JPH0390812A - ジヤイロのオフセツト除去法 - 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】

本発明は光フアイバジャイロ、振動ジャイロ、機械式ジ
ャイロなどの旋回角速度検出センサを用いて、自動車の
旋回角速度を検出しようとする際に問題となる出力オフ
セット除去の問題に関する。

【従来の技術】

第１図に、自動車の旋回角をジャイロを用いて検出し、
自動車の進行する方位を求めるシステムの構成を示す。 車輪の回転角速度を求める車輪速センサと、自動車の車
体の回転角速度を検出するジャイロがある。ジャイロは
光フアイバジャイロ、振動ジャイロ、機械式ジャイロの
いずれでもよい。−次元でも二次元でもよいが、ある車
体に固定された軸のまわりに車体が回転する角速度を検
出する。 角速度に応じたデータが出力されるので、これを積分す
る事により車体の方位が求められる。 進行距離は、車輪速センサが一定距離走行する毎に生ず
るパルスを積算することによって求められる。 時刻ごとの微分進行距離と方位とが分ると、ある基準点
を原点とし直交座標系を想定した場合、この座標系での
自動車の位置が計算されることになる。これがこのシス
テムの出力で、ある座標系での位置と、自動車の方位が
与えられる。 このシステムの出力は、たとえばメモリ装置に記録され
ている地図データと照合し、地図上に自身の位置を求め
て表示するナビゲーションシステムや、自身の位置を中
央管理システムに無線などで連絡するようなロケーショ
ンシステムに利用すれる。 実際には、ジャイロの出力は回転角速度に比例する電圧
出力となる。その電圧出力をＡＤ変換器によってデジタ
ル値に変換し、コンピュータシステムに一定時間間隔で
入力する。コンピュータシステムではそれを積算して方
位値とする。

【発明が解決しようとする課題】

ここで問題とするのは、ジャイロの出力値に含まれるオ
フセットとそのドリフトである。 回転角速度がＯであれば、−ジャイロの出力値が０であ
るべきである。しかし、実際にはそうでない。回転角速
度が０である時の、ジャイロ出力値のＯからのずれをオ
フセットという。オフセットは不変てはなく時間的に変
動する。時間的な変動をドリフトという。 ジャイロの出力値から、オフセットを除去しておく必要
がある。オフセットを除去したものが回転角速度を示す
真の値である。 ジャイロの出力値からオフセットを除去しておかないと
、コンピュータ内で積算誤差として増大し、計算された
方位は、本来の正しい方位から外れてゆく事になる。積
分によって方位を求めるから、オフセットが存在すれば
その影響が累積してゆく。正確にオフセットを除去しな
ければならなり）。 オフセット値を求めるために、自動車が信号などで停車
している時のジャイロ出力を平均してこれをオフセット
値とする。そして、走行中はジャイロ出力からオフセッ
ト値を差し引いて真の値を求めるようにする。 自動車が停車している時は、車体の回転角速度が０であ
るはずである。この時のジャイロの出力はオフセット分
だけを含むはずである。 しかし実際は第２図に示すように、停車中であっても、
ジャイロの出力は一定でなく微少変動する。ある一定値
のまわりに微少変動することもあるが、これから外れた
値のまわりで微少変動する事もある。微少変動分は振幅
も周期も小さいがこれは短周期ノイズという事ができる
。これに反して一定値から外れるように変動することも
あり、これは振幅も周期も比較的大きいので長周期ノイ
ズという。 このように停車中といってもジャイロの出力は一定でな
くノイズを含んだ波形となる。 しかし、停車中のジャイロ出力がオフセットを与える事
は確かであろう。停車中のジャイロ出力の平均値をもっ
てオフセット値とするのは妥当である。 平均値といってもいろいろなとり方がある。たとえば、
停車中のある時期について、ある短い時間で平均すると
いう事が考えられる。この場合は長周期ノイズの影響を
除去することが難しい。 やはり最も正確なのは、停車中の時間全体にわたってジ
ャイロ出力を時間平均することであろう。 そうすると問題となるのは、自動車が停止した時刻ｔｌ
と、走行し始めた時刻ｔ２とを正確に知ることである。 自動車の走行速度は、通常タイヤの回転をパルスに変換
する機構を設け、これより得ている（車輪速センサ）。 自動車が走行しているか停車しているのかという判断は
そのパルスの有無によって行なう。すなわち車輪速セン
サのパルスが存在すれば走行中とし、パルスがなければ
停車中と判断するのである。 しかし厳密にいえば、車輪速センサのパルスの有無によ
って走行、停車を判定するのは正しくない。 停車しようとする時、及び再び走行しようとする時には
、車輪速パルスの分解能に応じ、自動車が動いているの
に車輪速パルスが出力されない期間が必ず存在する。 第２図に於て自動車が速度を緩め停車し、再び走行し始
める場合のジャイロ出力（ａ）と、車輪速パルス中）と
を示している。 停止した時間ｔ１より先に（ｔ３）、車輪速パルスが発
生しなくなる。最後の車輪速パルスの発生時刻ｔ３と、
停止時ｔ１の間の時間のは実際には走行しているが、車
輪速センサによれば停止しているようにみえる期間であ
る。 反対に、発車した瞬間は、走行開始時ｔ２より後に車輪
速パルスが発生する（ｔ４）。発車時ｔ３とパルス発生
時刻ｔ４の間の時間■も、実際には走行しているが、車
輪速センサによれば停止しているようにみえる期間であ
る。 車輪速パルスにより停車中であることを判断し、ｔ３〜
ｔ４の間で時間平均すると、実際の停車時であるｔ１〜
ｔ２の間での時間平均とは違った値が得られる。 欲しいオフセット値Δは、ジャイロ出力をΩ（ｔ）とし
て、 であるが、車輪速パルスを停車の判断に用いると、が得
られる事になる。 ΔとΔとは積分範囲が違うので異なる値を与える。期間
の、■は短いので平均値Δに与える影響が無視できるよ
うに思えるがそうてはない。 第２図（ａ）に示すように、ジャイロ出力は走行中と停
車中で著しく違う。たとえ速度が小さくてもジャイロ出
力の変動の振幅は大きく周期も長い。 停車中はジャイロ出力が極めて小さくなる。このため、
ｔ３〜ｔ４でジャイロ出力Ω（１）を積分すると、■、
■の期間の影響が優越する。これを（ｔ４−ｔ３）で割
るのであるから、ｔ１〜ｔ２の期間での平均値Δと全く
異なる値となってしまう。 走行中のジャイロ出力が積分中に入ると、そのような大
きい誤差を引きおこすのであるから、これを排除すれば
よいと考えられる。 そこで例えば、停車中の短い期間■、■で平均操作して
オフセットを求めるという事も考えられる。しかしこの
ようにすると長周期ノイズの影響を受けやすくなり、や
はり誤差を伴う。 停車中であってしかも十分に長い時間ジャイロ出力を平
均してオフセットを求めるのが望ましい。 自動車が停車中であってしかもできるだけ長い時間ジャ
イロ出力を積算し平均値を求める事のできる方法を提供
することが本発明の目的である。

【課題を解決するための手段】

前期の目的を達成するため、本発明のジャイロオフセッ
ト除去法は、 ■　車輪の回転角速度を検出する車輪速センサにより走
行距離を求め、 ■　移動体の角速度を求めるジャイロ出力を積分し移動
体の方位を演算する移動体搭載システムにおいて、 ■　移動体の停車中のジャイロ出力からオフセット値を
求めその後オフセット値を差引くことでジャイロ出力を
補正する方法であって、■　ジャイロ出力をサンプリン
グしたデータを一時格納するバッファメモリと、 ■　バッファメモリからあふれ出るデータを積算するブ
ロックと、 ■　積数したデータ個数をカウントするカウンタブロッ
クと、 ■　積算したデータをデータ個数で割って平均値を求め
る演算装置とからなり、 ■　走行距離センサが停止を示した後一定時間後からバ
ッファメモリにデータを格納し始め、■　バッファメモ
リからあふれるデータを前記積算ブロックによって積算
し、 ［Ｆ］　同時に積算されたデータの数を前記カウンタブ
ロックにより計数し、 ■　続いて走行を開始した時点に前記積算データをデー
タの数で割ることによって平均値を求め、■　バッファ
メモリの内容を捨て去り ■　前記平均値をオフセット値とする、ようにしたもの
である。 第３図は本発明のジャイロオフセット除去法の概略構成
を示す。最上段の波形列は車輪速パルスである。２段目
の打点はジャイロデータのザンブリング点を示している
。Ｄｌ、Ｄ２、・・・というようにサンプリング時刻ご
とにデータが出力され、バッファメモリ１に入力される
。 バッファメモリ１はジャイロ出力データを一時期たくわ
えておくために用いる。ただし通常のメモリ構成ではす
＜、メモリが一杯になると、いちばん最初に入れたデー
タから順にあふれ出るような構成となっている。 つまり先入れ、先出しのメモリである。これはジャイロ
データ出力の平均操作に遅延を与え、前述第２図のの、
■のような期間のデータを平均操作から排除する事が目
的である。 バッファメモリからあふれ出たデータは、積分ブロック
２によって積算される。また同時に積算されたデータ個
数もカウンタブロック３によりカウントされる。データ
個数ｎにより、データの積算値を割る事により、あふれ
たデータについて平均値Δを求める。 ここで注意すべきことは２つある。 ひとつは■の「走行距離センサが停止を示した後一定時
間後からバッファメモリにデータを格納し始め」という
事である。これは第２図の期間のを平均操作から除くた
めである。 もうひとつはバッファメモリ１を使い、あふれ出たデー
タを平均操作するというととである。平均をとった時刻
においてパンツアメモリ１内に記憶されているデータは
平均操作に含まれない。これは第２図の期間■を平均操
作から除くためである。

【実　施　例】

自動車が停車すると車輪速パルスが途切れる（第２図の
ｔ３）。しかし、車輪速パルスが途切れても、その後、
ｔ１時刻まで自動車が動いているので、それを見込んで
一定時間Ｔａだけ待つ。これをここでは前待ち時間Ｔ、
ということにする。Ｔ、だけ待った時刻をｔ５とする。 ｔ３＋Ｔａ　＝　ｔ５ （３） である。ｔ５はｔｌより後になるようにする。つまり、
車輪速パルスが途切れて（ｔ３）から、自動車が停止す
る（ｔｌ）までの時間（ｔｌ−ｔ３）の最大値または最
大値より大きい値として、前待ち時間Ｔ、を予め決定し
ておく。 Ｔ、≧ｍａｘ　（ｔｌ　−ｔ３　）　　　　　　　　　
（４）である。ｍａｘ　（・・・）　というのは群（・
・・）の最大値ということである。 車輪速パルスが速断えて（ｔ３）から、Ｔａ時間後にバ
ッファメモリ１にジャイロデータを入力してゆく。つま
り時刻ｔ３〜ｔ５のジャイロデータははじめからバッフ
ァメモリ１に入力されない。ｔ５からデータＤ１、Ｄ２
、・・・が入力されてゆく。これは完全に停車した後の
ジャイロデータ出力である。 バッファメモリの容量をｍとする。データはバッファメ
モリ１に順時格納されてゆく。ｍ番目のデータが格納さ
れるまで、バッファメモリからデータはあふれ出さない
。しかし、ｍ番目のデータが入ると、メモリセルが一杯
になるので、さらにデータが入ると、最初のデータＤｌ
から順にメモリからあふれ出てゆく。 あふれ出たデータの個数をｎとする。この数ｎをカウン
タブロック３がカウントする。あふれ出たデータＤ１、
・・・の積算値を積算ブロック２が演算する。 カウンタブロックの出力をＳ、積算ブロックの出力をＱ
とする。 Ｓ　　＝　　ｎ （５） である。このままでは、時刻ｔとｎとの対応が分りにく
い。そこで、時刻ｔでのジャイロ出力Ω（１）との関係
について説明する。サンプリング間隔をτとする。 Ｔａ　＝　τｈ Ｔｂ　＝　τｍ とおく。Ｔ、は先に述べたように車輪速パルスがなくな
ってから、バッファメモリへデータを入力し始めるまで
の時間である。 Ｔｂというのはバッファメモリのメモリセルの数ｍによ
ってもたらされる遅延時間である。亀、Ｔｂは期間■、
■を平均操作から外すために設けられる遅延時間である
。 （５）、（６）式は、ｔ５以降の任意の時刻ｔと、次の
ように関連づけられる。 Ｓ　＝　（ｔ−４ｓ−Ｔｂ）／τ　　　　　　　　　（
９）データの数ｎの計数はｔｓから直ちに開始されるの
ではなく、データがバッファメモリを通過するのに要す
る時間和を経た後に開始される。であるから、時刻ｔま
での時間は（ｔ−ｔｓ−Ｔｂ）である。 τごとにデータがひとつ出力されるので、データ数ｎは
、これをτで割った値として（９）て与えられる。 データのあふれ出る時刻は（ｔｓ＋Ｔｂ）からであり、
時刻ｔまでこれを積算するので、Ｑの積分範囲は（ｔ５
＋Ｔｂ）からτまでである。しかし、バッファメモリを
通るのにＴｂだけの時間がかかるので、時刻ｔに出力さ
れたデータは実はｔ−Ｔｂの値である。そこで被積分函
数はΩ（ｔ−Ｔｂ）となる。 ただし、ＤｋとΩ（ｔ）とは同じジャイロデータである
。独立変数、サフィックスの与えかたが違うのでノーチ
ージョンを変えている。Ｄｋは時刻ｔ５からτごとにサ
ンプリングした値であるので、ｔとｎに ｔ　＝　ｔｓ　＋　（ｎ−１）　τ（１１）という関係
があり、このとき Ｄｎ　−〇（１） ２１ である。ただし、これは時刻ｔにバッファメモリの出力
に与えられるものではない。０力の値は時刻ｔ−４−’
ｒｂにバッファメモリ出力に現われる。Ｔｂだけ遅れる
のである。 Ｑ／Ｓを計算すれば平均値が与えられることになる。た
だし、任意の時刻でＱ／Ｓを求めるというのではない。 そうではなくて、車輪速パルスが再び入力された時点（
第２図のｔ４）で積算データの平均値を求める。これを
オフセット値とする。オフセット値五が求まるから、次
に走行を開始した時はみかけのジャイロ出力からオフセ
ット値Δを差引いたものを真のジャイロ出力とする。こ
れから自動車の角速度を演算する。 時刻ｔ４てＱ／Ｓを求めて平均操作するという事は、（
５）、（６）式できまる値を１　＝　１４まで計算し、
Ｑ／Ｓを計算するという事である。ｎについていえば、
これは時刻ｔ５からＴｂだけ遅れて計数を開始しｔ４で
停止するのであるから、 ｔ４−　＋、５−　’ｒｂ ｎ　−α（８） τ である。これは時刻ｔ４よりＴｂ時間だけ以前の七６時
刻までの、パルス数として考えることができる。 。＝　１６−１５ τ ０・０ ｔ６＝ｔ４−Ｔｂ （１つ 新しく定義した時刻ｔ６は、実際に自動車が発進した時
刻ｔ２より以前でなければならない。つまり、自動車が
発進して（ｔ２）から、車輪速パルスが出る時刻（ｔ４
）までの最大値よりＴｂが長いものでなければならない
。（ｔ４−ｔ２）は自動車の車輪の停止位置により、発
進の工合いにより変わるが、この最大値は確定できる値
である。 Ｔｂ≧ｍａｘ　（ｔ４−　ｔ２　）　　　　　　　　　
（１６）さて積算ブロックで積算した値はＤｌからＤｎ
までの和であるがαω式からｎというのは、時刻ｔ６の
サンプル番号である事が分る。つまり、データはｔ５〜
ｔ６の間のものが積算されているのであるＯｔ５〜ｔ６
のサンプル数がｎで、この間のデータの積算値がＱであ
るので、Ｑ／Ｓがｔ５〜ｔ６のジャイロ出力の平均値を
与えている事になる。 同じ事は（９）、ＯＩの式を用いても説明する事ができ
る。１＝１４（車輪速パルスが生じた時刻）に於て、Ｑ
／Ｓを演算するのであるから、その結果はとなる。ただ
し、０７）から（ＩＦｊへの式の変換において、ｔ　−
Ｔｂをｔと置きかえている。（１８）から、Ｑ／Ｓがｔ
５〜ｔ６のデータ出力の時間平均であることが明白に分
る。 このようにして、自動車が停止した時刻より後の時刻ｔ
５から、自動車が発進する直前の時刻ｔ６′！でのジャ
イロ出力の平均値が求められる。自動車が動いている時
のジャイロ出力データが平均操作の中に含まれる事はな
い。 ただし、本発明の場合、実質的な停車時間が短い場合に
も自動的にオフセット値が計算されてしまう。この場合
、長周期ノイズの影響を全く含まない値によりオフセッ
ト補正がなされてしまう可能性がある。このような可能
性を考えて、平均する時間が短い場合にはその値を採用
しないで捨てる。もしくは前回のオフセット計算値と荷
重平均を行なうといった処理もあわせて行う事が考えら
れる。

【発明の効果】

本発明の利点は次のとおりである。 ■　停車中のオフセット値としてサンプリングするジャ
イロ出力のデータ数を限定しないため、はとんど全停車
時間にわたってサンプリングして、これを平均操作する
事ができる。長周期ノイズの影響などがない。より正確
な平均値を求めることができる。 ■　バッファメモリを用いて、ジャイロデータの列がバ
ッファメモリを通過し、あふれ出たものについて平均演
算をしている。車輪速パルスが出た時のバッファメモリ
内部のデータを平均値を求めるデータとしては使用せず
、捨て去っている。これによって、自動車が動きはじめ
てから車輪速パルスが入るまでの期間■のジャイロ出力
データをオフセット値の計算から外すことができる。従
ってバッファメモリのサイズｍは、停車状態から発進し
車輪速パルスがでるまでの時間分のデータを格納できる
より少し大きいものとする必要がある。 ■　停止しようとする時は車輪速パルスが出なくなって
Ｔａ時間、バッファメモリへジャイロデータを格納しな
い。このため車輪速パルスが出なくなってから自動車が
停車するまでのジャイロ出力が平均値計算の中に含まれ
ないようになる。 ■　停車時間の大小に拘わらず正確なオフセット値が求
まる。 ■　オフセットドリフトの含まれるナビゲーションシス
テム、ロケーションシスチムニ組込ンテ使用すると効果
的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は車輪速センサとジャイロとから自動車の方位、
位置を求めるシステムの概略構成図。 第２図は自動車が走行、停止、走行という動作をする時
のジャイロ出力と車輪速パルスの波形図。 第３図は自動車が走行、停止、走行する時の本発明によ
る平均演算を説明するための図。 １・・・・・・バッファメモリ ２・・・・・・積算ブロック ３・・・・・・カウンタブロック ｔｌ・・・・・・自動車が停止した時刻ｔ２・・・・・
・自動車が発進した時刻ｔ３・・・・・・停止する直前
であって車輪速ノζルスが出なくなった時刻 ｔ４・・・・・・発進した直後であって最初の車輪速パ
ルスが生じた時刻 ｔ５・・・・・・本発明においてジャイロデータの積算
を開始する時刻 ｔ６・・・・・・本発明においてジャイロデータの積算
値をデータ数で割って平均値を求める 時刻 発 明 者 岡 本 賢 司

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車輪の回転角速度を検出する車輪速センサにより走行距
   離を求め、移動体の角速度を求めるジャイロ出力を積分
   し移動体の方位を演算する移動体搭載システムにおいて
   、移動体の停車中のジャイロ出力からオフセット値を求
   めその後オフセット値を差引くことでジャイロ出力を補
   正する方法であつて、ジャイロ出力をサンプリングした
   データを一時格納するバッファメモリと、バッファメモ
   リからあふれ出るデータを積算するブロックと、積算し
   たデータ個数をカウントするカウンタブロックと、積算
   したデータをデータ個数で割つて平均値を求める演算装
   置とからなり、走行距離センサが停止を示した後一定時
   間後からバッファメモリにデータを格納し始め、バッフ
   ァメモリからあふれるデータを前記積算ブロックによつ
   て積算し、同時に積算されたデータの数を前記カウンタ
   ブロックにより計数し、続いて走行を開始した時点に、
   前記積算データをデータの数で割ることによつて平均値
   を求め、バッファメモリの内容を捨て去り、前記平均値
   をオフセット値とする事を特徴とするジャイロのオフセ
   ット除去法。