JP2023038222A - 磁気マーカシステム、及び磁気マーカシステムの設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気マーカの磁力を抑えつつ車両側で磁気マーカを確実性高く検出できるようにするための磁気マーカシステムの設計方法を提供すること。
【解決手段】運転者による車両の運転操作の支援、あるいは運転者の操作に依らない自動運転のための車両制御を実現するために、車両側の磁気センサで検出可能なように道路に沿って敷設された磁気マーカ１０を含む磁気マーカシステム１の設計方法において、磁気マーカ１０は、道路に沿って交互に磁極の向きが反転するように敷設されており、道路に沿って敷設された磁気マーカ１０の間隔である配置ピッチを設定する際、磁気マーカ１０単体の場合よりも、磁気センサに作用する磁界が強くなるように配置ピッチを設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、道路を走行する車両側で検出可能なように道路に敷設される磁気マーカを含む磁気マーカシステムに関する。

従来、道路に敷設され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、磁気センサを備える車両を対象として、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。

特開２００５－２０２４７８号公報

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るため、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を誘発するおそれが生じる。

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、磁気マーカの磁力を抑えつつ車両側で磁気マーカを確実性高く検出できるようにするための磁気マーカシステム、及び設計方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は運転者による車両の運転操作の支援、あるいは運転者の操作に依らない自動運転のための車両制御を実現するために、車両側の磁気センサで検出可能なように道路に沿って敷設された磁気マーカを含む磁気マーカシステムの設計方法であって、
前記磁気マーカは、道路に沿って交互に磁極の向きが反転するように敷設されており、
道路に沿って敷設された前記磁気マーカの間隔である配置ピッチを設定する際、道路に沿って隙間を空けて隣り合う磁気マーカの磁界の干渉により、該磁気マーカ単体の場合よりも、前記磁気センサに作用する磁界が強くなるように前記配置ピッチを設定する磁気マーカシステムの設計方法にある。
本発明の一態様は、運転者による車両の運転操作の支援、あるいは運転者の操作に依らない自動運転のための車両制御を実現するために、車両側の磁気センサで検出可能なように道路に沿って敷設された磁気マーカを含む磁気マーカシステムであって、
前記磁気マーカは、道路に沿って交互に磁極の向きが反転するように敷設されており、
道路に沿って隙間を空けて隣り合う磁気マーカの磁界の干渉により、該磁気マーカ単体の場合よりも、前記磁気センサに作用する磁界が強くなるように、道路に沿って敷設された前記磁気マーカの間隔である配置ピッチが設定されている磁気マーカシステムにある。

本発明に係る磁気マーカシステムでは、道路に沿って交互に磁極の向きが反転するように磁気マーカが敷設される。本発明の磁気マーカシステム、及びその設計方法では、道路に沿って隙間を空けて隣り合う磁気マーカの磁界が干渉し合うように配置ピッチが設定される。

本発明の磁気マーカシステム、及び磁気マーカシステムの設計方法は、隣り合う磁気マーカの磁界の干渉を利用し、車両側に作用する磁界が強くなっているシステム、あるいは磁界を強くするための設計方法である。このような配置ピッチの設定により、磁界の干渉を利用して車両側に作用する磁界を強くできれば、磁気マーカの検出のために車両側で要求される磁界の強さに対して、磁気マーカ表面の磁力の強さを相対的に抑制可能である。

以上の通り、本発明の磁気マーカシステム、及び磁気マーカシステムの設計方法は、磁気マーカの磁力を抑えつつ車両側で磁気マーカを確実性高く検出できるという特性を実現できる優れたシステム、あるいは設計方法である。

実施例１における、車両が磁気マーカを検出する様子を示す説明図。 実施例１における、磁気マーカシステムを示す説明図。 実施例１における、磁気マーカを示す図。 実施例１における、磁気マーカの鉛直方向の磁界分布を示すグラフ。 実施例１における、磁気センサの電気的構成を示すブロック図。 実施例１における、磁気マーカを通過する際のセンサ出力の変化の説明図。 実施例１における、磁気マーカの配置ピッチ及び隙間Ｇの説明図。 実施例１における、磁気マーカの敷設仕様の説明図。 実施例１における、磁気センサの取付高さと、センサ出力（ｐ－ｐ）と、の関係を示すグラフ。 実施例１における、磁気マーカの配置ピッチ＝１００ｃｍのとき、車両の進行方向におけるセンサ出力の変化を示すグラフ。 実施例１における、磁気マーカの配置ピッチ＝５０ｃｍのとき、車両の進行方向におけるセンサ出力の変化を示すグラフ。 実施例１における、磁気マーカの配置ピッチ＝３０ｃｍのとき、車両の進行方向におけるセンサ出力の変化を示すグラフ。 実施例１における、磁気マーカの配置ピッチ＝２０ｃｍのとき、車両の進行方向におけるセンサ出力の変化を示すグラフ。 実施例１における、磁気マーカの配置ピッチ＝１０ｃｍのとき、車両の進行方向におけるセンサ出力の変化を示すグラフ。 実施例１における、磁気マーカの配置ピッチと、センサ出力（ｐ－ｐ）と、の関係を示すグラフ。 実施例１における、磁気マーカが単独で形成する磁界の説明図。 実施例１における、配置ピッチ＝１０ｃｍのとき、磁気マーカが形成する磁界の説明図。 実施例１における、配置ピッチ＝２０ｃｍのとき、磁気マーカが形成する磁界の説明図。 実施例２における、センサ出力波形を構成するデータ系列を示す図。 実施例２における、正弦波形を構成するデータ系列を示す図。 実施例２における、磁気マーカの配置ピッチと相関係数との関係を示すグラフ。 実施例２における、高相関範囲のセンサ出力（ｐ－ｐ）を示す説明図。

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、車両５側で検出可能なように道路に沿って敷設された磁気マーカ１０を含む磁気マーカシステム１、及びその設計方法の例である。この内容について、図１～図１２を用いて説明する。

図１及び図２の磁気マーカ１０は、例えば、車両５が走行する車線５３０の中央に沿って敷設される。このように路面５３に敷設された磁気マーカ１０は、例えば車両５の底面をなす車体フロア５０に取り付けられる磁気センサ２により検出可能である。磁気センサ２による磁気マーカ１０の検出信号は、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、車線逸脱警報などの運転支援制御や、自動走行制御など、車両５側の各種の制御に利用できる。

磁気マーカ１０は、図３のごとく、直径１００ｍｍ、最大厚さ約２．０ｍｍの扁平な円形状のマーカである。磁気マーカ１０は、直径１００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの扁平な磁石シート１１を含んでいる。磁気マーカ１０では、磁石シート１１の表裏の両面側が、厚さ０．５ｍｍの樹脂モールド１２によって覆われている。磁石シート１１は、酸化鉄の磁性粉末にゴムを混ぜて成形した等方性フェライトラバーマグネットのシートであり、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）が６．４ｋＪ／立方ｍとなっている。

磁気マーカ１０では、表裏両面のうちの一方の面がＮ極の面であり、もう一方の面がＳ極の面になっている。この磁気マーカ１０は表裏の区別がなく、Ｎ極を上面にする敷設態様、及びＳ極を上面にする敷設態様のいずれかを択一的に採用可能である（図２参照。）。

磁気マーカ１０の路面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１０の外周側面にも樹脂モールドを施すことも良い。また、路面５３の一部をなす磁石シート１１の表面側の樹脂モールド１２は、ガラス繊維で強化された樹脂モールドであっても良い。

ここで、本例の磁気マーカ１０が備える磁石シート１１の形状仕様、磁気的な仕様の一部を表１に示す。

磁気マーカ１０が鉛直方向に作用する磁界分布は図４の通りである。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。なお、このコンピュータシミュレーションを実行するに当たっては、実証実験によりシミュレーションの精度を予め確認済みのシミュレーションプログラムを用い、同図に示す一部のデータについては実証実験により値を確認している。

図４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１０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１中の「表面磁束密度Ｇｓ」となる。この磁気マーカ１０では、磁気センサ２の取付高さ（以下、センサ高さという。）として想定される範囲１００～２５０ｍｍにおいて、８マイクロテスラ以上の磁束密度が確保されている。

磁気センサ２は、図５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（Magneto Impedance）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、を含めて構成されている。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。

この磁気センサ２の仕様の一部を表２に示す。

磁気センサ２は、磁束密度の測定レンジが±０．６ミリテスラであって、測定レンジ内の磁束分解能が０．０２マイクロテスラ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。磁束分解能が０．０２マイクロテスラ（表２参照。）の磁気センサ２によれば、センサ高さの想定範囲である１００～２５０ｍｍにおいて少なくとも磁束密度８マイクロテスラ（図４参照。）の磁気を作用する磁気マーカ１０を確実性高く検出可能である。

磁気センサ２は、アモルファスワイヤ２１１の長手方向に感度を有している。本例の構成では、アモルファスワイヤ２１１の長手方向が車両５の前後方向に沿うように磁気センサ２が車載されている。この磁気センサ２は、車両５の進行方向に感度を有し、この方向に作用する磁界の成分を計測可能である。なお、本例では、Ｎ極の磁気マーカ１０に車両５が接近するとき、磁気センサ２の出力（以下、センサ出力）が正値となるように構成されている。

磁気センサ２に作用する磁界のうち車両５の進行方向に沿う成分は、磁気マーカ１０の手前の位置と、磁気マーカ１０を通過した後の位置と、で、作用する方向が反転する。そして、磁気マーカ１０の真上の位置では、磁気センサ２に作用する磁界のうち車両５の進行方向に沿う成分の大きさはゼロとなる。例えば、Ｎ極の磁気マーカ１０を車両５が通過する際には、図６のごとく、正値のセンサ出力が次第に大きくなって極大値となった後、磁気マーカ１０の真上の位置の手前で減少に転じて次第に小さくなる。そして、磁気マーカ１０の真上の位置でセンサ出力がゼロとなった後、磁気マーカ１０から離れるに従って負値のセンサ出力が次第に負側に大きくなって極小値となる。その後、さらに磁気マーカ１０から離れるにつれて、負値のセンサ出力がゼロに近づいていく。このようにして、車両５が磁気マーカ１０を通過する際のセンサ出力の波形（以下、センサ出力波形）は、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロクロスを呈すると共に、このゼロクロスを基準として点対称の関係をなす正負の山の波形となる。なお、図６のグラフでは、車両５の進行方向の位置が横軸に規定され、縦軸にセンサ出力が規定されている。同図中のセンサ出力の単位は、センサ出力をデジタイズする際の最小ビット（ＬＳＢ）となっている。本例の図におけるセンサ出力あるいはセンサ出力（ｐ－ｐ）の単位は、全てこの最小ビット（ＬＳＢ）となっている。

本例の磁気マーカシステム１では、図７のごとく、道路に沿って２０ｃｍの配置ピッチで磁気マーカ１０が配置されている。磁気マーカ１０は直径１００ｍｍ（１０ｃｍ）であるので、道路に沿って隣り合う２つの磁気マーカ１０の隙間（ギャップ）Ｇは１０ｃｍとなる。さらに、本例の構成では、道路に沿って磁極の向きが交互に反転するよう、上面がＮ極の磁気マーカ１０と、上面がＳ極の磁気マーカ１０と、が交互に配置され、磁気マーカ１０の磁極性が交互に切り替わっている。本例では、このように磁気マーカ１０の配置ピッチを比較的狭く設定すると共に、磁気マーカ１０の磁極性を交互に切り替えることで、磁気センサ２に作用する磁界の強度（磁気の大きさ）を高めようとしている。

次に、上記のような磁気マーカ１０の敷設態様によって磁気センサ２に作用する磁界の強度を向上できる旨を、図８及び図９を参照して説明する。図８は、４種類の敷設仕様を示している。図９は、各敷設仕様について、センサ高さ（縦軸）と、センサ出力（ｐ－ｐ）（横軸）と、の関係を例示している。なお、センサ出力（ｐ－ｐ）は、センサ出力波形のpeak-to-peakである振幅を示している。

図８の４種類の敷設仕様は、以下の通りである。
（第１の敷設仕様）磁気マーカ１０の磁極性が交互に切り替わるよう、道路に沿って２０ｃｍ毎に磁気マーカ１０が配置された本例の敷設仕様。上記の通り、磁気マーカ１０は直径１０ｃｍであるから、道路に沿って隣り合う２つの磁気マーカ１０の隙間Ｇの長さが１０ｃｍとなる（図７参照。）。
（第２の敷設仕様）磁気マーカ１０の磁極性の切替なしに、道路に沿って２０ｃｍ毎にＳ極の磁気マーカ１０が配置された敷設仕様。
（第３の敷設仕様）磁気マーカ１０の磁極性が交互に切り替わるよう、道路に沿って１０ｃｍ毎に磁気マーカ１０が配置された敷設仕様。磁気マーカ１０が直径１０ｃｍであるから、道路に沿って隣り合う２つの磁気マーカ１０が隙間なく外接する状態となる。
（第４の敷設仕様）隣り合う磁気マーカ１０が十分離間して配置され、各磁気マーカ１０が孤立している敷設仕様。

図９によると、上記の第１の敷設仕様のときのセンサ出力（ｐ－ｐ）が最も大きくなっている。特に、センサ高さとして想定される１００ｍｍ～２５０ｍｍに属する１５０ｍｍ、２００ｍｍ、２５０ｍｍの各センサ高さでは、他の敷設仕様に比べて第１の敷設仕様の場合のセンサ出力が大きくなる傾向が顕著である。

このように第１の敷設仕様では、磁気マーカ１０が孤立している第４の敷設仕様よりもセンサ出力が大きくなる傾向にある。一方、磁極性の交互の切替がない第２の敷設仕様では、上記の４種類の敷設仕様の中でセンサ出力が最も小さくなっている。また、磁極性の切替はあるが隙間なく磁気マーカ１０が配列された第３の敷設仕様もまた、磁気マーカ１０が孤立している第４の敷設仕様よりもセンサ出力が小さくなっている。

発明者らは、隣り合う磁気マーカ１０の磁界が干渉して、上記のようなセンサ出力の大小が生じていると考察している。さらに、発明者らは、磁気マーカ１０の磁極性の交互の切替がある第１及び第３の敷設仕様について、配置ピッチの違いによってセンサ出力の大小が生じていると考察している。より詳細には、発明者らは、配置ピッチが２０ｃｍの場合、隣り合う磁気マーカ１０の磁界の干渉により磁気センサ２に作用する磁界が強くなり、センサ出力が大きくなっていると考察している。さらに発明者らは、配置ピッチが１０ｃｍの場合、隣り合う磁気マーカ１０の磁界の干渉により磁気センサ２に作用する磁界が弱くなり、センサ出力が小さくなっていると考察している。

発明者らは、隣り合う磁気マーカ１０の磁界の相互の干渉度合いと、センサ出力の大きさと、の関係を調べるため、センサ出力のシミュレーション試験を実施している。このシミュレーション試験では、磁気マーカ１０が配列された敷設ラインに沿って磁気センサ２（センサ高さ２００ｍｍ）が通過する場合のセンサ出力のシミュレーションを行っている。シミュレーション試験の結果は、以下に説明する図１０ａ～ｅ及び図１１の通りである。

シミュレーション試験では、まず、上記のシミュレーションプログラムを利用し、磁気マーカ１０により形成される磁界分布を求めている。図１０ａ～ｅの各図は、センサ高さ＝２００ｍｍで磁気センサ２が、この磁界分布の中を上記の敷設ラインに沿って移動したときに予測されるセンサ出力波形のシミュレーションの結果である。

図１０ａ～ｅの各図は、いずれも、磁極性が道路に沿って交互に切り替わる磁気マーカ１０の敷設仕様に対応している。一方、磁気マーカ１０の配置ピッチは、図１０ａ～ｅの図毎に異なっている。図１０ａは配置ピッチが１００ｃｍ、図１０ｂは５０ｃｍ、図１０ｃは３０ｃｍ、図１０ｄは２０ｃｍ、図１０ｅは１０ｃｍとなっている。

図１０ａの配置ピッチ１００ｃｍの場合、隣り合う磁気マーカ１０の隙間Ｇが９０ｃｍとなり、磁界の干渉の度合いが無視できるほど小さくなると予想できる。一方、図１０ｅの配置ピッチ１０ｃｍの場合、隣り合う磁気マーカ１０が外接する状態となり、磁界の干渉の度合いが最も高くなると予想できる。

図１０ａの配置ピッチ１００ｃｍの場合のセンサ出力波形では、各磁気マーカ１０の磁界の干渉がほとんど生じておらず、車両５の進行方向に感度を有する磁気センサ２が磁気マーカ１０を通過する際のセンサ出力の正負の山が、磁気マーカ１０毎に個別に現れている。なお、センサ出力波形を構成する正負の山のうち、ゼロクロスの位置が磁気マーカ１０の真上に当たっている。

一方、図１０ｅの配置ピッチ１０ｃｍの場合のセンサ出力波形では、正弦波に近いセンサ出力の波形が現れている。このセンサ出力の波形では、磁気マーカ１０毎の正負の山が相互に干渉し、区別がなくなって一体的となっている。なお、同図ｅのセンサ出力の波形においても、波形の中の各ゼロクロスの位置が各磁気マーカ１０の真上に当たっている。

図１０ｂ～ｄの中間的な配置ピッチのうち、５０ｃｍの配置ピッチである同図ｂのセンサ出力波形では、隣り合う磁気マーカ１０の正負の山の干渉が生じている一方、センサ出力波形が正弦波の波形にはなっていない。一方、３０ｃｍ、２０ｃｍの配置ピッチである同図ｃ及びｄでは、１０ｃｍの配置ピッチの場合と同様、センサ出力波形が正弦波に近い波形になっている。

このように本例の磁気マーカ１０の場合、配置ピッチが３０ｃｍ以下の範囲において、各磁気マーカ１０の磁界が相互に干渉して一体的になっており、センサ出力波形が正弦波に近い波形になっている。一方、配置ピッチが５０ｃｍ以上の範囲では、各磁気マーカ１０の磁界の相互の干渉が不十分で、センサ出力波形が一体的な正弦波の波形にはなっていない。

図１１は、磁気マーカ１０の配置ピッチ（横軸）と、センサ出力（ｐ－ｐ）の大きさ（縦軸）と、の関係を示すシミュレーション結果である。配置ピッチ５０ｃｍの場合のセンサ出力（ｐ－ｐ）の大きさは、配置ピッチ１００ｃｍの場合と大差がない一方、配置ピッチ３０ｃｍに近づくにつれてセンサ出力（ｐ－ｐ）が次第に大きくなっている。配置ピッチ２５ｃｍ辺りでセンサ出力（ｐ－ｐ）がピーク値をとった後、配置ピッチがさらに短くなると、センサ出力（ｐ－ｐ）が再び減少している。そして、２０ｃｍよりも配置ピッチが短くなると、配置ピッチが５０ｃｍあるいは１００ｃｍの場合よりもセンサ出力（ｐ－ｐ）が却って小さくなる。例えば配置ピッチ１０ｃｍの場合のセンサ出力は、配置ピッチが５０ｃｍあるいは１００ｃｍの場合のセンサ出力に比べて格段に小さくなっている。

発明者らは、このようなセンサ出力の傾向が生じる理由を以下のように考察している。すなわち、発明者らは、磁気マーカ１０の配置ピッチの長短に応じて、磁気マーカ１０の周囲に形成される磁界のループの大きさが変動し（図１２ａ～ｃ）、これにより、センサ出力の大小が生じていると考察している。ここで、図１２ａ～ｃは、磁気マーカ１０の周辺に形成される磁界を模式的に示す図である。図１２ａは配置ピッチ１００ｃｍに対応し、図１２ｂは配置ピッチ１０ｃｍに対応し、図１２ｃは配置ピッチ２０ｃｍに対応している。

配置ピッチ１０ｃｍのときの磁界のループは、図１２ａ及び図１２ｂのごとく、配置ピッチ１００ｃｍのときの磁界のループよりも小さくなっている。また、配置ピッチ２０ｃｍのときの磁界のループは、図１２ａ及び図１２ｃのごとく、配置ピッチ１００ｃｍの磁界のループよりも大きくなっている。発明者らは、配置ピッチ１０ｃｍの場合、磁界のループが小さくなったことで、路面５３よりも高く位置する磁気センサ２に作用する磁界の強さが損なわれ、センサ出力が小さくなっていると考察している。また、配置ピッチ２０ｃｍの場合、磁界のループが大きくなったことで、路面５３よりも高く位置する磁気センサ２に作用する磁界が強くなり、センサ出力が大きくなっていると考察している。

本例では、図１０及び図１１の結果に鑑みて、磁気マーカ１０の配置ピッチとして、以下の３つの条件を充足する配置ピッチ＝２０ｃｍを設定している。
（条件１）センサ高さとして想定される１００～２５０ｍｍの上限高さであるＨmax＝２５０ｍｍを基準として、配置ピッチが２／３Ｈmax以上３／２×Ｈmax以内の範囲にあること。
（条件２）センサ高さとして想定される１００～２５０ｍｍの上限高さであるＨmax＝２５０ｍｍを基準として、隣り合う磁気マーカ１０の隙間Ｇの長さが１／３×Ｈmax以上１×Ｈmax以内の範囲にあること。
（条件３）隣り合う２つの磁気マーカ１０を含めて道路に沿って配列された磁気マーカ１０が車両側に作用する磁界の大きさが、道路に沿って正弦波形の分布を呈していること。ここで、車両側に作用する磁界の大きさは、車幅方向の磁界分布の最大値を意味している。したがって、上記の「道路に沿って正弦波形の分布を呈している」は、道路に沿って配列された磁気マーカ１０の真上を通過する磁気センサ２によるセンサ出力波形が正弦波になることに相当している。

上記の条件１について、２／３×Ｈmax＝１６７ｍｍ未満の配置ピッチは、図１１中のグラフのピーク値の左側の領域に属し、隣り合う磁気マーカ１０が接近し過ぎてセンサ出力が低下するおそれがある。一方、３／２×Ｈmax＝３７５ｍｍを超える配置ピッチは、図１１中のグラフの右側の領域に属し、隣り合う磁気マーカ１０が離れ過ぎるためにセンサ出力が低下するおそれがある。

また、上記の条件２について、隣り合う磁気マーカ１０の隙間Ｇの長さが１／３×Ｈmax＝８３ｍｍ未満であると、隣り合う磁気マーカ１０が接近し過ぎてセンサ出力が却って小さくなるおそれがある。一方、隣り合う磁気マーカ１０の隙間Ｇの長さが１×Ｈmax＝２５０ｍｍを超えると、隣り合う磁気マーカ１０が離れ過ぎるためにセンサ出力が低下するおそれがある。

さらに、条件３について、道路に沿って配列された磁気マーカ１０が磁気センサ２に作用する磁界分布（磁気の大きさの分布）が正弦波形から乖離している場合には、道路に沿って配列された各磁気マーカ１０が磁気的に孤立している可能性がある。このように各磁気マーカ１０が孤立している状態では、隣り合う２つの磁気マーカ１０の磁界の干渉度合いが十分でなくなり、図１１中のグラフの右側の領域のようにセンサ出力が小さくなるおそれがある。

このように磁気マーカシステム１では、隣り合っており磁極性が異なる２つの磁気マーカ１０の磁界が相互に干渉するように磁気マーカ１０の配置ピッチ（図７参照。）が適切に設定されている。この磁気マーカシステム１では、隣り合う磁気マーカ１０の磁界の相互干渉により、磁界のループが磁気マーカ１０単体の場合よりも拡大しており、路面５３よりも高い位置の磁気センサ２に作用する磁界が強くなっている。

本例の磁気マーカシステム１によれば、磁気マーカ１０自体の磁力（例えば表面磁束密度など）を抑えつつ、車両５に取り付けられた磁気センサ２に作用する磁界の強度を向上できる。この磁気マーカシステム１は、磁気マーカ１０の磁力を抑えつつ車両５側で磁気マーカ１０を確実性高く検出できるという優れた特性を有するシステムになっている。

なお、本例では、磁気マーカ１０としてシート状のものを例示したが、磁気マーカ１０の形状的な仕様はシート状に限定されない。例えば直径２０ｍｍ、高さ２８ｍｍという柱状の磁気マーカであっても良い。磁気マーカの上面形状についても、円形状に限らず、三角形状、矩形状、五角形以上の多角形状等を採用しても良い。さらに、磁気マーカの上面形状は、中心あるいは重心を介して点対称の形状、あるいは点対称に近い形状であると良い。磁気マーカの上面形状は、外周の少なくとも一部が曲線により形成された形状であっても良く、曲線のみにより滑らかに構成されて角部がない外周形状を呈する形状であっても良い。

また、本例では、磁気マーカ１０として、フェライトラバーマグネットを利用したものを例示したが、磁石の種類については、本例に限定されない。フェライトプラスチックマグネットであっても良いし、ネオジウム等の磁石であっても良い。さらに、本例では、収納ケースを持たない磁気マーカ１０を例示したが、磁石を収納ケースに収めた磁気マーカであっても良い。例えばネオジウムなど耐腐食性が十分でない磁石の場合、気密性あるいは液密性の高い収納ケースに収納する必要がある。

なお、本例では、磁気マーカ１０の配置ピッチを選択的に決定するための条件として、上記の条件１～３の３種類の条件を例示し、条件１～３の全てを充足する配置ピッチを設定している。３種類の条件のうちのいずれか１つまたは２つの条件のみを採用することも良い。採用する条件は、条件１～３のうちのいずれの条件であっても良い。ただし、条件３については、配置ピッチの下限が定まらないおそれがある。そこで例えば、隣り合う磁気マーカ１０の間に隙間Ｇ（Ｇ＞０）を確保できること等の条件を組み合わせると良い。

本例では、配置ピッチを選定するための条件として、配置ピッチが２／３Ｈmax以上３／２×Ｈmax以内の範囲にある旨の上記の条件１、隣り合う磁気マーカ１０の隙間Ｇの長さが１／３×Ｈmax以上１×Ｈmax以内の範囲にある旨の上記の条件２等を例示している。配置ピッチに関する条件としては、上記の条件１に代えて、磁気センサ２の取付高さの２倍未満に相当する長さの配置ピッチであること、という条件を設定しても良い。もし配置ピッチが取付高さの２倍以上であると、隣り合う磁気マーカ１０の磁界の干渉度合いが少なくなり、磁気センサ２に作用する磁界を強くする効果が十分に発揮されなくなるおそれがある。

また、本例では、隣り合う磁気マーカ１０の隙間Ｇに関する条件として、隙間Ｇの長さが１／３×Ｈmax以上１×Ｈmax以内の範囲にある旨の上記の条件２を例示している。基準となる取付高さとしては、センサ高さとして想定される１００～２５０ｍｍの上限高さであるＨmaxに代えて、中間的な取付高さを設定しても良い。さらには、最も台数の多い一般的な車種における磁気センサ２の取付高さを、基準となる取付高さとして設定しても良い。

なお、道路に沿って配列された磁気マーカ１０のうちの少なくとも一部に、ＲＦ－ＩＤタグを取り付けることも良い。ＲＦ－ＩＤタグは、磁気マーカ１０の特定に供する情報を提供する情報提供部として利用可能である。ＲＦ－ＩＤタグと通信可能なタグリーダユニットを備える車両であれば、ＲＦ－ＩＤタグが無線送信する情報を取得できる。この情報は、ＲＦ－ＩＤタグの識別情報であっても良い。例えば、この識別情報をひも付けて磁気マーカ１０の位置情報を記憶するデータベースを、車両５から無線通信によってアクセス可能なサーバ装置、あるいは車両５に設けることも良い。この場合には、磁気マーカ１０を検出したとき、ＲＦ－ＩＤタグから受信した識別情報を利用して磁気マーカ１０の位置を特定できる。ＲＦ－ＩＤタグの送信情報としては、対応する磁気マーカ１０の位置情報そのものであっても良い。

このように一部の磁気マーカ１０にＲＦ－ＩＤタグを取り付け、対応する磁気マーカ１０の位置を特定可能とする構成を採用した場合、位置が特定された磁気マーカ１０を基準とて磁気マーカ１０の通過数（検出回数）を計数することも良い。磁気マーカ１０の配置ピッチが定められていれば、磁気マーカ１０の通過数に配置ピッチを乗じることで、特定された位置を基準とした移動距離を精度高く算出できる。

本例では、車両５の前後方向（進行方向）に感度を持つ磁気センサ２を例示したが、車幅方向に感度を持つ磁気センサであっても良く、鉛直方向に感度を持つ磁気センサであっても良い。さらに、例えば車幅方向と進行方向の２軸方向や、進行方向と鉛直方向の２軸方向に感度を持つ磁気センサを採用しても良く、例えば車幅方向と進行方向と鉛直方向の３軸方向に感度を持つ磁気センサを採用しても良い。複数の軸方向に感度を持つ磁気センサを利用すれば、磁気の大きさと共に磁気の作用方向を計測でき、磁気ベクトルを生成できる。磁気ベクトルの差分や、その差分の進行方向の変化率を利用して、磁気マーカ１０の検出精度の向上を図ることも良い。

（実施例２）
本例は、実施例１の磁気マーカシステム１に基づき、磁気マーカ１０の配置ピッチを決定するための条件を変更した例である。この内容について、図１３及び図１４を参照して説明する。
本例の磁気マーカシステムでは、配置ピッチを選択的に設定するために、センサ出力波形と正弦波との類似度合いを表す指標値を利用している。指標値としては、例えば、センサ出力波形と正弦波との相関係数や、センサ出カ波形と正弦波との誤差量などを利用できる。

例えば、相関係数としては、図１３ａの１周期分のセンサ出力波形のサンプリングデータであるデータ系列ｘｉ（データ数はｎ）と、図１３ｂの１周期分の正弦波のサンプリングデータであるデータ系列ｙｉ（データ数はｎ）と、の相関係数を利用できる。ここで、図１３ｂの正弦波は、相関を調べる対象の図１３ａのセンサ出力波形に対して、位相及び周期を一致させたものであり、ゼロクロスの間隔及び位置が一致している。なお、図１３ａには、配置ピッチ＝５０ｃｍのときのセンサ出力波形を例示している。

図１３ａのセンサ出力波形のデータ系列ｘｉと、図１３ｂの正弦波のデータ系列ｙｉと、の相関係数ｒは、例えば、次式により演算可能である。ここで、Ｓｘｙは、データ系列ｘｉとデータ系列ｙｉとの共分散であり、Ｓｘはデータ系列ｘｉの標準偏差、Ｓｙはデータ系列ｙｉの標準偏差である。ｘａｖはデータ系列ｘｉの平均値、ｙａｖはデータ系列ｙｉの平均値である。

センサ出力波形が完全な正弦波であれば、上記の相関係数ｒが１となる。センサ出力波形と正弦波との差異が大きくなると、相関係数ｒが次第に小さくなる。図１４ａ及び図１４ｂのごとく、センサ出力波形と正弦波の差異が大きく相関係数ｒが低い場合、磁気センサ２に作用する磁界が弱くなり、センサ出力が小さくなる傾向にある。また、センサ出力波形が正弦波の波形に近く相関係数ｒがほぼ１であっても、配置ピッチが短すぎると、センサ出力が小さくなっている。そこで、例えば相関係数ｒが０．８等の閾値以上を実現する配置ピッチの範囲（図１４中に示す高相関範囲）のうちで最も長い配置ピッチを、磁気マーカ１０を敷設する際の配置ピッチとして設定することも良い。例えば相関係数ｒが０．８等の閾値以上であるとき、センサ出力波形が正弦波を呈していると判断しても良い。ここで、センサ出力波形は、磁気センサに作用する磁界の強さ（磁気の大きさ）の分布に相当している。
なお、上記の相関係数ｒに関する閾値として例えば０．９を設定し、相関係数ｒが閾値以上のときにセンサ出力波形が正弦波を呈していると判断することも良い。この場合には、例えば閾値が０．８の場合と比較して、センサ出力波形と正弦波との一致度をより厳密に判断できる。さらに、相関係数ｒがほぼ１である一方、配置ピッチが短すぎてセンサ出力が小さくなる配置ピッチの設定を未然に排除することを目的として、相関係数ｒの範囲として例えば０．８以上０．９未満の範囲や、０．９以上０．９５未満の範囲等を設定することも良い。このように相関係数ｒの上限として１よりも小さい閾値を設定すれば、センサ出力が小さくなってしまうような狭い配置ピッチを未然に排除できる。

なお、相関係数ｒを演算するために必要なセンサ出力波形については、シミュレーション計算により求めることができる。あるいは、例えば１０個程度の磁気マーカ１０を配列した試験区間を設け、この試験区間における磁気センサ２による実測によってセンサ出力波形のデータ系列ｘｉを取得することも良い。正弦波のデータ値については、演算等により求めることができる。

本例では、センサ出力波形と正弦波との類似度合いを表す指標値として、センサ出力波形と正弦波との相関係数ｒを例示している。この指標値としては、例えば、センサ出カ波形と、正規化された正弦波と、の最小二乗誤差の総和などの誤差量を採用しても良い。この誤差量が小さいほど、センサ出力波形と正弦波との類似度が高いということになる。この誤差量について閾値処理を行い、予め設定された閾値よりも誤差量が少ないとき、センサ出力波形が正弦波の波形を呈していると判断すると良い。

なお、例えば取付高さが２０ｃｍの磁気センサのセンサ出力波形と、同１０ｃｍの場合のセンサ出力波形と、を比較したとき、同２０ｃｍの場合のセンサ出力波形の方が滑らかな波形となって正弦波形に近くなる場合がある。同２０ｃｍの場合の方が、磁気マーカと磁気センサとの間隔が適度になるためである。そこで、センサ出力波形が正弦波形に近いか否かを判断するための閾値処理につき、磁気センサの取付高さに応じて閾値処理の判断条件を変更することも良い。例えば、磁気センサの取付高さが低い場合には、この取付高さが高い場合に比べて上記の閾値処理の判断条件を緩和すると良い。
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。

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 磁気マーカシステム
１０ 磁気マーカ
１１ 磁石シート
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
２３ パルス回路
２３１ パルス発生器
５ 車両
５３ 路面
５３０ 車線

Claims (5)

1. 運転者による車両の運転操作の支援、あるいは運転者の操作に依らない自動運転のための車両制御を実現するために、車両側の磁気センサで検出可能なように道路に沿って敷設された磁気マーカを含む磁気マーカシステムの設計方法であって、
   前記磁気マーカは、道路に沿って交互に磁極の向きが反転するように敷設されており、
   道路に沿って敷設された前記磁気マーカの間隔である配置ピッチを設定する際、道路に沿って隙間を空けて隣り合う磁気マーカの磁界の干渉により、該磁気マーカ単体の場合よりも、前記磁気センサに作用する磁界が強くなるように前記配置ピッチを設定する磁気マーカシステムの設計方法。
2. 請求項１において、道路に沿って隣り合う２つの磁気マーカが車両側に作用する磁気の大きさが、道路に沿って正弦波形の分布を呈するように前記配置ピッチを設定する磁気マーカシステムの設計方法。
3. 請求項１または２において、車両側において想定される前記磁気センサの取付高さの２倍未満に相当する長さになるように前記配置ピッチを設定する磁気マーカシステムの設計方法。
4. 請求項１～３のいずれか１項において、道路に沿って隣り合う２つの前記磁気マーカの隙間の長さが、車両側において想定される前記磁気センサの取付高さの１／３倍以上、かつ、１倍未満に相当する長さになるように前記配置ピッチを設定する磁気マーカシステムの設計方法。
5. 運転者による車両の運転操作の支援、あるいは運転者の操作に依らない自動運転のための車両制御を実現するために、車両側の磁気センサで検出可能なように道路に沿って敷設された磁気マーカを含む磁気マーカシステムであって、
   前記磁気マーカは、道路に沿って交互に磁極の向きが反転するように敷設されており、
   道路に沿って隙間を空けて隣り合う磁気マーカの磁界の干渉により、該磁気マーカ単体の場合よりも、前記磁気センサに作用する磁界が強くなるように、道路に沿って敷設された前記磁気マーカの間隔である配置ピッチが設定されている磁気マーカシステム。

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