CN113260544A - 陀螺仪传感器的修正方法 - Google Patents

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Abstract

对车辆绕铅垂方向的轴的角速度进行计测的陀螺仪传感器(223)的修正方法包括：对计测方位与车辆方位之间的差量实施处理而得到修正信息的生成处理，该计测方位通过对陀螺仪传感器(223)的输出即传感器输出实施处理而得到，该车辆方位通过利用配置于车辆的行驶路的标识器而推定出；以及利用修正信息来修正对陀螺仪传感器(223)的输出即传感器输出实施处理而得到的计测方位的修正处理。

Description

陀螺仪传感器的修正方法
技术领域
本发明涉及搭载于车辆的陀螺仪传感器的修正方法。
背景技术
近年来，组装有导航系统、防滑控制等的车辆控制系统、自动驾驶系统等的车辆正在增加。在这些系统中，需要精度高地推定车辆的姿态(方位)、车辆的姿态变化等。于是，在组装有这些系统的车辆的多数中，采用了对车辆绕铅垂方向的轴的旋转方向(偏航方向)的角速度进行计测的陀螺仪传感器(例如参照下述的专利文献1。)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-91412号公报
发明内容
发明要解决的课题
例如，陀螺仪传感器的输出有时随着时间经过、温度变动、振动等环境条件而变动(漂移)。这样，陀螺仪传感器的输出特性随着时间经过、环境条件而变动，因此有可能不再能够维持陀螺仪传感器的输出的精度、基于该输出得到的计测量的精度。
本发明是鉴于所述以往的问题点而做出的，提供搭载于车辆的陀螺仪传感器的修正方法。
用于解决课题的方案
本发明是对车辆绕铅垂方向的轴的角速度进行计测的陀螺仪传感器的修正方法，其中，所述陀螺仪传感器的修正方法包括：
对计测方位与车辆方位之间的差量实施处理而得到修正信息的生成处理，该计测方位通过对该陀螺仪传感器的输出即传感器输出实施处理而得到，该车辆方位通过利用沿着车辆的行驶路配置的标识器而推定出；以及
利用所述修正信息来修正所述传感器输出或所述计测方位的修正处理。
发明效果
本发明的陀螺仪传感器的修正方法包括利用基于计测方位与车辆方位之间的差量得到的修正信息的修正处理，该计测方位基于传感器输出得到，该车辆方位通过利用标识器而推定出。标识器配置于行驶路，标识器的位置几乎不可能随着时间经过、环境条件而变动。若利用通过利用该标识器而推定出的车辆方位，则能够有效地修正可能随着时间经过、环境条件而变动的陀螺仪传感器的输出特性。
附图说明
图1是实施例1中的透视车辆的主视图。
图2是实施例1中的磁性标识器的说明图。
图3是实施例1中的磁性标识器的铺设形态的说明图。
图4是实施例1中的RFID标签的主视图。
图5是表示实施例1中的车载系统的结构的说明图。
图6是例示实施例1中的通过磁性标识器时的行进方向的磁计测值的变化的说明图。
图7是例示实施例1中的基于沿着车宽方向排列的磁传感器Cn得到的车宽方向的磁计测值的分布曲线的说明图。
图8是表示实施例1中的车辆的整体动作的流程的流程图。
图9是实施例1中的车载系统的本车位置的推定方法的说明图。
图10是表示实施例1中的本车位置相对于行驶路线的偏差ΔD的说明图。
图11是表示实施例1中的计测方位的修正处理的流程的流程图。
图12是实施例1中的车辆方位Vd的检测方法的说明图。
图13是实施例1中的对计测方位的误差随时间的变化进行直线近似的处理的说明图。
图14是表示实施例2中的计测方位的修正处理的流程的流程图。
图15是实施例3中的车辆方位Vd的检测方法的说明图。
具体实施方式
关于本发明的实施方式，使用以下的实施例来进行具体说明。
(实施例1)
本例是将对本车位置(车辆的位置)进行推定的车载系统1组合到自动驾驶系统6中的例子。尤其是，该车载系统1具有利用磁性标识器10来修正基于陀螺仪传感器223输出的角速度得来的计测方位的功能。关于该内容，使用图1～图13来进行说明。
车载系统1如图1所示，构成为包括进行磁检测等的计测单元2、取得与磁性标识器10相关的标识器信息的标签读取器34、以及执行用于确定本车位置的运算处理的控制单元32等。
组合有该车载系统1的自动驾驶系统6构成为包括执行自动驾驶控制的车辆ECU61、保存详细的三维地图数据(3D地图数据)的地图数据库(地图DB)65。车辆ECU61将车载系统1推定出的本车位置作为控制输入值，控制未图示的转向操作单元、发动机油门、制动器等而使车辆5自动行驶。
以下，在概略说明铺设于道路的磁性标识器10之后，说明计测单元2、标签读取器34、控制单元32的内容。
磁性标识器10如图1～图3所示，是铺设于车辆5行驶的道路(行驶路的一例)的路面100S的标识器的一例。该磁性标识器10呈直径20mm、高度28mm的柱状。磁性标识器10例如在收容于在路面100S(图1)设置的孔的状态下铺设。构成磁性标识器10的磁铁是将作为磁性材料的氧化铁的磁粉分散到作为基材的高分子材料中而成的铁氧体塑料磁体。该磁铁具备最大能积(BHmax)＝6.4kJ/m3这样的特性。
将本例的磁性标识器10的规格的一部分表示在表1中。
[表1]
磁铁种类 铁氧体塑料磁体
直径 φ20mm
高度 28mm
表面磁通密度Gs 45mT
该磁性标识器10在作为计测单元2的安装高度而设想的范围100～250mm的上限的250mm高度处作用8μT(微特斯拉)的磁通密度的磁。另外，在该磁性标识器10中，表示表面处的磁的强度的表面磁通密度Gs成为45mT。
磁性标识器10如图3所示，沿着由左右的行车道标志区分的车道100的中央例如以2m间隔(标识器跨距M)配置。在车载系统1中，以将相邻的2个磁性标识器10连结的线段的方向为基准而推定车辆方位(车辆的前后方向的朝向、方位)，详情见后述。并且，作为成为基准的方位而利用该车辆方位，修正根据陀螺仪传感器223的输出而得来的计测方位。
需要说明的是，磁性标识器10的设计上的铺设位置为车道100的中央。因此，在设计上，将相邻的2个磁性标识器10连结的线段的方向与车道方向(行驶路的方向)一致。然而，现实情况下，磁性标识器10的铺设位置的误差不可避免。因此，将相邻的2个磁性标识器10连结的实际的线段的方向包含方位误差，从车道方向偏移。以下，将两者进行区别，将车道方向称作方位dir，将连结相邻的2个磁性标识器10的实际的线段的方向称作方位dir(M)。
在磁性标识器10的上端面，安装有作为通过无线而输出信息的无线标签的RFID(Radio Frequency IDentification)标签15(参照图2。)。作为信息提供部的一例的RFID标签15通过基于无线的外部供电而进行动作，用于发送与磁性标识器10相关的标识器信息。标识器信息包括表示对应的磁性标识器10的设计上的铺设位置的位置数据、表示车道方向的方位数据(方位信息、方位dir)等。
需要说明的是，若知道相邻的2个磁性标识器10的铺设位置(绝对位置)，则能够通过运算来求出方位dir。也可以是，将表示相邻的2个磁性标识器10的铺设位置的位置数据作为方位信息而包含于标识器信息。或者，也可以是，在车辆侧预先存储前1个磁性标识器10的铺设位置，在运算方位dir时，读出前1个磁性标识器10的铺设位置。在该情况下，标识器信息所包含的1个磁性标识器10的铺设位置成为方位信息的一例。
构成信息提供部的一例的RFID标签15例如是在从PET(Polyethyleneterephthalate)膜切出的标签片150(图4)的表面安装有IC芯片157的电子部件。在标签片150的表面，设置有环形线圈151及天线153的印刷图案。环形线圈151是根据来自外部的电磁感应而产生励磁电流的受电线圈。天线153是用于无线发送标识器信息的发送天线。RFID标签15配置于磁性标识器10的朝上的端面。
接着，说明车辆5所具备的计测单元2、标签读取器34、控制单元32。
计测单元2如图5所示，是作为磁检测部的传感器阵列21与IMU(InertialMeasurement Unit)22一体化的单元。细长的棒状的计测单元2在与路面100S面对的状态下，安装于例如前保险杠的内侧等(参照图1。)。在本例的车辆5的情况下，以路面100S为基准的计测单元2的安装高度是200mm。
计测单元2的传感器阵列21具备在一直线上排列的15个磁传感器Cn(n为1～15的整数)和内置有未图示的CPU等的检测处理电路212。在传感器阵列21中，15个磁传感器Cn以10cm的等间隔配置。计测单元2以传感器阵列21中的磁传感器Cn的排列方向与车宽方向一致的方式安装于车辆5。
磁传感器Cn是利用非晶线材等感磁体的阻抗根据外部磁场而敏感变化这样的公知的MI效果(Magneto Impedance Effect)来检测磁的传感器。在磁传感器Cn中，沿着正交的2个轴向配置感磁体，由此能够检测沿着正交的2个轴向作用的磁。需要说明的是，在本例中，以能够检测行进方向的磁分量及车宽方向的磁分量的方式，磁传感器Cn组装于传感器阵列21。
磁传感器Cn是磁通密度的量程为±0.6mT且量程内的磁通分辨率为0.02μT这样的高灵敏度的传感器。在本例中，为了能够应对车辆5的高速行驶，由计测单元2的各磁传感器Cn进行的磁计测的周期被设定为3kHz。
将磁传感器Cn的规格的一部分示于表2中。
[表2]
量程 ±0.6mT
磁通分辨率 0.02μT
采样周期 3kHz
如上述那样，磁性标识器10在作为磁传感器Cn的安装高度而设想的范围100～250mm能够作用8μT以上的磁通密度的磁。若是作用磁通密度8μT以上的磁的磁性标识器10，则能够使用磁通分辨率为0.02μT的磁传感器Cn而可靠性高地进行检测。
传感器阵列21的检测处理电路212(图5)是执行用于检测磁性标识器10的标识器检测处理等的运算电路。该检测处理电路212利用执行各种运算的CPU(centralprocessing unit)、ROM(read only memory)、RAM(random access memory)等存储器元件等而构成。
检测处理电路212以3kHz周期取得各磁传感器Cn输出的传感器信号并执行标识器检测处理。检测处理电路212将标识器检测处理的检测结果向控制单元32输入。在该标识器检测处理中，除了磁性标识器10的检测以外，还进行计测车辆5相对于检测出的磁性标识器10的横向偏移量的横向偏移量检测处理，对此详情见后述。
组装于计测单元2的IMU22(图5)是通过惯性导航来推定车辆5的相对位置的惯性导航单元。IMU22具备作为计测方位的电子罗盘的磁传感器221、计测加速度的加速度传感器222、计测角速度的陀螺仪传感器223等。陀螺仪传感器223是计测绕铅垂方向的轴的旋转方向的角速度(输出的一例)的传感器。例如，若将陀螺仪传感器223计测出的角速度与磁传感器221计测的方位组合，则能够高精度地推定车辆5的绝对方位。
IMU22通过加速度的二阶积分来运算位移量，并通过沿着车辆方位累计位移量来运算相对于基准位置的相对位置。若利用IMU22推定的相对位置，则即便在车辆5位于相邻的磁性标识器10的中间时，也能够推定本车位置。
标签读取器34是通过无线来与配置于磁性标识器10的表面的RFID标签15进行通信的通信单元。标签读取器34通过无线发送RFID标签15的动作所需的电力，接收RFID标签15发送的标识器信息。作为标识器信息，如上所述，存在表示对应的磁性标识器10的铺设位置(绝对位置)的位置数据、作为表示车道方向的方位数据(方位信息)的方位dir等。
控制单元32是控制计测单元2、标签读取器34并且实时推定车辆5的位置即本车位置的单元。由控制单元32推定出的本车位置例如向构成自动驾驶系统6的车辆ECU61输入。
控制单元32具备安装有执行各种运算的CPU、ROM、RAM等存储器元件等的电子基板(省略图示)。控制单元32推定本车位置的方法在车辆5到达安装有RFID标签15的磁性标识器10时与车辆5位于相邻的磁性标识器10的中间时不同。控制单元32在前者的情况下，利用从安装于磁性标识器10的RFID标签15接收到的标识器信息来推定本车位置，另一方面，在后者的情况下，基于通过惯性导航而推定出的车辆5的相对位置来推定本车位置(详情见后述)。
接着，在说明本例的(1)由车载系统1进行的标识器检测处理、以及(2)车辆5的整体动作的流程之后，说明(3)计测方位的修正处理。
(1)标识器检测处理
标识器检测处理是计测单元2的传感器阵列21执行的处理。传感器阵列21使用磁传感器Cn以3kHz的周期执行标识器检测处理。
如上所述，磁传感器Cn构成为计测车辆5的行进方向的磁分量及车宽方向的磁分量。例如在该磁传感器Cn沿着行进方向移动而通过磁性标识器10的正上方时，行进方向的磁计测值如图6那样以在磁性标识器10的前后正负反转、并且在磁性标识器10的正上方的位置与零交叉的方式变化。因此，在车辆5行驶中，在关于某磁传感器Cn检测出的行进方向的磁而产生了其正负反转的零交叉Zc时，能够判断为计测单元2位于磁性标识器10的正上方。检测处理电路212在像这样计测单元2位于磁性标识器10的正上方且产生了行进方向的磁计测值的零交叉时，判断为检测出磁性标识器10。
另外，例如，关于与磁传感器Cn相同的规格的磁传感器，当设想沿着通过磁性标识器10的正上方的车宽方向的假想线的移动时，车宽方向的磁计测值以在隔着磁性标识器10的两侧正负反转、并且在磁性标识器10的正上方的位置与零交叉的方式变化。在将15个磁传感器Cn沿着车宽方向排列的计测单元2的情况下，根据隔着磁性标识器10而处于哪一侧，磁传感器Cn检测出的车宽方向的磁计测值的正负不同(图7)。
若基于例示计测单元2的各磁传感器Cn的车宽方向的磁计测值的图7的分布曲线，则能够利用车宽方向的磁计测值的正负反转的零交叉Zc来确定磁性标识器10的车宽方向的位置。在零交叉Zc位于相邻的2个磁传感器Cn的中间(未必是中央)的情况下，隔着零交叉Zc而相邻的2个磁传感器Cn的中间的位置成为磁性标识器10的车宽方向的位置。或者在存在车宽方向的磁计测值为零且两外侧的磁传感器Cn的磁计测值的正负反转的磁传感器Cn的情况下，该磁传感器Cn的正下方的位置成为磁性标识器10的车宽方向的位置。检测处理电路212计测磁性标识器10的车宽方向的位置相对于计测单元2的中央的位置(磁传感器C8的位置)的偏差，来作为车辆5相对于磁性标识器10的横向偏移量(横向偏移量检测处理)。例如，若为图7的情况，则零交叉Zc的位置成为相当于C9与C10的中间附近的C9.5的位置。如上所述，磁传感器C9与C10的间隔为10cm，因此磁性标识器10的横向偏移量以在车宽方向上位于计测单元2的中央的C8为基准而成为(9.5-8)×10cm。并且，以磁性标识器10为基准的车辆5的车宽方向的偏差即横向偏移量能够通过使上述的偏差的正负反转而算出(横向偏移量检测处理)。计测单元2向控制单元32输入根据车辆5相对于磁性标识器10向左右哪侧偏移而正负更替的横向偏移量。
(2)车辆的整体动作
接着，参照图8～图10来说明具备车载系统1和自动驾驶系统6的车辆5的整体动作。
当在自动驾驶系统6中设定行驶路径(规定的路径)后(S101)，从存储3D地图数据的地图DB65读出对应的数据而设定成为自动驾驶的控制目标的详细的路线数据(S102)。路线数据例如如图9及图10中的虚线所示，是至少包含由绝对位置的数据表示的地点的连续在内的数据。
另一方面，车载系统1在自动驾驶的控制下，反复执行由上述的传感器阵列21进行的标识器检测处理P1。在成功地检测出任意磁性标识器10时(S201：是)，车载系统1执行RFID标签15输出的标识器信息的读取(S202)。并且，车载系统1以标识器信息所包含的位置数据所表示的磁性标识器10的铺设位置为基准而推定本车位置(图9中由Δ记号例示)(S203)。具体而言，将从磁性标识器10的铺设位置偏置与在标识器检测处理中计测单元2计测到的横向偏移量相应的量的位置推定为本车位置。
另一方面，在车辆5位于相邻的磁性标识器10的中间、且不能检测出磁性标识器10时(S201：否)，车载系统1将基于最近检测出的磁性标识器10的铺设位置而确定出的本车位置(图9中的Δ记号的位置)作为基准位置，通过惯性导航来推定车辆5的相对位置(S212)。具体而言，车载系统1如上所述，通过由组装于计测单元2的IMU22进行的计测加速度的二阶积分来运算位移量。然后，车载系统1沿着利用陀螺仪传感器22输出的角速度等而确定出的车辆5的方位，对该位移量进行累计，由此推定车辆5相对于上述的基准位置的相对位置。车载系统1如图9所例示那样，将从基准位置移动与该相对位置相应的量的×记号的位置推定为本车位置(S203)。需要说明的是，在该图中，用箭头示出表示该相对位置的向量的一例。
车载系统1推定出的本车位置(图9中的Δ记号及×记号的位置)向构成自动驾驶系统6的车辆ECU61输入。车辆ECU61算出本车位置相对于在图10中由虚线所示的控制目标值的路线数据的偏差ΔD(S103)。然后，车辆ECU61基于该偏差AD来执行转向控制等车辆控制(S104)，实现自动行驶。
(3)计测方位的修正处理
如上所述，在车载系统1中，设想以标识器跨距M＝2m的间隔配置有磁性标识器10的车道100(参照图3。行驶路)。磁性标识器10沿着车道100的中央配置，因此将相邻的2个磁性标识器10连结的线段的设计上的方向与车道方向(方位dir)一致。与将2个磁性标识器10连结的设计上的线段的方向相当的车道方向的方位dir由附设于磁性标识器10的RFID标签15作为方位数据(标识器信息的一部分)而无线输出。
在车载系统1中，利用磁性标识器10来推定作为车辆5的朝向的车辆方位Vd。并且，在车载系统1中，利用该车辆方位Vd来修正计测方位Vs。如上所述，标识器基准的车辆方位Vd包含由磁性标识器10的铺设位置的误差引起的误差。图11的修正处理是利用包含误差的标识器基准的车辆方位Vd来修正计测方位Vs的处理。关于该修正处理的流程，参照图11的流程图来进行说明。
例如当自动驾驶系统6启动时，控制单元32以开始陀螺仪传感器223的输出(角速度、传感器输出)的积分运算的方式控制IMU22(S301)。通过传感器输出的积分运算，来生成作为车辆5的转弯角的计测值的计测方位Vs。另外，控制单元32对在处理中利用的变量n设置作为初始值的0(S302)。
例如自动驾驶的控制中的控制单元32控制传感器阵列21，反复执行包括横向偏移量检测处理在内的标识器检测处理P1(S303：否)。当检测出磁性标识器10时(S303：是)，控制单元32首先使变量n加1(S304)。并且，控制单元32控制标签读取器34而从RFID标签15读取标识器信息(S305、方位信息取得处理)。如上所述，该标识器信息包括与将2个磁性标识器10连结的设计上的线段的方向相当的车道方向的方位数据(方位dir)。
接着，控制单元32利用相对于磁性标识器10的横向偏移量来推定车辆方位Vd(S306、方位推定处理)。在该步骤S306的车辆方位Vd的推定中，需要相对于2个磁性标识器10的横向偏移量。详细而言，车辆方位Vd的推定在检测出第2个磁性标识器10时执行。优选的是，在上述的步骤S301及S302的处理的执行前，执行标识器检测处理P1，在检测出第2个磁性标识器10时，执行步骤S301及S302的处理。
在此，参照图12来说明运算车辆方位Vd的步骤S306的方位推定处理的内容。在该方位推定处理中，利用对相邻的2个磁性标识器10分别计测到的横向偏移量OF1、OF2来推定车辆方位Vd。在此，横向偏移量OF1是相对于第1个磁性标识器10的横向偏移量，横向偏移量OF2是相对于第2个磁性标识器10的横向偏移量。横向偏移量OF1、OF2被定义为以车辆5的宽度方向中央为分界而成为正或负的值。
控制单元32如图12所示，基于相对于相邻的2个磁性标识器10的横向偏移量OF1、OF2，如以下那样运算车辆方位Vd相对于将2个磁性标识器10连结的线段的方向dir(M)的偏移角Ax。
横向偏移量的变化OFd＝|OF2-OF1|
偏移角Ax＝arcsin(OFd/M)
将相邻的2个磁性标识器10连结的实际的线段的方向dir(M)是包含磁性标识器10的铺设位置的误差所引起的方位偏移的误差在内的绝对方位。该方位偏移的误差不定，因此在本例的方位推定处理中，以线段的方向dir(M)的设计值即方位dir(标识器信息)为基准，如以下那样推定标识器基准的车辆方位Vd。
车辆方位Vd＝dir+Ax
在该方位推定处理中，以将相邻的2个磁性标识器10连结的实际的线段的方向dir(M)为基准而得到的偏移角Ax加上车道方向的设计值即方位dir(标识器信息)，由此求出标识器基准的车辆方位Vd。因此，该标识器基准的车辆方位Vd包含磁性标识器10的位置误差的影响。
控制单元32继通过步骤S306进行的车辆方位Vd的推定之后，取得作为IMU22的输出的计测方位Vs(S307)。然后，控制单元32存储计测方位Vs与车辆方位Vd之间的差量作为计测方位Vs的误差E(n)，并且存储计测方位Vs的计测时间点的时刻(当前时刻)作为t(n)(S308)。控制单元32像这样生成由误差E(n)与时刻t(n)的组合构成的数据列(生成处理的一例)。
接着，控制单元32对E(1)···E(n)相对于t(1)···t(n)的变化进行直线近似，得到由E＝aT+b构成的一次方程式(修正信息)(S309、参照图13。生成处理的一例)。在此，E为表示计测方位Vs的误差的角度量，T为时间。另外，构成修正信息的a是由E＝aT+b构成的近似直线的斜率，同样地，b为近似直线的截距。需要说明的是，在本例中，通过最小二乘法来实施直线近似。
在通过图13所例示的近似处理而得到由E＝aT+b构成的近似直线之后，控制单元32从计测方位Vs减去误差E(修正量)而运算修正计测方位Vsm(S310)。当利用上述的近似直线时，误差E成为(a×To+b)。在此，To是与数据列E(n)对应的时间，为To＝t(n)-t(1)。控制单元32利用该误差E，求出修正计测方位Vsm＝Vs-E＝Vs-(a×To+b)。
在例如自动驾驶的控制下，反复执行图11的处理，顺次追加E(n)，直至变量n达到100(从S311：否到S308的流程)。在变量n达到100为止的期间(S311：否)，利用不满100个数据的数据列E(n)来进行步骤S309的直线近似、步骤S310的修正值的运算。
当变量n达到100而形成由E(1)···E(100)构成的100个数据的数据列时(S311：是)，控制单元32执行用于将由E(1)···E(100)构成的100个数据的数据列保持为最新数据的处理。在该处理的执行时，控制单元32首先对变量m设置1(S312)。然后，控制单元32利用第(m+1)号的误差E(m+1)来重写第m号的误差E(m)，并且利用第(m+1)号的时刻t(m+1)来重写第m号的时刻t(m)(S313)。
控制单元32在对变量m每次加1(S314)的同时，反复执行步骤S313的重写处理，直至变量m达到100(S315：否)。当变量m成为100时(S315：是)，消去原来的E(1)···E(100)这100个数据的数据列中的时间最久的数据即E(1)，并且将E(2)···E(100)顺次下调而形成E(1)···E(99)这99个数据的数据列。之后，控制单元32作为下次的处理循环的准备而对变量n设置99(S316)，在此基础上执行下次的循环。在下次的循环中的步骤S308中，控制单元32将新的误差的数据设置为E(100)，形成E(1)···E(100)这样的最新的100个数据的数据列。然后，控制单元32利用最新的E(1)···E(100)的数据列来执行直线近似的处理(S309)、计测方位Vs的修正处理(S310)等。
如以上那样，本例的车载系统1利用磁性标识器10来执行计测方位Vs的修正。若利用精度提高了的修正计测方位Vsm，则能够通过自动驾驶控制而使车辆5精度高地自动行驶。在此，磁性标识器10固定于道路侧，因此其位置变动的可能性少。并且，故而，将相邻的2个磁性标识器10连结的线段的方向在方位上变动的可能性低且稳定。在车载系统1中，利用该线段的方向来推定车辆方位Vd，作为成为修正计测方位Vs时的基准的方位而利用该车辆方位Vd。根据利用基于将相邻的2个磁性标识器10连结的线段的方向得到的车辆方位Vd进行的修正处理，能够精度高地修正计测方位Vs。
在此，说明计测方位Vs的修正处理的见解。若未发生作用于车辆5的偏航方向(绕铅垂方向的轴的旋转方向)的旋转而该旋转量为零(零点)，则理想情况下陀螺仪传感器223计测出的角速度成为零(deg/秒)。然而，根据历时变化、温度变化等的影响，陀螺仪传感器223的零点有时偏移(漂移)。当产生这样的漂移时，在零点处陀螺仪传感器223输出的角速度不成为零而产生偏置。该零点下的偏置在将角速度于时间上进行积分而求出计测方位Vs时被积分，并作为计测方位Vs中的误差的成分而明显化。上述的漂移所引起的偏置接近恒定，因此由偏置引起的误差成为与将相当于积分区间的时间乘以偏置的量得到的量接近的值。在本例的修正处理的情况下，在作为计测方位Vs的修正量的(a×To+b)中，上述的漂移所引起的偏置相当于a，To相当于与积分区间相当的时间。即，修正量(a×To)是与陀螺仪传感器223的输出中包含的漂移所引起的偏置a的时间积分相当的量。也可以是，代替从计测方位Vs减去修正量(a×To)的修正，在实施从陀螺仪传感器的输出(角速度)减去偏置a的修正之后，通过时间积分来求出计测方位。
从计测方位Vs减去的(a×To+b)的修正量中的b的部分是计测方位Vs与车辆方位Vd之间的差量的初始值所相当的部分。若使积分区间的先头的时间点的计测方位Vs与车辆方位Vd一致，则能够使与b相当的修正量为零。
在本例中，设想以沿着车道的中央配置有磁性标识器10的行驶路为对象、且使车辆5顺着磁性标识器10行驶的自动行驶控制。在此，现实情况下，磁性标识器10相对于车辆的中央的线的铺设误差、磁性标识器10的绝对位置的测定误差等不可避免。并且，若存在磁性标识器10的铺设误差、测定误差等，则将相邻的2个磁性标识器连结的线段的方向dir(M)从实际的车道方向dir偏移。故而，在上述的线段的方向产生了角度误差的情况下，起因于该误差而步骤S308(图11)中的E(n)产生误差。另一方面，认为上述的线段的方向的角度误差相对于实际的车道方向向正负两侧分散。这样的角度误差的影响能够通过步骤S309的直线近似而抵消，因此能够比较容易地抑制。因此，在本例的修正处理中，能够抑制磁性标识器10的铺设误差的影响，精度高地修正陀螺仪传感器223所输出的角速度、或者计测方位Vs。
如以上那样，在本例的车载系统1中，能够利用磁性标识器10来修正陀螺仪传感器223的计测方位Vs。能够通过陀螺仪传感器223的计测方位的精度提高来实现自动驾驶等驾驶支援控制的精度提高。
在本例中，作为标识器信息所包含的方位信息，例示了表示将相邻的2个磁性标识器10连结的设计上的线段的方向的方位dir。方位信息无需一定是方位本身的信息。例如，相邻的2个磁性标识器10的铺设位置(绝对位置)的组合等成为能够确定方位的方位信息的一例。
作为标识器信息所包含的方位信息，也可以是表示车道方向的信息。在该情况下，将相邻的2个磁性标识器10连结的线段的方向也可以从车道方向偏移。将相邻的2个磁性标识器10连结的线段的方向从车道方向的偏移成为步骤S308中的E(n)的误差。如上所述，E(n)的误差所带来的影响能够通过步骤S309(图11)的直线近似处理来抑制。另外，在接下来说明的实施例2的结构的情况下，通过求出E(n)的平均值的运算，能够抑制E(n)的误差所带来的影响。磁性标识器10沿着构成行驶路的车道的方向配置即可。
需要说明的是，在本例中，在图11中的步骤S309中，以最大100点的误差E(n)的历时变化为对象而进行近似处理。当近似对象的误差E(n)的点数过多时，与误差E(n)对应的时间上的期间变长，有可能变得不能够无视该期间内的温度变动等环境变化。在像这样产生不能无视的温度变动等的情况下，产生温度变动等之前的时间久的误差E(n)有可能变质为不适合作为近似处理的原始数据的数据。由此，在本例的结构的情况下，作为近似对象的误差E(n)的点数，最大100点程度是妥当的。当然，该点数依赖于磁性标识器10的间隔即标识器跨距M。在与本例的标识器跨距M＝2m相比标识器跨距较长的情况下，可以减少点数，在标识器跨距较短的情况下，可以增多点数。
(实施例2)
本例是关于实施例1的车载系统而变更计测方位Vs的修正处理的内容的例子。关于该内容，参照图14的流程图来说明。该图是在实施例1中参照的图11的代替图。
在本例的车载系统执行的修正处理(图14)中，直至取得车辆方位Vd、计测方位Vs为止的处理(从S301至S307的处理)与实施例1的图11中的从S301到S307的处理相同。
在得到车辆方位Vd及计测方位Vs之后，本例的控制单元(图5中的附图标记32)求出计测方位Vs与车辆方位Vd之间的差量，并且将该差量视作计测方位Vs的误差E(n)而存储(S408)。然后，控制单元32求出E(1)···E(n)的平均值AV(修正信息)(S409、生成处理的一例)。
控制单元32将在步骤S409中求出的平均值AV作为修正量进行处理，从在步骤S307中取得的计测方位Vs减去(挪移)平均值AV，由此求出修正计测方位Vsm(S410)。而且，控制单元32利用修正计测方位Vsm而再次计算误差E(n)并存储该误差E(n)(S410)。
在例如自动驾驶的控制下，反复执行图14的修正处理，顺次追加E(n)直至变量n达到10(从S411：否到S408的流程)。在变量n达到10为止的期间(S411：否)，利用不满10个数据的数据列E(n)，进行步骤S409的平均值AV的算出、步骤S410的修正值的运算。
在变量n达到10而形成由E(1)···E(10)构成的10个数据的数据列时(S411：是)，控制单元32执行用于将由E(1)···E(10)构成的10个数据的数据列保持为最新数据的处理(从S411到S416的一系列处理)。该处理除了数据列的数据个数是10个还是100个的不同点以外，是与在实施例1中参照的图11中的步骤S311至S316的处理大致相同的处理。在数据列达到10个数据之后，利用10个数据的E(n)来进行步骤S409的平均值AV的算出、步骤S410的修正值的运算。
在本例中，利用计测方位Vs的误差E(n)的平均值来修正计测方位Vs。在此，作为成为基准的方位的车辆方位Vd与实施例1相同，利用磁性标识器来推定。如在实施例1中说明那样，磁性标识器的铺设位置存在误差，从设计上的铺设线的偏移不可避免。并且，磁性标识器的铺设位置的误差与在车辆侧推定的车辆方位Vd的误差直接关联。
与此相对，在本例的结构中，例如在运算计测方位Vs的误差E(n)的总和之后，使其除以表示数据数的变量n而求出平均值AV。通过误差E(n)的总和的运算，能够抵消上述的车辆方位Vd的误差。因此，在本例的结构中，能够在抑制磁性标识器10的铺设位置的误差的影响的同时，精度高地修正计测方位Vs。
需要说明的是，作为求出误差E(n)的平均值AV的母数而设定了数据数10个，但该数据数能够适当变更。可以代替10个，而是20个，也可以是30个。
需要说明的是，关于其他结构及作用效果，与实施例1相同。
在此，将实施例1的计测方位Vs的修正处理与实施例2的计测方位Vs的修正处理进行比较来说明。在实施例1的计测方位Vs的修正处理中，求出表示误差E(n)随时间的变化的近似直线(图13)，利用该近似直线的斜率a、截距b来修正计测方位Vs。在实施例1的修正处理中，利用误差E(n)随时间的变化，因此例如即便作为对象的时间区间中包含车辆的停车期间，也不产生问题。例如，即便在因停车而磁性标识器的检测中断、且之后根据行驶的再次开始而再次开始磁性标识器的检测的情况下，对上述的直线近似也没有影响。在实施例1的结构中，几乎不存在根据停车而将修正处理中断等的必要性，能够进行持续的修正处理。
与此相对，在实施例2的修正处理的情况下，在停车期间之后的磁性标识器的检测时，误差E(n)根据该停车期间的长度而扩大。因此，在实施例2的修正处理的情况下，例如在车辆停车了时需要暂时中断修正处理并根据之后的行驶再次开始而重置误差E(n)来再次开始修正处理。
在实施例1的修正处理中，对误差E(n)的随时间的变化进行直线近似。在该直线近似时，当误差E(n)的数据数少时，存在直线近似不稳定的倾向。若直线近似变得不稳定而近似直线的斜率变动，则对修正量的影响程度大，计测方位Vs的修正精度有可能大幅受损。另一方面，在算出误差E(n)的平均值AV的实施例2的修正处理的情况下，即便误差E(n)的数据数少时，平均值AV的变动幅度也比较少，因此修正的精度极端降低的可能性低。
若采用实施例1的修正处理的优点与实施例2的修正处理的优点的组合，则能够弥补各修正处理的缺点。例如，优选在实施例1的图11的流程图中n小于100时(该图中的S311：否的情况的处理)，实施实施例2的修正处理，在n为100时(该图中的S311：是的情况的处理)，实施实施例1的修正处理。
(实施例3)
本例是基于实施例1来变更车辆方位Vd的推定方法的例子。本例与实施例1不同点在于，在车辆5的前后隔开2m的间隔而配置传感器阵列21。并且，根据这样的传感器阵列21的配置的不同，车辆方位Vd的确定方法与实施例1不同。关于该内容，参照图15来进行说明。
在本例的车载系统1中，如图15所示，车辆5中的传感器阵列21的配置间隔(传感器跨距S)与磁性标识器10的配置间隔(标识器跨距M)一致。因此，在车辆5的行驶中，前后的传感器阵列21能够大致同时检测出2个磁性标识器10。
在本例中，基于前后的传感器阵列21对磁性标识器10计测到的横向偏移量OF1、OF2，来运算车辆方位Vd。具体而言，车辆方位相对于将2个磁性标识器10连结的线段的方向dir(M)的偏移角Ax能够如以下那样运算。
横向偏移量的变化OFd＝|OF2-OF1|
偏移角Ax＝arcsin(OFd/M)
将相邻的2个磁性标识器10连结的实际的线段的方向dir(M)是包括磁性标识器10的铺设位置的误差所引起的方位偏移的误差在内的绝对方位，该方位偏移不定。故而，车辆方位Vd能够推定为以线段的方向dir(M)的设计值即方位dir(标识器信息)为基准而沿着偏航方向错开与偏移角Ax相应的量的方位。
车辆方位Vd＝dir+Ax
在这样的车辆方位Vd的推定方法中，利用相对于同时检测出的2个磁性标识器10的横向偏移量(OF1、OF2)来推定车辆方位Vd。在该推定方法的情况下，为了得到2种类的横向偏移量OF1、OF2而无需车辆5的移动。当然，也不会在OF1的取得时间点与OF2的取得时间点之间产生转向操作。在本例的车辆方位Vd的推定方法中，起因于转向操作等而车辆方位Vd的推定误差变大的可能性低。
需要说明的是，关于其他结构及作用效果，与实施例1相同。
(参考例)
本例是基于实施例1或实施例2来变更在陀螺仪传感器的计测方位的修正中利用的基准方位的例子。在实施例1、2中，将利用磁性标识器而推定出的车辆方位设定为基准方位。与此相对，本例是将车辆的行驶路径的方位设定为基准方位的参考例。
(修正处理之一)
该修正处理以例如自动转向等使车辆沿着车道行驶的驾驶支援的控制中为对象。在该修正处理中，基于驾驶支援控制的转向角来推定行驶路径的方位。行驶路径的方位也可以是相对方位。例如，也可以是，以某时间点的车辆方位为初始值而对陀螺仪传感器的输出(角速度)进行时间积分，求出行驶路径的方位。
优选的是，将上述的行驶路径的方位与陀螺仪传感器的计测方位Vs之间的差量按时间顺次存储，并设为误差E(n)。也可以关于该误差E(n)随时间的变化而如实施例1的结构那样实施近似处理。或者，也可以关于误差E(n)而如实施例2那样求出平均值。若利用近似处理的结果、或者平均值，则能够实施与实施例1或实施例2相同的修正处理。
(修正处理之二)
该修正处理是例如以使车辆沿着规定的路径行驶的自动驾驶等驾驶支援的控制中为对象的处理。在该修正处理中，优选的是，从三维地图的地图数据读出构成规定的路径的道路或车道的绝对方位，并将该绝对方位作为行驶路径的方位进行处理。并且，优选的是，将该行驶路径的方位与陀螺仪传感器的计测方位Vs之间的差量按时间顺次存储，并设为误差E(n)。关于误差E(n)，能够进行与上述的修正处理之一相同的处理。
(修正处理之三)
该修正处理是以通过基于导航功能等的地图映射而确定行驶中的道路且通过参照地图数据而能够取得道路的方位这一情况为前提的处理。
在例如高速道路等直行道(一本道)上行驶着时，若是无需车道变更而在行驶车道或超车道等上行驶着的情况，则能够期待行驶路径的方位与道路的方位大致一致。在该情况下，能够将从地图数据读出的道路的方位用以推定为实际的行驶路径的方位。另一方面，在正在进行车道变更的过程中，实际的行驶路径的方位与道路的方位之间的偏移变大。当然，当将道路的方位用以视作行驶路径的方位时，会对行驶路径的方位与计测方位Vs之间的差量即误差E(n)产生影响。
在高速道路等直行道上行驶着的情况下，并非尽是向右侧的车道变更反复进行很多次，而是在向右侧的车道变更之后进行向左侧的车道变更的可能性高。由此，能够期待向右侧的车道变更的次数与向左侧的车道变更的次数大致相等。另外，关于向右侧的车道变更时对误差E(n)产生的影响与向左侧的车道变更时对误差E(n)产生的影响，影响的作用方式正相反而正负不同。根据实施例1的近似处理或实施例2的平均处理，能够使向右侧的车道变更时对误差E(n)产生的影响与向左侧的车道变更时对误差E(n)产生的影响抵消。因此，若是在高速道路等直行道上行驶着的情况，则无论有无车道变更，均能够推定为道路的方位与行驶路径的方位一致。
需要说明的是，在上述的修正处理之二、之三中，也能够设想铺设有具备RFID标签的磁性标识器的道路、车道。在该情况下，优选的是，RFID标签发送的标识器信息包含表示道路、车道的方位的方位数据。在该情况下，能够不参照地图数据而取得道路、车道的方位。
需要说明的是，关于其他结构及作用效果，与实施例1或实施例2相同。
以上，如实施例那样详细地说明了本发明的具体例，但这些具体例只不过公开了技术方案所包含的技术的一例。当然，不应该以具体例的结构、数值等来限定性地解释技术方案。技术方案包含利用公知技术、本领域技术人员的知识等将所述具体例进行多种多样地变形、变更或适当组合而成的技术。
附图标记说明
1 车载系统
10 磁性标识器
15 RFID标签(信息提供部、无线标签)
2 计测单元
21 传感器阵列(磁检测部)
212 检测处理电路
22 IMU
222 加速度传感器
223 陀螺仪传感器
32 控制单元
34 标签读取器
5 车辆
6 自动驾驶系统
61 车辆ECU
65 地图数据库(地图DB)。

Claims (8)

1.一种陀螺仪传感器的修正方法，其是对车辆绕铅垂方向的轴的角速度进行计测的陀螺仪传感器的修正方法，其中，
所述陀螺仪传感器的修正方法包括：
对计测方位与车辆方位之间的差量实施处理而得到修正信息的生成处理，该计测方位通过对该陀螺仪传感器的输出即传感器输出实施处理而得到，该车辆方位通过利用沿着车辆的行驶路配置的标识器而推定出；以及
利用所述修正信息来修正所述传感器输出或所述计测方位的修正处理。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪传感器的修正方法，其中，
所述修正信息为表示所述差量随时间的变化的信息，
所述修正处理是利用基于所述修正信息得到的修正量，来修正所述传感器输出或所述计测方位的处理。
3.根据权利要求2所述的陀螺仪传感器的修正方法，其中，
所述修正信息至少包括对所述差量随时间的变化进行近似得到的直线的斜率(a)，
所述修正处理是将所述陀螺仪传感器的输出挪移与相当于所述斜率(a)的修正量相应的量的处理。
4.根据权利要求2所述的陀螺仪传感器的修正方法，其中，
所述修正信息至少包括对所述差量随时间的变化进行近似得到的直线的斜率(a)及截距(b)，
所述修正处理是将所述计测方位挪移与使从所述差量随时间的变化的起点起的经过时间T乘以所述斜率(a)的值并加上所述截距(b)的值而得到的修正量相应的量的处理。
5.根据权利要求1所述的陀螺仪传感器的修正方法，其中，
所述修正信息是所述差量在时间上的平均值，
所述修正处理是将所述计测方位挪移与相当于所述差量在时间上的平均值的修正量相应的量的处理。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的陀螺仪传感器的修正方法，其中，
所述陀螺仪传感器的修正方法包括：
检测车辆相对于所述标识器的横向偏移量的横向偏移量检测处理；以及
基于由所述横向偏移量检测处理对至少2个标识器检测出的横向偏移量来推定所述车辆方位的方位推定处理。
7.根据权利要求6所述的陀螺仪传感器的修正方法，其中，
所述陀螺仪传感器的修正方法包括从为了提供方位信息而设置的信息提供部取得该方位信息的方位信息取得处理，该方位信息能够确定将所述2个标识器连结的线段的方向或所述行驶路的方向，
在所述方位推定处理中，以根据所述方位信息确定的方向为基准来推定所述车辆方位。
8.根据权利要求7所述的陀螺仪传感器的修正方法，其中，
所述信息提供部是安装于所述标识器的无线标签。
CN201980086141.0A 2018-12-28 2019-12-27 陀螺仪传感器的修正方法 Pending CN113260544A (zh)

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