JP2019067314A - 脱輪防止機能を備える磁気式安全運転支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】脱輪防止機能を備える磁気式安全運転支援システムを提供する。【解決手段】磁気式安全運転支援システム１であって車両１１の両側面に磁気センサ１２Ｌ、１２Ｒを設置し、磁石１４を所定の間隔で埋設した磁気式白線１３から発生する磁界を測定する。ノイズである外部磁界を除去して磁石信号磁界のみを取り出し、その値から車両と白線との距離を計算し、車両の白線への接近速度を求めて脱輪の危険予測を行い、その結果を運転手または自動運転制御用ホストコンピュータに通知することによって脱輪を防止するシステムを提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用道路に磁石式白線を設け、車両の両側に磁気センサを備えることで道路レーンからの脱輪を防止する磁気式の安全運転支援システムに関するものである。

脱輪防止については、車両が白線に乗り上げた時に大きな振動を与えて運転者に危険を知らせるための道路レーン表示の白線上に突起物の設置や白線の凹凸化している。しかしこの方式は白線に乗り上げてからの警告であるため運転者が脱輪回避するためには間に合わないという欠点があった。

自動運転における脱輪防止は、道路白線をカメラで認識して白線から適当な距離を常に保つよう車両を道路中央に誘導している。しかし、雨天、大雪などの悪天候においては、道路白線および道路標識などが認識できないなどの欠点があった。

従来この欠点を解決する手段として、特許文献１、２に開示されているように道路に磁石式マーカを埋設させ、それを車両側の磁気センサで検知して、自動操舵を支援することや脱輪防止機能の研究がなされている。磁石式の欠点は、鉄筋構造の橋やトンネルおよび隣を走る車両、道路周辺の鉄筋構造の建造物などから発生する磁界および地磁気などからなる外部磁界の方が、磁石式マーカから発する信号磁界よりも大きくなり、磁気マーカの検出確実性が損なわれることである。

その対策として、磁石からの信号磁界を強めることは特許文献３に述べられているように道路に落ちた上の釘やナットなどを磁石が吸着してパンクなどの危険を増加することになるので好ましくない。そのため磁石マーカの磁力を表面磁束密度で４００Ｇ以下に保たざるを得ない。

弱い信号磁界を前提に、特許文献１には地磁気の影響を除去する方法が、特許文献２には鉄筋構造から発する磁界の影響を取り除く方法が開示されている。これらの方法は高速走行時における磁石からの信号磁界を外部の磁界との周波数の違いに着目し、ハイパスフィルタやバンドパスフィルタを利用して分離するというものである。しかし、走行速度は幅広く変化することや道路周辺にある多様な磁力信号源などを考慮すると単純なフィルタ処理で精度の高い両者の分離は困難である。そこで両者のより信頼性の高い分離方法が求められている。

さらに、道路中央に磁石式マーカを施設する特許文献１、２の方式は、車両を中央部走行に誘導制御することを目標としたもので、直接白線からの距離を直接測定するものではない。具体的には車両が白線に近づいた場合、道路中央部にある磁石と車両の中央部付近に設置された磁気センサの距離は１０００ｍｍ程度離れる場合があり、信号磁界の強さは１ｍＧ以下となると予測される。特許文献３は信号磁界の強さは８０ｍＧ程度を想定し使用する磁気センサおよびその設置位置を決めているので、車両が中央部から離れて白線に近づいている様子は、把握できない。つまり十分信頼性の高い脱輪防止機能を提供するものではない。

さらに、磁石式マーカを道路中央部に埋設するため道路施工および保全管理の煩雑さが問題であった。
そこで、悪天候時においてレーダおよびカメラを使った自動運転システムの欠点を補完することができ、しかも磁石の埋設施工が簡易で、信頼性の高い脱輪防止機能を提供する磁気式の安全運転支援システムの開発が求められている。
さらに本システムは、車両が走行する道路レーンの両側の白線から車両までの距離を計測することで、車両を道路中央に誘導制御する機能をも実現することができることが望ましい。

特開２００５−２０２４７８号 特開２０１７−８３１８９号 特許５８３９５２７号

本発明者は、悪天候下においても脱輪防止機能を実現することができる可能性のある磁気式を前提に、図１に示すように白線部に磁石を設置し、その磁石から発生する信号磁界を車両の両側に設置した磁気センサで検出して、その信号磁界測定値から車両と白線との距離および白線への接近速度を求めて脱輪を予測する安全運転支援システムを構想するに至った。その構想に基づいて磁気式安全運転支援システムを実現するにあたっての課題は以下の通りである。

磁気式白線と車両の側面に高さ１５０ｍｍ以上の位置に取り付けた磁気センサとの間隔は、１５０ｍｍから１２００ｍｍ程度離れている。白線に埋設される磁石は、白線内に埋設できるシート状磁石で非常に薄くて小型なものであることが必要である。そのシート状の磁石が生み出す磁界は道路地面から高さ１５０ｍｍ以上の位置では、０．１ｍＧから５００ｍＧと非常に小さいと想定される。さらに高速で移動する車両に取り付けられた磁気センサがその磁界を検知する時間も５ミリ秒（以下、ｍ秒と記す。）〜１０ｍ秒程度と非常に小さい。
したがって、微小な磁界を高速で検知するためには、高速測定が可能な超高感度磁気センサの開発が必要である。

次に、シート状磁石の埋設施工は、白線部の下に簡単に埋設できてその上にペンキ塗り施工が従来施工と同様な方法で行うことができることが必要である。そのためにはできるだけ薄くて小型で、しかも道路幅方向に強い磁界を作る出すシート状の磁石の開発が必要である。

また、道路上には磁石が作り出す磁石信号磁界（以下、信号磁界という。）のほかに地磁気、鉄骨、近接車両などによる外部磁界が存在する。外部磁界の方が信号磁界より大きい場合が想定されるので、それら大きな外部磁界である外乱磁界から必要な信号磁界を取り出す必要がある。
さらに白線への接近速度を求めて、０．１秒程度前には脱輪の危険度を運転手または無人運転ホストコンピュータに通知し脱輪回避のための操作を可能とする必要がある。

本発明者は、上記課題を解決するために、磁石、磁気センサおよび信号技術の３つの方向から総合的研究を進めた。具体的に言えば、道路幅方向に磁石幅の端部の上方２５０ｍｍの位置で５００ｍＧ以上の強い磁界を発生することができる小型で薄いシート磁石の開発とその施工法の工夫、２ＫＨｚ以上の高速測定ができてかつ０．１ｍＧ程度の微小磁界を検知できる超高感度高速磁気センサの開発および外乱磁界から微小信号磁界を抽出する信号処理演算方法プログラムの開発、以上３つの開発を進めて、それらの特性を最適に組み合わせることで上記課題を解決した。

最初に、高速対応型の超高感度磁気センサは、高速かつ高感度特性を両立するために測定操作モードは測定のインターバル間隔を０．０１ｍ秒〜０．１ｍ秒（１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ）とし、その時間内で磁界測定回数を１００回以上行い、平均化することでノイズを抑制することができる磁気センサである。
特許文献３で開示されているＧＳＲセンサを基礎に高速対応型の超高感度磁気センサが好ましい。開示されているＧＳＲセンサにおいて、アモルファスワイヤの長さを０．５ｍｍ以上で２ｍｍ以下、コイル巻き数３０回以上、一つのコイルに２本以上の複数本のワイヤを内蔵するＧＳＲセンサ素子とすることにより１回の測定の感度を高めることができる。

また、高速対応型の超高感度磁気センサは、その電子回路には特許文献３に開示されているＧＳＲセンサ用の電子回路構成を援用し、検波タイミング、検波時間、サンプルホールド回路のコンデンサ容量などを調整する。
ＡＤコンバータは１６ビットとして、分解能を分解能０．０５ｍＧ／ビットとし、測定レンジは±１．５Ｇとする。必要に応じてウィンドウ操作を行うことで測定レンジは±６Ｇまで可能とする。測定レンジが上記記載のＧＳＲ素子、電子回路および測定操作モードを組み合わせることにより、１０ＫＨｚ以上の測定サンプリング速さ、σノイズで０．０５ｍＧ以下の感度、測定レンジ±６Ｇおよび１６ビット（分解能０．０５ｍＧ／ビット）の性能を有する超高感度高速磁気センサが得られる。

また、ＧＳＲセンサ素子を形成するアモルファスワイヤの先端部にパーマロイ合金などの集磁用軟磁性体を取り付けることによりＧＳＲセンサの感度を改善することができる。
なお、本発明における磁気センサは本発明が要求する性能を持つものである限り、ＧＳＲセンサに限るものではない。

本発明の磁気センサは、車両の両側にそれぞれ１個を設置する。車両の側面あるいは側面の下側であって両側に設置する。車両に設置する磁気センサの位置は外側線およびセンターラインの磁気式白線との間隔を可能な限り近づけることが必要である。これにより効率よく磁石からの信号磁界を検出できる。
また、複数個の磁気センサの設置により信号磁界を一層感度よく検出できる。

外側線およびセンターラインの白線に磁石を所定の間隔で埋め込むことにより磁気式白線を作製できる。磁石の形状は道路の白線方向に合せてシート状とする。シート状の磁石はフェライト磁石粉末またはＮｄＦｅＢ系磁石粉末などの希土類磁石粉末を混入して作製し、そのサイズは幅５０ｍｍ〜１００ｍｍ、長さ２０ｃｍ〜５０ｃｍ、厚み１ｍｍ〜５ｍｍとする。磁石の着磁方向はシート面に垂直に磁化するのが一般的であるが、道路幅方向に強い磁界を発生させるために、幅方向の面内着磁とする。シート状の磁石から発生する磁界は図４に示すように磁石の直上（±１．５Ｍ）では５００ｍＧ以上、１０００ｍｍ（±０．５Ｍ）離れている点で１ｍＧ程度である。上記センサで計測すると１０００ｍｍ離れた点でも十分検知することができる。

次に、磁気センサによる磁界測定値は外乱磁界と信号磁界からなっているが、信号磁界だけを分離して求める。まず磁界測定値Ｈｉを求め、その時間微分値ΔＨｉ／Δｔを計算する。図５に示すようにシート磁石を横切った瞬間に鋭い正弦波形が発生するが、ゼロクロス点が磁石シートを横切った瞬間で、それから車両がシート磁石を通過する時刻Ｔｉを連続的に求めることができる。正弦波形の幅が磁石体の幅に対応する。正弦波形の間の時刻Δｔｉを求め、所定の磁石間隔Ｌｐ（例えば１０Ｍ）をその値Δｔｉで割ってその瞬間における車両速度Ｖｉ（＝Ｌｐ／Δｔｉ）を求める。シート磁石の長さＬｍをＶｉで割って磁石を通過するに要する時間ΔＴｉ（＝Ｌｍ／Ｖｉ）を求め、正弦波形を±Ｔｉ±ΔＴｉの積分幅で積分して、Ｈの山形波形を求める。このＨの波高値が外乱磁界を取り除いた求める磁石信号磁界となる。

５個以上の波高値を連続的に比較して波高値の高さと周期時間が一定あるいは連続的に変化することおよび磁石体から発生しているはずの理論的に予測される波高値の高さと周期時間と比較して同じ程度になっていることを確認して、磁界センサが磁石シートの磁界を検知していることを判定する。その上で、波高値の高さが磁石からの磁界強度にのみ対応していることを判定して、その値から白線までの距離Ｒｉを求める。

つぎにＲｉの時間変化Ｖｒ＝ΔＲｉ／Δｔを求めて白線への接近速度を求める。図６に示すように白線に乗り上げるまでの時間Ｔｄ＝Ｒｉ／Ｖｒを計算し、その値を使って事前に定めた脱輪危険度を判定してそれを運転手または無人運転制御用ホストコンピュータに通知して、事前に脱輪を回避することを可能とする磁気式安全運転支援システムを構築する。

本発明は、磁気式白線と車両に取り付けた超高感度高速磁気センサおよび車両と白線との距離を計算する演算装置からなるものである。磁気式白線から発生する微小な磁界を高速走行中の車両に取り付けた磁気センサで測定し、信号磁界よりも大きい外乱磁界から信号磁界のみを抽出し、その磁界強度を使って白線と車両の距離を求めるというアイデアによるものである。連続的に白線までの距離を測定し白線への接近速度を求め、脱輪の危険を事前に予測して０．１秒前に脱輪警告を運転者に通知することで、脱輪を回避することを可能にする有用な磁気式安全運転支援システムを提供することができる

車両の磁気センサと磁気式白線との位置関係の概念図である。 ＧＳＲセンサ素子の平面図である。 ＧＳＲセンサの電子回路図である。 磁石から発生する信号磁界と距離との関係図である。 磁界測定値から磁石信号磁界を求める図である。 脱輪危険予測図である。

本発明の磁気式安全運転支援システムは、信号磁界検出手段と信号磁界発生手段と信号磁界処理手段からなる脱輪防止機能を備える。
信号磁界検出手段は０．１ミリ秒以下の測定サンプリング速さ、σノイズ０．０５ｍＧ以下、１６ビット（分解能０．０３ｍＧ／ビット）の性能を有する超高感度高速磁気センサを車両の両側に設置し、信号磁界発生手段は道路上の外側線および中央線の白線に所定の間隔で磁石が埋設された磁気式白線からなり、信号磁界処理手段は車両の両側の磁気センサにより測定された磁界測定値から外乱磁界が取り除かれた磁気式白線の磁石からの信号磁界を求め、外側線および中央線の白線からの距離を算出する演算装置からなる。

本システムにより道路の走行レーンから車両の脱輪危険度を求めることができる。

信号磁界検出手段である超高感度高速磁気センサは、超高速スピン回転効果（英語表記：ＧＨｚ Ｓｐｉｎ Ｒｏｔａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）を基礎とするＧＳＲセンサである。高速かつ高感度特性を両立するために、測定操作モードとしては測定のインターバル間隔を０．０１ｍ秒〜０．１ｍ秒（１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ）として、その時間内で磁界測定回数を１００回以上行い、平均化することでノイズを抑制したものである。

ＧＳＲセンサを構成するＧＳＲセンサ素子は、アモルファスワイヤ（以下、ワイヤという。）の直径１０μｍ以下の絶縁性材料により被覆されており、長さが０．５ｍｍ〜２ｍｍにてワイヤを周回するコイル巻き数が３０回〜２００回からなる。一つのコイルが２本のワイヤを周回する基本素子からなり、かつ複数個（偶数個に限る。）のユニット素子からなる。ユニット素子のワイヤは直列または並列に配置してもよい。直列配置の場合は、アモルファスワイヤに流れるパルス電流の方向は測定磁界の向きに対して、一つのアモルファスワイヤは同じ方向で他のアモルファスワイヤは反対の方向となる。

本発明のＧＳＲセンサ素子により１回の測定の感度を高めることができる。そして、通常の自動車用ＧＳＲ素子の１０ｍＶ／Ｇに比べて１００ｍＶ／Ｇ〜５００ｍＶ／Ｇへと１０倍〜５０倍も高感度化を実現することができる。

ＧＳＲセンサを構成する電子回路は、特許文献３に示すＧＳＲセンサ用の電子回路構成を援用する。そのうえで検波タイミングは立ち上がりパルス検波を採用し、パルス時間は２ナノ秒（以下、ｎ秒と記載する。）〜８ｎ秒、パルス周期は５０ｎ秒〜１００ｎ秒とする。サンプルホールド回路のコンデンサ容量は５ｐＦ〜５０ｐＦとする。１回の測定時間は０．０１ｍ秒〜０．１ｍ秒（測定周波数は、１０ＫＨｚから１００ＫＨｚである。）で、１００回の測定値を使って平均化して測定ノイズを小さくすることにより、磁界検出力を０．０５ｍＧ以下に改善できる。ＡＤコンバータは１６ビットとして、分解能を分解能０．０５ｍＧ/ビットとし、測定レンジは±１．５Ｇとする。必要に応じてウィンドウ操作を行うことにより測定レンジは±６Ｇまで可能となる。

超高感度高速磁気センサは、上述のＧＳＲセンサ素子、電子回路および測定操作モードを組み合わせることにより１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの測定サンプリング速さ、σノイズで０．０５ｍＧ以下の感度、測定レンジ±１．５Ｇ〜±６Ｇおよび１６ビット（分解能０．０５ｍＧ/ビット）の性能を有することができる。

本発明の磁気センサは、車両の両側面で道路面から高さ１５０ｍｍ〜３００ｍｍの位置にそれぞれ１個以上を設置する。

さらに、ＧＳＲセンサ素子が集磁用軟磁性体と一体化していることが好ましい。ＧＳＲセンサ素子のアモルファスワイヤの先端部にパーマロイ合金などの軟磁性体を取り付けて一体化すると外部磁界が軟磁性体に集中させることができる。この集磁効果によりＧＳＲセンサの感度を２倍〜５倍程度改善することができる。
なお本発明における磁気センサは、本発明が要求する性能を持つものである限り、ＧＳＲセンサに限るものではない。

本発明の信号磁界発生手段である磁石は、幅方向に面着磁されている長さ５０ｃｍ以下、幅１０ｃｍ以下、厚み５ｍｍ以下からなるシート状の磁石であって、１Ｍ〜２０Ｍのピッチで白線に埋設されている。

シート状の磁石は、フェライト磁石粉末またはＮｄＦｅＢ系磁石粉末からなる希土類磁石粉末を混入して作製する。シート状の磁石は、幅５０ｍｍ〜１００ｍｍ、長さ２０ｃｍ〜５０ｃｍ、厚み１ｍｍ〜５ｍｍとする。着磁方向は通常面に垂直に磁化するのが一般的であるが、道路幅方向に強い信号磁界を発生させるために、幅方向の面内着磁とする。

図４には、道路幅３Ｍの２車線の場合における道路中心から白線部までの距離と磁石の信号磁界強度との関係を示す。車両の両側面に磁気センサを設置した普通車（車幅２Ｍとする。）および軽自動車（車幅１．４Ｍとする。）が道路中心から左右に揺れて走行している場合に、車両に設置する左側センサおよび右側センサが検出する信号磁界強度を示している。

図４に示すように、磁石信号磁界の強度は磁石の直上で５００ｍＧ以上、磁石から１０００ｍｍ離れている点で１ｍＧ程度である。磁気センサで計測すると１０００ｍｍ離れた点でも十分検知することができる。すなわち、車両が道路中心から外れて走行している場合でも左側センサおよび右側センサの両者ともに信号磁界強度を検知できる。
したがって、磁石から発生する信号磁界強度と車両から白線までの距離とは定量的な数学的関係が存在するので、信号磁界強度が求まれば白線までの距離を正確に求めることができる。

本発明の信号磁界処理手段は、車両の両側面の磁気センサにより測定された磁界測定値から外乱磁界が取り除かれた磁気式白線の磁石からの信号磁界を求め、外側線および中央線の白線からの距離を算出する演算装置からなる。

また、本発明の信号磁界処理手段は、車両の両側面の磁気センサの磁界の測定値時間微分から道路の進行方向に並んでいるシート磁石を通過した時間を求め、その時刻における信号磁界の測定値を求めて、その信号磁界測定値から両側の白線からの距離と車両のレーン中心からのずれを計算するとともに白線への接近速度を計算することにより脱輪危険度の算出・警報すると同時に車両をレーン中心に誘導するシステムからなる。

信号磁界処理手段は、はじめに磁気センサにより測定された磁界測定値は外乱磁界と信号磁界からなっているので信号磁界だけを分離して求めることである。
図５を用いて説明する。
磁界測定値Ｈｉ（図５（ａ））を求め、その時間微分値ΔＨｉ／Δｔ（図５（ｂ））を計算する。シート磁石を横切った瞬間に鋭い正弦波形が発生するが、ゼロクロス点が磁石シートを横切った瞬間で、それから車両がシート磁石を通過する時刻Ｔｉを連続的に求めることができる。正弦波形の幅が磁石体の幅に対応する。正弦波形の間の時刻ΔTｉを求め、所定の磁石間隔Ｌｐ（例えば１０Ｍとする。）をその値で割ってその瞬間における車両速度Ｖｉ（＝Ｌｐ／ΔＴｉ）を求める。シート磁石の長さＬｍをＶｉで割って磁石を通過するに要する時間ΔＴｍｉ（＝Ｌｍ／Ｖｉ）を求め、正弦波形を±Ｔｉ±ΔＴｍｉの積分幅で積分して、磁界Ｈの山形波形を求める。この磁界Ｈの波高値の最大値が外部磁界を取り除いた求める磁石信号磁界（図５（ｃ））となる。

５個以上の波高値を連続的に比較して波高値の高さと周期時間が一定あるいは連続的に変化することおよび磁石から発生しているはずの理論的に予測される波高値の高さと周期時間と比較して同じ程度になっていることを確認して、磁気センサがシート状磁石の磁界を検知していることを判定する。その上で、波高値の高さが磁石からの磁界強度にのみ対応していることを判定して、その値から白線までの距離Ｒｉを求める。

つぎにＲｉの時間変化Ｖｒ＝ΔＲｉ／Δｔを求めて白線への接近速度として、その速度Ｖｒと距離Ｒｉから白線に乗り上げるまでの時間Ｔｄ（＝Ｒｉ／Ｖｒ）を計算し、その値Ｔｄを使って事前に定めた脱輪危険度を計算してそれを運転手または無人運転制御用ホストコンピュータに通知して、事前に脱輪を回避することを可能とする。

本発明の実施の形態につき、実施例で具体的に説明する。
本発明は、図１に示すようにシート状磁石１４を埋設した磁気式白線１３と車両１１の両側面に取り付けた超高感度高速磁気センサ１２Ｒおよび１３と磁界測定値を信号処理し脱輪危険度を計算する演算装置（図示せず）および危険度を運転手に伝える装置（図示せず）からなっている。
磁気センサは、ＧＳＲセンサを基礎に高速対応型の超高感度磁気センサで、高速かつ高感度特性を両立するために、測定操作モードとしては、測定のインターバル間隔を０．０２ｍ秒（２０ＫＨｚ）として、その時間内で磁界測定回数を１０００回行い、平均化することでノイズを抑制するものである。

ＧＳＲセンサ素子２の構成は、図２を用いて説明する。
基板２１の上部に、４本のアモルファスワイヤ（以下、ワイヤという。）、ワイヤを周回する２個のコイル、２個のワイヤ電極および２個のコイル電極が配置されている。各ワイヤは絶縁性のガラス被覆がされている直径５μｍで長さ０．８ｍｍ、各コイルの巻き数は１００回である。右側のコイル２４Ｒ内には２本のワイヤ２２Ｒ１、２２Ｒ２が並列配置され、左側のコイル２４Ｌ内には２本のワイヤ２３Ｌ１、２３Ｌ２が並列配置されている。ワイヤ電極はワイヤ＋電極２５とワイヤアース２６からなり、コイル電極はコイル出力電極２７とコイルアース電極２８からなる。

ワイヤと電極の接続は、まずワイヤ＋電極２５と右側コイル２４Ｒ内の２本のワイヤ２２Ｒ１および２２Ｒ２の上端部との間を導電性金属で接続し、次に右側の２本のワイヤ２２Ｒ１および２２Ｒ２の下端部と左側コイル２４Ｌ内の２本のワイヤ２３Ｌ１および２３Ｌ２の下端部との間（左右ワイヤ接続部という。）を導電性金属で接続し、最後に左側コイル２４Ｌ内の左側の２本のワイヤ２３Ｌ１および２３Ｌ２の上端部とワイヤアース２６との間を導電性金属で接続する。
この接続により、パルス電流はワイヤ＋電極２５から右側の２本のワイヤ２２Ｒ１および２２Ｒ２を下部方向に向けて流れ、左右ワイヤ接続部を介して、左側の２本のワイヤ２３Ｌ１および２３Ｌ２を上部方向に向けて流れ、ワイヤアース２６に流れる。
検出磁界の方向に対してパルス電流の流れる方向が一つのワイヤは同一方向で、他のワイヤは反対方向となることにより感度が向上する。

本例では、パルス周波数は１．２ＧＨｚとして、ＧＳＲセンサ素子の磁界感度を２００ｍｖ／Ｇと高感度化が実現できる。。

電子回路３の構成は、図３により説明する。
パルス発信回路３１からパルス電流をＧＳＲセンサ素子３２に通電し、その際にコイルに生じるパルス電圧の中、検波タイミングは立ち上がりパルス検波を採用し、パルス時間は５ｎ秒、パルス周期は１００ｎ秒とする。バッファー回路３４を介して、サンプルホールド回路３５のコンデンサ３７の容量は１０ｐＦとする。ホールド電圧は増幅器３８で増幅処理した後ＡＤコンバータ３９で１６ビットのデジタル出力とする。分解能を分解能0.0５ｍＧ／ビットとする。
１回の測定は、０．０５ｍ秒（２０ＫＨｚ）で、１０００回の測定値を使って平均化し測定ノイズを小さくして、磁界検出力を０．０２ｍＧに改善できる。測定レンジは±１．５Ｇとする。必要に応じてウィンドウ操作を行うことで測定レンジは±６Ｇまで可能である。

磁気センサは、上述のＧＳＲセンサ素子２、電子回路３および測定操作モードを組み合わせることで、２０ＫＨｚの測定サンプリング速さ、σノイズで０．０２ｍＧの感度を得ることができ、測定レンジ±１．５Ｇ、ウィンドウ操作で±６Ｇに拡大できる。ＡＤコンバータは１６ビット（分解能０．０５ｍＧ／ビット）の性能をもつ。磁気センサを普通乗用車の運転席および助手席のそれぞれのドアの下部のステップ内にそれぞれ１個ずつ設置し、道路面から高さは２３０ｍｍの位置である。

磁気式白線は、２車線の一般自動車道路の外側線および中央線の白線にシート状磁石を１０Ｍ間隔で埋め込んで作製する。
シート状磁石はフェライト磁石粉末を混入してゴム磁石を作製する。シート状磁石は、幅８０ｍｍ、長さ３０ｃｍ、厚み３ｍｍとする。シート状磁石の着磁方向は幅方向の面内着磁とする。シート状磁石発生する信号磁界の強度は磁石の直上では６５０ｍＧ、１０００ｍｍ離れている点で２ｍＧである。シート状磁石から発生する信号磁界強度と車両から白線までの距離とは定量的な数学的関係が存在するので、信号磁界強度が求まれば白線までの距離を正確に求めることができる。

磁気センサから白線までの距離は、上述のように、磁気センサにより磁界測定値Ｈｉを求め、その時間微分値ΔＨｉ／Δｔを計算して波高値である磁石信号磁界を得る。波高値から白線までの距離Ｒｉを求めることにより普通乗用車と外側線までの距離が求められる。この距離から普通乗用車がレーンから脱輪する危険度が分かる。

つぎに、上述のように、Ｒｉの時間変化から白線への接近速度Ｖｒを求めて、その速度から白線に乗り上げるまでの時間Ｔｄを計算する。その値Ｔｄと事前に定めた脱輪危険度とから判定し、それを運転手または無人運転制御用ホストコンピュータに通知して事前に脱輪を回避することができる。また、道路中心に誘導することもできる。

ここで、本発明は車両の脱輪を防止することによる安全運転支援システムである。
本システムから、外側線から脱輪して車両がガードレール等との衝突あるいは路肩からの転落を防ぐことが可能となる。また、中央線から脱輪して対向車線あるいは隣車線への進入を防ぐことにより車両同士の衝突を回避することができるものである。
本システムにおいて、磁石を埋設する磁気式白線は、一般的には白線を指しているが対向車線との間の中央線には追越禁止の標識として黄線が敷設されている。それゆえ、本発明にて記載している白線には黄線も含まれるものである。
また、中央線あるいは外側線に脱輪防止のために所定の間隔でブロックが敷設されている。しかし、大雪等の場合にはブロックが積雪に埋没して車両の脱輪を防止することが困難となるが、磁石式ブロックとすることにより脱輪を防ぐことが可能となる。従って、本発明の主旨に沿うものであることから、磁気式白線には磁石式ブロックも含まれるものである。

１：磁気式安全運転システム（演算装置などソフトは図示せず）
１１：車両 １２Ｒ：磁気センサ（右側） １２Ｌ：磁気センサ（左側） １３：白線 １４：シート状磁石 １５Ｒ：白線と磁気センサまでの距離（右側） １５Ｌ：白線と磁気センサまでの距離（左側）
２：ＧＳＲセンサ
２１：基板 ２２Ｒ１：アモルファスワイヤ（右側） ２２Ｒ２：アモルファスワイヤ（右側） ２３Ｌ１：アモルファスワイヤ（左側） ２３Ｌ２：アモルファスワイヤ（左側） ２４Ｒ：コイル ２４Ｌ：コイル ２５：ワイヤ＋電極 ２６：ワイヤアース ２７：コイル出力電極 ２８：コイルアース
３：電子回路、
３１：パルス発信回路 ３２：ＧＳＲセンサ素子 ３３：入力側回路 ３４：バッファー回路 ３５：サンプルホールド回路 ３６：電子スイッチ ３７：コンデンサ ３８：増幅器 ３９：ＡＤコンバータ

Claims (5)

1. 信号磁界検出手段と信号磁界発生手段と信号磁界処理手段からなる脱輪防止機能を備える磁気式安全運転支援システムであって、
   前記信号磁界検出手段は、０．１ミリ秒以下の測定サンプリング速さ、σノイズ０．０５ｍＧ以下、１６ビット（分解能０．０３ｍＧ／ビット）の性能を有する超高感度高速磁気センサを車両の両側に設置してなり、
   前記信号磁界発生手段は、道路上の外側線および中央線の白線に所定の間隔で磁石が埋設された磁気式白線からなり、
   前記信号磁界処理手段は、前記車両の両側の前記磁気センサにより測定された磁界測定値から外乱磁界が取り除かれた磁気式白線の磁石からの信号磁界を求め、前記外側線および中央線の白線からの距離を算出する演算装置からなることを特徴とする磁気式安全運転支援システム。
2. 請求項１において、
   前記磁気センサは、超高速スピン回転効果（英語表記：ＧＨｚ Ｓｐｉｎ Ｒｏｔａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）を基礎とするＧＳＲセンサからなることを特徴とする磁気式安全運転支援システム。
3. 請求項２において、
   前記ＧＳＲセンサは、ＧＳＲセンサ素子が集磁用軟磁性体と一体化していることを特徴とする磁気式安全運転支援システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記磁石は、幅方向に面着磁されている長さ５０ｃｍ以下、幅１０ｃｍ以下、厚み５ｍｍ以下からなるシート状磁石であって、１Ｍから２０Ｍのピッチで白線に埋設されていることを特徴とする磁気式安全運転支援システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   前記信号磁界処理手段は、前記車両の両側の磁気センサによる前記磁界測定値の時間微分から道路の進行方向に並んでいる前記シート状磁石を通過した時間を求め、その時刻における前記信号磁界の測定値を前記磁界測定値から外乱磁界の影響を取り除いて求めて、その信号磁界測定値から前記白線からの距離と車両のレーン中心からのずれを計算するとともに白線への接近速度を計算することにより脱輪危険度の算出・警報すると同時に前記車両を前記レーン中心に誘導することを特徴とする磁気式安全運転支援システム。
   
   
   
   

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