JP2009116566A - 路車間通信システム及び路車間通信方法とこれに用いる光ビーコン - Google Patents

Abstract

【課題】 光信号による路車間通信だけで、車両の走行速度に関する速度情報を精度よく計測できるようにする。
【解決手段】 本発明は、道路Ｒの所定範囲に設定された通信領域Ａにおいて、車両Ｃに搭載された車載機２と光ビーコン４の投受光器８との間で光信号による双方向通信を行うシステムに関する。光ビーコン４は、車載機２から複数回にわたってアップリンク情報ＵＯ１，ＵＯ２を受信するとともに、その複数のアップリンク情報ＵＯ１，ＵＯ２の送信時における車両Ｃの走行位置に応じた走行位置情報を取得し、その取得した走行位置情報に基づいて車両Ｃの走行速度に関する速度情報を算出する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、道路側に設置された光ビーコンと車両に搭載された車載機との間で光信号による双方向通信を行う路車間通信システム及び路車間通信方法と、これに用いる光ビーコンに関するものである。

路車間通信システムを利用した交通情報サービスとして、光ビーコン、電波ビーコン又はＦＭ多重放送を用いたいわゆるＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System）が既に展開されている。このうち、光ビーコンは近赤外線を通信媒体とした光通信を採用しており、車載機との双方向通信が可能となっている。
具体的には、車両の保持するビーコン間の旅行時間情報等を含むアップリンク情報が車載機からインフラ側の光ビーコンに送信され、逆に、渋滞情報、区間旅行時間情報、事象規制情報及び車線通知情報等を含むダウンリンク情報が光ビーコンから車載機に送信されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

上記光ビーコンは、車載機との間で双方向通信を行うビーコンヘッド（投受光器）を備えており、この投受光器は、ダウンリンク情報を送出する発光ダイオード（ＬＥＤ）と、車載機からのアップリンク情報を受信するフォトセンサとを備えている。
例えば図１３に示すように、光ビーコン４のビーコンヘッド（投受光器）８は、通常、その直下よりも上流側よりに通信領域Ａが設定されている。光ビーコン（光学式車両感知器）８の「近赤外線式インタフェース規格」によれば、アップリンク領域ＵＡは、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向の上流部分（図１３の右側部分）と重複し、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端は互いに一致するものとされている。

従って、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは通信領域Ａ全体の同方向長さと一致する。また、上記規格によれば、一般道向けの光ビーコン４の場合で、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａは、ビーコンヘッド１０８の直下の１．０〜１．３ｍ上流側に位置し、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａからアップリンク領域ＵＡの下流端ｂまでの距離は２．１ｍと規定され、アップリンク領域ＵＡの下流端ｂから同領域ＵＡの上流端ｃまでの距離は１．６ｍと規定されている。従って、この場合、通信領域Ａの車両進行方向の全長は３．７ｍとなる。

もっとも、実際には、現在設定されているダウンリンク領域ＤＡの上流端は、アップリンク領域ＵＡの上流端ｃよりも上流側（例えば、図１３のｃ′）に設定されている場合が多い。
特開２００５−２６８９２５号公報

上記路車間通信システムでは、通信領域Ａにおいて光ビーコン４と車載機２との間で次のような双方向通信が行われる。
まず、光ビーコン４は、車線通知情報（車両ＩＤ無し）を含む第１のダウンリンク情報を道路のダウンリンク領域ＤＡに所定の送信周期で常時送信している。そのダウンリンク領域ＤＡに車両Ｃが進入すると、車両Ｃに搭載された車載機２の投受光器（車載ヘッド）が第１のダウンリンク情報を受信し、当該車載機２は、自己の車両ＩＤを格納した車線通知情報を含むアップリンク情報３５の送信を開始する。

そして、光ビーコン４のビーコンヘッド８が上記アップリンク情報３５を受信すると、光ビーコン４はダウンリンクの切り替えを行い、車載機２に対して上記車両ＩＤを有する車線通知情報を含む第２のダウンリンク情報３６の送信を開始する。この第２のダウンリンク情報は、所定時間内において可能な限り繰り返し送信され、車載機１０２において受信される。
ところで、本出願人は、上記路車間通信システムを利用してドライバに安全運転支援を行う運転支援システムを既に提案している（特願２００６−１２１７００号及び特願２００７−２０９１０号参照）。

この運転支援システムでは、例えば図１３に示すように、光ビーコン４が、アップリンク情報３５の送信時における車両Ｃの走行位置と対応するように定められた始点位置Ｐ１から、その下流側の所定位置Ｐ０（例えば、信号機手前の停止線４０）までの距離Ｌ１を記憶しており、この距離Ｌ１に関する情報を第２のダウンリンク情報３６に含めて車載機２に送信する。
そして、上記第２のダウンリンク情報３６を受信した車載機２は、上記距離Ｌ１や車両Ｃの走行速度に基づいて、車両Ｃが停止線４０で適切に停止できるか否かを判定し、停止線４０の手前で強制停止するように車両Ｃを制動させたり、ドライバに停止や減速を促す報知を行ったりして、ドライバに安全運転支援を行うようになっている。

しかし、かかる運転支援システムを採用する場合、次のような問題がある。
すなわち、上記安全運転支援において、車両Ｃが停止線４０の手前で適切に停止できるか否かを判定するには、ビーコン４側から提供される距離Ｌ１の他に、始点位置Ｐ１の通過時における車両Ｃの走行速度が必要であるが、かかる走行速度は、通常、車輪の回転数を計数して車速を求める車速センサや、ＧＰＳシステムで計測した移動距離に基づいて車速を求めるナビゲーション装置から取得される。

ところが、上記車速センサやナビゲーション装置から得られる走行速度には誤差が含まれているので、ビーコン４側から提供される距離Ｌ１が正確であっても、停止線４０の手前で停止させる安全運転支援を精度よく行えないことがある。
例えば、上記車速センサの場合には、車輪の回転数に基づいて車速を求めるので、車両Ｃのドライバが通常と径が異なるタイヤを装着している場合には、車速センサで実測される走行速度は実際の速度とは異なるものになってしまう。

そこで、始点位置Ｐ１の通過時における車両Ｃの走行速度についてもインフラ側で測定し、これを第２のダウンリンク情報３６に含めて車両Ｃに送信することが好ましいが、車両Ｃの走行速度を高精度に計測できるスピードメータ（例えば、ドップラーメータ）は一般に高価であり、このような高価な計測機器を光ビーコン４に対応してインフラ側に設けるとなると、路車間通信システムの構築コストが高騰化するという欠点がある。

本発明は、このような実情に鑑み、高価なスピードメータを設けなくても、光信号による路車間通信だけで車両の走行速度に関する速度情報を精度よく計測できる路車間通信システム及び路車間通信方法と、これに用いる光ビーコンを提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、光ビーコン側で正確に求めた速度情報を利用して、ドライバに対する安全運転支援を精度よく行うことができる路車間通信システムを提供することを第２の目的とする。

前記した通り、光ビーコンを用いた従来の路車間通信では、通常、光ビーコンは、投受光器がアップリンク情報を受信すると無条件にダウンリンクの切り替えを行い、車載機に対して第２のダウンリンク情報の送信を開始する。
これに対して、本発明では、投受光器がアップリンク情報を受信しても直ぐにダウンリンクの切り替えを行うのではなく、車載機がアップリンク情報を複数回送信できる通信手順を採用し、この複数回にわたって送信されるアップリンク情報を利用して、光ビーコンが車両の走行速度に関する速度情報を求めるシステムを採用した。

すなわち、本発明の路車間通信システム（請求項１）は、道路を走行する車両の車載機と、前記道路の所定範囲に通信領域が設定された投受光器を有する光ビーコンとを備え、前記通信領域において前記車載機と前記光ビーコンの投受光器との間で光信号による双方向通信を行う路車間通信システムであって、
前記光ビーコンは、前記車載機から複数回にわたってアップリンク情報を受信可能な受信部と、受信された複数のアップリンク情報の送信時における前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得する取得部と、取得された走行位置情報に基づいて前記車両の走行速度に関する速度情報を算出する算出部とを有することを特徴とする。

上記路車間通信システムよれば、光ビーコンの取得部が、受信された複数のアップリンク情報の送信時における車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得し、光ビーコンの算出部が、取得された走行位置情報に基づいて車両の走行速度に関する速度情報を算出するので、光信号による路車間通信を利用して、車両の走行速度に関する速度情報をビーコン側で正確に算出することができる。
このため、高価なスピードメータを設けなくても、光信号による路車間通信だけで車両の走行速度を精度よく計測できるようになる。

本発明の路車間通信システムでは、上記の通り、複数のアップリンク情報を利用して速度情報を生成するものであるから、複数のアップリンク情報の受信が余り遅くなり過ぎると、その後のダウンリンクの切り替えタイミングも遅れてしまう。従って、この場合、通信領域内で第２のダウンリンク情報の送信ができなくなり、そのダウンリンク情報に渋滞情報等の所定情報を含めて車載機に送るという本来的な路車間通信が阻害され得る。
そこで、本発明の路車間通信システムにおいて、前記算出部は、前記受信部が最初に受信したアップリンク情報に応じて得られる走行位置情報に基づいて把握される前記車両の走行位置が、前記アップリンク領域内の上流側よりである場合に限り、前記車両の走行速度に関する速度情報を算出することが好ましい（請求項２）。

本発明の路車間通信システムにおいて、前記受信部は、例えば、後述する第１実施形態（図１〜図６）に示すように、前記アップリンク領域を車両走行方向に分割してなる各分割領域に対応する複数のフォトダイオードにより構成することができる（請求項３）。
この場合、前記取得部としては、前記複数のフォトダイオードのうちのどのダイオードでアップリンク光が受信されたかによって前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得するものを採用すればよい。

また、本発明の路車間通信システムにおいて、前記受信部は、後述する第２実施形態（図７及び図８）に示すように、アップリンク光の受光面に対する受光位置に対応して前記車両の走行位置が特定可能なフォトダイオードにより構成することにしてもよい（請求項４）。
この場合、前記取得部としては、前記アップリンク光の受光位置に基づいて前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得するものを採用すればよい。

更に、本発明の路車間通信システムにおいて、前記受信部は、後述する第３実施形態（図９〜図１３）に示すように、アップリンク光の入射角度に対応して検出レベル差が生じるフォトダイオードにより構成することにしてもよい（請求項５）。
この場合、前記取得部としては、その検出レベル差に基づいて前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得するものを採用すればよい。

本発明の路車間通信システムにおいて、前記光ビーコンが、前記受信部がアップリンク情報を受信した後に所定のダウンリンク情報を前記投受光器に送信させる通信制御部を有している場合には、前記所定のダウンリンク情報に、算出された前記車両の走行速度に関する速度情報や、前記車両の走行位置からその下流側の所定位置までの距離に関する距離情報を含ませることにすればよい（請求項６及び７）。
この場合、車載機は、所定位置までの距離に関する距離情報だけでなく、アップリンク情報の送信時における自身の走行速度に関する速度情報をも光ビーコンから提供されることになるので、より正確な情報に基づいて安全運転支援を実施することができ、ドライバに対する安全運転支援を精度よく行うことができる。

本発明の光ビーコン（請求項８）は、前記路車間通信システム（請求項１）の主たる構成要素となる光ビーコンであり、同システムと同様の作用効果を奏する。
また、本発明の路車間通信方法（請求項９）は、前記路車間通信システム（請求項１）において行われる通信方法であり、同システムと同様の作用効果を奏する。

以上の通り、本発明によれば、高価なスピードメータを設けなくても、光信号による路車間通信だけで車両の走行速度に関する速度情報を生成できるので、車両の速度情報を生成する光ビーコンによる路車間通信システムを安価に構築することができる。

〔第１実施形態〕
〔システムの全体構成〕
図１は、第１実施形態に係る路車間通信システムの全体構成を示すブロック図である。
図１に示すように、この路車間通信システムは、インフラ側の交通管制システム１と、道路Ｒを走行する各車両Ｃに搭載された車載機２とを備えて構成されている。
交通管制システム１は、管制室に設けられた中央装置３と、道路Ｒの各所に多数設置された光ビーコン（光学式車両感知器）４とを有している。光ビーコン４は、近赤外線を通信媒体とした光通信によって車載機２との間で双方向通信を行う。なお、中央装置３は交通管制室に設けられている。

〔光ビーコンの構成〕
光ビーコン４は、電話回線等の通信回線５を介して中央装置３と接続された通信インタフェースである通信部６と、この通信部６が接続されたビーコン制御機７と、このビーコン制御機７のセンサ用インタフェースに接続された複数（図例では４つ）のビーコンヘッド（投受光器）８とを備えている。
各ビーコンヘッド８は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１０とフォトセンサ（受信部）１１を筐体の内部に収納している（図３参照）。このうち、ＬＥＤ１０は、近赤外線よりなるダウンリンク光ＤＯ（ダウンリンク情報３４，３６を構成する光信号）を後述する通信領域Ａに発光し、フォトセンサ１１は、車載機２からの近赤外線よりなるアップリンク光ＵＯ（アップリンク情報３５を構成する光信号）を受光する。また、本実施形態のビーコンヘッド８には、複数（図例では４つ）のフォトセンサ１１が設けられている。

図２は、上記光ビーコン４の平面図である。
図２に示すように、本実施形態の光ビーコン４は、同じ方向の複数（図例では４つ）の車線Ｒ１〜Ｒ４を有する道路Ｒに設置されており、各車線Ｒ１〜Ｒ４に対応して設けられた前記複数のビーコンヘッド８と、これらビーコンヘッド８を一括制御する制御部である一台の前記ビーコン制御機７とを備えている。
上記ビーコン制御機７は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ）及び記憶装置（ＲＯＭ）を有するプログラマブルなマイコンよりなり、通信部６（図１）による中央装置３との双方向通信と、ビーコンヘッド８による車載機２との路車間通信を行う通信制御部としての機能を有する。なお、このビーコン制御機７による路車間通信の内容については後述する。

また、ビーコン制御機７は、所定の各機能を実行するコンピュータプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムが実行する機能部として、上記通信制御部としての機能部の他に、更に、双方向通信を通じて車両Ｃの複数の走行位置を検出する検出部１５と、検出された車両Ｃの走行位置の距離差に基づいて車両Ｃの走行速度に関する速度情報を算出する算出部１６とを備えている（図４参照）。
なお、これらの各機能部１５，１６の処理内容についても後述する。

ビーコン制御機７は、道路脇に立設した支柱１３に設置されており、各ビーコンヘッド８は、支柱１３から道路Ｒ側に水平に架設した架設バー１４に取り付けられ、道路Ｒの各車線Ｒ１〜Ｒ４の直上に配置されている。
各ビーコンヘッド８のＬＥＤ１０は、各車線Ｒ１〜Ｒ４の直下よりも車両進行方向の上流側に向けて近赤外線を発光しており、これにより、車載機２との間で路車間通信を行うための通信領域Ａが当該ヘッド８の上流側に設定されている。

〔通信領域について〕
図３は、光ビーコン４の通信領域Ａを示す側面図である。
図３に示すように、光ビーコン４の通信領域Ａは、車載機２の投受光器である車載ヘッド２７がダウンリンク情報を受信することができるダウンリンク領域（図３において実線のハッチングを設けた領域）ＤＡと、光ビーコン４のビーコンヘッド８が車載ヘッド２７からのアップリンク情報を受信することができるアップリンク領域（図３において破線のハッチングを設けた領域）ＵＡとからなる。

ダウンリンク領域ＤＡは、ビーコンヘッド８の投受光位置ｄ、道路Ｒ上の位置ａ及びｃを頂点とする△ｄａｃで示された範囲に設定されている。また、アップリンク領域ＵＡは、前記位置ｄと、道路Ｒ上の位置ｂ及びｃを頂点とする△ｄｂｃで示された範囲に設定されている。
従って、ダウンリンク領域ＤＡとアップリンク領域ＵＡの上流端ｃは互いに一致し、アップリンク領域ＵＡは、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向の上流部分（図３の右側部分）と重複している。また、ダウンリンク領域ＤＡの車両進行方向長さは通信領域Ａ全体の同方向長さと一致している。

光ビーコン（光学式車両感知器）４の「近赤外線式インタフェース規格」によれば、ダウンリンク領域ＤＡ及びアップリンク領域ＵＡの正式な領域寸法が規定されている。この規定では、一般道向けの光ビーコン４の場合で、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａは、ビーコンヘッド８の直下の１．０〜１．３ｍ上流側に位置し、ダウンリンク領域ＤＡの下流端ａからアップリンク領域ＵＡの下流端ｂまでの距離は２．１ｍと規定されている。
また、アップリンク領域ＵＡの下流端ｂから同領域ＵＡの上流端ｃまでの距離は１．６ｍと規定されている。従って、正式な通信領域Ａの車両進行方向の全長（ａｃ間の長さ）は３．７ｍとなる。

しかしながら、本実施形態では、アップリンク領域ＵＡの下流端ｂから同領域ＵＡの上流端ｃまでの距離は、上記規定よりも上流側及び下流側へ長く設定されている。その結果、アップリンク領域ＵＡは上記規定よりも車両進行方向に広がり、同時にダウンリンク領域ＤＡも上記規定よりも車両進行方向に広がっている。
このようにアップリンク領域ＵＡ及びダウンリンク領域ＤＡが広くなると、車載機２と光ビーコン４との間のアップリンク情報３５及びダウンリンク情報３４，３６の送受信の確実性が増すことになる。

更に、アップリンク領域ＵＡは、車両Ｃの走行位置が特定可能な程度に当該領域ＵＡを車両進行方向に複数に分割してなる分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４よりなる。具体的には、本実施形態のアップリンク領域ＵＡは、位置ｄを上端とし、道路Ｒ上の位置ｅ１〜ｅ３を下端とする３本の境界線（境界部）Ｋによって４つに分割されている。
ビーコンヘッド８に設けられた４つのフォトセンサ１１（図１参照）は、それぞれアップリンク領域ＵＡの各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４を受信領域としている。従って、例えば、分割領域ＵＡ１内で車載ヘッド２７から送信されたアップリンク光ＵＯは、この分割領域ＵＡ１に対応するフォトセンサ１１によって受光される。

〔車載機及び車両の構成〕
図４は、光ビーコン４と路車間通信する前記車載機２と、この車載機２が搭載された車両Ｃの概略構成図である。
図４に示すように、この車両Ｃは、ドライバの搭乗席（図示せず）を有する車体２１と、この車体２１に搭載された前記車載機２と、車両Ｃの各部を統合制御する電子制御装置（ＥＣＵ）２２と、車体２１を駆動するエンジン２３と、車体２１を制動するブレーキ装置２４と、車両Ｃの現時の速度を常時検出している速度検出器２５とを備えている。ＥＣＵ２２は、ドライバのアクセル操作に基づくエンジン２３の駆動制御や、ブレーキ操作に基づく制動制御等、車両Ｃに対する各種の制御を行う。

車載機２は、車載コンピュータ２６と、このコンピュータ２６のセンサ用インタフェースに接続された車載ヘッド（投受光器）２７と、搭乗席のドライバに対するヒューマンインタフェースとしてのディスプレイ２８及びスピーカ装置２９とを備えている。
上記車載ヘッド２７は、光ビーコンの投受光器８と同様に、発光ダイオード（ＬＥＤ）とフォトセンサを備えている（図示せず）。このうち、ＬＥＤは、近赤外線よりなるアップリンク情報を発光し、フォトセンサは、通信領域Ａに発光された近赤外線よりなるダウンリンク情報を受光する。

車載コンピュータ２６は、ＣＰＵ、メモリ（ＲＡＭ）及び記憶装置（ＲＯＭ）を有するプログラマブルなマイコンよりなり、車載ヘッド２７による光ビーコン４との路車間通信の制御処理を行う。
また、車載コンピュータ２６は、所定の各機能を実行するプログラムを記憶装置に格納しており、このプログラムが実行する機能部として、距離認識部３０、補正部３１及び支援制御部３２を備えている。なお、これらの各機能部３０，３１，３２の処理内容については後述する。

〔路車間通信の内容〕
図５は、通信領域Ａにおいて、ビーコンヘッド８と車載ヘッド２７との間で行われる双方向での路車間通信の手順を示している。以下、図５を参照しつつ、本実施形態の路車間通信の内容を説明する。
まず、光ビーコン４のビーコン制御機７は、各車線Ｒ１〜Ｒ４に対応するビーコンヘッド８から、ダウンリンクの切り替え前の第１情報として、車線通知情報を含む第１のダウンリンク情報３４を、各車線Ｒ１〜Ｒ４のダウンリンク領域ＤＡに所定の送信周期で常に送信し続けている（図５のＦ１）。なお、この段階では、車線通知情報には未だ車両ＩＤは格納されていない。

車載機２を搭載した車両Ｃが実際のダウンリンク領域ＤＡに進入すると、車載機２の車載ヘッド２７が車線通知情報（車両ＩＤ無し）を含む第１のダウンリンク情報３４を受信する。
この際、車載機２の車載コンピュータ２６は、当該車両Ｃが実際の通信領域Ａ内に存在していることを認識する。その後、車載コンピュータ２６は、アップリンク情報３５の送信を開始し（図５のＦ２）、このアップリンク情報３５をビーコンヘッド８に対して所定の送信周期（アップリンク送信周期）で送信する（図５のＦ３）。

車載コンピュータ２６は、車両Ｃに特定の車両ＩＤを上記アップリンク情報３５に格納して当該アップリンク情報３５を送信し、ビーコン間の旅行時間情報を有している場合には、この情報もアップリンク情報３５に含ませる。また、車載コンピュータ２６は、光ビーコン４のビーコン制御機７がダウンリンクの切り替えを行ったことを認識するまで、当該アップリンク情報３５を送信し続ける。

一方、光ビーコン４のビーコンヘッド８がアップリンク情報３５受信すると（図５のＦ４）、ビーコン制御機７は、従来のように初回のアップリンク情報３５を受信したときに即座にダウンリンクの切り替えを行うのではなく、複数回目（本実施形態では２回目）のアップリンク情報３５を受信したとき（図５のＦ４）に、ダウンリンクの切り替えを行い（図５のＦ５）、第２情報として、車両ＩＤ情報を有する車線通知情報を含む第２のダウンリンク情報３６の送信を開始し、この第２のダウンリンク情報３６の送信を所定時間内において可能な限り繰り返す（図５のＦ６）。

上記車線通知情報には、車線Ｒ１〜Ｒ４（図２）ごとに車両ＩＤを格納するフィールドがあり、各車両ＩＤに対して車線番号を付与することができる。このため、異なる車線Ｒ１〜Ｒ４を走行する各車両Ｃの車載コンピュータ２６は、その格納フィールド内のいずれに自車両の車両ＩＤが含まれるかを判断することにより、自車両がどの車線Ｒ１〜Ｒ４を走行しているかを認識できる。

第２のダウンリンク情報３６には、車両ＩＤを含む車線通知情報の他に、渋滞情報、区間旅行時間情報、事象規制情報、及び、ドライバに対する安全運転支援のための支援情報等が含まれている。
この支援情報には、光ビーコン４より下流側の信号機の灯色が変わるタイミング情報である信号情報の他、アップリンク領域ＵＡからその下流側の所定位置（例えば、停止線）までの長さ情報である距離情報、及び、アップリンク領域ＵＡの通過時における車両Ｃの走行速度に関する速度情報等が含まれている。

図５に示すように、第２のダウンリンク情報３６は、単一又は複数の最小フレーム３７で構成されている。前記「近赤外線式インタフェース規格」によれば、この最小フレーム３７のデータ量は合計１２８バイトと規定され、ヘッダ部３８に５バイト、実データ部３９に１２３バイトが割り当てられている。
前記規格によれば、第２のダウンリンク情報３６は、１〜８０個の最小フレーム３７で構成することができ、送信可能時間は２５０ｍｓに設定されている。また、このダウンリンク情報３６は送信すべき情報量に対応した任意数の最小フレーム３７で構成され、上記送信可能時間の範囲内で繰り返し送信される。

最小フレーム３７の送信周期は約１ｍｓである。従って、例えば、三つの最小フレーム３７で一つのダウンリンク情報３６を構成する場合には、ダウンリンク情報３６の送信周期は約３ｍｓになるので、当該ダウンリンク情報３６は所定の送信可能時間（２５０ｍｓ）の間に約８０回繰り返して送信されることになる。
車載機２の車載コンピュータ２６は、第２のダウンリンク情報３６を受信した時点（図６のＦ７）で光ビーコン４でのダウンリンクの切り替えを認識し、この時点でアップリンク情報３５の送信を停止する。

本実施形態の路車間通信システムは、図３に示すように、通信領域Ａからその下流側の所定位置Ｐ０までの距離を認識して位置標定を行い（図５のＦ８）、これに基づいて、ドライバに対する安全運転支援を行う距離認識システムとして機能している。
以下、前記した距離情報及び速度情報の内容と、これに基づいて車載機２が行う安全運転支援のための距離認識について説明する。

〔距離情報の内容〕
図３に示すように、光ビーコン４のビーコン制御機７は、通信領域Ａの所定位置Ｐ１〜Ｐ４からその下流側の所定位置Ｐ０までの距離Ｌ１〜Ｌ４の数値である前記距離情報を予め記憶装置に記憶している。そして、この距離Ｌ１〜Ｌ４についての距離情報を第２のダウンリンク情報３６の送信フレームに格納して、当該フレームをビーコンヘッド８から繰り返し送出する。
距離Ｌ１〜Ｌ４の下流端（終点）Ｐ０は、光ビーコン４の下流側に設置された、例えば信号機手前の停止線４０の位置に設定されている。

また、距離Ｌ１〜Ｌ４の上流端（始点）Ｐ１〜Ｐ４は、アップリンク領域ＵＡの各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４に応じて４カ所に設定されている。具体的に上流端Ｐ１〜Ｐ４の位置は、各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４における道路Ｒ上の車両進行方向の略中央位置に設定されている。
ビーコン制御機７は、予め記憶した複数の距離Ｌ１〜Ｌ４についての距離情報のうちいずれかを選択し、第２のダウンリンク情報３６の送信フレームに格納する。そして、どの距離Ｌ１〜Ｌ４を選択するかは、ダウンリンクの切り換え前にアップリンク情報３５を受信したフォトセンサ１１に基づいて決定される。

例えば、図６に示すように、最上流側の分割領域ＵＡ１に対応するフォトセンサ１１が初回のアップリンク光ＵＯ１（図３の実線矢印）を受光し、その次の分割領域ＵＡ２に対応するフォトセンサ１１が２回目のアップリンク光ＵＯ２（図３の仮想線矢印）を受光した場合、ビーコン制御機（通信制御部）７は、その２回目のアップリンク光ＵＯ２を受光したフォトセンサ１１に対応する距離情報Ｌ３を選択するとともに、ダウンリンクを切り換え、ＬＥＤ１０を介して距離Ｌ３についての距離情報を含む第２のダウンリンク情報３６を送信する。

なお、２回目のアップリンク情報３５を受光したフォトセンサ１１が、他の分割領域ＵＡ２又は分割領域ＵＡ４である場合には、ビーコン制御機７は、上流点がＰ２又はＰ４となるいずれかの距離Ｌ２又は距離Ｌ４を選択し、当該距離Ｌ２又は距離Ｌ４についての距離情報を含む第２のダウンリンク情報３６を送信する。

〔速度情報の内容〕
一方、ビーコン制御機７の検出部１５は、ダウンリンク切り替え前の上記双方向通信を通じて車両Ｃの走行位置を検出する。
すなわち、図３及び図６に例示した場合では、初回のアップリンク情報３５の送信地点が上流点Ｐ１であり、２回目のアップリンク情報３５の送信始点が上流点Ｐ３となっているので、この場合、検出部１５は、これらの上流点Ｐ１，Ｐ３の位置をそれぞれ各アップリンク情報３５の送信時における走行位置に特定する。

次に、ビーコン制御機７の算出部１６は、初回と２回目のアップリンク情報３５の受光時刻をそれぞれ特定してその時刻差Δｔを演算し、上記地点Ｐ１とＰ３の距離差ΔＬ（＝Ｌ１−Ｌ３）をその時間差Δｔで除することにより、アップリンク領域ＵＡを通過する車両Ｃの走行速度ｖを算出する。
ビーコン制御機７は、算出部１６で算出された上記走行速度ｖを速度情報とし、ダウンリンクの切り換え後の第２のダウンリンク情報３６にその速度情報を含め、当該ダウンリンク情報３６を、ＬＥＤ１０を介して車載機２に送信する。

なお、算出部１６では、距離差ΔＬと時間差Δｔの演算までを行い、これらに基づく走行速度ｖの演算は車載機２側で行うことにしてもよい。従って、この場合、光ビーコン４側から車載機２に提供される速度情報は、走行速度ｖそのものではなく、距離差ΔＬと時間差Δｔで構成されることになる。
また、本実施形態において、車両Ｃの走行位置Ｐ１，Ｐ３やその距離差ΔＬを特定しなくても、２つのアップリンク情報３５の受信時間差Δと２つのアップリンク情報３５をそれぞれ受信したフォトセンサ１１の組み合わせとから走行速度ｖを求めることもできる。
すなわち、２つのアップリンク情報３５を受信した組み合わせ毎に、参照テーブル（受信時間差Δｔに応じた速度を格納したテーブル）を保持しておき、算出部１６が、受信時間差Δｔに基づいて当該テーブルから速度ｖを取得する、という方法である。
更に、アップリンク情報３５の送信間隔がすべての車両Ｃで固定である場合には、複数回のアップリンク情報３５をそれぞれどのフォトセンサ１１で受光したかが分かれば、車両Ｃの走行速度ｖを求めることができる。

〔安全運転支援の内容〕
図４に示すように、上記距離情報及び速度情報を含む第２のダウンリンク情報３６を車載ヘッド２７が受信すると、車載コンピュータ２６の距離認識部３０は、そのダウンリンク情報３６のフレームに含まれている距離情報を抽出して、前記距離Ｌ２〜Ｌ４を認識する。
また、車載コンピュータ２６の補正部３１は、第２のダウンリンク情報３６に含まれている速度情報を抽出して、前記走行速度ｖを認識するとともに、自身の速度検出器２５が検出する走行速度と比較し、両者に相違があれば、速度情報の走行速度ｖに適合するように速度検出器２５を補正する。

そして、車載コンピュータ２６の支援制御部３２は距離Ｌ２〜Ｌ４及び走行速度ｖを利用して、ドライバに対する安全運転支援を行う。
例えば、支援制御部３２は、停止線４０までの距離Ｌ１〜Ｌ４と現時点の車両Ｃの走行速度ｖとから、その停止線４０の手前で停止するための減速度（負の加速度）を算出し、その減速度をＥＣＵ２２に通知する。ＥＣＵ２２は、当該減速度となるようにブレーキ装置２４を作動させ、これにより、車両Ｃを停止線４０の手前で自動停止させることができる。

また、支援制御部３２の安全運転支援としては、ディスプレイ２８やスピーカ装置２９を用いたドライバに対する注意喚起であってもよい。
例えば、支援制御部３２により、停止線４０までの距離Ｌ１をディスプレイ２８に表示させてもよい。また、現時の車両Ｃの走行速度が速すぎる場合には、支援制御部３２により、停車や減速を促す注意喚起をディスプレイ２８に表示させたり、その注意喚起をスピーカ装置２９から音声出力させたりしてもよい。

また、支援制御部３２は、前記距離情報及び速度情報と共に、第２のダウンリンク情報に含まれる信号情報を用いて安全運転支援を行うこともできる。
ここで、信号情報とは、交通信号機が表示する現在又は将来の信号灯色に関する情報を指し、各信号灯色の表示継続予定期間や表示する順序等に関する情報（表示予定情報）等を含む。例えば、「現在灯色が青信号で継続予定時間が５秒であり、次の灯色が黄信号で継続予定時間が８秒であり、その次の灯色が右折青矢印灯で継続予定時間１０秒である」といった情報である。

この信号情報を受信した車載コンピュータ２７の支援制御部３２は、停止線４０までの距離Ｌ１〜Ｌ４と車両Ｃの走行速度ｖ等から、停止線４０に到着するまでの所要時間を推定した上で、当該所要時間経過後の信号灯色を推定することができる。
そして、例えば、現在の信号灯色は青信号であるが、停止線４０に到着する時点で信号灯色が赤信号と予測されるような場合には、安全に停止線４０の手前で停止することができるように、車両Ｃを制動するための制御を行う。逆に、減速しなければ安全に交差点を通過できると判断できるような場合には、車両Ｃの速度を維持するための制御を行うことができる。

車両Ｃを制動したり速度を維持したりするため、支援制御部３２は、車両のブレーキ装置２４（図４）やアクセルに対して直接的に制御を行ってもよい。
また、支援制御部３２では単に制動や速度維持に関する情報を生成し、その情報をＥＣＵ２２に通知することによってＥＣＵ２２でブレーキ装置２４やアクセルを制御するものであってもよい。すなわち、支援制御部３２は、間接的な制御を行うものであってもよい。また、支援制御部３２は、車載装置の主導による制御のみならず、ブレーキアシストなど、ドライバの運転動作を補助する動作をしても良い。

支援制御部３２は、車両Ｃの搭乗者に対して、信号灯色の推定の結果を音声や画像情報によって通知するようにしても良い。例えば、「間もなく信号が変わるので停止すべきである」といった内容の音声をスピーカ装置２９からドライバに向けて発したり、ヘッドアップディスプレイやナビゲーション装置等のディスプレイ２８に文字や図柄で表示したりすることができる。
安全運転の支援については、不適切なタイミングや内容でドライバに情報を通知することのないようなヒューマンインタフェースとするため、例えば低速走行時には音声や画像表示による報知を行わないようにすることができる。

なお、信号情報は、現在表示している灯色とその継続時間だけとしても良いし、１サイクル分の情報をまとめて提供するようにしても良い。また、これらの情報に加えて、地点感応制御を実施している地点では、当該制御に関するパラメータ情報や制御を実施する時間帯の情報等を含ませても良い。
また、信号情報は、光ビーコンから取得するものであってもよいし、光ビーコン以外のインフラ装置等から取得するものであってもよい。後者の場合、例えば、信号機の信号制御機が無線通信機を備えている場合には、当該無線通信機から取得してもよいし、前記信号情報を取得した先行車両から車々間通信によって取得してもよい。信号情報を受信する信号情報受信部は、車載ヘッド２７を用いてもよいし、車載機２に備えた別の受信器であってもよい。

以上詳述したように、本実施形態の路車間通信システムによれば、ビーコン制御機７の検出部１５が、受信された２回のアップリンク情報３５の送信時における車両Ｃの走行位置Ｐ１，Ｐ３に応じた走行位置情報（少なくとも受信の時間差Δｔを含む。）を取得し、ビーコン制御機７の算出部１６が、その取得された走行位置情報に基づいて車両Ｃの走行速度ｖに関する速度情報を算出するので、光信号による路車間通信を利用して、車両Ｃの走行速度ｖに関する速度情報をビーコン４側で正確に算出することができる。
このため、高価なスピードメータを設けなくても、光信号による路車間通信だけで車両Ｃの走行速度ｖを精度よく計測できる。

また、本実施形態の路車間通信システムによれば、第２のダウンリンク情報３６に、車両Ｃの走行位置Ｐ１〜Ｐ４からその下流側の所定位置Ｐ０までの距離に関する距離情報を含ませだけでなく、アップリンク情報３５の送信時における車両Ｃの走行速度ｖに関する速度情報も含ませるようにしたので、車載機２側がより正確な走行速度ｖを取得することができる。
従って、距離情報のみを車載機２に提供する場合に比べて、より正確な情報に基づいて安全運転支援を実施することができ、ドライバに対する安全運転支援を精度よく行うことができる。

更に、本実施形態の路車間通信システムでは、分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４に対応する複数のフォトセンサ１１が設けられ、アップリンク情報３５を受信したフォトセンサ１１に応じて所定位置Ｐ０までの距離Ｌ１〜Ｌ４を選択し、その距離情報を第２のダウンリンク情報３６に含ませているので、アップリンク領域ＵＡ全体が規定よりも車両進行方向に広く設定されていたとしても、当該距離情報の始点（車両進行方向の上流端）と実際の車両（車載機２）の位置とが大きく離れてしまうことはほとんど無く、車載機２において所定位置Ｐ０までの距離を正確に認識させることができる。したがって、ドライバに対する安全運転支援を精度よく行うことができる。
逆に言うと、本実施形態の路車間通信システムによれば、アップリンク領域ＵＡを車両進行方向により拡大することができるので、車載機２からのアップリンク情報の受信をより確実に行うことができる。

〔第１実施形態の変形例〕
本実施形態の路車間通信において、アップリンク情報３５の受信タイミングが余り遅くなり過ぎると、その後のダウンリンクの切り替えタイミングも遅れてしまう。従って、この場合、通信領域Ａ内で第２のダウンリンク情報３６の送信ができなくなり、そのダウンリンク情報３６に渋滞情報等の所定情報を含めて車載機２に送るという本来的な路車間通信が阻害される恐れがある。

具体的には、車両Ｃがアップリンク領域ＵＡの下流側よりの領域（例えば、分割領域ＵＡ３）に至って初めて、初回のアップリンク情報３５を光ビーコン４が受信したような場合には、距離情報の他に速度情報を得るために更に２回目のアップリンク情報３５の受信を待っていると、ダウンリンクの切り替えタイミングが遅れて第２のダウンリンク情報３６が送信できなくなることがあり得る。

そこで、初回のアップリンク情報３５に対応する車両Ｃの走行位置がアップリンク領域ＵＡ内の上流側よりである場合（図３では、最初の分割領域ＵＡ１と２番目の分割領域ＵＡ２）に限り、車両Ｃの速度情報を算出するようにすることが好ましい。
もっとも、本実施形態において、各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４の車両進行方向長さは、距離認識精度として要求されるレベルに応じて設定することができる。また、各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４の車両進行方向長さは、互いに異なっていてもよい。

また、本実施形態では、距離Ｌ１〜Ｌ４の中からアップリンク情報３５を受信したフォトセンサ１１に応じた距離を選択してその距離情報を第２のダウンリンク情報３６に含ませる方法を説明したが、例えば、距離Ｌ１〜Ｌ４の全てに識別番号等を付与し、その全ての距離Ｌ１〜Ｌ４とそれに対応する識別番号とを第２のダウンリンク情報に含ませ、これと同時に、アップリンク情報３５を受信したフォトセンサ１１に応じた１の識別番号を第２のダウンリンク情報３６に含ませるようにしてもよい。

この場合、車載コンピュータ２６の距離認識部３０は、第２のダウンリンク情報３６に含まれる前記１の識別番号をもとに正確な距離を選択して認識することができる。
また、車載コンピュータ２６が予め距離Ｌ１〜Ｌ４とその識別番号とを記憶している場合には、アップリンク情報３５を受信したフォトセンサ１１に応じた１の識別番号のみを第２のダウンリンク情報に含ませてもよい。

更に、例えば、図３に示すように、距離情報を構成する距離Ｌ１〜Ｌ４の上流端Ｐ１〜Ｐ４の位置は、各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４の道路Ｒ上の略中央位置に限らず任意に設定することができる。
例えば、上流端Ｐ１〜Ｐ４は、各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４の道路Ｒ上の上流端（ｃ，ｅ１，ｅ２，ｅ３で示す位置）に設定したり、各分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４の道路Ｒ上の下流端（ｅ１，ｅ２，ｅ３，ｂで示す位置）に設定したりすることができる。

また、分割領域ＵＡ１〜ＵＡ４の数（フォトセンサ１１の数）は、２つ、３つ、又は５つ以上としてもよい。
更に、距離情報を構成する距離Ｌ１〜Ｌ４の下流端については、停止線４０のほか、信号機の設置位置や車両感知器の位置としてもよい。
また、本実施形態における距離情報は、所定位置Ｐ０までの距離の値を直接格納する形式に限られず、所定位置Ｐ０までの距離を一意に決定しうる情報であれば、どのような形式であってもよい。

例えば、アップリンク領域ＵＡからその下流側の所定位置Ｐ０までの間に１又は複数のノードを設定し、これらのノードに応じた複数の距離値群によって距離情報を構成することもできる。
例えば、始点となるアップリンク領域ＵＡ内の所定位置（例えばアップリンク領域ＵＡの上流端ｃ）からその直近のノードまでの距離、各ノード間の距離、及び、所定位置Ｐ０直近のノードから所定位置Ｐ０までの距離によって距離情報を構成することができる。この場合、この距離情報を受信した車載コンピュータ２６は、各距離の合計値を求めることで、所定位置Ｐ０までの距離を認識することができる。

また、光ビーコン４が送信する距離情報は、距離そのものの値ではなく、当該距離の始点と終点との絶対位置（緯度・経度や宇宙空間上の任意の点を原点とする３次元空間の座標値等）を示す情報とすることができる。
例えば、距離情報を、本発明によって得られるアップリンク領域ＵＡ内の絶対位置に関する情報と、所定位置Ｐ０の絶対位置に関する情報とを含む構成とし、双方の絶対位置をもとに、車載機２の距離認識部３０で距離を算出すればよい。また、車載機２側で所定位置Ｐ０の絶対位置に関する情報を記憶している場合には、光ビーコン４は、本発明によって得られるアップリンク領域ＵＡ内の絶対位置に関する情報のみを送信してもよい。

また、所定位置Ｐ０の地点を含む道路の形状を示す道路形状情報や詳細な地図情報と、当該道路上又は地図上であって、本発明によって得られるアップリンク領域ＵＡ内の位置に対応する位置情報とを光ビーコン４が送信し、この情報をもとに車載機２が所定位置Ｐ０までの距離を取得する方法を用いてもよい。この場合、道路形状情報や地図情報は予め車載機２に記憶させてもよいし、光ビーコン４以外の無線通信によって車載機２に送信する方法でもよい。

更に、車載コンピュータ２６の各機能部３０，３１，３２は、車両Ｃの電子制御装置（ＥＣＵ）に組み込むこともできる。
上記各実施形態では、通信領域Ａ（特に、アップリンク領域ＵＡ）が、光ビーコンの「近赤外線式インタフェース規格」よりも広いものとして説明しているが、通信領域Ａは、当該規格に準じた寸法に設定されていてもよい。

〔第２実施形態〕
図７及び図８は、本発明の第２実施形態を示している。
第２実施形態は、路車間通信システムの構成要素の１つである車載機２の構成は第１実施形態と同様であるが、光ビーコン４側のアップリンク情報３５の受信部（受光部）１１が、アップリンク光ＵＯの受光面に対する受光位置に対応して車両Ｃの走行位置が特定可能なフォトダイオードよりなる点で、第１実施形態と異なる。
以下、この受信部１１の構成及び機能を中心に、第２実施形態の路車間通信システムを説明する。

〔ビーコンヘッドの受信部の構成〕
図７（ａ）は、本実施形態の受信部１１と、道路Ｒ上に設定されるアップリンク領域ＵＡとの幾何学的な位置関係を示した側面図である。
図７（ａ）に示すように、受信部１１は、ビーコンヘッド８の内部に配置された基板４２上に実装された受光素子４３と、この受光素子４３に対して所定の寸法をおいて対向配置された集光レンズ４４とを備えている。
受光素子４３は、フォトダイオードチップ等よりなり、集光レンズ４４を通過したアップリンク光ＵＯを受光面４３ａで受光すると、光電変換によってアップリンク光ＵＯに含まれる情報を電気信号として出力する。

受信部１１の集光レンズ４４は、焦点ＦＰが、当該集光レンズ４４の斜め下方側に位置するように設定されており、車載機２から送信される赤外線光であるアップリンク光ＵＯが通過すると、そのアップリンク光ＵＯを受光素子４３の受光面４３ａに対して直交して照射するように集光、屈折させる。
受光素子４３は、集光レンズ４４を通過して受光面４３ａに照射されたアップリンク光ＵＯを受光する。すなわち、受光素子４３がアップリンク光ＵＯを受光することができるアップリンク領域ＵＡは、受光素子４３の受光面４３ａの輪郭形状を道路Ｒ上に、上下、左右両方向を１８０°反転させた形状で投影するように設定される。

つまり、図７（ａ）において、受光面４３ａの上端縁４３ａ１が、アップリンク領域ＵＡの下流端である位置ｂに対応するとともに、下端縁４３ａ２が、アップリンク領域ＵＡの上流端である位置ｃに対応することとなる。
従って、例えば図８に示すように、車両Ｃが、非分割であるアップリンク領域ＵＡ内の所定位置からアップリンク情報３５を送信したとすると、この送信されたアップリンク情報３５（アップリンク光ＵＯ）は、受信部１１の受光面４３ａ上において、幾何学的に定まる所定位置に照射されることとなる。

図７（ｂ）は、受光素子４３の受光面４３ａを正面視したときの図である。
なお、図において、車両進行方向に対応する紙面上下方向をｘ方向、道路Ｒの幅方向に対応する紙面左右方向をｙ方向とする。
同図に示すように、受光面４３ａは、その輪郭形状が矩形とされている。車載機２からのアップリンク光ＵＯは、集光レンズ４４によって集光され、受光面４３ａにスポット的に照射されるので、受光素子４３は、この受光面４３ａの範囲内の一部でアップリンク光ＵＯを受光する。

受信部１１は、受光素子４３とビーコン制御機７（図１）との間に介在して接続された検出部４５をさらに有しており、受光素子４３は、受光したアップリンク光ＵＯ格納された各種情報を電気信号として検出部４５に対して出力し、検出部４５はこの電気信号をビーコン制御機７へ出力する。
更に、受信部１１は、アップリンク光ＵＯに含まれる各種情報を電気信号として出力すると同時に、受光面４３ａのｘ方向における受光位置に関する受光位置情報を出力することができる。

受光素子４３は、受光面４３ａの上端縁４３ａ１及び下端縁４３ａ２に沿ってそれぞれ設けられた第１の出力電極４６及び第２の出力電極４７を有しており、これら両電極４６，４７及び図示しない受光素子４３全体としての共通電極が、検出部４５に接続されている。受光素子４３は、これら各電極から、上述の各種情報を含んだ電気信号を検出部４５に対して出力する。

ここで、例えば、受光素子４３がアップリンク光ＵＯを図中破線Ｑで示す範囲で受光したとすると、この受光位置から第１の出力電極４６までの距離ｑ１と、受光位置から第２の出力電極４７までの距離ｑ２とは、互いに相違することとなる。
このとき、受光素子４３が出力する電気信号の電荷は、その距離に逆比例して分割され両出力電極４６，４７から出力される。電極に到達するまでの距離が相対的に長くなればその抵抗値も相対的に大きくなるからである。

検出部４５は、これら両出力電極４６，４７から出力される電流値の差を取得することで、受光面４３ａのｘ方向における受光位置を把握することができる。
また、検出部４５は、受光面４３ａのｘ方向における受光位置に関する受光位置情報を、例えば、図中において、基準線Ｓを基準としたｘ方向の座標値ｔ１として出力するように構成されている。なお、この座標値ｔ１は、基準線Ｓ上の値が０であり、紙面上方側でプラス、下方側でマイナスの値を採るように出力される。

〔車両の走行位置の把握〕
ビーコン制御機７の検出部４５は、更に、上記受光位置情報に基づいて車載機２がアップリンク領域ＵＡ内でアップリンク情報を送信した送信位置を把握することができる。
すなわち、図７（ａ）に示すように、車載機２が点ｅからアップリンク光ＵＯを発光し、この光ＵＯが図７（ｂ）中の受光面４３ａ上の破線Ｑの部分で受光されたとすると、位置ｃから位置ｅまでの距離Ｄと、受光面４３ａにおける、距離Ｄに対応する距離ｑ２との間には、下記式（１）に示すような関係が成立する。
Ｄ／Ｌ１ ＝ （Ｔ／ｑ２）× Ｚ ……（１）

なお、上記式（１）中のＴは受光面４３ａのｘ方向の幅寸法であり、Ｌ１はアップリンク領域ＵＡの車両進行方向の距離である。また、Ｚは補正パラメータであり、受光面４３ａと、道路Ｒとは、図７（ａ）に示すように平行な関係ではないので、距離Ｄと距離ｑ２との値の関係を補正するために乗じている。
また、距離ｑ２は、座標値ｔ１に基づいて下記式（２）によって求められる。なお、座標値ｔ１は、上述のように、検出部１２によって、受光位置情報として出力される。
ｑ２ ＝ （１／２）Ｔ ＋ ｔ１ ……（２）

以上のように、光ビーコン４を設置する際に、アップリンク領域ＵＡの車両進行方向の距離Ｌ、及び受光面４３ａの幅寸法Ｔを把握しておくことで、上記式（１）及び（２）に基づいて、距離Ｄを求めることができる。
検出部４５は、受信部１１から出力される受光位置情報（座標値ｔ１）を受け取ると、車載機２がアップリンク領域ＵＡ内でアップリンク情報を送信した送信位置（車両Ｃの走行位置）を、上記式（１）及び（２）に基づいて演算し、アップリンク領域ＵＡの上流端である位置ｃを基準とした距離Ｄとして把握することができる。

〔ビーコン制御機の処理内容〕
図８に示すように、アップリンク領域ＵＡ内の位置Ｐに位置する車両Ｃ（車載機２）がアップリンク情報３５を送信し、光ビーコン４がこれを受光した場合、ビーコンヘッド８に設けられた検出部４５が、上述したように、アップリンク光ＵＯの受光位置に対応して車両Ｃの走行位置を特定する。
この情報を受けたビーコン制御機７は、アップリンク領域ＵＡにおいて車載機２がアップリンク情報を送信した送信位置である位置Ｐを、アップリンク領域ＵＡの上流端である位置ｃを基準とした距離Ｄとして把握する。

ビーコン制御機７は、アップリンク領域ＵＡの上流端である位置ｃから、その下流側の所定位置としての停止線Ｐ０までの距離Ｌ０、及び道路Ｒ上におけるアップリンク領域ＵＡの車両進行方向の距離Ｌ１を予め記憶装置に記憶しており、これらの距離Ｌ０，Ｌ１と上記距離Ｄに基づいて、車載機２の位置Ｐから下流側の停止線Ｐ０までの距離Ｌ２を距離情報として算出することができる。

また、本実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、ビーコン制御機７は、初回のアップリンク情報３５の受信したときに即座にダウンリンクの切り替えを行うのではなく、２回目のアップリンク情報３５を受信したときに、ダウンリンクの切り替えを行うようになっており、当該ダウンリンクの切り替え前において２つの走行位置を生成可能となっている。
そして、ビーコン制御機７の算出部１６は、上記初回と２回目のアップリンク情報３５の受光時刻をそれぞれ特定してその時刻差Δｔを演算し、上記２つの車載位置情報の距離差ΔＬをその時間差Δｔで除することにより、アップリンク領域ＵＡを通過する車両Ｃの走行速度ｖを算出する。

ビーコン制御機７は、算出部１６で算出された上記走行速度ｖを速度情報とし、ダウンリンクの切り換え後の第２のダウンリンク情報３６にその速度情報を含め、当該ダウンリンク情報３６を、ＬＥＤ１０を介して車載機２に送信する。
なお、第２実施形態においても、車両Ｃの走行位置やその距離差ΔＬを特定しなくても、２つのアップリンク情報３５の受信時間差Δと受光素子４３における２つのアップリンク情報３５の受光位置の差（ｘ軸方向の差）とから走行速度ｖを求めることもできる。例えば、前記受信部１１の受光素子４３上における受光位置の距離差を用いて、車両Ｃの走行速度ｖを演算することもできる。

〔第３実施形態〕
図９〜図１１は、本発明の第３実施形態を示している。
第３実施形態も、路車間通信システムの構成要素の１つである車載機２の構成は第１実施形態と同様であるが、光ビーコン４側のアップリンク情報３５の受信部（受光部）１１が、アップリンク光ＵＯの入射角度に対応して検出レベル差が生じるフォトダイオードよりなる点で、第１実施形態と異なる。
以下、この受信部１１の構成及び機能を中心に、第３実施形態の路車間通信システムを説明する。

〔ビーコンヘッドの受信部の構成〕
図９（ａ）は受信部１１の底面図（下から見た図）であり、図９（ｂ）は同受信部１１の側面図である。
同図に示すように、本実施形態の受信部１１は、設置角度の異なる一対の受光素子５０ａ，５０ｂよりなり、これらはいずれもフォトダイオードよりなる。
各受光素子５０ａ，５０ｂは、受光した赤外線の強さに比例した電気信号を出力する。受光素子５０ａ，５０ｂからの電気信号は電圧に変換されてアンプ部（図示せず）で増幅され、その電圧はセンシング信号として検出部５１に入力される。

各受光素子５０ａ，５０ｂによるセンシング信号は、アンプ部で検出レベルが同じ感度となるように校正されている。つまり、各受光素子５０ａ，５０ｂが同じ強さの赤外線を受光した場合、それぞれ同電圧のセンシング信号が検出部５１に入力される。
各受光素子５０ａ，５０ｂは、車載機２ａからのアップリンク光ＵＡを同時に受光するように隣接して配置され、アップリンク光ＵＡの入射角度θ１（図１０参照）に応じて相互の間で検出レベルに差が生じ得るように配置された構造とされている。

この構造をより具体的に説明すると、２つの受光素子５０ａ，５０ｂの受光面ｍ，ｎのそれぞれは、車両Ｃの進行方向（矢印方向）に平行な直線ｅ（図９の二点鎖線）に直交する垂直面ｆ（図９の一点鎖線）に対して傾斜するように設置されている。なお、この垂直面ｆは、路面に対して垂直な面である。
すなわち、各受光素子５０ａ，５０ｂは水平面に対する取り付け角度が相異した状態で設置され、第１の受光素子５０ａが車両進行方向上流側、第２の受光素子５０ｂが下流側となるように、両受光素子５０ａ，５０ｂが走行進行方向に並設されている。

そして、第１の受光素子５０ａの受光面ｍの下流端と第２の受光素子５０ｂの受光面ｎの上流端とが隣接して配置されており、これらの受光面ｍ，ｎは、所定の折れ角度θ０を有した状態でほぼＶ字状に配置されている。
図１０は、受信部１１の拡大側面図であり、同図に示すように、２つの受光素子５０ａ，５０ｂが所定の折れ角度θ０を有しているため、車載機２からのアップリンク光ＵＡの入射方向（図１０の破線矢印）と各受光素子５０ａ，５０ｂの受光面ｍ，ｎのそれぞれの法線方向との成す角度α，βが相異する。

これにより、２つの受光素子５０ａ，５０ｂは、車両進行方向の上流側から入射されるアップリンク光ＵＯを同時に受光することで、互いの検出レベルに差が生じるようになっている。

〔車両の走行位置の把握〕
検出部５１は、上記各受光素子５０ａ，５０ｂからの検出レベル（電圧信号）の差に基づいて入射角度θ１を検出し、車両Ｃの走行位置を検出する演算処理を行う。以下、この場合の具体的な演算処理を説明する。

まず、第１の受光素子５０ａによる検出レベルの値を「ａ」とし、第２の受光素子５０ｂによる検出レベルの値を「ｂ」とした場合、これらの値（比率）と、入射角度θ１及び受光素子５０ａ，５０ｂの折れ角度θ０との関係は以下の式（３）で表される。
ａ：ｂ＝sin（θ１−（（π−θ０）／２）：sin（π−θ１−（（π−θ０）／２））
……（３）

上記関係式により入射角度θ１は以下の式（４）で表される。

上記式（４）において、折れ角度θ０は受信部１１の製作時に定める既定値であり、この値は検出部５１が予め記憶しており、また、検出レベルの値ａ及びｂは計測値であるから、受光素子５０ａ，５０ｂにおける検出レベルと折れ角度θ０の値に基づいて、アップリンク光ＵＡの入射角度θ１を検出することができる。

図１１は、検出部１１による走行位置の検出機能の説明図である。
ここで、光ビーコン４のビーコンヘッド８（受光素子５０ａ，５０ｂ）の道路Ｒの路面からの取り付け高さをＨ１とし、車載機２（アップリンクＵＡの発光素子）の道路Ｒの路面からの取り付け高さをＨ２とすると、この両者間の相対距離Ｌ１は、以下の式（５）で表すことができる。

上記式（５）で示すように、検出部５１は、前記式（４）で演算した入射角度θ１と、高さＨ１，Ｈ２に基づいて、車両進行方向に沿った受信部１１と車載機２との間の相対距離Ｌ１を検出することができる。なお、前記高さＨ１，Ｈ２の値は、検出部５１がメモリ等に予め記憶している。

〔ビーコン制御機の処理内容〕
上記のように、本実施形態においても、ビーコン４側の検出部１１が、アップリンク光ＵＡの送信時における車両Ｃの走行位置を検出することができる。
そこで、本実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に、ビーコン制御機７は、初回のアップリンク情報３５の受信したときに即座にダウンリンクの切り替えを行うのではなく、２回目のアップリンク情報３５を受信したときに、ダウンリンクの切り替えを行うようになっており、当該ダウンリンクの切り替え前において２つの走行位置を生成可能となっている。

そして、ビーコン制御機７の算出部１６は、上記初回と２回目のアップリンク情報３５の受光時刻をそれぞれ特定してその時刻差Δｔを演算し、上記２つの車載位置情報の距離差ΔＬをその時間差Δｔで除することにより、アップリンク領域ＵＡを通過する車両Ｃの走行速度ｖを算出する。

〔受信部の変形例〕
図１２（ａ）は変形例に係る受信部１１の底面図（下から見た図）であり、図１２（ｂ）は同受信部１１の側面図である。
同図に示すように、本実施形態の受信部１１は、水平に設置された一対の受光素子５０ａ，５０ｂと、この受光素子５０ａ，５０ｂ間に介在する遮光壁部５２とから構成されている。

かかる構造の受信部１１において、２つの受光素子５０ａ，５０ｂは、車両進行方向の上流側から入射されるアップリンク光ＵＯを同時に受光すると、遮光壁部５２があることによって各受光素子５０ａ，５０ｂの検出レベルに差が生じる。
従って、この受信部１１によっても、上記検出レベルの差に基づいてアップリンク光ＵＡの入射角度θ１を演算でき、この角度θ１から、アップリンク送信時の車両Ｃの走行位置を求めることができる。

第１実施形態の路車間通信システムの全体構成を示すブロック図である。 光ビーコンの平面図である。 光ビーコンの通信領域を示す側面図である。 路車間通信する車載機と、これを搭載した車両の概略構成図である。 通信領域で行われる路車間通信の手順とデータ内容を示す概念図である。 いずれかの受信部がアップリンク情報を受信してからダウンリンク情報を送信する手順を示す概略図である。 第２実施形態に用いる受信部を示し、（ａ）はその受信部とアップリンク領域との位置関係を示す側面図であり、（ｂ）は受信部を正面視したときの図である。 光ビーコンの通信領域を示す側面図である。 第３実施形態に用いる受信部を示し、（ａ）はその受信部を下から見た図であり、（ｂ）は受信部の側面図である。 受信部の拡大側面図である。 ビーコンヘッドと車載機の位置関係を示す側面図である。 第３実施形態の変形例に係る受信部を示し、（ａ）はその受信部を下から見た図であり、（ｂ）は受信部の側面図である。 従来の光ビーコンの通信領域を示す側面図である。

符号の説明

２ 車載機
４ 光ビーコン
７ ビーコン制御機（通信制御部）
８ ビーコンヘッド（投受光器）
１０ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１１ フォトセンサ（受信部）
１５ 検出部（取得部）
１６ 算出部
３４ 第１のダウンリンク情報
３５ アップリンク情報
３６ 第２のダウンリンク情報
Ａ 通信領域
Ｃ 車両
Ｒ 道路
Ｐ０ 停止線（所定位置）
Ｐ１〜Ｐ４ 始点位置
ＤＡ ダウンリンク領域
ＵＡ アップリンク領域
ＵＡ１〜ＵＡ４ 分割領域
ＵＡ アップリンク光
ＤＯ ダウンリンク光
ＵＯ アップリンク光

Claims (9)

1. 道路を走行する車両の車載機と、前記道路の所定範囲に通信領域が設定された投受光器を有する光ビーコンとを備え、前記通信領域において前記車載機と前記光ビーコンの投受光器との間で光信号による双方向通信を行う路車間通信システムであって、
   前記光ビーコンは、
   前記車載機から複数回にわたってアップリンク情報を受信可能な受信部と、
   受信された複数のアップリンク情報の送信時における前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得する取得部と、
   取得された走行位置情報に基づいて前記車両の走行速度に関する速度情報を算出する算出部とを有することを特徴とする路車間通信システム。
2. 前記算出部は、前記受信部が最初に受信したアップリンク情報に応じて得られる走行位置情報に基づいて把握される前記車両の走行位置が前記アップリンク領域内の上流側よりである場合に限り、前記車両の走行速度に関する速度情報を算出する請求項１に記載の路車間通信システム。
3. 前記受信部は、前記アップリンク領域を車両走行方向に分割してなる各分割領域に対応する複数のフォトダイオードよりなり、
   前記取得部は、前記複数のフォトダイオードのうちのどのダイオードでアップリンク光が受信されたかによって前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得する請求項１又は２に記載の路車間通信システム。
4. 前記受信部は、アップリンク光の受光面に対する受光位置に対応して前記車両の走行位置が特定可能なフォトダイオードよりなり、
   前記取得部は、前記アップリンク光の受光位置に基づいて前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得する請求項１又は２に記載の路車間通信システム。
5. 前記受信部は、アップリンク光の入射角度に対応して検出レベル差が生じるフォトダイオードよりなり、
   前記取得部は、その検出レベル差に基づいて前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得する請求項１又は２に記載の路車間通信システム。
6. 前記光ビーコンは、前記受信部がアップリンク情報を受信した後に所定のダウンリンク情報を前記投受光器に送信させる通信制御部を有し、
   前記所定のダウンリンク情報は、算出された前記車両の走行速度に関する速度情報を含んでいる請求項１〜５のいずれか１項に記載の路車間通信システム。
7. 前記所定のダウンリンク情報は、更に、前記車両の走行位置からその下流側の所定位置までの距離に関する距離情報を含んでいる請求項６に記載の路車間通信システム。
8. 前記道路の所定範囲に通信領域が設定された投受光器を有し、前記通信領域において前記投受光器と車両の車載機との間で光信号による双方向通信を行う光ビーコンであって、
   前記車載機から複数回にわたってアップリンク情報を受信可能な受信部と、
   受信された複数のアップリンク情報の送信時における前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得する取得部と、
   取得された走行位置情報に基づいて前記車両の走行速度に関する速度情報を算出する算出部とを備えていることを特徴とする光ビーコン。
9. 道路の所定範囲に設定された通信領域において、車両に搭載された車載機と光ビーコンの投受光器との間で光信号による双方向通信を行う路車間通信方法であって、
   前記光ビーコンは、前記車載機から複数回にわたってアップリンク情報を受信するとともに、その複数のアップリンク情報の送信時における前記車両の走行位置に応じた走行位置情報を取得し、その取得した走行位置情報に基づいて前記車両の走行速度に関する速度情報を算出することを特徴とする路車間通信方法。

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