JPH0739953B2 - 積分型角度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は角速度センサからの角速度信号を積分して角度
を検出する積分型角度検出装置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、この種の角度検出装置では、角速度センサの出
力のドリフトにより精度よく角度を求めることが難し
い。この角速度センサのドリフタはそのセンサが設置さ
れる場所の温度変化等により内部の電子回路のオフセッ
ト等が変化されることにより、角速度が零の状態でも出
力が零にならないこと、或いはその出力が温度変化等に
よって変動されることを言う。この温度変化によるドリ
フトは極めて緩やかに変化される。このため、従来では
角速度センサのドリフトを取り除くために、不感帯を設
けたもの（特開昭63−78019号）が提案されている。ま
た、センサと積分器の間にCDブロック回路（ハイパスフ
ィルタ）を配置したものも提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の装置のうち、不感帯を設けたものでは、
ドリフトが不感帯を越えると正常動作をしなくなり、不
感帯を広げると角速度出力が正しく積分されないという
問題がある。また、ハイパスフィルタを設けた場合に
は、ドリフト除去を優先すると、大きな角速度入力時に
はフィルタ自身にオフセットを生じるという問題があ
る。

本発明はこれらの問題を解消して高精度に角度を検出す
ることを可能にした積分型角度検出装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の積分型角度検出装置は、角速度を検出する角速
度センサと、この角速度センサからの角速度信号を積分
して角度を検出する積分器と、前記角速度センサと積分
器との間に挿入されたハイパスフィルタとを備え、この
ハイパスフィルタはその出力に基づいて自身のカットオ
フ周波数を制御可能とし、角速度出力が小さいときには
カットオフ周波数を高くして短時間でドリフトをキャン
セルさせ、角速度出力が大きいときにはカットオフ周波
数を低くして角速度が一定の状態を保持してそのオフセ
ットを防止させるように構成するとともに、角速度が零
であることを示すリセット信号が入力されたときにその
出力を零にするための制御信号入力を有している。

〔作用〕

この構成では、角速度センサからの信号に応じてハイパ
スフィルタのカットオフ周波数が設定され、信号が小さ
いときには短時間でドリフトを除去し、信号が大きいと
きにはハイパスフィルタにオフセットを生じることな
く、そのまま積分して角度を求めることができる。即
ち、ハイパスフィルタは、ドリフト除去を目的としてそ
のカットオフ周波数を高くすると、角速度センサから出
力される角速度が一定の状態を保持することができなく
なる。逆に、カットオフ周波数を低くすると角速度が一
定の状態を保持することができるが、フィルタ自身にオ
フセットが生じることになる。そこで、ドリフトの影響
を受け易い小さく角速度出力時にはカットオフ周波数を
高くしてドリフトを短時間でキャンセルさせるように
し、大きな角速度出力時にはカットオフ周波数を低くし
て角速度が一定の状態を保持させかつそのオフセットを
防止するようにする。また、角速度が零を検出する手段
が設けられる場合には、この手段からハイパスフィルタ
に出力を零にする制御信号としてのリセット信号を入力
させることにより、ハイパスフィルタの出力を強制的に
零にしてドリフトを瞬時に解消させるようにする。ま
た、DCオフセット（基本的には回路のDC成分）が生じて
も、この変化は十分遅い（部品の経年変化及び温度変
化）ので、必要な低周波成分を通過させるようにカット
オフ周波数を制御すれば、ハイパスフィルタによりカッ
トオフされる低周波数成分は実際には前記したDC成分が
殆どであり、このことにより生じる誤差が問題になるこ
とは殆どない。

〔実施例〕

次に、本発明を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図である。図
において、１は角速度を検出して信号を出力する角速度
センサ、２はリセット入力付のカットオフ周波数可変ハ
イパスフィルタ、３はこのハイパスフィルタ２の出力を
積分する積分器である。前記ハイパスフィルタ２は、そ
のカットオフ周波数が自身のハイパスフィルタの出力に
より制御でき、かつリセット入力信号によってその出力
を零にすることができる。

この構成においては、角速度センサ１の出力はカットオ
フ周波数可変ハイパスフィルタ２に入力され、その出力
は積分器３により積分されて角度出力となる。

第２図は、第１図に示したハイパスフィルタ２及び積分
器３の動作を示すフローチャートであり、このフローチ
ャートを用いて第１図の装置の動作を説明する。

先ず、工程10では、ハイパスフィルタ２が角速度センサ
１の出力を読み込み、この出力をＸとして保存する。

次いで、工程11ではリセット信号の入力の有無をチェッ
クする。そして、リセット信号が入力されていれば、工
程12において、Ｘの値をＺとして置き替える。リセット
信号入力が無ければ、このルーチンは実行されず、次の
工程13にジャンプする。

工程13では、（Ｘ−Ｚ）をＶに代入し、このＶをハイパ
スフィルタ２の出力として積分器３に入力させる。この
とき、リセット信号入力が有れば、ＺはＸと等しいた
め、ハイパスフィルタ２の出力は零となる。

工程14では、（Ｚ＋aTV）をＺに代入する。ａはハイパ
スフィルタ２の時定数であり、Ｔは第２図の実行周期に
より決まるサンプリング周期である。

工程15では、Ｖの関数であるａを計算する。ｆ（Ｖ）の
一例を第３図に示す。

工程16では、（Ａ＋TV）をＡに代入する。これにより角
度出力が求められる。

したがって、ハイパスフィルタ２及び積分器３の制御特
性を第３図に示す特性にすることにより、入力信号が小
さい時には短時間でドリフトを取り除くことができると
ともに、大きな角速度入力時にはその角速度の値をその
まま積分することができる。

なお、第３図に示すような特性にせず、ａを一定値とす
るならば、大きな角速度入力ではハイパスフィルタ自身
がオフセットする。また、このオフセットを起こさせな
いようにａを設定すると、ドリフト除去に時間がかかっ
てしまう。

ここで、他の手段で角速度０を判定することができれ
ば、出力を零にする制御信号入力、即ちリセット信号入
力を利用して更に短時間でドリフト除去することも可能
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、角速度センサと積分器と
の間にハイパスフィルタを挿入し、かつハイパスフィル
タはカットオフ周波数を該ハイパスフィルタの出力によ
り制御可能に構成するとともに、その出力を零にするリ
セット信号入力を有しているので、角速度センサのドリ
フト除去を短時間で行うとともに、大きな角速度入力に
対してもフィルタのオフセットを防いで高精度な角度検
出を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック構成図、第２図は
第１図におけるハイパスフィルタと積分器の動作を示す
フローチャート、第３図はａとＶの関係を示す図であ
る。 １……角速度センサ、２……カットオフ周波数可変ハイ
パスフィルタ、３……積分器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】角速度を検出する角速度センサと、この角
   速度センサからの角速度信号を積分して角度を検出する
   積分器と、前記角速度センサと積分器との間に挿入され
   たハイパスフィルタとを備え、このハイパスフィルタは
   その出力に基づいて自身のカットオフ周波数を制御可能
   とし、角速度出力が小さいときにはカットオフ周波数を
   高くして短時間でドリフトをキャンセルさせ、角速度出
   力が大きいときにはカットオフ周波数を低くして角速度
   が一定の状態を保持してそのオフセットを防止させるよ
   うに構成するとともに、角速度が零であることを示すリ
   セット信号が入力されたときにその出力を零にするため
   の制御信号入力を有することを特徴とする積分型角度検
   出装置。