JP2018091071A - 携帯機位置推定システム - Google Patents

Abstract

【課題】より低コストに楕円形の検出エリアを形成可能な携帯機位置推定システムを提供する。
【解決手段】携帯機位置推定システム１００は、車両に搭載された車載システム１と、車両のユーザによって携帯される携帯機２とを備える。車載システム１と携帯機２は何れもＵＷＢ帯のインパルス信号を送受信可能に構成されている。インパルス信号を送信する車両側送信機１２と、インパルス信号を受信するための車両側受信機１３は、それぞれ車両前後方向に所定距離だけ離して配置されている。このような構成において、車両側送信機から携帯機までの距離と、携帯機から車両側受信機までの距離の和に相当する往復距離が所定のエリア形成距離以下となる範囲を検出エリアとして設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両周辺に携帯機が存在することを検出する携帯機位置推定システムに関する。

従来、車両に搭載された車載システムが、ユーザによって携帯される携帯機と無線信号を送受信することで、車載システムが車両周辺に携帯機が存在することを検出する携帯機位置推定システムが種々提案されている。

例えば特許文献１には、車載システムと携帯機とがＵＷＢ（Ultra Wide Band）通信可能に構成されており、車載システムが、ＵＷＢ通信で用いられるインパルス信号を送信してから携帯機からの応答信号を受信するまでの時間（以降、ラウンドトリップ時間）に基づいて車両に対する携帯機の距離を推定する構成が開示されている。

また、特許文献１には車載システムの構成として、車両用電子キーシステムの作動エリアをカバーするために、運転席付近と助手席付近のそれぞれに、ＵＷＢ帯のインパルス信号の送信機及び受信機を１つずつ（つまり合計２セット）配置した構成が開示されている。なお、ここでの車両用電子キーシステムとは車載システムと携帯機とが無線通信による認証処理を実施し、当該認証処理が成功したことに基づいて車載システムが車両ドアの施開錠等の車両制御を実行するシステムである。

特開２０１４−２２７６４７号公報

一般的に、インパルス信号の送信機及びインパルス信号の受信機は、それぞれ無指向性を有するように構成されるため、送信機と受信機を１セットとする送受信機は、円形状の検出エリアを形成する。そのため、仮に楕円形の検出エリアを形成するためには、複数の送受信機が必要となる。当然、送信機や受信機の数が多いほど、製造コストが増加してしまう。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、より低コストに楕円形の検出エリアを形成可能な携帯機位置推定システムを提供することにある。

その目的を達成するための本発明は、車両に搭載された車載システム（１）と、車両のユーザに携帯される携帯機（２）と、を備える携帯機位置推定システムであって、車載システムは、所定の送信指示信号が入力された場合に、超広帯域幅を有するパルス状の信号であるインパルス信号を送信する車両側送信機（１２）と、インパルス信号を受信する装置であって、インパルス信号を受信した場合に、インパルス信号を受信したことを示す通知信号を出力する車両側受信機（１３）と、車両側送信機及び車両側受信機のそれぞれと接続されてあって、車両側送信機に対して送信指示信号を出力するとともに、車両側受信機から出力される通知信号が入力される車両側制御部（１１）と、を備え、携帯機は、インパルス信号を受信する携帯機側受信機（２１）と、携帯機側受信機がインパルス信号を受信した場合に、受信したインパルス信号に対する応答信号として、インパルス信号を送信する携帯機側送信機（２３）と、を備え、車両側制御部は、通知信号の入力されたことに基づいて、携帯機から送信された応答信号としてのインパルス信号を受信したことを検出する受信検出部（Ｆ２）と、送信指示信号を出力してから、受信検出部が応答信号としてのインパルス信号を受信したことを検出するまでの時間をラウンドトリップ時間として計測するラウンドトリップタイマ（Ｆ４）と、ラウンドトリップタイマが計測したラウンドトリップ時間に基づいて、車両に対する携帯機の位置を推定する位置推定部（Ｆ５）と、を備え、車両側受信機は、車両側送信機から車両前後方向又は車幅方向に所定距離離れた位置に配置されており、位置推定部は、ラウンドトリップ時間に基づいて、車両側送信機から携帯機までの距離と携帯機から車両側受信機までの距離の和である往復距離を算出し、
往復距離に基づいて、車両側送信機と車両側受信機のそれぞれの設置位置を焦点とする楕円形の検出エリア内に携帯機が存在するか否かを判定することを特徴とする。

以上の構成では、車両側送信機と車両側受信機とが所定距離離れて配置されている。このような構成において、車両側送信機から携帯機までの距離と携帯機から車両側受信機までの距離の和である往復距離が一定となる点の軌跡は、車両側送信機と車両側受信機のそれぞれの設置位置を焦点とする楕円形となる。

そのため、往復距離が所定距離以内となる領域を検出エリアとして定義することによって、楕円形の検出エリアを形成することができる。また、上記の構成によれば、楕円形の検出エリアを形成するために必要な送信機と受信機の数は１つずつで良い。故に、上記構成によれば、より低コストに楕円形の検出エリアを形成することができる。

なお、特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

携帯機位置推定システム１００の概略的な構成を示すブロック図である。 車両側送信機１２及び車両側受信機１３の設置位置と検出エリアの関係について説明するための図である。 車両側制御部１１の構成を示すブロック図である。 受信検出部Ｆ２の作動を説明するための図である。 ラウンドトリップ時間と往復飛行時間の関係について説明するための図である。 車載システム１が携帯機２の位置を推定するために実施する処理を説明するためのフローチャートである。 比較構成における検出エリアを表した図である。 本実施形態の効果を説明するための図である。 車載システム１の変形例を示す図である。 車両側送信機１２と車両側受信機１３の設置位置の変形例を示す図である。

＜携帯機位置推定システム１００の概略的な構成について＞
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。図１は、本発明に係る携帯機位置推定システム１００の概略的な構成の一例を示す図である。図１に示すように携帯機位置推定システム１００は、車両に搭載された車載システム１と、当該車両のユーザによって携帯される通信端末である携帯機２と、を備えている。

車載システム１と携帯機２は、超広帯域（UWB ：Ultra Wide Band）通信で使用されるインパルス状の電波（以降、インパルス信号）を送受信可能に構成されている。ＵＷＢ通信で用いられるインパルス信号とは、パルス幅が極短時間（例えば２ｎｓ）であって、かつ、５００ＭＨｚ以上の帯域幅（つまり超広帯域幅）を有する信号である。

なお、ＵＷＢ通信に利用できる周波数帯（以降、ＵＷＢ帯）としては、３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚや、３．４ＧＨｚ〜４．８ＧＨｚ、７．２５ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ、２２ＧＨｚ〜２９ＧＨｚ等がある。これら種々の周波数帯のうち、本実施形態におけるＵＷＢ帯とは、一例として３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ帯を指すものとする。つまり、本実施形態におけるインパルス信号は３．１ＧＨｚ〜１０．６ＧＨｚ帯の電波を用いて実現される。なお、インパルス信号の帯域幅は、５００ＭＨｚ以上であればよく、１．５ＧＨｚ以上の帯域幅を備えていても良い。

本実施形態における携帯機２は、インパルス信号を受信した場合、応答信号としてインパルス信号を返送するように構成されている。車載システム１は、インパルス信号を送信してから、携帯機２からインパルス信号が返送されてくるまでの時間（以降、ラウンドトリップ時間）に基づいて、車両に対する携帯機の位置を推定する。以下、車載システム１及び携帯機２の具体的な構成について順に説明する。

＜携帯機２の構成について＞
まずは、携帯機２の構成及び作動について説明する。携帯機２は種々の用途に供される通信端末を援用して実現することができる。ここでは一例として、車両用電子キーシステムで利用される携帯機に下記の構成を導入することによって、本実施形態における携帯機２として機能させるものとする。

なお、車両用電子キーシステムとは、車両に搭載された車載器が、車両のユーザによって携帯される携帯機と無線通信を実施することで車両ドアの施開錠等の車両制御を実行するシステムである。車両用電子キーシステムには、周知のキーレスエントリーシステムが含まれる。また、車両用電子キーシステムには、車載器と携帯機とが無線通信による認証処理を実施し、当該認証処理が成功したことに基づいて車載器が所定の車両制御を実行するシステム（いわゆるスマートエントリーシステム）も含まれる。

携帯機２は、図１に示すように、携帯機側受信機２１、携帯機側制御部２２、及び携帯機側送信機２３を備える。携帯機側制御部２２は、携帯機側受信機２１及び携帯機側送信機２３のそれぞれと通信可能に接続されている。

携帯機側受信機２１は、ＵＷＢ帯のインパルス信号を受信するための構成である。携帯機側受信機２１は、図示しないアンテナを介して車載システム１が送信したインパルス信号を受信し、整形、増幅、周波数変換等の所定の処理を施して携帯機側制御部２２に出力する。

携帯機側制御部２２は、携帯機側受信機２１がインパルス信号を受信した場合に、携帯機側送信機２３に対して、インパルス信号の送信を指示する信号を出力する。この携帯機側制御部２２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等を備えた、コンピュータを用いて実現されればよい。なお、携帯機側制御部２２は、１つ又は複数のＩＣを用いて実現されていても良い。

携帯機側送信機２３は、インパルス信号を送信するためのアンテナを備え、携帯機側制御部２２からの指示に基づいて、インパルス信号を送信する。携帯機２がインパルス信号を受信してから応答信号としてのインパルス信号を送信するまでには所定の時間（以降、応答処理時間）がかかる。応答処理時間は、携帯機２のハードウェア構成に応じて定まる。そのため、応答処理時間の想定値は、試験等によって予め特定しておくことができる。

＜車載システム１の構成について＞
次に、車載システム１の構成について説明する。車載システム１は図１に示すように、車両側制御部１１、車両側送信機１２、及び車両側受信機１３を備える。車両側制御部１１は、車載システム１全体の動作を制御する構成であり、車両側送信機１２、及び車両側受信機１３のそれぞれと通信可能に接続されている。

車両側制御部１１は、コンピュータとして構成されている。つまり、中央演算装置としてのＣＰＵ１１１、揮発性の記憶媒体であるＲＡＭ１１２、不揮発性の記憶媒体であるＲＯＭ１１３、信号の入出力インターフェースとしてのＩ／Ｏ１１４、及びクロック信号を逐次出力するクロック発振器１１５を備える。

クロック発振器１１５は、所望の動作周波数、及び、精度を有するものを用いればよい。例えばクロック発振器１１５としては、水晶発振器や、ルビジウム発振器などを用いることができる。ＲＯＭ１１３には、通常のコンピュータを本実施形態における車両側制御部１１として機能させるためのプログラム（以降、位置推定プログラム）等が格納されている。なお、位置推定プログラムは、非遷移的実体的記録媒体（non- transitory tangible storage medium）に格納されていればよい。ＣＰＵ１１１が位置推定プログラムを実行することは、位置推定プログラムに対応する方法が実行されることに相当する。また、ＲＯＭ１１３には種々の演算用パラメータが格納されている。ＲＯＭ１１３が請求項に記載の記憶部に相当する。

車両側制御部１１が備える詳細な機能については別途後述するが、概略的には次の通りである。車両側制御部１１は、所定のタイミングで車両側送信機１２に対して、インパルス信号の送信を指示する信号（以降、トリガ信号）を出力し、車両側送信機１２にインパルス信号を送信させる。トリガ信号が請求項に記載の送信指示信号に相当する。そして、車両側制御部１１は、車両側送信機１２にトリガ信号を出力してから車両側受信機１３がインパルス信号を受信するまでの時間（つまりラウンドトリップ時間）に基づいて、車両と携帯機２との位置関係を推定する。

なお、携帯機２が車両から離れているほどインパルス信号が空間を伝搬する距離が大きくなるため、ラウンドトリップ時間も長くなる。つまり、ラウンドトリップ時間は、車両と携帯機２との距離の指標として機能する。

車両側送信機１２は、車両側制御部１１からの指示に基づいて、インパルス信号を送信する構成である。車両側送信機１２は、より細かい構成要素として、パルス発生器１２１と、インパルス信号を放射するための送信アンテナ１２２を備える。パルス発生器１２１は、トリガ信号が入力された場合に電気的なインパルス信号を生成して送信アンテナ１２２に出力する。送信アンテナ１２２は、パルス発生器１２１から入力される電気的なインパルス信号を電波に変換して放射する。つまり、送信アンテナ１２２は、ＵＷＢ帯において所定の帯域幅を有するパルス状の電波をインパルス信号として放射する。

なお、一般的にＵＷＢ帯のインパルス信号の立上り時間Ｔｒは、１ナノ秒程度である。本実施形態においても車両側送信機１２はインパルス信号の立上り時間Ｔｒが１ナノ秒となるように構成されているものとする。立上り時間Ｔｒとは、信号強度が初めて最大振幅の１０％を越えてから最大振幅の９０％を越えるまでに要する時間である。インパルス信号の立上がり時間Ｔｒは、車両側送信機１２の回路構成などのハードウェア構成に応じて定まる。インパルス信号の立上り時間Ｔｒは、シミュレーションや実試験によって特定できる。

車両側受信機１３は、インパルス信号を受信するための構成である。車両側受信機１３は、より細かい構成要素として、受信アンテナ１３１、増幅器１３２、及び周波数変換器１３３を備える。受信アンテナ１３１は、ＵＷＢ帯のインパルス信号を受信するためのアンテナである。受信アンテナ１３１は、受信信号に応じた電気信号を増幅器１３２に出力する。増幅器１３２は、受信アンテナ１３１が受信した信号（例えばインパルス信号）を増幅して周波数変換器１３３に出力する。

周波数変換器１３３は、増幅器１３２から入力された信号の周波数を、車両側制御部１１で処理可能な周波数（いわゆるベースバンド）の信号に変換して出力する。例えば、受信アンテナ１３１がＵＷＢ帯のインパルス信号を受信した場合、周波数変換器１３３は車両側制御部１１が処理可能な周波数における電気的なインパルス信号（以降、受信パルス信号）を車両側制御部１１に出力する。受信パルス信号は、車両側受信機１３がインパルス信号を受信したことを車両側制御部１１に通知する信号（つまり通知信号）に相当する。

＜車両側送信機１２と車両側受信機１３の設置位置について＞
ここで、図２を用いて、車両側送信機１２と車両側受信機１３の設置位置について説明する。図２は、車両を上方から見た図（すなわち俯瞰図）である。便宜上、図２において車体そのものの輪郭形状は破線で示している。ここでは一例として車載システム１が搭載されている車両は、前端から後端までの長さは４．５ｍであり、車幅方向の長さが２ｍの車両とする。

図２の点Ｃｎｔは、車両の中心を表している。車両の中心は、車両前端部分の車幅方向中央部と、車両後端部分の車幅方向中央部分とを結ぶ線分の中間点とする。直線Ｌｎ１は、車両前後方向に平行であって、且つ、車両の中心を通る直線（以降、車両中心線）を表している。なお、車両中心線は、車両前端部分の車幅方向中央部と、車両後端部分の車幅方向中央部分とを結ぶ線分と重なる直線である。図２の直線Ｌｎ２は、車幅方向に平行であって、且つ、車両の中心を通る直線（以降、車幅方向線）を表している。

本実施形態では一例として、車両側送信機１２を車両中心線Ｌｎ１上において中心Ｃｎｔから２ｍ車両前端側となる位置に配置し、車両側受信機１３を車両中心線Ｌｎ１上において中心Ｃｎｔから２ｍ車両後端側となる位置に配置する。つまり、車両側送信機１２と車両側受信機１３とを車両前後方向に４ｍ離して配置する。図２中のＦ１は車両側送信機１２の設置位置を、Ｆ２は車両側受信機１３の設置位置をそれぞれ表している。

このように車両側送信機１２と車両側受信機１３を車両中心線上において車両前後方向に離して配置した場合、車両側送信機１２から携帯機２までの距離（以降、往路距離）Ｄ１と、携帯機２から車両側受信機１３までの距離（以降、復路距離）Ｄ２の和（以降、往復距離）が一定となる点Ｐの軌跡は、Ｆ１、Ｆ２を焦点とする楕円形となる。往復距離は、後述する方法によってラウンドトリップ時間から推定される。

なお、図２では、往復距離が７．５ｍとなる点Ｐの軌跡を一点鎖線で表している。具体的には、往復距離が７．５ｍとなる点Ｐの軌跡は、長半径が３．７５ｍ、短半径が３．２ｍの楕円形である。一点鎖線よりも内側の領域は、往復距離が７．５ｍ以下となる領域に相当する。つまり、一点鎖線は、往復距離が７．５ｍ以内となるエリアの境界線に相当する。

このような構成において、往復距離が所定の距離以内となるエリアを検出エリアと定義することによって、検出エリアを楕円形状に設定することができる。つまり、車両側送信機１２と車両側受信機１３を車両中心線上において車両前後方向に離して配置し、かつ、検出エリアを往復距離によって定義することにより、検出エリアを車両前後方向に長い楕円形状に設定できる。なお、ここでの検出エリアとは、車載システム１が車両周辺に携帯機２が存在すると判定するエリアに相当する。以降では、検出エリアの大きさを定義する往復距離をエリア形成距離と称する。

なお、本実施形態では一例として車両側送信機１２を車両側受信機１３よりも車両前端側に配置する構成を採用しているが、これに限らない。車両側送信機１２と車両側受信機１３の位置は入れ替えてもよい。つまり、車両側受信機１３を車両側送信機１２よりも車両前端側に配置してもよい。

また、本実施形態では一例として車両側送信機１２と車両側受信機１３を車両中心線Ｌｎ１上に配置する構成を採用しているが、これに限らない。車両中心線Ｌｎ１からずれた位置に、車両前後方向に所定の間隔をおいて並べて配置してもよい。

＜車両側制御部１１の機能について＞
車両側制御部１１は、ＣＰＵ１１１がＲＯＭ１１３に保存されている位置推定プログラムを実行することによって実現される機能として、図３に示すように、送信指示部Ｆ１、受信検出部Ｆ２、直接トリップタイマＦ３、ラウンドトリップタイマＦ４、及び位置推定部Ｆ５を備える。なお、車両側制御部１１が備える種々の機能ブロックの一部又は全部は、１つ又は複数のＩＣを用いてハードウェアとして実現されていてもよい。また、種々の機能ブロックの一部又は全部は、ＣＰＵ１１１によるソフトウェアの実行とハードウェア部材を組み合わせによって実現されていても良い。

送信指示部Ｆ１は、所定のタイミングでトリガ信号を車両側送信機１２に出力する。本実施形態では一例として送信指示部Ｆ１は、所定の周期（以降、探索周期）で定期的にトリガ信号を出力するものとする。探索周期の具体的な値は適宜設計されればよく、例えば１００ミリ秒などとすればよい。もちろん、探索周期は５０ミリ秒や２００ミリ秒であってもよい。なお、探索周期を相対的に短くすれば、携帯機２の車両への接近を早期に検出する可能性を高めることができる。また、探索周期を相対的に長くすれば、インパルス信号の送信頻度を抑制できるため、消費電力を抑制できる。

受信検出部Ｆ２は、車両側受信機１３から入力される受信パルス信号に基づいて、車両側送信機１２が送信したインパルス信号を車両側受信機１３が直接受信したことや、携帯機２から返送されてきたインパルス信号を車両側受信機１３が受信したことを検出する。所定の信号の受信を検出することは、当該信号を受信したと判定することに相当する。便宜上以降では、車両側送信機１２から送信されて車両側受信機１３に直接到達したインパルス信号のことを直接波と称するとともに、携帯機２から返送されてきたインパルス信号のことを応答波と称する。

この受信検出部Ｆ２の作動については図４を用いて説明する。図４の横軸は、トリガ信号を出力してからの経過時間を表しており、破線で示すインパルス信号Ｓｇ０は、車両側送信機１２が出力するインパルス信号を概念的に表している。受信検出部Ｆ２は、トリガ信号が出力されてから最初に入力される受信パルス信号Ｓｇ１については、直接波に対応する受信パルス信号であると判定する。つまり、トリガ信号が出力されてから最初に受信パルス信号Ｓｇ１が入力された場合に、直接波を受信したと判定する。

ただし、受信検出部Ｆ２は、トリガ信号を送信した時点を起算時点として定まる反射波到来時間帯においては、受信パルス信号に基づくインパルス信号を受信したことの検出処理を実施しない。つまり、反射波到来時間帯に入力された受信パルス信号については、入力されなかったものとして取り扱う。

ここで導入する反射波到来時間帯とは、車両側送信機１２が送信したインパルス波が室内外に存在する構造物で反射されて到来することが想定される時間帯である。反射波到来時帯の開始時刻を定義する時間（以降、観測停止時間）Ｔａ、及び、反射波到来時間帯の終了時刻を定義する時間（以降、観測再開時間）Ｔｂの具体的な値は、試験等によって適宜設計されれば良い。

上記反射到来時間帯を設定することにより、例えば、トリガ信号を出力してから観測停止時間Ｔａ以上経過してから入力された受信パルス信号については、直接波に対応する受信パルス信号とは判定しない。これにより、反射波の受信を直接波の受信と誤判定する恐れを低減できる。観測停止時間Ｔａは、換言すれば、直接波を受信し得る時間の最大値に相当する。

観測停止時間Ｔａは、車両側送信機１２と車両側受信機１３の距離を電波の伝搬速度Ｃで除算した値に、車載システム１のハードウェア構成に応じて定まる所定の内部処理時間と、所定の裕度を加えた値とすればよい。なお、空気中における電波の伝搬速度Ｃは、３×１０＾８［ｍ／ｓ］である。

内部処理時間は、トリガ伝達時間や、送信処理時間、受信処理時間、及び受信信号伝達時間を足し合わせた時間である。トリガ伝達時間は、トリガ信号が車両側制御部１１から車両側送信機１２に伝達するまでに要する時間であり、送信処理時間は、車両側送信機１２での内部処理に要する時間である。送信処理時間には、インパルスの立上り時間Ｔｒも含まれる。受信処理時間は、車両側受信機１３での内部処理に要する時間であり、受信信号伝達時間は、車両側受信機１３から車両側制御部１１へ受信パルス信号が伝達するために要する時間である。

また、受信検出部Ｆ２は、トリガ信号を出力してから観測再開時間Ｔｂ以上経過した時点以降において、振幅が所定の閾値Ｐｔｈ以上の受信パルス信号Ｓｇ２が入力された場合に、応答波を受信したと判定する。閾値Ｐｔｈは、想定される受信パルス信号の最大振幅の１０％から９０％までの範囲に含まれる任意の値とすればよい。なお、受信時刻として採用する詳細な条件は適宜設計されれば良い。例えば受信パルス信号の強度が閾値Ｐｔｈを超過したタイミングを、インパルス信号の受信時点として採用すれば良い。また、受信パルス信号の強度がピークとなったタイミングを、インパルス信号の受信時点として採用してもよい。

観測再開時間Ｔｂは、応答波を受信し始めることが想定される時間に応じて決定されれば良い。例えば、観測再開時間Ｔｂは、内部処理時間に携帯機２での応答処理時間の想定値を加算した値とすれば良い。

受信検出部Ｆ２は、直接波の受信を検出した場合、その旨を直接トリップタイマＦ３に通知する。また、受信検出部Ｆ２は、応答波の受信を検出した場合に、その旨をラウンドトリップタイマＦ４に通知する。なお、受信検出部Ｆ２の機能は、車両側受信機１３が備えていても良い。

直接トリップタイマＦ３は、車両側送信機１２にトリガ信号を送信してから、受信検出部Ｆ２が直接波の受信を検出するまでの時間（以降、直接トリップ時間）を計測するタイマである。直接トリップタイマＦ３は、クロック発振器１１５から入力されるクロック信号を計数することによって、トリガ信号を送信してからの経過時間を測定する。直接トリップタイマＦ３のカウント値は、トリガ信号が送信される度に０に戻される（つまりリセットされる）。また、直接トリップタイマＦ３によるクロック信号のカウントは、受信検出部Ｆ２が直接波の受信を検出したタイミングで停止されればよい。

ラウンドトリップタイマＦ４は、車両側送信機１２にトリガ信号を送信してから、受信検出部Ｆ２が応答波の受信を検出するまでの時間（つまりラウンドトリップ時間）を計測するタイマである。ラウンドトリップタイマＦ４は、クロック発振器１１５から入力されるクロック信号を計数することによって、トリガ信号を送信してからの経過時間を測定する。ラウンドトリップタイマＦ４のカウント値は、トリガ信号が送信される度に０に戻される（つまりリセットされる）。また、ラウンドトリップタイマＦ４によるクロック信号のカウントは、受信検出部Ｆ２が応答波の受信を検出したタイミングで停止されればよい。

位置推定部Ｆ５は、直接トリップタイマＦ３が取得した直接トリップ時間と、ラウンドトリップタイマＦ４が取得したラウンドトリップ時間に基づいて、車両に対する携帯機の位置関係を推定する。

具体的には、位置推定部Ｆ５は、ラウンドトリップ時間から直接トリップ時間を差し引いた値に、携帯機２での応答処理時間の想定値を減算するとともに、車両側送信機１２から車両側受信機１３までインパルス信号が伝搬するために要する時間（以降、直接波伝搬時間）を加える。応答処理時間の想定値や直接波伝搬時間は、演算用のパラメータとしてＲＯＭ１１３に登録されているものとする。なお、直接波伝搬時間は、車両側送信機１２から車両側受信機１３までの距離を電波の伝搬速度Ｃで除算した値とすればよい。もちろん、直接波伝搬時間の具体的な値は、予め試験等によって特定してもよい。

以上のようにして算出される時間は、車両側送信機１２から携帯機２までインパルス信号が伝搬するために要した時間（以降、往路飛行時間）と、携帯機２から車両側受信機１３までインパルス信号が伝搬するために要した時間（以降、復路飛行時間）の和、つまり往復飛行時間に相当する。上記の方法によって算出される時間が往復飛行時間に相当する理由については、図５を用いて説明する。

図５はラウンドトリップ時間や、直接トリップ時間に含まれる種々の時間成分を概念的に表した図である。図５中のＴ１はトリガ伝達時間を表しており、Ｔ２は車両側送信機１２での送信処理時間を表している。Ｔ３は往路飛行時間を表しており、Ｔ４は携帯機２での応答処理時間を表している。Ｔ５は復路飛行時間を表しており、Ｔ６は車両側受信機１３での受信処理時間を表している。Ｔ７は受信信号伝達時間を表しておりＴ８は直接波伝搬時間を表している。

直接トリップ時間は、トリガ伝達時間、送信処理時間、直接波伝搬時間、受信処理時間、及び受信信号伝達時間の合計値である。そのため、直接トリップ時間をＴαとすると、Ｔα＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ８＋Ｔ６＋Ｔ７で表すことができる。一方、ラウンドトリップ時間は、トリガ伝達時間、送信処理時間、往路飛行時間、応答処理時間、復路飛行時間、受信処理時間、及び受信信号伝達時間の合計値である。そのため、ラウンドトリップ時間をＴβとすると、Ｔβ＝Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５＋Ｔ６＋Ｔ７で表すことができる。

ここで、Ｔβ−Ｔα＝Ｔ３＋Ｔ４＋Ｔ５−Ｔ８であり、右辺が備えるＴ３＋Ｔ５は、往復飛行時間に相当する。上記式を変形することによって、往復飛行時間に相当するＴ３＋Ｔ５は、Ｔβ−Ｔα−Ｔ４＋Ｔ８で表される。故に、往復飛行時間は、ラウンドトリップ時間から直接トリップ時間を減算した値から、さらに、応答処理時間を減算し、直接波伝搬時間を加えることで求めることができる。

次に、以上のようにして求めた往復飛行時間に、空気中の電波の伝搬速度Ｃを乗算することによって、往復距離を算出する。そして、往復距離が所定のエリア形成距離（例えば７．５ｍ）以下となっている場合に、携帯機２が検出エリア内に存在すると判定する。一方、往復距離がエリア形成距離よりも大きい場合には、携帯機２は検出エリア内（換言すれば車両周辺）に存在しないと判定する。

＜車載システム１の作動について＞
次に、図６に示すフローチャートを用いて、携帯機２の車両への接近を検出するために車載システム１が実施する一連の処理（以降、車両側処理）について説明する。図６に示すフローチャートは、例えば車両が駐車されている状態において、所定の探索周期で実行されればよい。なお、車載システム１が車両側処理を実行するための電力は、図示しない車載バッテリから供給されれば良い。

まず、ステップＳ１０１では車両側制御部１１が車両側送信機１２に対してトリガ信号を出力して、ステップＳ１０２に移る。ステップＳ１０２で車両側送信機１２が、ＵＷＢ帯のインパルス信号を送信してステップＳ１０３に移る。ステップＳ１０３では受信検出部Ｆ２が車両側受信機１３と協働して、直接波の受信を検出する。直接波の受信を検出するとステップＳ１０４に移る。ステップＳ１０４では直接トリップタイマＦ３が、受信検出部Ｆ２の検出結果に基づいて直接トリップ時間Ｔαを特定してステップＳ１０５に移る。

ステップＳ１０５では受信検出部Ｆ２が車両側受信機１３と協働して、応答波の受信を検出する。応答波の受信を検出するとステップＳ１０６に移る。ステップＳ１０６ではラウンドトリップタイマＦ４が、受信検出部Ｆ２の検出結果に基づいてラウンドトリップ時間Ｔβを特定してステップＳ１０６に移る。ステップＳ１０６では位置推定部Ｆ５が、上記ステップＳ１０４で取得した直接トリップ時間Ｔαと、上記ステップＳ１０５で取得したラウンドトリップ時間Ｔβと、ＲＯＭ１１３に登録されている応答処理時間の想定値と直接波伝搬時間とに基づいて、往復距離を算出する。そして、その算出した往復距離と所定のエリア形成距離とを比較して、携帯機２が検出エリア内に存在するか否か（つまり位置関係）を判定する。

＜実施形態の効果＞
以上の構成では、車両側送信機１２と車両側受信機１３を車両前後方向に離して配置し、かつ、検出エリアを往復距離によって定義することにより、検出エリアを楕円形状に設定できる。つまり、インパルス信号の送信機と受信機が１つずつであっても、検出エリアを楕円形に形成することができる。

また、エリア形成距離を７．５ｍとした場合に、算出された往復距離が６ｍである場合には、単に、検出エリア内に携帯機２が存在することが分かるだけでなく、往復距離が６ｍとなる楕円上に携帯機２が存在することまで特定することができる。

さらに、往復距離が所定距離（例えば４．５ｍ）以内となるエリアは車室内であると定義しておくことで、算出される往復距離に基づき、携帯機２が検出エリア内のうち、車室内に存在するのか、車室外に存在するのかを識別することもできる。車室内とするエリアを定義する距離（以降、室内定義距離）は、予めＲＯＭ１１３等に設定しておけばよい。

また、上記によれば、直接トリップ時間を用いてラウンドトリップ時間に含まれる往復飛行時間成分を抽出する。このような構成によれば、車載システム１が備えるトリガ伝達時間Ｔ１、送信処理時間Ｔ２、受信処理時間Ｔ６、及び受信信号伝達時間Ｔ７のばらつきを打ち消すことができるため、より精度良い往復飛行時間を特定できる。その結果、より精度良い往復距離を算出できる。

また、実施形態のさらなる効果について、比較構成を導入して説明する。ここでの比較構成とは、ＵＷＢ帯のインパルス信号を送信するための送信及び受信するための装置（送受信機）を、車両の中心に配置した構成である。便宜上、比較構成の車載システムが搭載された車両の前端から後端までの長さは、前述の実施形態と同様に、４．５ｍであり、車幅方向の長さもまた同様に２ｍであるものとする。なお、送受信機を車両の中心Ｃｎｔに配置した構成は、車両側送信機と車両側受信機とを一箇所（具体的には車両の中心）にまとめて配置した構成に相当する。

比較構成のように送受信機を車両の中心に配置し、かつ、実施形態と同様に車両側方に２．２ｍの検出エリアが形成されるように、エリア形成距離を設定した場合、図７に示すように、検出エリアは半径３．２ｍの円形状に形成される。なお、図７において一点鎖線が検出エリアの輪郭を表している。このような比較構成においては、ラウンドトリップ時間に基づいて算出した往復距離を２で除算することによって、送受信機から携帯機までの距離を特定することは可能である。しかしながら、車両は前後方向に長いボディを有するため、携帯機２が存在する位置によっては車体外縁部から携帯機２までの距離には大きな差が生じてしまう。

例えば、送受信機から携帯機までの距離が３．２ｍ（つまり検出エリアの境界線上）と特定できている場合であっても、携帯機２が車両の側方に存在する場合と、携帯機２が車両の後端部側に存在する場合とでは、車体外縁部から携帯機２までの距離は大きく異なる。具体的には、携帯機２が車両の側方に存在する場合には、車体外縁部から携帯機２までの距離は２．２ｍである一方、携帯機２が車両の後端部に存在する場合には、車体外縁部から携帯機２までの距離は０．９５ｍしかない。携帯機２が前端部側に存在する場合も同様である。すなわち、比較構成では、車体外縁部から検出エリアの境界線までの距離が、車両に対する方向によって大きく異なってしまう。

これに対し、本実施形態の構成によれば検出エリアを、車両前後方向を長軸とする楕円形に設定できる。そのため、車両に対する方向毎の、検出エリアの境界線から車体外縁部までの距離の不均一性を抑制することができる。具体的には図８に示すように、車両側面から検出エリアの境界までの距離は２．２ｍとしつつ、車両後端部から検出エリアの境界までの距離を１．５ｍに設定できる。

そして、本実施形態の構成によれば検出エリアの境界線から車体外縁部までの距離の不均一性を抑制できるため、車両側送信機１２と車両側受信機１３が１つずつであっても車体の外縁部から携帯機２までの大まかな距離を認識可能となる。

なお、上述した携帯機位置推定システム１００の推定結果は、スマートエントリーシステムや、自動駐車システムに利用することができる。スマートエントリーシステムでは、ユーザが車室内に入るためのドア付近以外に、車両後端部に設けられたトランク用のドア（以降、トランクドア）付近でも携帯機２の存在を検出できることが好ましい。トランクドア付近でも携帯機２が存在することを検出できれば、トランクドアのハンドルがユーザによってタッチされるなどの所定の条件が充足されたことに基づいて、トランクドアのロック機構をアンロックする車両制御を実行できるためである。

また、自動駐車システムでは、携帯機２が車両周辺にあることを感知しなければならない。このときの車両周辺には、車両の進行方向となる前後方向も含まれる。上述した実施形態が提供する車両前後方向を長軸方向とする楕円形の検出エリアは、そのような要求に対応するものである。つまり、上述した携帯機位置推定システム１００は、スマートエントリーシステムや自動駐車システムにおいて携帯機２が車両周辺に存在することを検出するための手段として適していると言える。

［変形例１］
上述した実施形態では、車両側送信機１２と車両側受信機１３とを車両前後方向に４ｍ離して配置する構成を開示したが、これに限らない。車両側送信機１２と車両側受信機１３との離隔は、所望の楕円形の検出エリアを形成するように設定されればよい。仮に検出エリアの長半径をａ、短半径をｂとする場合、車両側送信機１２と車両側受信機１３との間隔ｄは下記式で表すことができる。車両側送信機１２と車両側受信機１３の設置位置は、形成したい検出エリアの長半径、短半径と、下記の式に基づいて適宜設計されればよい。

ただし、車両側送信機１２と車両側受信機１３との間隔ｄは、インパルス信号の立上り時間Ｔｒに電波の伝搬速度Ｃを乗じた値（≒０．３ｍ）よりも大きい値とする必要がある。これは次の理由による。上述したように、ＵＷＢ帯のインパルス信号は、急峻に立ち上がる信号ではあるものの、１ナノ秒程度の立上がり時間Ｔｒが存在する。この立ち上り時間Ｔｒは、往復飛行時間に反映されるため、往復飛行時間には、立上り時間Ｔｒに応じた誤差が含まれる。つまり、往復飛行時間から算出される往復距離には、立上り時間Ｔｒに由来する誤差が含まれる。

仮に車両側送信機１２と車両側受信機１３との間隔ｄを、Ｔｒ×Ｃ以下の値とすると、立上り時間Ｔｒに由来する測距誤差によって、円形の検出エリアを形成した場合と略同一な検出エリアとなってしまう場合がある。つまり、測距誤差を含んだとしても検出エリアの形状を楕円形とするためには、間隔ｄ＞Ｔｒ×Ｃとする必要がある。

［変形例２］
上述した実施形態では、インパルス信号を送信する度に直接トリップ時間を計測する構成を開示したが、これに限らない。例えばイグニッション電源がオンになったタイミングなど、所定のタイミングで直接トリップ時間を一回計測したら、その計測結果を一定時間、往復距離の算出に流用してもよい。

具体的には、上述した図６のフローチャートにおいてステップＳ１０３及びＳ１０４を一回実施した場合にはその測定結果をＲＡＭ１１２等に保存しておき、次回以降においてはステップＳ１０３及びＳ１０４を省略しても良い。換言すれば、直接波の受信に要する時間（つまり、直接トリップ時間）を特定する処理と、携帯機２からの応答波の受信に要する時間（つまり、ラウンドトリップ時間）を特定する処理を、切り分けても実施してもよい。そのような構成によれば、インパルス信号を送信する毎に直接トリップ時間を計測する必要がなくなり、ＣＰＵ１１１での演算負荷を低減することができる。

［変形例３］
上述した実施形態では、直接トリップ時間を計測し、その計測結果を用いて往復飛行時間及び往復距離を算出する構成を開示したがこれに限らない。ラウンドトリップ時間に含まれる往復飛行時間以外の要素の合計時間（以降、非フライト時間）をＲＯＭ１１３等に登録しておき、測定されたラウンドトリップ時間からＲＯＭ１１３に登録されている非フライト時間を減算することで、往復飛行時間等を算出しても良い。

非フライト時間は、具体的には、トリガ伝達時間Ｔ１、送信処理時間Ｔ２、応答処理時間Ｔ４、受信処理時間Ｔ６、受信信号伝達時間Ｔ７の合計時間である。非フライト時間は、シミュレーションや試験等によって予め特定し、演算用パラメータとしてＲＯＭ１１３に格納しておけばよい。

［変形例４］
車載システム１は、スマートエントリーシステムで用いられる車載器としての機能を備えていても良い。すなわち、車載システム１は、携帯機２と無線通信による認証処理を実施し、認証処理が成功したことに基づいて車両ドアの開錠やエンジン始動などの所定の制御を実施する機能を備えていてもよい。なお、ここでの認証処理とは、携帯機２が車載システム１と対応付けられている携帯機（つまり、正規の携帯機）であることを確認する処理である。無線通信による認証処理が成立したということは、正規の携帯機２であると判定したことに相当する。

変形例４における車載システム１は、位置推定部Ｆ５によって携帯機２が検出エリア内に存在すると判定した場合に認証処理を実行するように構成されていることが好ましい。なお、携帯機２が検出エリア内に存在すると判定した場合に認証処理を実行することは、算出された往復距離が所定の閾値（ここではエリア形成距離）以下となっていることを条件に携帯機の認証を行うことに相当する。

なお、携帯機２の認証処理は、チャレンジ−レスポンス方式など周知の方式によって実施されれば良い。さらに、認証処理のための無線通信もまた周知の方式によって実施されれば良い。例えば認証処理のための無線通信は、ＬＦ（Low Frequency）帯の電波とＵＨＦ（Ultra High Frequency）帯の電波を用いて実施されればよい。ＬＦ帯とは例えば２０ｋＨｚから２００ｋＨｚの周波数帯であり、ＵＨＦ帯とは例えば３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの周波数帯である。

また、車載システム１と携帯機２とは、ＵＷＢ帯のインパルス信号を用いた、いわゆるＵＷＢ−ＩＲ（Ultra Wide Band - Impulse Radio）方式の無線通信を実施可能に構成されていてもよい。ＵＷＢ−ＩＲ通信の変調方式としては、例えば、インパルス信号の存在／欠如によって情報を送信するオンオフ変調（ＯＯＫ：On Off Keying）方式などがある。車載システム１と携帯機２とは、周知の変調方式を用いてＵＷＢ通信を実施すれば良い。

そのような構成によれば、車載システム１と携帯機２とは、ＵＷＢ帯のインパルス信号を送受信することで、携帯機２の認証処理を実施することができる。これにより、車載システム１と携帯機２とが、認証処理のためにＬＦ帯やＵＨＦ帯の信号を送受信する必要がない。故に、車載システム１と携帯機２とがＵＨＦ帯の電波を送信／受信する構成、ＬＦ帯の電波を送信／受信する構成を省略できる。

［変形例５］
以上では車両側送信機１２と車両側受信機１３とを１つずつ車両に搭載した構成を開示したがこれに限らない。図９に示すように、車両側送信機１２と車両側受信機１３を２つずつ備えていても良い。なお、図９に示す車両側送信機１２Ａ、１２Ｂが車両側送信機１２に相当する。また、車両側受信機１３Ａ、１３Ｂが車両側受信機１３に相当する。

なお、図９に示す一点鎖線は、車両側送信機１２Ａと車両側受信機１３Ａの組み合わせによって形成される検出エリアの輪郭を表しており、二点鎖線は車両側送信機１２Ｂと車両側受信機１３Ｂの組み合わせによって形成される検出エリアの輪郭を表している。車両前後方向に所定距離だけ離して配置した１つの車両側送信機１２と１つの車両側受信機１３を１組とするセットを車幅方向に並べて配置することで、車両前後方向を長手方向とする楕円形の検出エリアが車幅方向に２つ並ぶように形成できる。仮に図９に示すように、車両中央部分ではそれぞれの検出エリアが重なり、車両側方においては検出エリアが重ならないように、それぞれの検出エリアを設定することによって、携帯機２の位置をより細かく特定できるようになる。

［変形例６］
以上では、車両側送信機１２と車両側受信機１３を車両前後方向に並べて配置する構成を開示したがこれに限らない。図１０に示すように、所定の間隔ｄをおいて車幅方向に並ぶように配置しても良い。そのような構成によれば、図１０の一点鎖線で示すように、車幅方向を長手方向とする楕円形の検出エリアを設定することができる。間隔ｄは、前述の通り、インパルス信号の立上り時間Ｔｒに電波の伝搬速度Ｃを乗じた値よりも大きい範囲において、所望の検出エリアが形成されるように適宜設計されれば良い。

［変形例７］
上述した実施形態では、車両側制御部１１と車両側送信機１２との通信、及び、車両側制御部１１と車両側受信機１３との通信を、ＵＷＢ帯よりも相対的に低い周波数の信号を用いて実施する構成を開示したがこれに限らない。車両側制御部１１と車両側送信機１２との通信、及び、車両側制御部１１と車両側受信機１３との通信をＵＷＢ帯の信号で実施してもよい。

１００ 携帯機位置推定システム、１ 車載システム、２ 携帯機、１１ 車両側制御部、１２ 車両側送信機、１３ 車両側受信機、２１ 携帯機側受信機、２２ 携帯機側制御部、２３ 携帯機側送信機、１１１ ＣＰＵ、１１２ ＲＡＭ、１１３ ＲＯＭ（記憶部）、１１４ Ｉ／Ｏ、１１５ クロック発振器、１２１ パルス発生器、１２２ 送信アンテナ、１３１ 受信アンテナ、１３２ 増幅器、１３３ 周波数変換器、Ｆ１ 送信指示部、Ｆ２ 受信検出部、Ｆ３ 直接トリップタイマ、Ｆ４ ラウンドトリップタイマ、Ｆ５ 位置推定部

Claims (7)

1. 車両に搭載された車載システム（１）と、前記車両のユーザに携帯される携帯機（２）と、を備える携帯機位置推定システムであって、
   前記車載システムは、
   所定の送信指示信号が入力された場合に、超広帯域幅を有するパルス状の信号であるインパルス信号を送信する車両側送信機（１２）と、
   前記インパルス信号を受信する装置であって、前記インパルス信号を受信した場合に、前記インパルス信号を受信したことを示す通知信号を出力する車両側受信機（１３）と、
   前記車両側送信機及び前記車両側受信機のそれぞれと接続されてあって、前記車両側送信機に対して前記送信指示信号を出力するとともに、前記車両側受信機から出力される前記通知信号が入力される車両側制御部（１１）と、を備え、
   前記携帯機は、
   前記インパルス信号を受信する携帯機側受信機（２１）と、
   前記携帯機側受信機が前記インパルス信号を受信した場合に、受信した前記インパルス信号に対する応答信号として、前記インパルス信号を送信する携帯機側送信機（２３）と、を備え、
   前記車両側制御部は、
   前記通知信号の入力されたことに基づいて、前記携帯機から送信された前記応答信号としての前記インパルス信号を受信したことを検出する受信検出部（Ｆ２）と、
   前記送信指示信号を出力してから、前記受信検出部が前記応答信号としての前記インパルス信号を受信したことを検出するまでの時間をラウンドトリップ時間として計測するラウンドトリップタイマ（Ｆ４）と、
   前記ラウンドトリップタイマが計測した前記ラウンドトリップ時間に基づいて、前記車両に対する前記携帯機の位置を推定する位置推定部（Ｆ５）と、を備え、
   前記車両側受信機は、前記車両側送信機から車両前後方向又は車幅方向に所定距離離れた位置に配置されており、
   前記位置推定部は、
   前記ラウンドトリップ時間に基づいて、前記車両側送信機から前記携帯機までの距離と前記携帯機から前記車両側受信機までの距離の和である往復距離を算出し、
   前記往復距離に基づいて、前記車両側送信機と前記車両側受信機のそれぞれの設置位置を焦点とする楕円形の検出エリア内に前記携帯機が存在するか否かを判定することを特徴とする携帯機位置推定システム。
2. 請求項１において、
   前記車両側送信機と前記車両側受信機との間隔は、前記インパルス信号が立ち上がるために要する時間である立上り時間に、空気中における電波の伝搬速度を乗じた値よりも大きい値に設定されていることを特徴とする携帯機位置推定システム。
3. 請求項１又は２において、
   前記車両側送信機と前記車両側受信機は、前記車両の中心線上に所定の間隔をおいて並ぶように配置されていることを特徴とする携帯機位置推定システム。
4. 請求項１又は２において、
   前記車両側送信機と前記車両側受信機は、所定の間隔をおいて車幅方向に並ぶように配置されていることを特徴とする携帯機位置推定システム。
5. 請求項１から４の何れか１項において、
   前記受信検出部は、前記通知信号が入力されたタイミングに基づいて、前記車両側送信機が送信した前記インパルス信号を前記車両側受信機が直接受信したことを検出し、
   前記送信指示信号を出力してから、前記受信検出部が前記車両側送信機から送信された前記インパルス信号を前記車両側受信機が直接受信したことを検出するまでの時間を、直接トリップ時間として計測する直接トリップタイマ（Ｆ３）と、
   前記位置推定部が前記往復距離を算出するために用いる演算用パラメータが登録されている記憶部（１１３）と、を備え、
   前記記憶部には前記演算用パラメータとして、
   前記携帯機が、前記車両側送信機から送信された前記インパルス信号を受信してから、前記応答信号としての前記インパルス信号を送信するまでに要する時間の想定値である応答処理時間と、
   前記車両側送信機から送信された前記インパルス信号が前記車両側受信機まで伝搬するために要する時間である直接波伝搬時間と、が登録されており、
   前記位置推定部は、
   前記ラウンドトリップタイマが計測した前記ラウンドトリップ時間と、前記直接トリップタイマが計測した前記直接トリップ時間の差に、前記記憶部に登録されている前記直接波伝搬時間を加算するとともに、前記応答処理時間を減算することによって往復飛行時間を特定し、
   前記往復飛行時間に前記インパルス信号の伝搬速度を乗じることによって前記往復距離を算出することを特徴とする携帯機位置推定システム。
6. 請求項１から５の何れか１項において、
   前記車載システムは、前記車載システムと前記携帯機との間での無線通信による認証処理が成功したことに基づいて前記車両に対して所定の制御を実施するものであって、
   前記車載システムは、前記位置推定部が測定した前記往復距離が所定の閾値以下であることを条件に前記携帯機の認証を行う携帯機位置推定システム。
7. 請求項６において、
   前記車載システムと前記携帯機は、前記インパルス信号を用いた方式の無線通信であるＵＷＢ通信を実施可能に構成されており、
   前記車載システムと前記携帯機との認証処理は、前記ＵＷＢ通信を用いて実施されることを特徴とする携帯機位置推定システム。

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