JP4848931B2 - 角速度センサの信号補正装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体に搭載される角速度センサの信号を補正する信号補正装置に関する。

角速度センサは、温度ドリフト等による出力信号の変化を伴うため、この種の誤差を補正するための信号補正装置を必要とする。この種の信号補正装置が例えば特許文献１〜３に開示されている。

例えば、特許文献１記載のオフセットドリフト補正装置によれば、移動体が旋回動作中であるか否かを判定し、ジャイロセンサからの角速度を平滑化し、当該平滑化された平均角速度を用いて適応的にジャイロセンサのオフセットレベルを推定し、ジャイロセンサのオフセットレベルを随時、ジャイロセンサからの角速度出力から減算することでジャイロセンサのオフセットをキャンセルするようにしている。

また例えば特許文献２記載のジャイロのドリフト補正方法および補正回路によれば、ジャイロセンサからの出力信号から一定時間毎にデジタルデータを得て該デジタルデータから所定時間内の第１の移動平均値を求め、マップマッチング処理によって得られた車両の方位データを一定時間毎に取り出してその差分値を得て、該差分値に基づいて所定時間内の第２の移動平均値を求め、第１の移動平均値と第２の移動平均値との差を求めてドリフト補正値とし、デジタルデータとドリフト補正値の差を算出し補正済ジャイロデータを得ている。

また例えば特許文献３記載の移動体位置速度算出装置によれば、推定誤差手段が絶対位置、絶対速度、絶対傾斜角、道路方位や絶対位置を観測値として慣性航法センサのデータの誤差と慣性航法手段の出力である姿勢、速度、位置の誤差を補正している。
特開平７−３２４９４１号公報 特開平８−１１４４５５号公報 特開平９−１８９５６４号公報

例えば特許文献１に開示されている技術を適用したとしても、車両が緩やかに旋回する状況下において補正処理を行ってしまうと、実際の旋回により出力された角速度センサの信号が温度ドリフト等による変動とみなされてしまい誤って補正処理がなされてしまう。

この場合、特許文献２に開示されている技術では、マップマッチング処理した結果得られた道路方位を補正処理に使用しているもののマッチングした道路の方位と実際の車両の方位とに違いが生じた場合（例えば車線変更中や蛇行運転中など）に補正処理を行うと誤補正となる。

しかも、特許文献３に開示されている技術を適用したとしても、絶対位置や道路方位を求めるためにＧＰＳ衛星からの受信信号を用いている場合には衛星位置や遮蔽物などの周辺環境によってＧＰＳ測位結果に誤差が生じてしまいたとえ補正処理を行ったとしても誤補正となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、正確な補正処理を可能とした角速度センサの信号補正装置を提供することにある。

請求項１記載の発明によれば、補正部は、地図情報入力部に入力された道路情報から導出される当該道路の曲率情報と移動体の移動速度とに基づいて角速度センサの信号値の補正処理を行うため、ＧＰＳ衛星等から取得する情報から道路の曲率情報を算出するのに比較して、より正確な道路の曲率情報を得ることができ、角速度センサの信号値の補正処理を正確に行うことができる。
しかも、地図情報入力部には、複数のノードの位置情報と隣接するノード間の道路の曲率情報がそれぞれ予め入力されるため、道路の曲率情報を算出する必要なく正確な曲率情報を取得できる。これにより、より正確な補正処理を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、判定部は曲率情報が所定範囲内となる条件を満たす道路に沿って移動体が移動しているか否かを判定し、移動体が条件を満たしている道路に沿って移動している場合のみ補正処理を行うため、より正確な補正処理を行うことができる。

請求項３記載の発明によれば、区画線認識部は撮像画像から道路内に区画線を認識し、判定部は撮像画像内の所定画像範囲内に存在することを条件として移動体が道路に沿って移動していると判定すると共に、所定画像範囲から外れたことを条件として移動体が道路に沿って移動していないと判定するため、移動体が道路に沿って移動しているか否かをより的確に判定することができ、より正確な補正処理を行うことができる。

請求項４記載の発明によれば、存否判定部は磁気マーカーが道路の所定範囲内に存在するか否かを磁気的に判定し、存否判定部が磁気マーカーを道路の所定範囲内に存在すると判定すると、判定部は移動体が道路に沿って移動していると判定する。また判定部は、存否判定部が磁気マーカーを道路の所定範囲内に存在しないと判定した場合には移動体が道路に沿って移動していないと判定するため、移動体が道路に沿って移動しているか否かをより的確に判定することができ、より正確な補正処理を行うことができる。

請求項５記載の発明によれば、算出部が地図情報入力部に入力された道路内の複数のノードの位置情報に基づいて道路の曲率情報を算出するため、道路の曲率情報を正確に算出できるようになり、正確な補正処理を行うことができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を、車両用のナビゲーション装置に適用した第１の実施形態について、図１ないし図４を参照しながら説明する。

図１は、車両用ナビゲーション装置の電気的構成を機能ブロックの組み合わせにより概略的に示している。この図１に示すように、車両用のナビゲーション装置１は、制御回路２を備え、当該制御回路２に対して、位置検出器３、地図データ入力部４、表示装置５、操作スイッチ群６、音声入出力回路７、リモコンセンサ８、記憶装置９、音声認識装置１０、カメラ１１、送受信機１２などを接続して構成されている。

制御回路２は、ＣＰＵ（図示せず）やメモリ２ａなどを備えており、補正部、判定部、区画線認識部、存否判定部として機能する。制御回路２の構成要素のうち、メモリ２ａにはナビゲーション用のプログラムなどが記憶され、当該プログラムのほか、プログラム実行時の処理データや地図データ入力部４から取得した道路地図データ（道路情報）などが一時的に格納されるようになっている。

位置検出器３は、例えば、ＧＰＳ(Global Positioning System)用の人工衛星からのＧＰＳ信号を受信するＧＰＳ受信機１３、ヨーレート（角速度）を検出するためのジャイロスコープ（角速度センサ）１４、車両の相対速度を検出するための車速センサ１５を備えて構成されている。

尚、位置検出器３としては、その検出精度等に応じて、互いに直交する３軸方向の加速度を検出するための加速度センサや、車両のピッチング方向の傾斜角を検出するための傾斜センサを前述構成要素の一部に代えて適用しても良いし、付加して構成することもある。位置検出器３は、これらの構成要素の検出信号を補間しながら高精度に位置検出するようになっている。また制御回路２は、この位置検出要素１３〜１５によって常に車両の進行方向の算出を行うことができる。

地図データ入力部４は、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭあるいはハードディスク、不揮発性の半導体メモリなどのような大容量の情報記憶媒体を利用して地図データ（地図情報）を入力するための装置である。この地図データとしては、地図表示のための地図描画用データ、マップマッチングや経路探索、経路誘導などの種々の処理に必要な道路データ、交差点の詳細データからなる交差点データ、背景レイヤを表示するための背景データ、地名、地域などの地点を表示するための地名データのほかに、施設名称を例えば５０音順に並べた施設名称データ、電話番号と施設との対応を示す電話番号データ、高速道路等のサービスエリア、パーキングエリア、駐車場等の地点データなど、地図に対応したデータを対象としている。

これらの地図データは、前述した各データ毎に記録されておりデータベース化されている。また、道路データ（道路情報）としては、緯度、経度などの道路ノードの位置座標や当該複数のノード間の道路の曲率情報などの情報により構成される。この道路の曲率情報は、各種測定装置によって予め測定がなされた全国各地の道路の曲率の情報である。

このような曲率情報を含む各種道路データは、前記したＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭあるいはハードディスク、不揮発性の半導体メモリなどの情報記憶媒体に記憶されており、地図データ入力部４には各道路に対応した正確な曲率情報が入力されるようになっている。

表示装置５は、地図画面などを表示するための例えばカラー液晶ディスプレイ等により構成されており、車両の運転席近傍に設置される。この表示装置５の画面には、通常時において縮尺を複数段階に変更可能な道路地図が表示されると共に、その表示に重ね合わせて車両の現在位置および進行方向を示すポインタが表示されるようになっている。

また、目的地までの最適な経路を設定するための計算は周知のダイクストラ法等により行われる。このとき、目的地までの経路計算結果に基づいて行われる経路案内機能の実行時には、道路地図に重ね合わせた状態で進むべき案内ルートが表示装置５の画面に表示されるようになっている。さらにユーザ（一般には車両の運転者）による目的地や経由地などの地点検索およびこの地点を入力するための各種のメニュー画面および入力画面、並びに各種のメッセージ、インフォメーションやヘルプ画面なども表示されるようになっている。

操作スイッチ群６は、表示装置５の周辺に配設されたメカニカルスイッチや、当該表示装置５の表示画面上に形成されたタッチパネルなどからなり、各種データや設定事項などの操作に係るコマンド等を制御回路２に与えるために設けられている。

音声入出力回路７は、音声合成回路等を備え、スピーカ１６およびマイク１７を接続しており、制御回路２からの音声情報に応じた音声出力を発生してスピーカ１６に出力したり、マイク１７からの音声情報を入力する構成となっている。リモコンセンサ８は、リモコン１８からの操作信号を受信して制御回路２に与えるようになっている。

カメラ１１は、車両に設置され、車両の停車時や車両走行中の車両走行方向（車両進行方向）の周辺画像を撮像する撮像部として機能し、当該撮像情報を制御回路２に送信するように構成されている。

送受信機１２は、例えばＶＩＣＳ(Vehicle Information And Communication System)情報の送受信機であり、車外に設置されるインフラデータ送受信機１９との間の通信処理を行うように構成されている。

制御回路２は、操作スイッチ群６やリモコンセンサ８を通じて入力されたコマンドに基づいて、周知の地図表示機能、経路計算機能、経路案内機能、電話番号検索機能、郵便番号検索機能、マップコード（登録商標）のような固有コードを利用した検索機能、５０音検索機能、ジャンル別検索機能、最寄り施設検索機能、目的地登録機能、地点登録機能など、多種多様な支援機能に係る処理を実行するように構成されている。

上記構成の作用について図２ないし図４をも参照しながら説明する。
図２および図４は、制御回路によって行われる補正処理をフローチャートによって概略的に示している。

図２に示すように、制御回路２はカメラ１１によって撮像画像情報を取得し（ステップＳ１）、車両が道路に沿って走行しているか否かを判定できるか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、制御回路２は、車速センサ１５から車速パルスを取得している最中に、道路内に予め引かれた白線（区画線）が撮像画像情報中に存在するか否かを画像認識技術によって判定し、撮像画像情報内に白線が所定範囲内に存在している場合には判定処理が可であると判定し、条件を満たさなければ判定処理を不可とする。判定処理を不可とした場合には（ステップＳ２：否）、ステップＳ１に戻る。

判定処理を可とした場合には、制御回路２は、車両がある車両通行帯（所定の車線：道路に相当）に沿って走行しているか否かを判定する（ステップＳ３）。図３（ａ）および図３（ｂ）は、この判定処理を概略的に示している。図３（ａ）は、道路に沿って走行していると判定する場合の一例を示しており、図３（ｂ）は、道路に沿って走行しない（進路変更：車線変更）ことを判定する場合の一例を示している。

車両が走行車線Ｓ１を走行している場合には、通常、カメラ１１によって図３（ａ）に示す画像Ａ１が撮像される。図３（ａ）に示すように、画像Ａ１内には、路面Ｒの路肩に引かれた白線Ｗ１と、隣接した車両通行帯Ｓ１およびＳ２間に引かれた白線Ｗ２とが写し出されている。白線Ｗ２は、路面Ｒの走行車線Ｓ１と追越車線Ｓ２とを区画する区画線を示している。制御回路２は、画像認識技術を用いることによって画像Ａ１内に白線Ｗ１に対応した検出線Ｄ１と白線Ｗ２に対応した検出線Ｄ２とを検出する。

制御回路２は、画像Ａ１を複数領域（図３に示す例では中央線Ｃによって分割された左右２画像領域）に区画し検出線Ｄ１、Ｄ２がそれぞれどの区画領域範囲内に存在するかを判定する。このとき、制御回路２は、検出線Ｄ１、Ｄ２がそれぞれ画像Ａ１内のある所定の区画領域範囲内に存在していることを判定することによって走行車線Ｓ１に沿って走行していると判定する。図３（ａ）に示す例では、検出線Ｄ１が中央線Ｃの左側の画像領域内、検出線Ｄ２が中央線Ｃの右側の画像領域内に存在しているため、走行車線Ｓ１に沿って走行していると判定する。

また、車両が進路変更（車線変更）するときには、通常、カメラ１１によって図３（ｂ）に示すように撮像される。車両が進路変更すると車両が路面Ｒ中央側の白線Ｗ２を跨ぐ。すると、撮像される画像Ａ１内の白線Ｗ１、Ｗ２が相対的に動くため、検出線Ｄ１、Ｄ２も追随するように動く。

例えば図３（ｂ）に示す例では、車両が走行車線Ｓ１を走行しているときには、検出線Ｄ１が中央線Ｃの左側領域に存在し、検出線Ｄ２が中央線Ｃの右側領域に存在しているものの、車両が走行車線Ｓ１から追越車線Ｓ２に進路変更を図ると、検出線Ｄ２が中央線Ｃを跨ぐように検出される。

このため制御回路２は、検出線Ｄ２が所定の区画領域範囲内から外れたと判定し、所定の車両通行帯（道路）に沿って走行していないと判定する。このようにしてステップＳ３において車両が道路に沿って走行しているか否かを判定する。図２に示すように、制御回路２は、車両が道路に沿って走行している（ステップＳ３：ＹＥＳ）ことを条件として角速度補正処理を行う（ステップＳ４）。

図４は、制御回路が行う角速度補正処理を概略的に示している。この図４に示すように、制御回路２は、ジャイロスコープ１４の出力信号に基づいて角速度値ω１を算出する（ステップＴ１）。このジャイロスコープ１４の出力信号は温度ドリフト等の経時変化を伴うため、以下のステップＴ２〜Ｔ９の処理を行うことで補正処理を施す。

制御回路２は、ＧＰＳ受信機１３が受信したＧＰＳ信号から絶対位置情報および方位情報を取得する（ステップＴ２）。次に、車速センサ１５から取得した車速パルスを積算することに基づいて相対距離情報を取得する（ステップＴ３）。

次に、制御回路２は、前記ステップで取得した角速度値ω１、相対距離情報、絶対位置情報および方位情報から慣性航法によって相対軌跡を求めると共に、走行速度情報を算出する（ステップＴ４）。次に、地図データ入力部４から入力される道路情報に対してマップマッチング処理を行い（ステップＴ５）、走行中の車両が地図データ入力部４に入力される道路データのうちの何れのノード間の道路に位置しているかを特定する。

次に、マップマッチング後に車両が位置することが特定された道路についてその道路の曲率情報を地図データ入力部４から取得する（ステップＴ６）。地図データ入力部４には、各道路に対応した正確な曲率情報が入力されるようになっているため、制御回路２は特定した道路の正確な曲率情報を取得できる。次に、取得した道路の曲率情報と走行速度情報とから角速度ω２を推定する。走行速度値をｖ［ｍ／ｓ］とし、曲率値を１／ｒ［ｍ−１］とすると、
ω２＝ｖ／ｒ…（１）
であるため、この情報から角速度値ω２を推定できる。このようにして得られた角速度値ω２とジャイロスコープ１４の出力信号に基づいて算出された角速度値ω１とを比較し補正値ω１−ω２を算出し（ステップＴ８）、補正処理（キャリブレーション）を行う。

温度ドリフト等によってジャイロスコープ１４から取得できる角速度値ω１は正確な値とはならないものの、このような補正処理を行うことによって正確な角速度値を得ることができる。

このような本実施形態によれば、制御回路２は、車両が現在走行中の道路について地図データ入力部から入力される曲率情報と、車速センサ１５等により算出される車両の車速情報とに基づいてジャイロスコープ１４の角速度値ω１を補正するため、正確な補正処理を行うことができ正しい角速度値を得ることができる。

また、制御回路２は、車両が走行車線Ｓ１に沿って走行しているか否かを判定し、走行車線Ｓ１に沿って走行していることを条件として補正処理を行うため、車両の進路変更によるジャイロスコープ１４の出力信号の変動の悪影響を受けることなく補正処理を行うことができ、より正確な補正処理を行うことができる。

また、制御回路２は、カメラ１１によって撮像された撮像画像の画像処理を行うことで撮像された画像内に白線Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ検出線Ｄ１、Ｄ２として認識し、これらの検出線Ｄ１、Ｄ２がそれぞれ画像Ａ１内の中央線Ｃを挟んだ区画領域範囲内に存在していることを条件として車両が走行車線Ｓ１に沿って走行していると判定し、検出線Ｄ１、Ｄ２が区画領域範囲から外れたことを条件として車両が走行車線Ｓ１に沿って走行していないと判定するため、車両が道路に沿って走行しているか否かをより的確に判定することができ、より正確な補正処理を行うことができる。

また、地図データ入力部４には、複数の道路ノードの位置情報（緯度、経度）と隣接するノード間の道路の曲率情報がそれぞれ入力されるため、道路の曲率情報を算出する必要なく正確な曲率情報を取得でき、これによって正確な補正処理を行うことができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、各ノード間の道路の曲率情報を制御回路において算出するところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。

図５は、曲率半径の推定方法を概略的に示している。
この図５において、道路のノードＮ１〜Ｎ４は、地図データ入力部４から入力されるノードを示している。ノードＮ１およびＮ２間を直線結合したときの方位をＤ０、ノードＮ２およびＮ３間を直線結合したときの方位をＤ１、ノードＮ３およびＮ４間を直線結合したときの方位をＤ２とし、ノードＮ１およびＮ２間の車両の位置をＰ１として、位置Ｐ１からＬだけ距離の離間したノードＮ３およびＮ４間の車両の位置をＰ２とすると、位置Ｐ１およびＰ２間の曲率半径ｒ［ｍ］は、次式
ｒ＝Ｌ／｜Ｄ２−Ｄ０｜ …（２）
によって推定でき、曲率情報は１／ｒ［ｍ^-1］として得られる。

したがって、算出部としての制御回路２が、この（２）式を適用することで複数のノードの位置情報に基づいて道路の曲率情報を算出し道路ノードの位置情報から曲率情報を導出できれば、道路の曲率情報を正確に算出することができ、前述実施形態で説明した補正処理に適用でき、前述実施形態とほぼ同様の作用効果を得られる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。
上記実施形態においては車両用のナビゲーション装置１に適用したが、その他の移動体搭載用途に適用しても良い。
道路の区画線として白線に適用したがその他の色（黄色）の区画線に適用しても良い。

上記実施形態においては、ステップＳ１においてカメラ１１による撮像情報を取得し、ステップＳ２において当該撮像情報に基づいて道路に沿って走行しているか否かの判定を行うようにしているが、磁気センサを車両に設置し道路に設置された磁気マーカーの存否を磁気センサによって磁気的に確認し、道路の所定範囲内に存在することを判定したことを条件として車両が道路に沿って移動していると判定するようにしても良い。この場合、上記実施形態における白線検出処理とほぼ同様の作用効果を得る。

上記実施形態においては、車両が道路に沿って走行していると判定したことを条件として角速度の補正処理を行っているが、道路に沿って走行しているか否かを判定するためのステップＳ２およびＳ３の判定処理は必要に応じて設ければ良い。

上記実施形態においては、ステップＴ２にて絶対位置情報、方位情報を取得し、ステップＴ３にて車速パルスを取得し相対距離情報を取得し、ステップＴ４にて走行速度情報を算出し、ステップＴ５にて道路除法を入力し、ステップＴ６にて曲率情報を取得しているが、これらの情報取得処理のうち全ステップまたはステップの一部はステップＳ１にて行っても良い。

本発明の第１の実施形態における電気的構成を概略的に示すブロック図 動作を概略的に示すフローチャート 道路に沿って走行しているか否かの判定処理の説明図 角速度補正処理を概略的に示すフローチャート 本発明の第２の実施形態における道路の曲率情報算出法の説明図

符号の説明

図面中、１はナビゲーション装置（角速度センサの信号補正装置）、２は制御回路（補正部、判定部、区画線認識部、存否判定部）、４は地図データ入力器（地図情報入力部）、１１はカメラ（撮像部）を示す。

Claims (6)

1. 地図情報入力部から入力された道路情報から導出される道路の曲率情報と、移動体の移動速度とに基づいて角速度センサの信号値の補正処理を行う補正部を備え、
   前記地図情報入力部には道路内の複数のノードの位置情報が入力されると共に、当該複数のノードのうちの隣接するノード間における道路の曲率情報がそれぞれ入力されることを特徴とする角速度センサの信号補正装置。
2. 前記曲率情報が所定範囲内となる条件を満たす道路に沿って移動体が移動しているか否かを判定する判定部を備え、
   前記補正部は、前記判定部により道路に沿って移動していると判定されていることを条件として補正することを特徴とする請求項１記載の角速度センサの信号補正装置。
3. 地図情報入力部から入力された道路情報から導出される道路の曲率情報と、移動体の移動速度とに基づいて角速度センサの信号値の補正処理を行う補正部と、
   前記曲率情報が所定範囲内となる条件を満たす道路に沿って移動体が移動しているか否かを判定する判定部を備え、
   前記補正部は、前記判定部により道路に沿って移動していると判定されていることを条件として補正するものであり、
   道路を撮像する撮像部によって撮像された撮像画像から前記道路内に区画線を認識する区画線認識部を備え、
   前記判定部は、前記区画線認識部により認識された区画線が前記撮像画像内の一部の所定画像範囲内に存在することを条件として移動体が道路に沿って移動していると判定すると共に、前記所定画像範囲から外れたことを条件として移動体が道路に沿って移動していないと判定することを特徴とする角速度センサの信号補正装置。
4. 地図情報入力部から入力された道路情報から導出される道路の曲率情報と、移動体の移動速度とに基づいて角速度センサの信号値の補正処理を行う補正部と、
   前記曲率情報が所定範囲内となる条件を満たす道路に沿って移動体が移動しているか否かを判定する判定部とを備え、
   前記補正部は、前記判定部により道路に沿って移動していると判定されていることを条件として補正するものであり、
   磁気マーカーが道路の所定範囲内に存在するか否かを磁気的に判定する存否判定部を備え、
   前記判定部は、磁気マーカーが前記道路の所定範囲内に存在することが前記存否判定部により判定されたことを条件として移動体が道路に沿って移動していると判定すると共に、磁気マーカーが前記存否判定部によって道路の所定範囲内に存在しないと判定されたことを条件として移動体が道路に沿って移動していないと判定することを特徴とする角速度センサの信号補正装置。
5. 前記地図情報入力部には、道路内の複数のノードの位置情報が入力され、
   前記複数のノードの情報に基づいて道路の曲率情報を算出する算出部を備えたことを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の角速度センサの信号補正装置。
6. 前記移動体は、車両であることを特徴とする請求項１ないし５の何れかに記載の角速度センサの信号補正装置。

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