JP2019120645A - 車両情報検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の位置や速度を精度良く検出する。【解決手段】車両情報検出装置は、車両（１０）が走行する道路に敷設された複数の検出コイル（ＣＳ）と、複数の検出コイルの電圧に関する情報を取得する取得手段（１１０）と、複数の検出コイルの電圧に関する情報に基づいて、車両の位置及び速度の少なくとも一方を推定する推定手段（１２０）とを備える。複数の検出コイルは、車両が複数の検出コイルの上を通過する際に、車両に設けられたコイル（ＣＲ）と複数の検出コイルのうち２以上のコイルとが重なるように、車両の進行方向に対して交わる方向に並んで配置されており、推定部は、車両に設けられたコイルと、複数の検出コイルのうちいずれのコイルとが重なっているかを判定することで、車両の位置及び速度の少なくとも一方を推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に関する情報を検出する車両情報検出装置の技術分野に関する。

軌道に沿って敷設されたコイルを用いて、車両に非接触給電を行う技術が知られている。このような技術では、適切なタイミングで給電を行うために、車両の位置（具体的には、敷設された送電コイルと、車両に設けられた受電コイルとの相対的な位置）や速度を検出することが要求される。例えば特許文献１では、コイルと車両との間に発生している磁界強度に基づいて、車両の軌道からの横ずれ量を検出するという技術が開示されている。特許文献２では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の磁界の強さを検出する２つの磁気センサを用いて、車両の速度を測定する技術が開示されている。

特開２０１５−２２４００７号公報 特開２００９−０５３０５６号公報

上述した特許文献１及び２に記載されている技術には、車両の位置や速度の検出精度を向上させるという点において改善の余地がある。

本発明は、例えば上記問題点に鑑みてなされたものであり、車両の位置や速度を精度良く検出することが可能な車両情報検出装置を提供することを課題とする。

本発明に係る車両情報検出装置の一態様では、車両が走行する道路に敷設された複数の検出コイルと、前記複数の検出コイルの電圧に関する情報を取得する取得手段と、前記複数の検出コイルの電圧に関する情報に基づいて、前記車両の位置及び速度の少なくとも一方を推定する推定手段とを備え、前記複数の検出コイルは、前記車両が前記複数の検出コイルの上を通過する際に、前記車両に設けられたコイルと前記複数の検出コイルのうち２以上のコイルとが重なるように、前記車両の進行方向に対して交わる方向に並んで配置されており、前記推定部は、前記車両に設けられたコイルと、前記複数の検出コイルのうちいずれのコイルとが重なっているかを判定することで、前記車両の位置及び速度の少なくとも一方を推定する。

非接触給電システムの構成を示す概略図である。 第１実施形態に係る複数の検出コイルの構成を示す平面図である。 車両に搭載される受電コイルの構成を示す平面図である。 第１実施形態に係る検出コイル及び位置・速度検出部の構成を示すブロック図である。 第１実施形態に係る複数の検出コイルと受電コイルとの重なりを示す平面図である。 第１実施形態に係る複数の検出コイルにおいて検出される電圧の変化を示すタイムチャートである。 結合係数の分布の一例を示す３次元グラフである。 第２実施形態に係る複数の検出コイルと受電コイルとの重なりを示す平面図である。

以下、図面を参照して車両情報検出装置の実施形態について説明する。

＜非接触給電システム＞
まず、車両に電力を供給する非接触給電システムの構成と、非接触給電システムにおいて起こり得る問題点について、図１を参照して説明する。図１は、非接触給電システムの構成を示す概略図である。

図１に示すように、非接触給電システムでは、車両１０に設けられた受電コイルＣ_Ｒと、道路に敷設された複数の送電コイルＣ_Ｔとの間で電力が授受される。具体的には、高速で移動する車両１０の通過に合わせて、送電コイルＣ_Ｔから、受電コイルＣ_Ｒに対して電力が送電されることで、車両１０への給電が実現される。

このような非接触給電システムでは、効率的な給電を行うために、車両の位置や速度を正確に検出できることが好ましい。しかしながら、車両１０は、常に送電コイルＣ_Ｔに対して同じ位置を通過するとは限らないし、その速度もドライバの操作によって変動する。よって、車両の位置や速度を正確に検出することは決して容易なことではない。

本実施形態に係る車両情報検出装置は、上述した問題点を解消するために、複数の検出コイルを利用して、車両の位置及び速度を検出可能に構成されている。

＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る車両情報検出装置について、図１から図７を参照して説明する。

＜コイルの配置構成＞
まず、第１実施形態に係る車両情報検出装置におけるコイルの配置構成について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、第１実施形態に係る複数の検出コイルの構成を示す平面図である。図３は、車両に搭載される受電コイルの構成を示す平面図である。

図２に示すように、第１実施形態に係る車両情報検出装置は、複数の送電コイルＣ_Ｔ（Ｌ（ｍ）×Ｌ（ｍ））とは別に、複数の検出コイルＣ_Ｓを備えて構成されている。検出コイルＣ_Ｓは、送電コイルＣ_ＴからＭ（ｍ）離れた位置に配置されている。また、検出コイルＣ_Ｓは、車両１０の進行方向と交わる方向（言い換えれば、車幅方向）に並ぶように配置されている。

複数の検出コイルＣ_Ｓは、その長さ（即ち、車両１０の進行方向に沿った大きさ）が互いに異なるものとして構成されている。具体的には、最も長い検出コイルＣ_Ｓ２、Ｃ_Ｓ８、及びＣ_Ｓ１３の長さをＯ（ｍ）とすると、２番目に長い検出コイルＣ_Ｓ２、Ｃ_Ｓ４、Ｃ_Ｓ７、Ｃ_Ｓ９、Ｃ_Ｓ１２、及びＣ_Ｓ１４の長さがＯ／２（ｍ）、最も短い検出コイルＣ_Ｓ１、Ｃ_Ｓ５、Ｃ_Ｓ６、Ｃ_Ｓ１０、Ｃ_Ｓ１１、及びＣ_Ｓ１５の長さがＯ／４（ｍ）となるように構成されている。なお、複数の検出コイルＣ_Ｓの幅（即ち、車幅方向に沿った大きさ）は、それぞれＮ（ｍ）とされている。

図３に示すように、車両１０に設けられる受電コイルＣ_Ｒは、幅がＡ（ｍ）、長さがＢ（ｍ）となるように構成されている。受電コイルＣ_Ｒの幅Ａは、検出コイルＣ_Ｓの幅Ｎより大きくなるように設定されている。このため、車両１０が、検出コイルＣ_Ｓの上を通過する際には、受電コイルＣ_Ｒが複数の検出コイルＣ_Ｓと重なることになる（例えば、図２ではＣ_Ｓ９からＣ_Ｓ１４に重なっている）。また、受電コイルＣ_Ｒの長さＢと検出コイルＣ_Ｓの長さＯとの間には、Ｂ＜Ｏ／４の関係が成立するように設定されている。

＜位置・速度検出部の構成＞
次に、上述した検出コイルＣ_Ｓを用いて車両１０の位置及び速度を検出する位置・速度検出部の構成について、図４を参照して説明する。図４は、第１実施形態に係る検出コイル及び位置・速度検出部の構成を示すブロック図である。

図４に示すように、検出コイルＣ_Ｓは、交流電源５０に接続されている。また、検出コイルＣ_Ｓと交流電源５０との間には、検出用抵抗Ｒ_Ｓが設けられている。検出用抵抗Ｒ_Ｓに印加される電圧Ｖ_Ｓは、位置・速度検出部１００による車両１０の位置及び速度を検出する動作に利用される。

位置・速度検出部１００は、その機能を実現する処理ブロックとして、取得部１１０及び推定部１２０を備えている。

取得部１１０は、後述する付記における「取得手段」の一具体例であり、検出用抵抗Ｒ_Ｓに印加される電圧Ｖ_Ｓの値を取得する。取得部１１０で取得された電圧Ｖ_Ｓに関する情報は、推定部１２０に出力される構成となっている。

推定部１２０は、後述する付記における「推定手段」の一具体例であり、取得部１１０で取得された電圧Ｖ_Ｓに関する情報に基づいて、車両１０の位置及び速度を推定する。推定部１２０において推定された位置情報（即ち、車両１０の位置を示す情報）及び速度情報（即ち、車両１０の速度を示す情報）は、非接触給電システムにおける送電コイルＣ_Ｔ及び受電コイルＣ_Ｒ間の電力授受に用いられる。具体的には、例えば送電コイルＣ_Ｔの駆動タイミングや駆動周波数を決定するために用いられる。

＜位置・速度検出動作＞
次に、第１実施形態に係る車両情報検出装置による位置・速度検出動作（即ち、車両１０の位置及び速度を検出する動作）について、図５を参照して説明する。図５は、第１実施形態に係る複数の検出コイルと受電コイルとの重なりを示す平面図である。

図５に示すように、車両１０が、検出コイルＣ_Ｓが敷設された位置に向けて、速度Ｖで走行しているものとする。この場合、車両１０が検出コイルＣ_Ｓの敷設された位置に到達すると、受電コイルＣ_Ｒと検出コイルＣ_Ｓとが重なり合う面積が拡大し、その結果として、各検出コイルＣ_Ｓにおける電圧Ｖ_Ｓが低下する。この時、受電コイルＣ_Ｒは、長い検出コイルＣ_Ｓと早く重なり合うことになるため、より長い検出コイルＣ_Ｓであるほど、早いタイミングで電圧Ｖ_Ｓが低下する。

以下では、受電コイルＣ_Ｒと重なり合う複数の検出コイルＣ_Ｓ３からＣ_Ｓ７の電圧Ｖ_Ｓ３からＶ_Ｓ７の変動について、図６を参照して具体的に説明する。図６は、第１実施形態に係る複数の検出コイルにおいて検出される電圧の変化を示すタイムチャートである。

図６に示すように、車両１０が検出コイルＣ_Ｓに近づくと、最初に最も長い検出コイルＣ_Ｓ３（長さＯ（ｍ））と受電コイルＣ_Ｒとが重なり合うことになる。このため、まずは検出コイルＣ_Ｓ３の電圧Ｖ_Ｓ３が低下する。続いて、２番目に長い検出コイルＣ_Ｓ４及びＣ_Ｓ７（長さＯ／２（ｍ））と受電コイルＣ_Ｒとが重なり合うことになる。このため、検出コイルＣ_Ｓ４及びＣ_Ｓ７の電圧Ｖ_Ｓ４及びＶ_Ｓ７が低下する。最後に、最も短い検出コイルＣ_Ｓ６及びＣ_Ｓ６（長さＯ／４（ｍ））と受電コイルＣ_Ｒとが重なり合うことになる。このため、検出コイルＣ_Ｓ５及びＣ_Ｓ６の電圧Ｖ_Ｓ５及びＶ_Ｓ６が低下する。

なお、受電コイルＣ_Ｒと重なり合う複数の検出コイルＣ_Ｓのうち、両端に位置する検出コイルＣ_Ｓ３及びＣ_Ｓ７については、受電コイルＣ_Ｒと重なり合う領域が一部のみとなる。即ち、両端に位置する検出コイルＣ_Ｓ３及びＣ_Ｓ７については、両端以外に位置する検出コイルＣ_Ｓ４からＣ_Ｓ６と比べると、受電コイルＣ_Ｒと重なる領域が小さい。よって、両端に位置する検出コイルＣ_Ｓ３及びＣ_Ｓ７の電圧Ｖ_Ｓ４及びＶ_Ｓ７は、両端以外に位置する検出コイルＣ_Ｓ４からＣ_Ｓ６の電圧Ｖ_Ｓ４からＶ_Ｓ６と比べると、低下幅が小さくなる。具体的には、両端以外に位置する検出コイルＣ_Ｓ４からＣ_Ｓ６の電圧Ｖ_Ｓ４からＶ_Ｓ６は、いずれもＶ_Ｃ低下する。一方で、両端に位置する検出コイルＣ_Ｓ３及びＣ_Ｓ７の電圧Ｖ_Ｓ４及びＶ_Ｓ７は、それぞれＶ_Ａ又はＶ_Ｂしか低下しない。なお、Ｖ_Ａ及びＶ_Ｂは、検出コイルＣ_Ｓと受電コイルＣ_Ｒとが重なり合う領域の大きさによって変動する。

上述した変動するＶ_Ｓを用いれば、車両１０の位置及び速度を推定することができる。具体的には、車速Ｖは、下記数式（１）を利用して算出することができる。
Ｖ＝１０００×Ｏ／２ｔ_Ｏ／２ ・・・（１）
なお、ｔ_Ｏ／２は、車両がＯ／２（ｍ）進むために要した時間（即ち、Ｖ_Ｓ３が低下するタイミングと、Ｖ_Ｓ４及びＶ_Ｓ７が低下するタイミングとの差）である。

車両の位置ａ（即ち、複数の検出コイルＣ_Ｓの端部から車両１０の端部までの距離：図２参照）は、車両１０に設けられた受電コイルＣ_Ｒと重なり合う検出コイルＣ_Ｓのうち、両端に位置する検出コイルＣ_Ｓ３及びＣ_Ｓ７の電圧低下幅Ｖ_Ａ及びＶ_Ｂと、両端以外に位置する検出コイルＣ_Ｓ４からＣ_Ｓ６の電圧低下幅Ｖ_Ｓ４からＶ_Ｓ６との比率から算出できる。具体的には、車両の位置ａは、下記数式（２）を利用して算出することができる。
ａ＝ｘ×Ｎ＋（１−Ｖ_Ａ／Ｖ_Ｂ）×Ｎ ・・・（２）
なお、ｘは、複数の位置検出コイルＣ_Ｓのうち電圧低下がない（言い換えれば、受電コイルＣ_Ｒと重なり合わない）コイルの番号を示す数値である。例えば、図５の例ではｘ＝２となる。

＜送電コイルの動作＞
次に、上述したように車両の位置及び速度を検出した後の送電コイルＣ_Ｔの動作について、図７を参照して説明する。図７は、結合係数の分布の一例を示す３次元グラフである。

車両１０が検出コイルＣ_Ｓを通過してから（より具体的には、受電コイルＣ_Ｒが検出コイルＣ_Ｓの終端を越えてから）、送電コイルＣ_Ｔに到達するまでの時間ＴＭは、下記数式（３）を利用して算出できる。
Ｔ_Ｍ＝Ｍ／Ｖ ・・・（３）

よって、車両１０が検出コイルＣ_Ｓを通過してからＴ_Ｍ後に送電コイルＣ_Ｔを駆動開始すれば、好適に給電を行うことができる。ただし、図２のように、複数の送電コイルＣ_Ｔが車両１０の進行方向に沿って並んでいる場合には、各送電コイルＣ_Ｔの位置を考慮してＴ_Ｍを算出する。なお、Ｔ_Ｍは、上記数式（３）で算出された値に対して、送電コイルＣ_Ｔのディレイ時間ｄを加算した値であってもよい。

送電コイルＣ_Ｔの駆動周波数ｆ_Ｓは、予め送電コイルＣ_Ｔと受電コイルＣ_Ｒの位置関係に応じて測定しておいた結合係数ｋを用いて算出できる。具体的には、駆動周波数ｆ_Ｓは、下記数式（４）を利用して算出することができる
ｆ_Ｓ＝１／（２π｛（１−ｋ^２）Ｌ_２Ｃ_２｝^−２）＋ｆ_ａ・・・（４）
なお、ｆ_ａは所定の調整値である。

図７に示すように、結合係数ｋは、送電コイルＣ_Ｔと受電コイルＣ_Ｒの中心間の距離に応じて変動する。このため、上述したように、結合係数ｋに応じて変化する駆動周波数ｆ_Ｓで送電コイルＣ_Ｔを駆動すれば、電力伝送効率を効果的に高めることが可能である。

＜技術的効果＞
次に、第１実施形態に係る車両情報検出装置によって得られる技術的効果について説明する。

図２から図７を参照して説明したように、第１実施形態に係る車両情報検出装置によれば、複数の検出コイルＣ_Ｓを利用することで、車両１０の位置及び速度を精度良く検出することができる。このようにして検出した車両１０の位置及び速度に関する情報を利用すれば、車両１０に対する非接触給電を効率的に実行することが可能となる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る車両情報検出装置について、図８を参照して説明する。図８は、第２実施形態に係る複数の検出コイルと受電コイルとの重なりを示す平面図である。

なお、第２実施形態は、上述した第１実施形態と比べて一部の構成が異なるのみであり、その他の部分については概ね同様である。このため、以下では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、重複する部分については適宜説明を省略するものとする。

図８に示すように、第２実施形態に係る検出コイルＣ_Ｓは互いに同じ長さのコイルとして構成されている。このように構成した場合、第１実施形態のように各検出コイルＣ_Ｓの電圧Ｖ_Ｓの低下するタイミングに差が生じない。即ち、第２実施形態に係る複数の検出コイルＣ_Ｓの電圧Ｖ_Ｓは概ね同じタイミングで低下する。

しかしながら、第２実施形態に係る検出コイルＣ_Ｓにおいても、電圧Ｖ_Ｓが低下する検出コイルＣ_Ｓを検出して、車両１０がどの位置を走行しているかを検出することができる。よって、車両の位置を精度よく検出することができる。また、このようにして検出した正確な位置情報を利用すれば、車両の速度を推定する際の精度も向上する。

＜付記＞
以上説明した実施形態から導き出される発明の各種態様を以下に説明する。

（付記１）
付記１に記載の車両情報検出装置は、車両が走行する道路に敷設された複数の検出コイルと、前記複数の検出コイルの電圧に関する情報を取得する取得手段と、前記複数の検出コイルの電圧に関する情報に基づいて、前記車両の位置及び速度の少なくとも一方を推定する推定手段とを備え、前記複数の検出コイルは、前記車両が前記複数の検出コイルの上を通過する際に、前記車両に設けられたコイルと前記複数の検出コイルのうち２以上のコイルとが重なるように、前記車両の進行方向に対して交わる方向に並んで配置されており、前記推定部は、前記車両に設けられたコイルと、前記複数の検出コイルのうちいずれのコイルとが重なっているかを判定することで、前記車両の位置及び速度の少なくとも一方を推定する。

付記１に記載の車両情報検出装置によれば、車両に設けられたコイルと、道路に敷設された複数の検出コイルのうちいずれのコイルが重なっているかを判定することで、車両の位置及び速度の少なくとも一方が推定される。よって、例えば単一のコイルを利用して車両の位置や速度を推定する場合と比較して、推定精度（言い換えれば、検出精度）を高めることができる。

本態様では特に、複数の検出コイルは、車両が複数の検出コイルの上を通過する際に、車両に設けられたコイルと複数の検出コイルのうち２以上のコイルとが重なるように、車両の進行方向に対して交わる方向（言い換えれば、車幅方向）に並んで配置されている。このように複数の検出コイルを配置すれば、上述したように、車両に設けられたコイルと検出コイルとの重なりに応じて、車両の位置及び速度を好適に検出することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両情報検出装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

１０ 車両
５０ 交流電源
１００ 位置・速度検出部
１１０ 取得部
１２０ 推定部
Ｃ_Ｒ 受電コイル
Ｃ_Ｔ 送電コイル
Ｃ_Ｓ 検出コイル
Ｒ_Ｓ 検出用抵抗

Claims (1)

1. 車両が走行する道路に敷設された複数の検出コイルと、
   前記複数の検出コイルの電圧に関する情報を取得する取得手段と、
   前記複数の検出コイルの電圧に関する情報に基づいて、前記車両の位置及び速度の少なくとも一方を推定する推定手段と
   を備え、
   前記複数の検出コイルは、前記車両が前記複数の検出コイルの上を通過する際に、前記車両に設けられたコイルと前記複数の検出コイルのうち２以上のコイルとが重なるように、前記車両の進行方向に対して交わる方向に並んで配置されており、
   前記推定部は、前記車両に設けられたコイルと、前記複数の検出コイルのうちいずれのコイルとが重なっているかを判定することで、前記車両の位置及び速度の少なくとも一方を推定する
   ことを特徴とする車両情報検出装置。