JP3170983B2 - 角速度センサ出力補正装置 - Google Patents

角速度センサ出力補正装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、車両の位置や方位およ
びその周辺の地図情報などを表示する車載用ナビゲーシ
ョン装置などに利用できる角速度センサ出力補正装置
関する
【0002】
【従来の技術】従来、この種の車載用ナビゲーション装
置においては、角速度センサと距離センサの検出信号を
CPUに取り込み、この各信号から車両位置、車両方
向、走行軌跡を求め、さらに、GPS受信機から得られ
る絶対位置情報とCD−ROMからの地図データとをC
PUで比較することにより、推定車両位置を算出し、こ
れらの車両の位置、方向、走行軌跡と推定車両位置を画
像処理プロセッサで画像処理してディスプレイに送出す
ることにより地図上の車両位置を表示していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の角速度センサを利用した車載用ナビゲーション装置
では、地図に載っていない新しい道路を走行するなどし
て、長距離に渡り方位修正する機会がなかった場合、算
出した車両方位に誤差が累積し、正確な車両位置、車両
方位を見失うという問題があった。
【0004】また、従来の手法では停車時の角速度セン
サのオフセット値の補正、および走行時の道路方位また
はGPS方位による絶対方位の修正を行い、走行中のオ
フセット補正は行っていなかった。したがって、長時間
の無停車走行を行った場合には、角速度のオフセット誤
差の累積により方位誤差が増大するという問題があっ
た。
【0005】本発明は、上記のような従来の問題を解決
するものであり、GPSにより現在から過去一定時間前
までの平均進行方位を算出して走行中に角度センサのオ
フセット値を補正し、自車方位の推定精度を向上する車
載用ナビゲーション装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、GPSと距離センサ・角速度センサを用
いて、任意の時刻毎あるいは任意の距離毎にGPSによ
り位置算出を行い、m回目のGPSによる位置とn回目
のGPSによる位置とを結ぶ直線の方位と、m回目のG
PSによる位置算出時の自立走行位置とn回目のGPS
による位置算出時の自立走行位置を結ぶ直線の方位の方
位差とにより自立走行方位の修正量を算出し、n回目の
位置算出と同時に車両の走行方位の修正および角速度セ
ンサのオフセット値の補正を行うようにしたものであ
る。
【0007】
【作用】従って本発明によれば、長距離に渡って無停車
走行を続けた場合でも、GPSにより車両位置、車両方
位だけでなく角速度センサのオフセット値も修正するこ
とができ、より精度の高い車両方位を算出することがで
きる。
【0008】
【実施例】以下、図を用いて本発明の実施例について説
明する。
【0009】図1は、本発明における車載用ナビゲーシ
ョン装置の概略構成を示すブロック図であり、101は
自動車の絶対方位を検出する方位センサ(角速度セン
サ)、102は自動車の速度を検出する距離センサ(速
度センサ)、103は各種の演算プログラムを格納した
プログラムROM104aのプログラムに従い、各種の
演算を行うCPU104と方位センサ101および距離
センサ102間のデータの受け渡しを行う入力インター
フェース、106は複数の衛星から送信される電波を受
信し演算することにより受信位置を求めるGPS受信
機、106は地図データを記録したCD−ROMであ
り、このGPS受信機106とCD−ROM107は通
信インターフェース105を介してCPU104に接続
されている。また、108は地図データ、自車位置デー
タを画像データに変換する画像処理プロセッサであり、
この画像処理プロセッサ108にはディスプレイ109
が接続されている。
【0010】上記構成の車載用ナビゲーション装置にお
いて、角速度センサ101と距離センサ102のデータ
を入力インターフェース103を通してCPU104に
入力して演算処理することにより車両位置・車両方位・
走行軌跡を求め、通信インターフェース105を経て得
られたGPS受信機106の絶対位置情報とCD−RO
M107の地図データと比較することにより、推定車両
位置を算出し、これらの演算データを画像処理プロセッ
サ108で画像データに変換してディスプレイ109に
出力することにより、地図上の車両位置を表示する。
【0011】次に、図2の機能構成図、図3の車両方位
修正手順を示す流れ図および図4の車両走行方位の算出
過程を示す説明図を用いて、さらに詳細に説明する。
【0012】まず、GPS受信機201から送られるデ
ータを解析し、GPSの受信位置をGPS位置算出手段
202より算出する。今回のGPS位置とGPS位置保
持手段203より得られる前回修正時のGPS位置か
ら、GPS位置間絶対方位算出手段204によってGP
Sの受信位置間の絶対方位を算出する。
【0013】一方、速度センサ205のデータより速度
検出手段206によって車両速度を検出し、移動距離算
出手段207により速度センサによる移動距離を算出す
る。また、角速度センサ208のデータより自立方位変
化検出手段209によって方位変化量を検出する。
【0014】移動距離、方位変化量から自立位置算出手
段210により今回の自立位置を算出し、自立位置保持
手段211により保持している前回の自立位置と今回の
自立位置から自立位置間絶対方位算出手段212により
前回と今回の自立位置間の絶対方位を算出する。
【0015】GPS位置間の絶対方位と自立位置間の絶
対方位から方位差算出手段213により方位修正量を求
め、自立走行方位算出手段214により自立走行方位を
算出する。
【0016】ここで、移動距離検出手段207により求
められた移動距離が一定値以上ならGPSによる修正方
位が有効であるとし、走行方位修正手段215により自
立走行方位を修正する。また、2回のGPSによる位置
修正結果よりオフセット値算出手段216により角速度
センサのオフセット値を算出し、オフセット値修正手段
217により角速度センサのオフセット値の修正を行
う。
【0017】すなわち、GPSによる方位修正処理に際
しては、図3に示すように、まず、ステップS1で、G
PSによる位置修正のm回目(前回)が起こったかを判
定する。この判定処理は肯定判定がなされるまで繰り返
し行われる。
【0018】ここで、肯定判定がなされると、ステップ
S2に進み、GPSによる位置修正のn回(今回)が起
こったかを判定し、肯定判定が出されると、ステップS
3に進み、m回目とn回目が一定距離以上離れているか
を判定する。ここで、否定判定された場合は、ステップ
S4に進み、n回目のデータを削除処理した後、ステッ
プS2に戻る。また、肯定判定された場合はステップS
5に進み、GPS修正位置と自立位置が一定距離以上離
れているかを判定する。この判定ステップS5において
肯定判定されたときはステップS6に進み、車両の方位
修正処理を実行した後、ステップS1に戻る。また、否
定判定された場合はステップS1に戻る。
【0019】上述の方位修正処理において、図4に示す
ように、前回のGPSによる修正位置(自立走行の起
点)をA(Xm,Ym)、今回のGPSによる修正位置を
B(X GPSn,YGPSn)、今回の修正時の自立走行位置を
C(Xn,Yn)、2つのGPS修正位置間を結ぶ直線の
絶対方位をθAB、前回のGPS修正位置と今回修正時の
自立位置間を結ぶ直線の絶対位置をθAC、今回修正時の
修正前の自立走行方位をθn(old)、修正後の自立走行方
位をθn(new)とすると、θAB、θACは以下の式で表され
る。
【0020】
【数1】
【0021】ここで、m,n(n>m)は任意の整数。
θABとθACから算出される方位修正量Δθは Δθ=(θAB−θAC) で表され、したがってθn(new)は以下の式で表される。
【0022】θn(new)=θn(old)+Δθ 2つのGPS地点AB間の距離の下限値をLAC-min、今
回修正時のBC間の距離の下限値をLBC-minとすると、
2つのGPS地点AB間の距離LACが以下の式を満た
し、 LAC>LAC-min かつ、今回修正時のBC間の距離LBCが以下の式を満た
すとき、GPSによる修正方位は有効であるとする。
【0023】LBC>LBC-min 以下で図5を用いて角速度センサのオフセット補正につ
いて説明する。
【0024】最後にGPSにより位置修正が起こった場
所を地点A、地点Aから時間t1経過後のGPS受信位
置を地点B、その時の自立走行の位置を地点Cとし、地
点Aからt2時間経過後のGPS受信位置を地点B′、
その時の自立走行の位置を地点C′とすると、B地点で
の自立方位誤差量Δθ1およびB′地点での自立方位誤
差量Δθ2は以下の式で表せる。ここで、A地点とB地
点間を結ぶ直線の傾きをθAB、A地点とB’地点間を結
ぶ直線の傾きをθAB’、A地点とC地点間を結ぶ直線の
傾きをθAC、A地点とC’地点間を結ぶ直線の傾きをθ
AC’とする。
【0025】Δθ1=(θAB−θAC)…(1) Δθ2=(θAB’−θAC’)…(2) また、角速度センサのオフセットがある時間内では一定
であると仮定すると、ある時間経過後のオフセットは以
下の式で表すことができる。ただし、経過時間をt、オ
フセット値の初期値をω0、時刻tでのオフセット値を
ω(t)とする。
【0026】ω(t)=ω0 ここで、AからBまでの経過時間をt1、AからB′ま
での経過時間をt2、A地点での初期方位ずれ量をθ0
すると、Δθ1、Δθ2は以下の式で表すことができる。
【0027】
【数2】
【0028】したがって、 Δθ1=θ0+ω01…(3) 同様に、 Δθ2=θ0+ω02…(4) θAB、θAC、θAB’、θAC’、t1、t2は既知であるか
ら、(1)、(2)、(3)、(4)式よりω0および
θ0を求めることができる。
【0029】すなわち、角度センサのオフセット補正に
際しては、図6に示すように、ステップS11におい
て、GPSによる方位修正機会があったかを判定し、肯
定判定されたときはステップS12に移行して、GPS
による2回目の方位修正機会があったかを判定する。こ
こで、肯定判定された場合はステップS13に進み、角
度センサのオフセットを行う。
【0030】したがって、図6の流れ図に示すように、
ある地点Aを起点として、お互いに十分に距離の離れた
地点B、地点CでGPSによる位置修正を行うことがで
きた場合に、オフセットωが一定であると思われる時間
内であれば、GPSによる絶対方位の修正と同時に角速
度センサのオフセット値ωを補正することができる。
【0031】
【発明の効果】以上実施例で示した様に、本発明によれ
ば、GPSによって車両位置および車両方位を自動的に
求めるのと同時に走行中に角速度センサのオフセット値
の補正を行うことができ、オフセット値あるいはオフセ
ットドリフト値の比較的大きい角速度センサを用いた車
載用ナビゲーション装置において、走行中に高い方位精
度を保つことにより、より高い位置推定精度を実現する
ことができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による角度センサ出力補正装置を備えた
車載用ナビゲーション装置の構成を示すブロック図
【図2】本発明における角度センサ出力補正装置の機能
構成図
【図3】本実施例における方位修正の動作手順を示す流
れ図
【図4】本実施例における車両走行方位算出のための説
明図
【図5】本実施例におけるオフセット補正のための説明
【図6】本実施例におけるオフセット補正の手順を示す
流れ図
【符号の説明】
101 方位センサ(角速度センサ) 102 距離センサ(速度センサ) 103 入力インターフェース 104 CPU 104a プログラムROM 105 通信インターフェース 106 GPS受信機 107 CD−ROM 109 ディスプレイ 201 GPS受信機 202 GPS位置算出手段 203 GPS位置保持手段 204 GPS位置間絶対方位算出手段 205 速度センサ 206 速度検出手段 207 移動距離算出手段 208 角速度センサ 209 方位変化量算出手段 210 自立位置算出手段 211 自立位置保持手段 212 自立位置間絶対方位算出手段 213 方位差算出手段 214 自立走行方位算出手段 215 走行方位修正手段 216 オフセット値算出手段 217 オフセット値修正手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 21/00 G01P 3/44 G01S 5/14 G09B 29/10

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 角速度センサから得られる角速度値を積
    算して自立位置間の方位を算出する自立位置間方位算出
    手段と、GPS信号からGPS位置間の方位を算出する
    GPS位置間方位算出手段と、このGPS位置間方位算
    出手段で算出するm回目のGPS位置とn回目のGPS
    位置を結ぶGPS位置間の方位と、m回目のGPS
    号の受信時に前記自立位置間方位算出手段で算出する自
    立位置とn回目のGPS信号の受信時に前記自立位置間
    方位算出手段で算出する自立位置とを結ぶ自立位置間の
    方位との方位差により前記角速度センサのオフセット値
    を算出するオフセット値算出手段と、前記オフセット値
    を用いて前記角速度センサの前記角速度値を修正する
    フセット値修正手段とを備えたことを特徴とする角速度
    センサ出力補正装置。
  2. 【請求項2】 前記オフセット値修正手段は、前記GP
    位置間の方位が有効であると判断した場合に前記角速
    度センサの前記角速度値を修正することを特徴とする
    求項1記載の角速度センサ出力補正装置。
  3. 【請求項3】 前記オフセット値修正手段は、前記m回
    目のGPS信号の受信時から前記n回目のGPS信号の
    受信時までの移動距離が一定値以上なら、前記GPS
    置間の方位が有効であると判断することを特徴とする
    求項2記載の角速度センサ出力補正装置。
  4. 【請求項4】 前記オフセット値修正手段は、前記m回
    目のGPS信号の受信時と前記n回目のGPS信号の
    信時との双方又は一方において、GPS位置から自立位
    までの距離が一定値以上なら、前記GPS位置間の
    位が有効であると判断することを特徴とする請求項2又
    請求項3記載の角速度センサ出力補正装置。
  5. 【請求項5】 前記オフセット値修正手段は、1回目の
    GPS信号の受信時から前記m回目のGPS信号の受信
    時までの時間と、1回目のGPS信号の受信時から前記
    n回目のGPS信号の受信時までの時間との双方又は一
    方の時間が一定値以下なら、前記GPS位置間の方位が
    有効であると判断することを特徴とする請求項乃至請
    求項4記載の角速度センサ出力補正装置。
  6. 【請求項6】 角速度センサと、請求項1乃至請求項5
    のいずれかに記載の角速度センサ出力補正装置とを備え
    たナビゲーション装置。
  7. 【請求項7】 角速度センサから得られる角速度値を積
    算して自立位置間の方位を算出しておき、GPS信号か
    GPS位置間の方位を算出するとともに、m回目の
    PS位置とn回目のGPS位置を結ぶGPS位置間の
    方位と、m回目のGPS信号の受信時の自立位置とn回
    目のGPS信号の受信時の自立位置とを結ぶ自立位置間
    の方位との方位差により前記角速度センサの前記角速度
    修正することを特徴とする角速度センサ出力補正方
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