专利名称：车辆相对位置推定装置及车辆相对位置推定方法
技术领域：
本发明涉及推定车辆相对位置的装置及方法。
背景技术：
目前，为了进行车辆控制，公知的有取得前方车辆的行驶数据的装置。例如，专利 文献1记载的装置，通过与前方车辆的车车间通信取得前方车辆的车速、加减速、ID(队列 顺序)等行驶数据，并且，通过本车辆具备的磁传感器取得本车辆的横向位移，基于取得的 信息进行队列行驶。专利文献1 日本特开平09-81899号公报但是，在进行队列行驶的情况下等，考虑其他车辆行驶的情况下，需要进行车间距 离的控制，因此，优选高精度地取得车辆间的相对位置(或相对速度、相对加速度)。但是， 在专利文献1记载的装置中，不能保证经由通信取得的加速度的精度，因此，例如由于前方 车辆的加速度传感器的误差等，车辆间的相对位置的精度可能降低。另一方面，也考虑到应用车辆具备的相对位置检测传感器观测车间距离(相对位 置)的情况，但在传感器信息中含有噪声、测定误差等，因此，有时通过相对位置检测传感 器的性能难以高精度地检测车辆间的相对位置。
发明内容
于是，本发明是为了解决这样的技术课题而做出的，其目的在于提供一种能够精 度良好地推定车辆间的相对位置的车辆相对位置推定装置。S卩，本发明的车辆相对位置推定装置，推定第一车辆相对于第二车辆的相对位置， 具备运动状态取得部，分别取得控制所述第一车辆的运动状态的车辆控制信息或由所述 第一车辆的车载设备检测出的所述第一车辆的运动状态、及控制所述第二车辆的运动状态 的车辆控制信息或由所述第二车辆的车载设备检测出的所述第二车辆的运动状态；相对 位置取得部，取得由搭载于所述第一车辆或所述第二车辆的车载设备检测出的所述相对位 置；及推定部，输入由所述运动状态取得部取得的所述第一车辆的车辆控制信息或运动状 态及所述第二车辆的车辆控制信息或运动状态，并且将由所述相对位置取得部取得的所述 相对位置作为观测量，使用卡尔曼滤波器推定所述相对位置。在该发明中，通过运动状态取得部取得控制第一车辆的运动状态的车辆控制信息 或由所述第一车辆的车载设备检测出的第一车辆的运动状态、及控制第二车辆的运动状态 的车辆控制信息或由第二车辆的车载设备检测出的所述第二车辆的运动状态；通过相对位 置取得部取得由搭载于第一车辆或第二车辆的车载设备检测出的相对位置；通过推定部输 入第一车辆的车辆控制信息或运动状态及第二车辆的车辆控制信息或运动状态，并且将相 对位置作为观测量，使用卡尔曼滤波器推定相对位置。这样，将从在单体中测定误差、噪声 等较大的搭载于第一车辆或第二车辆的车载设备得到的相对位置，使用卡尔曼滤波器与第 一车辆及第二车辆的运动状态组合，因此，能够推定降低了测定误差、噪声等的相对位置。因此，能够精度优良地推定车辆间的相对位置。在此，优选所述运动状态取得部取得加速度作为所述运动状态，优选所述相对位 置取得部使用GPS信息作为所述相对位置。通过这样的构成，能够将自包括测定误差、噪声等GPS信息算出的相对位置，使用 卡尔曼滤波器与第一车辆及第二车辆的加速度组合，因此，能够推定降低了测定误差、噪声 等的相对位置。另外，优选所述推定部与搭载于所述第一车辆或所述第二车辆且检测所述相对位 置的车载设备的捕捉状态相对应地改变由所述卡尔曼滤波器进行的融合的程度。通过这样构成，能够与车载设备的捕捉状态相对应地改变由卡尔曼滤波器进行的 融合的程度，因此，能够使检测相对位置的车载设备的捕捉状态反映于相对位置的推定值。 因此，例如即使由于不可预测的事态而导致多个车载设备中的一个不能检测相对位置的情 况下，也能够运算推定值，因此，能够提高车辆相对位置推定装置的可用性。另外，也可以是，所述推定部与搭载于所述第一车辆或所述第二车辆且检测所述 相对位置的车载设备的捕捉状态相对应地切换预先计算出的所述卡尔曼滤波器的增益。另外，优选的是，在所述推定部与车载设备的捕捉状态相对应地改变由所述卡尔 曼滤波器进行的融合的程度的情况下，在所述相对位置取得部通过搭载于所述第一车辆或 所述第二车辆且检测所述相对位置的车载设备不能取得所述相对位置的情况下，所述推定 部基于由所述运动状态取得部取得的所述第一车辆的车辆控制信息或运动状态及所述第 二车辆的车辆控制信息或运动状态推定所述相对位置。通过这样构成，在检测相对位置的全部的车载设备不能在规定的时间进行相对位 置的检测的情况下，能够由推定部基于车辆控制信息或运动状态推定相对位置，因此，能够 提高车辆相对位置推定装置的可用性。另外，优选具备控制部，在所述相对位置取得部不能通过搭载于所述第一车辆或 所述第二车辆且检测所述相对位置的车载设备取得所述相对位置的情况下，在所述推定部 基于由所述第一车辆的运动状态及所述第二运动状态推定所述相对位置的情况下，基于搭 载于所述第一车辆且检测所述第一车辆的运动状态的车载设备的精度或搭载于所述第二 车辆且检测所述第二车辆的运动状态的车载设备的精度，改变所述第一车辆或所述第二车 辆的目标相对位置。通过这样构成，在通过车载设备不能检测相对位置而从运动状态推定相对位置的 情况下，可通过控制部考虑搭载于第一车辆及第二车辆的检测运动状态的车载设备的测定 误差、噪声等而改变目标相对位置，因此，能够确保行驶的安全性。另外，本发明的车辆相对位置推定方法，推定第一车辆相对于第二车辆的相对位 置，具备运动状态取得步骤，分别取得控制所述第一车辆的运动状态的车辆控制信息或由 所述第一车辆的车载设备检测出的所述第一车辆的运动状态、及控制所述第二车辆的运动 状态的车辆控制信息或由所述第二车辆的车载设备检测出的所述第二车辆的运动状态；相 对位置取得步骤，取得由搭载于所述第一车辆或所述第二车辆的车载设备检测出的所述相 对位置；及推定步骤，输入由所述运动状态取得步骤取得的所述第一车辆的车辆控制信息 或运动状态及所述第二车辆的车辆控制信息或运动状态，并且将由所述相对位置取得步骤 取得的所述相对位置作为观测量，使用卡尔曼滤波器推定所述相对位置。
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在此，优选所述运动状态取得步骤取得加速度作为所述运动状态，所述相对位置 取得步骤使用GPS信息作为所述相对位置。另外，优选在所述推定步骤中，与搭载于所述第一车辆或所述第二车辆且检测所 述相对位置的车载设备的捕捉状态相对应地改变由所述卡尔曼滤波器进行的融合的程度。所述车辆的相对位置推定方法起到与所述车辆相对位置推定装置同样的效果。根据本发明，能够精度优良地推定车辆间的相对位置。
图1是具备第一实施方式的车辆相对位置推定装置的队列行驶系统的构成概要 图；图2是说明具备第一实施方式的车辆相对位置推定装置的队列行驶系统的概要 图；图3是说明具备第一实施方式的车辆相对位置推定装置的队列行驶系统的车辆 行驶状态的概要图；图4是说明第一实施方式的车辆相对位置推定装置的卡尔曼滤波器的概要图；图5是说明第一实施方式的车辆相对位置推定装置的卡尔曼滤波器的功能的方 块图；图6是表示第一实施方式的车辆相对位置推定装置的动作的流程图；图7是说明具备第二实施方式的车辆相对位置推定装置的队列行驶系统的概要 图；图8是说明第三实施方式的车辆相对位置推定装置的卡尔曼滤波器的功能的方 块图；图9是表示第三实施方式的车辆相对位置推定装置的动作的流程图；图10是说明第四实施方式的车辆相对位置推定装置的功能的方块图；图11是表示第四实施方式的车辆相对位置推定装置的动作的流程图；图12是表示实施例的车辆的加速度的时间依存性的图表；图13是第一实施方式的车辆相对位置推定装置的推定值的模拟结果；图14是第三实施方式的车辆相对位置推定装置的推定值的模拟结果；图15是图14的局部放大图；图16是第三实施方式的车辆相对位置推定装置的推定值的模拟结果；图17是图16的局部放大图；图18是第四实施方式的车辆相对位置推定装置的累积的误差的模拟结果；图19是第四实施方式的车辆相对位置推定装置设定的目标的模拟结果。标号说明1、队列行驶控制系统10、车辆控制ECU11、车辆相对位置推定装置12、运动状态取得部13、相对位置取得部
14、推定部
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各图中对相同或相当部分 标注相同标号，省略重复的说明。(第一实施方式)本实施方式的车辆相对位置推定装置是推定车辆间的相对位置(车间距离)的装 置，例如可以适当地应用于多个车辆组成队列行驶的队列行驶控制系统。首先，对队列行驶控制系统的概要进行说明。图1所示的队列行驶控制系统1为 在多个车辆组成队列行驶的队列行驶中控制属于该队列的车辆的行驶状态的系统。例如图 2所示，通过该队列行驶控制系统1实现任意台数的多个车辆以比较狭小的车间距离纵向 排列成一列行驶的队列行驶。另外，在以下的说明中，如图2所示，将从队列的前头开始数第η(η:自然数)台车 辆表示为"Cn”。另外，各车辆设定为朝向图中的箭头Y方向行驶，将整体设定为m台(m:自 然数、m彡η)的队列。另外，将车辆Cn和车辆Cn+1之间的车间距离用“Dn”表示。构成图2所示的队列的所有车辆搭载有以下说明的队列行驶控制系统1。另外，下 面以车辆Cn为例进行说明。如图1所示，队列行驶控制系统1具备车辆控制ECU (Electronic Control Unit 电子控制单元)10。车辆控制ECUlO为进行队列行驶控制系统1的整体控制的电子控制单 元，例如以包括CPU、R0M、RAM的计算机为主体而构成。另外，关于车辆控制ECUlO的详细的 功能后述。另外，队列行驶控制系统1具备用于检测本车辆(车辆Cn)的行驶状态的传感器类 (车载设备)。该传感器类例如包括前方车间距离传感器21a、后方车间距离传感器22a、车 轮速传感器23a、及加速度传感器Ma。另外，为了处理传感器类取得的信号，前方车间距离 传感器21a与前方传感器E⑶21连接，后方车间距离传感器2 与后方传感器E⑶22连接， 车轮速传感器23a与车轮速传感器ECU23连接，加速度传感器2 与加速度传感器ECUM 连接。前方车间距离传感器21a及前方传感器ECU21具有检测与在车辆Cn的紧前方行 驶的车辆Clri之间的车间距离D_fk的功能。同样，后方车间距离传感器2 及后方传感器 ECU22具有检测与在车辆Cn的紧后方行驶的车辆Cn+1之间的车间距离D,的功能。作为这 样的前方车间距离传感器21a及后方车间距离传感器22a，例如，可以采用在各个车辆Cn 的前部及后部分别设置的微波雷达。例如，前方车间距离传感器21a及后方车间距离传感 器2 具有以沿左右方向扫描的方式发送微波等电磁波并且接收反射波的功能，前方传感 器ECU21及后方传感器ECU22具有基于发送电磁波并接收电磁波为止的时间算出车间距离 D,、D_fe的功能。前方传感器ECU21及后方传感器ECU22具有将车间距离D,、D_FK作为车 间距离信息向车辆控制ECUlO输出的功能。另外，所检测出的车间距离D_KK、D_fk包含测定 精度、运算精度、噪声等误差。车轮速传感器23a及车轮速传感器ECU23具有检测车辆Cn的车轮速Vhn的功能。 作为车轮速传感器23a，例如采用将车轮的旋转作为脉冲信号检测出的电磁拾起传感器。例如，车轮速传感器23a具有向车轮速传感器ECU23输出伴随车轮旋转的脉冲信号的功能，车 轮速传感器ECU23具有基于脉冲信号算出车轮速Vhn的功能。车轮速传感器ECU23具有将 车轮速Vhn作为车轮速信息向车辆控制ECUlO输出的功能。另外，检测出的车轮速Vhn包含 测定精度、运算精度、噪声等误差。加速度传感器2 及加速度传感器ECUM具有检测车辆Cn的加速度％的功能。作 为加速度传感器Ma，例如可以采用气体速率传感器或回转罗盘传感器。例如，加速度传感 器2 具有将表示基于加速度的位移的信号向加速度传感器ECUM输出的功能，加速度传 感器ECUM具有基于信号算出加速度％的功能。加速度传感器ECUM具有将加速度％作 为加速度信息向车辆控制ECUlO输出的功能。另外，检测出的加速度Bn含有测定精度、运 算精度、噪声等误差。而且，前方传感器E⑶21、后方传感器E⑶22、车轮速传感器E⑶23及加速度传感器 EOTM经由作为车辆内网络构筑的通信/传感器系CAN20与车辆控制E⑶10连接。如上述，在队列行驶控制系统1中，通过搭载于车辆Cn的传感器类，检测关于车辆 Cn的前方车间距离信息、后方车间距离信息、车轮速信息及加速度信息。另外，在以下的说 明中，有时将前方车间距离信息、后方车间距离信息、车轮速信息及加速度信息总称为行驶 状态信息。另外，系统1为了进行车辆Cn加减速/转向等操作，而具备发动机控制ECU31、制动 器控制ECU32及转向控制ECU33。发动机控制ECU31、制动器控制ECU32及转向控制ECU33 经由控制系CAN30与车辆控制E⑶10连接。发动机控制ECU31具有输入自车辆控制ECUlO输出的加速度要求值信息并以与该 加速度要求值对应的操作量操作制动器促动器等功能。另外，制动器控制ECU32具有输入 上述加速度要求值信息并以与该加速度要求值对应的操作量操作制动器促动器等的功能。 另外，转向控制ECU33具有输入自车辆控制ECUlO输出的转向指令值信息并以与该转向指 令值对应的操作量操作转向促动器等的功能。另外，对于自车辆控制ECUlO输出的加速度 要求值信息、转向指令值信息后述。另外，队列行驶控制系统1为了在与队列的其它的构成车辆之间交换彼此的行驶 状态信息等而具备无线天线26a及无线控制EC似6。队列内的各车辆通过该无线天线26a 及无线控制EC似6彼此进行车车间通信，取得其它的构成车辆所有的车辆各种信息、行驶 状态信息、加速度要求值信息及转向指令值信息等，并且，向其它的车辆发送车辆Cn的车辆 各种信息、行驶状态信息、加速度要求值信息及转向指令值信息等(图2的虚线)。另外，根 据车车间通信，不限于这些信息，可以在车辆间交换各种信息。通过这样的车车间通信，在 所有的车辆的车辆控制ECUlO中，也可以共有所有车辆的车辆各种信息、行驶状态信息、及 加速度要求值信息。另外，无线控制EC似6经由上述的通信/传感器系CAN20与车辆控制 ECUlO连接。对车辆控制E⑶10进行详细的说明。车辆控制E⑶10具有基于通过上述的车辆Cn 的传感器类得到的行驶状态信息或加速度要求值信息、及通过车车间通信得到的其他车辆 的行驶状态信息或加速度要求值信息，例如自律地控制与前方车辆Clri的车间距离Dlri或 与后方车辆Cn+1的车间距离Dn的功能。例如，车辆控制ECUlO具有基于车辆Cn及其车辆的 行驶状态信息或加速度要求值信息，以车间距离DlriJn成为目标车间距离的方式生成加速
8度要求值信息及转向指令值信息的功能。目标车间距离考虑队列行驶的车辆Cn的性能、行 驶环境等，基于后述的车间距离的推定值通过车辆控制ECUlO进行设定。在此，车辆控制ECUlO为了精度优良地推定队列行驶的车辆间的车间距离而具备 车辆相对位置推定部(车辆相对位置推定装置)11。车辆相对位置推定部11具备运动状态 取得部12、相对位置取得部13及推定部14。运动状态取得部12具有取得车辆Cn的运动状态或加速度要求值信息、及其他车 辆的运动状态或加速度要求值信息的功能。在此，运动状态表示例如车速及加速度，包括上 述的行驶状态信息。运动状态取得部12例如具有经由通信/传感器系CAN20取得通过搭 载于车辆Cn的车轮速传感器23a及加速度传感器2 检测出的运动状态的功能。或者具有 输入车辆Cn的加速度要求值信息的功能。另外，运动状态取得部12例如具有通过车车间 通信经由通信/传感器系CAN20取得通过搭载于其他车辆的车轮速传感器23a及加速度传 感器2 检测出的运动状态的功能。或者具有通过车车间通信经由通信/传感器系CAN20 取得其他车辆的加速度要求值信息的功能。而且，运动状态取得部12具有向推定部14输 出取得的车辆Cn的运动状态或加速度要求值信息、及其他车辆的运动状态或加速度要求值 信息的功能。相对位置取得部13具有取得队列行驶的车辆间测定的相对位置的功能。例如，相 对位置取得部13具有取得通过搭载于车辆Cn的前方车间距离传感器21a及后方车间距离 传感器2 检测出的车间距离Dy、Dn的功能。另外，相对位置取得部13例如具有取得通 过搭载于其他车辆的前方车间距离传感器21a及后方车间距离传感器2 检测出的车间距 离的功能。而且，相对位置取得部13具有将取得的车间距离向推定部14输出的功能。推定部14具有基于由运动状态取得部12取得的车辆Cn的运动状态或加速度要 求值信息，及其他车辆的运动状态或加速度要求值信息、由相对位置取得部13取得的车间 距离，推定队列行驶的车辆间的车间距离的功能。具体而言，推定部14具有使用卡尔曼滤 波器推定各车辆间的车间距离的功能。对卡尔曼滤波器进行详细地说明。本实施方式的车辆相对位置推定部11的卡尔 曼滤波器具有组合计测值和车辆运动(系统)并融合而算出运动状态推定值的功能。卡尔 曼滤波器是取多个精度不同的计测值和基于记述车辆运动的状态方程式的推定值的平均 值，推定最适合的系统状态的算法。具体而言，卡尔曼滤波器在计测值与推定值中任一个都 有误差的情况下，根据这些误差的大小进行适当的加权，推定最准确的系统状态的算法。在 此，考虑说明理解的容易性，以进行图3所示的队列行驶的车辆为例，说明用于卡尔曼滤波 器的系统的运动方程式、基于计测值的观测方程式。如图3所示，5台车辆C1 C5沿Y方 向行驶。各个车辆C1 C5的加速度％ ％为由搭载于各个车辆C1 C5的加速度传感器 24a及加速度传感器ECUM取得的加速度或从由搭载于车辆C1 C5的车辆控制ECUlO算 出的加速度要求值得到的加速度。另外，将车辆C1 C5间的相对速度设定为Vr1 Vr4,将 车间距离设定为D1 D4,将作用于车辆C1 C5的系统噪声设定为Ql ％。所谓系统噪声 包括干扰导致的加速度变动、加速度传感器2 的计测误差、控制误差、运动方程式的误差 等。系统噪声采用预先设定的假设值。在上述系统中，以下数学式式1所示的状态方程式 成立。[数学式1]
权利要求
1.一种车辆相对位置推定装置，推定第一车辆相对于第二车辆的相对位置，其特征在 于，具备运动状态取得部，分别取得控制所述第一车辆的运动状态的车辆控制信息或由所述第 一车辆的车载设备检测出的所述第一车辆的运动状态、及控制所述第二车辆的运动状态的 车辆控制信息或由所述第二车辆的车载设备检测出的所述第二车辆的运动状态；相对位置取得部，取得由搭载于所述第一车辆或所述第二车辆的车载设备检测出的所 述相对位置；及推定部，输入由所述运动状态取得部取得的所述第一车辆的车辆控制信息或运动状态 及所述第二车辆的车辆控制信息或运动状态，并且将由所述相对位置取得部取得的所述相 对位置作为观测量，使用卡尔曼滤波器推定所述相对位置。
2.如权利要求1所述的车辆相对位置推定装置，其中，所述运动状态取得部取得加速度作为所述运动状态，所述相对位置取得部使用GPS信息作为所述相对位置。
3.如权利要求1所述的车辆相对位置推定装置，其中，所述推定部与搭载于所述第一车辆或所述第二车辆且检测所述相对位置的车载设备 的捕捉状态相对应地改变由所述卡尔曼滤波器进行的融合的程度。
4.如权利要求3所述的车辆相对位置推定装置，其中，所述推定部与搭载于所述第一车辆或所述第二车辆且检测所述相对位置的车载设备 的捕捉状态相对应地切换预先计算出的所述卡尔曼滤波器的增益。
5.如权利要求3所述的车辆相对位置推定装置，其中，在所述相对位置取得部不能通过搭载于所述第一车辆或所述第二车辆且检测所述相 对位置的车载设备取得所述相对位置的情况下，所述推定部基于由所述运动状态取得部取得的所述第一车辆的车辆控制信息或运动 状态及所述第二车辆的车辆控制信息或运动状态来推定所述相对位置。
6.如权利要求5所述的车辆相对位置推定装置，其中，具备控制部，所述控制部在所述 推定部基于所述第一车辆的运动状态及所述第二运动状态推定所述相对位置的情况下，基 于搭载于所述第一车辆上且检测所述第一车辆的运动状态的车载设备的精度或搭载于所 述第二车辆上且检测所述第二车辆的运动状态的车载设备的精度，改变所述第一车辆或所 述第二车辆的目标相对位置。
7.—种车辆相对位置推定方法，推定第一车辆相对于第二车辆的相对位置，其特征在 于，具备运动状态取得步骤，分别取得控制所述第一车辆的运动状态的车辆控制信息或由所述 第一车辆的车载设备检测出的所述第一车辆的运动状态、及控制所述第二车辆的运动状态 的车辆控制信息或由所述第二车辆的车载设备检测出的所述第二车辆的运动状态；相对位置取得步骤，取得由搭载于所述第一车辆或所述第二车辆的车载设备检测出的 所述相对位置；及推定步骤，输入由所述运动状态取得步骤取得的所述第一车辆的车辆控制信息或运动 状态及所述第二车辆的车辆控制信息或运动状态，并且将由所述相对位置取得步骤取得的 所述相对位置作为观测量，使用卡尔曼滤波器推定所述相对位置。
8.如权利要求7所述的车辆相对位置推定方法，其中， 所述运动状态取得步骤取得加速度作为所述运动状态， 所述相对位置取得步骤使用GPS信息作为所述相对位置。
9.如权利要求7所述的车辆相对位置推定方法，其中，在所述推定步骤中，与搭载于所述第一车辆或所述第二车辆且检测所述相对位置的车 载设备的捕捉状态相对应地改变由所述卡尔曼滤波器进行的融合的程度。
全文摘要
本发明提供一种推定车辆间的相对位置的车辆相对位置推定装置，具备运动状态取得部(12)，分别取得控制车辆Cn的运动状态的车辆控制信息或由车辆Cn的车载设备检测出的车辆Cn的运动状态、及控制其他车辆的运动状态的车辆控制信息或由其他车辆的车载设备检测出的其他车辆的运动状态；相对位置取得部(13)，取得由搭载于车辆Cn或其他车辆的车载设备检测出的相对位置；推定部(14)，输入由运动状态取得部(12)取得的车辆Cn的车辆控制信息或运动状态及其他车辆的车辆控制信息或运动状态，并且将由相对位置取得部(13)取得的相对位置作为观测量，使用卡尔曼滤波器推定相对位置，由此能够精度优良地推定相对位置。
文档编号G08G1/16GK102077259SQ20098012515
公开日2011年5月25日 申请日期2009年2月27日 优先权日2009年2月27日
发明者志田充央 申请人:丰田自动车株式会社