JP2016114515A - Azimuth estimation device and azimuth estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、方位推定技術に関し、特に角速度センサからの出力信号を補正してから方位を推定する方位推定装置および方位推定方法に関する。 The present invention relates to an azimuth estimation technique, and more particularly to an azimuth estimation apparatus and an azimuth estimation method that estimate an azimuth after correcting an output signal from an angular velocity sensor.
車両用ナビゲーション装置では、一般的に、自立航法から算出された位置と、GPS(Global Positioning System)から算出された位置とが合成されることによって、最適な位置が推定される。自立航法では、車両の速度を示す速度パルスと、角速度センサによって計測された車両の旋回角速度とをもとに、前回の測位位置を更新することによって、現在の位置が算出される。このような方式のナビゲーション装置によれば、GPS衛星からの電波の受信が困難なトンネル、地下駐車場や高層ビルの谷間であっても、自立航法によって自車位置の導出が可能である。車両の旋回による角速度ωは、次の式によって導出される。
ω=(Vout−Voffset)/(S・cosα) ・・・(1)
ここで、Voutは、角速度センサの出力電圧であり、Voffsetは、角速度センサのオフセット値、S(mV/deg/sec)は、角速度センサの感度係数、α(deg)は鉛直軸に対する角速度センサの検出軸の傾きである。
In a vehicular navigation apparatus, generally, an optimum position is estimated by combining a position calculated from a self-contained navigation and a position calculated from a GPS (Global Positioning System). In the self-contained navigation, the current position is calculated by updating the previous positioning position based on the speed pulse indicating the speed of the vehicle and the turning angular speed of the vehicle measured by the angular speed sensor. According to such a type of navigation device, the position of the vehicle can be derived by self-contained navigation even in tunnels, underground parking lots and valleys of high-rise buildings where it is difficult to receive radio waves from GPS satellites. The angular velocity ω due to turning of the vehicle is derived by the following equation.
ω = (Vout−Voffset) / (S · cos α) (1)
Here, Vout is an output voltage of the angular velocity sensor, Voffset is an offset value of the angular velocity sensor, S (mV / deg / sec) is a sensitivity coefficient of the angular velocity sensor, and α (deg) is an angular velocity sensor with respect to the vertical axis. This is the inclination of the detection axis.
角速度を正確に求めるためには、角速度センサのオフセット値と、感度係数を正確に求める必要がある。角速度センサの感度係数は、一般的に角速度センサの個体差や経年劣化の影響により異なる。また、オフセット値は温度変化によって変化する可能性がある。つまり、オフセット値は、車両用ナビゲーション装置に使用される基板等の発熱や、車両用ナビゲーション装置が車両のダッシュボード等に取り付けられた場合の車両エンジン等の発熱による温度上昇の影響を受ける。従来、角速度センサのオフセット値は、角速度が「0」になる車両停止時や直進走行時の角速度センサからの出力電圧を用いて補正されていた。しかしながら、高速道路の走行や、交通量の少ない地域における長時間の走行等、車両の停止頻度が少ないケースでは、角速度センサのオフセット値を定期的に補正することが困難になり、オフセット値の精度が悪化しやすくなる。正確に角速度センサからの出力電圧が「0」になるような直進走行時のオフセット値補正についても、道路形状やドライバの運転状況に左右されやすいので、定期的に行うことが困難になる。また、角速度センサの感度係数は、単位期間内での方位変化量と、角速度センサの出力電圧とから導出される。そのため、式(1)から明らかなように、角速度センサの感度係数は、オフセット値の誤差の影響を受ける。 In order to accurately determine the angular velocity, it is necessary to accurately determine the offset value of the angular velocity sensor and the sensitivity coefficient. The sensitivity coefficient of the angular velocity sensor generally differs depending on the individual difference of the angular velocity sensor and the influence of aging deterioration. In addition, the offset value may change due to a temperature change. In other words, the offset value is affected by temperature rise due to heat generated by the substrate used in the vehicle navigation device or heat generated by the vehicle engine when the vehicle navigation device is attached to the dashboard of the vehicle. Conventionally, the offset value of the angular velocity sensor has been corrected by using the output voltage from the angular velocity sensor when the vehicle is stopped or is traveling straight ahead when the angular velocity is “0”. However, it is difficult to periodically correct the offset value of the angular velocity sensor in cases where the frequency of stoppage of the vehicle is low, such as traveling on a highway or traveling for a long time in an area with low traffic volume. Is likely to get worse. The offset value correction during straight running so that the output voltage from the angular velocity sensor accurately becomes “0” is also easily influenced by the road shape and the driving situation of the driver, and thus it is difficult to perform it periodically. The sensitivity coefficient of the angular velocity sensor is derived from the azimuth change amount within the unit period and the output voltage of the angular velocity sensor. Therefore, as is apparent from the equation (1), the sensitivity coefficient of the angular velocity sensor is affected by the error of the offset value.
直進走行以外の走行中であっても角速度センサのオフセットおよび感度係数を補正する技術が提案されている。そこでは、所定期間の角速度センサの出力電圧の平均値と、その平均値が算出される期間の車両の方位変化量をもとに、角速度センサのオフセット値および感度係数が補正されている。具体的に説明すると、角速度センサのオフセット値Voffsetは、次のように導出される。
Voffset=1/n・ΣVout−1/Δt・Δθ/n・S・cosα・・・(2)
ここで、nは、角速度センサの出力電圧のサンプル数であり、Δt(sec)は、サンプリング間隔であり、Δθ(deg)は、方位変化量であり、αは、鉛直軸に対する角速度センサの検出軸の傾きである。方位変化量は、GPS衛星から取得したGPS方位、あるいは地図データをもとに求められる。鉛直軸に対する角速度センサの検出軸の傾きは、角速度センサの取付角と道路傾斜角を加算して求められる。角速度センサの取付角については、加速度センサから求められ、道路傾斜角は、GPS衛星から取得したGPS高度変化量等から求められる。また、角速度センサの感度係数については、補正されたオフセット値の変化量が小さい、つまり安定した状態において、次のように導出される。
S=(1/n・ΣVout−Voffset)・n/Δθ・Δt/cosα・・・(3)
ここで、Voffsetは、補正されたオフセット値の変化量が小さいような安定した状態において、既知であり定数とされる(例えば、特許文献1参照)。
There has been proposed a technique for correcting an offset and a sensitivity coefficient of an angular velocity sensor even during traveling other than straight traveling. There, the offset value and sensitivity coefficient of the angular velocity sensor are corrected based on the average value of the output voltage of the angular velocity sensor during a predetermined period and the amount of change in the direction of the vehicle during the period during which the average value is calculated. More specifically, the offset value Voffset of the angular velocity sensor is derived as follows.
Voffset = 1 / n · ΣVout−1 / Δt · Δθ / n · S · cosα (2)
Here, n is the number of samples of the output voltage of the angular velocity sensor, Δt (sec) is the sampling interval, Δθ (deg) is the azimuth change amount, and α is the detection of the angular velocity sensor with respect to the vertical axis. It is the inclination of the axis. The azimuth change amount is obtained based on the GPS azimuth obtained from the GPS satellite or map data. The inclination of the detection axis of the angular velocity sensor with respect to the vertical axis is obtained by adding the mounting angle of the angular velocity sensor and the road inclination angle. The mounting angle of the angular velocity sensor is obtained from an acceleration sensor, and the road inclination angle is obtained from a GPS altitude change obtained from a GPS satellite. Further, the sensitivity coefficient of the angular velocity sensor is derived as follows when the amount of change in the corrected offset value is small, that is, in a stable state.
S = (1 / n · ΣVout−Voffset) · n / Δθ · Δt / cosα (3)
Here, Voffset is known and is a constant in a stable state where the amount of change in the corrected offset value is small (see, for example, Patent Document 1).
このような状況下において、車両用ナビゲーション装置の位置の推定精度を向上するためには、角速度センサの出力信号を高精度に補正することが望まれる。 Under such circumstances, in order to improve the position estimation accuracy of the vehicle navigation device, it is desired to correct the output signal of the angular velocity sensor with high accuracy.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、角速度センサの出力信号を高精度に補正する技術を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for correcting an output signal of an angular velocity sensor with high accuracy.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の方位推定装置は、GPS衛星からの信号をもとに測位された対象物の測位データと、角速度センサから出力された対象物の角速度とを取得する取得部と、取得部において取得した測位データと角速度とをもとに、角速度センサの感度係数を導出する感度係数演算部と、取得部において取得した測位データと角速度とをもとに、角速度センサのオフセット値を導出するオフセット値演算部と、オフセット値演算部において導出した角速度センサのオフセット値と、感度係数演算部において導出した角速度センサの感度係数とをもとに、取得部において取得した角速度を補正する角速度変換部と、取得部において取得した測位データと角速度とをもとに、相関係数を導出する相関係数導出部と、相関係数導出部において導出した相関係数と、取得部において取得した測位データの有効度をもとに、取得部において取得した測位データに含まれた方位角の変化量と、角速度変換部において補正した角速度とを合成する際の比率を決定する決定部と、決定部において決定した比率によって、取得部において取得した測位データに含まれた方位角の変化量と、角速度変換部において補正した角速度とを合成し、合成した値によって方位を更新する更新部と、を備える。 In order to solve the above-described problem, an azimuth estimation apparatus according to an aspect of the present invention includes positioning data of an object measured based on a signal from a GPS satellite and an angular velocity of the object output from an angular velocity sensor. Based on the acquisition unit to be acquired, the sensitivity coefficient calculation unit for deriving the sensitivity coefficient of the angular velocity sensor based on the positioning data and angular velocity acquired in the acquisition unit, and the positioning data and angular velocity acquired in the acquisition unit, Acquired by the acquisition unit based on the offset value calculation unit for deriving the offset value of the angular velocity sensor, the offset value of the angular velocity sensor derived by the offset value calculation unit, and the sensitivity coefficient of the angular velocity sensor derived by the sensitivity coefficient calculation unit An angular velocity conversion unit that corrects the measured angular velocity, a correlation coefficient deriving unit that derives a correlation coefficient based on the positioning data and the angular velocity acquired by the acquisition unit, Based on the correlation coefficient derived in the coefficient deriving unit and the effectiveness of the positioning data acquired in the acquiring unit, the amount of change in the azimuth included in the positioning data acquired in the acquiring unit and the angular velocity conversion unit corrected A determining unit that determines a ratio when combining the angular velocity, and a change amount of the azimuth included in the positioning data acquired by the acquiring unit and an angular velocity corrected by the angular velocity converting unit according to the ratio determined by the determining unit. An update unit that combines and updates the azimuth according to the combined value.
本発明の別の態様は、方位推定方法である。この方法は、GPS衛星からの信号をもとに測位された対象物の測位データと、角速度センサから出力された対象物の角速度とを取得するステップと、取得した測位データと角速度とをもとに、角速度センサの感度係数を導出するステップと、取得した測位データと角速度とをもとに、角速度センサのオフセット値を導出するステップと、導出した角速度センサのオフセット値と、導出した角速度センサの感度係数とをもとに、取得した角速度を補正するステップと、取得した測位データと角速度とをもとに、相関係数を導出するステップと、導出した相関係数と、取得した測位データの有効度をもとに、取得した測位データに含まれた方位角の変化量と、補正した角速度とを合成する際の比率を決定するステップと、決定した比率によって、取得した測位データに含まれた方位角の変化量と、補正した角速度とを合成し、合成した値によって方位を更新するステップと、を備える。 Another aspect of the present invention is a direction estimation method. In this method, the positioning data of an object measured based on a signal from a GPS satellite, the angular velocity of the object output from an angular velocity sensor, and the obtained positioning data and angular velocity are used. In addition, the step of deriving the sensitivity coefficient of the angular velocity sensor, the step of deriving the offset value of the angular velocity sensor based on the obtained positioning data and angular velocity, the offset value of the derived angular velocity sensor, and the derived angular velocity sensor The step of correcting the acquired angular velocity based on the sensitivity coefficient, the step of deriving the correlation coefficient based on the acquired positioning data and the angular velocity, the derived correlation coefficient, and the obtained positioning data Based on the effectiveness, the step of determining the ratio when combining the amount of change in azimuth included in the acquired positioning data and the corrected angular velocity, and the determined ratio Comprising the acquired amount of change in azimuth angle that is included in the positioning data, and synthesizes the corrected angular velocity, and a step of updating the azimuth by synthesized value.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above-described constituent elements and a conversion of the expression of the present invention between a method, an apparatus, a system, a recording medium, a computer program, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、角速度センサの出力信号を高精度に補正できる。 According to the present invention, the output signal of the angular velocity sensor can be corrected with high accuracy.
(実施例1)
本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例は、車両等に搭載され、車両の旋回による角速度を導出する角速度算出装置に関する。角速度算出装置は、角速度センサからの出力電圧に対して、オフセット値と感度係数とを使用しながら、角速度を導出する。角速度センサの感度係数を導出するための式(3)において、Voffsetが温度変化等の影響により安定しないことによって、サンプル数を増やすと、感度係数の誤差が増大する可能性がある。また、角速度センサの感度係数を導出するための式(3)において、方位変化量Δθが、GPS衛星から取得したGPS方位から求められる場合、GPS衛星からの電波の受信状況によりGPS方位の精度が悪化することがあり、感度係数に含まれる誤差が大きくなる。
Example 1
Before describing the present invention specifically, an outline will be given first. An embodiment of the present invention relates to an angular velocity calculation device that is mounted on a vehicle or the like and derives an angular velocity due to turning of the vehicle. The angular velocity calculation device derives an angular velocity for the output voltage from the angular velocity sensor while using the offset value and the sensitivity coefficient. In Expression (3) for deriving the sensitivity coefficient of the angular velocity sensor, if Voffset is not stabilized due to the influence of a temperature change or the like, the error of the sensitivity coefficient may increase when the number of samples is increased. Further, in the equation (3) for deriving the sensitivity coefficient of the angular velocity sensor, when the azimuth change amount Δθ is obtained from the GPS azimuth obtained from the GPS satellite, the accuracy of the GPS azimuth depends on the reception status of the radio wave from the GPS satellite. It may deteriorate, and the error included in the sensitivity coefficient becomes large.
また、式(3)において、方位変化量Δθが、地図データにもとづいて求められる場合、地図データにもとづく道路方位と車両の走行方位とが完全に一致するとは限らないので、感度係数に含まれる誤差が大きくなる可能性がある。さらに、角速度センサの感度係数を導出するための式(3)において、鉛直軸に対する角速度センサの検出軸の傾きに含まれる道路傾斜角が、GPS衛星から取得したGPS高度変化量から求められる場合、GPS衛星からの電波の受信状況によりGPS方位の精度が悪化することがあり、感度係数に含まれる誤差が大きくなる。 Further, in the equation (3), when the direction change amount Δθ is obtained based on the map data, the road direction based on the map data and the traveling direction of the vehicle do not always coincide with each other, and thus are included in the sensitivity coefficient. The error can be large. Further, in the equation (3) for deriving the sensitivity coefficient of the angular velocity sensor, when the road inclination angle included in the inclination of the detection axis of the angular velocity sensor with respect to the vertical axis is obtained from the GPS altitude change amount acquired from the GPS satellite, The accuracy of the GPS azimuth may deteriorate due to the reception status of radio waves from the GPS satellite, and the error included in the sensitivity coefficient increases.
これらの場合、角速度の導出精度を向上させるために、感度係数に含まれる誤差の低減が要求される。そのため、本実施例に係る角速度算出装置は、逐次導出した角速度センサの感度の過去の値と現在の値に対して重み付け平均を実行する際に、忘却係数を変更させながら使用する。具体的に説明すると、角速度算出装置は、所定の期間における角速度センサから計算した方位変化とGPSから計算した方位変化との相関係数を算出し、その相関係数をもとに忘却係数を変更する。相関係数が大きくなるほど、角速度センサ、GPSという異なる手段から計算した方位変化が近くなり、方位変化の測定精度が高くなっている。そのため、このような場合には、角速度センサの感度の現在の値の影響が大きくなるように重み付け平均が計算される。一方、相関係数が小さくなると、方位変化の測定精度が低くなっているので、角速度センサの感度の現在の値の影響が小さくなるように重み付け平均が計算される。 In these cases, in order to improve the accuracy of deriving the angular velocity, it is required to reduce the error included in the sensitivity coefficient. Therefore, the angular velocity calculating apparatus according to the present embodiment uses the forgetting coefficient while changing the weighted average for the past value and the current value of the sensitivity of the angular velocity sensor that are sequentially derived. More specifically, the angular velocity calculation device calculates a correlation coefficient between the azimuth change calculated from the angular velocity sensor and the azimuth change calculated from GPS in a predetermined period, and changes the forgetting coefficient based on the correlation coefficient. To do. The larger the correlation coefficient, the closer the azimuth change calculated from different means such as the angular velocity sensor and GPS, and the higher the measurement accuracy of the azimuth change. Therefore, in such a case, the weighted average is calculated so as to increase the influence of the current value of the sensitivity of the angular velocity sensor. On the other hand, when the correlation coefficient is small, the measurement accuracy of the azimuth change is low, so the weighted average is calculated so that the influence of the current value of the sensitivity of the angular velocity sensor is small.
図1は、本発明の実施例1に係る角速度算出装置100の構成を示す。角速度算出装置100は、測定部10、パラメータ演算部12、角速度変換部14、制御部38を含む。また、測定部10は、GPS測位部20、有効性判定部22、取付角検出部24、傾斜角検出部26、角速度センサ28を含み、パラメータ演算部12は、オフセット値演算部30、感度係数演算部32、相関係数演算部34、測位データ記憶部36を含む。さらに信号として、GPS測位データ200、取付角度202、傾斜角度204、出力信号206、オフセット値208、感度係数210、相関係数212、記憶データ214が含まれる。角速度算出装置100は、所定の取付角度の傾きで車両に設置されている。
FIG. 1 shows a configuration of an angular
GPS測位部20は、図示しないGPS衛星からの信号を受信して、GPS測位データ200を算出する。GPS測位データ200には、経緯度、車両の高度であるGPS高度、移動速度であるGPS速度、車両の方位であるGPS方位、PDOP(Position Dilution Precision)、捕捉衛星数等が含まれる。ここで、PDOPは、GPS測位データ200におけるGPS衛星位置の誤差が受信点位置にどのように反映されるかの指標であり、測位誤差に相当する。なお、GPS測位データ200には、これら以外の値が含まれていてもよい。また、GPS測位データ200の算出は、公知の技術によってなされればよいので、ここでは説明を省略する。また、GPS測位部20は、GPS測位データ200をサンプリング間隔ごとに、つまり周期的に算出する。GPS測位部20は、GPS測位データ200を有効性判定部22へ逐次出力する。
The
有効性判定部22は、GPS測位部20からのGPS測位データ200を逐次入力する。有効性判定部22は、GPS測位データ200から、GPS測位データ200それぞれの有効性を判定する。例えば、有効性判定部22は、PDOPの値が第1のしきい値以下であり、かつGPS速度が第2のしきい値以上である場合に、それらに対応したGPS方位が有効であると判定する。また、有効性判定部22は、上記の条件が満たされない場合に、対応したGPS方位が無効であると判定する。これは、一般的にPDOPの値が大きい場合やGPS速度が小さい場合に、GPS方位の精度が低くなる傾向があるからである。さらに具体的に説明すると、PDOPの値が6以下であり、かつGPS速度が20km/h以上である場合に、有効性判定部22は、GPS方位の有効性をフラグで表す。
The
また、有効性判定部22は、GPS速度が第3のしきい値以上である場合に、当該GPS速度が有効であると判定する。ここで、第3のしきい値は、第2のしきい値と同じでもよい。さらに、有効性判定部22は、所定の期間でのGPS高度の差が、第4のしきい値以下である場合に、当該GPS高度が有効であると判定する。このような処理の結果、有効性判定部22は、GPS測位データ200に含まれたGPS方位等の各値に対して、有効あるいは無効が示されたフラグを付加する(以下、フラグが付加されたGPS測位データ200もまた「GPS測位データ200」という)。有効性判定部22は、取付角検出部24、傾斜角検出部26、オフセット値演算部30、感度係数演算部32、測位データ記憶部36へGPS測位データ200を逐次出力する。
Moreover, the
取付角検出部24は、例えば、図示しない加速度センサ等であり、有効性判定部22からのGPS測位データ200を逐次入力し、車両が水平状態での鉛直軸に対する角速度センサの検出軸の傾きを取付角度202として算出する。取付角検出部24は、入力したGPS測位データ200のGPS高度に変化が微小であるときに車両が水平状態であると判断し、このとき、車両が停止から発進したときに検出される加速度にもとづいて取付角度202を算出する。なお、加速度センサ装置には、公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。取付角検出部24は、検出した取付角度202を傾斜角検出部26へ出力する。
The mounting
傾斜角検出部26は、有効性判定部22からのGPS測位データ200、特にGPS測位データ200に含まれたGPS高度と、取付角検出部24からの取付角度202とを逐次入力する。傾斜角検出部26は、逐次入力したGPS高度をもとに、サンプリング間隔における車両の平均傾斜角度(以下、「傾斜角度204」という)を検出する。具体的に説明すると、傾斜角検出部26は、連続したGPS高度の差異を逐次計算してから、計算結果を平均した後に、平均値をサンプリング間隔で除算することによって、車両の傾斜角度を導出する。ここで、連続したGPS高度の間隔が、サンプリング間隔に相当する。傾斜角検出部26は、算出した車両の傾斜角度に取付角度202を加算し、傾斜角度204としてオフセット値演算部30、感度係数演算部32、測位データ記憶部36へ逐次出力する。
The inclination
角速度センサ28は、例えば、振動ジャイロ等のジャイロ装置に相当し、車両の進行方向の変化を車両の相対的な角度変化として検出する。つまり、角速度センサ28は、車両の旋回角速度を検出する。検出された角速度は、例えば、0V〜5Vのアナログ信号として出力される。その際、時計回りの旋回に対応した正の角速度は5V側への2.5Vからの偏差電圧として出力され、反時計回りの旋回に対応した負の角速度は0V側への2.5Vからの偏差電圧として出力される。また、2.5Vは、角速度のオフセット値、つまり零点であり、温度等の影響を受けドリフトする。
The
また、2.5Vからの角速度の偏差程度である感度係数(mV/deg/sec)は、水平な状態において許容誤差内に収まる所定の値として定められている。この許容誤差原因は、ジャイロ装置の個体差や経年変化、温度による影響等である。ジャイロ装置の電圧値は、図示しないAD(Analog to Digital)変換装置によって、例えば、サンプリング間隔100msecでAD変換され、その結果のデジタル信号が出力される。当該デジタル信号は、前述の出力電圧に相当し、以下では、出力信号206という用語を使用する。なお、ジャイロ装置として、公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。角速度センサ28は、オフセット値演算部30、感度係数演算部32、測位データ記憶部36、角速度変換部14へ出力信号206を出力する。
The sensitivity coefficient (mV / deg / sec), which is about the deviation of angular velocity from 2.5V, is determined as a predetermined value that falls within the allowable error in a horizontal state. The cause of this allowable error is the individual difference of the gyro device, the secular change, the influence of temperature, and the like. The voltage value of the gyro device is AD converted by an AD (Analog to Digital) converter (not shown), for example, at a sampling interval of 100 msec, and the resulting digital signal is output. The digital signal corresponds to the aforementioned output voltage, and the
オフセット値演算部30は、有効性判定部22からのGPS測位データ200、傾斜角検出部26からの傾斜角度204、角速度センサ28からの出力信号206を入力する。また、オフセット値演算部30は、感度係数演算部32から感度係数210も入力する。オフセット値演算部30は、GPS測位データ200、傾斜角度204、出力信号206、感度係数210とをもとに、角速度センサ28のオフセット値(以下、「オフセット値208」という)を算出する。なお、オフセット値演算部30での処理の詳細は後述する。オフセット値演算部30は、オフセット値208を角速度変換部14、感度係数演算部32、相関係数演算部34へ出力する。
The offset
感度係数演算部32は、有効性判定部22からのGPS測位データ200、傾斜角検出部26からの傾斜角度204、角速度センサ28からの出力信号206を入力する。また、感度係数演算部32は、オフセット値演算部30からのオフセット値208、相関係数演算部34からの相関係数212も入力する。感度係数演算部32は、所定期間、例えば10秒間にわたって入力された、GPS測位データ200、出力信号206、傾斜角度204、オフセット値208とをもとに、角速度センサ28の感度係数(以下、前述の「感度係数210」という)を算出する。なお、感度係数演算部32での処理の詳細、特に相関係数212を使用した処理の詳細は後述する。感度係数演算部32は、感度係数210を角速度変換部14、オフセット値演算部30へ出力する。
The sensitivity
測位データ記憶部36は、メモリ上のリングバッファ等で構成され、有効性判定部22からのGPS測位データ200、傾斜角検出部26からの傾斜角度204、角速度センサ28からの出力信号206を逐次入力する。測位データ記憶部36は、有効性判定部22において有効であると判定されたGPS測位データ200を取得し、所定期間、例えば感度係数演算部32が感度係数210を算出する期間において連続して有効であった場合、GPS測位データ200、傾斜角度204、出力信号206を記憶データ214として記憶し、記憶データの有効性フラグを有効とする。また、有効なGPS測位データが入力されるごとに、記憶データ214を更新する。測位データ記憶部36は、入力されたGPS測位データ200が無効であった場合、記憶データ214をクリアし、有効性フラグを無効とする。測位データ記憶部36は、記憶した記憶データ214に有効性フラグを付加し、相関係数演算部34へ出力する。
The positioning
相関係数演算部34は、オフセット値演算部30からのオフセット値208、測位データ記憶部36からの記憶データ214を逐次入力する。相関係数演算部34は、記憶データ214に付加された有効性フラグが有効であった場合、出力信号206の積算値とオフセット値208との差分を傾斜角度204の余弦値で除算した値と、GPS測位データ200に含まれるGPS方位変化量とについて、所定期間、例えば感度係数演算部32が感度係数210を算出する期間において、相関係数212を算出する。なお、相関係数演算部34での処理の詳細は後述する。相関係数演算部34は、相関係数212を感度係数演算部32へ出力する。
The correlation
角速度変換部14は、角速度センサ28からの出力信号206、傾斜角検出部26からの傾斜角度204、オフセット値演算部30からのオフセット値208、感度係数演算部32からの感度係数210を入力する。角速度変換部14は、出力信号206、傾斜角度204、オフセット値208、感度係数210をもとに、前述の式(1)を計算することによって、車両の角速度ωを算出する。制御部38は、角速度算出装置100全体の動作を制御する。
The
この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのCPU、メモリ、その他のLSIで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。 This configuration can be realized in terms of hardware by a CPU, memory, or other LSI of any computer, and in terms of software, it can be realized by a program loaded in the memory, but here it is realized by their cooperation. Draw functional blocks. Accordingly, those skilled in the art will understand that these functional blocks can be realized in various forms by hardware only, software only, or a combination thereof.
図2は、オフセット値演算部30の構成を示す。オフセット値演算部30は、状態推定部40、状態別オフセット値導出部42、オフセット値フィルタ処理部44を含む。また、状態推定部40は、停止推定部50、直進走行推定部52、非直進走行推定部54を含み、状態別オフセット値導出部42は、停止時オフセット値導出部56、直進走行時オフセット値導出部58、非直進走行時オフセット値導出部60を含む。さらに信号として、仮オフセット値216、走行状態情報218が含まれる。
FIG. 2 shows a configuration of the offset
状態推定部40は、GPS測位データ200、傾斜角度204、出力信号206を入力する。状態推定部40は、停止推定部50、直進走行推定部52、非直進走行推定部54において、車両の走行状態を推定する。ここでは、車両の走行状態として、車両が停止あるいは直進している状態であるか、残りの状態、つまり非直進走行している状態であるかを推定する。また、状態推定部40は、判定結果を走行状態情報218としてオフセット値フィルタ処理部44へ出力する。
The
停止推定部50は、図示しない有効性判定部22において有効であると判定されたGPS測位データ200を取得する。また、停止推定部50は、GPS測位データ200からGPS速度を抽出し、GPS速度が「0」であるかを確認する。一方、停止推定部50は、所定期間内における出力信号206の分散値を計算し、分散値と第5のしきい値とを比較する。停止推定部50は、GPS速度が0であり、かつ分散値が第5のしきい値よりも小さい場合に、車両が停止状態であると判定する。前述のごとく、GPS速度が小さい場合、その精度は低くなる傾向があるが、停止推定部50は、出力信号206の分散値を併せて使用することによって停止と判断する。ここで、所定期間は、例えば、GPS速度のサンプリング間隔である1secとされる。所定期間において、出力信号206の分散値が小さいときは、車両の揺れ等がない安定した状態であると推定される。停止推定部50は、停止状態ではないと判定した場合、その旨を非直進走行推定部54へ出力する。
The
直進走行推定部52は、図示しない有効性判定部22において有効であると判定されたGPS測位データ200を取得する。また、直進走行推定部52は、GPS測位データ200からGPS方位を抽出し、GPS方位の所定期間にわたる変化量(以下、「GPS方位変化量」という)を導出する。さらに、直進走行推定部52は、GPS方位変化量が「0」であるかを確認する。また、直進走行推定部52は、所定期間における出力信号206の分散値を計算し、分散値と第6のしきい値とを比較する。なお、第6のしきい値は、第5のしきい値と同一であってもよい。ここで、所定期間は、例えば、GPS方位変化量が連続して0であるような期間に設定される。
The straight traveling
直進走行推定部52は、GPS方位変化量が0であり、かつ分散値が第6のしきい値よりも小さい場合に、車両が直進走行状態であると判定する。所定期間において、出力信号206の分散値が小さいときは、微妙な蛇行等の影響がない直進走行状態であると推定される。なお、ドライバの運転状況や道路形状によるが、例えば、市街地等において、直進走行状態の検出頻度は、一般的に、停止推定部50による停止状態の判定よりも少なく、その期間は数秒間程度である。直進走行推定部52は、直進走行状態ではないと判定した場合、その旨を非直進走行推定部54へ出力する。ここで、停止推定部50において停止状態と判定され、直進走行推定部52において直進走行状態であると判定された場合、停止推定部50の判定結果が優先される。非直進走行推定部54は、停止推定部50から、停止状態ではない旨を入力し、かつ直進走行推定部52から、直進走行状態ではない旨を入力した場合、車両が非直進走行状態であると判定する。
The straight
状態別オフセット値導出部42は、GPS測位データ200、出力信号206、傾斜角度204、感度係数210を入力する。状態別オフセット値導出部42は、状態推定部40において推定した車両の走行状態に応じて、角速度センサ28の仮オフセット値216を逐次導出する。ここで、停止推定部50において停止状態と判定された場合、停止時オフセット値導出部56が出力信号206をもとに仮オフセット値216を逐次導出する。また、直進走行推定部52において直進走行状態と判定された場合、直進走行時オフセット値導出部58が出力信号206をもとに仮オフセット値216を逐次導出する。
The state-specific offset
また、直進走行時オフセット値導出部58において非直進走行状態と判定された場合、非直進走行時オフセット値導出部60がGPS測位データ200、出力信号206、傾斜角度204、感度係数210をもとに仮オフセット値216を逐次導出する。つまり、車両の走行状態に応じて停止時オフセット値導出部56から非直進走行時オフセット値導出部60は、GPS測位データ200、出力信号206等の組合せを変更しながら、走行状態情報218を導出する。
Further, when the straight travel offset
停止時オフセット値導出部56は、停止状態と判定された場合に、出力信号206をもとに、角速度センサ28の仮オフセット値216を逐次導出する。具体的に説明すると、停止時オフセット値導出部56は、停止時に車両の旋回角速度が「0」になることを利用し、出力信号206の平均値を走行状態情報218として算出する。直進走行時オフセット値導出部58は、直進走行状態と判定された場合に、出力信号206をもとに、角速度センサ28の仮オフセット値216を逐次導出する。具体的に説明すると、ここでも車両の旋回角速度が0であるので、直進走行時オフセット値導出部58は、出力信号206の平均値を走行状態情報218として算出する。
The stop offset
非直進走行時オフセット値導出部60は、非直進走行状態であると判定された場合に、GPS測位データ200中のGPS方位量、傾斜角度204、出力信号206、感度係数210とをもとに、例えば、GPS方位のサンプリング間隔における仮オフセット値216を逐次導出する。ここで、仮オフセット値216は、次のように導出される。
Goffset=1/n・ΣGout−Δθ・Gsensitivity・cos(α) ・・・(4)
ここで、nは、GPS方位のサンプリング間隔における出力信号206のサンプル数であり、ΣGout(mV)は、GPS方位のサンプリング間隔における出力信号206の合計値である。また、Δθ(deg)は、GPS方位変化量であり、Gsensitivity(mV/deg/sec)は、感度係数210であり、α(deg)は、角速度センサの傾斜角度204である。なお、Goutは、式(1)のVoutに対応し、Gsensitivityは、式(1)のSに対応する。
When it is determined that the vehicle is in the non-straight running state, the non-straight running offset
Goffset = 1 / n · ΣGout−Δθ · Gsensitivity · cos (α) (4)
Here, n is the number of samples of the
感度係数210は、通常、図示しない感度係数演算部32から入力されるが、角速度算出装置100の起動直後などのような状態において、感度係数210が未だ算出されていないこともありえる。そのような場合、非直進走行時オフセット値導出部60は、図示しないジャイロ装置の仕様によって決定される感度係数210を初期値として使用する。また、非直進走行時オフセット値導出部60は、前回の走行終了時に感度係数演算部32からの感度係数210を記憶しておき、初期値として使用してもよい。
The
オフセット値フィルタ処理部44は、状態別オフセット値導出部42において逐次導出した仮オフセット値216を入力する。オフセット値フィルタ処理部44は、仮オフセット値216に対して統計処理を実行することによって、角速度センサ28のオフセット値208を導出する。なお、オフセット値208は、Goffsetと示され、これは、式(1)のVoffsetに対応する。以下では、図3を使用しながら、オフセット値フィルタ処理部44での処理を説明する。
The offset value
図3は、オフセット値フィルタ処理部44の構成を示す。オフセット値フィルタ処理部44は、αi乗算部70、加算部72、1−αi乗算部74、忘却係数制御部76を含む。図示のごとく、オフセット値フィルタ処理部44は、IIR(Infinite Impulse Responce)フィルタを含むように構成されており、IIRフィルタによってローパスフィルタを構成する。αi乗算部70は、仮オフセット値216に忘却係数「αi」を乗算する。ここで、「i」は、1あるいは2である。そのため、忘却係数「αi」は、α1、α2の総称である。なお、α1およびα2については後述する。αi乗算部70は、乗算結果を加算部72へ出力する。
FIG. 3 shows a configuration of the offset value
加算部72は、αi乗算部70からの乗算結果と、1−αi乗算部74からの乗算結果とを逐次加算する。加算部72は、加算結果をオフセット値208として逐次出力する。1−αi乗算部74は、オフセット値208に係数「1−αi」を乗算する。なお、係数「1−αi」のうちの「αi」は、αi乗算部70でのαiと同様であるので、ここでは説明を省略する。1−αi乗算部74は、加算部72へ乗算結果をフィードバックする。忘却係数制御部76は、走行状態情報218を入力する。また、忘却係数制御部76は、走行状態情報218にて示された状態に応じて、忘却係数「αi」の値を決定する。さらに、忘却係数制御部76は、決定した忘却係数「αi」をαi乗算部70および1−αi乗算部74へ設定する。
The
図4は、忘却係数制御部76において記憶されるテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、走行状態欄300、忘却係数欄302が含まれる。走行状態欄300には、走行状態情報218にて示される各状態が含まれる。忘却係数欄302には、各状態に対応した忘却係数「αi」を記憶する。つまり、停止状態と直進走行状態に対して忘却係数「α1」が対応づけられ、非直進走行状態に対して忘却係数「α2」が対応づけられる。例えば、α1>α2である。図3に戻る。忘却係数制御部76は、図4のテーブルを参照しながら、走行状態情報218にて示された状態から忘却係数「α1」あるいは「α2」を選択する。このように、忘却係数制御部76は、車両の走行状態に応じて、フィルタ処理の際の忘却係数を変更する。
FIG. 4 shows a data structure of a table stored in the forgetting
図5は、感度係数演算部32の構成を示す。感度係数演算部32は、感度係数導出部90、感度係数フィルタ部92、忘却係数制御部94を含む。感度係数導出部90は、GPS測位データ200、傾斜角度204、出力信号206、相関係数212を入力する。また、感度係数演算部32は、オフセット値208も入力する。また、感度係数導出部90は、GPS測位データ200、傾斜角度204、出力信号206、相関係数212、オフセット値208とをもとに、角速度センサ28の仮の感度係数を逐次導出する。
FIG. 5 shows the configuration of the sensitivity
具体的に説明すると、感度係数導出部90は、GPS測位データ200においてGPS方位が有効であると示されている場合、次のように、GPS方位のサンプリング間隔における角速度センサ28の仮の感度係数を算出する。
Gsensitivity=((1/n・ΣGout−Goffset)/cos(α))/Δθ ・・・(5)
ここで、Goffsetは、図示しないオフセット値演算部30から入力されるが、角速度算出装置100の起動直後などのような状態において、オフセット値208が未だ算出されていないこともありえる。式(5)には、Δθによる除算が含まれるので、Δθが所定値以上であるときに感度係数を算出する。Δθの値が所定値以下であるときは、感度係数導出部90は、直前に補正した感度係数を出力する。
More specifically, if the
Gsensitivity = ((1 / n · ΣGout−Goffset) / cos (α)) / Δθ (5)
Here, Goffset is input from an offset value calculation unit 30 (not shown), but it is possible that the offset
感度係数フィルタ部92は、感度係数導出部90において逐次導出した仮の感度係数を入力する。感度係数フィルタ部92は、仮の感度係数に対して統計処理を実行することによって、角速度センサ28の感度係数210を導出する。感度係数210は、角速度センサ28から出力された出力信号206を補正するための値といえる。感度係数フィルタ部92は、図3に示されたオフセット値フィルタ処理部44と同様に、IIRフィルタにて構成されており、IIRフィルタは、ローパスフィルタを構成し、忘却係数制御部94からの指示をもとに、IIRフィルタでの忘却係数を設定する。
The sensitivity
忘却係数制御部94は、相関係数212に応じて、感度係数フィルタ部92での忘却係数を変更する。また、忘却係数制御部94は、変更した忘却係数の使用を感度係数フィルタ部92へ指示する。図6は、忘却係数制御部94において記憶されるテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、条件欄400、忘却係数欄402が示される。条件欄400には、忘却係数を決定するための相関係数212の条件として、「x以上」、「x未満」が示されている。忘却係数欄402には、条件欄400での各条件に対応した忘却係数の値が示される。具体的には、「x以上」の場合に対して、忘却係数α10が設定されており、「x未満」の場合に対して、忘却係数α11が規定されている。また、α11<α10の関係が規定されている。
The forgetting
ここでは、図7を用いて相関係数演算部34が算出する相関係数を説明する。図7は、相関係数演算部34において計算される相関係数の概要を示し、これは、相関係数演算部34に入力された出力信号206とオフセット値208との差分を傾斜角度204の余弦値で除算した値と、GPS測位データ200に含まれるGPS方位変化量のグラフを示す。相関係数演算部34は、次のように、出力信号206の積算値とオフセット値208との差分を傾斜角度204の余弦値で除算することによって、DGyroを導出する。
感度係数算出式である(式5)の右辺は、角速度センサ出力変化量とGPS方位変化量の比を表しており、DGyroは角速度センサ出力変化量に相当する。相関係数演算部34は、次のように、角速度センサ出力変化量DGyroとGPS方位変化量Δθとの間の相関係数Cを導出する。
感度係数210は、一般的に個体差や経年劣化の影響を受けるが、短期的には値の変化は少ない。したがって、相関係数Cが大きいということは、換言すると、(式5)右辺の各変数の導出精度が良好で、誤差が少ないといえる。つまり、図7において、DGyroとΔθとの関連が高い場合には、各変数の導出精度が良好であり、DGyroとΔθとの関連が低い場合には、各変数の導出精度が悪化している。相関係数演算部34は、相関係数Cを相関係数212として、感度係数演算部32へ出力する。なお、前述のごとく、感度係数フィルタ部92において、相関係数212がx以上の場合は感度係数210の導出精度が高いので、x未満の場合よりも、新たに導出された仮の感度係数の重み付けを大きくした平均化処理がなされる。
The
以上の構成による角速度算出装置100の動作を説明する。図8は、角速度算出装置100による忘却係数の導出手順を示すフローチャートである。相関係数演算部34は、測位データ記憶部36から記憶データ214が入力された場合(S10のY)、所定期間のGPS方位変化量と、角速度センサ出力変化量とを算出する(S12)。相関係数演算部34は、測位データ記憶部36から記憶データ214が入力されない場合(S10のN)、待機する。相関係数演算部34は、算出したGPS方位変化量と角速度センサ出力変化量との相関係数を演算し(S14)、忘却係数制御部94へ出力する。忘却係数制御部94は、相関係数がしきい値以上であった場合(S16のY)、感度係数フィルタ部92へ忘却係数α10を設定し、相関係数がしきい値未満であった場合(S16のN)、感度係数フィルタ部92へ忘却係数α11を設定する。
The operation of the angular
本発明の実施例によれば、相関係数をもとに忘却係数を変化させるので、GPSの受信状態に適合したフィルタ処理によって感度係数を導出できる。また、GPSの受信状態に適合したフィルタ処理が実現されるので、感度係数の導出精度を向上できる。また、角速度センサ出力変化量とGPS方位変化量との相関係数を算出し、その相関係数にもとづいて忘却係数を制御するので、GPS方位変化量から求められるΔθや、車両の平均傾斜角度αに含まれる誤差の影響を軽減でき、感度係数の導出精度を向上できる。また、相関係数に応じて忘却係数を設定するので、式(5)におけるGPS方位変化量から求められるΔθや、車両の平均傾斜角度αに含まれる誤差を低減できる。 According to the embodiment of the present invention, the forgetting factor is changed on the basis of the correlation factor, so that the sensitivity factor can be derived by filtering processing adapted to the GPS reception state. In addition, since the filtering process suitable for the GPS reception state is realized, the sensitivity coefficient derivation accuracy can be improved. In addition, since the correlation coefficient between the angular velocity sensor output change amount and the GPS azimuth change amount is calculated and the forgetting factor is controlled based on the correlation coefficient, Δθ obtained from the GPS azimuth change amount and the average inclination angle of the vehicle The influence of errors included in α can be reduced, and the sensitivity coefficient derivation accuracy can be improved. In addition, since the forgetting factor is set according to the correlation factor, it is possible to reduce the error included in Δθ obtained from the GPS azimuth change amount in Equation (5) and the average inclination angle α of the vehicle.
(実施例2)
次に、実施例2を説明する。実施例2も、実施例1と同様に、角速度センサからの出力電圧に対して、オフセット値と感度係数とを使用しながら、角速度を導出する角速度算出装置に関する。角速度センサのオフセット値を導出するための式(2)において、方位変化量Δθが、GPS衛星から取得したGPS方位から求められる場合、GPS衛星からの電波の受信状況によりGPS方位の精度が悪化することがあり、オフセット値に含まれる誤差が大きくなる。
(Example 2)
Next, Example 2 will be described. As in the first embodiment, the second embodiment also relates to an angular velocity calculation device that derives an angular velocity using an offset value and a sensitivity coefficient with respect to an output voltage from the angular velocity sensor. In the equation (2) for deriving the offset value of the angular velocity sensor, when the azimuth change amount Δθ is obtained from the GPS azimuth obtained from the GPS satellite, the accuracy of the GPS azimuth deteriorates depending on the reception status of the radio wave from the GPS satellite. In some cases, the error included in the offset value increases.
また、式(2)において、方位変化量Δθが、地図データにもとづいて求められる場合、地図データにもとづく道路方位と車両の走行方位とが完全に一致するとは限らないので、オフセット値に含まれる誤差が大きくなる可能性がある。さらに、角速度センサのオフセット値を導出するための式(2)において、鉛直軸に対する角速度センサの検出軸の傾きに含まれる道路傾斜角が、GPS衛星から取得したGPS高度変化量から求められる場合、GPS衛星からの電波の受信状況によりGPS方位の精度が悪化することがあり、オフセット値に含まれる誤差が大きくなる。 Further, in the equation (2), when the direction change amount Δθ is obtained based on the map data, the road direction based on the map data and the traveling direction of the vehicle do not always coincide with each other, and therefore are included in the offset value. The error can be large. Further, in the equation (2) for deriving the offset value of the angular velocity sensor, when the road inclination angle included in the inclination of the detection axis of the angular velocity sensor with respect to the vertical axis is obtained from the GPS altitude change amount acquired from the GPS satellite, The accuracy of the GPS azimuth may deteriorate due to the reception status of radio waves from the GPS satellite, and the error included in the offset value increases.
これらの場合、角速度の導出精度を向上させるために、オフセット値に含まれる誤差の低減が要求される。そのため、本実施例に係る角速度算出装置は、逐次導出した角速度センサのオフセット値の過去の値と現在の値に対して重み付け平均を実行する際に、忘却係数を変更させながら使用する。具体的に説明すると、角速度算出装置は、所定の期間における角速度センサから計算した方位変化とGPSから計算した方位変化との相関係数を算出し、その相関係数をもとに忘却係数を変更する。 In these cases, in order to improve the derivation accuracy of the angular velocity, it is required to reduce the error included in the offset value. For this reason, the angular velocity calculation apparatus according to the present embodiment uses the forgetting coefficient while changing the weighted average for the past value and the current value of the offset value of the angular velocity sensor that are sequentially derived. More specifically, the angular velocity calculation device calculates a correlation coefficient between the azimuth change calculated from the angular velocity sensor and the azimuth change calculated from GPS in a predetermined period, and changes the forgetting coefficient based on the correlation coefficient. To do.
図9は、本発明の実施例2に係る角速度算出装置100の構成を示す。角速度算出装置100は、図1と同様の部材によって構成されているが、相関係数演算部34が相関係数212をオフセット値演算部30へ出力している点が異なる。以下では、これまでとの差異を中心に説明する。
FIG. 9 shows a configuration of an angular
オフセット値演算部30は、有効性判定部22からのGPS測位データ200、傾斜角検出部26からの傾斜角度204、角速度センサ28からの出力信号206、相関係数演算部34からの相関係数212を入力する。また、オフセット値演算部30は、感度係数演算部32から感度係数210も入力する。オフセット値演算部30は、GPS測位データ200、傾斜角度204、出力信号206、感度係数210、相関係数212とをもとに、角速度センサ28のオフセット値(以下、「オフセット値208」という)を算出する。なお、オフセット値演算部30での処理の詳細は後述する。オフセット値演算部30は、オフセット値208を角速度変換部14、感度係数演算部32、相関係数演算部34へ出力する。
The offset
相関係数演算部34は、オフセット値演算部30からのオフセット値208、測位データ記憶部36からの記憶データ214を逐次入力する。相関係数演算部34は、記憶データ214に付加された有効性フラグが有効であった場合、出力信号206を傾斜角度204の余弦値で除算した値と、GPS測位データ200に含まれるGPS方位変化量とについて、所定期間、例えば感度係数演算部32が感度係数210を算出する期間において、相関係数212を算出する。なお、相関係数演算部34での処理の詳細は後述する。相関係数演算部34は、オフセット値演算部30、感度係数演算部32へ相関係数212を出力する。
The correlation
図10は、オフセット値演算部30の構成を示す。オフセット値演算部30は、図2と同様の部材によって構成されているが、オフセット値フィルタ処理部44に相関係数212が入力されている点が異なる。以下では、これまでとの差異を中心に説明する。オフセット値フィルタ処理部44は、状態別オフセット値導出部42において逐次導出した仮オフセット値216を入力する。オフセット値フィルタ処理部44は、仮オフセット値216に対して統計処理を実行することによって、角速度センサ28のオフセット値208を導出する。その際、オフセット値フィルタ処理部44は、相関係数212に応じて統計処理の際の忘却係数を変更する。以下では、図11を使用しながら、オフセット値フィルタ処理部44での処理を説明する。
FIG. 10 shows a configuration of the offset
図11は、オフセット値フィルタ処理部44の構成を示す。オフセット値フィルタ処理部44は、図3と同様の部材によって構成されているが、忘却係数制御部76に相関係数212が入力されている点が異なる。以下では、これまでとの差異を中心に説明する。忘却係数制御部76は、相関係数212、走行状態情報218を入力する。また、忘却係数制御部76は、走行状態情報218にて示された状態と相関係数212に応じて、忘却係数「αi」の値を決定する。さらに、忘却係数制御部76は、決定した忘却係数「αi」をαi乗算部70および1−αi乗算部74へ設定する。
FIG. 11 shows the configuration of the offset value
図12は、忘却係数制御部76において記憶されるテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、走行状態欄500、条件欄502、忘却係数欄504が含まれる。走行状態欄500には、走行状態情報218にて示される各状態が含まれる。条件欄502には、忘却係数を決定するための相関係数212の条件として、「x以上」、「x未満」が示されている。忘却係数欄504には、各状態に対応した忘却係数「αi」を記憶する。つまり、停止状態と直進走行状態に対して忘却係数「α1」が対応づけられる。また、非直進走行状態に対しては条件欄502に対応して、「x以上」であれば「α21」が、「x未満」であれば「α22」が対応づけられる。このように、忘却係数制御部76は、図12のテーブルを参照しながら、走行状態情報218にて示された状態から忘却係数「α1」あるいは「α2」を選択する。そのため、忘却係数制御部76は、車両の走行状態に応じて、フィルタ処理の際の忘却係数を変更する。
FIG. 12 shows a data structure of a table stored in the forgetting
ここでは、図13を用いて相関係数演算部34が算出する相関係数を説明する。図13は、相関係数演算部34において計算される相関係数の概要を示し、これは、相関係数演算部34に入力された出力信号206を傾斜角度204の余弦値で除算した値と、GPS測位データ200に含まれるGPS方位変化量のグラフを示す。相関係数演算部34は、次のように出力信号206の積算値を傾斜角度204の余弦値で除算することによって、D'Gyroを導出する。
D'Gyroも角速度センサ出力変化量に相当する。相関係数演算部34は、次のように、角速度センサ出力変化量D'GyroとGPS方位変化量Δθとの間の相関係数Cを導出する。
ここで、角速度センサ出力変化量D'Gyroは角速度センサ出力変化量DGyroからGoffsetの項を除いた値であり、相関係数Cの算出期間においてGoffsetが変化しなければ、方位変化量Δθとのそれぞれとの相関係数は一致する。したがって、前述のように、相関係数Cが大きい場合、式(4)右辺の「1/n・ΣGout」および「Δθ」、「cos(α)」の精度が良好であるといえる。相関係数演算部34は、相関係数Cを相関係数212として、オフセット値演算部30、感度係数演算部32へ出力する。なお、感度係数演算部32へ出力される相関係数212は、式(7)によって計算されたものであってもよい。
Here, the angular velocity sensor output change amount D ′ Gyro is a value obtained by removing the Goffset term from the angular velocity sensor output change amount D Gyro , and if the Goffset does not change during the calculation period of the correlation coefficient C, the azimuth change amount Δθ and Correlation coefficients with each of the same. Therefore, as described above, when the correlation coefficient C is large, it can be said that the accuracy of “1 / n · ΣGout”, “Δθ”, and “cos (α)” on the right side of Equation (4) is good. The
本発明の実施例によれば、相関係数をもとに忘却係数を変化させるので、GPSの受信状態に適合したフィルタ処理によってオフセット値を導出できる。また、GPSの受信状態に適合したフィルタ処理が実現されるので、オフセット値の導出精度を向上できる。また、角速度センサ出力変化量とGPS方位変化量との相関係数を算出し、その相関係数にもとづいて忘却係数を制御するので、GPS方位変化量から求められるΔθや、車両の平均傾斜角度αに含まれる誤差の影響を軽減でき、オフセット値の導出精度を向上できる。また、相関係数に応じて忘却係数を設定するので、式(5)におけるGPS方位変化量から求められるΔθや、車両の平均傾斜角度αに含まれる誤差を低減できる。 According to the embodiment of the present invention, since the forgetting factor is changed based on the correlation coefficient, the offset value can be derived by the filtering process adapted to the GPS reception state. In addition, since the filtering process suitable for the GPS reception state is realized, the accuracy of deriving the offset value can be improved. In addition, since the correlation coefficient between the angular velocity sensor output change amount and the GPS azimuth change amount is calculated and the forgetting factor is controlled based on the correlation coefficient, Δθ obtained from the GPS azimuth change amount and the average inclination angle of the vehicle The influence of the error included in α can be reduced, and the accuracy of deriving the offset value can be improved. In addition, since the forgetting factor is set according to the correlation factor, it is possible to reduce the error included in Δθ obtained from the GPS azimuth change amount in Equation (5) and the average inclination angle α of the vehicle.
(実施例3)
次に、実施例3を説明する。実施例3は、これまでの角速度算出装置において導出した角速度を使用して方位を推定する方位推定装置に関する。角速度センサのオフセットおよび感度係数を補正しても、わずかな誤差が累積し、自立航法による位置に含まれる誤差が顕著になる場合がある。このため、GPSの衛星捕捉状況が悪い地域等を走行するとき、長期間にわたって自立航法の合成比率が大きくなるので、推定した位置に誤差が含まれることがある。
(Example 3)
Next, Example 3 will be described. The third embodiment relates to an azimuth estimation apparatus that estimates an azimuth using the angular velocity derived in the conventional angular velocity calculation apparatuses. Even if the offset and sensitivity coefficient of the angular velocity sensor are corrected, a slight error may accumulate, and the error included in the position by the self-contained navigation may become significant. For this reason, when the vehicle travels in an area where GPS satellite acquisition is poor, the ratio of the self-contained navigation increases over a long period of time, and an error may be included in the estimated position.
この場合、GPSの衛星捕捉状況が良好になったときに、GPSから算出される位置の合成比率を大きくし、推定した位置の誤差を短期間で補正する必要がある。そのため、本実施例に係る方位推定装置は、GPSから算出した方位と角速度センサから算出した角速度とを合成する場合において、所定の期間における角速度センサから計算した方位変化とGPSから計算した方位変化との相関係数を算出し、その相関係数にもとづいて合成の比率を変更する。 In this case, when the GPS satellite acquisition situation becomes good, it is necessary to increase the composition ratio of the positions calculated from the GPS and correct the estimated position error in a short period of time. Therefore, the direction estimation apparatus according to the present embodiment, when combining the direction calculated from the GPS and the angular velocity calculated from the angular velocity sensor, the direction change calculated from the angular velocity sensor and the direction change calculated from the GPS in a predetermined period, The correlation coefficient is calculated, and the composition ratio is changed based on the correlation coefficient.
図14は、本発明の実施例3に係る方位推定装置150の構成を示す。方位推定装置150は、角速度算出装置100と、推測航法位置演算部16を含む。推測航法位置演算部16は、GPS有効度判断部112、合成比率決定部114、推測方位導出部116を含む。また、信号として、GPS測位データ200、傾斜角度204、出力信号206、相関係数212、角速度220、GPS有効度222、合成比率224を含む。角速度算出装置100は、図1あるいは図9と同様に構成されるので、ここでは、説明を省略する。なお、パラメータ演算部12に含まれた相関係数演算部34は、相関係数212を推測航法位置演算部16にも出力する。
FIG. 14 shows a configuration of an
推測航法位置演算部16は、角速度算出装置100からGPS測位データ200、相関係数212、角速度220とを入力し、推測航法方位を導出する。GPS有効度判断部112は、測定部10からGPS測位データ200を入力し、GPS測位データ200に含まれるHDOP値、受信衛星数、速度に対しそれぞれ複数のしきい値を設け、それぞれの値に応じてGPS有効度222を段階的に判断する。GPS有効度判断部112において設けられるしきい値は、有効性判定部22において設けられるしきい値と同一であってもよく、異なっていてもよい。
The dead reckoning
図15は、GPS有効度判断部112において記憶されるテーブルのデータ構造を示す。条件欄600には、GPS有効度を判断するためのHDOP値、GPS速度、GPS受信衛星数の条件が示される。ここでは、「HDOP値がしきい値C1未満」かつ「GPS速度がしきい値C2以上」かつ「GPS受信衛星数がしきい値C3以上」であれば、GPS測位データ200の精度が高いと判断し、GPS有効度欄602に「高」が示されている。また、「HDOP値がしきい値C1以上」または「GPS速度が0より大きく、かつ、しきい値C2未満」または「GPS受信衛星数がしきい値C4以上、かつ、しきい値C3未満」であれば、GPS測位データ200の精度が低いと判断し、GPS有効度欄602に「低」が示されている。さらに、「GPS受信衛星数がしきい値C4未満」であれば、HDOP値やGPS速度が無効値であると判断し、GPS有効度欄に「無効」が示されている。図14に戻る。GPS有効度判断部112は、判断の結果をGPS有効度222として合成比率決定部114へ出力する。
FIG. 15 shows a data structure of a table stored in the GPS effectiveness
合成比率決定部114は、パラメータ演算部12からの相関係数212、GPS有効度判断部112からのGPS有効度222を入力し、相関係数212とGPS有効度222とをもとに、GPS測位データ200に含まれるGPS方位変化量と角速度220とを合成する際の比率(以下、「合成比率」ともいう)を決定する。図16は、合成比率決定部114において記憶されるテーブルのデータ構造を示す。GPS有効度222が「高」である場合、相関係数212がしきい値C5以上であれば、合成比率は「GPS方位変化量100%、角速度0%」とされ、相関係数212がしきい値C5未満であれば、合成比率は「GPS方位変化量50%、角速度50%」とされる。GPS有効度222が「低」である場合、相関係数212がしきい値C5以上であれば、合成比率は「GPS方位変化量80%、角速度20%」とされ、相関係数212がしきい値C5未満であれば、合成比率は「GPS方位変化量30%、角速度70%」とされる。
The composite
GPS有効度222が「無効ではない」である場合、相関係数212がしきい値C5以上であれば、合成比率は「GPS方位変化量60%、角速度40%」とされ、相関係数212がしきい値C5未満であれば、合成比率は「GPS方位変化量20%、角速度80%」とされる。GPS有効度222が「無効」である場合、相関係数212がしきい値C5未満であれば、合成比率は「GPS方位変化量0%、角速度100%」とされる。つまり、合成比率決定部114は、GPS有効度222が高くなるほど、GPS方位変化量の比率を高くし、角速度の比率を低くする。また、合成比率決定部114は、相関係数212が高くなるほど、GPS方位変化量の比率を高くし、角速度の比率を低くする。図14に戻る。合成比率決定部114は、決定した合成比率224を推測方位導出部116へ出力する。
When the
推測方位導出部116は、測定部10からのGPS測位データ200、合成比率決定部114からの合成比率224、角速度変換部14からの角速度220とを入力する。推測方位導出部116は、合成比率224をもとに、GPS測位データ200に含まれたGPS方位変化量と、仮オフセット値216とを合成することによって、方位変化量を導出する。例えば、北向きの方位を0度/360度と表現すると、入力したGPS測位データ200から算出したGPS方位変化量が10(度/秒)、角速度220が9(度/秒)、合成比率224が「GPS方位変化量80%、角速度20%」であった場合、推測方位導出部116は、方位変化量を10×0.8+9×0.2=9.8(度/秒)のように算出する。さらに、推測方位導出部116は、算出した方位変化量を前回導出した推測方位へ加算することによって、推測方位を更新する。
The estimated
なお、推測方位導出部116は、合成比率224が「GPS方位変化量100%、角速度0%」であった場合、つまり合成比率が、GPS方位変化量のみの使用を示していた場合、更新前の推測方位として、GPS測位データ200に含まれた方位を使用してもよい。これは、更新前の推測方位をGPS方位で置換することに相当する。このようにすることで、GPS測位精度が悪い、合成比率224が「GPS方位変化量0%、角速度100%」の期間が長く自立航法の誤差が蓄積された状態でも、GPS測位状態がよくなった時点において短期間で推測方位の精度を向上することができる。
Note that the estimated
本発明の実施例によれば、GPS方位から算出した方位変化量と角速度センサから算出した角速度との相関係数にもとづいて方位変化量と角速度とを合成する際の比率を調節するので、測定精度に応じた方位変化量を導出できる。また、合成比率をもとに、推測航法方位を補正する度合いを変化させるので、位置の推定期間を短縮できる。また、合成比率をもとに、推測航法方位を補正する度合いを変化させるので、位置の推定精度を向上できる。また、合成比率がGPS方位変化量のみの使用を示していた場合、更新前の推測方位として、測位データに含まれた方位を使用するので、累積していた誤差を短期間のうちに低減できる。 According to the embodiment of the present invention, the ratio at the time of combining the azimuth change amount and the angular velocity is adjusted based on the correlation coefficient between the azimuth change amount calculated from the GPS azimuth and the angular velocity calculated from the angular velocity sensor. An azimuth change amount according to accuracy can be derived. Moreover, since the degree of correcting the dead reckoning direction is changed based on the composition ratio, the position estimation period can be shortened. Further, since the degree of correction of the dead reckoning direction is changed based on the composite ratio, the position estimation accuracy can be improved. In addition, when the composition ratio indicates the use of only the GPS azimuth change amount, the azimuth included in the positioning data is used as the presumed azimuth before updating, so that accumulated errors can be reduced in a short period of time. .
以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 In the above, this invention was demonstrated based on the Example. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such modifications are also within the scope of the present invention. .
本発明の実施例1から3において、相関係数演算部34は、相関係数を計算する際の計算期間を固定している。しかしながらこれに限らず例えば、相関係数演算部34は、角速度の変化量に応じて、相関係数を計算する際の計算期間を調節してもよい。ここで、角速度の変化量は、出力信号206から導出されてもよく、GPS測位データ200に含まれたGPS方位変化量Δθから導出されてもよい。これにより、角速度の変化量が小さい場合には、計算期間が長くされ、角速度の変化量が大きい場合には、計算期間が短くされる。本変形例によれば、角速度の変化量に応じた相関係数を導出できる。
In the first to third embodiments of the present invention, the correlation
本発明の実施例1から3において、状態推定部40は、車両の走行状態判定として、GPS測位データ200に含まれたGPS速度を使用して、停止状態を判定している。しかしながらこれに限らず例えば、状態推定部40は、図示しないパルス検出部からの車両の車速パルス信号を入力し、車速パルスをもとに停止状態を判定してもよい。ここで、パルス検出部は、図示しない速度センサに接続されており、速度センサは、ドライブシャフトの回転に対応して回転するスピードメータケーブルの中間に設置され、ドライブシャフトの回転に伴った車速パルス信号を出力する。本変形例によれば、さまざまな手段によって車両の速度を測定できる。
In the first to third embodiments of the present invention, the
本発明の実施例1から3において、有効性判定部22は、GPS測位データ200の有効性を判定するために、PDOPを使用している。しかしながらこれに限らず例えば、有効性判定部22は、GDOP(Geometric Dilution Of Precision)、HDOP(Horizontal Dilution Of Precision)等や、これらの組合せを使用してもよい。本変形例によれば、さまざまなパラメータを判定に使用できる。
In the first to third embodiments of the present invention, the
本発明の実施例1から3において、オフセット値フィルタ処理部44や感度係数フィルタ部92は、IIRフィルタを含むように形成されている。しかしながらこれに限らず例えば、オフセット値フィルタ処理部44や感度係数フィルタ部92は、FIR(Finite Impulse Response)フィルタを含むように形成されていてもよい。その際、忘却係数は、タップ係数として設定される。本変形例によれば、フィルタ構成の自由度を向上できる。
In the first to third embodiments of the present invention, the offset value
本発明の実施例1から3において、忘却係数制御部76は、停止状態に対する忘却係数と、直進走行状態に対する忘却係数とに対して、同一の値を規定する。しかしながらこれに限らず例えば、忘却係数制御部76は、これらに対して異なった値を設定してもよい。これは、3つの状態のそれぞれに対して異なった処理がなされているといえる。本変形例によれば、走行状態として3つの状態に対して、3つの忘却係数を用意するので、各状態に適合したフィルタ処理を実現できる。
In the first to third embodiments of the present invention, the forgetting
10 測定部、 12 パラメータ演算部、 14 角速度変換部、 16 推測航法位置演算部、 20 GPS測位部、 22 有効性判定部、 24 取付角検出部、 26 傾斜角検出部、 28 角速度センサ、 30 オフセット値演算部、 32 感度係数演算部、 34 相関係数演算部、 36 測位データ記憶部、 38 制御部、 40 状態推定部、 42 状態別オフセット値導出部、 44 オフセット値フィルタ処理部、 50 停止推定部、 52 直進走行推定部、 54 非直進走行推定部、 56 停止時オフセット値導出部、 58 直進走行時オフセット値導出部、 60 非直進走行時オフセット値導出部、 70 αi乗算部、 72 加算部、 74 1−αi乗算部、 76 忘却係数制御部、 90 感度係数導出部、 92 感度係数フィルタ部、 94 忘却係数制御部、 100 角速度算出装置。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記取得部において取得した測位データと角速度とをもとに、前記角速度センサの感度係数を導出する感度係数演算部と、
前記取得部において取得した測位データと角速度とをもとに、前記角速度センサのオフセット値を導出するオフセット値演算部と、
前記オフセット値演算部において導出した前記角速度センサのオフセット値と、前記感度係数演算部において導出した前記角速度センサの感度係数とをもとに、前記取得部において取得した角速度を補正する角速度変換部と、
前記取得部において取得した測位データと角速度とをもとに、相関係数を導出する相関係数導出部と、
前記相関係数導出部において導出した相関係数と、前記取得部において取得した測位データの有効度をもとに、前記取得部において取得した測位データに含まれた方位角の変化量と、前記角速度変換部において補正した角速度とを合成する際の比率を決定する決定部と、
前記決定部において決定した比率によって、前記取得部において取得した測位データに含まれた方位角の変化量と、前記角速度変換部において補正した角速度とを合成し、合成した値によって方位を更新する更新部と、
を備えることを特徴とする方位推定装置。 An acquisition unit that acquires positioning data of an object measured based on a signal from a GPS satellite and an angular velocity of the object output from an angular velocity sensor;
A sensitivity coefficient calculation unit for deriving a sensitivity coefficient of the angular velocity sensor based on the positioning data and the angular velocity acquired in the acquisition unit;
Based on the positioning data and angular velocity acquired in the acquisition unit, an offset value calculation unit that derives an offset value of the angular velocity sensor;
An angular velocity conversion unit that corrects the angular velocity acquired in the acquisition unit based on the offset value of the angular velocity sensor derived in the offset value calculation unit and the sensitivity coefficient of the angular velocity sensor derived in the sensitivity coefficient calculation unit; ,
A correlation coefficient deriving unit for deriving a correlation coefficient based on the positioning data and the angular velocity acquired in the acquisition unit;
Based on the correlation coefficient derived in the correlation coefficient deriving unit and the effectiveness of the positioning data acquired in the acquisition unit, the amount of change in the azimuth included in the positioning data acquired in the acquisition unit, A determination unit that determines a ratio when combining the angular velocity corrected in the angular velocity conversion unit;
Update by which the change amount of the azimuth included in the positioning data acquired in the acquisition unit and the angular velocity corrected in the angular velocity conversion unit are combined with the ratio determined in the determination unit, and the azimuth is updated with the combined value And
An azimuth estimation device comprising:
取得した測位データと角速度とをもとに、前記角速度センサの感度係数を導出するステップと、
取得した測位データと角速度とをもとに、前記角速度センサのオフセット値を導出するステップと、
導出した前記角速度センサのオフセット値と、導出した前記角速度センサの感度係数とをもとに、取得した角速度を補正するステップと、
取得した測位データと角速度とをもとに、相関係数を導出するステップと、
導出した相関係数と、取得した測位データの有効度をもとに、取得した測位データに含まれた方位角の変化量と、補正した角速度とを合成する際の比率を決定するステップと、
決定した比率によって、取得した測位データに含まれた方位角の変化量と、補正した角速度とを合成し、合成した値によって方位を更新するステップと、
を備えることを特徴とする方位推定方法。 Obtaining positioning data of an object measured based on a signal from a GPS satellite and an angular velocity of the object output from an angular velocity sensor;
Deriving a sensitivity coefficient of the angular velocity sensor based on the obtained positioning data and angular velocity;
Deriving an offset value of the angular velocity sensor based on the obtained positioning data and angular velocity;
Correcting the obtained angular velocity based on the derived offset value of the angular velocity sensor and the derived sensitivity coefficient of the angular velocity sensor;
A step of deriving a correlation coefficient based on the obtained positioning data and angular velocity;
Based on the derived correlation coefficient and the effectiveness of the acquired positioning data, determining a ratio when combining the amount of change in azimuth included in the acquired positioning data and the corrected angular velocity;
A step of combining the amount of change in azimuth included in the acquired positioning data and the corrected angular velocity according to the determined ratio, and updating the azimuth with the combined value;
An azimuth estimation method comprising:
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