(57)【要約】【課題】高精度な車両挙動を検出できるようにする。【解決手段】車両挙動検出装置１０は、車両の挙動変化を検出するための自立センサ１３〜１６から得た検出情報を、ＧＰＳ受信機１２から得た位置・方位・車速情報を基に較正を行う。例えば車速センサ１６及び角速度センサ１３から得た検出情報に対してカルマンフィルタ処理を施して較正する。自立センサ１３〜１６は、センサ個体差や環境の変化や経時劣化に起因する特性変化を自立センサ１３〜１６のみで較正することが困難であるが、本実施例ではＧＰＳ情報を用いて較正しているため、車両挙動検出装置１０においては高精度な車両挙動が検出できる。そして、その車両挙動検出装置１０から外部装置２０〜８０へ出力される検出情報自体の正確さが増しているため、その検出情報を用いて所定の処理を行う外部装置２０〜８０において、より適切な処理を実行できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の挙動変化を検出するための自立センサ、
ＧＰＳ等の電波航法用測位手段、
前記自立センサからの検出情報を、前記電波航法用測位手段によって測位した情報を用いて較正する較正手段、
その較正手段によって較正された前記検出情報を、その検出情報を用いて所定の処理を行う外部装置へ出力可能な情報出力手段
を備える車両挙動検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両挙動検出装置において、
前記自立センサが角速度センサ又は加速度センサの場合は、それらは装置本体に内蔵されており、
前記装置本体は、車両内において、その車両の鉛直軸又は水平軸を基準として定まる前記角速度センサや加速度センサの理想的な配置が実現可能な位置に配置される
車両挙動検出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の車両挙動検出装置において、
前記外部装置は複数存在し、それら複数の外部装置にて使用する検出情報を検出可能な自立センサを全て備えることによって、前記情報出力手段は、前記複数の外部装置に対して、それぞれ必要な検出情報を出力可能である
車両挙動検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れかに記載の車両挙動検出装置において、
前記外部装置の少なくとも一つはナビゲーション装置であり、
前記自立センサの内の少なくとも一つは自立航法用センサであり、
前記情報出力手段から前記ナビゲーション装置へは、較正手段によって較正された前記車両の位置情報、又は、走行軌跡が、出力される
車両挙動検出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車両挙動検出装置において、
前記ナビゲーション装置はマップマッチング処理を実行可能である
車両挙動検出装置。
【請求項６】
請求項１〜３の何れかに記載の車両挙動検出装置において、
前記自立センサの少なくとも一つは車両の旋回状態を検出するセンサであり、前記較正手段は、前記車両の旋回状態を検出するセンサにおける中立位置を学習するための検出情報を較正する
車両挙動検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の車両挙動検出装置、
その車両挙動検出装置から出力された検出情報を用いて所定の処理を行う外部装置
を備える車載処理システム。
【請求項８】
車両の挙動変化を検出するための自立センサからの検出情報を用いて車両制御を実行する車両制御装置と通信可能に構成され、
ＧＰＳ等の電波航法用測位手段と、
前記車両制御装置から、前記自立センサによる検出情報を入力する情報入力手段と、
その情報入力手段を介して入力した検出情報を、前記電波航法用測位手段によって測位した情報を用いて較正する較正手段と、
その較正手段によって較正された前記検出情報を、前記車両制御装置へ出力する情報出力手段と
を備える検出情報較正装置。
【請求項９】
請求項８に記載の検出情報較正装置を備えたナビゲーション装置。
【請求項１０】
車両の挙動変化を検出するための自立センサと、
ＧＰＳ等の電波航法用測位手段と、
前記自立センサからの検出情報を、前記電波航法用測位手段によって測位した情報を用いて較正する較正手段と、
その較正手段によって較正された前記検出情報を用いて所定の処理を行う処理実行手段と
を備える車載処理装置。
【請求項１１】
ナビゲーション装置である請求項１０に記載の車載処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の挙動変化を検出するための自立ンサからの検出情報を、ＧＰＳ等の電波航法用測位手段によって測位した情報に基づいて較正する技術等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種車載機器、特に車両制御機器では、独自に自立系センサを搭載し、車両の挙動情報をセンシングしていた。例えばその一例としてのカーナビゲーション装置においては、車両の方位変化量を検出する相対方位センサ（ジャイロ、ステアリングセンサ、車輪センサ等）と、車両の速度（距離）を検出する距離センサ（車速センサ、車輪速センサ等）の出力から、車両の位置・方位・車速等を検出する推測航法が用いられていた。この各種自立センサはセンサ個体差や環境の変化や経時劣化に起因する特性変化を較正することが困難で、センサ自体の特性に依存したあいまいな情報入手手段として扱わざるを得なかった。例えば車載機器の一つであるカーナビゲーション装置の場合、推測航法の出力（位置・方位・車速等）には、センサの誤差が含まれるため誤差が生じる。特に、位置・方位は積分的に求められるため、誤差が徐々に増大してしまう。
【０００３】
そこで、例えばＧＰＳによる較正機能を持つナビゲーション装置は、自立センサをＧＰＳを使って較正することで、各種自立センサの特性変化を較正することが可能で、非常に正確な各種車両挙動を算出することが可能である。
一方、カーナビゲーション装置以外の車両制御機器においても、ＧＰＳからの情報を利用することが考えられている。例えば、ＧＰＳにて得られた車両の絶対位置から定まる走行環境を判断し、その走行環境に基づいて車両の運転走行状態を制御する。すなわち、例えばどこの道路を走行中であるかとか、走行している場所の緯度，経度，高さがどうなっているかとか、道路がこの先どうなっているかとかいった走行環境に関する様々な情報の一つ又は複数を用いて、車両の足周り制御系統，走行制御系統，エンジン制御系統などの各種の運転走行状態の制御において、走行環境を反映させることができるのである（例えば、特許文献１参照。）。また、ステアリングセンサやヨーレートセンサなど、車両が直進進行状態にあるときを中立位置として測定値を取得するセンサの中立位置を学習する際にＧＰＳ情報を利用することも知られている。すなわち、ＧＰＳにて得られた自車位置と地図データベースから現在走行中の走行路のカーブ半径Ｒを算出し、そのカーブ半径Ｒに基づいて走行路が直進路であるかカーブ路であるかを判定し、その判定結果に基づいてセンサの中立位置学習を行うのである（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−３２４１３８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２１４１８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カーナビゲーション装置の場合は、多くの他の機器・構造と共にダッシュボード内に配置されることから、車体の水平方向に対して斜めに設置されることが通常である。つまり、レイアウトを重視する結果、搭載基準が緩くせざるを得ないため、本来の精度を発揮できないという問題があった。
【０００６】
一方、上述したカーナビゲーション装置以外の車両制御機器におけるＧＰＳの利用は、ＧＰＳにて得られた車両の絶対値に基づき、地図データを参照して現在の走行路の状況を把握するのに用いる程度であった。そのため、各種自立センサについてはセンサ個体差や環境の変化や経時劣化に起因する特性変化を較正することが困難で、センサ自体の特性に依存したあいまいな情報入手手段として扱わざるを得ない、という状況は根本的には解消されていない。
【０００７】
そこで、本発明は、高精度な車両挙動を検出できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記目的を達成するためになされた請求項１に係る車両挙動検出装置は、車両の挙動変化を検出するための自立センサ、ＧＰＳ等の電波航法用測位手段、自立センサからの検出情報を、電波航法用測位手段によって測位した情報を用いて較正する較正手段、その較正手段によって較正された前記検出情報を、その検出情報を用いて所定の処理を行う外部装置へ出力可能な情報出力手段を備えている。
【０００９】
自立センサは、上述のようにセンサ個体差や環境の変化や経時劣化に起因する特性変化を自立センサのみで較正することが困難であるが、本発明では較正手段により、その自立センサからの検出情報を電波航法用測位手段によって測位した情報を用いてフィルタ処理することによって較正している。そのため、車両挙動検出装置においては、高精度な車両挙動が検出できる。そして、その車両挙動検出装置から外部装置へ出力される検出情報自体の正確さが増しているため、その検出情報を用いて所定の処理を行う外部装置において、より適切な処理を実行できる。
【００１０】
自立センサとしては種々考えられるが、自立センサが角速度センサ又は加速度センサの場合は例えば請求項２に示すようにすることも考えられる。すなわち、角速度センサや加速度センサについては装置本体に内蔵し、その装置本体を、車両内において、その車両の鉛直軸又は水平軸を基準として定まる角速度センサや加速度センサの理想的な配置が実現可能な位置に配置するのである。
【００１１】
従来技術の問題としてカーナビゲーション装置の例で説明したように、カーナビゲーション装置は、多くの他の機器・構造と共にダッシュボード内に配置されることから、車体の水平方向に対して斜めに設置され、本来の精度を発揮できないという問題があった。それに対して本発明によれば、外部装置としてカーナビゲーション装置を想定したとしても、それは車両挙動検出装置とは別個の外部装置となるため、そのカーナビゲーション装置を車体の水平方向に対して斜めに設置しても何ら問題ない。つまり、カーナビゲーション装置についてはレイアウトを重視する結果、搭載基準が緩くせざるを得なかったが、従来はカーナビゲーション装置自体に角速度センサ等が内蔵されていたため、検出精度の方が犠牲になっていた。それに対して本発明の場合は、検出精度の向上のために配置が重要な角速度センサ等については、カーナビゲーション装置とは分離され、車両挙動検出装置本体に内蔵されている。そして、この装置本体の配置については厳しい制約はないため、角速度センサ等の検出精度向上の観点から理想的な配置となるようにすることができる。
【００１２】
また、外部装置に関しては、最低１つ存在すればよいが、一般に車両に搭載され、車両挙動検出装置にて検出した情報を使用するものは複数存在する。したがって、外部装置が複数存在する場合は、請求項３に示すように、それら複数の外部装置にて使用する検出情報を検出可能な自立センサを全て備えることによって、情報出力手段が、複数の外部装置に対して、それぞれ必要な検出情報を出力可能に構成することが考えられる。
【００１３】
従来、各種車載機器とナビゲーション装置との間で自立センサが重複して搭載されるという事態も生じていたが、このようにすれば、センサの重複搭載が解消できる。
なお、外部装置としては、例えば上述のカーナビゲーション装置や、ブレーキ制御装置（ＡＢＳ等）、ＡＴ制御装置、メーデー装置、フライトレコーダ装置、メータ装置、オートクルーズ制御装置など、種々考えられる。そして、これらの装置と車両挙動検出装置とは、例えば車載ＬＡＮを介して接続することが考えられる。
【００１４】
この外部装置の少なくとも一つがナビゲーション装置である場合、請求項４に示すように、自立センサの内の少なくとも一つは自立航法用センサであり、情報出力手段からナビゲーション装置へは、較正手段によって較正された車両の位置情報、又は走行軌跡が出力されるよう構成することが考えられる。この場合、現在位置・方位変化量・移動距離等の自立航法用の情報が適切に較正されるため、その情報を用いた各種ナビゲーション処理（例えば現在地表示や経路探索等）が精度よく実行される。そしてさらに、請求項５に示すように、ナビゲーション装置がマップマッチング処理を実行可能である場合、高精度なマップマッチングが可能となる。
【００１５】
また、自立センサの少なくとも一つが車両の旋回状態を検出するセンサである場合、請求項６に示すように、較正手段が、車両の旋回状態を検出するセンサにおける中立位置を学習するための検出情報を較正することが考えられる。上記特許文献２を参照して説明した従来技術としてのセンサの中立位置学習では、ＧＰＳにて得られた自車位置と地図データベースから現在走行中の走行路のカーブ半径Ｒを算出し、そのカーブ半径Ｒに基づいて走行路が直進路であるかカーブ路であるかを判定し、その判定結果に基づいてセンサの中立位置学習を行うものであった。つまり、ＧＰＳにて得られた車両の絶対値に基づき、地図データを参照して現在の走行路の状況を把握するのに用いる程度であった。
【００１６】
それに対して本発明の場合には、中立位置を学習するための検出情報自体を電波航法用測位手段によって測位した情報を用いて較正するため、より適切な中立学習が可能となる。
なお、車両旋回状態を検出する自立センサとしては、例えばステアリングセンサやヨーレートセンサなどが考えられる。
【００１７】
本発明の車両挙動検出装置が備える自立センサは、車両の挙動変化を検出するものであるため、車両の位置の変化や姿勢の変化、あるいはその変化度合いといった挙動を検出する。上述した角速度センサ、加速度センサ、ステアリングセンサ、ヨーレートセンサの他にも、例えば車速センサ、ピッチングセンサ、ローリングセンサ等、種々考えられる。
【００１８】
なお、請求項７に示すように、請求項１〜６の何れかに記載の車両挙動検出装置、その車両挙動検出装置から出力された検出情報を用いて所定の処理を行う外部装置を備える車載処理システムとして実現することもできる。
また、請求項８に係る検出情報較正装置は、車両の挙動変化を検出するための自立センサからの検出情報を用いて車両制御を実行する車両制御装置と通信可能に構成され、ＧＰＳ等の電波航法用測位手段と、車両制御装置から、自立センサによる検出情報を入力する情報入力手段と、その情報入力手段を介して入力した検出情報を、電波航法用測位手段によって測位した情報を用いて較正する較正手段と、その較正手段によって較正された検出情報を、車両制御装置へ出力する情報出力手段とを備えている。
【００１９】
本検出情報較正装置によれば、例えばＶＳＣやＡＣＣなどの車両制御装置から（車両の挙動変化の）入力した検出情報を、電波航法用測位手段によって測位した情報を用いて較正し、その較正された検出情報を車両制御装置へ出力する。このように較正された検出情報を用いて車両制御することにより、非常に正確な車両挙動情報に基づいて制御が実現できる。
【００２０】
このような検出情報較正装置は単に較正機能のみを実行するようにしてもよいが、例えば請求項９に示すようにナビゲーション装置として実現してもよい。ナビゲーション装置の場合には元々電波航法用測位手段によって測位した情報を用いた処理を実行することが多いため、自らのナビゲーション処理と、他の車両制御装置のための検出情報の較正処理に関して、測位情報を利用できる。
【００２１】
なお、車両制御装置としては例えばＶＳＣやＡＣＣなどの車両運動制御系の装置が代表的なものとして考えられ、自立センサとしてはステアリングセンサが考えられるが、もちろん、それ以外の車両制御装置、自立センサであっても当然ながら適用可能である。
【００２２】
また、請求項１０に係る車載処理装置は、車両の挙動変化を検出するための自立センサと、ＧＰＳ等の電波航法用測位手段と、自立センサからの検出情報を、電波航法用測位手段によって測位した情報を用いて較正する較正手段と、その較正手段によって較正された検出情報を用いて所定の処理を行う処理実行手段とを備えている。
【００２３】
上記請求項８にて説明した検出情報較正装置は、他の車両制御装置からの検出情報を較正し、その較正した検出情報をその車両制御装置へ出力してやるものであった。しかしながら、自らの装置にて検出した情報を自らの装置にて実行する処理で利用する場合であっても適用できる。このような装置としては、例えば請求項１１に示すようにナビゲーション装置が考えられる。
【００２４】
ナビゲーション装置も、地図表示や経路案内といった従来から基本的な処理を実行するだけでなく、その位置検出機能や表示機能を利用した種々の処理を実行できるようになってきている。例えば後進駐車する際に、車両後方の映像やステアリング操作状態に基づく車両の予定進行路等を表示することで、駐車操作の助けを行う駐車アシストシステムが考えられているが、この駐車アシスト機能をナビゲーション装置に持たせることも考えられる。このような場合、車両の挙動変化を検出するための自立センサの一例としてのステアリングセンサからの情報をＧＰＳによる測位情報を用いて較正すれば、高精度な車両挙動を検出でき、その結果、より適切な駐車アシスト機能を発揮できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００２６】
図１は、実施例の車載処理システムの概要を示すブロック図である。
本実施例の車載処理システムは、車両挙動検出装置１０と、その車両挙動検出装置１０から出力される検出情報を用いて所定の処理を行う６つの外部装置を備えている。この６つの外部装置とは、ナビゲーション装置２０、ＡＴ制御装置３０、メータ装置４０、ブレーキ制御装置５０、フライトレコーダ装置６０、クルーズ制御装置７０、メーデー装置８０である。なお、本実施例では６つの外部装置を例示したが、車両挙動検出装置１０から出力される検出情報を用いて所定の処理を行うものであれば、他にも採用できる。
【００２７】
［外部装置２０〜８０の説明］
ナビゲーション装置２０は、地図表示、マップマッチング処理、経路探索・案内といった各種ナビゲーション処理を実行するものである。
ＡＴ制御装置３０は、自動変速機の変速制御を行う変速制御装置である。
【００２８】
メータ装置４０は、車速、エンジン回転数、ドアの開閉状態、変速機のシフトレンジ等、車両の各種状態を表示装置に表示するためのものである。
ブレーキ制御装置５０は、車両制動時のスリップ制御用の装置であり、ブレーキ力を制御するためにブレーキ油圧回路に備えられた増圧制御弁・減圧制御弁の開閉をデューティ制御するブレーキアクチュエータを制御する。
【００２９】
フライトレコーダ装置６０は、例えば事故が生じた場合などに、その事故原因の解析等のために用いる車両の挙動を記録しておくためのものである。
クルーズ制御装置７０は、先行車がいる場合には自車を先行車に自動的に追従させる車間制御を行い、先行車がいない場合には自車を設定車速にて定速走行させる車速制御（定速走行制御）を行うという、いわゆるクルーズ制御を実行する走行制御装置である。
【００３０】
メーデー装置８０は、緊急通報センタとの間で無線によるデータ通信を行うためのデータ通信装置（図示せず）を備えており、車両挙動検出装置１０から出力される検出情報としての位置情報や速度情報、車両周囲を撮影するための撮像装置（図示せず）から得た車両周囲の画像などを、所定の緊急時に緊急通報センタに送信する。
【００３１】
［車両挙動検出装置１０の説明］
一方、車両挙動検出装置１０は、車両挙動演算装置１１、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）  用の人工衛星からの送信電波をＧＰＳアンテナ１２ａを介して受信し、車両の位置，方位（進行方向），速度等を検出する「電波航法用測位手段」としてのＧＰＳ受信機１２、車両に加わる回転運動の角速度に応じた検出信号を出力する角速度センサ（ジャイロスコープ）１３と、車両の前後方向における加速度を検出するための前後加速度センサ１４、ハンドルの操舵角の変更量を検出するステアリングセンサ１５、車両の走行速度に応じた間隔でパルス信号を出力する車速センサ１６を備えている。
【００３２】
これらＧＰＳ受信機１２、角速度センサ１３、前後加速度センサ１４、ステアリングセンサ１５及び車速センサ１６は、車両の挙動変化を検出するための自立センサに相当する。そして、車両挙動演算装置１１の装置本体ケース（図示せず）には、上述した車両挙動演算装置１１に加え、ＧＰＳ受信機１２、角速度センサ１３及び前後加速度センサ１４が内蔵されている。一方、ＧＰＳアンテナ１２ａは、装置本体ケース外であって、例えばリアウィンドウ又はフロントウィンドシールドの下部など電波を受信しやすい箇所に搭載される。また、ステアリングセンサ１５や車速センサ１６も、装置本体ケース外に配置される。
【００３３】
装置本体ケースは、上述のように角速度センサ１３や前後加速度センサ１４を内蔵しているため、車両内において、その車両の鉛直軸又は水平軸を基準として定まる角速度センサ１３や前後加速度センサ１４の理想的な配置が実現可能な位置に配置する。具体的には、装置本体ケースを車両床面に対し正確に水平に設置し、内蔵した角速度センサ１３が車両に加わる回転運動の角速度を正確に検出し、また内蔵した前後加速度センサ１４が車両の前後方向における加速度を正確に検出できるようにする。
【００３４】
車両挙動演算装置１１は、「較正手段」に相当し、通常のコンピュータとして構成されており、内部には、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスライン等が備えられている。そして、自立センサとしての角速度センサ１３、前後加速度センサ１４、ステアリングセンサ１５及び車速センサ１６からの検出情報を入力し、さらに「電波航法用測位手段」としてのＧＰＳ受信機１２によって得た測位情報も入力する。そして、そのＧＰＳ受信機１２によって得た測位情報を用いてフィルタ処理することによって上記自立センサからの検出情報を較正する。本実施例ではカルマンフィルタ１１ｃを用いて較正する。
【００３５】
図２は、上述した自立センサの内の、角速度センサ１３と車速センサ１６から得た検出情報に対して、カルマンフィルタ１１ｃを用いて較正する場合の構成を示している。車両挙動演算装置１１では、車速センサ１６、角速度センサ１３からの信号を基に、相対軌跡演算部１１ａ、絶対位置演算部１１ｂにて演算を行い、それらの演算（推測航法演算）により、車速、相対軌跡、絶対位置、絶対方位が出力される。また、ＧＰＳ受信機１２からは位置・方位・車速の出力が得られるため、カルマンフィルタ１１ｃは、推測航法により得られた車速、絶対位置・絶対方位の情報及びＧＰＳ受信機１２からの車速、位置・方位の情報を基に、車速センサ１６の距離係数補正、角速度センサ１３のオフセット補正、絶対位置補正、絶対方位補正を行う。
【００３６】
［カルマンフィルタの概要］
ここで、カルマンフィルタ１１ｃの概要について説明する。このカルマンフィルタ１１ｃにおいては、図３に示すように、信号生成過程と観測過程に分けられる。図３において、線形システム（φ）があり、そのシステムの状態Ｘ（ｔ）に対して、観測行列Ｈで関係付けられるＸ（ｔ）の一部が観測できる場合に、フィルタ１１ｃはＸ（ｔ）の最適な推定値を与える。ここで、ωは信号生成過程にて発生する雑音であり、ｖは観測過程にて発生する雑音である。このフィルタの入力はＹ（ｔ）であり、出力はＸ（ｔ）の最適推定値である。
【００３７】
時刻ｔまでの情報を用いた状態Ｘの最適推定値、すなわち状態量Ｘ（ｔ｜ｔ）は、下式により求められる。
Ｘ（ｔ｜ｔ）＝Ｘ（ｔ｜ｔ−１）＋Ｋ（ｔ）［Ｙ（ｔ）−ＨＸ（ｔ｜ｔ−１）］  …式１
ここで、Ｘ（ｔ｜ｔ−１）は事前推定値、Ｋ（ｔ）はカルマンゲインであり、それぞれ下記の式２、式３により表される。
【００３８】
Ｘ（ｔ｜ｔ−１）＝φＸ（ｔ−１｜ｔ−１）                                                …式２
Ｋ（ｔ）＝Ｐ（ｔ｜ｔ−１）ＨＴ  （ＨＰ（ｔ｜ｔ−１）ＨＴ  ＋Ｖ）−１        …式３
ここで、Ｐは状態量Ｘの誤差共分散であり、Ｐ（ｔ｜ｔ−１）は誤差共分散の予測値、Ｐ（ｔ−１｜ｔ−１）は誤差共分散であり、それぞれ下記の式４、式５によって表される。
【００３９】
Ｐ（ｔ｜ｔ−１）＝φＰ（ｔ−１｜ｔ−１）φＴ  ＋Ｗ                              …式４
Ｐ（ｔ−１｜ｔ−１）＝（Ｉ−Ｋ（ｔ−１）Ｈ）Ｐ（ｔ−１｜ｔ−２）        …式５
なお、Ｖは観測過程で発生する雑音ｖの分散、Ｗは信号過程で発生する雑音ωの分散である。また、Ａ（ｉ｜ｊ）は時刻ｊまでの情報に基づく時刻ｉでのＡの推定値を表す。なお、添字のＴ  は転置行列を意味し、−１は逆行列を意味する。Ｉは単位行列である。
【００４０】
さらに、ＶとＷは平均０の白色ガウス雑音であり、互いに無相関である。上記のようなカルマンフィルタ１１ｃにおいて、状態量Ｘと誤差共分散Ｐの初期値に適当な誤差を与えてやり、新しい観測が行われる度に以上の計算を繰り返し行うことにより、状態量Ｘの精度が向上する。このようなカルマンフィルタ１１ｃを推測航法へ適用したのが本実施例である。
【００４１】
信号生成過程の定義について説明する。このカルマンフィルタ１１ｃは推測航法の誤差の補正を目的とするので、状態量Ｘは以下の５つの誤差値を定義する。この誤差値の時間的な変化を与えるものがプロセス行列φである。
（ａ）オフセット誤差（εＧ）
εＧｔ  ＝εＧｔ−１  ＋ω０
確定的な変化はなく、前回の誤差にノイズが付加される。
（ｂ）絶対方位誤差（εＡ）
εＡｔ  ＝Ｔ×εＧｔ−１  ＋εＡｔ−１  ＋ω１
前回の誤差に、オフセット誤差に前回からの経過時間をかけて求める方位誤差とノイズが付加される。
（ｃ）距離係数誤差（εＫ）
εＫｔ  ＝εＫｔ−１  ＋ω２
確定的な変化はなく、前回の誤差にノイズが付加される。
（ｄ）絶対位置北方向誤差（εＹ）
εＹｔ  ＝ｓｉｎ（ＡＴ  ＋εＡｔ−１  ＋εＧｔ−１  ×Ｔ／２）×Ｌ×（１＋εＫｔ−１  ）−ｓｉｎ（ＡＴ  ）×Ｌ＋εＹｔ−１
前回の誤差に方位誤差・距離誤差によって生じる誤差が付加される。
（ｅ）絶対位置東方向誤差（εＸ）
εＸｔ  ＝ｃｏｓ（ＡＴ  ＋εＡｔ−１  ＋εＧｔ−１  ×Ｔ／２）×Ｌ×（１＋εＫｔ−１  ）−ｃｏｓ（ＡＴ  ）×Ｌ＋εＸｔ−１
前回の誤差に方位誤差・距離誤差によって生じる誤差が付加される。上記の定義において、ＡＴ  は真の絶対方位、Ｌは前回からの移動距離、Ｔは前回からの経過時間である。
【００４２】
上記の各式を状態量で偏微分し線形化すると信号生成過程が定義される。
次に、上記観測過程の定義について説明する。観測値は推測航法の出力と、ＧＰＳ受信機１２の出力の差より求める。それぞれの出力には誤差が含まれるため、観測値において、推測航法の誤差とＧＰＳの誤差の和が得られる。この観測値Ｙと状態量Ｘを関係付ければ信号生成過程が定義される。
【００４３】
このようなカルマンフィルタを適用すると、車速センサ１６の距離係数補正、角速度センサ１３のオフセット補正、及び絶対方位補正、絶対位置補正により、式２に示す、事前推定Ｘ（ｔ｜ｔ−１）は０となる。従って、式１は下記の式６に示すようになる。
【００４４】
Ｘ（ｔ｜ｔ）＝Ｋ（ｔ）Ｙ（ｔ）                                                                        …式６
従って、上記信号生成過程にて定義された５つの誤差値による状態量Ｘは、数３〜数５によって求められるカルマンゲインＫ（ｔ）及び観測値Ｙ（ｔ）により求められる。
【００４５】
なお、上述したカルマンフィルタ１１ｃに関するさらに詳しい説明が必要であれば、例えば特許３２１８８７６号公報を参照されたい。
［車両挙動演算装置１１にて行われる演算例］
図２に示すように、上述の相対軌跡演算、絶対位置演算、カルマンフィルタ処理は車両挙動演算装置１１にて行われるため、以下これについて説明する。
【００４６】
図４は車両挙動演算の一例としての演算処理を示すフローチャートである。
最初のステップＳ１００では方位変化量・移動距離の演算を行う。まず角速度センサ１３の出力角速度に図４の処理ルーチンの起動周期Ｔを掛けて方位変化量を算出する。次に、その方位変化量から、オフセット補正量（この補正量については後述する）にメインルーチンの起動周期Ｔを掛けたものを引き、方位変化量のオフセット補正を行う。次に、車速センサ１６からの車速パルス数に距離係数（この距離係数についても後述する）を掛けて移動距離を算出する。
【００４７】
Ｓ１００の次に、Ｓ２００の相対軌跡演算処理を行う。まず、方位変化量（Ｓ１００で求めたもの）を基に相対方位を更新する。この更新した相対方位及びＳ１００で求めた移動距離により相対位置座標の更新を行う。この更新は、移動距離に対する相対方位のＸ，Ｙ成分をそれまでの相対位置座標に加算することにより行う。この相対位置座標は相対軌跡を求めるために行う。
【００４８】
Ｓ２００の次に、Ｓ３００にて絶対方位・絶対位置の演算処理を行う。まず、方位変化量（Ｓ１００にて求めたもの）を基に絶対方位を更新する。この更新した絶対方位及びＳ１００にて求めた移動距離により絶対位置座標の更新を行う。Ｓ３００の処理にて更新された絶対方位Ａと絶対位置は、Ｓ４００でのＧＰＳとの複合化処理にて利用される。
【００４９】
Ｓ４００におけるＧＰＳとの複合化処理の詳細を図５のフローチャートを参照して説明する。
最初のステップＳ４０１では、前回の測位又は予測計算から所定時間Ｔ１秒経過したか否かを判定する。これはＧＰＳ受信機１２における測位が行われる毎にＳ４０３〜Ｓ４０９にて推測航法の誤差を補正する処理を行うが、ＧＰＳ受信機１２による測位ができない場合には誤差が大きくなるため、それに対応した誤差の予測計算をＳ４１０，Ｓ４１１にて定期的に行うために設けられている。
【００５０】
前回の測位又は予測計算からまだＴ１秒経過していない場合には（Ｓ４０１：ＮＯ）、Ｓ４０２にてＧＰＳ受信機１２からの測位データがあるか否かを行う。ＧＰＳ受信機１２からの測位データがあると（Ｓ４０２：ＹＥＳ）、Ｓ４０３以降のカルマンフィルタの演算処理に進む。まず、Ｓ４０３にて観測値Ｙの計算を行う。これは、ＧＰＳ受信機１２から出力される速度、位置、方位データ及び推測航法におけるＳ３００（図４参照）の処理にて求めた絶対方位、絶対位置及び図示しない速度演算処理により車速センサ１からの車速パルスに基づく車両の速度とから、観測値Ｙを計算するとともに、観測過程で発生する雑音ｖをＧＰＳ受信機１２の測位データ等を基に計算する。
【００５１】
次のステップＳ４０４では、プロセス行列φの計算を行う。このプロセス行列φは、前回のプロセス行列の計算時点からの移動距離Ｌ、経過時間Ｔ（これらは図示しない計測処理により別途求められている）及びＳ３０１にて求めた絶対方位Ａにより求める。このようにして計算した観測値Ｙ及びプロセス行列φを基に、上述した式３〜式５の計算を行って、数６に示す状態量Ｘを求める。すなわち、Ｓ４０５では、数３により誤差共分散Ｐの予測計算を行う。Ｓ４０６では、数４によりカルマンゲインＫの計算を行う。Ｓ４０７では、数５により誤差共分散Ｐの計算を行う。この後、カルマンゲインＫ及び観測値Ｙに基づき、Ｓ４０８にて、数６の計算により状態量Ｘを求める。
【００５２】
この状態量Ｘは、オフセット誤差（εＧ）、絶対方位誤差（εＡ）、距離係数誤差（εＫ）、絶対位置北方向誤差（εＹ）、絶対位置東方向誤差（εＸ）を表している。これらの誤差により、Ｓ４０９にて、図５のＳ４０９内に示す計算にて推測航法誤差の修正、すなわち角速度センサ１３のオフセット補正、車速センサ１６の距離係数補正、絶対方位補正、絶対位置補正が行われる。角速度センサ１３のオフセット補正により、図２のＳ１００の方位変化量・移動距離演算にて用いられるオフセット補正量が修正され、車速センサ１６の距離係数補正により、同じくＳ１００にて用いられる距離係数が修正され、絶対方位補正により、図２のＳ３００にて用いられる絶対方位Ａが修正され、絶対位置補正により同じくＳ３００にて用いられる絶対位置が修正される。
【００５３】
上記の処理を、ＧＰＳ受信機１２からの測位データが有る毎に繰り返し行い、上記誤差修正を行って、より正確なる推測航法データを得ることができる。また、ＧＰＳ受信機１２の測位ができない状態（Ｓ４０２：ＮＯ）で、前回の測位又は予測計算からまだＴ１秒経過した場合には（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、Ｓ４１０及びＳ４１１へ進み、プロセス行列φの計算及び誤差共分散Ｐの予測計算を行う。これによって、ＧＰＳ受信機１２の測位ができない場合の誤差に対応した誤差共分散の予測計算を行い、その後にＧＰＳ受信機１２が測位できた時に行われるカルマンフィルタの処理を正確に行えるようにする。
【００５４】
このようにして、車両挙動演算装置１１では、車速センサ１６、角速度センサ１３からの信号を基に相対軌跡演算部１１ａ、絶対位置演算部１１ｂにて演算を行って得た車速、相対軌跡、絶対位置、絶対方位に対して、ＧＰＳ受信機１２から得た位置・方位・車速情報を基にフィルタ処理を行うことによって、車速センサ１６の距離係数補正、角速度センサ１３のオフセット補正、絶対位置補正、絶対方位補正を行う。そして、このように較正された検出情報は、車両挙動演算装置１１内の図示しない入出力回路（これが「情報出力手段」に相当する）を介して外部装置であるナビゲーション装置２０、ＡＴ制御装置３０、メータ装置４０、ブレーキ制御装置５０、フライトレコーダ装置６０、クルーズ制御装置７０、メーデー装置８０へ出力される。
【００５５】
なお、図２においては、車速センサ１６及び角速度センサ１３から得た検出情報に対する較正のみ説明したが、他の自立センサである前後加速度センサ１４、ステアリングセンサ１５についても、ＧＰＳ受信機１２から得た位置・方位・車速情報を基にして較正を行う。但し、ステアリングセンサ１５の場合には、その中立位置の学習に用いる検出情報（つまり操舵角情報）を較正することが考えられる。ステアリングが中立位置、つまり車両が直進している状態であることをＧＰＳ受信機１２から得た位置・方位情報等を基にして判断し、その状態におけるステアリング位置を中立位置として較正するといったことである。
【００５６】
また、車両挙動検出装置１０から外部装置２０〜８０へ出力される検出情報例について説明する。図１に例示するように、例えばナビゲーション装置２０であれば、位置情報や速度情報などが出力され、ＡＴ制御装置３０やメータ装置４０であれば、速度情報や（路面の）勾配情報などが出力される。また、ブレーキ制御装置５０やフライトレコーダ装置６０であれば、速度情報や旋回情報が出力され、クルーズ制御装置７０やメーデー装置８０であれば、位置情報や速度情報が出力される。
【００５７】
［本実施例の車載処理システムによる効果］
（１）本実施例の車両挙動検出装置１０は、車両の挙動変化を検出するための自立センサ１３，１４，１５，１６から得た検出情報を、ＧＰＳ受信機１２から得た位置・方位・車速情報を基に較正を行う。上述例では、車速センサ１６及び角速度センサ１３から得た検出情報に対してカルマンフィルタ処理を施して、較正している。
【００５８】
自立センサ１３〜１６は、センサ個体差や環境の変化や経時劣化に起因する特性変化を自立センサ１３〜１６のみで較正することが困難であるが、本実施例ではＧＰＳ情報を用いて較正しているため、車両挙動検出装置１０においては高精度な車両挙動が検出できる。そして、その車両挙動検出装置１０から外部装置２０〜８０へ出力される検出情報自体の正確さが増しているため、その検出情報を用いて所定の処理を行う外部装置２０〜８０において、より適切な処理を実行できる。
【００５９】
例えば、従来は、タイヤの磨耗・スタッドレスタイヤへの交換等によるタイヤ径の変化に追従できず、車速センサ１６から得られる検出情報である距離や車速が不正確なものとなっていたため、メータ装置４０では、そのような不正確な距離・及び速度を表示していたが、本実施例のような較正をすることでをすることで、メータの表示内容の精度が非常に向上する。
【００６０】
また、ＡＴ制御装置３０、メータ装置４０、ブレーキ制御装置５０、フライトレコーダ装置６０、クルーズ制御装置７０、メーデー装置８０などにおいても車速情報を用いるため、この車速情報の不正確さが解消されることによって、より高精度の制御等を実現できる。
【００６１】
さらに、従来センサ単独では困難であった角速度センサ１３、前後加速度センサ１４のオフセット補正やゲイン補正がＧＰＳ測位情報を利用した校正により可能で、正確な角速度や前後加速度が検出でき、ＡＴ制御装置３０、メータ装置４０、ブレーキ制御装置５０、フライトレコーダ装置６０、クルーズ制御装置７０、メーデー装置８０において、これらセンサ情報の不正確さが解消され、より高精度な制御が実現できる。
【００６２】
また、ステアリングセンサ１５の場合は、ＧＰＳ受信機１２の測位情報を利用した、角速度センサのオフセット・ゲイン補正後の高精度な角速度出力と、車速センサ１６から得られる正確な速度を組み合わせて、走行中の車両の旋回半径を正確に推定し、ステアリングセンサ１５から得られる操舵角と比較することで、ステアリングセンサの中立点位置学習を短時間・高精度でしかも旋回走行中であっても完了することができ、結果としてステアリングセンサ１５から得られる操舵角情報の精度が向上する。
【００６３】
また、ナビゲーション装置２０においては、正確な自車位置の特定が可能なため、例えば高精度なマップマッチング処理が実現できる。
（２）車両挙動演算装置１１の装置本体ケースには、車両挙動演算装置１１に加え、ＧＰＳ受信機１２、角速度センサ１３及び前後加速度センサ１４が内蔵されている。そして、この装置本体ケースは、車両内において、その車両の鉛直軸又は水平軸を基準として定まる角速度センサ１３や前後加速度センサ１４の理想的な配置が実現可能な位置に配置される。このように配置することで、内蔵した角速度センサ１３が車両に加わる回転運動の角速度を正確に検出し、また内蔵した前後加速度センサ１４が車両の前後方向における加速度を正確に検出できるようになっている。
【００６４】
従来のカーナビゲーション装置は角速度センサを内蔵しており、そのカーナビゲーション装置が、多くの他の機器・構造と共にダッシュボード内に配置されていたため、車体の水平方向に対して斜めに設置され、本来の精度を発揮できないという問題があった。それに対して本実施例の場合は、ナビゲーション装置２０は外部装置として車両挙動検出装置１０とは別個に設けられており、たとえナビゲーション装置２０を車体水平方向に対して斜めに設置しても何ら問題ない。つまり、従来はレイアウトを重視する結果、ナビゲーション装置についての搭載基準が緩くせざるを得なかったが、本実施例では角速度センサ１３はナビゲーション装置２０には内蔵されておらず、検出精度が犠牲になることもない。そして、車両挙動検出装置１０に関してはレイアウトをそれほど重視する必要もないので、検出精度を優先して、上述のように正確な角速度が検出できる位置に配置することができる。
【００６５】
（３）また、本実施例では、６つの外部装置２０〜８０にて使用される検出情報を１つの車両挙動検出装置１０から提供している。従来、各種車載機器とナビゲーション装置との間で自立センサが重複して搭載されるという事態も生じていたが、このようにすれば、センサの重複搭載が解消できる。
【００６６】
また、車両挙動検出装置１０は、ナビゲーション装置２０のようにユーザーが操作する複雑なヒューマンインタフェースを持たず、頻繁なソフト拡張による信頼性確保上の問題が発生しないため、高信頼性を確保しやすい。
また、本実施例ではＧＰＳ受信機１２と自立センサ（角速度センサ１３、車速センサ１６）との組み合わせにより、ＧＰＳ測位できない場合でも自車位置の算出が可能である。したがって、メーデー装置８０のように信頼性の高い位置情報が要求される装置に対して検出情報を提供するという観点からも好ましい。さらに、車両挙動検出装置１０の提供する位置・車両挙動情報は非常に高精度であるので、メーデー装置８０から外部のメーデーセンター側へ提供された位置・車両挙動情報を利用してマップマッチングを行うことにより、さらに車両トラブル発生時の位置特定精度を向上させることも可能である。
【００６７】
［その他］
（ａ）上述した実施例では、車速センサ１６及び角速度センサ１３から得た検出情報に対してカルマンフィルタ処理を施して較正する例を示したが、それ以外のフィルタ処理、たとえば、ＧＰＳ測位で得られる情報とセンサから得られる情報との差分のヒストグラムを生成し、適当な学習期間内の差分の平均値を補正値とするようなヒストグラム法であってもよい。
【００６８】
（ｂ）上述した実施例では、自立センサの例として、角速度センサ１３、前後加速度センサ１４、ステアリングセンサ１５及び車速センサ１６を挙げたが、車両の挙動変化を検出するものであれば他にも採用できる。また、他の車両挙動を検出するセンサとして例えばピッチングセンサ、ローリングセンサ等、種々考えられる。
【００６９】
（ｃ）上述した実施例では、電波航法用測位手段の代表例としてＧＰＳを挙げたが、ＧＬＯＮＡＳＳなど他の電波航法単独でもあるいはＧＰＳと組み合わせて利用することも考えられるし、他の電波航法でもよい。
（ｄ）上述した実施例では、図１に示すように、車両挙動検出装置１０とナビゲーション装置２０とが独立して存在することを前提に説明したが、車両挙動検出装置１０中の車両挙動演算装置１１にて実行される機能をナビゲーション装置が有するような実現形態も考えられる。その一例を図６に示す。なお、図１，２で示した実施例の場合の構成と同様の構成に関しては同符号を付す。
【００７０】
図６に示す構成例では、ＧＰＳ衛星からの送信電波をＧＰＳアンテナ１２ａを介して受信し、車両の位置，方位（進行方向），速度等を検出する「電波航法用測位手段」としてのＧＰＳ受信機１２、車両に加わる回転運動の角速度に応じた検出信号を出力する角速度センサ（ジャイロスコープ）１３がナビゲーション装置１２０に接続されている。
【００７１】
このナビゲーション装置１２０は、ブレーキ制御装置５０と通信手段（例えば車内ＬＡＮ）を介して相互にデータ通信が可能にされている。ブレーキ制御装置５０には、車両の前後方向における加速度を検出するための前後加速度センサ１４、ハンドルの操舵角の変更量を検出するステアリングセンサ１５、車両の走行速度に応じた間隔でパルス信号を出力する車速センサ１６が接続されている。ブレーキ制御装置５０は、これら各センサ１４、１５，１６からの検出情報や他の情報に基づいて、車両制動時のスリップ制御を実行するのであるが、ステアリングセンサ１５から得た検出情報（ステアリングセンサ情報）をナビゲーション装置１２０へ送信して較正してもらう。
【００７２】
つまり、ナビゲーション装置１２０は、上記図１等で示した実施例における車両挙動演算装置１１にて実行された検出情報の較正機能を備えており、ブレーキ制御装置５０からステアリングセンサ情報を受け取ると、ＧＰＳ受信機１２によって得た測位情報を用いてフィルタ処理することによって、ステアリングセンサ情報を較正する。この較正例としては、ステアリングセンサ１５の中立位置の学習補正が考えられる。このようにして較正して得たステアリングセンサの中立位置の学習補正情報をブレーキ制御装置５０へ送り返す。このように較正されたステアリング中立位置の学習補正情報を用いてブレーキ制御装置５０がブレーキ制御を実行することで、非常に正確な車両挙動情報に基づく制御が実現できる。なお、本実施例の場合には、ナビゲーション装置１２０が「検出情報較正装置」の機能を内蔵することとなる。その意味で図１のナビゲーション装置２０とは異なる機能を持つこととなる。
【００７３】
なお、ブレーキ制御装置５０は「車両制御装置」としての一例であり、この車両制御装置としてはＶＳＣやＡＣＣなどの車両運動制御系の装置が代表的なものとして考えられるが、もちろん、それ以外の車両制御装置であってもよい。また、図６では、較正対象の検出情報を検出する自立センサとしてステアリングセンサ１５を例に挙げたが、もちろん、他の自立センサであっても適用可能である。
【００７４】
（ｅ）また、図６に示した実施例では、ナビゲーション装置１２０が通信手段で接続されたブレーキ制御装置５０からの検出情報（ステアリングセンサ情報）を較正し、その較正した検出情報をそのブレーキ制御装置５０へ出力してやるものであった。しかしながら、ナビゲーション装置自ら実行する処理で利用する検出情報を較正するようにしてもよい。その一例を図７に示す。
【００７５】
図７に示す構成例では、ナビゲーション装置２２０に対して、ＧＰＳ受信機１２、角速度センサ１３、ステアリングセンサ１５、車速センサ１６が接続されており、さらに、車両の後退を示すリバーススイッチ１７、車両後方の映像を入力する映像入力装置１８及び表示器９０も接続されている。本実施例のナビゲーション装置２２０は、地図表示や経路案内といった基本的な処理を実行するだけでなく、その位置検出機能や表示機能を利用して駐車アシスト処理も実行可能にされている。この駐車アシスト処理は、例えば後進駐車する際に、映像入力装置１８を介して得た車両後方の映像画像やステアリングセンサ１５から得たステアリングセンサ情報に基づいて、車両の予定進行路等を表示することで駐車操作の助けを行う。この駐車アシスト処理を実行する上では、図６で示したブレーキ制御装置５０の場合と同様、ステアリングセンサ１５の中立位置の学習補正を行うことが精度よい制御実現の上で有効である。そこで、本実施例のナビゲーション装置２２０は、図６に示すナビゲーション装置１２０と同様、検出情報を較正する機能を内蔵しており、ＧＰＳによる測位情報を用いたステアリングセンサ情報の較正を行う。このようにすることで、高精度な車両挙動を検出でき、その結果、より適切な駐車アシスト機能を発揮できる。
【００７６】
なお、本実施例では、ナビゲーション装置２２０が「車載処理装置」に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の車載処理システムの概要を示すブロック図である。
【図２】実施例の車両挙動演算装置内の機能の一部を示すブロック図である。
【図３】カルマンフィルタのモデルを示す構成図である。
【図４】車両挙動演算の一例としての演算処理を示すフローチャートである。
【図５】ＧＰＳとの複合化処理を示すフローチャートである。
【図６】別実施例の概要を示すブロック図である。
【図７】別実施例の概要を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…車両挙動検出装置、１１…車両挙動演算装置、１２…ＧＰＳ受信機、１３…角速度センサ、１４…前後加速度センサ、１５…ステアリングセンサ、１６…車速センサ、１７…リバーススイッチ、１８…映像入力装置、２０，１２０，２２０…ナビゲーション装置、３０…ＡＴ制御装置、４０…メータ装置、５０…ブレーキ制御装置、６０…フライトレコーダ装置、７０…クルーズ制御装置、８０…メーデー装置、９０…表示装置。
【図１】
2004286724.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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