WO2017069089A1 - 磁気マーカ及び磁気マーカ検出システム - Google Patents
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Definitions
- the magnetic flux density Gh is about 5 ⁇ T. If a magnetic flux density Gh exceeding 5 ⁇ T is to be secured, there is a possibility that the magnetic flux density Gs on the surface of the magnetic marker needs to be increased unnecessarily.
- Example 1 This example is an example relating to a magnetic marker detection system 1S for a vehicle by a combination of a magnetic marker 1 laid on the road surface of a vehicle road and a magnetic sensor 2 attached to the bottom surface side of the vehicle. The contents will be described with reference to FIGS.
- the magnetic marker 1 of this example is a road marker having excellent characteristics with a low magnetic force.
- the weak magnetic force acting from the magnetic marker 1 can be detected by adopting the magnetic sensor 2 using the MI element 21.
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Abstract
磁力を抑えた磁気マーカ及び磁気マーカ検出システムを提供する。 車両５の車体フロア５０に取り付けた磁気センサ２により、路面５３に敷設された磁気マーカ１が発生する磁気を検出する磁気マーカ検出システム１Ｓは、表面の磁束密度が４０ｍＴ以下の磁気マーカ１と、外部磁界に応じて高周波領域のインピーダンスが変化する感磁体であるアモルファスワイヤを含むマグネトインピーダンス素子を用いた磁気センサ２と、を組み合わせたシステムである。
Description
本発明は、道路に敷設される磁気マーカに関する。
従来、道路に敷設した磁気マーカを利用する車両用の磁気マーカ検出システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このような磁気マーカ検出システムは、磁気センサを装備する車両を対象として、車線に沿って敷設された磁気マーカを利用する自動操舵制御や車線逸脱警報等、各種の運転支援の提供を目的としている。
しかしながら、前記従来の車両用の磁気マーカ検出システムでは、次のような問題がある。すなわち、車両側の磁気センサは、路面から１００～２５０ｍｍ程度の高い位置に取り付けられた車両側の磁気センサで検出できるよう、磁気マーカの磁力をある程度、強くする必要がある一方、磁気マーカの磁力を強くすると、例えば釘やボルトなど路面に落ちた金属物が吸着されて車両タイヤのパンク等のトラブルが誘発されるおそれが生じる。
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、磁力を抑えた磁気マーカ及び磁気マーカ検出システムを提供しようとするものである。
本発明の第１の態様は、車両の底面側に取り付けられた磁気センサで検出できるように路面に敷設され、運転者の運転を支援するための車両側の運転支援制御を実現するための磁気マーカであって、
表面の磁束密度Ｇｓが４０ｍＴ（ミリテスラ、４００Ｇ）以下の磁気マーカにある。
表面の磁束密度Ｇｓが４０ｍＴ（ミリテスラ、４００Ｇ）以下の磁気マーカにある。
本発明の第２の態様は、車両の底面側に取り付けた磁気センサにより、路面に敷設された磁気マーカが発生する磁気を検出することで、車両側の運転支援制御を実現するための磁気マーカ検出システムであって、
前記磁気マーカが、前記第１の態様の磁気マーカである磁気マーカ検出システムにある。
前記磁気マーカが、前記第１の態様の磁気マーカである磁気マーカ検出システムにある。
本発明に係る磁気マーカの４０ｍＴ以下の表面の磁束密度Ｇｓは、例えばオフィスのホワイトボードに貼り付ける事務用のマグネットシートと同等以下の磁束密度である。この程度の磁束密度は、道路に落ちた釘やボルト等の金属物を磁気的に引き寄せて吸着するほどの磁力には相当していない。したがって、本発明に係る磁気マーカを路面に敷設しても、釘やボルト等の金属物を磁気的に吸着するおそれが少なく、車両タイヤのパンク等のトラブルを誘発するおそれが少ない。
以上のように本発明に係る磁気マーカは磁力を抑えたものであり、金属物を吸着するおそれが少なくなっている。本発明に係る磁気マーカ検出システムは、磁力を低く抑えた磁気マーカを採用したことで、前記磁気マーカが金属物を吸着するおそれを抑えたシステムとなっている。
本発明に係る磁気マーカは、プラスチックマグネットやラバーマグネットを採用したものとすると良い。例えば焼結磁石等のマグネットに比べて割れが生じにくいプラスチックマグネットやラバーマグネットを採用すれば、長期間の使用に耐える磁気マーカを提供できる。また、比較的低コストで高精度に成形可能なこれらのマグネットを採用すれば、生産コストを抑制しながら高品質の磁気マーカを提供できる。また、柔軟性を備えるラバーマグネット等であれば、施工時の路面の凹凸や、運用中の路面の凹凸変形等にも柔軟に対応できる。
本発明に係る磁気マーカを敷設することで車両側で実現される運転支援制御としては、走行制御や、警報制御や、情報の報知制御などの様々な制御がある。走行制御としては、例えば、車線に沿って敷設された磁気マーカに沿って車両を走行させる自動操舵制御や、合流路・分岐路に敷設された磁気マーカを利用した合流・分岐制御や、交差点等の停止線の手前に敷設された磁気マーカを検出したときに車両を停止させる停止制御等がある。警報制御としては、例えば、車線に沿って敷設された磁気マーカを基準として車線逸脱を警報する制御や、交差点等の手前に敷設された磁気マーカを通過したときのスピードの出し過ぎを警報する制御等がある。情報の報知制御としては、交差点や分岐路や料金所への接近を報知する制御や、経路を誘導するナビゲーション中に右折する交差点の位置を精度高く報知する制御等がある。さらに、例えば磁気マーカのＮ極及びＳ極の配列を読み取ることで車両側で取得可能な情報を報知する制御等も良い。
本発明における好適な一態様の磁気マーカは、表面の磁束密度Ｇｓが５ｍＴ以下である。５ｍＴは、例えば表面磁束密度が４０ｍＴ程度の事務用のマグネットシートよりも格段に弱い磁力に相当している。表面の磁束密度Ｇｓを５ｍＴ以下に抑えれば、路面の金属物を吸着するおそれをさらに少なくできる。一方、表面の磁束密度Ｇｓが４０ｍＴを超えると、例えば事務用のマグネットシートの磁力よりも強い磁力が生じることから、路面の金属物を吸着してしまう可能性が高くなる。なお、表面の磁束密度Ｇｓは、例えば鉛直方向の磁気の磁束密度であっても良いし、他の方向であっても良い。
本発明における好適な一態様の磁気マーカは、磁気マーカの表面を基準とした高さ２５０ｍｍの位置における磁束密度Ｇｈが０．５μＴ以上である。
乗用車のほかバスやトラック等を含めて各種の車両の車体フロアの地上高を考慮すると、前記磁気センサの取付け高さとして２５０ｍｍまでの範囲を想定する必要がある。高さ２５０ｍｍの位置で０．５μＴ以上の磁束密度Ｇｈの磁気を作用する磁気マーカであれば、例えば０．０１～０．０２μＴ程度の磁束分解能を有するマグネトインピーダンス素子を利用した磁気センサであるＭＩセンサや、フラックスゲートセンサや、ＴＭＲ型センサなどの高感度なセンサを利用して確実性高く検出できる。なお、磁束密度Ｇｈは、鉛直方向の磁気の磁束密度であっても良いし、他の方向であっても良い。
乗用車のほかバスやトラック等を含めて各種の車両の車体フロアの地上高を考慮すると、前記磁気センサの取付け高さとして２５０ｍｍまでの範囲を想定する必要がある。高さ２５０ｍｍの位置で０．５μＴ以上の磁束密度Ｇｈの磁気を作用する磁気マーカであれば、例えば０．０１～０．０２μＴ程度の磁束分解能を有するマグネトインピーダンス素子を利用した磁気センサであるＭＩセンサや、フラックスゲートセンサや、ＴＭＲ型センサなどの高感度なセンサを利用して確実性高く検出できる。なお、磁束密度Ｇｈは、鉛直方向の磁気の磁束密度であっても良いし、他の方向であっても良い。
本発明における好適な一態様の磁気マーカは、直径が８０ｍｍ以上である。一般に大径な磁石ほど、表面の磁束密度Ｇｓに対して、離れた位置に到達する磁束密度の割合である磁気到達率が高くなるという傾向がある。例えば直径が８０ｍｍ以上の大径の磁石であれば高い磁気到達率を期待でき、高さ２５０ｍｍの位置の磁束密度Ｇｈを高く維持しながら表面の磁束密度Ｇｓを相対的に抑制できる。このように直径が８０ｍｍ以上の磁気マーカであれば、磁気センサに作用する磁気の磁束密度を高く維持しながら表面の磁束密度Ｇｓを抑制できる。なお、直径８０ｍｍ以下でも良いが、高さ２５０ｍｍの磁束密度Ｇｈが低くなるため、磁気センサ側の感度を高める必要性が生じるおそれがある。
本発明における好適な一態様の磁気マーカは、防水および耐磨耗効果を有するコーティングもしくは樹脂モールドを表面に施したものである。コーティングもしくは樹脂モールドを表面に施せば、磁気マーカの耐久性を向上できる。敷設する際の施工面となる磁気マーカの裏面や外周側面にコーティングもしくは樹脂モールドを施すことも良い。
本発明における好適な一態様の磁気マーカは、厚さ５ｍｍ以下の扁平形状をなし、凹状の収容穴を穿設することなく路面に敷設可能である。凹状の収容穴等を路面に穿設することなく敷設可能な磁気マーカであれば、低コストで高効率の施工作業による敷設が可能になる。路面に固定する方法としては、例えば、接着機能を備える材料等による接着接合や、ピン等を路面に打ち込んで固定する方法等がある。
本発明における好適な一態様の磁気マーカ検出システムは、前記磁気センサとして、マグネトインピーダンスセンサ（ＭＩセンサ）、フラックスゲートセンサ、ＴＭＲ型センサのうちの少なくとも１種類の磁気センサを用いる。マグネトインピーダンスセンサ、フラックスゲートセンサ、ＴＭＲ型センサは、いずれも高感度で磁気を検出可能な磁気センサとして知られている。これらのうちの少なくとも１種類の磁気センサを用いる磁気マーカ検出システムであれば、表面の磁束密度Ｇｓを低く抑えた磁気マーカとの組み合わせにおいて、その磁気マーカが発生する磁気を確実性高く検出可能である。
マグネトインピーダンス（ＭＩ：Magneto Impedance）センサは、外部磁界に応じてインピーダンスが変化する感磁体を含むマグネトインピーダンス素子を利用した磁気センサである。マグネトインピーダンス素子（ＭＩ素子）は、パルス電流あるいは高周波電流等が感磁体を流れるときに表皮層の電流密度が高くなる表皮効果に起因し、外部磁界によって表皮層の深さ（厚さ）が変動して感磁体のインピーダンスが敏感に変化するというマグネトインピーダンス効果（ＭＩ効果）を利用して磁気を検出する素子である。このＭＩ効果を利用するＭＩ素子によれば、高感度な磁気計測が可能となる。ＭＩ素子を利用すれば、例えば０．５～１０μＴ程度の微弱な磁気を検出できる低コストかつ小型の磁気センサを実現できる。なお、ＭＩ素子を利用したＭＩセンサについては多数の出願がなされており、例えば、ＷＯ２００５／１９８５１号公報、ＷＯ２００９／１１９０８１号公報、特許４６５５２４７号公報などに詳細な記載がある。
ＭＩ素子の感磁体は、高透磁率合金磁性体が好ましい。例えばＣｏＦｅＳｉＢ系合金等の軟磁性材からなるワイヤや薄膜などの磁性体が好ましく、特に感度やコスト等の点で零磁歪のアモルファスワイヤが好ましい。
高周波電流等が流れるときの感磁体のインピーダンス変化は、例えば、感磁体の両端電圧から直接的に検出しても良いし、感磁体の周囲に巻回された検出コイル（ピックアップコイル）を介して起電力の変化として間接的に検出しても良い。検出コイルを含むＭＩ素子であれば、磁気の作用方向の検出が可能となって有用である。
高周波電流等が流れるときの感磁体のインピーダンス変化は、例えば、感磁体の両端電圧から直接的に検出しても良いし、感磁体の周囲に巻回された検出コイル（ピックアップコイル）を介して起電力の変化として間接的に検出しても良い。検出コイルを含むＭＩ素子であれば、磁気の作用方向の検出が可能となって有用である。
フラックスゲートセンサは、軟磁性コアに周期電流を流したときのコア磁束の飽和タイミングが外部磁界に応じて変化することを利用し、飽和のタイミングから磁気強度を計測する高感度な磁気センサである。なお、フラックスゲートセンサについては多数の出願がなされており、例えば、ＷＯ２０１１／１５５５２７号公報、特開２０１２－１５４７８６号公報などに詳細な記載がある。
ＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistive）型センサは、強磁性層の間に膜厚１ｎｍ程度の絶縁体層を挟み込む構造を備える高感度センサである。ＴＭＲ型センサは、膜面に対して垂直に電圧を印加するとトンネル効果によって絶縁体層に電流が流れ、その際の電気抵抗が外部磁界に応じて大きく変化するトンネル磁気抵抗（TMR）効果を利用して高感度を実現している。なお、ＴＭＲ型センサについては多数の出願がなされており、例えば、ＷＯ２００９／０７８２９６号公報、特開２０１３－２４２２９９号公報などに詳細な記載がある。
本発明における好適な一態様の磁気マーカ検出システムにおいては、磁気マーカの表面高さを基準とした高さ２５０ｍｍの位置における磁束密度Ｇｈが０．５μＴ以上である。例えばＭＩ素子を利用すれば、例えば０．０１～０．０２μＴの磁束分解能を有する小型の磁気センサを低コストで実現できる可能性がある。このレベルの磁束分解能を有する磁気センサであれば、磁束密度０．５μＴ以上の磁気を確実性高く検出できる。なお、磁気センサの感度を高くすれば０．５μＴ未満の磁束密度の磁気も検出可能であるが、感度を高くするために磁気センサ側のコストが高くなるおそれがある。なお、例えばＭＩ素子を用いた磁気センサを採用する場合、上記の磁束密度Ｇｈは、５μＴ程度あれば十分である。５μＴを超える磁束密度Ｇｈを確保しようとすれば、それに伴って、磁気マーカの表面の磁束密度Ｇｓを無用に大きくする必要性が生じるおそれがある。
（実施例１）
本例は、車両用の道路の路面に敷設された磁気マーカ１と、車両の底面側に取り付けられた磁気センサ２と、の組み合わせによる車両用の磁気マーカ検出システム１Ｓに関する例である。この内容について、図１～図６を参照して説明する。
本例は、車両用の道路の路面に敷設された磁気マーカ１と、車両の底面側に取り付けられた磁気センサ２と、の組み合わせによる車両用の磁気マーカ検出システム１Ｓに関する例である。この内容について、図１～図６を参照して説明する。
図１に例示する車両用の磁気マーカ検出システム１Ｓでは、車両５が走行する車線の中央に沿うよう、路面５３に磁気マーカ１が敷設される。車両５側では、車両５の底面に当たる車体フロア５０に磁気センサ２が取り付けられる。磁気センサ２の取付け高さは、車種によって違いがあるが、１００～２５０ｍｍの範囲となっている。磁気センサ２の出力信号は、例えば車両５側の図示しないＥＣＵ等に入力され、車線維持のための自動操舵制御や車線逸脱警報など各種の制御に利用される。
図２に例示の磁気マーカ１は、直径１００ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの扁平な円形状を呈し、路面５３への接着接合が可能な扁平形状のマーカである。磁気マーカ１は、直径１００ｍｍ、厚さ１ｍｍの扁平な磁石シート１１の両面を樹脂モールド１２により覆って形成されている。磁石シート１１は、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）＝６．４ｋＪ／ｍ３の等方性フェライトラバーマグネットをシート状に成形したものである。磁気マーカ１の表面に当たる上面側の樹脂モールド１２の厚みは０．３ｍｍ、磁気マーカ１の施工面に当たる下面側の厚みは０．２ｍｍである。路面５３への施工は、例えば接着材による接着固定により実施される。なお、磁気マーカ１の外周側面にも樹脂モールドを施すと良い。この場合には、磁気マーカ１の直径が１００ｍｍよりも０．５ｍｍ程度大きくなる。
本例の磁気マーカ１の仕様の一部を表１に示す。
この磁気マーカ１の表面の磁束密度Ｇｓは１ｍＴとなっている。例えばオフィス等のホワイトボードや家庭の冷蔵庫の扉等に貼り付けて使用されるマグネットシートや、車両ボディに貼り付ける初心者マーク等のマグネットシート等は、表面の磁束密度が２０～４０ｍＴ程度である。これらのマグネットシートとの対比によれば、本例の磁気マーカ１が発生する磁力について、金属物を吸着する一般的な磁石としては機能できない程の微弱な磁力であることが直感的に把握される。なお、この磁気マーカ１の鉛直方向の磁界分布については図４を参照して後で説明する。
磁気センサ２は、図３に例示のブロック図の通り、ＭＩ素子２１と駆動回路とが一体化された１チップのＭＩセンサである。ＭＩ素子２１は、ＣｏＦｅＳｉＢ系合金製のほぼ零磁歪であるアモルファスワイヤ（感磁体の一例）２１１と、このアモルファスワイヤ２１１の周囲に巻回されたピックアップコイル２１３と、を含む素子である。磁気センサ２は、アモルファスワイヤ２１１にパルス電流を印加したときにピックアップコイル２１３に発生する電圧を計測することで、感磁体であるアモルファスワイヤ２１１に作用する磁気を検出する。
駆動回路は、アモルファスワイヤ２１１にパルス電流を供給するパルス回路２３と、ピックアップコイル２１３で生じた電圧を所定タイミングでサンプリングして出力する信号処理回路２５と、を含む電子回路である。パルス回路２３は、パルス電流の元となるパルス信号を生成するパルス発生器２３１を含む回路である。信号処理回路２５は、パルス信号に連動して開閉される同期検波２５１を介してピックアップコイル２１３の誘起電圧を取り出し、増幅器２５３により所定の増幅率で増幅する回路である。この信号処理回路２５で増幅された信号がセンサ信号として外部に出力される。
磁気センサ２の仕様の一部を表２に示す。
この磁気センサ２は、磁束密度の測定レンジが±０．６ｍＴであって、測定レンジ内の磁束分解能が０．０２μＴという高感度のセンサである。このような高感度は、アモルファスワイヤ２１１のインピーダンスが外部磁界に応じて敏感に変化するというＭＩ効果を利用するＭＩ素子２１により実現されている。さらに、この磁気センサ２は、３ｋＨｚ周期での高速サンプリングが可能で、車両の高速走行にも対応している。なお、３ｋＨｚ周期でのサンプリングに代えて、例えば２０ｍｍ等の所定距離を車両が移動する毎に磁気計測を実行しても良い。
次に、本例の磁気マーカ１の鉛直方向の磁界分布について図４を参照して説明する。同図は、有限要素法を用いた軸対称３次元静磁場解析によるシミュレーション結果を示す片対数グラフである。同図では、鉛直方向に作用する磁気の磁束密度の対数目盛を縦軸に設定し、磁気マーカ１の表面を基準とした鉛直方向の高さ（マーカ表面からの高さ）を横軸に設定している。同図中、マーカ表面からの高さ＝０ｍｍのときの磁束密度が「表面の磁束密度Ｇｓ」となり、マーカ表面からの高さ＝２５０ｍｍのときの磁束密度が「高さ２５０ｍｍの位置の磁束密度Ｇｈ（適宜、高さ２５０ｍｍの磁束密度Ｇｈ）」となる。
図４のごとく、磁気マーカ１は、磁気センサ２の取付け高さ（センサ取付高）として想定する範囲１００～２５０ｍｍにおいて、８μＴ以上の磁束密度の磁気を作用できる。磁束密度８μＴの磁気が作用する場合には、磁束分解能が０．０２μＴ（表２参照。）の磁気センサ２を用いて確実性高く磁気マーカ１を検出可能である。
本例の磁気マーカ１では、磁気センサ２で検出可能な磁気特性を確保しながら、表面の磁束密度Ｇｓを１ｍＴ（１０×１０－４Ｔ）に抑えている。この１ｍＴの磁束密度は、例えばホワイトボードや冷蔵庫の扉等に貼り付けるマグネットシート表面の２０～４０ｍＴ程度の磁束密度の１／１０よりも小さい。磁気マーカ１は、これらの事務用あるいは家庭用のマグネットシートと比べても磁力が非常に微弱である。そのため、この磁気マーカ１を路面５３に敷設しても、釘やボルト等の金属物を引き寄せて吸着するおそれが極めて少ない。
以上のように本例の磁気マーカ１は、磁力を低く抑えた優れた特性の道路マーカである。この磁気マーカ１を含む磁気マーカ検出システム１Ｓでは、ＭＩ素子２１を利用した磁気センサ２を採用することで、磁気マーカ１から作用する微弱な磁気の検出が可能となっている。
次に、磁気マーカ１の直径１００ｍｍの選定理由について、図５及び図６のコンピュータシミュレーション結果を参照して説明する。
図５のグラフは、直径２０ｍｍ高さ５０ｍｍの円柱磁石を基準として体積一定のまま（体積＝１５．７ｃｍ３）、直径及び高さを変更したときの高さ２５０ｍｍの磁束密度Ｇｈの変化を示すグラフである。同図は、横軸に磁石の直径を示し、高さ２５０ｍｍの磁束密度Ｇｈを縦軸にとったグラフである。同図では、シミュレーション結果を○プロットで示すと共に、○プロットの添字で磁石の高さ（ｍｍ）を示している。なお、図５のシミュレーションは、残留磁束密度１．１９Ｔのネオジウム磁石の参考シミュレーションである。本例の磁気マーカ１を構成する等方性ラバーマグネットについても定性的な傾向が同様である旨、コンピュータシミュレーションや実証実験等により確認している。
図５のグラフは、直径２０ｍｍ高さ５０ｍｍの円柱磁石を基準として体積一定のまま（体積＝１５．７ｃｍ３）、直径及び高さを変更したときの高さ２５０ｍｍの磁束密度Ｇｈの変化を示すグラフである。同図は、横軸に磁石の直径を示し、高さ２５０ｍｍの磁束密度Ｇｈを縦軸にとったグラフである。同図では、シミュレーション結果を○プロットで示すと共に、○プロットの添字で磁石の高さ（ｍｍ）を示している。なお、図５のシミュレーションは、残留磁束密度１．１９Ｔのネオジウム磁石の参考シミュレーションである。本例の磁気マーカ１を構成する等方性ラバーマグネットについても定性的な傾向が同様である旨、コンピュータシミュレーションや実証実験等により確認している。
図５のグラフ中、左端のプロットが基準となる直径２０ｍｍ×高さ５０ｍｍの磁石のデータである。この左端のプロットを基準としたとき、直径２０～６０ｍｍまでの範囲では、直径が大きくなるほど磁束密度Ｇｈが向上していることがわかる。磁束密度Ｇｈは、直径６０～８０ｍｍの範囲で最大値に近くなり、直径８０ｍｍ超の範囲では直径が大きくなるほどＧｈが低下している。ただし、直径８０～１００ｍｍの範囲であれば、直径に対する磁束密度Ｇｈの変動率が小さく磁束密度Ｇｈの低下はわずかとなっている。
高さ２５０ｍｍの位置において必要となる磁束密度Ｇｈを確保するに当たって、磁石の成形に必要な磁性材料の使用量という材料コストの観点に基づけば、直径６０～８０ｍｍの磁石が材料のコスト効率が最も良好になる。一方、直径６０ｍｍ未満及び８０ｍｍ超の範囲では材料のコスト効率が若干、低下するという傾向がある。ただし、磁束密度Ｇｈの低下度合いが小さい直径８０～１００ｍｍの範囲であれば、材料のコスト効率を十分に高く維持できる可能性が高い。
図６のグラフは、表面の磁束密度Ｇｓが１ｍＴである様々な大きさの磁気マーカについて、鉛直方向の磁界分布をシミュレーションしたものである。同図のコンピュータシミュレーションは、本例の磁気マーカ１と同様、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）＝６．４ｋＪ／ｍ３の等方性ラバーマグネットよりなる磁気マーカについてのシミュレーション結果である。
このシミュレーションは、直径１００ｍｍを含めて２０～１５０ｍｍまでの５種類の直径の磁気マーカを対象としている。このシミュレーションでは、直径の違いに関わらず表面の磁束密度Ｇｓが１ｍＴになるように厚さを変更している。凡例中の例えばφ１００Ｔ１の表記は、直径１００ｍｍ厚さ１ｍｍの磁気マーカであることを示している。なお、ここでは、樹脂モールドの厚さを無視し、磁気マーカの大きさ＝磁石の大きさとしている。
図６のグラフは、図４と同様のグラフ軸の片対数グラフである。同図によれば、大径の磁気マーカほど、表面の磁束密度Ｇｓに対して高さ２５０ｍｍの磁束密度Ｇｈが高くなっており、鉛直方向における磁束密度の減衰度合いが抑制されていることがわかる。例えば、２５０ｍｍ高さの磁束密度Ｇｈを比較すると、直径５０ｍｍ厚さ０．５ｍｍの磁石のＧｈ＝２μＴに対して、直径１００ｍｍ厚さ１ｍｍの磁石ではＧｈ＝８μＴとなっている。このように磁気マーカの直径が大きくなるほど、表面の磁束密度Ｇｓに対する２５０ｍｍ高さの磁束密度Ｇｈの割合である磁気到達率（Ｇｈ／Ｇｓ）が高くなる傾向がある。
磁気センサ２による検出のために必要な磁束密度Ｇｈが定まっている場合であれば、上記の磁気到達率（Ｇｈ／Ｇｓ）が高いほど、磁気マーカの表面の磁束密度Ｇｓを抑制できる。表面の磁束密度Ｇｓが低くなれば、磁性材料の選定や、直径や厚さや形状などの選択範囲が拡大し、磁気マーカの設計自由度が向上するという効果が生じる。
そこで本例では、図５及び図６のシミュレーション結果に基づく以下の知見を主な根拠として磁気マーカ１の直径を１００ｍｍに設定している。
（１）直径６０～８０ｍｍの範囲で材料のコスト効率が最も良くなると共に、直径８０～１００ｍｍの範囲であれば、材料のコスト効率を十分に高く維持できること。
（２）表面の磁束密度Ｇｓに対する２５０ｍｍ高さの磁束密度Ｇｈの割合である磁気到達率（Ｇｈ／Ｇｓ）が磁石（磁気マーカ）の直径が大きくなるほど向上すること。
（１）直径６０～８０ｍｍの範囲で材料のコスト効率が最も良くなると共に、直径８０～１００ｍｍの範囲であれば、材料のコスト効率を十分に高く維持できること。
（２）表面の磁束密度Ｇｓに対する２５０ｍｍ高さの磁束密度Ｇｈの割合である磁気到達率（Ｇｈ／Ｇｓ）が磁石（磁気マーカ）の直径が大きくなるほど向上すること。
なお、磁気マーカの直径については８０ｍｍ以上としても良い。直径８０ｍｍであれば、表面の磁束密度Ｇｓを１ｍＴに抑えた場合であっても、高さ２５０ｍｍの位置の磁束密度Ｇｈが５μＴとなる。５μＴの磁束密度であれば、磁束分解能０．０２μＴ（表２参照。）の磁気センサ２で十分に検出可能である。直径８０ｍｍ未満の磁気マーカであっても良いが、より小さい磁束密度に対応できるように磁気センサの感度を高める必要が生じてコスト上昇が招来される可能性もある。
一方、磁気マーカ１の直径を大きくし過ぎると、例えばマンホールの鉄製の蓋などの磁気源との区別が難しくなる。敷設する道路に存在する磁気発生源の種類や大きさや磁界強度等を考慮し、磁気マーカの大きさを選択的に設定するのが良い。
一方、磁気マーカ１の直径を大きくし過ぎると、例えばマンホールの鉄製の蓋などの磁気源との区別が難しくなる。敷設する道路に存在する磁気発生源の種類や大きさや磁界強度等を考慮し、磁気マーカの大きさを選択的に設定するのが良い。
磁気マーカの形状については、本例の円形状に代えて、三角形や四角形や六角形などの多角形状であっても良く、長方形状であっても良く、２つの長方形状を交差させたような十字形状等であっても良い。
路面への敷設方法については、接着材等を利用して接着して接合する方法のほか、釘のような形状の固定ピンを用いて固定する方法であっても良い。さらに、着磁前の磁性材料を路面の表面側に積層あるいは塗布しておき、所定範囲を着磁することで本例と同等の磁気マーカを形成することも良い。例えば磁性材料を含む塗料を塗布したラインを車線の中央に沿ってプリントした後、ラインの所定位置を着磁することも良い。
路面への敷設方法については、接着材等を利用して接着して接合する方法のほか、釘のような形状の固定ピンを用いて固定する方法であっても良い。さらに、着磁前の磁性材料を路面の表面側に積層あるいは塗布しておき、所定範囲を着磁することで本例と同等の磁気マーカを形成することも良い。例えば磁性材料を含む塗料を塗布したラインを車線の中央に沿ってプリントした後、ラインの所定位置を着磁することも良い。
指向性の高いＭＩ素子を利用する磁気センサを採用する際、磁気の検出方向毎に１つずつＭＩ素子を設けると良い。鉛直方向の磁気成分のみを検出するのであればＭＩ素子を１つ備えれば足りるが、３次元方向に対応してそれぞれＭＩ素子を設けることも良い。３次元方向にそれぞれＭＩ素子を設ければ磁気マーカから生じる磁気成分を３次元的に検出できる。例えば路面の鉛直方向の磁気を検出するＭＩ素子と、車両の進行方向の磁気を検出するＭＩ素子と、車両の左右方向の磁気を検出するＭＩ素子と、を設けることも良い。車両の進行方向の磁気を検出すれば、例えば磁気方向の正負逆転を検知することで、車両の進行方向における磁気マーカの位置を精度高く計測できる。
ＭＩ素子を複数設ける場合、パルス回路や信号処理回路を各ＭＩ素子毎に個別に設けずに例えば時分割で共用することも良い。回路を共用できれば、磁気センサの小型化、低コスト化を実現し易くなる。
車両の左右方向に沿って複数の磁気センサを配設することも良い。各磁気センサが検出した磁気分布のピークを検出することで、磁気マーカの左右方向の相対位置を判断することも良い。
車両の左右方向に沿って複数の磁気センサを配設することも良い。各磁気センサが検出した磁気分布のピークを検出することで、磁気マーカの左右方向の相対位置を判断することも良い。
磁気センサとしてＭＩ素子を用いたＭＩセンサを例示したが、これに代えて、フラックスゲートセンサ、ＴＭＲ型センサを磁気センサとして採用することもできる。２個以上の磁気センサを利用する場合には、ＭＩセンサ、フラックスゲートセンサ、ＴＭＲ型センサのうちの２種類以上を組み合わせて採用することもできる。
磁気マーカを構成する磁石シートの磁性材料や磁石の種類は、本例には限定されない。磁性材料や磁石の種類としては、様々な材料や種類を採用できる。磁気マーカに要求される磁気的仕様や環境仕様等に応じて、適切な磁性材料や種類を選択的に決定するのが良い。
なお、本例では、コンピュータシミュレーションの結果を利用して磁気マーカの仕様を選択的に決定している。コンピュータシミュレーションを利用するに当たっては、一部のシミュレーション条件下の実証実験によりシミュレーション精度を予め確認している。また、磁気マーカ１については、コンピュータシミュレーションの結果に近い磁気特性が得られることを実証実験により確認している。
なお、本例では、コンピュータシミュレーションの結果を利用して磁気マーカの仕様を選択的に決定している。コンピュータシミュレーションを利用するに当たっては、一部のシミュレーション条件下の実証実験によりシミュレーション精度を予め確認している。また、磁気マーカ１については、コンピュータシミュレーションの結果に近い磁気特性が得られることを実証実験により確認している。
以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。
１ 磁気マーカ
１Ｓ 磁気マーカ検出システム
１１ 磁石シート
１２ 樹脂モールド
２ 磁気センサ
２１ ＭＩ素子
２１１ アモルファスワイヤ（感磁体）
２１３ ピックアップコイル
５ 車両
５０ 車体フロア（底面）
５３ 路面
１Ｓ 磁気マーカ検出システム
１１ 磁石シート
１２ 樹脂モールド
２ 磁気センサ
２１ ＭＩ素子
２１１ アモルファスワイヤ（感磁体）
２１３ ピックアップコイル
５ 車両
５０ 車体フロア（底面）
５３ 路面
Claims (8)
- 車両の底面側に取り付けられた磁気センサで検出できるように路面に敷設され、運転者の運転を支援するための車両側の運転支援制御を実現するための磁気マーカであって、
磁気マーカの表面の磁束密度Ｇｓが４０ｍＴ（４００Ｇ）以下であることを特徴とする磁気マーカ。 - 請求項１において、磁気マーカの表面を基準とした高さ２５０ｍｍの位置における磁束密度Ｇｈが０．５μＴ（５ｍＧ）以上であることを特徴とする磁気マーカ。
- 請求項１又は２において、直径が８０ｍｍ以上であることを特徴とする磁気マーカ。
- 請求項１～３のいずれか１項において、防水および耐磨耗効果を有するコーティングもしくは樹脂モールドを表面に施したことを特徴とする磁気マーカ。
- 請求項１～４のいずれか１項において、厚さ５ｍｍ以下の扁平形状をなし、凹状の収容穴を穿設することなく路面に敷設可能な磁気マーカ。
- 車両の底面側に取り付けた磁気センサにより、路面に敷設された磁気マーカが発生する磁気を検出することで、車両側の運転支援制御を実現するための磁気マーカ検出システムであって、
前記磁気マーカが、請求項１～５のいずれか１項に記載された磁気マーカであることを特徴とする磁気マーカ検出システム。 - 請求項６において、前記磁気センサとして、マグネトインピーダンスセンサ、フラックスゲートセンサ、ＴＭＲ型センサのうちの少なくとも１種類の磁気センサを用いることを特徴とする磁気マーカ検出システム。
- 請求項７において、磁気マーカの表面を基準とした高さ２５０ｍｍの位置における磁束密度Ｇｈが０．５μＴ（５ｍＧ）以上であることを特徴とする磁気マーカ検出システム。
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