２の磁気テープの代わりに
磁化の程度の異なる磁気ネイルを用いてもよく、道路に
色の異なる３種類の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い。

【００３９】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の道路位置検
出システム又は請求項４記載の車載装置によれば、複数
の道路マーカを検出し、そのコードを読み取ることによ
り、道路上の絶対位置を知ることができるので、前後を
走行する複数台の車両間で走行位置の情報を交換すれ
ば、正確な車間距離が求まり、走行の安全を確保するこ
とができる。

【００４０】また、請求項６記載の道路位置検出システ
ムによれば、道路マーカの多数の符号を使用することに
より大量の情報を伝達することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の道路マーカとして、車線の真中に磁気
ネイルを３列に打ち込んだ道路を低空から見た図であ
る。

【図２】道路上の磁気ネイルの配列を示す平面図であ
る。

【図３】車載装置を示すブロック図である。

【図４】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５】道路上の磁気テープの配列を示す平面図であ
る。

【図６】車線の真中に磁気ネイルを１列に打ち込んだ道
路を低空から見た図である。

【図７】道路マーカとして磁気テープを３列に張った道
路の平面図である。

【符号の説明】

１ 磁気抵抗素子 ２ 抵抗素子 ３ 永久磁石 ５ 地上データ伝送装置 １１ 走行距離検出部 １２ 走行方向検出部 １３ 磁界検出部 １３ａ，１３ｂ，１３ｃ 波形整形部 １３ｄ 検出素子特定部 １４ 位置推定部 １６ 位置決定部 １９ コード解読部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】道路の走行方向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、車両の位置を検出
   する道路位置検出システムであって、 １つの車線に道路マーカを複数列配列し、道路マーカの
   符号をコード化することにより、道路上の絶対位置を検
   出可能にしたことを特徴とする道路位置検出システム。
2. 【請求項２】前記道路マーカの配列間隔は、当該道路の
   制限速度に応じた長さに設定されることを特徴とする請
   求項１記載の道路位置検出システム。
3. 【請求項３】前記道路マーカの配列間隔は、当該道路の
   車線ごとに異なった長さに設定されることを特徴とする
   請求項１記載の道路位置検出システム。
4. 【請求項４】請求項１記載の道路位置検出システムに適
   用され、 配列された複数の道路マーカを検出する道路マーカ検出
   手段と、 検出された道路マーカの符号に基づいてコードを解読
   し、自己の車両の道路上の絶対位置を検出する絶対位置
   検出手段とを備えることを特徴とする車載装置。
5. 【請求項５】当該絶対位置情報を送信するとともに、他
   の車両からの絶対位置情報を受信して車間距離を調整す
   る車間距離調整手段をさらに備えることを特徴とする請
   求項４記載の車載装置。
6. 【請求項６】道路の走行方向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、車両の位置を検出
   する道路位置検出システムであって、 信号放射強度が３とおり以上異なる道路マーカを設置す
   ることにより、道路マーカのコードを構成したことを特
   徴とする道路位置検出システム。
7. 【請求項７】道路マーカのコードの内容を距離的に分割
   して多重化したことを特徴とする請求項６記載の道路位
   置検出システム。