JP7206875B2 - Vehicle lateral speed estimator - Google Patents
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本発明は、車両横速度推定装置に係り、特に、走行路と横滑りを含む車両の平面運動の関係に基づき、車両横速度を推定する車両横速度推定装置に関する。 The present invention relates to a vehicle lateral speed estimating device, and more particularly to a vehicle lateral speed estimating device for estimating a vehicle lateral speed based on a relationship between a traveling road and a plane motion of a vehicle including sideslip.
車両は、路面に対する前後運動、横運動及びヨー運動の3軸方向の運動をする。特に車両のコーナリング時の挙動における重要な要素として、車両横速度がある。車体の横方向の運動が計測可能になる事により、例えば車両の自己位置推定が高精度に行えるようになる。従って、高精度な自己位置推定により、車両の運動を計測する他の各種センサの正確な補正も可能となる。また、車両運動モデルをオンラインで補正する事が可能になり、車両運動モデルによって算出される車両制御パラメータのオンラインチューニングにも活用できる。 A vehicle moves in three axial directions of forward/backward motion, lateral motion, and yaw motion with respect to a road surface. In particular, the lateral velocity of the vehicle is an important factor in the behavior of the vehicle during cornering. By making it possible to measure the lateral movement of the vehicle body, for example, the self-position estimation of the vehicle can be performed with high accuracy. Therefore, highly accurate self-position estimation also enables accurate correction of various other sensors that measure the motion of the vehicle. In addition, it is possible to correct the vehicle dynamics model online, and it can be used for online tuning of vehicle control parameters calculated by the vehicle dynamics model.
横運動はスリップ角センサで検出でき、ヨー運動はヨーレートセンサで検出できる。しかしながら、スリップ角センサは、走行中の車両からレーザ光を路面に照射し、路面で反射されたレーザ光を受信して車両横速度を検出する複雑かつ高価な装置であり、量産車両には車載され難い。従って、量産車両の車両横速度を推定するために、車両運動モデルを用いた推定手法が提案されている。 Lateral motion can be detected with a slip angle sensor, and yaw motion can be detected with a yaw rate sensor. However, the slip angle sensor is a complicated and expensive device that detects the lateral speed of the vehicle by irradiating the road surface with a laser beam from a running vehicle and receiving the laser beam reflected from the road surface. hard to be Therefore, in order to estimate the vehicle lateral velocity of mass-produced vehicles, an estimation method using a vehicle motion model has been proposed.
特許文献1には、ヨーレートセンサ及び車速センサを用いて車両の回転姿勢の変化量を推定し、カメラ画像から抽出した道路に添って延びる基準線に対する車両の回転姿勢の変化量を算出すると共に、所定の基準に対する車両の回転姿勢の変化量との差に基づいて当該基準線の曲がり情報を道路の曲がり情報として演算する走路の曲がり情報検出装置の発明が開示されている。
In
特許文献2には、車速、ヨーレート及び横加速度に基づいて車両スリップ角を推定する車両のすべり角検出装置の発明が開示されている。 Patent Document 2 discloses an invention of a vehicle slip angle detection device that estimates a vehicle slip angle based on vehicle speed, yaw rate and lateral acceleration.
特許文献3には、車載カメラ等の撮像装置で取得した車両周囲の画像情報から車両のヨー角を検出すると共に、車両運動モデルに基づいて舵角センサとヨーレートセンサとから得た情報からヨー角推定値を算出し、当該ヨー角推定値と車載カメラで検出したヨー角とから算出したオフセット誤差で、車両運動モデルに基づいて推定されたスリップ角推定値を補正する車両物理量推定装置の発明が開示されている。 In Patent Document 3, the yaw angle of the vehicle is detected from image information around the vehicle acquired by an imaging device such as an in-vehicle camera, and the yaw angle is detected from information obtained from a steering angle sensor and a yaw rate sensor based on a vehicle motion model. An invention of a vehicle physical quantity estimating device that calculates an estimated value and corrects an estimated slip angle value based on a vehicle motion model using an offset error calculated from the estimated yaw angle value and a yaw angle detected by an in-vehicle camera. disclosed.
しかしながら、特許文献1に記載の発明は、ヨー角変化を時系列的な連続性を考慮せずに計算しているので、推定されるヨーレート値にノイズが生じやすく、ヨーレートセンサのオフセット誤差によりヨーレート推定の精度が低下するという問題があった。また、車両横速度を考慮していないので、交差点等で車両横速度が急激に変化する場合には、ヨーレート推定の精度がさらに低下するおそれがある。
However, in the invention described in
特許文献2に記載の発明は、各センサの特性に合わせてローパスフィルタ及びハイパスフィルタを適用しているので、推定値の出力に遅延が生じるおそれがある。加速度センサ及びヨーレートセンサの各々の出力結果には、上記のフィルタでも除去が困難なオフセット誤差が生じるため、横滑り角の推定の精度が低下するという問題があった。 Since the invention described in Patent Document 2 applies a low-pass filter and a high-pass filter according to the characteristics of each sensor, there is a possibility that the output of the estimated value may be delayed. Since the output results of the acceleration sensor and the yaw rate sensor have an offset error that is difficult to remove even with the above filter, there is a problem that the accuracy of the side slip angle estimation is lowered.
特許文献3に記載の発明は、車両運動モデルをヨーレートで補正することにより、スリップ角推定の精度を向上させているが、入力される操舵角は一般的にオフセット誤差が生じているので、誤差を排除できないという問題があり、さらに用いている車両運動モデルは路面、タイヤ等の影響を受けやすく、環境及び車両諸元に応じた設定を要するという問題があった。 The invention described in Patent Document 3 improves the accuracy of slip angle estimation by correcting the vehicle motion model with the yaw rate. In addition, the vehicle motion model used is susceptible to the road surface, tires, etc., and needs to be set according to the environment and vehicle specifications.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、車両が備えたセンシング装置によって検出した車両周辺の情報、車速センサで検出した車速及びヨーレートセンサで検出したヨーレートから、車両横速度を精度よく推定可能な車両横速度推定装置を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and the vehicle lateral speed can be accurately determined from information about the vehicle surroundings detected by a sensing device provided in the vehicle, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, and the yaw rate detected by the yaw rate sensor. An object of the present invention is to realize a vehicle lateral velocity estimator capable of estimating.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の車両横速度推定装置は、車両が備えたセンシング装置によって取得した車両周辺の情報から、目標経路と車両との横位置偏差及び前記目標経路と車両のヨー角偏差を算出する位置計測部と、前記位置計測部で算出した前記横位置偏差及び前記ヨー角偏差により定まる前記目標経路上の目標点の移動と、横滑りを含む前記車両の運動との関係を表す式を用いて、前記横位置偏差、前記ヨー角偏差、車速センサから得られる車両前後速度及びヨーレートセンサから得られる車両ヨーレートを含む実測値から、前記車両の車両横速度を推定する演算部と、を含んでいる。 In order to achieve the above object, a vehicle lateral speed estimating device according to claim 1 detects a lateral position deviation between a target route and the vehicle, and a lateral position deviation between the target route and the target route, based on information about the vehicle's surroundings acquired by a sensing device provided in the vehicle. a position measuring unit that calculates a yaw angle deviation of the vehicle; movement of a target point on the target route determined by the lateral position deviation and the yaw angle deviation calculated by the position measuring unit; and motion of the vehicle including sideslip. The vehicle lateral speed of the vehicle is estimated from measured values including the lateral position deviation, the yaw angle deviation, the vehicle longitudinal velocity obtained from the vehicle speed sensor, and the vehicle yaw rate obtained from the yaw rate sensor, using an equation representing the relationship of and a calculation unit.
また、請求項2に記載の車両横速度推定装置は、請求項1に記載の車両横速度推定装置において、前記関係を表す式は、前記目標点の移動速度の、車両前後方向に対する垂直成分から、前記横位置偏差の変化量と、前記車両のヨー運動に伴う車両重心位置に対する前記センシング装置の横速度とを減算した結果と、前記車両の車両横速度とが等しい関係を表す式を含んでいる。
The vehicle lateral speed estimating device according to claim 2 is the vehicle lateral speed estimating device according to
また、請求項3に記載の車両横速度推定装置は、請求項2に記載の車両横速度推定装置において、前記関係を表す式は、前記車両前後速度から、前記車両ヨーレートと前記横位置偏差との積を減算したものを、前記ヨー角偏差を用いて補正した結果と、前記目標点の移動速度とが等しい関係を表す式を更に含んでいる。 The vehicle lateral speed estimating device according to claim 3 is the vehicle lateral speed estimating device according to claim 2, wherein the expression expressing the relationship is the vehicle longitudinal speed, the vehicle yaw rate and the lateral position deviation. It further includes an equation that expresses the relationship between the result of subtracting the product of , and correcting it using the yaw angle deviation, and the moving speed of the target point.
また、請求項4に記載の車両横速度推定装置は、請求項1~3のいずれか1項に記載の車両横速度推定装置において、前記センシング装置は、撮像装置が取得した前記車両周辺の画像情報の解析を行う画像解析装置、LIDAR及びソナーのいずれかである。
The vehicle lateral speed estimating device according to claim 4 is the vehicle lateral speed estimating device according to any one of
また、請求項5に記載の車両横速度推定装置は、請求項1~請求項4の何れか1項記載の車両横速度推定装置において、前記演算部は、前記関係を表す式に基づいて、前回推定された、前記車両のヨーレート及び車両横速度を含む前記車両の状態量から、次時刻の前記車両の状態量を予測する予測部と、予め定められた観測方程式を用いて算出される、前記予測された次時刻の前記車両の状態量に対応する、前記横位置偏差、前記ヨー角偏差、車両前後速度及び前記車両ヨーレートと、それぞれの前記実測値との差分、及び前回推定された前記車両の状態量に基づいて、前記予測部で予測された前記車両の状態量を補正する更新部と、を含んでいる。
Further, the vehicle lateral speed estimating device according to claim 5 is the vehicle lateral speed estimating device according to any one of
本発明によれば、車両が備えたセンシング装置によって検出した車両周辺の情報、車速センサで検出した車速及びヨーレートセンサで検出したヨーレートから、車両横速度を精度よく推定可能な車両横速度推定装置を実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, there is provided a vehicle lateral speed estimating device capable of accurately estimating the vehicle lateral speed from the information around the vehicle detected by a sensing device provided in the vehicle, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor, and the yaw rate detected by the yaw rate sensor. There is an effect that it can be realized.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1に示すように、本実施の形態に係る車両横速度推定装置10は、後述する演算装置14の演算に必要なデータ及び演算装置14による演算結果を記憶する記憶装置18と、車両が備えたセンシング装置によって取得した車両周辺の情報から目標経路と車両との横位置偏差及び車両のヨー角偏差を算出する位置計測装置20と、位置計測装置20が算出した横位置偏差、ヨー角偏差、車速センサ24が検出した車両前後速度及びヨーレートセンサ26が検出したヨーレートが入力される入力装置12と、入力装置12から入力された入力データ及び記憶装置18に記憶されたデータに基づいて車両横速度の演算を行なうコンピュータ等で構成された演算装置14と、演算装置14で演算された車両横速度等を表示するCRT又はLCD等で構成された表示装置16と、で構成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the vehicle lateral
本実施の形態に係る車載のセンシング装置は、一例として、車載カメラ等の撮像装置、LIDAR(Light Detection and Ranging)及びソナーのいずれかである。車載カメラ等の撮像装置を車載のセンシング装置とした場合は、一例として、当該撮像装置で取得した車両周辺の画像情報を解析して道路の白線等を検出する。LIDARを車載のセンシング装置とした場合は、一例として、車両周辺に照射したパルス状のレーザの散乱光から道路の白線等を検出する。ソナーを車載のセンシング装置とした場合は、一例として、アスファルトの路面とペイントされた白線との、超音波の反射率の差を利用して、当該白線を識別する。 The in-vehicle sensing device according to the present embodiment is, for example, an imaging device such as an in-vehicle camera, LIDAR (Light Detection and Ranging), or sonar. When an imaging device such as an in-vehicle camera is used as an in-vehicle sensing device, for example, image information around the vehicle acquired by the imaging device is analyzed to detect white lines on the road. When the LIDAR is used as an in-vehicle sensing device, for example, white lines on a road are detected from the scattered light of pulsed laser beams irradiated around the vehicle. When a sonar is used as an in-vehicle sensing device, for example, the white line is identified by utilizing the difference in ultrasonic reflectance between the asphalt road surface and the painted white line.
続いて、車両200の挙動に係る座標系を図2に示したように定義する。地球座標系204は地球平面を基準として重力加速度方向とzeとが平行で、yeが北方向を向いている座標系である。路面座標系206は、zrが車両200の重心を通り路面に垂直な方向に向き、xrは車両進行方向に向いている座標系である。車両座標系208は車体バネ上に固定された座標系で、zvは車体鉛直上方向、xvは車体進行方向を向いている。
Next, a coordinate system related to the behavior of
本実施の形態は、車載のセンシング装置によって検出した車両周辺の情報を用いて車両200の車両横速度を算出する。本実施の形態では車両横速度の算出に際して、図3にあるように、目標点Ptにおける目標経路220である走行車線の曲率ρに加え、センサ位置Psを基準とした目標点Ptに対する横位置偏差e1とヨー角偏差e2とを想定する。なお、センサ位置Psは車両重心Prから車両200の前方方向に距離(車両重心Prとセンサ位置Psとのオフセット距離)lsで隔てられた位置にあり、車載カメラ等の撮像装置、LIDARのセンサ又はソナーが設けられている。図3に示したように、センサ位置Psを基準とした車両200の進行方向の移動量はxSであり、センサ位置Psを基準とした車両200の横方向の移動量はysである。
In the present embodiment, the vehicle lateral speed of
次に、車両横速度を推定する際に用いる、横滑りを含む車両200の運動と目標経路220との関係を図4に示す。一般に車両200は路面に対して横滑りをしており、車両横速度を有する運動を伴っている。車両200の挙動に対し、走行車線上の目標位置Ptは前後方向の速度のみを有し、車両横速度を有さない運動をしている。この特徴を利用し、車両200の運動と目標位置Ptの運動との差分を導出する事で、車両横速度を推定するのに必要な条件式を導出する事が可能になる。
Next, FIG. 4 shows the relationship between the motion of the
本実施の形態では、図3、4のように各変数を設定する。目標経路220上の目標位置Ptは、接線方向の速度成分Utのみを持つとして、目標位置Ptの速度ベクトルをVt=[Ut 0]T、目標位置PtをPt=[xt yt ]T、地球座標系のx軸方向に対する接線方向のヨー角をψtと定義する。さらに車両200は前後方向のみならず車両横速度を有するとして(車体スリップ角を有する)、路面座標系206の原点をPr=[xr yr ]T、ヨー角をψr、車両200の各軸方向の速度成分を図4に示したように、νr=[Ur Vr ]Tとする。本実施の形態では、後に車両座標系208を基準に計測されたセンサ情報との関係を容易にするため、偏差の基準座標系を路面座標系206とし、ヨー角偏差としてψe=ψt-ψrを定義する。
In this embodiment, variables are set as shown in FIGS. Assuming that the target position P t on the
図5は、本実施の形態に係る車両横速度推定装置10の入出力の概略を示した説明図である。車両横速度推定装置10を構成する演算装置14には、位置計測装置20から横位置偏差e1とヨー角偏差e2とが入力される。また、車速センサ24からは車両200の前後速度Ur(以下、「車両前後速度Ur」と略記)が、ヨーレートセンサ26からはヨーレートセンサ26が検出したヨーレートRrが、各々、演算装置14に入力される。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an outline of inputs and outputs of the vehicle lateral
演算装置14は、後述する演算処理によって、横位置偏差e1、ヨー角偏差e2及び車両前後速度Ur及びヨーレートRrから車両横速度Vrを推定して出力する。
The
路面座標系206から見た目標位置Ptの偏差ベクトルをPe=[xe ye ]とすると、当該偏差ベクトルPeの微分は下記の2式で表される。
If the deviation vector of the apparent target position P t from the road surface coordinate
位置計測装置20では、車載カメラ等の撮像装置が取得した車両200周辺の画像情報を既知の手法によって画像解析することにより、又はLIDAR若しくはソナーを用いて取得した車両周辺の情報から、センサ位置Psを基準とした目標点Ptに対する横位置偏差e1とヨー角偏差e2とが抽出される。撮像装置、LIDAR及びソナーはセンサの一種であるから、これらの装置で取得した情報から抽出した横位置偏差e1及びヨー角偏差e2をセンサで取得されるセンサ情報とする。さらに、車速センサ24で検出する車両前後速度Ur及びヨーレートセンサで検出するヨーレートRrをセンサ情報として、上記式を変形すると、下記の3式が得られる。
In the
さらに車両横速度Vrと適正ヨーレートRrとについて上記3式を整理すると、下記の式(1)、(2)が得られる。
Furthermore, the following equations (1) and (2) are obtained by arranging the above three equations with respect to the vehicle lateral velocity V r and the appropriate yaw rate R r .
上記式(1)は、車両横速度Vrは、車両前後速度Urの目標経路220に対する垂直成分、言い換えれば、車両前後速度Urの車両座標系208のy座標成分であるUtsine2から、目標経路との横位置偏差e1の変化量(e1の微分値)と、車両200のヨー運動に伴う車両重心位置Prに対する位置計測装置20のセンサの横速度Rrlsを引いたものと一致することを示している。なお、上記式(1)は、目標点Ptの移動速度の、車両前後方向に対する垂直成分から、横位置偏差e1の変化量と、車両200のヨー運動に伴う車両重心位置に対する位置計測装置20のセンサの横速度とを減算した結果と、車両横速度Vrとが等しい関係を表す式の一例である。
The above equation (1) indicates that the vehicle lateral velocity V r is the vertical component of the vehicle longitudinal velocity U r with respect to the
上記式(2)は、目標経路220上の目標点Ptの移動速度Utは、車両前後速度Urから車両200のヨーレートRrと横位置偏差e1を乗算したRre1を減算することで旋回半径の補正を行い、さらにそれをヨー角偏差e2の余弦cose2で除算することで求められることを示している。なお、上記式(2)は、車両前後速度Urから、ヨーレートRrと横位置偏差e1との積を減算したものを、ヨー角偏差e2を用いて補正した結果と、目標点Ptの移動速度とが等しい関係を表す式の一例である。
In the above equation (2), the moving speed U t of the target point P t on the
上記式(1)、(2)を用いて、位置計測装置20、車速センサ24及びヨーレートセンサ26によって取得されたデータに対して最もよくあてはまる未知変数を推定することにより、車両横速度Vrの推定が可能になる。
By estimating the unknown variable that best fits the data acquired by the
上記式(1)、(2)はいずれも運動の近似をしておらず、非線形な形を取っているが、上記式(1)、(2)を直接用いて非線形カルマンフィルタに適用することにより、車両200が目標経路220から大きく逸脱している場合でも正確な推定が可能となる。また、状態変数に関して局所線形化する事により、拡張カルマンフィルタを適用してもよい。
Although the above equations (1) and (2) do not approximate the motion and take a nonlinear form, by directly using the above equations (1) and (2) and applying them to the nonlinear Kalman filter, , accurate estimation is possible even when the
本実施の形態では、目標経路220と車両200の運動との関係を用いて、状態方程式f(x)を定義し、演算装置14における事前推定とフィルタリングのステップとで活用する。事前推定及びフィルタリングのステップの詳細については、後述する。
In the present embodiment, the relationship between the
まず、位置計測装置20より得られる目標経路220に対する横位置偏差e1及びヨー角偏差e2の情報と、車速センサ24より得られる車両前後速度Urと、ヨーレートセンサ26より得られるヨーレートRrと、を用いて車両横速度Vrを推定する場合の状態方程式f(x)は、以下のように定義する。
First, information on lateral position deviation e 1 and yaw angle deviation e 2 with respect to target
かかる場合の状態方程式f(x)は、下記のような、時間tにおける状態量x(t)に対して、下記の式(3)の関係が成り立つ。
The state equation f(x) in this case satisfies the following formula (3) with respect to the state quantity x(t) at time t.
上記の状態量x(t)に対して、上記式(3)の関係が成り立つ状態方程式f(x)を下記のように立式する。
A state equation f(x) that satisfies the relationship of the above equation (3) with respect to the above state quantity x(t) is formulated as follows.
式(4)は、目標経路220と車両200との運動の関係を示した微分方程式である。
また、本実施の形態では、各状態に対するシステムノイズを下記のように定義する。
Equation (4) is a differential equation showing the relationship between the motion of
Also, in this embodiment, the system noise for each state is defined as follows.
次に観測量を下記のように定義する。
Next, we define the observables as follows.
y=h(x)を満たす観測方程式h(x)は、下記の各式のように、状態量(右辺)と観測量(左辺)との対応を定義したものである。
An observation equation h(x) that satisfies y=h(x) defines correspondence between a state quantity (right side) and an observation quantity (left side) as in the following equations.
ただし、各観測量に対する観測ノイズを下記のように定義する。
However, the observation noise for each observable is defined as follows.
カルマンフィルタでは、式(4)を含む状態方程式f(x)の各々を離散化して使用する。従って、関数f(x)の入出力関係を、時間t=k、k-1に対して、x(k)=f(x(k-1))となる形で使用する。 In the Kalman filter, each state equation f(x) including equation (4) is discretized and used. Therefore, the input-output relationship of the function f(x) is used in the form of x(k)=f(x(k-1)) for times t=k, k-1.
図6は、本実施の形態に係る車両横速度推定装置10の演算装置14の機能ブロック図の一例である。図6に示したように、演算装置14は、状態方程式f(x)を用いて、目標経路220である走行車線と横滑りを含む車両200の平面運動との関係に基づく状態の推定を行うと共に、観測方程式h(x)を用いて、対応するセンサ情報を推定する事前推定部102と、事前推定部102が出力した事前推定値を、センサ情報を用いて補正するフィルタリング部104と、を含む。
FIG. 6 is an example of a functional block diagram of the
カルマンフィルタは線形・非線形を含め種々の手法が提案されている。本実施の形態では、前述のように状態方程式f(x)が非線形である事を踏まえ、非線形カルマンフィルタを活用する例を示す。中でも状態方程式f(x)についての線形化を要さず、かつ計算負荷が比較的小さいアンセンティッドカルマンフィルタを一例として採用する。状態方程式f(x)が線形の場合は、線形カルマンフィルタを用いてもよいし、アンセンティッドカルマンフィルタ以外の非線形カルマンフィルタを用いてもよい。 Various Kalman filters, including linear and nonlinear methods, have been proposed. In this embodiment, based on the fact that the equation of state f(x) is nonlinear as described above, an example of utilizing a nonlinear Kalman filter will be shown. Among them, an unscented Kalman filter, which does not require linearization of the state equation f(x) and has a relatively small computational load, is adopted as an example. If the state equation f(x) is linear, a linear Kalman filter may be used, or a nonlinear Kalman filter other than the unscented Kalman filter may be used.
図7は、事前推定部102の機能ブロック図の一例である。図7に示したように、事前推定部102は、第1アンセンティッド変換部102Aと第2アンセンティッド変換部102Bとを含む。
FIG. 7 is an example of a functional block diagram of the
第1アンセンティッド変換部102Aは、状態方程式f(x)に基づいて状態量を更新する1回目のアンセンティッド変換(Unscented transfer)を行って、xの平均及びxの共分散行列を出力する。
The first
第2アンセンティッド変換部102Bは、第1アンセンティッド変換部102Aが出力した状態量xの平均及び状態量xの共分散行列を用いて、観測方程式h(x)に従って、対応する観測量に変換する2回目のアンセンティッド変換を行う。
The second unscented transforming
なお、アンセンティッド変換の目的は、ある非線形関数y=f(x)による変換において、下記の観測量yの平均及び共分散行列を精度よく求めることにある。
The purpose of the unscented transformation is to accurately obtain the mean and covariance matrix of the observed quantity y below in the transformation by a certain nonlinear function y=f(x).
従って、本実施の形態は、平均値と標準偏差とに対応する2n+1個のサンプル(シグマポイント)を用いて、確率密度関数を近似することを特徴とする。 Therefore, this embodiment is characterized by approximating the probability density function using 2n+1 samples (sigma points) corresponding to the mean and standard deviation.
図7に示したように、第1アンセンティッド変換部102Aは、シグマポイント重み係数部102A1と、関数変換部102A2と、U変換部102A3と、を含む。また、第2アンセンティッド変換部102Bは、シグマポイント重み係数部102B1と、関数変換部102B2と、U変換部102B3と、を含む。
As shown in FIG. 7, first unscented transforming
第1アンセンティッド変換部102Aのシグマポイント重み係数部102A1及び第2アンセンティッド変換部102Bのシグマポイント重み係数部102B1では、シグマポイントXi:i=0、1、2、…2nが、下記のように選択される。
Sigma point X i : i=0, 1, 2, . is selected as
ただし、スケーリングファクタκは、κ≧0となるように選択する。また、シグマポイントに対する重みは下記のように定義する。
However, the scaling factor κ is chosen such that κ≧0. Also, the weight for the sigma point is defined as follows.
第1アンセンティッド変換部102Aの関数変換部102A2における、非線形関数f(x)による各シグマポイントの変換は下記のようになる。下記は、第1アンセンティッド変換部102Aの関数変換部102A2での状態方程式f(x)による変換だが、第2アンセンティッド変換部102Bの関数変換部102B2での観測方程式h(x)を用いた変換では、観測値が得られる。
The conversion of each sigma point by the nonlinear function f(x) in the function conversion section 102A2 of the first
第1アンセンティッド変換部102AのU変換部102A3では、関数f(x)によって変換された値と、前述の重み係数とを用いて、下記のように状態量xの平均値と状態量xの共分散行列を算出する。なお、下記式中のQnはシステムノイズである。
U transforming section 102A3 of first unscented transforming
第2アンセンティッド変換部102BのU変換部102B3では、下記の計算を行う。
U conversion section 102B3 of second
図8は、フィルタリング部104の機能ブロック図の一例である。フィルタリング部104では、U変換部102B3で計算された、状態量の事前予測値に対応する観測値と、実際に観測された観測値との差を比較し、状態量の予測値を補正する処理を行う。
FIG. 8 is an example of a functional block diagram of the
状態量の予測値を実際に観測された値でフィードバックする処理はカルマンゲイン(Kalman Gain)と呼ばれ、次式で計算される。なお、次式のRnは観測ノイズである。
The process of feeding back the predicted value of the state quantity with the actually observed value is called Kalman Gain, which is calculated by the following equation. Note that R n in the following equation is observation noise.
次に、このカルマンゲインを用いて、状態量の事前予測値を補正する処理を次のように行う。
Next, using this Kalman gain, processing for correcting the advance prediction value of the state quantity is performed as follows.
以上の事前推定部102及びフィルタリング部104の処理を各タイムステップごとに繰り返すことにより、車両横速度Vrを推定する。
The vehicle lateral velocity V r is estimated by repeating the above-described processing of the
車両横速度Vrを推定する場合、フィルタリング部104が出力したx(k)、Px(k)を前回値として事前推定部102に入力し、上述のように2段階のアンセンティッド変換を行って状態量の事前予測値及び対応する観測値を計算する。計算した状態量の予測値は、フィルタリング部104でカルマンゲイン及び実際に観測された最新の観測値を用いて補正される。フィルタリング部104が出力したx(k)、Px(k)は、記憶装置18に一時的にホールドし、記憶装置18にホールドしたx(k)、Px(k)を前回値として事前推定部102に入力する。
When estimating the vehicle lateral velocity V r , x(k) and P x (k) output from the
この状態量の事前予測値の計算と実際に観測された最新の値での補正を繰り返すことによって車両横速度Vrを推定する。 The vehicle lateral velocity V r is estimated by repeating the calculation of the advance predicted value of the state quantity and the correction with the latest actually observed value.
本実施の形態に係る車両横速度推定装置10は、式(1)が示すように、車両200の車両横速度Vrが、目標点Ptの移動速度の、車両前後方向に対する垂直成分から、横位置偏差e1の変化量と、車両200のヨー運動に伴う車両重心位置に対する位置計測装置20のセンサの車両横速度とを減算した結果と一致することに基づいて、車両横速度Vrを推定している。
According to the vehicle lateral
また、本実施の形態に係る車両横速度推定装置10は、式(2)が示すように、目標経路220上の目標点Ptの移動速度Utを、車両前後速度Urから車両200の適正ヨーレートRrと横位置偏差e1を乗算したRre1を減算することで旋回半径の補正を行い、さらにそれをヨー角偏差e2の余弦cose2で除算することで推定している。
Further, vehicle lateral
式(1)、(2)はいずれも運動の近似をしていないので、図9に示したように、横位置偏差e1及びヨー角偏差e2が大きくなる交差点での右左折時のような車両200が目標経路220から大きく逸脱した場合でも、車両が備えたセンシング装置によって取得した車両周辺の情報から目標経路220と車両200との横位置偏差e1と車両のヨー角偏差e2とを算出する位置計測装置20、車速センサ24及びヨーレートセンサ26によって各々取得されたデータから車両横速度Vrを精度よく推定することができる。
Since neither equations ( 1 ) nor ( 2 ) approximates the motion, as shown in FIG. Even if the
式(1)、(2)を用いた車両横速度Vrの推定では、道路の曲率ρは不要で、横位置偏差e1及びヨー角偏差e2を用いる。曲率ρを算出する場合、車両200の進行方向の遠方までの道路線形の情報を要するが、横位置偏差e1及びヨー角偏差e2の算出では、車両200A直下の白線を、LIDAR等のセンシングで検出することで足りる。
In estimating the vehicle lateral velocity V r using equations (1) and (2), the curvature ρ of the road is unnecessary, and the lateral position deviation e 1 and the yaw angle deviation e 2 are used. When calculating the curvature ρ, it is necessary to obtain information on the road alignment far in the direction in which the
従って、本実施の形態に係る車両横速度推定装置10によれば、画像の取得に難がある夜間、又は図10に示したように、数珠つなぎの渋滞が生じ、車両200Bによって車両200Aの前方視界が阻害され、遠方の道路線形の情報を取得できない場合でも、車両200A直下の白線を、LIDAR等で検出することにより、車両200Aの横位置偏差e1及びヨー角偏差e2を検出して、車両横速度Vrを精度よく推定することができる。
Therefore, according to the vehicle lateral
以上説明したように、本実施の形態に係る車両横速度推定装置10は、車両200が備えたセンシング装置によって検出した車両200周辺の情報である横位置偏差e1及びヨー角偏差e2、車速センサ24で検出した車両前後速度Ur及びヨーレートセンサ26で検出したヨーレートRrから車両横速度Vrを精度よく推定することができる。
As described above, the vehicle lateral
10 車両横速度推定装置
12 入力装置
14 演算装置
16 表示装置
18 記憶装置
20 位置計測部
22 撮像装置
24 車速センサ
26 ヨーレートセンサ
102 事前推定部
102A 第1アンセンティッド変換部
102A1 シグマポイント重み係数部
102A2 関数変換部
102A3 U変換部
102B 第2アンセンティッド変換部
102B1 シグマポイント重み係数部
102B2 関数変換部
102B3 U変換部
104 フィルタリング部
200 車両
204 地球座標系
206 路面座標系
208 車両座標系
220 目標経路
10 vehicle lateral
Claims (5)
前記位置計測部で算出した前記横位置偏差及び前記ヨー角偏差により定まる前記目標経路上の目標点の移動と、横滑りを含む前記車両の運動との関係を表す式を用いて、前記横位置偏差、前記ヨー角偏差、車速センサから得られる車両前後速度及びヨーレートセンサから得られる車両ヨーレートを含む実測値から、前記車両の車両横速度を推定する演算部と、
を含む車両横速度推定装置。 a position measuring unit that calculates a lateral positional deviation between a target route and the vehicle and a yaw angle deviation between the target route and the vehicle from information around the vehicle acquired by a sensing device provided in the vehicle;
Using an equation expressing the relationship between the movement of the target point on the target path determined by the lateral position deviation and the yaw angle deviation calculated by the position measuring unit and the motion of the vehicle including sideslip, the lateral position deviation a calculation unit for estimating the vehicle lateral speed of the vehicle from actual measurements including the yaw angle deviation, the vehicle longitudinal speed obtained from the vehicle speed sensor, and the vehicle yaw rate obtained from the yaw rate sensor;
vehicle lateral speed estimator including
予め定められた観測方程式を用いて算出される、前記予測された次時刻の前記車両の状態量に対応する、前記横位置偏差、前記ヨー角偏差、車両前後速度及び前記車両ヨーレートと、それぞれの前記実測値との差分、及び前回推定された前記車両の状態量に基づいて、前記予測部で予測された前記車両の状態量を補正する更新部と、
を含む請求項1~請求項4の何れか1項記載の車両横速度推定装置。 The computing unit predicts the state quantity of the vehicle at the next time based on the state quantity of the vehicle including the yaw rate and the vehicle lateral speed estimated last time based on the expression representing the relationship. ,
the lateral position deviation, the yaw angle deviation, the vehicle longitudinal velocity, and the vehicle yaw rate, which correspond to the predicted state quantity of the vehicle at the next time, which are calculated using a predetermined observation equation; an updating unit that corrects the state quantity of the vehicle predicted by the prediction unit based on the difference from the actual measurement value and the state quantity of the vehicle that was previously estimated;
The vehicle lateral speed estimating device according to any one of claims 1 to 4, comprising:
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