JP2002243494A - 車載用角速度検出装置、及び車載角速度センサの傾斜角度検出方法，装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車載角速度センサの検出軸の傾斜角度に基づ
いて生じる誤差の補正精度を、地図データやＧＰＳ受信
データを用いることなく向上させる。 【解決手段】 加速度センサにより検出される検出軸に
直交した検出方向の加速度ａと、車速信号から生成され
た車速Ｖとに基づき、これらと、重力加速度Ｇ，車両に
対する角速度センサの取付角度αo との間に成立する関
係式から、鉛直方向に対する角速度センサの検出軸の傾
斜角度の実測値 sinαを求める。この実測値に対する残
差ｅを積分することで検出値sinα'を求める収束計算を
繰り返し実行し、この検出値sinα'から補正値１／cos
α'を求める。残差ｅが十分に収束したならば、これ
を、検出軸の傾斜に基づく誤差を補正するための補正値
１／ cosαとして出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、方位測定のために
車両に搭載される車載用角速度検出装置、及び車載角速
度センサの検出軸の傾斜角度を検出するための方法，装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ナビゲーション装置の地図データ
容量が飛躍的に増加し、詳細な地図が表示可能になっ
た。これにより、地図上での現在位置と方位の表示も、
より高い精度が要求されるようになってきている。

【０００３】現在、車両用のナビゲーション装置は、車
速信号に基づいて走行距離を算出し、ジャイロスコープ
（以下「ジャイロ」という）からの検出信号に基づいて
方位を算出し、これを地図データと照合（以下「マップ
マッチング」という）しながら現在位置と方位を推測計
算する方法が一般的である。

【０００４】なお、ジャイロは、定められた検出軸回り
の角速度に比例した出力（電圧等）を発生するように構
成されている。そして、ジャイロの出力から角速度への
換算比率を表す換算ゲインを用いて、ジャイロの出力を
角速度に換算し、この換算値を積算することにより、車
両の方位角を求めている。

【０００５】従って、ジャイロの検出軸が車両の旋回軸
に一致していない場合、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。また、ジャイロ
は、検出軸を鉛直（重力）方向に沿って配置した場合に
最も感度がよく、一般に、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。このた
め、自走式の立体／地下駐車場の昇降経路，高速道路の
出入り口，山間部等で傾斜した路面を走行する場合、車
両の姿勢が前後（ピッチ）方向へ傾斜し、これに伴っ
て、車両に取り付けられたジャイロの検出軸が鉛直方向
に対して傾斜すると、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。その
結果、ジャイロによる現在位置検出精度が低下し、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。

【０００６】特に、自走式の立体／地下駐車場では、各
階に通じる昇降経路を走行する際に、車両が前後に傾斜
してジャイロが角速度を正確に検出できない状態とな
り、しかも、この状態で車両は何度も回転する（ハンド
ルを切る）。このため、ジャイロの出力を積分すること
で求められる方位角には、大きな誤差が含まれることに
なり、上述の問題が顕著に現れることになる。

【０００７】また、ナビゲーション装置は、搭載スペー
スの制約から、はじめから傾いた状態で取り付けられる
ことがある。例えば、インパネ内に搭載する場合、最大
３０°程度傾けて取付けられることもある。その結果、
ナビゲーション装置に内蔵されているジャイロは、その
検出軸が車両の旋回軸に対してもともと大きく傾いた状
態で取付けられ、上記の問題点を更に悪化させることに
なる。

【０００８】ここで、図６は、ジャイロの取付角度及び
路面の傾斜角度とジャイロの検出軸の傾斜角度との関係
を図示した説明図であり、この説明図から、以下の関係
式を導くことができる。 α ＝ αo ＋ Δα （１） α ；鉛直方向Ｒに対するジャイロ検出軸Ｐの傾斜角度 αo ；車両に対するジャイロの取付角度 Δα；路面の傾斜角度（車両のピッチ方向） ωy ＝ ω／cosα （２） ωy ；実際の角速度（鉛直方向に沿った軸回りの角速度） ω ；ジャイロの出力（検出軸回りの角速度） θy ＝ ∫ωy dt ＝ ∫（ω／cosα）dt （３） θy ；水平面内での方位角 つまり、ジャイロの検出軸Ｐが鉛直方向Ｒに対して傾斜
角度αを有している場合、水平面内での方位角θy を正
確に求めるには（３）式を用いる必要があり、ジャイロ
出力ωを単純に時間積分するだけでは、その算出値に検
出軸Ｐの傾斜角度αに基づく誤差１／cosα が蓄積され
てしまうのである。

【０００９】このように、時々刻々と変化する傾斜角度
αに対応して、方位検出精度を向上させるための方法と
して、例えば、図７に示すように、ジャイロ出力ωを積
分することにより求められた方位角θと、ＧＰＳ受信デ
ータ或いは地図データに基づいて求められた方位角θy*
とを比較し、その照合誤差Δθy に基づき、ジャイロ出
力ωを角速度に変換する際に乗ずる換算ゲインＫを学習
する方法が知られている。なお、図中において、ｓはラ
プラス変換の演算子で、１／ｓは積分処理を表す（以下
同様）。

【００１０】この方法は、ジャイロ出力のバラツキ補正
にも使用される一般的な方法であり、その関係式を以下
に示す。 θ ＝ ∫（Ｋ・ω）dt （４） Δθy ＝ θy* − θ （５） つまり、θ≒θy と仮定すると（３）（４）式より、Ｋ
＝１／cosαが成立し、検出軸の傾斜角度αによる誤差
が補正されることになる。

【００１１】また、別の方法として、例えば特開平１０
−２２１０９８号公報に開示されているように、ＧＰＳ
（Global Positioninng System）衛星からの受信データ
（以下「ＧＰＳ受信データ」という）に基づいてジャイ
ロ出力ωを補正するものが知られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、換算ゲインＫ
を学習する方法では、路面の傾斜角度Δαに基づくゲイ
ン誤差を十分に補正することができないという問題があ
った。即ち、学習によって得られる換算ゲインＫは定数
であるため、（１）式において、定数と仮定できる取付
角度αoについての補正は、精度よく行うことができる
のであるが、時々刻々と変化する路面の傾斜角度Δαに
は、応答性よく追従することができず、これを十分に補
正することができないのである。

【００１３】また、ＧＰＳ受信データを用いる方法で
は、ＧＰＳ衛星が送出する電波を安定して受信できない
場所、例えば、上述の問題点が最も顕著に表れる立体／
地下駐車場や、高層建築物や高架道路などの多い都市
部、トンネルの多い山間部等では、その効果を期待でき
ないという問題があった。

【００１４】特に、自走式の立体／地下駐車場では、駐
車場内の昇降経路を詳細に表した地図データが現状では
存在しないため、マップマッチングを用いた補正も行う
ことができない。従って、駐車場内ではもちろん、駐車
場から出て一般道路での走行を再開した直後では、実際
の自車方位と大きくずれた現在位置や方位を地図上に表
示してしまう可能性が高かった。

【００１５】そこで、本発明は上記問題点を解決するた
めに、車載角速度センサの検出軸の傾斜角度に基づいて
生じる誤差の補正精度を、地図データやＧＰＳ受信デー
タを用いることなく向上させることを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の発明である請求項１記載の車載用角速度検出装置で
は、角速度センサが、検出軸回りの角速度に応じた信号
を出力し、角速度演算手段が、この角速度センサでの検
出値に、該検出値から角速度への変換比率を表す換算ゲ
インを乗じることにより、角速度を求める。

【００１７】また、傾斜角度検出手段が、検出軸に直交
する基準方向の加速度を検出する加速度センサからの検
出加速度と、車両の車速信号から求めた実加速度と、車
両の進行方向に対する基準方向の傾斜角度である固定傾
斜角度とに基づいて、鉛直方向に対する検出軸の傾斜角
度である全傾斜角度を検出し、その検出結果に従って、
補正手段が、角速度センサの出力或いは角速度演算手段
にて求められた角速度を補正する。

【００１８】このように、本発明によれば、時々刻々と
変化する検出軸の全傾斜角度を、ＧＰＳや地図データ等
の外部要因によらず常に検出できるため、全傾斜角度に
基づいて角速度センサの検出値に含まれる誤差を確実に
補正することができ、精度よく角速度を求めることがで
きる。その結果、マップマッチングやＧＰＳ受信データ
に基づく補正が実行されなくても、長時間に渡って方位
や位置を精度良く求め続けることができる。

【００１９】但し、加速度センサによる加速度の検出方
向は、その方向を水平面に投影すると車両の進行方向と
一致するように設定する必要がある。次に、請求項２記
載の車載用角速度検出装置では、ゲイン調整手段が、角
速度演算手段にて求められた角速度を積分することによ
り車両の進行方向の方位を求め、外部から供給される照
合データに対する前記方位の照合誤差が減少するように
換算ゲインを調整する。

【００２０】なお、照合データとしては、ＧＰＳ受信デ
ータから求められる方位や、地図データから推測される
方位を用いることができ、また、照合誤差に換算ゲイン
を求める際には、スライディングモード制御等といった
周知の学習方法を用いることができる。

【００２１】このように構成された本発明の車載用角速
度検出装置によれば、検出軸の全傾斜角度に基づく誤差
とは関係のない、角速度センサ毎の特性のばらつき等に
基づく誤差を、補正手段から分離して別途補正している
ため、それぞれの誤差を精度よく補正することができ、
方位の検出精度をより一層向上させることができる。

【００２２】ところで、実加速度を求める際に使用する
車速信号として、通常はパルス信号が用いられており、
この車速信号から生成された車速には大きなノイズ成分
が含まれている。これを更に微分することで求められる
実加速度では、微分によりノイズ成分がより強調されて
しまうことから、そのＳ／Ｎが極めて悪いことが知られ
ている。このような実加速度を、検出加速度や固定傾斜
角度との間で成立する関係式（例えば後述の（＊）式を
参照）に代入することで算出される全傾斜角度の実測値
はばらつきが大きく、そのままでは使いものにならない
可能性が高い。

【００２３】このため、例えば、特開平１０−２５３３
７３号公報に開示されているように、全傾斜角度の実測
値に対してフィルタ処理を施すことにより、ノイズの影
響を低減することが考えられる。しかし、この場合、信
号の位相遅れなどが生じることになり、ジャイロの出力
に対してリアルタイムな補正を施すことができず、方位
検出精度を低下させてしまうことになる。

【００２４】そこで、請求項３記載のように、傾斜角度
検出手段を、実測値演算手段、残差算出手段、収束演算
手段にて構成し、実測値演算手段が、検出加速度と実加
速度と固定傾斜角度とに基づいて、全傾斜角度の実測値
を求め、残差算出手段が、設定された積算値の実測値に
対する残差を求め、収束演算手段が、残差を定数倍し積
算することで残差を反映した積算値を求め、この積算値
を全傾斜角度の検出値として用いるようにすることが望
ましい。

【００２５】この場合、実測値にフィルタ処理を施す場
合と比較して、大きな制御遅れを生じさせてしまうこと
がなく、実測値に応答性よく追従し、しかも実測値より
緩やかに変化する安定した全傾斜角度の検出値を得るこ
とができる。なお、実測値演算手段は、請求項４記載の
ように、実加速度をＡ，検出加速度をａ，重力加速度を
Ｇ，固定傾斜角度をαo とした場合、関係式（＊）が成
り立つため、この関係式に基づいて全傾斜角度α又は s
inαを求めればよい。

【００２６】 ａ ＝ Ｇ sinα ＋ Ａ cosαo （＊） この関係式が成立することは、図８から明らかである。
これにより、求められた全傾斜角度α又は sinαから、
角速度センサの検出軸の傾きに基づくゲイン誤差の補正
量１／cosα は容易に求められるため、この補正量を用
いて角速度センサの出力を正確に補正することができ
る。

【００２７】また、固定傾斜角度は、角速度センサの取
付時に、その取付角度を測定して固定的に設定してもよ
いが、請求項５記載のように、固定傾斜角度設定手段
が、収束演算手段にて繰り返し求められる積算値（全傾
斜角度の検出値）の平均値を算出し、その平均値を固定
傾斜角度として設定するようにしてもよい。

【００２８】即ち、全傾斜角度αのうち、固定傾斜角度
αo は通常ならば変化せず、路面の傾斜角度Δαは時々
刻々と変化する。従って、全傾斜角度αは、固定傾斜角
度αo を中心として路面の傾斜角度Δαだけ変化する。
そして、車両がどのような経路を走行したとしても、同
一地点に戻るのであれば、同じ分だけ坂道を上ったり下
ったりするため、長期的に見れば路面の傾斜角度の積算
値は上り分と下り分とで相殺されることになる。従っ
て、全傾斜角度の検出値の長期間に渡る平均値を、固定
傾斜角度とみなすことができるのである。

【００２９】このように、固定傾斜角度を全傾斜角度の
検出値を用いて設定する場合、当該装置を車両に取り付
ける際に、その取付角度（固定傾斜角度）を正確に把握
する必要がないため、様々な取付場所や、取付位置の変
更等に柔軟に対応することができる。なお、平均値の算
出方法としては、例えば移動平均や指数平均等を用いる
ことができる。

【００３０】次に、請求項６記載の車載用角速度検出装
置では、無効手段が、残差算出手段にて求められた残差
の絶対値が予め設定された収束判定値より大きい場合
に、当該装置の検出値を無効とする。即ち、収束演算手
段にて求めれられる積算値は、通常、演算の開始直後は
全傾斜角度の実測値とは大きく異なったものとなってお
り、大きな残差が算出されるが、収束演算を繰り返すに
従って、実際の全傾斜角度に近付き、算出される残差は
次第に小さくなる。そこで、残差の絶対値が収束判定値
より大きい場合、つまり、検出値が実測値とは大きく異
なっている場合は、これを無効とすることにより、検出
値の信頼性を向上させることができる。

【００３１】ところで、ナビゲーション装置等に内蔵さ
れる車載用角速度検出装置は、ナビゲーション装置のオ
ーディオ取付スペースへの搭載やポータブル化などを可
能とするため、一層の小型化が求められている。そこ
で、請求項７記載の車載用角速度検出装置のように、基
準方向の加速度を検出する加速度センサを一体に設ける
ことが望ましい。即ち、加速度センサは、角速度センサ
（例えばジャイロスコープ等）と同様に、マイクロマシ
ン技術を用いて半導体上に形成することが可能であり、
これらを一体に設けることで、装置の大幅な小型化と作
製コストの削減を図ることができる。

【００３２】また、車載用角速度検出装置からの出力を
処理するナビゲーション装置の信号処理装置（ＣＰＵ）
は、地図データの詳細化や通信，音声認識等を用いたサ
ービス内容の複雑化，多様化に伴い、処理負荷が益々増
大する傾向にある。このため、外部センサからの検出信
号（車速信号等）や車載用角速度検出装置からの出力に
対する処理の負荷を軽減することが望まれている。

【００３３】そこで、例えば、請求項８記載のように、
実加速度演算手段を設けて、当該装置の内部にて、車速
信号から実加速度を求めるように構成してもよい。この
他、角速度を積分して方位角を求めるための積分器や、
方位角と照合データとの誤差を求めるための減算器等を
設けて、車載用角速度検出装置の入出力に関わる種々の
処理を当該装置内にて行わせるように構成することで、
外部の信号処理装置の負荷をより一層軽減するようにし
てもよい。

【００３４】更に、請求項９記載のように、角速度演算
手段にて求められた角速度が、予め設定されたしきい値
より大きいか否かを表す状態信号を出力する状態信号出
力手段を設けてもよい。この場合、例えば、状態信号
を、当該装置の出力を使用する外部の信号処理装置への
割込信号として用いれば、外部の信号処理装置は、角速
度を常時監視する必要がなく、読み取りを必要とする大
きな角速度の変化が生じた場合にのみ、これに対する処
理を実行すればよいため、当該車載用角速度検出装置の
出力に基づく処理の負荷が大幅に軽減される。その結
果、外部の信号処理装置における各種処理の実行速度や
処理効率を向上させることができる。

【００３５】また更に、請求項１０記載のように、デー
タ送信手段が、外部からの要求に応じて、当該装置内で
生成される各種データ（例えば角速度やこれを積分した
方位角，車速，実加速度等）を送信するように構成して
もよい。この場合、外部の信号処理装置は、当該車載用
角速度検出装置から必要なデータを必用な時に獲得する
ことが可能となり、当該車載用角速度検出装置の使い勝
手を向上させることができる。

【００３６】また、請求項１１記載のように、パラメー
タ設定手段が、外部から各種データを受信し、その受信
したデータに基づいて、当該装置内で実行される各種演
算に必要なパラメータを設定するように構成してもよ
い。この場合、当該車載用角速度検出装置の設定を、該
装置が組み込まれる装置構成や使用状態等に応じて柔軟
に変更することができ、当該車載用角速度検出装置の使
い勝手をより一層向上させることができる。

【００３７】次に、請求項１２記載の車載角速度センサ
の傾斜角度検出方法では、角速度センサの検出軸に直交
する基準方向の加速度を検出する加速度センサからの検
出加速度と、車両の車速信号から求めた実加速度と、車
両の進行方向に対する基準方向の傾斜を表す固定傾斜角
度とに基づいて、鉛直方向に対する検出軸の傾斜を表す
全傾斜角度の実測値を求めると共に、設定された積算値
の実測値に対する残差を求め、その残差を定数倍し積算
することで残差を反映した積算値を求める収束演算を繰
り返し実行する。そして、この収束演算にて求められた
積算値を全傾斜角度の検出値として用いるようにされて
いる。

【００３８】このように、本発明の方法によれば、地図
データやＧＰＳを用いることなく、車両内部にて得られ
るデータを用いて、検出軸の傾斜角度の実測値を求め、
しかも、その実測値をそのまま検出値とするのではな
く、収束演算により得られた結果を、検出値とするよう
にされている。

【００３９】従って、本発明の方法を用いれば、収束演
算によって得られる全傾斜角度の検出値に基づいて、検
出軸の傾きに基づく角速度の誤差を補正するためのパラ
メータを、大きな制御遅れを生じさせてしまうことなく
生成することができる。しかも、収束演算により得られ
た検出値は、実測値に応答性よく追従し、しかも実測値
より緩やかに変化し、車速信号に含まれるノイズ成分が
十分に除去された安定したものとなっているため、これ
に基づいて生成される補正用のパラメータも、Ｓ／Ｎの
優れたものとなり、ひいてはこの補正用のパラメータを
用いて角速度の誤差を精度よく補正することができる。

【００４０】また次に、請求項１３記載の車載角度セン
サの傾斜角度検出装置では、前記検出軸に直交する基準
方向の加速度を検出する加速度センサからの検出加速度
と、前記車両の車速信号から求めた実加速度と、前記車
両の進行方向に対する前記基準方向の傾斜角度である固
定傾斜角度とに基づいて、鉛直方向に対する前記検出軸
の傾斜角度である全傾斜角度の実測値を求める実測値演
算手段と、設定された積算値の前記実測値に対する残差
を求める残差算出手段と、該残差算出手段にて求められ
た残差を定数倍し積算することで該残差を反映した積算
値を求める収束演算を実行する収束演算手段と、を備
え、該収束演算手段にて求められた前記積算値を前記全
傾斜角度の検出値とする。

【００４１】つまり、請求項１２記載の方法を実現する
装置であり、請求項１２記載の方法を実行した場合と全
く同様の効果を得ることができる。なお、本発明の傾斜
角度検出装置に対して、上記請求項４ないし請求項６い
ずれか記載の構成を適用してもよいことは言うまでもな
い。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面と
共に説明する。図１は、本実施形態の車載用角速度検出
装置の構成を表すブロック図、及び図２は、当該装置を
構成する各部の配置状況を表す説明図である。

【００４３】図２に示すように、本実施形態の車載用角
速度検出装置１は、検出軸Ｐ回りの角速度を検出する角
速度検出部３と、検出軸Ｐに直交した方向Ｑの加速度を
検出する加速度検出部５と、角速度検出部３及び加速度
検出部５からの出力や外部から入力される車速信号に基
づいて、各種データの生成を行う演算処理部７とを備え
ている。

【００４４】なお、角速度検出部３は、マイクロマシン
技術を用いて半導体ウエハー上に構成された周知のジャ
イロセンサからなり、加速度検出部５も、同様に半導体
ウエハー上に形成された周知の加速度センサからなる。
これら角速度検出部３及び加速度検出部５は、いずれ
も、その検出信号を一定時間間隔でサンプリングし数値
化したデジタル信号を演算処理部７に供給するように構
成されている。また、演算処理部７は、ＡＳＩＣ（特定
用途向けＩＣ）として作成されたものであり１チップの
半導体ウエハー上に構成されている。

【００４５】また、これら角速度検出部３，加速度検出
部５，演算処理部７は、必要な信号を入出力するための
端子（図示せず）が設けられた端子部９と共に１つのパ
ッケージＰＫに収納されており、これら各部３，５，
７，９はワイヤボンディングにより相互に接続されてい
る。なお、パッケージＰＫ内において、角速度検出部
３，加速度検出部５，演算処理部７が形成された各半導
体ウエハーは、ワイヤボンディングを容易にするため、
同一平面上に配置されている。また、端子部９を構成す
る各端子は、それぞれ、当該装置を回路基板に表面実装
するためにパッケージＰＫの外壁に設けられた各電極Ｔ
に電気的に接続されている。

【００４６】ここで、演算処理部７は、図１に示すよう
に、電極Ｔを介して入力されるパルス状の車速信号Ｓｖ
に基づいて、車速Ｖを求める車速信号処理部１１と、車
速信号処理部１１にて求められた車速Ｖを積分して走行
距離Ｘを求める積分器１２と、車速信号処理部１１から
の車速Ｖ、及び加速度検出部５にて検出された加速度
（以下「検出加速度」という）ａに基づき、鉛直（重
力）方向に対する角速度検出部３の検出軸Ｐの傾斜角度
（以下「全傾斜角度」という）αに応じた補正量１／co
sα を求める傾斜角度収束演算部１３と、角速度検出部
３の出力ω及び傾斜角度収束演算部１３からの補正量１
／cosα に基づいて補正された角速度ωy を求める角速
度補正部１４と、角速度補正部１４からの角速度ωy を
積分して水平面内における方位角θy を求める積分器１
５と、当該装置の出力を利用する外部装置（例えばＣＰ
Ｕ）との通信を可能とする割込／通信処理部１６とを備
えている。

【００４７】そして、演算処理部７は、電極Ｔを介して
車速信号Ｓｖ，照合誤差ΔＸ，Δθy （後述する），車
速Ｖ，走行距離Ｘ，角速度ωy ，方位角θy 等の各種デ
ータの他、割込／通信処理部１６での通信に使用する各
種信号，同期クロック，割込信号等を入出力するように
構成されている。

【００４８】次に、図３は角速度補正部１４での制御内
容を表す制御ブロック図、図４は傾斜角度収束演算部１
３での制御内容を表す制御ブロック図である。まず、角
速度補正部１４では、図３に示すように、角速度検出部
３からの出力ωに、係数器２１が換算ゲインＫ１を乗
じ、更に乗算器２２が、傾斜角度収束演算部１３からの
補正値１／cosα を乗じることにより、補正（鉛直方向
に沿った軸の回りの角速度に変換）された角速度ωy を
算出するように構成されている。

【００４９】また、角速度補正部１４は、角速度ωy を
積分器１５にて積分することで求められた方位角θy と
ＧＰＳ受信データ或いは地図データ等から求められた方
位角（照合データ）θy*との照合誤差Δθy を入力し、
学習器２３が、この照合誤差Δθy から適当なパラメー
タ調整則に従って導出した補正量ΔＫ1（＝ｆ(Δθy)）
により、照合誤差Δθy が最小となるような定数Ｋ１を
学習し、係数器２１にて使用される換算ゲインＫ１の設
定値を調整するように構成されている。なお、パラメー
タ調整則としては例えばスライディングモード制御等の
周知の学習方法が用いられる。

【００５０】つまり、角速度補正部１４は、（６）式に
従って補正された角速度ωy を算出すると共に、（７）
式にて求められる照合誤差Δθy に基づいて、換算ゲイ
ンＫ１の学習を行うように構成されている。 ωy ＝ Ｋ1・ω／cosα （６） Δθy ＝ θy* − θy ＝ θy* − ∫ωy dt （７） なお、車速信号処理部１１も、角速度補正部１４と同様
に、車速信号のパルス間隔を測定し、その測定結果に予
め設定された換算ゲインを乗じることで車速Ｖを求める
ように構成されている。また、車速信号処理部１１は、
車速Ｖを積分器１２にて積分することで求められた走行
距離Ｘと、ＧＰＳ受信データ或いは地図データ等から求
められた走行距離（照合データ）Ｘ* との照合誤差ΔＸ
を入力し、この照合誤差ΔＸに基づいて、照合誤差ΔＸ
が小さくなるように換算ゲインの設定値を調整するよう
に構成されている。

【００５１】次に、傾斜角度収束演算部１３では、図４
に示すように、加速度検出部５からの検出加速度ａを係
数器３１が１／Ｇ倍する（但しＧは重力加速度）。ま
た、車速信号処理部１１からの車速Ｖを係数器３２が１
／Ｇ倍し、これに係数器３３が固定傾斜角度αo に起因
する補正量cosαoを乗じた後、微分器３４が微分する。
この微分器３４の出力を、加算器３７が、後述する積算
値sinα'と加算し、その加算結果から、減算器３８が、
先の係数器３１の出力を減算することにより、残差ｅを
求める。

【００５２】また、減算器３９が０から残差ｅを減算す
ることにより、残差ｅの符号を反転させ、これを係数器
３５がゲインＫ２（＜１）倍したものを、積分器３６が
積分することにより積算値sinα'を求める。この一連の
演算を収束演算とよび、収束演算によって、積算値sin
α'は、残差ｅが０に近付くようにフィードバック制御
されることになる。

【００５３】つまり、傾斜角度収束演算部１３は、車速
Ｖを微分することで車両の実加速度Ａ（＝ｄＶ／ｄｔ）
が得られることに基づいて先の関係式（＊）を書き換え
た関係式（８），（９）式にて定義された検出値sin
α'，及び（１０）式にて定義された残差ｅに基づき、
（１０）式に（８）式を代入して、sinα を消去するこ
とにより得られる（１１）式に従って残差ｅを算出する
ように構成されている。

【００５４】

【数１】

【００５５】

【数２】

【００５６】なお、ゲインＫ２を大きくするほど演算の
収束速度が速くなり、傾斜角度αの変動に対する追従性
が向上するが、その一方で、加速度検出部５の出力ａや
車速信号Ｓｖに含まれるノイズ成分も増幅されるため、
検出値sinα'のＳ／Ｎ比が劣化し、収束演算の制御系の
安定性も損なわれる。従って、ゲインＫ２は、傾斜角度
αに対する追従性を確保しつつ、加速度検出部５の出力
ａや車速信号Ｓｖのノイズレベルが許容範囲内となるよ
うな値に設定する必要がある。

【００５７】また、傾斜角度収束演算部１３では、演算
器４０が、（１２）式に示す演算を実行することによ
り、積算値sinα'からcosα'を求め、逆数器４１が、こ
の逆数を求める。そして、ゲート４２が、残差ｅの絶対
値が予め設定された許容値以下となり、残差ｅが十分に
収束したとみなせる場合には、逆数器４１の出力１／co
sα'を、補正値１／cosα として出力する。

【００５８】

【数３】

【００５９】更に、傾斜角度収束演算部１３では、演算
器４３が、演算器４０にて順次算出される算出値cosα'
の指数平均を求め、この平均値を、係数器３３で使用さ
れる固定傾斜角度αo に基づく補正値cosαoとして設定
する。なお、平均値の算出には、指数平均に限らず、通
常の平均や移動平均等を用いてもよい。いずれの場合に
も、新たに加えられる補正値の重みが十分に小さくなる
ように、平均の計算に用いる重み付け係数やサンプル数
を設定する必要がある。

【００６０】次に、割込／通信処理部１６は、図５に示
すように、外部装置との間で双方向のシリアル通信を行
う通信回路５１と、演算処理部７を構成する各部の設定
パラメータを通信回路５１を介して受信した場合に、各
部の設定パラメータの初期化，更新を行うパラメータ設
定回路５２と、演算処理部７内で繰り返し生成される各
種生成データ（車速Ｖ，走行距離Ｘ，角速度ωy ，方位
角θy など）を読み込み、この読み込んだ生成データ
に、同期クロックＣＫを用いて計時した送信時刻を付加
したもの送信データとして、通信回路５１を介して外部
に送信するデータ送信回路５３と、生成データを常時監
視し、生成データが予め設定された判定値を超えると、
外部装置に対する割込信号を出力するか、或いはデータ
送信回路５３を起動することにより、外部装置への通知
を行う監視回路５４とを備えている。

【００６１】なお、データ送信回路５３は、通信回路５
１を介して外部から要求を受け付けることによっても、
起動することが可能なように構成されている。また、パ
ラメータ設定回路５２が扱う設定パラメータとしては、
監視回路５４が使用する判定値、車速信号処理部１１，
角速度補正部１４が使用する換算ゲインの初期値、傾斜
角度収束演算部１３の係数器３５が使用するゲイン定数
Ｋ２，同じく係数器３３が使用する係数cosαoの初期値
などがある。

【００６２】このように構成された本実施形態の車載用
角速度検出装置１は、例えば、ナビゲーション装置に内
蔵され、加速度検出部５の検出方向Ｑが車両の進行方向
と一致するか、或いは、検出方向Ｑ及び進行方向を水平
面に投影した方向が互いに一致するようにして車両内に
設置される。この時、進行方向に対する検出方向Ｑの傾
斜角度を、取付角度（又は固定傾斜角度）αo とよび、
更に、車両が傾斜した路面を走行している場合にその路
面傾斜角度Δαを加えたものを全傾斜角度α（＝αo ＋
Δα）とよび、この全傾斜角度αが、鉛直方向に対する
角速度検出部３の検出軸Ｐの傾斜角度となる（図６参
照）。

【００６３】そして、角速度検出部３が、検出軸Ｐの回
りの角速度ωを検出し、加速度検出部５が、検出軸Ｐに
直交した検出方向Ｑの加速度ａを検出する。また、車速
信号処理部１１が、外部からの入力である車速信号から
車速Ｖを生成し、これを積分器１２が積分することによ
り走行距離Ｘを生成する。

【００６４】すると、傾斜角度収束演算部１３が、加速
度検出部５からの検出加速度ａと車速信号処理部１１か
らの車速Ｖとに基づき、検出軸Ｐの全傾斜角度αに基づ
く誤差を補正するための補正値１／cosα を生成する。
また、角速度補正部１４が、角速度検出部３にて検出さ
れた角速度ωと、傾斜角度収束演算手段１３からの補正
値１／cosα とに基づき、鉛直方向に沿った軸Ｒ回りの
角速度ωy を生成し、これを積分器１５が積分すること
により水平面ないにおける方位角θy を生成する。

【００６５】また、角速度補正部１４では、電極Ｔ或い
は割込／通信処理部１６を介して外部から供給される方
位角の照合誤差Δθy に基づいて、換算ゲインＫ１の学
習を行い、これと同様に、車速信号処理部１１では、電
極Ｔ或いは割込／通信処理部１６を介して供給される走
行距離の照合誤差ΔＸに基づいて、換算ゲインの学習を
行う。

【００６６】そして、車速Ｖ，走行距離Ｘ，角速度ωy
，方位角θy は、電極Ｔを介して外部に出力されると
共に、割込／通信処理部１６にも生成データとして供給
される。なお、生成データが予め設定された判定値を超
えた場合、割込／通信処理部１６は割込信号を出力す
る。また、シリアル通信を介して、生成データの送信要
求を受信した場合、生成データに送信時刻データを付加
したものを送信データとして、シリアル通信による送信
を行う。但し、設定によって、割込信号を出力する代わ
りに、自発的に生成データの送信を行わせることも可能
である。

【００６７】また、シリアル通信を介して設定パラメー
タを受信した場合に、割込／通信処理部１６は、その受
信内容に従って、対応する各部の設定パラメータの初期
化，更新を行うように構成されている。つまり、本実施
形態の車載用角速度検出装置１からの生成データを利用
する外部装置は、割込信号の通知を受けてから、常時出
力されている生成データを取り込むようにしてもよい
し、シリアル通信を介して生成データの送信を要求する
ことにより、シリアル通信を介して生成データを獲得し
てもよい。また、割込信号を通知することなく、シリア
ル通信を介して生成データが直ちに送信される設定にし
て使用してもよい。更に、シリアル通信を介して、生成
データの送信を定期的に要求するように使用してもよ
い。このように本実施形態の車載用角速度検出装置１
は、様々な使用方法に対応することができる。

【００６８】以上、説明したように本実施形態の車載用
角速度検出装置１では、角速度検出部３の出力に、換算
ゲインＫ１を乗じて、更に、角速度検出部３の検出軸Ｐ
の全傾斜角度αに基づく誤差を補正する補正値１／cos
α を乗じることで、角速度ωy を求めている。

【００６９】しかも、補正値１／cosα は、故障でもな
い限り必ず得ることのできる検出加速度ａ及び車速Ｖに
基づいて算出しているため、検出軸Ｐの全傾斜角度αに
基づく誤差を、外部的な要因によらず確実且つリアルタ
イムに補正することができる。

【００７０】また、換算ゲインＫ１も、学習によって最
適な値に調整するようにされているので、上述した検出
軸Ｐの全傾斜角度αに基づく誤差と同時に、角速度検出
部３を構成するジャイロの個体差による出力のばらつき
も、精度よく補正することができる。

【００７１】その結果、本実施形態の車載用角速度検出
装置１によれば、角速度ωy を積分することで求められ
る方位角θy 、ひいては車両の方位計算の精度を向上さ
せることができる。そして、例えば、自走式の地下／立
体駐車場にある螺旋状の昇降経路等、傾斜した経路をハ
ンドルを切りながら走行する時や、地図データがなくマ
ップマッチングを行うことができない時、或いはＧＰＳ
衛星からの電波を受信できずＧＰＳ受信データに基づく
補正を実行することができない時等でも、長時間に渡っ
て車両の方位や位置を精度良く求め続けることができ
る。

【００７２】なお、換算ゲインＫ１が、方位角の照合誤
差Δθy に基づく学習によって設定されることにより、
角速度検出部３を構成するジャイロの個体差によるばら
つきだけでなく、方位角の照合誤差Δθy の演算に関わ
る全ての要素についてのばらつき誤差も一括して補正す
ることができ、例えば、経年変化等にも対応することが
できる。

【００７３】また、本実施形態では、補正値１／cosα
を求める時に、Ｓ／Ｎが極めて悪い実加速度Ａ（＝ｄＶ
／ｄｔ）を、計算式に当てはめることで得られる全傾斜
角度の実測値 sinαを、そのまま用いるのではなく、こ
の実測値 sinαに対する残差ｅを積分する収束演算によ
って得られる検出値sinα'を用いている。

【００７４】つまり、検出値sinα'では、実加速度Ａを
求める際に車速Ｖを微分したことによるノイズの増幅分
が、残差ｅの積分によって緩和され、しかも、フィルタ
を用いる場合のように制御を遅れを生じさせてしまうこ
ともない。従って、本実施形態の車載用角速度検出装置
１によれば、加速度検出部５の出力ａや車速信号Ｓｖの
不測の変動に対しても安定した信頼性の高い補正値１／
cosαを供給することができる。

【００７５】また、本実施形態によれば、傾斜角度の検
出値sinα'の累積計算を行うことにより、固定傾斜角度
（取付角度）αo に基づく補正値sinαoを求めており、
装置の取付角度を正確に把握していなくても、精度良く
補正値１／cosα が算出される。このため、例えば、ポ
ータブル型のナビゲーション装置に当該装置１が組み込
まれ、車両から着脱される毎に取付角度（固定傾斜角
度）が変化するようなことがあったとしても、これに対
応して、角速度検出部３の出力の補正を、常に正確に行
うことができる。

【００７６】これと共に、本実施形態では、換算ゲイン
Ｋ１が学習により設定され、またパラメータ設定回路５
２によっても任意に変更できるようにされているので、
仮に、ナビゲーション装置内への搭載上の制約があって
角速度検出部３の検出軸Ｐが上下反対方向となるように
取り付けられたとしても、換算ゲインＫ１の符号を学習
又はパラメータ設定で反転させることによって、簡単に
対応することができる。

【００７７】また、本実施形態の車載用角速度検出装置
１によれば、従来ならばナビゲーション装置本体のＣＰ
Ｕにて実行していた方位角θy ，車速Ｖ，走行距離Ｘ等
を算出するためのリアルタイムな演算処理を、演算処理
部７に取り込んでいるので、前記ＣＰＵの処理負荷を大
幅に低減できる。

【００７８】また、本実施形態では、当該装置１内での
生成データ（角速度ωy ，方位角θy ，車速Ｖ，走行距
離Ｘ）に変化が生じた場合に、割込信号或いはシリアル
通信にて外部装置に通知するため、生成データを利用す
る外部装置は、この通知を受けた場合にのみ生成データ
に対する演算処理を実行すればよく、外部装置に効率よ
く処理を実行させることができる。

【００７９】その結果、外部装置は、他の機能を実現す
るための処理により多くの演算時間を割り当てることが
でき、例えば、ナビゲーション装置本体のＣＰＵであれ
ば、地図画面の高速かつスムーズなスクロールや経路計
算の時間短縮等を実現することができる。

【００８０】更に、本実施形態では、生成データ（角速
度ωy，方位角θy，車速Ｖ，走行距離Ｘ）に変化が生じ
たか否かを判定するための判定値を、シリアル通信によ
り外部から任意に設定できるようにされている。このた
め、詳細な地図データを持ち高精度が必要なナビゲーシ
ョン装置では判定値を小さく、その逆に低い精度で十分
な装置では判定値を大きくするなどの設定変更が可能と
なる。また、道路外や密集地域などその時々の状況に合
わせたチューニングも可能である。

【００８１】また更に、車速信号処理部１１の換算ゲイ
ンの初期値、角速度補正部１４の換算ゲインＫ１の初期
値、傾斜角度収束演算部１３のゲイン定数Ｋ２，cosαo
の初期値なども、シリアル通信にてＣＰＵから設定でき
るため、円滑な演算処理が可能となる。

【００８２】また、本実施形態の車載用角速度検出装置
１は、角速度検出部３，加速度検出部５，演算処理部７
のそれぞれが、いずれも１チップの半導体ウエハ上に構
成されており、計３個の半導体ウェハが同一パッケージ
ＰＫ内に収納されたものとなっている。

【００８３】従って、当該装置１の製造時には、自動化
による大量生産が可能であり、しかも、３個の半導体ウ
エハは、パッケージＰＫ内において、同一平面上に配置
されるため、各半導体ウエハ間の電気的接続であるワイ
ヤーボンディングも極めて容易に行うことができ、当該
装置を低コストにて製造することができる。

【００８４】しかも、同一パッケージＰＫ内において半
導体ウエハ間を伝達する信号は、外部からの電気的ノイ
ズの影響を受けにくいだけでなく、電源変動や温度変化
に対しては全ての半導体ウエハが同様の影響を受けるた
め、これらの影響に対する補償を簡単に行うことがで
き、装置の信頼性を向上させることができる。

【００８５】また、このように１パッケージ化された本
実施形態の車載用角速度検出装置１は、小型で且つ取り
扱いが容易なため、例えば、当該装置１をナビゲーショ
ン装置内に組み込む際には、その組立が容易になるだけ
でなく、ナビゲーション装置自体を小型化できる。

【００８６】なお、上記実施形態では、角速度検出部
３、加速度検出部５、演算処理部７は、それぞれの半導
体製造プロセスが異なっているため、別々の半導体ウエ
ハ上に構成されているが、共通の製造プロセスが開発さ
れるか、或いは、同一半導体ウエハに異なった複数の製
造プロセスを適用しても十分に安定した特性のものが得
られるのであれば、これら全てを１チップ、或いはいず
れか二つを組み合わせて２チップにて構成してもよい。

【００８７】また、上記実施形態では、傾斜角度収束演
算部１３にゲート４２を設け、残差ｅが十分に小さくな
ってから補正値１／cosα を角速度補正部１４に供給す
るようにされているが、ゲート４２を省略し、代わりに
残差ｅを電極Ｔを介して外部に出力するように構成して
もよい。この場合、外部装置は、当該装置１から出力さ
れる生成データの有効性を、残差ｅにより判定すること
ができる。

【００８８】また、上記実施形態では、照合誤差ΔＸ，
Δθy を、電極Ｔを介して直接車速信号処理部１１や角
速度補正部１４に供給するように構成されているが、シ
リアル通信を用い、割込／通信処理部１６を介して供給
するように構成してもよい。上記実施形態において、係
数器２１が角速度演算手段、傾斜角度収束演算部１３が
傾斜角度検出手段及び傾斜角度検出装置、乗算器２２が
補正手段、学習器２３がゲイン調整手段に相当する。

【００８９】また、係数器３１が実測値演算手段、加算
器３７及び減算器３８が残差算出手段、減算器３９，係
数器３５，及び積分器３６が収束演算手段、演算器４３
が固定傾斜角度設定手段、ゲート４２が無効手段、車速
信号処理部１１及び微分器３４が実加速度演算手段に相
当する。

【００９０】更に、監視回路５４が状態信号出力手段、
通信回路５１及びデータ送信回路５３がデータ送信手
段、通信回路５１及びパラメータ設定回路５２がパラメ
ータ設定手段に相当する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の車載用角速度検出装置の構成を表
すブロック図である。

【図２】 実施形態の車載用角速度検出装置においてパ
ッケージ内の各部の配置状況を表す説明図である。

【図３】 角速度補正部での制御内容を表す制御ブロッ
ク図である。

【図４】 傾斜角度収束演算部での制御内容を表す制御
ブロック図である。

【図５】 割込／通信処理部の構成を表すブロック図で
ある。

【図６】 ジャイロ検出軸と全傾斜角度との関係を表す
説明図である。

【図７】 従来装置での制御内容を表す制御ブロック図
である。

【図８】 加速度センサの検出方向，車速（実加速
度），傾斜角度の関係を表す説明図である。

【符号の説明】

１…車載用角速度検出装置、３…角速度検出部、５…加
速度検出部、７…演算処理部、９…端子部、１１…車速
信号処理部、１２，１５，３６…積分器、１３…傾斜角
度収束演算部、１４…角速度補正部、１６…割込／通信
処理部、２１，３１，３２，３３，３５…係数器、２２
…乗算器、２３…学習器、３４…微分器、３７…加算
器、３８，３９…減算器、４０，４３…演算器、４１…
逆数器、４２…ゲート、５１…通信回路、５２…パラメ
ータ設定回路、５３…データ送信回路、５４…監視回
路、ＰＫ…パッケージ、Ｔ…電極

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出軸回りの角速度に応じた信号を出力
   する角速度センサと、 該角速度センサでの検出値に、該検出値から角速度への
   変換比率を表す換算ゲインを乗じることにより、角速度
   を求める角速度演算手段と、 を備え、方位測定のために車両に搭載される車載用角速
   度検出装置において、 前記検出軸に直交する基準方向の加速度を検出する加速
   度センサからの検出加速度と、前記車両の車速信号から
   求めた実加速度と、前記車両の進行方向に対する前記基
   準方向の傾斜角度である固定傾斜角度とに基づいて、鉛
   直方向に対する前記検出軸の傾斜角度である全傾斜角度
   を検出する傾斜角度検出手段と、 該傾斜角度検出手段での検出結果に従って、前記角速度
   センサの出力或いは前記角速度演算手段にて求められた
   角速度を補正する補正手段と、 を設けたことを特徴とする車載用角速度検出装置。
2. 【請求項２】 前記角速度演算手段が求めた角速度を積
   分することにより前記車両の進行方向の方位を求め、外
   部から供給される照合データに対する前記方位の照合誤
   差が減少するように前記換算ゲインを調整するゲイン調
   整手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の車載用
   角速度検出装置。
3. 【請求項３】 前記傾斜角度検出手段は、 前記検出加速度と前記実加速度と前記固定傾斜角度とに
   基づいて、前記全傾斜角度の実測値を求める実測値演算
   手段と、 設定された積算値の前記実測値に対する残差を求める残
   差算出手段と、 該残差算出手段にて求められた残差を定数倍し積算する
   ことで該残差を反映した積算値を求める収束演算手段
   と、 を備え、該収束演算手段にて求められた前記積算値を前
   記全傾斜角度の検出値とすることを特徴とする請求項１
   又は請求項２記載の車載用角速度検出装置。
4. 【請求項４】 前記実測値演算手段は、実加速度をＡ，
   検出加速度をａ，重力加速度をＧ，固定傾斜角度をαo
   として、関係式（＊）に基づいて、全傾斜角度α又は s
   inαを求めることを特徴とする請求項３記載の車載用角
   速度検出装置。 ａ ＝ Ｇ sinα ＋ Ａ cosαo （＊）
5. 【請求項５】 前記収束演算手段にて繰り返し求められ
   る積算値から該積算値の平均値を算出し、該平均値を前
   記固定傾斜角度とする固定傾斜角度設定手段を設けたこ
   とを特徴とする請求項３又は請求項４記載の車載用角速
   度検出装置。
6. 【請求項６】 前記残差算出手段にて求められた残差の
   絶対値が予め設定された収束判定値より大きい場合に、
   当該装置の検出値を無効とする無効手段を設けたことを
   特徴とする請求項３ないし請求項５いずれか記載の車載
   用角速度検出装置。
7. 【請求項７】 前記基準方向の加速度を検出する加速度
   センサを一体に設けたことを特徴とする請求項１ないし
   請求項６いずれか記載の車載用角速度検出装置。
8. 【請求項８】 車速信号から実加速度を求める実加速度
   演算手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求
   項７いずれか記載の車載用角速度検出装置。
9. 【請求項９】 前記角速度演算手段にて求められた角速
   度が、予め設定されたしきい値より大きいか否かを表す
   状態信号を出力する状態信号出力手段を設けたことを特
   徴とする請求項１ないし請求項８いずれか記載の車載用
   角速度検出装置。
10. 【請求項１０】 外部からの要求に応じて、当該装置内
    で生成される各種データを送信するデータ送信手段を設
    けたことを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか
    記載の車載用角速度検出装置。
11. 【請求項１１】 外部から各種データを受信し、受信し
    たデータに基づいて、当該装置内で実行される各種演算
    に必要なパラメータを設定するパラメータ設定手段を設
    けたことを特徴とする請求項１ないし請求項１０いずれ
    か記載の車載用角速度検出装置。
12. 【請求項１２】 方位測定のために車両に搭載された角
    速度センサの検出軸の傾斜角度を検出する車載角速度セ
    ンサの傾斜角度検出方法であって、前記検出軸に直交す
    る基準方向の加速度を検出する加速度センサからの検出
    加速度と、前記車両の車速信号から求めた実加速度と、
    前記車両の進行方向に対する前記基準方向の傾斜角度で
    ある固定傾斜角度とに基づいて、鉛直方向に対する前記
    検出軸の傾斜角度である全傾斜角度の実測値を求めると
    共に、設定された積算値の前記実測値に対する残差を求
    め、該残差を定数倍し積算することで該残差を反映した
    積算値を求める収束演算を繰り返し実行し、該収束演算
    にて求められた前記積算値を前記全傾斜角度の検出値と
    することを特徴とする車載角速度センサの傾斜角度検出
    方法。
13. 【請求項１３】 方位測定のために車両に搭載された角
    速度センサの検出軸の傾斜角度を検出する車載角速度セ
    ンサの傾斜角度検出装置であって、前記検出軸に直交す
    る基準方向の加速度を検出する加速度センサからの検出
    加速度と、前記車両の車速信号から求めた実加速度と、
    前記車両の進行方向に対する前記基準方向の傾斜角度で
    ある固定傾斜角度とに基づいて、鉛直方向に対する前記
    検出軸の傾斜角度である全傾斜角度の実測値を求める実
    測値演算手段と、設定された積算値の前記実測値に対す
    る残差を求める残差算出手段と、該残差算出手段にて求
    められた残差を定数倍し積算することで該残差を反映し
    た積算値を求める収束演算を実行する収束演算手段と、
    を備え、該収束演算手段にて求められた前記積算値を前
    記全傾斜角度の検出値とすることを特徴とする車載角速
    度センサの傾斜角度検出装置。