JP7244346B2 - 乗員の乗降検知システムおよび乗員の乗降検知方法 - Google Patents
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Description
また、現在市販されている自動車には、完全にドアが閉まっているか否かを検知するセンサーが装備されているが、人が乗降する程度の開度までドアが開いるのかまでは検知しない構成となっているので、乗員の乗降および搭乗の検知を確実に行えない場合がある。
そこで、本発明はこのような課題を解決する手段を提供することを目的とする。
すなわち、請求項1に係る乗員の乗降検知システムの発明は、
UWB(Ultra Wide Band)無線を利用して車両内通信を行う通信システムにおける乗員の乗降検知システムであって、
UWB無線の無線信号を送信する無線端末と、
前記無線端末から送信された前記無線信号を受信する他の無線端末と、を含み、
前記他の無線端末は、前記無線信号の受信電力値および前記無線信号の遅延スプレッド値を演算する算出部と、
前記受信電力値および前記遅延スプレッド値に基づいて、車両に対する乗員の乗降状態を判定する判定部を含むことを特徴とする。
(UWB無線の概要)
最初に、UWBについて説明する。UWBは、無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)などの狭帯域無線とは異なる超広帯域無線である。米連邦通信委員会(FCC:Federal Communications Commission)の定義によると、UWBは、比帯域幅が20%以上若しくは帯域幅が500MHz以上の無線周波数を指す。比帯域幅ηは以下の式(1)で与えられる。
次に、本実施形態に関わる電波伝搬の原理について説明をする。送信アンテナと受信アンテナの両位置の2点間を結ぶ直線上に遮蔽物が無い場合には、電波の経路はその直線であり、効率的に電波の受信が可能である。電波の経路は第1フレネルゾーンと呼ばれ、その半径は式(2)で表される。λは電波の波長、d1およびd2はそれぞれ送受信間の直線上における送信位置からの距離及び受信位置からの距離である。式(2)より、電波の経路は実際には直線では無く、回転楕円体上の空間となる。第1フレネルゾーンの一部が遮蔽されても、直線的な電波の経路はある程度確保され、また、第1フレネルゾーンの全てが遮蔽されると、直線的な電波の経路はほとんど無くなる。ここでは直線的な電波の経路を伝搬する電波を見通し波と呼ぶことにする。
(乗員の影響)
人体は電波の反射体及び吸収体としてふるまう。
本実施形態は、極めて広い帯域の無線周波数を用いたUWB(Ultra Wide Band:超広帯域)無線通信を車内通信に適用した場合に、各座席の乗員の乗降の判断を高い確率で行う構成を有する。具体的には、自動車内に設置されたUWB無線端末間の通信における電波の受信電力と遅延スプレッドの2つのパラメータの変化によって、各座席の乗員の乗降について確度を高めて判断する構成を有する。
図1にUWB無線による無線端末の設置位置の例を示す。図1の車両の図ではルーフ及びピラーを省賂し、車両を上から透視した態様を示している。乗員10の搭乗する車室内(キャビン)はファイヤーウォール30、ドア(60、70、80、90)、ルーフ(図示せず)、トランク50およびフロアといった金属導体ボディで囲まれている。したがって、車室内は電波の多重反射環境となっている。
図2に、無線端末200を送信端末とし、無線端末100を受信端末とした場合のUWB(7.25GHz~10.25GHz)および単一周波数(8.75GHz CW)における受信電力の変動を示す。UWBの受信信号電力の計算時間は受信信号の絶対値の最大ピーク位置の時刻を含む30ナノ秒間であり、単一周波数の受信信号電力の計算時間も30ナノ秒間としている。
図3に、無線端末200を送信端末とし、無線端末100を受信端末とした場合のUWB(7.25~10.25GHz)における受信電波の遅延スプレッドの変動を示す。
上記の(各無線端末位置での電波の受信電力および遅延スプレッドの変動)で説明したように、乗降動作においてUWBの受信電力および遅延スプレッドが安定的に変動することを利用して、乗員の乗降の検知が可能である。専用のデバイスやセンサーを利用せずに、車内UWB無線通信システムを利用し、断続的またはタイムリーな乗降検知結果をビッグデータ解析や自動運転に利用することが可能となる。
一例として、無線端末500の構成を図5に示す。ただし、無線端末100、無線端末200、無線端末300および無線端末400も無線端末500と同一の構成を有する。
図6は、乗員の乗降検知システムにおいてドライバーの乗降を検知するフローを模式化した図の一例である。図6では、無線端末100が無線端末200から送信されるUWB無線信号の受信電力および遅延スプレッドを算出し、ドライバーの乗降状態を判定する。
図8および図9は、履歴を考慮した判定によって、乗車時の動作なのか降車時の動作なのかを区別するフローの一例を詳細に説明する模式図である。
上述した実施形態においては、右前席ドア60に配置した無線端末200を無線信号の送信端末として説明した。しかし、インスツルメントパネル側に設置した無線端末100を送信端末とし、無線端末200を受信端末としても乗員10の乗降検知をすることが可能になる。これは、電波伝搬の可逆性により送受信を入れ替えても図2および図3の結果が同一となるからである。なお、例えば、自動運転やビッグデータを扱うための中心的な役割を担うCPUや記憶デバイスがインスツルメントパネル付近にある場合は、無線端末200で判定した結果を無線端末100へ本実施形態のリンクを用いて無線送信する構成も可能である。
上記実施形態では、運転席のドライバーを検知するために、右前席ドア60に配置した無線端末200を使用したが、左前席ドア80に配置した無線端末500(配置については図示せず)を使用することによって、助手席乗員の乗降検知システムを実現できる。すなわち、無線端末100と無線端末500との間でUWB無線通信を行うことで、助手席の乗員の乗降を検知することができる。この場合にも、無線端末100が送信端末である場合は無線端末500が受信端末となり、無線端末500が送信端末である場合は無線端末100が受信端末となる。また、無線端末100と無線端末500との間で通信がされていないタイミングでは乗降検知のための専用信号(電波)を定期的に送信する構成とすることもできる。
乗員の有無および乗降による受信信号電力および遅延スプレッドの変動が安定的に観測できる位置にUWB無線端末を配置することによって、自動車車内の後席の乗員検知を行うことも可能である。例えば、車両の後席の乗降検知は、図10に示すように無線端末300を後席座面の頭上のルーフ(図示せず)に設置し、無線端末400を右後席ドア70に設置することによって実行することができる。無線端末300と無線端末400の間の第1フレネルゾーンの一部が人体で遮蔽されてもよいが、原則的には見通し状態であることを要する。
上記実施形態では、乗員検知する車両に自動車を例によって説明した。しかし、乗員の乗降検知システムが適用できる車両は自動車に限られるわけではない。例えば、バス、鉄道、航空機、宇宙船、船舶、潜水艇の内部空間において、UWB無線を使用した無線端末を適切に配置することによって、乗員の乗降検知専用のデバイスまたはセンサーを用いずに、座席毎の人体検知および乗降検知を実現することが可能である。すなわち、UWB無線の実行中に受信電力および遅延スプレッド値の値をあらかじめ定められたレファレンス値と比較することによって、座席毎の人体検知および乗降検知を実現することが可能である。
20・・・エンジンルーム
30・・・ファイヤーウォール
40・・・センターコンソール
50・・・トランク
60・・・右前席ドア
70・・・右後席ドア
80・・・左前席ドア
90・・・左後席ドア
100、200、300、400、500・・・無線端末
510・・・無線信号送信部
520・・・無線信号受信部
530・・・算出部
540・・・記録部
550・・・判定部
560・・・外部インターフェース
570・・・アンテナ
580・・・スイッチ
Claims (10)
- UWB(Ultra Wide Band)無線を利用して車両内通信を行う通信システムにおける乗員の乗降検知システムであって、
UWB無線の無線信号を送信する無線端末と、
前記無線端末から送信された前記無線信号を受信する他の無線端末と、を含み、
前記他の無線端末は、前記無線信号の受信電力値および前記無線信号の遅延スプレッド値を演算する算出部と、
前記受信電力値および前記遅延スプレッド値に基づいて、車両に対する乗員の乗降状態を判定する判定部を含むことを特徴とする乗員の乗降検知システム。 - 前記判定部は、前記乗員が前記車両に搭乗しておらず、前記車両のすべてのドアが閉まった状態における前記無線信号の受信電力値および前記無線信号の遅延スプレッド値をそれぞれレファレンス受信電力値およびレファレンス遅延スプレッド値として、前記車両に対する前記乗員の前記乗降状態を判定することを特徴とする請求項1に記載の乗員の乗降検知システム。
- 前記乗員の前記乗降状態は、前記乗員の前記車両における搭乗状態および非搭乗状態、前記乗員の前記車両に対する乗降車動作、および、前記乗員の前記車両のドアの開閉動作を含み、前記判定部はそれぞれの状態および動作を前記無線信号の受信電力値および前記無線信号の遅延スプレッド値の組み合わせに基づいて区別して判定することを特徴とする請求項1または2に記載の乗員の乗降検知システム。
- 前記受信電力値および前記遅延スプレッド値の履歴情報から、乗降車動作における前記乗員の前記車両に対する乗車動作および降車動作、ならびに、前記乗員の前記車両のドアの開閉動作における前記乗員の前記車両のドアを開ける動作および前記ドアを閉める動作を区別して前記判定部が判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の乗員の乗降検知システム。
- 前記受信電力値および前記遅延スプレッド値の直前の履歴情報によって前記乗員の前記車両における搭乗状態または非搭乗状態が判定される場合に、前記乗員の前記車両のドアの開閉動作が続いて判定される場合には、前記車両のドアの開閉動作は前記乗員の前記車両のドアを開ける動作であると前記判定部が判定することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の乗員の乗降検知システム。
- 前記受信電力値および前記遅延スプレッド値の複数の履歴情報によって、前記乗員の前記車両のドアを閉める動作が、前記乗員の乗車時であるか、前記乗員の降車時であるかを、前記判定部が判定することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の乗員の乗降検知システム。
- 前記UWB無線の前記無線信号を送信する前記無線端末と、前記無線信号を受信する前記他の無線端末とは、前記乗員が前記車両に搭乗した状態で、前記乗員を挟んで少なくとも一部の見通し波が伝搬するように配置されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の乗員の乗降検知システム。
- 前記UWB無線の前記無線信号を送信する前記無線端末は前記車両のドアに配置され、前記無線信号を受信する前記他の無線端末は前記車両内の前記乗員の前方に配置され、または、前記UWB無線の無線信号を送信する前記無線端末は前記車両内の前記乗員の前方に配置され、前記無線信号を受信する前記他の無線端末は前記車両の前記ドアに配置されることを特徴とする請求項7に記載の乗員の乗降検知システム。
- 前記UWB無線の前記無線信号を送信する前記無線端末は前記車両のドアに配置され、前記無線信号を受信する前記他の無線端末は前記車両内の前記乗員の上方に配置され、または、前記UWB無線の無線信号を送信する前記無線端末は前記車両内の前記乗員の上方に配置され、前記無線信号を受信する前記他の無線端末は前記車両の前記ドアに配置されることを特徴とする請求項7に記載の乗員の乗降検知システム。
- UWB(Ultra Wide Band)無線を利用して車両内通信を行う通信システムにおける乗員の乗降検知方法であって、
無線端末がUWB無線の無線信号を送信するステップと、
前記無線端末から送信された前記無線信号を他の無線端末が受信するステップと、を含み、
前記他の無線端末の算出部が、前記無線信号の受信電力値および前記無線信号の遅延スプレッド値を演算するステップと、
前記他の無線端末の判定部が前記受信電力値および前記遅延スプレッド値に基づいて車両に対する乗員の乗降状態を判定するステップを含むことを特徴とする乗員の乗降検知方法。
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JP2020112416A (ja) | 2019-01-10 | 2020-07-27 | 株式会社デンソー | 乗員位置推定システム |
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