JP2016223798A - 姿勢検出装置及び姿勢検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
演算部は、進行速度データと検知角速度データとを用いた補正では、検知直線加速度データから遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、差異速度に関する要素を除去してよい。
演算部は、差異速度を用いた補正では、角速度センサからの検知角速度データから、差異速度の角速度成分に関する要素を除去してよい。
進行速度データと角速度データとを用いた補正では、直線加速度から遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、差異速度に関する要素を除去してよい。
差異速度を用いた補正では、差異速度の角速度成分に関する要素を、角速度データからを除去してよい。
図1及び図2をあわせて参照すると、図示しない車両に搭載される姿勢検出装置100は、基板2と、基板2上に実装されたCPU回路等によって構成される演算部3と、基板2上に実装された3軸ジャイロセンサ10と、基板2上に実装された3軸加速度センサ20とを1つの検出ユニット1として含む。本実施の形態では、検出ユニット1は、基板2を図示しない車両のフロアに平行な状態として、つまり車両が位置する地面に平行な状態として、車両に固定される。ここで、3軸ジャイロセンサ10は、角速度センサを構成している。
さらに、姿勢検出装置100は、検出ユニット1の外部に設けられた車速センサ4を含む。車速センサ4は、姿勢検出装置100のために個別に設けられたものであってもよく、図示しない車両に標準に備えられている車速センサを兼用したものであってもよい。演算部3は、車速センサ4が検知する車両の速度情報を受け取るように構成されている。
図2及び図3をあわせて参照すると、演算部3は、3軸加速度センサ20から連続的に受け取る直線加速度αと、3軸ジャイロセンサ10から連続的に受け取る角速度ωと、車速センサ4から連続的に受け取る車速νとを用いて、車両の姿勢角を連続的に算出する。
そして、成分αX、αY及びαZと、姿勢角θの成分θX、θY及びθZと用いて座標変換することによって、直線加速度αは、成分αX’、αY’及びαZ’を有する直線加速度α’となる。
なお、成分θX、θY及びθZはそれぞれ、X軸、Y軸及びZ軸に対する姿勢角の成分である。さらに、成分αX’は、X軸を水平面に投影したものであるX’軸の成分であり、成分αY’は、X’軸と同一の水平面上でX’軸に垂直なY’軸の成分であり、成分αZ’は、X’軸及びY’軸に垂直である鉛直方向のZ’軸の成分である。
このとき、直線加速度α’(αX’,αY’,αZ’)に対して、車両の走行の加減速に起因する加減速加速度の影響と、車両の旋回走行及び登坂・降坂走行に起因する遠心加速度の影響とを排除し、各影響を排除した直線加速度を時間積分して直線速度が算出される。さらに、算出された直線速度と車速とを比較し、これらの間の誤差に基づき、算出された直線速度を補正し、この補正後の直線速度を求めるべき直線速度Vとする。
GXY=(νX 2+νY 2)1/2ωZ=νXωZ
GYZ=(νY 2+νZ 2)1/2ωX=0
GZX=(νZ 2+νX 2)1/2ωY=νXωY
よって、演算部3は、直線速度Vを求める際、直線加速度α’(αX’,αY’,αZ’)から、遠心加速度G’(GX’Y’,GY’Z’,GZ’X’)を減じる、つまり遠心加速度補正を行う。
αAX’=αX’−(GX’Y’ 2+GZ’X’ 2)1/2
αAY’=αY’−(GX’Y’ 2+GY’Z’ 2)1/2
αAZ’=αZ’−(GY’Z’ 2+GZ’X’ 2)1/2−g
なお、gは、重力加速度である。
そして、演算部3は、算出対象とする直線速度Vよりも前の時点での直線速度に対応する補正前直線速度V1aと、当該時点での車速ν’との差異である差異速度Vda’(VdaX’,VdaY’,VdaZ’)を求める。
VX’=V1X’−VdaX’×K1
VY’=V1Y’−VdaY’×K1
VZ’=V1Z’−VdaZ’×K1
なお、K1は、定数であり、3軸ジャイロセンサ10の性能、3軸加速度センサ20の性能、車速センサ4の性能、検出ユニット1の取り付け位置などの様々な要素の状況に応じて、適宜設定される。
よって、車両の直線速度Vが、車両の走行の加減速に起因する加減速加速度の影響と、車両の旋回走行及び登坂・降坂走行に起因する遠心加速度の影響と、算出された直線速度と車速との間の誤差の影響とが排除されて、求められることになる。つまり、直線速度Vは、高い精度を有する。
VdX’=VX’−νX’
VdY’=VY’−νY’
VdZ’=VZ’−νZ’
ωdX=(VdY 2+VdZ 2)1/2/r
ωdY=(VdX 2+VdZ 2)1/2/r
ωdZ=(VdX 2+VdY 2)1/2/r
ωaX=ωX−K2×ωdX
ωaY=ωY−K2×ωdY
ωaZ=ωZ−K2×ωdZ
なお、K2は、定数であり、3軸ジャイロセンサ10の性能、3軸加速度センサ20の性能、車速センサ4の性能、検出ユニット1の取り付け位置などの様々な要素の状況に応じて、適宜設定される。
よって、補正角速度ωa(ωaX,ωaY,ωaZ)は、3軸ジャイロセンサ10と3軸加速度センサ20とのみを用いて速度を算出する際に生まれる誤差、つまり、3軸ジャイロセンサ10と3軸加速度センサ20とのみを用いて算出される結果に生まれる誤差の影響を、角速度ω(ωX,ωY,ωZ)に対して排除したものである。
また、姿勢検出装置100において、演算部3は、差異速度を用いた補正では、検知角速度データから、差異速度の角速度成分に関する要素を除去する。これによって、高精度な結果をもたらす差異速度を用いた補正を、簡易に実施することができる。
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、演算部3は、補正角速度計算に関して、3軸ジャイロセンサ10から受け取る角速度ωの各成分から差異角速度ωdを減じたものに対して時間積分を含むクォータニオン積算を実施していたが、これに限定されるものでない。演算部3は、角速度ωと差異角速度ωdとに対して個別に時間積分を含むクォータニオン積算を実施した後に、それぞれの姿勢角の方向余弦から車両の姿勢角を算出してもよい。
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、3軸ジャイロセンサ10と3軸加速度センサ20とは、同じのX軸、Y軸及びZ軸を共有していたが、互いのX軸、Y軸及びZ軸が異なっていてもよい。この場合、演算部3は、演算時、3軸ジャイロセンサ10及び3軸加速度センサ20のうちの一方に対して、検知データの座標変換をすればよい。
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100は、車両に搭載されていたが、いかなる移動体に搭載されてもよい。
Claims (8)
- 移動体に設けられ、前記移動体の姿勢を検出する姿勢検出装置において、
直交する3軸に沿った直線加速度を検知する加速度センサと、
直交する3軸まわりの角速度を検知する角速度センサと、
前記移動体の進行速度データを受け取るように構成されると共に前記加速度センサ及び前記角速度センサから検知データを受け取るように構成され、前記移動体の姿勢を演算する演算部と
を備え、
前記演算部は、
前記進行速度データと前記角速度センサからの検知角速度データとを用いた補正を伴って、前記加速度センサからの検知直線加速度データを用いて直線速度を算出し、
前記直線速度と前記進行速度データとの差異である差異速度を用いて、前記角速度センサからの検知角速度データを補正して、前記移動体の姿勢角を算出する、姿勢検出装置。 - 前記演算部は、前記進行速度データと前記検知角速度データとを用いた補正では、前記差異速度と、前記進行速度データ及び前記検知角速度データに基づく前記移動体の遠心加速度とを用いる請求項1に記載の姿勢検出装置。
- 前記演算部は、前記進行速度データと前記検知角速度データとを用いた補正では、前記検知直線加速度データから前記遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、前記差異速度に関する要素を除去する請求項2に記載の姿勢検出装置。
- 前記演算部は、前記差異速度を用いた補正では、前記角速度センサからの検知角速度データから、前記差異速度の角速度成分に関する要素を除去する請求項1〜3のいずれか一項に記載の姿勢検出装置。
- 移動体の姿勢を検出する方法において、
前記移動体の進行速度データと、直交する3軸に沿った前記移動体の直線加速度データと、直交する3軸まわりの前記移動体の角速度データとを取得し、
前記進行速度データと前記角速度データとを用いた補正を伴って、前記直線加速度データを用いて直線速度を算出し、
前記直線速度と前記進行速度データとの差異である差異速度を用いて前記角速度データを補正して、前記移動体の姿勢角を算出する方法。 - 前記進行速度データと前記角速度データとを用いた補正では、前記差異速度と、前記進行速度データ及び前記角速度データに基づく前記移動体の遠心加速度とを用いる請求項5に記載の方法。
- 前記進行速度データと前記角速度データとを用いた補正では、前記直線加速度から前記遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、前記差異速度に関する要素を除去する請求項6に記載の方法。
- 前記差異速度を用いた補正では、前記差異速度の角速度成分に関する要素を、前記角速度データからを除去する請求項5〜7のいずれか一項に記載の方法。
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