JP2639283B2 - Orientation sensor device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は方位センサ装置に関し、
特に車両搭載に適した高精度で安価な方位センサ装置に
関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direction sensor device,
Particularly, the present invention relates to a high-precision and inexpensive direction sensor device suitable for mounting on a vehicle.
【0002】[0002]
【従来の技術】ナビゲーションシステムを設ける車両で
は、精度が高く安価に搭載できる方位センサ装置への要
求が大きい。従来この種の方位センサ装置は、例えば特
開昭64−29707号公報に記載の如く、角速度セン
サのアナログ出力を一定の短周期でデジタル変換し、こ
のデジタル信号を積分して車両方位を得る構成としたも
のが多い。2. Description of the Related Art In a vehicle provided with a navigation system, there is a great demand for a direction sensor device that can be mounted with high accuracy and at low cost. 2. Description of the Related Art Conventionally, this type of azimuth sensor device has a configuration in which an analog output of an angular velocity sensor is converted into a digital signal at a fixed short period and the digital signal is integrated to obtain a vehicle azimuth as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-29707. There are many things.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の構
成では、アナログ・デジタル(A/D)変換時の最小ビ
ットの丸め誤差がデジタル積分により逐次累積するた
め、結果として比較的大きな方位誤差を生じるという問
題がある。一方、これを避けるためA/D変換器の分解
能を上げると、該A/D変換器および後続の演算回路の
ビット数が増加するため、価格の上昇と演算速度の低下
を招く。However, in the above-mentioned conventional configuration, since the rounding error of the minimum bit at the time of analog-to-digital (A / D) conversion is sequentially accumulated by digital integration, a relatively large azimuth error occurs as a result. There is a problem. On the other hand, if the resolution of the A / D converter is increased to avoid this, the number of bits of the A / D converter and the subsequent arithmetic circuit increases, which leads to an increase in price and a decrease in arithmetic speed.
【0004】本発明はかかる課題を解決するもので、A
/D変換器の分解能を上げることなく、高精度かつ安価
な方位センサ装置を提供することを目的とする。[0004] The present invention solves such a problem.
It is an object of the present invention to provide a highly accurate and inexpensive azimuth sensor device without increasing the resolution of a / D converter.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は、車両が交差点
で右左折する場合等の大きな角速度の発生は比較的短時
間であり、一方、ゆるやかに湾曲する道路で生じる小さ
な角速度は比較的長時間であるという点に注目したもの
で、その構成を説明すると、方位センサ装置は、角速度
に応じたアナログ信号を発する角速度センサ1と、上記
アナログ信号を積分してアナログ積分信号を出力するア
ナログ積分手段2と、上記アナログ積分信号をデジタル
信号に変換して出力するアナログ・デジタル(A/D)
変換手段3と、上記デジタル信号が所定のレベルに達す
る毎に、該デジタル信号を積分するデジタル積分手段4
2を作動せしめるとともに上記アナログ積分手段2をリ
セットするレベル検出手段41とを具備し、上記デジタ
ル積分手段42のデジタル積分信号を方位信号として出
力するものである。SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, large angular velocities such as when a vehicle makes a right or left turn at an intersection are relatively short, while small angular velocities that occur on a gently curved road are relatively long. Focusing on the point of time, the configuration will be described. The azimuth sensor device includes an angular velocity sensor 1 that emits an analog signal corresponding to an angular velocity, and an analog integration sensor that integrates the analog signal and outputs an analog integration signal. Means 2 and an analog / digital (A / D) for converting the analog integrated signal into a digital signal and outputting the digital signal
Converting means 3 and digital integrating means 4 for integrating the digital signal every time the digital signal reaches a predetermined level
2 and a level detecting means 41 for resetting the analog integrating means 2 and outputting a digital integrated signal of the digital integrating means 42 as an azimuth signal.
【0006】[0006]
【作用】上記構成においては、角速度センサ1からのア
ナログ信号を予めアナログ積分して、この積分信号を変
換したデジタル信号が所定レベルに達した時にデジタル
積分するようにしているから、A/D変換に伴う最小ビ
ットの丸め誤差の累積は最小限に抑えられ、A/D変換
手段3の分解能を上げることなく、安価に高精度の方位
検出をなすことができる。In the above configuration, the analog signal from the angular velocity sensor 1 is analog-integrated in advance, and the integrated signal is digitally integrated when the converted digital signal reaches a predetermined level. , The accumulation of the rounding error of the minimum bit is minimized, and high-precision azimuth detection can be performed at low cost without increasing the resolution of the A / D converter 3.
【0007】[0007]
【実施例】図1に方位センサ装置の構成を示す。角速度
センサ1は圧電素子を使用した振動ジャイロ(例えば特
開平2−266214号)であり、図2に示す如く車両
の角速度に比例したアナログ出力電圧を発する。FIG. 1 shows the configuration of a direction sensor device. The angular velocity sensor 1 is a vibrating gyroscope using a piezoelectric element (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-266214), and generates an analog output voltage proportional to the angular velocity of the vehicle as shown in FIG.
【0008】角速度センサ1の出力信号は詳細を後述す
るアナログ積分器2に入力し、その積分出力はA/D変
換器3でデジタル信号に変換される。デジタル信号は演
算装置4に入力し、演算処理されて自車位置が算出され
る。演算装置4内の処理はソフトウエアによりなされる
が、図は各処理をブロック的に表わしてある。以下、図
3のフローチャートを参照しつつ演算装置の処理手順を
説明する。The output signal of the angular velocity sensor 1 is input to an analog integrator 2 (to be described in detail later), and the integrated output is converted into a digital signal by an A / D converter 3. The digital signal is input to the arithmetic unit 4 and subjected to arithmetic processing to calculate the position of the own vehicle. The processing in the arithmetic unit 4 is performed by software, but the figure shows each processing in a block form. Hereinafter, the processing procedure of the arithmetic unit will be described with reference to the flowchart of FIG.
【0009】A/D変換されたデジタル信号はレベル検
出部41に取り込まれて(ステップ101)所定のレベ
ルDsと比較され、所定レベルDsに達するとデジタル
積分部42で累積積分される(ステップ102,10
3)。The A / D-converted digital signal is taken into a level detecting section 41 (step 101) and compared with a predetermined level Ds. When the digital signal reaches a predetermined level Ds, the digital integrating section 42 performs cumulative integration (step 102). , 10
3).
【0010】デジタル積分の値に基づいて、方位計算部
45で車両方位が計算され(ステップ103)、自車位
置計算部46では車輪回転センサ5より得られる走行距
離と上記車両方位より、地図データ記憶装置6に記憶さ
れた地図上の位置を確定し、表示装置7へ出力する。次
いで、レベル検出部41よりリセット信号が出力されて
アナログ積分器2の出力がリセットされる(ステップ1
04)。The azimuth calculating unit 45 calculates the vehicle azimuth based on the value of the digital integration (step 103). The own vehicle position calculating unit 46 calculates the map data based on the running distance obtained from the wheel rotation sensor 5 and the vehicle azimuth. The position on the map stored in the storage device 6 is determined and output to the display device 7. Next, a reset signal is output from the level detector 41, and the output of the analog integrator 2 is reset (step 1).
04).
【0011】この処理の間に、オフセット計算部43
は、車両停止検出部44からの車両停止信号を受けて角
速度センサ1のオフセット量を計算し、デジタル積分部
42での積分値を補正する。During this processing, the offset calculating section 43
Receives the vehicle stop signal from the vehicle stop detection unit 44, calculates the offset amount of the angular velocity sensor 1, and corrects the integrated value in the digital integration unit 42.
【0012】図4には上記アナログ積分器2の詳細回路
を示す。該積分器2は入力部のバッファを構成するオペ
アンプ21と、出力部のブートストラップ積分回路を構
成するオペアンプ22よりなり、上記オペアンプ22の
「+」端子には積分コンデンサ24とこれと並列にリセ
ット用のFETスイッチ23が接続されている。FIG. 4 shows a detailed circuit of the analog integrator 2. The integrator 2 comprises an operational amplifier 21 constituting a buffer of an input section and an operational amplifier 22 constituting a bootstrap integration circuit of an output section. The "+" terminal of the operational amplifier 22 is provided with an integrating capacitor 24 and a reset in parallel therewith. FET switch 23 is connected.
【0013】角速度センサ1の電圧出力はアナログ積分
器2の端子2aに入力し、コンデンサ24を充電してそ
の両端電圧に積分変換され、同一抵抗値とした抵抗2
5,26により2倍されて端子2bに出力されて、後段
のA/D変換器3(図1)へ入力する。演算装置4から
のパルス状リセット信号は端子2cに入力し、スイッチ
23が導通してコンデンサ24を放電せしめる。The voltage output of the angular velocity sensor 1 is input to the terminal 2a of the analog integrator 2, charges the capacitor 24, and is integrated and converted into the voltage between both ends.
The signal is doubled by 5, 26 and output to the terminal 2b and input to the A / D converter 3 (FIG. 1) at the subsequent stage. The pulse reset signal from the arithmetic unit 4 is input to the terminal 2c, and the switch 23 is turned on to discharge the capacitor 24.
【0014】さて、車両においては、図5に示す如く、
絶対値の大きな角速度は交差点で右左折する際等に比較
的短時間現れ(図のx領域)、中程度の角速度は湾曲し
た道路等を走行中に、より長い時間現れる(図のy領
域)。そして、ゆるやかに湾曲した道路の走行時には小
さな角速度が長時間継続して現れる(図のz領域)。Now, in a vehicle, as shown in FIG.
An angular velocity having a large absolute value appears for a relatively short time when turning right or left at an intersection (x area in the figure), and a medium angular velocity appears for a longer time while traveling on a curved road or the like (y area in the figure). . Then, when traveling on a slowly curved road, a small angular velocity appears continuously for a long time (z region in the figure).
【0015】図6には大きな角速度が生じた場合のアナ
ログ積分器2の出力電圧を示す。この場合には角速度セ
ンサ1の出力電圧は大きく、その積分信号をデジタル変
換したデジタル信号は速やかに所定のレベルに達するか
ら、デジタル積分部42が作動して上記デジタル信号を
積分するとともに、アナログ積分器の出力が短周期でリ
セットされる。しかして、交差点での右左折時等には、
デジタル積分値である方位信号は速やかに変更される。FIG. 6 shows the output voltage of the analog integrator 2 when a large angular velocity occurs. In this case, the output voltage of the angular velocity sensor 1 is large, and the digital signal obtained by digitally converting the integrated signal quickly reaches a predetermined level. Therefore, the digital integrating section 42 operates to integrate the digital signal and perform analog integration. Output is reset in a short period. However, when turning right or left at an intersection,
The azimuth signal, which is a digital integrated value, is changed quickly.
【0016】角速度が小さい場合には角速度センサ1の
出力電圧は小さく(図7)、その積分信号をデジタル変
換したデジタル信号は時間をかけて所定レベルに達す
る。したがって、デジタル積分部42は長周期で作動せ
しめられ、アナログ積分器2の出力も長周期でリセット
される。この場合の方位信号の変化はゆっくりしたもの
になるが、緩やかに湾曲した道路を走行中の車両の向き
が変わる場合であるから、問題はない。When the angular velocity is small, the output voltage of the angular velocity sensor 1 is small (FIG. 7), and the digital signal obtained by digitally converting the integrated signal reaches a predetermined level over time. Therefore, the digital integrator 42 is operated in a long cycle, and the output of the analog integrator 2 is also reset in a long cycle. In this case, the direction signal changes slowly, but there is no problem because the direction of a vehicle traveling on a gently curved road changes.
【0017】車両が直進する場合等にも角速度は小さく
正負に振れるが、これは積分器により吸収されて方位信
号には現れない。When the vehicle travels straight, the angular velocity is small and swings positively or negatively, but this is absorbed by the integrator and does not appear in the direction signal.
【0018】以上の如く、角速度センサ1の出力電圧を
予めアナログ積分器2で積分して、この積分信号を変換
したデジタル信号が所定レベルに達した時に初めてデジ
タル積分を行うから、常に短い周期で頻繁にA/D変換
を行う従来の装置に比して、変換時の最小ビットの丸め
誤差の累積が最小限に抑えられる。しかして、A/D変
換器3の分解能を上げることなく、安価に高精度の方位
検出をなすことができる。As described above, the output voltage of the angular velocity sensor 1 is integrated by the analog integrator 2 in advance, and digital integration is performed only when the digital signal obtained by converting the integrated signal reaches a predetermined level. The accumulation of the rounding error of the minimum bit at the time of conversion is minimized as compared with a conventional apparatus that frequently performs A / D conversion. Thus, high-accuracy azimuth detection can be performed at low cost without increasing the resolution of the A / D converter 3.
【0019】また、現状の角速度センサ1はいずれも固
有のオフセットを有しているが、本発明の構成ではこの
オフセットがアナログ積分器2で積分され、これを変換
したデジタル信号が所定レベル以上になった時に初めて
デジタル積分されるから、オフセットのA/D変換に伴
う累積誤差も小さく抑えられる。Further, the current angular velocity sensors 1 each have an inherent offset. In the configuration of the present invention, the offset is integrated by an analog integrator 2 and a digital signal obtained by converting the integrated signal is equal to or higher than a predetermined level. Since the digital integration is performed for the first time, the accumulated error caused by the A / D conversion of the offset can be suppressed to a small value.
【0020】なお、上記実施例において、レベル検出部
41に入力したデジタル信号が一定時間以上所定レベル
を越えない場合には、強制的にデジタル積分を開始し、
アナログ積分器2をリセットする構成としても良い。In the above embodiment, if the digital signal input to the level detector 41 does not exceed the predetermined level for a certain period of time, digital integration is forcibly started.
The configuration may be such that the analog integrator 2 is reset.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上の如く、本発明の方位センサ装置に
よれば、安価に高精度の方位検出が可能であり、車両の
ナビゲーションシステム等に好適に使用できる。As described above, according to the azimuth sensor device of the present invention, high-accuracy azimuth detection can be performed at low cost, and the azimuth sensor device can be suitably used for a vehicle navigation system and the like.
【図1】装置の全体構成ブロック図である。FIG. 1 is an overall configuration block diagram of an apparatus.
【図2】角速度センサの出力特性図である。FIG. 2 is an output characteristic diagram of an angular velocity sensor.
【図3】演算装置の処理フローチャートである。FIG. 3 is a processing flowchart of an arithmetic unit.
【図4】積分器の回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram of an integrator.
【図5】車両における角速度と継続時間の関係を示すグ
ラフである。FIG. 5 is a graph showing a relationship between an angular velocity and a duration in a vehicle.
【図6】角速度センサおよび積分器の出力波形図であ
る。FIG. 6 is an output waveform diagram of an angular velocity sensor and an integrator.
【図7】角速度センサおよび積分器の出力波形図であ
る。FIG. 7 is an output waveform diagram of an angular velocity sensor and an integrator.
1 角速度センサ 2 アナログ積分器(アナログ積分手段) 3 A/D変換器(A/D変換手段) 4 演算装置 41 レベル検出部(レベル検出手段) 42 デジタル積分部(デジタル積分手段) 44 方位検出部 46 自車位置計算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Angular velocity sensor 2 Analog integrator (Analog integration means) 3 A / D converter (A / D conversion means) 4 Computing device 41 Level detection part (Level detection means) 42 Digital integration part (Digital integration means) 44 Direction detection part 46 Own vehicle position calculation unit
Claims (3)
速度センサと、上記アナログ信号を積分してアナログ積
分信号を出力するアナログ積分手段と、上記アナログ積
分信号をデジタル信号に変換して出力するアナログ・デ
ジタル変換手段と、上記デジタル信号が所定のレベルに
達する毎に、該デジタル信号を積分するデジタル積分手
段を作動せしめるとともに上記アナログ積分手段をリセ
ットするレベル検出手段とを具備し、上記デジタル積分
手段のデジタル積分信号を方位信号として出力する方位
センサ装置。1. An angular velocity sensor for emitting an analog signal according to an angular velocity, an analog integrating means for integrating the analog signal and outputting an analog integrated signal, and an analog / digital converter for converting the analog integrated signal into a digital signal and outputting the digital signal. Digital converting means, and level detecting means for operating the digital integrating means for integrating the digital signal each time the digital signal reaches a predetermined level, and resetting the analog integrating means. A direction sensor device that outputs a digital integration signal as a direction signal.
ブートストラップ積分回路が構成されていることを特徴Features bootstrap integration circuit
とする請求項1に記載の方位センサ装置。The azimuth sensor device according to claim 1, wherein
号が一定時間以上のあいだ上記所定のレベルに達しないIssue does not reach the specified level for a certain period of time
場合には、上記アナログ積分手段をリセットすることをIn this case, reset the analog integration means.
特徴とする請求項1に記載の方位センサ装置。The azimuth sensor device according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4168530A JP2639283B2 (en) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | Orientation sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4168530A JP2639283B2 (en) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | Orientation sensor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05332780A JPH05332780A (en) | 1993-12-14 |
JP2639283B2 true JP2639283B2 (en) | 1997-08-06 |
Family
ID=15869736
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4168530A Expired - Fee Related JP2639283B2 (en) | 1992-06-03 | 1992-06-03 | Orientation sensor device |
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Families Citing this family (3)
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US6563109B1 (en) | 2000-11-27 | 2003-05-13 | Kir Kupplungstechnik Gmbh | Apparatus for optoelectronically determining power using a light source being of annular design |
KR102440358B1 (en) * | 2017-10-12 | 2022-09-05 | 한화디펜스 주식회사 | Inertial-based navigation device and Inertia-based navigation method based on relative preintegration |
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JPS6125285A (en) * | 1984-07-13 | 1986-02-04 | Omron Tateisi Electronics Co | Character recognizing device |
JPS62172217A (en) * | 1986-01-27 | 1987-07-29 | Komatsu Ltd | Apparatus for detecting position of vehicle |
-
1992
- 1992-06-03 JP JP4168530A patent/JP2639283B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH05332780A (en) | 1993-12-14 |
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