JP2006126178A - ナビゲーション装置 - Google Patents
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Abstract
とができ、ジャイロセンサの学習機能の構築が容易なカーナビゲーション装置を提供する
。
【構成】ナビゲーション装置10は、移動体1に設置されるとともにジャイロセンサに
よって前記移動体1の旋回角速度ωを検知・算出する旋回角速度検知・算出手段18を備
えており、特に、この旋回角速度検知・算出手段18は、移動体1の正立状態における上
下方向(X軸方向)及び前後方向(Y軸方向)に対して左右方向(Z軸方向)において、
上下方向のX軸に対して互いに逆方向に同一角度θ1、θ2(θ1=θ2=θ0)傾けて
左右対称に設置された同感度の2つのジャイロセンサ2A、2Bと、2つのジャイロセン
サ2A、2Bのセンサ出力回路9、9と、センサ出力回路9、9の出力信号の変化x1、
x2から移動体1の旋回角速度ωを算出する演算手段と、を備える構成である。
【選択図】 図1
Description
装置に関し、特に、その慣性測位システムで用いられているジャイロセンサによって移動
体の旋回角速度を検知・算出する旋回角速度検知・算出手段に関する。
えており、ジャイロセンサ(方位角センサとも称する。)を使用して前記移動体の旋回を
検知して所定のアルゴリズムの演算処理をマイクロコンピュータなどの制御装置で行って
旋回角速度を算出し、これを移動体の慣性測位システムによる位置推定のための基礎デー
タとして用いている。
1)或いは(2)の旋回角速度検知・算出手段が主に用いられている。
移動体1の進行方向をY軸、移動体1の水平面上の正立状態での垂直方向をX軸、進行方
向と直交する水平面上の方向をZ軸とする。なお、X軸周りの移動体の旋回角をヨー角、
Y軸周りの回転角(移動体1の左右方向の傾き)をロール角という。
ωを検知するように設置されたジャイロセンサの出力変化分をx、移動体1の進行方向Y
軸回りの左右の傾き(ロール角)をθとすると、それらの関係は下式[数1]になる。
なお、上記ジャイロセンサは図5に示される概略図のように、電圧を加えると音叉のよ
うに振動する振動部を有する圧電セラミックス素子3a、3bが左右に備わっており、ジ
ャイロセンサ(筺体)5が角速度ωでX軸周りに回転すると前記圧電セラミックス素子3
a、3bの振動と垂直方向にコリオリ力が働き、ジャイロセンサ5の圧電セラミックス素
子3a、3bの振動部が歪み、この歪みを電気的に検出する原理となっている。検出され
た電気信号はセンサ出力回路で角速度ωに比例したセンサ出力電圧として出力される。
の左右の傾き(ロール角)検出専用のジャイロセンサと旋回(ヨー角)検出専用のジャイ
ロセンサを使用する方式がある。この方式は、傾き検出専用のジャイロセンサは傾きが生
じるY軸、旋回検出専用のジャイロセンサは旋回が生じるX軸に対して取り付けられ、そ
れぞれのジャイロセンサのなす角は90°になる。
ャイロセンサのセンサ出力電圧の変化分をy、旋回角速度をω、前記移動体1の傾き(ロ
ール角)をθとすると、それらの関係は下式[数3]、[数4]になる。
なお、ジャイロセンサを用いた旋回角速度検知・算出手段に関する技術文献として、下
記[特許文献1]に、加速度センサと2つの異なる目的のジャイロセンサ(ピッチ角を検
出するためのジャイロセンサとヨー角を検出するためのジャイロセンサ)を利用して精度
良く車両の位置を演算するナビゲーション装置の技術が開示されている。
ように、旋回するたびに車体が大きく左右に傾き、毎回、傾く角度が異なるような移動体
に対して適用する場合、式[数1]のcosθの変動が無視できなくなり、xはωとco
sθで変化することになる(式[数2]が使用できない)。このため、傾きθが求められ
ないと、xから精度よく旋回角速度ωを求めることができない結果となる。
ジャイロセンサを使用する旋回角速度検知・算出手段の場合、それぞれの出力信号の処理
(フィルタリング、補正など)の学習を行う際に、それぞれ専用の処理、教師信号が必要
となってそのシステム構成はかなり複雑、高コストなものとなる。
グを行うナビゲーション装置で使用する場合、通常、慣性測位システムにおける旋回方向
の学習(センサの補正)は、衛星航法システムと地図データベースとを教師信号として行われる。しかし、この2つの別個の専用ジャイロセンサを用いる方法では、旋回を求めるためには傾き情報が必要であり、傾き専用ジャイロセンサの学習を行うためには、それ専用に学習システムを構築する必要があるのである。
体の旋回角速度が算出できる構成の旋回角速度検知・算出手段を備えたナビゲーション装
置を提供することを目的とする。
によって前記移動体1の旋回角速度ωを検知・算出する旋回角速度検知・算出手段18を
備えるナビゲーション装置において、前記旋回角速度検知・算出手段18は、前記移動体
1の正立状態における上下方向(X軸方向)及び前後方向(Y軸方向)に対して左右方向
(Z軸方向)において、前記上下方向のX軸に対して互いに逆方向に同一角度θ0傾けて
左右対称に設置された同感度の2つのジャイロセンサ2A、2Bと、前記2つのジャイロ
センサ2A、2Bのセンサ出力回路9、9と、前記センサ出力回路9、9の出力信号の変
化x1、x2から前記移動体1の旋回角速度ωを算出する演算手段と、を備えることを特
徴とするナビゲーション装置10を提供する。
(1)傾き角度検出専用及び旋回角速度検出専用の異なる専用ジャイロセンサを必要とし
ないため、システム構成が簡素であり、コストダウンが実現する。
(2)特に、自動二輪車などの旋回時の左右の傾き角度(ロール角度)が大きな移動体の
位置を精度良く求めることができる。
(3)ジャイロセンサ出力の処理(フィルタリング、補正など)の学習機能の構築が容易
となる。
、従来技術と同等であるナビゲーション装置における衛星測位システムのGPS受信機、
ジャイロセンサ以外のセンサ及び慣性測位システム、表示装置、操作部、制御部、地図デ
ータベース等の説明は簡略に留め、専ら2つのジャイロセンサによる旋回角速度検知・算
出手段について詳述する。
明に係るナビゲーション装置の旋回角速度検知・算出手段の2つのジャイロセンサの取り
付け状態を示す図である。図3はナビゲーション装置のジャイロセンサのセンサ出力回路
のブロック図である。
体1(図4参照)に設置され、前記移動体1の現在位置を推定するために、衛星測位シス
テムの構成要素たるGPS受信機11と、慣性測位システムの構成要素たる方位センサと
しての地磁気センサ17とジャイロセンサ2A、2Bと、車輪の回転数により移動体の走
行距離に応じた距離信号を得る車速センサ16と、DVDーROMまたはHDDまたはC
D−ROMなどの記録媒体に記録されたマップマッチング及び案内地図表示のための地図
データベース12と、案内地図などを表示する液晶などの表示部13と、操作スイッチ、
音声認識装置、リモコンなどから構成される操作部14と、衛星測位システム及び慣性測
位システムの演算処理やナビゲーション装置全体の制御を行うマイクロコンピュータを主
体とする制御部15と、から構成されている。
8を前記制御部15に内蔵する構成であって、特に、この旋回角速度検知・算出手段18
は、図2に示されるように、前記移動体1の水平面H上の正立状態における垂直な上下方
向(X軸方向)のXa軸、Xb軸及び前後方向(Y軸方向)に対して左右方向(Z軸方向
)において、前記上下方向のX軸に対して互いに逆方向に同一角度θ1、θ2(θ1=θ
2=θ0)傾けて左右対称に設置された同感度の2つのジャイロセンサ2A、2Bと、前
記2つのジャイロセンサ2A、2Bの電気的信号の変化をそれぞれ取り出す図3に示され
るセンサ出力回路9、9と、前記センサ出力回路9、9の出力信号の変化x1、x2から
前記移動体1の旋回角速度ωを制御部15のマイクロコンピュータのCPUがメモリに予
めプログラムされた所定のアルゴリズムにて算出する算出する演算手段と、を備える構成
となっている。
ク素子からなるジャイロセンサ、或いはガスレートジャイロセンサや光ファイバジャイロ
が適用される。ここで感度[mV/(deg/sec)]は、ジャイロセンサがある角速度[deg/sec]で回転したときに出力電圧がどれくらい変化[mV]するかを示すものです。
動を与える発振回路4、ジャイロセンサ2A、2Bの歪み電圧を増幅する歪み検出アンプ
6、検波して歪みで発生する微弱な電気信号を取り出す同期検波回路5、ノイズを除去す
るローパスフィルタ7、DCアンプ8で構成されている。
動体1の左右の傾き(ロール角)θが簡単に算出できるという利点がある。
0だけ互いに反対側に傾けた状態で設置して、それぞれのジャイロセンサ2A、2Bの出
力を処理する場合について演算のアルゴリズムを説明する。
を考えて、Y軸方向を移動体1の進行方向、X軸方向を上下(垂直)方向、Z軸方向を進
行方向に対して90°横方向とすると、図2はXZ面を表す図となり、ジャイロセンサ2
A、2Bの各傾きθ1、θ2はXZ面でのX軸に対する傾き角度(固定角)を示している
。また、XY面(進行方向に対して横から見たときの状態)では、ジャイロセンサはX軸
に対して傾き0で設置されている。
にそれぞれ垂直軸に対してロール角θだけ傾き、旋回角速度ωが生じたときに前記ジャイ
ロセンサ2Aとジャイロセンサ2Bが出力するセンサ出力回路9のセンサ出力電圧の変化
xl、x2は、各ジャイロセンサの固定角をθ1、θ2として下式のように表される。
憶したプログラムにて機能されるCPUの演算処理で実現される。
度の高い慣性測位システムが構築可能になることは明らかである。
各ジャイロセンサが傾きの情報と旋回の情報を出力することになり、また、同感度で、同
じ傾きの角度で対称に取り付けられているという特徴のため、ジャイロセンサ出力の処理
(フィルタリング、補正など)の学習機能の構築が簡単にできるという利点がある。
なる自動二輪車に特に有効である。また、旋回時のロール角が大きい水上バイク、モータ
ボートなどに対するナビゲーション装置にも適用可能である。
2A、2B ジャイロセンサ
3a、3b 圧電セラミックス素子
4 発振回路
5 同期検波回路
6 歪み検出アンプ
7 ローパスフィルタ
8 DCアンプ
9 センサ出力回路
10 ナビゲーション装置
11 GPS受信機
12 地図データベース
13 表示部
14 操作部
15 制御部
16 車速センサ
17 地磁気センサ
18 旋回角速度検知・算出手段
x,y 出力変化分
θ1、θ2、θ0 所定角度(固定角)
θ ロール角
ω 旋回角速度
Claims (1)
- 移動体に設置されるとともにジャイロセンサによって前記移動体の旋回角速度を検知・算
出する旋回角速度検知・算出手段を備えるナビゲーション装置において、
前記旋回角速度検知・算出手段は、前記移動体の正立状態における上下方向及び前後方向
に対して左右方向において、前記上下方向の軸に対して互いに逆方向に同一角度傾けて左
右対称に設置された同感度の2つのジャイロセンサと、前記2つのジャイロセンサのセン
サ出力回路と、前記センサ出力回路の出力信号の変化から前記移動体の旋回角速度を算出
する演算手段と、を備えることを特徴とするナビゲーション装置。
Priority Applications (1)
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JP2005279488A JP2006126178A (ja) | 2004-09-30 | 2005-09-27 | ナビゲーション装置 |
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JP2010170290A Division JP2010271327A (ja) | 2004-09-30 | 2010-07-29 | 角速度検出装置及び角速度検出方法 |
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- 2005-09-27 JP JP2005279488A patent/JP2006126178A/ja active Pending
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