JP2004239881A - 角速度検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】移動体の角速度に応じた第1の検出出力ωgyroを出力する角速度検出手段101と、GPS測位手段102の出力φgpsとに基づいて感度係数Kを学習する学習手段105と、移動体の加速度に応じた第2の検出出力aを出力する加速度検出手段103と、感度係数Kと第2の検出出力aとに基づいて補正感度係数Kcを求める感度係数補正手段106と、補正感度係数Kcを第1の検出出力ωgyroに乗じることで、動体の実際の角速度を算出する角速度換算手段104とを備え、補正感度係数Kcを適応して移動体の実際の角速度を夫々角速度換算手段104にて算出させる。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両等の移動体の角速度を検出するための角速度検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、車載用ナビゲーション装置では、GPS(Global Positioning System)を利用したGPS測位と、角速度検出装置を用いた自立航法とを組み合わせ、GPS測位と自立航法との欠点を補うようにハイブリッド測位して、その測位結果を地図データとマップマッチングすることによって車両の現在位置を求めている。
【0003】
図1を参照して上述の角速度検出装置の構成を述べると、当該角速度検出装置1は、車両の走行方向(具体的には、ヨー方向)の角速度ωyを検出するため、車載用ナビゲーション装置内に設けられている。そして、角速度換算部3が、角速度センサ2の検出出力(すなわち、角速度センサ2によって検出された角速度)ωgyroに感度係数Kを乗じることで、車両の実際の角速度ωyを算出し、更に角速度検出装置1に接続された積分器4が角速度ωyを時間積分することによって、車両の方位角φを求めるようになっている。
【0004】
つまり、車載用ナビゲーション装置が車室内に取り付けられた場合、図2(a)に模式的に示すように、角速度センサ2の検出軸が鉛直方向(重力方向)Pに沿った方向に向くことを前提として、角速度センサ2は車載用ナビゲーション装置内に固定されている。
【0005】
したがって、この前提条件に従って車載用ナビゲーション装置が車室内に取り付けられると、角速度センサ2の検出軸が鉛直方向(別言すれば、水平面に対する法線方向)Pに沿った方向に向くこととなり、車両の実際の角速度ωyを精度良く検出できるようになっている。つまり、上述の前提条件を満足して角速度センサ2の検出軸が鉛直方向Pに沿った方向に向くこととなると、図1中に示す角速度センサ2の検出出力ωgyroは、図2(a)中に示す検出出力ωpとなり、角速度換算部3がこの検出出力ωgyro(つまり、ωp)に感度係数Kを乗じることで、車両の実際の角速度ωyを精度良く検出することができる。
【0006】
ところが、現実には、車載用ナビゲーション装置は、搭乗者の視認性や操作性、車室内のレイアウト等を考慮して車室内に取り付けられる際、上述の前提条件に反し、車両の進行方向に対してピッチ角(以下「取付角」という)θsetを有して取り付けられる場合が多い。
【0007】
こうした場合、角速度センサ2の検出軸も、鉛直方向Pから取付角θsetの分傾いた方向Qに傾いてしまい、その結果、図1中に示す角速度センサ2の検出出力ωgyroは、図2(a)中に示す検出出力ωqとなる。このため、検出出力ωgyroに対し上述の感度係数Kが誤差を有することとなり、角速度センサの検出出力ωgyro(つまり、ωq)に感度係数Kを乗算しても、車両の実際の角速度ωyを精度良く検出できなくなる。
【0008】
こうした取付角θsetに基づく感度係数Kの誤差を補正するため、図1に示すように、従来の角速度検出装置1には、角速度センサ2の検出出力ωgyroから相対方位変化量Δφgyroを算出する相対方位変化量演算部6と、GPS測位部5の測位結果φgpsから相対方位変化量Δφgpsを算出する相対方位変化量演算部7と、相対方位変化量ΔφgpsとΔφgyroの差分(Δφgps−Δφgyro)を求めて、差分(Δφgps−Δφgyro)で感度係数Kを学習することにより、感度係数Kの誤差を補正する学習器8が備えられている。
【0009】
また、図2(b)に模式的に示すように、車両が上り坂や下り坂等の傾斜した路面を走行する場合にも、角速度センサ2が水平面に対して例えば傾斜角θincで傾くこととなり、角速度センサ2の検出軸も鉛直方向Pに対して傾斜角θincの分傾いた方向Rに向くこととなる。
【0010】
よって、車両が傾斜路面を走行すると、図1中に示す角速度センサ2の検出出力ωgyroは、図2(b)中に示す検出出力ωrとなり、検出出力ωgyro(つまり、ωr)に対し上述の学習した感度係数Kが誤差を有することとなるため、角速度センサの検出出力ωgyro(つまり、ωq)に感度係数Kを乗算しても、車両の実際の角速度ωyを精度良く検出できなくなる。
【0011】
更に、角速度センサ2が取付角θsetで傾けられたまま、車両が傾斜角θincを有する傾斜路面を走行すると、検出軸の方向が、鉛直方向Pに対して取付角θsetと傾斜角θincとの和の角度(θset+θinc)で傾くこととなるため、検出出力ωgyroに対する感度係数Kの誤差が益々顕著となり、角速度センサの検出出力ωgyroに感度係数Kを乗算しても、車両の実際の角速度ωyを精度良く検出できなくなる(特許文献1。)。
【0012】
【特許文献1】
特開平5−187880号公報
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の学習器8で感度係数Kを補正する方法は、実際には誤差成分を含んでいるが、車両がGPS衛星から到来するGPS電波を受信できる場所を走行中のときには角速度を積分した方位に対して、GPS測位結果からの絶対方位や測位地点から適宜補正を行うことが可能な為、車両の実際の方位精度が保たれ正確な現在位置の測定が可能となる。
【0014】
GPS電波を受信できない場所を走行中のときには、GPS測位結果からの絶対方位や測位地点から補正を行うことができない。この場合は地図データを参照しマップマッチングを行うことで適宜補正を行うことで方位精度を確保し正確な現在位置の測定が可能となる。
【0015】
しかし、上記のような既知の方位や測位地点等のデータを利用できない状況では、角速度を積分した方位に誤差が累積する為、方位精度が低下し、現在位置の測定精度が低下する。
【0016】
例えば、車両がトンネル内や、地下駐車場内や、高速道路の入り口(ランプ)等のGPS電波を受信できない場所を走行中のときには、車両の実際の角速度ωyの誤差が累積する為、方位精度が低下し、現在位置の測定精度も低下する。
【0017】
また、車両が、坂道となっているトンネル内や、高速道路の入り口(ランプ)での旋回路や、多階層の地下駐車場内に螺旋状に設けられている昇降通路を旋回しながら走行中のとき等、GPS電波を受信できない場所であって、傾斜路面を走行中での旋回路のときには、更に車両の実際の角速度ωyの誤差が大きくなる為、方位精度が低下し、現在位置の測定精度も低下する。
【0018】
つまり、車両がGPS電波を受信できない場所であって傾斜路面を走行中のときでの旋回路においては、時々刻々と変化する傾斜角θincと取付角θsetとの影響を受けた検出出力ωgyroが角速度センサ2から出力されることとなるため、その検出出力ωgyroと学習(補正)された感度係数Kとの対応が付かなくなり、車両の実際の角速度ωyを精度良く検出することが困難となり、角速度を積分した方位に誤差が累積する為、方位精度が低下し、現在位置の測定精度が低下する。
【0019】
つまり、上述したように感度係数Kが用いて、車両が傾斜路面を走行すると、時々刻々と変化する傾斜角θincと取付角θsetとの影響を受けた検出出力ωgyroが角速度センサ2から出力されることとなるため、感度係数Kはその検出出力ωgyroに対し誤差を有することとなってしまう。そのため、角速度換算部3が感度係数Kを角速度センサ2の検出出力ωgyroに乗じることとしたとても、車両の実際の角速度ωyを精度良く検出することが困難となり、角速度を積分した方位に誤差が累積する為、方位精度が低下し、現在位置の測定精度が低下する。
【0020】
本発明は、こうした従来の課題に鑑みて成されたものであり、例えばGPSなどの既知の方位、測位地点等のデータが利用できない場合でも、角速度センサの検出軸の傾きによる検出精度の低下を抑制し、精度の良い角速度検出が可能な角速度検出装置を提供し、角速度の積分値である方位精度を向上させ、正確な現在地を算出することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、移動体に搭載され、当該移動体の角速度を検出する角速度検出装置であって、前記移動体の角速度に応じた第1の検出出力を出力する角速度検出手段と、前記第1の検出出力とGPS電波の情報とに基づいて、前記第1の検出出力を前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数を学習する学習手段と、前記移動体の加速度に応じた第2の検出出力を出力する加速度検出手段と、前記感度係数と第2の検出出力とに基づいて補正感度係数を求める感度係数補正手段と、前記学習手段の前記感度係数又は前記補正感度係数を前記第1の検出出力に乗じることで、前記移動体の実際の角速度を算出する角速度換算手段とを備え、前記感度係数補正手段は、前記角速度検出手段の検出軸が鉛直方向に向けられた場合に検出される加速度に応じた検出出力から前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数と、前記学習手段の前記感度係数との比から前記移動体に対する前記角速度検出手段の取付角を算出し、前記第2の検出出力と前記移動体の実際の加速度との差分に対する重力加速度との比から前記移動体の傾斜角を算出し、前記取付角と傾斜角との比と前記演算器の前記感度係数の乗算値を前記補正感度係数として算出し、前記補正感度係数を適応して前記移動体の実際の角速度を前記角速度換算手段にて算出させることを特徴とする。
【0022】
請求項2に記載の発明は、移動体に搭載され、当該移動体の角速度を検出する角速度検出装置であって、前記移動体の角速度に応じた第1の検出出力を出力する角速度検出手段と、前記第1の検出出力とGPS電波の情報とに基づいて、前記第1の検出出力を前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数を学習する学習手段と、前記移動体の加速度に応じた第2の検出出力を出力する加速度検出手段と、前記第2の検出出力に基づいて補正感度係数を求める感度係数補正手段と、前記学習手段の前記感度係数又は前記補正感度係数を前記第1の検出出力に乗じることで、前記移動体の実際の角速度を算出する角速度換算手段とを備え、前記感度係数補正手段は、前記第2の検出出力を学習することにより、前記加速度検出手段の中点学習値を求めると共に、前記加速度検出手段の検出軸が水平方向に向けられた場合に検出される加速度に応じた検出出力を学習することにより得られる水平時中点学習値と前記中点学習値との差分に、前記第2の検出出力を乗じて重力加速度で除算することにより求めた値から、前記移動体に対する前記角速度検出手段の取付角を算出し、前記第2の検出出力と前記移動体の実際の加速度との差分に対する重力加速度との比から前記移動体の傾斜角を算出して、前記取付角と傾斜角との比と前記演算器の前記感度係数の乗算値を前記補正感度係数として算出し、前記補正感度係数を適応して前記移動体の実際の角速度を前記角速度換算手段にて算出させることを特徴とする。
【0023】
請求項3に記載の発明は、移動体に搭載され、当該移動体の角速度を検出する角速度検出装置であって、前記移動体の角速度に応じた第1の検出出力を出力する角速度検出手段と、前記第1の検出出力とGPS電波の情報とに基づいて、前記第1の検出出力を前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数を学習する学習手段と、前記移動体の加速度に応じた第2の検出出力を出力する加速度検出手段と、前記感度係数と第2の検出出力とに基づいて補正感度係数を求める感度係数補正手段と、前記学習手段の前記感度係数又は前記補正感度係数を前記第1の検出出力に乗じることで、前記移動体の実際の角速度を算出する角速度換算手段とを備え、前記感度係数補正手段は、前記角速度検出手段の検出軸が鉛直方向に向けられた場合に検出される加速度に応じた検出出力から前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数と、前記学習手段の前記感度係数との比から前記移動体に対する前記角速度検出手段の第1の取付角を算出し、前記第2の検出出力を学習することにより、前記加速度検出手段の中点学習値を求めると共に、前記加速度検出手段の検出軸が水平方向に向けられた場合に検出される加速度に応じた検出出力を学習することにより得られる水平時中点学習値と前記中点学習値との差分に、前記第2の検出出力を乗じて重力加速度で除算することにより求めた値から、前記移動体に対する前記角速度検出手段の第2の取付角を算出し、前記第2の検出出力と前記移動体の実際の加速度との差分に対する重力加速度との比から前記移動体の傾斜角を算出し、前記第1の取付角と第2の取付角の一方を所定の条件に基づいて選択し、前記選択した取付角と前記傾斜角との比と前記演算器の前記感度係数の乗算値を前記補正感度係数として算出し、前記補正感度係数を適応して前記移動体の実際の角速度を前記角速度換算手段にて算出させることを特徴とする。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態として、例えば車載用ナビゲーション装置等に設けられる角速度検出装置を説明する。
【0025】
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態に係る角速度検出装置を、図3及び図4を参照して説明する。
【0026】
尚、図3は、本実施形態の角速度検出装置の構成を表したブロック図である。
【0027】
同図において、この角速度検出装置100は、角速度検出手段101、GPS測位手段102、加速度検出手段103、角速度換算手段104、学習手段105及び感度係数補正手段106を備えて構成されている。
【0028】
角速度検出手段101は、移動体としての車両のヨー方向の角速度を検出する角速度センサ(ジャイロセンサ)を備え、設計の際に決められた前提条件に従って、車載用ナビゲーション装置が水平に保たれた車両の室内に取り付けられると、角速度センサの検出軸が鉛直方向に沿った方向に向くようになっている。そして、上述の角速度センサで検出された検出出力ωgyroを出力する。
【0029】
GPS測位手段102は、GPS衛星から到来するGPS電波を受信し、車両の現在位置を測位すると共に、相対方位変化量Δφgpsを算出して出力する。
【0030】
尚、相対方位変化量とは、車両が単位時間Tに或る位置Y1から次の或る位置Y2まで移動したときの、位置Y1における方位角φy1と位置Y2における方位角φy2との相対的な変化量である。
【0031】
加速度検出手段103は、走行中の車両の加速度を検出する加速度センサを備え、当該加速度センサから出力される検出出力aを出力する。
【0032】
角速度換算部104は、角速度検出手段101から出力される検出出力ωgyroに、後述の感度係数K又は補正感度係数Kcを乗じることによって、車両の実際の角速度ωyを求めて出力する。
【0033】
学習手段105は、角速度検出手段101から出力される検出出力ωgyroの単位時間T毎の変化量を演算することによって、車両の相対方位変化量Δφgyroを求めると共に、その相対方位変化量ΔφgyroとGPS測位手段102から出力される相対方位変化量Δφgpsとの差分(Δφgyro−Δφgps)に基づいて、検出出力ωgyroを車両の実際の角速度ωyに換算するための感度係数Kを学習する。
【0034】
感度係数補正手段106は、GPS測位手段102がGPS電波を受信可能なときには、学習手段105で学習された感度係数Kを角速度換手段104に供給し、次式(1)の演算によって、車両の実際の角速度ωyを算出させる。
【0035】
【数1】
一方、例えば車両がトンネル内や地下駐車場内等を走行し、GPS測位手段102がGPS電波を受信できないときには、感度係数補正手段106は、学習手段105が学習した感度係数Kに対して補正処理を行い、その補正した補正感度係数Kcを角速度換手段104に供給し、次式(2)の演算によって、車両の角速度ωyを算出させる。
【0036】
【数2】
次に、感度係数補正手段106において行われる上述の補正処理について説明する。
感度係数補正手段106は、補正処理を開始し、順次に算出する補正感度係数Kcを角速度換算手段104へ供給する。
【0037】
ここで、感度係数補正手段106は、補正処理を開始すると、次式(3)の演算を行うことによって、角速度検出手段101の取付角θsetを算出する。
【0038】
【数3】
すなわち、図2(a)を参照して説明したように、車載用ナビゲーション装置が所定の前提条件に反して、取付角θsetをもって車室内に取り付けられ、その結果、角速度検出手段101に設けられている角速度センサの検出軸の方向が鉛直方向Pから取付角θsetの分傾いているか否かを、上記式(3)に基づいて定量的に算出する。
【0039】
ここで、上記式(3)中の係数K0は、車両が水平に保たれた状態で、且つ車載用ナビゲーション装置が前提条件に従って車室内に取り付けられた場合の理想的な感度係数である。つまり、係数K0は、角速度検出手段101に設けられている角速度センサの検出軸が鉛直方向Pに沿った方向に向いている場合の感度係数であり、角速度センサの特性を示した仕様書等に基づいて、予め設計段階において既知となっている感度係数である。
【0040】
そこで、車載用ナビゲーション装置を製品出荷する前に、予め感度係数K0のデータが感度係数補正手段106に記憶されており、感度係数補正手段106はこの感度係数K0のデータを用いて、上記式(3)の演算を行う。
【0041】
また、上述の設計段階に、角速度センサの特性を実測するための実験を行い、その実験結果から得られる感度係数K0のデータを予め感度係数補正手段106に記憶させておいてもよい。
【0042】
更に、上述の収束した感度係数Kと感度係数K0は、次式(4)の関係にある。
【0043】
【数4】
つまり、図2(a)を参照して説明したように、角速度検出手段101に設けられている角速度センサの検出軸の方向が、鉛直方向Pに対して取付角θsetの分傾いた方向Qと同じになると、角速度センサの検出出力ωgyroはωqとなる。
【0044】
そして、演算手段105が、この検出出力ωgyro(すなわちωq)から求めた相対方位変化量Δφgyroと、GPS測位手段102からの相対方位変化量Δφgpsとの差分(Δφgyro−Δφgps)に基づいて上述の学習を行うと、感度係数Kを求めるように動作する。
【0045】
そこで、上記式(3)にて表したように、感度係数補正手段106は、感度係数K,K0の比(K0/K)の逆三角関数cos−1(K0/K)を演算することによって、取付角θsetを算出する。
【0046】
更に、感度係数補正手段106は、加速度検出手段103から供給される検出出力aと、車両に設けられている車速センサ(図示略)から出力される車速パルスSとを用いて、車両が走行中の傾斜路面の傾斜角θincを算出する。
【0047】
図4は、この傾斜角θincの算出原理を示した図である。
【0048】
同図において、車両が傾斜角0incを有する坂道等の傾斜路面を走行した場合、加速度検出手段103に設けられている加速度センサの検出出力aは、重力加速度Gの影響による加速度Gccと、車両の実際の加速度Accとの和(Gcc+Acc)になる。
【0049】
ここで、加速度Gccは、次式(5)の関係に従って生じることとなり、上り坂の傾斜角θincを0°から90°の範囲、下り坂の傾斜角θincを0°から−90°の範囲とすると、車両が上り坂を走行中のときには、加速度Gccは負値、車両が下り坂を走行中のときには、加速度Gccは正値となる。
【0050】
【数5】
したがって、上述の加速度センサの検出出力aは、次式(6)で表され、車両の実際の加速度Accとはならない。
【0051】
【数6】
そこで、感度係数補正手段106は、車両に設けられている車輪の所定単位時間当たりの回転角に相当する車速パルスSから車両の速度Vを求め、その速度Vを時間微分することで、上述の車両の実際の加速度Accを推定演算する。
【0052】
そして、上記式(6)を変形することで得られる次式(7)に上述の推定演算した加速度Accを適用することにより、正弦値(sinθinc)、すなわち(a−Acc)/Gを演算し、更に、次式(8)の逆三角関数sin−1{(a−Acc)/G}を演算することによって、傾斜角θincを求める。
【0053】
【数7】
【数8】
次に、上記式(3)と(8)から求めた取付角θsetと傾斜角θincを次式(9)に適用することで、補正感度係数Kcを求める。
【0054】
【数9】
尚、上記式(9)は、次のようにして求められている。
【0055】
まず、感度係数K,K0の関係は、上記式(4)を参照して説明した通りである。また、車載用ナビゲーション装置が取付角θsetで傾けて取り付けられた車両が、傾斜角θincの傾斜路面を走行しているときに、角速度換算手段104が車両の実際の角速度ωyを精度良く求めるためには、補正感度係数Kcが次式(10)の条件を満足する必要がある。
【0056】
つまり、角速度検出手段101に設けられている角速度センサの水平面に対する傾きは、取付角θsetと傾斜角θincの差(θset−θinc)となるから、この角度の差(θset−θinc)が生じたときには、上記式(4)は、次式(10)となる。
【0057】
【数10】
そして、上記式(4)と(10)を纏めて、補正感度係数Kcと感度係数Kとの関係を導出すると、上記式(9)が得られる。
【0058】
このように、取付角θsetと傾斜角θincを上記式(9)に適用することで、適切な補正感度係数Kcが求まることとなり、更に、角速度換算手段104において、角速度検出手段101から出力される検出出力ωgyroにこの補正感度係数Kcを乗じることにより、車両の実際の角速度ωyを精度良く求めることができる。
【0059】
以上説明したように本実施形態の角速度検出装置100によれば、学習手段105が感度係数Kを学習し、感度係数補正手段106が補正処理を開始し、学習手段105によって学習された感度係数Kを基礎にして、補正感度係数Kcを求めて行くので、車両の実際の角速度ωyを精度良く検出するための適切な補正感度係数Kcを迅速に求めることが可能である。
【0060】
このため、本実施形態の角速度検出装置100は、GPSなどの既知の方位等を用いることなく、精度よく角速度ωyを算出可能となる為、角速度の積分値である方位を精度よく算出することが可能となる為、連続性をもったナビゲーションを実現することができる。
【0061】
尚、以上に述べた第1の実施形態に係る角速度検出装置100では、学習手段105によって学習された感度係数Kを基礎にして、感度係数補正手段106で生成される補正感度係数Kcを求めて行くので、補正感度係数Kcを角速度検出手段101の検出出力ωgyroに乗じることで、車両の実際の角速度ωyを求めることとしている。
【0062】
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態に係る角速度検出装置を説明する。尚、本実施形態の角速度検出装置も、基本的に、図3に示した構成となっているため、図3を参照して本実施形態の角速度検出装置の構成を説明する。
【0063】
図3において、本実施形態の角速度検出装置100と第1の実施形態との相違点を述べると、本実施形態の角速度検出装置100では、感度係数補正手段106は、学習手段105の学習した感度係数Kに基づいて取付角θsetを求めるのではなく、加速度検出手段103に設けられている加速度センサから出力される検出出力aを利用して、取付角θsetを求める。そして、残余の角度検出手段101、GSP測位手段102、加速度検出手段103、角速度換算手段104及び学習手段105は、第1の実施形態と同じ構成を有している。
【0064】
そこで、主として、本感度係数補正手段106と、第1の実施形態との差異を明確にすることで、以下、本実施形態の角速度検出装置100を説明する。
【0065】
まず、感度補正手段106は、上記式(3)(4)を参照して説明した補正処理、すなわち、学習手段105によって学習された感度係数Kを用いて取付角θsetを求めるという手法に依らず、次の述べる別の手法によって、取付角θsetを求める。
【0066】
まず、本感度係数補正手段106は、加速度検出手段103に設けられている加速度センサから出力される検出出力aを学習することにより、加速度センサの中点学習値Mを求める。すなわち、順次出力される検出出力aを学習し、その学習した結果が収束したときの値を中点学習値Mを求める。
【0067】
そして、次式(11)の演算を行うことにより、傾斜角θincに関する正弦(sinθinc)を求めた後、次式(12)の逆三角関数を演算することにより、傾斜角θincを求める。
【0068】
【数11】
【数12】
なお、係数αは加速度センサの感度係数、Gは重力加速度であり、予め感度係数補正手段106に記憶されている。
【0069】
また、係数M0は、加速度センサの検出軸が水平面に対して平行に保たれているときに、加速度センサから出力される検出出力aを学習することによって得られる中点学習値(水平時中点学習値という)であり、この水平時中点学習値M0も、加速度センサの特性を示した仕様書等によって既知となっている。
【0070】
そこで、設計段階で、予めこの水平時中点学習値M0のデータを、重力加速度Gのデータ及び加速度センサのゲインαのデータと共に感度係数補正手段106に記憶させておき、感度係数補正手段106が、中点学習値Mと共に水平時中点学習値M0と重力加速度Gとゲインαのデータを上記式(11)(12)に適用することで、取付角θsetを求める。
【0071】
更に、図5を参照して、この取付角θsetの算出原理を説明する。
【0072】
加速度検出手段103が水平面に対し取付角θsetの傾きをもって車室内に取り付けられると、加速度検出手段103に設けられている加速度センサの検出軸の方向も取付角θsetの分傾くこととなる。
【0073】
このため、加速度センサの検出出力aに重力加速度Gの成分(G×sinθset)が影響することとなる。
【0074】
ここで、上述した検出出力aを学習することによって中点学習値Mを求め、中点学習値Mと水平時中点学習値M0との差分(M−M0)にゲインαを乗算した値{(M−M0)×α}を求めることとすると、次式(13)で表されるように、値{(M−M0)×α}は上述の重力加速度Gの成分(G×sinθset)に相当した値となる。
【0075】
【数13】
したがって、式(13)を変形することで得られる上記式(11)(12)に基づいて、感度係数補正手段106が演算を行うことにより、取付角θsetが得られる。
【0076】
次に、感度係数補正手段106は、上記式(5)〜(8)を参照して説明した補正処理を行うことにより、加速度検出手段103から出力される検出出力aと車速パルスSを利用して、傾斜角θincを算出する。
【0077】
そして、その傾斜角θincと上述の取付角θsetとを、上記式(9)に適用することにより、適切な補正感度係数Kcを算出し、更に角速度換算手段104に供給することによって、補正感度係数Kcを角速度検出手段101から出力される検出出力ωgyroに乗算させる。これにより、車両の実際の角速度ωyを精度良く検出することを可能にする。
【0078】
以上説明したように、本実施形態の角速度検出装置100によれば、第1の実施形態とは異なり、加速度検出手段103から出力される検出出力aを利用して取付角θsetを算出する。
【0079】
つまり、感度係数補正手段106が、加速度検出手段103から出力される検出出力aを利用して取付角θsetを算出するので車両の実際の角速度ωyを精度良く検出することができる。
【0080】
このため、本実施形態の角速度検出装置100は、GPSなどの既知の方位等を用いることなく、精度よく角速度ωyを算出可能となる為、角速度の積分値である方位を精度よく算出することが可能となる為、連続性をもったナビゲーションを実現することができる。
【0081】
【実施例】
次に、より具体的な実施例を図6及び図7を参照して説明する。図6は、本実施例に係る角速度検出装置100の構成を表したブロック図、図8は、本実施例に係る角速度検出装置100の動作を説明するためのフローチャートである。
【0082】
尚、図6において、図3に示した第1,第2の実施形態の角速度検出装置100と同一又は相当する構成要素を同一符号で示している。
【0083】
図6において、本角速度検出装置100は、図3に示した角速度検出手段101とGPS測位手段102と加速度検出手段103と加速度換算手段104及び学習手段105に相当する角速度検出部101とGPS測位部102と加速度検出部103と角速度換算部104及び演算器105が備えられている。
【0084】
更に、図3に示した感度係数補正手段106に相当する部分が、第1の取付角演算部106a、加速度学習器106b、第2の取付角演算部106c、傾斜角演算部106d、切替部106e、補正感度係数演算部106fによって構成されている。
【0085】
そして、上述の学習器105と、角速度換算部104と、第1の取付角演算部106a、加速度学習器106b、第2の取付角演算部106c、傾斜角演算部106d、切替部106e、補正感度係数演算部106fは、角速度検出装置100に設けられているマイクロプロセッサ(MPU)が所定のオブジェクトプログラムを実行することにより実現されている。
【0086】
更に、第1の取付角演算部106aは、上記式(3)を参照して説明した第1の実施形態と同様に、学習器105の感度係数Kに基づいて取付角θset1を算出して、補正感度係数演算部106fへ供給する。
【0087】
加速度学習器106bは、上記式(11)〜(13)を参照して説明した第2の実施形態と同様に、加速度検出部103に設けられている加速度センサから出力される検出出力aを学習することにより、中点学習値Mを求めて出力する。
【0088】
第2の取付角演算部106cは、上記式(12)を参照して説明した第2の実施形態と同様に、中点学習値Mを適用した演算を行うことにより、取付角θset2を算出して補正感度係数演算部106fへ供給する。
【0089】
傾斜角演算部106dは、上記式(8)を参照して説明した第1の実施形態と同様に、加速度検出部103から出力される検出出力aと車速パルスSに基づいて、傾斜角θincを算出し、補正感度係数演算部106fへ供給する。
【0090】
補正感度係数演算部106fは、第1,第2の取付角演算部106a,106cから供給される取付角θset1,θset2と傾斜角演算部106dから供給される傾斜角θincを、上記式(9)に適用することにより、補正感度係数Kcを算出し、切替部106eに供給する。
【0091】
切替部106eは、算出した補正感度係数Kcが信頼性のあるものかどうか判断する部分であり、学習器105から出力される感度係数Kまたは補正感度係数Kcのどちらを使用するか判断をおこない角速度換算部104に供給しする。
また、補正感度係数演算部106fは、ユーザ等が車載用ナビゲーション装置に設けられている操作パネル(図示略)を操作すると、ユーザ等からの指示INに従って処理を行うようになっている。
【0092】
次に、図7のフローチャートを参照して、本実施例の角速度検出装置100の動作例を説明する。
【0093】
GPS測位部102がGPS電波を受信できる場所を、車両が走行中のときには、学習器105が感度係数Kを学習する。加速度学習部106bは、加速度検出部103から出力される検出出力aを学習し、中点学習値Mを出力する。
【0094】
切替部106eが補正感度係数演算部106fと角速度換算部104との間を接続すると共に、学習部105bと角速度換算部104との間を遮断する。更に、第1の取付角度演算部106aと第2の取付角度演算部106cと傾斜角演算部106d及び補正感度係数演算部106fが、補正処理を開始する。
【0095】
こうして補正処理を開始すると、ステップS1において、第1の取付角演算部106aが、学習器105から出力される感度係数Kを入力し、上記式(3)の演算を行うことで、取付角θset1を算出する。
【0096】
更にステップS2において、第2の取付角演算部106cが、加速度学習器106bから出力される中点学習値Mを利用して、上記式(12)の演算を行うことにより、取付角θset2を算出する。
【0097】
次にステップS3において、補正感度係数演算部106fが、上述の取付角θset1,θset2の値が予め決められている許容範囲内にあるか否か判断をする。
【0098】
そして、取付角θset1,θset2のうち、許容範囲内にある方の取付角を補正感度係数を求めるための候補とし、ステップS4へ移行する。
ユーザ等から取付角のデータINが入力されると、その取付角を候補にして、ステップS4へ移行する。ユーザ等から取付角のデータINが入力されないと、ステップS5へ移行して、予め決められている標準の取付角を候補として、ステップS4へ移行する。
【0099】
ステップS4では、上述の候補となった取付角を確定する。
【0100】
次に、ステップS6において、補正感度係数演算部106fが、加速度学習器106bから出力される中点学習値Mと所定の基準値とを比較し、中点学習値Mが既に収束しているか判断する。
【0101】
更に、補正感度係数演算部106fは、傾斜角演算部106dから出力される傾斜角θincを調べ、適切な傾斜角θincが算出されているか判断する。尚、車両が上り坂を走行しているときは傾斜角θincが正値、下り坂を走行しているときは傾斜角θincが負値となることから、正値の場合か負値の場合かを考慮して、適切な傾斜角θincが算出されているか判断する。
【0102】
そして、適切な傾斜角θincが算出されていないと判断すると、補正感度係数Kcを算出することなく、ステップS1に戻り処理を繰り返す。
【0103】
一方、適切な傾斜角θincが算出されていると判断すると、補正感度係数演算部106fは、ステップS7へ移行して、上述の確定した取付角と傾斜角演算部106dから出力される傾斜角θincを上記式(9)に適用することで、補正感度係数Kcを算出し、切替部106eを介して角速度換算部104へ供給し、車両の実際の角速度ωyを精度良く算出させる。
【0104】
そして、ステップS1に移行して処理を繰り返す。
【0105】
このように本実施例の角速度検出装置100によれば、第1,第2の取付角演算部106a,106cが取付角θset1,θset2を算出し、補正感度係数演算部106fが、取付角θset1,θset2を適切か否か判断した後、補正感度係数Kcの算出処理に移行するので、車両の実際の角速度ωyを精度良く算出するための補正感度係数Kcを算出することができる。
【0106】
また、傾斜角度演算部106dで算出された傾斜角θincについても、車両の実際の角速度ωyを精度良く算出するために適した傾斜角となっているか判断し、適していた場合に補正感度係数Kcを算出するので、車両の実際の角速度ωyを精度良く算出することができる。
【0107】
尚、本実施例では、第1,第2の取付角演算部106a,106cで算出された取付角θset1,θset2から、1つの取付角を選択することとしているが、これらの取付角θset1,θset2を加算平均することで得られる取付角を上記式(9)に適用することで、補正感度係数Kcを算出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の角速度検出装置の構成を表したブロック図である。
【図2】従来の角速度検出装置の機能を説明するための図である。
【図3】第1の実施の形態と第2の実施の形態に係る角速度検出装置の構成を表したブロック図である。
【図4】第1の実施の形態に係る角速度検出装置において傾斜角を算出する原理を説明するための図である。
【図5】第2の実施の形態に係る角速度検出装置において取付角を算出する原理を説明するための図である。
【図6】実施例に係る角速度検出装置の構成を表したブロック図である。
【図7】実施例に係る角速度検出装置の動作例を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
100…角速度検出装置
101…角速度検出手段
102…GPS測位手段
103…加速度検出手段
104…加速度換算手段
105…学習手段
106…感度係数補正手段
Claims (3)
- 移動体に搭載され、当該移動体の角速度を検出する角速度検出装置であって、
前記移動体の角速度に応じた第1の検出出力を出力する角速度検出手段と、
前記第1の検出出力とGPS電波の情報とに基づいて、前記第1の検出出力を前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数を学習する学習手段と、
前記移動体の加速度に応じた第2の検出出力を出力する加速度検出手段と、
前記感度係数と第2の検出出力とに基づいて補正感度係数を求める感度係数補正手段と、
前記学習手段の前記感度係数又は前記補正感度係数を前記第1の検出出力に乗じることで、前記移動体の実際の角速度を算出する角速度換算手段とを備え、
前記感度係数補正手段は、前記角速度検出手段の検出軸が鉛直方向に向けられた場合に検出される角速度に応じた検出出力から前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数と、前記学習手段の前記感度係数との比から前記移動体に対する前記角速度検出手段の取付角を算出し、
前記第2の検出出力と前記移動体の実際の加速度との差分に対する重力加速度との比から前記移動体の傾斜角を算出し、
前記取付角と傾斜角との比と前記演算器の前記感度係数の乗算値を前記補正感度係数として算出し、
前記補正感度係数を適応して前記移動体の実際の角速度を前記角速度換算手段にて算出させることを特徴とする角速度検出装置。 - 移動体に搭載され、当該移動体の角速度を検出する角速度検出装置であって、
前記移動体の角速度に応じた第1の検出出力を出力する角速度検出手段と、
前記第1の検出出力とGPS電波の情報とに基づいて、前記第1の検出出力を前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数を学習する学習手段と、
前記移動体の加速度に応じた第2の検出出力を出力する加速度検出手段と、
前記第2の検出出力に基づいて補正感度係数を求める感度係数補正手段と、
前記学習手段の前記感度係数又は前記補正感度係数を前記第1の検出出力に乗じることで、前記移動体の実際の角速度を算出する角速度換算手段とを備え、
前記感度係数補正手段は、前記第2の検出出力を学習することにより、前記加速度検出手段の中点学習値を求めると共に、前記加速度検出手段の検出軸が水平方向に向けられた場合に検出される加速度に応じた検出出力を学習することにより得られる水平時中点学習値と前記中点学習値との差分に、前記第2の検出出力を乗じて重力加速度で除算することにより求めた値から、前記移動体に対する前記角速度検出手段の取付角を算出し、
前記第2の検出出力と前記移動体の実際の加速度との差分に対する重力加速度との比から前記移動体の傾斜角を算出して、前記取付角と傾斜角との比と前記演算器の前記感度係数の乗算値を前記補正感度係数として算出し、
前記第2の検出出力と前記移動体の実際の加速度との差分に対する重力加速度との比から前記移動体の傾斜角を算出し、
前記取付角と傾斜角との比と前記演算器の前記感度係数の乗算値を前記補正感度係数として算出し、
前記補正感度係数を適応して前記移動体の実際の角速度を前記角速度換算手段にて算出させることを特徴とする角速度検出装置。 - 移動体に搭載され、当該移動体の角速度を検出する角速度検出装置であって、
前記移動体の角速度に応じた第1の検出出力を出力する角速度検出手段と、
前記第1の検出出力とGPS電波の情報とに基づいて、前記第1の検出出力を前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数を学習する学習手段と、
前記移動体の加速度に応じた第2の検出出力を出力する加速度検出手段と、
前記感度係数と第2の検出出力とに基づいて補正感度係数を求める感度係数補正手段と、
前記学習手段の前記感度係数又は前記補正感度係数を前記第1の検出出力に乗じることで、前記移動体の実際の角速度を算出する角速度換算手段とを備え、
前記感度係数補正手段は、前記角速度検出手段の検出軸が鉛直方向に向けられた場合に検出される角速度に応じた検出出力から前記移動体の実際の角速度に換算するための感度係数と、前記学習手段の前記感度係数との比から前記移動体に対する前記角速度検出手段の第1の取付角を算出し、
前記第2の検出出力を学習することにより、前記加速度検出手段の中点学習値を求めると共に、前記加速度検出手段の検出軸が水平方向に向けられた場合に検出される加速度に応じた検出出力を学習することにより得られる水平時中点学習値と前記中点学習値との差分に、前記第2の検出出力を乗じて重力加速度で除算することにより求めた値から、前記移動体に対する前記角速度検出手段の第2の取付角を算出し、
前記第2の検出出力と前記移動体の実際の加速度との差分に対する重力加速度との比から前記移動体の傾斜角を算出し、
前記第1の取付角と第2の取付角の一方を所定の条件に基づいて選択し、
前記選択した取付角と前記傾斜角との比と前記演算器の前記感度係数の乗算値を前記補正感度係数として算出し、
前記取付角と傾斜角との比と前記演算器の前記感度係数の乗算値を前記補正感度係数として算出し、
前記補正感度係数を適応して前記移動体の実際の角速度を前記角速度換算手段にて算出させることを特徴とする角速度検出装置。
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