JP6996111B2 - 位置推定システム - Google Patents

Description

本発明は、車載機と返信機との間で送受信する電波を利用して、車外に位置する返信機の車両に対する位置を推定する位置推定システムに関するものである。

特許文献１には、車載機と返信機との間で送受信する電波を利用して、車両の内外のいずれに返信機が存在するか検出する技術が開示されている。特許文献１では、車両の運転席側のピラーに取り付けられた第１の送信アンテナと、車両の助手席側のピラーに取り付けられた第２の送信アンテナとで強度の大小を調整して順番に、同心円状の指向性のない電波を送信する。そして、返信機がどちらの送信アンテナからのどの強度の電波を受信したかによって、車両の内外の運転席側と助手席側とのいずれの位置に返信機が存在するか検出する。

特開２０１２－１０７３７７号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術は、車外において返信機を携行する人や自転車乗員等の位置の推定に適用しようとした場合に、車両のごく近傍に対象が限られてしまい、位置推定の長距離化が困難であるという問題点があった。詳しくは、以下の通りである。車両から離れた返信機にも送信アンテナからの電波が届くように出力を上げると、車両に対する返信機の位置にかかわらず、運転席側の第１送信アンテナから受信できる電波の強度と助手席側の第２送信アンテナから受信できる電波の強度とに差が生じにくくなる。よって、位置推定の長距離化をしようとすると、車外に位置する返信機の車両に対する位置を推定できなくなってしまう。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、車載機と返信機との間で送受信する電波を利用して車外に位置する返信機の車両に対する位置推定の長距離化が可能な位置推定システムを提供することにある。

上記目的は独立請求項に記載の特徴の組み合わせにより達成され、また、下位請求項は、発明の更なる有利な具体例を規定する。特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明の位置推定システムは、車両で用いられ、アンテナコイルを備えて所定の周波数の電波を送信する送信アンテナ（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を複数備える車載機（３）と、
車両の外部で用いられ、送信アンテナから送信される電波を受信した場合に返信信号を車載機に返信する返信部（２５，２６）を備える返信機（２）とを含み、
複数の送信アンテナに、送信アンテナがそれぞれ備えるアンテナコイルのループ面の法線方向が、お互いに交差するように配置される少なくとも一対の送信アンテナがあり、
車載機は、
一対の送信アンテナから同時に電波を送信させる第１の送信を行うことに加えて、一つの送信アンテナのみから電波を送信させる第２の送信を行う送信部（３１）と、
送信部で順次送信させた電波に対して返信機から返信される返信信号をもとに、車両に対する返信機の位置を推定する位置推定部（３９）とを備え、
返信機は、
送信アンテナから送信された電波を受信した際の受信強度を特定する返信機側受信強度特定部（２３）を備え、
返信部は、返信機側受信強度特定部で特定した受信強度を含む返信信号を返信し、
位置推定部は、送信部で順次送信させた電波に対して返信機から順次返信される受信強度の大きさ、返信機が受信した電波は送信部が第１の送信および第２の送信のいずれで送信したか、第１の送信での受信強度と距離との関係、および、第２の送信での受信強度と距離との関係に基づいて、車両に対する返信機の位置を推定する。

送信部は、複数の送信アンテナのうち、一対の送信アンテナから同時に、電波を送信させる第１の送信を行う。一対の送信アンテナから同時に電波を送信させることで、一対の送信アンテナのそれぞれから送信される電波により生じる磁界が合成されて、一対の送信アンテナのうちの一方から送信したときと比較して偏りが大きい指向性が生じる。

また、送信部は、第１の送信とは別に第２の送信も行う。第２の送信は、１つの送信アンテナのみから電波を送信させるものである。これにより、第１の送信により生じる磁界と、第２の送信により生じる磁界とは、異なった磁界となる。

そして、前述のように、第１の送信は、偏りが大きい指向性が生じているので、送信アンテナの出力を大きくして電波の届く範囲を長距離化した場合でも、第１の送信と第２の送信とでは、自車周辺における磁界強度の分布のパターンに違いを生じさせることができる。

従って、第１の送信と第２の送信は、自車と返信機との距離が同じであっても、自車に対する返信機の位置が異なると、返信機で電波を受信する受信強度が異なったり、返信機での電波の受信有無が異なったりするようにできる。

これにより、送信部で順次送信させた電波に対して返信機から返信される返信信号も、自車に対する返信機の位置に応じたものとすることが可能になり、自車に対する返信機の位置を推定することも可能になる。その結果、車載機と返信機との間で送受信する電波を利用して車外に位置する返信機の車両に対する位置推定の長距離化が可能になる。

位置推定システム１の概略的な構成の一例を示す図である。 返信機２の概略的な構成の一例を示す図である。 返信機２が受信可能な磁界の一例を示す図である。 車載機３の概略的な構成の一例を示す図である。 Ａパターンの場合の磁界強度の分布の一例を示す図である。 Ｂパターンの場合の磁界強度の分布の一例を示す図である。 Ｃパターン、Ｄパターン、Ｅパターンの場合の磁界強度の分布の一例を示す図である。 車両５の進行方向に対して平行に走行している自転車４の受信領域の一例を示す図である。 車両５の進行方向に対して直交に走行している自転車４の受信領域の一例を示す図である。 自転車４が車両５の進行方向に平行に走行している場合の、送信パターン、自転車４の位置、返信機２の受信強度の関係の代表例を示す図である。 自転車４が車両５の進行方向に直交方向に走行している場合の、送信パターン、自転車４の位置、返信機２の受信強度の関係の代表例を示す図である。 車載機３での位置推定関連処理の流れの一例を示すフローチャートである。

図面を参照しながら、開示のための複数の実施形態を説明する。なお、説明の便宜上、複数の実施形態の間において、それまでの説明に用いた図に示した部分と同一の機能を有する部分については、同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。同一の符号を付した部分については、他の実施形態における説明を参照することができる。

（実施形態１）
＜位置推定システム１の概略構成＞
図１に示すように位置推定システム１は、自転車４に決まった向きで固定された返信機２と、車両５で用いられる車載機３とを含む。

返信機２は、車載機３から送信される電波を受信した場合に、信号を返信する。車載機３は、電波を順次送信し、返信機２から返信される信号を受信した場合、受信したこの信号をもとに返信機２の位置を推定する。

車載機３は、電波を送信する送信アンテナとして、自車の電子キーシステムにおいてＬＦ帯の電波にてリクエスト信号を送信するのに用いる送信アンテナを流用して用いるものとする。ＬＦ帯とは、例えば３０ｋＨｚ～３００ｋＨｚの周波数帯である。電子キーシステムとは、自車の駐車時に、送信アンテナを含む車両側のユニットと電子キーとの間での近距離無線通信によってコード照合を行い、コード照合による認証が成立したことに基づいて、車両ドアの施解錠を行うシステムである。電子キーシステムの構成については、便宜上、詳細な説明は省略する。本実施形態の位置推定システム１では、電子キーシステムで用いられる送信アンテナを流用することで、新たに送信アンテナを設ける無駄を省くことができる。

＜返信機２の概略構成＞
続いて、図２を用いて返信機２についての説明を行う。図２に示すように、返信機２は、受信アンテナ２１、受信回路２２、受信強度特定部２３、制御部２４、送信回路２５、及び送信アンテナ２６を備えている。

受信アンテナ２１は、車載機３から送信されてくるＬＦ帯の電波を受信するためのアンテナである。受信回路２２は、受信アンテナ２１で受信する電波を、後述の受信強度特定部２３で処理できる信号に変換し、受信強度特定部２３に出力する。受信強度特定部２３は、周知のＲＳＳＩ回路等を用いて、受信アンテナ２１で受信した電波の受信強度を特定する。受信強度特定部２３は請求項の返信機側受信強度特定部に相当する。

車載機３が備える後述する送信アンテナ３０は磁界型アンテナであり、受信アンテナ２１は磁界成分を検出するループアンテナである。送信アンテナ３０に対する磁界のベクトル成分のうち、返信機２の受信アンテナ２１が受信可能なベクトル成分は、受信アンテナ２１の向きで決定される。

図３は、自転車４の前輪の車軸に沿った方向のベクトル成分を受信可能となる向きに受信アンテナ２１が向くように、返信機２が自転車４に固定されていることを示している。尚、以降では便宜上、返信機２を自転車４の前輪の車軸に沿った方向のベクトル成分を最大感度で受信可能となるように固定されたものとして説明を行う。しかし、受信アンテナ２１がどの方向のベクトル成分を受信可能となるかは、自転車４に対して返信機２を固定する向きによって適宜変化させることができる。

制御部２４は、受信アンテナ２１でＬＦ帯の電波を受信した場合に、受信強度特定部２３で特定した受信強度を示す返信信号を送信回路２５に出力する。送信回路２５は、ＵＨＦ帯の電波で信号を送信するための送信アンテナ２６から、受信強度特定部２３で特定した受信強度を示す返信信号を送信する。この送信回路２５及び送信アンテナ２６が請求項の返信部に相当する。ＵＨＦ帯とは、例えば３００ＭＨｚ～３ＧＨｚの周波数帯である。

＜車載機３の概略構成＞
続いて、図４を用いて、車載機３の概略的な構成について説明を行う。図４に示すように車載機３は、第１送信アンテナ３０ａ、第２送信アンテナ３０ｂ、第３送信アンテナ３０ｃ、送信部３１、受信アンテナ３７、受信回路３８、位置推定部３９、及び受信強度特定部４０を備えている。送信部３１は、第１送信回路３２ａ、第２送信回路３２ｂ、第３送信回路３２ｃ、発振器３３、位相可変器３４、位相制御部３５、及び出力制御部３６を備えている。

第１送信アンテナ３０ａ、第２送信アンテナ３０ｂ、及び第３送信アンテナ３０ｃは、自車外に向けてＬＦ帯の電波を送信するための送信アンテナである。以降では、各々を区別しない場合には送信アンテナ３０と呼ぶ。送信アンテナ３０はアンテナコイルを用いる例えば一軸のバーアンテナであるものとする。つまり、各送信アンテナ３０は、アンテナコイルを１つのみ備える構成であるとする。ただし、これとは異なり、各送信アンテナ３０が、互いに直交する２つのアンテナコイルを備えた構成としてもよい。

第１送信アンテナ３０ａは、例えば自車のトランクの下のリアバンパー内など自車後面に設けられる。第２送信アンテナ３０ｂは、例えば自車の右側のサイドドアのドアノブ等の自車右側面に設けられる。第３送信アンテナ３０ｃは、例えば自車の左側のサイドドアのドアノブ等の自車左側面に設けられる。

尚、第１送信アンテナ３０ａのアンテナコイルのループ面の法線方向と第２送信アンテナ３０ｂのアンテナコイルのループ面の法線方向とが互いに交差するように設けられる。また、第１送信アンテナ３０ａのアンテナコイルのループ面の法線方向と第３送信アンテナ３０ｃのアンテナコイルのループ面の法線方向とが互いに交差するように設けられる。

具体的には、アンテナ３０は、いずれも水平に設けられる。第２送信アンテナ３０ｂ、第３送信アンテナ３０ｃは、車両５の側面に設けられるのに対して、第１送信アンテナ３０ａは車両５の後面に設けられるので、第１送信アンテナ３０ａのアンテナコイルのループ面の法線方向と第２送信アンテナ３０ｂのアンテナコイルのループ面の法線方向とが互いに交差する。また、第１送信アンテナ３０ａのアンテナコイルのループ面の法線方向と第３送信アンテナ３０ｃのアンテナコイルのループ面の法線方向も互いに交差する。

第１送信回路３２ａ、第２送信回路３２ｂ、及び第３送信回路３２ｃは、後述する出力制御部３６による制御に従って、送信アンテナ３０から電波を送信させる。発振器３３は、一定の周波数及び振幅の搬送波を出力する。搬送波の周波数は、電子キーシステムでリクエスト信号を送信するのに用いるのと同じ周波数であるものとする。第１送信回路３２ａには位相可変器３４を介して発振器３３から搬送波が入力され、第２送信回路３２ｂ及び第３送信回路３２ｃにも発振器３３から搬送波が入力される。すなわち、第１送信回路３２ａ、第２送信回路３２ｂ、及び第３送信回路３２ｃには、発振器３３から共通の搬送波が入力される。

位相可変器３４は、位相制御部３５による制御に従って、発振器３３から入力される搬送波の位相を変化させる。これは、位相可変器３４は、第１送信アンテナ３０ａから送信される電波の位相を、位相可変器３４がない場合に対して変化させることを意味する。位相可変器３４は、位相制御部３５による制御に従って、発振器３３から入力される搬送波の周波数の位相を１８０度シフトさせるか、若しくは搬送波の位相をシフトさせないかのいずれかを行う。すなわち、搬送波の周波数の位相を反転させるか反転させないかのいずれかを行う。電波の位相を反転させることで、第１送信アンテナ３０ａから送信されるＬＦ帯の電波が形成する磁界ベクトルの向きが反転する。

尚、位相可変器３４は、発振器３３から入力される搬送波の周波数の位相を０度及び１８０度以外にシフトさせることが可能な構成としてもよいが、車載機３の簡略化及びコスト低減のためには、位相を０度及び１８０度以外にシフトさせることのない簡略な構成とすることが好ましい。

出力制御部３６は、第１送信回路３２ａ、第２送信回路３２ｂ、及び第３送信回路３２ｃを制御して、各送信アンテナ３０の送信出力を変更したり、電波を送信する送信アンテナ３０を切り替えたりする。

本実施形態では、第１送信アンテナ３０ａと第３送信アンテナ３０ｃの一対の送信アンテナ３０から同時に電波を送信する。第１送信アンテナ３０ａと第３送信アンテナ３０ｃとで同時に電波を送信する送信パターンは、後述するＡパターンとＢパターンとが存在する。これらＡパターンおよびＢパターンは、いずれも請求項の第１の送信に相当する。また、ＡパターンとＢパターンは、位相差が互いに相違する。よって、本実施形態では、互いに異なる位相差で２回（すなわち複数回）、第１の送信を行う。

また、第１送信アンテナ３０ａのみ電波を送信する送信パターンをＣパターンとする。第２送信アンテナ３０ｂのみ電波を送信する送信パターンをＤパターンとする。第３送信アンテナ３０ｃのみ電波を送信する送信パターンをＥパターンとする。これらＣパターン、Ｄパターン、Ｅパターンは、いずれも請求項の第２の送信に相当する。また、第１送信アンテナ３０ａ、第２送信アンテナ３０ｂ、第３送信アンテナ３０ｃは、車両５の互いに異なる周面に配置されている。よって、本実施形態では、第２の送信を、互いに異なる周面に配置されている送信アンテナ３０を単独で用いて３回行うことになる。

尚、同時に電波を送信させる送信アンテナ３０の組み合わせは上記に限られるものではなく、第１送信アンテナ３０ａと第２送信アンテナ３０ｂとで同時に電波を送信させてもよい。例えば、第１送信アンテナ３０ａと第２送信アンテナ３０ｂとで同時に電波を送信する送信パターンを、後述するＡパターン、後述するＢパターンとしてもよい。

Ａパターンは、第１送信アンテナ３０ａと第３送信アンテナ３０ｃとから同時に電波を送信する。Ａパターンでは、位相可変器３４により、第１送信アンテナ３０ａから送信する電波の位相に対する、第３送信アンテナ３０ｃから送信させる電波の位相を同位相または逆位相のうち予め定められた側にする。

Ｂパターンも、第１送信アンテナ３０ａと第３送信アンテナ３０ｃとから同時に電波を送信する。Ｂパターンは、Ａパターンとはタイミングをずらして行われる。Ｂパターンでは、位相可変器３４により、第１送信アンテナ３０ａの位相を、Ａパターンとは反対の位相にする。例えば、Ａパターンにおいて、第１送信アンテナ３０ａと第３送信アンテナ３０ｃとが同位相であった場合、Ｂパターンでは、第１送信アンテナ３０ａと第３送信アンテナ３０ｃが逆位相となるように変化される。

Ａパターン、Ｂパターンは、一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃから電波を同時に送信させる。第１送信アンテナ３０ａと第３送信アンテナ３０ｃは、それらのアンテナが備えるアンテナコイルのループ面の法線方向が交差する。よって、それぞれの送信アンテナ３０ａ、３０ｃが送信する電波が形成する磁界の向きが相違する。

したがって、一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃのそれぞれから送信される電波により生じる磁界が合成されると、一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃのうちの一方から送信したときと比較して偏りが大きい指向性が生じる。

Ａパターンでは、第１送信アンテナ３０ａが送信する電波と第３送信アンテナ３０ｃが送信する電波は、それぞれ図５に示す磁界を形成する。なお、図５は、車両５を含む水平面の磁界の向きの一例である。

例えば、図５（ａ）に示すように、第１送信アンテナ３０ａが送信する電波は、車両５の後方には上方から見て反時計回りに磁界を形成し、車両５の前方には上方から見て時計回りに磁界を形成する。図５（ｂ）に示すように、第３送信アンテナ３０ｃが送信する電波は、車両５の左側には上方から見て時計回りに磁界を形成し、車両５の右側には上方から見て反時計回りに磁界を形成する。

図５（ｃ）に示すように、第１送信アンテナ３０ａが送信する電波により形成される磁界と第３送信アンテナ３０ｃが送信する電波により形成される磁界が合成される。これら２つの磁界が合成されることで、同じ方向に形成される磁界は強くなり、お互いが反対方向に形成される磁界は弱くなる。よって、図５（ｃ）の場合、車両５の左側前方と右側後方の磁界強度が大きくなり、車両の右側前方と左側後方の磁界強度が相対的に小さくなる。

Ｂパターンも、一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃから電波を同時に送信させることにより、一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃのそれぞれから送信される電波により生じる磁界が合成される。よって、Ｂパターンも、一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃのうちの一方から送信したときと比較して偏りが大きい指向性が生じる。ＡパターンとＢパターンの違いは、位相可変器３４により、送信アンテナ３０ａが送信する電波の位相をＡパターンに対して１８０度シフトした位相、すなわち逆位相とする点である。１８０度位相がシフトすることにより、送信アンテナ３０ａが送信する電波が形成する磁界の向きがＡパターンとは逆になる。

そのため、Ａパターンで形成される合成磁界の強度分布と、Ｂパターンで形成される合成磁界の強度分布は、異なった磁界強度の分布となる。

図６は、Ｂパターンにおいて形成される磁界を示す図である。図６（ａ）は、Ｂパターンにおいて第３送信アンテナ３０ｃが送信する電波により形成される磁界である。図６（ｂ）は、Ｂパターンにおいて第１送信アンテナ３０ａが送信する電波により形成される磁界である。図６（ｃ）はＢパターンにおいて形成される合成磁界である。

図６（ａ）に示すように、第１送信アンテナ３０ａは、Ａパターンとは逆向きの磁界を形成する。図６（ｂ）に示すように、第３送信アンテナ３０ｃは、Ａパターンと同じ磁界を形成する。図６（ｃ）に示すように、Ｂパターンでは、位相が１８０度シフトした、第１送信アンテナ３０ａが送信する電波が形成する磁界と、第３送信アンテナ３０ｃが送信する電波が形成する磁界が合成される。これら２つの磁界が合成されることで、車両５の右側前方と左側後方の磁界強度が大きくなり、車両５の右側後方と左側前方の磁界強度が相対的に小さくなる。

Ｃパターンは、第１送信アンテナ３０ａのみが電波を送信する。Ｄパターンは、第２送信アンテナ３０ｂのみが電波を送信する。Ｅパターンは、第３送信アンテナ３０ｃのみが電波を送信する。これらＣ、Ｄ、Ｅパターンは、１つの送信アンテナ３０のみしか電波を送信しないので、電波を送信する各送信アンテナ３０に対して水平面内の指向性が円形、すなわち指向性の広い電波が送信される。

図７（ａ）は、Ｃパターンの磁界分布を例示している。Ｃパターンで形成される磁界には、第１送信アンテナ３０ａから車両５の真後ろ方向に延びる磁界が含まれる。その他に、第１送信アンテナ３０ａを基点に車両５の前方向にも磁界が形成される。車両５の前方向に形成される磁界が、車両５の後ろ方向に形成される磁界よりも弱い理由は、車両５により磁界が弱められるからである。車両５の幅方向に延びている長楕円形の磁界は、サイドローブである。

Ｃパターンでの送信出力は、車両５の後方に形成される磁界の強度が、ＡパターンあるいはＢパターンで車両５の後方に形成される磁界の強度と同程度になるように調整される。ＡパターンあるいはＢパターンにおける返信機２の返信により、返信機２が車両５の前後いずれかの遠方に存在していると推定される場合に、返信機２が車両５の前後いずれに存在しているかを判定するためである。

図７（ｂ）は、Ｄパターンの磁界分布を例示している。Ｄパターンで形成される磁界には、第２送信アンテナ３０ｂから車両５の右側方に延びる磁界が含まれる。その他に、第２送信アンテナ３０ｂを基点に車両５の左側方にも磁界が形成される。車両５の左方向に形成される磁界は、車両５の影響により、車両５の右側方に延びる磁界よりも弱い。車両５の前後方向に延びている長楕円形の磁界は、サイドローブである。

Ｄパターンでの送信出力は、車両５の右側方に形成される磁界の強度が、ＡパターンあるいはＢパターンで車両５の右側方に形成される磁界の強度と同程度になるように調整される。

図７（ｃ）は、Ｅパターンの磁界分布を例示している。Ｅパターンで形成される磁界には、第３送信アンテナ３０ｃから車両５の左側方に延びる磁界が含まれる。その他に、第３送信アンテナ３０ｃを基点に車両５の右側方にも磁界が形成される。車両５の右方向に形成される磁界は、車両５の影響により、車両５の左側方に延びる磁界よりも弱い。車両５の前後方向に延びている長楕円形の磁界は、サイドローブである。

Ｅパターンでの送信出力は、車両５の左側方に形成される磁界の強度が、ＡパターンあるいはＢパターンで車両５の左側方に形成される磁界の強度と同程度になるように調整される。Ｄパターン、Ｅパターンにおける送信出力がこのような強度に調整されている理由は、ＡパターンあるいはＢパターンにおける返信機２の返信により、返信機２が車両５の左右いずれかの遠方に存在していると推定される場合に、返信機２が車両５の左右いずれに存在しているかを判定するためである。

Ａパターン、Ｂパターンにおいて、各送信アンテナ３０の送信出力の比率は同じであってもよいが、磁界強度の分布が、送信パターンに応じて後述の位置推定が行いやすく偏るように比率を異ならせることが好ましい。一例としては、第１送信アンテナ３０ａと第３送信アンテナ３０ｃの送信出力の比率は２：３とすればよい。

また、Ａパターン、Ｂパターンで各アンテナ３０が送信する出力は、車載機３からの距離が１５ｍあるいはそれ以上離れた地点で返信機２が車載機３からの電波を受信できる程度の出力とする。

Ｃパターン、Ｄパターン、Ｅパターンにおける送信出力は、返信機２が車載機３からの電波を受信可能な最大距離が、Ａパターン、Ｂパターンにおいて、返信機２が車載機３からの電波を受信可能な最大距離と同程度になるように調整する。

受信アンテナ３７は、返信機２からＵＨＦ帯の電波で送信されてくる信号を受信するためのアンテナである。受信回路３８は、受信アンテナ３７で返信機２から受信した、返信信号を復調し、位置推定部３９へ出力する。

位置推定部３９は、送信部３１で順次送信させた電波に対して返信機２から返信される信号により示されている、車載機３からの信号を返信機２が受信した受信強度を比較する。比較の対象は閾値、あるいは、他の送信パターンで送信したときの返信信号に含まれている受信強度である。この比較により、受信強度の大きさを、大小２つの区分など、複数の区分から決定する。

加えて、位置推定部３９は、送信パターンで送信させた電波に対して返信機２からの返信の有無を判断する。これらから自車に対する返信機２の位置を推定する。

一例として、送信部３１で順次電波を送信させる送信パターンを、Ａパターン、Ｂパターン、Ｃパターン、Ｄパターン、Ｅパターンとした場合の推定位置の考え方を以下に説明する。

車両５の進行方向に対して平行に走行している自転車４を考える。Ａパターンでの磁界強度の分布のうち、返信機２が車載機３から送信された電波を受信できる領域である第１の受信領域を図８（ａ）に示す。

図５にも示したように、Ａパターンでは、車両５の左側前方と右側後方の磁界強度が大きくなり、車両５の右側前方と左側後方の磁界強度が相対的に小さくなる。また、自転車４が車両５の進行方向に対して平行に走行している場合、受信アンテナ２１のループ面は、車両５の進行方向に対して平行である。自転車４が車両５の進行方向に対して平行に走行している場合の受信領域は、Ａパターンにより形成される磁界のうち、このループ面を通過する磁界成分を抽出したものとなる。そのため、図８（ａ）に示すように、自転車４が車両５の進行方向に対して平行に走行している場合、Ａパターンにより形成される受信領域は、左側前方と右側後方の受信領域が大きくなり、車両５の正面、真後ろ、真横方向が非受信領域となる。

図８（ｂ）は、自転車４が車両５の進行方向に対して平行に走行している場合の受信領域である点では図８（ａ）と同じである。図８（ｂ）は、Ｂパターンで磁界を形成した場合に、返信機２が車載機３から送信された電波を受信できる領域である第２の受信領域である。Ｂパターンでは、車両の右側前方と左側後方の磁界強度が大きくなり、車両の右側後方と左側前方の磁界強度が相対的に小さくなるため、車両の右側前方と左側後方の受信領域が、車両の右側後方と左側前方の受信領域よりも大きくなる。

これらのことから分かるように、車両５が前進走行中であるときに車載機３がＡパターンとＢパターンを交互に繰り返すと、車両５の左前方から車両５に向かって進行してくる自転車４は、先にＡパターンの受信領域に入ることになる。また、その後も、Ａパターンのときの受信強度のほうが、Ｂパターンのときの受信強度よりも大きくなる。

一方、車両５の右前方から車両５に向かって進行してくる自転車４は、先にＢパターンの受信領域に入ることになる。また、その後も、Ｂパターンのときの受信強度のほうが、Ａパターンのときの受信強度よりも大きくなる。このことから、図８にも示すように、Ａパターンは左判定のパターンであり、Ｂパターンは右判定のパターンであるとしている。

なお、自転車４が車両５の進行方向に対して平行に走行しているとしても、Ａパターンでは車両５の左側前方だけでなく、右前、右後、左後にも受信領域は形成され、Ｂパターンでは車両５の右側前方だけでなく、左前、左後、右後にも受信領域は形成される。よって、これらのどこに自転車４が存在するかの絞り込み処理が必要になる。この点については後述する。

加えて、道路を走行中の車両５に対する自転車４の進行方向は、車両５の進行方向に対して平行とは限らない。交差点などでは、車両５に対して直交する方向に自転車４が進行していることもある。

そこで、車両５の進行方向に対して直交する方向に走行している自転車４を考える。車載機３が同じＡパターンで電波を送信しても、自転車４が車両５の進行方向に対して直交する方向に走行していると、自転車４が車両５の進行方向に対して平行に走行している場合とは、返信機２が受信可能なベクトル成分が異なる。

具体的には、自転車４が車両５の進行方向に対して直交する方向に走行している場合、返信機２が車載機３から送信された電波を受信できる領域は、図９に示すような領域となる。

自転車４が車両５の進行方向に対して直交する方向に走行している場合において、Ａパターンで車載機３が電波を送信したときに、返信機２が車載機３から送信された電波を受信できる領域である第３の受信領域を図９（ａ）に示す。

自転車４が車両５の進行方向に対して直交する方向に走行している場合は、受信アンテナ２１のループ面は、車両５の進行方向に対して直交する。したがって、自転車４が車両５の進行方向に対して直交する方向に走行している場合の受信領域は、Ａパターンにより形成される磁界のうち、車両５の進行方向に平行な磁界成分を抽出したものとなる。図９（ａ）に示すように、第３の受信領域は、車両５の右側前方、右側方にも受信領域が形成される。

Ａパターンでは、車両５の左側前方と右側後方の磁界強度が大きくなり、車両５の右側前方と左側後方の磁界強度が相対的に小さくなるにもかかわらず、第３の受信領域は、車両５の右側前方と左側後方の受信領域が、車両５の右側後方と左側前方の受信領域よりも大きくなる。

自転車４が車両５の進行方向に対して直交する方向に走行している場合において、Ｂパターンで車載機３が電波を送信したときに、返信機２が車載機３から送信された電波を受信できる領域である第４の受信領域を図９（ｂ）に示す。

Ｂパターンでは、車両５の右側前方と左側後方の磁界強度が大きくなり、車両５の右側後方と左側前方の磁界強度が相対的に小さくなるにもかかわらず、第４の受信領域は、車両５の右側後方と左側前方の受信領域が、車両５の左側後方と左側前方の受信領域よりも大きくなる。

自転車４が車両５の進行方向に対して直交する方向に走行していても、位置推定部３９は、誤って自転車４の位置を推定しないようにする必要がある。仮に、位置推定部３９は、単純に、ＢパターンよりＡパターンの方が、返信機２での受信強度が大きかった場合、自転車４が車両５の左側前方に存在すると推定すると、図９（ａ）の位置に示す自転車４を車両５の左側に位置していると判定してしまう。自転車４が図９（ａ）の位置に存在している場合にも、返信機２が受信する受信強度は、Ａパターンのときの方が大きくなってしまうからである。

また、図９（ｂ）の位置に示す自転車４を車両５の右側に位置していると判定してしまう。自転車４が図９（ｂ）の位置に存在している場合にも、返信機２が受信する受信強度は、Ｂパターンのときの方が大きくなってしまうからである。

つまり、ＢパターンとＡパターンで、返信機２での受信強度を比較するだけでは、位置推定部３９は、自転車４が車両５の左側前方に存在するのか車両５の右側前方に存在するのか、または、自転車４が車両５の右側後方に存在するのか車両５の左側後方に存在するのかを判断することができない。

その他にも、ＡパターンとＢパターンだけでは、自転車４が左側前方に存在しているのか、右側後方に存在しているかを区別できないなど、ＡパターンとＢパターンだけでは、自転車４の位置を推定することは容易ではない。そこで、位置推定部３９は、Ａパターン、Ｂパターンに加えて、Ｃパターン、Ｄパターン、Ｅパターンも利用して自車に対する返信機２の位置を推定する。

図１０は、自転車４が車両５の進行方向に対して平行に走行しているとした場合において、送信パターン、自転車４の位置、返信機２の受信強度の関係の代表例を示す図である。図１０には、自転車の位置の例として１２の位置を示している。

図１０の見方を説明する。自転車４が車両５と平行に走行している場合、Ａパターンで送信すると、受信領域は図８（ａ）に示す第１の受信領域になる。この第１の受信領域において、大きな受信領域が生じている方向である左前遠方および右後遠方に自転車４が存在している場合、返信機２は、受信強度「小」で電波を受信する。この方向において距離が近くなると、返信機２は受信強度「大」で電波を受信する。

なお、受信強度「小」は第１閾値以上、かつ、第１閾値よりも大きい第２閾値以下の受信強度を意味し、受信強度「大」は第２閾値よりも大きい受信強度を意味する。また、図１０および図１１において、「遠」は、受信領域の最大距離の１／２～受信領域の最大距離までを意味し、「近」は、車両５からの距離が０ｍ～受信領域の最大距離の１／２までを意味する。ただし、最大距離の１／２は、厳密な意味ではなく、目安として用いている。

また、左前や右後に比べて相対的に小さな受信領域が生じている右前、左後に自転車４が位置している場合、車両５からの距離が近いときに、返信機２は受信強度「小」で電波を受信する。

Ｂパターンについては、Ａパターンと左右が入れ替わるだけであるので、説明を省略する。Ｃパターンでは、車両５の後方に大きな受信領域が形成されている。したがって、自転車４が車両５の後方の遠い位置に位置している場合、方向が車両５の左後でも、また、車両５の右後でも、受信強度「小」で電波を受信する。また、自転車４の位置が車両５の後方において近い位置であると、受信強度「大」で電波を受信する。Ｃパターンでは車両５の前方にも、ある程度、受信領域が形成される、したがって、自転車４の位置が車両の前方の近い位置であれば、車両５に対する自転車４の方向が右でも左でも、返信機２は受信強度「小」で電波を受信する。

Ｄパターンでは車両５の右側方に大きな受信領域が形成される。したがって、自転車４が右側方に存在している場合、返信機２は、車両５からの距離が遠いと受信強度「小」で電波を受信し、車両５からの距離が近いと受信強度「大」で電波を受信する。また、Ｄパターンは、車両５の前後方向にも、車両５からの距離が近いところには、メインローブおよびサイドローブにより、受信領域が形成される。そのため、Ｄパターンでは、自転車４の位置が車両５の前の近い位置であるとき、および、車両５の後ろの近い位置であるときにも、返信機２は受信強度「小」で電波を受信する。Ｅパターンについては、Ｄパターンと左右が入れ替わるだけであるので、説明を省略する。

図１１は、自転車４が車両５の進行方向に対して直交する方向に走行しているとした場合において、送信パターン、自転車４の位置、返信機２の受信強度の関係の代表例を示す図である。自転車４の位置の例として、図１０と同じ１２の位置を示している。

図１１の見方は、図１０と同じである。また、図１０と同様、大きな受信領域が形成されている方向では、遠方の受信強度を「小」、近距離の受信強度を「大」としており、相対的に小さな受信領域が形成されている方向では近距離の受信強度を「小」としている。受信強度の「大」「小」を付与する考え方が図１０と同じなので、詳細な説明は省略する。

図１０、図１１から分かるように、Ａパターン、Ｂパターンだけでは、Ｎｏ．１～Ｎｏ．２４において○印がついている組み合わせに同じ組み合わせが生じる。しかし、Ａパターン～Ｅパターンまでを行うとＮｏ．１～Ｎｏ．２４において○印がついている組み合わせは全て異なる。つまり、よって、Ａパターン～Ｅパターンまでの送信を行い、受信強度の有無、および、受信強度の大小を判定することで、返信機２の位置を絞り込むことができる。

なお、図１０、図１１は、説明の簡略化のために、自転車４の位置を１２の位置とし、受信強度を「大」「小」２段階とした。しかし、受信強度を３段階以上に分ければ、自転車４の位置を、１３よりも多い位置とすることもできる。つまり、受信強度をより詳細に判断することにより、自転車４の位置を、より詳細に判断することができる。加えて、次に説明する受信強度特定部４０が特定した受信強度を用いることでも、自転車４の位置をより詳細に判断することができる。

請求項の車載機側受信強度特定部に相当する受信強度特定部４０は、返信機２が備える図示しないＵＨＦ送信器からのＵＨＦ帯の電波を受信した際の受信強度を特定する。車載機３と返信機２との距離が遠くなるほど、この受信強度が低下することを利用して、位置推定部３９は、ＡパターンからＥパターンの送信を行って推定した返信機２の距離を、受信強度特定部４０が特定した受信強度に基づいて補正する。

補正の方法は、たとえば、ＡパターンからＥパターンの送信を行って推定した返信機２の距離と、受信強度特定部４０が特定した受信強度から決定した距離とを平均する。あるいは、ＡパターンからＥパターンの送信を行って推定した返信機２の距離を、受信強度特定部４０が特定した受信強度から決定した距離に置き換えてもよい。

また、複数の送信パターンを行って得られた返信機２の位置の候補を、受信強度特定部４０が特定した受信強度を用いて絞り込んでもよい。

＜車載機３での位置推定関連処理＞
続いて、車載機３での自車に対する返信機２の位置推定に関連する処理（以下、位置推定関連処理）について、図１２のフローチャートを用いて説明を行う。図１２のフローチャートは、例えばウィンカレバーといった自車の方向指示器を動作させるための操作部材が操作された場合に開始される構成とすればよい。これにより、自車の右左折時に、自車の進行方向周辺に返信機２を携帯した自転車が位置するか推定する。一例としては、ボデーＥＣＵから出力されるウィンカスイッチの信号が、ウィンカレバーが操作されたことを示す信号であったことをトリガに送信部３１が処理を開始する構成とすればよい。

まず、ステップＳ１では、送信部３１が、Ａパターンで電波を送信させる。ステップＳ２では、受信アンテナ３７及び受信回路３８が、返信機２から返信されてくる返信信号を受信する。そして、返信信号を位置推定部３９へ出力する。なお、車載機３から電波を送信してから一定時間内に返信機２からの返信がなかった場合には、返信機２からの返信なしとして、例えば受信強度０を示す信号を位置推定部３９へ出力する構成とすればよい。以降についても同様である。

ステップＳ３では、Ｂパターンで電波を送信させる。ステップＳ４では、受信アンテナ３７及び受信回路３８が、返信機２から返信されてくる返信信号を受信する。

ステップＳ５では、Ｃパターン、すなわち、第１送信アンテナ３０ａのみから電波を送信させる。ステップＳ６では、受信アンテナ３７及び受信回路３８が、返信機２から返信されてくる返信信号を受信する。

ステップＳ７では、Ｄパターン、すなわち、第２送信アンテナ３０ｂのみから電波を送信させる。ステップＳ８では、受信アンテナ３７及び受信回路３８が、返信機２から返信されてくる返信信号を受信する。

ステップＳ９では、Ｅパターン、すなわち、第３送信アンテナ３０ｃのみから電波を送信させる。ステップＳ１０では、受信アンテナ３７及び受信回路３８が、返信機２から返信されてくる返信信号を受信する。

ステップＳ１１では、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ１０で受信した結果から、位置推定部３９が自車に対する返信機２の位置を推定する。自車に対する返信機２の位置を推定した後は、自車に対する返信機２の位置をもとに、その返信機２が取り付けられている自転車４の自車に対する位置を表示装置や音声出力装置等の報知装置から報知させる構成とすればよい。なお、位置推定部３９は、ウィンカスイッチの信号をもとに、自車が方向転換しようとする方向周辺に限った返信機２の位置を推定する構成としてもよい。例えば、自車が右折しようとする場合には、自車の右側前方に位置するか、右側後方に位置するか、いずれにも位置しないかを推定する構成とすればよい。また、自車が左折しようとする場合には、自車の左側前方に位置するか、左側後方に位置するか、いずれにも位置しないかを推定する構成とすればよい。

ステップＳ１２では、位置推定関連処理の終了タイミングであった場合（Ｓ１２でＹＥＳ）には、位置推定関連処理を終了する。一方、位置推定関連処理の終了タイミングでなかった場合（Ｓ１２でＮＯ）には、Ｓ１に戻って処理を繰り返す。位置推定関連処理の終了タイミングとしては、ウィンカレバーが中立位置に戻ったとき等が挙げられる。

なお、図１２のフローチャートでは、Ａパターン、Ｂパターン、Ｃパターン、Ｄパターン、Ｅパターンの順で送信タイミングをずらして電波を送信させる構成を示したが、必ずしもこれに限らない。送信パターンの順序は、図１２の並び順以外であっても構わない。また、位置推定関連処理は、自車が走行を開始したときに開始し、自車が停車したときに終了する構成としてもよいし、自車の車速が０よりも大きい所定値以上となったときに開始し、自車の車速がこの所定値未満となったときに終了する構成としてもよい。

＜実施形態１のまとめ＞
第１実施形態によれば、送信部３１は、複数の送信アンテナ３０のうち、アンテナコイルのループ面の法線方向が直交する一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃから同時に電波を送信させる第１の送信を行う。

一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃから同時に電波を送信させることで、図５、６に示すように、一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃのそれぞれから送信される電波により生じる磁界が合成される。その結果、一対の送信アンテナ３０ａ、３０ｃのうちの一方から送信したときと比較して偏りが大きい指向性が生じる。

また、送信部３１は、第２の送信も行う。第２の送信は、１つの送信アンテナ３０のみから電波を送信させる。第２の送信では、図７に示すように、水平面内の指向性が円形に電波が送信される。よって、第１の送信により生じる磁界と、第２の送信により生じる磁界とは、異なった磁界となる。

よって、送信アンテナ３０の出力を大きくして電波の届く範囲を長距離化した場合でも、第１の送信と第２の送信とでは、自車周辺における磁界強度の分布のパターンに違いを生じさせることができる。

従って、第１の送信と第２の送信は、自車に対する返信機２の位置に応じて、返信機２で電波を受信する受信強度が異なったり、返信機２での電波の受信有無が異なったりするようにできる。これにより、送信部３１で順次送信させた電波に対して返信機２から返信される信号も、自車に対する返信機２の位置に応じたものとすることが可能になり、自車に対する返信機２の位置を推定することも可能になる。

その結果、車載機３と返信機２との間で送受信する電波を利用して車外に位置する返信機２の車両に対する位置を推定することを、位置推定の長距離化を可能にしつつも、より精度よく行うことが可能になる。

（実施形態２）
図１０、図１１を用いて説明したように、返信機２が受信した受信強度をもとにして、返信機２の位置を推定することができる。よって、車載機３が備える受信強度特定部４０により特定した受信強度による位置補正を省略してもよい。

（実施形態３）
実施形態１では、自車の電子キーシステムにおいてＬＦ帯の電波にてリクエスト信号を送信するのに用いる送信アンテナを流用して用いる構成を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、自車の電子キーシステムで用いるのとは別の送信アンテナを用いる構成としてもよい。この場合、車載機３から返信機２に送信する電波は、ＬＦ帯以外の周波数の電波としてもよく、返信機２から車載機３に信号を送信するのに用いる電波は、ＵＨＦ帯以外の周波数の電波としてもよい。

（実施形態４）
送信アンテナ３０を、車両５の前面に備えてもよい。

（実施形態５）
同位相および逆位相以外の位相差を生じさせて一対の送信アンテナ３０から同時に電波を送信してもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態及び変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 位置推定システム、２ 返信機、３ 車載機、２１ 受信アンテナ、２２ 受信回路、２３ 受信強度特定部、２４ 制御部、２５ 送信回路（返信部）、２６ 送信アンテナ（返信部）、３０ａ 第１送信アンテナ（送信アンテナ）、３０ｂ 第２送信アンテナ（送信アンテナ）、３０ｃ 第３送信アンテナ（送信アンテナ）、３１ 送信部、３２ａ 第１送信回路、３２ｂ 第２送信回路、３２ｃ 第３送信回路、３３ 発振器、３４ 位相可変器、３５ 位相制御部、３６ 出力制御部、３７ 受信アンテナ、３８ 受信回路、３９ 位置推定部、４０ 車載機側受信強度特定部。

Claims (6)

1. 車両で用いられ、アンテナコイルを備えて所定の周波数の電波を送信する送信アンテナ（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）を複数備える車載機（３）と、
   前記車両の外部で用いられ、前記送信アンテナから送信される電波を受信した場合に返信信号を前記車載機に返信する返信部（２５，２６）を備える返信機（２）とを含み、
   複数の前記送信アンテナに、前記送信アンテナがそれぞれ備える前記アンテナコイルのループ面の法線方向が、お互いに交差するように配置される少なくとも一対の前記送信アンテナがあり、
   前記車載機は、
   一対の前記送信アンテナから同時に電波を送信させる第１の送信を行うことに加えて、一つの前記送信アンテナのみから電波を送信させる第２の送信を行う送信部（３１）と、
   前記送信部で順次送信させた電波に対して前記返信機から返信される前記返信信号をもとに、前記車両に対する前記返信機の位置を推定する位置推定部（３９）とを備える位置推定システムであって、
   前記返信機は、
   前記送信アンテナから送信された電波を受信した際の受信強度を特定する返信機側受信強度特定部（２３）を備え、
   前記返信部は、前記返信機側受信強度特定部で特定した受信強度を含む前記返信信号を返信し、
   前記位置推定部は、前記送信部で順次送信させた電波に対して前記返信機から順次返信される前記受信強度の大きさ、前記返信機が受信した電波は前記送信部が前記第１の送信および前記第２の送信のいずれで送信したか、前記第１の送信での前記受信強度と距離との関係、および、前記第２の送信での前記受信強度と距離との関係に基づいて、前記車両に対する前記返信機の位置を推定する位置推定システム。
2. 複数の前記送信アンテナとして、前記車両の前面、後面、左側面、および右側面である周面において、互いに異なる前記周面に配置されている前記送信アンテナを備え、
   前記送信部は、前記第２の送信として、互いに異なる前記周面に配置されている前記送信アンテナをそれぞれ単独で用いて電波を送信させる請求項１に記載の位置推定システム。
3. 前記送信部は、前記第１の送信を、互いに異なる位相差で複数回行う請求項１または２に記載の位置推定システム。
4. 前記位相差として、同位相および逆位相を含む請求項３に記載の位置推定システム。
5. 前記位置推定部は、前記送信部で順次送信させた電波に対して前記返信機から前記返信信号が返信されたか否か、および、前記返信信号の大きさをもとに、前記車両に対する前記返信機の位置を推定する請求項１～４のいずれか１項に記載の位置推定システム。
6. 前記車載機は、前記返信機から前記返信信号の受信強度を特定する車載機側受信強度特定部（４０）を備え、
   前記位置推定部は、前記車載機側受信強度特定部が特定した前記返信信号の受信強度も用いて、前記車両に対する前記返信機の位置を推定する請求項５に記載の位置推定システム。

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