JP2021142969A - Sensor error correction device - Google Patents
Sensor error correction device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021142969A JP2021142969A JP2020044631A JP2020044631A JP2021142969A JP 2021142969 A JP2021142969 A JP 2021142969A JP 2020044631 A JP2020044631 A JP 2020044631A JP 2020044631 A JP2020044631 A JP 2020044631A JP 2021142969 A JP2021142969 A JP 2021142969A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steering angle
- vehicle
- detected
- yaw rate
- value
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、センサ誤差補正装置に係り、特に、操舵角センサで検出する操舵角のゼロ点誤差を推定するセンサ誤差補正装置に関する。 The present invention relates to a sensor error correction device, and more particularly to a sensor error correction device that estimates a zero point error of a steering angle detected by a steering angle sensor.
従来操舵角の値は、アンチスリップ機能やパワーステアリングなど、操舵角の微小量が必要のないシステムで使われてきた。しかしながら、自動運転等の先進安全機能では、路面傾斜による影響を加味した微小量を計測し精度のよい制御をする必要がある。 Conventionally, the steering angle value has been used in systems such as anti-slip function and power steering that do not require a minute amount of steering angle. However, in advanced safety functions such as automatic driving, it is necessary to measure a minute amount in consideration of the influence of the road surface inclination and perform accurate control.
特許文献1には、加速度センサ、ヨーレートセンサ、操舵角センサに加え、スリップ角センサとセルフアライニングトルクセンサを用いて操舵角ゼロ点を補正する補正装置の発明が開示されている。 Patent Document 1 discloses an invention of a correction device that corrects a steering angle zero point by using a slip angle sensor and a self-aligning torque sensor in addition to an acceleration sensor, a yaw rate sensor, and a steering angle sensor.
特許文献2には、車速によって変化するゲインを用いて、操舵角をヨーレートに変換して規範ヨーレートを算出し、規範ヨーレートの値とヨーレートセンサの値とを比較して操舵角のゼロ点を補正する操舵角センサのゼロ点ずれ量算出装置の発明が開示されている。 In Patent Document 2, the steering angle is converted into the yaw rate to calculate the normative yaw rate using the gain that changes depending on the vehicle speed, and the value of the normative yaw rate is compared with the value of the yaw rate sensor to correct the zero point of the steering angle. The invention of the zero point deviation amount calculation device of the steering angle sensor is disclosed.
しかしながら、特許文献1に記載の発明は、量産車両に搭載されないようなスリップ角センサとセルフアライニングトルクセンサとを用いる必要があるため、現状の量産車両に適用することが困難であるという問題があった。さらに、特許文献1に記載の発明は、路面カント角の影響を考慮した運動方程式を利用し、推定精度を向上させているが、路面のピッチ角(前後勾配)は考慮しておらず、車両の自動運転時には、操舵角ゼロ点の補正精度が悪化するおそれがあった。 However, the invention described in Patent Document 1 has a problem that it is difficult to apply it to the current mass-produced vehicle because it is necessary to use a slip angle sensor and a self-aligning torque sensor that are not mounted on the mass-produced vehicle. there were. Further, the invention described in Patent Document 1 uses an equation of motion considering the influence of the road surface cant angle to improve the estimation accuracy, but does not consider the pitch angle (front-rear gradient) of the road surface and is a vehicle. During automatic operation, the correction accuracy of the steering angle zero point may deteriorate.
特許文献2に記載の発明は、操舵角をヨーレートに変換するゲインに路面勾配が考慮されておらず、傾斜のある路面では精度が劣化するおそれがあった。さらに特許文献2に記載の発明は、操舵角をヨーレートに変換するゲインは一般的に誤差を含んでおり、ヨーレートの値が大きい場合に当該誤差が顕著になりやすく、その結果、操舵角センサの誤差補正の精度が低下するという問題があった。 In the invention described in Patent Document 2, the road surface gradient is not taken into consideration in the gain for converting the steering angle into yaw rate, and the accuracy may deteriorate on a sloped road surface. Further, in the invention described in Patent Document 2, the gain for converting the steering angle into the yaw rate generally includes an error, and the error tends to be remarkable when the yaw rate value is large, and as a result, the steering angle sensor of the steering angle sensor There is a problem that the accuracy of error correction is lowered.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、操舵角のゼロ点誤差を精度よく推定できるセンサ誤差補正装置を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to realize a sensor error correction device capable of accurately estimating a zero point error of a steering angle.
第1の態様に係るセンサ誤差補正装置は、走行時の車両の挙動を示す角速度を検出可能な慣性計測装置と、前記車両の前後速度を検出する車速検出部と、前記車両の操舵角を検出する操舵角検出部と、前記慣性計測装置が検出した前記角速度から算出した前記車両の姿勢角、前記操舵角検出部が検出した前記操舵角、及び前記車速検出部が検出した前後速度に基づいて算出した車体ヨーレート値と、前記慣性計測装置が検出した前記角速度に含まれる慣性計測ヨーレート値とを前記車両の挙動に応じて比較して前記操舵角検出部で検出する操舵角のゼロ点誤差を推定する誤差推定部と、を含んでいる。 The sensor error correction device according to the first aspect is an inertial measurement unit capable of detecting an angular velocity indicating the behavior of the vehicle during traveling, a vehicle speed detecting unit for detecting the front-rear speed of the vehicle, and a steering angle of the vehicle. Based on the steering angle detection unit, the attitude angle of the vehicle calculated from the angular velocity detected by the inertial measurement unit, the steering angle detected by the steering angle detection unit, and the front-rear speed detected by the vehicle speed detection unit. The calculated vehicle body yaw rate value and the inertial measurement yaw rate value included in the angular velocity detected by the inertial measurement unit are compared according to the behavior of the vehicle, and the zero point error of the steering angle detected by the steering angle detection unit is obtained. It includes an error estimation unit for estimation.
第1の態様では、車両の姿勢角、車両の操舵角、及び車両の前後速度に基づいて算出した車体ヨーレート値と、慣性計測装置が検出した慣性計測ヨーレート値とを比較することにより、車体ヨーレート値に含まれる操舵角のゼロ点誤差を推定する。 In the first aspect, the vehicle body yaw rate is calculated by comparing the vehicle body yaw rate value calculated based on the vehicle attitude angle, the vehicle steering angle, and the vehicle front-rear speed with the inertial measurement yaw rate value detected by the inertial measurement unit. Estimate the zero point error of the steering angle included in the value.
第2の態様は、第1の態様において、前記慣性計測装置は、誤差補正済みの慣性計測ヨーレート値を出力し、前記誤差推定部は、前記車体ヨーレート値と前記誤差補正済みの慣性計測ヨーレート値とを比較して前記操舵角のゼロ点誤差を推定する。 In the second aspect, in the first aspect, the inertial measurement unit outputs an error-corrected inertial measurement yaw rate value, and the error estimation unit outputs the error-corrected inertial measurement yaw rate value and the error-corrected inertial measurement yaw rate value. The zero point error of the steering angle is estimated by comparing with.
これにより、近年、精度が向上した慣性計測装置が出力した慣性計測ヨーレート値を、誤差補正済みの値として扱う。 As a result, the inertial measurement yaw rate value output by the inertial measurement unit with improved accuracy in recent years is treated as an error-corrected value.
第3の態様は、第1の態様又は第2の態様において、前記誤差推定部は、前記車両の挙動に係る前記車体ヨーレート値が基準値以下の場合に前記操舵角のゼロ点誤差を推定し、前記車体ヨーレート値が前記基準値を超える場合は前記操舵角のゼロ点誤差を推定しない。 In the third aspect, in the first aspect or the second aspect, the error estimation unit estimates the zero point error of the steering angle when the vehicle body yaw rate value related to the behavior of the vehicle is equal to or less than the reference value. If the vehicle body yaw rate value exceeds the reference value, the zero point error of the steering angle is not estimated.
これにより、ヨーレートに生じ得るスケールファクタ誤差の影響を抑制する This suppresses the effects of scale factor errors that can occur on the yaw rate.
第4の態様は、前記誤差推定部は、前記慣性計測装置が検出した前記角速度から算出した前記車両の姿勢角、前記操舵角検出部が検出した前記操舵角、及び前記車速検出部が検出した前後速度に基づいて推定した前記車両の横速度から前記車体ヨーレート値を算出する。 In the fourth aspect, the error estimation unit detects the attitude angle of the vehicle calculated from the angular velocity detected by the inertial measurement unit, the steering angle detected by the steering angle detection unit, and the vehicle speed detection unit. The vehicle body inertia rate value is calculated from the lateral speed of the vehicle estimated based on the front-rear speed.
これにより、車両の運動において車両の横速度と車体ヨーレート値とは密接不可分な関係にあることに基づいて、車両の横速度から車体ヨーレート値を算出することができる。 Thereby, the vehicle body yaw rate value can be calculated from the lateral speed of the vehicle based on the fact that the lateral speed of the vehicle and the vehicle body yaw rate value are inextricably linked in the movement of the vehicle.
第5の態様は、前記誤差推定部は、前記車体ヨーレート値、前記車両の横速度、及び前記操舵角検出部で検出する操舵角のゼロ点誤差を含む状態量の予測値を算出し、前記慣性計測装置が検出する慣性計測ヨーレート値の観測値に対する観測方程式を用いて、前記状態量の予測値から、前記慣性計測装置が検出した観測値の予測値を算出する事前推定部と、前記慣性計測装置が検出して出力した前記観測値と、前記事前推定部が算出した前記観測値の予測値との差分に基づいて、前記事前推定部によって算出した前記状態量の予測値を補正する状態推定部と、を含んでいる。 In a fifth aspect, the error estimation unit calculates a predicted value of a state quantity including the vehicle body yaw rate value, the lateral speed of the vehicle, and the zero point error of the steering angle detected by the steering angle detection unit. The pre-estimator that calculates the predicted value of the observed value detected by the inertial measuring device from the predicted value of the state quantity using the observation equation for the observed value of the inertial measurement yaw rate value detected by the inertial measuring device, and the inertia. Based on the difference between the observed value detected and output by the measuring device and the predicted value of the observed value calculated by the pre-estimated unit, the predicted value of the state quantity calculated by the pre-estimated unit is corrected. It includes a state estimation unit and a state estimation unit.
第6の態様は、前記事前推定部は、更に、前記慣性計測ヨーレート値が基準値以下の場合、又は前記前後速度が基準値を超える場合に、前記操舵角のゼロ点誤差を用いて表されるシステムノイズを小さくして前記状態量の共分散行列を更新し、前記慣性計測ヨーレート値が前記基準値を超える場合、又は前記前後速度が基準値以下の場合に、前記システムノイズを大きくして前記状態量の共分散行列を更新し、前記状態推定部は、前記慣性計測装置が検出して出力した前記観測値と、前記事前推定部が算出した前記観測値の予測値との差分、及び前記状態量の共分散行列に基づいて、前記事前推定部によって算出した前記状態量の予測値を補正する。 In the sixth aspect, the pre-estimation unit further uses the zero point error of the steering angle when the inertial measurement yaw rate value is equal to or less than the reference value or the front-rear speed exceeds the reference value. The system noise is reduced and the covariance matrix of the state quantity is updated, and the system noise is increased when the inertial measurement yaw rate value exceeds the reference value or when the front-rear velocity is equal to or less than the reference value. The covariance matrix of the state quantity is updated, and the state estimation unit detects and outputs the difference between the observed value detected and output by the inertial measurement unit and the predicted value of the observed value calculated by the pre-estimation unit. , And, based on the covariance matrix of the state quantity, the predicted value of the state quantity calculated by the pre-estimation unit is corrected.
本発明によれば、操舵角のゼロ点誤差を精度よく推定することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the zero point error of the steering angle can be estimated accurately.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態に係るセンサ誤差補正装置10は、演算装置14の演算に必要なデータ及び演算装置14による演算結果を記憶する記憶装置18と、車速センサ24が検出した車両前後速度、IMU26が検出した車両の姿勢角の角速度及び加速度、並びに操舵角センサ28が検出した車両の操舵角が入力される入力装置12と、入力装置12から入力された入力データ及び記憶装置18に記憶されたデータに基づいて車両位置の推定の演算を行なうコンピュータ等で構成された演算装置14と、演算装置14で演算された車両の位置等を表示するCRT又はLCD等で構成された表示装置16と、で構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the sensor
続いて、車両200の挙動に係る座標系を図2に示したように定義する。地球座標系204は地球平面を基準として重力加速度方向とzeとが平行で、yeが北方向を向いている座標系である。路面座標系206は、zrが車両200の重心を通り路面に垂直な方向に向き、xrは車両進行方向に向いている座標系である。車体座標系208は車体バネ上に固定された座標系で、zvは車体鉛直上方向、xvは車体進行方向を向いている。従って、車両200の前後方向は、車体座標系208のx軸に平行な方向となる。後述するように、本実施形態では、車体座標系208の基準点を車両200の重心ではなく、車両200の後輪の車軸の車幅方向の中心とする。また、本実施形態では、車体座標系208を使用し、地球座標系204は使用しない。
Subsequently, the coordinate system related to the behavior of the
また、オイラー姿勢角であるロール角φ、ピッチ角θ及びヨー角ψは、地球座標系204に対して、図2に示したように定義される。例えば、ロール角φはx軸まわりの回転角であり、ピッチ角θは、y軸まわりの回転角であり、ヨー角ψは、z軸まわりの回転角である。また、ロール角φ、ピッチ角θ及びヨー角ψの各々は、右ネジの方向(図2では、各々の矢印方向)の回転で正の値を示す。本実施形態では、便宜上、後述するヨー角偏差は基準座標系を路面座標系206とし、さらに、本来は地球座標系204に対して定義されるオイラー姿勢角を、車体座標系208に対して、ロール角φv、ピッチ角θv及びヨー角ψvと定義する。以後、単に、ロール角φ、ピッチ角θ及びヨー角ψと記した場合は、基本的に、車体座標系208に対して定義された姿勢角であるとする。
Further, the roll angle φ, the pitch angle θ, and the yaw angle ψ, which are Euler attitude angles, are defined as shown in FIG. 2 with respect to the
図3は、本実施形態における変数の一例を示した説明図である。本実施形態では、車両200の前後速度U、車両200の横速度V及び車両200の上下速度Wの各々を定義する。Uはx軸、Vはy軸及びWはz軸に各々平行する。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of variables in the present embodiment. In the present embodiment, each of the front-rear speed U of the
また、車両200のロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψに対応するIMU26の出力値は、角速度であるロールレートP、ピッチレートQ、ヨーレートRと定義する。
Further, the output values of the
従来はIMU26、ジャイロセンサ等の精度が不十分であったこともあり、ヨーレートRの推定にも車両運動モデルを活用していた。しかし近年、安価なIMU26に用いられるMEMSジャイロの精度が向上している。本実施形態では、IMU26が検出したヨーレートRsの値を誤差補正済みのヨーレートの値として使用する。
In the past, the accuracy of the IMU26, gyro sensor, etc. was insufficient, and the vehicle motion model was also used to estimate the yaw rate R. However, in recent years, the accuracy of the MEMS gyro used for the inexpensive IMU26 has been improved. In this embodiment, the yaw rate R s value detected by the
また、本実施形態では、IMU26が出力したロールレートP及びピッチレートQに基づいて、車両200のロール角φ及びピッチ角θの各々を検出し、後述する車両200の運動モデルに適用する。
Further, in the present embodiment, each of the roll angle φ and the pitch angle θ of the
以下に、操舵角センサ28のゼロ点誤差を推定する原理について説明する。
The principle of estimating the zero point error of the
まず、図4は、線形カルマンフィルタを用いたアルゴリズムの入出力関係の一例を示したブロック図である。線形カルマンフィルタには、操舵角センサ28が検出した操舵角、IMU26が検出したヨーレート、車速センサ24が検出した車速、並びにIMU26によって検出した車両200の姿勢角であるロール角及びピッチ角に基づいて、操舵角センサ28のゼロ点誤差を推定する。
First, FIG. 4 is a block diagram showing an example of the input / output relationship of an algorithm using a linear Kalman filter. The linear Kalman filter is based on the steering angle detected by the
本実施形態では、車両200のロール角φ及びピッチ角θが車両運動に及ぼす影響を加味した車両運動モデルに、操舵角センサ28が検出した操舵角、車速センサ24が検出した車速、並びに車両200の姿勢角の各々を適用して算出されたヨーレートの値と、IMU26で検出したヨーレートの値との比較に基づいて操舵角のゼロ点誤差を推定する。操舵角のゼロ点誤差推定は、車両200のヨーレートが小さい場合に行うことにより、IMU26で検出したヨーレート及び車両運動モデルで算出されたヨーレートの各々に生じ得るスケールファクタ誤差の影響を抑制する。
In the present embodiment, the steering angle detected by the
本実施形態における車両200のロール角φ及びピッチ角θが車両運動に及ぼす影響を加味した車両運動モデルは、座標原点を後輪車軸を中心とした2輪モデルの運動方程式を導出する。車両200の運動を考える場合、車両200の重心を中心とした運動が想定しやすい。従って、本実施形態では、最初に車両200の重心軸周りの運動を考え、次に車両200の後輪軸中心を基準とした運動に変換する。
In the vehicle motion model in which the influences of the roll angle φ and the pitch angle θ of the
路面姿勢角のロール角をφr、ピッチ角をθrとすると、横方向の運動方程式は、次式によって表される。
Assuming that the roll angle of the road surface attitude angle is φ r and the pitch angle is θ r , the equation of motion in the lateral direction is expressed by the following equation.
上記の中のFyはy軸方向に働く力であり、下記の式に示したように、前輪タイヤ横力Ffと後輪タイヤ横力Frとの和で表される。
F y in the above is a force acting in the y-axis direction, and is represented by the sum of the front tire lateral force F f and the rear tire lateral force F r as shown in the following equation.
そして、前輪タイヤ横力Ff及び後輪タイヤ横力Frは次式で表される。
The front tire lateral force F f and the rear tire lateral force F r are expressed by the following equations.
上記式に関連して、図5に示した車両200の重心CG周りの速度をvc=(Uc、Vc、Wc)、ヨーレートをRc、前輪実舵角をδw、重心CGから前輪車軸中心210までの距離をlf、重心CGから後輪車軸中心202までの距離をlr、前輪、後輪のコーナリングスティフネスを各々Kf、Kr、車両質量をmとした。
In relation to the above equation, the speed around the center of gravity CG of the
上記運動方程式のFyに前輪タイヤ横力Ff及び後輪タイヤ横力Frを代入して整理すると横速度Vc、ヨーレートRcの各々の運動方程式は下記のようになる。
Substituting the front wheel tire lateral force F f and the rear wheel tire lateral force F r into F y of the above equation of motion, the equations of motion for the lateral velocity V c and the yaw rate R c are as follows.
上記の横速度Vcに係る運動方程式の最後の重力加速度gに関する項は、路面姿勢角による重力の影響を表す項である。路面姿勢角によって発生した横速度の前後バランスによってヨーレートが発生するので、ヨーレートRcに係る運動方程式に重力加速度に関する項が含まれていなくても、ヨーレートRcには間接的に重力加速度が影響する。 The last term related to the gravitational acceleration g in the equation of motion related to the lateral velocity V c is a term expressing the influence of gravity due to the road surface attitude angle. Since the yaw rate is generated by the anteroposterior balance of the lateral velocity generated by the road surface attitude angle, the gravitational acceleration indirectly affects the yaw rate R c even if the equation of motion related to the yaw rate R c does not include the term related to the gravitational acceleration. do.
上記方程式を後輪車軸中心に変数変換をする上で3つの位置ベクトルを考える。地球座標系の原点から後輪車軸中心へのベクトルrew、地球座標系の原点から車両重心CGへのベクトルrec、車両重心CGから後輪車軸中心へのベクトルrcwを考えると、次式のような関係が成立する。
Consider three position vectors to transform the above equation into variables centered on the rear axle. Vector r ew to the rear wheel axle center from the origin of the earth coordinate system, the vector r ec from the origin of the earth coordinate system to the vehicle center of gravity CG, given the vector r cw to the rear wheel axle center from the center of gravity of the vehicle CG, the following equation The relationship like this is established.
上記式を時間微分すると、重心における回転角速度ωcと後軸中心での回転角速度ωvは同じであることから、dr/dt=δr/δt + ω × rの関係を用いて下記のように整理される。
When the above equation is time-differentiated, the rotational angular velocity ω c at the center of gravity and the rotational angular velocity ω v at the center of the rear axle are the same. Be organized.
図5に示したように、車両200の後輪車軸中心202の前後速度をUv、横速度をVvとすると、以上の式より、Uv=Uc及びVv=Vc -lrRvとなる。これを横方向の運動方程式に用いると次式が誘導される。本実施形態では、次式に基づいてカルマンフィルタを構成するための状態方程式を立式する。
As shown in FIG. 5, assuming that the front-rear speed of the rear
以下、本実施形態に係る状態方程式における状態量xを下記の通り定義する。
Hereinafter, the state quantity x in the equation of state according to the present embodiment is defined as follows.
状態量xに含まれるδeは、操舵角のゼロ点誤差である。さらに状態遷移方程式の入力を下記のように定義する。
Δ e included in the state quantity x is the zero point error of the steering angle. Furthermore, the input of the state transition equation is defined as follows.
車両200の車速である前後速度Uvと、車両200の姿勢角(ロール角φr及びピッチ角θr)とを入力することで、車両横速度Vv及びヨーレートRvについて車両運動モデルを線形化できる。本実施形態における状態方程式は下記のようになり、車両横速度VvとヨーレートRvとが密接不可分な関係にある。換言すれば、車両200の姿勢角、前輪実舵角δw、及び車両200の前後速度Uvに基づいて推定した車両200の横速度VvからヨーレートRvを算出することも可能である。
By inputting the front-rear speed U v, which is the vehicle speed of the
上記の状態方程式の各々に含まれる誤差vの各々を対角成分とした誤差共分散行列Qnが定義される。Qnの各要素は、状態量xの各要素のシステムノイズである。
An error covariance matrix Q n is defined in which each of the errors v included in each of the above equations of state is a diagonal component. Each element of Q n is the system noise of each element of the state quantity x.
状態量xのうち、操舵角のゼロ点誤差δeは、白色ノイズによって駆動されるランダムウォークモデルとする。 Of the state quantities x, the zero point error δ e of the steering angle is a random walk model driven by white noise.
状態方程式を線形モデルで記述する場合は、下記のようになる。A行列は、状態量に基づく遷移行列を表しており、B行列は、入力による状態遷移の影響を考慮する行列である。
When describing the equation of state with a linear model, it is as follows. The A matrix represents a transition matrix based on the state quantity, and the B matrix is a matrix that considers the influence of the state transition due to the input.
QnのノイズをヨーレートRvの大小で切り替えることにより、車両運動モデルのスケールファクタ誤差の影響を抑制できる。例えば、ヨーレートRvが基準値(一例として2deg/sec)以下の際にシステムノイズを抑制して操舵角のゼロ点誤差δeの推定を進める。逆に、ヨーレートRvが基準値を超える場合は、システムノイズを大きくして操舵角のゼロ点誤差δeの推定を進めないようにする。更に、Qnのノイズを車両200の前後速度Uvの大小で切り替えてもよい。具体的には、車両200の前後速度Uvが低い領域では、システムノイズを大きくして操舵角のゼロ点誤差δeの推定を進めないようにし、前後速度Uvが高い領域では、システムノイズを小さくして操舵角のゼロ点誤差δeの推定を進めるようにしてもよい。操舵角のゼロ点誤差δeの推定を行うか否かの、ヨーレートRvの基準値、及び前後速度Uvの基準値は、車両200の実車試験等を通じて具体的に決定する。
By switching the noise of Q n depending on the magnitude of the yaw rate R v , the influence of the scale factor error of the vehicle motion model can be suppressed. For example, when the yaw rate R v is equal to or less than the reference value (2 deg / sec as an example), the system noise is suppressed and the zero point error δ e of the steering angle is estimated. On the contrary, when the yaw rate R v exceeds the reference value, the system noise is increased so that the estimation of the zero point error δ e of the steering angle cannot be advanced. Further, the noise of Q n may be switched depending on the magnitude of the front-rear speed U v of the
次にIMU26による観測変数(観測量)を下記のように定義する。観測量は、IMU26が検出するヨーレートRsのみである。
Next, the observables (observables) by IMU26 are defined as follows. The observable is only the yaw rate R s detected by IMU26.
y=Cxを満たす観測方程式Cxは、下記の式のように、状態量(右辺)と観測量(左辺)との対応を定義したものである。本実施形態では、観測量は、IMU26が検出するヨーレートRsのみなので、観測方程式は下記のようになり、状態量と観測量との関係を表すC行列は1変数のみで構成される。
The observation equation Cx satisfying y = Cx defines the correspondence between the state quantity (right side) and the observation quantity (left side) as shown in the following equation. In this embodiment, since the observable is only the yaw rate R s detected by the
上記式中のwRsは観測ノイズである。従って、観測方程式の誤差共分散行列は下記のように定義される。
W Rs in the above equation is the observed noise. Therefore, the error covariance matrix of the observation equation is defined as follows.
以下、線形カルマンフィルタの演算方法について説明する。線形カルマンフィルタは、状態方程式に基づいて状態量を更新する予測ステップと、状態量の事前予測値に対応する観測量と、実際に観測された観測量との差を比較し、状態量の予測値を補正する処理を行うフィルタリングステップとによって構成されている。 Hereinafter, the calculation method of the linear Kalman filter will be described. The linear Kalman filter compares the difference between the predicted step of updating the state quantity based on the state equation, the observed amount corresponding to the pre-predicted value of the state quantity, and the actually observed observed quantity, and the predicted value of the state quantity. It is composed of a filtering step that performs a process of correcting the above.
下記の式(1)、(2)に示したように、予測ステップでは、時刻k−1における状態量xk-1と状態量xk-1の共分散行列Pk-1との各々を、時刻kにおける状態量xkと状態量xkの共分散行列Pkとに各々更新する。式(1)中のukは、時刻kにおける状態遷移方程式の入力であり、車速センサ24で検出した車両200の前後速度Uv、操舵角センサ28で検出した前輪実舵角δw、並びにIMU26によって検出した車両200のロール角φr及びピッチ角θrである。
As shown in the following equations (1) and (2), in the prediction step, each of the state quantity x k-1 at the time k-1 and the covariance matrix P k-1 of the state quantity x k-1 is set. , The state quantity x k at time k and the covariance matrix P k of the state quantity x k are updated respectively. U k in the equation (1) is an input of the state transition equation at time k, and is the front-rear speed U v of the
フィルタリングステップでは、上述の状態方程式、共分散行列、C行列、及び観測ノイズによってカルマンゲインKkが、下記の式(3)のように定義される。
In the filtering step, the Kalman gain K k is defined by the above-mentioned state equation, covariance matrix, C matrix, and observed noise as in the following equation (3).
上記のカルマンゲインKkを用いて、観測量yと状態量xの推定値とを重み付けする処理を次の式(4)、(5)のように行う。観測量yは、IMU26で検出したヨーレートRsのみを含むので、式(4)を用いた処理により、車両200のロール角φr及びピッチ角θrが車両運動に及ぼす影響を加味した車両運動モデルに基づいて算出されたヨーレートRvの値と、IMU26で検出したヨーレートRsの値とが比較される。
Using the above Kalman gain K k , the process of weighting the observed quantity y and the estimated value of the state quantity x is performed as in the following equations (4) and (5). Since the observed amount y includes only the yaw rate R s detected by the
以上の式(1)〜(5)で示した処理を、各タイムステップごとに繰り返すことにより、操舵角のゼロ点誤差δeを推定する。操舵角のゼロ点誤差δeは、式(1)〜(5)で示した逐次処理により値が更新される。 By repeating the processes represented by the above equations (1) to (5) for each time step, the zero point error δ e of the steering angle is estimated. The value of the zero point error δ e of the steering angle is updated by the sequential processing represented by the equations (1) to (5).
本実施形態では、上記の逐次処理を、IMU26で検出したヨーレートRsの値が所定の基準値以下の場合にシステムノイズを小さくして行い、IMU26で検出したヨーレートRsの値が所定の基準値を超える場合にシステムノイズを大きくして行う。上述のように、ヨーレートRsには、ゼロ点誤差δeに起因する誤差に加えてスケールファクタ誤差が含まれる。スケールファクタ誤差はヨーレートRsに一定割合で誤差が付加されてしまうため、ヨーレートRsが小さい場合よりも大きい場合の方が影響が大きくなるという特徴を有する。本実施形態では、スケールファクタの影響が小さい、ヨーレートRsの小さい領域でのみ操舵角のゼロ点誤差δeの推定を行うことにより、ゼロ点誤差δeの推定精度を向上させることができる。 In the present embodiment, the sequential processing described above, the value of the detected yaw rate R s is performed by reducing the system noise if less than a predetermined reference value in IMU26 value predetermined reference yaw rate R s detected by IMU26 If the value is exceeded, increase the system noise. As described above, the yaw rate R s includes a scale factor error in addition to the error due to the zero point error δ e. Since the scale factor error is added to the yaw rate R s at a constant rate, it has a feature that the influence is larger when the yaw rate R s is larger than when it is small. In the present embodiment, the estimation accuracy of the zero point error δ e can be improved by estimating the zero point error δ e of the steering angle only in the region where the influence of the scale factor is small and the yaw rate R s is small.
以上説明した原理に従って、本実施の形態に係る演算装置14は、上記(1)式に従って車体ヨーレート値、前記車両の横速度、及び操舵角センサ28で検出する操舵角のゼロ点誤差を含む状態量の予測値を算出し、IMU26が検出する慣性計測ヨーレート値の観測値に対する観測方程式を用いて、状態量の予測値から、IMU26が検出した観測値の予測値を算出する事前推定部と、IMU26が検出して出力した観測値と、事前推定部が算出した観測値の予測値との差分に基づいて、上記(4)式に従って、事前推定部によって算出した状態量の予測値を補正する状態推定部と、を含む。
According to the principle described above, the
事前推定部は、更に、慣性計測ヨーレート値が基準値以下の場合、又は前後速度が基準値を超える場合に、操舵角のゼロ点誤差を用いて表されるシステムノイズを小さくして状態量の共分散行列を更新し、慣性計測ヨーレート値が基準値を超える場合、又は前後速度が基準値以下の場合に、システムノイズを大きくして状態量の共分散行列を更新する。 The pre-estimation unit further reduces the system noise expressed by using the zero point error of the steering angle when the inertial measurement yaw rate value is less than or equal to the reference value or when the front-rear speed exceeds the reference value. The covariance matrix is updated, and when the inertial measurement yaw rate value exceeds the reference value or the front-rear velocity is less than the reference value, the system noise is increased and the state quantity covariance matrix is updated.
また、状態推定部は、IMU26が検出して出力した観測値と、事前推定部が算出した観測値の予測値との差分、及び状態量の共分散行列に基づいて、事前推定部によって算出した状態量の予測値を補正する。 Further, the state estimation unit was calculated by the pre-estimation unit based on the difference between the observed value detected and output by the IMU26 and the predicted value of the observed value calculated by the pre-estimation unit, and the covariance matrix of the state quantity. Correct the predicted value of the state quantity.
また、演算装置14は、操舵角センサ28で検出した前輪実舵角δwからゼロ点誤差δeを除去することにより得た精度の高い操舵角δrを用いて、車両200の位置推定を行い、推定結果を必要に応じて表示装置16に表示すると共に、車両200の自動運転の制御に資する。
Further, the
以上説明したように、本実施形態に係るセンサ誤差補正装置10によれば、前述の車両運動モデルに基づいて算出した精度の高い操舵角と、車両200の前後速度とを用いたヨーレートの算出が可能であり、算出したヨーレートの値と、IMU26で検出したヨーレートの値とを比較することにより、操舵角のゼロ点誤差を精度よく推定できる。
As described above, according to the sensor
自動運転等の先進安全機能では、路面傾斜による微小な影響を考慮した精度のよい制御をする必要があるが、本実施形態は、車両運動モデルに基づいた推定により、路面傾斜による操舵角への微小な影響も考慮した制御が可能になる。 In advanced safety functions such as automatic driving, it is necessary to perform accurate control in consideration of the minute influence of the road surface inclination, but in this embodiment, the steering angle due to the road surface inclination is determined by estimation based on the vehicle motion model. Control that takes into account even minute effects becomes possible.
精度のよい操舵角のゼロ点補正によって、例えばより追従性のよいレーンキープ制御が可能になり、操舵角を利用した自律航法アルゴリズムの精度を向上できる。 By correcting the zero point of the steering angle with high accuracy, for example, lane keep control with better followability becomes possible, and the accuracy of the autonomous navigation algorithm using the steering angle can be improved.
本実施形態は、IMU26の出力値を用いて車体姿勢角を算出したが、これに限定されない。例えば、地磁気センサ又はGPS等を用いて車体姿勢角を算出してもよい。IMU26、地磁気センサ及びGPS等は汎用的なセンサなので、本実施形態に係るセンサ誤差補正装置10は、多様な量産車両に幅広く搭載することができる。
In this embodiment, the vehicle body posture angle is calculated using the output value of the
10 センサ誤差補正装置
12 入力装置
14 演算装置
16 表示装置
18 記憶装置
24 車速センサ
26 IMU
28 操舵角センサ
200 車両
10 Sensor
28
Claims (6)
前記車両の前後速度を検出する車速検出部と、
前記車両の操舵角を検出する操舵角検出部と、
前記慣性計測装置が検出した前記角速度から算出した前記車両の姿勢角、前記操舵角検出部が検出した前記操舵角、及び前記車速検出部が検出した前後速度に基づいて算出した車体ヨーレート値と、前記慣性計測装置が検出した前記角速度に含まれる慣性計測ヨーレート値とを前記車両の挙動に応じて比較して前記操舵角検出部で検出する操舵角のゼロ点誤差を推定する誤差推定部と、
を含むセンサ誤差補正装置。 An inertial measurement unit that can detect the angular velocity including the yaw rate of the vehicle while driving,
A vehicle speed detection unit that detects the front-rear speed of the vehicle and
A steering angle detection unit that detects the steering angle of the vehicle, and
The vehicle body attitude angle calculated from the angular velocity detected by the inertial measurement unit, the steering angle detected by the steering angle detection unit, and the vehicle body yaw rate value calculated based on the front-rear speed detected by the vehicle speed detection unit. An error estimation unit that estimates the zero point error of the steering angle detected by the steering angle detection unit by comparing the inertial measurement yaw rate value included in the angular velocity detected by the inertial measurement unit according to the behavior of the vehicle.
Sensor error correction device including.
前記誤差推定部は、前記慣性計測装置が検出した前記角速度から算出した前記車両の姿勢角、前記操舵角検出部が検出した前記操舵角、及び前記車速検出部が検出した前後速度に基づいて算出した車体ヨーレート値から、誤差補正済みの慣性計測ヨーレート値を算出し、前記慣性計測装置が検出した前記慣性計測ヨーレート値と前記誤差補正済みの慣性計測ヨーレート値とを比較して前記操舵角のゼロ点誤差を推定する請求項1に記載のセンサ誤差補正装置。 The inertial measurement unit outputs
The error estimation unit is calculated based on the attitude angle of the vehicle calculated from the angular velocity detected by the inertial measurement unit, the steering angle detected by the steering angle detection unit, and the front-rear speed detected by the vehicle speed detection unit. An error-corrected inertial measurement yaw rate value is calculated from the vehicle body yaw rate value, and the inertial measurement yaw rate value detected by the inertial measurement unit is compared with the error-corrected inertial measurement yaw rate value to achieve zero steering angle. The sensor error correction device according to claim 1, wherein the point error is estimated.
前記車体ヨーレート値、前記車両の横速度、及び前記操舵角検出部で検出する操舵角のゼロ点誤差を含む状態量の予測値を算出し、前記慣性計測装置が検出する慣性計測ヨーレート値の観測値に対する観測方程式を用いて、前記状態量の予測値から、前記慣性計測装置が検出した観測値の予測値を算出する事前推定部と、
前記慣性計測装置が検出して出力した前記観測値と、前記事前推定部が算出した前記観測値の予測値との差分に基づいて、前記事前推定部によって算出した前記状態量の予測値を補正する状態推定部と、
を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載のセンサ誤差補正装置。 The error estimation unit
The predicted value of the state quantity including the vehicle body yaw rate value, the lateral speed of the vehicle, and the zero point error of the steering angle detected by the steering angle detection unit is calculated, and the inertial measurement yaw rate value detected by the inertial measurement unit is observed. A pre-estimation unit that calculates the predicted value of the observed value detected by the inertial measurement unit from the predicted value of the state quantity using the observation equation for the value.
The predicted value of the state quantity calculated by the pre-estimating unit based on the difference between the observed value detected and output by the inertial measurement unit and the predicted value of the observed value calculated by the pre-estimating unit. The state estimation unit that corrects
The sensor error correction device according to any one of claims 1 to 4.
前記慣性計測ヨーレート値が前記基準値を超える場合、又は前記前後速度が基準値以下の場合に、前記システムノイズを大きくして前記状態量の共分散行列を更新し、
前記状態推定部は、前記慣性計測装置が検出して出力した前記観測値と、前記事前推定部が算出した前記観測値の予測値との差分、及び前記状態量の共分散行列に基づいて、前記事前推定部によって算出した前記状態量の予測値を補正する請求項5に記載のセンサ誤差補正装置。
The pre-estimation unit further reduces the system noise expressed by using the zero point error of the steering angle when the inertial measurement yaw rate value is equal to or less than the reference value or the front-rear speed exceeds the reference value. Then, the covariance matrix of the state quantity is updated.
When the inertial measurement yaw rate value exceeds the reference value, or when the front-rear velocity is equal to or less than the reference value, the system noise is increased to update the covariance matrix of the state quantity.
The state estimation unit is based on the difference between the observed value detected and output by the inertial measurement unit and the predicted value of the observed value calculated by the pre-estimating unit, and the covariance matrix of the state quantity. The sensor error correction device according to claim 5, wherein the predicted value of the state quantity calculated by the pre-estimation unit is corrected.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020044631A JP7360976B2 (en) | 2020-03-13 | 2020-03-13 | Sensor error correction device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020044631A JP7360976B2 (en) | 2020-03-13 | 2020-03-13 | Sensor error correction device |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021142969A true JP2021142969A (en) | 2021-09-24 |
JP2021142969A5 JP2021142969A5 (en) | 2021-12-16 |
JP7360976B2 JP7360976B2 (en) | 2023-10-13 |
Family
ID=77766931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020044631A Active JP7360976B2 (en) | 2020-03-13 | 2020-03-13 | Sensor error correction device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7360976B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7332005B1 (en) | 2022-08-25 | 2023-08-23 | いすゞ自動車株式会社 | Control device and control method |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4140409B2 (en) | 2003-03-14 | 2008-08-27 | 株式会社アドヴィックス | Vehicle steering angle detection device |
JP2009143427A (en) | 2007-12-14 | 2009-07-02 | Toyota Motor Corp | Steering device |
-
2020
- 2020-03-13 JP JP2020044631A patent/JP7360976B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7332005B1 (en) | 2022-08-25 | 2023-08-23 | いすゞ自動車株式会社 | Control device and control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7360976B2 (en) | 2023-10-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2077432B1 (en) | Moving object with tilt angle estimating mechanism | |
JP4655004B2 (en) | Vehicle physical quantity estimation device and program | |
JP7036080B2 (en) | Inertial navigation system | |
US9630672B2 (en) | Roll angle estimation device and transport equipment | |
JP5029442B2 (en) | Vehicle attitude angle estimation device and program | |
US10429207B2 (en) | Pitch angular velocity correction value calculation device, attitude angle calculation device, and method for calculating pitch angular velocity correction value | |
CN109677415B (en) | Apparatus and method for estimating radius of curvature of vehicle | |
JP4861813B2 (en) | Vehicle physical quantity estimation device and program | |
JP2019189121A (en) | Vehicle state estimation device | |
JP5251177B2 (en) | Vehicle running state estimation device | |
JP7360976B2 (en) | Sensor error correction device | |
JP6939759B2 (en) | Vehicle condition estimation device | |
JP7206883B2 (en) | Yaw rate corrector | |
JP5091047B2 (en) | Vehicle attitude angle estimation device and sensor drift estimation device | |
US20220212742A1 (en) | Body posture detection device and straddle type vehicle | |
JP7234617B2 (en) | Body attitude angle estimation device | |
JP6981459B2 (en) | Sensor error correction device | |
JP2014108728A (en) | Vehicle body sideslip angle estimation device | |
JP7028223B2 (en) | Self-position estimator | |
CN111284496B (en) | Lane tracking method and system for autonomous vehicle | |
CN112577513A (en) | State quantity error determination method and vehicle-mounted terminal | |
JP2020080743A (en) | Vehicular posture estimation device | |
JP7206875B2 (en) | Vehicle lateral speed estimator | |
CN113030504B (en) | Vehicle speed measuring method and device, vehicle-mounted computer equipment and storage medium | |
JP7238490B2 (en) | Sensor error correction device and sensor error correction program |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211104 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230126 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230727 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230905 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20231002 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7360976 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |