JP2018040588A - 物理センサ出力の補正方法及び電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加速度センサが有する非線形特性の補正を行う。【解決手段】車両制御装置１は、記憶部１０、センサ出力値補正部２３、加速度センサ３０を有する。記憶部１０は、加速度センサ３０の第１の出力値と、加速度センサ３０の第２の出力値と、補正値ｈとを予め記憶する。センサ出力値補正部２３は、加速度センサ３０の出力値が取得されると、記憶部１０を参照し、取得された出力値が第１の出力値乃至第２の出力値の補正範囲内である場合には、補正値ｈをもとに、取得された出力値に対して補正を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、物理センサ出力の補正方法及び電子装置に関する。

近年、あらゆる機器に加速度センサ等の物理センサが搭載され、物理センサの出力値をもとに各種処理が行われている。例えば、自動車には、加速度センサ等の物理センサが搭載され、物理センサの出力値をもとに車両の制御が行われる。ここで、物理センサには、製造時に個体間の性能のバラつきや誤差が生じるが、このバラつきや誤差を補正するため、軸ずれ補正、０点オフセット補正や、擬似的な物理量を物理センサに加えた場合の出力値と実際の物理量との関係を示す一次式をもとに出力値のバラつきや誤差を補正する手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−１２３１７２号公報

しかしながら、上述の従来技術では、加速度センサ等の物理センサが有する非線形特性の補正ができないという問題がある。具体的には、加速度センサ等の物理センサは、出力値の領域に応じて誤差やバラつきが変動するという非線形特性を有するが、上述の従来技術は、一次式による線形補正であるため、非線形特性を補正することができないという問題がある。

本願の実施形態の一例は、例えば、物理センサが有する非線形特性の補正を行う物理センサ出力の補正方法及び電子装置を提供することを目的とする。

本願の実施形態の一例は、例えば、物理センサ出力の補正方法は、物理センサの出力値が取得されると、物理センサの第１の出力値と、物理センサの第２の出力値と、所定オフセット値とを予め記憶する記憶部を参照し、取得された出力値が第１の出力値乃至第２の出力値の補正範囲内である場合には、所定オフセット値をもとに、取得された出力値に対して補正を行う。

本願の実施形態の一例によれば、例えば、物理センサが有する非線形特性の誤差の補正を行うことができる。

図１は、実施形態に係る車両制御装置の構成を示す図である。 図２は、実施形態に係る回転装置の構成を示す図である。 図３は、回転装置の角速度と加速度センサ出力値との関係を示す図である。 図４は、実施形態に係る加速度センサ出力値補正の概要を示す図である。 図５は、実施形態に係る補正パラメータテーブルを示す図である。 図６は、実施形態に係る補正パラメータ記録処理を示すフローチャートである。 図７は、実施形態に係る加速度センサ出力値補正処理を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して本願の実施形態に係る物理センサ出力の補正方法及び電子装置について説明する。以下の実施形態は、本願を限定するものではない。例えば、以下の実施形態では、出力値に非線形特性を有する物理センサとして加速度センサ、物理センサからセンサ出力値を取得する装置として車両に搭載される車両制御装置を例に説明する。しかし、開示の技術は、出力値が非線形特性を有する物理センサ（例えばジャイロセンサ等）及び物理センサからセンサ出力値を取得する電子装置一般に広く適用できる。また、以下に示す実施形態は、開示の技術に係る構成及び処理について主に示し、その他の構成及び処理の説明を省略する。そして、実施形態及び変形例は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせてもよい。また、以下の説明において、同一の構成及び処理には同一の符号を付与し、既出の構成及び処理の説明は省略する。

［実施形態］
（車両制御装置及び加速度センサ出力補正装置の構成）
図１は、実施形態に係る車両制御装置の構成を示す図である。図２は、実施形態に係る回転装置の構成を示す図である。図３は、回転装置の角速度と加速度センサ出力値との関係を示す図である。

車両制御装置１は、例えば車載ＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、記憶部１０、制御部２０、加速度センサ３０、通信インターフェース部４０を有する。記憶部１０は、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）等を含む記憶装置であり、補正パラメータテーブル１１を格納する。制御部２０は、マイクロコンピュータ等の処理装置であり、学習開始終了制御部２１、補正パラメータ学習部２２、センサ出力値補正部２３を有する。なお、実施形態では加速度センサ３０が車両制御装置１の１構成要素として説明するが、車両制御装置１の１構成要素ではなく車両制御装置１の外部に設けられてもよい。加速度センサ３０は、例えば３軸加速度センサである。通信インターフェース部４０は、車両制御装置１が図示しない車載ネットワークを介して外部装置と通信するためのインターフェースである。

また、回転装置１００は、マイクロコンピュータ等の処理装置である回転制御装置１０１、ターンテーブル１０２を有する。

図２に示すように、車両制御装置１は、後述する補正パラメータ記録処理を行う際に、ターンテーブル１０２の水平面上に、加速度センサ３０の加速度検出軸（例えばＸＹＺ軸のうち加速度を補正する軸）に対してターンテーブル１０２の回転の際の遠心力Ｆ＝ｍｒω^２（ｍ：車両制御装置１の質量）の方向が鉛直になるように、加速度検出軸から回転半径ｒの距離に固定載置される。ターンテーブル１０２の回転軸を中心とした時計回りの回転を＋方向とし、反時計回りの回転を−方向とする。

回転制御装置１０１は、ターンテーブル１０２の水平面上に車両制御装置１を固定載置した状態で、−方向（反時計回り）又は＋方向（時計回り）へ、角速度を加減速しながらターンテーブル１０２を回転させる。例えば、回転制御装置１０１は、ターンテーブル１０２の水平面上に車両制御装置１を固定載置した状態で、−方向（反時計回り）へ角速度を加速していき、ある角速度に至ると、この角速度から減速していき角速度０［ｄｅｇ／ｓｅｃ］に至り、そして＋方向（時計回り）へ回転開始し、角速度を加速していく。

すると、図３に示すように、加速度センサ３０の出力値は、入力値の領域に応じて、例えば理想値からアンダーシュートしたり、理想値からオーバーシュートとしたりする非線形特性による誤差が生じる。図３では、第一象限において、加速度センサ３０の入力値Ｇ０に対して、加速度センサ３０の出力値Ｇ０´はオーバーシュートしており、これが加速度センサ３０の非線形特性による誤差となる。このように、加速度センサ３０がターンテーブル１０２の回転による遠心力を実際に検知して出力する角速度の実センサ出力値は、非線形特性の誤差を含む。なお、アンダーシュート及びオーバーシュートは、非線形特性の一例を示すに過ぎない。

そこで、学習開始終了制御部２１は、車両制御装置１が回転装置１００のターンテーブル１０２の回転軸から回転半径ｒの位置に固定載置された状態で、ターンテーブル１０２の回転開始を検知する。そして、補正パラメータ学習部２２は、学習開始終了制御部２１がターンテーブル１０２の回転開始を検知後の経過時間ｔにおける角速度ωにおける遠心力Ｆ＝ｍａ＝ｍｒω^２の加速度ａ＝ｒω^２を加速度センサ理想値として認識する。

なお、回転装置１００がターンテーブル１０２を回転させる回転方向及び角速度の経時的変化のパターンは予め定められており、回転開始からの経過時間をｔ、等角加速係数をαとすると、回転角速度ωは、例えばω＝α・ｔとなるので、経過時間ｔにおける加速度ａ（ｔ）は、下記（１）式のように表される。

（加速度センサ出力値補正）
図４は、実施形態に係る加速度センサ出力値補正の概要を示す図である。図４に示すように、補正パラメータ学習部２２は、上記（１）式により算出される加速度ａ（ｔ）を加速度センサ理論値として、経過時間ｔ≧０での加速度センサ３０の実出力値Ｇとの差分ａ（ｔ）−Ｇが初めて所定値ｈ（＞０）以上となったときの加速度センサ３０の実出力値Ｇ１´を補正パラメータテーブル１１に記録する。また、補正パラメータ学習部２２は、経過時間ｔ≧０での加速度センサ３０の実出力値Ｇとの差分ａ（ｔ）−Ｇが初めて所定値ｈ以上となった後、差分ａ（ｔ）−Ｇが初めて所定値ｈ未満となったときの加速度センサ３０の実出力値Ｇ２´を補正区間開始点として補正パラメータテーブル１１に記録する。そして、補正パラメータ学習部２２は、補正値（＋ｈ）を補正値として符号を含めて補正パラメータテーブル１１に記録する。

あるいは、補正パラメータ学習部２２は、上記（１）式により算出される加速度ａ（ｔ）を加速度センサ理論値として、経過時間ｔ≧０での加速度センサ３０の実出力値Ｇとの差分Ｇ−ａ（ｔ）が初めて所定値ｈ（＞０）以上となったときの加速度センサ３０の実出力値Ｇ１´を補正パラメータテーブル１１に記録する。また、補正パラメータ学習部２２は、経過時間ｔ≧０での加速度センサ３０の実出力値Ｇとの差分Ｇ−ａ（ｔ）が初めて所定値ｈ以上となった後、差分Ｇ−ａ（ｔ）が初めて所定値ｈ未満となったときの加速度センサ３０の実出力値Ｇ２´を補正区間終了点として補正パラメータテーブル１１に記録する。そして、補正パラメータ学習部２２は、補正値（−ｈ）を補正値として符号を含めて補正パラメータテーブル１１に記録する。

そして、センサ出力値補正部２３は、車両制御装置１が車両に実際に搭載されて実使用が開始され、加速度を検知すると、次の処理を行う。すなわち、センサ出力値補正部２３は、加速度センサ３０により検知された加速度Ｇが、補正パラメータテーブル１１に記録される補正区間開始点Ｇ１´及び補正区間終了点Ｇ２´の補正区間内であるか否かを判定する。そして、センサ出力値補正部２３は、加速度センサ３０により検知された加速度Ｇが補正区間内である場合、検知した加速度Ｇから補正値（＋ｈ）又は補正値（−ｈ）を減算する。

具体的には、補正パラメータテーブル１１に記録される補正値がｈ（＞０）である場合には、加速度センサ３０により検知された加速度Ｇは、加速度センサ理論値ａ（ｔ）よりもオーバーシュートしているので、加速度Ｇから補正値ｈが減算されることで補正値ｈ分だけ誤差の許容範囲（図４に示すｙ＝ｘと、ｙ＝ｘ＋ｈの２つの直線で挟まれる領域）に収まることになる。あるいは、補正パラメータテーブル１１に記録される補正値がｈ（＜０）である場合には、加速度センサ３０により検知された加速度Ｇは、加速度センサ理論値ａ（ｔ）よりもアンダーシュートしているので、加速度Ｇから補正値（−ｈ）が減算、すなわち補正値ｈが加算されることで補正値ｈ分だけ誤差の許容範囲に収まることになる。

なお、経過時間ｔにおける加速度センサ理論値ａ（ｔ）と、加速度センサ３０の実出力値Ｇとの差分算出のサンプリングの時間間隔又は回数は、加速度センサ３０の出力値の要求精度等と、記憶部１０の記憶容量とに応じて、適宜変更可能である。また、所定値ｈも、加速度センサ３０の出力値の要求精度等に応じて適宜変更可能である。

（センサ出力値記録テーブル）
図５は、実施形態に係る補正パラメータテーブルを示す図である。上述したように、補正パラメータテーブル１１は、補正区間開始点、補正区間終了点、補正値の３つのパラメータを記録し、記憶部１０に格納される。

なお、補正区間開始点、補正区間終了点、補正値の組は、１つに限らず、加速度センサ３０の出力値と加速度センサ理論値との比較判定結果や補正値ｈの値の大きさに応じて、複数であってもよい。例えば、実センサ出力値とセンサ理論値との同一の乖離傾向を示す区間毎に補正区間開始点、補正区間終了点、補正値の組が決定されてもよい。

また、補正区間開始点は、初めて補正区間内と判定された時点であってもよいし、補正区間内と所定回数連続して判定された時点等、種々の決定方法を採用できる。同様に、補正区間終了点は、補正区間内とされてより後に初めて補正区間外と判定された時点であってもよいし、補正区間内とされてより後に補正区間外と所定回数連続して判定された時点等、要求精度等に応じて種々の決定方法を採用できる。

（補正パラメータ記録処理）
図６は、実施形態に係る補正パラメータ記録処理を示すフローチャートである。実施形態に係る補正パラメータ記録処理は、車両制御装置１がターンテーブル１０２の水平面上に、加速度センサ３０の加速度検出軸に対してターンテーブル１０２の回転の際の遠心力Ｆ＝ｍｒω^２の方向が鉛直になるように、加速度検出軸から回転半径ｒの距離に固定載置され、ターンテーブル１０２が回転開始後に、車両制御装置１の制御部２０により実行される。

図６に示すように、先ず、学習開始終了制御部２１は、回転制御装置１０１の回転開始を検知する（ステップＳ１１）。次に、補正パラメータ学習部２２は、所定時間間隔又は所定回数のサンプリングにより加速度センサ３０のセンサ出力値である加速度Ｇを取得し、経過時間ｔにおける加速度センサ理論値ａ（ｔ）との差分と所定値ｈとの比較を続け、センサ出力値である加速度Ｇと加速度センサ理論値ａ（ｔ）との差分が初めて所定値ｈを超えたか否かを判定する（ステップＳ１２）。補正パラメータ学習部２２は、センサ出力値である加速度Ｇと加速度センサ理論値ａ（ｔ）との差分が初めて所定値ｈを超えたと判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１３へ処理を移し、センサ出力値である加速度Ｇと加速度センサ理論値ａ（ｔ）との差分が初めて所定値ｈ未満と判定した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ステップＳ１２を繰り返す。

次に、ステップＳ１３では、補正パラメータ学習部２２は、補正パラメータテーブル１１に、ステップＳ１２で差分が初めて所定値ｈを超えたと判定したセンサ出力値である加速度Ｇ１´を補正区間開始点として記録する。

さらに、補正パラメータ学習部２２は、所定時間間隔又は所定回数のサンプリングにより加速度センサ３０のセンサ出力値である加速度Ｇを取得し、経過時間ｔにおける加速度センサ理論値ａ（ｔ）との差分と所定値ｈとの比較を続け、センサ出力値である加速度Ｇと加速度センサ理論値ａ（ｔ）との差分が初めて所定値ｈ未満となったか否かを判定する（ステップＳ１４）。補正パラメータ学習部２２は、センサ出力値である加速度Ｇと加速度センサ理論値ａ（ｔ）との差分が初めて所定値ｈ未満となったと判定した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５へ処理を移し、センサ出力値である加速度Ｇと加速度センサ理論値ａ（ｔ）との差分が未だ所定値ｈを超えていると判定した場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ステップＳ１４を繰り返す。

次に、ステップＳ１５では、補正パラメータ学習部２２は、補正パラメータテーブル１１に、ステップＳ１４で差分が初めて所定値ｈ未満と判定したセンサ出力値である加速度Ｇ２´を補正区間開終了として記録するとともに、所定値ｈを補正値として記録する。

（ジャイロセンサ出力値補正処理）
図７は、実施形態に係る加速度センサ出力値補正処理を示すフローチャートである。実施形態に係る加速度センサ出力値補正処理は、車両制御装置１が車両等に搭載されて実使用開始後に、車両制御装置１の制御部２０により、加速度センサ３０のセンサ出力値の取得毎に実行される。

図７に示すように、先ず、センサ出力値補正部２３は、加速度センサ３０のセンサ出力値である加速度Ｇを取得する（ステップＳ２１）。次に、センサ出力値補正部２３は、補正パラメータテーブル１１を参照し、ステップＳ２１で取得したセンサ出力値である加速度Ｇが補正区間内（すなわちＧ１´≦Ｇ≦Ｇ２´）であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。センサ出力値補正部２３は、ステップＳ２１で取得したセンサ出力値である加速度Ｇが補正区間内である場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２３へ処理を移し、センサ出力値である加速度Ｇが補正区間外である場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、ステップＳ２５へ処理を移す。

ステップＳ２３では、センサ出力値補正部２３は、ステップＳ２１で取得した加速度センサ３０のセンサ出力値である加速度Ｇから補正値ｈを減算してセンサ出力値である加速度Ｇを補正する。そして、センサ出力値補正部２３は、ステップＳ２３で補正したセンサ出力値である加速度Ｇを出力する。

ステップＳ２４では、センサ出力値補正部２３は、ステップＳ２３で補正された加速度センサ３０のセンサ補正値を出力する。ステップＳ２５では、センサ出力値補正部２３は、ステップＳ２１で取得した加速度センサ３０のセンサ出力値を出力する。ステップＳ２４又はステップＳ２５が終了すると、センサ出力値補正部２３は、加速度センサ出力値補正処理を終了する。

上述の実施形態によれば、回転装置を用いて予め学習した加速度センサの非線形特性を補正する補正パラメータを記憶し、実使用時には非線形特性によりセンサ出力値の範囲によって誤差量や誤差比が変動する場合のセンサ出力値を補正パラメータに基づいて補正することにより、加速度センサの非線形特性による影響を除去する。また、加速度センサに対して加速度を与えてセンサ出力値を計測する際、線形加速を行う装置を用いると、有意なセンサ出力値を得るために長距離の加速距離を必要とすることから、大きなセンサ出力値を計測する場合は現実的ではない。しかし、回転装置の回転による遠心力を加速度とみなすことにより、従来では困難であった加速度センサの非線形特性による誤差等を、簡易かつコンパクトな装置及び処理にて識別し、取得した補正パラメータを用いて補正することができる。また、非線形特性による誤差等が大きい加速度センサであってもＥＣＵ等に適用可能であることから、ジャイロセンサの低価格化及び高精度化を両立させることができる。

（実施形態の変形例）
車両制御装置１にモード切り換え機構が設けられ、学習モードに切り換えられているとき加速度センサ出力値記録処理が実行され、通常使用モードに切り換えられているときに加速度センサ出力値補正処理が実行される構成としてもよい。

また、図４に示すように、補正区間開始及び終了の境界において、補正区間外のセンサ出力値と、補正区間内のセンサ補正値との接続部分で急激な差が生じ、なめらかな曲線とならない場合がある。すなわち、加速度センサ３０に基づくセンサ値が、ある値を境に急激に変化することになる。そこで、センサ出力値補正部２３は、補正区間前後のなまし処理区間において、補正区間に近づく程、加速度センサ３０のセンサ補正値のウェイトを大きくしてセンサ出力値のウェイトを小さくし、補正区間から離れる程、加速度センサ３０のセンサ補正値のウェイトを小さくしてセンサ出力値のウェイトを大きくすることによりセンサ補正値をなます、なまし処理を行ってもよい。すなわち、なまし処理区間において、補正区間における第１の補正よりも補正量が小さい第２の補正を行ってもよい。このようにして、センサ出力値は、補正区間開始及び終了の境界を含むなまし処理区間において、補正区間外のセンサ出力値と、補正区間内のセンサ補正値との接続部分の差がなくなり、接続部分付近でよりなめらかな曲線となる。なお、なまし処理区間は、要求精度等に応じて適宜設定変更可能である。

上述の実施形態では、車両制御装置１が補正パラメータを学習する際には、ターンテーブル１０２の水平面上に、加速度センサ３０の１つの加速度検出軸（例えばＸ軸）とターンテーブル１０２の回転軸に対して鉛直となる遠心力方向とが一致するように、ターンテーブル１０２の回転軸から回転半径ｒの距離の位置に固定載置され、この加速度検出軸について補正パラメータが算出される。ここで、補正パラメータの算出は、加速度検出軸毎に、加速度検出軸とターンテーブル１０２の遠心力方向とが一致するように固定載置され、各加速度検出軸毎に補正パラメータを算出してもよい。あるいは、１つの加速度検出軸について算出した補正パラメータを他軸の検出加速度を補正する共通パラメータとして用いてもよい。

上述の実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行われるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行うこともできる。もしくは、上述の実施形態において説明した各処理のうち、手動的に行われるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行うこともできる。

また、上述の実施形態において説明した各部の統合及び分散は、処理負荷や処理効率をもとに適宜変更することができる。この他、上述及び図示の処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて適宜変更することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、開示の技術のより広範な態様は、上述のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 車両制御装置
１０ 記憶部
１１ 補正パラメータテーブル
２０ 制御部
２１ 学習開始終了制御部
２２ 補正パラメータ学習部
２３ センサ出力値補正部
３０ 加速度センサ
４０ 通信インターフェース
１００ 回転装置
１０１ 回転制御装置
１０２ ターンテーブル

Claims (5)

1. 物理センサ出力を処理する電子装置が行う物理センサ出力の補正方法であって、
   前記物理センサの出力値を取得する取得ステップと、
   前記取得ステップにより前記物理センサの出力値が取得されると、前記物理センサの第１の出力値と、前記物理センサの第２の出力値と、所定オフセット値とを予め記憶する記憶部を参照し、該取得された出力値が前記第１の出力値乃至前記第２の出力値の補正範囲内である場合には、前記所定オフセット値をもとに、該取得された出力値に対して第１の補正を行う補正ステップと
   を含んだことを特徴とする物理センサ出力の補正方法。
2. 前記物理センサを回転台に固定載置した状態で回転させている期間において、前記物理センサの出力値と、該出力値の取得時における前記回転台の角速度及び載置半径から求まる遠心力との差が初めて前記所定オフセット値以上となった際の前記物理センサの出力値を前記第１の出力値と決定し、該差が前記所定オフセット値以上となった後に初めて前記所定オフセット値未満となった際の前記物理センサの出力値を前記第２の出力値と決定し、前記記憶部に記憶させる決定ステップ
   をさらに含んだことを特徴とする請求項１に記載の物理センサ出力の補正方法。
3. 前記補正ステップは、前記物理センサの出力値が取得された際、該出力値が前記補正範囲外であり、かつ、該出力値が前記補正範囲と連続する所定範囲内である場合に、該出力値に対して補正量が前記第１の補正以下である第２の補正を行う
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の物理センサ出力の補正方法。
4. 物理センサの第１の出力値と、前記物理センサの第２の出力値と、所定オフセット値とを予め記憶する記憶部と、
   前記物理センサの出力値が取得されると、前記記憶部を参照し、該取得された出力値が前記第１の出力値乃至前記第２の出力値の補正範囲内である場合には、前記所定オフセット値をもとに、該取得された出力値に対して補正を行う補正部と
   を備えたことを特徴とする電子装置。
5. 前記物理センサを回転台に固定載置した状態で回転させている期間において、前記物理センサの出力値と、該出力値の取得時における前記回転台の角速度及び載置半径から求まる遠心力との差が初めて前記所定オフセット値以上となった際の前記物理センサの出力値を前記第１の出力値と決定し、該差が前記所定オフセット値以上となった後に初めて前記所定オフセット値未満となった際の前記物理センサの出力値を前記第２の出力値と決定し、前記記憶部に記憶させる決定部
   をさらに備えたことを特徴とする請求項４に記載の電子装置。
   

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