JP2016017796A

JP2016017796A - 車輌位置計測装置及び方法

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Publication number: JP2016017796A
Application number: JP2014139527A
Authority: JP
Inventors: 秀夫熊谷; Hideo Kumagai
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-02-01
Anticipated expiration: 2034-07-07
Also published as: JP6383907B2

Abstract

【課題】本発明は、各センサのセンサ出力の誤差を推定によって小さくし、各センサの計測出力の精度向上を計ることである。
【解決手段】本発明による車輌位置計測装置及び方法は、３軸角速度信号(1a)及び３軸加速度信号(1b)を出力するためのＭＥＭＳ慣性センサ(1)と、前記ＭＥＭＳ慣性センサ(1)に接続された慣性航法計算部(2)と、前記慣性航法計算部(2)からの各出力(2a〜2c)とＧＰＳセンサ(10)とタイヤ速度センサ(11)とステアリング角センサ(10〜12)からの各出力(10a,11a,12a)とを減算して誤差を誤差推定手段(20)により推定して補正する構成と方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輌位置計測装置及び方法に関し、特に、少なくともＧＰＳの出力とＭＥＭＳ慣性センサの出力と速度出力とステアリング角出力を情報として、誤差推定手段による誤差推定により、精度よく自車の位置計測を行うための新規な改良に関する。

従来、用いられていたこの種の車上測位装置としては、特許文献１及び２に示されるように、二種類の測位装置が提案されている。
前述の特許文献１における測位装置においては、ドリフトの生じやすい回転角速度センサや誤差の大きい車速センサを用いても、精度のよい測位ができるようにするために、車輌の位置を検出する位置センサである車速センサ及び圧電振動ジャイロと、複数の衛星が発射する信号からそれぞれの衛星と車輌との相対位置を検出する衛星情報検出手段又は相対速度検出手段であるＧＰＳと、位置センサ又は衛星情報検出手段の出力の少なくとも一方から車輌の絶対位置を測位する測位手段である測位ルーチンと、衛星からの情報に基づき位置センサの検出位置を補正するセンサ出力補正手段であるジャイロ補正ルーチンとを備えた構成である。

また、前述の特許文献２における測位装置においては、精度をより正確にするために、車輌と地表との間の相対位置を測定する相対センサと、複数の衛星が発射する信号からそれぞれの衛星と車輌との相対位置を検出するＧＰＳと、ＧＰＳの検出した複数の衛星の情報から測位可能であり、かつ測位の推定誤差が所定のレベルより小さい時、ＧＰＳの出力のみから車輌の絶対位置を測位し、それ以外のとき、ＧＰＳの出力と相対センサの出力、又は相対センサの出力のみから車輌の絶対位置を測位するステップを設けた構成である。

特開平８−１４９２２号公報特開平８−１４９２３号公報

従来の車載用測位装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、特許文献１及び２の構成においては、最近の開発目標としてて脚光をあびている自動運転を念頭においたものではないため、ジャイロとしては圧電振動ジャイロを用い、各センサとしては単独で使っているために、各々センサの性態以上の位置精度達成は困難であった。
また、前述の振動ジャイロは、温度等のドリフトが大きく、ドリフトの蓄積を避けることは困難であった。
また、前述の振動ジャイロを用いると、形状が大きく、かつ、高価であるため、車載用としては好適ではなかった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、少なくともＧＰＳの出力とＭＥＭＳ慣性センサの出力と速度信号出力とステアリング角出力を情報として誤差推定手段の推定により、精度よく自車の位置計測を行うようにした車輌位置計測装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明による車輌位置計測装置は、３軸角速度信号及び３軸加速度信号を出力するためのＭＥＭＳ慣性センサと、前記ＭＥＭＳ慣性センサに接続され、位置出力と速度出力と方位出力とを出力するための慣性航法計算部と、前記位置出力とＧＰＳセンサからのＧＰＳ位置出力との誤差を算出するための第１減算部と、前記速度出力とタイヤ速度センサからのタイヤ速度出力との誤差を算出するための第２減算部と、前記方位出力とステアリング角センサからのステアリング角出力との誤差を算出するための第３減算部と、前記各減算部からの各減算出力である差を入力し誤差推定を行うための誤差推定手段と、を備え、前記誤差推定手段でリアルタイムに推定した推定誤差を前記３軸角速度信号、前記３軸加速度信号及び前記慣性航法計算部に入力することにより、前記各センサの持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るようにした構成であり、また、前記誤差推定手段は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行う構成であり、また、請求項１及び請求項２の車輌位置計測装置は、車輌の自動運転に用いられる構成であり、また、本発明による車輌位置計測方法は、３軸角速度信号及び３軸加速度信号を出力するためのＭＥＭＳ慣性センサと、前記ＭＥＭＳ慣性センサに接続され、位置出力と速度出力と方位出力とを出力するための慣性航法計算部と、前記位置出力とＧＰＳセンサからのＧＰＳ位置出力との誤差を算出するための第１減算部と、前記速度出力とタイヤ速度センサからのタイヤ速度出力との誤差を算出するための第２減算部と、前記方位出力とステアリング角センサからのステアリング角出力との誤差を算出するための第３減算部と、前記各減算部からの各減算出力である差を入力し誤差推定を行うための誤差推定手段と、を用い、前記誤差推定手段でリアルタイムに推定した推定誤差を前記３軸角速度信号、前記３軸加速度信号及び前記慣性航法計算部に入力することにより、前記各センサの持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るようにした方法であり、また、前記誤差推定手段は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行う方法であり、また、請求項１及び請求項２に記載の車輌位置計測方法は、車輌の自動運転に用いられる方法である。

本発明による車輌位置計測装置及び方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、３軸角速度信号及び３軸加速度信号を出力するためのＭＥＭＳ慣性センサと、前記ＭＥＭＳ慣性センサに接続され、位置出力と速度出力と方位出力とを出力するための慣性航法計算部と、前記位置出力とＧＰＳセンサからのＧＰＳ位置出力との誤差を算出するための第１減算部と、前記速度出力とタイヤ速度センサからのタイヤ速度出力との誤差を算出するための第２減算部と、前記方位出力とステアリング角センサからのステアリング角出力との誤差を算出するための第３減算部と、前記各減算部からの各減算出力である差を入力し誤差推定を行うための誤差推定手段と、を備え、前記誤差推定手段でリアルタイムに推定した推定誤差を前記３軸角速度信号、前記３軸加速度信号及び前記慣性航法計算部に入力することにより、前記各センサの持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るようにしたことにより、車輌の位置精度が従来よりも大幅に向上し、車輌の自動運転を可能とするレベルの位置計測が可能となった。
また、前記誤差推定手段は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行うことにより、前述のような位置精度の向上を達成することができる。
また、請求項１及び請求項２に記載の車輌位置計測装置は、車輌の自動運転に用いられることにより、自動運転化実現に寄与することができる。

本発明による車輌位置計測装置及び方法を示すブロック図である。図１のハード構成を示すブロック図である。本発明における各信号の出力項目と達成精度との関係を示す構成図である。

本発明は、少なくともＧＰＳの信号とＭＥＭＳ慣性センサの信号と速度信号とステアリング角を情報として誤差推定手段による推定により、精度よく自車の位置計測を行うことで、特に、車輌の自動運転化に寄与することを可能とすることである。

以下、図面と共に本発明による車輌位置計測装置及び方法の好適な実施の形態について説明する。
図１は本発明による車輌位置計測装置及び方法を示すブロック図であり、符号１で示されるものは、周知のＭＥＭＳによって構成されたＭＥＭＳ慣性センサであり、このＭＥＭＳ慣性センサ１は、３軸角速度信号１ａ及び３軸加速度信号１ｂを出力することができるように構成されている。

前記３軸角速度信号１ａ及び３軸加速度信号１ｂは、慣性航法計算部２に入力され、前記慣性航法計算部２においては、前記３軸角速度信号１ａ及び前記３軸加速度信号１ｂに基づいて周知の姿勢・速度・位置が計算されるように構成されている。
前記慣性航法計算部２で得られた位置出力２ａ、速度出力２ｂ及び方位出力２ｃは、第１減算部３、第３減算部４及び第３減算部５に各々入力されている。

前記第１〜第３減算部３,４,５には、周知の準天頂のＧＰＳセンサ１０からのＧＰＳ位置出力１０ａと、車輌(図示せず)のタイヤの回転から速度を取るためのタイヤ速度センサ１１からのタイヤ速度出力１１ａと、前記車輌のステアリングの曲げ角度を計測するためのステアリング角センサ１２からのステアリング角出力１２ａ（車輌のＣＡＮデータから得る）とが各々入力されており、前記第１〜第３減算部３,４,５では、前記各出力２ａ，２ｂ及び２ｃと前記各出力１０ａ，１１ａ及び１２ａとが、前記各減算部３〜５で減算処理されるように構成されている。

前記各減算部３,４及び５で得られた各減算出力としての差３ａ，4ａ及び５ａは、周知のカルマンフィルタ等からなる誤差推定手段２０に入力され、この誤差推定手段２０では、前述の差に基づいて、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正、加速度補正、タイヤ速度補正Ｔｓ及びステアリング角補正Ｓを行うために、フィルタリングによって誤差推定をリアルタイムに行い、その誤差推定値２０ａが前述の３軸角速度信号１ａ、３軸加速度信号１ｂ及び慣性航法計算部２の姿勢、速度及び位置の補正のために入力されている。また、前記タイヤ速度補正Ｔｓ及びステアリング角補正Ｓは、前記タイヤ速度出力１１ａ及びステアリング角出力１２ａに帰還入力され、前記タイヤ速度出力１１ａ及びステアリング角出力１２ａが補正されるように構成されている。
従って、前記各センサ１０，１１，１２の持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得ることができるように構成されている。

従って、前述の図１の車輌位置計測装置３０においては、前記ＭＥＭＳ慣性センサ１からの前記３軸角速度信号１ａ、前記３軸加速度信号１ｂ及び前記慣性航法計算部２の姿勢・速度・位置は、前記誤差推定手段２０からの誤差推定値２０ａに基づいてリアルタイムに補正されるため、前記慣性航法計算部２から取り出される姿勢・速度・位置における各出力信号である前記位置出力２ａ、速度出力２ｂ及び方位出力２ｃの精度は常に帰還制御と同様に高精度に位置計測が制御されている。

前述の図１の車輌位置計測装置３０により計測される本発明による姿勢角、方位角、速度及び位置の達成精度は、図３で示されるように、準天頂ＧＰＳ受信時と準天頂ＧＰＳ受信不能時において、車輌の自動運転に用いることのできる位置計測を達成していることが明らかである。

尚、前述の図１の車輌位置計測装置３０は、全体のシステムを示すブロック図として示しているが、そのハードウェアは、実際には、図２に示される通りである。
すなわち、図２において、前記慣性航法計算部２からの各出力２ａ〜２ｃはＡ／Ｄ変換部２Ａを介して誤差推定手段２０及び各減算部２ａ〜２ｃ等よりなるＣＰＵ２０Ａに入力され、このＣＰＵ２０Ａに対して図１のＧＰＳ位置出力１０ａ、タイヤ速度出力１１ａ及びステアリング角出力１２ａは、車輌全体の制御データ等を統括するためのＣＡＮデータ４０としてＣＰＵ２０Ａに入力されている。
前記ＣＰＵ２０Ａからは、出力データとして、常に、リアルタイムで誤差補正されている位置出力２ａ、速度出力２ｂ、方位出力２ｃ及び姿勢出力２ｄが出力されている。

尚、本発明による車輌位置計測装置及び方法の要約とするところは、以下の通りである。
すなわち、３軸角速度信号１ａ及び３軸加速度信号１ｂを出力するためのＭＥＭＳ慣性センサ１と、前記ＭＥＭＳ慣性センサ１に接続され、位置出力２ａと速度出力２ｂと方位出力２ｃとを出力するための慣性航法計算部２と、前記位置出力２ａとＧＰＳセンサ１０からのＧＰＳ位置出力１０ａとの誤差を算出するための第１減算部３と、前記速度出力２ｂとタイヤ速度センサ１１からのタイヤ速度出力１１ａとの誤差を算出するための第２減算部４と、前記方位出力２ｃとステアリング角センサ１２からのステアリング角出力１２ａとの誤差を算出するための第３減算部５と、前記各減算部３〜５からの各減算出力である差３ａ,４ａ,５ａを入力し誤差推定を行うための誤差推定手段２０と、を備え、前記誤差推定手段２０でリアルタイムに推定した推定誤差２０ａを前記３軸角速度信号１ａ、前記３軸加速度信号１ｂ及び前記慣性航法計算部２に入力することにより、前記各センサ１０，１１，１２の持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るようにした構成と方法であり、また、前記誤差推定手段２０は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行う構成と方法であり、また、請求項１及び請求項２に記載の車輌位置計測装置は、車輌の自動運転に用いられる構成と方法である。

本発明による車輌位置計測装置及び方法は、少なくともＧＰＳの出力とＭＥＭＳ慣性センサの出力と速度出力とステアリング角出力を情報として、誤差推定手段による誤差推定により、精度よく自車の位置計測を行うことができ、高精度位置計測による車輌の自動運転化の実現が可能となることである。

１ＭＥＭＳ慣性センサ
１ａ３軸角速度信号
１ｂ３軸加速度信号
２慣性航法計算部
２ａ位置出力
２ｂ速度出力
２ｃ方位出力
２ＡＡ／Ｄ変換部
３第１減算部
３ａ〜５ａ差（減算出力）
４第２減算部
５第３減算部
１０ＧＰＳセンサ
１０ａＧＰＳ位置出力
１１タイヤ速度センサ
１１ａタイヤ速度出力
１２ステアリング角センサ
１２ａステアリング角出力
２０誤差推定手段
２０ａ誤差推定値
２０ＡＣＰＵ
３０車輌位置計測装置
４０ＣＡＮデータ

Claims

３軸角速度信号(1a)及び３軸加速度信号(1b)を出力するためのＭＥＭＳ慣性センサ(1)と、前記ＭＥＭＳ慣性センサ(1)に接続され、位置出力(2a)と速度出力(2b)と方位出力(2c)とを出力するための慣性航法計算部(2)と、前記位置出力(2a)とＧＰＳセンサ(10)からのＧＰＳ位置出力(10a)との誤差を算出するための第１減算部(3)と、前記速度出力(2b)とタイヤ速度センサ(11)からのタイヤ速度出力(11a)との誤差を算出するための第２減算部(4)と、前記方位出力(2c)とステアリング角センサ(12)からのステアリング角出力(12a)との誤差を算出するための第３減算部(5)と、前記各減算部(3〜5)からの各減算出力である差(3a,4a,5a)を入力し誤差推定を行うための誤差推定手段(20)と、を備え、
前記誤差推定手段(20)でリアルタイムに推定した推定誤差(20a)を前記３軸角速度信号(1a)、前記３軸加速度信号(1b)及び前記慣性航法計算部(2)に入力することにより、前記各センサ(10,11,12) の持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るように構成したことを特徴とする車輌位置計測装置。
前記誤差推定手段(20)は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行うことを特徴とする請求項１記載の車輌位置計測装置。
請求項１及び請求項２に記載の車輌位置計測装置は、車輌の自動運転に用いられることを特徴とする請求項１又は２記載の車輌位置計測装置。
３軸角速度信号(1a)及び３軸加速度信号(1b)を出力するためのＭＥＭＳ慣性センサ(1)と、前記ＭＥＭＳ慣性センサ(1)に接続され、位置出力(2a)と速度出力(2b)と方位出力(2c)とを出力するための慣性航法計算部(2)と、前記位置出力(2a)とＧＰＳセンサ(10)からのＧＰＳ位置出力(10a)との誤差を算出するための第１減算部(3)と、前記速度出力(2b)とタイヤ速度センサ(11)からのタイヤ速度出力(11a)との誤差を算出するための第２減算部(4)と、前記方位出力(2c)とステアリング角センサ(12)からのステアリング角出力(12a)との誤差を算出するための第３減算部(5)と、前記各減算部(3〜5)からの各減算出力である差(3a,4a,5a)を入力し誤差推定を行うための誤差推定手段(20)と、を用い、
前記誤差推定手段(20)でリアルタイムに推定した推定誤差(20a)を前記３軸角速度信号(1a)、前記３軸加速度信号(1b)及び前記慣性航法計算部(2)に入力することにより、前記各センサ(10,11,12) の持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るように構成したことを特徴とする車輌位置計測方法。
前記誤差推定手段(20)は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行うことを特徴とする請求項４記載の車輌位置計測方法。
請求項４及び請求項５に記載の車輌位置計測方法は、車輌の自動運転に用いられることを特徴とする請求項１又は２記載の車輌位置計測装置。