JP7272910B2 - In-vehicle device, state estimation method and program - Google Patents
In-vehicle device, state estimation method and program Download PDFInfo
- Publication number
- JP7272910B2 JP7272910B2 JP2019160184A JP2019160184A JP7272910B2 JP 7272910 B2 JP7272910 B2 JP 7272910B2 JP 2019160184 A JP2019160184 A JP 2019160184A JP 2019160184 A JP2019160184 A JP 2019160184A JP 7272910 B2 JP7272910 B2 JP 7272910B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vehicle
- state
- error
- covariance matrix
- state quantity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Navigation (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
Description
本発明は、車載装置、状態推定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to an in-vehicle device, a state estimation method, and a program.
カーナビゲーション装置は、車両の速度を計測する車速センサから得られる車速と、車両に搭載されたジャイロセンサから得られる車両の角速度と、GNSS(Global Navigation Satellite System)から得られる車両の現在位置及び車両の進行方向に基づいて車両の現在位置を推定し、推定した現在位置を地図にマッピングすることで、運転者に車両の位置を伝えている。しかしながら、車速センサから得られる速度と、ジャイロセンサから得られる角速度には誤差が含まれることが一般的である。同様に、GNSSから得られる現在位置についても、誤差が含まれることが一般的である。つまり、センサ及びGNSSの出力値からは、車両の真の位置を直接知ることはできない。 A car navigation system measures the vehicle speed obtained from a vehicle speed sensor, the angular velocity of the vehicle obtained from a gyro sensor mounted on the vehicle, the current position of the vehicle obtained from a GNSS (Global Navigation Satellite System), and the The current position of the vehicle is estimated based on the direction of travel, and the estimated current position is mapped on a map to inform the driver of the vehicle's position. However, the speed obtained from the vehicle speed sensor and the angular speed obtained from the gyro sensor generally contain an error. Similarly, the current position obtained from GNSS also generally contains errors. In other words, the true position of the vehicle cannot be directly known from the sensor and GNSS output values.
このような問題を解決する手法として、カルマンフィルタが知られている。カルマンフィルタとは、誤差のある観測量を用いて、動的なシステムの状態を推定することが可能な手法である。カルマンフィルタをカーナビゲーション装置に利用した例として、例えば特許文献1に記載の技術が知られている。 A Kalman filter is known as a technique for solving such problems. A Kalman filter is a method that can estimate the state of a dynamic system using observables with errors. As an example of using a Kalman filter in a car navigation system, for example, the technology described in Patent Document 1 is known.
しかしながら、車速センサ及びジャイロセンサからの出力から得られる速度や角速度等の観測量には、ある程度決まった誤差が含まれていることが多い。一方、カルマンフィルタは、誤差は白色雑音であるという前提で設計されている。そのため、従来のカルマンフィルタでは、車両の状態を高精度に推定することができない。 However, observed quantities such as velocity and angular velocity obtained from outputs from the vehicle speed sensor and the gyro sensor often contain errors that are determined to some extent. Kalman filters, on the other hand, are designed on the assumption that the error is white noise. Therefore, the conventional Kalman filter cannot estimate the state of the vehicle with high accuracy.
そこで、本発明は、カルマンフィルタを用いて、車両の状態をより高精度に推定することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to estimate the state of a vehicle with higher accuracy using a Kalman filter.
本発明の一態様に係る車載装置は、車両に搭載される車載装置であって、センサから取得される出力値に基づき、車両の状態に関する観測量を取得する取得部と、車両の状態を示す状態量に関する誤差を示す係数を用いて修正したヤコビアンを適用した拡張カルマンフィルタと、取得された車両の状態に関する観測量とに基づいて、車両の状態量を算出する推定部と、を有する。 An in-vehicle device according to an aspect of the present invention is an in-vehicle device mounted in a vehicle, and includes an acquisition unit that acquires an observable amount related to the state of the vehicle based on an output value acquired from a sensor, and an observable amount that indicates the state of the vehicle. An extended Kalman filter to which a modified Jacobian is applied using a coefficient indicating an error related to the state quantity, and an estimator that calculates the state quantity of the vehicle based on the obtained observed quantity related to the state of the vehicle.
本発明によれば、カルマンフィルタを用いて、車両の状態をより高精度に推定することができる。 According to the present invention, the vehicle state can be estimated with higher accuracy using the Kalman filter.
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that, in each figure, the same reference numerals have the same or similar configurations.
<装置構成>
図1は、本実施形態に係る車載装置10のハードウェア構成例を示す図である。車載装置10は、車両に搭載され、ユーザの操作に従って、地図の表示、地図における車両の現在位置の表示、目的地までの経路探索、経路案内等を実行する。車載装置10は、プロセッサ11と、記憶装置12と、通信IF13と、入力デバイス14と、出力デバイス15と、GNSS装置16と、ジャイロセンサ17とを含む。
<Device configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a hardware configuration example of an in-
プロセッサ11は、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphical processing unit)等であり、車載装置10の各部を制御する。
The
記憶装置12は、メモリ、HDD(Hard Disk Drive)及び/又はSSD(Solid State Drive)等であり、車載装置10が動作するために必要な各種データを記憶する。
The
通信IF13は、例えば携帯電話機やスマートフォン等の通信機器と接続するためのインタフェースである。
The
入力デバイス14は、ユーザから各種の操作を受け付けるデバイスであり、車載装置10が備えるスイッチ、ボタン、タッチパネル又はマイク等である。また、入力デバイス14は、車載装置10が搭載された車両に取り付けられた車速センサ18から出力された車速データの入力を受け付ける。
The
出力デバイス15は、例えば、ディスプレイ及び/又はスピーカ等である。
The
GNSS装置16は、GNSS衛星から送信されるGNSS信号に基づき、車載装置10の位置と、車両の進行方向の方位(以下、「車両の方位」と言う。)とを測定する。なお、GNSSにはGPSも含まれる。
The GNSS
ジャイロセンサ17は、例えば振動ジャイロセンサであり、車両の回転速度、すなわち車両の角速度を検出する。
The
<機能ブロック構成>
図2は、車載装置10の機能ブロック構成例を示す図である。車載装置10は、記憶部101と、取得部102と、推定部103とを含む。記憶部101は、車載装置10が備える記憶装置12を用いて実現することができる。また、取得部102と、推定部103とは、車載装置10のプロセッサ11が、記憶装置12に記憶されたプログラムを実行することにより実現することができる。また、当該プログラムは、記憶媒体に格納することができる。当該プログラムを格納した記憶媒体は、コンピュータ読み取り可能な非一時的な記憶媒体(Non-transitory computer readable medium)であってもよい。非一時的な記憶媒体は特に限定されないが、例えば、USBメモリ又はCD-ROM等の記憶媒体であってもよい。
<Functional block configuration>
FIG. 2 is a diagram showing a functional block configuration example of the in-
記憶部101は、地図データ101aを記憶する。
The
取得部102は、センサから取得される出力値に基づき、車両の状態に関する観測量を取得する。車両の状態に関する観測量には、車両の進行方向における速度(以下、「車両の速度」と言う。)と、車両の角速度と、車両の位置と、車両の進行方向とが含まれる。より具体的には、取得部102は、GNSS装置16で観測された、車両の位置と車両の進行方向とを取得し、ジャイロセンサ17で観測された車両の角速度を取得し、車速センサ18で観測された車両の速度を取得する。
推定部103は、車両の状態を示す状態量に関する誤差を示す係数を用いて修正したヤコビアン(以下、「修正ヤコビアン」と言う。)を適用した拡張カルマンフィルタと、車両の状態に関する観測量とに基づいて、車両の状態を示す状態量(以下、「車両の状態量」と言う。)を算出する(推定する)。車両の状態量には、車両の速度と、車両の角速度と、車両の位置と、車両の進行方向とが含まれる。なお、修正ヤコビアンについては後述する。
Based on an extended Kalman filter to which a modified Jacobian (hereinafter referred to as a "corrected Jacobian") is applied using a coefficient indicating an error related to the state quantity indicating the state of the vehicle, and an observed quantity regarding the state of the vehicle, the estimating
<拡張カルマンフィルタを用いた車両の状態量の推定>
まず、拡張カルマンフィルタにより推定する車両の状態量を以下のように定義する。
<Estimation of State Quantity of Vehicle Using Extended Kalman Filter>
First, the state quantity of the vehicle estimated by the extended Kalman filter is defined as follows.
v:車両の速度
ω:車両の角速度
x:車両の位置のx座標
y:車両の位置のy座標
θ:車両の方位
ここで、車両の状態量をベクトル表記した状態ベクトルを、(v、ω、x、y、θ)と
すると、車両の状態量についての状態方程式は、式(1)で表すことができる。
式(1)に示す状態方程式によれば、時刻tにおける車両の位置のx座標は、時刻t-1における車両の位置に、車両の速度のx軸方向成分に単位時間を乗算した値を加えることで算出されることを示している。また、時刻tにおける車両の位置のy座標は、時刻t-1における車両の位置に、車両の速度のy軸方向成分に単位時間を乗算した値を加えることで算出されることを示している。また、時刻tにおける車両の方位は、時刻t-1における車両の方位に、車両の角速度に単位時間を乗算した角度を加えることで算出されることを示している。 According to the state equation shown in formula (1), the x-coordinate of the vehicle position at time t is obtained by adding the x-axis component of the vehicle velocity multiplied by unit time to the vehicle position at time t-1. It shows that it is calculated by Also, the y-coordinate of the vehicle position at time t is calculated by adding a value obtained by multiplying the y-axis direction component of the vehicle velocity by unit time to the vehicle position at time t-1. . Also, the azimuth of the vehicle at time t is calculated by adding an angle obtained by multiplying the angular velocity of the vehicle by the unit time to the azimuth of the vehicle at time t−1.
次に、取得部102が取得する車両の状態に関する観測量を以下のように定義する。
Next, the observable amount relating to the state of the vehicle acquired by the
vpls:車速センサ18の出力(パルスデータ等)から得られる車両の速度
ωgyro:ジャイロセンサ17の出力から観測される車両の角速度
xgps:GNSS装置16の測位結果から観測される車両の位置のx座標
ygps:GNSS装置16の測位結果から観測される車両の位置のy座標
θgps:GNSS装置16の測位結果から観測される車両の方位
ここで、上記の観測量をベクトル表記した観測ベクトルを(vpls、ωgyro、xgps、ygps、θgps)とすると、観測量についての観測方程式は、式(2)で表すことができる。右辺の第2項であるrtは、平均が0であり誤差共分散行列Rtである正規分布N(0、Rt)に従う観測雑音である。
続いて、拡張カルマンフィルタが行う処理について、車両の状態量を予測する「予測処理」と、車両の状態量を推定する「推定処理」とに分けて説明する。拡張カルマンフィルタは、車両の状態量の推定を、dtの周期で繰り返し行う。予測処理とは、前回の周期で推定された車両の状態量と状態方程式とを用いて今回の周期における車両の状態量を予測することである。また、推定処理とは、予測した今回の周期における車両の状態量を、今回の周期で取得された車両の状態に関する観測量で補正することで、車両の状態量をより高精度に推定することである。 Next, the processing performed by the extended Kalman filter will be described by dividing it into "prediction processing" for predicting the state quantity of the vehicle and "estimation processing" for estimating the state quantity of the vehicle. The extended Kalman filter repeatedly estimates the state quantity of the vehicle with a period of dt. The prediction process is to predict the state quantity of the vehicle in the current cycle using the state quantity of the vehicle estimated in the previous cycle and the state equation. In addition, the estimation process is to estimate the state quantity of the vehicle with higher accuracy by correcting the predicted state quantity of the vehicle in the current cycle with the observed quantity related to the state of the vehicle obtained in the current cycle. is.
なお、以下の説明において、添え字のt|t-1が付与された値は、時刻t-1までの情報に基づき算出された時刻tにおける予測値(今回の予測値)を示す。また、添え字のt|tが付与された値は、時刻tまでの情報に基づき算出された時刻tにおける推定値(今回の推定値)を示す。また、添え字のt-1|t-1が付与された値は、時刻t-1までの情報に基づき推定された時刻t-1における推定値(前回の推定値)を示す。 In the following description, a value with a suffix t|t-1 indicates a predicted value (current predicted value) at time t calculated based on information up to time t-1. A value with the subscript t|t indicates an estimated value at time t (current estimated value) calculated based on information up to time t. Also, a value with the subscript t-1|t-1 indicates an estimated value (previous estimated value) at time t-1 estimated based on information up to time t-1.
(予測処理)
拡張カルマンフィルタにおける予測処理は、より詳細には、車両の状態量の予測値(以下、「車両状態予測値」と言う。)と、誤差共分散行列の予測値と、を算出する処理である。車両状態予測値を算出する式を式(3)に示す。
More specifically, the prediction process in the extended Kalman filter is a process of calculating a predicted value of the state quantity of the vehicle (hereinafter referred to as "predicted vehicle state value") and a predicted value of the error covariance matrix. A formula for calculating the vehicle state prediction value is shown in formula (3).
誤差共分散行列の予測値、つまり、時刻t-1までの情報に基づき予測された時刻tにおける誤差共分散行列Pt|t-1を算出する式を、式(4)に示す。なお、分散は、誤差を二乗した値を平均した値である。つまり、車両の状態量の分散は、車両の状態量の誤差を二乗した値を平均した値である。したがって、誤差共分散行列の予測値を算出することは、車両状態予測値の誤差を算出することに相当する。
このように、予測処理では、時刻t-1までの情報に基づき算出された時刻tにおける車両状態予測値と、時刻t-1までの情報に基づき算出された時刻tにおける誤差共分散行列の予測値とを算出する。 Thus, in the prediction process, the vehicle state prediction value at time t calculated based on the information up to time t−1 and the prediction of the error covariance matrix at time t calculated based on the information up to time t−1 Calculate the value and
(推定処理)
拡張カルマンフィルタにおける推定処理は、予測処理にて算出した車両状態予測値、及び、誤差共分散行列の予測値に基づいて、車両の状態量の推定値(以下、「車両状態推定値」と表現する)と、誤差共分散行列の推定値とを算出する処理である。
(estimation process)
Estimation processing in the extended Kalman filter is based on the vehicle state prediction value calculated in the prediction processing and the prediction value of the error covariance matrix, the estimated value of the state quantity of the vehicle (hereinafter referred to as "vehicle state estimate value") ) and an estimated value of the error covariance matrix.
まず、観測残差を算出する式を式(5)に示す。
次に、車両状態推定値は、式(5)に示す観測残差を用いて、式(6)により算出される。
」は、逆行列を示す。式(7)に示すカルマンゲインKtは、時刻t-1までの情報に基づく時刻tにおける誤差共分散行列の予測値Pt|t-1に基づき算出される。
Next, the vehicle state estimation value is calculated by Equation (6) using the observation residual shown in Equation (5).
” indicates the inverse matrix. The Kalman gain K t shown in Equation (7) is calculated based on the predicted value P t|t-1 of the error covariance matrix at time t based on the information up to time t-1.
式(6)において、カルマンゲインKtは、車両状態推定値を算出する際、車両状態予測値を重視するか、車両の状態に関する観測量を重視して算出するかを決定付ける係数である。例えば、GNSS装置16、ジャイロセンサ17及び車速センサ18から得られる観測量の誤差が充分に小さい場合、つまり車両の状態に関する観測量が信頼できる値である場合、車両状態推定値は観測量に近い値になることが望ましい。
In equation (6), the Kalman gain K t is a coefficient that determines whether the estimated vehicle state value is to be emphasized or the observed quantity of the vehicle state is to be emphasized when calculating the vehicle state estimated value. For example, if the errors in the observables obtained from the
一方、車両状態予測値の誤差が、GNSS装置16、ジャイロセンサ17及び車速センサ18からの出力に基づく観測量より充分に小さい場合、つまり、車両の状態に関する観測量があまり信頼できない場合、車両状態推定値は、車両状態予測値に近い値になることが望ましい。例えば、カルマンゲインKk=0として式(6)に与えると、車両状態推定値は、車両状態予測値と等しくなる。このように、カルマンゲインKtは、車両状態推定値が適切な値となるように設定する係数である。
On the other hand, if the error in the vehicle state prediction value is sufficiently smaller than the observed quantity based on the outputs from the
次に、誤差共分散行列の推定値、つまり、時刻tまでの情報に基づき推定された時刻tにおける誤差共分散行列Pt|tは、式(8)により算出される。
以上説明した拡張カルマンフィルタの処理手順に基づき推定部103が行う処理は、以下のように説明することができる。
The processing performed by the
(1)車両の前回の状態量と車両の状態方程式とに基づいて車両の状態量の予測値を算出し、前回の誤差共分散行列とヤコビアンとに基づき誤差共分散行列の予測値を算出する
(2)観測量と状態量の予測値との差分である観測残差を算出
(3)誤差共分散行列の予測値に基づいてカルマンゲインを算出
(4)車両の前回の状態量と観測残差とカルマンゲインとに基づいて、車両の状態量を算出
(5)前回の誤差共分散行列とカルマンゲインとに基づいて、誤差共分散行列を算出
(1) Calculate the predicted value of the state quantity of the vehicle based on the previous state quantity of the vehicle and the state equation of the vehicle, and calculate the predicted value of the error covariance matrix based on the previous error covariance matrix and the Jacobian. (2) Calculate the observation residual, which is the difference between the observed quantity and the predicted value of the state quantity (3) Calculate the Kalman gain based on the predicted value of the error covariance matrix (4) The previous state quantity of the vehicle and the observed residual Calculate the state quantity of the vehicle based on the difference and the Kalman gain. (5) Calculate the error covariance matrix based on the previous error covariance matrix and the Kalman gain.
カルマンフィルタでは、推定された車両の状態量の精度は、カルマンゲインKtに依存する。カルマンゲインKtが正しくない場合、例えば、車両の状態に関する観測量が信頼できないにも関わらず、車両状態推定値が観測量に近くなるよう補正してしまうといったことが生じ得る。 In the Kalman filter, the accuracy of the estimated vehicle state quantity depends on the Kalman gain Kt . If the Kalman gain K t is not correct, for example, even though the observed quantity of the vehicle state is unreliable, the estimated vehicle state value may be corrected to be closer to the observed quantity.
拡張カルマンフィルタは、システム雑音、及び、観測雑音が白色性の雑音であることを前提としている。つまり、拡張カルマンフィルタでは、誤差の平均が0であることが前提でなる。しかしながら、現実の世界では、ジャイロセンサ17及び車速センサ18から得られる値に含まれる誤差は、平均が0になる白色性の雑音ではなく、常にオフセットが掛かったような誤差であることが多い。つまり、ジャイロセンサ17及び車速センサ18から得られる値を平均すると、誤差の平均が0にならずに徐々に累積していくことが多い。
The extended Kalman filter assumes that system noise and observation noise are white noise. In other words, the extended Kalman filter is based on the premise that the mean error is zero. However, in the real world, the errors included in the values obtained from the
このような誤差を有する観測量に対して拡張カルマンフィルタを使用すると、誤差共分散行列を適切に算出することができなくなる。また、その結果、カルマンゲインKtも正確に算出されないため、車両の状態量を精度よく推定できなくなってしまうという問題がある。 If the extended Kalman filter is used for observations with such errors, the error covariance matrix cannot be calculated properly. As a result, the Kalman gain Kt is also not calculated accurately, so there is a problem that the state quantity of the vehicle cannot be accurately estimated.
そこで、本実施形態では、状態方程式に対応するヤコビアンを、車両の状態量に関する誤差を示す係数を用いて修正した修正ヤコビアンを用いることで、車両の状態量をより高精度に算出する。 Therefore, in the present embodiment, a modified Jacobian obtained by correcting the Jacobian corresponding to the state equation using a coefficient indicating an error related to the state quantity of the vehicle is used to calculate the state quantity of the vehicle with higher accuracy.
まず、従来のカルマンフィルタの考え方に基づいて算出される、式(1)の状態法定式に対応するヤコビアンを式(9)に示す。以下の説明では、式(9)に示すヤコビアンを、「従来のヤコビアン」を呼ぶことがある。
次に、本実施形態で用いる修正ヤコビアンを、式(10)に示す。
より具体的には、式(11)に示す係数(第1係数)は、前回の誤差共分散行列の推定値において第1軸方向の誤差の分散に対応する標準偏差と車両の進行方向における車速の誤差の分散に対応する標準偏差とに基づいて算出される。 More specifically, the coefficient (first coefficient) shown in equation (11) is the standard deviation corresponding to the variance of the error in the direction of the first axis in the previous estimated value of the error covariance matrix and the vehicle speed and the standard deviation corresponding to the variance of the error of .
式(12)に示す係数(第2係数)は、前回の誤差共分散行列の推定値において第2軸方向の誤差の分散に対応する標準偏差と車両の進行方向における車速の誤差の分散に対応する標準偏差とに基づいて算出される。 The coefficient (second coefficient) shown in Equation (12) corresponds to the standard deviation corresponding to the variance of the error in the direction of the second axis and the variance of the vehicle speed error in the traveling direction of the previous estimated value of the error covariance matrix. It is calculated based on the standard deviation of
式(13)に示す係数(第3係数)は、前回の誤差共分散行列の推定値において車両の進行方向の誤差の分散に対応する標準偏差と車両の角速度の誤差の分散に対応する標準偏差とに基づいて算出される。 The coefficient (third coefficient) shown in Equation (13) is the standard deviation corresponding to the variance of the error in the traveling direction of the vehicle and the standard deviation corresponding to the variance of the error in the angular velocity of the vehicle in the previous estimate of the error covariance matrix. calculated based on
ここで、誤差共分散行列の各成分の例を式(14)に示す。
そこで、推定部103は、式(4)を用いて誤差共分散行列を計算する際、ヤコビアンFt-1を、式(10)に示す修正ヤコビアンに置き換えてカルマンゲインを計算する。このとき、推定部103は、vの誤差の標準偏差、ωの誤差の標準偏差、xの誤差の標準偏差、yの誤差の標準偏差、及び、θの誤差の標準偏差を、それぞれ、式(4)における誤差共分散行列Pt-1|t-1における1行1列目の成分、2行2列目の成分、3行3列目の成分、4行4列目の成分、及び、5行5列目の成分から取得し、式(11)~式(13)に代入する。
Therefore, when calculating the error covariance matrix using Equation (4), estimating
修正ヤコビアンFt|t-1の3行目3列目、4行目4列目及び5行目5列目の成分に車両の状態量に関する誤差を示す係数が設定されることで、式(9)に示すヤコビアンを用いる場合と比較して、式(4)により算出される誤差共分散行列Pt|t-1における、車両位置のx座標の分散、y座標の分散及びθの分散に該当する3行3列目の成分、4行4列目の成分、及び、5行5列目の対角成分の値が増加することになる。また、式(7)において、当該対角成分の値が増加した誤差共分散行列Pt|t-1を用いてカルマンゲインKtを算出することで、カルマンゲインKtにおける3行目3列目、4行目4列目及び5行目5列目の対角成分の値も増加する。そうすると、式(6)において、本実施形態に係るカルマンフィルタを用いて時刻tにおける車両の状態量を推定する場合、平均が0になる白色性の雑音が含まれることを前提とする従来のカルマンフィルタを用いる場合と比較して、車両の状態量のうちx座標、y座標及びθについては、車両状態予測値よりも、GNSSから得られる観測量が多く反映されることになる。 By setting the coefficients indicating the error related to the state quantity of the vehicle to the components of the 3rd row, 3rd column, 4th row, 4th column, and 5th row, 5th column of the modified Jacobian F t |t-1 , the formula ( 9), in the error covariance matrix Pt |t-1 calculated by Equation (4), the x-coordinate variance, y-coordinate variance, and θ variance of the vehicle position are The corresponding values of the 3rd row, 3rd column component, the 4th row, 4th column component, and the 5th row, 5th column diagonal component are increased. In addition, in Equation (7), by calculating the Kalman gain K t using the error covariance matrix P t|t-1 in which the value of the diagonal component is increased, the 3rd row, 3rd column in the Kalman gain K t The values of the diagonal components of the fourth row, fourth column, and fifth row, fifth column also increase. Then, in Equation (6), when estimating the state quantity of the vehicle at time t using the Kalman filter according to the present embodiment, the conventional Kalman filter that assumes that white noise with an average of 0 is included is Compared to the case of using GNSS, the x-coordinate, y-coordinate, and θ of the vehicle state quantities reflect more of the observed quantity obtained from the GNSS than the vehicle state prediction value.
これにより、白色性の雑音ではなく、常にオフセットが掛かったような誤差を有するジャイロセンサ17及び車速センサ18を用いて車両の状態を推定する場合、x座標、y座標及びθについては、GNSSから取得した車両位置(x、y、θ)による補正が多く行われることになるため、車両位置をより高精度に推定することが可能になる。
As a result, when estimating the state of the vehicle using the
<車載装置が行う動作>
図3は、車載装置10が行う動作の一例を示すフローチャートである。まず、取得部102は、GNSS装置16、ジャイロセンサ17及び車速センサ18から、車両の速度、車両の角速度、車両の位置、及び、車両の方位に関する観測量を取得する(S10)。続いて、推定部103は、式(10)~式(13)に示すヤコビアンに置き換えたカルマンフィルタを用いて、車両の速度、車両の角速度、車両の位置、及び、車両の方位車両の状態量を推定する(S11)。続いて、表示制御部104は、推定部103で推定された車両の位置及び車両の方位に基づいて、地図上に描画されている車両の位置及び車両の向きを更新する(S12)。車両位置の更新を終了する場合(例えばナビゲーション画面の表示を終了する場合)は処理を終了する。車両位置の更新を続ける場合はステップS10の処理手順に戻る。
<Operations performed by the in-vehicle device>
FIG. 3 is a flowchart showing an example of the operation performed by the in-
<まとめ>
以上説明した実施形態によれば、車両の状態量に関する誤差を示す係数を含むヤコビアンを用いることで、白色性の雑音ではなく平均が0にならないような誤差を有するセンサを用いる場合であっても、より高精度に車両の位置を推定することが可能になる。
<Summary>
According to the embodiment described above, by using the Jacobian including the coefficients indicating the error related to the state quantity of the vehicle, even when using a sensor having an error such that the average does not become 0 instead of white noise, , it becomes possible to estimate the position of the vehicle with higher accuracy.
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態で説明したフローチャート、シーケンス、実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。 The embodiments described above are for facilitating understanding of the present invention, and are not intended to limit and interpret the present invention. Flowcharts, sequences, elements included in the embodiments, their arrangement, materials, conditions, shapes, sizes, and the like described in the embodiments are not limited to those illustrated and can be changed as appropriate. Also, it is possible to partially replace or combine the configurations shown in different embodiments.
10…車載装置、11…プロセッサ、12…記憶装置、13…通信IF、14…入力デバイス、15…出力デバイス、16…GNSS装置、17…ジャイロセンサ、18…車速センサ、101…記憶部、101a…地図データ、102…取得部、103…推定部、104…表示制御部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
センサから取得される出力値に基づき、前記車両の状態に関する観測量を取得する取得部と、
車両の状態を示す状態量に関する誤差を示す係数を用いて対角成分を修正したヤコビアンを適用した拡張カルマンフィルタと、取得された前記車両の状態に関する観測量とに基づいて、前記車両の状態量を算出する推定部と、
を有する車載装置。 An in-vehicle device mounted in a vehicle,
an acquisition unit that acquires an observable amount related to the state of the vehicle based on the output value acquired from the sensor;
Based on an extended Kalman filter to which a Jacobian whose diagonal component is corrected using a coefficient indicating an error related to the state quantity indicating the state of the vehicle is applied, and the obtained observed quantity regarding the state of the vehicle, the state quantity of the vehicle is calculated. an estimation unit that calculates;
In-vehicle device having
前記係数は、第1軸方向における車両の位置誤差に関する第1係数と第2軸方向における車両の位置誤差に関する第2係数と前記車両の進行方向の誤差に関する第3係数とを含む、
請求項1に記載の車載装置。 The state quantity of the vehicle includes the position of the vehicle, the traveling direction of the vehicle, and the vehicle speed in the traveling direction of the vehicle,
the coefficients include a first coefficient related to a vehicle position error in a first axis, a second coefficient related to a vehicle position error in a second axis, and a third coefficient related to a heading error of the vehicle;
The in-vehicle device according to claim 1 .
前記車両の前回の状態量と前記車両の状態方程式とに基づいて前記車両の状態量の予測値を算出し、
前回の誤差共分散行列と前記ヤコビアンとに基づき誤差共分散行列の予測値を算出し、
前記観測量と前記状態量の予測値との差分である観測残差を算出し、
前記誤差共分散行列の予測値に基づいてカルマンゲインを算出し、
前記車両の前回の状態量と前記観測残差と前記カルマンゲインとに基づいて、前記車両の状態量を算出し、
前記前回の誤差共分散行列と前記カルマンゲインとに基づいて、誤差共分散行列を算出する、
請求項2に記載の車載装置。 The estimation unit
calculating a predicted value of the state quantity of the vehicle based on the previous state quantity of the vehicle and the state equation of the vehicle;
Calculate the predicted value of the error covariance matrix based on the previous error covariance matrix and the Jacobian,
calculating an observation residual that is the difference between the observed quantity and the predicted value of the state quantity;
Calculate the Kalman gain based on the predicted value of the error covariance matrix,
calculating a state quantity of the vehicle based on the previous state quantity of the vehicle, the observed residual, and the Kalman gain;
Calculate an error covariance matrix based on the previous error covariance matrix and the Kalman gain;
The in-vehicle device according to claim 2.
前記第2係数は、前記前回の誤差共分散行列において前記第2軸方向の誤差の分散に対応する標準偏差と前記車両の進行方向における車速の誤差の分散に対応する標準偏差とに基づいて算出され、
前記第3係数は、前記前回の誤差共分散行列において前記車両の進行方向の誤差の分散に対応する標準偏差と前記車両の角速度の誤差の分散に対応する標準偏差とに基づいて算出される、
請求項3に記載の車載装置。 The first coefficient is calculated based on the standard deviation corresponding to the variance of the errors in the first axis direction and the standard deviation corresponding to the variance of the vehicle speed errors in the traveling direction of the vehicle in the previous error covariance matrix. is,
The second coefficient is calculated based on the standard deviation corresponding to the variance of the error in the second axis direction and the standard deviation corresponding to the variance of the vehicle speed error in the traveling direction of the vehicle in the previous error covariance matrix. is,
The third coefficient is calculated based on the standard deviation corresponding to the variance of the error in the traveling direction of the vehicle and the standard deviation corresponding to the variance of the angular velocity error of the vehicle in the previous error covariance matrix.
The in-vehicle device according to claim 3.
センサから取得される出力値に基づき、前記車両の状態に関する観測量を取得するステップと、
車両の状態を示す状態量に関する誤差を示す係数を用いて対角成分を修正したヤコビアンを適用した拡張カルマンフィルタと、取得された前記車両の状態に関する観測量とに基づいて、前記車両の状態量を算出するステップと、
を含む状態推定方法。 A state estimation method executed by an in-vehicle device mounted in a vehicle,
obtaining observables regarding the state of the vehicle based on output values obtained from sensors;
Based on an extended Kalman filter to which a Jacobian whose diagonal component is corrected using a coefficient indicating an error related to the state quantity indicating the state of the vehicle is applied, and the obtained observed quantity regarding the state of the vehicle, the state quantity of the vehicle is calculated. a calculating step;
State estimation methods, including
センサから取得される出力値に基づき、前記車両の状態に関する観測量を取得するステップと、
車両の状態を示す状態量に関する誤差を示す係数を用いて対角成分を修正したヤコビアンを適用した拡張カルマンフィルタと、取得された前記車両の状態に関する観測量とに基づいて、前記車両の状態量を算出するステップと、
を実行させるためのプログラム。 computer installed in the vehicle,
obtaining observables regarding the state of the vehicle based on output values obtained from sensors;
Based on an extended Kalman filter to which a Jacobian whose diagonal component is corrected using a coefficient indicating an error related to the state quantity indicating the state of the vehicle is applied, and the obtained observed quantity regarding the state of the vehicle, the state quantity of the vehicle is calculated. a calculating step;
program to run the
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019160184A JP7272910B2 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | In-vehicle device, state estimation method and program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019160184A JP7272910B2 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | In-vehicle device, state estimation method and program |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021038989A JP2021038989A (en) | 2021-03-11 |
JP7272910B2 true JP7272910B2 (en) | 2023-05-12 |
Family
ID=74848544
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019160184A Active JP7272910B2 (en) | 2019-09-03 | 2019-09-03 | In-vehicle device, state estimation method and program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7272910B2 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114312201B (en) * | 2022-02-10 | 2023-07-14 | 同济大学 | Height sensor data filtering method for electric control air suspension system |
CN114666100B (en) * | 2022-03-02 | 2023-03-24 | 南京航空航天大学 | Intelligent vehicle network attack security detection system and method |
CN116127406B (en) * | 2022-12-09 | 2023-10-17 | 聊城大学 | Data fusion method based on hybrid H-infinity self-adaptive Kalman filtering |
CN115817163B (en) * | 2023-02-17 | 2023-05-23 | 禾多科技(北京)有限公司 | Method, apparatus, electronic device and computer readable medium for adjusting wheel speed of vehicle |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012173190A (en) | 2011-02-23 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | Positioning system and positioning method |
JP2017106891A (en) | 2015-11-30 | 2017-06-15 | 株式会社リコー | Inertia device, program, and positioning method |
WO2017150106A1 (en) | 2016-03-01 | 2017-09-08 | クラリオン株式会社 | In-vehicle device and estimation method |
JP2017194302A (en) | 2016-04-19 | 2017-10-26 | クラリオン株式会社 | Position estimation device and estimation method |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017072423A (en) * | 2015-10-05 | 2017-04-13 | パイオニア株式会社 | Estimation device, control method, program, and storage medium |
-
2019
- 2019-09-03 JP JP2019160184A patent/JP7272910B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012173190A (en) | 2011-02-23 | 2012-09-10 | Seiko Epson Corp | Positioning system and positioning method |
JP2017106891A (en) | 2015-11-30 | 2017-06-15 | 株式会社リコー | Inertia device, program, and positioning method |
WO2017150106A1 (en) | 2016-03-01 | 2017-09-08 | クラリオン株式会社 | In-vehicle device and estimation method |
JP2017194302A (en) | 2016-04-19 | 2017-10-26 | クラリオン株式会社 | Position estimation device and estimation method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021038989A (en) | 2021-03-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7272910B2 (en) | In-vehicle device, state estimation method and program | |
EP1837627B1 (en) | Methods and systems for implementing an iterated extended kalman filter within a navigation system | |
CN108700423B (en) | In-vehicle device and estimation method | |
CN102914785B (en) | Vehicle navigation on the basis of satellite positioning data and vehicle sensor data | |
JP5237723B2 (en) | System and method for gyrocompass alignment using dynamically calibrated sensor data and iterative extended Kalman filter in a navigation system | |
JP6094026B2 (en) | Posture determination method, position calculation method, and posture determination apparatus | |
US8041472B2 (en) | Positioning device, and navigation system | |
JP5742450B2 (en) | Position calculation method and position calculation apparatus | |
WO2012137415A1 (en) | Position calculating method and position calculating device | |
JP5602070B2 (en) | POSITIONING DEVICE, POSITIONING METHOD OF POSITIONING DEVICE, AND POSITIONING PROGRAM | |
JP2008076389A (en) | Navigation system and navigation method | |
JP5842363B2 (en) | Position calculation method and position calculation apparatus | |
EP4220086A1 (en) | Combined navigation system initialization method and apparatus, medium, and electronic device | |
CN110346824B (en) | Vehicle navigation method, system and device and readable storage medium | |
US7248967B2 (en) | Autonomous velocity estimation and navigation | |
JP6248559B2 (en) | Vehicle trajectory calculation device | |
CN110637209B (en) | Method, apparatus and computer readable storage medium having instructions for estimating a pose of a motor vehicle | |
JP2007263637A (en) | Apparatus and method for positioning, and program | |
CN116559923A (en) | Online estimation method, device and medium for GNSS antenna lever arm and odometer lever arm | |
CN114001730B (en) | Fusion positioning method, fusion positioning device, computer equipment and storage medium | |
CN112611377A (en) | State prediction method and device for outdoor navigation of trolley and storage medium | |
TWI587155B (en) | Navigation and Location Method and System Using Genetic Algorithm | |
CN112325770B (en) | Method and system for evaluating confidence of relative precision of monocular vision measurement at vehicle end | |
JP6413816B2 (en) | Random driving judgment device | |
WO2022193940A1 (en) | Vehicle speed measurement method and apparatus, vehicle-mounted computer device and storage medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220317 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230112 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230113 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230224 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230404 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230427 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7272910 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |