JP3804409B2

JP3804409B2 - 加速度を利用した処理装置

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Publication number: JP3804409B2
Application number: JP2000220759A
Authority: JP
Inventors: 慶幸松原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-07-21
Filing date: 2000-07-21
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: JP2002040040A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
車両の前後方向の加速度を検出する加速度センサから得た加速度を用いて所定の処理を行う加速度を利用した処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の走行に伴って移動していく現在位置をディスプレイ上に道路地図とともに表示したり、現在地から目的地までの適切な経路を設定し、経路案内を行うナビゲーション装置が知られており、より円滑なドライブに寄与している。
【０００３】
このような車両の現在位置の表示や経路案内に際しては、車両の現在位置を検出することが基本である。そして、その車両の現在位置検出においては、例えばジャイロスコープからの出力値に基づいて算出される方位変化量及び車速センサからの出力値に基づいて算出される移動距離を用いて推測航法演算を行うものが基本技術として知られている。
【０００４】
車速センサは、車速パルスのような車速信号を取り出しており、車両にナビゲーション装置を後付けする場合には、配線工事等が必要となってユーザへの負担がかかる。また、車両の種類によっては、設計上の問題から配線できない場合も考えられる。さらに、ＥＣＵ（電子制御装置）に対して配線工事することとなるため、ＥＣＵが誤動作する危険も拭いきれない。
【０００５】
そのため、ＥＣＵへの配線を必要とせずに移動距離を算出する手段として車両進行方向における加速度を検出する加速度センサを用い、加速度センサからの出力を２重積分して距離を求める方法が考えられる。しかし、加速度センサからの出力は、走行中の道路勾配変化による重力加速度の影響を受けた値となる。具体的には、加速度センサの出力する加速度ｓは、車両の駆動力による加速度をａとし、車両進行方向に垂直な方向と重力ｇの方向とのなす角θとすると、ｓ＝ａ＋ｇ・ｓｉｎθとなる。
【０００６】
したがって、加速度センサからの出力はこのｇ・ｓｉｎθで示される加速度を誤差として含むことになり、道路勾配が変化すればこの誤差も変化することになる。よって、加速度センサの出力である加速度や、この加速度を積分して求めた速度、そしてこの速度を積分して求めた距離にはこうした誤差の影響が含まれてしまう。
【０００７】
この問題は、ＧＰＳを用いることで解決する方法が知られている。また、特開平８−３２７３７８号には、上下方向の加速度を計測する加速度センサを追加したり、ピッチ方向の角速度を計測するジャイロセンサを追加したり、地図データに道路勾配や高度差を追加することで、加速度センサの出力に含まれる重力の影響を補正して距離を補正する技術が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧＰＳを用いて解決する方法では、ＧＰＳ用データを受信できない場所では利用できず、また、上述の特開平８−３２７３７８号に記載の方法を実現するためには、センサやデータを新たに追加する必要があった。
【０００９】
そこで、本発明は、加速度センサからの出力値を利用して所定の処理を行う装置において、これらセンサやデータを追加しなくても、またＧＰＳ非受信時であっても、道路勾配変化による重力の影響により生じる誤差を補正し、高精度の加速度、速度、距離を利用可能な加速度を利用した処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上述した問題点を解決するためになされた請求項１に記載の加速度を利用した処理装置によれば、加速度センサから得た加速度を積分して車両の速度を求める際、加速度センサから得た加速度には傾斜の影響による誤差によって所定の上限値を越えた場合にはその速度は通常の走行状態においてとりうる速度の上限値へと補正される。例えば、速度Ｖは、Ｖ≦法定速度＋ａのようにすればよい。このようにすれば、通常の走行ではあり得ない所定範囲外の速度が求められた場合には、その値を所定範囲内に補正することができる。こうして異常な速度を除去することができる。
【００１３】
なお、請求項１において、所定の処理は加速度センサから得た加速度を用いた処理であればよく、加速度を利用した処理装置としては、例えば加速度算出装置・速度算出装置・距離算出装置のように、加速度センサから得た加速度を用いて各種の値を算出する装置や、このような値を表示する表示装置やナビゲーション装置などを含む。
【００１８】
なお、請求項１に記載した加速度を利用した処理装置は、請求項２のようにすることでさらに精度の良い速度や距離を得ることができる。つまり、ＨＰＦを通すことによって加速度センサから得た加速度のうち、急激に変化する加速度が残され、緩やかに変化する加速度が除去される。したがって、緩やかに変化する加速度である重力の影響を除去することができる。重力の影響による加速度が緩やかに変化するのは、この加速度が前述のようにｇ・ｓｉｎθで示され、θが緩やかに変化するためである。θが急激に変化することは、路面の傾斜が急激に変化することを意味するが、通常の道路においてはこのように路面の傾斜が急激に変化することはまれであり、通常はなだらかに変化する。一方、例えばドライバがアクセルやブレーキを操作して加減速装置を駆動して車両内部から能動的に加減速する場合には、このような重力の影響による加速度に比べて急激に変化する。したがって、例えば傾斜による自然な加速度の変化と車両を能動的に加減速する場合の加速度の変化とを実測しておき、傾斜時の加速度変化に相当する加速度変化値はカットするようにＨＰＦの特性を決定すればよい。例えば、加速度の変化が実測から求めた所定の値以下である場合には加速度を０に補正するなどして、重力の影響を除去した加速度を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうることは言うまでもない。
【００２０】
本発明の加速度を利用した処理装置の一例としてナビゲーション装置２０を実施例とする。図１はナビゲーション装置２０の構成を示す図である。ナビゲーション装置２０は、図１に示すように車両の現在位置を検出する位置検出器２１と、ユーザーからの各種指示を入力するための操作スイッチ群２２と、操作スイッチ群２２と同様に各種指示を入力可能なリモートコントロール端末（以下、リモコンと称す。）２３ａと、リモコン２３ａからの信号を入力するリモコンセンサ２３ｂと、携帯電話３０を接続し外部との通話または通信を行うための携帯電話接続装置２４と、地図データや各種の情報を記録した外部記憶媒体から地図データ等を入力する外部記憶装置２５と、地図表示画面やＴＶ画面等の各種表示を行うための表示装置２６と、各種のガイド音声等を出力するためのスピーカ２７と、操作スイッチ群２２やリモコン２３ａと同様に各種の指示を音声で入力するためのマイク２８、上述した位置検出器２１、操作スイッチ群２２、外部記憶装置２５、リモコン２３ａからの入力に応じて各種処理を実行し、位置検出器２１、操作スイッチ群２２、リモコンセンサ２３ｂ、携帯電話接続装置２４、外部記憶装置２５、表示装置２６、スピーカ２７、マイク２８を制御する制御回路２９とを備えている。
【００２１】
位置検出器２１は、ＧＰＳ(Global Positioning System）用の人工衛星からの送信電波をＧＰＳアンテナを介して受信し、車両の位置，方位，速度等を検出するＧＰＳ受信機２１ａと、車両に加えられる回転運動の大きさを検出するジャイロスコープ２１ｂと、車両の前後方向の加速度を検出するための加速度センサ２１ｃとを備えている。そして、これら各センサ等２１ａ〜２１ｃは、各々が性質の異なる誤差を有しているため、互いに補完しながら使用するように構成されている。なお、精度によっては、ＧＰＳ受信機２１ａやジャイロスコープ２１ｂは備えない構成としてもよく、また、地磁気センサや左右操舵輪の回転差などから得られる車両のステアリング角を累積して方向を求めるセンサや各転動輪の車輪センサ等を用いてもよい。
【００２２】
操作スイッチ群２２としては、表示装置２６と一体に構成され表示画面上に設置されるタッチスイッチ及び表示装置２６の周囲に設けられたメカニカルなキースイッチ等が用いられる。タッチスイッチは、表示装置２６の画面上に縦横無尽に配置された赤外線センサより構成されており、例えば指やタッチペンなどでその赤外線を遮断すると、その遮断した位置が２次元座標値（Ｘ，Ｙ）として検出される。これによって、表示画面を直接タッチすることで、所定の指示を入力できるようにされている。
【００２３】
また外部記憶装置２５は、位置検出の精度向上のためのいわゆるマップマッチング用データ、地図データ、その他の付加データを含む各種データを入力するための装置である。外部記憶媒体としては、そのデータ量からＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤを用いるのが一般的であるが、ハードディスクなどの磁気記憶装置やメモリカード等の他の媒体を用いても良い。
【００２４】
道路データは、交差点等の複数のノード間をリンクにより接続して地図を構成したものであって、それぞれのリンクに対し、リンクを特定する固有番号（リンクＩＤ）、リンクの長さを示すリンク長、リンクの始端と終端とのｘ，ｙ座標、リンクの道路幅、および道路種別（有料道路等の道路情報を示すもの）のデータからなるリンク情報からなる。
【００２５】
表示装置２６は、カラー表示装置であり、その表示画面には位置検出器２１にて検出した車両の現在地を示すマークと、外部記憶装置２５より入力された地図データと、目的地マークと、携帯電話接続装置２４を介して通信によって入力した他車情報と、目的地までの案内経路、名称、目印、各種施設のマーク等の付加データとを重ねて表示することができる。また、施設のガイドも表示もできる。また、スピーカ２７は、外部記憶装置２５より入力された施設のガイドや各種案内の音声を出力する。
【００２６】
制御回路２９は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ及びこれらの構成を接続するバスラインなどからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成されており、ＲＯＭ及びＲＡＭに記憶されたプログラムに基づいて、位置検出器２１からの各検出信号に基づき座標及び進行方向の組として車両の現在位置を算出する現在位置算出処理、外部記憶装置２５を介して読み込んだ現在位置付近の地図等を表示装置２６に表示する処理や、外部記憶装置２５に格納された地点データに基づき、操作スイッチ群２２やリモコン２３ａ等の操作に従って目的地となる施設を選択する目的地選択処理、現在位置から目的地までの最適な経路を自動的に選択し、この選択された経路に従って案内を行う経路案内処理を実行する。このように自動的に最適な経路を設定する手法は、ダイクストラ法等の手法が知られている。そして、表示装置２６上の道路地図に重ねて誘導経路を表示して、ドライバーに適切なルートを案内する。
【００２７】
また制御回路２９は、車両が走行した累積距離を求める累積距離算出処理を行う。この累積距離算出処理にて求めた累積距離を用いて上述の現在位置算出処理を行う。この累積距離算出処理について、図２〜図５を参照して説明する。
図２は、制御回路２９が、加速度センサ２１ｃから加速度を入力し、その加速度を用いて最終的に累積距離を算出する累積距離算出処理の流れを示す図である。なお、この累積距離算出処理は繰り返し行う。まず制御回路２９は、加速度センサ２１ｃから車両の前後方向の加速度を入力し、この加速度に含まれる誤差を補正する加速度補正処理を行う。そして、加速度補正処理によって補正された加速度を積分して速度を得る速度算出処理を行う。また加速度センサ２１ｃから入力した加速度に基づいて停止中か否かを判定する停止判定処理の結果を用いて、速度に含まれる誤差を補正する速度補正処理を行い、補正された速度を積分して距離を算出する距離算出処理を行う。そして、算出された距離を距離補正処理によって補正して累積距離を求める。このような累積距離算出処理中の各処理の内容について以下に説明する。
【００２８】
加速度補正処理は、加速度センサ２１ｃの出力値に含まれる道路勾配の影響をＨＰＦ(High Pass Filter)で除去する処理である。これは、車両が加減速する場合の加速度は比較的急激に変化するが、路面の傾斜による加速度は比較的緩やかに変化する特性を利用したものであり、ＨＰＦによって、急激に変化する値を残し、緩やかに変化する値を除去することで傾斜の影響を補正することができる。
【００２９】
このように加速度補正処理によって補正された加速度を積分して速度を求める。このように加速度を積分して速度を求める処理が速度算出処理であり、この処理は公知の処理である。
このように速度算出処理によって求められた速度は、速度補正処理において、停止判定処理の判定結果である停止判定フラグを用いて補正する。したがってまず、停止しているか否かを判定する停止判定処理について説明する。
【００３０】
停止判定処理では、加速度センサ２１ｃから出力された出力値を、ｎ秒間分制御回路２９内に記憶し、その記憶した加速度センサ出力値の分散Ｄｇを用いて停止中か否かを判定する。停止中であると判定した場合には、停止中フラグをセットし、停止中でないと判定した場合にはクリアする。
【００３１】
この分散Ｄｇは、過去ｎ秒間の加速度センサ出力値の平均値を中心とした過去ｎ秒間の分散であり、分散Ｄｇは走行中は大きくなり、停止中は小さくなる。走行中に分散Ｄｇが大きくなる原因としては、走行時の加減速により加速度が変化するため、路面の傾斜角変化により加速度が変化するため、走行時の走行振動によるノイズの影響を受けるためなどが挙げられる。以上の理由から、閾値を設けて分散が閾値以上の場合には走行中、閾値以下の場合には停止中と判断できる。
【００３２】
以下、図３のフローチャートにしたがって処理を説明する。
図３のＳ１１０では、停止中フラグが初期化済みであるか否かを判定する。停止中フラグが初期化済みでない場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、Ｓ１２０へ移行し停止中フラグを初期化（クリア）してＳ１３０へ移行する。一方、停止中フラグが初期化済みである場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、Ｓ１３０へ移行する。
【００３３】
Ｓ１３０では、加速度センサ２１ｃの出力値を取得し、過去ｎ秒間分の出力値を制御回路２９内に記憶する。
続くＳ１４０では、Ｓ１３０で記憶した過去ｎ秒分の加速度センサ出力値の分散Ｄｇを算出する。
【００３４】
続くＳ１５０では、停止中フラグがセットされているか否かを判定し、停止中フラグがセットされている場合には（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、Ｓ１６０へ移行する。一方、停止中フラグがセットされていない場合には（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１９０へ移行する。
【００３５】
Ｓ１６０では、Ｓ１４０で算出した分散Ｄｇが、予め設定された停止中閾値以上であるか否かを判定し、停止中閾値以上である場合には（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、Ｓ１７０へ移行し、停止中フラグをクリアして、Ｓ１８０でこの時点の時刻を時刻Ｔｓに記憶する。一方、分散Ｄｇが停止中閾値未満である場合には（Ｓ１６０：ＮＯ）、そのまま終了する。したがって、停止中フラグは変更しないので、セットされたままとなる。
【００３６】
一方、Ｓ１９０では、Ｓ１４０で算出した分散Ｄｇが、予め設定された走行中閾値以下であるか否かを判定し、走行中閾値以下であれば（Ｓ１９０：ＹＥＳ）、Ｓ２００へ移行して停止中フラグをセットする。一方、走行中閾値未満であれば（Ｓ１９０：ＮＯ）、そのまま終了する。したがって、停止中フラグは変更しないので、クリアされたままとなる。
【００３７】
なお、停止中閾値は、例えば、停止中の加速度の分散の最大値、停止状態から加速する時の加速度の分散の最小値、または、停止中の加速度の分散の最大値と停止状態から加速する時の分散の最小値の平均値等を実測して用いるとよい。一方、走行中閾値は、例えば、走行中の加速度の分散の最小値、停止中の分散の最小値、または、走行中の分散の最小値と停止中の分散の平均値との平均値を実測して用いるとよい。
【００３８】
このようにすると停止中の閾値と走行中の閾値の大小関係は、「停止中閾値」＞「走行中閾値」となる。すなわち、停止中の場合には、走行中の閾値を越えても停止中の閾値を越えない限りは停止中と判断し、走行中の場合には、停止中の閾値を下回ったとしても、走行中の閾値を上回っている限りには走行中と判断する。このようにすることで、走行中に停止中であると判断したり、停止中に走行中であると判断してしまうことを抑制でき、停止中であるか走行中であるかの判定をより高精度に行うことができる。
【００３９】
このようにして設定された停止中フラグを用いて、前述の速度算出処理によって算出された速度に含まれる誤差を補正する速度補正処理を行う。この速度補正処理を図４のフローチャートに示して説明する。
図４に示すように、Ｓ３１０では、速度誤差量ｄＶをゼロにする。
【００４０】
続くＳ３２０では、停止中フラグがセットされているか否かを判定する。停止中フラグがセットされている場合には（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、Ｓ３３０へ移行し、停止中フラグがセットされていない場合には（Ｓ３２０：ＮＯ）、Ｓ３５０へ移行する。
【００４１】
Ｓ３３０では、速度誤差量ｄＶを前述の速度算出処理によって求めた速度Ｖとする。そして、続くＳ３４０で、この速度Ｖをゼロにする。
一方、Ｓ３５０では、速度Ｖが閾値１未満であるか否かを判定する。速度Ｖが閾値１未満である場合には（Ｓ３５０：ＹＥＳ）、Ｓ３６０へ移行し、速度Ｖが閾値１以上である場合には（Ｓ３５０：ＮＯ）、Ｓ３８０へ移行する。
【００４２】
Ｓ３６０では、速度Ｖから閾値１を引いた値を速度誤差量ｄＶとする。そして、続くＳ３７０では、速度Ｖの値を閾値１の値とする。
一方、Ｓ３８０では、速度Ｖが閾値２より大きいか否かを判定する。速度Ｖが閾値２より大きい場合には（Ｓ３８０：ＹＥＳ）、Ｓ３９０へ移行し、速度Ｖが閾値２以下である場合には（Ｓ３８０：ＮＯ）、処理を終了する。
【００４３】
Ｓ３９０では、速度Ｖから閾値２を引いた値を速度誤差量ｄＶとする。そして、続くＳ４００で速度Ｖの値を閾値２の値とする。
このようにすることで、速度誤差量ｄＶを求め、速度Ｖを補正することができる。すなわち、停止判定処理によって停止中であると判定されている場合には（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、速度Ｖは本来ゼロであるはずなので、その速度Ｖを速度誤差量ｄＶにセットし、速度Ｖをゼロとする。一方、停止中でないと判定されている場合（Ｓ３２０：ＮＯ）には、速度Ｖを閾値１≦速度Ｖ≦閾値２に制限し、この値域を外れた分の速度を速度誤差量ｄＶとする。なお、これらの閾値は、通常の走行時にはあり得ない速度を排除できるような値に設定する。例えば閾値１は０とし、閾値２は法定速度とするとよい。
【００４４】
このようにして補正された速度Ｖは距離算出処理において、積分して累積距離Ｄを求める。この距離算出処理は公知の処理である。
こうして求めた累積距離Ｄを補正する距離補正処理を図５のフローチャートに示して説明する。
【００４５】
図５に示すようにＳ５１０では、累積誤差量ｄＤを算出する。累積誤差量ｄＤは次に示す式で算出する。
累積誤差量ｄＤ＝速度誤差量ｄＶ×（現在の時刻Ｔｅ−走行し始めた時刻Ｔｓ）／２
これは、走行し始めた時刻Ｔｓでは速度誤差がゼロであり、その後現在までに徐々に速度誤差が増加するためである。
【００４６】
続くＳ５２０では、距離算出処理によって算出された累積距離Ｄから、Ｓ５１０で算出した累積誤差量ｄＤを引いて補正後の累積距離Ｄを求める。
そして、Ｓ５３０では、時刻Ｔｅを時刻Ｔｓに設定する。
このような距離補正処理によって、さらに精度のよい累積距離Ｄを求めることができる。
【００４７】
この距離補正処理の内容を図６に示す具体例でさらに詳しく説明する。図６（ａ）は、車両に搭載された角度θの勾配をもつ道路を車両が走行している様子を示す図である。例えば、図６（ａ）に示すように角度θの勾配をもつ坂道を車両を下る場合には、加速度センサ２１ｃからは、重力ｇの車両の進行方向への成分であるｇ・ｓｉｎθと、車両の駆動輪からの加速度ａとの合成された加速度ｓが得られる（ｓ＝ａ＋ｇ・ｓｉｎθ）。
【００４８】
したがって、この坂道で停車状態（時刻Ｔｓ）から加速度ｓで走行した場合には、図６（ｂ）に示すように、この加速度ｓを積分して求めた速度Ｖは一次関数となり、その速度Ｖを積分して求めた距離Ｄは２次関数となる。このとき、速度Ｖが閾値２を越えると（時刻Ｔｅ）、図４に示したＳ３９０で速度Ｖは閾値２の値に制限される。したがって速度Ｖは、図６（ｂ）の中段の速度のグラフに示す補正後の速度Ｖとなる。
【００４９】
また、図４のＳ３９０では速度誤差量ｄＶを速度誤差量ｄＶ＝速度Ｖ−閾値２として求める。そして、図５のＳ５１０では、この速度誤差量ｄＶを用いて距離誤差量ｄＤを求める。この距離誤差量ｄＤは、図６（ｂ）の速度のグラフにおいて、底辺をｄＶ、高さを（Ｔｅ−Ｔｓ）とする三角形の面積に相当する。つまり、この面積に相当する誤差が距離Ｄに含まれているとみなして引く（Ｓ５２０）。したがって、図６（ｂ）の上段の距離Ｄのグラフに示すように、時刻Ｔｅにおいて、時刻Ｔｓから累積的に加算された距離の誤差ｄＤを引き、ほぼ適切な距離Ｄを時刻Ｔｅにおいて得ることができる。したがって時刻Ｔｓを時刻Ｔｅとしてこの時刻から次回はＤの補正が行われるようにする（Ｓ５３０）。
【００５０】
以上のような累積距離算出処理により、加速度センサの出力から傾斜の影響を除去した高精度の累積距離を求めることができる。なお上記実施例では、累積距離を利用しているが、例えば、それぞれの処理の結果である加速度、速度を利用するようにしてもよい。このようにすれば、それぞれの処理において、精度の高い加速度、速度、距離を利用することができる。したがって、車速センサ等のような加速度センサ２１ｃ以外の検出手段にナビゲーション装置２０を接続したり、他のセンサをナビゲーション装置２０に追加しなくても、加速度、速度、距離を用いた処理を実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】加速度を利用した処理装置としてのナビゲーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】累積距離算出処理の処理ブロックを示す説明図である。
【図３】停止判定処理を示すフローチャートである。
【図４】速度補正処理を示すフローチャートである。
【図５】距離補正処理を示すフローチャートである。
【図６】距離補正処理を具体例で説明する説明図である。
【符号の説明】
２０…ナビゲーション装置
２１…位置検出器
２１ａ…ＧＰＳ受信機
２１ｂ…ジャイロスコープ
２１ｃ…加速度センサ
２２…操作スイッチ群
２３ａ…リモコン
２３ｂ…リモコンセンサ
２４…携帯電話接続装置
２５…外部記憶装置
２６…表示装置
２７…スピーカ
２８…マイク
２９…制御回路
３０…携帯電話

Claims

車両の前後方向の加速度を検出する加速度センサから得た加速度を用いて所定の処理を行う加速度を利用した処理装置であって、
前記所定の処理の少なくとも一部として、前記加速度センサから得た加速度を積分して車両の速度を求め、
その求めた速度が通常の走行状態において車両の取りうる所定の上限値を越えた場合には、当該上限値を速度として採用すること
を特徴とする加速度を利用した処理装置。
請求項１に記載の加速度利用装置において、
前記加速度センサから得た加速度は、ＨＰＦを通して補正した加速度であること
を特徴とする加速度を利用した処理装置。