JP6454857B2 - Posture detection apparatus and posture detection method - Google Patents
Posture detection apparatus and posture detection method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6454857B2 JP6454857B2 JP2015107466A JP2015107466A JP6454857B2 JP 6454857 B2 JP6454857 B2 JP 6454857B2 JP 2015107466 A JP2015107466 A JP 2015107466A JP 2015107466 A JP2015107466 A JP 2015107466A JP 6454857 B2 JP6454857 B2 JP 6454857B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- data
- acceleration
- angular velocity
- speed
- velocity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 61
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 100
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Description
この発明は、移動体の姿勢検出装置及び姿勢検出方法に関する。 The present invention relates to a posture detection apparatus and a posture detection method for a moving body.
例えば、特許文献1には、車両用灯具の光軸位置をオートレベリング制御により調節する車両用灯具の制御装置が記載されている。車両用灯具の光軸位置を制御するために、車両の姿勢が検出される。車両姿勢の検出のために、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を有する3軸加速度センサが用いられている。センサのX軸が車両の前後軸と沿うように、センサのY軸が車両の左右軸と沿うように、センサのZ軸が車両の上下軸と沿うように、車両に取り付けられている。そして、加速度センサは、3軸方向における加速度ベクトルの各成分の数値を出力し、これにより、水平面に対する車両の傾斜角度が検出される。水平面に対する車両の傾斜角度は、水平面に対する路面の傾斜角度である路面角度と、路面に対する車両の傾斜角度である車両姿勢角度との合計角度である。そして、車両用灯具の光軸位置の制御は、車両停止中では、車両が移動して路面角度が変化することが稀であるため、合計角度の変化が車両姿勢角度の変化であると推定して、実施される。また、車両走行中での車両用灯具の光軸位置の制御は、積載荷重や乗車人数が増減して車両姿勢角度が変化することは稀であるため、合計角度の変化を路面角度の変化であると推定して、実施される。
For example,
特許文献1では、車両走行中では、車両姿勢角度が変化することは稀であるため、合計角度の変化を路面角度の変化であると推定している。しかしながら、走行中の車両には、加減速すること及び旋回することによって、ピッチングモーメントによる車両の前後間での姿勢変化、ローリングモーメントによる車両の左右間での姿勢変化、ヨーモーメントによる車両の旋回方向の姿勢変化が生じる。このため、特許文献1に記載のような推定方法を用いると、車両の姿勢の検出精度が低くなるという問題がある。
In
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、車両つまり移動体の姿勢の検出精度の向上を図る姿勢検出装置及び姿勢検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide an attitude detection device and an attitude detection method for improving the accuracy of detecting the attitude of a vehicle, that is, a moving body.
上記の課題を解決するために、この発明に係る姿勢検出装置は、移動体に設けられ、移動体の姿勢を検出する姿勢検出装置において、直交する3軸に沿った直線加速度を検知する加速度センサと、直交する3軸まわりの角速度を検知する角速度センサと、移動体の進行速度データを受け取るように構成されると共に加速度センサ及び角速度センサから検知データを受け取るように構成され、移動体の姿勢を演算する演算部とを備え、演算部は、進行速度データと角速度センサからの検知角速度データとを用いた補正を伴って、加速度センサからの検知直線加速度データを用いて直線速度を算出し、直線速度と進行速度データとの差異である差異速度を用いて、角速度センサからの検知角速度データを補正して、移動体の姿勢角を算出する。 In order to solve the above problems, an attitude detection device according to the present invention is provided in a moving body, and in an attitude detection apparatus that detects the attitude of the moving body, an acceleration sensor that detects linear acceleration along three orthogonal axes. And an angular velocity sensor for detecting angular velocities around three orthogonal axes, and a configuration for receiving the traveling speed data of the moving body and a configuration for receiving detection data from the acceleration sensor and the angular velocity sensor. A calculation unit that calculates the linear velocity using the detected linear acceleration data from the acceleration sensor, with correction using the traveling velocity data and the detected angular velocity data from the angular velocity sensor, The detected angular velocity data from the angular velocity sensor is corrected using the differential velocity that is the difference between the velocity and the traveling velocity data, and the attitude angle of the moving body is calculated.
演算部は、進行速度データと検知角速度データとを用いた補正では、差異速度と、進行速度データ及び検知角速度データに基づく移動体の遠心加速度とを用いてよい。
演算部は、進行速度データと検知角速度データとを用いた補正では、検知直線加速度データから遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、差異速度に関する要素を除去してよい。
演算部は、差異速度を用いた補正では、角速度センサからの検知角速度データから、差異速度の角速度成分に関する要素を除去してよい。
In the correction using the traveling speed data and the detected angular speed data, the calculation unit may use the differential speed and the centrifugal acceleration of the moving body based on the traveling speed data and the detected angular speed data.
In the correction using the traveling speed data and the detected angular speed data, the calculation unit removes the elements related to the differential speed from the speed obtained by time integration of the acceleration obtained by removing the elements related to the centrifugal acceleration from the detected linear acceleration data. It's okay.
In the correction using the differential velocity, the calculation unit may remove an element related to the angular velocity component of the differential velocity from the detected angular velocity data from the angular velocity sensor.
また、この発明に係る姿勢検出方法は、移動体の姿勢を検出する方法において、移動体の進行速度データと、直交する3軸に沿った移動体の直線加速度データと、直交する3軸まわりの移動体の角速度データとを取得し、進行速度データと角速度データとを用いた補正を伴って、直線加速度データを用いて直線速度を算出し、直線速度と進行速度データとの差異である差異速度を用いて角速度データを補正して、移動体の姿勢角を算出する。 Further, the posture detection method according to the present invention is a method for detecting the posture of a moving body, in which the traveling speed data of the moving body, the linear acceleration data of the moving body along the three orthogonal axes, and around the three orthogonal axes The differential velocity, which is the difference between the linear velocity and the traveling velocity data, is obtained by obtaining the angular velocity data of the moving body, calculating the linear velocity using the linear acceleration data, with correction using the traveling velocity data and the angular velocity data. Is used to correct the angular velocity data and calculate the attitude angle of the moving body.
進行速度データと角速度データとを用いた補正では、差異速度と、進行速度データ及び角速度データに基づく移動体の遠心加速度とを用いてよい。
進行速度データと角速度データとを用いた補正では、直線加速度から遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、差異速度に関する要素を除去してよい。
差異速度を用いた補正では、差異速度の角速度成分に関する要素を、角速度データからを除去してよい。
In the correction using the traveling velocity data and the angular velocity data, the differential velocity and the centrifugal acceleration of the moving body based on the traveling velocity data and the angular velocity data may be used.
In the correction using the traveling speed data and the angular speed data, the element related to the differential speed may be removed from the speed obtained by time integration of the acceleration obtained by removing the element related to the centrifugal acceleration from the linear acceleration.
In the correction using the differential velocity, elements relating to the angular velocity component of the differential velocity may be removed from the angular velocity data.
この発明に係る姿勢検出装置及び姿勢検出方法によれば、移動体の姿勢の検出精度の向上が可能になる。 According to the posture detection device and the posture detection method according to the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of the posture of the moving body.
以下、本発明の実施の形態に係る姿勢検出装置について添付図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、姿勢検出装置は、移動体としての自動車等の車両に搭載されるものとして、説明する。
図1及び図2をあわせて参照すると、図示しない車両に搭載される姿勢検出装置100は、基板2と、基板2上に実装されたCPU回路等によって構成される演算部3と、基板2上に実装された3軸ジャイロセンサ10と、基板2上に実装された3軸加速度センサ20とを1つの検出ユニット1として含む。本実施の形態では、検出ユニット1は、基板2を図示しない車両のフロアに平行な状態として、つまり車両が位置する地面に平行な状態として、車両に固定される。ここで、3軸ジャイロセンサ10は、角速度センサを構成している。
さらに、姿勢検出装置100は、検出ユニット1の外部に設けられた車速センサ4を含む。車速センサ4は、姿勢検出装置100のために個別に設けられたものであってもよく、図示しない車両に標準に備えられている車速センサを兼用したものであってもよい。演算部3は、車速センサ4が検知する車両の速度情報を受け取るように構成されている。
Hereinafter, an attitude detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the posture detection device will be described as being mounted on a vehicle such as an automobile as a moving body.
Referring to FIGS. 1 and 2 together, an
Further,
3軸ジャイロセンサ10は、X軸周り角速度検知部11と、Y軸周り角速度検知部12と、Z軸周り角速度検知部13とを備えている。X軸は、図示しない車両の前後方向に沿い且つ基板2の表面に沿う方向である。Y軸は、図示しない車両の左右方向に沿い且つ基板2の表面に沿う方向である。Z軸は、図示しない車両の上下方向に沿い且つ基板2の表面に垂直な方向である。X軸、Y軸及びZ軸は互いに直交する。よって、X軸周り角速度検知部11は、X軸周りの車両のロール角の変化速度であるロール角速度を検知する。Y軸周り角速度検知部12は、Y軸周りの車両のピッチング角の変化速度であるピッチング角速度を検知する。Z軸周り角速度検知部13は、Z軸周りの車両のヨー角の変化速度であるヨー角速度を検知する。演算部3は、3軸ジャイロセンサ10が検知する車両のロール角速度、ピッチング角速度及びヨー角速度の情報を受け取るように構成されている。
The three-
3軸加速度センサ20は、X軸方向加速度検知部21と、Y軸方向加速度検知部22と、Z軸方向加速度検知部23とを備えている。X軸方向加速度検知部21は、X軸に沿った図示しない車両の前後方向の直線加速度を検知する。Y軸方向加速度検知部22は、Y軸に沿った車両の左右方向の直線加速度を検知する。Z軸方向加速度検知部23は、Z軸に沿った車両の上下方向の直線加速度を検知する。演算部3は、3軸加速度センサ20が検知する車両の前後方向直線加速度、左右方向直線加速度及び上下方向直線加速度の情報を受け取るように構成されている。
The
次に、姿勢検出装置100による車両の姿勢検出動作を説明する。
図2及び図3をあわせて参照すると、演算部3は、3軸加速度センサ20から連続的に受け取る直線加速度αと、3軸ジャイロセンサ10から連続的に受け取る角速度ωと、車速センサ4から連続的に受け取る車速νとを用いて、車両の姿勢角を連続的に算出する。
Next, the posture detection operation of the vehicle by the
2 and 3 together, the calculation unit 3 continuously receives the linear acceleration α continuously received from the
車両の姿勢角を連続的に算出する過程において、演算部3は、既に算出した車両の姿勢角θを用いて、3軸加速度センサ20から受け取る直線加速度αを、水平面に平行な直交する2つの軸と水平面に垂直な1つの軸とによる三次元座標系に、座標変換する。
In the process of continuously calculating the attitude angle of the vehicle, the calculation unit 3 uses the already calculated attitude angle θ of the vehicle to convert the linear acceleration α received from the
具体的には、直線加速度αは、X軸、Y軸及びZ軸成分として、αX、αY及びαZを含んでいる。αX及びαYは、基板2に平行な軸成分であり、αZは、基板2に垂直な軸成分である。
そして、成分αX、αY及びαZと、姿勢角θの成分θX、θY及びθZと用いて座標変換することによって、直線加速度αは、成分αX’、αY’及びαZ’を有する直線加速度α’となる。
なお、成分θX、θY及びθZはそれぞれ、X軸、Y軸及びZ軸に対する姿勢角の成分である。さらに、成分αX’は、X軸を水平面に投影したものであるX’軸の成分であり、成分αY’は、X’軸と同一の水平面上でX’軸に垂直なY’軸の成分であり、成分αZ’は、X’軸及びY’軸に垂直である鉛直方向のZ’軸の成分である。
Specifically, the linear acceleration α includes α X , α Y, and α Z as X-axis, Y-axis, and Z-axis components. α X and α Y are axial components parallel to the substrate 2, and α Z is an axial component perpendicular to the substrate 2.
Then, by performing coordinate transformation using the components α X , α Y and α Z and the components θ X , θ Y and θ Z of the posture angle θ, the linear acceleration α is converted into the components α X ′ , α Y ′ and α The linear acceleration α ′ having Z ′ is obtained.
The components θ X , θ Y, and θ Z are components of posture angles with respect to the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively. Further, the component α X ′ is a component of the X ′ axis obtained by projecting the X axis onto the horizontal plane, and the component α Y ′ is a Y ′ axis perpendicular to the X ′ axis on the same horizontal plane as the X ′ axis. The component α Z ′ is a component of the Z ′ axis in the vertical direction that is perpendicular to the X ′ axis and the Y ′ axis.
次いで、演算部3は、車両の直線速度Vを求める。
このとき、直線加速度α’(αX’,αY’,αZ’)に対して、車両の走行の加減速に起因する加減速加速度の影響と、車両の旋回走行及び登坂・降坂走行に起因する遠心加速度の影響とを排除し、各影響を排除した直線加速度を時間積分して直線速度が算出される。さらに、算出された直線速度と車速とを比較し、これらの間の誤差に基づき、算出された直線速度を補正し、この補正後の直線速度を求めるべき直線速度Vとする。
Next, the calculation unit 3 obtains the linear velocity V of the vehicle.
At this time, with respect to the linear acceleration α ′ (α X ′ , α Y ′ , α Z ′ ), the effect of acceleration / deceleration resulting from the acceleration / deceleration of the traveling of the vehicle, the turning traveling of the vehicle, and the uphill / downhill traveling The linear velocity is calculated by time-integrating the linear acceleration from which each influence has been removed. Further, the calculated linear speed is compared with the vehicle speed, and the calculated linear speed is corrected based on the error between them, and the corrected linear speed is set as the linear speed V to be obtained.
具体的には、演算部3は、車両の走行の加減速に起因する加減速加速度の影響と、車両の旋回走行及び登坂・降坂走行に起因する遠心加速度の影響とを合わせた影響を、3軸ジャイロセンサ10から受け取る角速度ωと車速νとを用いて算出される遠心加速度Gにより求める。
Specifically, the calculation unit 3 combines an influence of acceleration / deceleration acceleration caused by acceleration / deceleration of traveling of the vehicle and an influence of centrifugal acceleration caused by turning / uphill / downhill traveling of the vehicle, This is obtained from the centrifugal acceleration G calculated using the angular velocity ω and the vehicle speed ν received from the three-
なお、角速度ωは、X軸周り、Y軸周り及びZ軸周りそれぞれの角度方向の成分として、ωX、ωY及びωZを含む。車速νは、X軸、Y軸及びZ軸成分として、νX、νY及びνZを含むが、νY及びνZは、0である。遠心加速度Gは、X軸及びY軸を含むXY平面、Y軸及びZ軸を含むYZ平面、並びに、Z軸及びX軸を含むZX平面それぞれに沿った加速度成分として、GXY、GYZ及びGZXを含む。 The angular velocity ω includes ω X , ω Y, and ω Z as components in the angular directions around the X axis, the Y axis, and the Z axis. The vehicle speed ν includes ν X , ν Y, and ν Z as X-axis, Y-axis, and Z-axis components, and ν Y and ν Z are zero. Centrifugal acceleration G is, XY plane including the X-axis and Y-axis, YZ plane including the Y-axis and Z-axis, as well as an acceleration component along each ZX plane including the Z-axis and X-axis, G XY, G YZ and Includes G ZX .
よって、加速度成分GXY、GYZ及びGZXは、以下のとおりとなる。
GXY=(νX 2+νY 2)1/2ωZ=νXωZ
GYZ=(νY 2+νZ 2)1/2ωX=0
GZX=(νZ 2+νX 2)1/2ωY=νXωY
Therefore, the acceleration components G XY , G YZ and G ZX are as follows.
G XY = (ν X 2 + ν Y 2 ) 1/2 ω Z = ν X ω Z
G YZ = (ν Y 2 + ν Z 2 ) 1/2 ω X = 0
G ZX = (ν Z 2 + ν X 2 ) 1/2 ω Y = ν X ω Y
さらに、演算部3は、遠心加速度G(GXY,GYZ,GZX)を、X’軸、Y’軸及びZ’軸からなる座標系に座標変換して、遠心加速度G’(GX’Y’,GY’Z’,GZ’X’)を求める。GX’Y’、GY’Z’及びGZ’X’はそれぞれ、X’Y’平面、Y’Z’平面及びZ’X’平面に沿った加速度成分である。
よって、演算部3は、直線速度Vを求める際、直線加速度α’(αX’,αY’,αZ’)から、遠心加速度G’(GX’Y’,GY’Z’,GZ’X’)を減じる、つまり遠心加速度補正を行う。
Further, the calculation unit 3 converts the centrifugal acceleration G (G XY , G YZ , G ZX ) into a coordinate system composed of the X ′ axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis, and converts the centrifugal acceleration G ′ (G X 'Y' , GY'Z ' , GZ'X' ). G X′Y ′ , G Y′Z ′ and G Z′X ′ are acceleration components along the X′Y ′ plane, the Y′Z ′ plane, and the Z′X ′ plane, respectively.
Therefore, when calculating the linear velocity V, the calculation unit 3 calculates the centrifugal acceleration G ′ (G X′Y ′ , G Y′Z ′ ) from the linear acceleration α ′ (α X ′ , α Y ′ , α Z ′ ). GZ'X ' ) is reduced, that is, centrifugal acceleration correction is performed.
遠心加速度補正後の補正直線加速度α’A(αAX’,αAY’,αAZ’)は、以下のように求まる。
αAX’=αX’−(GX’Y’ 2+GZ’X’ 2)1/2
αAY’=αY’−(GX’Y’ 2+GY’Z’ 2)1/2
αAZ’=αZ’−(GY’Z’ 2+GZ’X’ 2)1/2−g
なお、gは、重力加速度である。
The corrected linear acceleration α ′ A (α AX ′ , α AY ′ , α AZ ′ ) after the centrifugal acceleration correction is obtained as follows.
α AX ′ = α X ′ − (G X′Y ′ 2 + G Z′X ′ 2 ) 1/2
α AY ′ = α Y ′ − ( GX′Y ′ 2 + G Y′Z ′ 2 ) 1/2
α AZ ′ = α Z ′ − (G Y′Z ′ 2 + G Z′X ′ 2 ) 1/2 −g
Note that g is a gravitational acceleration.
さらに、演算部3は、補正直線加速度α’A(αAX’,αAY’,αAZ’)の各成分を時間積分して、対象とする直線速度Vの補正前直線速度である速度V1(V1X’,V1Y’,V1Z’)を算出する。
Further, the calculation unit 3 integrates each component of the corrected linear acceleration α ′ A (α AX ′ , α AY ′ , α AZ ′ ) with time, and a
次いで、演算部3は、車速ν(νX,νY,νZ)を、X’軸、Y’軸及びZ’軸からなる座標系に座標変換して、車速ν’(νX’,νY’,νZ’)を求める。
そして、演算部3は、算出対象とする直線速度Vよりも前の時点での直線速度に対応する補正前直線速度V1aと、当該時点での車速ν’との差異である差異速度Vda’(VdaX’,VdaY’,VdaZ’)を求める。
Next, the calculation unit 3 performs coordinate conversion of the vehicle speed ν (ν X , ν Y , ν Z ) into a coordinate system composed of the X ′ axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis, and the vehicle speed ν ′ (ν X ′ , (ν Y ′ , ν Z ′ ) is obtained.
Then, the calculation unit 3 calculates a differential speed Vda ′ (which is a difference between the linear speed V1a before correction corresponding to the linear speed at the time point before the linear speed V to be calculated and the vehicle speed ν ′ at the time point. Vda X ′ , Vda Y ′ , Vda Z ′ ) are obtained.
演算部3は、算出対象とする直線速度Vに対応する補正前直線速度V1に対して、差異速度Vdaを減じて直線速度Vを求める補正を行う、つまり補正速度計算を行う。このとき、直線速度V(VX’,VY’,VZ’)は、以下のとおりとなる。
VX’=V1X’−VdaX’×K1
VY’=V1Y’−VdaY’×K1
VZ’=V1Z’−VdaZ’×K1
なお、K1は、定数であり、3軸ジャイロセンサ10の性能、3軸加速度センサ20の性能、車速センサ4の性能、検出ユニット1の取り付け位置などの様々な要素の状況に応じて、適宜設定される。
よって、車両の直線速度Vが、車両の走行の加減速に起因する加減速加速度の影響と、車両の旋回走行及び登坂・降坂走行に起因する遠心加速度の影響と、算出された直線速度と車速との間の誤差の影響とが排除されて、求められることになる。つまり、直線速度Vは、高い精度を有する。
The calculation unit 3 performs correction for subtracting the difference speed Vda to obtain the linear speed V with respect to the linear speed V1 before correction corresponding to the linear speed V to be calculated, that is, performs correction speed calculation. At this time, the linear velocity V (V X ′ , V Y ′ , V Z ′ ) is as follows.
V X '= V1 X' -Vda X '× K1
V Y '= V1 Y' -Vda Y '× K1
VZ ′ = V1 Z′− Vda Z ′ × K1
K1 is a constant, and is set as appropriate according to various factors such as the performance of the 3-
Therefore, the linear velocity V of the vehicle is influenced by the acceleration / deceleration acceleration caused by the acceleration / deceleration of the vehicle traveling, the influence of the centrifugal acceleration caused by the vehicle turning traveling and the uphill / downhill traveling, and the calculated linear velocity The influence of the error between the vehicle speed and the vehicle speed is eliminated, which is required. That is, the linear velocity V has high accuracy.
また、演算部3は、算出した直線速度Vと、この直線速度Vの時点に対応する時点での車速ν’との差異である差異速度Vd’(VdX’,VdY’,VdZ’)を求める。差異速度Vd’(VdX’,VdY’,VdZ’)は、以下のとおりとなる。
VdX’=VX’−νX’
VdY’=VY’−νY’
VdZ’=VZ’−νZ’
In addition, the calculation unit 3 calculates a difference speed Vd ′ (Vd X ′ , Vd Y ′ , Vd Z ′) that is a difference between the calculated linear speed V and the vehicle speed ν ′ at the time corresponding to the time of the linear speed V. ) The differential speed Vd ′ (Vd X ′ , Vd Y ′ , Vd Z ′ ) is as follows.
Vd X ′ = V X ′ −ν X ′
Vd Y ′ = V Y ′ −ν Y ′
Vd Z ′ = V Z ′ −ν Z ′
次いで、演算部3は、差異速度Vd’をX軸、Y軸及びZ軸からなる座標系に座標変換して、差異速度Vd(VdX,VdY,VdZ)を求め、さらに、差異速度VdからX軸周り、Y軸周り及びZ軸周りの角速度成分ωdX,ωdY,ωdZからなる差異角速度ωdを算出する。差異角速度ωd(ωdX,ωdY,ωdZ)は、以下のとおりとなる。なお、rは、定数であり、3軸ジャイロセンサ10の構成に応じて定められる。
ωdX=(VdY 2+VdZ 2)1/2/r
ωdY=(VdX 2+VdZ 2)1/2/r
ωdZ=(VdX 2+VdY 2)1/2/r
Next, the calculation unit 3 performs coordinate conversion of the differential speed Vd ′ into a coordinate system composed of the X axis, the Y axis, and the Z axis to obtain a differential speed Vd (Vd X , Vd Y , Vd Z ), and further, the differential speed A differential angular velocity ωd composed of angular velocity components ωd X , ωd Y , and ωd Z around the X axis, around the Y axis, and around the Z axis is calculated from Vd. The differential angular velocity ωd (ωd X , ωd Y , ωd Z ) is as follows. Note that r is a constant and is determined according to the configuration of the three-
ωd X = (Vd Y 2 + Vd Z 2 ) 1/2 / r
ωd Y = (Vd X 2 + Vd Z 2 ) 1/2 / r
ωd Z = (Vd X 2 + Vd Y 2 ) 1/2 / r
次いで、演算部3は、3軸ジャイロセンサ10から受け取る角速度ω(ωX,ωY,ωZ)の各成分から差異角速度ωd(ωdX,ωdY,ωdZ)を減じる補正角速度計算を行って、補正角速度ωa(ωaX,ωaY,ωaZ)を算出する。補正角速度ωaの各角速度成分は、以下のとおりとなる。
ωaX=ωX−K2×ωdX
ωaY=ωY−K2×ωdY
ωaZ=ωZ−K2×ωdZ
なお、K2は、定数であり、3軸ジャイロセンサ10の性能、3軸加速度センサ20の性能、車速センサ4の性能、検出ユニット1の取り付け位置などの様々な要素の状況に応じて、適宜設定される。
よって、補正角速度ωa(ωaX,ωaY,ωaZ)は、3軸ジャイロセンサ10と3軸加速度センサ20とのみを用いて速度を算出する際に生まれる誤差、つまり、3軸ジャイロセンサ10と3軸加速度センサ20とのみを用いて算出される結果に生まれる誤差の影響を、角速度ω(ωX,ωY,ωZ)に対して排除したものである。
Then, the arithmetic unit 3, performing the angular velocity omega received from the triaxial gyro sensor 10 (ω X, ω Y, ω Z) difference angular velocity .omega.d from each component of (ωd X, ωd Y, ωd Z) the corrected angular velocity calculation reduces the Thus, the corrected angular velocity ωa (ωa X , ωa Y , ωa Z ) is calculated. Each angular velocity component of the corrected angular velocity ωa is as follows.
ωa X = ω X −K2 × ωd X
ωa Y = ω Y −K2 × ωd Y
ωa Z = ω Z −K2 × ωd Z
K2 is a constant, and is set as appropriate according to various factors such as the performance of the 3-
Therefore, the corrected angular velocity ωa (ωa X , ωa Y , ωa Z ) is an error generated when the velocity is calculated using only the three-
さらに、演算部3は、補正角速度ωa(ωaX,ωaY,ωaZ)に対して時間積分を含むクォータニオン積算を実施し、図示しない車両つまり検出ユニット1の姿勢角θのX軸、Y軸及びZ軸に対する方向余弦cosθX、cosθY及びcosθZを算出する。演算部3は、算出した方向余弦cosθX、cosθY及びcosθZに基づき、X軸、Y軸及びZ軸に対する姿勢角θの各角度成分θX、θY及びθZを算出して、姿勢変化量及び姿勢角を求める。
Further, the calculation unit 3 performs quaternion integration including time integration on the corrected angular velocity ωa (ωa X , ωa Y , ωa Z ), and the X axis and Y axis of the attitude angle θ of the vehicle (not shown), that is, the
上述で説明したように、本発明の実施の形態に係る姿勢検出装置100は、車両に設けられて車両の姿勢を検出するものであり、直交する3軸に沿った直線加速度を検知する3軸加速度センサ20と、直交する3軸まわりの角速度を検知する3軸ジャイロセンサ10と、車両の進行速度データである車速データを受け取るように構成されると共に3軸加速度センサ20及び3軸ジャイロセンサ10から検知データを受け取るように構成され且つ車両の姿勢を演算する演算部3とを備える。演算部3は、車速データと3軸ジャイロセンサ10からの検知角速度データとを用いた補正を伴って、3軸加速度センサ20からの検知直線加速度データを用いて直線速度を算出し、直線速度と車速データとの差異である差異速度を用いて、3軸ジャイロセンサ10からの検知角速度データを補正して、車両の姿勢角を算出する。さらに、演算部3は、車速データと検知角速度データとを用いた補正では、差異速度と、車速データ及び検知角速度データに基づく車両の遠心加速度とを用いる。
As described above, the
上述の構成において、演算部3は、3軸加速度センサ20からの検知直線加速度データから直線速度を算出する際に、車速データと3軸ジャイロセンサ10からの検知角速度データとを用いた補正を行う、つまり、車両の実際の進行速度に関連する要素及び車両の遠心加速度に関連する要素とを用いた補正を行う。これによって、算出した直線速度において、車両の実際の進行速度に対する差異を補正し、車両の遠心加速度に関連する影響を排除することができる。さらに、差異速度を用いて補正することによって、補正した検知角速度データでは、車両の実際の進行速度に対する差異に関連する実際の角速度に対する誤差を排除することができる。よって、車両の姿勢角の高精度な検出が可能になる。
In the above configuration, the calculation unit 3 performs correction using the vehicle speed data and the detected angular velocity data from the three-
また、姿勢検出装置100において、演算部3は、車速データと検知角速度データとを用いた補正では、検知角速度データから遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、差異速度に関する要素を除去する。これによって、高精度な結果をもたらす補正計算を簡易に実施することができる。
また、姿勢検出装置100において、演算部3は、差異速度を用いた補正では、検知角速度データから、差異速度の角速度成分に関する要素を除去する。これによって、高精度な結果をもたらす差異速度を用いた補正を、簡易に実施することができる。
In the
In the
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、演算部3は、補正速度計算実施後の直線速度と車速との差異速度を用いて、補正角速度計算を行っていたが、これに限定されるものでない。演算部3は、補正前直線速度と車速との差異速度を補正角速度計算に用いてもよい。
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、演算部3は、補正角速度計算に関して、3軸ジャイロセンサ10から受け取る角速度ωの各成分から差異角速度ωdを減じたものに対して時間積分を含むクォータニオン積算を実施していたが、これに限定されるものでない。演算部3は、角速度ωと差異角速度ωdとに対して個別に時間積分を含むクォータニオン積算を実施した後に、それぞれの姿勢角の方向余弦から車両の姿勢角を算出してもよい。
Moreover, in the attitude |
Further, in
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、演算部3は、XYZ軸による座標系とX’Y’Z’軸による座標系との間で、座標変換を実施していたが、座標変換を実施せずにXYZ軸による座標系のみを用いて演算してもよい。
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、3軸ジャイロセンサ10と3軸加速度センサ20とは、同じのX軸、Y軸及びZ軸を共有していたが、互いのX軸、Y軸及びZ軸が異なっていてもよい。この場合、演算部3は、演算時、3軸ジャイロセンサ10及び3軸加速度センサ20のうちの一方に対して、検知データの座標変換をすればよい。
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100は、車両に搭載されていたが、いかなる移動体に搭載されてもよい。
In the
In the
Moreover, although the attitude |
1 検知ユニット、3 演算部、4 車速センサ、10 3軸ジャイロセンサ(角速度センサ)、20 3軸加速度センサ、100 姿勢検出装置。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
直交する3軸に沿った直線加速度を検知する加速度センサと、
直交する3軸まわりの角速度を検知する角速度センサと、
前記移動体の進行速度データを受け取るように構成されると共に前記加速度センサ及び前記角速度センサから検知データを受け取るように構成され、前記移動体の姿勢を演算する演算部と
を備え、
前記演算部は、
前記進行速度データと前記角速度センサからの検知角速度データとを用いた補正を伴って、前記加速度センサからの検知直線加速度データを用いて直線速度を算出し、
前記直線速度と前記進行速度データとの差異である差異速度を用いて、前記角速度センサからの検知角速度データを補正して、前記移動体の姿勢角を算出する、姿勢検出装置。 In an attitude detection device that is provided on a moving body and detects the attitude of the moving body,
An acceleration sensor that detects linear acceleration along three orthogonal axes;
An angular velocity sensor for detecting angular velocities around three orthogonal axes;
A calculation unit configured to receive the traveling speed data of the moving body and configured to receive detection data from the acceleration sensor and the angular velocity sensor;
The computing unit is
A linear velocity is calculated using the detected linear acceleration data from the acceleration sensor, with correction using the traveling velocity data and the detected angular velocity data from the angular velocity sensor,
An attitude detection device that corrects detected angular velocity data from the angular velocity sensor and calculates an attitude angle of the moving body using a difference velocity that is a difference between the linear velocity and the traveling velocity data.
前記移動体の進行速度データと、直交する3軸に沿った前記移動体の直線加速度データと、直交する3軸まわりの前記移動体の角速度データとを取得し、
前記進行速度データと前記角速度データとを用いた補正を伴って、前記直線加速度データを用いて直線速度を算出し、
前記直線速度と前記進行速度データとの差異である差異速度を用いて前記角速度データを補正して、前記移動体の姿勢角を算出する方法。 In a method for detecting the posture of a moving object,
Obtaining the moving speed data of the moving body, linear acceleration data of the moving body along three orthogonal axes, and angular velocity data of the moving body around the three orthogonal axes;
With a correction using the traveling speed data and the angular speed data, a linear speed is calculated using the linear acceleration data,
A method of calculating the attitude angle of the moving body by correcting the angular velocity data using a difference velocity which is a difference between the linear velocity and the traveling velocity data.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015107466A JP6454857B2 (en) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Posture detection apparatus and posture detection method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015107466A JP6454857B2 (en) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Posture detection apparatus and posture detection method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016223798A JP2016223798A (en) | 2016-12-28 |
JP6454857B2 true JP6454857B2 (en) | 2019-01-23 |
Family
ID=57747910
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015107466A Active JP6454857B2 (en) | 2015-05-27 | 2015-05-27 | Posture detection apparatus and posture detection method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6454857B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111279152A (en) * | 2017-11-01 | 2020-06-12 | 日立汽车系统株式会社 | Attitude sensor device for moving body |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4321678A (en) * | 1977-09-14 | 1982-03-23 | Bodenseewerk Geratetechnik Gmbh | Apparatus for the automatic determination of a vehicle position |
JP3380404B2 (en) * | 1995-08-28 | 2003-02-24 | 日本政策投資銀行 | Movement detection device |
JP3169213B2 (en) * | 1998-02-27 | 2001-05-21 | 株式会社データ・テック | Moving speed detecting method and device, vehicle slip angle detecting device |
JP2001033479A (en) * | 1999-07-27 | 2001-02-09 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | Apparatus for measuring inertia |
JP2004132769A (en) * | 2002-10-09 | 2004-04-30 | Tamagawa Seiki Co Ltd | Attitude angle detector |
JP4321554B2 (en) * | 2006-06-23 | 2009-08-26 | トヨタ自動車株式会社 | Attitude angle detection device and attitude angle detection method |
JP2010117260A (en) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Epson Toyocom Corp | Correction parameter preparation method of attitude detector, device for correction parameter preparation of attitude detector, and attitude detector |
JP2011064483A (en) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Tamagawa Seiki Co Ltd | Joint angle measuring device |
JP2012141219A (en) * | 2010-12-28 | 2012-07-26 | Pioneer Electronic Corp | Inclination angle detection device, method, program, and storage medium |
JP2014108646A (en) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | Tamagawa Seiki Co Ltd | Device and method for detecting inclination between running vehicle and road surface by inertia sensor made of one unit |
-
2015
- 2015-05-27 JP JP2015107466A patent/JP6454857B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016223798A (en) | 2016-12-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8200452B2 (en) | Attitude-angle detecting apparatus and attitude-angle detecting method | |
CN106053879B (en) | Pass through the vehicle speed estimation of the expiration operation of data fusion | |
JP5328252B2 (en) | Position detection apparatus and position detection method for navigation system | |
US20080208501A1 (en) | Method For Determining and Correcting Incorrect Orientations and Offsets of the Sensors of an Inertial Measurement Unit in a Land Vehicle | |
EP1722239A2 (en) | Apparatus and method for measuring speed of a moving object | |
JP2008089531A (en) | Mobile object with inclined angle estimation mechanism | |
JP2011128093A (en) | Roll angle estimation device and transport equipment | |
EP3441718B1 (en) | Orientation estimation device and transport equipment | |
KR20120050413A (en) | Movement condition detection device | |
JP6604175B2 (en) | Pitch angular velocity correction value calculation device, attitude angle calculation device, and pitch angular velocity correction value calculation method | |
JP2011059020A (en) | Apparatus, method and program for estimating three-dimensional attitude | |
JP6454857B2 (en) | Posture detection apparatus and posture detection method | |
US7657395B2 (en) | Two-axis accelerometer for detecting inclination without the effect of common acceleration | |
US20220212742A1 (en) | Body posture detection device and straddle type vehicle | |
JP2009053039A (en) | Vehicle attitude estimating apparatus and method | |
WO2014171227A1 (en) | Attitude angle estimation device and movement state detection device provided with same | |
JPH11295335A (en) | Detecting apparatus for position of moving body | |
WO2018012213A1 (en) | Angle measuring device | |
JP2878498B2 (en) | Angular acceleration detector | |
JP6632727B2 (en) | Angle measuring device | |
WO2019182082A1 (en) | Estimation device, control method, program, and storage medium | |
CN113048987A (en) | Vehicle navigation system positioning method | |
JP2010271209A (en) | Portable information apparatus, method and program for correcting offset error of acceleration sensor | |
JP6409625B2 (en) | Vehicle position calculation device | |
JP2012141219A (en) | Inclination angle detection device, method, program, and storage medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20171228 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181024 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181113 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181113 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6454857 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |