JP2012141219A - 傾斜角検出装置、方法、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】検出装置が取り付けられた車両等の傾斜角を算出する傾斜角検出装置、方法、プログラムおよび記録媒体を提供する。
【解決手段】車両１０のＹ軸方向にかかる実際の横Ｇ実測値ａｙと、車速Ｖおよびヨー角速度ωに基づいて算出した横Ｇ理論値ａｔ（＝車速Ｖ＊ヨー角速度ω）と、に基づいて、車両１０の傾斜角θｘ（＝ｓｉｎ^−１｛（横Ｇ理論値ａｔ−横Ｇ実測値ａｙ）／重力加速度ｇ｝）を算出するので、取り付け角度等の影響を受けない純粋な車両１０の傾きを検出することができ、車両１０の傾斜角θｘを容易かつ正確に検出することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、検出装置が取り付けられた車両等の傾斜角検出装置、方法、プログラムおよび記録媒体に関する。

例えば、車両等に搭載されるナビゲーション装置は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星から受信する位置情報と、ジャイロセンサや加速度センサによる検出情報に基づいて走行距離および移動方位情報を取得し、現在位置と進行方向を推測し、案内表示を行っているものがある。ところが、上述のジャイロセンサや加速度センサは、車両が傾いていたり、車両に対して検出軸が傾いて取り付けられていると、出力値が所望の値よりも減少し、正確な値が得られない。

このため、検出装置に検出された検出値が所望の検出軸に対して適正な値で出力されているか否かを判定する車載装置が提案されている（特許文献１参照）。

この従来の車載装置は、ジャイロセンサおよびＧＰＳ受信装置を備え、車両に搭載される車載装置であって、ＧＰＳ受信装置の出力から求めた参照角速度と前記ジャイロセンサにより検出された角速度との比をとることで前記ジャイロセンサの感度を求め、求められた感度が許容範囲を超える場合に、前記車載装置の取り付け角度が異常であることを通知するようになっている。また、この車載装置は、進行方向の加速度成分がゼロの時における加速度センサの出力Ａｓを積算し、平均化させた値Ａａｖｅを算出し、この平均化させた値Ａａｖｅを重力加速度ｇで除算することでピッチ方向の取り付け角度に相当するｓｉｎ（θｐｉｔｃｈ）を求めている。

特許第４１９１４９９号

しかしながら、上述した従来の車載装置においては、車両の傾きによって発生した角度と、取り付けによって発生した角度と、を切り離すことができない。このため、それぞれの角度を別々に補正、または、使用することができないといった問題があった。また、例えば、ピッチジャイロにおいて、検出軸がロール軸回りに傾いている場合、ヨー軸回りの角度変化量を検出してしまう。特に、ピッチ角の角度変化は±５度程度と小さいのに比べ、ヨー角の角度変化は０〜３６０度まで起こりうるため、角度変化が大きい場合の影響が極めて大きく、誤差範囲が大きくなってしまう。したがって、車両等で検出装置を用いる場合、その車両等の傾斜角を正確に認識しなければ、検出値の信頼性を得ることができないといった問題があった。

本発明は、このような従来の問題を一例とする課題を解決するためになされたもので、検出装置が取り付けられた車両等の傾斜角を算出する傾斜角検出装置、方法、プログラムおよび記録媒体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に移動するとともにＸＹ平面で旋回する移動体の傾斜角を検出する傾斜角検出装置において、前記移動体のＸ軸方向に移動する移動速度を取得する速度取得手段と、前記移動体のＸＹ平面における角速度を取得する角速度取得手段と、前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を計測した加速度実測値を取得する実測値取得手段と、前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を、前記移動速度および前記角速度に基づいて加速度理論値を算出する理論値算出手段と、前記加速度実測値および前記加速度理論値に基づいて、前記移動体の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に移動するとともにＸＹ平面で旋回する移動体の傾斜角を検出する傾斜角検出方法において、前記移動体のＸ軸方向に移動する移動速度を取得する速度取得ステップと、前記移動体のＸＹ平面における角速度を取得する角速度取得ステップと、前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を計測した加速度実測値を取得する実測値取得ステップと、前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を、前記移動速度および前記角速度に基づいて加速度理論値を算出する理論値算出ステップと、前記加速度実測値および前記加速度理論値に基づいて、前記移動体の傾斜角を算出する傾斜角算出ステップと、を備えたことを特徴とする。

さらに、請求項７に記載の発明は、ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に移動するとともにＸＹ平面で旋回する移動体の傾斜角を検出する傾斜角検出プログラムにおいて、前記移動体のＸ軸方向に移動する移動速度を取得する速度取得ステップと、前記移動体のＸＹ平面における角速度を取得する角速度取得ステップと、前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を計測した加速度実測値を取得する実測値取得ステップと、前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を、前記移動速度および前記角速度に基づいて加速度理論値を算出する理論値算出ステップと、前記加速度実測値および前記加速度理論値に基づいて、前記移動体の傾斜角を算出する傾斜角算出ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

さらに、請求項８に記載の記録媒体は、請求項７に記載の傾斜角検出プログラムを記録したことを特徴とする。

本実施の形態における傾斜角検出装置の概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態における座標系の定義、および、車両の傾斜を示す図である。 本実施の形態における動作原理を説明する図である。 本実施の形態における傾斜角の検出処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施の形態における傾斜角検出装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施の形態における座標系の定義、および、車両の傾斜を示す図である。なお、本実施の形態は、移動体として車両１０を例にとり、車両１０の水平方向との傾斜角θｘを検出する傾斜角検出装置１００について、説明する。また、図２に示すように、本実施の形態では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が、それぞれ車両１０のロール軸、ピッチ軸およびヨー軸と一致するようになっている。

図１に示すように、傾斜角検出装置１００は、車両１０の車速Ｖを取得する速度取得部１２１と、車両１０のヨー角速度ωを取得する角速度取得部１２２と、車両１０の横Ｇ実測値ａｙを取得する実測値取得部１２３と、車両１０の横Ｇ理論値ａｔを車速Ｖおよびヨー角速度ωに基づいて算出する理論値算出部１２４と、横Ｇ実測値ａｙおよび横Ｇ理論値ａｔに基づいて車両１０の水平面との傾斜角θｘを算出する傾斜角算出部１２５と、車両１０に取り付けられた検出装置が検出した検出値を取得する検出値取得部１３１と、取得した検出値を算出した傾斜角θｘに基づいて補正する補正部１３２と、を備えている。

ここで、車速Ｖとは、車両１０のＸ軸方向に移動する移動速度のこといい、ヨー角速度ωとは、車両１０のＸＹ平面におけるＺ軸（ヨー軸）回りの単位時間当たりの角度変化量（角速度）のことをいう。また、横Ｇ実測値ａｙとは、車両１０に対してＹ軸方向にかかる加速度を実際に計測した加速度実測値、すなわち、Ｙ軸加速度のことをいう。さらに、横Ｇ理論値ａｔとは、車両１０に対してＹ軸方向にかかる加速度を、車速Ｖとヨー角速度ωとにより理論的に求めた加速度理論値のことをいう。

速度取得部１２１は、車両１０の車速Ｖを検出する速度センサ２１から車速Ｖを取得する速度取得手段である。角速度取得部１２２は、車両１０のヨー角速度ωを検出するヨージャイロ２２からヨー角速度ωを取得する角速度取得手段である。実測値取得部１２３は、車両１０のＹ軸加速度を検出するＹ軸加速度センサ２３からＹ軸加速度を横Ｇ実測値ａｙとして取得する実測値取得手段である。

理論値算出部１２４は、速度取得部１２１から車速Ｖを、角速度取得部１２２からヨー角速度ωを入力して、車両１０に対する横Ｇ理論値ａｔを算出する理論値算出手段である。具体的には、以下の式（１）により、
横Ｇ理論値ａｔ＝車速Ｖ＊ヨー角速度ω・・・（１）
横Ｇ理論値ａｔを算出する。

傾斜角算出部１２５は、実測値取得部１２３から横Ｇ実測値ａｙを、理論値算出部１２４から横Ｇ理論値ａｔを入力して、車両１０の傾斜角θｘを算出する傾斜角算出手段である。具体的には、重力加速度ｇを用いて、以下の式（２）の関係が成り立つため、
ｓｉｎθｘ＝（横Ｇ理論値ａｔ−横Ｇ実測値ａｙ）／重力加速度ｇ・・・（２）
以下の式（３）により、
θｘ＝ｓｉｎ^−１｛（横Ｇ理論値ａｔ−横Ｇ実測値ａｙ）／重力加速度ｇ｝・・（３）
傾斜角θｘを算出する。

したがって、本実施の形態における傾斜角検出装置１００は、上記のように、横Ｇ理論値ａｔを車速Ｖ＊ヨー角速度ωによって、傾斜角θｘをｓｉｎ^−１｛（横Ｇ理論値ａｔ−横Ｇ実測値ａｙ）／重力加速度ｇ｝によって算出するので、取り付け角度等の影響を受けずに傾斜角θｘを容易に算出することができる。

検出値取得部１３１は、車両１０に取り付けられたピッチジャイロ３１やＺ軸Ｇセンサ３２等の検出装置が検出した検出値を取得する検出値取得手段である。
ここで、ピッチジャイロ３１は、ＸＺ平面におけるＹ軸（ピッチ軸）回りの単位時間当たりの角度変化量（角速度）、すなわち、ピッチ角速度ωｙを検出するものである。また、Ｚ軸Ｇセンサ３２は、Ｚ軸方向に発生するＺ軸加速度ａｚを検出するものである。
なお、傾斜角検出装置１００は、車両１０が他の検出装置、例えば、ロール角速度ωｘを検出するロールジャイロやＸ軸加速度ａｘを検出するＸ軸Ｇセンサ等を備え、これらの検出装置が検出した検出値を検出値取得部１３１で取得するようにしても良い。

補正部１３２は、検出値取得部１３１から入力した検出値を、傾斜角算出部１２５から入力した傾斜角θｘに基づいて補正する補正手段である。
これにより、本実施の形態における傾斜角検出装置１００は、検出した傾斜角θｘを有効に利用して、ピッチジャイロ３１やＺ軸Ｇセンサ３２等の検出装置が検出した検出値を正しく補正し、検出値の信頼性を高めることができる。

さらに、本実施の形態における傾斜角検出装置１００は、ピッチジャイロ３１が検出したピッチ角速度ωｙや、Ｚ軸Ｇセンサ３２が検出したＺ軸加速度ａｚを取得し、検出した傾斜角θｘに基づいて補正するので、特に、検出軸の傾きが検出値の値に影響を及ぼす検出装置等の検出値の信頼性を高めることができる。

次に、本実施の形態における傾斜角θｘを検出するための動作原理について、説明する。
図３は、本実施の形態の傾斜角検出装置１００における傾斜角θｘを検出する原理を説明する図である。

図３（ａ）に示すように、走行旋回中の車両１０には、旋回平面で移動方向と垂直な方向に移動速度に比例した大きさで慣性力が働く。具体的には、車両１０が、Ｘ軸方向に車速Ｖで走行し、ヨー軸の回りに角速度ωで旋回していると、Ｙ軸方向に、車速Ｖ＊角速度ωに比例した横Ｇ理論値ａｔが働く。

一方、図３（ｂ）に示すように、車両１０が水平面に対して傾斜角θｘ傾いている状態を考える。この場合、車両１０には、重力加速度ｇを用いて、ｇ＊ｓｉｎθｘの力がＹ軸方向逆向きに働く。したがって、車両１０に対して水平に取り付けられＹ軸方向の加速度を検出するＹ軸加速度センサ２３が検出する横Ｇ実測値ａｙは、上記横Ｇ理論値ａｔよりも小さな値を検出し、その差（横Ｇ理論値ａｔ−横Ｇ実測値ａｙ）は、ｇ＊ｓｉｎθｘとなる。したがって、車両１０の傾斜角θｘは、上記式（３）で示したように、ｓｉｎ^−１｛（横Ｇ理論値ａｔ−横Ｇ実測値ａｙ）／重力加速度ｇ｝、によって算出することができる。

図４に、本傾斜角検出装置１００における傾斜角θｘの検出処理のフローチャートを示し、説明する。
なお、本傾斜角検出装置１００は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを有し、傾斜角検出処理が記録された傾斜角検出プログラムをＲＯＭに記憶し、ＣＰＵが、ＲＡＭをワーク領域として、傾斜角検出プログラムを実行するようになっている。

図４に示すように、傾斜角検出装置１００は、傾斜角検出処理が開始されると、速度センサ２１から車速Ｖを取得する（ステップＳ１１）。次いで、傾斜角検出装置１００は、ヨージャイロ２２から車両１０のヨー角速度ωを取得する（ステップＳ１２）。さらに、傾斜角検出装置１００は、Ｙ軸加速度センサ２３から車両１０のＹ軸加速度を横Ｇ実測値ａｙとして取得する（ステップＳ１３）。

次に、傾斜角検出装置１００は、取得した車速Ｖとヨー角速度ωとから、車両１０の横Ｇ理論値ａｔを算出する（ステップＳ１４）。具体的には、上記式（１）により、車速Ｖ＊ヨー角速度ωを算出し、横Ｇ理論値ａｔを求める。

次いで、傾斜角検出装置１００は、取得した横Ｇ実測値ａｙと、算出した横Ｇ理論値ａｔと、重力加速度ｇと、から車両１０の傾斜角θｘを算出する（ステップＳ１５）。具体的には、上記式（３）により、ｓｉｎ^−１｛（横Ｇ理論値ａｔ−横Ｇ実測値ａｙ）／重力加速度ｇ｝を算出し、傾斜角θｘを求める。

次に、傾斜角検出装置１００は、ピッチジャイロ３１およびＺ軸Ｇセンサ３２からピッチ角速度ωｙおよびＺ軸加速度ａｚを取得する（ステップＳ１６）。次いで、傾斜角検出装置１００は、ピッチ角速度ωｙおよびＺ軸加速度ａｚを、上記算出した傾斜角θｘに基づいて補正して（ステップＳ１７）、本傾斜角検出処理を終了する。
例えば、Ｚ軸Ｇセンサ３２が検出したＺ軸加速度ａｚを補正する場合には、傾斜角θｘを用いて、Ｚ軸加速度ａｚをｓｉｎθｘで除算することにより、車両１０の垂直下方向にかかる加速度の値に補正することができる。

以上のように、本実施の形態における傾斜角検出装置１００は、車両１０の車速Ｖを取得する速度取得部１２１と、車両１０のヨー角速度ωを取得する角速度取得部１２２と、車両１０の横Ｇ実測値ａｙを取得する実測値取得部１２３と、車両１０の横Ｇ理論値ａｔを車速Ｖおよびヨー角速度ωに基づいて算出する理論値算出部１２４と、横Ｇ実測値ａｙおよび横Ｇ理論値ａｔに基づいて車両１０の水平面との傾斜角θｘを算出する傾斜角算出部１２５と、を備えたので、取り付け角度等の影響を受けない純粋な車両１０の傾きを検出することができ、車両１０の傾斜角θｘを正確に検出することができる。

また、本傾斜角検出方法、傾斜角検出プログラム、傾斜角検出プログラムを記録した記録媒体においても同様に、横Ｇ実測値ａｙおよび横Ｇ理論値ａｔに基づいて車両１０の水平面との傾斜角θｘを算出するので、取り付け角度等の影響を受けない純粋な車両１０の傾きを検出することができ、車両１０の傾斜角θｘを正確に検出することができる。

なお、上述した実施の形態においては、速度センサ２１、ヨージャイロ２２、Ｙ軸加速度センサ２３等を、傾斜角検出装置１００の外部に設けるようにしたが、上記センサ類を傾斜角検出装置１００の内部に設けるようにしても良い。

１０ 車両
１００ 傾斜角検出装置
１２１ 速度取得部
１２２ 角速度取得部
１２３ 実測値取得部
１２４ 理論値算出部
１２５ 傾斜角算出部
１３１ 検出値取得部
１３２ 補正部

Claims (8)

1. ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に移動するとともにＸＹ平面で旋回する移動体の傾斜角を検出する傾斜角検出装置において、
   前記移動体のＸ軸方向に移動する移動速度を取得する速度取得手段と、
   前記移動体のＸＹ平面における角速度を取得する角速度取得手段と、
   前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を計測した加速度実測値を取得する実測値取得手段と、
   前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を、前記移動速度および前記角速度に基づいて加速度理論値を算出する理論値算出手段と、
   前記加速度実測値および前記加速度理論値に基づいて、前記移動体の傾斜角を算出する傾斜角算出手段と、
   を備えたことを特徴とする傾斜角検出装置。
2. 前記理論値算出手段は、前記移動速度と前記角速度との積により、前記加速度理論値を算出し、
   前記傾斜角算出手段は、前記加速度理論値と前記加速度実測値との差分を、重力加速度で除算することにより、前記傾斜角を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の傾斜角検出装置。
3. 前記移動体に取り付けられた検出装置が検出した検出値を取得する検出値取得手段と、
   前記検出値取得手段が取得した検出値を、前記傾斜角に基づいて補正する補正手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の傾斜角検出装置。
4. 前記検出値取得手段は、検出軸の周りの角速度を検出する角速度検出装置が検出した角速度検出値を取得し、
   前記補正手段は、前記角速度検出値を前記傾斜角に基づいて補正する
   ことを特徴とする請求項３に記載の傾斜角検出装置。
5. 前記検出値取得手段は、検出軸方向の加速度を検出する加速度検出装置が検出した加速度検出値を取得し、
   前記補正手段は、前記加速度検出値を前記傾斜角に基づいて補正する
   ことを特徴とする請求項３に記載の傾斜角検出装置。
6. ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に移動するとともにＸＹ平面で旋回する移動体の傾斜角を検出する傾斜角検出方法において、
   前記移動体のＸ軸方向に移動する移動速度を取得する速度取得ステップと、
   前記移動体のＸＹ平面における角速度を取得する角速度取得ステップと、
   前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を計測した加速度実測値を取得する実測値取得ステップと、
   前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を、前記移動速度および前記角速度に基づいて加速度理論値を算出する理論値算出ステップと、
   前記加速度実測値および前記加速度理論値に基づいて、前記移動体の傾斜角を算出する傾斜角算出ステップと、
   を備えたことを特徴とする傾斜角検出方法。
7. ＸＹＺ直交座標系におけるＸ軸方向に移動するとともにＸＹ平面で旋回する移動体の傾斜角を検出する傾斜角検出プログラムにおいて、
   前記移動体のＸ軸方向に移動する移動速度を取得する速度取得ステップと、
   前記移動体のＸＹ平面における角速度を取得する角速度取得ステップと、
   前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を計測した加速度実測値を取得する実測値取得ステップと、
   前記移動体のＹ軸方向にかかる加速度を、前記移動速度および前記角速度に基づいて加速度理論値を算出する理論値算出ステップと、
   前記加速度実測値および前記加速度理論値に基づいて、前記移動体の傾斜角を算出する傾斜角算出ステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする傾斜角検出プログラム。
8. 請求項７に記載の傾斜角検出プログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
   

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