JP3783257B2 - Navigation device - Google Patents

Description

【００１１】
次に、ＥＣＵ３から得られる車速パルスより得た車両１の速度ｖ_nを時間軸で積分して車両１の移動距離ΔＤ_nを求める。ただし、初期速度をｖ₀とする。
【００１２】
【数２】

【００１３】
演算装置４は車両１の時刻ｎにおける移動距離ΔＤ_n及び移動方位θ_nを求めると、図２７に示すように、初期位置（ｘ₀，ｙ₀）からの累積演算を行なうことにより、車両１の現在位置（ｘ_n，ｙ_n）を求めていた。
【００１４】
【数３】

【００１５】
【数４】

【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
このナビゲーション装置においては、車両１の移動距離を検出するために車両１のＥＣＵ３から車速パルスのような速度信号を取り出しており、車両１に対してナビゲーション装置を後付けする際には、車両１に配線工事が必要となり使用者に負担がかかると共に、車両１の種類によっては設計上の問題から配線を接続できないことが有った。また、ＥＣＵ３対して配線工事をすることによって、ＥＣＵ３が誤動作を起こす危険性も有り得るという問題点を有していた。
【００１７】
また、ＥＣＵ３への配線工事を必要とせずに車両１の移動距離を検出するための手段としては車両１の進行方向における加速度を検出する加速度センサなどが考えられるが、この加速度センサやジャイロセンサ２のようなセンサは、バイアス値（検出する加速度または角速度が零の時の出力値）が時間経過や温度変化などの外的要因によって変動するので、センサからの出力値には必然的に誤差が含まれてしまい、精度良く加速度や角速度を検出できないという問題、また、加速度センサは、車両１が坂路走行するような場合など、地球の重力加速度の進行方向成分を加速度センサが検出してしまうので、加速度センサの出力には誤差が含まれ、精度良く加速度を検出できないというような問題があり、加速度センサやジャイロセンサ２の出力値に誤差が含まれるような場合は、演算装置４で求める移動距離及び移動方位にも誤差が含まれる。この誤差はたとえ僅かなものであっても累積演算していくために、車両１の移動時間の長さに伴って誤差も累積されて、無視できないほど大きな誤差になるという問題点を有していた。
【００１８】
本発明は、車両への配線工事を必要とせず、且つ精度良く車両の位置を求めることをのできるナビゲーション装置を提供することを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、車両の位置を求めるナビゲーション装置であって、車両の加速度を検出する加速度検出手段の出力データを基に車両の位置を演算する演算手段を備えた。
【００２０】
これにより、車両から信号を取り出すことなく、自立型の測位を行うことのできるナビゲーション装置が得られる。
【００２８】
本発明の請求項１に記載の発明は、ヨー角速度検出手段とＹ方向加速度検出手段とから、車両の進行方向における補正速度を求め、この補正速度を用いて車両の移動距離を求める構成としたことから、Ｘ方向加速度検出手段の出力データから得られる移動距離の累積誤差を低減できる。
【００２９】
本発明の請求項２に記載の発明は、ヨー角速度検出手段とＹ方向加速度検出手段とから、車両の進行方向における速度の補正係数を求め、この補正係数を用いてＸ方向加速度検出手段の出力データを補正する構成としたことから、Ｘ方向加速度検出手段の出力データから得られる移動距離の累積誤差を低減できる。
【００３０】
本発明の請求項４に記載の発明は、加速度検出手段の出力値の変化から車両の停止状態を判定するように構成しており、車両が停止している状態を判断することができる。
【００３４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
（実施例１）
図１は本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。図１において、１００は自動車などの車両（図２参照）、１０１は車両１００の加速度を検出する加速度センサ、１０２は車両１００の角速度を検出するジャイロセンサ、１０７は加速度センサ１０１の出力データから車両１００の移動距離を算出する移動距離算出手段、１０８はジャイロセンサ１０２の出力データから車両１００の移動方位を算出する移動方位算出手段、１０９は移動距離算出手段１０７及び移動方位算出手段１０８の算出結果から車両１００の位置を演算する演算手段である。
【００３６】
１０４はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk - Read Only Memory）などの記憶媒体にディジタル化された地図データを記憶した地図記憶手段、１０５はＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示画面を備えた表示手段、１０６は演算手段１０９から車両１００の位置情報が得られると、地図記憶手段１０４から所定の領域の地図データを読み出し、車両１００の位置と共に表示手段１０５に表示させる制御手段である。
【００３７】
図２は本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図を示しており、車両１００を真上から見た状態を想定している。図２に示すように、加速度センサ１０１は、車両１００の進行方向（図３におけるＸ軸方向）の加速度を、ジャイロセンサ１０２は車両１００の鉛直軸（図３におけるＺ軸）回りの角速度をそれぞれ検出可能に車両１００に配されている。
【００３８】
図３は本発明の第１の実施例における車両の座標系を示す図である。図３に示すように、水平面内で車両１００の進行方向にＸ軸、これと垂直な方向にＹ軸、さらに車両の重力方向にＺ軸をとっている。以下の説明ではＸ軸回りの車両１００の動作をロール動作と称し、ロール動作により車両１００が回転した角度をロール角θ_xと称する。同様にＹ軸回りの車両１００の動作をピッチ動作と称し、ピッチ動作により車両１００が回転した角度をピッチ角θ_y、さらにＺ軸回りの車両１００の動作をヨー動作と称し、ヨー動作により車両１００が回転した角度をヨー角θ_zと称する。なお、ヨー角θ_zは車両１００の進行方向の変化を表すことになるので、移動方位θ_zとも称する。
【００３９】
以上のように構成されたナビゲーション装置について、加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２の出力データから、演算手段１０９により車両１００の位置を求める動作について説明する。
【００４０】
図１に示すように、所定の時間周期Δｔ毎に加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２からデータが演算手段１０９に対して出力される。なお、加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２からの出力データは、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器（図示せず）を介し、ディジタルデータとして演算手段１０９に入力される。演算手段１０９は加速度センサ１０１の出力データを加速度ａ_xnに、ジャイロセンサ１０２の出力データを角速度ω_znにそれぞれ換算する。
【００４１】
まず、移動距離算出手段１０７は加速度ａ_xnを得ると、（数５）によって車両１００の速度ｖ_xnを演算する。ただし、時刻ｎでの速度をｖ_xn、加速度をａ_xn、加速度センサ１０１から出力データを得る時間周期をΔｔとし、ｖ_x0は初期速度である。
【００４２】
【数５】

【００４３】
この（数５）によって時間周期Δｔにおける車両１００の速度ｖ_xnが得られると、移動距離算出手段１０７は、（数６）によって時間周期Δｔにおける車両１００の移動距離ΔＤ_nを求める。
【００４４】
【数６】

【００４５】
また、移動方位算出手段１０８は角速度ω_zn得ると、（数７）から時間周期Δｔにおける車両１００の移動方位θ_znを得る。
【００４６】
【数７】

【００４７】
演算手段１０９は、時刻ｎにおける移動距離ΔＤ_n及び移動方位θ_znを、移動距離算出手段１０７及び移動方位算出手段１０８からそれぞれ得ると、図２９に示すような初期位置（ｘ₀，ｙ₀）からの累積演算を（数８）及び（数９）を用いて実行することにより、時刻ｎにおける車両１００の位置（ｘ_n，ｙ_n）を求める。
【００４８】
【数８】

【００４９】
【数９】

【００５０】
車両１００の位置（ｘ_n，ｙ_n）が決まると、制御手段１０６は、演算手段１０９で求められた車両１００の位置を、必要があれば地図記憶手段１０４の地図データ上の座標系に変換し、地図データ上に車両１００の位置をマークして表示手段１０５に出力する。
【００５１】
以上のように本実施例では、加速度センサ１０１の出力データから所定の時間周期Δｔにおける車両１００の移動距離を求めることができるので、車両１００から信号を受けなくとも車両１００の位置を求めることが可能となり、配線工事を必要としないナビゲーション装置を実現できる。
【００５２】
ここで、上記の説明では、車両１００の移動方位をジャイロセンサ１０２の出力データから求めているが、ジャイロセンサ１０２ではなく、加速度センサを用いて移動方位を求める手法について、以下に説明する。
【００５３】
図４は本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。図４において、１１０は車両１００の加速度を検出する加速度センサであり、加速度センサ１０１とは異なる方向の加速度を検出する。１１１は加速度センサ１１０の出力データから車両１００の移動方位を算出する移動方位算出手段、１１２は移動距離算出手段１０７及び移動方位算出手段１１１の算出結果から車両１００の位置を求める演算手段である。なお、図１に示した符号と同じ符号を付しているものは、同じ働きを行うものとする。
【００５４】
図５は本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図を示しており、車両１００を真上から見た状態を想定している。図５に示すように、加速度センサ１０１は車両１００の進行方向（図３におけるＸ軸方向）の加速度を、加速度センサ１１０は、水平面内において車両１００の進行方向に対して垂直な方向（図３におけるＹ軸方向）の加速度を検出可能にそれぞれ配されている。
【００５５】
以上のように構成されたナビゲーション装置について、加速度センサ１０１及び加速度センサ１１０の出力データから、演算手段１１２により車両１００の位置を求める動作について説明する。
【００５６】
所定の時間周期Δｔ毎に、加速度センサ１０１及び加速度センサ１１０からデータが演算手段１１２に対して出力される。演算手段１１２は、加速度センサ１０１及び加速度センサ１１０からの出力データを、加速度ａ_xn及び加速度ａ_ynにそれぞれ換算する。前述のように加速度センサ１０１の出力データから、移動距離算出手段１０７は（数５）により時刻ｎにおける車両１００の速度ｖ_xnを求め、さらに（数６）から時間周期Δｔにおける移動距離ΔＤ_nを求める。
【００５７】
また、移動方位算出手段１１１は加速度センサ１１０の出力データから次のように移動方位θ_znを算出する。車両１００の横方向（図３に示すＹ軸方向）への動作を回転運動と見なすと、車両１００の遠心力と角速度ω_znとの間には、以下の（数１０）に示すような関係式が成り立つ。ただし、時刻ｎで加速度センサ１０７の出力データを換算した加速度データである加速度をａ_yn、時刻ｎにおける角速度をω_zn、車両１００の回転運動の回転半径をｒ_n、車両１００の質量をｍとする。
【００５８】
【数１０】

【００５９】
また、車両１００の角速度ω_znと速度ｖ_xnとの間には次の関係式が成り立つ。
【００６０】
【数１１】

【００６１】
（数１０）及び（数１１）から（数１２）が得られる。ここで、加速度センサ１０７の出力データから加速度ａ_ynは既知であり、また、車両１００の速度はｖ_xn既知であるので、移動方位算出手段１１１は車両１００の角速度ω_znを求めることができる。
【００６２】
【数１２】

【００６３】
移動方位算出手段１１１は、（数１２）から角速度ω_znを求めると、（数７）から時刻ｎにおける車両１００の移動方位θ_znを求める。
【００６４】
演算手段１１２は、時刻ｎにおける移動距離ΔＤ_n及び移動方位θ_znを、移動距離算出手段１０７及び移動方位算出手段１１１からそれぞれ得ると、図２９に示すような初期位置（ｘ₀，ｙ₀）からの累積演算を（数８）及び（数９）を用いて実行することによって時刻ｎにおける車両１００の位置（ｘ_n，ｙ_n）を求める。
【００６５】
以上のように、加速度センサ１１０を用いても、移動方位を求めることができ、車両１００に対して配線工事を必要としないナビゲーション装置を実現できる。
【００６６】
以上のように本実施例では、車両１００の移動距離の検出に加速度センサ１０１を設け、この加速度センサ１０１からの出力データを２回積分することにより車両１００の移動距離を求めること可能となるので、車両１００に対して配線工事を必要とせず、車両１００に対して容易に着脱可能なナビゲーション装置を実現できる。
【００６７】
（実施例２）
図６は本発明の第２の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示す図である。図６において、１１３は車両１００のピッチ動作方向に傾斜した角度（以下「ピッチ角」と称する）を算出するピッチ角算出手段、１１４ピッチ角算出手段１１０で算出されたピッチ角を一時記憶しておくピッチ角記憶手段、１１５は加速度センサ１０１の出力データ及びピッチ角記憶手段１１４に記憶されているピッチ角データから車両１００の移動距離を算出する移動距離算出手段、１１６は移動距離算出手段１１５及び移動方位算出手段１０８の出力結果から車両１００の位置を求める演算手段である。なお、図１に示した符号と同じ符号を付しているものは、同じ働きを行うものとする。
【００６８】
図７は本発明の第２の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図であり、車両１００を真上から見た状態を想定している。図７に示すように、加速度センサ１０１は車両１００の進行方向（図３におけるＸ軸方向）の加速度を、またジャイロセンサ１０２は車両１００のヨー動作方向（図３におけるＺ軸回り）の角速度をそれぞれ検出可能に配されている。
【００６９】
図８は本発明の第２の実施例における車両の坂路走行状態を示す図である。図８に示すように、第１の実施例では車両１００の移動距離を求めるために、車両１００の進行方向の加速度を検出する加速度センサ１０１を使用している。車両１００が水平面上を走行している場合は良いのであるが、車両１００が坂路を走行している場合など、車両１００がピッチ角θ_ynを有すると、重力加速度Ｇの進行方向成分であるＧsinθ_ynを加速度センサ１０１が検出してしまい、車両１００の進行方向における実際の加速度ａ_xnと加速度センサ１０１の検出する加速度Ａ_xnとが異なるという問題を生じる。
【００７０】
本実施例では、例えば坂路走行時など、車両１００がピッチ角θ_ynを有した場合に生じる加速度センサ１０１の出力誤差を補正し、精度よく車両１００の移動距離ΔＤ_nを求めることのできるナビゲーション装置について説明する。
【００７１】
図８に示したように、車両１００における実際の加速度ａ_xnは、（数１３）から得られる。ただし、ａ_xnは時刻ｎにおける車両１００の実際の加速度、Ａ_xnは時刻ｎに加速度センサ１０１が検出した加速度、Ｇは地球の重力加速度、θ_ynは時刻ｎにおける車両１００のピッチ角をそれぞれ示している。
【００７２】
【数１３】

【００７３】
この関係式は、ピッチ角θ_ynが得られると、車両１００の実際の加速度ａ_xnを求めることができるということ、つまり加速度センサ１０１の出力データを補正できることを意味している。ここで、車両１００が停止、もしくは等速走行の状態であると仮定した場合、この状態では車両１００の実際の加速度ａ_xnは零であるから、上記（数１３）は（数１４）、さらに（数１５）に変形することができる。
【００７４】
【数１４】

【００７５】
【数１５】

【００７６】
加速度センサ１０１は、所定の時間周期Δｔ毎に演算手段１１６にデータを出力する。演算手段１１６は加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２の出力データを、加速度Ａ_xn及び角速度ω_znに換算する。ピッチ角算出手段１１３は車両１００が停止している、もしくは等速走行を行っていると判断したときに、上記の（数１５）から時刻ｎにおける車両１００のピッチ角θ_ynを算出する。この算出されたピッチ角θ_ynはピッチ角記憶手段１１４に記憶される。
【００７７】
移動距離算出手段１１５は加速度センサ１０１の出力データから加速度Ａ_xnを得ると、ピッチ角θ_ynをピッチ角記憶手段１１４から読み出し、上記の（数１３）から車両１００の実際の加速度ａ_xnを得る。加速度ａ_xnを得ると、第１の実施例と同様に所定の時間周期Δｔにおける移動距離ΔＤ_nを求める。
【００７８】
また移動方位算出手段１０８は、第１の実施例と同様に、ジャイロセンサ１０２の出力データから所定の時間周期Δｔにおける時刻ｎでの移動方位θ_znを求める。
【００７９】
演算手段１１６は、移動距離算出手段１１５及び移動方位算出手段１０８から移動距離ΔＤ_n及び移動方位θ_znをそれぞれ得ると、図２９に示すような初期位置（ｘ₀，ｙ₀）からの累積演算を（数８）及び（数９）を用いて実行し、時刻ｎでの車両の位置（ｘ_n，ｙ_n）を求める。
【００８０】
なお、車両１００が停止している、もしくは等速走行を行っているというピッチ角算出手段１１３の判断基準としては、加速度センサ１０１から出力されるデータの値が所定の時間変化しないことなどが挙げられる。
【００８１】
また、図６に示す構成で、ジャイロセンサ１０２の代わりに、図４に示す加速度センサ１１０を用いても良いことは言うまでもない。
【００８２】
以上のように本実施例では、車両１００が停止状態または等速走行状態のときにピッチ角を求め、これを用いて加速度センサ１０１の出力データを補正することで、加速度センサ１０１が重力加速度の影響を受ける場合であっても、正確な車両１００の移動距離を求めることが可能となる。
【００８３】
（実施例３）
図９は本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。図９において、１１７は車両１００の角速度を検出するジャイロセンサ、１１８はジャイロセンサ１１７の出力データから車両１００のピッチ角を算出するピッチ角算出手段、１１９は加速度センサ１０１の出力データ及びピッチ角算出手段１１８から出力されるピッチ角データから車両１００の移動距離を算出する移動距離算出手段、１２０は移動距離算出手段１１９及び移動方位算出手段１０８の出力結果から車両１００の位置を求める演算手段である。なお、図１に示した符号と同じ符号を付しているものは、第１の実施例と同じ働きを行うものとする。
【００８４】
図１０及び図１１は本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図である。図１０は車両１００を真上から見た状態を、図１１は車両１００を真横から見た状態をそれぞれ想定している。図１０及び図１１に示すように、加速度センサ１０１は車両１００の進行方向（図３におけるＸ軸）の加速度を、ジャイロセンサ１０２は車両１００のヨー動作方向（図３におけるＺ軸回り）の角速度を、ジャイロセンサ１０２は車両１００のピッチ動作方向（図３におけるＹ軸回り）の角速度をそれぞれ検出可能に配されている。
【００８５】
本実施例が第２の実施例と異なるのは、第２の実施例では車両１００が停止状態、または等速走行状態において車両１００のピッチ角を求めて更新していたので、道路勾配の変化が激しい場合などには正確なピッチ角を得ることが難しかったのに対し、本実施例では、車両１００の走行状態に関わらず所定の時間周期毎にピッチ角を求めることが可能な点においてである。
【００８６】
図９に示すように、所定の時間周期Δｔ毎に加速度センサ１０１、ジャイロセンサ１０２及びジャイロセンサ１１７は、演算手段１２０に対してデータを出力する。演算手段１２０は加速度センサ１０１、ジャイロセンサ１０２及びジャイロセンサ１１７からの出力データを、加速度ａ_xn、角速度ω_zn及び角速度ω_ynにそれぞれ換算する。ピッチ角算出手段１１８は時刻ｎにおける角速度ω_ynを得ると、以下に示す（数１６）からピッチ角θ_ynを求める。ただし、θ_y0は車両１００のピッチ動作方向における初期角度である。
【００８７】
【数１６】

【００８８】
移動距離算出手段１１９は、このピッチ角θ_ynを用い、前述の（数１３）により加速度センサ１０１が検出した加速度Ａ_xnを補正し、車両１００の実際の加速度ａ_xnを得る。さらに移動距離算出手段１１９は加速度ａ_xnが得られると、第１の実施例と同様に（数５）及び（数６）から時刻ｎにおける車両１００の移動距離ΔＤ_nを求める。
【００８９】
また移動方位算出手段１０８は、第１の実施例と同様に、ジャイロセンサ１０２の出力データから移動方位θ_znを算出する。
【００９０】
演算手段１２０は、移動距離算出手段１１９及び移動方位算出手段１０８から時刻ｎにおける移動距離ΔＤ_n及び移動方位θ_znをそれぞれ得ると、図２９に示すような初期位置（ｘ₀，ｙ₀）からの累積演算を（数８）及び（数９）を用いて実行し、時刻ｎでの車両の位置（ｘ_n，ｙ_n）を求める。
【００９１】
以上の説明では、車両１００のピッチ動作方向の角速度ω_ynを検出するジャイロセンサ１１７の出力データから車両１００のピッチ角θ_ynを求める構成としているが、車両１００の鉛直軸方向（図３におけるＺ軸方向）の加速度ａ_znを検出する加速度センサ１２１（図１２参照）を用いてもピッチ角θ_ynを求めることが可能であり、以下にその説明を行う。
【００９２】
図１２は本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。図１２において、１２１は車両１００の加速度を検出する加速度センサ、１２２は加速度センサ１２１の出力データから車両１００のピッチ角を算出するピッチ角算出手段、１２３は移動距離算出手段１１９及び移動方位算出手段１０８の出力から車両１００の位置を求める演算手段である。なお、図１に示した符号と同じ符号を付しているものは、第１の実施例と同じ働きを行うものとする。
【００９３】
図１３及び図１４は本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図である。図１３は車両１００を真上から見た状態を、図１４は車両１００を真横から見た状態をそれぞれ想定している。図１０及び図１１に示すように、加速度センサ１０１は車両１００の進行方向（図３におけるＸ軸方向）の加速度を、ジャイロセンサ１０２は車両１００のヨー動作方向（図３におけるＺ軸回り）の角速度を、加速度センサ１２１は車両１００の鉛直軸方向（図３におけるＺ軸方向）の加速度をそれぞれ検出可能に配されている。
【００９４】
ピッチ角算出手段１２２では、次に示すような考え方で車両１００のピッチ角θ_ynを求める。図１５は本発明の第３の実施例における車両の走行状態の概念図であり、図１５に示すように、車両１００が徐々に勾配の増加していく坂道を上っていくと考え、このとき車両１００の遠心力について関係式をたてると（数１７）が得られる。ただし、車両１００の進行方向の速度をｖ_xn-1、加速度センサ１２１の出力データから得る加速度Ａ_znの変化量をΔＡ_zn、Ｙ軸回りの角速度をω_ynとしている。
【００９５】
【数１７】

【００９６】
この（数１７）により角速度ω_ynが求まると、時間変化をΔｔとして、ピッチ角θ_ynの増加分であるΔθ_ynは（数１８）から求めることができる。
【００９７】
【数１８】

【００９８】
このようにして時刻ｎにおける車両１００のピッチ角の増加分Δθ_ynを求めることができるので、前回の演算したピッチ角θ_yn-1に、（数１８）により求めた変化分を加えることで、ピッチ角θ_ynを逐次求めることが可能となる。
【００９９】
上記のように加速度センサ１２１の出力データからピッチ角算出手段１２２においてピッチ角θ_ynが得ると、移動距離算出手段１１９は（数１３）により加速度センサ１０１の検出した加速度Ａ_xnを補正して、車両１００に係る実際の加速度ａ_xnを得る。移動距離算出手段１１９は（数５）及び（数６）から車両１００の移動距離ΔＤ_nを求める。
【０１００】
また移動方位算出手段１０８は、第１の実施例と同様に、ジャイロセンサ１０２の出力データから移動方位θ_znを算出する。
【０１０１】
演算手段１２３は、移動距離算出手段１１９及び移動方位算出手段１０８から時刻ｎにおける移動距離ΔＤ_n及び移動方位θ_znをそれぞれ得ると、図２９に示すような初期位置（ｘ₀，ｙ₀）からの累積演算を（数８）及び（数９）を用いて実行し、時刻ｎでの車両の位置（ｘ_n，ｙ_n）を求める。
【０１０２】
また、図１２に示す構成の場合、ピッチ角算出手段１２２は次のようにしてもピッチ角θ_ynを求めることが可能である。車両１００の進行方向における実際の加速度ａ_xn、加速度センサ１０１の検出した加速度Ａ_xn及び加速度センサ１２１の検出した加速度Ａ_znは、（数１９）のような関係がある。
【０１０３】
【数１９】

【０１０４】
この（数１９）は（数２０）のように変形をすることができる。
【０１０５】
【数２０】

【０１０６】
ここで、車両１００の進行方向における実際の加速度ａ_xnと加速度センサ１０１の検出した加速度Ａ_xnとの間には、（数１３）の関係があるため、加速度センサ１０１の検出した加速度Ａ_xnが次に示す（数２１）の条件を満たす場合に、車両１００の進行方向における実際の加速度ａ_xnと加速度センサ１０１の検出した加速度Ａ_xnとの符号が一致し、車両１００の進行方向における実際の加速度ａ_xnを算出することができる。
【０１０７】
【数２１】

【０１０８】
つまり、ピッチ角算出手段１２２は、加速度センサ１０１の検出した加速度Ａ_xnが（数１３）の条件式を満たしているかどうかの判断を行い、条件を満たしていれば、次に示す（数２２）からピッチ角θ_ynを求める。
【０１０９】
【数２２】

【０１１０】
以上のように本実施例では、ジャイロセンサ１１７または加速度センサ１２１を設けることによって車両１００のピッチ角の増分を随時求めることが可能となるので、道路勾配の微小な変化に対応し、車両１００の移動距離を正確に算出することが可能となる。ただし、ジャイロセンサ１１７は加速度センサ１２１に比べて非常に高価なものなので、加速度センサ１２１の方が装置自体の価格を抑えることができる。
【０１１１】
なお、図９及び図１２に示すジャイロセンサ１０２の代わりに、加速度センサ１１０（図４参照）を用いて車両１００の移動方位を算出することが可能であることは言うまでもないことである。特に、図１２におけるジャイロセンサ１０２の代わりに加速度センサ１１０を用いることによって、３軸方向をそれぞれ加速度センサ１０１、１１０及び１１７で検出することになるので、これら３個の加速度センサ１０１、１１０及び１１７を半導体マイクロマシニングにより製作された半導体加速度センサによって構成することにより、加速度センサ３個をＩＣ１個で構成できることになり、安価で小型化を図ることが可能となる。
【０１１２】
また、図１２に示す実施例では、Ｘ軸方向の加速度を検出する加速度センサ１０１の出力データを基に移動距離を、Ｚ軸方向の加速度を検出する加速度センサ１２１の出力データを基にピッチ角θ_ynをそれぞれ算出するようにしているが、ピッチ角θ_ynの値が小さい場合は、加速度センサ１２１の出力変化がほとんど無いため、加速度センサ１０１、１２１の代わり、ピッチ角θ_ynの値が小さい場合であってもセンサの出力変化を出すために、図１６に示すように加速度センサ３０１、３０２を配置しても良い。これは、図１７に示すように、加速度センサ３０１、３０２の各検出軸がＸＺ平面に位置するように加速度センサ３０１、３０２を配置すると共に、加速度センサ３０１の検出軸（α軸）とＸ軸とのなす角度を４５度に、加速度センサ３０２の検出軸（β軸）と加速度センサ３０１の検出軸とのなす角度を９０度に配した場合について示している。加速度センサ３０１、３０２の出力値について、Ｘ軸方向の成分及びＺ軸方向の成分をそれぞれ算出すれば、前述のように演算手段１２３においてピッチ角θ_yn及び移動距離ΔＤ_nを算出することができる。
【０１１３】
（実施例４）
図１８は本発明の第４の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図でる。図１８において、１２４は補正速度を算出する補正速度算出手段、１２５は補正速度算出手段１２４で算出した補正速度を用いて車両１００の移動距離を算出する移動距離算出手段、移動距離算出手段１２５及び移動方位算出手段１０８の出力から車両１００の位置を求める演算手段である。なお、図１に示した符号と同じ符号を付しているものは、第１の実施例と同じ働きを行うものとする。
【０１１４】
図１９は本発明の第４の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図であり、車両１００を真上から見た状態を想定している。図１９に示すように、加速度センサ１０１は車両１００の進行方向（図３におけるＸ軸方向）の加速度を、ジャイロセンサ１０２は車両１００のヨー動作方向（図３におけるＺ軸回り）の角速度を、加速度センサ１１０は水平面内において進行方向と垂直な方向（図３におけるＹ軸方向）の加速度をそれぞれ検出可能に配されている。
【０１１５】
第１の実施例に説明したように、車両１００の移動距離は加速度センサ１０１の出力から求めるのであるが、車両１００のピッチ動作や温度変化などにより、加速度センサ１０１に出力誤差があると、加速度センサ１０１の出力データを基に算出される移動距離にも誤差が含まれてしまう。車両１００の位置は累積演算により求めるので誤差も共に累積されることになる。よって例え僅かな誤差であっても、車両１００の走行距離が長くなると無視できない大きさになるといった問題点を有していた。
【０１１６】
加速度センサ１０１の検出した加速度に含まれる誤差をキャンセルすることについて以下に説明する。
【０１１７】
補正速度算出手段１２４は、次のような考え方で車両１００の補正速度を求める。時刻ｎにおいて車両１００がＺ軸回りの回転運動を行っているときの遠心力、すなわち加速度センサ１１０の検出する加速度ａ_ynと、ジャイロセンサ１０２の検出する角速度ω_znとの間には、（数２３）に示す関係式が成り立つ。ただし、車両１００の質量をｍ、時刻ｎでの車両１００の回転運動の半径をｒ_nとする。
【０１１８】
【数２３】

【０１１９】
また、ジャイロセンサ１０２の検出する角速度ω_znと、車両１００の時刻ｎにおける周速度（以下「補正速度」と称する）Ｖ_nとは（数２４）の関係がある。
【０１２０】
【数２４】

【０１２１】
（数２３）及び（数２４）から（数２５）が得られ、この（数２５）により時刻ｎにおける補正速度Ｖ_nを求めることが可能となる。
【０１２２】
【数２５】

【０１２３】
補正速度算出手段１２４は、加速度センサ１１０及びジャイロセンサ１０２の出力データを基に（数２５）から補正速度Ｖ_nを求める。
【０１２４】
移動距離算出手段１２５は、加速度センサから時刻ｎにおける加速度ａ_xnを得ると、第１の実施例に示すように（数５）により時刻ｎにおける速度ｖ_xnを求める。ここで、車両１００がＺ軸回りの回転運動をし、補正速度算出手段１２４で補正速度Ｖ_nが得られた場合、（数６）における速度ｖ_xnの代わりに補正速度Ｖ_nを用いて車両１００の移動距離ΔＤ_nを算出する。
【０１２５】
また移動方位算出手段１０８は、第１の実施例と同様に、ジャイロセンサ１０２の出力データから時刻ｎにおける移動方位θ_znを算出する。なお、移動方位θ_znは加速度センサ１１０の出力データから求めても良いことは第２の実施例に開示している。
【０１２６】
また、速度ｖ_xnの代わりに補正速度Ｖ_nを置き換えるのではなく、速度ｖ_xnと補正速度Ｖ_nとの差は（数５）の右辺第２項における誤差により生じる誤差であるから、速度ｖ_xnと補正速度Ｖ_nとの関係を表す補正係数を求め、以後加速度センサ１０１から得る加速度ａ_xnを補正係数により補正しても良い。
【０１２７】
演算手段１２６は、移動距離算出手段１２５及び移動方位算出手段１０８から時刻ｎにおける移動距離ΔＤ_n及び移動方位θ_znをそれぞれ得ると、図２９に示すような初期位置（ｘ₀，ｙ₀）からの累積演算を（数８）及び（数９）を用いて実行し、時刻ｎでの車両の位置（ｘ_n，ｙ_n）を求める。
【０１２８】
以上のように本実施例では、車両１００がＺ軸回りの回転動作をしたとき、ジャイロセンサ１０２及び加速度センサ１１０の出力データから補正速度を求め、この補正速度から移動距離を算出することにより、それまで累積していた移動距離に含まれる誤差をキャンセルして、精度の良い車両１００の位置を求めることが可能なる。
【０１２９】
なお、従来例に示したように、加速度センサ１０１の出力データの代わりに、車両１００から検出可能な車輪の回転数に応じた信号から移動距離を算出するようにしても本実施例の目的を達成することが可能である。
【０１３０】
（実施例５）
図２０は本発明の第５の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。図２０において、２０４は加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２のバイアス値（検出する加速度または角速度の大きさが零のときの出力電圧値）を記憶するバイアス値メモリ、２０１はバイアス値メモリ２０４に記憶されたバイアス値を基に、加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２からの出力データを加速度及び角速度に換算すると共に、移動距離算出手段１０７及び移動方位算出手段１０８の算出結果から車両１００の位置を演算する演算手段、２０２は加速度センサ１０１からの出力データを一時的に記憶する出力値記憶手段、２０３は出力値記憶手段２０２に記憶された加速度センサ１０１の出力データを基に車両１００の停止状態を判定する停止判定手段、２０５は停止判定手段２０３の判定結果からバイアス値メモリ２０４におけるバイアス値の書き換え処理を制御する制御手段である。
【０１３１】
なお、第１の実施例と同様に、制御手段２０５は演算手段２０１から車両１００の位置を得ると、地図記憶手段１０４から地図データを読み出して表示手段１０５に表示させる。また、第１の実施例の符号と同じ符号を付しているものは同じ働きを行うものとする。
【０１３２】
図２１は本発明の第５の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図であり、図２１に示すように、加速度センサ１０１は車両１００の進行方向（図３におけるＸ軸方向）の加速度を検出し、ジャイロセンサ１０２は車両１００のヨー動作方向（図３におけるＺ軸回り）の角速度をそれぞれ検出可能に車両１００に配されている。
【０１３３】
図２２は加速度センサまたはジャイロセンサの出力特性を示す図である。加速度センサ１０１またはジャイロセンサ１０２、検出する加速度または角速度の大きさに比例した電圧を出力するのであるセンサである。このような加速度センサまたはジャイロセンサでは、図２２に示すような出力電圧値が得られる。しかしながら、図２２に示すように全てが正の値であるため、正負の符号を持たせるためにセンサから得られた出力値からバイアス値を差し引く処理が必要となる。
【０１３４】
ところが、バイアス値は時間の経過や温度の変化などの外的要因によって不規則に変動するという特徴がある。例えば図２２において、実線Ｒの出力特性が得られているとする。ここで前述のような外的要因により破線Ｒ’に出力特性が変わってしまう。
【０１３５】
このようなバイアスの誤差は、算出される移動距離及び移動方位の誤差となり、たとえ僅かな誤差であっても累積演算により誤差も累積され、次第に無視できないものとなってしまう。特に車両１００が実際には停止しているにもかかわらず、誤差によって零でない加速度データまたは角速度データが得られ、地図データ上では移動してしまうといった不具合が生じてしまうこともある。
【０１３６】
よって精度の良い車両１００の位置を検出するためには、このバイアス値の変動による誤差を取り除いてやることが必要なのであるが、加速度センサまたはジャイロセンサは、その構成上、加速度または角速度の大きさが零であることを検出することは不可能である。そこで車両１００に係る加速度または角速度の大きさが零の状態、つまり車両１００の停止状態を判定し、このときの加速度センサ１０１またはジャイロセンサ１０２の出力電圧をバイアス値として新たに更新する。
【０１３７】
加速度センサ１０１の出力データを基に移動距離算出手段１０７で移動距離を算出し、ジャイロセンサ１０２の出力データを基に移動方位算出手段１０８で移動方位を算出し、この移動距離及び移動方位をに基づいて演算手段２０１において車両１００の位置を求める処理は第１の実施例と同様であり説明を省略する。
【０１３８】
図２３は本発明の第５の実施例における停止判定手段の動作を示すフローチャートであり、加速度センサ１０１の出力データの変化から車両１００の停止状態を判定する処理について説明している。
【０１３９】
図２３に示すように、まず、第１加速度センサ２１の出力データを所定の時間ΔＴ毎に出力値記憶手段２０２に一時的に記憶させる（Ｓｔｅｐ５０１）。
【０１４０】
所定の時間ΔＴに達すると、制御手段２０５からの指示により、停止判定手段２０３は出力値記憶手段２０２に記憶された加速度センサ１０１の複数個の出力データｐ_nの平均値Ｐを求める（Ｓｔｅｐ５０２）。
【０１４１】
【数２６】

【０１４２】
次に、所定の時間ΔＴにおいて出力値記憶手段２０２に記憶された加速度センサ１０１の個々の出力データｐ_nと、（数２６）で求めた平均値Ｐの差を求めて２乗し、さらに個々に求めた値の和ｐΔＴを求める（Ｓｔｅｐ５０３）。
【０１４３】
【数２７】

【０１４４】
停止判定手段２０３は、（数２７）により求めたｐΔＴの値と、予め定めておいた閾値ｋ１とを比較し（Ｓｔｅｐ５０４）、ｐΔＴの値が閾値ｋ１以下の値であれば車両１００は停止状態であり（Ｓｔｅｐ５０５）、ｐΔＴの値が閾値ｋ１より大きい値であれば、車両１００は非停止状態であると判定する（Ｓｔｅｐ５０６）。
【０１４５】
つまり所定の時間ΔＴにおけるジャイロセンサ１０２の出力値を分散処理した値が、閾値ｋ２の示す値以下であれば車両１００が停止状態であると判定する。
【０１４６】
閾値ｋ１を定める基準としては、車両１００が停止している状態と等速走行している状態との境界に設定するのが好ましい。車両１００の停止状態と等速走行状態とを比較すると、車両１００が停止している状態の加速度センサ１０１の出力データは、ほとんど変動が無くバイアス値にほぼ等しい。一方車両１０が等速走行している状態の出力データは、車両１００の微小な加減速を検出してしまうために、バイアス値にほぼ等しくなることはなく、等速走行時における加速度センサ１０１の出力データの変動は、停止時の出力データの変動よりも大きく検出される。よって、この境界に閾値ｋ１を設定することにより、車両１００の停止状態を正確に判定することが可能となる。
【０１４７】
また、上記説明では加速度センサ１０１の出力データの変化から車両１００の停止状態を判定する処理について示したものであるが、ジャイロセンサ１０２の出力データからでも同様にして車両１００の停止状態を判定することが可能であり、以下に説明する。
【０１４８】
図２４は本発明の第５の実施例における停止判定手段の動作を示すフローチャートであり、ジャイロセンサ１０２の出力データの変化から車両１００の停止状態を判定する処理について示している。ただし、図２０に示す出力値記憶手段２０２はジャイロセンサ１０２の出力データを記憶する。
【０１４９】
図２４に示すように、まず、ジャイロセンサ１０２の出力データｑ_nを所定の時間ΔＴ毎に出力値記憶手段２０２に記憶させ（Ｓｔｅｐ８０１）、制御手段２０５からの指示により所定の時間ΔＴにおけるジャイロセンサ１０２の出力値ｑ_nの平均値Ｑを求める（Ｓｔｅｐ８０２）。
【０１５０】
【数２８】

【０１５１】
次に、所定の時間ΔＴの間に出力記憶手段２０２に記憶されたジャイロセンサ１０２の個々の出力データｑ_nと、（数２８）から求めた平均値Ｑとの差を求めて２乗し、さらに個々に求めた値の和ｑΔＴを求める（Ｓｔｅｐ８０３）。
【０１５２】
【数２９】

【０１５３】
この（数２９）により求めたｑΔＴの値と、予め定めておいた閾値ｋ２とを比較し（Ｓｔｅｐ８０４）、ｑΔＴの値が閾値ｋ２以下のの値であれば車両１００は停止状態（Ｓｔｅｐ８０５）であると判定し、ｑΔＴの値が閾値ｋ２よりも大きい値であれば車両１００は非停止状態であると判定する（Ｓｔｅｐ８０６）。
【０１５４】
つまり所定の時間ΔＴにおけるジャイロセンサ１０２の出力値を分散処理した値が、閾値ｋ２の示す値以下であれば車両１００が停止状態であると判定する。
【０１５５】
閾値ｋ２を定める基準としては、車両１００が停止している場合と直進走行している場合との間に設定することが望ましい。車両１００が停止している場合と直進走行している場合とを比較すると、車両１００が停止している場合のジャイロセンサ１０２の出力データは、ほとんど変動が無くバイアス値にほぼ等しい。一方車両１００が直進走行している場合は、車両１００が微小な蛇行走行を検出してしまい、ジャイロセンサ１０２の出力データはバイアス値とほぼ等しくなることはなく、直進走行時のジャイロセンサ１０２の出力データの変動は、停止時の出力データの変動よりも大きく検出される。よって、この境界に閾値ｋ２を設定することにより、車両１００の停止状態を正確に判定することが可能となる。
【０１５６】
以上のように、加速度センサ１０１またはジャイロセンサ１０２の出力変化に基づいて停止判定手段２０３が車両１００の停止状態を判定すると、制御手段２０５はこのときの加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２の出力値をバイアス値としてバイアス値メモリ２０４に記憶させることでバイアス値の更新を行う。
【０１５７】
以上のように本実施例では、加速度センサ１０１またはジャイロセンサ１０２の出力値の変化から車両１００の停止状態を判定することが可能となる。そして車両１００の停止時に加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２のバイアス値を更新することで、加速度センサ１０１及びジャイロセンサ１０２の出力誤差が累積することを防ぐことができ、精度の良い車両１００の位置を求めることのできるナビゲーション装置を実現できる。
【０１５８】
また、この停止判定手段２０３は、第２の実施例における車両１００の停止状態の判定にも適用可能であることは言うまでもないことである。
【０１５９】
また、本実施例のさらなる使用例としては、次のような場合が考えられる。図２５は本発明の第５の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図であり、ＧＰＳ（Grbal Positioning Systrem）２０６よって車両１００の位置を求めるナビゲーション装置の例を示している。図２５に示すように、ＧＰＳ２０６による測位では複数のＧＰＳ衛星から電波を同時に受信して車両１００の位置を求めるため、受信環境により絶えず測位誤差が生じる。故にたとえ車両１００が停止している場合であっても、測位誤差から車両１００が地図データ上で移動する、あるいはふらつくことが生じる。これを防ぐためにジャイロセンサ１０２を設け、その出力の変化から車両１００の停止状態を判定し、車両１００が停止状態にあるときは、制御手段２０５により強制的に地図データ上の車両１００の位置を動かさないように制御することが可能である。
【０１６０】
なお、本実施例では、車両１００の移動方位を求めるためにジャイロセンサ１０２を用いているが、図４に示すように加速度センサ１１０を用いても良いことは第１の実施例から明らかであり、加速度センサ１１０の出力の変化からも車両１００の停止状態を判定することは可能である。
【０１６１】
また、従来例に示したように、加速度センサ１０１の代わりに、車両１００から検出可能な車輪の回転数に応じた信号から移動距離を求める場合でも、ジャイロセンサ１０２の出力の変化から、車両１００の停止状態の判定を行い、ジャイロセンサ１０２のバイアス値を更新することは可能である。
【０１６２】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、車両の移動距離を算出するために、加速度検出手段を設け、加速度検出手段の出力データを基にして移動距離を求めるように構成しており、車両から信号を取り出すための配線工事を必要とせずに測位を行うことができるので、使用者に負担がかからず、安全性の高いナビゲーション装置を実現できる。
【０１６３】
また、Ｘ方向加速度検出手段の出力データから移動距離を、ヨー角速度検出手段の出力データから移動方位を求めるように構成しており、車両から信号を取り出すための配線工事を必要とせずに測位を行うことができるので、使用者に負担がかからず、安全性の高いナビゲーション装置を実現できる。
【０１６４】
また、Ｘ方向加速度検出手段の出力データから移動距離を、Ｙ方向加速度検出手段の出力データから移動方位を求めるように構成しており、車両から信号を取り出すための配線工事を必要とせずに測位を行うことができるので、使用者に負担がかからず、安全性の高いナビゲーション装置を実現できる。
【０１６５】
また、車両に係る加速度が零となるときのＸ方向加速度検出手段の出力データを基にピッチ角を求め、このピッチ角を用いて、以降のＸ方向加速度検出手段の出力データを補正するように構成しており、Ｘ方向加速度検出手段の出力データに含まれる重力加速度の影響を補正することができるので、精度の良い測位を行うことができるナビゲーション装置を実現できる。
【０１６６】
また、ピッチ角速度検出手段を設け、ピッチ角速度検出手段の出力データを基にピッチ角を求め、このピッチ角を用いて、Ｘ方向加速度検出手段の出力データを補正するように構成しており、Ｘ方向加速度検出手段の出力データに含まれる重力加速度の影響を補正することができるので、精度の良い測位を行うことができるナビゲーション装置を実現できる。
【０１６７】
また、Ｚ方向加速度検出手段を設け、Ｚ方向加速度検出手段の出力データを基にピッチ角を求め、このピッチ角を用いて、Ｘ方向加速度検出手段の出力データを補正するように構成しており、Ｘ方向加速度検出手段の出力データに含まれる重力加速度の影響を補正することができるので、精度の良い測位を行うことができるナビゲーション装置を実現できる。
【０１６８】
また、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向をそれぞれ検出する加速度検出手段を設け、これらを３軸加速度センサ１個により構成したことから、装置を小型化することができると共に、精度の良い測位を行うことができるナビゲーション装置を実現できる。
【０１６９】
また、ヨー角速度検出手段とＹ方向加速度検出手段とから、車両の進行方向における補正速度を求め、この補正速度を用いて車両の移動距離を求める構成としたことから、Ｘ方向加速度検出手段の出力データから得られる移動距離の累積誤差を低減でき、精度の良い測位を行うことができるナビゲーション装置を実現できる。
【０１７０】
また、ヨー角速度検出手段とＹ方向加速度検出手段とから、車両の進行方向における速度の補正係数を求め、この補正係数を用いてＸ方向加速度検出手段の出力データを補正する構成としたことから、Ｘ方向加速度検出手段の出力データから得られる移動距離の累積誤差を低減でき、精度の良い測位を行うことができるナビゲーション装置を実現できる。
【０１７１】
また、加速度検出手段の出力値の変化から車両の停止状態を判定するように構成しており、車両が停止している状態を判断することのできるナビゲーション装置を実現できる。
【０１７２】
また、角速度検出手段の出力値の変化から車両の停止状態を判定するように構成しており、車両が停止している状態を判断することのできるナビゲーション装置を実現できる。
【０１７３】
また、加速度検出手段の出力値から車両の停止状態を判定すると共に、このときの加速度検出手段の出力値をバイアス値として更新するように構成しており、加速度検出手段の出力値の精度を高めることができ、精度の良い測位を行うことができるナビゲーション装置を実現できる。
【０１７４】
また、角速度検出手段の出力値から車両の停止状態を判定すると共に、このときの角速度検出手段の出力値をバイアス値として更新するように構成しており、角速度検出手段の出力値の精度を高めることができ、精度の良い測位を行うことができるナビゲーション装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図３】本発明の第１の実施例における車両の座標系を示す図
【図４】本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図
【図５】本発明の第１の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図６】本発明の第２の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第２の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図８】本発明の第２の実施例における車両の坂路走行状態を示す図
【図９】本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図１１】本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図１２】本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図
【図１３】本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図１４】本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図１５】本発明の第３の実施例における車両の走行状態の概念図
【図１６】本発明の第３の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図１７】本発明の第３の実施例における加速度センサの検出方向の説明図
【図１８】本発明の第４の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図
【図１９】本発明の第４の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図２０】本発明の第５の実施例におけるナビゲーション装置の構成を示すブロック図
【図２１】本発明の第５の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図２２】加速度センサまたはジャイロセンサの出力特性を示す図
【図２３】本発明の第５の実施例における停止判定手段の動作を示すフローチャート
【図２４】本発明の第５の実施例における停止判定手段の動作を示すフローチャート
【図２５】本発明の第５の実施例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図２６】従来例におけるナビゲーション装置の車載概念図
【図２７】コマ式レートジャイロセンサの構造を示す図
【図２８】光ファイバジャイロの構造を示す図
【図２９】車両の位置演算の説明図
【符号の説明】
１００ 車両
１０１ 加速度センサ（Ｘ方向加速度検出手段）
１０２ ジャイロセンサ（ヨー角速度検出手段）
１０４ 地図記憶手段
１０５ 表示手段
１０６、２０５ 制御手段
１０７、１１５、１１９、１２５ 移動距離算出手段
１０８、１１１ 移動方位算出手段
１０９、１１２、１１６、１２０、１２６、２０１ 演算手段
１１０ 加速度センサ（Ｙ方向加速度検出手段）
１１３、１１８、１２２ ピッチ角算出手段
１１４ ピッチ角記憶手段
１１７ ジャイロセンサ（ピッチ角速度検出手段）
１２１ 加速度センサ（Ｚ方向加速度検出手段）
１２４ 補正速度算出手段
２０２ 出力値記憶手段
２０３ 停止判定手段
２０４ バイアス値メモリ
２０６ ＧＰＳ
３０１、３０２ 加速度センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a navigation device that determines the position of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
A conventional navigation apparatus will be described below with reference to the drawings.
[0003]
FIG. 26 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to a conventional example. In FIG. 26, 1 is a vehicle such as an automobile, 2 is a gyro sensor that measures the angular velocity of the vehicle 1, and 3 is an engine control unit (hereinafter referred to as "ECU") that controls the engine of the vehicle 1 and the like. Reference numeral 4 denotes an arithmetic unit that calculates the current position of the vehicle 1 based on signals output from the gyro sensor 2 and the ECU 3.
[0004]
The gyro sensor 2 is a sensor that outputs, as a voltage value, a value corresponding to the angular velocity of the rotational motion in the detection direction, that is, the rotational angle per unit time. Depending on the detection method, there are a frame rate gyro sensor and an optical fiber gyro, which will be briefly described below.
[0005]
FIG. 27 is a diagram showing the structure of the frame rate gyro sensor. As shown in FIG. 27, the rotor 5 rotating in the direction of the arrow 5 a at a constant speed is supported by a gimbal 6, and the gimbal 6 is supported by a spring 7 and a pickoff detector 8. When rotational force in the direction of the arrow 5b is generated on the input shaft 9 of the coma type rate gyro sensor configured in this way, rotational force is generated around the output shaft 10 orthogonal to the input shaft 9 due to the gyro effect, and this is picked off. Detection is performed by the detector 8.
[0006]
FIG. 28 is a diagram showing the structure of an optical fiber gyro. As shown in FIG. 28, the light output from the laser 11 passes through the fiber couplers 12 and 13 and is guided into the optical fiber 14. The optical fiber 14 has a length of several hundred meters and is wound around a diameter of several tens of millimeters. Thereafter, the light exiting the optical fiber 14 passes through the phase modulator 15 and is again coupled to the fiber couplers 12 and 13. And is guided to the photodetector 16. The optical fiber gyro configured as described above is output as a change in interference to the photodetector 16 due to the Sagnac effect when a rotation 17 around the input axis orthogonal to the winding plane of the optical fiber 14 occurs.
[0007]
A gyro sensor 2 that detects the angular velocity of the vehicle 1 is arranged in the vehicle 1 so that the angular velocity around the vertical axis of the vehicle 1 can be detected.
[0008]
The ECU 3 processes information obtained from various sensors attached to the vehicle 1 (for example, a sensor that detects the rotational speed of the wheel) and controls various operations of the vehicle. The ECU 3 outputs a vehicle speed pulse corresponding to the speed of the vehicle 1 to the arithmetic device 4.
[0009]
As shown in FIG. 29, the arithmetic unit 4 moves the movement distance ΔD that changes every time period Δt. _n And moving direction θ _n To the initial position (x ₀ , Y ₀ ) From the current position (x _n , Y _n ) First, the angular velocity ω detected from the gyro sensor 2 _n Is integrated on the time axis to move direction θ of vehicle 1 _n Ask for. However, the initial orientation at time n is θ ₀ A time period for obtaining data from the gyro sensor 2 is denoted by Δt.
[0010]
[Expression 1]

[0011]
Next, the speed v of the vehicle 1 obtained from the vehicle speed pulse obtained from the ECU 3. _n Is integrated on the time axis, and the travel distance ΔD of the vehicle 1 _n Ask for. However, the initial speed is v ₀ And
[0012]
[Expression 2]

[0013]
Arithmetic device 4 calculates the travel distance ΔD of vehicle 1 at time n. _n And moving direction θ _n Is obtained, as shown in FIG. ₀ , Y ₀ ) From the current position (x _n , Y _n )
[0014]
[Equation 3]

[0015]
[Expression 4]

[0016]
[Problems to be solved by the invention]
In this navigation device, a speed signal such as a vehicle speed pulse is taken out from the ECU 3 of the vehicle 1 in order to detect the moving distance of the vehicle 1, and when the navigation device is retrofitted to the vehicle 1, Wiring work is required and a burden is imposed on the user, and depending on the type of the vehicle 1, there is a case where the wiring cannot be connected due to a design problem. In addition, there is a problem in that the wiring of the ECU 3 may cause a malfunction of the ECU 3.
[0017]
Further, as a means for detecting the moving distance of the vehicle 1 without requiring wiring work to the ECU 3, an acceleration sensor for detecting acceleration in the traveling direction of the vehicle 1 can be considered, and this acceleration sensor or gyro sensor 2 can be considered. In such a sensor, the bias value (output value when the detected acceleration or angular velocity is zero) fluctuates due to external factors such as the passage of time and temperature change, so the output value from the sensor inevitably has an error. The acceleration sensor detects the traveling direction component of the earth's gravitational acceleration, such as when the vehicle 1 travels on a slope or the like. The output of the acceleration sensor includes an error, and there is a problem that the acceleration cannot be detected with high accuracy. If the value as an error is included it is also included an error in the moving distance and the moving direction determined by the arithmetic unit 4. Since this error is accumulated even if it is slight, the error is accumulated along with the length of the movement time of the vehicle 1 and has a problem that it becomes a large error that cannot be ignored. It was.
[0018]
An object of the present invention is to provide a navigation device that does not require wiring work to a vehicle and can accurately determine the position of the vehicle.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present invention is a navigation device for determining the position of a vehicle, and includes a calculation means for calculating the position of the vehicle based on output data of an acceleration detection means for detecting the acceleration of the vehicle.
[0020]
Thereby, the navigation apparatus which can perform self-supporting positioning, without taking out a signal from a vehicle is obtained.
[0028]
Claims of the invention 1 In the invention described in (4), the correction speed in the traveling direction of the vehicle is obtained from the yaw angular velocity detection means and the Y-direction acceleration detection means, and the moving distance of the vehicle is obtained using this correction speed. The accumulated error of the movement distance obtained from the output data of the detection means can be reduced.
[0029]
Claims of the invention 2 According to the invention described in the above, a correction coefficient for the speed in the traveling direction of the vehicle is obtained from the yaw angular velocity detection means and the Y direction acceleration detection means, and the output data of the X direction acceleration detection means is corrected using the correction coefficient. Therefore, it is possible to reduce the accumulated error of the movement distance obtained from the output data of the X direction acceleration detecting means.
[0030]
Claims of the invention 4 According to the invention described above, the stop state of the vehicle is determined from the change in the output value of the acceleration detection means, and the state where the vehicle is stopped can be determined.
[0034]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0035]
Example 1
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the navigation apparatus in the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 100 is a vehicle such as an automobile (see FIG. 2), 101 is an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle 100, 102 is a gyro sensor that detects the angular velocity of the vehicle 100, and 107 is a vehicle based on output data of the acceleration sensor 101. 100 is a moving distance calculating unit that calculates a moving distance of 100, 108 is a moving direction calculating unit that calculates the moving direction of the vehicle 100 from output data of the gyro sensor 102, 109 is a calculation result of the moving distance calculating unit 107 and the moving direction calculating unit 108 Is a calculation means for calculating the position of the vehicle 100.
[0036]
Reference numeral 104 denotes map storage means for storing digitized map data in a storage medium such as a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory), and 105 denotes display means having a display screen such as an LCD (Liquid Crystal Display). When the position information of the vehicle 100 is obtained from the calculation means 109, the control means reads out map data of a predetermined area from the map storage means 104 and displays it on the display means 105 together with the position of the vehicle 100.
[0037]
FIG. 2 shows an in-vehicle conceptual diagram of the navigation apparatus in the first embodiment of the present invention, and assumes a state in which the vehicle 100 is viewed from directly above. As shown in FIG. 2, the acceleration sensor 101 represents the acceleration in the traveling direction of the vehicle 100 (X-axis direction in FIG. 3), and the gyro sensor 102 represents the angular velocity around the vertical axis (Z-axis in FIG. 3) of the vehicle 100. The vehicle 100 is detectably disposed.
[0038]
FIG. 3 is a diagram showing the coordinate system of the vehicle in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, in the horizontal plane, the traveling direction of the vehicle 100 is the X axis, the Y axis is perpendicular to the traveling direction, and the Z axis is the gravity direction of the vehicle. In the following description, the operation of the vehicle 100 about the X axis is referred to as a roll operation, and the angle at which the vehicle 100 is rotated by the roll operation is defined as the roll angle θ. _x Called. Similarly, the operation of the vehicle 100 around the Y axis is referred to as a pitch operation, and the angle at which the vehicle 100 is rotated by the pitch operation is defined as the pitch angle θ. _y Further, the operation of the vehicle 100 around the Z axis is referred to as a yaw operation, and the angle at which the vehicle 100 is rotated by the yaw operation is defined as the yaw angle θ. _z Called. The yaw angle θ _z Represents a change in the traveling direction of the vehicle 100, so that the moving direction θ _z Also called.
[0039]
With respect to the navigation device configured as described above, an operation for obtaining the position of the vehicle 100 by the calculation means 109 from the output data of the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 will be described.
[0040]
As shown in FIG. 1, data is output from the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 to the computing means 109 every predetermined time period Δt. Note that output data from the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 is input to the arithmetic means 109 as digital data via an A / D (Analog to Digital) converter (not shown). The calculation means 109 converts the output data of the acceleration sensor 101 into the acceleration a _xn The output data of the gyro sensor 102 is converted to the angular velocity ω. _zn Respectively.
[0041]
First, the movement distance calculation means 107 is configured to calculate the acceleration a _xn Is obtained, the speed v of the vehicle 100 is calculated by (Equation 5). _xn Is calculated. However, the speed at time n is v _xn , Acceleration a _xn , The time period for obtaining output data from the acceleration sensor 101 is Δt, and v _x0 Is the initial speed.
[0042]
[Equation 5]

[0043]
By this (Equation 5), the speed v of the vehicle 100 in the time period Δt. _xn Is obtained, the moving distance calculating means 107 calculates the moving distance ΔD of the vehicle 100 in the time period Δt according to (Equation 6). _n Ask for.
[0044]
[Formula 6]

[0045]
In addition, the moving direction calculation means 108 has an angular velocity ω _zn Then, from (Equation 7), the moving direction θ of the vehicle 100 in the time period Δt is obtained. _zn Get.
[0046]
[Expression 7]

[0047]
The arithmetic means 109 calculates the movement distance ΔD at time n. _n And moving direction θ _zn Are obtained from the movement distance calculation means 107 and the movement direction calculation means 108, respectively, the initial position (x ₀ , Y ₀ ) Is performed using (Equation 8) and (Equation 9), so that the position (x _n , Y _n )
[0048]
[Equation 8]

[0049]
[Equation 9]

[0050]
The position of the vehicle 100 (x _n , Y _n ) Is determined, the control means 106 converts the position of the vehicle 100 obtained by the calculation means 109 into a coordinate system on the map data of the map storage means 104 if necessary, and the position of the vehicle 100 on the map data. Is output to the display means 105.
[0051]
As described above, in this embodiment, since the travel distance of the vehicle 100 in the predetermined time period Δt can be obtained from the output data of the acceleration sensor 101, the position of the vehicle 100 can be obtained without receiving a signal from the vehicle 100. This enables a navigation device that does not require wiring work.
[0052]
Here, in the above description, the moving direction of the vehicle 100 is obtained from the output data of the gyro sensor 102. However, a method for obtaining the moving direction using the acceleration sensor instead of the gyro sensor 102 will be described below.
[0053]
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the navigation apparatus in the first embodiment of the present invention. In FIG. 4, reference numeral 110 denotes an acceleration sensor that detects the acceleration of the vehicle 100, and detects acceleration in a direction different from that of the acceleration sensor 101. 111 is a moving direction calculation means for calculating the moving direction of the vehicle 100 from the output data of the acceleration sensor 110, and 112 is a calculation means for obtaining the position of the vehicle 100 from the calculation results of the moving distance calculation means 107 and the moving direction calculation means 111. In addition, what attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol shown in FIG. 1 shall perform the same function.
[0054]
FIG. 5 shows an in-vehicle conceptual diagram of the navigation device in the first embodiment of the present invention, and assumes a state in which the vehicle 100 is viewed from directly above. As shown in FIG. 5, the acceleration sensor 101 is an acceleration in the traveling direction of the vehicle 100 (X-axis direction in FIG. 3), and the acceleration sensor 110 is a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle 100 in the horizontal plane (FIG. 3). In the Y axis direction).
[0055]
With respect to the navigation device configured as described above, an operation for obtaining the position of the vehicle 100 by the calculation means 112 from the output data of the acceleration sensor 101 and the acceleration sensor 110 will be described.
[0056]
Data is output from the acceleration sensor 101 and the acceleration sensor 110 to the computing means 112 at every predetermined time period Δt. The calculation means 112 uses the output data from the acceleration sensor 101 and the acceleration sensor 110 as the acceleration a. _xn And acceleration a _yn Respectively. As described above, from the output data of the acceleration sensor 101, the moving distance calculation means 107 calculates the speed v of the vehicle 100 at time n according to (Equation 5). _xn Further, the movement distance ΔD in the time period Δt is calculated from (Equation 6). _n Ask for.
[0057]
Further, the moving direction calculation means 111 calculates the moving direction θ from the output data of the acceleration sensor 110 as follows. _zn Is calculated. If the movement of the vehicle 100 in the lateral direction (Y-axis direction shown in FIG. 3) is regarded as a rotational motion, the centrifugal force and the angular velocity ω of the vehicle 100 are considered. _zn A relational expression as shown in the following (Equation 10) holds. However, the acceleration which is the acceleration data obtained by converting the output data of the acceleration sensor 107 at the time n is represented by a _yn , The angular velocity at time n is ω _zn , R is the radius of rotation of the vehicle 100 _n Let m be the mass of the vehicle 100.
[0058]
[Expression 10]

[0059]
Further, the angular velocity ω of the vehicle 100 _zn And speed v _xn The following relational expression holds between
[0060]
## EQU11 ##

[0061]
(Equation 12) is obtained from (Equation 10) and (Equation 11). Here, from the output data of the acceleration sensor 107, the acceleration a _yn Is known and the speed of the vehicle 100 is v _xn Since it is known, the moving direction calculation means 111 is the angular velocity ω of the vehicle 100. _zn Can be requested.
[0062]
[Expression 12]

[0063]
The moving direction calculation means 111 calculates the angular velocity ω from (Equation 12). _zn Is obtained, the moving direction θ of the vehicle 100 at time n is calculated from (Equation 7). _zn Ask for.
[0064]
The calculation means 112 calculates the movement distance ΔD at time n. _n And moving direction θ _zn Are obtained from the movement distance calculation means 107 and the movement direction calculation means 111, respectively, the initial position (x ₀ , Y ₀ ) From the position of the vehicle 100 at time n (x _n , Y _n )
[0065]
As described above, even if the acceleration sensor 110 is used, the moving direction can be obtained, and a navigation device that does not require wiring work for the vehicle 100 can be realized.
[0066]
As described above, in this embodiment, the acceleration sensor 101 is provided for detecting the movement distance of the vehicle 100, and the movement distance of the vehicle 100 can be obtained by integrating output data from the acceleration sensor 101 twice. A navigation device that can be easily attached to and detached from the vehicle 100 without requiring wiring work for the vehicle 100 can be realized.
[0067]
(Example 2)
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the navigation apparatus in the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, 113 is a pitch angle calculation means for calculating an angle (hereinafter referred to as “pitch angle”) inclined in the pitch operation direction of the vehicle 100, and temporarily stores the pitch angle calculated by the 114 pitch angle calculation means 110. The pitch angle storage means 115 is a movement distance calculation means 115 for calculating the movement distance of the vehicle 100 from the output data of the acceleration sensor 101 and the pitch angle data stored in the pitch angle storage means 114, 116 is the movement distance calculation means 115 and This is a calculation means for obtaining the position of the vehicle 100 from the output result of the moving direction calculation means 108. In addition, what attached | subjected the code | symbol same as the code | symbol shown in FIG. 1 shall perform the same function.
[0068]
FIG. 7 is an in-vehicle conceptual diagram of the navigation device according to the second embodiment of the present invention, and assumes a state in which the vehicle 100 is viewed from directly above. As shown in FIG. 7, the acceleration sensor 101 represents the acceleration in the traveling direction of the vehicle 100 (X-axis direction in FIG. 3), and the gyro sensor 102 represents the angular velocity in the yaw movement direction of the vehicle 100 (around the Z-axis in FIG. 3). Each is arranged so that it can be detected.
[0069]
FIG. 8 is a diagram showing a hill running state of the vehicle in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, in the first embodiment, an acceleration sensor 101 that detects acceleration in the traveling direction of the vehicle 100 is used to determine the moving distance of the vehicle 100. It is good when the vehicle 100 is traveling on a horizontal plane, but when the vehicle 100 is traveling on a slope, the vehicle 100 is at a pitch angle θ. _yn , Gsinθ which is the component of the direction of gravity acceleration G _yn Is detected by the acceleration sensor 101, and the actual acceleration a in the traveling direction of the vehicle 100 is detected. _xn And acceleration A detected by the acceleration sensor 101 _xn Cause the problem of different.
[0070]
In the present embodiment, for example, when the vehicle 100 travels on a slope, the vehicle 100 has a pitch angle θ. _yn The output error of the acceleration sensor 101 that occurs when the vehicle has _n A navigation device capable of obtaining the above will be described.
[0071]
As shown in FIG. 8, the actual acceleration a in the vehicle 100 _xn Is obtained from (Equation 13). However, a _xn Is the actual acceleration of vehicle 100 at time n, A _xn Is the acceleration detected by the acceleration sensor 101 at time n, G is the gravitational acceleration of the earth, θ _yn Indicates the pitch angle of the vehicle 100 at time n.
[0072]
[Formula 13]

[0073]
This relational expression is the pitch angle θ _yn Is obtained, the actual acceleration a of the vehicle 100 _xn This means that the output data of the acceleration sensor 101 can be corrected. Here, when it is assumed that the vehicle 100 is in a stopped state or a constant speed traveling state, in this state, the actual acceleration a of the vehicle 100 _xn Since is zero, the above (Equation 13) can be transformed into (Equation 14) and further into (Equation 15).
[0074]
[Expression 14]

[0075]
[Expression 15]

[0076]
The acceleration sensor 101 outputs data to the calculation means 116 every predetermined time period Δt. The calculation means 116 uses the output data of the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 as the acceleration A _xn And angular velocity ω _zn Convert to. When the pitch angle calculation means 113 determines that the vehicle 100 is stopped or traveling at a constant speed, the pitch angle θ of the vehicle 100 at time n is calculated from the above (Equation 15). _yn Is calculated. This calculated pitch angle θ _yn Is stored in the pitch angle storage means 114.
[0077]
The movement distance calculation means 115 calculates acceleration A from the output data of the acceleration sensor 101. _xn The pitch angle θ _yn Is read from the pitch angle storage means 114, and the actual acceleration a of the vehicle 100 is calculated from the above (Equation 13). _xn Get. Acceleration a _xn Is obtained, the movement distance ΔD in a predetermined time period Δt as in the first embodiment. _n Ask for.
[0078]
Similarly to the first embodiment, the moving azimuth calculating means 108 determines the moving azimuth θ at time n in a predetermined time period Δt from the output data of the gyro sensor 102. _zn Ask for.
[0079]
The calculation means 116 moves the movement distance ΔD from the movement distance calculation means 115 and the movement direction calculation means 108. _n And moving direction θ _zn Respectively, the initial position (x ₀ , Y ₀ ) Is performed using (Equation 8) and (Equation 9), and the vehicle position at time n (x _n , Y _n )
[0080]
Note that as a criterion for the pitch angle calculation means 113 that the vehicle 100 is stopped or is running at a constant speed, the value of data output from the acceleration sensor 101 does not change for a predetermined time. It is done.
[0081]
Further, it is needless to say that the acceleration sensor 110 shown in FIG. 4 may be used instead of the gyro sensor 102 in the configuration shown in FIG.
[0082]
As described above, in this embodiment, when the vehicle 100 is in a stopped state or a constant speed running state, the pitch angle is obtained, and the output data of the acceleration sensor 101 is corrected using this, so that the acceleration sensor 101 can detect the gravitational acceleration. Even in the case of being affected, it is possible to obtain an accurate travel distance of the vehicle 100.
[0083]
Example 3
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the navigation apparatus in the third embodiment of the present invention. In FIG. 9, 117 is a gyro sensor for detecting the angular velocity of the vehicle 100, 118 is a pitch angle calculating means for calculating the pitch angle of the vehicle 100 from the output data of the gyro sensor 117, and 119 is the output data and pitch angle calculation of the acceleration sensor 101. A moving distance calculating means 120 for calculating the moving distance of the vehicle 100 from the pitch angle data output from the means 118, and a calculating means 120 for calculating the position of the vehicle 100 from the output results of the moving distance calculating means 119 and the moving direction calculating means 108. . In addition, what attaches | subjects the code | symbol same as the code | symbol shown in FIG. 1 shall perform the same function as a 1st Example.
[0084]
FIG. 10 and FIG. 11 are in-vehicle conceptual views of the navigation device in the third embodiment of the present invention. FIG. 10 assumes a state in which the vehicle 100 is viewed from directly above, and FIG. 11 assumes a state in which the vehicle 100 is viewed from directly beside. As shown in FIGS. 10 and 11, the acceleration sensor 101 is an acceleration in the traveling direction of the vehicle 100 (X axis in FIG. 3), and the gyro sensor 102 is an angular velocity in the yaw movement direction of the vehicle 100 (around the Z axis in FIG. 3). The gyro sensor 102 is arranged so as to be able to detect the angular velocity of the vehicle 100 in the pitch operation direction (around the Y axis in FIG. 3).
[0085]
The difference between the present embodiment and the second embodiment is that in the second embodiment, since the vehicle 100 is updated in the stopped state or the constant speed traveling state, the pitch angle of the vehicle 100 is obtained and updated. However, in the present embodiment, it is difficult to obtain the pitch angle every predetermined time period regardless of the running state of the vehicle 100. is there.
[0086]
As shown in FIG. 9, the acceleration sensor 101, the gyro sensor 102, and the gyro sensor 117 output data to the calculation means 120 at every predetermined time period Δt. The calculation means 120 outputs the output data from the acceleration sensor 101, the gyro sensor 102, and the gyro sensor 117 to the acceleration a. _xn , Angular velocity ω _zn And angular velocity ω _yn Respectively. The pitch angle calculation means 118 is an angular velocity ω at time n. _yn Is obtained from the following (Equation 16), the pitch angle θ _yn Ask for. Where θ _y0 Is an initial angle in the pitch operation direction of the vehicle 100.
[0087]
[Expression 16]

[0088]
The movement distance calculation means 119 uses the pitch angle θ _yn , And the acceleration A detected by the acceleration sensor 101 according to the above (Equation 13) _xn To correct the actual acceleration a of the vehicle 100 _xn Get. Further, the movement distance calculation means 119 is configured to detect acceleration a _xn Is obtained, the movement distance ΔD of the vehicle 100 at time n from (Equation 5) and (Equation 6) as in the first embodiment. _n Ask for.
[0089]
Further, the moving direction calculation means 108 determines the moving direction θ from the output data of the gyro sensor 102 as in the first embodiment. _zn Is calculated.
[0090]
The calculation unit 120 calculates the movement distance ΔD at time n from the movement distance calculation unit 119 and the movement direction calculation unit 108. _n And moving direction θ _zn Respectively, the initial position (x ₀ , Y ₀ ) Is performed using (Equation 8) and (Equation 9), and the vehicle position at time n (x _n , Y _n )
[0091]
In the above description, the angular velocity ω in the pitch operation direction of the vehicle 100 is described. _yn From the output data of the gyro sensor 117 for detecting the pitch angle θ of the vehicle 100 _yn The acceleration a in the vertical axis direction (Z-axis direction in FIG. 3) of the vehicle 100 is determined. _zn Even if an acceleration sensor 121 (see FIG. 12) is used to detect the pitch angle θ _yn Can be obtained and will be described below.
[0092]
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of the navigation apparatus in the third embodiment of the present invention. In FIG. 12, 121 is an acceleration sensor for detecting the acceleration of the vehicle 100, 122 is a pitch angle calculating means for calculating the pitch angle of the vehicle 100 from output data of the acceleration sensor 121, 123 is a moving distance calculating means 119 and a moving direction calculating means. This is a calculation means for obtaining the position of the vehicle 100 from the output of 108. In addition, what attaches | subjects the code | symbol same as the code | symbol shown in FIG. 1 shall perform the same function as a 1st Example.
[0093]
FIG. 13 and FIG. 14 are in-vehicle conceptual views of the navigation device in the third embodiment of the present invention. FIG. 13 assumes a state in which the vehicle 100 is viewed from directly above, and FIG. 14 assumes a state in which the vehicle 100 is viewed from directly beside. As shown in FIGS. 10 and 11, the acceleration sensor 101 is acceleration in the traveling direction of the vehicle 100 (X-axis direction in FIG. 3), and the gyro sensor 102 is in the yaw movement direction of the vehicle 100 (around the Z-axis in FIG. 3). With respect to the angular velocity, the acceleration sensor 121 is arranged so as to be able to detect the acceleration of the vehicle 100 in the vertical axis direction (Z-axis direction in FIG. 3).
[0094]
In the pitch angle calculation means 122, the pitch angle θ of the vehicle 100 is based on the following concept. _yn Ask for. FIG. 15 is a conceptual diagram of the running state of the vehicle in the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, it is considered that the vehicle 100 is going up a slope where the gradient gradually increases. When the relational expression is established for the centrifugal force of the vehicle 100, (Equation 17) is obtained. However, the speed in the traveling direction of the vehicle 100 is v _xn-1 , Acceleration A obtained from output data of the acceleration sensor 121 _zn Of change in ΔA _zn , The angular velocity around the Y axis is ω _yn It is said.
[0095]
[Expression 17]

[0096]
From this (Equation 17), the angular velocity ω _yn Is obtained, the change in time as Δt and the pitch angle θ _yn Δθ which is the increment of _yn Can be obtained from (Equation 18).
[0097]
[Formula 18]

[0098]
In this way, the increment Δθ of the pitch angle of the vehicle 100 at time n. _yn Can be obtained, so the previously calculated pitch angle θ _yn-1 To the pitch angle θ by adding the change obtained by (Equation 18) to _yn Can be obtained sequentially.
[0099]
As described above, the pitch angle θ is calculated by the pitch angle calculation means 122 from the output data of the acceleration sensor 121. _yn Is obtained, the moving distance calculation means 119 obtains the acceleration A detected by the acceleration sensor 101 by (Equation 13). _xn And the actual acceleration a relating to the vehicle 100 is corrected. _xn Get. The movement distance calculation means 119 calculates the movement distance ΔD of the vehicle 100 from (Equation 5) and (Equation 6). _n Ask for.
[0100]
Further, the moving direction calculation means 108 determines the moving direction θ from the output data of the gyro sensor 102 as in the first embodiment. _zn Is calculated.
[0101]
The calculation means 123 calculates the movement distance ΔD at time n from the movement distance calculation means 119 and the movement direction calculation means 108. _n And moving direction θ _zn Respectively, the initial position (x ₀ , Y ₀ ) Is performed using (Equation 8) and (Equation 9), and the vehicle position at time n (x _n , Y _n )
[0102]
Further, in the case of the configuration shown in FIG. 12, the pitch angle calculating means 122 may perform the pitch angle θ as follows. _yn Can be obtained. Actual acceleration a in the traveling direction of the vehicle 100 _xn , Acceleration A detected by the acceleration sensor 101 _xn And acceleration A detected by the acceleration sensor 121 _zn Has a relationship as shown in (Equation 19).
[0103]
[Equation 19]

[0104]
This (Equation 19) can be transformed into (Equation 20).
[0105]
[Expression 20]

[0106]
Here, the actual acceleration a in the traveling direction of the vehicle 100 _xn And acceleration A detected by the acceleration sensor 101 _xn Since there is a relationship of (Equation 13), the acceleration A detected by the acceleration sensor 101 _xn Shows the actual acceleration a in the traveling direction of the vehicle 100 when the following condition (Equation 21) is satisfied. _xn And acceleration A detected by the acceleration sensor 101 _xn And the actual acceleration a in the traveling direction of the vehicle 100 _xn Can be calculated.
[0107]
[Expression 21]

[0108]
In other words, the pitch angle calculation means 122 is the acceleration A detected by the acceleration sensor 101. _xn Whether or not the conditional expression of (Equation 13) is satisfied. If the condition is satisfied, the pitch angle θ _yn Ask for.
[0109]
[Expression 22]

[0110]
As described above, in the present embodiment, by providing the gyro sensor 117 or the acceleration sensor 121, it is possible to obtain an increase in the pitch angle of the vehicle 100 at any time. It is possible to accurately calculate the movement distance. However, since the gyro sensor 117 is much more expensive than the acceleration sensor 121, the acceleration sensor 121 can reduce the price of the device itself.
[0111]
It goes without saying that the moving direction of the vehicle 100 can be calculated using the acceleration sensor 110 (see FIG. 4) instead of the gyro sensor 102 shown in FIGS. In particular, by using the acceleration sensor 110 instead of the gyro sensor 102 in FIG. 12, the three axial directions are detected by the acceleration sensors 101, 110, and 117, respectively, and therefore, these three acceleration sensors 101, 110, and 117 are detected. Is constituted by a semiconductor acceleration sensor manufactured by semiconductor micromachining, three acceleration sensors can be constituted by one IC, and it is possible to reduce the size at a low cost.
[0112]
In the embodiment shown in FIG. 12, the movement distance is based on the output data of the acceleration sensor 101 that detects the acceleration in the X-axis direction, and the pitch angle is based on the output data of the acceleration sensor 121 that detects the acceleration in the Z-axis direction. θ _yn Are calculated respectively, but the pitch angle θ _yn When the value of the acceleration sensor 121 is small, there is almost no change in the output of the acceleration sensor 121. Therefore, instead of the acceleration sensors 101 and 121, the pitch angle θ _yn In order to change the output of the sensor even when the value of is small, the acceleration sensors 301 and 302 may be arranged as shown in FIG. As shown in FIG. 17, the acceleration sensors 301 and 302 are arranged so that the detection axes of the acceleration sensors 301 and 302 are located on the XZ plane, and the detection axis (α axis) and the X axis of the acceleration sensor 301 are arranged. The angle between the detection axis (β axis) of the acceleration sensor 302 and the detection axis of the acceleration sensor 301 is 90 degrees. If the X-axis direction component and the Z-axis direction component are respectively calculated for the output values of the acceleration sensors 301 and 302, the pitch angle θ is calculated by the calculation means 123 as described above. _yn And travel distance ΔD _n Can be calculated.
[0113]
(Example 4)
FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of the navigation apparatus in the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 18, reference numeral 124 denotes a correction speed calculation means for calculating a correction speed, 125 denotes a movement distance calculation means for calculating the movement distance of the vehicle 100 using the correction speed calculated by the correction speed calculation means 124, a movement distance calculation means 125, and This is a calculation means for obtaining the position of the vehicle 100 from the output of the moving direction calculation means 108. In addition, what attaches | subjects the code | symbol same as the code | symbol shown in FIG. 1 shall perform the same function as a 1st Example.
[0114]
FIG. 19 is an in-vehicle conceptual diagram of the navigation device according to the fourth embodiment of the present invention, and assumes a state in which the vehicle 100 is viewed from directly above. As shown in FIG. 19, the acceleration sensor 101 represents the acceleration in the traveling direction of the vehicle 100 (X-axis direction in FIG. 3), and the gyro sensor 102 represents the angular velocity in the yaw movement direction of the vehicle 100 (around the Z-axis in FIG. 3). The acceleration sensor 110 is arranged so as to be able to detect the acceleration in the direction (Y-axis direction in FIG. 3) perpendicular to the traveling direction in the horizontal plane.
[0115]
As described in the first embodiment, the moving distance of the vehicle 100 is obtained from the output of the acceleration sensor 101. If there is an output error in the acceleration sensor 101 due to the pitch operation or temperature change of the vehicle 100, the acceleration is accelerated. The movement distance calculated based on the output data of the sensor 101 also includes an error. Since the position of the vehicle 100 is obtained by an accumulation operation, both errors are accumulated. Therefore, even if the error is small, there is a problem in that it becomes a size that cannot be ignored when the travel distance of the vehicle 100 becomes long.
[0116]
Canceling an error included in the acceleration detected by the acceleration sensor 101 will be described below.
[0117]
The corrected speed calculation means 124 calculates the corrected speed of the vehicle 100 based on the following concept. Centrifugal force when the vehicle 100 is rotating around the Z axis at time n, that is, acceleration a detected by the acceleration sensor 110 _yn And the angular velocity ω detected by the gyro sensor 102 _zn The relational expression shown in (Equation 23) holds between. However, the mass of the vehicle 100 is m, and the radius of the rotational motion of the vehicle 100 at time n is r. _n And
[0118]
[Expression 23]

[0119]
Also, the angular velocity ω detected by the gyro sensor 102 _zn And the peripheral speed (hereinafter referred to as “correction speed”) V of the vehicle 100 at time n. _n Is related to (Equation 24).
[0120]
[Expression 24]

[0121]
(Equation 25) is obtained from (Equation 23) and (Equation 24). By this (Equation 25), the correction speed V at time n is obtained. _n Can be obtained.
[0122]
[Expression 25]

[0123]
The correction speed calculation means 124 calculates the correction speed V from (Expression 25) based on the output data of the acceleration sensor 110 and the gyro sensor 102. _n Ask for.
[0124]
The movement distance calculation unit 125 is configured to receive the acceleration a at time n from the acceleration sensor. _xn As shown in the first embodiment, the speed v at time n is obtained from (Equation 5). _xn Ask for. Here, the vehicle 100 rotates around the Z axis, and the correction speed calculation means 124 corrects the correction speed V. _n Is obtained, the velocity v in (Equation 6) _xn Correction speed V instead of _n The travel distance ΔD of the vehicle 100 using _n Is calculated.
[0125]
In addition, the moving direction calculation means 108 determines the moving direction θ at time n from the output data of the gyro sensor 102, as in the first embodiment. _zn Is calculated. The moving direction θ _zn It is disclosed in the second embodiment that may be obtained from the output data of the acceleration sensor 110.
[0126]
Speed v _xn Correction speed V instead of _n Instead of replacing speed v _xn And correction speed V _n Is the error caused by the error in the second term on the right side of (Equation 5). _xn And correction speed V _n A correction coefficient representing the relationship between the acceleration a and the acceleration a obtained from the acceleration sensor 101 thereafter _xn May be corrected by a correction coefficient.
[0127]
The computing unit 126 calculates the moving distance ΔD at time n from the moving distance calculating unit 125 and the moving direction calculating unit 108. _n And moving direction θ _zn Respectively, the initial position (x ₀ , Y ₀ ) Is performed using (Equation 8) and (Equation 9), and the vehicle position at time n (x _n , Y _n )
[0128]
As described above, in this embodiment, when the vehicle 100 rotates around the Z axis, the correction speed is obtained from the output data of the gyro sensor 102 and the acceleration sensor 110, and the movement distance is calculated from the correction speed. It is possible to cancel the error included in the travel distance accumulated so far and obtain the position of the vehicle 100 with high accuracy.
[0129]
Note that, as shown in the conventional example, the object of the present embodiment can be obtained by calculating the movement distance from a signal corresponding to the number of rotations of the wheel that can be detected from the vehicle 100 instead of the output data of the acceleration sensor 101. It is possible to achieve.
[0130]
(Example 5)
FIG. 20 is a block diagram showing the configuration of the navigation apparatus in the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 20, reference numeral 204 denotes a bias value memory for storing bias values (output voltage values when the magnitude of detected acceleration or angular velocity is zero) of the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102, and 201 is stored in the bias value memory 204. Based on the obtained bias value, the output data from the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 are converted into acceleration and angular velocity, and the position of the vehicle 100 is calculated from the calculation results of the movement distance calculation means 107 and the movement direction calculation means 108. Means 202 is an output value storage means for temporarily storing output data from the acceleration sensor 101, and 203 is for determining the stop state of the vehicle 100 based on the output data of the acceleration sensor 101 stored in the output value storage means 202. The stop determination means 205 is a bias value mem- ber from the determination result of the stop determination means 203. A control means for controlling the process of rewriting the bias value in Li 204.
[0131]
As in the first embodiment, when the control unit 205 obtains the position of the vehicle 100 from the calculation unit 201, the control unit 205 reads the map data from the map storage unit 104 and displays it on the display unit 105. Also, the same reference numerals as those of the first embodiment perform the same function.
[0132]
FIG. 21 is an in-vehicle conceptual diagram of the navigation device in the fifth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 21, the acceleration sensor 101 detects the acceleration in the traveling direction of the vehicle 100 (X-axis direction in FIG. 3). The gyro sensor 102 is disposed on the vehicle 100 so as to be able to detect angular velocities in the yaw movement direction (around the Z axis in FIG. 3) of the vehicle 100.
[0133]
FIG. 22 is a diagram illustrating output characteristics of the acceleration sensor or the gyro sensor. The acceleration sensor 101 or the gyro sensor 102 is a sensor that outputs a voltage proportional to the magnitude of acceleration or angular velocity to be detected. With such an acceleration sensor or gyro sensor, an output voltage value as shown in FIG. 22 is obtained. However, since all of the values are positive as shown in FIG. 22, a process of subtracting the bias value from the output value obtained from the sensor is necessary in order to have a positive or negative sign.
[0134]
However, the bias value is characterized by irregular fluctuations due to external factors such as the passage of time and temperature changes. For example, in FIG. 22, it is assumed that the output characteristic of the solid line R is obtained. Here, the output characteristic changes to the broken line R ′ due to the external factors as described above.
[0135]
Such a bias error becomes an error of the calculated moving distance and moving direction, and even if it is a slight error, the error is accumulated by the accumulating operation and becomes gradually non-negligible. In particular, although the vehicle 100 is actually stopped, a non-zero acceleration data or angular velocity data is obtained due to an error, and there may be a problem that the vehicle 100 moves on the map data.
[0136]
Therefore, in order to detect the position of the vehicle 100 with high accuracy, it is necessary to remove the error due to the fluctuation of the bias value. However, the acceleration sensor or the gyro sensor has a magnitude of acceleration or angular velocity because of its configuration. It is impossible to detect that is zero. Accordingly, a state in which the magnitude of acceleration or angular velocity related to the vehicle 100 is zero, that is, a stop state of the vehicle 100 is determined, and the output voltage of the acceleration sensor 101 or the gyro sensor 102 at this time is newly updated as a bias value.
[0137]
Based on the output data of the acceleration sensor 101, the travel distance calculation means 107 calculates the travel distance, and based on the output data of the gyro sensor 102, the travel direction calculation means 108 calculates the travel direction. The processing for obtaining the position of the vehicle 100 based on the calculation means 201 is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted.
[0138]
FIG. 23 is a flowchart showing the operation of the stop determination means in the fifth embodiment of the present invention, and describes the process of determining the stop state of the vehicle 100 from the change in the output data of the acceleration sensor 101.
[0139]
As shown in FIG. 23, first, the output data of the first acceleration sensor 21 is temporarily stored in the output value storage means 202 every predetermined time ΔT (Step 501).
[0140]
When the predetermined time ΔT is reached, in accordance with an instruction from the control unit 205, the stop determination unit 203 outputs a plurality of output data p of the acceleration sensor 101 stored in the output value storage unit 202. _n The average value P is obtained (Step 502).
[0141]
[Equation 26]

[0142]
Next, individual output data p of the acceleration sensor 101 stored in the output value storage means 202 at a predetermined time ΔT. _n And the difference of the average value P calculated | required by (Equation 26) is calculated | required, it squares, and also the sum p (DELTA) T of the value calculated | required separately is calculated | required (Step503).
[0143]
[Expression 27]

[0144]
The stop determination unit 203 compares the value of pΔT obtained by (Equation 27) with a predetermined threshold value k1 (Step 504). If the value of pΔT is equal to or less than the threshold value k1, the vehicle 100 is stopped. If the value of pΔT is larger than the threshold value k1, the vehicle 100 is determined to be in a non-stop state (Step 506).
[0145]
That is, if the value obtained by performing the dispersion processing on the output value of the gyro sensor 102 at the predetermined time ΔT is equal to or smaller than the value indicated by the threshold value k2, it is determined that the vehicle 100 is in a stopped state.
[0146]
The reference for determining the threshold value k1 is preferably set at the boundary between the state where the vehicle 100 is stopped and the state where the vehicle 100 is traveling at a constant speed. Comparing the stop state of the vehicle 100 and the constant speed running state, the output data of the acceleration sensor 101 in a state where the vehicle 100 is stopped has almost no fluctuation and is almost equal to the bias value. On the other hand, the output data in a state where the vehicle 10 is traveling at a constant speed detects minute acceleration / deceleration of the vehicle 100, and therefore is not substantially equal to the bias value. The fluctuation of the output data is detected to be larger than the fluctuation of the output data at the time of stop. Therefore, it is possible to accurately determine the stop state of the vehicle 100 by setting the threshold value k1 at this boundary.
[0147]
In the above description, the process for determining the stop state of the vehicle 100 from the change in the output data of the acceleration sensor 101 is shown. However, the stop state of the vehicle 100 is similarly determined from the output data of the gyro sensor 102. This is possible and will be described below.
[0148]
FIG. 24 is a flowchart showing the operation of the stop determination means in the fifth embodiment of the present invention, and shows the processing for determining the stop state of the vehicle 100 from the change in the output data of the gyro sensor 102. However, the output value storage means 202 shown in FIG. 20 stores the output data of the gyro sensor 102.
[0149]
As shown in FIG. 24, first, output data q of the gyro sensor 102 _n Is stored in the output value storage means 202 at every predetermined time ΔT (Step 801), and the output value q of the gyro sensor 102 at the predetermined time ΔT in accordance with an instruction from the control means 205. _n An average value Q is obtained (Step 802).
[0150]
[Expression 28]

[0151]
Next, the individual output data q of the gyro sensor 102 stored in the output storage means 202 for a predetermined time ΔT. _n Then, the difference from the average value Q obtained from (Equation 28) is obtained and squared, and the sum qΔT of the values obtained individually is obtained (Step 803).
[0152]
[Expression 29]

[0153]
The value of qΔT obtained by (Equation 29) is compared with a predetermined threshold value k2 (Step 804). If the value of qΔT is equal to or smaller than the threshold value k2, the vehicle 100 is in a stopped state (Step 805). If it is determined that the value of qΔT is greater than the threshold value k2, the vehicle 100 is determined to be in a non-stop state (Step 806).
[0154]
That is, if the value obtained by performing the dispersion processing on the output value of the gyro sensor 102 at the predetermined time ΔT is equal to or smaller than the value indicated by the threshold value k2, it is determined that the vehicle 100 is in a stopped state.
[0155]
The reference for determining the threshold value k2 is desirably set between the case where the vehicle 100 is stopped and the case where the vehicle 100 is traveling straight. Comparing the case where the vehicle 100 is stopped and the case where the vehicle 100 is traveling straight, the output data of the gyro sensor 102 when the vehicle 100 is stopped is almost unchanged and almost equal to the bias value. On the other hand, when the vehicle 100 is traveling straight ahead, the vehicle 100 detects minute meandering traveling, and the output data of the gyro sensor 102 is not substantially equal to the bias value, and the gyro sensor 102 during straight traveling travels. The fluctuation of the output data is detected to be larger than the fluctuation of the output data at the time of stop. Therefore, it is possible to accurately determine the stop state of the vehicle 100 by setting the threshold value k2 at this boundary.
[0156]
As described above, when the stop determination unit 203 determines the stop state of the vehicle 100 based on the output change of the acceleration sensor 101 or the gyro sensor 102, the control unit 205 determines the output values of the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 at this time. The bias value is updated by storing it in the bias value memory 204 as a bias value.
[0157]
As described above, in this embodiment, it is possible to determine the stop state of the vehicle 100 from the change in the output value of the acceleration sensor 101 or the gyro sensor 102. By updating the bias values of the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 when the vehicle 100 is stopped, it is possible to prevent the output errors of the acceleration sensor 101 and the gyro sensor 102 from accumulating, and to determine the position of the vehicle 100 with high accuracy. A navigation device that can be obtained can be realized.
[0158]
Needless to say, this stop determination means 203 can also be applied to the determination of the stop state of the vehicle 100 in the second embodiment.
[0159]
Further, as a further use example of the present embodiment, the following cases can be considered. FIG. 25 is an in-vehicle conceptual diagram of the navigation device according to the fifth embodiment of the present invention, and shows an example of the navigation device that obtains the position of the vehicle 100 by GPS (Grbal Positioning System) 206. As shown in FIG. 25, in positioning by the GPS 206, radio waves are simultaneously received from a plurality of GPS satellites to determine the position of the vehicle 100. Therefore, a positioning error constantly occurs depending on the reception environment. Therefore, even if the vehicle 100 is stopped, the vehicle 100 may move or stagger on the map data due to the positioning error. In order to prevent this, the gyro sensor 102 is provided, and the stop state of the vehicle 100 is determined from the change in the output. When the vehicle 100 is in the stop state, the control means 205 forcibly determines the position of the vehicle 100 on the map data. It can be controlled not to move.
[0160]
In this embodiment, the gyro sensor 102 is used to determine the moving direction of the vehicle 100. However, it is apparent from the first embodiment that the acceleration sensor 110 may be used as shown in FIG. The stop state of the vehicle 100 can also be determined from the change in the output of the acceleration sensor 110.
[0161]
In addition, as shown in the conventional example, even when the movement distance is obtained from a signal corresponding to the number of rotations of the wheels that can be detected from the vehicle 100 instead of the acceleration sensor 101, the vehicle 100 is detected from the change in the output of the gyro sensor 102. It is possible to update the bias value of the gyro sensor 102 by determining the stop state.
[0162]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in order to calculate the moving distance of the vehicle, the acceleration detecting means is provided, and the moving distance is obtained based on the output data of the acceleration detecting means. Since it is possible to perform positioning without requiring wiring work for taking out the battery, it is possible to realize a highly safe navigation device without burdening the user.
[0163]
Also, the travel distance is obtained from the output data of the X-direction acceleration detection means, and the travel direction is obtained from the output data of the yaw angular velocity detection means, and positioning can be performed without the need for wiring work for extracting signals from the vehicle. Therefore, it is possible to realize a highly safe navigation device without burdening the user.
[0164]
Also, the travel distance is obtained from the output data of the X direction acceleration detection means, and the travel direction is obtained from the output data of the Y direction acceleration detection means, and positioning is performed without the need for wiring work for extracting the signal from the vehicle. Therefore, it is possible to realize a highly safe navigation device without burdening the user.
[0165]
Further, the pitch angle is obtained based on the output data of the X direction acceleration detecting means when the acceleration related to the vehicle becomes zero, and the output data of the subsequent X direction acceleration detecting means is corrected using this pitch angle. Thus, the influence of the gravitational acceleration included in the output data of the X-direction acceleration detecting means can be corrected, so that a navigation device capable of performing accurate positioning can be realized.
[0166]
Further, a pitch angular velocity detection means is provided, and a pitch angle is obtained based on output data of the pitch angular velocity detection means, and the output data of the X direction acceleration detection means is corrected using this pitch angle. Since the influence of the gravitational acceleration included in the output data of the direction acceleration detecting means can be corrected, a navigation device capable of performing accurate positioning can be realized.
[0167]
Also, a Z-direction acceleration detection means is provided, and a pitch angle is obtained based on the output data of the Z-direction acceleration detection means, and the output data of the X-direction acceleration detection means is corrected using this pitch angle. Since the influence of the gravitational acceleration included in the output data of the X direction acceleration detecting means can be corrected, a navigation device capable of performing accurate positioning can be realized.
[0168]
In addition, since acceleration detecting means for detecting each of the X direction, the Y direction, and the Z direction are provided and these are configured by one triaxial acceleration sensor, the apparatus can be reduced in size and highly accurate positioning can be performed. A navigation device that can be used is realized.
[0169]
In addition, since the correction speed in the traveling direction of the vehicle is obtained from the yaw angular velocity detection means and the Y-direction acceleration detection means, and the moving distance of the vehicle is obtained using this correction speed, the output of the X-direction acceleration detection means It is possible to realize a navigation device that can reduce the accumulated error of the movement distance obtained from the data and perform accurate positioning.
[0170]
Further, since the yaw angular velocity detection means and the Y direction acceleration detection means obtain the correction coefficient of the speed in the traveling direction of the vehicle, the output data of the X direction acceleration detection means is corrected using this correction coefficient. A navigation apparatus capable of reducing the accumulated error of the movement distance obtained from the output data of the X-direction acceleration detection means and performing accurate positioning can be realized.
[0171]
Moreover, it is comprised so that the stop state of a vehicle may be determined from the change of the output value of an acceleration detection means, and the navigation apparatus which can determine the state which the vehicle has stopped can be implement | achieved.
[0172]
Moreover, it is comprised so that the stop state of a vehicle may be determined from the change of the output value of an angular velocity detection means, and the navigation apparatus which can determine the state which the vehicle has stopped can be implement | achieved.
[0173]
Further, the vehicle stop state is determined from the output value of the acceleration detection means, and the output value of the acceleration detection means at this time is updated as a bias value, thereby improving the accuracy of the output value of the acceleration detection means. Therefore, a navigation device that can perform positioning with high accuracy can be realized.
[0174]
In addition, the vehicle stop state is determined from the output value of the angular velocity detection means, and the output value of the angular velocity detection means at this time is updated as a bias value, thereby improving the accuracy of the output value of the angular velocity detection means. Therefore, a navigation device that can perform positioning with high accuracy can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a navigation device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a coordinate system of a vehicle in the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the navigation device in the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a navigation device in a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a running state of a vehicle on a slope in the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a navigation device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a navigation device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a conceptual diagram of a running state of a vehicle in a third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 17 is an explanatory diagram of the detection direction of the acceleration sensor according to the third embodiment of the invention.
FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a navigation device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a block diagram showing a configuration of a navigation device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a diagram showing output characteristics of an acceleration sensor or a gyro sensor.
FIG. 23 is a flowchart showing the operation of the stop determination means in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a flowchart showing the operation of stop determination means in the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a conceptual diagram of an in-vehicle navigation device in a fifth embodiment of the present invention
FIG. 26 is an in-vehicle conceptual diagram of a navigation device in a conventional example.
FIG. 27 is a diagram showing the structure of a top rate gyro sensor.
FIG. 28 is a diagram showing the structure of an optical fiber gyro.
FIG. 29 is an explanatory diagram of vehicle position calculation.
[Explanation of symbols]
100 vehicles
101 Acceleration sensor (X direction acceleration detection means)
102 Gyro sensor (yaw angular velocity detection means)
104 Map storage means
105 Display means
106, 205 Control means
107, 115, 119, 125 Moving distance calculation means
108, 111 Moving direction calculation means
109, 112, 116, 120, 126, 201 Calculation means
110 Acceleration sensor (Y direction acceleration detection means)
113, 118, 122 Pitch angle calculation means
114 Pitch angle storage means
117 Gyro sensor (pitch angular velocity detection means)
121 Acceleration sensor (Z direction acceleration detection means)
124 Correction speed calculation means
202 Output value storage means
203 Stop determination means
204 Bias value memory
206 GPS
301, 302 Acceleration sensor

Claims (4)

X direction acceleration detecting means for detecting acceleration in the traveling direction of the vehicle, yaw angular velocity detecting means for detecting angular velocity in the yaw motion direction of the vehicle, and Y direction for detecting acceleration in a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle on a horizontal plane Acceleration detection means; correction speed calculation means for calculating a correction speed in the traveling direction of the vehicle from output data of the yaw angular velocity detection means and the Y-direction acceleration detection means; output data of the X-direction acceleration detection means; A moving distance calculating means for calculating the moving distance of the vehicle based on the corrected speed of the speed calculating means; a moving direction calculating means for calculating the moving direction of the vehicle from the output data of the yaw angular velocity detecting means or the Y direction acceleration detecting means; The travel distance and travel direction calculated by the travel distance calculation means and the travel direction calculation means are the same as those of the previous vehicle. Navigation apparatus characterized by comprising a calculating means for calculating the position of the vehicle by accumulating the location. X direction acceleration detecting means for detecting acceleration in the traveling direction of the vehicle, yaw angular velocity detecting means for detecting angular velocity in the yaw motion direction of the vehicle, and Y direction for detecting acceleration in a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle on a horizontal plane An acceleration detecting means; a correction coefficient calculating means for calculating a correction coefficient for correcting output data of the X direction acceleration detecting means from output data of the yaw angular velocity detecting means and the Y direction acceleration detecting means; and the X direction acceleration. A moving distance calculating means for calculating a moving distance of the vehicle based on output data of the detecting means or data obtained by correcting the output data of the X direction acceleration detecting means with the correction coefficient; and the yaw angular velocity detecting means or the Y direction acceleration. A moving direction calculating means for calculating the moving direction of the vehicle from the output data of the detecting means, and the moving distance calculating means; And navigation device characterized by comprising a calculating means for cumulatively calculates the position of the vehicle movement distance and movement direction calculated in the moving direction calculation means to the position of the previous vehicle. Wheel signal detecting means for detecting a signal corresponding to the number of rotations of the wheel, yaw angular speed detecting means for detecting an angular speed in the yaw motion direction of the vehicle, and Y for detecting acceleration in a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle on a horizontal plane Direction acceleration detection means, correction speed calculation means for calculating a correction speed in the traveling direction of the vehicle from output data of the yaw angular velocity detection means and the Y direction acceleration detection means, output data of the wheel signal detection means or the correction speed A moving distance calculating means for calculating a moving distance of the vehicle based on a correction speed of the calculating means; a moving direction calculating means for calculating a moving direction of the vehicle from output data of the yaw angular velocity detecting means or the Y-direction acceleration detecting means; The movement distance and movement direction calculated by the movement distance calculation means and the movement direction calculation means are accumulated in the previous vehicle position. Navigation apparatus characterized by comprising a calculating means for calculating the position of both. Wheel signal detecting means for detecting a signal corresponding to the number of rotations of the wheel, yaw angular speed detecting means for detecting an angular speed in the yaw motion direction of the vehicle, and Y for detecting acceleration in a direction perpendicular to the traveling direction of the vehicle on a horizontal plane Direction acceleration detection means, correction coefficient calculation means for calculating a correction coefficient for correcting output data of the wheel signal detection means from output data of the yaw angular velocity detection means and the Y direction acceleration detection means, and the wheel signal detection Travel distance calculation means for calculating a travel distance of the vehicle based on output data of the means or data obtained by correcting the output data of the wheel signal detection means with the correction coefficient, and the yaw angular velocity detection means or the Y-direction acceleration detection means. Moving direction calculating means for calculating the moving direction of the vehicle from the output data, the moving distance calculating means and the moving direction calculation Navigation apparatus characterized by the cumulative travel distance and movement direction calculated means to the position of the preceding vehicle and a calculating means for calculating the position of the vehicle.

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