移動体の位置検出装置、および位置検出装置を利用した車両制御装置
【課題】高精度で相対位置を測定すると共に相対位置に誤差が積算されることを防止することが可能な位置検出装置、および当該位置検出装置を利用した車両制御装置を提供する。
【解決手段】移動体の位置検出装置１０は、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する受信アンテナ１１と、各ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量を演算する位相差積算部１５と、位相差積算部により演算された位相変化量に基づいて、検出開始時刻における基準位置に対する相対位置を演算する相対位置演算部１６と、を備える。
【解決手段】移動体の位置検出装置１０は、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する受信アンテナ１１と、各ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量を演算する位相差積算部１５と、位相差積算部により演算された位相変化量に基づいて、検出開始時刻における基準位置に対する相対位置を演算する相対位置演算部１６と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置検出装置、および位置検出装置を利用した車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来文献（特許文献１）には、移動体の運動状態を計測するための位置検出装置が示されている。この従来技術の位置検出装置では、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信して、当該ＧＰＳ信号の搬送波の位相変化に基づいて移動体の移動速度を所定周期で演算する。そして、所定周期ごとの移動体の移動速度を積分することにより相対位置を演算する。
【０００３】
また、他のＧＰＳ位置検出方式として、単独測位方式、ドップラー周波数計測方式、ＲＴＫ‐ＧＰＳ方式などがある。単独測位方式やドップラー周波数計測方式などでは、計測された位置の誤差が大きく、車両運動制御に必要な精度を確保できない。また、ＲＴＫ‐ＧＰＳ方式などでは、２周波受信機を利用するため、位置検出装置の価格が高価となってしまう。
【特許文献１】特開２００７−５７２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術（特許文献１）の位置検出装置では、所定周期ごとの移動体の移動速度を積分することにより相対位置を演算するため、演算された相対位置には、移動速度の積分演算に伴う誤差が含まれることとなる。特に、従来技術の位置検出装置を用いて相対位置の演算を長時間継続した場合には、移動速度の積分演算が多数回繰り返されるため、相対位置には移動速度の積分演算に伴う誤差が蓄積してしまう。このようにして演算された相対位置は誤差が大きいため、例えば車両の運動制御などには適していない。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、高精度で相対位置を測定すると共に相対位置に誤差が積算されることを防止することが可能な位置検出装置、および当該位置検出装置を利用した車両制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明に係る移動体の位置検出装置は、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する受信アンテナと、各ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量を演算する位相差積算部と、位相差積算部により演算された位相変化量に基づいて、検出開始時刻の基準位置に対する相対位置を演算する相対位置演算部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の位置検出装置によれば、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の各々について、ＧＰＳ信号の搬送波の位相が検出開始時刻から所定時間ごとに検出され、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量が演算される。そして、検出開始時刻からの位相変化量に基づいて、検出開始時刻の基準位置に対する相対位置が演算される。よって、演算された相対位置には、相対位置の演算に伴う誤差が蓄積されることなく、誤差の小さな相対位置を演算することができる。
【０００８】
また、本発明に係る移動体の位置検出装置において、位相差積算部は、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算して得た位相差積算値が２πを上回った場合に、搬送波の波数を表す整数値バイアスに１を加算すると共に、位相差積算値から２πを減算することが好ましい。この構成によれば、ＧＰＳ信号の搬送波の位相が検出開始時刻から所定時間ごとに検出され、当該所定時間ごとの位相差を積算して得た位相差積算値が２πを上回った場合に、搬送波の波数を表す整数値バイアスに１が加算されると共に、位相差積算値から２πが減算される。よって、検出開始時刻からの位相変化量を、整数値バイアスおよび位相差積算値を用いて好適に演算することができる。
【０００９】
また、本発明に係る車両制御装置は、上記の位置検出装置と、車輪回転速度を検出して当該車輪回転速度に基づいて車速を演算する車輪速センサと、スリップ状態を抑制するように車両運動を制御する車両運動制御部と、を備え、位置検出装置は、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて速度を演算し、位置検出装置により演算される車両速度と車輪速センサにより演算される車両速度とが略一致する場合に車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を基準位置として設定するものであり、車両運動制御部は、位置検出装置により検出された基準位置に対する相対位置を利用して、車両のスリップ状態を抑制するように車両運動を制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る車両制御装置によれば、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて演算される車両速度と車輪回転速度に基づいて演算される車両速度とが略一致する場合に、車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を基準位置として設定する。このように設定した基準位置に対する相対位置を利用することにより、車両のスリップ状態を抑制するように車両運動を制御することができる。例えば、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態などのヨーレートが小さいスリップ状態）を検出し、スリップ状態を抑制するように車両運動を制御することができる。
【００１１】
また、本発明に係る車両制御装置において、車両運動制御部は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御することが好ましい。この構成によれば、車両運動制御部は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御する。よって、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態など）を検出して、当該スリップ状態を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明に係る車両制御装置において、車両運動制御部は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御し、さらに、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行した後に、目標走行軌跡に復帰するように車両運動を制御することが好ましい。この構成によれば、車両運動制御部は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御する。そして、車両運動制御部は、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行した後に、目標走行軌跡に復帰するように車両運動を制御する。よって、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態など）を検出して、車両のスリップ状態を抑制してから、車両を目標復帰軌跡に復帰させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る車両制御装置において、位置検出装置は、ＧＰＳ信号を受信する受信アンテナを少なくとも２つ有し、基準位置に対する各受信アンテナの相対位置を演算するものであり、車両運動制御部は、少なくとも２つの受信アンテナの相対位置に基づいて車両進行方向を演算し、当該車両進行方向に基づいて車両がスリップ状態であるか否かを判定することが好ましい。この構成によれば、車両運動制御部は、少なくとも２つの受信アンテナの相対位置に基づいて車両進行方向を演算し、当該車両進行方向に基づいて車両がスリップ状態であるか否かを判定する。よって、車両が目標走行軌跡から乖離せずに目標走行軌跡上でスピンをしている場合でも、車両のスピン状態を検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高精度で相対位置を測定すると共に相対位置に誤差が積算されることを防止することが可能な位置検出装置、および当該位置検出装置を利用した車両制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
（位置検出装置の構成）
図１は、本実施形態の位置検出装置であるＧＰＳ速度計１０の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ速度計１０は、ＧＰＳアンテナ１１と、絶対位置検出部１２と、移動速度検出部１３と、基準位置設定部１４と、位相差積算部１５と、相対位置演算部１６と、を含んで構成されている。
【００１７】
ＧＰＳアンテナ１１は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する。このＧＰＳ信号は、波長λが約１９ｃｍの搬送波にＧＰＳ衛星に搭載された原子時計の時刻情報やＧＰＳ衛星の軌道情報などを変調して乗せた信号である。絶対位置検出部１２は、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報に基づいてＧＰＳ速度計１０の絶対位置を演算する処理部である。移動速度検出部１３は、所定時間ごとにＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出し、所定時間当たりの搬送波の位相変化に基づいてＧＰＳ速度計１０の移動速度を演算する処理部である。
【００１８】
基準位置設定部１４は、ＧＰＳ速度計１０の演算処理に利用される基準位置を決定して設定する処理部である。基準位置とは、位置検出開始時刻にＧＰＳ速度計１０が存在する位置である。なお、基準位置設定部１４は、外部装置（例えば車両運動制御部３０、図５参照）からの指令に応じて、基準位置を設定できるように構成されている。位相差積算部１５は、位置検出開始時刻からＧＰＳ信号の搬送波の位相変化量を演算する処理部である。すなわち、位相差積算部１５は、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量を演算する。相対位置演算部１６は、位相差積算部１５により演算された位相変化量に基づいて、基準位置に対する相対位置を演算する処理部である。
【００１９】
（相対位置検出原理）
図２は、ＧＰＳ速度計における相対位置検出原理を示す図である。図２には、ＧＰＳ衛星１０１と、移動前のＧＰＳ速度計１０BEFOREと、移動後のＧＰＳ速度計１０AFTERとが示されている。破線Ｓは、ＧＰＳ衛星１０１からの等距離面を示している。
【００２０】
移動前のＧＰＳ速度計１０BEFOREが移動後のＧＰＳ速度計１０AFTERの位置まで移動した場合には、ＧＰＳ衛星１０１とＧＰＳ速度計１０までの距離は変化する。このため、移動前のＧＰＳ速度計１０BEFOREが受信する搬送波の位相と、移動後のＧＰＳ速度計１０AFTERが受信する搬送波の位相との間には、ＧＰＳ速度計１０の移動距離に応じた位相差（位相変化量）が生じることとなる。
【００２１】
ＧＰＳ信号の搬送波の位相変化量は、２πの倍数分Ｎと、位相差から２πの倍数分を除いた端数分θとからなる。移動前後におけるＧＰＳ衛星１０１からＧＰＳ速度計１０までの距離差Ｄは、次の数式（１）により求められる。
Ｄ ＝ （Ｎ＋θ）× λ ・・・（１）
ここで、
Ｎ：位相差のうち２πの倍数分
θ：位相差のうち２πより小さい端数分
λ：搬送波の波長（１９ｃｍ）
【００２２】
複数のＧＰＳ衛星の夫々について各ＧＰＳ衛星からＧＰＳ速度計１０までの距離差Ｄを演算して、これらの複数の距離差Ｄを公知の演算式に適用すると、ＧＰＳ速度計１０の移動ベクトル（移動方向および移動距離からなるベクトル）を算出することができる。この移動ベクトルが、移動前の基準位置に対する相対位置を表している。
【００２３】
本実施形態のＧＰＳ速度計１０では、位相差積算部１５は、位相差のうち２πの倍数分Ｎを整数値バイアスのパラメータｎに格納し、位相差のうち端数分θを位相差積算値のパラメータθｓｕｍに格納する。そして、相対位置演算部１５は、整数値バイアスｎおよび位相差積算値θsumを上記の数式（１）に適用することにより、相対位置を演算する。なお、整数値バイアスとは、一般的にはＧＰＳ衛星１０１からＧＰＳ速度計１０までの間の波数を意味するが、本実施形態では移動前後におけるＧＰＳ衛星１０１からＧＰＳ速度計１０までの間の波数の変化量として定義している。
【００２４】
（位置検出装置の相対位置検出処理）
図３は、ＧＰＳ速度計１０の相対位置検出処理を示すフローチャートである。この相対位置検出処理において、ＧＰＳ速度計１０は、複数のＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ信号の夫々について位相変化量を検出し、これらの位相変化量に基づいて相対位置を算出する。
【００２５】
ＧＰＳ速度計１０は、複数のＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ信号の夫々について、整数値バイアスのパラメータｎと、搬送波の位相を示すパラメータθ０，θ１，θ２と、検出開始時刻から搬送波の位相を積算して得られる位相差積算値を示すパラメータθsumとを用意している。そして、ＧＰＳ速度計１０は、複数のＧＰＳ信号の夫々について、以下に説明する処理を行う。
【００２６】
相対位置の測定開始時に、ＧＰＳ速度計１０は、整数値バイアスｎに０をセットして、整数値バイアスｎを初期化する（Ｓ３０１）。次に、ＧＰＳ速度計１０は、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出し、検出された搬送波の位相をパラメータθ０にセットする（Ｓ３０２、図４（ａ）参照）。ここで、搬送波の位相を検出した時刻が検出開始時刻であり、搬送波の位相を検出した位置が計測基準位置である。なお、初期的に検出される搬送波の位相は、０から２πまでの範囲内の値である。
【００２７】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、微小時間（例えば１００ｍｓ）の経過後に、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出し、検出された搬送波の位相をパラメータθ１にセットする（Ｓ３０３〜Ｓ３０４、図４（ａ）参照）。ここで、ステップ３０２の位相検出からステップ３０４の位相検出までの微小時間とは、θ０からθ１までの位相差が確実に０からπまでの範囲内の値となる短い時間である。
【００２８】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、次の数式（２）に従って、位相差積算値θsumを演算する（Ｓ３０５）。
θsum＝（θ１−θ０＋２π）ｍｏｄ２π ・・・（２）
ここで、ｍｏｄは、割算した場合の余りを演算するための関数である。ＡｍｏｄＢは、ＡをＢで割った場合に生じる余りを意味している。よって、上記の数式（１）によれば、θ０とθ１の位相差が、０から２πまでの範囲内の値として算出され、位相差積算値θsumにセットされる。
【００２９】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、さらに上記の微小時間（例えば１００ｍｓ）の経過後に、ＧＰＳ衛星からの搬送波の位相を検出し、検出された搬送波の位相をパラメータθ２にセットする（Ｓ３０６〜Ｓ３０７、図４（ａ）参照）。ステップ３０２からステップ３０４までの位相変化と同様に、ステップ３０５からステップ３０７までの位相差は、確実に０からπまでの範囲内の値となる。
【００３０】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、次の数式（３）に従って、位相差積算値θsumに位相増加分を加算する（Ｓ３０８）。
θsum＝θsum＋（θ２−θ１） ・・・（３）
ここで、位相差積算値θsumは、１回目のステップ３０８の演算では０から２πまでの範囲内の値となるが、２回目以降のステップ３０８の演算では０から２πまでの範囲内の値となる場合もあるし２πを越える値となる場合もある。
【００３１】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、位相差積算値θsumの絶対値が２πより小さいか否かを判定する（Ｓ３０９）。ここで、ＧＰＳ速度計１０は、位相差積算値θsumの絶対値が２π以上であると判定した場合には、ステップ３１０の処理に進む。一方、ＧＰＳ速度計１０は、位相差積算値θsumの絶対値が２πより小さいと判定した場合には、ステップ３１１の処理に進む。
【００３２】
ステップ３０９からステップ３１０に進んだ場合には、ＧＰＳ速度計１０は、次の数式（４），（５）の演算を実行し、パラメータｎ，θｓｕｍを更新する（図４（ｂ），（ｃ）参照）。
ｎ＝ｎ＋ｉｎｔ（θsum／２π） ・・・（４）
θsum＝（（θ２−θ０＋２π＋π）mod２π）−π ・・・（５）
【００３３】
数式（３）において、ｉｎｔは、指定した実数の小数点以下の値を切り捨てて、指定した実数をこの実数よりも０に近い整数に丸めた値にするための関数である。数式（４）および数式（５）によれば、θ０からθ２までの位相差が２π以上となったことに対応して、整数値バイアスｎに１が加算されると共に、位相差積算値θsumから２πが減算されて位相差積算値θsumが−π〜＋πの範囲内の値に調整される。
【００３４】
ステップ３０９からステップ３１１に進んだ場合には、ＧＰＳ速度計１０は、整数値バイアスｎおよび位相差積算値θsumに基づいて、ステップ３０２の処理を実行した地点からステップ３０７の処理を実行した地点までの移動距離（相対位置）を算出する。ここで、ＧＰＳ速度計１０が採用する移動距離算出法は、上記の数式（１）を用いた算出処理である。
【００３５】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、上記の処理で得られた位相θ２を位相θ１にセットする（Ｓ３１２、図４（ｃ）参照）。このように位相θ２を位相θ１にセットすることにより、パラメータθ２が空きとなるため、次に検出される搬送波の位相をパラメータθ２にセットすることが可能となる。最後に、ＧＰＳ速度計１０は、相対位置の算出を継続する場合にはステップ３０６の処理に戻り、相対位置の算出を終了する場合には位置測定処理を終了する（Ｓ３１３）。
【００３６】
本実施形態の位置検出処理によれば、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の各々について、ＧＰＳ信号の搬送波の位相が検出開始時刻から所定時間ごとに検出され、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量が演算される。そして、検出開始時刻からの位相変化量に基づいて、検出開始時刻の基準位置に対する相対位置が演算される。よって、演算された相対位置には、相対位置の演算に伴う誤差が蓄積されることなく、誤差の小さな相対位置を演算することができる。
【００３７】
従来技術の位置検出処理では、所定時間ごとに搬送波の位相差を検出して、この搬送波の位相差に基づいて所定時間ごとの速度ベクトルを演算し、演算された速度ベクトルを積分することにより相対位置を演算していた。しかし、この位置検出処理では、演算された相対位置には、速度ベクトルの演算に伴う誤差が蓄積される。このため、従来技術の位置検出処理では、長時間に渡り相対位置を演算すると、相対位置の誤差が無視できない程度（例えば、３分の位置計測で２ｍ以上の誤差）に大きくなってしまい、演算された相対位置を車両運動制御に利用することは困難であった。
【００３８】
これに対して、本実施形態の位置検出処理では、微小時間ごとの位相差に基づいて速度ベクトルを演算するのではなく、微小時間ごとに搬送波の位相を検出して検出開始時刻からの位相変化量（整数値バイアスｎおよび位相差積算値θsum）を演算し、この位相変化量に基づいて１回の演算処理で移動ベクトルを演算する。そして、検出開始時刻における基準位置を起点として移動ベクトルが指し示す先を、相対位置として演算する。よって、本実施形態の位置検出処理によれば、相対位置に速度ベクトルの演算に伴う誤差が蓄積されることがないため、相対位置を高精度に求めることができる。
【００３９】
特に、本実施形態の位置検出処理により演算された相対位置は、車両運動制御に利用できる程度に精度が高められている。走行中における車両のスリップ状態に対応するために、車両のスリップを抑制するだけでなく、車両を安全な方向に誘導するように車両制御技術が進化している。このような車両制御技術では、正常な走行状態（例えば、車輪が路面をグリップした状態）における車両の基準位置に対して、スリップ中の車両の相対位置を数ｃｍ以下の精度で正確に検出する必要がある。本実施形態の位置検出処理によれば、車両の相対位置を数ｃｍ以下の精度で検出することが可能であり、進化した車両制御技術にも対応することができる。
【００４０】
（車両制御装置の構成）
図５は、本実施形態の車両制御装置１の構成を示すブロック図である。車両制御装置１は、自動車などの車両に搭載され、車両の走行を支援する制御を行うものである。車両制御装置１には、前述したＧＰＳ速度計（位置検出装置）１０を含んで構成されている。また、車両制御装置１は、ハンドルセンサ２１と、ブレーキセンサ２２と、アクセルセンサ２３と、ヨーレートセンサ２４と、車輪速センサ２５と、ナビゲーションシステム２７と、車両運動制御装置３０と、操舵制御装置３２と、操舵アクチュエータ３３と、加減速制御装置３５と、エンジン３６と、ブレーキアクチュエータ３７と、を含んで構成されている。
【００４１】
ハンドルセンサ２１は、車輪を転舵させるために運転者が操作するハンドルの操作量を検出するためのセンサである。ブレーキセンサ２２は、運転者が車両を減速させるために用いるブレーキペダルの踏込み量を検出するためのセンサである。アクセルセンサ２３は、運転者が車両を加速させるために用いるアクセルペダルの踏込み量を検出するためのセンサである。ヨーレートセンサ２４は、車両に作用するヨーレートを検出するためのセンサである。車輪速センサ２５は、車輪の回転速度を検出して、車輪の回転速度に基づいて車速を演算するためのセンサである。
【００４２】
ナビゲーションシステム２７は、運転者に目的地までの経路を知らせるために車両に搭載された装置である。ナビゲーションシステム２７は、車両位置の周囲のマップデータを有しており、運転者により目的地が指定されると車室内に設置されたモニタに目的地までの経路を表示する。なお、ナビゲーションシステム２７のマップデータには、道路形状のデータが含まれており、この道路形状のデータが車両運動制御に利用される。
【００４３】
ＧＰＳ速度計１０は、車両の絶対位置、移動速度および相対位置を検出し、これらの検出値を車両運動制御部３０に出力する。前述したとおり、ＧＰＳ速度計１０は、基準位置を設定し、この基準位置に対する相対位置を設定する。ここで、ＧＰＳ速度計１０が基準位置を設定するタイミングは、車両運動制御部３０により決定される。すなわち、車両運動制御部３０がタイミング信号をＧＰＳ速度計１０に与えると、ＧＰＳ速度計１０がこのタイミング信号に応じて基準位置を設定し、相対位置の演算を開始する。
【００４４】
車両運動制御装置３０は、複数のセンサ２１〜２５、ナビゲーションシステム２７およびＧＰＳ速度計１０からの出力を取り込んで、これらの出力に基づいて車両の運動状態を制御する。特に、本実施形態では、車両運動制御装置３０は、車両のスリップ状態を抑制したり、車両が目標走行軌跡に復帰するように、車両の運動状態を制御する。車両運動制御装置３０は、車両の運動状態を制御するために、操舵制御装置３２に操舵量指令値を与えると共に、加減速制御装置３５に加減速指令値を与える。
【００４５】
操舵制御装置３２は、車両運動制御装置３０からの操舵量指令値に応じて操舵アクチュエータ３３を制御する。操舵アクチュエータ３３は、車輪の転舵角を調節するためのアクチュエータであり、運転者のハンドル操作を補助するように車輪に転舵トルクを与える。操舵アクチュエータ３３は、車輪に与える転舵トルクの大きさおよび方向を調節自在に構成されている。よって、操舵制御装置３２は、車両運動制御装置３０からの操舵量指令値に応じて、操舵アクチュエータ３３が車輪に与える転舵トルクの大きさおよび方向を調節する。
【００４６】
加減速制御装置３５は、車両運動制御装置３０からの加減速指令値に応じて、車両の駆動源であるエンジン（内燃機関）３６およびブレーキアクチュエータ３７を制御する。加減速制御装置３５は、車両運動制御装置３０からの加減速指令値が車両の加速を指令するものである場合には、車両運動制御装置３０からの加減速指令値に応じて、車両に作用する駆動力を調節するためのエンジン３６を制御する。一方、加減速制御装置３５は、車両運動制御装置３０からの加減速指令値が車両の減速を指令するものである場合には、車両運動制御装置３０からの加減速指令値に応じて、車両に作用する制動力を調節するためのブレーキアクチュエータ３７を制御する。
【００４７】
（車両制御装置の第１対応処理）
図６は、車両運動制御部３０による車両挙動異常（スリップ状態）に対する第１対応処理を示すフローチャートである。図７は、車両運動制御部３０により第１対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。図６および図７を参照して、車両運動制御部３０による第１対応処理を説明する。
【００４８】
車両運動制御部３０は、ハンドルセンサ２１により検出された操舵角に基づいて、車両が直進状態であるか否かを判定する（Ｓ６０１）。車両運動制御部３０は、操舵角の絶対値が予め設定された閾値（例えば１ｄｅｇ）以下である場合には、車両が直進状態であることを判定し、ステップ６０２の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、操舵角の絶対値が上記閾値より大きい場合には、車両が直進状態でないことを判定し、ステップ６０１の処理を繰り返す。
【００４９】
次に、車両運動制御部３０は、ヨーレートセンサ２４により検出されたヨーレートに基づいて、車両が直進状態であるか否かを判定する（Ｓ６０２）。車両運動制御部３０は、ヨーレートの絶対値が予め設定された閾値（例えば１ｄｅｇ／ｓｅｃ）以下である場合には、車両が直進状態であり車両に殆どヨーレートが作用していないことを判定し、ステップ６０３の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、ヨーレートの絶対値が上記閾値より大きい場合には、車両が直進状態でなく車両に大きなヨーレートが作用していることを判定し、ステップ６０１の処理に戻る。
【００５０】
次に、車両運動制御部３０は、車輪速に基づき演算した車両の対地速度とＧＰＳ速度計１０により演算された車両の対地速度との差分に基づいて、車輪が路面をグリップした状態であるか否かを判定する（Ｓ６０３）。車両運動制御部３０は、２つの対地速度が略一致しており、２つの対地速度の差分の絶対値が予め設定された閾値（例えば０．０１ｋｍ／ｈ）以下である場合には、車両が路面をグリップした状態であることを判定し、ステップ６０４の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、２つの対地速度が略一致しておらず、２つの対地速度の差分の絶対値が上記閾値より大きい場合には、車両が路面をグリップした状態でないことを判定し、ステップ６０１の処理に戻る。
【００５１】
次に、車両運動制御部３０は、ステップ６０１〜ステップ６０３の全ての条件が満たされている場合には、車輪が路面をグリップしており車両の走行状態が安定していることが判断できるため、その時点での車両位置を基準位置として設定する（Ｓ６０４）。ここで、車両運動制御部３０は、ＧＰＳ速度計１０が基準位置を設定するためのタイミング信号を、ＧＰＳ速度計１０に与える。ＧＰＳ速度計１０は、基準位置を設定した時点から、基準位置に対する相対位置の演算を開始する。図７において、カーブ路に進入する直前の車両Ａ１の位置が、基準位置として設定される。
【００５２】
次に、車両運動制御部３０は、ハンドルセンサ２１、ブレーキセンサ２２およびアクセルセンサ２３の検出出力を継続的に監視し、ハンドルセンサ２１、ブレーキセンサ２２およびアクセルセンサ２３の検出値に基づいて、その後の数秒間において車両が走行することが予想される軌跡（目標軌跡）を生成する（Ｓ６０５）。ここで、車両運動制御部３０は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算する。なお、車両運動制御部３０は、目標軌跡を生成するために、道路形状のデータも利用する。図７において、曲線Ｔが目標軌跡である。
【００５３】
次に、車両運動制御部３０は、ＧＰＳ速度計１０により演算された相対位置を取り込む（Ｓ６０６）。図７において、カーブ路に走行している車両Ａ２の位置が、相対位置として取り込まれる。
【００５４】
次に、車両運動制御部３０は、車両がスリップ状態であるか否かを判定する（Ｓ６０７）。言い換えれば、車両運動制御部３０は、目標軌跡に対する相対位置の乖離が予め設定された閾値（例えば１ｍ）よりも小さいか否かを判定する（Ｓ６０７）。ここで、車両運動制御部３０は、目標軌跡に対する相対位置の乖離が上記閾値よりも小さい場合には、車両がスリップ状態でないことを判定し、処理を終了する。一方、目標軌跡に対する相対位置の乖離が上記閾値よりも大きい場合には、車両がスリップ状態であることを判定し、車両の挙動を安定させるためにＶＳＣ（Vehicle Stability Control）制御や減速制御などのスリップ抑制制御を実行する（Ｓ６０８）。
【００５５】
上述した第１対応処理によれば、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて演算される車両速度と車輪回転速度に基づいて演算される車両速度とが略一致する場合に、車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を基準位置として設定する。このように設定した基準位置に対して相対位置を検出することにより、高精度な位置検出が可能となるため、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態などのヨーレートが小さいスリップ状態）を検出することができる。
【００５６】
そして、上述した第１対応処理では、比較的低速のスリップ状態を検出するため、比較的低速のスリップ状態を抑制するためのスリップ抑制制御を実行することができる。なお、従来技術に係るスリップ検出技術では、操舵角、車速、ヨーレートの関係から車両のスリップ状態を判定するため、センサ誤差よりも速度の小さい横滑り状態や、センサ誤差よりも速度の小さいスピン状態を検出できない。
【００５７】
（車両制御装置の第２対応処理）
図８は、車両運動制御部３０による車両挙動異常（スリップ状態）に対する第２対応処理を示すフローチャートである。図９は、車両運動制御部３０により第２対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。図８および図９を参照して、車両運動制御部３０による第２対応処理を説明する。
【００５８】
車両運動制御部３０は、前述した第１対応処理（Ｓ６０１〜Ｓ６０６）と同様な手順で、車両がグリップ状態である場合に基準位置を設定し、基準位置を基準として目標軌跡を生成し、さらに基準位置に対する相対位置を検出する（Ｓ８０１、Ｓ８０２、Ｓ８０３）。次に、車両運動制御部３０は、前述した第１対応処理（Ｓ６０７）と同様な方法で、車両がスリップ状態であるか否かを判定する（Ｓ８０４）。ここで、車両運動制御部３０は、スリップ状態であることを判定した場合には、ＶＳＣ制御や減速制御などのスリップ抑制制御を実行する（Ｓ８０５）。一方、車両運動制御部３０は、スリップ状態でないことを判定した場合には、処理を終了する。
【００５９】
次に、車両運動制御部３０は、スリップ抑制制御を実行している最中に、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行したか否かを判定する（Ｓ８０６）。ここで、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態に移行した場合には、ステップ８０７の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、車両がスリップ状態のままである場合には、スリップ抑制制御を継続する（Ｓ８０５）。図９では、車両運動制御部３０は、車両が目標軌跡Ｔから乖離してから位置Ａ２に至るまでの間、スリップ抑制制御を継続する。
【００６０】
次に、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態に移行した直後に、ＶＳＣ等のスピン防止機能で一般的に用いられているヨーレートの積分値を用いたスリップ角推定技術を用いて、車両進行方向を推定する（Ｓ８０７）。ここで、車両進行方向とは、車両の前後方向に延びる車両中心線に沿った方向である。図９では、車両は位置Ａ２でグリップ状態に移行し、車両運動制御部３０は車両進行方向Ｃを推定する。
【００６１】
次に、車両運動制御部３０は、車両進行方向が目標軌跡との乖離を減少させる方向であるか否かを判定する（Ｓ８０８）。ここで、車両運動制御部３０は、車両進行方向が目標軌跡との乖離を減少させる方向である場合には、ステップ８０９の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、車両進行方向が目標軌跡との乖離を減少させる方向でない場合には、ステップ８１１の処理に進む。図９では、車両進行方向が目標軌跡との乖離を減少させる方向でないため、車両運動制御部３０はステップ８１１の処理に進む。
【００６２】
ステップ８０９では、車両運動制御部３０は、車両位置や車両進行方向などの情報に基づいて、車両位置から目標軌跡まで延びる復帰軌跡を生成する（Ｓ８０９）。図９では、車両運動制御部３０は、復帰軌跡Ｏ１を生成する。そして、車両運動制御部３０は、車両を復帰軌跡方向に誘導するための指令を操舵制御部３２に与える（Ｓ８１０）。操舵制御部３２は、車両運動制御部３０からの指令を受けると、弱いトルクで車輪を転舵して車両を復帰軌跡方向に誘導するように操舵アクチュエータ３３を制御する。
【００６３】
次に、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態に移行してから予め設定された距離（例えば数メートル程度の距離）を走行したか否かを判定する（Ｓ８０８）。ここで、予め設定された距離とは、ヨーレートを積分して求めた車両スリップ角の精度が十分に高まる距離である。図９では、車両が位置Ａ３に到達した時に、位置Ａ２から数メートル走行している。ここで、車両運動制御部３０は、車両が予め設定された距離を走行した場合には、ステップ８１２の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、車両が予め設定された距離を走行していない場合には、弱めの操舵誘導制御を継続する（Ｓ８０７〜Ｓ８１０）。図９では、ステップ８１２の処理に進む時には、車両は位置Ａ３の位置にある。
【００６４】
ステップ８１２では、車両運動制御部３０は、車両進行方向を再演算して、ＧＰＳ速度計１０の検出位置に基づいて車両進行方向を補正する（Ｓ８１２）。詳しくは、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態に移行した位置からＧＰＳ速度計１０の検出位置へ向かう方向（図９において位置Ａ２から位置Ａ３への方向Ｄ）と、車両がグリップ状態に移行した位置から復帰軌跡が延びる方向（図９において位置Ａ２から復帰軌跡Ｏ１が延びる方向）との成す角度αを演算し、この角度αを補正角とする。そして、車両運動制御部３０は、車両進行方向を再演算し、この車両進行方向に補正角αを加算して補正する。このようにして、ＧＰＳ速度計１０の検出位置に基づいて車両進行方向を補正することができる。
【００６５】
車両運動制御部３０は、補正済みの車両進行方向の情報に基づいて、復帰軌跡を再生成する（Ｓ８１３）。図９では、再生成される復帰軌跡は、位置Ａ３から目標軌跡Ｔまで延びる軌跡Ｏ２である。車両運動制御部３０は、車両を復帰軌跡方向に誘導するための指令を操舵制御部３２に与える（Ｓ８１４）。操舵制御部３２は、車両運動制御部３０からの指令を受けると、強いトルクで車輪を転舵して車両を復帰軌跡方向に誘導するように操舵アクチュエータ３３を制御する。
【００６６】
上述した第２対応処理によれば、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて演算される車両速度と車輪回転速度に基づいて演算される車両速度とが略一致する場合に、車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を基準位置として設定する。このように設定した基準位置に対して相対位置を検出することにより、高精度な位置検出が可能となるため、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態などのヨーレートが小さいスリップ状態）を検出することができる。
【００６７】
そして、上述した第２対応処理では、比較的低速のスリップ状態を検出するため、比較的低速のスリップ状態を抑制するためのスリップ抑制制御を実行することができ、さらに、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行した後に、車両を目標軌跡に復帰させるための操舵誘導制御を実行することができる。よって、車両のスリップ状態を抑制してから、車両を目標軌跡に復帰させることができる。
【００６８】
（車両制御装置の第３対応処理）
図１０は、車両運動制御部３０による車両挙動異常（スリップ状態）に対する第３対応処理を示すフローチャートである。図１１は、車両運動制御部３０により第３対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。図１０および図１１を参照して、車両運動制御部３０による第３対応処理を説明する。
【００６９】
第３対応処理を実行するために、車両には２つのＧＰＳアンテナ１１Ａ，１１Ｂが搭載されている。一方のＧＰＳアンテナ１１Ａは、車両中心線上において車両前側に配置されている。他方のＧＰＳアンテナ１１Ｂは、車両中心線上において車両後側に配置されている。車両運動制御部３０は、車両後側のＧＰＳアンテナ１１Ｂの位置から車両前側のＧＰＳアンテナ１１Ａの位置への方向を、車両進行方向として検出することができる。
【００７０】
車両運動制御部３０は、前述した第１対応処理（Ｓ６０１〜Ｓ６０６）および第２対応処理（Ｓ１００１〜Ｓ１００３）と同様な手順で、車両がグリップ状態である場合に基準位置を設定し、基準位置を基準として目標軌跡を生成し、さらに基準位置に対する相対位置を検出する（Ｓ１００１、Ｓ１００２、Ｓ１００３）。次に、車両運動制御部３０は、前述した第１対応処理（Ｓ６０７）および第２対応処理（Ｓ８０４）と同様な方法で、車両がスリップ状態であるか否かを判定する（Ｓ１００４）。ここで、車両運動制御部３０は、スリップ状態であることを判定した場合には、第２対応処理のステップ８０５以降の処理に進む。
【００７１】
一方、ステップ１００４において車両運動制御部３０がスリップ状態でないことを判定した場合であっても、実際には車両が路面に対してスリップしている場合がある。すなわち、車両が目標軌跡に沿って移動しながらスピンしているような状況では、ステップ１００４でスリップ状態でないと判定されるにも拘らず、実際には車両は路面に対してスリップしている。第３対応処理では、このような状況に対処するために、車両運動制御部３０はステップ１００５以降の処理に進む。
【００７２】
ステップ１００５において、車両運動制御部３０は、基準位置に対するＧＰＳアンテナ１１Ｂの相対位置から基準位置に対するＧＰＳアンテナ１１Ａの相対位置への方向を、車両進行方向として検出する。図１１では、車両運動制御部３０は車両進行方向として直線Ｃに沿った方向を検出する。
【００７３】
次に、車両運動制御部３０は、車両重心の移動方向を検出する（Ｓ１００６）。例えば、車両運動制御部３０は、２つのＧＰＳアンテナ１１Ａ，１１Ｂの中央位置の移動方向を、車両重心の移動方向として検出すればよい。図１１では、車両運動制御部３０は車両重心の移動方向として直線Ｅに沿った方向を検出する。
【００７４】
次に、車両運動制御部３０は、車両進行方向および重心移動方向に基づいて、車両スリップ角を算出する（Ｓ１００７）。ここで、車両スリップ角とは、車両進行方向と重心移動方向との角度差である。図１１では、車両運動制御部３０は車両スリップ角として角度βを検出する。
【００７５】
次に、車両運動制御部３０は、車両スリップ角が最大スリップ角よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１００８）。ここで、最大スリップ角とは、車輪の発生する横力が最大となる車輪スリップ角のことであり、例えば２５度程度の角度である。最大スリップ角はタイヤ試験機を用いて事前に測定可能であり、車両運動制御部３０は事前に測定された最大スリップ角のデータを保持している。
【００７６】
車両がスピンをしておらず、且つ、車両スリップ角が最大スリップ角よりも大きくなることは、現実にはあり得ない。よって、ステップ１００８において、車両運動制御部３０は、車両スリップ角が最大スリップ角よりも大きいことを判定した場合には、車両が目標軌跡に沿って移動しながらスピンしていることを判定し、ＶＳＣ制御や減速制御などのスリップ抑制制御を実行し、車両がグリップ状態となるまでスリップ抑制制御を継続する（Ｓ１００９、Ｓ１０１０）。
【００７７】
そして、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態となってから直ちに、車両を目標軌跡に復帰させるための復帰軌跡を生成し、車両を復帰軌跡方向に誘導するための指令を操舵制御部３２に与える（Ｓ１０１１、Ｓ１０１２）。操舵制御部３２は、車両運動制御部３０からの指令を受けると、強いトルクで車輪を転舵して車両を復帰軌跡方向に誘導するように操舵アクチュエータ３３を制御する。なお、第３対応処理では、２つのＧＰＳアンテナの相対位置に基づいて演算された車両進行方向は高精度であるため、第２対応処理とは異なり車両進行方向の精度が高まるまで強い操舵誘導制御の実行を待つ必要はなく、車両がグリップ状態となってから直ちに強い操舵誘導制御の実行することができる。
【００７８】
一方、車両スリップ角が最大スリップ角よりも小さくなることは、現実にあり得る車両の走行状態である。よって、ステップ１００８において、車両運動制御部３０は、車両スリップ角が最大スリップ角よりも小さいことを判定した場合には、車両がスピンしていないことを判定し、第３対応処理を終了する。
【００７９】
上述した第３対応処理によれば、車両運動制御部は、２つのＧＰＳアンテナの相対位置に基づいて車両進行方向を演算し、当該車両進行方向に基づいて車両がスリップ状態であるか否かを判定する。少なくとも２つのＧＰＳアンテナの相対位置は高精度であるため、これらの相対位置に基づいて演算された車両進行方向も高精度である。よって、車両運動制御部は、車両進行方向に基づいて、車両の比較的低速のスピン状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本実施形態の位置検出装置であるＧＰＳ速度計の構成を示すブロック図である。
【図２】ＧＰＳ速度計の相対位置検出原理を示す図である。
【図３】ＧＰＳ速度計の相対位置検出処理を示すフローチャートである。
【図４】ＧＰＳ速度計の相対位置検出処理を説明するための図である。
【図５】本実施形態の車両制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】車両運動制御部による車両挙動異常に対する第１対応処理を示すフローチャートである。
【図７】車両運動制御部により第１対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。
【図８】車両運動制御部による車両挙動異常に対する第２対応処理を示すフローチャートである。
【図９】車両運動制御部により第２対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。
【図１０】車両運動制御部による車両挙動異常に対する第３対応処理を示すフローチャートである。
【図１１】車両運動制御部により第３対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…車両制御装置、１０…ＧＰＳ速度計（位置検出装置）、１１…ＧＰＳアンテナ、１２…絶対位置検出部、１３…移動速度検出部、１４…基準位置設定部、１５…位相差積算部、１６…相対位置演算部、２１…ハンドルセンサ、２２…ブレーキセンサ、２３…アクセルセンサ、２４…ヨーレートセンサ、２５…車輪速センサ、２７…ナビゲーションシステム、３０…車両運動制御部、３２…操舵制御部、３３…加減速制御部、３５…操舵アクチュエータ、３６…エンジン、３７…ブレーキアクチュエータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体の位置検出装置、および位置検出装置を利用した車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来文献（特許文献１）には、移動体の運動状態を計測するための位置検出装置が示されている。この従来技術の位置検出装置では、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信して、当該ＧＰＳ信号の搬送波の位相変化に基づいて移動体の移動速度を所定周期で演算する。そして、所定周期ごとの移動体の移動速度を積分することにより相対位置を演算する。
【０００３】
また、他のＧＰＳ位置検出方式として、単独測位方式、ドップラー周波数計測方式、ＲＴＫ‐ＧＰＳ方式などがある。単独測位方式やドップラー周波数計測方式などでは、計測された位置の誤差が大きく、車両運動制御に必要な精度を確保できない。また、ＲＴＫ‐ＧＰＳ方式などでは、２周波受信機を利用するため、位置検出装置の価格が高価となってしまう。
【特許文献１】特開２００７−５７２４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術（特許文献１）の位置検出装置では、所定周期ごとの移動体の移動速度を積分することにより相対位置を演算するため、演算された相対位置には、移動速度の積分演算に伴う誤差が含まれることとなる。特に、従来技術の位置検出装置を用いて相対位置の演算を長時間継続した場合には、移動速度の積分演算が多数回繰り返されるため、相対位置には移動速度の積分演算に伴う誤差が蓄積してしまう。このようにして演算された相対位置は誤差が大きいため、例えば車両の運動制御などには適していない。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、高精度で相対位置を測定すると共に相対位置に誤差が積算されることを防止することが可能な位置検出装置、および当該位置検出装置を利用した車両制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明に係る移動体の位置検出装置は、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する受信アンテナと、各ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量を演算する位相差積算部と、位相差積算部により演算された位相変化量に基づいて、検出開始時刻の基準位置に対する相対位置を演算する相対位置演算部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の位置検出装置によれば、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の各々について、ＧＰＳ信号の搬送波の位相が検出開始時刻から所定時間ごとに検出され、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量が演算される。そして、検出開始時刻からの位相変化量に基づいて、検出開始時刻の基準位置に対する相対位置が演算される。よって、演算された相対位置には、相対位置の演算に伴う誤差が蓄積されることなく、誤差の小さな相対位置を演算することができる。
【０００８】
また、本発明に係る移動体の位置検出装置において、位相差積算部は、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算して得た位相差積算値が２πを上回った場合に、搬送波の波数を表す整数値バイアスに１を加算すると共に、位相差積算値から２πを減算することが好ましい。この構成によれば、ＧＰＳ信号の搬送波の位相が検出開始時刻から所定時間ごとに検出され、当該所定時間ごとの位相差を積算して得た位相差積算値が２πを上回った場合に、搬送波の波数を表す整数値バイアスに１が加算されると共に、位相差積算値から２πが減算される。よって、検出開始時刻からの位相変化量を、整数値バイアスおよび位相差積算値を用いて好適に演算することができる。
【０００９】
また、本発明に係る車両制御装置は、上記の位置検出装置と、車輪回転速度を検出して当該車輪回転速度に基づいて車速を演算する車輪速センサと、スリップ状態を抑制するように車両運動を制御する車両運動制御部と、を備え、位置検出装置は、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて速度を演算し、位置検出装置により演算される車両速度と車輪速センサにより演算される車両速度とが略一致する場合に車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を基準位置として設定するものであり、車両運動制御部は、位置検出装置により検出された基準位置に対する相対位置を利用して、車両のスリップ状態を抑制するように車両運動を制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る車両制御装置によれば、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて演算される車両速度と車輪回転速度に基づいて演算される車両速度とが略一致する場合に、車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を基準位置として設定する。このように設定した基準位置に対する相対位置を利用することにより、車両のスリップ状態を抑制するように車両運動を制御することができる。例えば、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態などのヨーレートが小さいスリップ状態）を検出し、スリップ状態を抑制するように車両運動を制御することができる。
【００１１】
また、本発明に係る車両制御装置において、車両運動制御部は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御することが好ましい。この構成によれば、車両運動制御部は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御する。よって、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態など）を検出して、当該スリップ状態を抑制することができる。
【００１２】
また、本発明に係る車両制御装置において、車両運動制御部は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御し、さらに、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行した後に、目標走行軌跡に復帰するように車両運動を制御することが好ましい。この構成によれば、車両運動制御部は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御する。そして、車両運動制御部は、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行した後に、目標走行軌跡に復帰するように車両運動を制御する。よって、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態など）を検出して、車両のスリップ状態を抑制してから、車両を目標復帰軌跡に復帰させることができる。
【００１３】
また、本発明に係る車両制御装置において、位置検出装置は、ＧＰＳ信号を受信する受信アンテナを少なくとも２つ有し、基準位置に対する各受信アンテナの相対位置を演算するものであり、車両運動制御部は、少なくとも２つの受信アンテナの相対位置に基づいて車両進行方向を演算し、当該車両進行方向に基づいて車両がスリップ状態であるか否かを判定することが好ましい。この構成によれば、車両運動制御部は、少なくとも２つの受信アンテナの相対位置に基づいて車両進行方向を演算し、当該車両進行方向に基づいて車両がスリップ状態であるか否かを判定する。よって、車両が目標走行軌跡から乖離せずに目標走行軌跡上でスピンをしている場合でも、車両のスピン状態を検出することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高精度で相対位置を測定すると共に相対位置に誤差が積算されることを防止することが可能な位置検出装置、および当該位置検出装置を利用した車両制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素または同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１６】
（位置検出装置の構成）
図１は、本実施形態の位置検出装置であるＧＰＳ速度計１０の構成を示すブロック図である。ＧＰＳ速度計１０は、ＧＰＳアンテナ１１と、絶対位置検出部１２と、移動速度検出部１３と、基準位置設定部１４と、位相差積算部１５と、相対位置演算部１６と、を含んで構成されている。
【００１７】
ＧＰＳアンテナ１１は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する。このＧＰＳ信号は、波長λが約１９ｃｍの搬送波にＧＰＳ衛星に搭載された原子時計の時刻情報やＧＰＳ衛星の軌道情報などを変調して乗せた信号である。絶対位置検出部１２は、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報に基づいてＧＰＳ速度計１０の絶対位置を演算する処理部である。移動速度検出部１３は、所定時間ごとにＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出し、所定時間当たりの搬送波の位相変化に基づいてＧＰＳ速度計１０の移動速度を演算する処理部である。
【００１８】
基準位置設定部１４は、ＧＰＳ速度計１０の演算処理に利用される基準位置を決定して設定する処理部である。基準位置とは、位置検出開始時刻にＧＰＳ速度計１０が存在する位置である。なお、基準位置設定部１４は、外部装置（例えば車両運動制御部３０、図５参照）からの指令に応じて、基準位置を設定できるように構成されている。位相差積算部１５は、位置検出開始時刻からＧＰＳ信号の搬送波の位相変化量を演算する処理部である。すなわち、位相差積算部１５は、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量を演算する。相対位置演算部１６は、位相差積算部１５により演算された位相変化量に基づいて、基準位置に対する相対位置を演算する処理部である。
【００１９】
（相対位置検出原理）
図２は、ＧＰＳ速度計における相対位置検出原理を示す図である。図２には、ＧＰＳ衛星１０１と、移動前のＧＰＳ速度計１０BEFOREと、移動後のＧＰＳ速度計１０AFTERとが示されている。破線Ｓは、ＧＰＳ衛星１０１からの等距離面を示している。
【００２０】
移動前のＧＰＳ速度計１０BEFOREが移動後のＧＰＳ速度計１０AFTERの位置まで移動した場合には、ＧＰＳ衛星１０１とＧＰＳ速度計１０までの距離は変化する。このため、移動前のＧＰＳ速度計１０BEFOREが受信する搬送波の位相と、移動後のＧＰＳ速度計１０AFTERが受信する搬送波の位相との間には、ＧＰＳ速度計１０の移動距離に応じた位相差（位相変化量）が生じることとなる。
【００２１】
ＧＰＳ信号の搬送波の位相変化量は、２πの倍数分Ｎと、位相差から２πの倍数分を除いた端数分θとからなる。移動前後におけるＧＰＳ衛星１０１からＧＰＳ速度計１０までの距離差Ｄは、次の数式（１）により求められる。
Ｄ ＝ （Ｎ＋θ）× λ ・・・（１）
ここで、
Ｎ：位相差のうち２πの倍数分
θ：位相差のうち２πより小さい端数分
λ：搬送波の波長（１９ｃｍ）
【００２２】
複数のＧＰＳ衛星の夫々について各ＧＰＳ衛星からＧＰＳ速度計１０までの距離差Ｄを演算して、これらの複数の距離差Ｄを公知の演算式に適用すると、ＧＰＳ速度計１０の移動ベクトル（移動方向および移動距離からなるベクトル）を算出することができる。この移動ベクトルが、移動前の基準位置に対する相対位置を表している。
【００２３】
本実施形態のＧＰＳ速度計１０では、位相差積算部１５は、位相差のうち２πの倍数分Ｎを整数値バイアスのパラメータｎに格納し、位相差のうち端数分θを位相差積算値のパラメータθｓｕｍに格納する。そして、相対位置演算部１５は、整数値バイアスｎおよび位相差積算値θsumを上記の数式（１）に適用することにより、相対位置を演算する。なお、整数値バイアスとは、一般的にはＧＰＳ衛星１０１からＧＰＳ速度計１０までの間の波数を意味するが、本実施形態では移動前後におけるＧＰＳ衛星１０１からＧＰＳ速度計１０までの間の波数の変化量として定義している。
【００２４】
（位置検出装置の相対位置検出処理）
図３は、ＧＰＳ速度計１０の相対位置検出処理を示すフローチャートである。この相対位置検出処理において、ＧＰＳ速度計１０は、複数のＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ信号の夫々について位相変化量を検出し、これらの位相変化量に基づいて相対位置を算出する。
【００２５】
ＧＰＳ速度計１０は、複数のＧＰＳ衛星から受信するＧＰＳ信号の夫々について、整数値バイアスのパラメータｎと、搬送波の位相を示すパラメータθ０，θ１，θ２と、検出開始時刻から搬送波の位相を積算して得られる位相差積算値を示すパラメータθsumとを用意している。そして、ＧＰＳ速度計１０は、複数のＧＰＳ信号の夫々について、以下に説明する処理を行う。
【００２６】
相対位置の測定開始時に、ＧＰＳ速度計１０は、整数値バイアスｎに０をセットして、整数値バイアスｎを初期化する（Ｓ３０１）。次に、ＧＰＳ速度計１０は、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出し、検出された搬送波の位相をパラメータθ０にセットする（Ｓ３０２、図４（ａ）参照）。ここで、搬送波の位相を検出した時刻が検出開始時刻であり、搬送波の位相を検出した位置が計測基準位置である。なお、初期的に検出される搬送波の位相は、０から２πまでの範囲内の値である。
【００２７】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、微小時間（例えば１００ｍｓ）の経過後に、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出し、検出された搬送波の位相をパラメータθ１にセットする（Ｓ３０３〜Ｓ３０４、図４（ａ）参照）。ここで、ステップ３０２の位相検出からステップ３０４の位相検出までの微小時間とは、θ０からθ１までの位相差が確実に０からπまでの範囲内の値となる短い時間である。
【００２８】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、次の数式（２）に従って、位相差積算値θsumを演算する（Ｓ３０５）。
θsum＝（θ１−θ０＋２π）ｍｏｄ２π ・・・（２）
ここで、ｍｏｄは、割算した場合の余りを演算するための関数である。ＡｍｏｄＢは、ＡをＢで割った場合に生じる余りを意味している。よって、上記の数式（１）によれば、θ０とθ１の位相差が、０から２πまでの範囲内の値として算出され、位相差積算値θsumにセットされる。
【００２９】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、さらに上記の微小時間（例えば１００ｍｓ）の経過後に、ＧＰＳ衛星からの搬送波の位相を検出し、検出された搬送波の位相をパラメータθ２にセットする（Ｓ３０６〜Ｓ３０７、図４（ａ）参照）。ステップ３０２からステップ３０４までの位相変化と同様に、ステップ３０５からステップ３０７までの位相差は、確実に０からπまでの範囲内の値となる。
【００３０】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、次の数式（３）に従って、位相差積算値θsumに位相増加分を加算する（Ｓ３０８）。
θsum＝θsum＋（θ２−θ１） ・・・（３）
ここで、位相差積算値θsumは、１回目のステップ３０８の演算では０から２πまでの範囲内の値となるが、２回目以降のステップ３０８の演算では０から２πまでの範囲内の値となる場合もあるし２πを越える値となる場合もある。
【００３１】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、位相差積算値θsumの絶対値が２πより小さいか否かを判定する（Ｓ３０９）。ここで、ＧＰＳ速度計１０は、位相差積算値θsumの絶対値が２π以上であると判定した場合には、ステップ３１０の処理に進む。一方、ＧＰＳ速度計１０は、位相差積算値θsumの絶対値が２πより小さいと判定した場合には、ステップ３１１の処理に進む。
【００３２】
ステップ３０９からステップ３１０に進んだ場合には、ＧＰＳ速度計１０は、次の数式（４），（５）の演算を実行し、パラメータｎ，θｓｕｍを更新する（図４（ｂ），（ｃ）参照）。
ｎ＝ｎ＋ｉｎｔ（θsum／２π） ・・・（４）
θsum＝（（θ２−θ０＋２π＋π）mod２π）−π ・・・（５）
【００３３】
数式（３）において、ｉｎｔは、指定した実数の小数点以下の値を切り捨てて、指定した実数をこの実数よりも０に近い整数に丸めた値にするための関数である。数式（４）および数式（５）によれば、θ０からθ２までの位相差が２π以上となったことに対応して、整数値バイアスｎに１が加算されると共に、位相差積算値θsumから２πが減算されて位相差積算値θsumが−π〜＋πの範囲内の値に調整される。
【００３４】
ステップ３０９からステップ３１１に進んだ場合には、ＧＰＳ速度計１０は、整数値バイアスｎおよび位相差積算値θsumに基づいて、ステップ３０２の処理を実行した地点からステップ３０７の処理を実行した地点までの移動距離（相対位置）を算出する。ここで、ＧＰＳ速度計１０が採用する移動距離算出法は、上記の数式（１）を用いた算出処理である。
【００３５】
次に、ＧＰＳ速度計１０は、上記の処理で得られた位相θ２を位相θ１にセットする（Ｓ３１２、図４（ｃ）参照）。このように位相θ２を位相θ１にセットすることにより、パラメータθ２が空きとなるため、次に検出される搬送波の位相をパラメータθ２にセットすることが可能となる。最後に、ＧＰＳ速度計１０は、相対位置の算出を継続する場合にはステップ３０６の処理に戻り、相対位置の算出を終了する場合には位置測定処理を終了する（Ｓ３１３）。
【００３６】
本実施形態の位置検出処理によれば、複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号の各々について、ＧＰＳ信号の搬送波の位相が検出開始時刻から所定時間ごとに検出され、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、検出開始時刻からの位相変化量が演算される。そして、検出開始時刻からの位相変化量に基づいて、検出開始時刻の基準位置に対する相対位置が演算される。よって、演算された相対位置には、相対位置の演算に伴う誤差が蓄積されることなく、誤差の小さな相対位置を演算することができる。
【００３７】
従来技術の位置検出処理では、所定時間ごとに搬送波の位相差を検出して、この搬送波の位相差に基づいて所定時間ごとの速度ベクトルを演算し、演算された速度ベクトルを積分することにより相対位置を演算していた。しかし、この位置検出処理では、演算された相対位置には、速度ベクトルの演算に伴う誤差が蓄積される。このため、従来技術の位置検出処理では、長時間に渡り相対位置を演算すると、相対位置の誤差が無視できない程度（例えば、３分の位置計測で２ｍ以上の誤差）に大きくなってしまい、演算された相対位置を車両運動制御に利用することは困難であった。
【００３８】
これに対して、本実施形態の位置検出処理では、微小時間ごとの位相差に基づいて速度ベクトルを演算するのではなく、微小時間ごとに搬送波の位相を検出して検出開始時刻からの位相変化量（整数値バイアスｎおよび位相差積算値θsum）を演算し、この位相変化量に基づいて１回の演算処理で移動ベクトルを演算する。そして、検出開始時刻における基準位置を起点として移動ベクトルが指し示す先を、相対位置として演算する。よって、本実施形態の位置検出処理によれば、相対位置に速度ベクトルの演算に伴う誤差が蓄積されることがないため、相対位置を高精度に求めることができる。
【００３９】
特に、本実施形態の位置検出処理により演算された相対位置は、車両運動制御に利用できる程度に精度が高められている。走行中における車両のスリップ状態に対応するために、車両のスリップを抑制するだけでなく、車両を安全な方向に誘導するように車両制御技術が進化している。このような車両制御技術では、正常な走行状態（例えば、車輪が路面をグリップした状態）における車両の基準位置に対して、スリップ中の車両の相対位置を数ｃｍ以下の精度で正確に検出する必要がある。本実施形態の位置検出処理によれば、車両の相対位置を数ｃｍ以下の精度で検出することが可能であり、進化した車両制御技術にも対応することができる。
【００４０】
（車両制御装置の構成）
図５は、本実施形態の車両制御装置１の構成を示すブロック図である。車両制御装置１は、自動車などの車両に搭載され、車両の走行を支援する制御を行うものである。車両制御装置１には、前述したＧＰＳ速度計（位置検出装置）１０を含んで構成されている。また、車両制御装置１は、ハンドルセンサ２１と、ブレーキセンサ２２と、アクセルセンサ２３と、ヨーレートセンサ２４と、車輪速センサ２５と、ナビゲーションシステム２７と、車両運動制御装置３０と、操舵制御装置３２と、操舵アクチュエータ３３と、加減速制御装置３５と、エンジン３６と、ブレーキアクチュエータ３７と、を含んで構成されている。
【００４１】
ハンドルセンサ２１は、車輪を転舵させるために運転者が操作するハンドルの操作量を検出するためのセンサである。ブレーキセンサ２２は、運転者が車両を減速させるために用いるブレーキペダルの踏込み量を検出するためのセンサである。アクセルセンサ２３は、運転者が車両を加速させるために用いるアクセルペダルの踏込み量を検出するためのセンサである。ヨーレートセンサ２４は、車両に作用するヨーレートを検出するためのセンサである。車輪速センサ２５は、車輪の回転速度を検出して、車輪の回転速度に基づいて車速を演算するためのセンサである。
【００４２】
ナビゲーションシステム２７は、運転者に目的地までの経路を知らせるために車両に搭載された装置である。ナビゲーションシステム２７は、車両位置の周囲のマップデータを有しており、運転者により目的地が指定されると車室内に設置されたモニタに目的地までの経路を表示する。なお、ナビゲーションシステム２７のマップデータには、道路形状のデータが含まれており、この道路形状のデータが車両運動制御に利用される。
【００４３】
ＧＰＳ速度計１０は、車両の絶対位置、移動速度および相対位置を検出し、これらの検出値を車両運動制御部３０に出力する。前述したとおり、ＧＰＳ速度計１０は、基準位置を設定し、この基準位置に対する相対位置を設定する。ここで、ＧＰＳ速度計１０が基準位置を設定するタイミングは、車両運動制御部３０により決定される。すなわち、車両運動制御部３０がタイミング信号をＧＰＳ速度計１０に与えると、ＧＰＳ速度計１０がこのタイミング信号に応じて基準位置を設定し、相対位置の演算を開始する。
【００４４】
車両運動制御装置３０は、複数のセンサ２１〜２５、ナビゲーションシステム２７およびＧＰＳ速度計１０からの出力を取り込んで、これらの出力に基づいて車両の運動状態を制御する。特に、本実施形態では、車両運動制御装置３０は、車両のスリップ状態を抑制したり、車両が目標走行軌跡に復帰するように、車両の運動状態を制御する。車両運動制御装置３０は、車両の運動状態を制御するために、操舵制御装置３２に操舵量指令値を与えると共に、加減速制御装置３５に加減速指令値を与える。
【００４５】
操舵制御装置３２は、車両運動制御装置３０からの操舵量指令値に応じて操舵アクチュエータ３３を制御する。操舵アクチュエータ３３は、車輪の転舵角を調節するためのアクチュエータであり、運転者のハンドル操作を補助するように車輪に転舵トルクを与える。操舵アクチュエータ３３は、車輪に与える転舵トルクの大きさおよび方向を調節自在に構成されている。よって、操舵制御装置３２は、車両運動制御装置３０からの操舵量指令値に応じて、操舵アクチュエータ３３が車輪に与える転舵トルクの大きさおよび方向を調節する。
【００４６】
加減速制御装置３５は、車両運動制御装置３０からの加減速指令値に応じて、車両の駆動源であるエンジン（内燃機関）３６およびブレーキアクチュエータ３７を制御する。加減速制御装置３５は、車両運動制御装置３０からの加減速指令値が車両の加速を指令するものである場合には、車両運動制御装置３０からの加減速指令値に応じて、車両に作用する駆動力を調節するためのエンジン３６を制御する。一方、加減速制御装置３５は、車両運動制御装置３０からの加減速指令値が車両の減速を指令するものである場合には、車両運動制御装置３０からの加減速指令値に応じて、車両に作用する制動力を調節するためのブレーキアクチュエータ３７を制御する。
【００４７】
（車両制御装置の第１対応処理）
図６は、車両運動制御部３０による車両挙動異常（スリップ状態）に対する第１対応処理を示すフローチャートである。図７は、車両運動制御部３０により第１対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。図６および図７を参照して、車両運動制御部３０による第１対応処理を説明する。
【００４８】
車両運動制御部３０は、ハンドルセンサ２１により検出された操舵角に基づいて、車両が直進状態であるか否かを判定する（Ｓ６０１）。車両運動制御部３０は、操舵角の絶対値が予め設定された閾値（例えば１ｄｅｇ）以下である場合には、車両が直進状態であることを判定し、ステップ６０２の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、操舵角の絶対値が上記閾値より大きい場合には、車両が直進状態でないことを判定し、ステップ６０１の処理を繰り返す。
【００４９】
次に、車両運動制御部３０は、ヨーレートセンサ２４により検出されたヨーレートに基づいて、車両が直進状態であるか否かを判定する（Ｓ６０２）。車両運動制御部３０は、ヨーレートの絶対値が予め設定された閾値（例えば１ｄｅｇ／ｓｅｃ）以下である場合には、車両が直進状態であり車両に殆どヨーレートが作用していないことを判定し、ステップ６０３の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、ヨーレートの絶対値が上記閾値より大きい場合には、車両が直進状態でなく車両に大きなヨーレートが作用していることを判定し、ステップ６０１の処理に戻る。
【００５０】
次に、車両運動制御部３０は、車輪速に基づき演算した車両の対地速度とＧＰＳ速度計１０により演算された車両の対地速度との差分に基づいて、車輪が路面をグリップした状態であるか否かを判定する（Ｓ６０３）。車両運動制御部３０は、２つの対地速度が略一致しており、２つの対地速度の差分の絶対値が予め設定された閾値（例えば０．０１ｋｍ／ｈ）以下である場合には、車両が路面をグリップした状態であることを判定し、ステップ６０４の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、２つの対地速度が略一致しておらず、２つの対地速度の差分の絶対値が上記閾値より大きい場合には、車両が路面をグリップした状態でないことを判定し、ステップ６０１の処理に戻る。
【００５１】
次に、車両運動制御部３０は、ステップ６０１〜ステップ６０３の全ての条件が満たされている場合には、車輪が路面をグリップしており車両の走行状態が安定していることが判断できるため、その時点での車両位置を基準位置として設定する（Ｓ６０４）。ここで、車両運動制御部３０は、ＧＰＳ速度計１０が基準位置を設定するためのタイミング信号を、ＧＰＳ速度計１０に与える。ＧＰＳ速度計１０は、基準位置を設定した時点から、基準位置に対する相対位置の演算を開始する。図７において、カーブ路に進入する直前の車両Ａ１の位置が、基準位置として設定される。
【００５２】
次に、車両運動制御部３０は、ハンドルセンサ２１、ブレーキセンサ２２およびアクセルセンサ２３の検出出力を継続的に監視し、ハンドルセンサ２１、ブレーキセンサ２２およびアクセルセンサ２３の検出値に基づいて、その後の数秒間において車両が走行することが予想される軌跡（目標軌跡）を生成する（Ｓ６０５）。ここで、車両運動制御部３０は、基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算する。なお、車両運動制御部３０は、目標軌跡を生成するために、道路形状のデータも利用する。図７において、曲線Ｔが目標軌跡である。
【００５３】
次に、車両運動制御部３０は、ＧＰＳ速度計１０により演算された相対位置を取り込む（Ｓ６０６）。図７において、カーブ路に走行している車両Ａ２の位置が、相対位置として取り込まれる。
【００５４】
次に、車両運動制御部３０は、車両がスリップ状態であるか否かを判定する（Ｓ６０７）。言い換えれば、車両運動制御部３０は、目標軌跡に対する相対位置の乖離が予め設定された閾値（例えば１ｍ）よりも小さいか否かを判定する（Ｓ６０７）。ここで、車両運動制御部３０は、目標軌跡に対する相対位置の乖離が上記閾値よりも小さい場合には、車両がスリップ状態でないことを判定し、処理を終了する。一方、目標軌跡に対する相対位置の乖離が上記閾値よりも大きい場合には、車両がスリップ状態であることを判定し、車両の挙動を安定させるためにＶＳＣ（Vehicle Stability Control）制御や減速制御などのスリップ抑制制御を実行する（Ｓ６０８）。
【００５５】
上述した第１対応処理によれば、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて演算される車両速度と車輪回転速度に基づいて演算される車両速度とが略一致する場合に、車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を基準位置として設定する。このように設定した基準位置に対して相対位置を検出することにより、高精度な位置検出が可能となるため、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態などのヨーレートが小さいスリップ状態）を検出することができる。
【００５６】
そして、上述した第１対応処理では、比較的低速のスリップ状態を検出するため、比較的低速のスリップ状態を抑制するためのスリップ抑制制御を実行することができる。なお、従来技術に係るスリップ検出技術では、操舵角、車速、ヨーレートの関係から車両のスリップ状態を判定するため、センサ誤差よりも速度の小さい横滑り状態や、センサ誤差よりも速度の小さいスピン状態を検出できない。
【００５７】
（車両制御装置の第２対応処理）
図８は、車両運動制御部３０による車両挙動異常（スリップ状態）に対する第２対応処理を示すフローチャートである。図９は、車両運動制御部３０により第２対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。図８および図９を参照して、車両運動制御部３０による第２対応処理を説明する。
【００５８】
車両運動制御部３０は、前述した第１対応処理（Ｓ６０１〜Ｓ６０６）と同様な手順で、車両がグリップ状態である場合に基準位置を設定し、基準位置を基準として目標軌跡を生成し、さらに基準位置に対する相対位置を検出する（Ｓ８０１、Ｓ８０２、Ｓ８０３）。次に、車両運動制御部３０は、前述した第１対応処理（Ｓ６０７）と同様な方法で、車両がスリップ状態であるか否かを判定する（Ｓ８０４）。ここで、車両運動制御部３０は、スリップ状態であることを判定した場合には、ＶＳＣ制御や減速制御などのスリップ抑制制御を実行する（Ｓ８０５）。一方、車両運動制御部３０は、スリップ状態でないことを判定した場合には、処理を終了する。
【００５９】
次に、車両運動制御部３０は、スリップ抑制制御を実行している最中に、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行したか否かを判定する（Ｓ８０６）。ここで、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態に移行した場合には、ステップ８０７の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、車両がスリップ状態のままである場合には、スリップ抑制制御を継続する（Ｓ８０５）。図９では、車両運動制御部３０は、車両が目標軌跡Ｔから乖離してから位置Ａ２に至るまでの間、スリップ抑制制御を継続する。
【００６０】
次に、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態に移行した直後に、ＶＳＣ等のスピン防止機能で一般的に用いられているヨーレートの積分値を用いたスリップ角推定技術を用いて、車両進行方向を推定する（Ｓ８０７）。ここで、車両進行方向とは、車両の前後方向に延びる車両中心線に沿った方向である。図９では、車両は位置Ａ２でグリップ状態に移行し、車両運動制御部３０は車両進行方向Ｃを推定する。
【００６１】
次に、車両運動制御部３０は、車両進行方向が目標軌跡との乖離を減少させる方向であるか否かを判定する（Ｓ８０８）。ここで、車両運動制御部３０は、車両進行方向が目標軌跡との乖離を減少させる方向である場合には、ステップ８０９の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、車両進行方向が目標軌跡との乖離を減少させる方向でない場合には、ステップ８１１の処理に進む。図９では、車両進行方向が目標軌跡との乖離を減少させる方向でないため、車両運動制御部３０はステップ８１１の処理に進む。
【００６２】
ステップ８０９では、車両運動制御部３０は、車両位置や車両進行方向などの情報に基づいて、車両位置から目標軌跡まで延びる復帰軌跡を生成する（Ｓ８０９）。図９では、車両運動制御部３０は、復帰軌跡Ｏ１を生成する。そして、車両運動制御部３０は、車両を復帰軌跡方向に誘導するための指令を操舵制御部３２に与える（Ｓ８１０）。操舵制御部３２は、車両運動制御部３０からの指令を受けると、弱いトルクで車輪を転舵して車両を復帰軌跡方向に誘導するように操舵アクチュエータ３３を制御する。
【００６３】
次に、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態に移行してから予め設定された距離（例えば数メートル程度の距離）を走行したか否かを判定する（Ｓ８０８）。ここで、予め設定された距離とは、ヨーレートを積分して求めた車両スリップ角の精度が十分に高まる距離である。図９では、車両が位置Ａ３に到達した時に、位置Ａ２から数メートル走行している。ここで、車両運動制御部３０は、車両が予め設定された距離を走行した場合には、ステップ８１２の処理に進む。一方、車両運動制御部３０は、車両が予め設定された距離を走行していない場合には、弱めの操舵誘導制御を継続する（Ｓ８０７〜Ｓ８１０）。図９では、ステップ８１２の処理に進む時には、車両は位置Ａ３の位置にある。
【００６４】
ステップ８１２では、車両運動制御部３０は、車両進行方向を再演算して、ＧＰＳ速度計１０の検出位置に基づいて車両進行方向を補正する（Ｓ８１２）。詳しくは、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態に移行した位置からＧＰＳ速度計１０の検出位置へ向かう方向（図９において位置Ａ２から位置Ａ３への方向Ｄ）と、車両がグリップ状態に移行した位置から復帰軌跡が延びる方向（図９において位置Ａ２から復帰軌跡Ｏ１が延びる方向）との成す角度αを演算し、この角度αを補正角とする。そして、車両運動制御部３０は、車両進行方向を再演算し、この車両進行方向に補正角αを加算して補正する。このようにして、ＧＰＳ速度計１０の検出位置に基づいて車両進行方向を補正することができる。
【００６５】
車両運動制御部３０は、補正済みの車両進行方向の情報に基づいて、復帰軌跡を再生成する（Ｓ８１３）。図９では、再生成される復帰軌跡は、位置Ａ３から目標軌跡Ｔまで延びる軌跡Ｏ２である。車両運動制御部３０は、車両を復帰軌跡方向に誘導するための指令を操舵制御部３２に与える（Ｓ８１４）。操舵制御部３２は、車両運動制御部３０からの指令を受けると、強いトルクで車輪を転舵して車両を復帰軌跡方向に誘導するように操舵アクチュエータ３３を制御する。
【００６６】
上述した第２対応処理によれば、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて演算される車両速度と車輪回転速度に基づいて演算される車両速度とが略一致する場合に、車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を基準位置として設定する。このように設定した基準位置に対して相対位置を検出することにより、高精度な位置検出が可能となるため、車両が路面に対して比較的低速でスリップしているスリップ状態（比較的低速の横すべり状態、比較的低速のスピン状態などのヨーレートが小さいスリップ状態）を検出することができる。
【００６７】
そして、上述した第２対応処理では、比較的低速のスリップ状態を検出するため、比較的低速のスリップ状態を抑制するためのスリップ抑制制御を実行することができ、さらに、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行した後に、車両を目標軌跡に復帰させるための操舵誘導制御を実行することができる。よって、車両のスリップ状態を抑制してから、車両を目標軌跡に復帰させることができる。
【００６８】
（車両制御装置の第３対応処理）
図１０は、車両運動制御部３０による車両挙動異常（スリップ状態）に対する第３対応処理を示すフローチャートである。図１１は、車両運動制御部３０により第３対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。図１０および図１１を参照して、車両運動制御部３０による第３対応処理を説明する。
【００６９】
第３対応処理を実行するために、車両には２つのＧＰＳアンテナ１１Ａ，１１Ｂが搭載されている。一方のＧＰＳアンテナ１１Ａは、車両中心線上において車両前側に配置されている。他方のＧＰＳアンテナ１１Ｂは、車両中心線上において車両後側に配置されている。車両運動制御部３０は、車両後側のＧＰＳアンテナ１１Ｂの位置から車両前側のＧＰＳアンテナ１１Ａの位置への方向を、車両進行方向として検出することができる。
【００７０】
車両運動制御部３０は、前述した第１対応処理（Ｓ６０１〜Ｓ６０６）および第２対応処理（Ｓ１００１〜Ｓ１００３）と同様な手順で、車両がグリップ状態である場合に基準位置を設定し、基準位置を基準として目標軌跡を生成し、さらに基準位置に対する相対位置を検出する（Ｓ１００１、Ｓ１００２、Ｓ１００３）。次に、車両運動制御部３０は、前述した第１対応処理（Ｓ６０７）および第２対応処理（Ｓ８０４）と同様な方法で、車両がスリップ状態であるか否かを判定する（Ｓ１００４）。ここで、車両運動制御部３０は、スリップ状態であることを判定した場合には、第２対応処理のステップ８０５以降の処理に進む。
【００７１】
一方、ステップ１００４において車両運動制御部３０がスリップ状態でないことを判定した場合であっても、実際には車両が路面に対してスリップしている場合がある。すなわち、車両が目標軌跡に沿って移動しながらスピンしているような状況では、ステップ１００４でスリップ状態でないと判定されるにも拘らず、実際には車両は路面に対してスリップしている。第３対応処理では、このような状況に対処するために、車両運動制御部３０はステップ１００５以降の処理に進む。
【００７２】
ステップ１００５において、車両運動制御部３０は、基準位置に対するＧＰＳアンテナ１１Ｂの相対位置から基準位置に対するＧＰＳアンテナ１１Ａの相対位置への方向を、車両進行方向として検出する。図１１では、車両運動制御部３０は車両進行方向として直線Ｃに沿った方向を検出する。
【００７３】
次に、車両運動制御部３０は、車両重心の移動方向を検出する（Ｓ１００６）。例えば、車両運動制御部３０は、２つのＧＰＳアンテナ１１Ａ，１１Ｂの中央位置の移動方向を、車両重心の移動方向として検出すればよい。図１１では、車両運動制御部３０は車両重心の移動方向として直線Ｅに沿った方向を検出する。
【００７４】
次に、車両運動制御部３０は、車両進行方向および重心移動方向に基づいて、車両スリップ角を算出する（Ｓ１００７）。ここで、車両スリップ角とは、車両進行方向と重心移動方向との角度差である。図１１では、車両運動制御部３０は車両スリップ角として角度βを検出する。
【００７５】
次に、車両運動制御部３０は、車両スリップ角が最大スリップ角よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１００８）。ここで、最大スリップ角とは、車輪の発生する横力が最大となる車輪スリップ角のことであり、例えば２５度程度の角度である。最大スリップ角はタイヤ試験機を用いて事前に測定可能であり、車両運動制御部３０は事前に測定された最大スリップ角のデータを保持している。
【００７６】
車両がスピンをしておらず、且つ、車両スリップ角が最大スリップ角よりも大きくなることは、現実にはあり得ない。よって、ステップ１００８において、車両運動制御部３０は、車両スリップ角が最大スリップ角よりも大きいことを判定した場合には、車両が目標軌跡に沿って移動しながらスピンしていることを判定し、ＶＳＣ制御や減速制御などのスリップ抑制制御を実行し、車両がグリップ状態となるまでスリップ抑制制御を継続する（Ｓ１００９、Ｓ１０１０）。
【００７７】
そして、車両運動制御部３０は、車両がグリップ状態となってから直ちに、車両を目標軌跡に復帰させるための復帰軌跡を生成し、車両を復帰軌跡方向に誘導するための指令を操舵制御部３２に与える（Ｓ１０１１、Ｓ１０１２）。操舵制御部３２は、車両運動制御部３０からの指令を受けると、強いトルクで車輪を転舵して車両を復帰軌跡方向に誘導するように操舵アクチュエータ３３を制御する。なお、第３対応処理では、２つのＧＰＳアンテナの相対位置に基づいて演算された車両進行方向は高精度であるため、第２対応処理とは異なり車両進行方向の精度が高まるまで強い操舵誘導制御の実行を待つ必要はなく、車両がグリップ状態となってから直ちに強い操舵誘導制御の実行することができる。
【００７８】
一方、車両スリップ角が最大スリップ角よりも小さくなることは、現実にあり得る車両の走行状態である。よって、ステップ１００８において、車両運動制御部３０は、車両スリップ角が最大スリップ角よりも小さいことを判定した場合には、車両がスピンしていないことを判定し、第３対応処理を終了する。
【００７９】
上述した第３対応処理によれば、車両運動制御部は、２つのＧＰＳアンテナの相対位置に基づいて車両進行方向を演算し、当該車両進行方向に基づいて車両がスリップ状態であるか否かを判定する。少なくとも２つのＧＰＳアンテナの相対位置は高精度であるため、これらの相対位置に基づいて演算された車両進行方向も高精度である。よって、車両運動制御部は、車両進行方向に基づいて、車両の比較的低速のスピン状態を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本実施形態の位置検出装置であるＧＰＳ速度計の構成を示すブロック図である。
【図２】ＧＰＳ速度計の相対位置検出原理を示す図である。
【図３】ＧＰＳ速度計の相対位置検出処理を示すフローチャートである。
【図４】ＧＰＳ速度計の相対位置検出処理を説明するための図である。
【図５】本実施形態の車両制御装置の構成を示すブロック図である。
【図６】車両運動制御部による車両挙動異常に対する第１対応処理を示すフローチャートである。
【図７】車両運動制御部により第１対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。
【図８】車両運動制御部による車両挙動異常に対する第２対応処理を示すフローチャートである。
【図９】車両運動制御部により第２対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。
【図１０】車両運動制御部による車両挙動異常に対する第３対応処理を示すフローチャートである。
【図１１】車両運動制御部により第３対応処理が実行される際の車両挙動を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１…車両制御装置、１０…ＧＰＳ速度計（位置検出装置）、１１…ＧＰＳアンテナ、１２…絶対位置検出部、１３…移動速度検出部、１４…基準位置設定部、１５…位相差積算部、１６…相対位置演算部、２１…ハンドルセンサ、２２…ブレーキセンサ、２３…アクセルセンサ、２４…ヨーレートセンサ、２５…車輪速センサ、２７…ナビゲーションシステム、３０…車両運動制御部、３２…操舵制御部、３３…加減速制御部、３５…操舵アクチュエータ、３６…エンジン、３７…ブレーキアクチュエータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する受信アンテナと、
各ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、前記検出開始時刻からの位相変化量を演算する位相差積算部と、
前記位相差積算部により演算された前記位相変化量に基づいて、前記検出開始時刻の基準位置に対する相対位置を演算する相対位置演算部と、
を備えることを特徴とする移動体の位置検出装置。
【請求項２】
前記位相差積算部は、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算して得た位相差積算値が２πを上回った場合に、搬送波の波数を表す整数値バイアスに１を加算すると共に、前記位相差積算値から２πを減算することを特徴とする請求項１に記載の移動体の位置検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の位置検出装置と、
車輪回転速度を検出して当該車輪回転速度に基づいて車速を演算する車輪速センサと、
スリップ状態を抑制するように車両運動を制御する車両運動制御部と、
を備え、
前記位置検出装置は、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて速度を演算し、前記位置検出装置により演算される車両速度と前記車輪速センサにより演算される車両速度とが略一致する場合に車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を前記基準位置として設定するものであり、
前記車両運動制御部は、前記位置検出装置により検出された前記基準位置に対する前記相対位置を利用して、車両のスリップ状態を抑制するように車両運動を制御することを特徴とする車両制御装置。
【請求項４】
前記車両運動制御部は、前記基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、前記位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
【請求項５】
前記車両運動制御部は、前記基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、前記位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御し、さらに、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行した後に、目標走行軌跡に復帰するように車両運動を制御することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
【請求項６】
前記位置検出装置は、ＧＰＳ信号を受信する受信アンテナを少なくとも２つ有し、前記基準位置に対する各受信アンテナの相対位置を演算するものであり、
前記車両運動制御部は、前記少なくとも２つの受信アンテナの相対位置に基づいて車両進行方向を演算し、当該車両進行方向に基づいて車両がスリップ状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の車両制御装置。
【請求項１】
複数のＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信する受信アンテナと、
各ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算することにより、前記検出開始時刻からの位相変化量を演算する位相差積算部と、
前記位相差積算部により演算された前記位相変化量に基づいて、前記検出開始時刻の基準位置に対する相対位置を演算する相対位置演算部と、
を備えることを特徴とする移動体の位置検出装置。
【請求項２】
前記位相差積算部は、ＧＰＳ信号の搬送波の位相を検出開始時刻から所定時間ごとに検出し、当該所定時間ごとの位相差を積算して得た位相差積算値が２πを上回った場合に、搬送波の波数を表す整数値バイアスに１を加算すると共に、前記位相差積算値から２πを減算することを特徴とする請求項１に記載の移動体の位置検出装置。
【請求項３】
請求項１に記載の位置検出装置と、
車輪回転速度を検出して当該車輪回転速度に基づいて車速を演算する車輪速センサと、
スリップ状態を抑制するように車両運動を制御する車両運動制御部と、
を備え、
前記位置検出装置は、ＧＰＳ信号の搬送波の所定時間ごとの位相差に基づいて速度を演算し、前記位置検出装置により演算される車両速度と前記車輪速センサにより演算される車両速度とが略一致する場合に車両が路面をグリップするグリップ状態であることを判定し、当該グリップ状態における車両位置を前記基準位置として設定するものであり、
前記車両運動制御部は、前記位置検出装置により検出された前記基準位置に対する前記相対位置を利用して、車両のスリップ状態を抑制するように車両運動を制御することを特徴とする車両制御装置。
【請求項４】
前記車両運動制御部は、前記基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、前記位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
【請求項５】
前記車両運動制御部は、前記基準位置を基準として車両の目標走行軌跡を演算し、前記位置検出装置により検出された相対位置が当該目標走行軌跡から乖離した場合に、車両が路面に対してスリップするスリップ状態であることを判定し、当該スリップ状態を抑制するように車両運動を制御し、さらに、車両がスリップ状態からグリップ状態に移行した後に、目標走行軌跡に復帰するように車両運動を制御することを特徴とする請求項３に記載の車両制御装置。
【請求項６】
前記位置検出装置は、ＧＰＳ信号を受信する受信アンテナを少なくとも２つ有し、前記基準位置に対する各受信アンテナの相対位置を演算するものであり、
前記車両運動制御部は、前記少なくとも２つの受信アンテナの相対位置に基づいて車両進行方向を演算し、当該車両進行方向に基づいて車両がスリップ状態であるか否かを判定することを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の車両制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２８１７３７（Ｐ２００９−２８１７３７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１３１０１８（Ｐ２００８−１３１０１８）
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月１９日（２００８．５．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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