JP6422431B2 - 慣性センサの改良 - Google Patents

Description

発明の背景

本発明は、概して、改良された慣性センサシステムに関する。

乗員拘束システムおよび（横滑防止装置などの）車両運動制御システムは、通常、加速度計やジャイロスコープなどの慣性センサを用いて、様々な制動／安定化用アクチュエータの稼働が必要になる事象を検出する。乗員拘束システムは、通常、短時間に生じた比較的大きく突発的な加速度の変化および／または回転速度の変化を検出する必要がある。車両運動制御システムは、通常、長時間に生じた比較的小さい、わずかな加速度の変化および／または回転速度の変化を検出する必要がある。制動システムが必要とする大きな信号を測定でき、車両運動制御システムが必要とする小さな信号をも正確に測定できる単一の加速度計および／または単一の回転速度センサを選ぶことは、一般的には難しい。なぜなら、大きな信号用センサのゲインおよびオフセットの誤差が、しばしば安定性制御システムにおいて要求されるものよりも大きいからである。センサの改良のみによって加速度計およびジャイロスコープにおけるゲインおよびオフセットの誤差を最小化することは、多くの場合非常にコストがかかる。

上述した要求を満たすため、ならびに、列挙した欠点および従来技術の他の限界を克服するため、本願発明では、慣性センサの使用を改善するシステムを提供する。

本システムでは、たとえば線形加速度計および／または、ジャイロスコープなどの回転速度センサを含む慣性測定装置を用いて、車両の測定された回転速度および並進加速度を決定する。また、本システムでは、車両の推定の回転速度および並進加速度を別途決定する。本遠隔計測システムでは、回転速度および並進加速度は、車両の外にある要素、たとえば道路、木または衛星との相互作用に基づいて推定される。遠隔計測システムの実施例は、視覚システム、距離センサまたはグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）を含んでいてよい。本システムでは、補正した回転速度および補正した並進加速度を算出し、予測の回転速度および並進加速度に基づき、慣性計測装置から、回転速度および並進加速度におけるゲイン誤差およびオフセット誤差を減らす。このように、補正した回転速度および並進加速度により、衝突事象の検出に使用可能であって車両の安全化事業に利用可能な広ダイナミックレンジの慣性センサを実現できる。

本発明のさらなる目的、特徴および利点は、当業者であれば、本明細書に添付のならびに本明細書の一部を構成する図面および特許請求の範囲を参照しながら以下の詳細な説明を検討すればすぐに理解できよう。

添付図面において、構成要素は必ずしも強調した縮尺で示されているわけではなく、本発明の原理が図示されている。また、図中、同様の要素は同一の参照符号によって表示する。

視覚システムデータおよび慣性センサデータを処理するシステムの概略図である。

遠隔計測システムを用いて慣性計測装置の信号精度を向上させる方法を示したフローチャートである。

遠隔計測システムを用いて慣性計測装置の信号精度を高めるシステムを絵で示した図である。

本明細書で述べた方法を実行するコンピュータシステムの概略図である。

図１を参照する。図１には、本願の原理を具体化したシステムが開示され、参照符号１００で示されている。このシステム１００は、車両に搭載された遠隔計測システムを含んでいてよく、車両が移動する際における車両の周囲にある測定用の固定物に基づいて推定された回転速度および並進加速度を決定する。遠隔計測システムにより推定された回転速度および並進加速度を信号処理ロジックで用いて、慣性計測装置からの回転速度および並進加速度におけるゲイン誤差およびオフセット誤差を減らしてよい。補正した回転速度および並進加速度により、衝突事象の検出に使用可能であって車両の安全性アプリケーションに利用可能な広ダイナミックレンジの慣性センサを実現できる。

またシステム１００は、遠隔計測システム１１０、時刻装置１２０、慣性計測装置１３０、ロジック処理部１４０を含んでいる。遠隔計測システムは、たとえば、視覚システム、距離センサ、もしくはグローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）、またはこれらの任意の組み合わせを含んでいてよい。遠隔計測システム１１０は視覚処理部を含んでいてよく、画像を入手する１つ以上のカメラ１１２と接続されていてよい。またカメラ１１２は、ＣＣＤ、ＣＭＯＳまたは同様の受光素子アレイを含んでいてよい。カメラ１１２は受光素子アレイで受ける光を集光または調整する光学系を含んでいてよい。受光素子アレイは、その後、イメージ情報をデジタル化し、これを遠隔計測システム１１０にある視覚処理部へ提供する。イメージデータからは様々な特徴情報を抽出可能であり、これによってカメラ１１２の視界領域における物の位置や方位を特定してよい。慣性計測装置１３０とは別に、車両の回転速度および並進加速度を、遠隔計測システム１１０で算出してもよい。

次に、図２を参照すると、慣性計測を補正する方法が開示されている。本方法は、マイクロコントローラで繰り返し実行されるソフトウエアによって行ってよい。ステップ１（２１０）において、遠隔計測システムは、自車両の外で静止している物を識別するものである。遠隔計測装置は、１つ以上のレーダシステム、視覚システム、およびＧＰＳシステムまたはこれらの任意の組み合わせを含んでいてよい。ステップ２（２１２）において、「三角測量」法を用いて、静止している物に対する自車両の位置および方位を算出する。三角測量法では、単一の静止している物に対してはステレオセンシングを利用できることがわかっているが、自車両から離れている２つ以上の物までの距離および角度を測定することによって、自車両の位置および方位を特定可能である。またレーダシステムおよび視覚システムは、一般的に、三角測量のために少なくとも２つの静止している物を利用する。しかし、一般的に、ＧＰＳシステムは、三角測量のための離れている物として、少なくとも３つの衛星を利用する。代表的な三角測量法の詳細は後述する。

ステップ３（２１４）において、短時間（たとえば１秒）が経過すると、自車両は新しい位置に動く。ステップ４（２１６）において、三角測量法を再度用いて、静止している同じ物に対する、自車両のステップ１（２１０）からの新しい位置および新しい方位を計算してよい。ステップ５（２１８）において、自車両の新しい位置および新しい方位を、前の位置および前の方位と比較する。計算を行って、位置の変化および方位の変化を特定する。その後、位置の変化および方位の変化を用いて、車両の並進運動および回転運動を計算する（「推定する」）。ステップ６（２２０）において、推定された信号（すなわち、遠隔計測システムで推定された自車両の並進運動および回転運動）をＩＭＵセンサで測定された信号と比較し、その後、ゲイン誤差および／またはオフセット誤差を計算する。最後に、処理は、様々な信号処理技術を用いて、測定された信号を補正（オフセット補正および／またはゲイン補正）することにより、補正済みの並進運動信号および回転運動信号を生成する。処理はステップ１（２１０）へ戻り、継続して繰り返される。上述した方法に従うことで、ＩＭＵ測定信号と比較して、補正した回転速度および並進加速度はその精度が向上し、これらは拘束制御システムおよび運動制御システムの両方の要件を満たす。

以下に、図３ａを用いて本システムの一実施例を述べる。システム１００は、車両３０２に実装されている。車両３０２は、道路３０８を走行してよい。参照符号３１２で示すように、第１の時点において、車両３０２は第１の地点３１０にいるとする。第１の位置３１０における車両の基軸を線３１８で示す。システム１００は、カメラの視界領域における多数の物、たとえば物３１４および物３１５を識別可能である。視界領域内にある物３１４の位置を線３１６で示す。このようにして、車両３０２の中心軸３１８と、視界領域内にある物３１４の位置を示す線３１６との間の角度θＡ１を識別してよい。加えて、車両３０２から物３１４までの距離ＤＡ１を計算してよい。同様に、車両３０２の中心軸３１８と、視界領域内にある物３１５の位置を示す線３１７との間の角度θＢ１を識別し、また車両３０２から物３１５までの距離ＤＢ１を計算してよい。

図３ｂに参照符号３２２で示す第２の時点において、車両３０２は第２の地点３２０へ移動しているとする。第２の地点３２０において、車両の中心軸は、線３２４で示すように変化しているとする。再び、システム１００のカメラ１１２は、視界領域における参照符号３１４で示す物または物体群を識別可能である。その後、車両３０２の中心軸３２４と、視界領域内にある線３３６で示される物３１４の位置との間の角度θ_Ａ２を計算する。加えて、車両３０２から物３１４までの距離Ｄ_Ａ２を計算してよい。同様に、車両３０２の中心軸３１８と、視界領域内にある物３１５の位置を示す線３１７との間の角度θ_Ｂ２を識別し、また車両３０２から物３１５までの距離Ｄ_Ｂ２を計算してよい。

たとえば、θＡ１、θＢ１、θＡ２、θＢ２、ＤＡ１、ＤＢ１、ＤＡ２およびＤＢ２を含む様々な信号と、各パラメータに対応する時間とを、図１において線１１６および線１２２で示すように時刻装置１２０によってロジック処理部へ提供してよい。ロジック処理部は、ブロック１１８で示すように、この情報から、各時点における自車両の位置（Ｘ、Ｙ）および方位（θ）を特定する。その後、各時点における自車両の位置の変化および方位の変化を用いて、車両の並進運動および回転運動を計算する（「推定する」）。

測定された回転速度および並進加速度は、線１３２で示すようにブロック１３４に提供される。時刻装置１２０は時刻信号１２２を提供し、これをブロック１３４において、測定された回転速度および並進加速度を時間ごとに識別するために用いる。ブロック１３４は、遠隔計測システム１１０で特定された予測の回転速度および並進加速度を、ブロック１１８から受け取ってよい。これにより、慣性計測装置１３０からの実測の回転速度および並進加速度を、遠隔計測システム１１０からの予測の回転速度および並進加速度に基づいて補正してよい。

遠隔計測システム１１０とは別に、慣性計測装置１３０で特定された実測の回転速度および並進加速度をロジック処理部１１４で算出してよい。ロジック処理部１１４は推定を行う遠隔計測システム１１０を用いて、慣性計測装置１３０でまたは慣性計測装置１３０にある個々の慣性センサで測定された回転速度および並進加速度からゲイン誤差およびオフセット誤差を補正する。補正した回転速度および並進加速度（Ωcompensated、ａcompensated）を、衝突の検出および安全制御アルゴリズムの両方に用いてよい。

いくつかの実施例において、慣性計測装置１３０で測定された回転速度および並進加速度のオフセットおよび／またはゲインを、遠隔計測システム１１０で予測された回転速度および並進加速度に基づいた線形関数に従って調整してよい。たとえば、測定された回転速度のゲインおよびオフセットを、下記の関数に基づいて計算してよい。
Ωremote＝（Ωimu＊ｇａｉｎ）＋ｏｆｆｓｅｔ
ここでΩremoteは遠隔計測システムで予測された回転速度、Ωimuは慣性センサで測定された回転速度である。同様に、並進時の測定加速度のゲインおよびオフセットを、下記の関数に基づいて計算してよい。
ａremote＝（ａimu＊ｇａｉｎ）＋ｏｆｆｓｅｔ
ここでａremoteは遠隔計測システムで予測された回転速度、ａimuは慣性センサで測定された回転速度である。

１つの実施例において、遠隔計測システムが、たとえば車両が曲がろうとしているときを検出した場合、視覚システムにより検出された加速度に応じて加速度計のゲインを計算してよい。ジャイロスコープの場合、回転速度の変化のゲインを、遠隔計測システムにより検出された回転速度の変化に応じて計算してよい。他の実施例では、車両が直線道路、たとえば１／４マイルの直線道路を走行している際に、視覚システムに基づいて加速度計または回転速度の変化のオフセットを計算してよい。さらに他の例では、加速度計または回転速度の変化のオフセットを車両が動かないときに計算するまたはゼロにしてよい。さらに他の例では、ゲインおよびオフセットの両方を同時に算出してよい。上述の方式を、本明細書で述べる任意の遠隔計測システムと組み合わせて用いてよい。

慣性計測装置からの回転速度および並進加速度のオフセットおよびゲインの補正した値は、様々な指標に基づいて再計算してよい。指標には、遠隔計測システムと慣性計測装置との間で測定されたズレ、車両温度の変化、検出された道路の状況（たとえばある一定の範囲の曲率半径で曲がるカーブもしくはある一定の距離の直線道路）、所定の時間枠、またはこれらの指標の任意の組み合わせが含まれていてよい。

ブロック１３４からの補正後の回転速度および並進加速度を、線１３８で示すように外部システムに提供してよい。たとえば、補正後の回転速度および並進加速度１３８を衝突検出システム１４０へ提供し、ブロック１４２で示すように衝突が発生するか否かを判断したり、シートベルト伸長部またはエアバック制御部などの安全システムを制御したりしてよい。また、補正した回転速度および並進加速度１３８をブロック１５０で示すように安定性制御システムに提供してよい。安定性制御システム１５０は、補正した回転速度および並進加速度１３８に基づいて、ブロック１５２で示すように、ブレーキシステムにおけるブレーキ液圧を制御してよく、またアクティブ・サスペンション・システムにおけるストラット圧力またはアクティブ・ステアリング・システムにおけるステアリング角をも制御してよい。

上述した構成のうちの１つのシステムを備えることで、複雑なセンサ補正技術を用いることなく、大小両方の信号アプリケーションに適用できる広ダイナミックレンジのセンサを実現できる。またこれらの構成は、センサの故障の検出にふさわしい単独の点検を可能にする。

また、上述の任意のシステムによってもたらされる結果を、センサのゲインおよびオフセットを調整することを組み合わせた公知のやり方によって向上させてよい。一例では、センサ信号を再度サンプリングしまたはフィルタリングして、より小さい／よりわずかな信号を抽出する。また他の例では、該センサおよびＥＣＵ集合体のそれぞれを補正した温度にして、各センサでオフセットおよびゲイン誤差をなくすようにする。

他の実施例では、車両の回転速度および並進加速度の推定に、２つ以上の視覚システム、距離センサ、または測位システムをも用いてよい。一例では、視覚システムによる推定の回転速度および並進加速度と、視覚システム、距離センサおよび／または測位システムとを組み合わせ、たとえば加重平均化し、予測を向上させてよい。組み合わせるときは、上述の実施例において説明したように、視覚システム、距離センサおよび／または測位システムに合わせて回転速度および並進加速度を別々に計算し、その後、組み合わせてよい。

本文に記述されている他のモジュール、サーバ、ルータ、記憶装置、制御部または機関部は、１つ以上のコンピュータシステムに実装してよい。複数のコンピュータシステムに実装する場合、アプリケーション・インターフェースを介してコードを配信しおよび相互に通信させてよい。さらに、各方法を、１つ以上のコンピュータに導入してよい。１つの模範的なコンピュータシステムの例を図４に示す。本システム１１００は、上述したような本方法における命令を実行する演算処理部１１１０を含んでいる。この命令は、メモリ１１１２または記憶装置１１１４などのコンピュータが可読の媒体に記憶されていて、これらの媒体はたとえばディスク・ドライブ、ＣＤまたはＤＶＤである。コンピュータは、命令に応答して文章または図形をディスプレイ装置１１１８、たとえばコンピュータモニタに表示させるディスプレイ制御部１１１６を含んでいてよい。また、演算処理部１１１０は、ネットワーク制御部１１２０と通信して、他のシステム、たとえば他の一般的なコンピュータシステムとデータや指令をやりとりしてよい。ネットワーク制御部１１２０は、ローカルエリアネットワーク、広域ネットワーク、インターネットまたは他の公用されているネットワーク接続形態等のさまざまなネットワーク接続形態を介して、インターネットのまたは他の公知のプロトコルによって通信して処理を配信し、または情報への遠隔アクセスを行ってよい。

他の実施例において、本明細書に開示した方法を、アプリケーション専用の集積回路、プログラム可能なロジック・アレー、および他のハードウエア装置などの専用のハードウエアで実施することが可能である。様々な実施例に係る装置およびシステムを含んだ応用は、様々な電子システムおよびコンピュータシステムを広く包含することができる。本明細書で述べた１つ以上の実施例は、モジュール間で、またはモジュールを介して制御およびデータ信号を行う２つ以上の相互に接続した専用のハードウエアモジュールまたは装置を使用する機能、またはアプリケーション専用の集積回路部分としてのハードウエアモジュールまたは装置を使用する機能を備えていてよい。このように、本システムは、ソフトウエア、ファームウエア、およびハードウエアによる実施を含む。

本開示による様々な実施例では、本明細書で述べた方法を、コンピュータシステムで実行可能なソフトウエアプログラムで実施してよい。また、限定した実施例ではないが、模範的な例では、分散された処理、要素／対象ごとに分散された処理、および並列処理を含むことができる。または、遠隔コンピュータシステム処理を構築して、本明細書で述べた１つ以上の本方法および機能を実行することができる。

さらに、本明細書で述べた方法を、コンピュータで可読な媒体で具体化してよい。用語「コンピュータで可読な媒体」には、単一の媒体、または集中データベースもしくは分散データベースなどの複数の媒体、および／または関連するキャッシュメモリならびに１組以上の命令を記憶するサーバが含まれる。また、用語「コンピュータで可読な媒体」には、演算処理部によって実行可能な１組の命令を記憶し、読み出し、もしくは持ち運び可能である任意の媒体、または本明細書に開示の任意の１つ以上の処理もしくは方法をコンピュータに実行させる媒体が含まれる。

上述の説明は、本願の原理を示したものであることは当業者であれば容易に理解できよう。本説明は、特許請求の範囲を限定するものではなく、本発明は、特許請求の範囲に定義した本願の本質から反れることなく、修正、変形、および変更されるものである。

Claims (16)

1. 車両内での慣性検知を向上させるシステムであって、該慣性検知が乗員安全制御システムおよび横滑防止装置に通信され、該システムは、
   処理部と、
   該処理部と通信して前記車両の測定された回転速度および並進加速度を生成する慣性測定装置と、
   前記処理部と通信して前記車両の予測の回転速度および並進加速度を生成する遠隔計測システムとを含み、
   前記処理部は、補正した回転速度および並進加速度を生成して、前記予測の回転速度および並進加速度に基づき、前記慣性測定装置のゲイン誤差およびオフセット誤差を減らし、
   前記処理部は、前記遠隔計測システムに基づいて、車両が直線道路に沿って走行していると判断すると、前記測定された回転速度および並進加速度と前記予測の回転速度および並進加速度とを比較することによって前記慣性測定装置のゲインおよびオフセットを再計算し、
   前記遠隔計測システムは、前記車両内に配置された視覚システムまたはレーダシステムであって、前記予測の回転速度および並進加速度を前記車両の外にある少なくとも２つの物に基づいて特定し、
   前記処理部は、補正した回転速度および並進加速度を前記乗員安全制御システムおよび横滑防止装置の両方に伝達することを特徴とするシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記遠隔計測システムは、前記車両の第１の位置における該車両の中心軸と第１の物との間の第１の角度を特定し、該遠隔計測システムはさらに、前記車両の第１の位置における該車両の中心軸と第２の物との間の第２の角度を特定することを特徴とするシステム。
3. 請求項２に記載のシステムにおいて、前記遠隔計測システムは、前記車両の第２の位置における該車両の中心軸と第１の物との間の第３の角度を特定し、該遠隔計測システムはさらに、前記車両の第２の位置における該車両の中心軸と第２の物との間の第４の角度を特定することを特徴とするシステム。
4. 請求項３に記載のシステムにおいて、前記遠隔計測システムは、前記車両の予測の回転速度および並進加速度を、前記第１の角度、前記第２の角度、および前記第１の位置から前記第２の位置までの間に経過した時間に基づいて特定することを特徴とするシステム。
5. 請求項３に記載のシステムにおいて、前記遠隔計測システムは、前記車両の第１の位置における前記車両と第１の物との間の第１の距離を決定し、該遠隔計測システムはさらに、前記車両の第１の位置における前記車両と前記第２の物との間の第２の距離を決定することを特徴とするシステム。
6. 請求項５に記載のシステムにおいて、前記遠隔計測システムは、前記車両の第２の位置における前記車両と第１の物との間の第３の距離を決定し、該遠隔計測システムはさらに、前記車両の第２の位置における前記車両と前記第２の物との間の第４の距離を決定することを特徴とするシステム。
7. 請求項６に記載のシステムにおいて、前記遠隔計測システムは、前記車両の予測の回転速度および並進加速度を、前記第１の角度、前記第２の角度、前記第３の角度、前記第４の角度、前記第１の距離、前記第２の距離、前記第３の距離、前記第４の距離、および前記車両の第１の位置から前記車両の第２の位置までの間に経過した時間に基づいて特定することを特徴とするシステム。
8. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記乗員安全制御システムおよび横滑防止装置の双方は前記補正した慣性速度の変化を利用することを特徴とするシステム。
9. 車両内での慣性検知を向上させる方法であって、該慣性検知が乗員安全制御システムおよび横滑防止装置に通信され、該方法は、
   慣性測定装置を用いて該車両の測定された回転速度および並進加速度を特定し、
   前記車両内に配置された視覚システムまたはレーダシステムである遠隔計測システムを用いて、前記車両の外にある少なくとも２つの物に基づいて前記車両の予測の回転速度および並進加速度を特定し、
   補正した回転速度および並進加速度を生成して、前記予測の回転速度および並進加速度に基づき、前記慣性測定装置のゲイン誤差およびオフセット誤差を減らし、
   前記遠隔計測システムに基づいて、車両が直線道路に沿って走行していると処理部が判断すると、前記測定された回転速度および並進加速度と前記予測の回転速度および並進加速度とを比較することによって前記慣性測定装置のゲインおよびオフセットを再計算し、
   補正した回転速度および並進加速度を前記乗員安全制御システムおよび横滑防止装置の両方に伝達することを特徴とする方法。
10. 請求項９に記載の方法において、前記遠隔計測システムは、前記車両の第１の位置における該車両の中心軸と第１の物との間の第１の角度を特定し、該遠隔計測システムはさらに、前記車両の第１の位置における該車両の中心軸と第２の物との間の第２の角度を特定することを特徴とする方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、前記遠隔計測システムは、前記車両の第２の位置における該車両の中心軸と第１の物との間の第３の角度を特定し、該遠隔計測システムはさらに、前記車両の第２の位置における該車両の中心軸と第２の物との間の第４の角度を特定することを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記遠隔計測システムは、前記車両の予測の回転速度および並進加速度を、前記第１の角度、前記第２の角度、および前記第１の位置から前記第２の位置までの間に経過した時間に基づいて特定することを特徴とする方法。
13. 請求項１１に記載の方法において、前記遠隔計測システムは、前記車両の第１の位置における前記車両と第１の物との間の第１の距離を決定し、該遠隔計測システムはさらに、前記車両の第１の位置における前記車両と前記第２の物との間の第２の距離を決定することを特徴とする方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記遠隔計測システムは、前記車両の第２の位置における前記車両と第１の物との間の第３の距離を決定し、該遠隔計測システムはさらに、前記車両の第２の位置における前記車両と前記第２の物との間の第４の距離を決定することを特徴とする方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、前記遠隔計測システムは、前記車両の予測の回転速度および並進加速度を、前記第１の角度、前記第２の角度、前記第３の角度、前記第４の角度、前記第１の距離、前記第２の距離、前記第３の距離、前記第４の距離、および前記車両の第１の位置から前記車両の第２の位置までの間に経過した時間に基づいて特定することを特徴とする方法。
16. 請求項９に記載の方法において、前記乗員安全制御システムおよび横滑防止装置の双方は前記補正した慣性速度の変化を利用することを特徴とする方法。
    

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