JPH0481667A - 自動車の速度および方向検知装置 - 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） 本発明は自動車の地上での速度および方向を検知する装
置に関する。このような装置は推測航法のシステムの一
部として、例えばルートガイドとし使用できる。

本発明の第１の態様によれば、地面に対する自動車上の
一点の速度ベクトルを検知する装置が提供され、該装置
は第１および第２の地上速度センサを含み、その各々は
好ましい検知方位の速度および好ましい検知方位におけ
る運動の方向に敏感であり、該地上速度センサは該自動
車上の点に、該好ましい検知方位が相互に異る方向に整
列されるように配置されていることを特徴とする。

本発明の第２の態様によれば、地面に対する自動車の速
度と方位とを検知する装置が提供され、該装置は第１お
よび第２の地上速度センサと、少なくとも一つの付随的
な自動車運動センサとを含み、該速度センサの各々は好
ましい検知方位における速度および好ましい検知方位に
おける運動の方向に敏感であり、該地上速度センサは該
好ましい検知方位が相互に異る方向に整列されるように
該自動車上に配置されていることを特徴とする。

表現“好ましい検知方位の運動の方向”とは、上記速度
ベクトルが好ましい検知方位となす角と対比して該運動
が“正”または“負”のいずれであってもセンサが感応
することを意味する。

例えば、マイクロ波または超音波を用いた地上ドプラー
速度センサを使用することができるが、該地上速度セン
サは光学的地上速度センサであることが好ましく、この
センサを自動車に取付けて地面からの反射光を受信でき
、またこの種のセンサの各々は、好ましい検知方位にお
ける、地面に対するセンサの運動の速度および方向もし
くは“極性”を表す信号を与える。このようなセンサの
一例は光電変換器を有し、これは空間フィルタの背後に
置かれ、該フィルタは順に集束レンズの背後に位置して
いる。この空間フィルタは複数の平行なスリ・ノドのあ
る光学格子を備えている。このようなセンサの好ましい
検知方位は該平行スリットに直交する。該空間フィルタ
は、また光検出器アレイを用いることによって得ること
ができ、その交互光検出素子は一緒に組合されて少なく
とも２つの群をなし、これら２つの群の２つの出力信号
の差は差動増幅器により受信される。この種の光学的地
上速度センサは、地面に関する該センサの運動方向に平
行に整列された好ましい検知方位を持つように使用され
る。しかし、このようなセンサは、これらの好ましい検
知方位が該運動方向について約４０゛までの角をなす場
合に有用な出力信号をもたらす。

好ましくは、更に自動車運動センサをも含み、これは地
面に直角な軸の回りの回転に敏感な回転センサ、例えば
光フアイバジャイロまたは第３の光学地上速度センサで
ある。いずれの場合においても、第１および第２光学セ
ンサは、自動車の縦軸のいずれかの側に夫々小さな角度
をなすように整列された夫々の好ましい検知方位をもっ
て相互に隣接して配置されることが好ましく、この自動
車の縦軸は、すべてのかじ取り車がかじ取り角零の場合
には、地面に対する自動車の運動方向となる。この各々
の小さな角度は相互に等しいことが好ましく、好ましく
は４０°未満、より好ましくは実質上２０°に等しい。

３つの光学地上速度センサを含む場合、第３の光学セン
サは第１および第２のセンサと隔てられていることが好
ましく、その好ましい検知方位は自動車の縦軸と実質的
に平行に整列されている。

好ましくは、第３の光学センサは第１および第２光学セ
ンサと横方向に隔置される。

これら３つのセンサによって、地面に対する自動車の速
度および方位は十分に規定されるが、より多くのセンサ
、例えば４個の光学地上速度センサを備えることが好ま
しい状況がある。この場合、光学センサは２対の夫々隔
置されたセンサとして配置でき、各対のセンサは３個だ
けのセンサを与えた場合の第１および第２光学センサに
ついて上記したように配置することが好ましい。光学セ
ンサのこれら２つの対は自動車の横方向または縦方向に
隔置できる。

本発明の第３の態様によれば、自動車用の推測航法シス
テムが提供され、これは本発明の第２の態様に従う装置
を備えている。

好ましくは、この推測航法システムは、該検知装置によ
って検知された、自動車の予測された前の位置、速度お
よび方位並びに時間々隔置こ基いて、自動車の現在の予
測位置を周期的に更新する処理手段を含む。というのは
、前の位置は既に予測されているからである。好ましく
は、この処理手段は、自動車の速さおよび方向を表す該
センサの出力信号を、地面に対する自動車の速度に変換
するように配置される。

本発明の第４の態様に従えば、本発明の第１または第２
の態様による装置を含み、かつ好ましくは本発明の第３
の態様の推測航法システムを備えた自動車が提供される
。

（実施例） 以下、本発明を添付図を参照しつつ実施例に基き更に詳
細に記載する。

まず、自動車運動システムにおけるパラメータおよび用
語を第１図を参照して記載する。

自動車１を、地表面上に束縛された２次元物体であって
、２次元運動をするものと仮定する。自動車の位置およ
び姿勢は自動車上の任意の２点ＰとＱの位置によって十
分に規定される。地面に固定された幾何学的座標系（ｘ
、ｙ）に関して、これら２つの点の位置はＰ（ＸＩ、：
ｌ’ｌ）およびＱ（ｘｚ、ｙｚ）で与えられる。これら
２点間の距離Ｒを、運動とは無関係に一定に保つと、以
下のようになる。

（ＸＩ　　Ｘ２）２＋（ｙ＋　　３’ｚ）２＝Ｒ２（１
１これら２点ＰおよびＱは任意に選ぶことができる。例
えば、点Ｐを自動車の前部中心とし、かつ点Ｑをその後
部中心とすることができる（第１図参照）。従って、２
点ＰとＱとを結ぶ線と、該幾何学的座標系のｙ軸とのな
す角θ（−πくθ〈π）はｙ軸に対する自動車の“向き
（ｈｅａｄｉｎｇ）”を示す。距離Ｒと自動車の向きθ
とを用いると以下の関係が得られる。

ｘ、　　　−Ｘ＝　　　＝−Ｒｓｉｎ　　θ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（２）Ｙ＋　　　）ｚ　
＝Ｒｃｏｓθ　　　　　　　　（３）また、点Ｐを自動
車１の左後方角上に、かつ点Ｑをその右後方角上に選ぶ
ことができる。この場合、角θはｙ軸に対する自動車の
向きを示す。これらの点をいかように選ぼうと、式（２
）および（３）は成立するが、角θの解釈は変化する。

推測航法システムの目的は、外部情報を参照することな
しに、自動車に搭載されたセンサを利用して、幾何学的
座標系での自動車の運動を決定することにある。自動車
に搭載される各センサは地面に対する一次元速度測定を
可能とするような型のものであり得る。かくて、相互に
直交する測定方向を有するように配置された点Ｐにおけ
る一対のセンサは２次元速度、即ち“速度ベクトル”測
定を可能とする。もう一つのこのような対は同様にして
点Ｑに固定されている。このようにしで測定された速度
ベクトルは該幾何学的座標によって与えられないが、点
Ｐを原点とし、線ＰＱに沿ったＹ軸をもつ自動車座標系
によって与えられる。

“地図整合（ｍａｐ　ｍａｔｃｈｉｎｇ）　　”を達成
するため、この推測航法システムは外部源からの情報、
例えば自動車の位置のデータを受けとるように配置でき
る。これを、該推測航法システムにより測定された位置
のデータを確認もしくは補正するのに用いて、累積に暴
く誤差を回避することができる。

このような情報は衛星または地上を基地とする航行シス
テムから供給できる。

自動車の向きθを与えると、自動車座標系における点Ｐ
での速度ベクトル（ｖ、、Ｖ、）および点Ｑでの速度ベ
クトル（（Ｊ２　、　　Ｖｚ　）と、幾何学的座標系で
の点Ｐにおける速度ベクトル（Ｕｖ、）および点Ｑにお
ける速度ベクトル（ｕ２Ｖ２）との間の変換は以下のよ
うに表すことができる。

ｕｋ＝Ｕｋｃｏｓθ−Ｖ、　ｓｉｎθ　ｋ＝Ｌ２（４）
Ｖ１ＵｋＳｉｎθ＋Ｖ、ｃｏｓθ　ｋ＝Ｌ２　　（５）
現時点の位置Ｐ（ｘ４９８．ｙｌｌ、）およびＱ（”’
、ｒ　、ｙｚ、；　）および現時点の速度（Ｕ＋、；　
。

Ｖ＋、ｉ）および（Ｕ２．＝　、　　Ｕ２．；　）が与
えられると、次の位置ｐ　（Ｘ＋、＝。Ｉ＋ｙＩ、ｉ。

、）およびＱ（ｘＺＩ、。Ｉ　＋　　’ｊ２＊ｉ。１）
を予測することが可能となる。ここで下付記号ｉは時間
的順序を表すのムこ用いた。このためアルゴリズムは以
下の各ステップを含む。

１）初期位１Ｐ（ｘ、、。、ｙ３．。）およびＱ（ｘ２
、Ｑ　＋　　ｙｌ、６　）並びに初期の自動車の向きθ
。

を設定する。例えば、 ｘＩ　＋　Ｏ”’　ｘ２　＋。−ｙｌ、。−〇（６）ｙ
ｌ、。−Ｒ（７） θｏ−０（８） ２）時間ｔ、において、点ＰおよびＱｌこおける速度ヘ
クトル夫々　（Ｕ、、、、Ｖ、、、）および（Ｕ２＋＋
　＋　　Ｕ２＋ｔ　）を測定する。

３）速度ベクトル（Ｕｈ、ｉ　、　　Ｖｋ、；　）　　
（ここでに＝１．２）を自動車座標系から幾何学的座標
系へ、以下の関係を用いて座標変換する。

ｕｋｏ−ＴＪ　ｋ、１ｃＯ３θｉ　　Ｖｍ＋ｌｉｎθ１
ｋ＝１２ｖ＊−ｉ　−Ｕ　ｂ−１ｓ１ｎθ４　＋　Ｖ　
ｙ、、　１ｃＯ３θｉ　　ｋ＝Ｌ２４）時間々隔ｄｔ後
の次の位置（ｘＩｉ＋ｉ。Ｉ、ｙア１．１）を、現在の
位Ｎ　（Ｘｈ、１．）’ｉ＋、；　）および現時点での
速度ベクトル（Ｕよｒｉ　ｒ　　ｖｋ＋ｉ　）（ｋ＝１
．２）を用いて予測すると以下のようになる。

ｘ、、、、＝　Ｘｋ、ｉ＋　ｕ、、Ｈｄｔ　　　ｋ　＝
　１．２　　　（１１）ｙう１．。＋”　ｙｂ、１＋ｙ
ｋ、Ｈｄｔ　　　ｋ　＝　１．２　　　（１２）５）予
測された次の位置を用いて次の自動車の向きθ、。１を
予測すると以下の如くである。

ｙＩ＋　ｉヤ＋＞、Ｙｚ、ｔ。ｊであるとすると、−π
／２〈θ８４．〈π／２　かつ θＨ，，−−ａｒｃｔａｎ［（ｘＩ、ｉ＋１−Ｘ２＋ｉ
＋＋）／（３’＋、ｉ＋１−ｙｚ＋、−１１）］ｙ１０
４＋＜：ｙｌ・、÷１かつｘ、・ｌ・１≧Ｘ２・工◆の
場合、 π≦θ、。１　≦−π／２　かつ θｉ＋１＝−π−ａｒｃｔａｎ［（ｘＩ、ｉ＋＋−Ｘｚ
＋＝−＋）／（Ｖ＋、ｉ＋＋−Ｖ２．ｉ＋ｙ＋＋＝＋＋
　≦Ｖｚ、ｉ＋＋かつｘ　、、　、◆、≦ＸＺ１ｓの場
合、 π／２≦θ、。１≦π　かっ θ１＋Ｉ＝−π−ａｒｃｔａｎ［（ｘＩ、ｉ＋Ｉ−ｘＺ
Ｉ　ｉ今＋）／（ｙＩ＋　ｉ＋＋−ｙｚ＋　１ｓ６）次
の測定時間ｔ　ｉ＋１を以下のように設定する。

ｔ、、　　＝ｔ、　　＋ｄｔ　　　　　　　　　　　（
１６）上記ステップ（２）〜（６）を、次に循環的に繰
返す。

これまでは、２対のセンサを自動車上の２点において使
用して、推測航法システムを実現すべきものと仮定して
きた。しかし、４個のセンサを使用することは本質的な
ことではない。自動車の運動の自由度の数のために、セ
ンサの数を４個から３個に減じることができる。

式（１）の時間に関する一次導関数は以下の式を与える
。

（ｘ＋　　ｘｚ）（ｕ＋　　ｕｚ）＋（ｙ＋　　ｙｚ）
（ｖ＋　　ｖｚ）　　−〇式ｆ２１．　＋３１．　（４
＋、　（５）およびα７）を結合すると以下のようにな
る。

ｖ２＝ｖ、　　　　　　　　　　　　　　（１８）この
結果は、２つの点がＹ軸の方向において同一の速度をも
つことを意味する。従って、４つの速度Ｕ＋　、Ｕ２　
、Ｖ＋および■２のうち３つだけが独立である。従って
、以下のうちのいずれかの測定で、上記アルゴリズムは
十分に行うことができる。

ａ）　　ＩＪ＋　、　ＴＪ２およびＶ、　　またはｂ）
　　Ｕ＋　、ＵｚおよびＶ２ 第２図はこのような可能な２つの配回を示す。

もう一つの可能な配列では一次元速度測定用センサの組
合せと、自動車に搭載されて、回転速度ω−ｄθ／ｄｔ
の直接測定可能とする光フアイバジャイロ（ＦＯＧ）な
どの、地面に垂直な軸の回りの自動車の回転に応答する
センサとを用いる。

この場合、式（２）および（３）の時間に関する一次導
関数は以下の関係を与える。

ｕ＋　　　ｕｚ＝　　Ｒ（＋Ｊｃｏｓθ　　　　　（１
９）Ｖｌ−ｖ２＝−Ｒωｓｉｎθ　　　　　（２０）式
（４）および（５）式と式（１９）および（２０）とを
結合すると、以下の関係が得られる。

Ｖ＋　＝Ｖｚ　　　　　　　　　　　　　　（２１）Ｕ
、＋Ｒω＝　Ｕ　ｚ　　　　　　　　　　　（２２）従
って、以下のいずれかの測定で、推測航法には十分であ
る。

ａ）　　ＴＪ＋　、　Ｕｚおよび一■、　またはｂ）　
　Ｕ＋　、Ｕｚおよび−Ｖ２　またはｃ）Ｕ、、ωおよ
びＶ、　または ｄ）Ｕ、、ωおよび■２　または ｅ）Ｕｚ、ωおよび−Ｖ、　　または ｆ）Ｕ２．ωおよび■２゜ 初めの２つ、即ちａ）およびｂ）では回転センサを用い
ておらず、上記例と同しである。第３図はＣ）〜ｆ）に
対する可能な配回を示す。

ＦＯＧセンサなどの回転センサを用いる場合、前記アル
ゴリズムは以下のように変更する必要がある。即ち、ス
テップ５）において、自動車の向きの値θを予測する代
りに、式（２１）および（２２）を用いて、速度Ｕ＋　
、Ｕｚ　、Ｖ＋および■２のうちの２つの未測定の値を
評価する。

前記々載においては、速度ベクトル（Ｕｋ、Ｖｋ）（ｋ
＝１．２）が、各々直角に、即ち自動車上のＸ軸および
Ｙ軸に沿って一対のセンサを配置することにより直接測
定できるものと仮定してきた。しかし、空間フィルタ法
を利用する光学的地上速度センサを用いた場合には、こ
のような配置を用いることは不可能である。

このようなセンサで利用されている空間フィルタ法は、
光検出素子からの信号間の高い相間々係、即ち自動車が
移動するに従って、該光検出素子が殆ど同じ地面の部分
を“見ている”という事実に依っている。このことは、
自動車が空間フィルタの方位と同し方向に移動する場合
にのみ可能である。従って、主移動方向に対して横方向
に設けられた空間フィルタは横方向の速度を測定するこ
とはできない。

実験は、出力信号の特性が自動車の移動方向と空間フィ
ルタの方向とのなす角が増大するにつれて劣化すること
を示している。このような劣化は光検出器に横方向によ
り広い視野を与えることによって減じることができる。

これは該光検出器の前部に円筒レンズを配置することに
より達成できる。この種の装備によって妥当な出力信号
を得ることを可能とする最大角度は約４０°であること
がわかった。

従って、Ｘ軸およびＹ軸に沿って配向された２つのセン
サを与える代りに、センサは自動車の方位に対して、即
ちＸまたはＹ軸、好ましくは（しかし必然的ではない）
該方位に対して対称に、鋭角をなすように配置する。

第１の配置において、２つの地上速度センサは対称に、
即ちＹ軸に関して夫々↓および−αの角度で設けられ、
一方向動車はほぼＹ軸方向に移動する。自動車上の点Ｐ
が速度ＩＶ、、Ｉ、Ｙ軸に対する角度φで移動し、かつ
２つのセンサがその方位に沿った速度（ＶＬ　、　ＶＲ
）を測定すると（第４図参照）、以下のようになる。

ＶＬ＝　ｌ　Ｖｓ　ｌ　ｃｏｓ（α−φ）（２３）ＶＲ
＝　ｌ　Ｖｓ　ｌ　ｃｏｓ（α＋φ）　　　　　　（２
４）ＸおよびＹ軸に沿った速度（Ｕ、　Ｖ）は以下のよ
うに表すことができる。

Ｕ−−Ｉ　Ｖｇｌ　　ｓｉｎφ　　　　　　　　（２５
）Ｖ＝−ＩＶ、　１　ｃｏｓφ　　　　　　　　（２６
）式（２３）〜（２６）を組合せると以下の諸式が得ら
れる。

Ｕ＝　（ＶＲＶＬ）／２ｓｉｎα　　　　　　（２７）
Ｖ　＝　　（Ｖｌｌ＋　ＶＬ）　　／　２ＣＯＳα　　
　　　　（２８）Ｖｓｌ　　−（Ｕ２＋Ｖ２）””　　
　　　　　　　（２９）チー−ａｒｃｔａｎ　ｔＪ　／
　Ｖ　　　　　　　　　　　　　（３０）式（２７）〜
（３０）は、２つのセンサによって測定された速度（ｖ
ｔ　、ＶＲ）に基いて、速度ベクトル（ＬＪ、　　Ｖ）
または（ｌＶ、ｌ、　　φ）を測定することを可能とす
る。

２つのセンサの設定角αの最適値は種々のファクタに依
存する。式（２７）は、測定された速度ｖＬと■８とが
十分に大きな差を有していて、誤差のためにあいまいな
値となることなしに、小さな横方向の速度Ｕを測定し得
るものとすべきことを示している。このことはセンサに
大きな設定角αをもたせることを必要とする。他方、信
号特性は大きな角度、特に３０°以上に対して劣化する
。最適角度は約２０°であることがわかり、この角度に
おいて、信号特性の大巾な劣化を生ずることなく、横方
向の速度に対し最高感度が得られることがわかった。

自動車が、はぼＸ方向に速度ＩＵ５１でＸ軸に対する角
度φで運動する第２の配置において、２つのセンサは、
Ｘ軸ではなくＹ軸に関して夫々＋および一βの角度で配
置される。この場合、該センサの方位に沿った速度（Ｕ
Ｌ　、　　Ｕｌｌ　）は以下のような値として測定され
る。

ＵＬ＝　ｌ　Ｕ、　ｌ　ｃｏｓ（β−φ）　　　　　　
　（３１）Ｕ＊＝　！　Ｕｓ　ｌ　ｃｏｓ（β＋φ”）
　　　　　　　（３２）ＸおよびＹ軸に沿った速度（Ｕ
、　　Ｖ）は以下のように表わされる。

Ｕ＝ｌ　Ｕｓ　ｌ　　ｃｏｓ　ψ　　　　　　　　（３
３）■＝ｌＵｌｓｉｎ　φ　　　　　　　　（３４）式
（３１）〜（３４）を組合せることによって以下の関係
が得られる。

Ｕ”　（ＵｌｌＵＲ）／２　ｃｏｓβ　　　　（３５）
Ｖ＝　（ＵＬ　　ＵＲ）　／２　ｓｉｎβ　　　　（３
６）ＵＳ　１　＝　（Ｕ”＋　ｖ２）””　　　　　　
（３７）φ＝　ａｒｃｔａｎ　Ｕ　／　Ｖ　　　　　　
　　　　（３８）式（３５）および（３６）は、これら
２つのセンサによって測定された速度（ＬｌＬ、ＵＲ”
）に基いて、ＸおよびＹ軸に沿った速度ベクトル（Ｕ、
　　Ｖ）を推定することを可能とする。

４個の光学地上速度センサを用いた本発明の実際の態様
において、センサは２対として配置され、各対のセンサ
は自動車縦軸の回りに対称の角度で配置される。２つの
可能な配置が第５ａ図および第５ｂ図に示されている。

第５ａ図において、Ｐは自動車の前部中心であり、一方
Ｑは自動車の後部中心であり、自動車は多かれ少なかれ
Ｙ軸方向に運動する。センサの第１の対２．３は点Ｐに
おいてＹ軸に関して＋および一αの角度で配置されて速
度（Ｖ　１．１．　Ｖ　ＲＩ　）を測定し、センサの第
２０対４，５は同様に点Ｑに配置されて速度（ＶＩ２．
　　Ｖ、□）を測定する。測定された値は式（２７）お
よび（２８）を用いて（Ｕ、　、　　ＶＩ）および（Ｕ
Ｋ　、　Ｖｚ　）に変換され、その結果前に述べたアル
ゴリズムが推測航法に使用できる。

第５ｂ図において、Ｐは自動車の左後方角にあり、かつ
Ｑはその右後方角にあり、自動車は多少ともＸ方向に運
動する。センサの第１の対６．７は点ＰにおいてＸ軸に
関して＋および一βの角度で配置されていて、速度（Ｕ
　Ｌ　Ｉ　、　　ＬＩ　＊　＋　）を測定し、かつセン
サの第２の対８．９は同様にＱ点に配置されていて、速
度（Ｕ　Ｌ　２　、　　ＴＪ　Ｒ□）を測定する。これ
らの測定値は弐（３５）および（３６）を用いて（Ｕｖ
ｌ）および（ｕｚ　、　　Ｖ２　）に変換され、その結
果前に述べたアルゴリズムが推測航法のために利用でき
る。

前に説明したように、推測航法の目的で自動車速度およ
び方向を測定するには、センサを３個だけ使用すること
で十分である。しかし、車−の光学地上速度センサだけ
では横方向の速度検知は不可能であるので、センサを３
個だけ用いる場合にはこれらを注意深く配置する必要が
ある。２つの可能な配置を第６ａ図および第６ｂ図に示
した。

第６ａ図において、点Ｐは自動車１の左後方角にあり、
かつ点Ｑはその右後方角にある。この場合、自動車は多
かれ少なかれＸ方向に運動する。

Ｐ点において、一対のセンサ１０，１１がＸ軸に関して
＋βおよび一βの角度で配置されていて、（Ｕ　ｔ　Ｉ
、　　Ｕ　＊　ｒ　）を測定し、一方で点Ｑには単一の
センサ１２がＸ軸に沿って配置されていて、ＵＺを測定
する。弐（３５）、　（３６）および（１８）を用いて
、推測航法用のアルゴリズムを行うのに必要とされるす
べての値（Ｕ、、Ｖ、）および（ＵＺ　、Ｖ２）が得ら
れる。

第６ｂ図は第６ａ図の配列の鏡像配列であり、センサの
対１０．１１がＱ点にあり、かつ単一のセンサ１２がＰ
点にある。その他の点て、この配列は第６ａ図と同じで
ある。

３個の光学地上速度センサを用いる代りに、２つのこの
種のセンサ１５．１６と一つの回転センサ、例えば光フ
アイバジャイロ１７とを用いることができ、このような
配置の可能な２例を第７ａ図および第７ｂ図に示した。

第７ａ図において、自動車は多かれ少なかれＸ方向に運
動し、即ち点Ｐは自動車の前部中心にあり、かつ点Ｑは
その後部中心にあり、光学センサ１５．１６は点Ｐにお
いてＹ軸に関して＋αおよび−αの角度で配置されてい
て（ＶＬＩ、　　ＶＲＩ）　　（あるいは点Ｑにおいて
配置されて（Ｖｔｚ、　　Ｖ＊ｚ）　）を測定し、ジャ
イロセンサ１７はωを測定する。

弐（２７）、　（２８）、　（２１）および（２２）は
推測航法用のすべての必要な値（ｕ＋　、Ｖｌ　）およ
び（ＵＺ、Ｖ２）を測定することを可能とする。

第７ｂ図において、自動車は多かれ少なかれＸ方向に運
動する。即ち点Ｐは自動車の左後方角にあり、かつ点Ｑ
はその右後方角にあり、センサ１５．１６は点ＰでＸ軸
に関して＋βおよび−βの角度で夫々配置されていて（
Ｕ　Ｌ　Ｉ　、　　Ｕ　Ｒ０）を測定しくあるいは点Ｑ
にあって（ＵＬ２．　　ＵＲ□）を測定し）、一方セン
サ１７はωを測定する。また、弐（３５）、　（３６）
、　（２１）および（２２）は推測航法に必要なすべて
の値を与える。

第８図は自動車のルートガイド用推測航法システムを模
式的に示すものである。センサからの出力は処理装置２
０に供給され、該処理装置は、例えばデータプロセンサ
ー、入力および出力インタフェース、ソフトウェアを含
むリードオンリーメモリおよびランダムアクセスメモリ
ーを含むマイクロプロセッサシステムによって実現され
ることが好ましい。この処理装置は、３個のセンサを用
いた装置と共に使用する場合には３個のセンサがらの出
力信号を受けとり、あるいは４個のセンサを用いた装置
と共に用いる場合には４個のセンサからの出力信号を受
けとるようにプログラムすることができ、第４の入力は
第８図の破線で示されている。この処理装置の出力はデ
イスプレィ２１に接続され、これは自動車ガイドで使用
するのに適した任意の形状をとり得る。このようなシス
テムは地図整合と組合せておよび／または位置補正用の
基本設備と共に操作することができる。例えば、デイス
プレィのテキストの形で情報出力を与える英数字デイス
プレィであり得る。また、このデイスプレィは視覚的に
ルートガイド情報を提供する任意の種類のグラフインク
デイスプレィであってもよい。更に、あるいはデイスプ
レィ２１に付加的に、オーディオ出力装置、例えば音声
シンセサイザを、処理袋！２０からの出力情報を伝達す
るために用いることができる。

第９図はソフトウェアによる制御下で処理装置２０によ
りなされる作用を示すフローチャートである。このシス
テムが作動されると、初期位置と向きとが３０において
設定される。これは、例えばキーボードからの入力など
によって手動で行うことができる。また、処理装置２０
は、前にこのシステムを用いた際の最後の位置を記憶し
ておくための不揮発性メモリを備えることができる。

３工において、該処理装置は自動車に配置されたセンサ
からの出力信号を読み取る。この出力信号は自動車の座
標系による自動車の速度ベクトルを表す。３２において
、この処理装置は、例えば式（９）および（１０）を用
いて、該出力信号を幾何学的座標系に関する速度成分に
変換する。３３において、自動車の次の位置が、例えば
式（１１）および（１２）を用いて予測される。３４に
おいて、該処理装置は、例えば式（１３）〜（１５）を
用いて、上記で予測された次の位置から次の向きを予測
する。次いで、３５においてデイスプレィ２１は次の位
置を表示すべく更新される。３６において、ステップ３
１に戻る前に遅延操作が行われる。ステップ３１〜３６
を周期的に繰返す。その結果、デイスプレィ２１は規則
的な時間々隅で更新されて自動車の現在位置を表示する
。

かくして、自動車がガイドシステムの一部としての推測
航法システムを得ることかでき、これは高精度であり、
しかも詳細な自動車操作とは実質的に独立なセンサを利
用している。特に、自動車車輪の回転に応答するセンサ
の使用を回避することを可能とする。この種の車輪セン
サは自動車の幾分かの修正を必要とし、かつ限られた精
度しかもたない。特に、距離測定は車輪およびタイヤの
回転半径に依存し、該半径はタイヤ中の空気圧およびタ
イヤの温度に依存して変化する可能性がある。また、こ
のようなセンサはタイヤと地面とが単に接していること
に依存しており、従って地面との接触がまったく失われ
る車輪のスリップまたは空転のために誤差を生み易い。

自動車の向きを示すための磁気コンパスは漂遊磁場およ
び電気的干渉に影響され易く、従って信頬性が劣る。こ
のようなコンパスをこれら作用から遮断することは可能
であるが、該コンパスのコスト高を招き、しかもその使
用を魅力のないものとする。前に記載した装置はこれら
の誤差源の影響を受けず、センサは自動車の下部の殆ど
任意の便利な位置に、あるいは光フアイバジャイロの場
合には自動車内部に取付けることができる。

第１０図は異った方位を有する３個の相互に隔置された
地上速度センサに関する解析を示す。

般性を失うことなしに、Ｐ、ＱおよびＲに示されたセン
サは以下の分析を単純化するように一直線上にあるもの
として図示されている。しかし、隔置されたセンサの他
の配置も同様に良好に使用でき、かつ当業者はこの分析
を行う上で何の困難ももたないであろう。

前と同様に、ＸとＹは自動車座標を表し、該自動車はＸ
軸に沿って配向され、またＸおよびｙは幾何座標を表す
。センサＰは（ｘ＋、ｙＩ）に位置し、速度Ｕ０を測定
し、センサＱは（ｘｚ、ｙ２）に位置し、速度Ｕ＋ｔを
測定し、またセンサＲは（Ｘ３．）’、）に位置し、速
度ＵＬを測定する。

ｉ＝１．２．３に対して以下のような関係がある。

１１　　＝　　（ｄ／ｄｔ）　　（Ｘ＝、）ｖ、＝　　
（ｄ／ａｔ）　　（Ｙ、） ｕ、＝　　（ｄ／ｄｔ）　　（ｘｉ） ｖ、＝　　（ｄ　／ｄｔ）　　（ｙ、）Ｘ、　　　−Ｘ
２　　　＝　　−ａ　　　ｓｉｎ　　θ　　　　　　　
　　　　　　　　　（３９）ｙＩ　　＞’Ｚ＝　　　ａ
ｃｏｓθ　　　　　　　　　（４０）ｘｚ−ｘ、＝−ｂ
　　ｓｉｎθ　　　　　　　　　（４１））’ｚ　　　
）’３　＝　　　ｂｃｏｓθ　　　　　　　　　（４２
）ｔｒｉ　　＝ＵＩ　ｃｏｓθ−Ｖ；　　ｓｉｎθ　　
　　　　（４３）Ｖｉ　　＝［Ｊ、ｓｉｎθ＋Ｖｌ　ｃ
ｏｓθ　　　　　　（４４）ＵＯ，ＵＲおよびＵ、の測
定は以下の関係を与える。

Ｕ　ｏ　””　Ｕ　＋　　　　　　　　　　　　　　（
４５）ＵＲ＝＝ｌＪｚ　ＣＯ３α−Ｖ２ｓｉｎα　　　
　（４６）ＵＬ　＝Ｕ３　ｃｏｓβ十Ｖ３ｓｉｎβ　　
　　（４７）式（３９）〜（４２）を微分しかつ式（４
３）および（４４）を用いると以下の弐が得られる。

Ｖ＋　＝Ｖｚ　　　　　　　　　　　　　（４８）ｖ２
＝ｖ、　　　　　　　　　　　　　（４９）Ｕ２−Ｕ、
　−（ａ／ｂ）（Ｕｚ−Ｕ３）　　　（５０）従って、
式（４５）〜（５０）は６個の未知数（Ｕ。

Ｖ；　）（ｉ＝１．２．３）に対して６個の式をもたら
し、これは以下のように解くことができる。

Ｕ＋＝Ｕ。

Ｕｚ−（ａｌＪ１ｓｉｎα＋ａＵＲｓｉｎβ＋１）Ｕｏ
ｓ　ｉｎ　ｃｘ　ｃｏｓβ）／（（ａ＋ｂ）ｓｉｎ　α
ｃｏｓβ＋ａ　ｃｏｓαｓｉｎβ）０３　＝　（（ａ＋
ｂ）ＵＬ）ｓｉｎ　α＋　（ａ＋ｂ）Ｕ＊ｓｉｎβ−ｂ
Ｕｏｃｏｓ　ｃｘ　ｓ　ｉｎβ）／（（ａ＋ｂ）ｓｉｎ
αｃｏｓβ＋ａ　ｃｏｓαｓｉｎβ）Ｖｒ　＝　Ｖ２　
＝　Ｖ３ ＝（ａＵｔｃｏｓ　Ｏ：　＋　ｂＵ、ｃｏｓ　ｃｘ　ｃ
ｏｓβ−（ａ＋ｂ）ＵＲｃｏｓβ）／（（ａ＋ｂ）ｓｉ
ｎ　ｃｘ　＋ａ　ｃｏｓαｓｉｎβ）ｂ＝ｏと設定する
ことにより、この解析は、第１および第２センサが１点
に位置し、第３のセンサがこの対と隔置されている場合
に対応し、更にα−βと設定することにより、第１およ
び第２センサが対称に配置された場合を与える。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動車およびこれと組合されたシステムを模式
的に示す平面図であり、 第２図および第３図は様々な本発明の理論上の実施例を
示す図であり、 第４図は地上光学速度センサの使用を説明する図であり
、 第５ａ図〜第５ｂ図は本発明の実際の態様を模式的に示
す平面図であり、 第８図は第５ａ図〜第７ａ図の態様と共に用いるルート
ガイドシステムの一部のプロ。 り図であり、 第９図は第８図に示したシステムの動作を説明するフロ
ーチャートであり、 第１Ｏ図は３個の光学地上速度センサを用いた例を示す
図である。 １・・・自動車、２〜１６・・・センサ、１７・・・光
フアイバジャイロ、２０・・・処理装置、２１・・・デ
イスプレィ。 図面の浄書（内容に変更ない ＦＩＧ ＦＩＧ、、２ ＦＩＧ、３ ＵＲ ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５α ＦＩＧ、５ｂ ＦＩＧ、δ ＦＩＧ、ｌ○。 ＦＩＧ、６α ＦＩＧ、７α Ｆ　Ｃ，３ ＩＧＧｂ ＦＩＧ、７ｂ 手 続 ネ甫 正 書（自発 手続補正書（□） 平成 １年１１月 １Ｍ：報官吉田文毅殿 １、　　萼呵牛のＪじＲ 平成　１年指揮第２５７２０１号 ２、　発明の名称 自動車の速度および方向検知装置 ３、　補正をする者 萼呵牛との関係　　　　特許山崩Ｖ。 ７日 特許庁長官　吉　１）　文　毅　殿 １、　　１ｑ牛の４じＲ 平成　１年特許願第２５７２０１号 ２、　　発明の名称 自動車の速度および方向検知装置 ３、　　補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 ４、代理人 ４、代理人 ５、　補正命令の日付　　　　　　　平成　　年　　月
　　日６、　補正により増加する請求項の数 ７、　補正の対象 ６、二　　補正により増加する請求項の数７、　　補正
の対象 第２回および第３図は様々な本発明の理論上の実施例を
示す図であり、 第４図は地上光学速度センサの使用を説明する図であり
、 第５ａ図〜第７ｂ図は本発明の実際の態様を模式的に示
す平面図であり、 第８図は第５ａ図〜第７ｂ図の態様と共に用いるルート
ガイドシステムの一部のブロック図であり、 第９図は第８図に示したシステムの動作を説明するフロ
ーチャートであり、 第１０図は３個の光学地上速度センサを用いた例を示す
図である。 １・・・自動車、２〜１６・・・センサ、１７・・・光
フアイバジャイロ、２０・・・処理装置、２１・・・デ
イスプレィ。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）地面に対する自動車上の一点の速度ベクトルを検
   知する装置であって、第１および第２地上速度センサを
   含み、該センサの各々は好ましい検知方位を有し、かつ
   該好ましい検知方位における運動の速度および方向に敏
   感であり、該第１および第２センサは自動車上の上記点
   に配置されており、該好ましい検知方向は相互に異った
   方向に整列されていることを特徴とする上記装置。
2. （２）該第１および第２センサの各々が光学的地上速度
   センサからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の装置。
3. （３）地面に対する自動車の速度および方位を検知する
   装置であって、第１および第２自動車運動センサと少な
   くとも一つの追加の自動車運動センサとを含み、該第１
   および第２自動車運動センサが第１および第２地上速度
   センサを含み、その各々が好ましい検知方位を有し、か
   つ該好ましい検知方位における運動の速度と方向に対し
   て敏感であり、該第１および第２地上速度センサが、該
   好ましい検知方向が相互に異る方向に整列されるように
   該自動車上に配置されていることを特徴とする上記装置
   。
4. （４）上記第１および第２地上速度センサが第１および
   第２光学的地上速度センサからなることを特徴とする特
   許請求の範囲第３項記載の装置。
5. （５）上記少なくとも一つの追加のセンサが自動車回転
   センサからなることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の装置。
6. （６）上記少なくとも一つの追加のセンサが第３の光学
   的地上速度センサからなる特許請求の範囲第４項記載の
   装置。
7. （７）上記自動車が縦軸をもち、上記第１および第２光
   学的地上速度センサが、その該好ましい検知方位が該縦
   軸のいずれかの側に夫々鋭角をなして整列されるように
   相互に隣接して配置されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第４項記載の装置。
8. （８）上記少なくとも一つの追加の自動車運動センサが
   第３および第４の光学的地上速度センサからなり、その
   各々が好ましい検知方位を有しかつ該好ましい検知方位
   における運動の速度および方向に敏感であり、該第３お
   よび第４光学的地上速度センサが、その該好ましい検知
   方位が上記縦軸のいずれかの側に更に夫々鋭角をなして
   整列されるように隣接して配置されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載の装置。
9. （９）前記鋭角および上記更に設けた鋭角の各々が実質
   的に２０゜に等しいことを特徴とする特許請求の範囲第
   ８項記載の装置。
10. （１０）第１および第２の自動車運動センサ、少なくと
    も一つの追加の自動車運動センサおよび処理手段を含み
    、該第１および第２自動車運動センサが第１および第２
    地上速度センサからなり、その各々が好ましい検知方位
    をもち、かつ該好ましい検知方位における運動の速度お
    よび方向を表す出力信号をもたらし、該第１および第２
    地上速度センサが、その該好ましい検知方位が相互に異
    る方向に整列されるように該自動車上に配置され、該少
    なくとも一つの追加の自動車運動センサが自動車の運動
    を表す出力信号を与え、該処理手段が一連の予測される
    自動車の走行位置を与え、その連続する各対は予め決め
    られた時間々隔だけが分離されており、かつ該処理手段
    は該一連の予測される走行位置の各々を、その直前の予
    測位置、該予め決められた時間々隔、該第１および第２
    地上速度センサの該出力信号および該少なくとも一つの
    追加の自動車運動センサの該出力信号から予測すること
    を特徴とする自動車用推測航法システム。