JP6454857B2 - Posture detection apparatus and posture detection method - Google Patents

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この発明は、移動体の姿勢検出装置及び姿勢検出方法に関する。   The present invention relates to a posture detection apparatus and a posture detection method for a moving body.

例えば、特許文献1には、車両用灯具の光軸位置をオートレベリング制御により調節する車両用灯具の制御装置が記載されている。車両用灯具の光軸位置を制御するために、車両の姿勢が検出される。車両姿勢の検出のために、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を有する3軸加速度センサが用いられている。センサのX軸が車両の前後軸と沿うように、センサのY軸が車両の左右軸と沿うように、センサのZ軸が車両の上下軸と沿うように、車両に取り付けられている。そして、加速度センサは、3軸方向における加速度ベクトルの各成分の数値を出力し、これにより、水平面に対する車両の傾斜角度が検出される。水平面に対する車両の傾斜角度は、水平面に対する路面の傾斜角度である路面角度と、路面に対する車両の傾斜角度である車両姿勢角度との合計角度である。そして、車両用灯具の光軸位置の制御は、車両停止中では、車両が移動して路面角度が変化することが稀であるため、合計角度の変化が車両姿勢角度の変化であると推定して、実施される。また、車両走行中での車両用灯具の光軸位置の制御は、積載荷重や乗車人数が増減して車両姿勢角度が変化することは稀であるため、合計角度の変化を路面角度の変化であると推定して、実施される。   For example, Patent Document 1 describes a control device for a vehicular lamp that adjusts the optical axis position of the vehicular lamp by automatic leveling control. In order to control the optical axis position of the vehicular lamp, the attitude of the vehicle is detected. In order to detect the vehicle attitude, a triaxial acceleration sensor having an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other is used. The sensor is attached to the vehicle so that the X axis of the sensor is along the longitudinal axis of the vehicle, the Y axis of the sensor is along the horizontal axis of the vehicle, and the Z axis of the sensor is along the vertical axis of the vehicle. Then, the acceleration sensor outputs the numerical value of each component of the acceleration vector in the three-axis directions, and thereby the inclination angle of the vehicle with respect to the horizontal plane is detected. The vehicle inclination angle with respect to the horizontal plane is a total angle of a road surface angle that is an inclination angle of the road surface with respect to the horizontal plane and a vehicle attitude angle that is an inclination angle of the vehicle with respect to the road surface. The control of the optical axis position of the vehicular lamp is presumed that the change in the total angle is a change in the vehicle attitude angle because the road surface angle rarely changes due to the vehicle moving while the vehicle is stopped. Implemented. In addition, the control of the optical axis position of the vehicular lamp while the vehicle is running rarely changes the vehicle attitude angle due to an increase or decrease in the load load or the number of passengers. Presumed to be implemented.

特開2012−30782号公報JP 2012-30782 A

特許文献1では、車両走行中では、車両姿勢角度が変化することは稀であるため、合計角度の変化を路面角度の変化であると推定している。しかしながら、走行中の車両には、加減速すること及び旋回することによって、ピッチングモーメントによる車両の前後間での姿勢変化、ローリングモーメントによる車両の左右間での姿勢変化、ヨーモーメントによる車両の旋回方向の姿勢変化が生じる。このため、特許文献1に記載のような推定方法を用いると、車両の姿勢の検出精度が低くなるという問題がある。   In Patent Document 1, since it is rare that the vehicle attitude angle changes while the vehicle is running, the change in the total angle is estimated to be the change in the road surface angle. However, for a running vehicle, by accelerating / decelerating and turning, the posture change between the front and rear of the vehicle due to the pitching moment, the posture change between the left and right sides of the vehicle due to the rolling moment, and the turning direction of the vehicle due to the yaw moment Changes in posture. For this reason, when the estimation method as described in Patent Document 1 is used, there is a problem that the detection accuracy of the posture of the vehicle is lowered.

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、車両つまり移動体の姿勢の検出精度の向上を図る姿勢検出装置及び姿勢検出方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide an attitude detection device and an attitude detection method for improving the accuracy of detecting the attitude of a vehicle, that is, a moving body.

上記の課題を解決するために、この発明に係る姿勢検出装置は、移動体に設けられ、移動体の姿勢を検出する姿勢検出装置において、直交する3軸に沿った直線加速度を検知する加速度センサと、直交する3軸まわりの角速度を検知する角速度センサと、移動体の進行速度データを受け取るように構成されると共に加速度センサ及び角速度センサから検知データを受け取るように構成され、移動体の姿勢を演算する演算部とを備え、演算部は、進行速度データと角速度センサからの検知角速度データとを用いた補正を伴って、加速度センサからの検知直線加速度データを用いて直線速度を算出し、直線速度と進行速度データとの差異である差異速度を用いて、角速度センサからの検知角速度データを補正して、移動体の姿勢角を算出する。   In order to solve the above problems, an attitude detection device according to the present invention is provided in a moving body, and in an attitude detection apparatus that detects the attitude of the moving body, an acceleration sensor that detects linear acceleration along three orthogonal axes. And an angular velocity sensor for detecting angular velocities around three orthogonal axes, and a configuration for receiving the traveling speed data of the moving body and a configuration for receiving detection data from the acceleration sensor and the angular velocity sensor. A calculation unit that calculates the linear velocity using the detected linear acceleration data from the acceleration sensor, with correction using the traveling velocity data and the detected angular velocity data from the angular velocity sensor, The detected angular velocity data from the angular velocity sensor is corrected using the differential velocity that is the difference between the velocity and the traveling velocity data, and the attitude angle of the moving body is calculated.

演算部は、進行速度データと検知角速度データとを用いた補正では、差異速度と、進行速度データ及び検知角速度データに基づく移動体の遠心加速度とを用いてよい。
演算部は、進行速度データと検知角速度データとを用いた補正では、検知直線加速度データから遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、差異速度に関する要素を除去してよい。
演算部は、差異速度を用いた補正では、角速度センサからの検知角速度データから、差異速度の角速度成分に関する要素を除去してよい。
In the correction using the traveling speed data and the detected angular speed data, the calculation unit may use the differential speed and the centrifugal acceleration of the moving body based on the traveling speed data and the detected angular speed data.
In the correction using the traveling speed data and the detected angular speed data, the calculation unit removes the elements related to the differential speed from the speed obtained by time integration of the acceleration obtained by removing the elements related to the centrifugal acceleration from the detected linear acceleration data. It's okay.
In the correction using the differential velocity, the calculation unit may remove an element related to the angular velocity component of the differential velocity from the detected angular velocity data from the angular velocity sensor.

また、この発明に係る姿勢検出方法は、移動体の姿勢を検出する方法において、移動体の進行速度データと、直交する3軸に沿った移動体の直線加速度データと、直交する3軸まわりの移動体の角速度データとを取得し、進行速度データと角速度データとを用いた補正を伴って、直線加速度データを用いて直線速度を算出し、直線速度と進行速度データとの差異である差異速度を用いて角速度データを補正して、移動体の姿勢角を算出する。   Further, the posture detection method according to the present invention is a method for detecting the posture of a moving body, in which the traveling speed data of the moving body, the linear acceleration data of the moving body along the three orthogonal axes, and around the three orthogonal axes The differential velocity, which is the difference between the linear velocity and the traveling velocity data, is obtained by obtaining the angular velocity data of the moving body, calculating the linear velocity using the linear acceleration data, with correction using the traveling velocity data and the angular velocity data. Is used to correct the angular velocity data and calculate the attitude angle of the moving body.

進行速度データと角速度データとを用いた補正では、差異速度と、進行速度データ及び角速度データに基づく移動体の遠心加速度とを用いてよい。
進行速度データと角速度データとを用いた補正では、直線加速度から遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、差異速度に関する要素を除去してよい。
差異速度を用いた補正では、差異速度の角速度成分に関する要素を、角速度データからを除去してよい。
In the correction using the traveling velocity data and the angular velocity data, the differential velocity and the centrifugal acceleration of the moving body based on the traveling velocity data and the angular velocity data may be used.
In the correction using the traveling speed data and the angular speed data, the element related to the differential speed may be removed from the speed obtained by time integration of the acceleration obtained by removing the element related to the centrifugal acceleration from the linear acceleration.
In the correction using the differential velocity, elements relating to the angular velocity component of the differential velocity may be removed from the angular velocity data.

この発明に係る姿勢検出装置及び姿勢検出方法によれば、移動体の姿勢の検出精度の向上が可能になる。   According to the posture detection device and the posture detection method according to the present invention, it is possible to improve the detection accuracy of the posture of the moving body.

本発明の実施の形態に係る姿勢検出装置の概略図である。It is the schematic of the attitude | position detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1の姿勢検出装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the attitude | position detection apparatus of FIG. 本発明の実施の形態に係る姿勢検出装置による姿勢角検出動作の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the attitude | position detection operation | movement by the attitude | position detection apparatus which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態に係る姿勢検出装置について添付図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、姿勢検出装置は、移動体としての自動車等の車両に搭載されるものとして、説明する。
図1及び図2をあわせて参照すると、図示しない車両に搭載される姿勢検出装置100は、基板2と、基板2上に実装されたCPU回路等によって構成される演算部3と、基板2上に実装された3軸ジャイロセンサ10と、基板2上に実装された3軸加速度センサ20とを1つの検出ユニット1として含む。本実施の形態では、検出ユニット1は、基板2を図示しない車両のフロアに平行な状態として、つまり車両が位置する地面に平行な状態として、車両に固定される。ここで、3軸ジャイロセンサ10は、角速度センサを構成している。
さらに、姿勢検出装置100は、検出ユニット1の外部に設けられた車速センサ4を含む。車速センサ4は、姿勢検出装置100のために個別に設けられたものであってもよく、図示しない車両に標準に備えられている車速センサを兼用したものであってもよい。演算部3は、車速センサ4が検知する車両の速度情報を受け取るように構成されている。
Hereinafter, an attitude detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, the posture detection device will be described as being mounted on a vehicle such as an automobile as a moving body.
Referring to FIGS. 1 and 2 together, an attitude detection device 100 mounted on a vehicle (not shown) includes a substrate 2, a calculation unit 3 configured by a CPU circuit mounted on the substrate 2, and the substrate 2. The three-axis gyro sensor 10 mounted on the substrate 2 and the three-axis acceleration sensor 20 mounted on the substrate 2 are included as one detection unit 1. In the present embodiment, detection unit 1 is fixed to the vehicle with substrate 2 in a state parallel to the vehicle floor (not shown), that is, in a state parallel to the ground on which the vehicle is located. Here, the three-axis gyro sensor 10 constitutes an angular velocity sensor.
Further, posture detection apparatus 100 includes a vehicle speed sensor 4 provided outside detection unit 1. The vehicle speed sensor 4 may be provided individually for the posture detection device 100 or may be a vehicle speed sensor provided as a standard in a vehicle (not shown). The calculation unit 3 is configured to receive vehicle speed information detected by the vehicle speed sensor 4.

3軸ジャイロセンサ10は、X軸周り角速度検知部11と、Y軸周り角速度検知部12と、Z軸周り角速度検知部13とを備えている。X軸は、図示しない車両の前後方向に沿い且つ基板2の表面に沿う方向である。Y軸は、図示しない車両の左右方向に沿い且つ基板2の表面に沿う方向である。Z軸は、図示しない車両の上下方向に沿い且つ基板2の表面に垂直な方向である。X軸、Y軸及びZ軸は互いに直交する。よって、X軸周り角速度検知部11は、X軸周りの車両のロール角の変化速度であるロール角速度を検知する。Y軸周り角速度検知部12は、Y軸周りの車両のピッチング角の変化速度であるピッチング角速度を検知する。Z軸周り角速度検知部13は、Z軸周りの車両のヨー角の変化速度であるヨー角速度を検知する。演算部3は、3軸ジャイロセンサ10が検知する車両のロール角速度、ピッチング角速度及びヨー角速度の情報を受け取るように構成されている。   The three-axis gyro sensor 10 includes an X-axis angular velocity detection unit 11, a Y-axis angular velocity detection unit 12, and a Z-axis angular velocity detection unit 13. The X axis is a direction along the front-rear direction of the vehicle (not shown) and along the surface of the substrate 2. The Y axis is a direction along the left-right direction of the vehicle (not shown) and along the surface of the substrate 2. The Z axis is a direction along the vertical direction of the vehicle (not shown) and perpendicular to the surface of the substrate 2. The X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other. Therefore, the X-axis angular velocity detection unit 11 detects a roll angular velocity that is a change speed of the vehicle roll angle around the X-axis. The Y-axis angular velocity detection unit 12 detects a pitching angular velocity that is a changing speed of the vehicle pitching angle around the Y-axis. The Z-axis surrounding angular velocity detection unit 13 detects a yaw angular velocity that is a changing speed of the yaw angle of the vehicle around the Z-axis. The calculation unit 3 is configured to receive information on the roll angular velocity, the pitching angular velocity, and the yaw angular velocity of the vehicle detected by the three-axis gyro sensor 10.

3軸加速度センサ20は、X軸方向加速度検知部21と、Y軸方向加速度検知部22と、Z軸方向加速度検知部23とを備えている。X軸方向加速度検知部21は、X軸に沿った図示しない車両の前後方向の直線加速度を検知する。Y軸方向加速度検知部22は、Y軸に沿った車両の左右方向の直線加速度を検知する。Z軸方向加速度検知部23は、Z軸に沿った車両の上下方向の直線加速度を検知する。演算部3は、3軸加速度センサ20が検知する車両の前後方向直線加速度、左右方向直線加速度及び上下方向直線加速度の情報を受け取るように構成されている。   The triaxial acceleration sensor 20 includes an X axis direction acceleration detection unit 21, a Y axis direction acceleration detection unit 22, and a Z axis direction acceleration detection unit 23. The X-axis direction acceleration detection unit 21 detects a linear acceleration in the longitudinal direction of the vehicle (not shown) along the X-axis. The Y-axis direction acceleration detection unit 22 detects the linear acceleration in the left-right direction of the vehicle along the Y-axis. The Z-axis direction acceleration detection unit 23 detects the linear acceleration in the vertical direction of the vehicle along the Z-axis. The calculation unit 3 is configured to receive information on the vehicle longitudinal linear acceleration, the lateral linear acceleration, and the vertical linear acceleration detected by the triaxial acceleration sensor 20.

次に、姿勢検出装置100による車両の姿勢検出動作を説明する。
図2及び図3をあわせて参照すると、演算部3は、3軸加速度センサ20から連続的に受け取る直線加速度αと、3軸ジャイロセンサ10から連続的に受け取る角速度ωと、車速センサ4から連続的に受け取る車速νとを用いて、車両の姿勢角を連続的に算出する。
Next, the posture detection operation of the vehicle by the posture detection apparatus 100 will be described.
2 and 3 together, the calculation unit 3 continuously receives the linear acceleration α continuously received from the triaxial acceleration sensor 20, the angular velocity ω continuously received from the triaxial gyro sensor 10, and the vehicle speed sensor 4. The vehicle attitude angle is continuously calculated using the vehicle speed ν received automatically.

車両の姿勢角を連続的に算出する過程において、演算部3は、既に算出した車両の姿勢角θを用いて、3軸加速度センサ20から受け取る直線加速度αを、水平面に平行な直交する2つの軸と水平面に垂直な1つの軸とによる三次元座標系に、座標変換する。   In the process of continuously calculating the attitude angle of the vehicle, the calculation unit 3 uses the already calculated attitude angle θ of the vehicle to convert the linear acceleration α received from the triaxial acceleration sensor 20 into two orthogonal directions parallel to the horizontal plane. Coordinate conversion is performed into a three-dimensional coordinate system having an axis and one axis perpendicular to the horizontal plane.

具体的には、直線加速度αは、X軸、Y軸及びZ軸成分として、α、α及びαを含んでいる。α及びαは、基板2に平行な軸成分であり、αは、基板2に垂直な軸成分である。
そして、成分α、α及びαと、姿勢角θの成分θ、θ及びθと用いて座標変換することによって、直線加速度αは、成分αX’、αY’及びαZ’を有する直線加速度α’となる。
なお、成分θ、θ及びθはそれぞれ、X軸、Y軸及びZ軸に対する姿勢角の成分である。さらに、成分αX’は、X軸を水平面に投影したものであるX’軸の成分であり、成分αY’は、X’軸と同一の水平面上でX’軸に垂直なY’軸の成分であり、成分αZ’は、X’軸及びY’軸に垂直である鉛直方向のZ’軸の成分である。
Specifically, the linear acceleration α includes α X , α Y, and α Z as X-axis, Y-axis, and Z-axis components. α X and α Y are axial components parallel to the substrate 2, and α Z is an axial component perpendicular to the substrate 2.
Then, by performing coordinate transformation using the components α X , α Y and α Z and the components θ X , θ Y and θ Z of the posture angle θ, the linear acceleration α is converted into the components α X ′ , α Y ′ and α The linear acceleration α ′ having Z ′ is obtained.
The components θ X , θ Y, and θ Z are components of posture angles with respect to the X axis, the Y axis, and the Z axis, respectively. Further, the component α X ′ is a component of the X ′ axis obtained by projecting the X axis onto the horizontal plane, and the component α Y ′ is a Y ′ axis perpendicular to the X ′ axis on the same horizontal plane as the X ′ axis. The component α Z ′ is a component of the Z ′ axis in the vertical direction that is perpendicular to the X ′ axis and the Y ′ axis.

次いで、演算部3は、車両の直線速度Vを求める。
このとき、直線加速度α’(αX’,αY’,αZ’)に対して、車両の走行の加減速に起因する加減速加速度の影響と、車両の旋回走行及び登坂・降坂走行に起因する遠心加速度の影響とを排除し、各影響を排除した直線加速度を時間積分して直線速度が算出される。さらに、算出された直線速度と車速とを比較し、これらの間の誤差に基づき、算出された直線速度を補正し、この補正後の直線速度を求めるべき直線速度Vとする。
Next, the calculation unit 3 obtains the linear velocity V of the vehicle.
At this time, with respect to the linear acceleration α ′ (α X ′ , α Y ′ , α Z ′ ), the effect of acceleration / deceleration resulting from the acceleration / deceleration of the traveling of the vehicle, the turning traveling of the vehicle, and the uphill / downhill traveling The linear velocity is calculated by time-integrating the linear acceleration from which each influence has been removed. Further, the calculated linear speed is compared with the vehicle speed, and the calculated linear speed is corrected based on the error between them, and the corrected linear speed is set as the linear speed V to be obtained.

具体的には、演算部3は、車両の走行の加減速に起因する加減速加速度の影響と、車両の旋回走行及び登坂・降坂走行に起因する遠心加速度の影響とを合わせた影響を、3軸ジャイロセンサ10から受け取る角速度ωと車速νとを用いて算出される遠心加速度Gにより求める。   Specifically, the calculation unit 3 combines an influence of acceleration / deceleration acceleration caused by acceleration / deceleration of traveling of the vehicle and an influence of centrifugal acceleration caused by turning / uphill / downhill traveling of the vehicle, This is obtained from the centrifugal acceleration G calculated using the angular velocity ω and the vehicle speed ν received from the three-axis gyro sensor 10.

なお、角速度ωは、X軸周り、Y軸周り及びZ軸周りそれぞれの角度方向の成分として、ω、ω及びωを含む。車速νは、X軸、Y軸及びZ軸成分として、ν、ν及びνを含むが、ν及びνは、0である。遠心加速度Gは、X軸及びY軸を含むXY平面、Y軸及びZ軸を含むYZ平面、並びに、Z軸及びX軸を含むZX平面それぞれに沿った加速度成分として、GXY、GYZ及びGZXを含む。 The angular velocity ω includes ω X , ω Y, and ω Z as components in the angular directions around the X axis, the Y axis, and the Z axis. The vehicle speed ν includes ν X , ν Y, and ν Z as X-axis, Y-axis, and Z-axis components, and ν Y and ν Z are zero. Centrifugal acceleration G is, XY plane including the X-axis and Y-axis, YZ plane including the Y-axis and Z-axis, as well as an acceleration component along each ZX plane including the Z-axis and X-axis, G XY, G YZ and Includes G ZX .

よって、加速度成分GXY、GYZ及びGZXは、以下のとおりとなる。
XY=(ν +ν 1/2ω=νω
YZ=(ν +ν 1/2ω=0
ZX=(ν +ν 1/2ω=νω
Therefore, the acceleration components G XY , G YZ and G ZX are as follows.
G XY = (ν X 2 + ν Y 2 ) 1/2 ω Z = ν X ω Z
G YZ = (ν Y 2 + ν Z 2 ) 1/2 ω X = 0
G ZX = (ν Z 2 + ν X 2 ) 1/2 ω Y = ν X ω Y

さらに、演算部3は、遠心加速度G(GXY,GYZ,GZX)を、X’軸、Y’軸及びZ’軸からなる座標系に座標変換して、遠心加速度G’(GX’Y’,GY’Z’,GZ’X’)を求める。GX’Y’、GY’Z’及びGZ’X’はそれぞれ、X’Y’平面、Y’Z’平面及びZ’X’平面に沿った加速度成分である。
よって、演算部3は、直線速度Vを求める際、直線加速度α’(αX’,αY’,αZ’)から、遠心加速度G’(GX’Y’,GY’Z’,GZ’X’)を減じる、つまり遠心加速度補正を行う。
Further, the calculation unit 3 converts the centrifugal acceleration G (G XY , G YZ , G ZX ) into a coordinate system composed of the X ′ axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis, and converts the centrifugal acceleration G ′ (G X 'Y' , GY'Z ' , GZ'X' ). G X′Y ′ , G Y′Z ′ and G Z′X ′ are acceleration components along the X′Y ′ plane, the Y′Z ′ plane, and the Z′X ′ plane, respectively.
Therefore, when calculating the linear velocity V, the calculation unit 3 calculates the centrifugal acceleration G ′ (G X′Y ′ , G Y′Z ′ ) from the linear acceleration α ′ (α X ′ , α Y ′ , α Z ′ ). GZ'X ' ) is reduced, that is, centrifugal acceleration correction is performed.

遠心加速度補正後の補正直線加速度α’(αAX’,αAY’,αAZ’)は、以下のように求まる。
αAX’=αX’−(GX’Y’ +GZ’X’ 1/2
αAY’=αY’−(GX’Y’ +GY’Z’ 1/2
αAZ’=αZ’−(GY’Z’ +GZ’X’ 1/2−g
なお、gは、重力加速度である。
The corrected linear acceleration α ′ AAX ′ , α AY ′ , α AZ ′ ) after the centrifugal acceleration correction is obtained as follows.
α AX ′ = α X ′ − (G X′Y ′ 2 + G Z′X ′ 2 ) 1/2
α AY ′ = α Y ′ − ( GX′Y ′ 2 + G Y′Z ′ 2 ) 1/2
α AZ ′ = α Z ′ − (G Y′Z ′ 2 + G Z′X ′ 2 ) 1/2 −g
Note that g is a gravitational acceleration.

さらに、演算部3は、補正直線加速度α’(αAX’,αAY’,αAZ’)の各成分を時間積分して、対象とする直線速度Vの補正前直線速度である速度V1(V1X’,V1Y’,V1Z’)を算出する。 Further, the calculation unit 3 integrates each component of the corrected linear acceleration α ′ AAX ′ , α AY ′ , α AZ ′ ) with time, and a speed V 1 that is a linear speed before correction of the target linear speed V. (V1 X ′ , V1 Y ′ , V1 Z ′ ) is calculated.

次いで、演算部3は、車速ν(ν,ν,ν)を、X’軸、Y’軸及びZ’軸からなる座標系に座標変換して、車速ν’(νX’,νY’,νZ’)を求める。
そして、演算部3は、算出対象とする直線速度Vよりも前の時点での直線速度に対応する補正前直線速度V1aと、当該時点での車速ν’との差異である差異速度Vda’(VdaX’,VdaY’,VdaZ’)を求める。
Next, the calculation unit 3 performs coordinate conversion of the vehicle speed ν (ν X , ν Y , ν Z ) into a coordinate system composed of the X ′ axis, the Y ′ axis, and the Z ′ axis, and the vehicle speed ν ′ (ν X ′ , (ν Y ′ , ν Z ′ ) is obtained.
Then, the calculation unit 3 calculates a differential speed Vda ′ (which is a difference between the linear speed V1a before correction corresponding to the linear speed at the time point before the linear speed V to be calculated and the vehicle speed ν ′ at the time point. Vda X ′ , Vda Y ′ , Vda Z ′ ) are obtained.

演算部3は、算出対象とする直線速度Vに対応する補正前直線速度V1に対して、差異速度Vdaを減じて直線速度Vを求める補正を行う、つまり補正速度計算を行う。このとき、直線速度V(VX’,VY’,VZ’)は、以下のとおりとなる。
X’=V1X’−VdaX’×K1
Y’=V1Y’−VdaY’×K1
Z’=V1Z’−VdaZ’×K1
なお、K1は、定数であり、3軸ジャイロセンサ10の性能、3軸加速度センサ20の性能、車速センサ4の性能、検出ユニット1の取り付け位置などの様々な要素の状況に応じて、適宜設定される。
よって、車両の直線速度Vが、車両の走行の加減速に起因する加減速加速度の影響と、車両の旋回走行及び登坂・降坂走行に起因する遠心加速度の影響と、算出された直線速度と車速との間の誤差の影響とが排除されて、求められることになる。つまり、直線速度Vは、高い精度を有する。
The calculation unit 3 performs correction for subtracting the difference speed Vda to obtain the linear speed V with respect to the linear speed V1 before correction corresponding to the linear speed V to be calculated, that is, performs correction speed calculation. At this time, the linear velocity V (V X ′ , V Y ′ , V Z ′ ) is as follows.
V X '= V1 X' -Vda X '× K1
V Y '= V1 Y' -Vda Y '× K1
VZ = V1 Z′− Vda Z ′ × K1
K1 is a constant, and is set as appropriate according to various factors such as the performance of the 3-axis gyro sensor 10, the performance of the 3-axis acceleration sensor 20, the performance of the vehicle speed sensor 4, and the mounting position of the detection unit 1. Is done.
Therefore, the linear velocity V of the vehicle is influenced by the acceleration / deceleration acceleration caused by the acceleration / deceleration of the vehicle traveling, the influence of the centrifugal acceleration caused by the vehicle turning traveling and the uphill / downhill traveling, and the calculated linear velocity The influence of the error between the vehicle speed and the vehicle speed is eliminated, which is required. That is, the linear velocity V has high accuracy.

また、演算部3は、算出した直線速度Vと、この直線速度Vの時点に対応する時点での車速ν’との差異である差異速度Vd’(VdX’,VdY’,VdZ’)を求める。差異速度Vd’(VdX’,VdY’,VdZ’)は、以下のとおりとなる。
VdX’=VX’−νX’
VdY’=VY’−νY’
VdZ’=VZ’−νZ’
In addition, the calculation unit 3 calculates a difference speed Vd ′ (Vd X ′ , Vd Y ′ , Vd Z ′) that is a difference between the calculated linear speed V and the vehicle speed ν ′ at the time corresponding to the time of the linear speed V. ) The differential speed Vd ′ (Vd X ′ , Vd Y ′ , Vd Z ′ ) is as follows.
Vd X ′ = V X ′ −ν X ′
Vd Y ′ = V Y ′ −ν Y ′
Vd Z ′ = V Z ′ −ν Z ′

次いで、演算部3は、差異速度Vd’をX軸、Y軸及びZ軸からなる座標系に座標変換して、差異速度Vd(Vd,Vd,Vd)を求め、さらに、差異速度VdからX軸周り、Y軸周り及びZ軸周りの角速度成分ωd,ωd,ωdからなる差異角速度ωdを算出する。差異角速度ωd(ωd,ωd,ωd)は、以下のとおりとなる。なお、rは、定数であり、3軸ジャイロセンサ10の構成に応じて定められる。
ωd=(Vd +Vd 1/2/r
ωd=(Vd +Vd 1/2/r
ωd=(Vd +Vd 1/2/r
Next, the calculation unit 3 performs coordinate conversion of the differential speed Vd ′ into a coordinate system composed of the X axis, the Y axis, and the Z axis to obtain a differential speed Vd (Vd X , Vd Y , Vd Z ), and further, the differential speed A differential angular velocity ωd composed of angular velocity components ωd X , ωd Y , and ωd Z around the X axis, around the Y axis, and around the Z axis is calculated from Vd. The differential angular velocity ωd (ωd X , ωd Y , ωd Z ) is as follows. Note that r is a constant and is determined according to the configuration of the three-axis gyro sensor 10.
ωd X = (Vd Y 2 + Vd Z 2 ) 1/2 / r
ωd Y = (Vd X 2 + Vd Z 2 ) 1/2 / r
ωd Z = (Vd X 2 + Vd Y 2 ) 1/2 / r

次いで、演算部3は、3軸ジャイロセンサ10から受け取る角速度ω(ω,ω,ω)の各成分から差異角速度ωd(ωd,ωd,ωd)を減じる補正角速度計算を行って、補正角速度ωa(ωa,ωa,ωa)を算出する。補正角速度ωaの各角速度成分は、以下のとおりとなる。
ωa=ω−K2×ωd
ωa=ω−K2×ωd
ωa=ω−K2×ωd
なお、K2は、定数であり、3軸ジャイロセンサ10の性能、3軸加速度センサ20の性能、車速センサ4の性能、検出ユニット1の取り付け位置などの様々な要素の状況に応じて、適宜設定される。
よって、補正角速度ωa(ωa,ωa,ωa)は、3軸ジャイロセンサ10と3軸加速度センサ20とのみを用いて速度を算出する際に生まれる誤差、つまり、3軸ジャイロセンサ10と3軸加速度センサ20とのみを用いて算出される結果に生まれる誤差の影響を、角速度ω(ω,ω,ω)に対して排除したものである。
Then, the arithmetic unit 3, performing the angular velocity omega received from the triaxial gyro sensor 10 (ω X, ω Y, ω Z) difference angular velocity .omega.d from each component of (ωd X, ωd Y, ωd Z) the corrected angular velocity calculation reduces the Thus, the corrected angular velocity ωa (ωa X , ωa Y , ωa Z ) is calculated. Each angular velocity component of the corrected angular velocity ωa is as follows.
ωa X = ω X −K2 × ωd X
ωa Y = ω Y −K2 × ωd Y
ωa Z = ω Z −K2 × ωd Z
K2 is a constant, and is set as appropriate according to various factors such as the performance of the 3-axis gyro sensor 10, the performance of the 3-axis acceleration sensor 20, the performance of the vehicle speed sensor 4, and the mounting position of the detection unit 1. Is done.
Therefore, the corrected angular velocity ωa (ωa X , ωa Y , ωa Z ) is an error generated when the velocity is calculated using only the three-axis gyro sensor 10 and the three-axis acceleration sensor 20, that is, the three-axis gyro sensor 10 The influence of the error generated in the result calculated using only the three-axis acceleration sensor 20 is excluded with respect to the angular velocity ω (ω X , ω Y , ω Z ).

さらに、演算部3は、補正角速度ωa(ωa,ωa,ωa)に対して時間積分を含むクォータニオン積算を実施し、図示しない車両つまり検出ユニット1の姿勢角θのX軸、Y軸及びZ軸に対する方向余弦cosθ、cosθ及びcosθを算出する。演算部3は、算出した方向余弦cosθ、cosθ及びcosθに基づき、X軸、Y軸及びZ軸に対する姿勢角θの各角度成分θ、θ及びθを算出して、姿勢変化量及び姿勢角を求める。 Further, the calculation unit 3 performs quaternion integration including time integration on the corrected angular velocity ωa (ωa X , ωa Y , ωa Z ), and the X axis and Y axis of the attitude angle θ of the vehicle (not shown), that is, the detection unit 1. And direction cosines cos θ X , cos θ Y and cos θ Z with respect to the Z axis are calculated. Based on the calculated direction cosines cos θ X , cos θ Y, and cos θ Z , the calculation unit 3 calculates the angle components θ X , θ Y, and θ Z of the posture angle θ with respect to the X axis, the Y axis, and the Z axis, and the posture The amount of change and the posture angle are obtained.

上述で説明したように、本発明の実施の形態に係る姿勢検出装置100は、車両に設けられて車両の姿勢を検出するものであり、直交する3軸に沿った直線加速度を検知する3軸加速度センサ20と、直交する3軸まわりの角速度を検知する3軸ジャイロセンサ10と、車両の進行速度データである車速データを受け取るように構成されると共に3軸加速度センサ20及び3軸ジャイロセンサ10から検知データを受け取るように構成され且つ車両の姿勢を演算する演算部3とを備える。演算部3は、車速データと3軸ジャイロセンサ10からの検知角速度データとを用いた補正を伴って、3軸加速度センサ20からの検知直線加速度データを用いて直線速度を算出し、直線速度と車速データとの差異である差異速度を用いて、3軸ジャイロセンサ10からの検知角速度データを補正して、車両の姿勢角を算出する。さらに、演算部3は、車速データと検知角速度データとを用いた補正では、差異速度と、車速データ及び検知角速度データに基づく車両の遠心加速度とを用いる。   As described above, the attitude detection device 100 according to the embodiment of the present invention is provided in a vehicle and detects the attitude of the vehicle, and detects three linear axes along three orthogonal axes. The acceleration sensor 20, the three-axis gyro sensor 10 that detects angular velocities around three orthogonal axes, and the vehicle speed data that is the traveling speed data of the vehicle, and the three-axis acceleration sensor 20 and the three-axis gyro sensor 10 And a calculation unit 3 that calculates the attitude of the vehicle. The calculation unit 3 calculates the linear velocity using the detected linear acceleration data from the triaxial acceleration sensor 20 with correction using the vehicle speed data and the detected angular velocity data from the triaxial gyro sensor 10, and calculates the linear velocity and The detected angular velocity data from the three-axis gyro sensor 10 is corrected using the differential speed, which is the difference from the vehicle speed data, to calculate the attitude angle of the vehicle. Further, in the correction using the vehicle speed data and the detected angular velocity data, the calculation unit 3 uses the difference speed and the centrifugal acceleration of the vehicle based on the vehicle speed data and the detected angular velocity data.

上述の構成において、演算部3は、3軸加速度センサ20からの検知直線加速度データから直線速度を算出する際に、車速データと3軸ジャイロセンサ10からの検知角速度データとを用いた補正を行う、つまり、車両の実際の進行速度に関連する要素及び車両の遠心加速度に関連する要素とを用いた補正を行う。これによって、算出した直線速度において、車両の実際の進行速度に対する差異を補正し、車両の遠心加速度に関連する影響を排除することができる。さらに、差異速度を用いて補正することによって、補正した検知角速度データでは、車両の実際の進行速度に対する差異に関連する実際の角速度に対する誤差を排除することができる。よって、車両の姿勢角の高精度な検出が可能になる。   In the above configuration, the calculation unit 3 performs correction using the vehicle speed data and the detected angular velocity data from the three-axis gyro sensor 10 when calculating the linear velocity from the detected linear acceleration data from the three-axis acceleration sensor 20. That is, the correction using the element related to the actual traveling speed of the vehicle and the element related to the centrifugal acceleration of the vehicle is performed. Thereby, in the calculated linear speed, the difference with respect to the actual traveling speed of the vehicle can be corrected, and the influence related to the centrifugal acceleration of the vehicle can be eliminated. Further, by correcting using the differential speed, the corrected detected angular speed data can eliminate an error with respect to the actual angular speed related to the difference with respect to the actual traveling speed of the vehicle. Therefore, it becomes possible to detect the attitude angle of the vehicle with high accuracy.

また、姿勢検出装置100において、演算部3は、車速データと検知角速度データとを用いた補正では、検知角速度データから遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、差異速度に関する要素を除去する。これによって、高精度な結果をもたらす補正計算を簡易に実施することができる。
また、姿勢検出装置100において、演算部3は、差異速度を用いた補正では、検知角速度データから、差異速度の角速度成分に関する要素を除去する。これによって、高精度な結果をもたらす差異速度を用いた補正を、簡易に実施することができる。
In the posture detection device 100, the calculation unit 3 corrects the acceleration obtained by time-integrating the acceleration obtained by removing the element related to the centrifugal acceleration from the detected angular velocity data in the correction using the vehicle speed data and the detected angular velocity data. Remove elements related to differential speed. As a result, it is possible to easily perform a correction calculation that provides a highly accurate result.
In the posture detection apparatus 100, the calculation unit 3 removes an element related to the angular velocity component of the differential velocity from the detected angular velocity data in the correction using the differential velocity. This makes it possible to easily perform correction using the differential speed that gives a highly accurate result.

また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、演算部3は、補正速度計算実施後の直線速度と車速との差異速度を用いて、補正角速度計算を行っていたが、これに限定されるものでない。演算部3は、補正前直線速度と車速との差異速度を補正角速度計算に用いてもよい。
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、演算部3は、補正角速度計算に関して、3軸ジャイロセンサ10から受け取る角速度ωの各成分から差異角速度ωdを減じたものに対して時間積分を含むクォータニオン積算を実施していたが、これに限定されるものでない。演算部3は、角速度ωと差異角速度ωdとに対して個別に時間積分を含むクォータニオン積算を実施した後に、それぞれの姿勢角の方向余弦から車両の姿勢角を算出してもよい。
Moreover, in the attitude | position detection apparatus 100 which concerns on embodiment, although the calculating part 3 performed the correction | amendment angular velocity calculation using the difference speed of the linear speed and vehicle speed after correction speed calculation implementation, it is limited to this. Not a thing. The calculation unit 3 may use the difference speed between the linear speed before correction and the vehicle speed for calculating the correction angular speed.
Further, in posture detection apparatus 100 according to the embodiment, calculation unit 3 includes time integration with respect to a component obtained by subtracting differential angular velocity ωd from each component of angular velocity ω received from triaxial gyro sensor 10 with respect to correction angular velocity calculation. Although quaternion integration has been performed, it is not limited to this. The calculation unit 3 may calculate the posture angle of the vehicle from the direction cosine of each posture angle after performing quaternion integration including time integration individually on the angular velocity ω and the differential angular velocity ωd.

また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、演算部3は、XYZ軸による座標系とX’Y’Z’軸による座標系との間で、座標変換を実施していたが、座標変換を実施せずにXYZ軸による座標系のみを用いて演算してもよい。
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100では、3軸ジャイロセンサ10と3軸加速度センサ20とは、同じのX軸、Y軸及びZ軸を共有していたが、互いのX軸、Y軸及びZ軸が異なっていてもよい。この場合、演算部3は、演算時、3軸ジャイロセンサ10及び3軸加速度センサ20のうちの一方に対して、検知データの座標変換をすればよい。
また、実施の形態に係る姿勢検出装置100は、車両に搭載されていたが、いかなる移動体に搭載されてもよい。
In the posture detection apparatus 100 according to the embodiment, the calculation unit 3 performs coordinate conversion between the coordinate system based on the XYZ axes and the coordinate system based on the X′Y′Z ′ axes. The calculation may be performed using only the coordinate system based on the XYZ axes without performing the above.
In the posture detection device 100 according to the embodiment, the three-axis gyro sensor 10 and the three-axis acceleration sensor 20 share the same X-axis, Y-axis, and Z-axis. The axis and the Z axis may be different. In this case, the calculation unit 3 may perform coordinate conversion of the detection data with respect to one of the triaxial gyro sensor 10 and the triaxial acceleration sensor 20 at the time of calculation.
Moreover, although the attitude | position detection apparatus 100 which concerns on embodiment was mounted in the vehicle, you may mount in any mobile body.

1 検知ユニット、3 演算部、4 車速センサ、10 3軸ジャイロセンサ(角速度センサ)、20 3軸加速度センサ、100 姿勢検出装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Detection unit, 3 calculating part, 4 vehicle speed sensor, 10 3 axis gyro sensor (angular velocity sensor), 20 3 axis acceleration sensor, 100 attitude | position detection apparatus.

Claims (8)

移動体に設けられ、前記移動体の姿勢を検出する姿勢検出装置において、
直交する3軸に沿った直線加速度を検知する加速度センサと、
直交する3軸まわりの角速度を検知する角速度センサと、
前記移動体の進行速度データを受け取るように構成されると共に前記加速度センサ及び前記角速度センサから検知データを受け取るように構成され、前記移動体の姿勢を演算する演算部と
を備え、
前記演算部は、
前記進行速度データと前記角速度センサからの検知角速度データとを用いた補正を伴って、前記加速度センサからの検知直線加速度データを用いて直線速度を算出し、
前記直線速度と前記進行速度データとの差異である差異速度を用いて、前記角速度センサからの検知角速度データを補正して、前記移動体の姿勢角を算出する、姿勢検出装置。
In an attitude detection device that is provided on a moving body and detects the attitude of the moving body,
An acceleration sensor that detects linear acceleration along three orthogonal axes;
An angular velocity sensor for detecting angular velocities around three orthogonal axes;
A calculation unit configured to receive the traveling speed data of the moving body and configured to receive detection data from the acceleration sensor and the angular velocity sensor;
The computing unit is
A linear velocity is calculated using the detected linear acceleration data from the acceleration sensor, with correction using the traveling velocity data and the detected angular velocity data from the angular velocity sensor,
An attitude detection device that corrects detected angular velocity data from the angular velocity sensor and calculates an attitude angle of the moving body using a difference velocity that is a difference between the linear velocity and the traveling velocity data.
前記演算部は、前記進行速度データと前記検知角速度データとを用いた補正では、前記差異速度と、前記進行速度データ及び前記検知角速度データに基づく前記移動体の遠心加速度とを用いる請求項1に記載の姿勢検出装置。   The calculation unit uses the differential speed and the centrifugal acceleration of the moving body based on the traveling speed data and the detected angular velocity data in the correction using the traveling speed data and the detected angular velocity data. The attitude detection device described. 前記演算部は、前記進行速度データと前記検知角速度データとを用いた補正では、前記検知直線加速度データから前記遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、前記差異速度に関する要素を除去する請求項2に記載の姿勢検出装置。   In the correction using the traveling speed data and the detected angular velocity data, the calculation unit is configured to calculate the difference with respect to a speed obtained by time-integrating an acceleration obtained by removing elements related to the centrifugal acceleration from the detected linear acceleration data. The posture detection apparatus according to claim 2, wherein an element related to speed is removed. 前記演算部は、前記差異速度を用いた補正では、前記角速度センサからの検知角速度データから、前記差異速度の角速度成分に関する要素を除去する請求項1〜3のいずれか一項に記載の姿勢検出装置。   The posture detection according to any one of claims 1 to 3, wherein in the correction using the differential velocity, the calculation unit removes an element related to an angular velocity component of the differential velocity from detection angular velocity data from the angular velocity sensor. apparatus. 移動体の姿勢を検出する方法において、
前記移動体の進行速度データと、直交する3軸に沿った前記移動体の直線加速度データと、直交する3軸まわりの前記移動体の角速度データとを取得し、
前記進行速度データと前記角速度データとを用いた補正を伴って、前記直線加速度データを用いて直線速度を算出し、
前記直線速度と前記進行速度データとの差異である差異速度を用いて前記角速度データを補正して、前記移動体の姿勢角を算出する方法。
In a method for detecting the posture of a moving object,
Obtaining the moving speed data of the moving body, linear acceleration data of the moving body along three orthogonal axes, and angular velocity data of the moving body around the three orthogonal axes;
With a correction using the traveling speed data and the angular speed data, a linear speed is calculated using the linear acceleration data,
A method of calculating the attitude angle of the moving body by correcting the angular velocity data using a difference velocity which is a difference between the linear velocity and the traveling velocity data.
前記進行速度データと前記角速度データとを用いた補正では、前記差異速度と、前記進行速度データ及び前記角速度データに基づく前記移動体の遠心加速度とを用いる請求項5に記載の方法。   The method according to claim 5, wherein the correction using the traveling speed data and the angular speed data uses the differential speed and the centrifugal acceleration of the moving body based on the traveling speed data and the angular speed data. 前記進行速度データと前記角速度データとを用いた補正では、前記直線加速度から前記遠心加速度に関する要素を除去した加速度を時間積分して得られる速度に対して、前記差異速度に関する要素を除去する請求項6に記載の方法。   The correction using the traveling speed data and the angular speed data removes an element related to the differential speed from a speed obtained by time integration of an acceleration obtained by removing an element related to the centrifugal acceleration from the linear acceleration. 6. The method according to 6. 前記差異速度を用いた補正では、前記差異速度の角速度成分に関する要素を、前記角速度データからを除去する請求項5〜7のいずれか一項に記載の方法。   The method according to claim 5, wherein in the correction using the differential velocity, an element related to an angular velocity component of the differential velocity is removed from the angular velocity data.
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