CN102023232A - 速度计算设备、速度计算方法和导航设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了速度计算设备、速度计算方法和导航设备。该速度计算设备包括：安装在行进在预定行进表面上的运动体上的垂直加速度检测器，该垂直加速度检测器检测由于行进表面起伏而产生的、垂直方向上的加速度；安装在运动体上的水平角速度检测器，该水平角速度检测器检测围绕垂直于运动体的行进方向的水平轴的角速度，该角速度是由于行进表面起伏而产生的；速度计算器，该速度计算器基于垂直方向上的加速度和围绕水平轴的角速度来计算在运动体的行进方向上的运动体的速度；以及速度校正器，该速度校正器根据该速度来校正速度。

Description

速度计算设备、速度计算方法和导航设备

技术领域

本发明涉及适合于例如便携式导航设备的速度计算设备、速度计算方法和导航设备。

背景技术

现有的导航设备从多个全球定位系统(GPS)卫星接收位置信号(下文中称为GPS信号)，并基于GPS信号来计算运动体(例如车辆)的当前位置。

然而，当设有导航设备的车辆处于隧道中或者地下停车库中时，导航设备难以从GPS卫星接收到GPS信号并基于GPS信号计算当前位置。

即使当难以接收GPS信号时，某些导航设备也基于当车辆正转弯时在垂直于行进方向的水平方向上的加速度和围绕垂直于行进方向的垂直轴的角速度来计算车辆的行进方向上的速度，从而基于行进方向上的速度来计算车辆的当前位置(例如，参见日本未实审专利申请公布No.2008-76389)。

发明内容

这样的导航设备可以计算当车辆正转弯时行进方向上的速度，但是难以计算当车辆正直线运动时行进方向上的速度。因此，这种导航设备难以在所有行进表面(即，道路等)的条件下计算行进方向上的速度。

本发明提供了一种无论行进表面的条件如何都能够精确地计算运动体的速度的速度计算设备、速度计算方法和导航设备。

根据本发明的一个实施例，提供了一种速度计算设备，包括：安装在行进在预定行进表面上的运动体上的垂直加速度检测器，该垂直加速度检测器检测由于行进表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度；安装在运动体上的水平角速度检测器，该水平角速度检测器检测围绕垂直于运动体的行进方向的水平轴的角速度，该角速度是由于行进表面的起伏而产生的；速度计算器，该速度计算器基于垂直方向上的加速度和围绕水平轴的角速度来计算在运动体的行进方向上的运动体的速度；以及速度校正器，该速度校正器根据该速度来校正速度。

根据本发明的一个实施例，提供了一种计算速度的方法，该方法包括以下步骤：检测在行进在预定行进表面上的运动体中由于行进表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度；检测围绕垂直于运动体的行进方向的水平轴的角速度，该角速度是由于行进表面的起伏而产生的；基于垂直方向上的加速度和围绕水平轴的角速度来计算在运动体的行进方向上的运动体的速度；以及根据该速度来校正速度。

根据本发明的一个实施例，提供了一种导航设备，包括：安装在行进在预定行进表面上的运动体上的垂直加速度检测器，该垂直加速度检测器检测由于行进表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度；安装在运动体上的水平角速度检测器，该水平角速度检测器检测围绕垂直于运动体的行进方向的水平轴的角速度，该角速度是由于行进表面的起伏而产生的；速度计算器，该速度计算器基于垂直方向上的加速度和围绕水平轴的角速度来计算在运动体的行进方向上的运动体的速度；速度校正器，该速度校正器根据该速度来校正速度；垂直角速度检测器，该垂直角速度检测器计算围绕垂直于行进方向的垂直轴的角速度；角度计算器，该角度计算器基于围绕垂直轴的角速度来计算运动体已旋转的角度；以及位置计算器，该位置计算器基于速度计算器计算出的行进方向上的速度和角度计算器计算出的角度来计算运动体的位置。

因而，可以检测由于行进表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度和围绕垂直于行进方向的水平轴的角速度，从而在所有道路条件下，都可以基于垂直方向上的加速度和围绕水平轴的角速度来计算在行进方向上运动体的速度，并且可以通过根据速度执行校正处理来减少根据速度可能产生的误差。

根据本发明的实施例，可以检测由于行进表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度和围绕垂直于行进方向的水平轴的角速度，从而在所有道路条件下，都可以基于垂直方向上的加速度和围绕水平轴的角速度来计算在行进方向上运动体的速度，并且可以通过根据速度执行校正处理来减少根据速度可能产生的误差，因此可以实现一种无论行进表面的条件如何都能够精确地计算运动体的速度的速度计算设备、速度计算方法和导航设备。

附图说明

图1A是图示行进在凹形道路表面上的车辆的示图，图1B是图示行进在凸形道路表面上的车辆的示图；

图2是图示沿着曲线行进的车辆的示图；

图3是图示利用速度和角度计算当前位置的方法的示图；

图4是图示PND的整体结构的示图；

图5是图示与PND相关联的坐标系的定义的示图；

图6是图示PND中包括的传感器的示图；

图7是图示PND的电路结构的框图；

图8是图示速度计算器的结构的框图；

图9是图示高度和角度之间的关系的图形；

图10A和10B是图示当车辆正以低速行进时道路表面的角度的图形；

图11A和11B是图示当车辆正以高速行进时道路表面的角度的图形；

图12是图示当车辆正以极低速行进时道路表面的角度的图形；

图13是图示由于支架引起的振动的示图；

图14是图示在高通滤波之后总加速度和总角速度的图形；

图15A至15H是图示每4096个数据点进行了傅立叶变换的总角速度的图形；

图16A至16H是图示每4096个数据点进行了傅立叶变换的总加速度的图形；

图17A至17D是图示对总加速度执行的低通滤波的比较的图形；

图18A至18D是图示对总角速度执行的低通滤波的比较的图形；

图19是图示当车辆正以低速行进时前加速度和后加速度之间的关系的图形；

图20A和20B是图示当车辆正以中速和高速行进时前加速度和后加速度之间的关系的图形；

图21A至21F是图示当PND被置于三个不同位置处时加速度、俯仰速率(pitch rate)和速度的仿真结果的图形；

图22是图示最大值和最小值之间的关系的图形；

图23是图示速度和数据点的数目之间的关系的图形；

图24A和24B是图示在不同长度的弧的情况下加速度和俯仰速率的示图；

图25是图示利用速度计算来计算当前位置的处理的流程图；

图26A和26B是图示加速度、角速度和速度的测量结果的例子的图形；

图27A和27B是图示测量结果和基准之间的第一比较的图形；

图28A和28B是图示测量结果和基准之间的第二比较的图形；

图29A和29B是图示测量结果和基准之间的第三比较的图形；

图30A和30B是图示测量结果和基准之间的第四比较的图形；

图31A和31B是图示测量结果和基准之间的第五比较的图形；

图32A至32C是图示当车辆正沿着曲线行进时测量结果和基准之间的第一比较的图形；

图33A至33C是图示当车辆正沿着曲线行进时测量结果和基准之间的第二比较的图形；

图34A至34C是图示当车辆正沿着曲线行进时测量结果和基准之间的第三比较的图形；

图35A和35B是图示地图上的路线和车辆的行进路径之间的比较的图形；

图36是图示利用置于轻型汽车上的PND测得的速度和距离与基于GPS信号计算出的速度和距离之间的比较的图形；

图37是图示利用置于小型货车上的PND测得的速度和距离与基于GPS信号计算出的速度和距离之间的比较的图形；

图38是图示根据第二实施例的PND的电路结构的框图；

图39是图示GPS速度和速度比之间的第一关系的图形；

图40是图示根据第二实施例的速度计算器的结构的框图；

图41是图示GPS速度和速度比之间的第二关系的图形；

图42是图示根据第二实施例的速度校正的处理的流程图；

图43是图示根据第三实施例的PND的电路结构的框图；

图44A和44B是图示弧、速度和角速度之间的关系的示图；

图45是图示当常数改变时速度和速度比之间的关系的示图；

图46是图示GPS速度和速度比之间的第三关系的图形；

图47A和47B是图示曲率半径的变化的示图；

图48是图示速度变化的示图；

图49A和49B是图示曲率半径和速度的变化的示图；

图50是图示根据第三实施例的速度计算器的结构的框图；

图51是图示根据第三实施例的速度校正的处理的流程图；以及

图52是图示根据另一实施例使用PND的方式的例子的示图。

具体实施方式

下文中将参考附图按以下顺序描述用于实现本发明的实施例(以下称为实施例)。

1.第一实施例(不校正速度V的导航设备)

2.第二实施例(利用校正系数校正速度V的导航设备)

3.第三实施例(利用速度模型校正速度V的导航设备)

4.其他实施例

1.第一实施例(不校正速度V的导航设备)

1-1.基本原理

在下面的描述中，个人导航设备(下文中称为PND)被用作本发明第一实施例的例子，并且将描述利用PND计算对应于运动体的车辆的速度和当前位置的基本原理。

1-1-1.速度计算的原理

实践中，车辆所行进的道路(对应于行进表面)很少是平整的，并且一般是如图1A所示的凹形或者如图1B所示的凸形。

在与车辆相关联的坐标系中，X轴在前后方向上延伸，Y轴在垂直于X轴的水平方向上延伸，并且Z轴在垂直方向上延伸。

PND例如位于车辆的仪表板上。当车辆在凹形道路(图1A)上行进时，PND的三轴加速度传感器利用例如50Hz的采样频率检测沿Z轴的向下加速度α_z。

PND的Y轴陀螺仪传感器利用例如50Hz的采样频率检测围绕垂直于车辆行进方向的Y轴的角速度ω_y(下文中称为俯仰速率)。

对于PND，沿着Z轴的向下加速度α_z的符号被定义为正。沿着虚构圆(该虚构圆沿着图1A所示的凹形道路表面形成)相对于行进方向向上旋转的俯仰速率ω_y的符号被定义为正。

PND根据下式(1)利用三轴加速度传感器检测出的加速度α_z和Y轴陀螺仪传感器检测出的俯仰速率ω_y来以每秒50次的频率计算行进方向上车辆的速度V。

$V=\frac{{\mathrm{\α}}_z}{{\mathrm{\ω}}_y}...\left(1\right)$

当车辆行进在凸形道路(图1B)上时，PND的三轴加速度传感器利用例如50Hz的采样频率检测沿着Z轴的向上加速度α_z’，并且PND的Y轴陀螺仪传感器利用例如50Hz的采样频率检测围绕Y轴的俯仰速率ω_y’。

PND根据下式(2)利用三轴加速度传感器检测出的加速度α_z’和Y轴陀螺仪传感器检测出的俯仰速率ω_y’来以每秒50次的频率计算行进方向上车辆的速度V’。

$V^{\′}=\frac{{{\mathrm{\α}}_z}^{\′}}{{{\mathrm{\ω}}_y}^{\′}}...\left(2\right)$

这里为了描述方便，负加速度被描述为加速度α_z’。在实践中，三轴加速度传感器检测加速度α_z’作为加速度α_z的负值。同样地，负俯仰速率被描述为俯仰速率ω_y’。在实践中，Y轴陀螺仪传感器检测俯仰速率ω_y’作为俯仰速率ω_y的负值。因此，在实践中，速度V’也被计算作为速度V。

1-1-2.计算当前位置的原理

接下来，将描述基于速度V和围绕Z轴的角速度计算当前位置的原理，速度V是利用上述速度计算的原理计算出的。

参考图2，当车辆例如转向左侧时，PND的Z轴陀螺仪传感器利用例如50Hz的采样频率检测围绕Z轴的角速度(下文中称为偏转速率(yaw rate))ω_z。

参考图3，PND基于前一位置P0处的速度V和角度θ来计算从前一位置P0到当前位置P1的位移，角度θ是通过将陀螺仪传感器检测出的偏转速率ω_z乘以采样周期(在这种情况下是0.02s)计算出的。PND通过将前一位置P0加上位移来计算当前位置P1。

1-2.PND的结构

将描述利用上述基本原理计算车辆的速度的PND的具体结构。

1-2-1.PND的外部结构

参考图4，PND 1在其前表面上具有显示器2。显示器2可以显示与存储在例如PND 1的非易失性存储器(未示出)中的地图数据相对应的地图图像。

PND 1由支架3支撑并在机械上和电气上都连接到支架3，支架3利用吸盘3A附接到车辆的仪表板。

因而，PND 1利用由车辆的电池通过支架3提供的电能来工作。当PND 1与支架3分离时，PND 1利用由内部电池提供的电能来工作。

PND 1被放置为使得显示器2垂直于车辆的行进方向。图5图示了与PND 1相关联的坐标系。X轴在车辆的前后方向上延伸，Y轴在垂直于X轴的水平方向上延伸，并且Z轴在垂直方向上延伸。

在该坐标系中，车辆的行进方向被定义为沿着X轴的正方向，向右方向被定义为沿着Y轴的正方向，并且向下方向被定义为沿着Z轴的正方向。

1-2-2.PND的传感器结构

参考图6，PND 1包括三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7。

三轴加速度传感器4分别检测沿X轴的加速度α_x、沿Y轴的加速度α_y和沿Z轴的加速度α_z作为电压值。

Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7分别检测围绕Y轴的俯仰速率ω_y、围绕Z轴的偏转速率ω_z和气压PR作为电压值。

1-2-3.PND的电路结构

参考图7，作为中央处理单元(CPU)的PND 1的控制器11根据从包括非易失性存储器的存储器12读取的操作系统来控制PND 1。

在PND 1中，控制器11根据从存储器12读取的各种应用程序来执行下面描述的速度计算和其他处理。

为了执行速度计算和其他处理，控制器11包括GPS处理器21、速度计算器22、角度计算器23、高度计算器24、位置计算器25和导航仪26作为功能块。

PND 1的GPS天线ANT从GPS卫星接收GPS信号，并且GPS信号被发送到控制器11的GPS处理器21。

GPS处理器21基于通过解调GPS信号而获得的轨道数据以及关于GPS卫星和车辆之间的距离的数据来准确测量车辆的当前位置，从而获得当前位置数据NPD1，并将当前位置数据NPD1发送到导航仪26。

导航仪26基于当前位置数据NPD1从存储器12读取包括车辆的当前位置的区域的地图数据，并生成包括当前位置的地图图像，将该地图图像输出到显示器2，从而显示该地图图像。

三轴加速度传感器4利用例如50Hz的采样频率检测加速度α_x、α_y和α_z，并将表示加速度α_z的加速度数据AD发送到控制器11的速度计算器22。

Y轴陀螺仪传感器5利用例如50Hz的采样频率检测俯仰速率ω_y，并将表示俯仰速率ω_y的俯仰速率数据PD发送到控制器11的速度计算器22。

速度计算器22利用加速度α_z(其对应于由三轴加速度传感器4提供的加速度数据AD)和俯仰速率ω_y(其对应于由Y轴陀螺仪传感器5提供的俯仰速率数据PD)根据等式(1)来以每秒50次的频率计算速度V，并将表示速度V的速度数据VD发送到位置计算器25。

Z轴陀螺仪传感器6利用例如50Hz的采样频率检测偏转速率ω_z，并将表示偏转速率ω_z的偏转速率数据YD发送到控制器11的角度计算器23。

角度计算器23通过将偏转速率ω_z(其对应于由Z轴陀螺仪传感器6提供的偏转速率数据YD)乘以采样周期(在这种情况下是0.02s)来计算车辆转向右侧或左侧的角度θ，并将表示角度θ的角度数据DD发送到位置计算器25。

位置计算器25基于速度V(其对应于由速度计算器22提供的速度数据VD)和角度θ(其对应于由角度计算器23提供的角度数据DD)来计算从图3中所示的前一位置P0到当前位置P1的位移。位置计算器25通过将该位移加到前一位置P0来计算当前位置P1，并将表示当前位置P1的当前位置数据NPD2发送到导航仪26。

气压传感器7利用例如50Hz的采样频率检测气压PR，并将表示气压PR的气压数据PRD发送到高度计算器24。

高度计算器24基于气压PR(其对应于由气压传感器7提供的气压数据PRD)来计算车辆的高度，并将表示车辆高度的高度数据HD发送到导航仪26。

导航仪26基于由位置计算器25提供的当前位置数据NPD2和由高度计算器24提供的高度数据HD来从存储器12读取包括车辆的当前位置的区域的地图数据，生成包括当前位置的地图图像，将该地图图像输出到显示器2，从而显示该地图图像。

1-3.速度计算处理

接下来，将详细描述由速度计算器22执行的速度计算处理。在该处理中，速度计算器22基于加速度α_z(其对应于由三轴加速度传感器4提供的加速度数据AD)和俯仰速率ω_y(其对应于由Y轴陀螺仪传感器5提供的俯仰速率数据PD)来计算速度V。

参考图8，为了执行速度计算，速度计算器22包括数据获取器31、高通滤波器32、低通滤波器33、速度计算部34、平滑器/噪声滤波器35和速度输出部36作为功能块。

速度计算器22的数据获取器31获取由三轴加速度传感器4提供的加速度数据AD和由Y轴陀螺仪传感器5提供的俯仰速率数据PD，并将加速度数据AD和俯仰速率数据PD发送到高通滤波器32。

高通滤波器32从由数据获取器31提供的加速度数据AD和俯仰速率数据PD中去除直流分量以生成加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1，并将加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1发送到低通滤波器33。

低通滤波器33对由高通滤波器32提供的加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1执行低通滤波(下面将描述)以生成加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2，并将加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2发送到速度计算部34。

速度计算部34利用由低通滤波器33提供的加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2来执行速度计算(下面将描述)以生成速度数据VD1，并将速度数据VD1发送到平滑器/噪声滤波器35。

平滑器/噪声滤波器35对由速度计算部34提供的速度数据VD1执行平滑和噪声滤波(下面将描述)以生成速度数据VD，并将速度数据VD发送到速度输出部36。

速度输出部36将由平滑器/噪声滤波器35提供的表示车辆速度V的速度数据VD发送到位置计算器25。

这样，速度计算器22基于由三轴加速度传感器4提供的加速度数据AD和由Y轴陀螺仪传感器5提供的俯仰速率数据PD计算出车辆的速度V。

1-3-1.低通滤波

接下来，将详细描述由低通滤波器33对高通滤波器32所提供的加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1执行的低通滤波。

图9图示了高度H和相对于水平方向围绕Y轴的角度φ之间的关系，其中高度H基于与由气压传感器7获得的气压数据PRD相对应的气压PR，角度φ基于与由Y轴陀螺仪传感器5获得的俯仰速率数据PD相对应的俯仰速率ω_y。关于角度φ，相对于行进方向(X轴)的向上方向被定义为正。

参考图9，从以下事实可见在高度H和角度φ之间存在相关：当高度H从大约第12001数据点(240s)急剧下降时，即，当车辆在下坡行进时，角度φ从大约0.5deg急剧下降到大约-2.5deg。

当高度H改变时，角度φ根据高度H的改变而改变。因而，PND1可以利用Y轴陀螺仪传感器5来检测在车辆的行进方向上道路表面的起伏。

图10A图示了图9的角度φ。图10B图示了从第5001数据点到第6001数据点的图10A的角度φ。在该段时间内，车辆以低于20km/h的低速行进。从图10B可见，角度φ每秒振荡一到两次。

因而，当车辆以低于20km/h的低速行进时，安装在车辆上的PND 1检测出的角度φ(其基于与由Y轴陀螺仪传感器5获得的俯仰速率数据PD相对应的俯仰速率ω_y)为频率在1到2Hz范围内的振荡。

与图10A一样，图11A图示了图9的角度φ。图11B图示了从第22001数据点到第23001数据点的图11A的角度φ。在该段时间内，车辆以高于60km/h的高速行进。

从图11B可见，当车辆以高于60km/h的高速行进时，PND 1检测到的角度φ(其基于与由Y轴陀螺仪传感器5获得的俯仰速率数据PD相对应的俯仰速率ω_y)也是频率在1到2Hz范围内的振荡。

而且，如图12所示，当车辆以低于10km/h的极低速行进时，PND 1检测到的角度φ(其基于与由Y轴陀螺仪传感器5获得的俯仰速率数据PD相对应的俯仰速率ω_y)也是频率在1到2Hz范围内的振荡。

因此，无论车辆的速度如何，利用Y轴陀螺仪传感器5，PND 1都检测到频率在1到2Hz范围内的振荡形式的俯仰速率ω_y。

PND 1由支架3支撑，支架3利用吸盘3A附接到车辆的仪表板。参考图13，支架3包括置于吸盘3A上的主体3B和PND支撑器3D。PND支撑器3D的一端由主体3B支撑在位于预定高度的支撑点3C处，并且PND支撑器3D在PND支撑器3D的另一端支撑PND 1。

因此，当车辆由于道路表面的起伏而振动时，PND 1围绕PND支撑器3D的支撑点3C上下振动，且具有加速度α_c和角速度ω_c。

因此，在实践中，三轴加速度传感器4检测加速度(下文中称为总加速度)α_cz，加速度α_cz是由于道路表面的起伏由车辆的振动产生的沿Z轴的加速度α_z(图1)和由PND 1围绕PND支撑器3D的支撑点3C的振动产生的加速度α_c的总和。

Y轴陀螺仪传感器5检测角速度(下文中称为总角速度)ω_cy，角速度ω_cy是由于道路表面的起伏由车辆的振动产生的围绕Y轴的俯仰速率ω_y(图1)和由PND 1围绕PND支撑器3D的支撑点3C的振动产生的角速度ω_c的总和。

因此，低通滤波器33通过数据获取器31和高通滤波器32获取了表示总角速度ω_cy的俯仰速率数据PD1和表示总加速度α_cz的加速度数据AD1。

图14图示了总加速度α_cz和总角速度ω_cy，它们分别对应于已被高通滤波器32高通滤波的加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1。图15A至15F是图示图14的总角速度ω_cy的图形，该总角速度ω_cy已对每4096个数据点进行了傅立叶变换。

具体而言，图15A是经过傅立叶变换的从第1数据点到第4096数据点的图14的总角速度ω_cy的图形。同样地，图15B、15C和15D分别是各自经过傅立叶变换的从第4097数据点到第8192数据点、从第8193数据点到第12288数据点以及从第12289数据点到第16384数据点的图14的总角速度ω_cy的图形。

图15E、15F、15G和15H分别是各自经过傅立叶变换的从第16385数据点到第20480数据点、从第20481数据点到第24576数据点、从第24577数据点到第28672数据点以及从第28673数据点到第32768数据点的图14的总角速度ω_cy的图形。

从图15C至15H清楚可见，在1到2Hz的范围内的频率分量以及大约15Hz的频率分量具有大值。

即，PND 1的Y轴陀螺仪传感器5检测等于俯仰速率ω_y和角速度ω_c之和的总角速度ω_cy，俯仰速率ω_y由于前述道路表面的起伏而以1到2Hz的范围内的频率振荡，角速度ω_c由于支撑PND 1的支架3而以大约15Hz的频率振荡。

图16A至16F是图示图14的总加速度α_cz的图形，该总加速度α_cz每4096个数据点进行了傅立叶变换。

具体而言，图16A是经过傅立叶变换的从第1数据点到第4096数据点的图14的总加速度α_cz的图形。同样地，图16B、16C和16D分别是各自经过傅立叶变换的从第4097数据点到第8192数据点、从第8193数据点到第12288数据点以及从第12289数据点到第16384数据点的图14的总加速度α_cz的图形。

图16E、16F、16G和16H分别是各自经过傅立叶变换的从第16385数据点到第20480数据点、从第20481数据点到第24576数据点、从第24577数据点到第28672数据点以及从第28673数据点到第32768数据点的图14的总加速度α_cz的图形。

考虑到总角速度ω_cy(图15C至15H)具有1到2Hz的范围内的频率分量和大约15Hz的频率分量的事实，估计总加速度α_cz也具有在1到2Hz的范围内的频率分量和大约15Hz的频率分量。

即，PND 1的三轴加速度传感器4检测等于加速度α_z和加速度α_c之和的总加速度α_cz，加速度α_z由于前述道路表面的起伏而以1到2Hz的范围内的频率振荡，加速度α_c由于支撑PND 1的支架3而以大约15Hz的频率振荡。

因此，低通滤波器33对由高通滤波器32提供的加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1执行低通滤波，以去除大约15Hz的频率分量，即，由于支撑PND 1的支架3而产生的加速度α_c和角速度ω_c。

图17A是与图16H相同的数据的图形，该图形以对数垂直轴绘制。图17B、17C和17D是从第28673数据点到第32768数据点的总加速度α_cz的图形，其中对这些值分别执行了两次、四次和六次具有2Hz截止频率的无限冲击响应(IIR)滤波，并且对这些值已执行了傅立叶变换。

图18A是与图15H相同的数据的图形，该图形以对数垂直轴绘制。图18B、18C和18D是从第28673数据点到第32768数据点的总角速度ω_cy的图形，其中对这些值分别执行了两次、四次和六次具有2Hz截止频率的无限冲击响应(IIR)滤波，并且对这些值已执行了傅立叶变换。

从图17B至17D和图18B至18D可见，PND 1可以从由高通滤波器32提供的加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1中去除大约15Hz的频率分量，这是通过对加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1执行四次或更多次具有2Hz截止频率的IIR滤波实现的。

因此，根据该实施例的低通滤波器33对由高通滤波器32提供的加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1执行四次具有2Hz截止频率的IIR滤波以产生加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2，并将加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2发送到速度计算部34。

因而，低通滤波器33从总加速度α_cz中去除了由于PND支撑器3D围绕支架3的支撑点3C的振动而产生的加速度α_c，从而仅提取了由于道路表面起伏而产生的加速度α_z。

此外，低通滤波器33从总角速度ω_cy中去除了由于PND支撑器3D围绕支架3的支撑点3C的振动而产生的角速度ω_c，从而仅提取了由于道路表面起伏而产生的俯仰速率ω_y。

1-3-2.速度计算

接下来，将详细描述由速度计算部34执行的速度计算。速度计算部34基于由低通滤波器33提供的加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2来计算速度V。

图19、20A和20B分别图示了当车辆以低于20km/h的低速、以等于或高于20km/h且低于60km/h的中速、和以等于或高于60km/h的高速行进时产生的对应于加速度数据AD2的加速度α_z。对于每个速度范围，图示了PND 1被置于车辆前部的仪表板上的情况和PND 1被置于靠近车辆后部的后窗的情况。

在图19、20A和20B中，由置于车辆前部的PND 1检测到的加速度α_z被称为前加速度，而由置于车辆后部的PND 1检测到的加速度α_z被称为后加速度。

从图19、20A和20B可见，无论车辆速度如何，后加速度的相位相对于前加速度的相位都被延迟。该相位延迟近似等于轴距除以车辆速度，轴距是车辆的前轮轴和后轮轴之间的距离。

图21A至21C分别图示了当PND 1被置于仪表板上(在距离前轮轴30％轴距的某一位置处)、置于中心处、和置于车辆后轮轴上方的某一位置处时，表示与加速度数据AD2相对应的加速度α_z和与俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y之间的关系的仿真结果的例子。图21D至21F图示了基于从图21A至21C所示的仿真结果获得的加速度α_z和俯仰速率ω_y利用等式(1)计算出的速度V。

在该仿真中，假定具有2.5m轴距的车辆在具有正弦起伏(幅度为0.1m、波长为20m)的道路表面上以5m/s的速度行进。

从图21A至21C可见，当PND 1的位置向车辆的后方移动时，加速度α_z的相位被延迟。与之相比，无论PND 1在车辆上的位置如何，俯仰速率ω_y的相位都不被延迟。

因此，如图21B所示，当PND 1被置于车辆中心处时，加速度α_z和俯仰速率ω_y之间的相位差可忽略。因而，如图21E所示，利用等式(1)计算出的速度V基本恒定。

然而，如图21A和21C所示，当PND 1的位置从车辆中心向前或向后移动时，加速度α_z和俯仰速率ω_y之间的相位差增大。因此，如图21D和21F所示，由于加速度α_z和俯仰速率ω_y之间的相位差，利用等式(1)计算出的速度V相比于当PND 1被置于车辆中心处时计算出的速度V(图21E)具有更大的误差。

具体而言，当车辆的速度V低于20km/h时，加速度α_z和俯仰速率ω_y之间的相位差较大，因此速度V的计算误差增大。

因此，参考图22，速度计算部34从以数据点Pm(对应于前一位置P0，图3)为中心的25或75个数据点的范围中提取了与由低通滤波器33提供的加速度数据AD2相对应的加速度α_z的最大值和最小值。该最大和最小值分别被称为最大加速度α_z，max和最小加速度α_z，min。

而且，速度计算部34从以数据点Pm为中心的25或75个数据点的范围中提取了与由低通滤波器33提供的俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y的最大值和最小值。该最大和最小值分别被称为最大俯仰速率ω_y，max和最小俯仰速率ω_y，min。

即，速度计算部34从大于加速度α_z和俯仰速率ω_y之间可能产生的最大可能相位差的范围中提取了最大和最小加速度α_z，max和α_z，min以及最大和最小俯仰速率ω_y，max和ω_y，min。

速度计算部34利用从加速度数据AD2提取的最大和最小加速度α_z，max和α_z，min以及从俯仰速率数据PD2提取的最大和最小俯仰速率ω_y，max和ω_y，min，根据由等式(1)改写的下式(3)来计算在前一位置P0(图3)处行进方向上的速度V以生成速度数据VD1，并将速度数据VD1发送到平滑器/噪声滤波器35。

$V=\frac{{\mathrm{\α}}_{z,\max }-{\mathrm{\α}}_{z,\min }}{{\mathrm{\ω}}_{y,\max }-{\mathrm{\ω}}_{y,\min }}...\left(3\right)$

因而，即使当在加速度α_z和俯仰速率ω_y之间存在相位差时，速度计算部34也可以利用等式(3)来计算从中消除了相位延迟的影响的速度V。

参考图23，当在车辆正加速时计算前一位置P0处行进方向上的速度V时，如果在再往前一位置(未示出)处的速度V_n-1(下文中称为在前速度)在km/h至35km/h的范围内，则速度计算部34使用25个数据点的范围，而如果在前速度V_n-1高于35km/h，则速度计算部34使用75个数据点的范围。

当在车辆正减速时计算前一位置P0处行进方向上的速度V时，如果在前速度V_n-1等于或高于25km/h，则速度计算部34使用75个数据点的范围，而如果在前速度V_n-1低于25km/h，则速度计算部34使用25个数据点的范围。

因而，速度计算部34在提取最大和最小加速度α_z，max和α_z，min以及最大和最小俯仰速率ω_y，max和ω_y，min时，根据速度V来切换25个数据点和75个数据点之间的数据范围。

当车辆的速度V等于或低于例如25km/h时，加速度α_z和俯仰速率ω_y响应于道路表面的轻微改变而急剧改变。因此，速度计算部34使用窄数据范围以应对急剧的改变。

当车辆的速度等于或高于35km/h时，车辆悬挂的影响较大并且加速度α_z和俯仰速率ω_y缓慢改变。因此，速度计算部34设定宽数据范围以应对缓慢的改变。

因而，速度计算部34根据车辆的速度V改变从中提取最大和最小加速度α_z，max和α_z，min以及最大和最小俯仰速率ω_y，max和ω_y，min的数据范围，以便可以考虑到根据速度V改变的道路表面和车辆的状况，从而可以更精确地计算速度V。

此外，当计算最大和最小加速度α_z，max和α_z，min以及最大和最小俯仰速率ω_y，max和ω_y，min时，速度计算部34在车辆正加速和车辆正减速两种情况之间滞后地改变数据范围。

因而，与速度计算部34通过没有滞后地改变数据范围来计算速度V的情况相比，在切换速度周围的数据范围的改变频率减小。结果，速度计算部34可以减小由于数据范围的频繁切换而可能发生的速度V的计算误差，从而可以更精确地计算速度V。

1-3-3.平滑和噪声滤波

接下来，将详细描述由平滑器/噪声滤波器35对速度计算部34计算出的速度数据VD1执行的平滑和噪声滤波。

平滑器/噪声滤波器35对由速度计算部34提供的速度数据VD1执行低通滤波，该低通滤波是具有可变截止频率的一阶IIR。

具体而言，当计算前一位置P0处行进方向上的速度V时，平滑器/噪声滤波器35基于在前速度V_n-1来确定截止频率。

当车辆的速度等于或高于例如60km/h时，PND 1的速度计算部34计算出的速度V包括大量噪声，从而速度V发生明显偏离。因此，当在前速度V_n-1等于或高于60km/h时，平滑器/噪声滤波器35使用具有低截止频率的低通滤波器。

与之相比，当在前速度V_n-1低于60km/h时，平滑器/噪声滤波器35使用具有高截止频率的低通滤波器。

当速度计算部34计算出的速度V低于例如10km/h时，作为等式(1)或(3)的分母的俯仰速率ω_y可能较小，因此利用等式(1)或(3)计算出的速度V可能变得明显高于真实值。

因此，平滑器/噪声滤波器35从低通滤波器33获取经过低通滤波的加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2。如果与俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y低于预定阈值，则平滑器/噪声滤波器35确定速度V过高并将低通滤波后的速度V的值设定为0。

如果如图24A所示道路表面的起伏弧B1大于车辆的轴距W，则PND 1可以利用前述基本原理准确计算速度V。

然而，如果如图24B所示道路表面的起伏弧B2小于车辆的轴距W，则当车辆的前轮辗过起伏时，产生了在车辆垂直方向上的加速度α_b和以车辆后轮为中心围绕Y轴的角速度ω_b。

此时，PND 1的三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测到的是加速度α_b和角速度ω_b(图24B)，而不是由于道路表面的起伏而由具有1到2Hz的范围内的频率的振动产生的加速度α_z和俯仰速率ω_y(图24A)。

加速度α_b大于在道路表面的起伏弧B1大于车辆的轴距W时产生的加速度α_z。角速度ω_b高于在道路表面的起伏弧B1大于车辆的轴距W时产生的俯仰速率ω_y。

基于当道路表面的起伏弧B2小于车辆的轴距时产生的加速度α_b和角速度ω_b，利用等式(1)或(3)来计算速度V_b(下文中也称为小弧速度)。

因为加速度α_b比角速度ω_b改变更多，所以速度V_b明显高于基于当道路表面的起伏弧B1大于车辆的轴距W时产生的加速度α_z和角速度ω_y利用等式(1)或(3)计算出的速度V。

因此，当道路表面的起伏弧B2小于车辆的轴距W时，PND 1的速度计算器22基于加速度α_b和角速度ω_b计算小弧速度V_b，这导致计算出的速度V是过高的值。

平滑器/噪声滤波器35从低通滤波器33获取经过低通滤波的加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2，并判断与加速度数据AD2相对应的加速度α_z和与俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y是否高于预定阈值。

如果与加速度数据AD2相对应的加速度α_z和与俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y高于预定阈值，则平滑器/噪声滤波器35确定速度V过高并且使用在前速度V_n-1而不是经过低通滤波的速度V。即，当车辆的速度不是非常低时，如果速度V过高则平滑器/噪声滤波器35使用在前速度V_n-1，因为在这种情况下速度V很有可能不精确。

因而，如果经过低通滤波的速度V过高，则平滑器/噪声滤波器35在车辆的速度非常低时将速度V设为0，而在车辆的速度不是非常低时将速度V设为在前速度V_n-1，从而可以更精确地计算速度V。

1-4.使用速度计算的位置计算处理

参考图25的流程图，将描述由PND 1的控制器11执行的使用前述速度计算的位置计算处理。

控制器11从例程RT1的开始步骤开始处理。在步骤SP1中，速度计算器22的数据获取器31获取三轴加速度传感器4检测出的加速度数据AD和Y轴陀螺仪传感器5检测出的俯仰速率数据PD，并且控制器11前进到步骤SP2。

在步骤SP2中，控制器11的速度计算器22的高通滤波器32对加速度数据AD和俯仰速率数据PD执行高通滤波，并且控制器11前进到步骤SP3。

在步骤SP3中，控制器11的速度计算器22的低通滤波器33对经过高通滤波的加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1执行低通滤波，该低通滤波是截止频率例如为1Hz的四阶IIR滤波，并且控制器11前进到步骤SP4。

在步骤SP4中，控制器11的速度计算器22的速度计算部34基于经过低通滤波的与加速度数据AD2相对应的加速度α_z和与俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y，利用等式(3)来计算速度V，并且控制器11前进到步骤SP5。

在步骤SP5中，控制器11对在步骤SP4中计算出的表示速度V的速度数据VD执行平滑和噪声滤波。

具体而言，控制器11对在步骤SP4中计算出的表示速度V的速度数据VD1执行具有可变截止频率的低通滤波。

如果控制器11确定经过低通滤波的速度V过高，则控制器11在车辆的速度低于例如10km/h时将速度V设为0，而在车辆的速度等于或高于10km/h时将速度V设为在前速度V_n-1，并且控制器11前进到步骤SP6。

在步骤SP6中，控制器11的角度计算器23获取Z轴陀螺仪传感器6检测出的偏转速率数据YD，并且控制器11前进到步骤SP7。

在步骤SP7中，控制器11的角度计算器23通过将与偏转速率数据YD相对应的偏转速率ω_z乘以采样周期0.02s来计算表示角度θ的角度数据DD，并且控制器11前进到步骤SP8。

在步骤SP8中，控制器11基于在步骤SP5中已被执行了平滑和噪声滤波的速度数据VD和在步骤SP7中计算出的角度数据DD来计算当前位置数据NPD2，并且控制器11前进到步骤SP9。

在步骤SP9中，控制器11基于由位置计算器25提供的当前位置数据NPD2从存储器12读取包括车辆的当前位置的地图数据，生成包括当前位置的地图图像，并将该地图图像输出到显示器2，并且控制器11前进到步骤SP10，在步骤SP10处理完成。

1-5.测量结果

图26A至37图示了通过前述速度计算获得的测量结果。图26A至35B图示了当PND 1被置于轿车上时的测量结果。图36和37分别图示了当PND 1被置于轻型汽车和小型货车上时的测量结果。

图26A图示了与三轴加速度传感器4检测出的加速度数据AD相对应的加速度α_z和与Y轴陀螺仪传感器5检测出的俯仰速率数据PD相对应的俯仰速率ω_y。图26B图示了利用等式(3)由加速度α_z和俯仰速率ω_y计算出的速度V。

从图26A和26B可见，当车辆的速度V增大时，由PND 1测得的加速度α_z增大，而由PND 1测得的俯仰速率ω_y保持基本恒定。

图27A、28A、29A、30A和31A是图示由PND 1通过执行速度计算计算出的速度V和根据速度V计算出的距离D的图形。图27B、28B、29B、30B和31B是图示根据安装有PND 1的车辆的速度脉冲计算出的基准速度V_ref和根据基准速度V_ref计算出的基准距离D_ref的图形。图27A至31B图示了当安装有PND 1的车辆在不同道路上行进时的情况。

根据车辆的速度脉冲计算出的速度将被称为基准速度，而利用基准速度计算出的距离将被称为基准距离。

图27A图示了利用根据本实施例的速度计算计算出的速度V和根据速度V计算出的距离D。图27B图示了要与图27A中所示的速度V和距离D相比较的基准速度V_ref和基准距离D_ref。

如图27A和27B所示，速度V的图形基本类似于基准速度V_ref的图形。基于速度V计算出的距离D和基准距离D_ref之间的误差小于10％。

图28A图示了利用根据本实施例的速度计算计算出的速度V和根据速度V计算出的距离D。图28B图示了要与图28A中所示的速度V和距离D相比较的基准速度V_ref和基准距离D_ref。

图29A图示了利用根据本实施例的速度计算计算出的速度V和根据速度V计算出的距离D。图29B图示了要与图29A中所示的速度V和距离D相比较的基准速度V_ref和基准距离D_ref。

图30A图示了利用根据本实施例的速度计算计算出的速度V和根据速度V计算出的距离D。图30B图示了要与图30A中所示的速度V和距离D相比较的基准速度V_ref和基准距离D_ref。

图31A图示了利用根据本实施例的速度计算计算出的速度V和根据速度V计算出的距离D。图31B图示了要与图31A中所示的速度V和距离D相比较的基准速度V_ref和基准距离D_ref。

与图26A的情况一样，图27A、28A、29A、30A和31A(它们图示了当车辆行进在不同道路上时的情况)中所示的速度V基本上分别类似于图27B、28B、29B、30B和31B中所示的基准速度V_ref。基于速度V计算出的距离D和基准距离D_ref之间的误差小于10％。

图32A是PND 1利用速度计算计算出的速度V和距离D的图形。图32B是基准速度V_ref和根据基准速度V_ref计算出的基准距离D_ref的图形。图32C是PND 1的Z轴陀螺仪传感器6检测出的偏转速率ω_z的图形。

参考图32C，高于20deg/s的偏转速率ω_z指示车辆右转，小于-20deg/s的偏转速率ω_z指示车辆左转。

从图32C可见，即使当车辆反复右转和左转时，PND 1计算出的速度V(图32A)也基本类似于基准速度V_ref(图32B)。基于速度V计算出的距离D和基准距离D_ref之间的误差小于10％。

图33A是当车辆行进在与图32A不同的道路上时由PND 1利用速度计算计算出的速度V和距离D的图形。图33B是基准速度V_ref和根据基准速度V_ref计算出的基准距离D_ref的图形。图33C是Z轴陀螺仪传感器6检测出的偏转速率ω_z的图形。

图34A是当车辆行进在与图32A和33A不同的道路上时由PND1利用速度计算计算出的速度V和距离D的图形。图34B是基准速度V_ref和根据基准速度V_ref计算出的基准距离D_ref的图形。图34C是Z轴陀螺仪传感器6检测出的偏转速率ω_z的图形。

从这些结果可见，当车辆沿着大量曲线行进时，由PND 1计算出的速度V基本类似于基准速度V_ref，并且基于速度V计算出的距离D和基准距离D_ref之间的误差小于10％。

图35A图示了包括从起始S到目标G的车辆的路线K的地图。图35B图示了车辆的行进路径T，它是由安装在车辆上的PND 1计算出的车辆的当前位置的曲线图。

行进路径T(图35B)基本上与车辆行进所沿的路线K(图35A)等长且类似。从该事实可见，PND 1基本上可以准确计算当前位置。

图36图示了由置于轻型汽车上的PND 1计算出的速度V和距离D。为了与速度V和距离D相比较，图36还图示了基于利用GPS天线ANT接收的GPS信号计算出的速度V_g和根据速度V_g计算出的距离D_g。

下文中，基于由GPS天线ANT接收的GPS信号计算出的速度将被称为GPS速度，而根据GPS速度计算出的距离将被称为GPS距离。

图37图示了由置于小型货车上的PND 1计算出的速度V和距离D。为了与速度V和距离D相比较，图37还图示了基于由GPS天线ANT接收的GPS信号计算出的速度V_g和根据速度V_g计算出的距离D_g。

从图36和37可见，对于具有不同大小(即，轴距)的车辆，由根据本发明实施例的PND 1计算出的速度V基本上类似于GPS速度V_g，并且基于速度V计算出的距离D和GPS距离D_g之间的误差小于10％。

在图36和37中，当车辆处于隧道等中并且无法接收GPS信号时，GPS速度V_g被设为0。

1-6.操作和效果

在具有上述结构的PND 1中，三轴加速度传感器4检测由于道路表面的起伏而产生的、沿着垂直于车辆的行进方向的Z轴的加速度α_z，并且Y轴陀螺仪传感器5检测由于道路表面的起伏而产生的、围绕垂直于车辆的行进方向的Y轴的俯仰速率ω_y。

PND 1基于三轴加速度传感器4检测出的加速度α_z和Y轴陀螺仪传感器5检测出的俯仰速率ω_y来利用等式(1)或(3)计算速度V。

因而，具有包括三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5的简单结构的PND 1可以在所有道路条件下准确地计算车辆的速度V，即使当PND 1难以接收GPS信号时也是如此。

因为PND 1可与车辆分离，所以PND 1具有良好的可用性，并且用户不必执行连接线缆以从车辆接收速度脉冲信号的麻烦任务。

PND 1的Z轴陀螺仪传感器6检测围绕垂直于车辆的行进方向的Z轴的偏转速率ω_z，并且PND 1基于速度V和偏转速率ω_z来计算当前位置。

因而，具有包括三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5和Z轴陀螺仪传感器6的简单结构的PND 1可以在所有道路条件下准确地计算车辆的当前位置，即使PND 1难以接收GPS信号时也是如此。

当计算速度V时，PND 1对加速度数据AD1和俯仰速率数据PD1执行低通滤波。因而，PND 1可以从加速度α_c和角速度ω_c中消除由于支架3产生的、以例如大约15Hz的频率振荡的分量，该振荡频率明显高于由于道路表面起伏产生的、以例如1到2Hz的频率振荡的加速度α_z和俯仰速率ω_y的分量。

因而，PND 1可以利用从中消除了由于支架3产生的振动分量的加速度α_z和俯仰速率ω_y来更准确地计算速度V。

PND 1从围绕数据点P_m的加速度α_z的25到75个数据点的范围中提取最大加速度α_z，max和最小加速度α_z，min，并且从围绕数据点P_m的俯仰速率ω_y的25到75个数据点的范围中提取最大俯仰速率ω_y，max和最小俯仰速率ω_y，min。

PND 1根据最大和最小加速度α_z，max和α_z，min以及最大和最小俯仰速率ω_y，max和ω_y，min来利用等式(3)计算速度V。

这样，PND 1使用比加速度α_z和俯仰速率ω_y之间的相位差更宽的范围中的数据点，该相位延迟可根据PND 1被置于车辆中的位置而改变，从而消除了加速度α_z和俯仰速率ω_y之间的相位差的影响。

当基于加速度α_z和俯仰速率ω_y利用等式(3)计算出的速度V过高时，PND 1在车辆以极低速行进时将速度V设为0，否则PND 1将速度设为在前速度V_n-1，从而更准确地计算速度V。

利用以上结构，根据第一实施例的PND 1检测由于道路表面起伏产生的、沿着Z轴的加速度α_z和由于道路表面起伏产生的、围绕Y轴的俯仰速率ω_y，并利用加速度α_z和俯仰速率ω_y计算速度V，从而在所有道路条件下准确地计算速度V。

2.第二实施例

2-1.PND的结构

根据第二实施例的PND 50(图4至7)类似于根据第一实施例的PND 1，不同之处在于PND 50包括控制器51来取代控制器11。

图38是控制器51的框图，其中与图7相对应的部分用相同的标号表示。如图38所示，控制器51类似于控制器11(图7)，不同之处在于控制器51包括速度计算器52来取代速度计算器22，GPS处理器21向速度计算器52提供GPS速度VG，并且角度计算器23向速度计算器52提供角度数据DD。

2-2.速度计算

2-2-1.校正速度的原理

利用根据第一实施例的PND 1，由速度计算器22(图8)计算出的速度V(速度数据VD)可能与车辆的真实速度不同。换句话说，速度V可能包括误差。这种误差可能在PND 1难以准确检测车辆中产生的加速度和角速度时产生，例如在支架3没有适当地附接到车辆的情况下。

当PND 1可以接收GPS信号并生成当前位置数据NPD1时，PND1可以基于当前位置数据NPD1来计算速度(下文中称为GPS速度VG)。基于精确位置数据计算出的GPS速度VG可以被认为是车辆的真实速度。

图39是图示由速度计算器22计算出的速度V与GPS速度VG之比(下文中称为速度比RV)的图形，该图是相对于GPS速度VG绘制的。

理想情况下，由速度计算器22计算出的速度V应当与GPS速度VG相同。即，理想情况下，无论GPS速度VG如何，速度比RV都应当为“1”，如图39中的线L0所示。

然而，实际中，如图39所示，速度比RV明显地偏离线L0，并且在GPS速度等于或低于大约10m/s的低速区域中稀疏地分布。在GPS速度等于或高于大约10m/s的高速区域中，速度比RV围绕线L0密集分布。

从图39可见，速度比RV根据速度的范围(下文中称为速度区域)具有不同的分布。

因此，通过为每个速度区域计算校正系数并利用校正系数校正速度V，可以减少速度V的误差，从而可以使得速度V更接近真实速度。

2-2-2.速度计算器的结构

利用上述速度校正的原理，第二实施例的速度计算器52利用校正系数来校正速度V。

图40是速度计算器52的框图，其中与图8相同的部分用相同的标号表示。与速度计算器22相比，速度计算器52还包括置于平滑器/噪声滤波器35和速度输出部36之间的系数计算器61和速度校正器63。

系数计算器61从GPS处理器21获取GPS速度VG，并从平滑器/噪声滤波器35获取速度数据VD。在获取了GPS速度VG之后，系数计算器61根据下式(4)执行系数计算(其中GPS速度VG除以速度V)以计算校正系数C。

$C=\frac{\mathrm{VG}}{V}...\left(4\right)$

校正系数C被用于使速度V乘以校正系数C，以使速度V更接近GPS速度VG。

系数计算器61根据速度V的水平(即，速度区域)将校正系数C分类为低速校正系数C1和高速校正系数C2。

具体而言，系数计算器61在在前速度V_n-1处于0km/h到30km/h的范围内时将校正系数C分类为低速校正系数C1，而在在前速度V_n-1高于30km/h时将校正系数C分类为高速校正系数C2。

在车辆正加速或减速时，由于计算原理在速度V和GPS速度VG之间发生时间滞后，因此系数计算器61难以准确地计算校正系数C。因此，系数计算器61在车辆正加速或减速时不计算校正系数C。因此，与速度计算部34不同(其根据车辆正在加速还是减速而具有35和25km/h的不同阈值速度)，系数计算器61具有30km/h的单一阈值速度，这是35和25km/h的均值。

当车辆的方向正改变时，由三轴加速度传感器4提供的加速度数据AD包括由于方向改变的加速度分量。因此，由速度计算部34计算出的速度V包括由于方向改变的误差。因此，当系数计算器61基于由角度计算器23计算出的角度数据DD确定车辆的方向正改变时，系数计算器61不计算校正系数C。

系数计算器61存储在前的低速校正系数C1和高速校正系数C2的在前值(下文中分别称为在前低速校正系数C1_n-1和在前高速校正系数C2_n-1)。系数计算器61利用低速校正系数C1和高速校正系数C2的最新值(下文中称为最新低速校正系数C1_n和最新高速校正系数C2_n)对低速校正系数C1和高速校正系数C2进行标准化，并更新低速校正系数C1和高速校正系数C2。

具体而言，当系数计算器61已计算出低速校正系数C1时，系数计算器61根据下式(5)计算低速校正系数C1的新值。当系数计算器61已计算出高速校正系数C2时，系数计算器61根据下式(6)计算高速校正系数C2的新值。

$C1=\frac{{C1}_{n-1}\×(M-1)+{C1}_n}{M}...\left(5\right)$

$C2=\frac{{C2}_{n-1}\×(M-1)+{C2}_n}{M}...\left(6\right)$

等式(5)和(6)中的常数M(大于1)对应于时间常数。

系数计算器61存储已利用等式(5)或(6)更新的低速校正系数C1和高速校正系数C2的最新值。

当系数计算器61可以获取GPS速度VG时，系数计算器61计算校正系数C并视需要更新校正系数C的平均值，从而执行校正系数C的学习。

速度校正器63从平滑器/噪声滤波器35获取速度数据VD，从GPS处理器21获取GPS速度VG，并从系数计算器61获取最新校正系数C。最新校正系数C可以是低速校正系数C1或高速校正系数C2。

当速度校正器63可以从GPS处理器21获取GPS速度VG时，速度校正器63直接将速度数据VD送至速度输出部36。

当速度校正器63难以从GPS处理器21获取GSP速度VG时，速度校正器63读取与此时的速度V相对应的校正系数C的最新值，即，低速校正系数C1或高速校正系数C2，并根据下式(7)计算校正速度VC。

VC＝V×C                        …(7)

此时，与系数计算器61一样，速度校正器63根据由速度计算部34执行的对数据点范围的选择来选择低速校正系数C1和高速校正系数C2之一作为校正系数C。

即，当车辆正加速时，如果在前速度V_n-1处于0到35km/h的范围内，则速度校正器63选择低速校正系数C1，而如果在前速度V_n-1高于35km/h，则速度校正器63选择高速校正系数C2。

当车辆正减速时，如果在前速度V_n-1等于或高于25km/h，则速度校正器63选择高速校正系数C2，而如果在前速度V_n-1低于25km/h，则速度校正器63选择低速校正系数C1。

随后，速度校正器63将校正速度VC送至速度输出部36作为速度数据VD。作为响应，速度输出部36将速度数据VD输出到位置计算器25(图38)。

这样，当速度计算器52可以获取GPS速度VG时，速度计算器52执行学习，该学习视需要根据速度V更新校正系数C。当速度计算器52难以获取GPS速度VG时，速度计算器52利用与速度V相对应的校正系数C来校正速度V。

图41是与图39相对应的图形，其中相对于GSP速度VG绘制了已被校正的速度V(即，校正速度VC)与GPS速度VG的速度比RV。

从图41可见，在速度V的校正之后的速度比RV在任何速度区域中相比于校正之前(图39)更接近值“1”。从该事实可见，当速度计算器52利用校正系数C校正了速度V时，可以使速度V更接近GPS速度VG，并且可以减少速度V的误差。

2-2-3.速度校正的处理

参考图42的流程图，将描述由PND 50的控制器51的速度计算器52执行的速度校正处理RT2。

控制器51从例程RT2的开始步骤开始处理，并且在步骤SP21中，判断系数计算器61是否已从GPS处理器21获取了GPS速度VG。如果判断结果是肯定的，意味着要执行校正系数C的学习，则控制器51前进到步骤SP22。

在步骤SP22中，控制器51通过将在前速度V_n-1与速度V相比较等来判断车辆是否正在加速或减速。如果判断结果是否定的，意味着车辆并未在加速或减速，则控制器51前进到步骤SP23。

在步骤SP23中，控制器51基于由角度计算器23提供的角度数据DD来判断车辆的方向是否正改变。如果判断结果是否定的，意味着车辆的方向并没有在改变并且可以执行校正系数C的学习，则控制器51前进到步骤SP24。

在步骤SP24中，控制器51的系数计算器61根据等式(4)基于速度V和GPS速度VG来计算校正系数C，并且控制器51前进到步骤SP25。

在步骤SP25中，控制器51判断校正系数C是否在预定的正常范围内。如果判断结果是肯定的，意味着校正系数C可以用于校正速度V，则控制器51前进到步骤SP26。

在步骤SP26中，控制器51根据速度V是否等于或高于30km/h来将校正系数C分类为高速校正系数C2或低速校正系数C1。

接下来，控制器51利用等式(5)或(6)对高速校正系数C2或低速校正系数C1进行标准化并更新高速校正系数C2或低速校正系数C1，并且存储已经更新的高速校正系数C2或低速校正系数C1，作为最新高速校正系数C2或最新低速校正系数C1。随后，控制器51前进到步骤SP28并结束处理。

如果步骤SP22或步骤SP23中的判断结果是肯定的，则此时的速度V并不适合于计算校正系数C。因此，控制器51不更新校正系数C，前进到步骤SP28，并且结束处理。

如果步骤SP25中的判断结果是否定的，则这意味着已计算出的校正系数C是异常值，例如，当例如用户接触触摸面板时产生的加速度分量被包括在速度V中。因而，控制器51不使用已计算出的校正系数C，前进到步骤SP28，并且结束处理。

如果步骤SP21中的判断结果是否定的，意味着难以从GPS卫星接收GPS信号并且必须基于由速度计算器52计算出的速度V来计算车辆的当前位置等，则控制器51前进到步骤SP27。

在步骤SP27中，控制器51的速度校正器63从系数计算器61获取与速度V相对应的最新校正系数C(即，低速校正系数C1或高速校正系数C2)，并根据等式(7)通过将速度V乘以校正系数C来计算校正速度VC。接下来，控制器51将校正速度VC送至速度输出部36作为速度V的新值，前进到步骤SP28，并且结束处理。

2-3.操作和效果

在根据第二实施例且具有上述结构的PND 50中，三轴加速度传感器4检测由于道路表面起伏而产生的、沿着垂直于车辆的行进方向的Z轴的加速度α_z，并且Y轴陀螺仪传感器5检测由于道路表面起伏而产生的、围绕垂直于车辆的行进方向的Y轴的俯仰速率ω_y。

PND 50基于三轴加速度传感器4检测出的加速度α_z和Y轴陀螺仪传感器5检测出的俯仰速率ω_y来利用等式(1)或(3)计算速度V。

当PND 50可以获取GPS速度VG时，PND 50的系数计算器61根据等式(4)来计算与速度V相对应的校正系数C。当PND 50难以获得GPS速度VG时，PND 50的速度校正器63根据等式(7)利用校正系数C来校正速度V。

因而，与第一实施例一样，具有包括三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5的简单结构的PND 50可以在所有道路条件下准确地计算车辆的速度V，即使当PND 50难以接收GPS信号时也是如此。

而且，PND 50可以利用相对准确的GPS速度VG适当地计算校正系数C，从而可以减少包括在速度V中的误差。

此外，PND 50将速度V划分为两个速度区域，并针对各个区域计算低速校正系数C1和高速校正系数C2作为校正系数C。因而，PND 50可以在每个速度区域中根据速度V的误差的分布适当地校正速度V，从而可以明显地减少包括在速度V中的误差。

在其他方面，根据第二实施例的PND 50具有与第一实施例的PND 1相同的操作效果。

利用以上结构，PND 50检测由于道路表面起伏而产生的、沿着Z轴的加速度α_z和由于道路表面起伏而产生的、围绕Y轴的俯仰速率ω_y，并利用加速度α_z和俯仰速率ω_y计算速度V，从而在所有道路条件下准确地计算速度V。而且，PND 50利用与包括速度V的速度区域相对应的校正系数C来校正速度V，从而可以明显地减少包括在速度V中的误差。

3.第三实施例

3-1.PND的结构

根据第三实施例的PND 70(图4至7)类似于根据第一实施例的PND 1，不同之处在于PND 70包括控制器71来取代控制器11。

图43是控制器71的框图，其中与图7相对应的部分用相同的标号表示。如图43所示，控制器71类似于控制器11(图7)，不同之处在于控制器71包括速度计算器72来取代速度计算器22，并且GPS处理器21向速度计算器72提供GPS速度VG。

3-2.速度计算

与第二实施例的PND 50一样，根据第三实施例的PND 70也校正速度V。然而，校正方法不同于第二实施例的校正方法。

3-2-1.利用速度模型校正速度的原理

在第三实施例中，构造了表示GPS速度VG和速度V(它是基于加速度α_z和俯仰速率ω_y生成的)之间的关系的速度模型，并且利用该速度模型来校正速度V。

首先，假定俯仰速率ω_y包括由于偏移等的误差，并且假定作为由Y轴陀螺仪传感器5获得的测量值的俯仰速率ω_y是真实俯仰速率ω_yT和测量误差Δω_y之和。

同样地，假定加速度α_z包括由于偏移等的误差，并且假定作为由三轴加速度传感器4获得的测量值的加速度α_z是真实加速度α_zT和测量误差Δα_z之和。

如图44A所示，假定车辆正以真实速度VT m/s和真实俯仰速率(即，角速度)ω_yT度/秒(degree/s)行进在具有曲率半径R m的大致弧形的道路表面上。在图44A中，点P表示车辆的位置。

在这种情况下，真实俯仰速率ω_yT、包括误差的俯仰速率ω_y、真实加速度α_zT和包括误差的加速度α_z可以由下式(8)至(11)表示。

${\mathrm{\ω}}_{y}T=\frac{\mathrm{VT}}{R}...\left(8\right)$

${\mathrm{\ω}}_y={\mathrm{\ω}}_{y}T+{\mathrm{\Δ\ω}}_y=\frac{\mathrm{VT}}{R}+{\mathrm{\Δ\ω}}_y...\left(9\right)$

${\mathrm{\α}}_{z}T=\frac{{\mathrm{VT}}^2}{R}...\left(10\right)$

${\mathrm{\α}}_z={\mathrm{\α}}_{z}T+{\mathrm{\Δ\α}}_z$

$=\frac{{\mathrm{VT}}^2}{R}+{\mathrm{\Δ\α}}_z...\left(11\right)$

如上所述，速度计算部34利用等式(3)来计算速度V。类似地，最大和最小加速度α_z，max和α_z，min以及最大和最小俯仰速率ω_y，max和ω_y，min被用于对速度V建模。

实际道路表面很少是具有恒定曲率半径的大致弧形，可以实际上被认为是一连串具有不同曲率半径的大致弧形表面。因此，如图44B所示，假定道路表面的曲率半径从R₁m改变到R₂m。

假定R₂＞R₁，在具有曲率半径R₁的一部分道路表面上获得等式(3)的最大加速度α_z，max和最大俯仰速率ω_y，max，并且在具有曲率半径R₂的一部分道路表面上获得最小加速度α_z，min和最小俯仰速率ω_y，min。

利用等式(8)至(11)，等式(3)可以被改写为下式(12)。

$V=\frac{{\mathrm{\α}}_{z,\max }-{\mathrm{\α}}_{z,\min }}{{\mathrm{\ω}}_{y,\max }-{\mathrm{\ω}}_{y,\min }}$

$=\frac{(\frac{{\mathrm{VT}}^2}{R_1}+{\mathrm{\Δ\α}}_z)-(\frac{{\mathrm{VT}}^2}{R_2}-{\mathrm{\Δ\α}}_z)}{(\frac{\mathrm{VT}}{R_1}+{\mathrm{\Δ\ω}}_y)-(\frac{\mathrm{VT}}{R_2}+{\mathrm{\Δ\ω}}_y)}$

$=\frac{{\mathrm{VT}}^2(R_2-R_1)+{\mathrm{\Δ\α}}_z(R_2+R_1)}{\mathrm{VT}(R_2-R_1)+{\mathrm{\Δ\ω}}_y(R_2+R_1)}...\left(12\right)$

利用由下式(13)表示的常数K，等式(12)可以被改写为下式(14)。

$K=\frac{R_2-R_1}{R_2+R_1}>0...\left(13\right)$

$V=\frac{K\·{\mathrm{VT}}^2+{\mathrm{\Δ\α}}_z}{K\·\mathrm{VT}+{\mathrm{\Δ\ω}}_y}...\left(14\right)$

等式(14)表明可以根据真实速度VT、加速度的测量误差Δα_z、俯仰速率的测量误差Δω_y和常数K来获得速度V。由等式(14)表示的速度V是前述速度模型。

真实速度VT可以通过相对于VT求解等式(14)而由下式(15)表示。

$\mathrm{VT}=\frac{V+\sqrt{V^2-\frac{4}{K}({\mathrm{\Δ\α}}_z-{\mathrm{\Δ\ω}}_y\·V)}}{2}...\left(15\right)$

等式(15)表明可以根据速度V、加速度的测量误差Δα_z、俯仰速率的测量误差Δω_y和常数K来获得真实速度VT。

当车辆静止时，真实加速度α_zT和真实俯仰速率ω_yT都为“0”。因此，当车辆静止时，即，当可以获得GPS速度VG并且GPS速度VG的值大约为0km/h时，此时的加速度α_z和俯仰速率ω_y可以被分别认为是加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y。

理想情况下，当车辆的速度大约为0km/h时，加速度α_z和俯仰速率ω_y应当是“0”附近的常数。然而，在实践中，它们不是常数并且具有“0”附近的某些分布。“0”附近的分布可以由加速度α_z和俯仰速率ω_y的标准偏差来表示。

加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y应当在“0”附近。因此，加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y可以分别通过加速度α_z和俯仰速率ω_y的标准偏差与预定常数的乘积来近似。

常数K可以通过相对于常数K求解等式(14)而由下式(16)表示。

$K=\frac{{\mathrm{\Δ\α}}_z-{\mathrm{\Δ\ω}}_y\·V}{\mathrm{VT}(\mathrm{VT}-V)}...\left(16\right)$

等式(16)表明可以根据速度V、真实速度VT、加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y来计算常数K。如上所述，当车辆静止时，可以获得加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y。GPS速度VG可以用作真实速度VT。

因此，当可以获得GPS速度VG时，利用加速度的测量误差Δα_z的最新值和俯仰速率的测量误差Δω_y的最新值，常数K可以被更新为最新值。

图45图示了速度V和速度比RV之间的关系。当常数K改变时，表示该关系的曲线变化明显。当常数K在1.00×10^-6到3.00×10^-6的范围内时，该曲线具有产生良好校正结果的形状。

因而，当PND 70可以接收GPS信号并生成GPS速度VG时，PND 70可以利用等式(16)来计算最新常数K，即，PND 70可以学习常数K。

当PND 70难以接收GPS信号并生成GPS速度VG时，PND 70可以根据式(15)由最新常数K来计算真实速度VT，即，PND 70可以校正速度V。

3-2-2.在加速和减速期间速度校正的原理

图46是与图39相对应的图形，其图示了包括当车辆正加速和减速时的情况的GPS速度VG和速度比RV之间的关系。从图46可见，存在线L1附近的分布和线L2附近的分布。

将描述线L2附近的分布。如上所述，PND 70利用在某一数据点范围中的加速度α_z的最大和最小值之差以及俯仰速率ω_y的最大和最小值之差来根据由等式(1)改写的等式(3)计算速度V。

首先，将描述这样一种情况，其中在该数据点范围中的最大和最小值是由于该范围中曲率半径R的改变而产生的并且在该范围中速度V不改变。

图47A图示了这样一种情况，其中在道路表面的形状保持凹形(或凸形)的同时道路表面的曲率半径在连接点Q1处从R₁改变到R₂(或者从R₂改变到R₁)。假定R₂＞R₁。在这种情况下，等式(3)可以被改写为下式(17)。

$\frac{{\mathrm{\α}}_{z,\max }-{\mathrm{\α}}_{z,\mathrm{mim}}}{{\mathrm{\ω}}_{y,\max }-{\mathrm{\ω}}_{y,\mathrm{mim}}}=\frac{\frac{V^2}{R_1}-\frac{V^2}{R_2}}{\frac{V}{R_1}-\frac{V}{R_2}}=V\·\frac{\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2}}{\frac{1}{R_1}-\frac{1}{R_2}}=V...\left(17\right)$

图47B图示了这样一种情况，其中在道路表面的形状从凹形改变到凸形(或者从凸形改变到凹形)的同时道路表面的曲率半径在连接点Q2处从R₁改变到R₂(或者从R₂改变到R₁)。在这种情况下，等式(3)可以被改写为下式(18)。

$\frac{{\mathrm{\α}}_{z,\max }-{\mathrm{\α}}_{z,\mathrm{mim}}}{{\mathrm{\ω}}_{y,\max }-{\mathrm{\ω}}_{y,\mathrm{mim}}}=\frac{\frac{V^2}{R_1}+\frac{V^2}{R_2}}{\frac{V}{R_1}+\frac{V}{R_2}}=V\·\frac{\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}}{\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}}=V...\left(18\right)$

从等式(17)和(18)可见，即使当曲率半径在该数据点的范围中改变时，也可以利用等式(3)准确地计算速度V，无论道路表面的形状是否从凹形改变到凸形(或者从凸形改变到凹形)。

接下来，将描述在该数据点的范围中曲率半径R不改变并且车辆的速度V改变的情况。

图48图示了这样一种情况，其中在具有曲率半径R的道路表面上的转移点Q3处，速度V从V₁改变到V₂(或者从V₂改变到V₁)。假定V₂＞V₁。在这种情况下，等式(3)可以被改写为下式(19)。

$\frac{{\mathrm{\α}}_{z,\max }-{\mathrm{\α}}_{z,\mathrm{mim}}}{{\mathrm{\ω}}_{y,\max }-{\mathrm{\ω}}_{y,\mathrm{mim}}}=\frac{\frac{{V_2}^2}{R}-\frac{{V_1}^2}{R}}{\frac{V_2}{R}-\frac{V_1}{R}}=\frac{{V_2}^2-{V_1}^2}{V_2-V_1}=V_2+.V_1..\left(19\right)$

从等式(19)可见，在图48所示的情况下，难以利用等式(3)准确地计算速度V。

接下来，将描述在该数据点的范围中曲率半径R改变并且速度改变的情况。图49A图示了这样一种情况，其中在道路表面保持凹形(或凸形)的同时，道路表面的曲率半径在连接点Q4处从R₁改变到R₂，并且车辆的速度V从V₁改变到V₂(或者从V₂改变到V₁)。

假定R₂＞R₁并且V₂＞V₁。为了计算方便，假定R₁＝R，R₂＝R+ΔR，V₁＝V并且V₂＝V+ΔV。

在这种情况下，等式(3)可以被改写为下式(20)。

$\frac{{\mathrm{\α}}_{z,\max }-{\mathrm{\α}}_{z,\min }}{{\mathrm{\ω}}_{y,\max }-{\mathrm{\ω}}_{y,\min }}=\frac{\frac{{(V+\mathrm{\ΔV})}^2}{(R+\mathrm{\ΔR})}-\frac{V^2}{R}}{\frac{(V+\mathrm{\ΔV})}{(R+\mathrm{\ΔR})}-\frac{V}{R}}$

$=\frac{R{(V+\mathrm{\ΔV})}^2-V^2(R+\mathrm{\ΔR})}{R(V+\mathrm{\ΔV})-V(R+\mathrm{\ΔR})}$

$=\frac{V(2R\·\mathrm{\ΔV}-V\·\mathrm{\ΔR})+R{\left(\mathrm{\ΔV}\right)}^2}{R\·\mathrm{\ΔV}-V\·\mathrm{\ΔR}}$

$=(V+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2})+\frac{\mathrm{\ΔV}(\mathrm{RV}+\frac{R\·\mathrm{\ΔV}}{2}+\frac{V\·\mathrm{\ΔR}}{2})}{R\·\mathrm{\ΔV}-V\·\mathrm{\ΔR}}...\left(20\right)$

在等式(20)中，当R·ΔV＝V·ΔR时，即，当(ΔR/R)＝(ΔV/V)时，误差项是无限的。

常数K可以通过改写等式(13)由下式(21)表示。

$K=\frac{R_2-R_1}{R_2+R_1}=\frac{\mathrm{\ΔR}}{2R+\mathrm{\ΔR}}\≈1.0\×{10}^{-6}...\left(21\right)$

等式(21)表明(ΔR/R)具有1.0×10^-6的量级。因而，速度V可以通过改写等式(20)由等式(22)近似。

$\frac{{\mathrm{\α}}_{z,\max }-{\mathrm{\α}}_{z,\min }}{{\mathrm{\ω}}_{y,\max }-{\mathrm{\ω}}_{y,\min }}=(V+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2})+\frac{\mathrm{\ΔV}(\mathrm{RV}+\frac{R\·\mathrm{\ΔV}}{2}+\frac{V\·\mathrm{\ΔR}}{2})}{R\·\mathrm{\ΔV}-V\·\mathrm{\ΔR}}$

$=V+\frac{\mathrm{\ΔV}(1+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2V}+\frac{\mathrm{\ΔR}}{2R})}{\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}-\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}$

$\≈V+\frac{\mathrm{\ΔV}(1+\frac{\mathrm{\ΔV}}{V})}{\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}}=V+(V+\mathrm{\ΔV})...\left(22\right)$

从等式(22)可见，在图49A所示的情况下，即，当加速度α_z的最大和最小值具有相同符号并且俯仰速率ω_y的最大和最小值具有相同符号时，速度V近似加倍，并且难以准确地计算速度V。

另外，等式(22)支持以下事实：线L2的斜率大约是图46中的线L1的斜率的一半。

图49B图示了这样一种情况，其中在道路表面从凸形改变到凹形(或者从凹形改变到凸形)的同时，道路表面的曲率半径在连接点Q5处从R₁改变到R₂，并且车辆的速度V从V₁改变到V₂。在这种情况下，等式(3)可以被改写为下式(23)。

$\frac{{\mathrm{\α}}_{z,\max }-{\mathrm{\α}}_{z,\min }}{{\mathrm{\ω}}_{y,\max }-{\mathrm{\ω}}_{y,\min }}=\frac{\frac{{(V+\mathrm{\ΔV})}^2}{(R+\mathrm{\ΔR})}+\frac{V^2}{R}}{\frac{(V+\mathrm{\ΔV})}{(R+\mathrm{\ΔR})}+\frac{V}{R}}$

$=\frac{R{(V+\mathrm{\ΔV})}^2+V^2(R+\mathrm{\ΔR})}{R(V+\mathrm{\ΔV})+V(R+\mathrm{\ΔR})}$

$=\frac{2R{V}^2+\mathrm{\ΔRV}+2\mathrm{RV\ΔV}+R{\left(\mathrm{\ΔV}\right)}^2}{2\mathrm{RV}+\mathrm{R\ΔV}+\mathrm{V\ΔR}}$

$=\frac{(V+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2})(2\mathrm{RV}+\mathrm{R\ΔV}+\mathrm{V\ΔR})+\frac{R}{2}{\left(\mathrm{\ΔV}\right)}^2-\frac{V}{2}\mathrm{\ΔV\ΔR}}{2\mathrm{RV}+\mathrm{R\ΔV}+\mathrm{V\ΔR}}$

$=(V+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2})+\frac{\frac{\mathrm{\ΔV}}{2}(\mathrm{R\ΔV}-\mathrm{V\ΔR})}{2\mathrm{RV}+\mathrm{R\ΔV}+\mathrm{V\ΔR}}...\left(23\right)$

在等式(23)中，当R·ΔV＝V·ΔR时，即，当(ΔR/R)＝(ΔV/V)时，误差项近似为“0”。在这种情况下，可以准确地计算速度V。

如等式(21)所示，(ΔR/R)具有1.0×10^-6的量级并且远小于(ΔV/V)。因此，速度V可以通过改写等式(23)被近似为下式(24)。

$\frac{{\mathrm{\α}}_{z,\max }-{\mathrm{\α}}_{z,\min }}{{\mathrm{\ω}}_{y,\max }-{\mathrm{\ω}}_{y,\min }}=(V+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2})+\frac{\frac{\mathrm{\ΔV}}{2}(\mathrm{R\ΔV}-\mathrm{V\ΔR})}{2\mathrm{RV}+\mathrm{R\ΔV}+\mathrm{V\ΔR}}$

$=(V+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2})+\frac{\frac{\mathrm{\ΔV}}{2}(\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}-\frac{\mathrm{\ΔR}}{R})}{2+\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}+\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}}$

$\≈(V+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2})+\frac{\frac{\mathrm{\ΔV}}{2}\·\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}}{2+\frac{\mathrm{\ΔV}}{V}}$

$=(V+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2})+\frac{{\left(\frac{\mathrm{\ΔV}}{2}\right)}^2}{(V+\frac{\mathrm{\ΔV}}{2})}...\left(24\right)$

从等式(24)可见，在图49B所示的情况下，车辆的速度V越低并且速度的改变(即，ΔV的值)越大，误差项就越大。

因而，当速度V在该数据点的范围中改变时，利用等式(3)计算速度V的PND 70在加速度α_z的最大和最小值具有不同符号并且俯仰速率ω_y的最大和最小值具有不同符号时可以准确地计算速度V，但是在加速度α_z的最大和最小值具有相同符号并且俯仰速率ω_y的最大和最小值具有相同符号时计算的速度V大约是真实速度的两倍。

3-2-3.速度计算器的结构

根据前述速度校正的原理，根据第三实施例的速度计算器72利用速度模型来校正速度V，并且根据加速度α_z和俯仰速率ω_y的最大和最小值的符号来校正速度V。

图50是速度计算器72的框图，其中与图8相对应的部分用相同的标号表示。如图50所示，与速度计算器22相比，速度计算器72还包括测量误差计算器81、常数计算器82以及插入在平滑器/噪声滤波器35和速度输出部36之间的速度校正器83。

测量误差计算器81从低通滤波器33获取加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2，并从GPS处理器21(图43)获取GPS速度VG。

当GPS速度VG在可被认为是“0”的范围内(例如，低于0.1m/s)时，测量误差计算器81计算在上一秒中已作为加速度数据AD2和俯仰速率数据PD2获得的加速度α_z和俯仰速率ω_y的标准偏差。

测量误差计算器81将加速度α_z和俯仰速率ω_y的各自标准偏差乘以预定系数以生成加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y，并将测量误差Δα_z和Δω_y送至常数计算器82和速度校正器83。

常数计算器82从GPS处理器21获取GPS速度VG，从平滑器/噪声滤波器35获取速度数据VD，并从测量误差计算器81获取加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y。

当常数计算器82可以获得GPS速度VG并且车辆并未静止时(例如，当速度等于或高于0.1m/s时)，常数计算器82利用等式(16)来计算常数K以便执行常数计算。

与第二实施例中校正系数C的情况一样，常数计算器82存储在前常数K(下文中称为在前常数K_n-1)，并在利用最新常数K(下文中称为最新常数K_n)对常数K进行标准化的同时更新常数K。

具体而言，常数计算器82根据作为时间常数的常数M利用下式(25)来计算最新常数K，并将最新常数K送至速度校正器83。

$K=\frac{K_{n-1}\×(M-1)+K_n}{M}...\left(25\right)$

速度校正器83从速度计算部34获取最大加速度α_z，max、最小加速度α_z，min、最大俯仰速率ω_y，max和最小俯仰速率ω_y，min，并从平滑器/噪声滤波器35获取速度数据VD。速度校正器83从测量误差计算器81获取加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y，从常数计算器82获取常数K，并从GPS处理器21获取GPS速度VG。

速度校正器83至少在最大加速度α_z，max和最小加速度α_z，min具有相同符号时或者在最大俯仰速率ω_y，max和最小俯仰速率ω_y，min具有相同符号时将速度V减半。

接下来，当速度校正器83可以从GPS处理器21获取GPS速度VG时，速度校正器83直接将速度数据VD送至速度输出部36。

当速度校正器83难以从GPS处理器21获取GPS速度VG时，速度校正器83根据加速度的测量误差Δα_z、俯仰速率的测量误差Δω_y和常数K利用等式(15)来计算真实速度VT。在这种情况下，速度校正器83利用等式(15)来校正速度V。

随后，速度校正器83将真实速度VT(即，已被校正的速度V)送至速度输出部36作为速度数据VD，并且速度输出部36将速度数据VD输出到位置计算器25(图43)。

因而，当速度计算器72获取了GPS速度VG时，在车辆静止时，速度计算器72更新加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y，而在车辆运动时，速度计算器72更新常数K。当速度计算器72难以获取GPS速度VG时，速度计算器72利用常数K来校正速度V。

3-2-4.速度校正的处理

参考图51的流程图，将描述由PND 70的控制器71的速度计算器72执行的速度校正处理RT3。

控制器71从例程RT3的开始步骤开始处理，并且在步骤SP31中，控制器71的速度校正器83判断至少最大和最小加速度α_z，max和α_z，min是否具有相同符号或者最大和最小俯仰速率ω_y，max和ω_y，min是否具有相同符号。如果判断结果是肯定的，意味着已计算出的速度V大约是真实速度V的两倍，则控制器71前进到步骤SP32。

在步骤SP32中，控制器71的速度校正器83将速度V减半，并且控制器71前进到步骤SP33。

如果步骤SP31中的判断结果是否定的，意味着速度V是准确的并且没有必要将速度V减半，则控制器71前进到步骤SP33。

在步骤SP33中，控制器71的平滑器/噪声滤波器35执行预定的平滑和噪声滤波，并且控制器71判断是否已从GPS处理器21获取了GPS速度VG。如果判断结果是肯定的，意味着有必要执行加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y的学习或者常数K的学习，则控制器71前进到步骤SP34。

在步骤SP34中，控制器71通过将GPS速度VG与预定阈值相比较来判断车辆是否正静止。如果判断结果是肯定的，意味着有必要计算加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y，则控制器71前进到步骤SP35。

在步骤SP35中，控制器71的测量误差计算器81计算在上一秒中获得的加速度α_z和俯仰速率ω_y的标准偏差。测量误差计算器81将加速度α_z和俯仰速率ω_y的各自标准偏差乘以预定系数以生成加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y，并且控制器71前进到步骤SP40并结束处理。

如果步骤SP34中的判断结果是否定的，意味着车辆正在运动并且有必要计算常数K，则控制器71前进到步骤SP36。

在步骤SP36中，控制器71的常数计算器82根据速度V、GPS速度VG、加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y利用等式(16)来计算常数K，并且控制器71前进到步骤SP37。

在步骤SP37中，控制器71判断常数K是否在预定的正常范围内。如果判断结果是肯定的，意味着常数K可以用于校正速度V，则控制器71前进到步骤SP38。

在步骤SP38中，控制器71利用等式(25)对常数K进行标准化并更新常数K，并且存储已更新的常数K作为最新常数K。随后，控制器71前进到步骤SP40并结束处理。

如果步骤SP37中的判断结果是否定的，则意味着已计算出的常数K是异常值，例如，当例如用户接触触摸面板时产生的用户加速度分量被包括在速度V中。因而，控制器71不使用已计算出的常数K，前进到步骤SP40，并且结束处理。

如果步骤SP33中的判断结果是否定的，意味着难以从GPS卫星接收GPS信号并且必须基于由速度计算器72计算出的速度V来计算车辆的当前位置等，则控制器71前进到步骤SP39。

在步骤SP39中，控制器71的速度校正器83根据速度V、最新常数K、加速度的最新测量误差Δα_z和俯仰速率的最新测量误差Δω_y利用等式(15)计算真实速度VT，从而校正速度V。接下来，控制器71将真实速度VT送至速度输出部36作为速度V的新值，前进到步骤SP40，并且结束处理。

3-3.操作和效果

在根据第二实施例且具有上述结构的PND 70中，三轴加速度传感器4检测由于道路表面起伏而产生的、沿着垂直于车辆的行进方向的Z轴的加速度α_z，并且Y轴陀螺仪传感器5检测由于道路表面起伏而产生的、围绕垂直于车辆的行进方向的Y轴的俯仰速率ω_y。

PND 70基于三轴加速度传感器4检测出的加速度α_z和Y轴陀螺仪传感器5检测出的俯仰速率ω_y来利用等式(1)或(3)计算速度V。

当PND 70难以获取GPS速度VG时，PND 70的速度校正器83由常数K根据等式(15)来计算真实速度VT，作为校正后的速度V。

因而，与第一实施例一样，具有包括三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5的简单结构的PND 70可以在所有道路条件下准确地计算车辆的速度V，即使当PND 70难以接收GPS信号时也是如此。

而且，当PND 70难以接收GPS速度VG时，PND 70可以根据速度V利用速度模型适当地校正速度V，从而可以明显地减少包括在校正后的速度V中的误差。

当PND 70可以获取GPS速度VG并且车辆正运动时，常数计算器82根据速度V来计算常数K。因而，PND 70可以利用相对准确的GPS速度VG来适当地计算常数K，从而在难以获取GPS速度VG时，PND 70可以利用最新常数K来校正速度V。

当PND 70可以获取GPS速度VG时，在车辆静止时，PND 70的测量误差计算器81计算加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y。因而，PND 70可以更新加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y，这些误差可能随时改变。

PND 70在加速度α_z的最大和最小值具有相同符号以及俯仰速率ω_y的最大和最小值具有相同符号时将速度V减半，因此PND 70可以适当地校正由于计算速度V的原理而可能产生的误差。

在其他方面，根据第三实施例的PND 70具有与第一实施例的PND 1相同的操作效果。

利用以上结构，PND 70检测由于道路表面起伏而产生的、沿着Z轴的加速度α_z和由于道路表面起伏而产生的、围绕Y轴的俯仰速率ω_y，并利用加速度α_z和俯仰速率ω_y计算速度V，从而在所有道路条件下准确地计算速度V。而且，PND 70根据速度V利用速度模型来校正速度V，从而可以明显地减少包括在速度V中的误差。

4.其他实施例

在第二实施例中，速度V的速度区域被划分为高速区域和低速区域，并且针对各个速度区域使用两个校正系数C(包括低速校正系数C1和高速校正系数C2)。

然而，本发明并不限于此。例如，可以对所有速度区域使用共同的校正系数C。或者，可以将速度V的速度区域划分为三个或更多个区域，并且可以对各个速度区域使用不同的校正系数。又或者，在某些区域中可以不对速度V进行校正。可以根据例如速度V和速度V中包含的误差之间的关系适当地确定速度区域之间的边界值。

在第二实施例中，通过根据等式(7)将速度V乘以用于各个速度区域的校正系数C来校正速度V。

然而，本发明不限于此。例如，可以利用另一种计算方法来校正速度V，所述计算方法例如由具有常数项的线性函数、二阶或更高阶的多项式函数或者指数函数表示。在这种情况下，系数和常数可以根据速度区域而不同，或者函数可以根据速度区域而不同。

在第二实施例中，当可以获取GPS速度VG时，在车辆正加速或减速时，既不计算、也不更新校正系数C。

然而，本发明不限于此。当可以获得GPS速度VG时，可以根据其他条件来不计算和更新校正系数C。或者，例如当预先清楚由于加速、减速和方向改变而产生的误差基本上很小并且可忽略时，可以在车辆正加速或减速时计算和更新校正系数C。

在第二实施例中，利用等式(5)和(6)对低速校正系数C1和高速校正系数C2进行标准化和更新。

然而，本发明不限于此。可以利用另一种计算方法来更新低速校正系数C1和高速校正系数C2，例如对在前五分钟中计算出的值取平均并使用平均值作为更新值。或者，低速校正系数C1和高速校正系数C2可以保持固定而不被更新。

在第三实施例中，利用由等式(14)表示的速度模型对速度V建模，并且利用等式(15)来校正速度V。

本发明不限于此。可以利用由包括真实速度(即，GPS速度VG)的另一等式表示的速度模型对速度V建模，并且可以相对于真实速度来求解等式，并且可以利用该等式来计算真实速度(即，校正后的速度V)。

在第三实施例中，当可以获取GPS速度VG时，利用等式(16)来计算常数K，并且利用等式(25)对常数K进行标准化并更新。

然而，本发明并不限于此。可以利用另一种计算方法针对适当的时段计算常数K，例如对在前十分钟中计算出的常数K的值取平均并使用平均值作为更新后的常数K。或者，可以预先计算最佳常数K并使其保持固定而不被更新。

在第三实施例中，上一秒中获得的加速度α_z和俯仰速率ω_y的标准偏差被分别乘以预定系数以生成加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y。

然而，本发明并不限于此，并且可以使用另一种计算方法，例如对在前五秒中计算出的加速度α_z和俯仰速率ω_y取平均，并使用平均值作为加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y的更新值。或者，加速度的测量误差Δα_z和俯仰速率的测量误差Δω_y的准确值可被预先计算，并且可以保持固定而不被更新。

在第三实施例中，无论速度V的值如何，都由常数K根据等式(15)来校正速度V。然而，本发明并不限于此。例如，可以在速度V处于预定速度区域内时对速度V进行校正。

在第三实施例中，当加速度α_z的最大和最小值具有相同符号并且俯仰速率ω_y的最大和最小值具有相同符号时，速度V减半。然而，本发明并不限于此。例如，当加速度α_z的最大和最小值几乎不可能具有相同符号并且俯仰速率ω_y的最大和最小值几乎不可能具有相同符号时，可以不将速度V减半，并且可以仅执行使用等式(15)的校正。或者，在第二实施例中，当加速度α_z的最大和最小值具有相同符号并且俯仰速率ω_y的最大和最小值具有相同符号时，可以将速度V减半。

在上述实施例中，速度V是基于最大和最小加速度α_z，max和α_z，min(它们是从与加速度数据AD2相对应的加速度α_z中提取的)以及最大和最小角速度ω_y，max和ω_{y， min}(它们是从与角速度数据PD2相对应的俯仰速率ω_y中提取的)利用等式(3)计算出的。

然而，本发明并不限于此。速度计算部34可以针对例如与前一位置P0相对应的数据点P_m附近的25个数据点或75个数据点的范围，计算由低通滤波器33提供的与加速度数据AD2相对应的加速度α_z和与俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y的方差。然后，速度计算部34可以通过将加速度α_z的方差除以俯仰速率ω_y的方差来计算速度V。

或者，速度计算部34可以针对例如与前一位置P0相对应的数据点P_m附近的25个数据点或75个数据点的范围，计算由低通滤波器33提供的与加速度数据AD2相对应的加速度α_z和与俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y的偏差。然后，速度计算部34可以通过将加速度α_z的偏差除以俯仰速率ω_y的偏差来计算速度V。在这些情况下，可以利用与速度V相对应的等式为第三实施例的速度模型建模。

在上述实施例中，三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5和Z轴陀螺仪传感器6分别以5Hz的采样频率测量加速度α_x、α_y、α_z、俯仰速率ω_y以及偏转速率ω_z。然而，本发明不限于此。三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5和Z轴陀螺仪传感器6可以分别以例如10Hz(而非50Hz)的采样频率来测量加速度α_x、α_y、α_z、俯仰速率ω_y以及偏转速率ω_z。

在上述实施例中，速度V是利用以50Hz采样频率检测出的加速度α_z和俯仰速率ω_y来计算的。然而，本发明不限于此。速度计算器22、52和72可以例如每25个数据点地计算利用50Hz的采样频率检测出的加速度α_z和俯仰速率ω_y的平均值，并且可以根据加速度α_z和俯仰速率ω_y的平均值来计算速度V。

在这种情况下，速度计算器22、52和72可以例如每25个数据点地计算以50Hz采样频率检测出的加速度α_z和俯仰速率ω_y的平均值，从而每秒计算速度V两次。因而，可以减少由于速度计算而引起的控制器11、51和71的处理负担。

在上述实施例中，高通滤波器32对三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测出的加速度数据AD和俯仰速率数据PD执行高通滤波。然而，本发明并不限于此。PND 1、50和70可以不对三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测出的加速度数据AD和俯仰速率数据PD执行高通滤波。

在上述实施例中，高通滤波器32和低通滤波器33对三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测出的加速度数据AD和俯仰速率数据PD执行高通滤波和低通滤波。然而，本发明并不限于此。除了高通滤波和低通滤波以外，PND 1、50和70还可以对加速度数据AD和俯仰速率数据PD执行移动平均滤波。PND 1、50和70可以对加速度数据AD和俯仰速率数据PD执行高通滤波、低通滤波和移动平均滤波适当组合后的滤波。

在上述实施例中，PND 1、50和70在被供电时执行导航。然而，本发明并不限于此。当电源按钮(未示出)被按下并且PND 1、50和70被关闭时，PND 1、50和70可以在存储器12中存储当电源按钮被按下时的当前位置、高度等。当电源按钮被再次按下并且PND 1、50和70被开启时，PND 1、50和70可以从存储器12读取当前位置、高度等，并且可以根据计算当前位置的处理基于当前位置、高度等来执行导航。

在上述实施例中，PND 1、50和70在被支撑在置于车辆仪表板上的支架3上时计算速度V。然而，本发明并不限于此。当检测到PND1、50和70机械或电气上与支架3断开连接时，速度V可被设为0或者保持为在前速度V_n-1。

在上述实施例中，PND 1、50和70被用在地形位置中。然而，本发明并不限于此。如图52所示，PND 1、50和70可以用在肖像位置中。在该位置中，PND 1、50和70可以利用Y轴陀螺仪传感器5检测围绕Z轴的偏转速率ω_z，并利用Z轴陀螺仪传感器6检测围绕Y轴的俯仰速率ω_y。

在上述实施例中，三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7被置于PND 1、50和70内部。然而，本发明并不限于此。三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7可以置于PND 1、50和70的外部。

PND 1、50和70可包括设在其外壳的一侧上的调节机构，以使用户可以调节三轴加速度传感器4、Y轴陀螺仪传感器5、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7的附接角度。

在这种情况下，PND 1、50和70允许用户调节调节机构，以便例如即使当显示器2不是基本上垂直于车辆的行进方向时，Y轴陀螺仪传感器5的旋转轴也对准在相对于车辆的垂直方向上。

在上述实施例中，如果与俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y低于预定阈值，以及如果与加速度数据AD2相对应的加速度α_z和与俯仰速率数据PD2相对应的俯仰速率ω_y高于预定阈值，则速度V被确定为过高。然而，本发明并不限于此。控制器11、51和71可以在由速度计算部34计算出的速度V比在前速度V_n-1高预定值的情况下确定速度V过高。

在这种情况下，当由速度计算部34计算出的速度V比在前速度V_n-1高预定值并且在前速度是低于例如10km/h的低速度时，平滑器/噪声滤波器35可以将速度V设定为0。当由速度计算部34计算出的速度V比在前速度V_n-1高预定值并且在前速度等于或高于例如10km/h时，平滑器/噪声滤波器35可以将速度V设定为在前速度V_n-1。

在上述实施例中，PND 1、50和70可以被置于作为汽车的交通工具上。然而，本发明不限于此。PND 1、50和70可以被置于例如在水中运动的轮船上。

在上述实施例中，PND 1、50和70的控制器11、51和71根据存储在存储器12中的程序分别执行例程RT1、RT2和RT3的处理。然而，本发明不限于此。PND 1、50和70的控制器11、51和71可以根据从存储介质安装、从因特网下载或者利用其他方法安装的应用程序来执行处理。

在第二实施例中，作为速度计算设备的PND 50包括用作垂直加速度检测器的三轴加速度传感器4、用作水平角速度检测器的Y轴陀螺仪传感器5、用作速度计算器的速度计算器52和用作速度校正器的速度校正器63。

本发明不限于此。速度计算设备可包括具有不同结构的垂直加速度检测器、水平角速度检测器、速度计算器和速度校正器。

本申请包含与2009年9月14日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2009-211997中公开的内容有关的主题，上述申请的全部内容通过引用而结合于此。

本领域技术人员应当理解，取决于设计需求和其他因素可以发生各种修改、组合、子组合和变更，只要这些修改、组合、子组合和变更在权利要求或其等同物的范围内。

Claims (10)

1.一种速度计算设备，包括：

安装在行进在预定行进表面上的运动体上的垂直加速度检测器，该垂直加速度检测器检测由于所述行进表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度；

安装在所述运动体上的水平角速度检测器，该水平角速度检测器检测围绕垂直于所述运动体的行进方向的水平轴的角速度，该角速度是由于所述行进表面的起伏而产生的；

速度计算器，该速度计算器基于垂直方向上的加速度和围绕水平轴的角速度来计算在所述运动体的行进方向上的所述运动体的速度；以及

速度校正器，该速度校正器根据所述速度来校正速度。

2.如权利要求1所述的速度计算设备，

其中所述速度校正器根据所述速度所属的速度区域来校正速度，所述速度区域是通过将所述速度划分为多个速度范围而获得的多个速度区域中的一个速度区域。

3.如权利要求2所述的速度计算设备，

其中所述速度校正器利用与每个速度区域相对应的校正系数来校正速度。

4.如权利要求3所述的速度计算设备，还包括：

速度检测器，该速度检测器检测在所述运动体的行进方向上的所述运动体的速度，并将该速度设定为基准速度；以及

校正系数更新器，当能够检测出所述基准速度时，该校正系数更新器基于所述基准速度和所述速度来更新用于每个速度区域的校正系数，

其中，当不能检测出所述基准速度时，所述速度校正器利用所述校正系数更新器更新后的校正系数来校正速度。

5.如权利要求1所述的速度计算设备，

其中所述速度校正器通过将所述速度输入到以速度为变量且具有预定常数的函数来校正速度。

6.如权利要求5所述的速度计算设备，还包括：

速度检测器，该速度检测器检测在所述运动体的行进方向上的所述运动体的速度，并将该速度设定为基准速度；以及

常数更新器，当能够检测出所述基准速度时，该常数更新器基于所述基准速度和所述速度来更新所述常数，

其中，当不能检测出所述基准速度时，所述速度校正器通过将所述速度输入到具有所述常数更新器更新后的常数的函数来校正速度。

7.如权利要求5所述的速度计算设备，还包括：

速度检测器，该速度检测器检测在所述运动体的行进方向上的所述运动体的速度，并将该速度设定为基准速度，

其中所述速度计算器提取在预定时段中所述垂直方向上的加速度的最大值和最小值分别作为最大加速度和最小加速度，提取在所述预定时段中围绕所述水平轴的角速度的最大值和最小值分别作为最大角速度和最小角速度，并通过将所述最大加速度和所述最小加速度之差除以所述最大角速度和所述最小角速度之差来计算所述速度，并且

其中所述函数是通过以下方式获得的：在用于计算所述速度的方程式中，用包括所述行进表面起伏的曲率半径和所述基准速度的变量来替换所述最大加速度、所述最小加速度、所述最大角速度和所述最小角速度，并相对于所述基准速度来求解所述方程式。

8.如权利要求1所述的速度计算设备，

其中所述速度计算器提取在预定时段中所述垂直方向上的加速度的最大值和最小值分别作为最大加速度和最小加速度，提取在所述预定时段中围绕所述水平轴的角速度的最大值和最小值分别作为最大角速度和最小角速度，并通过将所述最大加速度和所述最小加速度之差除以所述最大角速度和所述最小角速度之差来计算所述速度，并且

其中至少当所述最大加速度和所述最小加速度具有相同符号时或者当所述最大角速度和所述最小角速度具有相同符号时，所述速度校正器将所述速度减半。

9.一种计算速度的方法，该方法包括以下步骤：

检测在行进在预定行进表面上的运动体中由于所述行进表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度；

检测围绕垂直于所述运动体的行进方向的水平轴的角速度，该角速度是由于所述行进表面的起伏而产生的；

基于垂直方向上的加速度和围绕水平轴的角速度来计算在所述运动体的行进方向上的所述运动体的速度；以及

根据所述速度来校正速度。

10.一种导航设备，包括：

安装在行进在预定行进表面上的运动体上的垂直加速度检测器，该垂直加速度检测器检测由于所述行进表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度；

安装在所述运动体上的水平角速度检测器，该水平角速度检测器检测围绕垂直于所述运动体的行进方向的水平轴的角速度，该角速度是由于所述行进表面的起伏而产生的；

速度计算器，该速度计算器基于垂直方向上的加速度和围绕水平轴的角速度来计算在所述运动体的行进方向上的所述运动体的速度；

速度校正器，该速度校正器根据所述速度来校正速度；

垂直角速度检测器，该垂直角速度检测器计算围绕垂直于所述行进方向的垂直轴的角速度；

角度计算器，该角度计算器基于围绕所述垂直轴的角速度来计算所述运动体已旋转的角度；以及

位置计算器，该位置计算器基于所述速度计算器计算出的行进方向上的速度和所述角度计算器计算出的角度来计算所述运动体的位置。

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