JPH03221811A - オフセット補正機能を有する方位検出装置 - 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〉 本発明は旋回角速度センサ（例えば、光フアイバジャイ
ロ、機械式ジャイロ、振動ジャイロ、ガスレートジャイ
ロ）のオフセットを補正するオフセット補正機能を有す
る方位検出装置に関するものである。

〈従来の技術〉 従来から、道路交通網の任意の箇所を走行している車両
、あるいは航空路を航行する航空機、海路を航行する船
舶等（以下「車両」を想定して説明を進める。車両の「
走行」、航空機の「航行」、船舶の「航行」をまとめて
いうときは「走行」という）の方位を検出する装置とし
て、旋回角速度センサと、旋回角速度センサからの出力
信号に必要な処理を施す処理装置とを具備し、車両の走
行に伴なって生ずる方位変化量（角速度）Δθを用いて
車両の現在方位データを得るものが提案されている。

この装置に採用される方式は、角速度データΔθに基づ
いて、車両の現在方位θを θ−θ０＋Δθ で算出する方式である。θ０は１つ前のサンプリング時
点で求めた方位である。

この方位データθと、別途求められる車両の進行距離デ
ータΔノとに基づいて、ΔＪの東西方向成分ΔＸ（−Δ
ＪＸｃｏｓθ）および南北方向成分Δｙ（−ΔＪＸｓｉ
ｎθ）を、従前の車両位置データ（Ｐｘ’、　　Ｐｙ’
）に加算することにより、現在の車両位置データ（Ｐｘ
、Ｐｙ）を求めることかできるので、上記方位検出装置
は、車両の位置検出に利用されている。

なお、実際には、旋回角速度センサの出力はディジタル
値であり、これをＡ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換して、
コンピュータに供給し、コンピュータによりディジタル
値を読出して旋回角度を求めている。さらに、地磁気方
位センサを用いて絶対方位を求め、上記旋回角速度セン
サの出力より得た方位データと比較処理し、より信頼度
の高い方位データを得るようにしているものもある。

ところが旋回角速度センサては、直線走行中てセンサ出
力が０であるべき時でも、温度や湿度の影響を受けて幾
らかの出力（オフセ・ソト）が発生するという傾向があ
る。このオフセット出力は累積するという性質を有する
ので、実際の走行方向からずれた方向を検知してしまう
ことになる。

したがって、正確なオフセット値を求め、検出方位を補
正する必要がある。そこで、車両が信号等で停止してい
ると、旋回角速度センサの出力にはオフセット分のみ現
れることを利用して、走行中のデータから上記オフセッ
ト分を差し引く方式が考えられている。このように停止
中の旋回角速度センサの出力を利用してオフセットを補
正する装置は種々提案されている（例えば本出願人によ
る特願昭８８−２４５７０３号明細書参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、旋回角速度センナのオフセットは、停止
中、走行中にかかわらず温度や湿度の変動により変動（
ドリフト）するという性質を持つ。

したがって、車両停止中に測定したオフセット値が、発
進後ドリフトにより変化していき、この結果求められた
方位に誤差が生じる。

車両発進後次の停止までの時間が短ければドリフトが小
さいうちに再度補正を行えばよいが、車両の発進から停
止までの間が長ければオフセットの補正をする機会がな
く、ドリフトが大きなものになってしまう。

本発明の目的は、旋回角速度センサの出力デー夕を取り
込み、その値と、過去の検出方位から移動体の現在の方
位を算出する方位検出装置において、方位検出に使用す
る旋回角速度センサの出力値を車両の走行中でも正確に
補正することができるオフセット補正機能を有する方位
検出装置を提供することにある。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための本発明のオフセット補正機
能を有する方位検出装置は、第１図に示すように、旋回
角速度センサ１１と、旋回角速度センサの温度を測定す
る温度測定手段１２と、旋回角速度センサのオフセット
値を温度Ｔの関数０（Ｔ）として記憶する書込み読出し
自在なメモリ１３と、移動体停止中のオフセット値とそ
の時の温度を求め、これに基づき上記メモリ１３の内容
を更新するメモリ更新手段１６と、旋回角速度センサ１
１の温度を読取り、メモリ１３に記憶された当該温度に
対応するオフセット値を用いて旋回角速度センサの出力
を補正するオフセット補正手段１４と、オフセット補正
手段１４より出力される補正された旋回角速度センサの
出力から移動体の角速度Δθを求め、これに基づき、移
動体の現在の推定方位θを求める方位判定手段１５とを
有するものである。

く作用〉 移動体の方位θは、旋回角速度センサ１１の出力から求
められる角速度データをΔθとすると、オフセットを含
めた形で次のように表される。

θ−θ０＋Δθ＋ｏ　（Ｔ） ここに、θ０は前回求めた方位、ｏ　（Ｔ）はオフセッ
ト値であり、温度とともに変化する。

本発明によれば、オフセラＩ−ｏ　（Ｔ）を温度Ｔの関
数として記憶し、温度測定手段１２て求めた旋回角速度
センサ１１の温度に対応するオフセットｏ　（Ｔ）を移
動体の走行中、停止中にかかわらず随時読出し、この読
出した値を用いて旋回角速度センサの出力を補正する。

この補正された値は、方位判定手段１５に供給され、移
動体の方位が算出される。

このようにして、リアルタイムでオフセットのドリフト
分まで含めた補正を行うことができるので、より正確な
移動体の方位を検出することができる。

さらに、上記メモリ１３の内容は、移動体停止中のオフ
セット値に基づき更新されていくので、旋回角速度セン
サ１１のオフセット特性の経時変化にも対応することが
できる。

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第２図は、本発明の方位検出装置を車両の位置検出装置
に適用した実施例を示すブロック図である。しかし、本
発明の方位検出装置は必ずしも車両の位置検出だけに用
いられるのではなく、航空機、船舶の方位検出にも用い
ることができることを予め断っておく。

車両の位置検出装置は、 ・左右両輪の回転数を検出する車速センサ４１（このセ
ンサは、距離センサとして利用される。）・地磁気セン
サ４２、 ・ジャイロ４３（旋回角速度を干渉光の位相変化として
読み取る光フアイバジャイロ、ピエゾエレクトリック素
子の片持ちばり振動技術を利用して旋回角速度を検出す
る振動ジャイロ、機械式ジャイロ等から選ばれたもの。

旋回角速度センサとして利用される。）、 ・ジャイロ４３の温度を測定する熱電対４５、・道路地
図データを格納した道路地図メモリ２、・ジャイロ４３
、地磁気センサ４２により検出された出力データに基づ
いて車両の推定方位を算出するとともに、車速センサ４
１のデータと合わせて車両の現在位置を求めパ・ソファ
メモリ３に格納するロケータ］−１ ・ロケータ１に付属しているオフセットメモリ２１　、 ・読出した車両現在位置を地図に重ねてデイスプレィ７
に表示させるとともに、キーボード８とのインターフェ
イスをとるナビゲーションコントローラ５ とから構成されている。

上記ロケータ１は、例えば、車速センサ４１からの出力
パルス信号の数をカウンタでカウントすることにより車
輪の回転数を得、カウンタから出力されるカウント出力
データに対して、乗算器により１カウンＩ・当りの距離
を示す所定の定数を乗算することにより単位峙間当りの
走行距離出力データを算出するとともに、ジャイロ４３
から車両方位の相対変化を求め、これと地磁気センサ４
２の絶対方位出力データとから車両の方位出力データを
算出するものである。

上記道路地図メモリ２は、所定範囲にわたる道路地図デ
ータが予め格納されているものであり、半導体メモリ、
カセットテープ、ＣＩ）−ＲＯＭ。

ＩＣメモリ、ＤＡＴ等か使用可能である。

上記デイスプレィ７はＣＲＴ、液晶表示器等を使用して
、車両走行中の道路地図と車両方位とを表示するもので
ある。

上記ナビゲーション・コントローラ５は、図形処理プロ
セッサ、画像処理メモリ等から構成され、デイスプレィ
７上における地図の検索、縮尺切り替え、スクロール、
車両の現在方位の表示等を行わせる。

オフセットメモリ２１は、ランダムアクセスメモリであ
り、ジャイロ４３のオフセット値を温度との関連でテー
ブルに記憶する。メモリ２１は、後述するように、走行
を重ねるごとに更新され、より確度の高いテーブルとな
って行くように、電池でバックアップされていることが
好ましい。テーブルの記憶フォーマットを第１表に示す
。

第１表 このテーブルを使えば、走行中随時テーブルを検索して
オフセット値を決定することができる。

この発明の１つの特徴は、上記テーブルの値を、移動体
停止中のオフセット値とその時のジャイロ４３の温度と
に基づき、随時更新していく点にある。

この更新方法を詳説する。第４図はジャイロ４３の出力
データの瞬時値を表わすグラフであり、停車時ｔ２から
次の発進時ｔ３まての間にオフセット値がＡから０に補
正される様子を示している。

発進後、グラフ中に破線で示すように再びオフセットｏ
　（Ｔ）が現れ、ジャイロ４３の温度Ｔの変動に応じて
時間とともに変動していく。

したがって、停止中の温度Ｔｏを測定し、その時のオフ
セット値Ａを使えば、テーブルの値を更新することがで
きる。なお、オフセットｏ　（Ｔ）の初期値は、ジャイ
ロ４３を予め温度試験してその時に得た値を採用すれば
よい。

このようにして、テーブル中にあるオフセラ！・値ｏ（
Ｔｏ）を、実際に測定されたオフセット値Ａで置き換え
ることにより、ジャイロ４３の出力に経時変化、経年変
化がある場合でも、最新の特性に対応することができる
。

１ 次に、車両方位検出手順について説明する。車両走行中
は、上記ロケータ１に取り込んだ各センサの出力データ
に基づいて、車両の位置をデイスプレィ７上に地図とと
もに表示しているが、その表示中も一定時間ごとの割り
込みにより各センサの出力データを取り込み、車両位置
を更新するようにしている。この割り込み時の車両位置
検出フローを第３図に示す。なお、この割り込みは、車
両の走行距離出力データを基にして求まる一定の走行距
離ごとに行ってもよい。上記一定時間または一定走行距
離の長さは、使用されるジャイロの種類や地磁気センサ
の性能等により適宜設定される。

まず、ステップ■において、ジャイロ４３の出力データ
ΔθＧと地磁気センサ４２の出力データをθ”を取り込
む。

次に、ジャイロ４３の出力Δθ６のオフセ・ソトを求め
る。そのため、まず、熱電対４５の温度を読み込む（ス
テップ■）。次に、オフセットメモリ２１のテーブルか
ら、温度に応じたオフセ・ソト　２ 値を読み出す（ステップ■）。

もし、熱電対４５て測定した温度が上記テーブルの温度
にないときは、次式に従ってオフセ・ノド値を補間する
ことができる。

、　（Ｔ）　＝　Ｏ（Ｔｋ）　　Ｏ（Ｔｋ−１）　（Ｔ
　　Ｔ　ｋ−１）Ｔｋ−Ｔｋ−１ ＋　ｏ　（Ｔｋ（）　　　　　　　　　・・・■なお、
メモリに余裕があるならば、もつと細かな温度ごとに上
記テーブルを作れば、■式のような直線で内挿する方法
を使わな（とも、直接オフセット値を得ることができる
。

また、オフセットの変化が温度に対して単純な直線に近
い形で変化するものならば、第１表のテーブルの温度の
数をもつと減らして粗いテーブルとしてもよい。この時
、■式を使って内挿していけばよい。もし、現在の温度
Ｔがテーブルにない温度であれば、■式と同様、 を用いて補間することができる。

ロケータユは、算出したオフセット値を用いて、ジャイ
ロ４３の出力データΔθＧから減算することによりジャ
イロ４３の出力データΔθＧを補正する（ステップ■）
。

そして、補正された出力データΔθ６を用いて現在方位
をθ６求め（ステップ■）、地磁気センサ４２の出力デ
ータを０８と比較し、信頼性の高い方のデータを選択す
る。

この選択をするには、例えば、■特開昭６０−１２２３
１１号公報に開示されるように、通常は地磁気センサを
使用し、指定時間内の地磁気センサの変分が設定値以上
、かつ角速度センサの変分が設定値以下のとき角速度セ
ンサのデータを採用してもよいし、また、■過去のジャ
イロ４３の出力データ、地磁気センサ４２の出力データ
の分散値をそれぞれ求め、ばらつきの少ない方のデータ
により重い係数をかけることにより重み付は平均をとっ
てもよい。

そして上記のようにして求めた方位データと、車速セン
サ４１の出力から求めた走行距離データとから車両の現
在位置を算出する（ステップ■）。

勿論この時に道路地図データと比較し、道路地図データ
との相関度を評価して車両の推定方位を補正し、車両の
現在方位を道路上に設定するマツプマツチング方式を採
用してもよい（特開昭６３−１４８１１５号公報参照）
。

次に、第２の実施例を説明する。

この実施例では、ジャイロ４３のオフセットのドリフト
量は、周囲温度の変化に応じて変動するので、ジャイロ
４３のオフセット変動率は温度の変化に依存する関数で
表わされると考える。すなわち、時間をｔで表わすと、 ｄｏ（Ｔ）　、　、　（Ｔ）　　ｄｒ　　　　　　　　
、、、■ｄｔ　　　　　　　ｄｔ ここに、α（Ｔ）は温度に応じて変化する係数（ａＬ度
変動率）である。

前述の実施例では、ジャイロ４３のオフセット値そのも
のを温度の関数としてテーブルに記憶したが、この第２
の実施例では、ジャイロ４３のオフセットの温度変動率
を温度Ｔの関数α（Ｔ）として記憶する （第２表参照） 温度変動率α（Ｔｋ）を求めるには、第１の実施例と同
様にして求められたオフセットｏ　（Ｔｋ）を用いて、
式 ％式％ により算出すればよい。

第１の実施例で求められたオフセットｏ　（Ｔｋ）は、
車両走行中のデータにより随時更新されていくものであ
るから、第２表のα（Ｔｋ）もそれに基づいて随時更新
されていく。したがって、ジャイロ４３の経時変化、経
年変化にかかわらず、常に、最　６ 新の値を保持しておくことかできる。

なお、α（Ｔｋ）を更新していく際に、既に以前の値が
書き込まれているならば、例えは以前の値との平均値を
取るようにしてもよい。

また、α（Ｔｋ）の初期値としては、０を与えておく。

こうしておけば、経験していない温度ては、α（Ｔｋ）
は０のままであり、その温度にとどまる限りオフセット
値は停車中に求めたオフセット値から変化しないことに
なる。

α（Ｔｋ）か更新されていく様子を第３表〜第４表に例
示する。第３表は初期状態、第４表は温度変動率が第３
表から更新された状態、第５表は温度変動率が第４表か
ら更新された状態を示す。

（以下余白） 第３表 第４表 第５表 この温度変動率α（Ｔ）を用いてジャイロ４３のオフセ
ットを実際に求めるには、次のようにする。

まず、ジャイロ４３の出力データΔθ６は、前述したよ
うに、一定時間ごとに求められるのであるから、■式を
離散的に表現することを考える。今回取り込んだジャイ
ロ４３の出力データΔθＧのオフセットをｏ　（Ｔｎ）
、また、前回取り込んたジャイロ４３の出力データΔθ
６のオフセットをｏ　（Ｔｎ（）とすると、 ｄ　ｏ　（Ｔ）／　ｄ　ｔ　→ｏ　（Ｔｎ）　−ｏ　（
Ｔｎ−１，）。

１　つ ｄＴ／ｄｔ　→　（Ｔｎ−Ｔｎ−１） で表わされるので、■式は、 ｏ　（Ｔｎ）　−ｏ　（Ｔｎ−１）＋　ａ　（Ｔｎ）　
（Ｔｎ−Ｔｎ−１）　−■で表わされる。すなわち、前
回のオフセ・ノド値０（Ｔｎ−１）を用いて今回のオフ
セ・ノド値ｏ　（Ｔｎ）を計算できる。

前回のオフセット値ｏ　（Ｔｎ−１）は、前々回のオフ
セット値ｏ　（Ｔｎ−２）から求められる。この様にし
ていくと、オフセットの正確な初期値が与えられれば以
後のオフセット値か求まることか分かる。

オフセット値の初期値は、例えば第４図に示されるよう
に停車しているときのジャイロ４３の出力から求めても
よい。すなわち同図では、停車時ｔ２から次の発進時ｔ
３まての間にオフセ・ノド値Ａが現れる様子が示されて
いる。

したがって、停車しているときに測定されたオフセット
値Ａを基準にして、その値を初期値として■式により次
々とオフセット値を求めていくことができる。

以上、実施例に基づいて本発明のオフセ・ソト補　０ 正機能を有する方位検出装置を説明してきたが、本発明
は上記実施例に限るものではなく、本発明の要旨を変更
しない範囲内において種々の設計変更を施すことが可能
である。

〈発明の効果〉 以上のように、本発明のオフセット補正機能を有する方
位検出装置によれば、オフセットｏ　（Ｔ）を温度Ｔの
関数として記憶し、温度測定手段で求めた旋回角速度セ
ンサの温度に対応するオフセラ）　ｏ　（Ｔ）を移動体
の走行中、停止中にかかわらず随時読出し、この読出し
た値を用いて旋回角速度センサの出力を補正することに
より、オフセットのドリフト分まで含めた補正をリアル
タイムで行うことができるので、より正確な移動体の方
位を求めることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のオフセット補正機能を有する方位検出
装置を示す機能ブロック図、 第２図は本発明の方位検出装置を組み入れた位置検出装
置のハードウェア構成を示すブロック図、第３図は方位
検出手順を示すフローチャート、第４図はジャイロの瞬
時出力を表わすグラフである。 １・・・ロケータ、１１・・・旋回角速度センサ、１２
・・・温度測定手段、１３・・・メモリ、１４・・・オ
フセット補正手段、１５・・・方位判定手段、２１・・
・オフセットメモリ、４２・・・ジャイロ、４５・・・
熱電対 （ほか１名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、旋回角速度センサの出力から求められる方位データ
   を取り込み、その値と過去の推定方位とから移動体の現
   在の推定方位を求める方位検出装置において、 旋回角速度センサの温度を測定する温度測定手段と、 旋回角速度センサのオフセットを温度の関数として記憶
   する書込み読出し自在なメモリと、 移動体停止中のオフセット値とその時の温度を求め、こ
   れに基づき上記メモリの内容を更新するメモリ更新手段
   と、 旋回角速度センサの温度を読取り、メモリに記憶された
   当該温度に対応するオフセット値を用いて旋回角速度セ
   ンサの出力を補正するオフセット補正手段と、 補正された旋回角速度センサの出力から移動体の角速度
   Δθを求め、これに基づき移動体の現在の推定方位θを
   検出する方位判定手段とを有することを特徴とするオフ
   セット補正機能を有する方位検出装置。 ２、上記メモリが、旋回角速度センサのオフセットの温
   度変動率を温度Ｔの関数α（Ｔ）として記憶し、オフセ
   ット補正手段が、前回のオフセット値とメモリに記憶さ
   れた温度変動率とから旋回角速度センサの出力を補正す
   るものである請求項１記載のオフセット補正機能を有す
   る方位検出装置。