JP2001522986A - 車両のナビゲーション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 他の測位法とならんで結合式測位法を適用する車両のナビゲーション装置において、結合式測位法の距離測定のために有利にはナビゲーション装置内へ組み込まれた加速度センサが設けられており、このセンサの出力信号が２重に積分される。さらに結合式測位法のコース決定のためにジャイロセンサを設けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は他の測位法とならんで結合式測位法（ハイブリッド型自律航法システ
ム）が使用される車両のナビゲーション装置に関する。

【０００２】 車両のナビゲーション装置は衛星測位システム、例えばＧＰＳまたはＧＬＯＮ
ＡＳＳを利用して、その時点での位置や場合によりコースおよび速度を求めるも
のが多い。後者の２つの量はドップラー効果により正確かつ高精度に得ることが
できる。ＧＰＳでの位置分解能の人為的な劣化と時間的に劣化する受信条件とに
より、衛星測位法を介して得られた情報は、確実な位置決定、コース決定および
速度決定に対して、すなわち確実な目的地へのガイドに対しては充分でない。

【０００３】 したがって周知の車両のナビゲーション装置では、付加的なセンサ、特にオド
メータ（路程計）、リバース走行識別部、およびジャイロセンサが設けられてい
る。リバース走行識別部（リバースランプ信号ＲＦＬＳ）によりフォワード走行
とリバース走行とが区別できる。この識別部はオドメータにより計算された走行
距離の符号を検出する。路程計については、路程計自体のほかに路程計の組み込
みやナビゲーション装置とのケーブル接続（オドメータ、ＲＦＬＳ）にかかる大
きなコストが必要となる。これにより特にナビゲーション装置を後から組み込む
と高価となる。

【０００４】 本発明の課題は、路程計なしで確実な測位および目的地へのガイドが可能とな
るナビゲーション装置を提供することである。

【０００５】 この課題は本発明により、結合式測位法の距離測定のために有利にはナビゲー
ション装置内へ組み込まれた加速度センサが設けられており、このセンサの出力
信号が２重に積分される装置を構成して解決される。

【０００６】 本発明のナビゲーション装置で使用される加速度センサは、ナビゲーション装
置の他のコンポーネントとともに製造者によってナビゲーション装置自体に取り
付けられる。これによりケーブルを敷設したり、センサを個別に車両内に取り付
けたりする必要がなくなる。

【０００７】 加速度センサは車両の長手軸線方向での加速度を測定できるように組み込まれ
る。上り坂走行／下り坂走行時の測定誤差を補正するために、本発明の実施形態
によればさらに傾斜センサが配置され、この傾斜センサの出力信号により加速度
センサの出力信号が補正されるように構成されている。傾斜センサの感度軸線は
ここでは車両の横軸線である。傾斜センサを使用することにより、加速度センサ
の測定結果への重力加速度ｇの影響を計算によって消去できる。

【０００８】 この実施形態においても、傾斜センサをナビゲーション装置内に組み込むこと
により、他の配線を省略することができる。このことはさらにナビゲーション装
置の組み込み時に傾斜センサが他の手段によらずに同様にナビゲーション装置に
組み込まれた加速度線と同じ角度位置を得ることができる利点を有する。

【０００９】 本発明のナビゲーション装置では結合式測位法のコース決定のためにジャイロ
センサが設けられている。この種のジャイロセンサは同様にナビゲーション装置
内へ集積することができ、したがって付加的な取り付けコストを必要としない。

【００１０】 周知のタイプの結合式測位法と同様に本発明のナビゲーション装置においても
、一方で充分に正確な始点が、他方で結合式測位法によって得られた位置と他の
手段によって得られた位置との比較が（特に繰り返して結合が行われる場合に）
必要である。本発明のナビゲーション装置の別の実施形態では、さらに衛星測位
装置が設けられ、この装置によりその時点での位置とドップラー法にしたがった
その時点での速度およびコースとが求められ、加速度センサの出力信号およびジ
ャイロセンサの出力信号から計算された量と衛星測位装置によって求められた量
とが時間ごとに比較される。

【００１１】 このことは特に、これらの量の計算に使用される加速度センサのパラメータ、
特にオフセット量およびスケーリング係数と、衛星測位装置によって求められた
量から計算された相応のパラメータとを比較することにより行われる。衛星測位
装置は例えばＧＰＳ（Global Positioning System）またはより精度の高いディ ファレンシャルＧＰＳ（ＤＧＰＳ）を利用している。

【００１２】 精度をさらに高めるために、別の実施形態では、データが記憶されたロードチ
ャートから読み出され、結合式ナビゲーションシステムの支援ポイントが結合式
ナビゲーションの結果と道路の行程によって得られる位置とを比較することによ
り導出される。その際に有利には、道路の行程によって生じる位置が回転速度ト
により識別されるように構成される。後者は主としてコース変更または道路のカ
ーブの際に生じる。

【００１３】 本発明のナビゲーション装置の別の実施形態では、加速度センサの出力信号を
２重に積分することによって求められた走行距離と、記憶されたロードチャート
から取り出された２つのコース変更過程間の距離とが比較される。これにより同
様に加速度センサを用いて求められた走行距離の精度を向上させることができる
。

【００１４】 加速度センサの出力信号を２重に積分するため、加速度測定の不正確性が特に
障害的に認識される。したがって別の実施形態では、加速度センサの出力信号お
よびジャイロセンサの出力信号が変化して所定の閾値を下回ることにより車両の
静止状態が検出され、この静止状態が検出されると加速度センサのオフセットが
調整される。

【００１５】 本発明のナビゲーション装置の有利な実施形態では、コンピュータの入力側に
ジャイロセンサ、傾斜センサ、加速度センサ、および衛星測位装置の出力側が接
続されており、コンピュータ内で結合式測位法のためのプログラムおよびこの結
合式測位法を用いて得られた量を比較するプログラムが処理され、このコンピュ
ータの出力側と出力装置とが接続されている。

【００１６】 本発明の実施例を複数の図に図示し、これらの図に即して以下に詳細に説明す
る。図１には本発明のナビゲーション装置のブロック回路図が示されている。図
２には傾斜の補正を説明するための図が示されている。図３には加速度センサの
特性曲線が示されている。

【００１７】 図１には概略的にナビゲーション装置が示されており、この装置はディスプレ
イ２のかたちの表示装置に接続されたコンピュータ１を有している。さらにコン
ピュータ１にはキーボード３のかたちの入力装置が接続されている。コンピュー
タ１は衛星測位装置４（以下ＧＰＳと称する）から位置、速度、およびコースを
受け取る。この速度およびコースを以下ではドップラー速度およびドップラーコ
ースと称し、センサを用いて求められた量と区別する。

【００１８】 コンピュータはさらにジャイロセンサ５、加速度センサ６、傾斜センサ７から
その時点での回転速度（コース変化）、加速度および車両の傾斜状態を得る。さ
らにコンピュータ１はロードチャートを記憶するメモリ８、例えばＣＤＲＯＭに
接続されている。

【００１９】 加速度センサの信号を積分することにより速度が計算される。すなわち ｖ＝∫ａ・ｄｔ 速度は加速度測定の相応のサンプリングレート（時間インターバルδｔ）によ
り計算できる。すなわち ｖ＝ａ₁・δｔ＋ａ₂・δｔ＋ａ₃・δｔ．．．ａ_n・δｔ＋ｖ₀ 速度をさらに積分することにより基礎となる距離ｓが計算される。実際には加
速度信号を相応にサンプリングする際に値ｓは次の式ＩＩ ｓ＝ｖ₁・δｔ＋ｖ₂・δｔ＋ｖ₃・δｔ．．．ｖ_n・δｔ＋ｓ₀ にしたがって生じる。

【００２０】 車両が車両横軸線を中心として傾斜することによる障害影響、または重力加速
度による障害影響は計算により較正される。このことを以下に図２を参照して説
明する。ここでは参照番号１０により傾斜角βで下っている走行路が示されてお
り、参照番号１１により重力加速度ｇの方向が示されており、参照番号１２によ
り走行路に対する垂直線が示されている。

【００２１】 車両または加速度センサの傾斜状態により重力加速度ｇの部分成分ｇ’が測定
される。実際の車両加速度ａを得るためには、傾斜センサを用いて傾斜状態βが
求められる。これにより真の車両加速度ａが測定された車両加速度ａ_mから計算 される。すなわち ａ＝ａ_m−ｇ・ｓｉｎβ ここでａ_m＝ａ＋ｇ’ 加速度と加速度センサの出力信号との間の関係は２つの重要なパラメータ、す
なわちスケーリング係数ＳＦおよびオフセット量Ｏにより記述される。これら２
つのパラメータは所定の限界内で実験値の分散や温度などの外部影響を受けてい
る。

【００２２】 オフセット量は加速度が０ｇである場合の加速度センサの出力量Ａを記述して
おり、スケーリング係数ＳＦはセンサの感度、ひいては入力信号ａの変化分に依
存する出力信号の変化分を記述している。これら２つのパラメータは、ナビゲー
ションを実施するのに充分な精度でナビゲーションシステムにとって既知でなけ
ればならない。

【００２３】 静止状態は一定の加速度０ｇを表しているので、加速度センサの出力信号の分
散はこの場合には小さくなければならない。同じことがジャイロセンサの出力信
号にも相当する。なぜなら回転速度は０゜／ｓだからである。車両の静止状態が
検出される際には、加速度センサのオフセット量を正確に求めることができる。

【００２４】 走行経過中にさらに種々に加速度センサのパラメータを適応化することができ
る。つまり、オフセット量が（例えば停止フェーズ後に）正確に既知となってい
る場合、または実際の加速度ａに対する誤差が無視できる場合、加速度はドップ
ラー速度によっても求めることができる。すなわち δｖ_Doppler＝ｖ_Doppler2−ｖ_Doppler1 加速度センサによって測定された速度増加分δｖａからスケーリング係数ＳＦ
の相対誤差を Ｆ_SF＝（δｖ_a−δｖ_Doppler）／δｖ_Doppler により求めることができる。

【００２５】 ＤＧＰＳ位置データが使用される場合、さらに δｓ_GPS＝[（ｘ_GPS2−ｘ_GPS1）²＋（ｙ_GPS2−ｙ_GPS1）²]^1/2 と加速度の時間範囲または測定時間範囲の時間δｔ₂₁とから加速度の別の計算法
が得られる。すなわち δｓ_GPS＝１a／２_GPS・（δｔ₂₁）²＋ｖ₁／δｔ₂₁ ａ_GPS＝２・（δｓ_GPS−ｖ₁・δｔ₂₁／（δｔ₂₁）² である。ここで時点ｔ₁の速度ｖ₁、すなわち測定インターバルの開始時の速度は
既知でなければならない。この速度は例えば停止フェーズにより正確に既知であ
るか、ドップラー速度を介して充分に既知である。“ＧＰＳ加速度”ａ_GPSは加 速度センサのスケーリング係数ＳＦを適応化する基準値として用いられる。

【００２６】 スケーリング係数ＳＦが既知であるか、または加速度が僅かしかないか、また
は加速度が全く０である場合、オフセット量をドップラー速度を介して求めるこ
とができる。すなわち δｖ_Doppler＝ｖ_Doppler2−ｖ_Doppler1 により、時間範囲 δｔ＝ｔ₂−ｔ₁ において、加速度は ａ_Doppler＝δｖ_Doppler／δｔ₂₁ により求められる。加速度センサの加速度と比較することにより、オフセット量
の誤った仮定はナビゲーションシステム内で補正できる。

【００２７】 ＤＧＰＳ位置データが使用される場合、δｓ_GPSを介して（加速度センサの） δｓ_aから、距離の誤差が ｓ_Fehler＝δｓ_a−δｓ_GPS で計算される。式 ｓ_Fehler＝１／２・ａ_Fehler・（δｔ₂₁）² により、オフセット量誤差が ａ_Fehler＝２・ｓ_Fehler／（δｔ₂₁）² で求められる。この方法はマップマッチングにも投影できる。マップマッチング
では基準区間が２つのマップ位置を介したＤＧＰＳによらずに求められ、これら
のマップ位置をコース変更過程により一義的に求めることができる。副次的な影
響のない測定の前提となるのは、ここでは充分に既知となっているスケーリング
係数ＳＦである。

【００２８】 ＧＰＳドップラー速度、ＤＧＰＳ位置、およびマップマッチングを介しての加
速度の基準測定には誤差がつきものである。このため実際には加速度センサのパ
ラメータは繰り返して測定しなければ充分な精度で検出できない。加速度センサ
のパラメータ、すなわちオフセット量およびスケーリング係数ＳＦがどの程度測
定に基づいて補正されるか、または適応化されるかは、種々のパラメータに依存
する。

【００２９】 適応化速度への影響は ａ）ＧＰＳ時間誤差および衛星ジオメトリを考慮するＧＰＳ−ＧＤＯＰ（Geomet
ric Dilution of Precision）と、 ｂ）速度が増大するにつれて相対誤差が低下するドップラー測定の絶対速度と、 ｃ）ＤＧＰＳ補正データの古さ、すなわち補正値への信頼度と、 ｄ）パラメータ適応化の必要性とを有している。これらのパラメータが固有の評
価の後に充分に既知である場合には、一般に緩慢なパラメータ適応化が満足され
る。

【００３０】 加速度センサに残っている誤差の作用はマップマッチングによって較正される
（位置誤差）。速度計算の誤差とそこから生じる距離の誤差とはドップラー測定
を介して消去される。さらにＤＧＰＳを介して小さな位置誤差を消去することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ナビゲーション装置のブロック回路図である。

【図２】 傾斜の補正を説明するための図である。

【図３】 加速度センサの特性曲線図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年１２月３０日（１９９９．１２．３０）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F029 AA02 AB01 AB07 AB09 AC02 AC09 AD01 5J062 AA03 AA06 BB01 CC07 EE04 FF00

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 他の測位法とならんで結合式測位法が使用される 車両のナビゲーション装置において、 結合式測位法の距離測定のために有利にはナビゲーション装置内へ組み込まれ
   た加速度センサが設けられており、 該センサの出力信号が２重に積分される、 ことを特徴とする車両のナビゲーション装置。
2. 【請求項２】 さらに傾斜センサが設けられており、該傾斜センサの出力信
   号により加速度センサの出力信号が補正される、請求項１記載のナビゲーション
   装置。
3. 【請求項３】 前記傾斜センサがナビゲーション装置内に組み込まれている
   、請求項２記載のナビゲーション装置。
4. 【請求項４】 結合式測位法のコース決定のためにジャイロセンサが設けら
   れている、請求項１記載のナビゲーション装置。
5. 【請求項５】 さらに衛星測位装置が設けられており、該衛星測位装置によ
   りその時点での位置が求められ、ドップラー法にしたがってその時点での速度と
   その時点でのコースとが求められ、加速度センサおよびジャイロセンサの出力信
   号から計算された量と衛星測位装置によって求められた量とが時間ごとに比較さ
   れる、請求項４記載のナビゲーション装置。
6. 【請求項６】 前記量の計算のために使用される加速度センサのパラメータ
   、例えばオフセット量およびスケーリング係数ＳＦと、衛星測位装置によって求
   められた量から計算された相応のパラメータとが比較される、請求項５記載のナ
   ビゲーション装置。
7. 【請求項７】 その時点での位置をＤＧＰＳ法にしたがって求める、請求項
   ５記載のナビゲーション装置。
8. 【請求項８】 データが記憶されたロードチャートから読み出され、結合式
   測位法の支援ポイントが該結合式測位法の結果と道路経過によって得られた位置
   とを比較することにより導出される、請求項１から７までのいずれか１項記載の
   ナビゲーション装置。
9. 【請求項９】 前記道路経過によって得られた位置は回転速度により識別さ
   れる、請求項７記載のナビゲーション装置。
10. 【請求項１０】 加速度センサの出力信号を２重に積分して求められた走行
    距離と、記憶されたロードチャートから取り出された２つのコース変更過程間の
    距離とが比較される、請求項１から９までのいずれか１項記載のナビゲーション
    装置。
11. 【請求項１１】 車両の静止状態が加速度センサおよびジャイロセンサのそ
    れぞれ所定の閾値を下回る出力信号の分散度により検出され、静止状態が検出さ
    れると加速度センサのオフセット量が調整される、請求項１から１０までのいず
    れか１項記載のナビゲーション装置。
12. 【請求項１２】 コンピュータの入力側にジャイロセンサ、傾斜センサ、加
    速度センサ、および衛星測位装置の各出力側が接続されており、前記コンピュー
    タ内で結合式測位法のためのプログラムおよび該結合式測位法を用いて得られた
    量の比較のためのプログラムが処理され、前記コンピュータの出力側は出力装置
    に接続されている、請求項５から１０までのいずれか１項記載のナビゲーション
    装置。