(57)【要約】【課題】簡易な機構と手順により、慣性計測センサを備えた車両制御装置を検査することができる技術を提供する。【解決手段】本発明に係る検査装置は、水平面に対して傾斜させることができるテーブルと、前記傾斜したテーブルを回転させる回転機構とを備え、前記テーブル上に車両制御装置を載置して回転させながら計測結果を取得することにより、前記車両制御装置を検査する。【選択図】図４
2020085682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性計測センサを搭載した車両制御装置を検査する検査装置であって、
前記車両制御装置を載置するテーブル、
前記慣性計測センサによる計測結果を前記車両制御装置から受け取って前記計測結果が正しいか否かを判定することにより前記車両制御装置を検査する演算部、
を備え、
前記テーブルは、水平面に対して任意の傾斜角度で傾斜させた状態で固定することができるように構成されており、
前記検査装置はさらに、重力方向を回転軸として、前記傾斜させた前記テーブルを回転させる回転機構を有しており、
前記演算部は、前記傾斜させた前記テーブルが回転している間に前記計測結果を取得するとともに、その取得した計測結果が正しいか否かを判定することにより前記車両制御装置を検査する
ことを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記慣性計測センサは、角速度と加速度を計測できるように構成されており、
前記演算部は、前記計測結果として、角速度ベクトルと加速度ベクトルを取得し、
前記演算部は、前記角速度ベクトルと前記加速度ベクトルの内積を求めることにより、前記傾斜させた前記テーブルが回転している間に前記慣性計測センサが取得した前記角速度ベクトルと前記加速度ベクトルを、前記回転機構の角速度に変換する
ことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記内積の時間積分を求めることにより、前記テーブルが回転している間に前記慣性計測センサが計測した前記テーブルの回転角を算出する
ことを特徴とする請求項２記載の検査装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記算出した前記テーブルの回転角と、前記テーブルが実際に回転した回転角との間の差分が所定閾値以内に収まっているか否かにより、前記慣性計測センサが正常であるか否かを検査する
ことを特徴とする請求項３記載の検査装置。
【請求項５】
前記テーブルは、前記慣性計測センサが有する水平面を定義する座標軸を前記テーブル上で回転させた向きで前記車両制御装置を固定する固定具を有する
ことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項６】
前記固定具は、前記傾斜させたテーブル上に前記車両制御装置を載置したとき、前記慣性計測センサが有する水平面を定義する座標軸が、鉛直方向に対して平行ではなくかつ鉛直方向に対して直交しないように、前記車両制御装置を固定することができるように構成されている
ことを特徴とする請求項５記載の検査装置。
【請求項７】
前記固定具は、前記回転軸の延長上に前記慣性計測センサを配置することができるように構成されている
ことを特徴とする請求項５記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
慣性計測センサを搭載した車両制御装置を検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、車両を自動運転する技術が盛んに開発されている。自動運転においては、車両の現在位置を判定することが重要である。車両の現在位置は一般に、例えばＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）によって車両の現在座標を特定し、さらにセンサによって車両の方位を特定することにより、判定することができる。車両の方位を特定するセンサとしては、ＩＭＵセンサ（Ｉｎｅｒｔｉａ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ：慣性計測ユニット）が用いられる。
【０００３】
ＩＭＵセンサを搭載した車両制御装置を検査する際には、ＩＭＵセンサが正常に動作しているか否かを検査する必要がある。下記特許文献１は、物理量センサを検査する技術について記載している。同文献は、『時間が掛からず、効率が良い物理量センサーの検査方法及び製造方法を提供する。』ことを課題として、『本発明の物理量センサーの検査方法は、物理量に応じて検出振動を行う検出部１２を有する物理量センサーとしての加速度センサー１に、電圧レベルＶｄを変化させながら試験駆動信号を印加し、試験駆動信号に応じた検出部１２からの出力信号を試験検出信号として検出し、電圧レベルＶｄの変化に対する試験検出信号の変化に基づいて良否判定を行う。』という技術を開示している（要約参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１９４４６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１記載の手法を用いる場合、試験駆動信号を印加するための回路などが必要になる。例えばＩＭＵセンサが３軸方向の加速度と３軸方向の角速度を計測する６自由度センサである場合、試験駆動信号もその自由度に応じてそれぞれ生成する必要がある。したがって同文献１記載の手法は、ある程度複雑な検査回路が必要になり、検査コストが相応に必要と考えられる。
【０００６】
ＩＭＵセンサを搭載した車両制御装置が正常に動作しているか否かを検査する上記特許文献１以外の方法として、ＩＭＵセンサが計測する各物理量を実際に与えてその計測結果を取得し、正しい計測結果が得られているか否かを判定することが考えられる。このような手法は、６軸それぞれにおいて加速度や角速度を与える必要があるので、複雑なアクチュエータが必要になる。したがって特許文献１と同様に、相応の検査コストが必要になると考えられる。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な機構と手順により、慣性計測センサを備えた車両制御装置を検査することができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る検査装置は、水平面に対して傾斜させることができるテーブルと、前記傾斜したテーブルを回転させる回転機構とを備え、前記テーブル上に車両制御装置を載置して回転させながら計測結果を取得することにより、前記車両制御装置を検査する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る検査装置によれば、傾斜テーブルと回転機構という簡易な構成により、６自由度を有する慣性計測センサを搭載した車両制御装置を検査することができる。これにより検査コストや検査時間を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】車両制御装置１００の構成図である。
【図２】実施形態１に係る検査装置２００の構成を示す模式図である。
【図３】テーブル２１０の上面図である。
【図４】車両制御装置１００をテーブル２１０上に載置した状態を示す図である。
【図５】検査装置２００が車両制御装置１００を検査する手順を説明するフローチャートである。
【図６】実施形態２におけるテーブル２１０の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１は、車両制御装置１００の構成図である。車両制御装置１００は、後述する検査装置２００が検査する装置である。車両制御装置１００は、車両の動作を制御する装置であり、車両内に搭載されている。車両制御装置１００は、演算部１１０、ＧＮＳＳチューナ１２０、慣性計測センサ１３０、高精度地図１４０を備える。
【００１２】
ＧＮＳＳチューナ１２０は、ＧＮＳＳシステムから車両の位置座標を取得する。この位置座標は車両自身の状態や周辺情報を用いずに取得した位置座標であるので、絶対位置と呼ぶ場合がある。慣性計測センサ１３０は、車両の加速度と角速度を計測する。高精度地図１４０は、ＧＮＳＳチューナ１２０が取得する絶対位置よりも位置精度が高い地図情報であり、あらかじめ車両制御装置１００が備える記憶装置に格納されている。例えば道路やレーンの座標を高精度地図１４０として格納することができる。
【００１３】
絶対位置推定部１１１は、ＧＮＳＳチューナ１２０が取得した絶対位置座標に基づき、車両の現在の絶対位置を推定する。相対位置推定部１１２は、慣性計測センサ１３０が取得した車両の加速度や角速度などの情報を用いて、絶対位置を基準とする車両の相対位置を推定する。すなわち相対位置は、絶対位置よりも精度の高い車両位置を表すとともに、ＧＮＳＳを介して間欠的に取得する座標を補完する役割も有している。レーン判定部１１４は、車両の絶対位置および相対位置と高精度地図１４０を比較することにより、車両が現在存在している道路やレーンを特定する。
【００１４】
図２は、本発明の実施形態１に係る検査装置２００の構成を示す模式図である。図２上段は斜視図、図２下段は側面図を示す。検査装置２００は、車両制御装置１００（および車両制御装置１００が搭載している慣性計測センサ１３０）が正常に動作しているか否かを検査する（出荷検査）装置である。検査装置２００は、テーブル２１０、回転機構２２０、演算部２３０を備える。
【００１５】
テーブル２１０は、車両制御装置１００を載置する台である。回転機構２２０は、鉛直方向を回転軸としてテーブル２１０を回転させる。演算部２３０は、車両制御装置１００から慣性計測センサ１３０の計測結果を取得し、その計測結果に基づき車両制御装置１００が正常動作しているか否かを判定する。テーブル２１０は、水平面に対して傾斜させた状態で固定することができる。回転機構２２０は、傾斜したテーブル２１０を回転させることができる。
【００１６】
図３は、テーブル２１０の上面図である。テーブル２１０の上面には、固定具２４０が配置されている。固定具２４０は、車両制御装置１００をテーブル２１０の上面に固定する部材である。固定具２４０は、慣性計測センサ１３０が計測値を取得する際の基準軸を傾けた状態で車両制御装置１００を固定するように構成されている。図３においては慣性計測センサ１３０のｘｙ軸（水平面を規定する２軸）を傾斜させる例を示した。この傾斜角度については後述の図面を用いて改めて説明する。
【００１７】
図４は、車両制御装置１００をテーブル２１０上に載置した状態を示す図である。図４上段は斜視図、図４下段は側面図である。車両制御装置１００を検査する際には、図４に示すように、テーブル２１０を水平面に対して傾斜させ、さらに固定具２４０によって慣性計測センサ１３０が有するｘｙ軸を傾けた上で、車両制御装置１００をテーブル２１０上に載置する。この状態で回転機構２２０によってテーブル２１０を回転させながら、演算部２３０が慣性計測センサ１３０による計測結果を取得する。
【００１８】
図４のような状態で車両制御装置１００を載置したとき、慣性計測センサ１３０が有するｘｙｚ軸いずれも重力加速度Ｇに対して平行ではなく直交もしていないので、重力加速度Ｇは慣性計測センサ１３０が有するｘｙｚ軸全てにおいて成分を有する。これにより慣性計測センサ１３０は、ｘｙｚ軸全てにおいて加速度を計測することになる。
【００１９】
図４のような状態で回転機構２２０を回転させたとき、慣性計測センサ１３０が角速度を検出する際に用いるｘｙｚ軸は、いずれも鉛直方向に対して平行ではなく直交もしていない。したがって回転機構２２０を回転させることにより生じる角速度は、慣性計測センサ１３０が有するｘｙｚ軸全てにおいて成分を有する。これにより慣性計測センサ１３０は、ｘｙｚ軸全てにおいて角速度を計測することになる。
【００２０】
以上のような原理にしたがって、検査装置２００は、車両制御装置１００を図４のように載置して回転機構２２０を回転させることにより、３軸方向の加速度と３軸まわりの角速度それぞれの計測結果を全て取得することができる。したがって、慣性計測センサ１３０が有する６自由度の計測結果を全て検査することができる。計測結果の取得は、有線（ＣＡＮなどで演算部と接続）または無線であってもよい。配線は回転機構２２０の内部に配線してもよいが、回転機構２２０を所定角度（例えば９０度）回転させても回転の邪魔にならないような位置で接続するのが好ましい。無線の場合、回転機構２２０の回転角度に依らずに検査できる。
【００２１】
図５は、検査装置２００が車両制御装置１００を検査する手順を説明するフローチャートである。以下図５の各ステップについて説明する。
【００２２】
（図５：ステップＳ５０１〜Ｓ５０２）
ユーザは、車両制御装置１００を固定具２４０によってテーブル２１０上に載置する（Ｓ５０１）。演算部２３０は、変数Ｓｍを初期化する（Ｓ５０２）。Ｓｍは、慣性計測センサ１３０による計測結果から回転機構２２０の回転角度を算出した結果を保存する変数である。
【００２３】
（図５：ステップＳ５０３）
ユーザは、回転機構２２０を回転させる角度を演算部２３０に対して指定する。演算部２３０は回転機構２２０を回転開始する。
【００２４】
（図５：ステップＳ５０４）
演算部２３０は、慣性計測センサ１３０による計測結果を取得する。計測結果は、加速度ベクトルａと角速度ベクトルωとして取得される。
【００２５】
（図５：ステップＳ５０５〜Ｓ５０６）
演算部２３０は、角速度ベクトルωと加速度ベクトルａの内積ｓを計算する（Ｓ５０５）。内積ｓは、回転機構２２０の回転角速度に相当するものである。この理由については後述する。演算部２３０は、内積ｓの時間積分を求める（Ｓ５０６）。具体的には、内積ｓに対して微小時間間隔Ｔｓを乗算した結果を積算すればよい。慣性計測センサ１３０が計測した加速度ベクトルａと角速度ベクトルωが正確であれば、時間積分Ｓｍは回転機構２２０の実際の回転角度と一致するはずである。
【００２６】
（図５：ステップＳ５０７）
回転機構２２０は、ステップＳ５０３においてユーザが指定した角度に到達するまで回転する。演算部２３０は、指定角度に到達するまで、ステップＳ５０４〜Ｓ５０６を繰り返し実施する。
【００２７】
（図５：ステップＳ５０８〜Ｓ５１０）
演算部２３０は、時間積分Ｓｍと、ステップＳ５０３における指定角度との間の差分が判定閾値未満であるか否かを判定する（Ｓ５０８）。判定閾値未満であれば車両制御装置１００は正常（出荷可）とみなし（Ｓ５０９）、判定閾値以上であれば車両制御装置１００は異常（出荷不可）とみなす（Ｓ５１０）。演算部２３０は、判定結果を適当なインターフェース経由で出力する。
【００２８】
以下では、慣性計測センサ１３０が計測した角速度ベクトルωと加速度ベクトルａとの間の関係について説明する。回転機構２２０から見た座標系（すなわち傾斜していない座標系）における重力加速度ベクトルを下記式１で表し、同座標系における回転機構２２０の角速度ベクトルを下記式２で表す。
【００２９】
【数１】
2020085682.tif 000003
【００３０】
【数２】
2020085682.tif 000004
【００３１】
慣性計測センサ１３０が有する座標系においてこれらに対応する重力加速度ベクトルと角速度ベクトルは、それぞれ下記式３と式４で表される。式３と式４それぞれの右辺における行列Ｒは、回転機構２２０（座標系Ｒ）から見た慣性計測センサ１３０が有する座標系Ｓに対する回転行列である。回転行列は、オイラー角、固定角、クォータニオン等いずれを用いてもよいが、テーブルの傾斜と、固定具２４０の角度より定義する。
【００３２】
【数３】
2020085682.tif 000005
【００３３】
【数４】
2020085682.tif 000006
【００３４】
さらに回転行列の定理より、下記式５が導かれる。
【００３５】
【数５】
2020085682.tif 000007
【００３６】
慣性計測センサ１３０が計測する重力加速度ベクトルをｓ（ａｘ，ａｙ，ａｚ）とすると、式３から下記式６が成立する。
【００３７】
【数６】
2020085682.tif 000008
【００３８】
慣性計測センサ１３０が計測する加速度ベクトルをｓ（ωｘ，ωｙ，ωｚ）とすると、式４から下記式７が成立する。
【００３９】
【数７】
2020085682.tif 000009
【００４０】
式４と式５から、下記式８が導かれる。
【００４１】
【数８】
2020085682.tif 000010
【００４２】
式８によれば、鉛直方向を回転軸として回転機構２２０を回転させたとき、回転機構２２０の角速度ωは、ω＝ａｘωｘ＋ａｙωｙ＋ａｚωｚによって表されることが分かる。したがって、慣性計測センサ１３０が計測した角速度ベクトルωと加速度ベクトルａの内積を求めることにより、回転機構２２０の回転角速度を求めることができる。なお、図４のように車両制御装置１００を載置したとき慣性計測センサ１３０が計測する加速度は、重力加速度（すなわち固定値）である。したがって角速度ベクトルωと加速度ベクトルａの内積の次元は、角速度ベクトルωの次元と一致することを付言しておく。
【００４３】
以上説明した原理により、演算部２３０はステップＳ５０５において慣性計測センサ１３０が計測した角速度ベクトルωと加速度ベクトルａの内積を求めることとした。角速度を時間積分することによって回転角度が得られるのは自明なので、さらにステップＳ５０６において時間積分Ｓｍを求め、ステップＳ５０８においてこれを指定角度と比較することとした。
【００４４】
＜実施の形態１：まとめ＞
本実施形態１に係る検査装置２００は、水平面に対して傾斜させて固定することができるテーブル２１０上に車両制御装置１００を載置して回転機構２２０によって回転させている間に、慣性計測センサ１３０から計測結果を取得し、その計測結果に基づき車両制御装置１００を検査する。これにより、複雑な検査回路や機構を用いることなく、かつ１度の検査工程によって６軸全てにおいて車両制御装置１００を検査することができる。したがって、検査時間や検査コストを大幅に抑制することができる。
【００４５】
＜実施の形態２＞
図６は、本発明の実施形態２におけるテーブル２１０の上面図である。テーブル２１０以外は実施形態１と同様なので、以下ではテーブル２１０に関する差異点について主に説明する。図６において固定具２４０は、慣性計測センサ１３０が回転機構２２０の回転軸の延長上に配置されるように構成されている。これにより、回転機構２２０が回転している間においても、その回転により慣性計測センサ１３０に対して働く遠心力はごくわずかとなるので、慣性計測センサ１３０の計測結果を用いた検査精度を向上させることができる。
【００４６】
これに対して慣性計測センサ１３０が回転軸の延長上から離れ過ぎていると、遠心力が加速度や角速度の計測結果に対して影響するので、計測結果にもその影響が反映され、検査精度が低下する可能性がある。したがって固定具２４０は、慣性計測センサ１３０を回転軸と位置合わせするため、テーブル２１０上で自由に位置変更できることが望ましい。また固定具２４０の傾きも自由に変更できれば、慣性計測センサ１３０が様々な成分を計測することができるので、なお望ましい。
【００４７】
テーブル２１０上に複数の車両制御装置１００を載置して同時に検査してもよい。ただしこの場合であっても、慣性計測センサ１３０が回転軸の延長上から離れ過ぎるのは望ましくないので、車両制御装置１００の個数やサイズに応じて、同時検査する個数はある程度制限することが望ましい。
【符号の説明】
【００４８】
１００：車両制御装置
１３０：慣性計測センサ
２００：検査装置
２１０：テーブル
２２０：回転機構
２３０：演算部
２４０：固定具
【図１】
2020085682.tif 000011
【図２】
2020085682.tif 000012
【図３】
2020085682.tif 000013
【図４】
2020085682.tif 000014
【図５】
2020085682.tif 000015
【図６】
2020085682.tif 000016