JPH0249109A - 車両方位検出装置 - Google Patents
車両方位検出装置Info
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- JPH0249109A JPH0249109A JP63200428A JP20042888A JPH0249109A JP H0249109 A JPH0249109 A JP H0249109A JP 63200428 A JP63200428 A JP 63200428A JP 20042888 A JP20042888 A JP 20042888A JP H0249109 A JPH0249109 A JP H0249109A
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- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 15
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
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- 235000006693 Cassia laevigata Nutrition 0.000 description 1
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- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
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- Navigation (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は、車速と操舵角から算出される角速度を時間
積分し、車両の方位を検出するようにした車両方位検出
装置に関する。
積分し、車両の方位を検出するようにした車両方位検出
装置に関する。
［従来の技術］
地磁気を利用して車両方位を測定する車載用航法装置は
、高架線や踏み切り等の周辺に形成される強力な外乱磁
界の影響で、地磁気センサの出力が変化してしまうと、
車両方位を誤推定する危険性が高い。このため、こうし
た誤推定を避ける目的で、車両が実際に進路変更したか
どうかを、車両の操舵輪（ステアリングホイール）の回
転角度（操舵角）を検出することで確認する方法を併用
することがある。
、高架線や踏み切り等の周辺に形成される強力な外乱磁
界の影響で、地磁気センサの出力が変化してしまうと、
車両方位を誤推定する危険性が高い。このため、こうし
た誤推定を避ける目的で、車両が実際に進路変更したか
どうかを、車両の操舵輪（ステアリングホイール）の回
転角度（操舵角）を検出することで確認する方法を併用
することがある。
第４図に示す操舵角検出装置１は、操舵輪（ステアリン
グホイール）２の軸３にスリット円板４を同軸固定し、
このスリット円板４の回転角度を、検出位相を互いに９
０度異ならしめて配設した一対のフォトエンコーダ５，
６にて検出し、両フォトエンコーダ５．６の出力を受け
て回転方向を判別する回転方向判別回路７及びフォトエ
ンコーダ５に接続された操舵角センサ８が、操舵角θＳ
を検出する構成とされている。
グホイール）２の軸３にスリット円板４を同軸固定し、
このスリット円板４の回転角度を、検出位相を互いに９
０度異ならしめて配設した一対のフォトエンコーダ５，
６にて検出し、両フォトエンコーダ５．６の出力を受け
て回転方向を判別する回転方向判別回路７及びフォトエ
ンコーダ５に接続された操舵角センサ８が、操舵角θＳ
を検出する構成とされている。
しかるに、この種の操舵角検出装置ｌは、操舵輪２の回
転角度と回転方向について、フォトエンコーダ５．６の
精度をもって検出できるが、操舵輪２がその遊びの範囲
で微動した場合、これを舵角の変化として検出してしま
うため、路面からの振動や風圧抵抗が強い場合などに、
直進状態にありながら進路変更がなされたかのごとき誤
った情報を出力しやすく、そのことが車載用航法装置の
進路推定に悪影響を与える等の問題があった。
転角度と回転方向について、フォトエンコーダ５．６の
精度をもって検出できるが、操舵輪２がその遊びの範囲
で微動した場合、これを舵角の変化として検出してしま
うため、路面からの振動や風圧抵抗が強い場合などに、
直進状態にありながら進路変更がなされたかのごとき誤
った情報を出力しやすく、そのことが車載用航法装置の
進路推定に悪影響を与える等の問題があった。
そこで、本出願人は、車両の方位角θＣを車両の角速度
ωｄを時間積分することで求める試みとして、第５図に
示す角速度センサ９に積分器ＩＯを組み合わせた車両方
位検出装置１１を試作するに至った。ここで使用した角
速度センサ９は、回転面上で半径方向に振動する振動子
１２を有するロータ１３に、コリオリの力ＦＣを検出す
る検出素子１４を設けたものである。検出素子１４とし
ては、圧電素子が用いられ、振動子１２を駆動する圧電
素子１５の貼着面とは直交する而に貼着され、ロータ１
３の円周方向に沿って発生するコリオリの力Ｆｃを受け
ることで、力Ｆｃに比例した電圧を発生する。
ωｄを時間積分することで求める試みとして、第５図に
示す角速度センサ９に積分器ＩＯを組み合わせた車両方
位検出装置１１を試作するに至った。ここで使用した角
速度センサ９は、回転面上で半径方向に振動する振動子
１２を有するロータ１３に、コリオリの力ＦＣを検出す
る検出素子１４を設けたものである。検出素子１４とし
ては、圧電素子が用いられ、振動子１２を駆動する圧電
素子１５の貼着面とは直交する而に貼着され、ロータ１
３の円周方向に沿って発生するコリオリの力Ｆｃを受け
ることで、力Ｆｃに比例した電圧を発生する。
一般に、速度Ｖをもった物体に角速度ωｄを与えると、
物体の質量ｍに２■・ωｄを掛けたコリオリの力Ｆｃが
発生することは、よく知られるところである。このコリ
オリの力Ｆｃは、厳密には速度ベクトルと角速度ベクト
ルの外積で表されるのであるが、本例のように、各ベク
トルが一軸成分で代表される場合は、単純なスカラー積
に従い、Ｆ ｃ ＝ ２ ｍ Ｖ ωｄ と表すことができる。ただし、ｍは振動子１２の振動部
分の有効質量、■は振動子１２の振動速度である。言う
までもなく、角速度ωｄは、上記式％式％ として求めることができる。
物体の質量ｍに２■・ωｄを掛けたコリオリの力Ｆｃが
発生することは、よく知られるところである。このコリ
オリの力Ｆｃは、厳密には速度ベクトルと角速度ベクト
ルの外積で表されるのであるが、本例のように、各ベク
トルが一軸成分で代表される場合は、単純なスカラー積
に従い、Ｆ ｃ ＝ ２ ｍ Ｖ ωｄ と表すことができる。ただし、ｍは振動子１２の振動部
分の有効質量、■は振動子１２の振動速度である。言う
までもなく、角速度ωｄは、上記式％式％ として求めることができる。
［発明が解決しようとする課題］
上記従来の車両方位検出装置１１は、ジャイロの原理に
従って検出される角速度ωｄを時間積分することで車両
の方位角θＣを検出する構成であるが、角速度ωｄの検
出精度は、ひとえにコリオリの力Ｆｃの検出精度に懸か
っており、その比例定数である振動子！２の有効質量ｍ
や振動速度Ｖ・を大とする程、検出されるコリオリの力
Ｆｃも大とすることができる。しかし、こうした比例定
数の大きさにも限度があるため、角速度ωｄがある程度
大きい場合はよいが、角速度ωｄが小さくなる程、どう
しても検出精度が低下してしまい、角速度ωｄを時間積
分して得られる方位角θＣも、正確さに欠けるといった
課題を抱えていた。
従って検出される角速度ωｄを時間積分することで車両
の方位角θＣを検出する構成であるが、角速度ωｄの検
出精度は、ひとえにコリオリの力Ｆｃの検出精度に懸か
っており、その比例定数である振動子！２の有効質量ｍ
や振動速度Ｖ・を大とする程、検出されるコリオリの力
Ｆｃも大とすることができる。しかし、こうした比例定
数の大きさにも限度があるため、角速度ωｄがある程度
大きい場合はよいが、角速度ωｄが小さくなる程、どう
しても検出精度が低下してしまい、角速度ωｄを時間積
分して得られる方位角θＣも、正確さに欠けるといった
課題を抱えていた。
［課題を解決するための手段］
この発明は、上記課題を解決したものであり、車両の角
速度を車速と操舵角の関数としてとらえ、車両の特性に
もっとも見合った角速度算定式を導出する同定装置と、
この同定装置により得られた算定式に従って割り出され
る角速度を時間積分し、車両の方位角を求める積分器か
ら構成したことを特徴とするものである。
速度を車速と操舵角の関数としてとらえ、車両の特性に
もっとも見合った角速度算定式を導出する同定装置と、
この同定装置により得られた算定式に従って割り出され
る角速度を時間積分し、車両の方位角を求める積分器か
ら構成したことを特徴とするものである。
［作用］
この発明は、車両の角速度を車速と操舵角の関数として
とらえ、車両の特性にもっとも見合った角速度算定式を
導出し、さらに得られた算定式に従って割り出される角
速度を時間積分して車両の方位角を求める。
とらえ、車両の特性にもっとも見合った角速度算定式を
導出し、さらに得られた算定式に従って割り出される角
速度を時間積分して車両の方位角を求める。
［実施例コ
以下、この発明の実施例について、第１図ないし第３図
を参照して説明する。第１図は、この発明の車両方位検
出装置の一実施例を示す概略構成図、第２図は、第１図
に示した同定装置の動作を説明するためのフローチャー
トである。
を参照して説明する。第１図は、この発明の車両方位検
出装置の一実施例を示す概略構成図、第２図は、第１図
に示した同定装置の動作を説明するためのフローチャー
トである。
第１図中、車両方位検出装置２１は、車両の推定角速度
ωｅを車速Ｖと操舵角θＳの関数としてとらえ、この関
数式の同定に必要な係数を、時々刻々と変わるデータＶ
、θＳ、ωｄを使って更新することで、車両の特性にも
っとも見合った角速度算定式を導出する同定装置２２と
、この同定装置２２により得られた算定式に従って推定
された角速度ωｅを時間積分し、車両の方位角θＣを求
める積分器１０から構成される。実施例に示す同定装置
２２は、同定と推定の２動作を同時並行的に行うため、
推定動作は直前に得られた最新の同定結果にもとづいて
行われる。車両の速度Ｖを検出する車速センサ２３は、
車輪の回転に同期した車速パルスを計数し、単位時間当
たりの計数値から車速を検出する。また、操舵角センサ
８と角速度センサ９には、それぞれ重連したものが用い
られ、ここでは車速センサ２３から得られる車速パルス
が、一定値に達すると、すなわち車両が一定距離を走行
すると、そのつど同定装置２２による操舵角θＳと角速
度ωｄのサンプリングが行われる。
ωｅを車速Ｖと操舵角θＳの関数としてとらえ、この関
数式の同定に必要な係数を、時々刻々と変わるデータＶ
、θＳ、ωｄを使って更新することで、車両の特性にも
っとも見合った角速度算定式を導出する同定装置２２と
、この同定装置２２により得られた算定式に従って推定
された角速度ωｅを時間積分し、車両の方位角θＣを求
める積分器１０から構成される。実施例に示す同定装置
２２は、同定と推定の２動作を同時並行的に行うため、
推定動作は直前に得られた最新の同定結果にもとづいて
行われる。車両の速度Ｖを検出する車速センサ２３は、
車輪の回転に同期した車速パルスを計数し、単位時間当
たりの計数値から車速を検出する。また、操舵角センサ
８と角速度センサ９には、それぞれ重連したものが用い
られ、ここでは車速センサ２３から得られる車速パルス
が、一定値に達すると、すなわち車両が一定距離を走行
すると、そのつど同定装置２２による操舵角θＳと角速
度ωｄのサンプリングが行われる。
ところで、車両の推定角速度ωｅを、車速Ｖと操舵角θ
Ｓを２変数とする関数で表現すると、ωｅ＝ｆ（ｖ、θ
Ｓ） であり、この関数式の２変数ＶとＯ５を、互いに独立な
線形関数としてとらえた場合、 ωｅ ＝ａ ｏＶ 十ａ ＋ Ｖ ＋ ａ ２ Ｖ
十・・ｅ十ｂｏθｓ ＋ ｂ ｒθｓ’＋ｂｔθＳ−
＋−＃ −と展開することができる。
Ｓを２変数とする関数で表現すると、ωｅ＝ｆ（ｖ、θ
Ｓ） であり、この関数式の２変数ＶとＯ５を、互いに独立な
線形関数としてとらえた場合、 ωｅ ＝ａ ｏＶ 十ａ ＋ Ｖ ＋ ａ ２ Ｖ
十・・ｅ十ｂｏθｓ ＋ ｂ ｒθｓ’＋ｂｔθＳ−
＋−＃ −と展開することができる。
なお、ダッシュ符号は、時間微分を表しており、推定精
度との兼ね合いで、第ｎ同機分までの有限項を採用し、
それ以上の高次微分項は切り捨てることで、上記関係式
の同定に必要な係数ａ０〜ａ１とす。−ｂｎは、全部で
２ （ｎ＋１）個存在することになる。このため、デー
タＶ、θＳ、ωｄを（ｎ＋１）組み採取し、これらを上
式に代入（ただし、ωｄはωｅに代入）して得られる連
立方程式を解くことにより、必要とする゛係数ａ、〜ａ
ｎとｂｏ−ｂｎが同定できるわけである。
度との兼ね合いで、第ｎ同機分までの有限項を採用し、
それ以上の高次微分項は切り捨てることで、上記関係式
の同定に必要な係数ａ０〜ａ１とす。−ｂｎは、全部で
２ （ｎ＋１）個存在することになる。このため、デー
タＶ、θＳ、ωｄを（ｎ＋１）組み採取し、これらを上
式に代入（ただし、ωｄはωｅに代入）して得られる連
立方程式を解くことにより、必要とする゛係数ａ、〜ａ
ｎとｂｏ−ｂｎが同定できるわけである。
しかし、採取されるデータは時々刻々と更新され、たち
まちにして（ｎ＋１）組みを越えるデータが得られる。
まちにして（ｎ＋１）組みを越えるデータが得られる。
このため、第２図に示すステップ（１０１）におけるデ
ータ採取を開始した後は、続くステップ（１０２）に示
したように、最小２乗法による誤差を最小とする係数ａ
。−ａｎとす。
ータ採取を開始した後は、続くステップ（１０２）に示
したように、最小２乗法による誤差を最小とする係数ａ
。−ａｎとす。
〜ｂｎを求め、その時点でもつとも信頼できる値として
同定する。従って、採取するデータの数が増えるほど同
定誤差は減少し、同定精度はきわめて高い精度に収束す
ることになる。
同定する。従って、採取するデータの数が増えるほど同
定誤差は減少し、同定精度はきわめて高い精度に収束す
ることになる。
一方、こうして同定された係数ユ。〜ユ。、ｂ。
〜ｂｎは、ステップ（１０３）に示すごとく、ただちに
角速度算定式ωｅ＝ｆ（ｖ、θＳ）に適用され、車速セ
ンサ２３の出力Ｖと操舵角センサ８の出力θＳを用いた
推定角速度ωｅの算出に供せられる。このため、零近傍
で誤差が大きい角速度センサ９の出力ωｄを、車速Ｖと
操舵角Ｏ５という２個の変数を使って推定される角速度
ωｅに置き換えることができ、これにより突発的に寄生
する誤差による誤計測の危険性を希釈することができる
。
角速度算定式ωｅ＝ｆ（ｖ、θＳ）に適用され、車速セ
ンサ２３の出力Ｖと操舵角センサ８の出力θＳを用いた
推定角速度ωｅの算出に供せられる。このため、零近傍
で誤差が大きい角速度センサ９の出力ωｄを、車速Ｖと
操舵角Ｏ５という２個の変数を使って推定される角速度
ωｅに置き換えることができ、これにより突発的に寄生
する誤差による誤計測の危険性を希釈することができる
。
すなわち、推定角速度ωｅを時間積分するステップ（ｌ
０４）にて得られる方位角θＣは、誤差がもっとも少
ない値と言うことができ、角速度センサ９の出力ωｄを
そのまま時間積分する場合に比し、車両の方位角θＣを
より正確に検出することができる。
０４）にて得られる方位角θＣは、誤差がもっとも少
ない値と言うことができ、角速度センサ９の出力ωｄを
そのまま時間積分する場合に比し、車両の方位角θＣを
より正確に検出することができる。
なお、上記実施例において、角速度算定式の係数ａｏ−
ａ ｎ ＋ ｂ ｏ−ｂ ｎは、゛最小２乗法により決
定する構成としたが、（ｎ＋２）組みを越えるデータが
採取された時点で、最初に得られたデータを不採用とす
れば、常に最新の（ｎ＋ １ ）組みのデータだけを用
いた同定を行うことができ、その場合、未知の係数ａ０
〜ａｎとす。−ｂ７と同数の方程式を解くことで、解を
一義的に決定することができるため、最小２乗法に必要
な複雑な計算過程を省くことができる。
ａ ｎ ＋ ｂ ｏ−ｂ ｎは、゛最小２乗法により決
定する構成としたが、（ｎ＋２）組みを越えるデータが
採取された時点で、最初に得られたデータを不採用とす
れば、常に最新の（ｎ＋ １ ）組みのデータだけを用
いた同定を行うことができ、その場合、未知の係数ａ０
〜ａｎとす。−ｂ７と同数の方程式を解くことで、解を
一義的に決定することができるため、最小２乗法に必要
な複雑な計算過程を省くことができる。
また、実施例では、同定装置２２が同定と推定の２動作
を常に並行して行う構成としたが、第３図のステップ（
２０１）〜（２０７）に示すように、同定と推定を時分
割で行う構成も可能である。
を常に並行して行う構成としたが、第３図のステップ（
２０１）〜（２０７）に示すように、同定と推定を時分
割で行う構成も可能である。
この場合、（ｎ＋ １ ）組みを越える適宜のデータが
得られた時点で同定を行い、そこで−旦同定を中断した
のち推定動作に移行する。そして、推定動作の方は、（
ｎ＋１）よりも十分大なるｍ組みのデータが得られた時
点で一旦完了し、それまで使用した角速度算定式を更新
するため、同定を再開する。この方式の場合、同定と推
定の２動作が時分割で行われるため、前記実施例と比較
して多少推定精度は劣るが、同定と推定を同時並行的に
行わないで済む分、同定装置２２の単位時間当たりの仕
事量を軽減することができる。
得られた時点で同定を行い、そこで−旦同定を中断した
のち推定動作に移行する。そして、推定動作の方は、（
ｎ＋１）よりも十分大なるｍ組みのデータが得られた時
点で一旦完了し、それまで使用した角速度算定式を更新
するため、同定を再開する。この方式の場合、同定と推
定の２動作が時分割で行われるため、前記実施例と比較
して多少推定精度は劣るが、同定と推定を同時並行的に
行わないで済む分、同定装置２２の単位時間当たりの仕
事量を軽減することができる。
さらにまた、推定角速度ωｅは、
ωｅ−１゜十ａ Ｉ Ｖ ＋ ａ ２ Ｖ ”＋・・・
＋ｂ０＋ｂｌθｓ＋ｂｔθｓ ２ ＋ −−−のように
級数展開してもよく、展開の方法については、実験や経
験を通じてもつとも妥当な方法を採用するとよい。
＋ｂ０＋ｂｌθｓ＋ｂｔθｓ ２ ＋ −−−のように
級数展開してもよく、展開の方法については、実験や経
験を通じてもつとも妥当な方法を採用するとよい。
［発明の効果］
以上説明したように、この発明は、車両の角速度を車速
と操舵角の関数としてとらえ、車両の特性にもっとも見
合った角速度算定式を導出し、さらに得られた算定式に
従って割り出される角速度を時間積分して車両の方位角
を求める構成としたから、微少レベルにおける誤差が大
きい角速度センサの出力を、車速と操舵角という２個の
変数を使って同定された算定式による推定角速度に置き
換え、誤差を極力抑制することができ、単純に角速度セ
ンサの出力を時間積分する場合と異なり、正確に車両方
位を検出することができるので、路面からの振動や風圧
の影響で操舵輪か遊びの範囲で微動しても、正確に車両
の方位を判定することができ、特に地磁気利用の車載用
航法装置等に搭載することで、地磁気センサが外乱の影
響を受けて進路判定を誤ったようなときの訂正機能を強
固なものにすることができる等の優れた効果を奏する。
と操舵角の関数としてとらえ、車両の特性にもっとも見
合った角速度算定式を導出し、さらに得られた算定式に
従って割り出される角速度を時間積分して車両の方位角
を求める構成としたから、微少レベルにおける誤差が大
きい角速度センサの出力を、車速と操舵角という２個の
変数を使って同定された算定式による推定角速度に置き
換え、誤差を極力抑制することができ、単純に角速度セ
ンサの出力を時間積分する場合と異なり、正確に車両方
位を検出することができるので、路面からの振動や風圧
の影響で操舵輪か遊びの範囲で微動しても、正確に車両
の方位を判定することができ、特に地磁気利用の車載用
航法装置等に搭載することで、地磁気センサが外乱の影
響を受けて進路判定を誤ったようなときの訂正機能を強
固なものにすることができる等の優れた効果を奏する。
第１図は、この発明の車両方位検出装置の＝実施例を示
す概略構成図 第２図は、第１図に示した同定装置の動
作を説明するためのフローチャート、第３図は、第２図
に示したフローチャートとは異なる動作方式を示すフロ
ーチャート、第４図は、従来の操舵角検出装置の一例を
示す概略構成図、第５図は、角速度を利用した従来の車
両方位検出装置の一例を示す概略構成図である。 ８０９．操舵角センサ、９．、、角速度センナ。 ｉｏ、、、積分器、２１．、、車両方位検出装置。 ２２、、、同定装置、２３．、、車速センサ。
す概略構成図 第２図は、第１図に示した同定装置の動
作を説明するためのフローチャート、第３図は、第２図
に示したフローチャートとは異なる動作方式を示すフロ
ーチャート、第４図は、従来の操舵角検出装置の一例を
示す概略構成図、第５図は、角速度を利用した従来の車
両方位検出装置の一例を示す概略構成図である。 ８０９．操舵角センサ、９．、、角速度センナ。 ｉｏ、、、積分器、２１．、、車両方位検出装置。 ２２、、、同定装置、２３．、、車速センサ。
Claims (1)
- 車両の角速度を車速と操舵角の関数としてとらえ、車
両の特性にもっとも見合った角速度算定式を導出する同
定装置と、この同定装置により得られた算定式に従って
割り出される角速度を時間積分し、車両の方位角を求め
る積分器からなる車両方位検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63200428A JP2671917B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 車両方位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63200428A JP2671917B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 車両方位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0249109A true JPH0249109A (ja) | 1990-02-19 |
| JP2671917B2 JP2671917B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=16424136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63200428A Expired - Fee Related JP2671917B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 車両方位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2671917B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5934074A (en) * | 1996-11-07 | 1999-08-10 | Toyoda Koki Kabushiki Kaisha | Hydraulic power steering apparatus |
| US6164320A (en) * | 1998-12-02 | 2000-12-26 | Showa Corporation | Damper valve for hydraulic power steering device |
| US6520278B2 (en) | 1998-07-10 | 2003-02-18 | Showa Corporation | Hydraulic power steering device |
| US6779625B2 (en) | 2001-05-28 | 2004-08-24 | Unisia Jkc Steering Systems Co., Ltd. | Steering damper |
| JP2008196996A (ja) * | 2007-02-14 | 2008-08-28 | Denso Corp | カーナビゲーション装置 |
| JP2012098270A (ja) * | 2010-11-04 | 2012-05-24 | U-Blox Ag | 推測航法を使用して車両の位置及び方位を追跡する方法並びにその方法を実行する追跡装置 |
Citations (2)
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1988
- 1988-08-11 JP JP63200428A patent/JP2671917B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2671917B2 (ja) | 1997-11-05 |
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