KR100374923B1

KR100374923B1 - 자기식 차량 위치 검출 장치

Info

Publication number: KR100374923B1
Application number: KR10-2000-7003327A
Authority: KR
Inventors: 혼쿠라요시노부; 후지이히데키; 와타라이아키; 가코에이지
Original assignee: 아이치 세이코우 가부시키가이샤
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1998-09-28
Publication date: 2003-03-06
Also published as: WO1999017079A1; DE69810797T2; CN1272174A; EP1020707A4; KR20010024330A; EP1020707B1; US6336064B1; CN1117965C; DE69810797D1; EP1020707A1

Abstract

본 발명은 횡 어긋남 폭에 걸쳐서 고정확도 및 고속으로 횡 어긋남 폭을 검출할 수 있는 자기식 차량 위치 검출 장치를 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 차량 진행 방향의 자계 성분을 검출하는 것에 의해, 바람직하게는 차량 진행 방향 및 그와 교차하는 2방향의 자기 센서를 추가한 3차원 자기 센서(1)를 사용하므로써, 자동차의 센터 유지 능력을 높이는 동시에, 횡 어긋남 검출 범위를 25 ㎝ 정도로부터 1 m 정도로 4배 정도 넓히며, 또한 외란 자장의 영향이 있어도 확실하게 자기 마커(3)를 검지하여, 확실하게 센터측의 유도를 개시할 수 있는 것을 발견하였다.

Description

자기식 차량 위치 검출 장치{Magnetic apparatus for detecting position of vehicle}

전류가 흐르는 케이블 선을 코일로 검출하면서 유도하는 방식, 카메라를 사용하여 화상 해석을 사용하는 유도 방식, 전파를 사용한 유도 방식, 초음파를 사용한 유도 방식, 자기 테이프를 자기 센서로 검출하는 유도 방식 등, 각종 방식이, 공장 내의 무인 운전 주행 시스템에 사용되어 왔다. 그러나, 이것들을 자동차가 달리는 도로상에 적용하도록 하면, 자기 이외의 유도 방식은, 비나 눈, 안개 등의 악천후 시에 사용할 수 없으므로, 채용이 곤란하였다. 또한, 자기 방식에서는, 직선 형상으로 복수 개의 자기 센서가 나란한 어레이 센서로 자성 라인을 검출하는 방법이 공장내 무인 운전에 사용되고 있지만, 스피드가 빠르고, 또한 높이 진동이 발생하는 일반 자동차의 유도에는 이용이 곤란하였다.

자동차의 유도를 목적으로 하는 자기 유도 방식으로서, 미국 특허 제 5347456 호에 기재된 것이 있다. 그것에 의하면, 자동차에 설치된 센서가, 도로의중앙에 설치된 자기 마커의 수직(높이 방향) 및 수평(좌우 방향)의 두 자계 성분을 검출하고, 이들 관계로부터 높이 진동을 보정한 횡 어긋남 양을 산출하는 것을 개시하고 있다.

그러나, 수직방향 자계 성분은 자기 센서의 높이에 있어서 20 내지 25 ㎝ 를 넘으면 상당히 감쇠되므로, 검출가능한 횡 어긋남 양이 20 내지 25 ㎝ 로 현저히 좁아져 버린다는 문제가 있었다. 그 때문에, 자동차가 도로에 진입할 때에, 자기 마커가 존재하는 센터(주행 레인의 중앙)로부터 20 내지 25 ㎝ 이내의 범위에 진입하는 것이 가능하지 않으면, 센터로의 자기 유도가 개시되지 않는 것이 있다.

또한, 차량(정확히는 차량의 자기 센서)이 센터로부터 20 내지 25 ㎝ 이내로 유도된 후에도, 철교, 터널 등 국소적으로 자기 마커에 필적하는 큰 외란(外亂) 자계가 있는 경우, 자동차가 센터로부터 25 ㎝ 이상 이격되어, 센터 유도 불능으로 되어 버릴 가능성이 생겨 버린다. 예를 들면, 센터로부터 우로 20 ㎝ 정도 이격되어 있을 때, 자기 마커의 신호를 상회하는 좌에서 우로 횡방향으로 국소적인 외란 자계가 걸린 경우, 좌측에 자동차가 있다고 오판하여, 우측으로의 유도 지시가 발하여질 것으로 판단된다. 자기 마커는 센터를 따라서 2 m 정도의 간격으로 설치되어 있지만, 최대 스티어링 각도가 5 도인 경우, 1 m 진행하면 25 ㎝ 나 센터로부터 간단히 일탈해 버린다는 문제점이 있었다.

예를 들어 자동차의 차폭을 약 1.7 m 로 하고, 차로의 차량 주행 레인의 폭을 3.5 m 로 하는 경우, 자기 센서와 자기 마커의 거리는 최대 0.9 m 로 되므로, 자동차의 위치 검출 범위는 종래의 25 ㎝ 정도로는 불충분하며, 1 m 정도까지 넓히는 것이 바람직하다. 이렇게 하면, 자동차가 도로에 존재하고 있는 동안에, 자기 센서가 자기 마커를 검출할 수 있고, 자동차를 확실하게 센터(주행 레인 중앙)로 유도할 수 있음이 분명하다.

또한, 커브 등에서는, 자기 마커 통과 마다 횡 어긋남 양이 변화한다고 판단되므로, 적어도 2 m 진행하는 동안에 반드시 횡 어긋남 양을 검출할 필요가 생긴다. 그러나, 종래 방식에서는, 차량의 위치 검출이 복잡하기 때문에 응답성이 나쁘고, 그 결과, 자기 마커의 설치 간격을 짧게 하지 않으면 안된다. 이것을 해소하기 위하여, 자기 마커의 설치 간격을 짧게 하지 않아도 고정확도로 간단하게 위치검출이 가능한 자기 유도 방식이 기대되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 넓은 범위에 걸쳐서 고정확도로 그리고 고속으로 센터로부터의 횡 어긋남 양을 검출할수 있는 자기식 차량 위치 검출장치를 제공하는 것을, 그 과제로 하고 있다.

본 발명은 자동차에 설치된 자기 센서로, 도로 중앙에 설치된 자기 마커가 만드는 자계를 검출하므로써, 도로 센터로부터의 자동차 횡 어긋남 량을 추출하는 자기식 차량 위치 검출 장치에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 자기식 차량 위치 검출 장치(자기식 차량 위치 검출 방식)의 원리를 도시하는 모식 사시도이다.

도 2 는 자기 센서(1)와 자기 마커(3)의 배치 상태를 도시하는 정면도이다.

도 3 은 횡 어긋남 양, 즉 자기 마커(3)로부터 좌우 방향(수평) 방향으로의 거리와, 수직 방향 자계의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 4 는 횡 어긋남 양, 즉 자기 마커(3)로부터 좌우 방향(수평) 방향으로의 거리와, 수평(좌우) 방향 자계의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 5 는 횡 어긋남 양, 즉 자기 마커(3)로부터 좌우 방향(수평) 방향으로의 거리와, 진행 방향 자계의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 6 은 횡 어긋남 양 25 ㎝ 미만의 범위에서 사용되는 Bz 와 By 를 차원으로 하는 2차원 가상 공간상에서의 횡 어긋남 양의 등고선을 도시하는 특성도이다.

도 7 은 횡 어긋남 양과, Bz/By 의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 8 은 횡 어긋남 양 25 내지 50 ㎝ 의 범위에서 사용되는 Bz 와 Bx max 를 차원으로 하는 2차원 가상 공간상에서의 횡 어긋남 양의 등고선을 도시하는 특성도이다.

도 9 는 횡 어긋남 양과, Bx max/By max 의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 10 은 횡 어긋남 양 50 내지 100 ㎝ 의 범위에서 사용하기 위한 Bx max 와 Bx min 사이의 거리와, 횡 어긋남 양의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 11 은 수직 방향 자계와 횡 어긋남 양의 관계의 측정예를 도시하는 특성도이다.

도 12 는 횡 어긋남 양이 0 내지 1000 ㎜ 의 범위에서의 진행 방향 자계와 횡어긋남 양의 관계의 측정예를 도시하는 특성도이다.

도 13 은 횡 어긋남 양이 400 내지 1000 ㎜ 의 범위에서의 진행 방향 자계와 횡어긋남 양의 관계의 측정예를 도시하는 확대 특성도이다.

도 14 는 횡 어긋남 양이 0 내지 1000 ㎜ 의 범위에서의 수평 방향 자계와 횡 어긋남 양의 관계의 측정예를 도시하는 특성도이다.

도 15 는 횡 어긋남 양이 400 내지 1000 ㎜ 의 범위에서의 수평 방향 자계와 횡어긋남 양의 관계의 측정예를 도시하는 확대 특성도이다.

도 16 은 자기 마커와 진행 방향 동일 위치에서의 횡 어긋남 양과 각 자기 센서의 출력 전압의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 17 은 실시예 1 의 컴퓨터(2)의 제어예를 도시하는 플로우차트이다.

도 18 은 실시예 1 의 컴퓨터(2)의 제어예를 도시하는 플로우차트이다.

도 19 는 실시예 1 의 컴퓨터(2)의 제어의 변형예를 도시하는 플로우차트이다.

도 20 은 실시예 1 의 컴퓨터(2)의 제어의 변형예를 도시하는 플로우차트이다.

도 21 은 자기 마커(3)를 연결하는 센터 라인으로부터 우로 20 ㎝ 횡 어긋난 라인을 주행하는 경우에서의 각 자기 센서의 출력을 도시하기 위한 특성도이다.

도 22 는 자기 마커(3)를 연결하는 센터 라인상을 주행하는 경우에서의 각 자기 센서의 출력을 도시하기 위한 특성도이다.

도 23 은 자기 마커(3)를 연결하는 센터 라인으로부터 좌로 20 ㎝ 횡 어긋난 라인을 주행하는 경우에서의 각 자기 센서의 출력을 도시하기 위한 특성도이다.

도 24 는 실험에 의해 구한 피크간 거리(Lx)와 횡 어긋남 양의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 25 는 실험에 의해 구한 진행 방향 자계(Bx)의 최대값과 최소값의 차이(Bx" = Bx max)와 횡 어긋남 양의 관계를 도시하는 특성도이다.

도 26 은 실시예 2 의 횡 어긋남 양 검출 방식을 도시하는 플로우차트이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은, 차량 진행 방향의 자계 성분을 검출하므로써, 더 바람직하게는 차량 진행 방향 및 차량 진행 방향과 직교하는 2방향(수직방향, 수평방향)의 자기 센서를 구비하는 3차원 자기 센서를 사용하므로써, 자동차의 센터 유지 능력을 높이는 동시에, 횡 어긋남 검출범위를 25 cm 내지 1 m 정도로 4 배 정도 넓힐 수 있다는 것을 발견하였다. 그 결과, 이 차량 진행 방향의 자계 성분에 기초하여 횡 어긋남 양을 검출하므로써, 외란 자계의 영향에 의해, 횡 어긋남 양(자기 센서로부터 센터까지의 거리)이 25 ㎝ 이상으로 되어도, 센터측으로의 유도를 확실하게 행하여 센터상으로 차량을 복귀시킬 수 있음을 발견하였다.

이하, 본 발명의 각 구성을 상세히 설명한다.

청구항 1 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에 의하면, 차량측의 자기 센서는, 차량 진행 방향의 자계 성분 변화에 기초하여, 차량(정확하게는 자기 센서)과 주행 레인 중앙의 센터(정확하게는 자기 마커) 사이의 횡 어긋남 양을 추출한다.

이렇게 하면 후술하듯이, 기존의 다른 방향 자계 성분을 검출하는 자기 센서에 비교하여, 횡 어긋남 양을 넓은 범위에 걸쳐서 고정확도로 검출할 수 있고, 종래의 검출방식에 비교하여 현격히 실용성이 풍부한 자기식 차량 위치 검출 장치를 실현할 수 있다.

청구항 2 기재의 구성에 의하면 청구항 1 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에 있어서 다시, 진행방향 자기 센서의 출력 신호의 최소값과 최대값의 차이인 진행방향 자계의 최대 변화량에 기초하여 횡 어긋남 양을 추출한다. 이렇게 하면, 고정확도로 횡 어긋남 양을 검출할 수 있다.

청구항 3 기재의 구성에 의하면 청구항 1 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에 있어서 다시, 진행방향 자기 센서의 출력 신호의 최소값과 최대값 사이의 거리에 기초하여 횡 어긋남 양을 추출한다. 이렇게 하면, 고정확도로 횡 어긋남 양을 검출할 수 있다.

청구항 4 기재의 구성에 의하면 청구항 1 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에 있어서 다시, 수직 자계 성분을 검출하는 수직 방향 자기 센서와, 수평 자계 성분을 검출하는 수평 방향 자기 센서를 포함하며, 이들 세 개의 자기 센서의 출력신호에 기초하여, 차량의 횡 어긋남 양을 검출한다.

이렇게 하면, 횡 어긋남 양이 적은 경우에, 일층 고정확도로 횡 어긋남 양을 검출할 수 있다.

또한, 여기서, 수직 방향 자기 센서는, 수직 자계 성분 다시 정확히 말하면 차량 진행 방향 및 차량 좌우 방향에 대해 각각 직각인 방향의 자계 성분을 검출하는 센서이며, 수평방향 자기 센서는 수평 자계 성분 다시 정확히 말하면 차량 좌우 방향의 자계 성분을 검출하는 센서이다.

청구항 5 기재의 구성에 의하면 청구항 4 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에서 다시, 진행 방향 자계의 반전 시점에서의 수직 방향 자계 및 수평 방향 자계에 기초하여 횡 어긋남 양을 검출한다. 이렇게 하면 정확히 횡 어긋남 양을 검출할 수 있다.

청구항 6 기재의 구성에 의하면 청구항 4 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에서 다시, 수직 방향 자계 및 수평 방향 자계의 피크값 또는 피크값과 순간값의 평균값을 사용하여 횡 어긋남 정보를 추출한다. 이렇게 하면 정확하게 횡 어긋남 양을 검출할 수 있다 .

청구항 7 기재의 구성에 의하면 청구항 4 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에서 다시, 횡 어긋남 양이 큰 경우에 진행 방향 자계로부터 횡 어긋남 양을 검출하고, 수평 방향 자계 성분으로부터 좌우 판별을 행한다. 횡 어긋남 양이 적은 경우에 진행 방향 자계 및 수평 방향 자계의 조합으로 높이 변동의 영향을 보정한 횡 어긋남 양 및 좌우 판별을 검출한다.

이렇게 하면 넓은 횡 어긋남 양 레인지에 걸쳐서 정확한 횡 어긋남 양 검출을 행할 수 있고, 특히 횡 어긋남 양이 큰 경우에 검출 정확도를 향상시킬 수 있다.

청구항 8 기재의 구성에 의하면 청구항 4 기재의 자기식 차량 위치 검출장치에서 다시, 자기 마커의 자계 변화 성분을 포함하는 소정 폭의 대역(帶域)을 제외하고 다른 대역의 신호 성분을 제거하는 처리를 행하므로, 검출 정확도의 향상을 도모할 수 있다.

청구항 9 기재의 구성에 의하면 청구항 1 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에서 다시, 진행 방향 자기 센서의 출력 신호의 변조 신호 성분에 기초하여 자기 마커의 진행 방향을 판정한다. 이렇게 하면 자기 마커의 진행 방향 위치를 정확하게 검출할 수 있다.

청구항 10 기재의 구성에 의하면 청구항 5 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에서 다시, 검출한 세 방향의 자계 성분의 피크값에 기초하여 자기 마커의 진행 방향 위치를 판정하여 구한 과거(직전의)의 복수의 자기 마커 위치로부터 다음 자기 마커 중간점을 산출하고, 이 자기 마커 중간점에서의 자계의 크기에 기초하여, 자기 마커에 의한 자계(신호 자계) 이외의 백그라운드 자계, 특히 그중의 긴 주기의 외란 자계에 의한 자계 레벨을 추출하고, 이것에 의해 자기 센서로 검출한 자계(검출 자계)로부터 이 백그라운드 자계를 제외하여, 신호 자계를 추출한다. 이로 인해 검출 정확도의 향상을 도모할 수 있다.

청구항 11 기재의 구성에 의하면 청구항 1 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에서 다시, 금회 통과한 자기 마커로부터 추출한 횡 어긋남 양과, 연속하는 직전의 복수의 자기 마커로부터 추출된 직전의 복수의 횡 어긋남 양의 평균값에 기초하여 짧은 주기의 외란 자계에 의한 노이즈 성분을 제거한다. 이것에 의해 검출 정확도의 향상을 도모할 수 있다.

청구항 12 기재의 구성에 의하면 청구항 1 기재의 자기식 차량 위치 검출 장치에서 다시, 자기 마커의 배치 변화에 기초하여 도로 형상 정보를 검출하는 도로 형상 정보 검출 수단을 구비한다. 이렇게 하면, 이 자기식 차량 위치 검출 장치의 다기능화, 복합 기능화를 실현하고, 예를 들어 농무(濃霧:짙은 안개)의 커브 길 등에서, 전방 소정 거리 전방에 존재하는 급 커브나 업다운의 존재, 또는 만곡 방향 및 경사율 등을, 운전자에 알려줄 수 있다.

청구항 13 기재의 구성에 의하면 청구항 1 기재의 자기식 차량 위치 검출장치에서 다시, 인접하는 복수의 자기 마커 사이의 통과 시간에 기초하여 차량 속도를 산출하는 차량 속도 산출 수단을 구비한다. 이렇게 하면, 차속 센서의 추가 없이 차속 검출을 실현할 수 있다.

청구항 14 기재의 구성에 의하면 청구항 1 기재의 자기식 차량 위치 검출장치에서 다시, 추출한 횡 어긋남 양에 기초하여 조타 제어를 행한다. 이렇게 하면, 안전, 쾌적한 오토 크루즈를 실현할 수 있다.

(3차원 자기 센서를 사용한 횡 어긋남 양 산출 원리의 설명)

·검출법 1 - 소(小) 횡어긋남 양 영역에서의 횡어긋남 양 검출법

횡 어긋남 양이 예를 들어 25 ㎝ 이내인 작은 횡 어긋남 영역에서는, 자기 마커의 중앙부에서 가장 큰 출력을 가지며, 또한 횡 어긋남 양이 커지면 급격히 작아지는 수직 방향 자계(Bz)를 사용한다. 이것에 의해, 2 ㎝ 정도의 정확도로 횡 어긋남 양을 측정할 수 있다. 단, 좌우 방향의 판별은, 자기 센서가 자기 마커의 좌측에 위치하는 경우와, 우측에 위치하는 경우에 출력 전압의 부호가 반대로 되는 수평(좌우) 방향 자계(By)로부터 판별할 수 있다.

자기 센서의 높이의 보정이 필요한 경우에는, 도 6 에 도시하는, 수직 방향 자계(Bz)의 최대값(Bz max)과, 수평(좌우) 방향 자계(By)의 최대값(By max)과 센서 높이와 횡 어긋남 양의 맵을 사용하여 센서 높이의 보정을 행한 횡 어긋남 양을 구할 수 있다.

또한, 임의의 횡 어긋남 양에 있어서, 수직방향 자계(Bz)의 최대값(Bz max)은, 자기 센서가 자기 마커의 직상(直上) 또는 진횡(眞橫)에 위치하는 경우의 값이며, 마찬가지로, 수평(좌우) 방향 자계(By)의 최대값(By max)은, 자기 센서가 자기 마커의 진횡에 위치하는 경우의 값이다.

횡 어긋남 양의 계산은, 도 6 에 도시하는 맵으로부터 직접 구하는 것도 가능하며, 도 7 에 도시하는 Bz max 와 By max 의 비율도 횡 어긋남 양과의 약간의 직선 관계를 이용하여 간단한 일차 방정식으로 구하는 것도 가능하다.

·검출법 2 - 중(中) 횡어긋남 양 영역에서의 횡어긋남 양 검출법

횡 어긋남 양이 예를 들어 25 ㎝ 내지 50 ㎝ 정도인 중 횡어긋남 영역에서는, 횡 어긋남 방향으로 최대 자계 변화를 발생하고, 횡 어긋남 양이 10 ㎝ 를 넘어가면 횡 어긋남 양과 출력값이 일대일로 대응하는 수평(좌우)방향 자계(By)를 이용한다. 이것에 의해, 4 ㎝ 정도의 정확도로 횡 어긋남 양을 구할 수 있다. 그러나, 수평(좌우)방향 자계(By)는 멀리까지 넓어져 가지만, 횡 어긋남 양이 0 인 경우에 신호 전압의 부호가 반전하지 않으므로 외란 자계와 간섭 판별이 하기 어렵다.

이것에 비교하여, 진행방향 자계(Bx)는, 수평(좌우)방향 자계(By)와 마찬가지로 멀리까지 넓어져 가지만, 진행 방향 자계 성분(Bx)의 부호는 자기 마커를 넘어서면 반전하므로, 자기 마커의 자계와 외란 자계의 판별이 용이하다. 따라서, 진행 방향 자계(Bx)와 수평(좌우)방향 자계(By)를 조합시키는 것이, 횡 어긋남 양 50 ㎝ 까지의 범위에서의 횡 어긋남 양의 측정에 적합하다.

자기 센서의 높이 보정이 필요한 경우에는, 도 8 에 도시하는 진행 방향 자계(Bx)의 최대값(Bx max)과 수평(좌우) 방향 자계(By)의 최대값(By max)의 맵으로부터 높이를 산출하고, 이 높이에 기초하여 횡 어긋남 양을 보정할 수 있다. 횡 어긋남 양의 계산은, 도 8 에 도시하는 맵으로부터 직접 구하는 것도 가능하며, 도 9 에 도시하는 Bx max 와 By max 의 비와 횡 어긋남 양의 대략 직선 관계를 이용하여 간단한 일차 방정식으로 구하는 것도 가능하다.

·검출법 3 - 큰(大) 횡 어긋남 양 영역에서의 횡 어긋남 양 검출법

횡 어긋남 양이 예를 들어 50 내지 100 ㎝ 인 큰 횡 어긋남 영역에서는, 진행방향 자계(Bx)의 최대값과 최소값을 도시하는 지점 사이의 진행 방향 거리를 구하고, 도 10 또는 도 24 로부터 알 수 있듯이, 고정확도로 횡 어긋남 양을 산출할 수 있다. 이 때, 수평(좌우)방향 자계(By)의 부호로부터 좌우 판별이 이루어진다. 이 검출 방법에서는, 높이의 영향을 무시할 수 있다. 또한 도 10 은 시뮬레이션으로 구한 도면이며, 도 24 는 실험으로 구한 도면이다. 이들 시뮬레이션 및 실험은, 자기 마커의 직경을 100 ㎜, 그 두께를 5 ㎜, 자기 마커 상단면으로부터의 자기 센서의 높이를 250 ㎜ 로 하여 행하였다.

·검출법 4 - 큰 횡 어긋남 양 영역에서의 횡 어긋남 양의 다른 검출법

횡 어긋남 양이 예를 들어 30 내지 40 ㎝ 부터 1 m 정도인 큰 횡 어긋남 영역에서는, 진행 방향 자계(Bx)의 최대값과 최소치 사이의 차이인 진행 방향 자계(Bx)의 최대 변화량(Bx max)을 구하고, 이 Bx max 와 횡 어긋남 양의 관계를 도시하는 맵(도 25 참조)으로부터 횡 어긋남 양을 검출할 수 있다. 도 25 로부터 알 수 있듯이, 횡 어긋남 양이 예를 들어 30 내지 40 ㎝ 로부터 1 m 정도로 되면, 자기 센서의 높이가 변화해도, Bx max 는 거의 영향을 받지 않고, 이 때문에 높이 보정 없이 민첩하게 그리고 고정확도로 횡 어긋남 양을 검출할 수 있다. 또한, 이 경우도, 수평(좌우) 방향 자계(By)의 부호로부터 좌우 판별이 이루어진다.

또한, 이 진행 방향 자계(Bx)의 최대 변화량(Bx max)으로부터 횡 어긋남 양을 구하는 검출법은, 상술한 진행 방향 자계(Bx)의 최대값과 최소값을 도시하는 지점간의 진행 방향 거리에 기초하여 횡 어긋남 양을 구하는 검출법보다 횡 어긋남 양이 큰 영역에서 검출 감도가 높은 것이 실험으로부터 알려졌다.

단, 진행방향 자계(Bx)의 최대 변화량(Bx max)으로부터 횡 어긋남 양을 구하는 검출법에서는, 실험 결과를 도시하는 도 25 로부터 알 수 있듯이, 횡 어긋남 양이 30 ㎝ 미만에서 높이 변화에 의한 출력 변화가 크므로 그 보정이 필요해진다.따라서, 횡 어긋남 양이 적은 경우에는 상기 검출법 1 내지 3을 적절히 선택하고, 횡 어긋남 양이 큰 경우에는 상기 검출법 4를 채용하도록 해도 좋다.

·그 밖의 검출법 5

그 외에, 수평(좌우) 방향 자계(By)로부터도 횡 어긋남 양을 산출할 수 있으며, 이 경우는 센서의 높이 변동의 영향도 무시할 수 있다. 진행 방향 자계(Bx)와 수평(좌우)방향 자계(By)중 어느 하나의 자계를 조건에 따라 적절히 선택할 수 있다. 또한, 진행 방향 자계(Bx)로 검출한 횡 어긋남 양과, 수평(좌우) 방향 자계(By)로 검출한 횡 어긋남 양의 평균값을 횡 어긋남 양으로 하는 것도 가능하다.

그러나, 수평(좌우) 방향 자계(By)는 외란의 영향을 받기 쉽고, 진행 방향 자계(Bx)의 최대값과 최소값의 차이는 외란의 영향을 받기 어려우므로, 진행방향 자계(Bx)의 최대값과 최소값의 차이로부터 산출하는 쪽이 바람직하다.

(센터 유도 방식의 설명)

다음으로, 도로의 주행 레인의 중앙 즉 본 명세서에서 말하는 센터로의 차량 유도 방식에 대해 이하에 설명한다.

상술한 바와 같이, 자동차가 도로에 진입한 경우에, 종래 센터로부터 25 ㎝ 이내로 접근하지 않으면 센터 유도를 개시하는 것이 불가능하지만, 진행 방향 자계(Bx)의 변화에 기초하여 횡 어긋남 양을 구하는 본 발명의 횡 어긋남 양 검출 방식에서는, 거의 자동차의 주행 레인의 어떤 위치에서도 센터로의 유도를 개시할 수 있다.

또한, 진행 방향 자계(Bx), 수평(좌우) 방향 자계(By) 및 수직 방향 자계(Bz)를 검출하고, 이들 신호를 사용하여, 진행 방향 자계(Bx)에만 의한 횡 어긋남 양 산출, 진행 방향 자계(Bx) 및 수평(좌우) 방향 자계(By)의 조합에 의한 횡 어긋남 양 산출, 수직 방향 자계(Bz) 및 수평(좌우) 방향 자계(By)의 조합에 의한 횡 어긋남 양 산출을 행하고, 이들 3 종류의 횡 어긋남 양으로부터 적절히 선택하므로써, 횡 어긋남 양이 적은 범위, 중간 정도의 범위 및, 큰 범위중 어떤 범위에서도 고정확도로 횡 어긋남 양을 구할 수 있다.

예를 들어, 이 자기 유도 도로로의 차량 진입 시에는, 자동차는 센터로부터 50 내지 100 ㎝ 이격된 지점에 위치하므로, 진행 방향 자계(Bx) 및 수평(좌우) 방향 자계(By)로부터 횡 어긋남 양을 산출한다.

다음으로, 이 횡 어긋남 양을 사용하여 차량을 센터측으로 유도하는 것에 의해 횡 어긋남 양이 감소하면, 진행 방향 자계(Bx) 및 수평(좌우) 방향 자계(By)의 조합으로부터 횡 어긋남 양을 산출하고, 이 산출값에 따라 추가로 차량을 센터측으로 유도한다.

다시, 횡 어긋남 양이 적어지면, 구한 Bx, By, Bz 의 조합으로부터 고 정확도로 횡 어긋남을 구할 수 있다.

또한, 횡 어긋남 양이 25 ㎝ 보다 커진 것으로 해도, 탈륜(脫輪)하기까지의 동안에, 상기 방법으로 횡 어긋남 양을 다시 검출할 수 있으므로, 다시 중앙부에 자동차를 유도 복귀시킬 수 있다.

상기 설명한 본 발명의 각 구성의 상세한 설명 및 다른 특징을 이하의 실시예를 참조하여 설명한다.

실시예 1

이하, 진행 방향 자기 센서, 수직 방향 자기 센서 및, 수평 방향 자계 센서로 이루어지는 3차원 자기 센서를 사용하여 횡 어긋남 양을 추출하는 자기식 차량 위치 검출 장치의 실시예에 대해 구성한다.

(장치 구성)

이 자기식 차량 위치 검출장치의 장치 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.

이 자기식 차량 위치 검출장치는, 차량의 전부(前部) 하면에 설치된 3차원 자기 센서(1)와, 이 3차원 자기 센서(1)의 출력 신호를 처리하여 횡 어긋남 양을 산출하는 차량 탑재의 컴퓨터(2)로 이루어진다. 3차원 자기 센서(1)는, 수직 방향 자기 센서(11), 수평 방향 자계 센서(12) 및, 진행 방향 자기 센서(13)로 이루어진다. 수평 방향 자기 센서(12)는 차량 좌우 방향의 자계 성분을 검출하고, 진행 방향 자기 센서(13)는 차량 전후 방향의 자계 성분을 검출하며, 수직 방향 자기 센서(11)는 차량 좌우 방향 및 차량 전후 방향에 대해 각각 직각인 방향 즉 차량 높이 방향의 자계 성분을 검출한다. 자기 센서(1)는 도 2 에 도시한 바와 같이 노면에서 약 25 ㎝ 의 높이에 설치되어 있다.

도면부호 3 은 도로의 차선 중앙부(센터)를 따라서 노면에 일정 간격으로(예를 들어 2 m 마다) 설치된 자기 마커이고, 자기 마커(3)는, 직경 100 ㎜ 이고 높이 약 5 ㎜ 의 원반 형상의 영구 자석으로 이루어지며, 최대 에너지 적(積)이 약 160000 J/㎥ 의 것을 사용하였다. 자기 마커(3)의 상측 주면은 한쪽 자극 예를 들어 N 극으로 자화되어 있다.

(자기 마커(3) 주위의 자계 성분)

자기 마커(3)가 그 주위에 만드는 자계 분포에 대하여 설명한다. 또한, 각 도면에서 진행 방향 자계(Bx), 수평(좌우) 방향 자계(By) 및 수직 방향 자계(Bz)는 G(가우스) 즉 0.0001 ·T를 단위로 하여 도시되어 있다.

우선, 검출 자계의 진행 방향 자계, 수평(좌우) 방향 자계 및, 수직 방향 성분(Bx, By, Bz)과 횡 어긋남 양(횡 어긋남 양이라 함)의 관계를 도 3 내지 도 5 에 도시한다. 측정점은 높이 25 ㎝ 이다.

수직 방향 자계(Bz)는, 도 3 에 도시하듯이, 자기 마커(3) 근방에서 예리한 피크를 갖지만, 자계의 넓이는 25 ㎝ 정도로 좁고, 또한 좌우 대조의 분포 형상을 갖는다. 따라서, 수직 방향 자계(Bz)는, 횡 어긋남 양이 25 ㎝ 이내로 크고, 중심 부근에서 특히 큰 값을 갖지만, 그 대신, 횡 어긋남 양이 25 ㎝ 이상으로 되면 적어진다.

예를 들어, 풀 스케일이 0.0005(T(테슬라)), 감도가 0.00001 T 의 성능을 갖는 수직 방향 자기 센서(11)를 사용하면, 0 내지 250 ㎜ 까지의 횡 어긋남 양을 위치 정확도 20 ㎜ 라는 고정확도로 측정할 수 있다(도 3 참조). 단, 이 경우, 좌우 판별은 수평 방향 자계 센서(12)의 출력값의 부호로부터 판정할 필요가 있다.

수평(좌우) 방향 자계(By)는, 자기 마커(3)의 직상에서 0 이고, 자기 마커(3)의 직상으로부터 15 ㎝ 정도 이격된 점에 피크를 가지며, 1 m 근처까지의 넓은 넓이를 갖는 좌우에서 부호가 반대인 분포 형상을 갖는다. 따라서, 차가 자기 마커(3)를 통과한 시점에서의 수직, 수평 방향의 센서(11, 12)의 출력 전압은, 횡 어긋남 양에 따른 Bz, By 의 검출값에 대응하게 된다. 수평(좌우) 방향 자계(By)는, 1 m 까지 출력되고, 횡 어긋남의 좌우 판별도 그 부호로부터 판별할 수 있지만, 자기 마커(3)의 직상에서는 출력이 0 으로 되기 때문에 횡 어긋남 위치를 판정할 수 있다.

예를 들어, 풀 스케일 0.0017 (T(테슬라)), 감도 0.0000024 T 의 성능을 갖는 수평 방향 자계 센서(12)를 사용하면, 250 내지 500 mm 까지의 횡 어긋남 양을 측정할 수 있다(도 4 참조). 이 때의 검출 정확도는 상술한 수직 방향 자기 센서(11)의 경우보다 약간 악화되지만, 500 ㎜ 까지는 문제 없이 측정할 수 있다. 또한 본 발명자들은, 진행 방향 자계(Bx)의 변화에 기초하여 횡 어긋남 양을 측정할 수 있는 것을 발견하였다.

예를 들어, 풀 스케일 0.00003 (T(테슬라)), 감도 0.000001·T 의 성능을 갖는 진행 방향 자기 센서(13)를 사용하면, 진행 방향 자계(Bx)의 최소값(최소 피크)과 최대값(최대 피크) 사이의 거리와 횡 어긋남양의 관계를 미리 기억해두므로써, 횡 어긋남 양을 간단한 일차 식으로 산출할 수 있다는 것을 새롭게 발견하였다.

이것에 의해, 500 내지 1000 mm 범위에서 검출 정확도 100 ㎜ 로 측정할 수 있다. 이 경우의 횡 어긋남 양 정확도는 100 ㎜ 로 다소 악화되지만, 1000 ㎜ 까지 측정할 수 있다. 또한, 여기서 기술한 진행 방향 자기 센서(13)의 출력 신호를 사용한 횡 어긋남 양 측정의 상세는 후술한다.

또한, 진행 방향 자계(Bx)를 이용한 그 밖의 횡 어긋남 양 검출 방식으로서, 진행 방향 자계(Bx)의 최소값(최소 피크)과 최대값(최대 피크) 사이의 진행 방향 자계(Bx)의 최대 변화량(Bx max)과 횡 어긋남 양의 관계를 미리 기억해두므로써, 횡 어긋남 양을 다시 고정확도로 간단하게 구할 수 있는 것도 발견하였다. 이 방식에 대해서도 뒤에서 상술한다.

결국, 도 3 내지 도 5 로부터, 횡 어긋남 양이 적은 경우에는, 수직 방향 자계(Bz)와 횡 어긋남 양의 관계를 사용하여 횡 어긋남 양을 구하고, 다시 수평(좌우) 방향 자계(By)의 부호로 좌우를 판정하여 행하는 것이 바람직하고, 횡 어긋남 양이 250 ㎜를 초과하는 경우에는 수평(좌우)방향 자계(By)와 횡 어긋남 양의 관계를 이용하여 횡 어긋남 양을 구하는 것이 바람직하며, 횡 어긋남 양이 500 ㎜ 를 초과하는 경우에는, 가장 검출 범위가 넓은 진행 방향 자기 센서(13)를 사용한 횡 어긋남 양 검출을 행하는 것이 바람직하다고 이해된다.

물론, 본 실시예의 특징을 이루는 진행방향 자기 센서(13)의 신호만으로 횡 어긋남 양을 추출해도 좋다.

(횡 어긋남 양 추출의 일예)

세 개의 자기 센서를 사용한 횡 어긋남 양 추출의 일예를 이하에 설명한다.

우선, 자동차의 자기 센서(13)가 자기 마커(3)에 80 ㎝ 내지 1 m 정도 까지 근접하고, Bx 는 마이너스값으로 되며, By 의 부호는 자동차가 자기 마커(3)의 좌측을 통하는 경우에는 플러스값, 우를 통하는 경우에는 마이너스값으로 된다. 자기 센서(1)가 자기 마커(3)의 배열 라인의 직상을 통과하는 경우에는, By 는 변화하지 않는다. 그 후, 자기 센서(1)가 자기 마커(3)에 접근할수록 Bx 는 적어지게 되어 마이너스의 피크값으로 되고, By 는 커진다.

자기 센서(1)가 자기 마커(3)에 25 ㎝ 이내로 접근하면, Bz 가 출력하기 시작한다. 추가로 근접하면 By, Bz 는 다시 커지지만, Bx 는 마이너스의 피크값(최소값)으로 된 후, 역으로 작아지기 시작한다. 그리고, 자기 센서(1)가 자기 마커(3)의 진횡(진행방향에서 동등한 위치)에 달하면, Bx 는 0 으로 되고, By, Bz 는 함께 최대값을 갖는다. 그 후는, By, Bz 는 적게 되어가고, Bx 는 플러스 값을 출력하기 시작한다.

자기 센서(1)가 자기 마커(3)로부터 25 ㎝ 이상 이격되면, Bz 는 현저히 작아진다. Bx 는 플러스의 피크값(최대값)으로 되고, 그 후, 서서히 감소되어 간다.

결국, Bx, By 는, 자기 마커(3)로부터 1 m 이내에서 검출가능한 레벨로 변화하고, Bz 는 25 ㎝ 이내에서 검출가능한 레벨로 변화하는 것을 알 수 있다. 단, 자기 마커(3) 근방에서는, Bz 의 출력이 가장 크고, Bx 는 중앙에서 출력이 0 으로 된다. 또한, By 는, 자기 센서(1)가 자기 마커(3)가 존재하는 주행 레인의 중앙을 통과했을 때는 그 출력은 0 으로 된다.

도 3 에 도시하는 수직 방향 자계(Bz)는, 횡 어긋남 양이 0, 즉 자기 센서(1)가 자기 마커(3)의 직상 또는 진횡에 있는 경우에 출력이 최대로 된다.

도 4 는 자기 센서(1)가 좌우 한쪽측으로부터 자기 마커(3)에 접근한 경우의 출력을 도시한 도면이다.

수평 자계(By)는, 자기 마커(3)의 좌에서는, 출력이 플러스, 자기 마커(3)의 우에서는, 출력이 마이너스로 되고, 중앙부(자기 마커(3)의 직상)에서는 0 으로 된다. 또한, 자기 마커(3)의 중앙부로부터 이격되면, 변화하기 시작하고, 최대값(플러스의 피크값) 혹은 최소값(마이너스의 피크값)을 취하고, 1 m 정도 이격되면 0 으로 된다. By 는, 좌측이 플러스, 우측이 마이너스로 되므로, 좌우 판별이 가능하다. 추가로 횡 어긋남 양이 1 m 까지 출력이 얻어지지만, 중앙에서는 출력이 0 으로 된다.

자기 센서(1)가 주행 레인의 중앙을 자기 마커(3)의 전방으로부터 그 후방으로 통과하는 경우에서의 자기 마커(3)로부터의 거리와 진행 방향 자계(Bx)의 변화의 관계는, 자기 센서(1)가 자기 마커(3)의 좌우 한쪽측으로부터 자기 마커(3)를 지나 다른쪽 측으로 이동하는 경우에서의 자기 마커(3)로부터의 거리와 수평(좌우) 방향 자계(By)의 변화와의 관계와 동등하게 된다.

차량이 소정의 횡 어긋남 양으로 전진하고 있는 경우의 수평(좌우) 방향 자계(By)는, 자기 센서(1)가 자기 마커(3)의 진횡에 온 경우에 최대값(By max)으로 된다. 단, 횡 어긋남 양이 0 인 경우는 수평 방향 자계(By)는 0 이다.

마찬가지로, 차량이 소정의 횡 어긋남 양으로 전진하고 있는 경우의 수직 방향 자계(Bz)는, 자기 센서(1)가 자기 마커(3)의 진횡에 온 경우에 최대값(Bz max)으로 된다.

또한, 진행 방향 자계(Bx)는, 자기 센서(1)가 자기 마커(3)의 진행 방향 전방에서의 소정 위치에서 최소값(마이너스의 피크값)으로 되고, 자기 센서(1)가 자기 마커(3)의 횡 또는 직상에 위치하는 경우에 0 으로 되며, 자기 센서(1)가 자기 마커(3)의 진행 방향 후방에서의 소정 위치에서 최대값(플러스의 피크값)으로 된다.

그래서, 진행 방향 자계(Bx)의 최대값(플러스의 피크값)과 최소값(마이너스의 피크값)의 차이를 Bx max 로 한다. 또한, Bx 가 최대값인 지점과 최소값인 지점 사이의 진행 방향 거리를 Lx 로 한다.

다음에, 상술한 각 신호값(Bx max, By max, Bz max)의 특장을 기술한다.

신호값(Bz max)는, 자기 마커(3) 부근에서는, 출력이 가장 크므로 정확도 좋게 센터 위치를 확인할 수 있다. 그러나, 측정할 수 있는 횡 어긋남 양 범위가 좁고, 또한 자기 마커(3) 좌우에서 대칭이므로, 좌우 어느 한쪽 측이 어긋나 있는지를 판정할 수 없다.

신호값(By max)은, 측정할 수 있는 횡 어긋남 양 범위가 넓고, 또한 자기 마커(3)의 좌우 방향 판별이 가능하다. 그러나, 센터에서 출력이 제로 이므로, 센터에 있는것인지, 1 m 밖으로 벗어나 있는지를 알 수 없다.

신호값(Bx max)은, 측정할 수 있는 횡 어긋남 양 범위가 넓고, 자기 마커(3)에 근접할수록 커지지만, Bz max 와 마찬가지로, 자기 마커(3)의 좌우 방향 판별이 불가능하다.

신호값(By max)과 신호값(Bz max)을 조합하는 종래의 횡 어긋남 양 검출에서는, 25 ㎝ 까지의 검출이 한계였으나, 신호값(Bx max)과 신호값(By max)을 조합시키므로써, 측정할 수 있는 횡 어긋남 양 범위를 1 m 로 넓게 할 수 있다.

또한, 진행 방향 자계(Bx)는, 자기 마커(3) 통과시에 극성이 변화하는 것을 이용하므로써 외부 노이즈 판별이 용이하게 할수 있다. 그것에 대해서는 후에 설명한다.

(횡 어긋남 양의 높이 보정)

실제는, 자동차가 고속으로 주행하면 높이에 따른 검출 자계의 변동을 발생하지만, 이 변동은 맵 처리에서 보정할 수 있다. 이하, 이 높이 보정에 대해 설명한다.

우선, 횡 어긋남 양이 25 ㎝ 이내에서는, 도 6 에 도시하는 맵에 의해 자기 센서(1)의 높이를 보정하여 횡 어긋남 양을 추출할 수 있다. 즉, 도 6 에 도시하듯이 수직 방향 자계(Bz)와 수평(좌우) 방향 자계(By)의 비는, 센서 높이에 의하지 않고, 횡 어긋남 양 일정해지므로, 그 비로부터 센서 높이의 보정을 하면서, 횡 어긋남 양을 판정하는 것이 가능하다.

다음에, 횡 어긋남 양이 25 내지 50 ㎝ 의 범위에서는, 도 8 에 도시하는 맵에 의해 진행 방향 자계(Bx)와 수평(좌우) 방향 자계(By)로부터 자기 센서(1)의 높이를 보정하여 횡 어긋남 양을 추출할 수 있다. 즉, 도 8 에 도시하듯이 진행 방향 자계(Bx)와 수평(좌우) 방향 자계(By)의 비는, 센서 높이에 의하지 않고, 횡 어긋남 양 일정해지므로, 그 비로부터 센서 높이의 보정을 하면서, 횡 어긋남 양을 판정할 수 있다.

최후로, 횡 어긋남 양이 50 내지 100 ㎝ 인 범위에서는, Bx 또는 Bx max 의 최대값과 최소값의 차이로부터 횡 어긋남 양을 알 수 있다. 도 10 에 도시되어 있듯이, 이 때, 자기 마커(3)가 충분히 이격되어 있으므로, 높이의 영향은, 거의 받지 않는다. 본 실시예에서는, 아래의 식

(횡 어긋남 양) = 1.85 ×Bx max - 390

을 사용하여 횡 어긋남 양을 산출한다. 단, Bx 의 단위는 G(0.0001·T)이다.

또한, 도 4 로부터 알 수 있듯이, 수평(좌우) 방향 자계(By)로부터도 횡 어긋남 양을 검출할 수 있다. 다시, 진행 방향 자계(Bx)에서 구한 횡 어긋남 양과, 수평(좌우) 방향 자계(By)에서 구한 횡 어긋남 양의 평균값을 최종 횡 어긋남 양으로 하는 것도 가능하다. 단, 수평(좌우) 방향 자계(By)는 외란의 영향을 받기 쉽고, 진행 방향 자계(Bx)의 최대값과 최소값의 차이는 외란 자계의 영향을 받기 어렵다.

(외란 자계 대책)

이하, 외란 자계에 대한 대책에 대해 설명한다.

주된 외란 자계로서는, 지자기 및, 철교, 터널, 빌딩 등에 의한 국소적인 자계 변화원이 있다. 이들 외란 자계는, 2 m 간격의 자기 마커(3)에 대해 한결같거나 혹은 2 m 이상의 긴 주기를 갖는 장(長)주기 자계와, 2 m 이하의 단(短)주기 자계 및, 그 양자의 중합 자계의 셋으로 분류된다.

우선, 진행 방향의 외란 자계에 대해 설명한다.

진행 방향 자계(Bx)는 자기 마커(3)의 설치 간격인 2 m 마다 부호가 반전되는 동시에, 멀리까지 넓어지고 있고, 도로상의 어디를 주행해도 검출이 가능하다. 따라서, 진행 방향 자계(Bx)는 다른 자계보다도 외란 자계와 가장 분별하기 쉽다.

다음으로, 장주기 외란 자계에 대해 설명하면, 그 크기는, 인접하는 두 개의 자기 마커(3) 사이에서 거의 일정하므로, 두 개의 마커(3)의 중간 값을 구하고, 그 값을 외란값으로 판정하여 자기 센서(1)의 측정값으로부터 감산하면 좋다. 그리고 진행 방향 자계(Bx)의 최대값과 최소값의 차이로부터 Bx max를 구하고, 구한 Bx max 로부터 횡 어긋남 양을 구할 수 있다. 횡 어긋남 양의 검출 정확도를 올리기 위해 복수개의 측정값의 평균값을 이용하여도 좋다.

다음으로 단주기 외란 자계의 영향을 제거하는 방법을 설명한다.

단주기 외란 자계가 두 개의 자기 마커(3)의 사이에 있는 경우는, 자기 마커(3)의 2 m 라는 배치 간격과 차속에 의해 결정되는 주기를 구하고, 그 주기 이외의 주기의 자계는 외란 자계로 판정하여 분리한다. 단, 이 경우, 주기 판별한 것으로 복수개의 측정값을 이용한다.

다음에 장주기와 단주기가 중첩된 외란 자계의 영향을 제거하는 방법을 설명한다.

장주기와 단주기가 중첩된 외란 자계의 경우, 소프트웨어에 의한 로패스필터 등을 사용하여 단주기 외란 자계를 제거하고, 그 후, 순차로 얻어지는 복수개의 측정값을 이용하여 장주기 외란 자계를 제거한다.

다음으로, 수직 방향 자계(Bz)에 대해 설명한다.

수직 방향 자계(Bz)는 중앙부 즉 횡 어긋남 양 25 ㎝ 이내에서 크므로, 중앙부 부근에서의 횡 어긋남 양 추출에 의해 자동차를 도로 중앙에 유지하는데 적합하다. 외란 자계가 중첩되면, Bz max 가 오차를 포함하여 횡 어긋남 양의 오차가 커지므로, 그 보정이 중요해진다.

만일 횡 어긋남 양이 25 ㎝ 이내에 있으면, 수직 방향 자계(Bz)는 일정 주기의 신호로 되므로, 단주기 외란 자계에 대해서는 진행 방향 자계(Bx)와 마찬가지로 주파수의 상위를 이용하여 제거할 수 있다. 단, 이 경우, 주기 판별한 것으로 복수개의 판별값을 이용한다.

장주기 외란 자계에 대해서는, 플러스로부터 마이너스로 크게 변동하는 진행방향 자계(Bx)가 0 으로 된 시점의 수직 방향 자계(Bz)의 값(Bz₀)을 구하고, 인접하는 두 개의 자기 마커(3)의 중간의 Bz 값(Bzm)을 구하여, 그것을 외란 자계로 하며, Bz₀로부터 Bzm 을 차감하므로써 제거할 수 있다. 검출 정확도를 올리기 위해서는, 복수개의 측정값을 이용하는 것이 유효하다.

수평(좌우) 방향 자계(By)도 진행 방향 자계(Bx)와 마찬가지로 1 m 정도의 자계 넓이를 갖지만, 횡 어긋남 양 15 ㎝ 이상에서는, 수평(좌우) 방향 자계(By)는 일방향 자계로 고려되므로, 수직 방향 자계(Bz)와 마찬가지로 다룰 수 있다.

안전성을 고려하면, 자기 마커(3)를 확실히 캐치하고 있는 것이 중요하며, 특히 진행 방향 자계(Bx)는 자기 마커(3)의 설치 지점에서, 신호가 플러스 마이너스로 변화하고, 또한 자기 마커(2)의 배치 간격에 의존하는 주파수를 갖고 있으므로, 자기 마커(3)를 확인하는 최양질의 신호라고 말할 수 있다.

결국, Bx 에 추가하여 By, Bz 도 이용하면, 센터 중앙으로부터 1 m 정도의 위치까지의 횡 어긋남 양을 구할 수 있다. 센터를 크게 벗어난 경우에도, Bx 와 By 의 조합으로 확실하게 센터로 유도되어 간다. 그리고, 자기 센서(1)가 센터로 유도되면, 그후, 현저히 큰 Bx 와 Bz 및 상당히 큰 By 라는 세 개의 신호에 의해, 자동차는 크고도 복잡한 외란 자계에 대항하여, 확실하게 센터에 파지된다. 결국, 터널 및 철교 등의 복잡하고 강력한 외란 자계의 영향을 받아도, 센터로 유도되고, 안전 주행이 가능하다.

다시 구체적으로 설명하면, 횡 어긋남 양이 20 ㎝ 정도 위치에서 주행중에, 터널 등의 외란 자계가 큰 환경하에서 3개 정도의 자기 마커(3)를 보지 못하면 스티어링 각도를 최대 5 도로 조타한 것으로 하면 중앙에서 50 ㎝ 정도 벗어나 버리게 된다. 이 경우에도, 1 m 까지 검출할 수 있으므로, 다시 자기 마커(3)를 캐치하고, 그 위에 외란 자계를 계산, 보정한 후에 횡 어긋남 양을 산출하며, 그에 따라 센터 유도를 다시 개시할 수 있다. 이렇게 하여, 강력한 외란 자계 하에서도, 자동차의 센터 유도 유지가 가능해진다.

또한, 차량이 센터 중앙에 유지되는 경우에는, 진행 방향 자계(Bx)도 수직 방향 자계(Bz)도 크게 진동하므로, 자기 마커(3)의 위치를 확실하게 검출할 수 있다. 또한, 자기 센서(1)가 자기 마커(3) 상을 통과할 때, 횡 어긋남 양에 따라, 자동차를 도로 중앙으로 신속하게 유도 개시할 수 있다. 이것은 커브에서의 유도에 특히 효과적이다. 종래 방법이라면, 자기 마커(3)를 통과하여 횡 어긋남 양을 계산하기까지 걸리는 시간을 필요로 하여, 응답성이 악화되고, 커브에서는, 자기 마커(3)의 배치 간격을 2 m에서 1 m 로 축소할 필요가 있었다.

(제어 동작예의 설명)

다음에, 도 17, 도 18 에 도시하는 플로우차트를 참조하여 상술한 각 검출 동작의 구체적인 실시 순서를 설명한다.

우선, 전원 투입에 의해 스타트후, 초기화를 행하고(S100), 자기 센서(11 내지 13)의 출력 신호로부터 수직 자계 성분 측정값(Bz), 수평 자계 성분 측정값(By), 진행 자계 성분 측정값(Bx)을 읽어들인다(S102).

다음에, 진행 방향 자계 성분 측정값(Bx)의 변동 성분(Bx')의 부호가 마이너스에서 플러스로 반전하는 부호 반전 시점을 구하고, 자기 마커(3)의 위치를 확인한다(S104).

다음에, 인접하는 두 개의 상기 부호 반전 시점 사이의 시간으로서 정의되는 주기를 산출하고, 이 주기에 기초하여 인접하는 두 개의 자기 마커(3) 사이의 중간 지점에 상당하는 중간 시점을 구하며, 이 중간 시점에서의 진행 방향 자계 성분 측정값(Bx), 수평 방향 자계 성분 측정값(By), 수직 자계 성분 측정값(Bz)을 외란 오프셋 레벨의 금회값으로서 기억한다(S106).

다음에, 미리 산출한 직전 5회의 외란 오프셋 레벨의 평균값과 상기 금회값의 차이가 0.1 G 미만인지 어떤지를 조사하고(S108), 미만이라면 상기 금회값을 포함하는 직전 5회의 외란 오프셋 레벨의 평균값을 새롭게 산출하고(S110), 이상이라면 상기 미리 기억하는 직전 5회의 외란 오프셋 레벨의 평균값을 변경하지 않고 S114 로 진행한다.

S114 에서는, 검출한 수직 자계 성분 측정값(Bz), 수평 자계 성분 측정값(By), 진행 자계 성분 측정값(Bx)으로부터 상기 외란 오프셋 레벨의 평균값을 차감하여, 각 자계 성분 측정값중 변동 신호 성분(Bx', By', Bz')으로 한다(S114). 이것에 의해, 인접하는 2개의 자기 마커(3) 사이의 중간 자계 성분의 값을 지자기 및 장주기 외란 자계로 보지 않고 수직 자계 성분 측정값(Bz), 수평 자계 성분 측정값(By), 진행 자계 성분 측정값(Bx)으로부터 차감하여, 지자기와 외란 자계를 상쇄할 수 있다.

다음에, 입력되는 진행 방향 자계 성분 측정값(Bx)의 최대값 또는 변동 신호 성분(Bx')의 최대값을 구하여 기억하고(S116), 진행 방향 자계 성분의 변동 신호 성분(Bx')이 0 인 곳에서 자기 마커(3)를 통과한 것으로 판정하며(S118), 아직 통과하지 않으면 S114 로 리턴하고, 통과하고 있으면 S120 으로 진행하여 그 때의 수직 자계 성분(Bz)의 변동 신호 성분(Bz') 및 수평 자계 성분(By)의 변동 신호 성분(By')을 구하여 기억하며, 진행 방향 자계 성분 측정값(Bx)의 최소값 또는 그 변동 신호 성분(Bx')의 최소값을 구하여 이를 기억한다(S124).

다음에, 변동 신호 성분(Bx')의 최대값과 최소값의 차이를 산출하여 진행 방향 자계 성분의 최대 변화량(Bx max)으로서 기억하고, 동시에 변동 신호 성분(Bx')의 최대값과 최소값 사이의 거리(Lx)를, 카운터로 카운트한 상기 주기 및 별도로 검출한 차속과의 곱으로부터 산출한다(S125). 또한, 플로우차트에서는, 진행 방향 자계 성분의 최대 변화량(Bx max)은 Bx" 로 기재되어 있다. 또한, 본 명세서에서 T 는 테슬라(자계 강도 단위)를 의미한다.

다음에, 거리(Lx)가 미리 기억하는 소정 범위로부터 벗어나고 있는 경우에는, 검출한 진행 방향 자계로의 외란의 영향이 큰 것의 판정으로서 S102 로 리턴한다(S126).

다음에, 구한 진행 방향 자계 성분의 최대 변화량(Bx max(= Bx")) 및 거리(Lx)에 기초하여 횡 어긋남 양 검출 방법을 다음과 같이 선택한다(S127 ).

진행 방향 자계 성분(Bx)의 최대 변화량(Bx max(=Bx"))이 0.6 ×0.0001·T 이상으로 큰 경우에는 자기 마커 근방에 있는 것으로서 변동 신호 성분(Bz', By')과 횡 어긋남 양의 관계를 도시하는 내장 맵으로부터 0 내지 25 ㎝ 내에서의 횡 어긋남 양을 구하고(S128), 최대 변화량(Bx max(=Bx"))이 0.065 ×0.0001·T ∼ 0.6 ×0.0001·T 의 범위라면 자기 마커(3)로부터 25 내지 50 ㎝ 정도 이격되어 있는 것으로서 변동 신호 성분(Bx', By')과 횡 어긋남 양의 관계를 도시하는 내장 맵으로부터 25 내지 50 ㎝ 내에서의 횡 어긋남 양을 구하고(S130), 최대 변화량(Bx max(=Bx")) 이 0.065 ×0.0001·T 미만이라면 횡 어긋남 양이 다시 크다고 판정하여 거리(Lx)와 횡 어긋남 양의 관계를 도시하는 내장 맵으로부터 50 내지 100 ㎝ 의 횡 어긋남 양을 구하거나 소정의 계산식으로 산출한다(S132).

다음에, 상술한 바와 같이 하여 직전의 5 개의 자기 마커(3)에서 산출한 횡 어긋남 양의 평균값과, 금회 산출한 횡 어긋남 양의 금회값의 차이를 산출하고(S134), 그 차이가 100 ㎜ 미만이라면, 상기 금회값을 포함하는 직전 5회의 횡 어긋남 양 반출값의 평균값을 새롭게 산출하고(S136), 이 차이가 크게 어긋나 있는 경우에는 상기 평균값의 신규 산출을 행하지 않으며, 또한 횡 어긋남 양의 금회값을 기억하는 상기 평균값으로 하고(S138), S140 으로 진행한다.

다음에, 자동차의 ECU 로부터의 신호에 기초하여 그것이 현재 자동 운전중인지 어떤지를 판단하고(S140), 그렇다면 ECU 에 상기 횡 어긋남 양의 금회값을 출력하며, ECU 에 이 횡 어긋남 양을 해소하는 방향으로 스티어링 제어를 행하게 하고(S144), 또한 횡 어긋남 양이 큰 경우에만 음성으로 또는 운전석의 디스플레이로 경고를 발하고(S142), 그렇지 않으면 스티어링 제어를 행하지 않고 상기 경고만을 발한다.

(변형 양태)

상술한 S100 로부터 S127 까지의 제어 동작의 다른예를 도 19, 도 20 에 도시하는 플로우차트를 참조하여 설명한다.

우선, 이 제어에서는, 도 20 에 도시하듯이 짧은 시간 간격으로 정기적으로 실시되는 인터럽트 루틴을 212 를 갖고 있으므로, 이것부터 먼저 설명한다.

우선, 진행 방향 자계 측정값(Bx)을 입력하고(S200), Bx 가 최소값인지 어떤지를 조사한다(S202). 또한, 이 검출은 연속적으로 변화하는 Bx 의 미분 계수가 마이너스에서 플러스로 변화하는 기간에 행한다. 고주파 노이즈 신호에 의한 오판정을 회피하기 위해 고주파 신호 성분은 미리 소프트웨어 또는 하드웨어 구성의 로패스필터를 사용하여 제거해 두는 것이 바람직하다.

S202에서, 상기 최소값을 검출하고 나서 제 2 타이머를 리세트한 후 재 스타트하고(S204), 그렇지 않다면 S204를 점프하여, S 206 으로 진행한다.

S206 에서는, 진행 방향 자계 측정값(Bx)이 최대값인지 어떤지를 조사한다. 또한, 이 검출은 연속적으로 변화하는 Bx 의 미분계수가 플러스에서 마이너스로 변화하는 기간에 행한다. 고주파 노이즈 신호에 의한 오판정을 회피하기 위해 고주파 신호 성분은 미리 소프트웨어 또는 하드웨어 구성의 로패스필터를 사용하여 제거해 두는 것이 바람직하다.

S206에서, 상기 최대값을 검출하고 나서 S208로 진행하고, 검출하지 않으면 도 19 에 도시하는 메인 루틴으로 리턴한다. S208 에서는 제 2 타이머의 카운트값을 조사하여 기억하고, 다음에 이 카운트값에 차속을 곱하여 거리(Lx)를 산출하고(S210), 다음에 이들 최대값과 최소값의 차이(Bx max(=Bx"))를 구하여(S212), 메인 루틴으로 리턴한다.

또한, Bx 가 상기 최소값인 지점은 자기 마커(3)의 앞에서 또는 자기 마커(3)의 근방에 존재하고, Bx 가 상기 최대값인 지점은 자기 마커(3)를 지나서 또한 자기 마커(3)의 근방에 존재하고 있다.

다음에, 도 17, 도 18 에 도시하는 S100 내지 S127 을 간략화한 제어예를 도 19 의 플로우차트를 참조하여 설명한다.

S102에서, 각 방향의 자계 성분 측정값(Bx, By, Bz)을 읽어들인후, 미리 유지하는 진행 방향 자계의 평균값(직류 레벨 즉 오프셋 레벨)(Bxm)과 진행 방향 자계 측정값(Bx')을 산출하여(S103), 차이(Bx')가 0 인지 아닌지, 즉 진행방향에서 현재, 자기 마커(3)와 동일 지점인지 아닌지를 조사하고(S104), 그렇지 않으면 S102 로 리턴한다.

차이 Bx' 가 0 이라면, 제 1 타이머의 카운트 값을 기억하고(S150), 제 1 타이머를 리셋한후 다시 스타트하여(S152), 차속을 검출한다(S154).

이 차속 검출은 다음과 같이 행하여진다.

상기 제 1 타이머의 카운트값은 진행 방향에서 인접하는 두 개의 자기 마커(3) 사이의 통과 시간(T)을 나타내며, 이 인접한 두 자기 마커(3) 사이의 거리(Lx)는 이미 알고 있듯이 일정하므로, 차속은 Lx/T 로서 산출할 수 있다. 또한, 공지의 다른 독립 차속 센서를 채용하는 경우에, 제 1 타이머는 불필요하다.

다음에, 각 방향의 자계 성분의 평균값(직류 레벨 즉 오프셋 레벨)(Bxm, Bym, Bzm)을 구한다(S156). 산출은 도 17 에 도시하는 방식의 다른 각종 방식이 고려될 수 있다.

예를 들면 도 20 의 S202, S206 에서 직전 다섯 개의 자기 마커(3)로 구한 진행 방향 자계(Bx)의 최대값과 최소값을 전부 가산하여 10 으로 나누어 구해도 좋다.

다음으로, S156에서 산출한 각 방향의 자계 성분의 평균값(Bxm, Bym, Bzm)과, S102에서 읽어들인 각 방향의 자계 성분의 측정값(Bx, By, Bz)의 차이를 구하고, 이들의 변동 성분(Bx', By', Bz')을 산출한다(S158).

(그밖의 변형 양태)

자기 마커(3)를 순차 검출하는 것에 의해, 또는 자기 마커(3)의 배치 간격 및 그 상면 자극 반전 등에 의해, 자기 센서(11 내지 13)를 사용하여 자기 마커(3)로부터 도로 형상 정보를 검출하는 것도 가능하다.

도 24 에, 피크 사이 거리(Lx)와 횡 어긋남 양의 실제 관계를 도시한다. 또한, 실험 조건은 이하와 같다. 횡 어긋남 양 0 내지 500 ㎜ 의 범위에서 100 ㎜ 마다 10 회 측정을 행하고, 각 측정값의 평균값을 검은 동그라미로, 최대값, 최소값을 흰색 동그라미로 도시한다. 측정값의 편차는 회로 노이즈로 고려할수 있다.

실시예 2

다른 실시예를 도 26 의 플로우차트를 참조하여 이하에 설명한다.

이 실시예는, 상기 실시예 1 에서의 S132에서, 거리(Lx)가 아니고, 진행 방향 자계(Bx)의 최대값과 최소값의 차이(Bx max(=Bx"))에 기초하여, 횡 어긋남 양을 검출하는 점이 실시예 1 과 다른 것이다.

실험 데이터를 나타내는 도 25 로부터 알수 있듯이, 횡 어긋남 양이 500 ㎜ 이상에서는, 자기 센서(1)의 높이의 영향이 현저히 적어지며, 또한 Bx max 와 횡 어긋남 양의 관계가 거의 직선 관계로 되므로, 횡 어긋남 양이 500 ㎜ 이상에서는 미리 기억하는 Bx max 와 횡 어긋남 양의 관계(도 25)로부터 자기 센서(1)의 높이 보정 없이 횡 어긋남 양을 간단히 추정할 수 있다. 또한, 도 25 의 실험 조건은, 상술한 도 24 의 실험 조건과 동일하다.

Claims

상단에 한쪽 자극을 갖고 차선 중앙부를 따라 소정 간격으로 배치된 자기 마커 근방의 자계 변화를 검출하는 차량 탑재식 자기 센서와,

상기 자기 센서의 출력 신호에 기초하여 상기 자기 마커를 기준점으로 하는 상기 차량의 좌우 방향으로의 변위량인 횡 어긋남 양을 추출하는 횡 어긋남 정보 추출수단을 구비하는 자기식 차량 위치 검출 장치에 있어서,

상기 자기 센서는, 차량의 진행 방향 자계 성분을 검출하는 진행 방향 자기 센서를 갖는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 횡 어긋남 정보 추출 수단은, 상기 진행방향 자기 센서의 출력 신호의 최소값과 최대값의 차이인 진행방향 자계의 최대 변화량에 기초하여 횡 어긋남 양을 추출하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 횡 어긋남 정보 추출 수단은, 상기 진행방향 자기 센서의 출력 신호의 최소값과 최대값 사이의 거리에 기초하여 횡 어긋남 양을 추출하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 자기 센서는, 수직 방향 자계 성분을 검출하는 수직 방향 자기 센서와, 상기 진행 방향 자계 성분 및 수직 방향 자계 성분과 직각인 수평 방향 자계 성분을 검출하는 수평 방향 자기 센서를 추가로 구비하며,

상기 횡 어긋남 정보 추출 수단은, 상기 세 개의 자기 센서의 출력 신호에 기초하여 상기 차량의 횡 어긋남 양을 추출하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 횡 어긋남 정보 추출 수단은, 상기 진행 방향 자기 센서의 출력 신호가 반전하는 시점에서의 상기 수직 방향 자기 센서 및 수평 방향 자기 센서의 출력 신호를 이용하여 상기 횡 어긋남 양을 추출하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 횡 어긋남 정보 추출 수단은, 상기 수직 방향 자기 센서 및 수평 방향 자기 센서의 출력 신호의 피크값을 이용하여 상기 횡 어긋남 양을 추출하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 횡 어긋남 정보 추출 수단은,

상기 횡 어긋남 양이 큰 경우, 상기 진행 방향 자기 센서의 출력 신호에 기초하여 상기 횡 어긋남 양을 추출함과 함께 상기 수평 방향 자기 센서의 출력 신호에 기초하여 좌우 판별 정보를 추출하고,

상기 횡 어긋남 양이 작은 경우, 상기 진행 방향 자기 센서 및 수평 방향 자기센서의 출력 신호에 기초하여 상기 횡 어긋남 양을 추출하며,

상기 횡 어긋남 양이 더 작은 경우, 상기 수직 방향 자기 센서 및 수평 방향 자기 센서의 출력 신호에 기초하여 상기 횡 어긋남 양을 추출하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 횡 어긋남 정보 추출 수단은, 상기 각 자기 센서의 출력 신호중 상기 자기 마커에 의해 발생하는 자계의 변화성분을 포함하는 소정폭의 유효 대역을 제외한 다른 대역의 신호 성분을 제거하는 필터 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 진행 방향 자기 센서의 출력 신호의 변조 신호 성분에 기초하여 상기 자기 마커의 진행 방향 위치를 판정하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 횡 어긋남 정보 추출 수단은,

상기 자기 센서의 출력 신호의 피크값에 기초하여 상기 자기 마커의 진행 방향 위치를 판정하고,

상호 인접하는 두 개의 상기 자기 마커의 위치로부터 자기 마커 중간점을 산출하며,

상기 자기 마커 중간점에서의 자기 센서의 출력 신호 레벨에 기초하여 장주기의 외란 자계에 의한 노이즈 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 횡 어긋남 정보 추출 수단은,

금회 통과한 자기 마커로부터 추출한 횡 어긋남 양과, 연속하는 직전의 복수의 자기 마커로부터 추출된 상기 횡 어긋남 양의 평균값에 기초하여 단주기의 외란 자계에 의한 노이즈 성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 자기 마커의 배치 변화에 기초하여 도로 형상 정보를 검출하는 도로 형상 정보 검출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 인접하는 상기 자기 마커 사이의 통과 시간에 기초하여 차량 속도를 산출하는 차량 속도 산출 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 추출된 상기 횡 어긋남 양에 기초하여 조타 제어 장치에 조타 제어 지령 신호를 발신하는 조타 지령 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기식 차량 위치 검출 장치.