CN102023233B

CN102023233B - 速度计算设备、速度计算方法和导航设备

Info

Publication number: CN102023233B
Application number: CN201010277169.3A
Authority: CN
Inventors: 高冈吕尚
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2010-09-07
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2030-09-07
Also published as: US8649978B2; CN102023233A; JP5482047B2; JP2011064500A; US20110066377A1

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：检测由于接触表面的起伏而产生的垂直加速度的垂直加速度检测器；检测由于起伏而产生的水平角速度的水平角速度检测器；根据附接角度计算表示行进方向上的加速度被混合到垂直加速度中的程度的相关系数的相关系数计算器；通过从垂直加速度中减去混合到垂直加速度中的行进方向上的加速度来计算真实垂直加速度的真实垂直加速度检测器，混合到垂直加速度中的行进方向上的加速度是利用相关系数计算出的；以及基于真实垂直加速度和水平角速度来计算运动体的速度的速度计算器。

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道路条件下计算行进方向上的速度。

本发明提供了一种能够在所有道路条件下准确地计算车辆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与运动体相接触的接触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，该角速度是由于接触表面的起伏而产生的；相关系数计算器，该相关系数计算器根据包括垂直加速度检测器和水平角速度检测器的主体被附接到运动体的附接角度，来计算表示运动体的行进方向上的加速度被混合到垂直方向上的加速度中的程度的相关系数；真实垂直加速度检测器，该真实垂直加速度检测器通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度，来计算垂直方向上的真实加速度，混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度是基于相关系数计算出的；以及速度计算器，该速度计算器基于垂直方向上的真实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。

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：利用安装在运动体上的垂直加速度检测器来检测由于与运动体相接触的接触表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度；利用安装在运动体上的水平角速度检测器来检测围绕垂直于运动体的行进方向的水平轴的角速度，该角速度是由于接触表面的起伏而产生的；利用相关系数计算器根据包括垂直加速度检测器和水平角速度检测器的主体被附接到运动体的附接角度，来计算表示运动体的行进方向上的加速度被混合到垂直方向上的加速度中的程度的相关系数；利用预定的真实垂直加速度检测器通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度来计算垂直方向上的真实加速度，混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度是基于相关系数计算出的；以及利用速度计算器基于垂直方向上的真实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。

因而，根据主体被安装在运动体上的角度计算行进方向上的运动体的加速度被混合到垂直方向上的加速度中的程度作为相关系数，基于相关系数计算混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度，通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度来计算垂直方向上的真实加速度，并且基于垂直方向上的真实加速度和围绕水平轴的角速度来计算在行进方向上的运动体的速度，从而无论速度计算设备的主体被附接到运动体的附接角度如何，都可以准确地计算运动体的速度。

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与运动体相接触的接触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，该角速度是由于接触表面的起伏而产生的；相关系数计算器，该相关系数计算器根据包括垂直加速度检测器和水平角速度检测器的主体被附接到运动体的附接角度，来计算表示运动体的行进方向上的加速度被混合到垂直方向上的加速度中的程度的相关系数；真实垂直加速度检测器，该真实垂直加速度检测器通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度，来计算垂直方向上的真实加速度，混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度是基于相关系数计算出的；速度计算器，该速度计算器基于垂直方向上的真实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；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，根据主体被安装在运动体上的角度计算行进方向上的运动体的加速度被混合到垂直方向上的加速度中的程度作为相关系数，基于相关系数计算混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度，通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度来计算垂直方向上的真实加速度，基于垂直方向上的真实加速度和围绕水平轴的角速度来计算在行进方向上的运动体的速度，并且基于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，从而无论速度计算设备的主体被附接到运动体的附接角度如何，都可以准确地计算运动体的速度。

本发明的实施例实现了一种速度计算设备和方法，该速度计算设备和方法根据主体被安装在运动体上的角度计算行进方向上的运动体的加速度被混合到垂直方向上的加速度中的程度作为相关系数，基于相关系数计算混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度，通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度来计算垂直方向上的真实加速度，并且基于垂直方向上的真实加速度和围绕水平轴的角速度来计算在行进方向上的运动体的速度，从而无论速度计算设备的主体被附接到运动体的附接角度如何，都可以准确地计算运动体的速度。

本发明的实施例实现了一种导航设备，该导航设备根据主体被安装在运动体上的角度计算行进方向上的运动体的加速度被混合到垂直方向上的加速度中的程度作为相关系数，基于相关系数计算混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度，通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度来计算垂直方向上的真实加速度，基于垂直方向上的真实加速度和围绕水平轴的角速度来计算在行进方向上的运动体的速度，并且基于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，从而无论速度计算设备的主体被附接到运动体的附接角度如何，都可以准确地计算运动体的速度。

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是图示在被高通滤波之后的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处于向上倾斜位置中的PND的示图；

图39是图示当PND处于向上倾斜位置时GPS速度与自治速度之比的图形；

图40是图示输出异常值EV1的位置的示图；

图41是图示输出异常值EV2的位置的示图；

图42是图示输出异常值EV3的位置的示图；

图43是图示通过执行速度计算而计算出的自治速度和GPS速度之间的比较的图形；

图44是图示X轴加速度和Z轴加速度之间的相关的示图；

图45是图示根据第二实施例的速度计算器的框图；

图46是图示根据另一实施例的速度计算器的框图；以及

图47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(导航设备不倾斜的例子)

2.第二实施例(消除由于导航设备的倾斜而引起的不想要的加速度分量的影响的例子)

3.其他实施例

1.第一实施例

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以例如50Hz的采样频率检测沿着Z轴的向下加速度α_z。

PND的Y轴陀螺仪传感器以例如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，以每秒50次的频率计算行进方向上车辆的速度V。

V = \frac{α_{z}}{ω_{y}} - - - (1)

当车辆行进在凸形道路(图1B)上时，PND的三轴加速度传感器以例如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轴陀螺仪传感器以例如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’，以每秒50次的频率计算行进方向上车辆的速度V’。

V^{'} = \frac{{α_{z}}^{'}}{{ω_{y}}^{'}} - - - (2)

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轴陀螺仪传感器以例如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支撑并通过机械和电的方式连接到支架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延伸。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分别检测沿着X轴的加速度α_x、沿着Y轴的加速度α_y和沿着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分别检测分别围绕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以例如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以例如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以例如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通过将前一位置P0加上该位移来计算当前位置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以例如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，将地图图像输出到显示器2，从而显示地图图像。

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基于高通滤波器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)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)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着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，它们分别对应于已经高通滤波器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和大约15Hz的频率分量具有较大值。

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。

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的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的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)具有较大的误差。

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，因此自治速度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{α_{z, \max} - α_{z, \min}}{ω_{y, \max} - ω_{y, \min}} - - - (3)

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0km/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变化而急剧改变。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，以便可以顾及根据速度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在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设定为0，而在车辆的速度不是非常低时将速度V设定为在前速度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和经Y轴陀螺仪传感器5检测的俯仰速率数据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对已经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设定为在前速度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，并且小于-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，由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

根据第二实施例的PND 50(图4至8)与根据第一实施例的PND1的不同之处在于PND 50可以考虑PND 50的倾斜更精确地计算速度V。

2-1.当PND用在向上倾斜位置中时的不利影响

根据第二实施例的PND 50去除了当PND 50被用在某一位置中时在速度计算中产生的不利影响，该位置在沿着X轴的行进方向上围绕Y轴(图5)倾斜Q度(例如，120度)，如图38所示(下文中，该位置被称为向上倾斜位置)。

向上倾斜位置可能在PND 50以向上倾斜位置最初附接到支架3时发生，或者在PND 50附接到支架3然后倾斜以处于向上倾斜位置时发生。

下面的讨论在PND 50被用在向下倾斜位置中时也成立，该位置与向上倾斜位置相对并且PND 50在沿着X轴的行进方向上围绕Y轴(图5)倾斜-Q度。

例如，参考图39，当PND 50被用在例如PND 50的主体垂直于Z轴(图5和13)并且不沿着X轴倾斜的位置中时，等于GPS速度V_g与利用根据本发明实施例的速度计算处理计算出的速度V(下文中称为自治速度V)之比的速度比VP(GPS速度V_g/自治速度V)在理想情况下是常数值“1”。

然而，在实践中，当PND 50被用在向上位置中(其中PND 50在沿着X轴的行进方向上围绕Y轴(图5)倾斜Q度(例如，120度))时，速度比VP(GPS速度V_g/自治速度V)被检测为三个异常值EV1至EV3，它们都过高。

已经发现异常值EV1对应于当车辆正从停车场加速到高速路的车道时的时刻(经过时间)，如图40所示。已发现异常值EV2和EV3各自对应于当车辆正在车道中加速时的时刻(经过时间)，如图41和42所示。

即，如图43所示，当车辆正加速或减速时，PND 50一般输出远大于GPS速度V_g的自治速度V。

当PND 50被用在PND 50的主体垂直于Z轴的位置中时，沿着X轴的加速度α_x和沿着Z轴的加速度α_z不相关。然而，当PND 50被用在向上倾斜位置中时，沿着X轴的加速度α_x和沿着Z轴的加速度α_z相关(具有由线段指示的斜率)，如图44所示，其中沿着Z轴的加速度α_z根据沿着X轴的加速度α_x而改变。

因此，在车辆正加速或减速时，若PND 50被用在向上倾斜位置中，则沿着X轴的加速度α_x被混合到用于计算自治速度V的、沿着Z轴的加速度α_z中。

即，利用PND 50，沿着X轴的加速度α_x被混合到沿着Z轴的加速度α_z中，从而沿着Z轴的加速度α_z被高估并且在自治速度V的计算结果中产生了误差。

如上利用图22所描述的，自治速度V是利用最大加速度α_z，max和最小加速度α_z，min之差计算出的，其中沿着Z轴的加速度α_z的值包括沿着X轴的加速度α_x。

因此，PND 50有必要学习表示沿着X轴的加速度α_x被混合到沿着Z轴的加速度α_z中的程度的相关系数K(下面将描述)，并根据下式(4)来计算从中预先去除了沿着X轴的加速度α_x的、沿着Z轴的真实加速度α_z’。

α_z′＝α_z-K·α_x ……(4)

这样，PND 50可以减少自治速度V相对于GPS速度V_g的误差，并且可以使图39中所示的速度比VP(GPS速度V_g/自治速度V)变得更接近于理想值“1”，无论经过时间多少。

当沿着X轴的加速度α_x接近“0”时，轻微的噪声可能明显影响加速度α_x的值，并且噪声可能变得占主要地位。因此，当计算自治速度V时，PND 50仅在加速度|α_x|大于预定阈值TH(例如，0.075m/s²)时计算相关系数K。

2-2.速度计算的原理

速度计算器52通过学习来计算沿着Z轴的加速度α_z和沿着X轴的加速度α_x之间的相关系数K，并利用相关系数K去除混合到沿着Z轴的加速度α_z中的沿着X轴的加速度α_x，从而计算沿着Z轴的真实加速度α_z’。

速度计算器52根据下式(5)利用沿着Z轴的加速度α_z’和围绕Y轴的俯仰速率ω_y来计算自治速度V。

V = \frac{{α_{z}}^{'}}{ω_{y}} - - - (5)

当通过学习预先计算相关系数K时，速度计算器52根据下式(6)计算基于例如第n次采样的结果计算出的相关系数Kn。

Kn = \frac{α_{z}}{α_{x}} - - - (6)

然而，相关系数Kn的计算结果在样本之间具有很大的偏差(误差)。因此，难以使用相关系数Kn来针对下一采样校正沿着Z轴的加速度α_z(以去除被混合到沿着Z轴的加速度α_z中的沿着X轴的加速度α_x)。

因此，速度计算器52有必要使用大量的相关系数Kn(每个相关系数Kn包括误差)来获得具有小误差的相关系数K的最终值。一种简单方法例如是通过对通过在某一过去时段中采样而获得的所有相关系数Kn取平均来获得相关系数K的最终值。

然而，该方法具有两个缺点。一个缺点是必须准备缓冲器来存储过去时段中的相关系数K。另一缺点是该方法的效率不高，因为该方法并没有考虑到以下事实：当沿着X轴的加速度|α_x|明显大于“0”(大于阈值TH)时，相关系数Kn的误差较小。

因此，当计算相关系数K的最终值时，速度计算器52使用包括无限冲击响应(IIR)滤波器的相关系数学习部(下面将描述)，从而使得速度计算器52没有必要具有用于存储过去时段中的所有相关系数Kn的缓冲器。

相关系数学习部利用下式(7)来计算相关系数K的最终值。

K＝(Kn-K)·Gain+K ……(7)

因而，相关系数学习部仅存储作为前一次学习的结果的相关系数K。在等式(7)中，Gain是预定常数。

然而，不将Gain用作常数，相关系数学习部根据沿着X轴的加速度|α_x|改变Gain的值，从而使得具有较小误差的相关系数Kn得到较重的加权，从而相关系数K的最终值更快地收敛在适当的最终值上。

具体而言，相关系数学习部利用下式(8)来计算等式(7)中的Gain。

Gain = Reference Gain \cdot \frac{| α_{x} |}{Reference α_{x}} - - - (8)

基准α_x被设为0.15m/s²(例如，对应于图44的X轴加速度方向上的200个数值(200个数据点))。基准Gain被设为1/10000(例如，对于根据本实施例的50Hz的采样频率来说，对应于200秒(10000/50＝200)的时间常数)。

即，相关系数学习部例如将基准α_x设为0.15m/s²并将基准Gain设为1/10000，并利用由三轴加速度传感器4在过去200秒中采样的沿着X轴的加速度|α_x|的值来计算Gain。

即，当计算Gain时，相关系数学习部每200秒更新三轴加速度传感器4的输出。因而，考虑到PND 50的向上倾斜位置(倾斜角)改变的情况，相关系数学习部不使用旧的数据以防止利用PND 50的倾斜位置(倾斜角)改变之前的数据而错误地计算Gain。

2-3.速度计算

图45是速度计算器52的框图，其中与图8相对应的部分用相同的附图标记表示。如图45所示，速度计算器52类似于速度计算器22，不同之处在于速度计算器52还包括Z轴方向加速度校正器70和相关系数学习部71。

当PND 50被安装在支架3上，车辆处于GPS测量区中，并且GPS速度等于或高于1.0m/s时，速度计算器52计算相关系数K的最终值。因而，速度计算器52仅在车辆行进时计算相关系数K，而在用户正握住PND 50或者调节PND 50的倾斜角时并不计算相关系数K。

速度计算器52的数据获取器31将表示加速度α_z的加速度数据AD、表示加速度α_x的加速度数据AX和由Y轴陀螺仪传感器5提供的俯仰速率数据PD发送到高通滤波器32。

高通滤波器32从加速度数据AD、加速度数据AX和俯仰速率数据PD中去除直流分量(从而去除偏移分量)以生成加速度数据AD1、加速度数据AX1和俯仰速率数据PD1，并将加速度数据AD1、加速度数据AX1和俯仰速率数据PD1发送到低通滤波器33。

低通滤波器33对加速度数据AD1、加速度数据AX1和俯仰速率数据PD1执行前述低通滤波以生成加速度数据AD2、加速度数据AX2和俯仰速率数据PD2。低通滤波器33将加速度数据AD2和加速度数据AX2发送到Z轴方向加速度校正器70和相关系数学习部71，并将俯仰速率数据PD2发送到速度计算部34。

相关系数学习部71根据等式(6)和(8)利用由加速度数据AD2表示的沿着Z轴的加速度α_z和由加速度数据AX2表示的沿着X轴的加速度α_x来计算相关系数K的最终值，并将相关系数K的最终值输出到Z轴方向加速度校正器70。

Z轴方向加速度校正器70根据等式(4)利用由加速度数据AX2表示的沿着X轴的加速度α_x和由相关系数学习部71提供的相关系数K的最终值校正由加速度数据AD2表示的加速度α_z，从而计算出沿着Z轴的真实加速度α_z’，并将表示沿着Z轴的真实加速度α_z’的加速度数据AD3发送到速度计算部34。

速度计算部34根据等式(5)利用由Z轴方向加速度校正器70提供的加速度数据AD3所表示的沿着Z轴的真实加速度α_z’和由俯仰速率数据PD2表示的围绕Y轴的俯仰速率ω_y，来计算包括小误差的自治速度V，并将表示自治速度V的速度数据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(如上所述)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提供的表示车辆的速度V的速度数据VD发送到位置计算器25。

这样，即使当PND 50处于向上倾斜位置中时，根据第二实施例的速度计算器52也可以利用从中去除了被混合到加速度α_z中的加速度α_x的、沿着Z轴的真实加速度α_z’来更准确地计算自治速度V。

2-4.操作和效果

与第一实施例一样，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。

当PND 50被用在向上倾斜位置中时，PND 50考虑到沿着X轴的加速度α_x被混合到三轴加速度传感器4检测出的加速度α_z中的事实，并且学习等于相关系数K的最终值的混合度。

PND 50根据等式(4)计算从中去除了沿着X轴的加速度α_x的沿着Z轴的真实加速度α_z’，并根据等式(5)基于沿着Z轴的加速度α_z’和围绕Y轴的俯仰速率ω_y来计算更精确的自治速度V。

因此，与第一实施例相比，PND 50可以计算更精确的自治速度V，这是因为从该自治速度V中已去除了当PND 50以向上倾斜位置附接到车辆时产生的误差。

当沿着X轴的加速度α_x的值大约为“0”时，噪声可能变得占主要地位。因此，当计算自治速度V时，速度计算器52仅在加速度|α_x|大于预定阈值TH时计算相关系数K。

因而，PND 50可以在计算沿着Z轴的真实加速度α_z’时通过从沿着Z轴的加速度α_z中去除沿着X轴的加速度α_x来消除噪声的影响，从而PND 50可以更准确地计算自治速度V。

当利用等式(8)计算Gain时，速度计算器52根据基准Gain来调节用于更新三轴加速度传感器4的输出值(用于计算自治速度V)的定时。

因而，即使当PND 50的向上倾斜位置轻微改变(倾斜角改变)时，PND 50也可以仅利用新的数据来精确计算自治速度V，而不受旧的数据的影响。

利用上述结构，即使当根据第二实施例的PND 50处于向上倾斜位置中时，PND 50也可以在考虑由于PND 50的倾斜角而产生的误差的情况下准确地计算自治速度V。

3.其他实施例

在上述第一实施例中，速度V是利用等式(3)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DD2相对应的俯仰速率ω_y提取的)来计算的。

然而，本发明不限于此。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。

在上述第一和第二实施例中，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50Hz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。

在上述第一和第二实施例中，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计算出的。然而，本发明不限于此。PND1和50的速度计算器22和52可以例如每25个数据点地计算以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，并且可以利用加速度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，PND 1和50的速度计算器22和52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引起的PND 1和50的控制器11的处理负担。

在上述第一和第二实施例中，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，本发明不限于此。PND 1和50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。

在第一和第二实施例中，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，本发明不限于此。除了高通滤波和低通滤波以外，PND 1和50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和50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。

在上述第一和第二实施例中，当例如利用加速度α_z和俯仰速率ω_y计算在前一位置P0处的速度V时，如果确定在前一位置P0处的速度V过高，则在当前位置P0处的速度V被设为在前速度V_n-1。然而，本发明不限于此。如果在前一位置P0处的速度V高于在前速度V_n-1达预定阈值，则PND 1和50的速度计算器22和速度计算器52可以将前一位置P0处的速度V设为等于在前速度V_n-1加上因车辆加速而增加的速度的值。

如果前一位置P0处的速度V低于在前速度V_n-1达预定阈值，则PND 1的速度计算器22可以将前一位置P0处的速度设为等于在前速度V_n-1减去因车辆减速而减少的速度的值。

在上述第一实施例中，速度V是利用等式(3)基于加速度α_z和俯仰速率ω_y计算出的。

然而，本发明不限于此。PND 1的控制器11可以将利用等式(3)基于加速度α_z和俯仰速率ω_y计算出的速度V与基于GPS信号计算出的GPS速度V_g相比较。

当速度V相对于GPS速度V_g具有误差时，PND 1的控制器11可以例如利用线性函数或者二阶或更高阶的多项式函数来计算用于校正速度V的校正系数，以使误差最小，并在存储器12中存储校正系数。

因此，PND 1的速度计算器22可以利用等式(3)基于分别由三轴加速度传感器4和Y轴陀螺仪传感器5检测出的加速度α_z和俯仰速率ω_y来计算速度V，从存储器12读取校正系数，并利用校正系数和线性函数或者二阶或更高阶的多项式函数来校正速度V。

在这种情况下，PND 1可以通过基于利用GPS信号计算出的GPS速度V_g预先学习用于校正速度V的校正系数来更准确地计算速度V。

当相对于GPS速度V_g计算用于校正速度V的校正系数时，PND1的控制器11可以将速度V的范围划分为多个速度区域，例如超低速区域、低速区域、中速区域和高速区域，并且可以为每个速度区域计算校正系数。

当相对于GPS速度V_g计算用于校正速度V的校正系数时，PND1的控制器11可以仅在车辆以等于或高于预定值(例如60km/h)的高速行进时计算校正系数。

在上述第二实施例中，PND 50通过预先去除当PND 50被用在向上倾斜位置中时产生的影响来计算速度V，在该向上倾斜位置中，PND 50在沿X轴的行进方向上围绕Y轴(图5)倾斜Q度(例如120度)。然而，本发明不限于此。PND 50可以通过预先去除当PND 50被用在相对于滚动方向倾斜的位置(向右倾斜位置或向左倾斜位置)中时产生的影响来计算自治速度V_y。

在这种情况下，利用PND 50，Z轴陀螺仪传感器6检测出的Z轴偏转角速度(偏转速率)ω_z被混合到Y轴陀螺仪传感器5检测出的Y轴俯仰速率ω_y中。

因而，利用PND 50，俯仰速率ω_y可能变得高估，并且在速度V_y的计算结果中可能产生误差(自治速度可能被低估)。

因此，PND 50学习表示围绕Z轴的偏转速率ω_z被混合到围绕Y轴的俯仰速率ω_y中的程度的相关系数K_y，并根据下式(9)计算从围绕Y轴的俯仰速率ω_y中预先去除了围绕Z轴的偏转速率ω_z的围绕Y轴的真实俯仰速率ω_y’。

ω_y′＝ω_y-K_y·ω_z ……(9)

当围绕Z轴的偏转速率ω_z接近“0”时，轻微的噪声可能明显影响偏转速率ω_z的值，并且噪声可能变得占主要地位。因此，当计算自治速度V_y时，PND 50仅在偏转速率|ω_z|大于预定阈值TH_y(例如1deg/s)时才计算相关系数K_y。

PND 50的速度计算器(下面将描述)通过学习计算围绕Y轴的俯仰速率ω_y和围绕Z轴的偏转速率ω_z之间的相关系数K_y，并利用相关系数K_y去除被混合到围绕Y轴的俯仰速率ω_y中的围绕Z轴的偏转速率ω_z，来计算围绕Y轴的真实俯仰速率ω_y’。

速度计算器根据下式(10)利用围绕Z轴的加速度α_z和围绕Y轴的真实俯仰速率ω_y’来计算自治速度V_y。

V_{y} = \frac{α_{z}}{{ω_{y}}^{'}} - - - (10)

当通过学习来预先计算相关系数K_y时，速度计算器根据下式(11)来计算例如基于第n次采样的结果计算出的相关系数K_yn。

K_{y} n = \frac{ω_{y}}{ω_{z}} - - - (11)

然而，相关系数K_yn的计算结果在采样之间具有很大的偏差(误差)。因此，难以使用相关系数K_yn来针对下一采样校正围绕Y轴的俯仰速率ω_y(去除被混合到围绕Y轴的俯仰速率ω_y中的围绕Z轴的偏转速率ω_z)。

因此，速度计算器必须使用大量的相关系数K_yn(每个相关系数K_yn包括误差)，以获得具有小误差的相关系数K_y的最终值。一种简单方法例如是通过对在过去某一时段中采样获得的所有相关系数Kn取平均来获得相关系数K_y的最终值。

然而，该方法具有两个缺点。一个缺点是必须准备缓冲器来存储过去时段中的相关系数Kn。另一缺点是该方法的效率不高，因为该方法并没有考虑到以下事实：当围绕Z轴的偏转速率|ω_z|明显大于“0”(大于阈值TH_y)时，相关系数K_yn的误差较小。

因此，当计算相关系数K的最终值时，速度计算器使用包括无限冲击响应(IIR)滤波器的相关系数学习部(下面将描述)，从而使得速度计算器没有必要具有用于存储过去时段中的所有相关系数K_yn的缓冲器。

相关系数学习部利用下式(12)来计算相关系数K_y的最终值。

K_y＝(K_yn-K_y)·Gain_y+K_y ……(12)

因而，相关系数学习部仅存储作为前一次学习的结果的相关系数K_y。在等式(12)中，Gain_y是预定常数。

然而，不将Gain_y使作常数，相关系数学习部根据围绕Z轴的偏转速率|ω_z|改变Gain_y的值，从而使得具有较小误差的相关系数K_yn被加权，从而相关系数K_y的最终值更快地收敛在适当的最终值上。

具体而言，相关系数学习部利用下式(13)来计算等式(12)中的Gain_y。

{Gain}_{y} = Reference {Gain}_{y} \cdot \frac{| ω_{x} |}{Reference ω_{x}} - - - (13)

这里省略了对等式(13)的含义的描述，因为它与等式(8)的含义相同。

图46是速度计算器92的框图，其中与图45相对应的部分用相同的附图标记表示。如图46所示，速度计算器92类似于速度计算器52，不同之处在于速度计算器92包括俯仰速率校正器100来取代Z轴方向加速度校正器70，并且包括相关系数学习部101来取代相关系数学习部71。

速度计算器92的数据获取器31将表示加速度α_z的加速度数据AD、表示围绕Z轴的偏转速率ω_z的偏转速率数据AZ和由Y轴陀螺仪传感器5提供的表示围绕Y轴的俯仰速率ω_y的俯仰速率数据PD发送到高通滤波器32。

高通滤波器32从加速度数据AD、偏转速率数据AZ和俯仰速率数据PD中去除直流分量(从而消除偏移分量)以生成加速度数据AD1、偏转速率数据AZ1和俯仰速率数据PD1，并将加速度数据AD1、偏转速率数据AZ1和俯仰速率数据PD1发送到低通滤波器33。

低通滤波器33对加速度数据AD1、偏转速率数据AZ1和俯仰速率数据PD1执行前述低通滤波以生成加速度数据AD2、偏转速率数据AZ2和俯仰速率数据PD2。低通滤波器33将加速度数据AD2发送到速度计算部34，并将俯仰速率数据PD2和偏转速率数据AZ2发送到相关系数学习部101和俯仰速率校正器100。

相关系数学习部101根据等式(11)和(13)利用由俯仰速率数据PD2表示的围绕Y轴的俯仰速率ω_y和由偏转速率数据AZ2表示的围绕Z轴的偏转速率ω_z来计算相关系数K_y的最终值，并将相关系数K_y的最终值输出到俯仰速率校正器100。

俯仰速率校正器100根据等式(9)利用由偏转速率数据AZ2表示的围绕Z轴的偏转速率ω_z和由相关系数学习部101提供的相关系数K_y的最终值校正由俯仰速率数据PD2表示的围绕Y轴的俯仰速率ω_y，从而计算出围绕Y轴的真实俯仰速率ω_y’，并将表示真实俯仰速率ω_y’的俯仰速率数据PD3发送到速度计算部34。

速度计算部34根据等式(10)利用由俯仰速率校正器100提供的俯仰速率数据PD3所表示的围绕Y轴的真实俯仰速率ω_y’和由加速度数据AD2表示的沿着Z轴的加速度α_z，来计算包括小误差的自治速度V_y，并将表示自治速度V_y的速度数据VD2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VD2执行平滑和噪声滤波(如上所述)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提供的表示车辆的自治速度V_y的速度数据VD发送到位置计算器25。

因而，即使当PND 50处于在滚动方向上倾斜的倾斜位置中时，速度计算器92也可以利用从中去除了被混合到围绕Y轴的俯仰速率ω_y中的偏转速率ω_z的真实俯仰速率ω_y’来更准确地计算自治速度V_y。

PND 50可以预先消除当PND 50被用在向上倾斜位置中时的影响和当PND 50被用在相对于滚动方向倾斜的位置(向右倾斜位置或向左倾斜位置)中时的影响，并计算自治速度V。

在上述第一和第二实施例中，PND 1和50在被供电的同时执行导航。然而，本发明不限于此。当电源按钮(未示出)被按下并且PND1和50被关闭时，PND 1和50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和50被开启时，PND 1和50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。

在上述第一和第二实施例中，PND1和50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，本发明不限于此。当检测到PND 1和50在机械或电气上与支架3断开连接时，速度V可以被设为0或者保持为在前速度V_n-1。

在上述第一和第二实施例中，PND 1和50被用在地形位置中。然而，本发明并不限于此。如图47所示，PND 1和50可以用在肖像位置中。在该位置中，PND 1和50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。

在上述第一和第二实施例中，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和50内部。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、Z轴陀螺仪传感器6和气压传感器7可以置于PND 1和50的外部。

PND 1和50可包括设在一侧上的调节机构，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和50允许用户调节该调节机构，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。

在上述第一和第二实施例中，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，本发明不限于此。控制器11可以在由速度计算部34计算出的速度V高于在前速度V_n-1达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设为在前速度V_n-1。

在上述第一和第二实施例中，PND 1和50的控制器11根据存储在存储器12中的应用程序来执行例程RT1的计算当前位置等的处理。然而，本发明不限于此。PND 1和50的控制器11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计算当前位置的处理。

在上述实施例中，各自对应于根据本发明的速度计算设备的PND 1和50包括对应于垂直加速度检测器的三轴加速度传感器4、对应于水平角速度检测器的Y轴陀螺仪传感器5、对应于相关系数学习部的相关系数学习部71、对应于真实垂直加速度检测器的Z轴方向加速度校正器70和对应于速度计算器的速度计算部34。然而，本发明不限于此。根据本发明的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、相关系数学习部、真实垂直加速度检测器和速度计算器。

本申请包含与2009年9月15日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2009-213447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合并到本文中。

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

1.一种速度计算设备，包括：

安装在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与所述运动体相接触的接触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接触表面的起伏而产生的；

相关系数计算器，该相关系数计算器根据包括所述垂直加速度检测器和所述水平角速度检测器的主体被附接到所述运动体的附接角度，来计算表示所述运动体的行进方向上的加速度被混合到垂直方向上的加速度中的程度的相关系数；

真实垂直加速度检测器，该真实垂直加速度检测器通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度，来计算垂直方向上的真实加速度，混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度是基于所述相关系数计算出的；以及

速度计算器，该速度计算器基于垂直方向上的真实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。

2.如权利要求1所述的速度计算设备，

其中所述相关系数计算器仅在行进方向上的加速度大于预定阈值时才计算所述相关系数。

3.如权利要求2所述的速度计算设备，

其中所述相关系数计算器利用每次采样获得的新相关系数作为输入并使用低通滤波器执行处理来计算所述相关系数的最终值。

4.如权利要求3所述的速度计算设备，

其中所述相关系数计算器根据行进方向上的加速度的大小来改变所述低通滤波器的增益。

5.如权利要求1所述的速度计算设备，还包括：

第二相关系数计算器，该第二相关系数计算器根据所述主体被附接到所述运动体的附接角度来计算表示所述运动体围绕Z轴的偏转角速度被混合到围绕水平轴的角速度中的程度的第二相关系数，Z轴在垂直方向上延伸；

真实水平角速度检测器，该真实水平角速度检测器通过从围绕水平轴的角速度中减去混合到围绕水平轴的角速度中的偏转角速度，来计算围绕水平轴的真实角速度，混合到围绕水平轴的角速度中的偏转角速度是基于第二相关系数计算出的，

其中所述速度计算器基于垂直方向上的真实加速度和围绕水平轴的真实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。

6.如权利要求5所述的速度计算设备，

其中所述第二相关系数计算器仅在围绕Z轴的偏转角速度高于预定阈值时才计算第二相关系数。

7.一种计算速度的方法，该方法包括以下步骤：

利用安装在运动体上的垂直加速度检测器来检测由于与所述运动体相接触的接触表面的起伏而产生的、垂直方向上的加速度；

利用安装在所述运动体上的水平角速度检测器来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接触表面的起伏而产生的；

利用相关系数计算器根据包括所述垂直加速度检测器和所述水平角速度检测器的主体被附接到所述运动体的附接角度，来计算表示所述运动体的行进方向上的加速度被混合到垂直方向上的加速度中的程度的相关系数；

利用预定的真实垂直加速度检测器通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度，来计算垂直方向上的真实加速度，混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度是基于所述相关系数计算出的；以及

利用速度计算器基于垂直方向上的真实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。

8.一种导航设备，包括：

真实垂直加速度检测器，该真实垂直加速度检测器通过从垂直方向上的加速度中减去混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度，来计算垂直方向上的真实加速度，混合到垂直方向上的加速度中的行进方向上的加速度是基于所述相关系数计算出的；

速度计算器，该速度计算器基于垂直方向上的真实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；

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。