JP2008076288A

JP2008076288A - 車載用ナビゲーション装置、方法及びプログラム

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Publication number: JP2008076288A
Application number: JP2006257275A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Hamao; 紀幸浜尾
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-22
Also published as: JP5183050B2

Abstract

【課題】車載用ナビゲーション装置に関する技術において、車両走行中にいつでも振動ジャイロセンサの０点電圧を高精度に検出可能とする。
【解決手段】０点電圧推定部７は、振動ジャイロからの方位出力値と、ＧＰＳによる自車位置情報との相関をもとに、新たな０点電圧を求める。この際、自車位置情報は、ＧＰＳで受信した情報により算出した角速度であり、また、新たな０点電圧の値は、その角速度と前記方位出力値とが最大相関となる同一の時間区間内における角速度と方位出力値と、をもとに算出する。具体的には、その０点電圧は、角速度と方位出力値の、それぞれの平均値と標準偏差値から算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナビゲーションに関し、振動ジャイロセンサの０点電圧を検出する技術の改良に関する。

近年、電子技術の発達に伴い、車載用ナビゲーション装置の普及がめざましい。車載用ナビゲーション装置は、自動車等の車両に搭載し、道路地図データをもとに、ＧＰＳなどで特定する自車の位置や方位を周辺地図上に表示したり、利用者が施設検索やカーソルなどで指定する目的地への経路を探索計算して設定し、地図表示や合成音声などで進行方向や交差点での右左折等の誘導案内を行うものである。

車載用ナビゲーション装置では、ＧＰＳで自車両のおおよその現在位置、車速センサで走行速度、振動ジャイロセンサで方位、の各情報を取得し、地図データから最も近いポイントを自車位置としてディスプレイに表示している。この中の振動ジャイロセンサは、いわゆるコリオリ力を応用し、検出した右旋回または左旋回の角速度を電圧値の増減として出力するもので、その０点電圧（中点電圧、中点電位などとも呼ぶ）としては、その車両が停止中であると判定された場合の電圧値を一般に採用する。

具体的には、図７に、従来の車載用ナビゲーション装置の概略構成を示す。車載用ナビゲーション装置は、ＧＰＳ受信部５１から車両が存在するおおよその位置、車速推定部２から車両の速度、方位推定部５３から車両の方位を情報として取得し、現在位置推定部４で地図データ５の中でもっとも情報に近いポイントを推定し、表示部６で車両の位置を表示している。

方位推定部５３のより具体的として、まず、振動ジャイロセンサ３１は、角速度を検出するセンサで、電圧値を出力する。この電圧値と「０点電圧」と呼ばれる電圧値との差分が車両の角速度に比例した値となる。例えばこの値がプラスなら右旋回、マイナスなら左旋回となり、この値の絶対値が大きいほど大きな角速度で旋回している情報となる。すなわち、０点電圧とは角速度が発生していないときの振動ジャイロセンサ３１の出力電圧値である。

この０点電圧は、０点電圧推定部５７が推定を行う。ここで、０点電圧は温度などの要因で変動するため常に正確な０点電圧を知る必要がある。そのため、０点電圧推定部５７では車両が旋回していないときに振動ジャイロセンサ３１の出力電圧を検出して０点電圧として記憶している。車両が旋回していないことの判定は、車両が停止していることをもって行っている。車両が停止していれば旋回が起こらないはずなのでこの処理は有効である。そして、車両の停止については、車速センサ３３から情報を得て判定している。

そして、方位算出部３５は、振動ジャイロセンサ３１の出力と、０点電圧推定部５７で推定された０点電圧から角速度を算出し、それを積分して現在の車両方位を推定して出力する。

また、図８に、０点電圧推定部５７における０点電圧検出過程のフローチャートを示す。すなわち、所定時間以上のあいだ車速パルスが発生しておらず観測されない場合に車両は停止していると判断し（ステップＳ８６）、角度センサの出力電圧を０点電圧として検出する（ステップＳ８７）。

なお、このような停車時を基準としたセンサ類の調整に関する工夫は複数存在し、例えば車両が停車している場合に、方位センサのオフセットバイアスを補正する提案や（例えば特許文献１）、車両停車時の振動ジャイロセンサの出力値を取得し中点値としてメモリに格納するだけでなく、イグニッションキーをオンしてすぐに発進する場合にそれを使用する（例えば特許文献２）などの提案も知られている。
特開平０７−２１８２７６号特開２０００−３４６８７０号特開２０００−３４６８７１号

以上のように従来では、０点電圧は車両の停止状態で検出しているが、この０点電圧は周辺温度などの影響で変動しやすい値で、車両が停止せず長時間走行を続けると、実際の０点電圧が変動して最後の停車時に設定した０点電圧とずれ、方位算出部で推定検出される車両方位もズレて精度が低下する問題があった。

この点、車両走行中でも、ＧＰＳから車両が直進中と判断できるときの出力値を中点値とする提案もあるが（例えば、特許文献３参照）、その時点における車体の振動などタイミングによっては誤差が大きく、更なる改善が希求されていた。

本発明は、上記の課題を解決するもので、その目的は、車載用ナビゲーション装置に関する技術において、車両走行中にいつでも振動ジャイロセンサの０点電圧を高精度に検出可能とすることである。

上記の目的を達成するため、本発明の一態様では、自車位置を推定して表示する車載用ナビゲーション装置において、ＧＰＳにより自車位置情報を受信取得する位置取得手段と、自車両の方位を検出し、予め設定されている０点電圧を基準とした方位出力値として出力する方位検出手段と、を備え、前記方位出力値と前記自車位置情報との相関をもとに、新たな前記０点電圧を求める手段を設けたことを特徴とする。

本発明の他の態様は、さらに、前記自車位置情報は、前記ＧＰＳで受信した情報により算出した角速度であること、を特徴とする。

このように、ＧＰＳから算出された角速度と、振動ジャイロセンサの出力値と、の相関関係を利用することにより、停車中や直進中以外でも、車両走行中いつでも自由に振動ジャイロセンサの０点電圧すなわち０点電圧を算出可能となる。

本発明の他の態様は、さらに、前記新たな０点電圧は、前記角速度と前記方位出力値とが最大相関となる同一の時間区間内における前記角速度と前記方位出力値と、をもとに算出された値であること、を特徴とする。

このように、相関をもとに遅延を考慮した同じ時間区間内の角速度と方位出力値に基づくことにより、誤差の少ない高精度な０点電圧算出が可能となる。

本発明の他の態様は、さらに、前記０点電圧は、前記角速度と前記方位出力値の、平均値と標準偏差値から算出したこと、を特徴とする。

このように、角速度と方位出力値の平均値と標準偏差値に基づくことにより、停車時や直進時などの方位出力値を得ることなく、０点電位が高精度に推定計算可能となる。

本発明の他の態様は、さらに、ＧＰＳから算出した角速度と、振動ジャイロの出力値を過去の最新の一定時間分、常にメモリに蓄積する手段と、予め設定した時間の間、０点電圧の更新が行われなかった場合に、前記メモリに蓄積されている前記角速度と振動ジャイロの出力値のパターン間の時間的相関を検出することにより、両者間の最大の相関となる遅延時間を算出する手段と、前記遅延時間に基づいて、同一時間区間における前記角速度と前記出力値それぞれの平均値と標準偏差を算出する手段と、前記それぞれの平均値と標準偏差から、ＧＰＳの角速度０位置に相当する振動ジャイロの０点電圧値を求める手段と、を有することを特徴とする。

なお、方法及びプログラムについても、上記各態様に準じる。

以上のように、本発明によれば、車載用ナビゲーション装置に関する技術において、車両走行中にいつでも振動ジャイロセンサの０点電圧を高精度に検出可能となるため、正確で安全なナビゲーション処理が提供できる。

次に、本発明を実施するための最良の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、背景技術で説明した従来例と共通の構成要素や、背景技術や課題での説明と共通の前提事項は適宜省略する。

〔１．構成〕
本実施形態における車載用ナビゲーション装置（以下「本装置」と呼ぶ）は、自車位置を推定して表示するもので、本装置における構成の概要は図１に示すように、従来例（図７）と共通点が多いが、ＧＰＳ受信部５からの情報を利用する０点電圧推定部７を備え、その構成を図２に示す。

なお、ＧＰＳは、地球上を周回する人工衛星（ＧＰＳ衛星）を使って現在位置を算出するシステムで、各ＧＰＳ衛星が送信するＧＰＳ信号をＧＰＳ受信部５で４種類以上受信することで、緯度、経度、高度、時間の情報を得ることができる。これらのＧＰＳから得られる情報（「ＧＰＳ情報」とも呼ぶ）から、球面三角法などを使うと車両の方位を算出することができる。また、ここで算出した方位を微分すると角速度を得ることができる。本実施形態では、このようにＧＰＳ情報から算出される角速度を使って振動ジャイロセンサの０点電圧を推定する。

ここで、ＧＰＳ受信部５と現在位置推定部４は、ＧＰＳにより自車位置情報を受信取得する位置取得手段を構成している。また、振動ジャイロセンサ３１は、自車両の方位を検出し、予め設定されている０点電圧を基準とした方位出力値として出力する方位検出手段である。

また、０点電圧推定部７では、コンピュータの演算制御部を組込等のプログラムが制御することにより、図２に示す各手段７１〜７８を実現する。これら各手段は、以下のような各機能作用を実現実行する処理手段である。

〔２．作用〕
以上のように構成された本実施形態では、振動ジャイロセンサの０点電圧の推定は、以下のように行う。
〔２−１．作用の概略〕
概略としては、０点電圧推定部７は、前記方位出力値と前記自車位置情報との相関をもとに、新たな前記０点電圧を求める。この際、前記自車位置情報は、ＧＰＳで受信した情報により算出した角速度であり、また、前記新たな０点電圧の値は、その角速度と前記方位出力値とが最大相関となる同一の時間区間内における前記角速度と前記方位出力値と、をもとに算出する。具体的には、その０点電圧は、前記角速度と前記方位出力値の、それぞれの平均値と標準偏差値から算出する。

〔２−２．アルゴリズムの説明〕
以上のような計算のもととなるアルゴリズムを説明する。まず、図３に、ＧＰＳ情報から算出した角速度のグラフを示す。横軸は時間で縦軸は角速度である。ＧＰＳで算出した角速度は方位の微分で算出しているので、前回と方位が変わらなかった場合、角速度の値は０となる。そのため図に示すように角速度が０であるポイントがわかる（角速度０ライン）。

次に、図４に、ＧＰＳ算出角速度と同一時間に観測される振動ジャイロ出力を示す。図３と同様に、横軸は時間で縦軸は電圧である。これら図３と図４は、両方とも車両の角速度（振動ジャイロは角速度に比例した電圧値）を示しているのでその波形パターンは相似形となる。ただし、ＧＰＳ情報から算出した角速度では、複数のＧＰＳ衛星からの信号を受信し、受信した信号の到達時間のずれから自車位置を算出するという処理を経るため、実時間に対し遅延が発生している。

続いて、図５に、ＧＰＳから算出した角速度に対して、振動ジャイロ出力の誤差が最小になるように、両者のグラフ（図３と図４）それぞれの縦軸の倍率と遅延時間オフセットを変更した図を示す。この図５に示すとおり、ＧＰＳ情報から計算した角速度のパターンと振動ジャイロの角速度のパターンは、車両の角速度を計測した結果となるので、ほぼ一致するパターンとなる。

このときのＧＰＳの角速度０ラインに相当する振動ジャイロの電圧値が０点電圧となるので、計算でこれを求めればよい。このようなグラフに関する計算処理の具体的手法については数多くの公知例から適宜自由に選択可能である。

〔２−３．フローの例〕
また、図６に、本実施形態における処理手順のフローチャートを示す。すなわち、０点電圧検出においては、車両走行中であってもなくても、また直進中であってもなくても、出力値記憶手段７１が（図２）、ＧＰＳから算出した角速度と振動ジャイロの出力値を過去の最新の一定時間分、常に所定のメモリ（例えば、配列変数を用いたリングバッファなど）に蓄積する（ステップＳ０１）。

そして、予め設定した時間の間、０点（中点）電圧の検出による更新が行われなかったと、時間判定手段７２が判定すると（ステップＳ０２）、ＧＰＳ情報を採用した０点電圧の更新動作を開始する（ステップＳ０３〜Ｓ０５）。ただし、０点電圧の更新が行われた場合は（ステップＳ０２）、車速中点設定手段７３が、車速パルスの発生に基づいて停車状態を確認したうえ（ステップＳ０６）、その時点における角度センサ（振動ジャイロ）の電圧を０点電圧として記憶する（ステップＳ０７）。

ＧＰＳ情報を採用した０点電圧の更新においては、まず、時間相関手段７４が、ＧＰＳから算出した角速度と振動ジャイロの出力値、双方のパターン間の時間的相関を取り、両者間で最大の相関となる遅延時間を算出する（ステップＳ０３）。そして、この遅延時間を考慮し、偏差算出手段７６が、同一時間区間における角速度と出力値それぞれの平均値と標準偏差を算出する（ステップＳ０４）。

続いて、この平均値と標準偏差から、０点電圧算出手段７８が、ＧＰＳの角速度０位置に相当する振動ジャイロの電圧値を算出し、算出した電圧値を０点電圧として記憶し（ステップＳ０５）、処理を終了する。この電圧値の算出は、以下のような計算による。

まず、ＧＰＳで算出した角速度については、平均値をμ１、標準偏差をσ１、また、振動ジャイロ出力については、平均値をμ２、標準偏差をσ２、算出する中点をｖとすると、

μ１＝（σ１／σ２）（μ２−ｖ）

から、算出すべき振動ジャイロの０点電圧は、

ｖ＝μ２−（σ２／σ１）・μ１

となる。

但し、この計算は一例であり、ＧＰＳから算出した角速度と振動ジャイロ出力のパターンの誤差が最小になるように処理すれば、どのような計算アルゴリズムも採用可能である。このようにＧＰＳから算出した角速度と振動ジャイロ出力のあわせ込みによって、振動ジャイロの０点電圧を算出することが可能である。

〔３．効果〕
以上のように、本実施形態では、ＧＰＳから算出された角速度と、振動ジャイロセンサの出力値と、の相関関係を利用することにより、停車中や直進中以外でも、車両走行中いつでも自由に振動ジャイロセンサの中点電位すなわち０点電圧を算出可能となる。

特に、本実施形態では、相関をもとに遅延を考慮した同じ時間区間内の角速度と方位出力値に基づくことにより、誤差の少ない高精度な０点電圧算出が可能となる。また、本実施形態では、角速度と方位出力値の平均値と標準偏差値に基づくことにより、停車時や直進時などの方位出力値を得ることなく、０点電位が高精度に推定計算可能となる。

〔４．他の実施形態〕
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するもの及びそれ以外の他の実施形態も含むものである。例えば、上記実施形態は、車載用ナビゲーション装置として説明したが、そのような車載用ナビゲーション装置におけるナビゲーション方法や、ナビゲーションプログラムとしても把握可能であり、例えば、既存の車載用ナビゲーション装置のために有償無償でダウンロード提供する更新用等のプログラムも、本発明の一態様である。

本発明の実施形態の構成を示す図。本発明の実施形態における０点電圧推定部の具体的構成を示す図。本発明の実施形態において、ＧＰＳによる角速度を示すグラフ。本発明の実施形態において、ジャイロセンサによる角速度出力値を示すグラフ。本発明の実施形態において、ＧＰＳによる角速度とジャイロセンサによる角速度出力値を重ね合わせた図。本発明の実施形態において、０点電圧推定の処理手順を示すフローチャート。従来の車載用ナビゲーション装置の構成を示す図。従来技術における０点電圧推定の処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１，５１…ＧＰＳ受信部
２…車速推定部
４…現在位置推定部
５…地図データ
６…表示部
７，５７…０点電圧推定部
３１…振動ジャイロセンサ
３３…車速センサ
３５…方位算出部
５３…方位推定部
７１…出力値記憶手段
７２…時間判定手段
７３…車速中点設定手段
７４…時間相関手段
７６…偏差算出手段
７８…０点電圧算出手段

Claims

自車位置を推定して表示する車載用ナビゲーション装置において、
ＧＰＳにより自車位置情報を受信取得する位置取得手段と、
自車両の方位を検出し、予め設定されている０点電圧を基準とした方位出力値として出力する方位検出手段と、
を備え、
前記方位出力値と前記自車位置情報との相関をもとに、新たな前記０点電圧を求める手段を設けたこと
を特徴とする車載用ナビゲーション装置。
前記自車位置情報は、
前記ＧＰＳで受信した情報により算出した角速度であること、
を特徴とする請求項１記載の車載用ナビゲーション装置。
前記新たな０点電圧は、
前記角速度と前記方位出力値とが最大相関となる同一の時間区間内における前記角速度と前記方位出力値と、をもとに算出された値であること、
を特徴とする請求項１又は２記載の車載用ナビゲーション装置。
前記０点電圧は、
前記角速度と前記方位出力値の、
平均値と標準偏差値から算出したこと、
を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車載用ナビゲーション装置。
ＧＰＳから算出した角速度と、振動ジャイロの出力値を過去の最新の一定時間分、常にメモリに蓄積する手段と、
予め設定した時間の間、０点電圧の更新が行われなかった場合に、前記メモリに蓄積されている前記角速度と振動ジャイロの出力値のパターン間の時間的相関を検出することにより、両者間の最大の相関となる遅延時間を算出する手段と、
前記遅延時間に基づいて、同一時間区間における前記角速度と前記出力値それぞれの平均値と標準偏差を算出する手段と、
前記それぞれの平均値と標準偏差から、ＧＰＳの角速度０位置に相当する振動ジャイロの０点電圧値を求める手段と、
を有することを特徴とする車載用ナビゲーション装置。
自車位置を推定して表示するナビゲーション方法において、
ＧＰＳにより自車位置情報を受信取得する位置取得処理と、
自車両の方位を検出し、予め設定されている０点電圧を基準とした方位出力値として出力する方位検出処理と、
前記方位出力値と前記自車位置情報との相関をもとに、新たな前記０点電圧を求める処理を
を含むことを特徴とするナビゲーション方法。
前記自車位置情報は、
前記ＧＰＳで受信した情報により算出する角速度であること、
を特徴とする請求項６記載のナビゲーション方法。
前記新たな０点電圧は、
前記角速度と前記方位出力値とが最大相関となる同一の時間区間内における前記角速度と前記方位出力値と、をもとに算出する値であること、
を特徴とする請求項６又は７記載のナビゲーション方法。
前記０点電圧は、
前記角速度と前記方位出力値の、
平均値と標準偏差値から算出すること、
を特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載のナビゲーション方法。
ＧＰＳから算出した角速度と、振動ジャイロの出力値を過去の最新の一定時間分、常にメモリに蓄積する処理と、
予め設定した時間の間、０点電圧の更新が行われなかった場合に、前記メモリに蓄積されている前記角速度と振動ジャイロの出力値のパターン間の時間的相関を検出することにより、両者間の最大の相関となる遅延時間を算出する処理と、
前記遅延時間に基づいて、同一時間区間における前記角速度と前記出力値それぞれの平均値と標準偏差を算出する処理と、
前記それぞれの平均値と標準偏差から、ＧＰＳの角速度０位置に相当する振動ジャイロの０点電圧値を求める処理と、
を含むことを特徴とするナビゲーション方法。
コンピュータを用いて、自車位置を推定して表示するナビゲーションプログラムにおいて、
ＧＰＳにより自車位置情報を受信取得する位置取得処理と、
自車両の方位を検出し、予め設定されている０点電圧を基準とした方位出力値として出力する方位検出処理と、
前記方位出力値と前記自車位置情報との相関をもとに、新たな前記０点電圧を求める処理と、
を前記コンピュータの演算制御部に実行させることを特徴とするナビゲーションプログラム。
前記自車位置情報は、
前記ＧＰＳで受信した情報により算出する角速度であること、
を特徴とする請求項１１記載のナビゲーションプログラム。
前記新たな０点電圧は、
前記角速度と前記方位出力値とが最大相関となる同一の時間区間内における前記角速度と前記方位出力値と、をもとに算出する値であること、
を特徴とする請求項１１又は１２記載のナビゲーションプログラム。
前記０点電圧は、
前記角速度と前記方位出力値の、
平均値と標準偏差値から算出すること、
を特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載のナビゲーションプログラム。
ＧＰＳから算出した角速度と、振動ジャイロの出力値を過去の最新の一定時間分、常にメモリに蓄積する処理と、
予め設定した時間の間、０点電圧の更新が行われなかった場合に、前記メモリに蓄積されている前記角速度と振動ジャイロの出力値のパターン間の時間的相関を検出することにより、両者間の最大の相関となる遅延時間を算出する処理と、
前記遅延時間に基づいて、同一時間区間における前記角速度と前記出力値それぞれの平均値と標準偏差を算出する処理と、
前記それぞれの平均値と標準偏差から、ＧＰＳの角速度０位置に相当する振動ジャイロの０点電圧値を求める処理と、
をコンピュータの演算制御部に実行させることを特徴とするナビゲーションプログラム。