JP2022146472A - 回転角検出装置及び車両用送受電システム - Google Patents

Abstract

【課題】地上ユニットに対する車載ユニットの相対的な回転角を簡素な構成を利用して検出可能とする。【解決手段】回転角検出装置は、車両の左右方向に並んだ第１及び第２測距センサと、回転角センサと、プロセッサとを備える。地上ユニットは、駐車スペースに配置され、接近する車両の側を向く辺が直線形状を有する。車載ユニットは、送地上ユニットと対向可能である。プロセッサは、駐車開始後に、第１及び第２測距センサの一方が地上ユニットと対向し始める第１タイミングとそれらの他方が地上ユニットと対向し始める第２タイミングとを、第１及び第２測距センサの出力の変化に基づいて取得する。プロセッサは、回転角センサの出力に基づいて、第１タイミングから第２タイミングまでの期間中の車両の移動距離を算出し、算出した移動距離をセンサ間距離で除して得られる値のアークタンジェント値をヨー角として算出する。【選択図】図７

Description

本開示は、地上ユニットに対する車載ユニットの相対的な回転角を検出する回転角検出装置、及び車両用送受電システムに関する。

特許文献１には、非接触方式の車両用送受電システムが開示されている。この送受電システムでは、地上側の１次コイル（送電コイル）は、車両側の２次コイル（受電コイル）に非接触での送電を行う。そして、この送受電システムでは、１次コイルと２次コイルとの間の結合係数及び結合係数の時間変化に基づき、１次コイルに対する２次コイルの相対位置及び傾きが算出される。

特開２０１７－２００３２８号公報

特許文献１に記載のように、結合係数、すなわち、２つのコイルの電磁気的な結合の度合い及びその時間変化に基づく手法では、送受電システムにおける地上ユニットに対する車載ユニットの相対的な回転角を正確に検出することが難しいと考えられる。その一方で、当該回転角の検出は、簡素な構成を利用して行えることが求められる。

本開示は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、地上ユニットに対する車載ユニットの相対的な回転角の検出を簡素な構成を利用して行えるようにすることを目的とする。

本開示に係る回転角検出装置は、地上ユニットに対する車載ユニットの相対的な回転角を検出する。地上ユニットは、送電ユニット及び受電ユニットの一方であり、駐車スペースに配置されている。車載ユニットは、送電ユニット及び受電ユニットの他方であり、地上ユニットと対向可能な位置において車両に搭載されている。鉛直方向上方から地上ユニットを見下ろしたとき、地上ユニットは、地上ユニットに接近する車両の側を向く辺が直線形状を有する。
回転角検出装置は、第１及び第２測距センサと、回転角センサと、プロセッサと、を備える。第１及び第２測距センサは、車両の左右方向に並ぶように、かつ駐車時に地上ユニットと対向可能な位置において路面を向くように車両に搭載されている。回転角センサは、車両の車輪回転軸又は車輪回転軸と連動して回転する回転軸の回転角を検出する。プロセッサは、車両の鉛直方向軸を中心とした地上ユニットに対する車載ユニットの回転角であるヨー角を算出する。
プロセッサは、車両の駐車が開始された後に、第１及び第２測距センサの一方が地上ユニットと対向し始める第１タイミングを、第１及び第２測距センサの上記一方の出力の変化に基づいて取得する。プロセッサは、第１タイミングの検出後に、第１及び第２測距センサの他方が地上ユニットと対向し始める第２タイミングを、第１及び第２測距センサの上記他方の出力の変化に基づいて取得する。プロセッサは、回転角センサの出力に基づいて、第１タイミングから第２タイミングまでの期間中の車両の移動距離を算出する。そして、プロセッサは、算出した移動距離を第１測距センサと第２測距センサとの距離で除して得られる値のアークタンジェント値を、ヨー角として算出する。

第１及び第２測距センサは、車載ユニットに設置されてもよい。

回転角検出装置は、上記左右方向に並び、かつ路面を向くように車載ユニットに設置された第３及び第４測距センサをさらに備えてもよい。第３測距センサは、車両の前後方向に所定距離だけ第１測距センサから離れて配置されてもよい。そして、第４測距センサは、上記前後方向に上記所定距離だけ第２測距センサから離れて配置されてもよい。

プロセッサは、第１測距センサにより検出される第１距離と第３測距センサにより検出される第３距離の平均値と、第２測距センサにより検出される第２距離と第４測距センサにより検出される第４距離の平均値との第１差分を算出してもよい。そして、プロセッサは、算出した第１差分を第１測距センサと第２測距センサとの距離で除して得られる値のアークサイン値を、車両の前後方向軸を中心とした地上ユニットに対する車載ユニットの回転角であるロール角として算出してもよい。

プロセッサは、第１測距センサにより検出される第１距離と第２測距センサにより検出される第２距離の平均値と、第３測距センサにより検出される第３距離と第４測距センサにより検出される第４距離の平均値との第２差分を算出してもよい。そして、プロセッサは、算出した第２差分を第１測距センサと第３測距センサとの距離で除して得られる値のアークサイン値を、車両の左右方向軸を中心とした地上ユニットに対する車載ユニットの回転角であるピッチ角として算出してもよい。

車載ユニットは、地上ユニットとの間で非接触での送受電を行うための送電コイル又は受電コイルを含んでもよい。そして、上記鉛直方向軸の方向から車載ユニットを見たとき、第１、第２、第３、及び第４測距センサは、車載ユニット内に配置された送電コイル又は受電コイルを囲むように配置されてもよい。

回転角センサは、車両を駆動する電動モータの回転軸の回転角を検出するレゾルバであってもよい。

本開示に係る車両用送受電システムは、上述の回転角検出装置を備える。車両用送受電システムは、送電ユニットと受電ユニットとの間で非接触での送受電を行うように構成されていてもよい。

本開示に係る回転角検出装置及びそれを備える車両用送受電システムによれば、地上ユニットに対する車載ユニットのヨー角を、一対の測距センサ（第１及び第２測距センサ）と車両の回転角センサとによる簡素な構成を利用して検出できるようになる。

実施の形態１に係る回転角検出装置が適用される車両用送受電システムの構成の一例を概略的に示す図である。 駐車スペースに向かう車両を鉛直方向（Ｚ軸方向）の上方から見下ろした図である。 地上ユニットに対する車載ユニットのヨー角αの定義を説明するための図である。 実施の形態１に係る回転角検出装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す車載ユニットを車両の鉛直方向の下方側から見た斜視図である。 実施の形態１に係るヨー角αの算出手法の概要を説明するための図である。 実施の形態１に係るヨー角αの算出手法の概要を説明するための図である。 実施の形態１に係るヨー角αの検出に関する処理の流れを示すフローチャートである。 地上ユニットに対する車載ユニットの相対位置及び相対回転角のずれ量に応じた運転者への通知に関する処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係る回転角検出装置の構成を示すブロック図である。 図１０に示す第３及び第４測距センサの配置場所を説明するための図である。 実施の形態２に係るロール角βの算出手法を説明するための図である。 実施の形態２に係るピッチ角γの算出手法を説明するための図である。 実施の形態２に係るロール角β及びピッチ角γの検出に関する処理の流れを示すフローチャートである。

以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、本開示に係る技術思想が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、本開示に係る技術思想に必ずしも必須のものではない。

１．実施の形態１
１－１．車両用送受電システムの構成例
図１は、実施の形態１に係る回転角検出装置５０が適用される車両用送受電システム１の構成の一例を概略的に示す図である。車両用送受電システム１は、地上側に設置された送電装置２と、車両３に搭載された受電装置４とを備えている。この送受電システム１は、例えば磁界共鳴方式を利用して、送電装置２から受電装置４に電力を伝送するように構成されている。ただし、非接触での電力伝送方式は、特に限定されず、電磁誘導方式等の他の方式が用いられてもよい。

送電装置２は、車両３の駐車スペース５に設置されている。送電装置２は、送電ユニット（以下、「地上ユニット」とも称する）２１を含む。送電装置２は、一例として、この地上ユニット２１と送電スタンド２２とによって構成されている。

地上ユニット２１はケース２３を有する。ケース２３は送電コイル２４を収容している。送電スタンド２２は、地上ユニット２１と電気的に接続されている。送電スタンド２２は、交流電源２５と送電回路２６とを含む。交流電源２５は、送電回路２６を介して地上ユニット２１（送電コイル２４）に電力を供給する。送電回路２６は、インバータを含み、送電コイル２４を流れる電流を制御する。

図１に示すように、地上ユニット２１は、路面６の上に置かれており、天面２３ａと路面６との間に段差２７を有している。段差２７の高さは、路面６と車両３の底面との隙間よりも小さい。なお、地上ユニット２１は、後述の第１及び第２測距センサ３４及び３５によって検出可能な段差２７を有するように路面６に配置されていればよく、例えば、路面６に埋設されていてもよい。また、段差２７は、図１に示すように路面６に対して天面２３ａが高い例に代え、路面６に対して天面２３ａが低くなるように形成されてもよい。また、送電スタンド２２は、例えば、駐車スペース５の一端に設置されている。

車両３に搭載された受電装置４は、受電ユニット（以下、「車載ユニット」とも称する）４１を含む。受電装置４は、一例として、車載ユニット４１と、受電回路４２とによって構成されている。車載ユニット４１は、地上ユニット２１に対向可能な位置（すなわち、車両３の底部）において車両３に搭載されており、地上ユニット（送電ユニット）２１から伝送された電力を受け取る。

車載ユニット４１はケース４３を有する。ケース４３は受電コイル４４を収容している。受電コイル４４は、送電コイル２４と対向している状態において、送電コイル２４から非接触で伝送される電力を受け取る。受電回路４２は、受電コイル４４が受け取った交流電力を整流して直流に変換する整流器を含む。

車両３は、受電装置４とともに、駆動源としての電動モータ３１と、電動モータ３１に電力を供給するバッテリ３２とを備えている。すなわち、車両３は電動車両である。具体的には、車両３は、例えばバッテリ電気自動車である。また、車両３の他の例は、駆動源として電動モータ３１とともに内燃機関を備えるハイブリッド車両、及び燃料電池車両を含む。バッテリ３２は、例えばリチウムイオン電池であり、受電回路４２と接続されている。バッテリ３２は、地上側の送電装置２から受電装置４を介して供給される電力によって充電される。

また、車両３は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３３を備えている。ＥＣＵ３３は、車両３に関する各種処理を実行するコンピュータである。具体的には、ＥＣＵ３３によって実行される処理は、電動モータ３１の制御に関する処理、送電装置２から受け取った電力の制御に関する処理、及び、後述の各種回転角（実施の形態１ではヨー角α）の検出に関する処理を含む。ＥＣＵ３３は、プロセッサ３３ａ及び記憶装置３３ｂを備えている。プロセッサ３３ａは、記憶装置３３ｂに格納されているプログラムを読み出して実行する。これにより、プロセッサ３３ａによる上述の各種処理が実現される。なお、ＥＣＵ３３は複数であってもよい。例えば、ヨー角αの検出に関する処理が専用のＥＣＵ（プロセッサ）によって行われてもよい。

さらに、車両３は、ヨー角αの検出のために、一対の測距センサ（第１及び第２測距センサ）３４及び３５と、レゾルバ３６とを備えている。これらの測距センサ３４及び３５の詳細については、図５を参照して後述される。

レゾルバ３６は、電動モータ３１の回転軸の回転角を検出する。電動モータ３１の回転軸は、車両３の車輪７の回転軸と連動して回転する回転軸の一例に相当する。したがって、ＥＣＵ３３は、電動モータ３１の回転角（より詳細には、当該回転角、電動モータ３１と車輪７との間のギヤ比、及び車輪７（タイヤ）の半径）に基づいて車両３の移動距離を算出できる。レゾルバ３６は、本開示に係る「回転角センサ」の一例に相当する。当該回転角センサは、レゾルバ３６に代え、例えば、車輪７の回転軸の回転角を検出する車輪速センサであってもよい。付け加えると、電動モータ３１の制御に必要な回転角を検出するために用いられるレゾルバ３６は、一般的に、車輪速センサと比べ、高い精度で回転角を検出できる。

１－２．回転角検出装置
図２は、駐車スペース５に向かう車両３を鉛直方向（Ｚ軸方向）の上方から見下ろした図である。符号８は、駐車スペース５を区画する駐車枠線である。車両３の前後方向軸、左右方向軸、及び鉛直方向軸を、それぞれＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸と称する（図２及び後述の図５等参照）。より詳細には、図２は、一例として後方駐車を示しているが、以下に説明されるヨー角αの算出手法は前方駐車時にも適用可能である。

上述した送受電システム１のように非接触充電を行うシステムでは、非接触で送受電を行う際に、地上ユニットに対する車載ユニットの相対位置及び相対回転角をそれぞれ正確に検出することが要求される。これは、当該相対位置及び相対回転角のそれぞれが非接触充電を行える範囲内にあるか否かを判定するためである。具体的には、当該相対位置は、Ｘ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、及びＺ軸方向位置であり、当該相対回転角は、ヨー角α（Ｚ軸中心の回転角）、ロール角β（Ｘ軸中心の回転角）、及びピッチ角γ（Ｙ軸中心の回転角）である。

図３（Ａ）及び３（Ｂ）を参照して、地上ユニット２１に対する車載ユニット４１のヨー角αの定義について説明する。図３（Ａ）及び３（Ｂ）も、図２と同様に、Ｚ軸方向から地上ユニット２１及び車載ユニット４１を見た図である。上述の図２中に破線で示すように車両３が駐車スペース５に正しく駐車された時、車両３の前後方向軸（Ｘ軸）は駐車枠線８と平行となる。ここでは、地上ユニット２１に対する車載ユニット４１のヨー角αの特定のために、ＸＹ平面において駐車枠線８と平行な軸が地上ユニット２１の基準軸Ｌ１として用いられる。また、車両３のＸ軸（前後方向軸）と平行な軸が車載ユニット４１の基準軸Ｌ２として用いられる。

図３（Ａ）に示す例では、車両３は、前後方向軸（Ｘ軸）が駐車枠線８と平行な状態で駐車している。この場合、基準軸Ｌ１と基準軸Ｌ２とが平行となるので、ヨー角αはゼロとなる。一方、図３（Ｂ）に示す例では、基準軸Ｌ２は基準軸Ｌ１に対して傾斜している。このため、基準軸Ｌ１に対する基準軸Ｌ２の傾斜角がヨー角αとして特定される。

１－２－１．回転角検出装置の構成例
本実施形態では、上述の相対位置及び相対回転角のうちのヨー角αの検出手法について説明される。図４は、実施の形態１に係る回転角検出装置５０の構成を示すブロック図である。回転角検出装置５０は、上述のＥＣＵ３３、第１及び第２測距センサ３４、３５、及びレゾルバ３６によって構成されている。

図５は、図１に示す車載ユニット４１を車両３の鉛直方向の下方側から見た斜視図である。車載ユニット４１のケース４３の底面４３ａは、路面６又は地上ユニット２１と対向する。図５に示すように、車載ユニット４１は、この底面４３ａがＸＹ平面と平行となるように車両３に搭載されている。

第１及び第２測距センサ３４、３５のそれぞれは、Ｚ軸方向の下方側を向くように、すなわち、路面６を向くように車載ユニット４１に設置されており、路面６の側との距離Ｄ１及びＤ２を検出する。第１測距センサ３４と第２測距センサ３５とは、車両３の左右方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。

より詳細には、第１測距センサ３４と第２測距センサ３５との距離（以下、「センサ間距離ＤＳ１」と称する）は、基準軸Ｌ１と垂直な方向における地上ユニット２１の幅よりも短くなるように設定されている。これにより、車両３が地上ユニット２１に対して基準軸Ｌ１と垂直な方向に大きく外れて駐車した場合は例外として、駐車の際に各測距センサ３４、３５のそれぞれが駐車時に地上ユニット２１と対向可能な位置において路面６を向くことができる。

駐車の際に第１測距センサ３４が地上ユニット２１の上に差し掛かると、第１測距センサ３４により検出される距離Ｄ１は、路面６との距離から地上ユニット２１との距離に変化する。したがって、駐車中に第１測距センサ３４を用いて距離Ｄ１を計測することにより、第１測距センサ３４が地上ユニット２１と対向し始めるタイミングを検出できる。換言すると、段差２７を検出できる。このことは、第２測距センサ３５についても同様である。

なお、図５に示す例では、第１及び第２測距センサ３４、３５は、車載ユニット４１に設置されている。しかしながら、第１及び第２測距センサ３４、３５は、駐車時に地上ユニット２１と対向可能位置において路面６を向くように車両３に搭載されていれば、車載ユニット４１以外の部位において車両３の底面に設置されていてもよい。付け加えると、図３に示すように、Ｚ軸方向の上方から見たとき、一例として、基準軸Ｌ１の方向及びその垂直方向のそれぞれにおける車載ユニット４１の寸法は、地上ユニット２１の寸法と比べて短い。

１－２－２．ヨー角αの算出手法の概要
図６（Ａ）及び６（Ｂ）、並びに図７は、実施の形態１に係るヨー角αの算出手法の概要を説明するための図である。これらの図も、Ｚ軸方向から地上ユニット２１及び車載ユニット４１を見た図である。また、これらの図は、地上側の基準軸Ｌ１に対して車両側の基準軸Ｌ２が傾斜した状態で駐車が行われているときを示している。

ヨー角αの算出の前提となる地上ユニット２１のケース２３の形状について説明する。まず、図６に示すように、ケース２３の基本形状は、一例として四角形である。そのうえで、ヨー角αの算出のために、ケース２３は、地上ユニット２１に接近する車両３（車載ユニット４１）の側を向く辺２１ａが「直線形状」を有している。より詳細には、辺２１ａは、基準軸Ｌ１と垂直な方向に延びる直線形状を有している。

なお、ヨー角αの算出に関し、ここでいう辺２１ａの「直線形状」とは、必ずしも厳密な直線形状を有する例に限らず、実質的な直線形状を有する例を含む概念である。また、基準軸Ｌ１の双方向から車両３が駐車のために地上ユニット２１に接近可能な駐車スペースの例では、当該双方向からの駐車時にヨー角αを検出するために、当該駐車スペースに設置される地上ユニット２１のケース２３は、辺２１ａとともに、辺２１ａの反対側の辺も「直線形状」を有してもよい。また、ここでいう「直線形状」を有する限り、ケース２３は、四角形以外の任意の基本形状を有してもよい。

図６（Ａ）は、第２測距センサ３５が地上ユニット２１と対向し始める第１タイミングＴ１に対応している。この第１タイミングＴ１は、第２測距センサ３５が辺２１ａ（段差２７）を通過することに伴う距離Ｄ２の変化に基づいて検出できる。第１タイミングＴ１の後に車両３の移動が継続すると、図６（Ｂ）に示すように、もう一方の第１測距センサ３４が地上ユニット２１と対向し始める第２タイミングＴ２が到来する。この第２タイミングＴ２は、第１測距センサ３４が辺２１ａ（段差２７）を通過することに伴う距離Ｄ１の変化に基づいて検出できる。

図７は、図６（Ａ）及び（Ｂ）中の第１及び第２タイミングＴ１、Ｔ２のそれぞれにおける第１及び第２測距センサ３４、３５の位置と地上ユニット２１（辺２１ａ）の位置との関係を示している。ＥＣＵ３３は、上述したレゾルバ３６の出力に基づいて、第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの期間中の車両３の移動距離ＤＶを算出できる。また、センサ間距離ＤＳ１は既知の値である。そして、第１及び第２測距センサ３４、３５間を結ぶ直線の方向（すなわち、Ｙ軸方向）と車両３の進行方向（すなわち、Ｘ軸方向）とは直交している。

したがって、図７中に太線で示すように、長さがセンサ間距離ＤＳ１となる辺と長さが移動距離ＤＶとなる辺とを斜辺とともに有する直角三角形を特定できる。そして、この直角三角形において、長さが移動距離ＤＶとなる辺と対向する内角が、地上側の基準軸Ｌ１と車両側の基準軸Ｌ２とのなす角、すなわち、ヨー角αと等しくなる。このため、次の（１）式に基づき、移動距離ＤＶをセンサ間距離ＤＳ１で除して得られる値のアークタンジェント値をヨー角αとして算出することが可能となる。
α＝ａｒｃｔａｎ（ＤＶ／ＤＳ１） ・・・（１）

１－２－３．ＥＣＵによる処理
図８は、実施の形態１に係るヨー角αの検出に関する処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、車両３の駐車が開始されたときに実行される。具体的には、運転者の操作によって車両３の駐車が行われる例では、ＥＣＵ３３は、例えば、駐車開始を知らせるための所定のスイッチが運転者によって操作されたことを検出したときに、駐車が開始されたと判定する。あるいは、ＥＣＵ３３は、例えば、車両３の後退中のカメラ画像を利用して駐車スペース５を検出したときに、駐車が開始されたと判定する。また、車両３が自動駐車機能を備える例では、ＥＣＵ３３は、例えば、自動駐車機能を選択するスイッチが運転者によって操作されたことを検出したときに、駐車が開始されたと判定する。

図８では、ＥＣＵ３３（プロセッサ３３ａ）は、まずステップＳ１００において、第１タイミングＴ１が到来したか否かを判定する。第１タイミングＴ１は、第１及び第２測距センサ３４、３５の一方が地上ユニット２１と対向し始めるタイミングである。上述のように、第１タイミングＴ１は、第１又は第２測距センサ３４、３５の出力（距離Ｄ１、Ｄ２）の変化に基づいて取得できる。

ステップＳ１００において第１タイミングＴ１が到来していない間は、ＥＣＵ３３はステップＳ１００の処理を繰り返し実行する。なお、ステップＳ１００の処理の開始後の所定時間内に第１タイミングＴ１が到来しない場合には、ＥＣＵ３３は今回の駐車開始時のヨー角αの検出処理を中止してもよい。

一方、ステップＳ１００において第１タイミングＴ１が到来した場合には、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、ＥＣＵ３３は、車両３の移動距離ＤＶの計測、すなわち、レゾルバ３６による電動モータ３１の回転軸の回転量の計測を開始する。その後、処理はステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ３３は、第２タイミングＴ２が到来したか否かを判定する。第２タイミングＴ２は、第１タイミングＴ１において地上ユニット２１と対向し始めた第１又は第２測距センサ３４、３５と異なる方の測距センサが地上ユニット２１と対向し始めるタイミングである。第２タイミングＴ２も、第１タイミングＴ１と同様に、第１又は第２測距センサ３４、３５の出力（距離Ｄ１、Ｄ２）の変化に基づいて取得できる。

ステップＳ１０４において第２タイミングＴ２が到来していない間は、ＥＣＵ３３はステップＳ１０４の処理を繰り返し実行する。なお、ステップＳ１０４の処理の開始後の所定時間内に第２タイミングＴ２が到来しない場合には、ＥＣＵ３３は今回の駐車開始時のヨー角αの検出処理を中止してもよい。

一方、ステップＳ１０４において第２タイミングＴ２が到来した場合には、処理はステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、ＥＣＵ３３は、レゾルバ３６の出力（より詳細には、計測した上記回転量）に基づいて、第１タイミングＴ１から第２タイミングＴ２までの期間中の移動距離ＤＶを算出する。その後、処理はステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ３３は、ステップＳ１０６において算出した移動距離ＤＶを既知のセンサ間距離ＤＳ１で除して得られる値のアークタンジェント値（＝ａｒｃｔａｎ（ＤＶ／ＤＳ１））を、ヨー角αとして算出する。

次に、図９は、地上ユニット２１に対する車載ユニット４１の相対位置及び相対回転角のずれ量に応じた運転者への通知に関する処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートの処理も、図８と同様に、車両３の駐車が開始されたときに実行される。

図９では、ＥＣＵ３３（プロセッサ３３ａ）は、まずステップＳ２００において、各種の相対位置（Ｘ軸方向位置、Ｙ軸方向位置、及びＺ軸方向位置）、及び相対回転角（ヨー角α、ロール角β、及びピッチ角γ）を検出する。具体的には、ヨー角αは、図８に示すフローチャートの処理によって検出される。ロール角β及びピッチ角γは、後述の実施の形態２で説明される手法によって検出できる。Ｚ軸方向位置は、例えば、第１又は第２測距３４、３５を用いて検出される距離Ｄ１又はＤ２、又は距離Ｄ１と距離Ｄ２との平均値を用いることができる。また、Ｘ軸方向位置及びＹ軸方向位置は、公知の任意の手法を用いて検出できる。

ステップＳ２００に続くステップＳ２０２では、ＥＣＵ３３は、ステップＳ２００において検出した各種の相対位置及び相対回転角のそれぞれが所定の規定値内（すなわち、非接触充電を実行可能な範囲内）に収まっているか否かを判定する。

ステップＳ２０２の判定結果が肯定的である場合には、処理はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、ＥＣＵ３３は、地上ユニット２１に対して車載ユニット４１が非接触充電を実行可能な範囲内に収まっていることを運転者に通知する処理を行う。具体的には、ＥＣＵ３３は、例えば、車両３の計器盤に設置された表示装置３７を利用して通知を行う。

一方、ステップＳ２０２の判定結果が否定的である場合には、処理はステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、ＥＣＵ３３は、例えば表示装置３７を利用して、相対位置又は相対回転角にずれが生じていることを運転者に通知する処理を行う。

ステップＳ２０６に続くステップＳ２０８では、ＥＣＵ３３は、車両３が停止したか否か（換言すると、運転者が駐車動作を止めたか否か）を判定する。この判定は、例えば、レゾルバ３６により検出される回転角の変化が停止したか否かに基づいて行うことができる。

ステップＳ２０８において車両３が停止していない場合、つまり、駐車動作が再度行わされている場合には、処理がステップＳ２００に戻る。一方、車両３が停止した場合には、処理はステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０では、ＥＣＵ３３は、例えば表示装置３７を利用して、相対位置又は相対回転角のずれに起因して非接触充電が不可であることを運転者に通知する処理を行う。

１－３．効果
以上説明した実施の形態１に係る回転角検出装置５０によれば、地上ユニット２１に対する車載ユニット４１のヨー角αを、一対の測距センサ３４及び３５と車両３に既存のレゾルバ３６とによる簡素な構成を利用して検出できるようになる。

また、車両３の移動距離ＤＶの算出のためにレゾルバ３６が用いられている。レゾルバ３６は、電動モータ３１の制御のために必要な回転角を検出するための回転角センサであるため、車両３に既存であり、かつ高精度である。このため、部品の追加なしに移動距離ＤＶを精度良く算出できる。

付け加えると、本実施形態のヨー角αの検出手法は、第１及び第２測距センサ３４、３５とレゾルバ３６とを利用するものであり、ヨー角αの検出のために磁界を発生させることを必要としない。また、第１及び第２測距センサ３４、３５及びレゾルバ３６は、受電回路４２と独立している。このため、駐車後に他の車両によって押される等の理由によって生じ得る車両３のヨー角αのずれを充電中に検出可能である。また、次の実施の形態２で説明される手法によるロール角β及びピッチ角γの検出についても、同様に充電中に実行可能である。

第１及び第２測距センサ３４、３５は、ステップＳ２００の処理に関して説明したように、Ｚ軸方向位置の検出が可能である。このため、駐車時だけでなく充電中又は他の用途における車高の検知のために、第１及び第２測距センサ３４、３５を利用することもできる。例えば、人の乗り降り又は荷物の積み下ろしに伴って車高が変化したことを検出できる。また、充電中に車高（上述のＺ方向の相対位置）が規定値から外れたことを第１又は第２測距センサ３４、３５を用いて検出し、充電を停止することも可能となる。

２．実施の形態２
実施の形態２では、車両用送受電システム１は、回転角検出装置５０に代え、次の回転角検出装置６０を備えている。回転角検出装置６０は、地上ユニット２１に対する車載ユニット４１の相対的な回転角として、実施の形態１で説明されたヨー角αとともに、ロール角β及びピッチ角γを算出する。

２－１．回転角検出装置の構成例
図１０は、実施の形態２に係る回転角検出装置６０の構成を示すブロック図である。回転角検出装置６０は、ＥＣＵ３３と第１及び第２測距センサ３４、３５とレゾルバ３６とに加え、第３及び第４測距センサ３８、３９を備えている。

図１１は、図１０に示す第３及び第４測距センサ３８、３９の配置場所を説明するための図である。図１１は、車載ユニット４１を車両３の鉛直方向の下方側から見た斜視図である。

第１及び第２測距センサ３４、３５の配置は実施の形態１と同じである。次に、第３及び第４測距センサ３８、３９のそれぞれは、測距センサ３４及び３５と同様に、Ｚ軸方向の下方側を向くように、すなわち、路面６を向くように車載ユニット４１に設置されている。すなわち、第３及び第４測距センサ３８、３９は、地上ユニット２１に対向可能な車載ユニット４１に搭載されているので、駐車時に地上ユニット２１と対向可能である。第３及び第４測距センサ３８、３９は、路面６の側との距離Ｄ３及びＤ４をそれぞれ検出する。より詳細には、第１～第４測距センサ３４、３５、３８、３９は、車載ユニット４１のケース４３の底面４３ａに設置されている。

そして、第３測距センサ３８と第４測距センサ３９とは、車両３の左右方向（Ｙ軸方向）に並んで配置されている。そして、第３測距センサ３８は、車両３の前後方向（Ｘ軸方向）にセンサ間距離ＤＳ２だけ第１測距センサ３４から離れて配置されている。同様に、第４測距センサ３９も、Ｘ軸方向にセンサ間距離ＤＳ２だけ第２測距センサ３５から離れて配置されている。したがって、第３測距センサ３８と第４測距センサ３９との距離も、センサ間距離ＤＳ１である。

次に、図１１に示す例における第１～第４測距センサ３４、３５、３８、３９と受電コイル４４との具体的な配置関係について説明する。図１１に示すように、車両３の鉛直方向軸（Ｚ軸）の方向から車載ユニット４１を見たとき、第１～第４測距センサ３４、３５、３８、３９は、受電コイル４４を囲むように配置されている。付け加えると、車載ユニット４１のケース４３の底面４３ａの基本形状は、一例として、四角形である。第１～第４測距センサ３４、３５、３８、３９は、この底面４３ａの四隅に配置されている。

２－２．ロール角β及びピッチ角γの算出手法の概要
図１２及び図１３を参照して、実施の形態２に係るロール角β及びピッチ角γの算出手法についてそれぞれ説明する。なお、ヨー角αの算出手法は、実施の形態１と同様である。すなわち、一対の測距センサ３４、３５を利用してヨー角αが算出される。また、ヨー角αは、もう一対の測距センサ３８、３９を利用して同様の手法で算出されてもよい。

まず、ロール角βの算出手法について説明する。図１２（Ａ）は、車載ユニット４１を車両３の後方側から見た図である。図１２（Ａ）に示す一例では、車載ユニット４１は、車両３の右側（紙面右側）が左側に対して下がるように傾斜した状態で地上ユニット２１の上に位置している。地上ユニット２１の天面２３ａは路面６と平行又は実質的に平行である。

ロール角βの算出のために、ＥＣＵ３３は第１差分Ａ１を算出する。第１及び第３測距センサ３４、３８はＸ軸と平行な同一直線上にあり、同様に、第２及び第４測距センサ３５、３９もＸ軸と平行な他の同一直線上にある。第１差分Ａ１は、距離Ｄ１と距離Ｄ３の平均値と、距離Ｄ２と距離Ｄ４の平均値との差分である。

第１差分Ａ１が得られると、図１２（Ｂ）に示すような直角三角形を特定できる。そして、この直角三角形において長さが第１差分Ａ１となる辺に対向する内角は、Ｘ軸方向から見て地上側の天面２３ａと車両側の底面４３ａとのなす角、すなわち、ロール角βと等しくなる。そして、当該直角三角形の斜辺の長さはセンサ間距離ＤＳ１と等しい。このため、次の（２）式に基づき、第１差分Ａ１をセンサ間距離ＤＳ１で除して得られる値のアークサイン値をロール角βとして算出することが可能となる。
β＝ａｒｃｓｉｎ（Ａ１／ＤＳ１） ・・・（２）

次に、ピッチ角γの算出手法について説明する。図１３（Ａ）は、車載ユニット４１を車両３の左側から見た図である。図１３（Ａ）に示す一例では、車載ユニット４１は、車両３の後側（紙面右側）が前側に対して下がるように傾斜した状態で地上ユニット２１の上に位置している。

ピッチ角γの算出のために、ＥＣＵ３３は第２差分Ａ２を算出する。第１及び第２測距センサ３４、３５はＹ軸と平行な同一直線上にあり、同様に、第３及び第４測距センサ３８、３９もＹ軸と平行な他の同一直線上にある。第２差分Ａ２は、距離Ｄ１と距離Ｄ２の平均値と、距離Ｄ３と距離Ｄ４の平均値との差分である。

第２差分Ａ２が得られると、図１３（Ｂ）に示すような直角三角形を特定できる。そして、この直角三角形において長さが第２差分Ａ２となる辺に対向する内角は、Ｙ軸方向から見て地上側の天面２３ａと車両側の底面４３ａとのなす角、すなわち、ピッチ角γと等しくなる。そして、当該直角三角形の斜辺の長さはセンサ間距離ＤＳ２と等しい。このため、次の（３）式に基づき、第２差分Ａ２をセンサ間距離ＤＳ２で除して得られる値のアークサイン値をピッチ角γとして算出することが可能となる。
γ＝ａｒｃｓｉｎ（Ａ２／ＤＳ２） ・・・（３）

２－３．ＥＣＵによる処理
図１４は、実施の形態２に係るロール角β及びピッチ角γの検出に関する処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートの処理も、図８と同様に、車両３の駐車が開始されたときに実行される。

図１４では、ＥＣＵ３３（プロセッサ３３ａ）は、まずステップＳ３００において、４つの測距センサ３４、３５、３８、３９のすべてが地上ユニット２１の上にあるか否かを判定する。この判定は、例えば、距離Ｄ１～Ｄ４のそれぞれを閾値と比較することで行える。

ステップＳ３００の判定結果が否定的である間は、ＥＣＵ３３はステップＳ３００の処理を繰り返し実行する。なお、ステップＳ３００の処理の開始後の所定時間内に当該判定結果が肯定的とならない場合には、ＥＣＵ３３は今回の駐車開始時のロール角β及びピッチ角γの検出処理を中止してもよい。

一方、ステップＳ３００の判定結果が肯定的である場合には、処理はステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、ＥＣＵ３３は、距離Ｄ１～Ｄ４をそれぞれ取得する。次いで、ステップＳ３０４において、ＥＣＵ３３は、ステップＳ３０２にて取得した距離Ｄ１～Ｄ４を用いて、上述の第１差分Ａ１及び第２差分Ａ２をそれぞれ算出する。

ステップＳ３０４に続くステップＳ３０６では、ＥＣＵ３３は、ステップＳ３０４において算出した第１差分Ａ１を既知のセンサ間距離ＤＳ１で除して得られる値のアークサイン値（＝ａｒｃｓｉｎ（Ａ１／ＤＳ１））を、ロール角βとして算出する。また、ＥＣＵ３３は、ステップＳ３０４において算出した第２差分Ａ２を既知のセンサ間距離ＤＳ２で除して得られる値のアークサイン値（＝ａｒｃｓｉｎ（Ａ２／ＤＳ２））を、ピッチ角γとして算出する。

２－４．効果
以上説明した実施の形態２に係る回転角検出装置６０は、ロール角β及びピッチ角γの検出のために、実施の形態１に係る回転角検出装置５０と比べて、もう一対の測距センサ３８、３９を追加的に備えている。このように、回転角検出装置６０によれば、簡素な構成を利用して、駐車時にヨー角αだけでなくロール角β及びピッチ角γをも好適に検出できるようになる。また、一対の測距センサ３４、３５だけでなく、もう一対の測距センサ３８、３９をヨー角αの検出に利用することも可能となる。

また、第１差分Ａ１の算出のために、距離Ｄ１及びＤ３の一方を用いることもできる。この点に関し、本実施形態のロール角βの算出手法では、距離Ｄ１及びＤ３の平均値が用いられる。このことは、距離Ｄ２と距離Ｄ４との関係についても同様である。これにより、個々の測距センサによって検出される距離のばらつきの影響を軽減しつつ第１差分Ａ１を算出できる。また、このことは、ピッチ角γの算出手法における第２差分Ａ２の算出についても同様である。

また、車両３の鉛直方向（Ｚ軸方向）から車載ユニット４１を見たとき、本実施形態の第１～第４測距センサ３４、３５、３８、３９は、受電コイル４４を囲むように配置されている。これにより、次のような効果を奏する。すなわち、駐車時には、ロール角βとピッチ角γの双方が生じ得る。この点に関し、４つの測距センサ３４、３５、３８、３９の上記配置によれば、ピッチ角γが生じている場合に、距離Ｄ１とＤ３との平均値を利用することで、距離Ｄ１又はＤ３のみを利用する場合と比べて、車両３の前後方向において受電コイル４４に近い位置における距離を取得できるようになる。つまり、当該平均値の利用により、ピッチ角γが生じている場合に、受電コイル４４に近い位置でのロール角βを検出できるようになる。このことは、距離Ｄ２とＤ４との平均値の利用についても同様である。また、同様のことが、ピッチ角γの検出についてもいえる。

なお、上述した実施の形態１及び２においては、回転角検出装置５０及び６０は、非接触方式の車両用送受電システム１に適用されている。しかしながら、本開示に係る「回転角検出装置」が適用される車両用送受電システムは、接触方式であってもよい。具体的には、接触方式の送受電システムは、例えば、地上側コネクタに接続される車両側コネクタを備える車載ユニットと、当該地上側コネクタを車両側コネクタに接続させるロボットアームを備える地上ユニットとを備えていてもよい。

また、本開示に係る「回転角検出装置」が適用される車両用送受電システムは、上述した車両用送受電システム１の例とは逆に、車載ユニットが送電ユニットであって、地上ユニットが受電ユニットであってもよい。

１ 車両用送受電システム
２ 送電装置
３ 車両
４ 受電装置
５ 駐車スペース
６ 路面
７ 車輪
８ 駐車枠線
２１ 地上ユニット
２１ａ 接近する車両の側を向く辺
２２ 送電スタンド
２３ 地上ユニットのケース
２４ 送電コイル
２７ 段差
３１ 電動モータ
３３ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
３４ 第１測距センサ
３５ 第２測距センサ
３６ レゾルバ（回転角センサ）
３８ 第３測距センサ
３９ 第４測距センサ
４１ 車載ユニット
４２ 受電回路
４３ 車載ユニットのケース
４４ 受電コイル
５０ 回転角検出装置
６０ 回転角検出装置

Claims (9)

1. 地上ユニットに対する車載ユニットの相対的な回転角を検出する回転角検出装置であって、
   前記地上ユニットは、送電ユニット及び受電ユニットの一方であり、駐車スペースに配置され、
   前記車載ユニットは、前記送電ユニット及び前記受電ユニットの他方であり、前記地上ユニットと対向可能な位置において車両に搭載され、
   鉛直方向上方から前記地上ユニットを見下ろしたとき、前記地上ユニットは、前記地上ユニットに接近する前記車両の側を向く辺が直線形状を有し、
   前記回転角検出装置は、
   前記車両の左右方向に並ぶように、かつ駐車時に前記地上ユニットと対向可能な位置において前記路面を向くように前記車両に搭載された第１及び第２測距センサと、
   前記車両の車輪回転軸又は前記車輪回転軸と連動して回転する回転軸の回転角を検出する回転角センサと、
   前記車両の鉛直方向軸を中心とした前記地上ユニットに対する前記車載ユニットの回転角であるヨー角を算出するプロセッサと、
   を備え、
   前記プロセッサは、
   前記車両の駐車が開始された後に、前記第１及び前記第２測距センサの一方が前記地上ユニットと対向し始める第１タイミングを、前記第１及び前記第２測距センサの前記一方の出力の変化に基づいて取得し、
   前記第１タイミングの検出後に、前記第１及び前記第２測距センサの他方が前記地上ユニットと対向し始める第２タイミングを、前記第１及び前記第２測距センサの前記他方の出力の変化に基づいて取得し、
   前記回転角センサの出力に基づいて、前記第１タイミングから前記第２タイミングまでの期間中の前記車両の移動距離を算出し、
   算出した前記移動距離を前記第１測距センサと前記第２測距センサとの距離で除して得られる値のアークタンジェント値を、前記ヨー角として算出する
   ことを特徴とする回転角検出装置。
2. 前記第１及び第２測距センサは、前記車載ユニットに設置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転角検出装置。
3. 前記回転角検出装置は、
   前記左右方向に並び、かつ前記路面を向くように前記車載ユニットに設置された第３及び第４測距センサをさらに備え、
   前記第３測距センサは、前記車両の前後方向に所定距離だけ前記第１測距センサから離れて配置され、
   前記第４測距センサは、前記前後方向に前記所定距離だけ前記第２測距センサから離れて配置されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転角検出装置。
4. 前記プロセッサは、
   前記第１測距センサにより検出される第１距離と前記第３測距センサにより検出される第３距離の平均値と、前記第２測距センサにより検出される第２距離と前記第４測距センサにより検出される第４距離の平均値との第１差分を算出し、
   算出した前記第１差分を前記第１測距センサと前記第２測距センサとの前記距離で除して得られる値のアークサイン値を、前記車両の前後方向軸を中心とした前記地上ユニットに対する前記車載ユニットの回転角であるロール角として算出する
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転角検出装置。
5. 前記プロセッサは、
   前記第１測距センサにより検出される第１距離と前記第２測距センサにより検出される第２距離の平均値と、前記第３測距センサにより検出される第３距離と前記第４測距センサにより検出される第４距離の平均値との第２差分を算出し、
   算出した第２差分を前記第１測距センサと前記第３測距センサとの距離で除して得られる値のアークサイン値を、前記車両の左右方向軸を中心とした前記地上ユニットに対する前記車載ユニットの回転角であるピッチ角として算出する
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の回転角検出装置。
6. 前記車載ユニットは、前記地上ユニットとの間で非接触での送受電を行うための送電コイル又は受電コイルを含み、
   前記鉛直方向軸の方向から前記車載ユニットを見たとき、前記第１、第２、第３、及び第４測距センサは、前記車載ユニット内に配置された前記送電コイル又は前記受電コイルを囲むように配置されている
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の回転角検出装置。
7. 前記回転角センサは、前記車両を駆動する電動モータの回転軸の回転角を検出するレゾルバである
   ことを特徴とする請求項１～６の何れか１つに記載の回転角検出装置。
8. 請求項１～７の何れか１つに記載の回転角検出装置を備える
   ことを特徴とする車両用送受電システム。
9. 前記車両用送受電システムは、前記送電ユニットと前記受電ユニットとの間で非接触での送受電を行うように構成されている
   ことを特徴とする請求項８に記載の車両用送受電システム。

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