JP2001221652A - 自動車用ナビゲーション・システムのための慣性誘導装置及び方法 - Google Patents
自動車用ナビゲーション・システムのための慣性誘導装置及び方法Info
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- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
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- Navigation (AREA)
- Instructional Devices (AREA)
- Traffic Control Systems (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 前の位置から現在位置を判定する際に、柔軟
性があり、精度が高く、効率が高く、そしてコスト的に
有利な、小型の車両用ナビゲーション・システムを提供
する。 【解決手段】 慣性誘導センサー212-216は、車両の運
動を非慣性座標系で検出し、それに対応するセンサー信
号を形成する。変形ユニット304は、慣性誘導センサー
により形成されたセンサー信号を受けるために、接続さ
れる。変形ユニット304は、センサー信号を擬似慣性座
標系へと変形し、そこに対応する第１信号を形成する。
ロジック・ユニット308は、変形ユニット304により形成
された第１信号を受け、第１信号を、車両の位置及び方
位の推定値へ変換する。
性があり、精度が高く、効率が高く、そしてコスト的に
有利な、小型の車両用ナビゲーション・システムを提供
する。 【解決手段】 慣性誘導センサー212-216は、車両の運
動を非慣性座標系で検出し、それに対応するセンサー信
号を形成する。変形ユニット304は、慣性誘導センサー
により形成されたセンサー信号を受けるために、接続さ
れる。変形ユニット304は、センサー信号を擬似慣性座
標系へと変形し、そこに対応する第１信号を形成する。
ロジック・ユニット308は、変形ユニット304により形成
された第１信号を受け、第１信号を、車両の位置及び方
位の推定値へ変換する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概略的には車両の
ナビゲーション・システムに関する。より具体的には、
本発明は、車両用ナビゲーション・システムで用いられ
る推測航法モジュールの改良に関する。
ナビゲーション・システムに関する。より具体的には、
本発明は、車両用ナビゲーション・システムで用いられ
る推測航法モジュールの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の車両用ナビゲーション・システム
は、車両の位置を特定するために、複数の独立した位置
判定手段を用いるハイブリッド形となっている。位置判
定手段には、グローバル・ポジショニング・システム
（GPS）衛星、推測航法システム及び地図データベース
が含まれる。一般的に、この様なシステムの中の一つ
が、ナビゲーション・システムの一次機能を実行するこ
とになり、残りの判定手段は、一次システムでの累積誤
差を校正するのに用いられる。それぞれの判定手段に
は、特有の利点と制約がある。
は、車両の位置を特定するために、複数の独立した位置
判定手段を用いるハイブリッド形となっている。位置判
定手段には、グローバル・ポジショニング・システム
（GPS）衛星、推測航法システム及び地図データベース
が含まれる。一般的に、この様なシステムの中の一つ
が、ナビゲーション・システムの一次機能を実行するこ
とになり、残りの判定手段は、一次システムでの累積誤
差を校正するのに用いられる。それぞれの判定手段に
は、特有の利点と制約がある。
【０００３】GPSは、車両の位置を判定するために用い
られる電磁波測位システムである。GPSには、Navstar G
PS及びそれの後継版、つまり微分GPS（DGPS）、WAASな
どの電磁波測位システム、が含まれる。Navstarは、ア
メリカ国防省により開発された宇宙空間の衛星による無
線ナビゲーションを用いるGPSシステムである。GPS受信
機は、少なくとも４つの衛星の視界を妨げなかったとき
にユーザーに、連続的な三次元位置、速度及び時間のデ
ータを与える。Navstar GPSは、宇宙領域、制御領域そ
してエンド・ユーザー領域の３つの主要な領域からな
る。宇宙領域は、地表上の６個の軌道面内に位置する24
個の業務用衛星の一群からなる。衛星は、円形軌道内に
あり、そして、いかなる時にも地球上のいかなる地点か
らも最低５個の衛星をGPSユーザーが見える様な方位
に、ある。衛星は、ラジオ周波数（RF）信号を発し、そ
れは、ナビゲーション・データ提供のために、精密レン
ジング信号と粗い認識コード・レンジング信号により変
調される。このナビゲーション・データは、全てのGPS
衛星についてGPS制御領域により演算及び制御され、そ
れには、衛星の時間、時刻修正及び暦のパラメーター、
暦そして健全度合が、含まれる。ユーザー領域は、GPS
受信機及びアンテナ及び処理器の様なそれの補助装置の
集合であり、それは、ユーザーが、コードを受信して、
位置、速度及び時間的計側値を得るのに必要な情報を処
理することを、可能とする。GPSによる測位には、車両
ナビゲーションに関連して、２つの主要な欠点がある。
第１に、GPS信号の一般市民が利用可能な部分には、誤
差が含められている。米国政府は、100メートルの範囲
の位置誤差を入れている。市街地において、互いに100
メートル離れていないものがある程に街路が近接してい
るが故に、これは、不適切なナビゲーション能力を招く
可能性がある。
られる電磁波測位システムである。GPSには、Navstar G
PS及びそれの後継版、つまり微分GPS（DGPS）、WAASな
どの電磁波測位システム、が含まれる。Navstarは、ア
メリカ国防省により開発された宇宙空間の衛星による無
線ナビゲーションを用いるGPSシステムである。GPS受信
機は、少なくとも４つの衛星の視界を妨げなかったとき
にユーザーに、連続的な三次元位置、速度及び時間のデ
ータを与える。Navstar GPSは、宇宙領域、制御領域そ
してエンド・ユーザー領域の３つの主要な領域からな
る。宇宙領域は、地表上の６個の軌道面内に位置する24
個の業務用衛星の一群からなる。衛星は、円形軌道内に
あり、そして、いかなる時にも地球上のいかなる地点か
らも最低５個の衛星をGPSユーザーが見える様な方位
に、ある。衛星は、ラジオ周波数（RF）信号を発し、そ
れは、ナビゲーション・データ提供のために、精密レン
ジング信号と粗い認識コード・レンジング信号により変
調される。このナビゲーション・データは、全てのGPS
衛星についてGPS制御領域により演算及び制御され、そ
れには、衛星の時間、時刻修正及び暦のパラメーター、
暦そして健全度合が、含まれる。ユーザー領域は、GPS
受信機及びアンテナ及び処理器の様なそれの補助装置の
集合であり、それは、ユーザーが、コードを受信して、
位置、速度及び時間的計側値を得るのに必要な情報を処
理することを、可能とする。GPSによる測位には、車両
ナビゲーションに関連して、２つの主要な欠点がある。
第１に、GPS信号の一般市民が利用可能な部分には、誤
差が含められている。米国政府は、100メートルの範囲
の位置誤差を入れている。市街地において、互いに100
メートル離れていないものがある程に街路が近接してい
るが故に、これは、不適切なナビゲーション能力を招く
可能性がある。
【０００４】GPSの第２の欠点は、建物等の多くの障害
物がある市街地にユーザーがいる際に、適切な位置判定
をするのに充分な数の衛星からの情報を受けることが出
来ない場合がある、ということである。この理由のため
に、GPSは、推測航法及び地図データベースの様な、他
の位置判定手段とのハイブリッド・ナビゲーション・シ
ステムにおいて、用いられるのが一般的である。
物がある市街地にユーザーがいる際に、適切な位置判定
をするのに充分な数の衛星からの情報を受けることが出
来ない場合がある、ということである。この理由のため
に、GPSは、推測航法及び地図データベースの様な、他
の位置判定手段とのハイブリッド・ナビゲーション・シ
ステムにおいて、用いられるのが一般的である。
【０００５】従来のシステムは、現在の車両位置を計算
するために、地図データベースに記憶された道路ネット
ワークを用いる。この様なシステムは、マップ・マッチ
ングを実行するために、GPS又は推測航法のいずれかが
導く距離及び走行方位情報を送る。マップ・マッチング
は、データベースに記憶された道路ネットワーク及び入
力位置と走行方位のデータに基き、現在位置を計算す
る。この様なシステムはまた、センサーを校正するため
に、マップ・マッチングを用いる。しかしながら、マッ
プ・マッチングは、時間的に戻ってデータを位置に適合
させなければならないので、本来的な不正確さを持つ。
その様であるので、マップ・マッチングは、絶対位置が
地図上で特定される場合にのみ、センサーを校正するか
又は、位置判定手段として機能することが出来る。しか
しながら、長く直線の続く高速道路では、マップ・マッ
チングを用いるセンサー校正又は位置判定が、かなりの
期間にわたり行われない場合がある。
するために、地図データベースに記憶された道路ネット
ワークを用いる。この様なシステムは、マップ・マッチ
ングを実行するために、GPS又は推測航法のいずれかが
導く距離及び走行方位情報を送る。マップ・マッチング
は、データベースに記憶された道路ネットワーク及び入
力位置と走行方位のデータに基き、現在位置を計算す
る。この様なシステムはまた、センサーを校正するため
に、マップ・マッチングを用いる。しかしながら、マッ
プ・マッチングは、時間的に戻ってデータを位置に適合
させなければならないので、本来的な不正確さを持つ。
その様であるので、マップ・マッチングは、絶対位置が
地図上で特定される場合にのみ、センサーを校正するか
又は、位置判定手段として機能することが出来る。しか
しながら、長く直線の続く高速道路では、マップ・マッ
チングを用いるセンサー校正又は位置判定が、かなりの
期間にわたり行われない場合がある。
【０００６】現在の陸上推測航法システムは、既知の位
置から車両位置を推測するために、車速センサー、レー
ト・ジャイロ、後進段検出部及び車輪センサーを用い
る。この推測航法は、センサー誤差及び累積誤差に影響
を受け易い。更に、オドメーター及び後進段検出部を用
いるシステムは、接続部が必要とされるために、小型化
の可能性に欠けるものとなっている。更に、そのシステ
ムは、オドメーターの構成の違いのために、異なる自動
車に組込むのが困難である。加えて、それぞれのオドメ
ーターが、変速機内で異なる数のパルス・カウントを発
生する場合がある。オドメーターのデータは又、温度、
負荷、重量、タイヤ空気圧及び速度により変化する。更
に、クルーズ・コントロールやABSセンサーへの接続部
が、安全上の問題を生じる可能性もある。
置から車両位置を推測するために、車速センサー、レー
ト・ジャイロ、後進段検出部及び車輪センサーを用い
る。この推測航法は、センサー誤差及び累積誤差に影響
を受け易い。更に、オドメーター及び後進段検出部を用
いるシステムは、接続部が必要とされるために、小型化
の可能性に欠けるものとなっている。更に、そのシステ
ムは、オドメーターの構成の違いのために、異なる自動
車に組込むのが困難である。加えて、それぞれのオドメ
ーターが、変速機内で異なる数のパルス・カウントを発
生する場合がある。オドメーターのデータは又、温度、
負荷、重量、タイヤ空気圧及び速度により変化する。更
に、クルーズ・コントロールやABSセンサーへの接続部
が、安全上の問題を生じる可能性もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、前の位置から
現在位置を判定する際に、柔軟性があり、精度が高く、
効率が高く、そしてコスト的に有利な、小型の車両用ナ
ビゲーション・システムに対する必要性が存在する。
現在位置を判定する際に、柔軟性があり、精度が高く、
効率が高く、そしてコスト的に有利な、小型の車両用ナ
ビゲーション・システムに対する必要性が存在する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、改良された、
車両用慣性誘導ナビゲーション・システム、別名、車両
のナビゲーション用推測航法システムを開示する。慣性
誘導ナビゲーション・システムは、車両の位置を判定す
るために、単独で用いられても、GPS及び地図データベ
ースの様な他の位置判定手段と組合わせて用いられても
良い。この推測航法システムは、既存のシステムに対
し、いくつかの利点を持つ。第１に、それは、いかなる
車両にも容易に取付けられ得る。第２に、それは、車両
上に存在しているセンサーとのインターフェースを必要
としない。第３に、そのシステムは、シャシー及び慣性
誘導センサーの角度／回転及び、シャシーの傾斜角つま
り傾きにより、もたらされる位置及び方位判定の誤差
を、地球の様な慣性／擬似慣性座標系に関して、取除く
ロジックを含む。
車両用慣性誘導ナビゲーション・システム、別名、車両
のナビゲーション用推測航法システムを開示する。慣性
誘導ナビゲーション・システムは、車両の位置を判定す
るために、単独で用いられても、GPS及び地図データベ
ースの様な他の位置判定手段と組合わせて用いられても
良い。この推測航法システムは、既存のシステムに対
し、いくつかの利点を持つ。第１に、それは、いかなる
車両にも容易に取付けられ得る。第２に、それは、車両
上に存在しているセンサーとのインターフェースを必要
としない。第３に、そのシステムは、シャシー及び慣性
誘導センサーの角度／回転及び、シャシーの傾斜角つま
り傾きにより、もたらされる位置及び方位判定の誤差
を、地球の様な慣性／擬似慣性座標系に関して、取除く
ロジックを含む。
【０００９】本発明の実施形態において、車両のナビゲ
ーション用慣性誘導システムが開示される。この慣性誘
導システムは、慣性誘導センサー、座標変形ユニット及
びロジック・ユニットを、含む。上記慣性誘導センサー
は、車両への接続に適したものである。上記慣性誘導セ
ンサーは、上記車両の運動を非慣性座標系で検出し、そ
れに対応するセンサー信号を形成する。上記座標変形ユ
ニットは、上記慣性誘導センサーにより形成された上記
センサー信号を受けるために、接続される。上記座標変
形ユニットは、上記センサー信号を擬似慣性座標系へと
変形し、そこに対応する第１信号を形成する。上記ロジ
ック・ユニットは、上記座標変形ユニットにより形成さ
れた第１信号を受け、該第１信号を、上記車両の位置及
び方位の推定値へ変換する。
ーション用慣性誘導システムが開示される。この慣性誘
導システムは、慣性誘導センサー、座標変形ユニット及
びロジック・ユニットを、含む。上記慣性誘導センサー
は、車両への接続に適したものである。上記慣性誘導セ
ンサーは、上記車両の運動を非慣性座標系で検出し、そ
れに対応するセンサー信号を形成する。上記座標変形ユ
ニットは、上記慣性誘導センサーにより形成された上記
センサー信号を受けるために、接続される。上記座標変
形ユニットは、上記センサー信号を擬似慣性座標系へと
変形し、そこに対応する第１信号を形成する。上記ロジ
ック・ユニットは、上記座標変形ユニットにより形成さ
れた第１信号を受け、該第１信号を、上記車両の位置及
び方位の推定値へ変換する。
【００１０】本発明の実施形態において、車両のナビゲ
ーション用ハイブリッド・システムが開示される。この
ハイブリッド・システムは、慣性誘導センサー、座標変
形ユニット、第１及び第２のロジック・ユニット及び位
置と方位の判定手段、を含む。上記慣性誘導センサー
は、車両への接続に適したものである。上記慣性誘導セ
ンサーは、上記車両の運動を非慣性座標系で検出し、そ
れに対応するセンサー信号を形成する。上記座標変形ユ
ニットは、上記慣性誘導センサーにより形成された上記
センサー信号を受け、該センサー信号を擬似慣性座標系
へと変形し、そしてそこに対応する第１信号を形成す
る。上記第１ロジック・ユニットは、上記座標変形ユニ
ットにより形成された上記第１信号を受ける。上記ロジ
ック・ユニットは、上記第１信号を、上記車両の位置及
び方位の推定値へ変換し、そして、そこに対応する位置
と方位の第１推定信号を形成する。上記位置と方位の判
定手段は、上記車両の位置と方位の推定値に対応する位
置と方位の第２推定信号を形成する。上記第２ロジック
・ユニットは、上記第１ロジック・ユニットにより形成
された位置と方位の第１推定信号を、上記位置と方位の
判定信号により形成された位置と方位の第２推定信号と
共に、受け、そしてそこから、上記車両の位置と方位を
推定する。
ーション用ハイブリッド・システムが開示される。この
ハイブリッド・システムは、慣性誘導センサー、座標変
形ユニット、第１及び第２のロジック・ユニット及び位
置と方位の判定手段、を含む。上記慣性誘導センサー
は、車両への接続に適したものである。上記慣性誘導セ
ンサーは、上記車両の運動を非慣性座標系で検出し、そ
れに対応するセンサー信号を形成する。上記座標変形ユ
ニットは、上記慣性誘導センサーにより形成された上記
センサー信号を受け、該センサー信号を擬似慣性座標系
へと変形し、そしてそこに対応する第１信号を形成す
る。上記第１ロジック・ユニットは、上記座標変形ユニ
ットにより形成された上記第１信号を受ける。上記ロジ
ック・ユニットは、上記第１信号を、上記車両の位置及
び方位の推定値へ変換し、そして、そこに対応する位置
と方位の第１推定信号を形成する。上記位置と方位の判
定手段は、上記車両の位置と方位の推定値に対応する位
置と方位の第２推定信号を形成する。上記第２ロジック
・ユニットは、上記第１ロジック・ユニットにより形成
された位置と方位の第１推定信号を、上記位置と方位の
判定信号により形成された位置と方位の第２推定信号と
共に、受け、そしてそこから、上記車両の位置と方位を
推定する。
【００１１】本発明の更に別の実施形態において、車両
を経路誘導する方法が開示される。その方法は、上記車
両の初期位置及び初期方位を検出する工程、車両の運動
を非慣性座標系で検出する工程、該工程で検出された上
記運動を擬似慣性座標系での運動へ変形する工程、擬似
慣性座標系の上記運動を位置変化と方位変化へ変換する
工程、及び上記位置変化を上記初期位置へ、そして上記
方位変化を上記初期方位へ、追加し、更新後の位置推定
値及び更新後の方位推定値をそれぞれ形成する工程、を
有する。
を経路誘導する方法が開示される。その方法は、上記車
両の初期位置及び初期方位を検出する工程、車両の運動
を非慣性座標系で検出する工程、該工程で検出された上
記運動を擬似慣性座標系での運動へ変形する工程、擬似
慣性座標系の上記運動を位置変化と方位変化へ変換する
工程、及び上記位置変化を上記初期位置へ、そして上記
方位変化を上記初期方位へ、追加し、更新後の位置推定
値及び更新後の方位推定値をそれぞれ形成する工程、を
有する。
【００１２】本発明の別の実施形態において、車両を経
路誘導するコンピューター・プログラム製品が開示され
る。このコンピューター・プログラム製品は、コンピュ
ーターにより読み出し可能な記憶媒体を有し、それは、
その中に表現されたプログラム・コード手段を持ち、該
コンピューター読み出し可能プログラム・コード手段
が、上記車両の初期位置及び初期方位を検出するコンピ
ューター読み出し可能プログラム・コード手段、上記車
両の運動を非慣性座標系で検出するコンピューター読み
出し可能プログラム・コード手段、該検出動作において
検出された上記運動を擬似慣性座標系へ変形するコンピ
ューター読み出し可能プログラム・コード手段、擬似慣
性座標系での上記運動を位置変化及び方位変化へ変換す
るコンピューター読み出し可能プログラム・コード手
段、及び上記位置変化を上記初期位置へ、そして上記方
位変化を上記初期方位へ加えて、それぞれ更新後の位置
推定値及び更新後の方位推定値を形成する、コンピュー
ター読み出し可能プログラム・コード手段、を有する。
路誘導するコンピューター・プログラム製品が開示され
る。このコンピューター・プログラム製品は、コンピュ
ーターにより読み出し可能な記憶媒体を有し、それは、
その中に表現されたプログラム・コード手段を持ち、該
コンピューター読み出し可能プログラム・コード手段
が、上記車両の初期位置及び初期方位を検出するコンピ
ューター読み出し可能プログラム・コード手段、上記車
両の運動を非慣性座標系で検出するコンピューター読み
出し可能プログラム・コード手段、該検出動作において
検出された上記運動を擬似慣性座標系へ変形するコンピ
ューター読み出し可能プログラム・コード手段、擬似慣
性座標系での上記運動を位置変化及び方位変化へ変換す
るコンピューター読み出し可能プログラム・コード手
段、及び上記位置変化を上記初期位置へ、そして上記方
位変化を上記初期方位へ加えて、それぞれ更新後の位置
推定値及び更新後の方位推定値を形成する、コンピュー
ター読み出し可能プログラム・コード手段、を有する。
【００１３】本発明のこれらのものなどの構成及び効果
は、添付の図面に関連させれば、以下の詳細な説明から
当業者には、より明らかとなろう。
は、添付の図面に関連させれば、以下の詳細な説明から
当業者には、より明らかとなろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明は、改良された車両用推測
航法システムを開示し、それは、車両の位置を判定する
ために、単独で用いられても、GPS及び地図データベー
スの様な他の位置判定手段と組合わせて用いられても良
い。この推測航法システムは、既存のシステムに対し、
いくつかの利点を持つ。第１に、それは、いかなる車両
のシャシーにも容易に取付けられ得る。第２に、それ
は、例えばオドメーター、ABSなどの車両上に存在して
いるセンサーとのインターフェースを必要としない。推
測航法システムは、２／３軸加速度計、２／３軸角速度
センサー、１／２／３軸傾斜計及び重力計の一つ又は全
てを含む、慣性誘導センサーを用いる。慣性誘導センサ
ーは、慣性誘導パッケージ114（図２乃至４及び７を参
照）内に取付けられ、それは次に車両のシャシーに固定
される。第３に、そのシステムは、シャシー及び慣性誘
導センサーの角度／回転及び、シャシーの傾斜つまり傾
きにより、もたらされる位置及び方位判定の誤差を、地
球の様な慣性／擬似慣性座標系に関して、取除くロジッ
クを含む。
航法システムを開示し、それは、車両の位置を判定する
ために、単独で用いられても、GPS及び地図データベー
スの様な他の位置判定手段と組合わせて用いられても良
い。この推測航法システムは、既存のシステムに対し、
いくつかの利点を持つ。第１に、それは、いかなる車両
のシャシーにも容易に取付けられ得る。第２に、それ
は、例えばオドメーター、ABSなどの車両上に存在して
いるセンサーとのインターフェースを必要としない。推
測航法システムは、２／３軸加速度計、２／３軸角速度
センサー、１／２／３軸傾斜計及び重力計の一つ又は全
てを含む、慣性誘導センサーを用いる。慣性誘導センサ
ーは、慣性誘導パッケージ114（図２乃至４及び７を参
照）内に取付けられ、それは次に車両のシャシーに固定
される。第３に、そのシステムは、シャシー及び慣性誘
導センサーの角度／回転及び、シャシーの傾斜つまり傾
きにより、もたらされる位置及び方位判定の誤差を、地
球の様な慣性／擬似慣性座標系に関して、取除くロジッ
クを含む。
【００１５】図１は、地球100の地図上に重ねられた車
両用推測航法システム用擬似慣性座標系（別名「地球」
座標）102を示す。その座標系は、直交x, y, z軸を含
む。軸の原点は、地球の表面に位置し、車両と共に移動
する。図示の例において、正のx軸は車両の前進運動の
方向に沿って向いており、負のz軸は重力ベクトル104と
一直線に並べられる。慣性座標は、ニュートンの第１法
則（全ての物体は、それに作用する力により状態を変え
るのを強制されない限り、それの静止状態又は、一定の
直線運動状態に、留まる）がその中で有効となる座標系
である。地球座標は、宇宙での物体に対するその様な座
標の加速度が小さいが故に、擬似慣性座標系である。x
及びy軸により規定される面は、地球面として特定され
るはずである。地球座標のそれぞれの軸回りには、「右
手の法則」に従う矢印が示されている。x, y及びz軸回
りの回転はそれぞれ、ロール、ピッチ及びヨーとして規
定される。
両用推測航法システム用擬似慣性座標系（別名「地球」
座標）102を示す。その座標系は、直交x, y, z軸を含
む。軸の原点は、地球の表面に位置し、車両と共に移動
する。図示の例において、正のx軸は車両の前進運動の
方向に沿って向いており、負のz軸は重力ベクトル104と
一直線に並べられる。慣性座標は、ニュートンの第１法
則（全ての物体は、それに作用する力により状態を変え
るのを強制されない限り、それの静止状態又は、一定の
直線運動状態に、留まる）がその中で有効となる座標系
である。地球座標は、宇宙での物体に対するその様な座
標の加速度が小さいが故に、擬似慣性座標系である。x
及びy軸により規定される面は、地球面として特定され
るはずである。地球座標のそれぞれの軸回りには、「右
手の法則」に従う矢印が示されている。x, y及びz軸回
りの回転はそれぞれ、ロール、ピッチ及びヨーとして規
定される。
【００１６】本発明の実施形態において、車両のロール
とピッチは、ロール、ピッチ及びヨーについての角速度
センサーからの信号を積分することにより、計算され
る。この態様で計算される車両のロール及びピッチは、
その車両について計測された加速度を、非慣性座標系か
ら擬似慣性座標系へと変形するのに、用いられる。その
取組み自体には、いくつかの限界がある。第１に、角速
度信号におけるいかなるオフセット誤差つまりバイアス
も、積分計算された角度における誤差を発生することに
なり、この誤差が時間と共に線形的に増加することにな
る。第２に、角速度センサーからの信号における不規則
ノイズが、積分計算された角度のランダム・ウォークを
発生することになる。本発明の別の実施形態において
は、車両の角度が、加速度計又は傾斜計と共に角速度セ
ンサーを用い、より正確に判定される。これらの機器か
らの信号は、長い期間にわたり正確かつ安定な車両の角
度の計側値を発生するのに、組合わせることが出来る
（図８を参照）。
とピッチは、ロール、ピッチ及びヨーについての角速度
センサーからの信号を積分することにより、計算され
る。この態様で計算される車両のロール及びピッチは、
その車両について計測された加速度を、非慣性座標系か
ら擬似慣性座標系へと変形するのに、用いられる。その
取組み自体には、いくつかの限界がある。第１に、角速
度信号におけるいかなるオフセット誤差つまりバイアス
も、積分計算された角度における誤差を発生することに
なり、この誤差が時間と共に線形的に増加することにな
る。第２に、角速度センサーからの信号における不規則
ノイズが、積分計算された角度のランダム・ウォークを
発生することになる。本発明の別の実施形態において
は、車両の角度が、加速度計又は傾斜計と共に角速度セ
ンサーを用い、より正確に判定される。これらの機器か
らの信号は、長い期間にわたり正確かつ安定な車両の角
度の計側値を発生するのに、組合わせることが出来る
（図８を参照）。
【００１７】理想的なのは、慣性誘導システムのセンサ
ーが地球面内に静止していることであろう。現実には、
センサー・パッケージは、車両のシャシーに取付けられ
る。シャシーは、地球面内に静止しておらず、それでセ
ンサー・パッケージもそうはならない。車両が登坂する
際に、それは、地球座標のy軸回りに、傾斜つまり地面
のy軸回りの角度に等しい角度θiyだけピッチ運動す
る。車両が高速道路のバンク付のカーブを回る際に、車
両は、x軸回りに、バンクの傾斜つまり地面のx軸回りの
角度に等しい角度θixだけロール運動する。車両がx軸
に沿って加速する際に、シャシーは、y軸回りに、シャ
シーの後部についてのシャシーの傾きに等しい角度量θ
tyだけ、ピッチ運動する。車両が曲線道路回りを移動す
る際に、求心加速度が導く傾きが、車両を、x軸回り
に、mv2/rに比例する量だけ、ロール運動させる。車体
面つまりシャシーの面は、地面の傾斜又は車両の加速／
減速が導く傾きのいずれか又は両方に応じて、地球の面
からずれる場合がある。その様な作用は、地球面のx, y
及びz軸の両方の回りで見ることが出来る。慣性誘導シ
ステムの精度は、これらのずれにより影響され、ずれの
それぞれが、x及びy加速度計の計側値への重力ベクトル
の投影につながる。同様の考察が、２／３軸角速度セン
サー、加速度計又は傾斜計に導かれる誤差に当てはま
る。本発明は、地球面に対する車体面の傾き／傾斜によ
り導かれる慣性誘導センサーの計側値における誤差を取
除く方法及び装置を、提供する。
ーが地球面内に静止していることであろう。現実には、
センサー・パッケージは、車両のシャシーに取付けられ
る。シャシーは、地球面内に静止しておらず、それでセ
ンサー・パッケージもそうはならない。車両が登坂する
際に、それは、地球座標のy軸回りに、傾斜つまり地面
のy軸回りの角度に等しい角度θiyだけピッチ運動す
る。車両が高速道路のバンク付のカーブを回る際に、車
両は、x軸回りに、バンクの傾斜つまり地面のx軸回りの
角度に等しい角度θixだけロール運動する。車両がx軸
に沿って加速する際に、シャシーは、y軸回りに、シャ
シーの後部についてのシャシーの傾きに等しい角度量θ
tyだけ、ピッチ運動する。車両が曲線道路回りを移動す
る際に、求心加速度が導く傾きが、車両を、x軸回り
に、mv2/rに比例する量だけ、ロール運動させる。車体
面つまりシャシーの面は、地面の傾斜又は車両の加速／
減速が導く傾きのいずれか又は両方に応じて、地球の面
からずれる場合がある。その様な作用は、地球面のx, y
及びz軸の両方の回りで見ることが出来る。慣性誘導シ
ステムの精度は、これらのずれにより影響され、ずれの
それぞれが、x及びy加速度計の計側値への重力ベクトル
の投影につながる。同様の考察が、２／３軸角速度セン
サー、加速度計又は傾斜計に導かれる誤差に当てはま
る。本発明は、地球面に対する車体面の傾き／傾斜によ
り導かれる慣性誘導センサーの計側値における誤差を取
除く方法及び装置を、提供する。
【００１８】図２及び３は、地面106上に位置する車両1
10の立面図を示す。地面106は、例えば、坂、谷、上り
坂、下り坂などの、車両がその上に配置された土地によ
り、規定される。車両のシャシーは車体面112を規定す
る。慣性誘導センサーを含む推測航法システム114は、
シャシーに固定される。車両用推測航法及び経路誘導シ
ステムは、慣性／擬似慣性座標系についての加速度を規
定しようとするものである。それで、地球面に対しての
地面の傾斜又は、車両の加速又は減速によりもたらされ
る地面に対する車体面の傾きにより、もたらされる車体
面のずれは、それらの読取り値の精度を有効なものとす
る推測航法システムに付随する計側値を相互に関連させ
ることになる。
10の立面図を示す。地面106は、例えば、坂、谷、上り
坂、下り坂などの、車両がその上に配置された土地によ
り、規定される。車両のシャシーは車体面112を規定す
る。慣性誘導センサーを含む推測航法システム114は、
シャシーに固定される。車両用推測航法及び経路誘導シ
ステムは、慣性／擬似慣性座標系についての加速度を規
定しようとするものである。それで、地球面に対しての
地面の傾斜又は、車両の加速又は減速によりもたらされ
る地面に対する車体面の傾きにより、もたらされる車体
面のずれは、それらの読取り値の精度を有効なものとす
る推測航法システムに付随する計側値を相互に関連させ
ることになる。
【００１９】図２において、車両は、地球面と同じ地面
の上で加速している。車体面に対する垂線120が示され
ている。加速度が導く車両の傾きに起因して、垂線はz
軸から角度θtyだけ、ずれている。車両の加速は、車両
の前部を浮き上がらせる傾向があり、減速は反対の効果
を持つ。図３において、車両は坂を上って加速してい
る。地面に対する垂線122は、z軸に対して角度θiyをな
す。これは、地球面に対して車両の車体面112を傾け
る。加えて車両の加速が、垂線120の車体面に対する更
なる傾きθtyにつながる。地球面に対する車体面のy軸
回りの角度は、θiy+θtyである。これは、車体面のy軸
回りの重力ベクトルに対する角度に、ほぼ等しい。この
角度は、それで、y軸についての重力ベクトルに対する
角度∠gyとして特定されるはずである。重力ベクトルに
対する同様の角度∠gx,∠gzが、x軸及びz軸に対して存
在する。そして、これらの角度は、重力ベクトルに対す
る角度又は「重力角度」として、種々に特定されること
になる。この角度は、車両の運動を検出するのに加速度
計が用いられる場合に、車両位置を判定するに際して考
慮される必要がある。例えば、修正がなければ、x軸加
速度計は、上り坂を一定速度で運動する車両について正
の加速度読取り値を発生することになる。これは、セン
サー・パッケージの傾斜によりもたらされる、x軸セン
サーのずれにより、もたらされることになるものであ
る。x軸センサーが地球面に対して傾斜させられると、
そのセンサーは、重力ベクトル104の地面への投影に比
例した信号を、発生することになる。その寄与の大きさ
は、mg sin θiyになることになる。修正がなければ、
上り坂を走行しながら減速している車両のx軸加速度計
は、重力ベクトル104の地面への投影の大きさが車両の
減速度よりも大きい場合には、減速ではなく加速を示す
場合があることになる。
の上で加速している。車体面に対する垂線120が示され
ている。加速度が導く車両の傾きに起因して、垂線はz
軸から角度θtyだけ、ずれている。車両の加速は、車両
の前部を浮き上がらせる傾向があり、減速は反対の効果
を持つ。図３において、車両は坂を上って加速してい
る。地面に対する垂線122は、z軸に対して角度θiyをな
す。これは、地球面に対して車両の車体面112を傾け
る。加えて車両の加速が、垂線120の車体面に対する更
なる傾きθtyにつながる。地球面に対する車体面のy軸
回りの角度は、θiy+θtyである。これは、車体面のy軸
回りの重力ベクトルに対する角度に、ほぼ等しい。この
角度は、それで、y軸についての重力ベクトルに対する
角度∠gyとして特定されるはずである。重力ベクトルに
対する同様の角度∠gx,∠gzが、x軸及びz軸に対して存
在する。そして、これらの角度は、重力ベクトルに対す
る角度又は「重力角度」として、種々に特定されること
になる。この角度は、車両の運動を検出するのに加速度
計が用いられる場合に、車両位置を判定するに際して考
慮される必要がある。例えば、修正がなければ、x軸加
速度計は、上り坂を一定速度で運動する車両について正
の加速度読取り値を発生することになる。これは、セン
サー・パッケージの傾斜によりもたらされる、x軸セン
サーのずれにより、もたらされることになるものであ
る。x軸センサーが地球面に対して傾斜させられると、
そのセンサーは、重力ベクトル104の地面への投影に比
例した信号を、発生することになる。その寄与の大きさ
は、mg sin θiyになることになる。修正がなければ、
上り坂を走行しながら減速している車両のx軸加速度計
は、重力ベクトル104の地面への投影の大きさが車両の
減速度よりも大きい場合には、減速ではなく加速を示す
場合があることになる。
【００２０】図４は、経路146に沿う左旋回を示す、車
両の上面図である。地球座標のx及びy軸が図面の面内に
示されている。z軸は、図面の面に垂直である。推測航
法システム・パッケージ114が、車両のシャシーに固定
されているのが、示されている。x軸の車両運動に対し
て、推測航法パッケージについて関連する３つの角度が
示されている。これらのうちの第１のθtzは、z軸回り
の車両シャシーのヨーである。車両のヨーは、旋回中に
直線に従おうとする車両のシャシーのモーメントによ
り、もたらされる。ヨーの大きさは、旋回半径の小さ
さ、車両の速度及びサスペンションの柔軟性と共に、増
大する。それぞれは、シャシーが車輪との整列関係から
一時的にずれるのを可能とする。線140は、図示の例に
ついてのヨーの量つまりθzyを規定する。関連する第２
の角度はθizであり、それは、旋回中の地面の傾きの結
果として車両に導かれるヨーの大きさである。例えば、
高速道路の出口ランプのバンクは、ヨーとロールの両方
に寄与することになる。図示の例において、線142は、
導かれたヨーを傾斜の大きさに反映する。関連する角度
の残りのものθhzは、計測期間での方位変化である。こ
の瞬間において、経路146を辿る車両の車輪によりもた
らされる方位の変化が、線144により示されている。傾
斜及び傾きにより導かれるヨーについての修正がなけれ
ば、車両の実際の方位は、誤差成分を含むことになる。
両の上面図である。地球座標のx及びy軸が図面の面内に
示されている。z軸は、図面の面に垂直である。推測航
法システム・パッケージ114が、車両のシャシーに固定
されているのが、示されている。x軸の車両運動に対し
て、推測航法パッケージについて関連する３つの角度が
示されている。これらのうちの第１のθtzは、z軸回り
の車両シャシーのヨーである。車両のヨーは、旋回中に
直線に従おうとする車両のシャシーのモーメントによ
り、もたらされる。ヨーの大きさは、旋回半径の小さ
さ、車両の速度及びサスペンションの柔軟性と共に、増
大する。それぞれは、シャシーが車輪との整列関係から
一時的にずれるのを可能とする。線140は、図示の例に
ついてのヨーの量つまりθzyを規定する。関連する第２
の角度はθizであり、それは、旋回中の地面の傾きの結
果として車両に導かれるヨーの大きさである。例えば、
高速道路の出口ランプのバンクは、ヨーとロールの両方
に寄与することになる。図示の例において、線142は、
導かれたヨーを傾斜の大きさに反映する。関連する角度
の残りのものθhzは、計測期間での方位変化である。こ
の瞬間において、経路146を辿る車両の車輪によりもた
らされる方位の変化が、線144により示されている。傾
斜及び傾きにより導かれるヨーについての修正がなけれ
ば、車両の実際の方位は、誤差成分を含むことになる。
【００２１】解説目的に、自動車が平坦な地面に静止し
ている場合に、３軸加速度計アレイのそれぞれの加速度
計が、車体面と整列され、そして、それぞれが地球座標
のx, y, z軸と一直線に並べられている、と仮定する。
それで、オフセットについて修正後に、加速度計アレイ
は、以下の読取り値を発生することになる。すなわち、
Ax= Ay= 0及びAz= 9.8m/sec2である。ここで、自動車が
静止している状態での地面の傾斜により、機器のパッケ
ージが回転するとすると、加速度計読取り値が変化し、
Azにより計測された加速度が減少することになる。
ている場合に、３軸加速度計アレイのそれぞれの加速度
計が、車体面と整列され、そして、それぞれが地球座標
のx, y, z軸と一直線に並べられている、と仮定する。
それで、オフセットについて修正後に、加速度計アレイ
は、以下の読取り値を発生することになる。すなわち、
Ax= Ay= 0及びAz= 9.8m/sec2である。ここで、自動車が
静止している状態での地面の傾斜により、機器のパッケ
ージが回転するとすると、加速度計読取り値が変化し、
Azにより計測された加速度が減少することになる。
【００２２】図５は、θy= -15°に等しい量だけ、y軸
回りに回転した車体を示す。また、示されているのは重
力ベクトル104であり、それと共に、車両のシャシーに
より規定された非慣性車体座標系のx及びz軸上それぞれ
での重力ベクトルの投影150-152である。重力ベクトル1
04のx軸への投影、つまり回転した座標系でのベクトル1
50は、-2.5 [m/sec2]（数２参照）の大きさを持つこと
になる。x軸加速度計は、実際には無い場合にも、減速
を表すAx= -2.5を読むことになる。この影響を取除くた
めに、回転量の負数である、重力角度∠gyを判定する必
要があることになる。この場合において∠gy= +15°で
ある。重力角度の正弦と重力定数の積はそして、x軸か
らの計測読取り値から引かれ、地球座標に対する車体面
の回転の影響を取除く。車両が一定速度で動く際に、同
じ修正がなされるべきである。車両が加速している場合
も、重力角度が一定のままである、つまり、y軸回りの
車体面の傾きと傾斜の合成値が-15°に等しいとすれ
ば、同じ修正がなされるべきである。それで、この後者
の場合に、Axは、x軸に沿う地球面での加速度に等しい
非ゼロ値に等しくなる。
回りに回転した車体を示す。また、示されているのは重
力ベクトル104であり、それと共に、車両のシャシーに
より規定された非慣性車体座標系のx及びz軸上それぞれ
での重力ベクトルの投影150-152である。重力ベクトル1
04のx軸への投影、つまり回転した座標系でのベクトル1
50は、-2.5 [m/sec2]（数２参照）の大きさを持つこと
になる。x軸加速度計は、実際には無い場合にも、減速
を表すAx= -2.5を読むことになる。この影響を取除くた
めに、回転量の負数である、重力角度∠gyを判定する必
要があることになる。この場合において∠gy= +15°で
ある。重力角度の正弦と重力定数の積はそして、x軸か
らの計測読取り値から引かれ、地球座標に対する車体面
の回転の影響を取除く。車両が一定速度で動く際に、同
じ修正がなされるべきである。車両が加速している場合
も、重力角度が一定のままである、つまり、y軸回りの
車体面の傾きと傾斜の合成値が-15°に等しいとすれ
ば、同じ修正がなされるべきである。それで、この後者
の場合に、Axは、x軸に沿う地球面での加速度に等しい
非ゼロ値に等しくなる。
【００２３】ピッチが地球座標に対する車体面の回転へ
の主要な影響を持つと仮定すると、重力角度gyを判定
し、Azが非慣性つまり車体座標系でのz軸に沿っての加
速度計の出力である下記の式により、Axを慣性読取り値
に変換する、ことも可能である。
の主要な影響を持つと仮定すると、重力角度gyを判定
し、Azが非慣性つまり車体座標系でのz軸に沿っての加
速度計の出力である下記の式により、Axを慣性読取り値
に変換する、ことも可能である。
【数１】∠gｙ＝ arc sine (Az/-9.8)
【数２】Ax ← (Ax - (sin(∠gy)・(-9.8)）
【数３】 重力ベクトル(104) = Σ投影ベクトル(150-152)
【００２４】数１及び２は、先に述べた。数３は、回転
された非慣性座標系のz及びx軸上それぞれでの投影ベク
トル150, 152の和が、重力ベクトル104に等しいという
事実を反映したものである。y軸回りのピッチは慣性セ
ンサー読取り値における誤差の主な原因であるものの、
誤差への二次的な寄与が車両のロールによりもたらされ
る。その様な状況が図６に示されている。
された非慣性座標系のz及びx軸上それぞれでの投影ベク
トル150, 152の和が、重力ベクトル104に等しいという
事実を反映したものである。y軸回りのピッチは慣性セ
ンサー読取り値における誤差の主な原因であるものの、
誤差への二次的な寄与が車両のロールによりもたらされ
る。その様な状況が図６に示されている。
【００２５】図６において、車体面の地球座標系に対す
るピッチ及びロールの両方が起こっている。ランプを通
って高速道路へ入る時に当てはまることになる様に、車
体面は、ピッチθy= -15°とロールθx= -3°の対象と
なる。下記の数４に示される様に、投影ベクトルの和が
重力ベクトルに等しくなるということが、また当てはま
る。
るピッチ及びロールの両方が起こっている。ランプを通
って高速道路へ入る時に当てはまることになる様に、車
体面は、ピッチθy= -15°とロールθx= -3°の対象と
なる。下記の数４に示される様に、投影ベクトルの和が
重力ベクトルに等しくなるということが、また当てはま
る。
【数４】 重力ベクトル(104) = Σ投影ベクトル(160-164)
【００２６】車両がピッチとロールの両方を経験してい
る時の、擬似慣性座標系における真の加速度について
は、対応する解が存在する。例えば、ピッチつまりθy
= -15°でロールつまりθx= 3°の場合に、下記の数式
により表される様に、y軸に沿って計測された加速度は
0.259gとなり、x軸に沿っては0.052gとなる。 ピッチθy = Sin-1(0.259g/g)=15° ピッチθx = Sin-1(0.052g/g)=3°
る時の、擬似慣性座標系における真の加速度について
は、対応する解が存在する。例えば、ピッチつまりθy
= -15°でロールつまりθx= 3°の場合に、下記の数式
により表される様に、y軸に沿って計測された加速度は
0.259gとなり、x軸に沿っては0.052gとなる。 ピッチθy = Sin-1(0.259g/g)=15° ピッチθx = Sin-1(0.052g/g)=3°
【００２７】図７は、車両用ナビゲーション・センサー
のハイブリッド実施形態の構成部品のハードウェア・ブ
ロック図である。パッケージ114は、傾斜計、角速度セ
ンサー、加速度計及び地磁気センサーをそれぞれ含む慣
性センサー210-216を持つ。加えて、GPSモジュール220
が示されている。センサーの全ては、インターフェース
230を介してシステム・バス250へ接続される。CPU 232,
RAM 234, ROM 236, 主メモリー228及びI/Oインターフ
ェース238が、システム・バスに接続されるのが示され
る。出力通報機242及びユーザー・インターフェース244
がI/Oインターフェース238に接続されるのが示される。
本発明の実施形態において、慣性センサーは以下の能力
を持つ。傾斜計210は、地球面に対する車体面のピッチ
とロールの両方を検出し、そこに対応するセンサー信号
を形成する二軸器械である。角速度センサー212は、ロ
ール、ピッチ及びヨーを計測し、そこに対応するセンサ
ー信号を形成する、三軸器械である。加速度計214は、
車両の加速度を検出し、そこに対応するセンサー信号を
形成する、三軸器械である。場合によって用いられる地
磁気センサー216は、車両の羅針方位を計測し、そこに
対応するセンサー信号を形成する。
のハイブリッド実施形態の構成部品のハードウェア・ブ
ロック図である。パッケージ114は、傾斜計、角速度セ
ンサー、加速度計及び地磁気センサーをそれぞれ含む慣
性センサー210-216を持つ。加えて、GPSモジュール220
が示されている。センサーの全ては、インターフェース
230を介してシステム・バス250へ接続される。CPU 232,
RAM 234, ROM 236, 主メモリー228及びI/Oインターフ
ェース238が、システム・バスに接続されるのが示され
る。出力通報機242及びユーザー・インターフェース244
がI/Oインターフェース238に接続されるのが示される。
本発明の実施形態において、慣性センサーは以下の能力
を持つ。傾斜計210は、地球面に対する車体面のピッチ
とロールの両方を検出し、そこに対応するセンサー信号
を形成する二軸器械である。角速度センサー212は、ロ
ール、ピッチ及びヨーを計測し、そこに対応するセンサ
ー信号を形成する、三軸器械である。加速度計214は、
車両の加速度を検出し、そこに対応するセンサー信号を
形成する、三軸器械である。場合によって用いられる地
磁気センサー216は、車両の羅針方位を計測し、そこに
対応するセンサー信号を形成する。
【００２８】慣性センサーに加えて、GPSモジュール220
が設けられる。GPSモジュールは、例えば、衛星ベース
のナビゲーション・システムからの信号を受ける。慣性
センサーそしてGPSモジュールからのデータは、以下の
図８乃至１０と関連させて記載され説明される処理を実
行するCPU 232へ、送られる。主メモリー228は、地図デ
ータベース224と共に、マップ・マッチング及びGPS測位
そして推測航法を、以下の図８乃至１０と関連させて説
明される処理に従い実行する、プログラム・コードを、
記憶する。RAM 130は、その様なソフトウェア・プログ
ラムを実行するのに必要な情報の読み出し及び書込み
を、許容する。ROM 236は、システムBIOSを記憶するこ
とが出来る。I/Oインターフェース238が、CPU 232によ
り処理されるデータを受け、そのデータを、音声、動
画、テキスト又はそれらの組合せとして、ユーザーへ示
すために、出力通報機242へ送信する。ユーザーは、ユ
ーザー・インターフェース244を介して、目的地の様な
データを、入力することが出来る。そのインターフェー
スはキーボード又は音声認識システムであってもよい。
が設けられる。GPSモジュールは、例えば、衛星ベース
のナビゲーション・システムからの信号を受ける。慣性
センサーそしてGPSモジュールからのデータは、以下の
図８乃至１０と関連させて記載され説明される処理を実
行するCPU 232へ、送られる。主メモリー228は、地図デ
ータベース224と共に、マップ・マッチング及びGPS測位
そして推測航法を、以下の図８乃至１０と関連させて説
明される処理に従い実行する、プログラム・コードを、
記憶する。RAM 130は、その様なソフトウェア・プログ
ラムを実行するのに必要な情報の読み出し及び書込み
を、許容する。ROM 236は、システムBIOSを記憶するこ
とが出来る。I/Oインターフェース238が、CPU 232によ
り処理されるデータを受け、そのデータを、音声、動
画、テキスト又はそれらの組合せとして、ユーザーへ示
すために、出力通報機242へ送信する。ユーザーは、ユ
ーザー・インターフェース244を介して、目的地の様な
データを、入力することが出来る。そのインターフェー
スはキーボード又は音声認識システムであってもよい。
【００２９】主メモリー228に記憶された地図データベ
ース224は、道路の交差点つまり結節点、道路の区間、
目標物そして重要度の高い地点などの地理的情報を示す
ために、緯度と経度の座標の様な位置データを、有する
ことが出来る。データベースは更に、道路と場所の名
前、分岐、一方通行規制、速度制限、形状、高度などの
特性の様な、道路又は場所の特徴を表すデータを有す
る。加えて、地図データベースは、個別のノード及び道
路区間に付随するコストの値を、含む場合がある。この
様なコスト値は、それぞれのノード又は区間を進行する
ための期間の推定値を記録することになろう。区間コス
トは、両方がその区間での進行時間に影響する速度制限
又は区間長さの様な道路特性に、反映し得る。加えて、
データベースは、路地、市道、県道、高速道路などの、
道路の種別つまり形式に関連する、道路階層値を含む場
合もある。
ース224は、道路の交差点つまり結節点、道路の区間、
目標物そして重要度の高い地点などの地理的情報を示す
ために、緯度と経度の座標の様な位置データを、有する
ことが出来る。データベースは更に、道路と場所の名
前、分岐、一方通行規制、速度制限、形状、高度などの
特性の様な、道路又は場所の特徴を表すデータを有す
る。加えて、地図データベースは、個別のノード及び道
路区間に付随するコストの値を、含む場合がある。この
様なコスト値は、それぞれのノード又は区間を進行する
ための期間の推定値を記録することになろう。区間コス
トは、両方がその区間での進行時間に影響する速度制限
又は区間長さの様な道路特性に、反映し得る。加えて、
データベースは、路地、市道、県道、高速道路などの、
道路の種別つまり形式に関連する、道路階層値を含む場
合もある。
【００３０】図８は、車両用ハイブリッド・ナビゲーシ
ョン・システム内での推測航法／慣性誘導モジュールの
詳細な実施形態を示すソフトウェア／ハードウェア・ブ
ロック図である。ここに開示されたロジック／処理は、
図７に関連させて上述したハードウェアに組込まれ得る
ものである。
ョン・システム内での推測航法／慣性誘導モジュールの
詳細な実施形態を示すソフトウェア／ハードウェア・ブ
ロック図である。ここに開示されたロジック／処理は、
図７に関連させて上述したハードウェアに組込まれ得る
ものである。
【００３１】推測航法／慣性誘導モジュール300は、慣
性誘導センサー210-216、校正ロジック302、積分器31
0、ローパス・フィルター312、座標変換ユニット304及
びカルマン・フィルター306を、含む。座標変換ユニッ
トは、慣性基準モジュール330、重力モジュール332、慣
性回転モジュール320、乗算器340及び回転マトリックス
338を、含む。本発明の実施形態においては、サンプラ
ー308も含まれる。慣性回転モジュールは、減算器326、
加算器322-324及びゲイン・モジュール328を含む。ハイ
ブリッド・システムはまた、GPSモジュール220と地図デ
ータベース224の様な位置／方位判定モジュールを含
む。推測航法／慣性誘導モジュール300、GPSモジュール
220及び地図データベース228の出力が、修正ロジック30
8への入力として、与えられる。
性誘導センサー210-216、校正ロジック302、積分器31
0、ローパス・フィルター312、座標変換ユニット304及
びカルマン・フィルター306を、含む。座標変換ユニッ
トは、慣性基準モジュール330、重力モジュール332、慣
性回転モジュール320、乗算器340及び回転マトリックス
338を、含む。本発明の実施形態においては、サンプラ
ー308も含まれる。慣性回転モジュールは、減算器326、
加算器322-324及びゲイン・モジュール328を含む。ハイ
ブリッド・システムはまた、GPSモジュール220と地図デ
ータベース224の様な位置／方位判定モジュールを含
む。推測航法／慣性誘導モジュール300、GPSモジュール
220及び地図データベース228の出力が、修正ロジック30
8への入力として、与えられる。
【００３２】角速度センサー及び加速度計の出力は、座
標変換ユニット314を介してカルマン・フィルターに送
られる。このユニットは、センサー出力を慣性座標系へ
と変換するロジックを与える。カルマン・フィルターの
出力360つまり、推測航法により判定される車両の距離
と方位に対応する信号は、調整ロジック308への入力と
して、与えられる。図示の実施形態において、調整ロジ
ックは、例えば傾斜計210及び地磁気モジュール216であ
る他の慣性誘導センサーからの入力を更に受入れる。調
整処理は、例えばGPSモジュール220及び地図データベー
ス228である、他の位置判定モジュールからの入力を更
に受入れる。調整処理は、推測航法システムにより判定
された距離と方位を、例えばGPS及び地図データベース
である他の位置判定手段により判定された位置及び方位
と統合する。位置又は方位のいずれかの移動が実行され
る。更新後の距離及び方位370は、調整処理により出力
される。加えて、センサーの再校正も、調整ロジックか
ら校正ロジック302へ送られる信号を用いて実行され得
る。調整ロジックについての２つの実施形態の更なる詳
細は、図９及び１０及び付随する文章の中に、示され
る。
標変換ユニット314を介してカルマン・フィルターに送
られる。このユニットは、センサー出力を慣性座標系へ
と変換するロジックを与える。カルマン・フィルターの
出力360つまり、推測航法により判定される車両の距離
と方位に対応する信号は、調整ロジック308への入力と
して、与えられる。図示の実施形態において、調整ロジ
ックは、例えば傾斜計210及び地磁気モジュール216であ
る他の慣性誘導センサーからの入力を更に受入れる。調
整処理は、例えばGPSモジュール220及び地図データベー
ス228である、他の位置判定モジュールからの入力を更
に受入れる。調整処理は、推測航法システムにより判定
された距離と方位を、例えばGPS及び地図データベース
である他の位置判定手段により判定された位置及び方位
と統合する。位置又は方位のいずれかの移動が実行され
る。更新後の距離及び方位370は、調整処理により出力
される。加えて、センサーの再校正も、調整ロジックか
ら校正ロジック302へ送られる信号を用いて実行され得
る。調整ロジックについての２つの実施形態の更なる詳
細は、図９及び１０及び付随する文章の中に、示され
る。
【００３３】座標変換ユニット304により実行される処
理は、角速度センサー212及び加速度計214両方のセンサ
ー出力を慣性座標系へ変換する。これは、慣性誘導セン
サー・パッケージ114の傾斜及び傾きに起因して、位置
及び方位における誤差を取除くことが含まれる。図示の
実施形態において、角速度センサー及び加速度計の両方
共に三軸器械である。角速度センサーの出力は、センサ
ー・パッケージの傾斜、傾き及び方位の変化の影響を含
んだ、x, y及びz軸に沿っての角速度である。加速度計
の出力は、センサー・パッケージの傾斜及び傾きの結果
としてのその中の誤差を含んだ、x, y及びz軸に沿って
の加速度である。本発明の別の実施形態においては、加
速度及び角速度センサーが二軸器械となることになる。
角速度センサーが、z軸（ヨー速度）及びx又はy軸（ロ
ール又はピッチ速度）のいずれか回りの角速度を計測す
ることになろう。加速度計は、x及びy軸に沿っての加速
度を計測することになろう。本発明の更に別の実施形態
においては、角速度センサー無しで２／３軸加速度計の
みを用いて、推測航法が実行されることになろう。
理は、角速度センサー212及び加速度計214両方のセンサ
ー出力を慣性座標系へ変換する。これは、慣性誘導セン
サー・パッケージ114の傾斜及び傾きに起因して、位置
及び方位における誤差を取除くことが含まれる。図示の
実施形態において、角速度センサー及び加速度計の両方
共に三軸器械である。角速度センサーの出力は、センサ
ー・パッケージの傾斜、傾き及び方位の変化の影響を含
んだ、x, y及びz軸に沿っての角速度である。加速度計
の出力は、センサー・パッケージの傾斜及び傾きの結果
としてのその中の誤差を含んだ、x, y及びz軸に沿って
の加速度である。本発明の別の実施形態においては、加
速度及び角速度センサーが二軸器械となることになる。
角速度センサーが、z軸（ヨー速度）及びx又はy軸（ロ
ール又はピッチ速度）のいずれか回りの角速度を計測す
ることになろう。加速度計は、x及びy軸に沿っての加速
度を計測することになろう。本発明の更に別の実施形態
においては、角速度センサー無しで２／３軸加速度計の
みを用いて、推測航法が実行されることになろう。
【００３４】サンプラー308において、慣性センサー出
力つまり、角速度センサー212、加速度計214、傾斜計21
0そして、場合により地磁気センサー216の出力をサンプ
リングし、これらを校正ロジック302へ送ることによ
り、処理が始まる。GPSモジュール220の出力もまた、校
正ロジックへ接続される。校正ロジックは、調整ロジッ
ク308からの制御入力を受入れ、慣性誘導センサーの出
力を再校正する。再校正には、調整処理により判定され
た、更新後のゼロ・オフセット及び換算係数を、上述の
センサーそれぞれの出力が更に処理される前に、それら
に適用することが、含まれ得る。しかしながら、再校正
は、非慣性座標系での、慣性誘導センサー・パッケージ
の重力角の変化つまり、センサー・パッケージの回転に
起因する誤差を、取除くわけではない。
力つまり、角速度センサー212、加速度計214、傾斜計21
0そして、場合により地磁気センサー216の出力をサンプ
リングし、これらを校正ロジック302へ送ることによ
り、処理が始まる。GPSモジュール220の出力もまた、校
正ロジックへ接続される。校正ロジックは、調整ロジッ
ク308からの制御入力を受入れ、慣性誘導センサーの出
力を再校正する。再校正には、調整処理により判定され
た、更新後のゼロ・オフセット及び換算係数を、上述の
センサーそれぞれの出力が更に処理される前に、それら
に適用することが、含まれ得る。しかしながら、再校正
は、非慣性座標系での、慣性誘導センサー・パッケージ
の重力角の変化つまり、センサー・パッケージの回転に
起因する誤差を、取除くわけではない。
【００３５】再校正後に、角速度センサー及び加速度計
の出力が、それぞれ、積分モジュール310及びローパス
・フィルター・モジュール312への入力として、与えら
れる。積分モジュール310は、角速度を、傾斜と傾きの
両方に起因する方位変化そしてセンサー・パッケージの
方位の向きの変化の両方を含む、未加工角度θithxyzへ
変換する。ローパス・フィルター312は、計測された加
速度を時間平均する。積分器及びローパス・フィルター
・モジュールの出力は、座標変換ユニット304へ伝えら
れる。具体的には、積分モジュール310の出力336つま
り、非慣性／車両座標系における車両の未加工角度が、
慣性回転モジュール320への入力として、与えられる。
ローパス・フィルター312の出力346つまり非慣性／車体
座標系における未加工加速度ベクトルが、慣性座標系33
0への入力として、与えられる。
の出力が、それぞれ、積分モジュール310及びローパス
・フィルター・モジュール312への入力として、与えら
れる。積分モジュール310は、角速度を、傾斜と傾きの
両方に起因する方位変化そしてセンサー・パッケージの
方位の向きの変化の両方を含む、未加工角度θithxyzへ
変換する。ローパス・フィルター312は、計測された加
速度を時間平均する。積分器及びローパス・フィルター
・モジュールの出力は、座標変換ユニット304へ伝えら
れる。具体的には、積分モジュール310の出力336つま
り、非慣性／車両座標系における車両の未加工角度が、
慣性回転モジュール320への入力として、与えられる。
ローパス・フィルター312の出力346つまり非慣性／車体
座標系における未加工加速度ベクトルが、慣性座標系33
0への入力として、与えられる。
【００３６】慣性座標モジュール330は、x, y, z軸に沿
っての平均加速度についてサンプリングされた値を受入
れる。このモジュールは、計測された加速度を、擬似慣
性／地球座標系へ投影する。その処理において、地球座
標に関しての車体面（及びセンサー・パッケージ）の角
度及び、地球座標へ投影された計測加速度（慣性加速
度）の大きさの両方が、決定される。本発明の実施形態
において、計測された加速度の擬似慣性／地球座標系へ
の投影処理は、x及び／又はy軸の加速度計側値について
の適切な換算係数を、z軸の計側値が擬似慣性座標系
で、車両の位置における重力定数及び／又は重力ベクト
ルの大きさの少なくとも一つに対応するという要件に基
いて、決定する工程を、含む。回転換算係数は、重力角
度に換算して表され得る。重力角度の決定は、単純なも
のから複雑なものへ亘ることになる。
っての平均加速度についてサンプリングされた値を受入
れる。このモジュールは、計測された加速度を、擬似慣
性／地球座標系へ投影する。その処理において、地球座
標に関しての車体面（及びセンサー・パッケージ）の角
度及び、地球座標へ投影された計測加速度（慣性加速
度）の大きさの両方が、決定される。本発明の実施形態
において、計測された加速度の擬似慣性／地球座標系へ
の投影処理は、x及び／又はy軸の加速度計側値について
の適切な換算係数を、z軸の計側値が擬似慣性座標系
で、車両の位置における重力定数及び／又は重力ベクト
ルの大きさの少なくとも一つに対応するという要件に基
いて、決定する工程を、含む。回転換算係数は、重力角
度に換算して表され得る。重力角度の決定は、単純なも
のから複雑なものへ亘ることになる。
【００３７】重力は、定数である場合も変数である場合
もある。重力が変数である実施形態において、重力計33
2は、慣性基準モジュール330へ、そこでの上述の計算又
は変動のために、連続的な入力を与える。重力が例えば
に一定である別の実施形態において、重力モジュール33
2が、一定値を慣性加速モジュールへ出力するレジスタ
ーとして機能する。慣性加速モジュールは、重力ベクト
ル別名重力角に対する車体面の角度を、座標変形ユニッ
ト320の一部である減算器326への入力として、発生す
る。
もある。重力が変数である実施形態において、重力計33
2は、慣性基準モジュール330へ、そこでの上述の計算又
は変動のために、連続的な入力を与える。重力が例えば
に一定である別の実施形態において、重力モジュール33
2が、一定値を慣性加速モジュールへ出力するレジスタ
ーとして機能する。慣性加速モジュールは、重力ベクト
ル別名重力角に対する車体面の角度を、座標変形ユニッ
ト320の一部である減算器326への入力として、発生す
る。
【００３８】座標変形ユニット320はまた、加算器324で
の入力として、積分器310の出力つまり信号336における
時間の関数としての車両のロールとピッチを受入れる。
加算器は、これらのサンプル値を、線342で与えられる
前のサンプル値からの地球座標における車両の方向の修
正された角度に対応するフィードバック信号に加える。
加算器324の出力は、加算器322そして微分器／減算器32
6の両方への入力として、与えられる。慣性基準モジュ
ール330により与えられる重力ベクトルに対する角度
は、減算器326において、加算器324により出力される未
加工角度から減算され、誤差信号を発生する。誤差信号
出力は、可変ゲイン・モジュール328への入力として与
えられる。減算器により与えられる誤差信号は、角速度
センサー出力の積分により計算された未加工角度を修正
するのに用いられる。この誤差信号は、それぞれの軸に
ついて可変ゲイン328により乗算され、加算器322への入
力として与えられる。ゲイン項は、地球座標での車両の
方向を示す修正後の角度を得るのに用いられてきた誤差
信号の大きさを決める。言い換えると、ゲインの値は、
信号の誤差が角速度センサーの未加工角度信号を修正す
る際の時間定数を、決定する。本発明の実施形態におい
て、ゲイン係数そして時間定数は、地図データベースに
より示される車両が現在位置している道路区間に合致す
る様に、変更され得る。本発明のこの実施形態におい
て、地図データベースは、各道路区間の方位、形状、長
さ及び位置そして道路区間の傾斜についての情報を記憶
することになる。この情報を用いて、与えられた時点で
車両が経験することになる操作に応じて、定数を設定す
ることが出来る。例えば、市道で曲るのは4秒間かか
り、サンプラー308がサンプリング速度で100 Hzであ
り、そして、ロール軸についてのゲイン・パラメーター
の値は、R = 1 / (4 x 100) =0.0025へ設定することが
出来る。
の入力として、積分器310の出力つまり信号336における
時間の関数としての車両のロールとピッチを受入れる。
加算器は、これらのサンプル値を、線342で与えられる
前のサンプル値からの地球座標における車両の方向の修
正された角度に対応するフィードバック信号に加える。
加算器324の出力は、加算器322そして微分器／減算器32
6の両方への入力として、与えられる。慣性基準モジュ
ール330により与えられる重力ベクトルに対する角度
は、減算器326において、加算器324により出力される未
加工角度から減算され、誤差信号を発生する。誤差信号
出力は、可変ゲイン・モジュール328への入力として与
えられる。減算器により与えられる誤差信号は、角速度
センサー出力の積分により計算された未加工角度を修正
するのに用いられる。この誤差信号は、それぞれの軸に
ついて可変ゲイン328により乗算され、加算器322への入
力として与えられる。ゲイン項は、地球座標での車両の
方向を示す修正後の角度を得るのに用いられてきた誤差
信号の大きさを決める。言い換えると、ゲインの値は、
信号の誤差が角速度センサーの未加工角度信号を修正す
る際の時間定数を、決定する。本発明の実施形態におい
て、ゲイン係数そして時間定数は、地図データベースに
より示される車両が現在位置している道路区間に合致す
る様に、変更され得る。本発明のこの実施形態におい
て、地図データベースは、各道路区間の方位、形状、長
さ及び位置そして道路区間の傾斜についての情報を記憶
することになる。この情報を用いて、与えられた時点で
車両が経験することになる操作に応じて、定数を設定す
ることが出来る。例えば、市道で曲るのは4秒間かか
り、サンプラー308がサンプリング速度で100 Hzであ
り、そして、ロール軸についてのゲイン・パラメーター
の値は、R = 1 / (4 x 100) =0.0025へ設定することが
出来る。
【００３９】この誤差信号（ゲインで乗算された後のも
の）は、加算器322における未修正つまり未加工の角度
に加えられる。この加算は、地球座標での車両の方向を
表す修正後の角度を生じることになる。ゲイン項を用い
てのこの角度安定化処理は、角速度センサー出力（短い
時間尺度での信頼性が高い）により、短い時間尺度で支
配されることになる。長い時間尺度においては、安定化
処理は加速度計データ（長い時間尺度で信頼性が高い）
により支配されることになる。それで、この処理が、短
い期間と長い期間の両方について信頼性がある修正角度
342を発生する。
の）は、加算器322における未修正つまり未加工の角度
に加えられる。この加算は、地球座標での車両の方向を
表す修正後の角度を生じることになる。ゲイン項を用い
てのこの角度安定化処理は、角速度センサー出力（短い
時間尺度での信頼性が高い）により、短い時間尺度で支
配されることになる。長い時間尺度においては、安定化
処理は加速度計データ（長い時間尺度で信頼性が高い）
により支配されることになる。それで、この処理が、短
い期間と長い期間の両方について信頼性がある修正角度
342を発生する。
【００４０】ゲイン・パラメーター328は、各軸につい
てのデフォルト値を持つことになる。しかし、これらの
値は、地図データベース内での車両の現在位置、この位
置についての信頼度及び先に起こり得る操作に基き、調
整され得るものである。定速での市道での旋回（高さの
変化はない）については、ロール軸ゲイン項が最大の変
化をすることになる。クローバー形の高速道路の出口ラ
ンプについてはロール項とピッチ項の両方が変化を必要
とすることになる。共通の操作について計算された角度
のゲイン項それぞれの影響の履歴を、特定の車両及び特
定の運転スタイルについてのゲイン項を適応調整するた
めに、保存することが出来る。道路区間の長さと形状を
現在含む地図データベースに対しては、この処理を補助
するために、地図データベース内に度傾斜及び道路のバ
ンク角情報についてのデータを加えることが望ましい。
てのデフォルト値を持つことになる。しかし、これらの
値は、地図データベース内での車両の現在位置、この位
置についての信頼度及び先に起こり得る操作に基き、調
整され得るものである。定速での市道での旋回（高さの
変化はない）については、ロール軸ゲイン項が最大の変
化をすることになる。クローバー形の高速道路の出口ラ
ンプについてはロール項とピッチ項の両方が変化を必要
とすることになる。共通の操作について計算された角度
のゲイン項それぞれの影響の履歴を、特定の車両及び特
定の運転スタイルについてのゲイン項を適応調整するた
めに、保存することが出来る。道路区間の長さと形状を
現在含む地図データベースに対しては、この処理を補助
するために、地図データベース内に度傾斜及び道路のバ
ンク角情報についてのデータを加えることが望ましい。
【００４１】信号線342上の加算器322の出力は、カルマ
ン又は他の適切な共分散フィルター306への入力として
与えら得る。加えて、同じ信号が、回転マトリックスを
実現する回転モジュール338へのフィードバックとして
与えられる。回転モジュールの出力つまり回転マトリッ
クスは、乗算器340により、ローパス・フィルター312に
より与えられる未加工の加速度で、乗算されて、真の加
速度を発生する。これら真の加速度はまた、信号線344
上のカルマン・フィルター306への入力として、信号線3
46上の未加工加速度と共に、与えられる。回転マトリッ
クスの動作が以下の例において示される。加速度ベクト
ルaがa1= axi + ayj + azkであると仮定し、i, j, kが
x, y, z軸に沿っての単位ベクトルであり、ax, ay, az
が車両フレーム内でのこれらの軸に沿っての成分である
とする。車両の傾き（つまりロール、ピッチ）の影響を
取除くために、加速度ベクトルが、下記の回転マトリッ
クスを形成する修正角度（ロール、ピッチ）を用いて、
擬似慣性地球座標系へと変形され得る。すなわち、a2 =
R21 a1である。ここで、
ン又は他の適切な共分散フィルター306への入力として
与えら得る。加えて、同じ信号が、回転マトリックスを
実現する回転モジュール338へのフィードバックとして
与えられる。回転モジュールの出力つまり回転マトリッ
クスは、乗算器340により、ローパス・フィルター312に
より与えられる未加工の加速度で、乗算されて、真の加
速度を発生する。これら真の加速度はまた、信号線344
上のカルマン・フィルター306への入力として、信号線3
46上の未加工加速度と共に、与えられる。回転マトリッ
クスの動作が以下の例において示される。加速度ベクト
ルaがa1= axi + ayj + azkであると仮定し、i, j, kが
x, y, z軸に沿っての単位ベクトルであり、ax, ay, az
が車両フレーム内でのこれらの軸に沿っての成分である
とする。車両の傾き（つまりロール、ピッチ）の影響を
取除くために、加速度ベクトルが、下記の回転マトリッ
クスを形成する修正角度（ロール、ピッチ）を用いて、
擬似慣性地球座標系へと変形され得る。すなわち、a2 =
R21 a1である。ここで、
【数５】
【００４２】この回転マトリックスは、純粋な加速度を
発生するために、計測された加速度を回転することにな
る。修正された角度は、回転マトリックス・モジュール
338内で上述の回転マトリックスを形成するために、用
いられる。この回転マトリックスは、距離及び速度を計
算するために用いられる（地球座標における）真の加速
度ベクトルを得るために、未加工加速度ベクトルにより
乗算される。
発生するために、計測された加速度を回転することにな
る。修正された角度は、回転マトリックス・モジュール
338内で上述の回転マトリックスを形成するために、用
いられる。この回転マトリックスは、距離及び速度を計
算するために用いられる（地球座標における）真の加速
度ベクトルを得るために、未加工加速度ベクトルにより
乗算される。
【００４３】本発明の代替実施形態において、モジュー
ル304（図８参照）に示された処理は、重力ベクトル
（重力角度）そして真の加速度つまり擬似慣性座標系で
の加速度の両方の展開を時間の関数として示すために、
四元数の使用により、補われつまり改良され得る。四元
数は、座標系に対して車体の方向を独特の態様で表す４
パラメーター表示である。
ル304（図８参照）に示された処理は、重力ベクトル
（重力角度）そして真の加速度つまり擬似慣性座標系で
の加速度の両方の展開を時間の関数として示すために、
四元数の使用により、補われつまり改良され得る。四元
数は、座標系に対して車体の方向を独特の態様で表す４
パラメーター表示である。
【数６】 ここで、
【数７】 は、ベクトルの大きさである。方向の変化が起こる際
に、新たな四元数は、速度センサーからの角速度及び四
元数速度を用い、数８を用いて、演算することが出来
る。
に、新たな四元数は、速度センサーからの角速度及び四
元数速度を用い、数８を用いて、演算することが出来
る。
【数８】 この微分式の解は、デジタル又はアナログ・ロジックに
実現され得る。
実現され得る。
【００４４】カルマン・フィルター306にはまた、精度3
02を向上するために、傾斜計210及び地磁気センサー216
からの入力が与えられる。本発明の更に別の実施形態に
おいて、カルマン・フィルターには、未加工角度336及
び、非慣性加速度ベクトル346を含む、追加の入力が与
えられ得る。
02を向上するために、傾斜計210及び地磁気センサー216
からの入力が与えられる。本発明の更に別の実施形態に
おいて、カルマン・フィルターには、未加工角度336及
び、非慣性加速度ベクトル346を含む、追加の入力が与
えられ得る。
【００４５】カルマン・フィルター306は、当業者に周
知の共分散決定処理を実現する。慣性センサー及びフレ
ーム変形モジュールは、カルマン・フィルターへの入力
として、擬似慣性座標系へ変形される車両の加速度及び
傾きを発生する。カルマン・フィルターは、デジタル・
コンピューター上でのリアルタイム演算の実行にそれを
適したものにする一組の回帰式を用いて、形成される。
カルマン・フィルターは、用いられるシステム及びセン
サーの動特性の知識、計測ノイズ、処理ノイズ及び、シ
ステム及びセンサー・モデルの統計的表記そして関連す
る変数の初期状態についての知識を、利用する。カルマ
ン・フィルターは、システムの現状の推定値を発生し、
またシステムの将来の状態を予測するために、複数のセ
ンサーからの計側値を解くのに、用いられ得る。カルマ
ン・フィルターは、位置と方位の変化を連続的に加算す
ることにより、初期位置及び初期方位から位置と方位の
判定値を更新し、車両についての距離及び方位の更新後
の推定値360を形成する。
知の共分散決定処理を実現する。慣性センサー及びフレ
ーム変形モジュールは、カルマン・フィルターへの入力
として、擬似慣性座標系へ変形される車両の加速度及び
傾きを発生する。カルマン・フィルターは、デジタル・
コンピューター上でのリアルタイム演算の実行にそれを
適したものにする一組の回帰式を用いて、形成される。
カルマン・フィルターは、用いられるシステム及びセン
サーの動特性の知識、計測ノイズ、処理ノイズ及び、シ
ステム及びセンサー・モデルの統計的表記そして関連す
る変数の初期状態についての知識を、利用する。カルマ
ン・フィルターは、システムの現状の推定値を発生し、
またシステムの将来の状態を予測するために、複数のセ
ンサーからの計側値を解くのに、用いられ得る。カルマ
ン・フィルターは、位置と方位の変化を連続的に加算す
ることにより、初期位置及び初期方位から位置と方位の
判定値を更新し、車両についての距離及び方位の更新後
の推定値360を形成する。
【００４６】図示の様な本発明のハイブリッド形の実施
形態において、カルマン・フィルターにより与えられ得
る距離と方位は、修正ロジック308へ与えられる。本発
明の別の実施形態において、慣性誘導システム360の出
力は、ハイブリッド・システムへ組合わせることなし
に、距離と方位について排他的に用いられる。本発明の
他の実施形態において、システムの推測航法／慣性誘導
部分が、位置と方位の決定手段の他のものとの、マスタ
ー／スレーブ（図９参照）、スレーブ／マスター（図１
０参照）又はピアツーピアの制御関係のいずれかで利用
される。これらの実施形態において、調整ロジック308
は、GPSモジュール220及び地図データベース228の両方
からの入力を受入れる。本発明の更に別の実施形態にお
いて、慣性誘導システム300は、慣性基準モジュール330
を介して、カルマン・フィルターへ接続される、２／３
軸加速度計214のみを、含む。このシステムは、上述の
加速度計と速度センサーが組合わせられた実施形態より
も精度が落ちるものの、それでも、ある用途について
は、位置と方位の適切な判定値を与えることが出来る。
形態において、カルマン・フィルターにより与えられ得
る距離と方位は、修正ロジック308へ与えられる。本発
明の別の実施形態において、慣性誘導システム360の出
力は、ハイブリッド・システムへ組合わせることなし
に、距離と方位について排他的に用いられる。本発明の
他の実施形態において、システムの推測航法／慣性誘導
部分が、位置と方位の決定手段の他のものとの、マスタ
ー／スレーブ（図９参照）、スレーブ／マスター（図１
０参照）又はピアツーピアの制御関係のいずれかで利用
される。これらの実施形態において、調整ロジック308
は、GPSモジュール220及び地図データベース228の両方
からの入力を受入れる。本発明の更に別の実施形態にお
いて、慣性誘導システム300は、慣性基準モジュール330
を介して、カルマン・フィルターへ接続される、２／３
軸加速度計214のみを、含む。このシステムは、上述の
加速度計と速度センサーが組合わせられた実施形態より
も精度が落ちるものの、それでも、ある用途について
は、位置と方位の適切な判定値を与えることが出来る。
【００４７】当業者に明らかである様に、上記のGPSモ
ジュール及び地図データベースに加えて、又はそれらの
代わりに、他の車両位置判定手段が、本発明の範囲から
逸脱することなしに、ハイブリッド・システムにおい
て、用いることが出来る。上述の加速度／角速度センサ
ーは、それら相互と車両のシャシーについての特定の配
列を持つ。つまり、互いに、そして車両のシャシーに直
交する正のz軸と直交する。当業者に明らかな様に、本
発明を実施するためには、センサーの、互いのそしてシ
ャシーに対する直交性はいずれも、必要とされない。請
求項記載の発明の範囲から逸脱することなしに、センサ
ーの方位の変化の互いの、又は車両のシャシーに対する
変化のいずれかを考慮して変形モジュールの出力を調整
するために、追加のロジックを加えることが出来る。
ジュール及び地図データベースに加えて、又はそれらの
代わりに、他の車両位置判定手段が、本発明の範囲から
逸脱することなしに、ハイブリッド・システムにおい
て、用いることが出来る。上述の加速度／角速度センサ
ーは、それら相互と車両のシャシーについての特定の配
列を持つ。つまり、互いに、そして車両のシャシーに直
交する正のz軸と直交する。当業者に明らかな様に、本
発明を実施するためには、センサーの、互いのそしてシ
ャシーに対する直交性はいずれも、必要とされない。請
求項記載の発明の範囲から逸脱することなしに、センサ
ーの方位の変化の互いの、又は車両のシャシーに対する
変化のいずれかを考慮して変形モジュールの出力を調整
するために、追加のロジックを加えることが出来る。
【００４８】図９及び１０は、推測航法／慣性誘導モジ
ュールがその中で機能する処理の２つの実施形態を示
し、それぞれにおけるモジュールは、他の車両位置／方
位判定手段とのマスター／スレーブ及びスレーブ／マス
ターの関係にある。
ュールがその中で機能する処理の２つの実施形態を示
し、それぞれにおけるモジュールは、他の車両位置／方
位判定手段とのマスター／スレーブ及びスレーブ／マス
ターの関係にある。
【００４９】図９は、調整ロジック308（図８参照）内
で実行される処理のマスター／スレーブの実施形態を示
す。このハイブリッド実施形態において、推測航法／慣
性誘導処理450は、それにより作られる位置と方位の判
定値の再校正及び／又は移動について利用される種々の
他の位置／方位判定処理に対して、マスター関係で機能
する。図示の実施形態において、スレーブ処理には、GP
S処理452と地図データベース処理454の両方が含まれる
場合がある。
で実行される処理のマスター／スレーブの実施形態を示
す。このハイブリッド実施形態において、推測航法／慣
性誘導処理450は、それにより作られる位置と方位の判
定値の再校正及び／又は移動について利用される種々の
他の位置／方位判定処理に対して、マスター関係で機能
する。図示の実施形態において、スレーブ処理には、GP
S処理452と地図データベース処理454の両方が含まれる
場合がある。
【００５０】推測航法ロジック450での処理は、処理400
で始まる。処理400において、次の推測航法距離／方位
判定値が調整ロジック308により出力360（図８参照）を
介して受信される。その判定値は、絶対的な距離及び方
位の形態とされても、先の位置及び方位に対する距離及
び方位の形態とされても良い。後者の場合において、位
置と方位は、速度ベクトルの累積変化として、加速度ベ
クトルとして、又は距離及び方位の両方における累積変
化として、表すことが出来る。制御はそして、処理402
へ進む。処理402において、更新後の位置及び方位が、
カルマン・フィルターからの距離と方位の出力360を用
いて、生成される。そして、制御は全体として、GPSを
ベースとするロジック452へ送られる。
で始まる。処理400において、次の推測航法距離／方位
判定値が調整ロジック308により出力360（図８参照）を
介して受信される。その判定値は、絶対的な距離及び方
位の形態とされても、先の位置及び方位に対する距離及
び方位の形態とされても良い。後者の場合において、位
置と方位は、速度ベクトルの累積変化として、加速度ベ
クトルとして、又は距離及び方位の両方における累積変
化として、表すことが出来る。制御はそして、処理402
へ進む。処理402において、更新後の位置及び方位が、
カルマン・フィルターからの距離と方位の出力360を用
いて、生成される。そして、制御は全体として、GPSを
ベースとするロジック452へ送られる。
【００５１】GPSロジック処理の第１のものは判断処理4
04である。判断処理404において、ある信頼性要件に合
致する新たなGPS読取り値があるか否かについての判断
がなされる。GPS情報は、推測航法が導く位置情報の対
応するサンプルに適合される。例えば、GPSモジュール2
20（図８参照）が絶対計側値（例えば位置／方位）又は
相対計側値（例えば、位置／方位又は速度ベクトルの変
化）を発生する場合に、それら計側値が信頼性に欠けれ
ば、用いられ得ない。例えば、計測された速度ベクトル
の大きさが例えば1.5 m/secである閾値を下回る場合に
は、GPS速度ベクトル計側値は、信頼性があるとは見做
され得ない。特定の期間に、GPSデータが信頼性がない
か利用できない場合には、制御は次の処理のために地図
／データベース・ロジック454へ直接進む。反対に、信
頼性あるGPS情報が利用出来る場合には、制御は処理406
へ進む。処理406において、GPSデータは、必要とされる
パラメーターの変換がなされた後で、推測航法モジュー
ル300（図８参照）からの同様のデータと比較される。
制御はそして、判断処理408へ進む。判断処理408におい
て、GPSによるデータが、推測航法が導くデータと矛盾
がないかについての判断がなされる。この判断が肯定的
である場合に、制御は直接地図データベース・ロジック
454へ進められる。反対に、GPSデータが矛盾していれ
ば、制御は判断処理412へ進む。判断処理412において、
推測航法の位置及び方位が修正される必要があるか否か
についての判断がなされる。その判断が否定的であれ
ば、制御は直接に地図データベース・ロジック454へ進
む。反対に、推測航法ロジック450により判定された位
置と方位の移動が、瞬間的により信頼性あるGPSが導く
測定値に合致させるために、なされる必要があると判断
された場合には、制御は次に処理416へ進む。処理416に
おいて、推測航法ロジック450により判定された位置と
方位が、GPSモジュールにより判定された位置と方位へ
移動される。位置と方位を移動させる判断は、ある閾値
条件に合致した場合にのみ、実行され得る。例えば、デ
ータに矛盾があるが、その矛盾の量がある閾値を下回る
場合には、位置移動がなされることはない。これが、ユ
ーザに対しジグザクの位置判定を示し、混乱を生じさせ
るのを、回避する。しかしながら、誤差がある閾値を越
える場合には、制御は処理416へ進むことになる。処理4
16において、GPSが判定した位置及び方位は、GPSが導く
位置に向け、推測航法が判定した位置及び方位の換算係
数を用いて、移動されることになり、そして、それは、
更なる推測航法判定をするのに用いることになる基礎と
して用いられ得る。制御は、そして地図データベース・
ロジック454へ進む。
04である。判断処理404において、ある信頼性要件に合
致する新たなGPS読取り値があるか否かについての判断
がなされる。GPS情報は、推測航法が導く位置情報の対
応するサンプルに適合される。例えば、GPSモジュール2
20（図８参照）が絶対計側値（例えば位置／方位）又は
相対計側値（例えば、位置／方位又は速度ベクトルの変
化）を発生する場合に、それら計側値が信頼性に欠けれ
ば、用いられ得ない。例えば、計測された速度ベクトル
の大きさが例えば1.5 m/secである閾値を下回る場合に
は、GPS速度ベクトル計側値は、信頼性があるとは見做
され得ない。特定の期間に、GPSデータが信頼性がない
か利用できない場合には、制御は次の処理のために地図
／データベース・ロジック454へ直接進む。反対に、信
頼性あるGPS情報が利用出来る場合には、制御は処理406
へ進む。処理406において、GPSデータは、必要とされる
パラメーターの変換がなされた後で、推測航法モジュー
ル300（図８参照）からの同様のデータと比較される。
制御はそして、判断処理408へ進む。判断処理408におい
て、GPSによるデータが、推測航法が導くデータと矛盾
がないかについての判断がなされる。この判断が肯定的
である場合に、制御は直接地図データベース・ロジック
454へ進められる。反対に、GPSデータが矛盾していれ
ば、制御は判断処理412へ進む。判断処理412において、
推測航法の位置及び方位が修正される必要があるか否か
についての判断がなされる。その判断が否定的であれ
ば、制御は直接に地図データベース・ロジック454へ進
む。反対に、推測航法ロジック450により判定された位
置と方位の移動が、瞬間的により信頼性あるGPSが導く
測定値に合致させるために、なされる必要があると判断
された場合には、制御は次に処理416へ進む。処理416に
おいて、推測航法ロジック450により判定された位置と
方位が、GPSモジュールにより判定された位置と方位へ
移動される。位置と方位を移動させる判断は、ある閾値
条件に合致した場合にのみ、実行され得る。例えば、デ
ータに矛盾があるが、その矛盾の量がある閾値を下回る
場合には、位置移動がなされることはない。これが、ユ
ーザに対しジグザクの位置判定を示し、混乱を生じさせ
るのを、回避する。しかしながら、誤差がある閾値を越
える場合には、制御は処理416へ進むことになる。処理4
16において、GPSが判定した位置及び方位は、GPSが導く
位置に向け、推測航法が判定した位置及び方位の換算係
数を用いて、移動されることになり、そして、それは、
更なる推測航法判定をするのに用いることになる基礎と
して用いられ得る。制御は、そして地図データベース・
ロジック454へ進む。
【００５２】推測航法処理における累積誤差は、それの
精度をある期間にわたり低下させる。車両の真の位置に
ついての不確実性を小さくするために、マップ・マッピ
ング・アルゴリズムが利用される。推測航法の作動が、
車両が特定の道路区間のある位置にあることを（曲り角
などを用いて）示す際に、車両位置は地図上に示された
位置に調整され得て、それにより、車両位置の累積誤差
を除去する。海上又は空中におけるナビゲーションとは
異なり、道路運送車両についてのナビゲーションは、駐
車場や私道などへの一時的な逸脱を除いて、道路ネット
ワークに拘束されるのが普通であるので、マップ・マッ
チング法が機能する。
精度をある期間にわたり低下させる。車両の真の位置に
ついての不確実性を小さくするために、マップ・マッピ
ング・アルゴリズムが利用される。推測航法の作動が、
車両が特定の道路区間のある位置にあることを（曲り角
などを用いて）示す際に、車両位置は地図上に示された
位置に調整され得て、それにより、車両位置の累積誤差
を除去する。海上又は空中におけるナビゲーションとは
異なり、道路運送車両についてのナビゲーションは、駐
車場や私道などへの一時的な逸脱を除いて、道路ネット
ワークに拘束されるのが普通であるので、マップ・マッ
チング法が機能する。
【００５３】地図データベース・ロジック処理の最初の
ものは、判断処理424である。判断処理424において、マ
ップ・マッチングが機能できるか否かについての判断が
なされる。マップ・マッチングが必要な期間利用出来な
い場合には、制御は直接処理440へ進む。反対に、マッ
プ・マッチングが利用出来る場合には、制御は処理426
へ進む。処理426において、可能性のある地図の領域か
ら道路区間が選択される。選択された道路区間はそし
て、車両の方位に対する方向及び、前の地図位置及び／
又は推測航法位置の両方との連続性に関して、比較され
る。最も良く合致したものが、選択される。制御はそし
て、判断処理428へ進む。判断処理428において、選択さ
れた道路区間の最も良く合致する位置における信頼性レ
ベルが評価される。信頼性レベルが要求される閾値を越
えている場合には、制御は処理440へ進む。反対に、信
頼性レベルが許容レベルを下回る場合には、制御は判断
処理432へ進む。
ものは、判断処理424である。判断処理424において、マ
ップ・マッチングが機能できるか否かについての判断が
なされる。マップ・マッチングが必要な期間利用出来な
い場合には、制御は直接処理440へ進む。反対に、マッ
プ・マッチングが利用出来る場合には、制御は処理426
へ進む。処理426において、可能性のある地図の領域か
ら道路区間が選択される。選択された道路区間はそし
て、車両の方位に対する方向及び、前の地図位置及び／
又は推測航法位置の両方との連続性に関して、比較され
る。最も良く合致したものが、選択される。制御はそし
て、判断処理428へ進む。判断処理428において、選択さ
れた道路区間の最も良く合致する位置における信頼性レ
ベルが評価される。信頼性レベルが要求される閾値を越
えている場合には、制御は処理440へ進む。反対に、信
頼性レベルが許容レベルを下回る場合には、制御は判断
処理432へ進む。
【００５４】判断処理432において、推測航法位置と方
位が、マップ・マッチングと推測航法が導く位置の推定
値の間の相関を向上させるために、修正される必要があ
るか否かについての判断がなされる。その判断が否定的
である場合には、制御は直接処理440へ進む。反対に、
推測航法ロジック450により判定された位置と方位の移
動が、マップ・マッチング処理と対応させられる必要が
あるとの判断がなされる場合には、制御は処理436へ進
む。処理436において、推測航法ロジック450により判定
された位置と方位が、マップ・マッチング／データベー
ス・モジュールにより判定された位置と方位に移動され
る。位置と方位を移動するための判断は、ある閾値条件
に合致しているときにのみ、実行され得る。例えば、デ
ータに矛盾はないが、矛盾の大きさがある閾値を下回る
場合には、位置の移動がなされることはない。これが、
ユーザに対しジグザクの位置判定を示し、混乱を生じさ
せるのを、回避する。しかしながら、誤差が閾値を越え
る場合には、制御は処理436へ進むことになる。処理436
において、マップ・マッチング／データベースが判定し
た位置と方位が、推測航法が判定した位置と方位に置き
換えられることになり、そして、それは、更なる推測航
法判定をするのに用いることになる基礎として用いられ
得る。制御は、そして処理440へ進む。
位が、マップ・マッチングと推測航法が導く位置の推定
値の間の相関を向上させるために、修正される必要があ
るか否かについての判断がなされる。その判断が否定的
である場合には、制御は直接処理440へ進む。反対に、
推測航法ロジック450により判定された位置と方位の移
動が、マップ・マッチング処理と対応させられる必要が
あるとの判断がなされる場合には、制御は処理436へ進
む。処理436において、推測航法ロジック450により判定
された位置と方位が、マップ・マッチング／データベー
ス・モジュールにより判定された位置と方位に移動され
る。位置と方位を移動するための判断は、ある閾値条件
に合致しているときにのみ、実行され得る。例えば、デ
ータに矛盾はないが、矛盾の大きさがある閾値を下回る
場合には、位置の移動がなされることはない。これが、
ユーザに対しジグザクの位置判定を示し、混乱を生じさ
せるのを、回避する。しかしながら、誤差が閾値を越え
る場合には、制御は処理436へ進むことになる。処理436
において、マップ・マッチング／データベースが判定し
た位置と方位が、推測航法が判定した位置と方位に置き
換えられることになり、そして、それは、更なる推測航
法判定をするのに用いることになる基礎として用いられ
得る。制御は、そして処理440へ進む。
【００５５】処理440において、更新後の位置と方位の
情報が、出力通報機モジュール242（図７参照）を介し
てユーザーへ表示される。
情報が、出力通報機モジュール242（図７参照）を介し
てユーザーへ表示される。
【００５６】図１０は、調整ロジック308（図８参照）
内で実行されるマスター／スレーブ形の実施形態を示
す。このハイブリッド形の実施形態において、推測航法
／慣性誘導処理452及びマップ・マッチング／データベ
ース処理454は、GPS位置／方位判定処理450に対してス
レーブ関係で機能する。推測航法及びマップ・マッチン
グ処理は、状態が保証される場合には、GPSロジック550
によりなされる位置と方位の判定値を移動するのに、利
用される。
内で実行されるマスター／スレーブ形の実施形態を示
す。このハイブリッド形の実施形態において、推測航法
／慣性誘導処理452及びマップ・マッチング／データベ
ース処理454は、GPS位置／方位判定処理450に対してス
レーブ関係で機能する。推測航法及びマップ・マッチン
グ処理は、状態が保証される場合には、GPSロジック550
によりなされる位置と方位の判定値を移動するのに、利
用される。
【００５７】GPSロジック550での処理は、処理500で開
始する。処理500において、次のGPS距離／方位判定値
が、調整ロジック308によりGPSモジュール220（図８参
照）を介して受信される。その判定値は、絶対位置と方
位の形態とされても、前のベクトルとの関係で用いられ
る場合には絶対位置と方位を発生するのに積分され得る
速度ベクトルの様な、位置と方位の相対表示の形態とさ
れても良い。後者の場合において、位置と方位は、速度
ベクトルの累積変化、又は距離及び方位の両方における
累積変化として、表すことが出来る。制御はそして、処
理502へ進む。処理502において、更新後の位置及び方位
が、GPSデータを用いて、生成される。そして、制御は
全体として、推測航法／慣性誘導ロジック552にへ送ら
れる。
始する。処理500において、次のGPS距離／方位判定値
が、調整ロジック308によりGPSモジュール220（図８参
照）を介して受信される。その判定値は、絶対位置と方
位の形態とされても、前のベクトルとの関係で用いられ
る場合には絶対位置と方位を発生するのに積分され得る
速度ベクトルの様な、位置と方位の相対表示の形態とさ
れても良い。後者の場合において、位置と方位は、速度
ベクトルの累積変化、又は距離及び方位の両方における
累積変化として、表すことが出来る。制御はそして、処
理502へ進む。処理502において、更新後の位置及び方位
が、GPSデータを用いて、生成される。そして、制御は
全体として、推測航法／慣性誘導ロジック552にへ送ら
れる。
【００５８】推測航法／慣性誘導処理の第１のものは判
断処理504である。判断処理504において、ある信頼性要
件に合致する新たな推測航法／慣性誘導読取り値がある
か否かについての判断がなされる。推測航法／慣性誘導
情報は、GPSが導く位置情報に相関される。推測航法／
慣性誘導モジュール300（図８参照）が絶対計側値（例
えば位置／方位）又は相対計側値（例えば、位置／方位
又は速度ベクトルの変化）である場合に、それら計側値
が信頼性に欠ければ、用いられ得ない。特定の期間に、
推測航法／慣性誘導データが信頼性がないか利用できな
い場合には、制御は次の処理のために地図／データベー
ス・ロジック554へ直接進む。反対に、信頼性ある推測
航法／慣性誘導情報が利用出来る場合には、制御は処理
506へ進む。処理506において、GPSデータは、必要とさ
れるパラメーターの変換がなされた後で、GPSモジュー
ル220（図８参照）からのデータと比較される。制御は
そして、判断処理508へ進む。判断処理508において、推
測航法／慣性誘導によるデータが、GPSが導くデータと
矛盾がないかについての判断がなされる。この判断が肯
定的である場合に、制御は直接地図データベース・ロジ
ック554へ進められる。反対に、データが矛盾していれ
ば、制御は判断処理512へ進む。判断処理512において、
推測航法の位置及び方位が修正される必要があるか否か
についての判断がなされる。その判断が否定的であれ
ば、制御は直接に地図データベース・ロジック554へ進
む。反対に、GPSロジック550により判定された位置と方
位の移動が、瞬間的により信頼性ある推測航法／慣性誘
導が導く測定値に合致させるために、なされる必要があ
ると判断された場合には、制御は次に処理516へ進む。
処理516において、GPSロジック550により判定された位
置と方位が、推測航法／慣性誘導モジュールにより判定
された位置と方位へ移動される。位置と方位を移動させ
る判断は、ある閾値条件に合致した場合にのみ、実行さ
れ得る。例えば、データに矛盾があるが、その矛盾の量
がある閾値を下回る場合には、位置移動がなされること
はない。これが、ユーザに対しジグザクの位置判定を示
し、混乱を生じさせるのを、回避する。しかしながら、
誤差がある閾値を越える場合には、制御は処理516へ進
むことになる。処理516において、推測航法／慣性誘導
が判定した位置及び方位が、GPSが判定した位置及び方
位に置き換えられることになる。制御は、そして地図デ
ータベース・ロジック554へ進む。
断処理504である。判断処理504において、ある信頼性要
件に合致する新たな推測航法／慣性誘導読取り値がある
か否かについての判断がなされる。推測航法／慣性誘導
情報は、GPSが導く位置情報に相関される。推測航法／
慣性誘導モジュール300（図８参照）が絶対計側値（例
えば位置／方位）又は相対計側値（例えば、位置／方位
又は速度ベクトルの変化）である場合に、それら計側値
が信頼性に欠ければ、用いられ得ない。特定の期間に、
推測航法／慣性誘導データが信頼性がないか利用できな
い場合には、制御は次の処理のために地図／データベー
ス・ロジック554へ直接進む。反対に、信頼性ある推測
航法／慣性誘導情報が利用出来る場合には、制御は処理
506へ進む。処理506において、GPSデータは、必要とさ
れるパラメーターの変換がなされた後で、GPSモジュー
ル220（図８参照）からのデータと比較される。制御は
そして、判断処理508へ進む。判断処理508において、推
測航法／慣性誘導によるデータが、GPSが導くデータと
矛盾がないかについての判断がなされる。この判断が肯
定的である場合に、制御は直接地図データベース・ロジ
ック554へ進められる。反対に、データが矛盾していれ
ば、制御は判断処理512へ進む。判断処理512において、
推測航法の位置及び方位が修正される必要があるか否か
についての判断がなされる。その判断が否定的であれ
ば、制御は直接に地図データベース・ロジック554へ進
む。反対に、GPSロジック550により判定された位置と方
位の移動が、瞬間的により信頼性ある推測航法／慣性誘
導が導く測定値に合致させるために、なされる必要があ
ると判断された場合には、制御は次に処理516へ進む。
処理516において、GPSロジック550により判定された位
置と方位が、推測航法／慣性誘導モジュールにより判定
された位置と方位へ移動される。位置と方位を移動させ
る判断は、ある閾値条件に合致した場合にのみ、実行さ
れ得る。例えば、データに矛盾があるが、その矛盾の量
がある閾値を下回る場合には、位置移動がなされること
はない。これが、ユーザに対しジグザクの位置判定を示
し、混乱を生じさせるのを、回避する。しかしながら、
誤差がある閾値を越える場合には、制御は処理516へ進
むことになる。処理516において、推測航法／慣性誘導
が判定した位置及び方位が、GPSが判定した位置及び方
位に置き換えられることになる。制御は、そして地図デ
ータベース・ロジック554へ進む。
【００５９】地図データベース・ロジック処理の最初の
ものは、判断処理524である。判断処理524において、マ
ップ・マッチングが機能できるか否かについての判断が
なされる。マップ・マッチングが必要な期間利用出来な
い場合には、制御は直接処理540へ進む。反対に、マッ
プ・マッチングが利用出来る場合には、制御は処理526
へ進む。処理526において、可能性のある地図の領域か
ら道路区間が選択され、そして、車両の方位に対する方
向及び、前の地図位置及び／又は推測航法位置の両方と
の連続性に関して、比較される。最も良く合致したもの
が、選択される。制御はそして、判断処理528へ進む。
判断処理528において、選択された道路区間の最も良く
合致する位置における信頼性レベルが評価される。信頼
性レベルが要求される閾値を越えている場合には、制御
は処理540へ進む。反対に、信頼性レベルが許容レベル
を下回る場合には、制御は判断処理532へ進む。
ものは、判断処理524である。判断処理524において、マ
ップ・マッチングが機能できるか否かについての判断が
なされる。マップ・マッチングが必要な期間利用出来な
い場合には、制御は直接処理540へ進む。反対に、マッ
プ・マッチングが利用出来る場合には、制御は処理526
へ進む。処理526において、可能性のある地図の領域か
ら道路区間が選択され、そして、車両の方位に対する方
向及び、前の地図位置及び／又は推測航法位置の両方と
の連続性に関して、比較される。最も良く合致したもの
が、選択される。制御はそして、判断処理528へ進む。
判断処理528において、選択された道路区間の最も良く
合致する位置における信頼性レベルが評価される。信頼
性レベルが要求される閾値を越えている場合には、制御
は処理540へ進む。反対に、信頼性レベルが許容レベル
を下回る場合には、制御は判断処理532へ進む。
【００６０】判断処理532において、推測航法位置と方
位が、マップ・マッチングと推測航法が導く位置の推定
値の間の相関を向上させるために、修正される必要があ
るか否かについての判断がなされる。その判断が否定的
である場合には、制御は直接処理540へ進む。反対に、
推測航法ロジック550により判定された位置と方位の移
動が、マップ・マッチング・データベースを用いて実行
されるマップ・マッチング処理と対応させられる必要が
あるとの判断がなされる場合には、制御は処理536へ進
む。処理536において、推測航法ロジック550により判定
された位置と方位が、マップ・マッチング・モジュール
により判定された位置と方位に移動される。位置と方位
を移動するための判断は、ある閾値条件に合致している
ときにのみ、実行され得る。例えば、データに矛盾はな
いが、矛盾の大きさがある閾値を下回る場合には、位置
の移動がなされることはない。これが、ユーザに対しジ
グザクの位置判定を示し、混乱を生じさせるのを、回避
する。しかしながら、誤差が閾値を越える場合には、制
御は処理536へ進むことになる。処理536において、マッ
プ・マッチング／データベースが判定した位置と方位
が、推測航法が判定した位置と方位に置き換えられるこ
とになり、そして、それは、更なる推測航法判定をする
のに用いることになる基礎として用いられ得る。制御
は、そして処理540へ進む。
位が、マップ・マッチングと推測航法が導く位置の推定
値の間の相関を向上させるために、修正される必要があ
るか否かについての判断がなされる。その判断が否定的
である場合には、制御は直接処理540へ進む。反対に、
推測航法ロジック550により判定された位置と方位の移
動が、マップ・マッチング・データベースを用いて実行
されるマップ・マッチング処理と対応させられる必要が
あるとの判断がなされる場合には、制御は処理536へ進
む。処理536において、推測航法ロジック550により判定
された位置と方位が、マップ・マッチング・モジュール
により判定された位置と方位に移動される。位置と方位
を移動するための判断は、ある閾値条件に合致している
ときにのみ、実行され得る。例えば、データに矛盾はな
いが、矛盾の大きさがある閾値を下回る場合には、位置
の移動がなされることはない。これが、ユーザに対しジ
グザクの位置判定を示し、混乱を生じさせるのを、回避
する。しかしながら、誤差が閾値を越える場合には、制
御は処理536へ進むことになる。処理536において、マッ
プ・マッチング／データベースが判定した位置と方位
が、推測航法が判定した位置と方位に置き換えられるこ
とになり、そして、それは、更なる推測航法判定をする
のに用いることになる基礎として用いられ得る。制御
は、そして処理540へ進む。
【００６１】処理540において、更新後の位置と方位の
情報が、出力通報機モジュール242（図７参照）を介し
てユーザーへ表示される。
情報が、出力通報機モジュール242（図７参照）を介し
てユーザーへ表示される。
【００６２】本発明の好ましい実施形態の先の説明は、
図示と説明の目的でなされた。それは、排他的であった
り、開示された形態そのものに発明を限定するという意
図でなされたものではない。多くの改良案及び変形例
が、当業者には自明であることは、明らかである。本発
明の範囲が、先の請求項及び均等物により規定されるこ
とが、意図されている。
図示と説明の目的でなされた。それは、排他的であった
り、開示された形態そのものに発明を限定するという意
図でなされたものではない。多くの改良案及び変形例
が、当業者には自明であることは、明らかである。本発
明の範囲が、先の請求項及び均等物により規定されるこ
とが、意図されている。
【００６３】
【発明の効果】本発明によれば、前の位置から現在位置
を判定する際に、柔軟性があり、精度が高く、効率が高
い車両用ナビゲーション・システムを提供することが出
来る。そして、本発明の車両用ナビゲーション・システ
ムは、コスト的に有利で、小型にすることが出来る。
を判定する際に、柔軟性があり、精度が高く、効率が高
い車両用ナビゲーション・システムを提供することが出
来る。そして、本発明の車両用ナビゲーション・システ
ムは、コスト的に有利で、小型にすることが出来る。
【図１】 車両用推測航法ナビゲーション・システムの
ための擬似慣性座標系を示す。
ための擬似慣性座標系を示す。
【図２】 図１に示される慣性座標系に関して、車両の
方向の断面図である。
方向の断面図である。
【図３】 図１に示される慣性座標系に関して、車両の
方向の断面図である。
方向の断面図である。
【図４】 左旋回をしている車両の、図１に示される慣
性座標系に関しての、上面図である。
性座標系に関しての、上面図である。
【図５】 擬似座標系及び、傾斜及び加速により導かれ
る座標系に対しての車両の回転の、側面図である。
る座標系に対しての車両の回転の、側面図である。
【図６】 擬似座標系及び、傾斜により導かれる座標系
に対しての車両の回転の、側面図である。
に対しての車両の回転の、側面図である。
【図７】 車両用ナビゲーション・システムの実施形態
の構成部品のハードウェア・ブロック図である。
の構成部品のハードウェア・ブロック図である。
【図８】 車両用ナビゲーション・システムの推測航法
部分の実施形態のソフトウェア／ハードウェア・ブロッ
ク図である。
部分の実施形態のソフトウェア／ハードウェア・ブロッ
ク図である。
【図９】 一次経路誘導が図８に示された推測航法シス
テムによりなされ、二次経路誘導がGPSと地図データベ
ースによりなされる、ハイブリッド形の車両用ナビゲー
ション・システムの実施形態の処理フロー図である。
テムによりなされ、二次経路誘導がGPSと地図データベ
ースによりなされる、ハイブリッド形の車両用ナビゲー
ション・システムの実施形態の処理フロー図である。
【図１０】 一次経路誘導がGPSによりなされ、二次経
路誘導が推測航法と地図データベースの組合わせにより
なされる、処理フロー図である。
路誘導が推測航法と地図データベースの組合わせにより
なされる、処理フロー図である。
102 慣性座標系 110 車両
フロントページの続き Ｆターム(参考） 2C032 HB05 HB22 HC08 HD03 HD16 HD30 2F029 AA02 AB03 AB07 AC02 AC04 AC18 AD01 5H180 AA01 FF05 FF07 FF22 FF27 FF32 5J062 AA05 BB01 CC07 HH05
Claims (1)
- 【請求項１】 車両を経路誘導する方法であって、 上記車両の初期位置及び初期方位を検出する工程、 車両の運動を非慣性座標系で検出する工程、 該検出工程で検出された上記運動を擬似慣性座標系での
運動へ変形する工程、 擬似慣性座標系の上記運動を位置変化と方位変化へ変換
する工程、及び上記位置変化を上記初期位置へ、そして
上記方位変化を上記初期方位へ、追加し、更新後の位置
推定値及び更新後の方位推定値をそれぞれ形成する工
程、 を有する、車両を経路誘導する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| US09/430,557 US6282496B1 (en) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | Method and apparatus for inertial guidance for an automobile navigation system |
| US09/430557 | 1999-10-29 |
Publications (1)
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|---|---|
| JP2001221652A true JP2001221652A (ja) | 2001-08-17 |
Family
ID=23708042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| Country | Link |
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| US (1) | US6282496B1 (ja) |
| EP (1) | EP1096230B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001221652A (ja) |
| DE (1) | DE60020485D1 (ja) |
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