JPH0238916A - 角速度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、車両が直進走行しているときに、角速度セ
ンサの出力オフセットを補正するようにした角速度計測
装置に関する。

［従来の技術］ 車両の現在地を車室内のデイスプレィ装置に表示し、目
的地までの誘導を図る車載用航法装置は、衛星や位置標
識となるビーコン等から送られてくる電波を外部位置情
報として現在地を特定する電波航法と、車両の走行軌跡
から現在地を推定する慣性航法のいずれかを利用してい
る。一般に、慣性航法では、車速センサと方位センサか
ら得られるｍ位ベクトルを逐次継ぎ合わせることで車両
の走行軌跡を導き出すため、航法精度の良し悪しは、車
速センサに比べて検出精度に難のある方位センサの精度
に懸かっているといっても過言ではない。

ところで、こうした車載用航法装置に用いられる方位セ
ンサとしては、地球を南北に走る地磁気の水平成分を利
用する地磁気センサや、操舵輪の操舵角度をもとに車両
の進行方向を検出する舵角センサ、さらには時間積分値
が車両の方位角度に相当する角速度を検出する角速度セ
ンサ等がよく用いられる。

第７図に示す角速度計測装置ｌは、振動ジャイロの原理
を利用する角速度センサ２と、角速度センサ２の出力を
増幅するセンサアンプ３と、センサアンプ３にて増幅さ
れた角速度をＡＤ変換するＡＤ変換器４から構成されて
おり、車両の方位角度は、ＡＤ変換器４の出力を時間積
分することで得られる。

ところで、角速度センサ２は、回転軸５に固着した断面
コ字状のロータ６のうち、回転軸５を挟んで対向する部
分を振動子６ａとし、これをロータ６の回転面上で半径
方向に振動させたときに、振動子６ａに対し回転接線方
向に生ずるコリオすの力Ｆｃから、ロータ６の角速度ω
を算出するものである。振動子６ａの外側壁には、振動
駆動するための圧電素子７と、コリオリの力Ｐｃを検出
するための圧電素子８が、互いに直交する面をもつ側壁
に貼着しである。

一較に、速度Ｖをもった物体に角速度ωを与えると、物
体の質ｆｆ１ｍに２ｖ・ωを掛けたコリオリの力Ｆｃが
発生することは、よく知られるところである。このコリ
オリの力Ｆｃは、厳密には速度ベクトルと角速度ベクト
ルの外積で表されるのであるが、この実施例のように、
各ベクトルが一軸成分で代表される場合は、単純なスカ
ーラ積で表され、 Ｆ　ｃ　＝　２　ｍ　ｖω となる。ただし、ｍは振動子６ａの振動部分の有効質量
、■は振動子６ａの振動速度である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の角速度計測装置１は、圧電素子８から得られ
る交流電圧の振幅がコリオりの力Ｐｃに相当するため、
この交流電圧を整流平滑して得られるセンサ出力Ｊと角
速度ωの関係は、一般に第８図に実線で示すごとく、比
例関係式 ％式％ しかし、圧電素子８の動作基準点は、胸囲温度の影響で
ドリフト（２やすく、ドリフトの結果圧電素子８の出力
にオフセット電圧Ｊｏが生じると、センサ出力Ｊと角速
度ωの関係は、第８図に一点鎖線又は二点！Ｉ！！で示
したように、Ｊ＝にω＋Ｊ。

で表され、真値にωにオフセットデータＪｏが重畳した
形となる。このオフセット電圧Ｊｏは、常に一定値をと
るとは限らず、外部環境に応じて不規則に変化する。こ
のため、オフセット電圧Ｊ。

を補正せずに放置しておくと、車両が停止しているにら
拘わらず、角速度ωが生じているかのような検出誤りが
生じたり、その逆に車両が旋回したにも拘わらず、角速
度センサ２の出力Ｊが変化しないといった結果を招いて
しまい、当然のことながら角速度ωの時間積分値である
方位角度も狂ってしまう結果、正確な現在地推定ができ
なくなってしまう等の課題を抱えていた。

［課題を解決するための手段１ この発明は、上記課題を解決したものであり、車両の角
速度を検出するも、真値に重畳するオフセットデータが
経時変化する角速度センサと、時間微分値が前記角速度
に相当する車両の方位角度を検出する角度センサと、こ
の角度センサの出力が一定時間変化しないときに、前記
角速度センサの出力をオフセットデータとし、オフセッ
ト補正を行う演算装置から構成したことを特徴とするも
のである。

［作用］ この発明は、経時変化するオフセットを抱える角速度セ
ンサに対し、角度センサの出力が一定時間変化しないと
きに得られるデータをオフセットデータと判定し、オフ
セット補正を施すことにより、車両の直進走行中は必ず
オフセット補正を実行し、より精変の高い角速度計測を
可能とする。

「実施例］ 以下、この発明の実施例について、第１１ｆｆｌないし
第６図を参照して説明する。第１図は、この発明の角速
度計測装置の一実施例を示す概略構成図、第２図は、第
１図に示した舵角センサの具体的構成を示す回路図、第
３．４図は、それぞれ第１図に示した演算装置による直
進判断基阜を説明する判断マツプ及び演算動作の時間割
りを説明するタイムチャートである。

第１図中、角速度検出装置ＩＩは、ＡＤ変換器４に接続
した演算装置Ｉ２に、車両が直進走行したときにオフセ
ット補正機会を指示する舵角センサ１３と、オフセット
補正内容を指定する車速センサ１４を接続して構成した
しのである。舵角センサ１３は、第２図に示したように
、操舵輪Ｉ５の回転運動を前輪Ｉ６の揺動運動に変える
クイロッドＩ７の動きを、差動トランス１８により検出
する構成である。差動トランス１８は、励磁用１次巻き
線＋８ａと検出用２次巻き線１８ｂの間に存在するコア
１８ｃがタイロッドＩ７とともに変位し、この変位？こ
応じて２次巻き線１８ｂに誘起する電圧を検出する。

車速センサ１４には、車輪速から車両の速度を検出する
ものが用いられ、ここでは第３図梨地模様で示したよう
に、車両の走行速度Ｖが大であるほど、演算装置１２は
、直進判断の基礎となる舵角センサ１３の出力閾値範囲
を狭める構成としである。これは、高速走行時はど直進
走行とカーブ走行を区別する角度＠囲を挟め、より高精
度のオフセット補正が期待できる条件下で、厳密かつ正
確なオフセット補正を行うためである。さらにまた、演
算装置１３は、複数のオフセット補正機会を通じた総合
判断において、車両が停止しているときに行ったオフセ
ット補正を、車両の走行中に行ったオフセット補正より
も優先する構成としてあり、オフセットデータがゆるや
かに変化するような場合は、車両の振動の影響かで・っ
とも少ない停止時のデータを、その後の直進走行時に得
られるオフセットデータに優先させ、使用する角速度セ
ンサ２の性能に合わせてデータ処理態様が選択できるよ
うにしである。

ところで、舵角センサ１３の出力から車両が数秒間にわ
たって直進走行していることが分かると、演算装置１２
は、直前まで取り込んでいた角速度センサ２の出力デー
タを算術平均し、得られた平均値をオフセットデータと
する。すなわち、第４図に示したように、直進判断がな
された時点では、既に必要な角速度データの取り込みは
完了しているため、原理上もっとも短時間（ｔ＋＋ｔｐ
＋ｔｚ）でオフセット補正が可能である。勿論、直進判
断がなされた後から取り込んだ角速度データを用いてオ
フセットデータを求めることもできるが、その場合、角
速度データを格納しておくためのメモリ手段等が不要に
なる反面、直進判断に要する時間上〇だけ、オフセット
補正に余計な時間が必要となる点に留意すべきである。

ところで、車両が直進走行している期間中に得られた角
速度データＪは、まさしく角速度センサ２のオフセット
データＪｏ以外のなにものでもなく、しかるべきオフセ
ットデータＪｏを得た演算装置１２は、それ以降得られ
る角速度データＪから最新のオフセットデータＪｏを差
し引くことで、オフセット補正を実行する。従って、一
定時間を越える直進走行の後では、必ずオフセット補正
が実行されるため、外部環境に応じて経時変化するオフ
セットデータを、最新のデータをもって補正することが
できる。また、車両の停止頻度を」二回る頻度で生ずる
直進走行機会をとらえて、角速度センサ２にオフセット
補正を施すため、必要かつ十分なオフセット補正が可能
であり、車両が停止したときに得られるオフセットデー
タら勘案することで、より高精度のオフセット補正が可
能である。

また、オフセット補正機会を指示する舵角センサ１３と
して、タイロツド１７の揺動ｍから舵角を検出する差動
トランス１８を用いたから、操舵輪１５の遊びによる角
度検出誤差を少なくし、しかも操舵輪１５の旋回方向に
関係なく、正確な角度検出が可能である。

なお、上記実施例では、舵角センサ１３として、差動ト
ランス１８を用いたが、これ以外にも、例えば第５図に
示す舵角センサ２１ごとく、操舵輪１５からの操舵指令
を前輪１６に伝達するシャフト２２の回動量から、舵角
を検出するようにしてもよい。この場合、舵角センサ２
１は、シャフト２２に固着したスリット付き円盤２３の
回転をフォトインクラブタ２４により光学的に検出する
構成としである。勿論、スリット付き円盤２３の代わり
に、例えば交互に極性が異なる磁極が埋め込まれた円盤
の回転を用い、この円盤の回転を磁気抵抗素子やホール
素子といった磁電変換素子を使って検出することも可能
である。

また、第６図に示した舵角センサ３Ｉのごとく、左右の
前輪１６の速度差から舵角を検出する構成とすることに
より、操舵輪１５の動きとは別の評価基準に従って車両
が直進しているかどうかをセｊ刑することができ、操舵
輪１５の回転方向や回転１に関係なく、車両の進行方向
を検出することかできる。

Ｕ発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、経時変化するオフセ
ットを抱える角速度センサに対し、角度センサの出力が
一定時間変化しないときに得られるデータをオフセット
データと判定し、オフセット補正を施す構成としたから
、一定時間を越えるＩ！’（進走行の後では、必ずオフ
セット補正を実行する二とができ、停止や旋回を上回る
頻度で生ずる直進走行時をとらえて、角速度センサのオ
フセット補正を実行することで、あらゆる走行パターン
に対処することができ、特に方位センサや舵角センサと
いった角度センサの精度に、どうしても−定の限界が存
在する車両？ことって、適切なオフセット補正を施した
角速度を時間積分して得られる角度データを、角度セン
サの出力と突き合わせることで、車両の進行方向をより
正確に検出し、高精度の屯載用航法装置を構成すること
ができる等の優れた効果を奏する。

また、この発明は、操舵指令を伝達されて左右に揺動す
る車輪の揺動遣から舵角を検出する舵角センサを、角度
センサとすることにより、操舵輪の回動角度をそのまま
車両の進行角度とするよりも、操舵輪の遊びや操舵方向
に関係なく、正確に車両の直進判断が可能である等の効
果を奏する。

また、操舵輪からの操舵指令を車輪に伝達する機械系の
回動量から舵角を検出する舵角センサを、角度センサと
することにより、操舵輪とともに回動するスリット付き
円盤とフォトインクラブタを組み合わせたり、或は交互
に極性が異なる磁極が埋め込まれた回転円盤と磁気抵抗
素子やホール素子といった磁電変換素子を組み合わせた
りすることができ、使用環境や使用条件に応じた種々の
組み合わせを６って、車両の直進判断が可能である等の
効果を奏する。

ま７た、左右の前輪の速度差から舵角を検出する舵角セ
ンサを角度センサとすることにより、ａ！詑輪の動きと
は別の評価基準に従って車両が直進しているかどうかを
判別することができ、操舵輪の回転方向や回転看に関係
なく、車両の進行方向を正確に検出することができる等
の効果を奏する。

さらにまた、演算装置に、車両の速度を検出する車速セ
ンサ接続し、車両の走行速度が大であるほど直進判断の
基礎となる方位角度センサの出力閾値範囲を狭める構成
とすることにより、高速走行時はど直進走行とカーブ走
行を区別する角度範囲を狭め、より高精度のオフセット
補正が期待できる条件下で、厳密かつ正確なオフセット
補正を行うことができる等の効果を奏する。

また、演算装置は、複数のオフセット補正機会における
総合判断を通じて、車両が停止しているときに行ったオ
フセット補正を、車両の走行中に行ったオフセット補正
よりも優先する構成とすることにより、オフセットデー
タがゆるやかに変化するような場合は、車両の振動の影
響がもつとも少ない停止時のデータを、その後の直進走
行時に得られるオフセットデータに優先させることも可
能であり、使用する角速度センサの性能に合わせたデー
タ処理が可能である等の効果を奏する。

また、演算装置は、角度センサの出力を受けて直進判断
が下された後で、オフセット補正を実行する構成とする
ことにより、直進判断とオフセット補正を７−ケンンヤ
ルに行い、演算装置が同時処理すべき仕事量を軽減した
り、特別なメモリ手段を不要としたりすることができる
等の効果を奏する。

また、演算装置は、角度センサの出力を受けて直進判断
が下されると同時に、直面まで蓄積していたデータに基
づいてオフセット補正を実行する構成とすることにより
、車両の直進判断と並行して角速度データを取り込み、
直進していると判断された場合に、判断前に遡ってオフ
セット補正を行うことができるので、オフセットデータ
の計算と補正に要する時間を、可及的に短縮することが
でき、正確な角速度データにもとづく正確な方位角度を
、逸速く知ることができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の角速度計測装置の一実施例を示す
概略構成図、第２図は、第１図に示した舵角センサの具
体的構成を示す回路図、第３，４図は、それぞれ第１図
Ｉこ示した演算装置による直進判断基準を説明する判断
マツプ及び演算動作の時間割りを説明するタイムチャー
ト、第５，６図は、それぞれ第１図に示した舵角センサ
の異なる変形例を示す側面図及び平面図、第７．８図は
、それぞれ従来の角速度計測装置の一例を示す斜視図及
びオフセットデータが重畳したセンサ出力を示す出力特
性図である。 ＋＋、、、角速度検出装置、１２．．、演算装Ｒ，１３
，２１，３１，，，舵角センサ、１４車速センサ。 第１図

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両の角速度を検出するも、真値に重畳するオフ
   セットデータが経時変化する角速度センサと、時間微分
   値が前記角速度に相当する車両の方位角度を検出する角
   度センサと、この角度センサの出力が一定時間変化しな
   いときに、前記角速度センサの出力をオフセットデータ
   とし、オフセット補正を行う演算装置からなる角速度計
   測装置。
2. （２）前記角度センサは、操舵指令を伝達されて左右に
   揺動する車輪の揺動量から、舵角を検出する舵角センサ
   であることを特徴とする請求項１記載の角速度計測装置
   。
3. （３）前記角度センサは、操舵輪からの操舵指令を車輪
   に伝達する機械系の回動量から、舵角を検出する舵角セ
   ンサであることを特徴とする請求項１記載の角速度計測
   装置。
4. （４）前記角度センサは、左右の前輪の速度差から、舵
   角を検出する舵角センサであることを特徴とする請求項
   １記載の角速度計測装置。
5. （５）前記演算装置は、車両の速度を検出する車速セン
   サが接続してあり、車両の走行速度が大であるほど直進
   判断の基礎となる角度センサの出力閾値範囲を狭める構
   成としたことを特徴とする請求項１記載の角速度計測装
   置。
6. （６）前記演算装置は、車両の速度を検出する車速セン
   サが接続してあり、複数のオフセット補正機会を通じた
   総合判断において、車両が停止しているときに行ったオ
   フセット補正を、車両の走行中に行ったオフセット補正
   よりも優先する構成としたことを特徴とする請求項１記
   載の角速度計測装置。
7. （７）前記演算装置は、角度センサの出力を受けて直進
   判断が下された後で、オフセット補正を実行する構成と
   したことを特徴とする請求項１記載の角速度計測装置。
8. （８）前記演算装置は、角度センサの出力を受けて直進
   判断が下されると同時に、直前まで蓄積していたデータ
   に基づいてオフセット補正を実行する構成としたことを
   特徴とする請求項１記載の角速度計測装置。