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WO2019235188A1 - ジャイロセンサの較正方法 - Google Patents

ジャイロセンサの較正方法 Download PDF

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WO2019235188A1
WO2019235188A1 PCT/JP2019/019802 JP2019019802W WO2019235188A1 WO 2019235188 A1 WO2019235188 A1 WO 2019235188A1 JP 2019019802 W JP2019019802 W JP 2019019802W WO 2019235188 A1 WO2019235188 A1 WO 2019235188A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
magnetic
marker
gyro sensor
laying
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/019802
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
道治 山本
知彦 長尾
均 青山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aichi Steel Corp
Original Assignee
Aichi Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aichi Steel Corp filed Critical Aichi Steel Corp
Priority to EP19814551.8A priority Critical patent/EP3805698B1/en
Priority to SG11202011828WA priority patent/SG11202011828WA/en
Priority to US17/059,228 priority patent/US11454516B2/en
Priority to CN201980035885.XA priority patent/CN112204352B/zh
Publication of WO2019235188A1 publication Critical patent/WO2019235188A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/04—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by terrestrial means
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    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
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    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/28—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network with correlation of data from several navigational instruments
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0259—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using magnetic or electromagnetic means
    • G05D1/0261—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using magnetic or electromagnetic means using magnetic plots
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0268—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means
    • G05D1/027—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using internal positioning means comprising intertial navigation means, e.g. azimuth detector

Definitions

  • the present invention relates to a method for calibrating a gyro sensor provided in a vehicle.
  • the zero point which is the measured value of the gyro sensor when the vehicle is traveling straight, that is, when the angular velocity in the yaw direction is not generated, varies (drifts) over time or due to environmental conditions such as temperature variation and vibration. )
  • the output characteristics of the gyro sensor may fluctuate depending on the passage of time and environmental conditions, and there is a possibility that the measurement accuracy cannot be maintained high.
  • the present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide a gyro sensor calibration method for maintaining high measurement accuracy of the gyro sensor.
  • the present invention is a method for calibrating a gyro sensor in a vehicle including a gyro sensor that measures an angular velocity in a rotational direction generated around a vertical axis, Lateral deviation detection processing for detecting the lateral deviation of the vehicle with respect to the magnetic marker laid on the road; When a vehicle passes through a laying place where at least two magnetic markers are laid, the direction of the vehicle is estimated by a calculation process using the lateral deviation amount detected by the lateral deviation amount detection process for the at least two magnetic markers as an input value. Azimuth estimation processing, And a calibration process for calibrating the gyro sensor using the vehicle direction estimated by the direction estimation process.
  • the calibration method of the gyro sensor of the present invention is a method of detecting the azimuth of the vehicle using a magnetic marker laid on the road and using it for calibration of the gyro sensor.
  • the direction of the vehicle detected using a magnetic marker laid on the road is different from the gyro sensor and is less likely to be affected by the passage of time or temperature change. Therefore, the gyro sensor can be calibrated with high certainty by using the direction of the vehicle detected using the magnetic marker.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a marker system in the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram of a magnetic marker in the first embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a magnetic marker laying mode in the first embodiment.
  • 1 is a front view of an RFID tag in Embodiment 1.
  • FIG. Explanatory drawing which illustrates the change of the magnetic measurement value of the advancing direction at the time of passing the magnetic marker in Example 1.
  • FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the distribution of magnetic measurement values in the vehicle width direction by the magnetic sensors Cn arranged in the vehicle width direction in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a flow of overall operation of the vehicle in the first embodiment.
  • FIG. Explanatory drawing which shows deviation (DELTA) D of the own vehicle position with respect to a travel route in Example 1.
  • FIG. FIG. 3 is a flowchart for explaining a gyro sensor calibration method according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 6 is a flowchart for explaining a gyro sensor calibration method according to a third embodiment.
  • Example 1 This example is an example in which the marker system 1 that specifies the own vehicle position (vehicle position) with high accuracy is combined with the automatic driving system 6.
  • the marker system 1 of the present example has one of technical features in that it has a function of calibrating the gyro sensor using the magnetic marker 10. According to this marker system 1, the accuracy of inertial navigation can be maintained high.
  • FIGS. 1 The contents will be described with reference to FIGS.
  • the marker system 1 includes a measurement unit 2 that performs magnetic detection and the like, a tag reader 34 that is an example of a position information acquisition unit that acquires marker information indicating the laying position of the magnetic marker 10, and the vehicle position. And a control unit 32 that constitutes a positioning unit that executes a calculation process for specifying the position.
  • the automatic driving system 6 (FIG. 2) combined with the marker system 1 includes a vehicle ECU 61 that executes automatic driving control, and a map database (map DB) 65 that stores detailed three-dimensional map data (3D map data). It is configured to include.
  • the vehicle ECU 61 causes the vehicle 5 to automatically travel by controlling a steering steering unit, an engine throttle, a brake, etc. (not shown) using the own vehicle position specified by the marker system 1 as a control input value. In FIG. 1, the automatic driving system 6 is not shown.
  • the magnetic marker 10 is a road marker laid on the road surface 100 ⁇ / b> S of the road on which the vehicle 5 travels.
  • the magnetic marker 10 has a columnar shape with a diameter of 20 mm and a height of 28 mm.
  • the magnetic marker 10 is laid while being accommodated in a hole provided in the road surface 100S.
  • the magnetic marker 10 acts on magnetism having a magnetic flux density of 8 ⁇ T (micro Tesla) at an upper limit of 250 mm, which is an upper limit of a range of 100 to 250 mm assumed as a mounting height of the measurement unit 2. Further, in the magnetic marker 10, the surface magnetic flux density Gs representing the magnetic strength on the surface is 45 mT.
  • the installation locations 10F of the magnetic markers 10 are provided along the center of the lane 100 divided by left and right lane marks, for example, at intervals of 10 m.
  • two magnetic markers 10U ⁇ D are arranged at intervals of 2 m along the direction along the center of the lane 100 (the direction of the road).
  • the 2 m interval between the magnetic markers 10U and D is referred to as a marker span M.
  • the direction of the line segment connecting the two magnetic markers 10U ⁇ D is referred to as an orientation dir.
  • the vehicle direction (vehicle direction) can be specified based on the direction dir, and the gyro sensor 223 can be calibrated.
  • the magnetic marker 10U on the upstream side of the road that is opposite to the traveling direction is used for specifying the vehicle position.
  • This upstream magnetic marker 10U is provided with an RFID (Radio Frequency IDentification) tag 15 which is a wireless tag for outputting information wirelessly (see FIG. 3).
  • RFID Radio Frequency IDentification
  • the RFID tag 15 operates by wireless external power feeding and transmits marker information related to the magnetic marker 10U.
  • the marker information includes position data indicating the laying position of the corresponding magnetic marker 10U, direction data indicating the direction dir (FIG. 4) (an example of marker direction information that can specify the direction dir), and the like.
  • the magnetic marker 10D located on the downstream side is a magnetic marker that determines the direction dir, and the RFID tag 15 is not attached thereto.
  • the magnet of the magnetic marker 10 is obtained by dispersing iron oxide magnetic powder in a polymer material.
  • This magnet has low electrical conductivity and is unlikely to generate eddy currents or the like during wireless power feeding. Therefore, the RFID tag 15 attached to the magnetic marker 10 can efficiently receive the wirelessly transmitted power.
  • An RFID tag 15 that is an example of an information providing unit is an electronic component in which an IC chip 157 is mounted on the surface of a tag sheet 150 (FIG. 5) cut out from, for example, a PET (Polyethylene terephthalate) film.
  • a PET Polyethylene terephthalate
  • On the surface of the tag sheet 150 print patterns of the loop coil 151 and the antenna 153 are provided.
  • the loop coil 151 is a power receiving coil that generates an exciting current by electromagnetic induction from the outside.
  • the antenna 153 is a transmission antenna for wirelessly transmitting marker information.
  • the RFID tag 15 is disposed on the surface of the magnetic marker 10U on the road surface 100S side.
  • the measurement unit 2 is a unit in which a sensor array 21 that is a magnetic detection unit and an IMU (Inertial Measurement Unit) 22 that is an example of a relative position estimation unit are integrated.
  • the measuring unit 2 having an elongated bar shape is attached to, for example, the inside of the front bumper in a state of facing the road surface 100S.
  • the mounting height of the measurement unit 2 with reference to the road surface 100S is 200 mm.
  • the sensor array 21 of the measurement unit 2 includes 15 magnetic sensors Cn (n is an integer of 1 to 15) arranged on a straight line, and a detection processing circuit 212 incorporating a CPU or the like (not shown).
  • 15 magnetic sensors Cn are arranged at equal intervals of 10 cm.
  • the measurement unit 2 is attached to the vehicle 5 so that the arrangement direction of the magnetic sensors Cn in the sensor array 21 matches the vehicle width direction.
  • the magnetic sensor Cn is a sensor that detects magnetism using a known MI effect (Magneto Impedance Effect) that the impedance of a magnetic sensitive body such as an amorphous wire changes sensitively according to an external magnetic field.
  • a magnetic sensitive body such as an amorphous wire is disposed along two orthogonal axes so that magnetism acting in the two orthogonal axes can be detected.
  • the magnetic sensor Cn is incorporated in the sensor array 21 so that magnetic components in the traveling direction and the vehicle width direction can be detected.
  • the magnetic sensor Cn is a highly sensitive sensor having a magnetic flux density measurement range of ⁇ 0.6 mT and a magnetic flux resolution within the measurement range of 0.02 ⁇ T.
  • the period of the magnetic measurement by each magnetic sensor Cn of the measurement unit 2 is set to 3 kHz so that the vehicle 5 can cope with high speed travel.
  • Table 2 shows a part of the specifications of the magnetic sensor Cn.
  • the magnetic marker 10 can act with magnetism having a magnetic flux density of 8 ⁇ T or more in the range of 100 to 250 mm assumed as the mounting height of the magnetic sensor Cn.
  • the magnetic marker 10 that acts on magnetism having a magnetic flux density of 8 ⁇ T or more can be detected with high reliability by using the magnetic sensor Cn having a magnetic flux resolution of 0.02 ⁇ T.
  • the detection processing circuit 212 (FIG. 2) of the sensor array 21 is an arithmetic circuit that executes marker detection processing for detecting the magnetic marker 10 and the like.
  • the detection processing circuit 212 is configured using a CPU (central processing unit) that executes various operations, a memory element such as a ROM (read only memory) and a RAM (random access memory).
  • the detection processing circuit 212 acquires the sensor signal output by each magnetic sensor Cn at a cycle of 3 kHz and executes marker detection processing. Then, the detection result of the marker detection process is input to the control unit 32. As will be described in detail later, in this marker detection process, in addition to the detection of the magnetic marker 10, a lateral deviation amount detection process for measuring the lateral deviation amount of the vehicle 5 with respect to the detected magnetic marker 10 is performed.
  • the IMU 22 (FIG. 2) incorporated in the measurement unit 2 is an inertial navigation unit that estimates the relative position of the vehicle 5 by inertial navigation.
  • the IMU 22 includes a magnetic sensor 221 that is an electronic compass that measures azimuth, an acceleration sensor 222 that measures acceleration, and a gyro sensor 223 that measures angular velocity.
  • the gyro sensor 223 is attached to the vehicle 5 so as to measure the angular velocity in the rotational direction around the vertical axis. If the angular velocity measured by the gyro sensor 223 is combined with the direction measured by the magnetic sensor 221, the direction of the vehicle 5 can be estimated with high accuracy.
  • the IMU 22 calculates the displacement amount by second-order integration of acceleration, and calculates the relative position with respect to the reference position by integrating the displacement amount along the direction of the vehicle 5. If the relative position estimated by the IMU 22 is used, the position of the host vehicle can be estimated even when the vehicle 5 is positioned between the adjacent magnetic markers 10U.
  • the tag reader 34 is a communication unit that wirelessly communicates with the RFID tag 15 disposed on the surface of the magnetic marker 10U.
  • the tag reader 34 wirelessly transmits power necessary for the operation of the RFID tag 15 and receives marker information transmitted by the RFID tag 15.
  • the marker information includes position data representing the laying position (absolute position) of the corresponding magnetic marker 10U, azimuth data representing the azimuth direction dir connecting the magnetic markers 10U and D at the laying location 10F, and the like.
  • the control unit 32 is a unit that controls the measurement unit 2 and the tag reader 34 and specifies the vehicle position, which is the position of the vehicle 5, in real time.
  • the control unit 32 inputs the vehicle position to the vehicle ECU 61 that constitutes the automatic driving system 6 of the vehicle 5.
  • the control unit 32 includes an electronic board (not shown) on which a CPU that executes various operations, a memory element such as a ROM and a RAM, and the like are mounted.
  • the method by which the control unit 32 identifies the position of the vehicle is different between when the vehicle 5 reaches the magnetic marker 10U to which the RFID tag 15 is attached and when the vehicle 5 is positioned between the adjacent magnetic markers 10U. doing.
  • the control unit 32 specifies the vehicle position using the marker information received from the RFID tag 15 attached to the magnetic marker 10U.
  • the vehicle position is specified based on the relative position of the vehicle 5 estimated by inertial navigation.
  • the marker detection process is a process executed by the sensor array 21 of the measurement unit 2. As described above, the sensor array 21 uses the magnetic sensor Cn to execute marker detection processing at a cycle of 3 kHz.
  • the magnetic sensor Cn is configured to measure the magnetic components in the traveling direction and the vehicle width direction of the vehicle 5. For example, when the magnetic sensor Cn moves in the traveling direction and passes directly above the magnetic marker 10, the magnetic measurement value in the traveling direction is reversed between positive and negative before and after the magnetic marker 10 as shown in FIG. It changes so as to cross zero at a position just above 10. Accordingly, when the vehicle 5 is traveling, when the zero cross Zc in which the polarity of the traveling direction magnetism detected by any of the magnetic sensors Cn is reversed occurs, it is determined that the measuring unit 2 is located immediately above the magnetic marker 10. it can.
  • the detection processing circuit 212 determines that the magnetic marker 10 has been detected when the measurement unit 2 is positioned directly above the magnetic marker 10 and a zero crossing of the magnetic measurement value in the traveling direction has occurred.
  • the magnetic measurement value in the vehicle width direction is obtained from the magnetic marker 10.
  • the sign is reversed on both sides of the sandwich, and changes so as to cross zero at a position directly above the magnetic marker 10.
  • the sign of the magnetism in the vehicle width direction detected by the magnetic sensor Cn differs depending on which side the magnetic sensor Cn is located through.
  • FIG. 7 is a diagram showing a distribution of magnetic measurement values in the vehicle width direction of each magnetic sensor Cn of the measurement unit 2. Based on the distribution in the figure, the middle position of two adjacent magnetic sensors Cn across the zero cross Zc where the polarity of the magnetism in the vehicle width direction is reversed, or the magnetism in the vehicle width direction to be detected is zero and both outer sides The position immediately below the magnetic sensor Cn where the sign of the magnetic sensor Cn is reversed is the position of the magnetic marker 10 in the vehicle width direction.
  • the detection processing circuit 212 measures the deviation of the position in the vehicle width direction of the magnetic marker 10 with respect to the center position of the measurement unit 2 (position of the magnetic sensor C8) as the above-described lateral deviation amount (lateral deviation amount detection processing).
  • the position of the zero cross Zc is a position corresponding to C9.5 in the middle of C9 and C10.
  • the lateral displacement amount of the magnetic marker 10 is (9.5-8) ⁇ 10 cm with reference to C8 located at the center of the measurement unit 2 in the vehicle width direction. It becomes.
  • the vehicle ECU 61 of the automatic driving system 6 reads out the corresponding data from the map DB 65 storing the 3D map data and becomes a detailed route that becomes a control target of the automatic driving.
  • Data is set (S102).
  • the route data is data including a series of points represented by at least absolute position data, for example, as indicated by a broken line in FIG.
  • the control unit 32 of the marker system 1 repeatedly executes the marker detection process by the sensor array 21 (S201).
  • the control unit 32 controls the tag reader 34 to receive the marker information output from the RFID tag 15 ( S223).
  • the control unit 32 uses the position of the magnetic marker 10U represented by the position data included in the marker information as a reference, and the position offset by the amount of lateral deviation measured by the measurement unit 2 in the marker detection process is the vehicle position ( 9) (S204).
  • the magnetic marker 10 detected by the sensor array 21 is the upstream magnetic marker 10U or the downstream magnetic marker 10D of the laying position is determined based on the RFID that received the previous position data (marker information). What is necessary is just to determine by the distance etc. from the laying position of the magnetic marker 10U with the tag 15.
  • the IMU 22 incorporated in the measurement unit 2 has the most recently detected magnetic marker 10U.
  • the relative position of the vehicle 5 is estimated by inertial navigation using the own vehicle position specified based on the laying position (the position indicated by ⁇ in FIG. 9) as a reference position. Specifically, as described above, the IMU 22 calculates the displacement amount by the second order integration of the measured acceleration. And IMU22 estimates the relative position of the vehicle 5 with respect to said reference position by integrating
  • the vehicle position specified by the marker system 1 (the positions indicated by ⁇ and X in FIG. 9) is input to the vehicle ECU 61 of the automatic driving system 6.
  • the vehicle ECU 61 calculates a deviation ⁇ D with respect to the route data of the control target value indicated by the broken line in FIG. 10 (S103).
  • the vehicle ECU 61 executes vehicle control such as steering control and throttle control based on the deviation ⁇ D (S104) to realize automatic travel.
  • the vehicle orientation Vd that is the orientation of the vehicle 5 can be specified with respect to the orientation dir at each installation location 10 ⁇ / b> F.
  • the gyro sensor 223 can be calibrated using the vehicle orientation Vd at the two laying points (points) 10F. The flow of this calibration method will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the control unit 32 In the state where the vehicle 5 is traveling, the control unit 32 repeatedly executes the marker detection process P1 including the lateral deviation detection process by controlling the sensor array 21 (S301: NO). When the vehicle 5 reaches the first installation location 10F and the upstream magnetic marker 10U is detected (S301: YES), the control unit 32 controls the tag reader 34 to store the RFID tag 15. The marker information is read (S302).
  • control unit 32 controls the sensor array 21 to restart the marker detection process P1.
  • the control unit 32 repeatedly executes the marker detection process P1 until the downstream magnetic marker 10D is detected (S303: NO).
  • the control unit 32 uses the lateral shift amounts OF1 and OF2 (FIG. 12) respectively measured for the magnetic markers 10U and D by the marker detection process P1.
  • the vehicle orientation Vd is calculated (S304, orientation estimation processing).
  • the vehicle orientation calculated at the first installation location 10F is Vd (1)
  • vehicle orientation corresponding to the second installation location 10F is Vd (2).
  • the control unit 32 calculates the deviation angle Ax of the vehicle azimuth (traveling direction) Vd with respect to the direction dir based on the lateral deviation amounts OF1 and OF2 with respect to the two magnetic markers 10U and D.
  • the direction dir is an absolute direction represented by the direction data included in the marker information.
  • the vehicle orientation Vd can be specified as an orientation shifted in the yaw direction (rotation direction around the vertical axis) by the deviation angle Ax with reference to the orientation dir.
  • control unit 32 starts the temporal integration process of the angular velocity that is the measurement value of the gyro sensor 223 in response to the detection of the magnetic sensor 10D on the downstream side of the first installation site 10F (S305, integration process). ).
  • This integration process is an arithmetic process for obtaining a measurement rotation angle that is a rotation angle in the yaw direction while passing through the two laying points 10F.
  • the control unit 32 continues this integration process until the magnetic marker 10D on the downstream side of the second installation location 10F is detected.
  • the control unit 32 controls the sensor array 21 to restart the marker detection process P1.
  • This marker detection process P1 is repeatedly executed until the magnetic marker 10 at the second installation location 10F is detected (S306: NO).
  • the control unit 32 When the magnetic marker 10U located upstream of the second laying place 10F is detected (S306: YES), the control unit 32 reads the marker information from the RFID tag 15 by controlling the tag reader 34. (S307). Further, the control unit 32 repeatedly executes the marker detection process P1 by controlling the sensor array 21 so that the downstream magnetic marker 10D can be detected (S308: NO). When the magnetic marker 10D located on the downstream side of the laying place 10F can be detected (S308: YES), the control unit 32 similarly detects the lateral displacement amounts OF1, OF2 (FIG. 2) with respect to the two magnetic markers 10U ⁇ D. 12), the vehicle orientation Vd (2) is calculated (S309, orientation estimation processing).
  • the control unit 32 calculates the difference between the vehicle orientations Vd (1) and Vd (2) (the amount of change in the vehicle orientation) calculated and specified by the vehicle 5 at any two installation locations 10F as the vehicle rotation angle ( S310, difference calculation processing). In addition, the control unit 32 ends the temporal integration process of the angular velocity measured by the gyro sensor 223, and calculates a measured rotation angle (rotation angle) that is an integrated value (S311, integration process). Then, the control unit 32 compares the vehicle rotation angle with the measured rotation angle (S312), and performs the calibration process P2 of the gyro sensor 223.
  • the content of the calibration process P2 of the gyro sensor 223 will be described. If the rotation in the yaw direction is zero (zero point), ideally, the angular velocity measured by the gyro sensor 223 should be zero (deg / sec). However, the zero point of the gyro sensor 223 may shift due to the influence of a change over time, a temperature change, or the like, and the angular velocity output from the gyro sensor 223 at the zero point often does not become zero. This zero point deviation amount is manifested as an integration constant when the angular velocity is integrated over time.
  • the deviation amount of the zero point by finding an integral constant such that the difference between the vehicle rotation angle and the measured rotation angle is close to zero (the difference is small).
  • the deviation amount of the zero point it is preferable to uniformly offset the measurement value so that the deviation amount can be offset with respect to the measurement value (angular velocity) output from the gyro sensor 223. If the gyro sensor 223 is calibrated in this way, the accuracy of the angular velocity output from the gyro sensor 223 can be improved. For example, a value obtained by dividing the difference between the vehicle rotation angle and the measured rotation angle by the integration interval (number of integrations) can be handled as the zero point deviation amount.
  • the moving distance D of the vehicle 5 required to pass the two magnetic markers 10 in the marker span M can be calculated, and the vehicle speed can be calculated with high accuracy.
  • the timing at which the upstream magnetic marker 10U is detected is t1
  • the timing at which the downstream magnetic marker 10D is detected is t2.
  • an error in the speed (vehicle speed) obtained by integrating the measured acceleration by the IMU 22 can be specified. If the vehicle speed error can be specified in this way, the acceleration sensor 222 that measures acceleration can be calibrated.
  • the marker system 1 of the present example is a system that uses the magnetic marker 10 to identify the vehicle position. Since this marker system 1 does not presuppose reception of GPS radio waves or the like, position accuracy does not become unstable even in places where GPS radio waves cannot be received or become unstable, such as tunnels and valleys of buildings. . According to the marker system 1, highly accurate driving support control can be realized regardless of the environment.
  • this marker system 1 it is necessary to maintain high accuracy of the IMU 22 that realizes inertial navigation so that the vehicle position can be specified with high accuracy.
  • sensors such as the gyro sensor 223 and the acceleration sensor 222, there is a possibility that a measured value may be shifted according to a change with time, a temperature change, or the like, and therefore it is necessary to calibrate appropriately at any time.
  • the gyro sensor 223, the acceleration sensor 222, etc. can be calibrated using the magnetic marker 10 laid on the road.
  • the vehicle direction Vd in the yaw direction can be specified with high accuracy.
  • the gyro sensor 223 that measures the angular velocity in the yaw direction can be calibrated with high certainty.
  • the vehicle speed V can be specified with high accuracy by using the two magnetic markers 10U ⁇ D arranged with an interval of the marker span M of 2 m at the installation location 10F. If the vehicle speed V with high accuracy is used, it is possible to calibrate the acceleration sensor 222 that measures acceleration serving as original data for calculating the vehicle speed based on second-order integration.
  • the calibration method of this example is based on the premise that the change in the steering angle is sufficiently small when passing through the installation location 10F.
  • the calibration process P2 of the gyro sensor 223 may be canceled.
  • This example shows a configuration example in which the RFID tag 15 attached to the magnetic marker 10U transmits marker information including position data and orientation data.
  • a marker database that can be referred to using the tag ID transmitted by the RFID tag 15 may be employed.
  • position data representing the laying position of at least one of the two magnetic markers 10U ⁇ D of the laying place 10F and the absolute direction dir of a line segment connecting the two magnetic markers 10U ⁇ D are represented. It is preferable to record the azimuth data or the like by linking the tag ID.
  • the marker database may be provided in a server device with which the vehicle 5 can communicate, or may be provided in a storage area of the vehicle 5.
  • the configuration example in which two magnetic markers 10 are arranged at each laying place 10F is shown, but three or more magnetic markers 10 may be arranged linearly.
  • a plurality of magnetic markers 10 may be arranged along a reference direction such as a north-south direction or an east-west direction.
  • the L-shaped vertical line and horizontal line may be aligned with the north-south and east-west directions, respectively.
  • the magnetic marker 10 is arranged along the direction of the north-south direction and the east-west direction that is close to the direction parallel to the road direction.
  • the direction of the magnetic marker 10 can be distinguished by the magnetic polarity. May be.
  • the N pole-N pole may represent the north-south direction
  • the S pole-S pole may represent the east-west direction.
  • Example 2 This example is an example of the marker system 1 in which the method for specifying the vehicle orientation Vd is changed based on the first embodiment. This example is different from Example 1 in that the sensor array 21 is arranged at a distance of 2 m before and after the vehicle 5. The method for specifying the vehicle orientation Vd is different from that in the first embodiment due to such a difference in the arrangement of the sensor array 21.
  • the contents will be described with reference to FIG. 2 to 4 used in the description of the first embodiment are also referred to as appropriate.
  • the arrangement interval (sensor span S) of the sensor array 21 in the vehicle 5 and the arrangement interval (marker span M) of the magnetic marker 10 in the laying place 10 ⁇ / b> F match. Yes. Therefore, when the vehicle 5 passes through the installation location 10F, the front and rear sensor arrays 21 can detect the two magnetic markers 10U ⁇ D almost simultaneously.
  • the vehicle orientation Vd is calculated based on the lateral displacements OF1 and OF2 measured by the front and rear sensor arrays 21 with respect to the magnetic markers 10U ⁇ D.
  • the deviation angle Ax of the vehicle azimuth (traveling direction) with respect to the azimuth direction dir connecting the two magnetic markers 10U and D can be calculated by the following equation.
  • the vehicle orientation Vd can be specified as an orientation shifted in the yaw direction by the shift angle Ax with respect to the orientation dir.
  • Example 3 the content of the calibration process of the gyro sensor 223 is changed based on the configuration of the first embodiment.
  • the contents will be described with reference to FIG. 2 to 4 used in the description of the first embodiment are also referred to as appropriate.
  • the calibration process of the gyro sensor 223 of this example can be executed only for the laying place 10F provided on a flat straight road having a change in gradient of less than 0.01% and a radius of curvature of 3000 m or more, for example. .
  • the marker information transmitted by the RFID tag 15 attached to the upstream magnetic marker 10U disposed at the laying place 10F includes the above flat straight road in addition to the position data and direction data similar to those in the first embodiment. Thus, information indicating that the calibration processing of this example can be executed is included.
  • the control unit 32 included in the vehicle 5 repeatedly executes the marker detection process P1 by controlling the sensor array 21 (S401: NO).
  • the control unit 32 reads the marker information from the RFID tag 15 by controlling the tag reader 34 (S402). Then, the control unit 32 determines whether or not information indicating that the calibration process can be performed is included in the marker information (S403).
  • the control unit 32 controls the sensor array 21 so that the magnetic marker 10D adjacent to the downstream side can be detected. Then, the marker detection process P1 is resumed.
  • the control unit 32 calculates a difference value of the lateral deviation amount with respect to the magnetic marker 10U ⁇ D (S405).
  • the control unit 32 determines the deviation angle of the direction of the vehicle 5 with respect to the straight road direction (Ax in FIG. 12). It is judged that the vehicle goes straight ahead.) And when it is judged that the vehicle 5 is in a straight line state, the calibration process P2 of the gyro sensor 223 is performed. In this calibration process P2, the gyro sensor 223 is calibrated so that the angular velocity, which is the measurement value of the gyro sensor 223, becomes zero.
  • a predetermined threshold for example, 5 cm
  • the marker information output from the RFID tag 15 includes information indicating that the calibration process can be executed.
  • the laying location where the calibration process can be performed may be different from other laying locations, such as the number of magnetic markers 10 arranged.
  • the gyro sensor 223 can be calibrated even at a location where the magnetic marker 10 with the RFID tag 15 is not laid.
  • the deviation angle may be obtained by calculation using the deviation angle Ax expression shown in the first embodiment. In this case, it is preferable to execute a threshold value determination regarding the deviation angle. Other configurations and operational effects are the same as those in the first embodiment.

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Abstract

鉛直方向の軸回りに生じる回転方向の角速度を計測するために車両（５）に搭載されたジャイロセンサの較正方法では、道路に敷設された磁気マーカ（１０Ｕ・Ｄ）に対する車両（５）の横ずれ量を検出する横ずれ量検出処理と、２個の磁気マーカ（１０Ｕ・Ｄ）が敷設された敷設箇所を車両（５）が通過する際、２個の磁気マーカ（１０Ｕ・Ｄ）に対する横ずれ量を入力値とする演算処理により車両（５）の方位を推定する方位推定処理と、方位推定処理により推定された車両（５）の方位を利用してジャイロセンサを較正する較正処理と、を実施する。

Description

ジャイロセンサの較正方法
　本発明は、車両が備えるジャイロセンサの較正方法に関する。
　近年、ナビゲーションシステムや、アンチスキッドコントロールなどの車両制御システムや、自動運転システムなどが組み込まれた車両が増えている。これらのシステムでは、車両の姿勢（方位）や車両の姿勢変化などを精度高く推定する必要がある。そこで、これらのシステムが組み込まれた車両の多くでは、鉛直方向の軸回りの車両の回転方向（ヨー方向）の角速度を計測するジャイロセンサが採用されている（例えば下記の特許文献１参照。）。
特開２０１６－９１４１２号公報
　例えば、車両が直進している状態、すなわちヨー方向の角速度が発生していない状態でのジャイロセンサの計測値であるゼロ点は、時間経過、あるいは温度変動や振動などの環境条件によって変動（ドリフト）することがある。このようにジャイロセンサの出力特性は、時間経過や環境条件によって変動することがあり、計測精度を高く維持できなくなるおそれがある。
　本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ジャイロセンサの計測精度を高く維持するためのジャイロセンサの較正方法を提供しようとするものである。
　本発明は、鉛直方向の軸回りに生じる回転方向の角速度を計測するジャイロセンサを備える車両における当該ジャイロセンサの較正方法であって、
　道路に敷設された磁気マーカに対する車両の横ずれ量を検出する横ずれ量検出処理と、
　少なくとも２個の磁気マーカが敷設された敷設箇所を車両が通過する際、当該少なくとも２個の磁気マーカについて前記横ずれ量検出処理が検出した横ずれ量を入力値とする演算処理により車両の方位を推定する方位推定処理と、
　該方位推定処理により推定された車両の方位を利用してジャイロセンサを較正する較正処理と、を実施するジャイロセンサの較正方法にある。
　本発明のジャイロセンサの較正方法は、道路に敷設された磁気マーカを利用して車両の方位を検出し、ジャイロセンサの較正に利用する方法である。道路に敷設された磁気マーカを利用して検出される車両の方位は、ジャイロセンサとは相違し、時間経過や温度変化などの影響を受けるおそれが少ない。それ故、磁気マーカを利用して検出される車両の方位を利用すれば、ジャイロセンサを確実性高く較正できる。
実施例１における、計測ユニットを取り付けた車両の正面図。 実施例１における、マーカシステムの構成を示す説明図。 実施例１における、磁気マーカの説明図。 実施例１における、磁気マーカの敷設態様を示す説明図。 実施例１における、ＲＦＩＤタグの正面図。 実施例１における、磁気マーカを通過する際の進行方向の磁気計測値の変化を例示する説明図。 実施例１における、車幅方向に配列された磁気センサＣｎによる車幅方向の磁気計測値の分布を例示する説明図。 実施例１における、車両の全体動作の流れを示すフロー図。 実施例１における、マーカシステムによる自車位置の特定方法の説明図。 実施例１における、走行ルートに対する自車位置の偏差ΔＤを示す説明図。 実施例１における、ジャイロセンサの較正方法を説明するためのフロー図。 実施例１における、車両方位Ｖｄの検出方法の説明図。 実施例２における、車両方位Ｖｄの検出方法の説明図。 実施例３における、ジャイロセンサの較正方法を説明するためのフロー図。
　本発明の実施の形態につき、以下の実施例を用いて具体的に説明する。
（実施例１）
　本例は、高精度に自車位置（車両の位置）を特定するマーカシステム１を自動運転システム６に組み合わせた例である。特に、本例のマーカシステム１は、磁気マーカ１０を利用してジャイロセンサを較正する機能を有する点に技術的特徴のひとつを有している。このマーカシステム１によれば、慣性航法の精度を高く維持可能である。この内容について、図１～図１２を用いて説明する。
　マーカシステム１は、図１及び図２のごとく、磁気検出等を行う計測ユニット２、磁気マーカ１０の敷設位置を表すマーカ情報を取得する位置情報取得部の一例であるタグリーダ３４、及び自車位置を特定するための演算処理を実行する測位部をなす制御ユニット３２、を含んで構成されている。
　このマーカシステム１を組み合わせる自動運転システム６（図２）は、自動運転制御を実行する車両ＥＣＵ６１と、詳細な３次元地図データ（３Ｄマップデータ）を格納する地図データベース（地図ＤＢ）６５と、を含んで構成されている。車両ＥＣＵ６１は、マーカシステム１が特定した自車位置を制御入力値として、図示しないステアリング操舵ユニットやエンジンスロットルやブレーキなどを制御して車両５を自動走行させる。なお、図１では、自動運転システム６の図示を省略している。
　以下、道路に敷設される磁気マーカ１０を概説した後、計測ユニット２、タグリーダ３４、制御ユニット３２の内容を説明する。
　磁気マーカ１０は、図３及び図４のごとく、車両５が走行する道路の路面１００Ｓに敷設される道路マーカである。磁気マーカ１０は、直径２０ｍｍ、高さ２８ｍｍの柱状をなしている。磁気マーカ１０は、路面１００Ｓに設けた孔に収容された状態で敷設される。磁気マーカ１０をなす磁石は、磁性材料である酸化鉄の磁粉を基材である高分子材料中に分散させたフェライトプラスチックマグネットである。この磁石は、最大エネルギー積（ＢＨｍａｘ）＝６．４ｋＪ／ｍ３という特性を備えている。
　本例の磁気マーカ１０の仕様の一部を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　磁気マーカ１０は、計測ユニット２の取付け高さとして想定される範囲１００～２５０ｍｍの上限の２５０ｍｍ高さにおいて、８μＴ（マイクロテスラ）の磁束密度の磁気を作用する。また、この磁気マーカ１０では、表面における磁気の強さを表す表面磁束密度Ｇｓが４５ｍＴとなっている。
　マーカシステム１では、図４のごとく、左右のレーンマークで区分された車線１００の中央に沿って例えば１０ｍ間隔で、磁気マーカ１０の敷設箇所１０Ｆが設けられている。各敷設箇所１０Ｆでは、車線１００の中央に沿う方向（道路の方向）に沿って２ｍ間隔で２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄが配置されている。以下、磁気マーカ１０Ｕ・Ｄの２ｍの間隔をマーカスパンＭという。また、２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄを結ぶ線分の方向を方位ｄｉｒという。詳しくは後述するが、マーカシステム１では、この方位ｄｉｒを基準として車両方位（車両の方位）を特定でき、ジャイロセンサ２２３を較正できる。
　各敷設箇所１０Ｆに配置された２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄのうち、進行方向とは逆側に当たる道路の上流側の磁気マーカ１０Ｕは、車両位置を特定するために利用される。この上流側の磁気マーカ１０Ｕには、無線により情報を出力する無線タグであるＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）タグ１５が付設されている（図３参照。）。
　ＲＦＩＤタグ１５は、無線による外部給電により動作し磁気マーカ１０Ｕに関するマーカ情報を送信する。マーカ情報には、対応する磁気マーカ１０Ｕの敷設位置を表す位置データや、方位ｄｉｒ（図４）を表す方位データ（方位ｄｉｒを特定可能なマーカ方位情報の一例）等が含まれている。なお、敷設箇所１０Ｆに配置された２個の磁気マーカ１０のうち、下流側に位置する磁気マーカ１０Ｄは、方位ｄｉｒを定める磁気マーカであり、ＲＦＩＤタグ１５が付設されていない。
　ここで、上記のように磁気マーカ１０の磁石は、酸化鉄の磁粉を高分子材料中に分散させたものである。この磁石は、導電性が低く無線給電時に渦電流等が生じ難い。それ故、磁気マーカ１０に付設されたＲＦＩＤタグ１５は、無線伝送された電力を効率良く受電できる。
　情報提供部の一例をなすＲＦＩＤタグ１５は、例えばＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）フィルムから切り出したタグシート１５０（図５）の表面にＩＣチップ１５７を実装した電子部品である。タグシート１５０の表面には、ループコイル１５１及びアンテナ１５３の印刷パターンが設けられている。ループコイル１５１は、外部からの電磁誘導によって励磁電流が発生する受電コイルである。アンテナ１５３は、マーカ情報を無線送信するための送信アンテナである。ＲＦＩＤタグ１５は、磁気マーカ１０Ｕの路面１００Ｓ側の表面に配置されている。
　次に、車両５が備える計測ユニット２、タグリーダ３４、制御ユニット３２について説明する。
　計測ユニット２は、図１及び図２のごとく、磁気検出部であるセンサアレイ２１と、相対位置推定部の一例であるＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２２と、が一体化されたユニットである。細長い棒状をなす計測ユニット２は、路面１００Ｓと対面する状態で、例えばフロントバンパーの内側等に取り付けられる。本例の車両５の場合、路面１００Ｓを基準とした計測ユニット２の取付け高さが２００ｍｍとなっている。
　計測ユニット２のセンサアレイ２１は、一直線上に配列された１５個の磁気センサＣｎ（ｎは１～１５の整数）と、図示しないＣＰＵ等を内蔵した検出処理回路２１２と、を備えている。なお、センサアレイ２１では、１５個の磁気センサＣｎが１０ｃｍの等間隔で配置されている。計測ユニット２は、センサアレイ２１における磁気センサＣｎの配列方向が車幅方向に一致するように車両５に取り付けられる。
　磁気センサＣｎは、アモルファスワイヤなどの感磁体のインピーダンスが外部磁界に応じて敏感に変化するという公知のＭＩ効果（Magneto Impedance Effect）を利用して磁気を検出するセンサである。磁気センサＣｎでは、アモルファスワイヤなどの図示しない感磁体が直交する２軸方向に沿って配置され、これにより直交する２軸方向に作用する磁気の検出が可能となっている。なお、本例では、進行方向及び車幅方向の磁気成分を検出できるように磁気センサＣｎがセンサアレイ２１に組み込まれている。
　磁気センサＣｎは、磁束密度の測定レンジが±０．６ｍＴであって、測定レンジ内の磁束分解能が０．０２μＴという高感度のセンサである。本例では、車両５の高速走行に対応できるよう、計測ユニット２の各磁気センサＣｎによる磁気計測の周期が３ｋＨｚに設定されている。
　磁気センサＣｎの仕様の一部を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記のように、磁気マーカ１０は、磁気センサＣｎの取付け高さとして想定する範囲１００～２５０ｍｍにおいて８μＴ以上の磁束密度の磁気を作用できる。磁束密度８μＴ以上の磁気を作用する磁気マーカ１０は、磁束分解能が０．０２μＴの磁気センサＣｎを用いて確実性高く検出可能である。
　センサアレイ２１の検出処理回路２１２（図２）は、磁気マーカ１０を検出するためのマーカ検出処理などを実行する演算回路である。この検出処理回路２１２は、各種の演算を実行するＣＰＵ（central processing unit）のほか、ＲＯＭ（read only memory）やＲＡＭ（random access memory）などのメモリ素子等を利用して構成されている。
　検出処理回路２１２は、各磁気センサＣｎが出力するセンサ信号を３ｋＨｚ周期で取得してマーカ検出処理を実行する。そして、マーカ検出処理の検出結果を制御ユニット３２に入力する。詳しくは後述するが、このマーカ検出処理では、磁気マーカ１０の検出に加えて、検出した磁気マーカ１０に対する車両５の横ずれ量を計測する横ずれ量検出処理が行われる。
　計測ユニット２に組み込まれたＩＭＵ２２（図２）は、慣性航法により車両５の相対位置を推定する慣性航法ユニットである。ＩＭＵ２２は、方位を計測する電子コンパスである磁気センサ２２１と、加速度を計測する加速度センサ２２２と、角速度を計測するジャイロセンサ２２３と、を備えている。ジャイロセンサ２２３は、鉛直方向の軸回りの回転方向の角速度を計測するように車両５に取り付けられている。ジャイロセンサ２２３が計測した角速度を、磁気センサ２２１が計測する方位に組み合わせれば、車両５の方位を高精度に推定可能である。
　ＩＭＵ２２は、加速度の二階積分により変位量を演算し、車両５の方位に沿って変位量を積算することで基準位置に対する相対位置を演算する。ＩＭＵ２２が推定する相対位置を利用すれば、隣り合う磁気マーカ１０Ｕの中間に車両５が位置するときにも自車位置の推定が可能になる。
　前記タグリーダ３４は、磁気マーカ１０Ｕの表面に配置されたＲＦＩＤタグ１５と無線で通信する通信ユニットである。タグリーダ３４は、ＲＦＩＤタグ１５の動作に必要な電力を無線で送電し、ＲＦＩＤタグ１５が送信するマーカ情報を受信する。マーカ情報としては、上記の通り、対応する磁気マーカ１０Ｕの敷設位置（絶対位置）を表す位置データ、敷設箇所１０Ｆにおける磁気マーカ１０Ｕ・Ｄを結ぶ線分の方位ｄｉｒを表す方位データ等がある。
　前記制御ユニット３２は、計測ユニット２やタグリーダ３４を制御すると共に、車両５の位置である自車位置をリアルタイムで特定するユニットである。制御ユニット３２は、車両５の自動運転システム６を構成する車両ＥＣＵ６１に自車位置を入力する。
　制御ユニット３２は、各種の演算を実行するＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリ素子等が実装された電子基板（図示略）を備えている。制御ユニット３２が自車位置を特定する方法は、ＲＦＩＤタグ１５が付設された磁気マーカ１０Ｕに車両５が到達したときと、隣り合う磁気マーカ１０Ｕの中間に車両５が位置するときと、で相違している。詳しくは後述するが、制御ユニット３２は、前者の場合、磁気マーカ１０Ｕに付設されたＲＦＩＤタグ１５から受信したマーカ情報を利用して自車位置を特定する。一方、後者の場合には、慣性航法により推定した車両５の相対位置に基づいて自車位置を特定する。
　次に、本例の（１）マーカシステム１によるマーカ検出処理、及び（２）マーカシステム１を含む車両５の全体動作の流れを説明した後、（３）ジャイロセンサ２２３の較正方法について説明する。
（１）マーカ検出処理
　マーカ検出処理は、計測ユニット２のセンサアレイ２１が実行する処理である。センサアレイ２１は、上記の通り、磁気センサＣｎを用いて３ｋＨｚの周期でマーカ検出処理を実行する。
　上記のごとく、磁気センサＣｎは、車両５の進行方向及び車幅方向の磁気成分を計測するように構成されている。例えばこの磁気センサＣｎが、進行方向に移動して磁気マーカ１０の真上を通過するとき、進行方向の磁気計測値は、図６のごとく磁気マーカ１０の前後で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように変化する。したがって、車両５の走行中では、いずれかの磁気センサＣｎが検出する進行方向の磁気について、その正負が反転するゼロクロスＺｃが生じたとき、計測ユニット２が磁気マーカ１０の真上に位置すると判断できる。検出処理回路２１２は、このように計測ユニット２が磁気マーカ１０の真上に位置し進行方向の磁気計測値のゼロクロスが生じたときに磁気マーカ１０を検出したと判断する。
　また、例えば、磁気センサＣｎと同じ仕様の磁気センサについて、磁気マーカ１０の真上を通過する車幅方向の仮想線に沿う移動を想定すると、車幅方向の磁気計測値は、磁気マーカ１０を挟んだ両側で正負が反転すると共に、磁気マーカ１０の真上の位置でゼロを交差するように変化する。１５個の磁気センサＣｎを車幅方向に配列した計測ユニット２の場合には、磁気マーカ１０を介してどちらの側にあるかによって磁気センサＣｎが検出する車幅方向の磁気の正負が異なってくる（図７）。
　図７は、計測ユニット２の各磁気センサＣｎの車幅方向の磁気計測値の分布を示す図である。同図の分布に基づけば、車幅方向の磁気の正負が反転するゼロクロスＺｃを挟んで隣り合う２つの磁気センサＣｎの中間の位置、あるいは検出する車幅方向の磁気がゼロであって両外側の磁気センサＣｎの正負が反転している磁気センサＣｎの直下の位置が、磁気マーカ１０の車幅方向の位置となる。検出処理回路２１２は、計測ユニット２の中央の位置（磁気センサＣ８の位置）に対する磁気マーカ１０の車幅方向の位置の偏差を上記の横ずれ量として計測する（横ずれ量検出処理）。例えば、図７の場合であれば、ゼロクロスＺｃの位置がＣ９とＣ１０との中間辺りのＣ９．５に当たる位置となっている。上記のように磁気センサＣ９とＣ１０の間隔は１０ｃｍであるから、磁気マーカ１０の横ずれ量は、車幅方向において計測ユニット２の中央に位置するＣ８を基準として（９．５－８）×１０ｃｍとなる。
（２）車両の全体動作
　次に、図８～図１０を参照してマーカシステム１と自動運転システム６とを備える車両５の全体動作について説明する。
　自動運転システム６において走行ルートが設定されると（Ｓ１０１）、自動運転システム６の車両ＥＣＵ６１は、３Ｄマップデータを記憶する地図ＤＢ６５から対応するデータを読み出して自動運転の制御目標となる詳細なルートデータを設定する（Ｓ１０２）。ルートデータは、例えば図９中の破線で示すように、少なくとも絶対位置のデータで表される地点の連なりを含むデータである。
　一方、自動運転で車両５が走行する制御モード下では、マーカシステム１の制御ユニット３２は、上記のセンサアレイ２１によるマーカ検出処理を繰り返し実行する（Ｓ２０１）。いずれかの敷設箇所１０Ｆの上流側に位置する磁気マーカ１０Ｕを検出できたときには（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、制御ユニット３２は、ＲＦＩＤタグ１５が出力するマーカ情報を受信するようにタグリーダ３４を制御する（Ｓ２２３）。そして、制御ユニット３２は、マーカ情報に含まれる位置データが表す磁気マーカ１０Ｕの敷設位置を基準として、マーカ検出処理で計測ユニット２が計測した横ずれ量の分だけオフセットさせた位置を自車位置（図９中の△印で例示）として特定する（Ｓ２０４）。
　なお、センサアレイ２１によって検出された磁気マーカ１０が、敷設位置の上流側の磁気マーカ１０Ｕであるか下流側の磁気マーカ１０Ｄであるかの判定は、前回位置データ（マーカ情報）を受信したＲＦＩＤタグ１５付きの磁気マーカ１０Ｕの敷設位置からの距離等で判定すればよい。
　一方、隣り合う磁気マーカ１０Ｕの中間に車両５が位置しており、磁気マーカ１０Ｕを検出できないときには（Ｓ２０２：ＮＯ）、計測ユニット２に組み込まれたＩＭＵ２２は、直近で検出された磁気マーカ１０Ｕの敷設位置に基づいて特定された自車位置（図９中の△印の位置）を基準位置とし、慣性航法により車両５の相対位置を推定する。具体的には、上記の通り、ＩＭＵ２２は、計測加速度の二階積分により変位量を演算する。そして、ＩＭＵ２２は、ジャイロセンサ２２３により検出された車両５の進行方向変化や計測方位に沿ってその変位量を積算することで上記の基準位置に対する車両５の相対位置を推定する。制御ユニット３２は、図９に例示するように、この相対位置の分だけ基準位置から移動させた×印の位置を自車位置として特定する。なお、図９では、この相対位置を表すベクトルの一例を矢印で示している。
　マーカシステム１が特定した自車位置（図９中の△印及び×印の位置）は、自動運転システム６の車両ＥＣＵ６１に入力される。車両ＥＣＵ６１は、図１０で破線で示す制御目標値のルートデータに対する偏差ΔＤを算出する（Ｓ１０３）。車両ＥＣＵ６１は、この偏差ΔＤに基づいてステアリング制御、スロットル制御などの車両制御を実行し（Ｓ１０４）、自動走行を実現する。
（３）ジャイロセンサの較正方法
　上記のごとく本例のマーカシステム１では、磁気マーカ１０の各敷設箇所１０Ｆにおいて、マーカスパンＭ＝２ｍの間隔で２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄが配置されている（図４参照。）。２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄを結ぶ線分の方位ｄｉｒは、車線１００の中央に沿う方向、すなわち道路の方向に一致している。敷設箇所１０Ｆの上流側の磁気マーカ１０Ｕに付設されたＲＦＩＤタグ１５は、この方位ｄｉｒを表す方位データ（マーカ情報）を出力（無線送信）する。
　マーカシステム１では、各敷設箇所１０Ｆにおいて、方位ｄｉｒを基準として車両５の向きである車両方位Ｖｄを特定できる。そして、２箇所の敷設箇所（地点）１０Ｆにおける車両方位Ｖｄを利用してジャイロセンサ２２３を較正可能である。この較正方法の流れについて、図１１のフロー図を参照して説明する。
　車両５の走行中の状態において、制御ユニット３２は、センサアレイ２１を制御することにより、横ずれ量検出処理を含むマーカ検出処理Ｐ１を繰り返し実行する（Ｓ３０１：ＮＯ）。車両５が１箇所目の敷設箇所１０Ｆに到達して、上流側の磁気マーカ１０Ｕが検出されたとき（Ｓ３０１：ＹＥＳ）、制御ユニット３２は、タグリーダ３４を制御することによりＲＦＩＤタグ１５が記憶するマーカ情報の読取を実行する（Ｓ３０２）。
　また、制御ユニット３２は、センサアレイ２１を制御してマーカ検出処理Ｐ１を再開する。制御ユニット３２は、下流側の磁気マーカ１０Ｄを検出するまでマーカ検出処理Ｐ１を繰り返し実行させる（Ｓ３０３：ＮＯ）。そして、下流側の磁気マーカ１０Ｄが検出されたとき（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、制御ユニット３２は、マーカ検出処理Ｐ１により磁気マーカ１０Ｕ・Ｄについてそれぞれ計測された横ずれ量ＯＦ１、ＯＦ２（図１２）を利用して車両方位Ｖｄを演算する（Ｓ３０４、方位推定処理）。以下、１箇所目の敷設箇所１０Ｆにおいて演算された車両方位をＶｄ（１）とし、２箇所目の敷設箇所１０Ｆに対応する車両方位をＶｄ（２）とする。
　具体的には、制御ユニット３２は、図１２のごとく、２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄに対する横ずれ量ＯＦ１、ＯＦ２に基づいて、方位ｄｉｒに対する車両方位（進行方向）Ｖｄのずれ角Ａｘを次式により演算する。ここで、方位ｄｉｒは、マーカ情報に含まれる方位データが表す絶対方位である。車両方位Ｖｄは、方位ｄｉｒを基準としてずれ角Ａｘの分だけヨー方向（鉛直方向の軸回りの回転方向）にずらした方位として特定できる。
　横ずれ量の変化　ＯＦｄ＝｜ＯＦ２－ＯＦ１｜
　ずれ角　Ａｘ＝ａｒｃｓｉｎ（ＯＦｄ／Ｍ）
　ここで、横ずれ量ＯＦ１、ＯＦ２は、車両５の幅方向中央を境に正または負の値となるよう定義される。
　また、制御ユニット３２は、１箇所目の敷設箇所１０Ｆの下流側の磁気センサ１０Ｄの検出に応じて、ジャイロセンサ２２３の計測値である角速度の時間的な積分処理を開始する（Ｓ３０５、積分処理）。なお、この積分処理は、２箇所の敷設箇所１０Ｆを通過する間のヨー方向の回転角である計測回転角を求めるための演算処理である。制御ユニット３２は、２箇所目の敷設箇所１０Ｆの下流側の磁気マーカ１０Ｄが検出されるまでこの積分処理を継続する。
　１箇所目の敷設箇所１０Ｆを通過した後、制御ユニット３２は、センサアレイ２１を制御してマーカ検出処理Ｐ１を再開する。このマーカ検出処理Ｐ１は、２箇所目の敷設箇所１０Ｆの磁気マーカ１０が検出されるまで繰り返し実行される（Ｓ３０６：ＮＯ）。
　２箇所目の敷設箇所１０Ｆの上流側に位置する磁気マーカ１０Ｕが検出されたとき（Ｓ３０６：ＹＥＳ）、制御ユニット３２は、タグリーダ３４を制御することでＲＦＩＤタグ１５からのマーカ情報の読取を実行する（Ｓ３０７）。また、制御ユニット３２は、下流側の磁気マーカ１０Ｄを検出できるよう、センサアレイ２１を制御することでマーカ検出処理Ｐ１を繰り返し実行する（Ｓ３０８：ＮＯ）。そして、敷設箇所１０Ｆの下流側に位置する磁気マーカ１０Ｄを検出できたとき（Ｓ３０８：ＹＥＳ）、制御ユニット３２は上記と同様に、２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄに対する横ずれ量ＯＦ１、ＯＦ２（図１２）に基づいて、車両方位Ｖｄ（２）を演算する（Ｓ３０９、方位推定処理）。
　制御ユニット３２は、車両５がいずれか２箇所の敷設箇所１０Ｆで演算し特定した車両方位Ｖｄ（１）・Ｖｄ（２）の差分（車両方位の変化量）を、車両回転角として算出する（Ｓ３１０、差分演算処理）。また、制御ユニット３２は、ジャイロセンサ２２３が計測した角速度の時間的な積分処理を終了し、この積分値である計測回転角（回転角）を演算する（Ｓ３１１、積分処理）。そして、制御ユニット３２は、車両回転角と計測回転角とを比較し（Ｓ３１２）、ジャイロセンサ２２３の較正処理Ｐ２を実施する。
　ここで、ジャイロセンサ２２３の較正処理Ｐ２の内容について説明する。ヨー方向の回転がゼロであれば（ゼロ点）、理想的には、ジャイロセンサ２２３が計測する角速度はゼロ（ｄｅｇ／秒）となるはずである。しかしながら、経時変化や温度変化等の影響に応じて、ジャイロセンサ２２３のゼロ点がずれることがあり、ゼロ点でジャイロセンサ２２３が出力する角速度がゼロにならないことが多い。このゼロ点のずれ量は、角速度を時間的に積分する際の積分定数として顕在化する。そこで、上記の車両回転角と計測回転角との差分がゼロに近くなる（差分が小さくなる）ような積分定数を見つけることで、ゼロ点のずれ量を特定することも良い。ゼロ点のずれ量を特定できた場合、ジャイロセンサ２２３が出力する計測値（角速度）につき、そのずれ量を相殺できるように計測値を一律にオフセットさせると良い。このようにジャイロセンサ２２３を較正すれば、ジャイロセンサ２２３が出力する角速度の精度を向上できる。例えば、上記の車両回転角と計測回転角との差分を積分区間（積分回数）で除算した値を、ゼロ点のずれ量として取り扱うこともできる。
　さらに、図１２中のずれ角Ａｘに基づけば、マーカスパンＭの２個の磁気マーカ１０の通過に要する車両５の移動距離Ｄを算出でき、車速を高精度に算出できる。ここで、上流側の磁気マーカ１０Ｕを検出したタイミングをｔ１、下流側の磁気マーカ１０Ｄを検出したタイミングをｔ２とする。
　移動距離　Ｄ＝Ｍ×ｃｏｓＡｘ
　車速　Ｖ＝Ｄ／（ｔ２－ｔ１）
　２個の磁気マーカ１０の通過に応じて上記のように演算される車速Ｖを利用すれば、ＩＭＵ２２による計測加速度を積分して求められる速度（車速）の誤差を特定できる。そして、このように車速の誤差を特定できれば、加速度を計測する加速度センサ２２２の較正が可能になる。
　以上のように、本例のマーカシステム１は、磁気マーカ１０を利用して自車位置を特定するシステムである。このマーカシステム１では、ＧＰＳ電波等の受信を前提としないので、例えばトンネルやビルの谷間などＧＰＳ電波が受信できなかったり不安定になる場所であっても位置精度が不安定になることがない。マーカシステム１によれば、環境によらず精度の高い運転支援制御を実現できる。
　このマーカシステム１では、高精度に車両位置を特定できるように、慣性航法を実現するＩＭＵ２２の精度を高く維持する必要がある。特に、ジャイロセンサ２２３や加速度センサ２２２等のセンサについては、経時変化や温度変化等に応じて計測値がシフトする可能性があるので、随時適切に較正する必要がある。
　本例のマーカシステム１では、道路に敷設された磁気マーカ１０を利用してジャイロセンサ２２３や加速度センサ２２２等の較正が可能である。道路の路面１００Ｓに固定され、方位ｄｉｒが既知の２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄを利用すれば、ヨー方向の車両方位Ｖｄを高精度に特定可能である。高精度で特定された車両方位Ｖｄに基づけば、ヨー方向の角速度を計測するジャイロセンサ２２３を確実性高く較正できる。
　さらに、敷設箇所１０Ｆにおいて２ｍのマーカスパンＭの間隔をあけて配置された２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄを利用すれば、車速Ｖを高精度に特定可能である。精度の高い車速Ｖを利用すれば、２階積分による車速を演算するための元データとなる加速度を計測する加速度センサ２２２の較正が可能である。
　なお、本例の較正方法は、敷設箇所１０Ｆを通過する際、操舵角の変化が十分に少ないことを前提にしている。敷設箇所１０Ｆを通過する際に急なステアリング操作が行われ、操舵角が変化した場合には、ジャイロセンサ２２３の較正処理Ｐ２をキャンセルすることも良い。
　本例では、磁気マーカ１０Ｕに付設されたＲＦＩＤタグ１５が、位置データや方位データを含むマーカ情報を送信する構成例を示している。これに代えて、ＲＦＩＤタグ１５が送信するタグＩＤを利用して参照可能なマーカデータベースを採用することも良い。マーカデータベースには、敷設箇所１０Ｆの２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄのうちの少なくともいずれかの敷設位置を表す位置データや、２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄを結ぶ線分の絶対方位ｄｉｒを表す方位データなどを、タグＩＤを紐付けて記録すると良い。タグＩＤを利用してマーカデータベースを参照すれば、対応する磁気マーカ１０の敷設位置や、その敷設箇所１０Ｆにおける２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄを結ぶ絶対方位ｄｉｒを取得できる。マーカデータベースは、車両５が通信可能なサーバ装置に設けることも良く、車両５の記憶領域に設けることも良い。
　本例では、各敷設箇所１０Ｆに２個ずつ磁気マーカ１０が配置された構成例を示したが、３個以上の磁気マーカ１０を直線的に配置することも良い。
　２個の磁気マーカ１０を道路の方向に沿って配置した本例の構成に代えて、南北方向や東西方向など基準方向に沿って複数の磁気マーカ１０を配置しても良い。図１２のように車両方位を特定する際、車両方位Ｖｄに対して２個の磁気マーカ１０を結ぶ方位ｄｉｒが直角に近づくと、横ずれ量の計測が難しくなり車両方位Ｖｄの演算精度が低下する傾向にある。そこで、車両方位Ｖｄの演算に利用する磁気マーカ１０の配置方向を選択できるよう、Ｌ字状に３個の磁気マーカ１０を配置することも良い。Ｌ字状の縦の線、横の線をそれぞれ、南北、東西の方向に一致させると良い。
　南北の方向、東西の方向のうち、道路の方向に対して平行に近い側の方向に沿って磁気マーカ１０を配置する一方、いずれの方向であるかの区別を磁極性によって識別可能に構成しても良い。例えば、２個の磁気マーカ１０の磁極性について、Ｎ極－Ｎ極が南北の方向、Ｓ極－Ｓ極が東西の方向を表すようにしても良い。
（実施例２）
　本例は、実施例１に基づいて、車両方位Ｖｄの特定方法を変更したマーカシステム１の例である。本例は、車両５の前後に２ｍの間隔をあけてセンサアレイ２１が配置されている点において、実施例１とは相違している。そして、このようなセンサアレイ２１の配置の相違により、車両方位Ｖｄの特定方法が実施例１とは相違している。この内容について図１３を参照して説明する。なお、実施例１の説明に用いた図２～図４も適宜、参照する。
　本例のマーカシステム１では、図１３のごとく、車両５におけるセンサアレイ２１の配置間隔（センサスパンＳ）と、敷設箇所１０Ｆにおける磁気マーカ１０の配置間隔（マーカスパンＭ）と、が一致している。そのため、車両５が敷設箇所１０Ｆを通過する際には、前後のセンサアレイ２１がほぼ同時に２つの磁気マーカ１０Ｕ・Ｄを検出できる。
　本例では、前後のセンサアレイ２１が磁気マーカ１０Ｕ・Ｄについて計測した横ずれ量ＯＦ１、ＯＦ２に基づいて、車両方位Ｖｄが演算される。具体的には、２個の磁気マーカ１０Ｕ・Ｄを結ぶ線分の方位ｄｉｒに対する車両方位（進行方向）のずれ角Ａｘは次式により演算可能である。そして、車両方位Ｖｄは、方位ｄｉｒを基準としてずれ角Ａｘの分だけヨー方向にずらした方位として特定できる。
　横ずれ量の変化　ＯＦｄ＝｜ＯＦ２－ＯＦ１｜
　ずれ角　Ａｘ＝ａｒｃｓｉｎ（ＯＦｄ／Ｍ）
　このような車両方位Ｖｄの特定方法を採用する場合、車両５の移動（時間の経過）が必要ではないので、ステアリング操作による誤差が生じるおそれが少ない。
　なお、その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。
（実施例３）
　本例は、実施例１の構成に基づいて、ジャイロセンサ２２３の較正処理の内容を変更した例である。この内容について、図１４を参照して説明する。なお、実施例１の説明に用いた図２～図４も適宜、参照する。
　本例のジャイロセンサ２２３の較正処理は、例えば勾配の変化が０．０１％未満であって、曲率半径が３０００ｍ以上の平坦な直線の道路に設けられた敷設箇所１０Ｆに限って実行可能である。この敷設箇所１０Ｆに配置された上流側の磁気マーカ１０Ｕに付設されたＲＦＩＤタグ１５が送信するマーカ情報には、実施例１と同様の位置データや方位データに加えて、上記の平坦な直線道路であって本例の較正処理を実行可能である旨の情報が含まれている。
　ここで、本例のマーカシステム１によるジャイロセンサの較正処理の流れについて、図１４のフロー図を参照して説明する。
　車両５が走行中の状態において、車両５が備える制御ユニット３２は、センサアレイ２１を制御することでマーカ検出処理Ｐ１を繰り返し実行する（Ｓ４０１：ＮＯ）。敷設箇所１０Ｆの上流側の磁気マーカ１０Ｕが検出されたとき（Ｓ４０１：ＹＥＳ）、制御ユニット３２は、タグリーダ３４を制御することで、ＲＦＩＤタグ１５からのマーカ情報の読取を実行する（Ｓ４０２）。そして、制御ユニット３２は、較正処理を実行可能である旨の情報がマーカ情報に含まれているか否かを判断する（Ｓ４０３）。
　較正処理を実行可能である旨の情報がマーカ情報に含まれていた場合（Ｓ４０３：ＹＥＳ）、制御ユニット３２は、下流側に隣り合う磁気マーカ１０Ｄを検出できるよう、センサアレイ２１を制御することでマーカ検出処理Ｐ１を再開する。磁気マーカ１０Ｄが検出された場合（Ｓ４０４：ＹＥＳ）、制御ユニット３２は、磁気マーカ１０Ｕ・Ｄに対する横ずれ量の差分値を演算する（Ｓ４０５）。
　制御ユニット３２は、横ずれ量の差分値が所定の閾値（例えば５ｃｍ等。）以下であった場合（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、直線の道路の方向に対する車両５の方位のずれ角（図１２中のＡｘに相当。）が十分に小さい直進状態と判断する。そして、車両５が直線状態にあると判断されたとき、ジャイロセンサ２２３の較正処理Ｐ２を実施する。この較正処理Ｐ２では、ジャイロセンサ２２３の計測値である角速度がゼロとなるようにジャイロセンサ２２３の較正が行われる。
　一方、ＲＦＩＤタグ１５が出力するマーカ情報に較正可能である旨の情報が含まれていなかった場合（Ｓ４０３:ＮＯ）や、磁気マーカ１０Ｕ・Ｄに対する横ずれ量の差分値が所定の閾値を超えている場合（Ｓ４０６：ＮＯ）などでは、ジャイロセンサ２２３の較正処理Ｐ２がキャンセルされる。
　本例のマーカシステム１では、ＲＦＩＤタグ１５が出力するマーカ情報に、較正処理を実行可能である旨の情報を含めた例である。これに代えて、あるいは加えて、較正処理を実行可能な敷設箇所について、磁気マーカ１０の配置個数を３つ等、他の敷設箇所とは異ならせても良い。この場合には、ＲＦＩＤタグ１５付きの磁気マーカ１０が敷設されていない敷設箇所であっても、ジャイロセンサ２２３の較正が可能になる。
　なお、上記のずれ角については、実施例１で示したずれ角Ａｘの式を利用する演算により求めることも良い。この場合には、ずれ角に関する閾値判断を実行すると良い。
　なお、その他の構成及び作用効果については実施例１と同様である。
　以上、実施例のごとく本発明の具体例を詳細に説明したが、これらの具体例は、特許請求の範囲に包含される技術の一例を開示しているにすぎない。言うまでもなく、具体例の構成や数値等によって、特許請求の範囲が限定的に解釈されるべきではない。特許請求の範囲は、公知技術や当業者の知識等を利用して前記具体例を多様に変形、変更あるいは適宜組み合わせた技術を包含している。
　１　マーカシステム
　１０　磁気マーカ
　１５　ＲＦＩＤタグ（情報提供部、無線タグ）
　２　計測ユニット
　２１　センサアレイ（磁気検出部）
　２１２　検出処理回路
　２２　ＩＭＵ
　２２２　加速度センサ
　２２３　ジャイロセンサ
　３２　制御ユニット
　３４　タグリーダ
　５　車両
　６　自動運転システム
　６１　車両ＥＣＵ
　６５　地図データベース（地図ＤＢ）

Claims (5)

  1. 　鉛直方向の軸回りに生じる回転方向の角速度を計測するジャイロセンサを備える車両における当該ジャイロセンサの較正方法であって、
    　道路に敷設された磁気マーカに対する車両の横ずれ量を検出する横ずれ量検出処理と、
    　少なくとも２個の磁気マーカが敷設された敷設箇所を車両が通過する際、当該少なくとも２個の磁気マーカについて前記横ずれ量検出処理が検出した横ずれ量を入力値とする演算処理により車両の方位を推定する方位推定処理と、
    　該方位推定処理により推定された車両の方位を利用してジャイロセンサを較正する較正処理と、を実施するジャイロセンサの較正方法。
  2. 　請求項１において、道路に沿って離れた２箇所の前記敷設箇所を車両が通過する間の前記ジャイロセンサの計測値を時間的に積分する積分処理を実施し、
    　前記較正処理では、前記２箇所の敷設箇所において前記方位推定処理で推定された車両の方位の差分である車両回転角と、前記積分処理による積分値である計測回転角と、の差分が小さくなるようにジャイロセンサを較正するジャイロセンサの較正方法。
  3. 　請求項１において、前記較正処理は、直線の道路に設けられた敷設箇所を通過する際に前記方位推定処理が推定する車両の方位について、当該直線の道路の方向に対するずれ角が十分小さいとき、前記ジャイロセンサが計測する角速度の値をゼロに近づける処理であるジャイロセンサの較正方法。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項において、前記敷設箇所に配置された磁気マーカの少なくともいずれかには、当該敷設箇所に配置された前記少なくとも２個の磁気マーカを結ぶ線分の方向を特定可能なマーカ方位情報を提供する情報提供部が付設されているジャイロセンサの較正方法。
  5. 　請求項４において、前記情報提供部は、前記磁気マーカに取り付けられた無線タグであるジャイロセンサの較正方法。
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