JP2005147696A - Attaching angle calculation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、取り付け角度算出装置に関し、より具体的には、移動体に搭載される電子機器の筐体が取り付けられた角度を算出する取り付け角度装置に関する。 The present invention relates to an attachment angle calculation device, and more specifically to an attachment angle device that calculates an angle at which a casing of an electronic device mounted on a moving body is attached.
従来から、上記電子機器の一例としてのナビゲーションシステムは、例えば車両のような移動体の現在位置を自律的に算出するために、典型的には角速度センサ及び加速度センサを含む自律航法センサを備えている。しかしながら、各自律航法センサは、所定の方向を向くような正しい姿勢で取り付けられなければ、それぞれの取り付け角度に起因する誤差を含む検出結果を出力する。このような誤差は、ナビゲーションシステムが算出する現在位置に伝搬し、その結果、ナビゲーションシステムは、誤差を含む現在位置を算出してしまう。 Conventionally, a navigation system as an example of the electronic device typically includes an autonomous navigation sensor including an angular velocity sensor and an acceleration sensor in order to autonomously calculate a current position of a moving object such as a vehicle. Yes. However, each autonomous navigation sensor outputs a detection result including an error caused by each attachment angle unless it is attached in a correct posture to face a predetermined direction. Such an error propagates to the current position calculated by the navigation system, and as a result, the navigation system calculates the current position including the error.
以上のように、ナビゲーションシステムの筐体(以下、単に筐体と称する)は、移動体に対して正しい姿勢で設置される必要がある。しかしながら、正しい姿勢で筐体を設置することは設置者に大きな負担を強いるので、従来から、筐体の取り付け角度を算出して、各自律航法センサの出力を補正する装置(以下、取り付け角度算出装置と称する)が提案されている。このような取り付け角度算出装置の中には、3軸に対する加速度を検出する加速度センサから得られる各出力値を用いて、車両のロール方向、ピッチ方向及びヨー方向に対する筐体の取り付け角度を算出するものがある(例えば、特許文献1を参照)。
ところで、大抵のナビゲーションシステムは、2軸に対する加速度を検出する加速度センサを使って自律的に現在位置を算出する。しかしながら、従来の取り付け角度算出装置は、3軸に対する加速度を検出する加速度センサを必要とするため、製造コスト及び/又は設置スペースの問題から、移動体に搭載される電子機器としてのナビゲーションシステムに実装し難いという問題点がある。 By the way, most navigation systems autonomously calculate the current position using an acceleration sensor that detects acceleration with respect to two axes. However, since the conventional mounting angle calculation device requires an acceleration sensor that detects acceleration with respect to three axes, it is mounted on a navigation system as an electronic device mounted on a moving body due to problems of manufacturing cost and / or installation space. There is a problem that it is difficult.
また、製造コスト及び/又は設置スペースの観点から、ナビゲーションシステムに、3軸方向への加速度センサが搭載0されている場合には、このような加速度センサの出力値から取り付け角度を導出できる方が好ましい。
それ故に、本発明の目的は、移動体に搭載される電子機器に実装し易い、取り付け角度算出装置を提供することである。
Further, from the viewpoint of manufacturing cost and / or installation space, when an acceleration sensor in three axis directions is mounted on the navigation system, it is possible to derive the mounting angle from the output value of such an acceleration sensor. preferable.
Therefore, an object of the present invention is to provide an attachment angle calculation device that can be easily mounted on an electronic device mounted on a moving body.
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、移動体に搭載される電子機器に組み込み可能な取り付け角度算出装置であって、移動体の2軸方向への加速度を検出可能な加速度センサと、移動体の角速度を検出する角速度センサと、移動体の速度を検出する速度センサと接続されており、加速度センサで検出される加速度と、角速度センサで検出される角速度と、速度センサで検出される速度とに基づいて、電子機器の筐体が取り付けられている角度を算出する取り付け角度算出部とを備える。 In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is an attachment angle calculation device that can be incorporated in an electronic device mounted on a moving body, and is an acceleration sensor capable of detecting acceleration in a biaxial direction of the moving body. Are connected to an angular velocity sensor that detects the angular velocity of the moving object, and a speed sensor that detects the velocity of the moving object. The acceleration detected by the acceleration sensor, the angular velocity detected by the angular velocity sensor, and the velocity sensor And an attachment angle calculation unit that calculates an angle at which the casing of the electronic device is attached based on the speed of the electronic device.
以上の局面によれば、2軸方向への加速度を使って、筐体の取り付け角度を算出することができる。つまり、取り付け角度算出装置は、大抵のナビゲーションシステムで使われている2軸の加速度センサの出力値を使って、筐体の取り付け角度を算出することができる。これによって、ナビゲーションシステムに実装し易い、取り付け角度算出装置を提供することが可能となる。また、ナビゲーションシステムに、3軸方向への加速度を検出する加速度センサが実装されている場合であっても、このような加速度センサから取得可能な2軸方向への加速度から、取り付け角度算出部は取り付け角度を算出することが可能となる。従って、3軸の加速度センサがナビゲーションシステムに実装されている場合であっても、取り付け角度算出装置にわざわざ2軸の加速度センサを実装する必要がなくなるので、ナビゲーションシステムに実装し易い、取り付け角度算出装置を提供することが可能となる。 According to the above situation, the mounting angle of the housing can be calculated using the acceleration in the biaxial direction. That is, the attachment angle calculation device can calculate the attachment angle of the housing using the output value of the biaxial acceleration sensor used in most navigation systems. This makes it possible to provide an attachment angle calculation device that can be easily mounted on a navigation system. In addition, even when an acceleration sensor that detects acceleration in the three-axis direction is mounted on the navigation system, the mounting angle calculation unit can be obtained from the acceleration in the two-axis direction that can be obtained from such an acceleration sensor. An attachment angle can be calculated. Therefore, even when a 3-axis acceleration sensor is mounted on the navigation system, it is not necessary to mount a 2-axis acceleration sensor on the mounting angle calculation device. An apparatus can be provided.
(実施形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る取り付け角度算出装置1の構成を示すブロック図である。図1において、取り付け角度算出装置1は、移動体に搭載される電子機器の一例としてのナビゲーションシステムに実装されており、ナビゲーションシステムの筐体(以下、単に筐体と称する)が取り付けられた角度を算出する。このような取り付け角度の算出のために、取り付け角度算出装置1は、加速度センサ10と、角速度センサ11と、取り付け角度算出部12と、補正値格納部13とを備える。
(Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a mounting angle calculation device 1 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an attachment angle calculation device 1 is mounted on a navigation system as an example of an electronic device mounted on a moving body, and an angle at which a casing of the navigation system (hereinafter simply referred to as a casing) is attached. Is calculated. In order to calculate such an attachment angle, the attachment angle calculation device 1 includes an
加速度センサ10は、予め定められた2軸方向への移動体の加速度を検出する。このような加速度センサ10が移動体に対して正しい姿勢で設置された場合、加速度センサ10によって、移動体の進行方向への加速度と、移動体の進行方向に水平面内で直交する方向への加速度とが検出される。以下、図2及び図3に示すように、移動体の進行方向をY軸方向と称し、移動体の進行方向に水平面内で直交する方向をX軸方向と称する。また、本実施形態では、移動体の重心位置を通過し、X軸及びY軸に直交する方向をZ軸方向と称する。以下、これらX軸、Y軸及びZ軸からなる座標系を車両座標系と称する。なお、本実施形態では、好ましい例として、取り付け角度算出装置1は、上述のような2軸の加速度センサ10を備えるとして説明するが、加速度センサ10の代わりに、X軸方向及びY軸方向への加速度を個々に検出する1軸の加速度センサを2個備えていても構わない。
The
角速度センサ11は、移動体のZ軸回りの角速度を検出する。このような角速度センサ11が移動体に対して正しい姿勢で設置されている場合、角速度センサ11によって、Z軸回りに移動体が回転する際の角速度(つまり、ヨーレート)が検出される。
The
取り付け角度算出部12は、典型的には、CPU、ROM及びRAMとを含んでおり、加速度センサ10、角速度センサ11及び速度センサ2と電気的に接続される。速度センサ2は、移動体の移動速度を検出する。移動体が車両の場合には、速度センサ2は好ましく、移動体の一例としての車両に元々設置されており、車両の走行速度に応じてパルス周期が変化する車速パルスを発生する車速パルス発生装置である。なお、本実施形態では、好ましい例として、速度センサ2は車両に元々設置されているとして説明するが、これに限らず、取り付け角度算出装置1が速度センサ2を内蔵していても良い。CPUは、ROMに予め格納されるコンピュータプログラムを、RAMを使って実行する。コンピュータプログラムの実行中、取り付け角度算出部12は、加速度センサ10から得られる各加速度、角速度センサ11から得られる角速度、及び速度センサ2から得られる移動速度を少なくとも用いて、筐体の取り付け角度を算出する。
The attachment
補正値格納部13は、例えば上記RAMの記録領域の一部で構成されており、取り付け角度算出部12と電気的に接続される。このような補正値格納部13は、所定の条件下で加速度センサ10から出力された加速度を、補正値として格納する。取り付け角度算出部12は好ましくは、移動体の加速度、角速度及び移動速度に加え、格納された補正値をさらに使って、取り付け角度を算出する。なお、本実施形態では例示的に、補正値格納部13は、RAMの記録領域から構成されるとして説明するが、これに限らず、情報を記録可能な記憶装置であれば、どのようなもので構成されても構わない。
The correction
次に、以上のような構成の取り付け角度算出装置1の処理を詳細に説明する。最初に、補正値格納部13への補正値の格納処理について説明する。まず、取り付け角度算出装置1は、移動体に設置された後、略水平面とみなせる場所(例えば、平坦な路面)に移動体が静止している状態で、加速度センサ10は、X軸及びY軸の両方向への加速度を検出する。検出された各加速度を、補正値格納部13は補正値として格納する。なお、以下、説明の便宜上、X軸方向への補正値をXs0とおき、Y軸方向への補正値をYs0とおく。なお、このような格納処理は、例えば、略水平面に移動体が静止しているとユーザにより判断され、さらにユーザが取り付け角度算出装置1に対して所定の操作を行った後に行われる。他にも、移動体の移動速度が0であって、さらに水平面に対する移動体の傾斜角が0の場合に、上述の格納処理が行われても構わない。
Next, the process of the attachment angle calculation device 1 having the above configuration will be described in detail. First, the correction value storing process in the correction
ここで、図2は、図1に示す取り付け角度算出装置1により算出される取り付け角度θを示す模式図である。また、図3は、取り付け角度算出装置1により算出される取り付け角度φを示す模式図である。まず、図2において、取り付け角度θは、XY平面に対する筐体の仰角であり、言い換えれば、筐体の正しい姿勢に対してX軸回りに筐体が何度回転しているかを示す。また、図3において、取り付け角度φは、YZ平面に対する筐体の方位角であり、言い換えれば、筐体の正しい姿勢に対してZ軸回りに筐体が何度回転しているかを示す。このような角度のずれにより、加速度センサ10は、Y軸方向への加速度を検出するのではなく、X軸回りにY軸が角度θだけ回転した方向(図2の矢印Ypを参照)への加速度(図2の矢印Apを参照)、及び/又はZ軸回りY軸が角度φだけ回転した方向(図3の矢印Yyを参照)への加速度(図3の矢印Ayを参照)を検出することになる。ここで、加速度センサ10は、X軸方向の加速度についてもY軸の場合と同様に誤差を含む加速度を検出する。さらに、角速度センサ11もまた、取り付け誤差に起因してずれた軸回りの角速度を検出する。
Here, FIG. 2 is a schematic diagram showing the attachment angle θ calculated by the attachment angle calculation device 1 shown in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing the mounting angle φ calculated by the mounting angle calculation device 1. First, in FIG. 2, the attachment angle θ is an elevation angle of the housing with respect to the XY plane, in other words, indicates how many times the housing rotates around the X axis with respect to the correct posture of the housing. In FIG. 3, the attachment angle φ is the azimuth angle of the housing with respect to the YZ plane. In other words, it indicates how many times the housing rotates around the Z axis with respect to the correct posture of the housing. Due to such an angle shift, the
今、X軸回り及びZ軸回りのいずれかにのみ筐体が傾いている状態で、移動体が水平面上を加速度Aで直進していると仮定する。このとき、加速度センサ10により検出される加速度をYsとおく。ここで注意を要するのは、Ysは、加速度センサ10の1軸方向(図2の矢印Ypの方向、又は図3の矢印Yyの方向)への加速度である点である。以上の仮定下において、筐体がX軸回りに傾いている場合におけるYsをAp(図2参照)とおくと、Apは、θ及びφを用いて、下式(1)で表される。また、筐体がZ軸回りに傾いている場合におけるYsをAy(図3参照)とおくと、Ayは、下式(2)で表される。なお、説明の都合上、X軸回り及びZ軸回りの回転については、時計回り方向を正方向とする。また、筐体がいずれの方向にも傾いていない場合には、θ及びφはそれぞれ0であるから、Ys=Aとなる。
Now, it is assumed that the moving body is traveling straight at an acceleration A on a horizontal plane in a state where the casing is inclined only around either the X axis or the Z axis. At this time, the acceleration detected by the
ここで、Rz(φ)・Rx(θ)は下式(4)のように表される。 Here, Rz (φ) · Rx (θ) is expressed by the following equation (4).
今、移動体が水平面上を加速度Aで移動していると仮定する。また、移動体にはさらに鉛直下向きの重力加速度Gが加わる。従って、移動体にかかる加速度のX軸方向成分は0であり、Y軸方向成分はAであり、Z軸方向成分は−Gであるから、上式(3)に(X,Y,Z)=(0,A,−G)を代入すると、下式(5)が得られる。 Assume that the moving body is moving at an acceleration A on a horizontal plane. Further, a vertically downward gravity acceleration G is applied to the moving body. Therefore, since the X-axis direction component of the acceleration applied to the moving body is 0, the Y-axis direction component is A, and the Z-axis direction component is -G, (X, Y, Z) in the above equation (3) Substituting = (0, A, -G) yields the following equation (5).
従って、X軸及びY軸の双方がピッチ方向に角度θ及びヨー方向に角度φだけ傾いた状態で筐体が設置されている場合、加速度センサ10から出力される加速度Xs及びYsはそれぞれ、下式(6)及び(7)で表される。
Therefore, when the housing is installed with both the X axis and the Y axis inclined at an angle θ in the pitch direction and an angle φ in the yaw direction, the accelerations Xs and Ys output from the
Xs=KxA=−0.2962A−0.1710G …(8)
Ys=KyA= 0.8138A+0.4698G …(9)
Xs = KxA = −0.2962A−0.1710G (8)
Ys = KyA = 0.8138A + 0.4698G (9)
上式(9)における加速度Aへの係数及び重力加速度成分から、加速度センサ10から出力される加速度Ysの感度は、進行方向への実際の加速度Aに対して低下していることがわかる。
From the coefficient to the acceleration A and the gravitational acceleration component in the above equation (9), it can be seen that the sensitivity of the acceleration Ys output from the
また、上式(6)及び(7)から、筐体がピッチ方向に傾いて取り付けられている場合、つまりθ≠0の場合、正確な加速度Xs及びYsを得るには、重力加速度成分を除去することが必要となる。なお、以下において、重力加速度成分の除去を、ゼロ点補正と称する。次に、このようなゼロ点補正について詳細に説明する。 In addition, from the above equations (6) and (7), when the casing is mounted inclined in the pitch direction, that is, when θ ≠ 0, the gravitational acceleration component is removed to obtain accurate accelerations Xs and Ys. It is necessary to do. Hereinafter, the removal of the gravitational acceleration component is referred to as zero point correction. Next, such zero point correction will be described in detail.
前述のように、補正値格納部13には、移動体が略水平面に静止しているという条件下で得られる加速度センサ10の出力値Xs0及びYs0がそれぞれ補正値として格納される。上述の条件下では進行方向への加速度は0であることから、これらXs0及びYs0はそれぞれ、上式(6)及び(7)にA=0を代入することにより算出される。つまり、Xs0及びYs0はそれぞれ、次式(10)及び(11)で表される値となる。
As described above, in the correction
これらXs0及びYs0を用いることにより、加速度センサ10の出力値Xs及び/又はYsに含まれる重力加速度成分を、ゼロ点ドリフトという形で補正することが可能となる。具体的には、補正後の加速度についてX軸方向成分をXs’とおき、Y軸方向成分をYs’とおくと、Xs’及びYs’はそれぞれ、次式(12)及び(13)で表される。
By using these Xs0 and Ys0, it is possible to correct the gravitational acceleration component included in the output value Xs and / or Ys of the
Xs’=Xs+Xs0 …(12)
Ys’=Ys+Ys0 …(13)
Xs ′ = Xs + Xs0 (12)
Ys ′ = Ys + Ys0 (13)
次に、本取り付け角度算出装置1における取り付け角度θ及びφの算出方法について説明する。なお、上述のように、筐体は移動体の重心位置に設置されていると仮定する。移動体が図6に示すように旋回する場合、移動体にはX軸方向への加速度(いわゆる、横G)がかかる。さらに、加速度センサ10の各軸がヨー方向に傾いている場合、X軸方向への加速度の影響を、加速度センサ10は受ける。今、移動体が定常円旋回し、さらに移動体の横滑り角も非常に小さいと仮定すると、移動体にかかるX軸方向への加速度Axは下式(14)で与えられる。
Next, a method for calculating the mounting angles θ and φ in the mounting angle calculation apparatus 1 will be described. As described above, it is assumed that the housing is installed at the center of gravity of the moving body. When the moving body turns as shown in FIG. 6, acceleration (so-called lateral G) in the X-axis direction is applied to the moving body. Furthermore, when each axis of the
Ax=V・γ …(14)
ここで、Vは移動体の移動速度であり、γは移動体のヨーレートである。
Ax = V · γ (14)
Here, V is the moving speed of the moving body, and γ is the yaw rate of the moving body.
移動体の進行方向への加速度がゼロであると仮定した場合、加速度Ax及び重力加速度Gが加速度センサ10に与える影響は、前式(3)に、(X,Y,Z)=(Ax,0,−G)を代入することにより、次式(15)で与えられる。
Assuming that the acceleration in the moving direction of the moving body is zero, the influence of the acceleration Ax and the gravitational acceleration G on the
上式(15)より、ヨー方向に筐体が傾いていない場合、つまりφ=0の場合には、加速度センサ10の出力値Ys(=Ypy)は、移動体の旋回による加速度Axの影響を受けないことがわかる。
次に、移動体に進行方向への加速度Aがかかっている場合について説明する。この場合、(X,Y,Z)=(Ax,A,−G)=(V・γ,A,−G)を前式(3)に代入することにより、Xs及びYsはそれぞれ、次式(16)及び(17)のように表される。
From the above equation (15), when the housing is not tilted in the yaw direction, that is, when φ = 0, the output value Ys (= Ypy) of the
Next, a case where acceleration A in the traveling direction is applied to the moving body will be described. In this case, by substituting (X, Y, Z) = (Ax, A, −G) = (V · γ, A, −G) into the previous equation (3), Xs and Ys are respectively expressed by the following equations: It is expressed as (16) and (17).
上式(20)及び(21)から、φは次式(22)で表される。さらに、算出されたφを前式(16)に代入した上で同式を整理することにより、次式(23)で表されるθを得ることができる。 From the above equations (20) and (21), φ is expressed by the following equation (22). Further, by substituting the calculated φ into the previous equation (16) and rearranging the equation, θ represented by the following equation (23) can be obtained.
上式(22)及び(23)において、Vは、移動体の移動速度であり、速度センサ2の出力値である。γは、移動体の角速度であり、角速度センサ11の出力値である。Aは、移動体の進行方向への加速度であり、速度センサ2の出力値Vを微分することにより得られる。また、XS及びYSはそれぞれ、加速度センサ10の出力値Xs及びYsを補正した値である。従って、これら既知の値を上式(22)及び(23)に代入することにより、φ及びθを導出することができる。
In the above formulas (22) and (23), V is the moving speed of the moving body and the output value of the
なお、偏りの少ない取り付け角度を求める観点から、取り付け角度φ及びθを複数回求めることが好ましい。その後、各取り付け角度φ及びθを使って統計的手法が行われ、これによって、偏りの少ない取り付け角度φ*及びθ*が導出される。具体例としては、取り付け角度算出部12は、上述の算出処理をn回繰り返し、その結果得られたn個の取り付け角度φ及びθの各平均値が、取り付け角度φ*及びθ*としてそれぞれ導出される。
In addition, it is preferable to obtain | require attachment angle (phi) and (theta) in multiple times from a viewpoint of calculating | requiring the attachment angle with few deviations. Thereafter, a statistical method is performed using each of the attachment angles φ and θ, and thereby, the attachment angles φ * and θ * with less deviation are derived. As a specific example, the attachment
なお、移動体が旋回していないとみなせる場合には、γは0と近似できる。従って、上式(22)及び(23)にγ=0を代入すると、次式(25)及び(26)から、φ及びθを求めることができる。 Note that γ can be approximated to 0 when the moving body can be regarded as not turning. Therefore, if γ = 0 is substituted into the above equations (22) and (23), φ and θ can be obtained from the following equations (25) and (26).
上式(25)及び(26)により、加速度センサ10の出力値Xs及びYsと、速度センサ2からの移動速度のみからでも、取り付け角度φ及びθを導出することが可能となる。上式(25)及び(26)から導出された取り付け角度φ及びθは、前式(22)及び(23)から導出された取り付け角度φ及びθを検証するための基準値として用いることができる。なお、検証のため以外にも、上式(25)及び(26)から導出された取り付け角度φ及びθは、そのまま筐体の取り付け角度として使われても良い。
From the above equations (25) and (26), the attachment angles φ and θ can be derived only from the output values Xs and Ys of the
次に、図7のフローチャートを参照して、上記のような算出方法が組み込まれた取り付け角度算出部12の処理について説明する。図7において、取り付け角度算出部12は、速度センサ2から移動速度Vを、加速度センサ10から加速度(Xs,Ys)を、さらに角速度センサ11から角速度γを取得する(ステップS1)。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 7, the process of the attachment
次に、取り付け角度算出部12は、補正値格納部13に格納されている補正値(Xs0,Ys0)を使って、ステップS1で得られた加速度(Xs,Ys)を補正する(ステップS2)。具体的には、前式(12)に示すように、XsにXs0が加算され、それによって、取り付け角度算出部12は、Xs’つまり、前式(18)におけるXSを得る。さらに、前式(13)に従って、取り付け角度算出部12は、Ys’つまり前式(19)におけるYSを算出する。
Next, the attachment
次に、取り付け角度算出部12は、取り付け角度φ及びθを算出する(ステップS3)。具体的には、取り付け角度算出部12は、ステップS1で得られた移動速度V及び角速度γ、並びにステップS2で得られた補正加速度XS及びYSを、前式(22)に代入して、取り付け角度φを算出する。また、取り付け角度算出部12は、ステップS1で得られた移動速度Vの微分値を加速度Aとして算出した後、ステップS1で得られた角速度γ、今回算出した加速度A並びにステップS2で得られた補正加速度XS及びYSを、前式(23)に代入する。その結果、取り付け角度算出部12は、取り付け角度θを得る。
Next, the attachment
なお、取り付け角度算出部12は好ましくは、ステップS1−S3の複数回繰り返し、それによって得られる複数の取り付け角度φ及びθを使って統計的手法を行って、前述のような取り付け角度φ*及びθ*を導出してもよい。
Note that the attachment
以上のように、取り付け角度算出装置1によれば、2軸方向への加速度から、筐体の取り付け角度φ及びθを算出することができる。つまり、大抵のナビゲーションシステムで使われている2軸の加速度センサの出力値を使って、筐体の取り付け角度φ及びθを、取り付け角度算出装置1は算出することができる。これによって、ナビゲーションシステムに実装し易い、取り付け角度算出装置1を提供することが可能となる。 As described above, according to the mounting angle calculation device 1, the mounting angles φ and θ of the housing can be calculated from the acceleration in the biaxial direction. That is, the mounting angle calculation device 1 can calculate the mounting angles φ and θ of the housing using the output values of the biaxial acceleration sensor used in most navigation systems. This makes it possible to provide the attachment angle calculation device 1 that can be easily mounted on a navigation system.
なお、ナビゲーションシステムに、3軸方向への加速度を検出する加速度センサが実装されている場合であっても、このような加速度センサから取得可能な2軸方向への加速度から、取り付け角度算出部12は取り付け角度を算出することが可能となる。これによって、取り付け角度算出装置1にわざわざ2軸方向への加速度を検出する加速度センサを実装する必要がなくなる。
Note that even if an acceleration sensor that detects acceleration in the triaxial direction is mounted on the navigation system, the attachment
(変型例)
第1の実施形態では、筐体が移動体の重心位置に設置されると仮定されていた。しかしながら、実際には、筐体は車両の重心位置に設置されていない場合がある。以上の観点から、筐体と重心位置との位置関係に応じて、加速度センサ10の出力値を補正する必要がある。以下、図8のブロック図を参照して、筐体及び重心位置の位置関係に応じた取り付け角度算出装置3を、取り付け角度算出装置1の変型例として説明する。図8において、取り付け角度算出装置3は、図1に示す取り付け角度算出装置1と比較すると、取り付け角度算出部12に代えて、位置情報格納部31及び取り付け角度算出部32とを備える。それ以外に両取り付け角度算出装置1及び3には相違点は無いので、図8において、図1に示す構成に相当するものには同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略する。
(Modification example)
In the first embodiment, it is assumed that the housing is installed at the center of gravity of the moving body. However, in practice, the housing may not be installed at the center of gravity of the vehicle. From the above viewpoint, it is necessary to correct the output value of the
位置情報格納部31は、典型的には不揮発性の記憶装置で構成されており、既知の重心位置に対する筐体の位置関係を示す距離情報を格納する。筐体は、図9に示すように、重心位置を原点とした車両座標系において、X軸方向に距離dだけ離れ、Y軸方向に距離Lだけ離れた位置に設置される。ここで、d及びLは任意の数である。このような場合、距離情報として、原点からの距離(L,d)が格納される。
The position
取り付け角度算出部32は、速度センサ2と電気的に接続され、典型的には、CPU、ROM及びRAMとを含む。CPUは、ROMに予め格納されるコンピュータプログラムを、RAMを使って実行する。コンピュータプログラムの実行中、取り付け角度算出部32は、位置情報格納部31に格納される距離情報、加速度センサ10から得られる各加速度、角速度センサ11から得られる角速度、及び速度センサ2から得られる車速を用いて、筐体の取り付け角度を算出する。
The attachment
次に、以上のような構成の取り付け角度算出装置3の処理を詳細に説明する。図9に示すように、筐体は、車両座標系において、重心からX軸及びY軸方向にそれぞれ距離d及びLだけ離れている。また、移動体が旋回すると、加速度センサ10の出力値は、旋回により発生する角速度γの影響を受ける。この場合において、筐体にかかるX軸方向への加速度をaxとおくと、axは、次式(27)で表される。
Next, the process of the attachment
また、移動体の旋回時に、筐体にかかるY軸方向への加速度をayとおくと、ayは、次式(28)で表される。
ay=d・γ …(28)
Further, when the acceleration in the Y-axis direction applied to the housing is set to ay when the moving body turns, ay is expressed by the following equation (28).
ay = d · γ (28)
このような場合、前式(18)及び(19)の導出と同様にして、重心にかかるX軸及びY軸方向への加速度XS及びYSは、次式(29)及び(30)のように表される。 In such a case, similarly to the derivation of the previous expressions (18) and (19), the accelerations XS and YS applied to the center of gravity in the X-axis and Y-axis directions are expressed by the following expressions (29) and (30). expressed.
上式(29)及び(30)から、cosθを消去することにより、次式(31)が得られる。 From the above equations (29) and (30), the following equation (31) is obtained by eliminating cos θ.
上式(30)と前式(21)から、φは次式(31)で表される。また、算出されたφを上式(30)に代入した上で同式を整理することにより、次式(32)で表されるθを得ることができる。 From the above equation (30) and the previous equation (21), φ is expressed by the following equation (31). Further, by substituting the calculated φ into the above equation (30) and rearranging the equation, θ represented by the following equation (32) can be obtained.
上式(31)及び(32)において、V、L、γ、XS、YS、A及びdはいずれも、前述から明らかなように既知である。 In the above formulas (31) and (32), V, L, γ, XS, YS, A, and d are all known as apparent from the foregoing.
次に、図10のフローチャートを参照して、上記のような算出方法が組み込まれた取り付け角度算出部32の処理について説明する。図10において、取り付け角度算出部32は、取り付け角度算出部12で行われるステップS1(図7参照)と同様にして、移動速度V、加速度(Xs,Ys)及び角速度γを取得する(ステップS4)。
次に、取り付け角度算出部32は、取り付け角度算出部12におけるステップS2と同様にして、ステップS4で得られた加速度(Xs,Ys)を補正する(ステップS5)。
また、取り付け角度算出部32は、位置情報格納部31から、距離(L,d)を取得する(ステップS6)。
Next, with reference to the flowchart of FIG. 10, the process of the attachment
Next, the attachment
Further, the attachment
以上のステップS4−S6の実行後、取り付け角度算出部31は、取り付け角度φ及びθを算出する(ステップS7)。具体的には、取り付け角度算出部31は、ステップS4で得られた移動速度V及び角速度γ、ステップS5で得られた補正加速度XS及びYS、並びにステップS6で得られた距離Lを、前式(31)に代入して、取り付け角度φを算出する。また、取り付け角度算出部31は、ステップS4で得られた移動速度Vの微分値を加速度Aとして算出した後、ステップS4で得られた角速度γ、今回算出した加速度AステップS5で得られた補正加速度XS及びYS、並びにステップS6で得られた距離dから、前式(32)に従って、取り付け角度θを算出する。
After execution of the above steps S4-S6, the attachment
なお、取り付け角度算出部32は、取り付け角度算出部12の場合と同様に、各取り付け角度φ及びθを使って統計的手法を行って、偏りの少ない取り付け角度φ*及びθ*を導出してもよい。
As in the case of the attachment
以上のように、取り付け角度算出装置3によれば、移動体の重心と筐体とが同じ位置であっても、互いに異なる位置にあっても、2軸方向への加速度から、筐体の取り付け角度φ及びθを算出することができる。これによって、ナビゲーションシステムに実装し易い、取り付け角度算出装置3を提供することが可能となる。
なお、本変型例では、移動体の重心位置は固定値であったが、実際には、移動体の加速及び減速により移動体の重心位置は変わるので、取り付け角度算出部32は、移動体の加速度及び/又は移動速度に代表されるパラメータから経時変化する重心の位置を導出して、導出した重心位置から筐体までの距離(L,d)を導出することがより好ましい。
(応用例)
As described above, according to the attachment
In this modified example, the center of gravity position of the moving object is a fixed value. However, since the center of gravity position of the moving object changes due to acceleration and deceleration of the moving object, the attachment
(Application examples)
図11は、前述の取り付け角度算出装置1を組み込んだ自律航法センサ4の構成を示すブロック図である。図11において、自律航法センサ4は、典型的にはナビゲーションシステムに組み込まれており、速度センサ2と接続される取り付け角度算出装置1以外に、加速度補正部41、傾斜角算出部42、角速度補正部43及び方位角算出部44とを備える。
FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of the
加速度補正部41は、加速度センサ10から加速度Ys及びXsを受け取り、さらに取り付け角度算出部12から取り付け角度θ*及びφ*を受け取る。加速度補正部41は、受け取った加速度Ys及びXsと、受け取った取り付け角度θ*及びφ*とを使って、Y軸方向への慣性加速度A*を求める。具体的には、前式(18)及び(19)から、V・γのパラメータを消去すると、慣性加速度A*を求めるための次式(33)が得られる。
The
加速度補正部41は、取り付け角度θ*及びφ*を上式(33)に代入して、慣性加速度A*を導出する。このようにして導出した慣性加速度A*を、加速度補正部41は、傾斜角算出部42に渡す。
The
傾斜角算出部42は、速度センサ2から移動速度Vを受け取り、さらに加速度補正部42から慣性加速度A*を受け取る。傾斜角算出部42は、受け取った慣性加速度A*及び移動速度Vから、移動体が現在位置する面が水平面に対しどの程度傾斜しているかを示す傾斜角Θを算出する。以下、図12を参照して、傾斜角Θの具体的な算出方法について説明する。図12は、移動体としての車両が傾斜角Θの路面を移動している状態を示す模式図である。図12に示すように、移動体の進行方向には、慣性加速度A*に加え、重力加速度Gについて斜面方向の成分GsinΘが発生する。今、速度センサ2からの移動速度Vを微分して得られる加速度をAとすると、A*及びAの間には、以下の関係式(34)が成り立つ。
The inclination
従って、傾斜角Θは、次式(35)で表される。 Therefore, the inclination angle Θ is expressed by the following equation (35).
傾斜角算出部42は、受け取った加速度A*と、自身が算出可能な加速度Aを、上式(35)に代入して、傾斜角Θを算出する。以上のようにして算出した傾斜角Θを、傾斜角算出部42は、角速度補正部43に渡す。
角速度補正部43は、傾斜角Θ以外にも、取り付け角度算出部12から取り付け角度φ及びθを受け取り、さらに、角速度センサ11から角速度γを受け取る。角速度補正部43は、受け取った傾斜角Θ並びに取り付け角度φ及びθを使って、受け取った角速度γを補正する。具体的には、自律航法センサ4が取得したい角速度は、移動体が現在位置する面の法線回りの角速度であるが、角速度センサ11の軸は、取り付け角度φ及びθと、さらには面の傾斜角Θとにより、法線の向きとは異なる方向を向いている。それ故、法線回りの角速度をγ*とおくと、γ*は、次式(36)で表される。
The tilt
In addition to the inclination angle Θ, the angular
角速度補正部43は、受け取った傾斜角Θ、取り付け角度φ及びθ、並びに角速度γを上式(36)に代入して、移動体が現在位置する面の法線回りの角速度γ*を導出して、方位角算出部44に渡す。
方位角算出部44は、受け取った角速度γ*を積算して、移動体の方位角を算出する。
The angular
The azimuth
以上のように、自律航法センサ4によれば、取り付け角度θ及びφに応じて、加速度センサ10が検出した加速度Ys及びXsと、角速度センサ11が検出した角速度γを補正して、より正確な慣性加速度A*及び角速度γ*を導出することが可能となる。
なお、以上の応用例においては、自律航法センサ4は、取り付け角度算出装置1を備えるとして説明したが、取り付け角度算出装置3を備えるように構成されても構わない。
また、以上の応用例では、好ましい例として、図11に示す取り付け角度算出装置1が取り付け角度θ*及びφ*を出力すると説明した。しかし、これに限らず、角度算出装置1は、取り付け角度θ及びφを出力しても構わない。
As described above, according to the
In the application example described above, the
Moreover, in the above application example, it demonstrated that the attachment angle calculation apparatus 1 shown in FIG. 11 outputs attachment angle (theta) * and (phi) * as a preferable example. However, the present invention is not limited to this, and the angle calculation device 1 may output the attachment angles θ and φ.
本発明に係る取り付け角度算出装置は、多くとも2方向の加速度を検出する加速度センサの出力値を使って筐体の取り付け角度を算出するという特徴を有し、ナビゲーションシステム等として有用である。 The attachment angle calculation device according to the present invention has a feature of calculating the attachment angle of a housing using an output value of an acceleration sensor that detects acceleration in two directions at most, and is useful as a navigation system or the like.
1,3 取り付け角度算出装置
10 加速度センサ
11 角速度センサ
12,32 取り付け角度算出部
13 補正値格納部
31 位置情報格納部
2 速度センサ
4 自律航法センサ
41 加速度補正部
42 傾斜角算出部
43 角速度補正部
44 方位角算出部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記移動体の2軸方向への加速度を検出可能な加速度センサと、
前記移動体の角速度を検出する角速度センサと、
前記移動体の速度を検出する速度センサと接続されており、前記加速度センサで検出される加速度と、前記角速度センサで検出される角速度と、前記速度センサで検出される速度とに基づいて、前記電子機器の筐体が取り付けられている角度を算出する取り付け角度算出部とを備える、取り付け角度算出装置。 An attachment angle calculation device that can be incorporated into an electronic device mounted on a moving body,
An acceleration sensor capable of detecting acceleration in the biaxial direction of the moving body;
An angular velocity sensor for detecting an angular velocity of the moving body;
Connected to a speed sensor for detecting the speed of the moving body, based on the acceleration detected by the acceleration sensor, the angular speed detected by the angular speed sensor, and the speed detected by the speed sensor, An attachment angle calculation apparatus comprising: an attachment angle calculation unit that calculates an angle at which a housing of the electronic device is attached.
前記取り付け角度算出部は、前記加速度センサから出力された加速度に、前記補正値格納部に格納された補正値を加算して、前記加速度センサから出力された加速度を補正した後に、前記筐体の取り付け角度を算出する、請求項1に記載の取り付け角度算出装置。 A correction value storage unit that stores, as a correction value, an acceleration output from the acceleration sensor under a condition that the moving body is substantially in a horizontal plane;
The mounting angle calculation unit adds the correction value stored in the correction value storage unit to the acceleration output from the acceleration sensor, corrects the acceleration output from the acceleration sensor, and then corrects the acceleration of the housing. The attachment angle calculation device according to claim 1, wherein the attachment angle is calculated.
前記取り付け角度算出部は、前記位置情報格納部に格納される距離情報をさらに使って、前記筐体の取り付け角度を算出する、請求項1に記載の取り付け位置算出装置。 A position information storage unit that stores distance information indicating a distance from the center of gravity of the movable body to the housing;
The attachment position calculation device according to claim 1, wherein the attachment angle calculation unit calculates the attachment angle of the housing by further using distance information stored in the position information storage unit.
前記移動体の加速度を検出する加速度センサと、
前記移動体の角速度を検出する角速度センサと、
前記加速度センサで検出される加速度と、前記角速度センサで検出される角速度と、前記速度センサで検出される速度とに基づいて、前記移動体に搭載される電子機器の筐体が取り付けられている角度を算出する取り付け角度算出部と、
前記加速度センサから出力された加速度と、前記取り付け角度算出部から出力された筐体の取り付け角度とから、前記移動体の慣性加速度を算出する加速度補正部と、
前記速度センサから出力された速度と、前記加速度補正部から出力された慣性加速度とから、前記移動体が現在位置する面の傾斜角を算出する傾斜角算出部と、
前記傾斜角算出部から出力された傾斜角と、前記取り付け角度算出部から出力された筐体の取り付け角度とを使って、前記角速度センサから出力された角速度を補正する角速度補正部と、
前記角速度補正部で補正された角速度から、前記移動体の方位角を算出する方位角算出部とを備える、自律航法センサ。 An autonomous navigation sensor connected to a speed sensor for detecting the speed of a moving object,
An acceleration sensor for detecting the acceleration of the moving body;
An angular velocity sensor for detecting an angular velocity of the moving body;
Based on the acceleration detected by the acceleration sensor, the angular velocity detected by the angular velocity sensor, and the velocity detected by the velocity sensor, a casing of an electronic device mounted on the moving body is attached. An attachment angle calculation unit for calculating an angle;
An acceleration correction unit that calculates inertial acceleration of the moving body from the acceleration output from the acceleration sensor and the mounting angle of the housing output from the mounting angle calculation unit;
An inclination angle calculation unit for calculating an inclination angle of a surface on which the movable body is currently located from the velocity output from the speed sensor and the inertial acceleration output from the acceleration correction unit;
An angular velocity correction unit that corrects the angular velocity output from the angular velocity sensor using the inclination angle output from the inclination angle calculation unit and the attachment angle of the housing output from the attachment angle calculation unit;
An autonomous navigation sensor comprising: an azimuth angle calculation unit that calculates an azimuth angle of the moving body from the angular velocity corrected by the angular velocity correction unit.
前記移動体に設置された加速度センサから加速度を取得し、前記移動体に設置された角速度センサから角速度を取得し、さらに、前記移動体に設置された速度センサから速度を取得する第1のステップと、
前記第1のステップで取得された前記移動体の加速度、角速度及び速度とに基づいて、前記筐体の取り付け角度を算出する第2のステップとを備える、取り付け角度算出方法。
A method of calculating an attachment angle of a casing of an electronic device mounted on a moving body,
First step of acquiring acceleration from an acceleration sensor installed on the moving body, acquiring angular velocity from an angular velocity sensor installed on the moving body, and further acquiring speed from a speed sensor installed on the moving body. When,
A mounting angle calculation method comprising: a second step of calculating a mounting angle of the casing based on the acceleration, angular velocity, and speed of the moving body acquired in the first step.
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