JP6555033B2 - 角速度センサ補正装置および角速度センサ補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、角速度センサ補正技術に関し、特に角速度センサからの出力を補正する角速度センサ補正装置および角速度センサ補正方法に関する。

車両用ナビゲーション装置では、一般的に、自律航法から算出された位置と、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）から算出された位置とが合成されることによって、最適な位置が推定される。自律航法では、車両の速度を示す速度パルスと、角速度センサによって計測された車両の旋回角速度とをもとに、前回の測位位置を更新することによって、現在の位置が算出される。このような方式のナビゲーション装置によれば、ＧＰＳ衛星からの電波の受信が困難なトンネル、地下駐車場や高層ビルの谷間であっても、自律航法によって自車位置の導出が可能である。車両の旋回による角速度ωは、次の式によって導出される。
ω＝（Ｖｏｕｔ−Ｖｏｆｆｓｅｔ）／Ｓ ・・・（１）
ここで、Ｖｏｕｔは、角速度センサの出力電圧であり、Ｖｏｆｆｓｅｔは、角速度センサのオフセット値、Ｓ（ｍＶ／ｄｅｇ／ｓｅｃ）は、角速度センサの感度係数である。

角速度を正確に求めるためには、角速度センサのオフセット値と、感度係数を正確に求める必要がある。角速度センサの感度係数は、一般的に角速度センサの個体差や角速度センサの車両への取り付け角度により異なる。また、オフセット値は温度変化によって変化する可能性がある。つまり、オフセット値は、車両用ナビゲーション装置に使用される基板等の発熱や、車両用ナビゲーション装置が車両のダッシュボード等に取り付けられた場合の車両エンジン等の発熱による温度変化の影響を受ける。従来、角速度センサのオフセット値は、角速度が「０」になる車両停止時や直進走行時の角速度センサからの出力電圧を用いて補正されていた。しかしながら、高速道路の走行や、交通量の少ない地域における長時間の走行等、車両の停止頻度が少ないケースでは、角速度センサのオフセット値を定期的に補正することが困難になり、オフセット値の精度が悪化しやすくなる。正確に角速度センサからの出力電圧が「０」になるような直進走行時のオフセット値補正についても、道路形状やドライバの運転状況に左右されやすいので、定期的に行うことが困難になる。また、角速度センサの感度係数は、単位期間内での方位変化量と、角速度センサの出力電圧とから導出される。そのため、式（１）から明らかなように、角速度センサの感度係数は、オフセット値の誤差の影響を受ける。

直進走行以外の走行中であっても角速度センサのオフセット値および感度係数を補正する技術が提案されている。そこでは、所定期間の角速度センサの出力電圧の平均値と、その平均値が算出される期間の車両の方位変化量をもとに、角速度センサのオフセット値および感度係数が補正されている。具体的に説明すると、角速度センサのオフセット値Ｖｏｆｆｓｅｔは、次のように導出される。
Ｖｏｆｆｓｅｔ＝１／ｎ・ΣＶｏｕｔ−１／Δｔ・Δθ／ｎ・Ｓ ・・・（２）
ここで、ｎは、角速度センサの出力電圧のサンプル数であり、Δｔ（ｓｅｃ）は、サンプリング間隔であり、Δθ（ｄｅｇ）は、方位変化量である。方位変化量は、ＧＰＳ衛星から取得したＧＰＳ方位、あるいは地図データをもとに求められる。また、角速度センサの感度係数については、補正されたオフセット値の変化量が小さい、つまり安定した状態において、次のように導出される。
Ｓ＝（１／ｎ・ΣＶｏｕｔ − Ｖｏｆｆｓｅｔ）・ｎ／Δθ・Δｔ ・・・（３）
ここで、Ｖｏｆｆｓｅｔは、補正されたオフセット値の変化量が小さいような安定した状態において、既知であり定数とされる（例えば、特許文献１参照）。

また、屋内の走行等においてＧＰＳ衛星からの電波を受信できないような状況であっても、角速度センサのオフセット値を補正する技術が提案されている。そこでは、温度センサから計測された温度とオフセット値との関係を関数で近似することで、観測された温度近傍のオフセット値の傾きを算出している。具体的に説明すると、オフセット値の傾きをもとに、温度が変動したときのオフセット補正値ΔＶｏｆｆｓｅｔを次のように導出している。
ΔＶｏｆｆｓｅｔ＝β・（Ｔｎｏｗ − Ｔｏｌｄ） ・・・（４）
ここで、β（ｍＶ／℃）はオフセットの傾き、Ｔｎｏｗは今回の観測温度、Ｔｏｌｄは前回の観測温度である。前回の温度を観測したときのオフセット値にオフセット補正値を加算することで、今回のオフセット値を導出している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−３３０４５４号公報 特開２００９−１９２４９５号公報

このような状況下において、オフセット値の補正頻度を高くした場合、温度センサの分解能が十分でないと、真のオフセット値に追随するのに時間を要する可能性がある。例えば、温度センサの分解能が０．１℃であった場合、式（４）におけるＴｎｏｗとＴｏｌｄの差分値が０．１℃以上にならなければオフセット補正値が検出できないので、車両内の温度が微小に上昇する状況等では、補正するまでに時間を要するようになる。周辺温度が緩やかに変動するような状況であっても角速度の導出精度を高めるためには、角速度センサのオフセット値を短期間で高精度に導出することが要求される。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、短期間であっても角速度の導出精度を向上させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の角速度センサ補正装置は、ＧＰＳ衛星からの信号をもとに測位された移動体である対象物の測位データと、角速度センサから出力された対象物の角速度と、温度センサから出力された対象物の温度とを取得する取得部と、取得部において取得した測位データと角速度とをもとに、角速度センサの仮のオフセット値を導出するオフセット値導出部と、角速度センサのオフセット値を導出するオフセット値補正部とを備える。オフセット値補正部は、取得部において取得した温度をもとに温度の傾きを算出するとともに、当該温度の傾きをもとに平均温度を算出する温度傾き算出部と、温度傾き算出部において算出した温度の傾きと平均温度と、オフセット値導出部において導出した角速度センサの仮のオフセット値をもとに、オフセット値の傾きを算出し、オフセット値の傾きと、温度傾き算出部において算出した温度の傾きとをもとに、角速度センサのオフセット値を算出する補正値算出部とを備える。

本発明の別の態様は、角速度センサ補正方法である。この方法は、ＧＰＳ衛星からの信号をもとに測位された移動体である対象物の測位データと、角速度センサから出力された対象物の角速度と、温度センサから出力された対象物の温度とを取得するステップと、取得した測位データと角速度とをもとに、角速度センサの仮のオフセット値を導出するステップと、角速度センサのオフセット値を導出するステップとを備える。オフセット値を導出するステップは、取得した温度をもとに温度の傾きを算出するとともに、当該温度の傾きをもとに平均温度を算出し、算出した温度の傾きと平均温度と、導出した角速度センサの仮のオフセット値をもとに、オフセット値の傾きを算出するステップと、算出したオフセット値の傾きと、算出した温度の傾きとをもとに、角速度センサのオフセット値を算出するステップとを備える。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、短期間であっても角速度の導出精度を向上できる。

本発明の実施例に係る角速度算出装置の構成を示す図である。 図１のオフセット値演算部の構成を示す図である。 図２のオフセット値温度特性補正部の構成を示す図である。 図３の温度記憶部において記憶されるテーブルのデータ構造を示す図である。 図３の温度傾き算出部における処理の概要を示す図である。 図３の温度特性記憶部において記憶されるテーブルのデータ構造を示す図である。 図３のオフセット傾き算出部における処理の概要を示す図である。 図１の角速度算出装置によるオフセット値の導出手順を示すフローチャートである。

本発明を具体的に説明する前に、まず概要を述べる。本発明の実施例は、車両等に搭載され、車両の旋回による角速度を導出する角速度算出装置に関する。角速度算出装置は、角速度センサからの出力電圧に対して、オフセット値と感度係数とを使用しながら、角速度を導出する。角速度の精度を向上させるためには、オフセット値と感度係数の精度を向上させる必要がある。オフセット値の精度は、ＧＰＳ衛星からの信号での更新によって向上する。また、ＧＰＳ衛星からの信号を受信できない場合であっても、温度センサにおいて測定した温度によって、オフセット値は更新される。その際、温度変化が緩やかであっても、短期間かつ高精度にオフセット値を更新することが望まれる。これに対応するために本実施例に係る角速度算出装置は、温度に対するオフセット値の傾きと、時間に対する温度の傾きとを乗算してオフセット値を導出する。また、既に導出した温度の傾きをもとに、次の温度の傾きを導出するための期間を調節する。

図１は、本発明の実施例に係る角速度算出装置１００の構成を示す。角速度算出装置１００は、測定部１０、パラメータ演算部１２、角速度変換部１４を含む。また、測定部１０は、ＧＰＳ測位部２０、有効性判定部２２、温度センサ２４、角速度センサ２６を含み、パラメータ演算部１２は、オフセット値演算部２８、感度係数演算部３０を含む。さらに信号として、ＧＰＳ測位データ２００、角速度データ２０２、温度データ２０４、オフセット値２０６、感度係数２０８が含まれる。

ＧＰＳ測位部２０は、図示しないＧＰＳ衛星からの信号を受信して、ＧＰＳ測位データ２００を算出する。ＧＰＳ測位データ２００には、経緯度、車両の高度であるＧＰＳ高度、移動速度であるＧＰＳ速度、車両の方位であるＧＰＳ方位、ＰＤＯＰ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）、捕捉衛星数等が含まれる。ここで、ＰＤＯＰは、ＧＰＳ測位データ２００におけるＧＰＳ衛星位置の誤差が受信点位置にどのように反映されるかの指標であり、測位誤差に相当する。なお、ＧＰＳ測位データ２００には、これら以外の値が含まれていてもよい。また、ＧＰＳ測位データ２００の算出は、公知の技術によってなされればよいので、ここでは説明を省略する。また、ＧＰＳ測位部２０は、ＧＰＳ測位データ２００をサンプリング間隔ごとに、つまり周期的に算出する。ＧＰＳ測位部２０は、ＧＰＳ測位データ２００を有効性判定部２２へ逐次出力する。

有効性判定部２２は、ＧＰＳ測位部２０からのＧＰＳ測位データ２００を逐次入力する。有効性判定部２２は、ＧＰＳ測位データ２００から、ＧＰＳ測位データ２００それぞれの有効性を判定する。例えば、有効性判定部２２は、ＰＤＯＰの値が第１のしきい値以下であり、かつＧＰＳ速度が第２のしきい値以上である場合に、それらに対応したＧＰＳ方位が有効であると判定する。また、有効性判定部２２は、上記の条件が満たされない場合に、対応したＧＰＳ方位が無効であると判定する。これは、一般的にＰＤＯＰの値が大きい場合やＧＰＳ速度が小さい場合に、ＧＰＳ方位の精度が低くなる傾向があるからである。さらに具体的に説明すると、ＰＤＯＰの値が６以下であり、かつＧＰＳ速度が２０ｋｍ／ｈ以上である場合に、有効性判定部２２は、ＧＰＳ方位の有効性をフラグで表す。

また、有効性判定部２２は、ＧＰＳ速度が第３のしきい値以上である場合に、当該ＧＰＳ速度が有効であると判定する。ここで、第３のしきい値は、第２のしきい値と同じでもよい。このような処理の結果、有効性判定部２２は、ＧＰＳ測位データ２００に含まれたＧＰＳ方位等の各値に対して、有効あるいは無効が示されたフラグを付加する（以下、フラグが付加されたＧＰＳ測位データ２００もまた「ＧＰＳ測位データ２００」という）。有効性判定部２２は、オフセット値演算部２８、感度係数演算部３０へＧＰＳ測位データ２００を逐次出力する。

温度センサ２４は、例えば、半導体温度センサ等に相当し、角速度センサ２６の内部、あるいは近傍に設置される。つまり、温度センサ２４は、角速度センサ２６の温度またはその周囲の温度を検出する。検出された温度は、例えば、温度に比例した０Ｖ〜５Ｖのアナログ信号として出力される。温度センサの電圧値は、図示しないＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換装置によって、例えば、サンプリング間隔１００ｍｓｅｃでＡＤ変換され、その結果のデジタル信号が出力される。当該デジタル信号は、出力電圧に相当し、以下では、温度データ２０４という。なお、温度センサ２４として、公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。温度センサ２４は、オフセット値演算部２８へ温度データ２０４を逐次出力する。

角速度センサ２６は、例えば、振動ジャイロ等のジャイロ装置に相当し、車両の進行方向の変化を車両の相対的な角度変化として検出する。つまり、角速度センサ２６は、車両の旋回角速度を検出する。検出された角速度は、例えば、０Ｖ〜５Ｖのアナログ信号として出力される。その際、時計回りの旋回に対応した正の角速度は５Ｖ側への２．５Ｖからの偏差電圧として出力され、反時計回りの旋回に対応した負の角速度は０Ｖ側への２．５Ｖからの偏差電圧として出力される。また、２．５Ｖは、角速度のオフセット値、つまり零点であり、温度等の影響を受けドリフトする。

また、２．５Ｖからの角速度の偏差程度である感度係数（ｍＶ／ｄｅｇ／ｓｅｃ）は、水平な状態において許容誤差内に収まる所定の値として定められている。この許容誤差原因は、ジャイロ装置の個体差や経年変化、温度による影響等である。ジャイロ装置の電圧値は、図示しないＡＤ変換装置によって、例えば、サンプリング間隔１００ｍｓｅｃでＡＤ変換され、その結果のデジタル信号が出力される。当該デジタル信号は、前述の出力電圧に相当し、以下では、角速度データ２０２という。なお、ジャイロ装置として、公知の技術が使用されればよいので、ここでは説明を省略する。角速度センサ２６は、オフセット値演算部２８、感度係数演算部３０、角速度変換部１４へ角速度データ２０２を出力する。

オフセット値演算部２８は、有効性判定部２２からのＧＰＳ測位データ２００、温度センサ２４からの温度データ２０４、角速度センサ２６からの角速度データ２０２を入力する。また、オフセット値演算部２８は、感度係数演算部３０から感度係数２０８も入力する。オフセット値演算部２８は、ＧＰＳ測位データ２００、角速度データ２０２、温度データ２０４、感度係数２０８とをもとに、角速度センサ２６のオフセット値（以下、「オフセット値２０６」という）を算出する。なお、オフセット値演算部２８での処理の詳細は後述する。オフセット値演算部２８は、感度係数演算部３０、角速度変換部１４へオフセット値２０６を出力する。

感度係数演算部３０は、有効性判定部２２からのＧＰＳ測位データ２００、角速度センサ２６からの角速度データ２０２を入力する。また、感度係数演算部３０は、オフセット値演算部２８からオフセット値２０６も入力する。感度係数演算部３０は、ＧＰＳ測位データ２００、角速度データ２０２、オフセット値２０６とをもとに、角速度センサ２６の感度係数（以下、前述の「感度係数２０８」という）を算出する。具体的に説明すると、感度係数導出部９０は、ＧＰＳ測位データ２００においてＧＰＳ方位が有効であると示されている場合、次のように、ＧＰＳ方位のサンプリング間隔における角速度センサ２６の仮の感度係数を算出する。

Ｇｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ＝（１／ｎ・ΣＧｏｕｔ−Ｇｏｆｆｓｅｔ）／Δθ ・・・（５）
ここで、Ｇｏｆｆｓｅｔは、オフセット値演算部２８から入力されるが、角速度算出装置１００の起動直後などのような状態において、オフセット値２０６が未だ算出されていないこともありえる。そのような場合、感度係数演算部３０は、ジャイロ装置の仕様によって決定されるオフセット値２０６を初期値として使用する。また、式（５）には、Δθによる除算が含まれるので、Δθが所定値以上であるときに感度係数を算出する。Δθの値が所定値以下であるときは、感度係数導出部８０は、直前に補正した感度係数を出力する。感度係数演算部３０は、仮の感度係数に対してフィルタリング処理等を実行することによって、感度係数２０８を導出する。なお、感度係数演算部３０は、仮の感度係数をそのまま感度係数２０８としてもよい。感度係数演算部３０は、感度係数２０８を角速度変換部１４へ出力する。

角速度変換部１４は、角速度センサ２６からの角速度データ２０２、オフセット値演算部２８からのオフセット値２０６、感度係数演算部３０からの感度係数２０８を入力する。角速度変換部１４は、角速度データ２０２、オフセット値２０６、感度係数２０８をもとに、前述の式（１）を計算することによって、車両の角速度ωを算出する。角速度変換部１４は、角速度ωを出力する。

この構成は、ハードウエア的には、任意のコンピュータのＣＰＵ、メモリ、その他のＬＳＩで実現でき、ソフトウエア的にはメモリにロードされたプログラムなどによって実現されるが、ここではそれらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックがハードウエアのみ、ソフトウエアのみ、またはそれらの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

図２は、オフセット値演算部２８の構成を示す。オフセット値演算部２８は、状態推定部４０、状態別オフセット値導出部４２、オフセット温度特性補正部４４を含む。また、状態推定部４０は、停止推定部５０、直進走行推定部５２、非直進走行推定部５４を含み、状態別オフセット値導出部４２は、停止時オフセット値導出部５６、直進走行時オフセット値導出部５８、非直進走行時オフセット値導出部６０を含む。さらに信号として、仮オフセット値２１２、走行状態情報２１４が含まれる。

状態推定部４０は、ＧＰＳ測位データ２００、角速度データ２０２を入力する。状態推定部４０は、停止推定部５０、直進走行推定部５２、非直進走行推定部５４において、車両の走行状態を推定する。ここでは、車両の走行状態として、ＧＰＳ測位データ２００に含まれるＧＰＳ速度が有効であった場合、車両が停止あるいは直進している状態であるか、残りの状態、つまり非直進走行している状態であるかを推定する。また、ＧＰＳ測位データ２００に含まれるＧＰＳ速度が無効であった場合、走行状態推定不能とする。状態推定部４０は、判定結果を走行状態情報２１４としてオフセット温度特性補正部４４へ出力する。

停止推定部５０は、図示しない有効性判定部２２において有効であると判定されたＧＰＳ測位データ２００を取得する。また、停止推定部５０は、ＧＰＳ測位データ２００からＧＰＳ速度を抽出し、ＧＰＳ速度が「０」であるかを確認する。一方、停止推定部５０は、所定期間内における角速度データ２０２の分散値を計算し、分散値と第４のしきい値とを比較する。停止推定部５０は、ＧＰＳ速度が０であり、かつ分散値が第４のしきい値よりも小さい場合に、車両が停止状態であると判定する。前述のごとく、ＧＰＳ速度が小さい場合、その精度は低くなる傾向があるが、停止推定部５０は、角速度データ２０２の分散値を併せて使用することによって停止と判断する。ここで、所定期間は、例えば、ＧＰＳ速度のサンプリング間隔である１ｓｅｃとされる。所定期間において、角速度データ２０２の分散値が小さいときは、車両の揺れ等がない安定した状態であると推定される。停止推定部５０は、停止状態ではないと判定した場合、その旨を非直進走行推定部５４へ出力する。

直進走行推定部５２は、図示しない有効性判定部２２において有効であると判定されたＧＰＳ測位データ２００を取得する。また、直進走行推定部５２は、ＧＰＳ測位データ２００からＧＰＳ方位を抽出し、ＧＰＳ方位の所定期間にわたる変化（以下、「ＧＰＳ方位変化」という）を導出する。さらに、直進走行推定部５２は、ＧＰＳ方位変化が「０」であるかを確認する。また、直進走行推定部５２は、所定期間における角速度データ２０２の分散値を計算し、分散値と第５のしきい値とを比較する。なお、第５のしきい値は、第４のしきい値と同一であってもよい。ここで、所定期間は、例えば、ＧＰＳ方位変化が連続して０であるような期間に設定される。

直進走行推定部５２は、ＧＰＳ方位変化が０であり、かつ分散値が第５のしきい値よりも小さい場合に、車両が直進走行状態であると判定する。所定期間において、角速度データ２０２の分散値が小さいときは、微妙な蛇行等の影響がない直進走行状態であると推定される。なお、ドライバの運転状況や道路形状によるが、例えば、市街地等において、直進走行状態の検出頻度は、一般的に、停止推定部５０による停止状態の判定よりも少なく、その期間は数秒間程度である。直進走行推定部５２は、直進走行状態ではないと判定した場合、その旨を非直進走行推定部５４へ出力する。ここで、停止推定部５０において停止状態と判定され、直進走行推定部５２において直進走行状態であると判定された場合、停止推定部５０の判定結果が優先される。

非直進走行推定部５４は、停止推定部５０から、停止状態ではない旨を入力し、かつ直進走行推定部５２から、直進走行状態ではない旨を入力した場合、車両が非直進走行状態であると判定する。

状態別オフセット値導出部４２は、ＧＰＳ測位データ２００、角速度データ２０２、感度係数２０８を入力する。状態別オフセット値導出部４２は、状態推定部４０において推定した車両の走行状態に応じて、角速度センサ２６の仮オフセット値２１２を逐次導出する。ここで、停止推定部５０において停止状態と判定された場合、停止時オフセット値導出部５６が角速度データ２０２をもとに仮オフセット値２１２を逐次導出する。また、直進走行推定部５２において直進走行状態と判定された場合、直進走行時オフセット値導出部５８が角速度データ２０２をもとに仮オフセット値２１２を逐次導出する。

また、直進走行時オフセット値導出部５８において非直進走行状態と判定された場合、非直進走行時オフセット値導出部６０がＧＰＳ測位データ２００、角速度データ２０２、感度係数２０８をもとに仮オフセット値２１２を逐次導出する。つまり、車両の走行状態に応じて停止時オフセット値導出部５６から非直進走行時オフセット値導出部６０は、ＧＰＳ測位データ２００、角速度データ２０２等の組合せを変更しながら、仮オフセット値２１２を導出する。

停止時オフセット値導出部５６は、停止状態と判定された場合に、角速度データ２０２をもとに、角速度センサ２６の仮オフセット値２１２を逐次導出する。具体的に説明すると、停止時オフセット値導出部５６は、停止時に車両の旋回角速度が「０」になることを利用し、角速度データ２０２の平均値を仮オフセット値２１２として算出する。直進走行時オフセット値導出部５８は、直進走行状態と判定された場合に、角速度データ２０２をもとに、角速度センサ２６の仮オフセット値２１２を逐次導出する。具体的に説明すると、ここでも車両の旋回角速度が０であるので、直進走行時オフセット値導出部５８は、角速度データ２０２の平均値を仮オフセット値２１２として算出する。

非直進走行時オフセット値導出部６０は、非直進走行状態であると判定された場合に、ＧＰＳ測位データ２００中のＧＰＳ方位、角速度データ２０２、感度係数２０８とをもとに、例えば、ＧＰＳ方位のサンプリング間隔における仮オフセット値２１２を逐次導出する。ここで、仮オフセット値２１２は、次のように導出される。
Ｇｏｆｆｓｅｔ＝１／ｎ・ΣＧｏｕｔ−Δθ・Ｇｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ・・・（６）
ここで、ｎは、ＧＰＳ方位のサンプリング間隔における角速度データ２０２のサンプル数であり、ΣＧｏｕｔ（ｍＶ）は、ＧＰＳ方位のサンプリング間隔における角速度データ２０２の合計値である。また、Δθ（ｄｅｇ）は、ＧＰＳ方位変化量であり、Ｇｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ（ｍＶ／ｄｅｇ／ｓｅｃ）は、感度係数２０８である。なお、Ｇｏｕｔは、式（１）のＶｏｕｔに対応し、Ｇｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙは、式（１）のＳに対応する。

感度係数２０８は、通常、図示しない感度係数演算部３０から入力されるが、角速度算出装置１００の起動直後などのような状態において、感度係数２０８が未だ算出されていないこともありえる。そのような場合、非直進走行時オフセット値導出部６０は、図示しないジャイロ装置の仕様によって決定される感度係数２０８を初期値として使用する。また、非直進走行時オフセット値導出部６０は、前回の走行終了時に感度係数演算部３０からの感度係数２０８を記憶しておき、初期値として使用してもよい。

オフセット温度特性補正部４４は、温度データ２０４を逐次入力する。また、状態推定部４０が出力した走行状態情報２１４と、状態別オフセット値導出部４２において逐次導出した仮オフセット値２１２を入力する。オフセット温度特性補正部４４は、走行状態情報２１４が走行状態推定不能以外である場合に、状態別オフセット値導出部４２において導出した仮オフセット値２１２をオフセット値２０６として出力する。オフセット温度特性補正部４４は、状態推定部４０において走行状態推定が不能である場合に、仮オフセット値２１２と、取得部において取得した温度データ２０４とをもとに、オフセット値２０６を導出する。以下では、図３を使用しながら、オフセット温度特性補正部４４での処理を説明する。

図３は、オフセット温度特性補正部４４の構成を示す。オフセット温度特性補正部４４は、温度記憶部７０、温度傾き算出部７２、温度特性記憶部７４、オフセット傾き算出部７６、補正値算出部７８を含む。温度記憶部７０は、温度データ２０４を逐次入力し、図示しないマイクロコンピュータ等に備わっている計時機能から取得される起動後の経過時間とを関連付けて、リングバッファ等に記憶する。図４は、温度記憶部７０において記憶されるテーブルのデータ構造を示し、経過時間と温度データ２０４との関係を示している。図示のごとく、サンプル番号欄３００、時間欄３０２、温度欄３０４が含まれる。時間欄３０２には、温度記憶部７０が温度データ２０４を入力した経過時間を記憶する。また、温度欄３０４には、入力した温度データ２０４を記憶する。温度記憶部７０は、記憶した時間と温度データ２０４を温度傾き算出部７２へ出力する。

温度傾き算出部７２は、温度記憶部７０から入力した時間と温度データ２０４に対し、関数近似し、温度の傾きを算出する。ここでは、時間をＸ軸、温度をＹ軸として、最小二乗法を用いて一次関数で近似する方法を説明する。最小二乗法を適用すると、温度の傾きγＴ_ｎ（℃／ｓｅｃ）、切片αＴ_ｎ（℃）は次のように算出される。

ここで、添え字の「ｎ」は図４に示すサンプル番号、ｔａ_ｎは最小二乗法を適用させるサンプル数、ｔ_ｎ（ｓｅｃ）、Ｔ_ｎ（℃）はそれぞれ図４に示す時間、温度である。また、ｔａ_ｎは次のように算出される。
ｔａ_ｎ＝[Ｔｃ／｜γＴ_ｎ−１｜・ｆｓ］ ・・・（９）

Ｔｃ（℃）は温度であり、例えば温度センサ２４の分解能より大きな値である０．３℃等である。ｆｓ（Ｈｚ）は温度センサ２４のサンプリング周波数である。角速度算出装置１００の起動直後等、γＴ_ｎ−１が算出されていない場合や、温度の傾きγＴ_ｎ−１の絶対値が大きくサンプル数ｔａ_ｎが小さくなる場合は、ｔａ_ｎとして所定の値、例えば、１０サンプルとする。また、温度の傾きγＴ_ｎ−１が０に近づくとｔａ_ｎが無限大に近づくため、γＴ_ｎ−１の絶対値が、例えば、０．０３（℃／ｓｅｃ）以下の場合は、ｔａ_ｎを所定の値、例えば、１００サンプルとする。このようにして、式（９）から、前回算出した温度の傾きγＴ_ｎ−１に基づいて、温度変化がＴｃに達するまでのサンプル数が求められる。

図５は、温度傾き算出部７２における処理の概要を示す。図５に示すように、時間Ｔ２において、時間Ｔ１よりも温度の傾きが小さくなっている。式（９）により、時間Ｔ１での傾きは期間Ｔｄ１内に含まれるサンプルから算出され、時間Ｔ２では、期間Ｔｄ１よりも大きい期間Ｔｄ２内に含まれるサンプルから算出される。ここで、期間Ｔｄは、温度の傾きを算出する場合の期間であり、サンプル数ｔａ_ｎをサンプリング周波数ｆｓ（Ｈｚ）で除算することによって導出される。このように、温度傾き算出部７２は、既に算出した温度の傾きをもとに、次に温度の傾きを算出する場合の期間を調節する。図３に戻る。

さらに、温度傾き算出部７２は、時間に対する温度Ｔ（ｔ）を次のように算出する。
Ｔ（ｔ）＝γＴ_ｎ・ｔ＋αＴ_ｎ ・・・（１０）
温度傾き算出部７２は、算出した温度Ｔ（ｔ）と温度の傾きγＴ_ｎとを温度特性記憶部７４へ出力する。また、温度の傾きγＴ_ｎを補正値算出部７８へ、温度Ｔ（ｔ）をオフセット傾き算出部７６へ出力する。

温度特性記憶部７４は、仮オフセット値２１２、走行状態情報２１４、温度Ｔ（ｔ）、温度の傾きγＴ_ｎとを逐次入力し、オフセットの温度特性テーブルを生成し、記憶する。図６は、温度特性記憶部７４において記憶されるテーブルのデータ構造を示す。図示のごとく、温度範囲欄４００、有効フラグ欄４０２、平均温度欄４０４、平均オフセット値欄４０６が含まれる。まず、温度特性記憶部７４は、平均温度欄４０４、平均オフセット値欄４０６をサンプリングする間隔を算出する。サンプリング間隔ｔｂ_ｎ（ｓｅｃ）は、次のように計算される。
ｔｂ_ｎ＝Ｔｄ／｜γＴ_ｎ｜ ・・・（１１）

ここで、Ｔｄ（℃）は温度範囲欄４００の温度範囲である。図６に示した例では、式（１０）のＴｄに温度範囲欄４００の温度範囲０．５（℃）を設定してサンプリング間隔を算出する。サンプリング間隔ｔｂ_ｎが仮オフセット値２１２のサンプリング間隔より小さくならないよう、温度の傾きγＴ_ｎの絶対値の上限を設定する。例えば、仮オフセット値２１２のサンプリング間隔が１（ｓｅｃ）の場合、温度の傾きγＴ_ｎの絶対値の上限値を０．５（℃／ｓｅｃ）とする。また、温度の傾きγＴ_ｎの下限値として、例えば、仮オフセット値２１２のサンプリング間隔が５０以上にならないよう、０．０１（℃／ｓｅｃ）とする。

次に、温度特性記憶部７４は、式（１１）を用いて算出したサンプリング間隔ｔｂ_ｎにおいて、温度Ｔ（ｔ）を統計処理するとともに、仮オフセット値２１２を統計処理する。詳細に説明すると、温度特性記憶部７４は、サンプリング間隔ｔｂ_ｎにおいて入力した温度Ｔ（ｔ）に対して加重平均等の処理を行うとともに、仮オフセット値２１２に対しも加重平均等の処理を行う。入力した走行状態情報２１４が複数であれば、加重平均の際の重み係数は、走行状態情報２１４が停止状態あるいは直進走行状態であった場合に「０．８」にされ、非直進走行状態の場合に「０．２」にされ、走行状態推定不能の場合に「０」にされ、それぞれの平均値が算出される。入力した走行状態情報２１４が、停止状態あるいは直進走行状態、または、非直進走行状態のいずれかであった場合は、平均化処理が実行される。

温度特性記憶部７４は、温度範囲欄４００から算出した温度Ｔ（ｔ）に対応する行を探索し、有効フラグ欄４０２が０であれば１へ変更して、温度Ｔ（ｔ）を平均温度欄４０４へ、仮オフセット値２１２を平均オフセット値欄４０６へ記憶する。有効フラグ欄４０２が１であった場合は、温度特性記憶部７４は、算出したＴ（ｔ）と、平均温度欄４０４に記憶されている平均温度とを平均化し、これを新たな平均温度として、平均温度欄４０４に記憶する。そのため、温度傾き算出部７２、温度特性記憶部７４は、温度の傾きをもとに平均温度を算出するといえる。また、温度特性記憶部７４は、仮オフセット値２１２と、平均オフセット値欄４０６に記憶されている平均オフセット値とを平均化し、これを新たな平均オフセット値として、平均オフセット値欄４０６に記憶する。温度特性記憶部７４は、温度特性テーブルをオフセット傾き算出部７６へ出力する。

オフセット傾き算出部７６は、温度傾き算出部７２から温度Ｔ（ｔ）を入力するとともに、温度特性記憶部７４から温度特性テーブルを入力する。オフセット傾き算出部７６は、温度Ｔ（ｔ）におけるオフセット傾きを算出する。具体的に説明すると、オフセット傾き算出部７６は、温度特性テーブルの温度範囲欄４００を参照し、温度Ｔ（ｔ）を中心とした所定範囲内、例えばＴ（ｔ）±２の範囲において、有効フラグ欄４０２が「１」である温度範囲を特定する。また、オフセット傾き算出部７６は、特定した温度範囲における平均温度と平均オフセット値を取得する。

さらに、オフセット傾き算出部７６は、平均温度と平均オフセット値を関数近似してオフセット傾きを算出する。ここでは、平均温度をＸ軸、平均オフセット値をＹ軸として、最小二乗法を用いて一次関数で近似する方法を説明する。最小二乗法を適用すると、オフセット傾きγＧ_ｎ（ｍＶ／℃）は次のように算出される。

ここで、ｍは有効フラグ欄４０２が１である平均温度と平均オフセット値の数に相当し、オフセット傾き算出部７６は、ｍがしきい値３以上の場合に関数近似を実行する。Ｔａ（℃）は平均温度欄４０４の平均温度、Ｏｆｓは平均オフセット値欄４０６の平均オフセット値である。つまり、オフセット傾き算出部７６は、温度傾き算出部７２において算出した温度の傾きと平均温度と、オフセット値導出部において導出した仮オフセット値２１２をもとに、オフセット値の傾きを算出する。

図７は、オフセット傾き算出部７６における処理の概要を示す。これは、オフセット傾き算出部７６が算出したオフセット傾きの一例を示す。入力した平均温度Ｔ（ｔ）がＫ１であったとき、Ｋ１±Ｋｄ範囲内において関数近似し、オフセット傾きを算出している。図３に戻る。オフセット傾き算出部７６は、式（１２）から算出したオフセット傾きγＧ_ｎを補正値算出部７８へ出力する。

補正値算出部７８は、仮オフセット値２１２、走行状態情報２１４、温度の傾きγＴ_ｎ、オフセット傾きγＧ_ｎを入力し、オフセット値を算出する。ここで、補正値算出部７８は、走行状態情報２１４が停止状態、直進走行状態、非直進走行状態である場合は、仮オフセット値２１２をオフセット値２０６として出力する。一方、補正値算出部７８は、走行状態情報２１４が走行状態推定不能である場合、次のように、オフセット傾きγＧ_ｎと温度の傾きγＴ_ｎとをもとに、オフセット値２０６を算出する。
Ｇｏｆｆｓｅｔ（ｎ）＝Ｇｏｆｆｓｅｔ（ｎ−１）＋γＧ_ｎ・γＴ_ｎ・ｔｃ ・・・（１３）
ここで、ｔｃ（ｓｅｃ）は補正値算出部７８がオフセット値を算出する間隔であり、例えば、１（ｓｅｃ）等である。

以上の構成による角速度算出装置１００の動作を説明する。図８は、角速度算出装置１００によるオフセット値の導出手順を示すフローチャートである。状態推定部４０は、車両の走行状態を推定する（Ｓ１０）。走行状態推定不能であれば（Ｓ１２のＹ）、オフセット温度特性補正部４４は、温度傾き、オフセット傾きをもとに、オフセット値２０６を算出する（Ｓ１４）。一方、走行状態推定不能でなければ（Ｓ１２のＮ）、オフセット温度特性補正部４４は、仮オフセット値２１２をオフセット値２０６として出力する（Ｓ１６）。

本発明の実施例によれば、温度データに対して関数近似して得られた温度の傾きから温度差分値を導出し、その温度差分値に基づいてオフセット値を導出するようにしたので、オフセット値のドリフトに精度よく追随できる。さらに、温度データを関数近似する際に、過去に導出した温度の傾きに基づいて関数近似する範囲を決定するようにしたので、温度差分値を精度よく導出できる。また、温度特性テーブルを生成する際に、温度データに対して関数近似して得られた温度の傾きから温度特性データをサンプリングする間隔を導出するようにしたので、処理を簡潔にでき、温度データに対して関数近似して得られた温度から温度特性データを生成するようにしたので、温度特性を精度良く導出できる。さらに、走行状態に基づいて温度特性データの重み付けを決定するようにしたので、温度特性を精度良く導出できる。

また、オフセット値に対して関数近似してオフセット傾きを算出する際に、温度データに対して関数近似して得られた温度に基づいて関数近似する間隔を決定するようにしたので、精度よくオフセット傾きを導出でき、オフセット値の補正を精度よく行うことができる。また、角速度センサの温度の傾きに基づいて、センサ温度に関数近似を実行する期間を変更するようにしたので、温度および温度差分値を精度良く導出でき、角速度センサのオフセット補正処理精度を向上できる。

以上、本発明を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本発明の実施例において、状態推定部４０は、車両の走行状態判定として、ＧＰＳ測位データ２００に含まれたＧＰＳ速度を使用して、停止状態を判定している。しかしながらこれに限らず例えば、状態推定部４０は、図示しないパルス検出部からの車両の車速パルス信号を入力し、車速パルスをもとに停止状態を判定してもよい。ここで、パルス検出部は、図示しない速度センサに接続されており、速度センサは、ドライブシャフトの回転に対応して回転するスピードメータケーブルの中間に設置され、ドライブシャフトの回転に伴った車速パルス信号を出力する。本変形例によれば、さまざまな手段によって車両の速度を測定できる。

本発明の実施例において、有効性判定部２２は、ＧＰＳ測位データ２００の有効性を判定するために、ＰＤＯＰを使用している。しかしながらこれに限らず例えば、有効性判定部２２は、ＧＤＯＰ（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）、ＨＤＯＰ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ）等や、これらの組合せを使用してもよい。本変形例によれば、さまざまなパラメータを判定に使用できる。

１０ 測定部、 １２ パラメータ演算部、 １４ 角速度変換部、 ２０ ＧＰＳ測位部、 ２２ 有効性判定部、 ２４ 温度センサ、 ２６ 角速度センサ、 ２８ オフセット値演算部、 ３０ 感度係数演算部、 ４０ 状態推定部、 ４２ 状態別オフセット値導出部、 ４４ オフセット温度特性補正部、 ５０ 停止推定部、 ５２ 直進走行推定部、 ５４ 非直進走行推定部、 ５６ 停止時オフセット値導出部、 ５８ 直進走行時オフセット値導出部、 ６０ 非直進走行時オフセット値導出部、 ７０ 温度記憶部、 ７２ 温度傾き算出部、 ７４ 温度特性記憶部、 ７６ オフセット傾き算出部、 ７８ 補正値算出部、 １００ 角速度算出装置。

Claims (4)

1. ＧＰＳ衛星からの信号をもとに測位された移動体である対象物の測位データと、角速度センサから出力された前記対象物の角速度と、温度センサから出力された前記対象物の温度とを取得する取得部と、
   前記取得部において取得した測位データと角速度とをもとに、前記角速度センサの仮のオフセット値を導出するオフセット値導出部と、
   前記角速度センサのオフセット値を導出するオフセット値補正部とを備え、
   前記オフセット値補正部は、
   前記取得部において取得した温度をもとに温度の傾きを算出するとともに、当該温度の傾きをもとに平均温度を算出する温度傾き算出部と、
   前記温度傾き算出部において算出した温度の傾きと平均温度と、前記オフセット値導出部において導出した前記角速度センサの仮のオフセット値をもとに、オフセット値の傾きを算出し、オフセット値の傾きと、前記温度傾き算出部において算出した温度の傾きとをもとに、前記角速度センサのオフセット値を算出する補正値算出部とを備えることを特徴とする角速度センサ補正装置。
2. 前記温度傾き算出部は、既に算出した温度の傾きをもとに、次に温度の傾きを算出する場合の期間を調節することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ補正装置。
3. 前記取得部において取得した測位データと角速度とをもとに、前記対象物の状態を推定する状態推定部をさらに備え、
   前記オフセット値補正部は、前記状態推定部において状態推定が不能である場合に、前記補正値算出部において算出した前記角速度センサのオフセット値を出力し、前記状態推定部において状態推定が不能以外である場合に、前記オフセット値導出部において導出した前記角速度センサの仮のオフセット値を、前記角速度センサのオフセット値として出力することを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ補正装置。
4. ＧＰＳ衛星からの信号をもとに測位された移動体である対象物の測位データと、角速度センサから出力された前記対象物の角速度と、温度センサから出力された前記対象物の温度とを取得するステップと、
   取得した測位データと角速度とをもとに、前記角速度センサの仮のオフセット値を導出するステップと、
   前記角速度センサのオフセット値を導出するステップとを備え、
   前記オフセット値を導出するステップは、
   取得した温度をもとに温度の傾きを算出するとともに、当該温度の傾きをもとに平均温度を算出し、算出した温度の傾きと平均温度と、導出した前記角速度センサの仮のオフセット値をもとに、オフセット値の傾きを算出するステップと、
   算出したオフセット値の傾きと、算出した温度の傾きとをもとに、前記角速度センサのオフセット値を算出するステップとを備えることを特徴とする角速度センサ補正方法。

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