JP6400450B2 - 車速演算装置および車速演算方法 - Google Patents

Description

本発明は、車速パルス数に基づいて車両の速度を算出する車速演算装置および車速演算方法に関する。

従来、車速パルスを用いて走行距離を算出するナビゲーション装置が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１のナビゲーション装置は、車輪速センサ、ジャイロおよびＧＰＳ受信装置から外部信号を取得する。この外部信号はナビゲーション装置内の位置検出部に与えられる。位置検出部は次のように車両の走行距離を算出する。ジャイロで検出された方位を、車輪速センサで検出された車速パルス数に適用して、車速パルス数の直交成分を算出する。ＧＰＳ受信装置で検出された車両の位置に基づいて、車両が移動した直線距離を算出する。前記直交成分と前記直線距離とを比較してパルス距離係数（スケールファクタ）を算出する。パルス距離係数と車速パルス数との積を用いて車両の走行距離を算出する。

また、従来、車両の方位を算出する方位算出装置が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２の方位算出装置は次のように車両の方位を算出する。角速度センサの出力値にゲイン値を乗算することにより補正前の角速度を算出する。補正前の角速度に補正係数を乗算することにより車両の角速度を算出する。車両の角速度に基づいて車両の方位を算出する。補正係数は、算出された車両の方位と、ＧＰＳを用いて取得された方位とを比較することにより更新される。

特許第２６４７３４２号公報 特許第４７３４３２９号公報

特許文献１のナビゲーション装置では、概ね、車両の移動距離を車速パルス数で除することによりスケールファクタを算出している。一方、車両が加速または減速すると、車両のドライブシャフトに歪みが生じたり、車輪にかかる荷重の変動により車輪径が変動したりするので、車両の移動距離と車速パルス数との関係が変化する。このため、特許文献１のナビゲーション装置では、車両が加速または減速すると、スケールファクタに誤差が生じ、延いては、車速パルス数に基づいて算出される車両の走行距離や速度に誤差が生じるおそれがある。

本発明の目的は、車両が加速または減速したときでも、車速パルス数に基づいて車両の速度を高い確度で算出することができる車速演算装置および車速演算方法を提供することにある。

本発明の車速演算装置は、第１車速算出部、第２車速算出部、加速度取得部、推定部および補正部を備える。第１車速算出部は車両の車速パルス数に基づいて第１車速を算出する。第２車速算出部は、測位衛星から放送される測位信号に基づいて第２車速を算出する。加速度取得部は、車両に設けられた加速度センサが検出した加速度を取得する。推定部は、第１車速および第２車速の差分値と、加速度との相関関係から、速度誤差を推定する。補正部は、速度誤差により第１車速を補正する。

本発明の車速演算方法は、車両の車速パルス数に基づいて第１車速を算出する工程と、測位衛星から放送される測位信号に基づいて第２車速を算出する工程と、車両に設けられた加速度センサが検出した加速度を取得する工程と、第１車速および第２車速の差分値と、加速度との相関関係から、速度誤差を推定する工程と、速度誤差により第１車速を補正する工程と、を備える。

これら構成では、第２車速を用いて、車両の加速または減速に起因する第１車速の速度誤差を補正する。このため、車両が加速または減速したときでも、車速パルス数に基づいて車両の速度を高い確度で算出することができる。

本発明によれば、車両が加速または減速したときでも、車速パルス数に基づいて車両の速度を高い確度で算出することができる。

本実施形態に係る車速演算装置の実装態様を示す模式的側面図である。 本実施形態に係る車速演算装置のブロック図である。 補正前の速度誤差と車両の加速度との相関関係を示す散布図である。 補正前および補正後の速度誤差と車両の加速度との相関関係を示す散布図である。 補正前および補正後の速度誤差の時系列プロットである。 本実施形態に係る車速演算装置の動作を示すフローチャートである。

本発明の実施形態に係る車速演算装置１０について説明する。図１は、車速演算装置１０の実装態様を示す模式的側面図である。車両２１には、車速演算装置１０、車輪速センサ１６、ＧＰＳ受信装置１７および加速度センサ１８が適宜実装されている。車両２１では、前方にエンジンが設けられ、エンジンの動力がドライブシャフトにより前輪に伝達されている。車輪速センサ１６は、例えば、ドライブシャフトに取り付けられる。車速演算装置１０、ＧＰＳ受信装置１７および加速度センサ１８は、例えば、車両２１に取付けられたカーナビゲーション２２に搭載されている。

図２は車速演算装置１０のブロック図である。車速演算装置１０は、車速算出部１１、ＧＰＳ速度算出部１２、加速度取得部１３、推定部１４および補正部１５を備える。車速算出部１１は本発明の「第１車速算出部」に相当する。ＧＰＳ速度算出部１２は本発明の「第２車速算出部」に相当する。車輪速センサ１６は単位時間当たりの車速パルス数を検出する。ＧＰＳ受信装置１７は、ＧＰＳ衛星（測位衛星）から放送された測位信号を受信する。加速度センサ１８は車両２１の加速度を検出する。

ＧＰＳ速度算出部１２は、ＧＰＳ受信装置１７が受信した測位信号に基づいて車両２１の速度を算出する。以下では、ＧＰＳ速度算出部１２の算出値をＧＰＳ速度と称する。ＧＰＳ速度は本発明の「第２車速」に相当する。高い確度を有するＧＰＳ速度は、後述のように、スケールファクタの算出および車速パルス速度の補正に使用される。加速度取得部１３は、加速度センサ１８が検出した加速度を取得する。

車速算出部１１は、車輪速センサ１６が検出した車速パルス数に基づいて車両２１の速度を算出する。以下では、車速算出部１１の算出値を補正前の車速パルス速度と称する。補正前の車速パルス速度は本発明の「第１車速」に相当する。車速算出部１１は具体的に次のような処理を行う。車速算出部１１は、車速パルス数を補正前の車速パルス速度に変換するスケールファクタを算出する。車速算出部１１は、例えば、Ｖ_Ｇ＝Ｓｎに最小二乗法を適用してスケールファクタを算出する。ここで、Ｖ_ＧはＧＰＳ速度であり、Ｓは係数であり、ｎは単位時間当たりの車速パルス数である。係数Ｓの推定値がスケールファクタとなる。スケールファクタの算出に使用されるデータは、車両２１が略一定の速度で走行しているとき、すなわち、車両２１の加速度が所定の閾値未満のときに得られたものである。上述のように、ＧＰＳ速度は高い確度を有しているので、車両２１が略一定の速度で走行しているときのスケールファクタは十分な確度で推定される。そして、車速算出部１１は、単位時間当たりの車速パルス数にスケールファクタを乗じることにより補正前の車速パルス速度を算出する。

推定部１４は、車両２１の加速に起因する補正前の車速パルス速度の速度誤差を推定する。車両２１が加速または減速すると、ドライブシャフトに歪みが生じたり、車輪径が変動したりして、補正前の車速パルス速度に速度誤差が生じる。図３は、補正前の速度誤差と車両２１の加速度との相関関係を示す散布図である。ここで、ＧＰＳ速度が高い確度を有していることを考慮して、補正前の車速パルス速度からＧＰＳ速度を引いたときの差分値を、補正前の速度誤差としている。速度誤差は、車両２１の加速度に対して負の相関を有している。速度誤差の分布は、加速度が０のとき０付近に位置し、車両２１の加速度に比例して移動している。また、速度誤差は車両の速度に比例して変化する。そこで、推定部１４は補正前の車速パルス速度の速度誤差を次式のように推定する。

ここで、Ｖ_Ｐは補正前の車速パルス速度であり、ｘは車両２１の加速度であり、βは係数である。また、ｅは速度誤差の推定値であり、β_Ｅは係数βの推定値である。推定値β_Ｅは、例えば、式（１）に最小二乗法を適用して推定される。最小二乗法を用いることにより、推定値β_Ｅを求めるための処理時間を短くすることができる。補正部１５は、補正後の車速パルス速度Ｖ_ＥをＶ_Ｅ＝Ｖ_Ｐ−ｅにより算出する。

図４は、補正前および補正後の速度誤差と車両２１の加速度との相関関係を示す散布図である。ここで、上述のように、補正前の車速パルス速度からＧＰＳ速度を引いたときの差分値を補正前の速度誤差としている。補正後の車速パルス速度からＧＰＳ速度を引いたときの差分値を補正後の速度誤差としている。補正後の速度誤差は、車両２１の加速度にかかわらず、０付近に分布している。補正後の速度誤差と車両２１の加速度とは相関しなくなっている。補正後の速度誤差は、車両２１の加速度の大きさが大きい領域で、補正前の速度誤差より小さくなっている。補正後の速度誤差の分散は補正前の速度誤差の分散より小さくなっている。補正後の速度誤差は車速パルス速度の分解能（図中の一点鎖線）以下にほぼ抑えられている。

図５は補正前および補正後の速度誤差の時系列プロットである。実線は補正後の速度誤差を示し、破線は補正前の速度誤差を示している。補正後の速度誤差のばらつきは補正前の速度誤差のばらつきより小さくなっている。補正後の速度誤差は車速パルス速度の分解能（図中の一点鎖線）以下にほぼ抑えられている。

図６は、車速演算装置１０の動作を示すフローチャートである。加速度取得部１３（図２参照）は、加速度センサ１８が検出した加速度を取得する（Ｓ１１）。ＧＰＳ速度算出部１２は、ＧＰＳ衛星から放送される測位信号に基づいてＧＰＳ速度を算出する（Ｓ１２）。車速算出部１１は、車両２１の加速度が閾値未満の場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、スケールファクタを更新する（Ｓ１４）。車速算出部１１は、車両の加速度が閾値以上の場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、スケールファクタを更新しない。次に、車速算出部１１は、車両２１の車速パルス数に基づいて補正前の車速パルス速度を算出する（Ｓ１５）。推定部１４は、式（１）の係数βを推定することにより補正前の車速パルス速度の速度誤差を推定する（Ｓ１６）。補正部１５は、速度誤差の推定値により車速パルス速度を補正する（Ｓ１７）。車速演算装置１０は、割り込みが発生しない限り、以上のステップを繰り返す。このように、推定部１４は車両２１の走行中に推定値β_Ｅを逐次更新する。これにより、補正後の車速パルス速度の確度を常に高く維持することができる。

本実施形態では、補正前の車速パルス速度の速度誤差を車両２１の加速度の一次式で近似し、その一次式の係数βを最小二乗法により推定する。これにより、車両２１の加速または減速に起因する車速パルス速度の速度誤差を補正する。このため、車速パルス数から得られる車両２１の速度の精度を改善することができる。

なお、本実施形態では、速度誤差を車両２１の加速度の一次式で近似しているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、一次式による近似で所望の標準偏差が得られない場合、速度誤差を車両の加速度の多項式で近似してもよいし、任意の車両の加速度の関数で近似してもよい。さらに、本発明では、ある車種において速度誤差を車両の加速度の関数で近似することが困難である場合、その車種における加速度と速度誤差との対応関係を示すテーブルから速度誤差を算出してもよい。このテーブルは、事前に車速演算装置に記憶されてもよいし、キャリブレーションにより取得されてもよい。

また、本実施形態では、最小二乗法により係数βを推定しているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、従来から回帰分析で用いられる推定方法により係数βを推定してもよい。

また、本実施形態では、スケールファクタおよび推定値β_Ｅを逐次更新しているが、本発明はこれに限定されない。本発明では、車両の走行開始時に算出されたスケールファクタおよび推定値β_Ｅが使用され続けてもよい。これにより、車速演算装置にかかる負荷を小さくすることができる。

また、本実施形態の車速演算装置１０は前輪駆動の車両２１に実装されているが、本発明の車速演算装置は、これに限定されず、後輪駆動の車両に実装されてもよい。一般的に、前輪駆動の車両の場合と後輪駆動の車両の場合とでは、速度誤差と車両の加速度との相関が異なるものの、後輪駆動の車両の場合でも、前輪駆動の車両の場合と同様の方法を用いて、車速パルス速度を補正することができる。

また、本実施形態の車速演算装置１０は、車両２１の速度を算出しているが、さらに、ジャイロ等で検出された方位と車両２１の速度とから車両２１の位置を算出してもよい。

１０…車速演算装置
１１…車速算出部
１２…ＧＰＳ速度算出部
１３…加速度取得部
１４…推定部
１５…補正部
１６…車輪速センサ
１７…ＧＰＳ受信装置
１８…加速度センサ
２１…車両
２２…カーナビゲーション

Claims (5)

1. 車両の車速パルス数に基づいて第１車速を算出する第１車速算出部と、
   測位衛星から放送される測位信号に基づいて第２車速を算出する第２車速算出部と、
   前記車両に設けられた加速度センサが検出した加速度を取得する加速度取得部と、
   前記第１車速および前記第２車速の差分値と、前記加速度との相関関係から、速度誤差を推定する推定部と、
   前記速度誤差により前記第１車速を補正する補正部と、を備える車速演算装置。
2. 請求項１に記載の車速演算装置であって、
   前記推定部は、前記差分値を前記第１車速で除したものを前記加速度の一次式で近似し、前記一次式の係数を推定することにより、前記速度誤差を推定する、車速演算装置。
3. 請求項２に記載の車速演算装置であって、
   前記推定部は、前記車両の走行中に前記一次式の係数の推定値を逐次更新する、車速演算装置。
4. 請求項２または３に記載の車速演算装置であって、
   前記推定部は、最小二乗法を用いて前記一次式の係数を推定する、車速演算装置。
5. 車両の車速パルス数に基づいて第１車速を算出する工程と、
   測位衛星から放送される測位信号に基づいて第２車速を算出する工程と、
   前記車両に設けられた加速度センサが検出した加速度を取得する工程と、
   前記第１車速および前記第２車速の差分値と、前記加速度との相関関係から、速度誤差を推定する工程と、
   前記速度誤差により前記第１車速を補正する工程と、を備える車速演算方法。

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