JP2006279881A

JP2006279881A - 自動車用アンテナ

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Publication number: JP2006279881A
Application number: JP2005099943A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Koga; 健一古賀
Original assignee: Tokai Rika Co Ltd
Current assignee: Tokai Rika Co Ltd
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP4181141B2

Abstract

【課題】バックミラーの向きが変化してアンテナの向きが変化しても、基地局に対するアンテナの指向性を補正することができる自動車用アンテナを提供する。
【解決手段】ルームミラーに内蔵したフェーズドアレイアンテナ２１を構成する移相器２３〜２５に対し、第１指向性補正装置３０を接続する。この第１指向性補正装置３０の方位角センサ３４、第１及び第２傾斜角センサ３５，３６によって、自動車に対するルームミラーの水平方向の方位角及び上下方向の傾斜角を検出する。この検出データに基づいて、ミラーの方位角・傾斜角演算装置３７、第１〜第３位相角補正演算装置３８，３９，４０によって、前記移相器２３〜２５の位相角を補正することにより、基地局に対するアンテナの指向性を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車のバックミラーに装着された自動車用アンテナに関する。

近年、自動車用の情報機器として、例えばカーナビゲーション用のＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）アンテナあるいは、自動料金徴収システム用のアンテナ等の各種の車載アンテナが用いられている。これらのアンテナは多くの場合、車体ルーフに設置したり、インパネ上に設置したりしているが、アンテナやその配線が車体ルーフあるいはインパネ上に取り付けられているために見苦しく、施工作業の時間が長くなるという問題がある。

上記の問題を解消するため、従来、特許文献１に開示された自動車用アンテナが提案されている。この自動車用アンテナは、ルームミラーにＧＰＳアンテナ及び自動料金徴収システム用のアンテナを内蔵した構成となっている。
特開平１０−４１７１９号公報

ところが、上記従来の自動車用アンテナは、ルームミラーの向きが運転者により変更されると、アンテナの向きも同時に変化するので、アンテナから発信される電波のビーム方向も変化して地上や空中の基地局に対するアンテナの指向性が低下してしまい、そのため、基地局との電波の送受信精度が低下するという問題があり、ルームミラー内にアンテナを設置することが現実には難しいという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、自動車本体に対するバックミラーの向きが変化してアンテナの向きが変化しても、基地局に対するアンテナの指向性を補正することができる自動車用アンテナを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、自動車本体に傾動可能に装着されたバックミラーに対し、フェーズドアレイアンテナを装着するとともに、予め設定された自動車本体に対する前記バックミラーの水平方向の方位角を検出するバックミラーの方位角センサ及び自動車本体に対する前記バックミラーの上下方向の傾斜角を検出する傾斜角センサの少なくとも一つのセンサを設け、前記センサからの検出信号に基づいて、前記アンテナの複数のアンテナ素子にそれぞれ接続した各移相器の位相角をそれぞれ補正して前記アンテナの指向性を基地局に指向するように補正する第１指向性補正手段を設けたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、自動車本体には、予め設定された自動車の基準方位に対する該自動車の水平方向の方位角を検出する自動車の方位角センサ及び前記基準方位に対する自動車の上下方向の傾斜角を検出する傾斜角センサの少なくとも一方のセンサが備えられ、該センサからの検出信号が前記第１指向性補正手段に入力されるように構成されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２において、前記バックミラーの方位角センサ及び傾斜角センサは、予め設定された自動車本体に対するバックミラーの基準方位からの方位角及び傾斜角を検出するように構成されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記自動車の傾斜角センサ及びバックミラーの傾斜角センサは、３次元的に傾斜角を検出するように構成されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記フェーズドアレイアンテナは、基地局との交信によって、該基地局の位置を特定する基地局位置特定手段を備え、この基地局位置特定手段により特定された基地局の位置情報に基づいて、前記アンテナの指向性を基地局に指向するように補正する第２指向性補正手段を設けたことを要旨とする。

請求項１記載の発明は、自動車本体に対するバックミラーの方位角センサ及び傾斜角センサの少なくとも一つのセンサからの検出信号に基づいて、第１指向性補正手段により複数のアンテナ素子にそれぞれ接続した各移相器の位相をそれぞれ補正してアンテナの指向性を補正することができる。このため、バックミラーが偏向されてアンテナの向きが変化しても、基地局に対するアンテナの指向性を適正方向に補正することができる。

請求項２記載の発明は、自動車の方位角センサ又は傾斜角センサからの検出信号が前記第１指向性補正手段に入力されるので、自動車の向きが変化しても、基地局に対するアンテナの指向性を適正に補正することができる。

請求項３記載の発明は、バックミラーの方位角センサ及び傾斜角センサは、予め設定された自動車本体に対するバックミラーの基準方位からの方位角及び傾斜角を検出するので、より正確にアンテナの指向性を補正することができる。

請求項４記載の発明は、自動車の傾斜角センサ及びバックミラーの傾斜角センサは、３次元的に傾斜角を検出するので、より正確にアンテナの指向性を補正することができる。
請求項５記載の発明は、基地局位置特定手段により基地局の位置を特定して、第２指向性補正手段によりアンテナの指向性を補正することができるので、基地局に対するアンテナの指向性をより適正に補正することができる。

以下、本発明を具体化した自動車用アンテナの一実施形態を図１〜図１０に従って説明する。
図２に示すように、自動車１１の車体ルーフ１２には、球面継手を備えた傾斜角調節機構１３を介して、バックミラーとしてのルームミラー１４が３次元方向の傾動可能に装着されている。このルームミラー１４の内部には、図１に示すフェーズドアレイアンテナ２１が内蔵されている。このフェーズドアレイアンテナ２１は送受信機２２を備え、この送受信機２２には、例えば３つの移相器２３，２４，２５が接続されている。各移相器２３〜２５には、三つのアンテナ素子２６，２７，２８が接続されている。

前記フェーズドアレイアンテナ２１の移相器２３〜２４には、自動車本体に対する前記ルームミラー１４の傾斜角が運転者により偏向されていて、アンテナ２１も交信する基地局に指向した状態から偏向されている場合に、前記アンテナ素子２６〜２８のそれぞれの位相角を補正することにより、前記アンテナ２１の指向性を基地局に指向するように補正するための第１指向性補正手段としての第１指向性補正装置３０が接続されている。

上記第１指向性補正装置３０について説明すると、図１に示す自動車の方位角センサ３１は、図２に示す自動車１１の例えばフレームに設けられ、南北方向を指向する仮想の自動車の基準方位線Ｌ１に対する水平方向の方位角を自動車の方位角αとして検出するようになっている。又、図１に示す自動車の第１傾斜角センサ３２は、図３に示すように、自動車１１の前後（進行）方向に指向する仮想の水平の第１傾斜角基準線Ｌ２に対する上下方向の傾斜角を第１傾斜角βとして検出するようになっている。図１に示す自動車の第２傾斜角センサ３３は、図４に示すように、自動車１１の左右（車幅）方向に指向する仮想の水平の第２傾斜角基準線Ｌ３に対する上下方向の傾斜角を第２傾斜角γとして検出するようになっている。前記第１傾斜角センサ３２と第２傾斜角センサ３３により自動車１１の上下方向の傾斜角を３次元的に検出するようにしている。

自動車の前記方位角センサ３１及び第１及び第２傾斜角センサ３２，３３として、例えばジャイロセンサ、静電容量型加速度センサ、地磁気センサ、全地球測位システム（ＧＰＳ：グローバル・ポジショニング・システム）が用いられる。

図１に示すミラー１４の方位角センサ３４は、図５に示すように前記ルームミラー１４側に設けられ、かつ自動車１１に対するルームミラー１４の仮想の基準方位線Ｌ４に対するルームミラー１４の水平方向の方位角を自動車１１に対するルームミラー１４の方位角θとして検出するようになっている。前記基準方位線Ｌ４は、この実施形態では自動車１１の前後方向に設定されるが、左右方向又はそれ以外の任意の方向に設定されていてもよい。

図１に示すミラー１４の第１傾斜角センサ３５は、図６に示すように前記ルームミラー１４側に設けられ、かつ前記基準方位線Ｌ４に対する上下方向の傾斜角を自動車に対するルームミラー１４の第１傾斜角ηとして検出するようになっている。図１に示すミラー１４の第２傾斜角センサ３６は、図７に示すように前記ルームミラー１４側に設けられ、かつ前記基準方位線Ｌ４と直交する水平の仮想の傾斜角基準線Ｌ５に対する上下方向の傾斜角を自動車に対するルームミラー１４の第２傾斜角δとして検出するようになっている。前記第１傾斜角センサ３５と第２傾斜角センサ３６により自動車１１に対するルームミラー１４の上下方向の傾斜角を３次元的に検出するようになっている。前記方位角センサ３４、第１及び第２傾斜角センサ３５，３６として、例えばジャイロセンサあるいは静電容量型加速度センサ等が用いられる。

図１に示すように自動車用の前記方位角センサ３１、第１及び第２傾斜角センサ３２，３３と、ルームミラー１４用の方位角センサ３４、第１及び第２傾斜角センサ３５，３６とには、検出された方位角α，θ、及び傾斜角β，γ，η，δに基づいて、前記基準方位線Ｌ１、第１傾斜角基準線Ｌ２、第２傾斜角基準線Ｌ３、基準方位線Ｌ４及び傾斜角基準線Ｌ５に対するルームミラー１４の実際の方位角・傾斜角の演算を行なう方位角・傾斜角演算装置３７が接続されている。このミラーの方位角・傾斜角演算装置３７には、第１〜第３位相角補正演算装置３８，３９，４０が接続され、第１〜第３位相角補正演算装置３８〜４０によって実際の方位角・傾斜角に基づいて演算された位相角の補正値が前記移相器２３，２４，２５に入力されて、アンテナ素子２６，２７，２８の位相角をそれぞれ適正値に補正し、アンテナの指向性を補正するようになっている。

図２，３に示すように、例えば地上に設置された自動料金徴収システム（ＥＴＣ；エレクトリック・トール・コレクション）においては、路面に構築されたアーチ状の支持フレーム４１にアンテナを備えた交信相手の固定の基地局４２Ａが装着されている。図３に示すように自動車１１が基地局４２Ａの前方の交信開始位置Ｐに移動されると、前記第１指向性補正装置３０によって演算された前記位相角の補正値によって、図８（ａ）に示すフェーズドアレイアンテナ２１の電波の標準ビームＢの指向方向Ｌｂが図８（ｂ）に示すようにルームミラー１４が偏向された場合に交信相手の基地局４２Ａを指向するように指向方向Ｌｂ´に偏向される。

次に、前記フェーズドアレイアンテナ２１が前述したＥＴＣ用の基地局４２Ａと異なる図９に示す先行する自動車１１Ａの衝突防止システム用の移動基地局４２Ｂと交信して、アンテナの指向性を補正するように構成された第２指向性補正手段としての第２指向性補正装置４３について説明する。

この衝突防止システムにおいては、図９に示すように、先行する移動中の自動車１１Ａに装着された基地局４２Ｂと、後続の自動車１１Ｂに設けられたフェーズドアレイアンテナ２１とが交信を行うように構成されている。

図１に示すように、前記送受信機２２には前記自動車１１Ｂの基地局４２Ｂの位置を特定するための基地局位置特定手段としての基地局位置特定装置４４が接続されている。この基地局位置特定装置４４は、図１０に示すように、基地局４２Ｂのアンテナ素子から放射され、かつ前記アンテナ素子２６，２７，２８によって受信された各電波の位相角の差（距離差と等価）によって、基地局４２Ｂの位置を特定するようになっている。そして、図１０に示すようにフェーズドアレイアンテナ２１の基準となるビームの指向方向Ｌｂに対し移動基地局４２Ｂの位置が例えば右側方に変位している場合には、基準指向方向Ｌｂに対する移動基地局４２Ｂの偏向方向Ｌ４２と、この偏向方向Ｌ４２の変位角εが第２指向性補正装置４３によって演算される。この変位角εに基づいて前記第１〜第３位相角補正演算装置３８，３９，４０により演算された位相角の補正値に基づいて移相器２３〜２５により位相角が補正されて、アンテナの指向性が補正されるようにしている。

次に、前記のように構成された自動車用アンテナの動作について説明する。
最初に、自動車１１のルームミラー１４に装着されたフェーズドアレイアンテナ２１と交信する基地局が図２に示すように南北方向に指向する路面に構築された自動料金徴収システム用の基地局４２Ａの場合について説明する。

この場合には、所定の水平の走行路面に沿って自動車１１がほぼ同じ走行予定軌跡上を直進走行するので、走行路面が南北方向の基準方位線Ｌ１を指向しており、方位角センサ３１、第１及び第２傾斜角センサ３２，３３から出力される方位角α、第１及び第２傾斜角β，γはそれぞれ零度となって、位相角の補正に用いられることはない。一方、自動車１１に対するルームミラー１４の前記方位角θ、第１及び第２傾斜角η，δが全て零度の場合には、自動車１１が基地局４２Ａと交信を開始する位置Ｐにおいて、前記ルームミラー１４のフェーズドアレイアンテナ２１が図８（ａ）に示すように基地局４２Ａと正対し、フェーズドアレイアンテナ２１の基準となる指向方向Ｌｂが基地局４２Ａを指向するので、移相器２３〜２５の位相角の補正が行われることはない。そして、図８（ｂ）に示すように、前記フェーズドアレイアンテナ２１が本来の基準の指向方向Ｌｂから２点鎖線で示すように方位角θが例えば３０度変位している場合には、方位角センサ３４によってミラーの方位角・傾斜角演算装置３７に方位角θが３０度の信号が出力され、これに基づいて、第１〜第３位相角補正演算装置３８〜４０から移相器２３〜２５に位相角を適正値に補正する信号が出力されて、図８（ｂ）に示すように、基準指向方向Ｌｂと異なる指向方向Ｌｂ´に補正され、フェーズドアレイアンテナ２１と基地局４２Ａとの間で適正な交信が行われる。

次に、前記フェーズドアレイアンテナ２１が自動車相互の衝突防止システムに用いられる場合の動作について説明する。
このシステムにおいては、図９において先行する自動車１１Ａと後続の自動車１１Ｂの車間距離が所定値以下になった場合に、自動車１１Ｂの走行速度を減速するかあるいは自動車１１Ｂを停止させるものである。この場合においては、図９の実線で示すように自動車１１Ａ，１１Ｂが同じ水平の路面を同一の走行予定軌跡に沿って直進走行しており、かつ、自動車１１Ｂに対しフェーズドアレイアンテナ２１が基準位置に保持されている場合には、前記第１指向性補正装置３０による移相器２３〜２５の位相角の補正が行われることがない。

一方、自動車１１Ａ，１１Ｂが水平の路面を同一方向に、かつ同じ走行予定軌跡に沿って直進している状態において、ルームミラー１４が基準位置から偏向されると、自動車１１に対するフェーズドアレイアンテナ２１の方位角θ、第１及び第２傾斜角η，δの少なくともいずれか一つが変化するので、これに応じて、第１指向性補正装置３０が作動されて、フェーズドアレイアンテナ２１の指向方向Ｌｂが移動基地局４２Ｂに指向され、適正な交信が行われる。

又、上記のシステムにおいて、図９の鎖線で示すように先行する自動車１１Ａと、後続の自動車１１Ｂの走行軌跡が水平方向にずれている場合には、前述したように図１に示す第２指向性補正装置４３によって、フェーズドアレイアンテナ２１の実際の指向方向Ｌｂが移動基地局４２Ｂを指向するように補正される。

さらに、勾配が変化する路面において、図９に実線で示す先行する自動車１１Ａが水平路面を走行し、後続の自動車１１Ｂが傾斜路面を走行する場合には、第１傾斜角センサ３２によって、自動車１１Ｂの第１傾斜角βが例えば「５度」と検出され、この傾斜角に基づいて、移相器２３〜２５の位相角の補正が行われ、移動基地局４２Ｂとの間で正常な交信が行われる。

なお、先行する自動車１１Ａが南北方向に直進し、同じ走行軌跡上を走行する自動車１１Ｂが水平方向に偏向した場合には、方位角センサ３１の検出信号に基づいて、前記移相器２３〜２５の位相角が補正されて、フェーズドアレイアンテナ２１の指向性が移動基地局４２Ｂを指向するように補正され、移動基地局４２Ｂとの間で正常な交信が行われる。

ところで、前述したＥＴＣシステム及び衝突防止システムにおいては、いずれも自動車１１，１１Ａ，１１Ｂが南北方向に進行する場合に限定したものであるが、自動車の進行方位は任意の方位である。従って、図２に示す前記基準方位線Ｌ１に対する自動車１１の方位角αは刻々変化するものであって、零度になることは少ないといえる。このため、上述した使用形態では、この方位角センサ３１の機能を用いる場合は少ない。

そこで、南北方向を指向する前記基準方位線Ｌ１に代えて、図１１に示すように、交信の必要な基地局４２に対して自動車１１の複数の方位センサ５１，５２から電波を出力し、これによって、自動車１１の例えば交信開始位置Ｐにおける基地局４２に対する水平方向の方位（基地局位置特定データの取得でもある）を検出するように構成してもよい。この場合には、各種の基地局に対する自動車１１の方位角が検出されるので、ルームミラー１４のフェーズドアレイアンテナ２１の指向性の補正をより適正に行うことができる。

上記実施形態の自動車用アンテナによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、自動車１１に対するルームミラー１４の方位角センサ３４及び自動車１１に対するルームミラー１４の第１及び第２傾斜角センサ３５，３６を設け、この検出信号に基づいて、ミラーの方位角・傾斜角演算装置３７、第１〜第３位相角補正演算装置３８〜４０により、前記移相器２３〜２５の位相角を補正するようにした。このため、自動車１１に対しルームミラー１４が基準方位から偏向されても、基地局４２Ａ，４２Ｂに対するアンテナの指向性を補正して、適正な交信を行うことができる。

（２）上記実施形態では、自動車１１の方位角センサ３１、第１及び第２傾斜角センサ３２，３３を設けたので、基地局４２Ａ，４２Ｂに対する自動車１１の水平方向の方位角及び上下方向の傾斜角が変化しても、基地局４２Ａ，４２Ｂに対するアンテナの指向性を補正して、適正な交信を行うことができる。

（３）上記実施形態では、送受信機２２に対して第２指向性補正装置４３を設け、これによって、基地局４２Ａ，４２Ｂに対して自動車１１が正対していない場合にも、基地局４２Ａ，４２Ｂの位置を特定することができ、このため、基地局４２Ａ，４２Ｂに対するアンテナの指向性を適正に補正することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○図示しないが、前記ルームミラー１４の方位角センサ３４及び傾斜角センサ３５，３６を、前記傾斜角調節機構１３に近接して装着してもよい。

○図１において、前記方位角センサ３１、第１及び第２傾斜角センサ３２，３３の少なくともいずれか一つのセンサを省略してもよい。
○図１において、前記方位角センサ３１、第１及び第２傾斜角センサ３２，３３を省略すると共に、前記方位角センサ３４及び第１及び第２傾斜角センサ３５，３６の少なくともいずれか一つのセンサを省略してもよい。

○図１において、前記第２指向性補正装置４３を省略してもよい。又、この構成において、前記方位角センサ３１、第１及び第２傾斜角センサ３２，３３の少なくともいずれか一つのセンサを省略してもよい。さらに、この別例において、前記方位角センサ３４及び第１及び第２傾斜角センサ３５，３６の少なくともいずれか一つのセンサを省略してもよい。

○前記第１及び第２傾斜角センサ３２，３３を一体型のセンサとしてもよい。又、第１及び第２傾斜角センサ３５，３６を一体型のセンサとしてもよい。
○前記アンテナ素子２６〜２８を二つにしたり、四つ以上にしたりしてもよい。

○ルームミラー１４以外に自動車１１の外側に装着されたバックミラーに前記フェーズドアレイアンテナ２１を装着するようにしてもよい。
○ルームミラー１４の表面にフェーズドアレイアンテナ２１を装着するようにしてもよい。

この発明の自動車用アンテナのブロック回路図。自動車の基準方位線に対する方位角の説明図。自動車の第１傾斜角基準線に対する第１傾斜角の説明図。自動車の第２傾斜角基準線に対する第２傾斜角の説明図。ルームミラーの基準方位線に対する方位角の説明図。自動車に対するルームミラーの第１傾斜角の説明図。自動車に対するルームミラーの第２傾斜角の説明図。（ａ），（ｂ）は、フェーズドアレイアンテナの指向性を説明するための平面図。フェーズドアレイアンテナの別の使用形態を説明する平面図。図９の基地局とフェーズドアレイアンテナの関係を説明する拡大平面図。この発明の別の実施形態を示す基地局と自動車の関係を説明する平面図。

符号の説明

β，γ，η，δ…傾斜角、θ，α…方位角、Ｐ…位置、１１，１１Ａ，１１Ｂ…自動車、１２…車体ルーフ、２１…フェーズドアレイアンテナ、２３，２４，２５…移相器、２６，２７，２８…アンテナ素子、３１，３４…方位角センサ、３５，３６…傾斜角センサ、４２，４２Ａ，４２Ｂ…基地局。

Claims

自動車本体に傾動可能に装着されたバックミラーに対し、フェーズドアレイアンテナを装着するとともに、予め設定された自動車本体に対する前記バックミラーの水平方向の方位角を検出するバックミラーの方位角センサ及び自動車本体に対する前記バックミラーの上下方向の傾斜角を検出する傾斜角センサの少なくとも一つのセンサを設け、前記センサからの検出信号に基づいて、前記アンテナの複数のアンテナ素子にそれぞれ接続した各移相器の位相角をそれぞれ補正して前記アンテナの指向性を基地局に指向するように補正する第１指向性補正手段を設けたことを特徴とする自動車用アンテナ。
請求項１において、自動車本体には、予め設定された自動車の基準方位に対する該自動車の水平方向の方位角を検出する自動車の方位角センサ及び前記基準方位に対する自動車の上下方向の傾斜角を検出する傾斜角センサの少なくとも一方のセンサが備えられ、該センサからの検出信号が前記第１指向性補正手段に入力されるように構成されていることを特徴とする自動車用アンテナ。
請求項１又は２において、前記バックミラーの方位角センサ及び傾斜角センサは、予め設定された自動車本体に対するバックミラーの基準方位からの方位角及び傾斜角を検出するように構成されていることを特徴とする自動車用アンテナ。
請求項１〜３のいずれか一項において、前記自動車の傾斜角センサ及びバックミラーの傾斜角センサは、３次元的に傾斜角を検出するように構成されていることを特徴とする自動車用アンテナ。
請求項１〜４のいずれか一項において、前記フェーズドアレイアンテナは、基地局との交信によって、該基地局の位置を特定する基地局位置特定手段を備え、この基地局位置特定手段により特定された基地局の位置情報に基づいて、前記アンテナの指向性を基地局に指向するように補正する第２指向性補正手段を設けたことを特徴とする自動車用アンテナ。