JP6860651B2 - 測定装置及びプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、測定装置及びプログラムに関する。
現在、GNSS(Global Navigation Satellite System)を利用すると共に、搭載された加速度センサや角速度センサ等の各種センサの情報を利用し、車両の測位を行う車両ナビゲーションシステムが知られている。
これに関連する技術として、特許文献1には、車両ナビゲーションシステムを自動二輪車に搭載する技術が開示されている。
特開平9−95276号公報
しかし、四輪車に比べて二輪車は、右左折する時、カーブを曲がる時など左右に大きく傾くため、左右方向への傾きが四輪車とは大きく異なる。このため、四輪車用に作られた車両ナビゲーションシステムを二輪車に搭載すると、二輪車の傾きの影響を受けてしまうことがある。
そこで、本発明は、二輪車に搭載されても二輪車の傾きの影響を受けにくい測定装置を提供することを目的とする。
第一の態様の測定装置は、二輪車(BK)の角速度又は加速度を測定する測定装置(20、20’)であって、3軸の角速度又は3軸の加速度を検出する主検出部(21)と、前記主検出部を前記二輪車のボディ(BD)に対して支持可能な支持部(22)と、前記主検出部に対して、前記ボディの左右方向への傾きをキャンセルする補正部(23、23’)と、を備える。
本態様によれば、測定装置は、二輪車のボディの左右方向の傾きをキャンセルして3軸の角速度又は3軸の加速度を検出するため、二輪車が左右方向に大きく傾いても、二輪車の傾きの影響が抑制される。他方、測定装置は、前後方向の傾きをキャンセルしないので、四輪車と同様に、坂道走行における傾きはキャンセルしない。
したがって、測定装置は、四輪車と同様に、二輪車の3軸の角速度又は3軸の加速度を検出することができる。
第二の態様の測定装置は、前記補正部が、前記支持部に設けられて前記主検出部を前記ボディに対して、前記左右方向に揺動可能とする振り子機構である第一の態様の測定装置である。
本態様によれば、測定装置は、振り子機構により二輪車のボディの左右方向への傾きをキャンセルする。このため、検出値を補正することなく、四輪車と同様な検出値を得ることができる。
第三の態様の測定装置は、前記補正部が、前記傾きを検出する傾き検出部(26)と、検出された前記傾きに基づいて前記主検出部で検出された検出値を補正する補正演算部(27c)と、を備える第一又は第二の態様の測定装置である。
本態様によれば、検出された検出値を演算によって補正する。このため、機構的な構造を変えずに四輪車と同様な検出値を得ることができる。
第四の態様の測定装置は、前記支持部は、前記ボディからの振動を減衰させる減衰機構(24、24’)を備える第一から第三のいずれかの態様の測定装置である。
本態様によれば、主検出部の振動が減衰されるため、振動による検出値のノイズを抑制することができる。
第五の態様のプログラムは、二輪車の角速度又は加速度を測定する測定装置であって、3軸の角速度又は3軸の加速度を検出する主検出部と、前記主検出部を前記二輪車のボディに対して支持可能な支持部と、前記ボディの左右方向への傾きを検出する傾き検出部と、を備えた測定装置のコンピュータを、前記主検出部で検出された検出値を取得する主検出取得部(27a)、前記傾き検出部で検出された傾きを取得する傾き取得部(27b)、及び検出された前記傾きに基づいて前記主検出部で検出された前記検出値を補正し、前記ボディの左右方向への傾きをキャンセルする補正演算部、として機能させる。
本発明の一態様によれば、測定装置は、二輪車に搭載されても二輪車の傾きの影響を受けにくい。
本発明の第1の実施形態に係る車両ナビゲーションシステムの概略図である。 本発明の第1の実施形態に係る車両ナビゲーションシステムのブロック図である。 本発明の第1の実施形態に係る測定装置の正面図である。 本発明の第1の実施形態に係る測定装置の側面図である。 図4におけるV−V線断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る減衰機構の概略図である。 参考例における測定装置の動きを説明する図である。 本発明の第1の実施形態に係る測定装置の動きを説明する図である。 測定される角速度を示すグラフである。 本発明の第2の実施形態に係る車両ナビゲーションシステムの概略図である。 本発明の第2の実施形態に係る測定装置の概略図である。 本発明の第2の実施形態に係る車両ナビゲーションシステムのブロック図である。
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。
<第1の実施形態>
本発明に係る車両ナビゲーションシステムの第1の実施形態について、図1〜図9を参照して説明する。
(全体構成)
車両ナビゲーションシステム100の全体構成について説明する。
車両ナビゲーションシステム100は、図1に示すように、二輪車BKのボディBDに固定される。本実施形態では、車両ナビゲーションシステム100は、二輪車BKのボディBDに着脱可能に固定される。
車両ナビゲーションシステム100は、重さ、形状、大きさ等に制約はない。
例えば、二輪車BKのバッテリと同程度の形状、大きさの箱型であってもよいし、タブレット型のものであってもよい。
また、車両ナビゲーションシステム100は、二輪車BKのボディBDに据え付けされるものであってもよく、携帯可能なものであってもよい。
また、本実施形態では、車両ナビゲーションシステム100は、GNSS(Global Navigation Satellite System)を利用すると共に、後述する測定装置20の測定情報による自律航法を併用し、二輪車BKの測位を行う。したがって、車両ナビゲーションシステム100は、GNSS衛星からの電波の受信の可否にかかわらず、二輪車BKの測位を行い、現在位置を順次取得し、運転支援、運転分析等を行う。
以下、直交系について説明する。
本実施形態では、路面直交系Qw、ボディ直交系Qb及び測定直交系Qsの3つの直交系が定義される。
路面直交系Qwは、XY平面を路面GSとするX軸、Y軸、及びZ軸の3軸からなる直交系である。二輪車BKのボディBDが、図1のように、路面GSに対し傾くことなく鉛直方向に直立し、X軸正方向に向かって走行している場合、二輪車BKを前から見て左方向がY軸正方向とされ、上方向がZ軸正方向とされる。
ボディ直交系Qbは、二輪車BKのボディBDの路面GSに対する傾きに合わせて路面直交系Qwを回転させた直交系である。ボディ直交系Qbは、Xb軸、Yb軸、及びZb軸の3軸からなる。Xb軸はX軸に関連し、Yb軸はY軸に関連し、Zb軸はZ軸に関連している。Xb軸に沿う方向は、ボディBDの前後方向とも記載される。
測定直交系Qsは、後述する主検出部21の路面GSに対する傾きに合わせて、路面直交系Qwを回転させた直交系である。測定直交系Qsは、Xs軸、Ys軸、及びZs軸の3軸からなる。Xs軸はX軸に関連し、Ys軸はY軸に関連し、Zs軸はZ軸に関連している。
本実施形態では、車両ナビゲーションシステム100は、二輪車BKが路面GSに対し傾かず鉛直方向に直立している場合において、Xs軸、Ys軸、Zs軸がそれぞれXb軸、Yb軸、Zb軸が一致するように、二輪車BKのボディBDに固定される。
車両ナビゲーションシステム100は、測定装置20と、筐体101とを備える。本実施形態では、測定装置20は、筐体101内に設けられる。
図2に示すように、車両ナビゲーションシステム100は、CPU11と、測位チップ12と、GNSSアンテナ13と、加速度センサ30と、筐体101内にさらに備える。
CPU11は、測位された二輪車BKの位置情報を取得し、運転支援、運転分析等のための各種アプリケーションを実行する。
測位チップ12は、GNSSアンテナ13から取得した電波および各種測定情報に基づき二輪車BKの現位置を取得する。
加速度センサ30は、筐体101内に固定され、二輪車BKのボディBDの3軸加速度を検出値として取得する。
GNSSアンテナ13は、複数のGNSS衛星からの電波を取得し、信号処理によってGNSS信号を抽出する。GNSSアンテナ13は、抽出したGNSS信号を測位チップ12へ出力する。
(測位チップの構成)
測位チップ12の構成について詳しく説明する。
測位チップ12は、演算部14と、前処理部15と、を備える。測位チップ12は、CPU11に通信可能に接続され、取得された各種情報や測位された二輪車BKの位置情報をCPU11に出力する。
また、測位チップ12は、測定装置20によって検出された検出値を取得可能なように、測定装置20に接続されている。
さらに、測位チップ12は、加速度センサ30によって検出された検出値を取得可能なように、加速度センサ30に接続されている。
演算部14は、GNSSアンテナ13が受信した電波を取得可能なようにGNSSアンテナ13と接続されている。演算部14は、GNSSアンテナ13から取得した電波に基づき二輪車BKの現在位置を演算する。
本実施形態では、演算部14は、信号処理によって、取得した電波から、複数のGNSS衛星から発信された各電波が二輪車BKに到達するまでのそれぞれの時間を求める。各時間からそれぞれのGNSS衛星との距離を求めることによって、演算部14は、搭載された二輪車BKの緯度及び経度を求める。
また、演算部14は、加速度センサ30によって検出される検出値、及び前処理部15を介して取得される測定装置20の検出値に基づき、二輪車BKの位置を補正する。これにより、地下、トンネルの中、高層ビルの影等において、GNSS衛星からの電波の受信が困難な場合、演算部14は、加速度センサ30によって取得される加速度と、測定装置20によって取得される後述の角速度を利用した自律航法(デッドレコニング)を行う。
本実施形態では、演算部14は、GNSS衛星からの電波に基づき取得された最新の位置を、取得された加速度及び角速度で補正する。これにより、演算部14は、GNSS衛星からの電波の受信が困難な場合でも、現在位置を推定することができる。
したがって、車両ナビゲーションシステム100は、GNSS衛星からの電波の受信の可否にかかわらず、二輪車BKの測位を行い、二輪車BKの現在位置を順次取得し、運転支援、運転分析等を行う。
前処理部15は、測定装置20から取得した検出値に対し、ローパスフィルタ処理や補正演算を行う。
測定装置20は、車両ナビゲーションシステム100の筐体101に設けられて、角速度を測定する。測定装置20は、角速度を1回積分することによって、回転角度を演算する。演算された回転角度は、二輪車BKの位置情報の演算に利用される。
(測定装置の構成)
測定装置20の詳しい構成について説明する。
図3に示すように、測定装置20は、3軸の角速度を検出する主検出部21と、主検出部21を二輪車BKのボディBDに対して支持する支持部22と、主検出部21に対して、ボディBDの左右方向への傾きをキャンセルする補正部23と、減衰機構24を備える。ここで「ボディBDの左右方向への傾き」とは、YZ平面内での鉛直方向に対する二輪車BKのボディBDの傾きをいう。
主検出部21は、ジャイロセンサを有し、測定直交系Qsの3軸に沿う方向である、Xs軸方向、Ys軸方向及びZs軸方向のそれぞれの角速度を測定する。
支持部22は、主検出部21を二輪車BKのボディBDに対して支持可能である。
本実施形態では、車両ナビゲーションシステム100は、二輪車BKのボディBDに固定されている。このため、支持部22は、二輪車BKのボディBDに固定されており、主検出部21を二輪車BKのボディBDに対して支持している。
図3に示すように、本実施形態では、主検出部21は、補正部23及び減衰機構24を介して支持部22に支持されている。
図3〜図5に示すように、支持部22は、取付け部221、柱部222及び梁部223を備える。
支持部22は、取付け部221において、筐体101に固定される。
柱部222は、取付け部221から上方向に延びた柱構造を有する部材であり、上端において梁部223を支持する。
図4に示すように、梁部223は、柱部から前方向に延びた梁構造の部材である。梁部223は、減衰機構24及び補正部23を介して、主検出部21を鉛直下向きに吊り下げている。
補正部23は、基部231、軸部232及び腕部233を備える。補正部23には、測定装置20が固定されている。
腕部233は、軸部232から測定装置20に向かって延びた棒構造を有する部材である。
腕部233の一端には、基部231からXb方向に延びる軸部232が貫通している。これにより、腕部233は、左右方向に揺動可能に基部231に固定されている。
腕部233の他端には、測定装置20が固定されている。
腕部233は、左右方向に揺動可能であるため、路面GSに対して静止する二輪車BKにおいて、ボディBDの左右方向への傾きにかかわらず、軸部232に対し、測定装置20を鉛直方向下向きに吊り下げている。
ここで「左右方向への揺動」とは、軸部232を揺動軸とした揺動であって、YbZb平面内における揺動である。ここで、YbZb平面とは、Y軸及びZb軸に沿った平面である。
したがって、補正部23は、図3及び図5に示すように、振り子機構によって左右方向にのみ揺動し、二輪車BKのボディBDの左右方向への傾きによる主検出部21の傾きをキャンセルするように構成されている。
減衰機構24は、ボディBDからの振動を減衰させ、ボディBDからの振動が振動ノイズとして測定装置20で検出されないように構成されている。
本実施形態では、減衰機構24は、図6に示すように、ばね241及びばね241の左右を挟んで設けられた2つのダンパー242を備える。減衰機構24の上端は、支持部22の梁部223に固定され、減衰機構24の下端には、補正部23の基部231が固定されている。これによって、減衰機構24は、ばね241によって振動に応答しつつ、ダンパー242によって振動を減衰する。
(作用及び効果)
本実施形態の作用及び効果について説明する。
まず、本実施形態と、補正部23が左右方向に揺動しない場合(参考例)とを比較する。
二輪車BKのボディBDが、二輪車BKを前からみて右側に、Z軸に対して角度θで傾きつつ、路面GSに対して旋回角速度ωで旋回する場合について説明する。
図7に示すように、補正部23が左右方向に揺動しない場合、主検出部21は、二輪車BKのボディBDの傾きに連れられて角度θで傾き、測定直交系Qsも連れられて角度θで傾く。その結果、主検出部21は、実際の旋回角速度ωを測定直交系QのZb軸に投影した大きさ(ωcosθ)でしか旋回角速度を検出できない。
これに対し、図8に示すように、本実施形態のように補正部23が左右方向に揺動する場合、測定装置20は、補正部23の揺動によって、主検出部21の傾きをキャンセルする。このため、路面直交系Qwに対して、測定直交系Qsは回転せず、主検出部21は、実際の旋回角速度ωを検出できる。
二輪車BKがカーブを走行する場合、主検出部21にはさらに遠心力も作用する。このため、補正部23が左右方向に揺動する場合であっても、主検出部21の傾きは完全にキャンセルされず、主検出部21は、遠心力によって、二輪車BKのボディBDの傾きと同じ方向に幾分傾くこととなる。
しかし、補正部23が揺動しない場合に比べて、補正部23が揺動する場合の方が、主検出部21の傾きが抑制されるため、実際の旋回角速度ωに近い値を検出することができる。
図9は、旋回角速度ωで旋回する二輪車BKにおける旋回開始から旋回終了までの間に検出される旋回角速度の変化を示す。実線は本実施形態の場合を示し、破線は参考例の場合を示す。縦軸は主検出部で検出される旋回角速度で、横軸は時間である。
図9に示すように、旋回角速度として、参考例では、ωcosθが検出されるのに対し、本実施形態では、ωが検出される。
このように、測定装置20は、ボディBDの左右方向への傾きをキャンセルして3軸の角速度を検出するため、二輪車BKが、ボディBDの左右方向に大きく傾いても、測定装置20において、二輪車BKの傾きの影響が抑制される。
また、測定装置20は、振り子機構によりボディBDの左右方向への傾きをキャンセルする。このため、測定装置20は、検出値を補正することなく、四輪車と同様な検出値を得ることができる。
他方、測定装置20は、ボディBDの前後方向の傾きをキャンセルしないので、坂道走行における傾きをキャンセルしない。このため、測定装置20は、ボディBDの前後方向の傾きを、四輪車と同様に、検出することができる。
測定装置20から四輪車と同様な検出値を得ることができれば、測定装置20の出力を、四輪車の車両ナビゲーションシステムに利用することができる。
例えば、CPU11で実行される位置情報のための演算処理や、運転支援、運転分析等のための各種アプリケーションとして、四輪車用の演算処理や各種アプリケーションをそのまま利用することができる。
<第2の実施形態>
本発明に係る車両ナビゲーションシステムの第2の実施形態について、図10〜図12を参照して説明する。
本実施形態の車両ナビゲーションシステムは、第1の実施形態と基本的に同じであるが、補正部が、振り子機構で補正するのではなく、傾き検出部によって検出された傾きで補正する点が異なっている。以下異なる点について詳しく説明する。
車両ナビゲーションシステム100’の全体構成について説明する。
車両ナビゲーションシステム100’は、図10に示すように、二輪車BKのボディBDに固定される。本実施形態では、車両ナビゲーションシステム100’は、二輪車BKのボディBDに着脱可能に固定される。
車両ナビゲーションシステム100’は、測定装置20’と、筐体101’とを備える。本実施形態では、測定装置20’は、筐体101’内に設けられる。
図11に示すように、測定装置20’は、3軸の角速度を検出する主検出部21と、主検出部21の出力に対して、ボディBDの左右方向への傾きをキャンセルする補正部23’と、減衰機構24’、取付け台25と、を備える。
補正部23’は、傾き検出部26と、補正処理部27と、を備える。
主検出部21と傾き検出部26は、減衰機構24’及び取付け台25を介して筐体101’に固定される。補正処理部27は、取付け台25を介して筐体101’に固定される。
減衰機構24’は、二輪車BKのボディBDからの振動を減衰させ、ボディBDからの振動が主検出部21及び傾き検出部26で検出されないように構成されている。
傾き検出部26は、ボディBDの左右方向の傾きを検出する。
図12に示すように、補正処理部27は、主検出取得部27aと、傾き取得部27bと、補正演算部27cと、を備える。
主検出取得部27aは、主検出部21で検出された検出値を取得する。
傾き取得部27bは、傾き検出部26で検出した傾きを取得する。
補正演算部27cは、傾き取得部27bによって取得された傾きに基づいて主検出取得部27aによって検出された検出値を補正する。
本実施形態では、後述するプログラムを実行することにより、コンピュータを主検出取得部27a、傾き取得部27b、及び補正演算部27cとして機能させている。
例えば、主検出部21が検出値として旋回角速度ω’を検出し、傾き検出部26が傾きとしてθを検出した場合、補正演算部27cは、ω=ω’/cosθを演算して、旋回角速度ω’を旋回角速度ωに補正する。
補正演算部27cは、補正された旋回角速度ωを検出値として、前処理部15を介して、演算部14に出力する。
測定装置20’は、主検出部21で検出された検出値を演算によって補正する。このため、機構的な構造を変えずに四輪車と同様な検出値を得ることができる。
したがって、第一実施形態と同様に、測定装置20’から四輪車と同様な検出値を得ることができるので、測定装置20’の出力を、四輪車の車両ナビゲーションシステムに利用することができる。
<変形例>
以下に上記各実施形態の変形例について説明する。
上記各実施形態では、主検出部21が、3軸の角速度を検出しているが、変形例として、主検出部21が加速度センサを有し、3軸の加速度を検出してもよい。この場合、主検出部21は、二輪車BKのボディBDの左右方向の傾きをキャンセルし、3軸の加速度を検出する。このため、二輪車BKが左右に大きく傾いても、主検出部21は、二輪車BKの傾きの影響が抑制された軸の加速度を検出することができる。
車両ナビゲーションシステムは、検出された加速度を1回積分して、速さを演算する。さらに車両ナビゲーションシステムは、検出された加速度を2回積分して、距離を演算する。演算された速さ及び距離は、二輪車BKの位置情報の演算に利用される。
さらに、他の変形例として、主検出部21は、3軸の角速度の検出と3軸の加速度の検出を組み合わせであってもよい。
すなわち、測定装置は、二輪車BKの角速度及び加速度の少なくともいずれか一方を測定する測定装置であればよい。
上記各実施形態では、測定装置は、車両ナビゲーションシステムの筐体内に設けられているが、変形例として、測定装置は、車両ナビゲーションシステムの筐体の外に設けられてもよい。
他の変形例として、測定装置は、車両ナビゲーションシステムと分離され、別体で設けられてもよい。
例えば、車両ナビゲーションシステムは、二輪車BKのハンドルに設け、測定装置は、二輪車BKの燃料タンク上に設けられてもよい。
測定装置が、車両ナビゲーションシステムと分離される場合、検出値の受渡しのため、測定装置と車両ナビゲーションシステムとは、有線又は無線の通信回線により接続される。
上記各実施形態の減衰機構は、ばね及びダンパーを備えるが、振動に応答しつつ振動を減衰する機構であればどのような機構であってもよい。変形例として、減衰機構は空気ばねを備えてもよい。空気ばねは、振動に応答しつつ振動を減衰する機能を兼ね備えている。このため、空気ばねを用いることによって、減衰機構は、少ない部品点数で構成される。
なお、第2の実施形態においては、測定装置20’の補正処理部27の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりを行うものとしている。ここで、コンピュータシステムのCPUの処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記処理が行われる。また、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。
例えば、車両ナビゲーションシステムは、ディスプレー、タッチパネル、カメラ等を備えてもよい。
また、車両ナビゲーションシステムは、地磁気センサを備えてもよい。
本発明の測定装置は、二輪車に搭載されても二輪車の傾きの影響を受けにくい。
12 測位チップ
13 GNSSアンテナ
14 演算部
15 前処理部
20 測定装置
20’ 測定装置
21 主検出部
22 支持部
23 補正部
23’ 補正部
24 減衰機構
24’ 減衰機構
25 取付け台
26 傾き検出部
27 補正処理部
27a 主検出取得部
27b 傾き取得部
27c 補正演算部
30 加速度センサ
100 車両ナビゲーションシステム
100’ 車両ナビゲーションシステム
101 筐体
101’ 筐体
221 取付け部
222 柱部
223 梁部
231 基部
232 軸部
233 腕部
241 ばね
242 ダンパー
BD ボディ
BK 二輪車
GS 路面

Claims (5)

  1. 二輪車の角速度又は加速度を測定する測定装置であって、
    3軸の角速度又は3軸の加速度を検出する主検出部と、
    前記主検出部を前記二輪車のボディに対して支持可能な支持部と、
    前記主検出部に対して、前記ボディの左右方向への傾きをキャンセルし、前記ボディの前後方向への傾きをキャンセルしない補正部と、
    を備える測定装置。
  2. 前記補正部が、前記支持部に設けられて前記主検出部を前記ボディに対して、前記左右方向に揺動可能とする振り子機構である請求項1に記載の測定装置。
  3. 前記補正部が、
    前記傾きを検出する傾き検出部と、
    検出された前記傾きに基づいて前記主検出部で検出された検出値を補正する補正演算部と、
    を備える請求項1又は請求項2に記載の測定装置。
  4. 前記支持部は、前記ボディからの振動を減衰させる減衰機構を備える請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の測定装置。
  5. 二輪車の角速度又は加速度を測定する測定装置であって、3軸の角速度又は3軸の加速度を検出する主検出部と、前記主検出部を前記二輪車のボディに対して支持可能な支持部と、前記ボディの左右方向への傾きを検出する傾き検出部と、を備えた測定装置のコンピュータを、
    前記主検出部で検出された検出値を取得する主検出取得部、
    前記傾き検出部で検出された傾きを取得する傾き取得部、及び
    検出された前記傾きに基づいて前記主検出部で検出された前記検出値を補正し、前記ボディの左右方向への傾きをキャンセルし、前記ボディの前後方向への傾きをキャンセルしない補正演算部、
    として機能させるプログラム。
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