JP2005122256A - 車両位置検出装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 高精度かつ高信頼性の車両位置検出装置を低コストで実現できるようにする。
【解決手段】 走行レーン２０に敷設された磁石３０に対する磁気センサアレイ１０のｎ
個の磁気センサ１２の出力信号について、隣接する磁気センサの出力信号間を補間してよ
り分解能の高い磁束密度分布４０を作成する。この磁束密度分布４０からスレッショルド
レベル５０以上の区間を切り出し、その区間の信号領域の重心の横方向の位置を求める。
そして、その重心の横方向の位置と磁気センサアレイ１０の中心との差を求め、その差を
車両の横方向の位置（車両の走行レーン２０の中央部からのズレ）として検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動走行する車両の位置を検出する車両位置検出装置に係り、特に磁気セン
サアレイにより走行レーンの中央部に対する車両の位置を検出するのに好適な車両位置検
出装置に関する。

近年、自律走行システムに関する注目が高まっている。このような自律走行システムの
一つとして無人運転システムがある。無人運転システムにおける車両の走行レーン自動誘
導方式として、いろいろな方式が提案されており、代表的なものとして、光方式、磁気方
式、画像処理方式などがある。これらの方式の中で、磁気方式は、天候、塵等の環境の影
響を受けず、システム構成も簡素化できるため有望視されている。

このような磁気方式による車両位置検出装置として、走行レーン中央部に埋設された磁
気マーカの磁場を、車両下部に横方向（車幅方向）に配列された磁気センサアレイで検出
し、該磁気センサアレイの出力に基づいて前記走行レーンの中央部に対する前記車両の横
方向の位置を検出する形態のものが知られている。磁気センサアレイは、複数の磁気セン
サを等間隔にアレイ状に配設した磁気検出装置である。

従来、このような車両位置検出装置として、内蔵する発振器から送出される電流パルス
によって磁化ベクトルを変化させて高感度に外部磁場を検出するアモルファス磁性体を用
いた磁気センサを、等間隔に配設した磁気センサアレイを用いたものがある。この車両位
置検出装置においては、上記磁気センサアレイにより走行路（走行レーン）の中央部に埋
設された磁気マーカの磁気の強さ（磁力）を検出し、磁気分布算出装置がその検出結果を
基に山型の磁気分布（磁気センサアレイの各磁気センサにより検出された磁力全体の分布
）を算出する。そして、中央点算出装置がその磁気分布の中央点（磁気マーカの位置）を
算出する。中央点算出装置は、上記磁気分布（磁束密度分布）を所定強度で切断し、両端
の切断点の中央の座標を加算平均により算出する。そして、この算出値を磁気マーカの位
置として決定する。また、磁気マーカによる磁気分布は、中央周辺部で変化が大きく両端
部で緩慢であるという特性を有するので、磁気センサアレイの磁気センサを、等間隔では
なく、中央部及びその周辺部で密度が高くなり、両端部で密度が低くなるように設置する
ように工夫する。このように、磁気センサアレイの磁気センサ配列を磁気分布特性に対応
した構成にすることにより、磁気マーカの磁気分布をより効率よく、より高い精度で得る
ことができ、その結果、磁気マーカの位置も、より高い精度で得ることができる。尚、こ
の車両位置検出装置では、左端の磁気センサから順に１からの連続番号（センサ位置番号
）を割り当て、このセンサ位置番号を位置情報として取得する。例えば、磁気センサの設
置数を（２ｎ−１）個とした場合、磁気センサアレイの中心位置Ｘ０はｎとなる。したが
って、車両位置の横ズレ量、すなわち、走行レーンの中央部に対する車両の横方向の位置
は、上記中心位置Ｘ０と前記中央点算出装置の算出した位置番号ＸＭとの差（＝ＸＭ−Ｘ０）
となる（特許文献１参照）。

また、図６に示す方式により、走行レーンに敷設された磁石の位置を検出する車両位置
検出装置も知られている．
同図(ａ)において、磁気センサアレイ１１１０は、５ｍｍピッチ（ピッチは、隣接する
磁気センサ１１１２の中心間距離）で配設されたｎ個の磁気スイッチ１１１２を備えてい
る。各磁気スイッチ１１１２は、所定のスレッショルドレベル（閾値）１１５０以上の磁
力でＯＮ（オン）となり、それ未満ではＯＦＦ（オフ）となる。走行レーン１１２０の中
央には磁石１１３０が埋設されている。磁石１１３０は、上下が磁極となるように埋設さ
れている。磁石１１３０は、同図（ｂ)に示すような円盤状の磁石１１３０ａまたは同図
（ｃ）に示す棒状の磁石１１３０ｂなどであり、このような磁石１１３０が走行レーン１
１２０の中央に所定間隔で複数埋設されている。

磁気センサアレイ１１１０と磁石１１３０が同図（ａ）に示すような位置関係にある場
合の上下方向の磁束密度分布１１４０は、同図（ａ）に示すような曲線となる。この場合
、ＯＮとなる磁気スイッチ１１１２（スレッショルドレベル１１５０以上の磁力を検出し
た磁気スイッチ１１１２）は、左から３〜８番目の6個となり、3番目と８番目の磁気スイ
ッチ１１１２の中央、すなわち５番目と６番目の磁気スイッチの中央に磁石１１１２が埋
設されていると判定する。

このとき、上記磁石１１３０の判定位置は、1番目の磁気スイッチ１１１２の中心を原
点とした場合、左から２２．５ｍｍの位置となる。このように、５ｍｍピッチで磁気スイ
ッチ１１１２を配設した磁気センサアレイ１１１０の場合、磁気スイッチ１１１２のピッ
チの１／２の精度（２．５ｍｍ）で磁石１１３０の位置を検出できる。
特開２００２−１６９６１４号公報

前者の車両位置検出装置の場合、スレッショルドレベル以上の磁力を検出した両端の
磁気センサを求め、該両端の磁気センサの位置番号の相加平均から磁気マーカの位置を算
出するため、これら両端の磁気センサが検出した磁力にノイズが重畳している場合、磁気
マーカの検出位置の誤差が大きくなる。本来、ノイズが無い場合には、出力がスレッショ
ルドレベル未満となる磁気センサが、前記両端の磁気センサとして検出されてしまうため
である。このため、走行レーン中央部に対する車両の横方向の位置（車両位置）を高い信
頼性で検出することができなかった。

また、後者の車両位置検出装置の場合、磁石１１３０の位置検出精度は磁気センサ１１
１２のピッチで決定される。このため、該検出精度は磁気センサ１１１２のサイズの制約
を受ける。現状では、磁気センサ１１１２のピッチは５ｍｍが限界であり、磁石１１３０
の位置検出精度は２．５ｍｍが限界である。したがって、この車両位置検出装置を車両に
搭載した場合、前記車両位置の検出精度は２．５ｍｍが限界であった。

また、磁石１１３０の位置検出精度は磁気センサアレイ１１１０に配設する磁気センサ
１１１２のピッチに比例するため、将来的に磁気センサ１１１２のピッチをより狭くでき
るようになっても、磁石１１３０の位置検出精度を高めるためには、配設する磁気センサ
１１１２の素子数を増加させる必要があるため、磁気センサアレイ１１１０の製造コスト
が高くなる。このため、車両位置検出装置の高精度化を実現しようとすると、車両位置検
出装置の製造コストも高くせざるをえないという欠点があった。

本発明の目的は、車両位置を高精度かつ高い信頼性で検出でき、さらに製造コストも低
い車両位置検出装置を提供することである。

請求項１記載の発明（本発明の第１の態様の車両位置検出装置）は、走行レーン中央部
に走行方向に敷設された磁気マーカの磁場を検出することにより、該走行レーンの中央部
に対する車両の横方向の位置を検出する車両位置検出装置を前提とし、磁気センサアレイ
、算出手段及び検出手段を備える。、
磁気センサアレイは、前記横方向に配設された複数の磁気センサを有する。この磁気セ
ンサアレイは、例えば、前記車両の下部または側部等に設置される。

算出手段は、該磁気センサアレイの各磁気センサの出力信号から得られる第１の磁束密
度分布から所定のスレッショルドレベル以上の区間を抽出し、該区間における前記第１の
磁束密度分布の重心の横方向の位置を求める。
検出手段は、該算出手段によって求められた前記重心の横方向の位置と前記磁気センサ
アレイの中心位置に基づいて、前記車両の横方向の位置を検出する。

上記構成の第１の態様の車両位置検出装置は、前記第１の磁束密度分布における所定の
スレッショルドレベル以上の全ての磁気センサの出力信号を基にして、前記第１の磁束密
度分布における前記スレッショルドレベル以上の区間の信号領域の重心の横方向の位置を
求める。この重心の横方向位置を求める際、該区間内の複数の出力信号（例えば、全ての
出力信号）を用いる。そして、その重心の横方向の位置と前記磁気センサアレイの中心位
置に基づいて、前記車両の横方向の位置を算出する。この横方向の位置は、例えば、前記
重心の横方向の位置と前記磁気センサアレイの中心との差（距離）である。前記重心の横
方向の位置は、走行レーンの中央部に敷設された磁気マーカの位置とみなせる。また、磁
気センサアレイをその横方向中心が車両の横方向中心と一致するように該車両に設置すれ
ば、磁気センサアレイの中心は車両の中心と等しくなる。したがって、この場合、前記差
は、車両中央と走行レーン中央部との間の横方向距離、すなわち、車両中央の走行レーン
中心からの横方向のズレ（横ズレ量）となる。よって、前記差を算出することにより、車
両の走行レーン中央部からの横方向のズレを検出するこができる。

このように、第１の態様の車両位置検出装置によれば、磁気センサアレイの全ての磁気
センサの出力信号の中から、所定のスレッショルドレベル以上の複数の出力信号（例えば
、全ての出力信号）を抽出し、該抽出した出力信号を基に、走行レーンに敷設された磁石
の位置を検出するので、上記抽出した一部の出力信号にノイズが重畳していても、そのノ
イズが前記磁石の位置検出に及ぼす影響を抑制でき、前記重心の横方向の位置、すなわち
、前記磁石の位置を高精度かつ高い信頼性で検出することができる。このため、走行レー
ンの中央部に対する車両の横方向の位置（車両位置）を、より高精度、かつ、より高い信
頼性で検出することが可能となる。

請求項２記載の発明（本発明の第２の態様の車両位置検出装置）は、前記第１の態様の
車両位置検出装置が備える各手段に加え、さらに、作成手段を備える。
作成手段は、前記第１の磁束密度分布を基に、前記磁気センサアレイの隣接する磁気セ
ンサの出力の間を補間して、前記第１の磁束密度分布よりも信号数の多い第２の磁束密度
分布を作成する。

そして、前記算出手段は、該作成手段によって作成された第２の磁束密度分布から所定
のスレッショルドレベル以上の区間を抽出し、その区間における前記第２の磁束密度分布
の重心の横方向の位置を求め、前記検出手段は、前記算出手段によって求められた前記第
２の磁束密度分布の重心の横方向の位置と前記磁気センサアレイの中心位置に基づいて、
前記車両の横方向の位置を算出する。

上記構成の本発明の第２の態様の車両位置検出装置は、磁気センサアレイによって得ら
れた離散的な第１の磁束密度分布の隣接する出力信号間を補間し、該第１の磁束密度分布
よりも信号数の多い第２の磁束密度分布を作成する。そして、この高分解能の第２の磁束
密度分布から所定のスレッショルドレベル以上の区間を抽出し、その抽出された区間の信
号領域における重心を、その区間内の複数の信号（例えば、全ての信号）を基に求め、そ
の重心の横方向の位置（走行レーンに敷設された磁石の位置）を検出する。そして、例え
ば、その重心の横方向の位置と前記磁気センサアレイの中心位置との差を求め、その差を
、走行レーン中央部に対する車両の横方向の位置として検出する。

このように、第２の態様の車両位置検出装置によれば、前記第１の磁束密度分布の前記
区間内の磁気センサの出力信号のみならず、該磁気センサ出力信号間の補間によって得ら
れる信号も基にして前記重心の横方向の位置を検出する。このため、磁気センサアレイの
磁気センサピッチを狭くして磁気センサの素子数を増加しなくても、磁石の位置を高精度
で検出できる。また、その磁石位置の検出精度は、前記第１の態様の車両位置検出装置よ
りも高い。そして、前記第１の車両位置検出装置と同様に、前記重心の横方向の位置算出
に用いる一部の磁気センサの出力信号にノイズが重畳していても、そのノイズが前記重心
の横方向位置の検出精度に及ぼす影響を抑制できるので、高精度かつ高い信頼性で磁石の
位置を検出できる。このため、車両の横方向の位置を高精度かつ高い信頼性で検出できる
。

上記第１及び第２の態様の車両位置検出装置において、前記作成手段、前記算出手段及
び前記検出手段は、例えば、ＭＰＵ（マイクロプロッセッサー）のプログラム実行による
ソフトウェア処理によって実現することができる。前記算出手段は、例えば、請求項３記
載のように、前記区間の中点位置を中心とする前記第１または第２の磁束密度分布の前記
区間内の全ての信号のモーメントの総和を求め、そのモーメントの総和が０となる位置を
探索することにより前記重心の横方向の位置を求める。また、前記算出手段は、例えば、
請求項４記載のように、前記第１または第２の磁束密度分布の前記区間内の信号面積を求
め、該信号面積から前記重心の横方向の位置を求める。

本発明の請求項５記載のプログラム（第１の態様のプログラム）は、走行レーン中央部
に走行方向に敷設された磁気マーカの磁場を検出することにより、該走行レーンの中央部
に対する車両の横方向の位置を検出する処理を、コンピュータに実行させるプログラムを
前提とする。そして、前記横方向に配設された複数の磁気センサを有する磁気センサアレ
イの各磁気センサの出力信号から得られる第１の磁束密度分布から所定のスレッショルド
レベル以上の区間を抽出し、該区間における前記第１の磁束密度分布の重心の横方向の位
置を求める算出ステップと、該算出ステップによって求められた前記重心の横方向の位置
に基づいて、前記車両の横方向の位置を検出する検出ステップと、を備える処理をコンピ
ュータに実行させる。

本発明の請求項６記載のプログラム（第２の態様のプログラム）は、第１の態様のプロ
グラムが備える算出ステップと検出ステップに加え、さらに、前記第１の磁束密度分布を
基に、前記磁気センサアレイの隣接する磁気センサの出力の間を補間して、前記第１の磁
束密度分布よりも信号数の多い第２の磁束密度分布を作成する作成ステップを備える。

そして、前記算出ステップは、該作成ステップによって作成された第２の磁束密度分布
から所定のスレッショルドレベル以上の区間を抽出し、その区間における前記第２の磁束
密度分布の重心の横方向の位置を求め、前記検出ステップは、前記算出ステップによって
求められた前記第２の磁束密度分布の重心の横方向の位置に基づいて、前記車両の横方向
の位置を算出する
上記第１及び第２の態様のプログラムの前記算出ステップは、例えば請求項７記載のよ
うに、前記区間の中点位置を中心とする前記第１または第２の磁束密度分布の前記区間内
の全ての信号のモーメントの総和を求め、そのモーメントの総和が０となる位置を探索す
ることにより前記重心の横方向の位置を求める。また、上記第１及び第２の態様のプログ
ラムの算出ステップは、例えば請求項８記載のように、前記第１または第２の磁束密度分
布の前記区間内の信号面積を求め、該信号面積から前記重心の横方向の位置を求める。

本発明の第１及び第２の態様のプログラムにおいても、本発明の第１及び第２の車両位
置検出装置と同様な効果が得られる。

本発明によれば、磁気センサアレイによって得られた第１の磁束密度分布から所定のス
レッショルドレベル以上の区間を抽出し、該第１の磁束密度分布における該区間内の前記
所定のスレッショルドレベル以上の全ての磁気センサ出力を基にして、前記第１の磁束密
度分布の前記区間領域の重心の横方向の位置を算出し、その算出位置を前記磁石の位置と
して検出する。このように、前記区間内の全ての出力を基に前記重心の横方向の位置を求
めるため、前記区間内の一部の磁気センサ出力にノイズが重畳していても、前記重心の横
方向位置の算出結果は該ノイズの影響が抑制された値となるので、磁石の位置を、従来よ
りも高精度で、かつ、高い信頼性で検出することができる。このため、車両位置を、従来
よりも高精度かつ高い信頼性で検出できる車両位置検出を実現することが可能となる。

また、磁気センサアレイによって得られた第１の離散的磁束密度分布を補間して、より
分解能の高い第２の磁束密度分布を作成し、その高分解能の第２の磁束密度分布から所定
のスレッショルドレベル以上の区間を抽出し、その抽出された区間の磁束密度分布の重心
の横方向の位置を算出し、その算出位置を磁石の位置として検出するので、磁気センサピ
ッチを狭くして磁気センサ数を増加させなくても、従来よりも高精度で磁石の位置を検出
することが可能となる。このため、車両位置を高精度かつ高い信頼性で検出できる車両位
置検出装置を低コストで実現できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施例形態について説明する。
図１は、本発明の車両位置検出装置の原理を説明する図である。
同図において、磁気センサアレイ１０は、図６の磁気センサアレイ１１１０と同様な構成
であり、ｎ個の磁気センサ１２が横方向（Ｘ方向）に５ｍｍピッチで配設されている。磁
気センサ１２は、検出した磁気の強さ（磁力）に対応するアナログ信号を出力する。磁石
３０は、走行レーン２０の中央に、例えば、等間隔で配設され、その着磁方向は走行レー
ン２０の路面に対して垂直な方向である。磁気センサアレイ１０は、走行レーン２０を走
行する車両（不図示）の下部に設置される。尚、本発明においては、磁気センサアレイ１
０の設置位置は車両下部に限定されるものではなく、例えば、車両の側部などのように、
走行レーンに配設された磁石の磁気を検出できる位置ならばどこでもかまわない。

図１の場合、磁石３０は、磁気センサアレイ１０の５番目の磁気センサ１２（１２−５
）と６番目の磁気センサ１２（１２−６）の中間位置の鉛直方向下方に位置している。こ
のような磁気センサアレイ１０と磁石３０の位置関係における磁気センサアレイ１０の各
磁気センサ１２の出力６０は、同図において縦方向の棒グラフ（ヒストグラム）で表され
ている。該棒グラフにおいて、縦軸が磁気センサアレイ１０の各磁気センサ１２の出力値
であり、横軸が磁気センサアレイ１０の左端（第１番目）の磁気センサ１２の中心を原点
とする横方向（Ｘ方向）の距離である。

磁気センサアレイ１０における磁気センサ１２のピッチは５ｍｍであるため、磁気セン
サアレイ１０による磁石３０の磁気検出出力は、５ｍｍピッチの離散的な磁束密度分布（
磁気分布）となる。本実施例では、隣接する磁気センサ１２の出力６０間を補間し、図１
に示すような高密度の磁束密度分布４０を得る（磁束密度分布４０も離散分布曲線である
が、磁気センサアレイ１０により得られる磁束密度分布よりも分解能は高い）。この補間
には、例えば関数近似の補間などを用いる。関数近似の補間としては、スプライン補間、
多項式による補間（ラグランジェ補間など）、反復補間（ニュートン補間など）、及び直
交多項式補間（チェビシチェコフ補間など）などを利用する。

そして、上記補間により得られた値と磁気センサアレイ１０の全ての磁気センサ１２の
出力６０の中からスレッショルドレベル（閾値）５０以上のデータを抽出し、これらの抽
出データを基に、磁束密度分布４０内のスレッショルドレベル５０以上の磁気センサ１２
出力を有する区間領域の重心のＸ座標を求める。そして、その重心のＸ座標を、磁石３０
の位置として検出する。尚、スレッショルドレベル５０を設定するのは、外乱レベルの信
号（磁気センサアレイ１０が設置される車両の磁化や地磁気などの外部磁界の検出信号）
をカットするためである。スレッショルドレベル５０の値は、そのカットに適切な値に設
定される。

図１に示す例の場合、磁束密度分布４０のスレッショルドレベル５０以上の区間として
、Ｘ座標がＸｓ〜Ｘｔの区間Ａが切り出される。そして、この区間Ａにおける磁束密度分
布４０の領域７０の重心を求める。この場合、重心のＸ座標は２１ｍｍ（５番目の磁気セ
ンサ１２の中心から１ｍｍ右方の位置）となり、この重心のＸ座標の値（＝２１ｍｍ）を
磁石３０の位置として検出する。このようにして、磁石３０の位置を、前述した図６の従
来の車両位置検出装置よりも高い精度（１．５ｍｍ正確な精度）で求めることができる。
尚、上記２１ｍｍという横方向の位置は、後述する図３及び図４のフロチャートに示すア
ルゴリズムによって求められる。磁気センサアレイ１０２を搭載した車両（不図示）の走
行レーン２０の中央部に対する横方向の位置（車両位置）は、磁気センサアレイ１０の中
心と上記磁石３０の検出位置（走行レーン２０の中央部に等しい）との差（距離）として
求められる。

尚、図１に示す方式では、磁気センサアレイ１０によって得られた第１の磁束密度分布
を補間し、その補間によって得られる第２の磁束密度分布４０を基に磁石３０の位置を検
出するようにしているが、本発明においては、該補間処理は必ずしも必須ではなく、磁気
センサアレイ１０によって得られる第１の磁束密度分布から磁石３０の位置を検出するよ
うにしてもよい。この方式の場合、前記第１の磁束密度分布からスレッショルドレベル５
０以上の区間を切り出し、前記第１の磁束密度分布の該区間における重心の横方向の位置
を算出し、その算出位置を磁石３０の位置として検出する。そして、その磁石３０の検出
位置と磁気センサアレイ１０の中心との差を、磁気センサアレイ１０を搭載した車両の前
記横方の位置として検出する。

図２は、上記図１の原理に基づく本発明の実施例の車両位置検出装置のハードウェア構
成を示すブロック図である。
同図において、車両位置検出装置１００は、ｎ個の磁気センサ１０１を備えた磁気セン
サアレイ１０２、ｎ個の磁気センサ用プリアンプ１０３、ｍ個のマルチプレクサ１０５、
ｍ個のサンプルホールド回路１０７、ｍ個のＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）
１０９及びＭＰＵ（マイクロプロッセッサー）１１１を備えている。

磁気センサアレイ１０２は、図１に示す磁気センサアレイ１０と同様の構成である。磁
気センサ１０１は、図１の磁石３０の磁界を検出し、その磁気の強さ（磁力）に応じたア
ナログ信号を磁気センサ用プリアンプ１０３に出力するセンサである。磁気センサ用プリ
アンプ１０３は、磁気センサ１０１から入力されるアナログ信号を増幅し、その増幅され
たアナログ信号をマルチプレクサ１０５に出力する。磁気センサ１０１と磁気センサ用プ
リアンプ１０３は、１対１に対応して設けられる。

マルチプレクサ１０５は、ｐ個の磁気センサ用プリアンプ１０３から入力されるｐ個の
アナログ信号を、一つづつ順に時分割で切換えてサンプルホールド回路１０７に選択出力
する。サンプルホールド回路１０７は、アナログスイッチ１０７ａと積分器１０７ｂとか
ら構成されている。そして、アナログスイッチ１０７ａが閉成されたときにマルチプレク
サ１０５の出力（アナログ信号）を読み込み（サンプル）、そのアナログ信号を積分器１
０７ｂで保持する（ホールド）。Ａ/Ｄ変換器１０９は、サンプルホールド回路１０７で
保持されているアナログ信号をディジタル信号に変換する。尚、アナログスイッチ１０７
ａは、ＭＰＵ１１１から出力される制御信号（不図示）によって開閉される。

ＭＰＵ１１１は、ｍ個の各Ａ/Ｄ変換器１０９から出力されるディジタル信号（磁気セ
ンサ１０１の出力するアナログ信号のディジタル値））を順に読み込み、それらをメモリ
（不図示）に一時的に格納する。そして、それらのｍ個のディジタル信号を基に前記磁石
の位置（Ｘ座標）を検出する。この検出処理の詳細は後述する。

上述したように、磁気センサ１０１及び磁気センサ用プリアンプ１０３は、それぞれ、
ｎ個設けられる。また、マルチプレクサ１０５、サンプルホールド回路１０７及びＡ/Ｄ
変換器１０９は、それぞれｍ個設けられる。ここで、マルチプレクサ１０５は、ｐ個の磁
気センサ用プリアンプ１０３毎に一つ設けられるので、ｍ＝ｎ／ｐである。この実施例で
はｎはｐで割り切れる値に設定する。

次に、図３〜図５を参照しながら、ＭＰＵ１１１が、不図示のメモリに格納されたプロ
グラムを実行することにより行われる車両位置検出処理について説明する。図３及び図４
は、図２の構成の車両位置検出装置の動作を説明するフローチャートである。図５は、図
４のフローチャートに示された重心算出処理の具体例を示す図である。

まず、図３から説明する。図３は、図２の車両位置検出装置の全体動作を説明するフロ
ーチャートであり、このフローチャートに示す車両位置検出処理は、ＭＰＵ１１１によっ
て実行される。ＭＰＵ１１１は、不図示のメモリに格納されたプログラムを実行すること
により、該車両位置検出処理を実行する。

ＭＰＵ１１１は、まず、Ａ／Ｄ変換器１０９によりアナログ信号からディジタル信号に
変換された磁気センサアレイ１０２の１〜ｎ番目の磁気センサ１０１の出力を、配列Ｄ[
ｎ]に格納する。配列Ｄ［ｎ］は、Ｄ[１]〜Ｄ［ｎ］までのｎ個の配列要素を有する一次
元配列であり、前記メモリ内に実装される。１〜ｎ番目の磁気センサ１０１の出力は、そ
れぞれ、Ｄ［１］〜Ｄ［ｎ］に格納される（ステップＳ１）。

次に、ＭＰＵ１１１は、配列Ｄ［ｎ］の各要素Ｄ[ｉ]（ｉ＝１〜ｎ）に対して、下記の
式（１）の演算を行い、
ＤＡ［ｉ］＝Ｋｉ・ＤＡ［ｉ］ （１）
Ｋｉ：ｉ番目の磁気センサ１０１の感度補正係数
配列ＤＡ［ｎ］を作成する（ステップＳ２）。

式（１）における感度補正係数Ｋｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、各磁気センサ１０１毎の感度の
バラツキを補正するための係数であり、各磁気センサ１０１の製造段階で求め、予め、前
記メモリに格納しておく。
続いて、ＤＡ[１]〜ＤＡ[２]、ＤＡ[２]〜ＤＡ[３]、・・・、ＤＡ[ｎ−１]〜ＤＡ[ｎ]
の各区間の中間点の値を補間により求め、配列ＤＢ[Ｘ]を作成する（ステップＳ３）。

配列ＤＢ[Ｘ]は、Ｘ個の要素ＤＢ[１]〜ＤＢ[Ｘ]からからなる一次元配列である。各区
間における補間点数をｑとすると、Ｘ＝ｑ（ｎ−１）＋ｎとなる。
このようにして、磁気センサアレイ１０２のｎ個の磁気センサ１０１の出力データから
構成される離散的磁束密度分布（第１の磁束密度分布）から、該第１の磁束密度分布より
も分解能が高い、Ｘ個（Ｘ＞ｎ）の磁気データで構成される離散的磁束密度分布（第２の
磁束密度分布）が得られる。

次に、配列ＤＢ[Ｘ]のＸ個の要素ＤＢ[１]〜ＤＢ[Ｘ]の中からスレッショルドレベル（
Ｌth)以上の要素ＤＢ[Ｘｓ]〜ＤＢ[Ｘｔ]を抽出する。また、このとき、位置データＸｓ
、Ｘｔを前記メモリに格納する（ステップＳ４）。そして、ＤＢ[Ｘｓ]〜ＤＢ[Ｘｔ]を基
に、前記第２の磁束密度分布の区間Ｘｓ〜Ｘｔの領域における重心位置Ｘｃ等を求める重
心算出処理を行い（ステップＳ５）、再び、ステップＳ１に戻る。

該重心算出処理では、後述するように、上記重心位置Ｘｃ以外に、磁石３０の位置や横
ズレ量（磁石３０と磁気センサアレイ１０２の中心との差）を算出・出力する。
このようにして、ステップＳ１〜Ｓ５の繰り返しながら、走行レーン２０に敷設された
磁気３０の位置や前記横ズレ量を検出・出力していく。

図４は、図３のステップＳ５の重心算出処理を詳細に説明するフローチャートである。
以後の説明では、便宜上、前記第２の磁束密度分布におけるスレッショルドレベルＬth以
上の区間の領域の重心を、“重心”と表現する。
まず、図３のステップＳ４で取得した位置Ｘｓと位置Ｘｔの中間点Ｘｃを求める（ステ
ップＳ１１）。次に、Ｘｃを中心としたＤＢ[Ｘｓ]〜ＤＢ[Ｘｔ]の各モーメントを計算し
、それらのモーメントの総和を計算する（ステップＳ１２）。このモーメント計算におい
て、右回りをモーメントの正の方向とする。また、前記モーメントの総和（Ｍｏ）の算出
式を下記式（２）のように定義する。以後、便宜上、モーメントの総和（Ｍｏ）を“モー
メント”と表現する。

モーメントの値は、Ｘｃが重心のＸ座標に等しいときに０となる。また、Ｘｃが重心の
Ｘ座標よりも左側であればモーメントの値は正となり、Ｘｃが重心のＸ座標よりも右側で
あれば負となる。そして、この正負の値の絶対値が大きいほど、Ｘｃは重心のＸ座標から
離れている（Ｘｃと重心のＸ座標間の距離は大きい）。

次に、前のステップＳ１２がモーメントの１回目の計算であるか判断し（ステップＳ１
３）、１回目の計算であればステップＳ１４へ、そうでなければステップＳ１３に進む。
ステップＳ１３では、前回の処理のステップＳ１４で計算されたモーメント（前回モー
メント）と今回の処理のステップＳ１４で計算されたモーメント（今回モーメント）の極
性が変化したか判断し、極性が変化していなければステップＳ１５へ、極性が変化してい
ればステップＳ１８へ進む。

ステップＳ１５では、今回モーメントの値を判断し、該値が負であればステップＳ１６
へ、正であればステップＳ１７へ、０であればステップＳ１８へ進む。
ステップＳ１６では、Ｘｃの値を１減少させ、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１７
では、Ｘｃの値を１増加させ、ステップＳ１２に戻る。

上記ステップＳ１２〜Ｓ１７の処理において、ステップＳ１３でモーメントの計算が１
回目であるか否かを判断してステップＳ１４またはステップＳ１５に分岐するようにして
いるのは、１回目のモーメント計算を行った直後では、まだ前回モーメントが存在しない
ので、ステップＳ１４に移行してもモーメントの極性比較ができないからである。

また、ステップＳ１１で求まる中間点Ｘｃは、重心（モーメントが０）、重心より右（
モーメントが負）、または重心より左（モーメントが正）の３通りのいずれかとなる。重
心のＸ座標を求めるためには、Ｘｃの値を重心のＸ座標に近づけていく探索が必要となる
。本実施例では、ステップＳ１６、Ｓ１７で、それぞれ、Ｘｃの値を増加（重心より左の
場合）、減少（重心より右の場合）させながら、Ｘｃの値を重心のＸ座標に少しづつ近づ
けていく。この場合、最良のケースではモーメントの値が０となるＸｃ（重心のＸ座標）
が求まる。また、それ以外のケースでは、Ｘｃは重心のＸ座標を飛び越え、重心より右（
最初のＸｃが重心の左のとき）または重心より左（最初のＸｃが重心の右のとき）に移動
してしまう。このように、Ｘｃが重心を飛び越えるとき、その前後でモーメントの極性が
変化する。上記のようなＸｃが重心を飛び越えてしまう２種類のケースを判断しているの
が、ステップＳ１４である。ステップＳ１４で、モーメントの極性の変化を検出したとき
はステップＳ１８に移行し、Ｘｃの値を調整する処理に進む。一方、ステップＳ１４で、
モーメントの極性の変化を検出しなかったときにはステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、Ｘｃが上記３通りのいずれであるか判断し、モーメントの値が０
（Ｘｃが重心のＸ座標と一致）であれば、直ちにステップ２２に移行する。また、モーメ
ントが負（Ｘｃが重心より右）であればＸｃを左へ移動させるためにステップＳ１６へ、
モーメントが正（Ｘｃが重心より左）であればＸｃを右へ移動させるためにステップＳ１
７へ進む。

ステップＳ１８では、前回モーメントと今回モーメントの絶対値を比較し、前回モーメ
ントの絶対値が今回モーメントの絶対値以上であれば、直ちにステップＳ２２に進み、そ
の逆であれば、ステップＳ１９に進む。
ステップＳ１９では、今回モーメントの値（極性）を調べ、その値（極性）が負であれ
ばステップＳ２０に進み、正であればステップＳ２１に進む。ステップＳ２０では、Ｘｃ
の値を１減少させてステップＳ２２に進む。ステップＳ２１では、Ｘｃの値を１増加させ
てステップＳ２２に進む。

ステップＳ１８では、前回と今回のＸｃのいずれの方が重心のＸ座標に近いか判断して
いる。Ｘｃが重心のＸ座標に近いほどモーメントの値は小さくなるので、ステップＳ１８
で今回モーメントが前回モーメントより小さい、すなわち、今回求まったＸｃの方が前回
求めたＸｃよりも重心のＸ座標に近ければ、ステップＳ２２に進む。逆に、今回求めたＸ
ｃが前回求めたＸｃよりも重心のＸ座標から遠ければ、ステップＳ１９に進む。ステップ
Ｓ１９では、今回モーメントの値（極性）を調べ、その値（極性）が負であれば、Ｘｃの
値を１減少させて、Ｘｃを左に移動させて重心のＸ座標に近づけステップＳ２２に進む。
一方、今回モーメントの値（極性）が正であれば、逆に、Ｘｃの値を１増加させて、Ｘｃ
を右に移動させて重心のＸ座標に近づけステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、最終的に求めた重心位置のＸ座標Ｘｃを、下記の式（３）、（４
）により、磁気センサアレイ１０２の１番目の磁気センサ１０１の中心からの距離Ｌｃに
変換する。また、下記の式（３）、（５）により、横ズレ量（磁石３０の検出位置の磁気
センサアレイ１０２の中心からの距離）すなわち車両位置Ｌを算出する。

ｄ＝ｐ／（ｑ＋１） （３）
Ｌｃ＝ｄ×（Ｘｃ−１） （４）
Ｌ＝Ｌｃ−ｄ×｛（Ｘ−１）／２＋１｝ （５）
ｄ：補間ピッチ（ｍｍ）
ｐ：磁気センサ１０１のピッチ（ｍｍ）
ｑ：補間点数
次に、図４のフローチャートに示す重心算出処理を、図５の具体例を参照しながら、よ
り詳細に説明する。図５は、重心位置算出処理における重心のＸ座標Ｘｃの検出手順の４
種類のケースを、例１〜例４として示したものである。尚、同図において、Ｘｊは重心の
正しいＸ座標（モーメントが０となる位置のＸ座標）を示している。

同図（ａ）に示す例１では、最初に求まるＸｃ（＝Ｘａ）において、モーメント（１回
目のモーメント）の値が５（正）となる。このため、図４のステップＳ１５で、今回モー
メントの値が正であると判断され、ステップＳ１７でＸｃの値は“Ｘａ＋１”とされる。
そして、ステップＳ１２で、Ｘｃ＝Ｘａ＋１として２回目のモーメントが計算され、その
値が−７（負）となる。これにより、ステップＳ１４でモーメントの極性が変化したと判
断され、次にステップＳ１８で、前回モーメントの絶対値が今回モーメントの絶対値より
小さいと判断され、続いて、ステップＳ２０でＸｃの値は１減算され、Ｘｃの値はＸａと
なる。そして、このＸａが重心のＸ座標（＝Ｘｃ）として検出される。

この例１は、最初に求まるＸｃが重心のＸ座標（＝Ｘｊ）から左側に離れており、かつ
、その後Ｘｃの値を１つずつ増加させながら、Ｘｃを重心のＸ座標に近づけていったとき
にモーメントの極性が変化し、かつ、その極性が変化したときのモーメントの値が前回求
めたモーメントの値以上であるケース（第１のケース）の一例である。このようなケース
では、最後に求めたＸｃがその前に求めたＸｃよりも重心のＸ座標から離れているので、
最後に求めたＸｃの値から１を減算した値、すなわち、その前に求めたＸｃの値から重心
のＸ座標値を算出し、その算出位置を磁石３０の位置として検出する。

図５（ｂ）に示す例２では、最初に求まるＸｃ（＝Ｘａ）において、モーメント（１回
目のモーメント）の値が−５（負）となる。このため、図４のステップＳ１５で、今回モ
ーメントの値が負であると判断され、ステップＳ１６で、Ｘｃの値は“Ｘａ−１”とされ
る。そして、ステップＳ１２で、Ｘｃ＝Ｘａ−１として２回目のモーメントが計算され、
その値が４（正）となる。これにより、ステップＳ１４でモーメントの極性が変化したと
判断され、次にステップＳ１８で、前回モーメントの絶対値が今回モーメントの絶対値以
上であると判断される。そして、この“Ｘａ−１”が重心のＸ座標（＝Ｘｃ）として検出
される。

この例２は、最初に求まるＸｃが重心のＸ座標（＝ｘｊ）から右側に離れており、かつ
、その後、Ｘｃの値を１つずつ減少させながらＸｃを重心のＸ座標に近づけていったとき
にモーメントの極性が変化し、かつ、その極性が変化したときのモーメントの値が前回求
めたモーメントの値よりも小さいケース（第２のケース）の一例である。このようなケー
スでは、最後に求めたＸｃの方がその前に求めたＸｃよりも重心のＸ座標に近いので、最
後に求めたＸｃから重心のＸ座標値を算出し、その算出位置を磁石３０の位置として検出
する。

図５では例示していないが、最初に求まるＸｃが重心のＸ座標の左側にあり、かつ、そ
の後、Ｘｃの値を１つずつ増加させながらＸｃを重心のＸ座標に近づけていったときにモ
ーメントの極性が変化し、かつ、そのモーメント極性が変化したときのＸｃが前回求めた
Ｘｃよりも重心のＸ座標に近いケース（第３のケース）の場合には、上記第２のケースの
処理を、ステップＳ１５の判断で、ステップＳ１６の代わりにステップＳ１７の処理を実
行するように変更することにより、最後に求めたＸｃの値から重心のＸ座標値を算出し、
その算出位置を磁石３０の位置として検出することができる。

図５（ｃ）に示す例３では、最初に求まるＸｃ（＝Ｘａ）において、モーメント（１回
目のモーメント）の値が−４（負）となる。このため、図４のステップＳ１５で、今回モ
ーメントの値が負であると判断され、ステップＳ１６で、Ｘｃの値は“Ｘａ−１”となる
。そして、ステップＳ１２で、Ｘｃ＝Ｘａ−１として２回目のモーメントが計算され、そ
の値が５（正）となる。これにより、ステップＳ１４でモーメントの極性が変化したと判
断され、次にステップＳ１８で、前回モーメントの絶対値が今回モーメントの絶対値未満
であると判断され、ステップＳ１９で今回モーメントが正であると判断され、ステップＳ
２１でＸｃの値はＸａとされる。そして、このＸａが重心のＸ座標（＝Ｘｃ）として検出
される。

この例３は、最初に求まるＸｃが重心のＸ座標から右側に離れており、かつ、その後、
Ｘｃの値を１つずつ減少させながらＸｃを重心のＸ座標に近づけていったときにモーメン
トの極性が変化し、かつ、そのモーメント極性が変化したときのＸｃが前回求まったＸｃ
よりも重心のＸ座標から遠いケース（第４のケース）の一例である。このようなケースで
は、最後に求めたＸｃの値を１増加し、その増加後のＸｃから重心のＸ座標を算出し、そ
の算出位置を磁石３０の位置として検出する。

図５（ｄ）に示す例４では、最初に求まるＸｃ（＝Ｘａ）において、モーメント（１回
目のモーメント）の値が０となる。このため、図４のステップＳ１５で、今回モーメント
の値が０であると判断され、Ｘａが重心のＸ座標（＝Ｘｃ）として検出される。このよう
に、例４においては、最初に求まるＸｃ（＝Ｘａ）が重心のＸ座標（＝Ｘｊ）に一致する
ので、そのＸｃから重心のＸ座標の位置を算出し、その算出位置を磁石３０の位置として
検出する。

この例４は、最初または最終的に求まるＸｃが重心のＸ座標（＝Ｘｊ）に一致するケー
ス（第５のケース）の一例である。すなわち、この第５のケースは、最初に求まるＸｃが
重心のＸ座標から（右側または左側に）離れており、その後、（Ｘｃの値を１つずつ減少
または増加させながら）Ｘｃを重心のＸ座標に近づけていったときにＸｃが重心のＸ座標
にする場合も含む。

このように、本発明の実施例によれば、磁気センサアレイ１０２の磁気センサ１０１に
よって得られた離散的磁束密度分布（第１の磁束密度分布）の離散値（磁気センサ１０１
の出力値）間を補間し、より高い分解能の磁束密度分布（第２の磁束密度分布）４０を作
成する。そして、その高分解能の第２の磁束密度分布４０からスレッショルドレベルＬth
以上の区間（Ｘｓ〜Ｘｔ）を抽出し、その抽出された区間の磁束密度分布の重心を求め、
その重心のＸ座標（横方向の位置）Ｘｃを磁石の位置として検出する。このため、磁気セ
ンサアレイの磁気センサピッチが従来と同様であっても、従来の車両位置検出装置よりも
高い精度で磁石の位置を検出できる。また、重心を求める際に上記区間内の全ての磁気セ
ンサ１０１の出力を用いるため、上記区間内の一部の磁気センサ出力にノイズが重畳して
いても、該ノイズの影響を抑制でき、高い信頼性で磁石の位置を検出できる。

ところで、上記実施例では、磁気センサアレイ１０２により得られる第１の磁束密度分
布を補間し、その補間により得られた第２の磁束密度分布４０に基づいて、磁石３０の位
置を高精度に検出するようにしているが、上記第１の磁束密度分布に基づいて、上記実施
例と同様な手法で磁石３０の位置を検出するようにしてもよい。この手法は、図２のフロ
ーチャートのステップＳ２で配列ＤＡ[ｎ]を作成した後、ステップＳ３の処理をスキップ
して、ステップＳ４以降の処理を、配列ＤＢ[Ｘ]の代わりに配列ＤＡ[ｎ]を用いて実行す
ることにより実現できる。

また、上記実施例では、モーメントにより重心を求めているが、磁束密度分布のスレッ
ショルドレベル以上の信号を有する区間の領域の面積を求め、その面積から重心を求める
ようにしてもよい。この手法としては、例えば、前記第２の磁束密度分布４０からスレッ
ショルドレベル５０以上の信号を抽出し、該抽出した信号の総和を求め、その総和を２等
分する縦方向の直線（Ｘ座標軸に垂直な直線）のＸ座標を求め、そのＸ座標を重心のＸ座
標として検出する方法などが考えられる。また、上記抽出信号全てと隣接する信号間のＸ
方向の距離（磁気センサ１２の出力信号間の距離または補間ピッチ）の乗算の総和を上記
面積として求めるようにしてもよい。この方法の場合、例えば、上記区間からその面積を
２等分する前記縦方向の切断線を求め、その切断線のＸ座標を重心のＸ座標として検出す
る。

また、上記実施例では、走行レーン２０に敷設する磁気マーカとして磁石３０を使用し
ているが、本発明は磁石が敷設された走行レーンのみに適用されるものではなく、磁石以
外の磁気マーカが敷設された走行レーンにも適用可能なものである。

走行レーンに敷設された磁気マーカにより、車両位置を高精度、高信頼性かつ低コスト
で検出できるので、無人車、ロボットなどの自律走行システムや近未来の自動走行の安全
自動車などの車両位置検出センサーの用途に適用できる。

本発明の車両位置検出装置の原理を説明する図である。 本発明の実施例の車両位置検出装置のハードウェア構成を示すブロック図 である。 同実施例の全体動作を説明するフローチャートである。 同実施例における重心算出処理を詳細に説明するフローチャートである。 同重心位置算出処理における重心のＸ座標の検出手順の具体例を示す図で ある。 従来の車両位置検出装置の構成・動作原理を説明する図である。

符号の説明

１０ 磁気センサアレイ
１２ 磁気センサ
１００ 車両位置検出装置
１０１ 磁気センサ
１０２ 磁気センサアレイ
１０３ 磁気センサ用プリアンプ
１０５ マルチプレクサ
１０７ サンプルホールド回路
１０７ａ アナログスイッチ
１０７ｂ 積分回路
１０９ Ａ／Ｄ変換器
１１１ ＭＰＵ

Claims (8)

1. 走行レーン中央部に走行方向に敷設された磁気マーカの磁場を検出することにより、該
   走行レーンの中央部に対する車両の横方向の位置を検出する車両位置検出装置であって、
   前記横方向に配設された複数の磁気センサを有する磁気センサアレイと、
   該磁気センサアレイの各磁気センサの出力信号から得られる第１の磁束密度分布から所
   定のスレッショルドレベル以上の区間を抽出し、該区間における前記第１の磁束密度分布
   の重心の横方向の位置を求める算出手段と、
   該算出手段によって求められた前記重心の位置と前記磁気センサアレイの中心位置に基
   づいて、前記車両の横方向の位置を検出する検出手段と
   を備えたことを特徴とする車両位置検出装置。
2. さらに、
   前記第１の磁束密度分布を基に、前記磁気センサアレイの隣接する磁気センサの出力の
   間を補間して、前記第１の磁束密度分布よりも信号数の多い第２の磁束密度分布を作成す
   る作成手段を備え、
   前記算出手段は、該作成手段によって作成された第２の磁束密度分布から所定のスレッ
   ショルドレベル以上の区間を抽出し、その区間における前記第２の磁束密度分布の重心の
   横方向の位置を求め、
   前記検出手段は、前記算出手段によって求められた前記第２の磁束密度分布の重心の横
   方向の位置と前記磁気センサアレイの中心位置に基づいて、前記車両の横方向の位置を算
   出すること、
   を特徴とする請求項１記載の車両位置検出装置。
3. 前記算出手段は、前記区間の中点位置を中心とする前記第１または第２の磁束密度分布
   の前記区間内の全ての信号のモーメントの総和を求め、そのモーメントの総和が０となる
   位置を探索することにより前記重心の横方向の位置を求めること、
   を特徴とする請求項１または２記載の車両位置検出装置。
4. 前記算出手段は、前記第１または第２の磁束密度分布の前記区間内の信号面積を求め、
   該信号面積から前記重心の横方向の位置を求めること、
   を特徴とする請求項１または２記載の車両位置検出装置。
5. 走行レーン中央部に走行方向に敷設された磁気マーカの磁場を検出することにより、該
   走行レーンの中央部に対する車両の横方向の位置を検出する処理を、コンピュータに実行
   させるプログラムであって、
   前記横方向に配設された複数の磁気センサを有する磁気センサアレイの各磁気センサの
   出力信号から得られる第１の磁束密度分布から所定のスレッショルドレベル以上の区間を
   抽出し、該区間における前記第１の磁束密度分布の重心の横方向の位置を求める算出ステ
   ップと、
   該算出ステップによって求められた前記重心の横方向の位置と前記磁気センサアレイの
   中心位置に基づいて、前記車両の横方向の位置を検出する検出ステップと、
   を備える処理をコンピュータに実行させるプログラム。
6. さらに、
   前記第１の磁束密度分布を基に、前記磁気センサアレイの隣接する磁気センサの出力の
   間を補間して、前記第１の磁束密度分布よりも信号数の多い第２の磁束密度分布を作成す
   る作成ステップを備え、
   前記算出ステップは、該作成ステップによって作成された第２の磁束密度分布から所定
   のスレッショルドレベル以上の区間を抽出し、その区間における前記第２の磁束密度分布
   の重心の横方向の位置を求め、
   前記検出ステップは、前記算出ステップで求められた前記第２の磁束密度分布の重心の
   横方向の位置と前記磁気センサアレイの中心位置に基づいて、前記車両の横方向の位置を
   算出すること、
   を特徴とする請求項５記載のプログラム。
7. 前記算出ステップは、前記区間の中点位置を中心とする前記第１または第２の磁束密度
   分布の前記区間内の全ての信号のモーメントの総和を求め、そのモーメントの総和が０と
   なる位置を探索することにより前記重心の横方向の位置を求めること、
   を特徴とする請求項５または６記載のプログラム。
8. 前記算出ステップは、前記第１または第２の磁束密度分布の前記区間内の信号面積を求
   め、該信号面積から前記重心の横方向の位置を求めること、
   を特徴とする請求項５または６記載のプログラム。
   
   

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