JP7012001B2 - Vehicle posture estimation device - Google Patents
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Description
本発明は、車両の姿勢を推定する車両の姿勢推定装置に関する。 The present invention relates to a vehicle posture estimation device that estimates the posture of a vehicle.
上記の姿勢推定装置として、カルマンフィルタを用いて二輪車両の姿勢を推定するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1に記載の装置では、車両におけるロール角速度を検出するロール角速度センサ、車両におけるヨー角速度を検出するヨー角速度センサ、車両における上下加速度を検出する上下加速度センサ、車両における前後加速度を検出する前後加速度センサ、車両における左右加速度を検出する左右加速度センサ、後輪速度を検出する後輪速度センサ等のセンサ群が二輪車両に備えられている。
As the above-mentioned posture estimation device, one that estimates the posture of a two-wheeled vehicle by using a Kalman filter is known (see, for example, Patent Document 1). In the device described in
特許文献1に記載の装置では、カルマンフィルタを有する演算部に対して、ロール角速度、ロール角加速度、ヨー角速度、ヨー角加速度、上下加速度、前後加速度、左右加速度、後輪速度に関する検出値が入力されている。演算部は、カルマンフィルタを用いて、ロール角、前後方向車両速度、ロール角加速度センサオフセット、ヨー角速度センサオフセット、左右加速度センサオフセット、上下加速度センサオフセットを推定して出力し、二輪車両の姿勢を推定している。
In the apparatus described in
特許文献1に記載の装置では、カルマンフィルタを用いて、ロール角、前後方向車両速度、ロール角加速度センサオフセット、ヨー角速度センサオフセット、左右加速度センサオフセット、上下加速度センサオフセット等を推定しているものの、推定値に誤差が生じる可能性があり、車両の姿勢を更に精度良く推定することが求められている。
In the apparatus described in
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、車両の姿勢を精度良く推定することができる車両の姿勢推定装置を提供する点にある。 In view of this situation, a main object of the present invention is to provide a vehicle posture estimation device capable of accurately estimating the posture of a vehicle.
本発明の第1特徴構成は、前輪が操舵自在な四輪の車両における姿勢を推定する車両の姿勢推定装置において、
衛星測位システムを用いて前記車両の測位情報を検出する測位情報検出部と、
前記車両におけるロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度を含む前記車両の角速度情報を検出する角速度情報検出部と、
前記車両におけるロール軸方向の加速度、ピッチ軸方向の加速度及びヨー軸方向の加速度を含む前記車両の加速度情報を検出する加速度情報検出部と、
前記測位情報検出部にて検出した測位情報、前記角速度情報検出部にて検出した角速度情報、及び、前記加速度情報検出部にて検出した加速度情報の入力を受けて、カルマンフィルタを用いて、ロール角、ピッチ角及びヨー角を含む前記車両の姿勢状態を示す状態推定値を求めるカルマンフィルタ演算部と、
前記車両における操舵角を検出する操舵角検出部と、
前記操舵角検出部にて検出した操舵角に基づいて前記車両が直進であるか旋回であるかを判定する判定部と、
前記判定部にて直進と判定した場合に、直進用演算処理にて前記車両における現在ヨー角を求め、前記判定部にて旋回と判定した場合に、旋回用演算処理にて前記車両における現在ヨー角を求める現在ヨー角演算部と、
前記カルマンフィルタ演算部にて求めた状態推定値におけるヨー角について、前記現在ヨー角演算部にて求めた現在ヨー角を用いて補正するヨー角補正部とが備えられている点にある。
The first characteristic configuration of the present invention is a vehicle posture estimation device that estimates the posture of a four-wheeled vehicle in which the front wheels can be steered.
A positioning information detection unit that detects the positioning information of the vehicle using a satellite positioning system,
An angular velocity information detection unit that detects angular velocity information of the vehicle including roll angular velocity, pitch angular velocity, and yaw angular velocity in the vehicle.
An acceleration information detection unit that detects acceleration information of the vehicle including acceleration in the roll axis direction, acceleration in the pitch axis direction, and acceleration in the yaw axis direction in the vehicle.
Upon receiving the input of the positioning information detected by the positioning information detection unit, the angular velocity information detected by the angular velocity information detection unit, and the acceleration information detected by the acceleration information detection unit, the roll angle is used by using the Kalman filter. , A Kalman filter calculation unit for obtaining a state estimation value indicating the posture state of the vehicle including the pitch angle and the yaw angle, and
A steering angle detection unit that detects the steering angle in the vehicle, and
A determination unit that determines whether the vehicle is going straight or turning based on the steering angle detected by the steering angle detection unit.
When the determination unit determines that the vehicle is going straight, the straight-ahead calculation process obtains the current yaw angle of the vehicle, and when the determination unit determines that the vehicle is turning, the turning calculation process determines the current yaw of the vehicle. The current yaw angle calculation unit for finding the angle,
The yaw angle correction unit for correcting the yaw angle in the state estimation value obtained by the Kalman filter calculation unit by using the current yaw angle obtained by the current yaw angle calculation unit is provided.
本構成によれば、カルマンフィルタ演算部が、ロール角、ピッチ角及びヨー角を含む車両の姿勢状態を示す状態推定値を求めるのに加えて、ヨー角補正部が、カルマンフィルタ演算部にて求めた状態推定値におけるヨー角について、現在ヨー角演算部にて求めた現在ヨー角を用いて補正しているので、ヨー角を適切に補正しながら、精度よく状態推定値を求めることができる。しかも、現在ヨー角演算部が現在ヨー角を求めるに当たり、判定部にて車両における操舵角に基づいて車両が直進であるか旋回であるかを判定して、車両が直進であるときも、旋回であるときも、その状況に対応した演算処理にて現在ヨー角を求めている。よって、現在ヨー角を精度良く求めることができるので、その正確な現在ヨー角を用いて状態推定値を補正することで、状態推定値の精度をより一層向上することができる。 According to this configuration, in addition to the Kalman filter calculation unit obtaining a state estimation value indicating the posture state of the vehicle including the roll angle, the pitch angle and the yaw angle, the yaw angle correction unit obtains the yaw angle in the Kalman filter calculation unit. Since the yaw angle in the state estimation value is corrected using the current yaw angle obtained by the current yaw angle calculation unit, the state estimation value can be obtained accurately while appropriately correcting the yaw angle. Moreover, when the current yaw angle calculation unit obtains the current yaw angle, the determination unit determines whether the vehicle is going straight or turning based on the steering angle of the vehicle, and even when the vehicle is going straight, it turns. Even when it is, the yaw angle is currently obtained by the arithmetic processing corresponding to the situation. Therefore, since the current yaw angle can be obtained with high accuracy, the accuracy of the state estimated value can be further improved by correcting the state estimated value using the accurate current yaw angle.
本発明の第2特徴構成は、前記直進用演算処理では、前記現在ヨー角演算部が、前記測位情報検出部にて検出した測位情報から求めた第1演算ヨー角と、前記角速度情報検出部にて検出した角速度情報から求めた第2演算ヨー角とを用いて、現在ヨー角を求め、
前記旋回用演算処理では、前記現在ヨー角演算部が、前記角速度情報検出部にて検出した角速度情報から現在ヨー角を求めている点にある。
The second feature configuration of the present invention is that in the straight-ahead arithmetic processing, the current yaw angle arithmetic unit obtains the first yaw angle obtained from the positioning information detected by the positioning information detection unit, and the angular velocity information detection unit. The current yaw angle is obtained by using the second calculated yaw angle obtained from the angular velocity information detected in.
In the turning calculation process, the current yaw angle calculation unit obtains the current yaw angle from the angular velocity information detected by the angular velocity information detection unit.
本構成によれば、現在ヨー角を求める場合に、車両が直進であれば、現在ヨー角演算部が、測位情報検出部にて検出した測位情報から求めた第1演算ヨー角と、角速度情報検出部にて検出した角速度情報から求めた第2演算ヨー角とを用いて、現在ヨー角を求めるので、直進であるときの現在ヨー角を正確に求めることができる。また、車両が旋回であるときには、現在ヨー角演算部が、角速度情報検出部にて検出した角速度情報から現在ヨー角を求めているので、旋回であるときの現在ヨー角を正確に求めることができる。これにより、車両が直進であるときも旋回であるときも、現在ヨー角を正確に求めることができ、状態推定値の精度向上を図ることができる。 According to this configuration, when the current yaw angle is obtained, if the vehicle is traveling straight, the current yaw angle calculation unit obtains the first calculated yaw angle obtained from the positioning information detected by the positioning information detection unit, and the angular velocity information. Since the current yaw angle is obtained by using the second calculated yaw angle obtained from the angular velocity information detected by the detection unit, the current yaw angle when traveling straight can be accurately obtained. Further, when the vehicle is turning, the current yaw angle calculation unit obtains the current yaw angle from the angular velocity information detected by the angular velocity information detection unit, so that the current yaw angle when turning can be accurately obtained. can. As a result, the yaw angle can be accurately obtained at present regardless of whether the vehicle is traveling straight or turning, and the accuracy of the state estimation value can be improved.
本発明の第3特徴構成は、前記操舵角検出部にて検出した操舵角に基づいて前記車両が直進であると判定した場合に、前記測位情報検出部にて検出した測位情報から初期ヨー角を求める初期ヨー角演算部が備えられ、
前記カルマンフィルタ演算部は、前記初期ヨー角演算部にて求めた初期ヨー角を用いて状態推定値を求める初期演算を行い、その後、前回求めた状態推定値を用いて状態推定値を求める通常演算を繰り返し行う点にある。
The third characteristic configuration of the present invention is the initial yaw angle from the positioning information detected by the positioning information detection unit when it is determined that the vehicle is going straight based on the steering angle detected by the steering angle detection unit. Is equipped with an initial yaw angle calculation unit that obtains
The Kalman filter calculation unit performs an initial operation for obtaining a state estimated value using the initial yaw angle obtained by the initial yaw angle calculation unit, and then performs a normal operation for obtaining a state estimated value using the previously obtained state estimated value. The point is to repeat.
本構成によれば、初期ヨー角演算部が、車両が直進であるときの初期ヨー角を求め、カルマンフィルタ演算部が、初期ヨー角演算部にて求めた初期ヨー角を用いて状態推定値を求める初期演算を行うので、カルマンフィルタ演算部にて演算を行う当初から状態推定値を精度良く求めることができる。また、カルマンフィルタ演算部は、通常演算にて、前回求めた状態推定値を用いて状態推定値を求めているので、通常演算においても、前回求めた状態推定値を反映させながら、正確な状態推定値を求めることができる。 According to this configuration, the initial yaw angle calculation unit obtains the initial yaw angle when the vehicle is traveling straight, and the Kalman filter calculation unit obtains the state estimation value using the initial yaw angle obtained by the initial yaw angle calculation unit. Since the initial calculation is performed, the state estimation value can be accurately obtained from the beginning when the calculation is performed by the Kalman filter calculation unit. Further, since the Kalman filter calculation unit obtains the state estimation value by using the state estimation value obtained last time in the normal operation, accurate state estimation is performed while reflecting the state estimation value obtained last time in the normal calculation as well. You can find the value.
本発明に係る姿勢推定装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
この姿勢推定装置は、図1に示すように、車両としての田植機1に備えられているが、姿勢推定装置を備える車両は、前輪が操舵自在な四輪の車両であればよく、例えば、トラクタやコンバイン等の作業車両だけでなく、その他、各種の車両を適用することができる。
An embodiment of the posture estimation device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, this posture estimation device is provided in the
田植機1は、走行機体2の後部に昇降リンク機構3を介して植付部4が備えられている。走行機体2は、前後方向に延びる車体フレーム5が備えられ、車体フレーム5に各種の機器が支持されている。車体フレーム5には、その前方側に駆動源となるエンジン6が支持され、エンジン6を覆うボンネット7が備えられている。
The
車体フレーム5の前部には、フロントアクスルケース8が支持されており、フロントアクスルケース8の左右両側に前輪9が取り付けられている。車体フレーム5の後部には、リアアクスルケース10が支持されており、リアアクスルケース10の左右両側に後輪11が取り付けられている。
A
ボンネット7の上方には、アーチ状の取付フレーム12が備えられている。取付フレーム12の左右両側に予備苗載台13が備えられ、取付フレーム12の上部中央にセンサユニット14が備えられている。センサユニット14には、衛星測位システム(NSS:Navigation Satellite System)の一例であるGNSS(Global Navigation Satellite System)等を利用して田植機1の現在位置等の位置情報(測位情報)を測定する測位センサ15(測位情報検出部に相当する)、田植機1におけるロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度に関する角速度情報を測定する角速度センサ16(角速度情報検出部に相当する)、田植機1におけるロール軸方向の加速度、ピッチ軸方向の加速度及びヨー軸方向の加速度に関する加速度情報を測定する加速度センサ17(加速度情報検出部に相当する)が備えられている。
An arch-
角速度センサ16及び加速度センサ17については、角速度センサ16と加速度センサ17とがユニット化された慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)として備えられている。ちなみに、田植機1(車両)の前後方向をロール軸方向として、田植機1の前方側をロール軸方向のプラス側とし、田植機1(車両)の左右方向をピッチ軸方向として、田植機1の左側をピッチ軸方向のプラス側とし、田植機1(車両)の上下方向をヨー軸方向として、田植機1の上方側をヨー軸方向のプラス側としている。
The
ボンネット7の後部には、前輪9を操舵自在なステアリング18が備えられ、ステアリング18の後部に運転座席19が備えられている。走行機体2には、田植機1の状態を検出する各種のセンサが備えられている。センサとして、例えば、図2に示すように、センサステアリング角度又は前輪9の切れ角度に関する田植機1の操舵角を検出する操舵角センサ20(操舵角検出部に相当する)、主変速操作レバーが前進、中立、後進のどの位置に操作されているかを検出するレバー位置センサ21等が備えられている。
A
姿勢推定装置は、図2に示すように、各種のセンサの検出値等の入力を受けて、ロール角、ピッチ角及びヨー角を含む田植機1の姿勢状態を示す姿勢状態推定値と田植機1の位置を示す位置状態推定値とを含む状態推定値を求める演算部100が備えられている。演算部100は、センサの検出値として、例えば、測位センサ15の検出値、角速度センサ16の検出値、加速度センサ17の検出値、操舵角センサ20の検出値、レバー位置センサ21の検出値を入力としている。
As shown in FIG. 2, the posture estimation device receives inputs such as detection values of various sensors, and receives a posture state estimation value indicating a posture state of the
演算部100は、座標変換部101、状態遷移判定部103、初期ヨー角演算部104、現在ヨー角演算部106、判定部107、カルマンフィルタ演算部109、ヨー角補正部110等が備えられている。
The
座標変換部101は、測位センサ15にて検出される田植機1の測位情報、加速度センサ17の検出値、角速度センサ16の検出値における座標系を変換している。座標変換部101には、測位センサ15にて検出される田植機1の緯度経度をNED座標系に変換した情報が入力されている。座標変換部101は、測位センサ15の検出値に基づくNED座標系における田植機1の位置を、ISO座標系における位置に変換している。この変換では、例えば、北をX軸とし、西をY軸とし、上空をZ軸とし、Y軸とZ軸の符号を反転させている。また、角速度センサ16の検出値、及び、加速度センサ17の検出値は、NED座標系の値であるので、座標変換部101は、NED座標系の値を地上座標系に変換し出力している。
The coordinate
状態遷移判定部103は、測位センサ15にて検出される田植機1の測位情報に基づいて、田植機1が走行中であるか否かを判定している。状態遷移判定部103には、測位センサ15にて検出される田植機1の緯度経度をNED座標系に変換した情報が入力されている。状態遷移判定部103は、測位センサ15にて検出される田植機1の緯度経度をNED座標系に変換したN軸の値とE軸の値とを微分して速度ベクトルVx,Vyを求めている。状態遷移判定部103は、求めた速度ベクトルVx,Vyを用いて、下記の(式1)にてNED座標系におけるXY平面上における速度ベクトルの絶対値Vnormを求めている。
The state
(式1)
Vnorm=√(Vx2+Vy2)
(Equation 1)
Vnorm = √ (Vx 2 + Vy 2 )
状態遷移判定部103は、求めた速度ベクトルの絶対値と閾値とを比較して、求めた速度ベクトルの絶対値Vnormが閾値よりも小さい場合に、田植機1が停止中と判定し、求めた速度ベクトルの絶対値Vnormが閾値以上の場合に、田植機1が走行中と判定している。
The state
初期ヨー角演算部104は、田植機1の初期ヨー角を求めている。初期ヨー角演算部104には、測位センサ15にて検出される田植機1の緯度経度をNED座標系に変換した情報に加えて、操舵角センサ20の検出値、及び、レバー位置センサ21の検出値が入力されている。初期ヨー角演算部104は、操舵角センサ20の検出値、及び、レバー位置センサ21の検出値に基づいて、田植機1が進行方向に真っ直ぐ向いているか否かを判定し、田植機1が進行方向に真っ直ぐ向いている場合に、そのときのヨー角を初期ヨー角として求めている。
The initial yaw
初期ヨー角演算部104は、田植機1が進行方向に真っ直ぐ向いていると判定した場合に、測位センサ15にて検出される田植機1の緯度経度をNED座標系に変換したN軸の値とE軸の値とを微分して速度ベクトルVx,Vyを求めている。初期ヨー角演算部104は、求めた速度ベクトルVx,Vyを用いて、下記の(式2)にて初期ヨー角θを求めている。
When the initial yaw
(式2)
θ=tan-1(Vy/Vx)
(Equation 2)
θ = tan -1 (Vy / Vx)
初期ヨー角演算部104は、求めた初期ヨー角θを用いて、その初期ヨー角θを向いた状態を示す姿勢の初期姿勢状態値を求めている。初期ヨー角演算部104は、初期姿勢状態値に加えて、田植機1の初期位置を示す任意の初期位置状態値を設定して、初期姿勢状態値と初期位置状態値とを含む初期状態値を出力している。
The initial yaw
現在ヨー角演算部106は、田植機1の現在ヨー角を求めている。現在ヨー角演算部106には、座標変換部101にて座標変換された測位センサ15による位置情報、初期ヨー角演算部104からの初期状態値、座標変換部101にて座標変換された角速度センサ16による角速度情報、状態遷移判定部103の判定結果、操舵角センサ20の検出値、レバー位置センサ21の検出値等が入力されている。
Currently, the yaw
現在ヨー角演算部106は、最初、初期ヨー角演算部104からの初期状態値における初期ヨー角を現在ヨー角として求めている。その後、現在ヨー角演算部106は、カルマンフィルタ演算部109が演算処理を実行中でなければ、前回求めた現在ヨー角をそのまま今回の現在ヨー角として求めている。
The current yaw
カルマンフィルタ演算部109が演算処理を実行中である場合には、田植機1が停止中であると、現在ヨー角演算部106が、前回求めた現在ヨー角をそのまま今回の現在ヨー角として求めている。カルマンフィルタ演算部109が演算処理を実行中である場合に、田植機1が走行中であると、判定部107が、操舵角センサ20の検出値、及び、レバー位置センサ21の検出値に基づいて、田植機1が直進か旋回かを判定している。現在ヨー角演算部106は、判定部107にて直進と判定した場合に、直進用演算処理にて田植機1の現在ヨー角を求め、判定部107にて旋回と判定した場合に、旋回用演算処理にて田植機1の現在ヨー角を求めている。
When the Kalman
直進用演算処理では、現在ヨー角演算部106が、測位センサ15にて検出した測位情報から求めた第1演算ヨー角θ1と、角速度センサ16にて検出した角速度情報から求めた第2演算ヨー角θ2とを用いて、現在ヨー角を求めている。また、旋回用演算処理では、現在ヨー角演算部106が、角速度センサ16にて検出した角速度情報から現在ヨー角を求めている。
In the straight-ahead calculation process, the yaw
カルマンフィルタ演算部109は、各種の入力情報に基づいて、田植機1の位置を示す位置状態推定値(例えば、田植機1(測位センサ15)の位置、田植機1(測位センサ15)の速度、田植機1(加速度センサ17)の加速度、田植機1の3軸の角速度、田植機1の3軸の角加速度)と田植機1の姿勢を示す姿勢状態推定値とを含む状態推定値を求めている。カルマンフィルタ演算部109には、座標変換部101にて座標変換された測位センサ15による位置情報、初期ヨー角演算部104からの初期状態値、座標変換部101にて座標変換された角速度センサ16による角速度情報及び加速度センサ17による加速度情報、カルマンフィルタ演算部109にて前回求めた状態推定値等が入力されている。
The Kalman
カルマンフィルタ演算部109は、下記の(1)~(6)を状態変数として、状態推定値を求めている。また、カルマンフィルタ演算部109には、後輪車軸中心から測位センサ15までの3軸の位置ベクトル(規定値)、後輪車軸中心から角速度センサ16及び加速度センサ17までの3軸の位置ベクトル(規定値)が入力されている。
The Kalman
(1)地上座標系から見た測位センサ15の位置
(2)地上座標系から見た測位センサ15の速度
(3)地上座標系から見た角速度センサ16及び加速度センサ17の加速度
(4)地上座標系から見た田植機1の姿勢
(5)機体座標系から見た田植機1の角速度
(6)機体座標系から見た田植機1の角加速度
(1) Position of the
ちなみに、地上座標系は、地上のある一点を原点に設定して、そのときの北をX軸、西をY軸、上空をZ軸とした座標系である。機体座標系は、田植機1の後輪車軸中心を原点として、田植機1の前方側をX軸、田植機1の左側をY軸、田植機1の上方側をZ軸とした座標系である。
By the way, the horizontal coordinate system is a coordinate system in which a certain point on the ground is set as the origin, and the north at that time is the X axis, the west is the Y axis, and the sky is the Z axis. The aircraft coordinate system is a coordinate system with the center of the rear wheel axle of the
ヨー角補正部110は、現在ヨー角演算部106にて求めた現在ヨー角を用いて、カルマンフィルタ演算部109にて求められた状態推定値に含まれるヨー角を補正している。ヨー角補正部110には、現在ヨー角演算部106からの現在姿勢情報、カルマンフィルタ演算部109にて求められた状態推定値等が入力されている。ヨー角補正部110は、現在ヨー角演算部106にて求めた現在ヨー角と、カルマンフィルタ演算部109にて求められた状態推定値に含まれるヨー角との差分を真のヨー角(補正後のヨー角)として求めている。ヨー角補正部110は、カルマンフィルタ演算部109にて求められた状態推定値に含まれるヨー角を、求めた真のヨー角を用いて補正したヨー角補正状態推定値を出力している。
The yaw
以下、図2のブロック図、及び、図3のフローチャートに基づいて、姿勢推定装置の演算部100における動作について説明する。
まず、演算部100は、初期ヨー角演算を行う必要があるか否かを判定しており、初期ヨー角演算を行う必要がある場合に、初期ヨー角を演算している(ステップ#1のYesの場合、ステップ#2)。初期ヨー角演算部104が初期ヨー角を演算すると、現在ヨー角演算部106が現在ヨー角を演算している(ステップ#3)。現在ヨー角演算部106にて現在ヨー角を演算するときの動作については後述する。
Hereinafter, the operation of the
First, the
また、例えば、既に初期ヨー角演算部104にて初期ヨー角を演算している場合等、初期ヨー角演算を行う必要がない場合には、初期ヨー角の演算を行うことなく、現在ヨー角演算部106が現在ヨー角を演算している(ステップ#1のNoの場合、ステップ#3)。
Further, for example, when the initial yaw angle calculation is not necessary, for example, when the initial yaw
カルマンフィルタ演算部109は、各種の情報の入力を受けると、カルマンフィルタを用いて、位置状態推定値と姿勢状態推定値とを含む状態推定値を演算している(ステップ#4)。ちなみに、カルマンフィルタ演算部109は、各種の情報の入力を受けると演算処理を行っており、現在ヨー角演算部106にて現在ヨー角が演算されているか否かにかかわらず、カルマンフィルタ演算部109での演算処理が行われる。
Upon receiving input of various information, the Kalman
カルマンフィルタ演算部109にて状態推定値を求めると、ヨー角補正部110は、現在ヨー角演算部106にて求めた現在ヨー角を用いて、カルマンフィルタ演算部109にて求めた状態推定値に含まれるヨー角を補正している(ステップ#5)。
When the Kalman
以上の如く、姿勢推定装置の演算部100における動作について説明したが、姿勢推定装置の演算部100にて出力される補正後の状態推定値は、例えば、田植機1の現在の姿勢を把握するためや、田植機1の姿勢を所望の姿勢に維持する制御を行うために用いられている。
As described above, the operation of the
演算部100は、図3にて示す動作を所定周期(例えば、測位センサ15にて田植機1の位置情報を検出する周期)で繰り返し行っている。これにより、田植機1の姿勢を所定周期で繰り返し推定することができる。演算部100が繰り返し演算処理を行うのに当たり、カルマンフィルタ演算部109は、最初、初期ヨー角演算部104にて求めた初期ヨー角の入力を受けるので、初期ヨー角演算部104にて求めた初期ヨー角を用いて状態推定値を求める初期演算を行っている。その後、カルマンフィルタ演算部109は、前回求めた状態推定値の入力を受けるので、前回求めた状態推定値を用いて状態推定値を求める通常演算を繰り返し行っている。
The
図4に示すフローチャートに基づいて、現在ヨー角演算部106にて現在ヨー角を演算する際の動作について説明する。
まず、現在ヨー角演算部106は、状態遷移判定部103の判定結果の入力に基づいて、カルマンフィルタ演算部109にて演算処理を実行中であるか否かを判定している(ステップ#11)。カルマンフィルタ演算部109にて演算処理を実行中でない場合には、現在ヨー角演算部106が、前回求めた現在ヨー角を今回の現在ヨー角として求め、前回値を保持している(ステップ#11のNoの場合、ステップ#12)。
Based on the flowchart shown in FIG. 4, the operation when the current yaw
First, the yaw
カルマンフィルタ演算部109にて演算処理を実行中である場合には、現在ヨー角演算部106が、状態遷移判定部103の判定結果の入力に基づいて、田植機1が走行中であるか否かを判定している(ステップ#11のYesの場合、ステップ#13)。田植機1が走行中でない場合には、現在ヨー角演算部106が、前回求めた現在ヨー角を今回の現在ヨー角として求め、前回値を保持している(ステップ#13のNoの場合、ステップ#12)。
When the calculation process is being executed by the Kalman
田植機1が走行中である場合には、判定部107が、操舵角センサ20の検出値、及び、レバー位置センサ21の検出値に基づいて、田植機1が直進か旋回かを判定している(ステップ#11のYesの場合、ステップ#14)。田植機1が旋回であると、現在ヨー角演算部106が、角速度センサ16にて検出した角速度情報から現在ヨー角を求める旋回用演算処理を行うことで、現在ヨー角を求めている(ステップ#14の旋回の場合、ステップ#15)。
When the
田植機1が直進であると、現在ヨー角演算部106が、測位センサ15にて検出した測位情報から求めた第1演算ヨー角θ1と、角速度センサ16にて検出した角速度情報から求めた第2演算ヨー角θ2とを用いて、現在ヨー角を求める直進用演算処理を行うことで、現在ヨー角を求めている(ステップ#14の直進の場合、ステップ#16)。
When the
このようにして、現在ヨー角演算部106は、カルマンフィルタ演算部109にて演算処理を実行中である否か、田植機1が走行中であるか否か、田植機1が走行中であれば直進か旋回かの夫々の状況に応じて求め方を変更しながら、現在ヨー角を求めており、各状況に適した正確な現在ヨー角を求めることができる。よって、ヨー角補正部110では、現在ヨー角演算部106にて求めた現在ヨー角を用いて、カルマンフィルタ演算部109にて求めた状態推定値におけるヨー角を補正するので、正確な状態推定値を出力することができる。
In this way, if the yaw
〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。
尚、以下に説明する各実施形態の構成は、夫々単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
[Another Embodiment]
Other embodiments of the present invention will be described.
It should be noted that the configurations of the respective embodiments described below are not limited to being applied independently, but can also be applied in combination with the configurations of other embodiments.
(1)上記実施形態において、カルマンフィルタ演算部109にて求めた状態推定値に対して、更なる補正を加えることもできる。例えば、姿勢角の変化に伴う過渡応答を改善するための補正を加えることができる。
(1) In the above embodiment, further correction can be added to the state estimation value obtained by the Kalman
(2)上記実施形態では、現在ヨー角演算部106が、直進用演算処理において、測位センサ15にて検出した測位情報から求めた第1演算ヨー角と、角速度センサ16にて検出した角速度情報から求めた第2演算ヨー角とを用いて、現在ヨー角を求めているが、直進用演算処理として、この演算処理に限らず、他の演算処理を用いることもできる。
また、現在ヨー角演算部が、旋回用演算処理において、角速度センサ16にて検出した角速度情報から現在ヨー角を求めているが、旋回用演算処理として、この演算処理に限らず、他の演算処理を用いることもできる。
(2) In the above embodiment, the yaw
Further, the yaw angle calculation unit currently obtains the current yaw angle from the angular velocity information detected by the
1 田植機(車両)
15 測位センサ(測位情報検出部)
16 角速度センサ(角速度情報検出部)
17 加速度センサ(加速度情報検出部)
20 操舵角センサ(操舵角検出部)
104 初期ヨー角演算部
106 現在ヨー角演算部
107 判定部
109 カルマンフィルタ演算部
110 ヨー角補正部
1 Rice transplanter (vehicle)
15 Positioning sensor (positioning information detection unit)
16 Angular velocity sensor (angular velocity information detection unit)
17 Accelerometer (accelerometer information detector)
20 Steering angle sensor (steering angle detection unit)
104 Initial yaw
Claims (3)
衛星測位システムを用いて前記車両の測位情報を検出する測位情報検出部と、
前記車両におけるロール角速度、ピッチ角速度及びヨー角速度を含む前記車両の角速度情報を検出する角速度情報検出部と、
前記車両におけるロール軸方向の加速度、ピッチ軸方向の加速度及びヨー軸方向の加速度を含む前記車両の加速度情報を検出する加速度情報検出部と、
前記測位情報検出部にて検出した測位情報、前記角速度情報検出部にて検出した角速度情報、及び、前記加速度情報検出部にて検出した加速度情報の入力を受けて、カルマンフィルタを用いて、ロール角、ピッチ角及びヨー角を含む前記車両の姿勢状態を示す状態推定値を求めるカルマンフィルタ演算部と、
前記車両における操舵角を検出する操舵角検出部と、
前記操舵角検出部にて検出した操舵角に基づいて前記車両が直進であるか旋回であるかを判定する判定部と、
前記判定部にて直進と判定した場合に、直進用演算処理にて前記車両における現在ヨー角を求め、前記判定部にて旋回と判定した場合に、旋回用演算処理にて前記車両における現在ヨー角を求める現在ヨー角演算部と、
前記カルマンフィルタ演算部にて求めた状態推定値におけるヨー角について、前記現在ヨー角演算部にて求めた現在ヨー角を用いて補正するヨー角補正部とが備えられている車両の姿勢推定装置。 In a vehicle attitude estimation device that estimates the attitude of a four-wheeled vehicle whose front wheels can be steered freely
A positioning information detection unit that detects the positioning information of the vehicle using a satellite positioning system,
An angular velocity information detection unit that detects angular velocity information of the vehicle including roll angular velocity, pitch angular velocity, and yaw angular velocity in the vehicle.
An acceleration information detection unit that detects acceleration information of the vehicle including acceleration in the roll axis direction, acceleration in the pitch axis direction, and acceleration in the yaw axis direction in the vehicle.
Upon receiving the input of the positioning information detected by the positioning information detection unit, the angular velocity information detected by the angular velocity information detection unit, and the acceleration information detected by the acceleration information detection unit, the roll angle is used by using the Kalman filter. , A Kalman filter calculation unit for obtaining a state estimation value indicating the posture state of the vehicle including the pitch angle and the yaw angle, and
A steering angle detection unit that detects the steering angle in the vehicle, and
A determination unit that determines whether the vehicle is going straight or turning based on the steering angle detected by the steering angle detection unit.
When the determination unit determines that the vehicle is going straight, the straight-ahead calculation process obtains the current yaw angle of the vehicle, and when the determination unit determines that the vehicle is turning, the turning calculation process determines the current yaw of the vehicle. The current yaw angle calculation unit for finding the angle,
A vehicle attitude estimation device including a yaw angle correction unit that corrects the yaw angle in the state estimation value obtained by the Kalman filter calculation unit using the current yaw angle obtained by the current yaw angle calculation unit.
前記旋回用演算処理では、前記現在ヨー角演算部が、前記角速度情報検出部にて検出した角速度情報から現在ヨー角を求めている請求項1に記載の車両の姿勢推定装置。 In the straight-ahead calculation process, the current yaw angle calculation unit obtains the first yaw angle obtained from the positioning information detected by the positioning information detection unit and the angular velocity information detected by the angular velocity information detection unit. Find the current yaw angle using the second calculated yaw angle.
The vehicle attitude estimation device according to claim 1, wherein in the turning calculation process, the current yaw angle calculation unit obtains the current yaw angle from the angular velocity information detected by the angular velocity information detection unit.
前記カルマンフィルタ演算部は、前記初期ヨー角演算部にて求めた初期ヨー角を用いて状態推定値を求める初期演算を行い、その後、前回求めた状態推定値を用いて状態推定値を求める通常演算を繰り返し行う請求項1又は2に記載の車両の姿勢推定装置。
The initial yaw angle calculation unit that obtains the initial yaw angle from the positioning information detected by the positioning information detection unit when it is determined that the vehicle is going straight based on the steering angle detected by the steering angle detection unit is provided. Be,
The Kalman filter calculation unit performs an initial operation for obtaining a state estimated value using the initial yaw angle obtained by the initial yaw angle calculation unit, and then performs a normal operation for obtaining a state estimated value using the previously obtained state estimated value. The vehicle attitude estimation device according to claim 1 or 2, wherein the above is repeatedly performed.
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