WO2018181053A1 - マーカシステム - Google Patents

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WO2018181053A1
WO2018181053A1 PCT/JP2018/011871 JP2018011871W WO2018181053A1 WO 2018181053 A1 WO2018181053 A1 WO 2018181053A1 JP 2018011871 W JP2018011871 W JP 2018011871W WO 2018181053 A1 WO2018181053 A1 WO 2018181053A1
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marker
vehicle
magnetic
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relative position
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PCT/JP2018/011871
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道治 山本
知彦 長尾
均 青山
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愛知製鋼株式会社
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    • G08G1/095—Traffic lights

Definitions

  • the present invention relates to a marker system using a magnetic marker laid on a road.
  • a vehicle system such as a car navigation system that receives a GPS radio wave, measures an absolute position, and guides to a preset destination is known (see, for example, Patent Document 1 below).
  • the driving support control such as voice output for guiding the route, the user can efficiently reach the destination without losing sight of the route even when moving on unguided land.
  • a system for a vehicle including a database of 3D map data that three-dimensionally represents a road environment including a surrounding environment such as surrounding buildings and steps, in addition to a road shape.
  • This vehicle system attempts to realize automatic driving by mapping the position of the vehicle measured using GPS onto 3D map data. If such an automatic driving system is realized, the driving burden when driving the vehicle can be reduced and traffic accidents can be reduced.
  • the conventional vehicle system has the following problems.
  • high-precision identification of the vehicle position is a key point for ensuring the accuracy of driving support control.
  • GPS positioning cannot be performed in places where GPS radio waves are shielded and cannot reach.
  • positioning accuracy is lowered in places where GPS radio waves are difficult to reach, such as valleys of buildings. Therefore, in driving support control based on GPS, the control accuracy may vary depending on the surrounding environment.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is intended to provide a vehicle system that can stably identify the position of the vehicle regardless of the surrounding environment and is effective in ensuring the accuracy of driving support control. It is what.
  • the present invention includes a magnetic detection unit provided in a vehicle for detecting a magnetic marker laid on a road, A position information acquisition unit for acquiring marker position information representing the laying position of the magnetic marker; A relative position estimator that estimates the relative position of the vehicle by inertial navigation based on the position of any vehicle; A positioning unit that executes arithmetic processing for specifying the position of the vehicle, When the magnetic detection unit detects the magnetic marker, the positioning unit specifies the position of the vehicle based on the laying position represented by the corresponding marker position information, After passing through any one of the magnetic markers, a marker system that specifies the position of the vehicle based on the relative position of the vehicle estimated by the relative position estimation unit with reference to the position of the vehicle specified when the magnetic marker is detected It is in.
  • the marker system of the present invention acquires the marker position information and specifies the laying position of the magnetic marker. Then, the relative position after passing through the magnetic marker is estimated by inertial navigation based on the position of the vehicle specified based on the laying position of the magnetic marker.
  • the magnetic marker can be detected with high reliability on the vehicle side regardless of the surrounding environment such as a tunnel or a valley of a building. Based on the laying position of the magnetic marker, the position of the vehicle can be specified with high accuracy in accordance with the detection of the magnetic marker. Then, at an intermediate position after passing through the magnetic marker and before detecting a new magnetic marker, it is possible to specify the position of the vehicle based on the relative position.
  • the marker system of the present invention is a vehicle system that can stably identify the position of the vehicle regardless of the surrounding environment and is effective in ensuring the accuracy of driving support control.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a marker system in the first embodiment.
  • 1 is a block diagram showing a system configuration on the vehicle side in Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of a magnetic marker in the first embodiment.
  • 1 is a front view of an RF-ID tag in Embodiment 1.
  • FIG. Explanatory drawing which illustrates the change of the magnetic measurement value of the advancing direction at the time of passing the magnetic marker in Example 1.
  • FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the distribution of magnetic measurement values in the vehicle width direction by the magnetic sensors Cn arranged in the vehicle width direction in the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a system operation in the first embodiment.
  • FIG. 1 Explanatory drawing of the identification method of the own vehicle position by the marker system in Example 1.
  • FIG. 1 which shows the deviation of the own vehicle position with respect to a driving
  • FIG. 1 Explanatory drawing of the identification method of the own vehicle position by the marker system in Example 1.
  • the relative position estimation unit in the marker system uses the orientation of the vehicle specified in response to detection of at least two magnetic markers arranged along a direction whose absolute orientation is known. Estimate the relative position of the vehicle.
  • the direction of the vehicle can be specified with high accuracy based on the known direction.
  • the orientation of the vehicle that can be specified with high accuracy is useful for improving the estimation accuracy of the relative position by the relative position estimation unit.
  • the relative position estimation unit in the marker system includes the position of the first vehicle specified when the first magnetic marker is detected and the second position specified when the second magnetic marker is detected. Using the positional deviation between the vehicle position and the position of the first vehicle to identify the relative position estimation error relative to the position of the first vehicle; After passing through the second magnetic marker, the relative position of the vehicle is estimated based on the position of the second vehicle by a calculation process that reduces the estimation error of the relative position.
  • the position of the second vehicle can be specified based on the laying position represented by the marker position information, and thereby the positional deviation with respect to the position of the first vehicle can be accurately performed. Can be identified.
  • This positional deviation it is possible to specify an estimation error of the relative position that the relative position estimation unit estimates based on the position of the first vehicle when the second magnetic marker is detected. This estimation error is effective for improving the relative position estimation accuracy by the relative position estimation unit.
  • mode in this invention receives the said marker position information which the communication unit provided corresponding to the said magnetic marker transmits wirelessly.
  • the communication unit may be, for example, a radio beacon or an infrared beacon installed on the roadside, or a communication unit such as Bluetooth (registered trademark).
  • the position information acquisition unit wirelessly supplies power to the wireless tag held by the magnetic marker as the communication unit, and receives the marker position information that the wireless tag transmits wirelessly according to the operation. It is also good.
  • the wireless tag may be laid near the magnetic marker, or the wireless tag may be held by the magnetic marker.
  • a marker system includes a storage unit that stores the marker position information, and the magnetic information detection unit detects the position information acquisition unit by referring to information stored in the storage unit. Marker position information indicating the laying position of the magnetic marker is acquired.
  • the storage unit As a method of referring to the information stored in the storage unit, for example, there is a method of selecting and acquiring marker position information representing the latest laying position with respect to the vehicle position specified based on the relative position by inertial navigation. If this method is executed, when the magnetic marker is detected, a highly accurate laying position of the magnetic marker can be acquired using the relative position.
  • Example 1 This example is an example related to a marker system 1 for a vehicle that can stably identify its own vehicle position (vehicle position) regardless of the surrounding environment and is useful for ensuring the accuracy of driving support control. The contents will be described with reference to FIGS.
  • the marker system 1 includes a measurement unit 2 that performs magnetic detection and the like, a tag reader 34 that is an example of a position information acquisition unit that acquires marker position information indicating the laying position of the magnetic marker 10, and the host vehicle.
  • the control unit 32 is configured to include a positioning unit that executes a calculation process for specifying the position.
  • the automatic driving system 6 includes a vehicle ECU 61 that executes automatic driving control, and a map database (map DB) 65 that stores detailed three-dimensional map data (3D map data). It is.
  • the vehicle ECU 61 causes the vehicle 5 to automatically travel by controlling a steering steering unit, an engine throttle, a brake, etc. (not shown) using the own vehicle position specified by the marker system 1 as a control input value.
  • the magnetic marker 10 is a road marker laid on the road surface 100S of the road on which the vehicle 5 travels.
  • the magnetic markers 10 are arranged, for example, at an interval of 10 m along the center of the lane (reference numeral 100 in FIG. 8) divided by left and right lane marks.
  • the magnetic marker 10 has a columnar shape with a diameter of 20 mm and a height of 28 mm, and is laid while being accommodated in a hole provided in the road surface 100S.
  • This magnetic marker 10 acts with magnetism having a magnetic flux density of 8 ⁇ T (micro tesla) at an upper limit of 250 mm in the range of 100 to 250 mm assumed as the mounting height of the measurement unit 2.
  • RF-ID (Radio Frequency IDentification) tags 15 that are wireless tags that output information wirelessly are stacked on the surface on the road surface 100S side.
  • the RF-ID tag 15 operates by wireless external power feeding, and transmits position data which is marker position information indicating the laying position of the magnetic marker 10.
  • the magnet of the magnetic marker 10 is obtained by dispersing iron oxide magnetic powder in a polymer material.
  • This magnet has low electrical conductivity and is unlikely to generate eddy currents or the like during wireless power feeding. Therefore, the RF-ID tag 15 attached to the magnetic marker 10 can efficiently receive the wirelessly transmitted power.
  • An RF-ID tag 15 which is an example of a communication unit is an electronic component in which an IC chip 157 is mounted on the surface of a tag sheet 150 (FIG. 4) cut out from, for example, a PET (Polyethylene terephthalate) film.
  • a PET Polyethylene terephthalate
  • On the surface of the tag sheet 150 print patterns of the loop coil 151 and the antenna 153 are provided.
  • the loop coil 151 is a power receiving coil that generates an exciting current by electromagnetic induction from the outside.
  • the antenna 153 is a transmission antenna for wirelessly transmitting position data and the like.
  • the measurement unit 2 is a unit in which a sensor array 21 that is a magnetic detection unit and an IMU (Inertial Measurement Unit) 22 that is an example of a relative position estimation unit are integrated.
  • the measuring unit 2 is a rod-like unit that is long in the vehicle width direction, and is attached to the road bumper 100S in a state facing the road surface 100S, for example, inside the front bumper of the vehicle.
  • the mounting height of the measurement unit with reference to the road surface 100S is 200 mm.
  • the sensor array 21 of the measurement unit 2 includes fifteen magnetic sensors Cn (n is an integer of 1 to 15) arranged in a straight line along the vehicle width direction, a detection processing circuit 212 incorporating a CPU (not shown), and the like. (See FIG. 2). In the sensor array 21, 15 magnetic sensors Cn are arranged at equal intervals of 10 cm.
  • the magnetic sensor Cn is a sensor that detects magnetism using a known MI effect (Magnet Impedance Effect) in which the impedance of a magnetic sensitive body such as an amorphous wire changes sensitively according to an external magnetic field.
  • a magnetic sensitive body such as an amorphous wire is disposed along two orthogonal axes so that magnetism acting in the two orthogonal axes can be detected.
  • the magnetic sensor Cn is incorporated in the sensor array 21 so that magnetic components in the traveling direction and the vehicle width direction can be detected.
  • the magnetic sensor Cn is a highly sensitive sensor having a magnetic flux density measurement range of ⁇ 0.6 mT and a magnetic flux resolution within the measurement range of 0.02 ⁇ T.
  • the period of the magnetic measurement by each magnetic sensor Cn of the measurement unit 2 is set to 3 kHz so as to correspond to the high-speed traveling of the vehicle.
  • Table 2 shows a part of the specifications of the magnetic sensor Cn.
  • the magnetic marker 10 can act with magnetism having a magnetic flux density of 8 ⁇ T or more in the range of 100 to 250 mm assumed as the mounting height of the magnetic sensor Cn. If the magnetic marker 10 acts on magnetism having a magnetic flux density of 8 ⁇ T or more, it can be detected with high reliability using the magnetic sensor Cn having a magnetic flux resolution of 0.02 ⁇ T.
  • the detection processing circuit 212 (FIG. 3) of the sensor array 21 is an arithmetic circuit that executes marker detection processing for detecting the magnetic marker 10.
  • the detection processing circuit 212 is configured using a CPU (central processing unit) that executes various operations, a memory element such as a ROM (read only memory) and a RAM (random access memory).
  • the detection processing circuit 212 acquires the sensor signal output by each magnetic sensor Cn at a cycle of 3 kHz and executes marker detection processing. Then, the detection result of the marker detection process is input to the control unit 32. As will be described in detail later, in this marker detection process, in addition to the detection of the magnetic marker 10, the lateral deviation amount of the vehicle 5 with respect to the detected magnetic marker 10 is measured.
  • the IMU 22 incorporated in the measurement unit 2 is an inertial navigation unit that estimates the relative position of the vehicle 5 by inertial navigation.
  • the IMU 22 includes a two-axis magnetic sensor 221 that is an electronic compass that measures azimuth, a two-axis acceleration sensor 222 that measures acceleration, and a two-axis gyro sensor 223 that measures angular velocity.
  • the IMU 22 calculates the displacement amount by second-order integration of acceleration, and integrates the displacement amount along the traveling direction change of the vehicle 5 detected by the two-axis gyro sensor 223 and the measured azimuth to obtain the relative position with respect to the reference position. Calculate. If the relative position estimated by the IMU 22 is used, the vehicle position can be specified even when the vehicle 5 is located between the adjacent magnetic markers 10.
  • the tag reader 34 is a communication unit that wirelessly communicates with the RF-ID tag 15 stacked on the surface of the magnetic marker 10.
  • the tag reader 34 wirelessly transmits power necessary for the operation of the RF-ID tag 15 and receives position data transmitted by the RF-ID tag 15.
  • This position data which is an example of marker position information, is data representing the laying position (absolute position) of the corresponding magnetic marker 10.
  • the control unit 32 is a unit that controls the measurement unit 2 and the tag reader 34 and specifies the vehicle position, which is the position of the vehicle 5, in real time.
  • the control unit 32 inputs the vehicle position to the vehicle ECU 61 that constitutes the automatic driving system of the vehicle 5.
  • the control unit 32 includes an electronic board (not shown) on which a memory element such as a ROM or a RAM is mounted in addition to a CPU that executes various operations.
  • the method by which the control unit 32 identifies the vehicle position differs between when the vehicle 5 reaches the magnetic marker 10 and when the vehicle 5 is positioned between the adjacent magnetic markers 10.
  • the control unit 32 specifies the vehicle position based on the position data received from the RF-ID tag 15 attached to the magnetic marker 10.
  • the vehicle position is specified based on the relative position of the vehicle 5 estimated by inertial navigation.
  • the marker detection process is a process executed by the sensor array 21 of the measurement unit 2. As described above, the sensor array 21 uses the magnetic sensor Cn to execute marker detection processing at a cycle of 3 kHz.
  • the magnetic sensor Cn is configured to measure the magnetic components in the traveling direction and the vehicle width direction of the vehicle 5. For example, when the magnetic sensor Cn moves in the traveling direction and passes immediately above the magnetic marker 10, the magnetic measurement value in the traveling direction is reversed between positive and negative before and after the magnetic marker 10 as shown in FIG. It changes so as to cross zero at a position just above 10. Therefore, when the vehicle 5 is traveling, it can be determined that the measurement unit 2 is located immediately above the magnetic marker 10 when the zero cross Zc in which the polarity of the magnetism in the traveling direction detected by any of the magnetic sensors Cn is reversed occurs.
  • the detection processing circuit 212 determines that the magnetic marker 10 has been detected when the measurement unit 2 is positioned directly above the magnetic marker 10 and a zero crossing of the magnetic measurement value in the traveling direction has occurred.
  • the two magnetic sensors Cn adjacent to each other with the zero cross Zc where the magnetic polarity in the vehicle width direction is reversed are reversed.
  • An intermediate position or a position immediately below the magnetic sensor Cn in which the detected magnetism in the vehicle width direction is zero and the signs of the outer magnetic sensors Cn are reversed is the position of the magnetic marker 10 in the vehicle width direction.
  • the detection processing circuit 212 measures the deviation of the position of the magnetic marker 10 in the vehicle width direction with respect to the center position of the measurement unit 2 (the position of the magnetic sensor C8) as the lateral displacement amount. For example, in the case of FIG.
  • the position of the zero cross Zc is a position corresponding to C9.5 in the middle of C9 and C10.
  • the lateral displacement amount of the magnetic marker 10 is (9.5-8) ⁇ 10 cm with reference to C8 located at the center of the measurement unit 2 in the vehicle width direction. It becomes.
  • the route data is data including at least a series of points represented by absolute position data, for example, as indicated by a broken line in FIG.
  • the marker system 1 under the control mode in which the vehicle 5 travels by automatic driving repeatedly executes the marker detection process by the sensor array 21 (S201).
  • position data marker position information
  • the RF-ID tag 15 S223
  • the position offset by the amount of lateral deviation measured by the measurement unit 2 in the marker detection process is set as the own vehicle position (illustrated by ⁇ in FIG. 8). Specify (S204).
  • the own vehicle specified based on the most recently installed position of the magnetic marker 10 is detected.
  • the relative position of the vehicle 5 is estimated by inertial navigation. Specifically, as described above, the displacement amount is calculated by the second-order integration of the measurement acceleration by the IMU 22 incorporated in the measurement unit 2, and the traveling direction change or measurement direction of the vehicle 5 detected by the two-axis gyro sensor 223 is calculated. Along with this integration, the relative position of the vehicle 5 with respect to the reference position is estimated. Then, as illustrated in FIG. 8, the position of the x mark moved from the reference position by the relative position is specified as the own vehicle position.
  • FIG. 8 shows an example of a vector representing this relative position.
  • the own vehicle position specified by the marker system 1 (the positions indicated by ⁇ and X in FIG. 8) is input to the vehicle ECU 61 of the automatic driving system 6, and the deviation ⁇ D with respect to the route data of the control target indicated by the broken line in FIG. Calculated (S103).
  • the vehicle ECU 61 executes vehicle control such as steering control and throttle control based on the deviation ⁇ D (S104) to realize automatic travel.
  • the marker system 1 of this example specifies the own vehicle position using the laying position every time the magnetic marker 10 is detected, and passes through the previous magnetic marker 10 in the middle of the adjacent magnetic markers 10.
  • the vehicle position is specified by estimating the relative position afterwards.
  • the marker system 1 is a system that presents the vehicle position specified by using the magnetic marker 10 to the driving support system on the vehicle 5 side such as the automatic driving system 6.
  • this marker system 1 does not presuppose reception of GPS radio waves or the like, position accuracy does not become unstable even in places where GPS radio waves cannot be received or become unstable, such as tunnels and valleys of buildings. . If the vehicle position generated by the marker system 1 is used, highly accurate driving support control can be realized regardless of the environment.
  • the vehicle provided with IMU22 is illustrated.
  • a vehicle including a gyrocompass instead of the IMU 22 may be used. You may make it implement
  • a marker database an example of a storage unit
  • position data marker position information
  • laying position absolute position
  • the position data of the laying position can be received from the RF-ID tag 15 and the vehicle position can be specified.
  • the magnetic marker 10 without the RF-ID tag 15 it is preferable to refer to the position data of the marker DB.
  • a magnetic marker closest to the vehicle position specified using inertial navigation may be selected and acquired as position data representing the detected laying position of the magnetic marker 10.
  • a communication unit such as a radio wave beacon or an infrared beacon installed on the roadside may be employed.
  • a receiving device corresponding to a radio wave beacon functions as a position information acquisition unit.
  • the magnetic marker 10 may be laid so that the magnetic polarity forms a predetermined pattern.
  • the magnetic pole pattern may represent a bit code with the N pole being 1 and the S pole being zero. This bit code may be adopted as marker position information indicating the laying position of the magnetic marker 10. Further, for example, the bit code may be used as a code for acquiring the laying position of the magnetic marker 10 with reference to the marker DB.
  • the number of magnetic pole patterns may be set smaller than the number of magnetic markers 10 as in the case where the RF-ID tag 15 is attached to some of the magnetic markers 10 described above.
  • the magnetic pole pattern of the magnetic marker 10 can be specified by a combination of the magnetic sensor Cn and the detection processing circuit 212. In this case, the combination of the magnetic sensor Cn and the detection processing circuit 212, the marker DB, and the like function as a position information acquisition unit.
  • the position data of the marker DB may be referred to using the low-accuracy vehicle position, and the latest position data may be associated with the detected installation position of the magnetic marker 10. If the installation position of one of the magnetic markers 10 can be specified in this way, then the installation position of another magnetic marker 10 can be specified using estimation of the relative position by inertial navigation. For example, it is preferable to refer to the marker DB using the vehicle position based on the estimated relative position and associate the latest position data as the detected laying position of the magnetic marker 10.
  • a camera that images the road environment ahead of the vehicle, an image recognition device that performs image processing on the captured image, a marker DB, and the like function as a position information acquisition unit.
  • the vehicle occupant can specify the position of the vehicle by a touch operation on a display that displays a map.
  • the traveling period from when the own vehicle position is designated until the magnetic marker is detected it is preferable to estimate the relative position by inertial navigation with the designated own vehicle position as a reference, and to specify the traveling own vehicle position. Thereafter, when a magnetic marker is detected, the position of the magnetic marker may be specified in the same manner as described above by referring to the position data of the marker DB using the own vehicle position.
  • the marker system 1 combined with the automatic driving system 6 is illustrated.
  • a departure warning system for warning of departure from the lane and a lane keeping system for automatically steering the steering wheel along the lane or generating a steering assist force for avoiding departure from the lane are applied. It is also good to do.
  • the server device may have a function of a positioning unit that identifies the position of the vehicle.
  • the vehicle 5 may transmit information necessary for specifying the position of the vehicle to the server device.
  • the server device may also have the functions of the marker DB and the image recognition device that form the position information acquisition unit.
  • the calculation which estimates the relative position of a vehicle may be performed with a server apparatus, and it is good also to comprise combining the vehicle-mounted sensor etc. which measure the acceleration etc. of a vehicle.
  • Example 2 This example is an example in which a configuration for specifying the direction of the vehicle is added to the marker system of the first embodiment.
  • the contents will be described with reference to FIG.
  • the marker system 1 of this example is a system including two magnetic markers 10 arranged along a direction dir whose absolute direction is known.
  • the two magnetic markers 10 are arranged with a relatively short marker span M of 2 m, for example.
  • two pairs of magnetic markers 10 having an interval of 2 m are arranged every 10 m along the center of the lane.
  • the deviation angle Ax of the azimuth can be calculated as follows.
  • the lateral deviation amount with respect to the front magnetic marker 10 detected first by the vehicle 5 is OF1
  • the lateral deviation amount with respect to the front magnetic marker 10 detected later is OF2.
  • Deviation angle Ax arcsin (OFd / M)
  • the moving distance D of the vehicle 5 required for the passage of the two magnetic markers 10 in the marker span M can be calculated, and the vehicle speed can be calculated with high accuracy.
  • the timing at which the front magnetic marker 10 is detected is t1
  • the timing at which the front magnetic marker 10 in the traveling direction is detected is t2.
  • the direction of the vehicle 5 can be specified with reference to the direction dir in which the absolute direction in which the two magnetic markers 10 are arranged is known. If the azimuth of the vehicle 5 can be specified, it becomes possible to specify an error included in the azimuth value calculated by the IMU, and it is applied to error correction of the calculated value, adjustment of a correction coefficient in the azimuth calculation processing, and azimuth calculation processing. It is possible to set and adjust constants such as initial values.
  • an error in speed (vehicle speed) obtained by integrating acceleration measured by the IMU can be specified. If the error included in the speed value obtained by the IMU integrating the acceleration is specified, the error correction of the calculation value, the adjustment of the correction coefficient in the speed calculation process, the initial value and the integration constant applied to the speed calculation process It is possible to set and adjust constants.
  • the direction of the vehicle 5 can be specified.
  • the precision of the calculation process of the relative position by inertial navigation can be improved, and the precision of the relative position after passing the magnetic marker 10 can be improved.
  • the N pole-N pole represents the north
  • the N pole-S pole represents the east
  • the S pole-N pole represents the west
  • the S pole-S pole represents the south. good.
  • Other configurations and operational effects are the same as those in the first embodiment.
  • Example 3 based on the marker system of the first embodiment, the magnetic marker 10 is used to improve the estimation accuracy of the relative position by the IMU. The contents will be described with reference to FIG.
  • the route data to be controlled is indicated by a broken line
  • the own vehicle position specified when the magnetic marker 10 is detected is indicated by ⁇
  • the own vehicle position is indicated by a cross.
  • the vehicle position indicated by ⁇ based on the magnetic marker 10P and the amount of lateral deviation and the relative position with reference to the magnetic marker 10K on the near side are used. It is possible to calculate two types of positions based on the estimation and the vehicle position indicated by a cross.
  • the vehicle position marked with a triangle is a highly accurate position specified based on the laying position of the magnetic marker 10.
  • the position of the vehicle marked with X is a position including an estimation error due to inertial navigation. Therefore, most of the error DM, which is the difference between the two types of own vehicle positions, is an estimation error due to inertial navigation.
  • processing for reducing the error DM is applied to the relative position calculation processing by inertial navigation after passing through the magnetic marker 10P, the accuracy of the vehicle position after passing through the magnetic marker 10P can be improved.
  • the error is proportional to the distance from the magnetic marker 10K, which is the reference for inertial navigation
  • correction processing may be performed to subtract the error from the laying position by inertial navigation.
  • Other configurations and operational effects are the same as those in the first or second embodiment.

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Abstract

道路に敷設された磁気マーカを検出するためのセンサアレイ（２１）と、磁気マーカの敷設位置を表すマーカ位置情報を取得するタグリーダ（３４）と、慣性航法により車両の相対位置を推定するＩＭＵ（２２）と、車両の位置を特定するための演算処理を実行する制御ユニット（３２）と、を含むマーカシステム（１）は、検出された磁気マーカの敷設位置に基づいて車両の位置を特定すると共に、ＩＭＵ（２２）が推定する車両の相対位置に基づいて磁気マーカを通過した後の車両の位置を特定することにより、周囲の環境に依らない安定的な自車位置の特定を可能にする。

Description

マーカシステム
　本発明は、道路に敷設された磁気マーカを利用するマーカシステムに関する。
　従来より、例えばＧＰＳ電波を受信して絶対位置を測位し、予め設定された目的地まで誘導するカーナビゲーションシステム等の車両用のシステムが知られている（例えば下記の特許文献１参照。）。経路を案内する音声出力等の運転支援制御によれば、不案内な土地を移動中であっても経路を見失うことなく、目的地に効率良く行き着くことができる。
　さらに例えば道路形状のほか、周囲の建物や段差などの周辺環境を含めた道路環境を３次元的に表した３Ｄマップデータのデータベースを含む車両用のシステムの提案もある。この車両用のシステムは、ＧＰＳを利用して測位した自車位置を３Ｄマップデータ上にマッピングすることにより自動運転を実現しようとしている。このような自動運転のシステムが実現されれば、車両を運転する際の運転負担が軽減されると共に交通事故を低減できる。
特開２００１－２６４０７６号公報
　しかしながら、前記従来の車両用のシステムでは、次のような問題がある。すなわち、高精度な自車位置の特定が運転支援制御の精度を確保するためのキーポイントとなっている一方、ＧＰＳの場合、トンネルなどＧＰＳ電波が遮蔽されて届かない場所で測位ができなくなったり、ビルの谷間などＧＰＳ電波が届きにくい場所では測位精度が低下するという問題がある。それ故、ＧＰＳを前提にする運転支援制御等では、周囲の環境に依存して制御の精度が変動するおそれがある。
　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、周囲の環境に依らず安定的に自車位置を特定でき、運転支援制御の精度確保に有効な車両用のシステムを提供しようとするものである。
　本発明は、道路に敷設された磁気マーカを検出するために車両に設けられた磁気検出部と、
　前記磁気マーカの敷設位置を表すマーカ位置情報を取得する位置情報取得部と、
　いずれかの車両の位置を基準として慣性航法により車両の相対位置を推定する相対位置推定部と、
　車両の位置を特定するための演算処理を実行する測位部と、を含み、
　該測位部は、前記磁気検出部が前記磁気マーカを検出したとき、対応する前記マーカ位置情報が表す敷設位置に基づいて車両の位置を特定し、
　いずれかの前記磁気マーカを通過した後では、該磁気マーカの検出時に特定された車両の位置を基準として前記相対位置推定部が推定する車両の相対位置に基づいて車両の位置を特定するマーカシステムにある。
　本発明のマーカシステムは、道路に敷設された前記磁気マーカを検出した際、前記マーカ位置情報を取得して当該磁気マーカの敷設位置を特定する。そして、当該磁気マーカの敷設位置に基づいて特定される車両の位置を基準として慣性航法により磁気マーカを通過した後の相対位置を推定する。
　前記磁気マーカは、トンネルやビルの谷間などの周囲の環境によらず車両側で確実性高く検出可能である。この磁気マーカの敷設位置に基づけば、該磁気マーカの検出に応じて、車両の位置の高精度な特定が可能になる。そして、前記磁気マーカを通過した後、新たな磁気マーカを検出するまでの中間的な位置においては、前記相対位置に基づく車両の位置の特定が可能になる。
　以上の通り、本発明のマーカシステムは、周囲の環境に依らず安定的に車両の位置を特定可能であり、運転支援制御の精度確保に有効な車両用のシステムである。
実施例１における、マーカシステムの説明図。 実施例１における、車両側のシステム構成を示すブロック図。 実施例１における、磁気マーカの説明図。 実施例１における、ＲＦ－ＩＤタグの正面図。 実施例１における、磁気マーカを通過する際の進行方向の磁気計測値の変化を例示する説明図。 実施例１における、車幅方向に配列された磁気センサＣｎによる車幅方向の磁気計測値の分布を例示する説明図。 実施例１における、システム動作の説明図。 実施例１における、マーカシステムによる自車位置の特定方法の説明図。 実施例１における、走行ルートに対する自車位置の偏差を示す説明図。 実施例２における、車両の方位の特定方法の説明図。 実施例３における、慣性航法による推定精度を高める手法の説明図。
　本発明の好適な態様について説明する。
　本発明における好適な一態様のマーカシステムにおける相対位置推定部は、絶対方位が既知の方向に沿って配置された少なくとも２個の前記磁気マーカの検出に応じて特定される車両の方位を利用し、車両の相対位置を推定する。
　前記少なくとも２個の磁気マーカを検出できたとき、前記既知の方向を基準にすれば前記車両の方位を精度高く特定できる。高精度に特定できた該車両の方位は、前記相対位置推定部による前記相対位置の推定精度の向上に役立つ。
　本発明における好適な一態様のマーカシステムにおける相対位置推定部は、第１の磁気マーカの検出時に特定された第１の車両の位置と、第２の磁気マーカの検出時に特定された第２の車両の位置と、の間の位置的なずれを利用して前記第１の車両の位置を基準とした前記相対位置の推定誤差を特定し、
　前記第２の磁気マーカを通過した後、前記相対位置の推定誤差を低減する演算処理により前記第２の車両の位置を基準とした車両の相対位置を推定する。
　前記第２の磁気マーカの検出時には、前記マーカ位置情報が表す敷設位置に基づいて前記第２の車両の位置を特定でき、これにより、前記第１の車両の位置に対する位置的なずれを精度高く特定できる。この位置的なずれを利用すれば、前記第２の磁気マーカを検出したときに前記相対位置推定部が前記第１の車両の位置を基準として推定する相対位置の推定誤差を特定できる。この推定誤差は、前記相対位置推定部による相対位置の推定精度を向上するために有効である。前記第２の磁気マーカを検出した後、前記相対位置の推定誤差を低減する演算処理により車両の相対位置を推定すれば、その位置精度を向上できる。
　本発明における好適な一態様のマーカシステムにおける位置情報取得部は、前記磁気マーカに対応して設けられた通信ユニットが無線で送信する前記マーカ位置情報を受信する。
　前記通信ユニットは、例えば路側に設置された電波ビーコンや赤外線ビーコン等であっても良く、ブルートゥース（登録商標）等の通信ユニットであっても良い。
　前記位置情報取得部は、前記通信ユニットとして前記磁気マーカに保持された無線タグに対して無線で電力を供給すると共に、当該無線タグが動作に応じて無線で送信する前記マーカ位置情報を受信することも良い。
　前記磁気マーカの近辺に前記無線タグを敷設しても良いし、前記磁気マーカに前記無線タグを保持させても良い。
　本発明における好適な一態様のマーカシステムは、前記マーカ位置情報を記憶する記憶部を含み、前記位置情報取得部は、前記記憶部が記憶する情報を参照することで前記磁気検出部が検出した磁気マーカの敷設位置を表すマーカ位置情報を取得する。
　前記記憶部の情報を参照する方法としては、例えば、慣性航法による相対位置に基づいて特定された車両の位置に対して直近の敷設位置を表すマーカ位置情報を選択して取得する方法がある。この方法を実行すれば、前記磁気マーカを検出したとき、前記相対位置を利用して該磁気マーカの高精度な敷設位置を取得できる。
　本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
　本例は、周囲の環境に依らず安定的に自車位置（車両の位置）を特定でき、運転支援制御の精度確保に有用な車両用のマーカシステム１に関する例である。この内容について、図１～図９を用いて説明する。
　マーカシステム１は、図１及び図２のごとく、磁気検出等を行う計測ユニット２、磁気マーカ１０の敷設位置を表すマーカ位置情報を取得する位置情報取得部の一例であるタグリーダ３４、及び自車位置を特定するための演算処理を実行する測位部をなす制御ユニット３２、を含んで構成されている。
　本例では、自車位置を特定する上記のマーカシステム１を自動運転システム６に組み合わせている。なお、図１では、自動運転システム６の図示を省略している。自動運転システム６（図２）は、自動運転制御を実行する車両ＥＣＵ６１と、詳細な３次元地図データ（３Ｄマップデータ）を格納する地図データベース（地図ＤＢ）６５と、を含んで構成されたシステムである。車両ＥＣＵ６１は、マーカシステム１が特定した自車位置を制御入力値として、図示しないステアリング操舵ユニットやエンジンスロットルやブレーキなどを制御して車両５を自動走行させる。
　以下、道路に敷設される磁気マーカ１０を概説した後、計測ユニット２、タグリーダ３４、制御ユニット３２の内容を説明する。
　磁気マーカ１０は、図３のごとく、車両５が走行する道路の路面１００Ｓに敷設される道路マーカである。磁気マーカ１０は、左右のレーンマークで区分された車線（図８中の符号１００）の中央に沿って例えば１０ｍ間隔で配置されている。
　磁気マーカ１０は、図１のごとく、直径２０ｍｍ、高さ２８ｍｍの柱状をなし、路面１００Ｓに設けた孔に収容された状態で敷設される。磁気マーカ１０をなす磁石は、磁性材料である酸化鉄の磁粉を基材である高分子材料中に分散させたフェライトプラスチックマグネットであり、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）＝６．４ｋＪ／ｍ3という特性を備えている。
　本例の磁気マーカ１０の仕様の一部を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　この磁気マーカ１０は、計測ユニット２の取付け高さとして想定する範囲１００～２５０ｍｍの上限の２５０ｍｍ高さにおいて、８μＴ（マイクロテスラ）の磁束密度の磁気を作用する。
　本例の磁気マーカ１０では、図３及び図４のごとく、無線により情報を出力する無線タグであるＲＦ－ＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ１５が、路面１００Ｓ側の表面に積層配置されている。ＲＦ－ＩＤタグ１５は、無線による外部給電により動作し磁気マーカ１０の敷設位置を表すマーカ位置情報である位置データを送信する。
　ここで、上記のように磁気マーカ１０の磁石は、酸化鉄の磁粉を高分子材料中に分散させたものである。この磁石は、導電性が低く無線給電時に渦電流等が生じ難い。それ故、磁気マーカ１０に付設されたＲＦ－ＩＤタグ１５は、無線伝送された電力を効率良く受電できる。
　通信ユニットの一例をなすＲＦ－ＩＤタグ１５は、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）フィルムから切り出したタグシート１５０（図４）の表面にＩＣチップ１５７を実装した電子部品である。タグシート１５０の表面には、ループコイル１５１及びアンテナ１５３の印刷パターンが設けられている。ループコイル１５１は、外部からの電磁誘導によって励磁電流が発生する受電コイルである。アンテナ１５３は、位置データ等を無線送信するための送信アンテナである。
　次に、車両５が備える計測ユニット２、タグリーダ３４、制御ユニット３２について説明する。
　計測ユニット２は、図１及び図２のごとく、磁気検出部であるセンサアレイ２１と、相対位置推定部の一例であるＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２２と、が一体化されたユニットである。この計測ユニット２は、車幅方向に長い棒状のユニットであり、例えば車両のフロントバンパーの内側に路面１００Ｓと対面する状態で取り付けられる。本例の車両５の場合、路面１００Ｓを基準とした計測ユニットの取付け高さが２００ｍｍとなっている。
　計測ユニット２のセンサアレイ２１は、車幅方向に沿って一直線上に配列された１５個の磁気センサＣｎ（ｎは１～１５の整数）と、図示しないＣＰＵ等を内蔵した検出処理回路２１２と、を備えている（図２参照。）。なお、センサアレイ２１では、１５個の磁気センサＣｎが１０ｃｍの等間隔で配置されている。
　磁気センサＣｎは、アモルファスワイヤなどの感磁体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公知のＭＩ効果（Magnet Impedance Effect）を利用して磁気を検出するセンサである。磁気センサＣｎでは、アモルファスワイヤなどの図示しない感磁体が直交する２軸方向に沿って配置され、これにより直交する２軸方向に作用する磁気の検出が可能となっている。なお、本例では、進行方向及び車幅方向の磁気成分を検出できるように磁気センサＣｎがセンサアレイ２１に組み込まれている。
　磁気センサＣｎ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。本例では、車両の高速走行に対応できるよう、計測ユニット２の各磁気センサＣｎによる磁気計測の周期が３ｋＨｚに設定されている。
　磁気センサＣｎの仕様の一部を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記のように、磁気マーカ１０は、磁気センサＣｎの取付け高さ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以上の磁気を作用する磁気マーカ１０であれば、磁束分解能が０．０２μＴの磁気センサＣｎを用いて確実性高く検出可能である。
　センサアレイ２１の検出処理回路２１２（図３）は、磁気マーカ１０を検出するためのマーカ検出処理などを実行する演算回路である。この検出処理回路２１２は、各種の演算を実行するＣＰＵ（central processing unit）のほか、ＲＯＭ（read only memory）やＲＡＭ（random access memory）などのメモリ素子等を利用して構成されている。
　検出処理回路２１２は、各磁気センサＣｎが出力するセンサ信号を３ｋＨｚ周期で取得してマーカ検出処理を実行する。そして、マーカ検出処理の検出結果を制御ユニット３２に入力する。詳しくは後述するが、このマーカ検出処理では、磁気マーカ１０の検出に加えて、検出した磁気マーカ１０に対する車両５の横ずれ量の計測が行われる。
　計測ユニット２に組み込まれたＩＭＵ２２は、慣性航法により車両５の相対位置を推定する慣性航法ユニットである。ＩＭＵ２２は、方位を計測する電子コンパスである２軸磁気センサ２２１と、加速度を計測する２軸加速度センサ２２２と、角速度を計測する２軸ジャイロセンサ２２３と、を備えている。ＩＭＵ２２は、加速度の二階積分により変位量を演算し、２軸ジャイロセンサ２２３により検出された車両５の進行方向変化や計測された方位に沿って変位量を積算することで基準位置に対する相対位置を演算する。ＩＭＵ２２が推定する相対位置を利用すれば、隣り合う磁気マーカ１０の中間に車両５が位置するときにも自車位置の特定が可能になる。
　前記タグリーダ３４は、磁気マーカ１０の表面に積層配置されたＲＦ－ＩＤタグ１５と無線で通信する通信ユニットである。タグリーダ３４は、ＲＦ－ＩＤタグ１５の動作に必要な電力を無線で送電し、ＲＦ－ＩＤタグ１５が送信する位置データを受信する。マーカ位置情報の一例であるこの位置データは、対応する磁気マーカ１０の敷設位置（絶対位置）を表すデータである。
　前記制御ユニット３２は、計測ユニット２やタグリーダ３４を制御すると共に、車両５の位置である自車位置をリアルタイムで特定するユニットである。制御ユニット３２は、車両５の自動運転システムを構成する車両ＥＣＵ６１に自車位置を入力する。
　制御ユニット３２は、各種の演算を実行するＣＰＵのほか、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ素子等が実装された電子基板（図示略）を備えている。制御ユニット３２が自車位置を特定する方法は、磁気マーカ１０に車両５が到達したときと、隣り合う磁気マーカ１０の中間に車両５が位置するときと、で相違している。詳しくは後述するが、制御ユニット３２は、前者の場合、磁気マーカ１０に付設されたＲＦ－ＩＤタグ１５から受信した位置データに基づいて自車位置を特定する。一方、後者の場合には、慣性航法により推定した車両５の相対位置に基づいて自車位置を特定する。
　次に、本例の（１）マーカシステム１によるマーカ検出処理、及び（２）マーカシステム１を含む車両５の全体動作の流れを説明する。
（１）マーカ検出処理
　マーカ検出処理は、計測ユニット２のセンサアレイ２１が実行する処理である。センサアレイ２１は、上記の通り、磁気センサＣｎを用いて３ｋＨｚの周期でマーカ検出処理を実行する。
　上記のごとく、磁気センサＣｎは、車両５の進行方向及び車幅方向の磁気成分を計測するように構成されている。例えばこの磁気センサＣｎが、進行方向に移動して磁気マーカ１０の真上を通過するとき、進行方向の磁気計測値は、図５のごとく磁気マーカ１０の前後で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように変化する。したがって、車両５の走行中では、いずれかの磁気センサＣｎが検出する進行方向の磁気の正負が反転するゼロクロスＺｃが生じたとき、計測ユニット２が磁気マーカ１０の真上に位置すると判断できる。検出処理回路２１２は、このように計測ユニット２が磁気マーカ１０の真上に位置し進行方向の磁気計測値のゼロクロスが生じたときに磁気マーカ１０を検出したと判断する。
　また、例えば、磁気センサＣｎと同じ仕様の磁気センサについて、磁気マーカ１０の真上を通過する車幅方向の仮想線に沿う移動を想定する。このように想定した場合、車幅方向の磁気計測値は、磁気マーカ１０を挟んだ両側で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように変化する。１５個の磁気センサＣｎを車幅方向に配列した計測ユニット２の場合には、磁気マーカ１０を基準としてどちらの側にあるかによって磁気センサＣｎが検出する車幅方向の磁気の正負が異なってくる（図６）。
　計測ユニット２の各磁気センサＣｎの車幅方向の磁気計測値を例示する図６の分布に基づけば、車幅方向の磁気の正負が反転するゼロクロスＺｃを挟んで隣り合う２つの磁気センサＣｎの中間の位置、あるいは検出する車幅方向の磁気がゼロであって両外側の磁気センサＣｎの正負が反転している磁気センサＣｎの直下の位置が、磁気マーカ１０の車幅方向の位置となる。検出処理回路２１２は、計測ユニット２の中央の位置（磁気センサＣ８の位置）に対する磁気マーカ１０の車幅方向の位置の偏差を上記の横ずれ量として計測する。例えば、図６の場合であれば、ゼロクロスＺｃの位置がＣ９とＣ１０との中間辺りのＣ９．５に相当する位置となっている。上記のように磁気センサＣ９とＣ１０の間隔は１０ｃｍであるから、磁気マーカ１０の横ずれ量は、車幅方向において計測ユニット２の中央に位置するＣ８を基準として（９．５－８）×１０ｃｍとなる。
（２）車両の全体動作
　次に、図７及び図８を参照してマーカシステム１と自動運転システム６とを備える車両５の全体動作について説明する。
　自動運転システム６に走行ルートが設定されると（Ｓ１０１）、３Ｄマップデータを記憶する地図ＤＢ６５から対応するデータが読み出されて自動運転の制御目標となる詳細なルートデータが設定される（Ｓ１０２）。ルートデータは、例えば図８中の破線で示すように、少なくとも、絶対位置のデータで表される地点の連なりを含むデータである。
　一方、自動運転で車両５が走行する制御モード下におけるマーカシステム１は、上記のセンサアレイ２１によるマーカ検出処理を繰り返し実行する（Ｓ２０１）。磁気マーカ１０を検出できたときには（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、ＲＦ－ＩＤタグ１５から磁気マーカ１０の敷設位置を表す位置データ（マーカ位置情報）を受信する（Ｓ２２３）。そして、位置データが表す磁気マーカ１０の敷設位置を基準として、マーカ検出処理で計測ユニット２が計測した横ずれ量の分だけオフセットさせた位置を自車位置（図８中の△印で例示）として特定する（Ｓ２０４）。
　一方、隣り合う磁気マーカ１０の中間に車両５が位置しており、磁気マーカ１０を検出できないときには（Ｓ２０２：ＮＯ）、直近で検出された磁気マーカ１０の敷設位置に基づいて特定された自車位置（図８中の△印の位置）を基準位置とし、慣性航法により車両５の相対位置を推定する。具体的には、上記の通り、計測ユニット２に組み込まれたＩＭＵ２２による計測加速度の二階積分により変位量を演算すると共に、２軸ジャイロセンサ２２３により検出された車両５の進行方向変化や計測方位に沿ってこの変位量を積算することで、上記の基準位置に対する車両５の相対位置を推定する。そして、図８に例示するように、この相対位置の分だけ基準位置から移動させた×印の位置を自車位置として特定する。なお、図８では、この相対位置を表すベクトルの一例を示している。
　マーカシステム１が特定した自車位置（図８中の△印及び×印の位置）は、自動運転システム６の車両ＥＣＵ６１に入力され、図９で破線で示す制御目標のルートデータに対する偏差ΔＤが算出される（Ｓ１０３）。車両ＥＣＵ６１は、この偏差ΔＤに基づいてステアリング制御、スロットル制御などの車両制御を実行し（Ｓ１０４）、自動走行を実現する。
　以上のように、本例のマーカシステム１は、磁気マーカ１０を検出する毎にその敷設位置を利用して自車位置を特定すると共に、隣り合う磁気マーカ１０の中間では直前の磁気マーカ１０通過後の相対位置を推定して自車位置を特定している。このようにマーカシステム１は、例えば自動運転システム６などの車両５側の運転支援システムに対して、磁気マーカ１０を活用して特定した自車位置を提示するシステムである。
　このマーカシステム１は、ＧＰＳ電波等の受信を前提としないので、例えばトンネルやビルの谷間などＧＰＳ電波が受信できなかったり不安定になる場所であっても位置精度が不安定になることがない。マーカシステム１が生成する自車位置を利用すれば、環境によらず精度の高い運転支援制御を実現できる。本例では、ＩＭＵ２２を備える車両を例示している。ＩＭＵ２２に代えてジャイロコンパスを備える車両であっても良い。ジャイロコンパスを利用することにより、慣性航法を実現するようにしても良い。
　本例では、全ての磁気マーカ１０にＲＦ－ＩＤタグ１５が付設された構成を例示している。これに代えて、一部の磁気マーカ１０にＲＦ－ＩＤタグ１５を付設すると共に、磁気マーカ１０の敷設位置（絶対位置）の位置データ（マーカ位置情報）を記憶するマーカデータベース（記憶部の一例をなすマーカＤＢ）を設けることも良い。
　ＲＦ－ＩＤタグ１５が付設された磁気マーカ１０の検出時には、その敷設位置の位置データをＲＦ－ＩＤタグ１５から受信して自車位置を特定できる。一方、ＲＦ－ＩＤタグ１５が付設されていない磁気マーカ１０を検出したときには、上記のマーカＤＢの位置データを参照すると良い。マーカＤＢを参照するに当たっては、例えば慣性航法を利用して特定された自車位置に対して直近の磁気マーカを選択し、検出した磁気マーカ１０の敷設位置を表す位置データとして取得すると良い。
　なお、ＲＦ－ＩＤタグ１５に代えて、路側等に設置される電波ビーコンや赤外線ビーコン等の通信ユニットを採用しても良い。この場合には、タグリーダ３４に代えて、電波ビーコン等に対応する受信装置が位置情報取得部として機能する。
　磁極性が所定のパターンをなすように磁気マーカ１０を敷設し、例えばＮ極が１、Ｓ極がゼロとして磁極性のパターンがビットコードを表すように構成しても良い。磁気マーカ１０の敷設位置を表すマーカ位置情報として、このビットコードを採用しても良い。また、例えば上記のマーカＤＢを参照して磁気マーカ１０の敷設位置を取得するためのコードとして上記のビットコードを利用しても良い。なお、磁極性のパターンの設置数は、上記の一部の磁気マーカ１０にＲＦ－ＩＤタグ１５を付設する場合と同様、磁気マーカ１０の数よりも少ない設置数でも良い。磁気マーカ１０の磁極性のパターンは、磁気センサＣｎ及び検出処理回路２１２の組み合わせにより特定可能である。この場合には、磁気センサＣｎ及び検出処理回路２１２の組み合わせや上記のマーカＤＢ等が位置情報取得部として機能する。
　交差点名称の交通看板や信号など道路環境の構成物を画像認識等することで交差点を特定し、自車位置を比較的低精度で取得することも良い。磁気マーカ１０を検出したとき、この低精度の自車位置を用いて上記のマーカＤＢの位置データを参照し、検出した磁気マーカ１０の敷設位置として直近の位置データを対応付けると良い。このようにしていずれかの磁気マーカ１０の敷設位置を特定できれば、その後、慣性航法による相対位置の推定を利用して他の磁気マーカ１０の敷設位置を特定できる。例えば、推定した相対位置に基づく自車位置を用いてマーカＤＢを参照し、検出した磁気マーカ１０の敷設位置として直近の位置データを対応付けると良い。この場合には、車両の前方の道路環境を撮像するカメラや撮像画像に画像処理を施す画像認識装置やマーカＤＢ等が位置情報取得部として機能する。
　例えば地図を表示するディスプレイ上のタッチ操作等により、車両の乗員に自車位置を指定させる手段を設けることも良い。自車位置が指定された後、磁気マーカを検出するまでの走行期間では、指定された自車位置を基準として慣性航法により相対位置を推定し、走行中の自車位置を特定すると良い。その後、磁気マーカを検出したときには、この自車位置を用いて上記のマーカＤＢの位置データを参照することで、上記と同様に磁気マーカの敷設位置を特定すると良い。
　本例では、自動運転システム６と組み合わせるマーカシステム１を例示している。自動運転システム６に代えて、車線からの逸脱を警報する逸脱警報システムや、車線に沿ってハンドルを自動操舵したり車線からの逸脱を回避するための操舵アシスト力を発生させるレーンキープシステムを適用することも良い。
　なお、インターネット等の通信回線に接続可能な車両５であれば、車両の位置を特定する測位部の機能をサーバ装置に持たせることも良い。車両５は、車両の位置を特定するために必要な情報をサーバ装置に送信すると良い。位置情報取得部をなす上記のマーカＤＢや画像認識装置等の機能についてもサーバ装置に持たせても良い。相対位置推定部については、車両の相対位置を推定する演算をサーバ装置で実行し、車両の加速度等を計測する車載センサ等を組み合わせて構成することも良い。
（実施例２）
　本例は、実施例１のマーカシステムについて車両の方位を特定するための構成を追加した例である。この内容について、図１０を参照して説明する。
　本例のマーカシステム１は、絶対方位が既知の方向ｄｉｒに沿って配置された２個の磁気マーカ１０を含むシステムである。この２個の磁気マーカ１０は、例えば２ｍの比較的短いマーカスパンＭで配置されている。そして、この２ｍ間隔の２個一対の磁気マーカ１０が、車線の中央に沿って１０ｍ毎に配置されている。
　２ｍのマーカスパンＭで配置された２個の磁気マーカ１０を車両５が通過する際、各磁気マーカ１０に対する横ずれ量を計測すれば、この２個の磁気マーカ１０が配置された方向ｄｉｒに対する車両の方位（進行方向）のずれ角Ａｘを以下の通り演算可能である。ここで、２個の磁気マーカ１０のうち、車両５が先に検出する手前側の磁気マーカ１０に対する横ずれ量をＯＦ１、後に検出する前方側の磁気マーカ１０に対する横ずれ量をＯＦ２とする。ただし、横ずれ量ＯＦ１、ＯＦ２は、車両５の車幅方向中央を境に正または負の値となるよう定義する。
　横ずれ量の変化　ＯＦｄ＝｜ＯＦ２－ＯＦ１｜
　ずれ角　Ａｘ＝ａｒｃｓｉｎ（ＯＦｄ／Ｍ）
　さらに、このずれ角Ａｘが分かれば、マーカスパンＭの２個の磁気マーカ１０の通過に要する車両５の移動距離Ｄを算出でき、車速を高精度に算出できる。ここで、手前側の磁気マーカ１０を検出したタイミングをｔ１、進行方向における前方側の磁気マーカ１０を検出したタイミングをｔ２とする。
　移動距離　Ｄ＝Ｍ×ｃｏｓＡｘ
　車速　Ｖ＝Ｄ／（ｔ２－ｔ１）
　上記のずれ角Ａｘによれば、前記２個の磁気マーカ１０が配置された絶対方位が既知の方向ｄｉｒを基準として、車両５の方位を特定できる。車両５の方位を特定できれば、ＩＭＵが演算する方位の値に含まれる誤差の特定が可能になり、演算値の誤差補正や、方位の演算処理における補正係数の調整や、方位の演算処理に適用する初期値などの定数の設定や調整等が可能となる。
　また、上記の車速Ｖによれば、ＩＭＵが計測する加速度を積分して求める速度（車速）の誤差を特定できる。ＩＭＵが加速度を積分して求める速度の値に含まれる誤差を特定すれば、演算値の誤差補正や、速度の演算処理における補正係数の調整や、速度の演算処理に適用する初期値や積分定数などの定数の設定や調整等が可能になる。
　このように絶対方位が既知の方向ｄｉｒに沿って配置された２個の磁気マーカ１０を車両５側で検出すれば、車両５の方位を特定できる。そして、車両５の方位を特定できれば、慣性航法による相対位置の演算処理の精度を向上でき、磁気マーカ１０を通過した後の相対位置の精度を向上できる。
　なお、既知の方向ｄｉｒに沿って配置する磁気マーカ１０の数として２個を例示しているが、３個、４個等であっても良い。
　磁気マーカ１０の磁極性の組み合わせによって配置された方向を表すことも良い。例えば２個の磁気マーカ１０の場合であれば、Ｎ極－Ｎ極が北、Ｎ極－Ｓ極が東、Ｓ極－Ｎ極が西、Ｓ極－Ｓ極が南を表すようにしても良い。
　なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１と同様である。
（実施例３）
　本例は、実施例１のマーカシステムに基づいて、磁気マーカ１０を利用してＩＭＵによる相対位置の推定精度を向上できるように構成した例である。この内容について、図１１を参照して説明する。
　図１１では、実施例１と同様、制御目標となるルートデータを破線で示し、磁気マーカ１０の検出時に特定された自車位置を△印、慣性航法により推定された相対位置に基づいて特定された自車位置を×印で示している。例えば同図中、進行方向前方側の磁気マーカ１０Ｐが検出されたときには、この磁気マーカ１０Ｐと横ずれ量とに基づく△印の自車位置と、手前側の磁気マーカ１０Ｋを基準とした相対位置の推定に基づく×印の自車位置との２種類の位置を演算可能である。
　△印の自車位置は、磁気マーカ１０の敷設位置に基づいて特定される精度の高い位置である。一方、×印の自車位置は、慣性航法による推定誤差を含む位置となっている。それ故、この２種類の自車位置の差分である誤差ＤＭの大部分は、慣性航法による推定誤差ということになる。
　磁気マーカ１０Ｐを通過した後の慣性航法による相対位置の演算処理について、上記の誤差ＤＭを小さくするような処理を適用すれば、磁気マーカ１０Ｐを通過後の自車位置の精度を向上できる。例えば、慣性航法の基準となる磁気マーカ１０Ｋからの距離に誤差が比例するとして、慣性航法による敷設位置から誤差分を差し引く補正処理を行っても良い。あるいは、ジャイロによる計測方位や加速度センサによる計測加速度について、上記の誤差をゼロに近づける補正係数を見出して適用することも良い。あるいは加速度の二階積分により変位量を算出する際の積分定数について、この誤差をゼロに近づけるように調整することも良い。
　なお、その他の構成及び作用効果については、実施例１あるいは実施例２と同様である。
　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　マーカシステム
　１０　磁気マーカ
　１５　ＲＦ－ＩＤタグ（通信ユニット、無線タグ）
　２　計測ユニット
　２１　センサアレイ（磁気検出部）
　２１２　検出処理回路
　２２　ＩＭＵ（相対位置推定部）
　３２　制御ユニット（測位部）
　３４　タグリーダ（位置情報取得部）
　５　車両
　６　自動運転システム
　６１　車両ＥＣＵ
　６５　地図データベース（地図ＤＢ）

Claims (6)

  1. 　道路に敷設された磁気マーカを検出するために車両に設けられた磁気検出部と、
    　前記磁気マーカの敷設位置を表すマーカ位置情報を取得する位置情報取得部と、
    　いずれかの車両の位置を基準として慣性航法により車両の相対位置を推定する相対位置推定部と、
    　車両の位置を特定するための演算処理を実行する測位部と、を含み、
    　該測位部は、前記磁気検出部が前記磁気マーカを検出したとき、対応する前記マーカ位置情報が表す敷設位置に基づいて車両の位置を特定し、
    　いずれかの前記磁気マーカを通過した後では、該磁気マーカの検出時に特定された車両の位置を基準として前記相対位置推定部が推定する車両の相対位置に基づいて車両の位置を特定するマーカシステム。
  2. 　請求項１において、前記相対位置推定部は、絶対方位が既知の方向に沿って配置された少なくとも２個の前記磁気マーカの検出に応じて特定される車両の方位を利用し、車両の相対位置を推定するマーカシステム。
  3. 　請求項１または２において、前記相対位置推定部は、第１の磁気マーカの検出時に特定された第１の車両の位置と、第２の磁気マーカの検出時に特定された第２の車両の位置と、の間の位置的なずれを利用して前記第１の車両の位置を基準とした前記相対位置の推定誤差を特定し、
    　前記第２の磁気マーカを通過した後、前記相対位置の推定誤差を低減する演算処理により前記第２の車両の位置を基準とした車両の相対位置を推定するマーカシステム。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項において、前記位置情報取得部は、前記磁気マーカに対応して設けられた通信ユニットが無線で送信する前記マーカ位置情報を受信するマーカシステム。
  5. 　請求項４において、前記位置情報取得部は、前記通信ユニットとして前記磁気マーカに保持された無線タグに対して無線で電力を供給すると共に、当該無線タグが動作に応じて無線で送信する前記マーカ位置情報を受信するマーカシステム。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項において、前記マーカ位置情報を記憶する記憶部を含み、前記位置情報取得部は、前記記憶部が記憶する情報を参照することで前記磁気検出部が検出した磁気マーカの敷設位置を表すマーカ位置情報を取得するマーカシステム。
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