JP3198968B2 - 加速度センサの出力信号の処理方法 - Google Patents

加速度センサの出力信号の処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は加速度センサの出
力信号の処理方法に関し、特に、たとえば自動車のナビ
ゲーションシステムに用いられる加速度センサの出力信
号の処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車のナビゲーションシステム
において、GPS信号より自動車の位置情報を得てい
た。
【0003】しかしながら、トンネル,ビルの陰,高架
下などGPS信号のとどかない場所では、自動車の位置
情報は得られなかった。
【0004】そこで、GPS信号のとどかない場所でも
自動車の位置情報を得るために、自動車の加速度を検出
する加速度センサの出力信号を時間で積分して自動車の
速度を演算する速度演算装置が考え出された。なお、加
速度センサの出力信号は、加速度が0であるときに0に
なるようにするために、時間で積分される前に、一定の
基準電圧で常時シフトされる場合がある。このような速
度演算装置を用いれば、GPS信号のとどかない場所で
も、自動車の速度を演算することができ、その演算した
速度を時間で積分することによって自動車の走行距離を
求めることができる。そのため、そのような速度演算装
置などを用いれば、GPS信号がとどかなくなってから
の自動車の走行距離を求めることができ、それによっ
て、自動車の位置情報を得ることができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、そのような
速度演算装置では、加速度センサの温度ドリフトや坂道
などの傾斜における重力加速度の影響を受けることが問
題となっていた。
【0006】それゆえに、この発明の主たる目的は、加
速度センサの温度ドリフトや坂道などの傾斜における重
力加速度の影響を抑制することができる、加速度センサ
の出力信号の処理方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる加速度
センサの出力信号の処理方法は、自動車の進行方向にお
ける加速度を検出するための加速度センサの出力信号を
処理する方法であって、加速度センサの出力信号におい
て自動車の進行方向における加速度に対応した加速度対
応信号成分を少なくとも除いた非加速度対応信号成分の
分散値からその自動車の走行状態が検出され、その自動
車の走行状態に基づいて加速度センサの出力信号が補正
される、加速度センサの出力信号の処理方法であって、
自動車の進行方向における速度が一定であるときに得ら
れる非加速度対応信号成分の分散値が予め第1の閾値と
して設定され、非加速度対応信号成分の分散値が第1の
閾値以下であるときの加速度センサの出力信号がそれ以
後の加速度センサの出力信号を補正するための基準電圧
として用いられる、加速度センサの出力信号の処理方法
である。
【0008】この発明にかかる加速度センサの出力信号
の処理方法では、自動車の進行方向における加速度を検
出するための加速度センサの出力信号において自動車の
進行方向における加速度に対応した加速度対応信号成分
を少なくとも除いた非加速度対応信号成分の分散値から
その自動車の走行状態が検出される。そして、その自動
車の走行状態に基づいて、加速度センサの出力信号が補
正される。そのため、加速度センサの温度ドリフトや坂
道などの傾斜における重力加速度の影響が抑制される。
【0009】なお、加速度センサの出力信号は、自動車
の停止時には、たとえば図3に示すように広範囲の周波
数帯域においてほとんど得られないが、自動車の一定速
度走行時には、たとえば図4に示すように10Hz以上
の高い周波数帯域において少しだけ得られる。また、加
速度センサの出力信号は、自動車の加速度走行時には、
加速度対応信号成分以外のたとえば10Hz以上の非加
速度対応信号成分において変動が大きくなる。そのた
め、非加速度対応信号成分の分散値から自動車の走行状
態を検出することができる。
【0010】さらに、この発明にかかる加速度センサの
出力信号の処理方法では、自動車の進行方向における速
度が一定であるときに得られる非加速度対応信号成分の
分散値が予め第1の閾値として設定され、非加速度対応
信号成分の分散値が第1の閾値以下であるときの加速度
センサの出力信号がそれ以後の加速度センサの出力信号
を補正するための基準電圧として用いられる。そのた
め、この基準電圧は、自動車の進行方向における速度が
一定であるときの加速度センサの出力信号、すなわち自
動車の進行方向における加速度が0であるときの加速度
センサの出力信号に相当し、温度ドリフトや傾斜におけ
る重力加速度による加速度センサの出力信号における誤
差成分となる。
【0011】また、この発明にかかる加速度センサの出
力信号の処理方法では、たとえば、加速度センサの出力
信号から基準電圧を差し引くことによって、加速度セン
サの出力信号から誤差成分が差し引かれ、加速度センサ
の出力信号が補正される。この場合、自動車の進行方向
における加速度が0であるときには、加速度センサの出
力信号が0に補正される。
【0012】さらに、この発明にかかる加速度センサの
出力信号の処理方法において、補正後の加速度センサの
出力信号を時間で積分することによって、自動車の進行
方向における速度に対応した速度対応信号が得られる。
【0013】この場合、たとえば、自動車の進行方向に
おける速度が0であるときに得られる非加速度対応信号
成分の分散値が予め第2の閾値として設定され、非加速
度対応信号成分の分散値が第2の閾値以下であるときに
速度対応信号が0にされると、自動車の進行方向におけ
る速度が0であるときには、0である速度対応信号が得
られる。
【0014】この発明の上述の目的、その他の目的、特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明の実施
の形態の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【0015】
【発明の実施の形態】図1はこの発明を実施するための
速度演算装置の一例を示すブロック図である。図1に示
す速度演算装置10は加速度センサ12を含む。加速度
センサ12は、自動車の進行方向における加速度を検出
してその加速度に対応したアナログ信号を出力するため
のものであり、その加速度を検出するために適当な位置
たとえば自動車の車体などに取り付けられる。
【0016】加速度センサ12の出力端は、A/D変換
器14の入力端に接続される。A/D変換器14は、加
速度センサ12から出力されるアナログ信号を、デジタ
ル信号に変換するためのものである。
【0017】A/D変換器14の出力端は、基準電圧補
正回路16の入力端に接続される。基準電圧補正回路1
6は、加速度センサ12の出力信号を補正するための補
正信号としての基準電圧を補正し出力するためのもので
ある。
【0018】また、A/D変換器14の出力端は、差動
増幅回路18の非反転入力端に接続される。差動増幅回
路18の反転入力端には、基準電圧補正回路16の出力
端が接続される。差動増幅回路18は、A/D変換器1
4の出力信号を基準電圧補正回路16から出力される基
準電圧で補正して、自動車の進行方向における加速度に
対応した加速度対応信号を得るためのものである。
【0019】差動増幅回路18の出力端は、積分回路2
0の入力端に接続される。積分回路20は、差動増幅回
路18の出力信号を積分して、自動車の進行方向におけ
る速度に対応した速度対応信号を得るためのものであ
る。また、積分回路20の出力端は、出力端子22に接
続される。
【0020】さらに、A/D変換器14の出力端は、フ
ィルタ24の入力端に接続される。フィルタ24は、A
/D変換器14の出力信号において自動車の進行方向に
おける加速度に対応した周波数の低い加速度対応信号成
分を少なくとも除いた周波数の高い非加速度対応信号成
分を通過するためのものである。このフィルタ24とし
ては、たとえば10Hz以下の加速度対応信号成分を遮
断するハイパスフィルタやバンドパスフィルタが用いら
れる。
【0021】フィルタ24の出力端は、CPU26に接
続される。CPU26は、フィルタ24の出力信号の分
散値、すなわち非加速度対応信号成分の分散値を求め、
その分散値から自動車の走行状態を判断などするための
ものである。
【0022】CPU26には、クロック28およびメモ
リ30が接続される。クロック28は、計時用のもので
ある。また、メモリ30には、CPU26を動作するた
めの動作プログラムなどが書き込まれている。
【0023】CPU26は、基準電圧補正回路16の他
の入力端および積分回路20のリセット入力端に接続さ
れる。
【0024】次に、図2に示すフロー図などを参照し
て、この速度演算装置10の動作の一例について説明す
る。
【0025】まず、ステップS1では、加速度センサ1
2によって、自動車の進行方向における加速度が検出さ
れ、加速度センサ12の出力端からアナログ信号である
出力信号が得られる。このアナログ信号は、A/D変換
器14でデジタル信号に変換される。この場合、加速度
センサ12の出力信号は、自動車の進行方向における加
速度に対応した周波数の低い加速度対応信号成分を有す
るが、それ以外にドリフト成分や重力加速度成分などの
周波数の高い非加速度対応信号成分を有する場合があ
る。
【0026】そして、ステップS3では、フィルタ24
によって、加速度センサ12の出力信号において自動車
の進行方向における加速度に対応した加速度対応信号成
分を少なくとも除いた非加速度対応信号成分が検出され
る。この場合、A/D変換器14の出力信号において自
動車の進行方向における加速度に対応した周波数の低い
加速度対応信号成分を少なくとも除いた周波数の高い非
加速度対応信号成分が、フィルタ24を通過する。
【0027】それから、ステップS5では、CPU26
によって、非加速度対応信号成分の分散値が演算され
る。この分散値を演算する方法としては、たとえば、単
位時間において非加速度対応信号成分の最大値と最小値
との差の値を求める方法、あるいは、単位時間において
非加速度対応信号成分とその平均値との差の値を2乗し
た値を求める方法がある。
【0028】ステップS7では、CPU26によって、
非加速度対応信号成分の分散値と第1の閾値とが比較さ
れる。第1の閾値としては、自動車の進行方向における
速度が一定であるときに得られる非加速度対応信号成分
の分散値が予め設定されている。
【0029】非加速度対応信号成分の分散値が第1の閾
値以下であるときには、ステップS9において、加速度
センサ12の出力信号が基準電圧として補正される。こ
の場合、非加速度対応信号成分の分散値が第1の閾値以
下であるときのA/D変換器14の出力信号が、基準電
圧補正回路16に基準電圧として補正される。そのた
め、その基準電圧は、自動車の進行方向における速度が
一定であるときの加速度センサ12の出力信号、すなわ
ち自動車の進行方向における加速度が0であるときの加
速度センサ12の出力信号に相当し、温度ドリフトや傾
斜における重力加速度による加速度センサ12の出力信
号における誤差成分となる。なお、非加速度対応信号成
分の分散値が第1の閾値以下でないときには、直前の基
準電圧が維持される。
【0030】そして、ステップS11において、加速度
センサ12の出力信号が基準電圧で補正される。この場
合、差動増幅回路18によって、A/D変換器14の出
力信号から基準電圧が差し引かれる。そのため、加速度
センサ12の出力信号から誤差成分が差し引かれ、加速
度センサ12の出力信号が補正される。この場合、自動
車の進行方向における加速度が0であるときには、加速
度センサ12の出力信号が0の加速度対応信号に補正さ
れる。
【0031】それから、ステップS13では、補正され
た加速度センサ12の出力信号すなわち加速度対応信号
が積分回路20によって時間で積分され、自動車の進行
方向における速度に対応した速度対応信号が得られる。
【0032】また、ステップS15では、CPU26に
よって、非加速度対応信号成分の分散値と第2の閾値と
が比較される。第2の閾値としては、自動車の進行方向
における速度が0であるときに得られる非加速度対応信
号成分の分散値が予め設定されている。
【0033】非加速度対応信号成分の分散値が第2の閾
値以下であるときには、ステップS17において積分回
路20がリセットされ、ステップS19において0の速
度対応信号が出力端子22から出力される。
【0034】一方、非加速度対応信号成分の分散値が第
2の閾値以下でないときには、ステップS19におい
て、上述のステップS13で得られた速度対応信号が出
力端子22から出力される。
【0035】そして、上述のステップS1からS19
が、常時、繰り返して行われる。
【0036】上述の方法によれば、加速度センサ12の
温度ドリフトや坂道などの傾斜による重力加速度の影響
を補正することができ、加速度センサ12による誤差を
抑制することができる。
【0037】また、上述の方法によれば、自動車の進行
方向における加速度に対応した加速度対応信号が得ら
れ、自動車の進行方向における加速度が0であるとき
に、0の加速度対応信号が得られる。
【0038】さらに、上述の方法によれば、自動車の進
行方向における速度に対応した速度対応信号が得られ、
自動車の進行方向における速度が0であるときに、0の
速度対応信号が得られる。
【0039】なお、上述の例では、加速度センサ12の
出力信号を処理するためにA/D変換器14、CPU2
6およびメモリ30などが用いられているが、A/D変
換器14は特に用いられなくてもよく、また、CPU2
6およびメモリ30などの代わりにこれらに相当する機
能を有する多数の手段が用いられてもよい。
【0040】また、上述の例では、第1の閾値と比較さ
れる非加速度対応信号成分の分散値と、第2の閾値と比
較される非加速度対応信号成分の分散値とが同様に演算
されているが、この発明では、それらの分散値は別々に
演算されてもよい。たとえば、それらの分散値は、それ
ぞれ異なった長さの単位時間における非加速度対応信号
成分から演算されてもよく、特に、第2の閾値と比較さ
れる非加速度対応信号成分の分散値を演算するための非
加速度対応信号成分の単位時間は、第1の閾値と比較さ
れる非加速度対応信号成分の分散値を演算するための非
加速度対応信号成分の単位時間より短くされてよい。こ
れは、第2の閾値と非加速度対応信号成分の分散値との
比較による停止時の判定が、第1の閾値と非加速度対応
信号成分の分散値との比較による走行時の判定より明ら
かに容易に判断できるためである。
【0041】
【発明の効果】この発明によれば、加速度センサの温度
ドリフトや坂道などの傾斜による重力加速度の影響を抑
制することができる。また、この発明によれば、自動車
の進行方向における加速度に対応した加速度対応信号が
得られる。さらに、この発明によれば、自動車の進行方
向における速度に対応した速度対応信号が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を実施するための速度演算装置の一例
を示すブロック図である。
【図2】図1に示す速度演算装置の動作の一例を示すフ
ロー図である。
【図3】自動車の停止時における加速度センサの出力信
号の周波数成分を示すグラフである。
【図4】自動車の一定速度走行時における加速度センサ
の出力信号の周波数成分を示すグラフである。
【符号の説明】
10 速度演算装置 12 加速度センサ 14 A/D変換器 16 基準電圧補正回路 18 差動増幅回路 20 積分回路 22 出力端子 24 フィルタ 26 CPU 28 クロック 30 メモリ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−43113(JP,A) 特開 平8−128831(JP,A) 特開 平8−313280(JP,A) 特開 平8−327378(JP,A) 特開 平10−2747(JP,A) 特開 平7−280826(JP,A) 特開 平7−280827(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01P 21/00 G01C 21/00 G01C 22/00 G01P 7/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自動車の進行方向における加速度を検出
    するための加速度センサの出力信号を処理する方法であ
    って、前記加速度センサの出力信号において前記自動車
    の進行方向における加速度に対応した加速度対応信号成
    分を少なくとも除いた非加速度対応信号成分の分散値か
    ら前記自動車の走行状態が検出され、前記自動車の走行
    状態に基づいて前記加速度センサの出力信号が補正され
    る、加速度センサの出力信号の処理方法であって、 前記自動車の進行方向における速度が一定であるときに
    得られる前記非加速度対応信号成分の分散値が予め第1
    の閾値として設定され、 前記非加速度対応信号成分の分散値が前記第1の閾値以
    下であるときの前記加速度センサの出力信号がそれ以後
    の前記加速度センサの出力信号を補正するための基準電
    圧として用いられる、加速度センサの出力信号の処理方
  2. 【請求項2】 前記加速度センサの出力信号から前記基
    準電圧を差し引くことによって、前記加速度センサの出
    力信号が補正される、請求項1に記載の加速度センサの
    出力信号の処理方法。
  3. 【請求項3】 補正後の前記加速度センサの出力信号を
    時間で積分することによって、前記自動車の進行方向に
    おける速度に対応した速度対応信号が得られる、請求項
    または請求項2に記載の加速度センサの出力信号の処
    理方法。
  4. 【請求項4】 前記自動車の進行方向における速度が0
    であるときに得られる前記非加速度対応信号成分の分散
    値が予め第2の閾値として設定され、 前記非加速度対応信号成分の分散値が前記第2の閾値以
    下であるときに前記速度対応信号が0にされる、請求項
    に記載の加速度センサの出力信号の処理方法。
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