JP2793778B2 - 角速度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はジャイロスコープを用い
た角速度センサに関し、特にそのオフセットの除去に特
徴を有する角速度センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来角速度センサとして、振動ジャイロ
や光ファイバジャイロ等種々の形式のジャイロスコープ
が用いられている。振動ジャイロは安価で長寿命という
長所を持つが、温度や経時変化等によりゼロ点のドリフ
トが大きいという問題点がある。特に振動ジャイロを車
両の進行方向を検知するためのセンサとして用いる場合
には、この問題点を解消するため種々の提案が成されて
いる。第１の方法は車載用の振動ジャイロのゼロ点のド
リフトを抑圧するために、車両が停止していることを車
輪等から別のセンサで検出し、そのときのジャイロ出力
をオフセットとして記憶し、以降の振動ジャイロの出力
からこのオフセット分を減算して、オフセットのない出
力を得るようにしたものである。又第２の方法として、
地磁気センサによって方位を検出し、振動ジャイロの出
力である角速度を積分した方位と照合し、積分方位が磁
気方位から一定速度で離れていく速度をジャイロのドリ
フトとする方法も考えられている。更に第３の方法とし
て、走行中の道路が直線であることを検出し、そのとき
のジャイロの出力をオフセットとして記憶する方法も提
案されている。この方法では車両が地図中の所定道路を
進行していることを検知するため、ＧＰＳ装置等を用い
ることが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述した
第１の方法では、車両の停止を検出するセンサが別途必
要となり、又長期間車両が停止しない場合にはそのオフ
セット分を検出することができなくなるという欠点があ
った。又第２の方法の場合も磁気を検出するセンサが必
要となり、車両が鉄橋等を通過する際には地磁気の乱れ
から異常な状態に陥ってしまうことがあるという欠点が
あった。更に第３の方法では、車両が直線の道路を走行
中であることを検出するためにはＧＰＳ装置等の装置が
不可欠であり、構成が複雑になるという欠点があった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、ジャイロスコープを車載用の角
速度センサとして用いた場合に、他のセンサや装置を用
いることなく、そのオフセットを効果的に除去できるよ
うにすることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、移動体に搭載されるジャイロスコープと、ジャイロ
スコープからの信号が入力され、所定時間の間の該入力
信号の最頻値をオフセットとして算出する最頻値算出手
段と、ジャイロスコープから得られる信号から最頻値算
出手段より算出された最頻値を減算する減算手段と、を
具備することを特徴とするものである。

【０００６】本願の請求項２の発明は、移動体に搭載さ
れるジャイロスコープと、ジャイロスコープからの信号
が入力され、所定時間の間の該入力信号の最頻値を順次
算出する最頻値算出手段と、最頻値算出手段によって算
出される所定時間の間にジャイロスコープから入力され
る入力信号のばらつきを算出するばらつき算出手段と、
ばらつき算出手段により算出されるばらつきが所定値以
下のときに最頻値算出手段によって算出された最頻値を
オフセットとし、算出されたばらつきが所定値を越える
ときにその直前にオフセットとして判別された最頻値を
オフセットとして出力する最頻値判別手段と、ジャイロ
スコープから得られる信号から最頻値判別手段より出力
された最頻値を減算する減算手段と、を具備することを
特徴とするものである。

【０００７】

【作用】このような特徴を有する本願の請求項１の発明
によれば、ジャイロスコープからの出力のうち所定時間
前までの信号の最頻値を算出する。通常の使用状態では
最頻値はオフセット成分と考えることができるので、最
頻値をジャイロスコープの出力から減算手段によって減
算する。そしてオフセットのない角速度信号を得るよう
にしている。

【０００８】又本願の請求項２の発明では、入力信号の
最頻値を最頻値算出手段によって算出し、算出した時間
の間にジャイロから得られる入力信号のばらつきを算出
する。そしてこのばらつきが所定値以下であれば算出さ
れた最頻値をオフセットとし、ばらつきが所定値を越え
るときにはその直前に判別された最頻値をオフセットと
して判別している。そしてこうして得られたオフセット
値をその時点でのオフセット値として出力し、減算によ
ってオフセットのない角速度信号を出力するようにして
いる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の第１実施例による角速度セン
サの全体構成を示すブロック図である。本図においてジ
ャイロ１は例えば振動ジャイロ等のジャイロスコープで
あって、車両に取付けられているものとし、車両が旋回
する際に回転方向の角速度の信号を出力するものであ
る。この振動ジャイロからの信号は最頻値算出部２及び
減算器３に与えられる。最頻値算出部２は振動ジャイロ
１から得られる信号のうち所定時間前までの出力のサン
プリング値に基づいてその最も高い頻度の値をオフセッ
ト値として算出するものである。最頻値算出部２はマイ
クロコンピュータを用いた処理によって算出するように
構成されている。即ち最頻値算出部２は振動ジャイロ１
からの信号を所定時間、例えば１秒毎にデジタル信号に
変換するＡ／Ｄ変換器４を有している。Ａ／Ｄ変換器４
の出力は入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）５を介して
ＣＰＵのバスラインに入力される。このバスラインには
マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）６及びプログラムとデ
ータを保持するメモリとしてリードオンリメモリ（ＲＯ
Ｍ）７、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８が接続さ
れる。そしてこのバスラインには入出力インターフェー
ス（Ｉ／Ｆ）９が接続され、更にデジタル信号をアナロ
グ信号に変換するＤ／Ａ変換器１０が接続されている。
Ｄ／Ａ変換器１０の出力は減算器３に入力される。減算
器３は振動ジャイロ１の出力からＤ／Ａ変換器１０の出
力を減算することによって、オフセット分を除いてオフ
セットのない角速度信号を出力するものである。

【００１０】図２（ａ）はＲＡＭ８内の入力バッファ領
域８ａを示している。入力バッファ領域８ａはアドレス
ｍ〜アドレスｍ＋６００までの領域を有するものとす
る。又図２（ｂ）はこの入力バッファから得られるデー
タに基づいて作成される度数表領域８ｂを示している。
この度数表領域８ｂはアドレスｎ〜ｎ＋ｐに設けられる
ものとする。又ＲＡＭ８にはポインタＩ，Ｃ，Ｊ，Ｋ，
Ｌ及びＭの領域が設けられる。Ｉは入力バッファに全て
データが保持されていない初期状態で入力が保持されて
いるまでのアドレス数を示すポインタであり、Ｃは度数
表領域８ｂをクリアするためのポインタである。又Ｊは
入力バッファ領域のアドレスｍ〜ｍ＋Ｉまでの値をとる
ポインタ、Ｋは最頻値を示す可能性のあるアドレスのデ
ータを示すポインタ、Ｌは度数表の相対アドレス０〜ｐ
までの範囲の値をとるポインタである。

【００１１】図３はこの角速度センサを車両に搭載した
ときに振動ジャイロ１から得られる角速度信号の一例を
示すグラフである。本図に示されるように、車両は時間
の経過と共に右方向又は左方向に回転して進行すること
となるため、回転毎にそれに応じた出力が得られている
が、直線走行時には出力０又は一定のレベルとなってい
る。この一定のレベルがオフセット成分であり、温度変
化や経年変化によって生じる。本発明ではこのオフセッ
トを除去するために最頻値を算出するようにしたもので
ある。

【００１２】次に本実施例の動作についてフローチャー
トを参照しつつ説明する。図４〜図６は本実施例の最頻
値算出部２の動作を示すフローチャートである。本図に
おいて動作を開始すると、まずステップ２１においてポ
インタＩを０とし、ステップ２２に進んでＩが６００を
越えているかどうかをチェックする。最初は６００以下
であるため、ステップ２３，ルーチン２４の処理を行う
ことなくステップ２５に進んでＡ／Ｄ変換値をアドレス
ｍ＋Ｉの領域にストアする。こうすれば図２（ａ）に示
すように、アドレスｍからＡ／Ｄ変換値が順次書込まれ
る。そしてルーチン２６に進んで度数表の作成処理を行
う。

【００１３】度数表の作成処理は図５に示すように、ま
ずステップ３１においてＲＡＭ８の度数表領域８ｂを用
いるため、アドレスｎの値をポインタＣにセットし、ア
ドレスＣのデータ（Ｃ）をクリアする（ステップ３
２）。そしてステップ３３においてポインタＣが度数表
の最終アドレスｎ＋ｐに達したかどうかをチェックし、
この値に達していなければステップ３４においてＣをイ
ンクリメントして同様の処理を行う。こうしてステップ
３１〜３４の処理では、度数表領域８ｂに割当てられた
アドレスｎ〜ｎ＋ｐまでの領域を全てクリアすることが
できる。さてステップ３１〜３４の処理を終えると、ス
テップ３５に進んで入力バッファ領域８ａのアドレスｍ
をポインタＪにセットする。そしてステップ３６に進ん
でメモリのアドレスＪの値（Ｊ）に度数表のオフセット
アドレスｎを加算した値をアキュームレータＡに設定す
る。そしてこのアキュームレータＡの示すアドレスのデ
ータをインクリメントしてそのアドレスにセットする
（ステップ３６）。これは入力バッファ領域８ａのデー
タをそのままアドレスとし、アドレスｎに加算した相対
アドレスのデータをインクリメントするものである。そ
してステップ３７に進んでポインタＪがｍ＋Ｉの値、即
ち入力バッファ領域にデータが入っている最終の値に達
したかどうかをチェックする。この値に達していなけれ
ばステップ３８に進んでＪの値をインクリメントしてス
テップ３６に戻る。こうすれば入力バッファの値を度数
表のオフセットアドレスｎに加算した値のアドレスのデ
ータがインクリメントされ、度数表を作成することがで
きる。

【００１４】そしてルーチン２６において度数表の作成
処理を終えるとルーチン２７に進んで最頻値算出処理を
行う。最頻値算出処理は図６（ａ）に示すようにステッ
プ４１においてポインタＫをリセットし、ステップ４２
に進んでポインタＬをｎとする。そしてステップ４３に
進んでＫがＬで示す領域の値（Ｌ）より小さいかどうか
をチェックする。ＫよりＬで示すアドレスのデータ
（Ｌ）の方が大きければ値Ｌを最頻値である可能性のあ
るアドレスとして、ステップ４４においてその値（Ｌ）
をＫにセットし、更にＬからｎを減じた値を現時点での
最頻値Ｍとする。そしてステップ４５に進んでＬが度数
表の最後のアドレスｎ＋ｐに達したかどうかをチェック
する。この値に達していなければステップ４６において
Ｌをインクリメントし、ステップ４３に戻って同様の処
理を繰り返す。こうすれば度数表の最大値をとるアドレ
スが検出され、このアドレスの値が最頻値Ｍとなる。従
ってステップ２８に戻ってこのアドレスの値ＭをＤ／Ａ
変換器１０によってＤ／Ａ変換する。そしてステップ２
９においてポインタＩをインクリメントしてステップ２
２に戻る。この処理を例えば１秒毎に繰り返すものとす
る。

【００１５】さてステップ２２においてＩが６００に達
している場合には、ステップ２３に進んで６００をＩに
設定しルーチン２４に進んでデータ・シフト処理を行
う。これは所定の時間、例えば１０分間のデータ入力処
理を終え、Ｉ＝６００となった以後の処理であり、この
場合には現時点から１０分前までの６００個のデータの
みを処理対象とするためにシフトを行っている。このデ
ータ・シフト処理は図６（ｂ）に示すようにステップ５
１においてアドレスｍ＋１をポインタＪにセットする。
そしてステップ５２においてポインタＪで示すアドレス
の値（Ｊ）をアドレスＪ−１の値（Ｊ−１）として設定
する。そしてこのＪがｍ＋６００に達したかどうかをチ
ェックし（ステップ５３）、達していなければＪをイン
クリメントして（ステップ５４）、同様の処理を繰り返
す。このような処理を繰り返すことにより、アドレスｍ
からアドレスｍ＋６００までの入力バッファ領域８ａの
データを更新することができ、最も古いアドレスｍのデ
ータを消去することができる。

【００１６】このように本発明ではジャイロから得られ
る信号の所定間隔前までのデータの最頻値をオフセット
としている。これは車両が連続して一定の角速度で回転
して走行することがないと考えられるからである。図２
に示すように、実際の走行データからもこのようなデー
タが得られている。

【００１７】次に本発明の第２実施例について図７を用
いて説明する。本実施例ではジャイロスコープ１からの
角速度信号のばらつきが大きい場合に得られる最頻値を
オフセットとすることなく、その直前にオフセットとさ
れた値を最頻値とするようにしている。この実施例の構
成は図１に示す第１実施例と基本的には同様であるの
で、同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。本実施例ではＲＡＭ８は第１実施例に示したポイン
タに加えて、ポインタＨ，Ｅ，Ｆを有しており、更に分
散Ｖ及び分散の閾値Ｖ₀ と出力される最頻値Ｍ₀ を記憶
する領域を有している。又ＣＰＵ６は第１実施例と同様
に最頻値を算出する最頻値算出手段６ａ，入力信号のば
らつきを算出するばらつき算出手段６ｂ及び最頻値のば
らつきにより出力する最頻値を判別する最頻値判別手段
６ｃの機能を有している。

【００１８】次に本実施例の動作について図８及び図９
を参照しつつ説明する。図８において動作を開始する
と、まずステップ２１においてポインタＩを０とし、Ｉ
が６００となるまでデータシフトを行わない。そしてス
テップ２１〜ルーチン２７の処理については第１実施例
と同様である。本実施例ではルーチン２７において最頻
値Ｍの算出処理を終えると、ルーチン６１に進んで分散
Ｖの算出処理を行う。図９はこの分散の算出処理を示す
フローチャートである。図９においてまず分散算出処理
を開始すると、ステップ７１においてポインタＨ，Ｅ，
Ｆを０とする。そしてステップ７２に進んでアドレスｍ
＋Ｈのデータの二乗を算出してＥの現在値に加算して新
たなＥとし、アドレスｍ＋ＨのデータをＦの現在値に加
算して新たなＦとする。そしてステップ７３に進んでポ
インタＨをインクリメントし、ステップ７４に進んでポ
インタＨがポインタＩに達したかどうかをチェックす
る。Ｉ以下であればステップ７２〜７４のループを繰り
返し、ポインタＨがＩより大きくなればステップ７５に
進む。この時点でＥは入力バッファ領域８ａの全てのア
ドレスのデータの二乗の総和、Ｆは入力バッファ８ａの
全てのアドレスのデータの総和となっている。従ってス
テップ７５でこれらの値を夫々ポインタＩで割算するこ
とによってＦには平均値が得られる。そしてステップ７
６に進んで値ＥからＦの二乗を減算することにより、分
散Ｖが得られることとなる。

【００１９】そしてこの分散の算出処理を終えると図８
に示すステップ６２に戻り、得られた分散Ｖが分散の所
定値Ｖ₀ 以下かどうかをチェックする。Ｖ₀ 以下であれ
ばステップ６３に進んでルーチン２７において得られた
最頻値Ｍを最頻値Ｍ₀ とし、分散ＶがＶ₀ を越えていれ
ばこの処理を行うことなくステップ６４に進んで最頻値
Ｍ₀ の値をＤ／Ａ変換器１０に出力する。そしてアナロ
グ信号に変換してオフセット値として出力する。次いで
ステップ６５に進んでポインタＩをインクリメントし、
ステップ２２に戻る。

【００２０】本実施例は例えば林道等を通過する際にカ
ーブが連続することにより、角速度のばらつきが大きく
なれば、この時点で得られる最頻値がオフセット分に相
当する可能性が少し低くなる。そこでその直前にオフセ
ットとして判別された最頻値Ｍ₀ をオフセット値として
出力し、減算器３により減算することによって、オフセ
ットのない信号を出力するようにしている。オフセット
分は温度変化等によって変動するが、急激には変化しな
いものと考えられるため、信頼性の低い最頻値よりその
直前の最頻値をオフセット分とすることにより正確にオ
フセット分を算出して出力することができる。尚本実施
例においてステップ２１〜２７はジャイロスコープから
の入力信号の所定時間前までの最頻値を算出する最頻値
算出手段６ａを構成しており、ルーチン６１は入力信号
のばらつきを算出するばらつき算出手段６ｂ、ステップ
６２〜６４は算出されたばらつきが所定値以下のときに
最頻値算出手段で得られた最頻値をオフセットとし、ば
らつきが所定値を越えるときはその直前にオフセットと
して判別された最頻値Ｍ₀ をその時点までのオフセット
値として出力する最頻値判別手段６ｃの機能を達成して
いる。

【００２１】尚本実施例は分散を用いてジャイロスコー
プからの信号のばらつきを検出するようにしているが、
分散に代えて標準偏差等の他の指標を用いてばらつきを
算出するようにしてもよいことはいうまでもない。

【００２２】又前述した第１，第２実施例では、ジャイ
ロスコープ１からの信号を直接Ａ／Ｄ変換器４に入力す
るようにしているが、ローパスフィルタ等を設けて高い
周波数成分のノイズを除去するようにしてもよい。この
場合にはジャイロスコープ１からの信号の変化が問題と
ならないように必要最小限の時定数のローパスフィルタ
を選択する必要がある。又ハードウェアによるローパス
フィルタに代えて、マイクロコンピュータを用いて移動
平均処理によってノイズ成分を除去することもできる。
この場合もジャイロからの出力信号が変化しないような
時定数に設定することが必要である。又本実施例はＡ／
Ｄ変換器４のダイナミックレンジをジャイロスコープ１
からの出力可能な範囲としているが、オフセットを生じ
ると考えられるジャイロスコープ１の出力範囲にＡ／Ｄ
変換器のダイナミックレンジを合わせるようにしてもよ
い。こうすればＡ／Ｄ変換器のダイナミックレンジを大
きくすることなく正確にオフセットを算出することがで
きる。

【００２３】又第１，第２実施例はジャイロスコープと
して振動ジャイロを例示して説明しているが、本発明に
用いるジャイロスコープは振動ジャイロに限定されず、
光ファイバジャイロ，リングレーザジャイロ，メカニカ
ルジャイロ等、種々の形式のジャイロスコープを用いて
構成することができる。又本実施例の角速度センサは車
両に搭載する角速度センサに限らず、種々の移動体に搭
載される角速度センサに適用することが可能である。

【００２４】又第１，第２実施例では、１秒毎にＡ／Ｄ
変換を行ってジャイロスコープ１からの信号を取込み、
６００個のデータを用いて最頻値を判別しているが、Ａ
／Ｄ変換の時間やデータ数はこれに限らず任意に定める
ことができることはいうまでもない。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本願の請求項
１〜３の発明によれば、ジャイロスコープの角速度信号
に含まれるオフセットを効果的に除去することができ
る。このため他のセンサや他の装置を用いることなく、
極めて簡単な構成で車両の位置検出装置に応用すること
ができるという効果が得られる。

【００２６】又本願の請求項２の発明によれば、林道等
のカーブの多い道路を通行する場合にも、より正確にジ
ャイロスコープのオフセットを除去することができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による角速度センサの主要
部を示すブロック図である。

【図２】本実施例のメモリを示すメモリマップである。

【図３】本実施例のジャイロから得られる信号の一例を
示すグラフである。

【図４】第１実施例の動作を示すフローチャート（その
１）である。

【図５】第１実施例の動作を示すフローチャート（その
２）である。

【図６】第１実施例の動作を示すフローチャート（その
３）である。

【図７】本発明の第２実施例による角速度センサの主要
部を示すブロック図である。

【図８】第２実施例の動作を示すフローチャート（その
１）である。

【図９】第２実施例の動作を示すフローチャート（その
２）である。

【符号の説明】

１ ジャイロスコープ ２ 最頻値算出部 ３ 減算器 ４ Ａ／Ｄ変換器 ６ ＣＰＵ ６ａ 最頻値算出手段 ６ｂ ばらつき算出手段 ６ｃ 最頻値判別手段 ７ ＲＯＭ ８ ＲＡＭ ８ａ 入力バッファ領域 ８ｂ 度数表領域 １０ Ｄ／Ａ変換器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体に搭載されるジャイロスコープ
   と、 前記ジャイロスコープからの信号が入力され、所定時間
   の間の該入力信号の最頻値をオフセットとして算出する
   最頻値算出手段と、 前記ジャイロスコープから得られる信号から前記最頻値
   算出手段より算出された最頻値を減算する減算手段と、
   を具備することを特徴とする角速度センサ。
2. 【請求項２】 移動体に搭載されるジャイロスコープ
   と、 前記ジャイロスコープからの信号が入力され、所定時間
   の間の該入力信号の最頻値を順次算出する最頻値算出手
   段と、 前記最頻値算出手段によって算出される所定時間の間に
   前記ジャイロスコープから入力される入力信号のばらつ
   きを算出するばらつき算出手段と、 前記ばらつき算出手段により算出されるばらつきが所定
   値以下のときに前記最頻値算出手段によって算出された
   最頻値をオフセットとし、算出されたばらつきが所定値
   を越えるときにその直前にオフセットとして判別された
   最頻値をオフセットとして出力する最頻値判別手段と、 前記ジャイロスコープから得られる信号から前記最頻値
   判別手段より出力された最頻値を減算する減算手段と、
   を具備することを特徴とする角速度センサ。
3. 【請求項３】 前記ジャイロスコープは、振動ジャイロ
   スコープであることを特徴とする請求項１又は２記載の
   角速度センサ。