JP2000055678A - 車両用現在位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジャイロの換算ゲインがゲイン誤差を含むよ
うな場合であっても、装置構成を複雑化することなく、
ジャイロの出力から方位変化量を安定して精度よく求め
ることが可能な車両用現在位置検出装置を提供する。 【解決手段】 車速センサ４，ジャイロ６での検出値か
ら移動距離演算部１１，方位変化量演算部１２にて算出
される移動距離，方位変化量に基づき、相対軌跡演算部
１３，絶対位置演算部１４が算出する推測航法データ
（車速，絶対方位，絶対位置）と、ＧＰＳ受信機８から
のＧＰＳ測位データ（速度，方位，位置）との差を観測
値とするカルマンフィルタ（誤差推定部１５）を備え、
その状態量の一つとして、ジャイロ出力から角速度への
変換ゲインの誤差（ゲイン誤差）を設定する。このカル
マンフィルタにより求められるゲイン誤差の推定値によ
り、ジャイロ出力及び変換ゲインを用いて算出された方
位変化量を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両の進行方向及
び走行距離により車両の現在位置を検出する車両用現在
位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりこの種の装置を利用するものと
して車載用ナビゲーション装置が知られている。そし
て、車載用ナビゲーション装置では、車両の進行方向等
を検出するためのセンサの一つとして、コストや精度面
で有利なジャイロスコープ（以下、単にジャイロとい
う）が用いられている。

【０００３】このジャイロは、図１２（ａ）のグラフに
示すように、定められた検出軸回りの回転角速度に比例
した出力（電圧等）を発生するように構成されており、
ジャイロの出力から回転角速度への換算比率（即ちグラ
フの傾き）を表すために予め設定された比例定数（以
下、換算ゲインという）を用いて、ジャイロの出力を回
転角速度に換算し、この換算値を積算することにより車
両の方位変化量を求めることができる。

【０００４】ところで、ジャイロは、予め定められた検
出軸を中心とする回転についての角速度を検出するた
め、この検出軸と車両の旋回軸とが一致していない場
合、予め設定された換算ゲインが実際の換算比率と異な
ってしまい、即ち、換算ゲインが誤差（以下、ゲイン誤
差という）を有することになる。このように換算ゲイン
にゲイン誤差が含まれていると、方位変化量に誤差が生
じ、現在位置検出精度が低下するため、ナビゲーション
装置は的確な案内を行うことができなくなってしまう。

【０００５】このようなゲイン誤差への対策として、例
えば、ナビゲーション装置において一般に使用される
振動ジャイロに代えて、ゲイン誤差の少ない光ファイバ
ージャイロを用いたり、車両の右左折時など大きな方
位変化があった場合に、ジャイロから得られた方位変化
量と、ＧＰＳ受信機から得られた方位変化量とを比較す
る事により、その差をゲイン誤差に基づくものとして換
算ゲインを補正することが考えられる。

【０００６】また、ジャイロは、検出軸を重力方向に沿
って配置した場合に最も感度がよく（換算比率が大き
く）、このような状態で使用されることを前提として換
算ゲインが設定されているため、重力方向に対して検出
軸が傾斜するようにジャイロが取り付けられた場合に
も、ジャイロの換算比率が変化して換算ゲインがゲイン
誤差を含んでしまうことになる。具体的には検出軸が重
力方向に対して角度θだけ傾いている場合には、換算ゲ
インはｃｏｓθ倍となる。

【０００７】このような場合の対策としては、ジャイ
ロの検出軸と車両の旋回軸とを合わせられるようなジャ
イロ取付機構を設けたり、ジャイロの検出軸の傾斜に
よる換算ゲイン低下分を、予めプログラム作成時に組み
込んでおくことが考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、の場合に
は、光ファイバージャイロが高価なため、装置が高価な
ものとなってしまうだけでなく、検出軸が傾斜している
場合に、ゲイン誤差を生じてしまう点では振動ジャイロ
等と変わりがなく、またの場合には、補正が可能とな
る条件が限定されるため、安定して精度のよい検出を行
うことができないという問題があった。

【０００９】更に、の場合には、複雑な取付機構が新
たに必要となるため装置が複雑化，大型化してしまうだ
けでなく、検出軸と旋回軸とを合わせるために個別に調
整が必要となるため取付時に手間を要するという問題が
あり、また、の場合には、想定される検出軸の傾斜角
度毎（例えば車両毎及び取付位置毎）に個別のプログラ
ムが必要となるだけでなく、プログラムが対応している
車両以外に装置を取り付けた場合には、ゲイン誤差を補
正することができないという問題があった。

【００１０】そこで、本発明では、ジャイロの換算ゲイ
ンがゲイン誤差を含むような場合であっても、装置構成
を複雑化することなく、ジャイロの出力から方位変化量
を安定して精度よく求めることが可能な車両用現在位置
検出装置を提供することを第１の目的とする。

【００１１】また、検出軸が車両の旋回軸と一致し且つ
重力方向に沿うようにジャイロが取り付けられていたと
しても、コーナリング時の左右方向への傾斜（ロール）
や、坂道走行時の前後方向への傾斜（ピッチ）等により
車両姿勢が変動すると、重力方向に対するジャイロの検
出軸の傾きが変動するため、このような場合にも、ジャ
イロの換算比率が変化し、換算ゲインがゲイン誤差を含
むことになってしまう。

【００１２】ここで、重力方向に対する検出軸の傾き
（以下、ジャイロ搭載傾きという）が、車両の進行方向
に向かって右側、即ち時計回り方向（以下、ジャイロ搭
載傾きの方向について述べる場合には同様）に０°，１
０°，２０°，３０°，４０°，５０°，６０°となる
ように車両に対してジャイロが取り付けられた場合のそ
れぞれについて、車両の姿勢変動がない場合、右旋回に
より検出軸が左に傾くロール（−５°）が発生した場
合、左旋回により検出軸が右に傾くロール（＋５°）が
発生した場合について、ジャイロのゲイン係数が変動す
る様子を計算により算出した結果を［表１］に示す。

【００１３】なお、ゲイン係数とは、ジャイロ搭載傾き
が０°の時の変換比率を１として、変換比率を規格化し
たものである。

【００１４】

【表１】

【００１５】また、図１３には、ジャイロ搭載傾きを０
°，右３０°，左３０°，前３０°とした場合のそれぞ
れについて、ロール角が、左１５°（−１５°）〜右１
５°（＋１５°）の間で変化した時のゲイン係数の変化
を示す。表１及び図１３に示すように、ロール角がゲイ
ン係数（変換比率）に与える影響の度合いは、ジャイロ
搭載傾きが大きいほど顕著となり、また車両姿勢変化の
方向によって表れる影響も逆方向となる。

【００１６】即ち、ジャイロ搭載傾きと同じ方向にロー
ル傾きが生じた場合にはゲイン係数は低下（ゲイン誤差
が増大）し、反対方向にロール傾きが生じた場合にはゲ
イン係数は増大（ゲイン誤差が減少）する。このため、
右折時と左折時とで異なる補正係数を用いて換算ゲイン
を補正することにより、ロールにより発生するゲイン誤
差を補償することが考えられるが、このようにしても、
ロールによるゲイン誤差はロール角度によって様々に変
化するため、精度よく補償することはできなかった。こ
れは、ピッチにより発生するゲイン誤差の場合も同様で
ある。

【００１７】そこで、本発明では、車両姿勢の変動によ
らず、ジャイロのゲイン誤差の補正を好適に行うことが
可能な車両用現在位置検出装置を提供することを第２の
目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた発明である請求項１記載の車両用現在位置検
出装置においては、現在位置算出手段が、角速度センサ
の出力値に基づいて算出される方位変化量、及び速度セ
ンサの出力値に基づいて算出される移動距離から、車両
の現在位置や進行方向を算出すると共に、ＧＰＳ受信機
が、ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信し、車両の絶対的
な現在位置及び進行方向を出力する。

【００１９】なお、現在位置算出手段は、角速度センサ
の出力値から回転角速度への換算比率を表す換算ゲイン
を算出パラメータとして用い、この換算ゲインに基づい
て角速度センサの出力から回転角速度を算出するように
されている。そして、カルマンフィルタからなる誤差推
定手段が、ＧＰＳ受信機からの出力値と現在位置算出手
段での算出値との差を観測値とし、現在位置検出手段に
て車両の現在位置や進行方向の算出に用いる各種算出パ
ラメータの誤差を状態量として、この状態量の推定値を
求め、この推定された状態量（即ち算出パラメータの誤
差）に基づいて、補正手段が、対応する算出パラメータ
或いはこの算出パラメータを用いて算出された算出値を
補正する。

【００２０】特に本発明では、カルマンフィルタの状態
量として、換算ゲインの誤差（ゲイン誤差）が少なくと
も含まれており、つまり、推定されたゲイン誤差により
換算ゲインが随時補正されるようにされている。従っ
て、本発明の車両用現在位置検出装置によれば、角速度
センサの経年変化や角速度センサの検出軸が重力方向に
対して傾いた状態で取り付けられる等することにより、
換算ゲインが誤差（ゲイン誤差）を含むような場合であ
っても、このゲイン誤差分を補償することができるた
め、方位変化量、ひいては車両の現在位置や進行方向を
精度よく求めることができる。

【００２１】しかも、ゲイン誤差の推定をカルマンフィ
ルタを用いて行っており、機械的な構成を追加する必要
がないため、装置構成を複雑にしてしまうことがなく、
また、走行状態によらず常にゲイン誤差を求めることが
できるため、安定した精度で車両の現在位置や進行方向
を求めることができ、装置の信頼性を向上させることが
できる。

【００２２】またカルマンフィルタでは計算の途中で誤
差共分散が算出されるため、これを参照することによ
り、状態量として定義された各誤差がそれぞれどの程度
の大きさであるのか、また、ある誤差に対して他の誤差
がどの程度影響を与えているのか等を予測することも可
能となる。

【００２３】次に、請求項２記載の車両用現在位置検出
装置では、姿勢検出手段が、車両姿勢の傾斜状態を検出
し、パラメータ補正手段が、姿勢検出手段での検出結果
から算出される換算ゲインの変動分を、この変動分が相
殺されるように、誤差推定手段での推定結果に基づいて
算出される換算ゲインの補正量に反映させている。

【００２４】従って、本発明によれば、カーブ走行、坂
道走行等により、車両姿勢の傾斜状態がどのように変化
したとしても、その姿勢の変化による換算ゲインの変動
分を確実に補償することができ、車両の走行状態によら
ず常に安定した検出を行うことができる。

【００２５】そして、請求項３記載のように、姿勢検出
手段として、車両進行方向の加速度と重力加速度との合
成加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、この
加速度センサの出力値と速度センサの出力値から算出さ
れる車両進行方向の加速度とから、車両の前後方向への
傾斜量を求める前後傾斜量検出手段とを備えるようにす
れば、坂道走行時等のピッチに基づくゲイン誤差が発生
しても、これを確実に補償することができる。

【００２６】また、請求項４記載のように、姿勢検出手
段として、角速度センサの出力値と速度センサの出力値
とに基づいて算出される車両横方向の加速度から車両の
左右方向への傾斜量を求める左右傾斜量検出手段を備え
るようにすれば、右左折時等のロールに基づくゲイン誤
差が発生しても、これを確実に補償することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。 ［第１実施例］図１は、本実施例の車載用ナビゲーショ
ン装置の概略構成図である。

【００２８】図１に示すように、本実施例のナビゲーシ
ョン装置２は、車速に応じた間隔でパルス信号を出力す
る車速センサ４と、車両に加わる回転運動の角速度に応
じた検出信号を出力するジャイロスコープ（以下、単に
ジャイロという）６と、ＧＰＳ（Global Positioning S
ystem） 用の人工衛星からの送信電波をＧＰＳアンテナ
を介して受信し、車両の位置，方位（進行方向），速度
等を検出するＧＰＳ受信機８と、車速センサ４，ジャイ
ロ６，ＧＰＳ受信機８からの出力に基づいて車両の現在
位置や進行方向等、推測航法を行うためのデータを検出
する現在位置検出部１０と、現在位置検出部１０での検
出結果に基づき、表示画面（図示せず）の地図上に自車
両の位置を表示したり、設定された目的地までの経路案
内等を行うナビゲーション実行部２０とを備えている。

【００２９】なお、現在位置検出部１０とナビゲーショ
ン実行部２０とは、周知のマイクロコンピュータを中心
に構成された電子制御装置（ＥＣＵ）の処理として実現
されるものである。このうち、現在位置検出部１０は、
車速センサ４からのパルス信号に基づいて車両の移動距
離を算出する移動距離演算部１１と、ジャイロ６からの
検出信号に基づいて方位変化量を算出する方位変化量演
算部１２と、算出された方位変化量と移動距離とに基づ
いて、相対軌跡及び車速を算出する相対軌跡演算部１３
と、同じく方位変化量と移動距離とに基づいて、絶対方
位及び絶対位置を算出する絶対位置演算部１４と、相対
軌跡演算部１３及び絶対位置演算部１４での算出値とＧ
ＰＳ受信機８での検出値との差を観測値とし、車速，方
位，位置の算出に使用する各種算出パラメータや算出結
果の誤差を状態量として、その状態量の推定値を求める
カルマンフィルタからなる誤差推定部１５と、誤差推定
部１５により算出された状態量（即ち誤差）の推定値に
従って、各演算部１１〜１４での算出パラメータや算出
値を補正する補正部１６とを備えている。

【００３０】ここで、誤差推定部１５を構成するカルマ
ンフィルタの概要について説明する。まず、カルマンフ
ィルタ１５は、図２に示すような、信号生成過程及び観
測過程を前提としている。即ち、プロセス行列φで定義
される線形システム（信号生成過程）があり、そのシス
テムの状態Ｘ(ｔ)に対して、観測行列Ｈで関係付けられ
た状態Ｘ(ｔ)の一部が観測可能（観測過程）である場
合、カルマンフィルタは、この観測値Ｙ(ｔ)を入力とし
て、状態Ｘ(ｔ)の最適な推定値を与えるものである。な
お、ωは信号生成過程にて発生する雑音であり、νは観
測過程にて発生する雑音である。

【００３１】そして、時刻ｔまでの情報を用いた状態Ｘ
の最適推定値、即ち状態量Ｘ(ｔ｜ｔ)は、次の（１）〜
（５）式により求めることができる。 Ｘ(t|t) ＝Ｘ(t|t-1)＋Ｋ(t){Ｙ(t)−ＨＸ(t|t-1)} （１） Ｘ(t|t-1) ＝φＸ(t-1|t-1) （２） Ｋ(t) ＝Ｐ(t|t-1)Ｈ^T{ＨＰ(t|t-1)Ｈ^T＋Ｖ}^-1 （３） Ｐ(t|t-1) ＝φＰ(t-1|t-1)φ^T＋Ｗ （４） Ｐ(t-1|t-1)＝{Ｉ−Ｋ(t-1)Ｈ}Ｐ(t-1|t-2) （５） 但し、Ｋはカルマンゲイン、Ｐは状態量Ｘの共分散（以
下では誤差共分散という）、Ｖは観測過程で発生する雑
音νの分散、Ｗは信号生成過程で発生する雑音ωの分
散、Ａ(i|j) は時刻ｊまでの情報に基づく時刻ｉでのＡ
の推定値であり、雑音ω，νは、いずれも平均０の白色
ガウス雑音であり互いに無相関である。また、Ｉは単位
行列、添字の^T は転置行列，^-1は逆行列を意味する。

【００３２】このように定義されたカルマンフィルタで
は、状態量Ｘを定義すると共に、誤差共分散Ｐに適当な
初期値を与えた後、観測値Ｙに基づいて上述の計算を実
行することにより、状態量の最適推定値Ｘ(t|t) が得ら
れ、観測が行われ観測値Ｙが得られる毎にこれを繰り返
すことにより、状態量の最適推定値Ｘ(t|t) の精度が向
上する。

【００３３】そして、本実施例では、状態量Ｘとして、
ジャイロ出力の大きさによらず、出力値の全領域にて均
等に付加されるオフセット誤差（εＧ），ジャイロ出力
から角速度への変換比率として設定される変換ゲインの
誤差であるゲイン誤差（εＡ），走行距離を算出する際
に、速度センサから出力された単位時間当たりのパルス
数に乗じられる距離係数の誤差である距離係数誤差（ε
Ｋ），絶対方位を算出する際に上述の誤差εＧ，εＡ，
εＫ等に基づいて付与される絶対方位誤差（εθ），絶
対位置を算出する際に同様に付与される絶対位置北方向
誤差（εＹ），絶対位置東方向誤差（εＸ）の６個の誤
差値を用い、これら誤差値εＧ，εＡ，εＫ，εθ，ε
Ｙ，εＸを、次の（６）〜（１１）式により定義する。

【００３４】 εＧ_t＝εＧ_t-1＋ω₀ （６） εＡ_t＝εＡ_t-1＋ω₁ （７） εＫ_t＝εＫ_t-1＋ω₂ （８） εθ_t＝Ｔ_T・εＧ_t-1＋Ｄ_T・εＡ_t-1＋εθ_t-1＋ω₃ （９） εＹ_t＝ｓｉｎ（θ）・Ｌ_T・（１＋εＫ_t-1） −ｓｉｎ（θ_T）・Ｌ_T＋εＹ_t-1 （１０） εＸ_t＝ｃｏｓ（θ）・Ｌ_T・（１＋εＫ_t-1） −ｃｏｓ（θ_T）・Ｌ_T＋εＸ_t-1 （１１） （θ＝θ_T＋εθ_t-1＋Ｔ_T・εＧ_t-1／２＋Ｄ_T・εＡ_t-1／２） 但し、Ｔ_T は前回（の観測）からの経過時間、Ｄ_T は前
回からの方位変化量、Ｌ_T は前回からの移動距離、θ_T
は真の絶対方位である。

【００３５】また、ω₀ は温度ドリフト等によるオフセ
ットの変動分（オフセット雑音という）、ω₁ は温度ド
リフト等によるジャイロゲインの変動分（ゲイン雑音と
いう）、ω₂ は速度センサの経年変化による変動分（距
離係数雑音という）、ω₃ はジャイロのクロスカップリ
ング等による変動分（絶対方位雑音という）である。

【００３６】なお、（６）〜（８）式に示すように、オ
フセット誤差εＧ、ゲイン誤差εＡ、距離係数誤差εＫ
については、確定的な変化はなく、前回の誤差にそれぞ
れノイズω₀〜ω₂が付加されたものとなっている。ま
た、（９）式に示すように、絶対方位誤差εθについて
は、前回の誤差に、オフセット誤差εＧに基づく方位誤
差と、ゲイン誤差εＡに基づく方位誤差と、ノイズω₃
が付加されたものとなっている。更に、（１０）（１
１）式に示すように、絶対位置誤差εＹ，εＸについて
は、前回の誤差に、オフセット誤差εＧ及び絶対方位誤
差εθに基づく方位誤差や距離係数誤差εＫに基づく距
離誤差によって生じる誤差が付加されたものとなってい
る。また、θは絶対位置演算部１４にて算出される絶対
方位を意味しており、真の絶対方位θ_T にセンサ誤差に
基づく誤差が加わったものとなっている。

【００３７】そして、これら誤差値εＧ，εＡ，εＫ，
εθ，εＹ，εＸの時間的な変化を規定するものがプロ
セス行列φであり、上記（６）〜（１１）式を各誤差値
にて偏微分し線形化することにより求められ、その結
果、信号生成過程は（１２）式のように定義される。

【００３８】

【数１】

【００３９】また、観測値Ｙ(ｔ)は、相対軌跡演算部１
３及び絶対位置演算部１４での算出値（以下、推測航法
データという）と、ＧＰＳ受信機８での検出値（以下、
ＧＰＳ測位データという）との差より求める。それぞれ
の出力には誤差が含まれるため、観測値Ｙ(ｔ)におい
て、推測航法データの誤差とＧＰＳ測位データの誤差と
の和が得られる。この観測値Ｙ(ｔ)と状態量Ｘ(ｔ)とを
関係付けることにより、観測過程は、（１３）式のよう
に定義される。

【００４０】

【数２】

【００４１】但し、観測過程で発生する雑音νは、ＧＰ
Ｓ受信機８からの検出値に含まれる雑音であり、次の
（１４）式にて定義される。

【００４２】

【数３】

【００４３】このようなカルマンフィルタを有する現在
位置検出部１０では、車速センサ４からの信号に基づい
て移動距離演算部１１が車両の移動距離を算出すると共
に、ジャイロ６からの信号に基づいて方位変化量演算部
１２が車両の方位変化量を算出する。すると、これら算
出された移動距離及び方位変化量に基づいて、相対軌跡
演算部１３及び絶対位置演算部１４が、推測航法データ
として、車速，相対軌跡，絶対位置，絶対方位を算出す
る。一方、ＧＰＳ受信機８は、ＧＰＳ測位データとし
て、位置，方位，車速を随時出力している。

【００４４】そして、カルマンフィルタ（誤差推定部１
５）は、推測航法データ及びＧＰＳ測位データに基づい
て、各誤差εＧ，εＡ，εＫ，εθ，εＹ，εＸの推定
値を算出し、補正部１６が、この推定値に基づいて、各
演算部１１〜１４での算出パラメータや算出値の補正を
行う。

【００４５】ところで、このように推定誤差に基づい
て、車速センサ４の距離係数補正、ジャイロ６のオフセ
ット補正，ゲイン補正、及び絶対方位補正、絶対位置補
正を行った場合、（２）式に示す状態量の事前推定値Ｘ
(t|t-1) は０となる。つまり、（１）式は次の（１ａ）
式に示すようなものとなり、上述のように状態量Ｘとし
て定義された６つの誤差値は、（１ａ）及び（３）〜
（５）式によって算出されることになる。

【００４６】 Ｘ(t|t)＝Ｘ(t|t-1)＋Ｋ(t)Ｙ(t) （１ａ） ここで、（３）〜（５）式にて用いられている誤差共分
散Ｐは、次の（１５）式により定義される。

【００４７】

【数４】

【００４８】なお、σ_GG ²，σ_AA ²，σ_KK ²，σθθ²，σ
_YY ²，σ_XX ²は、それぞれ各誤差εＧ，εＡ，εＫ，ε
θ，εＹ，εＸの大きさの見積もりを表すものであり、
また、これら以外のσ_ij ² はｉ行とｊ列との相互相関
値、例えばσ_AG ² であれば、ゲイン誤差εＡとオフセッ
ト誤差εＧとの相互相関値を表すものである。

【００４９】この誤差共分散Ｐは（４）式により更新さ
れる。但し、誤差共分散の初期値Ｐ(0|0) は、対角要素
σ_ij ² （ｉ＝ｊ）を、それぞれ誤差が最大となる値に設
定し、それ以外の要素σ_ij ² （ｉ≠ｊ）を、全て０に設
定しておく。また、（３）式中の行列Ｈは（１３）式に
て定義されたものを、同じく行列Ｖは（１４）式にて定
義されたものを、更に（４）式中の行列Ｗは（１２）式
にて定義されたものを使用する。

【００５０】次に、観測過程における観測値Ｙ(ｔ)とし
ては、（１３）式に示すように、εＫ_DRt −εＫ_GPSt、
εθ_DRt −εθ_GPSt、εＹ_DRt −εＹ_GPSt、εＸ_DRt −
εＸ _GPStを用いる。ここで、添字のDRt は時刻ｔにおけ
る推測航法データに基づく値であることを意味し、GPSt
は時刻ｔにおけるＧＰＳ測位データに基づく値であるこ
とを意味する。

【００５１】そして、εＫ_DRt −εＫ_GPStは、推測航法
データの速度とＧＰＳ測位データの速度との差から求ま
る距離係数誤差であり、具体的には、｛（推測航法デー
タの速度）−（ＧＰＳ測位データの速度）｝／（推測航
法データの速度）により求められる。

【００５２】また、εθ_DRt −εθ_GPStは、推測航法デ
ータの絶対方位とＧＰＳ測位データの方位との差、すな
わち推測航法データの絶対方位には真の絶対方位θ_T と
その誤差εθ_DRt が含まれており、またＧＰＳ測位デー
タの方位には真の絶対方位θ _T とその誤差εθ_GPStが含
まれているため、それらの差を取ることによりεθ_{DR t}
−εθ_GPStが得られる。

【００５３】更に、εＹ_DRt −εＹ_GPStは、推測航法デ
ータの絶対位置のＹ成分とＧＰＳ測位データの位置のＹ
成分の誤差の差であり、εＸ_DRt −εＸ_GPStは、推測航
法データの絶対位置のＸ成分とＧＰＳ測位データのＸ成
分との誤差の差である。また更に、（１４）式示す、観
測過程で発生する雑音νはＧＰＳ受信機８での雑音であ
り、以下のようにして求められる。ＧＰＳ受信機８にお
ける擬似距離の計測誤差（ＵＥＲＥ）とＨＤＯＰ（Hori
zontal Dilution of Presision）の関係により測位精度
が、ＵＥＲＥ×ＨＤＯＰで求められ、この測位精度を２
乗することにより、ν_2t、ν_3tが求められる。また、ド
ップラー周波数の計測誤差とＨＤＯＰの関係より速度精
度が、ドップラー周波数の計測誤差×ＨＤＯＰで求めら
れ、この速度精度／車速にて距離係数計測誤差が求めら
れ、これを２乗することによりν_1tが求められる。さら
に、車両の速度Ｖｃと速度精度から方位精度がｔａｎ^-1
（速度精度／Ｖｃ）で求められ、この方位精度を２乗す
るこによりν_0tが求められる。

【００５４】従って、観測過程におけるεＫ_DRt −εＫ
_GPSt、εθ_DRt −εθ_GPSt、εＹ_{DR t} −εＹ_GPSt、εＸ
_DRt −εＸ_GPStおよび上記雑音Ｖを入力とし、（３）〜
（５）および（１）式を実行することにより、信号生成
過程にて定義された６つの誤差値εＧ，εＡ，εＫ，ε
θ，εＹ，εＸからなる状態量Ｘが求められ、これらに
より車速センサ４の距離係数補正、ジャイロ６のオフセ
ット補正，ゲイン補正、更には、絶対位置補正、絶対方
位補正が行われる。

【００５５】なお、上述したように、現在位置検出部１
０は、マイクロコンピュータの処理として実現されるも
のであり、以下この現在位置検出部１０が実行する推測
航法処理を、図３〜図７に示すフローチャートに沿って
説明する。但し、本処理は、一定周期ＴＭで繰り返し実
行されるものとする。

【００５６】図３に示すように、まずＳ１００では、移
動距離演算部１１及び方位変化量演算部１２に相当する
方位変化量・移動距離演算処理を実行する。この処理の
詳細を図４に沿って説明する。即ち、Ｓ１１０では、ジ
ャイロ６により検出されたジャイロ出力角速度にメイン
ルーチンの起動周期ＴＭを乗じることにより方位変化量
を算出する。なお、ジャイロ出力角速度は、図１２
（ａ）のグラフから明らかなように、ジャイロ６の出力
をサンプリングした値から、オフセット値（図１２
（ａ）では、２．５Ｖ）を減じたものに、変換ゲイン
（グラフの傾きに相当）を乗じることにより算出された
ものである。

【００５７】続くＳ１２０では、後述するオフセット補
正量にメインルーチンの起動周期ＴＭを乗じたものを、
Ｓ１１０にて求めた方位変化量から減じることにより、
方位変化量のオフセット補正を行う。即ち、図１２
（ｂ）に示すように、角速度０［ｄｅｇ／ｓｅｃ］に対
応するジャイロ６の出力電圧（ゼロ点）の変動に基づく
誤差を補正する。

【００５８】続くＳ１３０では、Ｓ１２０にてオフセッ
ト補正された方位変化量に、後述するゲイン補正量を乗
じることにより、方位変化量のゲイン補正を行う。即
ち、図１２（ｃ）に示すように、グラフの傾き（変換ゲ
イン）の変動に基づく誤差を補正する。

【００５９】そしてＳ１４０では、本処理が前回起動さ
れてから今回起動されるまでの間に検出された車速セン
サ４からの出力パルス数に、後述する距離係数を乗じる
ことにより移動距離を算出して、方位変化量・移動距離
演算処理を終了する。図３に戻って、続くＳ２００で
は、相対軌跡演算部１３に相当する相対軌跡演算処理を
実行する。

【００６０】この処理の詳細を図５に沿って説明する。
即ち、Ｓ２１０では、先のＳ１３０にて算出された方位
変化量を、それまでに求められている相対方位に加算す
ることにより、相対方位を更新する。続くＳ２２０で
は、この更新された相対方位、及び先のＳ１４０にて算
出された移動距離に基づき、相対位置座標の更新を行
う。具体的には、南北方向をｘ座標軸とした相対座標ｒ
ｅｌ．ｘを（１６）式、東西方向をｙ座標軸とした相対
座標ｒｅｌ．ｙを（１７）式に従って更新する。但しθ
はＳ２１０にて算出された相対方位である。

【００６１】 ｒｅｌ．ｘ←ｒｅｌ．ｘ＋移動距離×ｃｏｓθ （１６） ｒｅｌ．ｙ←ｒｅｌ．ｙ＋移動距離×ｓｉｎθ （１７） 即ち、この更新は、移動距離に対する相対方位のｘ，ｙ
成分をそれまでの相対位置座標に加算することにより行
っている。この相対位置座標は相対軌跡を求めるために
行うもので、その相対軌跡と道路形状との関係により、
いわゆるマップマッチングが行われる。

【００６２】そしてＳ２３０では、Ｓ１４０にて算出さ
れた移動距離を、メインルーチンの起動周期ＴＭで除す
ることにより車速を算出して、相対軌跡演算処理を終了
する。図３に戻って、続くＳ３００では、絶対位置演算
部１４に相当する絶対位置演算処理を実行する。

【００６３】この処理の詳細を図６に沿って説明する。
即ちＳ３１０では、先のＳ１３０にて算出された方位変
化量を、それまでに求められている絶対方位に加算する
ことにより、絶対方位を更新する。続くＳ３２０では、
この更新された絶対方位、及び先のＳ１４０にて算出さ
れた移動距離に基づき、絶対位置座標の更新を行う。具
体的には、南北方向をｘ座標軸とした絶対座標ａｂｓ．
ｘを（１８）式、東西方向をｙ座標軸とした絶対座標ａ
ｂｓ．ｙを（１９）式に従って更新する。但しθはＳ３
１０にて算出された絶対方位である。

【００６４】 ａｂｓ．ｘ←ａｂｓ．ｘ＋移動距離×ｃｏｓθ （１８） ａｂｓ．ｙ←ａｂｓ．ｙ＋移動距離×ｓｉｎθ （１９） 即ち、この更新は、移動距離に対する絶対方位のｘ，ｙ
成分をそれまでの絶対位置座標に加算することにより行
っている。このようにして更新された絶対方位と絶対位
置は後述するＧＰＳとの複合化処理にて利用される。

【００６５】図３に戻って、最後にＳ４００では、誤差
推定部１５及び補正部１６に相当するＧＰＳとの複合化
処理を実行する。この処理の詳細を図７に沿って説明す
る。まず、Ｓ４１０では、後述するＧＰＳ測位データに
基づくカルマンフィルタの処理（Ｓ４３０〜Ｓ４９０）
又は予測計算処理（Ｓ５００，Ｓ５１０）が前回実行さ
れてからＴ１秒経過したか否かを判定し、否定判定され
た場合にはＳ４２０に移行する。

【００６６】Ｓ４２０では、ＧＰＳ受信機８が測位を行
うことによりＧＰＳ受信機８からＧＰＳ測位データが入
力されたか否かを判断し、肯定判定された場合には、Ｓ
４３０に移行して、カルマンフィルタによる処理を行
い、一方、否定判定された場合はそのまま本処理を終了
する。

【００６７】そして、Ｓ４３０では、ＧＰＳ受信機８か
らのＧＰＳ測位データ（速度，位置，方位）、及び先の
推測航法処理により算出された推測航法データ（車速
（Ｓ２３０），絶対位置（Ｓ３２０），絶対方位（Ｓ３
１０））に基づいて観測値Ｙ（εＫ_DRt −εＫ_GPSt、ε
θ_DRt −εθ_GPSt、εＹ_DRt −εＹ_GPSt、εＸ_DRt −ε
Ｘ_GPSt）の計算を行う。これと共に、観測過程で発生す
る雑音νをＧＰＳ受信機８のＧＰＳ測位データ等を基に
計算する。

【００６８】続くＳ４４０では、プロセス行列φの計算
を行う。これは、前回のプロセス行列の計算時点からの
移動距離Ｌ、経過時間Ｔ（これらは図示しない計測処理
により別途求められている）、及びＳ３１０にて求めた
絶対方位θにより、（１２）式に示すプロセス行列φを
求める。

【００６９】このようにして計算した観測値Ｙおよびプ
ロセス行列φに基づき、以下では、上述した（３）〜
（５）式の計算を行って（１ａ）式に示す状態量Ｘを求
める。即ち、Ｓ４５０では（４）式により誤差共分散Ｐ
の予測計算を行い、続くＳ４６０では（３）式によりカ
ルマンゲインＫの計算を行い、続くＳ４７０では（５）
式により誤差共分散Ｐの計算を行い、続くＳ４８０で
は、カルマンゲインＫおよび観測値Ｙに基づき、（１
ａ）式により状態量Ｘを求める。この状態量Ｘは、（１
２）式の左辺に示された、オフセット誤差εＧ、ゲイン
誤差εＡ，絶対方位誤差εθ、距離係数誤差εＫ、絶対
位置北方向誤差εＹ、絶対位置東方向誤差εＸを表して
いる。

【００７０】そして、Ｓ４９０では、状態量Ｘとして算
出されたこれらの誤差値εＧ，εＡ，εＫ，εθ，ε
Ｙ，εＸに基づき、推測航法誤差の補正（ジャイロ６の
オフセット補正、同じくゲイン補正、車速センサ４の距
離係数補正、絶対方位補正、絶対位置補正）を（２０）
〜（２５）式に従って行う。

【００７１】 オフセット補正量＝オフセット補正量−εＧ （２０） ゲイン補正量 ＝ゲイン補正量×（１−εＡ） （２１） 距離係数 ＝距離係数×（１−εＫ） （２２） 絶対方位 ＝絶対方位−εθ （２３） abs.y(絶対位置) ＝abs.y−εＹ （２４） abs.x(絶対位置) ＝abs.x−εＸ （２５） 即ち、ジャイロ６のオフセット補正及びゲイン補正によ
り、Ｓ１２０，Ｓ１３０にて用いられるオフセット補正
量及びゲイン補正量が修正され、車速センサ４の距離係
数補正により、Ｓ１４０にて用いられる距離係数が修正
され、絶対方位補正により、Ｓ３１０にて用いられる絶
対方位θが修正され、絶対位置補正によりＳ３２０にて
用いられる絶対位置が修正されるのである。

【００７２】そして、上記Ｓ４３０〜Ｓ４９０の処理
が、ＧＰＳ受信機８からのＧＰＳ測位データが有る毎に
繰り返されることにより、上記誤差が随時修正されるた
め、より正確な推測航法データが得られることになる。
なお、ＧＰＳ受信機８からＧＰＳ測位データが長時間
（Ｔ１秒以上）に渡って得ることができず、先のＳ４１
０にて肯定判定されると、Ｓ５００，Ｓ５１０に移行し
て、プロセス行列φの計算および誤差共分散Ｐの予測計
算を行う。

【００７３】これは、ＧＰＳ受信機８からＧＰＳ測位デ
ータが得られない場合、何も補正を行わないと誤差が大
きくなってしまうため、誤差共分散Ｐの予測計算、即ち
誤差の見積もりだけは定期的に行っておくことにより、
その後にＧＰＳ受信機８からのＧＰＳ測位データの入力
が再開された時に行われるカルマンフィルタの処理を正
確に行えるようにするためのものである。

【００７４】以上、説明したように、本実施例のナビゲ
ーション装置２においては、ジャイロ６のゲイン誤差を
カルマンフィルタにより推定して、ジャイロ６の出力に
基づいて算出される方位変化量をゲイン補正するように
されている。従って、本実施例のナビゲーション装置２
によれば、ジャイロ６の経年変化があったり、ジャイロ
６が傾斜した状態で車両に取り付けられる等して、予め
設定された換算ゲインが、実際の換算比率と異なってし
まった場合でも、これに基づく誤差を補償することがで
き、方位変化量、ひいては車両の現在位置や進行方向
（方位）を精度よく求めることができる。

【００７５】なお、本実施例では、Ｓ１００〜Ｓ３００
が現在位置算出手段に相当し、Ｓ４１０〜Ｓ４８０，Ｓ
５００，Ｓ５１０が誤差推定手段に相当し、Ｓ４９０が
補正手段に相当する。 ［第２実施例］次に第２実施例について説明する。

【００７６】本実施例は、第１実施例とは構成及び処理
内容が一部異なるだけであるため、これらの相違点を中
心に説明する。図８に示すように、本実施例の車載用ナ
ビゲーション装置２ａは、第１実施例の構成に加えてジ
ャイロ６と一体に取り付けられ、ジャイロ６の回転角速
度検出軸（以下、Ｚ軸という）に対して垂直な加速度検
出軸（以下、Ｘ軸という）方向の加速度を検出する加速
度センサ９を備えている。

【００７７】また、現在位置検出部１０ａは、車速セン
サ４（移動距離演算部１１）及び加速度センサ９の出力
に基づいて、車両姿勢の傾斜角度を演算する姿勢傾斜角
度演算部１７を備えており、姿勢傾斜角度演算部１７で
の演算結果を、補正部１６にて求められるゲイン補正量
に反映させて、方位変化量のゲイン補正を行うように構
成されている。

【００７８】更に、現在位置検出部１０ａ及びナビゲー
ション実行部２０の処理を実現するためのマイクロコン
ピュータを構成するＲＯＭ（図示せず）には、車両横方
向に加わる加速度と車両のロール量との関係を予め求め
てなるテーブルデータが記憶されている。

【００７９】ここで、マイクロコンピュータにて実行さ
れる処理について説明する。なお、本実施例では、第１
実施例にて説明した処理に加えて、姿勢傾斜角度演算部
１７に相当する姿勢変動検出処理が実行される。この姿
勢変動検出処理を、図９に示すフローチャート及び図１
０，図１１に示す説明図に沿って説明する。は、図９に
示すように、まず、Ｓ６１０では、ジャイロ６及び加速
度センサ９の車両前後方向（Ｘ軸方向）への搭載傾きα
ｘ、車両横方向（Ｘ軸及びＺ軸の双方に垂直なＹ軸方
向）への搭載傾きαｙを検出する。但し、αｘは仰角方
向、αｙは進行方向に向かって時計回り方向を正とす
る。

【００８０】具体的には、Ｘ軸或いはＹ軸のいずれか一
方のみに傾く（αｘ＝０或いはαｙ＝０）ことが予め判
っている場合には、その搭載傾きα（αｘ或いはαｙ）
は、車両停止中の加速度センサの出力Ａａstop、及び重
力加速度Ｇから、次の（２６）式により求めることがで
きる。

【００８１】 α＝ｓｉｎ^-1(Ａａstop／Ｇ) （２６） 即ち、停車中には、Ｘ軸方向の加速度を検出する加速度
センサ９では、重力加速度ＧのＸ軸方向成分Ｇ・ｓｉｎ
(α)が検出されるため、これに基づいて、搭載傾きαを
求めることができるのである。

【００８２】また、搭載傾きαｘ，αｙは、ジャイロ６
及び加速度センサ９の取付時に取付角度を測定して、そ
の測定結果を外部から入力したものを用いるようにして
もよいし、その他の方法により、自動的に測定してもよ
い。そして、Ｓ６２０では、加速度センサ９により、Ｘ
軸方向の加速度Ａａを検出し、続くＳ６３０では、車速
センサ４での検出結果に基づいて、車両進行方向への加
速度Ａｓを算出する。

【００８３】続くＳ６４０では、次の（２７）式によ
り、登坂等による車両前後方向への車両姿勢の傾斜角度
βｘを求める。 βｘ＝ｓｉｎ^-1［｛Ａａ−Ａｓ・ｃｏｓ(αｘ)｝／Ｇ］−αｘ （２７） 即ち、車速センサ４の出力に基づいて検出される車両の
進行方向への加速度Ａｓは、図１０（ｂ）から明らかな
ように、次の（２８）式にて表すことができ、これを変
形することにより（２７）式が得られるのである。

【００８４】 Ａｓ＝｛Ａａ−Ｇ・ｓｉｎ(βｘ＋αｘ)｝／ｃｏｓ(αｘ) （２８） 次のＳ６５０では、ジャイロ６の出力に基づいて検出さ
れる回転角速度と、車速センサ４の出力に基づいて検出
される車速とから、車両横方向に加わる加速度を算出
し、続くＳ６６０では、この算出された車両横方向への
加速度を参照値として、ＲＯＭに記憶されたテーブルデ
ータを参照することにより、車両横方向への車両姿勢の
傾斜角度βｙを求める。なお、傾斜角度βｙは、テーブ
ルデータによらず、車両横方向への加速度をパラメータ
として予め定義された算出式を用いて求めてもよい。

【００８５】続くＳ６７０では、先のＳ６４０，Ｓ６６
０にて求められた車両姿勢の傾斜角度βｘ，βｙに基づ
き、次の（２９）式を用いて姿勢変動補正量Ｃβを算出
して、Ｓ６２０に戻り、以後、Ｓ６２０〜Ｓ６７０の処
理を繰り返し実行する。 Ｃβ＝ｃｏｓ(βｘ)・ｃｏｓ(βｙ) （２９） そして、本実施例では、先に説明したＳ１３０にて方位
変化量のゲイン補正を行う際のゲイン補正量として、本
処理により求められた姿勢変動補正量Ｃβを反映させた
値が使用される。

【００８６】即ち、カルマンフィルタでの演算結果に基
づいてＳ４９０にて算出されるゲイン補正量をＣｇとす
ると、次の（３０）式にて算出される調整されたゲイン
補正量がＳ１３０にて使用される。 ゲイン補正量＝１／［ｃｏｓ｛ｃｏｓ^-1(Ｃｇ)＋ｃｏｓ^-1(Ｃβ)｝］ （３０） 以上説明したように本実施例のナビゲーション装置２ａ
によれば、車両前後方向及び車両横方向への車両姿勢の
傾斜角度βｘ，βｙを検出し、この検出した値を、方位
変化量をゲイン補正する際のゲイン補正量に反映させて
いるので、カーブ走行、坂道走行等により、車両前後方
向及び車両横方向に車両姿勢がどのように変化したとし
ても、その姿勢の変化によるジャイロ６の換算ゲインの
誤差変動分を確実に補償することができ、現在位置の検
出を精度よくしかも安定して行うことができる。

【００８７】また、本実施例によれば、車両姿勢により
生じるジャイロ６の換算ゲインの誤差を、他のゲイン誤
差から分離して評価することにより、車両姿勢の変動に
よる換算ゲインの誤差を的確に補償する姿勢変動補正量
Ｃβを算出して、これをゲイン補正量に反映させるよう
にしたので、車両が左右どちらの方向に傾斜したとして
も、左右の傾斜方向によって別々の補正を行うことな
く、いずれの場合も同一の処理にて精度よくゲイン誤差
を補償することができ、その結果、処理負荷を軽減する
ことができる。

【００８８】なお、本実施例では、姿勢変動検出処理Ｓ
６１０〜Ｓ６７０及び加速度センサ９が姿勢検出手段に
相当し、特に、Ｓ６１０〜Ｓ６４０が前後傾斜量検出手
段、Ｓ６５０，Ｓ６６０が左右傾斜量検出手段に相当す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例の装置の概略構成を表すブロック
図である。

【図２】 カルマンフィルタの前提条件を表す説明図で
ある。

【図３】 推測航法処理を表すフローチャートである。

【図４】 方位変化量・移動距離の演算処理を表すフロ
ーチャートである。

【図５】 相対軌跡の演算処理を表すフローチャートで
ある。

【図６】 絶対方位・絶対位置の演算処理を表すフロー
チャートである。

【図７】 ＧＰＳとの複合化処理を表すフローチャート
である。

【図８】 第２実施例の装置の概略構成を表すブロック
図である。

【図９】 姿勢変動検出処理を表すフローチャートであ
る。

【図１０】 車両前後方向への車両姿勢の変動状態を表
す説明図である。

【図１１】 車両横方向への車両姿勢の変動状態を表す
説明図である。

【図１２】 ジャイロ出力と角速度との関係、及び誤差
の補正手順を表す説明図である。

【図１３】 ロール角度に対してゲイン係数が変動する
様子を表すグラフである。

【符号の説明】

２，２ａ…車載用ナビゲーション装置 ４…車速セン
サ ６…ジャイロ ８…ＧＰＳ受信機 ９…加速度センサ １０，１０
ａ…現在位置検出部 １１…移動距離演算部 １２…方位変化量演算部
１３…相対軌跡演算部 １４…絶対位置演算部 １５…カルマンフィルタ
１５…誤差推定部 １６…補正部 １７…姿勢傾斜角度演算部 ２０…
ナビゲーション実行部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の回転角速度に応じた信号を出力す
   る角速度センサと、 車両の走行速度に応じた信号を出力する速度センサと、 前記角速度センサの出力値に基づいて算出される方位変
   化量、及び前記速度センサの出力値に基づいて算出され
   る移動距離から、車両の現在位置や進行方向を算出する
   現在位置算出手段と、 ＧＰＳ衛星からの衛星電波を受信し、車両の絶対的な現
   在位置及び進行方向を出力するＧＰＳ受信機と、 前記ＧＰＳ受信機からの出力値と前記現在位置算出手段
   での算出値とに基づいて、前記現在位置検出手段での算
   出値や該算出値の算出に用いる算出パラメータの誤差を
   推定する誤差推定手段と、 該誤差推定手段にて推定される誤差に基づいて、該誤差
   に対応する前記算出値や算出パラメータを補正する補正
   手段とを備えた車両用現在位置検出装置において、 前記現在位置算出手段は、前記算出パラメータの一つと
   して、前記角速度センサの出力値から前記回転角速度へ
   の換算比率を表す換算ゲインを用い、該換算ゲインに基
   づいて前記角速度センサの出力から回転角速度を算出す
   ると共に、 前記誤差推定手段は、前記ＧＰＳ受信機からの出力値と
   前記現在位置算出手段での算出値との差を観測値とし、
   少なくとも前記算出パラメータの誤差を状態量として、
   該状態量の推定値を求めるカルマンフィルタからなり、
   前記状態量として前記換算ゲインの誤差を含むことを特
   徴とする車両用現在位置検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の車両用現在位置検出装置
   において、 車両姿勢の傾斜状態を検出する姿勢検出手段を設け、 前記補正手段は、前記姿勢検出手段での検出結果から算
   出される前記換算ゲインの変動分を、該変動分が相殺さ
   れるように、前記誤差推定手段での推定結果に基づいて
   算出される前記換算ゲインの補正量に反映させることを
   特徴とする車両用現在位置検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の車両用現在位置検出装置
   において、 前記姿勢検出手段は、 車両進行方向の加速度と重力加速度との合成加速度に応
   じた信号を出力する加速度センサと、 該加速度センサの出力値と、前記速度センサの出力値か
   ら算出される車両進行方向の加速度とから、車両の前後
   方向への傾斜量を求める前後傾斜量検出手段と、 を備えることを特徴とする車両用現在位置検出装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３記載の車両用現在
   位置検出装置において、 前記姿勢検出手段は、前記角速度センサの出力値と前記
   速度センサの出力値とに基づいて算出される車両横方向
   の加速度から車両の左右方向への傾斜量を求める左右傾
   斜量検出手段を備えることを特徴とする車両用現在位置
   検出装置。