JPH1114353A

JPH1114353A - 傾斜センサの補正装置

Info

Publication number: JPH1114353A
Application number: JP16906297A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Torii; 毅鳥居
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1997-06-25
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】傾斜センサの入出力特性を考慮して加速度の
影響を除去し、正確且つ信頼性の高い傾斜値を得る。【解決手段】車輪回転センサによって検出される車速
を一次微分して加速度を求め、この加速度を数値モデル
Ｇに入力したときの出力、すなわち傾斜センサの出力に
含まれる加速度による外乱成分を計算する。そして、こ
の外乱成分を傾斜センサの出力から差し引き、傾斜成分
のみを抽出して真の傾斜値として採用することで、傾斜
センサの入出力特性を含めた加速度補正によって正確且
つ信頼性の高い傾斜値を得ることができ、車両の走行制
御システムにおける制御性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載した傾
斜センサに対する加速度の影響を除去する傾斜センサの
補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車のナビゲーションシステム
や無人で自律走行する自律走行車の自律走行制御システ
ムでは、傾斜センサを搭載して路面勾配を検出するよう
にしており、特公昭６０−４９９１４号公報に開示され
ているように、路面勾配に応じた走行距離の補正を行っ
て自車両位置を測位している。また、進行方位を２軸型
の地磁気センサで検出するシステムでは、路面勾配によ
って地磁気センサが地磁気ベクトルの水平成分以外の他
の成分を検出することで生じる方位検出誤差を、傾斜セ
ンサの出力に基づいて補正するようにしている。

【０００３】この場合、傾斜センサは、一般に、重力に
よる変位を傾斜値に換算する方式のものが多く、本質的
に加速度を検出してしまい、車両の発進・停止に伴う加
減速時等に、傾斜センサの出力には加速度による外乱成
分が含まれてしまう。従って、正確な傾斜値を得るため
には、車両の加速度を検出し、傾斜センサの出力から差
し引くことによって傾斜成分のみを取り出す等の対策が
必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、車両の
加速度を検出して傾斜センサの出力から差し引く場合に
は、傾斜センサの伝達関数が１であることが前提であ
り、振り子、ダンパ、オイル等の低速・鈍重な機械的構
成要素を有する傾斜センサ等のように、一般に、伝達関
数が１である傾斜センサは極めて希である。

【０００５】このため、傾斜センサの入出力特性を考慮
せず、傾斜センサの伝達関数を１と暗黙に仮定して上述
の差し引き演算を行うと、得られる傾斜値には必ず誤差
が含まれているといっても過言でなく、特に、速い制御
系の場合、大きな誤差となる虞がある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、傾斜センサの入出力特性を考慮して加速度の影響を
除去し、正確且つ信頼性の高い傾斜値を得ることのでき
る傾斜センサの補正装置を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
車両に搭載した傾斜センサに対する加速度の影響を除去
し、真の傾斜値を求める傾斜センサの補正装置であっ
て、上記傾斜センサの入出力特性に基づいて決定した数
値モデルに、上記車両の加速度を入力し、その出力値を
算出する手段と、上記傾斜センサの実際の出力値から上
記数値モデルの出力値を差し引いて上記車両の加速度に
よる外乱成分を除去し、傾斜成分のみを抽出する手段と
を備えたことを特徴とする。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、上記数値モデルを、遅れ要素を含む伝達関
数とすることを特徴とする。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の発明において、上記加速度を、上記車両に
備えた車輪回転センサからの出力に基づいて算出するこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１または請
求項２記載の発明において、上記加速度を、上記車両に
搭載した斜板式ピストンポンプ・モータによる静油圧無
段変速装置の斜板角を検出するセンサからの出力に基づ
いて算出することを特徴とする。

【００１１】すなわち、本発明では、傾斜センサの入出
力特性に基づいて決定した数値モデルに車両の加速度を
入力し、その出力値を傾斜センサの実際の出力値から差
し引くことで車両の加速度による外乱成分を除去し、傾
斜成分のみを抽出して真の傾斜値を得る。

【００１２】その際、傾斜センサの数値モデルを、傾斜
センサの入出力をラプラス変換することで得られる伝達
関数とすることで、入出力特性の計測によって遅れ要素
を含む系を容易に扱うことができる。また、車輪回転セ
ンサを備えた車両では、車輪回転センサの出力に基づい
て加速度を算出することができ、斜板式ピストンポンプ
・モータによる静油圧無段変速装置を搭載した車両で
は、斜板式ピストンポンプ・モータの斜板角を検出する
センサからの出力に基づいて加速度を算出することがで
きる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１〜図５は本発明の実施の第１
形態に係わり、図１は傾斜センサの出力補正を示すブロ
ック図、図２は自律走行車の概略構成図、図３は傾斜セ
ンサの出力補正ルーチンを示すフローチャート、図４は
２次振動系のブロック図、図５は２次振動系の伝達関数
による出力値算出ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【００１４】図２において、符号１は、例えばゴルフ場
等の草・芝刈作業を行なう芝刈作業車等の無人で自走可
能な自律走行車を示し、図示しない操舵系によって操舵
される操舵輪６側に搭載されたエンジン２に、プロペラ
シャフト３を介して駆動輪５側に搭載されたトランスミ
ッション４が連結され、エンジン駆動によって自律走行
するようになっている。

【００１５】また、上記自律走行車１には、自律走行を
制御するマイクロコンピュータ等からなるコントローラ
１０が搭載されており、このコントローラ１０には、車
速を検出するため上記駆動輪５の車軸に取り付けられた
車輪回転センサ７、車体の傾斜角を検出するため車体の
略中央に設置された傾斜センサ８、その他、２軸型地磁
気センサ等の図示しないセンサ類、アクチュエータ類が
接続されている。

【００１６】上記コントローラ１０による自律走行で
は、自車両の現在位置を測位することが重要であり、こ
の自車両位置の測位は、上記車輪回転センサ７によって
検出される車速を積分して走行距離を求め、図示しない
２軸型地磁気センサによって検出した走行方向の変化に
対応させて累積し、基準地点からの走行履歴を算出する
ことで行われる。その際、上記コントローラ１０では、
走行路面の勾配に基づき、走行距離を補正するととも
に、２軸型地磁気センサが地磁気ベクトルの水平成分以
外の他の成分を検出して生じる方位検出誤差を補正す
る。

【００１７】尚、２軸型の地磁気センサに対する傾斜補
正については、先に本出願人によって提出された特願平
８−１４３１２３号に詳述されている。

【００１８】上記走行路面の勾配は上記傾斜センサ８に
よって検出できるが、この傾斜センサ８では、車両の発
進・停止時等に加速度を検知してしまい、その出力信号
に加速度による外乱成分が含まれてしまう。このため、
上記コントローラ１０には、上記傾斜センサ８の入出力
特性をモデル化した数値モデルＧが内蔵・記憶されてお
り、この数値モデルＧによって傾斜センサ８で検出した
傾斜データを補正し、上記傾斜センサ８に対する加速度
の影響を除去して真の傾斜値を求める。

【００１９】この傾斜センサ８の補正は、図１に示すよ
うに、車輪回転センサ７によって検出される車速を一次
微分して加速度を求め、この加速度を数値モデルＧに入
力したときの出力、すなわち傾斜センサ８の出力に含ま
れる加速度による外乱成分を計算する。そして、この外
乱成分を上記傾斜センサ８の出力から差し引き、傾斜成
分のみを抽出して真の傾斜値として採用する。

【００２０】上記コントローラ１０による傾斜センサ８
の出力補正処理は、図３に示される出力補正ルーチンに
よって行われる。このルーチンでは、まず、ステップS1
01で車輪回転センサ７からのデータを読み込み、ステッ
プS102で傾斜センサ８からのデータを読み込むと、ステ
ップS103で、車輪回転センサ７のデータを微分して加速
度データを求める。

【００２１】次いで、ステップS104へ進み、傾斜センサ
８の数値モデルＧに加速度データを入力し、その出力を
計算すると、ステップS105で傾斜センサ８の出力データ
から数値モデルＧの出力データを差し引き、その値を傾
斜値とする。

【００２２】上記ステップS104における数値モデルＧ
は、傾斜センサ８の特性によって異なり、その特性は１
次系であったり、３次系であったりする。また、時間応
答を考慮しなければならないものもあり、さらには、線
形方程式で表現できるものから非線形要素を含むものも
ある。従って、実際に使用される傾斜センサの特性を予
め計測して数値モデルＧを決定し、コントローラ１０内
に記憶させておく。

【００２３】ここでは、例えば、傾斜センサ８が、振
子、ダンパ、オイル等の機械的構成要素を有する２次振
動系として扱うことができ、この系に力Ｆが入力された
ときの出力である変位ｘに応じた電気信号がセンサ出力
となる例について説明すると、傾斜センサ８の特性は、
振り子の質量Ｍ、ダンパの減衰率Ｄ、ばね定数Ｋとし
て、以下の(1)式で示す周知の２階常微分方程式で表す
ことができる。

【００２４】Ｍ・ｄ²ｘ／ｄt²＋Ｄ・ｄｘ／ｄｔ＋Ｋ・ｘ＝Ｆ …(1) 従って、上記(1)式の初期値を０とし、入力Ｆ／Ｍ（加
速度）、出力ｘ（変位；等価的な傾斜センサ８の出力信
号）とする系の伝達関数を考えると、以下の(2)式に示
す伝達関数Ｇ(S)が得られ、この伝達関数Ｇ(S)を傾斜セ
ンサ８の数値モデルＧとして採用することができる。

【００２５】Ｇ(S)＝１／（S²＋（Ｄ／Ｍ）S＋Ｋ／Ｍ） …(2) 上記(2)式の伝達関数Ｇ(S)は、図４に示すように、２個
の積分要素1/Sの直列結合及び要素Ｄ／Ｍ，Ｋ／Ｍのフ
ィードバック結合による系として表現することができ、
この系にＦ／Ｍすなわち加速度を入力したときの出力ｘ
を求めることで、傾斜センサ８の加速度による外乱成分
を知ることができる。

【００２６】上記伝達関数Ｇ(S)によるモデル出力値ｘ
は、第１の積分要素1/Sへの入力すなわち要素Ｄ／Ｍ，
Ｋ／Ｍからの出力と入力Ｆ／Ｍとを加え合わせたフィー
ドバック値をｘ2、第１の積分要素1/Sの出力をx1、第２
の積分要素1/Sの出力をｘとし、具体的には、図５のル
ーチンで求めることができる。このルーチンでは、ま
ず、ステップS201でフィードバック値ｘ2を０に初期化
すると、ステップS202で、サンプリング時間をＤＴとし
て、フィードバック値ｘ2を積分した積分値ｘ1を算出す
る（ｘ1＝ｘ1＋ｘ2・ＤＴ）。

【００２７】次いで、ステップS203へ進み、同様に、サ
ンプリング時間をＤＴとして、積分値ｘ1を更に積分し
た値ｘを算出すると（ｘ＝ｘ＋ｘ1・ＤＴ）、ステップS
204で、この値ｘ1をモデル出力値としてメモリにストア
する。

【００２８】その後、ステップS205へ進んで、車輪回転
センサ７のデータを微分して求めた加速度を伝達関数Ｇ
の入力Ｆ／Ｍとして獲得すると、ステップS206で、この
入力Ｆ／Ｍに基づいてフィードバック値ｘ2を算出する
（ｘ2＝(Ｆ−Ｄ・ｘ1−Ｋ・ｘ)／Ｍ）。そして、このス
テップS206からステップS202へ戻ってステップS202〜S2
06のループを繰り返すことで、時々刻々の出力値ｘが算
出され、傾斜センサ８の等価出力が得られる。

【００２９】これにより、傾斜センサ８の入出力特性を
含めた加速度補正を行うことができ、正確且つ信頼性の
高い傾斜値を得て自律走行車１の自律走行制御システム
における制御性を向上することができる。

【００３０】図６〜図８は本発明の実施の第２形態に係
わり、図６は傾斜センサ出力補正のブロック図、図７は
自律走行車の構成図、図８は傾斜センサの出力補正ルー
チンを示すフローチャートである。

【００３１】本形態は、斜板式ピストンポンプ・モータ
を採用した静油圧無段変速装置（ＨＳＴ）を搭載した自
律走行車に係わるものであり、ＨＳＴの斜板角が車速に
比例することから、ＨＳＴの斜板角を検出し、この斜板
角のデータに基づいて加速度を算出するものである。

【００３２】本形態の自律走行車２０は、図７に示すよ
うに、操舵輪２８側に搭載されたエンジン２１に、プロ
ペラシャフト２２を介してＨＳＴ２３ａの入力軸が連結
され、このＨＳＴ２３ａの出力軸がトランスミッション
（終減速機）２３ｂを介して駆動輪２７に連結された構
成となっており、上記ＨＳＴ２３ａの斜板角操作軸２４
に、斜板角操作ロッド２５を介して斜板角操作用アクチ
ュエータ２６が連結されている。

【００３３】上記自律走行車２０の自律走行を制御する
コントローラ３０は、第１形態のコントローラ１０と同
様にマイクロコンピュータからなり、車速検出のために
上記斜板角操作軸２４に取り付けられた斜板角センサ２
９、傾斜センサ８、２軸型地磁気センサ等の図示しない
センサ類が接続されるとともに、上記斜板角操作用アク
チュエータ２６等のアクチュエータ類が接続されてい
る。

【００３４】上記コントローラ３０による傾斜センサ８
の出力補正処理は、図８に示すように、第１形態の出力
補正ルーチン（図３）における車輪回転センサ７に係わ
るステップS101,S103を斜板角センサ２９に係わるステ
ップS101',S103'に変更するのみで、他のステップは第
１形態と同様である。

【００３５】すなわち、本形態の傾斜センサ８の出力補
正ルーチンでは、図８のステップS101'で斜板角センサ
２９のデータを読み込むと、ステップS102で傾斜センサ
８のデータを読み込み、次いで、ステップS103'で斜板
角センサ２９のデータを微分して加速度データに直す。

【００３６】そして、第１形態で説明したように、以降
のステップS104で加速度データを傾斜センサ８の数値モ
デルＧに入力して数値モデルＧの出力を計算すると、ス
テップS105で傾斜センサ８の出力データから数値モデル
Ｇの出力データを差し引いて加速度による外乱成分を除
去し、傾斜成分のみを抽出して真の傾斜値を得る。

【００３７】本形態においても、前述の第１形態と同
様、傾斜センサ８の入出力特性を含めた加速度補正によ
って正確且つ信頼性の高い傾斜値を得ることができ、さ
らに、ＨＳＴ２３ａを搭載しているため車速検出に斜板
角センサ２９を利用することができ、車輪回転センサを
省略してシステムコストを低減することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、傾
斜センサの入出力特性に基づいて決定した数値モデルに
車両の加速度を入力し、その出力値を傾斜センサの実際
の出力値から差し引くことで車両の加速度による外乱成
分を除去し、傾斜成分のみを抽出して真の傾斜値を得る
ため、傾斜センサの入出力特性を含めた加速度補正によ
って正確且つ信頼性の高い傾斜値を得ることができ、車
両の走行制御システムにおける制御性を向上することが
できる等優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態に係わり、傾斜センサ
の出力補正を示すブロック図

【図２】同上、自律走行車の概略構成図

【図３】同上、傾斜センサの出力補正ルーチンを示すフ
ローチャート

【図４】同上、２次振動系のブロック図

【図５】同上、２次振動系の伝達関数による出力値算出
ルーチンを示すフローチャート

【図６】本発明の実施の第２形態に係わり、傾斜センサ
出力補正のブロック図

【図７】同上、自律走行車の概略構成図

【図８】同上、傾斜センサの出力補正ルーチンを示すフ
ローチャート

【符号の説明】

１，２０ …自律走行車８ …傾斜センサ１０，３０…コントローラＧ …数値モデル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両に搭載した傾斜センサに対する加速
度の影響を除去し、真の傾斜値を求める傾斜センサの補
正装置であって、上記傾斜センサの入出力特性に基づいて決定した数値モ
デルに、上記車両の加速度を入力し、その出力値を算出
する手段と、上記傾斜センサの実際の出力値から上記数値モデルの出
力値を差し引いて上記車両の加速度による外乱成分を除
去し、傾斜成分のみを抽出する手段とを備えたことを特
徴とする傾斜センサの補正装置。
【請求項２】上記数値モデルを、遅れ要素を含む伝達
関数とすることを特徴とする請求項１記載の傾斜センサ
の補正装置。
【請求項３】上記加速度を、上記車両に備えた車輪回
転センサからの出力に基づいて算出することを特徴とす
る請求項１または請求項２記載の傾斜センサの補正装
置。
【請求項４】上記加速度を、上記車両に搭載した斜板
式ピストンポンプ・モータによる静油圧無段変速装置の
斜板角を検出するセンサからの出力に基づいて算出する
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の傾斜セ
ンサの補正装置。