(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の旋回角を検出する旋回角センサと、
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。
【請求項２】
請求項１に記載の方位検出装置であって、
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。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方位検出装置であって、
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。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方位検出装置であって、
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。
【請求項５】
請求項１または２に記載の方位検出装置であって、
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。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の方位検出装置であって、
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。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の方位検出装置であって、
前記第１旋回角算出部は、
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、
方位検出装置。
【請求項８】
旋回角センサにより車両の旋回角を検出する工程と、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−６２４１９号公報
【特許文献２】特開平３−９０８１２号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／１４２７５７号
【特許文献４】特開２００４−３５４１６０号公報
【特許文献５】特表平７−５０８３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【発明の効果】
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係る方位検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】車両の旋回角ψを説明する図である。
【図３】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。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。
【図４】第２の実施形態に係る方位検出装置の構成を示すブロック図である。
【図５】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
《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。
【００１４】
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。
【００１５】
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、
【数１】
0006495609.tif 000002
から算出される。ここで、ｒＬは左車輪の半径であり、ｒＲは右車輪の半径である。また、図２に示すように、ｄは左右車輪間の距離である。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、
【数２】
0006495609.tif 000003
と表される。ここで、ｂ０はバイアスであり、ηはスケールファクタ誤差である。バイアスとは、入力がない場合における単位時間当たりの出力である。ここで、バイアスｂ０は、後述のようにバイアス推定部１５による推定値により補正されるので、０とみなされる。スケールファクタ誤差ηは、真のスケールファクタをＳＴ、現在のスケールファクタをＳとして、Ｓ＝（１＋η）ＳＴと表される。
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
《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。
【００２５】
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。
【００２６】
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）。
【００２７】
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。
【符号の説明】
【００２８】
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
【図１】
0006495609.tif 000004
【図２】
0006495609.tif 000005
【図３】
0006495609.tif 000006
【図４】
0006495609.tif 000007
【図５】
0006495609.tif 000008