(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行にともなうヨーレートを得て、その得られたヨーレートを時間積分することによって方向の変化を求める方向検出装置において、角速度センサによって車両の走行にともなうヨーレートを検出する手段と、車両の左，右輪の各回転センサの出力差からヨーレートを検出する手段と、車両の舵角センサの出力からヨーレートを検出する手段と、それぞれ検出された各ヨーレートに重み係数を乗じて時間積分したものを合成することによって車両の走行にともなう方向の変化を求める手段とを設け、車両の停止時には車両の左，右輪の各回転センサの出力差から検出されたヨーレートに乗ずる重み係数の値を大きくし、車両の走行開始の一定時間のあいだ角速度センサによって検出されたヨーレートに乗ずる重み係数の値を大きくし、車両が走行開始してから一定時間の経過後には各検出手段によって検出されたヨーレートの重み付けを所定に比例配分するようにしたことを特徴とする方向検出装置。
【請求項２】
車両が走行してから一定時間の経過後に、角速度センサによって検出されたヨーレートと車両の左，右輪の各回転センサの出力差から検出されたヨーレートとの差がしきい値以上になったときに、車両の左，右輪の各回転センサの出力差から検出されたヨーレートに乗ずる重み係数の値を小さくして、その分角速度センサによって検出されたヨーレートに乗ずる重み係数の値を大きくするようにしたことを特徴とする請求項１の記載による方向検出装置。
【請求項３】
各検出されたヨーレートに乗ずる重み係数の値を、一定時間の時定数をもって徐々に変化させるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２の記載による方向検出装置。
【請求項４】
車両の停止時には、車両の左，右輪の各回転センサの出力差から検出されるヨーレートに乗ずる重み係数を１とし、他の検出ヨーレートに乗ずる重み係数を０とするようにしたことを特徴とする請求項１の記載による方向検出装置。
【請求項５】
車両が走行してから一定時間のあいだ角速度センサによる検出ヨーレートに乗ずる重み係数を１とし、他の検出ヨーレートに乗ずる重み係数を０とするようにしたことを特徴とする請求項１の記載による方向検出装置。
【請求項６】
車両が走行してから一定時間の経過後に、角速度センサによって検出されたヨーレートと車両の左，右輪の各回転センサの出力差から検出されたヨーレートとの差がしきい値以上になったときに、車両の左，右輪の各回転センサの出力差から検出されたヨーレートに乗ずる重み係数を０とするようにしたことを特徴とする請求項２の記載による方向検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、車両の走行にともなう方向の変化を検出する方向検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、カーナビゲーションにあって、車両の走行にともなう距離と方向の変化とを各センサによって検出しながら道路地図に対応するＸ−Ｙ座標上の位置を演算処理によって累積的に求めていく推測航法をとるものがあるが、センサ精度に起因して累積的な位置誤差が否めず、位置精度を高めるために、特に、車両走行の方向を精度良く検出する必要があるものになっている。
【０００３】
従来、推測航法をとるに際して、車両に角速度センサを搭載して車両走行にともなうヨー方向変化の角速度（ヨーレート）を検出し、その検出したヨーレートの値を時間積分することによって方向の変化分を求めていくようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
解決しようとする問題点は、車両に角速度センサを搭載して車両走行にともなう方向の変化分を求めるに際して、角速度センサではヨーレート出力のドリフトが否めず、それが方向の累積誤差の要因になっており、方向の検出精度を上げるためにはドリフトの少ない高精度なセンサを用いる必要があり、高価になってしまうことである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による方向検出装置は、ヨーレートの検出原理上の違いから、車両の停止時におけるドリフトの有無や、車両の走行開始時および低速から高速での走行時における車両の走行状態に応じたヨーレートの検出精度がそれぞれ異なる方向検出手段によっても、車両の走行状態に応じてヨーレートの検出を常に最良の状態で行うことができるようにするべく、角速度センサによって車両の走行にともなうヨーレートを検出する手段と、車両の左，右輪の各回転センサの出力差からヨーレートを検出する手段と、車両の舵角センサの出力からヨーレートを検出する手段と、それぞれ検出された各ヨーレートに重み係数を乗じて時間積分したものを合成することによって車両の走行にともなう方向の変化を求める手段とを設け、車両の停止時には車両の左，右輪の各回転センサの出力差から検出されたヨーレートに乗ずる重み係数の値を大きくし、車両の走行開始の一定時間のあいだ角速度センサによって検出されたヨーレートに乗ずる重み係数の値を大きくし、車両が走行開始してから一定時間の経過後には各検出手段によって検出されたヨーレートの重み付けを所定に比例配分するようにしている。
【０００６】
【実施例】
本発明による方向検出装置は、図１に示すように、車両に搭載されて、車両の走行にともなうヨーレートを検出するジャイロ式の角速度センサ１と、車両の左側車輪の回転に応じたパルス信号を発生する左輪回転パルサー２と、車両の右側車輪の回転に応じたパルス信号を発生する右輪回転パルサー３と、車両のステアリングの切れ角の絶対値を検出する舵角センサ４と、それら各出力信号を読み込んで所定の演算処理によって車両の方向を求める演算処理装置（ＥＣＵ）５とによって構成されている。
【０００７】
演算処理装置５は、左，右輪の各回転パルサー２，３から出力する単位時間当りのパルス信号数をカウントして左，右輪の各回転速度を求めて、その回転速度の差からヨーレートを算出し、また、舵角センサ４の出力からヨーレートを算出して、それら各算出したヨーレートおよび角速度センサ１によって検出されたヨーレートにそれぞれ重み係数を乗じて時間積分したものを合成することにより車両の走行にともなう方向の変化分をわり出して、所定の演算処理によって方向を求める。
【０００８】
左，右輪の各回転パルサー２，３を用いたヨーレート算出の原理としては、以下のとおりである。
【０００９】
車両が旋回する場合、左，右輪の回転数差が生じるために、それを利用すればヨーレートが検出できる。ただし、車両の運動力学から、車両の旋回状態は車速によって変化する。例えば、一定舵角であっても車速を変化させていくと旋回中心は車速に応じて移動していくために正確なヨーレートは検出できない。しかし、低速の場合や、高速でも舵角が小さい場合では、図２に示すような簡易的な旋回幾何にもとづいて、左，右輪の回転数差からヨーレートを求めても大きな誤差にはならない。
【００１０】
いま、図２に示すように、車両６が旋回中心Ｏをもって旋回しているときの後輪軸について、図示のような簡易モデルによる旋回幾何を想定する。
【００１１】
内輪の車輪軸周りの角速度：ｗ１［ｒａｄ／ｓｅｃ］
外輪の車輪軸周りの角速度：ｗ２［ｒａｄ／ｓｅｃ］
内輪の進行方向速度：ｖ１［ｍ／ｓｅｃ］
外輪の進行方向速度：ｖ２［ｍ／ｓｅｃ］
内輪回転半径：Ｒ１［ｍ］
外輪回転半径：Ｒ２［ｍ］
タイヤ直径：Ｔ［ｍ］
後輪トレッド：Ｄ［ｍ］
ヨーレート：ｒ［ｒａｄ／ｓｅｃ］
【００１２】
ここで、
ｖ１＝Ｔ・ｗ１／２＝Ｒ１・ｒ        …（１）
ｖ２＝Ｔ・ｗ２／２＝Ｒ２・ｒ        …（２）
Ｒ２＝Ｒ１＋Ｄ                      …（３）
であるから、Ｒ１，Ｒ２を消去すると、
ｒ＝Ｔ（ｗ２−ｗ１）／２Ｄ          …（４）
が得られる。
【００１３】
この場合、車両の旋回幾何は図２に示すような簡易モデルであり、高速で舵角が大きいときには算出されるヨーレートｒにある程度の誤差が生ずるが、高速で大きな舵角をもって旋回するようなことは常にあることではないので、その誤差の発生はあまり問題にはならない。
【００１４】
また、舵角センサ４を用いたヨーレート算出の原理としては、以下のとおりである。
【００１５】
図３に示すように、タイヤの前後スリップのない状態では、車両の速度ｖ、舵角δ、ホイールベース長Ｈによって、発生するヨーレートｒが次式のように決まる。
【００１６】
ｒ＝ｖ・ｔａｎδ／Ｈ                  …（５）
【００１７】
ここで、後輪軸の中心点の速度ｖは、ｖ＝（ｖ１＋ｖ２）／２によって与えられる。
【００１８】
実際にはタイヤの前後スリップが生ずるが、通常の運転状態ではそれほどのヨーレートｒの誤差にはならず、スリップの影響を無視できる。
【００１９】
いま、図４に示すように、Ｘ−Ｙ座標上における車両６の方向θおよび位置（ｘ，ｙ）は次式によって与えられる。
【００２０】
θ＝θｏ＋Σｒ・Δｔ                    …（６）
ｘ＝ｘｏ＋ｖΣｃｏｓ（β＋θ）・Δｔ    …（７）
ｙ＝ｙｏ＋ｖΣｓｉｎ（β＋θ）・Δｔ    …（８）
ここで、θｏ、ｘｏ、ｙｏはそれぞれの初期値であり、βは車両重心位置のスリップアングルである。
【００２１】
演算処理装置５は、方向θ（＝θｏ＋Σｒ・Δｔ）を求める際のヨーレートｒとして、角速度センサ１によって検出されたヨーレートｒ１、左，右輪の各回転パルサー２，３を用いて算出されたヨーレートｒ２、舵角センサ４を用いて算出されたヨーレートｒ３に、それぞれの特性を考慮した重み係数Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を乗じて正規化したものを用いる。
【００２２】
ｒ＝（Ｍ１×ｒ１＋Ｍ２×ｒ２＋Ｍ３×ｒ３）／（Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３）…（９）
【００２３】
ここで、Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３＝１である。
【００２４】
したがって、方向θは、
θ＝θｏ＋ΣΔｔ（Ｍ１×ｒ１＋Ｍ２×ｒ２＋Ｍ３×ｒ３）／（Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ３）                              …（１０）
として求められることになる。
【００２５】
本発明では、３種類のヨーレートｒ１，ｒ２、ｒ３を重み付けして合成したヨーレートｒを用いるようにしているので、当然のことながら、使用する角速度センサ１の精度が、左，右輪の各回転パルサー２，３を用いて算出されるヨーレートｒ２および舵角センサ４を用いて算出されるヨーレートｒ３と同等レベル以上であることが必要である。
【００２６】
角速度センサ１によって検出されたヨーレートｒ１，左，右輪の各回転パルサー２，３を用いて算出されたヨーレートｒ２、舵角センサ４を用いて算出されたヨーレートｒ３は、それぞれ以下のような特徴をもっている。
【００２７】
角速度センサ１の出力にはドリフトがあり、その出力を長時間積分すると、比簡的大きな誤差が生ずる。その際、車両が静止しているときでも角速度センサ１の出力を時間積分するとヨーレートが生じてしまうことがある。しかし、角速度センサ１によれば、タイヤがどのようにスリップしてもその影響を受けることなく、車両の方向の変化に応じたヨーレートを得ることができる。
【００２８】
左，右輪の各回転パルサー２，３を用いてヨーレートを算出するに際して、車両が静止していれば角速度センサのようなドリフトによる誤差はのらない。しかし、タイヤの片方が前後にスリップした場合、実際とかけ離れたヨーレートが出てしまう。また、タイヤの片方の空気圧が低下している場合に比較的大きなヨーレート誤差を生じてしまう。
【００２９】
また、舵角センサ４を用いてヨーレートを算出するに際して、車両が静止していれば角速度センサのようなドリフトによる誤差はのらない。タイヤの片方が前後にスリップしても大きなヨーレート誤差は出ない。タイヤの片方の空気圧が低下している場合に多少のヨーレート誤差を生ずる。
【００３０】
本発明では、角速度センサ１によって検出されたヨーレートｒ１，左，右輪の各回転パルサー２，３を用いて算出されたヨーレートｒ２、舵角センサ４を用いて算出されたヨーレートｒ３を重み付けして併用する場合に、前述した各ヨーレートの特徴を考慮したうえで、所定のルールにしたがい、各重み係数Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の値を具体的に決定している。
【００３１】
ルール１
車両が停止しているとき（ｖ＝０）には、（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（０，１，０）とする。
【００３２】
ルール２
車両が停止状態から走行を開始したとき、一定時間Ｔ１までは、（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（１，０，０）とする。
【００３３】
ここで、一定時間Ｔ１は、角速度センサ１のヨーレートドリフトに起因するヨーレート積分にのる誤差が許容値を越えてしまう時間である。すなわち、積分時間が長くなるほど角速度センサ１のドリフトの影響が出てくるが、それを許容できるレベルの積分時間である。
【００３４】
ルール３
一定時間Ｔ１を越えてからは、（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（０．５，０．２５，０．２５）とする。
【００３５】
ルール４
一定時間Ｔ１以降に、角速度センサ１によって検出されたヨーレートｒ１と左，右輪の各回転パルサー２，３を用いて算出されたヨーレートｒ２とに大きな差が出た場合は、路面とタイヤのスリップが生じた可能性があるため、その差が小さくなるまで、（Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３）＝（０．７５，０，０．２５）とする。
【００３６】
ルール５
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の値を変更するときは、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３を一定時間の時定数をもって徐々に変化させる。
【００３７】
ルール６
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３の値を変更するときは、それ以前のヨーレート積分値θｏに加算して、新たなＭ１，Ｍ２，Ｍ３によるヨーレート積分を行う。
【００３８】
図５は、そのときの各重み係数Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の値に対するヨーレートｒ、車両の方向θおよび速度ｖの相対的な関係を示している。図中、Ｓはスリップ状態を示している。
【００３９】
ここに用いたＭ１，Ｍ２，Ｍ３の値は一例である。使用する角速度センサ１の精度、左，右輪の各回転パルサー２，３の分解能、舵角センサ４の角度分解能、走行路面状態などに応じた最適な値が設定されることになる。
【００４０】
また、ここでは角速度センサ１によって検出されたヨーレートｒ１、左，右輪の各回転パルサー２，３を用いて算出されたヨーレートｒ２、舵角センサ４を用いて算出されたヨーレートｒ３の３種類のヨーレートを合成して用いるようにしているが、そのうちの２種類のヨーレートを合成して用いるようにしても効果が得られることはいうまでもない。
【００４１】
【効果】
以上、本発明による方向検出装置は、車両の走行にともなうヨーレートを得て、その得られたヨーレートを時間積分することによって方向の変化を求めるに際して、角速度センサによって車両の走行にともなうヨーレートを検出する手段と、車両の左，右輪の各回転センサの出力差からヨーレートを検出する手段と、車両の舵角センサの出力からヨーレートを検出する手段と、それぞれ検出された各ヨーレートに重み係数を乗じて時間積分したものを合成することによって車両の走行にともなう方向の変化を求める手段とを設け、車両の停止時には車両の左，右輪の各回転センサの出力差から検出されたヨーレートに乗ずる重み係数の値を大きくし、車両の走行開始の一定時間のあいだ角速度センサによって検出されたヨーレートに乗ずる重み係数の値を大きくし、車両が走行開始してから一定時間の経過後には各検出手段によって検出されたヨーレートの重み付けを所定に比例配分するようにしたもので、ヨーレートの検出原理上の違いから、車両の停止時におけるドリフトの有無や、車両の走行開始時および低速から高速での走行時における車両の走行状態に応じたヨーレートの検出精度がそれぞれ異なる方向検出手段によっても、車両の走行状態に応じてヨーレートの検出を常に最良の状態で行うことができるという利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方向検出装置の一実施例を示すブロック構成図である。
【図２】車両が旋回しているときの簡易モデルによる旋回幾何を示す図である。
【図３】車両が旋回するときの舵角、ホイールベース長、回転半径の関係を示す図である。
【図４】Ｘ−Ｙ座標上における車両の位置（ｘ，ｙ）および方向θの関係を示す図である。
【図５】重み係数Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３の値に対するヨーレートｒ、車両の方向θおよび速度ｖの相対的な関係を示す図である。
【符号の説明】
１  角速度センサ
２  左輪回転パルサー
３  右輪回転パルサー
４  舵角センサ
５  演算処理装置（ＥＣＵ）
６  車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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