JP2009115545A - 車両用現在位置検出装置及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両の角速度を検出するジャイロ6のゲイン誤差を状態量としてその推定値をカルマンフィルタにより求める誤差推定部15と、ジャイロ6による検出値のゲイン補正に用いるゲイン補正量を、誤差推定部15により求められたゲイン誤差に基づき修正する補正部16とを備える。ここで、補正部16は、車両の旋回方向が右旋回と判定されている状態では右旋回専用のゲイン補正量をゲイン誤差に基づき修正し、左旋回と判定されている状態では左旋回専用のゲイン補正量をゲイン誤差に基づき修正する。
【選択図】図1
Description
このような車両用現在位置検出装置によれば、カルマンフィルタで右旋回時のゲイン誤差と左旋回時のゲイン誤差とを別々に推定することなく(従来法に比べ状態量の変数を増加させることなく)、旋回方向に応じたゲイン補正量を用いてゲイン補正を行うことができる。その結果、右旋回及び左旋回でゲイン補正量が共通の従来法に比べ、ゲイン誤差の推定精度を向上させることができる。
ただし、共分散値変更処理は、同処理を行わない場合に比べると処理数が多くなる。
また、請求項4に記載のように、誤差推定手段が、ゲイン誤差に対応する対角要素の値を更新した場合には、誤差共分散行列におけるゲイン誤差に対応する相互相関要素の値を0にすれば、処理を安定化させることができる。
そこで、請求項5に記載の車両用現在位置検出装置は、旋回方向判定手段により右旋回と判定されていない時間の経過に応じて右旋回専用の対角要素の値を増大させ、旋回方向判定手段により左旋回と判定されていない時間の経過に応じて左旋回専用の対角要素の値を増大させる。
[1.第1実施形態]
まず、第1実施形態のカーナビゲーション装置(以下、単に「ナビゲーション装置」という。)について説明する。
図1は、第1実施形態のナビゲーション装置2の概略構成を表すブロック図である。
同図に示すように、このナビゲーション装置2は、車速センサ4と、ジャイロスコープ(以下、単に「ジャイロ」という。)6と、GPS受信機8と、現在位置検出部10と、ナビゲーション実行部20とを備えている。
また、ジャイロ6は、車両の角速度(方位変化量)を検出するためのセンサであり、車両に加わる回転運動の角速度に応じた検出信号を出力する。
また、ナビゲーション実行部20は、現在位置検出部10での検出結果に基づき、表示画面(図示せず)の地図上への自車両の位置の表示や、設定された目的地までの経路案内等を行う。
また、方位変化量演算部12は、ジャイロ6からの検出信号に基づいて方位変化量を算出する。
また、絶対位置演算部14は、相対軌跡演算部13と同じく移動距離演算部11で算出された移動距離と方位変化量演算部12で算出された方位変化量とに基づいて、絶対方位及び絶対位置を算出する。
[1−2.カルマンフィルタ]
本実施形態のナビゲーション装置2では、推測航法とGPSとの複合化を図るため、カルマンフィルタを用いている。ここで、誤差推定部15を構成するカルマンフィルタの概要について説明する。
カルマンフィルタにおいては、推定したい誤差信号を状態量xとする。状態量は次の状態方程式により更新される。
カルマンフィルタでは、観測信号を用いて次のような巡回計算により状態量を最小二乗推定する。
推測航法のカルマンフィルタは、状態量xとして以下の6つの誤差を用いる。
観測値は推測航法の出力と、GPSの出力の差により求める。それぞれの出力には誤差が含まれるため、観測値において推測航法の誤差とGPSの誤差の和が得られる。
式(16)におけるεθDRt−εθGPStは、推測航法により求められた絶対方位とGPSから出力される方位との差、つまり推測航法により求められた絶対方位には真の絶対方位と、誤差εθDRtが含まれており、GPSから出力される方位には真の絶対方位と、誤差εθGPStが含まれているため、これらの差を取ることにより、εθDRt−εθGPStが得られる。
式(16)における、観測過程で発生する雑音vはGPSの雑音であり、以下のように定義される。
次に、現在位置検出部10が一定周期TMで繰り返し実行する推測航法処理について、図3のフローチャートを用いて説明する。なお、この処理は、電子制御装置のCPUがROMに記憶されているプログラムに従い実行することにより実現される。
この処理の詳細を図4に沿って説明する。
方位変化量=ジャイロ出力角速度×TM …式(17)
なお、ジャイロ出力角速度は、図14のグラフから明らかなように、ジャイロ6の出力をサンプリングした値から、オフセット値(図14では2.5V)を減じたものに、変換ゲイン(グラフの傾きに相当)を乗じることにより算出されたものである。ここでは、変換ゲインとして、ジャイロ6のセンサ仕様で定義された理想値を設定する。
すなわち、図5に示すように、角速度0[deg/sec]に対応するジャイロ6の出力電圧(ゼロ点)の変動に基づく誤差を補正する。
そして、S130で車両の方位変化が0以上(右旋回)であると判定した場合には、S140へ移行し、右ゲイン補正量に基づきゲイン補正を実施する。
一方、S130で車両の方位変化が0未満(左旋回)であると判定した場合には、S150へ移行し、左ゲイン補正量に基づきゲイン補正を実施する。
そしてS160では、本処理が前回起動されてから今回起動されるまでの間に検出された車速センサ4からの出力パルス数(車速センサパルス数)に、後述する距離係数を乗じることにより移動距離を算出して、方位変化量・移動距離演算処理を終了する。
図3に戻って、続くS200では、相対軌跡演算部13に相当する相対軌跡演算処理を実行する。
すなわち、S210では、先のS140又はS150にて算出した方位変化量を、それまでに求められている相対方位に加算することにより、相対方位を更新する。
続くS220では、この更新した相対方位、及び先のS160にて算出した移動距離に基づき、相対位置座標の更新を行う。具体的には、南北方向をx座標軸とした相対座標rel.x、東西方向をy座標軸とした相対座標rel.yを、式(22)に従って更新する。ただし、θsはS210にて算出した相対方位である。
rel.y=rel.y+移動距離×sin(θs) …式(22)
すなわち、この更新は、移動距離に対する相対方位のX,Y成分をそれまでの相対位置座標に加算することにより行う。この相対位置座標は相対軌跡を求めるために算出するもので、その相対軌跡と道路形状との関係により、いわゆるマップマッチングが行われる。
車速=移動距離/TM …式(23)
図3に戻って、続くS300では、絶対位置演算部14に相当する絶対方位・絶対位置演算処理を実行する。
すなわちS310では、先のS140又はS150にて算出した方位変化量を、それまでに求められている絶対方位に加算することにより、絶対方位を更新する。
続くS320では、この更新した絶対方位、及び先のS160にて算出した移動距離に基づき、絶対位置座標の更新を行う。具体的には、南北方向をx座標軸とした絶対座標abs.x、東西方向をy座標軸とした絶対座標abs.yを、式(25)に従って更新する。ただし、θはS310にて算出した絶対方位である。
abs.y=abs.y+移動距離×sin(θ) …式(25)
すなわち、この更新は、移動距離に対する絶対方位のX,Y成分をそれまでの絶対位置座標に加算することにより行う。このようにして更新した絶対方位と絶対位置は後述するGPSとの複合化処理にて利用される。
この処理の詳細を図9に沿って説明する。
すなわち、S450では式(3)により誤差共分散Pの予測計算を行い、続くS460では式(4)によりカルマンゲインGの計算を行い、続くS470では式(7)により誤差共分散Pの計算を行い、続くS480では、カルマンゲインG及び観測値yに基づき状態量xを求める。この状態量xは、式(15)の左辺に示された、オフセット誤差εG、εS、絶対方位誤差εθ、距離係数誤差εK、絶対位置北方向誤差εY、絶対位置東方向誤差εXを表している。
距離係数=距離係数×(1−εK) …式(27)
絶対方位=絶対方位−εθ …式(28)
abs.y(絶対位置)=abs.y−εY
abs.x(絶対位置)=abs.x−εX …式(29)
すなわち、S490では、式(26)のジャイロ6のオフセット補正により、S120にて用いられるオフセット補正量を修正し、式(27)の車速センサ4の距離係数補正により、S160にて用いられる距離係数を修正し、式(28)の絶対方位補正により、S310にて用いられる絶対方位θを修正し、式(29)の絶対位置補正により、S320にて用いられる絶対位置を修正する。
具体的には、まずS500で、車両の方位変化が0以上であるか否か(つまり右旋回中であるか否か)を判定する。なお、この判定は、前述したS130の判定結果をそのまま利用してもよい。
=εS_right(t)×(1−εS) …式(30a)
一方、S500で車両の方位変化が0未満(左旋回)であると判定した場合には、S520へ移行し、式(30b)のゲイン補正により、S150にて用いられるゲイン補正量を修正する。
=εS_left(t)×(1−εS) …式(30b)
そして、上記S430〜S520の処理を、GPS受信機8からのGPS測位データがあるごとに繰り返し行い、左右ゲインを独立して推定することにより誤差修正を行って、より正確な推測航法データを得ることができる。
次に、本実施形態のナビゲーション装置2によるシミュレーション結果について説明する。
以上説明したように、第1実施形態のナビゲーション装置2においては、ジャイロ6のゲイン誤差をカルマンフィルタにより推定して、ジャイロ6の出力に基づいて算出される方位変化量をゲイン補正するようにされている。したがって、このナビゲーション装置2によれば、ジャイロ6の経年変化があったり、ジャイロ6が傾斜した状態で車両に取り付けられる等して、あらかじめ設定された換算ゲインが実際の換算比率と異なってしまった場合でも、これに基づく誤差を補償でき、方位変化量、ひいては車両の現在位置や進行方向(方位)を精度よく求めることができる。
なお、第1実施形態では、S410〜S480,S530,S540の処理を実行する現在位置検出部10(具体的には誤差推定部15)が、誤差推定手段に相当し、S490,S510,S520の処理を実行する現在位置検出部10(具体的には補正部16)が、補正量修正手段に相当し、S500の処理を実行する現在位置検出部10(具体的には補正部16)が、旋回方向判定手段に相当する。
次に、第2実施形態のナビゲーション装置について説明する。
第2実施形態のナビゲーション装置では、カルマンフィルタの誤差共分散についても右旋回と左旋回とで独立化する。
なお、第2実施形態では、S610〜S640,S660〜S710,S780,S790の処理を実行する現在位置検出部10(具体的には誤差推定部15)が、誤差推定手段に相当し、S720,S740〜S770の処理を実行する現在位置検出部10(具体的には補正部16)が、補正量修正手段に相当し、S650,S730の処理を実行する現在位置検出部10(具体的には補正部16)が、旋回方向判定手段に相当する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
続いて、ステップ2として、走行状態の変化を検出する。具体的には、過去3秒間の方位変化量(オフセット・ゲイン補正後の値)が10deg/secより小さい場合に直進と判定する。また、過去1秒間の方位変化量(オフセット・ゲイン補正前の値)が10deg/sec未満で、その時刻の方位変化量が10deg/secより大きい場合に直進→旋回と判定する。
まず、現在から過去Ta秒間の方位変化量ωaがしきい値THrを越えているか否かを判定し(S801)、超えていると判定した場合(右旋回と判定した場合)には(S801:YES)、右ゲイン補正係数(右ゲイン補正量)を選択する(S802)。続いて、現在から過去Tb秒間の方位変化量ωbがしきい値THrを下回るか否かを判定し(S803)、下回ると判定した場合には(S803:YES)、直線走行状態となったと判定してデフォルトゲインに切り替える(S804)。
P(t|t)の(1,1)が大きい場合、つまり、ジャイロオフセットがまだ正しく推定できていないときは、しきい値THrを大きく設定することを意味する。
Claims (6)
- 車両の角速度を検出する角速度センサと、
前記角速度センサのゲイン誤差を状態量としてその推定値をカルマンフィルタにより求める誤差推定手段と、
前記角速度センサによる検出値のゲイン補正に用いるゲイン補正量を、前記誤差推定手段により求められたゲイン誤差に基づき修正する補正量修正手段と、
を備える車両用現在位置検出装置において、
車両の旋回方向を判定する旋回方向判定手段を備え、
前記補正量修正手段は、前記旋回方向判定手段により右旋回と判定されている状態では右旋回専用のゲイン補正量を前記ゲイン誤差に基づき修正し、左旋回と判定されている状態では左旋回専用のゲイン補正量を前記ゲイン誤差に基づき修正すること
を特徴とする車両用現在位置検出装置。 - 前記誤差推定手段は、前記旋回方向判定手段により右旋回と判定されている状態では、カルマンフィルタにより求められる状態量の誤差共分散行列における前記ゲイン誤差に対応する対角要素として右旋回専用の値を用い、左旋回と判定されている状態では、前記対角要素として左旋回専用の値を用いる共分散値変更処理を行うこと
を特徴とする請求項1に記載の車両用現在位置検出装置。 - 前記誤差推定手段は、前記右旋回専用のゲイン補正量又は前記左旋回専用のゲイン補正量が所定のしきい値以上である場合に前記共分散値変更処理を行うこと
を特徴とする請求項2に記載の車両用現在位置検出装置。 - 前記誤差推定手段は、前記対角要素の値を更新した場合には、前記誤差共分散行列における前記ゲイン誤差に対応する相互相関要素の値を0にすること
を特徴とする請求項2又は請求項3に記載の車両用現在位置検出装置。 - 前記旋回方向判定手段により右旋回と判定されていない時間の経過に応じて前記右旋回専用の対角要素の値を増大させ、前記旋回方向判定手段により左旋回と判定されていない時間の経過に応じて前記左旋回専用の対角要素の値を増大させること
を特徴とする請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載の車両用現在位置検出装置。 - 車両の角速度を検出する角速度センサを備える車両用現在位置検出装置に搭載されたコンピュータを、
前記角速度センサのゲイン誤差を状態量としてその推定値をカルマンフィルタにより求める誤差推定手段と、
前記角速度センサによる検出値のゲイン補正に用いるゲイン補正量を前記誤差推定手段により求められたゲイン誤差に基づき修正する補正量修正手段と、
車両の旋回方向を判定する旋回方向判定手段
として機能させるためのプログラムであって、
前記補正量修正手段は、前記旋回方向判定手段により右旋回と判定されている状態では右旋回専用のゲイン補正量を前記ゲイン誤差に基づき修正し、左旋回と判定されている状態では左旋回専用のゲイン補正量を前記ゲイン誤差に基づき修正すること
を特徴とするプログラム。
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