JP6149699B2 - Vehicle trajectory calculation device - Google Patents

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Description

本発明は、車両用走行軌跡算出装置に関するものである。   The present invention relates to a vehicle travel locus calculation apparatus.

車両の現在位置や走行軌跡を検出する車両用走行軌跡算出装置は、ナビゲーションシステムの他にも、車両の自動走行を実現する運転支援システム等に広く用いられるようになってきている。自車両の挙動のみを計測して制御するシステム(VSC(Vehicle Stability Control)、ABS(Anti-lock Brake System)など)は従来からあったが、昨今では車両周辺環境に応じた車両制御をするシステムまで既に製品化されつつある。周辺環境に応じた車両制御システムにも種々あり、その中でも特に地図情報に基づいた車両制御システム(以下、地図利用ADASと称す)が注目されている。   2. Description of the Related Art In addition to a navigation system, a vehicular travel trajectory calculation device that detects a current position and a travel trajectory of a vehicle has been widely used in a driving support system that realizes automatic travel of a vehicle. Systems that measure and control only the behavior of the vehicle (VSC (Vehicle Stability Control), ABS (Anti-lock Brake System), etc.) have been used in the past, but nowadays a system that controls vehicles according to the surrounding environment of the vehicle. Has already been commercialized. There are various types of vehicle control systems according to the surrounding environment, and among them, a vehicle control system based on map information (hereinafter referred to as map-use ADAS) has attracted attention.

地図利用ADAS(地図利用Advanced Driver Assistance System)の実現には、いつでもどこでも地図上の自車位置を特定する技術が欠かせない。こうした技術はマップマッチングと呼ばれ、主に道路地図形状と走行軌跡形状の一致度を指標としている。このため、地図利用ADASを実現する為には、いつでもどこでも正確な走行軌跡形状を計測出来る技術が鍵となる。   To realize the map-based ADAS (Map-based Advanced Driver Assistance System), technology to identify the location of the vehicle on the map is indispensable anytime and anywhere. Such a technique is called map matching, and mainly uses the degree of coincidence between the road map shape and the travel locus shape as an index. For this reason, in order to realize the map-based ADAS, a technique capable of measuring an accurate travel locus shape anytime and anywhere is the key.

ところで、走行軌跡形状は車両の回転角速度を検出するジャイロスコープや、移動距離に応じた車速パルス信号を出力する車速センサ等の慣性センサと、GPS受信機を利用した衛星航法出力から得ている。衛星電波環境が良好な場所(オープンスカイ環境下)では衛星航法だけでも十分だが、不調となる場所(トンネル内、ビル街、高架下等)では慣性センサも活用して走行軌跡形状を得る。しかし、廉価な慣性センサは特性の個体差が大きく、そのままでは歪んだ走行軌跡形状しか得ることは出来ない。このため、いつでもどこでも正確な走行軌跡形状を得るには、衛星航法と複合させた慣性センサの自動校正機能が不可欠となる。   By the way, the traveling locus shape is obtained from an inertial sensor such as a gyroscope that detects a rotational angular velocity of a vehicle, a vehicle speed sensor that outputs a vehicle speed pulse signal corresponding to a moving distance, and a satellite navigation output using a GPS receiver. Satellite navigation alone is sufficient for places with good satellite radio wave environment (under open sky environment), but in places where trouble is occurring (in tunnels, buildings, underpasses, etc.), inertial sensors are also used to obtain a running trajectory shape. However, an inexpensive inertial sensor has a large individual difference in characteristics, and only a distorted traveling locus shape can be obtained as it is. For this reason, an automatic calibration function of an inertial sensor combined with satellite navigation is indispensable to obtain an accurate travel locus shape anytime and anywhere.

自動校正機能は各社様々なものを開発しているが、そのうちの一つとして逐次処理型フィルタ(カルマンフィルタ)による特性推定手法がある。このような手法として、慣性センサの出力値および衛星航法出力に基づいて現時刻の車両の位置と方位を特定するとともに、車両の位置、方位および慣性センサの補正量に対する各誤差を状態量としたカルマンフィルタを用いて各誤差を推定するとともに各誤差の予測誤差を成分として含む誤差共分散行列を算出し、各誤差および誤差共分散行列を用いて慣性センサの自動校正を実現するようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。   Various auto-calibration functions have been developed by various companies. One of them is a characteristic estimation method using a sequential processing type filter (Kalman filter). As such a method, the position and direction of the vehicle at the current time are specified based on the output value of the inertial sensor and the satellite navigation output, and each error with respect to the correction value of the vehicle position, direction and inertial sensor is used as a state quantity. Each error is estimated using a Kalman filter, and an error covariance matrix including the prediction error of each error as a component is calculated, and automatic calibration of the inertial sensor is realized using each error and error covariance matrix. Yes (see, for example, Patent Document 1).

この際、衛星航法結果に含まれるノイズを考慮し、自動校正機能は長い時間をかけて緩やかに学習を進める必要がある。このため、車両の位置、方位、慣性センサの補正量およびこれらの各誤差の誤差共分散行列を不揮発性記憶媒体でバックアップしておき、車両のエンジン等の停止に伴って車両用走行軌跡算出装置が停止状態となった後、再起動する際には、バックアップされた各値を読み戻して1時刻前の値とみなし、慣性センサの出力値や車両の位置と方位の補正を行うようにしている。   At this time, considering the noise included in the satellite navigation results, the automatic calibration function needs to gradually learn over a long time. Therefore, the vehicle position, direction, inertia sensor correction amount, and error covariance matrix of each of these errors are backed up by a nonvolatile storage medium, and the vehicle travel locus calculation device is accompanied when the vehicle engine is stopped. When restarting after the vehicle has stopped, the backed up values are read back and regarded as values one hour before, and the output value of the inertial sensor and the position and direction of the vehicle are corrected. Yes.

ところが、例えば、入庫方向と出庫方向の向きが180度異なるようなターンテーブルが設置された立体駐車場に車両を駐車させた後、車両用走行軌跡算出装置の停止状態中に、車両がターンテーブル上で回転すると、メモリでバックアップされた方位と実際の車両の方位にずれが生じてしまう。このような場合、車両用走行軌跡算出装置が再起動した際に、バックアップしておいた方位が実際の車両の方位と異なっているにもかかわらず、バックアップしておいた方位および方位の予測誤差を1時刻前の値とみなして慣性センサの出力値や車両の位置と方位の補正を行うと、走行軌跡を誤推定してしまうといった問題が発生する。   However, for example, after the vehicle is parked in a multi-story parking lot where a turntable having a direction different from the entry direction and the exit direction by 180 degrees is installed, the vehicle is turned on while the vehicle travel locus calculation device is stopped. When rotating above, there is a difference between the direction backed up in the memory and the actual direction of the vehicle. In such a case, when the vehicle travel trajectory calculation device is restarted, the backed up heading and heading prediction error, even though the backed up heading is different from the actual heading of the vehicle. If the output value of the inertial sensor and the position and direction of the vehicle are corrected by assuming that the value is one hour ago, there is a problem that the travel locus is erroneously estimated.

なお、車両用走行軌跡算出装置の停止状態中に、車両がターンテーブル上で回転する場合に対する従来技術として、自車両の方位変化量と移動距離とによって自車両の進行方位を表す進行方位情報を取得し、この進行方位情報に基づいて自車両の走行軌跡を生成する走行軌跡生成部と、GPS測位によって取得された自車両位置情報に基づく自車両位置と走行軌跡の先頭部の位置との間の所定値以上の位置ずれを検出する位置ずれ検出部と、位置ずれ検出時に走行軌跡を剛体変換しながら道路パターンと間でパターンマッチング処理を行う走行軌跡マッチング処理部とを備え、パターンマッチング処理でパターン一致した道路パターンを真の走行軌跡とみなして自車両の位置を一致した道路パターンの先頭部として、パターン一致した走行軌跡のための剛体変換の基点を車両方位変更箇所(例えば、ターンテーブル設置箇所)と判定するようにしたものがある(例えば、特許文献2参照)。
特開平8−68654号公報 特開2010−190721号公報
As a conventional technique for the case where the vehicle rotates on the turntable while the vehicle travel locus calculation device is in a stopped state, the traveling direction information indicating the traveling direction of the own vehicle based on the direction change amount and the moving distance of the own vehicle is provided. A travel trajectory generating unit that acquires the travel trajectory of the host vehicle based on the travel direction information, and between the host vehicle position based on the host vehicle position information acquired by GPS positioning and the position of the head of the travel trajectory. A positional deviation detection unit that detects a positional deviation of a predetermined value or more, and a traveling locus matching processing unit that performs pattern matching processing between the road pattern and rigidly transforming the traveling locus when the positional deviation is detected. The pattern matching road trajectory is regarded as the head of the road pattern where the position of the host vehicle is the same as the true road trajectory. The origin of the rigid transformation vehicle direction change points for (e.g., a turntable installation site) is that so as to determine (for example, see Patent Document 2).
JP-A-8-68654 JP 2010-190721 A

上記特許文献2に記載された装置は、ターンテーブルから出庫した直後は、方位が逆方向となって算出されるため、マップマッチング処理でパターン一致しなくなるが、しばらくすると衛星航法結果を用いて正しい位置へ復帰するため、この復帰した位置からこれまでの走行軌跡を逆に辿ることで、問題となるターンテーブルの位置を特定するというものであるが、ターンテーブルから出庫した後、しばらくの間、方位が逆方向となって算出されるため、誤動作が発生してしまうといった問題がある。   Since the device described in Patent Document 2 is calculated with the azimuth direction reversed immediately after leaving the turntable, the pattern matching process does not match the pattern, but after a while it is correct using the satellite navigation result. In order to return to the position, by tracing back the traveling trajectory so far from this return position, the position of the turntable in question is specified, but for a while after leaving the turntable, Since the direction is calculated in the reverse direction, there is a problem that malfunction occurs.

また、前述したように、車両の位置、方位、慣性センサの補正量およびこれらの各誤差の誤差共分散行列を不揮発性記憶媒体でバックアップしておき、装置が再起動する際に、バックアップされた各値を読み戻して慣性センサの出力値や車両の位置と方位の補正を行う装置においては、装置の停止状態中に、車両がターンテーブル上で回転すると、バックアップしておいた方位が実際の車両の方位と異なっているにもかかわらず、バックアップしておいた方位および方位の予測誤差を1時刻前の値とみなして慣性センサの出力値や車両の位置と方位の補正を行う為、走行軌跡を誤推定してしまう。   Further, as described above, the vehicle position, orientation, inertia sensor correction amount, and error covariance matrix of each of these errors are backed up in a nonvolatile storage medium, and are backed up when the device is restarted. In a device that reads back each value and corrects the output value of the inertial sensor and the position and direction of the vehicle, if the vehicle rotates on the turntable while the device is stopped, the backed up direction is Despite being different from the vehicle's heading, the backed-up heading and heading prediction error is regarded as the value one hour before, and the output value of the inertial sensor and the vehicle position and heading are corrected. The trajectory is estimated incorrectly.

カルマンフィルタは(実誤差に対して)適切な予測誤差を推定出来ている場合には状態量を精度良く推定することができるが、この場合、実誤差>>予測誤差となることが予想される。実誤差が大きいにも関わらず小さな値の予測誤差を用いた場合には、状態量の推定を誤り、車両の位置、方位や慣性センサの出力値を誤補正してしまうことになる。   The Kalman filter can accurately estimate the state quantity when an appropriate prediction error can be estimated (relative to the actual error), but in this case, it is expected that the actual error >> the prediction error. If a small prediction error is used even though the actual error is large, the estimation of the state quantity is erroneous, and the vehicle position and orientation and the output value of the inertial sensor are erroneously corrected.

この結果、現時刻の衛星航法出力と比較すると1時刻の間に車両の方位が急変したように見え、上記補正処理が慣性センサの補正量を調整することでつじつまを合わせようとするために、慣性センサの補正量を誤推定してしまい、慣性センサの出力値を誤補正してしまう。   As a result, compared to the satellite navigation output at the current time, it seems that the direction of the vehicle suddenly changed during one time, and the correction process tries to adjust the correction amount of the inertial sensor. The correction amount of the inertial sensor is erroneously estimated, and the output value of the inertial sensor is erroneously corrected.

このように、一度、慣性センサの出力値を誤補正してしまうと、再度、走行軌跡を精度良く算出できるようになるまでに時間がかかるといった問題がある。   As described above, once the output value of the inertial sensor is erroneously corrected, there is a problem that it takes time before the travel locus can be accurately calculated again.

本発明は上記問題に鑑みたもので、作動停止中に車両がターンテーブル上で回転した後、再起動時に、より速やかに走行軌跡を精度良く算出できるように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 allow a travel locus to be calculated more quickly and accurately at the time of restart after a vehicle rotates on a turntable during operation stop.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、車両に搭載された慣性センサ(1、2)の出力値およびGPS受信機(3)の出力値に基づいて現時刻の車両の位置と方位を特定するとともに、車両の位置、方位および慣性センサの補正量に対する各誤差を状態量としたカルマンフィルタを用いて各誤差を推定するとともに各誤差の予測誤差を成分として含む誤差共分散行列を算出し、各誤差および誤差共分散行列を用いて車両の位置、方位および慣性センサの出力値の補正を行う演算処理手段(100〜400)を備え、車両の位置と方位に基づく車両の走行軌跡を算出する車両用走行軌跡算出装置であって、当該車両用走行軌跡算出装置が作動を停止するとき、演算処理手段により特定された車両の位置、方位、慣性センサの補正量および誤差共分散行列を記憶媒体へ記憶させるバックアップ手段(50)と、当該車両用走行軌跡算出装置が起動したとき、演算処理手段は、記憶媒体に記憶された誤差共分散行列のうち、方位の誤差の予測誤差についてのみ所定値にリセットし、方位の誤差の予測誤差以外については記憶媒体に記憶された起動前の各値を用いて車両の位置、方位および慣性センサの出力値の補正を行うことを特徴としている。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is based on the output value of the inertial sensor (1, 2) mounted on the vehicle and the output value of the GPS receiver (3). And an error covariance matrix that includes a prediction error of each error as a component and estimates each error using a Kalman filter with each error relative to the correction amount of the vehicle position, direction and inertial sensor as a state quantity. Computation processing means (100 to 400) that calculates and corrects the position and direction of the vehicle and the output value of the inertial sensor using each error and the error covariance matrix, and the travel locus of the vehicle based on the position and direction of the vehicle A vehicle travel locus calculation device for calculating the vehicle position, orientation, and inertia sensor correction amount specified by the arithmetic processing means when the vehicle travel locus calculation device stops operating. And the backup means (50) for storing the error covariance matrix in the storage medium and the vehicle travel locus calculation device are activated, the arithmetic processing means is configured to determine the orientation of the error covariance matrix stored in the storage medium. Only the error prediction error is reset to a predetermined value, and other than the azimuth error prediction error, the pre-startup values stored in the storage medium are used to correct the vehicle position, azimuth, and output value of the inertial sensor. It is characterized by that.

このような構成によれば、当該車両用走行軌跡算出装置が作動を停止するとき、演算処理手段により特定された車両の位置、方位、慣性センサの補正量および誤差共分散行列を記憶媒体へ記憶させるバックアップ手段(50)と、当該車両用走行軌跡算出装置が起動したとき、演算処理手段は、記憶媒体に記憶された誤差共分散行列のうち、方位の誤差の予測誤差についてのみ所定値にリセットし、方位の誤差の予測誤差以外については記憶媒体に記憶された起動前の各値を用いて車両の位置、方位および慣性センサの出力値の補正を行うので、慣性センサの出力値の誤補正が防止され、作動停止中に車両がターンテーブル上で回転した後、再起動時に、より速やかに走行軌跡を精度良く算出することができる。   According to such a configuration, when the vehicle travel locus calculation device stops operating, the vehicle position, orientation, inertia sensor correction amount and error covariance matrix specified by the arithmetic processing means are stored in the storage medium. When the backup means (50) to be activated and the vehicle travel locus calculation apparatus are activated, the arithmetic processing means resets only the prediction error of the azimuth error to a predetermined value out of the error covariance matrix stored in the storage medium. In addition, other than the prediction error of the azimuth error, the vehicle position, azimuth, and output value of the inertial sensor are corrected using the pre-startup values stored in the storage medium. Thus, after the vehicle rotates on the turntable while the operation is stopped, the travel locus can be calculated more quickly and accurately when the vehicle is restarted.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing one embodiment of the present invention. 航法演算のメインルーチンの演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of the main routine of a navigation calculation. 方位変化量・移動距離の演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of azimuth | direction change amount / movement distance. 相対軌跡の演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of a relative locus. 絶対方位・絶対位置の演算処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation process of an absolute azimuth | direction and an absolute position. GPSとの複合化処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a composite process with GPS. カルマンフィルタのモデルを示す構成図である。It is a block diagram which shows the model of a Kalman filter.

以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本実施形態においては、航法演算とGPSとの複合化を図るため、カルマンフィルタを用いている。このカルマンフィルタの概要について説明する。このカルマンフィルタにおいては、図7に示すように、信号生成過程と観測過程に分けられる。図において、線形システム(φ)があり、そのシステムの状態X(t)に対して、観測行列Hで関係付けられるX(t)の一部が観測できる場合に、フィルタはX(t)の最適な推定値を与える。ここで、ωは信号生成過程にて発生する雑音であり、vは観測過程にて発生する雑音である。このフィルタの入力はY(t)であり、出力はX(t)の最適推定値である。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. In this embodiment, a Kalman filter is used in order to combine navigation calculation and GPS. An outline of the Kalman filter will be described. This Kalman filter is divided into a signal generation process and an observation process as shown in FIG. In the figure, when there is a linear system (φ) and a part of X (t) related to the observation matrix H can be observed with respect to the state X (t) of the system, the filter of X (t) Gives the best estimate. Here, ω is noise generated in the signal generation process, and v is noise generated in the observation process. The input of this filter is Y (t) and the output is the optimal estimate of X (t).

時刻tまでの情報を用いた状態Xの最適推定値、すなわち状態量X(t|t)は、数1により求められる。
(数1)X(t|t)=X(t|t−1)+K(t){Y(t)−HX(t|t−1)}
ここで、X(t|t−1)は事前推定値、K(t)はカルマンゲインであり、それぞれ数2、数3により表される。
(数2)X(t|t−1)=φX(t−1|t−1)
(数3)K(t)=P(t|t−1)HT (HP(t|t−1)HT +V)−1
ここで、Pは状態量Xの誤差共分散行列であり、P(t|t−1)は誤差共分散行列の予測値、P(t−1|t−1)は誤差共分散行列であり、それぞれ数4、数5により表される。
(数4)P(t|t−1)=φP(t−1|t−1)φT +W
(数5)P(t−1|t−1)=(I−K(t−1)H)P(t−1|t−2)
なお、Vは観測過程で発生する雑音vの分散、Wは信号過程で発生する雑音ωの分散である。また、A(i|j)は時刻jまでの情報に基づく時刻iでのAの推定値を表す。なお、添字のT は転置行列を意味し、-1 は逆行列を意味する。Iは単位行列である。
The optimum estimated value of the state X using information up to the time t, that is, the state quantity X (t | t) is obtained by Equation 1.
(Equation 1) X (t | t) = X (t | t−1) + K (t) {Y (t) −HX (t | t−1)}
Here, X (t | t−1) is a prior estimated value, and K (t) is a Kalman gain, which are expressed by Equations 2 and 3, respectively.
(Equation 2) X (t | t−1) = φX (t−1 | t−1)
(Equation 3) K (t) = P (t | t−1) H T (HP (t | t−1) H T + V) −1
Here, P is an error covariance matrix of the state quantity X, P (t | t−1) is a predicted value of the error covariance matrix, and P (t−1 | t−1) is an error covariance matrix. Are represented by Equation 4 and Equation 5, respectively.
(Equation 4) P (t | t−1) = φP (t−1 | t−1) φ T + W
(Equation 5) P (t−1 | t−1) = (I−K (t−1) H) P (t−1 | t−2)
V is a variance of noise v generated in the observation process, and W is a variance of noise ω generated in the signal process. A (i | j) represents an estimated value of A at time i based on information up to time j. The subscript T means a transposed matrix, and -1 means an inverse matrix. I is a unit matrix.

さらに、VとWは平均0の白色ガウス雑音であり、互いに無相関である。上記のようなカルマンフィルタにおいて、状態量Xと誤差共分散行列Pの初期値に適当な誤差を与えてやり、新しい観測が行われる度に以上の計算を繰り返し行うことにより、状態量Xを精度良く推定することが可能となる。このようなカルマンフィルタを航法演算へ適用したのが本実施形態である。   Furthermore, V and W are white Gaussian noises with an average of 0 and are uncorrelated with each other. In the Kalman filter as described above, an appropriate error is given to the initial values of the state quantity X and the error covariance matrix P, and the above calculation is repeated each time a new observation is performed, whereby the state quantity X is accurately obtained. It is possible to estimate. This embodiment applies such a Kalman filter to the navigation calculation.

まず、上記の信号生成過程の定義について説明する。航法演算でのカルマンフィルタは、航法演算の誤差の補正を目的とするので、状態量Xは以下の5つの誤差値を定義する。この誤差値の時間的な変化を与えるものがプロセス行列φである。
(1)オフセット誤差(εG)
(数6)εGt =εGt-1 +ω0
確定的な変化はなく、前回の誤差にノイズが付加される。
(2)絶対方位誤差(εA)
(数7)εAt =T×εGt-1 +εAt-1+ω1
前回の誤差に、オフセット誤差に前回からの経過時間をかけて求める方位誤差とノイズが付加される。
(3)距離係数誤差(εK)
(数8)εKt =εKt-1 +ω2
確定的な変化はなく、前回の誤差にノイズが付加される。
(4)絶対位置北方向誤差(εY)
(数9)εYt =sin(AT +εAt-1+εGt-1 ×T/2)×L×(1+εKt-1
−sin(AT )×L+εYt-1
前回の誤差に方位誤差・距離誤差によって生じる誤差が付加される。
(5)絶対位置東方向誤差(εX)
(数10)εXt =cos(AT +εAt-1+εGt-1×T/2)×L×(1+εKt-1
−cos(AT )×L+εXt-1
前回の誤差に方位誤差・距離誤差によって生じる誤差が付加される。上記の定義において、AT は真の絶対方位、Lは前回からの移動距離、Tは前回からの経過時間である。
First, the definition of the signal generation process will be described. Since the Kalman filter in the navigation calculation is intended to correct the error in the navigation calculation, the state quantity X defines the following five error values. It is the process matrix φ that gives a temporal change in the error value.
(1) Offset error (εG)
(Equation 6) εG t = εG t-1 + ω 0
There is no definite change, and noise is added to the previous error.
(2) Absolute heading error (εA)
(Equation 7) εA t = T × εG t-1 + εA t-1 + ω 1
An azimuth error and noise obtained by multiplying an offset error by an elapsed time from the previous time are added to the previous error.
(3) Distance coefficient error (εK)
(Equation 8) εK t = εK t-1 + ω 2
There is no definite change, and noise is added to the previous error.
(4) Absolute position north direction error (εY)
(Equation 9) εY t = sin (A T + εA t-1 + εG t-1 × T / 2) × L × (1 + εK t-1 )
-Sin (A T ) × L + εY t-1
An error caused by an azimuth error / distance error is added to the previous error.
(5) Absolute position eastward error (εX)
(Equation 10) εX t = cos (A T + εA t-1 + εG t-1 × T / 2) × L × (1 + εK t-1 )
-Cos (A T ) × L + εX t-1
An error caused by an azimuth error / distance error is added to the previous error. In the above definition, AT is a true absolute bearing, L is a moving distance from the previous time, and T is an elapsed time from the previous time.

上記の各式を状態量で偏微分し線形化すると信号生成過程は以下のように定義される。
(数11)

Figure 0006149699
When each of the above equations is partially differentiated by the state quantity and linearized, the signal generation process is defined as follows.
(Equation 11)
Figure 0006149699

上記Aは、絶対方位AT +εAt-1 +εGt-1 ×T/2を意味する。この値は真の絶対方位ATにセンサ誤差が加わったものであり、後述するように、方位変化量から求められる絶対方位Aとする。また、ω0は、オフセット雑音(温度ドリフト等によるオフセットの変動分)、ω1は絶対方位雑音(ジャイロのゲイン的な誤差)、ω2 は距離係数雑音(経年変化)を意味する。 The above A means the absolute orientation A T + εA t-1 + εG t-1 × T / 2. This value is obtained by adding a sensor error to the true absolute azimuth AT , and is assumed to be an absolute azimuth A obtained from the azimuth change amount, as will be described later. Also, ω 0 means offset noise (offset fluctuation due to temperature drift or the like), ω 1 means absolute azimuth noise (gyro gain error), and ω 2 means distance coefficient noise (aging).

次に、上記観測過程の定義について説明する。観測値は航法演算の出力と、GPSの出力の差より求める。それぞれの出力には誤差が含まれるため、観測値において、航法演算の誤差とGPSの誤差の和が得られる。この観測値Yと状態量Xを関係付け、数12のように定義される。
(数12)

Figure 0006149699
Next, the definition of the observation process will be described. The observed value is obtained from the difference between the navigation calculation output and the GPS output. Since each output includes an error, the sum of the navigation calculation error and the GPS error is obtained in the observed value. The observed value Y and the state quantity X are related to each other and defined as shown in Equation 12.
(Equation 12)
Figure 0006149699

但し、観測過程で発生する雑音vはGPSの雑音であり、数13のように定義される。
(数13)

Figure 0006149699
However, the noise v generated in the observation process is GPS noise and is defined as shown in Equation 13.
(Equation 13)
Figure 0006149699

以上の定義を基に、カルマンフィルタを用いた航法演算について説明する。図1に、本発明の一実施形態に係る車両用走行軌跡算出装置の全体構成を示す。本車両用走行軌跡算出装置は、ナビゲーション装置における現在位置検出機能を実現する現在位置検出部7として構成されている。   Based on the above definition, navigation calculation using a Kalman filter will be described. FIG. 1 shows the overall configuration of a vehicle travel locus calculation apparatus according to an embodiment of the present invention. The vehicle travel locus calculation device is configured as a current position detection unit 7 that realizes a current position detection function in the navigation device.

本ナビゲーション装置は、車速センサ1およびジャイロスコープ(以下、単に「ジャイロ」という。)2の出力値およびGPS受信機(以下、単に「GPS」という。)3の出力値に基づいて現時刻の車両の位置と方位を特定するとともに、車両の位置、方位および慣性センサの出力値の補正を行い、車両の位置と方位に基づく車両の走行軌跡を算出する。更には、走行軌跡に基づいて走行軌跡形状の算出も行う。   The navigation device is configured to output a vehicle at the current time based on an output value of a vehicle speed sensor 1 and a gyroscope (hereinafter simply referred to as “gyro”) 2 and an output value of a GPS receiver (hereinafter simply referred to as “GPS”) 3. The position and direction of the vehicle are specified, and the position and direction of the vehicle and the output value of the inertial sensor are corrected, and the travel locus of the vehicle based on the position and direction of the vehicle is calculated. Further, the travel locus shape is calculated based on the travel locus.

本ナビゲーション装置は、車両に搭載されるもので、車速センサ1と、ジャイロ2と、GPS3と、現在位置検出部7と、ナビゲーション実行部8とを備えている。なお、現在位置検出部7とナビゲーション実行部8は、マイクロコンピュータの演算処理により行われるものである。すなわち、本ナビゲーション装置は、現在位置検出部7とナビゲーション実行部8の機能を実現するためのマイクロコンピュータ、RAM、ROM、不揮発性記憶媒体(いずれも図示せず)を備えている。   The navigation device is mounted on a vehicle and includes a vehicle speed sensor 1, a gyro 2, a GPS 3, a current position detection unit 7, and a navigation execution unit 8. The current position detection unit 7 and the navigation execution unit 8 are performed by a calculation process of a microcomputer. That is, this navigation apparatus includes a microcomputer, a RAM, a ROM, and a nonvolatile storage medium (none of which are shown) for realizing the functions of the current position detection unit 7 and the navigation execution unit 8.

ここで、車速センサ1は、車両の移動距離を検出するためのセンサであり、移動距離に応じた間隔でパルス信号を出力する。   Here, the vehicle speed sensor 1 is a sensor for detecting the moving distance of the vehicle, and outputs a pulse signal at intervals corresponding to the moving distance.

また、ジャイロ2は、車両のヨー(Yaw)角速度(方位変化量)を検出するためのセンサであり、車両に加わる回転運動の角速度に応じた検出信号を出力する。   The gyro 2 is a sensor for detecting the yaw angular velocity (direction change amount) of the vehicle, and outputs a detection signal corresponding to the angular velocity of the rotational motion applied to the vehicle.

また、GPS3は、GPS衛星からの送信電波をGPSアンテナを介して受信し、車両の位置(緯度、経度)、方位(進行方向)、速度等を検出する。   The GPS 3 receives transmission radio waves from GPS satellites via a GPS antenna, and detects the position (latitude, longitude), azimuth (traveling direction), speed, and the like of the vehicle.

また、現在位置検出部7は、車速センサ1、ジャイロ2、GPS3からの出力に基づいて絶対位置、絶対方位、車速、相対軌跡等、航法演算を行うためのデータを検出する。   Further, the current position detection unit 7 detects data for performing navigation calculation, such as an absolute position, an absolute direction, a vehicle speed, and a relative locus, based on outputs from the vehicle speed sensor 1, the gyro 2, and the GPS 3.

また、ナビゲーション実行部8は、現在位置検出部7での検出結果に基づいて現在位置を特定し、表示画面(図示せず)の地図上への自車両の位置の表示や、設定された目的地までの経路案内等を行う。   Further, the navigation execution unit 8 identifies the current position based on the detection result of the current position detection unit 7, displays the position of the host vehicle on a map on a display screen (not shown), and sets the set purpose. Provides route guidance to the ground.

図1に示したように、車速センサ1、ジャイロ2からの信号を基に、相対軌跡演算部4、絶対位置演算部5での演算が行われ、それらの演算(航法演算)により、車速、相対軌跡、絶対位置、絶対方位が出力される。また、GPS3からは位置、方位および車速の出力が得られる。カルマンフィルタ6は、航法演算により得られた車速、絶対位置、絶対方位の情報およびGPS3からの車速、位置、方位の情報を基に、車速センサ1の距離係数補正、ジャイロ2のオフセット補正、絶対位置補正、絶対方位補正を行う。   As shown in FIG. 1, on the basis of signals from the vehicle speed sensor 1 and the gyro 2, calculation is performed in the relative trajectory calculation unit 4 and the absolute position calculation unit 5, and the vehicle speed, Relative trajectory, absolute position, and absolute direction are output. Further, the GPS 3 can output the position, direction and vehicle speed. The Kalman filter 6 corrects the distance coefficient of the vehicle speed sensor 1, the offset correction of the gyro 2, and the absolute position based on the vehicle speed, absolute position, and absolute direction information obtained by the navigation calculation and the vehicle speed, position, and direction information from the GPS 3. Correction and absolute azimuth correction are performed.

このようなナビゲーション装置へカルマンフィルタを適用すると、車速センサ1の距離係数補正、ジャイロ2のオフセット補正、および絶対方位補正、絶対位置補正により、数2に示す、事前推定X(t|t−1)は0となる。従って、数1は数14に示すようになる。
(数14)X(t|t)=K(t)Y(t)
従って、上記信号生成過程にて定義された5つの誤差値による状態量Xは、数3〜数5によって求められるカルマンゲインK(t)および観測値Y(t)により求められる。
When the Kalman filter is applied to such a navigation device, the prior estimation X (t | t−1) shown in Equation 2 by the distance coefficient correction of the vehicle speed sensor 1, the offset correction of the gyro 2, the absolute bearing correction, and the absolute position correction. Becomes 0. Therefore, Equation 1 becomes as shown in Equation 14.
(Expression 14) X (t | t) = K (t) Y (t)
Therefore, the state quantity X based on the five error values defined in the signal generation process is obtained from the Kalman gain K (t) and the observed value Y (t) obtained from Equations 3 to 5.

ここで、数3における誤差共分散行列Pは、数15により定義される。
(数15)

Figure 0006149699
Here, the error covariance matrix P in Equation 3 is defined by Equation 15.
(Equation 15)
Figure 0006149699

この誤差共分散行列Pは、状態量xの確からしさを表した行列である。この誤差共分散行列PにおけるσGG 2はオフセット誤差の大きさの見積もりを表し、σAA 2 は絶対方位誤差の大きさの見積もりを表し、σKK 2は距離係数誤差の大きさの見積もりを表し、σYY 2 は絶対方位北方誤差の大きさの見積もりを表し、σXX 2は絶対方位東方誤差の大きさの見積もりを表す。それら以外のσij 2 はi行とj列の相互相関値を表す。例えばσAG 2はオフセット誤差と絶対方位誤差の相互相関値を表す。 This error covariance matrix P is a matrix representing the probability of the state quantity x. In this error covariance matrix P, σ GG 2 represents an estimate of the offset error magnitude, σ AA 2 represents an estimate of the absolute bearing error magnitude, and σ KK 2 represents an estimate of the distance coefficient error magnitude. , Σ YY 2 represents an estimate of the magnitude of the absolute azimuth north error, and σ XX 2 represents an estimate of the magnitude of the absolute azimuth east error. Σ ij 2 other than these represents a cross-correlation value between i rows and j columns. For example, σ AG 2 represents a cross-correlation value between the offset error and the absolute azimuth error.

なお、誤差共分散行列Pにおける対角成分σGG 2、σAA 2 、σKK 2 、σYY 2、σXX 2 は、予測誤差とも呼ばれる。また、誤差共分散行列Pにおける各成分σGG 2、σAA 2 、σKK 2 、σYY 2、σXX 2 が小さく収束すると正確に各変数が推定できたことを意味する。 The diagonal components σ GG 2 , σ AA 2 , σ KK 2 , σ YY 2 , and σ XX 2 in the error covariance matrix P are also called prediction errors. Also, it means that each variable σ GG 2 , σ AA 2 , σ KK 2 , σ YY 2 , σ XX 2 in the error covariance matrix P can be accurately estimated when it converges to be small.

この誤差共分散行列Pの値は、数4の計算によって更新される。なお、初期値においては、σGG 2、σAA 2 、σKK 2 、σYY 2、σXX 2 の各値を誤差が最大となる値に設定しておき、また相互相関値については全て0に設定しておく。また、数3におけるHは数12で示される行列を用い、Vについては数13に示されるものを用いる。また、数4におけるWは数11に示されるωの分散を用いる。 The value of the error covariance matrix P is updated by the calculation of Equation 4. In the initial values, the values of σ GG 2 , σ AA 2 , σ KK 2 , σ YY 2 , and σ XX 2 are set to values that maximize the error, and the cross-correlation values are all 0. Set to. Further, H in Equation 3 uses the matrix shown in Equation 12, and V uses the one shown in Equation 13. Further, W in Equation 4 uses the dispersion of ω shown in Equation 11.

観測過程における観測値Yとしては、数12に示すように、εADRt−εAGPSt、εKDRt−KGPSt、εYDRt−εYGPSt 、εXDRt −εXGPSt を用いている。ここで、添字のGPStは時刻tにおいて車速センサ1、ジャイロ2からの信号に基づく航法演算にて求められた値を意味し、GPStは時刻tにおいてGPS3から出力される値を意味する。 As observed value Y in the observation process, as shown in Equation 12, εA DRt −εA GPSt , εK DRt −K GPSt , εY DRt −εY GPSt , and εX DRt −εX GPSt are used. Here, the subscript GPSt means a value obtained by navigation calculation based on signals from the vehicle speed sensor 1 and the gyro 2 at time t, and GPSt means a value output from the GPS 3 at time t.

εADRt−εAGPStは、航法演算により求められた絶対方位とGPS3から出力される方位の差、すなわち航法演算により求められた絶対方位には真の絶対方位とその誤差εADRtが含まれており、またGPS3から出力される方位には真の絶対方位とその誤差εAGPStが含まれているため、それらの差を取ることによりεADRt−εAGPStが得られる。 εA DRt −εA GPSt is the difference between the absolute azimuth obtained by the navigation calculation and the azimuth output from the GPS 3, that is, the absolute azimuth obtained by the navigation calculation includes the true absolute azimuth and its error εA DRt. Further, since the true absolute azimuth and its error εA GPSt are included in the azimuth output from the GPS 3, εA DRt −εA GPSt can be obtained by taking the difference between them.

同様に、εKDRt−εKGPStは、航法演算により求められる速度とGPS3から出力される速度の差から求まる距離係数誤差であり、具体的には、(航法演算による速度−GPSによる速度)/(航法演算による速度)により求められる。また、εYDRt−εYGPStは、航法演算により求められる絶対位置のY成分とGPS3から出力される位置のY成分の誤差の差であり、εXDRt−εXGPStは、航法演算により求められる絶対位置のX成分とGPS3から出力される位置のX成分の誤差の差である。 Similarly, εK DRt −εK GPSt is a distance coefficient error obtained from the difference between the speed obtained by the navigation calculation and the speed output from the GPS 3. Specifically, (speed by the navigation calculation−speed by the GPS) / ( The speed is calculated by navigation calculation). ΕY DRt −εY GPSt is the difference between the Y component of the absolute position obtained by the navigation calculation and the Y component of the position output from the GPS 3 , and εX DRt −εX GPSt is the absolute position obtained by the navigation calculation. And the difference between the X component of the position output from the GPS 3.

また、数13に示す、観測過程で発生する雑音vはGPS3の雑音であり、以下のようにして求められる。GPS3における擬似距離の計測誤差(UERE)とHDOP(Horizontal Dilution of Precision)の関係により測位精度が、UERE×HDOPで求められ、この測位精度を2乗することにより、v2t、v3tが求められる。また、ドップラー周波数の計測誤差とHDOPの関係より速度精度が、ドップラー周波数の計測誤差×HDOPで求められ、この速度精度/車速にて距離係数計測誤差が求められ、これを2乗することによりv1tが求められる。さらに、車両の速度Vc と速度精度から方位精度がtan-1 (速度精度/Vc)で求められ、この方位精度を2乗するこによりv0tが求められる。 Further, the noise v generated in the observation process shown in Equation 13 is GPS3 noise, and is obtained as follows. The positioning accuracy is obtained by UERE × HDOP based on the relationship between the pseudorange measurement error (UERE) in GPS3 and HDOP (Horizontal Dilution of Precision), and v 2t and v 3t are obtained by squaring the positioning accuracy. . Further, the speed accuracy is obtained from the relationship between the Doppler frequency measurement error and HDOP, and the Doppler frequency measurement error × HDOP is obtained. The distance accuracy measurement error is obtained from this speed accuracy / vehicle speed, and the squared value is used to calculate v. 1t is required. Further, the azimuth accuracy is obtained by tan −1 (speed accuracy / Vc) from the vehicle speed Vc and the speed accuracy, and v 0t is obtained by squaring this azimuth accuracy.

従って、観測過程におけるεADRt−εAGPSt、εKDRt−εKGPSt、εYDRt−εYGPSt、εXDRt−εXGPStおよび上記雑音Vを入力とし、数3〜数5および数1を実行することにより、信号生成過程にて定義された5つの誤差値による状態量Xが求められ、これらにより車速センサ1の距離係数補正、ジャイロ2のオフセット補正、絶対位置補正、絶対方位補正が行われる。 Accordingly, εA DRt −εA GPSt , εK DRt −εK GPSt , εY DRt −εY GPSt , εX DRt −εX GPSt and the noise V in the observation process are input, and Equations 3 to 5 and Equation 1 are executed. The state quantity X based on the five error values defined in the signal generation process is obtained, and the distance coefficient correction of the vehicle speed sensor 1, the offset correction of the gyro 2, the absolute position correction, and the absolute azimuth correction are performed by these.

上記の相対軌跡演算、絶対位置演算、カルマンフィルタは本ナビゲーション装置のマイクロコンピュータ(図示せず)による演算処理にて行われるため、以下これについて説明する。図2に航法演算のメインルーチンの演算処理を示す。   Since the above-mentioned relative locus calculation, absolute position calculation, and Kalman filter are performed by calculation processing by a microcomputer (not shown) of the navigation apparatus, this will be described below. FIG. 2 shows the calculation process of the main routine of the navigation calculation.

まず、メインルーチンの演算処理の概略について説明する。本ナビゲーション装置のマイクロコンピュータは、ステップ20にて、初期化処理を実施し、ステップ30にて、方位の予測誤差をリセットし、ステップ40にて、車両のアクセサリ電源がオフ状態からオン状態になったか否かを判定する。また、ステップ100〜300では、車速センサ1およびジャイロ2により構成される慣性センサの出力値に基づいて航法演算により1時刻前の車両位置(緯度、経度)と方位から現時刻の車両の位置(緯度、経度)と方位を算出する。そして、ステップ400では、現時刻の車両の位置と方位およびGPS受信機3の出力値に基づき、車両の位置、方位および慣性センサの補正量(オフセット補正量、距離係数補正量)の各誤差を状態量、同各誤差の分散値(予測誤差)を誤差共分散行列の対角成分とするカルマンフィルタを用いて、現時刻の車両の位置、方位および慣性センサの補正量の各誤差の推定および補正を行う。   First, an outline of arithmetic processing of the main routine will be described. The microcomputer of the navigation device performs initialization processing in step 20, resets the direction prediction error in step 30, and turns the accessory power supply of the vehicle from the off state to the on state in step 40. It is determined whether or not. In steps 100 to 300, the vehicle position (latitude, longitude) one hour before and the vehicle position at the current time (by latitude) are calculated by navigation calculation based on the output value of the inertial sensor constituted by the vehicle speed sensor 1 and the gyro 2 ( Latitude, longitude) and azimuth are calculated. Then, in step 400, based on the vehicle position and direction at the current time and the output value of the GPS receiver 3, each error of the vehicle position, direction and inertial sensor correction amount (offset correction amount, distance coefficient correction amount) is calculated. Estimate and correct each error in the vehicle position, heading, and inertial sensor correction amount at the current time using a Kalman filter with the state value and the variance value (prediction error) of each error as a diagonal component of the error covariance matrix I do.

また、カルマンフィルタは常時「1時刻前の状態」を必要とする。本ナビゲーション装置のマイクロコンピュータは、ナビゲーション装置が再起動した後も、シームレスにカルマンフィルタを動作できるよう、ステップ40にて、車両のアクセサリ電源がオン状態からオフ状態になったことを判定すると、ステップ50にて、本ナビゲーション装置が作動を停止する前の状態の緯度、経度、方位、オフセット補正量、距離係数補正量と、誤差共分散行列を不揮発性記憶媒体へバックアップする。そして、ナビゲーション装置が作動を停止した後、再起動する際に、本ナビゲーション装置のマイクロコンピュータは、ステップ20にて、不揮発性記憶媒体でバックアップされた各値を読み戻し、この読み戻した各値を1時刻前の状態とみなして航法演算(相対軌跡演算4、絶対位置演算5)やカルマンフィルタ6の演算を再開する。   In addition, the Kalman filter always requires “a state before one time”. When the microcomputer of the present navigation device determines in step 40 that the accessory power supply of the vehicle has been changed from the on state to the off state so that the Kalman filter can be operated seamlessly even after the navigation device is restarted, step 50 is executed. Then, the latitude, longitude, azimuth, offset correction amount, distance coefficient correction amount, and error covariance matrix in the state before the operation of the navigation device is stopped are backed up to a nonvolatile storage medium. Then, when the navigation device restarts after the operation is stopped, the microcomputer of the navigation device reads back each value backed up in the nonvolatile storage medium in step 20, and each value read back Is regarded as a state one hour before, and the navigation calculation (relative trajectory calculation 4, absolute position calculation 5) and the Kalman filter 6 are restarted.

次に、図2に従って、メインルーチンの演算処理の詳細について説明する。本ナビゲーション装置は、常時、車両バッテリより給電されている。また、本ナビゲーション装置は、ユーザ操作に応じて動作中にアクセサリ電源(ACC電源)がオフ状態になったことを判定すると、一定期間経過後に低消費電力モードに遷移して停止状態となる。また、本ナビゲーション装置は、停止状態となった後、ユーザ操作に応じてアクセサリ電源がオン状態になると、通常モードに遷移して動作状態となる。本ナビゲーション装置のマイクロコンピュータは、ユーザ操作に応じてアクセサリ電源がオン状態になると、図2に示す処理を実施する。   Next, the details of the arithmetic processing of the main routine will be described with reference to FIG. The navigation device is always supplied with power from the vehicle battery. Further, when it is determined that the accessory power supply (ACC power supply) is turned off during operation in accordance with a user operation, the navigation device transitions to the low power consumption mode after a certain period of time and enters a stopped state. In addition, after the navigation apparatus is in a stopped state, when the accessory power supply is turned on in response to a user operation, the navigation apparatus transitions to the normal mode and enters an operating state. When the accessory power supply is turned on in response to a user operation, the microcomputer of the navigation device performs the process shown in FIG.

ただし、ここで、ステップ20〜30の処理については後で説明するものとし、先に、ステップ40およびステップ100〜400の処理について説明する。   However, the processing of steps 20 to 30 will be described later, and the processing of step 40 and steps 100 to 400 will be described first.

まず、ステップ40では、車両のアクセサリ電源がオン状態からオフ状態になったか否かを判定する。ここで、車両のアクセサリ電源がオン状態からオフ状態になるまで、ステップ100〜400の処理を繰り返し実施する。   First, in step 40, it is determined whether or not the accessory power supply of the vehicle has changed from an on state to an off state. Here, the processing of steps 100 to 400 is repeatedly performed until the accessory power supply of the vehicle changes from the on state to the off state.

まず、ステップ100にて方位変化量・移動距離の演算を行う。この処理の詳細を図3に示す。まず、ステップ101にてジャイロ2の出力角速度にメインルーチンの起動周期TMを掛けて方位変化量を算出する。次のステップ102にて、その方位変化量から、オフセット補正量(この補正量については後述する)にメインルーチンの起動周期TMを掛けたものを引き、方位変化量のオフセット補正を行う。次のステップ103では、車速センサ1からの車速パルス数に距離係数(この距離係数についても後述する)を掛けて移動距離を算出する。 First, in step 100, the azimuth change amount / movement distance is calculated. Details of this processing are shown in FIG. First, at step 101, the azimuth change amount is calculated by multiplying the output angular velocity of the gyro 2 by the start cycle T M of the main routine. In the next step 102, the offset change amount is subtracted from the offset change amount (this correction amount will be described later) multiplied by the main routine start cycle T M to correct the offset of the azimuth change amount. In the next step 103, the moving distance is calculated by multiplying the number of vehicle speed pulses from the vehicle speed sensor 1 by a distance coefficient (this distance coefficient will also be described later).

このステップ100の次に、ステップ200の相対軌跡演算処理を行う。この処理の詳細を図4に示す。まず、ステップ201にて、方位変化量(ステップ102にて求めたもの)を基に相対方位を更新する。この更新した相対方位およびステップ103にて求めた移動距離によりステップ202にて相対位置座標の更新を行う。この更新は、移動距離に対する相対方位のX、Y成分をそれまでの相対位置座標に加算することにより行う。この相対位置座標は相対軌跡を求めるたに行うもので、その相対軌跡と道路形状との関係により、いわゆるマップマッチングが行われる。   Following this step 100, a relative trajectory calculation process of step 200 is performed. Details of this processing are shown in FIG. First, in step 201, the relative azimuth is updated based on the azimuth change amount (obtained in step 102). The relative position coordinates are updated in step 202 based on the updated relative orientation and the movement distance obtained in step 103. This update is performed by adding the X and Y components of the relative direction with respect to the moving distance to the relative position coordinates so far. The relative position coordinates are used to obtain a relative trajectory, and so-called map matching is performed based on the relationship between the relative trajectory and the road shape.

このステップ200の次に、ステップ300の絶対方位・絶対位置の演算処理を行う。この処理の詳細を図5に示す。まず、ステップ301にて、方位変化量(ステップ102にて求めたもの)を基に絶対方位を更新する。   After step 200, the absolute azimuth / absolute position calculation process of step 300 is performed. Details of this processing are shown in FIG. First, in step 301, the absolute azimuth is updated based on the azimuth change amount (obtained in step 102).

次のステップ302では、この更新した絶対方位およびステップ103にて求めた移動距離によりステップ202にて絶対位置座標の更新を行う。このステップ200の処理にて更新された絶対方位Aと絶対位置は後述するGPSとの複合化処理にて利用される。   In the next step 302, the absolute position coordinates are updated in step 202 based on the updated absolute azimuth and the movement distance obtained in step 103. The absolute azimuth A and the absolute position updated in the process of step 200 are used in a composite process with GPS described later.

このGPSとの複合化処理を行うステップ400の詳細を図6に示す。まず、ステップ402にてGPS3からの測位データがあるか否かを判定する。GPS3からの測位データがあると、ステップ402の判定はYESとなり、ステップ405以降のカルマンフィルタの演算処理に進む。まず、ステップ405にて観測値Yの計算を行う。これは、GPS3から出力される速度、位置、方位データおよび航法演算におけるステップ300の処理にて求めた絶対方位、絶対位置および図示しない速度演算処理により車速センサ1からの車速パルスに基づく車両の速度とから、数12に示した、εADRt−εAGPSt、εKDRt−εKGPSt、εYDRt−εYGPSt、εXDRt−εXGPStを計算するとともに、数13に示す、観測過程で発生する雑音vをGPS3の測位データ等を基に計算する。 FIG. 6 shows details of the step 400 for performing the combination processing with the GPS. First, in step 402, it is determined whether or not there is positioning data from GPS3. If there is positioning data from the GPS 3, the determination in step 402 is YES, and the process proceeds to the Kalman filter calculation process in step 405 and thereafter. First, in step 405, the observed value Y is calculated. This is the speed of the vehicle based on the speed, position, direction data output from the GPS 3, and the absolute direction, absolute position obtained in the processing of step 300 in the navigation calculation, and the vehicle speed pulse from the vehicle speed sensor 1 by the speed calculation process (not shown). ΕA DRt −εA GPSt , εK DRt −εK GPSt , εY DRt −εY GPSt , εX DRt −εX GPSt shown in Equation 12 and noise v generated in the observation process shown in Equation 13 Calculate based on GPS3 positioning data.

ステップ406では、プロセス行列φの計算を行う。これは、前回のプロセス行列の計算時点からの移動距離L、経過時間T(これらは図示しない計測処理により別途求められている)およびステップ301にて求めた絶対方位Aにより、数11に示すプロセス行列φを求める。このようにして計算した観測値Yおよびプロセス行列φを基に、上述した数3〜数5の計算を行って数14に示す状態量Xを求める。   In step 406, the process matrix φ is calculated. This is the process shown in Equation 11 based on the movement distance L from the previous process matrix calculation time, the elapsed time T (these are separately obtained by a measurement process not shown) and the absolute direction A obtained in step 301. Find the matrix φ. Based on the observation value Y and the process matrix φ calculated in this way, the above-described calculations of Equations 3 to 5 are performed to obtain the state quantity X shown in Equation 14.

また、ステップ407では、数3により誤差共分散行列Pの予測計算を行う。ステップ408では、数4によりカルマンゲインKの計算を行う。ステップ409では、数5により誤差共分散行列Pの計算を行う。   In step 407, the prediction calculation of the error covariance matrix P is performed according to Equation 3. In step 408, the Kalman gain K is calculated by equation (4). In step 409, the error covariance matrix P is calculated by Equation 5.

この後、カルマンゲインKおよび観測値Yに基づき、ステップ410にて、数14の計算により状態量Xを求める。この状態量Xは、数11の左辺に示すように、オフセット誤差(εG)、絶対方位誤差(εA)、距離係数誤差(εK)、絶対位置北方向誤差(εY)、絶対位置東方向誤差(εX)を表している。   Thereafter, based on the Kalman gain K and the observed value Y, the state quantity X is obtained by calculation of Equation 14 in step 410. As shown on the left side of Equation 11, the state quantity X includes an offset error (εG), an absolute azimuth error (εA), a distance coefficient error (εK), an absolute position north direction error (εY), and an absolute position east direction error ( εX).

これらの誤差により、ステップ411にて、図に示す計算にて推測航法誤差の修正、すなわちジャイロ2のオフセット補正、車速センサ1の距離係数補正、絶対方位補正、絶対位置補正が行われる。ジャイロ2のオフセット補正により、ステップ102にて用いられるオフセット補正量が修正され、車速センサ1の距離係数補正により、ステップ103にて用いられる距離係数が修正され、絶対方位補正により、ステップ301にて用いられる絶対方位Aが修正され、絶対位置補正によりステップ302にて用いられる絶対位置が修正される。   Due to these errors, correction of dead reckoning navigation error, that is, gyro 2 offset correction, vehicle speed sensor 1 distance coefficient correction, absolute azimuth correction, and absolute position correction are performed in step 411 by calculation shown in the figure. The offset correction amount used in step 102 is corrected by the offset correction of the gyro 2, the distance coefficient used in step 103 is corrected by the distance coefficient correction of the vehicle speed sensor 1, and in step 301 by the absolute azimuth correction. The absolute azimuth A to be used is corrected, and the absolute position used in step 302 is corrected by the absolute position correction.

上記の処理を、GPS3からの測位データが有る毎に繰り返し行い、上記誤差修正を行って、より正確なる推測航法データを得ることができる。また、測位データがない場合には、ステップ402の判定はNOとなり、ステップ412、413に進み、プロセス行列φの計算および誤差共分散行列Pの予測計算を行う。これによって、GPS3の測位ができない場合の誤差に対応した誤差共分散の予測計算を行い、その後にGPS3が測位できた時に行われるカルマンフィルタの処理を正確に行えるようにする。   The above processing is repeated every time there is positioning data from the GPS 3, and the error correction is performed to obtain more accurate dead reckoning navigation data. If there is no positioning data, the determination in step 402 is NO and the process proceeds to steps 412 and 413 to calculate the process matrix φ and predictive calculation of the error covariance matrix P. As a result, prediction calculation of error covariance corresponding to an error when GPS3 positioning cannot be performed is performed, and the Kalman filter process performed when GPS3 can be positioned thereafter can be accurately performed.

ここで、図2の説明に戻り、車両のアクセサリ電源がオン状態からオフ状態になると、ステップ40の判定はYESとなり、ステップ50にて、本ナビゲーション装置が作動を停止する前の状態の緯度、経度、方位、オフセット補正量、距離係数補正量と、各誤差の予測誤差を含む誤差共分散行列を不揮発性記憶媒体へバックアップして本処理を終了する。   Here, returning to the description of FIG. 2, when the accessory power supply of the vehicle changes from the on state to the off state, the determination in step 40 becomes YES, and in step 50, the latitude of the state before the navigation device stops operating, The error, covariance matrix including the longitude, azimuth, offset correction amount, distance coefficient correction amount, and prediction error of each error is backed up to the nonvolatile storage medium, and the process is terminated.

ここで、ナビゲーション装置が作動を停止した後、再起動すると、ステップ20にて、ROMに記憶されたプログラムに従った初期化処理を実施すると共に不揮発性記憶媒体でバックアップした各値の読み戻し処理を行う。具体的には、予め定められた初期化処理を実施すると共に不揮発性記憶媒体でバックアップした緯度、経度、方位、オフセット補正量、距離係数補正量と、誤差共分散行列を読み戻し、RAMに記憶させる。   Here, when the navigation device is stopped and then restarted, in step 20, an initialization process according to a program stored in the ROM is performed and each value backed up in the nonvolatile storage medium is read back. I do. Specifically, a predetermined initialization process is performed and the latitude, longitude, azimuth, offset correction amount, distance coefficient correction amount, and error covariance matrix backed up by a nonvolatile storage medium are read back and stored in the RAM. Let

次のステップ30にて、方位の予測誤差をリセットする。具体的には、ステップ20にてRAMに記憶させた緯度、経度、方位、オフセット補正量、距離係数補正量と、各誤差の予測誤差を含む誤差共分散行列のうち、方位の予測誤差を所定値にリセットする。   In the next step 30, the bearing prediction error is reset. Specifically, among the latitude, longitude, azimuth, offset correction amount, distance coefficient correction amount stored in the RAM in step 20 and an error covariance matrix including each error prediction error, the azimuth prediction error is predetermined. Reset to value.

例えば、方位の誤差の予測誤差の初期値は以下のような値に設定する。方位の予測誤差は、0度〜180度の2乗の範囲に設定することが可能である。したがって、ここでは、σAA 2を、180=13240にリセットする。 For example, the initial value of the azimuth error prediction error is set to the following value. The azimuth prediction error can be set in the square of 0 to 180 degrees. Therefore, here, σ AA 2 is reset to 180 2 = 13240.

以下、ステップ100〜400の演算処理において、ステップ20にてRAMに記憶させた緯度、経度、方位、オフセット補正量、距離係数補正量と、各誤差の予測誤差を含む誤差共分散行列のうち、方位の予測誤差を所定値にリセットし、方位の予測誤差以外(緯度、経度、方位、オフセット補正量、距離係数補正量と、誤差共分散行列に含まれる方位の誤差の予測誤差)については、ステップ20にて不揮発性記憶媒体から読み出してRAMに記憶させた各値を1時刻前の状態として現時刻の車両の位置と方位を特定するとともに、車両の位置、方位および慣性センサの出力値の補正を行う。   Hereinafter, in the arithmetic processing of steps 100 to 400, among the error covariance matrix including the latitude, longitude, azimuth, offset correction amount, distance coefficient correction amount, and prediction error of each error stored in the RAM in step 20; Resetting the azimuth prediction error to a predetermined value, except for the azimuth prediction error (latitude, longitude, azimuth, offset correction amount, distance coefficient correction amount, and azimuth error prediction error included in the error covariance matrix) At step 20, each value read from the non-volatile storage medium and stored in the RAM is set to the state one hour before, and the position and direction of the vehicle at the current time are specified, and the output value of the position, direction and inertial sensor of the vehicle are specified. Make corrections.

カルマンフィルタを用いた走行軌跡の算出において、例えば、入庫方向と出庫方向の向きが180度異なるようなターンテーブルが設置された立体駐車場に車両を駐車させた後、ナビゲーション装置が作動を停止している間に、車両がターンテーブル上で回転すると、バックアップしておいた方位が実際の車両の方位と異なっているにもかかわらず、バックアップしておいた方位および方位の予測誤差を1時刻前の値とみなして慣性センサの出力値や車両の位置と方位の補正を行うと、走行軌跡を誤推定してしまう。   In the calculation of the travel trajectory using the Kalman filter, for example, after the vehicle is parked in a multi-story parking lot where turntables with different directions of entry and exit are 180 degrees, the navigation device stops operating. While the vehicle rotates on the turntable, the backed up direction and the prediction error of the direction are one hour before, even though the backed up direction is different from the actual direction of the vehicle. If the output value of the inertial sensor or the position and direction of the vehicle are corrected by assuming that the value is a value, the travel locus is erroneously estimated.

カルマンフィルタは(実誤差に対して)適切な予測誤差を推定出来ている場合には状態量を精度良く推定することができるが、この場合、実誤差>>予測誤差となることが予想される。実誤差が大きいにも関わらず小さな値の予測誤差を用いた場合には、状態量の推定を誤り、車両の位置、方位や慣性センサの出力値を誤補正してしまうことになる。   The Kalman filter can accurately estimate the state quantity when an appropriate prediction error can be estimated (relative to the actual error), but in this case, it is expected that the actual error >> the prediction error. If a small prediction error is used even though the actual error is large, the estimation of the state quantity is erroneous, and the vehicle position and orientation and the output value of the inertial sensor are erroneously corrected.

この結果、現時刻の衛星航法出力と比較すると1時刻の間に車両の方位が急変したように見え、上記補正処理が慣性センサの補正量を調整することでつじつまを合わせようとするために、慣性センサの補正量を誤推定してしまい、慣性センサの出力値を誤補正してしまう。   As a result, compared to the satellite navigation output at the current time, it seems that the direction of the vehicle suddenly changed during one time, and the correction process tries to adjust the correction amount of the inertial sensor. The correction amount of the inertial sensor is erroneously estimated, and the output value of the inertial sensor is erroneously corrected.

そこで、本実施形態では、ナビゲーション装置が作動を停止した後、再起動した場合、ステップ30にて、誤差共分散行列に含まれる方位の予測誤差を、誤差が最大となる値にリセットして、カルマンフィルタで認識される方位の誤差を大きくしている。これにより、実際の方位の誤差と大きく異なる方位の予測誤差を用いて慣性センサの出力値を誤補正してしまうといったことが防止される。   Therefore, in this embodiment, when the navigation device is restarted after being stopped, in step 30, the azimuth prediction error included in the error covariance matrix is reset to a value that maximizes the error, The direction error recognized by the Kalman filter is increased. This prevents erroneous correction of the output value of the inertial sensor using an azimuth prediction error that is significantly different from the actual azimuth error.

また、ナビゲーション装置が作動を停止した後、再起動した場合、方位の値そのものまでも毎回リセットして初期値に戻してしまうと、本ナビゲーション装置が停止した状態で、車両がターンテーブル上で回転していない場合に、正しい方位が分からなくなってしまい、再起動時に速やかに方位を推定することができなくなる。このため、再起動時に、誤った方向へ走行しているような走行軌跡が算出されてしまうことになる。実運用上のほとんどの場合は、本ナビゲーション装置が停止した状態で、車両が回転することはないので、上記したように再起動時に速やかに方位を推定することができなくなるのは問題である。   In addition, when the navigation device is stopped and then restarted, if the azimuth value itself is reset every time to return to the initial value, the vehicle rotates on the turntable with the navigation device stopped. If it is not, the correct azimuth is not known, and the azimuth cannot be estimated promptly upon restart. For this reason, at the time of restart, a traveling locus that is traveling in the wrong direction is calculated. In most cases in actual operation, since the vehicle does not rotate with the navigation device stopped, it is a problem that it is impossible to quickly estimate the direction at the time of restart as described above.

このため、本実施形態では、再起動時に毎回リセットするのは、方位の予測誤差に限定する。方位の値そのものはリセットせず、本ナビゲーション装置が停止状態となる前の状態の値、すなわち、不揮発性記憶媒体に記憶された方位を用いて速やかに車両の方位を算出するようになっている。   For this reason, in this embodiment, what is reset every time when the system is restarted is limited to the azimuth prediction error. The azimuth value itself is not reset, and the azimuth of the vehicle is promptly calculated using the value of the state before the navigation device is stopped, that is, the azimuth stored in the nonvolatile storage medium. .

上記した構成によれば、本車両用走行軌跡算出装置は、車両用走行軌跡算出装置が作動を停止するとき、補正された車両の位置、方位、慣性センサの補正量および誤差共分散行列を記憶媒体へ記憶させ、車両用走行軌跡算出装置が起動したとき、記憶媒体に記憶された誤差共分散行列のうち、方位の誤差の予測誤差についてのみ所定値にリセットし、方位の誤差の予測誤差以外(車両の位置、方位、慣性センサの補正量および車両の位置の誤差の予測誤差、慣性センサの補正量の誤差の予測誤差)については記憶媒体に記憶された起動前の各値を用いて現時刻の車両の位置と方位を特定するとともに、車両の位置、方位および慣性センサの出力値の補正を行うので、慣性センサの出力値の誤補正が防止され、作動停止中に車両がターンテーブル上で回転した後、再起動時に、より速やかに走行軌跡を精度良く算出することができる。   According to the configuration described above, the vehicle travel locus calculation device stores the corrected vehicle position, orientation, inertia sensor correction amount, and error covariance matrix when the vehicle travel locus calculation device stops operating. When the vehicle travel trajectory calculation device is activated and stored in the medium, the error covariance matrix stored in the storage medium is reset to a predetermined value only for the azimuth error prediction error, except for the azimuth error prediction error. (Vehicle position, heading, inertia sensor correction amount and vehicle position error prediction error, inertia sensor correction amount error prediction error) are calculated using the pre-startup values stored in the storage medium. In addition to identifying the vehicle position and direction at the time, and correcting the vehicle position, direction and output value of the inertial sensor, erroneous correction of the output value of the inertial sensor is prevented, and the vehicle is turned After rotating above, upon restart, the more quickly the travel locus can be accurately calculated.

なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made as follows without departing from the spirit of the present invention.

例えば、上記実施形態では、ステップ30にて、誤差共分散行列に含まれる方位の誤差の予測誤差の初期値に、誤差が最大となる値(180)を設定するようにしたが、このような値(180)に限定されるものではない。 For example, in the above embodiment, in step 30, a value (180 2 ) that maximizes the error is set as the initial value of the prediction error of the azimuth error included in the error covariance matrix. It is not limited to a large value (180 2 ).

また、上記実施形態では、ジャイロスコープの補正量の誤差としてオフセット誤差を推定したが、ジャイロスコープの補正量の誤差としてオフセット誤差とゲイン誤差を別々に推定するように構成してもよい。   In the above embodiment, the offset error is estimated as the error of the gyroscope correction amount. However, the offset error and the gain error may be estimated separately as the error of the gyroscope correction amount.

なお、上記実施形態における構成と特許請求の範囲の構成との対応関係について説明すると、ステップ100〜ステップ400が演算処理手段に相当し、ステップ50がバックアップ手段に相当する。   The correspondence between the configuration of the above embodiment and the configuration of the claims will be described. Steps 100 to 400 correspond to arithmetic processing means, and step 50 corresponds to backup means.

1 車速センサ
2 ジャイロスコープ
3 GPS受信機
7 現在位置検出部
8 ナビゲーション実行部
1 Vehicle speed sensor 2 Gyroscope 3 GPS receiver 7 Current position detection unit 8 Navigation execution unit

Claims (1)

車両に搭載された慣性センサ(1、2)の出力値およびGPS受信機(3)の出力値に基づいて現時刻の前記車両の位置と方位を特定するとともに、前記車両の位置、方位および前記慣性センサの補正量に対する各誤差を状態量としたカルマンフィルタを用いて前記各誤差を推定するとともに前記各誤差の予測誤差を成分として含む誤差共分散行列を算出し、前記各誤差および前記誤差共分散行列を用いて前記車両の位置、方位および前記慣性センサの出力値の補正を行う演算処理手段(100〜400)を備え、前記車両の位置と方位に基づく前記車両の走行軌跡を算出する車両用走行軌跡算出装置であって、
当該車両用走行軌跡算出装置が作動を停止するとき、前記演算処理手段により特定された前記車両の位置、方位、前記慣性センサの補正量および前記誤差共分散行列を記憶媒体へ記憶させるバックアップ手段(50)と、
当該車両用走行軌跡算出装置が起動したとき、前記演算処理手段は、前記記憶媒体に記憶された前記誤差共分散行列のうち、前記方位の誤差の予測誤差についてのみ所定値にリセットし、前記方位の誤差の予測誤差以外については前記記憶媒体に記憶された前記起動前の各値を用いて前記現時刻の前記車両の位置、方位および前記慣性センサの出力値の補正を行うことを特徴とする車両用走行軌跡算出装置。
Based on the output values of the inertial sensors (1, 2) mounted on the vehicle and the output value of the GPS receiver (3), the position and direction of the vehicle at the current time are specified, and the position, direction and Each error is estimated using a Kalman filter with each error relative to the correction amount of the inertial sensor as a state quantity, and an error covariance matrix including a prediction error of each error as a component is calculated, and each error and the error covariance are calculated. Computational processing means (100 to 400) that corrects the position and direction of the vehicle and the output value of the inertial sensor using a matrix, and for calculating the travel locus of the vehicle based on the position and direction of the vehicle A travel locus calculation device,
Backup means for storing in a storage medium the vehicle position and orientation, the correction amount of the inertial sensor, and the error covariance matrix specified by the arithmetic processing means when the vehicle travel locus calculating device stops operating. 50),
When the vehicle travel locus calculation device is activated, the arithmetic processing means resets only the prediction error of the azimuth error out of the error covariance matrix stored in the storage medium to a predetermined value, and the azimuth In addition to the prediction error of the error, the vehicle position and direction at the current time and the output value of the inertial sensor are corrected using each value before the activation stored in the storage medium. A vehicle travel locus calculation device.
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