JP3338249B2 - 移動体進行加速度算出装置とその装置を使用する移動体位置速度算出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＧＰＳ（Global
Positioning System)等を利用して、車や人間のように
地上を移動する移動体の進行加速度を算出する移動体進
行加速度算出装置と、その装置を使用して絶対位置、絶
対速度を動的に算出する移動体位置速度算出装置に関す
るもので、カーナビゲーションシステムや人間位置検出
装置（マンロケータ）や自動運転装置等、広く利用され
うるものである。

【０００２】

【従来の技術】以下、図面を参照しながら、従来の移動
体進行加速度算出装置とその装置を使用した移動体位置
速度算出装置の一例について説明する。図７は従来の移
動体進行加速度算出装置の概略図を示すものである。図
７において、７１は加速度検出手段、７２は絶対位置お
よび絶対速度検出手段、７３は傾斜補正手段、７４は加
速度補正手段である。

【０００３】以上のように構成された従来の移動体進行
加速度算出装置について、以下その動作を説明する。ま
ず、移動体の進行方向の慣性力を検出できるように移動
体に設置した加速度検出手段７１から加速度を検出す
る。この加速度検出手段７１には、例えばＤＣから数百
Ｈｚまでの帯域をもつサーボ加速度センサを用いる。

【０００４】この加速度検出手段７１で得られた加速度
を時間積分することで移動体の速度を、さらに積分する
ことで移動体の位置を求めることができる。しかし、こ
のままでは、傾斜による重力の影響や加速度に含まれる
オフセット、および速度、位置の初期値、すなわち絶対
位置、絶対速度の基準は不明である。そこで、通常、絶
対位置および絶対速度を検出する絶対位置および絶対速
度検出手段７２を備える。例えば、絶対位置および絶対
速度検出手段７２としてはＧＰＳが用いられ、地球固定
座標系に対する絶対位置と絶対速度（進行方位も含めた
ベクトル値）が得られる。ただし、電波が遮断されれば
全く検出できなくなるし、遮断がなくともサブ秒か秒単
位の離散的にしか結果が得られないのが一般的であるの
で、常時知りたいときに位置、速度のデータが得られる
とは限らない欠点がある。

【０００５】上記絶対位置および絶対速度検出手段７２
で絶対位置および絶対速度が得られたときには、傾斜補
正手段７３は、その位置、速度のデータを用い、まず、
その位置における地球の接面を仮定し、その接面に対す
る絶対速度ベクトルの余弦角を求める。その角度がほ
ぼ、水平面に対する移動体の絶対傾斜角に等しいので、
加速度検出手段７１で得られた加速度に含まれる傾斜に
よる重力成分の影響を式（１）のように補正する。 Ａ１ ＝ Ａ０ − ｇ・ｓｉｎ（θ） ・・・（１） ただし、Ａ１：傾斜補正後の加速度 Ａ０：傾斜補正前の加速度 ｇ：重力加速度 θ：絶対傾斜角

【０００６】さらに、加速度補正手段７４では、絶対位
置および絶対速度検出手段７２で絶対位置および絶対速
度が得られたときに、その絶対速度と一つ前の時間の絶
対速度との差分と加速度検出手段７１で検出した加速度
とを比較することにより、加速度検出手段７１で検出し
た加速度に含まれるオフセット（例えば回路オフセッ
ト）を求め、加速度オフセットによる影響は式（２）の
ように補正する。 Ａ２ ＝ Ａ１ − Ａｏｆｆ ・・・（２） ただし、Ａ１：加速度補正後の加速度 Ａ０：加速度補正前の加速度 Ａｏｆｆ：加速度オフセット

【０００７】もし、絶対位置および絶対速度検出手段７
２からアンテナ遮断等の影響で絶対位置および絶対速度
が得られないときには、前回までに求めた加速度オフセ
ットの値をホールドすることで対応し、やはり式（２）
のように補正する。

【０００８】以上の構成により、傾斜による重力の影響
や加速度に含まれるオフセットをほぼキャンセルして、
移動体の進行加速度を算出する移動体進行加速度算出装
置を構成することができる。

【０００９】また、上記移動体進行加速度算出装置で得
られた加速度を、絶対位置および絶対速度検出手段７２
で得られた絶対速度および絶対位置を初期値の補正に用
いながら時間積分することにより、リアルタイムで絶対
位置および絶対速度を算出する移動体位置速度算出装置
も構成することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の移動体進行加速度算出装置では、絶対位置
および絶対速度検出手段から得られた速度、位置の情報
から絶対傾斜角を計算して傾斜角の補正を行っているた
めに、速度、位置の誤差が傾斜角の補正に反映されて絶
対傾斜角が精度良く求まらなかったり、あるいは、電波
遮断等、絶対位置および絶対速度検出手段から結果が得
られない場合がずっと持続してしまうと、絶対傾斜角の
補正自体が不可能となってしまい、結果として、得られ
た加速度から傾斜による影響、例えば重力の影響を取り
除くことができず、正確な移動体の進行加速度が得られ
ないという問題点を有していた。

【００１１】さらに、絶対位置および絶対速度検出手段
の処理量は一般に重いので、計算間隔は長くせざるを得
ないため、移動体の移動が激しいときには、絶対傾斜角
をその動きに追従して求めることは困難であり、やはり
絶対傾斜角の補正が良好にできないという問題点を有し
ていた。

【００１２】また、上記の構成の移動体進行加速度算出
装置を用いる移動体位置速度算出装置も、傾斜時の誤差
を大きく含んだ加速度を用いる可能性があり、その誤差
の影響は、速度の場合は時間に比例して、位置の場合は
時間の２乗に比例して増大するので、実際の移動体の速
度、位置から大きくかけ離れた値を結果として出力する
恐れがあった。

【００１３】本発明は、このような従来の問題を解決す
るものであり、移動体の傾斜による影響をキャンセルし
て、精度良く移動体の加速度、速度、距離を求めること
のできる移動体進行加速度算出装置とその装置を使用す
る移動体位置速度算出装置を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決する手段】上記目的を達成するために、本
発明の移動体進行加速度算出装置は、天空上の衛星が送
出する電波の情報から絶対位置および絶対速度を検出す
る絶対位置および絶対速度検出手段と、応答周波数が低
く、重力方向に対して垂直な水平面と移動体の進行方向
との傾斜角を検出することができる傾斜角検出手段と、
重力ベクトルと移動体の進行方向ベクトルの２つのベク
トルで決まる平面内における移動体の角速度を検出する
角速度検出手段と、傾斜角検出手段により得られた傾斜
角により、角速度検出手段で得られた角速度の積分値を
補正して、高い周波数までの角度変動まで対応して移動
体の絶対傾斜角を算出する絶対傾斜角算出手段と、移動
体進行方向の加速度を検出する加速度検出手段と、加速
度検出手段で得られた加速度から、絶対傾斜角算出手段
で得られた絶対傾斜角により求めた重力による影響を除
去した加速度を算出する傾斜補正手段と、絶対位置およ
び絶対速度検出手段で絶対速度が得られた際には、その
絶対速度と傾斜補正手段で得られた加速度の時間積分値
との比較、あるいは絶対速度の時間差分と加速度との比
較により、加速度のオフセット誤差を推定し、進行加速
度を補正する加速度補正手段とを備えたものである。

【００１５】また本発明の移動体位置速度算出装置は、
請求項１記載の移動体進行加速度算出装置と、移動体が
進行する絶対方位を検出するあるいは算出する移動体進
行方位検出手段と、移動体進行加速度算出装置で得られ
た加速度の大きさと移動体進行方位検出手段で得られた
加速度方位から加速度ベクトルを求め、その加速度ベク
トルを補正しながら時間積分することで移動体速度およ
び移動体位置を算出する位置速度算出手段と、天空上の
衛星が送出する電波の情報から絶対位置および絶対速度
を検出する絶対位置および絶対速度検出手段と、絶対位
置および絶対速度検出手段により絶対位置および速度が
得られたときには、位置速度算出手段の出力である位
置、速度との差分から、位置速度算出手段の位置、速度
を補正するための補正値を計算する絶対位置速度補正値
計算手段とを備えたものである。

【００１６】

【作用】したがって本発明によれば、たとえ絶対位置お
よび絶対速度検出手段から絶対速度、絶対位置の情報が
得られなくても、あるいは誤差が大きくても、絶対傾斜
角をリアルタイムで、かつ、高い応答周波数で、しかも
精度良く算出できる手段を有するため、加速度の傾斜に
よる影響をキャンセルすることができ、また、絶対位置
および絶対速度検出手段から得られた際には、回路オフ
セット等による加速度の誤差（例えば定常的なオフセッ
ト）をキャンセルすることができるため、正確な移動体
の進行加速度および位置速度を求めることができる。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の請求項１に対応する第１の
実施例について図面を参照しながら説明する。図１は本
実施例における移動体進行加速度算出装置の概略構成を
示すものである。図１において、１は傾斜角検出手段、
２は角速度検出手段、３は絶対傾斜角算出手段、４は加
速度検出手段、５は傾斜補正手段、６は絶対位置および
絶対速度検出手段、７は加速度補正手段である。

【００１８】まず、移動体の進行方向の慣性力を検出で
きるように移動体に設置した加速度検出手段４から加速
度を検出する。この加速度検出手段４には、例えばＤＣ
から数百Ｈｚまでの帯域をもつサーボ加速度センサを用
いる。

【００１９】この加速度検出手段４で得られた加速度を
時間積分することで移動体の速度を、さらに積分するこ
とで移動体の位置を求めることができる。しかし、この
ままでは、加速度自体に含まれる傾斜による重力の影響
や加速度に含まれるオフセットで速度、位置が正しく求
まらない。そこで、以下に説明するように各々の影響を
キャンセルする。

【００２０】まず、重力方向に対して垂直な水平面と移
動体の進行方向との傾斜角を検出することができる傾斜
角検出手段１により、水平面上からの絶対傾斜角を検出
する。傾斜角検出手段１には、例えば重力によって液体
が水平に保つ原理を応用した傾斜角センサを用いること
ができ、移動体が静止しているときには非常に高い精度
で絶対傾斜角を検出することができる。しかしながら、
移動体の慣性の影響を受けやすいこともあり、一般にＤ
Ｃから１Ｈｚ以下と応答周波数が低い。

【００２１】そこで、別途角速度検出手段２を設け、高
い帯域までの角度変化である角速度を検出する。角速度
検出手段２には、例えば回転時に発生するコリオリの力
を利用した振動ジャイロや、光のサニャック効果を応用
した光ファイバジャイロを用いることができる。

【００２２】絶対傾斜角算出手段３では、傾斜角検出手
段１で得られた傾斜角と角速度検出手段２で得られた角
速度の情報から、ＤＣから高い帯域（例えば数百Ｈｚ）
まで精度良く絶対傾斜角を計算する。例えば、定期的に
傾斜角検出手段１で得られた傾斜角を初期値として書き
換えて、その初期値を基に角速度検出手段２で得られた
角速度を積分して傾斜角を求めていけばよい。

【００２３】傾斜補正手段５は、絶対傾斜角算出手段３
で得られた絶対傾斜角を用いて、加速度検出手段４で得
られた加速度に含まれる傾斜による重力成分の影響を式
（３）のように補正する。 Ａ１ ＝ Ａ０ − ｇ・ｓｉｎ（θ） ・・・（３） ただし、Ａ１：傾斜補正後の加速度 Ａ０：傾斜補正前の加速度 ｇ：重力加速度 θ：絶対傾斜角

【００２４】もちろん、従来例の説明で記述したよう
に、絶対傾斜角は、絶対位置および絶対速度検出手段６
で得られた位置、速度ベクトルからも得ることができる
ので、もし、絶対位置および絶対速度検出手段６で位
置、速度が得られて絶対傾斜角が推定でき、かつ、その
精度が良い場合には、絶対傾斜角算出手段３で得られた
絶対傾斜角に、絶対傾斜角算出手段３から推定された絶
対傾斜角の情報を反映させても良い。例えば、両者の平
均を取ればよい。

【００２５】傾斜補正手段５で得られた加速度には、加
速度検出手段４から傾斜補正手段５までの間に発生した
傾斜の影響以外のオフセット、例えば回路オフセットも
重畳しているので、絶対位置および絶対速度検出手段６
で得られる絶対速度により補正する。

【００２６】絶対位置および絶対速度検出手段６は、地
球固定座標系に対する絶対位置と絶対速度（進行方位も
含めたベクトル値）を求める手段で、例えばＧＰＳが用
いられる。ただし、常時データが得られるわけではな
く、電波が遮断されれば全く検出できなくなるし、遮断
がなくともサブ秒か秒単位の離散的にしか結果が得られ
ないのが一般的であるので、常時知りたいときに位置、
速度のデータが得られるとは限らない欠点がある。

【００２７】さて、絶対位置および絶対速度検出手段６
により絶対位置、絶対速度が得られたときには、その絶
対速度と一つ前の時間の絶対速度との差分と傾斜補正手
段５の出力である加速度とを比較することにより、加速
度に含まれるオフセットを求め、加速度オフセットによ
る影響を式（４）のように補正する。 Ａ２ ＝ Ａ１ − Ａｏｆｆ ・・・（４） ただし、Ａ１：加速度補正後の加速度 Ａ０：加速度補正前の加速度 Ａｏｆｆ：加速度オフセット

【００２８】もし、絶対位置および絶対速度検出手段６
からアンテナ遮断等の影響で絶対位置および絶対速度が
得られないときには、前回までに求めた加速度オフセッ
トの値をホールドすることで対応し、やはり式（４）の
ように補正する。

【００２９】以上の構成により、たとえ絶対位置および
絶対速度検出手段６から絶対速度、絶対位置の情報が得
られなくても、あるいはその誤差が大きくても、絶対傾
斜角を常時、高い応答周波数で、しかも精度良く算出で
きるために、加速度の傾斜による影響を移動体の移動が
激しいときにもキャンセルすることができ、また、絶対
位置および絶対速度検出手段から得られた際には、回路
オフセット等による加速度の誤差（例えば定常的なオフ
セット）をキャンセルすることができるため、正確な移
動体の進行加速度を求めることができる。

【００３０】（実施例２）次に、本発明の請求項２に対
応する第２の実施例について図面を参照しながら説明す
る。図２は第２の実施例における移動体進行加速度算出
装置を使用した移動体位置速度算出装置の概略構成を示
すものである。図２において、２１は図１に示した第１
の実施例と同じ構成の移動体進行加速度算出装置、２２
は移動体進行方位検出手段、２３は絶対位置および絶対
速度検出手段、２４は絶対位置速度補正値計算手段、２
５は位置速度算出手段である。

【００３１】まず、第１の実施例で説明した移動体進行
加速度算出装置２１から移動体の進行加速度を得る。こ
の加速度はスカラー量で移動体の加速度の大きさのみで
あり、方向は得ることができない。

【００３２】次に、移動体進行方位検出手段２２によ
り、移動体が進行する絶対方位を得る。移動体進行方位
検出手段２２には、例えばジャイロセンサを用い、絶対
方位は、絶対位置速度補正値計算手段２３で得られた速
度ベクトルによって、あるいは地図データから割り出し
た現在位置の道路の方向によって補正する。

【００３３】位置速度算出手段２５は、移動体進行加速
度算出装置２１で得られた移動体の進行加速度と、移動
体進行方位検出手段２２により得られた絶対方位から、
加速度ベクトルを作成し、以下に説明する絶対位置速度
補正値計算手段２４で得られた速度補正値を初期値とし
て時間積分することで絶対速度を、さらに絶対位置速度
補正値計算手段２４で得られた位置補正値を初期値とし
て時間積分することで絶対位置を計算する。

【００３４】絶対位置速度補正値計算手段２４は、絶対
位置および絶対速度検出手段２３から得られた絶対速
度、絶対位置と、位置速度算出手段で求めた速度、位置
とを比較して、その差分から絶対速度および位置への補
正値を計算する。あるいは、その差分の現在値をそのま
ま補正値とするのではなく、過去数データの平均を取っ
ても良いし、時系列にとった差分に対して低域通過フィ
ルタを通した後の低域成分を用いても良い。

【００３５】以上の構成により、上記移動体進行加速度
算出装置２１で得られた加速度を用いて時間積分するこ
とにより、精度良く、かつリアルタイムで絶対位置およ
び絶対速度を算出することができる。

【００３６】（実施例３）次に、本発明の請求項３に対
応する第３の実施例における移動体進行加速度算出装置
について、図面を参照しながら説明する。ただし、全体
の構成は、図１の示した第１の実施例と同じなので、こ
こでは本実施例の特徴である絶対傾斜角算出手段３につ
いてのみ説明する。

【００３７】図３は本実施例における移動体進行加速度
算出装置で使用する絶対傾斜角算出手段３の概略構成を
示すものである。図３において、３１は傾斜角低域通過
手段、３２は角速度積分手段、３３は積分角度低域通過
手段、３４は角度補正値計算手段である。

【００３８】まず、第１の実施例で説明した傾斜角検出
手段１から得られた傾斜角から移動体の慣性等の影響を
取り除き、純粋に絶対傾斜角の情報を得るために、傾斜
角低域通過手段３１により傾斜角の低域成分だけを取り
出す。

【００３９】一方、同じく第１の実施例で説明した角速
度検出手段２で得られた角速度を、後に説明する角度補
正値計算手段３４で角度補正値が求まっている場合に
は、その値を初期値として、また求まっていない場合に
はその直前の値を初期値として、角速度積分手段３２に
より時間積分することにより、角度成分を算出する。次
に、傾斜角の低域成分と比較するために、積分角度低域
通過手段３３により、上記時間積分して求めた角度から
低域成分を取り出す。

【００４０】傾斜角低域通過手段３１により傾斜角の低
域成分が、そして積分角度低域通過手段３３により上記
時間積分して求めた角度の低域成分が得られたならば、
傾斜角の低域成分を絶対傾斜角とみなすことができるの
で、角度補正値計算手段３４により、時間積分して求め
た角度の低域成分と傾斜角の低域成分との差をとること
により、角速度積分手段３２の初期値を補正する角度補
正値を求める。

【００４１】ここで、角度補正値計算手段３４による角
度補正値で積分初期値を補正しながら、角速度積分手段
３２により時間積分された値は、角速度検出手段２で求
めた角速度が基となっているので、高い応答周波数を持
ち、かつ絶対傾斜角の値を示す。よって、絶対傾斜角算
出手段３の出力とする。

【００４２】以上の構成により、高い応答周波数まで応
答できて、かつ絶対傾斜角である角度データが得られる
絶対傾斜角算出手段３を実現することができる。

【００４３】（実施例４）次に、本発明の請求項４に対
応する第４の実施例におけるの移動体進行加速度算出装
置について、図面を参照しながら説明する。ただし、全
体の構成は、図１に示した第１の実施例と同じなので、
ここでは本実施例の特徴である絶対傾斜角算出手段３に
ついてのみ説明する。

【００４４】図４は本実施例における移動体進行加速度
算出装置で使用する絶対傾斜角算出手段３の概略構成を
示すものである。図４において、４１は傾斜角低域通過
手段、４２は角速度高域通過手段、４３は角速度積分手
段、４４は絶対傾斜角計算手段である。

【００４５】まず、第１の実施例で説明した傾斜角検出
手段１から得られた傾斜角から移動体の慣性等の影響を
取り除き、純粋に絶対傾斜角の情報を得るために、傾斜
角低域通過手段４１により傾斜角の低域成分だけを取り
出す。

【００４６】一方、同じく第１の実施例で説明した角速
度検出手段２で得られた角速度から、角速度高域通過手
段４２により角速度の高域成分だけを取り出し、低域の
定常オフセット成分は除去する。次に角速度積分手段４
３により、角速度高域通過手段４２の出力である角速度
成分を時間積分して、角度成分を算出する。

【００４７】傾斜角低域通過手段４１により傾斜角の低
域成分からは低い応答の絶対角度の情報が、そして角速
度積分手段４３により時間積分して求めた角度成分から
は高い周波数での角度変動に追従した角度情報が得られ
るので、絶対傾斜角計算手段４４は、上記両者を加える
ことにより絶対傾斜角を計算する。

【００４８】以上の構成により、簡単な構成で、高い応
答周波数まで応答できて、かつ絶対傾斜角である角度デ
ータが得られる絶対傾斜角算出手段３を実現することが
できる。

【００４９】（実施例５）次に、本発明の請求項５に対
応する第５の実施例における移動体進行加速度算出装置
について、図面を参照しながら説明する。ただし、全体
の構成は、図１に示した第１の実施例と同じなので、こ
こでは本実施例の特徴である絶対傾斜角算出手段３につ
いてのみ説明する。

【００５０】図５は本実施例における移動体進行加速度
算出装置で使用する絶対傾斜角算出手段３の概略構成を
示すものである。図５において、５１は傾斜角低域通過
手段、５２は角速度積分手段、５３は積分角度低域通過
手段、５４は角度補正値計算手段、５５は停止状態検出
手段である。

【００５１】傾斜角低域通過手段５１、角速度積分手段
５２、積分角度低域通過手段５３、角度補正値計算手段
５４の構成および動作は実施例３と同じなので重複した
説明は省略する。

【００５２】さて、傾斜角低域通過手段５１の入力であ
る傾斜角は、通常傾斜センサを用いて得られるが（実施
例１の説明参照）、このセンサは移動体の加速度運動に
よる慣性の影響も受ける。よって、絶対角度の補正とし
て使う傾斜角低域通過手段５１の出力にも、移動体が運
動している影響による誤差が漏れ込んでしまう可能性が
ある（傾斜角低域通過手段５１で除去できてしまえば問
題ない。）。

【００５３】そこで、停止状態検出手段５５を設け、移
動体が停止あるいは停止に近い状態を判断し、停止状態
検出手段５５で停止状態と判断されたときのみ、傾斜角
低域通過手段５１を正常に動作させる。停止状態でない
ときには、傾斜角低域通過手段５１の入力、出力に対し
て前回値をホールドすることによって、移動体の運動の
影響が反映しないようにする。傾斜角低域通過手段５１
で値がホールドされても、そのホールド値からの差分は
積分角度低域通過手段５３からリアルタイムで得られる
ので、最終的な出力である絶対傾斜角は精度良く求める
ことができる（角速度検出手段２は、実施例１の説明で
記したように、ジャイロセンサが用いられるが、液体の
水位を見ている傾斜角センサに比べて、慣性の影響は非
常に小さい。）。

【００５４】ここで、停止状態検出手段５５での移動体
が停止あるいは停止に近い状態の判断方法であるが、移
動体自体から停止状態か否かの情報をもらっても良い
し、例えば、角速度検出手段や加速度検出手段（実施例
１に詳しい）の検出値の変化量が一定以下である状態が
一定時間続いたならば停止と判断する方法でも、実用的
には十分使用することができる。

【００５５】以上の構成により、移動体の慣性の影響を
受けにくく、高い応答周波数まで応答できて、かつ絶対
傾斜角である角度データが得られる絶対傾斜角算出手段
３を実現することができる。

【００５６】（実施例６）次に、本発明の請求項６に対
応する第６の実施例における移動体進行加速度算出装置
について、図面を参照しながら説明する。ただし、全体
の構成は、図１に示した第１の実施例と同じなので、こ
こでは本実施例の特徴である絶対傾斜角算出手段３につ
いてのみ説明する。

【００５７】図６は本実施例における移動体進行加速度
算出装置で使用する絶対傾斜角算出手段３の概略構成を
示すものである。図６において、６１は傾斜角低域通過
手段、６２は角速度高域通過手段、６３は角速度積分手
段、６４は絶対傾斜角計算手段、６５は停止状態検出手
段である。

【００５８】傾斜角低域通過手段６１、角速度高域通過
手段６２、角速度積分手段６３、絶対傾斜角計算手段６
４の構成および動作は、第４の実施例の説明と同じなの
で、重複した説明は省略する。

【００５９】さて、傾斜角低域通過手段６１の入力であ
る傾斜角は、第５の実施例の説明でも記したように通常
傾斜センサを用いて得られるが、このセンサは移動体の
加速度運動による慣性の影響も受ける。よって、絶対角
度の補正として使う、傾斜角低域通過手段６１の出力に
も、移動体が運動している影響による誤差が漏れ込んで
しまう可能性がある（傾斜角低域通過手段６１で除去で
きてしまえば問題ない。）。

【００６０】そこで、停止状態検出手段６５を設け、移
動体が停止あるいは停止に近い状態を判断し、停止状態
検出手段６５で停止状態と判断されたときのみ、傾斜角
低域通過手段６１を正常に動作させる。停止状態でない
ときには、傾斜角低域通過手段６１の入力、出力に対し
て前回値をホールドすることによって、移動体の運動の
影響が反映しないようにする。傾斜角低域通過手段６１
で値がホールドされても、そのホールド値からの差分は
角速度積分手段６３からリアルタイムで得られるので、
最終的な出力である絶対傾斜角は精度良く求めることが
できる（角速度検出手段２は、実施例１の説明で記した
ように、ジャイロセンサが用いられるが、液体の水位を
見ている傾斜角センサに比べて、慣性の影響は非常に小
さい。）。

【００６１】ここで、停止状態検出手段６５での移動体
が停止あるいは停止に近い状態の判断方法は、第５の実
施例と同じである。

【００６２】以上の構成により、移動体の慣性の影響を
受けにくく、簡単で、高い応答周波数まで応答できて、
かつ絶対傾斜角である角度データが得られる絶対傾斜角
算出手段を実現することができる。

【００６３】（実施例７）次に、本発明の請求項７に対
応する第７の実施例における移動体位置速度算出装置に
ついて説明する。本実施例における移動体位置速度算出
装置は、上記実施例３から６のいずれかに記載した移動
体進行加速度算出装置を使用するものであり、その全体
の構成は、図２に示した第２の実施例と同じであり、動
作も同じであるので、ここでは重複した説明を省略す
る。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明は傾斜角検出手段
と角速度検出手段とを融合することによって、たとえ絶
対位置および絶対速度検出手段から絶対速度、絶対位置
の情報が得られなくても、あるいは誤差が大きくても、
絶対傾斜角をリアルタイムで、かつ、高域まで応答でき
て、しかも精度良く算出できる手段を有するため、加速
度の傾斜による影響をキャンセルすることができ、正確
な移動体進行加速度を算出することができる優れた移動
体進行加速度算出装置とその装置を使用する移動体位置
速度算出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における移動体進行加速
度算出装置の概略構成を示すブロック図

【図２】本発明の第２の実施例における移動体進行加速
度算出装置を使用した移動体位置速度算出装置の概略構
成を示すブロック図

【図３】本発明の第３の実施例における移動体進行加速
度算出装置で使用する絶対傾斜角算出手段の概略構成を
示すブロック図

【図４】本発明の第４の実施例における移動体進行加速
度算出装置で使用する絶対傾斜角算出手段の概略構成を
示すブロック図

【図５】本発明の第５の実施例における移動体進行加速
度算出装置で使用する絶対傾斜角算出手段の概略構成を
示すブロック図

【図６】本発明の第６の実施例における移動体進行加速
度算出装置で使用する絶対傾斜角算出手段の概略構成を
示すブロック図

【図７】従来の移動体進行加速度算出装置の概略構成を
示すブロック図

【符号の説明】

１ 傾斜角検出手段 ２ 角速度検出手段 ３ 絶対傾斜角算出手段 ４ 加速度検出手段 ５ 傾斜補正手段 ６ 絶対位置および絶対速度検出手段 ７ 加速度補正手段 ２１ 移動体進行加速度算出装置 ２２ 移動体進行方位検出手段 ２３ 絶対位置および絶対速度検出手段 ２４ 絶対位置速度補正値計算手段 ２５ 位置速度算出手段 ３１ 傾斜角低域通過手段 ３２ 角速度積分手段 ３３ 積分角度低域通過手段 ３４ 角度補正値計算手段 ４１ 傾斜角低域通過手段 ４２ 角速度高域通過手段 ４３ 角速度積分手段 ４４ 絶対傾斜角計算手段 ５１ 傾斜角低域通過手段 ５２ 角速度積分手段 ５３ 積分角度低域通過手段 ５４ 角度補正値計算手段 ５５ 停止状態検出手段 ６１ 傾斜角低域通過手段 ６２ 角速度高域通過手段 ６３ 角速度積分手段 ６４ 絶対傾斜角計算手段 ６５ 停止状態検出手段 ７１ 加速度検出手段 ７２ 絶対位置および絶対速度検出手段 ７３ 傾斜補正手段 ７４ 加速度補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 辻 弘 彰 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番 １号 松下通信工業株式会社内 (72)発明者 水 野 勝 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番 １号 松下通信工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−28672（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−215564（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−317428（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−1920（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−74771（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−174574（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 21/00 - 21/24 G01C 19/00 G01P 15/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 天空上の衛星が送出する電波の情報から
   絶対位置および絶対速度を検出する絶対位置および絶対
   速度検出手段と、応答周波数が低く、重力方向に対して
   垂直な水平面と移動体の進行方向との傾斜角を検出する
   ことができる傾斜角検出手段と、重力ベクトルと移動体
   の進行方向ベクトルの２つのベクトルで決まる平面内に
   おける移動体の角速度を検出する角速度検出手段と、前
   記傾斜角検出手段により得られた傾斜角により、前記角
   速度検出手段で得られた角速度の積分値を補正して、高
   い周波数までの角度変動まで対応して移動体の絶対傾斜
   角を算出する絶対傾斜角算出手段と、移動体進行方向の
   加速度を検出する加速度検出手段と、加速度検出手段で
   得られた加速度から、前記絶対傾斜角算出手段で得られ
   た絶対傾斜角により求めた重力による影響を除去した加
   速度を算出する傾斜補正手段と、前記絶対位置および絶
   対速度検出手段で絶対速度が得られた際には、その絶対
   速度と傾斜補正手段で得られた加速度の時間積分値との
   比較、あるいは絶対速度の時間差分と加速度との比較に
   より、加速度のオフセット誤差を推定し、進行加速度を
   補正する加速度補正手段とを備えた移動体進行加速度算
   出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の移動体進行加速度算出装
   置と、移動体が進行する絶対方位を検出するあるいは算
   出する移動体進行方位検出手段と、移動体進行加速度算
   出装置で得られた加速度の大きさと移動体進行方位検出
   手段で得られた加速度方位から加速度ベクトルを求め、
   その加速度ベクトルを補正しながら時間積分することで
   移動体速度および移動体位置を算出する位置速度算出手
   段と、天空上の衛星が送出する電波の情報から絶対位置
   および絶対速度を検出する絶対位置および絶対速度検出
   手段と、絶対位置および絶対速度検出手段により絶対位
   置および速度が得られたときには、前記位置速度算出手
   段の出力である位置、速度との差分から、位置速度算出
   手段の位置、速度を補正するための補正値を計算する絶
   対位置速度補正値計算手段とを備えた移動体位置速度算
   出装置。
3. 【請求項３】 請求項１で用いる絶対傾斜角算出手段
   が、傾斜角検出手段により求められた傾斜角の低域周波
   数成分だけを取り出す傾斜角低域通過手段と、角速度検
   出手段で得られた角速度を時間積分して絶対傾斜角を計
   算する角速度積分手段と、角速度積分手段で得られた角
   度値の低域周波数成分だけを取り出す積分角度低域通過
   手段と、積分角度低域通過手段から得られた出力から、
   前記傾斜角低域通過手段で得られた傾斜角の低域通過成
   分を差し引くことにより、絶対傾斜角の基準である重力
   方向に対して垂直な水平面と相対回転角度の基準とのオ
   フセットを求める角度補正値計算手段とを備え、前記角
   速度積分手段の出力を絶対傾斜角算出手段の出力とする
   ことを特徴とする請求項１記載の移動体進行加速度算出
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１で用いる絶対傾斜角算出手段
   が、傾斜角検出手段により求められた傾斜角の低域周波
   数成分だけを取り出す傾斜角低域通過手段と、角速度検
   出手段で得られた角速度の高域周波数成分だけを取り出
   す角速度高域通過手段と、高域周波数成分を取り出され
   た角速度を時間積分して角成分を算出する角速度積分手
   段と、角速度積分手段から得られた角速度高域成分と前
   記傾斜角低域通過手段から得られた傾斜角の低域通過成
   分とを加えることにより、重力方向に対して垂直な水平
   面を基準にした絶対傾斜角を算出する絶対傾斜角計算手
   段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の移動体進
   行加速度算出装置。
5. 【請求項５】 請求項１で用いる絶対傾斜角算出手段
   が、移動体が移動中ではなく、停止中あるいは停止に近
   い状態であるかどうかを検出する停止状態検出手段と、
   傾斜角検出手段により求められた傾斜角に対し、前記停
   止状態検出手段で停車状態と判断されたときのみ低域周
   波数成分を取り出し、停車状態でない場合にはその直前
   の停車状態時の値を保持する傾斜角低域通過手段と、角
   速度検出手段で得られた角速度を時間積分して絶対傾斜
   角を計算する角速度積分手段と、角速度積分手段で得ら
   れた角度値の低域周波数成分だけを取り出す積分角度低
   域通過手段と、積分角度低域通過手段から得られた出力
   から、前記傾斜角低域通過手段で得られた傾斜角の低域
   通過成分を差し引くことにより、絶対傾斜角の基準であ
   る重力方向に対して垂直な水平面と相対回転角度の基準
   とのオフセットを求める角度補正値計算手段とを備え、
   前記角速度積分手段の出力を絶対傾斜角算出手段の出力
   とすることを特徴とする請求項１記載の移動体進行加速
   度算出装置。
6. 【請求項６】 請求項１で用いる絶対傾斜角算出手段
   が、移動体が移動中ではなく、停止中あるいは停止に近
   い状態であるかどうかを検出する停止状態検出手段と、
   傾斜角検出手段により求められた傾斜角の低域周波数成
   分だけを取り出す傾斜角低域通過手段と、角速度検出手
   段で得られた角速度の高域周波数成分だけを取り出す角
   速度高域通過手段と、高域周波数成分を取り出された角
   速度を時間積分して角成分を算出する角速度積分手段
   と、前記停止状態検出手段により停止状態と判断された
   ときと停止状態ではないと判断されたときで重みづけを
   変えて、前記角速度高域通過手段から得られた角速度高
   域成分と傾斜角低域通過手段から得られた傾斜角の低域
   通過成分とをその重みづけで加えることにより、重力方
   向に対して垂直な水平面を基準にした絶対傾斜角を算出
   する絶対傾斜角計算手段とを備えたことを特徴とする請
   求項１記載の移動体進行加速度算出装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の移動体進行加速度算出装
   置に代えて、請求項３から６のいずれかに記載にした移
   動体進行速度算出装置を備えたことを特徴とする請求項
   ２記載の移動体進行加速度算出装置。