JPH10103964A - 車両位置検出装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 路面に設けられる電波反射体の識別を容易に
して、車両位置検出の精度を向上させる。 【解決手段】 路面２には、車両１の走行経路を案内す
る金属製の電波反射体であるレーンマーカ３が埋設され
る。車両１に送信アンテナ４と逆旋受信アンテナ５とが
搭載され、送信アンテナ４から円偏波の電波を送信し、
逆旋受信アンテナ５で円偏波の旋回方向が逆になった反
射波７を受信する。センシング用電波６の電波接地角ψ
が路面２のブリュースタ角以上であれば、路面２の表面
からの反射波では円偏波の旋回方向が反転しないので、
レーンマーカ３からの反射波７と容易に識別することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の走路に沿っ
て設けられる電波反射体を基準にして、走路に対する車
両の相対位置を検出する装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両の自動運転を行うために
走路に対する車両の相対位置を検出する技術が知られて
いる。

【０００３】たとえば、実開平１−１０６９１０号公報
には、走路に光反射テープを敷設し、車両に反射テープ
幅以下の間隔で２個１組の光センサを設け、車両姿勢を
検出する技術が開示されている。この他、車載カメラで
路面を撮影し、画面内の白線を抽出することで白線に対
する車両の相対位置を検出する技術も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光反射
テープを用いる場合には、テープの汚れ等により充分な
光反射が得られない場合がある。また、屋内ならともか
く、実際の路上は雨や雪等の影響があり、特に雨天の場
合には光反射テープのみならず水たまりによっても光が
よく反射されるため、高精度に車両位置を検出すること
ができない問題がある。車載カメラを用いる場合にも同
様に天候の影響を受け易く、雨天等では白線と路面の他
の部分とのコントラストが充分でなくなり、白線を高精
度に抽出できないことが問題となる。

【０００５】そこで、ミリ波帯以上の波長の電波を用い
て車両位置をレーダセンシングによって検出することが
考えられる。すなわち、路面の所定位置、たとえば路面
の中央に電波反射体を設け、車両に電波送受信機を搭載
し、送信した電波の反射強度から電波反射体の有無を検
出することによって車両位置を検出することが可能であ
ると期待される。ただし、レーダセンシング用電波の反
射は路面によっても行われ、路面の反射状態は天候等の
周囲環境の影響によって変化し、特に雨天等ではかなり
の反射強度となって電波反射体からの反射との識別が困
難となる。

【０００６】本発明の目的は、路面に沿って設けられる
電波反射体からのセンシング電波の反射を、路面からの
反射と容易に区別して精度よく位置検出を行うことがで
きる車両位置検出装置および方法を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、車両に搭載さ
れ、車両の走路に沿って設置される金属製の電波反射体
をミリ波以上の波長の電波によって探索し、車両位置を
検出する装置であって、電波反射体に向けて、路面のブ
リュースタ角以下で円偏波の電波を送信する送信アンテ
ナと、送信される電波に対して、円偏波の旋回方向が逆
になる反射波を受信する逆旋受信アンテナと、逆旋受信
アンテナによって受信される反射波に基づいて車両位置
を検出する位置検出手段とを含むことを特徴とする車両
位置検出装置である。本発明に従えば、送信アンテナか
らは、金属製の電波反射体に向けて、路面のブリュース
タ角以下で入射するように円偏波の電波が送信される。
ブリュースタ角以下では路面で反射する電波の円偏波の
旋回方向は反転しないけれども、金属製の電波反射体で
反射する電波の円偏波の旋回方向は反転する。円偏波の
旋回方向が反転して逆になった反射波は逆旋受信アンテ
ナで受信され、位置検出手段は逆旋受信アンテナによっ
て受信される反射波に基づいて車両位置を検出する。ブ
リュースタ角以下で、路面は偏波の旋回方向を反転しな
い性質を利用して、路面からの反射波と電波反射体から
の反射波とを分離し、電波反射体の位置に基づく車両位
置の検出を精度よく行うことができる。

【０００８】さらに本発明は、車両に搭載され、車両の
走路に沿って埋設される金属製の電波反射体をミリ波以
上の波長の電波によって探索し、車両位置を検出する装
置であって、電波反射体に向けて、円偏波の電波を送信
する送信アンテナと、送信される電波に対して、円偏波
の旋回方向が逆になる反射波を受信する逆旋受信アンテ
ナと、逆旋受信アンテナによって受信される反射波に基
づいて車両位置を検出する位置検出手段とを含むことを
特徴とする車両位置検出装置である。本発明に従えば、
金属製の電波反射体は、路面内に埋設されるので、路面
を走行する車両の運転者が電波反射体の表面からの反射
光等で視界を妨げられる恐れはない。また車両の通行に
よって電波反射体が摩耗したり破損したりすることも防
ぐことができる。路面は、アスファルトやコンクリート
などの電気絶縁物で形成され、金属製の電波反射体とは
電波の反射状態が異なる。電波反射体は、送信アンテナ
から送信される円偏波の電波の旋回方向を反転させて反
射する。電波反射体を覆う路面は、入射する電波の旋回
方向を反射の際に反転させない。逆旋受信アンテナによ
って、送信される電波に対して円偏波の旋回方向が逆に
なる反射波を受信し、受信される反射波に基づいて位置
検出手段による車両位置検出が行われるので、路面に埋
設された金属製電波反射体に基づく車両位置検出を精度
よく行うことができる。

【０００９】また本発明は、前記逆旋受信アンテナとと
もに、送信される電波に対して、円偏波の旋回方向が同
一の反射波を受信する同旋受信アンテナと、同旋受信ア
ンテナの受信レベル変化に基づいて、路面状態の変化を
検知する路面状態検知手段とを備えることを特徴とす
る。本発明に従えば、送信アンテナから送信される電波
に対して、円偏波の旋回方向が同一である反射波を受信
する同旋受信アンテナによって、路面からの反射波を受
信することができる。路面からの反射は、たとえば降雨
や積雪等の天候や周囲の環境条件によって変化する。同
旋受信アンテナの受信レベルは、路面状態の変化に基づ
いて変化するので、路面状態検知手段は路面状態の変化
を検知することができる。路面状態を検知することによ
って、適切な運転条件で車両を走行させることも可能と
なる。

【００１０】また本発明は、前記路面状態検知手段によ
って、同旋受信アンテナの受信レベルの上昇が検知され
るとき、送信する電波の周波数を、同旋受信アンテナの
受信レベルが最小となるように変化させる周波数変化手
段を有することを特徴とする。本発明に従えば、周波数
変化手段は、路面状態検知手段によって同旋受信アンテ
ナ受信レベルの上昇が検知されるとき、同旋受信アンテ
ナの受信レベルが最小となるように送信する電波の周波
数を変化させる。同旋受信アンテナの受信レベルが上昇
するのは、路面に雪や水膜が存在するときであり、セン
シング用電波の周波数を変化させることによって、雪や
水膜の影響を受けにくくし、電波反射体に基づく車両の
位置検出を精度よく行うことができる。

【００１１】さらに本発明は、車両の走路に沿って埋設
される金属製の電波反射体をミリ波以上の波長の電波に
よって探索し、車両位置を検出する方法であって、電波
反射体を、電波の波長をλ、路面材料の誘電率をεｒ、
整数ｎ＝０，１，２，…として、次の式で表される埋設
深さｈに埋設しておき、

【００１２】

【数２】

【００１３】電波反射体に向けて、円偏波の電波を送信
し、送信される電波に対し、円偏波の旋回方向が逆にな
る反射波を受信し、受信される反射波に基づいて車両位
置を検出することを特徴とする車両位置検出方法であ
る。本発明に従えば、電波反射体の埋設深さｈを、レー
ドームの設定において用いられる関係式に基づいて、路
面表面での反射を最も少なくなるようにすることができ
る。この関係式が成立する条件では、電波反射体を覆う
路面材料から反射される電波は相互に打ち消され、電波
反射体からの反射強度を最大にすることができる。これ
によって、電波反射体からの反射と路面からの反射とを
容易に識別し、電波反射体に基づく車両位置検出を精度
よく行うことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
概略的な構成を示す。車両１が走行する路面２には、金
属製の電波反射体であるレーンマーカ３が埋設される。
車両１には、送信アンテナ４および逆旋受信アンテナ５
が搭載され、送信アンテナ４からはセンシング用電波６
が送信され、レーンマーカ３からの反射波７は逆旋受信
アンテナ５によって受信される。送信アンテナ４から送
信されるセンシング用電波６は、路面２に対して電波接
地角ψとなるように送信される。センシング用電波６は
円偏波であり、逆旋受信アンテナ５はセンシング用電波
６の円偏波の旋回方向が反転した円偏波の反射波７を受
信する。位置検出装置８は、逆旋受信アンテナ５の受信
レベルに基づいて、レーンマーカ３に基づく車両１の相
対位置を検出する。たとえば、送信アンテナ４および逆
旋受信アンテナ５は、レーンマーカ３の位置を中心とし
て、車両１の走行方向に垂直な幅方向に等間隔となるよ
うに搭載され、この状態で逆旋受信アンテナ５の受信レ
ベルが最大となるように送信アンテナ４および逆旋受信
アンテナ５の指向特性が調整される。この調整の際に、
路面２に対する電波接地角ψは、路面２のブリュースタ
角以下にされる。レーンマーカ３は、たとえば厚さ１〜
１０ｍｍ程度のアルミニウム（Ａｌ）板が好適に使用さ
れる。長さは約１ｍ程度、幅は約３０ｃｍ程度である。

【００１５】図２は、図１の実施形態の概略的な電気的
構成を示す。位置検出装置８内には、送信アンテナ４か
ら円偏波として送信するセンシング用電波６の元となる
高周波出力を発生する発振器１０と、レーンマーカ３か
らの反射波７を受信する逆旋受信アンテナ５からの受信
信号を、中間周波数信号に変換するための高周波信号を
発振するローカル発振器１１と、逆旋受信アンテナ５の
受信信号とローカル発振器１１の高周波信号とを混合す
るミキサ１２と、ミキサ１２からの出力に含まれる中間
周波数信号を増幅して、反射波７の信号レベルから車両
１のレーンマーカ３に対する相対的位置を検出する処理
器１３とを含む。発振器１０が発振する高周波の周波数
は、ミリ波帯以下であることが好ましい。送信アンテナ
４は、旋回方向１６の円偏波のセンシング用電波６を送
信する。金属製のレーンマーカ３から反射される反射波
７は、旋回方向１６とは逆の旋回方向１７を有する円偏
波となり、逆旋受信アンテナ５によって受信される。路
面２など、導電性を有する金属製のレーンマーカ３とは
異なる電気絶縁性を有する部分からの反射波は、円偏波
の旋回方向がセンシング用電波６の旋回方向１６と同一
となり、逆旋受信アンテナ５によっては非常に低い受信
レベルでしか受信されない。

【００１６】図３は、電気絶縁体であるアスファルトの
路面に対して円偏波の電波が入射する際に、電波の接地
角ψに対する反射係数Ｒと旋回方向の変化φとを、実線
および破線でそれぞれ示す。電波の接地角ψがブリュー
スタ角ψ_Bより大きい範囲では、旋回方向の変化φは０
°、すなわち反射によって円偏波の旋回方向は変化しな
い。これに対して導電体である金属の表面での反射で
は、接地角ψにかかわらず偏波の旋回方向が反転する。
本実施形態では、送信アンテナ４および逆旋受信アンテ
ナ５を、センシング用電波６が絶縁体の路面２に対して
電波の接地角ψがブリュースタ角ψ_B 以上となるように
設置する。円偏波の電波を用いることによって、偏波の
旋回方向が路面２とレーンマーカ３とで反転する性質を
利用し、路面２とレーンマーカ３とを分離することがで
きる。

【００１７】本実施形態では、レーンマーカ３が路面２
内部に埋設されているけれども、路面２の表面にレーン
マーカ３を設置することもできる。レーンマーカ３を路
面２の表面に設置しても、円偏波の旋回方向についての
路面と金属製レーンマーカ３との違いを利用して、レー
ンマーカ３からの反射波の検出感度の向上を図ることが
できる。しかしながら、レーンマーカ３が路面２の表面
上に設置してあると、レーンマーカ３の表面での光反射
によって車両１の運転者の視界を妨げたり、車両１のタ
イヤがレーンマーカ３を踏んで破損させたり、摩耗させ
たりする恐れを解消させることができる。

【００１８】図４は、本発明の実施の他の形態の概略的
な電気的構成を示す。本実施形態で、図２に示す構成に
対応する部分には同一の参照符を付し、重複した説明を
省略する。本実施形態の位置検出装置１８は、発信周波
数が可変である発振器２０を含む。また送信アンテナ４
から送信された円偏波の旋回方向と同一の旋回方向を有
する円偏波を受信する同旋受信アンテナ２１と、同旋受
信アンテナ２１に受信される電波に対応する電気信号
を、位置検出装置１８内のローカル発振器１１によって
発信される高周波信号と混合し、中間周波数信号を得る
ためのミキサ２２と、ミキサ２２からの中間周波数信号
に基づいて路面状態を検知する路面状態検知手段２５
と、路面状態検知手段２５の検知結果に基づいて発振器
２０の発信周波数を変化させる周波数変化手段２６とを
備える。同旋受信アンテナ２１によって受信される反射
波２７は、その円偏波としての旋回方向２８がセンシン
グ用電波６の旋回方向１６と同一であり、路面２などか
らの反射波となる。

【００１９】図５は、図４の周波数変化手段２６によっ
て、発振器２０によって発振されるセンシング周波数ｆ
を変化させる動作を示す。ステップａ１から動作を開始
し、ステップａ２ではパラメータｍを０に初期化する。
ステップａ３では路面状態検知手段２５によって、同旋
受信アンテナ２１の受信レベルに基づく路面状態検知が
行われる。初期のセンシング周波数をｆとする。ステッ
プａ４では、路面状態検知手段２５の出力に基づいて、
路面状態に変化があるか否かを判断する。変化がないと
きにはステップａ３に戻る。変化があると、ステップａ
５で、パラメータｍが０以上であるか否かを判断する。
パラメータｍが０以上であれば、ステップａ６でセンシ
ング周波数をΔｆだけ増加するように変化させる。ステ
ップａ７では、同旋受信アンテナ２１の受信レベルが周
波数変化によって減少しているか否かを判断する。減少
していると判断されるときには、ステップａ８でパラメ
ータｍを１だけ増加させ、ステップａ３に戻る。ステッ
プａ７で同旋受信アンテナ２１の受信レベルの減少がな
いと判断されるときには、ステップａ９でパラメータｍ
が０であるか否かを判断する。１回でもステップａ８を
通ればパラメータｍは０でなくなり、ステップａ９では
ステップａ２に戻る。

【００２０】ステップａ９でパラメータｍが０であると
判断されるときには、ステップａ１０に移り、センシン
グ周波数をΔｆだけ減少するように変化させる。ステッ
プａ１１では、同旋受信アンテナ２１の受信レベルが減
少しているか否かを判断する。減少していると判断され
るときには、ステップａ１２でパラメータｍの値を１だ
け小さくし、ステップａ３に戻る。ステップａ１１で同
旋受信アンテナ２１の受信レベルが減少していると判断
されないときには、ステップａ３に戻る。動作開始直後
を除いて、ステップａ３ではセンシング周波数がｆ＋ｍ
×Δｆとなり、ステップａ２に戻ってｍ＝０と再初期化
されると、ｆ＋ｍ×Δｆが新たな初期値ｆとして取扱わ
れる。

【００２１】図６は、図４の路面状態検知手段２５によ
って検知される路面２の状態の１例を示す。路面２の表
面に雪や雨による水膜等２９が形成されると、路面２の
表面状態が変化し、路面２で反射されるセンシング用電
波の円偏波の方向と同一方向の反射波の強度が変化す
る。路面２の表面に雪、水膜等２９が存在すると、車両
の走行時にタイヤがスリップしやすくなったりするの
で、走行速度を落としたり、アンチロックブレーキング
システム（ＡＢＳ）を採用している場合には、その制御
状態を変えることもできる。

【００２２】図７は、本発明の実施のさらに他の形態と
して、路面２に埋設する金属製の電波反射体であるレー
ンマーカ３の深さｈとして適切な値を与え、路面２の表
面での電波の反射を少なくして、レーンマーカ３の表面
からの反射波７を最大にし、路面２の表面あるいは内部
からの反射波２７の強度を最小にする考え方を示す。セ
ンシング用電波６の波長をλ、路面２の材料であるアス
ファルトの誘電率をεｒ、およびｎがｎ＝０，１，２，
…である整数とすると、次の第１式が成立する。

【００２３】

【数３】

【００２４】レーンマーカ３の埋設深さｈを第１式に従
って設定すると、路面２からの反射波２７の強度は低下
し、レーンマーカ３からの反射波７を容易に識別するこ
とが可能となる。一旦レーンマーカ３が埋設された後で
は、埋設深さｈを変化させることは困難であり、センシ
ング用電波６の周波数を変化させて、波長λを変化させ
る方が容易である。また路面２上に雪や水膜が存在する
ときには、みかけの誘電率εが変化するので、第１式の
波長λを変化させて再調整を行うことが好ましい。

【００２５】前述の第１式は、厚さｈの電気絶縁材料で
覆われるレードームについて得られている式である。路
面２の法線に対する電波の入射角θを考慮する場合は、
次の第２式に従うことが知られている。

【００２６】

【数４】

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ミリ波以
上の波長の電波の円偏波の旋回方向で、電波反射体から
の反射波を路面からの反射波と容易に分離し、検出感度
を向上させることができ、電波反射体に基づく車両の位
置検出を精度よく行うことができる。

【００２８】さらに本発明によれば、路面に埋設される
電波反射体を、円偏波の旋回方向が路面と金属製の電波
反射体とで反転することを利用して識別し、路面に埋設
される電波反射体に基づく車両位置の検出を精度よく行
うことができる。電波反射体が路面に埋設されているの
で、表面が汚れたり、車両の走行によって破損を受けた
り摩耗したりすることがなく、補修、点検、維持にかか
わる労力を省くことができる。また、屋外での天候、特
に雨や雪であっても使用上に制約を受けることはなく、
光の反射によって車両の運転者の視界を妨げることもな
い。

【００２９】また本発明によれば、同旋受信アンテナを
車両に設け、送信アンテナから送信される円偏波の電波
に対して旋回方向が同一の反射波を受信し、受信レベル
の変化によって、路面状態検知手段は路面状態を検知す
る。旋回方向が送信される電波と同一の反射波は、金属
製の電波反射体ではなく路面で反射されたものである。
路面の反射状態は、表面に水膜や雪が存在すると変化す
るので、同旋受信アンテナへの受信レベルの変化から水
膜や雪の存在を容易に検知することができる。水膜や雪
などの路面状態を検知すれば、車両の走行速度やブレー
キの制御などを、路面状態に合わせて適切に行うことが
できる。

【００３０】また本発明によれば、周波数変化手段によ
って、路面状態検知手段が検知した路面状態に応じ、路
面からの反射波が最小となるように送信アンテナから送
信される電波の周波数を変化させ、電波反射体の探索に
対して最適化させることができる。これによって、雨や
雪などの天候の影響を受けないで、電波反射体に基づく
車両位置検出を精度よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な構成を示す簡
略化した正面図である。

【図２】図１の実施形態の概略的な電気的構成を示すブ
ロック図である。

【図３】図１の実施形態で路面への電波接地角と反射率
および円偏波の旋回方向との関係を示すグラフである。

【図４】本発明の実施の他の形態の概略的な電気的構成
を示すブロック図である。

【図５】図４の実施形態の動作を示すフローチャートで
ある。

【図６】図５の実施形態で検知可能な路面２の状態を示
す簡略化した正面断面図である。

【図７】本発明の実施のさらに他の形態の考え方を示す
簡略化した正面断面図である。

【符号の説明】

１ 車両 ２ 路面 ３ レーンマーカ ４ 送信アンテナ ５ 逆旋受信アンテナ ６ センシング用電波 ７ 反射波 ８，１８ 位置検出装置 １０，２０ 発振器 １３ 処理器 １６，１７，２８ 旋回方向 ２１ 同旋受信アンテナ ２５ 路面状態検知手段 ２６ 周波数変化手段 ２９ 雪、水膜等

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に搭載され、車両の走路に沿って設
   置される金属製の電波反射体をミリ波以上の波長の電波
   によって探索し、車両位置を検出する装置であって、 電波反射体に向けて、路面のブリュースタ角以下で円偏
   波の電波を送信する送信アンテナと、 送信される電波に対して、円偏波の旋回方向が逆になる
   反射波を受信する逆旋受信アンテナと、 逆旋受信アンテナによって受信される反射波に基づいて
   車両位置を検出する位置検出手段とを含むことを特徴と
   する車両位置検出装置。
2. 【請求項２】 車両に搭載され、車両の走路に沿って埋
   設される金属製の電波反射体をミリ波以上の波長の電波
   によって探索し、車両位置を検出する装置であって、 電波反射体に向けて、円偏波の電波を送信する送信アン
   テナと、 送信される電波に対して、円偏波の旋回方向が逆になる
   反射波を受信する逆旋受信アンテナと、 逆旋受信アンテナによって受信される反射波に基づいて
   車両位置を検出する位置検出手段とを含むことを特徴と
   する車両位置検出装置。
3. 【請求項３】 前記逆旋受信アンテナとともに、送信さ
   れる電波に対して、円偏波の旋回方向が同一の反射波を
   受信する同旋受信アンテナと、 同旋受信アンテナの受信レベル変化に基づいて、路面状
   態の変化を検知する路面状態検知手段とを備えることを
   特徴とする請求項１または２記載の車両位置検出装置。
4. 【請求項４】 前記路面状態検知手段によって、同旋受
   信アンテナの受信レベルの上昇が検知されるとき、送信
   する電波の周波数を、同旋受信アンテナの受信レベルが
   最小となるように変化させる周波数変化手段を有するこ
   とを特徴とする請求項３記載の車両位置検出装置。
5. 【請求項５】 車両の走路に沿って埋設される金属製の
   電波反射体をミリ波以上の波長の電波によって探索し、
   車両位置を検出する方法であって、 電波反射体を、電波の波長をλ、路面材料の誘電率をε
   ｒ、整数ｎ＝０，１，２，…として、次の式で表される
   埋設深さｈに埋設しておき、 【数１】 電波反射体に向けて、円偏波の電波を送信し、 送信される電波に対し、円偏波の旋回方向が逆になる反
   射波を受信し、受信される反射波に基づいて車両位置を
   検出することを特徴とする車両位置検出方法。