JP4854778B2 - 車両用推定航法装置、車両用推定航法及び車両用推定航法のプログラム - Google Patents

Description

本発明は、車両用推定航法装置、車両用推定航法及び車両用推定航法のプログラムに関する。

車両の走行案内を行う地上ナビゲーションシステムは、ＧＰＳ衛星からの信号を利用してナビゲーションを行っているが、高層建築物による信号の遮断や反射などにより当該ＧＰＳ衛星からの信号が充分に受信できなくなると、正確な走行案内ができなくなる。

そこで、従来、ＧＰＳ衛星からの信号が充分に受信できないときに何らかの方法で推定航法を行うことにより、ナビゲーションを途切れなくする工夫が行われている。しかし、その多くはヨーレートセンサや加速度センサから得られるセンサ情報を用いるため、コストアップの要因となっていた。

このため、追加のセンサを使用しない推定航法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の方法は、車両に装着されている各タイヤの正確な動荷重半径を算出し、算出された動荷重半径の値に基づいて幾何学的に推定航法を行うものである。

特表２０００−５１４１９５号公報

しかし、車両旋回時には横Ｇの発生により内外輪の荷重差が生じる。このとき、内外輪の動荷重半径は直進時のそれに比べ内輪は大きくなり、一方、外輪は小さくなるため、内外輪の回転数差により求める旋回半径は実際の値と一致しない。さらに、タイヤの動荷重半径は温度上昇による内圧の変化や車両速度の影響により一定の値にはならない。
つまり、正確な推定航法を行うためには、旋回による内外輪の荷重差などを考慮した、車輪速情報からタイヤの対地速度を推定するための適切なタイヤモデルを構築する必要があるが、これまでにそのような提案はなされていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、車両のタイヤ回転速度情報を用いてヨーレート及び速度を算出するものであり、追加のセンサを用いることなく正確な推定航法を行うことができる車両用推定航法装置、車両用推定航法及び車両用推定航法のプログラムを提供することを目的としている。

本発明の車両用推定航法装置は、走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から当該車両の走行速度の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段と、
前記車両に装着されたタイヤの回転情報を検出するタイヤ回転情報検出手段と、
このタイヤ回転情報検出手段により得られるタイヤの回転情報から当該タイヤの回転速度を算出するタイヤ回転速度算出手段と、
前記速度ベクトルの情報に基づいて車両の速度を算出する速度算出手段と、
前記速度ベクトルの情報に基づいて車両のヨーレートを算出するヨーレート算出手段と、
前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記速度算出手段により算出される車両速度と前記タイヤ回転速度との第１関係式の第１パラメータを算出する第１パラメータ算出手段と、
前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記ヨーレート算出手段により算出されるヨーレートと前記タイヤ回転速度との第２関係式の第２パラメータを算出する第２パラメータ算出手段と
を備えたことを特徴としている。

本発明の車両用推定航法装置では、タイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルのパラメータをＧＰＳ受信時に推定しており、ＧＰＳ受信不可時にはこのパラメータを用いて車両速度やヨーレートを算出することができるため、正確な推定航法を実現することができる。

前記第１パラメータ算出手段及び第２パラメータ算出手段は、それぞれ前記第１パラメータ及び第２パラメータをＧＰＳ情報受信時に常に算出し、ＧＰＳ情報受信不可時に、算出した最新のパラメータを用いてタイヤ回転速度から車両速度及びヨーレートを算出するように構成することができる。

ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を所定時間ごとに行うように構成することができる。

ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を、前記タイヤ回転情報検出手段からのパルス数が所定数に達するごとに行うように構成することができる。所定時間ごとに算出する場合、所定時間ごとのパルス数が少なければ少ないほどタイヤ回転速度の誤差が大きくなるが、こうすることにより、タイヤ回転速度の誤差は速度によらず一定となるので低速走行時における推定精度を向上させることができる。

ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を前記タイヤの１回転ごとに行うように構成することができる。

ＧＰＳ情報受信不可時における、最新のパラメータを用いたタイヤ回転速度からの車両速度及びヨーレートの算出を、タイヤの１回転ごとに行うように構成することができる。

前記速度算出手段により得られる車両速度をＶ、内外輪回転角速度の和をｘとしたときに、前記第１関係式を、Ｖ＝Ａ１×ｘ＋Ｂ１とし、ここでＡ１及びＢ１を第１パラメータとし、
前記ヨーレート算出手段により得られるヨーレートをＹ、内外輪回転角速度の和の二乗をｚ、内外輪回転角速度の差をｙとしたときに、前記第２関係式を、Ｙ＝Ａ２×ｙ／（Ｂ２×ｚ＋Ｃ２）とし、ここでＡ２、Ｂ２及びＣ２を第２パラメータとすることができる。

前記回転速度を、従動輪タイヤの回転速度とすることができる。この場合、タイヤの回転速度の算出に際しスリップ率の影響を受けることがないので、より正確に回転速度を算出することができる。

本発明の車両用推定航法は、走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から当該車両の走行速度の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出工程と、
前記車両に装着されたタイヤの回転情報を検出するタイヤ回転情報検出手段により得られるタイヤの回転情報から当該タイヤの回転速度を算出するタイヤ回転速度算出工程と、
前記速度ベクトルの情報に基づいて車両の速度を算出する速度算出工程と、
前記速度ベクトルの情報に基づいて車両のヨーレートを算出するヨーレート算出工程と、
前記タイヤ回転速度算出工程において得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記速度算出工程において算出される車両速度と前記タイヤ回転速度との第１関係式の第１パラメータを算出する第１パラメータ算出工程と、
前記タイヤ回転速度算出工程において得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記ヨーレート算出工程において算出されるヨーレートと前記タイヤ回転速度との第２関係式の第２パラメータを算出する第２パラメータ算出工程と
を備えたことを特徴としている。

本発明の車両用推定航法では、タイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルのパラメータをＧＰＳ受信時に推定しており、ＧＰＳ受信不可時にはこのパラメータを用いて車両速度やヨーレートを算出することができるため、正確な推定航法を実現することができる。

前記第１パラメータ算出工程及び第２パラメータ算出工程は、それぞれ前記第１パラメータ及び第２パラメータをＧＰＳ情報受信時に常に算出し、ＧＰＳ情報受信不可時に、算出した最新のパラメータを用いてタイヤ回転速度から車両速度及びヨーレートを算出することができる。

ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を所定時間ごとに行うことができる。

ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を、前記タイヤ回転情報検出手段からのパルス数が所定数に達するごとに行うことができる。所定時間ごとに算出する場合、所定時間ごとのパルス数が少なければ少ないほどタイヤ回転速度の誤差が大きくなるが、こうすることにより、タイヤ回転速度の誤差は速度によらず一定となるので低速走行時における推定精度を向上させることができる。

ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を前記タイヤの１回転ごとに行うことができる。

ＧＰＳ情報受信不可時における、最新のパラメータを用いたタイヤ回転速度からの車両速度及びヨーレートの算出を、タイヤの１回転ごとに行うことができる。

前記速度算出工程において得られる車両速度をＶ、内外輪回転角速度の和をｘとしたときに、前記第１関係式を、Ｖ＝Ａ１×ｘ＋Ｂ１とし、ここでＡ１及びＢ１を第１パラメータとし、
前記ヨーレート算出工程において得られるヨーレートをＹ、内外輪回転角速度の和の二乗をｚ、内外輪回転角速度の差をｙとしたときに、前記第２関係式を、Ｙ＝Ａ２×ｙ／（Ｂ２×ｚ＋Ｃ２）とし、ここでＡ２、Ｂ２及びＣ２を第２パラメータとすることができる。

前記回転速度を、従動輪タイヤの回転速度とすることができる。この場合、タイヤの回転速度の算出に際しスリップ率の影響を受けることがないので、より正確に回転速度を算出することができる。

本発明の車両用推定航法のプログラムは、推定航法を実行するためにコンピュータを、走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から当該車両の走行速度の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段、前記車両に装着されたタイヤの回転情報を検出するタイヤ回転情報検出手段により得られるタイヤの回転情報から当該タイヤの回転速度を算出するタイヤ回転速度算出手段、前記速度ベクトルの情報に基づいて車両の速度を算出する速度算出手段、前記速度ベクトルの情報に基づいて車両のヨーレートを算出するヨーレート算出手段、前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記速度算出手段により算出された車両速度と前記タイヤ回転速度との第１関係式の第１パラメータを算出する第１パラメータ算出手段、及び、前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記ヨーレート算出手段により算出されたヨーレートと前記タイヤ回転速度との第２関係式の第２パラメータを算出する第２パラメータ算出手段として機能させることを特徴としている。

本発明の車両用推定航法装置、車両用推定航法及び車両用推定航法のプログラムによれば、追加のセンサを用いることなく正確な推定航法を行うことができる。

本発明の車両用推定航法装置の一実施の形態を示すブロック図である。 図１に示される車両用推定航法装置の電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る車両用推定航法のフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る車両用推定航法のフローチャートである。 旋回半径の算出結果を示す図である。 走行ルートを示す図である。 通常走行時の車両の速度変化を示す図である。 低速走行時の車両の速度変化を示す図である。 通常走行時において実施例２で推定したヨーレートと実際のヨーレートの関係を示す図である。 通常走行時において実施例３で推定したヨーレートと実際のヨーレートの関係を示す図である。 推定したヨーレートと実際のヨーレートとの差の経時変化を示す図である。 低速走行時において実施例２で推定したヨーレートと実際のヨーレートの関係を示す図である。 低速走行時において実施例３で推定したヨーレートと実際のヨーレートの関係を示す図である。 推定したヨーレートと実際のヨーレートとの差の経時変化を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の車両用推定航法装置、車両用推定航法及び車両用推定航法のプログラムの実施の形態を詳細に説明する。
図１に示されるように、本発明の一実施の形態に係る車両用推定航法装置は、４輪車両（前輪駆動車）に備えられた４つのタイヤＦＬ（左前輪）、ＦＲ（右前輪）、ＲＬ（左後輪）及びＲＲ（右後輪）のうち、従動輪であるＲＬタイヤ及びＲＲタイヤの車輪回転情報を検出するため、当該タイヤに関連して設けられた通常の車輪速度検出手段（車輪回転情報検出手段）１を備えている。

前記車輪速度検出手段１としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から回転角速度及び車輪速度を測定するための車輪速センサを用いることができる。前記車輪速度検出手段１の出力は、ＡＢＳなどのコンピュータである制御ユニット２に与えられる。この制御ユニット２にはＧＰＳ情報を受信することができるＧＰＳ装置３が接続されている。

制御ユニット２は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェース２ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ２ｂと、このＣＰＵ２ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ２ｃと、前記ＣＰＵ２ｂが制御動作を行う際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータが読み出されたりするＲＡＭ２ｄとから構成されている。なお、図２において、３ａはＧＰＳアンテナである。

前記車輪速度検出手段１では、タイヤの回転数に対応したパルス信号（以下、「車輪速パルス」ともいう）が出力される。また、ＣＰＵ２ｂでは、車輪速度検出手段１から出力された車輪速パルスに基づいて、所定のサンプリング周期ΔＴ（ｓｅｃ）、例えばΔＴ＝０．０５秒毎に従動輪のタイヤの回転角速度が算出される。

本実施の形態に係る車両用推定航法装置は、車輪速度検出手段（タイヤ回転情報検出手段）１と、走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機３によるＧＰＳ情報から当該車両の走行速度の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段と、前記車両に装着されたタイヤの回転情報を検出するタイヤ回転情報検出手段と、このタイヤ回転情報検出手段により得られるタイヤの回転情報から当該タイヤの回転速度を算出するタイヤ回転速度算出手段と、前記速度ベクトルの情報に基づいて車両の速度を算出する速度算出手段と、前記速度ベクトルの情報に基づいて車両のヨーレートを算出するヨーレート算出手段と、前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記速度算出手段により算出される車両速度と前記タイヤ回転速度との第１関係式の第１パラメータを算出する第１パラメータ算出手段と、前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記ヨーレート算出手段により算出されるヨーレートと前記タイヤ回転速度との第２関係式の第２パラメータを算出する第２パラメータ算出手段とから構成されている。そして、車両用推定航法のプログラムは、前記制御ユニット２を、速度ベクトル算出手段、タイヤ回転速度算出手段、速度算出手段、ヨーレート算出手段、第１パラメータ算出手段及び第２パラメータ算出手段として機能させる。

本発明の車両用推定航法装置及び車両用推定航法では、ＧＰＳによる速度情報として速度ベクトルが用いられる。
ＧＰＳによる速度ベクトルの変化から内積による角度変化、すなわちヨーレートを算出し、このＧＰＳ情報から求めたヨーレートと、後述するようにタイヤの回転速度から算出したヨーレートとが一致するようにタイヤモデルのパラメータを推定する。

また、ＧＰＳによる３次元方向の速度ベクトルの合成により算出される車両速度と、同じくタイヤの回転速度から算出した車両速度とが一致するようにタイヤモデルのパラメータを推定する。
なお、駆動輪においては、旋回における荷重移動だけでなくスリップ率もタイヤ回転速度に影響を及ぼすため、タイヤの回転速度の算出には従動輪を使用するのが好ましい。

本発明では、これらのタイヤ特性を考慮して、タイヤの対地速度を車輪速を用いたモデルで表現し、ＧＰＳが受信できている間に最適なモデルパラメータを算出し、ＧＰＳが受信できないときに、かかるモデルパラメータを用いて車両速度及びヨーレートを算出するものである。これにより、推定航法で最も重要な方位変化を精度良く車輪速情報から求めることができる。

次に、車両速度とヨーレートに着目したタイヤモデルについて説明するが、この方法はモデル作成の一例にすぎず、本発明はかかる方法に限定されるものではない。

〔車両速度とヨーレートの算出法〕
車両の速度とヨーレートはＧＰＳによる３次元速度ベクトルから算出することができる。例えば特開２００２−２２８１６号公報に開示されているように、衛星のキャリヤ位相から偏位量を求めることができる。
受信機の３次元方向の偏位量として、地球固定座標系での東西方向の偏位量Ｄｅと、南北方向の偏位量Ｄｎと、垂直方向の偏位量Ｄｕとを算出する。また、受信点の３次元方向の偏位量に代えて、受信点の３次元方向の速度成分として、地球固定座標系での東西方向の成分速度Ｖｅと、南北方向の成分速度Ｖｎと、垂直方向の成分速度Ｖｕとを算出する。

これらの３次元方向の速度ベクトルを合成することで、正確な車両速度を以下の式（１）により算出することができる。

また、ヨーレート（Ｙ）は、ある時刻（ｔ）における東西方向の成分速度Ｖｅと南北方向の成分速度Ｖｎをベクトル合成した速度ベクトルＶｔの、時刻ごとにおける角度変化を内積として求めることで、算出時間あたりの角度変化Ｈｄが以下の式（２）により算出できる。

そして、このＨｄから単位時間あたりの方位変化としてヨーレート（Ｙ）を求めることができる。

〔タイヤモデル〕
ＧＰＳによる車両直進時の速度情報と、タイヤ回転速度との関係から４輪それぞれの動荷重半径を算出することができる。そのときの動荷重半径を基準動荷重半径とし、Ｄｒとする。

車両の旋回時に発生する横Ｇによって車両の内外輪の動荷重半径は変化し、その変化量をΔＤｒとすると、旋回内側のタイヤ対地速度Ｖｉｎと旋回外側のタイヤ対地速度Ｖｏｕｔは、そのときの内輪の回転角速度ωｉｎ及び外輪の回転角速度ωｏｕｔによって、
Ｖｉｎ＝（Ｄｒ＋ΔＤｒ）×ωｉｎ
Ｖｏｕｔ＝（Ｄｒ-ΔＤｒ）×ωｏｕｔ
と表すことができる。
ここで、車両速度（Ｖ）は、以下の式（３）で表すことができる。

また、ヨーレート（Ｙ）については、
タイヤの荷重感度：単位荷重が作用したときのタイヤの撓み量＝ｂ
車両の前後等価バネ定数の比：荷重移動量全体に対する従動軸が受け持つ荷重比＝Ｋ
車両質量＝ｍ
車両のトレッド幅＝Ｗ
車両の重心高さ＝ｈ
横加速度＝ａｙ
とすると、ヨーレート（Ｙ）＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｉｎ）／Ｗである。

また、
Ｖｏｕｔ＋Ｖｉｎ＝Ｄｒ×（ωｏｕｔ＋ωｉｎ）
Ｖｏｕｔ−Ｖｉｎ＝Ｄｒ×（ωｏｕｔ−ωｉｎ）−ΔＤｒ×（ωｏｕｔ＋ωｉｎ）
＝Ｄｒ×（ωｏｕｔ−ωｉｎ）−２×ｂ×Ｋ×（ｈ／Ｗ）×ｍ×ａｙ×（ωｏｕｔ＋ωｉｎ）
ａｙ＝（Ｖｏｕｔ＋Ｖｉｎ）×（Ｖｏｕｔ−Ｖｉｎ）／２Ｗ
であるので、ヨーレート（Ｙ）は以下の式（４）で表すことができる。

以上より、車両速度（Ｖ）とヨーレート（Ｙ）を、タイヤの内外輪角速度の和及び差を変数として、車両及びタイヤのパラメータで表すモデルを構築することができる。

〔パラメータの推定方法〕
前述したタイヤモデルのパラメータのうち速度（Ｖ）に関連するパラメータは、式（３）より、ＧＰＳから得られる速度（Ｖ）と内外輪回転角速度の和（ｘ）の関係をＶ＝Ａ１×ｘ＋Ｂ１とし、例えば最小二乗法によりパラメータ（Ａ１、Ｂ１）を推定することができる。

また、ヨーレート（Ｙ）に関連するパラメータは、式（４）より、ＧＰＳから得られるヨーレート値（Ｙ）と、内外輪角速度の和の二乗（ｚ）及び内外輪角速度の差（ｙ）との関係をＹ＝Ａ２×Ｙ／（Ｂ２×ｚ＋Ｃ２）とし、例えば最小二乗法によりパラメータ（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２）を推定することができる。

<実施形態１>
次に図３に示されるフローチャートを参照しつつ、本発明の車両用推定航法の実施形態１について説明する、この実施形態１では、ＧＰＳ受信時において所定時間ごとに、具体的には５０ｍｓごとに前記パラメータを推定し、ＧＰＳ受信不可時には推定しておいた最新のパラメータ及び車輪速データに基づいて車両の速度及びヨーレートを算出する。

まず、ステップＳ１において、ＧＰＳ装置３からＧＰＳ情報を受信する。このＧＰＳ情報には車両の絶対位置が含まれる。
ついで、ステップＳ２において、車輪速度検出手段１からタイヤの回転数に対応したパルス信号が入力される。なお、実施形態１における車輪速度検出手段１はタイヤ１回転当たり４８のパルスを発生する。

ついで、ステップＳ３において、ＧＰＳ受信機３からの信号が充分に受信できているか否かの判断を行なう。具体的には、ＧＰＳが出力するＤＯＰ値（測位精度の劣化係数）で判定し、当該ＤＯＰ値が所定値以下の場合は受信状態が良好でないと判断する。

ステップＳ３においてＧＰＳ受信機３からの信号の受信状態が良好であると判断されると、ステップＳ４において、所定のサンプリング周期ΔＴ=０．０５秒ごとに車輪速（タイヤの回転角速度）、ＧＰＳ情報に基づく車両速度、及びＧＰＳ情報に基づくヨーレートが算出される。車輪速、車両速度及びヨーレートは、それぞれ次の式に従い算出される。
車輪速=（２π／４８）×パルス数／０．０５
車両速度=移動距離／０．０５
ヨーレート=移動角／０．０５
ここで、前記移動距離及び移動角は０．０５秒間における車両の絶対位置の変化量から求めることができる。また、車輪速は従動軸の左輪及び右輪のそれぞれについて算出される。

ついで、ステップＳ５において、前記モデル式のパラメータ（Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２）が逐次最小二乗法により推定される。そして、推定されたパラメータが制御ユニット２の記憶手段に記憶される。このパラメータの推定は、ＧＰＳ情報の受信時に常に実行され、直前に推定されたパラメータは、新たに推定された最新のパラメータに順次更新される。

一方、ステップＳ３において、ＧＰＳ情報の受信が良好ではない、又は、受信不可であると判断されると、ステップＳ６において前記ステップＳ４と同様にして車輪速が算出される。

ついで、ステップＳ７において、ステップＳ６で算出された車輪速と、制御ユニット２の記憶手段に記憶されている最新のパラメータを用いて所定のサンプリング周期ΔＴ=０．０５秒ごとに車両速度とヨーレートが算出される。
そして、ステップＳ７で算出された車両速度及びヨーレートに基づいて、ステップＳ８において、車両の推定航法が実行される。

<実施形態２>
次に図４に示されるフローチャートを参照しつつ、本発明の車両用推定航法の実施形態２について説明する、この実施形態２では、ＧＰＳ受信時において所定のパルス数ごとに、具体的には４８パルスごとに前記パラメータを推定し、ＧＰＳ受信不可時には推定しておいた最新のパラメータに基づいて車両の速度及びヨーレートを算出する。実施形態２では、タイヤ１回転ごとに４８のパルスを発生する車輪速度検出手段１を用いており、タイヤ１回転ごとにパラメータを推定する。

タイヤの回転速度は、通常、ＡＢＳに用いられるパルス発生型のセンサからのパルス信号を用いて算出されるが、このパルス信号は、例えばタイヤ１回転当たり４８パルスといった具合に決まった値である。そのため、車両速度が低速になればなるほど単位時間に入力されるパルス数は減少し、低速域における推定精度が悪くなる。極端な場合５０ｍｓｅｃ中に０〜１パルスしかないこともあり得る。また、単位時間（サンプリング時間）を延ばしたとしても、低速域における精度は高速域における精度に及ばず、さらに時間を延ばしすぎると、今度は車両の急な角度変化や速度変化に追従できなる。

そこで、実施形態２では、所定時間ごとの推定（実施形態１）に代えて、所定のパルス数ごとにパラメータの推定を行う。
まず、ステップＳ１０において、ＧＰＳ装置３からＧＰＳ情報を受信する。このＧＰＳ情報には車両の絶対位置が含まれる。

ついで、ステップＳ１１において、車輪速度検出手段１からタイヤの回転数に対応したパルス信号が入力される。なお、実施形態２における車輪速度検出手段１も実施形態１と同様にタイヤ１回転当たり４８のパルスを発生する。
ついで、ステップＳ１２において、ＧＰＳ受信機３からの信号が充分に受信できているか否かの判断を行なう。

ステップＳ１２においてＧＰＳ受信機３からの信号の受信状態が良好であると判断されると、ステップＳ１３において、ＧＰＳの位置情報、タイヤの回転パルス及び時間の積算処理が行われる。
ついで、ステップＳ１４において、両輪（従動輪の左右輪）について積算されたパルス数がタイヤの１回転の相当する４８パルスを超えたか否かが判断される。

そして、ステップＳ１４において４８パルスを超えたと判断されると、ステップＳ１５において、車輪速（タイヤの回転角速度）、ＧＰＳ情報に基づく車両速度、及びＧＰＳ情報に基づくヨーレートが算出される。車輪速、車両速度及びヨーレートは、それぞれ次の式に従い算出される。
車輪速=（２π／４８）×積算パルス数／積算時間
車両速度=移動距離／積算時間
ヨーレート=移動角／積算時間

ついで、ステップＳ１６において、前記モデル式のパラメータ（Ａ１、Ｂ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２）が逐次最小二乗法により推定される。そして、推定されたパラメータが制御ユニット２の記憶手段に記憶される。このパラメータの推定は、ＧＰＳ情報の受信時に常に実行され、直前に推定されたパラメータは、新たに推定された最新のパラメータに順次更新される。
ついで、ステップＳ１７において、ＧＰＳ位置、タイヤ回転パルス及び時間の積算値をゼロにする。

一方、ステップＳ１２において、ＧＰＳ情報の受信が良好ではない、又は、受信不可であると判断されると、ステップＳ１８において、タイヤの回転パルス及び時間の積算処理が行われる。

ついで、ステップＳ１９において、両輪（従動輪の左右輪）について積算されたパルス数がタイヤの１回転の相当する４８パルスを超えたか否かが判断される。
そして、ステップＳ１９において４８パルスを超えたと判断されると、ステップＳ２０において、ステップＳ１５と同様にして車輪速（タイヤの回転角速度）が算出される。

ついで、ステップＳ２１において、ステップＳ２０で算出された車輪速と、制御ユニット２の記憶手段に記憶されている最新のパラメータを用いて車両速度とヨーレートが算出される。
そして、ステップＳ２１で算出された車両速度及びヨーレートに基づいて、ステップＳ２２において、車両の推定航法が実行される。

次に本発明の車両用推定航法の実施例を説明するが、本発明はもとより実施例にのみ限定されるものではない。
[実施例１、比較例１及び参照例]
１５００ｃｃのＦＦ車に住友ゴム工業株式会社製のタイヤ（１９５／６０Ｒ１５ ＳＰ１０）を装着し、時速６０ｋｍで住友ゴム工業株式会社の岡山テストコース内実験路で定常円旋回を行った。旋回半径は５０ｍであり、車両にはＶＢＯＸ（商品名。英国Ｒａｃｅ Ｌｏｇｉｃ社製ＧＰＳ速度計）を装備した。

まず、ＧＰＳが受信できる状況で実験路（５０Ｒ）を３周し、前述した方法でパラメータの推定を行った。
その後、ＧＰＳアンテナの接続をはずし、同じ実験路を周回した。その車輪速データを用いて、ＧＰＳ受信時に求めたパラメータ値に基づき旋回半径を求めた（実施例１）。また、内外輪の動荷重半径を同じと仮定し、得られた車輪速データに基づいて幾何学的に旋回半径を求めた（比較例１）。なお、参照のためにＧＰＳ受信時にＧＰＳ情報から旋回半径を計算した（参照例）。結果を図５に示す。

図５より分かるように、モデル式を使わずに車輪速データに基づいて幾何学的に旋回半径を計算した比較例１では、旋回半径が約４０Ｒであるが、モデル式を用いた実施例１では約５０Ｒと実験走行に近い旋回半径が算出された。この５０ＲはＧＰＳ情報に基づく算出結果（参照例）にも良く一致しており、本発明におけるパラメータ推定モデルによる計算の精度が高いことが分かる。

[実施例２及び実施例３]
タイヤ１回転ごとにパラメータ推定を行う場合（実施例２）と、所定の時間（５０ｍｓｅｃ）ごとにパラメータ推定を行う場合（実施例３）について、推定精度の比較を行った。

１５００ｃｃのＦＦ車に住友ゴム工業株式会社製のタイヤ（１９５／６０Ｒ１５ ＳＰ１０）を装着し、ＧＰＳが受信可能な状況で図６に示されるコースを通常速度（直線５０〜６０ｋｍ／ｈ、コーナー３０〜４０ｋｍ／ｈ）で３周走行し、パラメータ推定を行った。車両にはＶＢＯＸ（商品名。英国Ｒａｃｅ Ｌｏｇｉｃ社製ＧＰＳ速度計）を装備した。図７は通常走行時の車両の速度変化を示している。

パラメータ推定後、プログラム上で強制的にパラメータ推定を止めた状態で再び同じコースを走行して、車輪速データと推定しておいたパラメータ値を用いて車両速度及びヨーレートを算出した。そして、この速度及びヨーレートから計算したヨー角（方位角）をＧＰＳのヨー角と比較し、そのズレ量を比較した。
次に低速（直線３０〜３５ｋｍ／ｈ、コーナー１０〜１５ｋｍ／ｈ）で同様にしてパラメータ推定、及び、ヨー角のズレ量の比較を行った。図８は低速走行時の車両の速度変化を示している。

通常走行時
図９は、実際のヨーレート値（ＧＰＳ値）とタイヤ１回転ごとに車輪速から推定したヨーレート値（実施例２）との関係を示し、図１０は、実際のヨーレート値（ＧＰＳ値）と５０ｍｓごとに車輪速から推定したヨーレート値（実施例３）との関係を示している。
両者とも高い相関関係を示しているが、寄与率は実施例３が０．９５０１であるのに対し、実施例２は０．９７７６と若干向上している。

推定したヨーレートを時間積分することで推定ヨー角（方位角）を求め、これと実際のヨー角（ＧＰＳ値）との差分をとり、時間が経過するに従いどの程度推定値がずれていくのかを調べた。結果を図１１に示す。３００ｓ経過後のヨー角ズレ量は、実施例３よりも若干実施例２の方が小さいことが分かるが、明らかな差は見出せなかった。

低速走行時
図１２は、実際のヨーレート値（ＧＰＳ値）とタイヤ１回転ごとに車輪速から推定したヨーレート値（実施例２）との関係を示し、図１３は、実際のヨーレート値（ＧＰＳ値）と５０ｍｓごとに車輪速から推定したヨーレート値（実施例３）との関係を示している。寄与率は、実施例３が０．９３４７と通常走行時の０．９５０１よりも低下したのに対し、実施例２は０．９７８６と低速時でも変化しないことが分かる。

通常走行時と同様に、推定したヨーレートを時間積分することで推定ヨー角（方位角）を求め、これと実際のヨー角（ＧＰＳ値）との差分をとり、時間が経過するに従いどの程度推定値がずれていくのかを調べた。結果を図１４に示す。

実施例３では前記寄与率が低いことからも分かるようにパラメータ推定の精度が低くなっており、そのため３００ｍｓ経過後のヨー角ズレ量は時間が経過するほど大きくなるが、実施例２では通常走行時とヨー角ズレ量は同レベルであった。このことから、低速条件では、タイヤ１回転ごとにパラメータ推定を行う実施例２の方が、５０ｍｓごとにパラメータ推定を行う実施例３よりも明らかに有意であることが分かる。

１ 車輪速度検出手段
２ 制御ユニット
２ａ インターフェース
２ｂ ＣＰＵ
２ｃ ＲＯＭ
２ｄ ＲＡＭ
３ ＧＰＳ装置
３ａ ＧＰＳアンテナ

Claims (17)

1. 走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から当該車両の走行速度の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段と、
   前記車両に装着されたタイヤの回転情報を検出するタイヤ回転情報検出手段と、
   このタイヤ回転情報検出手段により得られるタイヤの回転情報から当該タイヤの回転速度を算出するタイヤ回転速度算出手段と、
   前記速度ベクトルの情報に基づいて車両の速度を算出する速度算出手段と、
   前記速度ベクトルの情報に基づいて車両のヨーレートを算出するヨーレート算出手段と、
   前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記速度算出手段により算出される車両速度と前記タイヤ回転速度との第１関係式の第１パラメータを算出する第１パラメータ算出手段と、
   前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記ヨーレート算出手段により算出されるヨーレートと前記タイヤ回転速度との第２関係式の第２パラメータを算出する第２パラメータ算出手段と
   を備えたことを特徴とする車両用推定航法装置。
2. 前記第１パラメータ算出手段及び第２パラメータ算出手段は、それぞれ前記第１パラメータ及び第２パラメータをＧＰＳ情報受信時に常に算出し、ＧＰＳ情報受信不可時に、算出した最新のパラメータを用いてタイヤ回転速度から車両速度及びヨーレートを算出するように構成されている請求項１に記載の車両用推定航法装置。
3. ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を所定時間ごとに行うように構成されている請求項２に記載の車両用推定航法装置。
4. ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を、前記タイヤ回転情報検出手段からのパルス数が所定数に達するごとに行うように構成されている請求項２に記載の車両用推定航法装置。
5. ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を前記タイヤの１回転ごとに行うように構成されている請求項２に記載の車両用推定航法装置。
6. ＧＰＳ情報受信不可時における、最新のパラメータを用いたタイヤ回転速度からの車両速度及びヨーレートの算出を、タイヤの１回転ごとに行うように構成されている請求項５に記載の車両用推定航法装置。
7. 前記速度算出手段により得られる車両速度をＶ、内外輪回転角速度の和をｘとしたときに、前記第１関係式は、Ｖ＝Ａ１×ｘ＋Ｂ１であり、ここでＡ１及びＢ１が第１パラメータであり、
   前記ヨーレート算出手段により得られるヨーレートをＹ、内外輪回転角速度の和の二乗をｚ、内外輪回転角速度の差をｙとしたときに、前記第２関係式は、Ｙ＝Ａ２×ｙ／（Ｂ２×ｚ＋Ｃ２）であり、ここでＡ２、Ｂ２及びＣ２が第２パラメータである請求項１〜６のいずれかに記載の車両用推定航法装置。
8. 前記回転速度が、従動輪タイヤの回転速度である請求項１〜７のいずれかに記載の車両用推定航法装置。
9. 走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から当該車両の走行速度の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出工程と、
   前記車両に装着されたタイヤの回転情報を検出するタイヤ回転情報検出手段により得られるタイヤの回転情報から当該タイヤの回転速度を算出するタイヤ回転速度算出工程と、
   前記速度ベクトルの情報に基づいて車両の速度を算出する速度算出工程と、
   前記速度ベクトルの情報に基づいて車両のヨーレートを算出するヨーレート算出工程と、
   前記タイヤ回転速度算出工程において得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記速度算出工程において算出される車両速度と前記タイヤ回転速度との第１関係式の第１パラメータを算出する第１パラメータ算出工程と、
   前記タイヤ回転速度算出工程において得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記ヨーレート算出工程において算出されるヨーレートと前記タイヤ回転速度との第２関係式の第２パラメータを算出する第２パラメータ算出工程と
   を備えたことを特徴とする車両用推定航法。
10. 前記第１パラメータ算出工程及び第２パラメータ算出工程は、それぞれ前記第１パラメータ及び第２パラメータをＧＰＳ情報受信時に常に算出し、ＧＰＳ情報受信不可時に、算出した最新のパラメータを用いてタイヤ回転速度から車両速度及びヨーレートを算出する請求項９に記載の車両用推定航法。
11. ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を所定時間ごとに行う請求項１０に記載の車両用推定航法。
12. ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を、前記タイヤ回転情報検出手段からのパルス数が所定数に達するごとに行う請求項１０に記載の車両用推定航法。
13. ＧＰＳ情報受信時の前記第１パラメータ及び第２パラメータの算出を前記タイヤの１回転ごとに行う請求項１０に記載の車両用推定航法。
14. ＧＰＳ情報受信不可時における、最新のパラメータを用いたタイヤ回転速度からの車両速度及びヨーレートの算出を、タイヤの１回転ごとに行う請求項１３に記載の車両用推定航法。
15. 前記速度算出工程において得られる車両速度をＶ、内外輪回転角速度の和をｘとしたときに、前記第１関係式は、Ｖ＝Ａ１×ｘ＋Ｂ１であり、ここでＡ１及びＢ１が第１パラメータであり、
    前記ヨーレート算出工程において得られるヨーレートをＹ、内外輪回転角速度の和の二乗をｚ、内外輪回転角速度の差をｙとしたときに、前記第２関係式は、Ｙ＝Ａ２×ｙ／（Ｂ２×ｚ＋Ｃ２）であり、ここでＡ２、Ｂ２及びＣ２が第２パラメータである請求項９〜１４のいずれかに記載の車両用推定航法。
16. 前記回転速度が、従動輪タイヤの回転速度である請求項９〜１５のいずれかに記載の車両用推定航法。
17. 推定航法を実行するためにコンピュータを、走行車両に搭載されたＧＰＳ受信機によるＧＰＳ情報から当該車両の走行速度の速度ベクトルを算出する速度ベクトル算出手段、前記車両に装着されたタイヤの回転情報を検出するタイヤ回転情報検出手段により得られるタイヤの回転情報から当該タイヤの回転速度を算出するタイヤ回転速度算出手段、前記速度ベクトルの情報に基づいて車両の速度を算出する速度算出手段、前記速度ベクトルの情報に基づいて車両のヨーレートを算出するヨーレート算出手段、前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記速度算出手段により算出された車両速度と前記タイヤ回転速度との第１関係式の第１パラメータを算出する第１パラメータ算出手段、及び、前記タイヤ回転速度算出手段により得られるタイヤの回転速度からタイヤの対地速度を算出する数式モデルから求めた、前記ヨーレート算出手段により算出されたヨーレートと前記タイヤ回転速度との第２関係式の第２パラメータを算出する第２パラメータ算出手段として機能させることを特徴とする車両用推定航法のプログラム。

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