JPH08313264A - 移動体旋回角度算出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体の停車や直進条件に捕われずに、旋回
角速度センサのオフセットを常時キャンセルして、移動
体の旋回角度を検出することが可能な移動体旋回角度検
出装置を提供する。 【構成】 据え付け手段により、検出軸回転手段２の回
転軸方向及び回転同期出力手段３の出力時の回転位置が
設定され、移動体の旋回角速度が、旋回角速度検出手段
１により検出され、検出軸回転手段２により、旋回角速
度検出手段１が検出軸と直交する軸回りに回転され、こ
の回転位置に同期して、１８０°回転毎に検出極性が逆
になる検出値が、回転同期出力手段３により出力され、
旋回角速度演算手段４の出力オフセットをキャンセルし
た旋回角速度が出力され、旋回角度演算手段５により、
旋回角速度演算手段４の出力が積分演算され移動体の旋
回角度が算出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体の旋回角度を算
出する移動体旋回角度算出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両などの移動体で使用されるナ
ビゲーション装置の推測航法を行うために用いられる旋
回角速度検出手段の出力による旋回角度算出装置では、
通常の移動体は、比較的水平姿勢からの傾斜が少ないこ
とから、旋回角度の検出軸を移動体に固定するストラッ
プダウン型推航法により、旋回角度に対応するヨー角の
みを検出している。

【０００３】また、旋回角速度検出手段における出力オ
フセットが変動して、旋回角度の誤差が累積しないよう
に、移動体停車時や直進時にのみ検出値が零となること
を利用して、出力オフセットを逐次補正している。さら
に、補正後の旋回角速度の積分値である旋回角度出力
に、補正残差などから発生する旋回角度の誤差が大きく
なる場合には、地磁気センサ、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ
ＰｏｓｉｔｉｏｎｉｇＳｙｓｔｅｍ）などの方位検出手
段、またはマップマッチングにより方位を修正しながら
推測航法用の自立方位として旋回感度を用いている。

【０００４】図６は従来の旋回角度検出装置の構成を示
すブロツク図であり、旋回角速度検出手段２１には、オ
フセット補正手段２４とオフセット算出手段２３とが、
互いに並列に接続され、停車（直進）検出手段２２の検
出信号がオフセット算出手段２３に接続されている。

【０００５】停車（直進）検出手段２２で、停車状態ま
たは直進状態が検出されている間は、旋回角速度検出手
段２１の出力は零であり、旋回角速度検出手段２１に含
まれるオフセット量が、オフセット算出手段２３で算出
される。オフセット算出手段２３で算出されたオフセッ
ト量信号は、オフセット算出手段２３に接続されたオフ
セット補正手段２４に入力され、旋回角速度検出手段２
１から旋回角速度信号がオフセット補正手段２４に入力
されると、オフセット補正手段２４により、オフセット
算出手段２３からのオフセット量信号によってオフセッ
トが補正される。そして、オフセットが補正された旋回
角速度信号が、オフセット補正手段２４に接続された旋
回角度演算手段２５に入力され、積分演算が施されて旋
回角度が演算される。

【０００６】このようにして、従来の旋回角度検出装置
によると、停車状態または直進状態が検出されると、旋
回角速度検出手段２１に含まれるオフセットを補正して
旋回角度が算出される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の従来の
旋回角度検出装置では、旋回角速度検出手段におけるオ
フセットを、移動体の停車時や直進時に補正しているた
めに、停車や直進走行の少ない山岳路や高速道路などで
は、オフセットの補正ができず、走行時間が長くなる
と、オフセット変化によって、旋回角速度の積分値であ
る旋回角度における誤差が増大する。また、ピッチ角や
ロール角が比較的大きい場合には、ヨー角における見か
け上の検出感度が変化して旋回角度の精度が低下する。

【０００８】このように、従来の旋回角度検出装置で
は、停車や直進走行が少ない状況や、ピッチ角やロール
角が比較的大きい状況では、旋回角度の検出値を自立方
位の検出手段として使うことが困難であった。また、旋
回角度に頼らずに方位検出手段を別に設けて、適切な方
位へ修正し続けることにより、オフセットの補正や感度
の補正を行わないで自立方位とすることも考えられる
が、現状では、十分な精度の方位を常時検出することは
不可能で、特に電波の届かない所や、地磁気が乱れるよ
うな環境では、正しい方位を検出する手段がなく、補正
を行わないでいると、旋回角度算出値の誤差がすぐに拡
大してしまう。よって、旋回角度を常時利用するために
は、オフセットの除去並びに、ピッチ角やロール角の検
出によって、ヨー角における見かけ上の検出感度の補正
をしておくことが必要になる。

【０００９】本発明は、前述した従来の問題を解決する
ものであり、その第１の目的は、移動体の停車や直進条
件に捕われずに、旋回角速度センサのオフセットを常時
キャンセルして、移動体の旋回角度を検出することが可
能な移動体旋回角度検出装置を提供することにある。

【００１０】本発明の第２の目的は、一つの旋回角速度
センサにより、ヨー角以外のピッチ角やロール角の検出
を行って、移動体の高精度の旋回角度を検出することが
可能な移動体旋回角度検出装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るために、請求項１記載の発明は、移動体の旋回角度を
算出する移動体旋回角度算出装置において、前記移動体
の旋回角速度を検出する旋回角速度検出手段と、該旋回
角速度検出手段を検出軸と直交する軸回りに回転する検
出軸回転手段と、該検出軸回転手段の回転位置に同期し
て、１８０°回転毎に検出極性が逆になる検出値を出力
する回転同期出力手段と、該回転同期出力手段の正負の
出力に基づいて、前記旋回角速度検出手段の出力オフセ
ットをキャンセルした旋回角速度を出力する旋回角速度
演算手段と、該旋回角速度演算手段の出力を積分演算す
ることにより、旋回角度を出力する旋回角度演算手段
と、前記検出軸回転手段の回転軸方向及び前記回転同期
出力手段の出力時の回転位置を設定する据え付け手段と
を有することを特徴とするものである。

【００１２】前記第２の目的を達成するために、請求項
２記載の発明は、移動体の旋回角度を算出する移動体旋
回角度算出装置において、前記移動体の旋回角速度を検
出する旋回角速度検出手段と、該旋回角速度検出手段を
検出軸と直交する軸回りに回転する検出軸回転手段と、
該検出軸回転手段の回転位置に同期して、１回転中に９
０°異なる回転位置で検出される２軸分の旋回角速度検
出値を出力する回転同期出力手段と、該回転同期出力手
段の２軸分の出力を積分演算することにより、２軸分の
旋回角度を出力する旋回角度演算手段と、前記検出軸回
転手段の回転軸方向及び前記回転同期出力手段の出力時
の回転位置を設定する据え付け手段とを有することを特
徴とするものである。

【００１３】同様に前記第２の目的を達成するために、
請求項３記載の発明は、移動体の旋回角度を算出する移
動体旋回角度算出装置において、前記移動体の旋回角速
度を検出する旋回角速度検出手段と、該旋回角速度検出
手段を検出軸と直交する軸回りにし所定速度で回転する
検出軸回転手段と、該検出軸回転手段の回転位置に同期
して、旋回角速度検出値を出力する回転同期出力手段
と、該回転同期出力手段の出力間隔の変化により、前記
検出軸回転手段の回転軸に対する前記移動体の角速度を
検出する回転軸角速度検出手段と、前記回転同期手段及
び前記回転軸角速度検出手段による２軸分の旋回角速度
検出値を積分演算して、前記移動体の２軸分の旋回角度
を出力する旋回角度演算手段と、前記検出軸回転手段の
回転軸方向及び前記回転同期出力手段の出力時の回転位
置を設定する据え付け手段とを有することを特徴とする
ものである。

【００１４】

【作用】請求項１記載の発明では、据え付け手段によっ
て、検出軸回転手段の回転軸方向及び回転同期出力手段
の出力時の回転位置が設定され、移動体の旋回角速度
が、旋回角速度検出手段により検出され、検出軸回転手
段によって、旋回角速度検出手段が検出軸と直交する軸
回りに回転される。この状態で、検出軸回転手段の回転
位置に同期して、１８０°回転毎に検出極性が逆になる
検出値が、回転同期出力手段により出力される。

【００１５】そして、旋回角速度演算手段によつて、回
転同期出力手段の正負の出力に基づいて、旋回角速度検
出手段の出力オフセットをキャンセルした旋回角速度が
出力され、旋回角度演算手段によって、旋回角速度演算
手段の出力が積分演算され、移動体の旋回角度が算出出
力される。

【００１６】請求項２記載の発明では、据え付け手段に
よって、検出軸回転手段の回転軸方向及び回転同期出力
手段の出力時の回転位置が設定され、移動体の旋回角速
度が、旋回角速度検出手段により検出され、検出軸回転
手段によって、旋回角速度検出手段が検出軸と直交する
軸回りに回転される。この状態で、検出軸回転手段の回
転位置に同期して、１回転中に９０°異なる回転位置で
検出される２軸分の旋回角速度検出値が、回転同期出力
手段により出力される。

【００１７】そして、旋回角速度演算手段によつて、２
軸分の出力が積分演算されることにより、移動体の２軸
分の旋回角度が算出出力される。

【００１８】請求項３記載の発明では、据え付け手段に
よって、検出軸回転手段の回転軸方向及び回転同期出力
手段の出力時の回転位置が設定され、移動体の旋回角速
度が、旋回角速度検出手段により検出され、検出軸回転
手段によって、旋回角速度検出手段が検出軸と直交する
軸回りに所定速度で回転される。

【００１９】この状態で、回転同期出力手段によって、
検出軸回転手段の回転位置に同期して、移動体の旋回角
速度検出値が出力され、回転軸角速度検出手段によっ
て、回転同期出力手段の出力間隔の変化により、検出軸
回転手段の回転軸に対する移動体の角速度が検出され
る。

【００２０】そして、旋回角度演算手段によって、回転
同期手段及び回転軸角速度検出手段による２軸分の旋回
角速度検出値が積分演算され、移動体の２軸分の旋回角
度が演算出力される。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）本発明の実施例１を、図１及び図２を参照
して説明する。

【００２２】図１は本実施例の構成を示すブロツク図、
図２は本実施例のオフセットキャンセル動作の説明図で
ある。

【００２３】図１において、１は振動ジャイロ、光ファ
イバジャイロ、ガスレーザジャイロなどを備えた旋回角
速度検出手段であり、この旋回角速度検出手段１は、検
出軸回転手段２によつて、検出軸と直交する軸を中心に
回転自在に構成されている。この検出軸回転手段２に
は、旋回角速度検出手段１への電源電圧を回転状態で供
給するために、スリップリング機構或いは電圧の電磁波
伝達機構が設けられている。旋回角速度検出手段１に
は、検出軸回転手段２の回転位置に同期して、１８０°
回転毎に検出極性が逆になる検出値を出力する回転同期
出力手段３が接続されている。そして、検出軸回転手段
２と回転同期出力手段３とは、検出軸回転手段２の回転
軸方向及び回転同期出力手段３の出力時の回転位置を設
定する据え付け手段６に取り付けられ、検出軸回転手段
６の回転軸は、移動体の直進方向に平行に設定されてい
る。

【００２４】この回転同期出力手段３は、図２に示すよ
うに、回転する旋回角速度検出手段１の上下に、磁石が
取り付けられ、固定したホール素子によって同期検出を
行い、同時に旋回角速度検出手段１で検出される電圧の
入力も行うように構成されている。この場合、旋回角速
度検出手段１において検出される電圧の入力を行うため
に、スリップリング機構或いは電圧の電磁波伝達機構が
採用されている。

【００２５】回転同期出力手段３には、回転同期出力手
段３からの正負の出力に基づいて、旋回角速度検出手段
１の出力オフセットをキャンセルした旋回角速度を演算
する旋回角速度演算手段４が接続されている。この旋回
角速度演算手段４には、旋回角速度演算手段４からの旋
回角速度信号を積分演算して、移動体の旋回角度を演算
する旋回角度演算手段５が接続されている。

【００２６】このような構成の本実施例の動作を説明す
る。本実施例は、図２に示すように、検出軸回転手段２
によって、旋回角速度検出手段１の検出軸が回転し続
け、垂直上向きと垂直下向きに１８０°異なる回転位置
に同期して、回転同期出力手段３からは、逆極性で時計
回り（ＣＷ）と反時計回り（ＣＣＷ）の移動体のヨー角
速度が出力される。

【００２７】一方、旋回角速度検出手段１は、単一で出
力オフセットは同極性となり、両者を減算すれば出力オ
フセットはキャンセルされ検出値は２倍になる。

【００２８】この場合、検出軸の回転周期はサンプリン
グ定理から、対象となるヨー角速度及び出力オフセット
の変化に比して、短いことが必要になるが、回転周期の
下限は、旋回角速度検出手段１の周波数特性によって制
限される。

【００２９】また回転位置での出力同期が取れていれ
ば、回転周期は一定でなくてもよく、特に走行開始時に
は、移動体のヨー角速度は殆ど発生しないために、検出
軸の回転数を急激に早めなくてもよい。さらに、車載の
場合には、５Ｋｍ／ｈ以下の低速走行や、６０Ｋｍ／ｈ
以上の高速走行時には、ヨー角速度は小さいので、検出
軸の回転数も下げてよい。

【００３０】このようにして、本実施例によると、例え
ば停車や直進走行のない走行状態で、出力オフセットが
大きい場合や変動する場合でも、常に出力オフセットを
キャンセルして、移動体の旋回角度を高精度で算出する
ことが可能になる。

【００３１】（実施例２）本発明の実施例２を、図３及
び図４を参照して説明する。

【００３２】図３は本実施例の構成を示すブロツク図、
図４は本実施例の旋回角度算出動作の説明図である。

【００３３】本実施例の基本構成は、図３に示すよう
に、すでに説明した実施例１と同一であるが、回転同期
出力手段３が、検出軸回転手段２の回転位置に同期し
て、１回転中に９０°異なる回転位置で検出値を出力し
ている。図３では、実施例１と組合せて４つの回転同期
出力が利用される構成となっているが、１回転中に９０
°異なる２回の出力値を利用する構成にすることも可能
である。

【００３４】回転同期出力手段３には、回転同期出力手
段３の正負の出力を演算して、旋回角速度検出手段１の
出力オフセットをキャンセルした旋回角速度信号を出力
する旋回角速度演算手段４が、角軸に対応して２軸分接
続され、各旋回角速度演算手段４には、旋回角速度演算
手段４の出力を積分演算して旋回角度を出力する旋回角
度演算手段５がそれぞれ接続されている。

【００３５】本実施例のその他の部分の構成は、すでに
説明した実施例１と同一である。このような構成の本実
施例の動作を説明する。

【００３６】本実施例では、図４に示すように、検出軸
回転手段２によつて、旋回角速度検出手段１の検出軸が
回転し続け、垂直上向きと９０°回転した水平方向の回
転位置に同期して、回転周期出力手段３から出力される
２つの検出値は、それぞれ移動体におけるヨー角速度と
ピッチ角速度となる。

【００３７】本実施例のように、各１８０°回転位置が
異なる出力を利用すれば、実施例１手で説明したオフセ
ットキャンセルも可能である。

【００３８】また、水平面からのピッチ角度θp が比較
的大きい場合には、ヨー各速度の感度がｃｏｓθp に比
例して低下するが、本実施例では、θp が得られるの
で、検出したヨー角度を１／ｃｏｓθp 倍することによ
り、低下した感度を補正することが可能である。

【００３９】さらに、ピッチ角検出は傾斜計としても利
用可能であり、据え付け手段６によって、移動体の直進
方向に対して直角で、且つ水平面内に検出軸回転手段６
の回転軸を固定すれば、ピッチ角の代わりにロール角検
出に利用することも可能である。

【００４０】このように、本実施例によると、移動体の
２軸分の旋回角度を高精度で算出することが可能にな
る。

【００４１】（実施例３）本発明の実施例３を、図５を
参照して説明する。

【００４２】図５は本実施例の旋回角度算出動作の説明
図である。本実施例の基本構成は、すでに説明した実施
例１と同一であり、本実施例では、検出軸回転手段３の
回転角速度ωc を一定にして、回転同期出力手段３の
回転位置に同期した出力の時間間隔の変化を検出して、
検出軸の回転方向の旋回角度を検出する。そして、回転
同期出力手段３からの出力時間間隔を検出し、前回との
変化時間ｔdを求め、検出軸の回転方向の旋回角度をθp
＝ωc×ｔdで求める。

【００４３】なお、回転同期出力間隔は、移動体の旋回
角度の変化が検出できる程度に短くすることが必要であ
り、回転角速度ωc が速くできない場合は、１回転当た
りの回転同期出力数を増やしてもよい。

【００４４】本実施例は、すでに説明した実施例１或い
は実施例２と組合せることも可能であり、最大３軸分の
回転角度を算出することができる。

【００４５】このように、本実施例によると、移動体の
第３の軸の回りの旋回速度を高精度で算出することが可
能になる。

【００４６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によると、移動体の
旋回角速度が、旋回角速度検出手段により検出され、検
出軸回転手段により、旋回角速度検出手段が検出軸と直
交する軸回りに回転された状態で、検出軸回転手段の回
転位置に同期して、１８０°回転毎に検出極性が逆にな
る検出値が、回転同期出力手段により出力され、旋回角
速度演算手段により、回転同期出力手段の正負の出力に
基づいて、旋回角速度検出手段の出力オフセットをキャ
ンセルした旋回角速度が出力され、旋回角度演算手段に
より、旋回角速度演算手段の出力が積分演算され、移動
体の旋回角度が算出出力されるので、出力オフセットが
大きい場合や変動する場合でも、常に出力オフセットを
キャンセルして、移動体の旋回角度を高精度で算出する
ことが可能になる。

【００４７】請求項２記載の発明によると、移動体の旋
回角速度が、旋回角速度検出手段により検出され、検出
軸回転手段により、旋回角速度検出手段が検出軸と直交
する軸回りに回転された状態で、検出軸回転手段の回転
位置に同期して、１回転中に９０°異なる回転位置で検
出される２軸分の旋回角速度検出値が、回転同期出力手
段により出力され、旋回角速度演算手段によつて、２軸
分の出力が積分演算され、移動体の２軸分の旋回角度が
算出出力されるので、移動体の互いに直交する２軸分の
旋回角度を高精度で算出することが可能になる。

【００４８】請求項３記載の発明によると、移動体の旋
回角速度が、旋回角速度検出手段により検出され、検出
軸回転手段により、旋回角速度検出手段が検出軸と直交
する軸回りに所定速度で回転された状態で、回転同期出
力手段により、検出軸回転手段の回転位置に同期して、
移動体の旋回角速度検出値が出力され、回転軸角速度検
出手段により、回転同期出力手段の出力間隔の変化に基
づいて、検出軸回転手段の回転軸に対する移動体の角速
度が検出され、旋回角度演算手段により、回転同期手段
及び回転軸角速度検出手段による２軸分の旋回角速度検
出値が積分演算され、移動体の２軸分の旋回角度が演算
出力されるので、移動体の互いに直交する２軸以外の第
３の軸の回りの旋回速度を高精度で算出することが可能
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の構成を示すブロツク図

【図２】同実施例のオフセットキャンセル動作の説明図

【図３】本発明の実施例２の構成を示すブロツク図

【図４】同実施例の旋回角度算出動作の説明図

【図５】本発明の実施例３の旋回角度算出動作の説明図

【図６】従来の移動体旋回角度算出装置の構成を示すブ
ロツク図

【符号の説明】

１ 旋回角速度検出手段 ２ 検出軸回転手段 ３ 回転同期出力手段 ４ 旋回角速度演算手段 ５ 旋回角度演算手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 移動体の旋回角度を算出する移動体旋回
   角度算出装置において、前記移動体の旋回角速度を検出
   する旋回角速度検出手段と、該旋回角速度検出手段を検
   出軸と直交する軸回りに回転する検出軸回転手段と、該
   検出軸回転手段の回転位置に同期して、１８０°回転毎
   に検出極性が逆になる検出値を出力する回転同期出力手
   段と、該回転同期出力手段の正負の出力に基づいて、前
   記旋回角速度検出手段の出力オフセットをキャンセルし
   た旋回角速度を出力する旋回角速度演算手段と、該旋回
   角速度演算手段の出力を積分演算することにより、旋回
   角度を出力する旋回角度演算手段と、前記検出軸回転手
   段の回転軸方向及び前記回転同期出力手段の出力時の回
   転位置を設定する据え付け手段とを有することを特徴と
   する移動体旋回角度算出装置。
2. 【請求項２】 移動体の旋回角度を算出する移動体旋回
   角度算出装置において、前記移動体の旋回角速度を検出
   する旋回角速度検出手段と、該旋回角速度検出手段を検
   出軸と直交する軸回りに回転する検出軸回転手段と、該
   検出軸回転手段の回転位置に同期して、１回転中に９０
   °異なる回転位置で検出される２軸分の旋回角速度検出
   値を出力する回転同期出力手段と、該回転同期出力手段
   の２軸分の出力を積分演算することにより、２軸分の旋
   回角度を出力する旋回角度演算手段と、前記検出軸回転
   手段の回転軸方向及び前記回転同期出力手段の出力時の
   回転位置を設定する据え付け手段とを有することを特徴
   とする移動体旋回角度算出装置。
3. 【請求項３】 移動体の旋回角度を算出する移動体旋回
   角度算出装置において、前記移動体の旋回角速度を検出
   する旋回角速度検出手段と、該旋回角速度検出手段を検
   出軸と直交する軸回りに所定速度で回転する検出軸回転
   手段と、該検出軸回転手段の回転位置に同期して、旋回
   角速度検出値を出力する回転同期出力手段と、該回転同
   期出力手段の出力間隔の変化により、前記検出軸回転手
   段の回転軸に対する前記移動体の角速度を検出する回転
   軸角速度検出手段と、前記回転同期手段及び前記回転軸
   角速度検出手段による２軸分の旋回角速度検出値を積分
   演算して、前記移動体の２軸分の旋回角度を出力する旋
   回角度演算手段と、前記検出軸回転手段の回転軸方向及
   び前記回転同期出力手段の出力時の回転位置を設定する
   据え付け手段とを有することを特徴とする移動体旋回角
   度算出装置。