JP2002318274A - 車体運動計測装置、車体運動計測方法及びその方法を記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車Ｖの走行中の車体１の動的な姿勢変化
を高精度に計測できるようにし、もって、自動車の操縦
安定性や運転フィーリングの向上を図る。 【解決手段】 自動車Ｖの車体１に、人工衛星Ｓａから
の電波を受信して位置信号を出力するＧＰＳアンテナ２
と、車体１の回転角速度ωを検出するジャイロセンサ１
５とを配設する。自動車Ｖの走行中にＧＰＳアンテナ２
からの出力を第１設定周期毎に採取して、時系列のＧＰ
Ｓ位置データを取得するとともに、ジャイロセンサ１５
からの出力を第２設定周期毎に採取して、時系列の角速
度データを取得する。車体１の位置、姿勢及びその変化
状態等を表す状態変数からなる車両状態量［Ｘ］と、状
態方程式及び出力方程式からなる物理モデルとを定義す
る。ＧＰＳ位置データ及び角速度データを物理モデルに
入力し、カルマンフィルタの適用により逐次、推定演算
して、車両状態量［Ｘ］の時系列のデータを得る。この
データに基づいて車体回転軸ａｘや車体横滑り角βに関
する表示データを演算し、ディスプレー装置１０等に出
力させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の運動状
態、即ち車体位置や姿勢の変化を計測する方法等に関
し、特に、自動車の操縦安定性や運転フィーリングに関
わる車体姿勢の動的な変化を正確に把握するための解析
技術の分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車のシャシー開発におい
ては操縦安定性と乗り心地との両立のために、ボディ剛
性の向上、サスペンションのフリクション低減やジオメ
トリの最適化等、種々の研究開発が行われており、いず
れも一定の成果を収めている。また、特に旋回性能の向
上という観点からは、車体のローリングに伴う左右輪間
の荷重移動やサスペンションジオメトリの変化を適切な
ものとすることが極めて重要であり、しかも、このロー
リングの大きさや速度が運転フィーリングにも重大な影
響を及ぼすことから、斯かる車体のローリング運動を把
握しようとする試みがなされている。

【０００３】すなわち、一般的に、ロールセンタなる車
体の瞬間回転中心を想定し、これが車体に対して固定さ
れているものとみなして、車体のローリング運動を取り
扱うことが行われている。具体的には、ロールセンタは
自動車の前後サスペンションについてそれぞれ静的なリ
ンクの配置等に基づいて幾何的に決定され、この前後の
ロールセンタを結んだ軸線がいわゆるロール軸として定
義されている。

【０００４】そして、斯かるロール軸という概念を導入
することにより、車体の姿勢変化を直観的に理解するこ
とができるとともに、その解析的取り扱いが容易にな
る。また、前後サスペンションのそれぞれのロールセン
タ高さや旋回時のロールセンタ高さの変化等については
適切な範囲があることが、経験的に知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記のように
定義されたロール軸はあくまで便宜的なものに過ぎず、
ローリング運動が自動車全体の運動性能に及ぼす影響や
サスペンションのジオメトリ変化との関係を厳密に解析
するためには十分なものではない。特に、運転フィーリ
ングの領域にまで踏み込んで、従来より一層の性能向上
を図ろうとした場合、自動車の走行中の車体姿勢の変化
を動的にかつ正確に把握することが極めて重要なものと
なり、こうなると、前記ロール軸の考え方は甚だ不十分
なものと言わざるを得ない。

【０００６】これに対し、車体の瞬間回転中心というロ
ールセンタの定義に立ち返って、走行中に時々刻々と変
化する車体姿勢をセンサにより計測し、この計測結果に
基づいてロールセンタの位置やその変化、ひいては車体
姿勢の動的な変化を把握しようとする考え方もあるが、
このような計測を正確に行うことは実際には極めて困難
であった。すなわち、例えば車体の前後輪に対応付けて
左右両側にそれぞれ車高センサを配設し、この各センサ
により検出される対地車高の変化に基づいて、ロールセ
ンタ位置を推定しようとする方法があるが、この方法に
よれば、ロールセンタの位置を車幅方向について特定す
ることはできても、ロールセンタ高さは測定できない。

【０００７】また、例えば車体の所定箇所にベクトル車
速計を配設し、これにより車体の前後又は左右方向への
移動速度を検出して、車体横滑り角を求めることも行わ
れているが、ベクトル車速計は出力の応答遅れのばらつ
きが大きい上に、車体の前後ないし左右方向への並進速
度とローリングやピッチング等による回転速度とを重畳
して検出してしまうので、その出力から車体横滑り角を
求めようとしても、誤差が大きくて十分な精度は得られ
ない。

【０００８】さらに、センサの数や種類を増やして、そ
れらの出力を総合的に処理するという方法も考えられる
が、このようにすると演算が煩雑になるだけでなく、多
数のセンサからの出力値にそれぞれ内在する誤差が積算
されることになり、結局、この方法でも十分な精度は得
られないのである。

【０００９】本発明は斯かる諸点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、車体姿勢の測定のた
めのセンサやその出力信号の処理手順に工夫を凝らし
て、走行中の自動車の動的な姿勢変化を十分な精度で計
測できるようにし、もって、自動車の操縦安定性や運転
フィーリングの向上を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の解決手段では、自動車の車体に配設したＧ
ＰＳアンテナにより当該車体の位置及び姿勢の変化を直
接的に測定し、この測定により得られる時系列のデータ
に基づいて、車体の動的な姿勢変化を解析するようにし
た。

【００１１】具体的に、請求項１の発明は、車体の運動
状態を計測する方法であって、前記車体における複数の
所定箇所に人工衛星からの電波を受信して位置信号を出
力するＧＰＳアンテナを配設しておいて、自動車の走行
中に前記ＧＰＳアンテナからの出力を第１設定周期で採
取することにより、前記車体の位置及び姿勢の変化を表
す時系列の第１データを取得する測定データ取得ステッ
プと、前記第１データに基づいて、剛体に近似した車体
の位置及び姿勢の変化を解析する解析ステップとを有す
るものとする。

【００１２】この方法よれば、自動車の車体に配設した
複数のＧＰＳアンテナにより、地上に固定した絶対空間
座標系における当該車体の位置及び姿勢の変化を直接的
に測定することができる。すなわち、少なくとも３つの
ＧＰＳアンテナをそれらが１直線上に並ばないように配
置しておけば、該各ＧＰＳアンテナからの位置信号に基
づいて、剛体に近似した車体各部の位置座標を求めるこ
とができるからである。その際、ＧＰＳアンテナによる
位置信号には勿論、検出誤差が含まれるものの、速度セ
ンサの検出値の積分結果に比べれば、精度は高い。そし
て、そのようにして得られた時系列の測定データ（第１
データ）に基づいて、剛体に近似した車体の全ての部位
についての位置座標を演算することにより、動的な車体
姿勢の変化を解析的に求めることができる。

【００１３】請求項２の発明では、車体にその姿勢変化
速度に関する物理量を検出する姿勢変化速度センサを配
設しておいて、測定データ取得ステップでは、自動車の
走行中に前記姿勢変化速度センサからの出力を第２設定
周期で採取することにより、時系列の第２データを取得
し、解析ステップでは、ＧＰＳアンテナによる第１デー
タと前記第２データとに基づいて、車体の位置及び姿勢
変化を解析する。

【００１４】この方法によれば、従来までと同様に、自
動車の車体に配設した姿勢変化速度センサにより車体の
姿勢変化速度に関する物理量を検出し、この検出値を時
間経過に沿って積分演算することによって、車体の姿勢
を逐次、求めることができる。ここで、そのようにして
求めた姿勢のデータには相対的に大きな積分誤差が含ま
れるのであるが、このデータにＧＰＳアンテナによる測
定データを組み合わせて、相互に補完するように適切に
補正すれば、計測精度を十分に高くすることができる。

【００１５】請求項３の発明では、請求項２の発明にお
ける姿勢変化速度センサにより、車体の回転角速度を検
出するようにする。

【００１６】このように、ＧＰＳアンテナによる直接的
な位置データに角速度データの積分結果を組み合わせる
ようにすれば、それぞれのデータの誤差の特性が異なる
ことから、相互補完的な補正が行い易い。しかも、剛体
に近似した車体においては何処でも角速度は同じである
から、角速度センサの出力にはその設置場所の影響を受
けないという長所がある。加えて、一般的に角速度セン
サはベクトル車速計等と比較して検出精度が高いので、
このことによっても計測精度の向上が図られる。

【００１７】請求項４の発明では、請求項２又は３のい
ずれかの発明において、車体の位置、姿勢及びそれらの
変化状態を予め設定した複数の状態変数からなる車両状
態量により模擬する物理モデルを準備し、解析ステップ
では、前記物理モデルに第１及び第２データを入力し
て、カルマンフィルタの適用により前記車両状態量の時
系列のデータを演算する。

【００１８】この方法によれば、カルマンフィルタの適
用により、車体の位置、姿勢及びそれらの変化状態を表
す複数の状態変数について、それぞれ物理法則に従った
適切なフィルタリングが行われる。つまり、カルマンフ
ィルタの適用により、時間経過に伴う車体の姿勢変化等
を記述するという車両状態量の意味を反映し、かつ、各
センサの誤差の特性に対応するように適切にデータを補
正することができ、このことで、高精度の解析が実現す
る。しかも、カルマンフィルタは、多数の状態変数を一
度に推定演算するものであり、解析に要する時間が大幅
に短縮される。

【００１９】請求項５の発明では、請求項４の発明にお
ける第２設定周期を、第１設定周期よりも短く設定し、
解析ステップでは、前記第２設定周期毎の車両状態量の
変化を第２データに基づいて逐次、推定演算するととも
に、この演算結果と第１及び第２データとに基づいて、
前記第１設定周期毎の車両状態量の変化を逐次、推定演
算する。

【００２０】こうすることで、姿勢変化速度センサによ
る測定周期を、ＧＰＳアンテナによる測定周期の限界に
制限されずに十分に短い周期とし、車体姿勢の変化にき
め細かく追従するように測定を行うことができる。これ
により、姿勢変化速度の測定値の積分誤差が大幅に低減
し、もって、車体姿勢等の計測精度をさらに向上でき
る。

【００２１】請求項６の発明では、請求項５の発明にお
ける解析ステップで、車両状態量を時間経過に沿って逐
次、推定演算した後に、時間経過を遡りながら再度、推
定演算するようにする。

【００２２】すなわち、車両状態量を時間経過に沿って
逐次、推定する場合、各時刻における推定結果にはその
時刻までの過去の測定データが反映されるのみとなる
が、この発明では、時間経過を遡りながら再度、推定演
算することで、各時刻における推定結果に未来の測定デ
ータも反映させることができる。このことで、車両状態
量の推定にデータの全てを反映させて、計測精度をさら
に高めることができる。

【００２３】請求項７の発明では、請求項４の発明にお
ける解析ステップで、状態変数の相互の関係を表す状態
方程式ないし出力方程式において車体のロール角、ピッ
チ角及びヨー角のいずれかを含む項を線形近似するよう
にする。

【００２４】こうすることで、状態方程式ないし出力方
程式を線形化して、演算の容易化が図られるとともに、
数値解析手法の適用が容易になる。一方で、線形近似に
伴う僅かな誤差が新たに発生し、これが積算されること
になるが、本願発明では、ＧＰＳアンテナによる測定デ
ータを組み合わせることで、前記の積算誤差を低減でき
るから、計測の精度は十分に高い。

【００２５】請求項８の発明では、請求項７の発明にお
いて、車体のロール角又はピッチ角のいずれかを含む項
を該ロール角及びピッチ角がいずれも微小値であるとし
て線形近似するとともに、ヨー角を含む項は、第２設定
周期毎のヨー角の変化量が微小値であるとして、各計測
時点を基点とする線形近似を行うようにする。こうする
ことで、方程式を線形化して、前記請求項７の発明の作
用効果を十分に得ることができる。

【００２６】請求項９の発明では、人工衛星からの電波
を受信してこの電波に基づく検出位置の誤差を較正する
ための補正信号を発信する基地局が設けられており、測
定データ取得ステップにおいて、前記基地局からの補正
信号に基づいて、ＧＰＳアンテナによる位置信号を較正
するようにする。こうすることで、ＧＰＳアンテナによ
る位置の測定精度が向上し、このことによっても車体姿
勢等の計測精度が向上する。

【００２７】請求項１０の発明は、コンピュータプログ
ラム、即ちコンピュータ装置により読み取り可能なプロ
グラムを記録した記録媒体であって、前記した請求項４
〜７のいずれか１つの発明に記載の解析ステップを備え
るコンピュータプログラムを記録したものとする。この
記録媒体のコンピュータプログラムをコンピュータ装置
に読み取らせれば、該コンピュータ装置によって請求項
４〜９のいずれか１つに記載の車体運動計測方法におけ
る解析ステップを実行することができ、これにより、当
該各請求項に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

【００２８】請求項１１の発明では、請求項１０の発明
におけるコンピュータプログラムを、解析ステップで演
算した車両状態量のデータに基づいて、車体の回転軸に
関する時系列の表示データを演算する表示データ演算ス
テップと、この表示データ演算ステップで演算した時系
列の表示データに基づいて、前記車体回転軸に関する出
力を行う出力ステップとを有するものとする。

【００２９】このことで、車体姿勢等の解析結果に基づ
いて、従来までは実質的に計測不能だった車体回転軸の
動的な変化に関する出力が得られ、この出力に基づい
て、自動車の旋回性能や運転フィーリングを十分に向上
させることが可能になる。

【００３０】請求項１２の発明では、請求項１１の発明
における出力ステップで、設定時刻における車体回転軸
の位置を、車体前後方向、車体左右方向又は車体上下方
向のうちの少なくとも一方向から見た状態でそれぞれ表
示させるものとする。

【００３１】このことで、ある時刻における瞬間的な車
体回転軸の位置が表示されることで、自動車の旋回時や
進路変更時等の車体姿勢の変化を直観的に把握できるよ
うになる。また、車両状態量の各々の時系列データと回
転軸の動きとを比較できるようになり、こうすること
で、車体運動に対する把握が容易になる。

【００３２】請求項１３の発明では、請求項１１の発明
における出力ステップで、自動車の走行中に車体回転軸
の位置及び角度が変化する様子を、車体前後方向、車体
左右方向又は車体上下方向のうちのいずれか一方向から
見た状態で時系列に表示させるものとする。このこと
で、自動車の旋回時や進路変更時等に車体回転軸の位置
や角度の変化する様子が時系列に表示されることで、車
体姿勢の変化を極めて容易に把握できるようになる。

【００３３】請求項１４の発明では、請求項１１の発明
における出力ステップで、車体回転軸が車体前後方向、
車体左右方向又は車体上下方向ののいずれか一つの軸と
なす角度を出力させるものとする。このことで、自動車
の旋回時や進路変更時等における車体回転軸の変化をき
め細かく把握することができ、これにより、車体姿勢の
変化が自動車全体の運動性能に及ぼす影響を厳密に解析
することが可能になる。

【００３４】請求項１５の発明では、請求項１１の発明
における出力ステップで、自動車の前輪側ないし後輪側
ロールセンタの位置を出力させるものとする。このこと
で、自動車の旋回時や進路変更時等におけるロールセン
タ位置の変化を正確に把握できるようになり、特に前輪
側ないし後輪側サスペンションの設計において有効なデ
ータが得られる。

【００３５】請求項１６の発明では、請求項１１の発明
における出力ステップで、車体のヨーセンタの位置を出
力させるものとする。このことで、自動車の旋回時や進
路変更時等におけるヨーセンタ位置の変化を正確に把握
できるようになり、特に自動車の前後荷重配分と運動性
能との間の関係についての解析に有効なデータが得られ
る。

【００３６】請求項１７の発明では、請求項１１の発明
における出力ステップで、車体のピッチセンタの位置を
出力させるものとする。このことで、自動車の走行中の
ピッチセンタ位置の変化を正確に把握できるようにな
り、特に自動車の前後荷重配分や重心高さについての解
析に有効なデータが得られる。

【００３７】請求項１８の発明では、請求項１０の発明
におけるコンピュータプログラムを、解析ステップで演
算した車両状態量のデータに基づいて、車体のヨーレイ
トに関する時系列の表示データを演算する表示データ演
算ステップと、該ヨーレイトの表示データを出力させる
出力ステップとを有するものとする。このことで、自動
車の旋回時や進路変更時等におけるヨーレイトの変化を
正確に把握できるようになり、特に、操縦性の向上のた
めに有効なデータが得られる。

【００３８】請求項１９の発明では、請求項１０の発明
におけるコンピュータプログラムを、解析ステップで演
算した車両状態量のデータに基づいて、車体の設定箇所
における横滑り角に関する時系列の表示データを演算す
る表示データ演算ステップと、該横滑り角の表示データ
を出力させる出力ステップとを有するものとする。この
ことで、自動車の旋回時や進路変更時等におけるヨーレ
イトの変化を正確に把握できるようになり、特に、走行
安定性の向上のために有効なデータが得られる。

【００３９】請求項２０の発明は、請求項１１〜１９の
いずれか１つの発明における出力ステップで、異なる車
種について対比して出力を行うものとする。このこと
で、車体姿勢の変化の計測結果が異なる車種について対
比して出力されるので、それらの対比判定が容易にな
り、これに加えて、該自動車についての官能評価を別
途、実施すれば、車体姿勢の計測結果と官能評価との対
応を異なる車種について互いに関連付けて判断すること
ができる。

【００４０】請求項２１の発明は、車体の運動状態を計
測する装置であって、該車体に所定の測定基準面を規定
するように配設され、人工衛星からの電波を受信してそ
れぞれ位置信号を出力する少なくとも３つのＧＰＳアン
テナと、自動車の走行中に前記各ＧＰＳアンテナからの
出力を第１設定周期で採取して、前記車体の位置及び姿
勢の変化を表す時系列の第１データを取得する測定デー
タ取得手段と、この測定データ取得手段により取得した
第１データに基づいて、剛体に近似した車体の位置及び
姿勢変化を解析する解析手段とを備える構成とする。

【００４１】前記の構成により、請求項１の発明と同様
に、自動車の走行中にその車体に配設した３つのＧＰＳ
アンテナからの位置信号がそれぞれ第１設定周期で採取
され、該車体の位置及び姿勢の変化を表す時系列の第１
データが測定データ取得手段により取得される。そし
て、その第１データに基づいて、解析手段により、剛体
に近似した車体の任意の部位についての位置座標が演算
可能となり、よって、前記請求項１の発明と同様の作用
効果が得られる。

【００４２】請求項２２の発明では、請求項２１の発明
において、車体の姿勢変化速度に関する物理量を検出す
る姿勢変化速度センサを備え、測定データ取得手段を、
自動車の走行中に前記姿勢変化速度センサからの出力を
第２設定周期で採取して、時系列の第２データを取得す
るものとし、解析手段は、ＧＰＳアンテナによる第１デ
ータと前記第２データとに基づいて、車体の位置及び姿
勢変化を解析するものとする。この構成により、請求項
２の発明と同様の作用効果が得られる。

【００４３】請求項２３の発明では、請求項２２の発明
における姿勢変化速度センサを、車体前後方向、車体左
右方向及び車体上下方向の直交３軸のうち、少なくとも
車体前後方向及び車体上下方向の各軸周りの車体回転角
速度をそれぞれ検出するように配設された角速度センサ
とする。

【００４４】ここで、少なくとも車体の前後ないし上下
方向の軸の周りの回転角速度をそれぞれ検出するように
しているのは、車体のピッチング運動がローリングやヨ
ーイングに比べて小さく、その角速度の測定を省略する
ことが可能だからである。但し、車体左右方向の軸周り
の角速度も検出した方が精度の良い計測を行うことがで
きる。そして、前記の構成により、請求項３の発明と同
様の作用効果が得られる。

【００４５】請求項２４の発明では、請求項２１又は２
２のいずれかの発明における解析手段を、車体の位置、
姿勢及びそれらの変化状態を予め設定した複数の状態変
数からなる車両状態量により模擬する物理モデルを備
え、測定データ取得手段により取得した第１及び第２デ
ータを前記物理モデルに入力して、カルマンフィルタの
適用により前記車両状態量の時系列のデータを推定演算
する構成とする。この構成により、請求項４の発明と同
様の作用効果が得られる。

【００４６】請求項２５の発明では、請求項２４の発明
における解析手段を、状態変数の相互の関係を表す状態
方程式ないし出力方程式において車体のロール角、ピッ
チ角及びヨー角のいずれかを含む項を線形近似して、カ
ルマンフィルタを適用するものとする。このことで、請
求項７の発明と同様の作用効果が得られる。

【００４７】請求項２６の発明では、請求項２５の発明
における解析手段を、車体のロール角又はピッチ角のい
ずれかを含む項を、該ロール角及びピッチ角がいずれも
微小値であるとして線形近似するとともに、ヨー角を含
む項は、第２設定周期毎のヨー角の変化量が微小値であ
るとして、各計測時点を基点とする線形近似を行うよう
に構成する。このことで、請求項８の発明と同様の作用
効果が得られる。

【００４８】請求項２７の発明では、請求項２４の発明
において、解析手段により演算された車両状態量の時系
列のデータに基づいて、車体の位置及び姿勢の変化状態
を表す表示データを演算する表示データ演算手段と、こ
の表示データ演算手段により演算された表示データを出
力する出力手段とを備えるものとする。

【００４９】この構成では、解析手段により演算された
車両状態量の時系列のデータに基づいて、車体の姿勢等
の変化状態を表す表示データが表示データ演算手段によ
り演算され、この演算された表示データが出力手段によ
り出力される。このことで、その出力に基づいて走行中
の自動車の動的な姿勢変化を直観的に把握できるととも
に、該主力を種々の解析演算の条件として利用できるよ
うなる。

【００５０】請求項２８の発明では、請求項２１〜２７
のいずれか１つの発明において、人工衛星からの電波を
受信して、この電波に基づく検出位置の誤差を較正する
ための補正信号を発信する基地局と、この基地局からの
補正信号に基づいて、ＧＰＳアンテナによる位置信号を
較正する位置信号較正手段とを備えるものとする。この
構成により、請求項９の発明と同様の作用効果が得られ
る。

【００５１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基いて説明する。

【００５２】（車体運動計測装置の構成）図１は、本発
明の実施形態に係る車体運動計測装置Ｓの全体構成を示
す。この装置は、例えばテストコースにおいて自動車Ｖ
の走行中の動的な位置や姿勢の変化等を計測するための
ものであり、従来から行われているように車速センサや
ジャイロセンサ等により車体１の姿勢変化速度を測定す
るとともに、この測定結果にいわゆるグローバルポジシ
ョニングシステム（以下、ＧＰＳという）を利用した車
体位置の測定結果を融合させることで、該車体１の動的
な姿勢変化等を正確に求められるようにしたものであ
る。

【００５３】ここで、前記ＧＰＳは、周知の如く、人工
衛星Ｓａ，Ｓａ，…から送信される搬送波（電波）の位
相を利用して、受信位置の緯度、経度及び高さの情報を
得るものであり、この実施形態では図示の如く、該自動
車Ｖの車体１に４つのＧＰＳアンテナ２，２，…を配設
している。これら４つのＧＰＳアンテナ２，２，…は、
図示しないサスペンション装置を介して車輪３，３，…
により支持された車体１に対して、その静止状態で地面
と略水平になる仮想の測定基準面上に配置されており、
それぞれ人工衛星Ｓａ，Ｓａ，…からの電波を受信し
て、地上に固定された絶対空間座標系Ｘ-Ｙ-Ｚ（図２参
照）における位置座標、即ち東西方向、南北方向、上下
方向についての位置信号を出力する。尚、前記測定基準
面は、必ずしも自動車Ｖの静止状態で略水平になるよう
に設定する必要はない。

【００５４】前記４つのＧＰＳアンテナ２，２，…は、
それぞれ、車体１に配置されたＧＰＳレシーバ４に対し
てケーブルにより接続されていて、各ＧＰＳアンテナ２
から出力される位置信号がＧＰＳレシーバ４に入力され
るようになっている。また、該ＧＰＳレシーバ４は、同
様に車体１に配置された解析ユニット５に対してケーブ
ルにより接続されており、前記４つのＧＰＳアンテナ
２，２，…からの位置信号に所定のノイズ除去処理等を
加えた上で、解析ユニット５に送信する。さらに、該Ｇ
ＰＳレシーバ４には、車体１に配設された補正信号受信
機６がケーブルにより接続されていて、この受信機６が
ＧＰＳ基地局７からの補正信号を受信して、ＧＰＳレシ
ーバ４に送信するようになっている。

【００５５】すなわち、この実施形態のテストコース内
には、ＧＰＳの静止基地局７が設けられており、この基
地局７は、前記の如く自動車Ｖに配設された各ＧＰＳア
ンテナ２と同期して、第１設定周期（例えば周波数２０
Ｈｚ）にて人工衛星Ｓａ，Ｓａ，…からの電波を受信
し、この電波から求められる位置と実際の設置位置との
間の誤差を較正する補正信号を送信機８により自動車Ｖ
に対して送信する。そして、自動車Ｖでは前記のように
受信機６により補正信号を受信して、解析ユニット５に
おいて各ＧＰＳアンテナ２からの位置信号をそれぞれ該
補正信号に基づいて較正する。尚、前記基地局７におけ
る電波の受信や補正信号の送信は、各ＧＰＳアンテナ２
と同期して行う必要はなく、例えば、補正信号を１秒間
に１回、送信するようにしてもよい。

【００５６】前記解析ユニット５は、図３に示すよう
に、コンピュータ装置９と、ディスプレー装置１０（出
力手段）と、ハードディスクドライブ等の記憶装置１１
と、フロッピー（Ｒ）ディスク、光ディスク、ディジタ
ルビデオディスク等の読み書きを行うディスクドライブ
装置１２と、プリンタ１３（出力手段）とを備えてい
る。前記コンピュータ装置９は、図示しないが、前記Ｇ
ＰＳレシーバ４や補正信号受信機６、さらには後述のジ
ャイロセンサ等からの出力信号を入力するためのインタ
ーフェース回路と、前記ディスプレー装置１０、記憶装
置１１、ディスクドライブ装置１２との間で信号の授受
を行うためのインターフェース回路と、ＣＰＵと、ＲＯ
ＭやＲＡＭ等のメモリとを少なくとも備えている。

【００５７】そして、前記したように４つのＧＰＳアン
テナ２，２，…からそれぞれ出力された位置信号は、コ
ンピュータ装置９により補正信号に基づいて較正された
後に、各ＧＰＳアンテナ２毎の時系列のＧＰＳ位置デー
タ（第１データ）として、記憶装置１１に記憶され、詳
しくは後述するが、車体１の位置や姿勢を演算するため
に用いられる。尚、ＧＰＳアンテナ２，２，…は、３つ
以上を１直線上に並ばないように配置すれば良いが、前
記の如く４つのＧＰＳアンテナ２，２，…を配設すれ
ば、それぞれのセンサ出力に基づいて、実際には剛体で
ない車体１の変形状態を検出することも可能なので、車
体姿勢の計測精度が向上する。

【００５８】また、図２に示すように、自動車Ｖの車体
１にはその重心位置Ｇを通る直交３軸ｘ，ｙ，ｚ、即ち
車体前後方向の軸ｘ、車体左右方向の軸ｙ及び車体上下
方向の軸ｚからなる車体局所座標系ｘ-ｙ-ｚが設定され
ていて、この各軸周りの車体１の回転角速度φ′、
ζ′、ξ′をそれぞれ測定できるよう、図３に示すよう
に、３つのジャイロセンサ１５，１５，１５（角速度セ
ンサ）が配設されている。これら３つのジャイロセンサ
１５，１５，１５は、それぞれケーブルにより解析ユニ
ット５に接続されており、自動車Ｖの走行中に該各ジャ
イロセンサ１５からの出力信号が第２設定周期（例えば
周波数５００Ｈｚ）で解析ユニット５に入力され、それ
ぞれ車体１のロール角速度φ′、ピッチ角速度ζ′及び
ヨー角速度ξ′についての時系列の角速度データ（第２
データ）として、記憶装置１１に記憶される。尚、前記
角速度φ′の記号「′」は、角度φの時間微分を示すも
のであり、以下、この明細書中で同様とする。

【００５９】さらに、前記図３に示すように、自動車Ｖ
には、ステアリングの操舵角度を検出する操舵角センサ
１６、前記車体局所座標系ｘ-ｙ-ｚにおける車体１の加
速度を検出する加速度センサ１７、車体１の所定部位に
配設されてその部位の路面に対する高さを検出する対地
車高センサ１８等が配設されていて、これら各センサか
らの出力もコンピュータ装置９に入力されるようになっ
ている。

【００６０】そして、前記のように記憶装置１１に記憶
した時系列のＧＰＳ位置データ及び角速度データに基づ
いて、コンピュータ装置９により走行中の車体の位置や
姿勢の変化状態を解析的に求め、さらに、その結果をデ
ィスプレー装置１０やプリンタ１３により出力したり、
或いはディスクドライブ装置１２によりフロッピー
（Ｒ）ディスクや光ディスク等に書き込んで記録できる
ようになっている。すなわち、前記コンピュータ装置９
の記憶装置１１には、ＧＰＳ位置データや角速度データ
を取得するための測定データ取得プログラムと、その時
系列のデータに基づいて車体１の位置や姿勢ないし姿勢
変化を解析する解析プログラムと、この解析結果に基づ
いて、例えば車体回転軸や横滑り角等の所定の形態の表
示データを演算する表示データ演算プログラムと、その
表示データをディスプレー装置１０等に出力させる出力
プログラムとがそれぞれ電子的に格納されている。

【００６１】言い換えると、前記した各プログラムを読
み取ったコンピュータ装置９により、自動車Ｖの走行中
にＧＰＳアンテナ２，２，…からの出力を第１設定周期
で採取し、これを較正して時系列のＧＰＳ位置データを
取得するとともに、ジャイロセンサ１５，１５，…から
の出力を第２設定周期で採取して時系列の角速度データ
を取得する測定データ取得手段と、該測定データ取得手
段により取得したＧＰＳ位置データ及び角速度データに
基づいて、車体１の位置、姿勢ないし姿勢変化を解析す
る解析手段と、その解析結果に基づいて、車体１の位
置、姿勢ないし姿勢変化状態、即ち運動状態を表す表示
データを演算する表示データ演算手段とが構成される。

【００６２】尚、前記各プログラムは、いずれも、フロ
ッピー（Ｒ）ディスク等の記録媒体に記録可能なもので
あり、この記録媒体をコンピュータ装置９のディスクド
ライブ装置１２に装着してＣＰＵにより読み取らせて、
記憶装置１１に記憶させることにより、このコンピュー
タ装置９がプログラムを実行可能な状態になる。そし
て、プログラムの起動時には、コンピュータ装置９のＣ
ＰＵにより所要のプログラムが記憶装置１１から読み出
され、ＲＡＭに常駐して実行されることになる。

【００６３】前記解析プログラムは、自動車Ｖの車体１
を剛体に近似して、その位置、姿勢及びそれらの変化状
態を表す複数の状態変数の相互の物理的な関係を記述し
たものである。すなわち、例えばこの実施形態の物理モ
デルは、図４に示すように、１８個の状態変数からなる
１８次元のベクトル量である車両状態量［Ｘ］につい
て、以下の（式１）（式２）に示すような状態方程式及
び出力方程式により、車体１の位置、姿勢及びそれらの
変化状態を記述するものである。

【００６４】 ［Ｘ］′ ＝ Ａ［Ｘ］＋Ｂｕ＋ｗ ・・・ （式１） Ｙ ＝ Ｃ［Ｘ］＋ｖ ・・・ （式２） 但し、前記（式１）において、ｕはシステムへの入力を
表し、また、Ｙはシステムからの出力を表すベクトル量
である。また、（式１）（式２）において、Ａ、Ｂ、Ｃ
は、それぞれ、１８個の状態変数の相互の物理的関係や
システムとの関係を表す関数や係数を要素とする行列式
である。さらに、ｗはシステム外乱を表す変数、ｖはノ
イズを表す変数である。

【００６５】前記１８個の状態変数は、前記図４に示す
ように、車体重心の絶対空間における位置座標Ｘ
_g（Ｘ_g，Ｙ_g，Ｚ_g）と、その重心位置周りの回転角度、
即ち車体１の姿勢角Ｗ（ρ，ψ，θ）と、それら位置及
び角度の各速度成分ｖ_g、ωと各加速度成分ｖ_g′、ω′
とからなる。従って、車体１を剛体と仮定すれば、１８
個の状態変数の相互の物理的関係は、幾何的な位置関係
を記述する方程式や１階の微分方程式によって記述さ
れ、これらの方程式を整理すると、前記（域１）（式
２）に示すような状態方程式及び出力方程式が得られ
る。

【００６６】そして、そのようにして定義した物理モデ
ルに対して、上述の如く取得した時系列のＧＰＳ位置デ
ータないし角速度データを入力し、車体１の位置、姿勢
及びそれらの変化についての時間的及び空間的な連続性
を考慮しながら、各データが相互に最も整合するような
状態変数の値を周知のカルマンフィルタの適用により逐
次、推定演算する。

【００６７】このような推定演算を行うことにより、各
状態変数の持つ物理的な意味を反映し、かつ各種センサ
の特性に対応する適切な補正が行われて、測定データの
誤差を最小化し、車体の位置や姿勢変化等を表す車両状
態量［Ｘ］の時系列のデータを正確に求めること、即
ち、車体１の運動状態を解析的にかつ高精度に求めるこ
とができるのである。

【００６８】以下に、この実施形態において用いる物理
モデルについて、具体的に説明する。まず、前記ＧＰＳ
位置データは、各ＧＰＳアンテナ２の絶対空間座標にお
ける位置座標Ｘ_i（Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_i）（ｉ＝１〜４）を出
力するものであるから、この各ＧＰＳアンテナ２の車体
局所座標における位置座標ｒ_i（ｒ_xi，ｒ_yi，ｒ_zi）
（ｉ＝１〜４）と、絶対空間座標における車体重心の位
置座標Ｘ_gとを用いて、以下の（式３）のように表され
る。

【００６９】

【数１】

【００７０】ここで、前記（式３）の右辺第２項の座標
変換行列の積ＴρＴψＴθは、絶対空間座標系における
車体１のロール角ρ、ピッチ角ψ及びヨー角θについて
２次乃至３次の項（非線形項）を含むので、この（式
３）に基づいて前記（式１）（式２）の方程式を求める
と、この方程式も非線形になってしまい、演算が複雑に
なるばかりか、コンピュータによる数値解析手法の適用
が困難になる。

【００７１】そこで、前記（式３）において予めロール
角ρ、ピッチ角ψ及びヨー角θを含む項を全て線形近似
してから、整理して、前記（式１）（式２）の形式にま
とめるようにする。すなわち、まず、以下の（式４）に
示すように、ＴρＴψＴθを展開する。

【００７２】

【数２】

【００７３】ここで、自動車Ｖの車体１のロール角ρ及
びピッチ角ψについては、その運動の特性としていずれ
も微小値であり（ρ＜＜１，ψ＜＜１）、また、絶対空
間座標系におけるヨー角θは、それ自体は大きな値にな
り得るものの、ジャイロセンサ１５，１５，…からの信
号を採取する周期（第２設定周期）での変化量Δθはや
はり微小値であるから（Δθ＜＜１）、このヨー角θに
ついては現在の計測時点を基点として線形近似を行うこ
とができる。

【００７４】つまり、以下の（式５）に示す条件の下
に、前記（式３）の右辺第２項を線形化して、（式６）
を得る。尚、θ₀は、計測時点でのヨー角θであり、逐
次更新されるものである。

【００７５】

【数３】

【００７６】また、以下の（式７）に示すように、前記
座標変換行列の積ＴρＴψＴθの逆行列についても同様
に線形化する。

【００７７】

【数４】

【００７８】ここで、前記（式６）を（式３）の右辺第
２項に代入すると、以下の（式８）が得られるから、
（式３）は以下の（式９）のように表され、結局、（式
１０）の如く整理できる。尚、Ｗ₀は、線形化のための
基点ベクトルであって、逐次更新されるものである。

【００７９】

【数５】

【００８０】そして、前記（式１０）を、前記図４に示
す車両状態量［Ｘ］に着目して、整理し直せば、以下の
（式１１）が得られ、従って、この実施形態の物理モデ
ルは、以下の（式１２）（式１３）に示す基本的な状態
方程式及び出力方程式で記述される。

【００８１】

【数６】

【００８２】

【数７】

【００８３】さらに、前記（式１２）（式１３）を拡張
して、センサノイズｖ_n（ｔ）と外乱入力ｗ_n（ｔ）とを
加えることにより、以下の（式１４）（式１５）が得ら
れ、このように定義した物理モデルに対して、カルマン
フィルタは、例えば、以下の（式１６）〜（式１８）の
ように構成される。尚、前記（式１４）（式１７）にお
いて、 Ｂ_w ＝ Ｉ とすればよい。

【００８４】

【数８】

【００８５】ここで、（式１６）の右辺第３項のＭＣ^T
Ｖ_n（ｔ）^-1は、オブザーバゲインであって、制御サイ
クル毎に逐次更新されるものである。このようにゲイン
を逐次変更することで、この実施形態のような時変シス
テムにおいても高い演算精度を確保できる。また、Ｖ_n
（ｔ）、Ｗ_n（ｔ）は、それぞれセンサノイズ及び外乱
入力の分散を示す。そして、これらの値を適宜、定義し
て前記（式１６）〜（式１８）に基づいて演算すること
により、システムからの出力を推定することができる。

【００８６】尚、上述した物理モデルでは、行列式Ａ，
Ｃの中に状態変数が混じっていたり、演算式の左辺に状
態変数の二乗が現れる等、厳密には論理的取り扱いに微
妙な点もあるが、自動車Ｖの車速や角速度等があまり大
きく変動しないという条件の下で適用する限りにおいて
は、何ら問題は生じない。

【００８７】次に、前記したカルマンフィルタの適用に
よる車両状態量［Ｘ］の推定演算について、図５〜７に
基づいて説明する。この演算は、基本的には図５に示す
ように、コンピュータ装置９により記憶装置１１から時
系列のＧＰＳ位置データ及び角速度データを読み込み、
このデータにおける時間の経過に沿って、前記した１８
個の状態変数のそれぞれについて逐次、推定演算を行う
ものである。すなわち、まず、同図に実線で示すよう
に、第２設定周期毎（図例では周波数５００Ｈｚ、即ち
５００分の１秒毎）の車体姿勢の変化状態を表す角速度
データを入力する。そして、或る時刻において、各状態
変数についての前回の推定値（初回については初期条
件）に基づいて予測されるデータ予測値と今回の入力デ
ータ、即ち車体局所座標系におけるロール角速度φ′、
ピッチ角速度ζ′及びヨー角速度ξ′とを対比して、該
各角速度データについての測定誤差情報を更新する（誤
差情報の更新）。

【００８８】続いて、前記角速度の入力データと更新し
た誤差情報とを物理モデルに入力して、この時刻におけ
る全ての状態変数をカルマンフィルタの適用により一度
に推定演算し（状態Ｘの推定）、続いて、この推定結果
に基づいて、次回の推定時刻における全ての状態変数を
予測する（状態Ｘの予測）。そして、このように予測し
た車両状態量［Ｘ］に基づいて、次回の入力データ値
φ′，ζ′，ξ′を予測する（測定データ予測）。以上
のような推定演算を第２設定周期毎のデータ入力に同期
して繰り返し行うことで、第２設定周期毎の車体１の位
置、姿勢及びそれらの変化を逐次、記述することができ
る。

【００８９】また、第１設定周期毎（図例では２０Ｈ
ｚ、即ち２０分の１秒毎）に、前記と同様の推定演算
を、角速度データに加えて、ＧＰＳ位置データも加味し
て行う。すなわち、図の例では前記した第２設定周期毎
（５００分の１秒毎）の推定演算のうちの２５回に１回
は、同図に破線で示すように、ＧＰＳアンテナ２，２，
…の各位置座標Ｘ_i（ｉ＝１〜４）も入力し、角速度の
入力値φ′，ζ′，ξ′を加えた全ての情報に基づい
て、車両状態量［Ｘ］の推定を行う。

【００９０】このときには、予め前回の推定演算により
予想した車両状態量［Ｘ］に基づいて、角速度の入力デ
ータ値だけでなく、ＧＰＳ位置の入力データ値も予測し
ておき、これらの予測データと今回の入力データ、即ち
ロール角速度φ′、ピッチ角速度ζ′及びヨー角速度
ξ′、並びにＧＰＳアンテナ２，２，…の各位置座標Ｘ
_i（ｉ＝１〜４）についてのデータの対比を行い、該各
データについての測定誤差情報を更新する。そして、前
記角速度及びＧＰＳ位置の入力データと更新した誤差情
報とを物理モデルに入力して、前記と同様に車両状態量
［Ｘ］を推定し、さらに、次回の推定時刻における車両
状態量［Ｘ］と角速度データとを予測するのである。

【００９１】そのようにＧＰＳアンテナ２，２，…とジ
ャイロセンサ１５，１５，…とを組合わせて用いるよう
にしているのは、主に、それらのセンサにより求められ
る物理量に含まれている誤差の特性に対して効果的に対
応するためである。すなわち、一般的に、ＧＰＳアンテ
ナ２は、位置を直接的に検出するものであるから、重心
位置Ｘ_gや姿勢角Ｗの測定に関しては、該ＧＰＳアンテ
ナ２からの出力値が相対的に高い精度を有する。しか
し、センサの分解能そのものはジャイロセンサ１５に比
べて低く、従って、ＧＰＳによる位置データを微分して
得られる速度データの精度は十分なものではない。

【００９２】一方、ジャイロセンサ１５は、そもそもの
分解能が高いことに加えて、車体１のロール角速度φ′
等を直接的に計測するものであるから、車体１の回転角
速度については、ジャイロセンサ１５からの出力は極め
て高い精度を有する。また、剛体に近似した車体１にお
いては何処でも角速度は同じであるから、この車体１の
任意の部位の速度を角速度データに基づいて精度良くに
求めることができる。但し、その角速度データを積分し
て位置Ｘや姿勢角Ｗ等を求めようとすると、検出値その
ものに内在する誤差や上述の如き線形近似に起因する誤
差が積分されてしまい、十分な精度は得られなくなる。

【００９３】また、図６（ａ）（ｂ）にそれぞれ実線で
模式的に示すように、一般に、車体１の実際の姿勢は連
続的に変化するものであって、その重心位置や姿勢角が
所定以上、大きく変化することはない。従って、仮にＧ
ＰＳアンテナ２，２，…により測定された位置のデータ
に基づいて、同図（ａ）に破線で示すように車体１の向
きが飛び飛びに大きく変化しているという結果が得られ
た場合には、これに加速度データを加味して演算結果を
修正することにより、同図（ｂ）に破線で示すように、
車体１の計測結果を実線の枠内、即ち車体１の実際の軌
跡に沿うように収めることができる。

【００９４】以上述べたようなデータの特性を考慮し
て、この実施形態では、ＧＰＳアンテナ２，２，…によ
る直接的な位置の測定データとジャイロセンサ１５，１
５，…による角速度の測定データとを組み合わせ、それ
ぞれの誤差の特性と車体１の位置や姿勢の連続性という
幾何的な制限とに的確に対応して、データの相互補完的
な補正を行うことにより、解析の精度を十分に高くする
ことができるのである。

【００９５】ここで、一般的に、ＧＰＳアンテナ２によ
る測定は、ジャイロセンサ１５等のように短い周期で行
うことができないので、ＧＰＳアンテナ２とジャイロセ
ンサ１５とを組み合わせるにあたっては、前記したよう
に、角速度データは例えば５００分の１秒という極めて
短い時間間隔で取得し、このデータに基づいて車体１の
位置、姿勢及びそれらの変化状態をきめ細かく推定する
ようにしている。そして、２０分の１秒間隔で得られる
ＧＰＳアンテナ２からの位置信号に基づいて、前記５０
０分の１秒間隔の推定結果を補正することで、推定精度
を向上させている。

【００９６】つまり、ＧＰＳアンテナ２とジャイロセン
サ１５との組み合わせによる計測精度の向上という作用
効果を得ながら、これに加えて、ジャイロセンサ１５に
よる測定周期を、ＧＰＳアンテナ２による測定周期の限
界に制限されることなく、十分に短くして、積分誤差そ
のものを低減することにより、車体姿勢の計測精度をさ
らに向上させているものである。

【００９７】加えて、この実施形態では、前記した車両
状態量［Ｘ］の推定演算において、精度向上のためのさ
らなる工夫を凝らしている。すなわち、図７に模式的に
示すように、車両状態量［Ｘ］のデータを求める際、ま
ず、同図の左側から右側に向かって、前記したような車
両状態量［Ｘ］の推定演算とデータの対比と測定誤差情
報の更新とを交互に繰り返し実行し、ＧＰＳ位置データ
及び加速度データにおける測定時間の経過に沿って、車
体１の位置、姿勢及びそれらの変化状態を表す車両状態
量［Ｘ］を逐次、推定演算する。続いて、図の右端側に
示すように時間を反転させて、今度は時間経過を遡りな
がら再度、同様の演算を繰り返し行うようにしている。
すなわち、車両状態量［Ｘ］を時間経過に沿って推定し
た場合、その各時刻における推定結果にはそれまでの過
去の測定データ（過去の誤差情報）が反映されるのみと
なるが、これに加えて、時間経過を遡りながら再度、推
定を行うことで、角時刻における車両状態量［Ｘ］の推
定結果に対して過去及び未来の全ての測定データ（過去
及び未来の誤差情報）を反映させることができ、これに
より、車両状態量［Ｘ］の推定精度が大幅に向上するの
である。

【００９８】ここで、上述した方法により解析的に求め
た車体横滑り角βについて、ベクトル車速計等による測
定結果と比較して、その計測精度を検証した結果につい
て、説明する。この車体横滑り角βというのは、図８に
一例を示すように、車体１を上下方向から見て、その進
行方向が車体前後方向に対してなす角度のことであり、
同図に示すように車体前後方向に対し左側を正の値と、
また、右側を負の値として定義している。車体横滑り角
βは、車体１の重心位置においては自動車Ｖの全体とし
ての移動方向を示すものであるが、重心位置以外では主
にヨーイング運動の影響を強く受けるため、同図に示す
ように、レーンチェンジのための旋回初期等の時期にお
いては、例えば車体後端部の横滑り角βrが重心位置の
値βgとは大きく異なる値になる。

【００９９】そして、図９（ａ）は、自動車Ｖのレーン
チェンジの際に、車体１の重心位置についての横滑り角
βgと車体後端部での横滑り角βrとの変化を、それぞ
れ、この実施形態の車体運動計測装置Ｓにより計測する
とともに、車体１の後端部左側のＧＰＳアンテナ２と上
下方向について同一箇所に配置したベクトル車速計によ
り測定し、それらの結果を対比して示したものである。
但し、後述する同図（ｂ）との比較のために、計測装置
Ｓにおいては、車両状態量［Ｘ］の推定演算を時間経過
に沿ってのみ行うようにしている。尚、ベクトル車速計
による測定結果は、車体１に配設したジャイロセンサ１
５からの出力を用いて補正するとともに、出力遅れにつ
いては経験的な補正を行っている。

【０１００】そして、前記図（ａ）に実線で示すグラフ
は、計測装置Ｓによる車体重心位置の横滑り角βgの変
化を示すものであり、一方、破線で示すグラフは、ベク
トル車速計による測定結果を基に、車体重心位置につい
ての横滑り角βgに換算したものである。また、図に一
点鎖線で示すのは、計測装置Ｓによる車体後端部の横滑
り角βrであり、二点鎖線で示すのは、ベクトル車速計
による測定結果を基にしたものである。同図によれば、
この実施形態にの計測装置Ｓによる解析的な計測の結果
が、適切な補正を行った後の実測結果と良く対応してい
ることが分かる。

【０１０１】次に、同図（ｂ）は、前記の同図（ａ）と
同様の計測結果を示すものであるが、今度は、前記図７
に示すように、計測装置Ｓにおいて車両状態量［Ｘ］の
推定演算を時間経過に沿って行った後に、時間を反転さ
せて、時間経過を遡りながら再度、推定演算を行ったも
のである。同図に実線又は一点鎖線で示すグラフによれ
ば、データの変動が抑制されて、車体横滑り角βは時間
の経過とともにスムーズに変化するするものとなってい
る。これは、自動車Ｖのレーンチェンジの際に得られた
ＧＰＳ位置データ及び角速度データの全てを反映させる
ことにより、計測装置Ｓにおける車両状態量［Ｘ］の推
定精度が向上し、この結果として、車体横滑り角βの計
測精度が大きく向上したことによると考えられる。

【０１０２】以下、前記の如き構成の計測装置Ｓにより
車体１の位置や姿勢の変化を求める具体的な手順につい
て、図１０及び図１１のフローチャートに基づいて、説
明する。まず、図１０のフローは、ＧＰＳアンテナ２，
２，…ないしジャイロセンサ１５，１５，…からの出力
信号を所定周期で採取する測定データ取得ステップの制
御手順を示し、このフローの各制御手順は、解析ユニッ
ト５の記憶装置１１から読み出された測定データ取得プ
ログラムがＣＰＵにより所定の周期（周波数５００Ｈ
ｚ）で実行されることにより、実現される。

【０１０３】図１０に示すフローにおいてスタート後の
ステップＳＡ１では、初期設定として、自動車Ｖの静止
状態又は直進走行においてジャイロセンサ１５，１５，
…の零点をリセットするとともに、コンピュータ装置９
のＲＡＭをクリアする。また、作業者による入力に従っ
て、データの測定を行うデータ測定時間を設定する。続
いて、ステップＳＡ２において、ＧＰＳアンテナ２，
２，…ないしジャイロセンサ１５，１５，…からの信号
を入力する。この際、各ジャイロセンサ１５からの信号
は５００Ｈｚであり、一方、各ＧＰＳアンテナ２からの
位置信号は２０Ｈｚであるから、殆どの場合、位置信号
は入力しない。そこで、続くステップＳＡ３において位
置信号が入力しているかどうか判定し、この判定がＹＥ
Ｓであれば、ステップＳＡ４に進んで、その位置信号を
補正信号により較正して、ステップＳＡ５に進む。一
方、前記ステップＳＡ３における判定がＮＯであれば、
そのままステップＳＡ５に進む。

【０１０４】このステップＳＡ５において、前記のよう
にして採取した信号をそれぞれ記憶装置１１に記憶させ
ることにより、時系列のＧＰＳ位置データ及び角速度デ
ータをそれぞれ取得し、続くステップＳＡ６では、前記
データ採取時間が経過したかどうか判定して、時間が経
過していなければ（ＮＯ）前記ステップＳＡ２にリター
ンして、データの採取を継続する一方、時間が経過して
いれば（ＹＥＳ）、データの採取を終了する。このよう
にして、作業者が設定したデータ測定時間に亘る時系列
のＧＰＳ位置データ及び角速度データがそれぞれ得られ
る。

【０１０５】次に、図１１のフローは、前記の如く取得
したＧＰＳ位置データ及び角速度データに基づいて車両
状態量［Ｘ］の時系列のデータを求め、そのデータに基
づいて、ディスプレー装置１０等に車体１の回転軸や横
滑り角β等に関する表示を行わせる手順を示したもので
ある。このフローの各制御手順は、それぞれ、解析ユニ
ット５の記憶装置１１から読み出された解析プログラ
ム、表示データ演算プログラム又は出力プログラムのい
ずれかがコンピュータ装置９のＣＰＵにより実行される
ことにより、実現される。

【０１０６】まず、図１１に示すフローのスタート後の
ステップＳＢ１では、作業者による入力に従って、車体
姿勢の姿勢を解析する時間範囲、即ち解析時間範囲を設
定する。続いて、ステップＳＢ２において、前記解析時
間範囲に対応するＧＰＳ位置データ及び角速度データを
記憶装置１１から読み込み、続くステップＳＢ３におい
て上述した車両状態量［Ｘ］の演算を行う。すなわち、
時系列の角速度データないしＧＰＳ位置データをその解
析時間範囲の始期から終期に亘って、時間の経過に沿っ
て物理モデルに入力し、第２設定周期毎の車両状態量
［Ｘ］を逐次、推定演算する。そして、その後に時間を
反転させて、前記角速度データないしＧＰＳ位置データ
をその解析時間範囲の終期から始期に亘って、時間の経
過を遡るように物理モデルに入力し、前記と同様に車両
状態量［Ｘ］を逐次、推定演算する。

【０１０７】前記の演算により、前記解析時間の範囲に
おける車体１の姿勢及び姿勢変化状態を表す時系列の車
両状態量［Ｘ］のデータが得られる。そして、そのよう
にして求めた車両状態量［Ｘ］の時系列のデータを、ス
テップＳＢ４において記憶装置１１に記憶させる。続い
て、ステップＳＢ５において、作業者により選択された
形態の表示データを演算する。これは、例えば図１２〜
１６等に示すように、車体回転軸等の位置の変化を種々
の形態でディスプレー装置１０等に表示させたり、或い
は、車体回転軸の傾斜角度の変化をグラフ化したりする
ものである。

【０１０８】続いて、ステップＳＢ６において、作業者
により選択された対比車両について、前記ステップＳＢ
５と同様に表示データを演算する。すなわち、解析ユニ
ット５の記憶装置１１には、複数の異なる自動車Ｖにつ
いての車体位置や姿勢の計測結果（車両状態量［Ｘ］の
時系列のデータ）が記憶されており、この中から、任意
の自動車Ｖについてのデータを選択して、今回の計測結
果と対比して表示させることができるものである。尚、
作業者による対比車両の選択が行われなければ、このス
テップはスキップする。そして、続くステップＳＢ７に
おいて、前記ステップＳＢ５ないしステップＳＢ６にお
いて演算した表示データをディスプレー装置１０等に出
力して、解析及び出力の制御を終了する。

【０１０９】前記図１１に示すフローのステップＳＢ２
〜４の各ステップが、時系列のＧＰＳ位置データ及び角
速度データに基づいて、車両状態量［Ｘ］の時系列のデ
ータを求めるという解析ステップに対応しており、続く
ステップＳＢ５が、その車両状態量の［Ｘ］データに基
づいて、車体回転軸、ヨーレイト、車体横滑り角β等の
表示データを演算する表示データ演算ステップに対応し
ている。また、ステップＳＢ７は、それらの表示データ
をディスプレー装置１０等に出力させる出力ステップに
対応している。

【０１１０】（車体回転軸についての演算）次に、前記
図１１に示すフローのステップＳＢ５において、車両状
態量［Ｘ］のデータに基づいて、車体回転軸の表示デー
タを求める方法について、具体的に説明する。ここで、
車体回転軸というのは、図１２に模式的に示すような車
体１の空間的な回転軸ａｘのことであり、従来から便宜
的に用いられているロール軸とは異なるものであって、
車体１の動的な姿勢変化を正確に把握しようとした場合
には極めて有効な指標となるものである。

【０１１１】この実施形態の計測装置Ｓにおいては、車
体１の瞬間的な回転中心というロールセンタの定義に立
ち返り、上述の如く求めた車両状態量［Ｘ］の時系列の
データに基づいて、まず、ロールセンタの位置を特定す
る。すなわち、上述したように、剛体とみなした車体１
における任意の部位での位置及び速度は、該車体１の重
心位置Ｘ_g及びその速度と、該重心位置周りの姿勢角Ｗ
及び角速度ωとによって記述できるから、車体局所座標
系ｘ-ｙ-ｚにおいて、重心速度ｖ_r（ｖ_x，ｖ_y，ｖ_z）と
角速度ω（φ′，ζ′，ξ′）とを用いて、車体１上の
任意の点ｘ（ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀）における速度ベクトルｖ_x
（Ｖ_x，Ｖ_y，Ｖ_z）は、 ｖ_x ＝ ｖ_r ＋ ω×ｘ ・・・（式１９） として、表される（但し、「×」はベクトル積を表
す）。

【０１１２】ここで、車体１の瞬間回転中心を求めるた
めには、車体左右方向及び車体上下方向についての速度
成分がいずれも零になる点を求めればよいから、まず、
前記速度ｖ_x、重心速度ｖ_r、角速度ω及び位置座標ｘを
３軸ｘ，ｙ，ｚについての単位ベクトルｉ，ｊ，ｋを用
いて、 ｖ_x ＝ Ｖ_xｉ ＋Ｖ_yｊ ＋Ｖ_zｋ ・・・ （式２０） ｖ_r ＝ ｖ_xｉ ＋ｖ_yｊ ＋ｖ_zｋ ・・・ （式２１） ω ＝ φ′ｉ＋ζ′ｊ＋ξ′ｋ ・・・ （式２２） ｘ ＝ ｘ₀ｉ ＋ｘ₀ｊ ＋ｘ₀ｋ ・・・ （式２３） として整理する。

【０１１３】そして、前記（式２０）〜（式２３）によ
り、車体左右方向及び車体上下方向についての速度成分
がいずれも零になる点は、以下の２つの式を満たすもの
であるから、車体１の瞬間的な回転中心が１つの直線、
即ち車体回転軸ａｘとして定義できることが分かる。

【０１１４】 ｖ_y＋ξ′ｘ₀−φ′ｚ₀ ＝ ０ ・・・ （式２４） ｖ_z＋φ′ｙ₀−ζ′ｘ₀ ＝ ０ ・・・ （式２５） 従って、前記（式２４）及び（式２５）の２式に車両状
態量［Ｘ］の時系列のデータのうちから所要のものを代
入することにより、車体回転軸ａｘを一義的に求めるこ
とができるから、自動車Ｖの走行中の車体回転軸ａｘの
変化に関する時系列のデータが得られる。これにより、
従来までは実質的に計測不能だった車体回転軸ａｘの動
的な変化を表示等できるので、車体姿勢の変化を直観的
に把握することが可能になる。

【０１１５】すなわち、例えば、作業者により入力設定
された設定時刻における瞬間的な車体回転軸ａｘの位置
は、前記図１２の（ａ）（ｂ）（ｃ）にそれぞれ示すよ
うに、車体上下方向、車体左右方向又は車体前後方向の
うちの少なくとも一方向から見た状態で表示させること
ができ、この表示を見れば、自動車Ｖの旋回時や進路変
更時等における車体１の瞬間的な姿勢変化の傾向が直観
的に把握できる。

【０１１６】また、前記のように求めた車体回転軸ａｘ
を時系列に表示させれば、自動車Ｖの旋回時や進路変更
時等において、車体回転軸ａｘの位置及び角度が変化す
る様子を容易に把握することができる。例えば図１３
は、自動車Ｖが走行車線を左から右にレーンチェンジす
るときに、車体上下方向から見て、車体回転軸ａｘの位
置がどのように変化するかを示している。この図では、
自動車Ｖの前後方向についての移動は連続的に表示せず
に、車体回転軸ａｘを所定間隔を空けてまとめて表示し
ているが、車体姿勢の変化を理解する上で非常に有効な
表示が得られる。また、同図においては、実線及び破線
によりそれぞれ異なる種類の２台の自動車について定比
して、車体回転軸ａｘの軌跡を表示しており、実線で示
すＡ車は、破線で示すＢ車に比べて車体回転軸ａｘの車
幅方向の移動が大きいことが分かる。

【０１１７】前記Ａ車及びＢ車について車体回転軸ａｘ
の変化する様子を個別に表示させたのが、図１４及び図
１５である。この各図は、車体１を固定した状態で、前
記図１３と同様に車体回転軸の位置を時系列に表示した
ものであり、各図の横軸に示す車体前後方向についての
原点０は、自動車Ｖの後輪車軸に対応する位置である。
また、各図の縦軸に示す車体左右方向についての原点０
は、車体１の左右方向の中心に対応する位置である。そ
して、該各図には、自動車Ｖの旋回初期（Ｔ＝０）か
ら、切り返しの開始に相当する０．９秒後（Ｔ＝０．
９）、さらには直進状態への復帰開始に相当する１．７
秒後（Ｔ＝１．７）における車体回転軸ａｘの位置及び
角度の変化が示されている。前記図１４においては、Ａ
車のレーンチェンジにおける旋回初期に、車体１が、右
側後方の軸を中心に車体左側が沈むようにローリング
し、その後、ステアリングの切り返しに伴い一旦、車体
右側が沈むようにローリングしてから、やや遅れて、車
体左側が浮くようにローリングしながら、直進状態に戻
る様子が見られる。

【０１１８】一方、図１５に示すＢ車の場合は、前記Ａ
車と同様に旋回外輪を沈ませるようにローリングしてい
るものの、旋回初期から切り返し、さらには直進状態へ
復帰するまでの間、車体左側と車体右側とが同期して逆
向きに回動し、車体旋回軸ａｘが車体中心部近傍に安定
的に位置していることが分かる。また、このＢ車の場合
には、Ａ車に比べて車体回転軸ａｘの角度変化も小さ
く、さらに直進状態に復帰するときの収束性も高い。そ
して、このような車体回転軸の変化の様子を別途、実行
した官能評価の結果と対照した結果、車体回転軸ａｘの
安定しているＢ車の運転フィーリングが相対的に優れて
いることが確認された。

【０１１９】また、図１６（ａ）（ｂ）は、前記の如く
時系列に求めた車体回転軸ａｘのデータに基づいて、自
動車Ｖの車体後方側から見た後輪側ロールセンタ位置の
表示例である。この例では、ローリングした状態の車体
１が地面に対してなす角度は同じであるが、同図（ａ）
に示すように後輪側ロールセンタが旋回外輪側（左側）
に位置する場合、車体１の後部が図に矢印で示すように
ジャッキアップして、オーバーステア傾向が強まるとと
もに、運転者は、全体として浮き上がるような挙動によ
って不安感を抱き易い。一方、同図（ｂ）に示すように
ロールセンタが旋回内輪側にあれば、図に矢印で示すよ
うに車体全体として沈み込むような挙動になるから、好
ましい運転フィーリングが得られる。このように、自動
車Ｖの旋回時や進路変更時等におけるロールセンタ位置
の変化を正確に把握できることは、特に、サスペンショ
ンの設計において有効なものとなる。

【０１２０】さらに、この実施形態の計測装置Ｓによれ
ば、自動車Ｖの旋回時や進路変更時等における車体回転
軸ａｘの変化をより詳細に出力させることもできる。す
なわち、例えば図１７は、自動車Ｖの直進状態からステ
アリングを所定角度だけ左側に操舵して、左側に旋回さ
せるいわゆるＪターンのときに、車体１を地面に水平な
左右方向から見て、車体回転軸ａｘが該車体１の前後方
向に対してなす傾斜角度α（図１２参照）が時間の経過
とともにどのように変化するかを示したグラフ図であ
る。このグラフは、前記Ａ車、Ｂ車を含む４種類の自動
車Ｖについて、車体回転軸ａｘの傾斜角度を対比して示
したものである。このように車体回転軸ａｘの角度の変
化が定量的に求められ、車体１の姿勢変化についてより
きめの細かい情報が得られれば、車体姿勢の変化が自動
車Ｖの全体の運動性能に及ぼす影響についても厳密に解
析することが可能になる。

【０１２１】また、図１８は、同じくＪターンのときに
車体１のヨーセンタ位置が時間の経過とともにどのよう
に変化するかを示す。このグラフに示すヨーセンタ位置
は、自動車Ｖの静止状態で後輪車軸を通る水平面と車体
回転軸とが交差する点の車体前後方向の距離を、該後輪
車軸位置を原点０として、計測したものである。また、
このグラフも、前記Ａ車、Ｂ車を含む４種類の自動車Ｖ
について対比して示したものである。このグラフによれ
ば、自動車Ｖの旋回時等において、車体１の旋回中心が
車体前後方向について移動する様子が正確に把握できる
ので、特に、自動車Ｖの前後荷重配分と運動性能との間
の関係についての解析の際に有効なデータが得られる。

【０１２２】尚、この実施形態の計測装置Ｓによる計測
結果の表示形態は、上述したような車体回転軸ａｘに関
するものに限られないことは勿論であり、例えば、車両
状態量［Ｘ］の時系列のデータに基づいて、自動車Ｖの
旋回時や進路変更時等におけるヨーレイトやピッチレイ
トの変化を求め、これを表示するグラフを出力するよう
にしてもよい。或いは、前記図９（ｂ）に示すように、
レーンチェンジの際の車体横滑り角βの変化をグラフ化
して、出力することもできる。

【０１２３】したがって、この実施形態に係る車体運動
計測装置Ｓによれば、自動車Ｖの走行中の車体１の位
置、姿勢及びそれらの変化状態を１８個の状態変数から
なる車両状態量［Ｘ］を用いて定義し、この車両状態量
［Ｘ］の変化を、ＧＰＳアンテナ２，２，…やジャイロ
センサ１５，１５，…による測定データに基づいて、カ
ルマンフィルタの適用により逐次、演算することによ
り、車体１の位置や姿勢の変化をきめ細かくかつ正確に
記述することができる。しかも、その際、ＧＰＳ位置デ
ータと角速度データとがそれぞれ持っている誤差特性の
相違点や車体姿勢の連続性という物理的な意味を適切に
反映させて、車両状態量［Ｘ］、即ち１８個の状態変数
の値をそれぞれ正確に推定し、かつこの推定結果に基づ
いて測定データの修正等を行うことにより、解析的な計
測の精度を極めて高くすることができる。

【０１２４】そして、そのようにして得られた解析結
果、即ち、車両状態量［Ｘ］の時系列のデータに基づい
て、走行中の車体１の動的な姿勢変化を正確に把握でき
るようになれば、その結果を自動車Ｖのシャシー開発等
に反映させて、旋回性能や運転フィーリングを十分に向
上させることが可能になる。すなわち、例えば、本願発
明の計測装置Ｓを用いれば、上述したように、従来まで
は実質的に計測不能だった動的な車体回転軸ａｘに関す
る種々の知見が得られるので、この車体回転軸ａｘの動
的な変化を１つの指標として、自動車Ｖのシャシーを作
り込んでいけば、操縦安定性の向上と良好な乗り心地と
を高次元で両立し、なおかつ卓越した運転フィーリング
をも実現することができるのである。

【０１２５】加えて、この実施形態の計測装置Ｓによれ
ば、上述の如く、異なる車種についての計測結果を対比
して出力することができるから、例えば、開発途上の自
動車Ｖについての車体姿勢等の計測結果を、テストドラ
イバによる官能評価において評価の高い別の車種につい
ての計測結果と対比することにより、車体姿勢等の変化
と官能評価との対応を異なる車種について互いに関連付
けて行うことができる。言い換えると、自動車の運転フ
ィーリングに関する官能評価を、本願発明の計測装置Ｓ
による計測結果に基づいて定量化して、判断することが
可能になる。

【０１２６】（他の実施形態）尚、本発明の構成は、前
記実施形態のものに限定されることはなく、その他の種
々の構成も包含するものである。すなわち、前記実施形
態に係る車体運動計測装置Ｓでは、車体１の姿勢変化状
態の測定をジャイロセンサ１５によって行うようにして
いるが、これに限らず、例えば速度センサを用いて行う
ようにしてもよい。また、前記実施形態においてさらに
加速度センサや角加速度センサ等を追加すれば、車体位
置や姿勢の解析の精度はさらに向上する可能性がある。

【０１２７】また、車両状態量［Ｘ］については、図４
に示すものに限らないことは言うまでもない。すなわ
ち、前記実施形態に示した物理モデルはあくまで一例に
過ぎず、センサの種類や個数に応じて、適切な状態変数
を設定することができる。また、システムへの入力や出
力についても種々の設定が可能である。

【０１２８】また、前記実施形態においては、ＧＰＳア
ンテナ２，２，…からの位置信号を２０Ｈｚで採取する
一方、ジャイロセンサ１５，１５，…からの信号は５０
０Ｈｚで採取するようにしているが、これらの周波数に
限らないことはいうまでもないし、両者の信号はいずれ
も同じ周期で採取するようにしてもよい。

【０１２９】さらに、前記実施形態においては、自動車
Ｖの車体に解析ユニット５を搭載して、ＧＰＳアンテナ
２，２，…やジャイロセンサ１５，１５，…からの信号
を採取した後に、直ちにこれらの信号データに基づい
て、車体姿勢等の解析を行えるようにしているが、これ
に限るものではない。

【０１３０】すなわち、例えば、自動車Ｖの車体１には
センサからの出力信号を採取して、記憶手段１１に記憶
させるための最小限度のシステムを搭載し、このシステ
ムにより採取したデータをフロッピー（Ｒ）ディスクや
光ディスク等の記録媒体に記録する。そして、その記録
媒体のデータを別のコンピュータ装置により読み出し
て、このコンピュータ装置により解析して、車体１の姿
勢変化を求めるようにすることもできる。加えて、その
ようにする場合には、ＧＰＳアンテナ２からの位置信号
を較正するための補正信号も前記記録媒体に記録させて
おき、その補正信号に基づく位置信号の較正も前記した
別のコンピュータ装置によって行うようにしてもよい。

【０１３１】

【発明の効果】以上、説明したように、本願の請求項１
の発明に係る車体運動計測方法によると、自動車の車体
に配設したＧＰＳアンテナにより、当該車体の位置及び
姿勢の変化を直接的に測定し、この測定により得られた
時系列の第１データに基づいて、剛体に近似した車体各
部の位置座標を演算することにより、車体の動的な位置
や姿勢の変化を解析的にかつ従来よりも正確に求めるこ
とができる。

【０１３２】請求項２の発明によると、車体に配設した
姿勢変化速度センサにより、該車体の姿勢変化速度に関
する物理量を測定し、この測定により得られた時系列の
第２データと、ＧＰＳアンテナによる第１データとを組
み合わせて、相互に補完するように適切に補正すること
により、車体姿勢等の計測精度を向上できる。

【０１３３】請求項３の発明によると、姿勢変化速度と
して回転角速度を検出することにより、ＧＰＳアンテナ
による測定結果との相互補完的な補正が容易になり、車
体の位置及び姿勢変化の計測精度がさらに向上する。

【０１３４】請求項４の発明によると、第１データ及び
第２データをカルマンフィルタにより処理して、車体の
位置、姿勢及びそれらの変化状態を表す複数の状態変数
についてそれぞれ物理法則に従った適切なフィルタリン
グを行うことができ、このことにより、該状態変数から
なる車両状態量の推定演算、即ち車体の位置及び姿勢変
化の計測精度を極めて高いものとすることができる。

【０１３５】請求項５の発明によると、姿勢変化速度セ
ンサによる測定周期を十分に短く設定して、この測定値
の積分誤差を低減することにより、車体姿勢等の計測精
度をさらに向上できる。

【０１３６】請求項６の発明によると、車両状態量の推
定演算を時間経過に沿って行うのみならず、時間経過を
遡るようにして再度、行うことにより、各時刻における
推定演算結果に全てのデータを反映させて、計測精度を
さらに高めることができる。

【０１３７】請求項７の発明によると、状態方程式ない
し出力方程式を線形線形化して、演算の容易化が図られ
るとともに、数値解析手法の適用が容易になる。

【０１３８】請求項８の発明によると、請求項７の発明
の効果を十分に得ることができる。

【０１３９】請求項９の発明によると、基地局からの補
正信号によって、ＧＰＳアンテナによる位置信号を較正
することで、車体姿勢等の計測精度をさらに向上でき
る。

【０１４０】請求項１０の発明の記録媒体によると、請
求項４〜９の車体姿勢解析方法における解析ステップを
コンピュータ装置によって実行することができ、よっ
て、それらの発明と同様の効果が得られる。

【０１４１】請求項１１の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの表示データ演算ステップと出力
ステップとをコンピュータ装置によって実行させること
で、車体回転軸の動的な変化に関する出力が得られるの
で、自動車の旋回性能や運転フィーリングを十分に向上
させることができるようになる。

【０１４２】請求項１２の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの出力ステップにおいて、瞬間的
な車体回転軸の位置を表示させることができ、これによ
り、旋回時等の車体姿勢等の変化を直観的に把握できる
ようになる。

【０１４３】請求項１３の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの出力ステップにおいて、車体回
転軸の動的な変化を時系列に表示させることができ、こ
れにより、車体姿勢等の変化を極めて容易に把握できる
ようになる。

【０１４４】請求項１４の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの出力ステップにおいて、解析結
果の出力に基づいて車体回転軸の変化をきめ細かく把握
できるようになり、よって、車体姿勢等の変化が自動車
全体の運動性能に及ぼす影響を厳密に解析できるように
なる。

【０１４５】請求項１５の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの出力ステップにおいて、ロール
センタの位置を出力させることができるので、特にサス
ペンションの設計において有効なデータが得られる。

【０１４６】請求項１６の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの出力ステップにおいて、車体の
ヨーセンタの位置を出力させることができるので、特に
自動車の前後荷重配分と運動性能との間の関係について
の解析に有効なデータが得られる。

【０１４７】請求項１７の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの出力ステップにおいて、車体の
ピッチセンタの位置を出力させることができるので、特
に自動車の前後荷重配分や重心高さについての解析に有
効なデータが得られる。

【０１４８】請求項１８の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの表示データ演算ステップと出力
ステップとをコンピュータ装置によって実行させること
で、旋回時等におけるヨーレイトの変化を正確に把握で
きるようになり、特に操縦性の向上のために有効なデー
タが得られる。

【０１４９】請求項１９の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの表示データ演算ステップと出力
ステップとをコンピュータ装置によって実行させること
で、旋回時等におけるヨーレイトの変化を正確に把握で
きるようになり、特に、走行安定性の向上のために有効
なデータが得られる。

【０１５０】請求項２０の発明の記録媒体によると、コ
ンピュータプログラムの出力ステップにおいて、異なる
車種について対比して出力を行うことができ、それらの
対比判定が容易になるとともに、計測結果と官能評価と
の対応を異なる車種について互いに関連付けて判断する
ことができる。

【０１５１】請求項２１の発明に係る車体運動計測装置
によると、自動車の車体に配設された少なくとも３つの
ＧＰＳアンテナと、測定データ取得手段と、解析手段と
によって、請求項１の発明の車体運動計測方法を実行す
ることができ、これにより、該請求項１の発明と同様の
効果が得られる。

【０１５２】請求項２２の発明では、請求項２の発明と
同様の効果が得られる。

【０１５３】請求項２３の発明では、請求項３の発明と
同様の効果が得られる。

【０１５４】請求項２４の発明では、請求項４の発明と
同様の効果が得られる。

【０１５５】請求項２５の発明では、請求項７の発明と
同様の効果が得られる。

【０１５６】請求項２６の発明では、請求項８の発明と
同様の効果が得られる。

【０１５７】請求項２７の発明では、車体の位置及び姿
勢の変化状態を表す表示データを出力手段により出力さ
せることで、自動車の動的な姿勢変化等を直観的に把握
できるようになり、併せて、この出力を種々の解析演算
の条件として利用できるようなる。

【０１５８】請求項２８の発明では、請求項９の発明と
同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る車体運動計測装置の全
体構成図である。

【図２】絶対空間座標と車体局所座標とをそれぞれ示す
説明図である。

【図３】車体運動計測装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図４】車両状態量の定義の一例を示す説明図である。

【図５】カルマンフィルタの適用による車両状態量の推
定演算の手順を示す機能ブロック図である。

【図６】誤差情報の補正における幾何的制限を模式的に
示す説明図である。

【図７】車両状態量の推定演算における時間の反転につ
いて模式的に示す説明図である。

【図８】旋回初期の車体横滑り角を示す説明図である。

【図９】車体横滑り角の計測結果を、ベクトル車速計に
よる測定結果と対比して示すグラフ図である。

【図１０】測定データ取得プログラムの流れを示すフロ
ーチャート図である。

【図１１】解析プログラム、表示データ演算プログラム
及び出力プログラムについて、それぞれ流れを示すフロ
ーチャート図である。

【図１２】設定時刻における車体回転軸の位置を、(a)
車体上下方向、(b)車体左右方向及び(c)車体前後方向か
ら見て、それぞれ表示した説明図である。

【図１３】自動車のレーンチェンジ走行における車体回
転軸の変化を時系列に表示した説明図である。

【図１４】Ａ車についての車体回転軸の変化を表示した
説明図である。

【図１５】Ｂ車についての図１４相当図である。

【図１６】自動車の後輪側ロールセンタ位置を表示した
説明図である。

【図１７】自動車のＪターン走行時における車体回転軸
の傾斜角度の時間経過に対する変化を示すグラフ図であ
る。

【図１８】自動車のＪターン走行時におけるヨーレイト
位置の時間経過に対する変化を示すグラフ図である。

【符号の説明】

Ｓ 車体運動計測装置 Ｖ 自動車 １ 車体 ａｘ 車体回転軸 ２ ＧＰＳアンテナ ５ 解析ユニット ７ 基地局 ９ コンピュータ装置（測定データ取得手段、
解析手段、表示データ演算手段） １０ ディスプレー装置（出力手段） １３ プリンタ（出力手段） １５ ジャイロセンサ（角速度センサ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 弘行 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 吉本 光洋 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 吉岡 透 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 2F029 AA02 AB07 AD01 5B056 BB00 BB03 HH00 5J062 BB01 CC07 DD12 DD23 EE04 FF04 GG02

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体の運動状態を計測する方法であっ
   て、 前記車体における複数の所定箇所にそれぞれ人工衛星か
   らの電波を受信して位置信号を出力するＧＰＳアンテナ
   を配設しておいて、 自動車の走行中に前記ＧＰＳアンテナからの出力を第１
   設定周期で採取することにより、前記車体の位置及び姿
   勢の変化を表す時系列の第１データを取得する測定デー
   タ取得ステップと、 前記第１データに基づいて、剛体に近似した車体の位置
   及び姿勢の変化を解析する解析ステップとを有すること
   を特徴とする車体運動計測方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 車体に、その姿勢変化速度に関する物理量を検出する姿
   勢変化速度センサを配設しておいて、 測定データ取得ステップでは、自動車の走行中に前記姿
   勢変化速度センサからの出力を第２設定周期で採取する
   ことにより、時系列の第２データを取得し、 解析ステップでは、ＧＰＳアンテナによる第１データと
   前記第２データとに基づいて、車体の位置及び姿勢変化
   を解析することを特徴とする車体運動計測方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、 姿勢変化速度センサにより車体の回転角速度を検出する
   ことを特徴とする車体運動計測方法。
4. 【請求項４】 請求項２又は３のいずれかにおいて、 車体の位置、姿勢及びそれらの変化状態を、予め設定し
   た複数の状態変数からなる車両状態量により模擬する物
   理モデルを準備し、 解析ステップでは、前記物理モデルに第１及び第２デー
   タを入力して、カルマンフィルタの適用により前記車両
   状態量の時系列のデータを演算することを特徴とする車
   体運動計測方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、 第２設定周期は、第１設定周期よりも短く設定し、 解析ステップでは、前記第２設定周期毎の車両状態量の
   変化を第２データに基づいて逐次、推定演算するととも
   に、この演算結果と第１及び第２データとに基づいて、
   前記第１設定周期毎の車両状態量の変化を逐次、推定演
   算することを特徴とする車体運動計測方法。
6. 【請求項６】 請求項５において、 解析ステップでは、車両状態量を時間経過に沿って逐
   次、推定演算した後に、時間経過を遡りながら再度、推
   定演算することを特徴とする車体運動計測方法。
7. 【請求項７】 請求項４において、 解析ステップでは、状態変数の相互の関係を表す状態方
   程式ないし出力方程式において車体のロール角、ピッチ
   角及びヨー角のいずれかを含む項を線形近似することを
   特徴とする車体運動計測方法。
8. 【請求項８】 請求項７において、 車体のロール角又はピッチ角のいずれかを含む項を、該
   ロール角及びピッチ角がいずれも微小値であるとして線
   形近似するとともに、ヨー角を含む項は、第２設定周期
   毎のヨー角の変化量が微小値であるとして、各計測時点
   を基点とする線形近似を行うことを特徴とする車体運動
   計測方法。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１つにおいて、 人工衛星からの電波を受信して、この電波に基づく検出
   位置の誤差を較正するための補正信号を発信する基地局
   を設け、 測定データ取得ステップにおいて、前記基地局からの補
   正信号に基づいて、ＧＰＳアンテナによる位置信号を較
   正することを特徴とする車体運動計測方法。
10. 【請求項１０】 請求項４〜９のいずれか１つに記載の
    解析ステップを備えることを特徴とするコンピュータプ
    ログラムを記録した記録媒体。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、 解析ステップで演算した車両状態量のデータに基づい
    て、車体の回転軸に関する時系列の表示データを演算す
    る表示データ演算ステップと、 前記表示データ演算ステップで演算した表示データに基
    づいて、前記車体回転軸に関する出力を行う出力ステッ
    プとを有することを特徴とするコンピュータプログラム
    を記録した記録媒体。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、 出力ステップでは、設定時刻における車体回転軸の位置
    を、車体前後方向、車体左右方向又は車体上下方向のう
    ちの少なくとも一方向から見た状態でそれぞれ表示させ
    ることを特徴とするコンピュータプログラムを記録した
    記録媒体。
13. 【請求項１３】 請求項１１において、 出力ステップでは、自動車の走行中に車体回転軸の位置
    及び角度が変化する様子を、車体前後方向、車体左右方
    向又は車体上下方向のうちのいずれか一方向から見た状
    態で時系列に表示させることを特徴とするコンピュータ
    プログラムを記録した記録媒体。
14. 【請求項１４】 請求項１１において、 出力ステップでは、車体回転軸が車体前後方向、車体左
    右方向又は車体上下方向ののいずれか一つの軸となす角
    度を出力させることを特徴とするコンピュータプログラ
    ムを記録した記録媒体。
15. 【請求項１５】 請求項１１において、 出力ステップでは、自動車の前輪側ないし後輪側ロール
    センタの位置を出力させることを特徴とするコンピュー
    タプログラムを記録した記録媒体。
16. 【請求項１６】 請求項１１において、 出力ステップでは、車体のヨーセンタの位置を出力させ
    ることを特徴とするコンピュータプログラムを記録した
    記録媒体。
17. 【請求項１７】 請求項１１において、 出力ステップでは、車体のピッチセンタの位置を出力さ
    せることを特徴とするコンピュータプログラムを記録し
    た記録媒体。
18. 【請求項１８】 請求項１０において、 解析ステップで演算した車両状態量のデータに基づい
    て、車体のヨーレイトに関する時系列の表示データを演
    算する表示データ演算ステップと、 前記ヨーレイトの表示データを出力させる出力ステップ
    とを有することを特徴とするコンピュータプログラムを
    記録した記録媒体。
19. 【請求項１９】 請求項１０において、 解析ステップで演算した車両状態量のデータに基づい
    て、車体の設定箇所における横滑り角に関する時系列の
    表示データを演算する横滑り角データ演算ステップと、 前記横滑り角の表示データを出力させる出力ステップと
    を有することを特徴とするコンピュータプログラムを記
    録した記録媒体。
20. 【請求項２０】 請求項１１〜１９のいずれか１つにお
    いて、 出力ステップでは、異なる車種について対比して出力を
    行うことを特徴とするコンピュータプログラムを記録し
    た記録媒体。
21. 【請求項２１】 車体の運動状態を計測する装置であっ
    て、 前記車体に所定の測定基準面を規定するように配設さ
    れ、人工衛星からの電波を受信してそれぞれ位置信号を
    出力する少なくとも３つのＧＰＳアンテナと、 自動車の走行中に前記各ＧＰＳアンテナからの出力を第
    １設定周期で採取して、前記車体の位置及び姿勢の変化
    を表す時系列の第１データを取得する測定データ取得手
    段と、 前記測定データ取得手段により取得した第１データに基
    づいて、剛体に近似した車体の位置及び姿勢変化を解析
    する解析手段とを備えることを特徴とする車体運動計測
    装置。
22. 【請求項２２】 請求項２１において、 車体の姿勢変化速度に関する物理量を検出する姿勢変化
    速度センサを備え、 測定データ取得手段は、自動車の走行中に前記姿勢変化
    速度センサからの出力を第２設定周期で採取して、時系
    列の第２データを取得するものであり、 解析手段は、ＧＰＳアンテナによる第１データと前記第
    ２データとに基づいて、車体の位置及び姿勢変化を解析
    するものであることを特徴とする車体運動計測装置。
23. 【請求項２３】 請求項２２において、 姿勢変化速度センサは、車体前後方向、車体左右方向及
    び車体上下方向の直交３軸のうち、少なくとも車体前後
    方向及び車体上下方向の各軸周りの車体回転角速度をそ
    れぞれ検出するように配設された角速度センサからなる
    ことを特徴とする車体運動計測装置。
24. 【請求項２４】 請求項２１又は２２のいずれかにおい
    て、 解析手段は、 車体の位置、姿勢及びそれらの変化状態を、予め設定し
    た複数の状態変数からなる車両状態量により模擬する物
    理モデルを備え、 測定データ取得手段により取得した第１及び第２データ
    を前記物理モデルに入力して、カルマンフィルタの適用
    により前記車両状態量の時系列のデータを推定演算する
    ように構成されていることを特徴とする車体運動計測装
    置。
25. 【請求項２５】 請求項２４において、 解析手段は、状態変数の相互の関係を表す状態方程式な
    いし出力方程式において車体のロール角、ピッチ角及び
    ヨー角のいずれかを含む項を線形近似して、カルマンフ
    ィルタを適用するように構成されていることを特徴とす
    る車体運動計測装置。
26. 【請求項２６】 請求項２５において、 解析手段は、車体のロール角又はピッチ角のいずれかを
    含む項を、該ロール角及びピッチ角がいずれも微小値で
    あるとして線形近似するとともに、ヨー角を含む項は、
    第２設定周期毎のヨー角の変化量が微小値であるとし
    て、各計測時点を基点とする線形近似を行うように構成
    されていることを特徴とする車体運動計測装置。
27. 【請求項２７】 請求項２４において、 解析手段により演算された車両状態量の時系列のデータ
    に基づいて、車体の位置ないし姿勢の変化状態を表す表
    示データを演算する表示データ演算手段と、 前記表示データ演算手段により演算された表示データを
    出力する出力手段とを備えることを特徴とする車体運動
    計測装置。
28. 【請求項２８】 請求項２１〜２７のいずれか１つにお
    いて、 人工衛星からの電波を受信して、この電波に基づく検出
    位置の誤差を較正するための補正信号を発信する基地局
    が設けられ、 前記基地局からの補正信号に基づいて、ＧＰＳアンテナ
    による位置信号を較正する位置信号較正手段を備えるこ
    とを特徴とする車体運動計測装置。