JP3581392B2 - Integral sensing device - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両のナビゲーションに係わる物理量の微分値を計測し、それを積分することにより、当該物理量を算出する、車両搭載型の積分型センシング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
車両のナビゲーションに係わる物理量を計測する際に、その物理量の微分値を計測し、それを積分することにより、その物理量を算出する積分型センシング装置は、車載用ナビゲーションに利用されている。
【0003】
以下、車載用のナビゲーション装置に備えられた積分型センシング装置の従来技術の説明を行う。
【0004】
従来から道路交通網の任意の個所を走行している車両の位置を検出する方式としては、距離センサと、方位センサと、これら両センサからの出力信号に必要な処理を施す処理装置とを具備し、車両の走行に伴って生ずる距離変化量および方位変化量を積算しながら、車両の現在位置データを得る推測航法が利用されている。しかし、距離センサおよび方位センサが必然的に有している誤差が、走行距離に伴って累積され、得られる現在位置データに含まれる誤差も累積されてしまうという問題がある。
【0005】
特に、方位センサにおいては、従来、車両の絶対方位を検出することのできる地磁気センサと、車両の相対的方位変化を検出することのできるジャイロセンサとを組み合わせて用いることにより、車両の走行方位を検出している。しかし、各々センサ特有の誤差特性を持っている。
【0006】
例えば、地磁気センサは、高圧線やビルディング等の影響により磁場環境の悪い場所において短期的なノイズが発生するが、長期的には正しい方位を出力する。一方、ジャイロセンサは、磁場環境の影響は全く受けず、短期的には正しい相対的方位変化を出力するが、長期的にはドリフト(角速度バイアスの変動)の影響により時間の経過とともに方位誤差が累積する。
【0007】
このような問題点を解決する一方法として、特開昭61−258112号公報に示されているセンサ信号をフィルタリングする方法がある。
【0008】
この方法は、図2に示される積分型センシング装置を用いるものである。この例において、差動走行距離計20は、左右の車輪の回転差から車両回転角を検出するセンサであり、ジャイロセンサと同様な誤差特性を持っている。コンパス等の地磁気センサ22は代表的な絶対方位センサであり、地図センサ(マップ)21は車両に搭載されたディジタル道路データベースであり、現在位置が道路上に特定されている場合、センサ同様、道路方位を車両方位として、出力することができる。
【0009】
地磁気センサ22または地図センサ21からの方位と、差動走行距離計20からの方位との差を減算器25でとる。その値にローパスフィルタ24をかけて、地磁気センサ22等(コンパス)に含まれる高周波ノイズを除去する。その信号を、減算器26で、差動走行距離計20の出力から差し引くことにより、差動走行距離計20等(ジャイロセンサ)に含まれるバイアス誤差を取り除く。従って、最終的に出力される方位信号は、各々のセンサの誤差成分を補正した信号が出力される。
【0010】
また、同様のフィルタリング方式で、カルマンフィルタを適用した特開平3−188316号公報の例もある。
【0011】
また、別の解決法として、車両が道路上を走行することを前提として、上記推測航法に基づいて得られた現在位置データと、予めメモリに格納されている道路交通網データとを比較するものもある。この比較データから、現在位置データの道路からのずれ量を累積誤差として算出し、上記現在位置データに対して累積誤差分の補正を行い、現在位置データを道路データに一致させるようにした、例えば、特開昭63−148115号公報に示されるような、地図マッチング方式がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例のような、車両のナビゲーションに係わる物理量の微分値を計測し、それを積分することにより、その物理量を算出する積分型センシング装置の場合、微分値に含まれる誤差は、積分操作により累積される。したがって、たとえ、その誤差が微量であっても、多大な誤差を引き起こす可能性がある。
【0013】
その上、車載用ナビゲーション装置に含まれるフィルタリング方式の積分型センシング装置においては、例えば、高速道路等の連続した構造物の上を走行する場合などは、地磁気センサ出力にも定常的な誤差が発生するため、それに基づいてジャイロセンサのバイアスを精度良く補正することは困難となる。また、地図マッチング方式においては、ドライバに示す最終的な表示を修正するに過ぎず、センサ誤差発生の根本的解決にはならない。
【0014】
例えば、方位センサにジャイロなどの角速度を計測するレートセンサを用いる場合、計測角速度にバイアス誤差が含まれてくると、角度誤差は時間とともに増大する。これは最終的な角度表示を修正しても、その後、また、同様な誤差が発生してしまう。
【0015】
また、例えば、距離センサに車輪の回転数を周期的に計測する車速センサを用いる場合、タイヤの空気圧変化などにより、車輪の回転数から車速を算出するスケールファクタが変化し、距離誤差が走行距離の増加とともに増大する。これも上記地図マッチング方式により位置が修正された場合でも、その後、また、すぐに同様な誤差が発生してしまう。
【0016】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、車両のナビゲーションに係わる物理量の微分値計測において、その物理量の積分誤差をできる限り減少させることができる、積分型センシング装置を提供することを目的としている。
【0017】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、車両に搭載される積分型センシング装置において、車両のナビゲーションに係わる一つの物理量を、それぞれ、独立して得る第1の手段および第2の手段と、第1および第2の手段により得られた当該物理量の各々の値の差から第1の手段で発生する誤差を推定する誤差推定手段とを有し、第1の手段は、当該物理量の時間変化率である微分量を検出するセンサを含む第1のセンサ部と、検出された微分量を誤差推定手段において推定された誤差により補正する誤差補正手段と、補正された微分量を時間で積分することにより当該物理量を得る積分手段とを有し、誤差推定手段は、第1および第2の手段により得られた当該物理量の各々の値の差を算出する減算部と、算出された差の変化率を演算により得る変化率算出手段と、算出された変化率から第1の手段で検出された微分量の推定誤差を得る推定誤差算出手段とを有すること、を特徴とする積分型センシング装置により達成される。
【0018】
上記目的は、また、車両に搭載される積分型センシング装置において、車両のナビゲーションに係わる一つの物理量を、それぞれ、独立して得る第1の手段および第2の手段と、第1および第2の手段により得られた当該物理量の誤差成分を取得する誤差測定手段と、取得された誤差成分から、カルマンフィルタゲインを算出するフィルタゲイン算出手段と、第1および第2の手段の出力に、算出されたカルマンフィルタゲインに基づいた重み付け処理をすることにより、当該物理量を推定する所要物理量推定手段とを有し、第1の手段は、当該物理量の時間変化率である微分量を検出するセンサを含む第1のセンサ部と、検出された微分量を時間で積分することにより、当該物理量を得る積分手段とを有し、誤差測定手段は、第1および第2の手段により得られた当該物理量の各々の値の差を算出する減算部と、算出された差の変化率を演算により得る変化率算出手段と、得られた変化率から第1および第2の手段における誤差成分を得る誤差取得手段とを有すること、を特徴とする積分型センシング装置により達成される。
【0019】
上記目的は、また、車両に搭載される積分型センシング装置において、車両のナビゲーションに係わる一つの物理量を得る第1の手段と、当該物理量、および、その時間変化率である微分量のうち、少なくとも一方を得る第2の手段と、第1および第2の手段により得られた値に基づいて、第1の手段で発生する誤差を推定する誤差推定手段とを有し、第1の手段は、当該物理量の時間変化率である微分量の、時間変化率である第2次微分量を検出するセンサを含む第1のセンサ部と、第1のセンサ部から出力される第2次微分量を積分することで当該微分量を得る第1の積分手段と、第1の積分手段から出力される当該微分量を積分して、当該物理量を出力する第2の積分手段と、第1のセンサ部と第1の積分手段との間、および、第1の積分手段と第2の積分手段との間のうち、少なくも一方に設けられ、前段側から入力される量を、誤差推定手段において推定された誤差により補正して、後段側へ出力する誤差補正手段とを有することを特徴とする積分型センシング装置により達成される。
【0020】
【作用】
本発明による積分型センシング装置であれば、車両のナビゲーションに係る一つの物理量が、それぞれ独立した第1および第2の手段により各々測定され、それらの値に基づいて、第1の手段で発生する誤差が、誤差推定手段により推定される。
【0021】
第1の手段では、第1のセンサ部に含まれるセンサが、当該物理量の時間変化率である微分量を検出して、誤差補正手段が当該微分量を、誤差推定手段により推定された誤差により補正して、積分手段が、補正された当該微分量を時間で積分して、当該物理量を求める。さらに、誤差補正手段では、減算部が、第1および第2の手段より得られた当該物理量の各々の測定値の差を算出して、変化率算出手段が、算出された差の変化率を得て、推定誤差算出手段が、その変化率から第1の手段で検出された微分量の推定誤差を得る。
【0022】
また、本発明の積分型センシング装置において、第1および第2の手段は、それぞれ独立して、車両のナビゲーションに係わる一つの物理量を得て、誤差測定手段は、第1および第2の手段により得られた当該物理量の誤差成分を取得する。これら取得された誤差成分から、フィルタゲイン算出手段がカルマンフィルタゲインを算出して、所要物理量推定手段が、第1および第2の手段の出力に、算出されたカルマンフィルタゲインに基づいた重み付け処理をすることにより、当該物理量を推定する。ここで、第1の手段は、上記と同じ作用を有する。
【0023】
本発明によれば、例えば、車両のナビゲーションに係る物理量の差の変化率を時間変化率とした場合、その時間変化率により計測微分量のバイアス誤差が推定可能である。すなわち、当該物理量の差の時間に対する変化を回帰直線にて表した場合、前記回帰直線の一定の傾きを、第1の手段における計測微分量の一定バイアス誤差と見ることができる。
【0024】
具体的には、当該物理量を車両の走行方位角、第1の手段を車体に固定したジャイロセンサによる走行方位検出手段として、さらに、第2の手段を、車両に搭載された道路地図メモリに記憶され、それに対応する道路方位角を走行方位角として検出する方位検出手段、GPS衛星信号を基に地球上の絶対方位を検出するGPS装置による方位検出手段、および、地球磁場を検出する地磁気センサによる方位検出手段のうち、いずれか一つとした場合、本発明によれば、走行方位角の角速度におけるバイアス誤差を算出でき、その誤差を補正した精度の高い走行方位角を求めることができる。
【0025】
また、例えば、当該物理量を車両の走行距離、第1の手段を車輪の回転数を周期的に計測する走行距離検出手段として、さらに、第2の手段を、車両に搭載された道路地図メモリに記憶された対応する道路長を走行距離として検出する走行距離手段、および、GPS衛星信号を基にした走行距離検出手段のうち、いずれか一つとした場合、本発明によれば、第1の手段と第2の手段とにより得られた各々の当該物理量の差の走行距離による変化率から、第1の手段における計測微分量のスケールファクタ誤差を算出して、このスケールファクタ誤差に基づき、第1の手段における計測微分量を補正することが可能である。
【0026】
また、例えば、当該物理量を車両の走行速度、第1の手段を車体に固定した加速度センサによる走行速度検出手段として、さらに、第2の手段を、車輪の回転数を周期的に計測する走行速度検出手段とした場合でも、上記と全く同様の精度改善が達成可能である。
【0027】
【実施例】
以下、本発明を適用した積分型センシング装置の実施例を、図面を用いて説明する。
【0028】
本発明による車両搭載用の積分型センシング装置を備えたナビゲーション装置を、第1の実施例として説明する。本実施例におけるハードウエア構成の一実施例を図11に示す。
【0029】
本実施例のナビゲーション装置は、図11に示すように、センサとして、車両の車輪の回転数に比例したパルス信号を出力する、光電式または電磁式等のセンサからなる、車両の走行距離に応じた信号を発生する距離センサ601と、車両の進行方位に応じた絶対方位の信号を出力する地磁気センサ602と、車両の走行方位に応じて、その方位または方位変化量に比例した信号を出力するレート式のジャイロセンサ603とを有する。
【0030】
本実施例は、さらに、センサとして、GPS衛星からのGPS信号を受信するGPS装置606と、現在位置が道路上に特定されている場合、センサ同様に、道路方位または走行距離を車両方位として出力する、いわゆる、地図センサ607と、ディジタル道路データを含む地図データを記憶する、地図データ記憶装置610とを有する。
【0031】
地図センサ607は、地図データ記憶装置610からの道路データ、および、すでに決定された車両位置から、道路の方位を算出する地図演算部611を有する。
【0032】
本実施例は、さらに、上記センサからの信号を受信することにより、車両の現在位置を算出して、その車両位置と、その位置を含む領域の地図データとを出力するコントローラ604と、コントローラ604から出力された地図データ上に、同じく出力された車両位置を表示する表示装置605と、コントローラ604の各種設定を行なう入力装置608とを有する。ここで、コントローラ604は、例えば、CPU、ROM/RAM、および、入力出力手段から構成されるものである。
【0033】
表示装置605は、コントローラ604によって求められた刻刻変化する二次元座標上の位置データに基づいて車両の現在地を刻刻更新表示させるもので、C.T表示装置や、液晶表示装置等が用いられる。
【0034】
本実施例では、走行方位の検出に、本発明の積分型センシング装置を適用した例を示す。ここで、積分型センシング装置は、図1に示されるように、上記図11に示された、本実施例のナビゲーション装置に含まれる複数のセンサの一部と、コントローラ604の一部機能とから構成される。
【0035】
ここで、本発明の積分型センシング装置は、以下に示される例に限定されるものではなく、例えば、本願と同じ発明者により出願された、特願平5−17421号記載の積分型センシング装置を、車両のナビゲーションに対して適用したものを用いることができる。
【0036】
本実施例の積分型センシング装置は、取得しようとする物理量である走行方位44の微分量である角速度を検出して、積分する第1の手段1と、走行方位を直接または間接的に取得する第2の手段2と、第1および第2の手段から取得される走行方位の値の差を計算する減算器3と、減算器3からの出力の時間変化率を算出して、推定誤差を算出して、第1の手段1へフィードバックするバイアス誤差推定部42とを有する。
【0037】
第1の手段1は、走行方位44の微分量である角速度を計測するジャイロセンサ603と、計測された角速度の誤差補正を行なうバイアス誤差補正手段41と、補正された角速度を時間積分することにより、車両の走行方位44を算出する時間積分手段8とを有する。
【0038】
第2の手段2は、センサとして、すでに決定された車両位置から走行方位を算出する地図センサ607と、地磁気センサ602と、GPS信号を基に地球上の絶対位置及び絶対方位を検出するGPS装置606とを有する。ここで、これらのセンサ607、602および606は、このセンシング装置専用である必要はない。センサの出力信号は、このセンシング装置で決定する物理量、つまり、走行方位44以外の決定にも使用することができる。
【0039】
第2の手段は、さらに、これらセンサの組み合わせのうち、外部から入力されるセレクタ制御信号27を受け入れ、状況に応じて最も精度の高いセンサからの出力信号を選択して、走行方位を出力するセレクタ装置(SEL)23を有している。
【0040】
セレクタ装置23は、例えば、地図センサ607、地磁気センサ602、および、GPS装置606の各々の出力信号が一時記憶されているメモリ先を示すアドレスの中から、セレクタ制御信号27に応じて、一つを選択するアドレスセレクタである。セレクタ制御信号27は、例えば、上記各々のセンサの信頼性を評価し、その結果最も信頼できるセンサとして選択されたセンサを示すフラグ信号である。
【0041】
バイアス誤差推定手段42は、第2の手段2の方位出力を基準にして、第1の手段1から出力される方位の時間変化を算出する、時間変化率算出手段43を有する。
【0042】
ここで、上記で説明した本実施例の構成において、センサ603、607、602、606以外の各手段は、コントローラ604の一部機能として達成されるものである。
【0043】
本実施例のナビゲーション装置における全体作用の概略を、最初に説明する。
【0044】
本実施例において、コントローラ604は、距離センサ601からのパルス信号数をカウントして、車両の走行距離を検出するとともに、地磁気センサ602及びジャイロセンサ603から出力される方位信号等によって、車両の走行方位を検出する。さらに、コントローラ604は、それらの検出結果に応じて、車両の単位走行距離毎の二次元座標上の位置を演算によって求め、その結果を表示装置605へ出力するものである。
【0045】
本実施例では、積分型センシング装置により車両の走行方位を検出している。
【0046】
すなわち、当該センシング装置において、第1の手段1では、ジャイロセンサ603が車両の角速度を計測して、時間積分手段8が、当該角速度を時間積分することにより、車両の走行方位を算出する。一方、第2の手段2では、地図センサ607と、地磁気センサ602と、GPS装置606との3つを組み合わせ、セレクタ装置23が、外部から入力されるセレクタ制御信号27受け入れ、車両の走行状況に応じて、最も精度が高いセンサから出力を選択して、走行方位として、減算器3へ出力する。
【0047】
減算器3は、第2の手段2の方位出力を基準にして、ジャイロセンサ603出力による方位の差を算出する。バイアス誤差推定手段42は、減算器3から出力される信号における、時間変化を時間変化率算出手段43において算出する。ここで、この時間変化率は、後述する回帰分析等の統計処理により算出される。バイアス誤差推定手段42は、この算出結果を入力として、ジャイロセンサ603のバイアス誤差を推定する。最後に、この推定誤差を用いて、バイアス誤差補正手段41は、ジャイロセンサ603で計測された角速度のバイアス誤差を補正する。
【0048】
以上によって、最終的に出力される走行方位44は、バイアス誤差を補正した分だけ精度を向上させることができる。
【0049】
次に、本実施例のナビゲーション装置の作用を、図6〜10のフローチャートに従って、より詳細に説明する。
【0050】
本実施例のナビゲーション装置の全体フローを図6に示す。外部からの指令により、ナビゲーション装置がスタートすると、図6に示すように、まず初期処理が行われ(ステップ100)、キーボード等の入力装置608により現在地が設定される(ステップ102)。すると、コントローラ604の制御により、地図データ記憶装置610から道路データが読みだされ、表示装置605上に、車両の現在地および周辺の地図が表示される(ステップ104)。
【0051】
次に、ステップ106により、ステップ108以下の割り込みを許可し、以下のメインループに入る。このメインループでは、単位距離走行毎の走行量を積分加算して、車両現在地と地図とが更新され、走行ベクトル積分割り込み処理(ステップ108)、方位演算割り込み処理(ステップ110)、及び、バイアス誤差演算割り込み処理(ステップ112)により、現在地が移動した場合(ステップ114でYes)、車両現在地および周辺地図が更新され、表示される(ステップ116)。
【0052】
上記ステップ108における走行ベクトル積分割り込み処理の処理手段を、図7のフローチャートに示す。ここで、この処理は、車両が予め定めた所定距離ΔDを走行して、その度に車速パルスが発生する毎に実行されている。
【0053】
すなわち、まずステップ200により車両方位θが読み込まれる。このθは、後述するステップ110の処理により検出され、記憶されているものである。これにより、距離ΔDのX方向成分とY方向成分が求められ(ステップ202)、各々の成分をX方向積算距離とY方向積算距離とに加算し、積算距離が更新される(ステップ204)。
【0054】
以上の図7に示される走行ベクトル積分割込み処理が行われると、上記図6に示された本実施例のナビゲーション装置の処理で、最新のX方向積算距離とY方向積算距離で示される座標位置が車両の現在走行位置として取り扱われる。
【0055】
ステップ108で使用される車両走行方位θは、ステップ110の方位演算割り込み処理により行われる。この処理は、予め定められた所定時間Δt経過毎に行われるタイマー割り込み処理である。この処理について、図8のフローチャートを用いて説明する。
【0056】
方位演算割込み処理では、まずジャイロセンサ603から車両の角速度ωを読み込む(ステップ300)。これは、ジャイロセンサ603からは角速度ωに比例した電圧が出力されるので、A/D変換後、所定の係数を乗じることによって求められる。ステップ302において、ジャイロセンサ603のバイアス誤差を読み込む。これは、後述するステップ112において算出されるものであり、算出されるまでは、バイアス誤差b=0と置く。
【0057】
以上、読み込まれた角速度ω、バイアス誤差bと、所定時間Δtを用い、ステップ304の演算により前回処理時から今回処理時までの方位変化量Δθgを算出する。その後、その他の方位出力と、ステップ306でフィルタリング後、走行方位を出力する。
【0058】
次に、ステップ112に示したバイアス誤差演算割り込み処理の処理手順を図9、10により説明する。
【0059】
図9は、比較的短時間(数十秒)の間にジャイロセンサ603のバイアス誤差を算出する処理であり、一定時間T経過毎に起動されるタイマー割り込み処理である。
【0060】
まず、ステップ402において、割り込み回数をカウントする(n)。次に、ステップ404、406において、それぞれ地磁気センサ602、ジャイロセンサ603からの現時点での出力を読み込み、地磁気センサ602出力を基準にし、ジャイロ回転角(ジャイロ方位)を加えることで、走行方位を算出する。ステップ408では、地図センサ607から現在位置のある道路の方位を読み込む。
【0061】
次に、ステップ410では、ジャイロ方位、道路方位、それぞれについて前回値との差をとり角速度ωg、ωmを算出する。また、現時点での道路方位を基準にしたジャイロ角度差、道路角速度を基準にしたジャイロ角速度差を、それぞれΔθ、Δωとして算出する。ステップ412において所定の割り込み回数Nを超えたかどうかの判定をし、超えた場合のみ以下の処理を行う。
【0062】
ステップ414で前回までのデータを1つずつメモリ位置をずらし、新データをN番目に入力する。ステップ416において、ジャイロ角速度ωg、道路角速度ωmの絶対値が小さい場合を選ぶ。ここで、これらが大きいと、車両の曲がり角が大きいことを意味し、バイアス誤差ではなくスケール誤差による誤差が支配的になる。
【0063】
ステップ418においては、Δθがある程度以上変化した場合を選ぶ。これによって、直線の場合を除くためである。且つまた、ステップ420では、バイアス誤差が一方向に生じていることを判定する。これは、一方向ではない場合、例えば、車両のハンドル操作により生じた現象を、誤差として認識する場合があるからである。さらに、ステップ422においては、Δωの変動幅が小さいことを判定する。これが、大きい場合は、ハンドル操作による可能性があるからである。ここで、Δω、ω、Δθ、θは、それぞれ、上記比較のための予め定めた基準値である。
【0064】
以上の判定を満たした場合、ジャイロ角度差Δθの変化量を経過時間NTで除した値をバイアス誤差bとみなし(ステップ424)、割り込み処理を終了する。
【0065】
比較的長時間(数十分)にわたって生じるジャイロバイアス誤差を算出する処理を、図10のフローチャートに示す。ここで、この処理は、一定時間T経過毎に起動されるタイマー割り込み処理である。
【0066】
ステップ502〜514は、それぞれ、図9のステップ402〜414と同様の処理である。ただし、ここでは、角速度は利用せず、ステップ510では、地図センサ607から出力される道路角θmを基準にした、ジャイロ角度差Δθだけを算出する。
【0067】
ステップ516においては、Δθ(ステップ510にて算出)の長時間変化を統計処理し、回帰直線の傾きを算出し、それをn回目のバイアス誤差b(n)と見なしている。
【0068】
ここで、Snはnの分散、S ΔθはnとΔθとの共分散、Tは道路方位またはジャイロ方位のサンプリング周期である。
【0069】
ステップ518において、そのバイアス誤差b(n)の変動幅が、予め定めた変動値δbよりも小さい場合に、ステップ520のように最大と最小の平均を、最終的なバイアス誤差bとしている。
【0070】
ここで、ステップ518以下の手順は、以下の理由から決定した。ジャイロバイアスを現わす傾きb(図12参照)は、例えば、回帰直線を用いた統計計算から求めるため、ある程度の情報量がたまらないと、精度良く計算できない。そこで、n=N−kまで情報を蓄積して、N−kからバイアス誤差bの計算を始める。その後n=Nまで、毎回増えた情報を加えて、毎回b(n)を計算してゆく。そして、時間の経過と共に変動するb(n)が、ある一定幅に収束するか否かを、ステップ518で判定し、Yesであれば、ステップ520で、b(n)の最大値と最小値の平均をとって、ジャイロバイアス誤差bとする。
【0071】
これらの条件は、bの算出に当たっては、変動の小さいときに行なわないと、逆効果になる恐れがあるからである。
【0072】
本発明を適用した積分型センシング装置の第2の実施例を説明する。本実施例では、カルマンフィルタを用いて、走行方位を検出する積分型センシング装置を用いる。本実施例の積分型センシング装置は、図11に示すような構成を有するナビゲーション装置に用いられる。
【0073】
本実施例の積分型センシング装置では、走行方位を出力する第1の手段1と第2の手段2との出力信号に、カルマンフィルタリングを施して、走行方位を算出する方式において、カルマンフィルタゲインを算出するために必要な誤差(ノイズ)成分を測定する手段として、本発明を適用している。
【0074】
すなわち、本実施例の積分型センシング装置は、図3に示すように、走行方位の微分量である角速度を検出して、それを積分する第1の手段1と、走行方位を直接または間接的に取得する第2の手段2と、第1および第2の手段から取得される走行方位の値の差を計算する減算器3と、減算器3からの出力の時間変化率を算出して、推定誤差を算出するバイアス誤差測定手段45と、推定された誤差を用いて走行方位44を推定するカルマンフィルタ13とを有する。
【0075】
カルマンフィルタ13は、バイアス誤差測定手段45からの測定誤差を受けて、カルマンフィルタのゲインを算出するフィルタゲイン算出手段11と、算出されたゲインと、第1および第2の手段からの出力信号とを用いて、所要の物理量、ここでは走行方位44を推定する、所要物理量推定手段12とから構成される。
【0076】
第1の手段1は、走行方位の微分量である角速度を計測するジャイロセンサ603と、補正された角速度を時間積分することにより車両の走行方位を算出する時間積分手段8とを有する。
【0077】
第2の手段2は、センサとして、すでに決定された車両位置から走行方位を算出する地図センサ607と、地磁気センサ602と、GPS衛星信号を基に地球上の絶対位置及び絶対方位を検出するGPS装置606の3つを有する。ここで、これらセンサ607、602、606は、このセンシング装置専用である必要はない。センサの出力信号は、このセンシング装置で決定する物理量、つまり、走行方位以外の決定にも使用することができる。
【0078】
第2の手段は、さらに、これらセンサの組み合わせのうち、上記第1の実施例と同様に、外部から入力されるセレクタ制御信号27に従い、状況に応じて最も精度の高いセンサを選択して、そのセンサからの方位を出力するセレクタ装置23を有している。
【0079】
バイアス誤差測定手段45は、第2の手段2の方位出力を基準にして、ジャイロセンサ603出力による方位の時間変化を算出する時間変化率算出手段43を有する。
【0080】
本実施例において、ナビゲーション装置の全体作用は、上記第1の実施例(図6参照)と同様であるが、走行方位の検出に用いるセンシング装置の作用が異なる。以下に、本実施例の積分型センシング装置の作用を説明する。
【0081】
本実施例において、上記実施例と同様、第1の手段1にはジャイロセンサ603を適用し、角速度を計測する。さらに、第2の手段2は、地図センサ607と、地磁気センサ602と、GPS装置606との3つを組み合わせ、セレクタ装置23により、状況に応じて最も精度の高いセンサを選択して、そのセンサからの出力を、第2の手段2の方位として出力する。
【0082】
バイアス誤差測定手段45は、時間変化率算出手段43で算出した変化率をもとに、第1の手段における誤差(ノイズ)成分を測定する。ここで、バイアス誤差測定手段45の変化率算出手段43における処理は、上記実施例で図9および図10を用いて説明した、バイアス誤差演算割り込み処理と同じものが適用できる。
【0083】
フィルタゲイン算出手段11は、カルマンフィルタゲインを算出し、それを用いて、所要物理量推定手段12は、第1及び第2の手段から求めた、それぞれの走行方位に、算出されたカルマンフィルタゲインに基づいた重み付け処理をすることにより、走行方位44を推定することができる。
【0084】
次に、このセンシング装置におけるカルマンフィルタ処理の一例を説明する。
【0085】
まず対象となるシステムをモデル化して立てた、状態方程式は次式のようになる。
【0086】
【数1】

Figure 0003581392
【0087】
ここで、X(k)は状態ベクトルであり、所要物理量を含む時刻kにおける、推定量である。また、Aは状態遷移行列、Bは駆動行列、U(k)はブラント雑音、V(k)はシステム雑音である。
【0088】
また、各センサからの観測量と、上記状態量との関係を示す観測方程式は、次式のようになる。
【0089】
【数2】
Figure 0003581392
【0090】
ここで、Y(k)は観測ベクトル、fは状態量との関係を示す関数式、W(k)は観測雑音である。
【0091】
上記モデルにたいして、カルマンフィルタ処理を適用すると、最適推定値X(k|k)は、次の漸化式により求められる。なお、観測方程式が非線形の場合は、拡張カルマンフィルタのアルゴリズムを用いる。
【0092】
【数3】
Figure 0003581392
【0093】
ただし、添字(k|k)は、時刻kでの観測値に基づいたカルマンフィルタによる最適値で、(k|k−1)は時刻k−1での値から時刻kでの値を状態方程式により予測したものである。また、V(k)、W(k)は、それぞれ、システム雑音、観測雑音の共分散行列である。
【0094】
また、Pは推定誤差の共分散行列であり、カルマンフィルタによる推定精度の目安になる。Kはカルマンフィルタゲインであり、観測量が得られたときに、計算され、システム雑音と観測雑音との統計量を比較し、状態方程式と観測値とのどちらに重みを掛けるかを決定する量である。
【0095】
数3の上から2番目の式は、最適推定値を計算する式である。時刻k−1における最適推定値を用いて、状態方程式に従い、時刻kでの値を予測する。この予測値と、時刻kにおける観測値のカルマンフィルタゲインKによる内分点が、最適推定値となる。なお、行列C(k)は、観測方程式の線形化に用いるf(X(k|k−1))のヤコビアンである。
【0096】
以上のようなカルマンフィルタ処理において、バイアス誤差測定手段45から得られたノイズ成分の大きさをもとに、V(k)、W(k)もしくは、Pのそれに対応する成分を適宜変更することにより、その条件で最適な重み付けを行なうカルマンフィルタゲインKを算出することができる。
【0097】
本発明を適用した車両ナビゲーション用の積分型センシング装置の第3の実施例を説明する。
【0098】
本実施例の積分型センシング装置は、図4に示すように、走行距離の微分量である速度を検出して、積分する第1の手段1と、走行距離を直接または間接的に取得する第2の手段2と、第1および第2の手段から取得される走行距離の値の差を計算する減算器3と、減算器3からの出力の時間変化率を算出し、推定誤差を算出するスケール誤差推定手段52とを有する。
【0099】
第1の手段1は、走行距離の微分量である速度を計測する車速センサ50と、計測された速度について、以下に説明するスケール誤差補正を行なうスケール誤差補正手段51と、補正された速度を時間積分することにより車両の走行距離を算出する時間積分手段8とを有する。
【0100】
第2の手段2は、センサとして、すでに決定された車両位置から走行距離を算出する地図センサ607と、GPS衛星信号を基に地球上の絶対位置及び走行距離を検出するGPS装置606との2つを有する。ここで、これらセンサ607、606は、このセンシング装置専用である必要はない。センサの出力信号は、このセンシング装置で決定する物理量、つまり、走行距離以外の決定にも使用することができる。
【0101】
第2の手段は、さらに、上記第1の実施例と同様に、これらセンサの組み合わせのうち、外部から入力されるセレクタ制御信号27の指令に従い、状況に応じて最も精度の高いセンサを選択して方位を出力するセレクタ装置23を有する。
【0102】
次に、本実施例の作用を説明する。
【0103】
第1の手段1では、例えば、車輪の回転数を定期的にカウントする車速センサ50が車速を計測し、時間積分手段8が時間積分することにより走行距離を算出する。一方、第2の手段2では、地図センサ607とGPS装置606のうち、セレクタ装置23により選択された、精度の高いセンサからのデータを用いて、走行距離を出力する。
【0104】
この第2の手段2の距離出力を基準にして、第1の手段1による距離出力の、走行距離の増加に伴う変化を、距離変化率算出手段53が算出する。スケール誤差推定手段52は、この時の距離変化率αを、後述する回帰分析等の統計処理により算出し、第1の手段1のスケールファクタ誤差として推定する。さらに、次式により、スケール誤差補正手段51は、車速算出のためのスケール誤差を補正する。
【0105】
【数4】
Figure 0003581392
【0106】
従って、最終的に出力される走行距離54は、スケール誤差を補正した分だけ精度を向上させることができる。
【0107】
本発明を適用した積分型センシング装置の第4の実施例を、図5を用いて説明する。
【0108】
本実施例の積分型センシング装置は、車両の走行速度を検出するもので、図5に示すように、走行速度の微分量である加速度を検出、積分する第1の手段1と、走行速度を直接または間接的に取得する第2の手段2と、第1および第2の手段から取得される走行速度の値の差を計算する減算器3と、減算器3からの出力の時間変化率を算出して、推定誤差を算出するバイアス誤差推定手段42とを有する。
【0109】
第1の手段1は、走行速度の微分量である加速度を計測する加速度センサ60と、計測された加速度の誤差補正を行なうバイアス誤差補正手段41と、補正された加速度を時間積分することにより、車両の走行速度を算出する時間積分手段8とを有する。
【0110】
第2の手段2は、センサとして、車輪の回転数をカウントして車速を算出する車速センサ50と、GPS衛星信号を基に地球上の絶対位置及び走行速度を検出するGPS装置606との2つを有する。ここで、これらセンサ50、606は、このセンシング装置専用である必要はない。センサの出力信号は、このセンシング装置で決定する物理量、つまり、走行速度以外の決定にも使用することができる。
【0111】
第2の手段は、さらに、これらセンサの組み合わせのうち、外部から入力されるセレクタ制御信号27に従い、状況に応じて最も精度の高いセンサを選択して方位を出力するセレクタ装置23を有する。
【0112】
次に、本実施例の作用を説明する。
【0113】
本実施例において、第1の手段1では、加速度センサ60が、車両の加速度を計測する。第2の手段2は、車速センサ50と、衛星信号を基に地球上の移動体の速度を検出するGPS装置606の2つを組み合わせ、セレクタ装置23により、その状況で最も精度の高いセンサを選択して、そのセンサからの出力を、第2の手段2の車速出力として出力する。
【0114】
時間変化率算出手段43は、この第2の手段2の車速出力を基準にして、加速度センサ60の出力による車速の時間変化を算出する。バイアス誤差推定手段42は、その時の時間変化率を、前記した回帰分析等の統計処理により算出し、それを加速度センサ60のバイアス誤差として出力する。最後に、バイアス誤差補正手段41は、計測された加速度のバイアス誤差を補正する。
【0115】
従って、最終的に出力される走行速度61は、バイアス誤差を補正した分だけ精度を向上させることができる。
【0116】
本実施例では、車両の加速度のバイアス誤差を推定して補正したが、例えば、上記第3の実施例(図4参照)における車両走行速度に対する推定および補正のように、検出された加速度におけるスケール誤差を推定して補正する構成としても、本実施例と同様に、精度を向上させることができる。
【0117】
本発明を適用した積分型センシング装置の第5の実施例を、図13を用いて説明する。本実施例は、上記第3の実施例(図4参照)と上記第4の実施例(図5参照)とを組み合わせたもので、上記第4の実施例の出力である走行速度61を、上記第3の実施例の車速計測値として入力させるように構成したものである。
【0118】
すなわち、本実施例は、図13に示すように、車両の加速度を検出して走行速度を出力する第1の手段1と、同じく走行速度を検出する第2の手段2と、第1の手段1および第2の手段2により検出された値の差からバイアス誤差を推定するバイアス誤差推定手段42とを有する。
【0119】
さらに、本実施例は、第1の手段から出力される走行速度61を受け入れて、時間積分して走行距離を検出する第1の手段1’と、同じく走行距離を検出する第2の手段2’と、第1の手段1’および第2の手段2’により検出された値の差からスケール誤差を推定するスケール誤差推定手段52とを有する。
【0120】
本実施例の作用は、上記第3及び第4の実施例と同じであるため、ここでの説明は省略する。
【0121】
本実施例によれば、第1の手段1の加速度センサ60を用いて検出される加速度量を2回積分して、走行距離54を算出する際、各積分段階で発生する誤差を、各々、第2の手段2および第2の手段2’のセンサデータにより補正することができるので、結果として、最終的に得られる走行距離54の精度を向上させることができる。
【0122】
本実施例では、各積分段階でそれぞれ、第2の手段との比較により誤差補正が行われてきたが、この誤差補正は、どちらか一方の段階だけで行うような構成としても良い。また、この時、行う誤差補正としては、スケール誤差およびバイアス誤差のうちいずれか一方を行う構成とする。また、最初の積分段階(第1の手段1の出力)でスケール誤差補正を行い、次の積分段階(第1の手段1’)でバイアス誤差の補正をする構成としても良い。
【0123】
以上、実施例を数例説明したが、本発明は、車両のナビゲーションに係る積分型センシング装置に共通して適用できるもので、上記例に示す構成には限定されない。
【0124】
したがって、本発明によれば、車両のナビゲーションに係わる所要とする物理量の微分量を計測して、その後、その物理量を積分して所要量を算出する方式において、計測された微分量に含まれる誤差、例えば、バイアス誤差等を推定して、補正することが可能となる。したがって、時間積分によって、本来累積するはずであった誤差を小さくすることができる。
【0125】
すなわち、センサによる計測信号そのものの誤差を小さくできるため、例えば、従来のナビゲーション装置における、地図マッチング方式の誤差補正のような最終段の補正とは異なり、補正した後に、同様な誤差がまたすぐに発生するようなことはない。従って、本発明は、精度の高いセンサを用いていることと等価になり、システム的な信頼性も向上させることができる。
【0126】
【発明の効果】
本発明の積分型センシング装置によれば、センサによる計測信号そのものの誤差を減少させることができるとともに、誤差補正した後に、また、同様な誤差がすぐに発生するようなことがない。したがって、本発明は、精度の高いセンサを用いていることと等価になり、システム的な信頼性も向上させることができる。
【0127】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した、走行方位を検出する積分型センシング装置の一実施例の構成を示すブロック線図。
【図2】車両用ナビゲーション装置における従来の積分型センシング装置の一例を説明するためのブロック線図。
【図3】本発明を適用した、走行方位を検出する積分型センシング装置の他の一実施例の構成を示すブロック線図。
【図4】本発明を適用した、走行距離を検出する積分型センシング装置の他の一実施例の構成を示すブロック線図。
【図5】本発明を適用した、走行速度を検出する積分型センシング装置の他の一実施例の構成を示すブロック線図。
【図6】図1の実施例の積分型センシング装置を備えた車両用ナビゲーション装置の全体作用を示すフローチャート。
【図7】図6中の走行ベクトル積分割り込み処理のフローチャート。
【図8】図6中の方位演算割り込み処理のフローチャート。
【図9】図6中のバイアス誤差演算割り込み処理(短期)のフローチャート。
【図10】図6中のバイアス誤差演算割り込み処理(長期)のフローチャート。
【図11】図1の実施例の積分型センシング装置を備えたナビゲーション装置のハードウエア構成の一例を示すブロック図。
【図12】本発明におけるバイアス誤差の求め方の一例を示す説明図。
【図13】本発明を適用した、走行距離を検出する積分型センシング装置の他の一実施例の構成を示すブロック線図。
【符号の説明】
1…第1の手段、2…第2の手段、3…加算器(減算器)、8…時間積分手段、11…フィルタゲイン算出手段、12…所要物理量推定手段、13…カルマンフィルタ、21…地図センサ、22…地磁気センサ、23…セレクタ装置、24…フィルタ、27…セレクタ制御信号、41…バイアス誤差補正手段、42…バイアス誤差推定手段、43…時間変化率算出手段、44…走行方位、45…バイアス誤差測定手段、50…車速センサ、51…スケール誤差補正手段、52…スケール誤差推定手段、53…距離変化率算出手段、54…走行距離、60…加速度センサ、61…走行速度、601…距離センサ、602…地磁気センサ、603…ジャイロセンサ、604…コントローラ、605…表示装置、606…GPS装置、607…地図センサ、608…入力装置、610…地図データ記憶装置、611…地図演算手段。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a vehicle-mounted integral sensing device that calculates a physical quantity by measuring a differential value of a physical quantity related to navigation of a vehicle and integrating the measured value.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art When measuring a physical quantity related to navigation of a vehicle, an integral sensing device that calculates a physical quantity by measuring a differential value of the physical quantity and integrating the measured value is used for in-vehicle navigation.
[0003]
Hereinafter, a description will be given of a conventional technique of an integral sensing device provided in a vehicle-mounted navigation device.
[0004]
2. Description of the Related Art Conventionally, a method for detecting the position of a vehicle traveling at an arbitrary point in a road traffic network includes a distance sensor, a direction sensor, and a processing device that performs necessary processing on output signals from both of these sensors. In addition, dead reckoning navigation that obtains the current position data of the vehicle while accumulating the distance change amount and the azimuth change amount caused by the running of the vehicle is used. However, there is a problem in that the errors that the distance sensor and the azimuth sensor necessarily have are accumulated with the traveling distance, and the errors included in the obtained current position data are also accumulated.
[0005]
In particular, in the azimuth sensor, conventionally, by using a combination of a geomagnetic sensor capable of detecting the absolute azimuth of the vehicle and a gyro sensor capable of detecting a relative azimuth change of the vehicle, the traveling azimuth of the vehicle is determined. Detected. However, each has an error characteristic peculiar to the sensor.
[0006]
For example, a geomagnetic sensor generates short-term noise in a place with a bad magnetic field environment due to the influence of a high-voltage line, a building, or the like, but outputs a correct direction in the long term. On the other hand, the gyro sensor is not affected by the magnetic field environment at all, and outputs the correct relative azimuth change in the short term, but the azimuth error increases with time due to the drift (fluctuation of the angular velocity bias) in the long term. Cumulative.
[0007]
As a method for solving such a problem, there is a method of filtering a sensor signal disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-258112.
[0008]
This method uses the integral sensing device shown in FIG. In this example, the differential odometer 20 is a sensor that detects a vehicle rotation angle from a rotation difference between left and right wheels, and has an error characteristic similar to that of a gyro sensor. A geomagnetic sensor 22 such as a compass is a representative absolute direction sensor, and a map sensor (map) 21 is a digital road database mounted on a vehicle. The direction can be output as the vehicle direction.
[0009]
The difference between the azimuth from the geomagnetic sensor 22 or the map sensor 21 and the azimuth from the differential odometer 20 is calculated by a subtractor 25. A low-pass filter 24 is applied to the value to remove high-frequency noise included in the geomagnetic sensor 22 and the like (compass). The signal is subtracted from the output of the differential odometer 20 by a subtractor 26 to remove a bias error included in the differential odometer 20 and the like (gyro sensor). Therefore, the azimuth signal finally output is a signal obtained by correcting the error component of each sensor.
[0010]
In addition, there is an example of Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-188316 in which a Kalman filter is applied by a similar filtering method.
[0011]
Another solution is to compare current position data obtained based on the dead reckoning with road traffic network data stored in a memory in advance, assuming that the vehicle travels on a road. There is also. From this comparison data, the amount of deviation of the current position data from the road was calculated as a cumulative error, the current position data was corrected for the cumulative error, and the current position data was matched with the road data, for example. There is a map matching method as disclosed in JP-A-63-148115.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of an integrating sensing device that calculates a physical quantity by measuring a differential value of a physical quantity related to vehicle navigation and integrating the same, as in the above-described conventional example, an error included in the differential value is an integral value. Accumulated by operation. Therefore, even if the error is minute, it may cause a large error.
[0013]
In addition, in the filtering-type integral sensing device included in the in-vehicle navigation device, for example, when traveling on a continuous structure such as a highway, a steady error occurs in the output of the geomagnetic sensor. Therefore, it is difficult to accurately correct the bias of the gyro sensor based on the information. Further, in the map matching method, only the final display shown to the driver is corrected, and it does not become a fundamental solution to the occurrence of a sensor error.
[0014]
For example, when a rate sensor such as a gyro that measures an angular velocity is used as the direction sensor, if the measured angular velocity includes a bias error, the angular error increases with time. This means that even if the final angle display is corrected, a similar error will occur thereafter.
[0015]
Further, for example, when a vehicle speed sensor that periodically measures the number of rotations of the wheel is used as the distance sensor, a scale factor for calculating the vehicle speed from the number of rotations of the wheel changes due to a change in tire air pressure or the like, and the distance error indicates the distance traveled. It increases with the increase. Even in this case, even if the position is corrected by the above-described map matching method, a similar error occurs immediately thereafter.
[0016]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides an integrated sensing device that can reduce the integration error of a physical quantity as much as possible in measuring the differential value of the physical quantity related to vehicle navigation. It is aimed at.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by a first means and a second means for independently obtaining one physical quantity related to navigation of a vehicle, and a first and a second means in an integral sensing device mounted on a vehicle. Error estimating means for estimating an error generated by the first means from the obtained difference between the respective values of the physical quantity, wherein the first means detects a differential quantity which is a time change rate of the physical quantity. A first sensor unit including a sensor, an error correction unit for correcting the detected differential amount based on the error estimated by the error estimating unit, and an integrating unit for integrating the corrected differential amount over time to obtain the physical quantity The error estimating means includes a subtraction unit that calculates a difference between the respective values of the physical quantities obtained by the first and second means, and a change rate calculation that obtains a change rate of the calculated difference by calculation. Means, That the out rate of change with the estimated error calculating means for obtaining an estimated error of the detected differential quantity in the first means is achieved by integral sensing apparatus according to claim.
[0018]
The above object is also achieved by a first means and a second means for independently obtaining one physical quantity relating to the navigation of the vehicle in the integral sensing device mounted on the vehicle, and the first and second means. Error measuring means for obtaining an error component of the physical quantity obtained by the means, filter gain calculating means for calculating a Kalman filter gain from the obtained error component, and outputs of the first and second means. Required physical quantity estimating means for estimating the physical quantity by performing a weighting process based on the Kalman filter gain, wherein the first means includes a sensor for detecting a differential quantity which is a time change rate of the physical quantity. , And integrating means for integrating the detected differential amount with time to obtain the physical quantity. The error measuring means includes first and second A subtractor for calculating a difference between the respective values of the physical quantities obtained by the means, a change rate calculating means for obtaining a change rate of the calculated difference by calculation, and first and second values based on the obtained change rate. And an error obtaining means for obtaining an error component in the means.
[0019]
The above object is also achieved by a first means for obtaining one physical quantity related to navigation of a vehicle in an integral sensing device mounted on a vehicle, and at least one of the physical quantity and a differential quantity which is a time change rate thereof. A second means for obtaining one of them, and an error estimating means for estimating an error generated by the first means based on the values obtained by the first and second means, wherein the first means comprises: A first sensor unit including a sensor for detecting a second derivative, which is a temporal change rate, of a differential amount, which is a temporal change rate of the physical quantity, and a second differential amount output from the first sensor unit. First integrating means for obtaining the differential amount by integrating, second integrating means for integrating the differential amount output from the first integrating means and outputting the physical quantity, and a first sensor unit And between the first integrating means and the first An error correction unit that is provided in at least one of the dividing unit and the second integrating unit, corrects an amount input from the preceding stage based on the error estimated by the error estimating unit, and outputs the corrected amount to the subsequent stage. And an integrated sensing device.
[0020]
[Action]
With the integral sensing device according to the present invention, one physical quantity related to vehicle navigation is measured by independent first and second means, respectively, and is generated by the first means based on those values. The error is estimated by the error estimating means.
[0021]
In the first means, a sensor included in the first sensor unit detects a differential amount, which is a time change rate of the physical quantity, and the error correction means determines the differential quantity based on the error estimated by the error estimating means. After the correction, the integrating means integrates the corrected differential amount over time to obtain the physical amount. Further, in the error correction means, the subtraction unit calculates the difference between the respective measured values of the physical quantity obtained by the first and second means, and the change rate calculation means calculates the change rate of the calculated difference. Then, the estimation error calculating means obtains an estimation error of the differential amount detected by the first means from the change rate.
[0022]
Further, in the integral sensing device of the present invention, the first and second means each independently obtain one physical quantity related to the navigation of the vehicle, and the error measuring means is provided by the first and second means. An error component of the obtained physical quantity is obtained. The filter gain calculating means calculates a Kalman filter gain from these acquired error components, and the required physical quantity estimating means performs a weighting process on the outputs of the first and second means based on the calculated Kalman filter gain. Then, the physical quantity is estimated. Here, the first means has the same action as described above.
[0023]
According to the present invention, for example, when a change rate of a difference between physical quantities related to navigation of a vehicle is set as a time change rate, a bias error of a measured differential amount can be estimated based on the time change rate. That is, when the change of the physical quantity difference with respect to time is represented by a regression line, a constant slope of the regression line can be regarded as a constant bias error of the measured differential amount in the first means.
[0024]
Specifically, the physical quantity is stored in a road azimuth of the vehicle, the first means is stored as a driving azimuth detecting means using a gyro sensor fixed to the vehicle body, and the second means is stored in a road map memory mounted on the vehicle. Azimuth detecting means for detecting a road azimuth angle corresponding thereto as a traveling azimuth angle, azimuth detecting means by a GPS device for detecting an absolute azimuth on the earth based on a GPS satellite signal, and a geomagnetic sensor for detecting an earth magnetic field. When any one of the azimuth detecting means is used, according to the present invention, it is possible to calculate a bias error in the angular velocity of the running azimuth, and to obtain a highly accurate running azimuth by correcting the error.
[0025]
Further, for example, the physical quantity is a traveling distance of the vehicle, the first means is a traveling distance detecting means for periodically measuring the number of rotations of the wheels, and the second means is further stored in a road map memory mounted on the vehicle. According to the present invention, when any one of the mileage means for detecting the stored corresponding road length as the mileage and the mileage detection means based on a GPS satellite signal is used, the first means The scale factor error of the measured differential amount in the first means is calculated from the rate of change of the difference between the physical quantities obtained by the second means and the physical quantity according to the traveling distance, and the first factor is calculated based on the scale factor error. It is possible to correct the measured differential amount in the means.
[0026]
Further, for example, the physical quantity is a traveling speed of the vehicle, the first means is a traveling speed detecting means using an acceleration sensor fixed to the vehicle body, and the second means is a traveling speed for periodically measuring the number of rotations of the wheels. Even in the case of using the detecting means, it is possible to achieve exactly the same improvement in accuracy as described above.
[0027]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of an integral type sensing device to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
[0028]
First Embodiment A navigation device provided with an in-vehicle integral sensing device according to the present invention will be described as a first embodiment. FIG. 11 shows one embodiment of the hardware configuration in this embodiment.
[0029]
As shown in FIG. 11, the navigation device according to the present embodiment includes a photoelectric sensor or an electromagnetic sensor that outputs a pulse signal proportional to the number of rotations of the vehicle wheels. A distance sensor 601 that generates a signal indicating the traveling direction of the vehicle, a geomagnetic sensor 602 that outputs a signal of an absolute direction corresponding to the traveling direction of the vehicle, and a signal that is proportional to the direction of the vehicle or the amount of change in the direction according to the traveling direction of the vehicle. And a rate-type gyro sensor 603.
[0030]
The present embodiment further includes, as a sensor, a GPS device 606 that receives a GPS signal from a GPS satellite, and when the current position is specified on a road, outputs a road direction or a travel distance as a vehicle direction in the same manner as the sensor. A so-called map sensor 607 and a map data storage device 610 for storing map data including digital road data.
[0031]
The map sensor 607 includes a map calculation unit 611 that calculates the direction of the road from the road data from the map data storage device 610 and the already determined vehicle position.
[0032]
The present embodiment further includes a controller 604 that calculates a current position of the vehicle by receiving a signal from the sensor and outputs the vehicle position and map data of an area including the position. And a display device 605 for displaying the vehicle position output on the map data output from the controller 604, and an input device 608 for performing various settings of the controller 604. Here, the controller 604 includes, for example, a CPU, a ROM / RAM, and an input / output unit.
[0033]
The display device 605 updates and displays the current position of the vehicle on the basis of the position data on the two-dimensional coordinates that change every moment obtained by the controller 604. A T display device, a liquid crystal display device, or the like is used.
[0034]
In the present embodiment, an example is shown in which the integral sensing device of the present invention is applied to the detection of the traveling direction. Here, as shown in FIG. 1, the integral type sensing device is composed of a part of a plurality of sensors included in the navigation device of the present embodiment shown in FIG. Be composed.
[0035]
Here, the integral type sensing device of the present invention is not limited to the example shown below. For example, the integral type sensing device described in Japanese Patent Application No. 5-17421 filed by the same inventor as the present application. Can be used for navigation of a vehicle.
[0036]
The integral sensing device according to the present embodiment detects the angular velocity, which is a differential amount of the running azimuth 44, which is a physical quantity to be acquired, and obtains the first means 1 for integration and the running azimuth directly or indirectly. A second means 2, a subtractor 3 for calculating a difference between the values of the traveling azimuth obtained from the first and second means, and a time change rate of an output from the subtractor 3 to calculate an estimation error. And a bias error estimating unit 42 for calculating and feeding back to the first means 1.
[0037]
The first means 1 includes a gyro sensor 603 for measuring an angular velocity which is a differential amount of the traveling azimuth 44, a bias error correcting means 41 for correcting an error of the measured angular velocity, and a time integration of the corrected angular velocity. And a time integrating means 8 for calculating the traveling direction 44 of the vehicle.
[0038]
The second means 2 includes, as sensors, a map sensor 607 for calculating a running direction from a vehicle position which has been determined, a geomagnetic sensor 602, and a GPS device for detecting an absolute position and an absolute direction on the earth based on a GPS signal. 606. Here, these sensors 607, 602 and 606 need not be dedicated to this sensing device. The output signal of the sensor can also be used to determine a physical quantity determined by the sensing device, that is, a value other than the traveling direction 44.
[0039]
The second means further receives a selector control signal 27 input from the outside of the combination of these sensors, selects an output signal from the sensor with the highest accuracy according to the situation, and outputs the traveling direction. It has a selector device (SEL) 23.
[0040]
The selector device 23 is, for example, one of the addresses indicating the memory locations where the output signals of the map sensor 607, the geomagnetic sensor 602, and the GPS device 606 are temporarily stored, according to the selector control signal 27. This is an address selector for selecting. The selector control signal 27 is, for example, a flag signal indicating the sensor that evaluates the reliability of each of the above sensors and is selected as the most reliable sensor as a result.
[0041]
The bias error estimating unit 42 includes a time change rate calculating unit 43 that calculates a time change of the azimuth output from the first unit 1 based on the azimuth output of the second unit 2.
[0042]
Here, in the configuration of the present embodiment described above, each unit other than the sensors 603, 607, 602, and 606 is achieved as a partial function of the controller 604.
[0043]
First, an outline of the overall operation of the navigation device according to the present embodiment will be described.
[0044]
In the present embodiment, the controller 604 counts the number of pulse signals from the distance sensor 601 to detect the traveling distance of the vehicle, and also detects the traveling distance of the vehicle based on the azimuth signal output from the geomagnetic sensor 602 and the gyro sensor 603. Detect orientation. Further, the controller 604 obtains the position on the two-dimensional coordinates for each unit traveling distance of the vehicle by calculation according to the detection results, and outputs the result to the display device 605.
[0045]
In this embodiment, the traveling azimuth of the vehicle is detected by the integral sensing device.
[0046]
That is, in the sensing device, in the first means 1, the gyro sensor 603 measures the angular velocity of the vehicle, and the time integration means 8 integrates the angular velocity with respect to time to calculate the traveling direction of the vehicle. On the other hand, in the second means 2, the map sensor 607, the geomagnetic sensor 602, and the GPS device 606 are combined, and the selector device 23 receives the selector control signal 27 input from the outside, and adjusts the running condition of the vehicle. Accordingly, an output is selected from the sensor with the highest accuracy, and is output to the subtractor 3 as the traveling azimuth.
[0047]
The subtractor 3 calculates a difference in azimuth based on the output of the gyro sensor 603 with reference to the azimuth output of the second means 2. The bias error estimating means 42 calculates the time change in the signal output from the subtractor 3 by the time change rate calculating means 43. Here, this time change rate is calculated by statistical processing such as regression analysis described later. The bias error estimator 42 estimates the bias error of the gyro sensor 603 using the calculation result as an input. Finally, using the estimated error, the bias error correction unit 41 corrects the angular error bias error measured by the gyro sensor 603.
[0048]
As described above, the accuracy of the finally output traveling azimuth 44 can be improved by an amount corresponding to the correction of the bias error.
[0049]
Next, the operation of the navigation device according to the present embodiment will be described in more detail with reference to the flowcharts of FIGS.
[0050]
FIG. 6 shows an overall flow of the navigation device of the present embodiment. When the navigation device is started by an external command, as shown in FIG. 6, an initial process is first performed (step 100), and the current location is set by an input device 608 such as a keyboard (step 102). Then, under the control of the controller 604, the road data is read from the map data storage device 610, and a map of the current location and the surroundings of the vehicle is displayed on the display device 605 (step 104).
[0051]
Next, in step 106, interrupts in and after step 108 are permitted, and the process enters the following main loop. In this main loop, the current vehicle position and the map are updated by integrating and adding the travel amounts for each unit distance travel, the travel vector integration interrupt processing (step 108), the azimuth calculation interrupt processing (step 110), and the bias error. If the current position has been moved by the calculation interruption process (step 112) (Yes in step 114), the vehicle current position and the surrounding map are updated and displayed (step 116).
[0052]
FIG. 7 is a flowchart showing the processing means of the running vector integration interrupt processing in step 108 described above. Here, this process is executed every time the vehicle travels a predetermined distance ΔD and a vehicle speed pulse is generated each time.
[0053]
That is, first, at step 200, the vehicle direction θ is read. Is detected and stored by the processing of step 110 described later. As a result, the X-direction component and the Y-direction component of the distance ΔD are obtained (step 202), and each component is added to the X-direction cumulative distance and the Y-direction cumulative distance to update the cumulative distance (step 204).
[0054]
When the running vector integration interrupt processing shown in FIG. 7 is performed, the coordinate position indicated by the latest X-direction integrated distance and the Y-direction integrated distance in the processing of the navigation device of the present embodiment shown in FIG. Is treated as the current traveling position of the vehicle.
[0055]
The vehicle running azimuth θ used in step 108 is performed by the azimuth calculation interrupt processing in step 110. This process is a timer interrupt process performed every time a predetermined time Δt elapses. This processing will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0056]
In the azimuth calculation interrupt processing, first, the angular velocity ω of the vehicle is read from the gyro sensor 603 (step 300). Since a voltage proportional to the angular velocity ω is output from the gyro sensor 603, this is obtained by multiplying the voltage by a predetermined coefficient after A / D conversion. In step 302, the bias error of the gyro sensor 603 is read. This is calculated in step 112 described later, and the bias error b is set to 0 until it is calculated.
[0057]
As described above, using the read angular velocity ω, bias error b, and predetermined time Δt, the azimuth change amount Δθg from the previous processing to the current processing is calculated by the calculation in step 304. Then, after outputting the other azimuths and filtering in step 306, the driving azimuth is output.
[0058]
Next, the processing procedure of the bias error calculation interruption processing shown in step 112 will be described with reference to FIGS.
[0059]
FIG. 9 shows a process for calculating a bias error of the gyro sensor 603 in a relatively short time (several tens of seconds), and is a timer interrupt process started every time a predetermined time T elapses.
[0060]
First, in step 402, the number of interrupts is counted (n). Next, in steps 404 and 406, the current outputs from the geomagnetic sensor 602 and the gyro sensor 603 are read, and the running azimuth is calculated by adding the gyro rotation angle (gyro azimuth) based on the output of the geomagnetic sensor 602. I do. In step 408, the direction of the road on which the current position is located is read from the map sensor 607.
[0061]
Next, in step 410, the angular velocities ωg and ωm are calculated by taking the differences from the previous values for each of the gyro azimuth and the road azimuth. Further, the gyro angle difference based on the road orientation at the present time and the gyro angular speed difference based on the road angular velocity are calculated as Δθ and Δω, respectively. At step 412, it is determined whether or not a predetermined number of interrupts N has been exceeded, and only when the number has been exceeded, the following processing is performed.
[0062]
In step 414, the memory position is shifted one by one for the data up to the previous time, and new data is input Nth. In step 416, a case where the absolute values of the gyro angular velocity ωg and the road angular velocity ωm are small is selected. Here, when these are large, it means that the turning angle of the vehicle is large, and errors due to scale errors rather than bias errors become dominant.
[0063]
In step 418, a case where Δθ has changed by a certain degree or more is selected. This is to eliminate the case of a straight line. In step 420, it is determined that a bias error has occurred in one direction. This is because, when the direction is not one-way, for example, a phenomenon caused by operating the steering wheel of the vehicle may be recognized as an error. Further, in step 422, it is determined that the variation width of Δω is small. This is because if this is large, there is a possibility that the steering wheel is operated. Where Δω0, Ω0, Δθ0, Θ0Are predetermined reference values for the comparison.
[0064]
If the above determination is satisfied, a value obtained by dividing the amount of change in the gyro angle difference Δθ by the elapsed time NT is regarded as the bias error b (step 424), and the interrupt processing ends.
[0065]
A process of calculating a gyro bias error occurring over a relatively long time (several tens of minutes) is shown in a flowchart of FIG. Here, this process is a timer interrupt process that is started every time the predetermined time T elapses.
[0066]
Steps 502 to 514 are the same processing as steps 402 to 414 in FIG. 9, respectively. However, here, the angular velocity is not used, and in step 510, only the gyro angle difference Δθ based on the road angle θm output from the map sensor 607 is calculated.
[0067]
In step 516, the long-term change of Δθ (calculated in step 510) is statistically processed to calculate the slope of the regression line, which is regarded as the n-th bias error b (n).
[0068]
Where Sn2Is the variance of n, Sn ΔθIs the covariance of n and Δθ, and T is the sampling period of the road direction or gyro direction.
[0069]
In step 518, when the fluctuation range of the bias error b (n) is smaller than the predetermined fluctuation value δb, the average of the maximum and the minimum is set as the final bias error b as in step 520.
[0070]
Here, the procedure after step 518 was determined for the following reasons. Since the slope b (see FIG. 12) representing the gyro bias is obtained, for example, from statistical calculation using a regression line, it cannot be calculated accurately unless a certain amount of information is accumulated. Therefore, information is accumulated until n = N−k, and the calculation of the bias error b is started from N−k. Thereafter, b (n) is calculated each time by adding the increased information every time until n = N. Then, it is determined in step 518 whether or not b (n) that fluctuates with time converges to a certain fixed width. If Yes, the maximum value and the minimum value of b (n) are determined in step 520. Are taken as the gyro bias error b.
[0071]
This is because if these conditions are not performed when the fluctuation is small in calculating b, there is a possibility that an adverse effect may occur.
[0072]
A second embodiment of the integral sensing device to which the present invention is applied will be described. In the present embodiment, an integral sensing device that detects a traveling direction using a Kalman filter is used. The integrating sensing device of the present embodiment is used for a navigation device having a configuration as shown in FIG.
[0073]
In the integration type sensing device of the present embodiment, the Kalman filter gain is calculated in a method of performing the Kalman filtering on the output signals of the first means 1 and the second means 2 for outputting the traveling direction to calculate the traveling direction. The present invention is applied as a means for measuring an error (noise) component necessary for performing the operation.
[0074]
That is, as shown in FIG. 3, the integral type sensing device of the present embodiment detects the angular velocity which is a differential amount of the traveling azimuth and integrates the angular velocity with the first means 1 and the traveling azimuth directly or indirectly. , A subtractor 3 that calculates the difference between the values of the traveling azimuths obtained from the first and second means, and a time change rate of the output from the subtractor 3, It has a bias error measuring means 45 for calculating an estimation error, and a Kalman filter 13 for estimating the running direction 44 using the estimated error.
[0075]
The Kalman filter 13 receives the measurement error from the bias error measurement unit 45, uses the filter gain calculation unit 11 that calculates the gain of the Kalman filter, uses the calculated gain, and the output signals from the first and second units. And a required physical quantity estimating means 12 for estimating a required physical quantity, in this case, the traveling direction 44.
[0076]
The first means 1 has a gyro sensor 603 for measuring an angular velocity which is a differential amount of the traveling azimuth, and a time integrating means 8 for calculating the traveling azimuth of the vehicle by integrating the corrected angular velocity with time.
[0077]
The second means 2 includes, as sensors, a map sensor 607 for calculating a running direction from a vehicle position determined previously, a geomagnetic sensor 602, and a GPS for detecting an absolute position and an absolute direction on the earth based on a GPS satellite signal. It has three of the devices 606. Here, these sensors 607, 602, and 606 need not be dedicated to this sensing device. The output signal of the sensor can also be used for a physical quantity determined by the sensing device, that is, for determining other than the traveling direction.
[0078]
The second means further selects the sensor with the highest accuracy according to the situation according to the selector control signal 27 input from the outside, as in the first embodiment, among the combinations of these sensors, It has a selector device 23 that outputs the azimuth from the sensor.
[0079]
The bias error measuring means 45 has a time change rate calculating means 43 for calculating a time change of the azimuth by the output of the gyro sensor 603 based on the azimuth output of the second means 2.
[0080]
In this embodiment, the entire operation of the navigation device is the same as that of the first embodiment (see FIG. 6), but the operation of the sensing device used for detecting the traveling azimuth is different. Hereinafter, the operation of the integral sensing device according to the present embodiment will be described.
[0081]
In this embodiment, as in the above embodiment, the gyro sensor 603 is applied to the first means 1 to measure the angular velocity. Further, the second means 2 combines three of the map sensor 607, the geomagnetic sensor 602, and the GPS device 606, selects the sensor with the highest accuracy according to the situation by the selector device 23, and selects the sensor. Is output as the azimuth of the second means 2.
[0082]
The bias error measuring means 45 measures an error (noise) component in the first means based on the change rate calculated by the time change rate calculating means 43. Here, as the processing in the change rate calculating means 43 of the bias error measuring means 45, the same processing as the bias error calculation interrupt processing described with reference to FIGS. 9 and 10 in the above embodiment can be applied.
[0083]
The filter gain calculating means 11 calculates the Kalman filter gain, and using the calculated Kalman filter gain, the required physical quantity estimating means 12 calculates the required azimuth based on the calculated Kalman filter gain for each running direction obtained from the first and second means. The running direction 44 can be estimated by performing the weighting process.
[0084]
Next, an example of the Kalman filter processing in the sensing device will be described.
[0085]
First, the state equation, which was created by modeling the target system, is as follows.
[0086]
(Equation 1)
Figure 0003581392
[0087]
Here, X (k) is a state vector, which is an estimated amount at time k including a required physical quantity. A is a state transition matrix, B is a driving matrix, U (k) is brand noise, and V (k) is system noise.
[0088]
In addition, an observation equation indicating the relationship between the amount of observation from each sensor and the state quantity is as follows.
[0089]
(Equation 2)
Figure 0003581392
[0090]
Here, Y (k) is an observation vector, f is a functional expression indicating a relationship with a state quantity, and W (k) is observation noise.
[0091]
When the Kalman filter processing is applied to the above model, the optimum estimated value X (k | k) is obtained by the following recurrence formula. If the observation equation is nonlinear, an algorithm of the extended Kalman filter is used.
[0092]
(Equation 3)
Figure 0003581392
[0093]
Here, the subscript (k | k) is the optimum value obtained by the Kalman filter based on the observation value at time k, and (k | k-1) is the value at time k-1 from the value at time k-1 using the state equation. It is a prediction. V (k) and W (k) are covariance matrices of system noise and observation noise, respectively.
[0094]
P is a covariance matrix of the estimation error, which is a measure of the estimation accuracy by the Kalman filter. K is a Kalman filter gain, which is calculated when the amount of observation is obtained, is a quantity that compares the statistic of the system noise and the observation noise, and determines which of the state equation and the observation is weighted. is there.
[0095]
The second equation from the top of Equation 3 is an equation for calculating the optimum estimated value. The value at time k is predicted according to the state equation using the optimal estimated value at time k-1. This predicted value and the internal dividing point of the observed value at the time k by the Kalman filter gain K become the optimum estimated value. The matrix C (k) is a Jacobian of f (X (k | k-1)) used for linearizing the observation equation.
[0096]
In the Kalman filter processing as described above, based on the magnitude of the noise component obtained from the bias error measuring means 45, V (k), W (k), or the corresponding component of P is appropriately changed. , Kalman filter gain K for performing optimum weighting under the conditions can be calculated.
[0097]
A third embodiment of the integral sensing device for vehicle navigation to which the present invention is applied will be described.
[0098]
As shown in FIG. 4, the integrating sensing device of the present embodiment detects a speed, which is a differential amount of the traveling distance, and integrates the first means 1 for integrating the traveling distance and the first means for directly or indirectly acquiring the traveling distance. (2), a subtractor (3) for calculating the difference between the mileage values obtained from the first and second means, and a time change rate of the output from the subtractor (3) to calculate an estimation error. And a scale error estimating means 52.
[0099]
The first means 1 includes a vehicle speed sensor 50 for measuring a speed which is a differential amount of the traveling distance, a scale error correction means 51 for performing a scale error correction for the measured speed, which will be described below, And time integration means 8 for calculating the travel distance of the vehicle by performing time integration.
[0100]
The second means 2 includes, as sensors, a map sensor 607 for calculating a travel distance from a vehicle position which has been determined, and a GPS device 606 for detecting an absolute position on the earth and a travel distance based on a GPS satellite signal. Having one. Here, these sensors 607 and 606 need not be dedicated to this sensing device. The output signal of the sensor can also be used to determine a physical quantity determined by the sensing device, that is, other than the travel distance.
[0101]
The second means further selects the sensor with the highest accuracy according to the situation according to the command of the selector control signal 27 input from the outside, out of the combination of these sensors, as in the first embodiment. And a selector device 23 for outputting the direction.
[0102]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0103]
In the first means 1, for example, a vehicle speed sensor 50 that periodically counts the number of rotations of the wheels measures the vehicle speed, and the time integration means 8 integrates the time to calculate the traveling distance. On the other hand, the second means 2 outputs the traveling distance by using data from the high-precision sensor selected by the selector device 23 among the map sensor 607 and the GPS device 606.
[0104]
On the basis of the distance output of the second means 2, the distance change rate calculating means 53 calculates a change in the distance output by the first means 1 with an increase in the traveling distance. The scale error estimating means 52 calculates the distance change rate α at this time by statistical processing such as regression analysis to be described later, and estimates the scale factor error of the first means 1. Further, the scale error correcting means 51 corrects the scale error for calculating the vehicle speed by the following equation.
[0105]
(Equation 4)
Figure 0003581392
[0106]
Therefore, the accuracy of the finally output traveling distance 54 can be improved by an amount corresponding to the correction of the scale error.
[0107]
Fourth Embodiment A fourth embodiment of the integral sensing device to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
[0108]
The integrated sensing device of the present embodiment detects the traveling speed of a vehicle. As shown in FIG. 5, a first means 1 for detecting and integrating acceleration, which is a differential amount of the traveling speed, A second means 2 for obtaining directly or indirectly, a subtractor 3 for calculating the difference between the values of the traveling speeds obtained from the first and second means, and a time change rate of the output from the subtractor 3 And a bias error estimating means 42 for calculating an estimation error.
[0109]
The first means 1 includes an acceleration sensor 60 for measuring an acceleration that is a differential amount of the traveling speed, a bias error correction means 41 for correcting an error of the measured acceleration, and a time integration of the corrected acceleration. Time integration means 8 for calculating the running speed of the vehicle.
[0110]
The second means 2 includes, as sensors, a vehicle speed sensor 50 that counts the number of rotations of wheels to calculate a vehicle speed, and a GPS device 606 that detects an absolute position on the earth and a traveling speed based on a GPS satellite signal. Having one. Here, these sensors 50 and 606 need not be dedicated to this sensing device. The output signal of the sensor can also be used to determine a physical quantity determined by the sensing device, that is, other than the traveling speed.
[0111]
The second means further includes a selector device 23 that selects the sensor with the highest accuracy according to the situation and outputs the azimuth according to a selector control signal 27 input from the outside, out of the combination of these sensors.
[0112]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0113]
In this embodiment, in the first means 1, the acceleration sensor 60 measures the acceleration of the vehicle. The second means 2 combines a vehicle speed sensor 50 and a GPS device 606 for detecting the speed of a moving object on the earth based on a satellite signal, and the selector device 23 determines the sensor with the highest accuracy in the situation. The output from the selected sensor is output as the vehicle speed output of the second means 2.
[0114]
The time change rate calculating means 43 calculates the time change of the vehicle speed by the output of the acceleration sensor 60 based on the vehicle speed output of the second means 2. The bias error estimating means 42 calculates the rate of change over time at that time by statistical processing such as the above-described regression analysis, and outputs it as a bias error of the acceleration sensor 60. Finally, the bias error correction means 41 corrects the bias error of the measured acceleration.
[0115]
Therefore, the accuracy of the finally output traveling speed 61 can be improved by an amount corresponding to the correction of the bias error.
[0116]
In the present embodiment, the bias error of the acceleration of the vehicle is estimated and corrected. However, for example, as in the estimation and correction of the vehicle running speed in the third embodiment (see FIG. 4), the scale in the detected acceleration is corrected. Even when the error is estimated and corrected, the accuracy can be improved as in the present embodiment.
[0117]
A fifth embodiment of the integral sensing device to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. This embodiment is a combination of the third embodiment (see FIG. 4) and the fourth embodiment (see FIG. 5). The traveling speed 61, which is the output of the fourth embodiment, is This is configured to be input as the vehicle speed measurement value of the third embodiment.
[0118]
That is, in this embodiment, as shown in FIG. 13, the first means 1 for detecting the acceleration of the vehicle and outputting the traveling speed, the second means 2 for detecting the traveling speed similarly, and the first means A bias error estimating means for estimating a bias error from a difference between the values detected by the first and second means.
[0119]
Further, in this embodiment, the first means 1 'for receiving the traveling speed 61 output from the first means and integrating the time to detect the traveling distance, and the second means 2 for similarly detecting the traveling distance. And a scale error estimating means 52 for estimating a scale error from a difference between the values detected by the first means 1 'and the second means 2'.
[0120]
The operation of this embodiment is the same as that of the third and fourth embodiments, and the description is omitted here.
[0121]
According to this embodiment, when the travel distance 54 is calculated by integrating the acceleration amount detected using the acceleration sensor 60 of the first means 2 twice, the errors generated at each integration stage are calculated as follows: Since the correction can be made based on the sensor data of the second means 2 and the second means 2 ', the accuracy of the finally obtained travel distance 54 can be improved as a result.
[0122]
In the present embodiment, error correction is performed in each integration stage by comparison with the second means. However, the error correction may be performed in only one of the stages. At this time, as the error correction performed, one of a scale error and a bias error is performed. Further, a configuration may be adopted in which the scale error is corrected in the first integration stage (output of the first means 1) and the bias error is corrected in the next integration step (first means 1 ').
[0123]
Although several embodiments have been described above, the present invention can be applied commonly to the integral type sensing device related to vehicle navigation, and is not limited to the configuration shown in the above example.
[0124]
Therefore, according to the present invention, in a method of measuring a differential amount of a required physical quantity related to navigation of a vehicle, and then calculating the required quantity by integrating the physical quantity, an error included in the measured differential quantity is calculated. For example, a bias error or the like can be estimated and corrected. Therefore, the error that should have accumulated originally can be reduced by time integration.
[0125]
That is, since the error of the measurement signal itself by the sensor can be reduced, for example, unlike the correction of the final stage such as the error correction of the map matching method in the conventional navigation device, after the correction, a similar error is immediately generated again. It does not happen. Therefore, the present invention is equivalent to using a highly accurate sensor, and the system reliability can be improved.
[0126]
【The invention's effect】
According to the integral sensing device of the present invention, the error of the measurement signal itself by the sensor can be reduced, and the same error does not occur immediately after the error is corrected. Therefore, the present invention is equivalent to using a highly accurate sensor, and the system reliability can be improved.
[0127]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of an integral sensing device for detecting a traveling direction to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a conventional integral sensing device in a vehicle navigation device.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the integral type sensing device for detecting a running direction to which the present invention is applied.
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of another embodiment of the integral type sensing device for detecting a traveling distance to which the present invention is applied.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the integral type sensing device for detecting a traveling speed to which the present invention is applied.
FIG. 6 is a flowchart showing the overall operation of the vehicle navigation device provided with the integrating sensing device of the embodiment of FIG. 1;
FIG. 7 is a flowchart of a running vector integration interruption process in FIG. 6;
FIG. 8 is a flowchart of a direction calculation interrupt process in FIG. 6;
FIG. 9 is a flowchart of a bias error calculation interruption process (short term) in FIG. 6;
FIG. 10 is a flowchart of a bias error calculation interruption process (long term) in FIG. 6;
11 is a block diagram illustrating an example of a hardware configuration of a navigation device including the integral sensing device according to the embodiment of FIG.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a method for obtaining a bias error according to the present invention.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the integral type sensing device for detecting a traveling distance to which the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st means, 2 ... 2nd means, 3 ... Adder (subtractor), 8 ... Time integration means, 11 ... Filter gain calculation means, 12 ... Required physical quantity estimation means, 13 ... Kalman filter, 21 ... Map Sensor 22, 22 geomagnetic sensor, 23 selector device, 24 filter, 27 selector control signal, 41 bias error correction means, 42 bias error estimation means, 43 time change rate calculation means, 44 running direction, 45 ... bias error measuring means, 50 ... vehicle speed sensor, 51 ... scale error correcting means, 52 ... scale error estimating means, 53 ... distance change rate calculating means, 54 ... running distance, 60 ... acceleration sensor, 61 ... running speed, 601 ... Distance sensor, 602 geomagnetic sensor, 603 gyro sensor, 604 controller, 605 display device, 606 GPS device, 607 map Capacitors, 608 ... input device, 610 ... map data storage, 611 ... map operation means.

Claims (9)

車両に搭載される積分型センシング装置において、
車両のナビゲーションに係わる一つの物理量を、それぞれ、独立して得る第1の手段および第2の手段と、
第1の手段で発生する誤差を推定する誤差推定手段とを有し、
誤差推定手段は、予め定めた時間毎に誤差を算出する短時間誤差推定手段と、前記短時間誤差推定手段が誤差を算出する間隔より長い時間毎に誤差を算出する長時間誤差推定手段とを有し、
第1の手段は、
当該物理量の時間変化率である微分量を検出するセンサを含む第1のセンサ部と、
検出された微分量を、短時間誤差推定手段および長時間誤差推定手段において推定された誤差を用いて補正する誤差補正手段と、
補正された微分量を時間で積分することにより、当該物理量を得る積分手段とを有し、
前記短時間誤差推定手段は、
第1および第2の手段により得られた当該物理量の各々の値の差を算出する減算部と、
算出された差の変化率を、演算により得る変化率算出手段と、
算出された変化率から、前記誤差補正手段において用いられる誤差を求める推定誤差算出手段とを有し、
前記長時間誤差推定手段は、
これまでに当該長時間誤差推定手段により求められた誤差の変動幅が予め定めた変動幅より小さい場合、当該誤差の最大値と最小値の平均を前記誤差補正手段において用いられる誤差として求め、
前記積分型センシング装置は、さらに、
前記微分量の誤差が一方向に生じているか否かを判定する判定手段を有し、
前記短時間誤差推定手段は、前記判定手段により前記微分量の誤差が一方向に生じていると判定された場合のみ、誤差を算出する
ことを特徴とする積分型センシング装置。
In an integrated sensing device mounted on a vehicle,
First means and second means for independently obtaining one physical quantity related to vehicle navigation,
Error estimating means for estimating an error generated by the first means,
The error estimating means includes a short-time error estimating means for calculating an error at every predetermined time, and a long-time error estimating means for calculating an error at a time longer than an interval at which the short-time error estimating means calculates the error. Have
The first means is
A first sensor unit including a sensor that detects a differential amount that is a time change rate of the physical quantity;
Error correction means for correcting the detected differential amount using the error estimated by the short-time error estimation means and the long-time error estimation means,
Integrating means for obtaining the physical quantity by integrating the corrected differential quantity with time,
The short-time error estimating means,
A subtraction unit for calculating a difference between each value of the physical quantity obtained by the first and second means;
A change rate calculating means for obtaining a change rate of the calculated difference by calculation,
From the calculated change rate, an estimated error calculating means for obtaining an error used in the error correcting means ,
The long-time error estimating means,
If the variation width of the error determined by the long-time error estimation means is smaller than a predetermined variation width, an average of the maximum value and the minimum value of the error is determined as the error used in the error correction means,
The integrating sensing device further comprises:
A determination unit that determines whether the error of the differential amount has occurred in one direction,
The integral type sensing device, wherein the short-time error estimating means calculates the error only when the determining means determines that the error of the differential amount occurs in one direction.
請求項1において、
前記判定手段は、
前記変化率算出手段により算出した変化率が連続して同符号であるかに基づいて、前記微分量の誤差が一方向に生じているか否かを判定することを特徴とする積分型センシング装置。
In claim 1,
The determining means includes:
An integral sensing device, wherein it is determined whether or not the error of the differential amount occurs in one direction based on whether the change rates calculated by the change rate calculating means are continuously the same sign.
請求項1または2において、
前記第2の手段は、前記当該物理量を検出するセンサ、および、前記当該物理量とは異なる物理量であって、前記当該物理量に変換できる1つ以上の物理量を検出する1つ以上のセンサのうち、いずれか一方または両方を含む第2のセンサ部を有することを特徴とする積分型センシング装置。
In claim 1 or 2,
The second means is a sensor that detects the physical quantity, and one or more sensors that detect one or more physical quantities that are different from the physical quantity and can be converted to the physical quantity. An integral type sensing device comprising a second sensor unit including one or both of them.
請求項1または2において、
前記変化率算出手段は、時間による変化率を算出することを特徴とする積分型センシング装置。
In claim 1 or 2,
The rate-of-change calculating means calculates a rate of change with time.
請求項4において、
前記誤差推定手段が推定する誤差は、前記第1の手段で検出された微分量のバイアス誤差であることを特徴とする積分型センシング装置。
In claim 4,
The error estimated by the error estimating means is a differential error bias error of the differential amount detected by the first means.
請求項5において、
前記推定誤差算出手段は、前記変化率算出手段で得られた前記当該物理量の差の時間に対する変化を、回帰直線にて求め、この回帰直線の一定の傾きを、前記第1の手段で検出された微分量のバイアス誤差とすることを特徴とする積分型センシング装置。
In claim 5,
The estimation error calculation means obtains, using a regression line, a change with respect to time of the difference between the physical quantities obtained by the change rate calculation means, and detects a constant slope of the regression line by the first means. An integrated sensing device, wherein a bias error of the differential amount is used.
請求項6において、
前記当該物理量は車両の走行方位角であり、
前記第1のセンサ部のセンサは、走行方位を検出するジャイロセンサであり、
前記第2のセンサ部のセンサは、車両位置に対応する道路方位角を走行方位角として検出する方位検出地図センサ、GPS衛星信号を基に地球上の絶対方位を検出する方位検出GPS受信手段、および、地球磁場を検出する地磁気センサのうち、いずれか一つ以上であること
を特徴とする積分型センシング装置。
In claim 6,
The physical quantity is a running azimuth of the vehicle,
The sensor of the first sensor unit is a gyro sensor that detects a traveling direction,
A sensor of the second sensor unit, an azimuth detection map sensor that detects a road azimuth corresponding to the vehicle position as a traveling azimuth, an azimuth detection GPS receiving unit that detects an absolute azimuth on the earth based on a GPS satellite signal, And an integrated sensing device, which is at least one of a geomagnetic sensor for detecting a geomagnetic field.
請求項1または2において、
前記当該物理量は、車両の走行距離であり、
前記第1のセンサ部のセンサは、車両の走行距離を計測する走行距離検出手段であり、前記第2のセンサ部のセンサは、車両移動軌跡に対応する道路長を走行距離とする距離検出地図センサ、および、GPS衛星信号を基に車両の移動距離を検出する距離検出GPS受信手段のうち、いずれか一つ以上であり、
前記変化率算出手段は、前記当該物理量の差の走行距離による変化率を算出し、前記推定誤差算出手段は、前記第1の手段で検出された微分量のスケールファクタ誤差を算出し、
前記誤差補正手段は、算出されたスケールファクタ誤差に基づき前記第1の手段における検出された微分量を補正すること
を特徴とする積分型センシング装置。
In claim 1 or 2,
The physical quantity is a traveling distance of the vehicle,
The sensor of the first sensor unit is travel distance detection means for measuring the travel distance of the vehicle, and the sensor of the second sensor unit is a distance detection map in which the travel distance is a road length corresponding to the vehicle locus. At least one of a sensor and a distance detection GPS receiving means for detecting a moving distance of the vehicle based on a GPS satellite signal;
The change rate calculating means calculates a change rate of the difference between the physical quantities according to a traveling distance, and the estimation error calculating means calculates a scale factor error of the differential amount detected by the first means,
The error sensing means corrects the differential amount detected by the first means based on the calculated scale factor error.
請求項1または2において、
前記当該物理量は、車両の走行速度であり、
前記第1のセンサ部のセンサは、車両の加速度を検出する加速度検出手段であり、
前記第2のセンサ部のセンサは、車両の走行速度を検出する走行速度検出手段、および、GPS衛星信号を基に車両の速度を検出する速度検出GPS受信手段のうち、いずれか一つ以上であること
を特徴とする積分型センシング装置。
In claim 1 or 2,
The physical quantity is a traveling speed of the vehicle,
The sensor of the first sensor unit is acceleration detection means for detecting acceleration of the vehicle,
The sensor of the second sensor unit includes at least one of a traveling speed detecting unit that detects a traveling speed of the vehicle, and a speed detecting GPS receiving unit that detects a speed of the vehicle based on a GPS satellite signal. An integrated sensing device, characterized in that:
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