JP2016017796A - Device and method for measuring vehicle position - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車輌位置計測装置及び方法に関し、特に、少なくともGPSの出力とMEMS慣性センサの出力と速度出力とステアリング角出力を情報として、誤差推定手段による誤差推定により、精度よく自車の位置計測を行うための新規な改良に関する。 The present invention relates to a vehicle position measuring apparatus and method, and more particularly, to accurately measure the position of a host vehicle by error estimation by error estimation means using at least GPS output, MEMS inertial sensor output, speed output, and steering angle output as information. It relates to a new improvement to do.
従来、用いられていたこの種の車上測位装置としては、特許文献1及び2に示されるように、二種類の測位装置が提案されている。
前述の特許文献1における測位装置においては、ドリフトの生じやすい回転角速度センサや誤差の大きい車速センサを用いても、精度のよい測位ができるようにするために、車輌の位置を検出する位置センサである車速センサ及び圧電振動ジャイロと、複数の衛星が発射する信号からそれぞれの衛星と車輌との相対位置を検出する衛星情報検出手段又は相対速度検出手段であるGPSと、位置センサ又は衛星情報検出手段の出力の少なくとも一方から車輌の絶対位置を測位する測位手段である測位ルーチンと、衛星からの情報に基づき位置センサの検出位置を補正するセンサ出力補正手段であるジャイロ補正ルーチンとを備えた構成である。
Conventionally, as this type of on-vehicle positioning device, two types of positioning devices have been proposed as disclosed in Patent Documents 1 and 2.
In the positioning device in Patent Document 1 described above, a position sensor that detects the position of the vehicle is used in order to enable accurate positioning even when using a rotational angular velocity sensor that easily causes drift or a vehicle speed sensor with a large error. A certain vehicle speed sensor and piezoelectric vibration gyro, a satellite information detecting means or a relative speed detecting means for detecting a relative position between each satellite and a vehicle from signals emitted by a plurality of satellites, and a position sensor or a satellite information detecting means. A positioning routine that is a positioning means that measures the absolute position of the vehicle from at least one of the outputs of the sensor, and a gyro correction routine that is a sensor output correction means that corrects the detection position of the position sensor based on information from the satellite. is there.
また、前述の特許文献2における測位装置においては、精度をより正確にするために、車輌と地表との間の相対位置を測定する相対センサと、複数の衛星が発射する信号からそれぞれの衛星と車輌との相対位置を検出するGPSと、GPSの検出した複数の衛星の情報から測位可能であり、かつ測位の推定誤差が所定のレベルより小さい時、GPSの出力のみから車輌の絶対位置を測位し、それ以外のとき、GPSの出力と相対センサの出力、又は相対センサの出力のみから車輌の絶対位置を測位するステップを設けた構成である。 Further, in the positioning device in Patent Document 2 described above, in order to make the accuracy more accurate, a relative sensor that measures the relative position between the vehicle and the ground surface, and each satellite from signals emitted by a plurality of satellites, Positioning is possible from the GPS that detects the relative position to the vehicle and the information of multiple satellites detected by the GPS, and when the estimation error of positioning is smaller than a predetermined level, the absolute position of the vehicle is determined only from the GPS output. In other cases, there is provided a step of determining the absolute position of the vehicle from only the output of the GPS and the output of the relative sensor, or the output of the relative sensor.
従来の車載用測位装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、特許文献1及び2の構成においては、最近の開発目標としてて脚光をあびている自動運転を念頭においたものではないため、ジャイロとしては圧電振動ジャイロを用い、各センサとしては単独で使っているために、各々センサの性態以上の位置精度達成は困難であった。
また、前述の振動ジャイロは、温度等のドリフトが大きく、ドリフトの蓄積を避けることは困難であった。
また、前述の振動ジャイロを用いると、形状が大きく、かつ、高価であるため、車載用としては好適ではなかった。
Since the conventional in-vehicle positioning device is configured as described above, the following problems exist.
That is, in the configurations of Patent Documents 1 and 2, since the automatic driving that has been spotlighted as a recent development target is not in mind, a piezoelectric vibration gyro is used as a gyro, and each sensor is used alone. For this reason, it is difficult to achieve positional accuracy exceeding the sensor characteristics.
Moreover, the vibration gyro described above has a large drift in temperature or the like, and it is difficult to avoid accumulation of drift.
Further, the use of the above-described vibration gyro is not suitable for in-vehicle use because it is large and expensive.
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、少なくともGPSの出力とMEMS慣性センサの出力と速度信号出力とステアリング角出力を情報として誤差推定手段の推定により、精度よく自車の位置計測を行うようにした車輌位置計測装置及び方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In particular, the accuracy of the error estimation means is estimated by using at least GPS output, MEMS inertial sensor output, speed signal output, and steering angle output as information. It is an object of the present invention to provide a vehicle position measuring apparatus and method that frequently measure the position of the host vehicle.
本発明による車輌位置計測装置は、3軸角速度信号及び3軸加速度信号を出力するためのMEMS慣性センサと、前記MEMS慣性センサに接続され、位置出力と速度出力と方位出力とを出力するための慣性航法計算部と、前記位置出力とGPSセンサからのGPS位置出力との誤差を算出するための第1減算部と、前記速度出力とタイヤ速度センサからのタイヤ速度出力との誤差を算出するための第2減算部と、前記方位出力とステアリング角センサからのステアリング角出力との誤差を算出するための第3減算部と、前記各減算部からの各減算出力である差を入力し誤差推定を行うための誤差推定手段と、を備え、前記誤差推定手段でリアルタイムに推定した推定誤差を前記3軸角速度信号、前記3軸加速度信号及び前記慣性航法計算部に入力することにより、前記各センサの持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るようにした構成であり、また、前記誤差推定手段は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行う構成であり、また、請求項1及び請求項2の車輌位置計測装置は、車輌の自動運転に用いられる構成であり、また、本発明による車輌位置計測方法は、3軸角速度信号及び3軸加速度信号を出力するためのMEMS慣性センサと、前記MEMS慣性センサに接続され、位置出力と速度出力と方位出力とを出力するための慣性航法計算部と、前記位置出力とGPSセンサからのGPS位置出力との誤差を算出するための第1減算部と、前記速度出力とタイヤ速度センサからのタイヤ速度出力との誤差を算出するための第2減算部と、前記方位出力とステアリング角センサからのステアリング角出力との誤差を算出するための第3減算部と、前記各減算部からの各減算出力である差を入力し誤差推定を行うための誤差推定手段と、を用い、前記誤差推定手段でリアルタイムに推定した推定誤差を前記3軸角速度信号、前記3軸加速度信号及び前記慣性航法計算部に入力することにより、前記各センサの持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るようにした方法であり、また、前記誤差推定手段は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行う方法であり、また、請求項1及び請求項2に記載の車輌位置計測方法は、車輌の自動運転に用いられる方法である。 A vehicle position measuring device according to the present invention is connected to a MEMS inertial sensor for outputting a triaxial angular velocity signal and a triaxial acceleration signal, and outputs a position output, a velocity output, and an azimuth output. An inertial navigation calculator, a first subtractor for calculating an error between the position output and the GPS position output from the GPS sensor, and an error between the speed output and the tire speed output from the tire speed sensor. The second subtracting unit, a third subtracting unit for calculating an error between the azimuth output and the steering angle output from the steering angle sensor, and a difference that is a subtraction output from each subtracting unit are input to estimate an error. Error estimation means for performing the estimation error estimated in real time by the error estimation means, the three-axis angular velocity signal, the three-axis acceleration signal, and the inertial navigation calculation unit It is configured to obtain measurement accuracy higher than the measurement accuracy due to the error of each sensor by inputting, and the error estimation means is composed of a Kalman filter and includes position correction, velocity correction, posture correction, and azimuth correction. The vehicle position measuring device according to claims 1 and 2 is used for automatic driving of a vehicle, and the vehicle position measuring method according to the present invention comprises: A MEMS inertial sensor for outputting a triaxial angular velocity signal and a triaxial acceleration signal, an inertial navigation calculation unit connected to the MEMS inertial sensor for outputting a position output, a velocity output, and an azimuth output, and the position output A first subtraction unit for calculating an error between the GPS output and the GPS position output from the GPS sensor, and an error between the speed output and the tire speed output from the tire speed sensor A second subtracting unit for calculating, a third subtracting unit for calculating an error between the azimuth output and the steering angle output from the steering angle sensor, and a difference that is a subtraction output from each subtracting unit is input. Error estimation means for performing error estimation, and by inputting the estimation error estimated in real time by the error estimation means to the triaxial angular velocity signal, the triaxial acceleration signal, and the inertial navigation calculation unit, It is a method for obtaining a measurement accuracy higher than the measurement accuracy due to an error of each sensor, and the error estimation means is composed of a Kalman filter, and includes position correction, velocity correction, posture correction, azimuth correction, inertia correction, and acceleration. The vehicle position measuring method according to claims 1 and 2 is a method used for automatic driving of a vehicle.
本発明による車輌位置計測装置及び方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、3軸角速度信号及び3軸加速度信号を出力するためのMEMS慣性センサと、前記MEMS慣性センサに接続され、位置出力と速度出力と方位出力とを出力するための慣性航法計算部と、前記位置出力とGPSセンサからのGPS位置出力との誤差を算出するための第1減算部と、前記速度出力とタイヤ速度センサからのタイヤ速度出力との誤差を算出するための第2減算部と、前記方位出力とステアリング角センサからのステアリング角出力との誤差を算出するための第3減算部と、前記各減算部からの各減算出力である差を入力し誤差推定を行うための誤差推定手段と、を備え、前記誤差推定手段でリアルタイムに推定した推定誤差を前記3軸角速度信号、前記3軸加速度信号及び前記慣性航法計算部に入力することにより、前記各センサの持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るようにしたことにより、車輌の位置精度が従来よりも大幅に向上し、車輌の自動運転を可能とするレベルの位置計測が可能となった。
また、前記誤差推定手段は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行うことにより、前述のような位置精度の向上を達成することができる。
また、請求項1及び請求項2に記載の車輌位置計測装置は、車輌の自動運転に用いられることにより、自動運転化実現に寄与することができる。
Since the vehicle position measuring apparatus and method according to the present invention are configured as described above, the following effects can be obtained.
That is, a MEMS inertial sensor for outputting a triaxial angular velocity signal and a triaxial acceleration signal, an inertial navigation calculation unit connected to the MEMS inertial sensor and outputting a position output, a velocity output, and an azimuth output; A first subtraction unit for calculating an error between the position output and the GPS position output from the GPS sensor; a second subtraction unit for calculating an error between the speed output and the tire speed output from the tire speed sensor; A third subtracting unit for calculating an error between the azimuth output and the steering angle output from the steering angle sensor, and an error estimating unit for performing error estimation by inputting a difference as each subtracted output from each subtracting unit. And by inputting the estimation error estimated in real time by the error estimation means to the triaxial angular velocity signal, the triaxial acceleration signal, and the inertial navigation calculation unit, By obtaining a measurement accuracy that is higher than the measurement accuracy due to the error of each sensor, the vehicle position accuracy is greatly improved compared to the past, and it becomes possible to measure the position at a level that enables automatic driving of the vehicle. It was.
Further, the error estimation means is composed of a Kalman filter, and it is possible to achieve the improvement in position accuracy as described above by performing position correction, speed correction, posture correction, azimuth correction, inertia correction and acceleration correction.
Moreover, the vehicle position measuring device according to claim 1 and claim 2 can contribute to realization of automatic driving by being used for automatic driving of the vehicle.
本発明は、少なくともGPSの信号とMEMS慣性センサの信号と速度信号とステアリング角を情報として誤差推定手段による推定により、精度よく自車の位置計測を行うことで、特に、車輌の自動運転化に寄与することを可能とすることである。 The present invention accurately measures the position of the own vehicle by estimating by the error estimation means using at least the GPS signal, the MEMS inertial sensor signal, the speed signal, and the steering angle as information, particularly for automatic vehicle operation. It is possible to contribute.
以下、図面と共に本発明による車輌位置計測装置及び方法の好適な実施の形態について説明する。
図1は本発明による車輌位置計測装置及び方法を示すブロック図であり、符号1で示されるものは、周知のMEMSによって構成されたMEMS慣性センサであり、このMEMS慣性センサ1は、3軸角速度信号1a及び3軸加速度信号1bを出力することができるように構成されている。
Hereinafter, preferred embodiments of a vehicle position measuring apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a vehicle position measuring apparatus and method according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a MEMS inertial sensor constituted by a well-known MEMS. The MEMS inertial sensor 1 has a triaxial angular velocity. The
前記3軸角速度信号1a及び3軸加速度信号1bは、慣性航法計算部2に入力され、前記慣性航法計算部2においては、前記3軸角速度信号1a及び前記3軸加速度信号1bに基づいて周知の姿勢・速度・位置が計算されるように構成されている。
前記慣性航法計算部2で得られた位置出力2a、速度出力2b及び方位出力2cは、第1減算部3、第3減算部4及び第3減算部5に各々入力されている。
The triaxial
The
前記第1〜第3減算部3,4,5には、周知の準天頂のGPSセンサ10からのGPS位置出力10aと、車輌(図示せず)のタイヤの回転から速度を取るためのタイヤ速度センサ11からのタイヤ速度出力11aと、前記車輌のステアリングの曲げ角度を計測するためのステアリング角センサ12からのステアリング角出力12a(車輌のCANデータから得る)とが各々入力されており、前記第1〜第3減算部3,4,5では、前記各出力2a,2b及び2cと前記各出力10a,11a及び12aとが、前記各減算部3〜5で減算処理されるように構成されている。
The first to third
前記各減算部3,4及び5で得られた各減算出力としての差3a,4a及び5aは、周知のカルマンフィルタ等からなる誤差推定手段20に入力され、この誤差推定手段20では、前述の差に基づいて、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正、加速度補正、タイヤ速度補正Ts及びステアリング角補正Sを行うために、フィルタリングによって誤差推定をリアルタイムに行い、その誤差推定値20aが前述の3軸角速度信号1a、3軸加速度信号1b及び慣性航法計算部2の姿勢、速度及び位置の補正のために入力されている。また、前記タイヤ速度補正Ts及びステアリング角補正Sは、前記タイヤ速度出力11a及びステアリング角出力12aに帰還入力され、前記タイヤ速度出力11a及びステアリング角出力12aが補正されるように構成されている。
従って、前記各センサ10,11,12の持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得ることができるように構成されている。
Differences 3a, 4a and 5a as subtraction outputs obtained by the
Therefore, it is configured such that a measurement accuracy higher than the measurement accuracy due to the error of each of the
従って、前述の図1の車輌位置計測装置30においては、前記MEMS慣性センサ1からの前記3軸角速度信号1a、前記3軸加速度信号1b及び前記慣性航法計算部2の姿勢・速度・位置は、前記誤差推定手段20からの誤差推定値20aに基づいてリアルタイムに補正されるため、前記慣性航法計算部2から取り出される姿勢・速度・位置における各出力信号である前記位置出力2a、速度出力2b及び方位出力2cの精度は常に帰還制御と同様に高精度に位置計測が制御されている。
Therefore, in the vehicle position measuring device 30 of FIG. 1 described above, the attitude / velocity / position of the triaxial
前述の図1の車輌位置計測装置30により計測される本発明による姿勢角、方位角、速度及び位置の達成精度は、図3で示されるように、準天頂GPS受信時と準天頂GPS受信不能時において、車輌の自動運転に用いることのできる位置計測を達成していることが明らかである。 The achievement accuracy of the attitude angle, azimuth angle, speed, and position according to the present invention measured by the vehicle position measuring device 30 of FIG. 1 is as shown in FIG. 3 when receiving quasi-zenith GPS and not receiving quasi-zenith GPS. At times, it is clear that position measurements have been achieved that can be used for automatic driving of vehicles.
尚、前述の図1の車輌位置計測装置30は、全体のシステムを示すブロック図として示しているが、そのハードウェアは、実際には、図2に示される通りである。
すなわち、図2において、前記慣性航法計算部2からの各出力2a〜2cはA/D変換部2Aを介して誤差推定手段20及び各減算部2a〜2c等よりなるCPU20Aに入力され、このCPU20Aに対して図1のGPS位置出力10a、タイヤ速度出力11a及びステアリング角出力12aは、車輌全体の制御データ等を統括するためのCANデータ40としてCPU20Aに入力されている。
前記CPU20Aからは、出力データとして、常に、リアルタイムで誤差補正されている位置出力2a、速度出力2b、方位出力2c及び姿勢出力2dが出力されている。
The vehicle position measuring device 30 in FIG. 1 is shown as a block diagram showing the entire system, but the hardware is actually as shown in FIG.
That is, in FIG. 2, the
The
尚、本発明による車輌位置計測装置及び方法の要約とするところは、以下の通りである。
すなわち、3軸角速度信号1a及び3軸加速度信号1bを出力するためのMEMS慣性センサ1と、前記MEMS慣性センサ1に接続され、位置出力2aと速度出力2bと方位出力2cとを出力するための慣性航法計算部2と、前記位置出力2aとGPSセンサ10からのGPS位置出力10aとの誤差を算出するための第1減算部3と、前記速度出力2bとタイヤ速度センサ11からのタイヤ速度出力11aとの誤差を算出するための第2減算部4と、前記方位出力2cとステアリング角センサ12からのステアリング角出力12aとの誤差を算出するための第3減算部5と、前記各減算部3〜5からの各減算出力である差3a,4a,5aを入力し誤差推定を行うための誤差推定手段20と、を備え、前記誤差推定手段20でリアルタイムに推定した推定誤差20aを前記3軸角速度信号1a、前記3軸加速度信号1b及び前記慣性航法計算部2に入力することにより、前記各センサ10,11,12の持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るようにした構成と方法であり、また、前記誤差推定手段20は、カルマンフィルタよりなり、位置補正、速度補正、姿勢補正、方位補正、慣性補正及び加速度補正を行う構成と方法であり、また、請求項1及び請求項2に記載の車輌位置計測装置は、車輌の自動運転に用いられる構成と方法である。
The summary of the vehicle position measuring apparatus and method according to the present invention is as follows.
That is, the MEMS inertial sensor 1 for outputting the triaxial
本発明による車輌位置計測装置及び方法は、少なくともGPSの出力とMEMS慣性センサの出力と速度出力とステアリング角出力を情報として、誤差推定手段による誤差推定により、精度よく自車の位置計測を行うことができ、高精度位置計測による車輌の自動運転化の実現が可能となることである。 The vehicle position measuring apparatus and method according to the present invention accurately measure the position of the vehicle by error estimation by error estimation means using at least GPS output, MEMS inertial sensor output, speed output, and steering angle output as information. It is possible to realize automatic driving of the vehicle by high-precision position measurement.
1 MEMS慣性センサ
1a 3軸角速度信号
1b 3軸加速度信号
2 慣性航法計算部
2a 位置出力
2b 速度出力
2c 方位出力
2A A/D変換部
3 第1減算部
3a〜5a 差(減算出力)
4 第2減算部
5 第3減算部
10 GPSセンサ
10a GPS位置出力
11 タイヤ速度センサ
11a タイヤ速度出力
12 ステアリング角センサ
12a ステアリング角出力
20 誤差推定手段
20a 誤差推定値
20A CPU
30 車輌位置計測装置
40 CANデータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 MEMS
4
30 vehicle
Claims (6)
前記誤差推定手段(20)でリアルタイムに推定した推定誤差(20a)を前記3軸角速度信号(1a)、前記3軸加速度信号(1b)及び前記慣性航法計算部(2)に入力することにより、前記各センサ(10,11,12) の持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るように構成したことを特徴とする車輌位置計測装置。 A MEMS inertial sensor (1) for outputting a triaxial angular velocity signal (1a) and a triaxial acceleration signal (1b), connected to the MEMS inertial sensor (1), a position output (2a) and a velocity output (2b) And an inertial navigation calculation unit (2) for outputting the azimuth output (2c), and a second for calculating an error between the position output (2a) and the GPS position output (10a) from the GPS sensor (10). 1 subtraction unit (3), a second subtraction unit (4) for calculating an error between the speed output (2b) and the tire speed output (11a) from the tire speed sensor (11), and the direction output ( 2c) and a subtracting output from the third subtracting section (5) for calculating an error between the steering angle output (12a) from the steering angle sensor (12) and the subtracting sections (3 to 5). Error estimation means (20) for inputting a difference (3a, 4a, 5a) and performing error estimation, and
By inputting the estimation error (20a) estimated in real time by the error estimation means (20) to the triaxial angular velocity signal (1a), the triaxial acceleration signal (1b) and the inertial navigation calculation unit (2), A vehicle position measuring device configured to obtain a measurement accuracy equal to or higher than a measurement accuracy due to an error of each sensor (10, 11, 12).
前記誤差推定手段(20)でリアルタイムに推定した推定誤差(20a)を前記3軸角速度信号(1a)、前記3軸加速度信号(1b)及び前記慣性航法計算部(2)に入力することにより、前記各センサ(10,11,12) の持つ誤差による計測精度以上の計測精度を得るように構成したことを特徴とする車輌位置計測方法。 A MEMS inertial sensor (1) for outputting a triaxial angular velocity signal (1a) and a triaxial acceleration signal (1b), connected to the MEMS inertial sensor (1), a position output (2a) and a velocity output (2b) And an inertial navigation calculation unit (2) for outputting the azimuth output (2c), and a second for calculating an error between the position output (2a) and the GPS position output (10a) from the GPS sensor (10). 1 subtraction unit (3), a second subtraction unit (4) for calculating an error between the speed output (2b) and the tire speed output (11a) from the tire speed sensor (11), and the direction output ( 2c) and a subtracting output from the third subtracting section (5) for calculating an error between the steering angle output (12a) from the steering angle sensor (12) and the subtracting sections (3 to 5). Using error estimation means (20) for inputting the difference (3a, 4a, 5a) and performing error estimation,
By inputting the estimation error (20a) estimated in real time by the error estimation means (20) to the triaxial angular velocity signal (1a), the triaxial acceleration signal (1b) and the inertial navigation calculation unit (2), A vehicle position measuring method characterized by being configured to obtain a measurement accuracy equal to or higher than the measurement accuracy due to an error of each of the sensors (10, 11, 12).
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