JP2013178136A

JP2013178136A - 取付け角度補正装置

Info

Publication number: JP2013178136A
Application number: JP2012041646A
Authority: JP
Inventors: Yo Yasuda; 陽保田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-09-09

Abstract

【課題】ナビゲーション装置の取付け角度を短時間で求めてその影響を排除し、搭載されているセンサ出力の補正を常に行うことができる取付け角度補正装置を提供する。
【解決手段】車両側装置から道路の傾斜角度を取得し、ナビゲーション装置の車両への取付け角度を算出して加速度センサ、ジャイロセンサの出力を補正する取付け角度補正装置であって、車両側装置から道路の傾斜角度を受信するナビ側通信部と、ナビ側通信部で受信した道路の傾斜角度と車両の前方進行方向の加速度を検出する第一の加速度センサの出力とに基づいてナビゲーション装置の車両への取付け角度を算出する取付け角度算出部と、取付け角度に基づいて第一の加速度センサの出力および車両のヨー方向の角速度を検出するジャイロセンサの出力から取付け角度の影響を除去する取付け角度影響除去部と、取付け角度影響除去部の出力を補正パラメータで補正する補正部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ナビゲーション装置の車両への取付け角度を算出して内蔵する加速度センサ、ジャイロセンサの出力を補正する取付け角度補正装置に関する。

近年、ＰＮＤ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ／ＰｏｒｔａｂｌｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅ）やスマートフォンに代表されるような、ポータブル型のナビゲーション装置が普及し、利用されている。このようなポータブル型のナビゲーション装置は、車両に対し頻繁に取付け・取り外しが行われるため、そのたびに取付け角度が変わってしまう可能性がある。一般に、ナビゲーション装置に搭載されている加速度センサあるいはジャイロセンサの出力は、センサの個体差や取付け角度による影響を除去するため、学習により求めた補正パラメータを用いて補正される必要がある。しかし取付け・取り外しによりナビゲーション装置の取付け角度が変化した場合、各センサの出力は前回の学習結果に基づいて求めた補正パラメータを用いて補正されるため、精度が下がってしまうという問題があった。それを防ぐため、取付け角度の変化を検出した場合、各センサの出力を補正するパラメータを求める学習機能をリセットする手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００９−１４７３２号公報

従来例では、取付け角度を算出するために、ナビゲーション装置に搭載した加速度センサの出力を用いる。しかし、車両が傾斜した道路上にいる場合、傾斜角度を考慮する必要があるため、進行方向の加速度成分を積算し平均化した値を用いることで、道路傾斜をないものとみなす方法が用いられている。しかしながらこの方法は、加速度を積算・平均化する必要があることから、取付け角度を算出するまである程度時間がかかってしまうという問題がある。

また従来例では、取付け角度の変化を検出した場合、加速度センサおよびジャイロセンサの出力を補正するパラメータが利用できなくなるため、学習機能をリセットして再度補正パラメータを求める必要がある。そのため、学習が完了するまでセンサの出力を補正することができないという問題がある。

そこで本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、ナビゲーション装置の車両への取付け角度を短時間に求めて取付け角度の影響を排除し、学習機能をリセットして再度補正パラメータを求めなくても、ナビゲーション装置に搭載されているセンサ出力の補正を常に行うことができる取付け角度補正装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、ナビゲーション装置の外部であって車両に固定される車両側装置から車両が位置する道路の傾斜角度を取得し、ナビゲーション装置の車両への取付け角度を算出して内蔵する加速度センサ、ジャイロセンサの出力を補正する取付け角度補正装置であって、車両側装置から道路の傾斜角度を受信するナビ側通信部と、ナビ側通信部で受信した道路の傾斜角度と車両の前方進行方向の加速度を検出する第一の加速度センサの出力とに基づいてナビゲーション装置の車両への取付け角度を算出する取付け角度算出部と、算出された取付け角度に基づいて第一の加速度センサの出力および車両のヨー方向の角速度を検出するジャイロセンサの出力から取付け角度の影響を除去する取付け角度影響除去部と、取付け角度の影響を除去した取付け角度影響除去部の出力を補正パラメータで補正する補正部とを備える。

また、取付け角度補正装置は車両側装置を含み、車両側装置は、車両の前方進行方向の加速度を検出する第二の加速度センサと、第二の加速度センサの出力に基づいて道路の傾斜角度を算出する傾斜角度算出部と、算出された道路の傾斜角度をナビ側通信部に送信する車両側通信部を備えていてもよい。

本発明によれば、ナビゲーション装置の取付け角度を短時間に求めて取付け角度の影響を排除し、取付け角度が変化した場合でも、ナビゲーション装置に搭載されているセンサ出力の補正を常に行うことができる。

本発明の実施の形態における取付け角度補正装置を説明するための全体の模式図で、（ａ）車両２が角度αの傾斜道路上にいる場合の模式図、（ｂ）座標軸を説明するための模式図取付け角度補正装置の機能ブロック図取付け角度補正装置の取付け角度補正処理の流れを示すフローチャート停止時もしくは定速走行時における車両２が角度αの傾斜道路上にいる場合の加速度の関係を示す図ナビゲーション装置３に搭載されている加速度センサ９に対する加速度の関係を示す図取付け角度の影響を除去した場合の加速度の関係を示す図

以下、本発明の実施の形態における取付け角度補正装置について図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する本発明の実施の形態は、本発明の好ましい一具体例を示すものである。本実施の形態で示される数値、形状、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、特許請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素は、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。図１は本実施の形態における取付け角度補正装置を説明するための全体の模式図であり、図２は取付け角度補正装置の機能ブロック図である。

図１（ａ）に示すように、車両２が角度αの傾斜道路上にいる場合を考える。また、図１（ｂ）のように車両２の前方進行方向をＸ軸、前方進行方向に向かって左方向をＹ軸、垂直上方向をＺ軸とする座標軸をとると、ナビゲーション装置３はＺ軸に対してＸ軸の方向（ピッチ方向）に角度βで取り付けられているものとする。図２に示すように、本実施形態の取付け角度補正装置１はナビゲーション装置３に内蔵され、ナビ側通信部８と、取付け角度算出部１１と、取付け角度影響除去部１２と、補正部１３とで構成されている。また、ナビゲーション装置３は加速度センサ９と、ジャイロセンサ１０を内部に備えている。ナビゲーション装置３は、典型的にはＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを含んでおり、ＣＰＵは、ＲＯＭに予め格納されるコンピュータプログラムを、ＲＡＭを使って実行する。加速度センサ９と、ジャイロセンサ１０の出力は入出力インターフェイスを介してＣＰＵに入力される。取付け角度補正装置１の各機能は、ナビゲーションの各機能のプログラムと同様に典型的にはコンピュータプログラムにより実行されるが、ハードウェアにより構成することもできる。

車両側装置４はナビゲーション装置３の外部にあり、車両２に固定され、取付け角度補正装置１と通信可能に接続される。ナビゲーション装置３は車両２に対して頻繁に着脱され車外に持ち出されるが、車両側装置４は通常は車両２に設置されたままとなる。例えば、車両側装置４は、車両２に固定されナビゲーション装置３を車両２に取り付けるためのクレイドルの内部、もしくは車両２に直接固定される。

傾斜角度算出部６は、車両２の進行方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出するように取付けられた加速度センサ５の出力から、車両２が位置している道路の傾斜角度αを算出することができるように構成されている。後述するように、傾斜角度算出部６が傾斜角度αを精度よく算出できるように、加速度センサ５はその検知軸がＸ軸方向に正確に合うように調整して取り付けられている。車両側通信部７は、取付け角度補正装置１のナビ側通信部８と通信を行い、傾斜角度算出部６で算出した傾斜角度αを取付け角度補正装置１に転送する。ここで、通信方法は、無線であっても有線であっても良い。

取付け角度算出部１１は、ナビ側通信部８を介して車両側装置４から受信した傾斜角度αおよび、ナビゲーション装置３に対して垂直方向の加速度を出力できるように取付けられた加速度センサ９の出力から、取付け角度βを算出する。取付け角度βの算出方法については後述する。

ここで、加速度センサ９の検知軸について図５を用いて説明する。車両２が傾斜角度αの道路上に位置し、ナビゲーション装置３がＺ軸に対してＸ軸の方向（ピッチ方向）に角度βで取り付けられているとする。加速度センサ９はその検知軸がナビゲーション装置３に対して垂直方向になるように取り付けられている。この場合の加速度センサ９の検知軸は、これらの位置関係から図５に示す方向になる。

ジャイロセンサ１０は、ナビゲーション装置３に搭載されていて、検出軸（図５参照）回りの角速度を出力する。ナビゲーション装置３の車両２への取付け角度β＝０の場合、ジャイロセンサ１０の検知軸は図１に示すヨー方向となる。

取付け角度影響除去部１２は、加速度センサ９の出力およびジャイロセンサ１０の出力に対し、取付け角度算出部１１で算出された取付け角度βを用いて傾斜の影響を除去したセンサ出力を算出できるように構成されている。取付け角度影響除去部１２での傾斜の影響を除去する算出方法については後述する。

補正部１３は、学習により算出した補正パラメータγを用いて、取付け角度影響除去部１２で取付け角度βの影響を除去した加速度センサ９およびジャイロセンサ１０の出力を補正する。学習により算出した補正パラメータγは補正部１３に記憶されていても、外部の記憶装置（図示せず）に記憶されていて、補正部１３が読み込むようにしてもよい。学習による補正パラメータγの算出方法は、取付け角度βの影響を除去した加速度センサ９の出力およびジャイロセンサ１０の出力を、ＧＰＳ信号による位置情報や地図情報を用いて、求めた補正値を累積・平均化するなどの従来の手法を利用することができる。従来例では加速度センサ９の出力およびジャイロセンサ１０の出力に対する補正パラメータであるのに対して、本実施の形態の補正パラメータは取付け角度βの影響を除去した各出力値に対する補正パラメータとなる。

次に、本実施の形態の取付け角度補正装置１において、取付け角度βを算出し、各センサの出力を補正するまでの処理について、図３のフローチャートおよび数式を用いて説明する。図３はセンサの出力を補正するまでの処理を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず車両側装置４の傾斜角度算出部６は、車両２の進行方向の加速度が０である停止時もしくは定速走行時、車両側装置４の加速度センサ５より出力（Ａ_ｖ）を取得する（ステップＳ３０１）。停止もしくは定速走行か否かは、加速度センサ５の出力（Ａ_ｖ）の時間変化が所定の範囲内であることから判定できる。また、車両側装置４の内部もしくは外部に設置されるＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）受信装置（図示せず）からのＧＰＳ信号により、位置・速度情報を用いて判定することもできる。ここで、図４は停止時もしくは定速走行時における車両２が角度αの傾斜道路上にいる場合の加速度の関係を示している。図４から、道路傾斜水平方向の加速度の関係式は式（１）となるので、傾斜角度算出部６は式（１）から道路の傾斜角度αを算出する（ステップＳ３０２）。
Ａ_ｖ＝ｇ・ｓｉｎ（α）（１）
ｇ：重力加速度
次に、車両側装置４は車両側通信部７、ナビ側通信部８を介して通信を行い、道路の傾斜角度αを取付け角度補正装置１に転送する（ステップＳ３０３）。転送された道路の傾斜角度αは、取付け角度算出部１１に送られる。次に、取付け角度算出部１１はナビゲーション装置３に搭載されている加速度センサ９より出力（Ａ_ｎ）を取得する（ステップＳ３０４）。ここで、図５は加速度センサ９に対する加速度の関係を示す。図５から、加速度センサ９の垂直方向（検知軸方向）の加速度の関係式は式（２）となり、道路傾斜αと加速度センサの出力Ａ_ｎは既知であることから、取付け角度算出部１１は取付け角度βを算出することができる(ステップＳ３０５)。
Ａ_ｎ＝ｇ・ｓｉｎ（β−α）（２）
次に、取付け角度影響除去部１２は、加速度センサ９およびジャイロセンサ１０の出力を取得して取付け角度βの影響を除去する（ステップＳ３０６）。ここで、従来例では取付け角度βの影響を除去せず、学習機能をリセットして新しい取付け角度に対応した補正パラメータを求めていた。しかし、本実施の形態では、まず取付け角度βの影響を除去する。その理由を以下に説明する。

従来例における学習機能は、センサの個体差や取付け角度による影響を除去するための補正パラメータを算出していたため、取付け角度の変化を検出した場合、学習機能をリセットし、新しい取付け角度の影響を考慮した補正パラメータを求める必要があった。しかし取付け角度βが算出できるなら、加速度センサ、ジャイロセンサの出力から予め取付け角度の影響を除去した値を算出し、除去した値に対する補正パラメータを使用するようにすることで、取付け角度の変更のたびに学習機能をリセットして補正パラメータを再学習する必要がなくなる。

図６は、加速度センサ９の出力から取付け角度βの影響を除去する方法を説明するための図である。加速度センサ９の出力をＡ_ｎ、取付け角度βの影響を除去した加速度をＡ_ｒとすると、式（３）の関係式が成立する。取付け角度影響除去部１２は、式（３）により取付け角度βの影響を除去できる。
Ａ_ｒ＝Ａ_ｎ／ｃｏｓ（β）（３）
同様に、ジャイロセンサ１０の角速度出力をＧ_ｎ、取付け角度βの影響を除去した場合の角速度出力をＧ_rとすると、式（４）の関係式が成立する。取付け角度影響除去部１２は、式（４）により取付け角度βの影響を除去できる。
Ｇ_ｒ＝Ｇ_ｎ／ｃｏｓ（β）（４）
次に、補正部１３は補正パラメータにより上記式（３）、（４）で取付け角度βの影響を除去した各出力値を補正する（ステップＳ３０７）。加速度センサ９に対する補正パラメータをγ_ａ、補正後の出力をＡcとすると、式（５）の関係式が成立する。
Ａ_ｃ＝γ_ａ・Ａ_ｒ（５）
同様にジャイロセンサ１０に対する補正パラメータをγ_ｇ、補正後の出力をＧ_ｃとすると、式（６）の関係式が成立する。
Ｇ_ｃ＝γ_ｇ・Ｇ_ｒ（６）
学習による補正パラメータγ_ａ、γ_ｇは、取付け角度βの影響を除去した加速度センサ９の出力およびジャイロセンサ１０の出力に対応する補正値であるため、取付け角度βの影響を含まない。そのため、従来のように取付け角度βが変わる度に補正パラメータγ_ａ、γ_ｇを学習し直す必要は無い。

以上説明したように、本発明の取付け角度算出装置により、ナビゲーション装置３の取付け角度βを短時間に求めて取付け角度βの影響を除去することができる。そのため、取付け角度βが変わった場合でも、学習機能をリセットして再度補正パラメータγを求めることなく、ナビゲーション装置に搭載されているセンサ出力の補正を常に行うことが可能となる。

なお、上記実施形態では、取付け角度補正装置は車両側装置を含まない構成で説明したが、車両側装置を含む構成としても良い。

本発明の取付け角度補正装置は、ナビゲーション装置の取付け角度を短時間に求めて取付け角度の影響を排除し、取付け角度が変化した場合でも、ナビゲーション装置に搭載されているセンサ出力の補正を常に行うことができるという効果を有し、ＰＮＤや、ナビゲーションのアプリケーションが動作するスマートフォン、タブレット端末等の車両に着脱するナビゲーション装置等に有用である。

１取付け角度補正装置
２車両
３ナビゲーション装置
４車両側装置
５加速度センサ（第二の加速度センサ）
６傾斜角度算出部
７車両側通信部
８ナビ側通信部
９加速度センサ（第一の加速度センサ）
１０ジャイロセンサ
１１取付け角度算出部
１２取付け角度影響除去部
１３補正部

Claims

ナビゲーション装置の外部であって車両に固定される車両側装置から前記車両が位置する道路の傾斜角度を取得し、前記ナビゲーション装置の車両への取付け角度を算出して内蔵する加速度センサ、ジャイロセンサの出力を補正する取付け角度補正装置であって、
前記車両側装置から前記道路の傾斜角度を受信するナビ側通信部と、前記ナビ側通信部で受信した道路の傾斜角度と前記車両の前方進行方向の加速度を検出する第一の加速度センサの出力とに基づいて前記ナビゲーション装置の前記車両への取付け角度を算出する取付け角度算出部と、前記算出された取付け角度に基づいて前記第一の加速度センサの出力および前記車両のヨー方向の角速度を検出するジャイロセンサの出力から前記取付け角度の影響を除去する取付け角度影響除去部と、前記取付け角度の影響を除去した取付け角度影響除去部の出力を補正パラメータで補正する補正部とを備える、
取付け角度補正装置。
前記車両側装置を含み、
前記車両側装置は、前記車両の前方進行方向の加速度を検出する第二の加速度センサと、前記第二の加速度センサの出力に基づいて道路の傾斜角度を算出する傾斜角度算出部と、前記算出された道路の傾斜角度を前記ナビ側通信部に送信する車両側通信部を備える、
請求項１に記載の取付け角度補正装置。