JPWO2017168654A1 - 測定装置、測定方法、及び、プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
従来のカーナビゲーション装置に搭載されている自車位置推定システムでは、車速センサから算出される速度や加速度センサの出力から算出される速度と、ジャイロセンサの出力から算出されるヨー角とを用いて車両の移動状態を測定し、GPS情報と統合することにより現在位置を推定する複合航法システムが用いられている。複合航法システムによる自車位置推定精度向上のためには、車体速度とヨー角を正確に把握する必要がある。
[2.1]車速センサから車体速度を求めるための変換係数の推定方法
真の車体速度V(t)と、車速センサから出力される車軸回転パルスに基づく車輪回転速度ωp(t)との関係は、変換係数Kを用いて次のように表すことができる。
真の車体加速度V_dot(t)と、加速度センサで検出する加速度αac(t)との関係は、感度係数Aとオフセット係数Bを用いて次のように表すことができる。
真の角速度Ψ_dot(t)と、ジャイロセンサで検出する角速度ωg(t)との関係は、感度係数Cとオフセット係数Dを用いて次のように表すことができる。
以下、外界センサを用いて車両の移動距離ΔLとヨー角変化量ΔΨを求める方法を説明する。図1は、1つの地物を用いて移動距離とヨー角変化量を算出する方法を説明する図である。なお、前提として、平面板状である道路標識を地物として利用するものとする。また、外界センサとしてLiDARを用いるものとする。以下の手順により、車両の移動距離ΔLとヨー角変化量ΔΨを算出する。
(1)現在の車両の地点P1において、所定の地物Aまでの距離と方向をLiDARにより計測する。
(2)地物を検出した複数のビームから、地物の重心点又は中点の座標を求め、車両から地物までの距離rA1と角度θA1を求める。
(3)地物が平面板状であることを前提に、地物の法線ベクトルと、LiDARのビームとの角度φ1を算出する。
(4)所定時間Δt経過後、地点P2において上記(1)〜(3)の処理を行い、距離rA2、角度θA2、角度φ2を算出する。
(5)下記の式により角度φ2とφ1の差分Δφを求める。
次に、上記のようにして算出された移動距離ΔL及びヨー角変化量ΔΨを用いて、車速センサの変換係数K、加速度センサの感度係数A及びオフセットB、ジャイロセンサの感度係数C及びオフセット係数Dを更新する係数更新装置について説明する。図2は、実施例による係数更新装置10の構成を示すブロック図である。図示のように、係数更新装置10は、車速センサ7と、加速度センサ8と、ジャイロセンサ9と、外界センサ(LiDAR)12と、地物計測部13と、ビーム角度算出部14と、係数計算部15と、移動距離・ヨー角変化量計算部16とを備える。なお、地物計測部13、ビーム角度算出部14、係数計算部15、及び、移動距離・ヨー角変化量計算部16は、CPUなどのコンピュータが予め用意されたプログラムを実行することにより実現することができる。
次に、上記のビーム角度φの算出方法について詳しく説明する。
まず、ビーム角度φの算出方法の第1実施例を説明する。第1実施例は、ビーム角度φを正確に求める方法である。
LiDARによる計測によって、車両位置から地物までの距離rと、水平角度θと、垂直角度とが得られる。係数更新装置10のビーム角度算出部14は、図4(A)に示すように、LiDARにより得られる距離と角度データを、車両の進行方向をx、横方向をy、高さ方向をzとする直交座標(x,y,z)に変換する。
次に、上記の算出方法を詳しく説明する。まず、円形の道路標識を含む平面の方程式の求め方を説明する。具体的に、ビーム角度算出部14は、道路標識上に存在する複数の計測点(xk,yk,zk)から、平面の方程式
次に、ビーム角度φの算出処理について説明する。図8は、第1実施例によるビーム角度の算出処理のフローチャートである。なお、この処理は、図3に示す係数更新処理のステップS11に相当する。
次に、ビーム角度φの算出方法の第2実施例を説明する。第2実施例は、ビーム角度φを簡易的に求める方法である。
図9は、第2実施例によるビーム角度φの算出方法を示す。図9において、車両の位置を原点Oとし、平面板状の地物の両端が点C、Eであるとする。ビーム角度算出部14は、まず、地物の計測データから、その両端点C、Eまでの距離、即ち、OC長、OE長と、その間の角度Δθを抽出する。
[5.2.2]算出処理
次に、ビーム角度φの算出処理について説明する。図10は、第2実施例によるビーム角度の算出処理のフローチャートである。なお、この処理は、図3に示す係数更新処理のステップS11に相当する。
次に、ビーム角度φの算出方法の第3実施例を説明する。第3実施例は、ビーム角度φを近似的に求める方法である。
図11は、第3実施例によるビーム角度φの算出方法を示す。図11において、車両の位置を原点Oとし、平面板状の地物の両端が点C、Eであるとする。ビーム角度算出部14は、まず地物の計測データから、その両端点C、Eまでの距離、即ち、OC長、OE長と、その間の角度Δθを抽出する。
[5.3.2]算出処理
次に、ビーム角度φの算出処理について説明する。図12は、第3実施例によるビーム角度の算出処理のフローチャートである。なお、この処理は、図3に示す係数更新処理のステップS11に相当する。
上述したヨー角変化量ΔΨの算出は、地物の法線ベクトルと車両から地物までの方向ベクトルとがなす角度φを求めることにより行われる。しかし、水平方向にスキャンするタイプのLiDARの場合、対象とする地物の左端と右端を計測する時刻が異なるので、その時間内に車両自身が移動すると、計測の基準位置と基準方位が異なることになる。よって、計測の基準位置と基準方位を合わせないままでは、角度φの算出に含まれる誤差が大きくなってしまう。
地物の平面に対してLiDARのビームが小さな角度で入射すると、距離計測値の誤差が大きくなるため、その状態で算出する車体速度とヨー角変化量にも誤差が大きくなる。従って、地物の法線ベクトルと車両から地物までの方向ベクトルとのなす角度φが大きいときは、誤差が大きいと判断し、車速センサの変換係数や、加速度センサとジャイロセンサの感度係数とオフセット係数を算出する際、重み付け値を小さくして平均化処理を行うことが好ましい。これにより、誤差の含まれる算出値の影響を小さくして、感度係数やオフセット係数を算出することができる。
8 加速度センサ
9 ジャイロセンサ
12 外界センサ
13 地物計測部
14 ビーム角度算出部
15 係数計算部
16 ヨー角変化量計算部
Claims (12)
- 第1時刻及び第2時刻それぞれにおける、移動体から1の地物上の少なくとも2つの位置までのそれぞれの距離及び前記移動体からみた前記地物の方向と前記移動体の進行方向とがなす角度をそれぞれ取得する第1取得部と、
前記第1取得部の取得結果に基づき、前記第1時刻から前記第2時刻までの前記移動体の移動距離及び前記移動体の進行方向の変化量のうち少なくとも一方を算出する算出部と、
を備えることを特徴とする測定装置。 - 前記少なくとも2つの位置の座標を取得する第2取得部を更に備え、
前記算出部は、前記第1時刻及び前記第2時刻における、(i)前記移動体から前記少なくとも2つの位置までのそれぞれの距離及び前記少なくとも2つの位置の座標に基づいて算出される、前記地物の表面に対する法線と前記移動体からみた前記地物上の1つの位置の方向とがなす角度、並びに(ii)前記移動体からみた前記1つの位置の方向と前記移動体の進行方向とがなす角度、に基づき前記移動距離及び前記変化量のうち少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項1に記載の測定装置。 - 前記第1取得部は、
前記移動体から前記1の地物の少なくとも3つの位置までの距離及び前記移動体から見た前記少なくとも3つの位置の方向から、前記少なくとも3つの位置の座標を計算する第1計算部と、
前記少なくとも3つの位置の座標に基づいて前記地物の表面の重心点の座標を計算し、前記移動体からみた前記重心点の方向を決定する第1方向決定部と、
前記少なくとも3つの位置の座標に基づいて前記地物の表面を規定する平面の式を計算し、前記平面の式に基づいて前記地物の表面に対する法線の方向を決定する第2方向決定部と、
前記重心点の方向と前記法線の方向とのなす角度を計算する第2計算部と、を備え、
前記算出部は、前記第1時刻及び第2時刻それぞれにおける、前記移動体から前記重心点までの距離、前記移動体からみた前記重心点の方向と前記移動体の進行方向とがなす角度、及び、前記重心点の方向と前記法線の方向とのなす角度に基づき、前記移動距離及び前記変化量のうち少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項1に記載の測定装置。 - 前記第1取得部は、
前記移動体から前記1の地物の両端点までの距離、及び、前記移動体からみた前記両端点それぞれの方向がなす角度を計算する第3計算部と、
前記両端点までの距離、及び、前記移動体からみた前記両端点それぞれの方向がなす角に基づいて、前記1の地物の中点の座標を決定する第1中点決定部と、
前記移動体からみた前記中点の方向と、前記中点における前記地物の表面に対する法線の方向とがなす角度を計算する第4計算部と、を備え、
前記算出部は、前記第1時刻及び第2時刻それぞれにおける、前記移動体から前記中点までの距離、前記移動体からみた前記中点の方向と前記移動体の進行方向とがなす角度、及び、前記中点の方向と前記法線の方向とがなす角度に基づき、前記移動距離及び前記変化量のうち少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項1に記載の測定装置。 - 前記第1取得部は、
前記移動体から前記1の地物の両端点までの距離、及び、前記移動体からみた前記両端点それぞれの方向のなす角度を計算する第5計算部と、
前記両端点までの距離、及び、前記移動体からみた前記両端点それぞれの方向がなす角に基づき前記1の地物の中点の座標を決定する第2中点決定部と、
前記移動体からみた前記両端点それぞれの方向が平行であるとみなして、前記移動体からみた前記中点の方向と、前記中点における前記地物の表面に対する法線の方向とがなす角度を計算する第6計算部と、を備え、
前記算出部は、前記第1時刻及び第2時刻それぞれにおける、前記移動体から前記中点までの距離、前記移動体からみた前記中点の方向と前記移動体の進行方向とがなす角度、及び、前記中点の方向と前記法線の方向とがなす角度に基づいて、前記移動距離及び前記変化量のうち少なくとも一方を算出することを特徴とする請求項1に記載の測定装置。 - 前記地物上の複数の位置のうちの1つを計測したときの前記移動体の位置である移動体位置を基準位置とし、前記複数の位置のうち前記基準位置以外の前記移動体位置で計測した位置の座標を、前記基準位置の座標系における座標に変換する座標変換部を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の測定装置。
- 前記算出部は前記移動距離を算出し、
前記測定装置は、前記移動距離に基づき算出される、単位時間あたりの移動距離に基づき、前記移動体に搭載される車速センサの前記第2時刻における出力結果から前記移動体の速度を算出するための第1情報を補正する第1補正部を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記算出部は前記移動距離を算出し、
前記測定装置は、前記移動距離に基づき算出される、単位時間あたりの移動距離に基づき、前記移動体に搭載される加速度センサの前記第2時刻における出力結果から前記移動体の速度を算出するための第2情報を補正する第2補正部を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の測定装置。 - 前記算出部は前記変化量を算出し、
前記測定装置は、前記変化量に基づき算出される、単位時間あたりの前記進行方向の変化量に基づき、前記移動体に搭載される角速度センサの前記第2時刻における出力結果から前記移動体のヨーレートを算出するための第3情報を補正する第3補正部を更に備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の測定装置。 - 測定装置により実行される測定方法であって、
第1時刻及び第2時刻それぞれにおける、移動体から1の地物上の少なくとも2つの位置までのそれぞれの距離及び前記移動体からみた前記地物の方向と前記移動体の進行方向とがなす角度をそれぞれ取得する第1取得工程と、
前記第1取得部の取得結果に基づき、前記第1時刻から前記第2時刻までの前記移動体の移動距離及び前記移動体の進行方向の変化量のうち少なくとも一方を算出する算出工程と、
を備えることを特徴とする測定方法。 - コンピュータを備える測定装置によって実行されるプログラムであって、
第1時刻及び第2時刻それぞれにおける、移動体から1の地物上の少なくとも2つの位置までのそれぞれの距離及び前記移動体からみた前記地物の方向と前記移動体の進行方向とがなす角度をそれぞれ取得する第1取得部、
前記第1取得部の取得結果に基づき、前記第1時刻から前記第2時刻までの前記移動体の移動距離及び前記移動体の進行方向の変化量のうち少なくとも一方を算出する算出部、
として前記コンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。 - 請求項11に記載のプログラムを記憶した記憶媒体。
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