JP6495609B2 - Direction detection apparatus and direction detection method - Google Patents
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Description
本発明は、旋回角センサの出力に基づいて方位を算出する方位検出装置および方位検出方法に関する。 The present invention relates to an azimuth detecting device and an azimuth detecting method for calculating an azimuth based on an output of a turning angle sensor.
方位検出装置は、車両等に搭載され、進行方向を検出するために使用されている。そして、多くの方位検出装置はジャイロセンサ等の旋回角センサを備えている。旋回角センサは車両の旋回角を所定時間ごとに検出する。方位検出装置は、旋回角センサから得られた旋回角を積算することにより車両の進行方向を検出することができる。しかし、旋回角センサの出力は、バイアス、スケールファクタ誤差等を含むので、所定時間ごとにこれらの誤差を推定し、旋回角センサの出力を補正する必要がある。 The direction detection device is mounted on a vehicle or the like and is used to detect a traveling direction. And many azimuth | direction detection apparatuses are equipped with turning angle sensors, such as a gyro sensor. The turning angle sensor detects the turning angle of the vehicle every predetermined time. The bearing detection device can detect the traveling direction of the vehicle by integrating the turning angles obtained from the turning angle sensor. However, since the output of the turning angle sensor includes a bias, a scale factor error, etc., it is necessary to estimate these errors every predetermined time and correct the output of the turning angle sensor.
旋回角センサのバイアスを推定する装置として、例えば、特許文献1に記載のものがある。特許文献1に記載の装置は、車輪速センサから得られる左右車輪の回転数から車両の移動状態を判定する。そして、停車しているときの旋回角センサの出力を平均することによりバイアスを推定する。
特許文献2には、旋回角センサのバイアスを推定する方法が記載されている。特許文献2に記載の方法では、停車しているときの旋回角センサの出力のうち所定のものを平均することによりバイアスを推定する。
As an apparatus for estimating the bias of the turning angle sensor, for example, there is one described in Patent Document 1. The device described in Patent Document 1 determines the moving state of the vehicle from the rotational speeds of the left and right wheels obtained from the wheel speed sensor. Then, the bias is estimated by averaging the outputs of the turning angle sensors when the vehicle is stopped.
Patent Document 2 describes a method for estimating a bias of a turning angle sensor. In the method described in Patent Document 2, a bias is estimated by averaging a predetermined one of the outputs of the turning angle sensor when the vehicle is stopped.
また、旋回角センサのスケールファクタ誤差を推定する方法として、GPS(Global Positioning System)等の測位システムを用いるものがある。例えば、まず、測位システムから得られる観測量から車両の方位を算出する。そして、算出された方位と旋回角センサから得られる方位とを比較することにより旋回角センサのスケールファクタ誤差を推定する。 Further, as a method for estimating the scale factor error of the turning angle sensor, there is a method using a positioning system such as GPS (Global Positioning System). For example, first, the azimuth of the vehicle is calculated from the observation amount obtained from the positioning system. Then, the scale factor error of the turning angle sensor is estimated by comparing the calculated direction and the direction obtained from the turning angle sensor.
また、特許文献3には、車両の姿勢角を補正する方法が記載されている。この方法では、高精度な測位システムと低精度な旋回角センサおよび加速度センサとを用いて、姿勢角誤差を推定している。特許文献4では、道路の傾斜角とジャイロセンサの設置角とにより生じる旋回角の誤差を推定している。特許文献5には、所定の作業を行うことにより旋回角センサのスケールファクタを算出する方法が記載されている。 Patent Document 3 describes a method for correcting the attitude angle of a vehicle. In this method, a posture angle error is estimated using a high-precision positioning system and low-precision turning angle sensors and acceleration sensors. In Patent Document 4, an error of a turning angle caused by a road inclination angle and a gyro sensor installation angle is estimated. Patent Document 5 describes a method of calculating a scale factor of a turning angle sensor by performing a predetermined work.
上記のように、測位システムを用いて旋回角センサのスケールファクタ誤差を推定することができる。しかし、GPS等の測位システムの測位精度は、建物、周囲の遮蔽物等の影響により低下する。精度が低下した計測値に基づいてスケールファクタ誤差を推定すると、十分な精度を得ることができないおそれがあるとともに、スケールファクタ誤差の推定するために多くの時間を要する。すなわち、測位システムの測位精度が低下する環境では、測位システムを用いて旋回角センサのスケールファクタを補正することが困難となる。 As described above, the scale factor error of the turning angle sensor can be estimated using the positioning system. However, the positioning accuracy of a positioning system such as GPS deteriorates due to the influence of buildings, surrounding shielding, and the like. If the scale factor error is estimated based on the measurement value with reduced accuracy, there is a possibility that sufficient accuracy may not be obtained, and much time is required to estimate the scale factor error. That is, in an environment where the positioning accuracy of the positioning system is lowered, it is difficult to correct the scale factor of the turning angle sensor using the positioning system.
本発明の目的は、旋回角センサのスケールファクタを十分な精度で補正し、高い信頼性を有する方位検出装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an azimuth detecting device having a high reliability by correcting the scale factor of a turning angle sensor with sufficient accuracy.
本発明に係る方位検出装置は、旋回角センサ、車輪速センサ、第1旋回角算出部、スケールファクタ補正部および方位算出部を備える。旋回角センサは車両の旋回角を検出する。車輪速センサは車両の左右車輪の回転数を検出する。第1旋回角算出部は回転数に基づいて第1旋回角を算出する。スケールファクタ補正部は、旋回角センサが出力する旋回角と第1旋回角とに基づいて、旋回角センサのスケールファクタを補正する。方位算出部は、旋回角センサが出力する旋回角に基づいて車両の進行方向を算出する。旋回角センサは、スケールファクタ補正部からのスケールファクタの補正値を用いて、旋回角を補正する。 The azimuth detecting device according to the present invention includes a turning angle sensor, a wheel speed sensor, a first turning angle calculation unit, a scale factor correction unit, and an azimuth calculation unit. The turning angle sensor detects the turning angle of the vehicle. The wheel speed sensor detects the number of rotations of the left and right wheels of the vehicle. The first turning angle calculation unit calculates the first turning angle based on the rotation speed. The scale factor correction unit corrects the scale factor of the turning angle sensor based on the turning angle output from the turning angle sensor and the first turning angle. The bearing calculation unit calculates the traveling direction of the vehicle based on the turning angle output from the turning angle sensor. The turning angle sensor corrects the turning angle using the scale factor correction value from the scale factor correction unit.
この構成では、車輪速センサを用いて、旋回角センサのスケールファクタを補正することができる。これにより、測位システムの測位精度が低下する環境、測位システムを利用することができない環境等でも、高い信頼性を有する方位検出装置を実現することができる。 In this configuration, the scale factor of the turning angle sensor can be corrected using the wheel speed sensor. Thereby, it is possible to realize a highly reliable azimuth detecting device even in an environment where the positioning accuracy of the positioning system is lowered, an environment where the positioning system cannot be used, or the like.
本発明によると、車輪速センサを用いて、旋回角センサのスケールファクタを補正することができる。これにより、高い信頼性を有する方位検出装置を実現することができる。 According to the present invention, the scale factor of the turning angle sensor can be corrected using the wheel speed sensor. As a result, a highly reliable azimuth detecting device can be realized.
《第1の実施形態》
本発明の第1の実施形態に係る方位検出装置10について説明する。図1は方位検出装置10の構成を示すブロック図である。方位検出装置10は、旋回角センサ11、車輪速センサ12、旋回角算出部13、スケールファクタ補正部14、バイアス推定部15および方位算出部16を備える。方位検出装置10は、車両等に搭載され、車両の進行方向を検出する。
<< First Embodiment >>
An
旋回角センサ11は車両の旋回角ψを検出する。旋回角センサ11が出力する旋回角は、誤差を含むため、センサ旋回角ψgyrоとなる。旋回角センサ11は、例えば、ジャイロセンサである。旋回角ψは、車両が所定時間に旋回する角度である。図2は車両の旋回角ψを説明する図である。図2では、車両は、時間t0にe→(t0)方向に走行し、時間t0にe→(t1)方向に走行している。この場合、時間t0から時間t1までの車両の旋回角ψは、e→(t0)およびe→(t1)がなす角となる。
The turning
車輪速センサ12は、車両の左車輪の回転数nLおよび車両の右車輪の回転数nRを検出する。旋回角算出部13は、回転数nL,nRに基づいて第1旋回角ψwを算出する。第1旋回角ψwは、誤差を含むため、旋回角ψと異なる値となる。旋回角算出部13は本発明の第1旋回角算出部に相当する。第1旋回角ψwは、例えば、
なお、GPS、光ビーコン等(図示せず)を利用することができるときに、第1旋回角ψwとしてψrefを用いて最小二乗法によりSL,SRを算出する。ここで、ψrefはGPS、光ビーコン等から得られる車両の旋回角である。 Incidentally, GPS, when the optical beacon or the like (not shown) can be utilized, S L by the least squares method using the [psi ref as a first pivot angle [psi w, and calculates the S R. Here, ψ ref is the turning angle of the vehicle obtained from GPS, an optical beacon or the like.
スケールファクタ補正部14は、車両が旋回しているとき、第1旋回角ψwとセンサ旋回角ψgyrоとの差分に基づいて、旋回角センサ11のスケールファクタSを補正する。スケールファクタとは入力変化で出力変化を除したものである。例えば、以下のようにスケールファクタSを補正する。
The scale
車両が時間tから時間t+Δtまでに旋回角ψだけ旋回するとき、センサ旋回角ψgyrоに含まれる誤差ψgyrо−ψは、
一般に、移動体が正常に走行しているとき、第1旋回角ψwはセンサ旋回角ψgyrоに比べて高い精度を有する。そこで、第1旋回角ψwが閾値に比べて大きいとき、車両の旋回角ψとして第1旋回角ψwを用いて最小二乗法によりスケールファクタ誤差ηを算出する。そして、S/(1+η)を新たにスケールファクタSとすることにより、スケールファクタSを補正する。
スケールファクタSの補正値は、旋回角センサ11が補正後に旋回角ψを検出するときに用いられる。
When the vehicle turns by the turning angle ψ from time t to time t + Δt, the error ψ gyro ® included in the sensor turning angle ψ gyro is
In general, when the moving body is traveling normally, the first turning angle ψ w has higher accuracy than the sensor turning angle ψ gyro . Therefore, when the first turning angle ψ w is larger than the threshold value, the scale factor error η is calculated by the least square method using the first turning angle ψ w as the turning angle ψ of the vehicle. Then, the scale factor S is corrected by newly setting the scale factor S to S / (1 + η).
The correction value of the scale factor S is used when the
バイアス推定部15は、回転数nL,nRが閾値に比べて小さいとき、旋回角センサ11のバイアスb0を推定する。例えば、以下のようにバイアスb0を推定する。
回転数nL,nRが閾値に比べて小さいとき、車両が静止しているとみなすことができる。このため、車両の旋回角ψは0となり、式(2)はψgyrо=b0Δtとなる。バイアスb0はb0=E(ψgyrо/Δt)から算出される。ここでE(・)は平均値を意味する。左右車輪の回転数nL,nRを用いることにより、車両が静止しているか否かを高い精度で判定することができる。これにより、バイアスb0を高速で推定することができる。
旋回角センサ11は、ψgyrо−b0Δtを新たなセンサ旋回角ψgyrоとすることより、センサ旋回角ψgyrоのバイアスb0を補正する。
The
When the rotation speeds n L and n R are smaller than the threshold value, the vehicle can be regarded as stationary. Therefore, the turning angle ψ of the vehicle becomes 0, and the equation (2) becomes ψ gyro = b 0 Δt. The bias b 0 is calculated from b 0 = E (ψ gyro / Δt). Here, E (•) means an average value. By using the rotation speeds n L and n R of the left and right wheels, it can be determined with high accuracy whether or not the vehicle is stationary. Thereby, the bias b 0 can be estimated at high speed.
The turning
方位算出部16は、センサ旋回角ψgyrоを積算することにより、車両の進行方向hを算出する。
The
次に、スケールファクタSを補正する工程について説明する。図3(A)は、第1の実施形態に係るスケールファクタSの補正フローを示すフローチャートである。
旋回角センサ11を用いて車両の旋回角ψを検出する(S101)。旋回角センサ11が出力する旋回角は、誤差を含むため、センサ旋回角ψgyrоとなる。次に、左右車輪の回転数nL,nRを検出する(S102)。旋回角算出部13を用いて、回転数nL,nRに基づいて第1旋回角ψwを算出する(S103)。車両が旋回している(第1旋回角ψwが閾値に比べて大きい)場合(S104:Yes)、スケールファクタ誤差ηを推定し(S105)、推定に基づいてスケールファクタSを補正する(S106)。車両が旋回していない場合、工程を終了する(S104:No)。なお、工程S105を行う前であれば、工程S101を行う時期は上記に限定されない。
Next, the process of correcting the scale factor S will be described. FIG. 3A is a flowchart showing a correction flow of the scale factor S according to the first embodiment.
A turning angle ψ of the vehicle is detected using the turning angle sensor 11 (S101). Since the turning angle output by the turning
次に、バイアスb0を補正する工程について説明する。図3(B)は、第1の実施形態に係るバイアスb0の補正フローを示すフローチャートである。
旋回角センサ11を用いて車両の旋回角ψを検出する(S111)。旋回角センサ11が出力する旋回角は、誤差を含むため、センサ旋回角ψgyrоとなる。次に、左右車輪の回転数nL,nRを検出する(S112)。車両が静止している(回転数nL,nRが閾値に比べて小さい)場合(S113:Yes)、旋回角センサ11のバイアスb0を推定し(S114)、推定に基づいてバイアスb0を補正する(S115)。車両が静止していない場合、工程を終了する(S113:No)。なお、工程S114を行う前であれば、工程S111を行う時期は上記に限定されない。
Next, a process for correcting the bias b 0 will be described. FIG. 3B is a flowchart showing a correction flow of the bias b 0 according to the first embodiment.
A turning angle ψ of the vehicle is detected using the turning angle sensor 11 (S111). Since the turning angle output by the turning
第1の実施形態によると、車輪速センサ12を用いて、旋回角センサ11のバイアスb0およびスケールファクタSを補正する。これにより、測位システムの測位精度が低下する環境、測位システムを利用することができない環境等でも、高い信頼性を有する方位検出装置10を実現することができる。特に、方位検出装置10は、測位システムを長時間利用することができないトンネル等で有効である。
According to the first embodiment, the
《第2の実施形態》
本発明の第2の実施形態に係る方位検出装置20について説明する。図4は方位検出装置20の構成を示すブロック図である。方位検出装置20は、第1の実施形態に係る方位検出装置10の構成に加えて、GPS旋回角算出部21を備える。また、第1の実施形態に係るスケールファクタ補正部14に代えて、スケールファクタ補正部24を備える。GPSは本発明の測位システムに相当する。GPS旋回角算出部21は本発明の第2旋回角算出部に相当する。
<< Second Embodiment >>
An
旋回角算出部13は、回転数nL,nRに基づいて、第1旋回角ψwおよびその精度を算出する。GPS旋回角算出部21は、GPSから得られる観測量に基づいて、第2旋回角ψgpsおよびその精度を算出する。第2旋回角ψgpsは、誤差を含むためψと異なる値となる。
スケールファクタ補正部24は、第1の実施形態と同様に、車両が旋回しているとき(車両の旋回角ψが閾値に比べて大きいとき)、旋回角センサ11のスケールファクタSを補正する。この際、第1旋回角ψwの精度が第2旋回角ψgpsの精度以上の場合、車両の旋回角ψとして第1旋回角ψwが用いられる。第1旋回角ψwの精度が第2旋回角ψgpsの精度未満の場合、車両の旋回角ψとして第2旋回角ψgpsが用いられる。
Turning
As in the first embodiment, the scale
次に、スケールファクタSを補正する工程について説明する。図5は、第2の実施形態に係るスケールファクタSの補正フローを示すフローチャートである。
旋回角センサ11を用いて車両の旋回角ψを検出する(S201)。旋回角センサ11が出力する旋回角は、誤差を含むため、センサ旋回角ψgyrоとなる。次に、旋回角算出部13を用いて、左右車輪の回転数nL,nRに基づいて車両の第1旋回角ψwおよびその精度を算出する(S202)。次に、GPS旋回角算出部21を用いて、GPSから得られる観測量に基づいて第2旋回角ψgpsおよびその精度を算出する(S203)。第1旋回角ψwの精度が第2旋回角ψgpsの精度以上の場合(S204:Yes)、車両の旋回角ψとして第1旋回角ψwを用いる(S205)。第1旋回角ψwの精度が第2旋回角ψgpsの精度未満の場合(S204:No)、車両の旋回角ψとして第2旋回角ψgpsを用いる(S206)。次に、車両が旋回している場合(S207:Yes)、スケールファクタ誤差ηを推定し(S208)、推定に基づいてスケールファクタSを補正する(S209)。車両が旋回していない場合、工程を終了する(S207:No)。
Next, the process of correcting the scale factor S will be described. FIG. 5 is a flowchart showing a correction flow of the scale factor S according to the second embodiment.
A turning angle ψ of the vehicle is detected using the turning angle sensor 11 (S201). Since the turning angle output by the turning
第2の実施形態によると、第1旋回角ψwの精度が第2旋回角ψgpsの精度以上の場合、車輪速センサ12を用いて、旋回角センサ11のスケールファクタSを補正する。これにより、マルチパス等によりGPSの測位精度が低下する環境、GPSを利用することができない環境等でも、高い信頼性を有する方位検出装置20を実現することができる。
According to the second embodiment, when the accuracy of the first turning angle ψ w is equal to or higher than the accuracy of the second turning angle ψ gps , the
10,20…方位検出装置
11…旋回角センサ
12…車輪速センサ
13…旋回角算出部
14,24…スケールファクタ補正部
15…バイアス推定部
16…方位算出部
21…GPS旋回角算出部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記車両の左右車輪の回転数を検出する車輪速センサと、
前記回転数に基づいて第1旋回角を算出する第1旋回角算出部と、
前記第1旋回角が前記車両の旋回を検出する閾値に比べて大きい場合に、前記旋回角センサが出力する前記旋回角と前記第1旋回角とに基づいて、前記旋回角センサのスケールファクタを補正するスケールファクタ補正部と、
前記旋回角センサが出力する前記旋回角に基づいて前記車両の進行方向を算出する方位算出部とを備え、
前記旋回角センサは、前記スケールファクタ補正部からの前記スケールファクタの補正値を用いて、前記旋回角を補正する方位検出装置。 A turning angle sensor for detecting the turning angle of the vehicle;
A wheel speed sensor for detecting the rotational speed of the left and right wheels of the vehicle;
A first turning angle calculation unit for calculating a first turning angle based on the rotational speed;
When the first turning angle is larger than a threshold value for detecting turning of the vehicle, the scale factor of the turning angle sensor is set based on the turning angle output by the turning angle sensor and the first turning angle. A scale factor correction unit to correct,
An azimuth calculating unit that calculates a traveling direction of the vehicle based on the turning angle output by the turning angle sensor;
The turning angle sensor is an azimuth detecting device that corrects the turning angle using a correction value of the scale factor from the scale factor correction unit.
前記第1旋回角と前記旋回角センサが出力する前記旋回角との差分に基づいて、前記スケールファクタ補正部は前記スケールファクタを補正する、方位検出装置。 The azimuth detecting device according to claim 1,
Based on a difference between the turning angle before Symbol the turning angle sensor and the first turning angle output, the scale factor correcting unit corrects the scale factor, the azimuth detecting device.
測位システムから得られる観測量に基づいて第2旋回角を算出する第2旋回角算出部を備え、
前記第1旋回角の算出時の推定精度が前記第2旋回角の算出時の推定精度以上であるとき、前記旋回角センサが出力する前記旋回角と前記第1旋回角とに基づいて、前記スケールファクタ補正部は前記スケールファクタを補正する、方位検出装置。 The azimuth detecting device according to claim 1 or 2,
A second turning angle calculation unit for calculating a second turning angle based on an observation amount obtained from the positioning system;
When the estimation accuracy at the time of calculating the first turning angle is equal to or higher than the estimation accuracy at the time of calculating the second turning angle, based on the turning angle output by the turning angle sensor and the first turning angle, A scale factor correction unit corrects the scale factor, and is an azimuth detection device.
測位システムから得られる観測量に基づいて第2旋回角を算出する第2旋回角算出部を備え、
前記第1旋回角の算出時の推定精度が前記第2旋回角の算出時の推定精度未満であるとき、前記旋回角センサが出力する前記旋回角と前記第2旋回角とに基づいて、前記スケールファクタ補正部は前記スケールファクタを補正する、方位検出装置。 The azimuth detecting device according to claim 1 or 2,
A second turning angle calculation unit for calculating a second turning angle based on an observation amount obtained from the positioning system;
When the estimation accuracy at the time of calculating the first turning angle is less than the estimation accuracy at the time of calculating the second turning angle, based on the turning angle output by the turning angle sensor and the second turning angle, A scale factor correction unit corrects the scale factor, and is an azimuth detection device.
測位システムから得られる観測量に基づいて第2旋回角を算出する第2旋回角算出部を備え、
前記第1旋回角の算出時の推定精度が前記第2旋回角の算出時の推定精度以上であるとき、前記旋回角センサが出力する前記旋回角と前記第1旋回角とに基づいて、前記スケールファクタ補正部は前記スケールファクタを補正し、
前記第1旋回角の算出時の推定精度が前記第2旋回角の算出時の推定精度未満であるとき、前記旋回角センサが出力する前記旋回角と前記第2旋回角とに基づいて、前記スケールファクタ補正部は前記スケールファクタを補正する、方位検出装置。 The azimuth detecting device according to claim 1 or 2,
A second turning angle calculation unit for calculating a second turning angle based on an observation amount obtained from the positioning system;
When the estimation accuracy at the time of calculating the first turning angle is equal to or higher than the estimation accuracy at the time of calculating the second turning angle, based on the turning angle output by the turning angle sensor and the first turning angle, The scale factor correction unit corrects the scale factor,
When the estimation accuracy at the time of calculating the first turning angle is less than the estimation accuracy at the time of calculating the second turning angle, based on the turning angle output by the turning angle sensor and the second turning angle, A scale factor correction unit corrects the scale factor, and is an azimuth detection device.
前記回転数が閾値に比べて小さいとき、前記旋回角センサのバイアスを推定するバイアス推定部を備える、方位検出装置。 The azimuth detecting device according to any one of claims 1 to 5,
An azimuth detection device comprising a bias estimation unit that estimates a bias of the turning angle sensor when the rotational speed is smaller than a threshold value.
前記第1旋回角算出部は、 The first turning angle calculation unit includes:
測位システムから得られる観測量に基づいて算出される旋回角を用いて、前記回転数から前記第1旋回角を算出する係数を設定する、 Using a turning angle calculated based on an observation amount obtained from the positioning system, and setting a coefficient for calculating the first turning angle from the rotational speed;
方位検出装置。 Orientation detection device.
車輪速センサにより前記車両の左右車輪の回転数を検出する工程と、
前記回転数に基づいて第1旋回角を算出する工程と、
前記第1旋回角が前記車両の旋回を検出する閾値に比べて大きい場合に、前記旋回角センサが出力する前記旋回角と前記第1旋回角とに基づいて、前記旋回角センサのスケールファクタを補正する工程と、
前記旋回角センサが出力する前記旋回角に基づいて前記車両の進行方向を算出する工程とを備え、
前記旋回角センサは、前記スケールファクタの補正値を用いて前記旋回角を補正する、方位検出方法。 Detecting a turning angle of the vehicle by a turning angle sensor;
Detecting the rotational speed of the left and right wheels of the vehicle by means of a wheel speed sensor;
Calculating a first turning angle based on the rotational speed;
When the first turning angle is larger than a threshold value for detecting turning of the vehicle, the scale factor of the turning angle sensor is set based on the turning angle output by the turning angle sensor and the first turning angle. A process of correcting,
Calculating the traveling direction of the vehicle based on the turning angle output by the turning angle sensor,
The azimuth detection method, wherein the turning angle sensor corrects the turning angle using a correction value of the scale factor.
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